JP5917739B2 - 蛍光体含有封止材の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、蛍光体を用いた発光デバイスの封止材に関するものである。
LEDチップと、LEDチップの発光で励起して蛍光を放出する蛍光体とを用いた発光デバイスには、蛍光体をLEDチップの近傍にどのように配置するかに関して、次のようなタイプが知られている。
図33の(a)に示すように、LEDチップ151を、蛍光体152を含有した封止樹脂153の圧縮成形で封止し、当該封止樹脂153をさらに透明の封止樹脂154の圧縮成形で封止する2段階封止タイプ(特許文献1)。
このタイプの発光デバイスでは、圧縮成形を2回行う必要があるので、生産性が低下する。また、2回の圧縮成形のための2つの型が必要となり、蛍光体152を含有した封止樹脂153・154の外形は圧縮成形するときの型で決定されるので、図33の(b)に示すように、LEDチップ151のサイズが変わると、蛍光体152を含有した封止樹脂153の量(封止樹脂153の相対的な厚み)も変わる。そのため、そのままでは発光色が変化してしまうため、同じ発光色を得るには、蛍光体152の濃度(含有量)を調整するか、または型を代えて封止樹脂153の外形を変更する必要がある。
LEDチップを、蛍光体を含有した封止樹脂の圧縮成形で封止し、該封止樹脂中の蛍光体を沈降させてLEDチップの近傍に分布させる沈降タイプ(特許文献2)。
このタイプでは、蛍光体の沈降分布量を安定して得ることが困難である。圧縮成形用の樹脂(シリコーンがほとんど)はトランスファ・ポッティング用の樹脂と比べ高粘度のため、蛍光体が沈降しづらいうえ、圧縮成形は樹脂の硬化時間が短いため、蛍光体が沈降する前に樹脂が硬化してしまうからである。
図33の(c)に示すように、LEDチップ161を透明封止樹脂162の圧縮形成で封止し、当該透明封止樹脂162の周りに蛍光体163を含有した樹脂シート164を被せるシート被覆タイプ。
このタイプでは、LEDチップ161の発した光の一部が、蛍光体163を含有した樹脂シート164の内面で反射して、内側に戻ってロスとなり、光取り出し効率が低下する。
なお、蛍光体とは無関係であるが、特許文献3には、基板上に接続されたLEDチップを熱硬化性フィルム(エポキシ樹脂組成物)で被覆し、熱硬化性フィルムを熱硬化させて封止する技術が提案されている。また、特許文献4には、最外樹脂層(ポリカルボジイミド等)と、光拡散粒子を含む光拡散層(ポリカルボジイミド等)と、低い屈折率を有する樹脂層(エポキシ樹脂等)とを有する封止用シートを、光半導体素子が搭載された配線回路基板に真空ラミネーターで積層し、スタンパで加圧成型する技術が提案されている。
ここで、蛍光体を含有するシリコーンを用いてLEDチップを封止する場合、通常、図34の(a)に示すように、蛍光体を含む液状のシリコーン171を基板172に充填したのち、図34の(b)に示すように、オーブン等で加熱することでLEDチップ173を封止していた。そのため、各工程環境により液状のシリコーン171中における蛍光体濃度の変化が敏感に発生し、また、周囲環境によって粘度が変化する等の問題があった。
この問題に対して、例えば、特許文献5には、蛍光体を混合した液状のシリコーンを半硬化状態のシート状に成形する技術が開示されている。特許文献5に開示された技術によれば、蛍光体が混合された液状のシリコーンを半硬化状態のシート状に成形することで、シリコーンの取り扱いを向上させると共に、周囲環境によって粘度が変化することを抑制している。
日本国公開特許公報「特開2008−211205号公報(2008年09月11日公開)」 日本国公開特許公報「特開2006−229054号公報(2006年08月31日公開)」 日本国公開特許公報「特開2009−010109号公報(2009年01月15日公開)」 日本国公開特許公報「特開2006−140362号公報(2006年06月01日公開)」 日本国公開特許公報「特開2010−159411号公報(2010年07月22日公開)」
しかしながら、特許文献5に開示された技術では、液状のシリコーンに蛍光体を混合した後、シリコーンを半硬化させることでシート状に成形する。そのため、シリコーンよりも比重の大きな蛍光体が液状のシリコーン中において流動・沈降してしまい、成形されたシートにおける蛍光体の分散状態が不均一となる。よって、このシートを用いて複数の発光デバイスを製造した場合、発光デバイス間で蛍光体の含有量が異なり、発光色の色ムラや特性のばらつきが生じる。したがって、従来の方法では、目標の色度範囲から外れる発光デバイスが多く発生し、製品の歩留まり率が低下するという課題がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、発光デバイス間の蛍光体の濃度を均等化し、蛍光体濃度、蛍光体含有量に起因する色度値のばらつきを低減することが可能な発光デバイスの蛍光体含有封止材の製造方法を提供することにある。
本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、上記の課題を解決するために、所定の架橋温度未満の温度において熱可塑性を有し、前記架橋温度以上の温度で不可逆的に硬化する熱可塑性樹脂を、前記架橋温度未満の温度で加熱しつつ、少なくとも蛍光体と混錬する混錬工程を含むことを特徴とする。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記熱可塑性樹脂は、前記架橋温度未満の温度において一次架橋を形成しており、前記架橋温度以上の温度で二次架橋を形成することが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記架橋温度は、120℃以上170℃以下であることが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記混錬工程にて得られた、前記蛍光体を内部に分散させた前記熱可塑性樹脂をシート状に成形するシート化工程をさらに含み、該シート化工程にて、前記蛍光体を内部に分散させた前記熱可塑性樹脂からなる封止シートを形成することが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記封止シートに、貫通孔を形成する工程をさらに含むことが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記封止シートの表面に、複数の凹部を形成する工程をさらに含むことが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記封止シートの表面に、複数の凸部を形成する工程をさらに含むことが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記混錬工程にて得られた、前記蛍光体を内部に分散させた前記熱可塑性樹脂を粉末化する粉末化工程をさらに含むことが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記粉末化工程にて得られた粉末を、所定の形状に押し固める工程をさらに含むことが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記所定の形状は、タブレット状であることが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記所定の形状は、シート状であることが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記粉末化工程で得られた粉末に、二次架橋が形成された前記熱可塑性樹脂の粉末を混合する工程をさらに含むことが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、少なくとも、所定の架橋温度未満の温度において熱可塑性を有し前記架橋温度以上の温度で不可逆的に硬化する熱可塑性樹脂の粉末と、蛍光体の粉末とを混合する混合工程を含むことを特徴とする。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記熱可塑性樹脂の粉末の粒径と前記蛍光体の粉末の粒径とが異なることが好ましい。
前記混合工程にて混合した粉末を、所定の形状に押し固める工程をさらに含むことが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記所定の形状は、タブレット状であることが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記所定の形状は、シート状であることが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記混合工程において、二次架橋が形成された前記熱可塑性樹脂の粉末をさらに混合することが好ましい。
また、本発明に係る蛍光体含有封止材の製造方法は、前記熱可塑性樹脂は、ベンゼン、トルエンおよびキシレンから成る溶剤を含有していることが好ましい。
本発明によれば、発光デバイス間の蛍光体の濃度を均等化し、蛍光体濃度、蛍光体含有量に起因する色度値のばらつきを低減することが可能な発光デバイスの蛍光体含有封止材の製造方法を提供することができるという効果を奏する。
図1は、実施形態1に係る発光デバイスの製造方法によって製造された発光デバイスの外観構成を示す斜視図である。 図2の(a)〜図2の(d)は、図1に示される発光デバイスの製造工程のうち、キャビティ内に発光素子を実装する工程を示す概略図である。 図3の(a)〜図3の(c)は、図1に示される発光デバイスの製造工程のうち、キャビティ内を封止樹脂によって封止する工程を示す概略図である。 図4は、図3の(a)に示される封止用樹脂シートを構成するシリコーン樹脂の粘度特性を示すグラフである。 図5の(a)〜図5の(d)は、図3の(b)に示される工程におけるシリコーン樹脂の粘度状態を説明するためのグラフである。 図6の(a)〜図6の(c)は、図3の(b)に示される真空加熱炉における封止用樹脂シートの状態を示す概略図である。 図7は、図1に示される発光デバイスの製造工程のうち、図3の(c)に示される多連キャビティ回路基板を分割する工程を示す概略図である。 図8は、実施形態1に係る発光デバイスの製造方法に関する各種データを示す表である。 図9の(a)〜図9の(e)は、図3の(a)に示される封止用樹脂シートの製造方法を示す概略図である。 図10の(a)および図10の(b)は、図9の(a)〜図9の(e)に示される工程におけるシリコーン樹脂の粘度状態を説明するためのグラフである。 図11は、図9の(c)に示される混錬樹脂をシート化する他の方法を示す断面図である。 図12は、図1に示される発光デバイスの製造に使用可能な真空加熱装置の内部構造を示す断面図である。 図13の(a)〜図13の(c)は、発光デバイスの製造方法に適用可能な真空加熱方法の工程を示す概略図である。 図14の(a)〜図14の(c)は、底部に一対の貫通孔が形成されたキャビティを示す概略図であり、図14の(a)は、キャビティの縦断面図であり、図14の(b)は図14の(a)に示されるキャビティの平面図であり、図14の(c)は図14の(a)に示されるキャビティの横断面図である。 図15の(a)は、底部に一つの貫通孔が形成されたキャビティを示す断面図であり、図15の(b)は貫通孔が形成された封止用樹脂シートを示す断面図である。 図16の(a)〜図16の(c)は、蛍光体の含有率がそれぞれ異なる2つの封止用樹脂シートを重ねて、発光素子を封止する発光デバイスの製造方法を示す概略図である。 図17の(a)〜図17の(c)は、ロッドレンズを有する発光デバイスの製造方法を示す概略図である。 図18は、図17の(c)に示される真空熱プレス装置におけるプレス状態を示す断面図である。 図19の(a)は、ロッドレンズが形成された多連キャビティ回路基板を示す斜視図であり、図19の(b)は図19の(a)に示される多連キャビティ回路基板を分割して得られた発光デバイスを示す斜視図である。 図20の(a)は、凸レンズが形成された多連キャビティ回路基板を示す斜視図であり、図20の(b)は図20の(a)に示される多連キャビティ回路基板を分割して得られた発光デバイスを示す斜視図である。 図21の(a)〜図21の(e)は、実施形態2に係る発光デバイスの製造工程のうち、平面回路基板上に発光素子を実装する工程を示す概略図である。 図22は、真空熱プレス装置における加圧プレス状態を示す断面図である。 図23の(a)は、図22に示される加圧プレス後の平面回路基板の斜視図であり、図23の(b)は、図23の(a)に示される平面回路基板を分割して得られた発光デバイスを示す斜視図である。 図24の(a)は、ドットマトリクス型の発光表示デバイスの一例を示す平面図であり、図24の(b)は図24の(a)に示される発光表示デバイスの断面図である。 図25は、図24の(a)および図24の(b)に示される発光デバイスの製造方法の一例を示す概略図である。 図26は、真空熱プレス装置における加圧プレス状態を示す断面図である。 図27の(a)〜図27の(c)は、単一の発光デバイスの製造方法を示す概略図である。 図28の(a)〜図28の(d)は、実施形態3に係る発光デバイスの製造方法を示す概略図である。 図29は、実施形態3に係る発光デバイスの製造方法に関する各種データを示す表である。 図30は、蛍光体を包含するシリコーン樹脂の粉末である封止用樹脂粉末の製造過程を示す概略図である。 図31の(a)〜図31の(c)は、封止用樹脂タブレットを用いた発光デバイスの製造方法を示す概略図である。 図32の(a)〜図32の(e)は、図28の(a)に示される封止用混合粉末をシート化した封止用混合粉末シートの製造方法を示す概略図である。 従来の発光デバイスの構成を示す断面図である。 従来の発光デバイスの製造方法の流れを示す断面図である。
〔実施形態1〕
本発明に係る発光デバイスの製造方法に関する実施の一形態について、図1〜図20に基づいて説明すれば以下のとおりである。
<発光デバイスの構成>
まず、本実施形態に係る発光デバイス1aの構成について、図1を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法によって製造された発光デバイス1aの外観構成を示す斜視図である。図1に示すように、発光デバイス1aは、一辺が1mm程度の直方体状のMID(Molded Interconnection Device、射出立体配線成形基板)である回路基板(基板)11に、上方に開口する直方体状のキャビティ12が形成されており、このキャビティ12内にLED等の発光素子13が実装されている。
発光素子13の下面は、キャビティ12の底部に設けられたマウント用配線パターン14上に、導電性接着剤15によって接続されている(ダイボンディング)。また、発光素子13の上面は、キャビティ12の底部に設けられた接続用配線パターン16と、金線等によって構成された導電線17により接続されている(ワイヤーボンディング)。
回路基板11のキャビティ12内は、光透過性を有するシリコーン樹脂によって構成された封止樹脂21によって封止されている。
なお、発光素子13を回路基板11に実装する方法は特に限定されず、ワイヤーボンディング法に代えて、例えば、フリップチップ法等によって発光素子13を回路基板11に実装してもよい。
<発光デバイスの製造方法>
次に、図1に示される発光デバイス1aの製造方法について、図2〜図8を参照して説明する。
図2の(a)〜図2の(d)は、図1に示される発光デバイス1aの製造工程のうち、キャビティ12内に発光素子13を実装する工程を示す概略図である。発光デバイス1aの製造には、多数のキャビティ12が縦方向および横方向にマトリクス状に形成された多連キャビティ回路基板10が使用される。この多連キャビティ回路基板10を使用することで、多数の発光デバイス1aを同時に製造することができる。多連キャビティ回路基板10は、例えば、厚さが1.0mmであり、各キャビティ12の深さは0.6mmである。
まず、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法では、図2の(a)に示すように、各キャビティ12の底部に、マウント用配線パターン14および接続用配線パターン16をそれぞれ設ける。
次に、図2の(b)に示すように、多連キャビティ回路基板10の各キャビティ12の底部に設けたマウント用配線パターン14上に、導電性接着剤15をそれぞれ塗布する。
次に、図2の(c)に示すように、マウント用配線パターン14上に塗布された導電性接着剤15上に発光素子13をダイボンディングする。また、図2の(d)に示すように、発光素子13の上面と、キャビティ12の底部に設けた接続用配線パターン16とを、金線等によって構成された導電線17によってワイヤーボンディングする。
このようにして、多連キャビティ回路基板10の各キャビティ12内に、発光素子13をダイボンディングおよびワイヤーボンディングにより実装した後(実装ステップ)、各キャビティ12内を、蛍光体を含有するシリコーン樹脂で封止する。
図3の(a)〜図3の(c)は、図1に示される発光デバイス1aの製造工程のうち、キャビティ12内を封止樹脂21によって封止する工程を示す概略図であり、図4は、図3の(a)に示される封止用樹脂シート(封止材)20を構成するシリコーン樹脂の粘度特性を示すグラフであり、図5の(a)〜図5の(d)は、図3の(b)に示される工程におけるシリコーン樹脂の粘度状態を示すグラフである。
なお、図4および図5の(a)〜図5の(d)では、便宜上、シリコーン樹脂の粘度特性が直線的に変化するように示しているが、シリコーン樹脂の粘度特性は必ずしも直線的に変化するものに限られない。
図3の(a)に示すように、各キャビティ12内に発光素子13が実装された多連キャビティ回路基板10上に、封止用樹脂シート20と、表面成形用離型シート(フィルム)31と、重り板32とを、この順で積層する。
ここで、本実施形態では、各キャビティ12内を、蛍光体を含有した封止樹脂21で同時に封止するために、封止用樹脂シート20を用いている。封止用樹脂シート20は、熱可塑性のシリコーン樹脂に蛍光体が分散されたものである。このシリコーン樹脂は、1次架橋が形成されることで半硬化状態となっており、所定の粘度を有する。なお、本明細書において、半硬化状態(B-STAGE)とは、未硬化状態(A-STAGE)と全硬化状態(C-STAGE)との間にあり、1次架橋により未硬化状態よりも高い粘度を有する状態を意味する。
このシリコーン樹脂は、図4に示すように、室温Tにおけるシリコーン樹脂の粘度は粘度Vである(図中Pを参照)。粘度Vは、例えば、室温Tにおいて封止用樹脂シート20が取り扱い易いように、シリコーン樹脂がシート形状を保持する程度の粘度である。
このシリコーン樹脂を室温Tから2次架橋温度T近くまで加熱した場合、シリコーン樹脂の粘度は徐々に低下し、2次架橋温度T直前における粘度は粘度Vとなる(図中Pを参照)。粘度Vは、シリコーン樹脂が流動可能に溶融した粘度である。
室温Tから2次架橋温度T未満の温度領域におけるシリコーン樹脂の粘度変化は、ブラウン運動によってシリコーン樹脂中の高分子鎖が絡み合ったり、ほどけたりすることによるものであり、熱可逆的な変化である。そのため、2次架橋温度T近傍から室温Tまで温度を低下させた場合、シリコーン樹脂の粘度は高くなり、室温Tにおいて元の粘度Vに戻る。従って、室温Tから2次架橋温度T未満の温度領域において温度を変化させることで、シリコーン樹脂の粘度を、粘度Vから粘度Vの間で繰り返し制御することができる。
一方、シリコーン樹脂を2次架橋温度T以上で加熱した場合、シリコーン樹脂に2次架橋が形成され、シリコーン樹脂の粘度は粘度Vから粘度Vまで上昇する(図中Pを参照)。粘度Vは、シリコーン樹脂が全硬化したときの粘度である。
2次架橋温度Tにおけるシリコーン樹脂の粘度変化は、熱不可逆的な変化である。そのため、2次架橋温度Tから室温Tまで温度を低下させた場合であっても、シリコーン樹脂の粘度は変化せず全硬化状態を維持する(図中Pを参照)。
封止用樹脂シート20には、必要な光学的特性に応じて、種々の蛍光体が混錬されて、蛍光体の濃度(含有率)が調整されるが、このシリコーン樹脂を用いれば、2次架橋による全硬化前の状態であればその粘度を制御することができるので、後述するように、蛍光体の分散状態が均一な封止用樹脂シート20を形成することができる。
この封止用樹脂シート20は、多連キャビティ回路基板10に形成された全てのキャビティ12を覆うことができるように、多連キャビティ回路基板10とほぼ同様の大きさに成形されている。また、各キャビティ12の深さ(0.6mm)よりも小さい0.2mm〜0.4mm程度の厚さに成形されていることが好ましい。
封止用樹脂シート20上に積層される表面成形用離型シート31は、封止樹脂21の表面を梨地状に仕上げるために、封止用樹脂シート20と接する表面が梨地状になっている。この表面成形用離型シート31を用いることで、発光デバイス1aの光取り出し効率を向上させることができる。さらに、表面成形用離型シート31の表面形状を変更することで、封止樹脂21の表面を様々なデザインに加工することが可能である。なお、表面成形用離型シート31を使用しない場合は、重り板(金型)32の表面形状を変更してもよい。
次に、図3の(b)に示すように、多連キャビティ回路基板10と、封止用樹脂シート20と、表面成形用離型シート31と、重り板32とを積層した状態で、真空加熱炉33にセットし加熱して溶融する(溶融ステップ)。
この溶融ステップでは、図5の(a)に示すように、室温Tから2次架橋温度T近傍の温度T(例えば、80℃以上120℃未満)まで封止用樹脂シート20を加熱することで、シリコーン樹脂を流動可能な粘度Vまで低下させる(図中Pを参照)。
真空加熱炉33は、内部を真空状態にして加熱するようになっており、真空状態下におかれた多連キャビティ回路基板10上の封止用樹脂シート20および表面成形用離型シート31は、重り板32による押圧作用と相まって、相互に密着した状態で加熱される。そのため、溶融したシリコーン樹脂は各キャビティ12内に流れ込むので、各キャビティ12内に溶融したシリコーン樹脂を充填することができる。このとき、各キャビティ12間における多連キャビティ回路基板10の表面に残った溶融シリコーン樹脂も各キャビティ12内に流れ込む。そのため、上述したように、封止用樹脂シート20の厚みをキャビティ12の深さより薄くしたとしても(おおよそ、キャビティ12の深さの3/5程度の厚み)、各キャビティ12内には溶融したシリコーン樹脂がほぼ満杯に満たされることになる。もちろん、封止用樹脂シート20の厚みをより厚くしてもよい。ただし、この場合、重り板32の周囲から溢れ出た、キャビティ12の封止に使用されないシリコーン樹脂および蛍光体が多量に発生する。重り板32の周囲から溢れ出たシリコーン樹脂および蛍光体は再利用することができず廃棄する必要があるため、シリコーン樹脂および蛍光体の材料コストを考慮した場合、上述のように封止用樹脂シート20をキャビティ12の深さよりも薄く設定したほうが好ましい。
各キャビティ12内に溶融したシリコーン樹脂が充填されると、さらに高温に加熱して、シリコーン樹脂を全硬化させる(硬化ステップ)。
この硬化ステップでは、図5の(b)に示すように、温度Tから2次架橋温度T(例えば、120℃以上170℃以下)の温度で封止用樹脂シート20を加熱する(図中Pを参照)。これにより、図5の(c)に示すように、シリコーン樹脂に2次架橋が形成されて、シリコーン樹脂は全硬化する(図中Pを参照)。
次に、図3の(c)に示すように、シリコーン樹脂を全硬化させた後、封止用樹脂シート20と、表面成形用離型シート31と、重り板32とが積層された多連キャビティ回路基板10を真空加熱炉33から取り出して、室温Tまで温度を低下させる。このとき、図5の(d)に示すように、温度が室温Tまで低下した場合でも、2次架橋が形成されたシリコーン樹脂は、全硬化状態を維持する(図中Pを参照)。
そして、重り板32および表面成形用離型シート31を、多連キャビティ回路基板10から順次取り除く。これにより、各キャビティ12内の発光素子13が、表面が梨地状に仕上げられ封止樹脂21によって封止された状態になる。
図6の(a)〜図6の(c)は、図3の(b)に示される真空加熱炉33における封止用樹脂シート20の状態を示す概略図である。図6の(a)に示すように、封止用樹脂シート20は、真空加熱炉33内にセットされたとき、室温Tにおいてシート形状を保持しているが、真空加熱炉33によって加熱が開始されると、図6の(b)に示すように、封止用樹脂シート20の粘度が低下して湾曲状態になる。その後、さらに100℃程度まで加熱を続けることでシリコーン樹脂が溶融し、図6の(c)に示すように、各キャビティ12内に流れ込む。
このとき、封止用樹脂シート20は重り板32によって押圧されているために、シリコーン樹脂の引っ張り合いによって各キャビティ12内に対して溶融したシリコーン樹脂が均一に充填される。本実施形態では、各キャビティ12内に溶融したシリコーン樹脂が充填されるまでに、30分程度の加熱時間を要した。
封止用樹脂シート20が溶融して、各キャビティ12内に溶融したシリコーン樹脂が充填された状態になると、多連キャビティ回路基板10を、真空加熱炉33内に収容された状態で、150℃程度にまで加熱する。
このとき、この加熱工程において、溶融したシリコーン樹脂は、2次架橋温度Tに達するまではさらに粘度が低下した状態になるため、各キャビティ12間における多連キャビティ回路基板10の表面に残った溶融シリコーン樹脂が、隣接する各キャビティ12内に流れ込む。これにより、多連キャビティ回路基板10の表面には、溶融したシリコーン樹脂が残らない状態になる。そのため、封止用樹脂シート20を、各キャビティ12の深さよりも小さな厚さで成形しても、各キャビティ12内には溶融したシリコーン樹脂がほぼ満杯に充填されることになる。
各キャビティ12内に充填されたシリコーン樹脂は、真空加熱炉33によって150℃の高温に加熱されることによって2次架橋により全硬化する。本実施形態では、各キャビティ12内の溶融したシリコーン樹脂が2次架橋されて全硬化するまでに30分程度の加熱時間を要した。
このように、表面成形用離型シート31の表面を密着させた状態で、封止用樹脂シート20を溶融することで、各キャビティ12内に溶融したシリコーン樹脂を充填することができる。さらにその後、溶融したシリコーン樹脂を2次架橋温度まで加熱することにより、封止樹脂21を形成することができる。
図7は、図1に示される発光デバイス1aの製造工程のうち、図3の(c)に示される多連キャビティ回路基板10を分割する工程を示す概略図である。図7に示すように、各キャビティ12内の発光素子13が封止樹脂21によって封止されると、多連キャビティ回路基板10を、1つのキャビティ12毎にそれぞれ分割する(分割ステップ)。これにより、封止樹脂21の表面が梨地状になった多数の発光デバイス1aを得ることができる。
なお、多連キャビティ回路基板10を使用して発光デバイス1aを製造する場合には、各キャビティ12内の発光素子13同士が電気的に接続された複数のキャビティ12を有する回路構成となるように多連キャビティ回路基板10を分割するので、多数の発光素子13がマトリクス状になったドットマトリクス型の発光デバイスを得ることができる。
上述したように、多連キャビティ回路基板10に重ねられる封止用樹脂シート20は、キャビティ12の深さが0.6mmであるのに対して、0.2mm〜0.4mm程度の厚さに成形されている。封止用樹脂シート20が厚くなりすぎると、硬化ステップが終了した後、多連キャビティ回路基板10における各キャビティ12間の表面に、溶融したシリコーン樹脂が残留した状態になる。このような多連キャビティ回路基板10の表面に残留したシリコーン樹脂が硬化すると、発光素子13から発せられる光が、この残留したシリコーン樹脂によって散乱する可能性がある。そのため、封止用樹脂シート20は、キャビティ12の深さよりも厚みを薄くすることが好ましい。
図8は、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法に関する各種データを示す表である。図8には、比較例として、従来のキャスティング封止法によるデータを併せて記載している。なお、図8に示すキャスティング封止法は、上述の本発明が解決しようとする課題において述べたような従来から用いられている初期状態が液状である一般的なシリコーン樹脂を用いたものであり(図34を参照)、図4に示す粘度特性を有する本発明に係るシリコーン樹脂を用いたものではない。
図8に示すように、本実施形態のシート樹脂法によれば、製造された各発光デバイス1aの色度分布幅は3ランクであり、従来のキャスティング封止法により製造された発光デバイス(15ランク)に比べて、各発光デバイス1a間の色度値のばらつき(色度分布の範囲)を小さくすることができる。
ここで、図8に示す色度分布幅の欄におけるX、Yの値は、それぞれの方法によって量産した発光デバイスの色度値をCIE1931色度図上でプロットした際に、所定の範囲に区分するための1つの枠(色度ランク)のX、Y色度幅を示したものである。また、ランク(分割)の値は、量産した発光デバイスの色度分布がまたがるランク(分割)の数を示しており、色度値のばらつきが、互いに隣接する複数の前記枠(色度ランク)にまたがって分布していることを示す。
本実施形態のシート樹脂法によれば、発光デバイス1a間の色度値のばらつき範囲を小さくすることができるが、これは、上述したように、各発光デバイス1aに含まれる蛍光体の含有量をほぼ同量に均等化することができるためである。
このように、本実施形態のシート樹脂法により製造された発光デバイス1aは、従来のキャスティング封止法により製造された発光デバイスに比べて、X、Yの値が小さく、ランク(分割)の値も小さくなり、量産した発光デバイス1a間の色度値のばらつきが非常に小さくなることが分かる。
また、図8に示す生産効率/モールド時間の欄における、従来のキャスティング封止法のヘッドは、キャスティングに使用する蛍光体塗布装置のディスペンサーのヘッド数を示しており、複数のキャビティ12に対して蛍光体層を同時に塗布(キャスティング封止)できることを示している。また、時間は、蛍光体層の塗布(キャスティング封止)に要する時間(すなわち、モールド時間に相当)を示している。これを1つのキャビティ12(発光デバイス1a)当たりの時間に換算すると、6ヘッドの場合で0.17秒/pctsとなる。
一方、本実施形態のシート樹脂法のタクトは、シート樹脂の真空熱プレス工程の時間(すなわち、モールド時間に相当)を示している。3枚の多連キャビティ回路基板10を同時に真空熱プレスする場合には、1つのキャビティ12(発光デバイス1a)当たりの時間で換算すると、0.049秒/pctsとなる。
このように、本実施形態のシート樹脂法によれば、従来のキャスティング封止法に比べて、モールド時間が短縮されるので、生産効率が向上することが分かる。
また、図8に示す廃棄樹脂・蛍光体量の欄における部数は、1つの発光デバイスの封止樹脂21に含まれるシリコーン樹脂量および蛍光体量を1部としたとき、発光デバイスを100個製造(すなわち、封止樹脂21を100部形成)した場合、製造法工程において生じた廃棄される廃棄樹脂・蛍光体量を定量的に示したものである。本実施形態に係るシート樹脂法によれば、真空熱プレス工程で重り板32の周囲から溢れ出たシリコーン樹脂および蛍光体のみが廃棄樹脂・蛍光体量となる。これに対して、従来のキャスティング封止法では、注型機(ディスペンサー)内での蛍光体の沈降によって、注型工程ごとに蛍光体濃度が経時的に変化するため、注型機内の蛍光体含有樹脂を全て使い切ることができず(通常、半分程度で廃棄される)、廃棄樹脂・蛍光体量が多くなる。
このように、本実施形態のシート樹脂法によれば、従来のキャスティング封止法に比べて、廃棄樹脂・蛍光体量が低減されるため、非常に経済的であることが分かる。
また、本実施形態のシート樹脂法によれば、各キャビティに同時にシリコーン樹脂が充填されるため、生産効率が向上すると共に、製造工程において廃棄される樹脂や蛍光体の量も削減することができる。
<封止用樹脂シート20の製造方法>
次に、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法に用いられる封止用樹脂シート20の製造方法について、図9〜図11を参照して説明する。
図9の(a)〜図9の(e)は、図3の(a)に示される封止用樹脂シート20の製造方法を示す概略図であり、図10の(a)および図10の(b)は、図9の(a)〜図9の(e)に示される工程におけるシリコーン樹脂の粘度状態を説明するためのグラフである。
なお、図10の(a)および図10の(b)では、便宜上、シリコーン樹脂の粘度特性が直線的に変化するように示しているが、シリコーン樹脂の粘度特性は必ずしも直線的に変化するものに限られない。
まず、図9の(a)に示されるシリコーン樹脂22には1次架橋が形成されており、BTX(benzene・toluene・xylene)等で溶剤希釈された半硬化材の溶剤量を適宜減圧して除去することで得られたものである。
このシリコーン樹脂22を、図10の(a)に示すように、室温Tから温度T(例えば、40以上60℃未満)まで加熱することで、シリコーン樹脂22を、蛍光体混錬が可能で、且つ、混錬された蛍光体が沈降しない程度の粘度Vまで低下させる(図中Pを参照)。
次に、図9の(b)に示すように、所定量に計測された蛍光体とシリコーン樹脂22とを容器内に入れて、シリコーン樹脂22中で蛍光体の分散状態が均一になるまで攪拌するなどして混錬する。これにより、図9の(c)に示すように、蛍光体が均一に分散されたシリコーン樹脂22である混錬樹脂24が得られる。
なお、蛍光体とシリコーン樹脂22とを混錬する他の方法としては、高硬度材を用いたボールミル、または(加熱真空)ニーダー等の汎用された混錬装置を使用することができる。これらの混錬装置では、蛍光体と1次架橋済みのシリコーン樹脂22との混錬性を高めるために、加熱機構(温度調整機構)を備えたものが好ましく(ボールミル、ニーダーは真空装置による減圧下であることが必要)、混錬時の温度(シリコーン樹脂22の2次架橋温度未満の温度範囲)を調整することで、1次架橋済みのシリコーン樹脂22の粘度を、蛍光体が沈降しない程度に適宜調整することができるので、シリコーン樹脂22中の蛍光体の分散状態を調整することができる。
これらの混錬装置は、高粘度樹脂材料の混錬に適したものなので、あまりシリコーン樹脂22の粘度を落とさずに、蛍光体とシリコーン樹脂22とを混錬することができる。したがって、蛍光体が、シリコーン樹脂22中で偏ることを抑制することができ、シリコーン樹脂22中における蛍光体の均一な分散性を向上させることができる。なお、これらの混錬装置を使用した場合、蛍光体が混錬されたシリコーン樹脂22の形状は必ずしもシート状とはならないが、それぞれ得られた形状から適宜再加工して、所望のLEDパッケージ封止用の封止(出発)部材形状とすればよい。
また、蛍光体とシリコーン樹脂22とを混錬する上記他の方法では、混錬装置に投入する1次架橋済みのシリコーン樹脂22の形態は、粘度を低下させた樹脂状の形態以外に、粉末状の形態であってもよい。すなわち、蛍光体とシリコーン樹脂22の粉末とを予めドライブレンドした上で、当該混錬装置を用いて、封止加工に最適な封止樹脂形態(2次加工品)を得るための供試料(1次加工品)を製作してもよい(ドライブレンド品から1次加工品を得てもよい)。シリコーン樹脂22が粉末状であっても、混錬装置が上述の加熱機構を備えるので、加熱溶融したシリコーン樹脂22の粒子が結合し、蛍光体を巻き込みながら混錬される。なお、粉末状のシリコーン樹脂22を用いた発光デバイスの製造方法については後述する。
次に、図9の(d)に示すように、混錬樹脂24を加圧板30によって加圧して、シート化した後、図10の(b)に示すように、温度Tから室温Tまで温度を低下させる。これにより、図9の(e)に示すように、蛍光体が均一に分散された封止用樹脂シート20を製造することができる。
なお、シリコーン樹脂22に残留した溶剤は、蛍光体の混錬過程において減圧除去するか、混錬樹脂24をシート化する際に乾燥除去される。
また、混錬樹脂24をシート化する方法は、上述したプレス法に限られず、T−ダイ法、カレンダロール法、ドクターブレード法等各種の溶融法を用いることができる。
図11は、図9の(c)に示される混錬樹脂24をシート化する他の方法を示す断面図である。図11は、T−ダイ法によって混錬樹脂24をシート化する工程を示している。
図11に示すように、T−ダイ法で混錬樹脂24をシート化する場合、一定の幅で開口した開口部132aを有するノズル132が取り付けられた金型131に、所定の大きさに荒粉砕された混錬樹脂24を配置する。そして、加圧部材139によって混錬樹脂24を加圧することで、混錬樹脂24を開口部132aの幅にシート化することができる。
なお、開口部132aの幅は、必要な封止用樹脂シート20の厚みに応じて適宜変更される。
<実施形態1のまとめ>
以上のように、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法は、多連キャビティ回路基板10に形成された各キャビティ12内に発光素子13をそれぞれ実装する実装ステップと、発光素子13が実装された全てのキャビティ12を覆うように、1次架橋により半硬化状態となったシリコーン樹脂と、蛍光体とを含む封止用樹脂シート20を多連キャビティ回路基板10に重ねて配置する配置ステップと、封止用樹脂シート20を、当該シリコーン樹脂が2次架橋により全硬化する温度である2次架橋温度T未満の温度で加熱しつつ、溶融したシリコーン樹脂が各キャビティ12内に充填されるように加圧する溶融ステップと、各キャビティ12内に充填された溶融したシリコーン樹脂22を各発光素子13の少なくとも上面に密着させた状態で、2次架橋温度T以上で加熱する硬化ステップとを含み、シリコーン樹脂は、室温Tから2次架橋温度T未満までの温度領域で可逆的に粘度が低下し、2次架橋温度T以上の温度領域で非可逆的に全硬化する。
本実施形態に係る発光デバイスの製造方法では、上記の粘度特性を有するシリコーン樹脂を使用しているため、室温Tから2次架橋温度T未満までの温度領域において温度を変化させることで、シリコーン樹脂の粘度を繰り返し制御することができる。
従って、例えば、このシリコーン樹脂に蛍光体を混錬する際、混錬された蛍光体が沈降しない程度にシリコーン樹脂の粘度を制御することで、シリコーン樹脂に蛍光体を均一に分散させることが可能となるので、蛍光体を均一に分散させた封止用樹脂シート20を得ることができる。
従って、多連キャビティ回路基板10に実装した各発光素子13の上面と対向する位置に、この封止用樹脂シート20を配置して加熱することにより、溶融したシリコーン樹脂を発光素子13の上面および側面に密着させ、この状態で2次架橋により全硬化させることで、各キャビティ12内の蛍光体濃度(蛍光体含有量)をほぼ均一な状態にして各発光素子13を封止することができる。
また、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法によれば、上述した従来のキャスティング封止法(蛍光体を含有する液状のシリコーン樹脂をキャビティ12ごとに個別に充填する方法)に比べて、充填されるシリコーン樹脂に含まれる蛍光体濃度、蛍光体含有量がキャビティ12ごとに変化することを低減することができるので、発光デバイス1a間の色度値のばらつきを低減することができる。
さらに、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法によれば、溶融したシリコーン樹脂を各キャビティ12内に充填するための特別なディスペンサーや成形機等を使用することなく、溶融したシリコーン樹脂を各キャビティ12内に同時に充填することができるので、発光デバイス1aの生産効率を著しく向上させることができる。
それゆえ、本実施形態によれば、発光デバイス1a間の蛍光体の濃度を均等化し、蛍光体濃度、蛍光体含有量に起因する色度値のばらつきを低減することが可能な発光デバイスの製造方法を実現することができる。
<変形例>
次に、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法の変形例について、図12〜図20を参照して説明する。
(変形例1)
本実施形態では、発光素子13が実装された多連キャビティ回路基板10と、封止用樹脂シート20と、表面成形用離型シート31と、重り板32とを重ねた状態で、真空加熱炉33によって真空状態で加熱する方法について説明したが、重り板32を使用しない方法であってもよい。
図12は、図1に示される発光デバイス1aの製造に使用可能な真空加熱装置40の内部構造を示す断面図である。図12に示すように、重り板32を使用することなく、真空状態で加圧しながら加熱し得る真空加熱装置(株式会社エヌ・ピー・シー製、商品名「真空ラミネーター」)40によって、多連キャビティ回路基板10と、封止用樹脂シート20と、表面成形用離型シート31とを重ねた状態で加熱してもよい。
この真空加熱装置40は、上部チャンバー41と下部チャンバー42とがダイヤフラムゴム43によって隔絶された状態になっており、上部チャンバー41および下部チャンバー42内がそれぞれ真空状態とされるようになっている。
下部チャンバー42内には熱板44が配置されており、この熱板44上に、多連キャビティ回路基板10が、封止用樹脂シート20および表面成形用離型シート31を積層した状態で載置される。
封止用樹脂シート20および表面成形用離型シート31を積層した状態で、多連キャビティ回路基板10が熱板44上に載置されると、上部チャンバー41内および下部チャンバー42内が真空にされると共に、熱板44が加熱されて、封止用樹脂シート20を溶融する。
そして、下部チャンバー42内の真空状態を維持した状態で、上部チャンバー41内のみを大気に開放することにより、ダイヤフラムゴム43によって表面成形用離型シート31が多連キャビティ回路基板10に圧接される。
これにより、多連キャビティ回路基板10の各キャビティ12内に充填された溶融状態のシリコーン樹脂の表面に、ダイヤフラムゴム43および真空作用によって表面成形用離型シート31が圧接されるため、溶融状態のシリコーン樹脂内に気泡が混入することなく、全硬化したシリコーン樹脂の表面を梨地状に成形することができる。この場合であっても、熱板44の温度を制御することにより、シリコーン樹脂を溶融させて各キャビティ12内に充填し、2次架橋により全硬化させるまでの作業を、真空加熱装置40によって行うことができる。
図13の(a)〜図13の(c)は、発光デバイスの製造方法に適用可能な真空加熱方法の工程を示す概略図である。図13の(a)〜図13の(c)に示すように、真空ポンプ38dに接続された真空引き用袋38aを発光デバイス1aの製造に用いることもできる。
具体的には、図13の(a)に示すように、まず、多連キャビティ回路基板10に、封止用樹脂シート20と表面成形用離型シート31とを積層した状態で、耐熱性の真空引き用袋38a内に収容する。
次に、図13の(b)に示すように、真空引き用袋38aの開口部に、チューブ38bの一端部を気密状態で接続した後、図13の(c)に示すように、真空引き用袋38aを加熱炉38c内に入れて、真空引き用袋38a内を真空ポンプ38dによって真空状態としつつ、加熱するようにしてもよい。
(変形例2)
また、本実施形態では、多連キャビティ回路基板10上に封止用樹脂シート20を重ねて配置して加熱する方法について説明したが、この場合、各キャビティ12の底部に、一対の貫通孔12aをそれぞれ設けておいてもよい。
図14の(a)〜図14の(c)は、底部に一対の貫通孔12aが形成されたキャビティ12を示す概略図であり、図14の(a)は、キャビティ12の縦断面図であり、図14の(b)は図14の(a)に示されるキャビティ12の横断面図であり、図14の(c)は図14の(a)に示されるキャビティ12の平面図である。
図14の(a)〜図14の(c)に示すように、各キャビティ12の底部に貫通孔12aを設けることにより、多連キャビティ回路基板10の周囲が真空状態になって、封止用樹脂シート20のシリコーン樹脂が溶融状態になった際に、各キャビティ12内の空気を排出することができる。そのため、各キャビティ12内に充填される溶融したシリコーン樹脂内に気泡が混入することを抑制することができる。また、各キャビティ12の内面と封止樹脂21との密着性を向上させることができる。
例えば、図14の(a)〜図14の(c)に示すように、各キャビティ12の開口部の大きさが3.0mm×1.8mmの長方形であり、各キャビティ12の底部の大きさが2.2mm×0.6mmの長方形であり、各キャビティ12の深さが0.7mmであり、各キャビティ12の底部分が貫通孔12aの長さに対応して下方に0.4mmだけ突出した状態になっている場合には、各キャビティ12の底部における長手方向の各端部に、0.4mm×0.6mmの長方形状の一対の貫通孔12aを、相互に1.4mmの間隔をあけて形成する。
なお、各貫通孔12aから溶融したシリコーン樹脂が流出するおそれがある場合には、多連キャビティ回路基板10の下方に、離型性に優れたシートまたは板体等を敷いておけばよい。これにより、各貫通孔12aから溶融したシリコーン樹脂が流出しても、多連キャビティ回路基板10が、加熱板等に密着することなく、加熱炉等から多連キャビティ回路基板10を容易に取り出すことができる。
図15の(a)は、底部に一つの貫通孔12aが形成されたキャビティ12を示す断面図であり、図15の(b)は貫通孔20aが形成された封止用樹脂シート20を示す断面図である。図15の(a)に示すように、各キャビティ12の底部に設けられる貫通孔12aは、一対である必要はなく、1つの貫通孔12aを設けるようにしてもよい。
なお、貫通孔12aは、各キャビティ12の底部に限られず、キャビティ12の側面に設けてもよい。また、貫通孔12aは、断面長方形状に限らず、断面円形状、断面三角形状等であってもよい。
さらに、図15の(b)に示すように、各キャビティ12の底部に貫通孔12aを設ける構成に代えて、各キャビティ12に対向する封止用樹脂シート20の部分に、それぞれ貫通孔20aを形成するようにしてもよい。この場合にも、多連キャビティ回路基板10の周囲が真空状態になって、封止用樹脂シート20のシリコーン樹脂が溶融する際に、封止用樹脂シート20に設けられた各貫通孔20aから各キャビティ12内の空気を排出することができる。そのため、各キャビティ12内に充填された溶融状態のシリコーン樹脂内への気泡の混入を抑制することができる。また、各キャビティ12の内面と封止樹脂21との密着性を向上させることができる。
(変形例3)
本実施形態では、1つの封止用樹脂シート20を用いて発光素子13を封止する方法について説明したが、蛍光体の含有率がそれぞれ異なる複数の封止用樹脂シートを重ねて発光素子13を封止してもよい。
図16の(a)〜図16の(c)は、蛍光体の含有率がそれぞれ異なる2つの封止用樹脂シート20A・20Bを用いて発光素子13を封止する発光デバイスの製造方法を示す概略図である。図16の(a)に示すように、蛍光体の含有率がそれぞれ異なる第1の封止用樹脂シート20Aおよび第2の封止用樹脂シート20Bを、封止用樹脂シート20として多連キャビティ回路基板10上に重ねて配置してもよい。
第1の封止用樹脂シート20Aおよび第2の封止用樹脂シート20Bは、それぞれが全てのキャビティ12を覆うように多連キャビティ回路基板10と同様の大きさになっており、第1の封止用樹脂シート20Aが多連キャビティ回路基板10に整合した状態で重ねられる。
第1の封止用樹脂シート20A上に第2の封止用樹脂シート20Bが重ねられると、さらに、第2の封止用樹脂シート20B上に、表面が梨地処理された表面成形用離型シート31が重ね合わされる。
次に、図16の(b)に示すように、第1の封止用樹脂シート20Aと、第2の封止用樹脂シート20Bと、表面成形用離型シート31とが積層された多連キャビティ回路基板10を、真空熱プレス装置35内にセットする。この真空熱プレス装置35には、例えば、北川精機株式会社製の商品名「真空積層板プレス」が使用される。
この真空熱プレス装置35は、真空チャンバー35c内に配置された加熱可能なヒーター台35aと、ヒーター台35aに接離可能になった加熱可能なプレスヒーター35bとを有している。第1の封止用樹脂シート20Aと、第2の封止用樹脂シート20Bと、表面成形用離型シート31とが積層された多連キャビティ回路基板10は、ヒーター台35a上にセットされる。そして、ヒーター台35a上に多連キャビティ回路基板10をセットした状態で、真空チャンバー35c内を減圧して10torrとする。
次に、図16の(c)に示すように、加熱されたプレスヒーター35bを下降させて、ヒーター台35a上にセットされた多連キャビティ回路基板10を、第1の封止用樹脂シート20Aと、第2の封止用樹脂シート20Bと、表面成形用離型シート31とが積層された状態で、20kg/cmで加圧しながら100℃程度で加熱する。このとき、下側のヒーター台35aは加熱されない。プレスヒーター35bによる熱プレスを実施した後、さらに150℃程度まで加熱する。
そして、真空チャンバー35c内の減圧状態を解除して、真空チャンバー35c内を常圧に復帰させる。その後、プレスヒーター35bによる熱プレスを解除して、真空熱プレス装置35による真空熱プレス処理を終了する。
真空熱プレス装置35による真空熱プレス処理している間に、第1の封止用樹脂シート20Aおよび第2の封止用樹脂シート20Bはそれぞれ溶融して、各キャビティ12内に溶融したシリコーン樹脂が充填され、2次架橋により全硬化する。
その後、キャビティ12毎に分割、あるいは、所定の個数のキャビティ12毎に分割することにより、発光デバイスを得ることができる。
このように、蛍光体の含有率がそれぞれ異なる第1の封止用樹脂シート20Aおよび第2の封止用樹脂シート20Bを重ね合わせることで、キャビティ12内における蛍光体の分散濃度を容易に制御することができる。
なお、表面成形用離型シート31を使用することなく、直接、プレスヒーター35bの表面に離型剤を噴霧することで、封止樹脂21の表面に凹凸を形成してもよい。
また、真空熱プレス装置35に代えて、真空含浸装置を用いてもよい。真空含浸装置では、キャビティ12内に溶融したシリコーン樹脂を充填する際、チャンバー内を常圧から高圧化することで加圧する。この真空含浸装置によれば、真空含浸装置内において、高圧下で加熱して、溶融したシリコーン樹脂をキャビティ12に充填する工程を容易に実施することができるので、作業効率を向上させることができる。
(変形例4)
本実施形態では、封止用樹脂シート20上に表面成形用離型シート31を配置する方法について説明したが、表面成形用離型シート31に代えて、レンズ成形用樹脂シート25を配置してもよい。
図17の(a)〜図17の(c)は、ロッドレンズを有する発光デバイスの製造方法を示す概略図であり、図18は、図17の(c)に示される真空熱プレス装置35におけるプレス状態を示す断面図である。
図17の(a)に示すように、多連キャビティ回路基板10上に、封止用樹脂シート20と、レンズ成形用樹脂シート25とを重ねた状態で、図17の(b)に示すように、真空熱プレス装置35内にセットする。レンズ成形用樹脂シート25は、例えば、高分子量不飽和ポリエステル樹脂等から構成される。
なお、本変形例における、多連キャビティ回路基板10に形成された各キャビティ12の深さは0.6mmであり、封止用樹脂シート20の厚さは0.5mmであり、レンズ成形用樹脂シート25の厚さは1.0mmである。
真空熱プレス装置35には、プレスヒーター35bの下側に、レンズ成形用金型35dが取り付けられている。このレンズ成形用金型35dは、例えば、半径0.9mmの半円柱状のレンズ成形用溝部(成形用凹部:図18を参照)35eが、多連キャビティ回路基板10にキャビティ12の列に沿って平行に複数形成されている。真空熱プレス装置35のヒーター台35a上に多連キャビティ回路基板10をセットした状態で、真空チャンバー35c内を減圧して10torrとする。
次に、図17の(c)に示すように、加熱されたプレスヒーター35bを下降させて、多連キャビティ回路基板10上の封止用樹脂シート20およびレンズ成形用樹脂シート25を圧力20kg/cmで加圧しながら、100℃程度で加熱する。これにより、封止用樹脂シート20およびレンズ成形用樹脂シート25が溶融状態になって封止用樹脂シート20の溶融したシリコーン樹脂が各キャビティ12内に充填されると共に、レンズ成形用樹脂シート25の溶融したレンズ成形用樹脂がレンズ成形用溝部35eに充填される。
プレスヒーター35bによる熱プレスを実施した後、さらに150℃程度まで加熱する。
そして、真空チャンバー35c内の減圧状態を解除して、真空チャンバー35c内を常圧に復帰させる。その後、プレスヒーター35bによる熱プレスを解除して、真空熱プレス装置35による真空熱プレス処理を終了する。
この真空熱プレス処理により、各キャビティ12内に充填されたシリコーン樹脂、および各レンズ成形用溝部35eに充填されたレンズ成形用樹脂にそれぞれ架橋がされて硬化する。
図19の(a)は、ロッドレンズが形成された多連キャビティ回路基板10を示す斜視図であり、図19の(b)は、図19の(a)に示される多連キャビティ回路基板10を分割して得られた発光デバイス1bを示す斜視図である。
図19の(a)に示すように、各キャビティ12内に充填されたシリコーン樹脂、およびレンズ成形用溝部35eに充填されたレンズ成形用樹脂が硬化することで、多連キャビティ回路基板10上に、半円柱状のロッドレンズ25aを複数形成することができる。
この多連キャビティ回路基板10をキャビティ12毎に分割することで、図19の(b)に示すように、回路基板11のキャビティ12内に実装された発光素子13が封止樹脂21によって封止され、さらに、封止樹脂21上に半円柱状のロッドレンズ25aが設けられた発光デバイス1bを得ることができる。
なお、本変形例では、レンズ成形用樹脂シート25を溶融してレンズ成形用金型35dによってロッドレンズ25aを成形する際に、溶融したレンズ成形用樹脂内に気泡が混入することを防止するために、形成されるロッドレンズ25aの半径よりもレンズ成形用樹脂シート25の厚さを大きくすることが好ましい。さらに、レンズ成形用金型35dは、プレスヒーター35bに取り付ける必要がなく、レンズ成形用樹脂シート25上に載置した状態で使用してもよい。
また、封止樹脂21上に形成されるレンズは半円柱状のロッドレンズ25aに限られず、半球状の凸レンズ25bを形成することもできる。
図20の(a)は、凸レンズが形成された多連キャビティ回路基板10を示す斜視図であり、図20の(b)は、図20の(a)に示される多連キャビティ回路基板10を分割して得られた発光デバイス1cを示す斜視図である。
図20の(a)に示すように、多連キャビティ回路基板10の各キャビティ12上に半球状の凸レンズ25bを設けることもできる。この場合、半円柱状のレンズ成形用溝部35eに代えて、例えば、半径0.9mmの半球状のレンズ成形用凹部35f(図22を参照)が複数形成されたレンズ成形用金型35dを用いることで、半球状の凸レンズ25bを形成することができる。
これにより、この多連キャビティ回路基板10をキャビティ12毎に分割することで、図20の(b)に示すように、回路基板11のキャビティ12内に実装された発光素子13が封止樹脂21によって封止され、さらに、封止樹脂21上に半球状の凸レンズ25bが設けられた発光デバイス1cを得ることができる。
〔実施形態2〕
本発明に係る発光デバイスの製造方法に関する他の実施の一形態について、図21〜図27に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上述した実施形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本実施形態に係る発光デバイスの製造方法は、多連キャビティ回路基板10に代えて、表面が平坦になった平面回路基板60を用いている点において、実施形態1に係る発光デバイスの製造方法と主に異なっている。
<発光デバイスの製造方法>
まず、実施形態に係る発光デバイスの製造方法について、図21〜図23を参照して説明する。
図21の(a)〜図21の(e)は、本実施形態に係る発光デバイスの製造工程のうち、平面回路基板60上に発光素子を実装する工程を示す概略図である。図21の(a)に示すように、まず、表面が平坦になった平面回路基板60上に、一対のマウント用配線パターン64および接続用配線パターン66を、縦方向および横方向にマトリクス状に設ける。
次に、図21の(b)に示すように、平面回路基板60上に設けたマウント用配線パターン64上に、導電性接着剤65をそれぞれ塗布する。
次に、図21の(c)に示すように、導電性接着剤65上に発光素子63をダイボンディングする。また、図21の(d)に示すように、発光素子63の上面と、発光素子63がマウントされたマウント用配線パターン64と対をなす接続用配線パターン66とを、金線等によって構成された導電線67によってワイヤーボンディングする。
このようにして、平面回路基板60上に、発光素子13をダイボンディングおよびワイヤーボンディングにより実装した後(実装ステップ)、図21の(e)に示すように、マウント用配線パターン64および接続用配線パターン66に接続された各発光素子63を収容可能な凹部26aがエンボス加工によって形成された封止用樹脂シート26を、平面回路基板60上に重ねて配置する(配置ステップ)。
封止用樹脂シート26は、発光素子63および導電線67に接触しないように、平面回路基板60上に設けた一対のマウント用配線パターン64および接続用配線パターン66が、各凹部26aにそれぞれ収容されるように、平面回路基板60上に配置される(図22を参照)。また、封止用樹脂シート26の上面には、凹部26aに対応した凸部が形成されており、これにより、封止用樹脂シート26の厚みがほぼ一定に保たれている。
この封止用樹脂シート26は、図4に示される粘度特性を有するシリコーン樹脂からなり、1次架橋により得られる半硬化状態のシリコーン樹脂に、蛍光体が混錬されたものである。
このように、平面回路基板60上に封止用樹脂シート26を配置した後、真空熱プレス装置35(図16の(b)を参照)にセットする。
図22は、真空熱プレス装置35における加圧状態を示す断面図である。図22に示すように、本実施形態では、プレスヒーター35bの下側に、半球状のレンズ成形用凹部35fが複数形成されたレンズ成形用金型35dが取り付けられている。
真空熱プレス装置35におけるヒーター台35aに平面回路基板60をセットして、真空チャンバー内を減圧して10torrにする。このような状態になると、加熱されたプレスヒーター35bを下降させて、ヒーター台35a上にセットされた平面回路基板60を、封止用樹脂シート26が重ねられた状態で、20kg/cmで加圧しながら100℃程度で加熱する。これにより、封止用樹脂シート26のシリコーン樹脂を溶融させて、レンズ成形用金型35dのレンズ成形用凹部35fに充填することができる。さらに150℃程度まで加熱することで、レンズ成形用凹部35fに充填されたシリコーン樹脂を2次架橋により全硬化させることができる。
真空熱プレス装置35による熱プレスを実施した後、真空チャンバー35c内の減圧状態を解除して、真空チャンバー35c内を常圧に復帰させる。その後、プレスヒーター35bを上昇させて、真空熱プレス装置35による真空熱プレス処理を終了する。
図23の(a)は、図22に示される加圧プレス後の平面回路基板60の斜視図であり、図23の(b)は、図23の(a)に示される平面回路基板60を分割して得られた発光デバイス1dを示す斜視図である。図23の(a)に示すように、真空熱プレス処理が終了した平面回路基板60上には、各発光素子63が半球状の封止樹脂21によって封止された状態になる。
この平面回路基板60を発光素子63毎に分割することにより、図23の(b)に示すように、回路基板61に実装された発光素子63が、凸レンズ型の封止樹脂21によって封止された発光デバイス1dを得ることができる。
<実施形態2のまとめ>
以上のように、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法は、表面が平坦な平面回路基板60に複数の発光素子13を実装する実装ステップと、実装された各発光素子63を収容可能な複数の凹部26aが形成された封止用樹脂シート26を、各発光素子63が当該凹部26a内にそれぞれ収容されるように平面回路基板60上に配置する配置ステップと、配置した封止用樹脂シート26を、平面回路基板60に実装された各発光素子63に対向する位置にレンズ成形用凹部35fが形成されたレンズ成形用金型35dを介して加圧しながら加熱する加熱スッテップと、溶融させたシリコーン樹脂を、各レンズ成形用凹部35f内で、2次架橋により全硬化させる硬化ステップとを含んでいる。
本実施形態に係る発光デバイスの製造方法に用いられる封止用樹脂シート26は、図4に示される粘度特性を有するシリコーン樹脂からなり、1次架橋が形成された半硬化状態のシリコーン樹脂に、蛍光体が均一に分散されたものである。
それゆえ、本実施形態によれば、発光デバイス1d間の、凸レンズ型の封止樹脂21に含有される蛍光体の濃度を均等化することが可能な発光デバイスの製造方法を実現ができる。
<変形例>
次に、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法の変形例について、図24〜図27を参照して説明する。
(変形例1)
本実施形態では、凸レンズ型の封止樹脂21によって封止された発光デバイス1dの製造する方法について説明したが、本発明に係る発光デバイスの製造方法を用いてドットマトリクス型の発光表示デバイス50を製造することもできる。
図24の(a)は、ドットマトリクス型の発光表示デバイス50の一例を示す平面図であり、(b)は、(a)に示される発光表示デバイス50の断面図である。図24の(a)および図24の(b)に示すように、発光表示デバイス50は、平面回路基板51上に、一対のマウント用配線パターン54および接続用配線パターン56が、縦方向および横方向にマトリクス状に配置されている。
マウント用配線パターン54上には、導電性接着剤(図示省略)を介して発光素子53がダイボンディングされていると共に、発光素子53と接続用配線パターン56とが、金線等によって構成された導電線57によってワイヤーボンディングされている。さらに、平面回路基板51の裏面には、複数のリードピン51aが設けられている。
また、平面回路基板51上には、各発光素子53がマウントされたマウント用配線パターン54、およびその発光素子53に導電線57がワイヤーボンディングされた接続用配線パターン56を取り囲む断面円形状の開口部58aがそれぞれ形成された反射板58が設けられている。
この反射板58は、少なくとも開口部58aの内面が反射機能を有しており、この反射板58の各開口部58a内には、発光素子53、マウント用配線パターン54および接続用配線パターン56がそれぞれ収容されている。そして、各開口部58a内は、蛍光体を含有した封止樹脂21によってそれぞれ封止されている。
このようなドットマトリクス型の発光表示デバイス50は、以下のよう方法で製造することができる。
図25は、図24の(a)および、図24の(b)に示される発光表示デバイス50の製造方法の一例を示す概略図である。図25に示すように、まず、平面回路基板51上に、マウント用配線パターン54および接続用配線パターン56をそれぞれ設け、各マウント用配線パターン54上に、発光素子53を導電性接着剤(図示省略)によってダイボンディングする。また、発光素子53と接続用配線パターン56とを、金線等によって構成された導電線57によってワイヤーボンディングする(実装ステップ)。
次に、発光素子53がマウントされたマウント用配線パターン54および接続用配線パターン56が、各開口部58a内に収容されるように、平面回路基板51上に反射板58を載置する(載置ステップ)。この反射板58は、例えば、反射機能を有する樹脂成形品によって構成されている。
次に、全ての各開口部58aを塞ぐように、反射板58上に封止用樹脂シート20を配置して(配置ステップ)、平面回路基板51上に、反射板58および封止用樹脂シート20がこの順で積層された状態で、真空熱プレス装置35(図16の(b)を参照)にセットする。
図26は、真空熱プレス装置35における加圧プレス状態を示す断面図である。図26に示すように、真空熱プレス装置35は、真空チャンバー35c内に配置されたヒーター台35a上に、固定具35gが載置されると共に、上側のプレスヒーター35bの下面に押圧具35kが取り付けられている。固定具35gは、反射板58および封止用樹脂シート20が積層された平面回路基板51が嵌入される固定具凹部35hが中央部に設けられている。
固定具凹部35h内には離型紙35mが予め底面35nに敷かれており、平面回路基板51を反転させた状態、すなわち、封止用樹脂シート20を下側にして、固定具凹部35h内に配置される。これにより、封止用樹脂シート20は、離型紙35mに接触した状態になり、固定具凹部35h内に、下側から、封止用樹脂シート20と、反射板58と、平面回路基板51とがこの順で積層された状態となる。
固定具凹部35hへの配置が完了すると、真空チャンバー35c内を減圧して10torrとすると共に、ヒーター台35aを100℃程度に加熱する。そして、プレスヒーター35bを下降させて、プレスヒーター35bの下面に取り付けられた押圧具35kを平面回路基板51の裏面における各リードピン59の間に挿入した状態で、固定具凹部35h内に配置された平面回路基板51を押圧する(溶融ステップ)。このとき、押圧具35kは、平面回路基板51を、20kg/cmの圧力で押圧して封止用樹脂シート20を熱プレスする。なお、このとき、ヒーター台35aは加熱されない状態になっている。
これにより、封止用樹脂シート20は加熱され、溶融したシリコーン樹脂が反射板58の全ての開口部58a内に充填された状態になると、ヒーター台35aを150℃程度まで加熱する(硬化ステップ)。
この熱プレスを実施した後、真空チャンバー35c内の減圧状態を解除して、真空チャンバー35c内を常圧に復帰させる。その後、押圧具35kによる熱プレスを解除して、真空熱プレス装置35による真空熱プレス処理を終了する。
このような真空熱プレス処理が終了すると、開口部58aを覆うシリコーン樹脂が全硬化し、これにより、図24の(a)および図24の(b)に示すドットマトリクス型の発光表示デバイス50を製造することができる。
このドットマトリクス型の発光表示デバイスの製造方法によれば、反射板58上に封止用樹脂シート20を重ねるだけでよく、反射板58を固定するための特別な作業も不要になる。
(変形例2)
本実施形態では、平面回路基板60上に複数の発光素子63を実装し、各発光素子63を同時に封止することで複数の発光デバイス1dを製造する方法について説明したが、本発明に係る発光デバイスの製造方法を用いて、単一の発光デバイス1eを製造してもよい。
図27の(a)〜図27の(c)は、単一の発光デバイス1eの製造方法を示す概略図である。まず、図27の(a)に示すように、表面が平坦になった回路基板71上に、一対のマウント用配線パターン74および接続用配線パターン76を設けて、マウント用配線パターン74上に発光素子73を接着する。そして、発光素子73とマウント用配線パターン74とを金線等によって構成された導電線77bによってワイヤーボンディングすると共に、発光素子73と接続用配線パターン76とを金線等によって構成された導電線77aによってワイヤーボンディングする(実装ステップ)。さらに、マウント用配線パターン74および接続用配線パターン76には、溶融したシリコーン樹脂を回路基板71の上面に留めるための樹脂ダム機構78を設ける。そして、発光素子73が実装された回路基板71を熱板79にセットし、発光素子73の上面と対向する位置に、個片化した封止用樹脂シート20を配置する(配置ステップ)。
次に、図27の(b)に示すように、熱板79によって回路基板71を下方から加熱して(溶融ステップ)、封止用樹脂シート20を溶融する。
次に、図27の(c)に示すように、溶融したシリコーン樹脂を発光素子73の上面および側面に密着させた状態で、さらに加熱して2次架橋により全硬化させて封止樹脂21を形成する(硬化ステップ)。
このように、本実施例によれば、加圧するための機構を用いることなく、回路基板71に実装された発光素子73の上面と対向する位置に個片化した封止用樹脂シート20を配置して加熱することで、発光デバイス1eを製造することができる。
なお、封止樹脂21上には、発光デバイス1eの配光特性を調整するために、蛍光体を含まない、ドーム形状やレンズ形状等の透明な樹脂層(封止用樹脂シート20と同じシリコーン樹脂でもよいし、他の樹脂材料でもよい)を適宜形成してもよい。
また、個片化した封止用樹脂シート20を用いて、図2の(a)に示される多連キャビティ回路基板10の各キャビティ12内に実装された発光素子13を封止することも可能である。この場合であっても、蛍光体の分散状態が均一な封止用樹脂シート20から同じ大きさに個片化したものを用いることで、発光デバイス間の蛍光体濃度を等しくすることができる。
〔実施形態3〕
本発明に係る発光デバイスの製造方法に関する別の実施の一形態について、図28〜図31に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上述した実施形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本実施形態に係る発光デバイスの製造方法は、封止用樹脂シート20に代えて、その封止用樹脂シート20に使用されるシリコーン樹脂の粉末と蛍光体とが混合された封止用混合粉末(封止材)120を使用する点において、実施形態1と主に異なっている。
<発光デバイスの製造方法>
図28の(a)〜図28の(d)は、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法を示す概略図である。図28の(a)に示すように、まず、発光素子13が実装された多連キャビティ回路基板10の表面全体に、シリコーン樹脂の粉末と蛍光体とが混合された封止用混合粉末120を振りかけて(または、塗布して)、図28の(b)に示すように、多連キャビティ回路基板10全体が封止用混合粉末120にて覆われた状態とする(配置ステップ)。
この封止用混合粉末120は、図4に示される粘度特性を有するシリコーン樹脂からなり、1次架橋されたが半硬化状態のシリコーン樹脂の粉末と蛍光体とを、蛍光体の分散状態が均一になるまで十分に混合したものである。シリコーン樹脂の粉末化する方法は特に限定されないが、例えば、冷却機能を有するジェットミルを用いて低温で直径10μm程度に粉砕する方法が挙げられる。
また、1次架橋反応済みのシリコーン樹脂の粉末と蛍光体とを混合して封止用混合粉末120を調製する際、2次架橋反応済みのシリコーン樹脂の粉末をさらに混合してもよい。2次架橋反応済みのシリコーン樹脂は、硬化ステップ等における加熱においても全硬化状態を維持する。そのため、封止用混合粉末120に2次架橋反応済みのシリコーン樹脂の粉末を混合することによって、キャビティ12内に充填された封止用混合粉末120が加熱されて、1次架橋反応済みのシリコーン樹脂が溶融状態となったときに生じ得る蛍光体の沈降を抑制することができる。
次に、図28の(c)に示すように、多連キャビティ回路基板10の表面に沿って、スキージ36を当接させながら移動させることにより、多連キャビティ回路基板10の表面に付着した封止用混合粉末120を取り除く。これにより、多連キャビティ回路基板10の各キャビティ12内に封止用混合粉末120が満杯に満たされた状態となる。このとき、各キャビティ12内に充填(配置)された封止用混合粉末120に含まれる蛍光体の含有量は、ほぼ均等化されている。なお、多連キャビティ回路基板10の表面から取り除いた封止用混合粉末120は、1次架橋反応はしているが、2次架橋反応をしていない未硬化樹脂なので、回収して再利用することが可能である。
各キャビティ12内に封止用混合粉末120が充填されると、図28の(d)に示すように、多連キャビティ回路基板10が、真空加熱炉33内に挿入されて加熱される。真空加熱炉33によって封止用混合粉末120が100℃程度に加熱されると、各キャビティ12内のシリコーン樹脂の粉末が溶融すると共に、真空加熱炉33内が真空になることによって溶融したシリコーン樹脂が脱泡される(溶融ステップ)。その後、真空加熱炉33によって、さらにシリコーン樹脂が150℃程度の高温に加熱されると、シリコーン樹脂は2次架橋により硬化する(硬化ステップ)。
その後、多連キャビティ回路基板10が、各キャビティ12毎に分割されることによりことで、キャビティ12内の発光素子13が封止樹脂21にて封止された発光デバイスを得ることができる。
本実施形態に係る発光デバイスの製造方法によれば、図27の(a)〜図27の(c)に示す個片化した封止用樹脂シート20を用いる方法に比べて、封止樹脂21における蛍光体の分散状態の均一性を簡便に向上させることができる。
なぜなら、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法では、粉末状のシリコーン樹脂と蛍光体とを混合するため、シリコーン樹脂の粘度の影響を受けずに蛍光体を十分に分散させることが可能であり、封止用混合粉末120における蛍光体の分散状態をより均一にすることができるからである。
図29は、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法に関する各種データを示す表である。図29には、比較例として、図8に示す従来のキャスティング封止法と、実施形態1のシート樹脂法によるデータを併せて記載している。
図29に示すように、色度分布幅については、従来のキャスティング封止法が15ランクであり、実施形態1のシート樹脂法が3ランクであったのに対して、本実施形態の粉体塗布法は、色度分布幅が1ランクであり、色度値のばらつきが大幅に改善されている。これは、本実施形態の粉体塗布法では、キャビティ12内に封止用混合粉末120を充填する工程(配置ステップ)において、キャビティ12内に充填された封止用混合粉末120に含まれる蛍光体濃度、蛍光体量にあまり影響を与えることなく、各キャビティ12間における多連キャビティ回路基板10の表面に付着した不要な封止用混合粉末120の除去が可能であるため、キャビティ12内に充填される封止用混合粉末120の量を、他の方法に比べて、より確実に制御できるためである。
なお、色度分布幅をさらに改善するために、シリコーン樹脂の粉末粒子と蛍光体粒子との粒径サイズは異ならせることが好ましい。これにより、キャビティ12内に封止用混合粉末120を充填する際、シリコーン樹脂の粉末と蛍光体との間に、空気の隙間が生じることを低減できるので、加熱後に生じるシリコーン樹脂の体積収縮率を小さくすることができる。
このように、本実施形態の粉体塗布法により製造した発光デバイスは、従来のキャスティング封止法、および実施形態1のシート樹脂法により製造された発光デバイスに比べて、X、Yの値が小さく、ランク(分割)の値も小さくなるので、量産した発光デバイス間の色度値のばらつきが非常に小さくなることが分かる。
また、廃棄樹脂・蛍光体量については、従来のキャスティング封止法が50部ランクであり、実施形態1のシート樹脂法が10部であったのに対して、本実施形態の粉体塗布法は、廃棄樹脂・蛍光体量が原則ゼロである。これは、本実施形態の粉体塗布法では、封止用混合粉末120を各キャビティ12内に充填する工程において、キャビティ12から溢れ出た余分な封止用混合粉末120を回収して、再利用することができるためである。
このように、本実施形態の粉体塗布法によれば、廃棄樹脂・蛍光体量が原則ゼロとなるため、極めて経済的であることが分かる。
<実施形態3のまとめ>
以上のように、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法は、配置ステップにおいて、発光素子13が実装されたキャビティ12内に、シリコーン樹脂の粉末と蛍光体とが混合された封止用混合粉末120を充填した状態で加熱することで、キャビティ12内の発光素子13を封止するものである。
本実施形態に係る発光デバイスの製造方法によれば、シリコーン樹脂の粉末と蛍光体とを、蛍光体の分散状態が均一になるまで十分に混合することで、配置ステップにおいて各キャビティ12内に配置される封止用混合粉末120に含まれる蛍光体の含有量をほぼ均等化することができる。
それゆえ、本実施形態によれば、発光デバイス間の蛍光体の濃度を均等化することが可能な発光デバイスの製造方法を実現することができる。
<変形例>
次に、本実施形態に係る発光デバイスの製造方法の変形例について、図30および図31を参照して説明する。
(変形例1)
本実施形態では、シリコーン樹脂の粉末と蛍光体とが混合された封止用混合粉末120を使用する方法について説明したが、封止用混合粉末120に代えて、蛍光体を包含するシリコーン樹脂の粉末からなる封止用樹脂粉末121(封止材)を使用してもよい。
図30は、蛍光体を包含するシリコーン樹脂の粉末である封止用樹脂粉末121の製造過程を示す概略図である。
封止用樹脂粉末121は、図4に示される粘度特性を有するシリコーン樹脂に蛍光体を均一に分散させた粉末である。この封止用樹脂粉末121は、図30に示すように、蛍光体が均一に分散されたシリコーン樹脂22である混錬樹脂24(図9の(c)を参照)を、冷却機能を有するジェットミルを用いて低温で直径25μm程度に粉砕することによって得られる。
この封止用樹脂粉末121を封止用混合粉末120に代えて使用した場合であっても、各キャビティ12内に充填される封止用樹脂粉末121に含まれる蛍光体の含有量をほぼ均等化されるので、発光デバイス間の蛍光体の濃度を均等化することが可能な発光デバイスの製造方法を実現することができる。
(変形例2)
上述の封止用混合粉末120または封止用樹脂粉末121を押し固めることでタブレット状に成形した封止用樹脂タブレット(封止材)122を用いてキャビティ12を封止してもよい。
図31の(a)〜図31の(c)は、封止用樹脂タブレット122を用いた発光デバイスの製造方法を示す概略図である。この場合、図31の(a)に示すように、回路基板11に形成されたキャビティ12内に、封止用樹脂タブレット122を配置する(配置ステップ)。この封止用樹脂タブレット122は、図28の(a)に示す封止用混合粉末120、または図30に示す封止用樹脂粉末121を押し固めることでタブレット状に成形したものである。
なお、封止用混合粉末120または封止用樹脂粉末121をタブレット化する工程では低温で加熱を行ってもよい。これにより、シリコーン樹脂の粉末と蛍光体間、および蛍光体を包含したシリコーン樹脂の粉末間の密着性を向上させて、容易に一体(タブレット)化することができる。
次に、図31の(b)に示すように、キャビティ12内に封止用樹脂タブレット122を配置した状態で、熱板79によって回路基板11を下方から加熱することで封止用樹脂タブレット122を溶融する(溶融ステップ)。
次に、図31の(c)に示すように、溶融したシリコーン樹脂を発光素子13の上面および側面に密着させた状態で、さらに2次架橋温度Tまで加熱して2次架橋によりシリコーン樹脂を全硬化させる(硬化ステップ)。これにより、封止樹脂21を形成して、発光デバイス1fを製造することができる。
このように、本実施例によれば、真空にするための機構を用いることなく、キャビティ12内に配置された封止用樹脂タブレット122を加熱することで、発光デバイス1fを製造することができる。
本変形例に係る発光デバイスの製造方法によれば、封止用混合粉末120または封止用樹脂粉末121をそのまま用いる方法に比べて、シリコーン樹脂の粉末と蛍光体間、および蛍光体を包含したシリコーン樹脂の粉末間に空隙が生じないので、加熱後に生じるシリコーン樹脂の体積収縮率を小さくすることができる。従って、キャビティ12のサイズにあった封止が可能となり、発光デバイス1f間の色度値のばらつきをさらに低減することができる。
また、本変形例に係る発光デバイスの製造方法によれば、封止用混合粉末120および封止用樹脂粉末121の取り扱い性を向上させることができる。
(変形例3)
上述の封止用混合粉末120を押し固めることでシート状に成形した封止用混合粉末シート(封止用樹脂シート・封止材)123を用いてキャビティ12を封止してもよい。
図32の(a)〜図32の(e)は、図28の(a)に示される封止用混合粉末120をシート化した封止用混合粉末シート123の製造方法を示す概略図である。
図32の(a)に示されるように、まず、1次架橋された半硬化状態のシリコーン樹脂の粉末と蛍光体とを、分散状態が均一になるまで十分に混合して封止用混合粉末120を得る。
次に、図32の(b)に示すように、封止用混合粉末120を金型に投入し、図32の(c)に示すように、加圧板30を用いて圧縮成型することによって、封止用混合粉末120をシート状に成型する。
これにより、図32(d)に示すように、封止用混合粉末120をシート状に押し固めて成形した封止用混合粉末シート123を製造することができる。
このような封止用混合粉末シート123の製造方法では、図9の(a)〜図9の(e)に示すような混錬樹脂24をシート化して封止用樹脂シート20を製造する製造方法では必須となる、混錬時のシリコーン樹脂の粘度調整を行うための温度調整機能、および蛍光体に対する耐磨耗性を有する高価な混錬設備を用いることないので(ドライブレンド法)、低コスト、且つ、短時間に封止用混合粉末シート123を製造することができる。
このようにして製造された封止用混合粉末シート123は、図3の(a)に示す封止用樹脂シート20に代えて用いることが可能ある。
なお、封止用混合粉末シート123の製造に用いられる封止用混合粉末120には、2次架橋により全硬化状態となったシリコーン樹脂の粉末がさらに混合されていることが好ましい。2次架橋されたシリコーン樹脂は、溶融ステップおよび硬化ステップにおける加熱においても全硬化状態を維持するため、封止用混合粉末120に2次架橋されたシリコーン樹脂の粉末を混合してシート化することによって、硬化ステップ等の加熱時における蛍光体の沈降を抑制可能な封止用混合粉末シート123を製造することができる。
なお、図32の(e)に示すように、封止用混合粉末シート123を個片化し、個片化した封止用混合粉末シート123を用いて発光素子13を個別に封止してもよい。
〔実施形態の総括〕
以上のように、本発明に係る封止材は、少なくとも熱可塑性樹脂と蛍光体とを含み、前記熱可塑性樹脂は、所定の架橋温度未満の温度において熱可塑性を有し、前記架橋温度以上の温度で不可逆的に硬化することを特徴とする。
また、本発明に係る封止材では、前記熱可塑性樹脂は、前記架橋温度未満の温度において一次架橋を形成しており、前記架橋温度以上の温度で二次架橋を形成することが好ましい。
また、本発明に係る封止材では、前記架橋温度は、120℃以上170℃以下であることが好ましい。
また、本発明に係る封止材では、前記封止材は、前記蛍光体を内部に分散させた前記熱可塑性樹脂がシート状に成形された封止シートであることが好ましい。
また、本発明に係る封止材では、前記封止シートに、貫通孔が形成されていることが好ましい。
また、本発明に係る封止材では、前記封止シートの表面に、複数の凹部が形成されていることが好ましい。
また、本発明に係る封止材では、前記封止シートの表面に、複数の凸部が形成されていることが好ましい。
また、本発明に係る封止材では、前記封止材は、前記蛍光体を内部に分散させた前記熱可塑性樹脂の粉末を少なくとも含む封止粉末であることが好ましい。
また、本発明に係る封止材では、前記封止材は、前記熱可塑性樹脂の粉末と前記蛍光体の粉末とが少なくとも混合された封止粉末であることが好ましい。
また、本発明に係る封止材では、前記封止粉末は、前記熱可塑性樹脂の粉末の粒径と前記蛍光体の粉末の粒径とが異なることが好ましい。
また、本発明に係る封止材では、前記封止粉末は、所定の形状に押し固められていることが好ましい。
また、本発明に係る封止材では、前記所定の形状は、タブレット状であることが好ましい。
また、本発明に係る封止材では、前記所定の形状は、シート状であることが好ましい。
また、本発明に係る封止材では、前記封止粉末には、二次架橋が形成された前記熱可塑性樹脂の粉末がさらに混合されていることが好ましい。
また、本発明に係る封止材では、前記熱可塑性樹脂は、ベンゼン、トルエンおよびキシレンから成る溶剤を含有していることが好ましい。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
〔補足〕
なお、本発明は、下記のように表現することができる。すなわち、本発明に係る発光デバイスの製造方法は、基板に、少なくとも1つの発光素子を、ワイヤーボンディングを用いて実装する実装ステップと、前記実装ステップにて実装した前記発光素子の上面と対向する位置に、1次架橋により半硬化状態となったシリコーン樹脂と、蛍光体とを少なくとも含む封止材を配置する配置ステップと、前記配置ステップにて配置した前記封止材を、1次架橋された前記シリコーン樹脂が2次架橋により全硬化する温度である2次架橋温度未満の温度で加熱して、前記封止材を溶融させる溶融ステップと、前記溶融ステップにて溶融した前記封止材を前記発光素子の少なくとも上面に密着させた状態で、前記封止材を前記2次架橋温度以上の温度で加熱する硬化ステップとを含み、前記シリコーン樹脂は、室温から前記2次架橋温度未満までの温度領域で可逆的に粘度が低下し、前記2次架橋温度以上の温度領域で非可逆的に全硬化することを特徴とする。
上記の方法では、基板に実装した発光素子の上面と対向する位置に、1次架橋により半硬化状態となったシリコーン樹脂と、蛍光体とを少なくとも含む封止材を配置する。
ここで、このシリコーン樹脂は、室温から2次架橋温度未満までの温度領域で可逆的に粘度が低下し、2次架橋温度以上の温度領域で非可逆的に全硬化するものである。そのため、室温から2次架橋温度未満までの温度領域において温度を変化させることで、シリコーン樹脂の粘度を繰り返し制御することができる。
従って、例えば、このシリコーン樹脂に蛍光体を混錬する際、混錬された蛍光体が沈降しない程度にシリコーン樹脂の粘度を制御(低く)することで、シリコーン樹脂に蛍光体を均一に分散させることが可能となる。
それゆえ、上記の方法によれば、蛍光体をシリコーン樹脂に均一に分散させた封止材を得ることができるため、この封止材を用いて発光素子を封止することで、発光デバイス間の蛍光体の濃度を均等化し、蛍光体濃度、蛍光体含有量に起因する色度値のばらつきを低減することが可能な発光デバイスの製造方法を実現することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記配置ステップにおいて配置される前記封止材は、1次架橋された前記シリコーン樹脂の粉末と前記蛍光体とが少なくとも混合された封止用混合粉末が好ましい。
上記の方法によれば、1次架橋されたシリコーン樹脂の粉末と蛍光体とを、十分に混合することで、封止用混合粉末に対する蛍光体の分散状態を均一にする。
従って、上記の製造方法によれば、配置ステップにおいて一定量の封止用混合粉末を配置することにより、発光デバイス間の蛍光体の濃度を均等化することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記封止用混合粉末には、2次架橋により全硬化状態となった前記シリコーン樹脂の粉末がさらに混合されていることが好ましい。
上記の方法では、封止用混合粉末には、2次架橋により全硬化状態となったシリコーン樹脂の粉末がさらに混合されている。2次架橋されたシリコーン樹脂は、溶融ステップおよび硬化ステップにおける加熱においても全硬化状態を維持するため、封止用混合粉末に2次架橋されたシリコーン樹脂の粉末を含めることによって、溶融ステップおよび硬化ステップにおける蛍光体の沈降を抑制することができる。
従って、上記の方法によれば、発光デバイスにおける蛍光体の分散状態を向上させることができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記配置ステップにおいて配置される前記封止材は、1次架橋された前記シリコーン樹脂を少なくとも含む、前記蛍光体を包含したシートからなる封止用樹脂シートであることが好ましい。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記封止用樹脂シートは、前記2次架橋温度未満の温度で加熱した、1次架橋された前記シリコーン樹脂に、前記蛍光体を混錬することで得られた混錬樹脂をシート化したものであることが好ましい。
上記の方法によれば、蛍光体が沈降しない程度にシリコーン樹脂の粘度を制御しつつ、蛍光体をシリコーン樹脂に混錬することで、シリコーン樹脂に蛍光体が均一に分散した混錬樹脂を得ることができる。
従って、この混錬樹脂をシート化した封止用樹脂シートを、配置ステップにおいて配置することにより、発光デバイス間の蛍光体の濃度を均等化することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記封止用樹脂シートは、1次架橋された前記シリコーン樹脂の粉末と前記蛍光体とが少なくとも混合された封止用混合粉末を押し固めてシート化したものであることが好ましい。
上記の方法によれば、封止用樹脂シートは、1次架橋された前記シリコーン樹脂の粉末と蛍光体とが少なくとも混合された封止用混合粉末を押し固めてシート化したものである。そのため、混錬樹脂をシート化して封止用樹脂シートを製造する上述の封止用樹脂シートの製造方法では必須となる、混錬時のシリコーン樹脂の粘度調整を行うための温度調整機能、および蛍光体に対する耐磨耗性を有する高価な混錬設備を用いることなく、容易に封止用樹脂シートを製造することができる。
従って、上記の方法によれば、低コスト、且つ、短時間に封止用樹脂シートを製造することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記封止用混合粉末には、2次架橋により全硬化状態となった前記シリコーン樹脂の粉末がさらに混合されていることが好ましい。
上記の方法では、封止用混合粉末には、2次架橋により全硬化状態となったシリコーン樹脂の粉末がさらに混合されている。2次架橋されたシリコーン樹脂は、硬化ステップ等における加熱においても全硬化状態を維持するため、封止用混合粉末に2次架橋されたシリコーン樹脂の粉末を混合してシート化することによって、硬化ステップ等の加熱時における蛍光体の沈降を抑制可能な封止用樹脂シートを製造することができる。
従って、上記の方法によれば、発光デバイスにおける蛍光体の分散状態を向上させることができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記配置ステップにおいて配置される前記封止材は、前記蛍光体を包含する、1次架橋された前記シリコーン樹脂の粉末からなる封止用樹脂粉末であることが好ましい。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記封止用樹脂粉末は、前記2次架橋温度未満の温度で加熱した、1次架橋された前記シリコーン樹脂に、前記蛍光体を混錬することで得られた混錬樹脂を粉末化したものであることが好ましい。
上記の方法によれば、蛍光体が沈降しない程度にシリコーン樹脂の粘度を制御しつつ、蛍光体をシリコーン樹脂に混錬することで、シリコーン樹脂に蛍光体が均一に分散した混錬樹脂を得ることができる。
従って、この混錬樹脂を粉末化した封止用樹脂粉末を、配置ステップにおいて一定量配置することにより、発光デバイス間の蛍光体の濃度を均等化することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記実装ステップにおいて、上方に向かって開口する複数のキャビティが形成された前記基板の各キャビティ内に前記発光素子をそれぞれ実装し、前記配置ステップにおいて、前記封止材として、前記封止用樹脂シートを、前記基板に形成された全てのキャビティを覆うように前記基板上に重ねて配置し、前記溶融ステップにおいて、溶融した前記封止材が各キャビティ内に充填されるように加圧し、前記硬化ステップにおいて、各キャビティ内に充填された前記封止材に含まれる1次架橋された前記シリコーン樹脂を全硬化させることが好ましい。
上記の方法では、封止材である封止用樹脂シートを、基板に形成された全てのキャビティを覆うように基板上に重ねた状態で、溶融した封止材(シリコーン樹脂)が各キャビティ内に充填されるように加圧しながら加熱するため、溶融した封止材を各キャビティ内に同時に充填することができる。そして、各キャビティ内に充填した封止材に含まれる1次架橋されたシリコーン樹脂を全硬化させることにより、各キャビティ内に実装された発光素子を同時に封止することができる。
従って、上記の方法によれば、キャビティごとに溶融した封止材を個別に充填する方法に比べて、充填される封止材の特性や量がキャビティごとに変化することを低減することができるので、発光デバイスの特性のばらつきを抑制することができる。
また、上記の方法によれば、溶融した封止材を各キャビティ内に充填するための特別なディスペンサーや成形機等を使用することなく、溶融した封止材を各キャビティ内に同時に充填することができるので、発光デバイスの生産効率を著しく向上させることができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記基板には、各キャビティに貫通孔が設けられていることが好ましい。
上記の方法によれば、基板に形成された各キャビティに貫通孔が設けられているため、各キャビティ内の空気の排出を促進することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記封止用樹脂シートには、各キャビティと対向する位置に貫通孔が設けられていることが好ましい。
上記の方法によれば、封止用樹脂シートの各キャビティと対向する位置に貫通孔が設けられているので、各キャビティ内の空気の排出を促進することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記配置ステップにおいて、前記封止用樹脂シート上に、表面に梨地状の凹凸が形成された表面成形用離型シートをさらに重ねて配置し、前記硬化ステップにおいて、各キャビティ内に充填された前記封止材の表面に前記表面成形用離型シートを当接させた状態で、前記封止材に含まれる1次架橋された前記シリコーン樹脂を全硬化させることが好ましい。
上記の方法では、配置ステップにおいて、表面に梨地状の凹凸が形成された表面成形用離型シートを封止用樹脂シート上に重ねて配置し、硬化ステップにおいて、各キャビティ内に充填された封止材の表面に表面成形用離型シートを当接させた状態で、封止材に含まれる1次架橋されたシリコーン樹脂を全硬化させる。
従って、上記の方法によれば、全硬化したシリコーン樹脂の表面に梨地状の凹凸が形成されるため、この凹凸によって発光デバイスの光取り出し効率を向上させることができる。
また、表面成形用離型シートにポーラス状の紙質のものを用いることで、キャビティ内の空気の排出を円滑に行うことも可能である。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記配置ステップにおいて、前記封止用樹脂シート上に、光透過性を有する樹脂からなるレンズ成形用樹脂シートをさらに重ねて配置し、前記溶融ステップにおいて、前記基板に実装された各発光素子に対向する位置にレンズ成形用凹部が形成されたレンズ成形用金型を介して、前記レンズ成形用樹脂シートを前記封止用樹脂シートに向けて加圧することが好ましい。
上記の方法では、封止用樹脂シート上に、光透過性を有する樹脂からなるレンズ成形用樹脂シートをさらに重ねて配置する。そして、各キャビティに対向する位置にレンズ成形用凹部が形成されたレンズ成形用金型を介して、レンズ成形用樹脂シートを封止用樹脂シートに向けて加圧する。そのため、溶融したレンズ成形用樹脂シートを構成する樹脂をレンズ成形用凹部に充填することができる。
従って、上記の方法によれば、レンズ成形用凹部に充填された状態でレンズ成形用樹脂シートを構成する樹脂を硬化させることで、レンズが付加された複数の発光デバイスを同時に製造することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記実装ステップにおいて、表面が平坦な前記基板に複数の前記発光素子を実装し、前記配置ステップにおいて、前記封止材として、前記基板に実装された各発光素子を収容可能な複数の凹部が形成された前記封止用樹脂シートを、各発光素子が前記凹部内にそれぞれ収容されるように前記基板上に配置し、前記溶融ステップにおいて、前記基板に実装された各発光素子に対向する位置にレンズ成形用凹部が形成されたレンズ成形用金型を介して、溶融した前記封止材が各レンズ成形用凹部に充填されるように加圧し、前記硬化ステップにおいて、各レンズ成形用凹部内に充填された前記封止材に含まれる1次架橋された前記シリコーン樹脂を全硬化が好ましい。
上記の方法では、表面が平坦な基板に複数の発光素子を実装し、基板に実装された各発光素子を収容可能な複数の凹部が形成された封止用樹脂シート(封止材)を、各発光素子が当該凹部内にそれぞれ収容されるように基板上に重ねて配置する。そして、基板に実装された各発光素子に対向する位置にレンズ成形用凹部が形成されたレンズ成形用金型を介して、封止用樹脂シートを基板に向けて加圧する。そのため、溶融した封止材を各レンズ成形用凹部内に充填して、レンズ成形用凹部内で封止材に含まれる1次架橋されたシリコーン樹脂を2次架橋により全硬化させるができ。
従って、上記の方法によれば、封止材がレンズ形状に成形された複数の発光デバイスを同時に製造することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記発光素子を収容可能な複数の開口部が形成され、且つ、少なくとも各開口部の内面が反射機能を有する反射板を載置する載置ステップをさらに含み、前記実装ステップにおいて、表面が平坦な前記基板に複数の前記発光素子を実装し、前記載置ステップにおいて、前記基板に実装された各発光素子が前記開口部内にそれぞれ収容されるように、前記反射板を前記基板上に載置し、前記配置ステップにおいて、前記封止材として、前記封止用樹脂シートを、前記基板に載置された前記反射板に形成された全ての開口部を覆うように前記反射板上に配置し、前記溶融ステップにおいて、溶融した前記封止材が各開口部に充填されるように加圧し、前記硬化ステップにおいて、各開口部内に充填された前記封止材に含まれる1次架橋された前記シリコーン樹脂を全硬化させることが好ましい。
上記の方法では、封止材である封止用樹脂シートを、反射板に形成された全ての開口部を覆うように反射板上に配置する。そして、溶融したシリコーン樹脂が各開口部内に充填されるように加圧しながら封止用樹脂シートを加熱し、各開口部内に充填された封止材に含まれる1次架橋されたシリコーン樹脂を全硬化させる。そのため、溶融した封止材を各開口部内に同時に充填して、各開口部内に実装された発光素子を同時に封止することができる。
従って、上記の方法によれば、発光素子からの光の利用効率を向上させた反射機能を有する複数の発光デバイスを同時に製造することができる。
また、上記の方法によれば、開口部ごとに溶融した封止材を個別に充填する方法に比べて、充填される封止材の特性や量が開口部ごとに変化することが低減されるので、発光デバイスの特性のばらつきを抑制することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記溶融ステップにおいて、前記封止用樹脂シートを、前記基板に向けて真空圧により加圧することが好ましい。
上記の方法によれば、封止用樹脂シートを、基板に向けて真空により加圧しながら加熱するため、各キャビティ内の空気を確実に排出することができると共に、溶融したシリコーン樹脂内に空気が混入することを抑制することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記封止用樹脂シートを、真空熱プレス装置によって加熱および加圧することが好ましい。
上記の方法によれば、真空熱プレス装置内において、真空状態で加熱する工程を容易に実施することができるので、作業効率を向上させることができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記配置ステップにおいて、蛍光体の含有率がそれぞれ異なる前記封止用樹脂シートを重ねて配置することが好ましい。
上記の方法によれば、蛍光体の含有率がそれぞれ異なる複数の封止用樹脂シートを重ね合わせるため、封止用樹脂シートの組み合わせを変更することで蛍光体の分散濃度を容易に制御することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記封止用樹脂シートを、真空含浸装置によって加熱および加圧することが好ましい。
上記の方法によれば、真空含浸装置内において、高圧下で加熱する工程を容易に実施することができるので、作業効率を向上させることができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記実装ステップにおいて、上方に向かって開口するキャビティが形成された前記基板の前記キャビティ内に前記発光素子を実装し、前記配置ステップにおいて、前記封止材として、前記封止用混合粉末を、前記発光素子が実装された前記キャビティ内に配置することが好ましい。
上記の方法によれば、配置ステップにおいて、発光素子が実装されたキャビティ内に、封止材として封止用混合粉末を配置することにより、発光デバイス間の蛍光体の濃度を容易に均等化することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記封止用混合粉末は、タブレット状に押し固められていることが好ましい。
上記の方法では、封止用混合粉末をそのまま用いる方法に比べて、シリコーン樹脂の粉末と蛍光体間に空隙が生じ難いので、加熱後に生じるシリコーン樹脂の体積収縮率を小さくすることができる。
従って、上記の方法によれば、発光デバイス間の色度値のばらつきをさらに低減することができると共に、封止用混合粉末の取り扱い性を向上させることができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記実装ステップにおいて、上方に向かって開口するキャビティが形成された前記基板の前記キャビティ内に前記発光素子を実装し、前記配置ステップにおいて、前記封止材として、前記封止用樹脂粉末を、前記発光素子が実装された前記キャビティ内に配置することが好ましい。
上記の方法によれば、配置ステップにおいて、発光素子が実装されたキャビティ内に、封止材として封止用樹脂粉末を配置することにより、発光デバイス間の蛍光体の濃度を容易に均等化することができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記封止用樹脂粉末は、タブレット状に押し固められていることが好ましい。
上記の方法では、封止用樹脂粉末をそのまま用いる方法に比べて、蛍光体を包含するシリコーン樹脂間に空隙が生じ難いので、加熱後に生じるシリコーン樹脂の体積収縮率を小さくすることができる。
従って、上記の方法によれば、発光デバイス間の色度値のばらつきをさらに低減することができると共に、封止用樹脂粉末の取り扱い性を向上させることができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法では、前記溶融ステップにおいて、真空環境下で前記シリコーン樹脂を溶融させることが好ましい。
上記の方法では、溶融ステップにおいて、真空環境下でシリコーン樹脂を溶融させることにより、キャビティ12内で溶融したシリコーン樹脂の脱泡を行うことができる。
従って、上記の方法によれば、キャビティの内面と全硬化したシリコーン樹脂との密着性を向上させることができる。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法は、基板に、少なくとも1つの発光素子を実装する実装ステップと、前記実装ステップにて実装した前記発光素子の上面と対向する位置に、1次架橋により半硬化状態となったシリコーン樹脂と、蛍光体とを少なくとも含む封止材を配置する配置ステップと、前記配置ステップにて配置した前記封止材を、1次架橋された前記シリコーン樹脂が2次架橋により全硬化する温度である2次架橋温度未満の温度で加熱して、前記封止材を溶融させる溶融ステップと、前記溶融ステップにて溶融した前記封止材を前記発光素子の少なくとも上面に密着させた状態で、前記封止材を前記2次架橋温度以上の温度で加熱する硬化ステップとを含み、前記シリコーン樹脂は、室温から前記2次架橋温度未満までの温度領域で可逆的に粘度が低下し、前記2次架橋温度以上の温度領域で非可逆的に全硬化するものであり、前記配置ステップにおいて配置される前記封止材は、1次架橋された前記シリコーン樹脂の粉末と前記蛍光体とが少なくとも混合された封止用混合粉末であることを特徴とする。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法は、基板に、少なくとも1つの発光素子を実装する実装ステップと、前記実装ステップにて実装した前記発光素子の上面と対向する位置に、1次架橋により半硬化状態となったシリコーン樹脂と、蛍光体とを少なくとも含む封止材を配置する配置ステップと、前記配置ステップにて配置した前記封止材を、1次架橋された前記シリコーン樹脂が2次架橋により全硬化する温度である2次架橋温度未満の温度で加熱して、前記封止材を溶融させる溶融ステップと、前記溶融ステップにて溶融した前記封止材を前記発光素子の少なくとも上面に密着させた状態で、前記封止材を前記2次架橋温度以上の温度で加熱する硬化ステップとを含み、前記シリコーン樹脂は、室温から前記2次架橋温度未満までの温度領域で可逆的に粘度が低下し、前記2次架橋温度以上の温度領域で非可逆的に全硬化するものであり、前記配置ステップにおいて配置される前記封止材は、1次架橋された前記シリコーン樹脂を少なくとも含む、前記蛍光体を包含したシートからなる封止用樹脂シートであり、前記封止用樹脂シートは、前記2次架橋温度未満の温度で加熱した、1次架橋された前記シリコーン樹脂に、前記蛍光体を混錬することで得られた混錬樹脂をシート化したものであることを特徴とする。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法は、基板に、少なくとも1つの発光素子を実装する実装ステップと、前記実装ステップにて実装した前記発光素子の上面と対向する位置に、1次架橋により半硬化状態となったシリコーン樹脂と、蛍光体とを少なくとも含む封止材を配置する配置ステップと、前記配置ステップにて配置した前記封止材を、1次架橋された前記シリコーン樹脂が2次架橋により全硬化する温度である2次架橋温度未満の温度で加熱して、前記封止材を溶融させる溶融ステップと、前記溶融ステップにて溶融した前記封止材を前記発光素子の少なくとも上面に密着させた状態で、前記封止材を前記2次架橋温度以上の温度で加熱する硬化ステップとを含み、前記シリコーン樹脂は、室温から前記2次架橋温度未満までの温度領域で可逆的に粘度が低下し、前記2次架橋温度以上の温度領域で非可逆的に全硬化するものであり、前記配置ステップにおいて配置される前記封止材は、1次架橋された前記シリコーン樹脂を少なくとも含む、前記蛍光体を包含したシートからなる封止用樹脂シートであり、前記封止用樹脂シートは、1次架橋された前記シリコーン樹脂の粉末と前記蛍光体とが少なくとも混合された封止用混合粉末を押し固めてシート化したものであることを特徴とする。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法は、基板に、少なくとも1つの発光素子を実装する実装ステップと、前記実装ステップにて実装した前記発光素子の上面と対向する位置に、1次架橋により半硬化状態となったシリコーン樹脂と、蛍光体とを少なくとも含む封止材を配置する配置ステップと、前記配置ステップにて配置した前記封止材を、1次架橋された前記シリコーン樹脂が2次架橋により全硬化する温度である2次架橋温度未満の温度で加熱して、前記封止材を溶融させる溶融ステップと、前記溶融ステップにて溶融した前記封止材を前記発光素子の少なくとも上面に密着させた状態で、前記封止材を前記2次架橋温度以上の温度で加熱する硬化ステップとを含み、前記シリコーン樹脂は、室温から前記2次架橋温度未満までの温度領域で可逆的に粘度が低下し、前記2次架橋温度以上の温度領域で非可逆的に全硬化するものであり、前記配置ステップにおいて配置される前記封止材は、前記蛍光体を包含する、1次架橋された前記シリコーン樹脂の粉末からなる封止用樹脂粉末であることを特徴とする。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法は、基板に、少なくとも1つの発光素子を実装する実装ステップと、前記実装ステップにて実装した前記発光素子の上面と対向する位置に、1次架橋により半硬化状態となったシリコーン樹脂と、蛍光体とを少なくとも含む封止材を配置する配置ステップと、前記配置ステップにて配置した前記封止材を、1次架橋された前記シリコーン樹脂が2次架橋により全硬化する温度である2次架橋温度未満の温度で加熱して、前記封止材を溶融させる溶融ステップと、前記溶融ステップにて溶融した前記封止材を前記発光素子の少なくとも上面に密着させた状態で、前記封止材を前記2次架橋温度以上の温度で加熱する硬化ステップとを含み、前記シリコーン樹脂は、室温から前記2次架橋温度未満までの温度領域で可逆的に粘度が低下し、前記2次架橋温度以上の温度領域で非可逆的に全硬化するものであり、前記配置ステップにおいて配置される前記封止材は、1次架橋された前記シリコーン樹脂を少なくとも含む、前記蛍光体を包含したシートからなる封止用樹脂シートであり、前記実装ステップにおいて、上方に向かって開口する複数のキャビティが形成された前記基板の各キャビティ内に前記発光素子をそれぞれ実装し、前記配置ステップにおいて、前記封止用樹脂シートを、前記基板に形成された全てのキャビティを覆うように前記基板上に重ねて配置し、前記溶融ステップにおいて、溶融した前記封止材が各キャビティ内に充填されるように加圧し、前記硬化ステップにおいて、各キャビティ内に充填された前記封止材に含まれる1次架橋された前記シリコーン樹脂を全硬化させ、前記封止用樹脂シートには、各キャビティと対向する位置に貫通孔が設けられていることを特徴とする。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法は、基板に、少なくとも1つの発光素子を実装する実装ステップと、前記実装ステップにて実装した前記発光素子の上面と対向する位置に、1次架橋により半硬化状態となったシリコーン樹脂と、蛍光体とを少なくとも含む封止材を配置する配置ステップと、前記配置ステップにて配置した前記封止材を、1次架橋された前記シリコーン樹脂が2次架橋により全硬化する温度である2次架橋温度未満の温度で加熱して、前記封止材を溶融させる溶融ステップと、前記溶融ステップにて溶融した前記封止材を前記発光素子の少なくとも上面に密着させた状態で、前記封止材を前記2次架橋温度以上の温度で加熱する硬化ステップとを含み、前記シリコーン樹脂は、室温から前記2次架橋温度未満までの温度領域で可逆的に粘度が低下し、前記2次架橋温度以上の温度領域で非可逆的に全硬化するものであり、前記配置ステップにおいて配置される前記封止材は、1次架橋された前記シリコーン樹脂を少なくとも含む、前記蛍光体を包含したシートからなる封止用樹脂シートであり、前記実装ステップにおいて、上方に向かって開口する複数のキャビティが形成された前記基板の各キャビティ内に前記発光素子をそれぞれ実装し、前記配置ステップにおいて、前記封止用樹脂シートを、前記基板に形成された全てのキャビティを覆うように前記基板上に重ねて配置し、前記封止用樹脂シート上に、表面に梨地状の凹凸が形成された表面成形用離型シートをさらに重ねて配置し、前記溶融ステップにおいて、溶融した前記封止材が各キャビティ内に充填されるように加圧し、前記硬化ステップにおいて、各キャビティ内に充填された前記封止材の表面に前記表面成形用離型シートを当接させた状態で、前記封止材に含まれる1次架橋された前記シリコーン樹脂を全硬化させることを特徴とする。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法は、基板に、少なくとも1つの発光素子を実装する実装ステップと、前記実装ステップにて実装した前記発光素子の上面と対向する位置に、1次架橋により半硬化状態となったシリコーン樹脂と、蛍光体とを少なくとも含む封止材を配置する配置ステップと、前記配置ステップにて配置した前記封止材を、1次架橋された前記シリコーン樹脂が2次架橋により全硬化する温度である2次架橋温度未満の温度で加熱して、前記封止材を溶融させる溶融ステップと、前記溶融ステップにて溶融した前記封止材を前記発光素子の少なくとも上面に密着させた状態で、前記封止材を前記2次架橋温度以上の温度で加熱する硬化ステップとを含み、前記シリコーン樹脂は、室温から前記2次架橋温度未満までの温度領域で可逆的に粘度が低下し、前記2次架橋温度以上の温度領域で非可逆的に全硬化するものであり、前記配置ステップにおいて配置される前記封止材は、1次架橋された前記シリコーン樹脂を少なくとも含む、前記蛍光体を包含したシートからなる封止用樹脂シートであり、前記実装ステップにおいて、表面が平坦な前記基板に複数の前記発光素子を実装し、前記配置ステップにおいて、前記基板に実装された各発光素子を収容可能な複数の凹部が形成された前記封止用樹脂シートを、各発光素子が前記凹部内にそれぞれ収容されるように前記基板上に配置し、前記溶融ステップにおいて、前記基板に実装された各発光素子に対向する位置にレンズ成形用凹部が形成されたレンズ成形用金型を介して、溶融した前記封止材が各レンズ成形用凹部に充填されるように加圧し、前記硬化ステップにおいて、各レンズ成形用凹部内に充填された前記封止材に含まれる1次架橋された前記シリコーン樹脂を全硬化させることを特徴とする。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法は、基板に、少なくとも1つの発光素子を実装する実装ステップと、前記実装ステップにて実装した前記発光素子の上面と対向する位置に、1次架橋により半硬化状態となったシリコーン樹脂と、蛍光体とを少なくとも含む封止材を配置する配置ステップと、前記配置ステップにて配置した前記封止材を、1次架橋された前記シリコーン樹脂が2次架橋により全硬化する温度である2次架橋温度未満の温度で加熱して、前記封止材を溶融させる溶融ステップと、前記溶融ステップにて溶融した前記封止材を前記発光素子の少なくとも上面に密着させた状態で、前記封止材を前記2次架橋温度以上の温度で加熱する硬化ステップとを含み、前記シリコーン樹脂は、室温から前記2次架橋温度未満までの温度領域で可逆的に粘度が低下し、前記2次架橋温度以上の温度領域で非可逆的に全硬化するものであり、前記配置ステップにおいて配置される前記封止材は、1次架橋された前記シリコーン樹脂を少なくとも含む、前記蛍光体を包含したシートからなる封止用樹脂シートであり、前記配置ステップにおいて、蛍光体の含有率がそれぞれ異なる前記封止用樹脂シートを重ねて配置することを特徴とする。
また、本発明に係る発光デバイスの製造方法は、基板に、少なくとも1つの発光素子を実装する実装ステップと、前記実装ステップにて実装した前記発光素子の上面と対向する位置に、1次架橋により半硬化状態となったシリコーン樹脂と、蛍光体とを少なくとも含む封止材を配置する配置ステップと、前記配置ステップにて配置した前記封止材を、1次架橋された前記シリコーン樹脂が2次架橋により全硬化する温度である2次架橋温度未満の温度で加熱して、前記封止材を溶融させる溶融ステップと、前記溶融ステップにて溶融した前記封止材を前記発光素子の少なくとも上面に密着させた状態で、前記封止材を前記2次架橋温度以上の温度で加熱する硬化ステップとを含み、前記シリコーン樹脂は、室温から前記2次架橋温度未満までの温度領域で可逆的に粘度が低下し、前記2次架橋温度以上の温度領域で非可逆的に全硬化するものであり、前記配置ステップにおいて配置される前記封止材は、1次架橋された前記シリコーン樹脂を少なくとも含む、前記蛍光体を包含したシートからなる封止用樹脂シートであり、前記溶融ステップにおいて、前記封止用樹脂シートを、前記基板に向けて真空圧により加圧し、前記封止用樹脂シートを、真空含浸装置によって加熱および加圧することを特徴とする。
また、本発明に係る封止材は、少なくとも熱可塑性樹脂と蛍光体とを含み、複数の発光素子を一括封止するための封止材であって、前記熱可塑性樹脂は、所定の架橋温度未満の温度において熱可塑性を有し、前記架橋温度以上の温度で不可逆的に硬化するシリコーン樹脂であり、前記シリコーン樹脂は、前記架橋温度未満の温度において一次架橋を形成しており、前記架橋温度以上の温度で二次架橋を形成するものであり、前記封止材は、前記蛍光体を内部に分散させた、一次架橋により半硬化状態となった前記シリコーン樹脂が、シート状に成形された封止シートであり、前記封止シートに、前記シリコーン樹脂が溶融する際に当該シリコーン樹脂内への気泡の混入を抑制するための貫通孔が形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る封止材は、少なくとも熱可塑性樹脂と蛍光体とを含み、複数の発光素子を一括封止するための封止材であって、前記熱可塑性樹脂は、所定の架橋温度未満の温度において熱可塑性を有し、前記架橋温度以上の温度で不可逆的に硬化するシリコーン樹脂であり、前記シリコーン樹脂は、前記架橋温度未満の温度において一次架橋を形成しており、前記架橋温度以上の温度で二次架橋を形成するものであり、前記封止材は、前記蛍光体を内部に分散させた、一次架橋により半硬化状態となった前記シリコーン樹脂が、シート状に成形された封止シートであり、前記封止シートの表面に、複数の凹部が形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る封止材は、少なくとも熱可塑性樹脂と蛍光体とを含み、前記熱可塑性樹脂は、所定の架橋温度未満の温度において熱可塑性を有し、前記架橋温度以上の温度で不可逆的に硬化することを特徴とする。
本発明は、例えば、LEDを光源とする表示用装置や照明器具、ディスプレイ等のバックライト、信号機、屋外の大型ディスプレイや広告看板等に用いられる発光デバイスの製造に好適に利用することができる。
1a 発光デバイス
1b 発光デバイス
1c 発光デバイス
1d 発光デバイス
1e 発光デバイス
1f 発光デバイス
10 多連キャビティ回路基板(基板)
11 回路基板(基板)
12 キャビティ
12a 貫通孔
13 発光素子
14,54,64,74 マウント用配線パターン
15,65 導電性接着剤
16,56,66,76 接続用配線パターン
17,57,67,77a,77b 導電線
20 封止用樹脂シート(封止材)
20a 貫通孔
20A 第1の封止用樹脂シート(封止用樹脂シート・封止材)
20B 第2の封止用樹脂シート(封止用樹脂シート・封止材)
21 封止樹脂
24 混錬樹脂
25 レンズ成形用樹脂シート
26 封止用樹脂シート(封止材)
26a 凹部
31 表面成形用離型シート
32 重り板
33 真空加熱炉
35 真空熱プレス装置
35a ヒーター台
35b プレスヒーター
35e レンズ成形用溝部(レンズ成形用凹部)
35h 固定具凹部
38a 真空引き用袋
38c 加熱炉
38d 真空ポンプ
40 真空加熱装置
41 上部チャンバー
42 下部チャンバー
43 ダイヤフラムゴム
44,79 熱板
50 発光表示デバイス(発光デバイス)
51 平面回路基板(基板)
53 発光素子
58 反射板
58a 開口部
60 平面回路基板(基板)
61 回路基板(基板)
63,73 発光素子
120 封止用混合粉末(封止材)
121 封止用樹脂粉末(封止材)
122 封止用樹脂タブレット(封止用混合粉末・封止用樹脂粉末・封止材)
123 封止用混合粉末シート(封止用樹脂シート・封止材)
132a 開口部
室温
2次架橋温度

Claims (19)

  1. 所定の架橋温度未満の温度において熱可塑性を有し、前記架橋温度以上の温度で不可逆的に硬化する熱可塑性樹脂を、前記架橋温度未満の温度で加熱しつつ、少なくとも蛍光体と混錬する混錬工程を含むことを特徴とする蛍光体含有封止材の製造方法。
  2. 前記熱可塑性樹脂は、前記架橋温度未満の温度において一次架橋を形成しており、前記架橋温度以上の温度で二次架橋を形成することを特徴とする請求項1に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  3. 前記架橋温度は、120℃以上170℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  4. 前記混錬工程にて得られた、前記蛍光体を内部に分散させた前記熱可塑性樹脂をシート状に成形するシート化工程をさらに含み、該シート化工程にて、前記蛍光体を内部に分散させた前記熱可塑性樹脂からなる封止シートを形成することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  5. 前記封止シートに、貫通孔を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  6. 前記封止シートの表面に、複数の凹部を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  7. 前記封止シートの表面に、複数の凸部を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  8. 前記混錬工程にて得られた、前記蛍光体を内部に分散させた前記熱可塑性樹脂を粉末化する粉末化工程をさらに含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  9. 前記粉末化工程にて得られた粉末を、所定の形状に押し固める工程をさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  10. 前記所定の形状は、タブレット状であることを特徴とする請求項9に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  11. 前記所定の形状は、シート状であることを特徴とする請求項9に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  12. 前記粉末化工程で得られた粉末に、二次架橋が形成された前記熱可塑性樹脂の粉末を混合する工程をさらに含むことを特徴とする請求項8から10のいずれか1項に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  13. 少なくとも、所定の架橋温度未満の温度において熱可塑性を有し前記架橋温度以上の温度で不可逆的に硬化する熱可塑性樹脂の粉末と、蛍光体の粉末とを混合する混合工程を含むことを特徴とする蛍光体含有封止材の製造方法。
  14. 前記熱可塑性樹脂の粉末の粒径と前記蛍光体の粉末の粒径とが異なることを特徴とする請求項13に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  15. 前記混合工程にて混合した粉末を、所定の形状に押し固める工程をさらに含むことを特徴とする請求項13または14に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  16. 前記所定の形状は、タブレット状であることを特徴とする請求項15に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  17. 前記所定の形状は、シート状であることを特徴とする請求項15に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  18. 前記混合工程において、二次架橋が形成された前記熱可塑性樹脂の粉末をさらに混合することを特徴とする請求項13から17のいずれか1項に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
  19. 前記熱可塑性樹脂は、ベンゼン、トルエンおよびキシレンから成る溶剤を含有していることを特徴とする請求項1から18のいずれか1項に記載の蛍光体含有封止材の製造方法。
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