JP5962043B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置に関する。
従来の発光装置として、発光素子の封止材としてガスバリア性に優れたシリコーン樹脂からなるものを用いた発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１によれば、ガスバリア性に優れた封止材を用いることにより、硫黄系ガスや塩素系ガスの装置内への侵入を防ぎ、発光素子が接続されるリードフレームの腐食による変色を防止することができる。リードフレームの変色を防ぐことにより、リードフレームの反射率の低下による発光装置の発光強度の低下を防ぐことができる。
特許文献１によれば、パルスＮＭＲによる１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間の測定によりシリコーン樹脂の架橋密度を調べ、ガスバリア性を評価している。１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間が短いほど、架橋密度が高く、ガスバリア性に優れる。
近年の発光装置の薄型化により、封止材全体に発光素子からの熱が伝わりやすくなり、発光装置の動作時に封止材の温度が高くなる場合がある。また、発光装置は、その用途等により、広い温度領域で用いられる場合がある。例えば、調光機能を有する発光装置においては、調光により発光素子に流れる電流の大きさが変わり、発光装置内の温度が変化する。
しかし、封止材に用いられるシリコーン樹脂は、一般に、温度の上昇に伴ってガスバリア性が低下することが知られている。
従って、本発明の目的は、薄型でありながら広い温度領域でリードフレームの変色を抑えることのできる封止材を有する発光装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一態様は、リードフレームに実装された発光素子と、前記発光素子を封止する、厚さ１ｍｍ以下のシリコーン樹脂を主成分とする封止材と、を有し、前記封止材は、共鳴周波数２５ＭＨｚにおける１Ｈ核の平均スピン―スピン緩和時間の１４０℃における数値と２５℃における数値の差を１１５で除して得られる物性値が３．５以下であり、１４０℃における前記平均スピン―スピン緩和時間が５００μｓｅｃ以下である第１ガスバリア層と、前記平均スピン―スピン緩和時間が２５℃以上６０℃以下の第１温度領域において前記第１ガスバリア層よりも小さく、１２０℃以上１４０℃以下の第２温度領域において前記第１ガスバリア層よりも大きい第２ガスバリア層を含む、発光装置を提供する。
上記発光装置において、前記封止材の厚さは０．６ｍｍ以下であってもよい。
上記発光装置において、前記第２ガスバリア層の、共鳴周波数２５ＭＨｚにおける １ Ｈ核の平均スピン―スピン緩和時間の１４０℃における数値と２５℃における数値の差を１１５で除して得られる物性値は３．５より大きくてもよい。
上記発光装置において、前記発光素子は、前記リードフレームにワイヤーを介して接続され、前記ワイヤーの全部分は、前記第１ガスバリア層と前記第２ガスバリア層のうちの下側の層に含まれてもよい。
上記発光装置において、前記第１ガスバリア層の物性値は３．０以下であり、前記第２ガスバリア層の物性値は４．９よりも大きくてもよい。
本発明によれば、薄型でありながら広い温度領域でリードフレームの変色を抑えることのできる封止材を有する発光装置を提供することができる。
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。発光装置１０は、リードフレーム１に実装された発光素子２と、発光素子２を封止する封止材１１と、を有する。リードフレーム１、発光素子２、及び封止材１１は、樹脂製ケース５内に形成される。
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。発光装置１０は、リードフレーム１に実装された発光素子２と、発光素子２を封止する封止材１１と、を有する。リードフレーム１、発光素子２、及び封止材１１は、樹脂製ケース５内に形成される。
発光素子２は、ＬＥＤチップ等の発光素子である。発光素子２の図示しないｎ電極及びｐ電極は、ワイヤー３を介してリードフレーム１に接続される（ワイヤボンディング）。また、発光素子２は、ダイボンディングペースト４によりリードフレーム１に固定される。
なお、図１に示される発光装置１０は、フェイスアップ型のＬＥＤチップを発光素子２として用いた表面実装型の装置であるが、サイドビュー型、砲弾型、ＣＯＢ（Chip on Board）型等、他の構成を有してもよい。発光素子２も、フェイスアップ型に限られず、フリップチップ型であってもよい。
リードフレーム１は、例えば、全体またはその表面がＡｇ、Ｃｕ、又はＡｌからなる。Ａｇ、Ｃｕ、及びＡｌは、優れた導電性を有する一方、硫黄系ガス、塩素系ガス等の大気中のガスに曝されることより腐食し、変色しやすい。リードフレーム１が変色した場合は、反射率が低下し、発光装置１０の発光強度が低下する。特に、Ａｇは反射率が高く、リードフレーム１に用いられる材料として優れているが、腐食による変色が特に生じやすいという欠点がある。そのため、リードフレーム１の腐食による変色を抑えることのできる本実施の形態は、Ａｇをリードフレーム１の材料として用いる場合に、特に有効であるといえる。
封止材１１は、広い温度領域で優れたガスバリア性を有するシリコーン樹脂を主成分とし、リードフレーム１の変色を抑える。封止材１１のシリコーン樹脂は、熱や光による黄変の少ない“−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−”のシリコーンを主骨格とすることが好ましい。封止材１１は、蛍光体を含んでもよい。さらに、蛍光体を分散させる分散剤を含んでもよい。蛍光体は、分散状態で含有されてもよく、沈降状態で含有されてもよい。
また、封止材１１は、フィラーを含有してもよい。フィラーの含有量は特に限定されない。フィラーは、発光装置１０の製造条件や性能の点から、耐熱性に優れることが好ましく、例えば、１５０℃以上の温度条件下でも使用できることが好ましい。封止材１１は、紫外線硬化型又は熱硬化型のいずれであってもよい。
フィラーの材料としては、熱や光による黄変の少ないものが好ましい。封止材１１は、シリカ、シリコーン、ガラスビーズ、ガラス繊維等の透明フィラーや、酸化チタン、チタン酸カリウム等の白色フィラーを含んでもよい。フィラーの形状は限定されず、例えば、破砕状、球状、鱗片状、棒状、又は繊維状である。
封止材１１は、後述するように、共鳴周波数２５ＭＨｚにおける１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間の１４０℃における数値と２５℃における数値の差を１１５で除して得られる物性値が、好ましくは３．５以下、より好ましくは３．０以下である。また、１４０℃における共鳴周波数２５ＭＨｚにおける１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間が５００μｓｅｃ以下、好ましくは４５０μｓｅｃ以下である。これらの特徴のため、封止材１１は、広い温度領域で優れるガスバリア性を有する。
また、封止材１１の厚さは１ｍｍ以下、好ましくは０．６ｍｍ以下である。封止材１１は優れたガスバリア性を有するため、厚さが薄くてもリードフレーム１の変色を効果的に抑えることができる。また、封止材１１を薄くすることができるため、発光装置１０を薄型化することができる。
封止材１１のガスバリア性は、パルスＮＭＲ法による１Ｈ核のスピンースピン緩和時間の測定により評価することができる。具体的には、強い磁場の中に液体又は固体のシリコーン樹脂のサンプルを置き、そこへ電磁波パルスを付与し、電磁波パルスに対する応答信号をコイルによって検出し、１Ｈ核のスピンースピン緩和時間を測定する。
１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間は、シリコーン樹脂の分子中の複数の１Ｈ核のスピンースピン緩和時間の平均値である。１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間が短いほど、シリコーン樹脂の架橋密度が高く、ガスバリア性に優れる。
図２は、５つの異なるシリコーン樹脂、樹脂Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間の温度依存性を表すグラフである。樹脂Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの測定値は、図２においてそれぞれマーク●、◇、□、▲、○で表される。ここで、樹脂Ａは変性フェニルシリコーン樹脂、樹脂Ｂ、Ｃ、Ｄはフェニルシリコーン樹脂、樹脂Ｅはジメチルシリコーン樹脂である。
樹脂Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのスピン−スピン緩和時間の測定条件を以下に示す。
測定装置： 日本電子ＭＵ２５型
共鳴周波数： ２５ＭＨｚ
測定温度： ２５〜１４０℃
観測核種： １Ｈ
磁石： 永久磁石 ０．５８Ｔ
検出方式： ＱＤ方式（Quadrature Detection）
パルス系列： ソリッド−エコー法
ＲＦパルス幅：２マイクロ秒
パルス間隔： ８マイクロ秒
パルス繰り返し時間： １ｓｅｃ
測定装置： 日本電子ＭＵ２５型
共鳴周波数： ２５ＭＨｚ
測定温度： ２５〜１４０℃
観測核種： １Ｈ
磁石： 永久磁石 ０．５８Ｔ
検出方式： ＱＤ方式（Quadrature Detection）
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いずれのシリコーン樹脂も、温度の上昇に伴って１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間が長くなるが、異なるシリコーン樹脂の間で温度領域によって１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間の長短が逆転する場合がある。
例えば、樹脂Ａは、２５〜８０℃の温度領域では樹脂Ｂ、Ｃ、Ｄよりも１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間が短いが、１００〜１４０℃の温度領域では樹脂Ｂ、Ｃ、Ｄよりも１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間が長くなる。このことは、２５〜８０℃の温度領域では、樹脂Ａが樹脂Ｂ、Ｃ、Ｄよりもガスバリア性に優れ、１００〜１４０℃の温度領域では、樹脂Ｂ、Ｃ、Ｄが樹脂Ａよりもガスバリア性に優れることを表す。
次に、図２の１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間の２５℃における測定点と１４０℃における測定点とを結ぶ線分の傾き、すなわち１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間の１４０℃における数値と２５℃における数値の差を１４０℃と２５℃の差の数値である１１５で除して得られる物性値（以下、αと記す）に着目する。
樹脂Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのαは、それぞれ４．９４、３．４３、３．２５、２．９６である。αが小さい方が、温度の上昇に伴う１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間の増加量が小さい、すなわち温度が上昇に伴うガスバリア性の低下が少ないといえる。
例えば、αが樹脂Ｂ、Ｃ、Ｄよりも大きい樹脂Ａは、室温に近い２５〜８０℃の温度領域では樹脂Ｂ、Ｃ、Ｄよりもガスバリア性に優れるものの、高温側の１００〜１４０℃の温度領域ではガスバリア性が大きく劣化し、樹脂Ｂ、Ｃ、Ｄよりも悪くなる。このことから、広い温度領域で用いられる発光装置１においては、αが小さい樹脂Ｂ、Ｃ、Ｄを封止材１１の材料として用いることが好ましいといえる。
（封止材の評価）
本発明者等は、上記の樹脂Ａ〜Ｄを封止材１１に用いて発光装置１０を形成し、硫黄ガス雰囲気に放置した後の明るさ維持率の評価を行った。リードフレーム１の変色が著しいほど、反射率が低下し、明るさ維持率が低くなる。ここで、放置後の明るさが放置前の明るさの５０％以上であるものを合格、５０％未満であるものを不合格とした。
本発明者等は、上記の樹脂Ａ〜Ｄを封止材１１に用いて発光装置１０を形成し、硫黄ガス雰囲気に放置した後の明るさ維持率の評価を行った。リードフレーム１の変色が著しいほど、反射率が低下し、明るさ維持率が低くなる。ここで、放置後の明るさが放置前の明るさの５０％以上であるものを合格、５０％未満であるものを不合格とした。
封止材の評価条件を以下に示す。
封止材の厚さ： ０．６ｍｍ
温度： １００℃
硫黄ガス濃度： ３〜５ｐｐｍ
放置時間： ２００時間
封止材の厚さ： ０．６ｍｍ
温度： １００℃
硫黄ガス濃度： ３〜５ｐｐｍ
放置時間： ２００時間
評価の結果、樹脂ＢＣＤが合格、樹脂Ａが不合格であった。この結果は、１００℃における１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間は樹脂Ａが最も長い、図２の内容と一致する。
評価の結果から、封止材１１のαの値は、樹脂Ｂ、Ｃ、Ｄの値を含む３．５以下であることが好ましく、さらに、αが最も小さい樹脂Ｄの値のみを含む３．０以下であることがより好ましい。
なお、樹脂Ａを用いて上記の評価条件よりも厚い厚さ１．５ｍｍの封止材を形成したところ、評価結果は合格であった。これは、ガスバリア性の悪い樹脂であっても、厚く形成することにより硫黄ガスの侵入を抑えることができるためである。ただし、封止材が厚くなれば、発光装置が厚くなるという欠点がある。
ところで、図２に示される樹脂Ｅは、ガスバリア性に著しく劣るが、αの値が、０．４５と非常に小さい。これは、ガスバリア性の著しく悪いシリコーン樹脂は、１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間の長さが飽和し、温度依存性が小さくなるためである。
そのため、封止材１１に用いられる樹脂は、αについての条件だけでなく、１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間の長さについての条件も満たすことが好ましい。例えば、ガスバリア性に優れた樹脂Ｂ、Ｃ、Ｄが満たし、樹脂Ａ、Ｅが満たさない１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間についての条件、１４０℃における１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間が５００μｓｅｃ以下、を満たすことが好ましい。さらに、１４０℃における前記平均スピンースピン緩和時間が４５０μｓｅｃ以下であることがより好ましい。
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、封止材１１は、薄型でありながら広い温度領域で優れたガスバリア性を有するため、硫黄系ガス等の金属を腐食させるガスの発光装置１０内への侵入を抑え、リードフレーム１の変色を抑えることができる。そのため、発光装置１０は、厚さが薄く、且つ腐食性ガスへの優れた耐性を有する。また、発光装置１０は、調光機能を有する照明装置のような、広い温度領域で用いられる発光装置として用いられることができる。
第１の実施の形態によれば、封止材１１は、薄型でありながら広い温度領域で優れたガスバリア性を有するため、硫黄系ガス等の金属を腐食させるガスの発光装置１０内への侵入を抑え、リードフレーム１の変色を抑えることができる。そのため、発光装置１０は、厚さが薄く、且つ腐食性ガスへの優れた耐性を有する。また、発光装置１０は、調光機能を有する照明装置のような、広い温度領域で用いられる発光装置として用いられることができる。
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、封止材が２層構造を有する点において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
第２の実施の形態は、封止材が２層構造を有する点において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
図３は、第２の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。発光装置２０は、リードフレーム１に実装された発光素子２と、発光素子２を封止する封止材２１と、を有する。リードフレーム１、発光素子２、及び封止材２１は、樹脂製ケース５内に形成される。
封止材２１は、第１ガスバリア層２１ａと、第１ガスバリア層２１ａ上の第２ガスバリア層２１ｂから構成される２層構造を有する。第１ガスバリア層２１ａは、第１の実施の形態の封止材１１と同じ材料からなり、同じ特性を有する。
第２ガスバリア層２１ｂは、共鳴周波数２５ＭＨｚにおける１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間が２５℃を含む第１温度領域において第１ガスバリア層２１ａよりも小さく、１４０℃を含む第２温度領域において第１ガスバリア層２１ａよりも大きい。すなわち、第２ガスバリア層２１ｂは、第１温度領域において第１ガスバリア層２１ａよりもガスバリア性に優れ、第２温度領域においてガスバリア性に劣る。ここで、第１温度領域及び第２温度領域は、例えば、２５℃以上６０℃以下の領域、及び１２０℃以上１４０℃以下の領域である。
例えば、図２に示される樹脂Ｂ、Ｃ、Ｄを第１ガスバリア層２１ａに用いる場合、樹脂Ａを第２ガスバリア層２１ｂに用いることができる。樹脂Ａは、共鳴周波数２５ＭＨｚにおける１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間が少なくとも２５℃以上６０℃以下の領域において、樹脂Ｂ、Ｃ、Ｄよりも短く、少なくとも１２０℃以上１４０℃以下の領域において長い。
また、第２ガスバリア層２１ｂは、１Ｈ核の平均スピンースピン緩和時間の１４０℃における数値と２５℃における数値の差を１４０℃と２５℃の差の数値である１１５で除して得られる物性値αの値が第１ガスバリア層２１ａよりも大きい、すなわち３．５より大きいことが好ましい。さらに、樹脂Ａのαの値が４．９４であることから、第２ガスバリア層２１ｂのαの値は４．９よりも大きいことがより好ましい。
つまり、封止材２１は、常温に近い温度領域で優れたガスバリア性を示す第２ガスバリア層２１ｂと、高い温度領域で優れたガスバリア性を示す第１ガスバリア層２１ａを有するため、より効果的に、広い温度領域においてリードフレーム１の変色を抑えることができる。なお、第１バリア層２１ａと第２バリア層２１ｂの材料は逆であってもよい。すなわち、１バリア層２１ａと第２バリア層２１ｂのガスバリア性は逆であってもよい。
また、封止材２１の厚さは１ｍｍ以下である。封止材２１は優れたガスバリア性を有するため、１ｍｍ以下という薄さであっても、リードフレーム１の変色を抑えることができる。また、封止材２１を薄くすることができるため、発光装置１０を薄型化することができる。第１バリア層２１ａと第２バリア層２１ｂの厚さの比は特に限定されず、発光装置２０の用いられる環境の温度等に合わせて適宜調整することができる。
封止材２１を形成する際に、第１ガスバリア層２１ａと第２ガスバリア層２１ｂのうちの下側の層の樹脂が完全に硬化していない状態で上側の層の樹脂を注入し、両方の樹脂を硬化させることにより、第１ガスバリア層２１ａと第２ガスバリア層２１ｂの密着性を高めることができる。
ワイヤー３は、第１バリア層２１ａと第２バリア層２１ｂとの界面に接触しないことが好ましい。すなわち、ワイヤー３の全部分は、第１バリア層２１ａと第２バリア層２１ｂのうちの下側の層に含まれることが好ましい。ワイヤー３が第１バリア層２１ａと第２バリア層２１ｂとの界面に接触すると、界面に発生する応力により損傷するおそれがあるためである。
ワイヤー３の材料としては、一般的によく用いられるＡｕの他に、Ａｇを用いることもできる。Ａｇは反射率が高い一方、硫黄系ガス等により腐食、変色しやすいという欠点があるが、封止材２１が優れたガスバリア性を有するため、Ａｇをワイヤー３の材料として用いる場合であっても、ワイヤー３の腐食による変色を抑えることができる。
（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、封止材２１は、常温に近い温度領域で優れたガスバリア性を示す第２ガスバリア層２１ｂと、高い温度領域で優れたガスバリア性を示す第１ガスバリア層２１ａを有するため、第１の実施の形態に係る封止材１よりも、広い温度領域におけるガスバリア性に優れる。そのため、発光装置２０は、厚さが薄く、且つ腐食性ガスへのより優れた耐性を有する。また、発光装置２０は、調光機能を有する照明装置のような、広い温度領域で用いられる発光装置として用いられることができる。
第２の実施の形態によれば、封止材２１は、常温に近い温度領域で優れたガスバリア性を示す第２ガスバリア層２１ｂと、高い温度領域で優れたガスバリア性を示す第１ガスバリア層２１ａを有するため、第１の実施の形態に係る封止材１よりも、広い温度領域におけるガスバリア性に優れる。そのため、発光装置２０は、厚さが薄く、且つ腐食性ガスへのより優れた耐性を有する。また、発光装置２０は、調光機能を有する照明装置のような、広い温度領域で用いられる発光装置として用いられることができる。
本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
１ リードフレーム
２ 発光素子
３ ワイヤー
１０、２０ 発光装置
１１、２１ 封止材
２１ａ 第１ガスバリア層
２１ｂ 第２ガスバリア層
２ 発光素子
３ ワイヤー
１０、２０ 発光装置
１１、２１ 封止材
２１ａ 第１ガスバリア層
２１ｂ 第２ガスバリア層
Claims (5)
- リードフレームに実装された発光素子と、
前記発光素子を封止する、厚さ１ｍｍ以下のシリコーン樹脂を主成分とする封止材と、
を有し、
前記封止材は、共鳴周波数２５ＭＨｚにおける１Ｈ核の平均スピン―スピン緩和時間の１４０℃における数値と２５℃における数値の差を１１５で除して得られる物性値が３．５以下であり、１４０℃における前記平均スピン―スピン緩和時間が５００μｓｅｃ以下である第１ガスバリア層と、前記平均スピン―スピン緩和時間が２５℃以上６０℃以下の第１温度領域において前記第１ガスバリア層よりも小さく、１２０℃以上１４０℃以下の第２温度領域において前記第１ガスバリア層よりも大きい第２ガスバリア層を含む、発光装置。 - 前記封止材の厚さは０．６ｍｍ以下である、
請求項１に記載の発光装置。 - 前記第２ガスバリア層の、共鳴周波数２５ＭＨｚにおける １ Ｈ核の平均スピン―スピン緩和時間の１４０℃における数値と２５℃における数値の差を１１５で除して得られる物性値は３．５より大きい、
請求項１に記載の発光装置。 - 前記発光素子は、前記リードフレームにワイヤーを介して接続され、
前記ワイヤーの全部分は、前記第１ガスバリア層と前記第２ガスバリア層のうちの下側の層に含まれる、
請求項１に記載の発光装置。 - 前記第１ガスバリア層の物性値は３．０以下であり、
前記第２ガスバリア層の物性値は４．９よりも大きい、
請求項１に記載の発光装置。
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2012
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