JP6332636B2 - 発光装置及び該発光装置用の封止層 - Google Patents
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Description
特に高い出力が要求される発光装置においては、LEDチップの高光度化に伴い高い耐光性が、及びLEDチップの発熱に伴い高い耐熱性が封止層の成形材料に要求される。
かかる封止層の成形材料としてシリコーン組成物が提案されている。例えば特許文献1〜3を参照されたい。
発光装置の一つのタイプとして、基板にLEDチップをマウントし、このLEDチップをカップ状のケース部で取り囲み、ケース部内をシリコーン組成物で充填し、もってLEDチップをシリコーン組成物からなる封止層で囲繞する構成のものがある。かかる構成の発光装置では、その大型化に伴い、ケース部の径が大径化される。他方、ケース部の厚さ(高さ)は制限されることがあり、その結果、LEDチップを囲繞する封止層が扁平となる。かかる扁平な封止層に繰り返しの熱履歴が加えられると、その成形材料が本来ゴム的な性質も有するシリコーン組成物であっても、そこにクラックが発生するおそれがあることが判明した。
他方、ケース部の径が2mm程度である汎用的な発光装置ではその封止層にクラックが発生する現象は生じず、クラック発生を防止するための検討はなされてこなかった。換言すれば、封止層のクラック発生の原因となるパラメータについて何ら検討されたことはなかった。
そこでこの発明は、ケース部の内部空間(即ち封止層の形状)とシリコーン組成物との好適な組み合わせを選択することにより、ケース部の大径化を図りつつクラックの発生を防止することを一つの目的とする。
基板にマウントされたLEDチップと該LEDチップを囲繞する封止層とを備える発光装置であって、
前記封止層はその厚さが0.1mm〜1.0mmであり、かつその最大幅が6.0mm〜20mmの単一層であり、
前記封止層はメチルシリコーン組成物からなり、該メチルシリコーン組成物においてSi−CH3のmol%Xが90<X<100である、発光装置。
ここに、厚さが0.1mm未満である極薄の封止層では熱履歴によるクラックはもとより機械的な衝撃によってもクラック発生のおそれがある。また、1.0mmを超える封止層はLEDチップからの光透過性を低減するおそれがある。
他の見地から、封止層の厚さを0.2mm〜0.8mmとすることができる。更に他の見地から、封止層の厚さを0.4mm〜0.6mmとすることができる。
他の見地から、封止層の最大幅を8.0mm〜16.0mmとすることができる。更に他の見地から、封止層の最大幅を10.0mm〜14.0mmとすることができる。
後述の比較例で示す通り、Xが90%以下のときには、封止層にクラックが入りやすくなる。
第1の局面で規定した発光装置において、前記メチルシリコーン組成物において、Si−O、SiCH=CH2の各mol%Y、Zが0<Y、Z<1である。
このように規定される第2の局面の発光装置によれば、架橋の原因となる側鎖が殆ど存在しなくなり、その結果、熱履歴によるガラス化がより確実に抑制され、また、酸化の対象となる側鎖も殆ど存在しなくなり、もってクラックの発生もより確実に抑制される。
基板と、該基板にマウントされるLEDチップと、前記基板上において前記LEDチップを取り囲むケース部とを備え、前記ケース部で規定される空間の厚さが0.1mm〜1.0mmであり、かつその最大幅が6.0mm〜20mmである発光装置において、前記ケース部内へ充填されて前記LEDチップを囲繞する封止層であって、
メチルシリコーン組成物からなり、該組成物においてSi−CH3のmol%Xが90<X<100である、封止層。
このように規定される第3の局面の封止層は繰り返しの熱履歴を受けてもそこにクラックが生じない。
第4の局面に規定の封止層に採用する前記メチルシリコーン組成物において、Si−O、SiCH=CH2の各mol%Y、Zが0<Y、Z<1である。
このように規定される第4の局面の封止層によれば、クラックの発生をより確実に防止できる。
この発光装置1はLEDチップ3、カップ部10及び封止層20を備える。
LEDチップ3には青色以下の波長の光を発光するものが好ましい。かかる短波長の光を発光するLEDチップとしてIII族窒化物系化合物半導体発光素子を用いることが好ましい。ここに、III族窒化物系化合物半導体とは、一般式としてAlXGaYIn1−X−YN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦X+Y≦1)で表され、III族元素の少なくとも一部をボロン(B)、タリウム(Tl)等で置換しても良く、また、窒素(N)の少なくとも一部もリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)等で置換できる。
II族窒化物系化合物半導体層はMOCVD(有機金属気相成長)法により形成される。素子を構成する全ての半導体層を当該MOCVD法で形成する必要はなく、分子線結晶成長法(MBE法)、ハライド系気相成長法(HVPE法)、スパッタ法、イオンプレーティング法等を併用することが可能である。
基板部11には一対のリードフレーム15、16がインサートされており、このリードフレーム15、16とLEDチップ3の電極との間にワイヤ17、18が懸架される。
この例ではフェイスアップタイプのLEDチップ3を用いており、そのサファイア基板側が基板部11に固定される。フリップチップタイプのLEDチップの場合は、導電性ボンディング層を介してそのp型電極面を第1のリードフレーム15に接続し、そのn型電極面と第2のリードフレーム16とがワイヤ18で連結される。
カップ部10の内部空間により封止層20の形状が規定される。この例では、開口部の幅は12.0mmであり、ケース12の高さは0.5mmである。
カップ部10の内部空間は、発光装置に要求される用途や使用条件等によって任意に設計できることはいうまでもないが、本発明の目的を達成する見地からは、その最大幅は6.0mm〜20mmとして、その高さは0.1mm〜1.0mmとする。
封止層20の成形材料にはメチルシリコーン組成物が用いられる。このメチルシリコーン組成物はSi−CH3のmol%Xが90<X<100とする。即ち、側鎖においてメチル基の占める割合(mol%)をXが90<X<100とする。これにより、シリコーン組成物の主鎖どうしの架橋が抑制され、もって、熱履歴によるガラス化を抑制できると考えられる。
更には、メチルシリコーン組成物において、Si−O、SiCH=CH2の各mol%Y、Zが0<Y、Z<1とする。即ち、側鎖から架橋に寄与する酸素基やビニル基をできる限り排除し、もって熱履歴によるガラス化をより確実に防止する。ビニル基を排除することにより酸化による劣化を防止できる。
封止層は単一のメチルシリコーン組成物で成形しても、複数のメチルシリコーン組成物を混合して成形してもよい。
封止層を複数の層で形成する場合において何れかの層をメチルシリコーン組成物で形成する場合、そのメチルシリコーン組成物で成形された層に対してこの発明は適用される。他の層は、発光装置の用途や機能に応じて任意に選択可能である
また、封止材20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。
LEDチップ33が点灯するとその熱により封止層35が膨張し(図2A)、LEDチップが消灯すると封止層35が収縮して(図2B)、引っ張り応力が生じる。このとき、封止層35に十分なのび代がないと、引っ張り応力によりクラック37が生じる(図2C)。封止層35に熱が加わるとその形成材料が変性(ガラス化、酸化等)して、その伸び率が低下し、引っ張り応力を封止層35内で吸収できず、クラックの原因となる。
本発明者らの検討により、封止層33の形状が、厚さ:0.1mm〜1.0mmであり、かつその最大幅:6.0mm〜20mmの範囲にあるとき、かかる封止層のクラック発生時間と封止層33の成形材料の伸び率が+20%未満となる時間との間に相関関係のあることがわかった(後述する図3参照)。
なお、封止層のクラック発生時間は次のようにして得られた。
図1を参照して、封止層20の厚さが0.5mm、封止層20の上面の内径が12.0mmの発光装置を準備した。この発光装置に対して下記のように熱履歴をかけた。クラックの発生は目視により確認した。
熱履歴:219℃×75時間
そこで、市販されている各種メチルシリコーン組成物に下記の耐熱試験を実施した。
テストピース:JIS K6251 ダンベル状7号形
(幅2mm×長さ4mm×厚さ1mm)
測定方法:ポリテトラフルオロエチレンシートに載置し、熱循環式高温槽内に静置した状態にて、JIS K615に準拠した方法にて切断時の伸び率を測定
実施例及び比較例のテストピースを219℃及び210℃での耐熱試験を実施したときの伸び率の時間変化を図4及び図5に示す。
図4及び図5の結果から、実施例1及び実施例2のテストピースは長い時間伸び率が維持されることがわかる。
3、33 LEDチップ
10 カップ
11 基板
13 ケース部
15、16 リードフレーム
17,18 ワイヤ
20、35 封止層
25 蛍光体
Claims (2)
- 基板にマウントされたLEDチップと該LEDチップを囲繞する封止層とを備える発光装置であって、
前記封止層はその厚さが0.1mm〜1.0mmであり、かつその最大幅が6.0mm〜20mmの単一層であり、
前記封止層はメチルシリコーン組成物からなり、該メチルシリコーン組成物においてSi−CH3のmol%Xが90<X<100である、発光装置であって、
前記メチルシリコーン組成物において、Si−O、SiCH=CH 2 の各mol%Y、Zが0<Y、Z<1である、発光装置。 - 基板と、該基板にマウントされるLEDチップと、前記基板上において前記LEDチップを取り囲むケース部とを備え、前記ケース部で規定される空間の厚さが0.1mm〜1.0mmであり、かつその最大幅が6.0mm〜20mmである発光装置において、前記ケース部内へ充填されて前記LEDチップを囲繞する封止層であって、
メチルシリコーン組成物からなり、該メチルシリコーン組成物においてSi−CH3のmol%Xが90<X<100である、封止層であって、
前記メチルシリコーン組成物において、Si−O、SiCH=CH 2 の各mol%Y、Zが0<Y、Z<1である、封止層。
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