JP6447557B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、発光装置の製造方法に関する。
半導体発光素子（以下、「発光素子」とも称する）を用いたＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの発光装置として、発光素子からの光を異なる波長の光に変換する蛍光体を備えた発光装置が知られている。
このような発光装置は、発光素子上に、粒子状の蛍光体と液状の樹脂とを混合した調合液をポッティングし、硬化することで形成することができる。樹脂として、主剤と硬化剤とを用いる２液硬化型のものが知られている（例えば特許文献１、２）
特開２０１５−６３６１９号公報 特開２０１４−５６８９６号公報
樹脂や蛍光体の種類や調合比によっては、均一に混合しにくい場合がある。そのため、発光装置の色度にばらつきが生じる場合がある。
本発明の実施形態は、以下の構成を含む。
粒子状の蛍光体を準備する工程と、発光素子が載置された基板を準備する工程と、２液硬化型樹脂成分である第１樹脂液及び第２樹脂液を準備する工程と、第１樹脂液中に蛍光体を混合させて第１混合液を作製する工程と、第１混合液中に第２樹脂液を混合させて第２混合液を作製する工程と、発光素子上に第２混合液を配置し、第２混合液を硬化して封止部材とする工程と、を備える発光装置の製造方法。
以上により、蛍光体を均一に混合することができ、これにより、例えば色度のばらつきの少ない発光装置とすることができる。
図１（ａ）〜（ｄ）は、発光装置の製造方法を示す概略図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、発光装置の製造方法を示す概略図である。 図３（ａ）〜（ｅ）は、発光装置の製造方法を示す概略図である。
本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置の製造方法を例示するものであって、本発明は、発光装置の製造方法を以下に限定するものではない。
本実施形態に係る発光装置の製造方法は、粒子状の蛍光体を準備する工程と、発光素子が載置された基板を準備する工程と、２液硬化型樹脂成分である第１樹脂液及び第２樹脂液を準備する工程と、第１樹脂液中に蛍光体を混合させて第１混合液を作製する工程と、第１混合液中に第２樹脂液を混合させて第２混合液を作製する工程と、発光素子上に第２混合液を配置し、第２混合液を硬化して封止部材とする工程と、を備える。
以下、各工程について詳説する。
（蛍光体を準備する工程）
粒子状の蛍光体を準備する。蛍光体は、例えば、平均粒径が３μｍ〜３０μｍ程度の粒子であり、その形状は球形又は不定形である。ここで、平均粒径は、Ｄ５０により定義することができる。また、蛍光体の平均粒径は、例えば、レーザ回折散乱法、画像解析法（走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ））などにより測定することができる。レーザ回折散乱法の粒径測定装置は、例えば島津製作所社製のＳＡＬＤシリーズ（例えばＳＡＬＤ−３１００）を用いることができる。画像解析法は、例えばＪＩＳ−Ｚ８８２７−１：２００８に準ずる。
蛍光体としては、例えば、酸化物系、硫化物系、窒化物系の蛍光体などが挙げられる。例えば、発光素子として青色発光する窒化ガリウム系発光素子を用いる場合、青色光を吸収して黄色〜緑色系発光するＹＡＧ系、ＬＡＧ系、緑色発光するＳｉＡｌＯＮ系（βサイアロン）、ＳＧＳ蛍光体、赤色発光するＳＣＡＳＮ、ＣＡＳＮ系、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウム系蛍光体（ＫＳＦ系蛍光体；Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ）、硫化物系蛍光体等の蛍光体の単独又は組み合わせが挙げられる。
（発光素子が載置された基板を準備する工程）
図２（ａ）に示すように、発光素子１４が載置された基板１１を準備する。この工程は、発光素子が載置された基板を購入して準備してもよく、基板及び発光素子を準備して、基板上に発光素子を載置する工程を経て準備してもよい。また、図２（ａ）などでは１つの発光素子が載置された基板を例示しているが、通常の工程においては１枚の基板には複数の発光素子が載置されている。すなわち、１枚の基板で複数の発光装置を形成しており、このような発光装置の集合体を切断して個片化することで個々の発光装置とすることができる
発光素子１４は、半導体層と電極と、を備える。半導体層は、例えばｐ型半導体層、発光層、ｎ型半導体層を含む。更に、素子基板を備えていてもよい。さらに、ｐ電極及びｎ電極を備える。
半導体層は、例えば、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物系化合物半導体が好適に用いられる。これらの窒化物半導体層は、それぞれ単層構造でもよいが、組成及び膜厚等の異なる層の積層構造、超格子構造等であってもよい。特に、発光層は、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸又は多重量子井戸構造であることが好ましい。
発光素子の一対の電極（ｐ電極及びｎ電極）は、半導体層の同一面側に配置されている。これらの一対の電極は、上述したｐ型半導体層及びｎ型半導体層と、それぞれ、電流−電圧特性が直線又は略直線となるようなオーミック接続されるものであれば、単層構造でもよいし、積層構造でもよい。
基板１１は、発光素子１４が載置可能な部材であり、後述の封止部材を形成する際の土台となる部材である。基板は、発光装置の一部を構成する部材を用いるほか、封止部材形成後に除去する部材を用いることもできる。
発光装置の一部を構成する部材となる基板としては、例えば、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、発光素子１４が載置される凹部を備えた基板１１を用いることができる。基板は、絶縁性の母材１１ｂと、電極として機能する導電部材１１ａと、を備える。母材としては、樹脂、セラミック、ガラスエポキシ樹脂等が挙げられる。母材が樹脂の場合、基板は、リードの一部を内包するように一体成形した樹脂パッケージとすることができる。また、母材がセラミックの場合は、基板は、グリーンシートと金属薄膜との積層体を焼成して得られるセラミックパッケージとすることができる。このような基板は、平板状、又は、発光素子が載置可能な凹部が設けられた形状とすることができる。
また、基板として、封止部材を形成した後に除去する基板、すなわち、製造工程のみで用いられる基板を用いることができる。例えば、図３（ａ）に示すように、平板状（又はシート状）の基板１１を用いることができる。このような基板１１は、図３（ａ）に示すように発光素子１４を載置可能な部材であればよい。また、基板１１は、図３（ｂ）に示すように、第２混合液１２Ｂを形成し、更に硬化して封止部材１２とする際の加熱温度に対する耐熱性を有する材料であればよい。さらに、基板１１は、図３（ｃ）に示すように、封止部材１２及び発光素子１４から除去するため、除去しやすい部材がよい。除去方法は、例えば、機械的に剥がす、溶剤等を用いて溶解するなどの方法を用いることができる。このような基板としては、例えばセラミック等が挙げられる。
上述のような基板及び発光素子を準備し、基板上に接合部材を用いて発光素子を載置することで、発光素子が載置された基板を準備することができる。接合部材としては、導電性の接合部材又は絶縁性の接合部材を用いることができる。また、フェイスアップ実装、フリップチップ実装のいずれの方法で発光素子を載置してもよい。基板自体が接着性を備えている場合（例えばウエハシート）は、別途接合部材を用いなくてもよい。フェイスアップ実装の場合は、基板の導電部材と発光素子の電極とをワイヤで接続する。
（第１樹脂液及び第２樹脂液を準備する工程）
２液硬化型樹脂成分である第１樹脂液及び第２樹脂液を準備する。第１樹脂液と第２樹脂液は、両者を混合することで化学反応が起こり硬化する。
第１樹脂液は、２液硬化型樹脂の主剤であり、透光性を有し、且つ、耐光性を有する。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を挙げることができる。また、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも１種以上含むハイブリッド樹脂等も用いることができる。
第２樹脂液は、２液硬化型樹脂の硬化剤を含んでいる。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を挙げることができる。また、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも１種以上含むハイブリッド樹脂等も用いることができる。
（第１混合液を作成する工程）
第１樹脂液と、粒子状の蛍光体と、を混合して第１混合液を作製する。蛍光体は、第１混合液に対して、１０質量％〜８０質量％程度混合することができる。
図１（ａ）に示すように、第１樹脂液１２０Ａと蛍光体Ｐとを、攪拌機能を備えた混合容器１００に投入して撹拌する。このとき、先に第１樹脂液１２０Ａのみを混合容器１００投入して撹拌しながら蛍光体Ｐを投入してもよく、あるいは、両者を混合容器１００に投入したのちに撹拌してもよい。また、蛍光体Ｐに加え、拡散材なども混合することができる。
撹拌する際は、温度を約２０℃〜５０℃程度とすることが好ましい。また、撹拌は、遠心撹拌、真空遠心撹拌、手動による撹拌などを用いることができる。遠心撹拌の場合、例えば、第１混合液が１５０ｍｌ程度の場合、回転数４００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍの範囲とすることができる。また、撹拌時間は１分〜２０分の範囲とすることができる。
撹拌により得られた第１混合液１２Ａは、図１（ｂ）に示すように蛍光体が第１樹脂液中に分散された状態である。この後、１２時間〜３６時間程度静置させる。静置する場合は、１０℃〜３０℃程度で静置する。静置する際、混合容器中でそのまま静置してもよく、あるいは別の容器に移し替えてもよい。尚、静置時間は樹脂の組成や量、蛍光体の比率等により適宜選択することができる。
第１樹脂液のみに蛍光体を混合させることで、蛍光体を樹脂中に均一に混合させやすい。この理由は定かではないが、以下のように考えられる。第１樹脂液と第２樹脂液とを先に混合させた場合、その一部で硬化反応が開始されるため、樹脂液が局部的に異なる特性の部分が生じ、それにより蛍光体を均一に混合させにくくなる場合がある。これに対し、第１樹脂液のみに蛍光体を混合させると、樹脂自体が全体的に均一であるため、蛍光体を樹脂中に均一に混合させ易いと考えられる。
（第２混合液を作製する工程）
第１混合液と第２樹脂液とを混合して第２混合液を作製する。
図１（ｃ）に示すように、第１混合液１２Ａの入った混合容器１００内に、第２樹脂液１２０Ｂを投入する。このとき、第１混合液１２Ａのみを撹拌しながら第２樹脂液１２０Ｂを投入してもよく、あるいは、第１混合液１２Ａに第２樹脂液１２０Ｂを投入したのちに撹拌してもよい。
撹拌する際は、温度を約２０℃〜５０℃程度とすることが好ましい。また、撹拌は、遠心撹拌、真空遠心撹拌、手動による撹拌などを用いることができる。第２混合液は、第１樹脂液と第２樹脂液とを混合させると化学反応が始まるため、撹拌する時間は第１混合液の作製時に比べると短くすることが好ましい。また、遠心撹拌を行う場合、その回転数は、例えば、第２混合液が２５０ｍｌ程度の場合、回転数４００ｒｐｍ〜１２００ｒｐｍの範囲とすることができる。また、撹拌時間は１分〜２０分の範囲とすることができる。
得られた第２混合液１２Ｂは、混合容器からモールド装置のディスペンサに移す。
（第２混合液を、発光素子を被覆するように形成し、硬化する工程）
図２（ｂ）に示すように、基板１１上に載置された発光素子１４の上方にディスペンサのノズル１４０を配置し、ノズル１４０から第２混合液１２Ｂをポッティングする。第２混合液１２Ｂの量は、発光素子１４の全体が埋設される量、さらに、ワイヤを用いている場合はワイヤも埋設される量が好ましい。
図２（ｂ）は、基板１１が凹部を備えているため、凹部内に第２混合液１２Ｂをポッティングしているが、図３（ｂ）に示すように、基板１１が凹部を備えない場合は、第２混合液１２Ｂは印刷、圧縮成形、トランスファモールドなどにより形成することができる。
次いで、第２混合液１２Ｂを加熱により硬化する。これより、基板１１上に載置された発光素子１４を覆う封止部材１２とすることができる。最後に基板を切断することで、１枚の基板から色度ばらつきの少ない複数の発光装置１０を得ることができる。
図３（ｅ）に示すような、基板を有していない発光装置２０の場合は、図３（ｃ）に示すように基板１１を除去した後、図３（ｄ）に示すように封止部材１２を切断することで、図３（ｅ）に示すような発光装置２０とすることができる。尚、このような基板を有しない発光装置２０は、発光素子１４の電極１４ｂが封止部材１２から露出させて、発光装置２０の電極として機能させることができる。そのため、図３（ａ）に示すように、基板１１上に発光素子１４を載置する際に、半導体層１４ａ側を上にし、電極１４ｂと基板１１とが対向するように配置させておくことが好ましい。
また、３（ａ）に示すような平板状の基板１１は、除去せずにそのまま発光装置を構成する基板としてもよい。その場合は、図３（ｂ）に示すような、基板１１上に複数の発光素子１４を一体的に覆う封止部材１２を形成した後、基板１１と封止部材１２との両方を切断することで発光装置を得ることができる。
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
[実施例１]
発光装置として、横幅４．０ｍｍ、縦幅３．６ｍｍ、厚さ２．０５ｍｍの側面発光型の発光装置の製造方法を説明する。図２（ａ）〜図２（ｃ）は実施例１に係る製造工程を示す。
粒子状の蛍光体として、平均粒径２０μｍのＫＳＦ系蛍光体（Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ）を準備する。第１樹脂液として２液硬化型樹脂の主剤（シリコーン樹脂）を準備する。第２樹脂液として２液硬化型樹脂の硬化剤（シリコーン樹脂）を準備する。
攪拌機として、容量５００ｍｌの混合容器を備えた遠心攪拌機（シンキー社製、ＡＲ−５００）を準備する。混合容器に第１樹脂液を５０ｍｌとＫＳＦ蛍光体５０ｇ（第１混合液に対して５０質量％）を入れた後、遠心攪拌機で撹拌する。撹拌速度は１０００ｒｐｍで撹拌時間は３分である。撹拌して得られた第１混合液を、その混合容器内においてそのまま混合物を１８時間程度静置する。
次いで、上述の第１混合液を収容している混合容器に、第２樹脂液を５０ｍｌ入れた後、遠心撹拌する。撹拌速度は６００ｒｐｍで撹拌時間は１分である。
撹拌して得られた第２混合液は、そのまま用いることもできるが、好ましくは濾過してから用いる。濾過は、目開き２１２μｍのフィルターを用いて、吸引濾過する方法などが挙げられる。
さらに、脱泡処理を行うことが好ましい。例えば、真空撹拌脱泡器（シンキー社製、ＡＲＶ−３１０）を用いる。撹拌条件は、６００ｒｐｍで撹拌時間は３分である。このようにして得られた第２混合液を、ノズルが取り付けられたディスペンサに充填する。
図２（ａ）に示すように、発光素子１４が載置された基板１１を準備する。発光素子１４として主ピークが４４５ｎｍである窒化物半導体層を備えた発光素子１４を準備する。また、基板１１としてリードフレーム１１ａと成形樹脂１１ｂと、を備えた樹脂パッケージを準備する。尚、樹脂パッケージは、工程内では樹脂パッケージの集合体として用いられる。リードフレーム１１ａは、厚さ０．２５ｍｍ、横２００ｍｍ、縦４７ｍｍのＣｕ板を所定の形状にパターニングし、表面にＡｇなどのメッキが施されている。１枚のリードフレームには４０列×８行の成形樹脂が形成されており、発光装置１つに相当する成形樹脂及びリード（リードフレームの一部）により樹脂パッケージが構成されている。
樹脂パッケージは、横幅３．４ｍｍ、縦幅３．６ｍｍ、深さ０．３５ｍｍの凹部を備える。凹部の底面は横幅１．１３ｍｍ、縦幅２．１２５ｍｍである。この凹部の底面には正負電極となる１対のリード１１ａが露出されており、発光素子１４はこの凹部の底面のリード１１ａの上に載置される。凹部の側面は成形樹脂１１ｂから構成されている。また、凹部の底面の一対のリード間にも成形樹脂１１ｂが形成されている。
リード１１ａと発光素子１４とは接合部材によって接合されている。発光素子１４の上面にはｐ電極及びｎ電極が設けられている。ｐ電極及びｎ電極は、ワイヤ１６によってリード１１ａと接合されている。
図２（ｂ）に示すように、基板１１上に載置された発光素子１４の上にノズル１４０から、第２混合液１２Ｂをポッティングする。その後、基板ごと加熱器に入れて１５０℃で４時間加熱する。これにより第２混合液１２Ｂが硬化して封止部材１２とすることができる。最後に基板を切断することで図２（ｃ）に示す発光装置１０を得ることができる。
１枚の基板から得られた３２０個の発光装置１０の色度のばらつきは、第１樹脂液と第２樹脂液とを先に混合させたのちに蛍光体を混合させた混合液を用いて得られた発光装置のばらつきに比して、ｘ値で２０％程度、ｙ値で１０％程度、ばらつきが少なかった。
本開示に係る発光装置は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機等、種々の発光装置に使用することができる。
１０、２０…発光装置
１１…基板
１１ａ…導電部材（リード）
１１ｂ…母材（成形樹脂）
１２…封止部材
１４…発光素子
１４ａ…半導体層
１４ｂ…電極
１６…ワイヤ
１００…混合容器
１２０Ａ…第１樹脂液
１２０Ｂ…第２樹脂液
Ｐ…蛍光体
１２Ａ…第１混合液
１２Ｂ…第２混合液
１４０…ノズル

Claims (4)

  1. 粒子状の蛍光体を準備する工程と、
    発光素子が載置された基板を準備する工程と、
    ２液硬化型樹脂成分である、第１樹脂液及び第２樹脂液を準備する工程と、
    前記第１樹脂液中に前記蛍光体を混合して第１混合液を作製する工程と、
    前記第１混合液を静置する工程と、
    前記第１混合液を静置した後、前記第１混合液中に、前記第２樹脂液を、第１混合液の混合時間よりも短時間で混合して第２混合液を作製する工程と、
    前記発光素子上に前記第２混合液を配置し、前記第２混合液を硬化して封止部材とする工程と、を備える発光装置の製造方法。
  2. 前記蛍光体の粒径は、３μｍ以上３０μｍ以下である請求項１記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記蛍光体は、前記第１混合液に対して１０質量％〜８０質量％である請求項１又は請求項２記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記蛍光体は、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウム系蛍光体である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
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