JP6472596B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
このような熱応力による経時的な配光バラツキに対処するため、リードフレームと透光性樹脂材との間の接着性を低下させて、内部応力を緩和して、発光素子にかかる応力を低減して、発光素子の劣化を防止する発光装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
はじめに、経時的劣化による配光バラツキが生じる原因の説明を行なう。
リードフレームに形成された凹部の底面に載置された発光素子を有し、発光素子及びリードフレームを被覆する透光性樹脂を備えた発光装置の製造終了時においては、リードフレームの凹部の内側面と透光性樹脂とが接触した状態になっている。一方、所定の期間使用後の状態においては、基板への実装時または使用時(点灯時)における発熱や光等により、接触していた凹部の内側面と透光性樹脂の一部が剥離する。よって、凹部の内側面と透光性樹脂が接触した領域と、剥離した領域が不規則に混在する状態が生じる。
凹部の内側面と透光性樹脂とが接触した領域では、発光素子から出力した光は、凹部の内側面で反射する。一方、透光性樹脂と凹部の内側面とが剥離した領域では、光の主波長より大きな隙間があいていれば、光は透光性樹脂の端面で全反射する。よって、剥離した領域と接触した領域とで反射面が異なり、発光素子から透光性樹脂の外部に取り出される光の方向が変わるので、経時的劣化による配光バラツキが生じることになる。ここで、反射面が異なるというのは、反射面となる部材が異なる場合を指す(例えば、透光性樹脂の端面とリードフレームの凹部の内側面)。
凹部の底面と透光性樹脂とが接触した領域では、発光素子から出力した光は、凹部の底面で反射する。一方、透光性樹脂と凹部の底面が剥離(透光性樹脂と凹部の底面が離間)した領域では、光の主波長より大きな隙間があいていれば、光は透光性樹脂の端面で全反射する。以下に説明するように、本発明においては、このような経時的劣化による配光バラツキを未然に防ぐことができる。
図1に、本発明の発光装置の1つの実施形態の概略図を示す。図1(a)に示す発光装置20は、砲弾型LEDとも称され、第1のリードフレーム2及び第2のリードフレーム4と、第1のリードフレーム2に形成された凹部12の底面12aに載置された発光素子6(例えば、LEDチップ)と、発光素子6を封止する透光性樹脂8とを備える。発光素子6が載置された凹部12を含む第1リードフレーム2及び第2のリードフレーム4は、砲弾型形状の透光性樹脂8に覆われている。なお、説明の便宜上、リードフレーム2、4の透光性樹脂8に覆われた領域を被覆領域10とし、透光性樹脂8から露出した領域を露出領域11とする。本実施形態では、露出領域11において、リードフレーム2、4が、凹部12の底面12aに対して鉛直方向に真直である。
本実施形態では、発光素子6からの光は透光性樹脂8の端面で全反射し、凹部12の底面12aで反射する。つまり、発光素子からの光の一部は、リードフレームの表面で反射される。そのため、リードフレーム2、4は、光反射率の高い金属でメッキ等が施されることが好ましく、具体的には、金、銀、ロジウム、アルミニウム、白金及びそれらの合金等のメッキが挙げられ、特に可視光に対する反射率が高い銀が好ましい。また、銀等のメッキを施すことによって、下地金属の酸化を防ぐことができ、特に、第1のリードフレーム2の凹部12の底面12aにおいて、確実にダイボンディングを行なうことができ、発光素子6等からの光を効率よく反射することができる。
なお、本実施形態では、予め第1のリードフレーム2の凹部12の内側面12bと、透光性樹脂8とが離間しているので(図1(b)参照)、内側面12bと透光性樹脂8とが剥離する際に応力が生じるのを防止することができ、凹部の底面と透光性樹脂との剥離が生じることを抑制できる。これにより、凹部12の底面12aと透光性樹脂8が接触した領域と、剥離した領域とが不規則に混在することを防いで、配光バラツキが生じることを未然に防ぐことができる。
なお、図1(a)、(c)において、リードフレーム2、4の下側部分の網掛け領域15は、密着付与剤が設けられた領域(密着付与材塗布領域)を示す。
図1(a)の発光装置20のリードフレーム2の凹部12の領域を表わす図1(b)に示すように、本実施形態では、製造終了時において、予め第1のリードフレーム2の凹部12の内側面12bと、透光性樹脂8とが離間しており、凹部12の内側面12bと透光性樹脂8との間に所定の隙間を有している。なお、この隙間の距離は、発光素子6から出力する光の主波長より大きくなっている。ここで、「距離」とは、凹部内の内側面と対向する透光性樹脂の端面と凹部の内側面との間の距離を指す。
隙間の距離が光の主波長より大きい場合には、発光素子6から出力した光は、透光性樹脂8の端面で全反射することになる。もし、隙間の距離が光の主波長以下の場合には、光が凹部12の内側面12bに達して、銀メッキが施された凹部12の内側面12bで反射することになり、一部の光が銀メッキにより吸収される。したがって、光の取り出し効率としては、光が透光性樹脂8の端面で全反射した場合の方が、凹部12の内側面12bに達して反射した場合よりも高くなる。つまり、銀のような反射率の高い金属でも、一部の光を吸収するが、本実施形態では、内側面12bに向かう発光素子6からの光の大半は凹部12の内側面12bに到達せず、透光性樹脂8の端面で全反射する。そのため、メッキが施された凹部12の内側面12bにおいて、発光素子6からの光が吸収されることを防ぐことができる。
本実施形態において、第1のリードフレーム2の凹部の内側面12bと透光性樹脂8の隙間は、凹部の内側面の全周にわたって形成されることが好ましい。これにより、全反射する発光素子6からの光の光量を増やすことができ、光の取り出し効率を高くすることができる。更に、内側面12bと透光性樹脂8とが剥離する際に応力が生じるのを未然に防止することができ、凹部の底面と透光性樹脂との剥離が生じることを抑制できる。
また、発光素子の周辺に発光素子からの光の主波長よりも長い発光波長を有する波長変換部材が設けられる場合、具体的には、発光素子6の周囲を覆う透光性樹脂8に、発光素子6からの出力光を、それよりも長い波長に変換する波長変換物質が含まれている(例えば、分散されている)場合には、凹部12の内側面12bにおいて、第1のリードフレーム2と透光性樹脂8との間の隙間は、この波長変換物質からの光の主波長より大きいことが好ましい。
これにより、任意の色の光を発する発光装置において、確実に、経時的劣化による配光バラツキを抑制することができる。
図1(a)の発光装置20のリードフレーム2、4の透光性樹脂8からの露出領域11を表わす図1(c)に示すように、本実施形態では、被覆領域10の端部において、第1リードフレーム2及び第2のリードフレーム4と透光性樹脂8とが密着している。ここで、「被覆領域10の端部」とは、被覆領域10の領域内であって、被覆領域10と露出領域11との境界またはその近傍に位置する領域を指す。
これにより、第1リードフレーム2及び第2のリードフレーム4と透光性樹脂8との間の隙間から、水やフラックスが内部に侵入することを防ぎ、発光素子6やリードフレーム2、4が腐食することを防ぐことができる。
図2の実施形態では、露出領域11は、端子として機能する端子部を含み、少なくとも端子部に密着付与剤が設けられている。
この場合、後のハンダメッキ工程において、基礎フレームから切り出されたリードフレームの端部(例えば、基礎フレームからの切断面)にハンダメッキを行なうとき、下地金属の酸化によって適切なハンダメッキが行われない虞がある。
図3の実施形態で切り出されたリードフレーム2、4では、密着付与剤は、被覆領域10の端部には設けられるが、端子部として機能する下端部には設けられていない。よって、本実施形態では、図2の実施形態と比べて密着付与剤が少ない分、発光装置のコスト低減を図りながら、リードフレームと透光性樹脂との間の隙間から、水やフラックスが内部に侵入することを防ぐことができる。
このとき、凹部12をマスキングして、基礎フレームを密着付与剤内に浸漬させることによって形成することができるし、水溶性の密着付与剤の塗布により形成することもできる。
この場合には、第1のリードフレーム2の凹部12の内側面12bと透光性樹脂8との間に、確実に所定の隙間を形成するとともに、リードフレーム2、4の凹部12を除く、その他の領域において、リードフレーム2、4と透光性樹脂8とを確実に密着させることができる。つまり、リードフレーム2、4の被覆領域10において、凹部12を除くリードフレーム2、4が、透光性樹脂8と密着した状態となる。
透光性樹脂8は、エポキシ樹脂を必須とし、他の主な組成として、シリコーン樹脂等を始めとする透光性が高く、かつ耐熱性に優れる任意の材料を用いることができる。エポキシ樹脂は、更に詳細には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、脂肪族系エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、及びトリグリシジルイソシアヌレートを用いることができる。
更に、透光性樹脂8の組成として、主な組成に加えて、硬化剤、硬化促進剤、添加剤等を含むことができる。下記に、硬化剤、硬化促進剤、添加剤の詳細な説明を行なう。
透光性樹脂8に含まれる硬化剤として、無水フタル酸、無水マレイン酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水ナジック酸、無水グルタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、アミン系硬化剤、フェノール系硬化剤、ヘキサヒドロフタル酸、及びカルボン酸類のうちの少なくとも1つが用いることができる。
透光性樹脂8に含まれる硬化促進剤として、リン系ハロゲン化物及び金属石鹸のうちの少なくとも1つを用いることができる。また、硬化促進剤として、金属石鹸及び4級ホスホニウム塩を用いることもできる。この金属石鹸として、C4以上の脂肪酸のNa及びK以外の金属塩のうちの少なくとも1つを含むことができる。更に、硬化促進剤として、3級ホスフィン類、3級アミン類、イミダゾール類、及び4級アンモニウム塩のうちの少なくとも1つを用いることもできる。
このような硬化促進剤を用いることにより、リードフレーム2と透光性樹脂8との間に、発光素子6からの光または波長変換部材からの光の主波長主波長より大きい隙間を確実に形成することができる。
透光性樹脂8に含まれる添加剤としては、ポリオール、界面活性剤、着色剤、及び拡散剤のうちの少なくとも1つを用いることができる。
リードフレーム2、4に設けられる密着付与剤として、アルキルチオール類、アルコシシシランアルキルチオール類、メルカプトベンゾチアゾール類、メルカプトベンゾチアゾールモノナトリウム塩類、トリアジンチオール類、トリアジンジチオール類、トリアジントリチオール類、トリアジンチオールモノナトリウム塩類、トリアジンジチオールモノナトリウム塩類、トリアジンジチオールジナトリウム塩類、トリアジントリチオールモノナトリウム塩類、トリアジントリチオールジナトリウム塩類、トリアジントリチオールトリナトリウム塩類、及びイソニトリル化合物のうちの少なくとも1つを用いることができる。
このような密着付与剤を用いることにより、透光性樹脂8に硬化促進剤が含まれているにもかかわらず、リードフレーム2、4と透光性樹脂8とを確実に密着させることができる。
例えば、第1及び第2のリードフレームを透光性樹脂で被覆する前に、発光素子が収納されている第1のリードフレームの凹部内にのみ、発光素子を被覆するプリコートを充填させる(プリコート工程)。尚、透光性樹脂には硬化促進剤を添加せず、プリコートにのみ、硬化促進剤を添加する。これにより、リードフレームとプリコートとの間に、発光素子からの光または波長変換部材からの光の主波長主波長より大きい隙間を形成する。一方、透光性樹脂とリードフレームを密着させると共に、透光性樹脂とプリコートを密着させることができる。
上述のプリコート工程を含む製造方法で製造した本発明の発光装置の実施形態を、図4に示す。図4(a)及び第1のリードフレーム10の凹部12の領域を拡大した図4(b)において、網掛けで示す部分が、硬化促進剤を添加した透光性樹脂からなるプリコート9である。上述のプリコート工程により、製造終了時において、予め第1のリードフレーム2の凹部12の内側面12bとプリコート9とが、発光素子6から出力する光の主波長より大きく離間している。これにより、図1に示す発光装置と同様な効果が得られる。なお、その他の部分については、図1に示す発光装置と同様なので、更なる説明は省略する。
本発明の発光装置のその他の実施形態として、図5に表面実装型の発光装置を示す。図5(a)に発光装置30の全体を表わす斜視図を示し、図5(b)に、図5(a)に示す発光装置30の凹部の領域の模式図を示す。なお、図5(a)では、透光性樹脂8に覆われた領域の内部が透けて見えるように示されている。
なお、本実施形態では、第1リードフレーム2及び第2のリードフレーム4のそれぞれの両端において、透光性樹脂8から露出している。つまり、1つのリードフレームについて、少なくとも、透光性樹脂8から露出する近傍の2箇所の領域で密着付与剤が設けられている。本実施形態においても、被覆領域10の端部でのみ、リードフレーム2、4と透光性樹脂8とが密着している場合も、リードフレーム2、4の被覆領域10において、凹部12を除くリードフレーム2、4が、透光性樹脂8と密着している場合もあり得る。
上述のように、本実施形態に係る密着付与材は何れの密着付与材を使用することができ、中でも、水溶性の密着付与材が好ましい。これにより、容易にリードフレーム2、4の凹部12を除く、その他の領域に密着付与材を選択的に設けることができる。
本発明の発光装置の製造方法の一例を、下記に説明する。本製造方法では、
(1)発光素子6が載置された凹部12を有し、凹部12の内側面以外の少なくとも一部に密着付与剤が設けられたリードフレーム2、4を準備する工程と、
(2)リードフレーム2、4の一部及び発光素子6を、硬化促進剤を含有する透光性樹脂8で覆うことにより、密着付与剤が設けられたリードフレーム2、4の表面と透光性樹脂とを密着させるとともに、凹部12の内側面12bと透光性樹脂8との間に発光素子6からの光の主波長より大きい隙間を形成する工程と、
を有する。
ここで、「凹部12の内側面以外のリードフレーム2、4の少なくとも一部に密着付与剤を設けること」については、後の工程においてリードフレーム2、4が被覆領域10の端部に、密着付与剤が設けられるようにすることが好ましい。これにより、リードフレーム2、4と透光性樹脂8との間の隙間から、水やフラックスが内部に侵入することを確実に防ぐことができる。
この場合、リードフレーム2、4を準備する工程において、被覆領域10の端部にのみ密着付与剤を設けることもできるし、被覆領域10の凹部12を除くリードフレーム2、4に、密着付与剤を設けることもできる。後者の場合には、製造後の被覆領域10において、凹部12を除くリードフレーム2、4が透光性樹脂8と密着した状態になる。
本製造方法では、硬化促進剤を含有する透光性樹脂8を用いることにより、確実に、凹部12の内側面12bと透光性樹脂8との間に発光素子6からの光の主波長より大きい隙間を形成することができる。なお、第1のリードフレーム2と透光性樹脂8の隙間は、凹部の内側面の全周にわたって形成されることが好ましい。また、透光性樹脂8に、発光素子6の光の主波長よりも長い発光波長を有する(発光素子6からの出力光をそれよりも長い波長に変換する)波長変換物質が含まれている場合には、凹部12の内側面12bと透光性樹脂8との間に、波長変換物質からの光の主波長より大きい隙間を形成することが好ましい。
(1)第1の工程
(1−1)リードフレーム2、4の形状が形成された基礎フレームを製造する工程と、
(1−2)この基礎フレームに銀メッキを施す工程と、
(1−3)その後、少なくともリードフレーム2、4が透光性樹脂8から露出する近傍の領域に密着付与剤を設ける工程と、
を含むリードフレーム2、4を準備する第1の工程、及び
(2)第2の工程
(2−1)接着剤を用いて、発光素子6を(第1の)リードフレーム2の凹部12の底面12aに固定し、必要な配線を行なう工程と、
(2−2)リードフレーム2、4の一部及び発光素子6を、硬化促進剤を含有する透光性樹脂8で覆うことにより、密着付与剤が設けられたリードフレーム2、4の表面と透光性樹脂とを密着させるとともに、(第1の)リードフレーム2の凹部12の内側面12bと透光性樹脂8との間に、発光素子6からの光または波長変換物質からの光の主波長より大きい隙間を形成する工程と、
(2−3)その後、リードフレーム2、4を基礎フレームから切り出す工程と、
を含む第2の工程、を含む。
これにより、基板への実装時または点灯時における発熱または光により、製造完了時には接触していた第1のリードフレーム2の凹部12の内側面12bと透光性樹脂8の一部が剥離して、経時的劣化による配光バラツキが生じることを抑制するとともに、更なる封止用部剤を有することなく、第1のリードフレーム2及び第2のリードフレーム4と透光性樹脂8との間の隙間から、水やフラックスが内部に侵入して、発光素子6やリードフレーム2、4が腐食することを防ぐことができる発光装置20、30を製造することができる。
本発明 に係る発光装置及びその製造方法は、上述の実施形態には限られず、その他様々な実施形態が本発明に含まれる。
4 第2のリードフレーム
6 発光素子
8 透光性樹脂
9 プリコート
10 被覆領域
11 露出領域
12 凹部
12a 凹部の底面
12b 凹部の内側面
14 隙間
20 発光装置
30 発光装置
102 リードフレーム
106 発光素子
108 透光性樹脂
112 凹部
112a 凹部の底面
112b 凹部の内側面
Claims (15)
- 凹部を有する第1のリードフレームと、
第2のリードフレームと、
前記第1のリードフレームに形成された前記凹部の底面に載置された発光素子と、
前記発光素子並びに前記凹部及びその周囲領域を含む前記第1のリードフレーム及び前記第2のリードフレームの一部を被覆する透光性樹脂と、
を備え、
前記第1のリードフレームは、前記透光性樹脂に覆われた被覆領域と、前記透光性樹脂から露出した露出領域と、を有し、
前記透光性樹脂にエポキシ樹脂及び硬化促進剤が含まれ、
前記凹部の内側面において、前記第1のリードフレームと前記透光性樹脂との間に前記発光素子からの光の主波長より大きい大気から密封された隙間を有し、
前記被覆領域内であって前記露出領域との境界またはその近傍に位置する前記被覆領域の端部を少なくとも含み前記凹部の内側面を除く前記被覆領域に密着付与剤が設けられて、前記第1のリードフレームと前記透光性樹脂とが密着していることを特徴とする、発光装置。 - 前記凹部の底面において、前記発光素子を固定する接着剤により、前記第1のリードフレームと前記透光性樹脂とが接合されていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記凹部の内側面を除く全ての前記被覆領域において、前記第1のリードフレームが前記透光性樹脂と密着していることを特徴とする、請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記露出領域は、端子として機能する端子部を含み、少なくとも前記端子部に前記密着付与剤が設けられていることを特徴とする、請求項1から3の何れか1項に記載の発光装置。
- 前記密着付与剤として、アルキルチオール類、アルコシシシランアルキルチオール類、メルカプトベンゾチアゾール類、メルカプトベンゾチアゾールモノナトリウム塩類、トリアジンチオール類、トリアジンジチオール類、トリアジントリチオール類、トリアジンチオールモノナトリウム塩類、トリアジンジチオールモノナトリウム塩類、トリアジンジチオールジナトリウム塩類、トリアジントリチオールモノナトリウム塩類、トリアジントリチオールジナトリウム塩類、トリアジントリチオールトリナトリウム塩類、及びイソニトリル化合物のうちの少なくとも1つが用いられることを特徴とする、請求項1から4の何れか1項に記載の発光装置。
- 前記硬化促進剤として、リン系ハロゲン化物及び金属石鹸のうちの少なくとも1つが用いられる請求項1から5の何れか1項に記載の発光装置。
- 前記硬化促進剤として、金属石鹸及び4級ホスホニウム塩が用いられる請求項1から6の何れか1項に記載の発光装置。
- 前記金属石鹸が、C4以上の脂肪酸のNa及びK以外の金属塩のうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項6または7に記載の発光装置。
- 前記硬化促進剤として、更に、3級ホスフィン類、3級アミン類、イミダゾール類、及び4級アンモニウム塩のうちの少なくとも1つが用いられることを特徴とする、請求項6から8の何れか1項に記載の発光装置。
- 前記透光性樹脂の組成として添加剤が含まれ、
前記添加剤として、ポリオール、界面活性剤、着色剤、及び拡散剤のうちの少なくとも1つが用いられることを特徴とする、請求項1から9の何れか1項に記載の発光装置。 - 前記露出領域において、前記第1のリードフレームが折り曲げられることにより、実装面を有することを特徴とする請求項1から10の何れか1項に記載の発光装置。
- 前記露出領域において、前記第1のリードフレームが前記凹部の底面に対して直交方向に延びていることを特徴とする請求項1から10の何れか1項に記載の発光装置。
- 更に前記発光素子の周辺に、前記発光素子からの光の主波長よりも長い発光波長を有する波長変換部材が設けられ、
前記凹部の内側面において、前記隙間は前記波長変換部材からの光の主波長より大きいことを特徴とする、請求項1から12の何れか1項に記載の発光装置。 - 前記隙間は、前記内側面の全周にわたって形成される請求項1から13の何れか1項に記載の発光装置。
- 発光素子が載置された凹部を有し、前記凹部の内側面以外の少なくとも一部に密着付与剤が設けられた第1のリードフレーム、及び、第2のリードフレームを準備する工程と、
前記凹部及びその周囲領域を含む前記第1のリードフレームの一部及び前記発光素子を、エポキシ樹脂及び硬化促進剤を含有する透光性樹脂で覆うことにより、前記密着付与剤が設けられた前記第1のリードフレームと前記透光性樹脂とを密着させるとともに、前記凹部の内側面において、前記第1のリードフレームと前記透光性樹脂との間に前記発光素子からの光の主波長より大きい大気から密封された隙間を形成する工程と、を有し、
前記第1のリードフレームを準備する工程において、
前記透光性樹脂に覆われる被覆領域のうち、前記透光性樹脂から露出する露出領域との境界またはその近傍に位置する前記被覆領域の端部を少なくとも含み、前記凹部の内側面を除く前記第1のリードフレームに、前記密着付与剤を設けることを特徴とする発光装置の製造方法。
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