JP6536560B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
[発光装置の構成]
第1実施形態に係る発光装置の構成について、図1〜図3を参照して説明する。
図1は、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す斜視図である。図2は、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図である。図3は、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図であり、図2のIII−III線における断面を示す。
なお、図1において、網掛けハッチングは、凹部2aに被膜6が存在することを示すものである。また、図1および図2は、透光性を有する被膜6や、被膜6の下に配置された透光性を有する封止部材5をそれぞれ透過して凹部2a内の部材を示している。
発光素子1の発光色としては、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。青色や緑色に発光する発光素子1は、近紫外から可視光領域に発光波長を有する、InXAlYGa1−X−YN(0≦X≦1、0≦Y≦1、X+Y≦1)で表される窒化物半導体からなる発光素子を好適に用いることができる。
発光装置100は、凹部2a内に、保護素子8が実装されている。なお、保護素子8は、例えばツェナーダイオードである。
リード電極3の材料としては、例えばCu系の合金が用いられる。
凹部2aの底面2bとなるリード電極3の上面は、光反射性又は/及びワイヤ7やダイボンド部材などとの接合性を高めるために、Ag、Au、Niなどのメッキ処理を施すようにしてもよい。
熱可塑性樹脂の場合、例えばポリフタルアミド樹脂、液晶ポリマー、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、不飽和ポリエステルなどを用いることができる。
熱硬化性樹脂の場合、例えばエポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂などを用いることができる。
遮光性部材4が光吸収性を有する場合、前記した母材に、光吸収性物質を含有させて光吸収性を付与された樹脂材料を用いて形成することができる。光吸収性物質としては、黒色顔料を挙げることができ、より具体的には、カーボンブラックやグラファイトなどの炭素系顔料を挙げることができる。
封止部材5は、透光性が損なわれない程度に、カーボンブラックなどの光吸収性物質の粒子を他のフィラーとして含有するようにしてもよい。これによって、発光装置100からの出射光の配光特性を改善することができる。
波長変換物質としては、例えばY3Al5O12:Ceで表されるYAG蛍光体やシリケートなどの黄色蛍光体、あるいは、CaAlSiN3:Euで表されるCASN蛍光体やK2SiF6:Mnで表されるKSF蛍光体などの赤色蛍光体、を挙げることができる。
粒子62としては、母材61よりも屈折率の低い材料が用いられる。粒子62は、具体的には、シリカ(SiO2)を挙げることができる。母材61として、例えば屈折率が1.52のシリコーン樹脂を用いた場合に、粒子62として、屈折率が1.46のSiO2を用いることができる。
粒子62の粒径は、0.5μm以上12.5μm以下程度とすることが好ましい。粒子62の粒径をこの範囲とすることで、粒子62に起因して形成される複数の突起によって、被膜6の上面における外光の正反射光成分を効率よく低減することができる。
なお、特に断らない限り、本明細書において、各種のフィラーや研磨剤などの粒径の値は、空気透過法又はFisher−SubSieve−Sizers−No.(F.S.S.S.法)によるものとする。
被膜6において粒子62の濃度は高く、粒子62の占める面積が2%〜20%であり、好ましくは3%〜10%であり、さらに好ましくは4%〜8%である。これは平面視における凹部2aの中心付近における1mm2を測定する場合である。
被膜6の上面の複数の突起は、被膜6の上面にブラスト加工処理を施して、粒子62の一部を母材61から露出させることで形成することができる。つまり、被膜6の上面の複数の突起は、粒子62に起因して形成されることが好ましい。
前記した範囲の粒径の粒子62に起因して形成される複数の突起によって、被膜6の上面で反射される外光の正反射光成分を良好に低減することができる。
発光装置の表面タック性は、発光装置の上面の中央付近が最も高いと考えられることから、封止部材5の凹みの中央付近に配置される粒子62の密度を、封止部材5の凹みの端部付近に配置される粒子62の密度よりも高めたことで、表面タック性を低減することができる。
次に、発光装置100の動作について、図3を参照して説明する。なお、発光装置100の光取り出し面である被膜6の上面は、空気と接しているものとして説明する。
リード電極31,32に外部電源を接続することで、発光素子1が発光する。発光素子1からの光は、封止部材5内を伝播して、発光素子1からの光の一部又は全部が、波長変換物質によって波長変換され、直接又は凹部2aの底面や内側面で反射されて、被膜6の上面から外部に取り出される。被膜6の上面において、発光素子1からの光は、一部は母材61と空気との界面を通って外部に取り出される。また、被膜6の上面近傍に粒子62が配置されている部分では、発光素子1からの光は、粒子62と空気との界面を通って外部に取り出される。母材61と空気との界面を通る光よりも、粒子62と空気との界面を通る光の方が、空気との界面での光反射を低減することができる。その結果として、発光装置100の光取り出し効率を高めることができる。
また、相対的に高屈折率な媒体から低屈折率な媒体に光が伝播する場合、スネルの法則に基づいて、界面で光が全反射される。被膜6と空気との界面における屈折率差を小さくすることで、当該界面で全反射される光量を低減することができる。つまり、全反射を低減する点からも、外部への光取り出し効率を高めることができる。
次に、第1実施形態に係る発光装置の製造方法について、図4〜図11Bを参照して説明する。
図4は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。図5は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法のパッケージ準備工程で準備されるパッケージの構成を示す断面図である。図6は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法の発光素子実装工程を示す断面図である。図7は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法の封止部材形成工程を示す断面図である。図8は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法の被膜形成工程を示す断面図である。図9は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法のブラスト加工処理工程を示す断面図である。図10Aは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法のブラスト加工処理工程において、研磨剤を投射する方向の第1の例を示す平面図である。図10Bは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法のブラスト加工処理工程において、研磨剤を投射する方向の第2の例を示す平面図である。図10Cは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法のブラスト加工処理工程において、研磨剤を投射する方向の第3の例を示す平面図である。図11Aは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法のブラスト加工処理工程において、第1工程を示す断面図である。図11Bは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法のブラスト加工処理工程において、第2工程を示す断面図である。
まず、板金をプレス加工で穴抜きすることで、リード電極3の外形を備えたリードフレームを形成する。次に、遮光性部材4の形状に相当する空洞を有する上下金型でリードフレームを挟み込む。次に、金型内の空洞に樹脂材料を注入し、樹脂材料を固化又は硬化後に金型から取り出すことで、遮光性部材4がリード電極3と一体的に形成されたパッケージ2が準備される。
ブラスト加工処理後において被膜6の膜厚は粒子62の粒径の3/5以上であり、好ましくは3/4以上、さらに好ましくは4/5以上である。言い換えると、被膜6の上面において、粒子62の全体の大きさのうち2/5以下が露出しており、好ましくは1/4以下が露出しており、さらに好ましくは1/5以下が露出している。この膜厚は平面視における凹部2aの中心付近を測定することが好ましい。
粒子62が露出するようにブラスト加工処理を施すことで、被膜6の上面が微細に荒らされるため、被膜6の上面の光拡散性が向上し、被膜6の上面において反射防止効果を得ることができる。また、被膜6の上面における粒子62の露出割合を前記範囲とすることで、発光装置100の上面における表面タック性を低減させることができる。加えて、ブラスト加工処理による被膜6からの粒子62の脱落を好適に防止することができる。
また、ウェットブラスト法によれば、より小径の研磨剤92を用いることができるため微細な加工に適している。このため、被膜6の上面に粗い凹凸を形成することなく、粒子62の表面を被覆する母材61を除去することができる。これによって、被膜6の上面に、粒子62の一部が露出して、粒子62に起因する突起を形成することができる。
研磨剤92は、被膜6の母材61よりも硬度の高いものが好ましく、例えばアルミナ(Al2O3)、炭化ケイ素(SiC)、ステンレス、ジルコニア(ZrO2)、ガラスなどを挙げることができる。
加工処理の対象面に対して垂直(90°)に近い投射角度91aで研磨剤92を投射すると、研磨剤92が母材61に突き刺さり、ブラスト加工処理後のパッケージ2に残存し易くなる。また、水平に近い投射角度91aで研磨剤92を投射すると、研磨剤92で母材61を除去する効率が低下することがある。従って、投射角度91aを前記した範囲とすることで、母材61を効率よく除去することで、粒子62を露出させやすくなる。
さらに、平面視で、方向D1,D2と直交する方向D3,D4からも研磨剤92を投射するようにしてもよい。また、例えば平面視で互いに120°ずつ異なる3方向から、研磨剤92を投射するようにしてもよい。
なお、複数の方向から研磨剤92を投射する場合、被膜6の上面の全面に対して一方向に処理を施した後に、順次にノズル91の方向を変更して処理を行う。また、ノズル91は、発光装置100に対して相対的に方向を変更すればよく、ノズル91を固定したままで、発光装置100の向きを変更するようにしてもよい。
以上説明したように各工程を行うことにより、発光装置100が製造される。
図12は、第2実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。この図12は、図2のIII−III線における断面に相当する断面図である。第2実施形態に係る発光装置100Bは、パッケージ2と、パッケージ2に載置される発光素子1と、発光素子1を覆う封止部材5と、封止部材5の上に形成された被膜6Bと、を備える。この発光装置100Bでは、被膜6Bにおいて透光性の母材61中に2層以上の粒子62が積み重なっている点が第1実施形態に係る発光装置100と相違している。以下では、第1実施形態に係る発光装置100と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
図1に示した形態の発光装置を前記した製造方法で作製した。このとき、被膜6の表面を凸凹に加工するブラスト加工処理の条件を変えて、複数のサンプルを作製した。
・パッケージ2:
平面視での外形寸法:1辺が3mm
封止部材及び被膜の開口径:1辺が2.6mm
リード電極3:Cu合金表面にAgメッキ
遮光性部材(光反射性部材)4:耐熱性ポリマー
・発光素子1:青色LEDを1個実装
・封止部材5:
母材:シリコーン樹脂(屈折率1.52)
波長変換物質:YAG系蛍光体
・被膜6(第1の被膜)
母材61:シリコーン樹脂(屈折率1.52)
粒子62:シリカ(SiO2)(屈折率1.46、粒径3〜5μm、含有量2質量%)
・被膜6(第2の被膜)
母材61:シリコーン樹脂(屈折率1.52)
粒子62:シリカ(SiO2)(屈折率1.46、粒径8.5〜12.5μm、含有量2質量%)
・研磨液(スラリー):
溶媒:純水
研磨剤:アルミナ(Al2O3)(粒径3μm、含有量5体積%)
・投射角度:30°/90°
・投射方向:30°の場合に、1方向/2方向
・ガン圧:0.2/0.3/0.4(MPa)
・加工処理速度:40mm/秒
前記の各条件で、空気圧を加えて研磨液をノズルから霧状に噴射することで、発光装置のサンプルの上面にブラスト加工処理を施した。
以下では、被膜6を形成した後の発光装置であってブラスト加工処理を行ったものを実施例、ブラスト加工処理を行っていないものを比較例とも呼ぶ。
比較例の特性を評価したところ、被膜6を形成する前に比べて光出力(光束)が高くなることが確認された。すなわち、封止部材5の上面に、封止部材5の母材よりも屈折率の低い粒子62を充填した被膜6を形成するだけで、被膜6が無い場合よりも光取り出しが良くなり光出力(光束)が高くなる。
処理後の外観では、何れの条件でブラスト加工処理を行ったサンプルも、加工面において粒子62が露出していることが確認された。ガン圧を高くするほど粒子62の露出量が多くなり、表面から粒子62が脱落しているサンプルも確認された。
また、粒径が3〜5μmの粒子62を用いた被膜6(第1の被膜)が形成された各サンプルの結果を平均した場合、光出力は、0.89%向上した。一方、粒径が8.5〜12.5μmの粒子62を用いた被膜6(第2の被膜)が形成された各サンプルの結果を平均した場合、光出力は0.73%向上した。
2 パッケージ
2a 凹部
5 封止部材
6,6B 被膜
61 母材
62 粒子
91a 投射角度
92 研磨剤
100,100B 発光装置
Claims (17)
- 凹部を有するパッケージの前記凹部内に配置された発光素子の封止を行う透光性の封止部材を前記凹部内に形成する工程と、
透光性の母材中に粒子を含有する被膜を前記封止部材上に形成する工程と、
前記粒子の一部が露出するまで前記被膜の表面をブラスト加工処理によって荒らす工程と、
を含む発光装置の製造方法。 - 前記ブラスト加工処理は、水と研磨剤とを含有するスラリーを投射するウェットブラスト加工処理である請求項1に記載の発光装置の製造方法。
- 前記ブラスト加工処理は、前記被膜の上面に対して、15°以上45°以下の角度で前記スラリーを投射する請求項2に記載の発光装置の製造方法。
- 平面視において1方向のみからスラリーを投射する請求項2又は請求項3に記載の発光装置の製造方法。
- 前記ブラスト加工処理は、平面視において異なる2以上の方向から、前記スラリーを順次に投射する請求項2又は請求項3に記載の発光装置の製造方法。
- 前記粒子は、空気透過法又はFisher−SubSieve−Sizers―No.で規定される粒径が、0.5μm以上12.5μm以下であり、
前記ブラスト加工処理後において前記被膜の膜厚は前記粒子の粒径の3/5以上である請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記粒子は、シリカである請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記被膜の母材は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂から選択される材料からなる請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 前記粒子の屈折率は前記被膜の母材の屈折率よりも低く、前記粒子と前記被膜の母材との屈折率差が、0.03以上である請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 凹部を有するパッケージと、
前記凹部内に配置される発光素子と、
前記凹部内に形成され前記発光素子を封止する透光性の封止部材と、
前記封止部材上に形成される透光性の母材中に2層以上の粒子が積み重なった被膜と、を備え、
前記封止部材は前記発光素子の光軸を含む断面視で略湾曲状に凹んでおり、
前記発光素子は前記封止部材の凹みの中央付近の真下に配置されており、
前記封止部材の凹みの中央付近に配置される前記粒子の密度が、前記封止部材の凹みの端部付近に配置される前記粒子の密度よりも高く、
前記粒子の粒径が0.5μm以上12.5μm以下であり、
前記被膜の表面付近に配置される粒子の一部が露出し、前記被膜の母材の上面が微細に荒れている発光装置。 - 前記封止部材の凹みの中央付近に配置される前記粒子が露出される割合と、前記封止部材の凹みの端部付近に配置される前記粒子が露出される割合がほぼ同じである請求項10に記載の発光装置。
- 前記粒子の屈折率は前記被膜の母材の屈折率よりも低く、前記粒子と前記被膜の母材との屈折率差が、0.03以上である請求項10又は請求項11に記載の発光装置。
- 前記粒子と前記被膜の母材との屈折率差が、前記粒子と光が取り出される先の媒質との屈折率差よりも小さい請求項10乃至請求項12の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記被膜の母材は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂から選択される材料からなる請求項10乃至請求項13の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記粒子は、シリカである請求項10乃至請求項14の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記粒子が、平面視で一方向の面のみ露出している請求項10乃至請求項15の何れか一項に記載の発光装置。
- 最上層に配置される前記粒子の一部が露出している請求項10乃至請求項16の何れか一項に記載の発光装置。
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