JP6899412B2 - Ledデバイスの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、LEDデバイス、LEDデバイスの製造方法および積層体に関する。
LED(Light Emitting Diode)素子を備えたLEDデバイスとして、LED素子を樹脂製の封止材で封止した構造を有する装置が知られている。このような構成のLEDデバイスにおいて、封止材は物理的な衝撃からLED素子を守る。また、封止材はLED素子や電極を劣化させる酸素や水蒸気などの気体を遮蔽する。そのため、LED素子を樹脂製の封止材で封止したLEDデバイスは、破損しにくく信頼性が高い装置となる。
このようなLEDデバイスとして、例えば、LED素子と、LED素子を収容するケースと、ケース内に充填された封止材と、封止材を覆うようにケースに載置された無機ガラスレンズとを備えるデバイスが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2014−11364号公報
しかしながら、高出力の光を射出するLEDデバイスでは、LED素子から射出される光により封止材が劣化(光劣化)する場合がある。特に、紫外線を射出するUV−LED素子を備えたUV−LEDデバイスにおいては、封止材の光劣化が進みやすく、改善が求められていた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、封止部の光劣化を抑制可能なLEDデバイスを提供することを目的とする。また、上述のようなLEDデバイスを容易に製造可能なLEDデバイスの製造方法を提供することを併せて目的とする。また、上述のようなLEDデバイスを容易に製造可能とする部品である積層体を提供することを併せて目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、基板と、前記基板上に配置されたLED素子と、前記LED素子の光射出面を覆って設けられた封止部と、を有し、前記封止部は、第1封止部と第2封止部とを有し、前記第1封止部は、前記光射出面に融着し、前記第2封止部は、平面視において、前記LED素子および前記第1封止部の周囲を囲み、前記第1封止部において前記光射出面に融着する部分の形成材料は、結晶性フッ素樹脂であるLEDデバイスを提供する。
本発明の一態様においては、前記第2封止部は、縮合重合型シリコーン樹脂を形成材料とする構成としてもよい。
本発明の一態様においては、前記第1封止部は、光透過性の光学部材と、前記結晶性フッ素樹脂を形成材料とする樹脂層との積層体であり、前記樹脂層は、前記光射出面に融着している構成としてもよい。
本発明の一態様においては、前記第1封止部は、結晶性フッ素樹脂からなる構成としてもよい。
本発明の一態様においては、前記結晶性フッ素樹脂の融点は、100℃以上278℃以下である構成としてもよい。
本発明の一態様においては、前記結晶性フッ素樹脂は、置換基として塩素原子を含む構成としてもよい。
本発明の一態様においては、前記結晶性フッ素樹脂の屈折率は、1.36以上である構成としてもよい。
本発明の一態様は、光透過性の光学部材と、フッ素樹脂を形成材料とする樹脂層との積層体を形成する工程と、前記積層体の前記樹脂層側の面を、LED素子の光射出面に接触させて加熱し、前記樹脂層を前記LED素子に熱融着させる工程と、前記LED素子の側面を封止樹脂で封止する工程と、を有するLEDデバイスの製造方法を提供する。
本発明の一態様においては、前記封止樹脂はシリコーン樹脂である製造方法としてもよい。
本発明の一態様は、光透過性を有する光学部材と、フッ素樹脂を形成材料とする樹脂層との積層体であって、前記樹脂層の厚さは10μm以上100μm以下であり、前記光学部材の形成材料の融点およびガラス転移点のうち低い温度は、前記フッ素樹脂の融点より高く、250nm以上700nm以下の波長帯域における前記積層体の全光線透過率は、全範囲で70%以上である積層体を提供する。
本発明によれば、封止部の光劣化を抑制可能なLEDデバイスを提供することができる。また、上述のようなLEDデバイスを容易に製造可能なLEDデバイスの製造方法を提供することができる。また、上述のようなLEDデバイスを容易に製造可能とする部品である積層体を提供することができる。
本実施形態のLEDデバイス1を示す概略断面図である。 本実施形態のLEDデバイス1の製造方法を示す工程図である。 本実施形態のLEDデバイス1の製造方法を示す工程図である。 本実施形態のLEDデバイス1の製造方法を示す工程図である。 本実施形態のLEDデバイス1の製造方法を示す工程図である。 変形例のLEDデバイス2を示す概略断面図である。 実施例1の結果を示すグラフである。 実施例2の結果を示すグラフである。 比較例2の結果を示すグラフである。 変形例の積層体の製造方法を示す工程図である。 変形例の積層体の製造方法を示す工程図である。
以下、図1〜図6を参照しながら、本実施形態に係るLEDデバイスについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
図1は、本実施形態のLEDデバイス1を示す概略断面図である。図に示すように、本実施形態のLEDデバイス1は、基板10、LED素子20、封止部30Aを有している。
(基板)
基板10は、電極11や不図示の配線を有する基板である。基板10が有する電極11や配線は、実装するLED素子20と電気的に接続されるために用いられる。
基板10は、LEDデバイスの基板として一般的に用いられるものであれば、特に限定されず使用可能である。基板10としては、例えば、ナイロン樹脂、LCP(Liquid Crystal Polymer、液晶ポリマー)などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、アルミナ、窒化アルミニウム、LTCC(Low−Temperature Co−fired Ceramics、低温同時焼成セラミックス)などのセラミックスで構成されたものが好適に用いられる。
基板10は、光反射性を有していてもよく、光反射性がなくてもよい。基板10の光学特性については、装置の設計に応じて適宜選択することができる。
(LED素子)
LED素子20は、光射出面20aを基板10とは反対側に向けて、基板10の上に配置されている。
LED素子20の「光射出面20a」とは、フリップチップ方式で接続されているLED素子20の、電極21が設けられた面とは反対側の面である。LED素子20は、単結晶基板上にn型半導体層およびp型半導体層などが順次積層した構造を基本構造とする。LED素子20において、単結晶基板の表面が光射出面20aに該当する。
LED素子20は、一般的に知られた構造のものであれば、特に限定されず使用可能である。LED素子20としては、例えば、青色LED、赤色LED、緑色LED、紫外線LEDなどが挙げられる。
なお、本明細書において、紫外線とは400nm以下の波長の光を意味する。
LED素子20は、基板10にフリップチップ方式で接続されている。LED素子20は、基板10上の電極11とはんだで接続されている。
LED素子20は、一つの基板10上に1個または複数個設置される。
(封止部)
封止部30Aは、LED素子20の光射出面20aを覆って設けられている。封止部30Aは、基板10と共にLED素子20を封止している。
本明細書において「封止」とは、対象物であるLED素子20を外気から遮断することを指す。すなわち、LEDデバイス1において、封止部30Aは、基板10と共にLED素子20を外気から遮断している。
封止部30Aは、第1封止部31と、第2封止部32とを有する。
(第1封止部)
第1封止部31は、樹脂層38と、光学部材39とを有する。第1封止部31は、光射出面20aの上に配置されている。
(樹脂層)
樹脂層38は、結晶性フッ素樹脂を形成材料とし、光射出面20aに対向する面38aで光射出面20aに熱融着している。樹脂層38は、光射出面20aに隙間なく接している。樹脂層38の形成材料が結晶性フッ素樹脂であることは、X線回折測定(XRD)を用いた分析により確認することができる。
樹脂層38と光射出面20aとの界面には、拡大観察したときに気泡が確認できない。樹脂層38と光射出面20aとの界面は、顕微鏡を用いて50倍に拡大した像を用いて観察する。
樹脂層38の厚さは、10μm以上100μm以下であることが好ましい。
樹脂層38の形成材料としては、結晶性フッ素樹脂を用いることができる。このような結晶性フッ素樹脂は、分子構造中にC−H結合の存在割合が低い樹脂が好ましい。分子構造中におけるC−H結合の存在割合が低いことで、樹脂層38の耐光性を高くし易くなる。例えば、分子鎖中の−CH−ユニットの存在割合は、分子主鎖全体に対して、好ましくは30mol%以下であり、より好ましくは20mol%以下であり、さらに好ましくは10mol%であり、ことさら好ましくは実質的に0mol%である。
また、結晶性フッ素樹脂は、置換基として塩素原子を含む樹脂が好ましい。結晶性フッ素樹脂が塩素原子を含むと、全ての置換基がフッ素原子であるフッ素樹脂と比べて屈折率が高くなりやすい。
結晶性フッ素樹脂の屈折率は、1.36以上であると好ましく、1.42以上であるとより好ましい。結晶性フッ素樹脂の屈折率は、発明の効果を損なわない範囲において高いほど好ましい。なお、上述の結晶性フッ素樹脂の屈折率は、波長589nmの光に対する屈折率である。
結晶性フッ素樹脂の屈折率が高いほど、第1封止部31においてLED素子20と接する面を構成する材料と、LED素子20の光射出面20aを構成する材料との屈折率差が小さくなる。これにより、LED素子20と第1封止部31との界面での全反射を抑制し、LED素子20で生じた光の取出し効率を向上させることができる。
なお、「光取出し効率」とは、LED素子20で生じた光の強度に対する、LED素子20から取り出された光の強度の割合を指す。LED素子20の光射出面20aにおける光の反射を抑制し、LED素子20の内部から外部に取り出される量が増えると、光取出し効率が向上することになる。
また、結晶性フッ素樹脂の置換基は、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましく、メチル基がさらに好ましい。
また、結晶性フッ素樹脂の置換基は、上記アルキル基の水素原子がそれぞれ独立にハロゲン原子に置換されているハロアルキル基が好ましく、上記アルキル基の水素原子すべてがフッ素樹脂に置換されているパーフルオロアルキル基がより好ましく、トリフルオロメチル基がさらに好ましい。
結晶性フッ素樹脂がアルキル基またはハロアルキル基を含むと、全ての置換基がフッ素原子であるフッ素樹脂と比べて透明性が高くなりやすい。
このような結晶性フッ素樹脂としては、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA、融点310℃)、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体(FEP、融点275℃)、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン−フッ化ビニリデン共重合体(THV、融点120〜225℃)、三フッ化塩化エチレン重合体(PCTFE、融点220℃)を挙げることができる。
これらの結晶性フッ素樹脂を用い、10μm以上100μm以下の厚さに設けた樹脂層38は、LEDデバイスに必要な光透過性と、樹脂層38の耐久性とを両立することができる。
中でも、結晶性フッ素樹脂としては、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体または三フッ化塩化エチレン重合体が好ましく、三フッ化塩化エチレン重合体がより好ましい。
本明細書において「融点」「ガラス転移点」「屈折率」などの物理量は、文献値を採用することができる。また、各物理量が不明である場合には、定法に従って測定した値を採用することができる。
(光学部材)
光学部材39は、平面視において樹脂層38と重なって配置された光透過性の部材である。
光学部材39の形成材料の融点およびガラス転移点のうち、いずれか低い方の温度は、樹脂層38の形成材料である結晶性フッ素樹脂の融点よりも高い。光学部材39の形成材料としては、シリカガラス、ホウケイ酸ガラスなどが挙げられる。
シリカガラスの種類としては、電気溶融・火炎溶融によって作られる溶融石英ガラス、気相法または液相法によって作られる合成石英ガラスなどが挙げられる。
ホウケイ酸ガラスは、SiOを主成分(即ち、SiOを50%以上含む)としてBを含み、さらに必要に応じてAl、MgO、CaO、アルカリ金属酸化物成分(LiO、NaO、KO)などで構成されるガラスである。ホウケイ酸ガラスには、紫外領域まで良好な透過率を示すものが知られており(例えば、特許第3192013号公報を参照。)、本実施形態のLEDデバイスに好適に用いることができる。
光学部材39は、LED素子20に対向する面39aが平面であってもよい。面39aが平面である場合、光学部材39と樹脂層38との界面における光の散乱が抑制され、LED素子20から射出される光について、光取出し効率を向上させることができる。
また、光学部材39は、LED素子20から射出される光の取出しを阻害しない範囲において、面39aが凹凸を有していてもよい。この場合、面39aが平面である場合と比べて光学部材39と樹脂層38との接触面積が増大するため、光学部材39と樹脂層38との剥離を抑制することができる。
図に示す光学部材39はレンズ状部材であるが、これに限らず、光学部材39は、板状であってもよく、円錐台状、円柱状、半球状、半楕円球状などの形状であってもよい。
(第2封止部)
第2封止部32は、平面視において、LED素子20および第1封止部31の周囲を囲むように配置されている。本明細書において「平面視」とは、基板10の上面10aの法線方向から基板10を見た状態を指す。
詳しくは、第2封止部32は、基板10の上面10a、LED素子20の側面20b、樹脂層38の端部38bおよび光学部材39の側面39bに隙間なく接している。
第2封止部32は、シリコーン樹脂組成物の硬化物を形成材料とする。シリコーン樹脂としては付加重合型シリコーン樹脂および縮合重合型シリコーン樹脂が使用可能である。耐光性が高いことから、第2封止部32の形成材料は、縮合重合型シリコーン樹脂が好ましい。
(縮合重合型シリコーン樹脂)
縮合重合型シリコーン樹脂としては、下記式(1)で表されるモノマー化合物を加水分解および重縮合させて得られたシリコーン樹脂を主成分とする樹脂が挙げられる。
Si(OR(4−n) (1)
ここで「主成分とする」とは、固形分換算で、上記のシリコーン樹脂を、縮合重合型シリコーン樹脂の固形分の総質量に対して、例えば50質量%以上、例えば60質量%以上、例えば70質量%以上、例えば80質量%以上、例えば90質量%以上含有し、100質量%であってもよいことを意味する。
式(1)中、Rは置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基または置換基を有していてもよい炭素数6〜10のアリール基を表し、Rはそれぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数1〜10のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数6〜10のアリール基または水素原子を表し、nは0〜3の整数を表す。
またはRがアルキル基である場合、アルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよく、環状構造を有していてもよい。また、アルキル基の炭素数は特に限定されるものではなく、例えば炭素数1〜10であればよく、炭素数1〜6が好ましく、炭素数1〜3がより好ましい。
アルキル基は、アルキル基を構成する1または2以上の水素原子が、他の基で置換されていてもよい。アルキル基の置換基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基などの炭素数6〜10のアリール基、フッ素原子、塩素原子などのハロゲン原子などが挙げられる。
またはRで表されるアルキル基としては、具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基などの無置換のアルキル基、フェニルメチル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基などのアラルキル基が挙げられる。
またはRがアリール基である場合、アリール基としては、例えば炭素数6〜10のアリール基が挙げられる。また、アリール基は、アリール基を構成する1または2以上の水素原子が、他の基で置換されていてもよい。アリール基の置換基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などの炭素数1〜6のアルキル基、フッ素原子、塩素原子などのハロゲン原子などが挙げられる。
またはRで表されるアリール基としては、具体的には、フェニル基、ナフチル基などの無置換のアリール基、メチルフェニル基、エチルフェニル基、プロピルフェニル基などのアルキルフェニル基のようなアルキルアリール基などが挙げられる。
LED素子20として、315nm以下の波長の光を射出するLED素子を採用する場合、R、Rはアルキル基であると好ましい。R、Rがアルキル基であるモノマー化合物から得られたシリコーン樹脂は、光吸収量が少なく、高い耐光性を期待できる。Rがメチル基であり、Rがメチル基またはエチル基であるモノマー化合物から得られたシリコーン樹脂がより好ましい。
ここで、上記式(1)で表されるモノマー化合物のnが1である場合は3個のオルガノポリシロキサン鎖による分岐鎖構造を構成し得る。このようなモノマー化合物を加水分解および重縮合させて得られたシリコーン樹脂は、網目構造を形成し得る。このため、上記の樹脂を硬化させて得られる硬化物は、硬度が高く、耐熱性に優れ、紫外線の照射を受けても劣化が少ないものとなる。
一方で、上記式(1)で表されるモノマー化合物のnが2である場合には、上記の樹脂を硬化させて得られる硬化物は、柔軟性に優れ、加工しやすい硬化物となる。
上記式(1)で表されるモノマー化合物を加水分解および重縮合させて得られたシリコーン樹脂は、下記式(2)で表される。
(R111213SiO1/2(R1415SiO2/2(R16SiO3/2(SiO4/2 (2)
式(2)中、R11〜R16は、それぞれ独立して、アルキル基、アリール基またはハロゲン原子である。
11〜R16のアルキル基は、それぞれ独立して、炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素数1〜6のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜3のアルキル基がさらに好ましい。
11〜R16のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基などの無置換のアルキル基、フェニルメチル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基などの置換のアルキル基が挙げられる。
11〜R16のアリール基としては、それぞれ独立して、炭素数6〜10のアリール基が好ましい。
11〜R16のアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基などの無置換のアリール基、メチルフェニル基、エチルフェニル基、プロピルフェニル基などの置換のアリール基が挙げられる。
11〜R16のハロゲン原子としては、それぞれ独立して、フッ素原子または塩素原子が好ましい。
式(2)において、M、D、TおよびQは構成比率を表しており、0以上1以下であり、かつM+D+T+Q=1を満たす数である。上記式(2)で表されるポリオルガノシロキサンを構成する繰り返し単位は、一官能型[RSiO0.5](トリオルガノシルヘミオキサン)、二官能型[RSiO](ジオルガノシロキサン)、三官能型[RSiO1.5](オルガノシルセスキオキサン)、四官能型[SiO](シリケート)(但し、ここでは簡略化のため、R11〜R16をまとめてRと示している。)であり、これら4種の繰り返し単位の構成比率によって、上記式(2)で表されるシリコーン樹脂の組成が定まる。
このような縮合重合型シリコーン樹脂としては、対応するモノマー化合物を重合させて製造することができる。また、縮合重合型シリコーン樹脂として市販品を使用することもできる。
縮合重合型シリコーン樹脂として市販品としては、例えば、Gelest社製の両末端シラノール型ジオルガノシリコーンであるDMS−12、DMS−21、DMS−27、DMS−35、モメンティブ社製のXC96−723、YF−3800、YF−3057、レジン状シリコーンオリゴマーであるXC96−B0446、XR31−B2230、信越化学社製のレジン状シリコーンであるKR−220L、KR−242A、KR−300、レジン状シリコーンオリゴマーであるX−40−9225、KR−500、KR−213,両末端シラノール型ジオルガノシリコーンであるX−21−5841、KF−9701、旭化成ワッカー社のSILRES MK、SILRES MSE 100、コルコート社のシリケート48、EMS−485が挙げられる。
これらの縮合重合型シリコーン樹脂は、単独で使用してもよく、混合させて使用してもよい。
(有機溶媒)
上述したようなシリコーン樹脂は、必要に応じて、適切な有機溶媒に溶解させて用いることができる。また、上述したようなシリコーン樹脂は、必要に応じて適切な有機溶媒に溶解させ、さらに蛍光体、無機粒子、硬化用触媒などを添加したシリコーン樹脂組成物とした後、例えば加熱することなどにより硬化させることができる。
有機溶媒としては、沸点が100℃以上の有機溶媒が好ましい。有機溶媒としては、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールモノエチルヘキシルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノベンジルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノエチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、プロピレングリコールモノベンジルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノフェニルエーテル、ジプロピレングリコールモノベンジルエーテルなどのグリコールエーテル系溶媒;エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノヘキシルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルヘキシルエーテルアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート、エチレングリコールモノベンジルエーテルアセテートなどの、上述のグリコールエーテル系溶媒に酢酸基を付加させた、グリコールエステル系溶媒などが挙げられる。
縮合重合型シリコーン樹脂の含有量は、シリコーン樹脂組成物の総質量に対して、50〜100質量%であることが好ましく、60〜90質量%であることがより好ましく、65〜85質量%であることがさらに好ましい。
第2封止部32の形成材料としては、上述のシリコーン樹脂組成物の他、エポキシ樹脂やフッ素樹脂を用いることもできる。
本実施形態のLEDデバイス1は、以上のような構成となっている。
上述のようなLEDデバイス1は、LED素子20の光射出面20aに接する樹脂層38が結晶性フッ素樹脂を形成材料としている。フッ素樹脂は、例えば第2封止部32の形成材料であるシリコーン樹脂の硬化物よりも耐光性が高い。さらに、結晶性フッ素樹脂は、フッ素樹脂の中でも相対的に密着性が高い。そのため、LEDデバイス1では、封止部30Aの剥離を抑制可能となる。
LED素子20から深紫外線を射出する深紫外LED素子を備えた深紫外LEDは、封止部の劣化が進みやすいことが知られている。ここで、本明細書において「深紫外線」とは、波長190nm以上315nm以下の紫外線を指す。上述したLEDデバイス1においては、LED素子20に深紫外LEDを採用したとしても、封止部30Aの光劣化が抑制され、装置の長寿命化が可能となる。
また、LEDデバイス1では、樹脂層38が光射出面20aに融着し、光射出面20aに隙間なく接している。すなわち、光射出面20aが空気層と接しないため、光射出面20aと空気層との界面における全反射を抑制し、LED素子20で生じた光の取出し効率を向上させることができる。そのため、LEDデバイス1では、封止部30Aの光劣化を抑制しながら、高出力とすることができる。
すなわち、以上のような構成のLEDデバイス1によれば、封止部30の光劣化を抑制可能なLEDデバイスとなる。
(LEDデバイスの製造方法)
図2〜5は、本実施形態のLEDデバイス1の製造方法を示す工程図である。図2,3に示す工程は、本発明のLEDデバイスの製造方法における「積層体を形成する工程」に該当する。図4に示す工程は、本発明のLEDデバイスの製造方法における「熱融着させる工程」に該当する。図5に示す工程は、本発明のLEDデバイスの製造方法における「封止する工程」に該当する。
まず、図2に示すように、光透過性の光学部材39と、上述の結晶性フッ素樹脂を形成材料とするフィルム380との積層体を形成する。
本工程では、光学部材39の面39aをフィルム380の第1面380aに接触させ、フィルム380を構成する結晶性フッ素樹脂の融点以上に加熱する。加熱の際、光学部材39側から適宜加圧してもよい。
フィルム380の厚さは、15μm以上120μm以下であることが好ましい。
熱Hを加えることにより、フィルム380は溶融または軟化し、光学部材39に熱融着する。
次いで、図3に示すように、フィルム380のうち、光学部材39と重ならない部分381xを切り取り、フッ素樹脂層381と光学部材39との積層体300を得る。積層体300は、本発明の「積層体」に該当する。フッ素樹脂層381は、本発明の「フッ素樹脂を形成材料とする樹脂層」に該当する。
積層体300は、光透過性の光学部材39と、フッ素樹脂を形成材料とするフッ素樹脂層381との積層体である。
フッ素樹脂層381の厚さは、10μm以上100μm以下である。
光学部材39の形成材料の融点およびガラス転移点のうち、いずれか低い方の温度は、フッ素樹脂層381の形成材料であるフッ素樹脂の融点よりも高い。
積層体300は、250nm以上700nm以下の波長帯域の全域で、積層体300の積層方向の全光線透過率が70%以上である。積層体300の積層方向の全光線透過率は80%以上が好ましく、85%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。
積層体300の全光線透過率は、光学部材39の材料、積層方向における厚さ、フッ素樹脂層381の材料、積層方向における厚さを制御することで調整可能である。また、光学部材39とフィルム380との熱融着の時間を延ばす、熱融着時の加圧圧力を高くするなどの条件変更により、光学部材39とフッ素樹脂層381との界面の乱れを低減し、全光線透過率を向上させることもできる。
次いで、図4に示すように、積層体300のフッ素樹脂層381側の面381aを、基板10に実装されたLED素子20の光射出面20aに接触させる。この状態で、基板10、LED素子20、積層体300を、フッ素樹脂層381を構成する結晶性フッ素樹脂の融点以上に加熱する。加熱の際、光学部材39側から適宜加圧してもよい。
熱Hを加えることにより、フッ素樹脂層381は溶融または軟化し、LED素子20に熱融着する。これにより積層体300は、第1封止部31として機能する。フッ素樹脂層381は、樹脂層38を構成する。
このとき、フッ素樹脂層381の形成材料であるフッ素樹脂の融点が100℃以上278℃以下であると、LED素子20と基板10との接続に用いるはんだの融点以下の加熱温度で融着させやすく、製造が容易となる。用いるはんだとしては、例えばAu−20質量%Sn合金(融点:278℃)を挙げることができる。
フッ素樹脂の融点は、好ましくは150℃以上、より好ましくは200℃以上である。また、フッ素樹脂の融点は、好ましくは250℃以下である。
次いで、図5に示すように、LED素子20の側面20bを覆うように、封止樹脂である液状のシリコーン樹脂組成物Lを滴下する。シリコーン樹脂組成物としては、上述したものを用いることができる。次いで、シリコーン樹脂組成物を加熱しシリコーン樹脂組成物を硬化させることにより、第2封止部32を形成する。
シリコーン樹脂組成物の加熱温度は、120〜200℃が好ましく、140〜200℃がより好ましい。加熱時間は0.5〜24時間が好ましく、1〜10時間がより好ましい。加熱温度および加熱時間をこれらの範囲内とすることで、実用上充分な強度を有する硬化物が得られる。
積層体300と第2封止部32とは、一体となり封止部30Aを構成する。封止部30Aにおいては、第1封止部31のフッ素樹脂層381がLED素子20の光射出面20aに接し、第2封止部32がLED素子20の側面20bに接してLED素子20を封止する。
以上のようにして、LEDデバイス1を製造することができる。
以上のようなLEDデバイスの製造方法によれば、フッ素樹脂製の固体のフィルム380を樹脂層38の形成材料とすることで、溶媒に起因する気泡が第1封止部31に混入しにくい。
また、樹脂層38の形成材料としてフッ素樹脂を含む液状物を用いる場合、LED素子20の光射出面20aの大きさおよび位置に応じて、液状物の供給量や供給位置を正確に制御する必要があり、作業が困難となり易い。一方、上述の製造方法のように、予めフッ素樹脂層と光学部材との積層体を製造することにより、フッ素樹脂層381を形成することで、液状物としてフッ素樹脂を供給する場合と異なり、供給量や供給位置の制御が容易となる。
さらに、上記製造方法では、光学部材39に予めフッ素樹脂層381を積層させた積層体300を形成し、その後、積層体300をLED素子20の光射出面20aに融着させることとしている。そのため、光学部材39、フッ素樹脂層381、LED素子20を一度に熱融着させる場合と比べ、部材間の相互の位置ずれが生じ難く、位置合わせが容易となる。
これらにより、上述したLEDデバイスの製造方法によれば、LEDデバイス1を容易に製造することができる。
さらに、以上のような積層体300を用いることで、上述のようなLEDデバイス1を容易に製造可能となる。
なお、本実施形態のLEDデバイス1においては、封止部30Aが光学部材39を有することとしたが、これに限らない。
図6は、変形例のLEDデバイス2を示す概略断面図であり、図1に対応する図である。LEDデバイス2が有する封止部30Bは、第1封止部35と、第2封止部32とを有する。封止部30Bは、LED素子20の光射出面20aを覆って設けられている。封止部30Bは、基板10と共にLED素子20を封止している。
第1封止部35は、光射出面20aの上に配置されている。第1封止部35は、結晶性フッ素樹脂を形成材料とし、光射出面20aに熱融着している板状部材である。本変形例における第1封止部35は、結晶性フッ素樹脂からなる。結晶性フッ素樹脂としては、上述した樹脂層38の形成材料と同じ樹脂を採用することができる。
第1封止部35と光射出面20aとは、第1封止部35と光射出面20aとの界面を拡大観察したときに気泡が確認できない状態で融着している。第1封止部35とLED素子20とは、基板10上に実装されたLED素子20の光射出面20aの上に第1封止部35を配置した後、必要に応じて第1封止部35側から加圧した状態で加熱することで融着させることができる。
第2封止部32は、基板10の上面10a、LED素子20の側面20b、フィルム381の端部381bおよび光学部材39の側面39bに隙間なく接している。
以上のような構成のLEDデバイス2であっても、光射出面20aに接する第1封止部35が、耐光性の高いフッ素樹脂を形成材料としているため、封止部30の光劣化を抑制可能なLEDデバイスとなる。
また、本実施形態のLEDデバイスの製造方法においては、積層体を形成する工程において、フィルム380を用いてフッ素樹脂層381を形成することとしたが、これに限らない。
図10、11は、積層体を形成する工程の変形例を示す工程図である。
まず、図10に示すように、光透過性の光学部材39の面39aにフッ素樹脂溶液Mを滴下する。
次に、図11に示すように、フッ素樹脂溶液Mに含まれる溶媒Sを揮発させることにより、フッ素樹脂層385と光学部材39の積層体310を得る。フッ素樹脂層385は、本発明の「フッ素樹脂を形成材料とする樹脂層」に該当する。
フッ素樹脂溶液Mから溶媒Sを揮発させる方法は、送風、加熱および減圧、ならびにこれらの組み合わせを採用することができる。
フッ素樹脂層385の厚さは、10μm以上100μm以下である。
積層体を形成する工程は、面39aに均一な厚みでフッ素樹脂層を形成しやすいため、フィルムを用いる方法が好ましい。
また、積層体を形成する工程として、図10,11に示す変形例を採用すると、面39aの凹凸が大きい場合に、フィルムを用いる方法よりも面39aにフッ素樹脂層385を追従させやすく製造しやすい。
上記方法で得られた積層体310は、図4,5において説明した各工程の積層体300の代わりに用いることで、LEDデバイスを製造することができる。これにより積層体310は、第1封止部31として機能する。フッ素樹脂層385は、樹脂層38を構成する。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせなどは一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求などに基づき種々変更可能である。
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下の実施例、比較例においては、樹脂層の形成方法の違いによる結果の違いについて、モデルサンプルを用いて評価した。
(実施例1)
石英ガラス板(25mm×25mm×1.1mm、融点1650℃、屈折率1.46)を2枚用意し、結晶性フッ素樹脂であるPCTFE製のフィルム(20mm×20mm×0.075mm、東邦化成株式会社製、融点220℃、屈折率1.42)を2枚の石英ガラス板で挟んだ。
次いで、フィルムを挟んだ一対の石英ガラス板のうち、一方の石英ガラス板を下にしてアルミカップ内に配置した。さらに、他方の石英ガラス板の上に荷重用のステンレスボールを入れたアルミカップを配置した。ステンレスボールの総量は100gであった。
次いで、260℃で1時間加熱した後、室温まで冷却して、実施例1のサンプルを作製した。
光学顕微鏡を用い、50倍に拡大して観察したが、得られたサンプルには、気泡の噛みこみは見られなかった。
(比較例1)
一方の石英ガラス板の表面に、濃度9質量%の非晶質フッ素樹脂溶液(Cytop、Sタイプ、旭硝子株式会社製)を50μg滴下した。非晶質フッ素樹脂溶液の上に他方の石英ガラス板を重ねた。
次いで、非晶質フッ素樹脂溶液を挟んだ一対の石英ガラス板のうち、一方の石英ガラス板を下にしてアルミカップ内に配置した。さらに、他方の石英ガラス板の上に荷重用のステンレスボールを入れたアルミカップを配置した。ステンレスボールの総量は100gであった。180℃で1時間加熱した後、室温まで冷却して、比較例1のサンプルを作製した。
光学顕微鏡を用い、50倍に拡大して観察したところ、得られたサンプルには樹脂層に樹脂が存在する部分と、樹脂が存在しない部分とが混在しており、ムラとして観察された。
図7は、実施例1のサンプルについて光透過率を測定した結果を示すグラフである。図7は、横軸が測定波長(単位:nm)、縦軸が光透過率(%)を示す。
なお、サンプルの光透過率は、下記条件で測定した。
<測定条件>
装置:島津製作所社製 UV−3600
アタッチメント:積分球 ISR−3100
測定波長:220〜800nm
バックグラウンド測定:大気
測定速度:中速
図7では、参考例として、実施例1のサンプルで用いた2枚の石英ガラスを重ねただけのサンプルについての測定結果を示す。
図に示すように、実施例1のサンプルは、ほとんどの測定波長範囲で参考例のサンプルよりも高い透過率を示すことが分かった。また、実施例1のサンプルは、可視光領域から紫外領域まで充分に高い透過率を示すことが分かった。
また、参考例のサンプルは干渉縞が観察され、2枚のガラス板の間に空気層が存在することが示唆された。
対して、実施例1のサンプルには干渉縞が観察されなかった。実施例1のサンプルには、干渉縞が形成されるほどの空気層が2枚のガラスの間に存在していないことが示唆された。
本願発明の構成を採用するLEDデバイスでは、実施例1のサンプルと同様に、LED素子の光射出面とガラス製の光学部材との間に、干渉縞が形成されるほどの空気層が存在しない構成とすることができる。このような構成のLEDデバイスでは、空気層を内部に含むLEDデバイスと比べ、LED素子から射出された光が光学部材の光射出面側の面で全反射しにくく、光取り出し効率を向上させることができると考えられる。
(実施例2)
結晶性フッ素樹脂であるPCTFE製のフィルム(75μm厚、東邦化成株式会社製)の上に石英ガラス板(1.5mm×1.5mm×0.5mm)を配置し、12.5gの荷重を加えた状態で230℃で3時間加熱し、フィルムを石英ガラス板に融着させた。
次いで、フィルムの石英ガラス板に融着した部分を除き、周辺の余剰部分を切断して除去し、PCTFE製のフィルムと石英ガラス板との積層体を作製した。
次いで、深紫外LED素子(1.0mm×1.0mm、ピーク波長280nm、DOWAエレクトロニクス社製)をLTCC(Low−Temperature Co−fired Ceramics、低温同時焼成セラミックス)製の基板(株式会社ヨコオ社製)に、はんだを用いてフリップチップ方式でボンディングし、深紫外LEDパッケージを作製した。
次いで、深紫外LEDパッケージの光射出面に、積層体のフィルム側を接触させて重ねて配置した。17.5gの荷重を加えた状態で、230℃で3時間加熱して、積層体をLEDパッケージに融着させ、実施例2のサンプルを作製した。
(比較例2)
実施例2と同様にして、PCTFE製フィルムと石英ガラス板の積層体を作製した。深紫外LEDパッケージの光射出面に積層体を重ね、比較例2のサンプルを作製した。積層体のフィルムは、LEDパッケージの光射出面に融着していない。
図8は、実施例2のサンプルから射出される光の強度を示すグラフ(放射束スペクトル)である。図9は、比較例2のサンプルから射出される光の強度を示すグラフ(放射束スペクトル)である。図8,9は、横軸が射出される光の波長(単位:nm)、縦軸が光強度(分光放射束)(単位:μW/nm)を示す。
なお、サンプルの光強度は、下記条件で測定した。
<測定条件>
装置:OP−RADIANT−UV 紫外LED測定用積分球システム(オーシャンフォトニクス社製)
電流値:40mA
図8,9では、参考例として、実施例2のサンプルで用いた深紫外LEDパッケージそのものについての測定結果を示す。
図8に示すように、実施例2のサンプルでは、LEDパッケージそのものよりも光強度が強く、光取出し効率が高まっていることが分かった。
対して、図9に示すように、比較例2のサンプルでは、LEDパッケージそのものよりも光強度が弱く、光取出し効率が低いことが分かった。
実施例2で作製したサンプルのLED素子、及び素子に融着した積層体の周囲に付加重合型シリコーン樹脂(例えばOE−6351、東レ・ダウコーニング社製)を流し込み、硬化させることにより、第1、および第2封止部で覆われたLEDデバイスを得ることができる。
(実施例3)
スライドガラス(松浪硝子工業株式会社製、品番:S1111)を2枚用意した。
一方のスライドガラスの長手方向の一端部に、25mm×25mm×75μmのPCTFEフィルムを設置した。PCTFEは結晶性フッ素樹脂である。
次に、PCTFEフィルムの上に他方のスライドガラスの長手方向の他端部を重ねて置き、100gの荷重をかけながら200℃で3時間加熱して融着させて、実施例3のサンプルを作製した。得られたサンプルは、一方のスライドガラスの一端部と、他方のスライドガラスの他端部とが、PCTFEフィルムの層で連結した積層体であった。
一方のスライドガラスは、本発明のLEDデバイスの製造方法における「光透過性の光学部材」のモデルである。
PCTFEフィルムの層は、本発明のLEDデバイスの製造方法における「フッ素樹脂を形成材料とする樹脂層」のモデルである。
他方のスライドガラスは、本発明のLEDデバイスの製造方法における「LED素子」のモデルである。
すなわち、実施例3の方法において、本発明のLEDデバイスの製造方法における「積層体を形成する工程」「熱融着させる工程」を良好に実施可能であることが分かった。
また、得られたサンプルについて、一方のスライドガラスと他方のスライドガラスとを把持し、引張強度を測定したところ、引張強度は58.7MPaであった。引張強度の測定後のサンプルは、片方のスライドガラスにPCTFEフィルムの層が残り、他方には残っていなかった。測定後のサンプルは、PCTFEフィルムとスライドガラスとの界面で剥離していることが確認された。
なお、引張強度は、同じサンプルを2つ用意し、各サンプルについて、島津製作所製「小型卓上試験機EZ−L」を用い、ロードセル500N、引張速度5mm/分の条件で破断させたときの強度を測定した。2回の測定結果の平均値をサンプルの引張強度とした。
(実施例4)
実施例3で用いたスライドガラスと同じスライドガラスを2枚用意した。
スライドガラス上の一端部に、耐熱テープを用いて耐熱テープで囲まれた26mm×25mmの領域を作った。次に、非晶性フッ素樹脂溶液(サイトップ(商標)、AGC株式会社製、濃度9質量%)を、耐熱テープで囲まれた26×25mmの領域に200μL塗布した。非晶性フッ素樹脂溶液を塗布したスライドガラスを200℃で3時間乾燥させ、スライドガラスの一端部に、フッ素樹脂層を形成した。
続いて、フッ素樹脂層の上に他方のスライドガラスの長手方向の他端部を重ねて置き、100gの荷重をかけながら200℃で3時間加熱して融着させて、実施例4のサンプルを作製した。得られたサンプルは、一方のスライドガラスの一端部と、他方のスライドガラスの他端部とが、フッ素樹脂層で連結した積層体であった。
一方のスライドガラスは、本発明のLEDデバイスの製造方法における「光透過性の光学部材」のモデルである。
フッ素樹脂層は、本発明のLEDデバイスの製造方法における「フッ素樹脂を形成材料とする樹脂層」のモデルである。
他方のスライドガラスは、本発明のLEDデバイスの製造方法における「LED素子」のモデルである。
すなわち、実施例4の方法において、本発明のLEDデバイスの製造方法における「積層体を形成する工程」「熱融着させる工程」を良好に実施可能であることが分かった。
また、得られたサンプルについて、実施例3と同様に引張強度を測定したところ、引張強度は14.3MPaであった。引張強度の測定後のサンプルは、片方のスライドガラスにフッ素樹脂層が残り、他方には残っていなかった。測定後のサンプルは、フッ素樹脂層とスライドガラスとの界面で剥離していることが確認された。
実施例3のサンプルの引張強度と、実施例4のサンプルの引張強度との比較から、実施例3のサンプルの方がスライドガラスとフッ素樹脂を形成材料とする樹脂層とが強固に密着していることが分かった。
以上により、本発明が有用であることが分かった。
1,2…LEDデバイス、10…基板、10a…上面、20…LED素子、20a…光射出面、20b,39b…側面、30,30A,30B…封止部、31,35…第1封止部、38…樹脂層、38b…端部、32…第2封止部、39…光学部材、38a,39a…面、300…積層体、310…フィルム、381…フッ素樹脂層、H…熱、M…フッ素樹脂溶液

Claims (4)

  1. 光透過性の光学部材と、フッ素樹脂を形成材料とするフィルムとを熱融着させ、前記光学部材と、前記フッ素樹脂を形成材料とする樹脂層との積層体を形成する工程と、
    前記積層体の前記樹脂層側の面を、LED素子の光射出面に接触させて前記フッ素樹脂の融点以上に加熱し、前記樹脂層を前記LED素子に熱融着させる工程と、
    前記LED素子の側面を封止樹脂で封止する工程と、を有するLEDデバイスの製造方法。
  2. 前記積層体を形成する工程は、前記光学部材と、平面視で前記光学部材よりも大きい前記フィルムとを熱融着させた後、前記フィルムのうち前記光学部材と重ならない部分を切り取ることを含む請求項1に記載のLEDデバイスの製造方法。
  3. 前記フッ素樹脂は、結晶性フッ素樹脂である請求項1又は2に記載のLEDデバイスの製造方法。
  4. 前記封止樹脂はシリコーン樹脂である請求項1から3のいずれか1項に記載のLEDデバイスの製造方法。
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