JP6933820B2 - シート成形体の製造方法、及びそれを用いた発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
(シート成形体の製造方法)
実施形態1に係るシート成形体の製造方法は、樹脂に蛍光体が略均一に含有された半硬化状態の第1シートを、複数の貫通孔又は凹部を有する金型で型抜きし、それぞれ離間した複数の小片を形成する小片形成工程と、複数の小片を硬化する小片硬化工程と、硬化した複数の小片の表面の一部を、少なくとも樹脂からなる半硬化状態の第2シートで被覆する小片被覆工程と、第2シートを硬化し、シート成形体を形成する第2シート硬化工程と、を有する。シート成形体は、適宜、複数の小片間の硬化された第2シートを切断することで、個片化してもよい。なお、シート成形体は、発光装置において発光素子上に載置され、発光素子の光を所望の光に波長変換する波長変換層の役割を果たすものである。
以下、実施形態1に係るシート成形体100の製造方法の各工程について詳細に説明する。
図1A〜図1Dは、実施形態1に係るシート成形体の製造方法において、小片形成工程を示す概略断面図である。小片形成工程では、第1シートを金型で型抜きすることで、それぞれ離間した複数の小片を形成する。
第1シートは、複数の異なる蛍光体を含有していてもよいし、樹脂と蛍光体以外にも、例えば拡散剤や着色料等を含有していてもよい。第1シート10は、例えばフィルム等の基体上に載置しておくことが好ましい。
実施形態1では、半円球状の凹部31を複数有する金型を用いる。貫通孔又は凹部31が先細り形状であると、型抜きした小片が金型から外れやすいため好ましい。凹部31の形状は半円球に限らず、三角柱、四角柱等の多角柱や、三角錐、四角錐等の多角錐、円柱、円錐、半楕円球、半円柱等、形成したい小片の形状によって適宜選択することができる。同様に、貫通孔の形状も、側面を垂直面、傾斜面、曲面、凹凸面等、形成したい小片の形状によって適宜選択することができる。なお、小片の形状は、そのシート成形体を用いる発光装置の発光素子の平面形状等によって適宜選択することが好ましく、詳細については後述する。
また、金型30は、貫通孔又は凹部31の内側面が摩擦の小さいもの、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等で加工されたものであると、型抜きした小片が金型から外れやすいため好ましい。
次に、小片硬化工程において複数の小片40を硬化する。例えば、オーブン、リフロー等を用い、120℃〜170℃で15分間〜4時間加熱することができる。硬化は、小片40の変形を防ぐために、小片40の下面が水平となる状態で実施することが好ましい。
図2A及び図2Bは、実施形態1に係るシート成形体の製造方法において、小片被覆工程を示す概略断面図である。小片被覆工程では、硬化した複数の小片を第2シートで被覆する。
小片被覆工程では、まず、複数の小片40を被覆するための第2シート20を準備する。第2シート20は、少なくとも樹脂からなる半硬化状態のシートである。なお、第2シート20における半硬化状態とは、第2シート20を複数の小片40上に配置したときに、小片に沿って変形し、複数の小片の表面の一部を被覆可能な状態のことを指す。したがって、複数の小片40の高さや間隔にもよるが、第2シート20は、用いられる樹脂の本硬化状態の半分程度の硬さであることが好ましく、例えば、シリコーン樹脂を用いる場合は、ショアD硬度10〜30、又はショアA硬度10〜30であることが好ましい。
次に、第2シート硬化工程で、複数の小片40の表面の一部を被覆した第2シート20を硬化することで、シート成形体100を形成することができる。例えば、オーブン等のような一定温度を一定時間保持できる方法で150℃で4時間加熱することができる。硬化は、小片40及び第2シート20が水平となる状態で実施することが好ましい。これにより、厚みの略均一なシート成形体を形成することができる。実施形態1では、図3に示されるように、蛍光体を略均一に含有する半円球の小片40が、その平面(図3では下面)を除く面を、蛍光体を含まない透光性の樹脂(第2シート20)で被覆されたシート成形体100を形成することができる。
なお、第2シート硬化工程の後に、図3に示される複数の小片40を有するシート成形体100を、所望の大きさ、形状に個片化する個片化工程を有していてもよい。図4は、実施形態1に係るシート成形体の製造方法において、個片化工程を示す概略断面図である。個片化工程では、少なくとも1つの小片40が含まれるように、シート成形体100の複数の小片40間の硬化された第2シート20を切断する。これにより、所望の大きさ、形状のシート成形体100aを得ることができる。実施形態1では、図4に示されるように、1つの小片40を含むシート成形体100aを形成することができる。
(シート成形体の製造方法)
実施形態2に係るシート成形体200の製造方法は、用いる第1シート及び第2シートの形態が実施形態1と異なっており、実施形態1で示した製造方法の工程に加えて、第2シート一部除去工程を有する。その他の製造方法については、実施形態1と略同様とすることができるため、詳細な説明は省略する。
実施形態2では、図5Aに示されるように、2層に積層された半硬化状態の第1シート10aを準備する。なお、第1シート10aは、透光性を有し、積層されるシートのうち少なくとも1層が、樹脂中に蛍光体が略均一に含有されたものであれば、蛍光体を含まない層が積層されていてもよいし、シートが3層以上積層されていてもよい。実施形態2では、樹脂に蛍光体が略均一に含有された蛍光体シートX上に、蛍光体を含まない樹脂からなるクリアシートYが積層された第1シート10aを準備する。
なお、複数の小片40aに対応する位置に貫通孔を有する第2シートを準備し、貫通孔内に小片40aが位置するように第2シートを設けることで、第2シート一部除去工程を省略することが可能である。また、より硬度が低く、複数の小片40aの厚み(高さ)よりも薄い第2シートを準備し、複数の小片40a上に載置することで、複数の小片40aによって第2シートを突き破らせて小片40aの上面の一部を露出させ、第2シート一部除去工程を省略することも可能である。
また、第2シート20aとして反射シートを用い、小片が露出するように第2シート20aの表面の一部を除去することで、平面視において小片40aが光反射性の樹脂(第2シート20a)で囲まれたシート成形体200を形成することができる。このようなシート成形体200を発光素子上に載置することで、見切り性のよい発光装置を形成することができる。
(発光装置の製造方法)
実施形態3では、実施形態1及び2で形成したシート成形体を用い、発光装置を製造する。実施形態3の発光装置の製造方法では、図3に示される個片化前のシート成形体100上に、一対の電極を有する第1主面51とその反対側の第2主面52とを有する発光素子50を、第2主面52がシート成形体100の小片40上に配置されるように載置する発光素子載置工程と、発光素子50の第1主面51の一部及び側面と、シート成形体の上面と、を被覆するように、光反射性部材60を形成する光反射性部材形成工程と、を含む。また、光反射性部材60を形成した後、複数の発光素子50間の光反射性部材60及びシート成形体100の複数の小片40間の第2シート20を切断する個片化工程を含んでいてもよい。
以下、実施形態3に係る発光装置の製造方法の各工程について詳細に説明する。
図6は、実施形態3に係る発光装置の製造方法において、発光素子載置工程を示す概略断面図である。発光素子載置工程では、図6の右端に図示されるように、シート成形体上に発光素子を載置し、左の3つに図示されるように発光素子をシート成形体に固定する。
発光素子載置工程では、まず、発光素子50を準備する。準備する発光素子50は1つであっても複数であってもよく、実施形態3では、複数の発光素子50を準備する。準備する発光素子50は、第1主面51と、その反対側の第2主面52と、第1主面51と第2主面52を接続する側面と、を有し、第1主面51に一対の電極を有する。
なお、図6に示されるように、シート成形体100上には、発光素子50を固定するための接着材Zを配置しておくことが好ましい。接着材Zは、例えば透光性の樹脂を用いることができ、滴下法、描画法、印刷法等の所望の方法で適宜配置することができる。
その後、接着材Zを硬化することで、シート成形体100上に発光素子50を固定することができる。
図7は、実施形態3に係る発光装置の製造方法において、光反射性部材形成工程を示す概略断面図である。実施形態3では、発光素子載置工程の後、発光素子50の第1主面51の一部及び側面と、シート成形体100の上面(発光素子50側の面)と、を被覆するように、射出成形、圧縮成形、トランスファ成形、印刷法等で光反射性部材60を形成する。実施形態3では、図7に示されるように、発光素子50の第1主面51の一対の電極の一部を除く面、発光素子50の側面を被覆する接着材Z、及びシート成形体100の上面、を被覆するように光反射性部材60を形成し、硬化する。なお、光反射性部材60が発光素子50の一対の電極を被覆するように設けられた場合は、一対の電極の一部がそれぞれ露出するように、研削等で光反射性部材60の一部を除去する。
図8は、実施形態3に係る発光装置の製造方法において、個片化工程を示す概略断面図である。実施形態3では、光反射性部材を形成した後、複数の発光素子50間の光反射性部材60及びシート成形体100の複数の小片間(第2シート20)をダイシング、スクライブ等で切断する。このように切断することで、発光装置1000Aを形成することができる。
実施形態3では、図8に示されるように、発光装置1000に1つの発光素子50及び1つの小片40が含まれるように、光反射性部材60及びシート成形体100を切断する。しかし、これに限らず、発光装置が複数の発光素子を有するように光反射性部材及びシート成形体を切断してもよいし、発光装置が複数の小片を有するように光反射性部材及びシート成形体を切断してもよい。
図9Aは、実施形態1で形成したシート成形体100を用いて、実施形態3に係る製造方法で製造された発光装置1000Aの概略断面図である。図9Bは、実施形態1で形成したシート成形体100を用いて、実施形態3に係る製造方法で製造された別の発光装置1000Bの概略断面図である。発光装置1000Aは、一対の電極を有する第1主面51と、その反対側の第2主面52と、第1主面5と第2主面52を接続する側面と、を有する発光素子50と、発光素子50の第1主面51の一部及び側面を被覆する光反射性部材60と、発光素子50の第2主面52及び光反射性部材60上に設けられるシート成形体100と、を有する。
シート成形体100は、蛍光体が略均一に含有された樹脂からなる半円球の小片40が、蛍光体を含まない透光性の樹脂(第2シート20)で被覆されており、小片40の平面は、蛍光体を含まない透光性の樹脂(第2シート20)から露出している。発光装置1000Aのシート成形体100は、小片40が透光性の樹脂(第2シート20)から露出する面側が、発光素子50及び光反射性部材60と対向するように、且つ、発光素子50の第2主面52上に小片40が配置されるように設けられている。
また、シート成形体100の小片40が蛍光体を略均一に含有しており、シート成形体100と、発光素子50及び発光素子50の側面を被覆する接着材Zとがそれぞれ対向し合う面において、小片40が、発光素子50及び発光素子50の側面を被覆する接着材Z以上の大きさであることで、色むらの少ない発光装置1000Aとすることができる。さらに、発光素子50の平面形状が正方形であり、小片40が半円球であることで、発光素子50からの出射光が略均一に波長変換されやすく好ましい。
また、実施形態2で形成した図5Cに示されるシート成形体200を用いて、発光装置2000を形成することができる。図9Cは、実施形態2で形成したシート成形体200を用いて、実施形態3に係る製造方法で製造された発光装置2000の概略断面図である。
発光装置2000のシート成形体200の小片40aは、側面が曲面の略円錐台(図9Cの断面図ではテーパー形状で示される)であって、上面側に蛍光体を含まない樹脂(クリアシートY)を有し、下面側に蛍光体が略均一に含有された樹脂(蛍光体シートX)を有し、それらの側面が光反射性の樹脂(第2シート20a)で被覆されている。したがって、小片40aを被覆する光反射性の樹脂(第2シート20a)の内側面は、下面側から上面側へ内側に傾斜している。そして、シート成形体200は、小片40aの蛍光体が略均一に含有された樹脂(蛍光体シートX)側が、発光素子50及び光反射性部材60と対向するように、且つ、発光素子50の第2主面52上に蛍光体が略均一に含有された樹脂(蛍光体シートX)が配置されるように設けられている。その他の構成は、図9Bに示される発光装置1000Bと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
なお、発光装置2000のシート成形体200の小片40aの形状は略円錐台であるが、これに限らず、発光装置に求められる光によって適宜選択することができる。また、発光装置2000のシート成形体200と光反射性部材60の側面は略同一面上に設けられているが、略同一面上に設けられていなくてもよい。
図9Dは、実施形態3に係る製造方法で製造された発光装置3000の概略断面図である。図9Eは、図9Dに示される発光装置3000に用いられるシート成形体300の概略断面図である。図9Dに示される発光装置3000は、シート成形体300の構成が、図9Cに示される発光装置2000のシート成形体200と異なる。その他の構成は、発光装置2000と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
(発光装置4000の製造方法)
実施形態4では、実施形態1における図4に示される個片化されたシート成形体100aを用い、発光装置4000を製造する。実施形態4の発光装置の製造方法では、一対の電極を有する第1主面51とその反対側の第2主面52とを有する発光素子50を準備し、第1主面51側が基体上に配置されるように、発光素子50を基体上に載置しておく。そして、発光素子50上に小片40が設けられるように、シート成形体100aを発光素子50上に載置するシート成形体載置工程を行い、その後、発光素子50の第1主面51の一部及び側面と、シート成形体100aの下面及び側面と、を被覆するように光反射性部材60cを形成する光反射性部材形成工程を行う。また、光反射性部材60cを形成した後、複数の発光素子50間の光反射性部材60cを切断する個片化工程を行ってもよい。
以下、実施形態4に係る発光装置4000の製造方法の各工程について詳細に説明する。
図10は、実施形態4に係る発光装置の製造方法において、シート成形体載置工程を示す概略断面図である。シート成形体載置工程では、図10の右端に図示されるように、基体上に載置された発光素子上にシート成形体を載置することで、左3つに図示されるように発光素子上にシート成形体を固定する。
シート成形体載置工程では、まず、シート成形体100aを載置するための発光素子50を準備する。準備する発光素子50は、1つであっても複数であってもよく、実施形態4では複数の発光素子50を準備する。発光素子50は、第1主面51と、その反対側の第2主面52と、第1主面51と第2主面52を接続する側面と、を有し、第1主面51に一対の電極を有する。実施形態4では、基体の上面に第1主面51側が配置されるように、すなわち、発光素子50の第2主面52が上向きになるように、複数の発光素子50を基体上に載置しておく。また、発光素子50の平面形状は、四角形、六角形等の多角形、円形、楕円形等、適宜選択することができる。
なお、発光素子50の第2主面52上に、シート成形体100aを固定するための接着材Zを配置しておくことが好ましい。接着材Zは、例えば透光性の樹脂を用いることができ、滴下法、描画法、印刷法等の所望の方法で適宜配置することができる。
なお、実施形態4では、図10に示されるように、発光素子50よりも大きいシート成形体100aを載置する。これにより、発光素子50の側面に、第2主面52側から第1主面51側にテーパー形状の接着材Zが設けられやすく、それを被覆する光反射性部材の内側面によって、光の取り出しのよい発光装置を形成することができるため好ましい。また、平面視で発光素子以下の大きさのシート成形体を用いると、発光素子上にシート成形体が載置しやすく好ましい。
図11は、実施形態4に係る発光装置の製造方法において、光反射性部材形成工程を示す概略断面図である。実施形態4では、シート成形体載置工程の後、発光素子50の第1主面51の一部及び側面(実施形態4では、発光素子50の側面を被覆する接着材Z)と、シート成形体100aの下面(発光素子50側の面)及び側面と、を被覆するように、射出成形、圧縮成形、トランスファ成形、印刷法等で光反射性部材60cを形成して硬化する。なお、発光素子50の第1主面51の一部とは、第1主面51の一対の電極の一部を除く面である。したがって、実施形態4では、発光素子50の一対の電極の一部、及びシート成形体の上面が露出するように、光反射性部材60cで発光素子50(及び接着材Z)とシート成形体100aとを被覆する。光反射性部材60cがシート成形体100aの上面を被覆するように設けられた場合は、シート成形体100aの上面が露出するように、研削等で光反射性部材60cの一部を除去する。実施形態4では、図11に示されるように、光反射性部材60cを形成して硬化した後、基体を除去する。
図12は、実施形態4に係る発光装置の製造方法において、個片化工程を示す概略断面図である。個片化工程では、光反射性部材を形成した後、複数の発光素子50間の光反射性部材60cをダイシング、スクライブ等で切断して個片化することで、発光装置4000を形成する。実施形態4では、図12に示されるように、発光装置4000に1つの発光素子50及び1つのシート成形体100aが含まれるように、光反射性部材60cを切断する。しかし、これに限らず、発光装置が複数の発光素子を有するように光反射性部材を切断してもよいし、発光装置が複数のシート成形体を有するように光反射性部材を切断してもよい。
実施形態4の個片化工程では、光反射性部材60cを切断するので、実施形態2及び3のように光反射性部材及びシート成形体を切断する場合に比べて個片化がしやすく好ましい。
図13は、実施形態4に係る製造方法で製造された発光装置4000の概略断面図である。発光装置4000は、一対の電極を有する第1主面51と、その反対側の第2主面と、第1主面51と第2主面52を接続する側面と、を有する発光素子50と、発光素子50の第2主面52上に設けられるシート成形体100aと、発光素子50の第1主面51の一部及び側面と、シート成形体の下面(発光素子50側の面)及び側面と、を被覆する光反射性部材60cと、を有する。光反射性部材60cは、発光素子50の第1主面51の一対の電極の一部及びシート成形体100aの上面を露出するように、発光素子50及びシート成形体100aを被覆している。
また、実施形態4の発光装置4000では、平面視において、シート成形体100aが発光素子50よりも大きく、シート成形体100aの小片40が発光素子50よりも大きい。実施形態4では、発光素子50の平面形状は正方形であり、小片40は半円球である。
また、実施形態4の発光装置4000では、シート成形体100aと、発光素子50及び発光素子50の側面を被覆する接着材Zとが対向し合う面において、シート成形体100aが、発光素子50及び発光素子50の側面を被覆する接着材Z以上の大きさであることから、発光素子50の光の一部は、小片40を被覆する蛍光体を含まない透光性の樹脂(第2シート20)を透過して発光装置4000の外部に出射される。このように、一部の光が小片40を透過せずに出射されることで、蛍光体の光吸収による損失が抑制され、発光装置4000の光の取り出しを向上させることができる。
第1シートは、樹脂に蛍光体が略均一に含有された半硬化状態のシートである。第1シートの樹脂としては、熱硬化性樹脂を用いることができ、例えば、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、ユリア樹脂、フェノール樹脂等又はこれらの樹脂を2種類以上含むハイブリッド樹脂等が挙げられる。特に、半硬化状態を保つという観点から、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。
蛍光体としては、YAG(Y3Al5O12:Ce)やシリケートなどの黄色蛍光体、あるいは、CASN(CaAlSiN3:Eu)やKSF(K2SiF6:Mn)などの赤色蛍光体等が挙げられ、その他、ナノクリスタル、量子ドットと称される発光物質等を用いてもよい。
第2シートは、少なくとも樹脂からなる半硬化状態のシートである。樹脂としては、第1シートの材料として用いられる樹脂として挙げたものを用いることができる。第1シートに用いられる樹脂と同じ樹脂を用いると、複数の小片と第2シートの密着性が向上するため好ましい。
第2シートとしては、前述のように樹脂のみからなるクリアシート、樹脂に蛍光体が略均一に含有された蛍光体シート、樹脂に光反射性材料が含有された反射シートのいずれかを選択することができる。蛍光体としては、第1シートに含有される蛍光体として挙げたものを用いることができる。光反射性材料としては、TiO2、Al2O3、ZnO2、SiO2、BaSO4、Y2O3、Nb2O5等が挙げられる。なお、第2シートの樹脂には、拡散剤や着色料等が含まれていてもよい。
発光素子は、当該分野で一般的に用いられる発光ダイオード等を用いることができ、例えば、窒化物系半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)、GaP、GaAsなどのIII−V族化合物半導体、ZnSe、II−VI族化合物半導体等、種々の半導体を利用することができる。発光素子は、少なくとも、発光層を含む半導体層と、正負一対の電極と、を有する。電極の材料としては、例えばAu、Ag、Cu、Pt、Al、Rh、W、Ti、Ni、Pd等の金属を用いることができ、これらの金属を単層又は複数層積層して用いてもよい。
光反射性部材は、発光素子の光に対する反射率が、約60%以上、より好ましくは約70〜90%以上であると好ましい。光反射性部材の材料としては、例えば、母材に光反射性材料が含有されたものを用いることができる。母材としては、例えば、樹脂、セラミック、ガラス又はこれらの2種類以上を含む複合材料等が挙げられる。特に、所望の形状に容易に成形可能な樹脂が好ましい。樹脂としては、第1シート及び第2シートの樹脂として挙げたものを用いることができる。第2シートと同じ樹脂を用いると、シート成形体と光反射性部材の密着性が向上するため好ましい。光反射性材料としては、第2シートの光反射性材料で挙げられたものを用いることができる。その他、光反射性部材には、拡散剤や着色料等を含有させてもよい。
100、100a、200、300 シート成形体
10、10a 第1シート
X 蛍光体シート
Y クリアシート
20、20a、20b 第2シート
21 樹脂
30 金型
31 貫通孔又は凹部
40、40a、40b 複数の小片
50 発光素子
51 第1主面
52 第2主面
60、60c 光反射性部材
Z 接着材
Claims (11)
- 樹脂に蛍光体が略均一に含有された半硬化状態の第1シートを、複数の貫通孔又は凹部を有する金型で型抜きし、それぞれ離間した複数の小片を形成する工程と、
前記複数の小片を硬化する工程と、
硬化した前記複数の小片の表面の一部を、樹脂、蛍光体が含有された樹脂、光反射性材料が含有された樹脂のいずれかの被覆樹脂で被覆して、シート成形体を形成する工程を備えるシート成形体の製造方法であって、
前記被覆樹脂で被覆した後、前記複数の小片間を切断する工程を有するシート成形体の製造方法。 - 前記第1シートは、蛍光体を含有するシート上に蛍光体を含有しないシートが積層されてなる請求項1に記載のシート成形体の製造方法。
- 前記第1シートは、それぞれ異なる蛍光体を含有するシートが2層以上積層されてなる請求項1または2に記載のシート成形体の製造方法。
- 前記被覆樹脂は、光反射性材料を含有する樹脂であり、
前記被覆樹脂は、その表面の一部を除去し、前記複数の小片を露出させる工程を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載のシート成形体の製造方法。 - 前記半硬化状態の第1シートは、ショアD 硬度10〜30である請求項1〜4のいずれか1項に記載のシート成形体の製造方法。
- 前記金型の貫通孔又は凹部の内側面は、傾斜面又は曲面である請求項1〜5のいずれか1項に記載のシート成形体の製造方法。
- 前記金型の凹部は、半円球状である請求項6に記載のシート成形体の製造方法。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法で製造したシート成形体上に、一対の電極を有する第1主面とその反対側の第2主面とを有する発光素子を、前記小片上に前記第2主面が配置されるように載置する工程と、
前記発光素子の前記第1主面の一部及び側面と、前記シート成形体の上面と、を被覆するように光反射性部材を形成する工程と、を含む発光装置の製造方法。 - 前記シート成形体上に、前記発光素子を複数載置し、
前記光反射性部材を形成した後、前記複数の発光素子間の前記光反射性部材及び前記シート成形体の前記複数の小片間を切断する工程を含む請求項8に記載の発光装置の製造方法。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法で製造したシート成形体を、一対の電極を有する第1主面とその反対側の第2主面とを有し、基体上に前記第1主面側が配置されるように載置された発光素子上に、前記小片が前記発光素子上に配置されるように載置する工程と、
前記発光素子の前記第1主面の一部及び側面と、前記シート成形体の下面及び側面と、を被覆するように光反射性部材を形成する工程と、を含む発光装置の製造方法。 - 前記発光素子は前記基体上に複数載置され、それぞれの前記発光素子上に、前記シート成形体を配置し、
前記光反射性部材を形成した後、前記複数の発光素子間の前記光反射性部材を切断する工程を含む請求項10に記載の発光装置の製造方法。
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