JPWO2010123059A1 - Ｌｅｄ発光デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、波長変換部材の分類・管理が容易で、ＬＥＤ発光デバイスの発光色や照度を制御し易く、歩留まりの高いＬＥＤ発光デバイスの製造方法を提供するものであり、上端面に開口する凹部を有した基体と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子とを具備し、前記ＬＥＤ素子を封止する透光性封止部材と、蛍光体を含有する波長変換部材とが前記凹部の底面側からこの順に積層しているＬＥＤ発光デバイスを製造する方法であって、前記波長変換部材が透光性基板上に積層している積層体を作製する積層工程と、前記基体の凹部の底面にＬＥＤ素子を実装する実装工程と、前記ＬＥＤ素子が実装された前記基体の凹部に透光性封止樹脂を充填する充填工程と、前記透光性封止樹脂を硬化させる前に、前記透光性封止樹脂が充填された前記基体の凹部の開口部を、前記波長変換部材が前記凹部の底面側を向くように前記積層体で覆う搭載工程と、を備えているようにした。
Description
本発明は、波長変換部材の分析・分類・管理が容易で、ＬＥＤ発光デバイスの発光色や照度を制御し易く、歩留まりの高いＬＥＤ発光デバイスの製造方法に関するものである。
従来、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて青色光又は紫外線を放射するＬＥＤ素子と種々の蛍光体とを組み合わせることにより、白色をはじめとするＬＥＤ素子の発光色とは異なる色の光を発するＬＥＤ発光デバイスが開発されている（特許文献１）。このような、ＬＥＤ素子を用いたＬＥＤ発光デバイスは、小型、省電力、長寿命等の長所があり、表示用光源や照明用光源として広く用いられている。
このようなＬＥＤ発光デバイスとしては、凹部が形成された基体の前記凹部内にＬＥＤ素子が実装され、ＬＥＤ素子を覆う封止層と、蛍光体層とがこの順に積層しているものが知られている（特許文献１）。このようなものは、封止層が備わっていることにより、ＬＥＤ素子からの光の取り出し効率に優れ、また、蛍光体の熱劣化を防止することができる。
このようなＬＥＤ発光デバイスを製造するには、ＬＥＤ素子が実装された基体の凹部内に、封止用の透明樹脂を充填し硬化させてから、その上に蛍光体が分散した波長変換樹脂組成物を注入する。
蛍光体が分散した波長変換樹脂組成物は、複数個のＬＥＤ発光デバイス分を一時に調整してから、所定量ずつ注入するものであるがが、波長変換樹脂組成物中の蛍光体の分散状態は経時的に変化するので、同じ仕様のＬＥＤ発光デバイスであっても、発光色の色目や照度にはロット毎に若干のバラツキが生じる。また、ＬＥＤ素子の発光色や照度にもバラツキがあり、このことも最終製品であるＬＥＤ発光デバイスの発光色や照度のバラツキの原因となる。そして、得られたＬＥＤ発光デバイスを検査装置用の光源として用いる場合には、僅かであってもこのようなバラツキがあると検査結果の信頼性が損なわれるので問題となる。
このため、従来は最終製品であるＬＥＤ発光デバイスについて、発光色の色目や照度の検査を行い、許容範囲から逸脱するものを排除している。
また、近時ＬＥＤ素子が高出力化することによって、ＬＥＤ素子の発熱量が著しく増大し、その熱によってＬＥＤ素子そのものが劣化するという問題が生じている。また、蛍光体も熱に脆弱であることから、ＬＥＤ素子からの伝熱によって蛍光体が熱劣化すると一般には言われている。
そこで、従来は、ＬＥＤ素子の下に放熱板を敷き、ここから熱を発散させるようにしているが、実際には、例えば近紫外線や紫外線により蛍光体を励起させると、蛍光体が顕著に熱を発し自身の劣化を促進しているという事実を本発明者は鋭意検討により初めて発見した。ＬＥＤ素子を放熱基板上に搭載し、その上を封止層で覆い、更にその上を蛍光体層で覆い、印加電圧３．５Ｖ、電流３００ｍＡの条件で実験したところ、ＬＥＤ素子の上面発光層部分が８５℃、封止層の上面で５５℃と言うように温度が下がっているにも拘わらず、蛍光体層の上面温度は６５℃となっており、従来、軽視されていた蛍光体での発熱が顕著であることが確認された。
本発明はかかる問題点に鑑みなされたものであって、波長変換部材の分析・分類・管理が容易で、ＬＥＤ発光デバイスの発光色や照度を制御し易く、歩留まりの高いＬＥＤ発光デバイスの製造方法を提供することをその主たる所期課題としたものである。
すなわち本発明に係るＬＥＤ発光デバイスの製造方法は、上端面に開口する凹部を有した基体と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子とを具備し、前記ＬＥＤ素子を封止する透光性封止部材と、蛍光体を含有する波長変換部材とが前記凹部の底面側からこの順に積層しているＬＥＤ発光デバイスを製造する方法であって、前記波長変換部材が透光性基板上に積層している積層体を作製する積層工程と、前記基体の凹部の底面にＬＥＤ素子を実装する実装工程と、前記ＬＥＤ素子が実装された前記基体の凹部に透光性封止樹脂を充填する充填工程と、前記透光性封止樹脂を硬化させる前に、前記透光性封止樹脂が充填された前記基体の凹部の開口部を、前記波長変換部材が前記凹部の底面側を向くように前記積層体で覆う搭載工程と、を備えていることを特徴とする。
上述のとおり、蛍光体が分散した波長変換樹脂組成物は、複数個のＬＥＤ発光デバイス分を一時に調整するものであるが、波長変換樹脂組成物中の蛍光体の分散状態は経時的に変化するので、同じ仕様のＬＥＤ発光デバイスであっても、発光色の色目や照度にはロット毎に若干のバラツキが生じる。また、ＬＥＤ素子の発光色や照度にもバラツキがあり、このことが最終製品であるＬＥＤ発光デバイスの発光色や照度のバラツキの原因となっている。
これに対して、本発明では、前記波長変換部材と前記透光性基板との積層体を、前記ＬＥＤ素子が実装された基体とは別体として作製してから、前記ＬＥＤ素子が実装された基体に前記積層体を搭載するので、波長と光強度が予め定められた、例えば近紫外線を発する基準光源を使用して前記積層体の発光色や照度等を測定し、バラツキのある前記積層体群を発光色や照度等に従い分類・管理し、所望の発光色や照度等を有するものを選び出して、適合するＬＥＤと組み合わせて所期の性能を有するＬＥＤ発光デバイスを作製することができる。このため、最終製品であるＬＥＤ発光デバイスの発光色や照度等のバラツキを極力抑えることができる。
また、前記透光性基板は前記波長変換部材の放熱部材としても機能するので、前記波長変換部材中の蛍光体が熱劣化することに起因する発光色の変化を良好に抑制することができる。
更に、前記透光性封止部材や前記波長変換部材の材料としては気体透過率が高いシリコーン樹脂が使用されることがあるが、前記凹部の開口部を前記透光性基板で覆うことにより、前記凹部内への気体の侵入を抑制することができるので、前記凹部の側面及び底面を銀薄膜等で覆ってなるリフレクタが形成されていても、当該金属薄膜の酸化、硫化、塩化等による腐食等を防止することができる。また、前記透光性基板は防水機能も発現しうる。
また、前記波長変換部材と前記透光性基板との積層体を、前記ＬＥＤ素子が実装された基体とは別体として作製することにより、予め作製された積層体から波長変換部材の厚さが所望のものを選び出すことができるので、前記波長変換部材の厚さの制御が容易になり、延いては前記ＬＥＤ素子と前記波長変換部材との距離の制御も容易になる。このため、例えば、蛍光体の熱劣化への対応も容易となる。
更に、ＬＥＤ素子は点光源であるので、光の取り出し効率を上げるためには、ＬＥＤ素子と蛍光体とは近接していることが好ましいが、蛍光体はＬＥＤ素子からの熱により劣化してしまうので、そのバランスが最適になるように蛍光体とＬＥＤ素子との距離を管理することが必要である。しかしながら、従来のように、ＬＥＤ素子が実装された基体の凹部内に透光性封止樹脂を充填し硬化させてから、その上に蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物を注入するようにすると、凹部の側面の状態や透光性封止樹脂の粘度等によっては、透光性封止樹脂が基体凹部の側面をせり上がり、その界面が窪んだ状態で硬化することがあるので、透光性封止樹脂の充填量を厳密に管理しても、ＬＥＤ素子と蛍光体（波長変換部材）との距離を再現性よく管理することは難しい。これに対して、本発明のように、前記基体の凹部に充填した透光性封止樹脂が硬化する前に、前記凹部の開口部を覆うように、前記波長変換部材と透光性基板との積層体を前記透光性樹脂の上に載置することにより、ＬＥＤ素子と蛍光体（波長変換部材）との距離を再現性よく管理することができる。
前記積層工程においては、前記波長変換部材の外表面が膨出するように前記波長変換部材を透光性基板上に積層させて積層体を作製してもよい。なお、本発明において「前記波長変換部材の外表面が膨出する」とは、前記波長変換部材の外表面上の１点が頂点となるように、前記波長変換部材が前記透光性基板との接合面から盛り上がっていることをいう。
このようなものであれば、前記凹部の開口部を前記積層体で覆う際に、最初に前記波長変換部材の外表面上の頂点が前記透光性封止樹脂と接し、前記頂点を起点として連続的に前記波長変換部材と前記透光性封止樹脂との接触面積が拡大していくので、前記波長変換部材と前記透光性封止樹脂との間に気泡が形成されにくい。
前記積層工程としては、具体的には、例えば、蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物を前記透光性基板上に塗布し、当該波長変換樹脂組成物を硬化させる工程が挙げられ、なかでも、ポッティングにより前記波長変換樹脂組成物を塗布すると、前記波長変換樹脂組成物の塗布量の管理が容易になる。なお、前記波長変換樹脂組成物を硬化させるとは、前記透光性封止樹脂よりも硬い状態にすることを意味する。
前記ＬＥＤ素子が紫外線を放射するものである場合等は、前記透光性基板に予め紫外線カット層を積層しておいてもよい。
前記積層体は、複数個を一括して作製してもよく、この場合、前記積層工程が、複数個分の前記透光性基板が一体となった大基板上に、蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物を、複数個分の前記波長変換部材が形成されるように、例えばインクジェットプリンター等を用いて印刷し、当該波長変換樹脂組成物を硬化させて、複数個の前記積層体を一体として作製する工程と、前記複数個の波長変換部材が形成された大基板を切断して、複数個の積層体を切り出す工程と、からなることが好ましい。
この際、青色光を発する蛍光体（以下、青色蛍光体という。）を含有する波長変換樹脂組成物と、緑色光を発する蛍光体（以下、緑色蛍光体という。）を含有する波長変換樹脂組成物と、赤色光を発する蛍光体（以下、赤色蛍光体という。）を含有する波長変換樹脂組成物と、を別々に重ねて印刷してもよく、とりわけ、青色蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物と、緑色蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物と、赤色蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物と、をこの順に重ねて印刷すると、青色蛍光体が発した青色光や緑色蛍光体が発した緑色光が他の蛍光体に吸収されることがないのでエネルギー変換効率を高くすることができるので好ましい。
また、前記波長変換部材の外表面に透光性封止樹脂を付着させる工程を更に備えていてもよい。前記波長変換部材の外表面にポッティング等により透光性封止樹脂を付着させて、膨出部を形成し、当該膨出部が、凹部内に充填した透光性封止樹脂と最初に接するように前記積層体を前記凹部内に進入させることにより、前記膨出部から連続的に透光性封止樹脂との接触面積が拡大していくので、気泡の形成を抑制することができる。
このような製造方法により得られるＬＥＤ発光デバイスもまた、本発明の１つである。すなわち本発明に係るＬＥＤ発光デバイスは、上端面に開口する凹部を有した基体と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を封止する透光性封止部材と、前記透光性封止部材の上に設けてあり、蛍光体を含有する波長変換部材と、前記波長変換部材の上に設けられて前記凹部の開口部を覆う透光性基板と、を備えていることを特徴とする。
なかでも、前記凹部が開口部に向けて拡開する切頭円錐形状をなし、前記透光性基板が、底部の周縁に面取り部が設けてあるものであり、前記透光性基板の面取り部が前記凹部の側面に密接し、前記透光性基板の側周面と前記凹部の側面との間に隙間があるものが、好ましい。このようなものであれば、押し出された余分な前記透光性封止樹脂を前記隙間に溜めることができ、かつ、押し出された余分な前記透光性封止樹脂により前記透光性基板と前記基体とを接着することもできる。
更に、前記波長変換部材の底面に突条部が設けてあるか、又は、前記波長変換部材の底面が膨出しているものであれば、製造工程において前記波長変換部材と前記透光性封止部材との間に気泡が形成されにくく、好ましい。
本発明に係るＬＥＤ発光デバイスとしては、具体的には、前記ＬＥＤ素子が、近紫外放射を発するものであり、前記蛍光体が、赤色蛍光体、緑色蛍光体、及び、青色蛍光体であるものが挙げられる。
また、上述の製造方法により得られる積層体もまた、本発明の１つである。すなわち本発明に係る積層体は、蛍光体を含有する波長変換部材が透光性基板上に積層していることを特徴とする。
なお、波長変換部材の分類・管理の容易さの観点からすれば、前記搭載工程において、前記透光性封止樹脂が充填された前記基体の凹部の開口部を前記積層体で覆う際に、前記透光性基板が前記凹部の底面側を向くようにしてもよい。
すなわち、このような態様の本発明に係るＬＥＤ発光デバイスの製造方法は、上端面に開口する凹部を有した基体と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子とを具備し、前記ＬＥＤ素子を封止する透光性封止部材と、蛍光体を含有する波長変換部材とが前記凹部の底面側からこの順に積層しているＬＥＤ発光デバイスを製造する方法であって、前記波長変換部材が透光性基板上に積層している積層体を作製する積層工程と、前記基体の凹部の底面にＬＥＤ素子を実装する実装工程と、前記ＬＥＤ素子が実装された前記基体の凹部に透光性封止樹脂を充填する充填工程と、前記透光性封止樹脂を硬化させる前に、前記透光性封止樹脂が充填された前記基体の凹部の開口部を、前記透光性基板が前記凹部の底面側を向くように前記積層体で覆う搭載工程と、を備えていることを特徴とする。
また、当該製造方法により得られるＬＥＤ発光デバイスもまた、本発明の１つである。すなわち、このようなＬＥＤ発光デバイスは、上端面に開口する凹部を有した基体と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を封止する透光性封止部材と、前記透光性封止部材の上に設けられた透光性基板と、前記透光性基板の上に設けられて前記凹部の開口部を覆う蛍光体を含有する波長変換部材と、を備えていることを特徴とする。
このような構成の本発明によれば、波長変換部材の分類・管理が容易で、ＬＥＤ発光デバイスの発光色や照度を制御し易く、ＬＥＤ発光デバイスを高い歩留まりで製造することができる。
＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ発光デバイスの製造方法について、図面を参照して説明する。
以下に、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ発光デバイスの製造方法について、図面を参照して説明する。
まず、本実施形態により製造されるＬＥＤ発光デバイス１について説明する。ＬＥＤ発光デバイス１は、図１及び図２に示すように、上端面２１に開口する凹部２２を有した基体２と、凹部２２の底面２２１に実装されたＬＥＤ素子３と、ＬＥＤ素子３を封止する透光性封止部材４と、透光性封止部材４の上に設けられた波長変換部材５と、波長変換部材５の上に設けられて凹部２２の開口部を覆う透光性基板６と、を備えたものである。
各部を詳述する。
基体２は、上端面２１に開口し、底面２２１から開口部に向けて拡開する切頭円錐形状をなす凹部２２を有するものであり、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等の熱伝導率が高い絶縁材料を成型してなるものである。
基体２は、上端面２１に開口し、底面２２１から開口部に向けて拡開する切頭円錐形状をなす凹部２２を有するものであり、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等の熱伝導率が高い絶縁材料を成型してなるものである。
基体２は、その凹部２２の底面２２１に後述するＬＥＤ素子３を実装するものであるが、当該底面２２１には、ＬＥＤ素子３が電気的に接続されるための配線導体（図示しない。）が形成されている。この配線導体が基体２内部に形成された配線層（図示しない。）を介してＬＥＤ発光デバイス１の外表面に導出されて外部電気回路基板に接続されることにより、ＬＥＤ素子３と外部電気回路基板とが電気的に接続される。
基体２の凹部２２の側面２２２及び底面２２１を含む内面には、銀等の金属メッキ等が施されることにより高反射率の金属薄膜２３が形成されており、リフレクタとして機能している。
ＬＥＤ素子３は、例えば、サファイア基板や窒化ガリウム基板の上に窒化ガリウム系化合物半導体がｎ型層、発光層及びｐ型層の順に積層したものであり、このようなＬＥＤ素子３は青色光や紫外放射を発する。
ＬＥＤ素子３は、窒化ガリウム系化合物半導体を下（凹部２２の底面２２１側）にして凹部２２の底面２２１に半田バンプや金バンプ等を用いてフリップチップ実装されている。
透光性封止部材４は、凹部２２に充実されてＬＥＤ素子３を封止しており、例えば、透光性及び耐熱性に優れ、ＬＥＤ素子３との屈折率差が小さいシリコーン樹脂等からなるものである。
波長変換部材５は、内部に蛍光体を含有しており、透光性封止部材４の上に設けられている。このような波長変換部材５としては、例えば、透光性及び耐熱性に優れ、透光性封止部材４との屈折率差が小さいシリコーン樹脂等の透光性樹脂中に蛍光体が分散しているものが挙げられる。
波長変換部材５が含有する蛍光体としては特に限定されず、例えば、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体、黄色蛍光体等が挙げられる。
透光性基板６は、製造工程において波長変換部材５の塗装基板として機能するものであり、波長変換部材５の上に設けられて凹部２２の開口部を覆っている。透光性基板６の底部及び上端部の周縁は面取りされており、底部に形成された面取り部６１が凹部２２の側面２２２に密接し、透光性基板６の側周面６２と凹部２２の側面２２２との間には隙間がある。このような透光性基板６としては透光性を有するものであれば特に限定されず、例えば、ダイヤモンド、サファイア、水晶、ガラス、プラスチック等からなるものが挙げられる。
上述のとおり、透光性基板６は波長変換部材５の塗装基板として用いるものであるが、透光性封止部材４や波長変換部材５を構成するシリコーン樹脂は気体透過率が高いところ、凹部２２の開口部を透光性基板６で覆うことにより、凹部２２内への気体の侵入を抑制することができるので、凹部２２の内面に形成された金属薄膜２３の酸化、硫化、塩化等による腐食等を防止することができる。また、透光性基板６は防水機能も発現しうる。
更に、透光性基板６がダイヤモンド、サファイア、水晶等の水晶以上の高い熱伝導率を有する材料からなる場合は、波長変換部材５の熱を透光性基板６を通して効率的に放出することができるので、波長変換部材５に含まれる蛍光体の熱変性や熱劣化を効果的に防ぐことができる。
なお、本発明者が調査したところ、水晶からなる透光性基板６を用いた場合、透光性基板６がない場合６５℃であった波長変換部材５の表面温度が、透光性基板６を設けることにより５５℃にまで低下することが確認された。
ＬＥＤ発光デバイス１のうち、ＬＥＤ素子３として近紫外放射を発するものを用い、蛍光体として、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体を用いたものでは、ＬＥＤ素子３が発した近紫外放射によって励起された赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体が発する赤色光、緑色光及び青色光が混ざり合って白色光が発せられる。そして、ＬＥＤ素子３が発する近紫外放射はＬＥＤ発光デバイス１の発光色である白色に実質的に影響しない。このため、例えば、ＬＥＤ素子３が青色光を発するものであって、当該青色光が波長変換部材５に含まれる蛍光体から発した光と混ざり合うように構成してある場合は、ＬＥＤ発光デバイス１の発光面において光路長の差に由来する色調むらが生じやすいが、ＬＥＤ素子３が近紫外放射を発するものであって、蛍光体が、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体であるＬＥＤ発光デバイス１は、このような色調むらを生じにくい。
そして、このような、ＬＥＤ素子３として近紫外放射を発するものを用い、蛍光体として、赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体を用いたＬＥＤ発光デバイス１が発する混合光は、プランク軌跡上を移動するものであって、太陽光に極めて近い自然な白色となる。
次に、本実施形態に係るＬＥＤ発光デバイス１の製造方法について、図３及び図４を参照して説明する。
まず、蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物５の所定量を、ポッティングにより、透光性基板６上に塗布する（図３（ａ））。その後、加熱したり光（紫外放射を含む）照射したりして透光性基板６上に塗布した波長変換樹脂組成物５を硬化させて、波長変換部材５と透光性基板６とが積層した積層体７を作製する（図３（ｂ））。この際、波長変換部材５の中央部と周縁部の厚さが著しく異なると、中央部と周縁部とで照射光に色調むらが生じる場合があるので、半硬化状態の波長変換部材５の中央部を平坦にしたりすることにより、中央部と周縁部の厚さの差を是正してもよい。
続いて、基体２の凹部２２の底面２２１にＬＥＤ素子３を実装して、そこに透光性封止樹脂４を必要量より多めに充填する。ところで、凹部２２の側面に電気パターンが形成されている場合は、透光性封止樹脂４の粘度が低いと、充填した透光性封止樹脂４が凹部２２の側面を這い上がりやすくなり、電気パターンがないものと比べて這い上がり量が増える。そうすると、透光性封止樹脂４の充填量を厳密に管理したとしても、実質的な透光性封止樹脂４の充填量が這い上がり量によって左右され、かつその這い上がり量を一定にすることは極めて難しいことから、透光性封止樹脂４の中央部表面の高さがまちまちとなる恐れが多分にある。この現象を抑制し、高さを一定に管理するために、本実施形態では透光性封止樹脂の量を多めにして積層体で蓋をしたときに敢えて溢れさせているわけであるが、透光性封止樹脂４に、例えば１００ｍｍ２／ｓ以上といった粘度の高い樹脂を用いれば、前記這い上がり量がそもそも減少するため、溢れさせる量、つまり透光性封止樹脂４の当初充填量をより少なく抑えることが可能になり、凹部２２の側面に電気パターンが形成されているものには特に好ましいものとなる。そして、透光性封止樹脂４を硬化させる前に、透光性封止樹脂４が充填された凹部２２の開口部を、波長変換部材５が凹部２２の底面２２１側を向くように積層体７で覆う（図４（ｃ））。
上述のとおり、凹部２２の側面の状態や透光性封止樹脂４の粘度等によっては、凹部２２内に充填した透光性封止樹脂４が凹部２２の側面をせり上がることがあるので、透光性封止樹脂４の凹部２２内への充填量を厳密に管理しても、その界面の高さを管理することは難しい。これに対して、本実施形態では、凹部２２内に多めに透光性封止樹脂４を充填して、次いで、透光性封止樹脂４が充填された凹部２２の開口部を積層体７で覆うので、波長変換部材５（蛍光体）とＬＥＤ素子３との距離を容易に管理することができる。
この際、図５に示すように、波長変換部材５の中央部に少量の波長変換樹脂組成物５を付着させて、突条部５２を形成し、当該突条部５２が、凹部２２内に充填した透光性封止樹脂４と最初に接するように積層体７を凹部２２内に進入させることにより、突条部５２を起点として連続的に波長変換部材５と透光性封止樹脂４との接触面積が拡大していくので、気泡の形成を抑制することができる。
凹部２２の開口部を完全に積層体７で覆うと、透光性基板６の側周面６２と凹部２２の側面２２２との間に隙間に僅かに透光性封止樹脂４がはみ出すが、シリコーン樹脂等の透光性封止樹脂４は透明であるので外観や機能に与える影響はほとんどない（図４（ｄ））。
最後に、加熱等して透光性封止樹脂４を硬化することにより、ＬＥＤ発光デバイス１を得ることができる。
このような実施形態に係る製造方法であれば、波長変換部材５と透光性基板６との積層体７を、ＬＥＤ素子３が実装された基体２とは別体として作製してから、ＬＥＤ素子３が実装された基体２に積層体７を搭載することより、基準光源を使用して積層体７の発光色や照度等を分析し、バラツキのある積層体７のグループを発光色や照度等に従い分類・管理し、所望の発光色や照度等を有するものを選び出して、適合するＬＥＤと組み合わせて所期の性能を有するＬＥＤ発光デバイス１を作製することができる。
また、本実施形態では、凹部２２に充填した透光性封止樹脂４が硬化する前に、凹部２２の開口部を覆うように、透光性樹脂４の上に積層体７を載置することにより、ＬＥＤ素子３と蛍光体（波長変換部材５）との距離を再現性よく管理できる。このため、ＬＥＤ素子からの光の取り出し効率と蛍光体が受ける熱の影響とが最適なバランスとなるように、ＬＥＤ素子３と蛍光体（波長変換部材５）との距離を制御することができる。
更に、ポッティングにより透光性基板６上に波長変換樹脂組成物５を塗布するので、波長変換樹脂組成物５の塗布量の管理が容易である。
また、本実施形態で得られたＬＥＤ発光デバイス１は、凹部２２の開口部を覆う透光性基板６を備えているので、凹部２内にあるリフレクタ２３、ＬＥＤ素子３、透光性封止部材４や波長変換部材５を水分やガス等の外部環境因子の影響から守ることができ、耐蝕性に優れたものとなる。また、透光性基板６は波長変換部材５の放熱部材としても機能するので、蛍光体の熱劣化に起因する照射光の色調変化や出力低下等を良好に抑制することができる。
＜第２実施形態＞
以下に、本発明の第２実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下においては第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様な点については説明を省略する。
以下に、本発明の第２実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下においては第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様な点については説明を省略する。
本実施形態により製造されるＬＥＤ発光デバイス１は、図６及び図７に示すように、波長変換部材５が、透光性封止部材４の上に透光性封止部材４に向けて膨出するように設けられており、透光性基板６が、凹部２２の開口部に嵌合するように、上端に向けて拡開する切頭円錐形状をなすものである。
次に、本実施形態に係るＬＥＤ発光デバイス１の製造方法について、図８及び図９を参照して説明する。
まず、蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物５の所定量を、ポッティングにより、下端面に向けて拡開するように設置された透光性基板６の上端面上に塗布して（図８（ａ））、波長変換部材５の外表面が膨出した積層体７を作製する（図８（ｂ））。
続いて、透光性封止樹脂４が充填された基体２の凹部２２開口部を、波長変換部材５が凹部２２の底面２２１側を向くように積層体７で覆う（図９（ｃ））と、まず初めに膨出した波長変換部材５の頂点Ｐが透光性封止樹脂４と接する（図９（ｄ））。引き続き積層体７を凹部２２内に進入させると、頂点Ｐを起点として連続的に波長変換部材５と透光性封止樹脂４との接触面積が拡大していく。
凹部２２の開口部を完全に積層体７で覆うと、凹部２２の開口部の周縁に僅かに透光性封止樹脂４がはみ出すが、シリコーン樹脂等の透光性封止樹脂４は透明であるので外観や機能に与える影響はほとんどない（図９（ｅ））。
このような実施形態に係る製造方法であれば、最初に波長変換部材５の外表面上の頂点Ｐが透光性封止樹脂４と接し、頂点Ｐを起点として連続的に波長変換部材５と透光性封止樹脂４との接触面積が拡大していくので、波長変換部材５と透光性封止樹脂４との間に気泡が形成されにくい。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物５を塗布する方法はポッティングに限定されず、例えば、ディッピング等であってもよい。
また、積層体７を作製には、図１０に示すように、複数個分の透光性基板６に相当する大きさの基板Ｂ上に、複数個分の波長変換部材５が形成されるように、波長変換樹脂組成物５をインクジェットプリンター等を用いて印刷し、当該波長変換樹脂組成物５を硬化させて、複数個の積層体７を一体として作製してから、次いで、複数個の波長変換部材５が形成された基板Ｂを切断して、複数個の積層体７を切り出すようにしてもよい。
波長変換樹脂組成物５を基板Ｂ上に印刷する際には、青色蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物５Ｂと、緑色蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物５Ｇと、赤色蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物５Ｒと、を別々に、この順に重ねて印刷してもよい。このように印刷することにより、図１１に示すように、３層構造を有する波長変換部材５を備えたＬＥＤ発光デバイス１を得ることができる。
また、図１２に示すように、波長変換部材５の形状により適合するように凹部２２の上端部側は円柱形状であってもよく、更に、波長変換部材５の外表面に透光性封止樹脂４１を付着してもよい。このように波長変換部材５の外表面にポッティング等により透光性封止樹脂４１を付着させて、膨出部４１を形成し、膨出部４１が、凹部２２内に充填した透光性封止樹脂４と最初に接するように積層体７を凹部２２内に進入させることにより、膨出部４１から連続的に透光性封止樹脂４との接触面積が拡大していくので、気泡の形成を抑制することができる。
また、図１３に示すように、凹部２２の側面に段部２４を設け、この段部２４の上端面に、赤色蛍光体層５Ｒの底面が接するように構成してもよい。
更に、図１４に示すように、青色蛍光体層５Ｂと緑色蛍光体層５Ｇと赤色蛍光体層５Ｒをこの順で小さくし、波長変換部材５を略テーパ状にしてもよい。
第１実施形態における透光性基板６は、図１５に示すように、レンズと一体になったものであってもよい。また、別体として設けられたレンズが、透光性基板６上に設置されていても構わない。
透光性基板６の形状は切頭円錐状に限定されず、図１６（ａ）に示すように、透光性基板６の上端部が横方向に突出しており、当該上端部が基体２の上端面２１に載置されるように構成してあってもよく、図１６（ｂ）に示すように、等厚な平板状であってもよく、図１６（ｃ）に示すように、下端面に凹部が形成されているものであってもよい。なお、図１６（ａ）及び図１６（ｃ）に示す場合は、前記実施形態と同様な切頭円錐形状をなす凹部２２が形成された基体２を用いることができるが、図１６（ｂ）に示す場合は凹部２２の上端部が円柱形状である基体２を用いることが必要である。なお、例えば図１６（ｂ）のように、透光性基板６が上下対称な形状を有している場合は、積層体７を作製する際に天地に留意する必要がない。
ＬＥＤ素子３が紫外線を放射するものである場合等は、透光性基板６に予め紫外線カット層を積層しておいてもよい。なお、当該紫外線カット層を設けるのは透光性基板６の上下面のいずれであってもよい。
光の取り出し効率を向上するために、透光性基板６のＬＥＤ発光デバイス１から露出する面に、反射防止コーティングや微細な凹凸を形成する粗面化等の反射防止処理を施してもよい。従来のＬＥＤ発光デバイスのように樹脂組成物を硬化してなる波長変換部材が最外層に位置する場合は、このような反射防止処理を後から施すことは難しいが、本発明では組み立て前に予め透光性基板６に反射防止処理を施せばよいので、低コストで容易に処理することができる。
ＬＥＤ素子３はフリップチップ実装されていなくともよく、基体２に設けられた配線導体にワイヤボンディングを用いて接続されていてもよい。
波長変換部材５の分類・管理の容易さの観点からすれば、前記搭載工程において、透光性封止樹脂４が充填された基体２の凹部２２の開口部を積層体７で覆う際に、図１７に示すように、透光性基板６が凹部２２の底面２２１側を向くようにしてもよい。このようにすることにより、作製された積層体７の上下を反転させる工程を省くことができる。
また、透光性封止樹脂４が充填された基体２の凹部２２の開口部を、透光性基板６が凹部２２の底面２２１側を向くようにして積層体７で覆う場合、図１８に示すように、基体２の凹部２２に、その上端面より膨出する程度に、透光性封止樹脂４を多めに充填し（図１８（ａ））、しかる後、基体２の上端面上に積層体７を載置して、透光性封止樹脂４を溢れさせてもよい（図１８（ｂ））。このようにすることにより、透光性封止部材４と透光性基板６との間に気泡が生じにくくなるとともに、透光性封止部材４の高さの管理を容易にすることができる。なお、この実施形態においては、透光性基板６の上面全体に波長変換部材５を形成する必要はなく、コスト及び波長変換部材５から透光性基板６への熱伝導効率の観点から、図１８に示すように、透光性基板６の上面の面積より波長変換部材５の形成面積を小さくすることが好ましい。
その他、本発明は上記の各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、前述した種々の構成の一部又は全部を適宜組み合わせて構成してもよい。
このように本発明によれば、波長変換部材の分類・管理が容易で、ＬＥＤ発光デバイスの発光色や照度を制御し易く、ＬＥＤ発光デバイスを高い歩留まりで製造することができる。
１・・・ＬＥＤ発光デバイス
２・・・基体
３・・・ＬＥＤ素子
４・・・透光性封止部材（透光性封止樹脂）
５・・・波長変換部材（蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物）
６・・・透光性基板
２・・・基体
３・・・ＬＥＤ素子
４・・・透光性封止部材（透光性封止樹脂）
５・・・波長変換部材（蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物）
６・・・透光性基板
Claims (17)
- 上端面に開口する凹部を有した基体と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子とを具備し、前記ＬＥＤ素子を封止する透光性封止部材と、蛍光体を含有する波長変換部材とが前記凹部の底面側からこの順に積層しているＬＥＤ発光デバイスを製造する方法であって、
前記波長変換部材が透光性基板上に積層している積層体を作製する積層工程と、
前記基体の凹部の底面にＬＥＤ素子を実装する実装工程と、
前記ＬＥＤ素子が実装された前記基体の凹部に透光性封止樹脂を充填する充填工程と、
前記透光性封止樹脂を硬化させる前に、前記透光性封止樹脂が充填された前記基体の凹部の開口部を、前記波長変換部材が前記凹部の底面側を向くように前記積層体で覆う搭載工程と、を備えていることを特徴とするＬＥＤ発光デバイスの製造方法。 - 前記積層工程が、前記波長変換部材の外表面が膨出するように前記波長変換部材を透光性基板上に積層させて積層体を作製する工程である請求項１記載のＬＥＤ発光デバイスの製造方法。
- 前記積層工程が、蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物を前記透光性基板上に塗布し、当該波長変換樹脂組成物を硬化させる工程である請求項１記載のＬＥＤ発光デバイスの製造方法。
- 前記透光性基板に予め紫外線カット層を積層しておく請求項１記載のＬＥＤ発光デバイスの製造方法。
- 前記波長変換樹脂組成物をポッティングにより塗布する請求項３記載のＬＥＤ発光デバイスの製造方法。
- 前記積層工程が、複数個分の前記透光性基板が一体となった大基板上に、蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物を、複数個分の前記波長変換部材が形成されるように印刷し、当該波長変換樹脂組成物を硬化させて、複数個の前記積層体を一体として作製する工程と、
前記複数個の波長変換部材が形成された大基板を切断して、複数個の前記積層体を切り出す工程と、からなる請求項１記載のＬＥＤ発光デバイスの製造方法。 - 前記印刷が、青色光を発する蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物と、緑色光を発する蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物と、赤色光を発する蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物と、を別々に重ねて印刷するものである請求項６記載のＬＥＤ発光デバイスの製造方法。
- 前記印刷が、青色光を発する蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物と、緑色光を発する蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物と、赤色光を発する蛍光体を含有する波長変換樹脂組成物と、をこの順に重ねて印刷するものである請求項７記載のＬＥＤ発光デバイスの製造方法。
- 前記波長変換部材の外表面に透光性封止樹脂を付着させる工程を更に備えている請求項１記載のＬＥＤ発光デバイスの製造方法。
- 上端面に開口する凹部を有した基体と、
前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子を封止する透光性封止部材と、
前記透光性封止部材の上に設けてあり、蛍光体を含有する波長変換部材と、
前記波長変換部材の上に設けられて前記凹部の開口部を覆う透光性基板と、を備えていることを特徴とするＬＥＤ発光デバイス。 - 前記凹部が、開口部に向けて拡開する切頭円錐形状をなし、
前記透光性基板が、底部の周縁に面取り部が形成されているものであり、
前記透光性基板の面取り部が前記凹部の側面に密接し、前記透光性基板の側周面と前記凹部の側面との間に隙間がある請求項１０記載のＬＥＤ発光デバイス。 - 前記波長変換部材が、底面に突条部が設けてあるものである請求項１０記載のＬＥＤ発光デバイス。
- 前記波長変換部材が、底面が膨出しているものである請求項１０記載のＬＥＤ発光デバイス。
- 前記ＬＥＤ素子が、近紫外放射を発するものであり、
前記蛍光体が、赤色光を発する蛍光体、緑色光を発する蛍光体、及び、青色光を発する蛍光体である請求項１０記載のＬＥＤ発光デバイス。 - 蛍光体を含有する波長変換部材が透光性基板上に積層していることを特徴とする積層体。
- 上端面に開口する凹部を有した基体と、前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子とを具備し、前記ＬＥＤ素子を封止する透光性封止部材と、蛍光体を含有する波長変換部材とが前記凹部の底面側からこの順に積層しているＬＥＤ発光デバイスを製造する方法であって、
前記波長変換部材が透光性基板上に積層している積層体を作製する積層工程と、
前記基体の凹部の底面にＬＥＤ素子を実装する実装工程と、
前記ＬＥＤ素子が実装された前記基体の凹部に透光性封止樹脂を充填する充填工程と、
前記透光性封止樹脂を硬化させる前に、前記透光性封止樹脂が充填された前記基体の凹部の開口部を、前記透光性基板が前記凹部の底面側を向くように前記積層体で覆う搭載工程と、を備えていることを特徴とするＬＥＤ発光デバイスの製造方法。 - 上端面に開口する凹部を有した基体と、
前記凹部の底面に実装されたＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子を封止する透光性封止部材と、
前記透光性封止部材の上に設けられた透光性基板と、
前記透光性基板の上に設けられて前記凹部の開口部を覆う蛍光体を含有する波長変換部材と、を備えていることを特徴とするＬＥＤ発光デバイス。
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