KR20120034013A - 발광 다이오드 봉지재 및 발광 다이오드 장치의 제조 방법 - Google Patents

발광 다이오드 봉지재 및 발광 다이오드 장치의 제조 방법 Download PDF

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KR20120034013A
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 발광 다이오드 봉지재는, 발광 다이오드 봉지층, 및 발광 다이오드 봉지층에 적층되는 렌즈 성형층을 구비하고 있다.

Description

발광 다이오드 봉지재 및 발광 다이오드 장치의 제조 방법{LIGHT EMITTING DIODE SEALING MEMBER AND METHOD FOR PRODUCING LIGHT EMITTING DIODE DEVICE}
본 발명은, 발광 다이오드 봉지재(封止材) 및 발광 다이오드 봉지재를 이용한 발광 다이오드 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 고에너지의 광을 발광할 수 있는 발광 장치로서 백색 발광 장치가 알려져 있다. 백색 발광 장치에는, 예를 들어 청색광을 발광하는 LED(발광 다이오드)와, 청색광을 황색광으로 변환할 수 있고 LED를 피복하는 형광체층이 설치되어 있어, 백색 발광 장치는, LED에서 발광된 청색광과, 그것이 형광체층에서 변환된 황색광과의 혼색에 의해 고에너지의 백색광을 발광한다.
그와 같은 발광 장치로서, 예를 들어 반사 프레임을 구비하는 인쇄 배선 기판과, 그 기판의 반사 프레임 내에 실장되는 복수의 청색계 반도체 발광 소자와, 반사 프레임 내에 충전되는 반도체 발광 소자로부터의 청색계의 광을 흡수하여 황색계의 광을 발하는 형광체를 분산 유지하는 투명성의 수지와, 그 수지 상에 볼록 렌즈 형상으로 적층되는, 상기 형광체를 분산 유지하는 투명성의 수지를 구비하는 조명 광원이 제안되어 있다[예를 들어, 일본 특허공개 2001-148514호 공보(도 7) 참조].
일본 특허공개 2001-148514호 공보
그런데, 일본 특허공개 2001-148514호의 조명 광원을 제조하기 위해서는 우선, 반사 프레임를 구비하는 인쇄 배선 기판에 반도체 발광 소자를 탑재한 후, 반사 프레임 내를 수지로 봉지하고, 그 후 봉지한 수지 상에 별도로 볼록 렌즈 형상으로 형성한 수지를 적층한다. 그 때문에, 작업 공정이 많고 또한 렌즈의 위치 결정 정밀도가 요구되므로, 제조 비용이 높아진다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 발광 다이오드 장치를 적은 작업 공정으로 간이하면서도 고정밀도로 제조할 수 있는 발광 다이오드 봉지재, 및 그 발광 다이오드 봉지재를 이용한 발광 다이오드 장치의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 발광 다이오드 봉지재는, 발광 다이오드 봉지층, 및 상기 발광 다이오드 봉지층에 적층되는 렌즈 성형층을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 발광 다이오드 봉지재에서는, 발광 다이오드 봉지층에 의해 발광 다이오드를 봉지함과 더불어, 렌즈 성형층에 의해 렌즈를 성형할 수 있다. 즉, 이러한 발광 다이오드 봉지재에 의하면, 발광 다이오드를 봉지한 후 렌즈를 설치할 필요가 없기 때문에, 발광 다이오드 장치를 적은 작업 공정으로 간이하면서도 고정밀도로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 다이오드 봉지재에서는, 상기 발광 다이오드 봉지층이 형광체를 함유하는 실리콘 수지로 이루어지는 것이 적합하다.
이러한 발광 다이오드 봉지재에서는, 발광 다이오드 봉지층이 실리콘 수지로 이루어지기 때문에, 우수한 내광성 및 내열성을 확보할 수 있고, 또한 그 실리콘 수지가 형광체를 함유하기 때문에, 발광 다이오드 봉지층에 있어서 효율적으로 형광을 발할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 다이오드 봉지재에서는, 상기 렌즈 성형층이 실리콘 수지로 이루어지는 것이 적합하다.
이러한 발광 다이오드 봉지재에서는, 렌즈 성형층이 실리콘 수지로 이루어지기 때문에 우수한 내광성 및 내열성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 다이오드 봉지재는, 상기 발광 다이오드 봉지층과 상기 렌즈 성형층의 사이에 변형 방지층을 더 구비하고 있는 것이 적합하다.
발광 다이오드 봉지재를 이용해서, 예를 들어 압축 성형 등에 의해 발광 다이오드를 봉지하면, 발광 다이오드 봉지층 및/또는 렌즈 성형층에 변형이 발생하는 경우가 있는데, 이러한 발광 다이오드 봉지재에서는, 발광 다이오드 봉지층과 렌즈 성형층의 사이에 변형 방지층이 적층되어 있기 때문에, 발광 다이오드 봉지층 및 렌즈 성형층의 변형을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 다이오드 봉지재는, 상기 발광 다이오드 봉지층 및 상기 렌즈 성형층이 어느 것이나 경화 촉매에 의해 경화되는 실리콘 수지로 이루어지고, 상기 발광 다이오드 봉지층이 상기 렌즈 성형층보다도 경화 촉매를 많이 함유하는 것이 적합하다.
이러한 발광 다이오드 봉지재에서는, 그 경화시에, 경화 촉매를 많이 함유하는 발광 다이오드 봉지층이 렌즈 성형층보다도 일찍 경화한다. 그 때문에, 이러한 발광 다이오드 봉지재에 의하면, 발광 다이오드의 봉지시에 발광 다이오드 봉지층 및 렌즈 성형층의 변형을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 다이오드 장치의 제조 방법은, 발광 다이오드가 실장된 기판을 준비하는 공정, 렌즈 성형틀을 준비하는 공정, 및 상기 기판 및 상기 렌즈 성형틀의 사이에, 상기 발광 다이오드 봉지재를, 상기 렌즈 성형층이 상기 렌즈 성형틀과 대향하도록 배치하여 압축 성형하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 발광 다이오드 장치의 제조 방법에 의하면, 상기 발광 다이오드 봉지재가 사용되고 있기 때문에, 압축 성형함으로써 발광 다이오드 봉지층에 의해 발광 다이오드를 봉지함과 동시에, 렌즈 성형층에 의해 렌즈를 성형할 수 있다. 즉, 발광 다이오드를 봉지한 후 렌즈를 설치할 필요가 없기 때문에, 발광 다이오드 장치를 적은 작업 공정으로 간이하면서도 고정밀도로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 발광 다이오드 봉지재의 일 실시형태를 도시하는 개략 구성도다.
도 2는 본 발명의 발광 다이오드 장치의 제조 방법의 일 실시형태를 도시하는 제조 공정도로서,
(a)는 발광 다이오드가 실장된 기판을 준비하는 공정,
(b)는 렌즈 성형틀을 준비하는 공정,
(c)는 기판 및 렌즈 성형틀의 사이에 발광 다이오드 봉지재를 렌즈 성형층이 렌즈 성형틀과 대향하도록 배치하는 공정을 도시한다.
도 3은 도 2에 계속해서 본 발명의 발광 다이오드 장치의 제조 방법의 일 실시형태를 도시하는 제조 공정도로서,
(d)는 발광 다이오드 봉지재를 압축 성형하는 공정,
(e)는 렌즈 성형틀을 탈형하여 개편(個片) 형상으로 절단하는 공정을 도시한다.
도 4는 본 발명의 발광 다이오드 봉지재의 다른 실시형태(변형 방지층을 구비하는 형태)를 도시하는 개략 구성도다.
도 5는 도 4에 도시하는 발광 다이오드 봉지재가 사용되는 발광 다이오드 장치를 도시하는 개략 구성도다.
도 6은 본 발명의 발광 다이오드 봉지재의 다른 실시형태(발광 다이오드 봉지재에 있어서 발광 다이오드 봉지층이 렌즈 성형층보다도 경화 촉매를 많이 함유하는 형태)가 사용되는 발광 다이오드 장치를 도시하는 개략 구성도이다.
도 7은 본 발명의 발광 다이오드 봉지재의 다른 실시형태(발광 다이오드 봉지재에 있어서 발광 다이오드 봉지층이 2층으로 형성되는 형태)가 사용되는 발광 다이오드 장치를 도시하는 개략 구성도이다.
도 1은 본 발명의 발광 다이오드 봉지재의 일 실시형태를 도시하는 개략 구성도다.
도 1에서, 발광 다이오드 봉지재(1)는 발광 다이오드 봉지층(2)과 렌즈 성형층(3)을 구비하고 있다.
발광 다이오드 봉지층(2)은, 발광 다이오드 장치(11)(후술)에 있어서, 발광 다이오드(13)(후술)를 봉지하기 위해 설치되는 수지층이며, 예를 들어 광을 투과할 수 있는 수지 등으로 평면도상 대략 직사각형의 평판 형상으로 형성되어 있다.
수지로서는, 예를 들어 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등, 공지된 투명 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지는 단독 사용 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
수지로서 바람직하게는 실리콘 수지를 들 수 있다.
수지로서 실리콘 수지를 사용하면, 우수한 내광성 및 내열성을 확보할 수 있다.
실리콘 수지로서는, 예를 들어 열경화형 실리콘 수지를 들 수 있으며, 그와 같은 열경화형 실리콘 수지로서는, 예를 들어 축합 반응 및 부가 반응(구체적으로는, 하이드로실릴화 반응)할 수 있는 실리콘 수지 조성물 등을 들 수 있다.
이러한 실리콘 수지 조성물은, 가열에 의해 축합 반응하여 B 스테이지 상태(반경화 상태)가 될 수 있고, 이어서, 더한층의 가열에 의해 부가 반응하여 경화(완전 경화) 상태가 될 수 있는 조성물이다.
한편, B 스테이지 상태에서는, 수지가, 용제에 가용인 A 스테이지와 완전 경화한 C 스테이지 사이의 상태이며, 경화 및 겔화가 약간 진행하여, 용제에 팽윤되지만 완전히 용해되지 않고, 가열에 의해 연화되지만 용융되지 않는 상태이다.
실리콘 수지 조성물은, 예를 들어 실라놀 양 말단 폴리실록산, 알케닐기 함유 알콕시실란 및 오가노 하이드로겐 실록산을 함유하고 있다. 또한, 실라놀 양 말단 폴리실록산 및 알케닐기 함유 알콕시실란은, 축합 원료(축합 반응에 기여하는 원료)이며, 오가노 하이드로겐 실록산은, 부가 원료(부가 반응에 기여하는 원료)이다.
실라놀 양 말단 폴리실록산은, 분자의 양 말단에 실라놀기(SiOH기)를 함유하는 실란 화합물로서, 구체적으로는 하기 화학식 1로 표시된다.
Figure pat00001
[화학식 1에서, R1 및 R2는 1가 탄화수소기이며, n은 1 이상의 정수를 나타낸다. R1 및 R2는 서로 동일 또는 상이하다.)
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 바람직하게는 서로 동일하다.
R1 및 R2로 표시되는 1가 탄화수소기는 포화 또는 불포화이며, 직쇄상, 분지쇄상 또는 환상의 탄화수소기 등을 들 수 있다. 탄화수소기의 탄소수는, 조제의 용이성 또는 열 안정성의 관점에서, 예를 들어 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 10이다.
구체적으로, 1가 탄화수소기로서는, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, 펜틸, 시클로펜틸, 헥실, 시클로헥실 등의 포화 지방족 탄화수소기, 예를 들어 페닐, 나프틸 등의 방향족 탄화수소기 등을 들 수 있다.
1가 탄화수소기로서, 바람직하게는 포화 지방족 탄화수소기, 더욱 바람직하게는 투명성 및 내광성의 관점에서 메틸을 들 수 있다.
상기 화학식 1에서, n은 바람직하게는 안정성 및/또는 취급성의 관점에서 1 내지 10000의 정수, 더욱 바람직하게는 1 내지 1000의 정수이다.
실라놀 양 말단 폴리실록산으로서, 구체적으로는, 실라놀 양 말단 폴리디메틸실록산, 실라놀 양 말단 폴리메틸페닐실록산, 실라놀 양 말단 폴리디페닐실록산 등을 들 수 있다. 바람직하게는 실라놀 양 말단 폴리디메틸실록산을 들 수 있다.
실라놀 양 말단 폴리실록산은 시판품을 이용할 수 있으며, 또한 공지된 방법에 따라서 합성한 것을 이용할 수도 있다.
실라놀 양 말단 폴리실록산은 단독 사용 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
또한, 실라놀 양 말단 폴리실록산은 통상적으로 n이 상이한(즉, 분자량이 상이한) 화합물의 혼합물이다.
따라서, 상기 화학식 1에서의 n은 평균치로서 산출된다.
실라놀 양 말단 폴리실록산의 수 평균 분자량은, 안정성 및/또는 취급성의 관점에서, 예를 들어 100 내지 1000,000, 바람직하게는 200 내지 100,000이다. 수 평균 분자량은 겔 투과 크로마토그래피에 의해 표준 폴리스티렌으로 환산되어 산출된다. 후술하는 수 평균 분자량에 대해서도 상기와 마찬가지로 하여 산출된다.
실라놀 양 말단 폴리실록산의 배합 비율은, 축합 원료의 총량에 대하여, 예를 들어 1 내지 99.99 질량%, 바람직하게는 50 내지 99.9 질량%, 더욱 바람직하게는 80 내지 99.5 질량%이다.
알케닐기 함유 알콕시실란은 알케닐기 및 알콕시기를 모두 갖는 실란 화합물로서, 구체적으로는 하기 화학식 2로 표시되는 알케닐기 함유 트리알콕시실란이다.
Figure pat00002
[화학식 2에서, R3은 직쇄 또는 환상의 알케닐기, R4는 1가 탄화수소기이다. R3 및 R4는 서로 다르다.)
R3으로 표시되는 알케닐기의 탄소수는, 조제의 용이성 또는 열 안정성의 관점에서, 예를 들어 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 10이다.
구체적으로, 알케닐기로서는, 예를 들어 비닐기, 알릴기, 프로페닐기, 부테닐기, 펜테닐기, 헥세닐기, 헵테닐기, 옥테닐기 등의 직쇄상 알케닐기나, 노보네닐기, 시클로헥세닐기 등의 환상 알케닐기 등을 들 수 있다.
바람직하게는 직쇄상 알케닐기, 더욱 바람직하게는 부가 반응의 반응성의 관점에서 비닐기를 들 수 있다.
R4로 표시되는 1가 탄화수소기로서는, 상기 화학식 1의 R1 및 R2로 표시되는 1가 탄화수소기와 마찬가지의 것을 들 수 있다. 바람직하게는 메틸을 들 수 있다.
구체적으로, 알케닐기 함유 알콕시실란으로서는, 예를 들어 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리프로폭시실란 등의 비닐트리알콕시실란, 예를 들어 알릴트리메톡시실란, 프로페닐트리메톡시실란, 부테닐트리메톡시실란, 펜테닐트리메톡시실란, 헥세닐트리메톡시실란, 헵테닐트리메톡시실란, 옥테닐트리메톡시실란, 노보네닐트리메톡시실란, 시클로헥세닐트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
바람직하게는 비닐트리알콕시실란, 더욱 바람직하게는 비닐트리메톡시실란을 들 수 있다.
알케닐기 함유 알콕시실란은 단독 사용 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
알케닐기 함유 알콕시실란은 시판품을 이용할 수 있으며, 또한 공지된 방법에 따라서 합성한 것을 이용할 수도 있다.
알케닐기 함유 트리알콕시실란의 배합 비율은, 축합 원료의 총량에 대하여, 예를 들어 0.01 내지 90 질량%, 바람직하게는 0.01 내지 50 질량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 10 질량%이다.
실라놀 양 말단 폴리실록산의 실라놀기(SiOH기)의, 알케닐기 함유 알콕시실란의 알콕시실릴기(SiOR4기)에 대한 몰비[SiOH/(SiOR4)]는, 예를 들어 20/1 내지 0.2/1, 바람직하게는 10/1 내지 0.5/1, 더욱 바람직하게는 실질적으로 1/1이다.
몰비가 상기 범위를 초과하는 경우에는, 실리콘 수지 조성물을 B 스테이지 상태로 할 때에, 적절한 인성을 갖는 B 스테이지 상태물(반경화물)을 얻을 수 없는 경우가 있으며, 한편, 몰비가 상기 범위에 미치지 않는 경우에는, 알케닐기 함유 알콕시실란의 배합 비율이 과도하게 많고, 그 때문에, 얻어지는 수지층[발광 다이오드 봉지층(2)]의 내열성이 불량이 되는 경우가 있다.
또한, 몰비가 상기 범위 내(바람직하게는 실질적으로 1/1)이면, 실라놀 양 말단 폴리실록산의 실라놀기(SiOH기)와 알케닐기 함유 알콕시실란의 알콕시실릴기(SiOR4기)를 과부족 없이 축합 반응시킬 수 있다.
오가노 하이드로겐 실록산은, 주쇄의 규소 원자에 직접 결합하는 수소 원자를 함유하는 화합물이며, 예를 들어 하기 화학식 3으로 표시되고, 주쇄 도중(양 말단 사이)의 규소 원자에 직접 결합하는 수소 원자를 함유하는 하이드리드 화합물, 또는 하기 화학식 4로 표시되고, 주쇄의 양 말단의 규소 원자에 직접 결합하는 수소 원자를 함유하는 하이드리드 화합물(하이드로실릴 양 말단 폴리실록산)을 들 수 있다.
Figure pat00003
[화학식 3에서, I, Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ는 구성단위 이며, I 및 Ⅳ가 말단 단위, Ⅱ 및 Ⅲ이 반복 단위를 나타내며, R5는 서로 동일 또는 상이하고, 1가 탄화수소기이다. a는 0 또는 1 이상의 정수를 나타내고, b는 2 이상의 정수를 나타낸다.)
Figure pat00004
[화학식 4에서, R6은 서로 동일 또는 상이하고, 1가 탄화수소기이다. c는 0 또는 1 이상의 정수를 나타낸다.)
구성 단위 I에서의 R5, 구성 단위 Ⅱ에서의 R5, 구성 단위 Ⅲ에서의 R5 및 구성 단위 Ⅳ에서의 R5는, 바람직하게는 서로 동일하다.
R5로 표시되는 1가 탄화수소기는, 상기한 R1 및 R2로 표시되는 1가 탄화수소기와 마찬가지의 것을 들 수 있다. 바람직하게는 포화 지방족 탄화수소기를 들 수 있고, 보다 바람직하게는 메틸, 에틸을 들 수 있고, 더욱 바람직하게는 메틸을 들 수 있다.
구성 단위 I 및 Ⅳ는 양 말단의 구성 단위이다.
구성 단위 Ⅱ에서의 a는 구성 단위 Ⅱ의 반복 단위 수이며, 바람직하게는 반응성의 관점에서 1 내지 1000의 정수, 더욱 바람직하게는 1 내지 100의 정수를 나타낸다.
구성 단위 Ⅲ에서의 b는 구성 단위 Ⅲ의 반복 단위 수이며, 바람직하게는 반응성의 관점에서 2 내지 10000, 더욱 바람직하게는 2 내지 1000의 정수를 나타낸다.
구체적으로는, 상기 화학식 3으로 표시되는 하이드리드 화합물로서는, 메틸하이드로겐폴리실록산, 디메틸폴리실록산-co-메틸하이드로겐폴리실록산, 에틸하이드로겐폴리실록산, 메틸하이드로겐폴리실록산-co-메틸페닐폴리실록산 등을 들 수 있다. 바람직하게는 디메틸폴리실록산-co-메틸하이드로겐폴리실록산을 들 수 있다.
상기 화학식 3으로 표시되는 하이드리드 화합물은 단독 사용 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
한편, 상기 화학식 3으로 표시되는 하이드리드 화합물은, 통상적으로 a 및/또는 b가 상이한(즉, 분자량이 상이한) 화합물의 혼합물이다.
따라서, 구성 단위 Ⅱ에서의 a 및 구성 단위 Ⅲ에서의 b는 각각 평균치로서 산출된다.
상기 화학식 3으로 표시되는 하이드리드 화합물의 수 평균 분자량은, 예를 들어 100 내지 1,000,000이다.
상기 화학식 4에서의 R6은 바람직하게는 서로 동일하다. 즉, 양 말단의 규소 원자에 결합하는 R6과 양 말단 사이의 규소 원자에 결합하는 R6은 모두 동일하다.
R6으로 표시되는 1가 탄화수소기는, 상기한 R1 및 R2로 표시되는 1가 탄화수소기와 마찬가지의 것을 들 수 있다. 바람직하게는 메틸, 에틸을 들 수 있다.
상기 화학식 4에서, c는 반응성의 관점에서 바람직하게는 1 내지 10,000의 정수, 더욱 바람직하게는 1 내지 1,000의 정수를 나타낸다.
구체적으로는, 상기 화학식 4로 표시되는 하이드리드 화합물로서는, 예를 들어 하이드로실릴 양 말단 폴리디메틸실록산, 하이드로실릴 양 말단 폴리메틸페닐실록산, 하이드로실릴 양 말단 폴리디페닐실록산 등을 들 수 있다.
상기 화학식 4로 표시되는 하이드리드 화합물은 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜 이용할 수 있다.
상기 화학식 4로 표시되는 하이드리드 화합물로서는, 통상적으로 c가 상이한(즉, 분자량이 상이한) 화합물의 혼합물이다.
따라서, 상기한 (4)에서의 c는 평균치로서 산출된다.
화학식 4로 표시되는 하이드리드 화합물의 수 평균 분자량은, 안정성 및/또는 취급성의 관점에서, 예를 들어 100 내지 1,000,000, 더욱 바람직하게는 100 내지 100,000이다.
오가노 하이드로겐 실록산의 25℃에서의 점도는, 예를 들어 10 내지 100,000 mPa?s, 바람직하게는 20 내지 50,000 mPa?s이다. 점도는 B형 점도계에 의해 측정된다.
오가노 하이드로겐 실록산은 시판품을 이용할 수 있으며, 또한 공지된 방법에 따라서 합성한 것을 이용할 수도 있다.
오가노 하이드로겐 실록산으로서는, 상기 화학식 3으로 표시되는 하이드리드 화합물 또는 상기 화학식 4로 표시되는 하이드리드 화합물을 단독 사용할 수 있으며, 또는 그들을 병용할 수도 있다. 오가노 하이드로겐 실록산으로서, 바람직하게는 상기 화학식 3으로 표시되는 하이드리드 화합물이 단독 사용된다.
오가노 하이드로겐 실록산의 배합 비율은, 알케닐기 함유 알콕시실란의 알케닐기[상기 화학식 2의 R3]와 오가노 하이드로겐 실록산의 하이드로실릴기(SiH기)의 몰비에도 의존하지만, 예를 들어, 알케닐기 함유 알콕시실란 100 질량부에 대하여, 예를 들어 10 내지 10,000 질량부, 바람직하게는 50 내지 1,000 질량부이다.
또한, 알케닐기 함유 알콕시실란의 알케닐기[상기 화학식 2의 R3]의, 오가노 하이드로겐 실록산에 대한 하이드로실릴기(SiH기) 몰비(R3/SiH)는, 예를 들어 20/1 내지 0.05/1, 바람직하게는 20/1 내지 0.1/1, 더욱 바람직하게는 10/1 내지 0.1/1, 특히 바람직하게는 5/1 내지 0.2/1, 가장 바람직하게는 실질적으로 1/1이다.
몰비가 20/1을 초과하는 경우에는, 실리콘 수지 조성물을 B 스테이지 상태로 할 때에, 적절한 인성을 갖는 반경화물을 얻을 수 없는 경우가 있으며, 몰비가 0.05/1에 미치지 못하는 경우에는, 오가노 하이드로겐 실록산의 배합 비율이 과도하게 많고, 그 때문에, 얻어지는 수지층[발광 다이오드 봉지층(2)]의 내열성 및 인성이 불충분해지는 경우가 있다.
또한, 몰비가 1/1 미만, 0.05/1 이상이면, 실리콘 수지 조성물을 B 스테이지 상태로 할 때에, 몰비가 20/1 내지 1/1인 실리콘 수지 조성물에 비해 B 스테이지 상태로 신속하게 이행시킬 수 있다.
실리콘 수지 조성물은, 상기한 실라놀 양 말단 폴리실록산, 알케닐기 함유 알콕시실란 및 오가노 하이드로겐 실록산을 촉매와 함께 배합하여 교반 혼합함으로써 조제된다.
촉매로서는, 예를 들어 축합 촉매(반경화 촉매) 및 부가 촉매(경화 촉매, 하이드로실릴화 촉매) 등을 들 수 있다.
축합 촉매는, 실라놀기와 알콕시실릴기의 축합 반응의 반응 속도를 향상시키는 물질이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 염산, 아세트산, 포름산, 황산 등의 산, 예를 들어 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산칼륨, 수산화테트라메틸암모늄 등의 염기, 예를 들어 알루미늄, 타이타늄, 아연, 주석 등의 금속계 촉매 등을 들 수 있다.
이들 중, 상용성 및 열 분해성의 관점에서 바람직하게는 염기, 더욱 바람직하게는 수산화테트라메틸암모늄을 들 수 있다.
축합 촉매의 배합 비율은, 실라놀 양 말단 폴리실록산 100몰에 대하여, 예를 들어 0.1 내지 50몰, 바람직하게는 0.5 내지 5몰이다.
부가 촉매는, 부가 반응, 즉 알케닐기와 SiH의 하이드로실릴화 반응의 반응 속도를 향상시키는 물질이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 백금흑, 염화백금, 염화백금산, 백금-올레핀 착체, 백금-카보닐 착체, 백금-아세틸아세테이트 등의 백금 촉매, 예를 들어 팔라듐 촉매, 로듐 촉매 등의 금속 촉매를 들 수 있다.
이들 중, 상용성, 투명성 및 촉매 활성의 관점에서 바람직하게는 백금 촉매, 더욱 바람직하게는 백금-카보닐 착체를 들 수 있다.
부가 촉매의 배합 비율은, 부가 촉매의 금속량의 질량부수로서, 오가노 하이드로겐 실록산 100 질량부에 대하여, 예를 들어 1.0×10-4 내지 1.0 질량부, 바람직하게는 1.0×10-4 내지 0.5 질량부, 더욱 바람직하게는 1.0×10-4 내지 0.05 질량부이다.
또한, 상기한 촉매는 고체 상태인 것을 그대로 이용해도 좋고, 또는 취급성의 관점에서 용매에 용해 또는 분산시킨 용액 또는 분산액으로서 이용할 수도 있다.
용매로서는, 예를 들어 물, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올 등의 알코올 등을 들 수 있다. 바람직하게는 물을 들 수 있다.
실리콘 수지 조성물을 조제하기 위해서는, 예를 들어 상기한 원료(축합 원료 및 부가 원료)와 촉매를 한번에 첨가한다. 또는, 우선 각 원료 및 각 촉매를 다른 타이밍으로 각각 첨가할 수 있다. 또한, 일부 성분을 한번에 첨가하고, 잔부의 각 성분을 다른 타이밍으로 각각 첨가할 수도 있다.
바람직하게는, 우선, 축합 원료에 축합 촉매를 첨가하고, 이어서 부가 원료 및 부가 촉매를 한번에 첨가한다.
구체적으로는, 실라놀 양 말단 폴리실록산 및 알케닐기 함유 알콕시실란(즉, 축합 원료)에, 축합 촉매를 상기한 비율로 배합하고, 그것들을 예를 들어 5분간 내지 24시간 교반한다.
또한, 배합 및 교반시에는, 축합 원료의 상용성 및 취급성을 향상시키기 위해서, 예를 들어 0 내지 60℃로 설정할 수도 있다.
또한, 원료 및 축합 촉매의 배합시에, 그것들의 상용성을 향상시키기 위한 상용화제를 적절한 비율로 첨가할 수도 있다.
상용화제로서는, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올 등의 알코올 등의 유기 용매를 들 수 있다. 한편, 상용화제는, 축합 촉매가 유기 용매의 용액 또는 분산액으로서 조제되어 있는 경우에는, 그 유기 용매를 상용화제로서 제공할 수도 있다.
상용화제의 배합 비율은, 실라놀 양 말단 폴리실록산 및 알케닐기 함유 알콕시실란의 총량 100 질량부에 대하여, 예를 들어 1 내지 20 질량부, 바람직하게는 5 내지 10 질량부이다.
그 후, 반응계(혼합물)를 필요에 따라 감압함으로써 휘발 성분(유기 용매)을 제거한다.
이어서, 얻어지는 축합 원료 및 축합 촉매의 혼합물에, 오가노 하이드로겐 실록산 및 부가 촉매를 배합하여, 예를 들어 1 내지 60분간 교반한다.
배합 및 교반시에는, 혼합물 및 오가노 하이드로겐 실록산의 상용성 및 취급성을 향상시키기 위해서, 예를 들어 0 내지 60℃로 설정할 수도 있다.
이에 의해, 실리콘 수지 조성물을 조제할 수 있다.
또한, 발광 다이오드 봉지층(2)에 있어서, 수지, 바람직하게는 실리콘 수지는 형광체를 함유할 수 있다.
형광체는, 예를 들어, 청색광을 황색광으로 변환할 수 있는 황색 형광체 등을 들 수 있다. 그와 같은 형광체로서는, 예를 들어 복합 금속 산화물이나 금속 황화물 등에, 예를 들어 세륨(Ce)이나 유로퓸(Eu) 등의 금속 원자가 도핑된 형광체를 들 수 있다.
구체적으로, 형광체로서는, 예를 들어 Y3Al5O12:Ce[YAG(이트륨?알루미늄?가닛):Ce], (Y, Gd)3Al5O12:Ce, Tb3Al3O12:Ce, Ca3Sc2Si3O12:Ce, Lu2CaMg2(Si, Ge)3O12:Ce 등의 가닛형 결정 구조를 갖는 가닛형 형광체, 예를 들어 (Sr, Ba)2SiO4:Eu, Ca3SiO4Cl2:Eu, Sr3SiO5:Eu, Li2SrSiO4:Eu, Ca3Si2O7:Eu 등의 실리케이트 형광체, 예를 들어 CaAl12O19:Mn, SrAl2O4:Eu 등의 알루미네이트 형광체, 예를 들어 ZnS:Cu, Al, CaS:Eu, CaGa2S4:Eu, SrGa2S4:Eu 등의 황화물 형광체, 예를 들어 CaSi2O2N2:Eu, SrSi2O2N2:Eu, BaSi2O2N2:Eu, Ca-α-SiAlON 등의 산질화물 형광체, 예를 들어 CaAlSiN3:Eu, CaSi5N8:Eu 등의 질화물 형광체, 예를 들어 K2SiF6:Mn, K2TiF6:Mn 등의 불화물계 형광체 등을 들 수 있다. 바람직하게는 가닛형 형광체, 더욱 바람직하게는 Y3Al5O12:Ce를 들 수 있다.
또한, 형광체는 입자상이고, 그 형상은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 대략 구 형상, 대략 평판 형상, 대략 바늘 형상 등을 들 수 있다.
또한, 형광체의 평균 입자 직경(최대 길이의 평균)은, 예를 들어 0.1 내지 30㎛, 바람직하게는 0.2 내지 20㎛이다. 형광체 입자의 평균 입자 직경은 입도 분포 측정 장치에 의해 측정된다.
형광체는 단독 사용 또는 병용할 수 있다.
발광 다이오드 봉지층(2)을 형성하는 수지가 형광체를 함유하면, 발광 다이오드 봉지층(2)에 있어서 효율적으로 형광을 발할 수 있다.
그리고, 예를 들어, 발광 다이오드 장치(11)(후술)에 있어서, 발광 다이오드(13)(후술)로서 청색 발광 다이오드 등을 이용하고, 그 발광 다이오드(13)(후술)로부터 발생하는 광과 형광체로부터 발생하는 광을 혼색함으로써, 발광 다이오드 장치(11)(후술)를, 예를 들어 백색광을 발생하는 발광 다이오드 장치(11)(백색 발광 다이오드)로 할 수 있다.
형광체의 함유 비율은, 수지(바람직하게는 실리콘 수지) 100 질량부에 대하여, 예를 들어 1 내지 50 질량부, 예를 들어 3 내지 30 질량부이다.
그리고, 수지에 형광체를 함유시키기 위해서는, 상기한 형광체 및 수지를 배합하여 교반 혼합한다. 교반 시간은, 예를 들어 0.5 내지 2시간이다.
또한, 수지는 필요에 따라서 무기 입자를 함유할 수 있다.
수지가 무기 입자를 함유함으로써 수지의 경화시에 경화 수축률을 저감시켜, 크랙이나 부품의 정밀한 형상, 치수를 설계대로 재현시킬 수 있고, 또한 내열성이나 열 전도율의 향상을 꾀할 수 있다.
이러한 무기 입자로서는, 예를 들어 유리, 알루미나, 수산화알루미늄, 실리카(용융 실리카, 결정성 실리카, 초미분 무정형 실리카나 소수성 초미분 실리카 등), 탈크, 클레이, 황산바륨 등을 들 수 있다.
이들 무기 입자는 단독 사용 또는 2종류 이상 병용할 수 있다.
바람직하게는, 실리카를 들 수 있다.
또한, 무기 입자의 입자 직경은 목적 및 용도에 따라서 다양하게 선택되는데, 투명성의 관점에서 바람직하게는 최대 입자 직경이 50nm 이하, 보다 바람직하게는 20nm 이하이다. 이러한 무기 입자로서 보다 구체적으로는, 예를 들어 나노 실리카(나노 미립자의 실리카) 등을 들 수 있다.
무기 입자의 함유 비율은, 수지(바람직하게는 실리콘 수지) 100 질량부에 대하여, 예를 들어 1 내지 50 질량부, 예를 들어 3 내지 30 질량부이다.
또한, 수지가 형광체와 무기 입자를 함유하는 경우에 있어서, 그들의 함유 비율은, 형광체 및 무기 입자의 총량 100 질량부에 대하여, 형광체가 예를 들어 10 내지 50 질량부, 바람직하게는 30 내지 40 질량부이며, 무기 입자가 예를 들어 50 내지 90 질량부, 바람직하게는 60 내지 70 질량부이다.
또한, 수지에는, 투과 방지제, 변성제, 계면활성제, 염료, 안료, 변색 방지제, 자외선 흡수제 등의 공지된 첨가물을 적절한 비율로 첨가할 수 있다.
발광 다이오드 봉지층(2)은, 예를 들어 공지된 이형지 등에 상기한 수지를 도공하고 가열함으로써, 예를 들어 B 스테이지 상태로서 얻을 수 있다.
가열 조건으로서는, 수지가, 실리콘 수지 조성물로 이루어지는 경우에는, 축합 반응이 진행하지만 부가 반응(하이드로실릴화 반응)이 진행하지 않는 조건이며, 구체적으로는, 가열온도가 예를 들어 40 내지 150℃, 바람직하게는 50 내지 140℃이며, 가열시간이 예를 들어 1 내지 60분간, 바람직하게는 3 내지 30분간이다.
발광 다이오드 봉지층(2)의 두께는, 예를 들어 100 내지 1000㎛, 바람직하게는 300 내지 500㎛이다.
렌즈 성형층(3)은, 발광 다이오드 장치(11)(후술)에 있어서, 렌즈(14)(후술)를 성형하기 위해 설치되는 수지층이며, 예를 들어 광을 투과할 수 있는 수지 등으로 평면도상 대략 직사각형의 평판 형상으로 형성되어 있다.
수지로서는, 예를 들어 상기한 발광 다이오드 봉지층(2)에 사용되는 수지와 마찬가지의 수지를 들 수 있으며, 구체적으로는, 예를 들어 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴수지 등, 공지된 투명 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지는 단독 사용 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
수지로서, 바람직하게는, 발광 다이오드 봉지층(2)에 사용되는 실리콘 수지와 마찬가지의 실리콘 수지를 들 수 있다.
수지로서 실리콘 수지를 이용하면, 우수한 내광성 및 내열성을 확보할 수 있다.
또한, 렌즈 성형층(3)에 있어서, 수지는, 형광체를 제외하고 상기와 마찬가지로 무기 입자, 공지된 첨가물 등을 함유할 수 있다.
렌즈 성형층(3)은, 예를 들어 공지된 이형지 등에 상기한 수지를 도공하여 가열함으로써, 예를 들어 B 스테이지 상태로서 얻을 수 있다.
가열 조건으로서는, 수지가, 실리콘 수지 조성물로 이루어지는 경우에는, 축합 반응이 진행하지만 부가 반응(하이드로실릴화 반응)이 진행하지 않는 조건이며, 구체적으로는, 가열온도가 예를 들어 40 내지 150℃, 바람직하게는 50 내지 140℃이고, 가열시간이 예를 들어 1 내지 60분간, 바람직하게는 3 내지 30분간이다.
렌즈 성형층(3)의 두께는, 예를 들어 100 내지 1200㎛, 바람직하게는 600 내지 900㎛이다.
또한, 렌즈 성형층(3)의 두께는, 발광 다이오드 봉지층(2)의 두께에 대하여, 예를 들어 1 내지 3배이다.
그리고, 발광 다이오드 봉지층(2)과 렌즈 성형층(3)을 접합하여, 예를 들어 40 내지 150℃, 바람직하게는 50 내지 140℃에서, 예를 들어 1 내지 60분간, 바람직하게는 3 내지 30분간 가열함으로써, 발광 다이오드 봉지층(2) 및 렌즈 성형층(3)의 B 스테이지 상태를 유지하면서 발광 다이오드 봉지재(1)를 얻을 수 있다.
발광 다이오드 봉지재(1)의 두께는, 예를 들어 200 내지 2200㎛, 바람직하게는 1000 내지 1500㎛이다.
이러한 발광 다이오드 봉지재(1)에 의하면, 자세히는 후술하지만, 발광 다이오드 봉지층(2)에 의해 발광 다이오드(13)(후술)를 봉지함과 더불어, 렌즈 성형층(3)에 의해 렌즈(14)(후술)를 성형할 수 있기 때문에, 발광 다이오드 장치(11)(후술)를 적은 작업 공정으로 간이하면서도 고정밀도로 제조할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 발광 다이오드 장치의 제조 방법의 일 실시형태에 대하여, 도 2 및 도 3을 참조해서 설명한다. 한편, 상기한 각 부에 대응하는 부재에 대해서는, 이후의 각 도면에서 동일한 참조 부호를 붙이고, 그 상세한 설명을 생략한다.
이 방법에서는, 우선, 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 발광 다이오드(13)가 실장된 기판(12)을 준비한다.
기판(12)은, 예를 들어 구리에 은 도금을 한 리드 프레임으로 형성되어 있다.
기판(12)의 상면에는, 도시하지 않지만, 발광 다이오드(13)의 단자와, 발광 다이오드(13)에 전기를 공급하기 위한 전원의 단자(도시 생략)를 전기적으로 접속하기 위한 배선이 형성되어 있다.
발광 다이오드(13)로서는, 예를 들어 주로 청색광을 발광하는 청색 발광 다이오드(청색 LED) 등을 들 수 있다.
발광 다이오드(13)는, 기판(12)의 상면에 복수(도 2 및 도 3에서는 2개가 나타나 있음) 설치되고, 도시하지 않은 배선과 와이어(17)를 통해 전기적으로 접속(와이어 본딩)되어 있다.
이어서, 이 방법에서는, 도 2(b)에 도시한 바와 같이 렌즈 성형틀(16)을 준비한다.
렌즈 성형틀(16)은, 예를 들어 스테인레스강에 경질 크롬을 도금한 것 등으로 이루어지는 성형틀이며, 렌즈(14)(후술)에 대응하는 형상, 예를 들어 반구 상의 오목부를, 발광 다이오드(13)에 대응하여 복수(도 2 및 도 3에서는 2개 나타나 있음) 구비하고 있다.
이어서, 이 방법에서는, 도 2(c)에 도시한 바와 같이, 기판(12) 및 렌즈 성형틀(16)의 사이에, 상기한 B 스테이지 상태의 발광 다이오드 봉지재(1)(도 1 참조)를, 렌즈 성형층(3)이 렌즈 성형틀(16)과 대향하도록 배치하고, 도 3(d)에 도시한 바와 같이, 기판(12)과 렌즈 성형틀(16) 사이에 발광 다이오드 봉지재(1)를 끼우도록 압축 성형하고, 그 후 탈형한다.
실제로는, 렌즈 성형틀(16) 상(오목부가 형성되어 있는 측)에, 발광 다이오드 봉지재(1)를 탑재한 후, 그 위에 발광 다이오드(13)를 구비한 기판(12)을, 발광 다이오드(13)가 발광 다이오드 봉지재(1)와 대향하도록 탑재하여 압축 성형한다.
압축 성형에 있어서는, 압축 압력이 예를 들어 0.1 내지 5MPa, 바람직하게는 0.5 내지 3MPa이며, 압축 시간이 예를 들어 1 내지 10분간, 바람직하게는 2 내지 6분간이다.
이에 의해, 렌즈 성형층(3)이 렌즈 성형틀(16)에 대응한 형상으로 외형 형성됨과 더불어, 발광 다이오드(13)가 발광 다이오드 봉지층(2)에 의해 봉지된다.
또한, 예를 들어, 발광 다이오드 봉지재(1)가 B 스테이지 상태인 경우 등에는, 압축 성형과 함께 발광 다이오드 봉지재(1)를 가열 처리할 수 있다.
가열 처리는, 통상적으로 발광 다이오드 봉지재(1)의 발광 다이오드 봉지층(2) 및 렌즈 성형층(3)이 이형 가능한 정도까지 경화하는 제 1 단계와, 렌즈 성형틀(16)로부터 이형 후에 완전 경화하는 제 2 단계로 행한다.
즉, 발광 다이오드 봉지층(2) 및 렌즈 성형층(3)이 모두 실리콘 수지 조성물로 형성되는 경우에는, 부가 반응(하이드로실릴화 반응)이 진행하는 조건이며, 구체적으로는, 가열 조건이, 제 1 단계에서는 예를 들어 120 내지 180℃에서 2 내지 20분간, 제 2 단계에서는 예를 들어 100 내지 180℃에서 30분간 내지 5시간이다.
이와 같이 압축 성형(및 필요에 따라서 가열 처리)함으로써, 발광 다이오드 봉지층(2)이 발광 다이오드(13)를 봉지한 상태이면서, 또한 렌즈 성형층(3)이 렌즈 성형틀(16)에 대응한 형상으로, 발광 다이오드 봉지재(1)를 경화시킬 수 있다. 이에 의해, 봉지층(15)[경화 후의 발광 다이오드 봉지층(2)] 및 렌즈(14)[경화 후의 렌즈 성형층(3)]를 동시에 형성할 수 있다.
그 후, 필요에 따라서, 도 3(e)에 도시한 바와 같이, 각 발광 다이오드(13)를 각각 개별화하도록 개편 형상으로 절단한다. 이에 의해, 발광 다이오드 장치(11)를 얻을 수 있다.
그리고, 이러한 발광 다이오드 장치(11)의 제조 방법에 의하면, 상기의 발광 다이오드 봉지재(1)가 사용되고 있기 때문에, 압축 성형함으로써 발광 다이오드 봉지층(2)에 의해 발광 다이오드(13)를 봉지함과 동시에, 렌즈 성형층(3)에 의해 렌즈(14)를 성형할 수 있다. 즉, 발광 다이오드(13)를 봉지한 후 렌즈(14)를 설치할 필요가 없기 때문에, 발광 다이오드 장치(11)를 적은 작업 공정으로 간이하면서도 고정밀도로 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 발광 다이오드 봉지재의 다른 실시형태(변형 방지층을 구비하는 형태)를 도시하는 개략 구성도이다.
상기한 설명에서는, 발광 다이오드 봉지층(2)의 한쪽 표면에 렌즈 성형층(3)을 직접 적층했지만, 예를 들어, 발광 다이오드 봉지층(2)과 렌즈 성형층(3)의 사이에 변형 방지층을 더 구비할 수 있다.
도 4에서, 발광 다이오드 봉지재(1)는 발광 다이오드 봉지층(2), 렌즈 성형층(3) 및 변형 방지층(4)을 구비하고 있다.
변형 방지층(4)은, 발광 다이오드 장치(11)(후술)에 있어서, 발광 다이오드 봉지층(2)[후술하는 봉지층(15)을 포함함]이나, 렌즈 성형층(3)[후술하는 렌즈(14)를 포함함]의 변형을 방지하기 위해 설치되는 수지층이며, 예를 들어, 광을 투과할 수 있는 수지 등으로 평면도상 대략 직사각형의 평판 형상으로 형성되어 있다.
수지로서는, 예를 들어 상기한 발광 다이오드 봉지층(2)에 사용되는 수지와 마찬가지의 수지를 들 수 있으며, 구체적으로는, 예를 들어 실리콘 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지 등, 공지된 투명 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지는 단독 사용 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
수지로서, 바람직하게는 실리콘 수지를 들 수 있고, 보다 바람직하게는 액상 실리콘 고무를 들 수 있다.
변형 방지층(4)은, 예를 들어 발광 다이오드 봉지층(2)의 한쪽 표면에 상기한 수지를 도공하고, 예를 들어 40 내지 150℃, 바람직하게는 50 내지 140℃에서, 예를 들어 1 내지 60분간, 바람직하게는 1 내지 30분간 가열함으로써 경화시켜 얻을 수 있다.
변형 방지층(4)의 두께는, 예를 들어 10 내지 300㎛, 바람직하게는 50 내지 200㎛이다.
또한, 변형 방지층(4)은, 쇼어 A형 듀로미터로 실온에서 측정한 경도(쇼어 경도)가 예를 들어 A30 내지 A95, 바람직하게는 A50 내지 A70이다.
그리고, 예를 들어, 발광 다이오드 봉지층(2) 및 변형 방지층(4)과 렌즈 성형층(3)을, 렌즈 성형층(3)에 대하여 변형 방지층(4)이 대향하도록 접합하고, 예를 들어 40 내지 150℃, 바람직하게는 50 내지 140℃에서, 예를 들어 1 내지 60분간, 바람직하게는 3 내지 30분간 가열함으로써, 발광 다이오드 봉지층(2) 및 렌즈 성형층(3)의 B 스테이지 상태를 유지하면서 발광 다이오드 봉지재(1)를 얻을 수 있다.
발광 다이오드 봉지재(1)의 두께는, 예를 들어 210 내지 2400㎛, 바람직하게는 1000 내지 1500㎛이다.
발광 다이오드 봉지재(1)를 이용해서, 예를 들어 압축 성형 등에 의해 발광 다이오드(13)(후술)를 봉지하면, 발광 다이오드 봉지층(2) 및/또는 렌즈 성형층(3)에 변형을 발생시키는 경우가 있다[도 3(e) 참조].
그러나, 이러한 발광 다이오드 봉지재(1)에서는, 발광 다이오드 봉지층(2)과 렌즈 성형층(3)의 사이에 변형 방지층(4)이 적층되어 있기 때문에, 도 5에 도시한 바와 같이, 발광 다이오드 봉지층(2) 및 렌즈 성형층(3)의 변형을 억제할 수 있다.
도 6은 본 발명의 발광 다이오드 봉지재의 다른 실시형태(발광 다이오드 봉지재에 있어서 발광 다이오드 봉지층이 렌즈 성형층보다도 경화 촉매를 많이 함유하는 형태)가 사용되는 발광 다이오드 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
상기한 설명에서는, 발광 다이오드 봉지층(2)과 렌즈 성형층(3)을 마찬가지의 실리콘 수지(축합 촉매 및 부가 촉매를 같은 정도 함유하는 실리콘 수지)로 형성했지만, 예컨대, 발광 다이오드 봉지층(2)과 렌즈 성형층(3)을 어느 것이나 경화 촉매에 의해 경화되는 실리콘 수지로 형성함과 더불어, 발광 다이오드 봉지층(2)에 렌즈 성형층(3)보다도 많은 경화 촉매(부가 촉매)를 함유시킬 수 있다.
즉, 이 실시형태에서는, 발광 다이오드 봉지층(2)을 형성하는 실리콘 수지가, 렌즈 성형층(3)을 형성하는 실리콘 수지보다도, 많은 경화 촉매를 함유한다.
구체적으로는, 발광 다이오드 봉지층(2)의 경화 촉매의 함유량이, 렌즈 성형층(3)의 경화 촉매의 함유량에 대하여, 질량기준으로 예컨대 1.5배 이상, 바람직하게는 3.0배 이상, 보통 10배 이하이다.
이러한 발광 다이오드 봉지재(1)에서는, 그 경화시에, 경화 촉매를 많이 함유하는 발광 다이오드 봉지층(2)이 렌즈 성형층(3)보다도 일찍 경화한다.
그 때문에, 이러한 발광 다이오드 봉지재(1)에 의하면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 변형 방지층(4)을 설치하지 않더라도, 발광 다이오드(13)의 봉지시에, 발광 다이오드 봉지층(2) 및 렌즈 성형층(3)의 변형을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 설명에서는, 발광 다이오드 봉지층(2) 및 렌즈 성형층(3)을 각각 단층(1층)으로 형성했지만, 예컨대, 발광 다이오드 봉지층(2)을 다층(2층 이상)으로 형성할 수 있고, 또한 렌즈 성형층(3)을 다층(2층 이상)으로 형성할 수도 있다.
발광 다이오드 봉지층(2) 및/또는 렌즈 성형층(3)을 다층으로 형성하는 방법으로서는, 특별히 제한되지 않고, 예컨대, 복수의 층을 형성한 후, 그들을 접합하는 등, 공지된 방법이 채용된다.
도 7은 본 발명의 발광 다이오드 봉지재의 다른 실시형태(발광 다이오드 봉지재에 있어서 발광 다이오드 봉지층이 2층으로 형성되는 형태)가 사용되는 발광 다이오드 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
예컨대, 발광 다이오드 봉지재(1)에 있어서, 발광 다이오드 봉지층(2)을 상층 및 하층을 구비하는 2층으로 형성하는 경우에는, 그 발광 다이오드 봉지재(1)를 이용하여 얻어지는 발광 다이오드 장치(11)는, 봉지층(15)(경화후의 발광 다이오드 봉지층(2))이 상층 및 하층을 구비하는 2층으로 형성된다(도 7 참조).
이러한 발광 다이오드 봉지재(1)에서는, 발광 다이오드 봉지층(2)은 상기와 같이 바람직하게는 형광체를 함유한다. 이러한 경우에 있어서, 형광체는 적어도 1층의 발광 다이오드 봉지층(2)에 함유되어 있으면 좋다.
구체적으로는, 도 7이 참조되는 바와 같이, 발광 다이오드 봉지층(2) 및 봉지층(15)이 상층 및 하층을 구비하는 2층으로 형성되는 경우에는, 하층의 발광 다이오드 봉지층(2)에 형광체를 함유시키는 한편, 상층의 발광 다이오드 봉지층(2)에는 형광체를 함유시키지 않더라도 좋다.
또한, 이러한 발광 다이오드 봉지재(1)에 있어서, 상기한 바와 같이, 발광 다이오드 봉지층(2)에, 렌즈 성형층(3)보다도 많은 경화 촉매(부가 촉매)를 함유시키는 경우에는, 적어도 1층의 발광 다이오드 봉지층(2)이 렌즈 성형층(3)보다도 많은 경화 촉매(부가 촉매)를 함유하면 바람직하다.
구체적으로는, 도 7이 참조되는 바와 같이, 발광 다이오드 봉지층(2) 및 봉지층(15)이 상층 및 하층을 구비하는 2층으로 형성되는 경우에는, 상층의 발광 다이오드 봉지층(2) 또는 하층의 발광 다이오드 봉지층(2)의 어느 한쪽 또는 그들 양쪽에, 렌즈 성형층(3)보다도 많은 경화 촉매(부가 촉매)를 함유시키면 좋다.
이러한 발광 다이오드 봉지재(1)에 의해서도, 도 7에 나타낸 바와 같이, 변형 방지층(4)을 설치함이 없이, 발광 다이오드(13)의 봉지시에, 발광 다이오드 봉지층(2) 및 렌즈 성형층(3)의 변형을 억제할 수 있다.
또한, 도시하지 않지만, 예컨대, 발광 다이오드 봉지층(2)만을 예비 가열함으로써, 발광 다이오드(13)의 봉지시에, 발광 다이오드 봉지층(2) 및 렌즈 성형층(3)의 변형을 억제할 수도 있다.
구체적으로는, 기판(12) 및 렌즈 성형틀(16)의 사이에, 발광 다이오드 봉지재(1)를 배치하기(도 2(c) 참조) 전에, 미리, 발광 다이오드 봉지재(1)의 발광 다이오드 봉지층(2)만을 가열하여, 그 경화를 진행시켜 놓을 수 있다.
이와 같이, 발광 다이오드 봉지층(2)이 예비 가열되고 있는 발광 다이오드 봉지재(1)를, 도 3(d)에 나타낸 바와 같이, 기판(12)과 렌즈 성형틀(16) 사이에 끼우도록 압축 성형하면, 발광 다이오드 봉지층(2)에 렌즈 성형층(3)보다도 많은 경화 촉매(부가 촉매)를 함유시킴이 없이, 발광 다이오드(13)의 봉지시에, 발광 다이오드 봉지층(2) 및 렌즈 성형층(3)의 변형을 억제할 수 있다.
더구나, 발광 다이오드 봉지층(2)에 렌즈 성형층(3)보다도 많은 경화 촉매(부가 촉매)를 함유시키고, 그 발광 다이오드 봉지층(2)을 예비 가열하면, 발광 다이오드(13)의 봉지시에, 발광 다이오드 봉지층(2) 및 렌즈 성형층(3)의 변형을 더한층 억제할 수 있다.
[실시예]
이하에 실시예를 나타내어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 조금도 실시예에 한정되지 않는다.
[실시예 1]
<발광 다이오드 봉지층의 제조>
실라놀 양 말단 폴리디메틸실록산[실라놀 양 말단 폴리실록산, 화학식 1에서, R1이 모두 메틸, n의 평균이 155](신에츠화학공업사 제조, 상품명 "X-21-5842", 평균 분자량 11500) 100g(8.70mmol), 비닐트리메톡시실란(알케닐기 함유 알콕시실란)(신에츠화학공업사 제조, 상품명 "KBM-1003") 0.86g(5.80mmol) 및 2-프로판올 10mL(실라놀 양 말단 폴리디메틸실록산과 비닐트리메톡시실란의 총량 100 질량부에 대하여 8 질량부)를 교반 혼합했다.
또한, 실라놀 양 말단 폴리디메틸실록산의 SiOH기와 비닐트리메톡시실란의 메톡시실릴기의 몰비(SiOH/메톡시실릴기)는 1/1이었다.
이어서, 얻어진 혼합물에, 축합 촉매로서 수산화 테트라메틸암모늄 수용액(농도 10 질량%) 0.16mL(0.17mmol, 실라놀 양 말단 폴리디메틸실록산 100몰에 대하여 2.0몰)를 첨가하여, 실온(25℃)에서 2시간 교반했다.
이어서, 얻어진 혼합물(오일)에, 오가노 하이드로겐 실록산[화학식 3에서, R5가 모두 메틸, a의 평균이 10, b의 평균이 10. 25℃에서의 점도 20 mPa?s](신에츠화학공업사 제조, 상품명 "KF-9901") 0.75g 및 부가 촉매(하이드로실릴화 촉매)로서 백금-카보닐 착체 용액(백금 농도 2 질량%) 0.26mL(오가노 하이드로겐 실록산 100 질량부에 대하여 35 질량부, 백금 환산으로 0.7 질량부)를 첨가하여 실리콘 수지 조성물을 얻었다.
또한, 비닐트리메톡시실란의 비닐기와 오가노 하이드로겐 실록산의 SiH기의 몰비(비닐기/SiH)는 1/1이었다.
그 후, 얻어진 실리콘 수지 조성물에, Y3Al5O12:Ce(YAG:Ce)로 이루어지는 형광체 입자(구 형상, 평균 입자계 17㎛)를, 실리콘 수지 조성물 100 질량부에 대하여 5 질량부의 비율로 첨가했다. 또한, 나노 실리카 입자(입자 직경 20nm 이하)를, 실리콘 수지 조성물 100 질량부에 대하여 10 질량부의 비율로 첨가했다. 이에 의해, 형광체 및 무기 입자를 함유하는 실리콘 수지 조성물을 얻었다.
그 후, 형광체 및 무기 입자를 함유하는 실리콘 수지 조성물을 이형지에 도공하고, 120℃에서 6분간 가열하여, 두께 350㎛의 반경화 상태(B 스테이지 상태)의 발광 다이오드 봉지층을 얻었다.
<렌즈 성형층의 제조>
형광체 입자를 첨가하지 않는 것 이외에는, 상기 <발광 다이오드 봉지층의 제조>와 마찬가지로 하여 무기 입자를 함유하는 실리콘 수지 조성물을 얻었다.
그 후, 무기 입자를 함유하는 실리콘 수지 조성물을 이형지에 도공하고, 120℃에서 6분간 가열하여, 두께 750㎛의 반경화 상태(B 스테이지 상태)의 발광 다이오드 봉지층을 얻었다.
<발광 다이오드 봉지재의 제조>
상기에 의해 얻어진 발광 다이오드 봉지층 및 렌즈 성형층을 접합하고, 120℃에서 3분간 가열함으로써, 두께 1100㎛의 발광 다이오드 봉지재를 얻었다.
또한, 발광 다이오드 봉지재에 있어서, 발광 다이오드 봉지층 및 렌즈 성형층은 반경화 상태(B 스테이지 상태)를 유지하고 있었다.
<발광 다이오드 장치의 제조>
배선이 형성된 기판의 상면에 있어서, 100개(10×10 배치)의 청색 발광 다이오드를 실장하였다[도 2(a) 참조].
이어서, 반구 형상의 오목부가 100개 형성된 렌즈 성형틀을 준비하고[도 2(b) 참조], 그 렌즈 성형틀과 기판의 사이에, 상기에 의해 얻어진 발광 다이오드 봉지재를 렌즈 성형층이 렌즈 성형틀과 대향하도록 배치하였다[도 2(c) 참조].
이어서, 발광 다이오드 봉지재를, 기판 및 렌즈 성형틀의 사이에 끼워 0.5MPa로 압축 성형함과 더불어, 160℃에서 5분간 가열하였다[도 3(d) 참조]. 그 후, 렌즈 성형틀을 탈형하고, 150℃에서 1시간 가열하여 완전 경화한 후, 개편 형상으로 절단함으로써, 100개의 발광 다이오드 장치를 제조하였다[도 3(e) 참조]. 이에 의해, 발광 다이오드 봉지층에 의해 발광 다이오드를 봉지함과 동시에, 렌즈 성형층에 의해 렌즈를 성형할 수 있었다.
[실시예 2]
<발광 다이오드 봉지재의 제조>
실시예 1과 마찬가지로 하여, 두께 350㎛의 발광 다이오드 봉지층을 제조했다.
<변형 방지층의 제조>
상기에 의해 얻어진 발광 다이오드 봉지층의 표면에, 액상 실리콘 고무(아사히화성사 제조, 상품명 "LR7665")를 두께 200㎛로 도공하고, 120℃에서 3분간 열 경화시킴으로써, 두께 200㎛의 변형 방지층을 제조하고, 발광 다이오드 봉지층 및 변형 방지층의 적층체를 형성했다.
또한, 쇼어 A형 듀로미터로 측정한 변형 방지층의 쇼어 경도는 A50이었다.
<렌즈 성형층의 제조>
실시예 1과 마찬가지로 하여 두께 750㎛의 렌즈 성형층을 제조했다.
<발광 다이오드 봉지재의 제조>
상기에 의해 얻어진 발광 다이오드 봉지층 및 변형 방지층의 적층체와 렌즈 성형층을, 변형 방지층과 렌즈 성형층이 대향하도록 접합하고 120℃에서 3분간 가열함으로써, 두께 1300㎛의 발광 다이오드 봉지재를 얻었다.
또한, 발광 다이오드 봉지재에 있어서, 발광 다이오드 봉지층 및 렌즈 성형층은 반경화 상태(B 스테이지 상태)를 유지하고 있었다.
<발광 다이오드 장치의 제조>
실시예 1과 마찬가지로 하여 발광 다이오드 장치를 제조하였다(도 5 참조).
[실시예 3]
<발광 다이오드 봉지층의 제조>
부가 촉매(하이드로실릴화 촉매)로서 백금-카보닐 착체 용액(백금 농도 2 질량%) 0.87mL(오가노 하이드로겐 실록산 100 질량부에 대하여 116.7 질량부, 백금 환산으로 2.3 질량부(실시예 1에 있어서의 배합량의 3.3배))를 배합한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 두께 350㎛의 반경화 상태(B 스테이지 상태)의 발광 다이오드 봉지층을 수득했다.
<렌즈 성형층의 제조>
실시예 1과 마찬가지로 하여, 두께 750㎛의 발광 다이오드 봉지층을 수득했다.
<발광 다이오드 봉지재의 제조>
실시예 1과 마찬가지로 하여, 두께 1100㎛의 발광 다이오드 봉지재를 수득했다.
한편, 발광 다이오드 봉지재에 있어서, 발광 다이오드 봉지층 및 렌즈 성형층은 반경화 상태(B 스테이지 상태)를 유지하고 있었다.
<발광 다이오드 장치의 제조>
실시예 1과 마찬가지로 하여, 발광 다이오드 장치를 제조했다(도 6 참조).
[평가]
각 실시예에 있어서, 적은 작업 공정으로 간이하면서도 고정밀도로 발광 다이오드 장치를 제조할 수 있었다.
또한, 실시예 1에서는, 발광 다이오드 봉지층과 렌즈 성형층의 계면이 렌즈 형상을 따라 만곡 변형했지만[도 3(e) 참조], 실시예 2 및 3에서는, 발광 다이오드 봉지층과 렌즈 성형층의 계면에서 변형이 확인되지 않았고, 보다 고정밀도로 발광 다이오드 장치를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다(도 5 및 6 참조).
한편, 상기 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태로서 제공했지만, 이것은 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석해서는 안된다. 당해 기술 분야의 당업자에 의해 명백한 본 발명의 변형예는, 후기하는 특허청구의 범위에 포함되는 것이다.

Claims (6)

  1. 발광 다이오드 봉지층, 및 상기 발광 다이오드 봉지층에 적층되는 렌즈 성형층을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 봉지재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 봉지층이, 형광체를 함유하는 실리콘 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 봉지재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 성형층이 실리콘 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 봉지재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 봉지층과 상기 렌즈 성형층의 사이에 변형 방지층을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 봉지재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 봉지층 및 상기 렌즈 성형층이 어느 것이나 경화 촉매에 의해 경화되는 실리콘 수지로 이루어지고,
    상기 발광 다이오드 봉지층이 상기 렌즈 성형층보다도 경화 촉매를 많이 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 봉지재.
  6. 발광 다이오드가 실장된 기판을 준비하는 공정,
    렌즈 성형틀을 준비하는 공정, 및
    상기 기판 및 상기 렌즈 성형틀의 사이에, 발광 다이오드 봉지층 및 상기 발광 다이오드 봉지층에 적층되는 렌즈 성형층을 구비하고 있는 발광 다이오드 봉지재를, 상기 렌즈 성형층이 상기 렌즈 성형틀과 대향하도록 배치하여 압축 성형하는 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는, 발광 다이오드 장치의 제조 방법.
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