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JP5395761B2 - 発光装置用部品、発光装置およびその製造方法 - Google Patents

発光装置用部品、発光装置およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、発光装置用部品、発光装置およびその製造方法に関する。
従来、青色光を受けて黄色光を発光する蛍光体として、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系蛍光体が知られている。このようなYAG系蛍光体に青色光を照射すると、照射される青色光と、YAG系蛍光体が発する黄色光とが混色されることにより、白色光を得ることができる。そのため、例えば、YAG系蛍光体で青色発光ダイオードを被覆し、青色発光ダイオードからの青色光と、YAG系蛍光体の黄色光とを混色させて白色光を得ることができる白色発光ダイオードが知られている。
また、このような発光ダイオードを、発光装置として用いる場合においては、例えば、発光ダイオードから生じる光を集光させ、および/または、散乱させるために、発光装置にレンズを設けることが、知られている(例えば、特許文献1(図3)参照。)。
そして、このようなレンズを、白色発光ダイオードを備える発光装置に設ける場合には、通常、青色発光ダイオードとYAG系蛍光体とをそれぞれ設置した後、その設置されたYAG系蛍光体に、レンズを接合する。
特開2006−324596号公報
そして、このようにして得られるレンズ付きの発光装置は、通常、製造の最終段階において、光学特性が検査された後、良品および不良品が選別され、不良品が廃棄される。
このような場合において、上記の方法により得られる発光装置が検査され、不良品と判断されると、その発光装置に用いられた全ての部品、例えば、青色発光ダイオード、YAG系蛍光体およびレンズが、廃棄される。そのため、歩留まりが低く、製造コストに劣るという不具合がある。
そこで、本発明の目的は、発光装置の製造コストの低減を図ることができる発光装置用部品、および、その発光装置用部品が用いられる発光装置およびその製造方法を提供することにある。
上記した目的を達成するため、本発明の発光装置用部品は、蛍光を発光できる蛍光層と、前記蛍光層に接合されるレンズと備えることを特徴としている。
また、本発明の発光装置用部品では、前記レンズは、光が入射される光入射面と、光を出射させる光出射面とを備え、前記光入射面には、凹部が形成されており、前記蛍光層が、前記凹部に収容されていることが好適である。
また、本発明の発光装置用部品では、さらに、前記蛍光層と前記レンズとの間に、前記蛍光層と前記レンズとの熱膨張率の差に起因して発生する応力を緩和するための応力緩和層を備えることが好適である。
また、本発明の発光装置用部品では、前記蛍光層は、光が入射される光入射面と、光を出射させる光出射面とを備え、前記蛍光層の前記光入射面と、前記レンズの前記光入射面における前記凹部を除く部分とが面一であることが好適である。
また、本発明の発光装置用部品では、前記蛍光層は、光が入射される光入射面と、光を出射させる光出射面とを備え、前記蛍光層の前記光入射面が、前記レンズの前記光入射面における前記凹部を除く部分よりも、前記レンズの前記光出射面側に配置されることが好適である。
また、本発明の発光装置は、上記の発光装置用部品(前記光入射面と、前記蛍光層の前記光入射面から露出する露出面とが面一である発光装置用部品)を備えることを特徴としている。
また、本発明の発光装置では、外部から電力が供給される回路基板と、前記回路基板の上に電気的に接合され、前記回路基板からの電力により発光する発光ダイオードと、前記発光ダイオードを囲むように前記回路基板の上に設けられ、上端部が、前記発光ダイオードの上端部よりも上側に配置されるハウジングと、前記ハウジングの上に設けられる前記発光装置用部品とを備えることが好適である。
また、本発明の発光装置は、上記の発光装置用部品(前記蛍光層の前記光入射面から露出する露出面が、前記光入射面よりも、前記光出射面側に配置される発光装置用部品)を備えることを特徴としている。
また、本発明の発光装置の製造方法は、外部から電力が供給される回路基板の上に、発光ダイオードを電気的に接合する工程と、前記回路基板の上において、前記発光ダイオードを囲むように、かつ、上端部が、前記発光ダイオードの上端部よりも上側に配置されるように、ハウジングを設ける工程と、前記ハウジングの上に、上記の発光装置用部品を仮固定し、光学特性を検査することにより、良品または不良品を選別する工程と、選別された前記良品において、前記発光装置用部品を固定する工程とを備えることを特徴としている。
本発明の発光装置用部品では、蛍光層が、発光装置に設けられる前に、レンズと接合されているため、発光装置の製造において、発光装置用部品を仮固定して、発光装置の光学特性を検査することができる。
そのため、本発明の発光装置用部品、および、本発明の発光装置用部品を用いた本発明の発光装置、さらには、本発明の発光装置の製造方法によれば、発光装置が不良品として選別される場合にも、その発光装置から、仮固定された発光装置用部品を取り除いて、廃棄することができ、さらに、取り除かれた発光装置用部品を再利用することができるため、優れた歩留まりを確保でき、製造コストの低減を図ることができる。
本発明の発光装置用部品の第1参考実施形態の概略構成図である。 図1に示す発光装置用部品の製造方法を示す概略工程図であって、(a)は、金型を用意する工程、(b)は、金型にレンズ材料を充填し、硬化させる工程、(c)は、蛍光層を、硬化後のレンズ材料の上に載置する工程、(d)は、蛍光層の外周端縁と、金型の内側面との間隙にレンズ材料を充填し、硬化させる工程、(e)は、レンズおよび蛍光層を脱型する工程をそれぞれ示す。 本発明の発光装置用部品の第2参考実施形態を示す概略構成図である。 図1に示す発光装置用部品を備える本発明の発光装置の第1参考実施形態(リモートタイプの発光装置)を示す概略構成図である。 図4に示す発光装置用部品の製造方法を示す概略工程図であって、(a)は、回路基板の上に発光ダイオードを設置し、発光ダイオードと回路基板とを電気的に接合する工程、(b)は、回路基板の上にハウジングを設ける工程、(c)は、ハウジングの上に、発光装置用部品を仮固定し、光学特性を検査することにより、良品または不良品を選別する工程、(d)は、選別された良品において、発光装置用部品を固定する工程をそれぞれ示す。 図3に示す発光装置用部品を備える本発明の発光装置の第2参考実施形態(フリップチップタイプの発光装置)を示す概略構成図である。 本発明の発光装置用部品の第3実施形態(応力緩和層を備える形態)の概略構成図である。 図7に示す発光装置用部品の製造方法を示す概略工程図であって、(a)は、金型を用意する工程、(b)は、金型にレンズ材料を充填し、硬化させる工程、(c)は、四角柱状の金型を用意し、その金型をレンズ材料の上に載置する工程、(d)は、金型の外周端縁と金型の内側面との間隙に、レンズ材料を充填し、硬化させる工程をそれぞれ示す。 図8に続いて、図7に示す発光装置用部品の製造方法を示す概略工程図であって、(e)は、金型を取り外し、凹部を形成する工程、(f)は、透明樹脂を、凹部に充填し、硬化させる工程、(g)は、透明樹脂の上に蛍光層を載置する工程、(h)は、蛍光層の外周端縁と凹部の内側面との間隙に、透明樹脂を充填し、硬化させる工程、(i)は、レンズ、透明樹脂および蛍光層を脱型する工程をそれぞれ示す。 本発明の発光装置用部品の第4実施形態(応力緩和層を備える形態)の概略構成図である。 本発明の発光装置用部品の第5参考実施形態(粘着層を備える形態)の概略構成図である。 本発明の発光装置用部品の第6参考実施形態(粘着層を備える形態)の概略構成図である。
図1は、本発明の発光装置用部品の第1参考実施形態の概略構成図、図2は、図1に示す発光装置用部品の製造方法を示す概略工程図である。
図1において、この発光装置用部品1は、蛍光層2と、その蛍光層2に接合されるレンズ3とを備えている。
蛍光層2は、蛍光を発光できるとともに、光を透過できる層であって、平面視略矩形の平板形状に形成されている。このような蛍光層2は、発光装置11(後述)において、発光ダイオード13(後述)から生じる光を吸収して、蛍光を発光するために、設けられている。
また、蛍光層2は、厚み方向一方側(レンズ3が接合される側の他方側)において光が入射される光入射面としての第1光入射面4と、その第1光入射面4から入射した光を厚み方向他方側(レンズ3が接合される側)に出射させる光出射面としての第1光出射面5とを備えている。
このような蛍光層2は、詳しくは後述するが、例えば、蛍光体を含有する樹脂や、例えば、蛍光体のセラミックス(蛍光体セラミックプレート)などから形成されている。
レンズ3は、光を集光および/または散乱させる光学素子であって、略半球状(略ドーム状)に形成されており、光(蛍光層2から生じる蛍光、および、発光ダイオード13(後述)から生じる光)を透過させるとともに、光を集光および/または散乱させるために、設けられている。
また、レンズ3は、その厚み方向一方側(底面側)において光が入射される光入射面としての第2光入射面6と、その第2光入射面6から入射した光を、レンズ3の球面側に出射させる光出射面としての第2光出射面7とを備えている。
また、レンズ3の第2光入射面6には、凹部8が形成されている。
凹部8は、蛍光層2と略同一形状、すなわち、蛍光層2と略同一の平面視略矩形状、かつ、厚み方向長さ(深さ)が蛍光層2の厚み方向長さと略同一の窪み部であって、第2光入射面6側から第2光出射面7側に向かって陥没するように設けられている。
このようなレンズ3は、詳しくは後述するが、例えば、公知の透明性プラスチック、公知のガラスなどから形成されている。
そして、この発光装置用部品1において、レンズ3の凹部8には、蛍光層2が収容されている。
より具体的には、凹部8には、蛍光層2が、蛍光層2の第1光入射面4と、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(以下、周端面と称する場合がある)9とが面一となるように、収容(嵌合)されている。
以下において、上記した発光装置用部品1を製造する方法について、図2を参照して説明する。
この方法では、まず、図2(a)に示すように、金型10を用意する。
金型10は、一方側端部(上端部)が開放されるとともに、他方側端部(下端部、底部)が、レンズ3と略同一形状の略半球状に閉塞される円筒形状(有底円筒形状)に、形成されている。
また、図示しないが、必要により、金型10の内側の表面には、離型剤などで処理されている。
次いで、この方法では、図2(b)に示すように、金型10にレンズ材料15を充填(注型)し、硬化させる。
レンズ材料15は、レンズ3を形成する材料であって、例えば、公知の透明性プラスチック、公知のガラスなどが用いられる。
透明性プラスチックとしては、例えば、熱硬化性の透明性プラスチック、熱可塑性の透明性プラスチックなどが挙げられ、より具体的には、熱硬化性または熱可塑性の、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ユリア系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂などが挙げられる。
ガラスとしては、特に制限されないが、例えば、石英ガラス、シリカ系ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルミノほう珪酸塩ガラス、ほう珪酸塩ガラス、アルミノ珪酸塩ガラスなどが挙げられる。
これらレンズ材料15は、単独使用または2種類以上併用することができる。
レンズ材料15として、好ましくは、透明性プラスチックが挙げられ、より好ましくは、シリコーン系樹脂が挙げられる。シリコーン系樹脂を用いることにより、レンズ3の熱耐久性(耐熱性、耐光性)の向上を図ることができる。
また、蛍光層2が放熱性に優れる蛍光体のセラミックス(蛍光体セラミックプレート)である場合などには、レンズ材料15として、エポキシ系樹脂を用いることができ、さらには、エポキシ系樹脂とシリコーン系樹脂とを併用することもできる。
このようなレンズ材料15として、実用的には、上記レンズ材料15の流動化物(例えば、軟化状態の透明性プラスチック、溶融状態のガラスなど)が用いられる。
そして、この方法において、レンズ材料15として、例えば、軟化状態の熱硬化性透明性プラスチックが用いられる場合には、金型10に、レンズ材料15を公知の方法により充填(注型)した後、加熱し、レンズ材料15を熱硬化させる。なお、加熱条件については、熱硬化性の透明性プラスチックの種類などにより、適宜選択される。
また、例えば、レンズ材料15として、軟化状態の熱可塑性透明性プラスチックや、例えば、溶融状態のガラスなどが用いられる場合には、金型10に、レンズ材料15を公知の方法により充填(注型)した後、冷却し、レンズ材料15を硬化させる。なお、冷却条件については、熱可塑性透明性プラスチックの種類や、ガラスの種類などにより、適宜選択される。
次いで、この方法では、図2(c)に示すように、蛍光層2を、硬化後のレンズ材料15の上に、蛍光層2の外周端縁と金型10の内側面とが所定間隔を隔てるように、かつ、蛍光層2の第1光出射面5がレンズ材料15と接触するように、載置する。
蛍光層2は、励起光として、波長350〜480nmの光の一部または全部を吸収して励起され、励起光よりも長波長、例えば、500〜650nmの蛍光を発光する蛍光体を含有しており、より具体的には、例えば、蛍光体を含有する樹脂、例えば、蛍光体のセラミックス(蛍光体セラミックプレート)などが挙げられる。蛍光層2として、放熱性の観点から、好ましくは、蛍光体セラミックプレートが挙げられる。
すなわち、蛍光層2は、例えば、発光体の発熱などにより温度上昇し、その発光効率を低下させる場合があるが、蛍光体セラミックプレートは、放熱性に優れるため、その発光体セラミックプレートを用いれば、蛍光層3の温度上昇を抑制し、優れた発光効率を確保することができる。
このような蛍光層2に含まれる蛍光体は、励起光の波長に応じて適宜選択されるが、励起光として、例えば、近紫外発光ダイオードの光(波長350〜410nm)や、青色発光ダイオードの光(波長400〜480nm)が選択される場合には、蛍光体として、例えば、YAl12:Ce(YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット):Ce)、(Y,Gd)Al12:Ce、TbAl12:Ce、CaScSi12:Ce、LuCaMg(Si,Ge)12:Ceなどのガーネット型結晶構造を有するガーネット型蛍光体、例えば、(Sr,Ba)SiO:Eu、CaSiOCl:Eu、SrSiO:Eu、LiSrSiO:Eu、CaSi:Euなどのシリケート蛍光体、例えば、CaAl1219:Mn、SrAl:Euなどのアルミネート蛍光体、例えば、ZnS:Cu,Al、CaS:Eu、CaGa:Eu、SrGa:Euなどの硫化物蛍光体、CaSi:Eu、SrSi:Eu、BaSi:Eu、Ca−α−SiAlONなどの酸窒化物蛍光体、例えば、CaAlSiN:Eu、CaSi:Euなどの窒化物蛍光体、例えば、KSiF:Mn、KTiF:Mnなどのフッ化物系蛍光体などが挙げられる。
これら蛍光体は、単独使用または2種類以上併用することができる。
蛍光体として、好ましくは、ガーネット型蛍光体が挙げられる。
そして、蛍光層2は、上記の蛍光体を用いて、公知の方法により製造することができる。より具体的には、例えば、樹脂に蛍光体を混合し、硬化させることにより、蛍光層2(蛍光体を含有する樹脂)を得ることができ、さらには、例えば、上記の蛍光体をセラミックス材料とし、焼結することにより、蛍光層2(蛍光体セラミックス)を得ることができる。
また、蛍光層2は、単層構造として形成することができ、さらには、図示しないが、複数(2つ以上)の層を積層した多層構造として形成することもできる。
蛍光層2の厚み(多層構造である場合には、各層の厚みの合計)は、例えば、100〜1000μm、好ましくは、200〜700μm、より好ましくは、300〜500μmである。
次いで、この方法では、図2(d)に示すように、蛍光層2の外周端縁と、金型10の内側面との間隙に、上記のレンズ材料15を、その表面が蛍光層2の表面(第1光入射面4)と面一となるように充填し、上記と同様にして硬化させる。
これにより、レンズ3が形成されるとともに、そのレンズ3に凹部8が形成され、その凹部8には、蛍光層2が収容(嵌合)される。
その後、この方法では、図2(e)に示すように、レンズ3および蛍光層2を脱型する。これにより、発光装置用部品1を得ることができる。
そして、このような発光装置用部品1では、蛍光層2が、発光装置11(後述)に設けられる前に、レンズ3と接合されているため、発光装置11(後述)の製造において、発光装置用部品1を仮固定して、発光装置11(後述)の光学特性を検査することができる。
そのため、このようにして得られる発光装置用部品1によれば、発光装置11(後述)が不良品として選別される場合にも、その発光装置11(後述)から、仮固定された発光装置用部品1を取り除いて、廃棄することができ、さらに、取り除かれた発光装置用部品1を再利用することができるため、優れた歩留まりを確保でき、製造コストの低減を図ることができる。
また、このような発光装置用部品1では、凹部8に蛍光層2が収容されているため、省スペース化を図ることができる。
また、このような発光装置用部品1では、蛍光層2の第1光入射面4と、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9とが面一であるため、例えば、リモートタイプ(発光装置用部品1と発光ダイオード13(後述)とが離間し、回路基板12(後述)と発光ダイオード13(後述)とがワイヤボンディングされるタイプ)の発光装置11(後述)において、好適に用いることができる。
図3は、本発明の発光装置用部品の第2参考実施形態を示す概略構成図である。
なお、上記した各部に対応する部材については、以降の各図において同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
上記した説明では、蛍光層2の第1光入射面4と、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9とが面一となるように発光装置用部品1を形成したが、図3に示すように、蛍光層2の第1光入射面4が、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9よりも、レンズ3の第2光出射面7(第2光入射面6に対して最も離間する第2光出射面7、すなわち、第2光出射面7の頂面)側に配置されるように、発光装置用部品1を形成することもできる。
より具体的には、図3において、レンズ3の凹部8は、厚み方向長さ(深さ)が蛍光層2の厚み方向長さよりも長い(深い)窪み部として形成されている。また、蛍光層2が、その凹部8に収容されるとともに、レンズ3に接合されている。
これにより、蛍光層2の第1光入射面4と、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9とが面一とならず、第1光入射面4が、第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9よりも、レンズ3の第2光出射面7側に配置される。
このような発光装置用部品1では、第1光入射面4が、第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9よりも、レンズ3の第2光出射面7側に配置されるため、例えば、フリップチップタイプ(回路基板12(後述)に発光装置用部品1が直接載置され、回路基板12(後述)と発光ダイオード13(後述)とが直接接続されるタイプ)の発光装置11(後述)において、好適に用いることができる。
図4は、図1に示す発光装置用部品を備える本発明の発光装置の第1参考実施形態(リモートタイプの発光装置)を示す概略構成図、図5は、図4に示す発光装置用部品の製造方法を示す概略工程図である。
以下において、上記の発光装置用部品1を備える発光装置11について、図4を参照して説明する。
図4において、発光装置11は、回路基板12、発光ダイオード13、ハウジング14および上記の発光装置用部品1を備えており、発光装置用部品1と発光ダイオード13とが離間し、回路基板12と発光ダイオード13とがワイヤボンディングされるリモートタイプの発光装置として、形成されている。
回路基板12は、ベース基板16、および、ベース基板16の上面に形成される配線パターン17を備えている。回路基板12には、外部からの電力が供給される。
ベース基板16は、平面視略矩形平板状に形成されており、例えば、アルミニウムなどの金属、アルミナなどのセラミック、ポリイミド樹脂などから形成されている。
配線パターン17は、発光ダイオード13の端子と、発光ダイオード13に電力を供給するための電源(図示せず)の端子(図示せず)とを電気的に接続している。配線パターン17は、例えば、銅、鉄などの導体材料から形成されている。
発光ダイオード13は、例えば、公知のはんだなどにより、ベース基板16の上に設けられている。各発光ダイオード13は、ワイヤ18を介して、配線パターン17に電気的に接合(ワイヤボンディング)されている。発光ダイオード13は、回路基板12からの電力により発光する。
ハウジング14は、その上端部が発光ダイオード13の上端部よりも上側に配置されるように、ベース基板16の上面から上方に立設され、平面視において、発光ダイオード13を囲むように形成されている。
ハウジング14は、例えば、フィラーが添加された樹脂、セラミックスから形成されている。また、ハウジング14の反射率は、発光ダイオード13からの光に対する反射率が、例えば、70%以上、好ましくは、90%以上、より好ましくは、95%以上となるように設定される。
なお、ハウジング14は、予め、回路基板12と一体的に、ハウジング付きの回路基板として形成することもできる。ハウジング付きの回路基板としては、市販品を入手可能であり、例えば、キャビティー付き多層セラミック基板(品番:207806、住友金属エレクトロデバイス社製)などが挙げられる。
また、ハウジング14の中には、必要により、シリコーン樹脂などの充填剤が満たされている。そして、ハウジング14の上には、発光装置用部品1が、その蛍光層2がハウジング14の上端部を閉鎖するように、設けられている。
以下において、上記した発光装置11を製造する方法について、図5を参照して説明する。
この方法では、まず、図5(a)に示すように、外部から電力が供給される回路基板12の上に、発光ダイオード13を設置し、ワイヤ18で、発光ダイオード13と回路基板12とを電気的に接合する。
次いで、この方法では、図5(b)に示すように、回路基板12の上に、ハウジング14を設ける。
より具体的には、回路基板12の上において、発光ダイオード13を囲むように、かつ、その上端部が、発光ダイオード13の上端部よりも上側に配置されるように、ハウジング14を配置する。なお、このとき、必要により、ハウジング14の内側を、充填剤で満たす。
なお、上記したように、ハウジング14および回路基板12は、ハウジング付きの回路基板として形成することもでき、このような場合には、上記2つの工程(図5(a)および(b)参照)は1つの工程、すなわち、ハウジング14付きの回路基板12の上に、発光ダイオード13を設置し、それらを電気的に接合する工程として、実施される。
次いで、この方法では、図5(c)に示すように、ハウジング14の上に、発光装置用部品1を、公知の方法により仮固定し(図5におけるT参照)、光学特性を検査することにより、良品または不良品を選別する。
仮固定の方法としては、特に制限されず、例えば、載置するだけでもよく、さらには、ハウジング14と発光装置用部品1との間に、公知の接着性樹脂を設け、その接着性樹脂を、例えば、加熱などにより半硬化させてもよい。
その後、この方法では、図5(d)に示すように、上記により選別された良品において、発光装置用部品1を、公知の方法により固定する(図5におけるF参照)。
固定の方法としては、特に制限されず、例えば、載置した発光装置用部品1を加熱することにより、固定することができ、さらには、例えば、上記したようにハウジング14と発光装置用部品1との間に公知の接着性樹脂を設け、その接着性樹脂を半硬化させる場合には、さらに、その接着性樹脂を加熱し、完全硬化させてもよい。
これにより、発光装置11を得ることができる。
発光装置11では、例えば、発光ダイオード13として近紫外発光ダイオードや青色発光ダイオードなどを用いるとともに、その光を励起光として、蛍光を生じる蛍光層2を用いることにより、それらの光を混色し、例えば、白色光を生じる発光装置11(白色発光ダイオード)とすることができる。
なお、発光装置11において、発光ダイオード13および蛍光層2の組み合わせ(混色の組み合わせ)は、上記に限定されず、必要および用途に応じて、適宜選択することができる。
例えば、発光ダイオード13として青色発光ダイオードを用いるとともに、その光を励起光として、緑色の蛍光を生じる蛍光層2を用いることにより、緑色光を生じる発光装置11(緑色発光ダイオード)とすることができ、さらには、その他の光を生じる蛍光層2を用いて、パステルカラーを生じさせるなど、種々の光を生じる発光装置11を得ることができる。
そして、この発光装置11には、上記した発光装置用部品1が用いられている。
そのため、このような発光装置11の製造方法、および、これにより得られる発光装置11によれば、発光装置11が不良品として選別される場合にも、その発光装置11から、仮固定された発光装置用部品1を取り除いて、廃棄することができ、さらに、取り除かれた発光装置用部品1を再利用することができるため、優れた歩留まりを確保でき、製造コストの低減を図ることができる。
図6は、図3に示す発光装置用部品を備える本発明の発光装置の第2参考実施形態(フリップチップタイプの発光装置)を示す概略構成図である。
以下において、図3に示す発光装置用部品1を備える発光装置の第2参考実施形態(フリップチップタイプの発光装置)について、図6を参照して説明する。
図6において、発光装置11は、回路基板12、発光ダイオード13および上記の発光装置用部品1を備えており、回路基板12に発光装置用部品1が直接載置され、回路基板12と発光ダイオード13とが直接接続されるフリップチップタイプの発光装置として、形成されている。
なお、このような発光装置11は、図4に示す参考実施形態の発光装置11と異なり、ハウジング14を備えることなく形成され、また、発光ダイオード13が、ワイヤ18を介することなく、配線パターン17に直接接続されている。
このような発光装置11を製造する方法としては、詳しくは図示しないが、例えば、まず、外部から電力が供給される回路基板12の上に、発光ダイオード13を設置し、公知の方法により、発光ダイオード13と配線パターン17とを電気的に直接接合する。
次いで、この方法では、その回路基板12の上に、発光装置用部品1を、公知の方法により仮固定し、光学特性を検査することにより、良品または不良品を選別する。
その後、この方法では、選別された良品において、発光装置用部品1を、公知の方法により固定する。これにより、発光装置11を得ることができる。
図7は、本発明の発光装置用部品の第3実施形態(応力緩和層を備える形態)の概略構成図、図8は、図7に示す発光装置用部品の製造方法を示す概略工程図、図9は、図8に続いて、図7に示す発光装置用部品の製造方法を示す概略工程図である。
発光装置用部品1は、さらに、蛍光層2とレンズ3との間に、応力緩和層20を備えることができる。
すなわち、蛍光層2とレンズ3との熱膨張率は、通常、同一ではなく、例えば、レンズ3の線膨張係数が、蛍光層2の線膨張係数より大きい場合がある。
そのため、これら蛍光層2およびレンズ3は、例えば、発光ダイオード13に電流を印加したときに生じる熱や、蛍光層2が蛍光を発光するときに生じる熱、例えば、発光装置用部品1を固定する工程において加えられる熱などにより、それぞれ熱膨張し、蛍光層2とレンズ3との間に応力が生じ、変形や破損などを生じる場合がある。
そのため、この実施形態では、蛍光層2とレンズ3との熱膨張率の差に起因して発生する応力を緩和するために、応力緩和層20を設ける。
応力緩和層20は、光を透過できるとともに、応力を緩和できれば、特に制限されないが、例えば、貯蔵弾性率が、例えば、1.0×1011Pa以下、好ましくは、1.0×10Pa以下の樹脂である。このような樹脂としては、例えば、公知の透明樹脂22(図9参照)、より具体的には、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂などが挙げられる。
これら透明樹脂22は、単独使用または2種類以上併用することができる。
透明樹脂22として、耐久性(耐熱性、耐光性)の観点から、好ましくは、シリコーン系樹脂が挙げられる。
そして、このような発光装置用部品1では、応力緩和層20は、例えば、その露出面が、蛍光層2の第1光入射面4、および、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9と面一となるように、備えられている。
以下において、応力緩和層20を備える発光装置用部品1を製造する方法について、図8および9を参照して説明する。
この方法では、まず、図8(a)に示すように、上記と同様の金型10を用意する。
なお、図示しないが、必要により、金型10の内側の表面には、離型剤などで処理されている。
次いで、この方法では、図8(b)に示すように、金型10にレンズ材料15を充填(注型)し、硬化させる。
次いで、この方法では、図8(c)に示すように、四角柱状の金型21を用意し、その金型21を、硬化後のレンズ材料15の上に、金型21の外周端縁が金型10の内側面と所定間隔を隔てるように載置する。
なお、図示しないが、必要により、金型21の表面には、離型剤などで処理されている。
次いで、この方法では、図8(d)に示すように、金型21の外周端縁と、金型10の内側面との間隙に、上記のレンズ材料15を充填し、上記と同様にして硬化させる。
その後、この方法では、図9(e)に示すように、金型21を取り外し、凹部8を形成した後、図9(f)に示すように、例えば、ゲル状の上記した透明樹脂22を、凹部8に充填(注型)し、硬化させる。なお、透明樹脂22の硬化条件は、透明樹脂22の種類などにより、適宜選択される。
次いで、この方法では、図9(g)に示すように、透明樹脂22の上に、蛍光層2を、蛍光層2の外周端縁が凹部8の内側面と所定間隔を隔てるように、かつ、蛍光層2の第1光出射面5が透明樹脂22と接触するように載置する。
その後、この方法では、図9(h)に示すように、蛍光層2の外周端縁と、凹部8の内側面との間隙に、ゲル状の上記の透明樹脂22を充填し、上記と同様にして硬化させる。このとき、透明樹脂22を、その露出面が、蛍光層2の第1光入射面4、および、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9と面一となるように、充填および硬化させる。
その後、この方法では、図9(i)に示すように、レンズ3、透明樹脂22および蛍光層2を脱型する。これにより、発光装置用部品1を得ることができる。
これにより得られた発光装置用部品1は、上記と同様に、例えば、リモートタイプ(発光装置用部品1と発光ダイオード13とが離間し、回路基板12と発光ダイオード13とがワイヤボンディングされるタイプ)の発光装置11において、好適に用いることができる(図4(鎖線)参照)。
そして、このような発光装置用部品1では、蛍光層2とレンズ3との間に透明樹脂22からなる応力緩和層20が備えられているため、蛍光層2とレンズ3との熱膨張率の差に起因して発生する応力を緩和することができ、その結果、その応力による蛍光層2やレンズ3の変形および破損を抑制することができる。
図10は、本発明の発光装置用部品の第4実施形態(応力緩和層を備える形態)の概略構成図である。
上記した説明では、応力緩和層20を、蛍光層2の第1光入射面4と、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9とが面一となるように形成された発光装置用部品1に備えたが、応力緩和層20を、図10に示すように、蛍光層2の第1光入射面4が、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9よりも、レンズ3の第2光出射面7側に配置されるように形成された発光装置用部品1に備えることもできる。
すなわち、この実施形態では、レンズ3の凹部8は、厚み方向長さ(深さ)が蛍光層2の厚み方向長さよりも長い(深い)窪み部として形成され、蛍光層2が、その凹部8に収容されるとともに、応力緩和層20を介して、レンズ3に接合されている。
これにより、蛍光層2とレンズ3との間に応力緩和層20が介在されるとともに、蛍光層2の第1光入射面4と、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9とが面一とならず、第1光入射面4が、第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9よりも、レンズ3の第2光出射面7側に配置される。
このような得られた発光装置用部品1は、上記と同様に、例えば、フリップチップタイプ(回路基板12に発光装置用部品1が直接載置され、回路基板12と発光ダイオード13とが直接接続されるタイプ)の発光装置11において、好適に用いることができる(図6(鎖線)参照)。
図11は、本発明の発光装置用部品の第5参考実施形態(粘着層を備える形態)の概略構成図である。
発光装置用部品1を、より確実に固定するため、図11に示すように、発光装置用部品1に、さらに、粘着層23を設けることができる。
図11において、粘着層23は、平面視略円形の平板形状に形成されており、発光装置用部品1の下面、より具体的には、面一とされた蛍光層2の第1光入射面4と、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9とに貼着されている。
このような粘着層23としては、光を透過できるとともに、粘着性を発現できれば、特に制限されず、公知の熱硬化性樹脂を用いることができる。
熱硬化性樹脂として、より具体的には、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂が挙げられ、耐久性(耐熱性、耐光性)の観点から、好ましくは、シリコーン系樹脂が挙げられる。
シリコーン系樹脂として、好ましくは、半硬化状態を形成できるシリコーン系樹脂が挙げられ、より具体的には、例えば、縮合反応系のシリコーン系樹脂、付加反応系のシリコーン系樹脂などが挙げられる。これらの縮合反応系のシリコーン系樹脂、付加反応系のシリコーン系樹脂を用いれば、全硬化反応が終了する前に反応を停止することにより、半硬化状態を形成することができる。
また、シリコーン樹脂として、好ましくは、複数段階(例えば、2段階)硬化型シリコーン系樹脂(2つ以上の反応系により硬化するシリコーン系樹脂)が挙げられ、より具体的には、例えば、両末端シラノール型シリコーン樹脂と、アルケニル基含有ケイ素化合物と、オルガノハイドロジェンシロキサンと、縮合触媒と、ヒドロシリル化触媒とを含有する熱硬化性樹脂組成物などが挙げられる。
熱硬化性樹脂として、複数段階硬化型シリコーン系樹脂を用いれば、反応制御が容易であるため、より確実な固定を実現することができる。
また、熱硬化性樹脂の硬化温度は、短時間で硬化させる観点から、例えば、100〜180℃、好ましくは、100〜140℃である。
また、粘着層23は、その粘着性(接着性)の観点から、接着における温度条件(例えば、25℃)での貯蔵弾性率が、例えば、1.0×10Pa以下、好ましくは、1.0×10〜0.5×10Paである。
また、接着性の観点から、200℃で1時間加熱処理した後の、25℃の貯蔵弾性率が、例えば、1.0×10Pa以上、好ましくは、1.0×10〜1.0×1011Paである。
また、粘着層23の厚みは、変形防止、および、熱伝導の熱抵抗を低下させる観点から、例えば、2〜200μm、好ましくは、10〜100μmである。
なお、作業性・輸送性の観点から、必要および用途に応じて、剥離ライナーなどの公知の基材を粘着層23に貼着しておくことができる。
そして、このような発光装置用部品1では、粘着層23を備えるため、発光装置用部品1を、ハウジング14に対して簡易かつ確実に固定することができ、その結果、発光装置11を、効率よく製造することができる。
そのため、これにより得られた発光装置用部品1は、上記と同様に、例えば、リモートタイプ(発光装置用部品1と発光ダイオード13とが離間し、回路基板12と発光ダイオード13とがワイヤボンディングされるタイプ)の発光装置11において、好適に用いることができる。
図12は、本発明の発光装置用部品の第6参考実施形態(粘着層を備える形態)の概略構成図である。
上記した説明では、粘着層23を、蛍光層2の第1光入射面4と、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9とが面一となるように形成された発光装置用部品1に備えたが、粘着層23を、図12に示すように、蛍光層2の第1光入射面4が、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9よりも、レンズ3の第2光出射面7側に配置されるように形成された発光装置用部品1に備えることもできる。
より具体的には、図13において、発光装置用部品1は、蛍光層2の第1光入射面4が、レンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9よりも、レンズ3の第2光出射面7側に配置されるように形成されており、そのレンズ3の第2光入射面6における凹部8を除く部分(周端面)9に、粘着層23が貼着されている。
そして、このような発光装置用部品1でも、粘着層23を備えるため、発光装置用部品1を、ハウジング14に対して簡易かつ確実に固定することができ、その結果、発光装置11を、効率よく製造することができる。
そのため、このような得られた発光装置用部品1は、上記と同様に、例えば、フリップチップタイプ(回路基板12に発光装置用部品1が直接載置され、回路基板12と発光ダイオード13とが直接接続されるタイプ)の発光装置11において、好適に用いることができる。
なお、上記した各実施形態では、1つの発光ダイオード13を有する発光装置11を形成したが、発光装置11に備えられる発光ダイオード13の数は、特に限定されず、発光装置11を、例えば、複数の発光ダイオード13を、平面的(二次元的)または直線的(一次元的)に並べたアレイ状に形成することもできる。
また、上記した実施形態では、レンズ3として、略半球状のレンズを用いたが、レンズ3としては、光を集光および/または散乱させることができれば、その形状は特に制限されず、例えば、凸レンズ、凹レンズ、フレネルレンズ、コーン形状レンズ、半楕円形状レンズ、さらには、それらを複数組み合わせたアレイ形状レンズなど、種々のレンズを用いることができる。
以下、本発明を参考例および実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例等により何ら限定されるものではない。
製造例1
<蛍光体(原料粒子)の合成例(YAG:Ce蛍光体の合成例)>
硝酸イットリウム6水和物0.14985mol(14.349g)、硝酸アルミニウム9水和物0.25mol(23.45g)、および、硝酸セリウム6水和物0.00015mol(0.016g)を、250mLの蒸留水に溶解させ、0.4Mの前駆体(プレカーサ)溶液を調製した。
このプレカーサ溶液を、二流体ノズルを用いて、高周波(RF)誘導プラズマ炎中に10mL/minの速度で噴霧し、熱分解することで、無機粉末粒子(原料粒子)を得た。
得られた原料粒子をX線回折法により分析したところ、アモルファス相とYAP(YAlO)結晶の混合相を示した。
また、自動比表面積測定装置(Micrometritics社製、モデルGemini 2365)を用いたBET(Brunauer−Emmett−Teller)法により求めた平均粒子径は、約75nmであった。
次に、得られた原料粒子を、アルミナ製のるつぼに入れ、電気炉にて、1200℃、2時間仮焼成し、YAG:Ce蛍光体を得た。得られたYAG:Ce蛍光体は、結晶相がYAGの単一相を示し、BET法により求めた平均粒子径は約95nmであった。
製造例2
<蛍光体セラミックプレート(YAG−CP)の作製>
YAG:Ce蛍光体(平均粒子径95nm)4g、バインダー樹脂としてpoly (vinyl butyl−co−vinyl alcohol co vinyl alcohol)(シグマアルドリッチ社製、重量平均分子量90000〜120000)0.21g、焼結助剤としてシリカ粉末(Cabot Corporation社製、商品名「CAB−O−SIL HS−5」)0.012g、および、メタノール10mLを乳鉢にて混合してスラリーとし、得られたスラリーをドライヤーにてメタノールを除去し、乾燥粉末を得た。
この乾燥粉末700mgを、20mm×30mmサイズの一軸性プレスモールド型に充填後、油圧式プレス機にて約10トンで加圧することで、厚み約350umの矩形に成型したプレート状グリーン体を得た。
得られたグリーン体をアルミナ製管状電気炉にて、空気中、2℃/minの昇温速度で800℃まで加熱し、バインダー樹脂等の有機成分を分解除去した後、引き続き、電気炉内をロータリーポンプにて真空排気して、1500℃で5時間加熱し、厚み約280μmのYAG:Ce蛍光体のセラミックプレート(YAG−CP)を得た。
また、得られたYAG−CPのサイズは、焼結による収縮により、厚みと同様に成型物サイズより約2割収縮したものであり、約16mm×24mmであった。得られたYAG−CPはダイシング装置を用い、3.5mm×2.8mmに切り出した。
参考例1(発光装置用部品の製造)
レンズ形状の金型に、フッ素系表面処理剤ノベック(住友3M社製、品番EGC−1720)を噴霧し、100℃30分加熱乾燥した(図2(a)参照)。
次いで、その金型に、レンズ材料として、2液混合タイプの熱硬化性シリコーンエラストマー(信越シリコーン社製、品番KER2500)を注型し、100℃で1時間、さらに、150℃で1時間加熱することによりシリコーンエラストマーを硬化した(図2(b)参照)。
次いで、硬化したシリコーンエラストマーの上面に、ダイシングしたYAG−CPを配置し(図2(c)参照)、そのYAG−CPの周囲(YAG−CPと金型との間隙)に、上記と同様、レンズ材料としてのシリコーンエラストマーを注型し、硬化させた(図2(d)参照)。
その後、脱型し(図2(e)参照)、発光装置用部品を形成した(図1参照)。
実施例2(応力緩和層を備える発光装置用部品の製造)
レンズ形状の金型に、フッ素系表面処理剤ノベック(住友3M社製、品番EGC−1720)を噴霧し、100℃30分加熱乾燥した(図8(a)参照)。
次いで、その金型に、レンズ材料として、2液混合タイプの熱硬化性シリコーンエラストマー(信越シリコーン社製、品番KER2500)を注型し、100℃で1時間、さらに、150℃で1時間加熱することにより、シリコーンエラストマーを硬化した(図8(b)参照)。
次いで、4mm×3.2mmの四角柱状の金型に、上記のフッ素系表面処理剤を噴霧し、100℃30分加熱乾燥させた。
次いで、硬化したシリコーン樹脂の上面に、四角柱状の金型を配置し(図8(c)参照)、その金型の周り(四角柱状の金型と、レンズ形状の金型との間隙)に、上記と同様、レンズ材料としてのシリコーンエラストマーを注型および硬化した後(図8(d)参照)、四角柱状の金型を離型した(図9(e)参照)。
次いで、四角柱状の金型の離型により形成された凹部に、ゲル状シリコーン樹脂(旭化成ワッカーシリコーン社製、製品名WACKER SilGel 612)を注型し、100℃で15分硬化させた(図9(f)参照)。
その後、ダイシングしたYAG−CPを、ゲル状シリコーン樹脂の中心に配置し(図9(g)参照)、そのYAG−CPの周囲(YAG−CPとシリコーンエラストマーとの間隙)に、上記と同様、ゲル状シリコーン樹脂を注型し、硬化させた(図9(h)参照)。
その後、脱型し(図9(i)参照)、発光装置用部品を形成した(図7参照)。
参考例3
キャビティー付き多層セラミック基板(住友金属エレクトロデバイス社製、品番207806、外寸:3.5mm×2.8mm、キャビティー:長軸方向が2.68mm、短軸方向が1.98mm、高さ0.6mmtの略楕円形)のキャビティー内に、青色発光ダイオードチップ(クリー社製、品番C450EZ1000−0123、980μm×980μm×100μmt)をAu−Snはんだにてダイアタッチし、Au線にて発光ダイオードチップの電極から多層セラミック基板のリードフレームにワイヤボンディングすることで、青色発光ダイオードチップ1個を実装した発光ダイオードパッケージを作製した(図5(a)および(b)参照)。
次いで、キャビティ内に上記と同様のゲル状シリコーン樹脂を充填し、参考例1で製造した発光装置用部品を、キャビティに対して位置合わせしながら設置し、仮固定した(図5(c)参照)後、光学特性を検査し、良品であることを確認した。
その後、100℃で15分で加熱硬化させることにより、発光装置用部品を固定し、半導体発光装置を作製した(図5(d)参照)。
1 発光装置用部品
2 蛍光層
3 レンズ

Claims (8)

  1. 蛍光体を含有する樹脂、および/または、蛍光体のセラミックスからなり、蛍光を発光できる蛍光層と、
    透明性プラスチックおよび/またはガラスからなり、前記蛍光層に接合されるレンズとを備え、
    さらに、前記蛍光層と前記レンズとの間に、
    前記蛍光層と前記レンズとの熱膨張率の差に起因して発生する応力を緩和するための応力緩和層とを備えることを特徴とする、発光装置用部品。
  2. 前記レンズは、光が入射される光入射面と、光を出射させる光出射面とを備え、
    前記光入射面には、凹部が形成されており、
    前記蛍光層が、前記凹部に収容されていることを特徴とする、請求項1に記載の発光装置用部品。
  3. 前記蛍光層は、光が入射される光入射面と、光を出射させる光出射面とを備え、
    前記蛍光層の前記光入射面と、
    前記レンズの前記光入射面における前記凹部を除く部分と
    が面一であることを特徴とする、請求項に記載の発光装置用部品。
  4. 前記蛍光層は、光が入射される光入射面と、光を出射させる光出射面とを備え、
    前記蛍光層の前記光入射面が、
    前記レンズの前記光入射面における前記凹部を除く部分よりも、前記レンズの前記光出射面側に配置されることを特徴とする、請求項に記載の発光装置用部品。
  5. 請求項に記載の発光装置用部品を備えることを特徴とする、発光装置。
  6. 外部から電力が供給される回路基板と、
    前記回路基板の上に電気的に接合され、前記回路基板からの電力により発光する発光ダイオードと、
    前記発光ダイオードを囲むように前記回路基板の上に設けられ、上端部が、前記発光ダイオードの上端部よりも上側に配置されるハウジングと、
    前記ハウジングの上に設けられる前記発光装置用部品と
    を備えることを特徴とする、請求項に記載の発光装置。
  7. 請求項に記載の発光装置用部品を備えることを特徴とする、発光装置。
  8. 外部から電力が供給される回路基板の上に、発光ダイオードを電気的に接合する工程と、
    前記回路基板の上において、前記発光ダイオードを囲むように、かつ、上端部が、前記発光ダイオードの上端部よりも上側に配置されるように、ハウジングを設ける工程と、
    前記ハウジングの上に、請求項に記載の発光装置用部品を仮固定し、光学特性を検査することにより、良品または不良品を選別する工程と、
    選別された前記良品において、前記発光装置用部品を固定する工程と
    を備えることを特徴とする、発光装置の製造方法。
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