JP2011155187A - 発光ダイオードユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤチップや蛍光体の劣化や破損を抑制することができる発光ダイオードユニットの製造方法を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップを載置するパッケージ基板の上に有機金属化合物を含有する前駆体溶液を供給し、供給された前駆体溶液を加熱して第１のガラス体を形成することにより、第１のガラス体でＬＥＤチップの電極部を封止する工程と、溶融ガラス滴を固化させることにより、第１のガラス体の上に第２のガラス体を形成する工程と、第２のガラス体の表面に、ＬＥＤチップから射出した光の波長を変換するための蛍光体を透光性部材に分散させた蛍光体層を形成する工程と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光ダイオードユニットの製造方法に関し、詳しくは、所定の波長の光を射出するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップから射出した光の波長を変換するための蛍光体とを備えた発光ダイオードユニットの製造方法に関する。

ＬＥＤチップを備え、白色光を発光する発光ダイオードユニットは、低消費電力、小型軽量、発熱が少ない、水銀フリー、光量の調節が容易などといった優れた特徴を備えていることから、白熱電球、蛍光ランプ、高圧放電ランプなどを代替可能な次世代省エネルギー型照明光源として期待されている。

ＬＥＤチップを用いて白色光を発光させる方法として、（１）３色以上のＬＥＤチップを組み合わせて白色光を得る方法（特許文献１参照）や、（２）青色光、青紫色光又は近紫外光等を発光するＬＥＤチップと、蛍光体とを組み合わせて白色光を得る方法（特許文献２、３参照）が知られている。このうち、（１）の方法は各色ＬＥＤチップの発光強度のバランスを取るのが困難であることから、（２）のようにＬＥＤチップと、蛍光体とを組み合わせて白色光を得る方法が注目されている。

しかし、青色光等を発光するＬＥＤチップの材料として主に用いられる窒化ガリウム系の基板は屈折率が高いため、ＬＥＤチップの表面が空気層等と接していると、全反射によって光の取り出し効率が極端に低下してしまうという問題がある。

これに対して、特許文献２及び３に記載された発光ダイオードユニットは、ＬＥＤチップがエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂材料で封止されているため、ＬＥＤチップの表面における全反射が抑制され、光の取り出し効率の低下を抑制できると考えられる。しかしながら、このような樹脂材料は、ＬＥＤチップからの光や、ＬＥＤチップ及び蛍光体からの熱の影響などによって着色等の劣化が進行し易く、長期使用に耐えうるだけの耐久性を得ることができないという問題がある。特に、自動車のヘッドライト用ＬＥＤのように単位面積当たりの明るさを要求される場合や、演色性の高い白色光を得るために近紫外光を発光するＬＥＤチップを用いる場合には、ＬＥＤチップを封止する樹脂材料の劣化が顕著であり問題となる。

このような課題に対して、蛍光体を混入した絶縁層で覆ったＬＥＤチップの上方及び下方にガラスシートを配置し、所定の温度のもとで加圧プレスすることにより半球状に成形する方法（特許文献４参照）が提案されている。

特開２００３−４５２０６号公報 特開２００２−１８５０４６号公報 特開２００２−３１４１４２号公報 特開２００６−５４２１０号公報

しかしながら、特許文献４に記載されている方法では、ガラスシートを半球状に成形するために、ＬＥＤチップ、蛍光体、パッケージ基板などが長時間にわたって高温かつ高圧下に置かれることになり、これらの部材の劣化や破損が避けられないという問題がある。特に、ＬＥＤチップの電極部や蛍光体は破損しやすいため問題となる。

かかる問題は、白色光を発光する発光ダイオードユニットを製造する場合のみならず、所定の波長の光を射出するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップから射出した光の波長を変換するための蛍光体とを備えた発光ダイオードユニットを製造する場合に共通して起こる問題である。

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ＬＥＤチップや蛍光体の劣化や破損を抑制することができる発光ダイオードユニットの製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１．受電のための電極部を有し発光面から所定の波長の光を射出するＬＥＤチップと、前記電極部を介して前記ＬＥＤチップに給電するためのリード部を有するパッケージ基板とを備えた発光ダイオードユニットの製造方法であって、
前記ＬＥＤチップを載置するパッケージ基板の上に有機金属化合物を含有する前駆体溶液を供給し、供給された前記前駆体溶液を加熱して第１のガラス体を形成することにより、第１のガラス体で前記ＬＥＤチップの前記電極部を封止する工程と、
溶融ガラス滴を固化させることにより、前記第１のガラス体の上に第２のガラス体を形成する工程と、
前記第２のガラス体の表面に、前記ＬＥＤチップから射出した光の波長を変換するための蛍光体を透光性部材に分散させた蛍光体層を形成する工程と、を有することを特徴とする発光ダイオードユニットの製造方法。

２．前記第１のガラス体で前記ＬＥＤチップの前記発光面を封止することを特徴とする前記１に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。

３．前記第２のガラス体を形成する工程では、前記第１のガラス体が形成された前記パッケージ基板の上に、前記パッケージ基板よりも高温の前記溶融ガラス滴を滴下して固化させることにより、前記第２のガラス体を形成することを特徴とする前記１又は２に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。

４．前記第２のガラス体を形成する工程では、滴下された前記溶融ガラス滴が固化する前に前記パッケージ基板と上型とで前記溶融ガラス滴を加圧し、前記第２のガラス体を所定の形状に成形することを特徴とする前記３に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。

５．前記第２のガラス体を形成する工程では、下型の上に該下型よりも高温の前記溶融ガラス滴を滴下し、前記第１のガラス体が形成された前記パッケージ基板を上下反転させて、滴下された前記溶融ガラス滴が固化する前に前記パッケージ基板と前記下型とで前記溶融ガラス滴を加圧し、前記第２のガラス体を所定の形状に成形することを特徴とする前記１又は２に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。

６．前記蛍光体層を形成する工程は、前記第２のガラス体の表面に前記蛍光体を分散させた組成物を塗布し、塗布した前記組成物を加熱することにより前記蛍光体層を形成する工程であり、
前記透光性部材はガラスであることを特徴とする前記１から５のいずれか１項に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。

７．前記組成物は無機ポリマーと有機溶剤とを含むことを特徴とする前記６に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。

８．前記無機ポリマーはパーハイドロポリシラザンであることを特徴とする前記７に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。

９．前記組成物は有機シロキサン化合物を含むことを特徴とする前記６に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。

１０．前記透光性部材はシリコーン樹脂、エポキシ樹脂又はシリカエポキシのハイブリッド樹脂であることを特徴とする前記１から５のいずれか１項に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。

本発明においては、有機金属化合物を含有する前駆体溶液を加熱することにより第１のガラス体でＬＥＤチップの電極部を封止し、その上に、溶融ガラス滴を固化させて第２のガラス体を形成した後、第２のガラス体の表面に、蛍光体を透光性部材に分散させた蛍光体層を形成する。そのため、ＬＥＤチップや蛍光体が長時間にわたって高温・高圧下に置かれることはなく、製造時におけるＬＥＤチップや蛍光体の劣化や破損を抑制することができる。また、本発明の製造方法で製造した発光ダイオードユニットは、ＬＥＤチップと蛍光体層とが密着せずにガラス体によって隔たれた状態となるため、使用時におけるＬＥＤチップの発熱による蛍光体の劣化を抑制することができる。

ＬＥＤチップを載置するパッケージ基板の断面図である。 第１のガラス体が形成されたパッケージ基板を示す断面図である。 第１の実施形態における第２のガラス体形成工程を示す模式図である。 第１の実施形態で製造された発光ダイオードユニットの断面図である。 第２の実施形態における第２のガラス体形成工程を示す模式図である。 第２の実施形態で製造された発光ダイオードユニットの断面図である。 第３の実施形態における第２のガラス体形成工程を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図７を参照しつつ詳細に説明するが、本発明は該実施の形態に限られるものではない。

〈第１の実施形態〉
第１の実施形態の発光ダイオードユニットの製造方法について図１〜図４を参照して説明する。本実施形態の発光ダイオードユニットの製造方法は、ＬＥＤチップを載置するパッケージ基板の上に有機金属化合物を含有する前駆体溶液を供給し、供給された前駆体溶液を加熱して第１のガラス体を形成することにより、第１のガラス体でＬＥＤチップの電極部を封止する工程（第１のガラス体形成工程）と、溶融ガラス滴を固化させることにより、第１のガラス体の上に第２のガラス体を形成する工程（第２のガラス体形成工程）と、第２のガラス体の表面に、蛍光体を透光性部材に分散させた蛍光体層を形成する工程（蛍光体層形成工程）と、を有している。第２のガラス体形成工程では、第１のガラス体が形成されたパッケージ基板の上に、パッケージ基板よりも高温の溶融ガラス滴を滴下して固化させることにより第２のガラス体を形成する。

（第１のガラス体形成工程）
図１（ａ）は、ＬＥＤチップ１０を載置するパッケージ基板２０の一例を示す断面図である。ＬＥＤチップ１０は、所定の波長の光を射出する発光面１２を有し、発光面１２に対向する裏面側に受電のための電極部１１を有するフリップチップ型と呼ばれるものである。ＬＥＤチップ１０を構成する半導体の種類に特に制限は無く、例えば、窒化ガリウム系の半導体（ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなど）を用いたものなど、公知のＬＥＤチップを適宜選択して用いればよい。射出する光は青色光でもよいし、青緑色光、近紫外光、紫外光などでもよい。チップサイズについても制限は無く、０．３５ｍｍ角（スモールチップ）でも１ｍｍ角（ラージチップ）でもよい。チップサイズが大きいと発熱量も大きくなるが、本実施形態の製造方法では耐熱性に優れたガラス体でＬＥＤチップ１０を封止するため、サイズの大きい１ｍｍ角のチップを用いても、耐久性に優れた発光ダイオードユニットを製造することができる。

パッケージ基板２０は、電極部１１を介してＬＥＤチップ１０に給電するためのリード部２１を有している。パッケージ基板２０の材質は、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど、絶縁性の高いセラミック材料を用いることが好ましい。これらのセラミック材料は、第１のガラス体や第２のガラス体との密着性が高いという観点からも、好ましく用いることができる。また、耐熱性樹脂や金属材料を用いてもよい。導電性の材料の場合は、表面に絶縁膜を設けることが好ましい。

ＬＥＤチップ１０は、電極部１１とリード部２１とが電気的に接続された状態でパッケージ基板２０に載置されている。ＬＥＤチップ１０の電極部１１とパッケージ基板２０のリード部２１との接続には、通常のフリップチップボンディングの手法を用いればよい。例えば、リード部２１の上に導電材料からなるバンプ（突起）を設けておき、高温のヒータ上にパッケージ基板２０を固定し、画像処理によってＬＥＤチップ１０とパッケージ基板２０の位置調整を行いながら荷重を加えて接続する方法などが挙げられる。接続の際、ヒータの熱と荷重の他、超音波を加えることも好ましい。なお、ＬＥＤチップ１０はフリップチップ型に限られるものではなく、ＬＥＤチップ１０の電極部１１とパッケージ基板２０のリード部２１とをワイヤーボンディングによって接続するタイプのものでもよい。

また、１つのパッケージ基板２０に複数個のＬＥＤチップ１０を配列することも好ましい。図１（ｂ）は１つのパッケージ基板２０に３つのＬＥＤチップ１０を配列した場合の模式図である。このように１つのパッケージ基板２０に複数個のＬＥＤチップ１０を配列した構成は、特に高い光束が必要とされる用途に適している。

本実施形態では、ＬＥＤチップ１０を載置するパッケージ基板２０の上に有機金属化合物を含有する前駆体溶液を供給し、供給された前駆体溶液を加熱して第１のガラス体を形成することにより、第１のガラス体でＬＥＤチップ１０の電極部１１を封止する。図２は第１のガラス体４１でＬＥＤチップ１０の電極部１１を封止した状態を示す断面図である。図２（ａ）は１つのパッケージ基板２０で１つのＬＥＤチップ１０を載置している場合の例を、図２（ｂ）は１つのパッケージ基板２０に３つのＬＥＤチップ１０を配列した場合の例を、それぞれ示している。

パッケージ基板２０の上に供給する前駆体溶液は、第１のガラス体４１の成分となる金属の有機化合物を含む溶液である。透光性のガラス体を形成することができれば金属の種類に制限はないが、形成されるガラス体の安定性や製造の容易性の観点から、Ｓｉを含んでいることが好ましい。また、複数種の金属を含んでいてもよい。

有機金属化合物を含有する前駆体溶液とは、加水分解等の反応によりゲル化した後、ゲルを加熱することによりガラス体が形成されるもの（ゾルゲル溶液）をいう。好ましい有機金属化合物としては、例えば、金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレートなどが挙げられる。中でも金属アルコキシドは、加水分解と重合反応によりゲル化し易いため好ましく、特にテトラエトキシシランやポリシロキサンが好ましい。複数種の有機金属化合物を組み合わせて使用してもよい。前駆体溶液としては、上記有機金属化合物の他、加水分解用の水、溶媒、触媒等を適宜含有させることが好ましい。溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類が挙げられる。触媒としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸、フッ酸、アンモニア等が挙げられる。有機金属化合物としてテトラエトキシシランを用いる場合の混合比は、テトラエトキシシラン１００質量部に対して、エチルアルコール１１０〜１８０質量部、純水１５〜１２０質量部とすることが好ましく、テトラエトキシシラン１００質量部に対して、エチルアルコール１３８質量部、純水５２質量部とすることがより好ましい。この場合、ゲルを加熱する際の加熱温度は１５０℃〜２５０℃が好ましく、ＬＥＤチップ１０等の劣化をより抑制する観点からは１５０℃〜２００℃とすることがより好ましい。また、有機金属化合物としてポリシロキサンを用いる場合、市販のポリシロキサン分散液（ＣＩＫナノテック社製ＣＯＡＴ−ＡＴ）を用いてもよい。塗布後の加熱温度は１５０℃〜２５０℃が好ましく、ＬＥＤチップ１０等の劣化をより抑制する観点からは１５０℃〜２００℃とすることがより好ましい。

本工程では、ＬＥＤチップ１０の電極部１１が封止されるように第１のガラス体４１を形成する。破損しやすい電極部１１を低温で確実に封止することができるため、ＬＥＤチップ１０の破損を効果的に抑制することができる。また、第１のガラス体４１によって、電極部１１に加えて、発光面１２も封止することが好ましく、ＬＥＤチップ１０の全体を封止することがより好ましい。発光面１２や、ＬＥＤチップ１０の全体を第１のガラス体４１によって封止することで、第２のガラス体形成工程の際に溶融ガラス滴と直接接触することを防ぐことができ、ＬＥＤチップ１０の破損をより効果的に抑制することができる。また、前駆体溶液は流動性が高いことから、ＬＥＤチップ等を長時間にわたって高温・高圧下に置くことなく、必要な領域を第１のガラス体４１によって確実に封止することができるため、耐久性の高い発光ダイオードユニットを製造することができる。

パッケージ基板２０のＬＥＤチップ１０を載置する部分の周囲には、前駆体溶液を溜めるためのバンク２２を形成しておくことが好ましい。それにより、前駆体溶液の粘度に拘わらず、必要な量の前駆体溶液を容易に供給することができる。バンク２２は、ＬＥＤチップ１０の電極部１１を確実に封止できるように電極部１１よりも高く形成しておくことが好ましい。また、第１のガラス体４１によってＬＥＤチップ１０の発光面１２を封止する場合には、発光面１２よりも高く形成しておくことが好ましい。更に、ＬＥＤチップ１０から射出した光や、蛍光体によって波長変換された光の一部がバンク２２に到達した場合に、これらの光がバンク２２で反射して効率よく前方に射出されるように、バンク２２を所定の傾斜面とすることが好ましい。それにより、発光ダイオードユニットの発光効率を向上させることができる。

（第２のガラス体形成工程）
次に、溶融ガラス滴を固化させることにより、第１のガラス体の上に第２のガラス体を形成する。本実施形態では、第１のガラス体が形成されたパッケージ基板の上に、パッケージ基板よりも高温の溶融ガラス滴を滴下して固化させることにより第２のガラス体を形成する。図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における第２のガラス体形成工程を順に示す模式図である。

溶融ガラス滴４４の滴下は、溶融状態のガラスを収容する溶融槽（不図示）に接続されたパイプ状の滴下ノズル５１を、ヒータ５２によって所定温度に加熱することにより行う。滴下ノズル５１を所定温度に加熱すると、溶融ガラス４３は自重によって滴下ノズル５１の先端部に供給され、表面張力によって液滴状に溜まる（図３（ａ））。滴下ノズル５１の先端部に溜まった溶融ガラス４３が一定の重量になると、重力によって滴下ノズル５１から分離し、溶融ガラス滴４４となって下方に落下する（図３（ｂ））。

滴下ノズル５１から滴下する溶融ガラス滴４４の質量は、滴下ノズル５１の先端部の外径などによって調整可能であり、ガラスの種類等によるが、０．１ｇ〜２ｇ程度の溶融ガラス滴４４を滴下させることができる。重力のみによって滴下ノズル５１から分離させる方法の他、溶融ガラス４３を加圧して押し出す方法や、気流や振動等の外力を加えて分離させる方法でもよい。また、滴下ノズル５１から滴下した溶融ガラス滴４４を、一旦、貫通細孔を設けた部材に衝突させ、衝突した溶融ガラス滴４４の一部を貫通細孔を通過させることによって微小化し、微小化された溶融ガラス滴４４を滴下してもよい。このような方法を用いることによって、例えば０．０１ｇといった微小な溶融ガラス滴４４を得ることができるため、滴下ノズル５１から滴下する溶融ガラス滴４４をそのまま用いる場合よりも、微小な発光ダイオードユニットの製造が可能となる。

滴下ノズル５１から滴下した溶融ガラス滴４４はパッケージ基板２０の上に落下し、パッケージ基板２０等への熱伝導によって急速に冷却されて固化し、第１のガラス体４１の上に第２のガラス体４２が形成される（図３（ｃ））。溶融ガラス滴４４のサイズ等によるが、通常は、溶融ガラス滴４４が滴下してから数秒〜数十秒で固化が完了する。

溶融ガラス滴４４を滴下する前に、第１のガラス体４１を含むパッケージ基板２０を溶融ガラス滴４４の温度よりも低い所定の温度に加熱しておくことも好ましい。それにより、第１のガラス体４１やパッケージ基板２０に対する溶融ガラスのなじみがよくなり、短時間で必要な範囲全体に溶融ガラスが行き渡りやすくなる。また、第１のガラス体４１やパッケージ基板２０に対する密着性が向上するというメリットもある。一方、パッケージ基板２０の温度が高すぎると、ＬＥＤチップ１０等の劣化が起こりやすくなる。このような観点から、溶融ガラス滴４４を滴下する際のパッケージ基板２０の温度は、５０℃〜２００℃の範囲が好ましく、８０℃〜１５０℃の範囲がより好ましい。

このように、本実施形態の方法によれば、ＬＥＤチップ１０やパッケージ基板２０をヒータによって長時間加熱する必要が無く、溶融ガラス滴４４からの熱伝導による極短時間の昇温だけですむため、熱による劣化を十分に抑制することができる。また、第１のガラス体４１の上に第２のガラス体４２を形成するため、第１のガラス体４１の体積を小さく抑えることができ、前駆体溶液を加熱して第１のガラス体４１を形成する際における、ガラス体の割れやクラックの発生を抑制することができる。

使用できるガラスの種類に特に制限は無く、公知のガラスを用途に応じて選択して用いることができる。例えば、ホウケイ酸塩ガラス、ケイ酸塩ガラス、リン酸塩ガラス、ランタン系ガラス等の光学ガラスが挙げられる。第１のガラス体４１と第２のガラス体の境界面における光の反射を抑制し、光の取り出し効率をより向上させる観点からは、第１のガラス体４１と屈折率の差が小さいガラスを用いることが好ましい。

第２のガラス体４２の表面はゆるやかな凸形状となるが、滴下する溶融ガラス滴４４の温度やサイズを変化させることで、表面の凸の程度を調整することができる。例えば、滴下する溶融ガラス滴４４の温度を高くすると粘度が下がり、第２のガラス体４２の表面は、より平坦な形状となる（曲率が小さくなる）。逆に、溶融ガラス滴４４の温度を低くすると粘度が上がり、第２のガラス体４２の表面は、よりきつい凸形状となる（曲率が大きくなる）。このように溶融ガラス滴４４を滴下する条件を変化させることで、第２のガラス体４２を、要求される集光特性に応じた適切な形状とすることができる。

（蛍光体層形成工程）
次に、第２のガラス体の表面に、ＬＥＤチップから射出した光の波長を変換するための蛍光体を透光性部材に分散させた蛍光体層を形成する。この工程によって発光ダイオードユニット５０が完成する。図４は、蛍光体層３０が形成された発光ダイオードユニット５０の断面図である。図４（ａ）はＬＥＤチップ１０を１つ備える場合の構成を、図４（ｂ）はＬＥＤチップ１０を３つ備える場合の構成を、それぞれ示している。

蛍光体層３０に含まれる蛍光体は、ＬＥＤチップ１０の発光面１２から射出した光の波長を変換するものであり、製造する発光ダイオードユニット５０の用途や種類に応じて適宜選択して用いればよい。ＬＥＤチップ１０として青色光を発光するチップを用いる場合は、例えば、青色光を黄色光に波長変換する（青色光で励起され黄色光を発光する）黄色蛍光体を用いて、青色ＬＥＤチップ＋黄色蛍光体という構成にすることで白色光を得ることができる。２種類以上の蛍光体を用いて、例えば、青色ＬＥＤチップ＋黄色蛍光体＋赤色蛍光体という構成や、青色ＬＥＤチップ＋緑色蛍光体＋赤色蛍光体という構成にすることもできる。また、ＬＥＤチップ１０として近紫外光を発光するチップを用いる場合は、近紫外ＬＥＤチップ＋青色蛍光体＋黄色蛍光体という構成や、近紫外ＬＥＤチップ＋青色蛍光体＋緑色蛍光体＋赤色蛍光体という構成にすることで白色光を得ることができる。

好適な蛍光体として、ＹＡＧ系蛍光体、シリケート系蛍光体、ナイトライド系蛍光体、オキシナイトライド系蛍光体、サルファイド系蛍光体、チオガレート系蛍光体、アルミネート系蛍光体などが挙げられる。

複数種の蛍光体を用いる場合、単一の蛍光体層３０に全ての蛍光体を含有させてもよいし、含有する蛍光体の種類の異なる複数の蛍光体層３０を積層した構成としてもよい。一般に、複数種の蛍光体を同時に使用する場合、第１の蛍光体からの発光が別の第２の蛍光体を励起する、いわゆる多段励起による損失が問題となりやすい。このような多段励起による損失を効果的に減少させる観点からは、含有する蛍光体の種類の異なる複数の蛍光体層３０を積層した構成とすることが好ましい。更に、光源となるＬＥＤチップ１０からの光が先に到達する側に発光波長が長い方の蛍光体を配置し、後から到達する側に発光波長が短い方の蛍光体を配置することで、多段励起による損失をより効果的に減少させることができる。

蛍光体層３０を構成する透光性部材は、特に限定されるものではなく、合成樹脂でもよいし、ガラスでもよい。本実施形態で製造した発光ダイオードユニット５０は、ＬＥＤチップ１０と蛍光体層３０とが密着せず第２のガラス体４２等によって隔たれた状態となるため、透光性部材として合成樹脂を用いた場合でもＬＥＤチップ１０の発熱等による劣化は抑制される。ＬＥＤチップ１０の発熱等による劣化を十分に抑制する観点からは、透光性部材として用いる合成樹脂は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂又はシリカエポキシのハイブリッド樹脂であることが好ましい。

ＬＥＤチップ１０の発熱等による劣化を、より効果的に抑制する観点からは、透光性部材としてガラスを用いることが好ましい。蛍光体をガラスに分散させた蛍光体層３０は、溶融ガラス滴４４を固化させて形成した第２のガラス体４２の表面に、蛍光体を分散させた組成物を塗布し、塗布した組成物を加熱することにより形成することができる。組成物の塗布は、スピンコートやディップコートなどの手法を用いればよい。また、塗布した組成物の加熱には、ドライオーブン等を用いればよい。加熱後に形成される蛍光体層３０の膜厚は、１０μｍ〜８０μｍが好ましい。塗布する組成物は、加水分解等の反応によりゲル化した後、ゲルを加熱することによりガラス体が形成されるもの（ゾルゲル溶液）であってもよいし、溶媒成分を揮発させることにより、ゲル化することなく直接ガラス体が形成されるものであってもよい。

前者（ゾルゲル溶液）としては、第１のガラス体形成工程で使用する前駆体溶液として説明した各種組成物（溶液）を用いることができる。中でも、ポリシロキサンや、テトラエトキシシランなど、有機シロキサン化合物を含む組成物が好適である。これらの化合物を用いることで、低温の加熱によってシリカガラスからなる安定な透光性部材を形成することができる。

ポリシロキサンを用いる場合、市販のポリシロキサン分散液（ＣＩＫナノテック社製ＣＯＡＴ−ＡＴ）を用いてもよい。組成物中に含まれるポリシロキサンの固形分（ＳｉＯ_２）と蛍光体との質量比は、ポリシロキサンの固形分１００質量部に対して、蛍光体１００〜９００質量部が好ましい。塗布後の加熱温度は１５０℃〜２５０℃が好ましく、ＬＥＤチップ１０等の劣化をより抑制する観点からは１５０℃〜２００℃とすることがより好ましい。

テトラエトキシシランを用いる場合、エチルアルコール及び純水との混合液を用いることが好ましい。混合比は、テトラエトキシシラン１００質量部に対して、エチルアルコール１１０〜１８０質量部、純水１５〜１２０質量部とすることが好ましく、テトラエトキシシラン１００質量部に対して、エチルアルコール１３８質量部、純水５２質量部とすることがより好ましい。また、組成物中に含まれるテトラエトキシシランと蛍光体との質量比は、テトラエトキシシラン１００質量部に対して、蛍光体０．０３〜３０質量部が好ましい。塗布後の加熱温度は１５０℃〜２５０℃が好ましく、ＬＥＤチップ１０等の劣化をより抑制する観点からは１５０℃〜２００℃とすることがより好ましい。

後者（溶媒成分を揮発させることにより、ゲル化することなく直接ガラス体が形成されるもの）としては、例えば、無機ポリマーと有機溶剤とを含む組成物が挙げられる。無機ポリマーとしては、下記の化学式１で表されるパーハイドロポリシラザン（Ｐｅｒｈｙｄｒｏｐｏｌｙｓｉｌａｚａｎｅ）を用いることが好ましい。

−（ＳｉＨ_２ＮＨ）_ｎ− （化学式１）
パーハイドロポリシラザンを用いる場合、低温の加熱によってシリカガラスからなる安定な透光性部材を形成することができると共に、形成されたガラスに有機成分が残存しにくいため耐久性に優れているという利点がある。パーハイドロポリシラザンと反応しない有機溶剤として例えば、キシレン、ジブチルエーテル、ターペンなどを溶媒として用いることができる。また、前記有機溶剤に加えて、触媒等を添加してもよく、石油系混合溶剤で希釈してもよい。パーハイドロポリシラザンと有機溶剤とを含む市販の塗布液（例えば、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製アクアミカ（登録商標））を用いることも好ましい。組成物中に含まれるパーハイドロポリシラザンの固形分と蛍光体との質量比は、パーハイドロポリシラザンの固形分１００質量部に対して、蛍光体１００〜９００質量部が好ましい。塗布後の加熱温度は１５０℃〜２５０℃が好ましく、ＬＥＤチップ１０等の劣化をより抑制する観点からは１５０℃〜２００℃とすることがより好ましい。

また、パーハイドロポリシラザンを用いる場合には、組成物にナノ粒子を含有することが好ましい。ナノ粒子を含有することによって組成物の粘性が高くなるため、蛍光体を組成物に分散させる際の蛍光体の沈殿速度が低下し、組成物中に蛍光体を均一に分散させることが容易になる。例えば、シリカなどの各種酸化物のナノ粒子や、フッ化マグネシウムのナノ粒子などが好適である。ポリシラザンより形成されるガラス体との安定性の観点からは、シリカのナノ粒子を含有することが好ましい。ナノ粒子は５０％粒子径（メディアン径）が１ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましい。ナノ粒子の形状は、特に限定されるものではないが、好適には球状の微粒子が用いられる。また、粒径の分布に関しても特に制限されるものではないが、蛍光体を均一に分散させる観点からは、広範な分布を有するものよりも、比較的狭い分布を持つものが好適に用いられる。なお、ナノ粒子の形状及び粒径分布は、ＳＥＭ、ＴＥＭを用いて確認することができる。ナノ粒子の含有量は蛍光体を含む組成物全体に対して０．１質量％〜２５質量％であることが好ましい。また、ナノ粒子の蛍光体を更に均一に分散させるため、蛍光体を混合した組成物に超音波を印加して分散させることも好ましい。

〈第２の実施形態〉
第２の実施形態の発光ダイオードユニットの製造方法について図５、図６を参照して説明する。本実施形態の発光ダイオードユニットの製造方法は、前駆体溶液を加熱して第１のガラス体を形成することにより、第１のガラス体でＬＥＤチップの電極部を封止する工程（第１のガラス体形成工程）と、溶融ガラス滴を固化させることにより、第１のガラス体の上に第２のガラス体を形成する工程（第２のガラス体形成工程）と、第２のガラス体の表面に、蛍光体を透光性部材に分散させた蛍光体層を形成する工程（蛍光体層形成工程）と、を有している。本実施形態の第２のガラス体形成工程では、第１のガラス体が形成されたパッケージ基板の上に、パッケージ基板よりも高温の溶融ガラス滴を滴下した後、溶融ガラス滴が固化する前に、パッケージ基板と上型とで溶融ガラス滴を加圧して第２のガラス体を所定の形状に成形する。第１のガラス体形成工程及び蛍光体層形成工程については上述の第１の実施形態の場合と同様である。以下、第１の実施形態と異なる部分について説明する。

図５（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態における第２のガラス体形成工程を順に示す模式図である。先ず、第１の実施形態の場合と同様に、第１のガラス体４１が形成されたパッケージ基板２０の上に、パッケージ基板２０よりも高温の溶融ガラス滴４４を滴下する（図５（ａ）、（ｂ））。溶融ガラス滴４４の滴下は、ヒータ５２によって滴下ノズル５１を所定温度に加熱することにより行う。溶融ガラス滴４４の滴下方法の詳細については第１の実施形態の場合と同様である。

溶融ガラス滴４４を滴下した後、パッケージ基板２０を上型６１と対向する位置に移動し、溶融ガラス滴４４が冷却されて固化する前に、パッケージ基板２０と上型６１とで溶融ガラス滴４４を加圧し、第２のガラス体４２を所定の形状に成形する（図５（ｃ））。溶融ガラス滴４４は、パッケージ基板２０及び上型６１への熱伝導によって急速に冷却され、短時間で固化して第２のガラス体４２となる。加圧を解除した後、上型６１を上方に移動し、得られた成形体を回収する（図５（ｄ））。このように、本実施形態においては、滴下した溶融ガラス滴４４を加圧して変形させるため、ガラスシートをパッケージ基板２０等の部材ごと加熱して加圧する場合に比べ、加圧の荷重を非常に小さく抑えることができ、また、非常に短い加圧時間で十分に変形させることができる。そのため、各部材の温度による劣化や圧力による破損を十分に抑制しながら、短時間で発光ダイオードユニット５０を製造することができる。

溶融ガラス滴４４を成形するために加える荷重や加圧時間は、溶融ガラス滴４４のサイズ等に応じて適宜設定すればよいが、通常は、数十〜数百Ｎの範囲の荷重を数秒〜数十秒の時間だけ加圧すれば十分な場合が多い。また、加える荷重は時間的に変化させてもよい。なお、荷重を印加するための手段に特に制限は無く、エアシリンダ、油圧シリンダ、サーボモータ等の公知の駆動手段を適宜選択して用いればよい。

上型６１は、予め所定の温度に加熱しておくことが好ましい。所定の温度とは、滴下する溶融ガラス滴４４の温度よりも低く、加圧成形によって溶融ガラス滴４４が冷却されて固化する温度であって、使用するガラスの種類等に応じて適宜選択すればよい。一般的に、上型６１の温度が低すぎるとガラス成形体の表面にしわが生じ易くなってくる。逆に、必要以上に温度を高くしすぎると、ガラスとの融着や表面の酸化等によって上型６１の寿命が短くなり易い。これらの観点から、上型６１の温度は、使用するガラスのガラス転移温度をＴｇとしたとき、Ｔｇ−１００℃からＴｇ＋１００℃の範囲に設定することが好ましく、Ｔｇ−１００℃からＴｇ＋５０℃の範囲に設定することがより好ましい。上型６１を加熱するための加熱手段は、公知の加熱手段を適宜選択して用いることができる。例えば、赤外線加熱装置、高周波誘導加熱装置、上型６１の内部に埋め込んで使用するカートリッジヒータ、上型６１の外側に接触させて使用するシート状のヒータ、などが好適である。

上型６１の材質は、加圧成形によってガラス成形体を製造するための成形型として公知の材質の中から適宜選択して用いることができる。例えば、各種耐熱合金（ステンレス等）、炭化タングステンを主成分とする超硬材料、各種セラミックス（炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム等）、カーボンを含んだ複合材料等が挙げられる。また、上型６１の耐久性向上やガラスとの融着防止などのため、成形面６３に被覆層を設けておくことも好ましい。被覆層の材質に特に制限は無く、例えば、種々の金属（クロム、アルミニウム、チタン等）、窒化物（窒化クロム、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化硼素等）、酸化物（酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化チタン等）等を用いることができる。

次に、所定の形状に成形された第２のガラス体の表面に、蛍光体を透光性部材に分散させた蛍光体層を形成する（蛍光体層形成工程）。この工程によって発光ダイオードユニットが完成する。蛍光体層形成工程の詳細については、第１の実施形態の場合と同様である。図６は、本実施形態の方法で製造された発光ダイオードユニット５０の断面図である。図６（ａ）と（ｂ）はＬＥＤチップ１０を１つ備える場合の構成を、図６（ｃ）はＬＥＤチップ１０を３つ備える場合の構成を、それぞれ示している。

本実施形態の方法によれば、パッケージ基板２０と上型６１とで溶融ガラス滴４４を加圧することによって第２のガラス体４２を成形するため、用途に応じた所望の形状を容易に形成することができる。例えば、成形面６３が凹面からなる上型６１で加圧することによって、図６（ａ）の発光ダイオードユニット５０ように、第２のガラス体４２の表面を曲率の大きい凸形状とすることもできるし、成形面６３が平面からなる上型６１で加圧することによって、図６（ｂ）の発光ダイオードユニット５０のように、第２のガラス体４２の表面を平面とすることもできる。また、ＬＥＤチップ１０を複数個備える構成の場合には、図６（ｃ）の発光ダイオードユニット５０のように、それぞれのＬＥＤチップ１０に対応した複数の凸部が配列した形状とすることもできる。このように、従来知られているガラスシートをパッケージ基板２０等の部材ごと加熱して加圧する方法では長時間にわたって高温、高圧を加えなければ形成できないような形状であっても、非常に短時間、小さい圧力を加えるだけで形成することができる。

〈第３の実施形態〉
第３の実施形態の発光ダイオードユニットの製造方法について図７を参照して説明する。本実施形態の発光ダイオードユニットの製造方法は、前駆体溶液を加熱して第１のガラス体を形成することにより、第１のガラス体でＬＥＤチップの電極部を封止する工程（第１のガラス体形成工程）と、溶融ガラス滴を固化させることにより、第１のガラス体の上に第２のガラス体を形成する工程（第２のガラス体形成工程）と、第２のガラス体の表面に、蛍光体を透光性部材に分散させた蛍光体層を形成する工程（蛍光体層形成工程）と、を有している。本実施形態の第２のガラス体形成工程では、下型の上に該下型よりも高温の溶融ガラス滴を滴下し、第１のガラス体が形成されたパッケージ基板を上下反転させて、溶融ガラス滴が固化する前にパッケージ基板と下型とで溶融ガラス滴を加圧して第２のガラス体を所定の形状に成形する。第１のガラス体形成工程及び蛍光体層形成工程については上述の第１及び第２の実施形態の場合と同様である。以下、第１及び第２の実施形態と異なる部分について説明する。

図７（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態における第２のガラス体形成工程を順に示す模式図である。先ず、下型６２の成形面６４に、下型６２よりも高温の溶融ガラス滴４４を滴下する（図７（ａ）、（ｂ））。成形面６４は、予め、製造する発光ダイオードユニット５０の第２のガラス体４２の形状に応じた所定の形状に加工しておく。溶融ガラス滴４４の滴下は、ヒータ５２によって滴下ノズル５１を所定温度に加熱することにより行う。溶融ガラス滴４４の滴下方法の詳細については第１の実施形態の場合と同様である。

次に、第１の実施形態と同様の第１のガラス体形成工程によって第１のガラス体４１が形成されたパッケージ基板２０を上下反転させ、滴下された溶融ガラス滴４４が冷却されて固化する前の所定のタイミングで、パッケージ基板２０と下型６２とで溶融ガラス滴４４を加圧する（図７（ｃ））。溶融ガラス滴４４は、パッケージ基板２０及び下型６２への熱伝導によって急速に冷却され、短時間で固化して第２のガラス体４２となる。第２のガラス体４２が所定の温度に冷却された後、パッケージ基板２０を上方に移動し、得られた発光ダイオードユニット５０を回収する（図７（ｄ））。

パッケージ基板２０と下型６２とで溶融ガラス滴４４を加圧するタイミングは、熱によるＬＥＤチップ１０等の劣化を抑制するという観点からは遅い方が好ましいが、遅すぎると第２のガラス体４２を所定の形状に成形するために必要な圧力が高くなってしまう。このような観点から、溶融ガラス滴４４を下型６２に滴下してから数秒〜十数秒後に溶融ガラス滴４４を加圧することが好ましい。加える荷重や加圧時間は適宜設定すればよい。また、下型６２は予め所定の温度に加熱しておくことが好ましい。それにより、下型６２の転写によって形成される第２のガラス体４２の面の形状が安定する。所定の温度とは、滴下する溶融ガラス滴４４の温度よりも低い温度であって、使用するガラスの種類等に応じて適宜選択すればよい。下型６２の材質は、耐熱性が高く、溶融ガラスと反応しにくい材質が好ましく、上述の上型６１と同様の材質を用いることが好ましい。

また、第１のガラス体４１が形成されたパッケージ基板２０を溶融ガラス滴４４の温度よりも低い所定の温度に加熱しておくことも好ましい。それにより、第１のガラス体４１やパッケージ基板２０に対する溶融ガラスのなじみがよくなり、短時間で必要な範囲全体に溶融ガラスが行き渡りやすくなる。また、溶融ガラス滴４４が固化した後の、第２のガラス体４２と、第１のガラス体４１やパッケージ基板２０との密着性が向上するというメリットもある。一方、パッケージ基板２０の温度が高すぎると、ＬＥＤチップ１０等の劣化が起こりやすくなる。このような観点から、パッケージ基板２０の温度は、５０℃〜２００℃の範囲が好ましく、８０℃〜１５０℃の範囲がより好ましい。

次に、蛍光体層形成工程で、第２のガラス体４２の表面に、蛍光体を透光性部材に分散させた蛍光体層３０を形成する。この工程によって発光ダイオードユニット５０が完成する。蛍光体層形成工程の詳細については、第１の実施形態の場合と同様である。また、本実施形態の方法で製造された発光ダイオードユニット５０の構成は、図６に示した第２の実施形態の場合と同様である。

このように、本実施形態においては、下型６２の、所定の形状に形成された成形面６４に溶融ガラス滴４４を滴下するため、高い圧力を加えることなく、第２のガラス体４２を所望の形状に形成することができる。また、滴下された溶融ガラス滴４４がある程度冷却された後の所定のタイミングで、溶融ガラス滴４４とパッケージ基板２０とが接触するため、溶融ガラス滴４４からの熱の影響によるＬＥＤチップ１０等の劣化を最小限に抑えることができる。従って、各部材の温度による劣化や圧力による破損を十分に抑制しながら、短時間で発光ダイオードユニット５０を製造することができる。

１０ ＬＥＤチップ
１１ 電極部
１２ 発光面
２０ パッケージ基板
２１ リード部
２２ バンク
３０ 蛍光体層
４１ 第１のガラス体
４２ 第２のガラス体
４３ 溶融ガラス
４４ 溶融ガラス滴
５０ 発光ダイオードユニット
５１ 滴下ノズル
５２ ヒータ
６１ 上型
６２ 下型
６３、６４ 成形面

Claims (10)

1. 受電のための電極部を有し発光面から所定の波長の光を射出するＬＥＤチップと、前記電極部を介して前記ＬＥＤチップに給電するためのリード部を有するパッケージ基板とを備えた発光ダイオードユニットの製造方法であって、
   前記ＬＥＤチップを載置するパッケージ基板の上に有機金属化合物を含有する前駆体溶液を供給し、供給された前記前駆体溶液を加熱して第１のガラス体を形成することにより、第１のガラス体で前記ＬＥＤチップの前記電極部を封止する工程と、
   溶融ガラス滴を固化させることにより、前記第１のガラス体の上に第２のガラス体を形成する工程と、
   前記第２のガラス体の表面に、前記ＬＥＤチップから射出した光の波長を変換するための蛍光体を透光性部材に分散させた蛍光体層を形成する工程と、を有することを特徴とする発光ダイオードユニットの製造方法。
2. 前記第１のガラス体で前記ＬＥＤチップの前記発光面を封止することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。
3. 前記第２のガラス体を形成する工程では、前記第１のガラス体が形成された前記パッケージ基板の上に、前記パッケージ基板よりも高温の前記溶融ガラス滴を滴下して固化させることにより、前記第２のガラス体を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。
4. 前記第２のガラス体を形成する工程では、滴下された前記溶融ガラス滴が固化する前に前記パッケージ基板と上型とで前記溶融ガラス滴を加圧し、前記第２のガラス体を所定の形状に成形することを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。
5. 前記第２のガラス体を形成する工程では、下型の上に該下型よりも高温の前記溶融ガラス滴を滴下し、前記第１のガラス体が形成された前記パッケージ基板を上下反転させて、滴下された前記溶融ガラス滴が固化する前に前記パッケージ基板と前記下型とで前記溶融ガラス滴を加圧し、前記第２のガラス体を所定の形状に成形することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。
6. 前記蛍光体層を形成する工程は、前記第２のガラス体の表面に前記蛍光体を分散させた組成物を塗布し、塗布した前記組成物を加熱することにより前記蛍光体層を形成する工程であり、
   前記透光性部材はガラスであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。
7. 前記組成物は無機ポリマーと有機溶剤とを含むことを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。
8. 前記無機ポリマーはパーハイドロポリシラザンであることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。
9. 前記組成物は有機シロキサン化合物を含むことを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。
10. 前記透光性部材はシリコーン樹脂、エポキシ樹脂又はシリカエポキシのハイブリッド樹脂であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の発光ダイオードユニットの製造方法。

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