JP2011165965A - 発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体層と遮光材の上面が同一平面状に存在する発光装置を印刷法により形成する発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】サブマウント1上に上面が平面の遮光部材3を、その一部が発光素子2の上部の一部を覆うように搭載する。遮光部材3および発光素子2の外側に所定形状の開口を有するマスク5を配置する。遮光部材3の上面に未硬化の蛍光体含有樹脂61を塗布する。遮光部材3の上面にスキージ62を接触させ、所定の押圧でスキージ62を遮光部材3の上面から発光素子2の上部に向かって移動させる。これにより遮光部材3の上面と同一平面に上面が位置する蛍光体含有樹脂層64を形成する。マスク5を取り外し、蛍光体含有樹脂層4を硬化させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、蛍光体層を備えた発光装置の製造方法に関し、特に、遮光部材によって発光の一部を遮ることで配光パターンを制御する構成の発光装置の製造方法に関する。

白色発光する発光装置として、基材に実装された青色LEDチップと、LEDチップを被覆する蛍光体含有樹脂とを備えたデバイスが知られている。LEDの青色光の一部は、蛍光体を励起し、LEDチップから発せられる青色光と、励起された蛍光体から発せられる黄色蛍光とが混合されることにより白色発光が得られる。蛍光体含有樹脂の形成方法として、一般に印刷やディスペンス法が用いられる。例えば、特許文献１には、ステンシル印刷法によりLEDチップの周囲に蛍光体含有樹脂層を形成する方法が開示されている。

一方、車両用の前照灯のような一部の発光装置では、光ビームの配光パターンが明確なカットオフ（照射部と非照射部の境界）を形成することが望まれる。このため例えば、特許文献２では、発光素子の横に立てた遮光部材（ビームシャッタ）によって、発光素子から出射される光ビームの一部を遮り、カットオフを明確にする発光装置が開示されている。

また、特許文献３には、ハウジングフレームに形成した凹部の底面にLEDチップを配置し、凹部を蛍光体含有樹脂で充填する構造が開示されている。特許文献３の図４には、ハウジングフレームの一部にスクリーン層が搭載され、スクリーン層を搭載した部分がLEDの一部上部に覆いかぶさるように配置された構成が開示されている。これにより、LEDの一部上部のスクリーン層により、LEDから出射される光を遮ることにより明確なカットオフを形成する。

特許第４２０８４４９号公報 特開２００６−２２２４３０号公報 米国公開特許２００９／０１５９９１２号公報（A1)（図４参照）

車両用の前照灯のように、照射パターンが明確なカットオフを形成することが望まれる発光装置では、図７のようにレンズ101によって光ビームの照射パターンを拡大投影する構造のものが多い。このような発光装置に、例えば特許文献２に記載のように発光素子の横にビームシャッタを立てる構造のものを用いた場合、ビームシャッタに入射した光の一部が反射され迷光となってレンズに入射し、投影されるため、図７に示すように迷光によりカットオフライン付近がボケてしまい、カットオフラインが不明瞭になるという問題が生じる。

また、特許文献３の図４に開示されている発光素子は、蛍光体含有樹脂層6の上面にほぼ水平にスクリーン層4が位置するが、スクリーン層4がその厚み分だけ蛍光体含有樹脂層6よりも上側に位置する。このため、蛍光体から出射された光がスクリーン層4の端面（厚み部分）で反射され、迷光となってレンズに入射し、図７と同様にカットオフライン付近がボケてしまいカットオフラインが不明瞭になる。

この問題を解決するためには、遮光材の上面と蛍光体層とを同一平面上に配置し、蛍光体層から出射された光が遮光材に入射しない構造とすることが望ましい。しかしながら、特許文献２のように発光素子の横にビームシャッタを立てる構造に、特許文献１に記載のステンシル印刷法を採用し、ビームシャッタの上面と一致する高さまで蛍光体層で形成しようとしても、ビームシャッタと発光素子との高さの差が大きく困難である。また、ステンシル印刷のマスクを配置する際に、ビームシャッタと干渉する。

一方、特許文献３では、蛍光体含有樹脂をハウジングフレームの凹部にポッティング（滴下）することにより凹部を充填しているため、ポッティングで充填可能な程度の粘度までしか蛍光体含有率を高めることができない。蛍光体の含有率を高めると樹脂のチクソ性が高くなり、ポッティングで凹部を充填できなくなるためである。このため、蛍光体含有率の低い樹脂を用いざるを得ず、蛍光体が樹脂の底部に沈降するという問題が生じる。蛍光体が樹脂の底部に沈降した場合、実質的に、蛍光体含有樹脂層の上面はスクリーン層よりも低い位置になり、その上部は透明樹脂で充填されることになるため、蛍光体から発せられた光がスクリーン層の端面で反射され、迷光になるという現象を解決することができない。

また、特許文献３に記載の構造に、特許文献１に記載のステンシル印刷法を採用し、ハウジングフレームの凹部にスクリーン層上面と一致する高さまで、蛍光体の含有率の高い蛍光体含有樹脂を印刷により充填することが考えられる。しかし、ステンシル印刷のマスクを配置する際にハウジングフレームと干渉するため、マスクを配置することができないという問題が生じる。通常、マスクの開口形状は、充填する蛍光体含有樹脂層の上面形状と一致させる必要があるが、特許文献３の構造では、蛍光体含有樹脂層はハウジングフレームの凹部内に充填されているためである。

また、ステンシル印刷のマスクの開口をハウジングフレームの外郭に合わせた形状にすることも考えられるが、この場合ハウジングフレームの上部にも蛍光体含有樹脂層が印刷されるという問題が生じる。このため、蛍光体含有樹脂層の面積が大きくなり、蛍光体から放射される光の密度が面積増加の割合に応じて低下することになるため、配光形成上からも望ましくない。

このため、ハウジングフレームの上部に蛍光体含有樹脂層が形成されることを避けつつ、ハウジングフレームの凹部に選択的に蛍光体含有樹脂層を印刷法により堆積させる必要があるが、従来の技術では困難である。

本発明の目的は、蛍光体層と遮光材の上面が同一平面状に存在する発光装置を印刷法により形成する発光素子の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様によれば、以下のような発光装置の製造方法が提供される。すなわち、発光素子が搭載されたサブマウント上に、上面が平面の遮光部材を、その一部が発光素子の上部の一部を覆うように搭載する工程と、遮光部材および発光素子の外側に、所定形状の開口を有するマスクを配置する工程と、遮光部材の上面に、未硬化の蛍光体含有樹脂を塗布する工程と、遮光部材の上面にスキージを接触させ、所定の押圧でスキージを遮光部材の上面から発光素子の上部に向かって移動させることにより、未硬化の蛍光体含有樹脂を発光素子の上部に充填し、遮光部材の上面と同一平面に上面が位置する蛍光体含有樹脂層を形成する工程と、マスクを取り外し、蛍光体含有樹脂を硬化させる工程とを有する発光装置の製造方法である。

例えば、上述の遮光部材は、発光素子の両脇に沿うように延びた外辺部を有する形状であり、外辺部の高さは、遮光部材の上面と同じであり、マスクの高さは、遮光部材の上面の高さより小さいものを用いることが好ましい。スキージは発光素子の上部に移動する際、その両端が遮光部材の外辺部により支持されることにより、上面が遮光部材の上面と同じ高さの蛍光体含有樹脂層を形成することができる。

本発明によれば、蛍光体含有樹脂層と遮光部材の上面が同一平面状に存在する発光装置を印刷法により製造することができるため、遮光部材の端部等により、迷光が発生しないという効果が得られる。

本発明の実施形態の発光装置の（ａ）上面図、（ｂ）A-A矢視図。 図１の発光装置の遮光部材の（ａ）上面図、（ｂ）背面図、（ｃ）側面図。 実施形態の製造工程において、LEDサブマウント上にLEDチップ2と遮光部材3を搭載した状態を示す上面図。 （ａ）実施形態の製造工程において用いるマスク5の上面図、（ｂ）マスクを、LEDサブマウント上に搭載した状態を示す上面図。 実施形態の製造工程において、外側にマスク5が配置された遮光部材3の上に、蛍光体含有樹脂61を塗布し、スキージ62を配置した状態を示す上面図。 （ａ）〜（ｄ）実施形態の製造工程において、外側にマスク5が配置された遮光部材3の上に、蛍光体含有樹脂61を塗布し、スキージ62を移動させて蛍光体含有樹脂層4を形成する工程を示すB-B矢視図。 従来の発光装置で迷光がカットオフラインのボケを生じさせることを示す説明図。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。

本発明は、蛍光体樹脂層の上面と、遮光材の上面が同一平面状に位置する発光装置の製造方法を提供する。

本実施形態により製造する発光装置は、図１（ａ）に上面図を、図１（ｂ）にA-A矢視図を示したように、LEDサブマウント1の上に、４つのLEDチップ2を一列に並べて搭載されている。LEDサブマウント1の上には遮光部材3が固定されている。

遮光部材3は、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）にその上面図、背面図、側面図を示したように、遮光板3aを両脇の側面板3bおよび背面板3cにより、LEDサブマウント1の上面に支持する構成である。これにより、遮光板3aは、LEDサブマウント1の上面に平行に支持される。遮光板3aの一部は、LEDチップ2の上部の一部を所覆っている。

遮光部材3の遮光板3aの正面側の端部は、一部3dがLEDチップ2の列に平行であり、一部3eが斜めにカットされ、LEDチップ2からの光を所定の一部斜めのカットオフ形状の配光パターンに形成するように構成されている。

また、遮光板3aの側面板3bと接する外辺部3fは、LEDチップ2の幅（列と垂直な方向）よりも長く設けられている。この外辺部は、後の製造工程で説明するスキージを支持するガイド部としても機能する。

４つのLEDチップ2の上面および正面側の側面は、図１（ａ）、（ｂ）のように蛍光体含有樹脂層4により一体に覆われている。蛍光体含有樹脂層4の上面は、図１（ｂ）のように遮光板3aの上面と同一平面上に位置し、遮光板3aの端面も蛍光体含有樹脂層4により被覆されている。

ここでは、LEDチップ2は、青色光を発するものを用いる。蛍光体含有樹脂層4は、青色光を励起光として黄色蛍光を発する蛍光体（例えばYAG蛍光体）を、可視光に透明な樹脂に分散させた層である。これにより白色光を発する発光装置を製造する。

以下、製造工程について説明する。

（LEDチップ2および遮光部材3の搭載工程）
まず、図３のように、予め電極が形成されたLEDサブマウント1に、LEDチップ2をフリップチップ実装する。次に、遮光部材3の側面板3bの裏面に接着剤（例えば熱硬化性の接着剤）を塗布する。遮光部材3は、遮光材料、例えばステンレスや銅などの金属材によって予め製造しておく。接着剤は、一例としては、耐熱性のシリコン系の接着剤を用いることが可能である。

次に、LEDチップ2の角部を基準点P1として、この位置を画像認識により把握しつつ、遮光部材3を図３のように位置合わせして配置し、所定の押圧でLEDサブマウント1に接着する。次に、所定の接着剤硬化工程を行い、遮光部材3はLEDサブマウント1に固定する。接着剤硬化工程は、例えば160℃の環境に1時間放置する等、接着剤に応じた工程とする。

（マスクの位置合わせ工程）
つぎに、図４（ａ）のような形状のマスク5を用意する。マスク5は、金属材料で形成されており、LEDチップ2および遮光部材3の外郭が収まる大きさの貫通孔5aを有する。貫通孔5aの一つの内壁面5bは、蛍光体含有樹脂層4の正面側の外郭面の一部を成型するため滑らかであり、塗布された蛍光体含有樹脂に対する離型性が高いことが好ましい。この内壁面5bは、LEDチップ2の側面に対向し、かつ、遮光部材3の正面側の端部と並ぶように配置される。

マスク5の上面の高さは、遮光部材3の上面の遮光板3aのよりもわずかに低くなるように設計されている。

マスク5は、遮光部材3の角部の基準点P2の位置を画像認識により把握しつつ、図４（ｂ）のように、遮光部材3の外郭が貫通孔5a内に収まるように配置する。

（スキージによる蛍光体含有樹脂の印刷塗布工程）
つぎに、スキージによる蛍光体含有樹脂の印刷塗布工程について、図５および図６（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。

まず、未硬化の樹脂に蛍光体を所定量分散させ、所定のチクソ性の蛍光体含有樹脂を用意する。チクソ性は、マスクを用いるステンシル印刷に適した値に設定する。例えば、チキソー係数1.0〜15.0が好ましく、より好ましくは、3.0〜9.0である。

用意した未硬化の蛍光体含有樹脂61を図５および図６（ａ）のように、遮光部材3の上面に、４つのLEDチップ2の列よりも長い帯状に塗布する。

つぎに、遮光部材3上面の図５に示した位置にスキージ62を配置する。スキージ62の位置合わせは、遮光部材3の端部の基準点P3を画像認識することによって行う。

図６（ｂ）のように、スキージ62に所定の押圧を加えながら矢印方向に動かす。これにより、遮光部材3とLEDチップ2の間の空間に蛍光体含有樹脂（未硬化）61が充填される。このときスキージ62の両端は、遮光部材3の上面の外辺部3fによって支持されているため、基準点P3を過ぎてもスキージ62は遮光部材3の上面と同じ高さを水平に移動する。よって、遮光部材3の上面と一致した上面の蛍光体含有樹脂（未硬化）層64が図６（ｂ）のように形成される。

さらにスキージ62を移動させると、スキージ62はマスク5の貫通孔の正面側の内壁面5bに到達する。これによって、蛍光体含有樹脂は、遮光部材3とマスク5の内壁で囲まれた空間を充填し、LEDチップ2の周囲に蛍光体含有樹脂（未硬化）層64を形成する。

図６（ｃ）のようにそのままスキージ62を移動させると、遮光部材3の外辺部3fは、マスク5の開口の内壁面5bよりも外側まで延びるように形成されているため、スキージ62の両端は外辺部3fによって支持されたままマスク5の上を移動する。これにより、マスク5の上面にも薄く蛍光体含有樹脂層（未硬化）65が形成されるが、最後に、図６（ｄ）のようにマスク5を外すことにより、マスク5とその上野蛍光体含有樹脂層（未硬化）65は除去される。よって、遮光部材3の上面と一致した高さの上面を有する蛍光体含有樹脂層64が形成される。

最後に、所定の条件で蛍光体含有樹脂層4を硬化させる工程を行い、図６（ｄ）のように本実施形態の遮光部材3の上面と一致した高さの上面を有する蛍光体含有樹脂層64を備えた発光装置が得られる。硬化工程としては、例えば150℃で1時間加熱する等、樹脂に応じた工程とする。

このように、本実施形態の発光装置の製造方法によれば、印刷法によって、チクソ性の高い、高濃度に蛍光体を分散させた樹脂により蛍光体含有樹脂層4を、遮光部材3の上面と一致した高さまで形成することができる。よって、LEDチップ2からの青色光および蛍光体からの蛍光が、遮光部材3や、その端面によって反射されることがなく、迷光が生じない。したがって、遮光部材によって生じた迷光による配光パターンのカットオフのボケを防止することで、明確な配光パターンのカットオフを実現した発光装置を製造することができる。

本実施形態の発光装置は、一部が斜めのカットオフラインの配光パターンを照射できるため、車両用のヘッドランプ用の光源として好適に用いることができる。

なお、遮光部材3の端部の形状は、本実施形態のように斜めにしたものに本発明は限定されるものではなく、水平な端部を有する遮光部材を用いた場合であっても、同様に製造することができる。

1…LEDサブマウント、2…LEDチップ、3…遮光部材、3a…遮光板、3ｂ…側面板、3b…背面板、3d…端部の一部、3e…斜めにカットされた端部の一部、3f…外辺部、4…蛍光体含有樹脂層、5…マスク、5a…貫通孔、5b…正面側の内壁面、61…未硬化の蛍光体含有樹脂、62…スキージ、64…蛍光体含有樹脂（未硬化）層、65…薄い蛍光体含有樹脂（未硬化）層。

Claims (2)

1. 発光素子が搭載されたサブマウント上に、上面が平面の遮光部材を、その一部が発光素子の上部の一部を覆うように搭載する工程と、
   前記遮光部材および発光素子の外側に、所定形状の開口を有するマスクを配置する工程と、
   前記遮光部材の上面に、未硬化の蛍光体含有樹脂を塗布する工程と、
   前記遮光部材の上面にスキージを接触させ、所定の押圧でスキージを前記遮光部材の上面から前記発光素子の上部に向かって移動させることにより、前記未硬化の蛍光体含有樹脂を前記発光素子の上部に充填し、前記遮光部材の上面と同一平面に上面が位置する蛍光体含有樹脂層を形成する工程と、
   前記マスクを取り外し、前記蛍光体含有樹脂層を硬化させる工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の発光装置の製造方法において、前記遮光部材は、前記発光素子の両脇に沿うように延びた外辺部を有し、前記外辺部の高さは、前記遮光部材の上面と同じであり、
   前記マスクの高さは、前記遮光部材の上面の高さより小さく、
   前記スキージは前記発光素子の上部に移動する際、その両端が前記遮光部材の前記外辺部により支持されていることを特徴とする発光装置の製造方法。

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