JP2016167493A - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】封止材中の複数種の蛍光体粒子を、沈降むらを生じさせずに所望の位置まで沈降させ、発光色むらが抑えられた発光装置を製造する。
【解決手段】本発明の一態様に係る発光装置１０の製造方法は、凹部１ａの底に発光素子３が搭載されたケース１を用意する工程と、凹部１ａ内に、第１の蛍光体粒子６ａを含む第１の封止材５ａを注入する工程と、凹部１ａ内の第１の封止材５ａ上に、第２の蛍光体粒子６ｂを含む第２の封止材５ｂを注入する工程と、第２の封止材５ｂが硬化する前に第２の蛍光体粒子６ｂを沈降させる工程と、を含む。第１の封止材５ａ及び第２の封止材５ｂが硬化した後は、第２の蛍光体粒子６ｂが、第１の蛍光体粒子５ａの上層に位置する。
【選択図】図２
【解決手段】本発明の一態様に係る発光装置１０の製造方法は、凹部１ａの底に発光素子３が搭載されたケース１を用意する工程と、凹部１ａ内に、第１の蛍光体粒子６ａを含む第１の封止材５ａを注入する工程と、凹部１ａ内の第１の封止材５ａ上に、第２の蛍光体粒子６ｂを含む第２の封止材５ｂを注入する工程と、第２の封止材５ｂが硬化する前に第２の蛍光体粒子６ｂを沈降させる工程と、を含む。第１の封止材５ａ及び第２の封止材５ｂが硬化した後は、第２の蛍光体粒子６ｂが、第１の蛍光体粒子５ａの上層に位置する。
【選択図】図２
Description
本発明は、発光装置の製造方法に関する。
従来の発光装置として、複数種の蛍光体が、それぞれ封止樹脂中の異なる層に位置する発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、他の従来の発光装置の製造方法として、封止樹脂を加熱する際の粘度の低下を利用して、封止樹脂に含まれる蛍光体粒子を沈降させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、複数種の蛍光体粒子を封止樹脂で沈降させる場合には、封止樹脂を加熱する際の粘度の低下を利用した従来の方法を用いると、蛍光体粒子の種類ごとに沈降度合いが異なるため、沈降むらが生じ、発光装置の発光色むらが生じるおそれがある。
本発明の目的の一つは、封止材中の複数種の蛍光体粒子を、沈降むらを生じさせずに所望の位置まで沈降させ、発光色むらが抑えられた発光装置を製造することにある。
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［６］の発光装置の製造方法を提供する。
［１］凹部を有し、前記凹部の底に発光素子が搭載されたケースを用意する工程と、前記凹部内に、第１の蛍光体粒子を含む第１の封止材を注入する工程と、前記凹部内の前記第１の封止材上に、第２の蛍光体粒子を含む第２の封止材を注入する工程と、前記第２の封止材が硬化する前に前記第２の蛍光体粒子を沈降させる工程と、を含み、前記第１の封止材及び前記第２の封止材が硬化した後、前記第２の蛍光体粒子が、前記第１の蛍光体粒子の上層に位置する、発光装置の製造方法。
［２］前記第１の封止材が硬化した後、前記第２の封止材を注入する、前記［１］に記載の発光装置の製造方法。
［３］前記第１の封止材が硬化する前に、前記第２の封止材を注入する、前記［１］に記載の発光装置の製造方法。
［４］前記第１の封止材が、前記第１の蛍光体粒子の分散性を向上させる分散剤を含む、前記［２］又は［３］に記載の発光装置の製造方法。
［５］前記第１の封止材の屈折率が前記発光素子の表層の屈折率よりも低く、前記第２の封止材の屈折率が前記第１の封止材の屈折率よりも低い、前記［１］〜［４］のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
［６］前記第１の蛍光体粒子の蛍光波長が、前記第２の蛍光体粒子の蛍光波長よりも長い、前記［１］〜［５］のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
本発明によれば、封止材中の複数種の蛍光体粒子を、沈降むらを生じさせずに所望の位置まで沈降させ、発光色むらが抑えられた発光装置を製造することができる。
〔第１の実施の形態〕
（発光装置の構成）
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置１０の垂直断面図である。発光装置１０は、凹部１ａを有するケース１と、凹部１ａの底に上面が露出するようにケース１に収納された基体２と、基体２上に搭載された発光素子３と、凹部１ａ内に充填された、発光素子３を封止する第１の封止材５ａ及び第２の封止材５ｂと、第１の封止材５ａ、第２の封止材５ｂの中にそれぞれ含まれる、第１の蛍光体粒子６ａ、第２の蛍光体粒子６ｂとを有する。
（発光装置の構成）
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置１０の垂直断面図である。発光装置１０は、凹部１ａを有するケース１と、凹部１ａの底に上面が露出するようにケース１に収納された基体２と、基体２上に搭載された発光素子３と、凹部１ａ内に充填された、発光素子３を封止する第１の封止材５ａ及び第２の封止材５ｂと、第１の封止材５ａ、第２の封止材５ｂの中にそれぞれ含まれる、第１の蛍光体粒子６ａ、第２の蛍光体粒子６ｂとを有する。
ケース１は、例えば、ポリフタルアミド樹脂、ＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）、ＰＣＴ（Polycyclohexylene Dimethylene Terephalate）等の熱可塑性樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなる。ケース１は、光反射率を向上させるための、二酸化チタン等の光反射粒子を含んでもよい。
基体２は、例えば、全体またはその表面がＡｇ、Ｃｕ、Ａｌ等の導電材料からなるリードフレームであり、インサート成型等により、ケース１と一体に成型される。
発光素子３は、例えば、チップ基板と、発光層及びそれを挟むクラッド層を含む結晶層とを有する、ＬＥＤやレーザーダイオード等の発光素子である。図１に示される例では、発光素子３は、基体２とボンディングワイヤー４を介して接続されるフェイスアップ型の素子であるが、結晶層が下方を向いたフェイスダウン型の素子であってもよく、また、導電バンプ等のボンディングワイヤー以外の部材によって基体２に接続されてもよい。
第１の封止材５ａは、凹部１ａ内の下層に形成され、発光素子３を直接封止する。第２の封止材５ｂは、第１の封止材５ａ上に積層される。このため、第２の封止材５ｂ中の第２の蛍光体粒子６ｂは、第１の封止材５ａ中の第１の蛍光体粒子６ａの上層に位置する。
第１の封止材５ａ及び第２の封止材５ｂは、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の透明樹脂からなる。具体的には、例えば、メチルシリコーン、フェニルシリコーン、有機変性シリコーンからなる。
第１の封止材５ａの屈折率が発光素子３の表層の屈折率よりも低く、第２の封止材５ｂの屈折率が第１の封止材５ａの屈折率よりも低いことが好ましい。この場合、第２の封止材５ｂと外気との屈折率差を小さく抑え、光取出効率を向上させることができる。
発光装置１０においては、第１の蛍光体粒子６ａは第１の封止材５ａの底部近傍まで沈降し、第２の蛍光体粒子６ｂは第２の封止材５ｂの底部近傍まで沈降している。これによって、第１の蛍光体粒子６ａ及び第２の蛍光体粒子６ｂの分布のむらを生じさせず、色むらを抑えた発光装置１０を製造することができる。
なお、第１の蛍光体粒子６ａ及び第２の蛍光体粒子６ｂはそれぞれ粒径分布を有し、粒径が比較的大きい粒子は沈降し易く、粒径が比較的小さい粒子は沈降し難い。本実施の形態においては、少なくとも第１の蛍光体粒子６ａ、第２の蛍光体粒子６ｂの比較的粒径の大きな粒子（少なくともＤ５０を超える粒径を有する粒子、好ましくは、Ｄ９０以上の粒径を有する粒子）をそれぞれ第１の封止材５ａ、第２の封止材５ｂの底部近傍まで沈降させる。ここで、Ｄ５０及びＤ９０とは、粒度分布が累積体積分布の小径側から累積５０％、累積９０％に相当する粒子径をいう。図１の第１の蛍光体粒子６ａ及び第２の蛍光体粒子６ｂは、それぞれの沈降した粒子を模式的に表したものである。
第１の蛍光体粒子６ａ及び第２の蛍光体粒子６ｂの材料は特に限定されず、次のようなものを用いることができる。青色蛍光体としては、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋等のアルミン酸蛍光体を用いることができる。緑〜橙色蛍光体としては、例えば、（Ｙ，Ｔｂ，Ｌｕ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋等のガーネット系蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋等のオルトケイ酸塩系蛍光体、又はＣａ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ２＋、ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋等の酸窒化物蛍光体を用いることができる。赤色蛍光体としては、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋等の窒化物系蛍光体、又はＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋等のフッ化物系蛍光体を用いることができる。
第１の蛍光体粒子６ａと第２の蛍光体粒子６ｂは異なる種類の蛍光体粒子であって、例えば、材料、粒径、又はその両方が異なる。このため、仮に、第１の蛍光体粒子６ａと第２の蛍光体粒子６ｂを同じ封止材中で混合して沈降させた場合には、第１の蛍光体粒子６ａと第２の蛍光体粒子６ｂの沈降度合いがことなるために、沈降むらが生じる。発光装置１０においては、第１の蛍光体粒子６ａと第２の蛍光体粒子６ｂは異なる層に沈降するため、沈降度合いの違いに起因する発光色むらが生じない。
なお、第１の蛍光体粒子６ａの蛍光波長が第２の蛍光体粒子６ｂの蛍光波長よりも長いことが好ましい。この場合、下層の第１の蛍光体粒子６ａから発せられた蛍光の第２の蛍光体粒子６ｂによる吸収を抑えることができるため、所望の発光色の発光装置１０を得ることができる。
（発光装置の製造方法）
図２（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１０の製造工程の一例を示す垂直断面図である。
図２（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１０の製造工程の一例を示す垂直断面図である。
まず、図２（ａ）に示されるように、凹部１ａの底に発光素子３が搭載されたケース１を用意し、凹部１ａ内に、第１の蛍光体粒子６ａを含む第１の封止材５ａを滴下法等により注入する。
次に、図２（ｂ）に示されるように、粘度が低下し、かつ硬化が急速に進行しない程度の温度（以下、粘度低下温度と呼ぶ）まで、第１の封止材５ａを加熱により昇温させ、第１の蛍光体粒子６ａを第１の封止材５ａの底部近傍まで沈降させる。ここで、粘度低下温度は、例えば、第１の封止材５ａがシリコーン系樹脂からなる場合は、およそ７０℃である。
第１の蛍光体粒子６ａが沈降し、第１の封止材５ａの上層が透明になった後、さらなる加熱により、硬化が比較的速く進行する温度（以下、硬化温度と呼ぶ）まで第１の封止材５ａを昇温させ、硬化させる。ここで、硬化温度は粘度低下温度よりも高く、例えば、第１の封止材５ａがシリコーン系樹脂からなる場合は、およそ１４０〜１５０℃である。
次に、図２（ｃ）に示されるように、凹部１ａ内の第１の封止材５ａ上に、第２の蛍光体粒子６ｂを含む第２の封止材５ｂを滴下法等により注入する。
次に、図２（ｄ）に示されるように、第２の封止材５ｂを加熱により粘度低下温度まで昇温させ、第２の蛍光体粒子６ｂを第２の封止材５ｂの底部近傍まで沈降させる。
第２の蛍光体粒子６ｂが沈降し、第２の封止材５ｂの上層が透明になった後、さらなる加熱により、第２の封止材５ｂを硬化温度まで昇温させ、硬化させる。
〔第２の実施の形態〕
（発光装置の構成）
図３は、第２の実施の形態に係る発光装置２０の垂直断面図である。発光装置２０は、主に、分散剤を含む第１の封止材２５ａを有し、第１の封止材２５ａ中の第１の蛍光体粒子６ａがほとんど沈降していない点において、第１の実施の形態に係る発光装置１０と異なる。なお、第１の実施の形態に係る発光装置１０と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
（発光装置の構成）
図３は、第２の実施の形態に係る発光装置２０の垂直断面図である。発光装置２０は、主に、分散剤を含む第１の封止材２５ａを有し、第１の封止材２５ａ中の第１の蛍光体粒子６ａがほとんど沈降していない点において、第１の実施の形態に係る発光装置１０と異なる。なお、第１の実施の形態に係る発光装置１０と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
第１の封止材２５ａは、第１の蛍光体粒子６ａの分散性を向上させるための分散剤を含む。この分散剤は、例えば、アエロジル（登録商標）等のシリカの粒子である。
第１の封止材２５ａは、第１の実施の形態に係る第１の封止材５ａの材料と同様の材料を母材とすることができるが、特に、有機変性シリコーンを母材とすることが好ましい。有機変性シリコーンは粘度が低いため、分散剤の添加量の調整より粘度を制御することが容易であり、それによって第１の封止材５ａ中の第１の蛍光体粒子６ａの配置を容易に制御できる。
発光装置２０においては、第１の蛍光体粒子６ａは第１の封止材５ａ中に分散し、第２の蛍光体粒子６ｂの比較的粒径の大きな粒子（少なくともＤ５０を超える粒径を有する粒子、好ましくは、Ｄ９０以上の粒径を有する粒子）は第２の封止材５ｂの底部近傍まで沈降している。
（発光装置の製造方法）
図４（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態に係る発光装置２０の製造工程の一例を示す垂直断面図である。
図４（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態に係る発光装置２０の製造工程の一例を示す垂直断面図である。
まず、図４（ａ）に示されるように、凹部１ａの底に発光素子３が搭載されたケース１を用意し、凹部１ａ内に、第１の蛍光体粒子６ａを含む第１の封止材２５ａを滴下法等により注入する。
このとき、第１の封止材２５ａには分散剤が含まれるため、第１の蛍光体粒子６ａがほとんど沈降しない。ここで、第１の封止材２５ａを加熱により硬化させてもよいが、硬化させない場合には、次の工程で形成される第２の封止材５ｂとの密着性を向上させ、硬化後、第２の封止材５ｂを第１の封止材２５ａから剥離し難くすることができる。
次に、図４（ｂ）に示されるように、凹部１ａ内の第１の封止材５ａ上に、第２の蛍光体粒子６ｂを含む第２の封止材５ｂを滴下法等により注入する。
次に、図４（ｃ）に示されるように、第２の封止材５ｂを加熱により粘度低下温度まで昇温させ、第２の蛍光体粒子６ｂを第２の封止材５ｂの底部近傍まで沈降させる。
この段階において、第１の封止材２５ａが硬化していない場合であっても、第１の封止材２５ａに分散剤が含まれるため、沈降した第２の蛍光体粒子６ｂが第１の封止材２５ａ中に沈むことはほとんどない。
第２の蛍光体粒子６ｂが沈降し、第２の封止材５ｂの上層が透明になった後、さらなる加熱により、第２の封止材５ｂを硬化温度まで昇温させ、硬化させる。なお、第２の封止材５ｂの注入前に第１の封止材２５ａを硬化させていない場合は、第１の封止材２５ａも第２の封止材５ｂと同時に硬化させる。
〔第３の実施の形態〕
（発光装置の構成）
図５は、第３の実施の形態に係る発光装置３０の垂直断面図である。発光装置３０は、主に、第２の蛍光体粒子６ｂの少なくとも一部が第１の封止材５ａ中に沈降している点において、第１の実施の形態に係る発光装置１０と異なる。なお、第１の実施の形態に係る発光装置１０と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
（発光装置の構成）
図５は、第３の実施の形態に係る発光装置３０の垂直断面図である。発光装置３０は、主に、第２の蛍光体粒子６ｂの少なくとも一部が第１の封止材５ａ中に沈降している点において、第１の実施の形態に係る発光装置１０と異なる。なお、第１の実施の形態に係る発光装置１０と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
発光装置３０においては、第１の蛍光体粒子６ａの比較的粒径の大きな粒子（少なくともＤ５０を超える粒径を有する粒子、好ましくは、Ｄ９０以上の粒径を有する粒子）は第１の封止材５ａの底部近傍まで沈降し、第２の蛍光体粒子６ｂの比較的粒径の大きな粒子（少なくともＤ５０を超える粒径を有する粒子、好ましくは、Ｄ９０以上の粒径を有する粒子）の少なくとも一部は第１の封止材５ａ中まで沈降している。
図５は、第２の蛍光体粒子６ｂの比較的粒径の大きい粒子がすべて第１の封止材５ａ中の第１の蛍光体粒子６ａの上層まで沈降した場合の状態を表している。第２の蛍光体粒子６ｂの沈降のさせ方や第１の封止材５ａの厚さによっては、第２の蛍光体粒子６ｂは第２の封止材５ｂの底部近傍と第１の封止材５ａ中の両方に分布することもある。
（発光装置の製造方法）
図６（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施の形態に係る発光装置３０の製造工程の一例を示す垂直断面図である。
図６（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施の形態に係る発光装置３０の製造工程の一例を示す垂直断面図である。
まず、図６（ａ）に示されるように、凹部１ａの底に発光素子３が搭載されたケース１を用意し、凹部１ａ内に、第１の蛍光体粒子６ａを含む第１の封止材５ａを滴下法等により注入する。
次に、図６（ｂ）に示されるように、第１の封止材５ａを加熱により粘度低下温度まで昇温させ、第１の蛍光体粒子６ａを第１の封止材５ａの底部近傍まで沈降させる。
本実施の形態においては、第１の蛍光体粒子６ａが沈降し、第１の封止材５ａの上層が透明になった後にも、第１の封止材５ａを硬化させずに、次の第２の封止材５ｂを注入する工程に進む。このため、第１の封止材５ａと第２の封止材５ｂがそれらの界面近傍で混ざり合い、硬化後の第２の封止材５ｂの第１の封止材５ａからの剥離を防ぐことができる。
次に、図６（ｃ）に示されるように、凹部１ａ内の第１の封止材５ａ上に、第２の蛍光体粒子６ｂを含む第２の封止材５ｂを滴下法等により注入する。
次に、図６（ｄ）に示されるように、第２の封止材５ｂを加熱により粘度低下温度まで昇温させ、第２の蛍光体粒子６ｂを沈降させる。
このとき、第１の封止材５ａも第２の封止材５ｂと同様に、硬化しておらず、低粘度の状態が保たれているため、第２の蛍光体粒子６ｂの少なくとも一部は、第１の封止材５ａ中の第１の蛍光体粒子６ａが構成する層の上層まで沈降する。
第２の蛍光体粒子６ｂが沈降した後、さらなる加熱により、第１の封止材５ａ及び第２の封止材５ｂを硬化温度まで昇温させ、硬化させる。
（実施の形態の効果）
上記実施の形態によれば、封止材中の複数種の蛍光体粒子を、沈降むらを生じさせずに所望の位置まで沈降させ、発光色むらが抑えられた発光装置を製造することができる。
上記実施の形態によれば、封止材中の複数種の蛍光体粒子を、沈降むらを生じさせずに所望の位置まで沈降させ、発光色むらが抑えられた発光装置を製造することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。
例えば、上記実施の形態においては、２種類の蛍光体粒子を用いて発光装置を製造したが、３種類以上の蛍光体粒子を用いてもよい。その場合であっても、上記実施の形態と同様に、種類の異なる蛍光体粒子をそれぞれ異なる封止材中に含め、それらの封止材を別々にケース内に注入する。
また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
１０、２０、３０ 発光装置
１ ケース
１ａ 凹部
３ 発光素子
５ａ、５ｂ、２５ａ 封止材
６ａ、６ｂ 蛍光体粒子
１ ケース
１ａ 凹部
３ 発光素子
５ａ、５ｂ、２５ａ 封止材
６ａ、６ｂ 蛍光体粒子
Claims (6)
- 凹部を有し、前記凹部の底に発光素子が搭載されたケースを用意する工程と、
前記凹部内に、第１の蛍光体粒子を含む第１の封止材を注入する工程と、
前記凹部内の前記第１の封止材上に、第２の蛍光体粒子を含む第２の封止材を注入する工程と、
前記第２の封止材が硬化する前に前記第２の蛍光体粒子を沈降させる工程と、
を含み、
前記第１の封止材及び前記第２の封止材が硬化した後、前記第２の蛍光体粒子が、前記第１の蛍光体粒子の上層に位置する、
発光装置の製造方法。 - 前記第１の封止材が硬化した後、前記第２の封止材を注入する、
請求項１に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第１の封止材が硬化する前に、前記第２の封止材を注入する、
請求項１に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第１の封止材が、前記第１の蛍光体粒子の分散性を向上させる分散剤を含む、
請求項２又は３に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第１の封止材の屈折率が前記発光素子の表層の屈折率よりも低く、
前記第２の封止材の屈折率が前記第１の封止材の屈折率よりも低い、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記第１の蛍光体粒子の蛍光波長が、前記第２の蛍光体粒子の蛍光波長よりも長い、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
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