JP6812657B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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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、蛍光体を含有し、発光素子を封止する封止材の形状を制御することにより、色むらが抑制された装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１に開示された発光装置によれば、発光素子の配光分布と蛍光体の配光分布が一致するように封止材の形状を制御することにより、色むらを抑制している。
特許文献２に開示された発光装置によれば、発光素子の発光強度が強い部位の封止材の厚さを厚く、発光素子の発光強度が弱い部位の封止材の厚さを薄くすることにより、色むらを抑制している。
特開２０１２−３９０００号公報 特開２０１０−６２２８６号公報
本発明の目的の一つは、広い範囲で色度の角度依存性を制御することのできる発光装置の製造方法を提供することにある。
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［４］の発光装置の製造方法を提供する。
［１］発光素子の配光分布を測定する工程と、前記発光素子を基体上に搭載する工程と、前記基体上において蛍光体を含む封止材により、前記発光素子を封止する工程と、前記発光素子の配光分布に応じて、前記封止材中の前記蛍光体を所定の沈降度合いで沈降させる工程と、前記封止材中の前記蛍光体が所定の沈降度合いで沈降したとき、熱処理により、前記封止材を硬化させる工程と、を含み、前記封止材中に前記蛍光体を沈降させる工程は、前記発光素子から発せられる光の色と、前記蛍光体から発せられる蛍光の色の混色が所定の発光色度の出射角度依存性を満たすように前記所定の沈降度合いを設定する、発光装置の製造方法。
［２］前記封止材中の分散剤の濃度を調節することにより、前記蛍光体の沈降度合いを制御する、前記［１］に記載の発光装置の製造方法。
［３］前記加熱処理の処理条件により、前記蛍光体の沈降度合いを制御する、前記［１］又は［２］に記載の発光装置の製造方法。
［４］前記蛍光体が複数種からなる、前記［１］〜［３］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、広い範囲で色度の角度依存性を制御することのできる発光装置の製造方法を提供することができる。
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る発光装置の上面図である。図１（ｂ）は、発光装置のｘ方向に沿った垂直断面図である。 図２は、発光素子のｙ方向に沿った出射角度θと発光強度との関係を表すグラフである。 図３は、発光装置をｘ方向から見た側面図であり、図２に示される出射角度θを視覚化して表す。 図４（ａ）〜（ｃ）は、蛍光体の沈降度合いが異なる３種の発光装置の垂直断面図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、発光素子として図２に示される配光が比較的狭いＬＥＤチップ群Ａを用いて、蛍光体の沈降度合いを図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように変化させた発光装置の発光色度Ｃｙとｙ方向に沿った出射角度θの関係を示すグラフである。 図６（ａ）〜（ｃ）は、発光素子として図２に示される配光が比較的広いＬＥＤチップ群Ｂを用いて、蛍光体の沈降度合いを図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように変化させた発光装置の発光色度とｙ方向に沿った出射角度θの関係を示すグラフである。 図７（ａ）、（ｂ）は、蛍光体として緑色蛍光体である（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕと赤色蛍光体であるＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎを用いた場合の、発光装置の発光色度Ｃｙとｙ方向に沿った出射角度θの関係を示す。
〔実施の形態〕
（発光装置の構成）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１の上面図である。図１（ａ）に示されるように、発光装置１の平面形状の長手方向をｘ方向、短手方向をｙ方向とする。図１（ｂ）は、発光装置１のｘ方向に沿った垂直断面図である。
発光装置１は、凹部１３ａを有するケース１３と、凹部１３ａの底に上面が露出するようにケース１３に収納された基体１４と、基体１４上に搭載された発光素子１０と、凹部１３ａ内に充填された、発光素子１０を封止する封止材１１と、封止材１１中に含まれる粒子状の蛍光体１２とを有する。なお、図１（ａ）においては、封止材１１及び蛍光体１２の図示が省略されている。
ケース１３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１３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１４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１３と一体に成型される。
発光素子１０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（ａ）、（ｂ）に示される例では、発光素子１０は、基体１４とボンディングワイヤー１５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１４に接続されてもよい。
また、図１（ａ）、（ｂ）に示される例では、２つの発光素子１０が発光装置１に含まれているが、発光装置１に含まれる発光素子１０の個数は特定の数に限定されない。
封止材１１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り、特に、有機変性シリコーンからなることが好ましい。
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により封止材１１の粘度を制御することが容易であり、それによって封止材１１中の蛍光体１２の沈降度合いを容易に制御できる。封止材１１中の分散剤としては、例えば、アエロジル（登録商標）等のシリカ（ＳｉＯ２）の粒子が用いられる。なお、蛍光体１２の沈降度合いを大きくしたいときには、封止材１１は分散剤を含まなくてもよい。
蛍光体１２の蛍光色は特に限定されず、例えば、黄色系の蛍光体としては、ＢＯＳ（バリウム・オルソシリケート）系蛍光体や、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体が用いられる。例えば、発光素子１０の発光色が青色であり、蛍光体１２の蛍光色が黄色である場合は、発光装置１の発光色は白色になる。
図２は、発光素子１０のｙ方向に沿った出射角度θと発光強度との関係を表すグラフである。図２の縦軸は、発光強度の最大値を１として規格化したものである。
図３は、発光装置１をｘ方向から見た側面図であり、図２に示される出射角度θを視覚化して表す。図３に示されるように、出射角度θは、鉛直方向を基準とする。
図２には、ＬＥＤチップ群Ａ、ＢのＬＥＤチップ単体の配光分布の測定結果が示されている。図２に示されるように、ＬＥＤチップ群Ａの方がＬＥＤチップ群Ｂよりも配光が狭い（発光強度の出射角度依存性が大きい）。このことから、発光素子１０の出射角度θと発光強度との関係には個体差があることがわかる。
図４（ａ）〜（ｃ）は、蛍光体１２の沈降度合いが異なる３種の発光装置１の垂直断面図である。
図４（ａ）は、蛍光体１２が封止材１１中に広く分散しており、蛍光体１２の沈降度合いが比較的小さい状態を示している。図４（ｃ）は、蛍光体１２がケース１３の凹部１３ａの底までほぼ完全に沈んでおり、蛍光体１２の沈降度合いが比較的大きい状態を示している。図４（ｂ）は、蛍光体１２の沈降度合いが図４（ａ）に示される状態と図４（ｃ）に示される状態との中間である状態を示している。
蛍光体１２の沈降度合いが大きいほど、封止材１１中の蛍光体１２を含む層の厚さが薄くなり、蛍光体１２を含む層を通過する光の光路差が小さくなる。このため、蛍光体１２の沈降度合いが大きいほど、発光装置１の発光色度の出射角度依存性が小さくなる。反対に、蛍光体１２の沈降度合いが小さいほど、発光装置１の発光色度の出射角度依存性が大きくなる。
ここで、図２で示したように、発光素子１０には、配光分布（発光強度の出射角度依存性）のばらつきがある。封止材１１中の蛍光体１２の沈降度合いが一定である場合、発光素子１０の配光が狭いほど、色度の異なる光の強度差が大きくなるため、発光装置１の発光色度の出射角度依存性が小さくなる。反対に、発光素子１０の配光が広い（発光強度の出射角度依存性が小さい）ほど、色度の異なる光の強度差が小さくなるため、発光装置１の発光色度の出射角度依存性が大きくなる。
このように、発光素子１０の配光分布と封止材１１中の蛍光体１２の沈降度合いの２つの条件により、発光装置１の発光色度の出射角度依存性が変化する。このため、発光素子１０を封止材１１で封止する前に発光素子１０の配光分布を測定し、発光素子１０の配光分布に応じて、封止材１１中の蛍光体１２の沈降度合いを設定することにより、発光装置１の発光色度の出射角度依存性を広い範囲で制御することができる。
封止材１１中の蛍光体１２の沈降度合いは、封止材１１中の分散剤の濃度の調節や、封止材１１を硬化させるための加熱処理における加熱温度や加熱時間等の処理条件の調節により、調節することができる。また、これらの手段を組み合わせて用いてもよい。具体的には、例えば、封止材１１中の分散剤の濃度を高くするほど、蛍光体１２の沈降度合いが小さくなる。また、加熱温度を高くしたり、加熱時間を長くしたりすることにより、封止材１１の硬化速度を速めるほど、蛍光体１２の沈降度合いが小さくなる。
図５（ａ）〜（ｃ）は、発光素子１０として図２に示される配光が比較的狭いＬＥＤチップ群Ａを用いて、蛍光体１２の沈降度合いを図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように変化させた発光装置１の発光色度Ｃｙとｙ方向に沿った出射角度θの関係を示すグラフである。
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に蛍光体１２の沈降度合いが大きくなるため、順に発光色度Ｃｙの出射角度依存性が小さくなる。例えば、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の発光装置１の出射角度θが＋６０°のときの発光色度Ｃｙと−６０°のときの発光色度Ｃｙの平均値は、それぞれ０．０２０７、０．０１５０、０．００９５である。
図６（ａ）〜（ｃ）は、発光素子１０として図２に示される配光が比較的広いＬＥＤチップ群Ｂを用いて、蛍光体１２の沈降度合いを図４（ａ）〜（ｃ）に示されるように変化させた発光装置１の発光色度とｙ方向に沿った出射角度θの関係を示すグラフである。
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に蛍光体１２の沈降度合いが大きくなるため、順に発光色度Ｃｙの出射角度依存性が小さくなる。例えば、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の発光装置１の出射角度θが＋６０°のときの発光色度Ｃｙと−６０°のときの発光色度Ｃｙの平均値は、それぞれ０．０１０１、０．００７５、０．００５１である。
図５（ａ）〜（ｃ）と図６（ａ）〜（ｃ）に係る発光装置１においては、発光素子１０として青色ＬＥＤチップ群を、蛍光体１２としてＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅを用いた。
ＬＥＤチップ群Ａの方がＬＥＤチップ群Ｂよりも配光が狭いため、図５（ａ）〜（ｃ）、図６（ａ）〜（ｃ）の発光装置１のうち、図５（ａ）の発光装置１における発光色度Ｃｙの出射角度依存性が最も高く、図６（ｃ）の発光装置１における発光色度Ｃｙの出射角度依存性が最も低い。
図５（ａ）〜（ｃ）、図６（ａ）〜（ｃ）のグラフは、ｙ方向に沿った発光色度の出射角度依存性を示す一例であるが、ｙ方向以外の水平面内の方向（例えばｘ方向）に沿った発光色度の出射角度依存性も同様の傾向を示す。すわなち、その方向に沿った配光の狭い発光素子１０と沈降度合いの低い蛍光体１２とを組み合わせることにより、その方向に沿った発光色度Ｃｙの出射角度依存性を高くすることができ、その方向に沿った配光の広い発光素子１０と沈降度合いの高い蛍光体１２とを組み合わせることにより、その方向に沿った発光色度Ｃｙの出射角度依存性を低くすることができる。
図７（ａ）、（ｂ）は、発光素子１０として青色ＬＥＤチップ群を、蛍光体１２として緑色蛍光体である（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕと赤色蛍光体であるＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎを用いた場合の、発光装置１の発光色度Ｃｙとｙ方向に沿った出射角度θの関係を示す。
図７（ａ）、（ｂ）の発光装置１の蛍光体１２の沈降度合いは、それぞれ図４（ａ）、（ｂ）に示されるものである。
図７（ａ）、（ｂ）の発光装置１の出射角度θが＋６０°のときの発光色度Ｃｙと−６０°のときの発光色度Ｃｙの平均値は、それぞれ０．０２３、０．０１６である。
このように、蛍光体１２として（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：ＥｕとＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎを用いる場合であっても、蛍光体１２の沈降度合いが大きくなることにより、発光色度Ｃｙの出射角度依存性が小さくなる。
（実施の形態の効果）
上記実施の形態によれば、発光素子１０の配光分布と封止材１１中の蛍光体１２の沈降度合いの２つの条件により、発光装置１の発光色度の出射角度依存性を広い範囲で制御できる。
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。
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。
１ 発光装置
１０ 発光素子
１１ 封止材
１２ 蛍光体

Claims (4)

  1. 発光素子の配光分布を測定する工程と、
    前記発光素子を基体上に搭載する工程と、
    前記基体上において蛍光体を含む封止材により、前記発光素子を封止する工程と、
    前記発光素子の配光分布に応じて、前記封止材中の前記蛍光体を所定の沈降度合いで沈降させる工程と、
    前記封止材中の前記蛍光体が所定の沈降度合いで沈降したとき、加熱処理により、前記封止材を硬化させる工程と、
    を含み、
    前記封止材中に前記蛍光体を沈降させる工程は、前記発光素子から発せられる光の色と、前記蛍光体から発せられる蛍光の色の混色が所定の発光色度の出射角度依存性を満たすように前記所定の沈降度合いを設定する、
    発光装置の製造方法。
  2. 前記封止材中の分散剤の濃度を調節することにより、前記蛍光体の沈降度合いを設定する、
    請求項１に記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記加熱処理の処理条件により、前記蛍光体の沈降度合いを制御する、
    請求項１又は２に記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記蛍光体が複数種からなる、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
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