JP7044965B2

JP7044965B2 - 発光装置の製造方法

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Publication number: JP7044965B2
Application number: JP2017106159A
Authority: JP
Inventors: 直樹桑村
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2037-05-30
Also published as: JP2018200997A

Description

本開示は、発光装置の製造方法に関する。

半導体発光素子（以下、「発光素子」とも称する）を用いたＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）などの発光装置として、発光素子を樹脂で被覆した発光装置が知られている。

樹脂は、シリンジに収容された液状樹脂を、ニードルから一定量を吐出して所望の位置に塗布した後、硬化して形成される。シリンジ内の液状樹脂の粘度が大きくなることを抑制するために、例えば、２０℃以下で一定に保つことが知られている（例えば、特許文献１、２）。

特開２００１－２４０１１号公報特開平１０－１２６４２号公報

しかしながら、液状樹脂中に、例えば蛍光体粒子などの粒子を含む場合、２０℃程度の低い温度で保管して樹脂粘度を抑制しても、経時により液状樹脂内で粒子は沈んでしまう。

本発明の実施形態は、以下の構成を含む。
液状の樹脂と、粒子とを含む樹脂材料が収容されたシリンジを準備する工程と、シリンジを、湿度２０％以下、温度０℃以上５℃以下の雰囲気下に配置する工程と、シリンジの下方に、発光素子が載置された基板を配置する工程と、ノズルの吐出口から液状の樹脂材料を吐出して発光素子を被覆する工程と、を備える発光装置の製造方法。

以上により、液状樹脂内の粒子が経時により沈降することを抑制することができる。

図１は、実施形態に係る発光装置の製造方法によって得られる発光装置の一例を示す概略断面図である。図２は、実施形態に係る発光装置の製造方法で用いられるシリンジの一例を示す概略側面図である。図３は、実施形態に係る発光装置の製造方法で用いられる塗布装置の要部の一例を示す概略図である。図４Ａは、実施形態に係る発光装置の製造方法で用いられる基板の集合体の一例を示す概略斜視図である。図４Ｂは、図４Ａに示す基板の集合体の一部を拡大した概略上面図である。図４Ｃは、図４Ｂに示す基板の集合体の概略断面図である。図５は、実施形態に係る発光装置の製造方法の一例を説明する概略図である。図６は、実施形態に係る発光装置の製造方法の一例を説明する概略図である。図７は、実施形態に係る発光装置の製造方法によって得られる発光装置の集合体の一例を示す概略断面図である。

本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置の製造方法を例示するものであって、本発明は、発光装置の製造方法を以下に限定するものではない。

本実施形態に係る発光装置の製造方法は、液状の樹脂材料が収容されたシリンジを準備する工程と、シリンジを、湿度２０％以下、温度０℃以上５℃以下の雰囲気下に配置する工程と、シリンジの下方に、発光素子が載置された基板を配置する工程と、ノズルの吐出口から液状の樹脂材料を吐出して発光素子を被覆する工程と、を備える。
以下、各工程について詳説する。

図１は、実施形態に係る発光装置の製造方法によって得られる発光装置１０の一例を示す概略断面図である。発光装置１０は、発光素子１４と、基板１１と、ワイヤ１５を備える。基板１１は、絶縁性の母材１３と導電部材１２と、を備える。更に、発光素子１４及びワイヤ１５を被覆する封止部材１６を備える。

上述のような発光装置１０は、以下の製造方法によって得ることができる。

（シリンジを準備する工程）
図２は、シリンジ２１の一例を示す側面図である。シリンジ２１は、筒状であり、先端（下端）にノズル２２が取り付けられている。シリンジ２１内には、液状の樹脂材料１６ａが収容されている。ノズル２２の先端の吐出口２２ａから、シリンジ２１内の樹脂材料１６ａを吐出することができる。樹脂材料１６ａは、発光装置１０において封止部材１６となる部材である。

シリンジ２１の容量は、例えば、１０ｍｌ～１００ｍｌなどが挙げられる。容量が大きいほど塗布できる発光装置の数が多くなり、シリンジを交換する回数を減らすことができる。しかしながら、容量が大きくなるほど、樹脂材料１６ａを使い切るまでの時間が長くなり、経時による影響を受けやすくなる。本実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、シリンジ２１の容量が大きい場合でも、樹脂材料１６ａ中に蛍光体粒子や拡散材等の粒子が経時によって沈降することを抑制することができる。

また、シリンジ２１は、樹脂製、ガラス製、金属製のものを用いることができる。特に、シリンジ２１内が視認できる透明又は半透明の樹脂製のシリンジ２１が好ましい。このような樹脂製のシリンジ２１は、破損しにくく丈夫であるため、取扱い易い点においても好ましい。

ノズル２２は、シリンジ２１よりも径の小さい金属製又は樹脂製の筒状部材である。ノズル２２の内径は、例えば、１０μｍ～１０００μｍとすることができる。ノズル２２の吐出口２２ａは、例えば円形である。

樹脂材料は、発光装置の封止部材となる前の液状の部材である。樹脂材料は、樹脂のみ、あるいは、樹脂中に発光素子からの光を異なる光に変換する蛍光体を備えていてもよい。樹脂としては、発光素子からの光を透過可能な透光性を有し、且つ、それらによって劣化しにくい耐光性を有するものが好ましい。

透光性の樹脂の具体的な材料としては、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の、発光素子からの光を透過可能な透光性を有する絶縁樹脂組成物を挙げることができる。また、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも１種以上含むハイブリッド樹脂等も用いることができる。

蛍光体としては、例えば、酸化物系、硫化物系、窒化物系の蛍光体などが挙げられる。例えば、発光素子として青色発光する窒化ガリウム系発光素子を用いる場合、青色光を吸収して黄色～緑色系発光するＹＡＧ系、ＬＡＧ系、緑色発光するＳｉＡｌＯＮ系（βサイアロン）、ＳＧＳ蛍光体、青色発光するＢＡＭ蛍光体、赤色発光するＳＣＡＳＮ、ＣＡＳＮ系、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウム（ＫＳＦ系蛍光体；Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ）、硫化物系蛍光体等の蛍光体の単独又は組み合わせが挙げられる。

蛍光体は、粒子状のものを用いることができ。蛍光体の形状は、特に限定されないが、例えば、球形又はこれに類似する形状であることが好ましい。蛍光体は、例えば、平均粒径が３μｍ～３０μｍ程度の粒子である。ここで、平均粒径は、Ｄ５０により定義することができる。また、蛍光体の平均粒径は、例えば、レーザ回折散乱法、画像解析法（走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ））などにより測定することができる。レーザ回折散乱法の粒径測定装置は、例えば島津製作所社製のＳＡＬＤシリーズ（例えばＳＡＬＤ－３１００）を用いることができる。画像解析法は、例えばＪＩＳ－Ｚ８８２７－１：２００８に準ずる。例えば、樹脂部材中に１重量部～２００重量部含まれる。また、このような材料に加え、所望に応じて着色材、光拡散材、光反射材、各種フィラー、などの添加剤を含有させることもできる。樹脂材料中に、上述のような蛍光体や添加材を含む場合、粘度の変化が起こりにくくすることで、発光装置の発光特性のバラつきを低減することができる。

（シリンジを配置する工程）
図３は、実施形態に係る発光装置の製造方法に用いられる塗布装置２０の要部を示す概略図である。塗布装置２０は、１つ、又は複数のシリンジ２１を備えることができる。図３では、５つのシリンジ２１を備えている例を示している。シリンジ２１の上方からシリンジ２１内を加圧することで、液状の樹脂材料１６ａをノズル２２の先端の吐出口２２ａから吐出することができる。

シリンジ２１の周囲には保冷部２４が配置されている。保冷部２４は、シリンジ２１を冷却した状態で保持するための部材である。保冷部によってシリンジ２１の温度は５℃以下に温度制御される。シリンジ２１の温度は、好ましくは、５℃以下であり、０℃以上である。シリンジ２１の温度を、このような低い温度範囲保つことで、液状の樹脂材料１６ａの粘度を高くすることができ、液状の樹脂材料１６ａ内の粒子が経時により沈降することを抑制することができる。

保冷部２４は、冷媒として液体又は気体を循環させる冷却パイプを備えることができる。例えば、各シリンジ２１の側面を巻装するように冷却パイプを配置することができる。あるいは、複数のシリンジ２１を収容可能な冷却庫内に配置し、冷媒として液体又は気体を循環させてもよい。液体の冷媒としては、例えば、水、液体窒素、不凍液等を挙げることができる。また、気体の冷媒としては、フロンガス、空気等を挙げることができる。または、ペルチェ素子を用いて冷却した圧縮空気を用いることもできる。これらの冷媒を用いて、保冷部２４内が５℃以下となるように温度制御されている。

シリンジ２１の先端に取り付けられたノズル２２は、保冷部２４から離間して配置される。これにより、ノズル２２内の樹脂材料１６ａの粘度を、シリンジ２１内の樹脂材料１６ａよりも粘度を低くすることができる。また、ノズル２２には、ヒータ２５を取り付けてもよい。ヒータ２５により、ノズル２２の温度を２０℃～４０℃になるように温度制御することができる。ヒータ２５は、例えば、ノズル２２の側面を巻装した電線とすることができる。この電線に通電することにより、ノズル２２を加熱することができる。またはシリンジ２１とノズル２２とを固定する治具等をヒータで温めてもよい。

上述の保冷部２４及びシリンジ２１は、収容部２３内に保持されている。収容部２３は、その内部の湿度を２０％以下に保持できるよう密閉することが可能な容器である。収容部２３内には、上述の保冷部２４に保持されたシリンジ２１に加え、シリンジ２１に取り付けられたノズル２２も配置される。更に、シリンジ２１の下方には、基板を載置可能な基台２６が配置されている。

保冷部２４が５℃以下に制御されているため、保冷部２４内のシリンジ２１の表面に結露が生じ易い。そのため、収容部２３内の湿度を２０％以下の空気（ドライエア）とすることで、結露の発生を抑制することができる。特に、シリンジ２１に取り付けたノズル２２にヒータ２５を取り付けると、シリンジ２１の表面に形成された結露が水となって流れやすくなる。そのため、ノズル２２を伝った水滴が樹脂材料１６ａと共に滴下される可能性がある。本実施の形態のように、収容部２３内の湿度を２０％以下とすることで、結露の発生を抑制し、樹脂材料１６ａに水が混入することを抑制することができる。

（発光素子が載置された基板上にシリンジを配置する工程）
まず、発光素子が載置された基板を準備し、その基板の上方にシリンジを配置する。図４Ａは、発光素子１４が載置された基板１１Ａを示す概略斜視図である。発光装置は、最終的に個片化されるまでの工程においては、複数の発光装置の集合体として取り扱われることが多い。そのため、ここで用いる基板１１Ａは、複数の発光装置の基板の集合体を例示する。尚、あらかじめ個片化された基板を用いてもよい。図４Ｂは、図４Ａの基板１１Ａを部分的に拡大した概略上面図である。また、図４Ｃは、図４Ｂの概略断面図である。

基板１１Ａは、絶縁性の母材１３Ａと、一対の電極となる導電部材１２Ａと、を備えている。ここでは、基板１１Ａとして、母材１３Ａとして成形樹脂を備え、導電部材１２Ａとしてリードを備えた樹脂パッケージを例示している。基板１１Ａは、例えば、母材１３Ａとしてセラミックを用い、導電部材１２Ａとして配線部材を備えたセラミックパッケージを用いることができる。また、基板１１Ａは、母材１３Ａとしてガラスエポキシを用い、導電部材１２Ａとして配線部材を備えたガラスエポキシパッケージを用いることができる。

基板１１Ａは、図４Ｃに示すように、基板１１Ａは凹部Ｓを備えている。凹部Ｓ内の底面に発光素子１４が載置されている。発光素子１４は、導電性又は絶縁性の接合部材を用いて基板１１Ａ上に接合されている。発光素子１４は、ワイヤ１５を介して導電部材１２Ａと電気的に接続されている。尚、ワイヤ１５は必ずしも必須ではなく、例えば、導電性の接合部材を用いてフリップチップ接合してもよい。

このような発光素子１４が載置された基板１１Ａは、発光素子１４が載置された基板１１Ａを購入して準備してもよく、基板１１Ａ及び発光素子１４を準備して、基板１１Ａ上に発光素子１４を載置する工程を経て準備してもよい。また、通常の工程においては１枚の基板１１Ａには複数の発光素子１４が載置されている。すなわち、１枚の基板で複数の発光装置を形成しており、このような発光装置の集合体を切断して個片化することで個々の発光装置とすることができる。

発光素子１４は、半導体層と電極と、を備える。半導体層は、例えばｐ型半導体層、発光層、ｎ型半導体層を含む。更に、素子基板を備えていてもよい。さらに、ｐ電極及びｎ電極を備える。

半導体層は、例えば、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１－Ｘ－Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物系化合物半導体が好適に用いられる。

発光素子が載置された基板１１Ａを、図５に示すように、塗布装置２０内の収容部２３内に配置された基台２６上に載置する。基板１１Ａは、凹部Ｓの開口を上側にして載置されている。基板１１Ａ上には、シリンジ２１と、その先端に取り付けられたノズル２２とが配置されている。ノズル２２の吐出口２２ａは、凹部Ｓと対向するように配置されている。

（液状の樹脂材料を吐出して発光素子を被覆する工程）
図６は、ノズル２２の吐出口から液状の樹脂材料１６ａを吐出して発光素子１４を被覆する工程を示す概略図である。本実施形態では、基板１１が凹部Ｓを備えており、樹脂材料１６ａは、この凹部Ｓ内に供給される。ヒータ２５で樹脂材料１６ａを温めて粘度を低くすることで、凹部Ｓ内に供給した樹脂材料１６ａは、温めずに粘度が高い状態で供給した場合に比べると、素早く凹部Ｓ内に広げることができる。特に、凹部Ｓの内側面の上側（開口部近傍）に段差を備える場合などは、粘度の高い樹脂材料が段差で止まってしまい、凹部Ｓ内の全体に樹脂材料が広がりにくい場合がある。そのため、粘度を低くすることで、そのような段差の上側にも液状樹脂を広げ易くすることができ、凹部Ｓ内の全体に樹脂材料を広げることができる。

上述の工程を経て、図７に示すような発光装置の集合体１０Ａを得ることができる。発光装置の集合体１０Ａを切断することで、図１に示す発光装置１０を得ることができる。

本開示に係る発光装置は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機等、種々の発光装置に使用することができる。

１０、１０Ａ…発光装置
１１、１１Ａ…基板
１２、１２Ａ…導電部材
１３、１３Ａ…母材
１４…発光素子
１５…ワイヤ
１６…封止樹脂
１６ａ…液状の樹脂材料
２０…塗布装置
２１…シリンジ
２２…ノズル
２２ａ…吐出口
２３…収容部
２４…保冷部
２５…ヒータ
２６…基台

Claims

液状の樹脂と、粒子とを含む樹脂材料が収容されたシリンジを準備する工程と、
前記シリンジを、湿度２０％以下、温度０℃以上５℃以下の雰囲気下に配置する工程と、
前記シリンジの下方に、発光素子が載置された基板を配置する工程と、
前記シリンジの下端のノズルの吐出口から前記液状の樹脂材料を吐出して前記発光素子を被覆する工程と、を備え、
前記ノズルは、前記ノズルの側面を巻装した電線を含むヒータを備え、前記ヒータにより前記ノズルの温度を２０℃～４０℃になるように温度制御されている、発光装置の製造方法。
液状の樹脂と、粒子とを含む樹脂材料が収容されたシリンジを準備する工程と、
前記シリンジを、湿度２０％以下、温度０℃以上５℃以下の雰囲気下に配置する工程と、
前記シリンジの下方に、発光素子が載置された基板を配置する工程と、
前記シリンジの下端のノズルの吐出口から前記液状の樹脂材料を吐出して前記発光素子を被覆する工程と、を備え、
前記シリンジと前記ノズルとを固定する治具を備え、前記治具をヒータで温めることで、前記ノズルの温度を２０℃～４０℃になるように温度制御されている、発光装置の製造方法。
前記粒子は、蛍光体粒子を含む請求項１又は請求項２記載の発光装置の製造方法。
前記粒子は、拡散材を含む請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
前記シリンジの周囲に保冷部を備える、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
前記保冷部は、冷媒として液体又は気体を循環させる冷却パイプを備える、請求項５に記載の発光装置の製造方法。
前記冷媒は、水、液体窒素、不凍液から選択される、請求項６に記載の発光装置の製造方法。
前記冷媒は、フロンガス、空気から選択される、請求項６に記載の発光装置の製造方法。
前記ノズルは、前記保冷部から離隔して配置される、請求項５～請求項８のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。