(57)【要約】【課題】封止樹脂における蛍光体の沈降防止、クラック発生の防止、および剥離防止を同時に実現した発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１０は、リードフレーム１２の凹部１２Ａの底面に発光素子１４を実装し、発光素子１４を封止樹脂１６にて封止した構成を有する。封止樹脂１６には、発光素子１４が照射する一次光を吸収して二次光を放出する蛍光体と、マイクロオーダーのシリカと、ナノオーダーのシリカとが含有されており、マイクロオーダーのシリカの含有量は、封止樹脂１６の樹脂主剤に対する重量比が１０〜１５％の範囲とされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームと、
前記リードフレームに実装された発光素子と、
前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えており、
前記封止樹脂には、前記発光素子が照射する一次光を吸収して二次光を放出する蛍光体と、マイクロオーダーのシリカと、ナノオーダーのシリカとが含有されており、
前記マイクロオーダーのシリカの含有量は、前記封止樹脂の樹脂主剤に対する重量比が１０〜１５％の範囲であることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置であって、
前記ナノオーダーのシリカの含有量は、前記封止樹脂の樹脂主剤に対する重量比が１．０〜２．０％の範囲であることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発光装置であって、
前記マイクロオーダーのシリカの中心粒径は、０．１〜１２μｍの範囲であることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発光装置であって、
前記マイクロオーダーのシリカの中心粒径は、０．６〜１．６μｍの範囲であることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の発光装置であって、
前記ナノオーダーのシリカの中心粒径は、５〜１５ｎｍの範囲であることを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤチップを封止する樹脂中に蛍光体を分散させてなる発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明装置や表示装置の光源に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いた発光装置が使用されている。このような発光装置では、ＬＥＤチップをリードフレーム上に実装し、透明樹脂（封止樹脂）にて封止する構造が多く用いられている。
【０００３】
また、このような発光装置は、白色光源としての需要も多い。このような白色光源は、通常、発光輝度の高い青色ＬＥＤを用い、封止樹脂に蛍光体（赤色および緑色蛍光体、もしくは黄色蛍光体）を分散させることで製造される。蛍光体は、ＬＥＤから照射される一次光（青色光）を吸収し、これを二次光（赤色光および緑色光、もしくは黄色光）に変換する。これにより、上記発光装置は、一次光と二次光との混合光として白色光を得ることができる。
【０００４】
上記構成の発光装置では、均一な発色を得るためには封止樹脂中に蛍光体を均一に分散させることが重要である。このため、特許文献１，２には、封止樹脂に拡散剤を含ませ、蛍光体の沈降を防止することが記載されている。特許文献１，２では、拡散剤としてナノオーダーのシリカ等を用いることが記載されている。
【０００５】
さらに、上記構成の発光装置では、硬化後の封止樹脂におけるクラック発生を防止することも重要である。このため、特許文献１には、封止樹脂にフィラーを含ませ、耐熱衝撃性を高めることが記載されている。特許文献１では、フィラーとしてマイクロオーダーのシリカ等を用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４２８５９７号
【特許文献２】特開２００９−１２０４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記発光装置の封止樹脂は、蛍光体の沈降を防止すること、クラック発生を防止すること以外にも様々な性能が要求される。このため、封止樹脂においては、その性能をより高める余地がある。本願発明者は、更なる課題の一つとして、クラックを防止するためにフィラーの添加量を増やしすぎると封止樹脂のタック性が低下し、剥離が生じることを見出した。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、封止樹脂における蛍光体の沈降防止、クラック発生の防止、および剥離防止を同時に実現した発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の発光装置は、リードフレームと、前記リードフレームに実装された発光素子と、前記発光素子を封止する封止樹脂とを備えており、前記封止樹脂には、前記発光素子が照射する一次光を吸収して二次光を放出する蛍光体と、マイクロオーダーのシリカと、ナノオーダーのシリカとが含有されており、前記マイクロオーダーのシリカの含有量は、前記封止樹脂の樹脂主剤に対する重量比が１０〜１５％の範囲であることを特徴としている。
【００１０】
また、上記発光装置では、前記ナノオーダーのシリカの含有量は、前記封止樹脂の樹脂主剤に対する重量比が１．０〜２．０％の範囲であることが好ましい。
【００１１】
また、上記発光装置では、前記マイクロオーダーのシリカの中心粒径は、０．１〜１２μｍの範囲であることが好ましい。
【００１２】
また、上記発光装置では、前記マイクロオーダーのシリカの中心粒径は、０．６〜１．６μｍの範囲であることが好ましい。
【００１３】
また、上記発光装置では、前記ナノオーダーのシリカの中心粒径は、５〜１５ｎｍの範囲であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の発光装置は、封止樹脂に粒径サイズの異なる２種類のシリカ（マイクロオーダーのシリカおよびナノオーダーのシリカ）を含有させることで、クラックの発生と蛍光体の沈降とを同時に防止することが可能であり、さらに、シリカの含有量を調整することによって、封止樹脂の剥離を防止することも可能となるとの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明が適用される発光装置の構成例を示す断面図である。
【図２】封止樹脂への添加剤としてマイクロオーダーのシリカのみを用い、蛍光体の沈降が生じた発光装置を示す断面図である。
【図３】封止樹脂への添加剤としてナノオーダーのシリカのみを用い、封止樹脂にクラックが生じた発光装置を示す断面図である。
【図４】封止樹脂に剥離が生じた発光装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明が適用される発光装置１０の一構成例を示す断面図である。発光装置１０は、大略的には、リードフレーム１２、発光素子１４、および封止樹脂１６を備えて構成されている。リードフレーム１２は、上面が開口された凹部１２Ａを有しており、発光素子１４は凹部１２Ａの底面に実装されている。また、発光素子１４は、リードフレーム１２の凹部１２Ａの底面に形成されている接続配線にダイボンディング若しくはワイヤボンディングされる（図１ではワイヤボンディングの例を示す）。封止樹脂１６は、発光素子１４の実装後、リードフレーム１２の凹部１２Ａ内部を充填し、発光素子１４および接続配線を封止する。
【００１８】
発光装置１０は、白色光を照射するための構成として、発光素子１４を青色ＬＥＤとし、また、封止樹脂１６には蛍光体１８を含有している。例えば、封止樹脂１６は、樹脂主剤であるシリコーン樹脂中に緑色蛍光体１８Ｇおよび赤色蛍光体１８Ｒを分散したものとする。これらの蛍光体は、発光素子１４が出射する青色光（１次光）を吸収し、蛍光（２次光）を放出する。このようにして、発光装置１０は、１次光と２次光を混合して白色光を出射するように構成される。
【００１９】
尚、発光装置１０は、同一のリードフレーム上に複数個同時に製造され、これらをダイシングによって分割することで、個々の発光装置１０が得られる。
【００２０】
さらに、本実施の形態に係る封止樹脂１６は、クラックの発生や蛍光体１８の沈降を防止するための添加物として粒径サイズの異なる２種類のシリカ２０を含有することを特徴としている。具体的には、クラックの発生を防止するためのフィラーとしてマイクロオーダーのシリカ（フィラー）２０Ａが使用され、蛍光体の沈降を防止するための増粘剤としてナノオーダーのシリカ２０Ｂが使用される。
【００２１】
さらに、本願発明者は、封止樹脂の添加剤であるシリカの含有量を調整することによって、クラックの発生や蛍光体の沈降を防止するのみならず、封止樹脂の剥離を防止できることを見出した。これについて、以下に詳細に説明する。
【００２２】
本実施の形態においては、封止樹脂の添加物であるシリカの含有量を異ならせて、クラックの発生、蛍光体の沈降、および封止樹脂の剥離の有無を調べた。
【００２３】
最初に、封止樹脂における添加物としてマイクロオーダーのシリカであるシリカＦを用いた場合（シリカＦの含有量が１２．５％、２２．５％の２通り）と、封止樹脂における添加物としてナノオーダーのシリカであるシリカＤを用いた場合（シリカＤの含有量が２．０％、３．０％の２通り）との比較を行った。尚、何れの条件とも、緑色蛍光体はシリコーン樹脂に対して５．３５％の含有量としており、赤色蛍光体はシリコーン樹脂に対して０．５３％の含有量としている。また、封止樹脂の充填後、１２０分の静置後における蛍光体の沈降の有無を調べた。比較結果を以下の表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１から明らかなように、添加物としてシリカＦを用いた条件では、蛍光体の沈降が生じている（図２参照）。これは、シリカＦの粒径が約１μｍと大きいため、粒子の数量が少なく、封止樹脂に対する増粘効果が不十分であったためと考えられる。蛍光体の沈降はシリカＦの添加量に関らず生じており、シリカＦの添加量をさらに増やしても蛍光体の沈降は防止できないと思われる。
【００２６】
一方、添加物としてシリカＤを用いた条件では、蛍光体の沈降が生じなかった。これは、シリカＦの粒径が約７ｎｍと小さく、粒子の数量が多くなるため、封止樹脂自体の粘度が上がり、蛍光体が沈降せずに分散したものと考えられる。但し、シリカＤの含有量３．０％とした場合には、封止樹脂の粘度が高くなりすぎ、樹脂塗布工程などでの作業性が低下するため、シリカＤの含有量は２．０％以下とすることが好ましく、１．０〜２０％の範囲とすることがより好ましい。
【００２７】
また、添加物としてシリカＤを用いた条件では、蛍光体の沈降こそ生じなかったものの、リードフレームと封止樹脂との界面においてクラックが発生した（図３参照）。このため、封止樹脂における添加物としてマイクロオーダーのシリカであるシリカＦをさらに加えた場合（シリカＦの含有量が７．５％、１２．５％、１７．５％の３通り）について、封止樹脂のクラックおよび剥離の発生を調べた。その結果を以下の表２に示す。表２では、封止樹脂の硬化後、ダイシング後、および−４０℃での放置後（１５時間放置および３０時間放置）でのクラックおよび剥離の発生を調べている。また、表２の条件において、シリコーン樹脂および蛍光体の含有量は表１での条件と同じであり、シリカＤの含有量は２．０％としている。さらに、それぞれの条件における実験サンプル数は２２０個としている。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
シリカＦの含有量が７．５％の条件では、封止樹脂の硬化後、ダイシング後、および−４０℃での放置後のいずれにおいても剥離の生じたサンプルが存在した。さらに、−４０℃での放置後では、クラックの生じたサンプルも存在した。これは、シリカＦを含有させることで封止樹脂の内部応力を緩和できるものの、含有量が少なかったために応力緩和が十分でなく、封止樹脂の剥離およびクラックを完全には防止できなかったものと考えられる。
【００３０】
また、シリカＦの含有量が１２．５％の条件では、封止樹脂の硬化後、ダイシング後、および−４０℃での放置後のいずれにおいても、剥離またはクラックの生じたサンプルは存在しなかった。
【００３１】
さらに、シリカＦの含有量が１７．５％の条件では、封止樹脂の硬化後、ダイシング後、および−４０℃での放置後のいずれにおいても剥離（図４参照）の生じたサンプルが存在した（但し、クラックの生じたサンプルは存在しなかった）。これは、シリカＦを含有させることで封止樹脂の内部応力を緩和し、クラックの発生は防止できたものの、その含有量が多すぎたために封止樹脂のタック性が低下し、リードフレームと封止樹脂との界面における剥離を招いたと考えられる。
【００３２】
以上の考察より、本実施の形態に係る発光装置では、封止樹脂に粒径サイズの異なる２種類のシリカを含有させることで、クラックの発生と蛍光体の沈降とを同時に防止することが可能であった。具体的には、クラックの発生を防止するためにマイクロオーダーのシリカを添加することが好ましく、蛍光体の沈降を防止するためにナノオーダーのシリカを添加することが好ましい。
【００３３】
さらに、シリカの含有量（特に、マイクロオーダーのシリカの含有量）を調整することによって、封止樹脂の剥離を防止することも可能であった。表２に示した結果からは、シリカＦの含有量を１２．５％とした時に、封止樹脂のクラックと剥離とを同時に防止することができた。但し、実際の発光装置の製造工程においては、生産環境等の相違からシリカＦの含有量をさらに調整することが必要であることが確認された。このため、本発明の発光装置においては、マイクロオーダーのシリカの含有量は、１０〜１５％の範囲内で最適な含有量となるように調節することが好ましい。
【００３４】
尚、リードフレームと封止樹脂との密着性を高めて剥離を防止する技術としては、樹脂充填前のリードフレームにプラズマ洗浄を行う技術が知られているが、本実施の形態で示した実験結果は、何れもプラズマ洗浄を行っていないものである。但し、本発明をプラズマ洗浄と組み合わせることももちろん可能であり、この場合には、さらに過酷な条件下においても、封止樹脂のクラックや剥離を防止することができる。
【００３５】
尚、上記説明において用いたマイクロオーダーのシリカ（シリカＦ）は、その中心粒径が１μｍであったが、本発明はこれに限定されるものでなく、マイクロオーダーのシリカの中心粒径は０．１〜１２μｍのものを用いることが好ましく、０．６〜１．６μｍのものを用いることがより好ましい。同様に、上記説明において用いたナノオーダーのシリカ（シリカＤ）は、その中心粒径が７ｎｍであったが、本発明はこれに限定されるものでなく、ナノオーダーのシリカの中心粒径は５〜１５ｎｍのものを用いることが好ましい。
【００３６】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１０    発光装置
１２    リードフレーム
１４    発光素子
１６    封止樹脂
１８Ｇ  緑色蛍光体
１８Ｒ  赤色蛍光体
２０Ａ  マイクロオーダーのシリカ
２０Ｂ  ナノオーダーのシリカ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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