(57)【要約】【課題】ＬＥＤチップを被覆する封止樹脂(透光性樹脂)と、該樹脂の上に配置される、蛍光体を含有する樹脂(蛍光体含有樹脂)とを含む光半導体封止用キットにおいて、ＬＥＤ点灯時に蛍光体含有樹脂の温度上昇を抑制する光半導体封止用キット、及び該キットで封止している光半導体装置を提供すること。【解決手段】無機粒子を含有する液状第一封止材と蛍光体を含有する液状第二封止材とを含んでなる光半導体封止用キット、無機粒子を含有するシート状第一封止材と蛍光体を含有する液状第二封止材とを含んでなる光半導体封止用キット、又は無機粒子を含有する液状第一封止材と蛍光体を含有するシート状第二封止材とを含んでなる光半導体封止用キット。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機粒子を含有する液状第一封止材と、蛍光体を含有する液状第二封止材とを含んでなる、光半導体封止用キット。
【請求項２】
無機粒子を含有するシート状第一封止材と、蛍光体を含有する液状第二封止材とを含んでなる、光半導体封止用キット。
【請求項３】
無機粒子を含有する液状第一封止材と、蛍光体を含有するシート状第二封止材とを含んでなる、光半導体封止用キット。
【請求項４】
第一封止材の構成樹脂がシリコーン樹脂を含有してなる、請求項１〜３いずれか記載の光半導体封止用キット。
【請求項５】
無機粒子が、二酸化珪素及び硫酸バリウムからなる群より選ばれる少なくとも１種を含んでなる、請求項１〜４いずれか記載の光半導体封止用キット。
【請求項６】
第二封止材の構成樹脂がシリコーン樹脂を含有してなる、請求項１〜５いずれか記載の光半導体封止用キット。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか記載の光半導体封止用キットを用いて封止してなる光半導体装置であって、光半導体素子上を第一封止材及び第二封止材をこの順で用いて封止してなる、光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体封止用キットに関する。さらに詳しくは、発光ダイオードや半導体レーザー等の発光素子の封止用パッケージに関するもので、光半導体点灯時の封止樹脂の温度上昇を抑制する光半導体封止用キット、及び該キットで封止している光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
青色ＬＥＤを用いて白色を発光する方法として、一般的に、蛍光体含有樹脂でＬＥＤチップをコートする方法や、カップ形状のＬＥＤ装置に蛍光体含有樹脂をポッティングする方法がある。また、シート状の蛍光体含有樹脂層を積層して封止する方法も挙げられる。
【０００３】
例えば、特許文献１では、ＬＥＤチップ周囲に透光性樹脂を封入して硬化後、その硬化された透光性樹脂上に蛍光材料を含有する樹脂で封止した発光装置が開示されている。かかる装置は、ＬＥＤチップの発光強度が強い上面方向でほぼ均一に蛍光材料を分布させることができるため、発光素子の発光色の色むらを防止すると共に、蛍光材料による波長変換の効率を向上させることが可能となる。また、高価な蛍光材料の使用が低減され、低コストの発光素子を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１５６５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のような構造をとる光半導体装置では、ＬＥＤチップの発光が、ＬＥＤチップ直上の蛍光材料にそのまま照射されるため、波長変換の際の損失エネルギーによって、該蛍光材料を含有する樹脂部分(蛍光体含有樹脂)が極端に温度が上昇して劣化しやすくなるという問題がある。
【０００６】
本発明の課題は、ＬＥＤチップを被覆する封止樹脂(透光性樹脂)と、該樹脂の上に配置される、蛍光体を含有する樹脂(蛍光体含有樹脂)とを含む光半導体封止用キットにおいて、ＬＥＤ点灯時に蛍光体含有樹脂の温度上昇を抑制する光半導体封止用キット、及び該キットで封止している光半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、透光性樹脂の第一封止材と蛍光体含有樹脂の第二封止材とを含む光半導体封止用キットにおいて、第一封止材に無機粒子を分散させることにより、第二封止材の温度上昇を抑制することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、
〔１〕  無機粒子を含有する液状第一封止材と、蛍光体を含有する液状第二封止材とを含んでなる、光半導体封止用キット、
〔２〕  無機粒子を含有するシート状第一封止材と、蛍光体を含有する液状第二封止材とを含んでなる、光半導体封止用キット、
〔３〕  無機粒子を含有する液状第一封止材と、蛍光体を含有するシート状第二封止材とを含んでなる、光半導体封止用キット、ならびに
〔４〕  前記〔１〕〜〔３〕いずれか記載の光半導体封止用キットを用いて封止してなる光半導体装置であって、光半導体素子上を第一封止材及び第二封止材をこの順で用いて封止してなる、光半導体装置
に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光半導体封止用キットは、透光性樹脂の第一封止材と蛍光体含有樹脂の第二封止材とを構成成分として含む光半導体封止用キットであるが、ＬＥＤ点灯時の第二封止材の温度上昇を抑制することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の態様１の光半導体封止用キットによるＬＥＤチップの封止を示す図である。左が第一封止材をポッティングした状態、中が第一封止材による封止後で第二封止材をポッティングした状態、右が封止材全てによる封止後の図である。
【図２】図２は、本発明の態様３の光半導体封止用キットによるＬＥＤチップの封止を示す図である。左が封止前、右が封止後の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の光半導体封止用キットは、第一封止材と第二封止材とを構成成分として有し、該第一封止材が無機粒子を、第二封止材が蛍光体を含有することに特徴を有する。かかる構成のキットを用いて封止した光半導体装置は、具体的には、ＬＥＤチップ(光半導体素子)上に、第一封止材と第二封止材をこの順に用いて封止されている。よって、ＬＥＤからの発光は、第一封止材を通過して、第二封止材中の蛍光体によって波長変換されてそのまま放射されるため、輝度の高い発光が得られる。しかしながら、第一封止材を通過した発光がそのまま蛍光体に到達し、そこで波長変換されるため、波長変換の際の蛍光体の損失エネルギーが第二封止材に吸収されて、第二封止材の温度が上昇することになる。そこで、本発明では、第一封止材に無機粒子を配合することで、無機粒子の光散乱効果により第二封止材に到達する光を分散させることができるので、蛍光体による発熱密度(封止材の単位体積あたりの発熱量)を低下させ、その結果、全体として発熱を抑制することができると考えられる。なお、本発明の光半導体封止用キットとしては、各構成成分の形状によって、以下の３態様が例示される。
態様１：無機粒子を含有する液状第一封止材と、蛍光体を含有する液状第二封止材とを含む態様
態様２：無機粒子を含有するシート状第一封止材と、蛍光体を含有する液状第二封止材とを含む態様
態様３：無機粒子を含有する液状第一封止材と、蛍光体を含有するシート状第二封止材とを含む態様
【００１２】
態様１〜３の第一封止材は無機粒子を含有する。
【００１３】
無機粒子としては、可視光を散乱させることが出来るものであれば特に限定はないが、二酸化珪素及び硫酸バリウムからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものが好ましく、封止加工による輝度低下がないことから、二酸化珪素を含むものがより好ましい。
【００１４】
無機粒子の平均粒子径は、可視光を散乱でき、かつ第一封止材により形成される層の厚み以下であればよいが、好ましくは0.1〜200μm、より好ましくは0.3〜40μmである。また、封止加工による輝度低下を抑制する観点から、5〜40μmがさらに好ましい。なお、本明細書において、無機粒子の平均粒子径は、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
【００１５】
無機粒子の形状は、可視光を散乱できるものであればよく、球状、破砕形状が例示されるが、ＬＥＤの輝度低下を抑制する観点から、球状が好ましい。
【００１６】
第一封止材における無機粒子の含有量は、第一封止材中で均一に分散でき、かつ、第二封止材の温度上昇を抑制する観点から、0.1〜70重量％が好ましい。また、ＬＥＤの輝度低下を抑制する観点から、0.1〜55重量％がより好ましい。
【００１７】
第一封止材の構成樹脂は、従来から光半導体封止に用いられる樹脂であれば特に限定はなく、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂等の透光性樹脂が挙げられ、これらは、１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。なかでも、耐久性の観点から、シリコーン樹脂が好ましい。
【００１８】
態様１〜３の第二封止材は蛍光体を含有する。
【００１９】
蛍光体としては、特に限定はなく、光半導体装置で用いられる公知の蛍光体が挙げられる。具体的には、青色を黄色に変換する機能を有する好適な市販品の蛍光体として、黄色蛍光体(α−サイアロン)、YAG、TAG等が例示される。
【００２０】
蛍光体の種類及び第二封止材により形成される層の厚さによって混色程度が異なることから、蛍光体の含有量は一概には決定されない。
【００２１】
第二封止材の構成樹脂としては、従来から光半導体封止に用いられる樹脂であれば特に限定はなく、第一封止材の構成樹脂として例示された樹脂が同様に例示される。なかでも、耐久性の観点から、シリコーン樹脂が好ましい。
【００２２】
第一封止材及び第二封止材には、前記無機粒子、蛍光体、構成樹脂に加えて、硬化剤や硬化促進剤、さらに老化防止剤、変性剤、界面活性剤、染料、顔料、変色防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤が原料として配合されていてもよい。
【００２３】
第一封止材及び第二封止材は、前記組成となるのであれば、当業者に公知の方法に従って調製することができる。以下に、形状毎に具体的に説明する。
【００２４】
例えば、液状封止材は、封止材の構成樹脂又は該樹脂の有機溶媒溶液に、第一封止材は無機粒子を、第二封止材は蛍光体を、それぞれ添加して混合することにより得られる。混合方法は特に限定はない。なお、有機溶媒としては、特に限定はなく、当該分野で公知のものが使用できる。
【００２５】
シート状封止材は、例えば、封止材の構成樹脂又は該樹脂の有機溶媒溶液に、第一封止材は無機粒子を、第二封止材は蛍光体を、それぞれ添加して攪拌混合し、例えば、表面を剥離処理した離型シート(例えば、ポリエチレン基材)の上に、アプリケーター等を用いて適当な厚さに塗工し、溶媒の除去が可能な程度の温度で加熱して乾燥することにより成形することができる。加熱温度は、樹脂や溶媒の種類によって異なるため一概には決定できないが、80〜150℃が好ましく、90〜150℃がより好ましい。なお、得られたシートは、複数枚積層して20〜100℃で熱プレスして圧着させて一体化したものを、一枚のシート状封止材として用いてもよい。シート状封止材の厚みは、第一封止材と第二封止材とで異なり、シート状第一封止材は、光半導体素子の封止性の観点から、100〜1000μmが好ましく、300〜800μmがより好ましい。シート状第二封止材は、蛍光体濃度と塗工性の観点から、20〜300μmが好ましく、30〜200μmがより好ましい。
【００２６】
かくして、各種形状の第一封止材、第二封止材が得られる。本発明の光半導体封止用キットは、輝度向上の観点から、第一封止材よりも第二封止材がＬＥＤチップから離れて配置されるのであれば、前記第一封止材と第二封止材以外の他の封止材を含むことができる。他の封止材としては、例えば、第一封止材がシート状封止材である場合、基板との接着性の観点から、透光性樹脂からなる液状封止材(第三封止材ともいう)が用いられる。この場合、基板の上に、第三封止材、第一封止材、第二封止材の順で用いられる。第三封止材の構成樹脂としては、特に限定はないが、第一封止材の構成樹脂と同一であることが好ましい。
【００２７】
また、本発明は、本発明の光半導体封止用キットで封止した光半導体装置を提供する。かかる装置は、光半導体素子上を第一封止材及び第二封止材をこの順で用いて封止したものであり、第一封止材及び第二封止材をこの順に用いるのであれば特に限定はなく、当業者に公知の方法に従って製造することできる。以下に、用いる光半導体封止用キットの態様毎に説明する。
【００２８】
態様１の光半導体封止用キットを用いた光半導体装置は、先ず、液状第一封止材をＬＥＤチップの上にポッティングして硬化後、次いで、該第一封止材上に第二封止材をポッティングして硬化して得られる。
【００２９】
態様２の光半導体封止用キットを用いた光半導体装置は、先ず、シート状第一封止材をＬＥＤチップの上に積層して硬化後、次いで、該第一封止材上に第二封止材をポッティングして硬化して得られる。なお、前記第三封止材を用いる際には、液状第三封止材をＬＥＤチップの上にポッティングして硬化後、その上にシート状第一封止材を積層して硬化し、次いで、該第一封止材上に第二封止材をポッティングして硬化して得られる。
【００３０】
態様３の光半導体封止用キットを用いた光半導体装置は、先ず、液状第一封止材をＬＥＤチップの上にポッティングして、その上にシート状第二封止材を積層して、一括硬化して得られる。
【００３１】
各態様における樹脂の硬化は、当業者に公知の方法に従って行うことができ、例えば、金型を用いて、好ましくは0.1〜0.5MPa、より好ましくは0.1〜0.3MPaの加圧下で、好ましくは100〜160℃、1〜10分加熱することにより行うことができる。なお、加圧成型した場合は、室温下においても形状が変化しなくなるまで放置後、金型をはずして、ポストキュアを行うことができる。ポストキュアは、例えば、好ましくは100〜150℃の温度の乾燥機で、好ましくは15分〜6時間放置して行うことができる。
【００３２】
本発明の光半導体装置は、封止樹脂の温度上昇が抑制される本発明の光半導体封止用キットを封止材として含有するために、青色素子等の高輝度ＬＥＤ素子や緑色ＬＥＤ素子等を搭載した光半導体装置であっても、発光輝度を高い状態で取り出しながらも、封止樹脂の温度上昇が抑制されて劣化が抑制されるため、好適に使用することができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例等によりなんら限定されるものではない。
【００３４】
〔無機粒子の平均粒子径〕
本明細書において、金属酸化物微粒子の平均粒子径とは一次粒子の平均粒子径を意味し、金属酸化物微粒子の粒子分散液について動的光散乱法で測定して算出される体積中位粒径(Ｄ50)のことである。
【００３５】
実施例１
＜第一封止材＞
シリコーンエラストマー(旭化成ワッカーシリコーン社製、ELASTOSIL LR-7665)9.95gに、二酸化珪素(電気化学合成社製、FB-7SDC、平均粒子径5.8μm、球状)を0.05g(無機粒子含有量：0.5重量％)加え、手攪拌により均一に分散し、液状の二酸化珪素含有樹脂を得た。
【００３６】
＜第二封止材＞
シリコーンエラストマー(LR-7665)8.4gに、YAGを1.6g(蛍光体含有量：16重量％)加え、手攪拌により均一に分散し、液状の蛍光体含有樹脂を得た。
【００３７】
＜光半導体封止＞
光半導体素子(波長域450nm)を実装した平板の基板上に、液状第一封止材を適量のせた。その上に、大きさ8mmφ、高さ500μmの金型を載せ、真空プレス装置(ニチゴーモートン社製、V-130)を用いて、0.1MPa、160℃の条件下で5分プレスすることで、第一封止材による封止を行った。次に、第一封止材の上に、液状第二封止材を適量のせ、前記と同様にして加圧成型を行って光半導体装置を得た。
【００３８】
実施例２
＜第一封止材＞
シリコーンエラストマー(LR-7665)9.95gに、二酸化珪素(FB-7SDC)を0.05g(無機粒子含有量：0.5重量％)加え、手攪拌により均一に分散し、液状の二酸化珪素含有樹脂を得た。
【００３９】
＜第二封止材＞
シリコーンエラストマー(LR-7665)8.4gに、YAGを1.6g(蛍光体含有量：16重量％)加え、手攪拌により均一に分散した。得られた蛍光体含有樹脂を、アプリケーターを用いて100μmの厚みに塗工し、100℃で10分乾燥して、蛍光体含有樹脂シートを得た。
【００４０】
＜光半導体封止＞
光半導体素子(波長域450nm)を実装した平板の基板上に、液状第一封止材を適量のせ、その上に蛍光体含有樹脂シートをのせた。その上に、大きさ8mmφ、高さ500μmの金型を載せて、真空プレス装置(V-130)を用いて、0.1MPa、160℃の条件下で5分プレスすることにより、光半導体装置を得た。
【００４１】
実施例３
第一封止材における、シリコーンエラストマー(LR-7665)の量を9.5gに、二酸化珪素(FB-7SDC)の量を0.5g(無機粒子含有量：5重量％)に変更する以外は、実施例２と同様にして、光半導体装置を得た。
【００４２】
実施例４
第一封止材における、シリコーンエラストマー(LR-7665)の量を7.0gに、二酸化珪素(FB-7SDC)の量を3.0g(無機粒子含有量：30重量％)に変更する以外は、実施例２と同様にして、光半導体装置を得た。
【００４３】
実施例５
第一封止材における、シリコーンエラストマー(LR-7665)の量を5.0gに、二酸化珪素(FB-7SDC)の量を5.0g(無機粒子含有量：50重量％)に変更する以外は、実施例２と同様にして、光半導体装置を得た。
【００４４】
実施例６
第一封止材における、シリコーンエラストマー(LR-7665)の量を3.0gに、二酸化珪素(FB-7SDC)の量を7.0g(無機粒子含有量：70重量％)に変更する以外は、実施例２と同様にして、光半導体装置を得た。
【００４５】
実施例７
第一封止材における二酸化珪素の種類を、二酸化珪素(電気化学合成社製、FB-40S、平均粒子径39.8μm、球状)に変更する以外は、実施例４と同様にして、光半導体装置を得た。
【００４６】
実施例８
第一封止材における二酸化珪素の種類を、二酸化珪素(電気化学合成社製、SFP-20M、平均粒子径0.3μm、球状)に変更する以外は、実施例４と同様にして、光半導体装置を得た。
【００４７】
実施例９
第一封止材における二酸化珪素の種類を、二酸化珪素(龍森社製、クリスタライト 5X、平均粒子径1.5μm、破砕状)に変更する以外は、実施例４と同様にして、光半導体装置を得た。
【００４８】
実施例１０
第一封止材における無機粒子の種類を、硫酸バリウム(竹原化学工業社製、W-6、平均粒子径5.0μm、破砕状)に変更する以外は、実施例３と同様にして、光半導体装置を得た。
【００４９】
実施例１１
第一封止材における二酸化珪素の種類を、二酸化珪素(FB-40S)に変更する以外は、実施例５と同様にして、光半導体装置を得た。
【００５０】
比較例１
第一封止材において無機粒子を添加しない以外は、実施例２と同様にして、光半導体装置を得た。
【００５１】
比較例２
第一封止材における無機粒子の種類を、アルミナ(昭和電工社製、AS-50、平均粒子径9μm、球状)に変更する以外は、実施例３と同様にして、光半導体装置を得た。
【００５２】
得られた光半導体装置について、以下の試験例１〜２に従って、特性を評価した。結果を表１に示す。
【００５３】
試験例１(第二封止材の温度)
ヒートシンク(材質：銅)の上に、放熱用シリコーン(サンハヤト社製、SCH-30、熱伝導率0.96W/mK)を適量垂らし、その上に光半導体装置を固定し、点灯開始から10秒までは、100mA/秒で電流値を上げ、500mAに達してから3分後の第二封止材の最高温度を測定する。なお、温度測定は、サーモグラフィ(チノー社製、CPA1000)を用いて、点灯中の光半導体装置の上方よりフォーカスを合わせて行う。また、封止材温度は低いほど好ましい。
【００５４】
試験例２(発光輝度)
各光半導体装置を50mAで点灯させ、その際の発光輝度を全天輝度計測に従って測定する。なお、輝度測定には積分球を使用し、マルチ測光システム(大塚電子社製、MCPD-3000)を用いて行う。また、発光輝度(Y値)は2000以上がより好ましい。
【００５５】
【表１】
2011082339.tif 000002
【００５６】
表１より、二酸化珪素又は硫酸バリウムを含有する光半導体装置は、第二封止材の温度上昇が抑制されている。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の光半導体封止用キットは、例えば、液晶画面のバックライト、信号機、屋外の大型ディスプレイや広告看板等の半導体素子を製造する際に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００５８】
１  第一樹脂層
２  無機粒子
３  蛍光体を含有する第二樹脂層
４  金型
５  基板
６  ＬＥＤチップ
【図１】
2011082339.tif 000003
【図２】
2011082339.tif 000004