(57)【要約】【課題】発光ダイオードチップから発光した光をより効果的に拡散することで、外部から光源が点状の輝点として認識されることなく、封止体の全体に渡り発光する発光装置を実現すること。【解決手段】配線基板１上に、発光ダイオードチップ３を実装した発光装置１０において、発光ダイオードチップ３を囲むように、配線基板１上に立設され、酸化珪素から成る針状粉末が混入されたシリコーン樹脂から成る隔壁４と、隔壁４で囲まれた空間に充填され、酸化珪素から成る粉砕粉末が混入されたシリコーン樹脂から成る封止体７とで構成した。封止体における粉砕粉末は、１００wt% のシリコーン樹脂に対して、３wt% 以上５wt% 以下でシリコーン樹脂に混入されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板上に、発光ダイオードチップを実装した発光装置において、
前記発光ダイオードチップを囲むように、前記配線基板上に立設され、酸化珪素から成る成る針状粉末が混入されたシリコーン樹脂から成る隔壁と、
前記隔壁で囲まれた空間に充填され、酸化珪素から成る粉砕粉末が混入されたシリコーン樹脂から成る封止体と
を有する発光装置。
【請求項２】
前記封止体には、酸化珪素から成る針状粉末が混入されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記封止体における前記粉砕粉末は、１００wt% のシリコーン樹脂に対して、３wt% 以上５wt% 以下でシリコーン樹脂に混入されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記封止体には、酸化珪素から成る針状粉末が、１００wt% のシリコーン樹脂に対して、３wt% 以下０．０５wt% 以上でシリコーン樹脂に混入されていることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記隔壁における前記針状粉末は、１００wt% のシリコーン樹脂に対して、９wt% 以上１１wt% 以下でシリコーン樹脂に混入されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板上に発光ダイオードチップを実装して樹脂でポッティングした発光装置に関する。特に、外部から発光源が点状に認識されることがなく、光拡散により光源全体が高輝度に発光する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配線基板上に発光ダイオードを実装して樹脂をポッティングして、チップを封止した発光装置として、下記の特許文献に記載の装置が知られている。
特許文献１においては、配線基板上に発光ダイオードチップと、そのチップの回りに枠体を形成し、枠体で囲まれた空間において樹脂を充填して、チップを封止した発光装置が開示されている。この樹脂には蛍光体が混入されており、発光色の変換ができるようになっている。また、枠体や封入樹脂には、シリコーン樹脂が用いられている。
特許文献２においては、段落００２４において、特許文献１と同様な構造の発光装置が開示されており、封止樹脂にはシリコーン樹脂を用いて、増粘剤や充填剤を混入しても良いことが開示されている。
特許文献３においては、段落００３２に色変換を行う封止樹脂にゲル状シリコーン樹脂を用いること、段落０００９に拡散剤を混入しても良いことが開示されている。
特許文献４においては、段落００３７において、９０wt% の石英ガラス粉末を１００wt% のシリコーン樹脂に混入すること、段落００４０において、フィラーとして平均粒径５０μｍ、９０wt% の石英ガラス粉末をシリコーン樹脂に混入した樹脂を封止体として用いることが開示されている。
【特許文献１】特開２００６−６６７８６号公報
【特許文献２】特開２００６−３２４５８９号公報
【特許文献３】特開２００６−２２９２４９号公報
【特許文献４】特開２００５−２５２２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の何れの特許文献においても、光の拡散をより効果的に行う工夫は成されていない。また、枠体の形成を容易にすることや、チップを樹脂で封止する場合に、ポッティングを容易とするような粘度を実現する工夫も成されていない。特に、酸化珪素の粉砕粉末を含有したシリコーン樹脂を封止樹脂とすることで光損失が少なく、光散乱効果が高くなることは、上記の特許文献には、示唆がない。
本発明者らは、酸化珪素の粉砕粉末をシリコーン樹脂に混入することで、高光散乱効果があることを発見し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、これらの課題を解決するために成されたものであり、その目的は、発光ダイオードチップから発光した光をより効果的に拡散することで、外部から光源が点状の輝点として認識されることなく、封止体の全体に渡り発光する発光装置を実現することである。
また、他の目的は、光の拡散効果を低減させずに、光損失を増大させることなく、この封止体による発光ダイオードチップの封止のポッティングを容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の発明は、配線基板上に、発光ダイオードチップを実装した発光装置において、発光ダイオードチップを囲むように、配線基板上に立設され、酸化珪素から成る成る針状粉末が混入されたシリコーン樹脂から成る隔壁と、隔壁で囲まれた空間に充填され、酸化珪素から成る粉砕粉末が混入されたシリコーン樹脂から成る封止体とを有する発光装置である。ここで、粉砕粉末とは、酸化珪素固体をグラインダーや、超音波などで粉砕した粉末をいい、粉砕により形状がランダムで、一様な径の球状粉末ではないものをいう。
【０００５】
第２の発明は、封止体には、酸化珪素から成る針状粉末が混入されていることを特徴とする。ここで、針状粉末とは、縦横比が１００〜１００００倍程度、長さ数十μｍの針状粉末をいう。この針状粉末は、酸化珪素を高温度でウィスカー成長させることにより、形成することができる。
【０００６】
第３の発明は、封止体における粉砕粉末は、１００wt% のシリコーン樹脂に対して、３wt% 以上５wt% 以下でシリコーン樹脂に混入されていることを特徴とする。
第４の発明は、封止体には、酸化珪素から成る針状粉末が、１００wt% のシリコーン樹脂に対して、３wt% 以下０．０５wt% 以上でシリコーン樹脂に混入されていることを特徴とする。
第５の発明は、隔壁における前記針状粉末は、１００wt% のシリコーン樹脂に対して、９wt% 以上１１wt% 以下でシリコーン樹脂に混入されていることを特徴とする。
【０００７】
上記の発明において、封止体には蛍光体粒子が混入されていても良い。また、隔壁には光を吸収する塗粒が混入されていても良い。
【発明の効果】
【０００８】
以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
第１の発明によると、封止体に、酸化珪素から成る粉砕粉末が混入されたシリコーン樹脂を用いたことから、発光ダイオードチップからの発光を光損失を少なくして、高効率の光散乱を実現することができた。この結果、外部量子効率が高く、外部からは、発光ダイオードチップが点状光源として認識されることがなく、封止体の全体が発光する発光装置を実現することができた。また、隔壁には、酸化珪素から成る針状粉末が混入されているので、適度な粘度となり、ディスペンサーなどで、隔壁を配線基板上に立設することが容易となる。また、粘度は、酸化珪素の針状粉末のシリコーン樹脂に対する混入割合により容易に制御することが可能となる。即ち、酸化珪素の針状粉末の割合が多くなるほど、それを含有したシリコーン樹脂の粘度が向上する。また、封止体と隔壁とは、同一のシリコーン樹脂で構成されているので、密着性が向上する。
【０００９】
また、第２の発明によると、封止体には、さらに、酸化珪素から成る針状粉末を混入させたので、シリコーン樹脂の粘度を適度な値とすることができる。この粘度を適度に制御することで、封止体をポッティングする時に、糸を引いたりすることがなくなり、封止体の形成が容易となる。また、封止体の表面を凸レンズ状に形成することができる。即ち、針状粉末の割合が高くなる程、粘度を向上させることができるので、シリコーン樹脂を適正な粘度とすることで、ポッティングで糸を引くことなく、封止体を所望の曲率の凸レンズ状に形成することができる。
【００１０】
また、第３の発明によると、封止体において、酸化珪素の粉砕粉末は、１００wt% のシリコーン樹脂に対して、３wt% 以上５wt% 以下で、シリコーン樹脂に混入したことから、光損失が少なく、高光散乱性を実現できた。この範囲の時に、封止体の全体が発光した最も明るい発光が得られた。
【００１１】
また、第４の発明によると、封止体において、酸化珪素の針状粉末は、１００wt% のシリコーン樹脂に対して、３wt% 以下０．０５wt% 以上でシリコーン樹脂に混入されているので、封止体の粘度を最適な値とすることができた。即ち、封止体の表面を所望の凸レンズ状に構成できた。また、ポッティング時に糸を引くことが防止でき、製造が容易になった。
【００１２】
また、第５の発明によると、隔壁における針状粉末は、１００wt% のシリコーン樹脂に対して、９wt% 以上１１wt% 以下でシリコーン樹脂に混入されているので、シリコーン樹脂の粘度を最適にすることができた。これにより、ポッティングと乾燥とを１サイクルとする工程数を減少させて、高さの高い隔壁を実現できる。これにより、製造が簡単となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１４】
図１に本実施例１の発光装置１０の平面図を示す。プリント配線基板１は、絶縁性基板の上にプリント配線を施したものである。ただし、本プリント配線基板１上におけるプリント配線の配線パターンの構成は任意である。この発光装置１０は、図１に示す単一の発光源で構成されていても、図１に示す単位発光源がプリント配線基板１上に多数配置されたものであっても良い。また、発光装置１は、表示の１セグメントが、８の字型或いは日の字型に構成されて、０−９の数値を表示できるセグメント形の発光装置であっても、所定の意匠形状のフィルムを発光ダイオードチップの光で透過させるものであっても良い。また、図１では、一つの隔壁で囲まれた領域内に配置されている発光ダイオードチップは、１個であるが、一つの隔壁で囲まれた領域内に複数の発光ダイオードチップを配置したものであっても良い。
【００１５】
図１に示すように、プリント配線２ａ，２ｂは、プリント配線基板１上にプリントされた薄板状の銅箔から形成されている。これらのプリント配線２ａ，２ｂは、発光ダイオードチップ３に対する給電経路を確保するためのものであるが、同時に本発明の光反射部材をも兼ねて構成されている。そのプリント配線基板１上に、発光ダイオードチップ３が配設されている。発光ダイオードチップ３は、III 族窒化物半導体から成る発光ダイオードである。紫外線、青色、緑色などの発光ダイオードを用いることができる。発光ダイオードチップ３は、図１に示す様に、サファイア基板３ａの上に多層構造の半導体結晶層３ｂを積層したものであり、更に、この半導体結晶層３ｂ自身は、 III族窒化物系化合物半導体の結晶層を多重に積層したものからなる。発光層にはＭＱＷ、ＳＱＷなどの高発光輝度を得る構造を採用でき、発光層の両側には単層又はＭＱＷ構造のクラッド層、さらに、単層、複層、ＭＱＷ構造のコンタクト層などを有するものである。サファイア基板３ａの裏面は、半田５でプリント配線２ｂ上に接合されている。即ち、この発光ダイオードチップ３は、フェイスアップ型の半導体発光素子からなり、そのｎ電極はボンディングワイヤー６で、プリント配線２ｂに接続されている。また、そのｐ電極は他のボンディングワイヤー６で、プリント配線２ａに接続されている。
【００１６】
発光ダイオードチップ３を囲むように、隔壁４が、プリント配線基板１上に立設されている。隔壁４は、黒色の塗粒と酸化珪素から成る１０wt% の針状粉末と、１００wt% のシリコーン樹脂との混合体で構成されている。隔壁４は、プリント配線基板１、プリント配線２ａまたはプリント配線２ｂの上に、先端部の内径が０．３ｍｍのディスペンサーによりポッティングして形成されたものである。隔壁４は所望の高さを得るために、ポッティングと乾燥とからなる工程が複数回実施される。勿論、スクリーン印刷により形成しても良い。スクリーン印刷の場合も、スクリーン印刷及びその乾燥を多数回繰り返して重ねることによって、十分な高さと遮光作用を有する遮光性の隔壁４をプリント配線基板１の上に積層形成することができる。
【００１７】
遮光性の隔壁４が囲む空間には、発光ダイオードチップ３を封止するための封止体７が充填されている。この封止体７は、酸化珪素から成る３．７５wt% の粉砕粉末と、酸化珪素から成る３wt% の針状粉末と、１００wt% のシリコーン樹脂との混合体から成る。この封止体７には、発光ダイオードチップ３からの青色光を黄色光に変換する蛍光剤（ＹＡＧ系蛍光体）及び拡散剤が混入されている。この封止体７は、上記のシリコーン樹脂を、発光ダイオードチップ３上にポッティングして形成されている。これにより、発光ダイオードチップ３から直接出力される青色光と、蛍光剤に衝突して黄色に変換されてから間接的に出力される黄色光は、酸化珪素から成る粉砕粉末で適度に拡散されて白色に混合されて、前方に出力される。
【００１８】
さらに、蛍光剤が封止体３に混入されている場合には、発光ダイオードチップ３を紫外線発光素子とし、白色の蛍光剤を用いることで、白色光を得ることも可能である。さらに、他の色の蛍光剤を用いることで、任意の色に発光色を変化させることも可能である。
【００１９】
もちろん、蛍光剤は混入されていなくとも良い。その場合には、発光ダイオードチップ３で発光された紫色、青色、緑色などの光が、酸化珪素の粉砕粉末により均一に分散されて、外部からは、封止体７の全体が発光しているように見える。この構成により、発光ダイオードチップ３が点状の光源として認識されることが防止される。蛍光剤が混入されている場合でも、同様に、発光ダイオードチップ３が点状の光源と認識されることがなく、封止体の全体が所望の発光色で発光する発光装置を実現することができる。
【００２０】
なお、プリント配線基板１の上面は、集光作用を奏する様に、隔壁４で囲まれた領域において、放物面などの凹面形状に形成されていても良い。また、隔壁４の直下におけるプリント配線基板１の上面の色は任意でよいが、プリント配線基板１の上面の色は、隔壁４で囲まれた領域内では白色または光沢色であることが望ましく、隔壁４で囲まれた領域の外部では、黒色または暗色であることが望ましい。例えば、図１に示す絶縁被膜ｆは、スクリーン印刷によって黒色に印刷された樹脂被膜からなるが、このような反射防止膜を隔壁４で囲まれていない領域に、配置することにより、発光パターンの視認性を効果的に向上させることができる。
【００２１】
上記の発光装置１０において、封止体７における酸化珪素の粉砕粉末の混入割合、針状粉末の混入割合を変化させた発光装置１０を多数製造した。そして、この発光装置において、外部からの発光を確認した。なお、隔壁４の高さは１．７ｍｍ、幅は０．５ｍｍ、隔壁は外径５．８ｍｍの円形とした。また、封止体７の中心軸における高さは３．１ｍｍ、周辺部での高さは、隔壁４と同一の１．７ｍｍとした。シリコーン樹脂には、有機変性シリコーン（信越化学社製；ＳＣＲ−１０１１）を用いた。
【００２２】
まず、封止体７に、針状粉末を混入させずに、粉砕粉末だけを、割合０、２、３、３．５、３．７５、４、５、６、１０wt% で、シリコーン樹脂に混入したもの使用した。尚、wt% は、シリコーン樹脂を１００wt% とした時の値である。粉砕粉末が3.5 〜4wt%の範囲の場合には、光吸収が小さく、高光散乱が得られた。即ち、発光装置は、外部から見た時に、発光ダイオードチップ３を点状光源として認識することなく、封止体７全体が発光しているように見えた。また、この範囲の時に、最も、明るい輝度が得られた。なお、当然のことながら、発光ダイオードチップ自体の発光輝度は同一である。粉砕粉末が３wt% の場合には、光散乱が幾分低下し、封止体７を、ほぼ均一一様な明るさで発光させることができたが、上記の3.5 〜4wt%の範囲に比べると、性能は幾分低下した。また、粉砕粉末が５wt% の場合には、光散乱は強く、封止体７を均一に一様な明るさで発光させることができたが、3.5 〜4wt%の範囲の場合に比べて、輝度が幾分低下、即ち、外部量子効率が幾分低下した。また、粉砕粉末を２，０，６，１０wt% の場合には、発光ダイオードチップを点光源として認識させずに、封止体７全体を一様な明るさで、しかも、高輝度で発光させるという特性を実現することはできなかった。
【００２３】
このことから、封止体は、１００wt% のシリコーン樹脂に対して、３〜５wt% の酸化珪素の粉砕粉末を混入する場合に、発光ダイオードチップを点光源として認識させずに、封止体７全体を一様な明るさで、しかも、高輝度で発光させるという所期の特性を実現することができた。
【００２４】
次に、１００wt% のシリコーン樹脂に対して、酸化珪素の針状粉末を、それぞれ、３、４、５wt% 、上記の試料に対して、さらに、混入したシリコーン樹脂を封止体７とした発光装置を多数製造して、上記の実験を行った。針状粉末が３wt% の場合には、上記の同様な結果が得られた。即ち、この場合も、封止体は、１００wt% のシリコーン樹脂に対して、３〜５wt% の酸化珪素の粉砕粉末を混入した場合に、発光ダイオードチップを点光源として認識させずに、封止体７全体を一様な明るさで、しかも、高輝度で発光させるという所期の特性を実現することができた。
【００２５】
ところが、針状粉末を４，５wt% とした場合には、光吸収が増加し、輝度、即ち、外部量子効率が低下して、上記の特性を実現できなかった。
したがって、シリコーン樹脂に混入する針状粉末の割合は、３wt% 以下が望ましいことが分かった。また、針状粉末を全く混入しない場合には、製造が可能であり、上記の特性を実現できるものの、粘度が若干低く、封止体７の全面を凸レンズ状に形成するには、針状粉末は、少なくとも微量０．０５wt% は混入されている方が望ましいことも分かった。
【００２６】
次に、隔壁４における、酸化珪素の針状粉末の割合を６〜１５wt% の範囲で変化させた発光装置を多数製造した。高さ１．７ｍｍの隔壁を、３回という少数回数のポッティングと乾燥で実現するには、針状粉末の割合は、１０wt% であることが、最も望ましいことが分かった。同様、針状粉末の混入割合が、９、１１wt% でも、少数回数のポッティングと乾燥で実現できた。それ以外の場合には、８wt% 以下の場合には、シリコーン樹脂の粘度が低く、隔壁４のポッティングと乾燥の回数を増大する必要があり、隔壁４の幅が広がった、形状がつぶれたものとなった。また、針状粉末が１２wt% 以上となると、粘度が高すぎて、隔壁の形成が困難となった。このため、隔壁における、針状粉末の１００wt% のシリコーン樹脂に対する混入割合は、９以上、１１wt% 以下が望ましいことが分かった。
【００２７】
その他、封止体７として、シリコーン樹脂に、粉砕粉末に代えて、酸化珪素の球状粉末を、上記の割合で今混入させた発光装置を製造したが、光散乱性が粉砕粉末に比べて低く、封止体７の全体を一様に明るく発光させることはできなかった。これにより、球状粉末ではなく、酸化珪素の粉砕粉末を用いることが望ましいことが分かった。
また、酸化珪素の粉砕粉末に代えて、二酸化チタンの球状粉末を上記の割合でシリコーン樹脂に混入したものを封止体とした発光装置を多数製造した。しかし、この場合には、球状粉末での光吸収が大きくなり、本件発明に比べて発光輝度が低下した。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、発光ダイオードチップが点光源として認識されない、封止体が一様な明るさで発光する発光装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の具体的な一実施形態に係る発光装置の断面図。
【符号の説明】
【００３０】
７…封止体
３…発光ダイオードチップ
１…プリント配線基板
【図１】
2008300577.tif 000003