(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にマウントされたＬＥＤチップと該ＬＥＤチップを囲繞する封止層とを備える発光装置であって、
前記封止層はその厚さが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであり、かつその最大幅が６．０ｍｍ〜２０ｍｍの単一層であり、
前記封止層はメチルシリコーン組成物からなり、該メチルシリコーン組成物においてＳｉ−ＣＨ３のmol％Ｘが９０＜Ｘ＜１００である、発光装置であって、
前記メチルシリコーン組成物において、Ｓｉ−Ｏ、ＳｉＣＨ＝ＣＨ２の各mol％Ｙ、Ｚが０＜Ｙ、Ｚ＜１である、発光装置。
【請求項２】
基板と、該基板にマウントされるＬＥＤチップと、前記基板上において前記ＬＥＤチップを取り囲むケース部とを備え、前記ケース部で規定される空間の厚さが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであり、かつその最大幅が６．０ｍｍ〜２０ｍｍである発光装置において、前記ケース部内へ充填されて前記ＬＥＤチップを囲繞する封止層であって、
メチルシリコーン組成物からなり、該メチルシリコーン組成物においてＳｉ−ＣＨ３のmol％Ｘが９０＜Ｘ＜１００である、封止層であって、
前記メチルシリコーン組成物において、Ｓｉ−Ｏ、ＳｉＣＨ＝ＣＨ２の各mol％Ｙ、Ｚが０＜Ｙ、Ｚ＜１である、封止層。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤチップを備えた発光装置においてＬＥＤチップを囲繞する封止層の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光装置にマウントされるＬＥＤチップは封止層で封止される。この封止層には、ＬＥＤチップから放出される光の透過性はもとより、耐光性、耐熱性、耐薬品性、絶縁性等の種々の特性が要求される。
特に高い出力が要求される発光装置においては、ＬＥＤチップの高光度化に伴い高い耐光性が、及びＬＥＤチップの発熱に伴い高い耐熱性が封止層の成形材料に要求される。
かかる封止層の成形材料としてシリコーン組成物が提案されている。例えば特許文献１〜３を参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２７７７７号公報
【特許文献２】特開２００９−１７３７８９号公報
【特許文献３】特開２０１０−１６８４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発光装置の高出力化に伴い、発光装置自体の物理的寸法を大きくする、いわゆる大型化が求められることがある。
発光装置の一つのタイプとして、基板にＬＥＤチップをマウントし、このＬＥＤチップをカップ状のケース部で取り囲み、ケース部内をシリコーン組成物で充填し、もってＬＥＤチップをシリコーン組成物からなる封止層で囲繞する構成のものがある。かかる構成の発光装置では、その大型化に伴い、ケース部の径が大径化される。他方、ケース部の厚さ（高さ）は制限されることがあり、その結果、ＬＥＤチップを囲繞する封止層が扁平となる。かかる扁平な封止層に繰り返しの熱履歴が加えられると、その成形材料が本来ゴム的な性質も有するシリコーン組成物であっても、そこにクラックが発生するおそれがあることが判明した。
他方、ケース部の径が２ｍｍ程度である汎用的な発光装置ではその封止層にクラックが発生する現象は生じず、クラック発生を防止するための検討はなされてこなかった。換言すれば、封止層のクラック発生の原因となるパラメータについて何ら検討されたことはなかった。
そこでこの発明は、ケース部の内部空間（即ち封止層の形状）とシリコーン組成物との好適な組み合わせを選択することにより、ケース部の大径化を図りつつクラックの発生を防止することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するため、本発明は次の構成からなる。即ち、
基板にマウントされたＬＥＤチップと該ＬＥＤチップを囲繞する封止層とを備える発光装置であって、
前記封止層はその厚さが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであり、かつその最大幅が６．０ｍｍ〜２０ｍｍの単一層であり、
前記封止層はメチルシリコーン組成物からなり、該メチルシリコーン組成物においてＳｉ−ＣＨ３のmol％Ｘが９０＜Ｘ＜１００である、発光装置。
【０００６】
このように構成された第１の局面の発光装置によれば、幅広にしてそのアスペクト比が小さい封止層、即ち扁平な封止層であっても、成形材料として選択するメチルシリコーン組成物の側鎖においてメチル基の占める割合を大きくすることにより、繰り返しの熱履歴が加えられても封止層にクラックが発生し難くなる。
ここに、厚さが０．１ｍｍ未満である極薄の封止層では熱履歴によるクラックはもとより機械的な衝撃によってもクラック発生のおそれがある。また、１．０ｍｍを超える封止層はＬＥＤチップからの光透過性を低減するおそれがある。
他の見地から、封止層の厚さを０．２ｍｍ〜０．８ｍｍとすることができる。更に他の見地から、封止層の厚さを０．４ｍｍ〜０．６ｍｍとすることができる。
【０００７】
最大幅が６．０ｍｍ未満の封止層においては、既述の厚さ範囲内において、クラックはほとんど発生しない。従って、封止層の成形材料であるシリコーン組成物において特定の特性を有するものを強いて選択する必要がない。また、最大幅が２０ｍｍを超える大柄な封止層は複数の層で形成することが好適であるので、強いて単一層として好適なシリコーン組成物を選択する必要がない。
他の見地から、封止層の最大幅を８．０ｍｍ〜１６．０ｍｍとすることができる。更に他の見地から、封止層の最大幅を１０．０ｍｍ〜１４．０ｍｍとすることができる。
【０００８】
この発明で選択するメチルシリコーン組成物は、Ｓｉ−ＣＨ３mol％Ｘが９０＜Ｘ＜１００の範囲にある。即ち、その側鎖においてメチル基の占める割合を大きくする（９０mol％を超えるものとする）ことにより、繰り返しの熱履歴に対して耐久性が向上し、クラックはほとんど発生しない。その理由は、殆どの側鎖をメチル基とすることにより架橋が抑制され、もって熱履歴を受けても、ガラス化し難くなるためと考えられる。
後述の比較例で示す通り、Ｘが９０％以下のときには、封止層にクラックが入りやすくなる。
【０００９】
この発明の第２の局面は次のように規定される。即ち、
第１の局面で規定した発光装置において、前記メチルシリコーン組成物において、Ｓｉ−Ｏ、ＳｉＣＨ＝ＣＨ２の各mol％Ｙ、Ｚが０＜Ｙ、Ｚ＜１である。
このように規定される第２の局面の発光装置によれば、架橋の原因となる側鎖が殆ど存在しなくなり、その結果、熱履歴によるガラス化がより確実に抑制され、また、酸化の対象となる側鎖も殆ど存在しなくなり、もってクラックの発生もより確実に抑制される。
【００１０】
この発明の第３の局面は次のように規定される。
基板と、該基板にマウントされるＬＥＤチップと、前記基板上において前記ＬＥＤチップを取り囲むケース部とを備え、前記ケース部で規定される空間の厚さが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであり、かつその最大幅が６．０ｍｍ〜２０ｍｍである発光装置において、前記ケース部内へ充填されて前記ＬＥＤチップを囲繞する封止層であって、
メチルシリコーン組成物からなり、該組成物においてＳｉ−ＣＨ３のmol％Ｘが９０＜Ｘ＜１００である、封止層。
このように規定される第３の局面の封止層は繰り返しの熱履歴を受けてもそこにクラックが生じない。
【００１１】
この発明の第４の局面は次のように規定される。即ち、
第４の局面に規定の封止層に採用する前記メチルシリコーン組成物において、Ｓｉ−Ｏ、ＳｉＣＨ＝ＣＨ２の各mol％Ｙ、Ｚが０＜Ｙ、Ｚ＜１である。
このように規定される第４の局面の封止層によれば、クラックの発生をより確実に防止できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発光装置では、ＬＥＤチップを囲繞する封止層の成形材料として特定のメチルシリコーン組成物を採用し、この組成物により形成された封止層がクラックを生じさせない範囲（厚さ及び幅）を明らかにした。これにより、発光装置の大型化、ひいては高出力化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１はこの発明の発光装置１の構成を示す断面図である。
【図２】図２はクラックの発生原理を示す模式図である。
【図３】図３はメチルシリコーン組成物のテストピースの伸び率が＋２０％を下回る加熱時間とクラック発生時間との関係を示すグラフである。
【図４】図４は２１９℃の加熱時間と伸び率の変化との関係を示すグラフである。
【図５】図５は２１０℃の加熱時間と伸び率の変化との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明の実施の形態の発光装置１を図１に示す。
この発光装置１はＬＥＤチップ３、カップ部１０及び封止層２０を備える。
ＬＥＤチップ３には青色以下の波長の光を発光するものが好ましい。かかる短波長の光を発光するＬＥＤチップとしてIII族窒化物系化合物半導体発光素子を用いることが好ましい。ここに、III族窒化物系化合物半導体とは、一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、III族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくとも一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。
【００１５】
また、III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことができるが必須ではない。
II族窒化物系化合物半導体層はＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法により形成される。素子を構成する全ての半導体層を当該ＭＯＣＶＤ法で形成する必要はなく、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法等を併用することが可能である。
【００１６】
発光素子の構成としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造のものを用いることができる。発光層として量子井戸構造（単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造）を採用することもできる。かかるIII族窒化物系化合物半導体発光素子として、主たる光受発光方向（電極面）を光デバイスの光軸方向にしたフェイスアップタイプや主たる光受発光方向を光軸方向と反対方向にして反射光を利用するフリップチップタイプを用いることができる。
【００１７】
カップ部１０は、その底部を構成する基板部１１とその側部を構成するケース部１３とを備えてなる。このカップ部１０はポリアミド等の合成樹脂材料を用いて型成形により基板部１１とケース部１３とが一体的に形成される。勿論、別材料を用いて両者を別体に形成することもできる。
基板部１１には一対のリードフレーム１５、１６がインサートされており、このリードフレーム１５、１６とＬＥＤチップ３の電極との間にワイヤ１７、１８が懸架される。
この例ではフェイスアップタイプのＬＥＤチップ３を用いており、そのサファイア基板側が基板部１１に固定される。フリップチップタイプのＬＥＤチップの場合は、導電性ボンディング層を介してそのｐ型電極面を第１のリードフレーム１５に接続し、そのｎ型電極面と第２のリードフレーム１６とがワイヤ１８で連結される。
カップ部１０の内部空間により封止層２０の形状が規定される。この例では、開口部の幅は１２．０ｍｍであり、ケース１２の高さは０．５ｍｍである。
カップ部１０の内部空間は、発光装置に要求される用途や使用条件等によって任意に設計できることはいうまでもないが、本発明の目的を達成する見地からは、その最大幅は６．０ｍｍ〜２０ｍｍとして、その高さは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとする。
【００１８】
封止層２０は、その成形材料（未硬化状態）をカップ部１０へ充填し、その中で硬化させる。その結果、この例では封止層２０は径が１２．０ｍｍ、厚さ０，５ｍｍの円板状となる、
封止層２０の成形材料にはメチルシリコーン組成物が用いられる。このメチルシリコーン組成物はＳｉ−ＣＨ３のmol％Ｘが９０＜Ｘ＜１００とする。即ち、側鎖においてメチル基の占める割合（mol％）をＸが９０＜Ｘ＜１００とする。これにより、シリコーン組成物の主鎖どうしの架橋が抑制され、もって、熱履歴によるガラス化を抑制できると考えられる。
更には、メチルシリコーン組成物において、Ｓｉ−Ｏ、ＳｉＣＨ＝ＣＨ２の各mol％Ｙ、Ｚが０＜Ｙ、Ｚ＜１とする。即ち、側鎖から架橋に寄与する酸素基やビニル基をできる限り排除し、もって熱履歴によるガラス化をより確実に防止する。ビニル基を排除することにより酸化による劣化を防止できる。
封止層は単一のメチルシリコーン組成物で成形しても、複数のメチルシリコーン組成物を混合して成形してもよい。
封止層を複数の層で形成する場合において何れかの層をメチルシリコーン組成物で形成する場合、そのメチルシリコーン組成物で成形された層に対してこの発明は適用される。他の層は、発光装置の用途や機能に応じて任意に選択可能である
【００１９】
封止材２０は、蛍光体２５を含んでもよい。さらに、蛍光体２５を分散させる分散剤を含んでもよい。蛍光体２５は、分散状態で含有されてもよく、沈降状態で含有されてもよい。
また、封止材２０はフィラーを含有してもよい。フィラーの含有量は特に限定されない。フィラーは発光装置の製造条件や性能の点から耐熱性に優れることが好ましい。
フィラーの材料としては、熱や光による黄変の少ないものが好ましい。封止材１１は、シリカ、シリコーン、ガラスビーズ、ガラス繊維等の透明フィラーや、酸化チタン、チタン酸カリウム等の白色フィラーを含んでもよい。フィラーの形状は限定されず、例えば、破砕状、球状、鱗片状、棒状、又は繊維状である。
【００２０】
図２にクラックの発生メカニズムを示す。
ＬＥＤチップ３３が点灯するとその熱により封止層３５が膨張し（図２Ａ）、ＬＥＤチップが消灯すると封止層３５が収縮して（図２Ｂ）、引っ張り応力が生じる。このとき、封止層３５に十分なのび代がないと、引っ張り応力によりクラック３７が生じる（図２Ｃ）。封止層３５に熱が加わるとその形成材料が変性（ガラス化、酸化等）して、その伸び率が低下し、引っ張り応力を封止層３５内で吸収できず、クラックの原因となる。
本発明者らの検討により、封止層３３の形状が、厚さ：０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであり、かつその最大幅：６．０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲にあるとき、かかる封止層のクラック発生時間と封止層３３の成形材料の伸び率が＋２０％未満となる時間との間に相関関係のあることがわかった（後述する図３参照）。
なお、封止層のクラック発生時間は次のようにして得られた。
図１を参照して、封止層２０の厚さが０．５ｍｍ、封止層２０の上面の内径が１２．０ｍｍの発光装置を準備した。この発光装置に対して下記のように熱履歴をかけた。クラックの発生は目視により確認した。
熱履歴：２１９℃×７５時間
【００２１】
図３の結果より、封止層３３の成形材料の伸び率が＋２０％未満となる時間と、かかる成形材料で形成された封止層のクラック発生時間との間に相関関係のあることがわかる。
そこで、市販されている各種メチルシリコーン組成物に下記の耐熱試験を実施した。
テストピース：ＪＩＳ  Ｋ６２５１  ダンベル状７号形
（幅２ｍｍ×長さ４ｍｍ×厚さ１ｍｍ）
測定方法：ポリテトラフルオロエチレンシートに載置し、熱循環式高温槽内に静置した状態にて、ＪＩＳ  Ｋ６１５に準拠した方法にて切断時の伸び率を測定
【００２２】
表１に実施例及び比較例のテストピースの成形材料であるメチルシリコーン組成物の側鎖のmol％を示す。
【表１】
0006332636.tif 000002
このmol％はＩＲ測定により得た。
実施例及び比較例のテストピースを２１９℃及び２１０℃での耐熱試験を実施したときの伸び率の時間変化を図４及び図５に示す。
図４及び図５の結果から、実施例１及び実施例２のテストピースは長い時間伸び率が維持されることがわかる。
【００２３】
図４で得られた時間（伸び率が＋２０％を下回る時間）を図３の関係に当てはめると、下記表２の結果が得られた。
【表２】
0006332636.tif 000003
実施例１及び２においては３００時間を超える熱履歴を加えてもクラックが発生しないことがわかる。
【００２４】
発光装置は、フェイスアップ型ＳＭＤやフリップチップ型ＳＭＤなどのトップビュー型のＬＥＤランプの他、サイドビュー型、砲弾タイプ型、ＣＯＢ型など各種のＬＥＤランプパッケージを採用できる。リードフレームには銀メッキを施すことが好ましい。光の取り出し効率が向上するからである。ケースの凹部表面に反射性をもたせることが好ましい。例えば、白色樹脂からなるケースとして、当該凹部の表面を白色の反射面とすることができる。これにより光の取り出し効率を向上できる。
【００２５】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【符号の説明】
【００２６】
１  発光装置
３、３３  ＬＥＤチップ
１０  カップ
１１  基板
１３  ケース部
１５、１６  リードフレーム
１７，１８  ワイヤ
２０、３５  封止層
２５  蛍光体
【図１】
0006332636.tif 000004
【図２】
0006332636.tif 000005
【図３】
0006332636.tif 000006
【図４】
0006332636.tif 000007
【図５】
0006332636.tif 000008