(57)【要約】【課題】封止樹脂中の蛍光体含有率を精度良く制御することが可能で、特別な射出形成機を必要としない発光装置の製造方法を提供する。【解決手段】封止材料３０は、エポキシ樹脂を使用し、光透過性を有する母材３１０と、波長変換のための蛍光体３１１と、蛍光体３１１が母材３１０との比重差による沈降を防止する沈降防止剤３１２と、光を拡散するための光散乱材３１３とで構成される。母材３１０と、蛍光体３１１と、沈降防止剤３１２と、光拡散材３１３は、所望の割合にて混合機８０で混合、脱気され混合材３１４に加工される。混合の際は、蛍光体３１１が均一に分布するよう十分に攪拌する。混合材３１４と母材３１０は押出機８１により棒状に押し出され半硬化状態の押出材３１に加工される。押出材３１はカッター８２により所望の長さに切断され、ペレット状の封止材料３０に加工される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子から発せられる光に対し光透過性を有する母材と、前記母材に他の部材を混合して作製される混合材を形成する第１の工程と、
前記混合材を棒状の押出材に加工し、半硬化状態にする第２の工程と、
前記押出材を切断してペレット状の材料片に加工する第３の工程と、
前記発光素子を収容する素子収容部に前記材料片を配置する第４の工程と、
前記材料片を加熱して前記材料片を半硬化状態から液状にして前記素子収容部を封止し、硬化させる第５の工程とを含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程は、前記発光素子から発せられる光によって励起される蛍光体を前記混合物として含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２の工程は、前記混合材と前記混合物を含まない前記母材とを一体化して棒状の押出材に加工し、半硬化状態にする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の工程は、前記母材としてエポキシ樹脂又はシリコン樹脂を用いることを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の工程は、前記母材として金属アルコキシドを用いることを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記第５の工程は、前記母材として用いる金属アルコキシドを液化させる第１の温度条件下での熱処理と、液化した前記金属アルコキシドを硬化させる第２の温度条件下での熱処理とを含む請求項１に記載の発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２の工程は、前記混合材と前記混合物を含まない前記母材とが予め定めた断面比を有する前記押出材になるように押し出し加工することを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子を含む発光装置の製造方法に関し、特に、封止樹脂中の蛍光体含有率を精度良く制御することが可能で、また原料作製後も所望の含有率に対応することができ、特別な射出形成機を必要としない発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）素子を使用した白色光発光装置がある。ＬＥＤは単色性のピーク波長を有するため、単体では白色光の発光を得ることができない。そのため、この発光装置は、ＬＥＤの発光を波長変換する蛍光体を装置中に含むことによって、ＬＥＤの発光と蛍光体にて波長変換された光とを混色して白色の発光を可能にしている。
【０００３】
しかし、所望の色温度の白色光を得るためには蛍光体含有量の制御が必要である。実際の発光装置では、ＬＥＤの発光を光取り出し方向に反射するパッケージを用意し、その底面にＬＥＤを搭載し、蛍光体を含んだ樹脂を充填することにより封止して形成されている。一般的には、シリンジ等により蛍光体を含んだ樹脂をパッケージに流し込むが、封止樹脂と蛍光体の比重差が大きいと蛍光体の沈降、もしくは浮遊が生じるため、所望の混合比を保ったままパッケージに流し込むことが難しい。また、発光装置のパッケージは数mm程度であり、それに要する封止樹脂は１０００μｃｃ程度と微量のため、個体ごとに同量の蛍光体を含有させることが難しく、製造工程において歩留まりが低くなるという問題がある。
【０００４】
上記の問題を解決する手段として、蛍光体と固形のペレット状にした封止樹脂を適正な割合で混合した後、それらを必要量だけ溶解させながら発光装置に注入して封止する方法がある（例えば、特許文献１）。
【０００５】
この発光装置および製造方法によると、ペレット状の封止樹脂および蛍光体は共に固形物であり、比重差による蛍光体の沈降、もしくは浮遊が生じないため、封止樹脂に対し蛍光体を均一に分布させることが可能である。また、ペレットを溶解してから発光装置のパッケージを封止するまでに時間を要せず、封止時に関しても均一性を損なわない。また、前もって調整した蛍光体含有率を変化させることがないため、歩留まりを高くすることが可能である。
【特許文献１】特許３５４１７０９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の封止方法によると、ペレット状の封止樹脂と蛍光体を混ぜ合わせることにより、封止部となる原料を作っているため、蛍光体含有率は一旦決定してしまうと変更することは困難であり、変更する場合は原料の混合より工程をやり直す必要があるという問題がある。また、ペレットを一旦溶解してから発光装置に注入するまでの間、蛍光体の分布が不均一にならないように攪拌し続ける必要があり、注入の工程において専用の射出形成機を使わなければならないという問題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、封止樹脂中の蛍光体含有率を精度良く制御することが可能で、また原料作製後も所望の含有率に対応することができ、特別な射出形成機を必要としない発光装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するため、発光素子から発せられる光に対し光透過性を有する母材と、前記母材に他の部材を混合して作製される混合材を形成する第１の工程と、前記混合材を棒状の押出材に加工し、半硬化状態にする第２の工程と、前記押出材を切断してペレット状の材料片に加工する第３の工程と、前記発光素子を収容する素子収容部に前記材料片を配置する第４の工程と、前記材料片を加熱して前記材料片を半硬化状態から液状にして前記素子収容部を封止し、硬化させる第５の工程とを含む発光装置の製造方法を提供する。
【０００９】
このような構成によれば、母材に他の部材を混合して作製された混合材と母材とが一体化された押出材として形成されることにより、押出材を切断して加工されるペレット状の材料片はサイズに関係なく母材と混合材とが常に一定の割合で提供される。さらに封止加工時には、母材と混合材の割合が常に一定に保たれ、かつ、混合物の流動が少ない状態で封止が行われる。
【００１０】
前記第１の工程は、前記混合物として前記発光素子から発せられる光によって励起される蛍光体を含んでいてもよい。
【００１１】
前記第２の工程は、前記混合材と前記混合物を含まない前記母材とを一体化して棒状の押出材に加工し、半硬化状態にすることが好ましい。
【００１２】
前記第１の工程は、前記母材としてエポキシ樹脂又はシリコン樹脂を用いることができる。
【００１３】
前記第１の工程は、前記母材として金属アルコキシドを用いることができる。
【００１４】
前記第５の工程は、前記母材として用いる金属アルコキシドを液化させる第１の温度条件下での熱処理と、液化した前記金属アルコキシドを硬化させる第２の温度条件下での熱処理とを含むことが望ましい。
【００１５】
前記第２の工程は、前記混合材と前記混合物を含まない前記母材とが予め定めた断面比を有する前記押出材になるように押し出し加工することが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、封止樹脂中の蛍光体含有率を精度良く制御でき、特別な装置を必要とせずに封止樹脂を形成できる。この封止樹脂を用いた発光装置の製造方法では、特別な射出形成機を必要とせず、原料作製後も所望の含有率に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参考にして詳細に説明する。
【００１８】
（発光装置の構成）
図１は本発明の実施の形態に関する発光装置の断面図である。
【００１９】
この発光装置１は、ＬＥＤ素子２と、蛍光体３１１を含みＬＥＤ素子２を封止固定するための光透過性を有する封止樹脂３と、ＬＥＤ素子２から発せられる光を光取り出し面である開口部４Ａ側へ反射する光反射面４０を有するセラミックスケース４と、ＬＥＤ素子２と配線部６を電気的に接続するワイヤ５と、図示しない電源部と接続される配線部６と、セラミックス基板７により構成されている。
【００２０】
また、ＬＥＤ素子２は、サファイア基板上にＧａＮ系半導体化合物を結晶成長させることにより形成された青色ＬＥＤ素子である。
【００２１】
（封止材料の製造工程）
図２は本発明の実施の形態に関する封止材料の製造工程を示す概念図である。
【００２２】
封止材料３０は、エポキシ樹脂又はシリコン樹脂を使用し、光透過性を有する母材３１０と、波長変換のための蛍光体３１１と、蛍光体３１１が母材３１０との比重差により沈降することを防止する沈降防止剤３１２、光を拡散するための光散乱材３１３とで構成される。母材３１０と、蛍光体３１１と、沈降防止剤３１２と、光拡散材３１３は、所望の割合にて混合機８０で混合、脱気され混合材３１４に加工される。混合の際は、蛍光体３１１が均一に分布するよう十分に攪拌する。混合材３１４と母材３１０は押出機８１により棒状に押し出され半硬化状態の押出材３１に加工される。押出材３１はカッター８２により所望の長さに切断され、ペレット状の封止材料３０に加工される。ここで半硬化状態とは、混合された蛍光体３１１の分布が時間経過によらず安定であり、また加熱することで溶解し、硬化する状態である。
【００２３】
図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態に関する押出材の構成を示す断面図である。
【００２４】
押出材３１は、押出機８１により様々な形状に加工することが容易に可能である。押出材３１は、（ａ）に示すように、断面を円形状にし、蛍光体３１１と沈降防止剤３１２および光拡散材３１３よりなる混合材３１４と、母材３１０をそれぞれ半円状に組み合わせて構成することができる。また（ｂ）に示すように、混合材３１４を中心とし、その周囲に母材３１０が同心円上に配置される構成とすることができる。また（ｃ）に示すように、断面を正方形状にし、混合材３１４と母材３１０とが同一断面比を有するように構成することができる。また（ｄ）に示すように、断面を三角形状にし、混合材３１４と母材３１０とが同一断面比を有するように構成することができる。
【００２５】
なお、押出材３１の断面形状は押出機８１によって形成可能なものであれば形状を問わない。また、混合材３１４と母材３１０の断面比は自由に設定できる。また、封止材料３０の長さは押出材３１の切断箇所により自由に設定できる。
【００２６】
また、蛍光体としては、ＬＥＤ素子２から発せられる青色光で励起されて黄色光を生じるＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ， Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ， Ｇａｒｎｅｔ）蛍光体を用いることができる。
【００２７】
（封止樹脂の形成方法）
図４（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態に関する封止樹脂の形成方法を示す断面図である。
【００２８】
まず、（ａ）に示すように、予めＬＥＤ素子２と、セラミックスケース４と、ワイヤ５と、配線部６とをセラミックス基板７上に複数個形成したものを用意する。セラミックスケース４には開口部４Ａが設けられている。次に（ｂ）に示すように、それぞれの開口部４Ａに、母材３１０と混合材３１４とからなる封止材料３０を置く。次に（ｃ）に示すように、封止材料３０を約１５０〜１７０℃に熱すると約５〜１０秒で溶解し、セラミックスケース４に囲まれた空間を満たす。さらに熱し続けることで約２〜３分程度で一次硬化し、蛍光体の沈降が止まる。さらに熱し続けることで約１時間程度で二次硬化し封止樹脂３として形成される。次に（ｄ）に示すように、ダイシングによりチップに切り離し、発光装置１が形成される。
【００２９】
なお、各開口部４Ａに置く封止材料３０は複数個でも構わない。ただし、各々の封止樹脂３を同量とするため、封止材料３０は同一の長さを有したペレットのみを使用し、また各開口部４Ａに置く封止材料３０はすべて同一の個数である必要がある。
【００３０】
（本実施の形態の動作）
以下に、本発明の実施の形態における発光装置の動作を図１を参照しつつ説明する。
【００３１】
発光装置１において、ＬＥＤ素子２は、図示しない電源部より配線部６とワイヤ５を介し、電力が供給されることにより発光する。ＬＥＤ素子２より発せられる光は、蛍光体３１１により波長変換され、それらの混色により白色光が光り取り出し面である開口部４Ａより発せられる。
【００３２】
（本実施の形態の効果）
上記した実施の形態によると、発光装置１は、封止樹脂３中に蛍光体３１１を含有させることで白色光を外部放射できる。また、白色光の色温度は封止樹脂３中の蛍光体含有率により決まるが、蛍光体含有率は押し出し加工の際に押出材３１に占める混合材３１４と母材３１０との断面比を調整することにより制御可能である。
【００３３】
また、調整したペレット状の封止材料３０を同量使用して複数個の発光装置１に対して封止樹脂３を構成することで、複数個の発光装置１の封止樹脂３中の蛍光体含有率を一定に保つことができる。つまり、蛍光体含有率の観点から、発光装置１の歩留まりを向上することができる。
【００３４】
また、混合材３１４と母材３１０を含む押出材３１を半硬化状態としたことにより、蛍光体の混合攪拌工程後も蛍光体含有率の制御が容易となり、低コストで多くの種類の封止材料３０を製造することが可能となる。また、押出材３１の形状も自由に形成できる。
【００３５】
また、封止材料３０は、押出材３１を切断する際の長さを調整することにより、その体積を制御可能であり、ペレット状の封止材料３０をチップマウンター等の既存の設備を用いて容易に扱うこともでき、生産性に優れる。また、パッケージあたり１０００μｃｃ程度の微小な体積に対しても精度良く封止樹脂３を満たすことができる。
【００３６】
なお、上記した実施の形態では、フェイスアップ型のＬＥＤ素子２を用いた発光装置について説明したが、セラミックス基板７にフリップ型のＬＥＤ素子を用いる発光装置の封止構造に適用することも可能である。また、封止樹脂３を形成する封止材料に蛍光体を含有せず、光拡散材および沈降防止剤を母材に混合した封止材料を形成し、これを用いて封止するようにしても良い。
【００３７】
また、上記したセラミックス基板７とセラミックスケース４を有する発光装置に限定されず、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）や二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含有させたナイロン、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、あるいは液晶ポリマー等の白色樹脂材料によってケースと基板とを一体的に形成することも可能である。
【００３８】
また、光源として青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体としてのＹＡＧを用いた構成についても、これに限定されず、例えば、紫外ＬＥＤ素子と紫外光によって励起されるＲ、Ｇ、Ｂの蛍光体の組み合わせによって白色を生じる発光装置であっても良い。更に、使用するＬＥＤ素子は複数であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に関する発光装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に関する封止材料の製造工程を示す概念図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態に関する封止樹脂の構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態に関する封止樹脂の形成方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１……発光装置、２……ＬＥＤ素子、３……封止樹脂、４……セラミックスケース、
４Ａ……開口部、５……ワイヤ、６……配線部、７……セラミックス基板、
３０……封止材料、３１……押出材、４０……光反射面、８０……混合機、
８１……押出機、８２……カッター、３１０……母材、３１１……蛍光体、
３１２……沈降防止剤、３１３……光散乱材、３１４……混合材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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