(57)【要約】【課題】発光素子パッケージの壁が原因で光の取り出し効率が低下することを回避すると共に、封止樹脂に混練された波長変換材料を発光素子上やその周辺に均一に分布した層とし得る低コストの発光素子パッケージの製造方法及び発光素子パッケージを提供する。【解決手段】基板１と、基板１上に実装されたＬＥＤチップ３と、ＬＥＤチップ３を封止する、蛍光体８を混練した封止樹脂４とを備えたＬＥＤパッケージ１０の製造方法は、基板１に撥液剤パターン５を形成する撥液剤パターン形成工程と、基板１における撥液剤パターン５の内側にＬＥＤチップ３を実装する実装工程と、撥液剤パターン５の内側に蛍光体８を混練した封止樹脂４を塗布する塗布工程と、無風状態にて封止樹脂４内の蛍光体８を沈降させる沈降工程とを含む。【選択図】図１
2012044048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に実装された発光素子と、該発光素子を封止する、波長変換材料を混練した封止樹脂とを備えた発光素子パッケージの製造方法において、
基板に撥液剤パターンを形成する撥液剤パターン形成工程と、
上記基板における撥液剤パターンの内側に発光素子を実装する実装工程と、
上記撥液剤パターンの内側に上記波長変換材料を混練した封止樹脂を塗布する塗布工程と、
無風状態にて封止樹脂内の波長変換材料を沈降させる沈降工程とを含むことを特徴とする発光素子パッケージの製造方法。
【請求項２】
前記封止樹脂の粘度ηは、
【数１】
2012044048.tif 000006
ただし、ｈ：封止樹脂の高さ、ρ：波長変換材料の比重、ρｗ：封止樹脂の比重、ｇ：重力加速度、ｒ：波長変換材料の粒子半径
を満たすことを特徴とする請求項１記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項３】
前記発光素子パッケージは、少なくとも１対の電極と、１つ以上の前記発光素子と、前記基板と発光素子とを接合する素子接合用樹脂と、半球面状の封止樹脂を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項４】
前記素子接合用樹脂は、発光素子の外周の隅肉部が該発光素子の上面にまで達するように傾斜して設けられていることを特徴とする請求項３記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項５】
前記波長変換材料は前記封止樹脂よりも比重が重く、かつ前記沈降工程では、波長変換材料は重力により封止樹脂内を沈降することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項６】
前記沈降工程は、０℃から封止樹脂の熱硬化温度未満までの温度範囲で行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項７】
前記沈降工程では、ランプ又はホットプレートにより封止樹脂の温度を調節することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項８】
前記沈降工程では、前記発光素子のパッケージ全体を密閉容器にて密閉することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光素子パッケージの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の発光素子パッケージの製造方法を用いて製造されていることを特徴とする発光素子パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子が樹脂層によって封止されている発光素子パッケージの製造方法及び発光素子パッケージに関するものであり、特に、単色のＬＥＤチップと蛍光体とを使用する場合の蛍光体における樹脂層の沈降工程に伴う色度等のムラ防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の発光素子は、低消費電力、小型、軽量などの特徴を有している。このため、液晶表示パネル用のバックライト、信号灯、表示灯等の各種照明装置の光源として種々の分野に応用される。ＬＥＤが光源として応用される際には、ＬＥＤを封止したＬＥＤパッケージが用いられる。ＬＥＤパッケージは、平坦なインターポーザ基板等の基板に電気的および機械的接続されたＬＥＤチップが、封止樹脂によって封止された構造である。
【０００３】
ところで、上記液晶表示パネル用のバックライト等に利用されるＬＥＤの多くは、白色に発光する白色ＬＥＤである。この白色ＬＥＤを実現する方法には、主に２つのタイプがある。１つは、単色のＬＥＤチップと蛍光体とを使用する方法であり、もう１つは、赤色、緑色及び青色のＬＥＤチップを合わせて使用する方法である。現在のところは、後者のＬＥＤチップのコストが高い等の理由により、前者の方法が主流となっている。
【０００４】
上述したＬＥＤチップと蛍光体とを使用する方法には、例えば、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体とを組み合わせる方法、演色性を良くするために青色ＬＥＤチップと赤色蛍光体及び緑色蛍光体とを組み合わせる方法等がある。これらの方法によれば、蛍光体は青色光を黄色の光に変換するため、青色ＬＥＤが発光する青色光の一部が蛍光体層を透過して青色光を出射する一方、残りの青色光が蛍光体に当たって黄色の光になる。そのため、この２色が混ざり合って白色に見えるというのが具体的な仕組みである。
【０００５】
ここで、ＬＥＤチップと蛍光体とを使用した発光装置として、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
【０００６】
この発光装置１００は、図８に示すように、リードフレーム１０１の端子板１０１ａ・１０１ｂ・１０１ｃに搭載された発光素子１０２と、発光素子１０２が凹部１１１の底面１１１ａに搭載されたパッケージ１１０と、この凹部１１１に蛍光体１１２を含有した透光性樹脂を充填して硬化させることによって形成された樹脂封止部１１３とを備えている。
【０００７】
蛍光体１１２を用いる発光装置１００では、蛍光体１１２を透光性樹脂の底面付近に略均一な厚さの層状に配置することが、色度のばらつきを抑制するために重要となる。
【０００８】
この課題を解決するために、特許文献１に開示された発光装置１００では、凹部１１１の内周壁面１１１ｂが、壁面全体と底面１１１ａとのなす角度が鋭角となる傾斜面となるように形成されている。これによって、内周壁面１１１ｂ近辺に位置する蛍光体１１２は、内周壁面１１１ｂに定着することなくそのまま沈降して底面１１１ａに沈殿する。
【０００９】
この結果、蛍光体１１２を含有した透光性樹脂を充填した基体に振動を与えることなく、蛍光体１１２を底面１１１ａや発光素子１０２上に平均的に分布した層とすることができるので、色度のばらつきを抑えつつ、信頼性の低下を抑止することが可能であるとしている。
【００１０】
また、例えば、特許文献２に開示された発光ダイオード２００においても、図９に示すように、支持体２０１上に配置されたＬＥＤチップ２０２と、ＬＥＤチップ２０２からの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する粒子状蛍光物質２０３を含有する樹脂２０４を有している。そして、この発光ダイオード２００においても、パッケージ２０５の凹部２０５ａに粒子状蛍光物質２０３を含有する樹脂２０４を塗布し、粒子状蛍光物質２０３の樹脂２０４内で静置沈降させ、ＬＥＤチップ２０２上に配置される粒子状蛍光物質２０３の厚みとＬＥＤチップ２０２上以外の支持体２０１上に配置された粒子状蛍光物質２０３の厚みとが略等しくなるようにしている。
【００１１】
このように、特許文献１及び特許文献２等に開示されたＬＥＤパッケージの製造方法では、凹部を有する基体に蛍光体入り樹脂を塗布して蛍光体を沈降させている。この結果、蛍光体入り樹脂の周囲に壁があり、塗布した蛍光体入り樹脂の深さが均一であるので、沈降を均一に行うことができ、量産時に色度のばらつき等を小さくできるという利点がある。
【００１２】
ここで、蛍光体を沈降させる理由は以下のとおりである。すなわち、蛍光体を沈降させずに樹脂を硬化させることも可能であるが、粘度の高い樹脂を用いた場合でも熱硬化温度に温度上昇する過程で樹脂の粘度が小さくなり微小な沈降が起こることがある。この場合、沈降の進行度によって色度にばらつきが起こり易くなるためである。このため、混練した樹脂中から完全に沈降させた方が、ばらつきを抑えるのに有利である。また、色変換効率が良いという利点もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１０−２７７５６号公報（２０１０年２月４日公開）
【特許文献２】特開平１１−４０８５８号公報（１９９９年２月１２日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来の特許文献１及び特許文献２に開示された発光素子パッケージの製造方法の製造方法では、パッケージに凹部を有しているが、この凹部の加工を行ったパッケージの製造にはコストがかかると共に、凹部を有するパッケージの壁が原因で光の取り出し効率が悪い。
【００１５】
そこで、これらの問題を解決するために、平面基板上に撥液剤パターンを形成し、撥液剤パターンの内側に蛍光体混練樹脂を塗布してＬＥＤチップ上に蛍光体層を形成することが考えられる。これにより、基板の凹部の加工にかかるコストの問題を解決しつつ、光の取り出し効率の改善することができる。
【００１６】
しかしながら、撥液剤パターンを用いた場合には、蛍光体の沈降を行う場合の均一な沈降が困難になるという新たな問題を有している。
【００１７】
この原因は、樹脂の粘度を下げるために、常温よりも高い温度条件にて蛍光体の沈降を行うが、その場合に、加熱を行うために一般に使用されるオーブンを用いたときには、樹脂周辺に壁がないため、オーブン内の風の影響を受け易いためである。
【００１８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、発光素子パッケージの壁が原因で光の取り出し効率が低下することを回避すると共に、封止樹脂に混練された波長変換材料を発光素子上やその周辺に均一に分布した層とし得る低コストの発光素子パッケージの製造方法及び発光素子パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の発光素子パッケージの製造方法は、上記課題を解決するために、基板と、該基板上に実装された発光素子と、該発光素子を封止する、波長変換材料を混練した封止樹脂とを備えた発光素子パッケージの製造方法において、基板に撥液剤パターンを形成する撥液剤パターン形成工程と、上記基板における撥液剤パターンの内側に発光素子を実装する実装工程と、上記撥液剤パターンの内側に上記波長変換材料を混練した封止樹脂を塗布する塗布工程と、無風状態にて封止樹脂内の波長変換材料を沈降させる沈降工程とを含むことを特徴としている。
【００２０】
上記の発明によれば、基板に撥液剤パターンを形成する撥液剤パターン形成工程と、上記基板における撥液剤パターンの内側に発光素子を実装する実装工程と、上記撥液剤パターンの内側に上記波長変換材料を混練した封止樹脂を塗布する塗布工程とを有している。
【００２１】
すなわち、本発明では、撥液剤パターンにより封止樹脂を成形しているので、発光素子パッケージに壁が存在しない。このため、発光素子パッケージの壁が原因で光の取り出し効率が低下することを回避することができる。
【００２２】
また、発光素子パッケージに封止樹脂用の凹部を有していないので、発光素子パッケージに封止樹脂用の凹部を形成するためのコストが不要である。したがって、低コストの発光素子パッケージの製造方法を提供することができる。
【００２３】
ここで、平面基板を用いて撥液剤パターンにより封止樹脂を成形し、沈降工程にて、封止樹脂内の波長変換材料を発光素子の上面等に堆積させる場合に、封止樹脂の粘度を上げるべく加熱を行うために一般に使用されるオーブンを用いたときには、封止樹脂周辺に壁がないので、オーブン内の風の影響を受け、波長変換材料の均一な堆積層を形成することが困難となる。
【００２４】
そこで、本発明では、沈降工程では、無風状態にて封止樹脂内の波長変換材料を沈降させる。この結果、風の影響を受けずに波長変換材料を沈降させることができるので、発光素子の上面及びその周辺に一定膜厚の波長変換材料の堆積層を形成することができる。
【００２５】
したがって、発光素子パッケージの壁が原因で光の取り出し効率が低下することを回避すると共に、封止樹脂に混練された波長変換材料を発光素子上やその周辺に均一に分布した層とし得る低コストの発光素子パッケージの製造方法を提供することができる。
【００２６】
本発明の発光素子パッケージの製造方法では、前記封止樹脂の粘度ηは、
【００２７】
【数１】
2012044048.tif 000003
【００２８】
ただし、ｈ：封止樹脂の高さ、ρ：波長変換材料の比重、ρｗ：封止樹脂の比重、ｇ：重力加速度、ｒ：波長変換材料の粒子半径
を満たすことが好ましい。
【００２９】
これにより、封止樹脂の高さｈ、波長変換材料の比重ρ、封止樹脂の比重ρｗ、重力加速度ｇ、及び波長変換材料の粒子半径ｒに応じて、封止樹脂に混練された波長変換材料を沈降させて発光素子上やその周辺に均一に分布した層として形成するための適切な封止樹脂の粘度ηの条件を設定することができる。
【００３０】
本発明の発光素子パッケージの製造方法では、前記発光素子パッケージは、少なくとも１対の電極と、１つ以上の前記発光素子と、前記基板と発光素子とを接合する素子接合用樹脂と、半球面状の封止樹脂を有していることが可能である。
【００３１】
これにより、例えば、複数の発光素子を備えた発光素子パッケージの製造方法を提供することができる。また、封止樹脂の表面形状を半球面状とすることにより、封止樹脂の使用量を最小にでき、ローコスト化できる。さらに、素子接合用樹脂を用いて基板と発光素子とを接合することにより、例えば発光素子の側面まで素子接合用樹脂を充填することによって、発光素子の側面壁における波長変換材料の堆積量を調整することができる。これにより、発光素子の側面において、波長変換材料の堆積層に段差ができて発光素子が露出することにより色度のばらつきが発生するのを防止することができる。
【００３２】
本発明の発光素子パッケージの製造方法では、前記素子接合用樹脂は、発光素子の外周の隅肉部が該発光素子の上面にまで達するように傾斜して設けられていることが好ましい。
【００３３】
これにより、発光素子における外周の隅肉部の上面にも波長変換材料が堆積する。したがって、発光素子の側面において、波長変換材料の堆積層に段差ができて発光素子が露出することにより色度のばらつきが発生するのを防止することができる。
【００３４】
本発明の発光素子パッケージの製造方法では、前記波長変換材料は前記封止樹脂よりも比重が重く、かつ前記沈降工程では、波長変換材料は重力により封止樹脂内を沈降することが好ましい。
【００３５】
例えば、波長変換材料を堆積させる方法として、重量による沈降、遠心分離、電磁力による吸着等が考えられる。しかし、重力により封止樹脂内を沈降させる方法が最も簡単で、ローコストに繋がる。
【００３６】
本発明の発光素子パッケージの製造方法では、前記沈降工程は、０℃から封止樹脂の熱硬化温度未満までの温度範囲で行われることが好ましい。
【００３７】
これにより、封止樹脂の粘度を０℃から封止樹脂の熱硬化温度未満までの温度範囲で調整することが可能となり、波長変換材料の沈降速度を適切に制御することが可能となる。
【００３８】
本発明の発光素子パッケージの製造方法では、前記沈降工程では、ランプ又はホットプレートにより封止樹脂の温度を調節することが可能である。尚、ランプは、例えばハロゲンランプや赤外線ランプ等を使用することができる。また、ホットプレートは、一般的なホットプレートの他、積層型のホットプレートやベルトコンベア型のホットプレートを使用することができる。
【００３９】
これにより、オーブンを使用することが無いので、オーブン使用に伴う風を防止し、波長変換材料の堆積層における均一性がなくなるのを防止することができる。
【００４０】
本発明の発光素子パッケージの製造方法では、前記沈降工程では、前記発光素子のパッケージ全体を密閉容器にて密閉することが可能である。
【００４１】
これにより、常温における沈降においても、オーブンを用いた沈降においても、発光素子のパッケージ全体を密閉容器にて密閉するので、風の影響を回避することができる。
【００４２】
本発明の発光素子パッケージは、上記課題を解決するために、上記記載の発光素子パッケージの製造方法を用いて製造されていることを特徴としている。
【００４３】
上記の発明によれば、発光素子パッケージの壁が原因で光の取り出し効率が低下することを回避すると共に、封止樹脂に混練された波長変換材料を発光素子上やその周辺に均一に分布した層とし得る低コストの発光素子パッケージを提供することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の発光素子パッケージの製造方法は、以上のように、基板に撥液剤パターンを形成する撥液剤パターン形成工程と、上記基板における撥液剤パターンの内側に発光素子を実装する実装工程と、上記撥液剤パターンの内側に上記波長変換材料を混練した封止樹脂を塗布する塗布工程と、無風状態にて封止樹脂内の波長変換材料を沈降させる沈降工程とを含む。
【００４５】
本発明の発光素子パッケージは、以上のように、上記記載の発光素子パッケージの製造方法を用いて製造されている。
【００４６】
それゆえ、発光素子パッケージの壁が原因で光の取り出し効率が低下することを回避すると共に、封止樹脂に混練された波長変換材料を発光素子上やその周辺に均一に分布した層とし得る低コストの発光素子パッケージの製造方法及び発光素子パッケージを提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明におけるＬＥＤパッケージの実施の一形態を示すものであって、ＬＥＤパッケージの構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、上記ＬＥＤパッケージの製造方法を示す平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、ＬＥＤパッケージにおける蛍光体の封止樹脂内の沈降工程において、風等がある場合の蛍光体の堆積状況を示す断面図である。
【図４】中心部Ａ、周囲部Ｂの蛍光体層の高さの比較から、蛍光体層の厚さの均一性を調べる場合に用いるＬＥＤパッケージを示す模式図である。
【図５】図４の模式図における中心部Ａ／周囲部Ｂと封止樹脂の粘度との関係を示すグラフである。
【図６】上記ＬＥＤパッケージのＬＥＤチップからの照射光を示す断面図である。
【図７】本発明におけるＬＥＤパッケージのさらに他の実施の形態を示すものであって、ＬＥＤパッケージの構成を示す断面図である。
【図８】従来のＬＥＤパッケージの構成を示す断面図である。
【図９】従来の他のＬＥＤパッケージの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００４９】
（ＬＥＤパッケージの構成）
最初に、本実施の形態の発光素子パッケージとしてのＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）パッケージの構成を、図１に基づいて説明する。図１は、本実施の形態の発光素子パッケージとしてのＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）パッケージ１０の構成を示す断面図である。
【００５０】
図１に示すように、本実施の形態のＬＥＤパッケージ１０は、基板１上に、１対の電極２・２と、２個の発光素子としてのＬＥＤチップ３と、このＬＥＤチップ３を封止する封止樹脂４と、封止樹脂４の外縁に設けられた撥液剤パターン５とを備えている。
【００５１】
基板１は、ＬＥＤチップ３が実装されるインターポーザ配線基板である。基板１は、ガラス基板、セラミック基板、又はプリント基板等を用いることができるが、特に限定されるものではない。
【００５２】
上記電極２・２の一方がアノード電極、他方がカソード電極である。電極２・２は、基板１上に形成された、ＬＥＤチップ３用の配線パターンである。尚、図示しないが、電極２・２の一部は、ガラス等の絶縁部材によって、他から絶縁されている。
【００５３】
上記ＬＥＤチップ３は、電極２・２の間に配置され、素子接合用樹脂としてのダイボンド接合剤６によって基板１に固着されている。ＬＥＤチップ３は、ワイヤ７・７によって、電極２・２に接続されている。これにより、基板１とＬＥＤチップ３とが、電気的及び機械的に接続される。
【００５４】
尚、図１においては、２個のＬＥＤチップ３が基板１の中央部に設置されている。ＬＥＤチップ３の設置数は、特に限定されるものではなく、１個以上であればよい。また、ＬＥＤチップ３の発光色も特に限定されるものではない。また、本実施の形態では、ＬＥＤチップ３を発光素子としているが、半導体レーザ、有機ＥＬ素子等の他の発光素子を用いることも可能である。
【００５５】
封止樹脂４は、ＬＥＤチップ３及びワイヤ７・７を封止する。封止樹脂４は、例えば、シリコーン樹脂，エポキシ変性シリコーン樹脂，アルキッド変性シリコーン樹脂，アクリル変性シリコーン樹脂，ポリエステル変性シリコーン樹脂，フェニルシリコーン樹脂等のシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂等の透明樹脂から形成されている。
【００５６】
尚、封止樹脂４は、透明であることが好ましいが、ＬＥＤチップ３の発光、及び封止樹脂４中の後述する蛍光体８の発光の大部分を透過することができれば、必ずしも透明である必要はない。また、封止樹脂４を構成する透明樹脂は、透過率が高いほど好ましく、屈折率は外部（空気）との屈折率差が小さいことが望ましい。また、本実施の形態のように、封止樹脂４の表面がドーム状等の球面形状であれば、封止樹脂４と外部との界面における反射を低減することができる。したがって、ＬＥＤパッケージ１０の光取り出し効率を高めることができる。
【００５７】
上記封止樹脂４中には、ＬＥＤチップ３の放射光によって励起されて発光する波長変換材料としての蛍光体８が混練されている。蛍光体８は、例えば、黄色蛍光体、赤色蛍光体、又は緑色蛍光体等が挙げられる。
【００５８】
本実施の形態では、蛍光体８は、製造過程においては、柔軟な封止樹脂４に混練され、一定時間沈降されることにより、ＬＥＤチップ３の上面や基板１の表面の上面に均一した厚みを有して分布した層となっている。
【００５９】
この蛍光体８の層の存在により、ＬＥＤパッケージ１０は、ＬＥＤチップ３の放射光と、封止樹脂４中の蛍光体８からの放射光とを組み合わせて、目的の混色光を実現するようになっている。例えば、ＬＥＤチップ３が青色光を出射する場合、封止樹脂４及び撥液剤パターン５に蛍光体８として黄色蛍光体を含有させておけば、この黄色蛍光体は青色光を黄色光に変換する。このとき、ＬＥＤチップ３が出射した青色光と黄色蛍光体が発した黄色光とが組み合わされると、白色光が合成される。その結果、ＬＥＤチップ３の光出射面からは白色光が出射される。このように、封止樹脂４に蛍光体８を含有させることにより、目的の混色光を得ることができる。
【００６０】
上記撥液剤パターン５は、ＬＥＤチップ３を包囲するように形成されていると共に、封止樹脂４の外周部に接している。具体的には、本実施の形態では、撥液剤パターン５は、ＬＥＤチップ３の周囲に、リング状に形成されている。撥液剤パターン５は、透明の撥液インクから形成されており、この撥液インクは、基板１よりも封止樹脂４に対する濡れ性が低い性質を有する。すなわち、撥液剤パターン５は、封止樹脂４に対する親和性が相対的に低くなる。撥液剤パターン５は、このような基板１とは異なる封止樹脂４に対する親和性を利用して、封止樹脂４の形状を制御する役割を果たす。これにより、封止樹脂４の形状のばらつきが抑制されている。
【００６１】
尚、撥液剤パターン５を構成する透明の撥液インクは、基板１よりも封止樹脂４に対する濡れ性が低ければ特に限定されるものではない。
【００６２】
また、撥液剤パターン５の平面形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態のようにリング状であることが好ましい。これにより、封止樹脂４の表面形状を、確実に球面状とすることができる。また、封止樹脂４の使用量を最小にでき、ローコスト化できる。
【００６３】
ここで、本実施の形態のＬＥＤパッケージ１０は、アレイ状に複数接続することによって、発光素子アレイとして利用することができる。すなわち、ＬＥＤパッケージ１０、又はＬＥＤパッケージ１０を複数接続したＬＥＤアレイ（発光素子アレイ）は、例えば、カラー液晶表示装置に搭載されるバックライト等の種々の照明装置に利用することができる。
【００６４】
（ＬＥＤパッケージの製造方法）
次に、上記構成のＬＥＤパッケージ１０の製造方法について、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）にに基づいて説明する。図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、ＬＥＤパッケージ１０の製造工程を示す平面図である。
【００６５】
本実施の形態のＬＥＤパッケージ１０は、基板１上に撥液剤パターン５を形成した後、撥液剤パターン５内に、封止樹脂４を堆積させて封止樹脂４によってＬＥＤチップ３を封止することによって製造することができる。
【００６６】
まず、図２（ａ）に示すように、電極２・２を有する基板１を準備する。次に、図２（ｂ）に示すように、撥液剤パターン形成工程において、ＬＥＤチップ３が実装される基板１上の領域の周囲に、透明の撥液インクを塗布し、リング状の撥液剤パターン５を形成する。このとき、ＬＥＤチップ３との接続のため、撥液剤パターン５の内部に電極２・２の一部が配置される。尚、撥液剤パターン形成工程は、例えばフレキソ印刷等によって形成することができる。
【００６７】
次に、図２（ｃ）に示すように、実装工程において、ＬＥＤチップ３を基板１上に実装する。すなわち、撥液剤パターン５内における基板１の中央部にＬＥＤチップ３を搭載した後、ワイヤ７によってＬＥＤチップ３と電極２・２とを接続する。
【００６８】
その後、図２（ｃ）に示すように、塗布工程において、撥液剤パターン５の内側におけるＬＥＤチップ３の周囲に蛍光体８を混練した封止樹脂４を塗布する。
【００６９】
ここで、撥液剤パターン５内におけるＬＥＤチップ３が搭載された領域は、封止樹脂４に対する濡れ性の高い親液性領域である。一方、撥液剤パターン５は、封止樹脂４に対する濡れ性の低い撥液性領域である。これにより、撥液剤パターン５内のＬＥＤチップ３の周囲に封止樹脂４を塗布すると、封止樹脂４は、基板１上を拡がり、撥液剤パターン５の内壁面に接する。すなわち、撥液剤パターン５が、封止樹脂４の拡がりを堰き止める。このため、封止樹脂４の塗布量が撥液剤パターン５内に収まる程度であれば、封止樹脂４の外縁部の全域が、撥液剤パターン５の内側面に当接した状態となる。封止樹脂４の塗布量は、封止樹脂４が撥液剤パターン５を越えて、撥液剤パターン５の外へ出ない程度であればよい。このようにして、撥液剤パターン５が封止樹脂４の広がりを制御する結果、硬化後の封止樹脂４の表面が球面つまり凸レンズ状となる。
【００７０】
次いで、本実施の形態では、沈降工程において、蛍光体８を封止樹脂４内で沈降させる。
【００７１】
ところで、この蛍光体８は、最終製品となったＬＥＤパッケージ１０においては、図１に示すように、ＬＥＤチップ３の上面や基板１の表面の上面に均一した厚みを有して分布した層となっている。しかし、この蛍光体８の沈降による堆積層の厚みが不均一の場合には、色度のばらつきが発生する。
【００７２】
しかしながら、撥液剤パターン５を用いた場合には、蛍光体８の沈降を行う場合の均一な沈降が困難になるという問題がある。この原因は、封止樹脂４の粘度を下げるために、常温よりも高い温度条件にて蛍光体８の沈降を行うが、その場合に、加熱を行うためにオーブンを用いたときには、封止樹脂４の周辺に壁がないため、オーブン内の風の影響を受け易いためである。
【００７３】
オーブン内での沈降工程においては、例えば、図３（ａ）に示すように、風下にかけて蛍光体８が偏在する。尚、同図３（ａ）では、右側が風上であり、左側が風下である。また、図３（ｂ）に示すように、真上から風が当たった場合には、真中の蛍光体８の堆積量が減少し、端の蛍光体８の堆積量が増加する傾向が見られる。さらに、図３（ｃ）に示すように、透明の封止樹脂４の粘度が小さい場合に、ドーム状の封止樹脂４において蛍光体８の分布の多い中央部では、蛍光体８が盛り上がった形状に偏在する。尚、蛍光体８の濃度が低いとき、及び蛍光体８の比重が小さいときにも同じ傾向が見られる。
【００７４】
一方、図３（ｄ）に示すように、封止樹脂４の粘度が大きい場合には、沈降が殆ど起きず、色度ムラが大きくなる。或いは、全て沈降するとしてもタクトが長くなるという課題がある。尚、蛍光体８の濃度又は蛍光体８の比重が非常に低い場合にも同じ傾向が見られる。
【００７５】
このように、封止樹脂４の粘度は温度が高いほど小さくなるため、沈降時間の短縮が可能となり、昇温時の沈降工程はタクトの短縮が可能である。しかし、その一方で、オーブンの使用により、風の影響を受けた場合には、蛍光体８粒子の横方向への移動が起こり易くなる問題があった。すなわち、オーブン中では、沈降時間を短縮することができても蛍光体８の均一な沈降が難しかった。
【００７６】
そこで、本実施の形態においては、沈降工程においては、無風状態にて蛍光体を沈降させるようにしている。尚、無風状態とは、封止樹脂４の表面に対する風速が０．１ｍ／ｓ未満である状態をいう。
【００７７】
本実施の形態では、沈降工程は、まず、５０℃ホットプレート中で無風加熱しながら例えば２時間３０分の沈降を行う。尚、ホットプレートは、一般的なホットプレートの他、積層型のホットプレートやベルトコンベア型のホットプレートを使用することができる。また、ホットプレートに限らず、例えばハロゲンランプや赤外線ランプ等もランプを使用することも可能である。或いは、常温にて無風状態で４時間の沈降を行うことも可能である。
【００７８】
次いで、８０℃のオーブン中で、封止樹脂４を熱硬化させる。このとき、図示しない堰を用いる等して封止樹脂４の表面に０．１ｍ／ｓ以上の風速の風が直接当たらないようにする。具体的には、オーブン内では、ＬＥＤチップ３のパッケージ全体を密閉容器にて密閉することが可能である。
【００７９】
これによって、蛍光体８をＬＥＤチップ３の上面や基板１の表面の上面に均一した厚みを有して分布した層とすることが可能となる。
【００８０】
ここで、本実施の形態では、沈降工程における封止樹脂４の粘度条件は、風速条件として、沈降工程は完全な無風状態で行うこと、及び沈降時間は１〜１５時間で行うとした場合、実験的に、次式によって、決定することがよいことが確認できている。
【００８１】
【数２】
2012044048.tif 000004
【００８２】
ただし、ｈ：封止樹脂の高さ、ρ：蛍光体比重、ρｗ：封止樹脂比重、ｇ：重力加速度、ｒ：蛍光体粒子半径、η：封止樹脂粘度である。
【００８３】
上記の式においては、例えば、蛍光体８の比重ρが３．２であり、蛍光体粒子半径ｒが１５μｍである場合には、封止樹脂比重ρｗが１．０６である封止樹脂４の粘度ηの範囲は１５００ｃＰ〜１８０００ｃＰとなる。
【００８４】
ここで、蛍光体８の粒子は、沈降時に真下に落ちて、周囲に広がるが、沈降する流体の粘度が低い場合は周囲に広がる割合が少なくなる。
【００８５】
粘度が低い液体中を粒子が落下するときには、図４に示すように、中心部が周囲部と比較して盛り上がった形状で沈降する。封止樹脂４の直径の外周から１／２の地点である中心における蛍光体８の厚さをＡ、外周から１／４の地点における蛍光体８の厚さをＢとすると、例えば４５°の接触角にて封止樹脂４を塗布した場合には、図５に示すように、５００ｃＰではＡ／Ｂが１．１１７となる。そして、粘度を上げていくと、Ａ／Ｂの値は１に近付き、基板１に対して平行に沈降する。粘度の低い液体中であれば蛍光体８は真下に沈降するため、蛍光体層の厚さの比は塗布した封止樹脂４の高さの比と等しくなり、上記の例であればＡ／Ｂは１．３程度であることが予想される。
【００８６】
ところで、蛍光体層の中央部と周囲部との高低差がある場合には、色度等のＬＥＤ特性にばらつきが生じるため品質管理の際に問題となる。ばらつきが生じる理由は以下のとおりである。
【００８７】
例えば、ＬＥＤチップ３をダイボンドするときに、ＬＥＤチップ３の位置のばらつきが生じた場合、場所毎に蛍光体８の厚さが異なると、ＬＥＤチップ３直上の蛍光体８の量に個体差が生じ、その結果、色度にばらつきが生じる。また、撥液剤パターン５の塗布位置によってＬＥＤチップ３と蛍光体層との位置関係が変化する可能性がある。
【００８８】
そのため、本実施の形態のＬＥＤパッケージ１０のように、厚みが一定の蛍光体層を作製するプロセスは、色度等のＬＥＤ特性のばらつきを抑制し、安定した品質のＬＥＤパッケージ１０の作製に有利となる。
【００８９】
尚、実際の歩留まりは、５００ｃＰでは色度良品範囲に入るＬＥＤパッケージ１０の歩留まりが７９．２％であるのに対して１５００ｃＰでは９８．７％の歩留まりとなる。
【００９０】
粘度が大きくなるほど沈降速度は小さくなるため、生産性が悪くなり沈降工程では使えない。したがって、最大１５時間程度の沈降時間を上限とすると１８０００ｃＰが上限となる。
【００９１】
このように、本実施の形態のＬＥＤパッケージ１０の製造方法は、ＬＥＤパッケージ１０が、基板１と、該基板１上に実装されたＬＥＤチップ３と、このＬＥＤチップ３を封止する蛍光体８を混練した封止樹脂４とを備えている。このＬＥＤパッケージ１０の製造方法は、基板１に撥液剤パターン５を形成する撥液剤パターン形成工程と、基板１における撥液剤パターン５の内側にＬＥＤチップ３を実装する実装工程と、撥液剤パターン５の内側に蛍光体８を混練した封止樹脂４を塗布する塗布工程と、無風状態にて封止樹脂４内の蛍光体８を沈降させる沈降工程とを含んでいる。尚、沈降工程における無風状態は、樹脂の表面に対する風速が０．１ｍ／ｓ未満であることをいう。
【００９２】
上記の方法によれば、基板１に撥液剤パターン５を形成する撥液剤パターン形成工程と、基板１における撥液剤パターン５の内側にＬＥＤチップ３を実装する実装工程と、撥液剤パターン５の内側に蛍光体８を混練した封止樹脂４を塗布する塗布工程とを有している。
【００９３】
すなわち、本実施の形態では、撥液剤パターン５により封止樹脂４を成形しているので、ＬＥＤパッケージ１０に壁が存在しない。このため、ＬＥＤパッケージ１０の壁が原因で光の取り出し効率が低下することを回避することができる。
【００９４】
また、ＬＥＤパッケージ１０に封止樹脂用の凹部を有していないので、ＬＥＤパッケージ１０に封止樹脂４用の凹部を形成するためのコストが不要である。したがって、低コストのＬＥＤパッケージ１０の製造方法を提供することができる。
【００９５】
ここで、平面基板を用いて撥液剤パターン５により封止樹脂４を成形し、沈降工程にて、封止樹脂４内の蛍光体８をＬＥＤチップ３の上面等に堆積させる場合に、封止樹脂４の粘度を上げるべく加熱を行うために一般に使用されるオーブンを用いたときには、封止樹脂４周辺に壁がないので、オーブン内の風の影響を受け、蛍光体８の均一な堆積層を形成することが困難となる。
【００９６】
そこで、本実施の形態では、沈降工程では、無風状態にて封止樹脂４内の蛍光体８を沈降させる。この結果、風の影響を受けずに蛍光体８を沈降させることができるので、ＬＥＤチップ３の上面及びその周辺に一定膜厚の蛍光体８の堆積層を形成することができる。
【００９７】
したがって、ＬＥＤパッケージ１０の壁が原因で光の取り出し効率が低下することを回避すると共に、封止樹脂４に混練された蛍光体８をＬＥＤチップ３上やその周辺に均一に分布した層とし得る低コストのＬＥＤパッケージ１０の製造方法を提供することができる。
【００９８】
また、本実施の形態のＬＥＤパッケージ１０の製造方法では、封止樹脂４の粘度ηは、
【００９９】
【数３】
2012044048.tif 000005
【０１００】
ただし、ｈ：封止樹脂の高さ、ρ：蛍光体の比重、ρｗ：封止樹脂の比重、ｇ：重力加速度、ｒ：蛍光体の粒子半径
を満たすことが好ましい。
【０１０１】
これにより、封止樹脂４の高さｈ、蛍光体８の比重ρ、封止樹脂４の比重ρｗ、重力加速度ｇ、及び蛍光体８の粒子半径ｒに応じて、封止樹脂４に混練された蛍光体８を沈降させてＬＥＤチップ３上やその周辺に均一に分布した層として形成するための適切な封止樹脂４の粘度ηの条件を設定することができる。
【０１０２】
また、本実施の形態のＬＥＤパッケージ１０の製造方法では、ＬＥＤパッケージ１０は、少なくとも１対の電極２・２と、１つ以上のＬＥＤチップ３と、基板１とＬＥＤチップ３とを接合するダイボンド接合剤６と、半球面状の封止樹脂４を有している。
【０１０３】
これにより、例えば、複数のＬＥＤチップ３を備えたＬＥＤパッケージ１０の製造方法を提供することができる。また、封止樹脂４の表面形状を半球面状とすることにより、封止樹脂４の使用量を最小にでき、ローコスト化できる。さらに、ダイボンド接合剤６を用いて基板１とＬＥＤチップ３とを接合することにより、例えばＬＥＤチップ３の側面までダイボンド接合剤６を充填することによって、ＬＥＤチップ３の側面壁における蛍光体８の堆積量を調整することができる。これにより、ＬＥＤチップ３の側面において、蛍光体８の堆積層に段差ができてＬＥＤチップ３が露出することにより色度のばらつきが発生するのを防止することができる。
【０１０４】
また、本実施の形態のＬＥＤパッケージ１０の製造方法では、蛍光体８は封止樹脂４よりも比重が重く、かつ沈降工程では、蛍光体８は重力により封止樹脂４内を沈降する。すなわち、例えば、蛍光体８を堆積させる方法として、重量による沈降、遠心分離、電磁力による吸着等が考えられる。しかし、重力により封止樹脂４内を沈降させる方法が最も簡単で、ローコストに繋がる。
【０１０５】
尚、封止樹脂４の端と中央部とでは沈降する蛍光体８の量が異なるので、重力のみの影響で沈降が進むと仮定すると、蛍光体層の断面は中央部で層が厚く端で薄くなる。しかし、実際には、そうならないので、重力以外に封止樹脂４の粘度、蛍光体８の比重、蛍光体８の濃度等の条件が沈降工程に影響していると考えられる。
【０１０６】
また、本実施の形態のＬＥＤパッケージ１０の製造方法では、沈降工程は、０℃から封止樹脂４の熱硬化温度未満までの温度範囲で行われる。
【０１０７】
これにより、封止樹脂４の粘度ηを０℃から封止樹脂４の熱硬化温度未満までの温度範囲で調整することが可能となり、蛍光体８の沈降速度を適切に制御することが可能となる。
【０１０８】
また、本実施の形態のＬＥＤパッケージ１０の製造方法では、沈降工程では、ランプ又はホットプレートにより封止樹脂４の温度を調節することが可能である。尚、ランプは、例えばハロゲンランプや赤外線ランプ等を使用することができる。また、ホットプレートは、一般的なホットプレートの他、積層型のホットプレートやベルトコンベア型のホットプレートを使用することができる。
【０１０９】
これにより、オーブンを使用することが無いので、オーブン使用に伴う風を防止し、蛍光体８の堆積層における均一性がなくなるのを防止することができる。
【０１１０】
また、本実施の形態のＬＥＤパッケージ１０の製造方法では、沈降工程では、ＬＥＤチップ３のパッケージ全体を密閉容器にて密閉することが可能である。
【０１１１】
これにより、常温における沈降においても、オーブンを用いた沈降においても、ＬＥＤチップ３のパッケージ全体を密閉容器にて密閉するので、風の影響を回避することができる。
【０１１２】
また、本実施の形態のＬＥＤパッケージ１０は、上記記載のＬＥＤパッケージ１０の製造方法を用いて製造されている。
【０１１３】
これにより、ＬＥＤパッケージ１０の壁が原因で光の取り出し効率が低下することを回避すると共に、封止樹脂４に混錬された蛍光体８をＬＥＤチップ３上やその周辺に均一に分布した層とし得る低コストのＬＥＤパッケージ１０を提供することができる。
【０１１４】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図６及び図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１５】
本実施の形態のＬＥＤパッケージ２０は、前記実施の形態１のＬＥＤパッケージ１０におけるダイボンド接合剤６の構成に代えて、図７に示すように、素子接合用樹脂としてのダイボンド接合剤２６とした点が上記と異なっている。
【０１１６】
すなわち、本実施の形態のＬＥＤパッケージ２０では、図７に示すように、発光素子としてのＬＥＤチップ３と基板１との間を接合するダイボンド接合剤２６が、ＬＥＤチップ３の上面付近までスロープ状に形成されている。
【０１１７】
これによって、ＬＥＤチップ３における周辺の蛍光体８の堆積量が均一になるため、色度ばらつきの抑制に有利であり、また、色度の角度依存性がなくなるという利点、つまりどの方向から見ても白色発光であるという利点がある。
【０１１８】
すなわち、前記実施の形態１のＬＥＤパッケージ１０においては、図６に示すように、ＬＥＤチップ３の側面において、上面近傍では、蛍光体８の存在が少なくなる。この結果、ＬＥＤチップ３として青色ダイオードを使用している場合に、その部分から青色光が放射されるので、斜め方向から見た場合には青色が強いという欠点がある。
【０１１９】
本実施の形態では、その欠点を解消できるものとなっている。
【０１２０】
このように、本実施の形態のＬＥＤパッケージ２０の製造方法では、ダイボンド接合剤２６は、ＬＥＤチップ３の外周の隅肉部が該ＬＥＤチップ３の上面にまで達するように傾斜して設けられている。
【０１２１】
これにより、ＬＥＤチップ３における外周の隅肉部の上面にも蛍光体８が堆積する。したがって、ＬＥＤチップ３の側面において、蛍光体８の堆積層に段差ができてＬＥＤチップ３が露出することにより色度のばらつきが発生するのを防止することができる。
【０１２２】
また、本実施の形態のＬＥＤパッケージ２０は、上記記載のＬＥＤパッケージ１０の製造方法を用いて製造されている。
【０１２３】
これにより、ＬＥＤパッケージ１０の壁が原因で光の取り出し効率が低下することを回避すると共に、封止樹脂４に混錬された蛍光体８をＬＥＤチップ３上やその周辺に均一に分布した層とし得る低コストのＬＥＤパッケージ２０を提供することができる。
【０１２４】
尚、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。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明は、ＬＥＤ、半導体レーザ、有機ＥＬ素子等の発光素子パッケージの製造方法及び発光素子パッケージに適用できる。そして、発光素子光の輝度、色度等にムラが発生することを防止できるので、照明器具、液晶テレビ等の表示装置に用いるバックライト等に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１      基板
２      電極
３      ＬＥＤチップ（発光素子）
４      封止樹脂
５      撥液剤パターン
６      ダイボンド接合剤（素子接合用樹脂）
７      ワイヤ
８      蛍光体（波長変換材料）
１０      ＬＥＤパッケージ（発光素子パッケージ）
２０      ＬＥＤパッケージ（発光素子パッケージ）
２６      ダイボンド接合剤（素子接合用樹脂）
【図１】
2012044048.tif 000007
【図２】
2012044048.tif 000008
【図３】
2012044048.tif 000009
【図４】
2012044048.tif 000010
【図５】
2012044048.tif 000011
【図６】
2012044048.tif 000012
【図７】
2012044048.tif 000013
【図８】
2012044048.tif 000014
【図９】
2012044048.tif 000015