JP2015188053A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光装置は、基板1と、LED3と、LED3の上に重ねられた蛍光体板4と、LEDの隣に実装されたZD5と、LED及びZDを囲む枠状のダム材6と、ダム材の内側に注入され、LEDの側面を被覆するとともにZDの側面及び上面を被覆する光反射性樹脂7とを備え、枠状のダム材6の一部が、外向きに膨出して、ZD5の3側面を囲繞している。ディスペンサーノズルの開口部から光反射性樹脂7を、蛍光体板及びZDの上面に直接かからないように、蛍光体板とZDの側面との間に注入し、LEDの下方の隙間及びZDの下方の隙間に入り込ませる。
【選択図】図3
Description
(a)製造時において光反射性樹脂57の注入は、図14に示すように、ディスペンサーノズル60の開口部から光反射性樹脂57を蛍光体板54とダム材56との間に吐出して行う。
仮に光反射性樹脂57をZD55の上面に直接かからないように注入すると、光反射性樹脂57がZD55の側面から上面に乗り上げにくいため、該上面を完全に被覆しないおそれがある。
そこで、光反射性樹脂57をZD55の上面に直接かかるように注入することになるが、注入した光反射性樹脂57はZD55の上面を横に速く流れ、近接する蛍光体板54の上に乗り上げたり、ダム材56の外に漏れたりするおそれがある。これを防ぐために、蛍光体板54の厚さを増したり、ダム材56の高さを増したりするなどの制約が出る。
また、光反射性樹脂がZDの下方の隙間に入り込んでアンダーフィルとなっている態様を例示できる。
また、光反射性樹脂がLEDの下方の隙間に入り込んでアンダーフィルとなっている態様を例示できる。
さらに、光反射性樹脂は、硬化前に相対的に低粘度である下層の光反射性樹脂と、硬化前に相対的に高粘度である上層の光反射性樹脂とからなり、下層の光反射性樹脂の一部が前記アンダーフィルとなっている態様を例示できる。
・ダム材の内側に注入された光反射性樹脂は、ZDとその3側面を囲繞しているダム材の膨出部との間に流入して充填し、ZDの側面とダム材の内側面との両者を伝って高さを増しやすく、ZDの3側面全てから上面に這い上がるため、ZDの側面及び上面を確実に被覆する。
・そのため、光反射性樹脂をZDの上面に直接かからないように注入することができるので、光反射性樹脂がZDの上面を横に速く流れてLED又は蛍光体板の上へ乗り上げたり、ダム材の外に漏れたりすることを防止できる。
・ダム材の膨出部により、ZD周辺の光反射性樹脂の塗布体積を小にできるため、ZDの被覆が容易となる。
・ZDはダム材の膨出部に囲繞されるため、蛍光体板とダム材の膨出部以外の一般部との離間距離を小さくでき、その分、ダム材の枠寸法を小さくできる。このため、ダム材の外側の基板の面積が大きくなり、基板を機器に取り付けるための取付冶具(板バネ等)の配置場所をとることが容易になる。また、基板の寸法を小さくすることもでき、コスト面でも有利となる。
・さらに、光反射性樹脂を、硬化前に相対的に低粘度である下層の光反射性樹脂と、硬化前に相対的に高粘度である上層の光反射性樹脂とすることにより、下層の光反射性樹脂は低粘度であることによってZDやLEDの下方の隙間に入り込みやすくなり、上層の光反射性樹脂は高粘度でもよいことにより光反射性物質の含有量を多くして光反射性を高めることができる。
枠状のダム材の一部を、外向きに膨出して、ZDの3側面を囲繞させるように形成し、
光取出面とZDとの距離をディスペンサーノズルの開口部の内径以上とし、ディスペンサーノズルの開口部から光反射性樹脂を、光取出面及びZDの上面に直接かからないように、光取出面とZDの側面との間に注入し、LEDの下方の隙間及びZDの下方の隙間に入り込ませることを特徴とする。
また、複数個のLEDを配列し、LEDの配列方向に沿ってディスペンサーノズルを移動させながら光反射性樹脂を注入する態様を例示できる。
また、LEDに沿ってディスペンサーノズルを移動させながら光反射性樹脂を注入し、ディスペンサーノズルが光取出面とZDとの間を通過するときには、ディスペンサーノズルを、光取出面からは離れ、ZDの側面には近付くよう、前記ダム材の一部の膨出形状に沿って曲げて移動させる態様を例示できる。
また、光反射性樹脂は、相対的に低粘度である下層の光反射性樹脂を前記のように注入し、該下層の光反射性樹脂の一部を前記隙間に入り込ませた後、相対的に高粘度である上層の光反射性樹脂を前記のように注入する態様を例示できる。
さらに、光反射性樹脂は、硬化前に相対的に低粘度である下層の光反射性樹脂を前記のとおり注入して、該下層の光反射性樹脂の一部を前記隙間に入り込ませてから、硬化前に相対的に高粘度である上層の光反射性樹脂を前記のとおり注入する態様を例示できる。
また、光反射性樹脂を注入する時又は注入した後に、真空引き雰囲気とする態様を例示できる。
・光取出面の側面とZDの側面との間に注入した光反射性樹脂が、LEDの下方の隙間及びZDの下方の隙間に一方向に入り込み、それらの隙間にあった空気を一方向に押し出しすため、気泡が残りにくく、すなわちボイドが発生しない。
・また、ZDの3側面を囲繞するダム材の膨出した一部の内側においては、他部の内側よりも多くの量の光反射性樹脂が必要になる。そこで、ディスペンサーノズルが光取出面とZDとの間を通過するときには、ディスペンサーノズルを、光取出面からは離れ、ZDの側面には近付くよう、前記ダム材の一部の膨出形状に沿って曲げて移動させる。これにより、ディスペンサーノズルの道程が長くなり、ディスペンサーノズルが近付いたZD側への光反射性樹脂の注入量が多くなるため、ダム材の膨出した一部の内側を確実に充填することができる。一方、ディスペンサーノズルが離れたLED側へは光反射性樹脂の注入量が多くならないため、光反射性樹脂が光取出面に乗り上げない。
・さらに、光反射性樹脂は、相対的に低粘度である下層の光反射性樹脂を前記のとおり注入し、該下層の光反射性樹脂の一部を前記隙間に入り込ませた後、相対的に高粘度である上層の光反射性樹脂を前記のとおり注入することにより、下層の光反射性樹脂は低粘度であることによってZDやLEDの下方の隙間に入り込みやすくなり、上層の光反射性樹脂は高粘度でもよいことにより光反射性物質の含有量を多くして光反射性を高めることができる。
・また、光反射性樹脂を注入する時又は注入した後に真空引き雰囲気とすることにより、該光反射性樹脂の一部がZD5やLED3の下方の隙間にさらに入り込みやすくなるため、ボイドの発生をさらに確実に防止できる。
また、本発明の発光装置の製造方法によれば、光反射性樹脂をZDのアンダーフィルとする場合に、ZDの下方にボイドが発生しないようにすることができる。
基板の材料としては、特に限定されないが、セラミック、樹脂、表面を絶縁被覆した金属等を例示できる。セラミックとしては、窒化アルミニウム(AlN)、アルミナ等を例示できる。
基板の形状としては、特に限定されないが、四角形、円形、三角形等を例示できる。
配線パターンの材料としては、特に限定されないが、金、銀、銅、アルミニウム等を例示できる。
LEDの発光色としては、特に限定されないが、蛍光体を励起して蛍光の合成により白色を取り出すことができる青色、紫色又は紫外光が好ましい。
LEDの半導体層材料としては、特に限定されないが、窒化ガリウム(GaN)系、酸化亜鉛(ZnO)系、セレン化亜鉛(ZnSe)系、炭化珪素(SiC)系等を例示できる。
必須ではないが、発光装置が白色光を取り出すものである場合には、蛍光体を使用することができる。蛍光体は、LEDの発光色と蛍光色との合成又は複数の蛍光色の合成で白色を取り出せるような蛍光色を発するものであればよい。例えば、青色LEDを用いる場合には、黄色蛍光体を単独で用いたり、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを組み合わせて用いたりすることができる。
複数個のLEDを実装する場合、蛍光体板は、各LEDの上面を覆う大きさものを複数枚としてもよいし、全LEDの上面をまとめて覆う大きさのものを1枚としてもよいが、前者が好ましい。後者の場合、LEDを配線パターンに接合するときのばらつきにより、LEDと蛍光体板との距離がばらつく。その結果、LEDと蛍光体板の光・熱的な特性がばらつき、全体として不均一な発光となってしまうからである。
蛍光体板を用いる場合、LEDは例えばフリップチップ実装されるフェースダウン型LEDが好ましい。
ダム材の材料としては、特に限定されないが、樹脂等を例示できる。樹脂としては、特に限定されないが、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を例示できる。樹脂は、光反射性樹脂がダム材を這い上がりやすい点および密着性が良好な点で、光反射性樹脂の樹脂と同種の樹脂であることが好ましい。さらに、ダム材の樹脂にも、光反射性物質を含有させてもよい。
ダム材の枠形状としては、特に限定されないが、四角枠状、長円枠状、楕円枠状、円枠状等を例示できる。
ダム材の一部の膨出形状としては、特に限定されないが、半円状、V字状、コ字状等を例示できる。
光反射性樹脂としては、特に限定されないが、樹脂に光反射性物質を含有させたものを例示できる。
樹脂としては、特に限定されないが、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を例示できる。
光反射性物質としては、特に限定されないが、Ti、Zr、Nb、Al、Si等の酸化物や、AlN、MgF等を例示できる。
本発明の発光装置の用途としては、特に限定されないが、自動車、列車、船舶、航空機等の各種乗物のヘッドライト、投光器、一般照明機器等を例示できる。
発光装置は、上面に配線パターン2が設けられた基板1と、所定の間隔をおいた二つの配線パターン2の上に実装された青色光を発するLED3と、LED3の上面に重ねられて接合された蛍光体を含む透光性の蛍光体板4と、所定の間隔をおいた二つの配線パターン2の上であってLED3の隣に実装された、LED3の保護素子としてのZD5と、基板1の上に形成されたLED3及びZD5を囲む枠状のダム材6と、ダム材6の内側に注入され、LED3の側面と蛍光体板4の側面を被覆するとともに、ZD5の側面及び上面を被覆する光反射性樹脂7とを備えている。
ダム材6の高さは、ZD5の上面の高さより高く、蛍光体板4の上面の高さより低い。
光反射性樹脂7の第1の目的及び機能はLED3の側面と蛍光体板4の側面からの光の出射を反射して遮断するところにあるので、光反射性樹脂7はLED3の側面と蛍光体板4の側面を被覆しており(チップ間間隔及び板間間隔にも充填されている。)、光取出面である蛍光体板4の上面は露出させている。
光反射性樹脂7の第2の目的及び機能はZD5を外部の湿気等から保護するところにあるので、光反射性樹脂7はZD5の側面及び上面を被覆している。
光反射性樹脂7の第3の目的及び機能はアンダーフィルとして機能させるところにあるので、光反射性樹脂7は上述したLED3下方及びZD5下方の隙間(配線パターン2相互間の間隔と、チップ−配線パターン2間の隙間)にも入り込んでアンダーフィル7a,7bとなっており、その隙間にボイドがない状態を形成している。
(1)図1(a)及び図4(a)に示す基板1の配線パターン2の上に、図1(b)及び図4(b)に示すようにLED3とZD5をそれぞれバンプによって接合する。このとき、チップ下方に隙間(配線パターン2相互間の間隔と、チップ−配線パターン2間の隙間)が生じる。
図3(e)及び図4(e)はディスペンサーノズル10の移動がより進んだ状態を示し、さらに図3(e)の上部に2点鎖線で示す注入箇所の他方端の上方まで移動させる。図5はその移動途中におけるZD5付近の状態を示している。なお、塗布方向は、片側からの充填が出来れば、任意で選択できる。
(i)LED3側へは、光反射性樹脂7は、一端側のLED3の端側面とダム材6との間を一方向に流動して充填し、また、LED3相互間の間隔を一方向に流動して充填する。
さらに、光反射性樹脂7は、LED3下方の隙間を一方向に流動して入り込み、アンダーフィル7aとなる。特にLED3下方の隙間は空気が閉じ込められやすい所であるが、そこを光反射性樹脂7が片側から一方向に流動して充填することにより、図5に矢印で示すように空気が押し出されるため、気泡として残るおそれがなく、すなわちボイドが発生しない。
また、光反射性樹脂7をZD5の上面に直接かからないように注入し、また、ZD5と蛍光体板4との間隔が大きいことにより、光反射性樹脂7が蛍光体板4の上へ乗り上げることを防止することができる。
さらに、光反射性樹脂7は、ZD5下方の隙間を一方向に流動して入り込み、アンダーフィル7bとなる。特にZD5下方の隙間は空気が閉じ込められやすい所であるが、そこを光反射性樹脂7が片側から一方向に流動して充填することにより空気が押し出されるため、気泡として残るおそれがなく、すなわちボイドが発生しない。
また、光反射性樹脂7をZD5の上面に直接かからないように注入することにより、光反射性樹脂7がダム材6の上へ乗り上げてさらに外に漏れることを防止することができる。
上述したダム材6の膨出部6aの内側においては、直線状のダム材6の内側よりも多くの量の光反射性樹脂7が必要になる。
実施例1では、光反射性樹脂7の注入工程(段落0041〜0044で説明したステップ(3))で、ディスペンサーノズル10を直線状に移動させており、例えばそのディスペンサーノズル10の移動を一時的に停止することで膨出部6aの近傍での光反射性樹脂7の注入量を増やした場合、光反射性樹脂7が高く盛り上がってしまい、蛍光体板4の上面(光取出面)へ乗り上げてしまうおそれがある。
そこで、実施例6では、ディスペンサーノズル10が蛍光体板4の上面(光取出面)とZD5との間を通過するときには、ダム材6の膨出部6aの形状に沿って曲げて移動させるようにした。具体的には、実施例1のステップ(3)の一部を、次のように変更した。
図9(a)〜図10(c)に示すように、実施例1と同様、ディスペンサーノズル10の開口部を注入箇所の一方端(図では左端)の上方に位置させ、白抜き矢印で示すようにディスペンサーノズル10をLED3の配列方向に沿って移動させながら、該開口部から光反射性樹脂7を吐出させて注入する。このとき、蛍光体板4とダム材6の主要部との間においては、図9(b)及び図11(a)に示すように、蛍光体板4からディスペンサーノズル10の開口部中心までの距離を、第2距離D2(蛍光体板4からダム材6の主要部までの距離)の0.5倍以上〜0.7倍以下(例えば0.6倍)とすることが好ましい。ディスペンサーノズル10を蛍光体板4とダム材6と中央又はややダム材6寄りとすることにより、光反射性樹脂7が蛍光体板4の上面に乗り上げにくいからである。
図12には、ディスペンサーノズル10の開口部の移動軌跡を2点鎖線で示す。
注入のスタートでは、ディスペンサーノズル10の開口部を実施例6でいう反対箇所の一方端(図では左端)の上方に位置させる。そして、白抜き矢印で示すようにディスペンサーノズル10をLED3の配列方向に沿って移動させながら、該開口部から光反射性樹脂7を吐出させて注入する。その後、ディスペンサーノズル10の開口部が反対箇所の他方端(図では右端)まで移動したら、続いて右端のLED3とダム材6との間をLED3の配列方向とは直角方向に移動させ、実施例6でいう注入箇所の右端まで移動したら、続いて注入箇所をLED3の配列方向に沿って移動させ、左端まで移動したら左端のLED3とダム材6との間をLED3の配列方向とは直角方向に移動させ、これらの間も、光反射性樹脂7を吐出させて注入する。なお、ディスペンサーノズル10を注入箇所で移動させて光反射性樹脂7を注入するときには、既にチップ相互間の間隔及びチップ下方の隙間が光反射性樹脂7で充填されているため、ボイドは発生しない。
(1)前記実施例では光反射性樹脂7をアンダーフィルとしても機能させる例を示したが、より空気の閉じ込め(ボイド)を効果的に防止すべく、粘度が光反射性樹脂7と同等かそれ以下のアンダーフィル用樹脂(光反射性又は透明な熱硬化性樹脂)を光反射性樹脂7の注入前に塗布してもよい。
(2)さらに空気の閉じ込めを防止すべく、上記アンダーフィル用樹脂を塗布した後、光反射性樹脂7を注入する前に、加熱(硬化)させるとよい。加熱することで、硬化前に一時的に粘度が低下し、より確実にチップ下の空気を押し出すことができる。この加熱は、ダム材の半硬化を兼ねて行うこともできる。
(3)ディスペンサーのステージ温度は、特に限定されないが、40℃以上が好ましい。特に、50〜70℃とすることにより、光反射性樹脂の粘度を低くして、前記隙間へ流し込みやすくすることができる。
2 配線パターン
3 LED
4 蛍光体板
5 ZD
6 ダム材
6a 膨出部
7 光反射性樹脂
7a アンダーフィル
7b アンダーフィル
8 線状バンプ
9 スタッドバンプ
10 ディスペンサーノズル
図9(a)〜図10(c)に示すように、実施例1と同様、ディスペンサーノズル10の開口部を注入箇所の一方端(図では左端)の上方に位置させ、白抜き矢印で示すようにディスペンサーノズル10をLED3の配列方向に沿って移動させながら、該開口部から光反射性樹脂7を吐出させて注入する。このとき、蛍光体板4とダム材6の主要部との間においては、図9(b)及び図11(a)に示すように、蛍光体板4からディスペンサーノズル10の開口部中心までの距離を、第2距離D2(蛍光体板4からダム材6の主要部までの距離)の0.5倍以上〜0.7倍以下(例えば0.6倍)とすることが好ましい。ディスペンサーノズル10を蛍光体板4とダム材6との中央又はややダム材6寄りとすることにより、光反射性樹脂7が蛍光体板4の上面に乗り上げにくいからである。
Claims (11)
- 基板と、基板の上に実装された発光ダイオードチップと、基板の上の発光ダイオードチップの隣に実装されたツェナーダイオードチップと、基板の上に形成された発光ダイオードチップ及びツェナーダイオードチップを囲む枠状のダム材と、ダム材の内側に注入され、発光ダイオードチップの側面を被覆するとともにツェナーダイオードチップの側面及び上面を被覆する光反射性樹脂とを備えた発光装置において、
枠状のダム材の一部が、外向きに膨出して、ツェナーダイオードチップの3側面を囲繞していることを特徴とする発光装置。 - 発光ダイオードチップの上に蛍光体板が重ねられ、該蛍光体板の上面が光取出面である請求項1記載の発光装置。
- 光反射性樹脂がツェナーダイオードチップの下方の隙間に入り込んでアンダーフィルとなっている請求項1又は2記載の発光装置。
- 光反射性樹脂が発光ダイオードチップの下方の隙間に入り込んでアンダーフィルとなっている請求項1、2又は3記載の発光装置。
- 光反射性樹脂は、硬化前に相対的に低粘度である下層の光反射性樹脂と、硬化前に相対的に高粘度である上層の光反射性樹脂とからなり、下層の光反射性樹脂の一部が前記アンダーフィルとなっている請求項3又は4記載の発光装置。
- 基板と、基板の上に実装された発光ダイオードチップと、基板の上の発光ダイオードチップの隣に実装されたツェナーダイオードチップと、基板の上に形成された発光ダイオードチップ及びツェナーダイオードチップを囲む枠状のダム材と、ダム材の内側に注入され、発光ダイオードチップの側面を被覆するとともにツェナーダイオードチップの側面及び上面を被覆する光反射性樹脂とを備えた発光装置の製造方法において、
枠状のダム材の一部を、外向きに膨出して、ツェナーダイオードチップの3側面を囲繞させるように形成し、
光取出面とツェナーダイオードチップとの距離をディスペンサーノズルの開口部の内径以上とし、ディスペンサーノズルの開口部から光反射性樹脂を、光取出面及びツェナーダイオードチップの上面に直接かからないように、光取出面とツェナーダイオードチップの側面との間に注入し、発光ダイオードチップの下方の隙間及びツェナーダイオードチップの下方の隙間に入り込ませることを特徴とする発光装置の製造方法。 - 発光ダイオードチップの上に蛍光体板を重ね、該蛍光体板の上面を光取出面とする請求項6記載の発光装置の製造方法。
- 複数個の発光ダイオードチップを配列し、発光ダイオードチップの配列方向に沿ってディスペンサーノズルを移動させながら光反射性樹脂を注入する請求項6又は7記載の発光装置の製造方法。
- 発光ダイオードチップに沿ってディスペンサーノズルを移動させながら光反射性樹脂を注入し、ディスペンサーノズルが光取出面とツェナーダイオードチップとの間を通過するときには、ディスペンサーノズルを、光取出面からは離れ、ツェナーダイオードチップの側面には近付くよう、前記ダム材の一部の膨出形状に沿って曲げて移動させる請求項6、7又は8記載の発光装置の製造方法。
- 光反射性樹脂は、相対的に低粘度である下層の光反射性樹脂を前記のように注入して、該下層の光反射性樹脂の一部を前記隙間に入り込ませてから、相対的に高粘度である上層の光反射性樹脂を前記のように注入する請求項6〜9のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
- 光反射性樹脂を注入する時又は注入した後に、真空引き雰囲気とする請求項6〜10のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
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