特許 6985885 ＬＥＤ光源

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6985885

(24)【登録日】2021年11月30日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ光源

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/52 20100101AFI20211213BHJP

   H01L 33/60 20100101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/52

   H01L33/60

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-206878(P2017-206878)

(22)【出願日】2017年10月26日

(65)【公開番号】特開2019-79980(P2019-79980A)

(43)【公開日】2019年5月23日

【審査請求日】2020年9月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】596099446

【氏名又は名称】シーシーエス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(72)【発明者】

【氏名】吉村 知紘

(72)【発明者】

【氏名】岡島 亜希子

【審査官】 村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１８１５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３０９０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の表面に実装されたＬＥＤチップと、
前記基板の表面に設けられて、前記ＬＥＤチップから射出された光を反射する反射膜と、
前記反射膜の少なくとも一部を覆うとともに、前記ＬＥＤチップを封止する封止部材とを備え、
前記反射膜が、平均粒径が互いに異なる２種類の鱗片状のフィラーを含有しており、当該２種類のフィラーとして、所定の平均粒径を有する鱗片状の第１フィラーと、前記第１フィラーよりも平均粒径が大きい鱗片状の第２フィラーとを有し、
前記反射膜の表面粗さが１０μｍ以上であり、かつ前記反射膜の反射率が８０％以上であるＬＥＤ光源。

【請求項2】

前記反射膜に含まれる前記第２フィラーに対する前記第１フィラーの体積比率が１０％以上４０％以下である請求項１に記載のＬＥＤ光源。

【請求項3】

前記ＬＥＤチップが、紫外光を射出するものである請求項１又は２に記載のＬＥＤ光源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＥＤ光源に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ＬＥＤ光源として、例えば、特許文献１に示すように、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装される基板と、基板の表面に白色顔料が塗布されて形成され、ＬＥＤチップから射出された光を反射する反射膜と、ＬＥＤチップ及び反射膜を覆う封止部材とを備えたものがある。

【0003】

封止部材は、ＬＥＤチップや反射膜を保護する他、その屈折率が、通常、ＬＥＤチップと外部（空気）の屈折率の間の値であるため、ＬＥＤチップと外部（空気）との間の屈折率差を小さくして、ＬＥＤチップ内にとどまる光量を少なくする役割を果たす。これにより、ＬＥＤ光源の光取出し効率が向上する。

【0004】

しかしながら、封止部材の材料として、紫外光等の短波長の光に対する耐光性や透過性に優れたものの場合には、一般的に、化学的に反応しやすい官能基が含まれておらず、封止部材と反射膜とが化学的に結合し難いため、両者間の密着性が低い。一方、反射膜との密着性に優れた材料の場合には、一般的に、化学的に反応しやすい官能基が含まれていて、紫外光等の光エネルギーにより官能基自身や封止部材と反射膜との間の化学結合が切断されるため、紫外光に対する耐光性や透過性が低い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】ＷＯ２０１４／１０３３２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、封止部材の紫外光等の短波長の光に対する耐光性及び透過性を担保しつつ、封止部材と反射膜との密着性を向上させることをその主たる課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち本発明にかかるＬＥＤ光源は、基板と、前記基板の表面に実装されたＬＥＤチップと、前記基板の表面に設けられて、前記ＬＥＤチップから射出された光を反射する反射膜と、前記反射膜の少なくとも一部を覆うとともに、前記ＬＥＤチップを封止する封止部材とを備え、前記反射膜が、所定の長径を有する鱗片状の第１フィラーと、前記第１フィラーよりも長径が大きい鱗片状の第２フィラーとを有していることを特徴とするものである。

【0008】

長径の短い第１フィラーのみを含む反射膜は、当該フィラー表面の総面積が大きく、光の反射特性に優れるものの、その表面粗さが小さくなる傾向にある一方、長径の長い第２フィラーのみを含む反射膜は、当該フィラー表面の総面積が小さく、光の反射特性に劣るものの、その表面粗さが大きくなる傾向にある。そこで、本発明のように、長径が互いに異なる第１フィラー及び第２フィラーを含む反射膜とすれば、光の反射特性を一定水準以上としながらも、その表面粗さを大きくすることができ、アンカー効果によって反射膜と封止部材との密着性を向上させることができる。

【0009】

これにより、封止部材として、紫外光に対する耐光性や透過性の高い材料、即ち、反射膜との間に良好な密着性が得られない材料を選択したとしても、封止部材と反射膜との密着性をアンカー効果により高めることができる。そして、封止部材と反射膜との密着性が高まれば、封止部材が剥離し難くなり、反射膜やＬＥＤチップと封止部材との間に空気が噛み込まず、ＬＥＤチップから射出された光の取出し効率を向上させることができる。

【0010】

封止部材と反射膜との密着性を担保するためには、前記反射膜の表面粗さが１０μｍ以上であることが好ましい。

【0011】

一方、反射膜の表面粗さが大きくなると（第２フィラーの割合が増えると）、反射膜の反射率が低下する懸念がある。
そこで、反射膜の反射率を一定値以上とするためには、前記反射膜に含まれている前記第２フィラーに対する前記第１フィラーの体積比率が１０％以上４０％以下であることが好ましい。

【0012】

上述した作用効果を顕著に発揮させるためには、前記ＬＥＤチップが、紫外光を射出するものであることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

このように構成した本発明によれば、封止部材の紫外光に対する耐光性及び透過性を担保しつつ、しかも反射膜の反射率を低下させることなく、封止部材と反射膜との密着性を向上させることができる。また、ＬＥＤチップ及び反射膜を封止部材で覆うことで、ＬＥＤチップから射出された光の取出し効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態のＬＥＤ光源の構成を模式的に示す図。

【図2】同実施形態の反射膜の構成を模式的に示す図。

【図3】同実施形態のフィラーの形状を模式的に示す図。

【図4】同実施形態の反射膜の性能を評価した実験結果を示す図。

【図5】同実施形態の反射膜の性能を評価した実験結果を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に本発明に係るＬＥＤ光源の一実施形態について図面を参照して説明する。

【0016】

本実施形態に係るＬＥＤ光源１００は、図１に示すように、基板１０と、基板１０の表面に実装されたＬＥＤチップ２０と、ＬＥＤチップ２０を封止する封止部材３０と、基板１０の表面に設けられた反射膜４０とを備えたものである。

【0017】

基板１０は、例えばセラミック製や樹脂製のものであり、表面にはＬＥＤチップ２０が電気的に接続されるための金属パターン等からなる配線導体（図示しない）が形成されている。

【0018】

ＬＥＤチップ２０は、半田や金バンプ等の接合部材５０を介して基板１０表面に実装されており、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍに放射ピークを有する紫外光（深紫外光を含む）を射出するものである。このようなＬＥＤチップ２０の一例としては、２５０ｎｍ〜３５０ｎｍに放射ピークを有し、具体的には２６５ｎｍ付近に放射ピークを有するものが挙げられる。
また、図１では基板１０に１つのＬＥＤチップ２０が実装された態様を示しているが、ＬＥＤチップ２０の数は、目的・用途に応じて複数にするなど適宜変更して構わない。

【0019】

封止部材３０は、ＬＥＤチップ２０を封止するためのものであり、ここではＬＥＤチップ２０から封止部材３０へ効率良く紫外光を取り出すべく、紫外光に対する透過性に優れるとともに、紫外光に対する耐光性を備えた透明樹脂からなるものである。このような封止部材３０の材料としては、例えばフッ素系樹脂が挙げられる。フッ素系樹脂の中には、優れた耐光性及び透過性を有するものがあるからであり、このようなフッ素系樹脂は、化学的に反応しやすい官能基が含まれておらず、反射膜４０と化学的に結合し難いために反射膜４０との密着性は低いものの、紫外光の光エネルギーによって官能基自身や反射膜４０との化学結合が切断されないため、上記のような特性を有する。

【0020】

また、この封止部材３０は、例えば、その表面が光の射出方向に膨出した曲面であり、封止部材３０の光軸とＬＥＤチップ２０の光軸とが同軸上となるように配置されている。

【0021】

反射膜４０は、基板１０の表面に設けられて、ＬＥＤチップ２０から射出された光を反射するものであり、例えばセラミック塗料を基板１０の表面に塗布して形成したものである。この反射膜４０は、ＬＥＤチップ２０を取り囲むように形成されており、少なくともＬＥＤチップ２０の近傍部分が上述した封止部材３０によって覆われている。

【0022】

然して、本実施形態の反射膜４０は、図２に示すように、所定の長径を有する鱗片状の第１フィラー４１と、第１フィラー４１よりも長径が大きい鱗片状の第２フィラー４２とを有している。
なお、ここでいう「鱗片状」とは、図３に示すように、長径が厚みよりも大きい（好ましくは、長径が厚みの２倍以上、更に好ましくは、長径が厚みの５倍以上である）長尺な形状を意味し、この形状は例えば電子顕微鏡等を用いて観測することができる。

【0023】

本実施形態の第１フィラー４１及び第２フィラー４２は、図３に示すように、薄膜を重ねたような層状構造を有するものであり、結晶面の１つのみがへき開面となる結晶構造を備えた物質を含んでいる。このような物質としては、例えば六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）やグラファイトや雲母等が挙げられ、本実施形態の第１フィラー４１及び第２フィラー４２は、いずれも六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）である。

【0024】

このように、第１フィラー４１や第２フィラー４２が、結晶面の１つのみがへき開面となる結晶構造を備えた物質であれば、基板１０の表面に第１フィラー４１や第２フィラー４２を含む材料を塗布して反射膜４０を形成した後、基板１０が熱膨張や熱収縮した場合に、へき開面から結晶が容易にすべり変形するので、反射膜４０にクラックや割れ等を生じにくくすることができる。

【0025】

本実施形態の反射膜４０は、図２に示すように、上述した第１フィラー４１や第２フィラー４２をバインダー４３に混合して分散させたものを基板１０の表面に塗布することで形成されたものであり、バインダー４３と第１フィラー４１や第２フィラー４２との界面においてフレネル反射が生じる。
なお、バインダー４３としては、反射膜４０の反射性を向上させるべく、フレネル反射が大きくなるように第１フィラー４１や第２フィラー４２との屈折率差が大きく、ＬＥＤチップ２０から射出される光の波長（ここでは紫外領域の波長）を吸収しないものが好ましい。なお、本実施形態では、シラノール溶液を脱水重合させて得られる、ガラスベースのバインダー４３を用いた。

【0026】

反射膜４０の膜厚は、２０μｍ以上、より好ましくは３０μｍ以上であることが好ましい。反射膜４０の膜厚は、膜厚方向に存在するフィラー量を規定する重要な要素であり、膜厚が薄くなると、バインダー４３とフィラー４１、４２との界面の面積が減って反射膜４０の反射率が低下する。そういった意味で膜厚は２０μｍ以上（より好ましくは３０μｍ以上）であることが好ましい。一方、反射膜４０において光の反射に寄与するのは表面から一定深さまでの表層部分であるため、ある膜厚以上になると反射率の向上は見られず、膜厚の上限値は特に限定されるものではない。

【0027】

第１フィラー４１及び第２フィラー４２は、上述したように長径が互いに異なり、ここでは第１フィラー４１の平均粒径（長径）が例えば２μｍであり、第２フィラー４２の平均粒径（長径）が例えば８μｍである。このように、本実施形態では、互いにサイズの異なるフィラー４１、４２をバインダー４３に混合している。これは、第１フィラー４１のみだと、バインダー４３と当該フィラー４１との界面の面積が大きく、良好な反射特性が得られるものの、反射膜４０の表面粗さが小さくなるからであり、また、第２フィラー４２のみだと、反射膜４０の表面粗さが大きくなるものの、バインダー４３と当該フィラー４２との界面の面積が小さく、良好な反射特性が得られないからである。

【0028】

したがって、異なる大きさのフィラー４１、４２を混合することで、光の反射特性を一定水準以上としつつ、アンカー効果を得るのに適切な表面粗さとすることができ、このアンカー効果によって反射膜４０と封止部材３０との間の密着性が向上する。

【0029】

続いて、上述した反射膜４０の封止部材３０に対する密着性や反射膜４０の反射率などの性能を評価した実験結果について説明する。

【0030】

始めに、実験に用いたサンプルの作製方法について説明する。

【0031】

まず、シラノール溶液に第１フィラー４１と第２フィラー４２とをそれぞれ混合して分散させ、２種類のフィラー４１、４２を種々の体積比で混合した塗料を作製する。ここでは、第２フィラー４２に対する第１フィラー４１の体積比率が１００％、７５％、５０％、２５％、０％となる塗料を作製した。なお、この体積比率は塗料が硬化した後の値であり、また、硬化後の塗膜全体に占めるフィラーの割合は、体積比率約５０％となっている。

【0032】

そして、それぞれの塗料を例えばアルミ板などの金属板に塗布する。なお、塗布の際には、塗料をスキージやローラ等で延ばしながら金属板に塗布することで、塗料に分散している第１フィラー４１や第２フィラー４２のへき開面が塗膜の表面と略平行となるようにする。

【0033】

その後、例えば２６０〜３００℃で数時間の熱処理を行うことにより、シラノール溶液を脱水重合させ、第１フィラー４１や第２フィラー４２を分散した状態で金属板上に固化させることにより、金属板に膜厚約５０μｍの評価用反射膜が形成されたサンプルが作製される。

【0034】

次に、上述したサンプルを用いて、反射膜４０と封止部材３０との間の密着性を評価した実験結果について説明する。なお本実施形態では、クロスカット法と称される方法によって反射膜４０と封止部材３０との間の密着性を評価した。

【0035】

反射膜４０の表面粗さと密着性の相関を見るべく、まず上述したサンプルそれぞれに対して、評価用反射膜の表面粗さを測定した。具体的には、各サンプルに形成された評価用反射膜に対して、約８０μｍ角のエリアにおける表面の最大高さを表面粗さとして測定した。

【0036】

次に、評価用反射膜上に液状の封止樹脂（上記フッ素系樹脂）を滴下して、例えば２００℃で１時間の熱処理を行い、封止樹脂を硬化させて、２０μｍ以下の膜厚の封止樹脂薄膜を形成する。

【0037】

そして、封止樹脂薄膜に切り込みを入れて１ｍｍ間隔で２５マスの格子を形成し、これらのマスに透明付着テープを貼り付けて剥がすことでテープ剥離試験を行った。

【0038】

この試験結果を図４に示す。図４において、三角印は、透明付着テープを剥離する前に（即ち、切り込みを入れた時点で）評価用反射膜から剥離した封止樹脂薄膜のマス数を示しており、四角印は、透明付着テープを剥離した後に評価用反射膜から剥離した封止樹脂薄膜のマス数を示している。

【0039】

この試験結果から、評価用反射膜の表面粗さが１０μｍを境に剥離した封止樹脂薄膜のマス数が大きく変化していることが分かる。
つまりこの実験結果から、反射膜４０と封止部材３０との密着性を担保するためには、反射膜４０の表面粗さが１０μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１１μｍ以上であることが分かる。

【0040】

なお、上述したサンプルそれぞれに対して、−４０℃〜１００℃で各３０分１００サイクルの熱衝撃試験をした結果、外観に変化はなく、金属板と評価用反射膜との間にも、評価用反射膜と封止樹脂膜との間にも剥離はみられなかった。

【0041】

ところで、反射膜４０の表面粗さが大きくなると（第２フィラー４２の割合が増えると）、反射率が低下することが懸念される。
これに対して、本願発明者は実験を重ねた結果、反射膜４０と封止部材３０との密着性を損なうことなく、反射膜４０の反射率を高く維持することのできる第１フィラー４１と第２フィラー４２との混合比率があることを見出した。
以下、この実験結果について説明する。

【0042】

まず、上述したそれぞれのサンプルに対して、評価用反射膜の表面粗さを測定した。なお、測定方法は、上述した通り、約８０μｍ角のエリアにおける表面の最大高さを表面粗さとして測定した。

【0043】

次に、各サンプルに形成された評価用反射膜の反射率を測定した。ここでの反射率は、２６５ｎｍの紫外光を評価用反射膜に当てて反射した紫外光の正反射成分と拡散反射成分とを合わせたものを測定した値である。

【0044】

これらの測定結果をプロットした結果を図５に示す。図５において、三角印は、評価用反射膜の反射率を測定した結果を示しており、四角印は、評価用反射膜の表面粗さを測定した結果を示している。
この実験結果から、反射膜４０の反射率を高く維持しつつ、反射膜４０と封止部材３０との密着性を損なうことのない表面粗さ、すなわち１０μｍ以上の表面粗さにするためには、第２フィラー４２に対する第１フィラー４１の体積比率が１０％以上４０％以下であることが好ましく、より好ましくは２５％であることが分かる。

【0045】

このように構成された本実施形態のＬＥＤ光源１００によれば、反射膜４０が長径の互いに異なる鱗片状の第１フィラー４１及び鱗片状の第２フィラー４２を有しているので、反射膜４０の表面を、反射膜４０と封止部材３０とを密着させるのに適した粗さにして両者間の密着性をアンカー効果によって向上させることができる。
これにより、本実施形態のように、封止部材３０を紫外光に対する耐光性や透過性の高い例えばＯＨ基などの化学的に反応しやすい官能基を持たないフッ素系樹脂により形成しても、封止部材３０と反射膜４０との密着性を向上させることが可能となり、また、密着性が高まって封止部材３０が剥離し難くなれば、反射膜４０やＬＥＤチップ２０と封止部材３０との間に空気が噛み込まず、ＬＥＤチップ２０から射出された紫外光の取出し効率を向上させることができる。

【0046】

さらに、図５に示すように、反射膜４０に含まれる第２フィラー４２に対する第１フィラー４１の体積比率を１０％以上４０％以下、好ましくは２５％にすることで、反射膜４０の反射率を高く維持しつつ、反射膜４０と封止部材３０との密着性を担保することができる。

【0047】

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

【0048】

例えば、前記実施形態では、第１フィラー４１の平均粒径（長径）が２μｍであり、第２フィラー４２の平均粒径（長径）が８μｍである場合について説明したが、第１フィラー４１や第２フィラー４２としては、平均粒径（長径）が例えば１μｍ以下のものや十数μｍのものを用いても構わない。

【0049】

また、前記実施形態の第１フィラー４１や第２フィラー４２は、薄膜を重ねたような層状構造を有するものであったが、層状構造を有していないものであっても良い。さらに、第１フィラー４１や第２フィラー４２は、複数の物質が混在したものであっても良い。そのうえ、反射膜４０としては、３種類以上のフィラーを有するものであっても良い。

【0050】

封止部材３０は、前記実施形態ではフッ素系樹脂からなるものであったが、例えばシリコン樹脂、ガラスなどからなるものであっても良い。

【0051】

ＬＥＤチップ２０は、前記実施形態では紫外光を射出するものであったが、例えば短波長の可視光を射出するものであっても良い。

【0052】

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【符号の説明】

【0053】

１００・・・ＬＥＤ光源
１０ ・・・基板
２０ ・・・ＬＥＤチップ
３０ ・・・封止部材
４０ ・・・反射膜
４１ ・・・第１フィラー
４２ ・・・第２フィラー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】