封止材料検査装置および封止材料検査方法
【課題】発光体を封止する封止材料のスペクトル変換効率の変動要因を特定する検査装置および検査方法を提供すること。
【解決手段】被測定物である封止材料１００４に含まれる蛍光体粒子の形状を測定する粒子状態評価ユニット１０１と、封止材料１００４のスペクトルを検出する光学特性評価ユニット１０２と、当該形状およびスペクトルの解析を行うデータ処理演算用ＰＣ１０５とを備える封止材料検査装置１００。
【解決手段】被測定物である封止材料１００４に含まれる蛍光体粒子の形状を測定する粒子状態評価ユニット１０１と、封止材料１００４のスペクトルを検出する光学特性評価ユニット１０２と、当該形状およびスペクトルの解析を行うデータ処理演算用ＰＣ１０５とを備える封止材料検査装置１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ等の発光体を封止する封止材料の検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）と称する場合がある）は、発光ダイオードディスプレイ装置、および、液晶ディスプレイ装置のバックライト光源等に用いられている。ＬＥＤがこれらの装置に用いられる場合、大部分は、青色ＬＥＤ素子と、青色光を吸収することで黄色発光する蛍光体材料と、を組み合わせて、全体として白色光を得る白色ＬＥＤユニットとして用いられる。
【０００３】
このような白色ＬＥＤユニット１００５を図１０に示す。
【０００４】
図１０に示す白色ＬＥＤユニット１００５では、上方に開口する凹部を有する上方開口直方体形に形成されたパッケージ１００２が基板１００１上に取り付けられている。また、パッケージ１００２の凹部底面の中央に青色ＬＥＤ素子１００３が設置されている。
【０００５】
さらに、黄色系蛍光体粒子と、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの透明な熱硬化性樹脂とを混合した封止材料１００４が、凹部内に定量的に充填され、熱硬化することにより封止層が形成されている。
【０００６】
白色ＬＥＤユニット１００５は、当該白色ＬＥＤユニット１００５が用いられるディスプレイ装置の輝度および色度の規格に基づき許容される輝度範囲および色度範囲が定まっており、不適切な色度および輝度の白色ＬＥＤユニット１００５は検査および選別により廃棄されなければならない。
【０００７】
ここで、色度および輝度の大部分は青色ＬＥＤ素子１００３の波長および発光効率と封止材料１００４のスペクトル変換効率とにより決定される。封止材料１００４のスペクトル変換効率は、混合した蛍光体粒子の結晶構造および形状、凝集状態、濃度、または異物混入の影響を受け、変動する。
【０００８】
白色ＬＥＤユニット１００５の廃棄コストを抑えるためには、その製造工程において、封止材料１００４のスペクトル変換効率に影響を与える要素を検査および管理する必要がある。
【０００９】
同様に白色ＬＥＤユニット１００５の色度および輝度に影響を及ぼす青色ＬＥＤ素子１００３の波長および発光効率については、納入時の仕様により、その変動幅が決まるため、変動を抑えるためには、青色ＬＥＤ素子１００３の仕様を制限する他ない。
【００１０】
変換効率の変動要因を評価するには、蛍光体粒子の粒子径など形状の評価をする必要と、変換効率を求める必要とがある。ここで、従来の粒子径の検査装置としては、粒子画像を撮像し、分析するものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
図１１は、前記特許文献１に記載された従来の検査装置１１０９の構成を示す図である。
【００１２】
図１１に示す検査装置１１０９において、フローセル１１０１に試料が流し込まれた状態で、ラインセンサー１１０２の赤外光が、可視光反射および赤外透過の第１ダイクロイックミラー１１０３および第２ダイクロイックミラー１１０４を透過する。その結果、制御部１１０５により、当該試料に含まれる粒子の通過が検出される。
【００１３】
粒子の検出を受け、撮像用ストロボ光源１１０６の光が第１ダイクロイックミラー１１０３および第２ダイクロイックミラー１１０４に反射され、ＣＣＤカメラ１１０７により、粒子の静止画像が撮像される。
【００１４】
従来の検査装置１１０９では、この静止画像をイメージプロセッサ１１０８で解析することにより、粒子の形状についての情報を得ていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平４−０７２５４４号公報（１０頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
白色ＬＥＤユニット１００５に使用される封止材料１００４のスペクトル変換効率は、上述のように、混合した蛍光体粒子の結晶構造および形状、凝集状態、濃度、または異物混入の影響を受ける。そのため、白色ＬＥＤユニット１００５の製造工程における封止材料１００４の検査および管理には、封止材料１００４となった状態で解析する必要がある。
【００１７】
しかしながら、前記従来の検査装置１１０９の構成では、試料（封止材料１００４）をフローセルに通すために希釈する必要があり、蛍光体粒子の濃度情報を得ることが出来ない。また、例えば２０μｍの蛍光体粒子を含む封止材料１００４に対し、非常に小さな異物、例えば０．８μｍ以下の異物が混入している場合、静止画像の解析による異物の混入率の計測は困難である。
【００１８】
封止材料１００４には、粘度調整のために、平均粒子径が０．８μｍ以下のシリカ粉末が混合されることもあり、この混合量の変化が前記スペクトル変換効率に影響を与え得る。
【００１９】
また、製造工程において発生する、スペクトル変換効率が極端に低下した、平均粒子径が０．８μｍ以下の微細な蛍光体粒子が封止材料１００４に混入していることもある。
【００２０】
したがって、従来技術においては、封止材料１００４のスペクトル変換効率の、異物混入を主とした変動要因を解析することが出来ず、その結果、製造工程の検査・管理によって前記白色ＬＥＤの廃棄コストを抑えることが出来ないという課題を有していた。
【００２１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、封止材料に混合された状態での蛍光体粒子の物理量を計測することで、封止材料のスペクトル変換効率の変動要因を特定することのできる、封止材料検査装置および封止材料検査方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る封止材料検査装置は、被測定物である封止材料に含まれる蛍光体粒子の形状を測定する形状測定部と、前記封止材料のスペクトルを検出するスペクトル測定部と、前記形状および前記スペクトルの解析を行う解析部とを備える。
【００２３】
この構成によれば、蛍光体粒子の結晶構造、形状、濃度、または異物混入による封止材料のスペクトル変換効率への影響度検査を行うことができる。
【００２４】
つまり、本構成によって、封止材料のスペクトル変換効率の変動要因の特定を行うことができる。
【００２５】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査装置は、さらに前記被測定物を搬送する搬送部を備え、前記搬送部は、前記形状測定部と前記スペクトル測定部との間で、前記被測定物の搬送を行うとしてもよい。
【００２６】
この構成によれば、封止材料についての静止画像の撮像およびスペクトルの検出が、効率よく、順次実行される。
【００２７】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査装置において、前記搬送部には、前記被測定物を一定厚みにするサンプリングユニット部を有するとしてもよい。
【００２８】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査装置において、前記サンプリングユニット部には、光を透過する第１平面板と光を反射する第２平面板との間に、スペーサーと前記被測定物を配置する部分とが配置されるとしてもよい。
【００２９】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査装置において、前記搬送部は、テープ上に前記被測定物を配置して搬送する機構であるとしてもよい。
【００３０】
また、本発明は、上記いずれかの態様に係る封止材料検査装置が実行する特徴的な処理を含む封止材料検査方法として実現することもできる。
【００３１】
例えば、本発明の一態様に係る封止材料検査方法は、発光体を封止するための封止材料に含まれる蛍光体粒子を撮像し、前記封止材料のスペクトルを測定し、撮像によって得られた静止画像と測定された前記スペクトルとを解析し、解析された結果を用いて封止材料を評価する封止材料検査方法、と表現することができる。
【００３２】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査方法において、、前記封止材料を一定厚みに設定後、前記撮像と前記スペクトルの測定を行うとしてもよい。
【００３３】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査方法において、前記解析は、前記撮像した画像から、前記蛍光体粒子の平均粒子径、前記蛍光体粒子の平均円形度、および、前記蛍光体粒子の濃度を求めるとしてもよい。
【００３４】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査方法において、前記解析は、前記スペクトルの測定から取得した前記スペクトルから、内部量子収率および異物状態を求めるとしてもよい。
【００３５】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査方法において、前記撮像と前記スペクトルの測定とは、同じ状態の前記封止材料に対してされるとしてもよい。
【００３６】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査方法において、テープにて前記封止材料を搬送し、前記撮像と前記スペクトルの測定とを行うとしてもよい。
【００３７】
また、本発明の封止材料検査方法が含む各処理をコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現すること、および、そのプログラムが記録された記録媒体として実現することもできる。そして、そのプログラムをインターネット等の伝送媒体又はＤＶＤ等の記録媒体を介して配信することもできる。
【００３８】
また、本発明は、上記いずれかの態様に係る封止材料検査装置が有する特徴的な構成部を備える集積回路として実現することもできる。
【発明の効果】
【００３９】
本願発明によれば、例えば、ＬＥＤユニットに用いられる封止材料中の蛍光体の静止画像を撮像し、スペクトルを測定し、前記静止画像と前記スペクトルとの解析処理を行う。そして、その蛍光体粒子の形状を示す静止画像から、蛍光体の平均粒子径、蛍光体の平均円形度、および、蛍光体粒子の濃度を求め、スペクトルから、内部量子収率および異物状態を求めることができる。これにより、当該封止材料中の蛍光体のスペクトル変換効率の変動要因の特定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施の形態１における封止材料検査装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１におけるサンプリングユニットの構成を示す図である。
【図３】実施の形態１における粒子状態評価ユニットの構成を示す図である。
【図４】実施の形態１における光学特性評価ユニットの構成を示す図である。
【図５】実施の形態１における、サンプリングされた封止材料の静止画像の一例を示す図である。
【図６】実施の形態１における、撮像データから得られる各種の解析パラメータを示す図である。
【図７】実施の形態１における基準スペクトルおよび波長変換光スペクトルの例を示す図である。
【図８】実施の形態２における封止材料検査装置の構成を示す図である。
【図９】異物のスペクトル変換効率への影響を示す図である。
【図１０】従来の白色ＬＥＤユニットの構造の一例を示す図である。
【図１１】従来の検査装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下で説明する実施の形態のそれぞれは、本発明の好ましい一具体例を示すものである。各実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって限定される。よって、以下の各実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素は、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００４２】
まず、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
【００４３】
（実施の形態１）
（検査装置の構成）
図１は、実施の形態１における封止材料検査装置１００の構成を示す図である。
【００４４】
封止材料検査装置１００は、ＬＥＤユニットを検査するシステムであって、図１に示すように、粒子状態評価ユニット１０１と、光学特性評価ユニット１０２と、サンプリングユニット１０３と、ＸＹ平面ステージ１０４と、データ処理演算用ＰＣ１０５とを有する。
【００４５】
粒子状態評価ユニット１０１は、形状測定部の一例であり、粒子の撮像、およびサンプリングされた封止材料の厚みの測定を行うことにより、粒子の形状および粒子濃度を評価する。
【００４６】
光学特性評価ユニット１０２は、スペクトル測定部の一例であり、封止材料のスペクトル変換効率を評価する。
【００４７】
サンプリングユニット１０３は、封止材料を一定の厚みでサンプリングする。サンプリングユニット１０３は、ＸＹ平面ステージ１０４にセットされている。
【００４８】
ＸＹ平面ステージ１０４は、搬送部の一例であり、サンプリングユニット１０３を搬送する。具体的には、ＸＹ平面ステージ１０４は、粒子状態評価ユニット１０１と光学特性評価ユニット１０２との間でサンプリングユニット１０３の移動を行う。また、ＸＹ平面ステージ１０４は、粒子状態評価ユニット１０１での測定時のサンプリングユニット１０３の移動を行う。
【００４９】
データ処理演算用ＰＣ１０５は、解析部の一例であり、粒子状態評価ユニット１０１および光学特性評価ユニット１０２より送られてくるデータから、封止材料のスペクトル変換効率の変動要因を評価する。
【００５０】
（検査装置の動作）
評価の対象である封止材料をサンプリングユニット１０３にセットする。封止材料がセットされたサンプリングユニット１０３は、粒子状態評価ユニット１０１の設置位置まで移動される。その後、粒子状態評価ユニット１０１により、封止材料の撮像が行われ、そのデータがデータ処理演算用ＰＣ１０５に転送される。
【００５１】
続いて、サンプリングユニット１０３は、光学特性評価ユニット１０２の設置位置まで移動される。光学特性評価ユニット１０２により、封止材料のスペクトル変換効率の測定が行われ、そのデータがデータ処理演算用ＰＣ１０５に転送される。
【００５２】
データ処理演算用ＰＣ１０５は、粒子状態評価ユニット１０１と光学特性評価ユニット１０２とから送られたデータを処理することにより、封止材料のスペクトル変換効率の変動要因を評価する。
【００５３】
上記一連の処理は、例えば、発光体であるＬＥＤを封止するための封止材料１００４に含まれる蛍光体粒子を撮像し、封止材料１００４のスペクトルを測定し、撮像によって得られた静止画像と測定された前記スペクトルとを解析し、解析された結果を用いて封止材料１００４を評価する封止材料検査方法、と説明することができる。
【００５４】
実施の形態１における封止材料検査装置１００では、同じ蛍光体材料（封止樹脂）の同じ状態での、粒子状態評価と光学特性評価とが、同時期に行えるため、これらの正確な評価が可能である。
【００５５】
以下に各図で各ユニットの詳細について説明する。
【００５６】
（サンプリングユニットの構成）
図２は、実施の形態１におけるサンプリングユニット１０３の構成を示す図である。
【００５７】
図２に示されるサンプリングユニット１０３は、平行平面基板ガラス２０１、アルミ平面ミラー２０２、スペーサー２０３、Ｚ軸調整ステージ２０４、および、ゴニオステージ（Ｇｏｎｉｏ Ｓｔａｇｅ）２０５を有する。
【００５８】
平行平面基板ガラス２０１は、粒子状態評価ユニット１０１からの照射光２０８、および、光学特性評価ユニット１０２からの照射光２０８を透過させるとともに、封止材料１００４の厚み形状を規定する。
【００５９】
アルミ平面ミラー２０２は、上部に位置する粒子状態評価ユニット１０１からの照射光２０８、および、光学特性評価ユニット１０２からの照射光２０８を反射し、測定感度を上げるとともに、封止材料１００４の厚み形状を規定する。
【００６０】
スペーサー２０３は、封止材料１００４の厚みを規定する。
【００６１】
Ｚ軸調整ステージ２０４は、サンプリングされた封止材料１００４の厚みを微調整する。
【００６２】
ゴニオステージ２０５は、あおり角を調整することで、サンプリングされた封止材料１００４の厚みを一様にする。
【００６３】
このように、サンプリングユニット１０３では、封止材料１００４を、平行平面基板ガラス２０１とアルミ平面ミラー２０２とで挟み込む。また、このとき、平行平面基板ガラス２０１とアルミ平面ミラー２０２との間には、厚みが１０〜３０μｍ程度のスペーサー２０３が配置されている。
【００６４】
封止材料１００４は、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂のような熱硬化性の樹脂に、蛍光体粉末、例えばＹＡＧ蛍光体、ＢＯＳ蛍光体、シリケート蛍光体、およびサイアロン蛍光体などを混合した材料である。
【００６５】
また、封止材料１００４には、粘度調整のために、平均粒径０．８μｍ以下のシリカ粉末が混合されることもある。
【００６６】
スペーサー２０３の厚みは、蛍光体粉末の平均粒子径の１〜１．５倍程度が好ましい。例えば、平均粒子径２０μｍのＹＡＧ蛍光体を含む封止材料１００４を検査する場合、厚みが３０μｍのスペーサー２０３を使用することにより、蛍光体粒子が平面上で重なる確率が低くなり、個別蛍光体粒子の検出精度が向上する。なお、２０μｍ以下のスペーサー２０３を使用した場合、蛍光体粒子を破砕してしまい、正確な計測を行えない。
【００６７】
スペーサー２０３は、例えばアルミ平面ミラー２０２にパターン印刷を行うことでアルミ平面ミラー２０２上に形成される。スペーサー２０３以外の方法、たとえば、平行平面基板ガラス２０１とアルミ平面ミラー２０２の一方、または、両方を移動可能とする方法や、平行平面基板ガラス２０１とアルミ平面ミラー２０２の一方、または、両方に凹凸を設ける方法などがある。
【００６８】
また、封止材料１００４のサンプリング厚みの微調整を行うために、スペーサー２０３に加え、Ｚ軸調整ステージ２０４に固定された平行平面基板ガラス２０１が用いられる。具体的には、Ｚ軸調整ステージ２０４により、平行平面基板ガラス２０１の浮き上がり等によるサンプリング厚みのバラツキを抑えることができる。
【００６９】
さらにアルミ平面ミラー２０２は、θｘおよびθｙが調整可能なゴニオステージ２０５に固定されることにより、あおり角が調整可能である。その結果、封止材料１００４は、一様なサンプリング厚みのもとで検査することができる。
【００７０】
（粒子状態評価ユニットの構成）
図３は、実施の形態１における粒子状態評価ユニット１０１の構成を示す図である。
【００７１】
図３に示される粒子状態評価ユニット１０１は、ＣＣＤカメラ３０１、ハーフミラー３０２、対物レンズ３０３、ハロゲン光源３０４、参照ミラー３０５、および走査用Ｚ軸３０６を有する。
【００７２】
ＣＣＤカメラ３０１は、粒子の撮像および、サンプリングされた樹脂の厚みを測定する。ＣＣＤカメラ３０１は、データ処理演算用ＰＣ１０５とＵＳＢケーブルによって接続されている。
【００７３】
ハーフミラー３０２は、ハロゲン光源３０４の照射光をサンプリングユニット１０３に向かう光と、参照ミラー３０５に向かう光とに分離する。
【００７４】
対物レンズ３０３は、粒子の撮像倍率を調整する。
【００７５】
ハロゲン光源３０４は、粒子の撮像および、サンプリングされた樹脂の厚みを測定するための光を照射する。
【００７６】
参照ミラー３０５は、樹脂の厚み測定のための参照光であって、光路長が既知の参照光を作るミラーである。
【００７７】
走査用Ｚ軸３０６は、樹脂の厚みを測定するためにハロゲン光源３０４より照射された光の光路長を調整するための機構である。
【００７８】
（光学特性評価ユニットの構成）
図４は、実施の形態１における光学特性評価ユニット１０２の構成を示す図である。
【００７９】
図４に示される光学特性評価ユニット１０２は、小型積分球４０１、光ファイバーケーブル４０２、分光器４０３、コリメーターレンズ４０４、およびＬＥＤ光源４０５を有する。
【００８０】
小型積分球４０１は、球状のガラス体である。
【００８１】
光ファイバーケーブル４０２は、小型積分球４０１内で平均化された光を分光器４０３に導光する。
【００８２】
分光器４０３は、光ファイバーケーブル４０２によって導かれた光のスペクトル強度を測定する。
【００８３】
コリメーターレンズ４０４は、拡散光を平行光に変換する。
【００８４】
ＬＥＤ光源４０５は、封止材料１００４を励起し、光らせるための光源である。
【００８５】
サンプリングユニット１０３が光学特性評価ユニット１０２の設置位置にあるとき、小型積分球４０１は、平行平面基板ガラス２０１の直上になるように固定される。
【００８６】
本願発明者らの実験によれば、小型積分球４０１と、サンプリングユニット１０３内の平行平面基板ガラス２０１との間が３ｍｍ以下の距離で小型積分球４０１の位置を固定した場合、精度の高い測定を行うことができた。この距離が長くなると外乱光の影響が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が悪化する。
【００８７】
ＬＥＤ光源４０５から照射される光線がコリメーターレンズ４０４を通して平行光となり、小型積分球４０１の上面に入射するように、ＬＥＤ光源４０５等が配置される。
【００８８】
ＬＥＤ光源４０５の中心波長は、前記蛍光体粒子の励起波長の中心波長と合わせることが望ましい。例えば、前記蛍光体粒子の励起波長が４４０〜４８０ｎｍの場合、ＬＥＤ光源４０５の中心波長は４６０ｎｍとすることが好ましい。
【００８９】
本願発明者らの実験によれば、ＬＥＤ光源４０５のスポット径は、サンプリングした封止材料１００４の広がり径の６０〜８０％とすると、測定の再現性が保たれた。例えば、前記封止材料１００４の広がり形がφ７ｍｍのとき、スポット径をφ５ｍｍとしたとき最も再現性が良かった。
【００９０】
小型積分球４０１の側面に光ファイバーケーブル４０２の一端が接続され、光ファイバーケーブル４０２の他端が分光器４０３に接続される。
【００９１】
分光器４０３とデータ処理演算用ＰＣ１０５とはＵＳＢケーブルによって接続されている。
【００９２】
（検査の全体フロー）
検査のフローについて以下に説明する。
【００９３】
蛍光体を含むＬＥＤ用の封止材料１００４を、図２で示されるサンプリングユニット１０３のアルミ平面ミラー２０２の上に滴下する。平行平面基板ガラス２０１をアルミ平面ミラー２０２上のスペーサー２０３と接触するまで移動させる。
【００９４】
サンプリングユニット１０３の上部に位置する粒子状態評価ユニット１０１（図３参照）により、封止材料１００４の滴下されていない任意の３点における平行平面基板ガラス２０１とアルミ平面ミラー２０２との間の距離を測定する。この測定結果から、サンプリングされた封止材料１００４の厚みが算出される。
【００９５】
以下、粒子状態評価ユニット１０１による封止材料１００４の厚みの測定の手順について具体的に説明する。
【００９６】
図３で示される粒子状態評価ユニット１０１において、ハロゲン光源３０４より照射された光はハーフミラー３０２によって、参照ミラー３０５に向かう光とサンプリングユニット１０３に向かう光とに分けられる。
【００９７】
参照ミラー３０５に向かう光は参照ミラー３０５によって反射され、さらにハーフミラー３０２によって反射されることによりＣＣＤカメラ３０１に入射する。他方、サンプリングユニット１０３に向かう光は、平行平面基板ガラス２０１の下面、およびアルミ平面ミラー２０２によって反射され、ＣＣＤカメラ３０１に入射する。
【００９８】
ここで、図３に示す２つの距離（Ｌ１およびＬ２）が一致したときに、干渉縞がＣＣＤカメラ３０１によって観測される。このことを利用し、走査用Ｚ軸３０６によってハロゲン光源３０４のＺ軸方向（図３における上下方向）の位置を移動させながらＣＣＤカメラ３０１によって光を観測することで、平行平面基板ガラス２０１の下面位置、およびアルミ平面ミラー２０２の上面位置を特定することができる。さらに、特定された当該下面位置と当該上面位置との差分を取ることにより、サンプリングされた封止材料１００４の厚みを測定することができる。
【００９９】
より詳細には、粒子状態評価ユニット１０１は、図１に示されるＸＹ平面ステージ１０４上においてサンプリングユニット１０３が移動される期間に、３点の距離測定を行う。
【０１００】
さらに、３点の距離測定データをもとに図２のサンプリングユニット１０３のＺ軸調整ステージ２０４と、あおり角調整のためのゴニオステージ２０５とを調整し、平行平面基板ガラス２０１とアルミ平面ミラー２０２との間の距離が一定となるように微調整する。なお、３点の前記距離が±１％以内に設定できることが望ましい。
【０１０１】
例えば、このようにして微調整された後の３点の前記距離の平均を求めることで、封止材料１００４の厚みが求められる。
【０１０２】
粒子状態評価ユニット１０１は、続いて粒子状態の評価を行う。図３の粒子状態評価ユニット１０１において、ハロゲン光源３０４より照射された光がハーフミラー３０２により一部が反射され、対物レンズ３０３を通して、サンプリングユニット１０３にセットされている封止材料１００４を照らし、それをＣＣＤカメラ３０１により撮像する。
【０１０３】
図５に、撮像した画像の一例を示す。図５のように、サンプリングした封止材料１００４をＣＣＤカメラ３０１の視野角領域単位５０１で区切り、図１のＸＹ平面ステージ１０４によりサンプリングユニット１０３を移動させる。このようにして、ＣＣＤカメラ３０１に、視野角領域単位５０１ごとに封止材料１００４の静止画像を撮像させ、静止画像を示す撮像データを図１のデータ処理演算用ＰＣ１０５にストレージする。
【０１０４】
例えば、平均粒子径２０μｍのＹＡＧ蛍光体粒子を混合した封止材料０．８μｌを検査する場合、図３の粒子状態評価ユニット１０１の対物レンズ３０３に倍率２０倍のものをセットすると視野角７０μｍとなり、撮像画像数は１００枚程度となる。
【０１０５】
データ処理演算用ＰＣ１０５では、このようにして得られた視野角領域単位５０１ごとの撮像データを結合することで、一枚の封止材料サンプル画像を生成し、当該封止材料サンプル画像から粒子径等の情報を取得する。
【０１０６】
（粒子状態の解析について）
図６の（１）から（５）に、解析に利用した画像例を示す。図６に示されるように、撮像データから得られる解析パラメータは、（１）塗布面積、（２）合計粒子数、（３）合計粒子体積、（４）粒子径、（５）円形度である。
【０１０７】
図６の（１）塗布面積は、サンプリングした封止材料１００４の平面積である。つまり、封止材料１００４により形成された円の面積である。
【０１０８】
図６の（２）合計粒子数は、サンプリングした封止材料１００４に含まれる粒子の合計数である。
【０１０９】
図６の（３）合計粒子体積は、サンプリングした封止材料１００４に含まれる粒子の体積の合計である。なお、図中の円は、粒子に近似させた円を表しており、このことは図６の（４）および（５）でも同様である。
【０１１０】
図６の（４）粒子径は、粒子形状を球と仮定した場合の球の直径である。
【０１１１】
図６の（５）円形度は、粒子の平面形状を円と仮定した円の円周長を、粒子の外周長で除算したものである。
【０１１２】
データ処理演算用ＰＣ１０５は、具体的には、以下の（ａ）〜（ｅ）の手順により、各種の解析パラメータを求める。
【０１１３】
（ａ）データ処理演算用ＰＣ１０５は、図５に示される封止材料画像から図６の（１）に示される塗布面積を算出し、算出した塗布面積を用い、（式１）により封止材料１００４の体積を求める。
【０１１４】
封止材料の体積＝塗布面積×サンプリングされた封止材料の厚み （式１）
【０１１５】
（ｂ）データ処理演算用ＰＣ１０５は、封止材料画像を解析し、図６の（２）に示すように周囲から孤立した領域を１個とカウントすることで合計粒子数を求める。
【０１１６】
（ｃ）データ処理演算用ＰＣ１０５は、カウントした個別の粒子に対して、粒子面積と同じ面積を持つ近似円を設定し、（式２）により、図６の（３）に示される合計粒子体積を求める。
【０１１７】
【数１】
【０１１８】
ここで、Ｒは近似円の半径である。データ処理演算用ＰＣ１０５は、（式１）に示される封止材料１００４の体積および（式２）に示される合計粒子体積を用い、蛍光体体積濃度を下記の（式３）からに求めることができる。
【０１１９】
蛍光体体積濃度＝（合計粒子体積／封止材料の体積）×１００（％） （式３）
【０１２０】
蛍光体体積濃度は封止材料のスペクトル変換効率に影響を及ぼす因子である。
【０１２１】
（ｄ）図６の（４）に示される粒子径は下記の（式４）により求められる。
【０１２２】
粒子径＝２Ｒ （式４）
【０１２３】
データ処理演算用ＰＣ１０５は、求められた個別粒子の粒子径より、平均粒子径を求める。平均粒子径は封止材料１００４のスペクトル変換効率に影響を及ぼす因子である。
【０１２４】
（ｅ）図６の（５）に示される円形度は下記の（式５）により求められる。
【０１２５】
円形度＝近似円の円周長／粒子の周囲長 （式５）
【０１２６】
求められた個別粒子の円形度より、平均円形度が求められる。平均円形度は封止材料１００４のスペクトル変換効率に影響を及ぼす因子である。
【０１２７】
（光学特性の解析について）
ここで封止材料１００４のスペクトル変換効率は、下記の概略式によって表すことができる。
【０１２８】
スペクトル変換効率
∝平均粒子径×平均円形度×内部量子収率×（１−異物混入率）×蛍光体粒子濃度
（式６）
【０１２９】
ここで、粒子形状の評価により、平均粒子径、平均円形度、および、蛍光体粒子濃度の評価は可能であるが、蛍光体格子欠陥状態により決まる内部量子収率および異物状態の影響を含めて分析することができない。したがって、粒子形状の評価だけでは、封止材料１００４のスペクトル変換効率が変動した場合、その変動要因を評価することが出来ないという課題が残る。
【０１３０】
しかし、本実施の形態における封止材料検査装置１００では、次に示す光学特性評価ユニット１０２で、内部量子収率および異物混入の影響を同時解析することにより、封止材料のスペクトル変換効率の変動要因を評価することができる。
【０１３１】
すなわち、本実施の形態における封止材料検査装置１００では、変動要因の評価情報をもとに白色ＬＥＤユニットの製造工程を管理し、封止材料のスペクトル変換効率の変動を抑制することにより、白色ＬＥＤユニットの廃棄コストを抑えることができる。
【０１３２】
図１に示す封止材料検査装置１００において、粒子状態評価ユニット１０１により、粒子形状の評価を行う。その後、ＸＹ平面ステージ１０４を動作させることで、粒子状態評価ユニット１０１による粒子状態の評価済みの封止材料１００４がサンプリングされているサンプリングユニット１０３を、粒子状態評価ユニット１０１の設置位置から光学特性評価ユニット１０２の設置位置まで移動させる。
【０１３３】
なお、測定の流れは、光学特性評価ユニット１０２による評価の後に、粒子状態評価ユニット１０１による評価を行うという順であってもよい。
【０１３４】
サンプリングユニット１０３によりサンプリングされた封止材料１００４のセンターに、図４に示される光学特性評価ユニット１０２のＬＥＤ光源４０５のスポットセンターを合わせる。
【０１３５】
ＬＥＤ光源４０５より照射された青色光はコリメーターレンズ４０４を通して平行光となり、小型積分球４０１を通過して、図２に示されるサンプリングユニット１０３にサンプリングされている封止材料１００４に入射する。入射した光は、封止材料１００４に混合されている蛍光体粒子によって波長変換され封止材料１００４から出射する。
【０１３６】
出射した光は、アルミ平面ミラー２０２により反射され、再度、封止材料１００４に入射し、封止材料１００４を通過して、図４に示される小型積分球４０１に入射する。
【０１３７】
封止材料１００４より出射した光は、平行光ではなく拡散光のため、小型積分球４０１内部で拡散反射し空間的に平均化される。このようにして平均化された波長変換光のスペクトルを分光器４０３で検出する。
【０１３８】
また、事前に蛍光体粒子および異物の混合されていない樹脂をサンプリングし、そこに上記同様ＬＥＤ光源４０５による光を入射させる。その結果得られる当該樹脂からの出射光を小型積分球４０１により平均化し、蛍光体による波長変換のなされていない光のスペクトルを基準スペクトルとして分光器４０３で検出する。さらに、検出した基準スペクトルを図２のデータ処理演算用ＰＣ１０５にストレージしておく。
【０１３９】
データ処理演算用ＰＣ１０５は、このようにして得られた基準スペクトルと波長変換光スペクトルとを分析することにより、内部量子収率および異物混入の影響度を測定することができる。
【０１４０】
基準スペクトルと波長変換光のスペクトルの例を図７の（ａ）および（ｂ）に示す。
【０１４１】
図７の（ａ）は、基準スペクトル７０１の一例を示す図である。基準スペクトル７０１は、蛍光体を混合させていない封止材料を透過した光から取得したスペクトルである。
【０１４２】
図７の（ｂ）は、波長変換光のスペクトル７０２の一例を示す図である。波長変換光のスペクトル７０２は、測定対象の封止材料１００４を透過した光から取得したスペクトルである。
【０１４３】
波長変換光の未変換部分７０３は、封止材料に混合されている蛍光体粒子によって、波長変換がなされなかったスペクトル部分である。
【０１４４】
波長変換光の変換部分７０４は、封止材料に混合されている蛍光体粒子によって、波長変換がなされたスペクトル部分である。
【０１４５】
以上からスペクトル変換効率は、下記の式で求めることができる。
【０１４６】
スペクトル変換効率＝ 波長変換光スペクトルの変換部分積分値／（基準スペクトル積分値−波長変換光スペクトルの未変換部分積分値） （式７）
【０１４７】
（式７）により求められたスペクトル変換効率と、（式６）とにより、内部量子収率および異物混入の影響は、以下のようになる。
【０１４８】
（内部量子収率×（１−異物混入率））∝
スペクトル変換効率／（蛍光体粒子濃度×平均粒子径×平均円形度） （式８）
【０１４９】
以上により、本実施の形態における封止材料検査装置１００によれば、計測対象である白色ＬＥＤユニットの色度および輝度に影響を及ぼす封止材料１００４のスペクトル変換効率の変動要因である（内部量子収率×（１−異物混入率））を計測することができる。
【０１５０】
（実施の形態２）
以下本発明の実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。
【０１５１】
図８は、実施の形態２における封止材料検査装置８００の構成を示す図である。
【０１５２】
封止材料検査装置８００は、図８に示されるような構成を採用することにより、テープ状封止材料８０８の検査を行うことができる。
【０１５３】
テープ状封止材料８０８は、照明用の白色ＬＥＤの製造コストを半分程度に抑えられる技術として産業機械商社の東富士電機株式会社（東京・品川）によって開発された。
【０１５４】
テープ状封止材料８０８は、蛍光体粒子をシリコーン樹脂に混ぜてテープ化したものである。つまり、テープ状封止材料８０８は、実施の形態１における封止材料１００４とは異なり、液状ではなく形状が固定されている。そのため、実施の形態２における封止材料検査装置８００は、粒子状態評価ユニット８０９と、光学特性評価ユニット８１０と、テープ状封止材料送りユニット８１１と、データ処理演算用ＰＣ８１２とを備えている。
【０１５５】
（検査装置の構成について）
粒子状態評価ユニット８０９は、実施の形態１の粒子状態評価ユニット１０１と同様の構成および機能を有する。
【０１５６】
光学特性評価ユニット８１０は、実施の形態１の光学特性評価ユニット１０２と同様の機能を有する。光学特性評価ユニット８１０は、小型積分球８０１、光ファイバーケーブル８０２、分光器８０３、コリメーターレンズ８０４、およびＬＥＤ光源８０５を有する。
【０１５７】
テープ状封止材料送りユニット８１１は、テープ状封止材料８０８を定寸送りすることにより、一定領域のテープ状封止材料８０８に対する、粒子状態評価ユニット８０９および光学特性評価ユニット８１０による評価を可能にする。
【０１５８】
テープ状封止材料送りユニット８１１は、テープ送りカセット８０６、および、送りサーボモーター８０７を有する。
【０１５９】
粒子状態評価ユニット８０９は、実施の形態１の粒子状態評価ユニット１０１と同様の構成および機能を有する。
【０１６０】
光学特性評価ユニット８１０は、小型積分球８０１がテープ状封止材料８０８の直下になるように配置される。小型積分球８０１とテープ状封止材料８０８との間の距離は３ｍｍ以下の距離で固定とすることが望ましい。距離が長くなると外乱光の影響が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が悪化する。
【０１６１】
ＬＥＤ光源８０５は、ＬＥＤ光源８０５から照射される光線がコリメーターレンズ８０４を通して平行光となり、テープ状封止材料８０８の上面より入射し、その出射光が小型積分球８０１に入射するように配置される。
【０１６２】
小型積分球８０１の側面には光ファイバーケーブル８０２の一端が接続され、光ファイバーケーブル８０２の他端は分光器８０３に接続される。分光器８０３とデータ処理演算用ＰＣ８１２はＵＳＢケーブルによって接続されている。
【０１６３】
（検査装置の動作について）
検査のフローについて以下に説明する。
【０１６４】
テープ状封止材料８０８をテープ状封止材料送りユニット８１１にセットする。テープ状封止材料送りユニット８１１は、図８の矢印Ａの方向に、テープ状封止材料８０８を、粒子状態評価ユニット８０９の視野角単位で送る。
【０１６５】
例えば、平均粒子径２０μｍのＹＡＧ蛍光体粒子を混ぜたテープ状封止材料８０８を検査する場合、対物レンズ３０３に倍率２０倍のものをセットすると視野角７０μｍとなる。この場合、送りサーボモーター８０７の送り分解能は７０μｍ以上のものを選定する必要がある。
【０１６６】
送られたテープ状封止材料８０８について、粒子状態評価ユニット８０９により、視野角単位毎に、平均粒子径、平均円形度、および蛍光体粒子濃度が評価される。
【０１６７】
テープ状封止材料８０８は、厚みが既知であることから、サンプリングユニット１０３を使用することなく、蛍光体粒子濃度を（式９）により算出することが出来る。
【０１６８】
蛍光体粒子濃度＝合計粒子体積／（テープ状封止材料厚み×視野角面積） （式９）
【０１６９】
算出された平均粒子径、平均円形度、および、蛍光体粒子濃度情報は、送りサーボモーター８０７からの測定位置情報とともに、データ処理演算用ＰＣ８１２にストレージされる。測定位置情報は粒子状態評価ユニット８０９の視野角の中心値とするとよい。
【０１７０】
続いて、送りサーボモーター８０７によりテープ状封止材料８０８が送り出され、光学特性評価ユニット８１０によりテープ状封止材料８０８のスペクトル変換効率の測定が行われる。
【０１７１】
測定されたテープ状封止材料８０８のスペクトル変換効率とその測定位置情報とがデータ処理演算用ＰＣ８１２にストレージされる。スペクトル変換効率の測定位置情報は、ＬＥＤ光源８０５のスポットの中心値とするとよい。
【０１７２】
データ処理演算用ＰＣ８１２は、同じ位置情報を持つ、粒子状態評価ユニット８０９より算出された平均粒子径、平均円形度、および蛍光体粒子濃度データと、光学特性評価ユニット８１０より算出されたスペクトル変換効率と、上述の（式８）とにより、内部量子収率および異物混入の影響度を算出することができる。
【０１７３】
以上により、白色ＬＥＤユニットの色度および輝度に影響を及ぼす、テープ状封止材料８０８のスペクトル変換効率の変動要因である、平均粒子径、平均円形度、内部量子収率、異物混入率、および、蛍光体粒子濃度を計測することができる。
【０１７４】
以上のように、実施の形態１および２における封止材料検査装置１００および８００のそれぞれによれば、白色ＬＥＤユニットの色度および輝度に影響を及ぼす封止材料のスペクトル変換効率の変動要因の測定を行うことができる。
【０１７５】
（異物による影響評価）
例えば、図９は、封止材料検査装置１００（８００）により求められた異物のスペクトル変換効率への影響を示す図である。
【０１７６】
蛍光体濃度を一定とした封止材料９０１および９０２について、平均粒子径および平均円形度からなる粒子状態変数を横軸に取り、縦軸にスペクトル変換効率を取り、プロットする。
【０１７７】
ここで、内部量子収率の大部分は蛍光体種別で決まるため、使用している蛍光体種別が同じである場合、図９に示される２種類の封止材料９０１および９０２のスペクトル変換効率の差は、異物の影響による結果と判断される。
【０１７８】
異物は主に、画像認識による検出が難しい０．８μｍ以下の粘度調整のためのシリカ粉末、および、製造工程において発生するスペクトル変換効率が極端に低下した微細蛍光体粒子などである。
【０１７９】
したがって、画像認識では、異物の含有量を評価することができない。また、同様にスペクトル変換効率の評価では、その変動要因を特定することができない。特に微細蛍光体は、蛍光体粒子と熱硬化性樹脂とを調合および混練する工程の変動ならびに蛍光体材料ロットのバラツキにより、蛍光体粒子の含有量が変動し、白色ＬＥＤの色度および輝度が変動する。
【０１８０】
不適切な色度および輝度の白色ＬＥＤは検査および選別により廃棄されなければならず、異物含有量の変動は、白色ＬＥＤの製造コストを押し上げる。
【０１８１】
しかしながら、実施の形態１および２における封止差材料検査装置１００および８００によれば、製造工程において簡易に異物含有量の変動を測定することができる。その結果、異物含有量を管理することが可能となり、これにより、白色ＬＥＤユニットにおける色度および輝度のバラツキを抑制し、製造コストを下げることが出来る。
【０１８２】
以上、本発明の封止材料検査装置および封止材料検査方法について、各実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、各実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を各実施の形態に施したもの、および、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【０１８３】
例えば、実施の形態１および２では、発光体であるＬＥＤの封止に用いられる、蛍光体を含む封止材料の検査に関して説明した。しかし、封止材料検査装置１００および８００の構成は、蛍光体を含む封止材料を用いるいろいろな機器についての検査装置としても利用できる。
【０１８４】
例えば、封止差材料検査装置１００および８００は、半導体レーザまたは有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）である半導体発光素子を封止する封止材料を検査する装置として利用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１８５】
本発明は、ＬＥＤの封止材料に限らず、蛍光体を含む各種の材料の検査に用いる検査装置および検査方法等として有用である。
【符号の説明】
【０１８６】
１００ 封止材料検査装置
１０１、８０９ 粒子状態評価ユニット
１０２、８１０ 光学特性評価ユニット
１０３ サンプリングユニット
１０４ ＸＹ平面ステージ
１０５、８１２ データ処理演算用ＰＣ
２０１ 平行平面基板ガラス
２０２ アルミ平面ミラー
２０３ スペーサー
２０４ Ｚ軸調整ステージ
２０５ ゴニオステージ
３０１、１１０７ ＣＣＤカメラ
３０２ ハーフミラー
３０３ 対物レンズ
３０４ ハロゲン光源
３０５ 参照ミラー
３０６ 走査用Ｚ軸
４０１、８０１ 小型積分球
４０２、８０２ 光ファイバーケーブル
４０３、８０３ 分光器
４０４、８０４ コリメーターレンズ
４０５、８０５ ＬＥＤ光源
５０１ 視野角領域単位
７０１ 基準スペクトル
７０２ 波長変換光のスペクトル
７０３ 波長変換光の未変換部分
７０４ 波長変換光の変換部分
８０６ テープ送りカセット
８０７ 送りサーボモーター
８０８ テープ状封止材料
８１１ テープ状封止材料送りユニット
９０１、９０２、１００４ 封止材料
１００１ 基板
１００２ パッケージ
１００３ 青色ＬＥＤ素子
１００５ 白色ＬＥＤユニット
１１０１ フローセル
１１０２ ラインセンサー
１１０３ 第１ダイクロイックミラー
１１０４ 第２ダイクロイックミラー
１１０５ 制御部
１１０６ 撮像用ストロボ光源
１１０８ イメージプロセッサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ等の発光体を封止する封止材料の検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）と称する場合がある）は、発光ダイオードディスプレイ装置、および、液晶ディスプレイ装置のバックライト光源等に用いられている。ＬＥＤがこれらの装置に用いられる場合、大部分は、青色ＬＥＤ素子と、青色光を吸収することで黄色発光する蛍光体材料と、を組み合わせて、全体として白色光を得る白色ＬＥＤユニットとして用いられる。
【０００３】
このような白色ＬＥＤユニット１００５を図１０に示す。
【０００４】
図１０に示す白色ＬＥＤユニット１００５では、上方に開口する凹部を有する上方開口直方体形に形成されたパッケージ１００２が基板１００１上に取り付けられている。また、パッケージ１００２の凹部底面の中央に青色ＬＥＤ素子１００３が設置されている。
【０００５】
さらに、黄色系蛍光体粒子と、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの透明な熱硬化性樹脂とを混合した封止材料１００４が、凹部内に定量的に充填され、熱硬化することにより封止層が形成されている。
【０００６】
白色ＬＥＤユニット１００５は、当該白色ＬＥＤユニット１００５が用いられるディスプレイ装置の輝度および色度の規格に基づき許容される輝度範囲および色度範囲が定まっており、不適切な色度および輝度の白色ＬＥＤユニット１００５は検査および選別により廃棄されなければならない。
【０００７】
ここで、色度および輝度の大部分は青色ＬＥＤ素子１００３の波長および発光効率と封止材料１００４のスペクトル変換効率とにより決定される。封止材料１００４のスペクトル変換効率は、混合した蛍光体粒子の結晶構造および形状、凝集状態、濃度、または異物混入の影響を受け、変動する。
【０００８】
白色ＬＥＤユニット１００５の廃棄コストを抑えるためには、その製造工程において、封止材料１００４のスペクトル変換効率に影響を与える要素を検査および管理する必要がある。
【０００９】
同様に白色ＬＥＤユニット１００５の色度および輝度に影響を及ぼす青色ＬＥＤ素子１００３の波長および発光効率については、納入時の仕様により、その変動幅が決まるため、変動を抑えるためには、青色ＬＥＤ素子１００３の仕様を制限する他ない。
【００１０】
変換効率の変動要因を評価するには、蛍光体粒子の粒子径など形状の評価をする必要と、変換効率を求める必要とがある。ここで、従来の粒子径の検査装置としては、粒子画像を撮像し、分析するものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
図１１は、前記特許文献１に記載された従来の検査装置１１０９の構成を示す図である。
【００１２】
図１１に示す検査装置１１０９において、フローセル１１０１に試料が流し込まれた状態で、ラインセンサー１１０２の赤外光が、可視光反射および赤外透過の第１ダイクロイックミラー１１０３および第２ダイクロイックミラー１１０４を透過する。その結果、制御部１１０５により、当該試料に含まれる粒子の通過が検出される。
【００１３】
粒子の検出を受け、撮像用ストロボ光源１１０６の光が第１ダイクロイックミラー１１０３および第２ダイクロイックミラー１１０４に反射され、ＣＣＤカメラ１１０７により、粒子の静止画像が撮像される。
【００１４】
従来の検査装置１１０９では、この静止画像をイメージプロセッサ１１０８で解析することにより、粒子の形状についての情報を得ていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平４−０７２５４４号公報（１０頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
白色ＬＥＤユニット１００５に使用される封止材料１００４のスペクトル変換効率は、上述のように、混合した蛍光体粒子の結晶構造および形状、凝集状態、濃度、または異物混入の影響を受ける。そのため、白色ＬＥＤユニット１００５の製造工程における封止材料１００４の検査および管理には、封止材料１００４となった状態で解析する必要がある。
【００１７】
しかしながら、前記従来の検査装置１１０９の構成では、試料（封止材料１００４）をフローセルに通すために希釈する必要があり、蛍光体粒子の濃度情報を得ることが出来ない。また、例えば２０μｍの蛍光体粒子を含む封止材料１００４に対し、非常に小さな異物、例えば０．８μｍ以下の異物が混入している場合、静止画像の解析による異物の混入率の計測は困難である。
【００１８】
封止材料１００４には、粘度調整のために、平均粒子径が０．８μｍ以下のシリカ粉末が混合されることもあり、この混合量の変化が前記スペクトル変換効率に影響を与え得る。
【００１９】
また、製造工程において発生する、スペクトル変換効率が極端に低下した、平均粒子径が０．８μｍ以下の微細な蛍光体粒子が封止材料１００４に混入していることもある。
【００２０】
したがって、従来技術においては、封止材料１００４のスペクトル変換効率の、異物混入を主とした変動要因を解析することが出来ず、その結果、製造工程の検査・管理によって前記白色ＬＥＤの廃棄コストを抑えることが出来ないという課題を有していた。
【００２１】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、封止材料に混合された状態での蛍光体粒子の物理量を計測することで、封止材料のスペクトル変換効率の変動要因を特定することのできる、封止材料検査装置および封止材料検査方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る封止材料検査装置は、被測定物である封止材料に含まれる蛍光体粒子の形状を測定する形状測定部と、前記封止材料のスペクトルを検出するスペクトル測定部と、前記形状および前記スペクトルの解析を行う解析部とを備える。
【００２３】
この構成によれば、蛍光体粒子の結晶構造、形状、濃度、または異物混入による封止材料のスペクトル変換効率への影響度検査を行うことができる。
【００２４】
つまり、本構成によって、封止材料のスペクトル変換効率の変動要因の特定を行うことができる。
【００２５】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査装置は、さらに前記被測定物を搬送する搬送部を備え、前記搬送部は、前記形状測定部と前記スペクトル測定部との間で、前記被測定物の搬送を行うとしてもよい。
【００２６】
この構成によれば、封止材料についての静止画像の撮像およびスペクトルの検出が、効率よく、順次実行される。
【００２７】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査装置において、前記搬送部には、前記被測定物を一定厚みにするサンプリングユニット部を有するとしてもよい。
【００２８】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査装置において、前記サンプリングユニット部には、光を透過する第１平面板と光を反射する第２平面板との間に、スペーサーと前記被測定物を配置する部分とが配置されるとしてもよい。
【００２９】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査装置において、前記搬送部は、テープ上に前記被測定物を配置して搬送する機構であるとしてもよい。
【００３０】
また、本発明は、上記いずれかの態様に係る封止材料検査装置が実行する特徴的な処理を含む封止材料検査方法として実現することもできる。
【００３１】
例えば、本発明の一態様に係る封止材料検査方法は、発光体を封止するための封止材料に含まれる蛍光体粒子を撮像し、前記封止材料のスペクトルを測定し、撮像によって得られた静止画像と測定された前記スペクトルとを解析し、解析された結果を用いて封止材料を評価する封止材料検査方法、と表現することができる。
【００３２】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査方法において、、前記封止材料を一定厚みに設定後、前記撮像と前記スペクトルの測定を行うとしてもよい。
【００３３】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査方法において、前記解析は、前記撮像した画像から、前記蛍光体粒子の平均粒子径、前記蛍光体粒子の平均円形度、および、前記蛍光体粒子の濃度を求めるとしてもよい。
【００３４】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査方法において、前記解析は、前記スペクトルの測定から取得した前記スペクトルから、内部量子収率および異物状態を求めるとしてもよい。
【００３５】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査方法において、前記撮像と前記スペクトルの測定とは、同じ状態の前記封止材料に対してされるとしてもよい。
【００３６】
また、本発明の一態様に係る封止材料検査方法において、テープにて前記封止材料を搬送し、前記撮像と前記スペクトルの測定とを行うとしてもよい。
【００３７】
また、本発明の封止材料検査方法が含む各処理をコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現すること、および、そのプログラムが記録された記録媒体として実現することもできる。そして、そのプログラムをインターネット等の伝送媒体又はＤＶＤ等の記録媒体を介して配信することもできる。
【００３８】
また、本発明は、上記いずれかの態様に係る封止材料検査装置が有する特徴的な構成部を備える集積回路として実現することもできる。
【発明の効果】
【００３９】
本願発明によれば、例えば、ＬＥＤユニットに用いられる封止材料中の蛍光体の静止画像を撮像し、スペクトルを測定し、前記静止画像と前記スペクトルとの解析処理を行う。そして、その蛍光体粒子の形状を示す静止画像から、蛍光体の平均粒子径、蛍光体の平均円形度、および、蛍光体粒子の濃度を求め、スペクトルから、内部量子収率および異物状態を求めることができる。これにより、当該封止材料中の蛍光体のスペクトル変換効率の変動要因の特定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施の形態１における封止材料検査装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１におけるサンプリングユニットの構成を示す図である。
【図３】実施の形態１における粒子状態評価ユニットの構成を示す図である。
【図４】実施の形態１における光学特性評価ユニットの構成を示す図である。
【図５】実施の形態１における、サンプリングされた封止材料の静止画像の一例を示す図である。
【図６】実施の形態１における、撮像データから得られる各種の解析パラメータを示す図である。
【図７】実施の形態１における基準スペクトルおよび波長変換光スペクトルの例を示す図である。
【図８】実施の形態２における封止材料検査装置の構成を示す図である。
【図９】異物のスペクトル変換効率への影響を示す図である。
【図１０】従来の白色ＬＥＤユニットの構造の一例を示す図である。
【図１１】従来の検査装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下で説明する実施の形態のそれぞれは、本発明の好ましい一具体例を示すものである。各実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって限定される。よって、以下の各実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素は、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００４２】
まず、本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
【００４３】
（実施の形態１）
（検査装置の構成）
図１は、実施の形態１における封止材料検査装置１００の構成を示す図である。
【００４４】
封止材料検査装置１００は、ＬＥＤユニットを検査するシステムであって、図１に示すように、粒子状態評価ユニット１０１と、光学特性評価ユニット１０２と、サンプリングユニット１０３と、ＸＹ平面ステージ１０４と、データ処理演算用ＰＣ１０５とを有する。
【００４５】
粒子状態評価ユニット１０１は、形状測定部の一例であり、粒子の撮像、およびサンプリングされた封止材料の厚みの測定を行うことにより、粒子の形状および粒子濃度を評価する。
【００４６】
光学特性評価ユニット１０２は、スペクトル測定部の一例であり、封止材料のスペクトル変換効率を評価する。
【００４７】
サンプリングユニット１０３は、封止材料を一定の厚みでサンプリングする。サンプリングユニット１０３は、ＸＹ平面ステージ１０４にセットされている。
【００４８】
ＸＹ平面ステージ１０４は、搬送部の一例であり、サンプリングユニット１０３を搬送する。具体的には、ＸＹ平面ステージ１０４は、粒子状態評価ユニット１０１と光学特性評価ユニット１０２との間でサンプリングユニット１０３の移動を行う。また、ＸＹ平面ステージ１０４は、粒子状態評価ユニット１０１での測定時のサンプリングユニット１０３の移動を行う。
【００４９】
データ処理演算用ＰＣ１０５は、解析部の一例であり、粒子状態評価ユニット１０１および光学特性評価ユニット１０２より送られてくるデータから、封止材料のスペクトル変換効率の変動要因を評価する。
【００５０】
（検査装置の動作）
評価の対象である封止材料をサンプリングユニット１０３にセットする。封止材料がセットされたサンプリングユニット１０３は、粒子状態評価ユニット１０１の設置位置まで移動される。その後、粒子状態評価ユニット１０１により、封止材料の撮像が行われ、そのデータがデータ処理演算用ＰＣ１０５に転送される。
【００５１】
続いて、サンプリングユニット１０３は、光学特性評価ユニット１０２の設置位置まで移動される。光学特性評価ユニット１０２により、封止材料のスペクトル変換効率の測定が行われ、そのデータがデータ処理演算用ＰＣ１０５に転送される。
【００５２】
データ処理演算用ＰＣ１０５は、粒子状態評価ユニット１０１と光学特性評価ユニット１０２とから送られたデータを処理することにより、封止材料のスペクトル変換効率の変動要因を評価する。
【００５３】
上記一連の処理は、例えば、発光体であるＬＥＤを封止するための封止材料１００４に含まれる蛍光体粒子を撮像し、封止材料１００４のスペクトルを測定し、撮像によって得られた静止画像と測定された前記スペクトルとを解析し、解析された結果を用いて封止材料１００４を評価する封止材料検査方法、と説明することができる。
【００５４】
実施の形態１における封止材料検査装置１００では、同じ蛍光体材料（封止樹脂）の同じ状態での、粒子状態評価と光学特性評価とが、同時期に行えるため、これらの正確な評価が可能である。
【００５５】
以下に各図で各ユニットの詳細について説明する。
【００５６】
（サンプリングユニットの構成）
図２は、実施の形態１におけるサンプリングユニット１０３の構成を示す図である。
【００５７】
図２に示されるサンプリングユニット１０３は、平行平面基板ガラス２０１、アルミ平面ミラー２０２、スペーサー２０３、Ｚ軸調整ステージ２０４、および、ゴニオステージ（Ｇｏｎｉｏ Ｓｔａｇｅ）２０５を有する。
【００５８】
平行平面基板ガラス２０１は、粒子状態評価ユニット１０１からの照射光２０８、および、光学特性評価ユニット１０２からの照射光２０８を透過させるとともに、封止材料１００４の厚み形状を規定する。
【００５９】
アルミ平面ミラー２０２は、上部に位置する粒子状態評価ユニット１０１からの照射光２０８、および、光学特性評価ユニット１０２からの照射光２０８を反射し、測定感度を上げるとともに、封止材料１００４の厚み形状を規定する。
【００６０】
スペーサー２０３は、封止材料１００４の厚みを規定する。
【００６１】
Ｚ軸調整ステージ２０４は、サンプリングされた封止材料１００４の厚みを微調整する。
【００６２】
ゴニオステージ２０５は、あおり角を調整することで、サンプリングされた封止材料１００４の厚みを一様にする。
【００６３】
このように、サンプリングユニット１０３では、封止材料１００４を、平行平面基板ガラス２０１とアルミ平面ミラー２０２とで挟み込む。また、このとき、平行平面基板ガラス２０１とアルミ平面ミラー２０２との間には、厚みが１０〜３０μｍ程度のスペーサー２０３が配置されている。
【００６４】
封止材料１００４は、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂のような熱硬化性の樹脂に、蛍光体粉末、例えばＹＡＧ蛍光体、ＢＯＳ蛍光体、シリケート蛍光体、およびサイアロン蛍光体などを混合した材料である。
【００６５】
また、封止材料１００４には、粘度調整のために、平均粒径０．８μｍ以下のシリカ粉末が混合されることもある。
【００６６】
スペーサー２０３の厚みは、蛍光体粉末の平均粒子径の１〜１．５倍程度が好ましい。例えば、平均粒子径２０μｍのＹＡＧ蛍光体を含む封止材料１００４を検査する場合、厚みが３０μｍのスペーサー２０３を使用することにより、蛍光体粒子が平面上で重なる確率が低くなり、個別蛍光体粒子の検出精度が向上する。なお、２０μｍ以下のスペーサー２０３を使用した場合、蛍光体粒子を破砕してしまい、正確な計測を行えない。
【００６７】
スペーサー２０３は、例えばアルミ平面ミラー２０２にパターン印刷を行うことでアルミ平面ミラー２０２上に形成される。スペーサー２０３以外の方法、たとえば、平行平面基板ガラス２０１とアルミ平面ミラー２０２の一方、または、両方を移動可能とする方法や、平行平面基板ガラス２０１とアルミ平面ミラー２０２の一方、または、両方に凹凸を設ける方法などがある。
【００６８】
また、封止材料１００４のサンプリング厚みの微調整を行うために、スペーサー２０３に加え、Ｚ軸調整ステージ２０４に固定された平行平面基板ガラス２０１が用いられる。具体的には、Ｚ軸調整ステージ２０４により、平行平面基板ガラス２０１の浮き上がり等によるサンプリング厚みのバラツキを抑えることができる。
【００６９】
さらにアルミ平面ミラー２０２は、θｘおよびθｙが調整可能なゴニオステージ２０５に固定されることにより、あおり角が調整可能である。その結果、封止材料１００４は、一様なサンプリング厚みのもとで検査することができる。
【００７０】
（粒子状態評価ユニットの構成）
図３は、実施の形態１における粒子状態評価ユニット１０１の構成を示す図である。
【００７１】
図３に示される粒子状態評価ユニット１０１は、ＣＣＤカメラ３０１、ハーフミラー３０２、対物レンズ３０３、ハロゲン光源３０４、参照ミラー３０５、および走査用Ｚ軸３０６を有する。
【００７２】
ＣＣＤカメラ３０１は、粒子の撮像および、サンプリングされた樹脂の厚みを測定する。ＣＣＤカメラ３０１は、データ処理演算用ＰＣ１０５とＵＳＢケーブルによって接続されている。
【００７３】
ハーフミラー３０２は、ハロゲン光源３０４の照射光をサンプリングユニット１０３に向かう光と、参照ミラー３０５に向かう光とに分離する。
【００７４】
対物レンズ３０３は、粒子の撮像倍率を調整する。
【００７５】
ハロゲン光源３０４は、粒子の撮像および、サンプリングされた樹脂の厚みを測定するための光を照射する。
【００７６】
参照ミラー３０５は、樹脂の厚み測定のための参照光であって、光路長が既知の参照光を作るミラーである。
【００７７】
走査用Ｚ軸３０６は、樹脂の厚みを測定するためにハロゲン光源３０４より照射された光の光路長を調整するための機構である。
【００７８】
（光学特性評価ユニットの構成）
図４は、実施の形態１における光学特性評価ユニット１０２の構成を示す図である。
【００７９】
図４に示される光学特性評価ユニット１０２は、小型積分球４０１、光ファイバーケーブル４０２、分光器４０３、コリメーターレンズ４０４、およびＬＥＤ光源４０５を有する。
【００８０】
小型積分球４０１は、球状のガラス体である。
【００８１】
光ファイバーケーブル４０２は、小型積分球４０１内で平均化された光を分光器４０３に導光する。
【００８２】
分光器４０３は、光ファイバーケーブル４０２によって導かれた光のスペクトル強度を測定する。
【００８３】
コリメーターレンズ４０４は、拡散光を平行光に変換する。
【００８４】
ＬＥＤ光源４０５は、封止材料１００４を励起し、光らせるための光源である。
【００８５】
サンプリングユニット１０３が光学特性評価ユニット１０２の設置位置にあるとき、小型積分球４０１は、平行平面基板ガラス２０１の直上になるように固定される。
【００８６】
本願発明者らの実験によれば、小型積分球４０１と、サンプリングユニット１０３内の平行平面基板ガラス２０１との間が３ｍｍ以下の距離で小型積分球４０１の位置を固定した場合、精度の高い測定を行うことができた。この距離が長くなると外乱光の影響が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が悪化する。
【００８７】
ＬＥＤ光源４０５から照射される光線がコリメーターレンズ４０４を通して平行光となり、小型積分球４０１の上面に入射するように、ＬＥＤ光源４０５等が配置される。
【００８８】
ＬＥＤ光源４０５の中心波長は、前記蛍光体粒子の励起波長の中心波長と合わせることが望ましい。例えば、前記蛍光体粒子の励起波長が４４０〜４８０ｎｍの場合、ＬＥＤ光源４０５の中心波長は４６０ｎｍとすることが好ましい。
【００８９】
本願発明者らの実験によれば、ＬＥＤ光源４０５のスポット径は、サンプリングした封止材料１００４の広がり径の６０〜８０％とすると、測定の再現性が保たれた。例えば、前記封止材料１００４の広がり形がφ７ｍｍのとき、スポット径をφ５ｍｍとしたとき最も再現性が良かった。
【００９０】
小型積分球４０１の側面に光ファイバーケーブル４０２の一端が接続され、光ファイバーケーブル４０２の他端が分光器４０３に接続される。
【００９１】
分光器４０３とデータ処理演算用ＰＣ１０５とはＵＳＢケーブルによって接続されている。
【００９２】
（検査の全体フロー）
検査のフローについて以下に説明する。
【００９３】
蛍光体を含むＬＥＤ用の封止材料１００４を、図２で示されるサンプリングユニット１０３のアルミ平面ミラー２０２の上に滴下する。平行平面基板ガラス２０１をアルミ平面ミラー２０２上のスペーサー２０３と接触するまで移動させる。
【００９４】
サンプリングユニット１０３の上部に位置する粒子状態評価ユニット１０１（図３参照）により、封止材料１００４の滴下されていない任意の３点における平行平面基板ガラス２０１とアルミ平面ミラー２０２との間の距離を測定する。この測定結果から、サンプリングされた封止材料１００４の厚みが算出される。
【００９５】
以下、粒子状態評価ユニット１０１による封止材料１００４の厚みの測定の手順について具体的に説明する。
【００９６】
図３で示される粒子状態評価ユニット１０１において、ハロゲン光源３０４より照射された光はハーフミラー３０２によって、参照ミラー３０５に向かう光とサンプリングユニット１０３に向かう光とに分けられる。
【００９７】
参照ミラー３０５に向かう光は参照ミラー３０５によって反射され、さらにハーフミラー３０２によって反射されることによりＣＣＤカメラ３０１に入射する。他方、サンプリングユニット１０３に向かう光は、平行平面基板ガラス２０１の下面、およびアルミ平面ミラー２０２によって反射され、ＣＣＤカメラ３０１に入射する。
【００９８】
ここで、図３に示す２つの距離（Ｌ１およびＬ２）が一致したときに、干渉縞がＣＣＤカメラ３０１によって観測される。このことを利用し、走査用Ｚ軸３０６によってハロゲン光源３０４のＺ軸方向（図３における上下方向）の位置を移動させながらＣＣＤカメラ３０１によって光を観測することで、平行平面基板ガラス２０１の下面位置、およびアルミ平面ミラー２０２の上面位置を特定することができる。さらに、特定された当該下面位置と当該上面位置との差分を取ることにより、サンプリングされた封止材料１００４の厚みを測定することができる。
【００９９】
より詳細には、粒子状態評価ユニット１０１は、図１に示されるＸＹ平面ステージ１０４上においてサンプリングユニット１０３が移動される期間に、３点の距離測定を行う。
【０１００】
さらに、３点の距離測定データをもとに図２のサンプリングユニット１０３のＺ軸調整ステージ２０４と、あおり角調整のためのゴニオステージ２０５とを調整し、平行平面基板ガラス２０１とアルミ平面ミラー２０２との間の距離が一定となるように微調整する。なお、３点の前記距離が±１％以内に設定できることが望ましい。
【０１０１】
例えば、このようにして微調整された後の３点の前記距離の平均を求めることで、封止材料１００４の厚みが求められる。
【０１０２】
粒子状態評価ユニット１０１は、続いて粒子状態の評価を行う。図３の粒子状態評価ユニット１０１において、ハロゲン光源３０４より照射された光がハーフミラー３０２により一部が反射され、対物レンズ３０３を通して、サンプリングユニット１０３にセットされている封止材料１００４を照らし、それをＣＣＤカメラ３０１により撮像する。
【０１０３】
図５に、撮像した画像の一例を示す。図５のように、サンプリングした封止材料１００４をＣＣＤカメラ３０１の視野角領域単位５０１で区切り、図１のＸＹ平面ステージ１０４によりサンプリングユニット１０３を移動させる。このようにして、ＣＣＤカメラ３０１に、視野角領域単位５０１ごとに封止材料１００４の静止画像を撮像させ、静止画像を示す撮像データを図１のデータ処理演算用ＰＣ１０５にストレージする。
【０１０４】
例えば、平均粒子径２０μｍのＹＡＧ蛍光体粒子を混合した封止材料０．８μｌを検査する場合、図３の粒子状態評価ユニット１０１の対物レンズ３０３に倍率２０倍のものをセットすると視野角７０μｍとなり、撮像画像数は１００枚程度となる。
【０１０５】
データ処理演算用ＰＣ１０５では、このようにして得られた視野角領域単位５０１ごとの撮像データを結合することで、一枚の封止材料サンプル画像を生成し、当該封止材料サンプル画像から粒子径等の情報を取得する。
【０１０６】
（粒子状態の解析について）
図６の（１）から（５）に、解析に利用した画像例を示す。図６に示されるように、撮像データから得られる解析パラメータは、（１）塗布面積、（２）合計粒子数、（３）合計粒子体積、（４）粒子径、（５）円形度である。
【０１０７】
図６の（１）塗布面積は、サンプリングした封止材料１００４の平面積である。つまり、封止材料１００４により形成された円の面積である。
【０１０８】
図６の（２）合計粒子数は、サンプリングした封止材料１００４に含まれる粒子の合計数である。
【０１０９】
図６の（３）合計粒子体積は、サンプリングした封止材料１００４に含まれる粒子の体積の合計である。なお、図中の円は、粒子に近似させた円を表しており、このことは図６の（４）および（５）でも同様である。
【０１１０】
図６の（４）粒子径は、粒子形状を球と仮定した場合の球の直径である。
【０１１１】
図６の（５）円形度は、粒子の平面形状を円と仮定した円の円周長を、粒子の外周長で除算したものである。
【０１１２】
データ処理演算用ＰＣ１０５は、具体的には、以下の（ａ）〜（ｅ）の手順により、各種の解析パラメータを求める。
【０１１３】
（ａ）データ処理演算用ＰＣ１０５は、図５に示される封止材料画像から図６の（１）に示される塗布面積を算出し、算出した塗布面積を用い、（式１）により封止材料１００４の体積を求める。
【０１１４】
封止材料の体積＝塗布面積×サンプリングされた封止材料の厚み （式１）
【０１１５】
（ｂ）データ処理演算用ＰＣ１０５は、封止材料画像を解析し、図６の（２）に示すように周囲から孤立した領域を１個とカウントすることで合計粒子数を求める。
【０１１６】
（ｃ）データ処理演算用ＰＣ１０５は、カウントした個別の粒子に対して、粒子面積と同じ面積を持つ近似円を設定し、（式２）により、図６の（３）に示される合計粒子体積を求める。
【０１１７】
【数１】
【０１１８】
ここで、Ｒは近似円の半径である。データ処理演算用ＰＣ１０５は、（式１）に示される封止材料１００４の体積および（式２）に示される合計粒子体積を用い、蛍光体体積濃度を下記の（式３）からに求めることができる。
【０１１９】
蛍光体体積濃度＝（合計粒子体積／封止材料の体積）×１００（％） （式３）
【０１２０】
蛍光体体積濃度は封止材料のスペクトル変換効率に影響を及ぼす因子である。
【０１２１】
（ｄ）図６の（４）に示される粒子径は下記の（式４）により求められる。
【０１２２】
粒子径＝２Ｒ （式４）
【０１２３】
データ処理演算用ＰＣ１０５は、求められた個別粒子の粒子径より、平均粒子径を求める。平均粒子径は封止材料１００４のスペクトル変換効率に影響を及ぼす因子である。
【０１２４】
（ｅ）図６の（５）に示される円形度は下記の（式５）により求められる。
【０１２５】
円形度＝近似円の円周長／粒子の周囲長 （式５）
【０１２６】
求められた個別粒子の円形度より、平均円形度が求められる。平均円形度は封止材料１００４のスペクトル変換効率に影響を及ぼす因子である。
【０１２７】
（光学特性の解析について）
ここで封止材料１００４のスペクトル変換効率は、下記の概略式によって表すことができる。
【０１２８】
スペクトル変換効率
∝平均粒子径×平均円形度×内部量子収率×（１−異物混入率）×蛍光体粒子濃度
（式６）
【０１２９】
ここで、粒子形状の評価により、平均粒子径、平均円形度、および、蛍光体粒子濃度の評価は可能であるが、蛍光体格子欠陥状態により決まる内部量子収率および異物状態の影響を含めて分析することができない。したがって、粒子形状の評価だけでは、封止材料１００４のスペクトル変換効率が変動した場合、その変動要因を評価することが出来ないという課題が残る。
【０１３０】
しかし、本実施の形態における封止材料検査装置１００では、次に示す光学特性評価ユニット１０２で、内部量子収率および異物混入の影響を同時解析することにより、封止材料のスペクトル変換効率の変動要因を評価することができる。
【０１３１】
すなわち、本実施の形態における封止材料検査装置１００では、変動要因の評価情報をもとに白色ＬＥＤユニットの製造工程を管理し、封止材料のスペクトル変換効率の変動を抑制することにより、白色ＬＥＤユニットの廃棄コストを抑えることができる。
【０１３２】
図１に示す封止材料検査装置１００において、粒子状態評価ユニット１０１により、粒子形状の評価を行う。その後、ＸＹ平面ステージ１０４を動作させることで、粒子状態評価ユニット１０１による粒子状態の評価済みの封止材料１００４がサンプリングされているサンプリングユニット１０３を、粒子状態評価ユニット１０１の設置位置から光学特性評価ユニット１０２の設置位置まで移動させる。
【０１３３】
なお、測定の流れは、光学特性評価ユニット１０２による評価の後に、粒子状態評価ユニット１０１による評価を行うという順であってもよい。
【０１３４】
サンプリングユニット１０３によりサンプリングされた封止材料１００４のセンターに、図４に示される光学特性評価ユニット１０２のＬＥＤ光源４０５のスポットセンターを合わせる。
【０１３５】
ＬＥＤ光源４０５より照射された青色光はコリメーターレンズ４０４を通して平行光となり、小型積分球４０１を通過して、図２に示されるサンプリングユニット１０３にサンプリングされている封止材料１００４に入射する。入射した光は、封止材料１００４に混合されている蛍光体粒子によって波長変換され封止材料１００４から出射する。
【０１３６】
出射した光は、アルミ平面ミラー２０２により反射され、再度、封止材料１００４に入射し、封止材料１００４を通過して、図４に示される小型積分球４０１に入射する。
【０１３７】
封止材料１００４より出射した光は、平行光ではなく拡散光のため、小型積分球４０１内部で拡散反射し空間的に平均化される。このようにして平均化された波長変換光のスペクトルを分光器４０３で検出する。
【０１３８】
また、事前に蛍光体粒子および異物の混合されていない樹脂をサンプリングし、そこに上記同様ＬＥＤ光源４０５による光を入射させる。その結果得られる当該樹脂からの出射光を小型積分球４０１により平均化し、蛍光体による波長変換のなされていない光のスペクトルを基準スペクトルとして分光器４０３で検出する。さらに、検出した基準スペクトルを図２のデータ処理演算用ＰＣ１０５にストレージしておく。
【０１３９】
データ処理演算用ＰＣ１０５は、このようにして得られた基準スペクトルと波長変換光スペクトルとを分析することにより、内部量子収率および異物混入の影響度を測定することができる。
【０１４０】
基準スペクトルと波長変換光のスペクトルの例を図７の（ａ）および（ｂ）に示す。
【０１４１】
図７の（ａ）は、基準スペクトル７０１の一例を示す図である。基準スペクトル７０１は、蛍光体を混合させていない封止材料を透過した光から取得したスペクトルである。
【０１４２】
図７の（ｂ）は、波長変換光のスペクトル７０２の一例を示す図である。波長変換光のスペクトル７０２は、測定対象の封止材料１００４を透過した光から取得したスペクトルである。
【０１４３】
波長変換光の未変換部分７０３は、封止材料に混合されている蛍光体粒子によって、波長変換がなされなかったスペクトル部分である。
【０１４４】
波長変換光の変換部分７０４は、封止材料に混合されている蛍光体粒子によって、波長変換がなされたスペクトル部分である。
【０１４５】
以上からスペクトル変換効率は、下記の式で求めることができる。
【０１４６】
スペクトル変換効率＝ 波長変換光スペクトルの変換部分積分値／（基準スペクトル積分値−波長変換光スペクトルの未変換部分積分値） （式７）
【０１４７】
（式７）により求められたスペクトル変換効率と、（式６）とにより、内部量子収率および異物混入の影響は、以下のようになる。
【０１４８】
（内部量子収率×（１−異物混入率））∝
スペクトル変換効率／（蛍光体粒子濃度×平均粒子径×平均円形度） （式８）
【０１４９】
以上により、本実施の形態における封止材料検査装置１００によれば、計測対象である白色ＬＥＤユニットの色度および輝度に影響を及ぼす封止材料１００４のスペクトル変換効率の変動要因である（内部量子収率×（１−異物混入率））を計測することができる。
【０１５０】
（実施の形態２）
以下本発明の実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。
【０１５１】
図８は、実施の形態２における封止材料検査装置８００の構成を示す図である。
【０１５２】
封止材料検査装置８００は、図８に示されるような構成を採用することにより、テープ状封止材料８０８の検査を行うことができる。
【０１５３】
テープ状封止材料８０８は、照明用の白色ＬＥＤの製造コストを半分程度に抑えられる技術として産業機械商社の東富士電機株式会社（東京・品川）によって開発された。
【０１５４】
テープ状封止材料８０８は、蛍光体粒子をシリコーン樹脂に混ぜてテープ化したものである。つまり、テープ状封止材料８０８は、実施の形態１における封止材料１００４とは異なり、液状ではなく形状が固定されている。そのため、実施の形態２における封止材料検査装置８００は、粒子状態評価ユニット８０９と、光学特性評価ユニット８１０と、テープ状封止材料送りユニット８１１と、データ処理演算用ＰＣ８１２とを備えている。
【０１５５】
（検査装置の構成について）
粒子状態評価ユニット８０９は、実施の形態１の粒子状態評価ユニット１０１と同様の構成および機能を有する。
【０１５６】
光学特性評価ユニット８１０は、実施の形態１の光学特性評価ユニット１０２と同様の機能を有する。光学特性評価ユニット８１０は、小型積分球８０１、光ファイバーケーブル８０２、分光器８０３、コリメーターレンズ８０４、およびＬＥＤ光源８０５を有する。
【０１５７】
テープ状封止材料送りユニット８１１は、テープ状封止材料８０８を定寸送りすることにより、一定領域のテープ状封止材料８０８に対する、粒子状態評価ユニット８０９および光学特性評価ユニット８１０による評価を可能にする。
【０１５８】
テープ状封止材料送りユニット８１１は、テープ送りカセット８０６、および、送りサーボモーター８０７を有する。
【０１５９】
粒子状態評価ユニット８０９は、実施の形態１の粒子状態評価ユニット１０１と同様の構成および機能を有する。
【０１６０】
光学特性評価ユニット８１０は、小型積分球８０１がテープ状封止材料８０８の直下になるように配置される。小型積分球８０１とテープ状封止材料８０８との間の距離は３ｍｍ以下の距離で固定とすることが望ましい。距離が長くなると外乱光の影響が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が悪化する。
【０１６１】
ＬＥＤ光源８０５は、ＬＥＤ光源８０５から照射される光線がコリメーターレンズ８０４を通して平行光となり、テープ状封止材料８０８の上面より入射し、その出射光が小型積分球８０１に入射するように配置される。
【０１６２】
小型積分球８０１の側面には光ファイバーケーブル８０２の一端が接続され、光ファイバーケーブル８０２の他端は分光器８０３に接続される。分光器８０３とデータ処理演算用ＰＣ８１２はＵＳＢケーブルによって接続されている。
【０１６３】
（検査装置の動作について）
検査のフローについて以下に説明する。
【０１６４】
テープ状封止材料８０８をテープ状封止材料送りユニット８１１にセットする。テープ状封止材料送りユニット８１１は、図８の矢印Ａの方向に、テープ状封止材料８０８を、粒子状態評価ユニット８０９の視野角単位で送る。
【０１６５】
例えば、平均粒子径２０μｍのＹＡＧ蛍光体粒子を混ぜたテープ状封止材料８０８を検査する場合、対物レンズ３０３に倍率２０倍のものをセットすると視野角７０μｍとなる。この場合、送りサーボモーター８０７の送り分解能は７０μｍ以上のものを選定する必要がある。
【０１６６】
送られたテープ状封止材料８０８について、粒子状態評価ユニット８０９により、視野角単位毎に、平均粒子径、平均円形度、および蛍光体粒子濃度が評価される。
【０１６７】
テープ状封止材料８０８は、厚みが既知であることから、サンプリングユニット１０３を使用することなく、蛍光体粒子濃度を（式９）により算出することが出来る。
【０１６８】
蛍光体粒子濃度＝合計粒子体積／（テープ状封止材料厚み×視野角面積） （式９）
【０１６９】
算出された平均粒子径、平均円形度、および、蛍光体粒子濃度情報は、送りサーボモーター８０７からの測定位置情報とともに、データ処理演算用ＰＣ８１２にストレージされる。測定位置情報は粒子状態評価ユニット８０９の視野角の中心値とするとよい。
【０１７０】
続いて、送りサーボモーター８０７によりテープ状封止材料８０８が送り出され、光学特性評価ユニット８１０によりテープ状封止材料８０８のスペクトル変換効率の測定が行われる。
【０１７１】
測定されたテープ状封止材料８０８のスペクトル変換効率とその測定位置情報とがデータ処理演算用ＰＣ８１２にストレージされる。スペクトル変換効率の測定位置情報は、ＬＥＤ光源８０５のスポットの中心値とするとよい。
【０１７２】
データ処理演算用ＰＣ８１２は、同じ位置情報を持つ、粒子状態評価ユニット８０９より算出された平均粒子径、平均円形度、および蛍光体粒子濃度データと、光学特性評価ユニット８１０より算出されたスペクトル変換効率と、上述の（式８）とにより、内部量子収率および異物混入の影響度を算出することができる。
【０１７３】
以上により、白色ＬＥＤユニットの色度および輝度に影響を及ぼす、テープ状封止材料８０８のスペクトル変換効率の変動要因である、平均粒子径、平均円形度、内部量子収率、異物混入率、および、蛍光体粒子濃度を計測することができる。
【０１７４】
以上のように、実施の形態１および２における封止材料検査装置１００および８００のそれぞれによれば、白色ＬＥＤユニットの色度および輝度に影響を及ぼす封止材料のスペクトル変換効率の変動要因の測定を行うことができる。
【０１７５】
（異物による影響評価）
例えば、図９は、封止材料検査装置１００（８００）により求められた異物のスペクトル変換効率への影響を示す図である。
【０１７６】
蛍光体濃度を一定とした封止材料９０１および９０２について、平均粒子径および平均円形度からなる粒子状態変数を横軸に取り、縦軸にスペクトル変換効率を取り、プロットする。
【０１７７】
ここで、内部量子収率の大部分は蛍光体種別で決まるため、使用している蛍光体種別が同じである場合、図９に示される２種類の封止材料９０１および９０２のスペクトル変換効率の差は、異物の影響による結果と判断される。
【０１７８】
異物は主に、画像認識による検出が難しい０．８μｍ以下の粘度調整のためのシリカ粉末、および、製造工程において発生するスペクトル変換効率が極端に低下した微細蛍光体粒子などである。
【０１７９】
したがって、画像認識では、異物の含有量を評価することができない。また、同様にスペクトル変換効率の評価では、その変動要因を特定することができない。特に微細蛍光体は、蛍光体粒子と熱硬化性樹脂とを調合および混練する工程の変動ならびに蛍光体材料ロットのバラツキにより、蛍光体粒子の含有量が変動し、白色ＬＥＤの色度および輝度が変動する。
【０１８０】
不適切な色度および輝度の白色ＬＥＤは検査および選別により廃棄されなければならず、異物含有量の変動は、白色ＬＥＤの製造コストを押し上げる。
【０１８１】
しかしながら、実施の形態１および２における封止差材料検査装置１００および８００によれば、製造工程において簡易に異物含有量の変動を測定することができる。その結果、異物含有量を管理することが可能となり、これにより、白色ＬＥＤユニットにおける色度および輝度のバラツキを抑制し、製造コストを下げることが出来る。
【０１８２】
以上、本発明の封止材料検査装置および封止材料検査方法について、各実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、各実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を各実施の形態に施したもの、および、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【０１８３】
例えば、実施の形態１および２では、発光体であるＬＥＤの封止に用いられる、蛍光体を含む封止材料の検査に関して説明した。しかし、封止材料検査装置１００および８００の構成は、蛍光体を含む封止材料を用いるいろいろな機器についての検査装置としても利用できる。
【０１８４】
例えば、封止差材料検査装置１００および８００は、半導体レーザまたは有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）である半導体発光素子を封止する封止材料を検査する装置として利用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１８５】
本発明は、ＬＥＤの封止材料に限らず、蛍光体を含む各種の材料の検査に用いる検査装置および検査方法等として有用である。
【符号の説明】
【０１８６】
１００ 封止材料検査装置
１０１、８０９ 粒子状態評価ユニット
１０２、８１０ 光学特性評価ユニット
１０３ サンプリングユニット
１０４ ＸＹ平面ステージ
１０５、８１２ データ処理演算用ＰＣ
２０１ 平行平面基板ガラス
２０２ アルミ平面ミラー
２０３ スペーサー
２０４ Ｚ軸調整ステージ
２０５ ゴニオステージ
３０１、１１０７ ＣＣＤカメラ
３０２ ハーフミラー
３０３ 対物レンズ
３０４ ハロゲン光源
３０５ 参照ミラー
３０６ 走査用Ｚ軸
４０１、８０１ 小型積分球
４０２、８０２ 光ファイバーケーブル
４０３、８０３ 分光器
４０４、８０４ コリメーターレンズ
４０５、８０５ ＬＥＤ光源
５０１ 視野角領域単位
７０１ 基準スペクトル
７０２ 波長変換光のスペクトル
７０３ 波長変換光の未変換部分
７０４ 波長変換光の変換部分
８０６ テープ送りカセット
８０７ 送りサーボモーター
８０８ テープ状封止材料
８１１ テープ状封止材料送りユニット
９０１、９０２、１００４ 封止材料
１００１ 基板
１００２ パッケージ
１００３ 青色ＬＥＤ素子
１００５ 白色ＬＥＤユニット
１１０１ フローセル
１１０２ ラインセンサー
１１０３ 第１ダイクロイックミラー
１１０４ 第２ダイクロイックミラー
１１０５ 制御部
１１０６ 撮像用ストロボ光源
１１０８ イメージプロセッサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物である封止材料に含まれる蛍光体粒子の形状を測定する形状測定部と、
前記封止材料のスペクトルを検出するスペクトル測定部と、
前記形状および前記スペクトルの解析を行う解析部と
を備える封止材料検査装置。
【請求項２】
さらに前記被測定物を搬送する搬送部を備え、
前記搬送部は、前記形状測定部と前記スペクトル測定部との間で、前記被測定物の搬送を行う
請求項１記載の封止材料検査装置。
【請求項３】
前記搬送部には、前記被測定物を一定厚みにするサンプリングユニット部を有する
請求項１または２に記載の封止材料検査装置。
【請求項４】
前記サンプリングユニット部には、光を透過する第１平面板と光を反射する第２平面板との間に、スペーサーと前記被測定物を配置する部分とが配置される
請求項３に記載の封止材料検査装置。
【請求項５】
前記搬送部は、テープ上に前記被測定物を配置して搬送する機構である
請求項２〜４のいずれか１項に記載の封止材料検査装置。
【請求項６】
発光体を封止するための封止材料に含まれる蛍光体粒子を撮像し、
前記封止材料のスペクトルを測定し、
撮像によって得られた静止画像と測定された前記スペクトルとを解析し、
解析された結果を用いて封止材料を評価する
封止材料検査方法。
【請求項７】
前記封止材料を一定厚みに設定後、前記撮像と前記スペクトルの測定を行う
請求項６記載の封止材料検査方法。
【請求項８】
前記解析は、前記撮像した画像から、前記蛍光体粒子の平均粒子径、前記蛍光体粒子の平均円形度、および、前記蛍光体粒子の濃度を求める
請求項６または７に記載の封止材料検査方法。
【請求項９】
前記解析は、前記スペクトルの測定から取得した前記スペクトルから、内部量子収率および異物状態を求める
請求項６〜８のいずれか１項に記載の封止材料検査方法。
【請求項１０】
前記撮像と前記スペクトルの測定とは、同じ状態の前記封止材料に対してされる
請求項６〜９のいずれか１項に記載の封止材料検査方法。
【請求項１１】
テープにて前記封止材料を搬送し、前記撮像と前記スペクトルの測定とを行う
請求項６〜１０のいずれか１項に記載の封止材料検査方法。
【請求項１】
被測定物である封止材料に含まれる蛍光体粒子の形状を測定する形状測定部と、
前記封止材料のスペクトルを検出するスペクトル測定部と、
前記形状および前記スペクトルの解析を行う解析部と
を備える封止材料検査装置。
【請求項２】
さらに前記被測定物を搬送する搬送部を備え、
前記搬送部は、前記形状測定部と前記スペクトル測定部との間で、前記被測定物の搬送を行う
請求項１記載の封止材料検査装置。
【請求項３】
前記搬送部には、前記被測定物を一定厚みにするサンプリングユニット部を有する
請求項１または２に記載の封止材料検査装置。
【請求項４】
前記サンプリングユニット部には、光を透過する第１平面板と光を反射する第２平面板との間に、スペーサーと前記被測定物を配置する部分とが配置される
請求項３に記載の封止材料検査装置。
【請求項５】
前記搬送部は、テープ上に前記被測定物を配置して搬送する機構である
請求項２〜４のいずれか１項に記載の封止材料検査装置。
【請求項６】
発光体を封止するための封止材料に含まれる蛍光体粒子を撮像し、
前記封止材料のスペクトルを測定し、
撮像によって得られた静止画像と測定された前記スペクトルとを解析し、
解析された結果を用いて封止材料を評価する
封止材料検査方法。
【請求項７】
前記封止材料を一定厚みに設定後、前記撮像と前記スペクトルの測定を行う
請求項６記載の封止材料検査方法。
【請求項８】
前記解析は、前記撮像した画像から、前記蛍光体粒子の平均粒子径、前記蛍光体粒子の平均円形度、および、前記蛍光体粒子の濃度を求める
請求項６または７に記載の封止材料検査方法。
【請求項９】
前記解析は、前記スペクトルの測定から取得した前記スペクトルから、内部量子収率および異物状態を求める
請求項６〜８のいずれか１項に記載の封止材料検査方法。
【請求項１０】
前記撮像と前記スペクトルの測定とは、同じ状態の前記封止材料に対してされる
請求項６〜９のいずれか１項に記載の封止材料検査方法。
【請求項１１】
テープにて前記封止材料を搬送し、前記撮像と前記スペクトルの測定とを行う
請求項６〜１０のいずれか１項に記載の封止材料検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−８０７９９（Ｐ２０１３−８０７９９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１９５７９（Ｐ２０１１−２１９５７９）
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３日（２０１１．１０．３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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