Application Note Light Emitting Diode コーティング剤について 目次 1.概要 2.評価内容 3.参考試験結果① 4.参考試験結果② 5.考察 6.まとめ This document contains tentative information; the contents may change without notice. 1/10 (SE-AP00012B) Jan. 8, 2015 Application Note 1.概要 本書では、LED 実装製品に塗布するコーティング剤を選定する際の LED に関連する評価項目および方法を示しま す。また、参考事例として、弊社におけるコーティング剤の評価結果を示します。 2.評価項目 コーティング剤を塗布する目的として、主に絶縁/防塵/防水/ガスバリア性の向上等の様々な例が挙げられます。 しかしながら、コーティング剤の透過特性や劣化により LED の光学特性へ影響を及ぼす場合があります。 そのため、コーティング剤を選定する際は製品への影響、また、製品からの影響を考慮し使用する目的や環境に沿 ったコーティング剤の評価をする必要があります。例えば、コーティング剤の膜厚を厚くすれば絶縁/防塵/防水/防湿/ 耐侯/ガスバリア性等は上昇しますが光学特性への影響は大きくなります。 Light Emitting Diode コーティング剤の評価に LED と関連性が高い項目、評価の際の着目点および代表的な評価方法を以下の表 1 に示 します。 表 1 コーティング剤の評価について 評価項目 着目点 代表的な評価方法 ・光束低下、色調シフト等光学特性への影響 ・製品/LEDの形状、膜厚による影響の度合いの変化 ・塗布前後の光学特性測定 ・塗布量に差をつけた光学特性測定 劣化性 ・紫外線、高温等の周囲環境およびLEDから発せられる光と 熱の影響による劣化 ・耐候性試験 ・エージング試験 ・コーティング剤ガラス転移温度の確認 防水性 ・LED端子間および回路上のマイグレーションや各部材の劣化 ・防湿性検証 ・撥水性検証 ・水没動作試験 ・塩水噴霧動作試験 塗 り 方 塗布性 ・コーティング剤の塗りむらや隙間の発生 ※防湿/撥水/ガスバリア性が満足に得られなくなることや光学 ・隙間有無観察 ・膜厚分布の観察 そ の 他 ガスバリア性 コ | テ ィ ン グ 性 能 光の透過特性 特性に影響を及ぼす場合があります。 ・腐食性ガスの影響低下 ・硫化試験 3.参考試験結果① コーティング剤評価の参考事例として弊社における評価方法および評価結果を次ページ以降に記載させて頂きま す。また、弊社において評価を実施したコーティング剤の主成分を表 2 に示します。 ・光の透過特性 ・劣化性 ・防水性 ・塗布性 ・ガスバリア性 表 2 評価コーティング剤の主成分について メーカー コーティング剤 No. 主成分 a社 b社 A B フッ素系樹脂 c社 C オレフィン系樹脂 d社 D E シリコ-ン系樹脂 特徴 フッ素を含むオレフィンを重合して得ら れる合成樹脂 ポリプロピレンの中に、エチレン‐プロピ レンゴム等を微分散させた樹脂 シロキサン結合による主骨格を持つ有 機ケイ素化合物 ※ｄ社コーティング剤D および E は粘度等の特性が異なる樹脂となります。 This document contains tentative information; the contents may change without notice. 2/10 (SE-AP00012B) Jan. 8, 2015 Application Note 3-1. 光の透過特性（塗布前後の光学特性測定） コーティング剤の光の透過特性により、光束および色調シフト等製品の光学特性へ影響を及ぼします。また、製品 /LED の形状や種類、コーティング剤の膜厚により影響の度合いは変化します。そのため、光の透過特性を評価する 際は、実際に使用する製品状態にて評価を行なうことが望ましいものと考えます。 参考事例として使用 LED およびコーティング剤の違いによる光束および色調シフト評価結果を表 3 に示します。 表 3 光束および色調シフト評価結果 項目 NSSW157A Ta=25℃ NS6W183A パッケージサイズ：3.0×1.4×0.52mm パッケージサイズ：6.5×5.0×1.35mm 110 100 A B C D E 90 Relative Luminous Flux (%) 光束 Relative Luminous Flux (%) 110 100 塗布前 塗布前 塗布後 0.10 0.10 0.05 0.05 0.00 -0.10 90 -0.05 0.00 -0.05 0.05 A B C D E 0.10 塗布後 0.00 y 色調 A B C D E 80 80 y Light Emitting Diode LED外観 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 A B C D E -0.05 -0.10 -0.10 x x ※コーティング剤塗布方法：刷毛塗り各１回 ※コーティング膜の厚みの傾向：シリコ-ン系樹脂（D,E）＞オレフィン系樹脂（C）＞フッ素系樹脂（A,B） フッ素系樹脂（A,B）＞オレフィン系樹脂（C）＞シリコ-ン系樹脂（D,E）の順に特性シフトが小さいことを確認しました。 これは、特性シフトの小さいものほど、膜厚が小さいためと考えます。また、NSSW157A と NS6W183A の特性シフト 量が異なる要因として、発光面の大きさや形状によるものと考えます。 This document contains tentative information; the contents may change without notice. 3/10 (SE-AP00012B) Jan. 8, 2015 Application Note 3-2. 劣化性(耐候性試験) コーティング剤は紫外線、高温等の周囲環境および製品から発せられる光と熱の影響により劣化する可能性があり ます。そのため、想定使用時間、使用環境、製品状態を考慮した評価を行なう必要があります。 劣化性検証の一例として、耐候性試験結果を表 4 に示します。 【試験方法】 ・使用光源：メタルハライドランプ ・照度 ：500W/m2(300～400nm) ・試験板の表面温度：63℃/50%RH 表 4 耐候性試験結果 A B C D E A B C D E 試験前 ・試験時間：200H 【試験結果】 試験後 Light Emitting Diode ・オレフィン系樹脂 C において 顕著な劣化を確認 変色 なし なし 顕著 なし 微小 ※コーティング剤塗布方法：刷毛塗り各１回 フッ素系樹脂（A,B）＞シリコ-ン系樹脂（D,E）＞オレフィン系樹脂（C）の順に劣化性（耐候性）に優れることを確認しま した。耐候性の高いフッ素系樹脂ほど、紫外線等の光に対し化学的に安定しているものと考えます。 3-3. 防水性 コーティング剤の防水性について、製品使用環境を考慮した評価を行なう必要があります。 防水性能の例として防湿性や撥水性が挙げられます。撥水性は水を弾く性能を、また、防湿性は透湿性の低さ（水蒸 気を通さない性能）を表します。コーティング剤の種類により、防水性能は異なります。そのため、使用環境において、 要求の性能を満たすコーティング剤の評価および選定を行なう必要があります。 3-3-1 撥水性検証 【試験方法】 ・コーティング剤塗布方法：基板上に刷毛塗り各１回 ・コーティング剤硬化後、各基板に一定量の水滴を落とし、接触角度を測定 ※本試験は、試験対象と水滴の接触角度が広いほど、試験対象が疎水的であり撥水性の高いことを示します。 表 5 撥水性検証試験結果 塗布なし コーティング剤B 77° 110° 表 6 撥水性検証試験結果 コーティング剤 接触角度 塗布なし 77° A 117° B 110° C 77° D 104° E 104° フッ素系樹脂（A,B）＞シリコ-ン系樹脂（D,E）＞オレフィン系樹脂（C）の順に撥水性が高いことを確認しました。撥水 性の高いコーティング剤ほど表面張力が小さいため、水と反発しやすいものと考えます。 This document contains tentative information; the contents may change without notice. 4/10 (SE-AP00012B) Jan. 8, 2015 Application Note 3-3-2 防湿性検証 【試験方法】 ・JIS-Z-0208 記載の透湿度試験方法. （カップ法）、または、JIS-Z-7129 記載の感湿センサ法，赤外線センサ法及びガスクロ マトグラフ法による水蒸気透過度 ※本試験は、透湿度が低いほど、試験対象の防湿性が優れることを示します。 表 7 防湿性検証試験結果 2 Light Emitting Diode 部材名称 試験条件 試験方法 膜圧（μm） 透湿度（g/m ・24h） コーティング剤A Ta=25℃ RH=90% JIS-Z-0208 30 220 コーティング剤B Ta=40℃ RH=90% JIS-K-7129 20 200 コーティング剤C Ta=40℃ RH=90% JIS-Z-0208 41.7 13.3 シリコーンエラストマー（※） Ta=25℃ RH=90% JIS-K-7129 25 820 ※文献値になります オレフィン系樹脂（C）＞フッ素系樹脂（A,B）＞シリコ-ン系樹脂（D,E）＞の順に透湿性が低い≒防湿性が高いものと 考えます。透湿性が低い要因として、樹脂硬化後の密度/膜厚が高いためと考えます。 3-4. 塗布性（外観観察） 製品とコーティング剤の塗布性によっては塗りむらやコーティング剤との隙間が発生する可能性があります。塗りむ らや隙間により防水やガスバリア性等が満足に得られなくなることや光学特性に影響を及ぼす場合があります。塗布 性は塗布対象/方法等によって変化し一概に判断することは困難となります。 そのため、塗布性評価の一例として、コーティング剤 B の塗布後の外観に着目した観察結果を表 8～9 に示します。 表 9 外観観察結果（LED 側面） 表 8 外観観察結果（LED 発光面） コーティング剤A 斜め方向観察 コーティング剤B 拡大 隙間を確認。 膜厚のコントロールが必要。 コーティング剤 B の方が塗りむら小 ※コーティング剤塗布方法：刷毛塗り各１回 3-5. ガスバリア性（硫化試験） 一部の弊社 LED はリードフレームに銀メッキを使用しており、硫黄、ハロゲン系成分を含む腐食性ガス環境に曝さ れると、銀メッキが変質し特性が変化します。 そのため、弊社におきましては各コーティング剤についてのガスバリア性を評価するため、コーティング剤を塗布し た LED を使用し硫化試験を実施しました。 硫化試験結果を 6 ページ目の表 10 および図 1 に示します。 【試験条件】 ・腐食性ガス成分：硫化水素（H2S） ・腐食性ガス濃度：15[ppm] ・試験環境：Ta=40[℃]、RH=90[%] ・試験時間：96[H]、192[H] This document contains tentative information; the contents may change without notice. 5/10 (SE-AP00012B) Jan. 8, 2015 Application Note 表 10 硫化試験結果（外観観察） コーティング剤 外観 試験前 120 試験後 100 変色 B 変色小 Relative Optical Power (%) なし 80 60 40 A B D E なし 20 D 0 0H Light Emitting Diode 変色 96H Storage Time (H) 192H 図 1 硫化試験結果（特性推移） ※コーティング剤塗布方法：刷毛塗り各１回 ※コーティング剤 C につきましては、本試験に投入しておりませんが、別の試験により、ガスバリア性はコーティング剤なし時 と同等であることを確認しております。 フッ素系樹脂（A,B）＞シリコ-ン系樹脂（D,E）の順にガスバリア性が高いことを確認。シリコーン樹脂は密度が小さく 分子構造の隙間が大きいことからガスバリア性が大きくない構造となっているためと考えます。 4.参考試験結果②（2014 年 3 月追加項目） 電子部品実装基板塗布用途のコーティング剤について、多種多様な製品が発売されております。 しかし、項目 2 にて述べたように塗布するコーティング剤によっては、コーティング剤の透過特性や劣化により LED の光学特性へ影響を及ぼす場合が考えられます。 弊社におきましては LED 実装基板塗布に適したコーティング剤選定のため、継続し評価を実施しております。一例と して、屋外での使用を想定し実施し以下 2 項目の検証結果を挙げます。 ・劣化性 ・防水性 本項にて報告する評価試験には基板に実装した NS6W183B を使用しております。 評価に使用した NS6W183B 外観写真を表 11 に、評価コーティング剤の主成分を表 12 に示します。 表 11 NS6W183B 実装状態外観 基板 外観 表 12 評価コーティング剤の主成分について メーカー a社 b社 FR-4 アルミ d社 コーティング剤 No. A（※1） B（※1） D（※1） E（※1） E社 F F社 G G社 H 主成分 特徴 フッ素を含むオレフィンを重合して得ら フッ素系樹脂 れる合成樹脂 シロキサン結合による主骨格を持つ有 シリコ-ン系樹脂 機ケイ素化合物 アクリル酸エステルの重合により合成さ アクリル系樹脂 れた非晶質の樹脂 ポリビニルアルコールとブチルアルデヒ ビニルブチラール系樹脂 ドの重合により得られる非晶質の樹脂 ガラスコーティング剤 ガラス繊維を含んだ無機コーティング剤 ※1 コーティング剤 A、B、D および E は 3 項の表 2 記載と同一のコーティング剤となります。 ※2 コーティング剤塗布方法：刷毛塗り各１回(G のみスプレー吹きつけ 1 回) This document contains tentative information; the contents may change without notice. 6/10 (SE-AP00012B) Jan. 8, 2015 Application Note 4-1.劣化性 コーティング剤の劣化性検証試験として、エージング試験および耐候性試験の 2 項目の試験を実施しました。 4-1-1. エージング試験 NS6W183B 実装アルミ基板に各コーティング剤を塗布し、常温 25℃環境下にて 100 時間のエージング試験を実施し ました。今回の試験は試験時間が短く、短時間での光や熱による劣化等を検証した試験となります。 エージング試験による特性推移を図 2～3 に、代表的なコーティング剤 5 品種の外観観察結果を表 13 に示します。 【試験条件】 ・実装基板：アルミ基板（t=1.6mm） ・試験環境：Ta=25[℃] ・試験時間：100[H] ・動作電流値：350[mA] Operating Test Result Test Condition：IF=350mA、Ta=25℃ 0.050 100 0.025 90 80 70 60 A B D E F G H ⊿y Relative Luminous Flux (%) Light Emitting Diode 110 Operating Test Result Test Condition：IF=350mA、Ta=25℃ -0.050 -0.025 0.000 0.000 -0.025 なし 50 0 -0.050 100 0.025 0.050 A B D E F G H なし ⊿x Test time[H] 図 3 エージング試験結果(相対光束) 図 2 エージング試験結果(相対光束) 表１3 外観観察結果 フッ素系樹脂B アクリル系樹脂F ビニルブチラール系樹脂G ガラスコーティング剤H 試験前 クラック 変色 試験後 凝集跡 ビニルブチラール系樹脂コーティング剤 G に変色による光束低下を確認しました。LED から発せられる熱と光により 劣化し変色したものと考えます。また、ガラスコーティング剤 H にクラックの発生・拡大および凝集を確認しました。コー ティング剤 G 同様に LED と発せられる光と熱により劣化によるものと考えます。 This document contains tentative information; the contents may change without notice. 7/10 (SE-AP00012B) Jan. 8, 2015 Application Note 4-1-2. 耐候性試験 NS6W183B 実装アルミ基板に各コーティング剤を塗布し、劣化性（耐候性）評価のため耐候性試験を実施しました。 耐候性試験結果を表 14 に示します。尚、コーティング剤 A,B,D および E につきましては、項 3-2 を参照下さい。 【試験方法】 ・使用光源：メタルハライドランプ ・照度：500W/m2(300～400nm) ・試験板の表面温度：63℃/50%RH ・試験時間：200H 表１4 耐候性試験結果 アクリル系樹脂F ビニルブチラール系樹脂G ガラスコーティング剤H Light Emitting Diode 試験前 変色 変色 試験後 クラック あり 変色 あり なし 何れのコーティング剤も顕著な劣化を確認しました。紫外線の影響により分子間の結合が切れ劣化したため変色した ものと考えます。 4-2. 防水性（水没動作試験、塩水噴霧動作試験） NS6W183B 実装 FR-4 基板に各コーティング剤を塗布し、防水性検証のため以下 2 項目の動作試験を実施しました。 ・水没動作試験 ・塩水噴霧動作試験 試験方法概略図を図 4 および図 5 に、外観観察結果を 9 ページ目の表 15 および表 16 に示します。 尚、フッ素系樹脂コーティング剤 A およびシリコーン系樹脂コーティング剤 E につきましては試験未実施となります。 【試験条件】 ・実装基板：FR-4 基板（t=1.6mm） ・試験環境：Ta=25[℃] ・試験時間：8[H] 図5 塩水噴霧動作試験概略 図4 水没動作試験概略 ・動作電流値：100[mA] ・水没動作試験：水道水を満たした容器に LED 実装基板を沈め動作 ・塩水噴霧動作試験：動作している LED 実装基板に 30 分毎に霧吹きにて 3%の塩水を噴霧 This document contains tentative information; the contents may change without notice. 8/10 (SE-AP00012B) Jan. 8, 2015 Application Note 表１5 水没動作試験結果 表１6 塩水噴霧動作試験結果 腐食あり 腐食あり Light Emitting Diode 腐食あり 腐食あり クラック 腐食あり 腐食あり 【試験結果】 コーティング剤 No. B D F G H 主成分 フッ素系樹脂 シリコ-ン系樹脂 アクリル系樹脂 ビニルブチラール系樹脂 ガラスコーティング剤 水没動作試験 ○ △ ○ × ○ 塩水噴霧動作試験 ○ ○ △ △ × ○・・・明確な腐食なし △・・・コーティングなしと比較して腐食小 ×・・・コーティングなしと比較して大差なし 5.考察 本書にて紹介させて頂いた各種コーティング剤の評価結果から、弊社にてこれまでに検証したコーティング剤の中 ではフッ素系樹脂系のコーティング剤が LED 実装基板への影響が小さく、一定の塗布効果が見込めるものと考えます。 また、シリコーン樹脂につきましてもガスバリア性の効果は低いものの他の性能に大きな欠点はなく、また、塗布しや すく比較的安価であるという特徴があることから、目的によっては十分に性能が見込めるものと考えております。 コーティング剤の評価結果を以下表 17 に示します。 表１7 コーティング剤評価結果 メーカー コーティング剤 No. 主成分 光の透過 特性 項3-1 a社 A b社 B c社 C コーティング性能 防水性 劣化性 エージング 水没 塩水噴霧 耐候性試験 撥水性検証 防湿性検証 試験 動作試験 動作試験 項3-2、 項4-2 項4-1-1 項3-3-1 項3-3-2 項4-1-2 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ × × ○ △ ○ ○ ○ △ ○ △ 塗り方 その他 塗布性 ガスバリア性 塗布後 硫化試験 外観観察 項3-4 項3-5 ○ ○ ○ ○ フッ素系樹脂 オレフィン系樹脂 D d社 シリコ-ン系樹脂 △ ○ ○ △ ○ △ △ ○ E社 F アクリル系樹脂 × ○ ○ F社 G ビニルブチラール 系樹脂 × × × △ G社 H ガラスコーティング剤 × × ○ × E × × ○・・・明確な劣化や特性低下なし/塗布効果大 △・・・若干の劣化や特性低下を示す/塗布効果小 ×・・・明確な劣化や特性低下を示す/塗布効果なし This document contains tentative information; the contents may change without notice. 9/10 (SE-AP00012B) Jan. 8, 2015 Application Note 6.最後に コーティング剤を塗布することにより、製品の絶縁/防水/ガスバリア性等を向上させることは可能と考えます。しかし ながら、場合によっては LED に悪影響を及ぼし、本来の目的とは逆に製品の寿命を縮めてしまう可能性もあります。 そのため、コーティング剤を選定される際は製品への影響、また、製品からの影響を考慮し、使用する目的や環境に 沿ったコーティング剤の評価を実施して頂けますよう、お願い申し上げます。 本書で紹介しましたコーティング剤評価事例はあくまで一例であり、コーティング剤の性能を保証するものではありま せん。そのため、参考資料としてお取り扱い下さい。 Light Emitting Diode 以上 This document contains tentative information; the contents may change without notice. 10/10 (SE-AP00012B) Jan. 8, 2015