JP2011108748A - Ｌｅｄ発光装置及びｌｅｄ発光装置の製造方法。 - Google Patents

Ｌｅｄ発光装置及びｌｅｄ発光装置の製造方法。 Download PDF

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Abstract

【課題】 従来のＬＥＤ発光装置は、回路基板側の反射層として、樹脂製の白色反射層や回路基板上に絶縁層を介して金属製の反射層を形成していた。このため樹脂製の反射層は反射率が低く、また絶縁層と金属層との２層構成の反射層は工数がかかり、コストアップになっていた。
【解決手段】回路基板上に発光素子を実装した発光装置において、前記回路基板の電極部材を含む上面に金属性光沢を有する絶縁性反射層を直接形成するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明はＬＥＤ発光装置及びその製造方法に関するものであり、詳しくは発光効率の高いＬＥＤ発光装置の構成及びその製造方法に関する。
近年、ＬＥＤ素子（以下ＬＥＤと略記する）は半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。
特に近年、ＬＥＤ発光装置としてはその発光効率を高めることと、量産化によるコストダウンが要求されている。そこで、ＬＥＤ発光装置の発光効率を高める方法としてＬＥＤ実装部の周辺に反射部材を設け、ＬＥＤの発光を無駄なく利用して発光効率を高めることが提案されている。（例えば特許文献１，特許文献２）。
以下従来の反射部材付のＬＥＤ発光装置に付いて説明する。
図１４，は特許文献１における従来の反射部材付ＬＥＤ発光装置の断面図である。図１４においてＬＥＤ発光装置１００は、電極１０２ａを有する樹脂基板１０２上にＬＥＤ１０３をワイヤー１０４によって実装し、このＬＥＤ１０３を透明樹脂１０５でモールドしている。そして樹脂基板１０２の上面におけるＬＥＤ１０３を実装した周辺には樹脂製の白色反射膜１０６が設けられている。
上記ＬＥＤ発光装置１００の動作は、ＬＥＤ１０３から放射された光の内の樹脂基板１０２の方向に向かう光が白色反射膜１０６により上方に反射されるものである。従って樹脂基板１０２で吸収されていた光の損失分がなくなり、ＬＥＤ１０３から放射された光はほぼ全てが上方に向かって放射されるので、ＬＥＤ発光装置としての発光効率が高くなり、光量の増加が行われる。
図１５は特許文献２における従来の反射部材付ＬＥＤ発光装置の断面図であり、趣旨を逸脱しない範囲で簡素化している。図１５においてＬＥＤ発光装置２００は、電極２０２ａを有する樹脂基板２０２上にＬＥＤ２０３を実装し、このＬＥＤ２０３を透明樹脂２０５でモールドしている。そして電極２０２ａの上面におけるＬＥＤ２０３の実装領域及びワイヤー２０４のボンディング領域を除くほぼ全面に絶縁層２０７が形成され、この絶縁層２０７の上面に金属蒸着によって金属反射層２０８が形成されている。
上記ＬＥＤ発光装置２００において、ＬＥＤ２０３から放射された光の内の樹脂基板２０２の方向に向かう光は金属反射層２０８により上方に反射される。従って樹脂基板２０２で吸収されていた光の損失分がなくなり、ＬＥＤ２０３から放射された光はほぼ全てが上方に向かって放射されるので、ＬＥＤ発光装置としての発光効率が高くなり、光量の増加が行われる。
特開２００３−２３１８３号公報 特開２００５−２６２７６号公報
上記特許文献１の提案は、反射層として白色のシルク印刷インキ、白色のアクリル塗装等の樹脂材料を用いることが記載されており、この樹脂材料による反射層は絶縁性であるため、電極を有する樹脂基板上に直接形成することが出来るという利点を有する。しかし樹脂材料による反射層は金属製の反射層に比べて反射率が劣るうえ、特に短波長側で反射率が低下するため、発光色によって十分な反射特性が得られない欠点があり、さらにＬＥＤの発光によって劣化するという問題がある。
また特許文献２の提案は、反射層として金属反射層を用いているため、十分な反射特性が得られるという利点を有する。しかし金属製であるため電極を有する樹脂基板上に直接形成することが出来ず、樹脂基板の電極上に絶縁層を形成し、その絶縁層の上に金属反射層を設ける必要がある。このため製造工程が複雑になり、量産性が悪くコストアップになるという問題がある。
本発明の目的は上記問題点を解決しようとするものであり、反射特性が良く、かつ量産性に優れ、コストダウンが可能な反射部材付のＬＥＤ発光装置及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するため本発明においては、回路基板上に発光素子を実装した発光装置において、前記回路基板の電極部材を含む上面に金属性光沢を有する絶縁性反射層を設けたことを特徴とする。
上記構成によれば、金属性光沢を有する絶縁性反射層を回路基板上に直接形成することができるため、反射特性に優れかつコストダウンが可能な反射部材付のＬＥＤ発光装置を提供することができる。
前記絶縁性反射層は金属製の不連続蒸着膜であると良い。
前記不連続蒸着膜を形成する金属が錫であると良い。
大判の集合回路基板に多数の回路基板を形成する工程と、前記集合回路基板に形成された多数の回路基板上に金属製の不連続蒸着膜を形成する工程と、前記各回路基板に発光素子を実装する工程と、各発光素子を樹脂コートする工程と、前記発光素子が実装された回路基板を切断分離する工程とを有する発光装置の製造方法であることを特徴とする。
上記ＬＥＤ発光装置の製造方法によれば、集合回路基板に形成された多数の回路基板上に金属製の不連続蒸着膜を形成することにより、反射部材付のＬＥＤ発光装置を量産することができるため、反射特性が良く、かつ量産性に優れ、さらにコストダウンが可能となる。
前記絶縁性反射層は誘電体多層膜であると良い。
大判の集合回路基板に多数の回路基板を形成する工程と、前記各回路基板の発光素子電極のボンディング部分にレジスト膜を形成する工程と、前記集合回路基板に形成された多数の回路基板上に誘電体多層膜を形成する工程と、前記レジスト膜によるリフトオフにて前記発光素子電極のボンディング部分露出させる工程と、前記各回路基板に発光素子を実装する工程と、各発光素子を樹脂コートする工程と、前記発光素子が実装された回路基板を切断分離する工程とを有する発光装置の製造方法であることを特徴とする。
上記ＬＥＤ発光装置の製造方法によれば、集合回路基板に形成された多数の回路基板上に誘電体多層膜を形成することにより、反射部材付のＬＥＤ発光装置を量産することができるため、反射特性が良く、かつ量産性に優れ、さらにコストダウンが可能となる。
上記の如く本発明によれば、金属性光沢を有する絶縁性反射層を回路基板上に直接形成することができるため、反射特性に優れかつコストダウンが可能な反射部材付のＬＥＤ発光装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の樹脂コートを除いた平面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の製造工程を示す断面図である。 本発明の集合回路基板の平面図である。 本発明の不連続蒸着膜を形成した集合回路基板の平面図である。 本発明のＬＥＤ３を実装した集合回路基板の平面図である。 本発明の樹脂コートを形成した集合回路基板の平面図である。 回路基板に不連続蒸着膜を形成している状態を示す真空装置の斜視図である。 不連続蒸着膜が形成された回路基板の部分拡大断面図である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 図１０に示すＬＥＤ発光装置の樹脂コートを除いた平面図である。 図１０に示すＬＥＤ発光装置の製造工程を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における誘電体多層膜を形成した集合回路基板の平面図である。 従来技術におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 従来技術におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。
（第１実施形態）
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図１から図４は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示すものであり、図１はＬＥＤ発光装置の断面図、図２は樹脂コートを除いたＬＥＤ発光装置の平面図、図３は図１に示すＬＥＤ発光装置の製造工程を示す断面図である。
図１においてＬＥＤ発光装置１０を構成する回路基板２には、上面側の配線電極２ａ、裏面側の出力電極２ｂ、上面の配線電極２ａと裏面側の出力電極２ｂとを接続するスルーホール電極２ｃが設けられており、さらに回路基板２の上面側には配線電極２ａの形成領域を含む全面に絶縁反射層として、金属製の不連膜蒸着膜６が形成されている。なお後述する如くこの金属製の不連続蒸着膜６は面の縦方向には導電性を示すが、面の横方向には導電性を示さず、絶縁層として形成されており、しかも光学的には金属光沢を有する金属性反射層として機能する。
回路基板２の上面側にはＬＥＤ３がバンプ電極３ａにより配線電極２ａにフリップチップ実装されている。なお、前述の如く不連続蒸着膜６は回路基板２の上面において縦方向には導電性を示すが、面の横方向には導電性を示さないため、ＬＥＤ３のバンプ電極３ａは不連続蒸着膜６を介して配線電極２ａにフリップチップ実装されている。上記フリップチップ実装の条件としては、ＬＥＤ３のバンプ電極３ａをＡｕバンプとし、不連続蒸着膜６をＳｎとすることにより、バンプ電極３ａと配線電極２ａとの接続はＡｕ―Ｓｎの共晶接合によって行うことができる。さらに回路基板２の上面側を透明樹脂または蛍光粒子の混入樹脂による樹脂コート５を設けることにより、ＬＥＤ発光装置１０が完成する。
図２は樹脂コート５を除いたＬＥＤ発光装置１０の平面図であり、回路基板２の上面側はＬＥＤ３の部分を除いて、全面が不連続蒸着膜６により、金属光沢を有する絶縁反射層が形成されている。
従って、上記構成を有するＬＥＤ発光装置１０の動作は、ＬＥＤ１０から放射された光の内の回路基板２の方向に向かう光が不連続蒸着膜６により上方に反射されるものとなる。従って回路基板２で吸収される光の損失分がなく、ＬＥＤ３から放射された光はほぼ全てが上方に向かって放射されるので、ＬＥＤ発光装置としての発光効率が高くなり、光量の増加が行われる。
次にＬＥＤ発光装置１０の製造方法に付いて説明する。
図３はＬＥＤ発光装置１０の製造工程を示す断面図であり、（Ａ）は回路基板２の断面図であり、回路基板２の上面には配線電極２ａ、裏面には出力電極２ｂ、上面と裏面の間には配線電極２ａと出力電極２ｂとを接続するスルーホール電極２ｃが設けられている。（Ｂ）は不連続蒸着膜６を形成した回路基板２の断面図であり、回路基板２の上面側には配線電極２ａの上面を含む全面に絶縁反射層としての不連続蒸着膜６が形成されている。（Ｃ）はＬＥＤ３を実装した回路基板２の断面図であり、ＬＥＤ３はバンプ電極３ａにより配線電極２ａにフリップチップ実装されている。なお、前述の如く不連続蒸着膜６は回路基板２の上面において縦方向には導電性を示すが、面の横方向には導電性を示さないため、ＬＥＤ３のバンプ電極３ａは不連続蒸着膜６を介して配線電極２ａにＡｕ―Ｓｎの共晶接合によってフリップチップ実装されている。（Ｄ）はＬＥＤ発光装置１０の完成状態の断面図であり、樹脂コート５を設けることで図１に示すＬＥＤ発光装置１０が完成する。
次にＬＥＤ発光装置１０の集合基板方式による製造方法を説明する。
図４から図７はＬＥＤ発光装置１０の集合基板方式による製造工程を示しており、図４は集合回路基板２Ｌの平面図、図５は不連続蒸着膜６を形成した集合回路基板２Ｌの平面図、図６はＬＥＤ３を実装した集合回路基板２Ｌの平面図、図７は樹脂コート５を形成した集合回路基板２Ｌの平面図である。
図４は大判の回路基板材である集合回路基板２Ｌに複数の回路基板２を形成しており、切断線Ｓを示す点線で囲われた範囲が各回路基板２に対応している。そして各回路基板２には上面側に示す配線電極２ａに対して、図面には現れていないが、図１に示すように裏面側には出力電極２ｂ、上面の配線電極２ａと裏面側の出力電極２ｂとを接続するスルーホール電極２ｃが設けられている。
図５は不連続蒸着膜６を形成した集合回路基板２Ｌの平面図であり、各回路基板２の配線電極２ａを含む集合回路基板２Ｌの全面に斜線で示す不連続蒸着膜６が形成されている。図６はＬＥＤ３を実装した集合回路基板２Ｌの平面図であり、各回路基板２の配線電極２ａに対し、不連続蒸着膜６の上からＬＥＤ３が直接フリップチップ実装されている。図７は樹脂コート５を形成した集合回路基板２Ｌの平面図であり、梨地で示す樹脂コート５が集合回路基板２Ｌの全面に形成されている。さらに図７に示す集合回路基板２Ｌを切断線Ｓで切断分離することによって、図１に示すＬＥＤ発光装置１０を量産することができる。
次に不連続蒸着膜６の形成方法に付いて説明する。
図８は回路基板２に不連続蒸着膜６を形成している状態を示す真空装置５０の斜視図であり模式的に示している。図８において真空装置５０の内部に図４に示す複数の回路基板２を有する集合回路基板２Ｌを複数枚セットする。また加熱装置に蒸着材料の金属をセットした蒸着源６０もセットし、この状態から排気孔７０より排気を行って真空装置５０内部を所定の真空度まで引く。この状態において蒸着源６０を加熱することにより蒸着材料の金属を蒸気化し、集合回路基板２Ｌの上面側に不連続蒸着膜６を形成する。
図９は不連続蒸着膜６が形成された回路基板２の部分拡大断面図であり、回路基板２の配線電極２ａを含む全面に不連続蒸着膜６が形成された状態を示している。金属による不連続蒸着膜６の形成は、金属の蒸着膜の形成と基本的に同じ方法で作成されている。すなわち金属の蒸着膜の形成方法は、成膜の初期段階にいては蒸着物質（金属）６ａが蒸着面（回路基板２及び配線電極２ａ）に対して島状に付着し、横方向には導電性を示さない構成となっている。この状態からされに蒸着を続けるとやがて蒸着物質６ａどうしが接触して横方向には導電性を示す完成成膜状態となる。
本願発明でいう不連続蒸着膜６とは、金属の蒸着膜の形成方法において、成膜の初期段階における蒸着物質６ａが蒸着面に対して島状に付着した状態のことをいい、図９に示す如く蒸着物質６ａが近接して存在し、かつ横方向には導電性を示さない状態，すなわち蒸着物質６ａ間に僅かな間隙Ｈを有する状態まで蒸着を促進して終了することにより、金属性光沢を有する絶縁性反射層を形成することができる。なお、アルミニュウム等は蒸着の初期段階から横方向に導通しやすいので不連続蒸着膜になり易い金属材料を選択する必要があり、本実施形態においては蒸着物質６ａの金属として錫を用いることにより、十分な金属性光沢を有する絶縁性反射層を形成することができた。
（第２実施形態）
次に本願発明における第２実施形態のＬＥＤ発光装置について説明する。
図１０は本願発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図、図１１は樹脂コートを除いたＬＥＤ発光装置の平面図、図１２は図１０に示すＬＥＤ発光装置の製造工程を示す断面図である。また図１０，図１１，図１２に示すＬＥＤ発光装置の断面図、平面図及び製造工程を示す断面図は、図１、図２、図３に示す第１実施形態のＬＥＤ発光装置１０と基本構成は同じであり、共通部材には共通番号を付し，重複する説明を省略する。
図１０に示すＬＥＤ発光装置２０は，図１に示すＬＥＤ発光装置１０と基本的構成は同じだが、異なる部分は回路基板２の上面側に形成された絶縁反射層が誘電体多層膜２６で形成されており、しかも配線電極２ａ上のダイボンドエリア２ａｄとワイヤーボンドエリア２ａｙの部分は誘電体多層膜２６が除去されて、電極面が露出していることである。そしてダイボンドエリア２ａｄにはＬＥＤ３が直接ダイボンドされており、さらにワイヤー４は直接ワイヤーボンドエリア２ａｙにワイヤーボンドされている。
これは、絶縁反射層を形成する誘電体多層膜２６は金属性光沢を有する反射層ではあるが、第１実施形態における不連続蒸着膜６のように縦方向に導電性を有する金属材料ではなく、絶縁材料によって構成されているので、導電接続を必要とするダイボンドエリア２ａｄやワイヤーボンドエリア２ａｙを設ける必要がある。
次にＬＥＤ発光装置２０の製造方法に付いて説明する。
図１２はＬＥＤ発光装置２０の製造工程を示す断面図であり、（Ａ）は回路基板２の断面図であり、回路基板２の上面には配線電極２ａ、裏面には出力電極２ｂ、上面と裏面の間には配線電極２ａと裏面側の出力電極２ｂとを接続するスルーホール電極２ｃが設けられている。
（Ｂ）及び（Ｃ）は誘電体多層膜２６を形成した回路基板２の断面図であり、（Ｂ）において回路基板２の上面側の配線電極２ａにおけるダイボンドエリア２ａｄとワイヤーボンドエリア２ａｙの位置にリフトオフ用のレジスト２７をパターンニングして形成する。そしてレジスト２７を含む回路基板２の上面側の全面に絶縁反射層としての誘電体多層膜２６を形成する。次に（Ｃ）において剥離液を用いてレジスト２７を剥離することによって、レジスト２７の上部の誘電体多層膜２６も同時に除去されることにより、回路基板２の上面側はダイボンドエリア２ａｄ及びワイヤーボンドエリア２ａｙ以外の部分に誘電体多層膜２６が形成される。
（Ｄ）はＬＥＤ３を実装した回路基板２の断面図であり、ＬＥＤ３は配線電極２ａのダイボンドエリア２ａｄにダイボンドされており、またワイヤー４は配線電極２ａのワイヤーボンドエリア２ａｙにワイヤーボンドされている。（Ｅ）はＬＥＤ発光装置２０の完成状態の断面図であり、樹脂コート５を設けることで図１０に示すＬＥＤ発光装置２０が完成する。
次にＬＥＤ発光装置２０の集合基板方式による製造方法を説明する。
ＬＥＤ発光装置２０の集合基板方式による製造方法は、第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０と基本的に同じであり、異なる部分として誘電体多層膜２６を形成した集合回路基板２Ｌの平面図のみを図１３に示す。図１３は図１２（Ｃ）に示す誘電体多層膜２６を形成した集合回路基板２Ｌの平面図であり、集合回路基板２Ｌには上面側にダイボンドエリア２ａｄ及びワイヤーボンドエリア２ａｙを形成した複数の回路基板２が設けられており、ダイボンドエリア２ａｄ及びワイヤーボンドエリア２ａｙ以外の部分に誘電体多層膜２６が形成される。この集合回路基板２Ｌに対するＬＥＤ３の実装工程、樹脂コート５の形成工程及び切断分離工程は図６，図７に示すＬＥＤ発光装置１０とおなじである。
上記の如く本願発明における金属性光沢を有する絶縁反射層の形成は、不連続蒸着膜６や、誘電体多層膜２６のいずれにおいても、集合回路基板２Ｌの状態で全面に形成することによって量産性が良くなり、コストダウンが可能となる。特に不連続蒸着膜６の場合には、ダイボンドエリア２ａｄ及びワイヤーボンドエリア２ａｙを形成する必要が無いので、加工工程の削減によるコストダウン効果が大きい。またＬＥＤの電極面を回路基板に向け、ＬＥＤのバンプ電極と回路基板の配線電極とを接続させるフリップチップ実装方式には特に有利だが、これに限定されず、ＬＥＤのバンプ電極と回路基板の配線電極とをワイヤーにより接続させるワイヤーボンディング方式にも本発明を適用できることは当然である。
２、１０２，２０２ 回路基板
２ａ 配線電極
２ｂ 出力電極
２ｃ スルーホール電極
２ａｄ ダイボンドエリア
２ａｙ ワイヤーボンドエリア
２Ｌ 集合回路基板
３，１０３，２０３ ＬＥＤ
３ａ バンプ電極
４、１０４，２０４ ワイヤー
５，１０５，２０５ 樹脂コート
６ 不連続蒸着膜
６ａ 蒸着物質
１０，２０，１００，２００ ＬＥＤ発光装置
２６ 誘電体多層膜
２７ レジスト
５０ 真空装置
６０ 蒸着源
７０ 排気孔
１０５，２０５ 透明樹脂
１０６ 白色反射膜
２０７ 絶縁層
２０８ 金属反射層

Claims (6)

  1. 回路基板上に発光素子を実装した発光装置において、前記回路基板の電極部材を含む上面に金属性光沢を有する絶縁性反射層を設けたことを特徴とする発光装置。
  2. 前記絶縁性反射層は金属製の不連続蒸着膜である請求項１記載の発光装置。
  3. 前記不連続蒸着膜を形成する金属が錫である請求項２記載の発光装置。
  4. 大判の集合回路基板に多数の回路基板を形成する工程と、前記集合回路基板に形成された多数の回路基板上に金属製の不連続蒸着膜を形成する工程と、前記各回路基板に発光素子を実装する工程と、各発光素子を樹脂コートする工程と、前記発光素子が実装された回路基板を切断分離する工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法。
  5. 前記絶縁性反射層は誘電体多層膜である請求項１記載の発光装置。
  6. 大判の集合回路基板に多数の回路基板を形成する工程と、前記各回路基板の発光素子電極のボンディング部分にレジスト膜を形成する工程と、前記集合回路基板に形成された多数の回路基板上に誘電体多層膜を形成する工程と、前記レジスト膜によるリフトオフにて前記発光素子電極のボンディング部分露出させる工程と、前記各回路基板に発光素子を実装する工程と、各発光素子を樹脂コートする工程と、前記発光素子が実装された回路基板を切断分離する工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法。

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