JP2011258851A

JP2011258851A - 発光素子基板およびその製法

Info

Publication number: JP2011258851A
Application number: JP2010133561A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Umeshima; 隆一梅島; Yukihiro Fukushima; 幸裕福島; Satoshi Nishiyama; 聡西山
Original assignee: Komura Tech Co Ltd
Current assignee: Komura Tech Co Ltd
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2011-12-22
Also published as: KR20110135806A; CN102280442A; TW201205890A

Abstract

【課題】発光素子の周囲に設けられる撥液性の環状被膜を、一度に素早く形成することにより、その生産性を向上させることのできる発光素子基板およびその製法を提供する。
【解決手段】本発明の発光素子基板の製法は、フッ素を含有する撥液インクを、その表面に所定のパターンのインク保持部が形成されたフレキソ印刷版に保持させる工程と、このフレキソ印刷版に基板１０を密着させ、上記インク保持部に保持された撥液インクを、発光素子３が配置される予定位置の周囲に転写する工程と、転写後の撥液インクの溶媒を蒸発させ、基板１０の表面に、撥液性の環状被膜２を形成する工程と、基板１０上の予定位置に発光素子３を配置して電気的に接続した後、この発光素子３の上方から所定量の封止用樹脂を滴下して、上記環状被膜２の内側に、この発光素子３を覆うドーム形の封止部４を形成する工程と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板上に実装した発光素子を樹脂で封止した発光素子基板およびその製法に関するものである。

従来、機器の省エネルギー化のために、液晶ＴＶ，液晶ディスプレイ，液晶モニタ等の液晶表示パネル（以下、ＬＣＤパネル）の光源として、発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤ）等の発光体を用いたバックライト（平面発光装置）が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。

このバックライトは、近年、液晶ＴＶ等の大形化に伴い、平面状の基板上に多数の発光素子（ベアチップ）を並べて配置し、これら発光素子をワイヤボンディング等を用いて電気的に接続した後、各発光素子の上を樹脂で封止して、ＬＥＤ基板等の「発光素子基板」としてユニット化あるいはモジュール化したものを、縦横に複数組み合わせて使用することが増えている。

このような発光素子基板を製造する過程において、基板上に配置された各発光素子の上を樹脂で封止して封止部を形成する際は、シリンジ，ディスペンサ等を用いて封止用の樹脂を滴下供給（ポッティング）し、この封止部に光を上方に導くレンズ効果を付与するために、上記封止用樹脂の外形を、盾状あるいは略半球状等のドーム形に形成することが行われる（特許文献２参照）。

また、上記封止用樹脂を滴下する前には、基板上に配置された各発光素子の周囲に、予め、撥水，撥油性等を備える撥液インクを、上記ディスペンサ等を用いて、所要幅を有する環状（円状，楕円状や角の丸い方形状等、周方向に途切れのない帯状）に塗布し、これを乾燥させて撥液性の被膜を形成する（特許文献３参照）。

そして、上記封止用樹脂を滴下する際には、この環状被膜の撥液作用を、液体をせき止める堰あるいは堤として利用して、その内側の基板上（発光素子の上）に、封止用樹脂を上記のようなドーム形に盛り上げることが行われている（特許文献４参照）。

特開２００７−６５４１４号公報特開２００８−３４４４３号公報特開２００８−４１９６８号公報特開２０１０−３９９４号公報

ところで、ＬＣＤパネル用のバックライトは、ＬＣＤパネルの利用範囲の拡大と大形化に伴い、その需要が急激に拡大しており、このバックライトに使用される上記発光素子基板も、その生産性の向上とコストダウンが急務とされる。

しかしながら、上記のように、従来の発光素子基板は、発光素子の周囲に設けられる撥液性の環状被膜を、ディスペンサ等により一つ一つ描いて形成しているため、この環状被膜形成工程の効率が上がらず、その改善が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、発光素子の周囲に設けられる撥液性の環状被膜を、一度に素早く形成することにより、その生産性を向上させることのできる発光素子基板およびその製法の提供を目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、基板上に配置された発光素子の周囲に、フレキソ印刷により形成された撥液性の環状被膜が設けられ、この環状被膜の内側に、基板上面から滴下された封止用樹脂からなるドーム形の封止部が、上記発光素子を被覆した状態で形成されている発光素子基板を第１の要旨とする。

また、本発明は、フッ素を含有する撥液インクを、その表面に所定のパターンのインク保持部が形成されたフレキソ印刷版に保持させる工程と、このフレキソ印刷版に基板を密着させ、上記インク保持部に保持された撥液インクを、発光素子が配置される予定位置の周囲の所定位置に転写する工程と、上記転写後の撥液インクの溶媒を蒸発させ、上記基板の表面に、撥液性の環状被膜を形成する工程と、上記基板上の予定位置に発光素子を配置して電気的に接続した後、この発光素子の上方から所定量の封止用樹脂を滴下して、上記環状被膜の内側に、この発光素子を覆うドーム形の封止部を形成する工程と、を備える発光素子基板の製法を第２の要旨とする。

すなわち、本発明者は、前記課題を解決するため鋭意研究を重ね、その結果、撥水，撥油性等を備える撥液インクを用いて、フレキソ印刷法により基板の表面上に薄膜状の環状被膜を形成することによって、発光素子基板の製造過程における上記環状被膜形成工程の加工効率を、大幅に向上させることができることを見出し、本発明に到達した。

本発明は、以上のような知見にもとづきなされたものであり、本発明の発光素子基板は、基板上に配置された発光素子の周囲に、フレキソ印刷により形成された撥液性の環状被膜が設けられている。そのため、この発光素子基板は、封止用樹脂からなるドーム形の封止部の形成に必要な上記環状被膜が、一度に全部形成（塗布）され、従来のようにディスペンサ等を用いた場合に比べ、その加工に要する時間を大幅に短縮することができる。さらに、この環状被膜は、上記ディスペンサ等を用いて形成された被膜より薄くかつ均一で、それに用いる撥液インクの使用量も低減される。したがって、本発明の発光素子基板は、効率よくかつ安価に形成することが可能になる。

そして、上記環状被膜の膜厚が、１〜１０００ｎｍになっている発光素子基板は、上記封止用樹脂がこの環状被膜の外へ漏れ出ないようにする作用を維持しつつ、撥液インクの使用量を抑えることができる。

また、本発明の発光素子基板の製法によれば、フレキソ印刷により、基板上における発光素子が配置される予定位置の周囲の所定位置に、撥液性の環状被膜を形成するための各工程と、上記基板上に搭載された発光素子の上方から所定量の封止用樹脂を滴下して、上記環状被膜の内側に、この発光素子を覆うドーム形の封止部を形成する工程と、を備えている。これにより、上記発光素子基板の製法は、従来のディスペンサ等を用いて環状被膜を形成する方法に比べ、短時間で安価に発光素子基板を製造することができる。

そして、上記フレキソ印刷版のショアＡ硬度が、３０〜６５°の範囲内に設定されている場合は、発光素子基板の基材として好適に採用されるセラミック製基板等に対し、印刷に適した硬度となる。これにより、発光素子基板の製法は、高精細で鮮明なパターンの印刷（塗布）を長い間続けることが可能になる。また、その結果、上記フレキソ印刷版の印刷耐久性（耐刷性）が向上し、その寿命を延ばすことができるとともに、工程のコストダウンも可能になる。

本発明の実施形態における発光素子基板の概略構成を示す斜視図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態における発光素子基板の製法を説明する図である。撥液インクの塗布に用いるフレキソ印刷機の概略構成図である。フレキソ印刷版におけるインク保持部の形状パターンの一例を示す図である。

つぎに、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて詳しく説明する。

本実施形態における発光素子基板（ＬＥＤ基板）は、液晶ＴＶ等のＬＣＤパネルのバックライト装置として用いられるものであり、図１に示すように、セラミックやガラス等からなる平板状の基板１０の表面（上面）に、整列した状態で電極１が多数列設けられ、各電極１の上に、ＬＥＤ素子３（ベアチップ）が実装されている。また、これら各ＬＥＤ素子３の上には、これらを覆うドーム形の樹脂製封止部４が設けられ、ＬＥＤ基板の各発光部５が形成されている。このＬＥＤ基板の特徴は、上記各ドーム形の各封止部４が、フレキソ印刷により形成された撥液性の環状被膜２の内側に、封止用の樹脂を盛り上げるようにして形成されている点である。

図２は、上記ＬＥＤ基板の製法を、１つの発光部５を例にとって説明する説明図であり、図中の左側列は発光部５周辺の要部拡大断面を、右側列は上記発光部５を上面から見た状態を示す。

上記ＬＥＤ基板の発光部５の作製は、まず、図２（ａ）のように、例えばセラミック製の平板状の基板１０の上に、ＬＥＤ素子３を載置（実装）するための電極１（バンプ）を、エッチング等により形成する。そして、図２（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子３を実装する予定位置（上記電極１の形成位置）の周囲に、フレキソ印刷により撥液インク（２）を塗布（印刷）して乾燥させ、撥液性の環状被膜２を形成する。ついで、図２（ｃ）のように、上記電極１の上に、ＬＥＤ素子３を載置して電気的に接続（実装）し、その後、図２（ｄ）に示すように、上記環状被膜２の内側に、シリンジやディスペンサ等を用いて封止用の樹脂（４）を所定量滴下供給して硬化させ、ドーム形の封止部４を形成する。

上記ＬＥＤ基板の製法について、詳細に説明する。
まず、上記電極１の作製は、基板１０上に、蒸着，エッチング等により、電極材料となる金属を、ＬＥＤ素子３を載置する予定の位置に、正極と負極が対になった形で成形する〔図２（ａ）参照〕。この電極１の回路パターンは、蒸着前に基板１０上の不要な部分を予め樹脂等によりマスキングしておく方法、あるいは、基板１０上に形成した金属薄膜（箔）等の必要部分をマスキングし、他の不要部分をエッチング等により取り除く方法などを用いて形成することができる。

具体的には、金電極（金バンプ電極）を形成する場合、基板１０上に真空蒸着等により金の薄膜を形成し、その上に、感光性樹脂（フォトレジスト）を塗布した後、露光，現像して、所定の回路パターンのレジスト膜を形成する。そして、金エッチング液（よう素系液等）を用いて、上記回路パターン以外の領域の金薄膜を溶解させた後、上記レジスト膜を除去することにより、所定回路パターンの電極１を得ることができる。

ついで、上記電極１の周囲に、フレキソ印刷機を用いて、撥液インクを、所定の環状パターンに塗布する。図３は、このＬＥＤ基板に撥液インクを塗布するためのフレキソ印刷機の概略構成図であり、図４は、このフレキソ印刷に用いられるフレキソ印刷版のインク保持部のパターンを模式的に表した図である。なお、図３中の符号１１は印刷版、１２は版胴、１３はアニロックスロール、１４は移動ステージ、１５はスキージ、１６はインクタンクを示す。

上記フレキソ印刷機を用いた撥液インクの塗布は、図３に示すように、上記撥液インクを、その表面に所定のパターンのインク保持部が形成されたフレキソ印刷版１１に保持させる工程と、このフレキソ印刷版１１に基板１０を密着させ、上記インク保持部に保持された撥液インクを、電極１の周囲の所定位置に転写する工程と、を含む。

使用する撥液インクとしては、フッ素を含有する撥液インク、例えばシリコーン樹脂（メチルシロキサン等）を主成分とし、溶媒として炭化水素系フッ素化合物を用いた撥液インク（粘度０．５〜１０００ｍＰａ・ｓ）が好適に採用される。上記溶媒には、フッ素系溶剤，シリコーン系溶剤，アルコール系溶剤，エーテル系溶剤，グリコールエーテル系溶剤等が含まれていてもよい。

また、用いるフレキソ印刷版１１は、上記フッ素系撥液インクの溶媒（炭化水素系フッ素化合物）に対する耐膨潤性を考慮して、ウレタン系アクリレートのプレポリマーと、アクリレートオリゴマーと、アクリレートモノマー，光重合禁止剤，光重合開始剤等の混合物（感光性樹脂組成物）から構成され、そのショアＡ硬度は、３０〜６５°の範囲内に設定されている。

なお、上記フレキソ印刷版１１のショアＡ硬度が３０°未満の場合は、版が上記セラミック製基板１０に対して柔らか過ぎて短時間ですり減ってしまい、高精細な印刷を維持できない傾向がみられる。また、逆に、フレキソ印刷版のショアＡ硬度が６５°を超えた場合は、上記セラミック製基板１０の表面や、その表面に形成された電極や配線等を傷つけてしまう傾向がみられる。

また、上記フレキソ印刷版１１は、上記撥液インクの溶媒に対する膨潤度が低いほど好ましく、例えば、上記炭化水素系フッ素化合物に対する膨潤率（体積変化率）が０．５〜１０％であることが望ましい。そのため、上記フレキソ印刷版１１を構成するウレタン系アクリレートに、ポリエステル骨格，ポリブタジエン骨格，ポリエーテル骨格，ポリビニルアルコール骨格，カルボニル骨格等を有するものを用いてもよい。

そして、上記フレキソ印刷版１１の表面（インク保持面）には、図４に例示するように、基板１０上の電極１に対応する位置の周囲に、所定パターン（一定幅の帯状）の微細な凹凸が形成されており、これらの凸部の間に形成された凹部（インク保持部）に、上記撥液インクが保持されるようになっている。なお、このインク保持部に保持される単位面積あたりのインク保持量は、約０．０５〜５０ｍｌ／ｍ²に設定されている。

上記のような構造のフレキソ印刷版１１を用いた環状被膜２の塗布形成方法は、基本的には、通常のフレキソ印刷と同様の手順で行われる。まず、インクタンク１６から供給された撥液インクを、アニロックスロール１３を介してフレキソ印刷版１１に供給し、このフレキソ印刷版１１の表面に形成された所定環状パターンのインク保持部に、所定量の撥液インクを保持させる（インク保持工程）。

つぎに、このフレキソ印刷版１１を版胴１２とともに回転させつつ、移動ステージ１４上に載置された基板（電極１が形成済みの基板１０）を同期して移動させ、この基板１０を上記フレキソ印刷版１１に密着（キスタッチ）させることにより、上記インク保持部保持された撥液インクが、所要量この基板１０上の所定位置（上記電極１の周囲）に転写される（インク転写工程）。

その後、上記撥液インクが転写された後の基板１０を、オーブン等により加熱して、このインク中の溶剤等を蒸発させることにより、図２（ｂ）のように、電極１の周囲に撥液性を有する環状被膜２が形成された基板１０を得る。なお、形成された環状被膜２の好適な膜厚は、１〜１０００ｎｍである。

つぎに、図２（ｃ）のように、その周囲に上記環状被膜２が形成された電極１の上に、はんだペースト等の導電性接着剤（図示せず）を介してＬＥＤ素子３を接着（ダイボンド）し、電気的に接続する。なお、本実施形態においては、ＬＥＤ素子３が電極１に直接接触するバンプ接続の例を示したが、これらＬＥＤ素子３の実装方法は、ワイヤボンディング等、その他の実装方法を用いてもよい。

その後、ＬＥＤ素子３の上（環状被膜２の内側）に、シリンジやディスペンサ等を用いて、封止用の樹脂を所定量、滴下供給する。このとき、先に述べたように、ＬＥＤ素子３の周囲に、上記撥液性を有する環状被膜２が、周方向に途切れのなく形成されているため、この環状被膜２が、上記封止用樹脂の広がり（漏れ出し）を抑える阻止帯（堰あるいは堤）として機能し、図２（ｄ）のように、この封止用樹脂を、その表面張力を利用してドーム状に盛り上げることが可能になる。そして、その状態で上記封止用樹脂を、加熱または紫外線照射等により硬化させ、ドーム形の封止部４を有するＬＥＤ基板を得る。

このように、本実施形態のＬＥＤ基板は、基板１０上に配置されたＬＥＤ素子３の周囲に、フレキソ印刷により形成された撥液性の環状被膜２が設けられていることから、ドーム形の封止部４の形成（盛り上げ）に必要な上記環状被膜２が、図３のように、ワンパスで一度に全部塗布される。そのため、従来のようにディスペンサ等を用いた場合に比べ、その加工に要する時間を大幅に短縮することができる。

さらに、このＬＥＤ基板は、上記環状被膜２が、上記ディスペンサ等を用いて形成された被膜より薄くかつ均一で、その膜厚が１〜１０００ｎｍに制御されている。そのため、これに用いる撥液インクの使用量も低減することができる。なお、上記環状被膜２の膜厚が１ｎｍ未満の場合は、均一で平滑な撥液性被膜を形成できず、上記封止用樹脂がこの被膜２を乗り越えて外へ流出してしまう傾向がみられる。逆に、環状被膜２の膜厚が１０００ｎｍを超えても、上記封止用樹脂をせき止める作用の増大は見込めず、そのコストが嵩んでしまう傾向がみられる。

また、上記ＬＥＤ基板の製法においては、それに使用するフレキソ印刷版１１が、ウレタン系アクリレートのプレポリマーと、アクリレートオリゴマーと、アクリレートモノマー，光重合禁止剤，光重合開始剤からなる感光性樹脂組成物から形成されているため、上記フッ素を含有する撥液インクを使用して印刷しても、この撥液インクに用いられている溶剤に対する印刷版の耐性（耐膨潤性）が高く、精細なパターンの環状被膜２を、長期にわたり鮮明に印刷塗布することができる。

そして、上記フレキソ印刷版１１が、そのショアＡ硬度が３０〜６５°の範囲内に設定されていることから、上記ＬＥＤ基板に好適に採用されるセラミック製基板１０に対し、高い印刷耐久性（耐刷性）を発揮することができると同時に、その基板１０上に形成された電極１や配線等を傷つけてしまうことがない。したがって、本実施形態におけるＬＥＤ基板の製法は、そのフレキソ印刷版１１の寿命が向上するとともに、製造するＬＥＤ基板の品質および歩留りを向上させることができる。

なお、上記フレキソ印刷版１１を構成するウレタン系アクリレートとしては、ポリエステル骨格を有するものが好ましい。

また、上記実施形態においては、基板１０上に実装される発光素子としてＬＥＤを用いた例を説明したが、この発光素子としては、例えばＥＬ，有機ＥＬ等のその他の発光素子を使用してもよい。

つぎに、実施例について説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

この実施例においては、上記発光素子基板（ＬＥＤ基板）の製法において、電極１の周囲に形成される環状被膜２を、上記フレキソ印刷機を用いて塗布した場合の生産効率と、この環状被膜２を、従来のようにディスペンサ等を用いて塗布した場合の生産効率とを比較した。

ＬＥＤ基板に使用した基板と、撥液インクは以下のとおりである。
〔基板〕
セラミック板７０ｍｍ×７０ｍｍ角厚さ：０．７ｍｍ
〔撥液インク〕
フッ素系撥液インク
固形分：メチルシロキサン（３〜３０ｗｔ％）
溶媒（希釈剤）：炭化水素系フッ素化合物
粘度：０．５〜１０００ｍＰａ・ｓ

また、撥液インクの印刷（塗布）に用いたフレキソ印刷版とフレキソ印刷機等の仕様は、以下のとおりである。
〔フレキソ印刷機〕
ＭＴテック社製ＦＣ−３３Ｓ
〔フレキソ印刷版〕
フレキソ印刷版は、ウレタン系アクリレートのプレポリマーと、アクリレートオリゴマーと、アクリレートモノマー，光重合禁止剤，光重合開始剤を混合した感光性樹脂組成物を、ネガフィルムを通した紫外線照射により硬化させ、成形した凸印刷版である。
コムラテック社製フレキソ印刷版
版厚さ−２．８ｍｍ６００線／ｉｎｃｈ開口率０〜４０％
硬度：３０〜６５°（ショアＡ硬度）
インク溶剤に対する膨潤率：０．５〜１０％（重量変化率）
インク保持部のインク保持量：２ｍｌ／ｍ²（調整幅：０．１〜３０ｍｌ／ｍ²）
塗布パターン（インク保持部のパターンは図４を参照）
基板上の撥液インク塗布必要個所：２００〜６００個所
撥液インクの塗布パターン（１箇所あたり）：円形１．５ｍｍφ（線幅０．１ｍｍ）
〔アニロックスロール〕
４００線／ｉｎｃｈ（１５０〜６００線／ｉｎｃｈ）
セル容量（セル容積）：２ｍｌ／ｍ²（調整幅：０．３〜３０ｍｌ／ｍ²）

上記撥液インクの印刷（塗布）は、以下の条件で行った（フレキソ印刷機の概略構成は図３を参照）。
〔フレキソ印刷条件〕
印刷速度（印刷ステージ移動量）：２５ｍ／分（調整幅：５〜３０ｍ／分）
アニロックスロール速度：１２０ｒｐｍ
アニロックスロール−印刷版間ニップ幅：６〜７ｍｍ（調整幅：１〜１５ｍｍ）
印刷版−基板間ニップ幅：８〜９ｍｍ（調整幅：１〜２０ｍｍ）
印刷チャンバーの環境（室温下雰囲気）
〔印刷後の乾燥条件〕
温度：５０〜１００℃ 時間：５秒〜１分

上記の加工条件にて、基板上に撥液インクの塗布を行ったところ、上記のような「１枚あたりの撥液インクの塗布必要個所が４００個所のＬＥＤ基板」を、２４時間あたり８０００枚処理できた。これは、従来のようにディスペンサを用いて撥液インクを塗布した場合（２４時間あたりの処理枚数：４０００枚）に比べ、２倍の効率アップに相当する。

また、上記フレキソ印刷版は、そのショアＡ硬度を、上記セラミック基板に対して最適な３０〜６５°に設定したことから、印刷パターンが崩れず高精細な模様を印刷できる状態を、上記基板を４０００回（枚）印刷する間、維持することができた。しかも、塗布された撥液性被膜の平均膜厚は、０．０３ｎｍであり、使用する撥液インクの量を、上記ディスペンサ等を用いて塗布した場合に比べ、５〜３０ｗｔ％低減できた。

本発明の発光素子基板およびその製法によれば、基板上に実装した発光素子を樹脂で封止する発光素子基板を、効率的にかつ安価に製造することができる。

２環状被膜
３ＬＥＤ素子
４封止部

Claims

基板上に配置された発光素子の周囲に、フレキソ印刷により形成された撥液性の環状被膜が設けられ、この環状被膜の内側に、基板上面から滴下された封止用樹脂からなるドーム形の封止部が、上記発光素子を被覆した状態で形成されていることを特徴とする発光素子基板。
上記環状被膜の膜厚が、１〜１０００ｎｍになっている請求項１記載の発光素子基板。
フッ素を含有する撥液インクを、その表面に所定のパターンのインク保持部が形成されたフレキソ印刷版に保持させる工程と、このフレキソ印刷版に基板を密着させ、上記インク保持部に保持された撥液インクを、発光素子が配置される予定位置の周囲の所定位置に転写する工程と、上記転写後の撥液インクの溶媒を蒸発させ、上記基板の表面に、撥液性の環状被膜を形成する工程と、上記基板上の予定位置に発光素子を配置して電気的に接続した後、この発光素子の上方から所定量の封止用樹脂を滴下して、上記環状被膜の内側に、この発光素子を覆うドーム形の封止部を形成する工程と、を備えることを特徴とする発光素子基板の製法。
上記フレキソ印刷版のショアＡ硬度が、３０〜６５°の範囲内に設定されている請求項３記載の発光素子基板の製法。