JP2015029130A - 発光装置、その製造方法、および発光装置使用装置 - Google Patents

発光装置、その製造方法、および発光装置使用装置 Download PDF

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Abstract

【課題】製造時および使用時の耐屈曲性および熱サイクル特性に優れ、強い屈曲や熱負荷に対して点灯を維持できる発光装置、その製造方法、および発光装置使用装置を提供する。
【解決手段】電極層15が形成されたLEDチップ10と、透光性基体21と透光性導電層25とを有しLEDチップ10を覆う透光性導電体20と、LEDチップ10の周囲13と透光性導電体20の透光性導電層25側の表面とに接着し、熱可塑性エラストマーからなる透光性絶縁エラストマー層30とを備えた発光装置1において、透光性導電体20の透光性導電層25は、複数個の透光性導電フィラーと、隣接する透光性導電フィラー同士を接触させた状態で接着する透光性樹脂バインダーとからなる。
【選択図】図2

Description

関連出願の説明
本出願は、2014年3月27日に出願した国際出願PCT/JP2014/058747(いずれも2013年3月28日に出願した特願2013−069988号および特願2013−069989号の優先権を主張)に基づいて出願された特願2014−530029号の分割出願である。
本発明は、発光素子を実装した透光性発光装置、その製造方法、および発光装置使用装置に関する。
透光性発光装置は、発光素子に設けられた電極が、基材の透光性導電層に電気的に接続される。この接続方法としては、従来、ワイヤボンディング法が用いられてきたが、タッチパネルや発光装置のような透光性が要求される用途の接続法としては好ましくない。
これに対し、特許文献1、2、3、4および5には、発光装置の発光素子の接続方法として、ワイヤボンディング法を用いない方法が開示されている。
また、特許文献3〜5に記載されるフレキシブルな透光性発光装置は、従来のフレキシブルでない透光性発光装置では実現できなかった曲面形状を実現することができる点で有用である。
特開平11−177147号公報 特開2002−246418号公報 特表2007−531321号公報 特表2009−512977号公報 特開2012−84855号公報
しかし、フレキシブルな透光性発光装置の用途として、自動車、列車、船舶、航空機等の窓や外装に透光性発光装置を使用することを考えると、広い温度範囲での、また繰り返し応力付加下での信頼性が求められる。前記のような繰り返し環境条件および使用条件をクリアーする信頼性がなければフレキシブルな透光性発光装置の用途は極めて限られたものとなる。こうした観点から、特許文献3、4、5に記載された発光装置は実際上の用途が極めて限定され、かつ信頼性が欠落していた。
また、特許文献3、4および5に記載された発光装置は、製造の際に加えられる圧力により、発光素子の表面に形成された電極のエッジや電極の表面の凹凸形状、発光素子の基板と活性層の端面での段差などと、透光性導電体の透光性導電層とが当接することにより、透光性導電体の透光性導電層にクラックが生じたり透光性導電層が破断したりするおそれがあり、断線不良が発生して、製品歩留りが低下して製造コストがかさむという問題があった。さらに、特許文献3、4、5に記載された発光装置は、製造時に透光性導電体の透光性導電層に微細な亀裂が入っている場合が多いため、製造直後は発光していても、屈曲や、熱サイクルを加えると不点灯になるという信頼性上の課題があった。
さらに、特許文献4、5に記載された発光装置は、透光性導電層とLED電極間の接触が十分でないために、耐屈曲性に乏しいとともに、熱サイクル後の信頼性に問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造時又は使用時の耐屈曲性又は熱サイクル特性に優れ、あるいは、屈曲や熱負荷に対して点灯を維持できる発光装置、その製造方法、および発光装置使用装置を提供することを目的とする。
本発明者は、発光素子として、例えば発光ダイオード(LED)のチップの電極層と透光性導電層間に透光性エラストマーを配置したときに、その透光性エラストマーが存在する面積の、LEDチップの電極面積に対する比率や、LEDチップの電極層表面の凹凸の凹部に存在する透光性エラストマーと、発光装置の耐屈曲性との関係を発見した。同時に、本発明者は、LEDチップの電極層と透光性導電層間に透光性エラストマーが存在する面積の、LEDチップの電極面積に対する比率や、LEDチップの電極層表面の凹凸の凹部に存在する透光性エラストマーと、発光装置の耐熱サイクル性との関係も発見した。なお、本明細書で耐屈曲性とは、フィルム又はシート状の製品や材料を一定の曲率で折り曲げ又は屈曲の繰り返しを行ったとき、亀裂・破断・断線等の劣化現象が生じ難い性質を指している。
実施形態の発光装置は、上記問題点を解決するものであり、それぞれ透光性導電層を具備した一対の透光性絶縁体シートにより、または、透光性導電層(複数)を具備した透光性絶縁体シートと透光性導電層を具備しない透光性絶縁体シートとにより、挟まれた領域が、前記透光性導電層のそれぞれと個別に電気的に接続されたカソード電極とアノード電極とをそれぞれ具備する一以上の半導体発光素子と、透光性エラストマーとで充填されており、かつ前記透光性導電層は、複数の透光性導電フィラーと、前記透光性導電フィラーを接触させた状態で接着する透光性樹脂バインダーの少なくとも2種類の材料からなることを特徴とする。ここで、「半導体発光素子」は、半導体からなる発光層に、発光層と電気的に接続された電極対間で形成された電界(電流)を印加して発光させる素子を総称するものであり、発光ダイオード(LED)が代表的であるが、これに限るものではなく、有機EL素子及びレーザーダイオードを含み得る。
実施形態の発光装置の製造方法は、上記問題点を解決するものであり、半導体発光素子の電極表面と、透光性導電体の透光性導電層の表面との間に、透光性エラストマーを配置した後、前記透光性エラストマーのビカット軟化温度より10℃低い温度以上、30℃もしくは20℃高い温度以下の温度範囲で前記半導体発光素子と前記透光性導電体とを真空熱プレスすることを特徴とする。
実施形態の発光装置使用装置は、上記問題点を解決するものであり、前記発光装置を備えることを特徴とし、代表的には、照明装置や表示装置を構成する。
本発明が適用された一実施形態によれば、透光性導電層を具備した透光性絶縁体シートからなる透光性導電体の透光性導電層にクラック又は破断が生じにくく耐屈曲性又は熱サイクル特性に優れ、あるいは透光性発光装置内に気泡が残にくい発光装置、その製造方法、および発光装置使用装置が得られる。
具体的には、LEDチップと透光性導電層の間に透光性弾性体であるエラストマーを挟んで、真空下で熱プレスすることで透光性エラストマーと透明導電体間の接着効果と共に、透光性導電層のクラックや破断を防止すると共に、LEDの電極面と透光性導電層の間にエラストマーが部分的に入り込んでいることによる機械的接合効果があり、発光装置の強い屈曲時や発光装置への熱サイクル付与時に、透光性導電層にクラックや破断が生じにくく、また透光性導電層とLEDチップの電極層との接触が充分に維持されることにより、透光性導電層の電気的な接続信頼性が十分にあるため、強い屈曲時や熱サイクル付与時でも点灯を維持できる発光装置および発光装置使用装置が得られる。同時に、エラストマーが溶融せず、低粘度化しない状態で加工するため、真空引きした状態で加工でき、透光性発光装置内に気泡が残こらならい。真空引きせずに、大気圧下や低真空下で熱プレスすると、発光装置内の特にLEDチップの周囲に気泡が残り、この気泡は加圧されているため、熱プレス後に膨れて、LEDチップ電極と透光性導電層の剥離をもたらす。また、LEDチップと透光性導電層の間に挟んだ弾性体であるエラストマーが、熱プレス時に溶融していたり、低粘度化していると、LEDチップの位置がずれたり、傾いてしまい、意図していた通りの電気接合が得られなくなる。
第1の実施形態の発光装置の断面図。 図1の部分拡大図。 図2のA1部分の部分拡大図。 第1の実施形態の発光装置の断面走査型電子顕微鏡写真の一例。 LEDチップ10の第1の電極層15Aと、第1の透光性導電体20Aとの間を剥離したときの、第1の電極層15A側の表面を示す走査型電子顕微鏡写真の一例。 LEDチップ10の第1の電極層15Aと、第1の透光性導電体20Aとの間を剥離したときの、第1の電極層15A側の表面の元素マッピング分布像であり、図6(A)は、第1の実施形態の発光装置である実施例3の、LEDチップ10の第1の電極層15Aと、第1の透光性導電体20Aとの間を剥離したときの、第1の電極層15A側の表面を示す走査型電子顕微鏡写真であり、図6(B)は、エネルギー分散型X線分析(EDX)によるカーボンの元素マッピング写真であり、図6(C)は、EDXによるスズの元素マッピング写真。 第1の実施形態の発光装置の製造方法を説明する図。 発光装置の製造例1を説明する図。 発光装置の製造例2を説明する図を説明する図。 製造例1で作製した発光装置90の断面の部分拡大図。 図10のB1部分の部分拡大図。 製造例1で作製した発光装置90の発光装置90の断面写真の一例。 製造例2で作製した発光装置90の発光装置90Aの断面写真の一例。 第2の実施形態の発光装置の断面図。 第2の実施形態の発光装置で用いられるLEDチップの断面図。 第2の実施形態の発光装置の製造方法を説明する図。 バンプ電極を含む片面電極型発光装置例の模式断面図。 バンプ電極を含む片面電極型発光装置例の模式断面図。 パッド電極上に形成するAuバンプの形状例を示す側面図。 片面電極型発光装置におけるバンプ電極の配置例を示す平面図。
実施形態の発光装置は、LEDチップの電極層の表面と透光性導電体の透光性導電層に間に透光性エラストマーが存在し、LEDチップの電極層の表面の凹凸形状の凹部と、透光性導電体の透光性導電層の表面との間の隙間に、透光性エラストマーが入り込んでいるとともに、LEDチップの電極層と透光性導電体の透光性導電層とが電気的に接続されているものである。
本明細書で記載している、厚さ、高さ、距離などの寸法は全て、室温が20℃±2℃の部屋に1時間以上静置してから、光学的等の非接触法で測定した値であるか、電子顕微鏡、光学顕微鏡を用い、較正された基準となる長さと比較する方法で測定した値である。
実施形態の発光装置は、LEDチップの電極層の表面と透光性導電体の透光性導電層の表面との間の隙間に貯蔵弾性率が比較的高い、透光性エラストマー層が形成されることにより、強い屈曲時や熱サイクル付与時に、透光性導電層にクラックや破断が生じにくく、また透光性導電層とLEDチップの電極層との接触が充分に維持されることにより、透光性導電層の電気的な接続信頼性が十分にあるため、強い屈曲時や熱サイクル付与時でも点灯を維持できる。
図面を参照して実施形態の発光装置について説明する。はじめに、第1の実施形態の発光装置について説明する。
[発光装置]
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の発光装置の要部断面図である。
発光装置1は、LED本体11の表裏両方の表面に第1および第2の電極層15(15A、15B)が形成されたLEDチップ10と、透光性基体21と、この透光性基体21の表面に形成された透光性導電層25(25A、25B)とを有し、LEDチップ10をそれぞれ覆う第1および第2の透光性導電体20(20A、20B)と、LEDチップ10の周囲13と、透光性導電体20Aの透光性導電層25A側の表面および透光性導電体20Bの透光性導電層25B側の表面とに接合している透光性エラストマー層30と、を備える。
発光装置1は、要するに、LEDチップ10を、2枚の透光性導電体20A、20Bで挟み、LEDチップ10と透光性導電体20A、20Bとを透光性エラストマー層30で接合したものである。
<LEDチップ>
図2は、図1の部分拡大図である。図3は、図2のA1部分の部分拡大図である。図4は、第1の実施形態の発光装置の断面走査型電子顕微鏡写真の一例である。なお、図4において、符号95は測定試料である発光装置1を固定するための断面観察用固定樹脂であり、発光装置1を構成するものではない。
LEDチップ10は、LEDの半導体発光層に相当する(積)層構成を有するLED本体11の表裏両方の表面に第1の電極層としての電極層15Aおよび第2の電極層としての電極層15Bが形成されたものである。
LED本体11は、GaAsやSiやGaP等からなる半導体基板41上に、N型半導体層42およびP型半導体層44を有するとともに、N型半導体層42とP型半導体層44との間に発光層43が形成されている。半導体基板41の表面およびP型半導体層44の表面は、それぞれLED本体11の表面71を構成している。ここで、LED本体11の表面71のうち、半導体基板41の表面をLED本体11の第1の表面71Aといい、P型半導体層44の表面をLED本体11の第2の表面71Bという。第2の表面71Bは、LEDチップ10の発光面85になっている。P型半導体層44の表面には透明電極層が形成されていてもよい。この場合はこの透明電極層が第2の表面71Bになる。
電極層15Aは、LED本体11の第1の表面71A、すなわち半導体基板41の表面に形成され、半導体基板41を通して、N型半導体層42と電気的に接続された基板側電極層である。電極層15Bは、LED本体11の第2の表面71B、すなわちP型半導体層44の表面に形成され、P型半導体層44と電気的に接続された発光側電極層である。発光側電極層である電極層15Bは、電極層15Aよりも発光層43に近い側に設けられる。なお、半導体基板41表面に反射膜が形成されていてもよい。
基板側電極層である電極層15A(この例ではカソード)は、例えばAuからなり、その厚さは、通常0.1〜2μm、好ましくは0.3〜1μmである。発光側電極層である電極層15B(この例ではアノード)は、例えばAu からなり、その全体の厚さ、すなわち電極層15Bの側壁17の高さは、通常0.5〜20μm、好ましくは1〜10μmである。
基板側電極層である電極層15Aは、LED本体11の表面のうち、透光性導電体20A側の第1の表面71Aのほぼ全面に形成される。
発光側電極層である電極層15Bは、発光を妨げないように、LED本体11の第2の表面71Bの、例えば10〜30%と、より小さい面積で形成される。言い換えれば、LEDチップ10の電極層15Bの表面の面積は、この電極層15Bが形成されたLED本体11の第2の表面71Bの面積より小さくなっている。なお、LED本体11と電極層15Bの間に透明電極層が存在していてもよい。
なお、電極層15Aが形成される基材としての半導体基板41の第1の表面71Aには、一般に凹凸形状が形成され、その上に積層される電極層15Aに対応する凹凸形状45が付与されて、隣接層との接合性の向上が図られている。 この電極層15Aの表面の凹凸形状45は、電極層15Aの凹部46と凸部47からなる。
電極層15Aの凹凸形状45は、一般に隣接導電層との密着性向上のために付与され、表面粗さRa(測定法は後述)が通常1〜5μmである。
なお電極層15Bの表面の凹凸形状(図示せず)は、通常、表面粗さRaが0.1μm以上1μm以下である。
これらの凹凸形状は、凹部と凸部が連続して形成された形状であってもよいし、エンボス加工で形成されるように凹部と凸部が断続的に形成された形状であってもよい。
電極層15A,15Bの表面の凹凸形状の表面粗さRaは、0.1μm〜10μmであればよい。
LEDチップ10の半導体基板41、P型半導体層44およびN型半導体層42の構造と材質、ならびにLEDチップ10の特性は、所望の発光特性が得られる限り、特に限定されない。また、半導体基板がP型あるいはN型であること及び/または、P型半導体層44とN型半導体層42とが上下逆になることも可能である。ただし、発光効率の観点から、基板の半導体型と、隣接半導体層の型とが逆にならないことが望ましい。
LEDチップ10としては、たとえば、赤色や橙色の光を放出するLEDチップが用いられるが、他の発光色のLED、複数種の発光色のLEDの組合せであってもよい。
LEDチップ10の厚さ(高さ)は、特に制限されないが、例えば、通常90〜290μmである。またその表面寸法は、当然に、発光装置全体に占めるその表示素子単位としての要請により多様に変化し得るものであるが、通常0.04μm〜2.25mmの範囲にある。
<透光性導電体>
透光性導電体20(20A、20B)は、可撓性を有する透光性基体21(21A、21B)と、この透光性基体21の表面に形成された透光性導電層25(25A、25B)とを有する。透光性導電体20は、透光性導電層25がLEDチップ10の電極層15(15A、15B)と導通するようにLEDチップ10を挟んでいる。透光性導電層25には、1個以上の同一種または複数種のLEDチップ10を駆動する配線パターンが形成されている。
すなわち、透光性導電体20は、透光性導電層25AがLEDチップ10の第1の電極層15Aの表面と導通するようにLEDチップ10を覆う第1の透光性導電体20Aと、透光性導電層25BがLEDチップ10の第2の電極層15Bの表面と導通するようにLEDチップ10を覆う第2の透光性導電体20Bとからなる。
[透光性基体]
透光性基体21は、透光性および可撓性を有する基体であり、シート状になっている。なお、透光性基体21は、透光性および可撓性を有する基体である限り、立体曲面等を有するシート状であってもよい。
透光性基体21の全光透過率(日本工業規格JISK7375:2008に準拠して測定した全光透過率)は、通常90%以上でより好ましくは95%以上であり、本発明の発光装置の全光透過率が、通常1%〜80%、更に5〜70%の範囲内になるようにすることがより好ましい。全光透過率が高いほど発光装置の光度が高くなり好ましいが、一方で全光透過率が80%を超えると透光性導電体の配線パターンが明瞭に見えるようになり好ましくない。また、全光透過率が1%未満になるとLEDが輝点として認識できなくなるため好ましくない。
透光性基体21は、曲げ弾性率(ISO178(JIS K7171:2008)による測定値)が150kgf/mm以上、好ましくは200〜320kgf/mmのものが用いられる。透光性基体21の曲げ弾性率が150kgf/mm以上320kgf/mm以下であると、発光装置1にも好ましい可撓性が付与される。
透光性基体21に用いられる材質としては、たとえば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンサクシネート(PES)、JSR社製アートン(ARTON、登録商標)、アクリル樹脂等が用いられる。透光性基体21の厚さは、例えば、通常50〜300μm、好ましくは50〜200μmである。
[透光性導電層]
透光性導電層としては、特に限定されないが、たとえば、複数個の透光性導電フィラーと隣接する透光性導電フィラー同士を接触させた状態で接着する透光性樹脂バインダーとからなる厚膜、スパッタリングや蒸着で形成した導電材料の薄膜、銀系微粒子などの非透光性の導電体を含むメッシュ電極等を用いることができる。透光性導電層25は、透光性基体21の表面に形成された、透光性を有するとともに導電性を有する層である。透光性導電層25は、透過率が通常10〜85%である。
即ち、透光性導電層25としては、(1)ITO(酸化インジウムスズ)、ZnO(酸化亜鉛)等の透光性導体の、スパッタリング、蒸着等により形成した導体薄膜、(2)上述したITO、ZnO等の透光性導体の微粒子を透光性樹脂(例えば紫外線硬化性アクリル樹脂)中に分散させたスラリーの塗布硬化樹脂膜、(3)例えばAgのような非透光性導電材料の感光性化合物、例えばハロゲン化銀の塗布、露光・現像処理によるパターン化、Ag系あるいはAu系微粒子等のスクリーン印刷によるパターン化、あるいはAg,Cu等の非透光性良導体のスパッタ法や電子ビーム蒸着膜のレーザー照射、フォトエッチング等によるパターン化により形成したメッシュ電極、等が挙げられる。これらのうち、(1)は安定な導電性を有する薄膜電極が簡便に形成できる利点があるが、隣接する透光性エラストマーとの接着性が若干劣るため、得られる発光装置の耐屈曲性(その評価方法は後述する)に比べて劣る傾向がある。これに対し(2)及び(3)は耐屈曲性の良好な発光装置を与え、(2)は特にその効果が良好であるが、比較的高温(例えば約100℃)の長時間放置で導電性が変化する難点がある。(3)は耐屈曲性と導電安定性のバランスが良いが、加工の手間ならびに得られる導電性のレベルが低い傾向がある。したがって、得られる発光装置の使用目的、使用態様等により、これらを適宜選択することが好ましい。
かくして得られる透光性導電層25は、一般に、全光透過率が10〜85%、シート抵抗(測定法は後述)が1000Ω/□以下とすることが好ましい。特に上述した(1)〜(3)の特徴を考慮すると、(1)導体薄膜は、厚さ0.05〜2μmとして、100〜500Ω/□、特に10〜50Ω/□のシート抵抗とすることが好ましい。
また(2)導電性微粒子分散の塗布型透光性導電層は、平均粒径(レーザー回折法ISO13320−1(JIS Z8825−1)による測定平均値)が10〜200nm,特に20〜100nmで、アスペクト比(長径/短径あるいは厚さ)が2以上の棒状あるいは板状のITO、ZnO等の透光性導体の微粒子(フィラー)を、アクリル樹脂等の、全光透過率が80%以上、特に85〜99%の透光性バインダーに、50重量%以上、95重量%もしくは90重量%以下の割合で分散させた、厚さ0.5〜10μm、特に1〜5μmの塗膜とし、100〜500Ω/□、特に10〜50Ω/□のシート抵抗とすることが好ましい。
このような導電性微粒子分散型透光性導電層が、上記シート抵抗で代表される導電性を有するのは、透光性樹脂バインダー中に分散された導電性微粒子(フィラー)(複数)が、互いに接触した状態で存在することによる。このためには、透光性導電フィラーが、透光性導電層中に50重量%以上95重量%以下の割合で存在することが好ましい。
塗膜型透光性導電層25の厚さが0.5μm未満であると、透光性導電層25が導電性のない透光性樹脂バインダーを含むため、透光性導電層25のシート抵抗が過大になるおそれがある。また、透光性導電層25の厚さが0.5μm未満であると、透光性導電層25の強度および追従性が低下することから、透光性導電層25がLEDチップ10の電極層15の角部等のエッジを有する部位に沿って大きく屈曲するときに透光性導電層25が破断するおそれがある。一方、透光性導電層25の厚さが10μmを超えると、膜厚が大きすぎるため形成が困難になるとともに屈曲等により破壊するおそれがある。
透光性導電層25は、複数個の透光性導電フィラーを透光性樹脂バインダーで接着しているため、透光性導電層25全体が耐屈曲性または変形追従性を有する。
他方、(3)メッシュ型電極からなる透光性導電層は、AuやAg等の非透光性良導電体の断面積相当径が2〜20μm、目開き100〜1000μmのメッシュを形成することにより、10〜85%の全光透過率、0.1〜50Ω/□、特に0.1〜10Ω/□のシート抵抗とすることが好ましい。
メッシュ電極を構成するAu等は、非透光材料であるが、メッシュ電極を構成する面積割合が小さいので、メッシュ電極全体としては透光性となり、上記のような全光透過率を与えるものである。
上記(1)〜(3)のいずれかの構成による透光性導電層25は、レーザー加工やエッチング処理等によりN型半導体層42上の電極層(カソード)15Aに接続される導電層25AあるいはP型半導体層44上の電極層(アノード)15Bに接続される導電層25Bにパターン化される。
<透光性エラストマー層>
透光性エラストマー層30は、エラストマーからなり、LEDチップの周囲13と、透光性導電体20(20A、20B)の透光性導電層25(25A、25B)側の表面とに接着して、LEDチップ10と透光性導電体20(20A、20B)とを接着する。
具体的には、透光性エラストマー層30は、透光性導電体20Aの透光性導電層25A側と透光性導電体20Bの透光性導電層25B側とでLEDチップ10を挟み込んだ状態で、透光性導電体20Aと透光性導電体20Bとの間に形成されかつLEDチップの周壁13の周囲に形成される空間を充填するように形成される。
より具体的には、透光性エラストマー層30は、LEDチップ10の電極層15の表面の凹凸形状45の凹部46と、透光性導電体20Aの透光性導電層25Aの表面26との間に形成された隙間空間48にも充填される。このように隙間空間48にも透光性エラストマー層30が充填されると、透光性導電体20Aの透光性導電層25Aにクラックが生じることがなくなり、かつLEDチップ10の電極層15と透光性導電体20Aの透光性導電層25Aとが強固に接着されることから発光装置1を強く屈曲させたり熱サイクルをかけたりしても電気的接続が強固に保たれる。すなわち、発光装置1を強く屈曲させたり熱サイクルを与えたりしても、発光装置1の点灯を維持できるため好ましい。
図5は、LEDチップ10のAuからなる第1の電極層15Aと、第1の透光性導電体20Aとの間を剥離したときの、第1の電極層15A側の表面を示す走査型電子顕微鏡写真の一例である。
図5に示されるように、剥離後のLEDチップ10の第1の電極層15Aの表面には、電極層15Aの表面の凹凸形状に沿って、またそれ以上に透光性エラストマー層30が強く固着していることが分かる。図6は、LEDチップ10の第1の電極層15Aと、第1の透光性導電体20Aとの間を剥離したときの、第1の電極層15A側の表面の元素マッピング分布像である。図6に示されるように、第1の実施形態の発光装置の、LEDチップ10の第1の電極層15Aと、第1の透光性導電体20Aとの間を剥離したときの、第1の電極層15A側の表面を示す走査型電子顕微鏡写真(図6(A))、エネルギー分散型X線分析(EDX)によるカーボンの元素マッピング写真(図6(B))、EDXによるスズの元素マッピング写真(図6(C))をみると、LED10の第1の電極層15Aの表面にカーボン元素(エラストマー30由来)が多く観察される領域にはスズ元素(ITO分散導電層25A由来)が殆ど観察されず、逆にスズ元素が多く存在する場所にはカーボン元素が少ししか観察されないことがわかる。なお、図6(A)、図6(B)、図6(C)の倍率は250倍、電子線の加速電圧が15.0kVであり、写真図6(A)の上部の数字はSEM2次電子画像の濃淡を示し、写真図6(B)と図6(C)の上部に数字で示されている濃淡は観察面における元素C(炭素)およびSn(スズ)の原子%を示している。なお、図6(A)、図6(B)、図6(C)は、実際の測定時にはカラー写真で観察することができ、前記原子%は写真の濃淡ではなく色の変化で判別することが可能になっている。
図6(A)、図6(B)、図6(C)において、スズが多くカーボンが殆ど観察されない領域は、LEDチップ10の第1の電極層15Aと、第1の透光性導電層25A(主に第1の透光性導電層25Aに含まれる透光性導電フィラーITO)とが直接接触していた領域(領域a)である。ここで、図6(C)で観測されたスズは、第1の電極層15Aと第1の透光性導電層25Aとの剥離時に、スズを含む透光性導電フィラーが第1の電極層15Aに転写したことを示すものである。これらの結果より、LEDチップ10の第1の電極層15Aと第1の透光性導電層25Aとが良好な電気的接続をしていたことが分かった。
一方、図6(A)、図6(B)、図6(C)において、LED10の第1の電極層15Aの表面にカーボンが多く存在してスズが殆ど観察されない領域は、LEDチップ10の第1の電極層15Aと第1の透光性導電層25Aとの間に透光性エラストマー層30が入り込んで、LEDチップ10の第1の電極層15Aと第1の透光性導電層25Aとの間を機械的に接合させている領域(領域b)である。このように本発明の発光装置では、LEDチップ10の第1の電極層15Aと第1の透光性導電層25Aとの間に領域aと領域bが共存していることで電気的接続と機械的接合が共に良好に維持されていることが分かった。
また、LEDチップ10の電極層15Bの表面には、通常、電極層15Aの表面の凹凸形状45よりも微小な凹凸形状が見られるが、この電極層15Bの表面の微小な凹凸形状と、透光性導電体20Bの透光性導電層25Bの表面との間に形成される微小な隙間空間にも透光性エラストマー層30が形成される。さらには、電極層15B側では電極層の中心付近は透光性エラストマーが豊富に存在しており、電極周辺部は電極と透光性導電層が直接接触していた痕跡が明瞭に観察される。このように透光性導電層25Bの表面の微小な隙間空間にも透光性エラストマー層30が形成され、それ以外の領域でも透光性エラストマーがある程度存在していると、透光性導電体20Bの透光性導電層25Bにクラックが生じるおそれが少なくなり、かつLEDチップ10電極層15と透光性導電体20Bの透光性導電層25Bを強固に接着するため屈曲させたり熱サイクルをかけたりしても電気的接続が強固に保たれるため好ましい。すなわち、発光装置1を強く屈曲させたり熱サイクルを与えたりしても、発光装置1の点灯状態を維持できるため好ましい。
本発明者は、発光装置の透光性導電体とLEDチップを剥離させた後、EDXで観察したLED電極15Aおよび15Bのいずれにおいても、カーボンの面分析でカーボンの原子%が50%以上の領域の面積と当該LED電極の面積の比率(以後、LED電極のエラストマー被覆率と呼ぶ。測定法は後述。)が10%以上90%以下、好ましくは20%以上80%以下である場合に、LEDチップ10の電極層15と透光性導電体20の間に良好な電気接続と、機械接合が実現することを発見し、このような条件を実現する手段を考案した。
透光性エラストマー層30は、透光性を有し導電性を有さないエラストマーの層である。透光性エラストマー層30は、全光透過率が1〜99%、好ましくは5〜90%である。
透光性エラストマー層30に用いられるエラストマーのビカット軟化温度(測定法は後述)は、好ましくは80℃以上かつ160℃以下、より好ましくは100℃以上かつ140℃以下である。また、透光性エラストマー層30に用いられるエラストマーの引張貯蔵弾性率は、0℃から100℃の間で0.01GPa以上10GPa以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは、0℃から100℃の間で0.1GPa以上7GPa以下の範囲である。
透光性エラストマー層30に用いられるエラストマーは、ビカット軟化温度において溶融しておらず、ビカット軟化温度における引張貯蔵弾性率が0.1MPa以上であり、融解温度が180℃以上、より好ましくは200℃以上であるか、もしくは融解温度がビカット軟化温度よりも40℃以上高いことが好ましく、60℃以上高いことがより好ましい。透光性エラストマー層30に用いられるエラストマーの、ガラス転移温度は好ましくは−20℃以下、より好ましくは−40℃以下である。
エラストマーは、高分子材料の弾性体で、樹脂である。ここで用いたエラストマーは、ビカット軟化温度を有することからも理解されるように熱可塑性を有する熱可塑性エラストマーである。例えば、室温付近でゴム弾性を示し、高温では熱可塑性を示すポリマーである。熱可塑性エラストマーは、硬化温度まで昇温することにより重合して、以後、熱可塑性を有するものであってよい。本発明の一実施形態による発光装置の製造方法は、このような熱可塑性エラストマーシートを、LEDチップ電極と導電層の間に挟んだ状態で、ビカット軟化点と同等あるいはこれより若干上で且つ融解温度より低い温度で真空プレスすることにより、過度の可塑性を付与する(流動させる)ことなく、変形させることにより、LEDチップ電極と導電層の電気的接触を良好に保ちつつ、両者間の空隙を充填して、両者間の接着力(剥離防止効果)を向上させているところに特徴がある。
透光性エラストマー層30に用いられるエラストマーとしては、アクリル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、エステル系エラストマー、ウレタン系エラストマー等が挙げられる。
必要に応じて他の樹脂成分、充填剤、添加剤等を含んでいても良い。
製品発光装置内のエラストマーの充填率を向上し且つLEDチップ電極と基板導電層との接触を確保するために透光性エラストマー層30の厚さは、LEDチップ10の厚さと同等以下が好ましい。透光性エラストマー層30の厚さの上限値は、好ましくはLEDチップ10の厚さ(高さ)より5μm小さい厚さ、さらに好ましくはLEDチップ10の厚さより10μm小さい厚さ、より好ましくはLEDチップ10の厚さより20μm小さい厚さである。また、透光性エラストマー層30の厚さの下限値は、通常LEDチップ10の厚さの1/2、好ましくはLEDチップ10の厚さの3/5である。
ここで、透光性エラストマー層30の厚さとは、LEDチップ10のLED本体11の周壁から100μm以上離れた部分で測定した透光性エラストマー層30の厚さであり、隣接するLEDがある場合は前記LED間の透光性エラストマー層30の厚さが最も薄い部分の厚さである。この厚さは、通常、通常LEDチップの上下に配置される真空プレス前のエラストマーシートの合計厚さとあまり異なることがない。
<製造方法>
発光装置1(図1)の製造方法について、図7を参照して説明する。
発光装置1は、LEDチップ10の電極層15と、透光性導電体20の透光性導電層25との間に、透光性エラストマーシート35を配置した後、弱い圧力で予備プレスした後、作業空間を真空引きする。このような真空雰囲気中にて積層体を透光性エラストマーのビカット軟化点(Tv)より10℃低い温度より以上でかつ、30℃高い、より好ましくは20℃高い温度より以下の温度(Tp)(すなわち、Tv−10℃≦Tp≦Tv+30℃、より好ましくはTv−10℃≦Tp≦Tv+20℃、で定まる範囲内の温度(Tp))に加熱しながら圧着させることにより製造することが好ましい。
なお、透光性エラストマー層30に用いられるエラストマーの、ビカット軟化温度における引張貯蔵弾性率は、0.1MPa以上が好ましく、より好ましくは1MPa以上、例えば1MPa〜1GPaである。
また、透光性エラストマー層30に用いられるエラストマーの、加熱圧着温度での引張貯蔵弾性率は、0.1MPa以上が好ましく、より好ましくは1MPa以上、例えば1MPa〜1GPaである。
これらビカット軟化温度、加熱圧着温度の引張貯蔵弾性率の好ましい範囲は、他のパラメータと同様、本明細書の他の実施形態についても同じである。
[積層と真空熱プレス]
より詳しくは、図7を参照して、透光性導電体20Bの透光性導電層25B上に、透光性導電層25Bの全体を覆うように、所定の厚さの透光性エラストマーシート35を載せ、得られる発光装置において所望の表示パターンが得られるように、その上の所定の位置と方向に一以上のLEDチップ10を配置する。さらにその上に、所定の厚さの透光性エラストマーシート35、さらにその上に、透光性導電体20Aを、透光性導電層25Aが下向きになるようにして所定の位置に載せる。透光性エラストマーシートである第1の透光性絶縁樹脂シートは、透光性導電層25Aの全体を覆う形状を有している。積層の順序は、上下を逆にしても良い。
次に、この積層体を予備プレスした後、作業空間を真空引きする。このような真空雰囲気中にて積層体を加熱しながら、所定の時間、例えば20〜60分間プレスする。真空熱プレスの際の加熱温度は、たとえば、通常80〜180℃、好ましくは100〜160℃である。真空熱プレスの際の真空度(絶対圧)は、たとえば、通常10kPa以下、好ましくは5kPa以下である。真空熱プレスの際に加える圧力は、たとえば、通常0.5〜20MPa(5〜200kgf/cm)、好ましくは0.6〜12MPa(60〜120kgf/cm)である。
すると、積層体は透光性エラストマーシート35が、加圧による透光性導電体層のクラックや破断を防止しつつ、軟化してLEDチップ10を包み込むとともに、軟化した透光性エラストマー層同士が接着して一体化し、透光性エラストマー層30を形成すると同時にLEDチップの電極と透光性導電体層が接触して電気接続が取れるようになる。真空熱プレスは、透光性エラストマー層30の厚さが、LEDチップ10の厚さより小さくなるように行われる。真空熱プレスが終了すると、図1に示される発光装置1が得られる。
真空熱プレスの際、透光性導電体20の透光性導電層25には、LEDチップ10の電極層15と接触することにより、局所的に応力が加わる。具体的には、透光性導電体20Aの透光性導電層25Aには、LEDチップ10の電極層15Aの凸部47からの押圧力が加わる。また、透光性導電体20Bの透光性導電層25Bには、LEDチップ10の電極層15Bの凹凸形状45を構成する凸部からの押圧力がLEDチップ10の電極層15Bの角部18からの押圧力が加わる。
しかし、図7に示すエラストマー積層体が矢印Pの方向に押圧される際に、軟化したエラストマーシート35がLEDチップ10の電極層15(15A、15B)の表面と透光性導電体20(20A、20B)の透光性導電層25(25A、25B)との間の隙間空間48(図2)が透光性エラストマー層30で充填されるため、透光性導電体20の透光性導電層25がLEDチップ10の電極層15(15A、15B)の表面の凹凸形状45の凸部からの押圧力でクラックや破断が生じるおそれが小さい。
また、透光性導電体20の透光性導電層25(25A、25B)は、透光性導電フィラー粒子(複数)と、隣接する透光性導電フィラー粒子を互いに接触させた状態で接着する透光性樹脂バインダーとからなり、耐屈曲性、または変形に対する追従性を有する。このため、透光性導電体20の透光性導電層25にLEDチップ10の電極層15Aの凸部47や電極層15Bの角部18から局所的な押圧力が加えられても、透光性導電層25に致命的なクラックが生じにくく、またクラックが生じたとしても、透光性樹脂バインダーの存在により透光性導電層の電気的な接続信頼性が高いことから点灯を維持できる。また、得られる発光装置1は、強く屈曲させたときに透光性導電層25に致命的なクラックが生じにくく、またクラックが生じたとしても、透光性樹脂バインダーが透光性導電層25の電気的な接続を維持することにより、点灯を維持できる。
前記エラストマー被覆率を、好ましい領域に制御するためには透光性エラストマー層35の合計厚さを、例えば合計厚さがLEDチップ10の厚さ(高さ)の40〜99%,好ましくは60〜85%、の範囲内で適宜制御することである程度実現できるが、それに加えて真空熱プレス加工時のプレス加工機表面が透光性導電体20と接触する面の形状、材質、クッション性を調整することと、真空熱プレスの温度、圧力条件とそのタイミングをコントロールすることが望ましい。具体的な条件の組み合わせは、発光装置のデザインと真空熱プレス機のデザイン毎に適宜選択可能である。
LEDチップ10の電極層15と透明導電層25の間に透光性エラストマー層30を部分的に陥入させるためには、上記製造法以外にも、適当な大きさの粒状もしくは柱状の透光性エラストマーをLEDチップ10の電極層15上に搭載してから真空熱プレスする方法や、透光性エラストマー粉末のエマルジョンを透明導電層25もしくはLEDチップ10の電極層15上に塗布もしくはスプレーした後乾燥させてから真空熱プレスをする方法などがあり、その製造手段は上記の方法に限定されない。しかし、製造の容易性を考えると、上記製造方法が優れている。
[製造方法の効果]
この製造方法によれば、発光装置1を容易に作製することができる。また、透光性エラストマー層35でLEDチップ10を挟み込むため、製造の際にLEDチップ10を確実に固定することができる。
<作用>
発光装置1の作用について説明する。
発光装置1は、LEDチップ10の電極層15(15A、15B)の表面の凹凸形状45の凹部46と透光性導電体20(20A、20B)の透光性導電層25(25A、25B)の表面26との間の隙間空間48にも、透光性エラストマー層30が形成されるため、LEDチップ10の電極層15(15A、15B)の表面の凹凸形状45の凸部47が透光性導電体20(20A、20B)の透光性導電層25(25A、25B)の表面26に当接しても、透光性導電層25(25A、25B)にクラックや破断が生じにくい。この結果透光性導電層の電気的な接続信頼性が高いことから、発光装置1を強く屈曲させたり熱サイクルを与えたりしても点灯を維持できる。
また、発光装置1は、LEDチップ10の電極層15(15A、15B)の表面の凹凸形状45の凹部46と透光性導電体20(20A、20B)の透光性導電層25(25A、25B)の表面26との間の隙間空間48にも、透光性エラストマー層30が形成されるため、強く屈曲させたときに、LEDチップ10の電極層15と透光性導電体20の透光性導電層25とが、界面に沿った方向に位置ずれしにくい。このため、発光装置1は、電気的な信頼性が高い。
さらに、発光装置1の透光性導電層25は、複数個の透光性導電フィラーを透光性樹脂バインダーで接着しているため、透光性導電層25全体が耐屈曲性または変形追従性を有する。すなわち、透光性導電層25が電極層15の角部等のエッジを有する部位に沿って屈曲する場合でも、透光性導電フィラーを接着する透光性樹脂バインダー部分が撓んだり変形したりするため電極層15の角部等のエッジを有する部位に対する追従性に富む。このため、たとえば、発光装置1の製造の際に、透光性導電層25が電極層15の角部等のエッジを有する部位に沿って屈曲する場合でも強く屈曲させたときに、透光性導電層25に致命的なクラックが生じにくく、またクラックが生じたとしても、透光性樹脂バインダーによって透光性導電層の電気的な接続が維持されることにより、点灯を維持できる。なお、図1では、LEDチップ10の電極層15Aのみに凹凸形状45を示してあるが、実際には、電極層15Bにも同様な凹凸が存在する。
<本発明と、異なる製造法の説明>
本実施態様の製造方法は(1)LED電極層15と透光性導電層25を電気接続する際に、LED電極15と透光性導電層25の間に、(真空熱プレス工程において溶融もしくは、低粘度化(引張貯蔵弾性率が0.1MPa未満になることをいう)しない)エラストマーシート35を挟むこと、および、(2)透光性導電体20とエラストマーシート35とLEDチップ10からなる積層体を真空熱プレスすることにある。
[LED電極と透光性導電体の間にエラストマーを挟まずに真空熱プレスする製造法]
本発明者がおこなった、(1)の条件を満たさない製造例について説明する。
図8は、発光装置の製造例1を説明する図である。製造例1は、第1の実施形態の発光装置1の製造方法において、LEDチップの電極層15Aと透光性導電層25Aの間に透光性エラストマーシート35を挟まずに積層し、透光性導電体20とエラストマーシート35とLEDチップ10からなる積層体を真空熱プレスした製造例である。
図9は、発光装置の製造例2を説明する図である。製造例2は、第1の実施形態の発光装置1の製造方法において、LEDチップの電極層15Bと透光性導電層25Bの間に透光性エラストマーシート35を挟まずに積層し透光性導電体20とエラストマーシート35とLEDチップ10からなる積層体を真空熱プレスした製造例である。
製造例1で作製した発光装置90、および製造例2で作製した発光装置90Aについて以下に説明する。
図10は、製造例1で作製した発光装置90の断面の部分拡大図である。図11は、図10のB1部分の部分拡大図である。図12は、製造例1で作製した発光装置90の発光装置90の断面写真の一例である。図13は、製造例2で作製した発光装置90の発光装置90Aの断面写真の一例である。
(製造例1の発光装置90)
図10〜図12に示されるように、製造例1により作成した、発光装置90では、LEDチップ10の電極層15の表面の凹凸形状45の凹部46と、透光性導電体20Aの透光性導電層25Aの表面26との間に形成された隙間空間48が空隙91となり、そこには透光性エラストマー30が殆ど存在しない、すなわち、エラストマー被覆率が明らかに10%以下であった。
発光装置90では、耐屈曲試験や熱サイクル試験の過程において容易に不点灯となった。図11に示されるように、透光性導電体20Aの透光性導電層25Aのうち、LEDチップ10の電極層15Aの凸部47と当接する部分には、クラック92が生じたていた。強く屈曲させたときに凸部47からの応力が集中したためと考えられ、このために屈曲や熱サイクル付加によって容易に不点灯となったと推定される。
(製造例2の第2の発光装置90A)
図13に、LEDチップの電極層15Bと透光性導電層25Bの間に透光性エラストマーシート35を挟まずに積層し透光性導電体20とエラストマーシート35とLEDチップ10からなる積層体を真空熱プレスした実験例2の断面の走査型電子顕微鏡写真を示す。
図13に示されるように、発光装置90Aでは、LEDチップ10の電極層15Bの周囲に空隙91が生じており、この空隙91には透光性エラストマー層30が殆ど存在しない、すなわち、エラストマー被覆率が明らかに10%以下であった。
このため、発光装置90Aでは、耐屈曲試験や熱サイクル試験の過程において容易に不点灯となった。透光性導電体20Bの透光性導電層25Bのうち、LEDチップ10の電極層15Bの角部と当接する部分に、強く屈曲させたときに角部からの応力が集中して、クラックが生じていることが原因と推定される。
(特許文献5の製造方法による発光装置)
特開2012−84855号公報(特許文献5)には、アクリル系エラストマーからなる中間層に貫通孔を形成し、この貫通孔に発光素子を配置することにより、発光素子の表裏を支持体で挟んだ発光装置を製造する方法が記載されている。
具体的には、第1支持体の表面に、貫通孔が形成されたアクリル系エラストマーを密着させ、貫通孔に発光素子を配置した後、アクリル系エラストマーの表面に第2支持体を載せて密着させ、これらを熱ドラムで挟み、加圧しながら加熱することにより発光装置を製造する方法が記載されている。
この方法で製造した発光装置では、LEDチップ10の電極層15の周囲に空隙91が生じており、この空隙91には透光性エラストマー層30が殆ど存在しない、すなわち、エラストマー被覆率が明らかに10%以下であった。また、LEDチップ近傍に多数の気泡が残った。
特許文献5の製造方法による発光装置では、初期点灯はおおむね実現できたが、時間がたつと不点灯になるケースが多発した。また、耐屈曲試験や熱サイクル試験の過程において容易に不点灯となった。
(特許文献3の製造方法による発光装置C)
特許文献3には、LEDチップの電極層15と透光性導電層25の間に透光性エラストマーシート35の代わりにホットメルト接着剤を挟んで積層し、かつ透光性導電体20とエラストマーシート35とLEDチップ10からなる積層体を、(ホットメルト接着剤を溶融させて)熱プレスしている。本発明の製造方法で用いている透光性エラストマーは、真空熱プレス工程においても透光性エラストマーとしての性質を維持している必要がある材料であり、加工温度で溶融していることが特徴であるホットメルト接着剤とは全く異なる材料であり、真空熱プレスという製造方法に適用できない材料である。その結果として、特許文献3の製造方法による発光装置Cは、LEDチップの電極層15と透光性導電層25の間も含め、発光装置内に気泡が残留しないように製造することは困難であり、LEDチップの電極層15と透光性導電層25の間、ホットメルト接着剤が充填されていない空隙が残る、と共に加圧加工時に生じたと推定される透光性導電層25と電極層15の当接部分のクラックが生じていいた。このため、発光装置90Cでは、耐屈曲試験や熱サイクル試験の過程において容易に不点灯となった。
(第2の実施形態)
図14は、第2の実施形態の発光装置の断面図である。発光装置1Aは、図1に第1の実施形態として示された発光装置1に比較して、LEDチップ10に代えて片面に2種類の電極層15A、15Bが形成されたLEDチップ10Aを用い、第1の透光性導電体20Aに代えて透光性導電層25を有さない透光性基体21Dを用い、および第2の透光性導電体20Bに代えて2種類の透光性導電層25A、25Bが形成された透光性導電体20Cを用いる点で異なり、他の構成は、発光装置1と同じてある。このため、図14に第2の実施形態として示された発光装置1Aと、図1に第1の実施形態として示された発光装置1とで、同じ構成に同じ符号を付し、構成および作用の説明を省略または簡略化する。
発光装置1Aは、具体的には、LED本体11の片面に第1および第2の電極層15(15A、15B)が形成されたLEDチップ10Aと、透光性基体21Cと、この透光性基体21Cの表面に形成された透明な第1および第2の透光性導電層25(25A、25B)とを有し、LEDチップ10Aの電極層15が形成された表面を覆う透光性導電体20Cと、LEDチップ10Aの他の表面を覆う透光性基体21Dと、LEDチップ10の周囲13と、透光性導電体20Cの表面と、透光性基体21Dの表面とに接着し、エラストマーからなる透光性エラストマー層30と、を備える。
発光装置1Aは、要するに、LEDチップ10Aを、透光性導電体20Cと、透光性基体21Dとで挟み、LEDチップ10Aと透光性導電体20Cと透光性基体21Dとを透光性エラストマー層30で接着したものである。
<LEDチップ>
図15は、図14に示したLEDチップ10Aの拡大図である。
LEDチップ10Aは、LED本体11Aの片面に第1の電極層としての電極層15Aおよび第2の電極層としての電極層15Bが形成されたものである。
LEDチップ10Aは、第1の実施形態である発光装置1で用いられるLEDチップ10に比較して、電極層15Aおよび電極層15BがLED本体11Aの片面に形成される点で異なり、他の構成は同じである。以下、LEDチップ10Aと、LEDチップ10との相違点についてのみ説明する。
LED本体11Aは、例えば半導体またはサファイア製の基板41Aの上に、N型半導体層42およびP型半導体層44を有するとともに、N型半導体層42とP型半導体層44との間に発光層43が形成されている。
LED本体11Aの表面71のうち、電極層15A(カソード)、15B(アノード)が形成される側の表面を、LED本体11Aの第3の表面71Cという。この例ではLED本体11の第3の表面71CはP型半導体層44の表面になっている。電極層15Bは、第3の表面71C上に形成される。
また、LED本体11Aにおける第3の表面71Cの裏面であり、電極層15A、15Bが形成されない表面を、LED本体11の第4の表面71Dという。第4の表面71DはLED基板41Aの表面になっている。LED基板41Aの表面には図示しない反射膜が設けられている場合もあり、また、71C面に反射膜が設けられている場合もある。第3の表面71CがLEDチップ10の発光面85になっている場合もあるが71Dが発光面となる場合もある。LED基板41が透明で、LEDチップ10Aのほぼ全面が発光面となっている場合もある。光は、片側、両側、どちらにも取り出せるので、本明細書では、発光層43に近い側の面を、以後、便宜的に発光面と称する。
さらに電極層15A(カソード)は、この例では概ね発光層43およびP型半導体層44に被覆されるN型半導体層42の被覆されてない露出面72に電気的に接続した状態で形成される。N型半導体層42の露出面72とLED本体11の第3の表面71CとはLED本体11の中心から見て同じ方向にあるため、電極層15Aは、N型半導体層発光層側界面72上に形成されるとともに、LED本体11の第3の表面71C側に配置されている。
電極層15Aおよび電極層15Bの厚さ(高さ)は、通常0.1〜10μm、好ましくは1〜5μmであり、両者はほぼ同じであるが、最大で1μm程度異なっていてもよい。電極層15Aおよび電極層15Bは、通常、発光を妨げないように、LED本体11の表面71Cよりも小さい合計面積で形成される。
なお、電極層15Aが形成されるN型半導体層42の露出面72には、ある程度の凹凸形状が形成されている。このため、この露出面72の表面上に形成される電極層15Aの表面にも、面72の凹凸形状に類似した凹凸形状が形成されている。
この電極層15Aおよび電極層15Bの表面の凹凸形状の与える粗さRaは、いずれも0.1μm以上であることが好ましい。これにより本発明の発光装置における、電極層15Aおよび15Bの表面と透光性導電体20Cとの密着性が高くなる。
<透光性基体>
透光性基体21Dは、第1の実施形態における透光性導電体20Aを構成する透光性基体21Aと同じであるため、説明を省略する。
<透光性導電体>
透光性導電体20Cは、耐屈曲性を有する透光性基体21Cと、この透光性基体21Cの片方の表面に形成された2種類の透光性導電層25A、25Bとを有する。透光性導電層25AはLEDチップ10Aの電極層15Aと導通するように設けられ、透光性導電層25BはLEDチップ10Aの電極層15Bと導通するように設けられる。
透光性導電体20Cは、第1の実施形態である発光装置1で用いられる透光性導電体20Bに比較して、透光性導電層25Aおよび透光性導電層25Bが透光性基体21Cの片面に形成される点で異なり、他の構成は同じである。
また透光性導電体20C上に形成される透光性導電層25も、第1の実施形態における透光性導電層25と同様に、(1)導体薄膜、(2)透光性導体の微粒子を分散させた樹脂塗膜あるいは(3)メッシュ電極、のいずれでもあり得る。透光性基体21C上に、(1)〜(3)のいずれかの構成により形成された透光性導電層25は、レーザー加工やエッチング処理等によりN型半導体層42上の電極層(カソード)15Aに接続される導電層25AあるいはP型半導体層44上の電極層(アノード)15Bに接続される導電層25Bにパターン化される。
LEDチップ10Aの電極層15A及び15Bは、Au等の金属導体によりいわゆるパッド電極として形成され、位置合わせおよび真空プレス後に、透光性導電層25A及び25Bと、それぞれ電気的に接続されるが、得られた発光装置を継続的に屈曲使用すると、点灯不良が発生する現象が見出された。その後の研究によれば、これは特に図14に示す状態で上に凸に屈曲させたときに、電極層15Aに接続された透光性導電層25Aの先端部が接触して、カソード―アノード間の短絡が起こるためであることが判明した。そして更なる研究によれば、この不都合は、LEDチップ10Aのパッド電極電15A及び15B状に、局部的に、Au,Ag等の良導体による、径および高さがそれぞれ50〜100μm程度のバンプ電極を形成して、これに透光性導電層25A及び25Bを接続するようにすれば、回避できることが見出された。このようなパッド電極上へのバンプ電極の形成による短絡防止効果は、第1の両面電極型LEDを用いる実施形態において、LEDチップよりも小面積で形成したパッド電極(図1の例におけるアノード電極15B)に適用しても効果的である。
図17及び18は、それぞれ図14及び図1の発光装置に、このようなバンプ電極36A及び36Bならびに36をそれぞれ設けた発光装置1AA及び1BAの模式断面図である。このようなバンプ電極35,36Aあるいは36Bは、Auワイヤからワイヤボンディング装置を用いてワイヤ先端を放電することにより、例えば図19に示すように、LEDチップのパッド電極15(15A,15B)上に、Auバンプ36Sを形成し、好ましくはその頂部Aを押圧して平坦化した後、そのLEDチップ上に、前述したようにエラストマー層30及び導電層25(25A,25B)を形成した透光性導電体20(20A、20B)を位置合わせして重畳し、真空プレスすることのより、発光装置中に導入される。例えば図17の発光装置については、バンプ電極36A及び36Bは、平面的に図20に示すような、パッド電極15Aおよび15Bならびに導電層25Aおよび25Bとの相対位置関係で配置される。
<製造方法>
図16を参照して、発光装置1Aの製造方法について説明する。
図14に模式的に示す部分断面構造を有する発光装置1Aは、図1に第1の実施形態として示した発光装置1と同様に、LEDチップ10Aの電極層15と、透光性導電体20の透光性導電層25との間に、透光性エラストマーシート35を配置した後、前記透光性エラストマーのビカット軟化温度より10℃低い温度以上、30℃高い温度以下でLEDチップ10Aと透光性導電体20、透光性絶縁基体21Dとを真空熱プレスして、LEDチップ10Aと透光性導電体20と透光性絶縁基体21Dを前記透光性エラストマーで接合することにより製造される。
実施形態1と異なるのは、少なくとも、LEDチップの電極面がある側と透光性導電層25Cの間に透光性エラストマーシート35を挟めば充分で、透光性基体21DとLEDチップの間には必ずしも透光性エラストマーシートを挟む必要がないというだけであるので、製造方法についての更なる説明は省略する。
LEDチップ10の電極層15A、15Bと、透光性導電体20Cとの間を剥離したときの、電極層15A、15B側の表面についての走査型電子顕微鏡写真、EDXによるカーボンの元素マッピング写真、EDCによるスズの元素マッピング写真による解析によれば、第1の実施形態の電極層15Bの状態とほぼ同様であった。特に、電極層15A、15Bと、透光性導電体20Cとの間の剥離部では、LED10の電極層15A、15Bとも表面の中央付近はカーボン元素が多く観察され、スズ元素が殆ど観察されず、逆にLED10の第1の電極層15の端部付近にはスズ元素が多く存在し、カーボン元素が殆ど観察された。
これらの結果より、LEDチップ10Aの電極層15と透光性導電層25とが良好な電気的接続をしていたことがわかる。
またLED10の電極層15の表面にカーボンが多く存在してスズが殆ど観察されない領域の存在により、LEDチップ10の電極層15と透光性導電層25との間に透光性エラストマー層30が入り込んで、LEDチップ10の電極層15と透光性導電層25との間を機械的に接合させている領域の存在が確認された。すなわち、本発明の第2の実施形態の発光装置においても、LEDチップ10Aの電極層15と透光性導電層25との間で電気的接続と機械的接合が共に良好に維持されていることが分かった。
本発明の発光装置の第2の実施形態においても、LED電極15AおよびLED電極15Bのエラストマー被覆率は、10%以上90%以下、より好ましくは20%以上80%以下である場合に、LEDチップ10の電極層15と透光性導電体20の間に良好な電気接続と、機械接合が実現する。
本発明の第2の実施形態によれば、透光性導電層25A、25Bが片面側のみに形成されたLEDチップ10Aを用いて製造するため、製造の際に、LEDチップ10Aの電極層15と、透光性導電体20Cの透光性導電層25との間の位置合わせが片面のみで済む。このため、製造が容易であり、発光装置1の歩留りが高くなる。
なお、上記実施形態では、主として発光装置に、LEDチップ10を1個含むものについて図示し、説明したが、本発明の発光装置は、LEDチップ10を複数個含むものであってもよく、むしろこれらを所望の表示パターンに応じて、配列して用いるのが通常である。
また、発光装置は、透光性導電体20の透光性導電層25の表面に、LEDチップ10に加え、抵抗、タイオード、トランジスタ、ICから選ばれる1種以上の半導体素子が搭載されていてもよい。
<本発明の発光装置と従来の発光装置との比較>
本発明の完成途中において、従来の発光装置を再検討したところ、以下の事実が判明した。
すなわち、発光素子の表面の電極のエッジは、通常、透光性導電体の透光性導電層に対向する表面と、側壁面とが略直角をなしているため、発光装置の屈曲時や発光装置への熱サイクル付与時に、押圧された透光性導電体の透光性導電層が、発光素子の表面の電極のエッジに当接するとクラックや破断が生じやすいことが分かった。そして、透光性導電層にクラックや破断が生じると、透光性導電層の電気的な接続が不十分になり、発光装置が不点灯になることが分かった。この問題は、製造時のみならず屈曲させて使用する際、また熱サイクル履歴の後にさらに発生しやすくなることが分かった。なお、発光装置への熱サイクル付与時の透光性導電層の当接は、材質の熱膨張率の差異によるものである。
また、市販されている両面電極LEDは通常、非発光面の電極が導電ペーストでリードフレームに接合されることを想定して導電ペーストによる接着性を高めるために基板表面に凹凸形状が形成されており、結果的に電極の表面に凹凸形状が形成されている。そして、発光面側の電極表面も全反射防止等のために微細な凹凸形状が形成されている場合等があり電極表面に微細な凹凸形状が形成されている。このような場合において、発光装置の屈曲時や発光装置への熱サイクル付与時に、これらの凹凸形状の凸部に透光性導電体の透光性導電層が当接すると透光性導電層にクラックや破断が生じやすいことが分かった。そして、透光性導電層にクラックや破断が生じると、透光性導電層の電気的な接続が不十分になり、発光装置が不点灯になることが分かった。
さらに、特許文献5に記載された発光装置では、中間層の厚さが発光素子の厚さよりも小さい。これにより、発光装置の屈曲時や発光装置への熱サイクル付与時に、透光性導電体の透光性導電層が、発光素子の表面の電極のエッジに強い力で当接するため、この当接した部分にクラックや破断が生じやすいことが分かった。そして、透光性導電層にクラックや破断が生じると、透光性導電層の電気的な接続が不十分になり、発光装置が不点灯になることが分かった。
このように、従来の発光装置には、屈曲時、熱サイクル付与時や製造時に、透光性導電体の透光性導電層にクラックが生じたり透光性導電層が破断したりするおそれがあるという問題があった。そして、透光性導電層にクラックや破断が生じると、透光性導電層の電気的な接続が不十分になり、発光装置が不点灯になることが分かった。
また、従来の発光装置は、大気圧下で熱圧着しているので、発光装置内、特にLEDチップ周辺に(大気圧よりも圧力の高い)気泡が残留する。このため、熱圧着後に膨れて電気的接触不良を起こしやすく、また気泡や膨れのために光を不規則に散乱させるなど外観上好ましくなることが分かった。
また、特許文献4、5に記載された発光装置では、透光性導電層とLED電極に間には、接合性のある物質が何も介在せずただ物理的に接しているだけであるため、該発光装置を曲率半径100mm程度以上に屈曲させると透光性導電層とLEDの間の接触が維持できなくなり、高温度・低温度間の熱サイクルをかけると数百サイクル以下で点灯しなくなることが分かった。
また、特許文献3に記載されている、可撓性ホットメルト接着シートなどの電気絶縁性接着剤を発光素子電極と透光性導電層との間に挟んで加熱圧着させる方法では、ホットメルト接着剤が、加熱溶融することにより流動化し、被着体に密着した後に、冷却固化して接着力を発現させるもので有り接着性と発光素子電極と透光性導電層との電気的、機械的接触を得ることはできるが、特許文献3に明記されているように、ホットメルト接着剤は溶融して圧接される。このため、製造の際に加えられる圧力により、発光素子の表面に形成された電極のエッジや電極の表面の凹凸形状、発光素子の基板と活性層の端面での段差などと、透光性導電体の透光性導電層とが当接することにより、透光性導電体の透光性導電層にクラックが生じたり透光性導電層が破断したりすることを防止する効果はホットメルト接着剤では発揮できない。そのため、通常電気部品に要求される、−20℃から60℃とか−40℃から85℃といった温度範囲での熱サイクル試験を経ると点灯状態が維持できなくなったり、大きく屈曲させると不点灯になるという問題がある。LEDチップの電極と導電回路層とを導電性接着剤で接着する場合には、複数のLEDチップを搭載する場合にLEDチップ間に十分な絶縁をとる事が極めて困難であり、これを解決するためには接続工程の複雑化や工数の増大等を招いて製造コストが増加する。また導電接着剤を用いた場合、発光装置の耐屈曲性をうることが困難である。さらに、加熱するとホットメルト接着剤は溶融してしまうため、接着工程を真空下で行うことが困難であり、このため発光装置内の残存空気による空隙(気泡)が生じ、接続不良や外観上の問題となることが分かった。
本発明は、上記知見に鑑み、従来技術の課題を解決するべく完成されたものである。
[発光装置使用装置]
本発明の発光装置使用装置は、上記の本発明に係る発光装置を備えるものである。
発光装置使用装置としては、たとえば、テレビ、パソコン等の電子機器、展示板、掲示板等の電子表示装置、発光装置からなる照明装置や表示装置を備えた、車両、船舶、航空機等の移動体、発光装置からなる照明装置や表示装置を備えた、建築物や工作物等が挙げられる。
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。以下の記載を含めて、本願明細書に記載の特性値ならびに特性評価は、以下の基準あるいは方法による評価結果に基づくものである。
<電極表面粗さRa>
Raは、JIS B 0601-2001に基づいた測定値の算術平均粗さで対象とする電極の横断長さの1/3以上の領域での測定値とした。
<透光性導電層のシート抵抗>
薄膜型導電層、導電粉末分散型樹脂導電層及びメッシュ電極のいずれについてもJIS K 7194に基づく四端子法により測定した。
<エラストマー特性>
使用するシート状試料について)、以下の特性の測定を行った。
・ビカット軟化温度は、安田精機製作所製のNo.148−HD−PCヒートディストーションテスタを用いて、試験加重10N、昇温速度50℃/時間の条件で、JIS K7206(ISO 306)記載のA50法により求めた。
・ガラス転移温度および融解温度は、JIS K2121(ISO 3146)に準拠した方法で、島津製作所製示差走査熱量計DSC−60を用いて、−100 ℃から吸熱ピーク(融点)まで5℃/分の昇温速度で、熱流束示差走査熱量測定を行い、求めた。
・引張貯蔵弾性率は、JIS K7244−4(ISO 6721−4)に準拠して、株式会社エー・アンド・ディ製のDDV−01GP動的粘弾性自動測定器を用いて、−100℃から200℃まで、1℃/分の等速昇温、周波数10Hzで求めた。測定は、0℃、100℃およびビカット軟化温度について行った。
[製品発光装置(LED装置)の特性評価]
以下の項目を評価した。
<透光性絶縁エラストマー層のLEDチップ間における厚さ>
(後述の実施例、比較例等で得られた、互いに約5mm離間して直線状に配列された直列接続の6個のLEDチップ(平面寸法:0.3mm×0.3mm、高さ:175μm)を含む長さ約90mm(幅:約50mm)の帯状LED装置試料中の)透光性絶縁エラストマー層の厚さを、中央部近傍のLEDチップ端から1500μm離れた位置で、20℃の室内で、光学的に測定し、12個の試料についての測定値の算術平均として求めた。
<耐屈曲性>
得られたLED装置12個の内、6個について、温度20±2℃、相対湿度60〜70%、常圧(86〜106kPa)の環境下で耐屈曲試験を行った。
はじめに、半径が100mmから20mmまで10mm刻みで減少する、それぞれ均一の直径及び真円状の断面を有する測定用円柱を複数種類用意した。
次に、得られた帯状LED装置を、その長手方向が測定用円柱の軸と直行するように且つLEDチップの発光面の裏面が測定用円柱の表面の曲面に当たるようにセットした。さらに、LED装置を点灯させ、この状態で測定用円柱の表面の曲面に沿って180°屈曲させて、点灯状態が維持されるか否かを評価した。この評価を半径の大きい測定用円柱から半径の小さい測定用円柱へと順番に行い、各試料について、実用的に優れた屈曲性と判定される20mmあるいはこれに準ずる小屈曲半径の2点について、その曲率半径と6個の試料中の点灯維持試料数を記録した。
<熱サイクル試験>
得られた別の6個のLED装置資料について、JIS C60068−14に準拠して熱サイクル試験を行った。
具体的には、水平状態に保持した点灯状態の帯状LED装置に対し、−20℃〜60℃の温度範囲で、−20℃および60℃における放置時間:各30分、中間の昇降温速度3℃/min(1サイクル:53.3分)の熱サイクル試験に付し、2000サイクル後、2500サイクル後および300サイクル後の各時点での、6個の試料中の点灯維持試料数を記録した。
(点灯条件)
上記耐屈曲性および熱サイクル試験の採用したLED装置の点灯条件としては、基本的には直列接続した6個のLEDチップに6mAの一定電流が流れるようにそれらの両端に所定の直流電圧を連続印加して、透光性導電層の種類により、給電条件を以下のように変化させた。
・ITO分散樹脂膜
厚さ1μm:両端電圧 25V,
厚さ3μm:両端電圧 20V,
・ITOスパッタ膜:両端電圧 30V,
・Ag粒子メッシュ電極膜:両端電圧 20V,
<外観および断面観察>
作成後温度20±2℃、相対湿度60〜70%、常圧(86〜106kPa)の環境下で24時間放置した資料について、以下の評価を行った。
(外観観察)
上記耐屈曲試験前後ならびに熱サイクル試験前後の透光性LED発光装置について、目視による外観検査を行った。
より具体的には、透光性LED装置の表面または裏面を目視にて観察し、気泡の有無を一次確認した。一次確認で気泡の観察されなかったサンプルは、気泡なしと判定し検査を終了した。一方、一次検査で気泡の観察されたサンプルは、カメラ付きの顕微鏡(倍率:×50)を用いて、気泡の写真撮影を行った。写真を用いて、気泡の輪郭線上の任意の2点間距離を測定し、距離が最大となる長さを外径と定義した。そして気泡の外径がLEDのチップサイズ以上、もしくは500μm以上であるか否かに基づいて、以下の基準で、評価した。
A:目視による一次確認で気泡が認められなかった。
B:目視により気泡がわずかに認められるが、顕微鏡写真による確認により、LEDのチップサイズ以上、もしくは500μm以上の外径を有する気泡は存在しなかった。
C:目視により気泡が認められ、且つ顕微鏡写真による確認により、LEDのチップサイズ以上、もしくは500μm以上の外径を有する気泡も認められた。
(断面観察)
耐屈曲試験後および熱サイクル試験後の透光性LED装置について断面観察を行った。 具体的には、透光性帯状LED装置を断面観察測定用樹脂に埋め込み、日立製作所製イオンミリング装置E−3500でイオンミリングして現れた、中央LEDチップを含む帯状LED装置の長手方向と直行する断面を、日立製作所製走査型電子顕微鏡(SEM)により倍率約10,000倍で観察して、LEDチップの表裏の電極と、対向する透光性導電層との接触およびLEDチップ周壁近傍のエラストマーによる充填の良否について、以下の基準で評価した
A:LEDチップ上の電極とこれに近接する透光性導電体上の導電層とが接触しており、且上記電極上の凹凸と導電層との隙間がエラストマーに充填されている。更に電極チップ周壁までエラストマーが充填されている。
A2:片面電極型LEDチップ上の電極とこれに隣接する透光性導電体上の導電層とが接触しており、且つ上記電極上の凹凸と導電層との隙間がエラストマーに充填されている。更に電極チップ周壁までエラストマーが充填されている。ただし、LEDチップの電極が形成されていない側の表面と透光性基体との間にはエラストマーが充填されていない。
B1:両面電極型LDEチップの発光側電極と隣接する導電層ならびに非発光側電極と隣接する導電層とが、いずれも接触しており、LEDチップの周囲がエラストマーで充填されている。またLEDチップの非発光側電極の表面の凹凸と隣接する導電層との間の隙間がエラストマーで充填されている。但しLEDチップの発光側電極の表面の凹凸と隣接する導電層との間の隙間はエラストマーで充填されていない。
C1:両面電極型LDEチップの発光側電極と隣接する導電層とならびに非発光側電極と隣接する導電層とが、いずれも接触しており、LEDチップの周囲がエラストマーで充填されている。またLEDチップの発光側電極の表面の凹凸と隣接する導電層との間の隙間がエラストマーで充填されている。但しLEDチップの非発光側電極の表面の凹凸と隣接する導電層との間の隙間はエラストマーで充填されていない。
C2:片面電極型のLEDチップ上の電極(複数)とこれに隣接する透光性導電体上の導電層(複数)との二の対において両者が接触しており、電極チップ周壁までエラストマーが充填しているが、上記電極上の凹凸部と導電層との隙間はエラストマーが充填されていない。
D:LEDチップ上の電極とこれに近接する透光性導電体上の導電層とが接触しているが、上記電極上の凹凸と導電層との隙間がエラストマーにより充填されてなく、また電極チップ周壁までエラストマーが充填されていない。
<LED電極面のエラストマー被覆率>
(両面電極型)
LEDチップの配置状態としては図1及び図2とほぼ同じ、耐屈曲試験後および熱サイクル試験後の透光性LED装置について、長手方向端部シール部をダイヤモンドカッターで切除したのち、ミクロトームを用いて透光性エラストマー層30に、水平方向に約5mmの切れ込みを入れた。前記切れ込み端部の透光性導電体20Aと透光性導電体20Bの外表面に、幅5mm、厚さ5mm、長さは透光性LED発光シートの端部長と同じで取っ手のついた、ステンレス製の角棒を強固に接着させた。水平に設置した堅い平板上にLED装置試料と同じ大きさの両面粘着テープを貼り、透光性導電体20B外表面を、両面接着テープに貼り付けることで、堅い平板に固定した。透光性導電体20Aに接続させたステンレス棒を水平に維持しつつ、透光性導電体20B平面に対して90度方向にゆっくりと引っ張り上げて透光性導電体20Aを透光性導電体20Bから剥離させた。これらの操作によりLEDチップの電極15Aの表面が露出したLED装置を複数用意した。その一部を、LEDチップの電極層15Aのエラストマー被覆率測定用の試料とした。
上記のようにして透光性導電体20Aを剥離した透光性LED装置のうちの残部について、その露出した電極15Aを含む表面上に、接着剤を塗布した、厚さ180μmのPETフィルムを貼りつけた。その後、上記のように透光性導電体20Bの端部に設置したステンレス棒を水平な状態を維持しつつ、平面に対して90度方向にゆっくりと引っ張り上げて、LED装置試料を平板から剥離させた。次に、剥離したLED装置の上下を逆にして、接着剤を塗布した、厚さ180μmのPETフィルムの外面を前と同様に両面粘着テープで堅い平板に固定した。透光性導電体20Bに接続させたステンレス棒を水平状態を維持しつつ、平板平面に対して90度方向にゆっくりと引っ張り上げて、接着剤を塗布した厚さ180μmのPETフィルムから透光性導電体20Bを剥離させた。この操作により、PETフィルム上に、電極15Bを表面に露出したLEDチップが残った。これを用いてLEDチップの電極層15Bのエラストマー被覆率測定用の試料とした。
(片面電極型)
LDEチップの配置状態としては図14とほぼ同じ、耐屈曲試験後および熱サイクル試験後の透光性片面型LED装置についても、上記方法の前半と同様にして、透光性導電体20Cのみを剥離して、LEDチップ10A上の電極15Aおよび15Bを露出させ、エラストマー被覆率測定用の試料とした。
エラストマー被覆率測定には、カールツァイス(Carl Zeiss)社製のULTRA55電界放射型走査電子顕微鏡にサーモフィッシャーサイエンティフィック(Thermo Fisher Scientific)社製のノーレイ・システム・シックス(NORAY System SIX)エネルギー分散型X線分析装置を取り付けてEDX(エネルギー分散型X線分析)により、上記で得られた試料の電極露出面についてPt−Pdの導電膜付与を行った後、元素マッピングを行った。電子顕微鏡の加速電圧は15.0V、倍率250倍で行った。カーボンのK線を使って、分析し、画像処理により、カーボン原子%が50%以上の面積(c)と電極自体の面積(d)を求め、c/dを算出して、エラストマー被覆率とした。
[実施例1](両面電極型LED装置)
概略構造として、互いに約5mm離間して直線状に配列された直列接続の6個の両面電極型LEDチップを、それらの両面電極上に、それぞれエラストマーシートを配置した後、一対の透光性導電体シートで挟持した後、加熱真空プレスすることにより、長さ約90mm、幅約50mmの帯状LED装置を製造した。その部分概略積層構造は図1及び2に示す通り。より詳細には以下の通り。
(LEDチップ)
LEDチップとして、表裏両面に電極層が形成されたGaAlAs/GaAs系赤色発光LEDチップ(平面寸法:約300×300μm、全体厚さ(高さ):175μm)を用意した。LEDチップの表裏両面の電極層は、LED本体(11)のN型半導体(N−GaAlAs)層(42)と半導体基板(41A)を介して電気的に接続された厚さが3.5μmのAuからなる基板側電極層(15A)と、LED本体のP型半導体(P−GaAlAs)層(44)と電気的に接続された厚さが0.5μmのAuからなる発光側電極層(15B)とからなるものとした。LEDチップは、基板側電極層(15A)がLED本体(11)の表面全体に形成され、発光側電極層(15B)がLED本体の表面の20%に形成されるようにした。
また、LEDチップは、基板側電極層(15A)の表面のRaが0.5μm、発光側電極層(15B)の表面のRaが0.13μmであった。
(透光性導電体の作製)
透光性導電体(20A,20B)を作製した。透光性導電体(20)は、透光性基体としての厚さ180μmのポリエチレンテレフタレート(PET)のシート(21)の表面に、ITO微粒子を分散させたスラリーを印刷し、室温で紫外線硬化させて、厚さ1μmの導電層を形成した後、レーザー照射によるそのパターニングにより、上述のように直線状に配列される6個のLEDチップの直列接続に適した回路層(25)を形成したものである。スラリーとしては、紫外線硬化型アクリル系透明樹脂に、平均粒径0.15μm(アスペクト比:3.0)のITO微粒子を約90重量%の割合で分散させたものを用いた。
(エラストマーシート)
透光性エラストマー層を構成する(30)材料として、ビカット軟化温度が110℃で、厚さが60μmのアクリル系エラストマーシートを用意し、透光性導電体(20)とほぼ同面積のシート(35)に切断して用いた。そのガラス転移温度は−40℃、融解温度は220℃引張貯蔵弾性率が0℃で1.1GPa、100℃で0.3GPa、ビカット軟化温度である110℃で0.2GPaであった。
(積層)
図7(但し上下が逆)を参照して、はじめに、透光性導電体(20A)を導電回路層(25A)が上向きになるように保持した。この上に、エラストマーシート(35)を積層し、さらにLEDチップ(10)を発光側電極層(15B)が上向きになるように積層した。次に、LEDチップの発光側電極層(15B)の上に、エラストマーシート(35)を積層し、さらに透光性導電体(20B)を導電回路層(25B)が下向きになるように積層した。
(透光性LED発光シートの作製)
得られた積層体を0.1MPaの圧力で予備プレスした後、雰囲気を5kPa以下に真空引きしながら、120℃、10MPaの真空熱プレスを10分間おこなったところ、透光性導電体(20A−20B)間かつLEDチップ(10)の周囲に密に透光性エラストマー層(30)が形成され、気泡のない透光性LED発光シート(LED発光装置)が得られた。また、得られた透光性LED発光シートの周囲端面を熱硬化性樹脂でシールして、帯状LED発光装置を得た。
上記実施例1の製造条件の概要を、以下の実施例及び比較例の結果とまとめて、後記表1に記す。
上記で得られたLED発光装置について、透光性絶縁エラストマー層の厚さ測定、断面観察LED電極のエラストマー被覆率測定、耐屈曲試験、熱サイクル試験、による評価を行った。結果を、以下の実施例及び比較例の結果とまとめて後記表2に示す。
[実施例2](両面電極型)
基板側および発光面側の透光性導電体の導電層の厚さをともに2μmにし、積層体を真空熱プレスする際の圧力を12MPa、加熱温度を110℃にした以外は実施例1と同様にして、透光性LED発光装置を作製し、評価した。
[実施例3](両面電極型)
基板側電極層側の透光性導電体の導電層の厚さおよび発光側電極層側の透光性導電体の導電層の厚さをともに3μmにし、積層体を真空熱プレスする際の圧力を15MPa、加熱温度を100℃にした以外は、実施例1と同様にして、透光性LED発光シートを作製し、評価した。
[実施例4](両面電極型)
透光性導電体の導電層の厚さを、基板側電極層側の透光性導電体の導電層を3μm、発光側電極層側の透光性導電体の導電層を3μmにするとともに、エラストマーシートの厚さを80μmとした以外は、実施例1と同様にして、透光性LED発光シートを作製し、評価した。
得られた透光性LED発光シートについて、実施例1と同様にして耐屈曲試験、熱サイクル試験、断面観察、LED電極面のエラストマー被覆率測定を行った。
<断面観察>
本実験例の透光性LED発光シートは、LEDチップの表裏の基板側電極層および発光側電極層が、それぞれ基板側電極層側の透光性導電体の導電層および発光側電極層側の透光性導電体の導電層に接触するとともに、LEDチップの周囲がエラストマーで充填されていることが分かった。
なお、本実験例の透光性LED発光シートでは、LEDチップの基板側電極層の表面の凹凸とこれに接触する基板側電極層側の透光性導電体の導電層との間の隙間が、エラストマーで充填されていることが分かった。
[比較例1](両面電極の表裏両面にエラストマーシートを配置しない例)
基板側電極層側の透光性導電体の導電層(25A)の厚さおよび発光側電極層側の透光性導電体の導電層(25B)の厚さをともに3μmにするとともに、基板側電極層側の透光性導電体(20A)とLEDチップの基板側電極層との間にエラストマーシートを配置せず、発光側電極層側の透光性導電体(20B)とLEDチップの発光側電極層(15B)との間に配置するエラストマーシート(30)の厚さを120μmとした以外は、実施例1と同様にして、透光性LED発光シートを作製し、評価した。
<耐屈曲試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、供試体6個中、1個が屈曲半径100mmで不点灯になり、屈曲半径80mmでは6個とも不点灯になることが分かった。なお、屈曲を解放すると4個は点灯が回復したが、耐屈曲試験を10サイクル繰り返した後は、屈曲を解放しても6個とも不点灯のままであることが分かった。
<熱サイクル試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、1個が1500サイクル実施後に不点灯になり、2000サイクル実施後では6個全てが不点灯になった。
<断面観察>
本実験例の透光性LED発光シートは、LEDチップの表裏の基板側電極層および発光側電極層が、それぞれ基板側電極層側の透光性導電体の導電層および発光側電極層側の透光性導電体の導電層に接触するとともに、LEDチップの周囲がエラストマーで充填されていることが分かった。
また、本実験例の透光性LED発光シートでは、LEDチップの発光側電極層の表面の凹凸とこれに接触する発光側電極層側の透光性導電体の導電層との間の隙間がエラストマーで充填されていることが分かった。
しかし、本実験例の透光性LED発光シートでは、製造時にエラストマーシートを配置しなかったLEDチップの基板側電極層の表面の凹凸とこれに接触する基板側電極層側の透光性導電体の導電層との間の隙間はエラストマーで充填されていないことが分かった。
[実施例5](片面電極型LEDチップの電極側表面にエラストマーシートを配置する例)
概略構造としては、実施例1と同様に、互いに約5mm離間して直線状に配列された直列接続の6個の、但し片面電極型LEDチップを用意し、それらの電極側表面上に、エラストマーシートを配置した後、一対の透光性導電体シートで挟持し、加熱真空プレスすることにより、長さ約90mm、幅約50mmの帯状LED装置を製造した。その部分概略積層構造は図14及び15に示す通り。製造のより詳細は以下の通り。
(LEDチップ)
LEDチップとして、片面に2種類の電極層が形成されたGaN系青色LEDチップ(平面寸法:約350×350μm、全体厚さ(高さ):90μm)を用意した。LEDチップ(10A)は、サファイア製基板(41A)上に、N型半導体層(42)、発光層(43)及びP型半導体層(44)をこの順序で積層したもので、そのP型半導体層(44)側の片面(発光面)上に、N型半導体層(42)およびP型半導体層(44)とそれぞれ電気的に接続されたそれぞれ厚さが1.5μmでAuからなる電極(15A)および電極(15B)を設けてなる。電極15Aおよび15Bの表面のRaはともに0.15μmであった。
(透光性導電体および透光性基体)
実施例1と同様に、厚さ180μmのポリエチレンテレフタレート(PET)のシートからなる透光性基体(21)の一対を用意し、その一方を非発光面側の透光性基体21Dとした。他方の透光性基体21Cの一面に、紫外線硬化型アクリル系透明樹脂に、平均粒径0.15μm (アスペクト比:3)のITO微粒子を約90重量%の割合で分散させて得たスラリーを塗布し、室温で紫外線硬化させて得た厚さ3μmの塗膜を、レーザー照射による部分除去(パターニング)により、上述したように直線状に配列される6個のLEDチップの直列接続に適した、N型半導体用電極15Aとの接続用の導電層25A及びP型半導体用電極15Bとの接続用の導電層25Bを形成して、透光性導電体20Cとした。
(エラストマーシート)
実施例1と同様に、ビカット軟化温度が110℃で厚さが60μmのエラストマーシートを用意し、切断して透光性導電体20Cと同程度の面積を有するエラストマーシート35を形成した。
(積層)
図16を参照して、はじめに、透光性導電体20Cの上向きに配置した導電層(25)上に、エラストマーシート35を積層し、さらにLEDチップ10A(複数)を、発光面側電極15A及び15Bが、下向き且つ透光性導電体20Cの導電層25A及び25Bとそれぞれ対抗するように位置合わせして、積層した。次に、LEDチップ10Aの非発光面71上には、エラストマーシートを積層することなく、透光性基体21を積層した。
(透光性LED発光シートの作製)
得られた積層体を0.1MPaの圧力で予備プレスした後、雰囲気を5kPa以下になるように真空引きしつつ、120℃、10MPaの圧力で真空熱プレスを10分間おこなったところ、透光性導電体20Cおよび透光性基体21とLEDチップ10Aの間かつLEDチップ21Aの周囲に透光性エラストマー30が充填され、気泡の無い透光性LED発光シート1A(図14)が得られた。また、得られた透光性LED発光シートについて、端面を熱硬化性樹脂でシールするシール処理を行って、透光性帯状の製品LED発光装置を作製し、実施例1と同様にして評価した。
<断面観察>
本実験例の透光性LED発光シートは、LEDチップの片面に形成された2種類の発光側電極層が、透光性導電体の導電層に接触するとともに、LEDチップの周囲がエラストマーで充填されていることが分かった。
また、本実験例の透光性LED発光シートでは、LEDチップの2種類の発光側電極層の表面の凹凸とこれに接触する透光性導電体の導電層との間の隙間が、エラストマーで充填されていることが分かった。
さらに、LEDチップの電極層が形成されない側の表面と透光性基体との間の隙間がエラストマーで充填されていることが分かった。
[実施例6](片面電極型LEDチップの電極側表面にエラストマーシートを配置する例)
エラストマーシート35の厚さを80μmとした以外は、実施例5と同様にして、透光性LED発光シートを作製し、評価した。
[比較例2](片面電極型LEDチップの電極側表面にエラストマーシートを配置しない例)
厚さ60μmのエラストマーシート35を、LEDチップ10Aの電極面側でなく透明基体41側に配置する以外は、実施例5と同様にして透光性LED発光シートを作製し、評価した。
<耐屈曲試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、供試体6個中、1個が屈曲半径50mmで不点灯になり、屈曲半径40mmでは6個とも不点灯になることが分かった。なお、屈曲を解放すると4個は点灯が回復したが、耐屈曲試験を10サイクル繰り返した後は、屈曲を解放しても6個とも不点灯のままであることが分かった。
<熱サイクル試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、1個が100サイクル実施後に不点灯になり、500サイクル実施後では6個全てが不点灯になった。
<断面観察>
本実験例の透光性LED発光シートは、LEDチップの片面に形成された2種類の発光側電極層が、透光性導電体の導電層に接触するとともに、LEDチップの周囲がエラストマーで充填されていることが分かった。
しかし、本実験例の透光性LED発光シートでは、LEDチップの片面の2種類の発光側電極層の表面の凹凸とこれに接触する透光性導電体の導電層との間の隙間が、エラストマーで充填されていないことが分かった。
なお、LEDチップの電極層が形成されない側の表面と透光性基体との間の隙間はエラストマーで充填されていた。
[実施例7](片面電極型LEDチップの両面にエラストマーシートを配置する例)
エラストマーシートの厚さを30μmとし、LEDチップの2種類の発光側電極層が形成された側の表面との間に加えて、LEDチップの他の表面と透光性基体との間にも配置した以外は実施例5と同様にして、透光性LED発光シートを作製し、評価した。
[実施例8](両面電極の両面にエラストマーシートを配置するとともに、スパッタリングで導電層を形成する例)
厚さ180μmのPETシート上に、スラリー塗布硬化型の導電層でなく、厚さ0.15μmのITOスパッタリング膜を導電層として形成した透光性導電体を用いる以外は、実施例1と同様にして、光性LED発光シートを作製し、評価した。
[実施例9](両面電極型LEDチップの両面にエラストマーシートを配置するとともに、スパッタリングで導電層を形成する例)
ビカット軟化温度が140℃で厚さが45μmのエラストマーシートを用い、真空熱プレスを140℃で行った以外は、実施例1と同様にして、透光性LED発光シートを作製し、評価した。
[比較例3](両面電極型LEDチップの片面にエラストマーシートを配置するとともに、スパッタリングで導電層を形成する例)
透光性導電体として、実施例8と同じ、導電層をスパッタリングで作製した透光性導電体を用い、厚さ100μmのエラストマーシートをLEDチップの発光面側にのみ配置し、エラストマーシートをLEDチップの非発光面側には配置せずに、積層する以外は実施例8と同様にして、透光性LED発光シートを作製し、評価した。
<耐屈曲試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、供試体6個中、1個が屈曲半径100mmで不点灯になり、屈曲半径80mmでは6個とも不点灯になることが分かった。なお、屈曲を解放すると4個は点灯が回復したが、耐屈曲試験を10サイクル繰り返した後は、屈曲を解放しても6個とも不点灯のままであることが分かった。
<熱サイクル試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、1個が50サイクル実施後に不点灯になり、500サイクル実施後では6個全てが不点灯になった。
<断面観察>
本実験例の透光性LED発光シートは、LEDチップの両面に形成された2種類の電極層が、透光性導電体の導電層に接触するとともに、LEDチップの周囲がエラストマーで充填されていることが分かった。
しかし、本実験例の透光性LED発光シートでは、LEDチップの非発光面側電極層の表面の凹凸とこれに接触する透光性導電体の導電層との間の隙間が、エラストマーで充填されていないことが分かった。
なお、LEDチップの発光面側の電極層表面と透光性基体との間の隙間はエラストマーで充填されていることが分かった。
[実施例10](片面電極の両面にエラストマーシートを配置するとともに、スパッタリングで導電層を形成する例)
透光性導電体として、実施例8と同じ、導電層をスパッタリングで作製した透光性導電体を用いた以外は、実施例7と同様にして、透光性LED発光シートを作製し、評価した。
[比較例4](片面電極の電極側表面にエラストマーシートを配置しないとともに、スパッタリングで導電層を形成する例)
透光性導電体として、実施例8と同じ、導電層をスパッタリングで作製した透光性導電体を用いた以外は、比較例2と同様にして、透光性LED発光シートを作製し、評価した。
<耐屈曲試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、供試体6個中、2個が屈曲半径50mmで不点灯になり、屈曲半径40mmでは6個とも不点灯になることが分かった。なお、屈曲を解放しても5個は点灯が回復しなかった。
<熱サイクル試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、1個が100サイクル実施後に不点灯になり、500サイクル実施後では6個全てが不点灯になった。
[実施例11](片面電極の電極側表面にエラストマーシートを配置するとともに、スパッタリングで導電層を形成する例)
透光性導電体として、実施例8と同じ、導電層をスパッタリングで作製した透光性導電体を用いた以外は、実施例5と同様にして、透光性LED発光シートを作製し、評価した。
[実施例12、15および16]
透光性導電体の導電層の厚さをそれぞれ5μm、0.5μmおよび12μmと変更する以外は、実施例5と同様にして透光性発光装置を作成し、評価を行った。
これら全ての実施例で透光性LED発光装置の耐屈曲試験では、供試体6個中、6個とも屈曲半径が30mmまでLEDチップの点灯状態が維持されことが分かった。
また、これら全ての実施例では透光性LED発光装置の熱サイクル試験では、2500サイクル実施後も6個全てが点灯状態を維持した。
[実施例13および14]
導電層の厚さをそれぞれ0.5μもよび12μmと変更する以外は実施例1と同様にして透光性発光装置を作成し、同様にして評価を行った。
[実施例17]
厚さ180μmのPETシート上に、感光性化合物であるハロゲン化銀を塗布した後、露光・現像処理を施して厚さ1μm、線径10μm、目開き500μmの正方格子形Ag粒子メッシュ電極層を透光性導電層として有する透光性導電体を用意した。
この透光性導電体を、ITO分散樹脂硬化膜型の透光性導電層を有する透光性導電体の代わりに用いる以外は、実施例1と同様にして、透光性発光装置を作成し、評価した。
[実施例18]
実施例17で用いたAg粒子メッシュ電極層を透光性導電層として有する透光性導電体をITO分散樹脂硬化膜型の透光性導電層を有する透光性導電体の代わりに用いる以外は、実施例5と同様にして、透光性発光装置を作成し、評価した。
[比較例5](エラストマーシートに設けた貫通孔に両面電極LEDを配置した例)
特許文献5に記載された方法で透光性LED発光シートを作製した。
(LEDチップ)
すなわち、実施例1と同様にビカット軟化温度が110℃で但し厚さが120μmのエラストマーシートを用い、実施例1と同じ平面寸法の帯状エラストマーシーを形成し、更にLEDチップ10を収容するに適した6個の透孔を形成した。この帯状エラストマーシートを、その透孔により、直列に配列された6個のLEDチップをそれぞれ収容するように配置する以外は実施例1と同様にして積層体を形成し、その後実施例1と同様にして、真空プレスすることにより、透光性LED発光シートを作製し、評価した
<耐屈曲試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、屈曲半径100mmになるまでに、供試体6個中、6個とも不点灯になることが分かった。
<熱サイクル試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、1個が500サイクル実施後に不点灯になり、550サイクル実施後では6個全てが不点灯になった。
<断面観察>
本実験例の透光性LED発光シートは、LEDチップの表裏の基板側電極層および発光側電極層が、それぞれ基板側電極層側の透光性導電体の導電層および発光側電極層側の透光性導電体の導電層に接触するとともに、LEDチップの周囲がエラストマーで充填されていることが分かった。
しかし、本実験例の透光性LED発光シートでは、LEDチップの基板側電極層の表面の凹凸とこれに接触する基板側電極層側の透光性導電体の導電層との間の隙間、およびLEDチップの発光側電極層の表面の凹凸とこれに接触する発光側電極層側の透光性導電体の導電層との間の隙間はエラストマーで充填されていないことが分かった。
[比較例6](片面電極型LEDチップの周囲に接着剤を充填する。)
特許文献4に記載された方法で透光性LED発光シートを作製した。
(LEDチップ)
LEDチップ(複数)、帯状透光性導電体および帯状透光性基体として、それぞれ、実施例5と同じものを使用した。
(積層)
図16に示す参照符号を用いて説明すると、透光性導電体20Cを導電層25A,25Bが上向きになるように保持し、この上に、LEDチップ10Aを、発光側電極層である2種類の電極層15Aおよび15Bが下向きで且つ位置合わせした導電層25Aおよび25Bとそれぞれ、異方性導電接着剤で固定した。次に、LEDチップ10Aの電極層が形成されていない上側に、透光性基体21Dを積層した。
(透光性LED発光シートの作製)
得られた積層体を5kPa以下の真空下におき、積層体の透光性導電体20Cと透光性基体21Dとの間、かつLEDチップ10Aの周囲に紫外線硬化型アクリル樹脂系接着剤を隙間が生じないように充填した。この後、紫外線を照射してアクリル樹脂系接着剤を部分硬化させた。
これにより、耐屈曲性を有し、かつ、LEDチップ10Aの表面のうち電極層15A,15B以外の表面が透光性導電体および透光性基体と接着している発光装置としての透光性LED発光シートが得られた。また、得られた透光性LED発光シートについて、端面を熱硬化性樹脂でシールするシール処理を行って、帯状のLED発光装置を作成し、実施例5と同様にして評価した。
<耐屈曲試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、屈曲半径60mmになるまでに、供試体6個中、6個とも不点灯になることが分かった。
<熱サイクル試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、1個が80サイクル実施後に不点灯になり、600サイクル実施後では6個全てが不点灯になった。
<断面観察>
本実験例の透光性LED発光シートは、LEDチップの片面に形成された2種類の発光側電極層が、透光性導電体の導電層に接触するとともに、LEDチップの周囲がアクリル樹脂系接着剤で充填されていることが分かった。
しかし、本実験例の透光性LED発光シートでは、LEDチップの基板側電極層の表面の凹凸とこれに接触する基板側電極層側の透光性導電体の導電層との間の隙間、およびLEDチップの発光側電極層の表面の凹凸とこれに接触する発光側電極層側の透光性導電体の導電層との間の隙間はアクリル樹脂系接着剤で充填されていないことが分かった。
[比較例7](両面電極の両面にホットメルト接着剤シートを配置する例)
LEDチップの両面に配置するエラストマーシートの代わりに、環球法(JIS K7234)による軟化点が120℃の市販の、厚さ60μmのホットメルト接着剤シートを用いて形成した積層体を、大気圧下で、温度180℃、圧力100kgf/cmの条件で1分間プレスして透光性LED発光シートを形成する以外は、実施例1と同様にして、帯状LED発光装置を作成し、評価した。
<耐屈曲試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、供試体6個中、6個とも屈曲半径が60mmまでは、点灯が維持できたが、屈曲半径が30mmになると6個とも不点灯となった。
<熱サイクル試験>
本比較例の透光性LED発光シートでは、600サイクル実施後に6個全てが不点灯となった。
<断面観察>
本比較例の透光性LED発光シートでは、LEDチップの基板側電極層の表面の凹凸とこれに接触する基板側電極層側の透光性導電体の導電層との間の隙間、およびLEDチップの発光側電極層の表面の凹凸とこれに接触する発光側電極層側の透光性導電体の導電層との間の隙間は接着剤が殆ど存在していないことが分かった。
[比較例8]
図9を参照して、基板側電極層側の透光性導電体の導電層(25A)の厚さおよび発光側電極層側の透光性導電体の導電層(25B)の厚さをともに3μmにするとともに、発光面側の透光性導電体とLEDチップの発光面側電極層(15B)との間にエラストマーシートを配置せず、基板側電極層側の透光性導電体(25A)とLEDチップの基板側電極層(15A)との間に配置するエラストマーシート(35)の厚さを120μmとした以外は、実施例1と同様にして、透光性LED発光シートを作製し、評価した。
<耐屈曲試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、供試体6個中、1個が屈曲半径100mmで不点灯になり、屈曲半径80mmでは6個とも不点灯になることが分かった。なお、屈曲を解放すると4個は点灯が回復したが、耐屈曲試験を10サイクル繰り返した後は、屈曲を解放しても6個とも不点灯のままであることが分かった。
<熱サイクル試験>
本実験例の透光性LED発光シートでは、1個が1500サイクル実施後に不点灯になり、2000サイクル実施後では6個全てが不点灯になった。
<断面観察>
本実験例の透光性LED発光シートは、LEDチップの表裏の基板側電極層および発光側電極層が、それぞれ基板側電極層側の透光性導電体の導電層および発光側電極層側の透光性導電体の導電層に接触するとともに、LEDチップの周囲がエラストマーで充填されていることが分かった。
また、本実験例の透光性LED発光シートでは、LEDチップの発光側電極層の表面の凹凸とこれに接触する発光側電極層側の透光性導電体の導電層との間の隙間がエラストマーで充填されていることが分かった。
しかし、本実験例の透光性LED発光シートでは、製造時にエラストマーシートを配置しなかったLEDチップの発光面側電極層の表面の凹凸とこれに接触する発光面側電極層側の透光性導電体の導電層との間の隙間はエラストマーで充填されていないことが分かった。
上記実施例及び比較例の、製造条件の概要を以下の表1に、また評価の結果を表2に、それぞれ、まとめて示す。
上記において、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
上述したように、本発明によれば、製造時および使用時の耐屈曲性および熱サイクル特性に優れ、強い屈曲や熱負荷に対して点灯を維持できる発光装置が、透光性エラストマーのビカット軟化温度より若干高い温度での真空プレスを特徴とする製造方法により提供される。
1、1A、1B、90、90A 発光装置
10 LEDチップ(両面電極型)、10A LEDチップ(片面電極型)
11 LED本体(両面電極型)、11A LED本体(片面電極型)
13 LEDチップの周囲
15 電極層
15A 第1の電極層(カソード電極層、電極層)
15B 第2の電極層(アノード電極層、電極層)
17 電極層の外周面
18 電極層の角部
20 透光性導電体
20A 第1の透光性導電体
20B 第2の透光性導電体
20C 第2の実施形態の透光性導電体
21、21A、21B、21C、21D 透光性基体
25 透光性導電層
25A 第1の透光性導電層(透光性導電層)
25B 第2の透光性導電層(透光性導電層)
26 透光性導電層の表面
30 透光性エラストマー層
35 仮透光性エラストマー層
36,36A,36B バンプ電極
36S Auバンプ
41 LED半導体基板(両面電極型)
41A LED耐熱性基板(片面電極型)
42 N型半導体層
44 P型半導体層
43 発光層
45 凹凸形状
46 凹部
47 凸部
48 隙間空間
71 LED本体の表面
71A LED本体の第1の表面
71B LED本体の第2の表面
71C LED本体の第3の表面
71D LED本体の第4の表面
72 N型半導体層発光層側界面
85 発光面
91 空隙
92 クラック
95 断面観察用固定樹脂

Claims (12)

  1. それぞれ透光性導電層を具備した一対の透光性絶縁体シートにより、または、透光性導電層(複数)を具備した透光性絶縁体シートと透光性導電層を具備しない透光性絶縁体シートとにより、挟まれた領域が、
    前記透光性導電層のそれぞれと個別に電気的に接続されたカソード電極とアノード電極とをそれぞれ具備する一以上の半導体発光素子と、透光性エラストマーとで充填されており、かつ
    前記透光性導電層は、複数の透光性導電フィラーと、前記透光性導電フィラーを接触させた状態で接着する透光性樹脂バインダーの少なくとも2種類の材料からなることを特徴とする発光装置。
  2. 前記透光性導電層中の導電フィラーの重量%が50%以上90%以下となる請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記透光性導電体のシート抵抗が1000Ω/□以下である請求項1または請求項2に記載の発光装置。
  4. 全光透過率が1%以上85%以下、ヘイズ値が3%以下である請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の発光装置。
  5. 前記透光性導電層はアクリル樹脂からなる透光性樹脂バインダーと、酸化インジウムスズまたは酸化亜鉛からなる導電フィラーを含む請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の発光装置。
  6. 前記LEDチップのアノード電極と前記透光性導電体上の透光性導電層との界面に前記透光性エラストマーが少なくとも部分的に存在し、かつ前記LEDチップのカソード電極と前記透光性導電層との界面に前記透光性エラストマーが少なくとも部分的に存在する請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の発光装置。
  7. 前記LEDチップのアノード電極及びカソード電極の表面上に存在する凹凸部の凹面の全てもしくは一部に前記透光性エラストマーが存在する請求項6に記載の発光装置。
  8. 前記透光性絶縁エラストマー層のビカット軟化温度が80℃以上160℃以下の範囲で、0℃から100℃の間の引張貯蔵弾性率が0.01GPa以上10GPa以下の範囲である透光性エラストマーである請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の発光装置。
  9. 前記LEDチップの少なくとも1つの電極は、LEDチップの発光面より小さい面積と前記発光面から突出した形状とを有し、前記発光面における前記電極の非形成面と前記導電回路層との間の空間に前記透光性絶縁エラストマーが充填されている請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の発光装置。
  10. 発光装置内に外径が500μm以上またはLEDチップサイズ以上である気泡が存在していない請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の発光装置。
  11. 前記透光性導電体の透光性導電層の表面に、前記LEDチップに加え、抵抗、タイオード、トランジスタ、ICから選ばれる1種以上の半導体素子が搭載される請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の発光装置。
  12. 請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の発光装置を備えることを特徴とする発光装置使用装置。
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