JP2018139285A - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小型または薄型の発光装置を容易に製造可能な製造方法を提供することを目的とする。
本明細書において、光取り出し側の面とは、各部材において、発光装置とされた際に発光を行う面側に配置される面を指す。
図10Aから図10Bに、第1実施形態の製造方法で製造される発光装置100を示す。平面視において長手方向と短手方向を有する発光素子2と、平面視において長手方向と短手方向を有する透光性封止部材1と、発光素子2と透光性封止部材1とを接着する透光性接着剤3と、発光素子2の側面と透光性接着剤3と透光性封止部材1の側面とを被覆する光反射性部材4を備え、発光素子2の長手方向と透光性封止部材1の長手方向が一致するよう配置されている。
まず、図2A、図2B及び図2Cに示すように、基部13と基部13の第1面側に凸部12を備える透光性部材10を準備する。尚、図2Cは、基部13と凸部12とをわかり易く示すために、図2Bの一部を拡大して示す断面図である。
本実施形態では、最終的に光反射性部材から露出される透光性部材の凸部12の表面を発光装置100の発光面として用いる。したがって、透光性部材の凸部12を平面視したときの長手方向と短手方向の長さはそれぞれ発光装置100の発光面の長手方向と短手方向の長さと同等である。本明細書において、長さが同等であるとは、長さの差が、プラスマイナス10%程度以内であることを指す。すなわち、本実施形態では、透光性部材の凸部12を平面視したときに、凸部12の上面の長手方向の長さ及び凸部12の底面の長手方向の長さがいずれも発光装置100の発光面の長手方向の長さとプラスマイナス10%程度以内であり、凸部12の上面の短手方向の長さ及び凸部12の底面の短手方向の長さがいずれも発光装置100の発光面の長手方向と短手方向の長さとプラスマイナス10%程度以内である。尚、本実施形態では、例えば、発光装置100の発光面側が大きく、又は発光面側が小さくなるように、凸部12の側面が傾斜していてもよく、その場合には、透光性部材の凸部12を平面視したときの長手方向と短手方向の長さはそれぞれ発光装置100の発光面の長手方向と短手方向の長さと同等であってもよいし、同等でなくてもよい。本実施形態において、より好ましくは支持体50と面している光取り出し面側の面(凸部12の底面)の短手方向の長さが発光装置100の発光面の短手方向の長さと略同一となるように形成する。また、本実施形態では、凸部12の側面は凹凸を有していても良く、発光装置100の発光面、凸部12の上面及び底面の長手または短手方向の長さは、基準を統一すれば、最小の長さ、最長の長さ、平均の長さのいずれについて比較してもよい。
以下、透光性部材の準備工程について詳細に説明する。
まず、シート状の透光性部材の基材11を形成する。以下の図では、透光性部材の基材11として、蛍光体を含有する蛍光体含有層である第1層11aと蛍光体を含有しない蛍光体非含有層11bである第2層を有する場合の構成を例示している。シート状の透光性部材の基材11の形成は、例えば、液状の樹脂と必要に応じて蛍光体を混合した材料を、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形、スプレー、印刷、ポッティング、電気泳動堆積等で略均一な厚みに形成した蛍光体に樹脂を含浸することにより行うことができる。
次に、図1A、図1Bに示すように、シート状に形成された透光性部材の基材11を支持体50へ搭載する。本実施形態においては、透光性部材の基材11の光取り出し側の面を、上面に粘着層50aを備える支持体に貼りつける。支持体50としては樹脂フィルム、金属板、樹脂板、セラミック板等の単体もしくは複合体を用いる事ができる。いずれの材料を支持体として使用する場合でも、支持体50の一面には粘着層50aを有することが好ましく、さらには紫外線(UV)で硬化する粘着層を有することがより好ましい。このような粘着層50aを用いることにより、透光性部材の基材11を安定して支持体50に保持することができる。さらには、以降の工程において樹脂の硬化等の熱履歴を経るため、耐熱性を有することがより好ましい。なお、透光性部材の基材11の支持体50への搭載は、支持体50上に透光性部材の基材11を形成することで行うようにしてもよい。
次に、図2A及び図2Bに示すように、透光性部材の基材11を支持体50に搭載した状態で基材11の厚みの一部を溝状に除去することで、平面視において長手方向と短手方向を有する凸部12を複数成形する。本実施形態においては、4列×5行のマトリックス状に複数の凸部12を成形している。それらの周囲には透光性部材の基材11を切断した際の端材11cが配置されている。複数の凸部12と端材11cは、基部13で連結されている。
なお、本明細書において、ある部材の直線性が高いとは、ある部材の所定の一辺において、部材の最も内周にある部分を通り、所定の一辺と平行な仮想線と、部材の最も外周にある部分との距離が小さいことを言う。
本明細書において、切断の直進性が高いとは、直線性が高い状態で切断することができることを言う。
凸部は、平面視において、長方形、正方形、六角形、八角形、円形、楕円、またはこれに近似する形状に設けることができる。
次に、透光性部材の凸部12上に、透光性接着剤3を介して、発光素子2を、発光素子2の主発光面と凸部12の上面が向かい合うように透光性部材の凸部12に搭載する。
しかし、本実施形態においては、透光性部材の凸部12は基部13と連結されているため、形状の安定性が比較的高い。そのため、凸部12の形成後であって発光素子2の搭載を行う前に支持体50から異なる支持体への移載を行ってもよい。
以下、発光素子を凸部上に搭載する工程について詳細に説明する。
本実施形態の発光素子2の透光性部材の凸部12上への搭載工程では、まず、図3に示すように、透光性部材の凸部12の上面に硬化後に透光性接着剤3となる液状樹脂材料31を塗布する。
塗布にはピン転写、ディスペンス、印刷等の方法を用いることができる。塗布される液状樹脂材料31は、1つの透光性部材の凸部12上に複数に分離した島状、一連の線状等に設けてもよい。
次に、図4に示すように、液状樹脂材料31の上に主発光面と前記主発光面と反対側の電極形成面を有する発光素子2をそれぞれその主発光面が透光性部材側に向くように配置する。この時、発光素子の長手方向(図16AのL7の辺)が透光性部材の凸部12の長手方向と一致するように並べることが好ましい。
凸部12の短手方向の長さ(図2AのL5)は、発光素子2の短手方向(図16AのL8)の長さの1〜2倍程度とすることが好ましく、1.2〜1.5倍程度とすることが好ましい。これにより、セルフアライメント効果を得ながら薄型の発光装置100とすることができる。
次に、液状樹脂材料31を熱や紫外線等により硬化させ、透光性部材の凸部12と複数の発光素子2とを接着する。この時、透光性接着剤3は、発光素子2の透光性部材の凸部12と面している光取り出し側の面の反対側の面である下面側から光取り出し面側に広がる形状に形成されることが好ましい。これにより、光取り出し効率の高い発光装置100とすることができる。
次に、図5及び図6に示すように、複数の発光素子2の側面と透光性接着剤3と、透光性部材の凸部12の側面を被覆する光反射性部材4を形成する。光反射性部材4の形成は、上述の通り発光素子2の搭載に使用した支持体50と同一の支持体50上で実施されることが好ましい。これにより透光性部材10の変形を抑制し、短手方向の幅が狭い線状の発光装置100においても良好な精度で光反射性部材4を形成できる。本実施形態においては、支持体50上に接着された複数の透光性部材の基部13の第1面と、複数の凸部12の側面と、それぞれの凸部に搭載された発光素子2と透光性接着剤3とを一括して一つの光反射性部材の基材41で被覆している。
本実施形態では、次に、図8A及び図8Bに示すように、透光性部材の基部13を除去し、複数の透光性部材の凸部12を露出させる。この除去は、研磨、研削、切削、トムソン加工、超音波加工、レーザ加工等の方法が使用できるが、比較的広い面を一括して除去可能で、除去する厚みを高精度に管理可能な研磨または研削で行うことが好ましい。
なお、透光性部材10の基部13の除去の際、透光性部材の凸部12の一部および光反射性部材の基材41の一部も除去してもよい。これにより、発光装置の厚みのばらつきを低減することができ、発光装置100を安定して製造することができる。
本実施形態では、次に、図9に示すように、光反射性部材を複数の凸部の間で切断、分離し、個片化された複数の発光装置100を得る。具体的には複数の透光性部材の凸部12とそれぞれに搭載された発光素子2と透光性接着剤3とを一括して被覆している光反射性部材の基材41を切断する。この切断にはダイシング、トムソン加工、超音波加工、レーザ加工等の方法が使用できる。
第1実施形態の発光装置100では、1つの凸部12の上に1つの発光素子2を搭載するようにしたが、変形例1の発光装置100aは、1つの凸部12の上に複数の発光素子2を搭載するようにしている。
以下、第1実施形態の変形例の発光装置100aについて説明する。
以下の説明では、主として、1つの凸部12の上に2つの発光素子2を搭載する場合の製造方法を、図17A〜図17Fを参照しながら説明し、適宜、2より多い発光素子2を1つの凸部12の上に搭載する場合についても図13A〜図13Eを参照して説明する。
次に、図17A及び図17Bに示すように、第1実施形態と同様にして、基材11に溝14を形成することにより、複数の凸部12を形成する。ここで、変形例1では、例えば、図17Aに示すように、凸部12を、第1実施形態の凸部12の長手方向の長さのほぼ倍の長さに形成する。また、変形例1では、図17Aに示すように、2列×5行のマトリックス状に複数の凸部12を形成している。複数の凸部12が2列×5行のマトリックス状に形成された領域の周りには、第1実施形態と同様、端材11cが配置されている。また、隣接する凸部12間および凸部12と端材11cの間は、基部13で連結されている。
この変形例1では、凸部12の長手方向の長さが、第1実施形態の凸部12の長手方向の長さより長いので、凸部12を形成する際の溝14は、直進性に優れているダイシングにより形成することが好ましい。図13A〜図13E等に示すように、1つの凸部上に2より多い数の発光素子を搭載するような場合には、取りわけ直進性に優れていることが求められる。直進性に優れた溝を形成することにより、図13A〜図13E等に示す発光面のように長手方向の長さが長い(図13CにおけるL4)発光面を有する発光装置の薄型化が可能になる。
また、図13A〜図13Eに示すような発光面の長手方向の長さが長い発光装置を製造する場合には、この凸部12を形成する溝14を一方向のみに形成するようにして、一方向に長い複数の分離した帯状の溝14を形成するようにしてもよい。
変形例1においては、液状樹脂材料31を、例えば、図17Cに示すように、1つの凸部12の上面に長手方向に分離された状態で2箇所に塗布する。
複数の発光素子2を用いる場合、発光素子同士の間隔は10μm〜1000μm程度とすることができ、例えば、200μm〜800μmとすることが好ましく、500μm程度とすることがより好ましい。また、図16Aに示す発光素子2の長手方向の長さL7の0.5〜1倍程度の距離とすることが好ましい。このように発光素子同士の間隔S1を発光素子の長手方向の長さL7の0.5倍〜1倍程度とすることで、一つの発光装置に搭載する発光素子2の数を減らすことができる。これにより、図13等に示すような長尺の発光装置を容易に製造できるとともに、材料コストを低減することができる。
この変形例1では、図17Eに示すように、溝14内と1つの凸部12上に設けられた隣接する発光素子2の間に光反射性部材の基材41を形成する。光反射性部材の基材41は、1つの凸部12上に設けられた隣接する発光素子2の間において凸部12上で発光素子2の側面と透光性接着剤3とを被覆するように、溝14内において発光素子2の側面と透光性接着剤3とに加えさらに凸部12の側面を被覆するように形成する。
本実施形態においては、図11A、図11B、図11Cに示すように、透光性部材の基材211に発光素子202を搭載した後、図11Dに示すように、発光素子2の周囲が凹部214となるよう透光性部材の基材211の一部を除去することで凸部212を形成する。このように形成された透光性部材210を用いても、図12A及び図12Bに示すような薄型の発光装置200を製造することができる。その他の工程は第1実施形態と同様に行うことができる。
凹部214の形成は、実施形態1の凸部12の形成の際と同様の方法で行うことができる。凹部214を形成する際には、発光素子202と透光性部材の基材211を接着する透光性接着剤213の端部の一部を除去してもよい。これにより、小型、薄型の発光装置200とすることができる。
第2実施形態の発光装置200では、1つの凸部212の上に1つの発光素子202を搭載するようにしたが、変形例2の発光装置200aでは、1つの凸部212の上に複数の発光素子202を搭載するようにしている。
具体的には、変形例2の発光装置200aでは、図18に示すように、1つの凸部212の上に発光素子202を複数(図18では2つ)含むように凹部214を形成する。凹部214の形成位置以外は、第2実施形態と同様にして変形例2の発光装置200aを形成する。
透光性部材10、210の母材としては、透光性樹脂、ガラス等が使用できる。図13に示すような非常に細く且つ長尺となる発光装置300は、発光装置の製造工程内および発光装置を用いた照明装置(例えば、図14に示すようなバックライト装置390)の組み立て工程内において曲げ応力に対する強度が非常に弱くなる場合がある。その為、ガラス等の無機物からなり割れやすい透光性部材を用いた場合、発光装置300の製造工程中に透光性部材10にかかる力で容易に破損してしまうおそれがある。この問題を防ぐために、有機物、特にある程度の柔軟性、または可撓性を有する樹脂を母材とする事が好ましい。
充填材の粒子の形状は、破砕状、球状、中空及び多孔質等のいずれでもよい。粒子の平均粒径(メジアン径)は、高い効率で光散乱効果を得られる、0.08〜10μm程度が好ましい。充填材は、例えば、透光性部材10の重量に対して10〜60重量%程度が好ましい。
例えば、図13Cに示す長手方向の長さL4が短手方向の長さL5の、1〜1000倍、50〜500倍、100〜450倍程度とすることができる。本実施形態の発光装置の製造方法によれば、このような長手方向の長さが短手方向の長さに対して非常に長い透光性部材を用いる場合であっても、容易に製造することができる。また、このような細長い発光面を有する発光装置を用いることで、複数の発光装置を多数個実装する場合と比べて、容易に照明装置(バックライト装置)を製造することができる。
図13Cに示す長手方向の長さL4は、具体的には2.5cm〜13.6cm、4cm〜10cm程度とすることができる。これにより、1つのバックライト装置に1つの発光装置を実装するだけでよいため、発光装置の実装及びバックライト装置の製造を容易に行うことができる。
図13Cに示す短手方向の長さL5は、具体的には200〜400μm、より好ましくは200〜300μmとすることができる。これにより、薄型の発光装置100、200とすることができる。
透光性部材10,210の厚みは、発光装置の高さ(図13AのL3)に影響する一方、薄くなると破損のおそれが高まる。また、含有可能な蛍光体の量が制限されるため、適宜選択される。なお、好ましくは10〜300μm程度、より好ましくは30〜200μm程度があげられる。
発光素子2、202は、透光性部材の凸部1上に搭載される。
発光素子2,202は、主発光面と、主発光面と反対側の電極形成面とを有する。
発光素子2、202の大きさ、形状、発光波長は適宜選択することができる。複数の発光素子2が一つの発光装置100,200に搭載される場合、その配置は不規則でもよく、行列など規則的に配置されてもよい。発光強度のムラや色ムラを低減するため、図13Eに示すように、規則的に配置され、複数の発光素子の間隔が略均等となるよう設けられることが好ましい。
図16Aに示す発光素子2の短手方向の長さL8は、例えば、50μm〜400μm程度とすることができる。100μm〜300μm程度とすることが好ましい。これにより、薄型の発光装置100に搭載することができる。
図16Cに示す発光素子2の厚みL9は、例えば、80μm〜200μm程度とすることが好ましい。これにより、例えば、発光装置100がバックライト装置に組み込まれる際、導光板の入光端面と発光面が平行になるよう発光装置100が実装される場合に、バックライト装置の枠部の幅を狭くすることができる。
素子基板2dは、第1半導体層との間に、中間層、バッファ層、下地層等の半導体層又は絶縁層等を有していてもよい。
半導体積層体2cは、平面視における形状は特に限定されるものではなく、四角形又はこれに近似する形状が好ましい。半導体積層体2cの平面視における大きさは、発光素子2の平面視における大きさによって適宜調整することができる。
第1電極2a及び第2電極2bは、発光素子2の下面2y側に設けられている。半導体積層体2cの同一面側(素子基板2dが存在する場合にはその反対側の面)に形成されていることが好ましい。これにより、実装基板60の正負の接続端子と発光素子2の第1電極2aと第2電極2bを対向させて接合するフリップチップ実装を行うことができる。
ここでの絶縁膜としては、特に限定されるものではなく、当該分野で使用されるものの単層膜及び積層膜のいずれでもよい。絶縁膜等を用いることにより、第1電極2a及び第2電極2bは、第1半導体層及び/又は第2半導体層の平面積にかかわらず、任意の大きさ及び位置に設定することができる。
発光素子2の透光性部材10,210への搭載及び接着には、透光性接着剤3,203を使用することが好ましい。
透光性接着剤3,203には、透光性樹脂を用いることが好ましく、はじめに液状であって硬化することで接着が可能な材料であることが好ましい。このような透光性樹脂としては、特に、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を好ましく用いることができる。透光性接着剤3、203は透光性封止部材1や発光素子2の光取り出し側の面及び側面と接触して設けられるため、点灯時に発光素子2で発生する熱の影響を受けやすい。熱硬化性樹脂は、耐熱性に優れているので、透光性接着剤3に適している。なお、透光性接着剤3,203は、光の透過率が高いことが好ましい。
発光装置100、200の大きさは、例えば、発光面においては上述の透光性封止部材1,201の平面形状と略同等で、透光性封止部材1,201の周囲に光反射性部材4,204が設けられている分大きい。
まず、シリコーン樹脂と、YAG:Ce蛍光体と、樹脂に対して2wt%程度のアエロジルを遠心撹拌脱泡装置で混合する。
この際、ダイシングブレードの厚みを調整して、切断後の光反射性部材の厚みと最終の製品ダイシングの際のブレードの厚み分、例えば200μm程度として、得られる発光装置の光反射性部材の厚みを確保する。
上記のような方法で、複数の発光装置を得ることができる。
まず、第1実施例と同様に、蛍光体を含むシート状の蛍光体含有シート状成形物を得る。
次に、シリコーン樹脂にアエロジルを2wt%添加し、遠心撹拌脱泡装置で混合する。この得られた混合物をフッ素樹脂製のリリースフィルム上に塗布した後、ドクターブレードによって厚み150μmのシート状に成形し、透明なシート状の、透明シート状成形物を得る。
次に、仮硬化後させた蛍光体含有シート状成形物と透明シート状成形物を80℃で0.5MPaの圧力で貼り合せる。
このようにして、蛍光体含有シート状成形物からなる蛍光体含有層11aと透明シート状成形物からなる蛍光体非含有層11bを有する、厚みが270μmの透光性部材の基材11を得る。
次に、露出した透光性封止部材1の位置を基準として、光反射性部材の基材41をダイシングで切断する。
次に、ガラス製の仮支持部材側からUV光を照射して粘着層を硬化させ、完成した発光装置100を支持体から剥離する。
上記のような方法で、透光性封止部材の発光面側に蛍光体非含有層11bを備える発光装置100を得ることができる。
本実施例においては、図13A〜図13Eの発光装置300を製造する。この発光装置300の製造に用いられる透光性部材の凸部の上面は、平面視における短手方向の長さL5が約300μmで長手方向の長さL4が約49500μmで、透光性部材の基部の上面からの高さが約120μm程度である。この透光性部材の凸部状に、幅200μm、長さ1000μm、高さ150μmの発光素子302を33個、500μmの間隔で搭載する。透光性接着剤303を複数の発光素子302の間に連続して設ける。それ以外は実施例2と略同様に発光装置を製造する。これにより、図13A〜図13Eに示すような、長手方向に長い線状の発光装置を容易に製造することができる。なお、図13A〜13Eの発光装置300は、平面視において長手方向と短手方向を有する複数の発光素子302と、平面視において長手方向と短手方向を有する透光性封止部材301と、発光素子302と透光性封止部材301とを接着する透光性接着剤303と、発光素子302の側面と透光性接着剤303と、透光性封止部材301の側面とを被覆する光反射性部材304を備え、複数の発光素子302の長手方向と透光性封止部材301の長手方向が一致するよう並んで配置され、透光性接着剤303は、隣接する複数の発光素子302の側面の間に配置されている。
本実施例において、透光性部材の凸部の上面は1100μm×1100μmの略正方形である。この凸部に1000μm×1000μmの略正方形の発光素子402を搭載する。それ以外は実施例2と略同様に発光装置を製造する。これにより、図15A、図15Bに示すような発光装置400を容易に製造することができる。このような発光装置400は、例えば、複数の発光装置をマトリックス状に並べて直下型バックライトまた、小型であるためスマートフォンのカメラ用のフラッシュ等に好適に用いられる。
本明細書に開示される発光装置は、発光面が実装基板と反対側に向くように実装される上面発光型の発光装置として用いられてもよく、発光面が実装面と交わる方向、好ましくは実装面と略垂直になるよう実装される側面発光型の発光装置として用いられてもよい。
1a、201a、301a、401a 透光性封止部材の第1層(蛍光体含有部)
1b、201b、301b、401b 透光性封止部材の第2層(蛍光体非含有部)
11、211 透光性部材の基材
11a、211a 透光性部材の基材の第1層(蛍光体含有部)
11b、211b 透光性部材の基材の第2層(蛍光体非含有部)
11c 透光性部材の基材の端材
10,210 透光性部材
12、212 透光性部材の凸部
12a、212a 透光性部材の凸部の第1層(蛍光体含有部)
12b、212b 透光性部材の凸部の第2層(蛍光体非含有部)
13、213 透光性部材の基部
14、214 溝、凹部
2、202、302,402 発光素子
2a、202a、302a、402a 第1電極
2b、202b、302b、402b 第2電極
2c 半導体積層体
2d 素子基板
3、203、303,403 透光性接着剤
31、231 液状樹脂材料
4、204、304,404 光反射性部材
41 光反射性部材の基材
50、250 支持体
50a、250a 粘着層
100、200、300、400 発光装置
100w・・・発光装置の発光面
390 照明装置(バックライト装置)
Claims (7)
- 基部と前記基部の第1面側に凸部を備える透光性部材を準備し、
主発光面と前記主発光面と反対側の電極形成面を有する発光素子を準備し、
前記透光性部材の凸部の上に、前記発光素子の主発光面と前記透光性部材の凸部の上面が向かい合うように前記発光素子を搭載し、
前記発光素子の側面と前記透光性部材の凸部の側面とを被覆する光反射性部材を形成する、
発光装置の製造方法。 - 透光性部材の基材を準備し、
主発光面と前記主発光面と反対側の電極形成面を有する発光素子を準備し、
前記発光素子の主発光面と前記透光性部材の第1面が向かい合うように前記発光素子を搭載し、
前記透光性部材の基材に凹部を形成することで、前記透光性部材の基材に基部と前記基部の上の前記発光素子が搭載された領域である凸部とを形成し、
前記発光素子の側面と前記透光性部材の凸部の側面とを被覆する光反射性部材を形成する、
発光装置の製造方法。 - 前記透光性部材は、前記基部によって連結された前記凸部を複数有し、
前記透光性部材の基部を除去し、
前記光反射性部材を前記複数の凸部の間で切断する、
請求項1または2に記載の発光装置の製造方法。 - 前記透光性部材の基部の除去において、
前記透光性部材の凸部の一部および前記光反射性部材の一部も除去する、
請求項3に記載の発光装置の製造方法。 - 1つの前記凸部上に複数の前記発光素子を搭載する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記透光性部材を準備する工程において、
蛍光体含有部と蛍光体を実質的に含有しない蛍光体非含有部が積層された透光性部材の基材を準備し、
前記蛍光体含有部に溝を形成することで、前記凸部を形成する、
請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。 - 前記透光性部材の基部を除去する工程において、
前記蛍光体非含有部を除去する、請求項6に記載の発光装置の製造方法。
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