JP2022098333A - 発光装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1.発光装置
図1は、第1の実施形態の発光装置100の概略構成図である。発光装置100は、例えば、バックライト等に用いられる。そのため発光装置100は、多数の発光素子を有する。図1においては、1個の発光素子の周辺が描かれている。また、図1においては、複数層が重なった状態で描かれている。また、図1においては、発光素子の下の配線がハッチングされた領域として示されている。
基板110のソルダーレジスト層113は、レンズ140と接触している。レンズ140は滴下法により形成されているため、レンズ140の形状は、レンズ140との接触面であるソルダーレジスト層113の形状の影響を受ける。
図3に示すように、レンズ140とソルダーレジスト層113とは、ある接触角θをなしている。接触角θはレンズ140の外周部142におけるレンズ140とソルダーレジスト層113とがなす角の角度である。ここで、接触角θが大きいほど、レンズ140の径に対するレンズ140の高さが高い傾向にある。
滴下法によりレンズ140を形成する。
レンズ140の原材料である透明樹脂は、耐光性の観点からシリコーン樹脂であるとよい。シリコーン樹脂として、例えば、有機変性シリコーン、フェニルシリコーン、メチルフェニルシリコーン、メチルシリコーン、フッ化シラン系樹脂が挙げられる。ソルダーレジスト層113とレンズ140との間の接触角を大きくするために、滴下するシリコーン樹脂の表面自由エネルギーが大きいほどよい。表面自由エネルギーは、エポキシ、有機変性シリコーン、フェニルシリコーン、メチルフェニルシリコーン、メチルシリコーン、フッ化シラン系樹脂の順に高い。このため、レンズ140の透明樹脂として、有機変性シリコーン、フェニルシリコーンが好ましい。
原材料である透明樹脂を溶融状態で基板110に向かって吐出する。吐出する箇所は、発光素子130の上である。透明樹脂は発光素子130の周囲を覆う。滴下された透明樹脂は、ドーム状である。透明樹脂の表面張力により透明樹脂は球形に近い形状をとろうとする。また、透明樹脂を吐出する間際まで透明樹脂をある程度加熱しておくとよい。その際の透明樹脂の温度はもちろん、硬化温度未満の温度である。例えば、透明樹脂の硬化温度が70℃以上100℃以下の場合には、吐出する際の透明樹脂の温度は40℃以上60℃以下である。基板110に供給されてから透明樹脂が硬化するまでの時間が短縮されるからである。
基板110は透明樹脂の硬化温度以上に加熱されている。このため、滴下された透明樹脂は基板110により加熱されて硬化する。これにより、回転放物面またはそれに近い形状を有するレンズ140が形成される。
5-1.基板準備工程
基材111の上に回路パターン112およびソルダーレジスト層113が形成された基板110を準備する。または、基材111の上に、所望の回路パターン112およびソルダーレジスト層113を形成してもよい。
発光素子130を基板110に実装する。例えば、リフローにより発光素子130を基板110に半田接合する。
前述したレンズの形成方法により、基板110の上に透明樹脂を吐出しレンズ140を形成する。レンズ140は発光素子130の周囲を覆う。
第1の実施形態の発光装置100においては、レンズ140の外周部142の全周にわたってほとんど段差がない。このため、滴下法により形成されるレンズ140の形状は安定しており、発光装置100に実装される発光素子130ごとの配光のばらつきが小さい。
7-1.回路パターン
図5は、第1の実施形態の変形例における回路パターンを示す図(その1)である。回路パターンは、金属層PT1と金属層PT2と金属層PT3とを有する。金属層PT1は、実際の回路となる回路領域である。金属層PT2、PT3は、回路とならない非回路領域である。非回路領域は、発光素子130の点灯時であっても電流が流れない領域である。すなわち、外部電源と導通していない領域である。回路領域と非回路領域とは接触していない。金属層PT1、PT2、PT3は、同一工程により形成された層である。このため、これらの金属層PT1、PT2、PT3の積層構造は、同じである。金属層PT1、PT2、PT3は別工程により形成してもよいが、同一工程により形成することで工程数を削減できる。金属層PT2、PT3は、レンズ140の外周部142の段差を小さくするために配置されている。この場合であっても、レンズ140の外周部142の段差を小さくすることができる。
図6は、第1の実施形態の変形例における回路パターンを示す図(その2)である。回路パターンは、基材111の第2面111bのほぼ全面に形成されている。回路パターンは、ベタパターンから絶縁部分を選択的に絶縁したパターンである。つまり、絶縁する必要がある領域のみ絶縁し、その他の金属層は互いにつながっている。この場合に、レンズ140の外周部142の周囲の段差はほとんどない。このように、レンズ140の外周部142の周囲の段差をほとんどなくすために、ベタパターンを用いるとよい。
図6のように、ベタパターンに近い形状にしなくても、回路パターン112に占める金属層の面積を広くとることにより同様の効果を得ることができる。前述のように、回路パターン112は、金属層を有する。基材111の第2面111bの面積に対する回路パターン112の金属層が占める面積の比が50%以上であるとよい。この面積比は、好ましくは、70%以上である。より好ましくは80%以上である。面積比は、現実的には、99%以下である。
発光素子130を実装してからレンズ140を形成するまでの間に、基板110に実装された発光素子130が通電により点灯するか否かを検査してもよい。
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
図7は、第2の実施形態の発光装置200の概略構成図である。発光装置200は、基板110と、半田層120と、発光素子130と、レンズ140と、アンダーフィル250と、を有する。
第2の実施形態の発光装置の製造方法は、アンダーフィル250を基板110に供給するアンダーフィル供給工程を有する。それ以外の工程は第1の実施形態と同様である。したがって、アンダーフィル供給工程を中心に説明する。
基板110を準備する。準備した基板110に発光素子130を実装する。
原材料である透明樹脂を凹部U1の上であって発光素子130が存在しない領域に滴下する(図1参照)。このとき基板110は加熱されている。アンダーフィル250となる透明樹脂は基材111または回路パターン112の上に滴下して基板110から加熱されながら広がる。これにより、アンダーフィル250が発光素子130と基板110との間の隙間を埋める。
アンダーフィル250が基板110と発光素子130との間の隙間を埋めてから、発光素子130の上にレンズ140を形成する。その際には滴下法を用いればよい。
また、その他の工程を実施してもよい。
第2の実施形態では、アンダーフィル250が発光素子130と基板110との間の隙間を好適に埋める。このため、発光素子130と基板110との間に気泡がほとんど発生しない。これにより、発光装置200の光学特性は改善されている。
4-1.アンダーフィルの材料
アンダーフィル250の材料はレンズ140の材料と異なっていてもよい。ただし、アンダーフィル250の硬化前の樹脂の粘度はレンズ140の効果前の樹脂の粘度よりも低いことが好ましい。
アンダーフィル250の材料である透明樹脂を基板110に滴下する際に、基板110を加熱しなくてもよい。アンダーフィル250を形成するすべての箇所に透明樹脂を供給し終わった後に、基板110を加熱する基板加熱工程を一度に実施してもよい。これにより、凹部U1に供給した透明樹脂はほぼ同時に硬化されてアンダーフィル250となる。透明樹脂の粘性および凹部U1の広さに応じて透明樹脂を硬化させるタイミングを使い分けることができる。
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
図8は、第3の実施形態の発光装置300の概略構成図である。発光装置300は、基板310と、半田層120と、発光素子130と、レンズ140と、を有する。
図9は、第3の実施形態の素子交換装置1000の概略構成図である。素子交換装置1000は、ベース1100と、筐体1200と、基板移動部1300と、ヒーター1400と、ヘッド部1500と、交換部1600と、を有する。
第3の実施形態では、実装後に点灯不良等が判明した発光素子130を基板110から取り外し、新たな発光素子130を基板110に実装する。
この発光装置300の製造方法は、基板の上にソルダーレジスト層を形成する工程と、基板の上に発光素子を実装する工程と、発光素子の上にレンズの材料を滴下してレンズを形成する工程と、発光素子を通電させることにより発光素子の発光状態を検査する工程と、発光状態の光出力が予め定めた閾値に満たない場合にレンズおよび発光素子を基板から除去する工程と、を有する。
ソルダーレジスト層313の第2層313bの材質が、メチルシリコーンである。第2層313bは、レンズ140と接触している。このため、レンズ140と第2層313bとの間の接触角は十分に大きい。また、爪1620によりレンズ140と基板110とを剥がす際に、レンズ140および発光素子130が剥がれやすい。このため、レンズ140と基板110とを剥がした後に、レンズ140の材料が第2層313bの上に残留しにくい。
6-1.半田の溶融
素子交換装置1000の爪1620がレンズ140および発光素子130を挟みこむ前に半田を溶融させてもよい。レンズ140および発光素子130を好適に除去できることに変わりないからである。
ソルダーレジスト層313の第2層313bの材質は、メチルシリコーンの代わりにジメチルシリコーン、酸化チタン、アルミナ、アルミナまたはジルコニア等が含まれた白色材料であってもよい。
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
第1の実施形態から第3の実施形態までを変形例を含めて互いに組み合わせてよい場合がある。
第1の態様における発光装置は、基板と、基板に実装された発光素子と、発光素子の上のレンズと、を有する。基板は、第1面と第1面の反対側の第2面とを有する基材と、基材の第2面の上の回路パターンと、回路パターンを部分的に覆うソルダーレジスト層と、を有する。レンズは、ソルダーレジスト層と対面する領域の境界の少なくとも一部を構成する外周部を有する。レンズの外周部における基材の第1面から最も遠い位置までの第1距離とレンズの外周部における基材の第1面から最も近い位置までの第2距離との差は0μm以上100μm以下である。
110…基板
120…半田層
130…発光素子
140…レンズ
1000…素子交換装置
1100…ベース
1200…筐体
1300…基板移動部
1400…ヒーター
1500…ヘッド部
1600…交換部
Claims (7)
- 基板と、
前記基板に実装された発光素子と、
前記発光素子の上のレンズと、
を有し、
前記基板は、
第1面と前記第1面の反対側の第2面とを有する基材と、
前記基材の前記第2面の上の回路パターンと、
前記回路パターンを部分的に覆うソルダーレジスト層と、
を有し、
前記レンズは、
前記ソルダーレジスト層と対面する領域の境界の少なくとも一部を構成する外周部を有し、
前記レンズの前記外周部における前記基材の前記第1面から最も遠い位置までの第1距離と前記レンズの前記外周部における前記基材の前記第1面から最も近い位置までの第2距離との差は
0μm以上100μm以下であること
を含む発光装置。 - 請求項1に記載の発光装置において、
前記回路パターンは、
金属層を有し、
前記基材の前記第2面の面積に対する前記回路パターンの前記金属層が占める面積の比が
50%以上であること
を含む発光装置。 - 請求項2に記載の発光装置において、
前記回路パターンは、
ベタパターンから絶縁部分を選択的に絶縁したパターンであること
を含む発光装置。 - 請求項1または請求項2に記載の発光装置において、
前記回路パターンは、
金属層を有し、
前記金属層は、
回路となる回路領域と回路とならない非回路領域とを有し、
前記非回路領域は、
前記回路領域を挟むように配置されていること
を含む発光装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の発光装置において、
前記ソルダーレジスト層は、
メチルシリコーン層を有し、
前記メチルシリコーン層は
前記レンズと接触していること
を含む発光装置。 - 基板の上にソルダーレジスト層を形成する工程と、
前記基板の上に発光素子を実装する工程と、
前記発光素子の上にレンズの材料を滴下してレンズを形成する工程と、
前記発光素子を通電させることにより前記発光素子の発光状態を検査する工程と、
前記発光状態の光出力が予め定めた閾値に満たない場合に前記レンズおよび前記発光素子を前記基板から除去する工程と、
を有し、
前記ソルダーレジスト層を形成する工程では、
メチルシリコーン層を形成し、
前記レンズを形成する工程では、
前記メチルシリコーン層の上にレンズの材料を滴下すること
を含む発光装置の製造方法。 - 請求項6に記載の発光装置の製造方法において、
前記レンズおよび前記発光素子を除去する工程では、
把持部により前記レンズおよび前記発光素子を把持して前記メチルシリコーン層の上から前記レンズおよび前記発光素子を剥がすこと
を含む発光装置の製造方法。
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