JP3613041B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、各種デ−タを表示可能なディスプレイ、ラインセンサ−の光源に使用される発光装置及びその製造方法に係り、特に光吸収層とパッケージとの密着強度を向上させ信頼性の高い発光装置を歩留まりよく提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、１０００ｍｃｄ以上にも及ぶ超高輝度に発光可能な半導体発光素子がＲＧＢそれぞれ形成され、このような発光素子を利用した発光装置は、屋内または屋外でフルカラ−発光可能なＬＥＤディスプレイ、各種センサーやインジケータなど種々の分野に利用され始めている。このような半導体発光素子を利用した発光装置の例として図４の如き表面実装型ＬＥＤがある。表面実装型ＬＥＤは、チップ抵抗などの他の表面実装型電子部品と同様にチップマウンタ−と半田リフローにて実装が可能である。表面実装型ＬＥＤは、小型化可能であると共に比較的高密度に信頼性よく実装できる。
【０００３】
このような発光装置は、何れもエポキシ樹脂や液晶ポリマーなどの各種樹脂、セラミックなどによって形成されたパッケージ５０２上等に発光素子５０３を配置させリード電極５０４によって外部と電気的に接続させている。発光素子５０３とリード電極５０４とは、金線などの導電性ワイヤーやＡｇペーストを利用した導電性接着剤である電気的接続部材５０５で電気的に接続されている。また、発光素子５０３上には外部環境から保護するために透光性のモールド部材５０１が設けられている。表面実装型ＬＥＤは、レンズ効果が無い、或いはレンズ効果が小さいため無指向性で広範囲から視認でき視野角が広い。その反面正面輝度が低くくなる。そのため、発光素子５０３からの光を乳白色や白色系のパッケージ内側面の反射を利用し発光効率を向上させている。ところで、このような発光装置を表示装置や光センサーとして利用するときは、発光装置が発光している時の正面輝度と、発光していないときの暗輝度（ＬＥＤを点灯していないときの外光による正面反射輝度）の差が大きいことが好ましい。即ち、発光時と非発光時の差であるコントラスト比（（ＬＥＤ正面輝度＋正面反射輝度）／正面反射輝度）が大きい表示装置とすることでより鮮明な画像が表示可能となる。同様に、光センサーに上記発光装置を利用した場合においても誤作動のより少ない発光装置とすることができる。従ってコントラス比を大きくするために、発光部を除くパッケージの発光観測面側表面を暗色系に着色する。具体的には、暗色系の顔料等を含有させた樹脂を、スクリーン印刷法等を用いてパッケージ表面に塗布することにより光吸収層を形成する方法が考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スクリーン印刷等の塗布方法を用いて光吸収層を形成したのでは、膜厚を均一にすることが困難であるため歩留まりが悪い。またマスクを必要とするため生産性が悪く、装置が小さいとマスクの形成が難しく緻密性に欠けてしまい、且つ位置合わせが困難になる。更に、製造工程時において、パーツフィダー等を通過する時に金属部分と接触し、光吸収層が剥がれてしまうという問題もあった。従って、本願発明はこれら問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、低コストで生産性良く、且つ光吸収層の耐候性及び機械的強度に優れた発光装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の目的は、下記（１）〜（３）の構成により達成することができる。
（１）本発明は、発光素子と、該発光素子を収容するための凹部を有するパッケージと、該発光素子を被覆するモールド部材と、を有する発光装置であって、該パッケージの凹部内の側面及び底面は、白色系であり、該パッケージの発光観測面側上面は、暗色系の光吸収層が形成され、その光吸収層の上面に、該パッケージの凹部から延設されるモールド部材が形成され、該光吸収層の内部に該モールド部材が浸透し、硬化されていることを特徴とする発光装置に関する。
（２）前記光吸収層は、顔料層及び接着剤層を有することが好ましい。
（３）本発明は、側面及び底面を有する凹部が白色系であるパッケージの凹部内に、発光素子を収容する第１の工程と、該第１の工程後または該第１の工程前、該パッケージの発光観測面側上面にホットスタンプ加工法により薄膜を転写して暗色系の光吸収層を形成する第２の工程と、該光吸収層の位置まで、該パッケージの凹部内にモールド樹脂を注入する第３の工程と、該パッケージの凹部内に注入されたモールド部材を該光吸収層の内部及び上面に浸透する第４の工程と、該モールド樹脂と該光吸収層とを硬化する第５の工程と、を具備することを特徴とする発光装置の製造方法に関する。
【０００６】
本願発明の発光装置の製造方法は、パッケージの発光観測面側上面にホットスタンプ加工法により転写箔を圧着転写して光吸収層を形成する。従って、従来の印刷法では必要であったマスクが不要となるため生産性が良くなり、装置が小さい場合でも精度良く光吸収層を形成することができる。また、膜厚を均一にすることができるため歩留まりも良くなる。
【０００７】
更に本願発明の発光装置の製造方法では、ホットスタンプ加工法により光吸収層を形成した後、パッケージ凹部内にモールド樹脂を注入後、熱硬化させる。この時、この硬化に至るまでにモールド樹脂の粘度は低下するが、そのいわゆる濡れ性が向上するため光吸収層にこのモールド樹脂が浸透し、パッケージ凹部内のモールド樹脂と光吸収層に浸透したモールド樹脂とが同時に硬化する。このようにして得られた本願発明の発光装置は、モールド部材と光吸収層が一体となってパッケージに接着されるため、接着面積も広くなり、光吸収層とパッケージとの密着強度が高い。すなわち、本願発明によれば光吸収層を補強するための専用後工程が必要なく、信頼性の高い発光装置を提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本願発明の発光装置を示すものである。リード電極１０４が施されたパッケージ１０２の発光部を除く発光観測面側上面には、ホットスタンプ加工法により光吸収層１０６が形成される。上記パッケージ凹部のリード電極１０４上にはＡｇペーストを用いて発光素子１０３を実装されており、この発光素子１０３とリード電極１０４とは電気的接続部材１０５を用いて接続されている。また、発光素子１０３と電気的接続部材１０５とを保護するために、パッケージ凹部内に透光性のモールド部材１０１が設けられているが、このモールド樹脂の熱硬化時に光吸収層１０６にこのモールド樹脂が浸透し、パッケージ凹部内に充填したモールド樹脂と光吸収層１０６に浸透したモールド樹脂とが同時に硬化するため、本願発明の発光装置は光吸収層１０６とモールド部材１０１とが一体となってパッケージ１０２に強固に接着されている。以下、本願発明の具体的構成について詳述する。
【０００９】
（光吸収層１０６）
光吸収層は、発光装置の発光／非発光時におけるコントラスト比を向上させるために、発光部を除くパッケージの発光観測面側上面に設けられる。本願発明では、光吸収層をホットスタンプ加工法により形成する。ホットスタンプ加工法とは、転写箔を圧着転写することで薄膜を形成する方法で、マスクを必要としないため生産性が良く、また膜厚を均一にできるため歩留まりが良く生産性が向上し、加工コストも比較的安い等、多くの利点を持つ優れた加工法である。この転写箔としては、例えばベースフィルム、離型剤層、顔料層、接着剤層の順に構成されるピグメントホイル等が用いられる。このピグメントホイルをホットスタンプ加工法により圧着転写後、ベースフィルムを剥がすことにより、顔料層、接着剤層から成る光吸収層が形成される。顔料層には黒や紺色など暗色系の顔料が含有されている。接着剤層は顔料層とパッケージとを接着させる役割をする。
【００１０】
（モールド部材１０１）
モールド部材１０１は、各発光素子１０３やその電気的接続のためのワイヤー等を外部力、塵芥や水分などから保護するために設けられる。更に本願発明においては、光吸収層に浸透して光吸収層とパッケージとの接着強度を高める働きをする。このようなモールド部材１０１の材料として具体的には、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、イミド樹脂等が好適に用いられる。温度サイクルの激しい使用環境下においては、モールド部材はパッケージ等との熱膨張率が近い方がより好ましい。
【００１１】
（パッケージ１０２）
パッケージ１０２は、発光素子１０３を凹部内に固定保護するとともに外部との電気的接続が可能なリード電極１０４を有するものである。したがって、発光素子１０３の数や大きさに合わせて複数の開口部を持ったパッケージとすることもできる。パッケージ１０２は発光素子１０３をさらに外部環境から保護するために透光性保護体であるモールド部材１０１を設ける。パッケージ１０２は、モールド部材１０１との接着性がよくモールド部材よりも剛性の高いものが好ましい。また、発光素子１０３と外部とを電気的に遮断させるために絶縁性を有することが望まれる。さらに、パッケージ１０２は、発光素子１０３などからの熱の影響をうけた場合、モールド部材１０１との密着性を考慮して熱膨張率の小さいものが好ましい。本願発明ではパッケージの発光観測側表面にホットスタンプ加工法により光吸収層を形成する。ホットスタンプ加工法は上記で述べたようにマスクを必要とせず、加工コストも比較的安く、望ましい加工法であるが、特にベンゼン環を持つ化合物に対しては転写箔の付きが悪いとされている。ところが、本願発明では光吸収層にモールド部材を浸透させることで、モールド部材と光吸収層を一体にしてパッケージに接着させるため、箔転写対象であるパッケージの材質に依存されることなく接着強度の高い光吸収層を形成できる。従って、パッケージの材料として芳香族ポリエステル、芳香族ナイロン、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などのベンゼン環を持つ化合物樹脂類も好適に用いることができる。
【００１２】
発光素子１０３とパッケージ１０２との接着は熱硬化性樹脂などによって行うことができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが挙げられる。また、発光素子１０３を配置固定させると共にパッケージ１０２内のリード電極１０４と電気的に接続させるためにはＡｇペースト、カーボンペースト、金属バンプ等を用いることができる。
【００１３】
（リード電極１０４）
リード電極１０４は、パッケージ１０２外部からの電力を内部に配置された発光素子１０３に供給させるために用いられるためのものである。そのためパッケージ上に設けられた導電性を有するパターンやリードフレームを利用したものなど種々のものが挙げられる。また、リード電極１０４は放熱性、電気伝導性、発光素子２０３の特性などを考慮して種々の大きさに形成させることができる。リード電極１０４は、各発光素子１０３を配置すると共に発光素子１０３から放出された熱を外部に放熱させるため熱伝導性がよいことが好ましい。リード電極１０４の具体的な電気抵抗としては３００μΩ・ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、３μΩ・ｃｍ以下である。また、具体的な熱伝導度は、０．０１ｃａｌ／ｃｍ２／ｃｍ／℃以上が好ましく、より好ましくは ０．５ｃａｌ／ｃｍ２／ｃｍ／℃以上である。このようなリード電極１０４としては、銅やりん青銅板表面に銀、パラジュウム或いは金などの金属メッキや半田メッキなどを施したものが好適に用いられる。リード電極１０４としてリードフレームを利用した場合は、電気伝導度、熱伝導度によって種々利用できるが加工性の観点から板厚０．１ｍｍから２ｍｍが好ましい。
【００１４】
（発光素子１０３）
本願発明に用いられる発光素子１０３としては、液相成長法やＭＯＣＶＤ法等により基板上にＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させたものが好適に用いられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構造のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。さらに、量子効果を持たせるため発光層を単一量子井戸構造、多重量子井戸構造とさせても良い。こうしてできた半導体に真空蒸着法や熱、光、放電エネルギーなどを利用した各種ＣＶＤ法などを用いて所望の電極を形成させる。発光素子２０４の電極は、半導体の一方の側に設けてもよいし、両面側にそれぞれ設けてもよい。電極が形成された半導体ウエハーをダイヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシングソーにより直接フルカットするか、または刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によって半導体ウエハーを割る。あるいは、先端のダイヤモンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウエハーに極めて細いスクライブライン（経線）を例えば碁盤目状に引いた後、外力によってウエハーを割り半導体ウエハーからチップ状にカットさせるなどして発光素子であるＬＥＤチップを形成させることができる。
【００１５】
発光装置をフルカラー発光させるためには、ＲＧＢの発光色を発光するＬＥＤチップを用いることができる。特に、野外などの使用を考慮する場合、高輝度な半導体材料として緑色及び青色を窒化ガリウム系化合物半導体を用いることが好ましく、また、赤色ではガリウム・アルミニウム・砒素系やアルミニウム・インジュウム・ガリウム・燐系の半導体を用いることが好ましいが、用途によって種々利用できる。
【００１６】
（電気的接続部材１０５）
電気的接続部材１０５としては、発光素子１０３の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。導電性ワイヤーを用いた場合、熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／ｃｍ２／ｃｍ／℃以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／ｃｍ２／ｃｍ／℃以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤーの直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。このような導電性ワイヤーとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような導電性ワイヤーは、各発光素子１０３の電極と、リード電極１０４などと、をワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。また、導電性ペーストを用いた場合、導電性を有するＣ、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ａｇ、金属バンプなどをエポキシ樹脂など所望の樹脂中に含有させることによって利用することができる。このような導電性ペーストを利用することによって電気的導通ばかりでなく発光素子１０３の固定をもさせることができる。
【００１７】
【実施例】
以下本願発明の具体的実施例について詳述するが、本願発明はこれのみに限定されるものではない。
【００１８】
［実施例１］
予め、樹脂パッケージ２０２内に配置されるリード電極２０４を打ち抜き加工により形成する。次に、液晶ポリマー樹脂を射出成型器ホッパに入れ加熱溶融させながら、形成されたリード電極２０４を配置させた金型内に注入し、射出成形を利用して発光装置用のパッケージ２０２を形成する。形成されたパッケージ２０２の発光部を除く発光観測面側表面に、ベースフィルム、離型剤層、顔料層、接着剤層からなるピグメントホイルをホットスタンプ加工法により圧着転写した後、ベースフィルムを剥がして顔料層及び接着剤層よりなる光吸収層２０６を形成する。このようにして、図３（Ａ）の如き光吸収層２０６が形成されたパッケージ２０２となる。
【００１９】
続いて、上記構成のパッケージ凹部のリード電極上にＡｇペーストを用いて発光素子２０３を実装し、この発光素子２０３とリード電極２０４とを金ワイヤー２０５で電気的に接続する（図３（ｂ））。
【００２０】
これら発光素子２０３と金ワイヤー２０４とを保護するために、パッケージ凹部内に透光性エポキシ樹脂を注入し、熱硬化させる。この時、光吸収層２０６にこの透光性エポキシ樹脂を浸透させ、パッケージ凹部内の透光性エポキシ樹脂と光吸収層に浸透させた透光性エポキシ樹脂とを同時に硬化させる。最後にパッケージ２０２外部に突出しているリード電極２０４を所望の形状に切断加工させる。このようにして、モールド部材２０１と光吸収層２０６が一体化してパッケージ２０２に接着された本願発明の発光装置を得る（図３（ｃ））。
【００２１】
なお本実施例では、樹脂パッケージ１個に対して１個の発光素子を搭載するものとしたが、複数個の発光素子を搭載させることで、容易に多色発光表面実装型発光装置を構成できる。
【００２２】
【発明の効果】
本願発明の発光装置の製造方法は、パッケージの発光観測面側上面にホットスタンプ加工法により光吸収層を形成することで、生産性良く、また精度良く光吸収層を形成することができる。また、膜厚を均一にすることができるため歩留まりも向上する。更に本願発明の発光装置の製造方法では、モールド部材形成時にこのモールド樹脂が光吸収層に浸透し、モールド部材と光吸収層が一体となってパッケージに接着される。このようにして得られた本願発明の発光装置は、耐候性、機械的強度に優れた光吸収層を備える。
【００２３】
即ち、本願発明によれば低コストで、生産性良く、信頼性の高い発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の発光装置の模式的平面図を示す。
【図２】図１におけるＸＹ断面を示す。
【図３】本願発明の製造方法の各工程を説明する模式的平面図を示す。
【図４】一般的な表面実装型ＬＥＤを説明するための模式的断面図を示す。
【符号の説明】
１０１、２０１・・・モールド部材
１０２、２０２・・・パッケージ
１０３、２０３・・・発光素子
１０４、２０４・・・リード電極
１０５・・・電気的接続部材
１０６，２０６・・・光吸収層
２０５・・・導電性ワイヤー
５０１・・・モールド部材
５０２・・・パッケージ
５０３・・・発光素子
５０４・・・リード電極
５０５・・・電気的接続部材

Claims (3)

1. 発光素子と、
   該発光素子を収容するための凹部を有するパッケージと、
   該発光素子を被覆するモールド部材と、
   を有する発光装置であって、
   該パッケージの凹部内の側面及び底面は、白色系であり、
   該パッケージの発光観測面側上面は、暗色系の光吸収層が形成され、その光吸収層の上面に、該パッケージの凹部から延設されるモールド部材が形成され、該光吸収層の内部に、該モールド部材が浸透し、硬化されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記光吸収層は、顔料層及び接着剤層を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 側面及び底面を有する凹部が白色系であるパッケージの凹部内に、発光素子が収容される第１の工程と、
   該第１の工程後または該第１の工程前、該パッケージの発光観測面側上面にホットスタンプ加工法により薄膜を転写して暗色系の光吸収層が形成される第２の工程と、
   該光吸収層の位置まで、該パッケージの凹部内にモールド樹脂が注入される第３の工程と、
   該パッケージの凹部内に注入されたモールド部材が該光吸収層の内部及び上面に浸透される第４の工程と、
   該モールド樹脂と該光吸収層とを硬化させる第５の工程と、
   を具備することを特徴とする発光装置の製造方法。

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