JP6560123B2 - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、発光装置およびその製造方法に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた発光装置は、屋内用、屋外用、定置用、移動用等の表示装置、表示用ランプ、各種スイッチ類、信号装置、一般照明等の光学装置に幅広く利用されている。ＬＥＤを用いた発光装置のうち、各種の文字列、幾何学的な図形や模様等を表示する表示装置や表示用ランプ等に好適な装置として、２枚の透明基板間に複数のＬＥＤを配置した透明発光装置が知られている。

透明基板として透明樹脂製のフレキシブル基板等を使用することによって、表示装置や表示用ランプ等としての発光装置の取り付け面に対する制約が軽減されるため、透明発光装置の利便性や利用可能性が向上する。

透明発光装置は、例えば、第１の導電回路層を有する第１の透明絶縁基板と第２の導電回路層を有する第２の透明絶縁基板との間に、複数のＬＥＤチップを配置した構造を有している。複数のＬＥＤチップはそれぞれ一対の電極を有し、これら電極はそれぞれ第１および第２の導電回路層と電気的に接続される。複数のＬＥＤチップをある程度の間隔を開けて配置することで生じる第１の透明絶縁基板と第２の透明絶縁基板との間の空間には、電気絶縁性や屈曲性を有する透明樹脂等からなる透明絶縁体が充填されている。言い換えると、ＬＥＤチップは透明絶縁体に設けられた貫通孔内に配置される。

上述した透明発光装置におけるＬＥＤチップの電極と導電回路層との電気的な接続は、例えば、第１の透明絶縁基板と貫通孔内にＬＥＤチップが配置された透明絶縁樹脂シートと第２の透明絶縁基板との積層体を熱圧着することにより行われる場合が多い。この場合、熱圧着後の透明絶縁樹脂シートの厚さ（透明絶縁体の厚さ）をＬＥＤチップの厚さより薄くすることで、導電回路層をＬＥＤチップの電極に押し付けて接触させている場合がある。ＬＥＤチップの電極と導電回路層とは、導電性接着剤で接着する場合もある。また、ＬＥＤチップを固定したホットメルト接着剤シートを、導電回路層を有する上下の絶縁基板で挟んで熱圧着し、ＬＥＤチップを接着剤シートに埋め込むことによって、上下の絶縁基板間の接着とＬＥＤチップの電極と導電回路層との電気的な接続とを同時に実施することも提案されている。

しかしながら、いずれの場合にも導電回路層と電極との電気的な接続性やその信頼性を十分に高めることができないことから、これらを改善することが求められている。

特開２０１２−０８４８５５号公報

上述の事情を鑑みて、発光ダイオードを埋設したフレキシブルな透光性発光装置において、屈曲時に導電回路層とＬＥＤチップとの間に短絡が生じて発光しなくなるという課題を取り扱う発光装置とその製造方法を提供する。

実施形態に係る発光装置は、可撓性を有する発光装置であって、第１の透光性絶縁体と、前記第１の透光性絶縁体の表面に設けられた導電回路層とを備える第１の透光性支持基体と、第２の透光性絶縁体を備え、前記第２の透光性絶縁体の表面が前記導電回路層と対向するように、前記第１の透光性支持基体との間に所定の間隙を持って配置された第２の透光性支持基体と、ダイオード本体と、前記ダイオード本体の一方面に設けられ、前記導電回路層と導電性バンプを介して電気的に接続された第１および第２の電極とを有し、前記第１の透光性支持基体と前記第２の透光性支持基体との間隙に配置された発光ダイオードと、前記第１の透光性支持基体と前記第２の透光性支持基体との間の空間に埋め込まれた、第３の透光性絶縁体とを備え、前記導電回路層は、前記発光ダイオードの前記第１の電極が接続される第１の領域と、前記第２の電極が接続される第２の領域と、を有し、前記発光ダイオードは、前記第１の電極が形成された第１半導体層と、前記第２電極が形成された第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に形成された活性層とを含み、前記第１半導体層は、前記第１の領域及び前記第２の領域に、前記第３の透光性絶縁体を介して重なり、前記第２半導体層は、前記第２領域に、前記樹脂層を介して重なっており、前記発光装置を、半径５０ｍｍの円柱に沿って湾曲させたときに点灯を維持する。

第１の実施形態に係る発光装置の概略構成を示す模式断面図である。 発光装置の一部を拡大して示す断面図である。 実施形態の接続例を説明する平面図である。 本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。 本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。 本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。 本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。 丸め処理前のバンプ（ボール）形状の模式図である。 治具を使用した丸め処理を説明する図である。 治具を使用した丸め処理を説明する図である。 治具を使用した丸め処理を説明する図である。 樹脂シートのプレス加工による丸め処理を説明する図である。 樹脂シートのプレス加工による丸め処理を説明する図である。 樹脂シートのプレス加工による丸め処理を説明する図である。 プレス前後のＬＥＤチップの配置を説明する図である。 プレス前後のＬＥＤチップの配置を説明する図である。 第２の実施形態に係る発光装置の概略構成を示す模式断面図である。 発光装置の一部を拡大して示す断面図である。 本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。 本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。 本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。 本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。 プレス前後のＬＥＤチップの配置を説明する図である。 プレス前後のＬＥＤチップの配置を説明する図である。 発光ダイオードと、その周辺に位置する透光性絶縁体、導電回路層、透光性絶縁基体を示す図である。 発光ダイオードの電極に形成された導電性バンプを拡大して示す図である。

《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態に係る発光装置について、図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る発光装置１の概略構成を示す模式断面図である。また、図２は、図１に示す発光装置１の一部を拡大して示す断面図である。

図１に示すように、発光装置１は、大略、透光性支持基体２と、透光性支持基体３と、発光ダイオード２２と、透光性絶縁体１３を備えている。

透光性支持基体２は、透光性絶縁体４と、透光性絶縁体４の表面に設けられた導電回路層５とを備えている。導電回路層５は、透光性支持基体２を構成する透光性絶縁体４の表面のみに設けられている。

透光性支持基体３は、透光性絶縁体６を備え、透光性絶縁体６の表面が導電回路層５と所定の間隙を持って対向するように配置されている。すなわち、透光性支持基体３自体は、導電回路層を有していない。

発光ダイオード２２は、絶縁基板や半導体基板上に半導体層を形成したものであり、発光ダイオード本体２７と、発光ダイオード本体２７の一方の表面に設けられ、導電回路層５と電気的に接続された電極２８，２９とを備え、透光性支持基体２と透光性支持基体３との間に配置されている。発光ダイオード本体２７は、所定の間隔をもって複数配列されている。発光ダイオード本体２７間の最小距離ｄは特に限定されないが、最小距離ｄが１５００μｍ以下となるように高密度に実装する場合に特に有効である。また、配列する発光ダイオード本体２７の数量は、発光装置１の仕様（例えば、外形寸法、発光面積など）に応じて、適宜、決定することができる。

発光ダイオード２２は、例えば図２に示すように、透明なサファイア基板のような絶縁基板２３上に順に形成されたＮ型の半導体層（例えばｎ−ＧａＮ層）２４、活性層（例えばＩｎＧａＮ層）２５、およびＰ型の半導体層（例えばｐ−ＧａＮ層）２６を有する発光ダイオード本体２７を備えている。尚、Ｎ型の半導体層とＰ型の半導体層の配置位置は、逆であってもよい。本実施形態では、発光ダイオード本体２７の発光面側に電極２８，２９を設けた片面電極構造を適用している。また、半導体基板上に半導体層を形成した発光ダイオードにおいても、片面電極構造を適用することができる。

発光ダイオード２２の電極２８，２９は、それぞれ透光性支持基体２の導電回路層５と電気的に接続されている。電極２８，２９は、Ａｕ（金）を含んだ合金を材料とするパッド電極である。

図２に示すように、電極２８は、導電回路層５と導電性バンプ３０を介して接触することで、導電回路層５と電気的に接続されている。電極２９は、導電回路層５と導電性バンプ３０を介して接触することで導電回路層５と電気的に接続されている。

導電性バンプ３０としては、金やＡｕＳｎ合金や銀や銅やニッケルまたそれ以外の金属との合金、混合物、共晶、アモルファス材料でも良く、ハンダや共晶ハンダ、金属微粒子と樹脂の混合物、異方性導電膜などでもよい。また、ワイヤボンダを使ったワイヤバンプ、電解メッキ、無電解メッキ、金属微粒子を含むインクをインクジェット印刷して焼成したもの、金属微粒子を含むペーストの印刷や塗布ボールマウント、ペレットマウント、蒸着スパッタなどにより形成したバンプでも良い。

導電性バンプ３０の融点は、１８０℃以上が好ましく、より好ましくは２００℃以上である。上限は、実用的な範囲として１１００℃以下である。導電性バンプ３０の融点が１８０℃未満であると、発光装置の製造工程における真空熱プレス工程で、導電性バンプ３０が大きく変形して充分な厚さを維持出来なくなったり、電極からはみ出してしまい、ＬＥＤの光度を低下させる等の不具合が生じる。

導電性バンプ３０の融点は、例えば、島津製作所製ＤＳＣ−６０示差走査熱量計を用いて５℃／分の昇温速度で、約１０ｍｇの試料を用いて測定した融点の値であり、固相線温度と液相線温度が異なる場合は固相線温度の値である。

導電性バンプ３０のダイナミック硬さＤＨＶは３以上１５０以下で、好ましくは５以上１００以下であり、より好ましくは５以上５０以下である。導電性バンプ３０のダイナミック硬さＤＨＶが３未満であると、発光装置の製造工程における真空熱プレス工程で、導電性バンプ３０が大きく変形して充分な厚さを維持できなくなる。また、導電性バンプ３０が電極からはみ出してしまい、ＬＥＤの光度を低下させる等の不具合が生じる。一方、導電性バンプ３０のダイナミック硬さＤＨＶが１５０を超えると、発光装置の製造工程における真空熱プレス工程で、導電性バンプ３０が透光性支持基体２を変形させて外観不良や接続不良を生じさせるため好ましくない。

導電性バンプ３０のダイナミック硬さＤＨＶは、例えば、２０℃において島津製作所製の島津ダイナミック超微硬度計ＤＵＨ−Ｗ２０１Ｓを用いた試験により求める。この試験では、対面角１３６°のダイヤモンド正四角錐圧子（ビッカース圧子）を負荷速度０．０９４８ｍＮ／秒で導電性バンプ３０へ押し込む。そして、圧子の押し込み深さ（Ｄ／μｍ）が０．５μｍに達した時の試験力（Ｐ／ｍＮ）を次式へ代入する。

ＤＨＶ＝３．８５８４Ｐ／Ｄ^２＝１５．４３３６Ｐ

導電性バンプ３０の高さは、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、１０μｍ以上３０μｍ以下である。導電性バンプ３０の高さが５μｍ未満だと、導電回路層とＰ型の半導体層もしくは導電回路層とＮ型の半導体層との短絡を防ぐ効果が弱くなり好ましくない。一方、５０μｍを超えてしまうと、発光装置の製造工程における真空熱プレス工程で、導電性バンプ３０が透光性支持基体２を変形させて外観不良や接続不良を生じさせるため好ましくない。

また、発光ダイオード本体２７の電極と導電性バンプ３０の接触面積は１００μｍ^２以上１５，０００μｍ^２以下が好ましく、より好ましくは４００μｍ^２以上８，０００μｍ^２以下が好ましい。これらの各寸法は室温と被測定物の温度が２０℃±２℃となる安定した環境下で計測した値である。

本実施形態に係る発光装置においては、発光ダイオード本体２７の電極２８，２９と透光性支持基体２の導電回路層５とが、導電性バンプ３０を用いて真空熱プレスにより接続されている。従って、真空熱プレス時に導電性バンプ３０の少なくとも一部は融解していない状態で発光ダイオード２２の電極に電気的に接続される。このため、発光ダイオード本体２７の電極面と導電性バンプ３０の接触角は、例えば、１３５度以下であることが好適である。

発光ダイオード２２は、電極２８、２９を介して印加される直流電圧により点灯する。例えば、発光装置１が７個の発光ダイオード本体２７を２列に並べて構成される場合、発光装置１の導電回路層５は、７直列２並列回路を構成する。直列接続することにより、流れる電流は全ての発光ダイオード本体２７で同じ大きさになる。

透光性絶縁体１３は、透光性支持基体２と透光性支持基体３との間に埋め込まれている。

透光性絶縁体４および透光性絶縁体６には、透光性支持基体２および透光性支持基体３を湾曲可能とするために、例えば絶縁性と透光性と屈曲性とを有するシート状の樹脂材料が用いられる。樹脂材料としては、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）、環状オレフィン樹脂（例えばＪＳＲ社製のアートン（商品名））、アクリル樹脂等が挙げられる。

透光性絶縁体４、６の全光透過率は９０％以上であることが好ましく、さらに９５％以上であることがより好ましい。尚、全光透過率は、例えば、ＪＩＳ Ｋ７１０５で規定されている。

透光性絶縁体４および透光性絶縁体６の厚さは、例えば５０〜３００μｍの範囲であることが好ましい。透光性絶縁体４および透光性絶縁体６の厚さが３００μｍよりも厚くなると、透光性支持基体２や透光性支持基体３に良好な屈曲性を付与することが困難となり、透光性も低下するおそれがあるからである。また、透光性絶縁体４および透光性絶縁体６の厚さが５０μｍ未満であると、真空熱圧着時に、透光性絶縁体４および透光性絶縁体６が発光ダイオード２２周辺で変形してしまい好ましくない。

導電回路層５には、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の透明導電材料が用いられる。導電回路層５は、例えば、スパッタ法や電子ビーム蒸着法等を適用して薄膜を形成し、得られた薄膜をレーザ加工やエッチング処理等でパターニングすることにより形成することができる。

また、導電回路層５は、例えば平均粒子径が１０〜３００ｎｍの範囲の透明導電材料の微粒子と透明樹脂バインダとの混合物をスクリーン印刷等で回路形状に塗布したものや、上記混合物の塗布膜にレーザ加工やフォトリソグラフィによるパターニング処理を施して回路を形成したものであってもよい。

導電回路層５は、透明導電材料からなるものに限らず、金や銀等の不透明導電材料の微粒子をメッシュ状に付着させたものであってもよい。例えば、ハロゲン化銀のような不透明導電材料の感光性化合物を塗布した後、露光・現像処理を施してメッシュ状の導電回路層５を形成する。また、不透明導電材料微粒子を含むスラリーをスクリーン印刷等でメッシュ状に塗布して導電回路層５を形成してもよい。

導電回路層５は、透光性絶縁体４の表面に形成したときに透光性を示し、透光性支持基体２が得られるものであればよい。

導電回路層５は、透光性支持基体２の全光透過率（ＪＩＳ Ｋ７１０５）が１０％以上、また発光装置１全体としての全光透過率が１％以上となるような透光性を有していることが好ましい。発光装置１全体としての全光透過率が１％未満であると、発光点が輝点として認識されなくなる。導電回路層５自体の透光性は、その構成によっても異なるが、全光透過率が１０〜８５％の範囲であることが好ましい。

透光性支持基体２と透光性支持基体３との間の空間、すなわち複数の発光ダイオード２２の配置部分を除く空間には、透光性絶縁体１３が埋め込まれている。透光性絶縁体１３は、エラストマーを主成分として含む材料からなることが好ましく、また必要に応じて他の樹脂成分等を含んでいてもよい。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知られている。これらのうち、上述した特性を満足するアクリル系エラストマーは、透光性、電気絶縁性、屈曲性等に加えて、軟化時の流動性、硬化後の接着性、耐候性等に優れることから、透光性絶縁体１３の構成材料として好適である。

透光性絶縁体１３は、所定のビカット軟化温度、引張貯蔵弾性率、ガラス転移温度、融解温度等の特性を満足する透光性絶縁樹脂、特にエラストマーで構成されていることが好ましい。例えば、ビカット軟化温度が８０〜１６０℃の範囲で、０℃から１００℃の間の引張貯蔵弾性率が０．０１〜１０ＧＰａの範囲であることが好ましい。さらに、透光性絶縁体１３は、ビカット軟化温度で溶融しておらず、ビカット軟化温度における引張貯蔵弾性率が０．１ＭＰａ以上であることが好ましい。

透光性絶縁体１３は１８０℃以上の融解温度、もしくはビカット軟化温度より４０℃以上高い融解温度を有することが好ましい。加えて、透光性絶縁体１３は−２０℃以下のガラス転移温度を有することが好ましい。尚、ビカット軟化温度は、試験荷重１０Ｎ、昇温速度５０℃／時間の条件で、ＪＩＳ Ｋ７２０６（ＩＳＯ ３０６：２００４）に記載のＡ５０条件で求めた値である。

ガラス転移温度と融解温度は、ＪＩＳ Ｋ７１２１（ＩＳＯ ３１４６）に準拠した方法で、示差走査熱量計を用いて、５℃／分の昇温速度で、熱流束示差走査熱量測定により求めた値である。引張貯蔵弾性率は、ＪｌＳ Ｋ７２４４−１（ＩＳＯ ６７２１）に準拠して、動的粘弾性自動測定器を用いて、−１００℃から２００℃まで１℃／分で等速昇温し、周波数１０Ｈｚで求めた値である。

透光性絶縁体１３は、電極２８、２９の周囲にまで配置することができる。すなわち、電極２８、２９がそれぞれ発光ダイオード本体２７の電極形成面（例えば発光面）より小さい面積と電極形成面から突出した形状とを有する場合、電極２８、２９を導電回路層５に接触させた状態で、電極形成面内における電極２８、２９が形成されていない面（電極２８、２９の非形成面）と導電回路層５との間に空間が生じる。このような電極２８、２９の非形成面と導電回路層５との間の微小空間にも、透光性絶縁体１３を充填することが好ましい。

透光性絶縁体１３は、導電回路層５と電極２８、２９との接触性を高める上で、発光ダイオード２２の高さＴ_１より薄い厚さを有している。透光性絶縁体１３と密着している透光性支持基体２は、発光ダイオード２２が配置されている部分から隣接する発光ダイオード２２間の中間部分に向けて内側に湾曲した形状を有している。従って、透光性支持基体２は導電回路層５を電極２８、２９に押し付けている。これによって、導電回路層５と電極２８、２９との電気的な接続性やその信頼性を高めることができる。

発光ダイオード本体２７の発光面に設けられた電極２９は、活性層２５からの発光が外部へ放出されることを妨げないように、発光面より小さい面積を有している。図３は、本実施形態における導電回路層５と発光ダイオード２２との接続例を示している。発光ダイオード２２が、導電回路層５に接続される。導電回路層５は例えば透明導電材料であるが、先述したようにこれに限られない。また、導電回路層５のパターンもこれに限らず種々変更が可能である。

本実施形態によれば、発光ダイオードを埋設したフレキシブルな透光性発光装置において、例えば、パッド電極側が凹になるように屈曲されても、導電性バンプ３０によって十分な高さが確保できるので、短絡を防止することができる。

＜製造方法＞
図４Ａ〜図４Ｄは、本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。本実施形態に係る発光装置の製造方法について、図４Ａ〜図４Ｄを参照して説明する。

まず、電極２８と電極２９（アノード電極とカソード電極もしくはカソード電極とアノード電極）を形成した発光ダイオード２２を用意する。

次に、発光ダイオード２２の電極２８，２９の双方に導電性バンプ３０を形成する。導電性バンプ３０の形成方法は、ワイヤバンプ加工機を使ってＡｕワイヤもしくはＡｕ合金ワイヤから金もしくは金合金バンプを作る方法を採用することができる。用いるワイヤ径は、１５μｍ以上７５μｍ以下が好ましい。

本実施形態では、ワイヤボンディング装置を用い、ワイヤ先端を放電しその金属を溶融させてボールを形成した後、超音波を与えてパッド電極と接続する。そして、パッド電極にボールが接続された状態で、ボールからワイヤを切り離す。

＜丸め処理＞
ボール頂部に残った微小な突起はそのまま残してもよいが、所望によりボール上面を押圧してボール上面の丸め処理を行ってもよい。後者の場合、タンピング処理は、樹脂シートを介してプレス機で行っても良いし、ワイヤボンディング装置の治具先端でボール上面をプレスするようにしても良い。押圧による丸め処理を行った場合は、ボール上面の曲率はボール下部よりやや大きくなる。

図５は、丸め処理前のバンプ（ボール）形状の模式図である。図５に示すように、導電性バンプ３０には、バンプ形成時に切り取ったワイヤが残っている。この残りは、テールと称される。導電性バンプ３０の形状は、ＬＥＤパッド電極に接している面の直径をＡ、バンプの高さをＢとした場合、Ｂ／Ａ＝０．２〜０．７を満たしていることが望ましい。そこで、係る数値範囲からはずれるようなテールについては、丸め処理を施す。

図６Ａ〜図６Ｃは、治具を使用した丸め処理を説明する図である。バンプを形成後、バンプボンディング装置ステージ（図示しない）に発光ダイオードを配置する（図６Ａ参照）。バンプボンディング装置に取り付けられ、バンプより硬い冶具を、その下面が電極と平行になった状態で、バンプ上部へ押し付ける（図６Ｂ参照）。このとき、バンプの高さが所望の高さＢになるまで、治具を押し付ける。結果、バンプ形成時において、ワイヤを切り離すときに上部に残ったワイヤが冶具に押しつぶされ（図６Ｃ参照）、バンプに突起の無い連続面が形成される。

図７Ａ〜図７Ｃは、樹脂シートを用いたプレス加工による丸め処理を説明する図である。図８Ａは、プレス前の発光ダイオードの配置を示す図である。図８Ｂは、プレス後のＬＥＤチップの配置を説明する図である。プレス装置のプレス下板に、形成されたバンプ高さＢにＬＥＤチップ厚を加えた高さより厚い樹脂シート２００を配置し、前記樹脂シート２００にバンプを形成したＬＥＤチップを配置し、さらに、形成されたバンプ高さＢにＬＥＤチップ厚を加えた高さより厚い樹脂シート１００をＬＥＤチップ上部に配置する（図７Ａ参照）。ここで、樹脂シート１００，２００は、例えば、ＰＥＴ、フッ素樹脂、ＴＰＸ、オレフィン等を使用することができる。

図８Ａに示すように、プレス装置プレス上板及びプレス下板で上記発光ダイオードを挟み込むように圧力をかけてプレスすると（図７Ｂ参照）、図８Ｂに示すように、発光ダイオードのバンプ形成面は樹脂シート１００に埋め込まれる。また、ＬＥＤチップのバンプ形成面の反対面は樹脂シート２００に埋め込まれる。

図８Ｂに示すようにプレス後、樹脂シート１００，２００を引き剥がす。結果、ＬＥＤチップに形成されたバンプの、バンプ形成時にワイヤを切り離す時に上部に残ったワイヤが樹脂シート１００に押しつぶされ、バンプ上部に連続な面が形成される（図７Ｃ参照）。このとき樹脂硬度、プレス圧力を調整することにより、バンプ高さＢを調整することができる。尚、プレス時に樹脂シート２００を配置せずにプレス下板に直接ＬＥＤチップを配置しても良い。

樹脂シートのプレス加工手法によった場合、冶具による丸め方法と比較すると、バンプ上部に形成された連続面は、曲面となる。かくして金属ボールによりパッド電極上に導電性バンプを形成するが、ワイヤバンプ以外に電解メッキや無電解メッキ、金属微粒子を含むインクを用いたインクジェット塗布、金属微粒子を含んだペーストの塗布や印刷、ボールマウントやペレットマウント異方性導電膜の熱圧着などにより金や銀や銅やニッケルなどの金属、金スズ合金などの合金や共晶やアモルファス、ハンダなどを用いることができる。

次に、透光性絶縁体４とその表面に形成された導電回路層５とを有する透光性支持基体２と、透光性絶縁体６のみからなる透光性支持基体３とを用意する。導電回路層５の構成材料や形成方法等は上述した通りである。

次に、８０〜１６０℃の範囲のビカット軟化温度を有する透光性絶縁樹脂シート１３’を用意する。透光性絶縁樹脂シート１３’は、上述したビカット軟化温度に加えて、０℃から１００℃の間の引張貯蔵弾性率が０．０１〜１０ＧＰａの範囲で、ビカット軟化温度で溶融していないと共に、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℃以上もしくはビカット軟化温度より４０℃以上高く、ガラス転移温度が−２０℃以下である樹脂を主成分とすることが好ましい。透光性絶縁樹脂シート１３’は、エラストマーシートが好ましく、さらにアクリル系エラストマーシートがより好ましい。

次に、透光性支持基体２の導電回路層５上に、導電回路層５全体を覆うように透光性絶縁樹脂シート１３’を配置する（図４Ａ参照）。例えば、透光性絶縁樹脂シート１３’を接着剤にて仮付する。

透光性絶縁樹脂シート１３’は、導電回路層５上の発光ダイオード２２の配置位置となる部分を含めて、導電回路層５全体、さらに透光性絶縁体４全体を覆うことが可能な形状を有している。透光性絶縁樹脂シート１３’上に複数の発光ダイオード２２を配置する（図４Ｂ参照）。発光ダイオード２２は電極２８，２９が透光性絶縁樹脂シート１３’側に位置するように、言い換えると導電回路層５側に位置するように配置される。発光ダイオード２２上に透光性支持基体３を配置する（図４Ｃ参照）。

図４Ａ〜図４Ｃに示す工程を実施することで、発光ダイオード２２は電極２８，２９が導電回路層５側に位置した状態で、透光性支持基体２と透光性支持基体３との間に配置される。

透光性絶縁樹脂シート１３’は、以下に示す真空熱圧着工程で透光性支持基体２と透光性支持基体３との間の空間、すなわち発光ダイオード２２を配置することにより生じる透光性支持基体２と透光性支持基体３との間隙に基づく空間を十分に埋めることが可能な厚さを有していればよい。

具体的には、透光性絶縁樹脂シート１３’の厚さは、発光ダイオード２２の高さに基づく透光性支持基体２と透光性支持基体３との間隙を十分に埋めることが可能であればよい。透光性絶縁体１３の厚さ（Ｔ）を発光ダイオード２２の高さ（Ｈ）より薄くする場合には、これらの差（Ｈ−Ｔ）に対応させて透光性絶縁樹脂シート１３’の厚さを設定すればよい。

次に、図４Ｄに示すように、透光性支持基体２と透光性絶縁樹脂シート１３’と発光ダイオード２２と透光性支持基体３とが順に積層された積層体を、真空雰囲気中で加熱しながら加圧する。

真空雰囲気中における積層体の加熱・加圧工程（真空熱圧着工程）は、積層体を、透光性絶縁樹脂シート１３’のビカット軟化温度Ｍｐ（℃）に対し、Ｍｐ−１０（℃）≦Ｔ≦Ｍｐ＋３０（℃）の範囲の温度Ｔまで加熱するとともに、加圧することが好ましい。より好ましい加熱温度は、Ｍｐ−１０（℃）≦Ｔ≦Ｍｐ＋１０（℃）の範囲である。

このような加熱条件を適用することによって、透光性絶縁樹脂シート１３’を適度に軟化させた状態で積層体を加圧することができる。透光性絶縁樹脂シート１３’を介して導電回路層５上に配置された電極２８、２９を導電回路層５の所定の位置に接続しつつ、透光性支持基体２と透光性支持基体３との間に軟化させた透光性絶縁樹脂シート１３’を埋め込んで透光性絶縁体１３を形成することができる。

積層体の真空熱圧着時の加熱温度Ｔが、透光性絶縁樹脂シート１３’のビカット軟化温度Ｍｐより１０（℃）低い温度未満（Ｔ＜Ｍｐ−１０）であると、透光性絶縁樹脂シート１３’の軟化が不十分となり、透光性絶縁樹脂シート１３’（ひいては透光性絶縁体１３）の発光ダイオード２２に対する密着性が低下するおそれがある。加熱温度Ｔが透光性絶縁樹脂シート１３’のビカット軟化温度Ｍｐより３０（℃）高い温度を超える（Ｍｐ＋３０＜Ｔ）と、透光性絶縁樹脂シート１３’が軟化しすぎて形状不良等が生じるおそれがある。

＜熱圧着工程＞
積層体の真空雰囲気中での熱圧着工程は、以下のようにして実施することが好ましい。上述した積層体を予備加圧して各構成部材間を密着させる。次いで、予備加圧された積層体が配置された作業空間を真空引きした後、積層体を上記したような温度に加熱しながら加圧する。このように、予備加圧された積層体を真空雰囲気中で熱圧着することによって、透光性支持基体２と透光性支持基体３との間の空間に軟化させた透光性絶縁樹脂シート１３’を隙間なく埋め込むことができる。

熱圧着時の真空雰囲気は５ｋＰａ以下とすることが好ましい。予備加圧工程を省くことも可能であるが、この場合には積層体に位置ずれ等が生じやすくなるため、予備加圧工程を実施することが好ましい。

積層体の熱圧着工程を大気雰囲気下や低真空下で実施すると、熱圧着後の発光装置１内、とりわけ発光ダイオード２２の周囲に気泡が残存しやすい。発光装置１内に残留する気泡は加圧されているため、熱圧着後の発光装置１の膨れや発光ダイオード２２の透光性支持基体２，３から剥離の発生原因となる。さらに、発光装置１の内部、とりわけ発光ダイオード２２の近傍に気泡や膨れが存在していると、光が不均一に散乱されたりして、発光装置１の外観上の問題となるので好ましくない。

以上のようにして、導電回路層５と発光ダイオード２２の電極２８，２９との間に透光性絶縁樹脂シート１３’を介在させた状態で、真空熱圧着工程を実施することによって、電極２８，２９と導電回路層５とを電気的に接続しつつ、発光ダイオード２２の周囲に密着させた透光性絶縁体１３を形成することができる。さらに、発光ダイオード本体２７の発光面内における電極２８，２９の非形成面と導電回路層５との間の空間に、透光性絶縁体１３の一部を良好に充填することができる。

本実施形態に係る製造方法によれば、導電回路層５と発光ダイオード２２の電極２８，２９との電気的な接続性やその信頼性を高めた発光装置１を再現性よく製造することができる。

図１３は、発光装置１を構成する発光ダイオード２２と、その周辺に位置する透光性絶縁体１３、導電回路層５、透光性絶縁基体４，６を示す図である。また、図１４は、発光ダイオード２２の電極２８，２９に形成された導電性バンプ３０を拡大して示す図である。図１３，図１４を参照するとわかるように、発光装置１では、導電回路層５は、発光ダイオード２２の導電性バンプ３０に接する接触領域が、導電性バンプ３０に沿って窪んだ状態になっている。これにより、導電性バンプ３０と導電回路層５とが接触する面積を増加させることができる。その結果、導電性バンプ３０と導電回路層５との間の抵抗を小さくすることが可能となる。

本実施形態では、透光性絶縁体１３が単層のシートの場合を示したが、透光性絶縁体１３を２枚の透光性絶縁樹脂シートとし、この２枚の透光性絶縁樹脂シートの間に発光ダイオードを挟んだ状態で透光性支持基体２と透光性支持基体３を加圧して図２に示した構成を得るようにしても良い。

また、その際、透光性支持基体３を仮の基体とし、全体を加圧して電極２８，２９と導電回路層５の電気的接続を得た後、２枚のうち電極２８，２９と反対側の透光性樹脂シートを剥し、あらためて剥したのと同じ厚みを持つ透光性樹脂シートと最終的な透光性支持基体３を被せて図２に示した構成を得るようにしてもよい。

《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態に係る発光装置について、図面を参照して説明する。なお、第１の実施形態に係る発光装置と同等の構成については、説明を省略する。

図９は、実施形態に係る発光装置１の概略構成を示す模式断面図である。また、図１０は、図９に示す発光装置１の一部を拡大して示す断面図である。本実施形態に係る発光装置は、当該発光装置を構成する発光ダイオードが、両面に電極を有している点で、第１の実施形態に係る発光装置と相違している。

図９に示すように、発光装置１は、大略、透光性支持基体２と、透光性支持基体３と、発光ダイオード８と、透光性絶縁体１３を備えている。

透光性支持基体２は、透光性絶縁体４とその表面に形成された導電回路層５とを備えている。透光性支持基体３は、透光性絶縁体６とその表面に形成された導電回路層７を備えている。

透光性支持基体２と透光性支持基体３とは、導電回路層５と導電回路層７とが対向するように、それらの間に所定の間隙を設けて配置されている。透光性絶縁体４と透光性絶縁体６の間の発光ダイオード８と導電回路層５および導電回路層７以外の部分には、透光性絶縁体１３が存在している。

透光性支持基体２の導電回路層５を有する表面と透光性支持基体３の導電回路層７表面との間には、単独もしくは複数の発光ダイオード８が配置されている。発光ダイオード８は、発光面側に電極９を、反対面側に電極１０を有している。電極９は導電回路層５に、電極１０は導電回路層７にそれぞれ電気的に接続している。

発光ダイオード８としては、ＰＮ接合を有する発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）を用いることができる。なお、発光ダイオード８は、ＬＥＤチップに限られるものではなく、レーザダイオード（ＬＤ）チップ等であってもよい。発光ダイオード８としては、例えば、Ｎ型の半導体基板上にＰ型の半導体層を形成したもの、Ｐ型の半導体基板上にＮ型の半導体層を形成したもの、半導体基板上にＮ型の半導体層とＰ型の半導体層とを形成したもの、Ｐ型の半導体基板上にＰ型のへテロ半導体層とＮ型のへテロ半導体層を形成したもの、Ｎ型の半導体基板上にＮ型のへテロ半導体層とＰ型のへテロ半導体層を形成したもののいずれでもよい。また、ＬＥＤをＣｕＷ等の金属支持基板やＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ等の半導体支持基板にボンディングさせ、Ｐ−Ｎ接合を最初の半導体基板から支持基板に移動させたタイプのＬＥＤでもよい。

本実施形態で用いる発光ダイオード８は、図１０に示すように、Ｐ型の半導体層１６もしくは１７、Ｎ型の半導体層１７もしくは１６に挟まれた発光層（ＰＮ接合界面やダブルヘテロ接合構造の発光部位）１１を有する発光ダイオード本体１２と、発光ダイオード本体１２の上面及び下面に設けられた電極９と電極１０とを備えている。

図１０に示すように、電極９は、導電回路層５と導電性バンプ２０を介して接触することで、導電回路層５と電気的に接続されている。電極１０は、導電回路層７と接触することで、導電回路層７と電気的に接続されている。

発光ダイオード８は、電極９，１０を介して印加される直流電圧により点灯する。また、発光ダイオード本体１２には、光反射層や電流拡散層や透明電極等が介在していてもかまわない。この場合、発光ダイオード本体１２は、光反射層や電流拡散層や透明電極を含む。

導電性バンプ２０は、第１の実施形態に係る導電性バンプと同等の構成を有している。導電性バンプ２０の高さは、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、１０μｍ以上３０μｍ以下である。導電性バンプ２０の高さが５μｍ未満だと、導電回路層５と半導体層１６との短絡を防ぐ効果が弱くなり好ましくない。一方、導電性バンプ２０の高さが５０μｍを超えてしまうと、発光装置の製造工程における真空熱プレス工程で、導電性バンプ２０が第１の支持基体を変形させて外観不良や接続不良を生じさせるため好ましくない。

また、後述する実施例と表１で詳述するように、ＬＥＤチップの表面からバンプの先端までの垂直距離ａとバンプの平面方向での中心位置とＬＥＤチップの端部までの最大距離ｂの比ａ／ｂが０．１２０以上かつ０．４００以下であることが、本発明による発光装置の信頼性を確保する上で好ましく、比ａ／ｂはより好ましくは０．１３０以上０．３８０以下である。

また、ＬＥＤチップの電極９と導電性バンプ２０の接触面積は１００μｍ２以上１５，０００μｍ２以下が好ましく、より好ましくは４００μｍ２以上８，０００μｍ２以下が好ましい。これらの各寸法は室温と被測定物の温度が２０℃±２℃で安定した環境下で計測した値である。

導電回路層５，導電回路層７は、それぞれ透光性絶縁基体４，６の表面に形成されている。導電回路層７は、第１の実施形態で説明した導電回路層５と同等の構成を有している。

透光性支持基体２と透光性支持基体３との間における複数の発光ダイオード８の配置部分を除く部分には、透光性絶縁体１３が埋め込まれている。透光性絶縁体１３は、ビカット軟化温度で溶融しておらず、ビカット軟化温度における引張貯蔵弾性率が０．１ＭＰａ以上であることが好ましい。透光性絶縁体１３は、１８０℃以上の融解温度、もしくはビカット軟化温度より４０℃以上高い融解温度を有することが好ましい。加えて、透光性絶縁体１３は、−２０℃以下のガラス転移温度を有することが好ましい。

透光性絶縁体１３の構成材料としてのエラストマーは、それを用いて形成した透光性絶縁体１３の導電回路層５，７に対する引き剥がし強度（ＪＩＳ Ｃ５０６１ ８．１．６の方法Ａによる）が０．４９Ｎ／ｍｍ以上であることがさらに好ましい。

上述したビカット軟化温度と引張貯蔵弾性率と融解温度とを有するエラストマー等を用いることによって、複数の発光ダイオード８に密着させた状態で透光性絶縁体１３を、透光性支持基体２と透光性支持基体３との間に埋め込むことができる。言い換えると、導電回路層５と電極９（バンプ付き第１の電極。以下同じ）との接触状態および導電回路層７と電極１０との接触状態が、発光ダイオード８の周囲に密着した状態で配置された透光性絶縁体１３により維持される。

従って、特に発光装置１に屈曲試験や熱サイクル試験（ＴＣＴ）等を施した際の、導電回路層５と電極９および導電回路層７と電極１０との電気的な接続信頼性を高めることができる。

透光性絶縁体１３のビカット軟化温度が１６０℃を超えると、後述する透光性絶縁体１３の形成工程で透光性絶縁樹脂シートを十分に変形させることができず、これにより導電回路層５と電極９および導電回路層７と電極１０との電気的な接続性が低下する。透光性絶縁体１３のビカット軟化温度が８０℃未満であると発光ダイオード８の保持力が不足し、導電回路層５と電極９および導電回路層７と電極１０との電気的な接続信頼性が低下する。透光性絶縁体１３のビカット軟化温度は１００℃以上であることが好ましい。導電回路層５と電極９および導電回路層７と電極１０との電気的な接続信頼性をさらに高めることができる。透光性絶縁体１３のビカット軟化温度は１４０℃以下であることが好ましい。導電回路層５と電極９および導電回路層７と電極１０との電気的な接続性をより有効に高めることができる。

透光性絶縁体１３の０℃から１００℃の間の引張貯蔵弾性率が０．０１ＧＰａ未満である場合にも、導電回路層５と電極９および導電回路層７と電極１０との電気的な接続性が低下する。

発光ダイオード８やその電極９，第２の１０は微細であるため、後述する真空熱圧着時に複数の発光ダイオード８の電極９，電極１０を正確に導電回路層５，導電回路層７の所定の位置に接続するためには、室温から真空熱圧着工程の加熱温度付近に至るまで、透光性絶縁樹脂シート１３’が比較的高い貯蔵弾性を維持する必要がある。

真空熱圧着時に樹脂の弾性が低下すると、加工途中で発光ダイオード８の傾きや横方向への微細な移動が起きて、電極９，電極１０と導電回路層５，導電回路層７とを電気的に接続することができなかったり、接続抵抗が増加する等の事象が発生しやすくなる。これは発光装置１の製造歩留りや信頼性を低下させる要因となる。これを防止するために、０℃から１００℃の間の引張貯蔵弾性率が０．０１ＧＰａ以上の透光性絶縁体１３を適用する。

ただし、貯蔵弾性が高すぎると発光装置１の耐屈曲性等が低下するため、０℃から１００℃の間の引張貯蔵弾性率が１０ＧＰａ以下の透光性絶縁体１３を適用する。透光性絶縁体１３の０℃から１００℃の間の引張貯蔵弾性率は０．１ＧＰａ以上であることが好ましく、また７ＧＰａ以下であることが好ましい。

透光性絶縁体１３を構成するエラストマー等がビカット軟化温度で溶融しておらず、かつビカット軟化温度における引張貯蔵弾性率が０．１ＭＰａ以上であると、真空熱圧着時における電極９，１０と導電回路層５，導電回路層７との縦位置精度をより一層高めることができる。

このような点から、透光性絶縁体１３を構成するエラストマーは１８０℃以上の融解温度、もしくはビカット軟化温度より４０℃以上高い融解温度を有することが好ましい。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１ＭＰａ以上であることがより好ましい。また、エラストマーの融解温度は２００℃以上、もしくはビカット軟化温度より６０℃以上高いことがより好ましい。

さらに、透光性絶縁体１３は発光装置１の製造性のみならず、低温から高温に至る広い温度範囲で発光装置１の耐屈曲性や耐熱サイクル特性を向上させるために、上記したビカット軟化温度と引張貯蔵弾性率とガラス転移温度の特性バランスが重要である。上述した引張貯蔵弾性率を有するエラストマーを使用することで、発光装置１の耐屈曲性や耐熱サイクル特性を高めることができる。

ただし、屋外用途や屋内でも冬期の生活環境によっては、低温での耐屈曲性や耐熱サイクル特性が求められる。エラストマーのガラス転移温度が高すぎると、低温環境下における発光装置１の耐屈曲性や耐熱サイクル特性が低下するおそれがある。このため、ガラス転移温度が−２０℃以下のエラストマーを使用することが好ましい。このようなガラス転移温度と引張貯蔵弾性率とに基づいて、発光装置１の低温から高温に至る広い温度範囲での耐屈曲性や耐熱サイクル特性を向上させることができる。エラストマーのガラス転移温度は−４０℃以下であることがより好ましい。

透光性絶縁体１３の厚さは、発光ダイオード８の高さに基づく透光性支持基体２と透光性支持基体３との間隙と同等であってもよいが、導電回路層５，導電回路層７と電極９，１０との接触性を高める上で、発光ダイオード８の高さより薄いことが好ましい。さらに、透光性絶縁体１３の厚さ（Ｔ）は、発光ダイオード８の高さ（Ｈ）との差（Ｈ−Ｔ）が５〜２００μｍの範囲になるように設定することがより好ましい。

ただし、透光性絶縁体１３の厚さ（Ｔ）を薄くしすぎると、透光性絶縁体１３の形状を維持することが困難となったり、また発光ダイオード８に対する密着性等が低下するおそれがあるため、発光ダイオード８の高さ（Ｈ）と透光性絶縁体１３の厚さ（Ｔ）との差（Ｈ−Ｔ）は、発光ダイオード８の高さ（Ｈ）の１／２以下とすることが好ましい。

本実施形態によれば、発光ダイオードを埋設したフレキシブルな透光性発光装置において、屈曲されても、導電性バンプ２０によって十分な高さが確保できるので、短絡を防止することができる。

＜製造方法＞
図１１Ａ〜図１１Ｄは、本実施形態に係る発光装置の製造方法を説明する図である。本実施形態に係る発光装置１の製造方法について、図１１Ａ〜図１１Ｄを参照して説明する。

まず、一側に電極９と他側に電極１０（アノード電極とカソード電極もしくはカソード電極とアノード電極）を形成した発光ダイオード８を用意する。次に、ＬＥＤチップの電極９（電極パッド）に、導電性バンプ２０を形成する。導電性バンプ２０の形成方法は、ワイヤバンプ加工機を使ってＡｕワイヤもしくはＡｕ合金ワイヤから金もしくは金合金バンプを作る方法を採用することができる。用いるワイヤ径は、１５μｍ以上７５μｍ以下が好ましい。

本実施形態では、ワイヤボンディング装置を用い、ワイヤ先端を放電しその金属を溶融させてボールを形成した後、超音波を与えてパッド電極と接続する。そして、パッド電極にボールが接続された状態で、ボールからワイヤを切り離す。バンプ２０ついては、第１の実施形態に係るバンプ３０と同様に丸め処理を行う。この丸め処理は、樹脂シートを用いて行ってもよい。その場合には、

図１２Ａは、プレス前の発光ダイオードの配置を示す図である。図１２Ｂは、プレス後の発光ダイオードの配置を示す図である。図１２Ａに示すように、プレス装置プレス上板、下板で上記発光ダイオードを挟み込むように圧力をかけてプレスすると、図１２Ｂに示すように、発光ダイオードのバンプ形成面は樹脂シート１００に埋め込まれる。また、発光ダイオードのバンプ形成面の反対面は樹脂シート２００に埋め込まれる。

図１２Ｂに示すようにプレス後、樹脂シート１００，２００を引き剥がす。結果、ＬＥＤチップに形成されたバンプの、バンプ形成時にワイヤを切り離す時に上部に残ったワイヤが樹脂シート１００に押しつぶされ、バンプ上部に連続な面が形成される（図７Ｃ参照）。このとき樹脂硬度、プレス圧力を調整することにより、バンプ高さＢを調整することができる。尚、プレス時に樹脂シート２００を配置せずにプレス下板に直接ＬＥＤチップを配置しても良い。

次に、透光性絶縁体４とその表面に形成された導電回路層５とを有する透光性支持基体２と、透光性絶縁体６とその表面に形成された導電回路層７とを有する透光性支持基体３とを用意する。導電回路層５，導電回路層７の構成材料や形成方法等は上述した通りである。

次に、８０〜１６０℃の範囲のビカット軟化温度を有する透光性絶縁樹脂シート１４を用意する。透光性絶縁樹脂シート１４は、上述したビカット軟化温度に加えて、０℃から１００℃の間の引張貯蔵弾性率が０．０１〜１０ＧＰａの範囲で、ビカット軟化温度で溶融していないと共に、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℃以上もしくはビカット軟化温度より４０℃以上高く、ガラス転移温度が−２０℃以下である樹脂を主成分とすることが好ましい。透光性絶縁樹脂シート１４は、エラストマーシートが好ましく、さらにアクリル系エラストマーシートがより好ましい。

次に、透光性支持基体２の導電回路層５上に、導電回路層５全体を覆うように透光性絶縁樹脂シート１４を配置する（図１１Ａ参照）。透光性絶縁樹脂シート１４は、導電回路層５上の発光ダイオード８の配置位置となる部分を含めて、導電回路層５全体、さらに透光性絶縁体４全体を覆うことが可能な形状を有している。

次いで、透光性絶縁樹脂シート１４上に複数の発光ダイオード８を配置する（図１１Ｂ参照）。発光ダイオード８は、導電性バンプ２０が形成された電極９が透光性絶縁樹脂シート１４側に位置するように、言い換えると導電回路層５側に位置するように配置される。

さらに、発光ダイオード８上に、透光性絶縁体表面に導電回路層７が形成された透光性支持基体３を配置する（図１１Ｃ参照）。

図１１Ａ〜図１１Ｃに示す工程を実施することによって、発光ダイオード８は電極９が透光性絶縁樹脂シート１４側に位置し、かつ電極１０が透光性支持基体３側に位置するように、透光性絶縁樹脂シート１４と透光性支持基体３との間に配置される。

透光性絶縁樹脂シート１４は、以下に述べる真空熱圧着工程で透光性支持基体２と透光性支持基体３との間の空間、すなわち発光ダイオード８を配置することにより生じる透光性支持基体２と透光性支持基体３との間隙に基づく空間を十分に埋めることが可能な厚さを有していればよい。

具体的には、透光性絶縁樹脂シート１４の厚さは、前述した発光ダイオード８の高さに基づく透光性支持基体２と透光性支持基体３との間隙を十分に埋めることが可能であれはよい。また、透光性絶縁体１３の厚さ（Ｔ）を発光ダイオード８の高さ（Ｈ）より薄くする場合には、これらの差（Ｈ−Ｔ）に対応させて透光性絶縁樹脂シート１４の厚さを設定すればよい。

次に、図１１Ｄに示すように、透光性支持基体２、透光性絶縁樹脂シート１４、発光ダイオード８、透光性支持基体２とが順に積層された積層体を真空雰囲気中で加熱しながら加圧する。

真空雰囲気中における積層体の加熱・加圧工程（真空熱圧着工程）は、透光性絶縁樹脂シート１４のビカット軟化温度Ｍｐ（℃）に対し、Ｍｐ−１０（℃）≦Ｔ≦Ｍｐ＋３０（℃）の範囲の温度Ｔまで加熱するとともに、加圧することが好ましい。より好ましい加熱温度は、Ｍｐ−１０（℃）≦Ｔ≦Ｍｐ＋１０（℃）の範囲である。このような加熱条件を適用することによって、透光性絶縁樹脂シート１４を適度に軟化させた状態で積層体を加圧することができる。

従って、透光性絶縁樹脂シート１４を介して導電回路層５上に配置されたバンプ付き電極９を導電回路層５の所定の位置に接続し、かつ電極１０を導電回路層７の所定の位置に接続しつつ、透光性支持基体２と透光性支持基体３との間に軟化させた透光性絶縁樹脂シート１４を埋め込んで透光性絶縁体１３を形成することができる。

積層体の真空熱圧着時の加熱温度Ｔが、透光性絶縁樹脂シート１４のビカット軟化温度Ｍｐより１０（℃）低い温度未満（Ｔ＜Ｍｐ−１０）であると、透光性絶縁樹脂シート１４の軟化が不十分となり、透光性絶縁樹脂シート１４（ひいては透光性絶縁体１３）の発光ダイオード８に対する密着性が低下するおそれがある。

さらに、発光ダイオード本体１２の発光面内における電極９の非形成面と導電回路層５との間の空間に、透光性絶縁樹脂シート１４（ひいては透光性絶縁体１３）の一部を良好に充填することができないおそれがある。加熱温度Ｔが透光性絶縁樹脂シート１４のビカット軟化温度Ｍｐより３０（℃）高い温度を超える（Ｍｐ＋３０＜Ｔ）と、透光性絶縁樹脂シート１４が軟化しすぎて形状不良等が生じるおそれがある。

電極１０と導電回路層７との接続は、直接コンタクトでも良いし、導電性接着剤等を介してもよい。

＜熱圧着工程＞
積層体の真空雰囲気中での熱圧着工程は、以下のようにして実施することが好ましい。上述した積層体を予備加圧して各構成部材間を密着させる。次いで、予備加圧された積層体が配置された作業空間を真空引きした後、積層体を上記したような温度に加熱しながら加圧する。このように、予備加圧された積層体を真空雰囲気中で熱圧着することによって、透光性支持基体２と透光性支持基体３との間の空間に軟化させた透光性絶縁樹脂シート１４を隙間なく埋め込むことができる。

熱圧着時の真空雰囲気は５ｋＰａ以下とすることが好ましい。予備加圧工程を省くことも可能であるが、この場合には積層体に位置ずれ等が生じやすくなるため、予備加圧工程を実施することが好ましい。

積層体の熱圧着工程を大気雰囲気下や低真空下で実施すると、熱圧着後の発光装置１内、とりわけ発光ダイオード８の周囲に気泡が残存しやすい。発光装置１内に残留する気泡は加圧されているため、熱圧着後の発光装置１の膨れや発光ダイオード８の透光性支持基体２，３から剥離の発生原因となる。さらに、発光装置１の内部、とりわけ発光ダイオード８の近傍に気泡や膨れが存在していると、光が不均一に散乱されたりして、発光装置１の外観上の問題となるので好ましくない。

本実施形態では、透光性絶縁体１３の各種特性や真空熱圧着条件等に基づいて、発光装置１内の気泡の発生を抑制することができる。発光装置１内には、外径が５００μｍ以上または発光ダイオード８の外形サイズ以上の大きさを有する気泡が存在していないことが好ましい。

積層体の真空熱圧着時に加える加圧力は、加熱温度、透光性絶縁樹脂シート１４の材質、厚さ、最終的な透光性絶縁体１３の厚さ等によっても異なるが、通常０．５〜２０ＭＰａの範囲であり、さらに１〜ｌ２ＭＰａの範囲とすることが好ましい。このような加圧力を適用することによって、透光性支持基体２と透光性支持基体３との間隙に対する軟化させた透光性絶縁樹脂シート１４の埋め込み性を高めることができる。さらに、発光ダイオード８の特性低下や破損等を抑制することができる。

上述したように、導電回路層５と発光ダイオード８の電極９との間に透光性絶縁樹脂シート１４を介在させ状態で、真空熱圧着工程を実施することによって、バンプ付き電極９と導電回路層５および電極１０と導電回路層７とを電気的に接続しつつ、発光ダイオード８の周囲に密着させた透光性絶縁体１３が得られる。さらに、発光ダイオード本体１２の発光面内における電極９の非形成面と導電回路層５との間の空間に、透光性絶縁体１３の一部を良好に充填することができ、気泡の残留が抑制される。これらによって、導電回路層５，７と電極９，１０との電気的な接続信頼性を高める発光装置１を得ることが可能になる。

本実施形態に係る製造方法によれば、導電回路層５，導電回路層７と発光ダイオード８の電極９，１０との電気的な接続性やその信頼性を高めた発光装置を再現性よく製造することができる。

また、図１３，図１４を参照するとわかるように、発光装置１では、導電回路層５は、発光ダイオード８の導電性バンプ２０に接する接触領域が、導電性バンプ２０に沿って窪んだ状態になっている。これにより、導電性バンプ２０と導電回路層５とが接触する面積を増加させることができる。その結果、導電性バンプ２０と導電回路層５との間の抵抗を小さくすることが可能となる。

本実施形態では、透光性絶縁体が単層のシートの場合を示したが、透光性絶縁体を２枚の透光性絶縁樹脂シートとし、この２枚の透光性絶縁樹脂シートの間に発光ダイオードを挟んだ状態で第１の透光性支持基体と第２の透光性支持基体を加圧して図１０に示した構成を得るようにしても良い。

次に、具体的な実施例とその評価結果について述べる。

表１の実施例１から実施例７および比較例１から比較例７に示すＬＥＤチップを用意した。チップ厚さはいずれも１５０μｍであった。ＬＥＤチップの第１の電極上に金ワイヤボンダによりバンプを形成し、丸め処理をすることで表１に示す高さのバンプを作製した。

次に、バンプを形成しない第１および第２の透光性支持基体として、厚さが１８０μｍのポリエチレンテレフタレートシートを用意した。この基体表面に銀メッシュ電極を形成することで、導電回路層を作製した。

透光性絶縁樹脂シートとして、ビカット軟化温度が１１０℃、融解温度が２２０℃、ガラス転移温度が−４０℃、０℃における引張貯蔵弾性率が１．１ＧＰａ、１００℃における引張貯蔵弾性率が０．３ＧＰａ、ビカット軟化点である１１０℃における引張貯蔵弾性率が０．２ＧＰａで、厚さが６０μｍのアクリル系エラストマーシートを第１および第２の透光性絶縁樹脂シートとして用意した。

ビカット軟化温度は、安田精機製作所社製の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条件で求めた。

ガラス転移温度と融解温度は、ＪＩＳ Ｋ７１２１（ＩＳＯ ３１４６）に準拠した方法で、島津製作所社製の示差走査熱量計ＤＳＣ−６０を用いて、５℃／分の昇温速度で、熱流束示差走査熱量測定により求めた。

引張貯蔵弾性率はＪＩＳ Ｋ７２４４−４（ＩＳＯ ６７２１−４）に準拠して、エー・アンド・ディ社製の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。

第２の透光性支持基体の導電回路層上に、導電回路層および透光性絶縁体の全体を覆うように第２の透光性絶縁樹脂シートを載せ、第２の透光性絶縁樹脂シート上の所定の位置に６個のＬＥＤチップを配置した。６個のＬＥＤチップは、それぞれ第２の電極が第２の透光性絶縁樹脂シート側に位置するように配置した。６個のＬＥＤチップ上に第１の透光性絶縁樹脂シートと第１の透光性支持基体とを積層した。第１の透光性絶縁樹脂シートは、第１の透光性支持基体の導電回路層が第１の透光性絶縁樹脂シート側に位置するように配置した。第１の透光性絶縁樹脂シートは第１の透光性支持基体の導電回路層および透光性絶縁体の全体を覆う形状を有している。

次に、第２の透光性支持基体と第２の透光性絶縁樹脂シートとＬＥＤチップと第１の透光性絶縁樹脂シートと第１の透光性支持基体とを順に積層した積層体を０．１ＭＰａの圧力で予備プレスした後、作業空間を０．１ｋＰａまで真空引きした。５ｋＰａの真空雰囲気中にて積層体を１２０℃に加熱しながら９．８ＭＰａの圧力でプレスした。この加熱・加圧状態を１０分間維持することによって、ＬＥＤチップの電極と導電回路層とを電気的に接続しつつ、第１の透光性支持基体と第２の透光性支持基体との間に第１および第２の透光性絶縁樹脂シートを埋め込んで透光性絶縁体を形成した。

この後、外部配線を導電回路層に接続して、６個のＬＥＤチップが直列に接続され、外部回路から電流を供給することで発光する発光装置を各々１２個作製した。また比較例８、比較例９としてバンプを形成していないＬＥＤチップを用いて、それ以外の点では上記の実施例１から実施例７と同様の工程で発光装置を各々１２個作製した。得られた発光装置を後述する特性評価に供した。

実施例１〜７および比較例１〜９の各発光装置の特性を以下のようにして評価した。実施例１〜７および比較例１〜９でそれぞれ６個の試料を用意した。各例の６個の試料について、ＪＩＳ Ｃ５０１６（ＩＥＣ２４９−１およびＩＥＣ３２６−２）８．６に記載の耐屈曲試験を通電状態で行った。屈曲試験は全ての試料について、温度３５±２℃、相対湿度６０〜７０％、気圧８６〜１０６ｋＰａの環境下で実施した。６個の試料はＬＥＤチップ列が屈曲部の中心にくるように、ＬＥＤチップの配列方向と直交する方向に第２の導電回路層が内側になるようにして屈曲させて、ＬＥＤチップの配列方向と直交する方向に屈曲させた試料の最小屈曲半径（点灯が維持される屈曲半径の最小値）を調べた。

まず、半径が１００ｍｍから５ｍｍまでの均一の直径を持つ、断面が真円状の測定用円柱を複数種類用意した。次に、得られた発光装置を、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。発光装置を点灯させ、この状態で測定用円柱の表面の曲面に沿って１８０°屈曲させた。この屈曲試験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まで順番に実施し、どの屈曲半径の測定用円柱まで点灯状態が維持されるかを測定した。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１〜７および比較例７による発光装置は、いずれも耐屈曲試験において屈曲半径を小さくした状態でも点灯が維持されることが確認された。すなわち、導電回路層とＬＥＤチップの電極との電気的な接続性信頼性を向上させた発光装置を提供することが可能になる。しかしながら、比較例１、２、３、４、５、６、８、９による発光装置は大きく屈曲させると不点灯になりやすいことが確認された。

また、屈曲させていない試料について、ＪＩＳ Ｃ６００６８−１４にしたがって−３０℃と６０℃との間で熱サイクル試験３０００回を実施し、点灯状態の維持状況を調べた。熱サイクル試験は、さらし時間３０分、昇温速度３Ｋ／ｍｉｍの条件で行った。これらの測定・評価結果を表１に示す。実施例１から実施例８による発光装置は熱サイクル試験後も点灯状態を維持できたが、比較例７を含む比較例１から比較例９による発光装置は熱サイクル後に不点灯になりやすいことが確認された。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、導電性バンプが、ワイヤボンダを使ったワイヤバンプ、電解メッキ、無電解メッキ、金属微粒子を含むインクをインクジェット印刷して焼成したもの、金属微粒子を含むペーストの印刷や塗布ボールマウント、ペレットマウント、蒸着スパッタなどにより形成したバンプでも良い。また、これらに限らず、例えばリフトオフバンプなど、種々の形態の導電性バンプを用いることができる。

また、例えば、導電性バンプを、金属微粒子と樹脂の混合物により形成することもできる。この場合、例えば、銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）などの金属やその合金を熱硬化樹脂に混ぜてペーストにし、インクジェット法やニードルディスペンス法でペーストの小滴を電極上に吹き付けて突起状にし、熱処理により固めて導電層バンプを形成すればよい。

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うるものであり、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

本出願は、２０１３年１２月２日に出願された、日本国特許出願２０１３−２４９４５３号、及び日本国特許出願２０１３−２４９４５４号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２０１３−２４９４５３号，及び日本国特許出願２０１３−２４９４５４号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照して取り込むものとする。

１ 発光装置
２ 透光性支持基体
３ 透光性支持基体
４ 透光性絶縁体
５ 導電回路層
６ 透光性絶縁体
７ 導電回路層
８ 発光ダイオード
９，１０ 電極
１１ 発光層
１２ 発光ダイオード本体
１３ 透光性絶縁体
１３’，１４ 透光性絶縁樹脂シート
１６，１７ 半導体層
２０ 導電性バンプ
２２ 発光ダイオード
２３ 絶縁基板
２５ 活性層
２７ 発光ダイオード本体
２８，２９ 電極
３０ 導電性バンプ
１００，２００ 樹脂シート

Claims (17)

1. 可撓性を有する発光装置であって、
   第１の透光性絶縁体と、前記第１の透光性絶縁体の表面に設けられた導電回路層とを備える第１の透光性支持基体と、
   第２の透光性絶縁体を備え、前記第２の透光性絶縁体の表面が前記導電回路層と対向するように、前記第１の透光性支持基体との間に所定の間隙を持って配置された第２の透光性支持基体と、
   ダイオード本体と、前記ダイオード本体の一方面に設けられ、前記導電回路層と導電性バンプを介して電気的に接続された第１および第２の電極とを有し、前記第１の透光性支持基体と前記第２の透光性支持基体との間隙に配置された発光ダイオードと、
   前記第１の透光性支持基体と前記第２の透光性支持基体との間の空間に埋め込まれた、第３の透光性絶縁体とを備え、
   前記導電回路層は、前記発光ダイオードの前記第１の電極が接続される第１の領域と、
   前記第２の電極が接続される第２の領域と、を有し、
   前記発光ダイオードは、前記第１の電極が形成された第１半導体層と、前記第２電極が形成された第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に形成された活性層とを含み、
   前記第１半導体層は、前記第１の領域及び前記第２の領域に、前記第３の透光性絶縁体を介して重なり、前記第２半導体層は、前記第２領域に、前記樹脂層を介して重なっており、
   前記発光装置を、半径５０ｍｍの円柱に沿って湾曲させたときに点灯を維持する発光装置。
2. 可撓性を有する発光装置であって、
   第１の透光性絶縁体と、前記第１の透光性絶縁体の表面に設けられた導電回路層とを備える第１の透光性支持基体と、
   第２の透光性絶縁体を備え、前記第２の透光性絶縁体の表面が前記導電回路層と対向するように、前記第１の透光性支持基体との間に所定の間隙を持って配置された第２の透光性支持基体と、
   ダイオード本体と、前記ダイオード本体の一方面に設けられ、前記導電回路層と導電性バンプを介して電気的に接続された電極を備え、前記第１の透光性支持基体と前記第２の透光性支持基体との間隙に配置された発光ダイオードと、
   前記第１の透光性支持基体と前記第２の透光性支持基体との間の空間に埋め込まれた、第３の透光性絶縁体とを備え、
   前記導電性バンプの高さが、１０μｍ以上であり、前記発光ダイオード表面から前記導電性バンプの頂上までの距離と前記導電性バンプの中心から前記発光ダイオードの最遠端部までの距離の比が、０．１２０以上０．４００以下であり、
   前記発光装置を、半径５０ｍｍの円柱に沿って湾曲させたときに点灯を維持する発光装置。
3. 前記第２の透光性絶縁体の表面には導電回路層が形成され、
   前記発光素子のダイオード本体の反対面には、前記第２の透光性絶縁体の前記導電回路層に接続される電極が形成されている請求項２に記載の発光装置。
4. 前記導電性バンプの形状は、前記発光ダイオードの前記電極に接している面の直径をＡ、前記導電性バンプの高さをＢとした場合、Ｂ／Ａ＝０．２〜０．７を満たしている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記導電性バンプの高さは、５μｍ以上５０μｍ以下である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記導電性バンプと前記第１の電極との接触面積および前記導電性バンプと前記第２の電極との接触面積は、それぞれ、１００μｍ^２以上１５，０００μｍ^２以下である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記導電性バンプの材質は、金、銀、銅、ニッケル、又はこれらの合金のいずれかである請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。
8. 前記合金は、ＡｕＳｎ合金、ニッケル合金である請求項７記載の発光装置。
9. 前記導電性バンプは、金属微粒子と樹脂の混合物である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。
10. 前記導電性バンプの融点は、１８０℃以上である請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光装置。
11. 前記導電性バンプのダイナミック硬さは３以上１５０以下である請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発光装置。
12. 前記導電性バンプの上面は、丸め処理を施してある請求項４に記載の発光装置。
13. 前記導電回路層は、前記導電性バンプに沿って窪んでいる請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の発光装置。
14. 前記発光ダイオードは、前記第３の透光性絶縁体に埋め込まれている請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の発光装置。
15. 複数の発光ダイオードを備え、
    前記第１及び２の透光性絶縁体第は、連続した構造で前記複数の発光ダイオードを挟持している請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の発光装置。
16. 第１の透光性支持基体と第２の透光性支持基体との間に、発光ダイオードと透光性絶縁体を埋め込んだ発光装置の製造方法であって、
    第１の透光性絶縁体と、前記第１の透光性絶縁体の表面に設けられた導電回路層とを備える第１の透光性支持基体を用意する工程と、
    ダイオード本体と、前記ダイオード本体の一方面に設けられた第１の電極と第２の電極とを有する発光ダイオードを用意し、前記第１の電極および前記第２の電極上に、融点が１８０℃以上であり、かつダイナミック硬さは３以上１５０以下である導電性バンプを形成する工程と、
    前記導電回路層上に、透光性絶縁樹脂シートを配置する工程と、
    前記透光性絶縁樹脂シート上に、前記第１の電極および第２の電極が前記透光性絶縁樹脂シート側に位置するように前記発光ダイオードを配置する工程と、
    前記第１の透光性支持基体、前記透光性絶縁樹脂シート、前記発光ダイオードが順に積層された積層体を、減圧下で１７０℃を超えない温度に加熱しながら加圧し、前記第１の電極と前記導電回路層および前記第２の電極と前記導電回路層とを高さが１０μｍ以上５０μｍ以下になる前記導電性バンプを介して電気的に接続し、前記導電回路層の
    前記発光ダイオードの前記導電性バンプに接する接触領域を、前記導電性バンプに沿って窪んだ状態にする工程と、
    を備えることを特徴とする発光装置の製造方法。
17. 第１の透光性支持基体と第２の透光性支持基体との間に、発光ダイオードと透光性絶縁体を埋め込んだ発光装置の製造方法であって、
    第１の透光性絶縁体と、前記第１の透光性絶縁体の表面に設けられた第１の導電回路層とを備える第１の透光性支持基体を用意する工程と、
    第２の透光性絶縁体と、前記第２の透光性絶縁体の表面に設けられた第２の導電回路層とを備える第２の透光性支持基体を用意する工程と、
    ダイオード本体と、前記ダイオード本体の一方面に設けられた第１の電極と、前記ダイオード本体の反対面に設けられた第２の電極とを備える発光ダイオードを用意し前記第１の電極上に導電性バンプを形成する工程と、
    前記第１の透光性支持基体の前記第１の導電回路層上に、透光性絶縁樹脂シートを配置する工程と、
    前記透光性絶縁樹脂シートを配置した第１の透光性支持基体と前記第２の透光性支持基体との間に、前記第１の電極が第１の透光性絶縁樹脂シート側に位置するように前記発光ダイオードを配置する工程と、
    前記第１の透光性支持基体、前記第１の透光性絶縁樹脂シート、前記発光ダイオード、前記第２の透光性支持基体が積層された積層体を減圧下で加熱しながら加圧し、前記第１の電極を前記導電性バンプを介して前記第１の導電回路層と、また前記第２の電極と前記第２の導電回路層とを電気的に接続する工程と、
    を備え、
    前記積層体を加熱するときの温度は、前記バンプの融点温度未満であることを特徴とする発光装置の製造方法。

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