JP6782579B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄型の発光装置とその製造方法に関するものである。

近年、ＬＥＤは、室内照明やサイン等の照明に留まらず、車載用の照明としてもよく使用されている。これは、明るさや消費電力等の性能、寿命、価格、およびデザインの点で、従来の蛍光灯を凌駕することが現実味を帯びてきたことの表れと言っても過言ではない。ＬＥＤは、その高輝度化を追求すると、ハイワットのＬＥＤ素子を搭載するパッケージとなるため、ＬＥＤ素子から発生する熱を効率良く逃がす必要がある。

放熱構造を備えるＬＥＤ用の基板として、図７に示すような、ＬＥＤ素子を搭載する基材７０に円柱状の銅ピン７２を埋め込んだ銅インレイ基板７４や、図８に示すような、厚銅基板をエッチングにより円柱状に加工した銅ポスト８０を備える銅ポスト基板８２が使用されている。しかし、このような放熱構造を備える基板を用いることによって、ＬＥＤの小型化が課題となっていた。また、ＬＥＤは、小型化と並行して薄型化も進んでいる。樹脂成型品を基板に貼りつけた従来の光反射材を備えるＬＥＤでは、小型化・薄型化に限界がある。このため、ＬＥＤの基板および光反射材の高精細化が急務となっていた。

そこで、図９に示すような発光装置９０が開発された。この発光装置９０は、集合基板９２に発光素子であるＬＥＤ素子９４を搭載して、ＬＥＤ素子９４を封止材９６で覆った後、集合基板９２の上部と封止材９６の所定の箇所に所定の幅でダイシングにより切り込みを入れ（いわゆる「ハーフダイシング」）、この切り込みに光反射材９８を充填して作製する（特許文献１）。この発光装置９０の作製方法によって、光反射材９８の幅と高さの高精度化が可能となった。しかしながら、この発光装置９０の作製方法では、ダイシングによって集合基板９２の約半分の深さまで溝を掘るため、集合基板９２の厚さが０．４ｍｍ以上必要であった。

ＬＥＤの薄型化が望まれる現在、集合基板の厚さを０．２ｍｍ以下にする必要がある。封止材と厚さが０．２ｍｍ以下の集合基板の積層部にハーフダイシングを適用すると、ダイシングブレードが封止材と集合基板の境界付近を走査するので、集合基板から封止材が剥がれる場合がある。この場合、ハーフダイシングによって形成された切り込みに光反射材を充填しても、光反射材と集合基板との強い密着性を得ることが困難となっている。光反射材と薄い集合基板との密着強度の向上が急務である。

特開２００２−３６８２８１号公報

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、基板と光反射材が強く密着した発光装置とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、周縁部と、周縁部の内側の中心部とを備え、周縁部の少なくとも一部の上面が中心部の上面より低い基板と、中心部の上に設けられた発光素子と、中心部より低い周縁部の上に設けられた光反射材と、光反射材の内壁および中心部の上面に接するように設けられた補強材と、光反射材の内側で発光素子および補強材を覆う封止材とを有し、基板の上面に対する補強材の接着力が、基板の上面に対する封止材の接着力より大きい。

本発明の発光装置において、中心部の厚さが０．１ｍｍ以下であってもよい。本発明の発光装置において、補強材が波長９７０ｎｍの光を９０％以上反射してもよい。本発明の発光装置において、補強材が透光性を備えていてもよい。本発明の発光装置において、補強材が、基板から離れるほど幅が狭くなる複数の補強部材から構成されていてもよい。

本発明の発光装置の製造方法は、集合基板上に格子状に実装された複数の発光素子の間に、補強材の列を少なくとも平行に形成する補強材形成工程と、複数の発光素子と補強材の列を封止材で覆う封止工程と、少なくとも平行に形成された補強材の中央部に沿って、補強材の最小幅より小さい幅を備える直方体形状の複数の溝を、集合基板の上部、補強材、および封止材に渡って形成する溝形成工程と、複数の溝内に光反射材を充填する光反射材形成工程と、複数の発光素子の間を切断して、個々の発光装置に分離する分離工程とを有し、集合基板の上面に対する補強材の接着力が、集合基板の上面に対する封止材の接着力より大きく、分離工程が、光反射材の幅より小さい幅で、複数の光反射材の中央部に沿って複数の発光素子の間を切断する過程を含んでいる。

本発明の発光装置の製造方法において、補強材形成工程では、複数の発光素子の間に、補強材の列を格子状に形成し、溝形成工程では、格子状に形成された補強材の中央部に沿って複数の溝を形成してもよい。本発明の発光装置の製造方法において、補強材が、第一補強部材と、第一補強部材の最小幅より小さい最大幅を備える第二補強部材との積層部を備え、補強材形成工程が、第一補強部材を形成し、その後、第一補強部材の上に第二補強部材を形成する過程を含んでいてもよい。

本発明の発光装置の製造方法において、集合基板の厚さが０．１ｍｍ以下で、補強材の高さが０．１ｍｍ以上であってもよい。本発明の発光装置の製造方法において、集合基板の厚さが０．１ｍｍ以下であり、補強材が厚さ０．１ｍｍ以上の樹脂板であり、補強材形成工程では、接着剤により集合基板に樹脂板を貼り付けてもよい。

本発明の発光装置では、基板に対する接着力の大きい補強材が、光反射材の内壁および基板の上面に接するように設けられているので、基板と光反射材が強く密着する。また、本発明の発光装置の製造方法によれば、本発明の発光装置が簡易に作製できる。

本発明の実施形態の発光装置の断面模式図。 本発明の第一実施形態の発光装置の製造方法の前段を説明するための断面模式図。 本発明の第一実施形態の発光装置の製造方法の後段を説明するための断面模式図。 本発明の第二実施形態の発光装置の製造方法の前段を説明するための断面模式図。 本発明の第二実施形態の発光装置の製造方法の中後段を説明するための断面模式図。 本発明の第二実施形態の発光装置の製造方法の後段を説明するための断面模式図。 発光装置用の銅インレイ基板の断面模式図。 発光装置用の銅ポスト基板の断面模式図。 従来の発光装置の断面模式図。 薄い基板を備える発光装置の製造に、従来のハーフダイシングを適用したときの問題点を説明するための断面模式図。

以下、本発明の発光装置とその製造方法について、図面を参照しながら実施形態に基づいて説明する。なお、図面は、発光装置、発光装置を構成する部材、および発光装置の周辺部材を模式的に表したものであり、これらの実物の寸法および寸法比は、図面上の寸法および寸法比と必ずしも一致していない。また、特にことわらない限り、本明細書では便宜上、図１に示す発光装置の向きを基準に「上」および「下」などの方向を表す。重複説明は適宜省略し、同一部材には同一符号を付与することがある。

（発光装置）
図１は、本発明の実施形態に係る発光装置１０の断面を示している。発光装置１０は、基板１２と、発光素子１４と、光反射材１６と、補強材１８と、封止材２０とを備えている。基板１２は長方形の板状部材である。なお、正方形も長方形に含まれる。基板１２は、その上下面に各種導体部材が設けられる絶縁性部材で、ガラスエポキシ樹脂、セラミックス、またはガラス等から構成される。本実施形態では、レーザービア・フィルドめっき２２が基板１２に形成されている。そして、レーザービア・フィルドめっき２２の上面と下面には、回路基板２４，２６，２８，３０が設置されている。なお、本発明の発光装置では、基板の形状、構造、および材質等は特に制限がない。

基板１２は、周縁部１２aと、周縁部１２ａ以外の部分、すなわち周縁部１２ａの内側である中心部１２ｂから構成されている。周縁部１２ａの少なくとも一部の上面は、中心部１２ｂの上面より低くなっている。本実施形態では、周縁部１２ａの上面の全てが、中心部１２ｂの上面より低くなっている。そして、中心部の厚さは０．１ｍｍ以下である。発光素子１４は、回路基板２６を介して、中心部１２ｂの上に設けられている。また、発光素子１４の上面電極は、ワイヤー３２によって回路基板２４に電気的に接続されている。

光反射材１６は、例えば、シリコーン樹脂やフェノール樹脂等の母材樹脂にＴｉＯ_２やＺｒＯ_２等の光反射物質を添加した光反射樹脂から構成されている。光反射材１６は、周縁部１２ａのうち、中心部１２ｂより低い部分の上に設けられている。本実施形態では、周縁部１２ａの上面の全てが、中心部１２ｂの上面より低くなっているので、周縁部１２ａ全体の上に光反射材１６が設けられている。

なお、光反射材１６は、基板１２の一組の対辺の周縁部１２ａの上にのみ設けてもよい。このような発光装置を光源として横方向に並べて、薄い導光板に側面実装した場合、側面実装した状態で発光装置の上下方向への光の漏れを光反射材１６によって抑えることができる。一方、光反射材１６が横方向にないため、横方向に光が拡散しながら発光装置の前面から光が放射される。このため、２つの発光装置の中間の地点でも、導光板に入射する光量が少なくなることを抑えられる。

補強材１８は、光反射材１６の内壁１６aおよび中心部１２ｂの上面に接するように設けられている。なお、「補強材が中心部の上面に接する」には、接着剤を介して、補強材が中心部の上面に接着されていることが含まれる。封止材２０は、光反射材１６の内側で、発光素子１４および補強材１８を覆っている。封止材２０は、ちり、水分、および外力などから、発光素子１４およびワイヤー３２等を保護するためのもので、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の光透過性樹脂から構成されている。

また、基板１２の上面に対する補強材１８の接着力は、基板１２の上面に対する封止材２０の接着力より大きい。接着剤を介して補強材１８が中心部１２ｂの上面に接着されている場合には、接着剤が存在する状態で、基板１２の上面に対する補強材１８の接着力が、基板１２の上面に対する封止材２０の接着力より大きい。ここで、接着力の大きさは、日本工業規格（ＪＩＳ）の引張接着強さ（ＪＩＳ Ｋ ６８４９）、引張せん断接着強さ（ＪＩＳ Ｋ ６８５０）、剥離接着強さ（ＪＩＳ Ｋ ６８５４）等の試験によって測定できる。基板１２の上面に対する補強材１８の接着力が基板１２の上面に対する封止材２０の接着力より大きいため、ハーフダイシングによって薄い基板１２に光反射材１６を設ける工程で、補強材１８が基板１２から剥がれにくい。その結果、光反射材１６が、基板１２と補強材１８に密着する。

本実施形態では、補強材１８が、第一補強部材１８ａと第二補強部材１８ｂの積層部を備えている。そして、第二補強部材１８ｂの幅は、第一補強部材１８ａの幅より小さい。このように、第一補強部材１８ａの最小幅より第二補強部材１８ｂの最大幅が小さいため、発光素子１４が発した光が上方向に拡散して、発光装置１０の上面の開口から出射するのを、補強材１８によって妨げられにくい。なお、補強材１８が、基板１２から離れるほど幅が狭くなる３以上の補強部材から構成されている場合も、発光素子１４が発した光は補強材１８によって妨げられにくい。

補強材１８の材質としては、フォトレジスト材や、基板１２の材質と同じ樹脂等が挙げられる。補強材１８が波長９７０ｎｍの光を９０％以上反射する材質から構成されていれば、補強材１８を光反射材として使用できるため、発光装置１０の上面からの出射光を強くできる。また、補強材１８が透光性の材質から構成されていれば、発光素子１４が発した光は、補強材１８を透過して、光反射材１０で反射されて、発光装置１０の上面から出射される。

（発光装置の製造方法１）
図２および図３は、発光装置１０の製造方法を説明するための断面図である。発光装置１０の製造方法は、補強材形成工程と、素子搭載工程と、封止工程と、溝形成工程と、光反射材形成工程と、分離工程とを備えている。補強材形成工程では、図２（ａ）に示すように、集合基板４０上に格子状に実装された複数の発光素子１４の間に、補強材１８の列を格子状に形成する。補強材１８は、第一補強部材１８ａと、第一補強部材１８ａの最小幅より小さい最大幅を備える第二補強部材１８ｂとの積層部を備えている。なお、集合基板４０は厚さ０．１ｍｍの両面板であり、レーザービアによるＩＶＨ構造の放熱機構を備えている。ＩＶＨ構造は、フィルドめっきによって、銅めっきで穴内を充填している。集合基板４０は、銅ポスト基板の構造を備えていてもよい。

補強材形成工程は、第一補強部材１８ａを形成し、その後、第一補強部材１８ａの上に第二補強部材１８ｂを形成する過程を含んでいる。第一補強部材１８ａの列は、例えば、スクリーン印刷でソルダーレジスト（例：太陽インキ製、ＰＳＲ−４０００ＬＥＷ−１）を集合基板４０上に塗布し、１５０℃・１５分間の熱処理で半硬化させた後、このレジストを所定のポジフィルムで覆い、紫外線露光・アルカリ現像を行うことによって形成できる。これをもう一度行えば、第一補強部材１８ａの上に第二補強部材１８ｂを形成することができる。このとき、第一補強部材１８ａの幅より第二補強部材１８ｂの幅を小さくして、例えば、高さ約０．１ｍｍの階段状の補強材１８を形成する。

さらにこれを繰り返して、三段以上の階段状の補強材１８を形成してもよい。最後に、１５０℃・６０分間の熱処理で補強部材１８ａ，１８ｂを完全硬化させる。補強材１８の材料として、ドライフィルムタイプのソルダーレジストを用いてもよい。また、液状のソルダーレジストの透明インクから補強材１８を形成して、発光素子１４から発せられた光が補強材１８を透過するようにして、光反射材１６で反射させてもよい。なお、本実施形態では、補強材１８の列を格子状に形成しているが、補強材１８の列を平行に形成して、発光装置１０の基板１２の一組の対辺に補強材１８を設けてもよい。

素子搭載工程では、図２（ｂ）に示すように、ダイボンドペーストを用いて回路基板２６の上に発光素子１４を固定した後、発光素子１４の上面電極と回路基板２４を、ワイヤー３２で電気的に接続する。封止工程では、図２（ｃ）に示すように、複数の発光素子１４と補強材１８の列を封止材２０で覆う。具体的には、モールド樹脂で発光素子１４と補強材１８を覆い、１６０℃・３時間の熱処理でモールド樹脂を硬化させる。溝形成工程では、図３（ｄ）に示すように、ハーフダイシングによって、補強材１８の列の中央部に沿って、補強材１８の最小幅より小さい幅を備える直方体形状の複数の溝４２を、集合基板４０の上部、補強材１８、および封止材２０に渡って形成する。このとき、集合基板４０に形成される切り込みの深さは０．０５ｍｍ以下である。

光反射材形成工程では、図３（ｅ）に示すように、複数の溝４２内に光反射材１６を充填する。分離工程では、図３（ｆ）に示すように、複数の発光素子１４の間を切断して、個々の発光装置１０に分離する。分離工程は、光反射材１６の幅より小さい幅で、複数の光反射材１６の中央部に沿って複数の発光素子１４の間を切断する過程を含んでいる。このとき、例えば幅０．０５ｍｍのダイシングブレードを用いることができる。このように、本実施形態の発光装置１０の製造方法は、厚さが０．１ｍｍ以下の薄い集合基板４０を用いる場合に特に適している。このとき、補強材１８の高さ、すなわち、第一補強部材１８ａの高さと第二補強部材１８ｂの高さの合計が０．１ｍｍ以上あれば、光反射材１６が基板１２に密着する。

（発光装置の製造方法２）
図４から図６は、発光装置５０の製造方法を説明するための断面図である。発光装置５０では、発光装置１０の補強材１８に代えて、樹脂製の板状部材である補強材５８が、接着剤６０によって、基板１２に貼り付けられている。そして、基板１２の上面に対する補強材５８の接着力が、基板１２の上面に対する封止材２０の接着力より大きい。補強材５８と接着剤６０を用いた点を除いて、発光装置５０を構成している部材は、発光装置１０と同じである。

発光装置５０の製造方法の補強材形成工程は、発光装置１０の製造方法の補強材形成工程と異なる。しかし、発光装置５０の製造方法の残りの各工程は、発光装置１０の製造方法の残りの各工程と同じである。補強材形成工程では、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、集合基板４０上に格子状に実装された複数の発光素子１４の間に、接着剤６０を用いて補強材５８の列を格子状に接着する。このとき、補強材５８が格子点で重ならなように、あらかじめ補強材５８の長さを調整しておく。

補強材５８としては、例えば、厚さ０．１ｍｍの基板の銅箔部分をエッチングにより除去した樹脂板が使用できる。樹脂板は、耐熱性がある透明な樹脂から作製することが好ましい。金型によるプレス加工によって樹脂板を作製してもよい。接着剤６０は、あらかじめ樹脂板の片面に設けておいてもよいし、スクリーン印刷によって接着剤６０を集合基板４０上に印刷しておいてもよい。

素子搭載工程では、図４（ｃ）に示すように、回路基板２６の上に発光素子１４を設置して、発光素子１４の上面電極と回路基板２４を、ワイヤー３２で電気的に接続する。封止工程では、図５（ｄ）に示すように、複数の発光素子１４と補強材５８の列を封止材で覆う。溝形成工程では、図５（ｅ）に示すように、ハーフダイシングによって、補強材５８の列の中央部に沿って、補強材５８の最小幅より小さい幅を備える直方体形状の複数の溝４２を、集合基板４０の上部、補強材５８、および封止材２０に渡って形成する。

光反射材形成工程では、図６（ｆ）に示すように、複数の溝４２内に光反射材１６を充填する。分離工程では、図６（ｇ）に示すように、複数の発光素子１４の間を切断して、個々の発光装置５０に分離する。本実施形態の発光装置５０の製造方法は、厚さが０．１ｍｍ以下の薄い集合基板４０を用いる場合に特に適している。このとき、補強材１８の厚さが０．１ｍｍ以上あれば、光反射材１６が基板１２に密着する。

図９は、従来の光反射材９８の形成方法で作製した発光装置９０を示している。集合基板９２の厚さは０．４ｍｍ以上ある。封止材９６で発光素子９４を覆った後、ハーフダイシングによって集合基板９２の約半分の深さまで切り込みを入れても、集合基板９２の厚さが０．４ｍｍ以上あるため、光反射材９８が集合基板９２および封止材９６に密着しており、光反射材９８の強度は十分である。

しかし、図１０に示すように、基板１０２の厚さが０．１ｍｍと薄くなった場合、基板１０２の約半分の深さまでハーフダイシングにより切り込みを入れると、基板１０２から封止材１０４が剥がれる場合があり、光反射材１０６の密着強度を確保することが困難となる。そこで、光反射材１０６の密着強度向上を目的として、図１に示すような補強材１８を設ける。補強材１８を設けることで薄い基板１０２にハーフダイシングが可能となり、光反射材１０６と基板１０２との密着強度が向上する。

１０，５０，９０，１００ 発光装置
１２ 基板
１２ａ 周縁部
１２ｂ 中心部
１４ 発光素子
１６ 光反射材
１６ａ 内壁
１８ 補強材
２０ 封止材
２２ レーザービア・フィルドめっき
２４，２６，２８，３０ 回路基板
３２ ワイヤー
４０ 集合基板
４２ 溝
５８ 補強材
６０ 接着剤
７０ 基板
７２ 銅ピン
７４ 銅インレイ基板
８０ 銅ポスト
８２ 銅ポスト基板
９２ 集合基板
９４ ＬＥＤ素子
９６ 封止材
９８ 光反射材
１０２ 基板
１０４ 封止材
１０６ 光反射材

Claims (8)

1. 周縁部と、前記周縁部の内側の中心部と、を備え、前記周縁部の少なくとも一部の上面が前記中心部の上面より低い基板と、
   前記中心部の上に設けられた発光素子と、
   前記中心部より低い前記周縁部の上に設けられた光反射材と、
   前記光反射材の内壁および前記中心部の上面に接するように設けられた補強材と、
   前記光反射材の内側で前記発光素子および前記補強材を覆う封止材と、
   を有する発光装置であって、
   前記中心部の厚さが０．１ｍｍ以下であり、
   前記基板の上面に対する前記補強材の接着力が、前記基板の上面に対する前記封止材の接着力より大きい発光装置。
2. 請求項１において、
   前記補強材が波長９７０ｎｍの光を９０％以上反射する発光装置。
3. 請求項１において、
   前記補強材が透光性を備える発光装置。
4. 請求項１から３のいずれかにおいて、
   前記補強材が、前記基板から離れるほど幅が狭くなる複数の補強部材から構成されている発光装置。
5. 集合基板上に格子状に実装された複数の発光素子の間に、第一補強部材と、第一補強部材の最小幅より小さい最大幅を備える第二補強部材との積層部を備える補強材の列を少なくとも平行に形成する補強材形成工程と、
   前記複数の発光素子と前記補強材の列を封止材で覆う封止工程と、
   少なくとも平行に形成された前記補強材の中央部に沿って、前記補強材の最小幅より小さい幅を備える直方体形状の複数の溝を、前記集合基板の上部、前記補強材、および前記封止材に渡って形成する溝形成工程と、
   前記複数の溝内に光反射材を充填する光反射材形成工程と、
   前記複数の発光素子の間を切断して、個々の発光装置に分離する分離工程と、
   を有する発光装置の製造方法であって、
   前記集合基板の上面に対する前記補強材の接着力が、前記集合基板の上面に対する前記封止材の接着力より大きく、
   前記補強材形成工程が、前記第一補強部材を形成し、その後、前記第一補強部材の上に前記第二補強部材を形成する過程を含み、
   前記分離工程が、前記光反射材の幅より小さい幅で、前記複数の光反射材の中央部に沿って前記複数の発光素子の間を切断する過程を含む発光装置の製造方法。
6. 厚さが０．１ｍｍ以下の集合基板上に格子状に実装された複数の発光素子の間に、高さが０．１ｍｍ以上の補強材の列を少なくとも平行に形成する補強材形成工程と、
   前記複数の発光素子と前記補強材の列を封止材で覆う封止工程と、
   少なくとも平行に形成された前記補強材の中央部に沿って、前記補強材の最小幅より小さい幅を備える直方体形状の複数の溝を、前記集合基板の上部、前記補強材、および前記封止材に渡って形成する溝形成工程と、
   前記複数の溝内に光反射材を充填する光反射材形成工程と、
   前記複数の発光素子の間を切断して、個々の発光装置に分離する分離工程と、
   を有する発光装置の製造方法であって、
   前記集合基板の上面に対する前記補強材の接着力が、前記集合基板の上面に対する前記封止材の接着力より大きく、
   前記分離工程が、前記光反射材の幅より小さい幅で、前記複数の光反射材の中央部に沿って前記複数の発光素子の間を切断する過程を含む発光装置の製造方法。
7. 厚さが０．１ｍｍ以下の集合基板上に格子状に実装された複数の発光素子の間に、厚さが０．１ｍｍ以上の樹脂板からなる補強材の列を少なくとも平行に形成する補強材形成工程と、
   前記複数の発光素子と前記補強材の列を封止材で覆う封止工程と、
   少なくとも平行に形成された前記補強材の中央部に沿って、前記補強材の最小幅より小さい幅を備える直方体形状の複数の溝を、前記集合基板の上部、前記補強材、および前記封止材に渡って形成する溝形成工程と、
   前記複数の溝内に光反射材を充填する光反射材形成工程と、
   前記複数の発光素子の間を切断して、個々の発光装置に分離する分離工程と、
   を有する発光装置の製造方法であって、
   前記集合基板の上面に対する前記補強材の接着力が、前記集合基板の上面に対する前記封止材の接着力より大きく、
   前記補強材形成工程では、接着剤により前記集合基板に前記樹脂板を貼り付け、
   前記分離工程が、前記光反射材の幅より小さい幅で、前記複数の光反射材の中央部に沿って前記複数の発光素子の間を切断する過程を含む発光装置の製造方法。
8. 請求項５から７のいずれかにおいて、
   前記補強材形成工程では、前記複数の発光素子の間に、前記補強材の列を格子状に形成し、前記溝形成工程では、前記格子状に形成された補強材の中央部に沿って前記複数の溝を形成する発光装置の製造方法。
   

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