JP7111950B2

JP7111950B2 - 発光装置及びその製造方法

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Publication number: JP7111950B2
Application number: JP2018078789A
Authority: JP
Inventors: 晃治田口
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2022-08-03
Anticipated expiration: 2038-04-17
Also published as: JP2019186493A

Description

本開示は、発光装置及びその製造方法に関する。

近年、ＬＥＤを使用した発光装置が広く利用されており、光取り出し効率を上昇させる、様々な研究が行われてきた。

例えば、特許文献１には、サブマウントを用いて、発光素子の高さを上昇させることで、光の取り出し効率を上昇させることが記載されている。
また、特許文献２には、絶縁層以外を金属膜で覆うことで発光素子からの光を反射させて、光の取り出し効率を上昇させることが記載されている。

特開２０１６－１１１１７９号公報特開２０１１－１００９０５号公報

しかしながら特許文献１、特許文献２に記載の発光装置は、発光素子と基体の接着に熱伝導性の低い樹脂を使用しているため、熱伝導性が低くなるおそれがある。

そこで本開示は、光の取り出し効率を高め、高い熱伝導性を保つ発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本実施形態に係る発光装置は、基体と、前記基体上に配置された絶縁層と、前記絶縁層上に配置された配線層と、を有する基板と、前記基体上に接して配置された導電層と、前記導電層上に接して配置された発光素子と、を備え、前記導電層は、導電性ペーストの焼成体であって、前記導電層の上面の高さは、前記配線層の上面よりも高く、前記絶縁層の前記発光素子側の側面は、斜面を成す発光装置である。

また、本実施形態に係る発光装置の製造方法は、基体上に、導電性ペーストを重ね塗りする工程と、前記重ね塗りされた導電性ペースト上に、発光素子を載置し、焼成する工程と、を備える。

本実施形態によれば、光の取り出し効率を高め、高い熱伝導性を保つ発光装置及びその製造方法を提供することができる。

実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。実施形態に係る発光装置の製造方法における基板準備工程を示す断面図である。実施形態に係る発光装置の製造方法における導電性ペースト塗布工程を示す断面図である。実施形態に係る発光装置の製造方法における導電性ペースト重ね塗り工程を示す断面図である。実施形態に係る発光装置の製造方法における導電性ペースト重ね塗り工程を示す断面図である。実施形態に係る発光装置の製造方法における発光素子載置工程を示す断面図である。

以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし以下に説明する発光装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに限定しない。特に、以下に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る発光装置１００を模式的に示す断面図である。

発光装置１００は、基体２と、基体２上に配置された絶縁層３と、絶縁層３上に配置された配線層４と、を有する基板１と、基体２上に接して配置された導電層５と、導電層５上に接して配置された発光素子６と、を備え、導電層５は、導電性ペースト７の焼成体であって、導電層５の上面の高さは、配線層４の上面よりも高く、絶縁層３の発光素子６側の側面は、斜面を成す発光装置である。詳しくは、発光装置１００は、基体２と、基体２上に配置された絶縁層３と、絶縁層３上に配置された配線層４と、を有する基板１と、基体２上に接して配置された導電層５と、導電層５上に接して配置された発光素子６と、基板１上に発光素子６を囲う枠体８と、を備える。発光素子６は配線層４とワイヤ９で接続されており、枠体８の内側には、発光素子６、導電層５、及びワイヤ９を封止する封止部材１０が設けられている。また導電層５は、複数層重ね塗りされた導電性ペースト７の焼成体であり、中央部がくびれた形状を有している。以下、各構成について説明する。

（基板）
基板１は基体２と、基体２上に配置された絶縁層３と、絶縁層３上に配置された配線層４と、を有する。

（基体）
基体２は、少なくとも１つ以上の発光素子６を実装し、発光装置１００を電気的に外部と接続する。基体２の材料としては、ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）、フェノール樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴレジン）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂のような樹脂や、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ等のセラミックス、銅や銀、金、アルミニウム等の金属等によって形成することができる。熱伝導性、反射率が高い材料が好ましく、金属の表面を銀膜等でコートした材料が特に好ましい。
基体２は、下面に、発光素子６とは電気的に独立する放熱用端子を備える構成としてもよい。放熱用端子は、発光装置１００が備える全ての発光素子６の上面面積の和よりも大きい面積となるように形成され、発光素子６の直下の領域とオーバーラップするように配置されることが好ましい。このような放熱用端子の構成により、より放熱性に優れた発光装置１００とすることができる。

（絶縁層）
絶縁層３は、基体２の上に配置される。絶縁層３の材料としては、ガラスエポキシ、白色レジスト等の樹脂からなる材料で形成される。

（配線層）
配線層４は、絶縁層３を介して基体２の上に配置される。配線層４は、例えば、電解めっきを用いて形成され、その厚みは均一であってもよく、部分的に厚く又は薄くなっていてもよい。配線層４の材料としては、熱伝導率の大きな材料、機械的強度の高い材料、エッチング加工等が容易な材料によって形成されることが好ましい。例えば、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属、又は鉄－ニッケル合金、燐青銅等の合金等が挙げられる。また配線層４は、無電解めっき、蒸着、スパッタ、印刷等によって形成することもできる。

（発光素子）
発光素子６は、金線や銀線、アルミ線等を利用したワイヤボンディングを利用したフェイスアップ実装や、半田や銀ペーストを利用したフリップチップボンディング等によって基体２に実装される。基体２に実装される発光素子６の個数は、１つであってもよいし複数であってもよい。発光素子６は、公知のものを利用でき、例えば、発光ダイオードやレーザダイオードを用いるのが好ましい。また、発光素子６は、導電層５上に接続されて、紫外光から赤色光までの波長範囲の光を発光する。例えば、青色、緑色の発光素子６としては、窒化物系半導体Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１－Ｘ－Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１、ＧａＰ等を用いることができる。また、例えば赤色の発光素子６としては、窒化物系半導体素子の他、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等を用いることができる。なお発光素子６は、平面視において、正方形、長方形、三角形、六角形等の多角形であってもよいし、円形、楕円形等であってもよい。

（導電層）
導電層５は基体２の上に配置された、複数層の導電性ペースト７の焼成体である。導電層５の材料には、熱伝導性が高く、高い反射率をも示す金属を用いることが好ましい。例えば、銅や、銀、アルミニウム等である。それらを単体で使用してもよく、混合して使用してもよい。特に銅、銀、銀コート銅のいずれか１つを含むことが好ましい。高い熱伝導性を有して、熱を放出しやすくすることができるためである。
また導電層５は、中央部がくびれた形状を有していてもよい。この形状により、発光素子６の底面から発する光が導電層５で反射し、さらに、絶縁層３で反射することで光の取り出し効率を上昇させることができる。
また導電層５は、基体２と接する面積が、発光素子６の底面積と同等であるか、発光素子６の底面積より大きくてもよい。この形状により、発光素子６の底面からの光の量が増加し、光の取り出し効率を上昇させることができる。

（導電性ペースト）
導電性ペースト７は、紫外光（ＵＶ）により硬化が可能であり、金属粒子として、銅、銀、アルミニウムの単体または、それらの混合体で構成されている。導電性ペースト７は、その上面の高さが配線層４の上面よりも高くなるまで重ね塗りされる。

（枠体）
枠体８は、絶縁性材料を用いることが好ましく、且つ、発光素子６から出射される光や外光等を透過しにくい材料を用いることが好ましい。また枠体８は、所定の強度を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライト等のセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂（ＢＴレジン）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、不飽和ポリエステル等の樹脂が挙げられる。
また、枠体８を白色として光の取り出し効率を高めてもよいし、暗色として表示コントラストを高めてもよい。

（ワイヤ）
ワイヤ９は、発光素子６と配線層４とを電気的に接続している。ワイヤ９の材料としては、金、銀、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金が挙げられる。特に、熱伝導性に優れた金を用いることが好ましい。

（封止部材）
封止部材１０は、枠体８の内側に設けられ、発光素子６、導電層５、ワイヤ９を封止する。これにより、部材が直接空気に触れることによる劣化を抑制することができる。
封止部材１０は、良好な透光性を有する材料、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等によって形成されることが好ましい。熱硬化性樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、シリコーンハイブリッド樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、ユリア樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂又はこれらの樹脂を１種類以上含むハイブリッド樹脂等が挙げられる。特に、シリコーン樹脂又はその変性樹脂若しくはハイブリッド樹脂は、耐熱性及び耐光性に優れるため好ましい。封止部材１０は、透過率が５０％以上であればよく、好ましくは７０％以上、より好ましくは８５％以上である。
また封止部材１０は、光拡散材又は蛍光体又はその両方を含有していてもよく、凸型のレンズ形状となるように形成してもよい。

本実施形態に係る発光装置１００によれば、基体２と発光素子６との接合に複数層の導電性ペースト７からなる導電層５を用いたことで、熱伝導率が高く、放熱性を向上させた発光装置１００を実現できる。また、導電性ペースト７を配線層４よりも高くなるように重ね塗りし、中央部がくびれた形状を有するように形成することで、発光素子の底面からの光を効率的に取出して、光の取り出し効率を上昇させた発光装置１００を実現できる。

（実施形態の製造方法）
次に、図２及び図３Ａ～図３Ｅを参照して、実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。

図２は、実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。実施形態に係る発光装置の製造方法は、基板準備工程Ｓ１１と、導電性ペースト塗布工程Ｓ１２と、導電性ペースト仮硬化工程Ｓ１３と、発光素子載置工程Ｓ１４と、を含む。なお、導電性ペースト塗布工程Ｓ１２と導電性ペースト仮硬化工程Ｓ１３とを合わせて導電性ペースト重ね塗り工程Ｓ２０と称する。

図３Ａは、実施形態に係る発光装置の製造方法における基板準備工程を示す断面図、図３Ｂは、実施形態に係る発光装置の製造方法における導電性ペースト塗布工程を示す断面図、図３Ｃ、図３Ｄは、実施形態に係る発光装置の製造方法における導電性ペースト重ね塗り工程を示す断面図、図３Ｅは、実施形態に係る発光装置の製造方法における発光素子載置工程を示す断面図である。

（基板準備工程）
基体２と、基体２上に配置された絶縁層３と、絶縁層３上に配置された配線層４と、を有する基板１を準備する。
図３Ａに示すように、基板準備工程Ｓ１１は、基体２と、基体２上に配置された絶縁層３と、絶縁層３上に配置された配線層４と、を有する基板１を準備する工程である。基板準備工程Ｓ１１において、絶縁層３の発光素子６側の側面は、斜面を成すように形成されている。

（導電性ペースト塗布工程）
基体２上に、導電性ペースト７を塗布する。
図３Ｂに示すように、導電性ペースト塗布工程Ｓ１２は、基体２上に、導電性ペースト７を塗布する工程である。また図３Ｃ、図３Ｄに示すように、導電性ペースト塗布工程Ｓ１２は、後述する導電性ペースト仮硬化工程Ｓ１３後に、仮硬化させた導電性ペースト７上にさらに導電性ペースト７を塗布し、導電性ペースト７を重ね塗りする。
導電性ペースト７はインクジェットプリンターによって塗布されることが好ましい。導電性ペースト７を微小範囲に塗布して、基体２への濡れ広がりを抑制することができ、くびれ形状を形成することで、光の取り出し効率を上昇させることができるためである。

（導電性ペースト仮硬化工程）
導電性ペースト７を仮硬化する。
図３Ｃ、図３Ｄに示すように、導電性ペースト仮硬化工程Ｓ１３は、基体２上に塗布された導電性ペースト７を仮硬化させる工程である。また導電性ペースト仮硬化工程Ｓ１３は、上述した、仮硬化させた導電性ペースト７上にさらに塗布された導電性ペースト７を仮硬化させる。
導電性ペースト７はＵＶ照射によって仮硬化されることが好ましい。ＵＶ照射で連続的に仮硬化して、作業時間を短縮することができるためである。

（導電性ペースト重ね塗り工程）
導電性ペースト７を、仮硬化させながら重ね塗りする。
導電性ペースト重ね塗り工程Ｓ２０は、導電性ペースト塗布工程Ｓ１２と導電性ペースト仮硬化工程Ｓ１３とを繰り返し、導電性ペースト７を重ね塗りし、導電層５を形成する工程である。導電層５の上面の高さが、配線層４の上面よりも高くなるように導電性ペースト７を重ね塗りする。なお、導電性ペースト重ね塗り工程Ｓ２０において、最上層の導電性ペースト７は、発光素子６を載置するため、仮硬化させない。
導電性ペースト７は仮硬化させながら重ね塗りすることで、導電性ペースト７が横に濡れ広がらずに、高さを上げることができる。

（発光素子載置工程）
重ね塗りされた導電性ペースト７上に、発光素子６を載置し、焼成する。
図３Ｅに示すように、発光素子載置工程Ｓ１４は、配線層４の上面よりも高くなるように重ね塗りされた導電性ペースト７上に発光素子６を載置し、焼成する工程である。発光素子６を載置した後に、重ね塗りされた導電性ペースト７を焼成することで、導電層５を形成する。導電層５を形成した後に、配線層４と発光素子６とをワイヤ９で電気的に接続する。ワイヤ接続後に、枠体８の内部に封止部材１０を充填し、発光装置１００とする。

以上、説明したように上述の各工程を行うことにより、発光装置１００が製造される。なお、上述の各工程では、１つの発光装置１００について説明したが、基板１が連続した状態で複数の発光装置１００が一度に形成された後、個片化されて、１つ１つの発光装置１００に分離するようにしてもよい。

実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、導電性ペースト７を配線層４の上面よりも高くなるように重ね塗りし、その上に発光素子６を載置することで、光の取り出し効率を高めることができる。また、発光素子底面からの光を、絶縁層で反射させることで、光の取り出し効率を上昇させる。また、発光素子６の接合に導電層５を用いることで、熱伝導率も高くなり放熱性も向上させることができる。

本開示に係る発光装置の実施例について以下に説明する。なお、本開示に係る発光装置は、以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例）
本実施形態に係る発光装置の製造方法によって、発光装置を作製した。
実施例における詳細を、以下に示す。

実施例における発光装置１００の各構成要素の詳細を以下に示す。
基体２は、熱伝導性が高く、高い反射率を示す金属であり、アルミニウムの表層に銀膜等でコートした材料である。絶縁層３は、白色レジストからなる材料であり、０．２ｍｍの厚みを有する。配線層４は、銅をエッチングしたものであり、厚みは０．０１８ｍｍである。発光素子６は、発光ダイオードである。導電層５は、導電性ペースト７を焼成したものであり、導電性ペースト７は、ＵＶ照射により硬化が可能な銀コート銅ペーストである。ワイヤ９は、熱伝導性に優れた金である。枠体８は、シリコーン樹脂である。封止部材１０は、蛍光体を含有するシリコーン樹脂からなる。

実施例の発光装置１００は、以下のようにして製造される。
基体２上に、白色レジストからなる絶縁層３が発光素子側の側面が４５度の斜面となるように形成する。絶縁層３上に配線層４を形成し、配線層４の外側を覆うように枠体８を形成する。基体２の上に、インクジェットプリンターを用いて、銀コート銅ペーストを発光素子６の底面積より小さい範囲に塗布し、直ちに、ＵＶランプによって仮硬化を行う。さらに、仮硬化した銀コート銅ペーストの上に、銀コート銅ペーストの塗布、仮硬化を重ねていき、銀コート銅ペーストの上面が配線層４の上面よりも高くなるまで積み重ねる。最上層の銀コート銅ペーストは、ＵＶランプでの仮硬化は行わずに、発光素子６を載置する。これにより、導電層５の中央部がくびれた形状になる。オーブンによって銀コート銅ペースト硬化させた後に、ワイヤボンディングを行い、配線層４と発光素子６とをワイヤ９で電気的に接続する。枠体８の内部に、封止部材１０を充填することで、図１のような発光装置１００を作製する。

以上、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

本発明の一実施の形態に係る発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト装置、各種照明器具、大型ディスプレイ、広告や行き先案内等の各種表示装置、プロジェクタ装置、さらには、デジタルビデオカメラ、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置に利用することができる。

１基板
２基体
３絶縁層
４配線層
５導電層
６発光素子
７導電性ペースト
８枠体
９ワイヤ
１０封止部材
１００発光装置

Claims

基体と、前記基体上に配置された絶縁層と、前記絶縁層上に配置された配線層と、を有する基板と、
前記基体上に接して配置された導電層と、
前記導電層上に接して配置された発光素子と、を備え、
前記導電層は、中央部がくびれた形状を有する導電性ペーストの焼成体であって、
前記導電層の上面の高さは、前記配線層の上面よりも高く、
前記絶縁層の前記発光素子側の側面は、斜面をなす発光装置。
前記導電層は、複数層の前記導電性ペーストの焼成体からなる請求項１に記載の発光装置。
前記導電層の前記基体と接する面積が、前記発光素子の底面積と同等であるか、前記発光素子の底面積より大きい請求項１又は２に記載の発光装置。
前記導電層は、銅、銀、銀コート銅のいずれか１つを含む請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
前記基体は、金属又は合金で構成され、
前記配線層は、前記絶縁層を介して前記基体上に配置されている請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
前記発光素子が前記配線層にワイヤで接続される請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の発光装置。
前記基板上に、前記発光素子を囲う枠体と、
前記枠体の内側に設けられ、前記発光素子、前記導電層、及び前記ワイヤを封止する封止部材と、を備える請求項６に記載の発光装置。
基体と、前記基体上に配置された配線層と、を有する基板を準備する工程と、
前記基体上に、導電性ペーストを、その上面の高さが前記配線層の上面よりも高くなるまで重ね塗りする工程と、
前記重ね塗りされた導電性ペースト上に、発光素子を載置し、焼成する工程と、を備える発光装置の製造方法。
前記導電性ペーストを、仮硬化させながら重ね塗りする請求項８に記載の発光装置の製造方法。
前記導電性ペーストをＵＶ照射によって仮硬化させる請求項９に記載の発光装置の製造方法。
前記導電性ペーストをインクジェットプリンターによって重ね塗りする請求項８乃至請求項１０のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。