JP7177328B2

JP7177328B2 - 発光装置

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Publication number: JP7177328B2
Application number: JP2017189247A
Authority: JP
Inventors: 幸弘芝野; 智陽鶴羽
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2022-11-24
Anticipated expiration: 2037-09-29
Also published as: JP2019067833A

Description

本開示は、発光モジュールの製造方法に関する。

発光装置とレンズとを備えた発光モジュールが知られている。レンズは、接着剤を用いて固定されている（例えば、特許文献１、２）。

特表２０１７－５１６３１４号公報特開２０１２－３８９９９号公報

レンズを固定するために接着剤を硬化する際に、ボイドが発生する場合がある。

本実施形態は、以下の構成を含む。
上面に発光装置が配置された基板を準備する工程と、基板の上面の発光装置を囲む外周部に、直線又は曲線に連続した線状接着剤と、線状接着剤と離間する点状接着剤と、を配置する工程と、線状接着剤上及び点状接着剤上にレンズ部材を載置する工程と、レンズ部材を押圧し、線状接着剤と点状接着剤とを接触させて一体化させた環状接着剤とし、加熱又は紫外光により環状接着剤を硬化する工程と、を備える発光モジュールの製造方法。

以上により、接着剤中のボイドの発生を抑制した発光モジュールの製造方法とすることができる。

実施形態に係る発光モジュールの概略上面図である。実施形態に係る発光モジュールの概略斜視図である。図１ＡのＩＣ－ＩＣ線における概略端面図である。発光モジュールに用いられる発光装置の概略斜視図である。図２ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ線における概略断面図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。図４ＡのＩＶＣ－ＩＶＣ線における概略端面図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。実施形態に係る発光モジュールの製造方法を説明する図である。

本発明を実施するための形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光モジュールの製造方法を例示するものであって、本発明は、発光モジュールの製造方法を以下に限定するものではない。

また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、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、本発明を実施形態にのみ限定する趣旨ではない。尚、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。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。尚、環状接着剤、線状接着剤、点状接着剤は、硬化前及び硬化後において同じ名称を用いる。また、「線状接着剤」とは、平面上で直交する２つの方向（例えばＸ方向とＹ方向）において、長さの比が２．０倍以上である接着剤を指す。例えば、Ｘ方向の長さが４．０ｍｍで、Ｙ方向の長さが５．５ｍｍである接着剤を指す。また、「点状接着剤」とは、平面上で直交する２つの方向（例えばＸ方向とＹ方向）において、その長さの比が２．０より小さい接着剤を指す。例えば、Ｘ方向の長さが０．３ｍｍ、Ｙ方向の長さが０．３ｍｍである接着剤を指す。線状接着剤は、直線又は曲線とすることができる。

図１Ａ～図１Ｃは、実施形態に係る発光モジュールの製造方法によって得られる発光モジュール１００を示す。発光モジュール１００は、主な構成部材として、発光装置１０と、基板２０と、レンズ部材３０と、環状接着剤４０と、を備える。発光装置１０は基板２０上に配置されており、その発光装置１０を覆うようにレンズ部材３０が配置されている。レンズ部材３０は、環状接着剤４０によって基板２０と接合されている。基板２０とレンズ部材３０と環状接着剤４０とによって形成される空間は気密封止された空間である。発光装置１０は、このような気密封止された空間に配置されることで、外気や水分、埃等による影響を受けにくくなる。このような構成とすることで、信頼性に優れた発光モジュール１００とすることができる。
発光モジュール１００の製造方法について、以下、詳説する。

（発光装置が配置された基板を準備する工程）
図２Ａ、図２Ｂは、発光装置１０の一例を示す図である。発光装置１０は、発光モジュール１００の光源となる部材であり、主として上面に発光面を備える発光装置１０が好適に用いられる。

発光装置１０は、発光素子１１を備えており、更に、透光部材１３と、被覆部材１２と、を備える。発光素子１１は、発光層を含む半導体層を備えた積層構造体１１ａと、素子電極１１ｂと、を備える。積層構造体１１ａは、発光面と電極形成面と、側面と、を備える。透光部材１３は、発光素子１１の発光面側に配置されている。透光部材１３は、発光素子１１からの光を異なる波長の光に変換する蛍光体を含んでいてもよい。被覆部材１２は、発光素子１１の側面を被覆するように配置されており、発光素子１１からの光を反射する。発光装置１０は、更に、発光素子１１と透光部材１３の間に、導光部材１４を備えてもよい。導光部材１４は、発光素子１１の側面に備えられていてもよい。導光部材１４は、発光素子１１からの光を透光部材１３に導光させるための部材である。

図３Ａは、発光装置１０が配置された基板２０を示す一例である。ここで示す例では、基板２０は平板状であり、その上面２１の略中央に１つの発光装置１０が配置されている。基板２０は、発光装置１０を囲む領域に、外周部２２を備える。換言すると、基板２０の上面２１の面積は、発光装置１０の面積よりも大きく、基板２０の上面２１の端部と発光装置１０の間に外周部２２が位置する。

また、外周部２２は、後述の環状接着剤が配置される領域でもある。図３Ａ～図３Ｃで示す例では、環状接着剤を配置する領域の一例としての外周部２２を図示している。ここでは、外周部２２の上面視形状は四角環状である。外周部２２の上面視形状は、これに限らず、発光装置１０を囲む環状であればよく、載置されるレンズ部材の形状に適した形状とすることができる。外周部２２の上面視形状は、四角環状のほか、例えば、円環状、四角環状、あるいは、不定形とすることができる。

１つの基板２０に、図３Ａに示すように１つの発光装置１０を配置することができるほか、図３Ｂ、図３Ｃに示すように複数の発光装置１０を配置することができる。複数の発光装置１０を配置する場合、外周部２２は、複数の発光装置１０を囲む領域に位置する。基板２０上に配置する発光装置１０の数や、配置する位置等については、目的や用途等に応じて、適宜選択することができる。

発光装置１０は、基板２０の上面２１に配置されており、基板２０配線と発光装置１０の電極１５とは、はんだ等の導電性接合部材を介して電気的に接続されている。これにより、発光装置１０が基板２０に固定されている。

（線状接着剤と点状接着剤を配置する工程）
図４Ａ、図４Ｂは、基板２０の外周部２２に、線状接着剤５０と点状接着剤６０を配置した状態を示す図である。尚、ここでは、図３Ａに示すような四角環状の外周部２２に、線状接着剤５０と点状接着剤６０とを配置した例について説明する。

図４Ａに示す例では、線状接着剤５０は、外周部の４つの辺及び３つの角にわたって連続して配置される。換言すると、線状接着剤５０は、４本の直線を繋げて、３つの屈曲部を有する１つの連続した線状に配置される。１つの線状接着剤５０の２つの端部が、四角形の外周部の１つの角部の近辺に配置されている。

点状接着剤６０は、四角形の外周部の１つの角部に配置されており、その少なくとも一部が、線状接着剤５０に挟まれた領域に配置されている。図４Ａに示す例では、１つの線状接着剤５０の両端に挟まれて、１つの点状接着剤６０が配置されている。詳細には、１つの線状接着剤５０と、１つの点状接着剤６０と、が１つの基板２０上に配置されており、線状接着剤５０と点状接着剤６０とは、２つの隙間部Ｓを介して配置されている。そのため、後述の硬化工程において、線状接着剤５０と点状接着剤６０とを接触させる部分、すなわち、隙間部Ｓを埋めるようにして両者を一体化させる部分が、２か所となる。隙間部Ｓの数が少ない程、線状接着剤５０と点状接着剤６０とを押圧によって広げる量を少なくできるため好ましい。点状接着剤６０は、その全てが、線状接着剤５０に挟まれた領域に配置されてもよく、その一部が線状接着剤５０で挟まれた領域に配置されていてもよい。

線状接着剤５０の高さは、図４Ｂに示すように、点状接着剤６０の高さより、やや高くすることができる。これにより基板２０とレンズ部材３０の接合強度を向上することができる。また、これに限らず、線状接着剤５０の高さを、点状接着剤６０の高さよりも低くすることができる。これにより線状接着剤５０又は点状接着剤６０が、過剰にはみ出すことを抑制することができる。あるいは、線状接着剤５０の高さを、点状接着剤６０の高さと同じ高さとすることができる。これにより線状接着剤５０及び点状接着剤６０を同一条件下で塗布することができる。尚、線状接着剤５０と点状接着剤６０の高さを変える場合は、いずれか高い方の高さが、低い方の高さの５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。これにより、両者の間の隙間Ｓを埋めやすくすることができる。

図４Ａでは、点状接着剤６０は四角形の外周部の１つの角部に配置されている例を示しており、これによりボイドの発生を抑制し、基板２０とレンズ部材３０の接合強度を向上させることができ好ましい。ただし、点状接着剤６０の位置は、これに限られるものではなく、点状接着剤６０は、図５に示すように、四角形の外周部の辺に配置してもよい。これにより、線状接着剤と点状接着剤の間隔を広げることが可能となり、ボイド発生を抑制しつつ接着剤を繋げることができる。

図５に示す例では、線状接着剤５１は、四角形の外周部のうちの、４つの辺と４つの角部に配置されている。ただし、１つの辺において、線状接着剤５１の２つの端部が配置されており、２つの端部は隙間Ｓを空けて離間して配置されている。このように、四角形の外周部の４つの角部の全てに線状接着剤５１を配置することで、ボイドの発生を効率よく抑制することができる。

また、図４Ａに示す例では、点状接着剤６０の外縁６０Ａは、線状接着剤５０の外縁５０Ａよりも外側に配置される。このようにすることで、点状接着剤６０と線状接着剤５０の間隔をたとえば０．３ｍｍ程度とすることができるため、ボイドの発生を効率よく抑制できる。さらに、図４Ａでは、点状接着剤６０の内縁６０Ａは、線状接着剤５０の外縁５０Ａよりも内側に配置される。つまり、線状接着剤５０の２つの端部で挟まれた領域に、点状接着剤６０の一部が配置されている。

図５に示す例では、点状接着剤６０の内縁６０Ｂは、線状接着剤５１の外縁５１Ａよりも外側に位置している。換言すると、点状接着剤６０は、線状接着剤５１に挟まれた領域に位置していない。例えば、線状接着剤５０の間隔を近づけないと線状接着剤が繋がらずその位置ではボイドが発生するような場合は、このような配置とすることで、点状接着剤が繋がる役割を果たすため、ボイドの発生を抑制しつつ接着剤を繋げることができる。

また、図６に示す例では、点状接着剤６０の外縁は、線状接着剤５１の内縁５１Ｂよりも内側に位置している。換言すると、点状接着剤６０は、線状接着剤５１に挟まれた領域に位置していない。例えば、１つの発光モジュール１００には、複数のレンズ部材３０を接合することができる。そのような場合は、点状接着剤６０の外縁が、線状接着剤５１の内縁５１Ｂよりも内側に位置することで、図１４に示すように、環状接着剤４０を、外側に大きく広げることなく配置することができる。これにより、複数のレンズ部材３０を近接して配置し易くすることができる。

尚、図５及び図６に示すように、線状接着剤５１に挟まれた領域に点状接着剤６０が位置しないように配置させることは、点状接着剤６０が四角形の外周部の辺に配置される場合だけに限らず、図４Ａに示すような、点状接着剤６０が角部に配置される場合にも適用できる。

図７～図９は、線状接着剤と点状接着剤の配置の変形例を示している。図７では、四角形の外周部に、２つの線状接着剤５２と、２つの点状接着剤６０を配置した例を示している。線状接着剤５２は、それぞれ、隣接する２つの辺と１つの角部に配置されており、上面視形状はＬ字状である。点状接着剤６０は、対角に位置する２つの角部に配置されており、それぞれ、２つの線状接着剤５２に挟まれた領域に配置されている。このように、２つの線状接着剤５２と、２つの点状接着剤６０とが、それぞれ隙間Ｓを介して配置されていることで、１つの外周部において、４つの隙間Ｓを有することになる。隙間Ｓの数が多くなることで、ボイドの発生を抑制することに加え、基板２０とレンズ部材３０の接合強度を向上させることができる。また、図７に示す例では、四角形の外周部において対向する２つの角部近辺にそれぞれ２つずつの隙間Ｓが形成されている。このように、発光装置１０を中心にして、２つの角部にそれぞれ隙間Ｓが配置されることで、レンズ部材を押圧して線状接着剤５２と点状接着剤６０とを接触させて一体化させる際に、均一に圧力がかかりやすい。そのため、ボイドの発生を効率よく抑制することに加え、レンズ部材が傾きにくくすることができる。

図８では、基板２０の上面の四角形の外周部に、４つの線状接着剤５３と、４つの点状接着剤６０を配置した例を示している。点状接着剤６０は、４つの角部にそれぞれ配置されている。線状接着剤５３は、４つの辺に、それぞれ配置されており、上面視形状が直線状である。このような配置とすることで、四角形の外周部の４つの角部の全てにおいて、その近傍に隙間Ｓが配置される。そのため、そのため、ボイドの発生を効率よく抑制することに加え、レンズ部材が傾きにくくすることができる。

図９は、図８に示したような、４つの線状接着剤５４と、４つの点状接着剤６０と、を備える。線状接着剤５４は、複数のドット径（例えばドット５４１の直径が０．５ｍｍ）が連なって形成されたものである。このような複数のドット５４１が連続体である線状接着剤５４とすることで、ボイドの発生をより抑制することができる。

以上において例示した線状接着剤５０～５４と点状接着剤６０は、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、ディスペンスノズル７０を用いて、硬化前の接着部材を、外周部に塗布することで形成することができる。線状接着剤５０～５４と点状接着剤６０は、どちらを先に形成しても構わない。また、硬化前の接着部材の塗布時には、基板２０を固定し、ディスペンスノズル７０を移動させてもよく、あるいは、ディスペンスノズル７０を固定し、基板２０を移動させてもよい。線状接着剤５０～５４と、点状接着剤６０とは、同じ吐出径のディスペンスノズル７０を用いてもよく、異なる吐出径のディスペンスノズル７０を用いてもよい。また、ディスペンスノズル７０を用いず、例えば、所定の開口部を備えたマスクを用いて、硬化前の接着部材を印刷塗布したり、スプレー塗布したりしてもよい。

（レンズ部材を載置する工程）
次に、図１１Ａに示すように、レンズホルダ８０でレンズ部材３０を保持し、図１１Ｂに示すように、線状接着剤５０と点状接着剤６０の両方の上にレンズ部材３０を載置する。詳細には、レンズ部材３０の脚部３３が、線状接着剤５０と点状接着剤６０の両方の上配置されるように載置する。ここでは、点状接着剤６０が、線状接着剤５０よりも０．１ｍｍ程度高さが高いため、レンズ部材３０は、先に点状接着剤６０に接している。

（環状接着剤を硬化する工程）

レンズホルダ８０を用いて、レンズ部材３０を下方に押圧することで、線状接着剤５０と点状接着剤６０とを、それぞれ横方に広がるように変形させる。これにより、線状接着剤５０と点状接着剤６０とを接触させて一体化させ、図１２に示すような環状接着剤４０となる。尚、図１２では、レンズ部材３０を省略した状態を図示している。

加熱又は紫外光を照射することで硬化された環状接着剤４０は、線状接着剤５０及び点状接着剤６０よりも幅が広くなっている。また、レンズ部材３０で押圧する前に存在していた隙間Ｓは、変形した線状接着剤５０と点状接着剤６０とで埋められることで消滅している。そして、基板２０の上面と、レンズ部材３０と環状接着剤４０とで囲まれた気密空間が形成される。

図５～図９で形成した線状接着剤及び点状接着剤とは、それぞれ図１２～図１７のような環状接着剤となる。

このように、あらかじめ離間して形成された線状接着剤５０と、点状接着剤６０とをレンズ部材３０で押圧しながら一体化させて環状接着剤４０とする際に、レンズ部材３０の空間部の気体を隙間Ｓから逃がすことで、環状接着剤４０にボイドが発生することを抑制することができる。点状接着剤と点状接着剤、線状接着剤と線状接着剤の組み合わせでは、隙間Ｓの間隔を十分に広げることができないため、押圧後にボイドを発生させずに環状接着剤とすることが困難である。

以上の工程により、図１Ａ～図１Ｃに示すような、発光装置１０を気密封止した発光モジュール１００とすることができる。

以下、発光モジュールの各構成要素について説明する。

（発光装置）
発光モジュール１００の光源である発光装置１０は、図２Ａ等に示した形状に限られず、公知の発光装置を用いることができる。また、発光色についても、白色、青色、緑色、赤色、更にはこれらを組み合わせた種々の発光色の発光装置を用いることができる。

（基板）
基板は、配線等を備えた板状部材であり、発光装置及びレンズ部材を載置可能な上面を備える。基板は、例えば、セラミック、ガラスエポキシ、樹脂等の基材と、その基材の上面に形成された銅、鉄、アルミ、等の配線と、を備える。

（点状接着剤、線状接着剤、環状接着剤）
点状接着剤と線状接着剤は、基板とレンズ部材とを接着させるための部材であり、接着時に一体化されて環状接着剤となる。点状接着剤、線状接着剤としては、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、紫外線硬化樹脂等の樹脂材料を用いることができる。具体的には、例えば、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、等を用いることができる。これらの樹脂材料に、酸化チタン、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化亜鉛、等を添加することができる。点状接着剤と線状接着剤は、同じ材料を用いてもよく、異なる材料を用いてもよい。環状接着剤は、図１Ｃに示すように、レンズ部材の脚部の幅よりも広い幅で形成されている。

（レンズ部材）
レンズ部材は、発光装置から出射される光の配光等を制御するための部材であり、基板上に環状接着剤を介して接合される。レンズ部材は、レンズ部と、そのレンズ部の周辺に配置されるレンズ保持部と、を備える。レンズ保持部は、下面側に突出した脚部を備えている。レンズ部材の脚部の底面は、基板上に接合される部分である。

レンズ部材のレンズ部は、凸レンズ、凹レンズ、フレネルレンズ等の種々のレンズ機能を備えた部分であり、発光装置の大きさ、配置、所望の配光特性等に応じて適宜選択することができる。図１Ａ～図１Ｃに示す例では、レンズ部材のレンズ部はフレネルレンズである。レンズ部の光軸と、発光装置の光軸が一致するように、レンズ部が配置されることが好ましい。

レンズ部材の脚部は、レンズ部の周囲に配置されており、脚部で囲まれた領域に発光装置が配置可能なような高さ及び大きさで配置される。

本発明の実施形態に係る発光モジュールは、各種照明器具、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機等、などの用途に利用することができる。

１００…発光モジュール
１０…発光装置
１１…発光素子（１１ａ…積層構造体、１１ｂ…素子電極）
１２…被覆部材
１３…透光部材
１４…導光部材
１５…電極
２０…基板
２１…基板の上面
２２…外周部
３０…レンズ部材
３１…レンズ部
３２…レンズ保持部
３３…脚部
４０…環状接着剤
５０、５１、５２、５３…線状接着剤
５０Ａ、５１Ａ、５２Ａ…線状接着剤の外縁
５０Ｂ、５２Ｂ…内縁
５４１…ドット
６０…点状接着剤
６０Ａ…点状接着剤の外縁
６０Ｂ…点状接着剤の内縁
Ｓ…隙間部
７０…ディスペンスノズル
８０…レンズホルダ

Claims

上面に発光装置が配置された基板を準備する工程と、
前記発光装置を囲む前記基板の上面において環状の外周部に、上面視において直線又は
曲線に連続した線状接着剤と、前記線状接着剤と離間する点状接着剤と、を配置する工程
と、
前記線状接着剤上及び前記点状接着剤上にレンズ部材を載置する工程と、
前記レンズ部材を押圧し、前記線状接着剤と前記点状接着剤とを接触させて一体化させ
た環状接着剤とし、加熱又は紫外光により前記環状接着剤を硬化する工程と、
を備え、
前記点状接着剤の内縁は、上面視において前記線状接着剤の端部に挟まれた領域であっ
て、前記線状接着剤の端部の外縁同士を結ぶ仮想線の外側に配置される、発光モジュール
の製造方法。
前記基板の上面から前記点状接着剤の上面の高さと、前記基板の上面から前記線状接着
剤の上面の高さは、同じ高さである、請求項１に記載の発光モジュールの製造方法。
前記基板の上面から前記点状接着剤の上面の高さと、前記基板の上面から前記線状接着
剤の上面の高さは、異なる高さである、請求項１に記載の発光モジュールの
製造方法。
前記基板の上面から前記点状接着剤の上面の高さと、前記基板の上面から前記線状接着
剤の上面の高さは、いずれか高い方の高さが、低い方の高さの５０％以上である、請求項
３記載の発光モジュールの製造方法。