JP2009158541A - 発光ダイオードの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造される発光ダイオード個々の色度バラツキを低減化するとともに、製造後においても所望の色度となるように合わせ込み及び微調整が可能な発光ダイオードの製造方法を提供することである。
【解決手段】 基板１１上に発光素子１３を実装し、この発光素子１３を透光性の樹脂材によって封止して形成される発光ダイオード１０の製造方法において、前記基板１１上に発光素子１３を実装する工程と、実装した発光素子１３上に前記樹脂材による封止体１４を形成する工程と、この封止体１４の外表面を機械的にトリミング加工する工程と、このトリミング加工の工程中に前記発光素子１３から発せられる光の色度をプローブ２０によって測定する工程とを備え、前記発光素子１３から発せられる光の色度が所定の値となるように前記封止体１４のトリミング加工量を調整する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発光ダイオードの製造方法に関し、特に発光色度の設定や調整を容易とする発光ダイオードの製造方法に関するものである。

発光ダイオードは、携帯電話機や情報端末機などの各種電子機器の表示部又は液晶表示装置のバックライト光源などに多く採用されている。この発光ダイオードは、一般に基板上に実装した発光素子を透光性の樹脂材で封止して形成される。このため、前記発光素子から発せられる光は、封止されている樹脂材を通した色度となる。

上記発光ダイオードの製造は、基板の形成工程、発光素子の実装工程、樹脂材による封止工程などの複数の工程を経て行われ、各工程においては、材料の選択、製造手順、製造時間などが管理されている。例えば、実装工程では発光素子の選別、また、封止工程にあっては、樹脂材の選択や樹脂材の充填量、硬化時間などの条件が設定される。しかしながら、一旦製造された発光ダイオードの色度を測定すると、製品ごとにバラツキが生じ、場合によっては、出荷検査で不良品となる場合がある。このような場合、一旦成形した樹脂材の上に新たに樹脂材を足すなどして発光の色度を調整することも可能であるが、全体の厚みが増すなど外形が変化してしまうといった欠点がある。

上記問題を改善する手段として、特許文献１では、基板に実装する発光素子と、この発光素子を封止する樹脂材とを有する発光ダイオードの色度を分類した後、浸透性のある有機溶剤又は温水中に染料を溶解または分散させてなる染料液に浸漬し、当該発光ダイオードを染色して染色層を形成し、これにより不要な発光色成分を弱めることで、所望の色度の範囲に入るように色度補正された発光ダイオード及び製造方法が示されている。また、特許文献２には、第１次の発光源である発光素子の発光波長を一種類、又は数種類の蛍光材料を用いて波長変換し第２次の発光波長を発光する発光ダイオードにおいて、第１次の発光源である発光素子の光取り出し面に、主として蛍光材料からなる薄膜をつけることにより波長変換して第２次の発光波長を発光させる構造の発光ダイオードが示されている。
特開２００４−８８００３号公報 特開２００６−５３３６号公報

しかしながら、前記製造の各工程での管理を十分に行った場合であっても、完成後の発光ダイオードは、個々の発光素子や樹脂材によって色度や輝度が微妙に異なったものとなる。このため、同一ライン又は同一ロットで製造したとしても、最終の出荷検査によって、基準となる色度や輝度に満たないものは不良品としてはじかれてしまうケースが多い。また、完成後の発光ダイオードを染料液などに浸食させて、不要な発光色成分を弱めることで色度を調整することはできるが、前記染料液の影響で製品が劣化するおそれがある。

また、色度も白色のような単色のものではなく、パステル調などの中間色を得ようとする場合、樹脂材の材質や形成厚みなどを予め設定しても、最終的な製品にならなければ設定通りの色度を得ることは困難であった。

このように、従来の色度調整方法にあっては、最終的に製品として完成した後でないと色度が当初設定したものであるかが確認できず、その調整手段も限られたものとなっていた。また、発光色を所定の色度に合わせ込むような微調整を行うことができないといった問題を有していた。

そこで、本発明の目的は、製造される発光ダイオード個々の色度バラツキを低減化するとともに、製造後においても所望の色度となるように合わせ込み及び微調整が可能な発光ダイオードの製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の発光ダイオードの製造方法は、基板上に発光素子を実装し、この発光素子を透光性の樹脂材によって封止して形成される発光ダイオードの製造方法において、前記基板上に発光素子を実装する工程と、実装した発光素子上に前記樹脂材による封止体を形成する工程と、この封止体の外表面を機械的にトリミング加工する工程と、このトリミング加工の工程中に前記発光素子から発せられる光の色度を測定する工程とを備え、前記発光素子から発せられる光の色度が所定の値となるように前記封止体のトリミング加工量を調整することを特徴とする。

本発明に係る発光ダイオードの製造方法によれば、発光素子を封止する封止体を成形した後に、この封止体の表面をトリミング加工することによって発光色度を調整することができるので、製品の出荷段階において設定されている発光色度に微調整することができる。これによって、従来、製品出荷検査に良品とされる発光色度測定の許容幅をより厳密となるように狭めることができるので、より精度の高い発光ダイオードの製造が可能となる。

また、従来では、製造後において発光色度が所定の設定値に満たなかった製品であっても、出荷可能な製品に仕上げることができるので、製品歩留まりが向上する。

さらに、封止体の表面をレーザ光の照射によって微小な幅及び厚みに切削することによって、発光色度を調整することができるので、加工部分が目立ったり、発光ムラが生じたりすることがない。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光ダイオードの製造方法の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の製造方法を用いて製造される発光ダイオード１０の構造を示したものである。この発光ダイオード１０は、端子電極や配線パターンが形成された基板１１と、この基板１１の略中央部に実装される発光素子１３と、この発光素子１３を封止する封止体１４とで構成されている。前記基板１１は、ガラスエポキシ樹脂やＢＴレジン等の絶縁材料によって四角形状に形成され、上面に前記発光素子１３との接続を図るための電極１５，１６が形成されている。この電極１５，１６は、一方がアノード電極で他方がカソード電極であり、前記基板１１の上面から側面を経て下面側に延びている。

前記発光素子１３は、電極１５，１６に対応した一対の素子電極を有した四角形状のチップであり、電圧を印加することによって、例えば、青色や赤色等の発光色で発光する。前記素子電極は、基板１１の上面に形成されている電極１５，１６とそれぞれボンディングワイヤ１７を介してハンダ接続されている。なお、このハンダ実装は、リフロー処理によって行われる。

前記封止体１４は、透光性を有するエポキシ又はシリコーン系の樹脂材によって成形され、前記基板１１上に実装された発光素子１３を封止する。また、この封止体１４の外表面には、後述するトリミング加工によってできる凹凸部１２が形成され、この凹凸部１２によって、発光素子１３から発せられる光の色度調整が行われる。

次に、上記構造の発光ダイオード１０を形成するための製造方法を図２及び図３に基づいて説明する。本発明の発光ダイオードの製造方法は、図３に示したように、実装・封止工程（Ａ）、色度測定工程（Ｂ）、トリミング加工工程（Ｃ）とからなる。最初の実装・封止工程（Ａ）では、図１に示したように、四角形状にダイシングされた基板１１に一対の電極１５，１６をエッチング等によってパターン形成し、この電極１５，１６に前記基板１１の略中央部に固定された発光素子１３をボンディングワイヤ１７によってハンダ接続を行う（図２（ａ））。次に、前記発光素子１３上に所定の厚みとなるように透光性の樹脂材を成形することで封止体１４を形成する（図２（ｂ））。

前記実装・封止工程（Ａ）が終了した発光ダイオード１０は、電極１５，１６に所定の電圧を印加するための作業台１８（図２（ｂ））上に載置する。この作業台１８には、電極１５，１６を載せて発光素子１３の点灯及び消灯を操作するための調整部（図示せず）が設けられる。

次に、色度測定工程（Ｂ）及びトリミング加工工程（Ｃ）について説明する。ここでは、図２（ｂ）に示すように、作業台１８上に載置した発光ダイオード１０の発光時における色度を測定するためのプローブ２０が封止体１４の表面に接触可能となるように複数箇所に配置される。このプローブ２０は、先端部に色度センサが備えられており、この色度センサで検出されたそれぞれデータから封止体１４の表面における色度のバラツキを算出することができる。また、各プローブ２０のデータの平均値を取ることによって、封止体１４の表面全体の色度を算出することができる。図４は前記封止体１４の上面における色度の測定ポイントを示したものである。この測定ポイントは、マス目で仕切られた箇所で任意に設定することができるが、本実施形態では、後のトリミング加工を阻害しないように、前記プローブ２０による測定ポイント（２１ａ〜２１ｄ）を封止体１４の上面の四隅に設定した。

前記プローブ２０の位置決め設定が完了した後、図３に示したフローに沿ってトリミング加工するための準備段階に移行する。初めに前記実装・封止工程（Ａ）が終了した発光ダイオード１０の電極１５，１６に電圧を印加して発光状態とする。次に、プローブ２０を封止体１４上の所定位置に接触させ、前記封止体１４を通した発光の色度測定をスタートさせる。このプローブ２０によって検出された色度データは逐次外部の解析装置に蓄積され、目標とされる色度の範囲に入っているかどうかの判定が行われる。

色度の判定結果から目標とする色度の範囲に入っていれば、前記プローブ２０を封止体１４から外して色度測定を終了するとともに発光ダイオード１０を消灯する。これによって、所定の色度となる発光ダイオードの製造工程が完了する（図２（ｃ））。

一方、色度が目標とする範囲から外れていると判定された場合（図２（ｄ））は、トリミング加工工程（Ｃ）に移行する。このトリミング加工は、前記封止体１４の外表面の所定範囲にレーザ光を走査しながら照射することによって行われる。このレーザ光の照射によって、図１に示したように前記封止体１４の外表面を切削し、複数の切削溝からなる凹凸部１２が形成される。このような凹凸部１２を形成することで、前記発光素子１３から発せられる光の屈折や反射が生じて発光の色度が変化する。最初の段階では封止体１４が厚めに形成されるので、黄色味の強い発光色度となるが、トリミング加工工程（Ｃ）を繰り返し行うことで、徐々に封止体１４の厚みが減少して白色に近い色度となる。

前記トリミング加工は、封止体１４に接触するプローブ２０からの色度測定の結果を確認しながら繰り返され、その測定の度に判定される色度判定の結果によって、所定の色度の範囲に入れば、色度測定を終了するとともに発光ダイオード１０を消灯させて全ての製造工程が完了する。このトリミング加工における色度の調整は、前記レーザ光を照射することによってできる切削溝の本数や間隔によって行われる。トリミング加工の最初の段階では、切削溝の間隔を広くした凹凸部１２を形成する。そして、前記プローブ２０による色度測定の結果を確認しながら、前記切削溝の間隔を狭めるように本数を次第に増やすようにすれば、色度の微調整が可能となり、目標とする色度範囲に正確に合わせ込むことができる。

前記トリミング加工を行うためのレーザトリミング加工機は、レーザ光源とこのレーザ光源を駆動及び制御する制御部等を備える加工機本体と、この加工機本体から延びるレーザ光照射ノズルとを備えており、このレーザ光照射ノズルから発せられるレーザ光の強度や照射時間等に応じてトリミング加工量が調整される。

また、発光ダイオード１０の発光色度は、前記レーザ光の強度や照射時間の設定と合わせて、封止体１４の外表面に形成される凹凸部１２のパターンを変化させることで調整することができる。前記パターンは、図１に示したような縦方向あるいは横方向に平行して延びる複数の切削溝からなる縞状パターンや図５に示すように、縦方向及び横方向に延びる切削溝が複数クロスする格子パターン２２、又は発光素子１３を中心とした同心円パターンなどであり、前記パターンを形成する切削溝の数や間隔を設定することで発光色度の微調整が行える。

前記パターンを形成する場合、切削溝数を増やしたり、切削溝の間隔を狭くしたりすることで、発光色度の調整量を多くすることができる。また、前記パターンを形成する場所は、図１に示したように、発光素子１３の発光正面に対向する封止体１４の上面に形成するのが効果的であるが、図６に示すように封止体１４の側面にも形成することで、上面の調整だけでは十分でない場合や、広角な発光機能を有する発光ダイオードを製造する場合の色度調整が可能となる。

なお、前記封止体１４の上面や側面に対するトリミング加工に際して、レーザ光の照射強度を均一に保持するとともに、レーザ光による切削溝数や切削溝の間隔を均一したパターンを形成することで、発光ムラを生じることなしに発光色度の調整を行うことができる。また、前記封止体１４の上面や側面の一部に切削溝によるパターンを形成することによって、特定の発光方向に対して発光色度が異なる発光ダイオードを形成することもできる。

色度の測定とトリミング加工による繰り返し工程は、前記レーザトリミング加工機に発光色度の測定器からの情報を取り込む色度読取手段を設けるとともに、この色度読取手段に読み取られた色度測定に応じた加工量を設定可能な加工制御手段を設けることで、予め設定した発光色度となるように自動でトリミング加工を行わせることができる。

また、前記発光ダイオードを大量生産する場合は、例えば、次に示すような方法をとることができる。最初に大型サイズの集合基板を形成し、ダイシングラインで仕切られた複数の発光素子の実装面を形成する。そして、それぞれの実装面上に発光素子をリフロー処理によって実装した後、前記集合基板の上面全体に透光性の樹脂材を充填して封止体を形成する。次に、前記封止体の外表面の所定箇所に接触するようにプローブを複数箇所配置し、封止体の上面全体をレーザ光照射ノズルで走査することで、所定の色度となるようなトリミング加工を集合基板単位で一括して行う。そして、トリミング加工が終了した封止体をダイシングラインに沿って集合基板ごとに分断することによって、色度が均一な発光ダイオードを量産することができる。

上記実施形態の発光ダイオードの製造方法では、トリミング加工によって発光色度を調整する方法を示したが、このようなトリミング加工を用いることで、発光の指向特性を調整することもできる。図７〜図９は、導光板３１の側面に向けて発光するのに適した発光ダイオードの構成例を示したものである。図７に示すように、導光板３１の一側面に３個の発光ダイオード３２，３３，３４を均等に配置した場合、それぞれの発光ダイオードは、指向特性が均一となるように製造されているため、配置間隔によっては、両側に配置されている発光ダイオード３２，３４の発光範囲（破線で示す）の一部が中央に配置されている発光ダイオード３３の発光範囲（実線で示す）の一部と重なる部分がある一方で、導光板３１の端部においては前記発光ダイオード３２，３４の発光範囲から外れてしまう場合がある。このような場合において、前記発光ダイオード３２，３４の封止体の外方向に面した側面３２ａ，３４ａにトリミング加工を施すことによって、破線で示した発光範囲を実線で示したような導光板３１の上辺側及び下辺側に偏向させるように指向特性を調整することができる。なお、中央に配置されている発光ダイオード３３の両外側側面３３ａ，３３ｂにトリミング加工を施した場合は、拡散範囲が左右方向に均等に広がり、全体的に発光範囲を広げることができる。

図８及び図９は、導光板の厚み方向に対する指向特性をトリミング加工によって調整した例を示したものである。ここで、発光ダイオード４２は、基板４３と、この基板４３上に実装される発光素子４４と、この発光素子４４を封止する封止体４５と、この封止体４５の上面及び下面を遮光する遮光枠４６とで形成されている。図８は導光板４１の受光面４１ａの厚みが前記発光ダイオード４２の封止体４５の発光面４７よりも薄い場合に効果的なトリミング加工例であり、導光板４１の厚みから外れる前記発光面４７の上部に限定してトリミング加工による凹凸部４８を形成した。このような凹凸部４８を形成することで、発光面４７の上部から発せられる光が拡散するため、導光板４１の受光面４１ａに直接入射しない光の影響を抑えることができる。また、図９は導光板５１の受光面５１ａの厚みが前記発光ダイオード４２の発光面４７の厚みと略同じとなっているが、前記発光面４７の上端５２及び下端５３にトリミング加工を施すことで、余分な光を外部に拡散させて導光板４１の受光面５１ａに入射させる光の量を調整することができる。

以上説明したように、本発明の発光ダイオードの製造方法によれば、発光素子を基板上に封止する封止体を形成した後に、この封止体の要所の色度を測定しながら、レーザ光によるトリミング加工を行うので、最終的な出荷検査の段階で所定の発光色度となるに調整することが可能となった。これによって、製造段階において所定の発光色度に満たない製品を最終的に良品として出荷可能な製品に仕上げることができ、製品不良率の大幅な低減化が図られることとなる。

また、前記トリミング加工された部分は、拡散反射面となるので、発光の広がり方向が増し、指向特性を偏らせることができる。このような特性を利用することで、バックライト光源に適した発光ダイオードを形成することができる。

本発明に係る発光ダイオードの内部構造を示す斜視図である。 上記発光ダイオードの製造の流れを示す工程図である。 上記発光ダイオードの製造の流れを示すフローチャートである。 上記発光ダイオードの平面図である。 格子状の凹凸パターンを形成した発光ダイオードの斜視図である。 トリミング加工を封止体の上面及び側面に形成した発光ダイオードの断面図である。 導光板に対する発光ダイオードの平面方向の指向特性を示す説明図である。 導光板の厚み方向に対する発光ダイオードの第１のトリミング加工例を示す断面図である。 導光板の厚み方向に対する発光ダイオードの第２のトリミング加工例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 発光ダイオード
１１，４３ 基板
１２，４８ 凹凸部
１３，４４ 発光素子
１４，４５ 封止体
１５，１６ 電極
１７ ボンディングワイヤ
１８ 作業台
２０ プローブ
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ 測定ポイント
２２ 格子パターン
３１，４１，５１ 導光板
３２，３３，３４，４２ 発光ダイオード
４６ 遮光枠
４７ 発光面

Claims (9)

1. 基板上に発光素子を実装し、この発光素子を透光性の樹脂材によって封止して形成される発光ダイオードの製造方法において、
   前記基板上に発光素子を実装する工程と、実装した発光素子上に前記樹脂材による封止体を形成する工程と、この封止体の外表面を機械的にトリミング加工する工程と、このトリミング加工の工程中に前記発光素子から発せられる光の色度を測定する工程とを備え、前記発光素子から発せられる光の色度が所定の値となるように前記封止体のトリミング加工量を調整することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
2. 前記トリミング加工は、前記封止体の外表面に凹凸部を形成することによって行われる請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
3. 前記凹凸部は、前記封止体の外表面を切削することによって形成される請求項２記載の発光ダイオードの製造方法。
4. 前記凹凸部は、複数の切削溝によって形成される請求項２又は３記載の発光ダイオードの製造方法。
5. 前記凹凸部は、レーザ光を照射することによって形成される請求項２乃至４のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。
6. 前記凹凸部は、縞状又は格子状にパターン形成される請求項２乃至５のいずれかに記載の発光ダイオードの製造方法。
7. 前記封止体の表面に色度を測定するための測定ポイントを一以上設け、この測定ポイントで測定した平均値から算出される色度に基づいて、前記トリミング加工を行う請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
8. 前記封止体のトリミング加工が施された部分に応じて、発光素子から発せられる光の指向特性を調整する請求項１記載の発光ダイオードの製造方法。
9. 前記指向特性は、前記封止体のトリミング加工が施された方向に偏向する請求項８記載の発光ダイオードの製造方法。

Images