JP5846182B2

JP5846182B2 - 発光装置の製造方法

Info

Publication number: JP5846182B2
Application number: JP2013232676A
Authority: JP
Inventors: 正賢古関; 健史松嶌; 聡重盛
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2029-02-24
Also published as: JP2014057090A

Description

本発明は、複数個のＬＥＤチップ等を同一の配線基板に複数個搭載したバックライトに代表される照明機器や、ＬＥＤチップ等の発光素子をパッケージ化したランプ、等の発光装置の製造方法に関する。

青色ＬＥＤチップの実用化により、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体との組み合わせによる白色光源が種々の分野で利用されている。特に、自発光型のディスプレイではない液晶ディスプレイのバックライトとして利用されることが多い。

このようなバックライトでは、配線基板上に複数のＬＥＤチップが直接搭載され、これら各々のＬＥＤチップに対し蛍光体を含有させた樹脂により封止する方法が用いられている。近年、ＬＥＤチップの高出力化に伴い、封止樹脂としてＬＥＤチップからの発熱に対し、耐熱性あるシリコン樹脂を用いることが多い。また、シリコン樹脂は弾性に富むため、ＬＥＤチップの発熱によるＬＥＤチップの周囲に生じる熱応力を緩和することができ、ＬＥＤチップ配線基板と電気的に接続するワイヤの断線といった問題にも対応することができる。

シリコン樹脂はポッティング法にて供給し、硬化させることが多い。ポッティング法が用いられる程度の低粘度で封止樹脂を供給する際、封止樹脂が意図しない領域に流出する場合がある。そのため、図４（ａ）に示すように、封止樹脂４が硬化前に広範囲に流出を抑制する隔壁４を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２及び特許文献３参照。）。このような技術は、図４（ｂ）に示すように、ダイシングにより各隔壁４単位に配線基板１を分離して形成されるＬＥＤランプにも適用されている。

特開２００６−０６６７８６号公報特開２００６−３２４５８９号公報特開２００８−３００５７７号公報

このように隔壁４を利用したバックライトやＬＥＤランプでは、硬化させた封止樹脂５に対し、傷を生じさせて外観不良となる場合がある。具体的には、前者においては、搬送時にヒューマンエラーが原因となり、後者においては、ＬＥＤランプを配線基板に搭載する際にＬＥＤランプを吸着させるコレットによる圧痕の外観不良の原因となる。また、このような傷は、白色発光のバックライトやＬＥＤランプの場合には白色光に色むらが生じさせたり、蛍光体を用いない単色のバックライトやＬＥＤランプの場合においても、これらの傷により発光光が所望の配光特性といった不良や、封止樹脂によって覆われるワイヤ３への圧力により断線等の不良を生じさせるという問題を生じさせていた。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであって、バックライトやＬＥＤチップ等の樹脂封止部にヒューマンエラーやコレットの圧痕等による傷を生じさせない発光装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題は、基板に発光素子を搭載する素子搭載工程と、反射剤及び充填剤を含有させた反射性を有する第１の樹脂により、前記基板に発光素子搭載部を囲むように隔壁を形成する隔壁形成工程と、蛍光体を含有させた第２の樹脂により、前記隔壁内の前記発光素子を封止する封止部を形成する素子封止工程とを有し、前記隔壁の前記基板の表面からの高さは、前記封止樹脂より高く形成され、前記隔壁は前記封止部より見かけ上、硬い樹脂により形成されており、前記隔壁形成工程において、印刷又は滴下により前記基板に未硬化の前記第１の樹脂を供給した後、該第１の樹脂を硬化させることにより隔壁を形成し、前記素子封止工程において、前記隔壁の内周面と前記第２の樹脂を接合させることを特徴とする白色発光装置の製造方法によって解決される。
ここで、見かけ上の硬さとは、母体となる樹脂自体が硬いことを指すものではなく、充填剤やその他の添加剤の全てを含めて硬化させたとき、その硬化物が硬いことを意味する。これらの硬さの比較は、ＩＳＯ７６１９に基づいて図られたジュロメータによる測定値を尺度とする。

前記隔壁工程の後に、前記素子搭載工程を行ってもよい。また、前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂は同じ樹脂材料を母材としており、前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂の硬さは、添加剤の混合量により制御されてもよいし、前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂は同じ樹脂材料を母材としており、同時に硬化させてもよい。

本発明の発光装置は、隔壁が封止樹脂より基板の表面からの高さが高く形成さている。すなわち、バックライトの搬送時のヒューマンエラーやＬＥＤランプの搭載時のコレットにより封止樹脂を形成する第２の樹脂に直接接することなく、第１の樹脂からなる隔壁の上面又は外面に接するので、封止樹脂に損傷を生じさせにくくすることができる。また、隔壁を形成する第１の樹脂は、封止樹脂を形成する第２の樹脂により硬く形成されているので、隔壁に対して傷を生じにくくすることができる。

また、第１の樹脂と第２の樹脂は同じ樹脂材料を母材としているので、接合の際、なじみやすく、接合強度が高くなり、第１の樹脂/第２の樹脂間の剥離といった問題を生じにくくなる。この際、同一母材で異なる強度を得るために、添加剤の混合量を調整するとよい。

更に、隔壁を形成する第１の樹脂に反射剤を混合することにより、隔壁に多少の傷が生じた場合においても、発光装置の発光光は大部分が隔壁の内面に照射され、傷が生じる隔壁上面又は内面へは照射されないため、白色光の色むらや配光特性のバラツキを抑制することができる。

図１は、本発明の実施の形態のバックライト及びＬＥＤランプを示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態のバックライト及びＬＥＤランプの製造方法を示す断面図（その１）である。図３は、本発明の実施の形態のバックライト及びＬＥＤランプの製造方法を示す断面図（その２）である。図４は、従来例のバックライト及びＬＥＤランプを示す断面図である。

以下に、添付の図面に基づいて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態のバックライト及びＬＥＤランプを示す断面図である。
本発明のバックライト及びＬＥＤランプは、配線基板１１と、配線基板上に搭載されたＬＥＤチップ１２と、ＬＥＤチップ１２と配線基板を接続するワイヤ１３と、ＬＥＤチップの周囲を取り囲む隔壁１４と、隔壁の内周側を充填してＬＥＤチップを封止する封止樹脂１５を備えている。
ここで、本明細書では、図１（ａ）に示すように、配線基板１１上に複数の隔壁を備え、面状光源として使用されるものをバックライトとし、図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）の形態から各隔壁１５毎に配線基板を切り出したものをＬＥＤランプと呼ぶ。

配線基板１１は、表面のみ、又は、表面及び裏面に配線（図示せず。）を備えており、ガラスエポキシ、又は、アルミナ等のセラミックから形成されている。

ＬＥＤチップ１２は、サファイア，ＳｉＣ（炭化珪素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）等の成長基板の上に窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ_{１−Ｘ１−Ｙ１}Ｉｎ_Ｘ１Ｇａ_Ｙ１Ｎ、０≦Ｘ１≦１，０≦Ｙ１≦１，０≦Ｘ１＋Ｙ１≦１）層が積層されており、正負の電極（図示せず）に電圧を印加することにより、例えば青色光を発光する。この他に、ガリウム燐系化合物半導体（Ａｌ_{１−Ｘ２−Ｙ２}Ｉｎ_Ｘ２Ｇａ_Ｙ２Ｐ、０≦Ｘ２≦１，０≦Ｙ２≦１，０≦Ｘ２＋Ｙ２≦１）からなり、緑色光を発光するＬＥＤチップや、ガリウム砒素系化合物半導体（Ａｌ_１−Ｘ３Ｇａ_Ｘ３Ｐ、０≦Ｘ３≦１）からなり、赤色光を発光するＬＥＤチップを用いてもよい。

ワイヤ１３は、Ａｕ（金）からなり、ＬＥＤチップの正負の電極と配線基板の正負の配線の各々とを電気的に接続する。

隔壁１４は、エポキシ樹脂，フッ素樹脂及びシリコン樹脂、等の樹脂材料からなる。樹脂材料には、硬化前にある程度の形状安定性を保持させるために、ＳｉＯ_２（シリカ）等の充填剤を含有させて見かけの粘度を上げることが好ましい。また、これに加え、樹脂材料には、個々の隔壁内から発せられる発光光の配光を制御する観点から、ＴｉＯ_２（酸化チタン），ＢａＳＯ_４（硫酸バリウム），ＢＮ（窒化硼素），等の反射剤を含有させることが好ましい。これらの反射剤及び充填剤は、破砕状，球状，りんぺん状，棒状，繊維状、等、様々な形状を選択することができる。

また、隔壁１４は、隔壁を加工済みの金属や金属ペーストの焼成等により形成しても良いが、配線基板との絶縁を図る必要があり、成形の簡便性の観点から樹脂から形成することが望ましい。また、樹脂材料の中でも作業性の観点から、熱硬化性樹脂又は紫外線硬化性樹脂を用いることが好ましい。
尚、隔壁１４内に配置されるＬＥＤチップ１２は１個でなくともよい。例えば、後述する封止樹脂内に含有させる蛍光体との組合せる場合や、蛍光体を使用しない場合に応じて複数個配置してもよい。
例えば、同じ発光光を発するＬＥＤチップを２つ以上配置しても良いし、青色発光ＬＥＤチップと緑色発光ＬＥＤチップや、青色発光ＬＥＤチップと赤色発光ＬＥＤチップとを組み合わせて配置してもよい。

封止樹脂１５は、隔壁同様の樹脂材料からなり、配線基板からの高さが隔壁よりも低く形成される。封止樹脂１５中には、所望の蛍光体を含有させてもよい。例えば、ＬＥＤチップ１２の発光光を青色光とし、これを励起光として、黄色光の波長変換光を発するＹＡＧ（ＹｔｔｒｉｕｍＡｌｕｍｉｎｉｕｍＧａｒｎｅｔ）系蛍光体やＢＯＳ（ＢａｒｉｕｍＯｒｔｈＳｉｌｉｃａｔｅ）系蛍光体等を用い、ＬＥＤチップからの発光光と蛍光体による波長変換光の混色により白色光を発する場合が考えられる。その他、紫外光を発光するＬＥＤチップと、これを励起光とする青色光、黄色光（緑色光）、赤色光を発する波長変換光とを組み合わせて白色光を得てもよい。

このような構成を有する本発明によれば、見かけ上、封止樹脂１５より硬い樹脂が隔壁１４として用いられ、隔壁１４の厚みより薄く封止樹脂１５が形成されているので、隔壁１４が封止樹脂１５に傷が生じることを防止する機能を発揮し、外観や、白色光に色むらや、発光光が所望の配光特性といった諸不良を低減することができる。

（実施例１）
上記のバックライト及びＬＥＤランプの製造方法の実施例（その１）について、図２に基づいて、以下に説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、配線基板１１の表面を覆うように、所定の部分に貫通孔が形成された印刷板１６を配置し、シリコン樹脂母材（製品名：東レ・ダウコーニング株式会社製；０Ｅ６６３０）に平均粒径Ｄ５０が２．０μｍのＴｉＯ_２からなる反射剤を１０ｗｔ％含有させた第１の樹脂をこの貫通孔を塞ぐようにスキージを用いてスクリーン印刷を施し、硬化前の隔壁１４ａを形成した。

次に、図２（ｂ）に示すように、印刷板１６を取り除いた後、ＬＥＤチップを配線基板１１の硬化前の隔壁１４ａ内に配置し、ＬＥＤチップの正負の電極（図示せず。）と配線基板上の正負の配線（図示せず。）の各々を繋ぎ、電気的に接続する。

その後、図３（ｃ）に示すように、隔壁１４の厚みより厚くならないように、シリコン樹脂母材（製品名：東レ・ダウコーニング株式会社製；０Ｅ６３４０）に平均粒径Ｄ５０が０．０１μｍのシリカを１ｗｔ％及び平均粒径が２０μｍＹＡＧ蛍光体を１０ｗｔ％含有させた第２の樹脂をノズル１８から硬化前の隔壁１４ａ内に滴下し、硬化前の封止樹脂１５ａを形成した。次いで、加熱により、硬化前の隔壁１４ａ及び封止樹脂１５ａを同時に硬化させて隔壁１４及び封止樹脂１５を形成し、白色光を発光するバックライトを製造した。
この際、隔壁１４及び封止樹脂１５の硬度は、各々、ショアＤ４０及びショアＡ４０であり、隔壁１４の方が封止樹脂１５より高硬度であることを確認した。
そして、この後に、隔壁１４ごとに分離されるように、隔壁間の位置でダイシングにより分離してＬＥＤランプを形成した。これらのＬＥＤランプを基板搭載装置（図示せず。）に真空吸着させて、別途容易した母基板（図示せず。）に搭載した後、封止樹脂１４の表面に圧痕はなく、色むら及びワイヤの断線も生じていなかった。

（実施例２）
図３は、その他のバックライト及びＬＥＤランプの製造方法の実施例（その２）に示した断面図であり、図２に示した実施例と比べ、隔壁の形成をスクリーン印刷ではなくポッティングにより行なっている点において異なる。

尚、図３（ａ）に示すように、本実施例では、配線基板１１にＬＥＤチップ１２を配置し、配線基板１１とＬＥＤチップ１２とをワイヤ１３により電気的に接続した後、隔壁形成用の硬化前の第１の樹脂１４ａを配線基板１１の表面のＬＥＤチップ１２の周辺部に供給している。しかしながら、これとは逆に、ＬＥＤチップを配線基板１１の表面に搭載する前に、所定の位置に隔壁形成用の硬化前の第１の樹脂１４ａを形成してもよい。
図３（ｂ），図３（ｃ）については、図２（ｂ），図２（ｃ）の説明と重複する為、これらの説明については省略する。

尚、本発明は上記の実施例に限定されるものではない。例えば、第１の樹脂１４及び第２の樹脂１５は同一の母材であることが好ましい。また、双方の硬化前の樹脂１４ａ，１５ａは同時に硬化させる方が好ましい。互いの樹脂１４，１５の硬化条件が同じであり、同一母材であるため、互いの樹脂が馴染みやすいためである。尚、配線基板１１に供給した後に、各々の硬化前の樹脂１４ａ，１５ａを硬化させてもよい。

また、本実施の形態では発光素子としてＬＥＤチップを挙げて説明したが、発光サイリスタ等、その他の発光素子を用いてもよい。

液晶のバックライトや、面状照明機器等の大型照明の他、ＬＥＤランプとして、スイッチの点灯部や携帯ライト等の種々の光源にも適用できる。

１，１１配線基板
２，１２ＬＥＤチップ（発光素子）
３，１３ワイヤ
４，１４隔壁（第１の樹脂）
４ａ硬化前の隔壁（硬化前の第１の樹脂）
５，１５封止樹脂（第２の樹脂）
５ａ硬化前の封止樹脂（硬化前の第２の樹脂）
１６印刷板
１７スキージ
１８ノズル

Claims

基板に発光素子を搭載する素子搭載工程と、
反射剤及び充填剤を含有させた反射性を有する第１の樹脂により、前記基板に発光素子搭載部を囲むように隔壁を形成する隔壁形成工程と、
蛍光体を含有させた第２の樹脂により、前記隔壁内の前記発光素子を封止する封止部を形成する素子封止工程と
を有し、
前記隔壁の前記基板の表面からの高さは、前記封止樹脂より高く形成され、前記隔壁は前記封止部より見かけ上、硬い樹脂により形成されており、
前記隔壁形成工程において、印刷又は滴下により前記基板に未硬化の前記第１の樹脂を供給した後、該第１の樹脂を硬化させることにより隔壁を形成し、
前記素子封止工程において、前記隔壁の内周面と前記第２の樹脂を接合させる
ことを特徴とする白色発光装置の製造方法。
前記隔壁工程の後に、前記素子搭載工程を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の白色発光装置の製造方法。
前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂は同じ樹脂材料を母材としており、前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂の硬さは、添加剤の混合量により制御されていることを特徴とする請求項２に記載の白色発光装置の製造方法。
前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂は同じ樹脂材料を母材としており、
該第１の樹脂及び該第２の樹脂を同時に硬化させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の白色発光装置の製造方法。