JPWO2011151998A1 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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忠昭 池田
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美智雄 宮脇
博喜 宇辰
博喜 宇辰
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Abstract

発光装置１０は、発光素子１１と、発光素子１１を収容するパッケージ１３と、発光素子１１を封止する封止材１４とを備えている。パッケージ１３は、発光素子１１を保持する基部１３Ｂ及び発光素子１１を囲むように基部１３Ｂから上方に起立して設けられた枠部１３Ａを有している。封止材１４は、枠部１３Ａに囲まれた領域に埋め込まれている。枠部１３Ａは、その上端面１３２ａから上方に突出し、発光素子１１を囲むように設けられた突片壁１５を有している。

Description

本開示は、発光装置及びその製造方法に関し、特に、発光素子を封止するパッケージを有する発光装置に関する。
発光装置には、発光素子や、発光素子に接続されたワイヤを保護するためだけでなく、発光素子からの光を収束させたり広げたりするためのレンズ部を形成するために、樹脂による樹脂封止部が設けられている。
このような樹脂封止部が設けられた発光装置を製造する方法として、例えば次のようなものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。チップ状の半導体発光素子等を発光体収容部材に収容し、配線等を接続した後、発光体収容部材内に液状の封止樹脂材料を充填する。充填された封止樹脂材料の上に、予め成形型により成形した集光面となる凸面を有するレンズを、凸面を封止樹脂材料側に向けて載せる。封止樹脂材料を加熱等によって硬化させることにより、樹脂封止部の上にレンズが接合された発光装置を実現できる。
特開２００４−２７６３８３号公報
しかしながら、従来の発光装置では、予めレンズを成形型により成形しておき、樹脂封止した後に接合するため、余分な工程が必要である。封止樹脂を収容部に充填する際に、表面が凸面となるように充填できれば、レンズを封止樹脂と一体に成形することができる。
樹脂封止部を成形する一般的な方法としては、トランスファー成型法又はスクリーン印刷法等が用いられる。一方、カップ状に形成された反射体又は箱状に形成された筐体等により形成された収容部内に発光素子を配置する場合には、ポッティング法による液状樹脂の充填がよく用いられる。液状樹脂を注入するポッティング法の場合には、滴下する液状樹脂の量にばらつきが生じやすい。表面張力を期待して、樹脂封止部の表面が凸面又は凹面となるように液状樹脂を滴下すると、滴下量のばらつきにより液状樹脂が収容部の外側へ溢れることがある。液状樹脂が溢れると、収容部の外側に設けられた電極等に封止樹脂が付着して接点不良を発生させるおそれがあり、信頼性を損なう原因となる。
本開示は、発光素子を封止するための封止材をポッティング法により充填する場合にも収容部から封止材が溢れ出しにくく信頼性が高い発光装置及びその製造方法を実現できるようにすることを目的とする。
前記の目的を達成するため、本開示の発光装置は、発光素子を囲む枠部と、枠部に囲まれた領域に充填された封止材とを備え、枠部の上端面には、その上方に突出した突片壁が設けられている構成とする。
具体的に、例示の発光装置は、発光素子と、発光素子を収容するパッケージと、発光素子を封止する第１の封止材とを備え、パッケージは、発光素子を保持する基部及び発光素子を囲むように基部から上方に起立して設けられた枠部を有し、第１の封止材は、枠部に囲まれた領域に埋め込まれ、枠部は、その上端面から上方に突出し、発光素子を囲むように設けられた第１の突片壁を有している。
例示の発光装置は、枠部の上端面に突片壁が設けられているため、封止材の溢れ出しを抑え、信頼性が高い発光装置を実現できる。
例示の発光装置において、第１の突片壁は、枠部の外壁面を延長するように形成されていてもよい。
例示の発光装置において、第１の突片壁は、樹脂からなる枠部を成形する際にできたバリとすればよい。
例示の発光装置において、枠部の上端面は、枠部の内壁面と外壁面とを結ぶ方向の中央部の高さが、両端部の高さと異なる曲面状としてもよい。
例示の発光装置において、第１の封止材は、上面が凸レンズ状に形成されていてもよい。
例示の発光装置は、パッケージと一体に形成されたリードフレームをさらに備え、発光素子は、リードフレームのダイパッド部の主面上に固定されていてもよい。
例示の発光装置は、発光素子の両側方に互いに対向して設けられ、ダイパッド部の主面から上方に起立し、高さが枠部よりも低く、両端部が枠部の内壁面と接する反射板と、反射板及び枠部の内壁面に囲まれた領域に充填された第２の封止部とをさらに備え、反射板は、その上端面から上方に突出した第２の突片壁を有し、第２の封止部は蛍光体を含んでいてもよい。
例示の発光装置の製造方法は、基部と枠部との間にリードフレームが埋め込まれたパッケージを形成する工程(ａ)と、リードフレームのダイパッド部に発光素子を固定する工程（ｂ）と、工程（ｂ）よりも後に、枠部に囲まれた領域に第１の封止材を充填する工程（ｃ）とを備え、工程(ａ)では、枠部の外壁面を形成する第１の成形面、枠部の内壁面を形成する第２の成型面及び枠部の上端面を形成する第３の成型面に囲まれた第１の空間を第１の金型及び第２の金型の組み合わせにより形成し、第１の空間に樹脂を充填し、第１の金型と第２の金型との第１のパーティングラインは、枠部の上端面に沿って位置し、第１のパーティングラインの位置にバリを発生させることにより、枠部の上端面から上方に突出する第１の突片壁を形成する。
例示の発光装置の製造方法において、工程(ａ)では、発光素子の両側方に互いに対向して設けられ、ダイパッド部の主面から上方に起立し、高さが枠部よりも低く、両端部が枠部の内壁面と接する反射板を枠部と共に形成し、工程（ｃ）では、反射板及び枠部の内壁面に囲まれた領域に蛍光体を含む第２の封止材を充填した後、第１の封止材を充填し、第２の金型は、第１の部分及び第２の部分の組み合わせにより反射板を形成する空間を形成し、第１の部分と第２の部分との第２のパーティングラインは、反射板の上端面に沿って位置し、第２のパーティングラインの位置にバリを発生させることにより、反射板の上端面から上方に突出する第２の突片壁を形成してもよい。
本開示の発光装置は、突片壁により、封止材の溢れ出しを堰き止めることができるので、封止材が溢れ出しにくく信頼性が高い発光装置を実現できる。
（ａ）〜（ｄ）は第１の実施形態に係る発光装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は底面図であり、（ｄ）は左側面図であり、（ｅ）は右側面図である。 （ａ）及び（ｂ）は第１の実施形態に係る発光装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面図である。 第１の実施形態に係る発光装置の製造に用いる金型の一例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る発光装置の枠部の上端部を拡大して示す断面図である。 第１の実施形態に係る発光装置の製造に用いる金型の変形例を示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態に係る発光装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のVIｂ−VIｂ線における断面図である。 第７の実施形態に係る発光装置の製造に用いる金型の一例を示す断面図である。
（第１の実施形態）
図１及び図２に示すように、第１の実施形態に係る発光装置１０は、サイドビュータイプのＬＥＤである。発光装置１０は、発光素子１１と、リードフレーム１２と、パッケージ１３と、封止材１４とを備えている。
本実施形態では、発光装置１０の高さ（リードフレーム１２の下端からパッケージ１３の上端まで）が約２ｍｍであり、幅（パッケージ１３の幅）が約３ｍｍ、厚み（パッケージ１３の厚み）が約１ｍｍに形成されている。
発光素子１１は、例えば、平面視において長方形状に形成された点光源として機能する発光ダイオードである。発光素子１１は、絶縁性基板の上に順次積層されたｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層の上にｐ側電極が形成され、エッチングにより露出させたｎ型半導体層の露出部分の上にｎ側電極が形成された構成とすればよい。発光素子１１は、ｎ側電極及びｐ側電極を上方にして、基板がリードフレーム１２にダイボンドされている。
リードフレーム１２は、ニッケル又は金等のめっき層を積層してパターニングした銅合金板とすればよい。リードフレーム１２は、アノードフレーム１２１とカソードフレーム１２２との２つから形成されている。アノードフレーム１２１には、発光素子１１からのワイヤがボンディングされる第１ワイヤボンド部１２１１が形成されている。カソードフレーム１２２には、発光素子１１が搭載されるダイボンド部１２２１と共に、発光素子１１からのワイヤがボンディングされる第２ワイヤボンド部１２２２が形成されている。ダイボンド部１２２１の第１の面の上に発光素子１１が固定されている。
パッケージ１３は、リードフレーム１２を埋め込むように一体的に形成されている。パッケージ１３は、リードフレーム１２を発光素子１１が固定された第１の面と反対側の第２の面側から保持する基部１３Ｂと、発光素子１１を囲むように基部１３Ｂから上方に起立して設けられた枠部１３Ａとを有している。
アノードフレーム１２１及びカソードフレーム１２２の端部はそれぞれ、枠部１３Ａの外壁面よりも外側に突出している。アノードフレーム１２１及びカソードフレーム１２２のパッケージ１３から突出した部分はそれぞれ、基部１３Ｂの側へ曲折している。アノードフレーム１２１及びカソードフレーム１２２の基部１３Ｂの側へ曲折した部分はそれぞれ、Ｔ字状となっている。Ｔ字状の部分は、基部１３Ｂの側面に沿って、端部の一方がパッケージ１３の長辺方向へ周り込み、他方がパッケージ１３の短辺方向の中央部に達している。
パッケージ１３における枠部１３Ａにより囲まれた凹部（収容部）１３１には、樹脂等からなる封止材１４が充填されている。封止材１４は、熱硬化性又は熱可塑性の液状樹脂をポッティング法により凹部１３１に充填した後、熱硬化させて形成すればよい。液状樹脂は、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂又はフッ素系樹脂等を用いればよい。また、封止材１４に、発光素子１１からの光に励起されて発光する蛍光体を含有させてもよい。例えば、発光素子１１が青色発光ダイオードの場合に、青色光を吸収して励起され、補色となる黄色光を発光する蛍光体とすれば、青色光と黄色光とが混色され白色光を得ることができる。
枠部１３Ａの上端面１３２ａには、上端面１３２ａから上方へ突出した突片壁１５（図１においては図示せず）が形成されている。突片壁１５は５μｍ〜２０μｍ程度の高さを有しており、図２においては枠部１３Ａの外縁に沿って形成されている。突片壁１５は、パッケージ１３を成形する際にできるバリにより形成すればよい。
突片壁１５を形成する方法について図３を用いて説明する。図３に示すように、パッケージ１３は、リードフレーム１２を挟んで組み合わせた第１の金型（下型）２１、第２の金型（コアピン）２２及び第３の金型（上型）２３を用いて形成する。第１の金型２１は、枠部１３Ａの外壁面１３２ｂを成形するための成形面Ｓ１を有する。第２の金型２２は、枠部１３Ａの内壁面１３２ｃを成形するための成形面Ｓ２、上端面１３２ａを成形するための成形面Ｓ３を有する。第３の金型２３は、基部１３Ｂの外壁面を成形するための成形面Ｓ５を有する。第３の金型２３には、液状樹脂を充填するための注入口２３ａが設けられている。
このように組み合わされた第１〜第３の金型２１〜２３をリードフレーム１２を挟んで型締めして注入口２３ａからキャビティー内に液状樹脂を充填した後、充填した液状樹脂を硬化させて第１〜第３の金型２１〜２３を離型すると、パッケージ１３が成形される。成型面Ｓ１〜Ｓ３に囲まれた空間Ｃ１に充填された樹脂により枠部１３Ａが形成される。
第１の金型２１の成形面Ｓ１は平面に形成されており、当接面Ｔ１と一体となっている。当接面Ｔ１には、第３の金型２３の当接面Ｔ２が当接しており、当接面Ｔ１と当接面Ｔ２とは、金型同士の合わせ面であるパーティング面となる。従って、パーティングラインは、枠部１３Ａの上端面１３２ａの外縁に沿って位置する。キャビティー内に液状樹脂を充填すると、第１の金型２１の当接面Ｔ１と第３の金型２３の当接面Ｔ２との隙間Ａに樹脂が侵入し、パーティングラインの位置にバリが生じる。隙間Ａ１を調整することによりバリの高さ及び厚さ等を制御することにより、枠部１３Ａの上端面１３２ａの外端部に突片壁１５を形成することができる。
次に、封止材１４の形成について説明する。図２に示すように、第１〜第３の金型２１〜２３を用いてリードフレーム１２と一体的にパッケージ１３を成形した後、発光素子１１をダイボンド部１２２１へ搭載し、発光素子１１から第１ワイヤボンド部１２１１及び第２ワイヤボンド部１２２２へそれぞれワイヤを接続する。この後、封止材１４となる液状樹脂をポッティング法により凹部１３１へ充填する。
液状樹脂を凹部１３１へ充填する際には、通常は封止材１４の上面が凹面となるように、界面張力を期待して縁部が枠部１３Ａの上端に達するように液状樹脂の量を調整する。しかし、液状樹脂の滴下量のばらつきが大きいため、枠部１３Ａの上端面１３２ａを乗り越えて、液状樹脂が凹部１３１の外側へ溢れ出すおそれがある。本実施形態の半導体装置は、枠部１３Ａの上端面１３２ａに突片壁１５を有している。このため、上端面１３２ａを伝わって流れる液状樹脂を、上端面１３２ａから上方に突出した突片壁１５により阻止することができ、液状樹脂の溢れ出しを防ぐことが可能となる。特に、封止材１４の上面を凸レンズ状とする場合には、液状樹脂の量を多くしなければならないため、突片壁１５を設けることの効果が大きい。
図４に示すように、枠部１３Ａの上端面１３２ａを内壁面１３２ｃと外壁面１３２ｂとを結ぶ方向の中央部が両端部よりも低い凹状の曲面とすれば、上端面１３２ａ上を液状樹脂Ｒが流動する距離を、平坦面より長くすることができる。このようにすれば、上端面１３２ａが平坦面である場合よりも液状樹脂Ｒが突片壁１５へ達しにくくなり、液状樹脂Ｒをより溢れにくくすることができる。
なお、本実施形態では、樹脂の収縮を利用して上端面１３２ａを凹状としているが、第３の金型２３の成形面Ｓ３を凸状とすることにより、上端面１３２ａを凹状としてもよい。また、第３の金型２３の成形面Ｓ３を凹状とし、上端面１３２ａを凸状の曲面としてもよい。この場合にも、封止材である液状樹脂Ｒをより溢れにくくすることができる。
突片壁１５を、枠部１３Ａの外端部に形成する例を示したが、内端部に形成してもよい。突片壁１５を内端部に形成する場合には、例えば、図５に示すように、第１の金型２１に枠部１３Ａの上端面１３２ａを形成する成型面Ｓ３を設け、内壁面１３２ｃを形成する成型面Ｓ２側において第１の金型２１の当接面Ｔ１と第２の金型２２の当接面Ｔ２とが、当接するようにすればよい。つまり、第１の金型２１と第２の金型２２とのパーティングラインが上端面１３２ａの内端に沿うようにすればよい。また、第１の金型２１の当接面Ｔ１と第２の金型２２の当接面Ｔ２とが、枠部１３Ａの上端面１３２ａを形成する成形面Ｓ３の中間において当接するようにし、パーティングラインを上端面１３２ａの中央部に設ければ、上端面１３２ａの中央部に突片壁１５を設けることができる。
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る発光装置を示している。第２の実施形態の発光装置１０Ａは反射板１６を有している点で第１の実施形態の発光装置１０と異なっている。
図５に示すように、反射板１６は互いに対向するように発光素子１１の両側方にカソードフレーム１２２の第１の面から起立して設けられている。反射板１６の高さは枠部１３Ａよりも低く、反射板１６の側端部は枠部１３Ａの内壁面と接している。反射板１６と枠部１３Ａとに囲まれた凹部１６１には、蛍光体を含有する封止樹脂からなる封止材１７が充填されている。枠部１３Ａに囲まれた凹部には、封止材１７を覆うように、透明な封止樹脂からなる封止材１４が充填されている。
反射板１６を設け、反射板１６に囲まれた凹部１６１にのみ蛍光体を含有する封止樹脂を充填することにより、発光素子の発光光の波長を変換すると共に、直上方向に出射することができる。このため、拡散光としてではなく、点光源として使用することが可能となる。しかし、凹部１６１の外側へ蛍光体を含有する液状樹脂が流れ出すと、凹部１６１の外側に溢れた蛍光体が透明樹脂等による反射光により励起され、意図しない所において光の変換が生じるため、色ムラが発生するおそれがある。また、凹部１６１の外側に溢れた封止材１７は剥離を起こす可能性があり、封止材１４の剥離を誘発するおそれがある。さらに、第１ワイヤボンド部１２１１及び第２ワイヤボンド部１２２２に液状樹脂が付着し、発光装置の信頼性が低下するおそれがある。
しかし、本実施形態においては、反射板１６の上端面１６ａの上には、反射板１６の外壁に沿って上方に突出した突片壁１８が形成されている。２つの反射板１６の上端面１６ａのそれぞれに、突片壁１８が互いに対向して設けられているため、封止材１７を形成する際に、蛍光体を含有する封止樹脂が凹部１６１から溢れ出すことを防ぐことができ、発光装置の発光特性及び信頼性を向上させることができる。
反射板１６及び突片壁１８を形成する方法について図７を用いて説明する。図６に示すように反射板１６及びパッケージ１３は、リードフレーム１２を挟んで組み合わせた第１の金型（下型）２１、第２の金型（コアピン）２４及び第３の金型（上型）２３を用いて形成する。第１の金型２１及び第２の金型２４により第１の実施形態と同様に突片壁１５を有する枠部１３Ａが形成される。また、本実施形態においては、第２の金型２４が、一対の外側コアピン２４ａと、外側コアピン２４ａに挟まれた中央コアピン２４ｂとにより構成されている。外側コアピン２４ａと中央コアピン２４ｂとにより、反射板１６を形成するための空間（キャビティー）Ｃ２が形成されている。外側コアピン２４ａと中央コアピン２４ｂとのパーティングラインが反射板１６の上端面１６ａの上に位置するようにすれば、枠部１３Ａの突片壁１５と同様の突片壁１８を反射板１６の上端面１６ａに形成することができる。図６においては、パーティングラインの位置が反射板１６の上端面１６ａの外端となっているが、パーティングラインの位置を、反射板１６の上端面１６ａの内端又は中央部としてもよい。
反射板１６と枠部１３Ａとにより形成された凹部１６１内にポッティング法により蛍光体を含有した液状樹脂を充填する。液状樹脂の充填量が過剰となると、凹部１６１に充填した液状樹脂が、反射板１６の上端面１６ａを乗り越えて液状樹脂が凹部１６１の外側に溢れ出すおそれがある。しかし、本実施形態においては液状樹脂の充填量がばらついても、反射板１６の上端面１６ａを超えて外側へ流れ出ようとする液状樹脂を突片壁１８により堰き止めることができる。
凹部１６１に蛍光体を有する封止材１７を充填し硬化させた後、透明な封止材１４を凹部１３１に充填すれば、封止材１７と封止材１４とが混合することがない。また、封止材１４は、封止材１７と異なる蛍光体を含んでいてもよい。
凹部１６１に蛍光体を含有する液状樹脂を充填する例を説明したが、発光素子１１の出射光をそのまま利用する場合には、蛍光体を含まない液状樹脂を充填してもよい。
本実施形態は突片壁１８を上端面１６ａの外端部に形成する例を示したが、内端部に形成してもよい。また、中央部に形成してもよい。また、突片壁１５についても、枠部１３Ａの内端部又は中央部に形成してもよい。
第１の実施形態及び第２の実施形態において、液状樹脂を充填する例を示したが、液状の無機系材料を充填してもよい。
本開示の発光装置は、発光素子を封止するための封止材をポッティング法により充填する場合にも収容部から封止材が溢れ出しにくく信頼性が高い発光装置及びその製造方法を実現でき、発光素子がパッケージ内に封止された発光装置及びその製造方法等として有用である。
１０ 発光装置
１０Ａ 発光装置
１１ 発光素子
１２ リードフレーム
１３ パッケージ
１３Ａ 枠部
１３Ｂ 基部
１４ 封止材
１５ 突片壁
１６ 反射板
１６ａ 上端面
１７ 封止材
１８ 突片壁
２１ 第１の金型
２２ 第２の金型
２３ 第３の金型
２３ａ 注入口
２４ 第２の金型
２４ａ 外側コアピン
２４ｂ 中央コアピン
１２１ アノードフレーム
１２２ カソードフレーム
１３１ 凹部
１３２ａ 上端面
１３２ｂ 外壁面
１３２ｃ 内壁面
１６１ 凹部
１２１１ 第１ワイヤボンド部
１２２１ ダイボンド部
１２２２ 第２ワイヤボンド部

Claims (9)

  1. 発光素子と、
    前記発光素子を収容するパッケージと、
    前記発光素子を封止する第１の封止材とを備え、
    前記パッケージは、前記発光素子を保持する基部及び前記発光素子を囲むように前記基部から上方に起立して設けられた枠部を有し、
    前記第１の封止材は、前記枠部に囲まれた領域に埋め込まれ、
    前記枠部は、その上端面から上方に突出し、前記発光素子を囲むように設けられた第１の突片壁を有している発光装置。
  2. 前記第１の突片壁は、前記枠部の外壁面を延長するように形成されている請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記第１の突片壁は、樹脂からなる前記枠部を成形する際にできたバリである請求項１に記載の発光装置。
  4. 前記枠部の上端面は、前記枠部の内壁面と外壁面とを結ぶ方向の中央部の高さが、両端部の高さと異なる曲面状である請求項１に記載の発光装置。
  5. 前記第１の封止材は、上面が凸レンズ状に形成されている請求項１に記載の発光装置。
  6. 前記パッケージと一体に形成されたリードフレームをさらに備え、
    前記発光素子は、前記リードフレームのダイパッド部の主面上に固定されている請求項１に記載の発光装置。
  7. 前記発光素子の両側方に互いに対向して設けられ、前記ダイパッド部の主面から上方に起立し、高さが前記枠部よりも低く、両端部が前記枠部の内壁面と接する反射板と、
    前記反射板及び前記枠部の内壁面に囲まれた領域に充填された第２の封止部とをさらに備え、
    前記反射板は、その上端面から上方に突出した第２の突片壁を有し、
    前記第２の封止部は蛍光体を含む請求項６に記載の発光装置。
  8. 基部と枠部との間にリードフレームが埋め込まれたパッケージを形成する工程(ａ)と、
    前記リードフレームのダイパッド部に発光素子を固定する工程（ｂ）と、
    前記工程（ｂ）よりも後に、前記枠部に囲まれた領域に第１の封止材を充填する工程（ｃ）とを備え、
    前記工程(ａ)では、前記枠部の外壁面を形成する第１の成形面、前記枠部の内壁面を形成する第２の成型面及び前記枠部の上端面を形成する第３の成型面に囲まれた第１の空間を第１の金型及び第２の金型の組み合わせにより形成し、前記第１の空間に樹脂を充填し、
    前記第１の金型と前記第２の金型との第１のパーティングラインは、前記枠部の上端面に沿って位置し、
    前記第１のパーティングラインの位置にバリを発生させることにより、前記枠部の上端面から上方に突出する第１の突片壁を形成する発光装置の製造方法。
  9. 前記工程(ａ)では、前記発光素子の両側方に互いに対向して設けられ、前記ダイパッド部の主面から上方に起立し、高さが前記枠部よりも低く、両端部が前記枠部の内壁面と接する反射板を前記枠部と共に形成し、
    前記工程（ｃ）では、前記反射板及び前記枠部の内壁面に囲まれた領域に蛍光体を含む第２の封止材を充填した後、前記第１の封止材を充填し、
    前記第２の金型は、第１の部分及び第２の部分の組み合わせにより前記反射板を形成する空間を形成し、前記第１の部分と前記第２の部分との第２のパーティングラインは、前記反射板の上端面に沿って位置し、
    前記第２のパーティングラインの位置にバリを発生させることにより、前記反射板の上端面から上方に突出する第２の突片壁を形成する請求項８に記載の発光装置の製造方法。
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