JP5097471B2

JP5097471B2 - 発光装置の製造方法

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Publication number: JP5097471B2
Application number: JP2007203523A
Authority: JP
Inventors: 真司小林
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-08-03
Also published as: JP2009038315A

Description

本発明は、発光素子と蛍光体との組み合わせによって、種々の色を発光可能な発光装置の製造方法に関する。

青色発光ダイオードと、青色発光ダイオードから出力される光の一部を吸収して異なる波長の光を出力する蛍光体とを組み合わせることによって、種々の色調の発光色を有する発光装置が開発されている。特に、青色発光ダイオードと黄色蛍光体との組み合わせによって擬似白色の発光装置が実現されている。このように青色発光ダイオードと黄色蛍光体との組み合わせによって白色を実現する場合、青色発光ダイオードの発光強度と蛍光体の発光強度とのバランスによって色調が変化する。蛍光体は透光性を有する樹脂と混合して発光ダイオードの周囲に塗布するが、複数の発光ダイオードにそれぞれ塗布される樹脂の塗布量に差が生じると樹脂に含まれる蛍光体の含有量にも差が生じ、その結果、複数の発光ダイオードにおいて色調に差が生じてしまう。

蛍光体を含む樹脂（以下、蛍光体含有樹脂という。）を塗布する方法における第１の従来技術として、ライン塗布法がある。図１５は、ライン塗布法によって、発光ダイオードに蛍光体含有樹脂を塗布する工程を示す概略図である。図１５に示すように、ディスペンサ１０３から所定量の蛍光体含有樹脂を吐出させながら、基材１０２に設けられた発光ダイオード１０１の配列に沿ってディスペンサ１０３を移動させ、ライン状につながった蛍光体含有樹脂層１０４を基材１０２および発光ダイオード１０１上に形成する。このライン塗布法を用いれば、量産性が高く、蛍光体含有樹脂層１０４の形状が安定な発光装置を製造することが可能である（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００６−２２９０５５号公報

ライン塗布法によって、発光ダイオード１０１の配列に沿って蛍光体含有樹脂を発光ダイオード１０１の周囲に塗布する場合、蛍光体含有樹脂の表面張力が小さいと、蛍光体含有樹脂が流れ出すことによって、発光ダイオード１０１を中心とした所定の範囲内の蛍光体含有樹脂の塗布量が減少するおそれがあるが、両隣に発光ダイオード１０１が配置されていれば、蛍光体含有樹脂の流れ出しが止められて、一定の蛍光体含有樹脂の塗布量が維持される。図１６は、蛍光体含有樹脂を塗布した発光ダイオード１０１を示す図である。また、図１７は、蛍光体含有樹脂を塗布した発光ダイオード１０１を図１６のＸＩＸ−ＸＩＸ切断面線から見た断面図である。発光ダイオードの各配列の両端側に設けられる発光ダイオード１０１ａ，１０１ｂのように、片側に発光ダイオード１０１が存在しない場合、図１７に示すように、１０１ａおよび１０１ｂの片側から蛍光体含有樹脂が流れ出して、蛍光体含有樹脂層１０４の形状が異なってしまい、両側に発光ダイオードがある場合と比較して、発光ダイオード１０１を中心とした所定の範囲内の蛍光体含有樹脂の塗布量が少なくなる。したがって、発光ダイオードの各配列の両端側に設けられた発光ダイオード１０１ａ，１０１ｂを搭載した発光装置は色度が低くなることによって、使用することができず、歩留まりが低下するという問題がある。

また、蛍光体含有樹脂の塗布量が、隣に設けられた発光ダイオードに塗布された蛍光体含有樹脂の影響を受けないように、一列に配列された発光ダイオードのそれぞれの間隔を広げる方法、または、前記特許文献１に記載されているように、複数列配置された発光ダイオードの各配列方向に垂直な方向の両側に壁、溝、または段差などを設ける方法がある。しかし、前者の方法では、一枚の基材からとれる発光装置の数が減少してしまい、製造時の生産効率を考えると適切ではない。また、後者の方法によっても、発光ダイオードの各配列の両端に位置する発光ダイオードの最端側からの蛍光体含有樹脂の流れ出しを抑制することはできない。

したがって本発明の目的は、発光装置の色度の差をなくすことによって、歩留まりを向上させ、一枚の基材から生産効率よく発光装置を製造することが可能な発光装置の製造方法を提供することである。

本発明は、板状の基材の厚み方向の一表面上に、複数の発光素子を列状に設ける工程と、
複数の前記発光素子のうち配列方向の端部に設けられる発光素子の、前記配列方向の外側で、前記発光素子から予め定める間隔をあけた位置に設けられ、前記厚み方向の一方に突出する突出部を前記基材に設ける工程と、
液状で、かつ蛍光体が分散され、この蛍光体を前記発光素子の出射光によって励起発光させると、前記発光素子の発光色と異なる色を発光する合成樹脂材を、前記発光素子、前記突出部および前記基材に、前記基材の厚み方向の一方側から塗布した後、この合成樹脂材を硬化させて樹脂層を形成する工程とを含むことを特徴とする発光装置の製造方法である。

また本発明は、前記基材の前記一表面上に設けられて、発光素子から列状に設けられる前記複数の発光素子を囲繞し、かつ、発光素子から放射される光を反射可能な矩形状の枠体を形成する工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、発光装置の製造方法は、板状の基材上に、複数の発光素子を列状に設け、配列方向の端部に設けられる発光素子の配列方向の外側に、予め定める間隔をあけた位置に突出部を設け、液状の蛍光体含有樹脂を、発光素子、突出部および基材に、基材の厚み方向の一方側から塗布した後、この合成樹脂材を硬化させて樹脂層を形成する工程を含む。したがって、基材上に一列に並んだ発光素子の各配列の両端に位置する発光素子の最端側に設けられた突出部が、両端側の配列の発光素子上に塗布された蛍光体含有樹脂の外側への流れ出しを抑制する。そのため、両端側の配列の発光素子から蛍光体含有樹脂が流れ出すことによる、蛍光体含有樹脂の塗布量の差がなくなり、発光素子間の色度も差も抑制されることによって、発光装置の歩留まりが向上する。また、蛍光体含有樹脂の塗布量の差をなくすために、発光素子の配置間隔を広げる必要がなく、一枚の基材から製造可能な発光装置の数が減少することがない。

また本発明によれば、発光装置の製造方法は、基材上に設けられた列状の複数の発光素子を囲み、発光素子から放射される光を反射可能な矩形状の枠体を形成する工程を含むので、発光した光を所定の領域に効率良く取り出すことができる発光装置を製造することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態である製造方法によって製造された発光装置５０の構成を示す断面図である。

発光装置５０は、絶縁材料で形成された略長方体形状の基板２の厚み方向の一表面である平坦な上面上に、正負電極３が形成されている。基板２は、ＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）レジン銅張積層基板などで実現される。正負一対の電極から構成されている正負電極３は、基板２上の裏面に形成されている図示しない実装用電極と図示しないスルーホールに形成される導体部を介して接続されている。発光素子である発光ダイオード１は、基板２の正負電極３上に実装されており、発光ダイオード１の負電極が基板２上の負電極３ａと、正電極が基板２上の正電極３ｂと、各々ボンディングワイヤ５によって接続されている。発光ダイオード１とは、たとえばＧａＮ系化合物半導体による青色発光ダイオードなどが用いられている。

発光ダイオード１を覆うように、半円柱状の第１樹脂層４が形成されている。第１樹脂層４は、たとえばエポキシ、シリコーン、変性シリコーンなどの樹脂によって実現される。第１樹脂層４中には、シリカのようなフィラーまたは拡散材を分散させてもよい。これによって、第１樹脂層４の粘度を調整することができる。第１樹脂層４には、発光ダイオード１から出射される光が照射されると、励起発光によって発光ダイオード１とは異なる波長の光を出射する、図示しない蛍光体を含有している。蛍光体には、たとえば、白色を実現するために、青色と補色の関係を持つものとして、（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅを用いることができる。第１樹脂層４の外側には、発光ダイオード１および第１樹脂層４に重なって、蛍光体を含有しない第２樹脂層６が形成されている。第２樹脂層６は、たとえばエポキシ、シリコーン、変性シリコーンなどの樹脂によって形成され、第１樹脂層４と同じ材料が用いられてもよく、異なる材料が用いられてもよい。

次に、本発明の第１の実施の形態である発光装置５０の製造方法について説明する。まず、板状の基材２０の一表面上に正負電極３をマトリクス状に形成し、各正負電極３上の所定の位置に、発光ダイオード１をダイボンディングする。図２は、基材２０上に設けられた発光ダイオード１を示す斜視図である。図２に示すように、発光ダイオード１は、基材２０上にマトリクス状に配列されてダイボンディングされた後、ボンディングワイヤ５を用いて配線される。

次に、ライン塗布法によって第１樹脂層４を形成する前に、第１樹脂の流動を抑制するために、予め定める方向に配列される発光ダイオード１の各列の予め定める方向の最端に位置する発光ダイオード１から、予め定める方向の外方に予め定める間隔ｗ１をあけた位置に、基材２０の厚み方向一方に突出する突出部７を設ける。図３は、突出部７を設けた基材２０を示す平面図である。図３において、第１樹脂を供給するディスペンサが移動する方向を矢符Ａで示す。図３に示すように、発光ダイオード１の列上に供給する際に、ディスペンサが吐出を開始する最端側の列を最前列８とし、吐出を終了する最端側の列を最後列９とする。基材２０は、ＢＴレジン銅張積層基板などによって形成される。また、突出部７は、基材と同じ材料で形成されてもよく、半導体、合成樹脂、およびレジストによって形成されてもよい。突出部７の形状は、たとえば直方体、円柱、球、角錐、角柱、円錐などである。図４は、基材２０上に第１樹脂層４が形成された状態を示す斜視図である。図５は、突出部７を形成した場合の第１樹脂層４を図４のＶ−Ｖ切断面線から見た断面図である。

次に、第１樹脂層４を形成する方法について説明する。第１樹脂層４には予め蛍光体が分散されている。第１樹脂層４は、ライン塗布法で形成する。図６は、ライン塗布法によって第１樹脂層４を形成する工程を示す図である。図６に示すように、ディスペンサ１０から所定量の液状の第１樹脂を、発光ダイオード１、突出部７および基材２０に、基材２０の厚み方向の一方側、すなわち、上部から塗布吐出させながら、基材２０に設けられた発光ダイオード１の配列に沿ってディスペンサ１０を矢符Ａの方向に移動させ、ライン状につながった蛍光体を含有する第１樹脂層４を基材２０、突出部７および発光ダイオード１上に形成する。ライン塗布法で塗布する場合、第１樹脂層４の形状は樹脂の粘度によって決定することができる。第１樹脂の粘度は、樹脂中にたとえばシリカを混入させることで調整することができる。シリカの量は、第１樹脂層４の０.１ｗｔ％〜２０ｗｔ％程度混入させればよい。図７は、発光ダイオード１の外側に形成されたレジストを示す断面図である。図７に示すように、第１樹脂の粘度が低い場合は、発光ダイオード１の外側にレジスト１７を形成しておけば、第１樹脂層４の形状をより安定に形成することができる。

また、第１樹脂の吐出量を適切にすれば、発光ダイオード１の近接領域に第１樹脂層４を形成することができ、より点光源に近づけることができる。第１樹脂層４の断面形状は図１に示すように、略半円形状または半楕円形状となる。

続いて、第１樹脂層４を形成した後、第１樹脂層４を硬化させる。第１樹脂層４が熱硬化性の樹脂であれば、常温で塗布した後に、加熱して硬化する。

発光ダイオード１の配列の最前列８および最後列９から、予め定める間隔ｗ１の位置に樹脂流動を抑制する突出部７を形成しておくことで、発光ダイオード１の最前列８および最後列９を中心とした所定の範囲内の蛍光体を含む第１樹脂が、図５に示すように、突出部７にせき止められて、発光ダイオード１の最前列８および最後列９よりも予め定める方向の外方に余分に流れ出すことが抑制される。上述の図１８に示すように、従来、最前列８及び最後列９の発光ダイオード１上の第１樹脂が外側に流れ出ていたことで、両隣に発光ダイオードが配置されている発光ダイオード１と比較して、最前列８及び最後列９の発光ダイオード１は、蛍光体の含有量が減少し、最前列８または最後列９の発光ダイオード１を搭載した発光装置は、色度が低下するので使用できないという問題が生じているが、本発明によって、最前列８または最後列９の発光ダイオード１を搭載した発光装置においても色度の低下がなく、使用することが可能となる。

また、予め定める間隔ｗ１については、第１樹脂の粘度、突出部７の形状、大きさによって異なる。たとえば、突出部７が発光ダイオード１の配列内の発光ダイオード１と同形状であれば、最前列８および最後列９の発光ダイオード１と突出部７との間隔は、発光ダイオード１を並べた配列ピッチと同間隔とすればよい。

このように、突出部７を形成する位置については、最前列８および最後列９に位置する発光ダイオード１上の第１樹脂層４を、突出部７によって外側に流れ出ることを抑制することで、最前列８および最後列９に位置する発光ダイオード１を中心とした所定の範囲内の第１樹脂層４の樹脂量と、他の発光ダイオード１を中心とした所定の範囲内の樹脂量とが等しくなる位置に形成すればよい。

次に、第２樹脂層６を形成する。第２樹脂層６の形成には、トランスファーモールド、圧縮成型、射出成型などの方法を用いることができる。たとえば、圧縮成型では、第１樹脂を塗布後の基材２０の全面に第２樹脂を塗布した後、圧縮成形用の金型で上面から押さえつけ、加熱して硬化させる。図８は、発光ダイオード１が樹脂で封止された基材２０を示す図である。第２樹脂層６に第１樹脂層４と同じ樹脂を用いる場合は、第１樹脂層４を塗布した後に、第１樹脂層４の形状を保てる程度に仮硬化を行い、第１樹脂層４と第２樹脂層６の硬化を同時に行ってもよい。第１樹脂層４と第２樹脂層６の硬化を同時に行うことによって、全体の硬化時間を短縮できる。

次に、発光ダイオード１が樹脂で封止された基材２０を、所定の幅と長さで発光装置を切り出すことによって、発光装置が完成する。図９および図１０は、ダイシングする方向を示す図である。図９に示すように２方向のダンシングライン１２ａ、１２ｂからダイシングして発光装置を個別に切り出して用いてもよいし、図１０に示すように一方向のダイシングライン１３のみからダイシングを行い、基材２０上に複数の発光ダイオード１が並んだ線状光源として用いてもよい。図１１は、線状光源から形成される発光装置の断面図である。また、本発明の実施の他の形態では、前記一方向に垂直なライン塗布方向に沿って切断し、線状光源としてもよい。さらに、切断せずに面状光源として用いてもよい。

また、発光ダイオード１から放射される光を反射可能な反射壁を形成した基材２０を用いた場合には、第２樹脂を反射壁内に流し込む方法を用いることができる。図１２は、発光ダイオード１の外側に反射壁１４を備えた発光装置を示す断面図である。図１３は、線状光源における発光ダイオード１の外側に反射壁１５を備えた発光装置を示す断面図である。図１４は、発光ダイオード１の各列を囲繞するように形成された矩形状の枠体からなる反射壁１６を備えた基材２０を示す図である。反射壁１６を備えることによって、発光した光を所定の領域に効率よく取り出すことができる。反射壁１４〜１６には、たとえばポリフタルアミドなどが用いられる。この場合、第１樹脂層４をライン塗布した基材２０上に、第２樹脂が反射壁１４〜１６を超えないように、均一の高さになるように所定量流し込み、加熱して硬化させる。さらに、本発明においては、第２樹脂層６の有無は問わない。

また、本発明の他の形態として、ライン塗布法以外の他の塗布法、たとえば、間欠的に塗布する場合、または複数のディスペンサで同時に第１樹脂を塗布する場合に、基材上の発光ダイオード間の距離が接近しているときにおいても、上述の実施の形態と同様の工程を備えることによって、上述の実施の形態と同様の効果を達成することができる。

さらに、ディスペンサが移動するＡ方向に垂直な方向に配列される発光ダイオード１の各列の最端に位置する発光ダイオード１から、Ａ方向に垂直な方向の外方に予め定める間隔をあけた位置にも、突出部７を設けてもよい。

（実施例１）
本発明による発光装置の製造方法の概要について説明する。

図１４に示したような矩形状の枠体からなるポリフタルアミドの反射壁をＢＴレジン基材上に貼り付け、この基材上２０列×４行の発光ダイオード（２４０μｍ×１４０μｍ×４８０μｍ）を８００μｍのピッチでダイボンドする。次に、２０列の発光ダイオードと同形状 (２４０μｍ×１４０μｍ×４８０μｍ）の突出部を図３に示すように最前列および最後列の各行の外側に発光ダイオード列と同じ配列ピッチの８００μｍピッチで配置する。次に、発光ダイオードにワイヤボンドを行う。変性シリコーン樹脂に黄色蛍光体を１０ｗｔ％、シリカを８ｗｔ％混合した第１樹脂を、ディスペンサの移動速度を１ｍｍ／ｓｅｃ、吐出圧力を０.４ｋｇ／ｃｍ^２としてライン塗布を行い、第１樹脂を１００℃で１時間加熱硬化する。次に、変性シリコーン樹脂からなる第２樹脂を反射壁内に流し込み、第１樹脂および第２樹脂を１００℃で１時間、さらに１５０℃で３時間加熱硬化する。最後にダイシングによって、幅６００μｍと長さ９ｍｍの大きさで個変に切り分けて発光装置を製造する。

以上のように、本発明の発光装置の製造方法によって、両端側の配列に位置する発光ダイオード上から蛍光体含有樹脂が流れ出すことによる、発光ダイオード間の蛍光体含有樹脂の塗布量の差がなくなり、発光ダイオード間の色度の差も抑制されることによって、発光装置の歩留まりが向上する。また、蛍光体含有樹脂の塗布量の差をなくすために、発光素子の配置間隔を広げる必要がなく、一枚の基板から製造可能な発光装置の数が減少することがない。

本発明の第１の実施の形態である製造方法によって製造された発光装置５０の構成を示す断面図である。基材２０上に設けられた発光ダイオード１を示す斜視図である。突出部７を設けた基材２０を示す平面図である。基材２０上に第１樹脂層４が形成された状態を示す斜視図である。突出部７を形成した場合の第１樹脂層４を図４のＶ−Ｖ切断面線から見た断面図である。ライン塗布法によって第１樹脂層４を形成する工程を示す図である。発光ダイオード１の外側に形成されたレジスト示す断面図である。発光ダイオード１が樹脂で封止された基材２０を示す図である。ダイシングする方向を示す図である。ダイシングする方向を示す図である。線状光源から形成される発光装置の断面図である。発光ダイオード１の外側に反射壁１４を備えた基材２０を示す断面図である。線状光源における発光ダイオード１の外側に反射壁１５を備えた基材２０を示す断面図である。発光ダイオード１の各列を囲繞するように形成された矩形状の枠体からなる反射壁１６を備えた基材２０を示す図である。ライン塗布法によって、発光ダイオードに蛍光体含有樹脂を塗布する工程を示す概略図である。蛍光体含有樹脂を塗布した発光ダイオード１０１を示す図である。蛍光体含有樹脂を塗布した発光ダイオード１０１を図１６のＸＩＸ−ＸＩＸ切断面線から見た断面図である。

符号の説明

１発光ダイオード
２基板
３電極
４第１樹脂層
５ワイヤ
６第２樹脂層
７突出部
１４，１５，１６反射壁
２０基材
５０発光装置

Claims

板状の基材の厚み方向の一表面上に、複数の発光素子を列状に設ける工程と、
複数の前記発光素子のうち配列方向の端部に設けられる発光素子の、前記配列方向の外側で、前記発光素子から予め定める間隔をあけた位置に設けられ、前記厚み方向の一方に突出する突出部を前記基材に設ける工程と、
液状で、かつ蛍光体が分散され、この蛍光体を前記発光素子の出射光によって励起発光させると、前記発光素子の発光色と異なる色を発光する合成樹脂材を、前記発光素子、前記突出部および前記基材に、前記基材の厚み方向の一方側から塗布した後、この合成樹脂材を硬化させて樹脂層を形成する工程とを含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
前記基材の前記一表面上に設けられて、発光素子から列状に設けられる前記複数の発光素子を囲繞し、かつ、発光素子から放射される光を反射可能な矩形状の枠体を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。