JP2013012544A - 発光装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来の白色部材被覆型のＬＥＤ発光装置では、回路基板上に実装したＬＥＤの発光面を露出させた状態で、ＬＥＤの側面側に白色部材を充填し、白色部材を硬化させた後にＬＥＤの発光面に透光性部材や蛍光体層を接着しているため、ＬＥＤの光取出面に対するコーティング材の付着が発生する危険性があり、研磨除去のような余分な工程が必要になる場合があり、生産上の問題であった。
【解決手段】
発光素子と該発光素子の発光面に透明接着剤にて接着された、前記発光素子の発光面より大きい蛍光体板と、前記発光素子をフリップチップ実装した回路基板と、前記発光素子の側面と蛍光体板の下面を充填被覆した第１白色部材と、前記発光素子の下面と回路基板間に第２白色部材を充填した。
【選択図】 図１

Description

本発明はＬＥＤ素子等の発光素子を備えた発光装置およびその製造方法に関するものであり、詳しくはフリップチップ実装された発光素子の発光面上に、前記発光素子より形状の大きい蛍光体板を透明接着剤にて接着し、前記発光素子の側面と前記蛍光体板の下面とを反射性の白色部材で充填封止することで、発光素子の発光を効率良く上方向に行わせる構成の発光装置及びその製造方法に関する。

近年、発光素子としてのＬＥＤ素子（以下ＬＥＤと略記する）は半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。本発明の実施形態においても発光装置としてＬＥＤ発光装置を事例として説明する。

特に近年、ＬＥＤの周囲を反射性の白色部材で被覆し、ＬＥＤの側方への発光を上方に反射せることで、上方向への発光を効率良く行わせる白色部材被覆型のＬＥＤ発光装置の構成が提案されている。（例えば特許文献１、特許文献２）

以下従来の白色部材被覆型のＬＥＤ発光装置に付いて説明する。なお、理解し易いように発明の趣旨を外さない範囲において図面を一部簡略化し、また部品名称も本願にそろえている。図８は特許文献１におけるＬＥＤ発光装置１００の製造工程を示す各断面図であり、（ａ）は基板１０７に導電部材１０６ａ、１０６ｂによってフリップチップ実装されたＬＥＤ１０１の周囲に、枠体１０９を用いて光反射性の第１の白色部材１０４を充填被覆した状態を示している。（ｂ）はＬＥＤ１０１の上面に透明接着剤１０３を塗って、ＬＥＤ１０１からの出射光を通過して外部に放出する透光性部材１０２（透明部材または蛍光部材）を接着する工程を示している。（ｃ）は（ｂ）の工程によって透光性部材１０２の接着が行われた状態を示している。（ｄ）は滴下装置１０８により、第２の白色部材１０５を滴下して透光性部材１０２の側面を含む全体を第２の白色部材１０５で被覆することによって、白色部材被覆型のＬＥＤ発光装置１００が完成する。

図９は特許文献２におけるＬＥＤ発光装置２００の断面図を示している。
図９において光取り出し側に開口を有するケース２０３と、ケース２０３内のＬＥＤ搭載面上に設けられた配線電極２０５ａに、導電部材２０６ａ、２０６ｂによってフリップチップ実装されたＬＥＤ２０１の周囲に、ケース２０３を用いて光反射性の白色部材２０４を充填被覆し、この状態においてＬＥＤ２０１の光取り出し面上にシート状の蛍光体層２０２が貼着されている。

なお、特許文献１及び特許文献２においては、白色部材の役目としてはＬＥＤの側面側から発光された出射光を反射させて、出射面側に戻し出射効率を高める機能を有するものであり、その構成としてはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のコーティング材に反射性のフィラーとして酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニューム、アルミナ、窒化ホウ素等の粒子を混入したものを用いており、充填方法としては滴下装置や注入装置を用いている。

特開２０１０−１９２６２９号公報 特開２００７−１９０９６号公報

しかし、特許文献１及び特許文献２に記載された従来の白色部材被覆型のＬＥＤ発光装置の製造工程では、回路基板上またはケース上に実装したＬＥＤの発光面を露出させた状態で、ＬＥＤの側面側に白色部材を充填し、白色部材を硬化させた後にＬＥＤの発光面に透光性部材や蛍光体層を接着している。しかし、この工程順では特許文献２の段落００２６に「コーティング材の充填は、ＬＥＤの光取出面を除く部位を覆うように行う。ここで、ＬＥＤの光取出面にコーティング材が付着することがあるが、この場合には研磨によって光取出面のコーティング材を取り除き光取出面を露出させる」の記載がある如く、ＬＥＤの光取出面に対するコーティング材の付着が発生する危険性があり、研磨除去のような余分な工程が必要になる場合があり、生産上の問題となる。

そこで本発明の目的は、上記問題点を解決しようとするものであり、白色部材被覆型のＬＥＤ発光装置において、白色部材の充填、硬化時に、ＬＥＤの光取出面に対するコーティング材の付着が発生する危険性がなく、またＬＥＤに対するアンダーフィル効果を有するＬＥＤ発光装置およびその製造方法を提供することである。

上記目的を達成するため本発明におけるＬＥＤ発光装置の構成は、下記の通りである。
発光素子と該発光素子の発光面に透明接着剤にて接着された、前記発光素子の発光面より大きい蛍光体板と、前記発光素子をフリップチップ実装した回路基板と、前記発光素子の側面と蛍光体板の下面を充填被覆した第１白色部材と、前記発光素子の下面と回路基板間に充填された第２白色部材よりなることを特徴とする。

上記構成によれば、ＬＥＤの発光面に、第１白色部材の充填前にＬＥＤの発光面より形状の大きい蛍光体板を透明接着剤にて接着し、前記ＬＥＤ素子の側面と前記蛍光体板の下面とを反射性の第１白色部材で充填封止しているため、接着された記蛍光体板によってＬＥＤ発光面へのコーティング材の付着がないことは勿論、蛍光体板を大きくすることによって、蛍光体板のＬＥＤ発光面に対応した部分にもコーティング材の付着が生じる心配がない。さらに回路基板上にフリップチップ実装されたＬＥＤと回路基板との間に第２白色部材を充填することによって、ＬＥＤに対するアンダーフィル効果を得ると共に、ＬＥＤの下面側からの反射効果を高めることができる。

また、本発明における発光装置の製造方法は下記の通りである。
大判の蛍光体板を用意する大判蛍光体板工程と、バンプ実装された複数の発光素子を所定の間隔を有して、前記大判蛍光体板に透明接着材にて接着する発光素子接着工程と、前記大判蛍光体板に接着された複数の発光素子間を反射性の白色部材にて充填する白色部材充填工程と、各発光素子の側面に白色部材の層を形成する大きさで、白色部材および蛍光体板を切断分離して発光素子チップを形成するチップ化工程と、配線電極を有する回路基板に発光素子チップをフリップチップ実装する実装工程と、発光素子の下面と回路基板間に第２白色部材を充填する第２白色部材充填工程を有することを特徴とする。

上記製造方法によれば、大判の蛍光体板をベース基板として複数のＬＥＤを透明接着剤にて接着し、大判の蛍光体板上の複数のＬＥＤの側面が被覆されるように第１白色部材を全体に充填し、これを切断分離することによって、ＬＥＤの発光面側にコーティング材の付着が生じることのない、複数の発光素子チップを作成することができる。

前記回路基板は大判の回路基板であり、前記大判の回路基板には前記発光素子チップを実装するための、複数の実装領域が設けられ、各実装領域は配線電極と実装領域を取り囲む封止枠が設けられており、前記配線電極にフリップチップ実装された発光素子チップに、前記封止枠により第２白色部材充填工程を行うと良い。

上記製造方法によれば、所定の配線電極を設けた大判の回路基板に複数の発光素子チップを実装した後に第２白色部材充填工程を行うことによって、大判の回路基板単位で、多数個発光素子による大型発光装置として使用することもできるし、また大判の回路基板を発光素子チップ単位に切断分離して複数の小型発光装置として使用することもできる。

上記の如く本発明によれば、蛍光体板をベース基板として発光素子チップ（以後ＬＥＤ発光チップとする）を作成することで、ＬＥＤ発光面へのコーティング材の付着がなく、ＬＥＤ発光チップを容易に製造することができる。またＬＥＤ発光チップの下面側も第２白色部材で被覆することによって、ＬＥＤの発光面以外を反射性の白色部材で封止することにより、上方への出射光率を高める効果を有する。

本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。 図１に示す第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置の上面図である。 図１に示すＬＥＤ発光装置の製造方法の各断面を示す工程図である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の製造方法を示す工程図であり、（ａ）はＬＥＤ接着工程、（ｂ）は第１白色部材充填工程、（ｃ）は切断分離工程である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の製造方法を示す工程図であり、（ｄ）は大判回路基板工程、（ｅ）（ｆ）はＬＥＤ発光チップの実装工程である。 本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の製造方法を示す工程図であり、（ｇ）（ｈ）は第２白色部材充填工程である。 本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の平面図である 従来のＬＥＤ発光装置の製造方法の各断面を示す工程図である。 従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。

（第１実施形態）
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図１〜図３は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置を示し、図１は本発明の第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の断面図、図２は図１に示すＬＥＤ発光装置１０の上面図、図３はＬＥＤ発光装置１０の製造工程を示す工程図であり、各要素の断面図を示している。

図１に示すＬＥＤ発光装置１０の断面図及び、図２に示す上面図において、回路基板７の上面には配線電極５ａが設けられ、スルーホール電極５ｃを通して回路基板７の裏面側の電源電極５ｂに接続されている。またＬＥＤ１の発光面にはＬＥＤ１の発光面より形状の大きな蛍光体板２が透明接着剤３により接着され、ＬＥＤ１の側面および蛍光体板２の下面を第１の白色部材４で被覆したＬＥＤ発光チップ１Ａが構成されている。そして回路基板７の配線電極５ａにはＬＥＤ発光チップ１Ａが導電部材６ａ、６ｂによりＦＣ実装されており、さらに回路基板７上に形成された印刷枠９によりＬＥＤ発光チップ１Ａの底面と回路基板７の間には第２白色部材８が充填封止されている。なお第２白色部材８は注入器等を用いて印刷枠９の内部に注入されることにより、導電部材６ａ、６ｂの間を含むＬＥＤ発光チップ１Ａの下面と回路基板７の間に充填されてＬＥＤ１の下面を保持するアンダーフィル効果と、ＬＥＤ１からの下面側への発光及び反射光を上方に反射させる効果を有する。

次にＬＥＤ発光装置１０の製造工程を図３により説明する。図３における工程（ａ）はＬＥＤ接着工程であり、バンプ電極としての導電部材６ａ、６ｂを形成した複数のＬＥＤ１を、大判蛍光体板２Ａ上に所定の間隔をあけて、ＬＥＤ１の発光面側を透明接着剤３によって接着する工程である。工程（ｂ）は第１白色部材充填工程であり、大判蛍光体板２Ａ上に所定の間隔をあけて接着されたＬＥＤ１の間に白色部材４を充填する工程であり、白色部材４の充填高さはＬＥＤ１の底面の高さと同じである。工程（ｃ）は切断分離工程であり、充填された白色部材４の中間の位置で切断分離することにより、個々のＬＥＤ発光チップ１Ａを完成させる。このＬＥＤ発光チップ１ＡはＬＥＤ１の発光面に接着された蛍光体板２の底面と、ＬＥＤ１の側面とが白色部材４で被覆された状態となり、ＬＥＤ１の底面に導電部材６ａ、６ｂが設けられた状態となっている。

工程（ｄ）はＬＥＤ発光チップ１Ａの実装工程であり、配線電極５ａ、スルーホール電極５ｃ、電源電極５ｂ及び印刷枠９が形成された回路基板７にＬＥＤ発光チップ１ＡがＦＣ実装された実装工程である。工程（ｅ）は第２白色部材充填工程であり、滴下装置等を用いて第２白色部材８をＬＥＤ発光チップ１Ａの下面と回路基板７の間に注入する。この第２白色部材充填工程においては回路基板２上の印刷枠９によって横幅が規制され、また２個の導電部材６ａ、６ｂ間にも第２白色部材８が充填されることにより、ＬＥＤ１に対するアンダーフィル効果が発生すると共にＬＥＤ１の下面側への出射光及び反射光は全て上方の蛍光樹脂２へ入力される。すなわち、この第２白色部材充填工程によって図１に示したＬＥＤ発光装置１０が完成する。

なお、本製造方法における大判蛍光体板２Ａとしては２個のＬＥＤ発光チップ１Ａに対応する２個分の大きさを例示したが、もっと大きな大判蛍光体板２Ａを用いて多数のＬＥＤ発光チップ１Ａを製造出来ることは当然である。また本実施形態における第１白色部材４と第２白色部材８とは同じ材料でも良いし、また異なる樹脂またはセラミックを使用しても良い。いずれにしても第１白色部材４と第２白色部材８とは反射性に優れた部材で有れば良い。

（第２実施形態）
次に図４〜図６により本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成及び製造方法を説明する。図４は本発明の第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の製造工程を示す工程図であり、図３に示す第１実施形態のＬＥＤ発光装置１０の製造工程と同じ工程、及び同じ要素には同じ番号を付し重複する説明は省略する。

第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の製造方法と第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の製造方法で異なるところは、ＬＥＤ発光装置１０は蛍光体板のみ大判蛍光体板２Ａを使用していたが、第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の製造方法では回路基板７にも大判回路基板７Ａを用いていることである。

図４は第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の製造方法を示す工程図であるが、工程（ａ）〜（ｃ）までのＬＥＤ接着工程、第１白色部材充填工程、切断分離工程は、図３に示す第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の製造方法を示す工程図とおなじであり、重複する説明を省略する。図５も第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の製造方法を示す工程図の続きであり、工程（ｄ）は大判回路基板工程であり、本実施形態においては大判回路基板７Ａとして、複数のＬＥＤ発光チップ１Ａを直列に実装するための複数の実装領域７ａが設けられた長方形の大判回路基板７Ａを例示しており、各実装領域７ａには配線電極５ａと実装領域７ａを取り囲む封止枠としての印刷枠９が設けられている。そして大判回路基板７Ａの端部には電源電極５ｄが設けられ、さらに各実装領域７ａに設けられた配線電極５ａ間は、全て接続電極５ｅで直列接続されている。

工程（ｅ）（ｆ）はＬＥＤ発光チップ１Ａの実装工程であり、各実装領域７ａの配線電極５ａに各々ＬＥＤ発光チップ１ＡをＦＣ実装する実装工程である。なお工程（ｅ）は断面図を示し、工程（ｆ）は上面からみた平面図を示している。図６も第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の製造方法を示す工程図の続きである。工程（ｇ）（ｈ）は第２白色部材充填工程であり、滴下装置等を用いて第２白色部材８をＬＥＤ発光チップ１Ａの下面と回路基板７Ａの間に注入する。この第２白色部材充填工程においては、大判回路基板７Ａ上の各実装領域７ａにおける印刷枠９によって注入された第２白色部材８の横幅が規制され、また２個の導電部材６ａ、６ｂ間にも第２白色部材８が充填されることにより、ＬＥＤ１に対するアンダーフィル効果が発生すると共にＬＥＤ１の下面側への出射光及び反射光は全て上方の蛍光体板２へ入力される。なお工程（ｇ）は断面図を示し、工程（ｈ）は上面からみた平面図を示している。

上記製造工程によって大判のＬＥＤ発光装置２０が完成する。第１実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０と第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０の違いは、ＬＥＤ発光装置１０が単個であったのに対し、ＬＥＤ発光装置２０は大判のＬＥＤ発光装置である。すなわち第２実施形態におけるＬＥＤ発光装置２０は、大型回路基板７Ａに実装された４個のＬＥＤ発光チップ１Ａを切断分離せずに、全体として４個のＬＥＤ発光チップ１Ａを用いたライン状のＬＥＤ発光装置２０として構成したものである。

次にＬＥＤ発光装置２０の動作に付いて説明する。ＬＥＤ発光装置２０の構成は図６（ｇ）（ｈ）に示す如く大判回路基板７Ａ上に実装された４個のＬＥＤ発光チップ１Ａは、大判回路基板７Ａの両端部に形成された電源電極５ｄに対して、接続電極５ｅにより直列接続されている。従って大判回路基板７Ａの両端部に形成された電源電極５ｄにＬＥＤ発光チップ１Ａの４個分の電圧、すなわちＬＥＤ発光装置１０に供給する電圧の４倍の電圧を供給することによって、４倍の長さを有するライン光源として使用することができる。

（第３実施形態）
次に図７により本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の構成を説明する。図７に示すＬＥＤ発光装置３０は大判回路基板７Ａの大きさを図６（ｈ）に示すＬＥＤ発光装置２０の２倍の幅に形成し、ＬＥＤ発光装置２０を２列に配設している。すなわちＬＥＤ発光チップ１Ａのラインと、ＬＥＤ発光チップ１Ｂのラインとを並列に実装配置し、大判回路基板７Ａの両端に形成した電源電極５ｄの幅も２倍にすることによって、ＬＥＤ発光チップ１Ａのラインと、ＬＥＤ発光チップ１Ｂのラインとを電気的に並列接続している。

次にＬＥＤ発光装置３０の動作に付いて説明する。ＬＥＤ発光装置３０におけるＬＥＤ発光チップ１Ａのラインと、ＬＥＤ発光チップ１Ｂのラインとは電気的に並列接続されているため、ＬＥＤ発光装置２０と同様に大判回路基板７Ａの両端部に形成された電源電極５ｄにＬＥＤ発光チップ１Ａの４個分の電圧、すなわちＬＥＤ発光装置２０に供給する電圧を供給することによって、４倍の長さで、２倍の幅の面光源として使用することができる。

上記の如く、本発明の構成においては大判回路基板７Ａの大きさを任意に変更して、１ライン光源を構成するＬＥＤ発光チップの数や、並列接続するライン光源の数を変更することによって、任意の長さのライン光源及び任意の面積の面光源を構成することができる。

１、１０１，２０１ ＬＥＤ
１Ａ ，１Ｂ ＬＥＤ発光チップ
２ 蛍光体板
２Ａ 大判蛍光体板
３、１０３ 透明接着剤
４，１０４，２０４ 白色部材
５ａ、２０５ａ 配線電極
５ｂ，５ｄ、２０５ｂ 電源電極
５ｃ、２０５ｃ スルーホール電極
６ａ，６ｂ、１０６ａ、１０６ｂ 導電部材
２０６ａ、２０６ｂ 導電部材
７，１０７ 回路基板
７ａ 実装領域
７Ａ 大判回路基板
８、１０５ 第２白色部材
９ 印刷枠
１０、２０、３０，１００、２００ ＬＥＤ発光装置
１０２ 透明性部材
１０８ 滴下装置
１０９ 枠体
２０２ 蛍光体層
２０３ ケース

Claims (3)

1. 発光素子と該発光素子の発光面に透明接着剤にて接着された、前記発光素子の発光面より大きい蛍光体板と、前記発光素子をフリップチップ実装した回路基板と、前記発光素子の側面と蛍光体板の下面を充填被覆した第１白色部材と、前記発光素子の下面と回路基板間に充填された第２白色部材よりなることを特徴とする発光装置。
2. 大判の蛍光体板を用意する大判蛍光体板工程と、バンプ実装された複数の発光素子を所定の間隔を有して、前記大判蛍光体板に透明接着材にて接着する発光素子接着工程と、前記大判蛍光体板に接着された複数の発光素子間を反射性の白色部材にて充填する白色部材充填工程と、各発光素子の側面に白色部材の層を形成する大きさで、白色部材および蛍光体板を切断分離して発光素子チップを形成するチップ化工程と、配線電極を有する回路基板に発光素子チップをフリップチップ実装する実装工程と、発光素子の下面と回路基板間に第２白色部材を充填する第２白色部材充填工程を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
3. 前記回路基板は大判の回路基板であり、前記大判の回路基板には前記発光素子チップを実装するための、複数の実装領域が設けられ、各実装領域は配線電極と実装領域を取り囲む封止枠が設けられており、前記配線電極にフリップチップ実装された発光素子チップに、前記封止枠により第２白色部材充填工程が行われる請求項２記載の発光装置の製造方法。

Images