JP7196813B2 - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子の周囲を囲う反射壁が設けられた発光装置に関する。また、その製造方法に関する。

発光素子の周囲を囲う反射壁を設けた発光装置が広く知られている。反射壁の製造方法として、特許文献１に記載の方法がある。特許文献１には、基板上に実装された発光素子を樹脂封止した後、ハーフダイシングによって発光素子を囲う位置に溝を形成し、その溝に白色樹脂を充填して埋めることにより、反射壁を形成することが記載されている。

また、特許文献２、３には、内側が白色樹脂、外側が黒色樹脂の二重構造とした反射壁を有する発光装置が示されている。このような二重構造とすることで、光漏れを抑制している。

特開２０１８－２２７５８号公報 特開２０１５－１７６９４６号公報 特開２０１２－２１６５９６号公報

しかし、特許文献１の方法では、反射壁から光が漏れてしまう問題があり、光束が低下したりコントラストが低下する問題があった。また、特許文献２、３のような二重構造の反射壁を簡便に形成する方法は確立されていなかった。

そこで本発明の目的は、内側が白壁、外側が黒壁の二重構造の反射壁を簡便に形成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、基板表面上の所定位置に発光素子を実装する実装工程と、基板上および発光素子上に封止樹脂を設け、発光素子を封止する封止工程と、各発光装置ごとに分割を予定している分割予定ラインに沿って、ハーフダイシングを行って第１溝を形成し、第１溝の深さは、封止樹脂を貫通し、かつ基板を貫通しない深さに設定する第１溝形成工程と、第１溝に白色樹脂を注入して第１溝を埋め、白色樹脂を硬化させて白壁を形成する白壁形成工程と、分割予定ラインに沿って、ハーフダイシングを行って第２溝を形成し、第２溝の幅は、第１溝の幅よりも狭くし、第２溝の深さは、白壁を貫通して第１溝よりも深く、かつ基板を貫通しない深さに設定し、これにより白壁を分割予定ラインの左右で分割する第２溝形成工程と、第２溝に黒色樹脂を注入して第２溝を埋め、黒色樹脂を硬化させて黒壁を形成する黒壁形成工程と、分割予定ラインに沿ってダイシングを行い、黒壁および基板を分割予定ラインの左右で分割する分割工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法である。

また、本発明において、黒壁形成工程後、分割工程前に、研磨によって封止樹脂上面、白壁上面、および黒壁上面を面一にする研磨工程をさらに有していてもよい。

また、本発明において、白色樹脂と黒色樹脂は、母材樹脂が同一材料であってもよい。

また、本発明は、基板と、基板表面上に設けられた発光素子と、基板の端部に設けられた反射壁と、基板と反射壁とで囲まれた内部を埋めるようにして設けられ、発光素子を封止する封止樹脂と、を有した発光装置において、反射壁は、内側が白色樹脂からなる白壁、外側が黒色樹脂からなる黒壁の二重構造であり、基板は、端部に段差部を有し、段差部は、内側から外側に向かって下っていく２段の段差構造であって、基板表面よりも１段低くなっている表面である第１段差表面と、第１段差表面よりもさらに１段低くなっている表面である第２段差表面とを有し、白壁は、第１段差表面上に設けられ、黒壁は、第２段差表面上に設けられている、ことを特徴とする発光装置である。

本発明によれば、内側が白色樹脂、外側が黒色樹脂の二重構造の反射壁を簡便に形成することができる。また、反射壁を基板から剥がれにくくすることができる。

実施例１の発光装置の構成を示した図。 実施例１の発光装置の製造工程を示した図。 実施例１の発光装置の製造工程を示した図。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１の発光装置の構成を示した図である。図１のように、実施例１の発光装置は、基板１０と、発光素子１１と、反射壁１３と、封止樹脂１２とを有している。

基板１０は、矩形の板状の部材である。基板１０の材料は、セラミック、ガラス、ガラスエポキシ樹脂などである。基板１０の表面１０ａには、配線パターン（図示しない）が形成されている。また、基板１０の裏面１０ｂには、外部の電気回路と接続するための電極パターン（図示しない）が形成されている。基板１０に空けられた孔（図示しない）を介して表面側の配線パターンと裏面側の電極パターンとが接続されている。

基板１０の端部には、階段状の段差部１４が設けられている。段差部１４は、発光装置の内側から外側に向かって下っていく２段の段差構造である。この段差部１４によって基板１０表面１０ａよりも１段低くなっている表面を第１段差表面１４ａ、第１段差表面１４ａよりもさらに１段低くなっている表面を第２段差表面１４ｂとする。第１段差表面１４ａおよび第２段差表面１４ｂは、基板１０表面１０ａとおよそ平行であり、第２段差表面１４ｂは基板１０の側面と連続している。第１段差表面１４ａおよび第２段差表面１４ｂは、基板１０表面１０ａよりも算術平均粗さが大きくなっている。

発光素子１１は、基板１０表面１０ａ上に実装されていて、基板１０表面１０ａの配線パターンと発光素子１１の電極とが、ワイヤ、はんだ、バンプなどによって接続されている。発光素子１１は任意の半導体材料、任意の構造でよく、発光色も問わない。また、発光素子１１は１つである必要もなく、複数の発光素子１１が基板１０表面１０ａ上に実装されていてよい。たとえば、青色発光の発光素子１１、緑色発光の発光素子１１、赤色発光の発光素子１１を１組として、それらが１組～複数組実装されていてよい。青色、緑色、赤色の各出力を制御することで任意の発光色を発光可能な発光装置を実現できる。また、基板１０表面には、発光素子１１以外の電子部品が実装されていてもよい。たとえば、発光素子１１の駆動回路、温度保護素子などが発光素子１１とともに基板１０表面１０ａ上に実装されていてもよい。

反射壁１３は、基板１０の段差部１４上に壁状に設けられている。反射壁１３は二重構造であり、発光装置の内側が白色の白壁１５、外側が黒色の黒壁１６である。白壁１５と黒壁１６とは接合している。白壁１５、黒壁１６は、いずれも直立した板状（壁状）である。

白壁１５は、段差部１４のうち第１段差表面１４ａ上に設けられている。第１段差表面１４ａは荒れて微細な凹凸を有しており、その凹凸に白壁１５が入り込んでいるため、アンカー効果によって基板１０から白壁１５が剥離しにくくなっている。

白壁１５は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などの樹脂にＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２の粒子などの光反射材を混合した白色樹脂からなる。この白壁１５によって発光素子１１から側方に放射される光を反射させ、発光装置の出力向上を図っている。なお、「白色」とは、本発明においては発光素子１１からの光の反射率が十分に高い色であることを意味し、たとえば反射率が８０％以上である。

黒壁１６は、白壁１５の外側に接して位置し、段差部１４のうち第２段差表面１４ｂ表面上に設けられている。また、黒壁１６の上面は、白壁１５の上面と面一になっていて、黒壁１６の外側側面は、基板１０の側面と面一になっている。第２段差表面１４ｂは荒れて微細な凹凸を有しており、その凹凸に黒壁１６が入り込んでいるため、アンカー効果によって基板１０から黒壁１６が剥離しにくくなっている。

黒壁１６は、シリコーンなどの樹脂にカーボンブラック、カーボンナノチューブなどの光吸収材を混合した黒色樹脂からなる。製造の簡便さや低コスト化の点から、白壁１５と黒壁１６とで母材樹脂は同一材料とすることが好ましい。なお、「黒色」とは、本発明においては発光素子１１からの光の吸収率が十分に高い色であることを意味し、たとえば吸収率が８０％以上である。

黒壁１６を設ける理由は次の通りである。発光素子１１から側方に放射される光は、白壁１５によって大部分が反射されるが、一部は白壁１５を透過してしまう。このような発光装置の側方から漏れる光によって発光装置の光束が低下したりコントラストが低下してしまう。そこで、白壁１５を透過する光を黒壁１６により吸収させることで側方からの光の漏れを抑制し、光束の向上、コントラストの向上を図っている。特に、黒壁１６は、白壁１５の外側側面を完全に覆っているため、光の漏れをより抑制することができる。

また、白壁１５は第１段差表面１４ａ上、黒壁１６は第２段差表面１４ｂ上に設けられているため、黒壁１６の下面は白壁１５の下面よりも低くなっている。そのため、白壁１５を斜め下方に透過する光も黒壁１６によって吸収させることができ、光の漏れをさらに抑制することができる。

基板１０裏面１０ｂから第１段差表面１４ａ（白壁１５の下面）までの高さＨ１は、基板１０の厚さＨ０の０．３～０．７倍が好ましい。その理由は後述の製造工程において説明する。

また、基板１０裏面１０ｂから第２段差表面１４ｂ（黒壁１６の下面）までの高さＨ２は、Ｈ１の０．４～０．７倍が好ましい。この範囲であれば、白壁１５を斜め下方に透過する光の漏れをより抑制することができる。

白壁１５の厚さは、発光素子１１からの光の反射率が十分に高く、透過率を十分に低下できる範囲であればよい。たとえば、白壁１５に対して垂直に入射する光の反射率が８０％以上、透過率が１０％以下となるように厚さを設定するとよい。

黒壁１６の厚さは、白壁１５を透過してきた光の吸収率が高く、透過率を十分に低下できる範囲であればよい。たとえば、黒壁１６に対して垂直に入射する光の吸収率が８０％以上、透過率が１０％以下となるように厚さを設定するとよい。

封止樹脂１２は、基板１０表面１０ａと反射壁１３により囲まれた内部を埋めるように設けられていて、その厚さは均一である。この封止樹脂１２によって発光素子１１が封止されている。また、封止樹脂１２の表面は、反射壁１３の上面と面一になっている。そのため、実施例１の発光装置は全体として直方体状となっている。

封止樹脂１２の材料は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など発光素子１１から放射される光を透過可能な任意の樹脂材料である。封止樹脂１２には光拡散材、蛍光体、熱拡散材など、任意の材料が添加されていてもよい。

以上、実施例１の発光装置では、アンカー効果によって反射壁１３と基板１０との密着性が向上しており、応力の印加によって基板１０から反射壁１３が剥離してしまうことが抑制されている。また、白色樹脂からなる白壁１５の外側側面の全面を黒色樹脂からなる黒壁１６が覆っており、黒壁１６の下面が白壁の下面よりも低くなっているため、反射壁１３からの光の漏れが抑制されており、発光装置の光束が向上している。

次に、実施例１の発光装置の製造方法について図２、３を参照に説明する。

まず、基板１０の表面１０ａ上の所定位置に発光素子１１を実装する。次に、基板１０の表面１０ａ上および発光素子１１上に、均一な厚さに封止樹脂１２を塗布して発光素子１１を封止し、熱処理によって封止樹脂１２を硬化させる（図２（ａ）参照）。発光素子１１の実装方法は発光素子１１の構造に応じて任意の方法を採用することができる。

次に、後工程で各発光装置ごとに分割を予定しているライン（分割予定ラインＬ）に沿って、封止樹脂１２表面側からハーフダイシングを行い、第１溝２０を形成する（図２（ｂ）参照）。第１溝２０の角部は丸まっていてもよい。分割予定ラインＬは平面視で格子状である。このハーフダイシングによって第１溝２０の底面には微細な凹凸が形成され、基板１０表面１０ａよりも粗い状態となる。なお、第１溝２０の底面は、段差部１４の第１段差表面１４ａとなる。

第１溝２０の幅は、反射壁１３の幅の２倍と、後の素子分割のダイシングの切り代とを合わせた幅に設定し、第１溝２０の幅方向の中心が分割予定ラインＬと一致するように設定する。

第１溝２０の深さは、封止樹脂１２を貫通して基板１０の表面１０ａに達するよりも深く、基板１０を貫通しない深さであればよい。たとえば、基板１０裏面１０ｂから第１溝２０の底面までの高さＨ１が、基板１０の厚さＨ０の０．３～０．７倍となるように深さを設定するとよい。この範囲であれば、ハーフダイシングの深さの誤差があっても確実に封止樹脂１２を貫通させることができ、また基板１０を貫通しないようにすることができる。また、基板１０が薄くなって撓みや曲げ、割れが生じるのを抑制できる。

次に、第１溝２０に白色樹脂を注入して第１溝２０を埋める。白色樹脂は第１溝２０からはみ出してもよい。ここで、第１溝２０の底面はハーフダイシングによって微細な凹凸が形成されているため、白色樹脂はこの微細な凹凸に入り込む。そして、白色樹脂を硬化させて白壁１５を形成する（図２（ｃ）参照）。白色樹脂が第１溝２０の底面の微細な凹凸に入り込んだ状態で硬化するため、アンカー効果によって白壁１５は基板１０から剥離しにくくなる。

次に、分割予定ラインＬに沿って、白壁１５上面側からハーフダイシングを行い、第２溝２１を形成する（図３（ａ）参照）。第２溝２１の角部は丸まっていてもよい。このハーフダイシングによって第２溝２１の底面には微細な凹凸が形成され、基板１０表面１０ａよりも粗い状態となる。なお、第２溝２１の底面は、段差部１４の第２段差表面１４ｂとなる。

第２溝２１の幅は、第１溝２０の幅よりも狭くし、第２溝２１の幅方向の中心が分割予定ラインＬと一致するように設定する。第２溝２１の幅は、黒壁１６の幅の２倍と、後の素子分割のダイシングの切り代とを合わせた幅になる。

第２溝２１の深さは、白壁１５を貫通して第１溝２０よりも深く、基板１０を貫通しない深さとする。

このように第２溝２１の幅、深さを設定することにより、白壁１５は分割予定ラインＬの左右に分割され、一方の発光装置側の白壁１５と、それに隣接する他方の発光装置側の白壁１５に分割される。ここで、基板１０裏面１０ｂから第２溝２１の底面までの高さＨ２が、基板１０裏面１０ｂから第１溝２０の底面までの高さＨ１の０．４～０．７倍となるように深さを設定するとよい。ハーフダイシングの深さの誤差があっても確実に白壁１５を貫通させることができ、また基板１０を貫通しないようにすることができる。また、白壁１５を斜め下方に透過する光の漏れをより抑制することができる。

次に、第２溝２１に黒色樹脂を注入して第２溝２１を埋める。黒色樹脂は第２溝２１からはみ出してもよい。ここで、第２溝２１の底面はハーフダイシングによって微細な凹凸が形成されているため、黒色樹脂はこの微細な凹凸に入り込む。そして、黒色樹脂を硬化させて黒壁１６を形成する（図３（ｂ）参照）。黒色樹脂が第２溝２１の底面の微細な凹凸に入り込んだ状態で硬化するため、アンカー効果によって黒壁１６は基板１０から剥離しにくくなる。また、黒壁１６は、第２溝２１に黒色樹脂を注入して形成しているので、第１溝２０側面に露出する白壁１５の全面を黒色樹脂が接して覆うことができる。そのため、白壁１５を透過して漏れる光を効果的に黒壁１６により吸収させることができる。また、第２溝２１を第１溝２０よりも深くしているため、黒壁１６の下面は白壁１５の下面よりも低くなる。そのため、白壁１５を斜め下方に透過してくる光も黒壁１６によって吸収させることができ、光の漏れをさらに抑制することができる。

次に、封止樹脂１２表面、白壁１５表面、黒壁１６表面を研磨し、面一となるようにするとともに、発光装置の高さ（基板１０裏面から封止樹脂１２表面までの距離）を調整する（図３（ｃ）参照）。研磨方法は任意であり、機械研磨や化学機械研磨を用いることができる。

次に、分割予定ラインＬに沿ってダイシングを行う。黒壁１６および基板１０は分割予定ラインＬの左右に分割され、一方の発光装置側の黒壁１６および基板１０と、それに隣接する他方の発光装置の黒壁１６および基板１０に分割される。これにより、個々の発光装置に分割する（図３（ｄ）参照）。以上によって実施例１の発光装置が製造される。

以上、実施例１の発光装置の製造方法によれば、内側が白壁１５、外側が黒壁１６の二重構造の反射壁１３を簡便に作製することができる。また、反射壁１３が基板１０から剥がれることを抑制することができる。

本発明の発光装置は、各種光源として利用することができる。

１０：基板
１１：発光素子
１２：封止樹脂
１３：反射壁
１４：段差部
１４ａ：第１段差表面
１４ｂ：第２段差表面
１５：白壁
１６：黒壁
２０：第１溝
２１：第２溝

Claims (7)

1. 基板表面上の所定位置に発光素子を実装する実装工程と、
   前記基板上および前記発光素子上に封止樹脂を設け、前記発光素子を封止する封止工程と、
   各発光装置ごとに分割を予定している分割予定ラインに沿って、ハーフダイシングを行って第１溝を形成し、前記第１溝の深さは、前記封止樹脂を貫通し、かつ前記基板を貫通しない深さに設定する第１溝形成工程と、
   前記第１溝に白色樹脂を注入して前記第１溝を埋め、白色樹脂を硬化させて白壁を形成する白壁形成工程と、
   前記分割予定ラインに沿って、ハーフダイシングを行って第２溝を形成し、前記第２溝の幅は、前記第１溝の幅よりも狭くし、前記第２溝の深さは、前記白壁を貫通して前記第１溝よりも深く、かつ前記基板を貫通しない深さに設定し、これにより前記白壁を前記分割予定ラインの左右で分割する第２溝形成工程と、
   前記第２溝に黒色樹脂を注入して前記第２溝を埋め、黒色樹脂を硬化させて黒壁を形成する黒壁形成工程と、
   前記分割予定ラインに沿ってダイシングを行い、前記黒壁および前記基板を分割予定ラインの左右で分割する分割工程と、
   を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
2. 前記黒壁形成工程後、前記分割工程前に、研磨によって前記封止樹脂上面、前記白壁上面、および前記黒壁上面を面一にする研磨工程をさらに有する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。
3. 前記白色樹脂と前記黒色樹脂は、母材樹脂が同一材料である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置の製造方法。
4. 基板と、前記基板表面上に設けられた発光素子と、前記基板の端部に設けられた反射壁と、前記基板と前記反射壁とで囲まれた内部を埋めるようにして設けられ、前記発光素子を封止する封止樹脂と、を有した発光装置において、
   前記反射壁は、内側が白色樹脂からなる白壁、外側が黒色樹脂からなる黒壁の二重構造であり、
   前記基板は、端部に段差部を有し、
   前記段差部は、内側から外側に向かって下っていく２段の段差構造であって、基板表面よりも１段低くなっている表面である第１段差表面と、前記第１段差表面よりもさらに１段低くなっている表面である第２段差表面とを有し、
   前記白壁は、前記第１段差表面上に設けられ、
   前記黒壁は、前記第２段差表面上に設けられている、
   ことを特徴とする発光装置。
5. 前記第１段差表面および前記第２段差表面は、前記基板表面よりも算術平均粗さが大きい、ことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 前記封止樹脂上面、前記白壁上面、および前記黒壁上面は面一である、ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の発光装置。
7. 前記白色樹脂と前記黒色樹脂は、母材樹脂が同一材料である、ことを特徴とする請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載の発光装置。

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