發(fā)光裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實施方式涉及發(fā)光裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 使用了發(fā)光二極管（LED)的發(fā)光裝置被廣泛用于屋內(nèi)用、屋外用、固定用、移動用 等的顯示裝置、以及顯示用燈、各種開關(guān)類、信號裝置、一般照明等的光學(xué)裝置。在使用了 LED的發(fā)光裝置中，作為適合于對各種字符串、幾何圖形、圖案等進(jìn)行顯示的顯示裝置、顯示 用燈的裝置，已知在兩個透明基板間配置有多個LED的透明發(fā)光裝置。作為透明基板而使 用透明樹脂制的柔性基板，由此作為顯示裝置、顯示用燈的發(fā)光裝置相對于安裝面的限制 減少，透明發(fā)光裝置的方便性、可利用性提高。
[0003] 透明發(fā)光裝置例如具有如下構(gòu)造：在具有第一導(dǎo)電電路層的第一透明絕緣基板與 具有第二導(dǎo)電電路層的第二透明絕緣基板之間，配置有多個LED芯片。多個LED芯片分別 具有一對電極。一個電極與第一導(dǎo)電電路層電連接，另一個電極與第二導(dǎo)電電路層電連接。 多個LED芯片隔開某種程度的間隔而配置。在基于多個LED芯片的配置間隔而產(chǎn)生的第一 透明絕緣基板與第二透明絕緣基板之間的空間中，填充有具有電絕緣性、彎曲性的由透明 樹脂等構(gòu)成的透明絕緣體。換言之，LED芯片配置在設(shè)置于透明絕緣體的貫通孔內(nèi)。
[0004] 透明發(fā)光裝置中的LED芯片的電極與導(dǎo)電電路層之間的電連接，有時例如通過將 第一透明絕緣基板、在貫通孔內(nèi)配置有LED芯片的透明絕緣樹脂片以及第二透明絕緣基板 的層疊體進(jìn)行真空熱壓接來進(jìn)行。LED芯片的電極與導(dǎo)電電路層有時通過導(dǎo)電性粘合劑來 進(jìn)行粘合。還研究了如下內(nèi)容：通過具有導(dǎo)電電路層的上下的絕緣基板來夾持固定了LED 芯片的熱熔粘合劑片而進(jìn)行熱壓接，將LED芯片埋入粘合劑片，由此同時實施上下的絕緣 基板間的粘合、以及LED芯片的電極與導(dǎo)電電路層之間的電連接。
[0005] 然而，無論在哪種情況下，都不能夠充分地提高LED芯片的電極與導(dǎo)電電路層之 間的電連接性、其可靠性。例如，在對第一透明絕緣基板、透明絕緣樹脂片以及第二透明絕 緣基板的層疊體進(jìn)行真空熱壓接的情況下，研究了如下內(nèi)容：通過使熱壓接后的透明絕緣 樹脂片的厚度（透明絕緣體的厚度）比LED芯片的厚度薄，由此將導(dǎo)電電路層按壓到LED 芯片的電極上而使其接觸。但是，根據(jù)透明絕緣體的材質(zhì)、厚度、以及LED芯片的配置間隔 的不同，不能夠?qū)㈦姌O與導(dǎo)電電路層高可靠性地電連接。因此，尋求再現(xiàn)性良好地提高導(dǎo)電 電路層與LED芯片的電極之間的電連接性、其可靠性的技術(shù)。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1 :日本特開平11-177147號公報
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本特表2007-531321號公報
[0010] 專利文獻(xiàn)3 :日本特表2009-512977號公報
[0011] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2012-084855號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明要解決的課題在于，提供發(fā)光裝置及其制造方法，能夠再現(xiàn)性良好地提高 設(shè)置于透光性絕緣體的表面的導(dǎo)電電路層與LED芯片的電極之間的電連接性、其可靠性。
[0013] 實施方式的發(fā)光裝置，具備：第一透光性支撐基體，具備第一透光性絕緣體；第二 透光性支撐基體，具備第二透光性絕緣體；導(dǎo)電電路層，設(shè)置于第一透光性絕緣體的第一表 面以及與第一表面對置的第二透光性絕緣體的第二表面的至少一方；發(fā)光二極管，具備具 有第一面和第二面的發(fā)光二極管主體、設(shè)置于發(fā)光二極管主體的第一面并與導(dǎo)電電路層電 連接的第一電極、以及設(shè)置于發(fā)光二極管主體的第一面或者第二面并與導(dǎo)電電路層電連接 的第二電極，該發(fā)光二極管配置在第一透光性絕緣體與第二透光性絕緣體之間；以及第三 透光性絕緣體，埋入第一透光性絕緣體與第二透光性絕緣體之間，具有80°C以上160°C以 下的維卡軟化溫度以及〇.OIGPa以上lOGPa以下的拉伸儲存彈性模量的至少一方。
[0014] 實施方式的發(fā)光裝置的制造方法包括：準(zhǔn)備具有第一透光性絕緣體的第一透光性 支撐基體和具備第二透光性絕緣體的第二透光性支撐基體的工序；在第一透光性絕緣體的 第一表面以及第二透光性絕緣體的第二表面的至少一方形成導(dǎo)電電路層的工序；準(zhǔn)備發(fā) 光二極管的工序，該發(fā)光二極管具備具有第一面和第二面的發(fā)光二極管主體、設(shè)置于發(fā)光 二極管主體的第一面的第一電極、以及設(shè)置于發(fā)光二極管主體的第一面或者第二面的第二 電極；以及在第一透光性絕緣體的第一表面以及第二透光性絕緣體的第二表面中的、設(shè)置 有導(dǎo)電電路層的表面上，配置具有80°c以上160°C以下的維卡軟化溫度以及0.OIGPa以上 lOGPa以下的拉伸儲存彈性模量的至少一方的透光性絕緣樹脂片的工序；在第一透光性絕 緣體的第一表面與第二透光性絕緣體的第二表面之間，隔著透光性絕緣樹脂片配置發(fā)光二 極管的工序；以及將包含第一透光性絕緣體、透光性絕緣樹脂片、發(fā)光二極管以及第二透光 性絕緣體的層疊體在真空氣氛中加熱并且加壓，將第一電極以及第二電極與導(dǎo)電電路層電 連接，并且在第一透光性絕緣體與第二透光性絕緣體之間埋入透光性絕緣樹脂片，而形成 第三透光性絕緣體的工序。
【附圖說明】
[0015] 圖1是表示第一實施方式的發(fā)光裝置的截面圖。
[0016] 圖2是將圖1所示的發(fā)光裝置的一部分放大表示的截面圖。
[0017] 圖3是將圖1所示的發(fā)光裝置的變形例的一部分放大表示的截面圖。
[0018] 圖4是將第一實施方式的發(fā)光裝置的一部分放大表不的SEM像。
[0019] 圖5是表示第一實施方式的發(fā)光裝置的制造工序的截面圖。
[0020] 圖6是表示第二實施方式的發(fā)光裝置的截面圖。
[0021] 圖7是將圖6所示的發(fā)光裝置的一部分放大表示的截面圖。
[0022] 圖8是將圖6所示的發(fā)光裝置的變形例的一部分放大表示的截面圖。
[0023] 圖9是表示第二實施方式的發(fā)光裝置的制造工序的截面圖。
[0024] 圖10是表示第三實施方式的發(fā)光裝置的截面圖。
[0025] 圖11是將圖10所不的發(fā)光裝置的一部分放大表不的截面圖。
[0026] 圖12是將圖10所示的發(fā)光裝置的變形例的一部分放大表示的截面圖。
[0027] 圖13是表示發(fā)光二極管的高度和第三透光性絕緣體的最小厚度T2之差A(yù)T與 多個發(fā)光二極管間的最小距離d之間的關(guān)系的圖。
[0028] 圖14是表示第三實施方式的發(fā)光裝置的制造工序的截面圖。
[0029] 圖15是表示第四實施方式的發(fā)光裝置的截面圖。
[0030] 圖16是將圖15所不的發(fā)光裝置的一部分放大表不的截面圖。
[0031] 圖17是將圖15所示的發(fā)光裝置的變形例的一部分放大表示的截面圖。
[0032] 圖18是表示第四實施方式的發(fā)光裝置的制造工序的截面圖。
[0033] 圖19是表示實施方式的發(fā)光裝置的應(yīng)用例的圖。
【具體實施方式】
[0034] 以下，參照附圖對實施方式的發(fā)光裝置及其制造方法進(jìn)行說明。
[0035](第一實施方式）
[0036] 圖1是表示第一實施方式的發(fā)光裝置的構(gòu)成的截面圖。圖1所示的發(fā)光裝置1具 備第一透光性支撐基體2和第二透光性支撐基體3。第一透光性支撐基體2具備第一透光 性絕緣體4和形成于其表面的第一導(dǎo)電電路層5。第二透光性支撐基體3具備第二透光性 絕緣體6和形成于其表面的第二導(dǎo)電電路層7。第一透光性支撐基體2和第二透光性支撐 基體3以使第一導(dǎo)電電路層5與第二導(dǎo)電電路層7相對置的方式，在它們之間設(shè)置規(guī)定間 隙地配置。在第一透光性支撐基體2與第二透光性支撐基體3之間的間隙中配置有多個發(fā) 光二極管8。
[0037] 透光性絕緣體4、6例如使用具有絕緣性和透光性的樹脂材料，并且優(yōu)選使用具 有彎曲性的樹脂材料。作為這種絕緣樹脂材料，能夠列舉聚對苯二甲酸乙二醇脂（PET)、 聚萘二甲酸乙二酯（PEN)、聚碳酸酯（PC)、聚醚砜（PES)、環(huán)狀烯烴樹脂（例如JSR社制的 ART0N(商品名））以及丙烯酸樹脂等。透光性絕緣體4、6的總透光率（JISK7105)優(yōu)選為 90%以上、并且更優(yōu)選為95%以上。透光性絕緣體4、6的厚度優(yōu)選為50~300ym范圍。 當(dāng)透光性絕緣體4、6的厚度過厚時，難以對透光性支撐基體2、3賦予良好的彎曲性，透光性 還有可能降低。
[0038] 透光性絕緣體4、6不限定于具有透光性的絕緣樹脂體（片等），例如也可以由玻璃 那樣的兼具絕緣性和透光性的無機(jī)材料構(gòu)成。但是，在作為透光性絕緣體4、6而使用玻璃 基板的情況下，不能夠?qū)Φ谝灰约暗诙腹庑灾位w2、3賦予彎曲性。在對透光性支撐 基體2、3以及使用它們的發(fā)光裝置1賦予彎曲性的情況下，優(yōu)選使用由具有透光性和彎曲 性的絕緣樹脂體構(gòu)成的透光性絕緣體4、6。也可以使第一以及第二透光性絕緣體4、6的一 方由絕緣樹脂體那樣的具有彎曲性的材料構(gòu)成，使另一方由玻璃基板那樣的剛性的材料構(gòu) 成。
[0039] 在第一透光性絕緣體4的表面形成有第一導(dǎo)電電路層5。同樣，在第二透光性絕緣 體6的表面形成有第二導(dǎo)電電路層7。導(dǎo)電電路層5、7例如使用氧化銦錫（IT0)、氟摻雜氧 化錫（FT0)、氧化鋅、以及氧化銦鋅（IZ0)等透明導(dǎo)電材料。作為由透明導(dǎo)電材料構(gòu)成的導(dǎo) 電電路層5、7,例如能夠列舉如下導(dǎo)電電路層：應(yīng)用濺射法、電子束蒸鍍法等形成薄膜，通 過激光加工、蝕刻處理等對所得到的薄膜進(jìn)行圖案化而形成電路。導(dǎo)電電路層5、7也可以 是將透明導(dǎo)電材料的微粒（例如平均粒子徑為10~lOOnm范圍的微粒）與透明樹脂粘合 劑的混合物通過網(wǎng)版印刷等涂敷為電路形狀而成的導(dǎo)電電路層、或?qū)ι鲜龌旌衔锏耐糠竽?實施基于激光加工、光刻的圖案化處理而形成電路的導(dǎo)電電路層。
[0040] 導(dǎo)電電路層5、7并不局限于由透明導(dǎo)電材料構(gòu)成，也可以使金、銀等不透明導(dǎo)電 材料的微粒附著為網(wǎng)格狀而成。例如，在涂敷了鹵化銀那樣的不透明導(dǎo)電材料的感光性化 合物之后，實施曝光?顯影處理而形成網(wǎng)格狀的導(dǎo)電電路層5、7。也可以將含有不透明導(dǎo) 電材料微粒的漿料通過網(wǎng)版印刷等涂敷為網(wǎng)格狀而形成導(dǎo)電電路層5、7。導(dǎo)電電路層5、7 只要在形成于透光性絕緣體4、6的表面上時示出透光性、而得到透光性支撐基體2、3即可。 導(dǎo)電電路層5、7優(yōu)選具有如下那樣的透光性，該透光性使得透光性支撐基體2、3的總透光 率（JISK7105)為10 %以上，并且作為發(fā)光裝置1整體的總透光率為1 %以上。當(dāng)作為發(fā) 光裝置1整體的總透光率不足1 %時，發(fā)光點不會被識別為亮點。導(dǎo)電電路層5、7本身的透 光性根據(jù)其構(gòu)成而不同，但優(yōu)選總透光率為10~85 %范圍。當(dāng)導(dǎo)電電路層5、7的總透光率 均超過85%時，能夠通過肉眼容易地識別布線圖案，作為發(fā)光裝置1會產(chǎn)生不良情況。
[0041] 在第一透光性支撐基體2的具有第一導(dǎo)電電路層5的表面與第二透光性支撐基體 3的具有第二導(dǎo)電電路層7的表面之間，配置有多個發(fā)光二極管8。作為發(fā)光二極管，一般 使用具有PN結(jié)的二極管芯片（以下記載為LED芯片8)。此外，在此使用的發(fā)光二極管不限 定于LED芯片8,也可以是激光二極管（LD)芯片等。作為LED芯片8,例如已知在N型半導(dǎo) 體基板上形成P型半導(dǎo)體層而成的芯片、在P型半導(dǎo)體基板上形成N型半導(dǎo)體層而成的芯 片、在半導(dǎo)體基板上形成N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層而成的芯片、在P型半導(dǎo)體基板上形 成P型異質(zhì)半導(dǎo)體層和N型異質(zhì)半導(dǎo)體層而成的芯片、以及在N型半導(dǎo)體基板上形成N型 異質(zhì)半導(dǎo)體層和P型異質(zhì)半導(dǎo)體層而成的芯片等，無論在哪種情況下均在LED芯片8的上 下兩面上設(shè)置有電極9、10。
[0042] 如圖2所示那樣，第一實施方式中使用的LED芯片8具備：芯片主體（發(fā)光二極管 主體）12,具有活性層（成為PN結(jié)界面、或雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的發(fā)光部位的半導(dǎo)體層等）11 ;第 一電極9,設(shè)置于芯片主體12的接近活性層11的第一面上；以及第二電極10,設(shè)置有芯片 主體12的遠(yuǎn)離活性層11的第二面。在此，為了方便，有時將接近活性層11的第一面記載 為發(fā)光面，將遠(yuǎn)離活性層11的第二面記載為非發(fā)光面，但不限定于此。根據(jù)第二導(dǎo)電電路 層7、芯片主體12等的構(gòu)成材料，能夠使兩面作為發(fā)光面。第一電極9通過與第一導(dǎo)電電路 層5直接接觸而電連接，第二電極10通過與第二導(dǎo)電電路層7直接接觸而電連接。如圖3 所示那樣，第一導(dǎo)電電路層5與第一電極9也可以經(jīng)由設(shè)置在第一電極9上的凸塊電極9B 而電連接。例如能夠通過將在金線等導(dǎo)電性線的前端形成的球按壓到第一電極9上之后將 線切斷，來形成凸塊電極9B。LED芯片8通過經(jīng)由第一電極以及第二電極9、10施加的直流 電壓而點亮。
[0043] 設(shè)置于芯片主體12的發(fā)光面的第一電極9具有小于發(fā)光面的面積，以便不妨礙來 自活性層11的發(fā)光向外部放出。芯片主體12的發(fā)光面具有第一電極9的形成面和非形成 面。并且，第一電極9具有從發(fā)光面突出的形狀、例如突出0.1ym以上的形狀。第二電極 10設(shè)置于芯片主體12的非發(fā)光面整體。為了提高與第二導(dǎo)電電路層7之間的電連接可靠 性等，第二電極10的表面（與導(dǎo)電電路層7的接觸面）例如優(yōu)選具有1ym以上的凹凸形 狀，更優(yōu)選具有微小凹凸反復(fù)而成的形狀。第一電極9的表面（與導(dǎo)電電路層5的接觸面） 也優(yōu)選具有同樣的凹凸形狀。此外，有時在通常的LED芯片的電極的表面，形成與用于提高 電連接可靠性不同的凹凸形狀。
[0044] 在第一透光性支撐基體2與第二透光性支撐基體3之間的除了多個LED芯片8的 配置部分以外的部分，埋入有具有80~160°C的維卡軟化溫度以及0. 01~lOGPa的拉伸儲 存彈性模量的至少一方的第三透光性絕緣體13。第三透光性絕緣體13優(yōu)選具有上述維卡 軟化溫度以及拉伸儲存彈性模量的雙方。在此所述的拉伸儲存彈性模量表示〇°C至100°C 之間的值。第三透光性絕緣體13更優(yōu)選為，在維卡軟化溫度下不熔融，而維卡軟化溫度下 的拉伸儲存彈性模量為0.IMPa以上。第三透光性絕緣體13優(yōu)選具有180°C以上的熔融溫 度或比維卡軟化溫度高40°C以上的熔融溫度。此外，第三透光性絕緣體13優(yōu)選具有-20°C 以下的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。
[0045] 維卡軟化溫度為在試驗負(fù)載10N、升溫速度50°C/小時的條件下、按照J(rèn)IS K7206(ISO306:2004)所記載的A50條件而求出的值。玻璃轉(zhuǎn)化溫度和熔融溫度，是通過 依據(jù)JISK7121(IS0 3146)的方法，使用差示掃描量熱計，以5°C/分的升溫速度，通過熱通 量差示掃描量熱測量而求出的值。拉伸儲存彈性模量，是依據(jù)JISK7244-1(ISO6721)，使 用動態(tài)粘彈性自動測量器，從_l〇〇°C至200°C以1°C/分進(jìn)行等速升溫，在頻率10Hz下求出 的值。
[0046] 第三透光性絕緣體13優(yōu)選由滿足上述維卡軟化溫度、拉伸儲存彈性模量、熔融溫 度、玻璃轉(zhuǎn)化溫度等特性的透光性絕緣樹脂、特別是合成橡膠構(gòu)成。合成橡膠為高分子材料 的彈性體。作為合成橡膠，已知丙烯酸類合成橡膠、烯烴類合成橡膠、苯乙烯類合成橡膠、甲 酯類合成橡膠、以及氨酯類合成橡膠等。滿足上述特性的丙烯酸類合成橡膠，除了透光性、 電絕緣性、彎曲性等以外，軟化時的流動性、固化后的粘合性、以及耐氣候性等良好，因此適 合作為第三透光性絕緣體13的構(gòu)成材料。并且，作為第三透光性絕緣體13的構(gòu)成材料的 合成橡膠，優(yōu)選相對于使用該合成橡膠而形成的透光性絕緣體13的導(dǎo)電電路層5、7的剝離 強(qiáng)度（基于JISC50618. 1. 6的方法A)為0. 49N/mm以上。第三透光性絕緣體13將上述那 樣的合成橡膠作為主成分而包含即可，也可以根據(jù)需要而包含其他樹脂成分、填充劑、添加 劑等。
[0047] 通過使用具有上述維卡軟化溫度、拉伸儲存彈性模量以及熔融溫度的合成橡膠 等，能夠?qū)?dǎo)電電路層5、7與多個LED芯片8的電極9、10之間的電連接保持為良好，并且 能夠使第三透光性絕緣體13在與多個LED芯片8緊貼的狀態(tài)下埋入第一透光性支撐基體 2與第二透光性支撐基體3之間。換言之，通過以與LED芯片8周圍緊貼的狀態(tài)配置的第 三透光性絕緣體13,來維持導(dǎo)電電路層5、7與電極9、10之間的接觸狀態(tài)。因此，能夠提高 導(dǎo)電電路層5、7與LED芯片8的電極9、10之間的電連接可靠性，特別是能夠提高對發(fā)光裝 置1實施彎曲試驗、熱循環(huán)試驗（TCT)時的導(dǎo)電電路層5、7與電極9、10之間的電連接可靠 性。
[0048] 例如，如上述專利文獻(xiàn)3、4所記載的那樣，在根據(jù)第一以及第二透光性絕緣體間 填充的第三透光性絕緣體的厚度，簡單地將導(dǎo)電電路層向LED芯片的電極按壓而進(jìn)行電連 接的情況下，不能夠充分提高導(dǎo)電電路層與電極之間的電連接性。特別是，在使發(fā)光裝置較 大地彎曲、或者進(jìn)行熱循環(huán)試驗時，導(dǎo)電電路層與電極之間的電連接可靠性容易降低。此 外，如上述專利文獻(xiàn)3、4所記載的那樣，在通過導(dǎo)電性粘合劑將LED芯片的電極與導(dǎo)電電路 層進(jìn)行粘合的情況下，難以將多個LED芯片間充分地絕緣，因此導(dǎo)致連接工序的復(fù)雜化、工 時的增大等而制造成本容易增加。實施方式的發(fā)光裝置1改善了這些以往裝置的難點。
[0049] 當(dāng)?shù)谌腹庑越^緣體13的維卡軟化溫度超過160°C時，在后述的第三透光性絕緣 體13的形成工序中不能夠使透光性絕緣樹脂片充分變形，由此導(dǎo)電電路層5、7與電極9、 10之間的電連接性降低。當(dāng)?shù)谌腹庑越^緣體13的維卡軟化溫度不足80°C時，LED芯片 8的保持力不足，導(dǎo)電電路層5、7與電極9、10之間的電連接可靠性降低。第三透光性絕緣 體13的維卡軟化溫度更優(yōu)選為100°C以上。能夠進(jìn)一步提高導(dǎo)電電路層5、7與電極9、10 之間的電連接可靠性。第三透光性絕緣體13的維卡軟化溫度更優(yōu)選為140°C以下。能夠有 效提高導(dǎo)電電路層5、7與電極9、10之間的電連接性。
[0050] 在第三透光性絕緣體13的拉伸儲存彈性模量不足0.OIGPa的情況下，導(dǎo)電電路層 5、7與電極9、10之間的電連接性也降低。由于LED芯片8、其電極9、10較微小，因此在后 述的真空熱壓接時，為了將多個LED芯片8的電極9、10正確地連接到導(dǎo)電電路層5、7的規(guī) 定位置，從室溫到真空熱壓接工序的加熱溫度附近為止，透光性絕緣樹脂片需要維持比較 高的儲存彈性。當(dāng)在真空熱壓接時樹脂的彈性降低時，在加工中途會產(chǎn)生LED芯片8的傾 斜、向橫向的微小移動，容易產(chǎn)生不能夠?qū)㈦姌O9、10與導(dǎo)電電路層5、7進(jìn)行電連接、連接電 阻增加等現(xiàn)象。該現(xiàn)象成為使發(fā)光裝置1的制造合格率及可靠性降低的重要因素。為了防 止該情況，優(yōu)選應(yīng)用具有〇.OIGPa以上的拉伸儲存彈性模量的第三透光性絕緣體13。但是， 當(dāng)儲存彈性過高時，發(fā)光裝置1的耐彎曲性等降低，因此優(yōu)選應(yīng)用具有l(wèi)OGPa以下的拉伸儲 存彈性模量的第三透光性絕緣體13。第三透光性絕緣體13的0°C至100°C之間的拉伸儲存 彈性模量更優(yōu)選為〇.IGPa以上，并且更優(yōu)選為7GPa以下。
[0051]當(dāng)構(gòu)成第三透光性絕緣體13的合成橡膠等在維卡軟化溫度下不熔融、且維卡軟 化溫度下的拉伸儲存彈性模量為〇.IMPa以上時，能夠進(jìn)一步提高真空熱壓接時的電極9、 1〇與導(dǎo)電電路層5、7的