发光装置及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施方式涉及发光装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 使用了发光二极管（LED)的发光装置被广泛用于屋内用、屋外用、固定用、移动用 等的显示装置、以及显示用灯、各种开关类、信号装置、一般照明等的光学装置。在使用了 LED的发光装置中，作为适合于对各种字符串、几何图形、图案等进行显示的显示装置、显示 用灯的装置，已知在两个透明基板间配置有多个LED的透明发光装置。作为透明基板而使 用透明树脂制的柔性基板，由此作为显示装置、显示用灯的发光装置相对于安装面的限制 减少，透明发光装置的方便性、可利用性提高。
[0003] 透明发光装置例如具有如下构造：在具有第一导电电路层的第一透明绝缘基板与 具有第二导电电路层的第二透明绝缘基板之间，配置有多个LED芯片。多个LED芯片分别 具有一对电极。一个电极与第一导电电路层电连接，另一个电极与第二导电电路层电连接。 多个LED芯片隔开某种程度的间隔而配置。在基于多个LED芯片的配置间隔而产生的第一 透明绝缘基板与第二透明绝缘基板之间的空间中，填充有具有电绝缘性、弯曲性的由透明 树脂等构成的透明绝缘体。换言之，LED芯片配置在设置于透明绝缘体的贯通孔内。
[0004] 透明发光装置中的LED芯片的电极与导电电路层之间的电连接，有时例如通过将 第一透明绝缘基板、在贯通孔内配置有LED芯片的透明绝缘树脂片以及第二透明绝缘基板 的层叠体进行真空热压接来进行。LED芯片的电极与导电电路层有时通过导电性粘合剂来 进行粘合。还研究了如下内容：通过具有导电电路层的上下的绝缘基板来夹持固定了LED 芯片的热熔粘合剂片而进行热压接，将LED芯片埋入粘合剂片，由此同时实施上下的绝缘 基板间的粘合、以及LED芯片的电极与导电电路层之间的电连接。
[0005] 然而，无论在哪种情况下，都不能够充分地提高LED芯片的电极与导电电路层之 间的电连接性、其可靠性。例如，在对第一透明绝缘基板、透明绝缘树脂片以及第二透明绝 缘基板的层叠体进行真空热压接的情况下，研究了如下内容：通过使热压接后的透明绝缘 树脂片的厚度（透明绝缘体的厚度）比LED芯片的厚度薄，由此将导电电路层按压到LED 芯片的电极上而使其接触。但是，根据透明绝缘体的材质、厚度、以及LED芯片的配置间隔 的不同，不能够将电极与导电电路层高可靠性地电连接。因此，寻求再现性良好地提高导电 电路层与LED芯片的电极之间的电连接性、其可靠性的技术。
[0006] 现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1 :日本特开平11-177147号公报
[0009]专利文献2:日本特表2007-531321号公报
[0010] 专利文献3 :日本特表2009-512977号公报
[0011] 专利文献4 :日本特开2012-084855号公报
【发明内容】
[0012] 本发明要解决的课题在于，提供发光装置及其制造方法，能够再现性良好地提高 设置于透光性绝缘体的表面的导电电路层与LED芯片的电极之间的电连接性、其可靠性。
[0013] 实施方式的发光装置，具备：第一透光性支撑基体，具备第一透光性绝缘体；第二 透光性支撑基体，具备第二透光性绝缘体；导电电路层，设置于第一透光性绝缘体的第一表 面以及与第一表面对置的第二透光性绝缘体的第二表面的至少一方；发光二极管，具备具 有第一面和第二面的发光二极管主体、设置于发光二极管主体的第一面并与导电电路层电 连接的第一电极、以及设置于发光二极管主体的第一面或者第二面并与导电电路层电连接 的第二电极，该发光二极管配置在第一透光性绝缘体与第二透光性绝缘体之间；以及第三 透光性绝缘体，埋入第一透光性绝缘体与第二透光性绝缘体之间，具有80°C以上160°C以 下的维卡软化温度以及〇.OIGPa以上lOGPa以下的拉伸储存弹性模量的至少一方。
[0014] 实施方式的发光装置的制造方法包括：准备具有第一透光性绝缘体的第一透光性 支撑基体和具备第二透光性绝缘体的第二透光性支撑基体的工序；在第一透光性绝缘体的 第一表面以及第二透光性绝缘体的第二表面的至少一方形成导电电路层的工序；准备发 光二极管的工序，该发光二极管具备具有第一面和第二面的发光二极管主体、设置于发光 二极管主体的第一面的第一电极、以及设置于发光二极管主体的第一面或者第二面的第二 电极；以及在第一透光性绝缘体的第一表面以及第二透光性绝缘体的第二表面中的、设置 有导电电路层的表面上，配置具有80°c以上160°C以下的维卡软化温度以及0.OIGPa以上 lOGPa以下的拉伸储存弹性模量的至少一方的透光性绝缘树脂片的工序；在第一透光性绝 缘体的第一表面与第二透光性绝缘体的第二表面之间，隔着透光性绝缘树脂片配置发光二 极管的工序；以及将包含第一透光性绝缘体、透光性绝缘树脂片、发光二极管以及第二透光 性绝缘体的层叠体在真空气氛中加热并且加压，将第一电极以及第二电极与导电电路层电 连接，并且在第一透光性绝缘体与第二透光性绝缘体之间埋入透光性绝缘树脂片，而形成 第三透光性绝缘体的工序。
【附图说明】
[0015] 图1是表示第一实施方式的发光装置的截面图。
[0016] 图2是将图1所示的发光装置的一部分放大表示的截面图。
[0017] 图3是将图1所示的发光装置的变形例的一部分放大表示的截面图。
[0018] 图4是将第一实施方式的发光装置的一部分放大表不的SEM像。
[0019] 图5是表示第一实施方式的发光装置的制造工序的截面图。
[0020] 图6是表示第二实施方式的发光装置的截面图。
[0021] 图7是将图6所示的发光装置的一部分放大表示的截面图。
[0022] 图8是将图6所示的发光装置的变形例的一部分放大表示的截面图。
[0023] 图9是表示第二实施方式的发光装置的制造工序的截面图。
[0024] 图10是表示第三实施方式的发光装置的截面图。
[0025] 图11是将图10所不的发光装置的一部分放大表不的截面图。
[0026] 图12是将图10所示的发光装置的变形例的一部分放大表示的截面图。
[0027] 图13是表示发光二极管的高度和第三透光性绝缘体的最小厚度T2之差AT与 多个发光二极管间的最小距离d之间的关系的图。
[0028] 图14是表示第三实施方式的发光装置的制造工序的截面图。
[0029] 图15是表示第四实施方式的发光装置的截面图。
[0030] 图16是将图15所不的发光装置的一部分放大表不的截面图。
[0031] 图17是将图15所示的发光装置的变形例的一部分放大表示的截面图。
[0032] 图18是表示第四实施方式的发光装置的制造工序的截面图。
[0033] 图19是表示实施方式的发光装置的应用例的图。
【具体实施方式】
[0034] 以下，参照附图对实施方式的发光装置及其制造方法进行说明。
[0035](第一实施方式）
[0036] 图1是表示第一实施方式的发光装置的构成的截面图。图1所示的发光装置1具 备第一透光性支撑基体2和第二透光性支撑基体3。第一透光性支撑基体2具备第一透光 性绝缘体4和形成于其表面的第一导电电路层5。第二透光性支撑基体3具备第二透光性 绝缘体6和形成于其表面的第二导电电路层7。第一透光性支撑基体2和第二透光性支撑 基体3以使第一导电电路层5与第二导电电路层7相对置的方式，在它们之间设置规定间 隙地配置。在第一透光性支撑基体2与第二透光性支撑基体3之间的间隙中配置有多个发 光二极管8。
[0037] 透光性绝缘体4、6例如使用具有绝缘性和透光性的树脂材料，并且优选使用具 有弯曲性的树脂材料。作为这种绝缘树脂材料，能够列举聚对苯二甲酸乙二醇脂（PET)、 聚萘二甲酸乙二酯（PEN)、聚碳酸酯（PC)、聚醚砜（PES)、环状烯烃树脂（例如JSR社制的 ART0N(商品名））以及丙烯酸树脂等。透光性绝缘体4、6的总透光率（JISK7105)优选为 90%以上、并且更优选为95%以上。透光性绝缘体4、6的厚度优选为50~300ym范围。 当透光性绝缘体4、6的厚度过厚时，难以对透光性支撑基体2、3赋予良好的弯曲性，透光性 还有可能降低。
[0038] 透光性绝缘体4、6不限定于具有透光性的绝缘树脂体（片等），例如也可以由玻璃 那样的兼具绝缘性和透光性的无机材料构成。但是，在作为透光性绝缘体4、6而使用玻璃 基板的情况下，不能够对第一以及第二透光性支撑基体2、3赋予弯曲性。在对透光性支撑 基体2、3以及使用它们的发光装置1赋予弯曲性的情况下，优选使用由具有透光性和弯曲 性的绝缘树脂体构成的透光性绝缘体4、6。也可以使第一以及第二透光性绝缘体4、6的一 方由绝缘树脂体那样的具有弯曲性的材料构成，使另一方由玻璃基板那样的刚性的材料构 成。
[0039] 在第一透光性绝缘体4的表面形成有第一导电电路层5。同样，在第二透光性绝缘 体6的表面形成有第二导电电路层7。导电电路层5、7例如使用氧化铟锡（IT0)、氟掺杂氧 化锡（FT0)、氧化锌、以及氧化铟锌（IZ0)等透明导电材料。作为由透明导电材料构成的导 电电路层5、7,例如能够列举如下导电电路层：应用溅射法、电子束蒸镀法等形成薄膜，通 过激光加工、蚀刻处理等对所得到的薄膜进行图案化而形成电路。导电电路层5、7也可以 是将透明导电材料的微粒（例如平均粒子径为10~lOOnm范围的微粒）与透明树脂粘合 剂的混合物通过网版印刷等涂敷为电路形状而成的导电电路层、或对上述混合物的涂敷膜 实施基于激光加工、光刻的图案化处理而形成电路的导电电路层。
[0040] 导电电路层5、7并不局限于由透明导电材料构成，也可以使金、银等不透明导电 材料的微粒附着为网格状而成。例如，在涂敷了卤化银那样的不透明导电材料的感光性化 合物之后，实施曝光?显影处理而形成网格状的导电电路层5、7。也可以将含有不透明导 电材料微粒的浆料通过网版印刷等涂敷为网格状而形成导电电路层5、7。导电电路层5、7 只要在形成于透光性绝缘体4、6的表面上时示出透光性、而得到透光性支撑基体2、3即可。 导电电路层5、7优选具有如下那样的透光性，该透光性使得透光性支撑基体2、3的总透光 率（JISK7105)为10 %以上，并且作为发光装置1整体的总透光率为1 %以上。当作为发 光装置1整体的总透光率不足1 %时，发光点不会被识别为亮点。导电电路层5、7本身的透 光性根据其构成而不同，但优选总透光率为10~85 %范围。当导电电路层5、7的总透光率 均超过85%时，能够通过肉眼容易地识别布线图案，作为发光装置1会产生不良情况。
[0041] 在第一透光性支撑基体2的具有第一导电电路层5的表面与第二透光性支撑基体 3的具有第二导电电路层7的表面之间，配置有多个发光二极管8。作为发光二极管，一般 使用具有PN结的二极管芯片（以下记载为LED芯片8)。此外，在此使用的发光二极管不限 定于LED芯片8,也可以是激光二极管（LD)芯片等。作为LED芯片8,例如已知在N型半导 体基板上形成P型半导体层而成的芯片、在P型半导体基板上形成N型半导体层而成的芯 片、在半导体基板上形成N型半导体层和P型半导体层而成的芯片、在P型半导体基板上形 成P型异质半导体层和N型异质半导体层而成的芯片、以及在N型半导体基板上形成N型 异质半导体层和P型异质半导体层而成的芯片等，无论在哪种情况下均在LED芯片8的上 下两面上设置有电极9、10。
[0042] 如图2所示那样，第一实施方式中使用的LED芯片8具备：芯片主体（发光二极管 主体）12,具有活性层（成为PN结界面、或双异质结结构的发光部位的半导体层等）11 ;第 一电极9,设置于芯片主体12的接近活性层11的第一面上；以及第二电极10,设置有芯片 主体12的远离活性层11的第二面。在此，为了方便，有时将接近活性层11的第一面记载 为发光面，将远离活性层11的第二面记载为非发光面，但不限定于此。根据第二导电电路 层7、芯片主体12等的构成材料，能够使两面作为发光面。第一电极9通过与第一导电电路 层5直接接触而电连接，第二电极10通过与第二导电电路层7直接接触而电连接。如图3 所示那样，第一导电电路层5与第一电极9也可以经由设置在第一电极9上的凸块电极9B 而电连接。例如能够通过将在金线等导电性线的前端形成的球按压到第一电极9上之后将 线切断，来形成凸块电极9B。LED芯片8通过经由第一电极以及第二电极9、10施加的直流 电压而点亮。
[0043] 设置于芯片主体12的发光面的第一电极9具有小于发光面的面积，以便不妨碍来 自活性层11的发光向外部放出。芯片主体12的发光面具有第一电极9的形成面和非形成 面。并且，第一电极9具有从发光面突出的形状、例如突出0.1ym以上的形状。第二电极 10设置于芯片主体12的非发光面整体。为了提高与第二导电电路层7之间的电连接可靠 性等，第二电极10的表面（与导电电路层7的接触面）例如优选具有1ym以上的凹凸形 状，更优选具有微小凹凸反复而成的形状。第一电极9的表面（与导电电路层5的接触面） 也优选具有同样的凹凸形状。此外，有时在通常的LED芯片的电极的表面，形成与用于提高 电连接可靠性不同的凹凸形状。
[0044] 在第一透光性支撑基体2与第二透光性支撑基体3之间的除了多个LED芯片8的 配置部分以外的部分，埋入有具有80~160°C的维卡软化温度以及0. 01~lOGPa的拉伸储 存弹性模量的至少一方的第三透光性绝缘体13。第三透光性绝缘体13优选具有上述维卡 软化温度以及拉伸储存弹性模量的双方。在此所述的拉伸储存弹性模量表示〇°C至100°C 之间的值。第三透光性绝缘体13更优选为，在维卡软化温度下不熔融，而维卡软化温度下 的拉伸储存弹性模量为0.IMPa以上。第三透光性绝缘体13优选具有180°C以上的熔融温 度或比维卡软化温度高40°C以上的熔融温度。此外，第三透光性绝缘体13优选具有-20°C 以下的玻璃转化温度。
[0045] 维卡软化温度为在试验负载10N、升温速度50°C/小时的条件下、按照JIS K7206(ISO306:2004)所记载的A50条件而求出的值。玻璃转化温度和熔融温度，是通过 依据JISK7121(IS0 3146)的方法，使用差示扫描量热计，以5°C/分的升温速度，通过热通 量差示扫描量热测量而求出的值。拉伸储存弹性模量，是依据JISK7244-1(ISO6721)，使 用动态粘弹性自动测量器，从_l〇〇°C至200°C以1°C/分进行等速升温，在频率10Hz下求出 的值。
[0046] 第三透光性绝缘体13优选由满足上述维卡软化温度、拉伸储存弹性模量、熔融温 度、玻璃转化温度等特性的透光性绝缘树脂、特别是合成橡胶构成。合成橡胶为高分子材料 的弹性体。作为合成橡胶，已知丙烯酸类合成橡胶、烯烃类合成橡胶、苯乙烯类合成橡胶、甲 酯类合成橡胶、以及氨酯类合成橡胶等。满足上述特性的丙烯酸类合成橡胶，除了透光性、 电绝缘性、弯曲性等以外，软化时的流动性、固化后的粘合性、以及耐气候性等良好，因此适 合作为第三透光性绝缘体13的构成材料。并且，作为第三透光性绝缘体13的构成材料的 合成橡胶，优选相对于使用该合成橡胶而形成的透光性绝缘体13的导电电路层5、7的剥离 强度（基于JISC50618. 1. 6的方法A)为0. 49N/mm以上。第三透光性绝缘体13将上述那 样的合成橡胶作为主成分而包含即可，也可以根据需要而包含其他树脂成分、填充剂、添加 剂等。
[0047] 通过使用具有上述维卡软化温度、拉伸储存弹性模量以及熔融温度的合成橡胶 等，能够将导电电路层5、7与多个LED芯片8的电极9、10之间的电连接保持为良好，并且 能够使第三透光性绝缘体13在与多个LED芯片8紧贴的状态下埋入第一透光性支撑基体 2与第二透光性支撑基体3之间。换言之，通过以与LED芯片8周围紧贴的状态配置的第 三透光性绝缘体13,来维持导电电路层5、7与电极9、10之间的接触状态。因此，能够提高 导电电路层5、7与LED芯片8的电极9、10之间的电连接可靠性，特别是能够提高对发光装 置1实施弯曲试验、热循环试验（TCT)时的导电电路层5、7与电极9、10之间的电连接可靠 性。
[0048] 例如，如上述专利文献3、4所记载的那样，在根据第一以及第二透光性绝缘体间 填充的第三透光性绝缘体的厚度，简单地将导电电路层向LED芯片的电极按压而进行电连 接的情况下，不能够充分提高导电电路层与电极之间的电连接性。特别是，在使发光装置较 大地弯曲、或者进行热循环试验时，导电电路层与电极之间的电连接可靠性容易降低。此 外，如上述专利文献3、4所记载的那样，在通过导电性粘合剂将LED芯片的电极与导电电路 层进行粘合的情况下，难以将多个LED芯片间充分地绝缘，因此导致连接工序的复杂化、工 时的增大等而制造成本容易增加。实施方式的发光装置1改善了这些以往装置的难点。
[0049] 当第三透光性绝缘体13的维卡软化温度超过160°C时，在后述的第三透光性绝缘 体13的形成工序中不能够使透光性绝缘树脂片充分变形，由此导电电路层5、7与电极9、 10之间的电连接性降低。当第三透光性绝缘体13的维卡软化温度不足80°C时，LED芯片 8的保持力不足，导电电路层5、7与电极9、10之间的电连接可靠性降低。第三透光性绝缘 体13的维卡软化温度更优选为100°C以上。能够进一步提高导电电路层5、7与电极9、10 之间的电连接可靠性。第三透光性绝缘体13的维卡软化温度更优选为140°C以下。能够有 效提高导电电路层5、7与电极9、10之间的电连接性。
[0050] 在第三透光性绝缘体13的拉伸储存弹性模量不足0.OIGPa的情况下，导电电路层 5、7与电极9、10之间的电连接性也降低。由于LED芯片8、其电极9、10较微小，因此在后 述的真空热压接时，为了将多个LED芯片8的电极9、10正确地连接到导电电路层5、7的规 定位置，从室温到真空热压接工序的加热温度附近为止，透光性绝缘树脂片需要维持比较 高的储存弹性。当在真空热压接时树脂的弹性降低时，在加工中途会产生LED芯片8的倾 斜、向横向的微小移动，容易产生不能够将电极9、10与导电电路层5、7进行电连接、连接电 阻增加等现象。该现象成为使发光装置1的制造合格率及可靠性降低的重要因素。为了防 止该情况，优选应用具有〇.OIGPa以上的拉伸储存弹性模量的第三透光性绝缘体13。但是， 当储存弹性过高时，发光装置1的耐弯曲性等降低，因此优选应用具有lOGPa以下的拉伸储 存弹性模量的第三透光性绝缘体13。第三透光性绝缘体13的0°C至100°C之间的拉伸储存 弹性模量更优选为〇.IGPa以上，并且更优选为7GPa以下。
[0051]当构成第三透光性绝缘体13的合成橡胶等在维卡软化温度下不熔融、且维卡软 化温度下的拉伸储存弹性模量为〇.IMPa以上时，能够进一步提高真空热压接时的电极9、 1〇与导电电路层5、7的