發(fā)光裝置、其制造方法及使用發(fā)光裝置的裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請基于2013年3月28日提出的日本專利申請第2013-069988號和2013年3 月28日提出的日本專利申請第2013-069989號主張優(yōu)先權(quán)，且謀求其利益，在此引用其全 部內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本實施方式涉及安裝了發(fā)光元件的透光性發(fā)光裝置、其制造方法及使用發(fā)光裝置 的裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 透光性發(fā)光裝置中，設(shè)在發(fā)光元件上的電極與基體材料的透光性導(dǎo)電層電連接。 作為該連接方法，以往采用引線接合法，但其作為觸摸面板或發(fā)光裝置這樣的要求透光性 的用途的連接法是不優(yōu)選的。
[0004] 對此，在專利文獻(xiàn)1、2、3、4及5中，作為發(fā)光裝置的發(fā)光元件的連接方法，公開了 不采用引線接合法的方法。
[0005] 此外，專利文獻(xiàn)3~5中記載的撓性的透光性發(fā)光裝置能夠?qū)崿F(xiàn)以往的非撓性的 透光性發(fā)光裝置中不能實現(xiàn)的曲面形狀，在此點(diǎn)上是有用的。
[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 :日本特開2002-246418號公報
[0010] 專利文獻(xiàn)3 :日本特表2007-531321號公報
[0011] 專利文獻(xiàn)4 :日本特表2009-512977號公報
[0012] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開2012-84855號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明要解決的問題
[0014] 可是，作為撓性的透光性發(fā)光裝置的用途，如果考慮在汽車、列車、船舶、飛機(jī)等的 窗戶或外裝中使用透光性發(fā)光裝置，則要求在大的溫度范圍下、且重復(fù)附加應(yīng)力下的可靠 性。如果沒有滿足上述這樣的重復(fù)環(huán)境條件及使用條件的可靠性，則撓性的透光性發(fā)光裝 置的用途受到極大的限制。從如此的觀點(diǎn)出發(fā)，專利文獻(xiàn)3、4、5中所述的發(fā)光裝置的實際 用途受到極大的限定，且缺乏可靠性。
[0015] 此外，專利文獻(xiàn)3、4及5中所述的發(fā)光裝置存在的問題是，因制造時施加的壓力， 形成于發(fā)光元件表面上的電極的邊緣或電極表面的凹凸形狀、發(fā)光元件的基板和活性層的 端面間的臺階等與透光性導(dǎo)電體的透光性導(dǎo)電層搭接，有在透光性導(dǎo)電體的透光性導(dǎo)電層 中產(chǎn)生裂縫或透光性導(dǎo)電層發(fā)生斷裂的顧慮，因發(fā)生斷線而使制品成品率下降，增大制造 成本。另外，專利文獻(xiàn)3、4、5中所述的發(fā)光裝置，由于制造時多向透光性導(dǎo)電體的透光性導(dǎo) 電層中進(jìn)入微細(xì)的裂紋，因此有即使在剛制造后發(fā)光，如果施加彎曲或熱循環(huán)則不亮燈這 樣的可靠性上的課題。
[0016] 另外，專利文獻(xiàn)4、5中所述的發(fā)光裝置因透光性導(dǎo)電層和LED電極間的接觸不充 分而缺乏耐彎曲性，同時熱循環(huán)后的可靠性也有問題。
[0017] 本實施方式是鑒于上述事情而完成的，其目的是提供制造時或使用時的耐彎曲性 或熱循環(huán)特性優(yōu)異、或相對于彎曲或熱負(fù)荷能夠維持亮燈的發(fā)光裝置、其制造方法及使用 發(fā)光裝置的裝置。
[0018] 用于解決課題的手段
[0019] 本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)了當(dāng)在作為發(fā)光元件、例如發(fā)光二極管（LED)的芯片的電極層與透 光性導(dǎo)電層之間配置透光性彈性材料時，該透光性彈性材料所存在的面積的相對于LED芯 片的電極面積的比率、或存在于LED芯片的電極層表面的凹凸的凹部中的透光性彈性材料 與發(fā)光裝置的耐彎曲性的關(guān)系。同時，本發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)了在LED芯片的電極層與透光性 導(dǎo)電層之間透光性彈性材料所存在的面積的相對于LED芯片的電極面積的比率、或存在于 LED芯片的電極層表面的凹凸的凹部中的透光性彈性材料與發(fā)光裝置的耐熱循環(huán)性的關(guān) 系。再者，本說明書中所謂的耐彎曲性，指的是按一定的曲率對薄膜或薄板狀的制品或材料 重復(fù)進(jìn)行折彎或彎曲時，不易發(fā)生裂紋、斷裂及斷線等劣化現(xiàn)象的性質(zhì)。
[0020] 實施方式的發(fā)光裝置是解決上述問題的發(fā)光裝置，其特征在于：
[0021] 在被一對分別具備透光性導(dǎo)電層的透光性絕緣體薄板夾住的區(qū)域、或者被具備 (多個）透光性導(dǎo)電層的透光性絕緣體薄板和不具備透光性導(dǎo)電層的透光性絕緣體薄板夾 住的區(qū)域中，
[0022] 填充有一個以上的分別具備與所述各個透光性導(dǎo)電層個別地電連接的陰極電極 和陽極電極的半導(dǎo)體發(fā)光元件和透光性彈性材料，且
[0023] 在所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的陽極電極及陰極電極與所述透光性導(dǎo)電層的界面中至 少部分地存在所述透光性彈性材料，在所述陽極電極及陰極電極表面上的凹部中也填充有 所述透光性彈性材料。
[0024] 這里，"半導(dǎo)體發(fā)光元件"為通過對由半導(dǎo)體形成的發(fā)光層施加在與發(fā)光層電連接 的電極對間形成的電場（電流）而發(fā)光的元件的總稱，發(fā)光二極管（LED)是代表性的，但也 并不局限于此，還包含有機(jī)EL元件及激光二極管。
[0025] 實施方式的發(fā)光裝置的制造方法是解決上述問題的制造方法，其特征在于：在將 透光性彈性材料配置在半導(dǎo)體發(fā)光元件的電極表面與透光性導(dǎo)電體的透光性導(dǎo)電層的表 面之間后，在比所述透光性彈性材料的維卡軟化溫度低l〇°C的溫度以上且高30°C或20°C 的溫度以下的溫度范圍，對所述半導(dǎo)體發(fā)光元件和所述透光性導(dǎo)電體進(jìn)行真空熱壓。
[0026] 使用實施方式的發(fā)光裝置的裝置是解決上述問題的裝置，其特征在于具備所述發(fā) 光裝置，代表性地，構(gòu)成照明裝置或顯示裝置。
[0027] 發(fā)明效果
[0028] 根據(jù)本發(fā)明適用的一個實施方式，可得到在由具備透光性導(dǎo)電層的透光性絕緣體 薄板形成的透光性導(dǎo)電體的透光性導(dǎo)電層中不易產(chǎn)生裂縫或斷裂、耐彎曲性或熱循環(huán)特性 優(yōu)異、或透光性發(fā)光裝置內(nèi)不易殘存氣泡的發(fā)光裝置、其制造方法及使用發(fā)光裝置的裝置。
[0029] 具體而言，通過將透光性彈性體即彈性材料夾在LED芯片與透光性導(dǎo)電層之間并 在真空下實施熱壓，從而具有透光性彈性材料與透明導(dǎo)電體之間的粘接效果，同時還有防 止透光性導(dǎo)電層的裂縫或斷裂、并且使彈性材料部分地進(jìn)入LED的電極面與透光性導(dǎo)電層 之間而進(jìn)行機(jī)械接合的效果。因此，在發(fā)光裝置的強(qiáng)彎曲時或?qū)Πl(fā)光裝置附加熱循環(huán)時，不 易在透光性導(dǎo)電層中產(chǎn)生裂縫或斷裂，此外可充分維持透光性導(dǎo)電層與LED芯片的電極層 的接觸，由此可提高透光性導(dǎo)電層的電連接可靠性，因而，可得到即使在強(qiáng)彎曲時或附加熱 循環(huán)時也能維持亮燈的發(fā)光裝置及使用發(fā)光裝置的裝置。同時，由于在彈性材料不熔化、且 不低粘度化的狀態(tài)下進(jìn)行加工，所以可在抽真空的狀態(tài)下進(jìn)行加工，不會在透光性發(fā)光裝 置內(nèi)殘留氣泡。如果不抽真空而在大氣壓下或低真空下進(jìn)行熱壓，則在發(fā)光裝置內(nèi)的特別 是LED芯片的周圍殘留氣泡，因該氣泡被加壓而在熱壓后膨脹，導(dǎo)致LED芯片電極和透光性 導(dǎo)電層的剝離。此外，如果夾在LED芯片與透光性導(dǎo)電層之間的彈性體即彈性材料在熱壓 時發(fā)生熔化或低粘度化，則LED芯片的位置偏移或傾斜，不能得到如期望的電接合。
【附圖說明】
[0030] 圖1是第1實施方式的發(fā)光裝置的剖視圖。
[0031] 圖2是圖1的局部放大圖。
[0032] 圖3是圖2的Al部分的局部放大圖。
[0033] 圖4是第1實施方式的發(fā)光裝置的截面掃描式電子顯微鏡照片的一個例子。
[0034] 圖5是表示將LED芯片10的第1電極層15A與第1透光性導(dǎo)電體20A之間剝離 時的第1電極層15A側(cè)的表面的掃描式電子顯微鏡照片的一個例子。
[0035] 圖6是表示將LED芯片10的第1電極層15A與第1透光性導(dǎo)電體20A之間剝離時 的第1電極層15A側(cè)的表面的元素分布圖像，圖6(A)是表示第1實施方式的發(fā)光裝置即實 施例3的將LED芯片10的第1電極層15A與第1透光性導(dǎo)電體20A之間剝離時的第1電 極層15A側(cè)的表面的掃描式電子顯微鏡照片，圖6 (B)是根據(jù)能量色散X射線光譜儀（EDX) 得到的碳的元素分布圖照片，圖6 (C)是根據(jù)EDX得到的錫的元素分布圖照片。
[0036] 圖7是對第1實施方式的發(fā)光裝置的制造方法進(jìn)行說明的圖示。
[0037] 圖8是對發(fā)光裝置的制造例1進(jìn)行說明的圖示。
[0038] 圖9是對發(fā)光裝置的制造例2進(jìn)行說明的圖示。
[0039] 圖10是按制造例1制作的發(fā)光裝置90的截面的局部放大圖。
[0040] 圖11是圖10的Bl部分的局部放大圖。
[0041] 圖12是按制造例1制作的發(fā)光裝置90的截面照片的一個例子。
[0042] 圖13是按制造例2制作的發(fā)光裝置90A的截面照片的一個例子。
[0043] 圖14是第2實施方式的發(fā)光裝置的剖視圖。
[0044] 圖15是第2實施方式的發(fā)光裝置中所用的LED芯片的剖視圖。
[0045] 圖16是對第2實施方式的發(fā)光裝置的制造方法進(jìn)行說明的圖示。
[0046] 圖17是包含凸塊電極的單面電極型發(fā)光裝置例的示意剖視圖。
[0047] 圖18是包含凸塊電極的單面電極型發(fā)光裝置例的示意剖視圖。
[0048] 圖19是表示形成在墊片電極上的Au凸塊的形狀例子的側(cè)面圖。
[0049] 圖20是表示單面電極型發(fā)光裝置中的凸塊電極的配置例子的俯視圖。
【具體實施方式】
[0050] 關(guān)于實施方式的發(fā)光裝置，在LED芯片的電極層的表面與透光性導(dǎo)電體的透光性 導(dǎo)電層之間存在透光性彈性材料，透光性彈性材料進(jìn)入到LED芯片的電極層的表面的凹凸 形狀的凹部與透光性導(dǎo)電體的透光性導(dǎo)電層的表面之間的間隙中，同時將LED芯片的電極 層和透光性導(dǎo)電體的透光性導(dǎo)電層電連接。
[0051] 本說明書中所述的厚度、高度、距離等的尺寸全部為在室溫為20°C ±2°C的室內(nèi) 靜置1小時以上后，用光學(xué)等非接觸法進(jìn)行測定所得的值，或利用電子顯微鏡、光學(xué)顯微 鏡，采用與成為校正的基準(zhǔn)的長度進(jìn)行比較的方法進(jìn)行測定所得的值。
[0052] 關(guān)于實施方式的發(fā)光裝置，通過在LED芯片的電極層的表面與透光性導(dǎo)電體的透 光性導(dǎo)電層的表面之間的間隙中形成儲藏彈性模量比較高的透光性彈性材料層，從而在強(qiáng) 彎曲時或附加熱循環(huán)時，不易在透光性導(dǎo)電層中產(chǎn)生裂縫或斷裂，此外通過充分維持透光 性導(dǎo)電層與LED芯片的電極層的接觸，從而提高透光性導(dǎo)電層的電連接可靠性，因此即使 在強(qiáng)彎曲時或附加熱循環(huán)時也能夠維持亮燈。
[0053] 參照附圖對實施方式的發(fā)光裝置進(jìn)行說明。首先，對第1實施方式的發(fā)光裝置進(jìn) 行說明。
[0054] [發(fā)光裝置]
[0055] (第1實施方式）
[0056] 圖1是第1實施方式的發(fā)光裝置的主要部位的剖視圖。
[0057] 發(fā)光裝置1具備：在LED本體11的表背雙方的表面上形成有第1及第2電極層 15 (15A、15B)的LED芯片10 ;具有透光性基體21和形成于該透光性基體21的表面上的透光 性導(dǎo)電層25 (25A、25B)并分別被覆LED芯片10的第1及第2透光性導(dǎo)電體20 (20A、20B); 與LED芯片10的周圍13和透光性導(dǎo)電體20A的透光性導(dǎo)電層25A側(cè)的表面及透光性導(dǎo)電 體20B的透光性導(dǎo)電層25B側(cè)的表面接合的透光性彈性材料層30。
[0058] 總而言之，發(fā)光裝置1用兩塊透光性導(dǎo)電體20A、20B夾住LED芯片10,用透光性彈 性材料層30接合LED芯片10和透光性導(dǎo)電體20A、20B。
[0059] <LED 芯片 >
[0060] 圖2是圖1的局部放大圖。圖3是圖2的Al部分的局部放大圖。圖4是第1實 施方式的發(fā)光裝置的截面掃描式電子顯微鏡照片的一個例子。再者，圖4中，符號95為用 于固定測定試樣即發(fā)光裝置1的截面觀察用固定樹脂，并不構(gòu)成發(fā)光裝置1。
[0061] 關(guān)于LED芯片10,在具有相當(dāng)于LED的半導(dǎo)體發(fā)光層的層（疊）結(jié)構(gòu)的LED本體 11的表背雙方的表面上形成有作為第1電極層的電極層15A及作為第2電極層的電極層 15B〇
[0062] LED本體11在由GaAs及Si或GaP等形成的半導(dǎo)體基板41上具有N型半導(dǎo)體層 42及P型半導(dǎo)體層44,而且在N型半導(dǎo)體層42與P型半導(dǎo)體層44之間形成有發(fā)光層43。 半導(dǎo)體基板41的表面及P型半導(dǎo)體層44的表面分別構(gòu)成LED本體11的表面71。這里，將 LED本體11的表面71中的半導(dǎo)體基板41的表面稱為LED本體11的第1表面71A，將P型 半導(dǎo)體層44的表面稱為LED本體11的第2表面71B。第2表面71B為LED芯片10的發(fā)光 面85。也可以在P型半導(dǎo)體層44的表面上形成透明電極層。此時該透明電極層成為第2 表面71B。
[0063] 電極層15A是形成在LED本體11的第1表面71A即半導(dǎo)體基板41的表面上、通 過半導(dǎo)體基板41與N型半導(dǎo)體層42電連接的基板側(cè)電極層。電極層15B是形成在LED本 體11的第2表面71B即P型半導(dǎo)體層44的表面上、與P型半導(dǎo)體層44電連接的發(fā)光側(cè)電 極層。發(fā)光側(cè)電極層即電極層15B可設(shè)在與電極層15A相比靠近發(fā)光層43的一側(cè)。再者， 也可以在半導(dǎo)體基板41表面上形成反射膜。
[0064] 基板側(cè)電極層即電極層15A(在此例中為陰極），例如由Au構(gòu)成，其厚度通常為 0. 1~2 μL?，優(yōu)選為0. 3~1 μπι。發(fā)光側(cè)電極層即電極層15B(在此例中為陽極），例如由 Au構(gòu)成，其整體的厚度，即電極層15Β的側(cè)壁17的高度通常為0. 5~20 μ m，優(yōu)選為1~ 10 μ m〇
[0065] 基板側(cè)電極層即電極層15A可形成在LED本體11表面中的透光性導(dǎo)電體20A側(cè) 的第1表面71A的大致整面上。
[0066] 為了不妨礙發(fā)光，發(fā)光側(cè)電極層即電極層15B以LED本體11的第2表面7IB的例 如以10~30%這樣的較小面積形成。換句話講，LED芯片10的電極層15B的表面的面積 小于形成有該電極層15B的LED本體11的第2表面71B的面積。再者，在LED本體11與 電極層15B之間也可以存在透明電極層。
[0067] 再者，在形成有電極層15A的作為基體材料的半導(dǎo)體基板41的第1表面71A上一 般形成有凹凸形狀，對層疊在其上的電極層15A賦予對應(yīng)的凹凸形狀45,謀求提高與鄰接 層的接合性。該電極層15A的表面的凹凸形狀45由電極層15A的凹部46和凸部47形成。
[0068] -般為了提高與鄰接導(dǎo)電層的密合性而賦予電極層15A的凹凸形狀45,表面粗糙 度Ra(測定法后述）通常為1~5 μπι。
[0069] 再者，關(guān)于電極層15Β的表面的凹凸形狀（未圖示），通常表面粗糙度Ra為0. 1 μ m 以上且1 μπι以下。
[0070] 關(guān)于這些凹凸形狀，可以是連續(xù)地形成凹部和凸部的形狀，也可以是例如通過壓 花加工形成的那樣凹部和凸部斷續(xù)地形成的形狀。
[0071] 電極層15Α、15Β的表面的凹凸形狀的表面粗糙度Ra只要為0. ΙμL?~ΙΟμL?即可。
[0072] LED芯片10的半導(dǎo)體基板41、Ρ型半導(dǎo)體層44及N型半導(dǎo)體層42的結(jié)構(gòu)和材質(zhì) 以及LED芯片10的特性，只要可得到所希望的發(fā)光特性就不特別限定。此外，半導(dǎo)體基板 是P型或N型、以及/或者P型半導(dǎo)體層44和N型半導(dǎo)體層42變成上下反轉(zhuǎn)也可以。但 是，從發(fā)光效率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選基板的半導(dǎo)體的型和鄰接半導(dǎo)體層的型不相反。
[0073] 作為LED芯片10,例如可使用放出紅色或橙色的光的LED芯片，但也可以是其它發(fā) 光色的LED或多種發(fā)光色的LED的組合。
[0074] LED芯片10的厚度（高度）沒有特別的限制，例如通常為90~290 μm。此外其 表面尺寸當(dāng)然可根據(jù)作為其在發(fā)光裝置整體中所占的顯示元件單元的要求而多樣地變化， 但通常在〇· 04 μ m2~2. 25mm 2的范圍。
[0075] <透光性導(dǎo)電體>
[0076] 透光性導(dǎo)電體20(20A、20B)包含具有可撓性的透光性基體21 (21A、21B)和形成于 該透光性基體21的表面上的透光性導(dǎo)電層25 (25A、25B)。透光性導(dǎo)電體20以使透光性導(dǎo) 電層25與LED芯片10的電極層15 (15A、15B)導(dǎo)通的方式夾住LED芯片10。在透光性導(dǎo)電 層25中形成有用于驅(qū)動1個以上的同一種或多種LED芯片10的布線圖形。
[0077] 也就是說，透光性導(dǎo)電體20由以使透光性導(dǎo)電層25A與LED芯片10的第1電極 層15A的表面導(dǎo)通的方式被覆LED芯片10的第1透光性導(dǎo)電體20A和以使透光性導(dǎo)電層 25B與LED芯片10的第2電極層15B的表面導(dǎo)通的方式被覆LED芯片10的第2透光性導(dǎo) 電體20B構(gòu)成。
[0078] [透光性基體]
[0079] 透光性基體21為具有透光性及可撓性的基體，形成薄板狀。再者，透光性基體21 只要是具有透光性及可撓性的基體，也可以是具有立體曲面等的薄板狀。
[0080] 透光性基體21的總光透射率（按照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS K7375 :2008測定的總光透 射率）通常為90 %以上，更優(yōu)選為95 %以上，本發(fā)明的發(fā)光裝置的總光透射率通常為1 %~ 80%，更優(yōu)選在5~70 %的范圍內(nèi)。優(yōu)選總光透射率越高發(fā)光裝置的光度越提高，但另一 方面如果總光透射率超過80%，則可清晰地看到透光性導(dǎo)電體的布線圖形，這是不優(yōu)選的。 此外，如果總光透射率低于1 %，則不能以亮點(diǎn)識別LED，因此是不優(yōu)選的。
[0081] 關(guān)于透光性基體21，可使用彎曲彈性模量（根據(jù)IS0178(JIS K7171 :2008)的測 定值）為150kgf/mm2以上、優(yōu)選為200~320kgf/mm2的。如果透光性基體21的彎曲彈性 模量為150kgf/mm 2以上且320kgf/mm2以下，則可對發(fā)光裝置1賦予優(yōu)選的可燒性。
[0082] 作為透光性基體21中使用的材質(zhì)，例如可使用聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)、 聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN)、聚碳酸酯（PC)、聚丁二酸乙二醇酯（PES)、JSR公