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JP6801695B2 - 発光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、発光モジュールおよびその製造方法に関する。
発光ダイオード等の発光素子を用いた発光装置は、液晶表示装置のバックライトや各種の光源として広く利用されている。例えば、特許文献1に開示される光源装置は、実装基板に実装される複数の発光素子と、複数の発光素子のそれぞれを封止する半球状のレンズ部材とその上に配置された発光素子からの光が入射される拡散部材を備える。
特開2015−32373号公報
近年、より薄型の表示装置が求められており、これに伴い、より薄型のバックライトが求められている。特許文献1に開示される光源装置などは、実装基板と拡散板との間の距離をレンズ部材の厚さよりも大きくする必要がるため、十分な薄型化が困難な場合がある。本開示は、薄型化が可能な発光モジュールを提供する。
本開示の一実施形態に係る発光モジュールは、主発光面および側面を有する複数の発光素子と、前記複数の発光素子の前記主発光面上にそれぞれ配置された複数の波長変換部材と、第1主面および第2主面を有し、前記第2主面が前記波長変換部材と対向するように、前記複数の波長変換部材上に連続的に配置された導光板であって、前記第2主面に位置する凹部を有し、前記複数の波長変換部材の側面の一部が前記凹部の内側面と接する複数の凹部を有する導光板とを備える。
本開示によれば、薄型の発光モジュールが実現し得る。
図1は、実施形態の液晶表示装置を示す分解斜視図である。 図2Aは、実施形態の発光モジュールを示す模式的上面図である。 図2Bは、図2Aの2B−2B線における発光モジュールの模式的断面図である。 図2Cは、図2Bの一部の拡大模式的断面図である。 図2Dは、図2Bの他の一部の拡大模式的断面図である。 図3Aは、導光板の模式的下面図である。 図3Bは、導光板の図2Bに対応する位置における模式的断面図である。 図4Aは、実施形態の発光モジュールの製造方法における模式的工程断面図である。 図4Bは、実施形態の発光モジュールの製造方法における模式的工程断面図である。 図4Cは、実施形態の発光モジュールの製造方法における模式的工程断面図である。 図4Dは、実施形態の発光モジュールの製造方法における模式的工程断面図である。 図4Eは、実施形態の発光モジュールの製造方法における模式的工程断面図である。 図4Fは、実施形態の発光モジュールの製造方法における模式的工程断面図である。 図4Gは、実施形態の発光モジュールの製造方法における模式的工程断面図である。 図5Aは、実施形態の発光モジュールの他の例を示す模式的拡大断面図である。 図5Bは、実施形態の発光モジュールの他の例を示す模式的拡大断面図である。 図6Aは、図5Aの発光モジュールの導光板の模式的断面図である。 図6Bは、図5Aの発光モジュールの導光板の模式的断面図である。 図7Aは、他の実施形態の発光モジュールの製造方法における模式的工程断面図である。 図7Bは、他の実施形態の発光モジュールの製造方法における模式的工程断面図である。 図7Cは、他の実施形態の発光モジュールの製造方法における模式的工程断面図である。 図8Aは、他の実施形態の発光モジュールを示す模式的上面図である。 図8Bは、図8Aの2B−2B線における発光モジュールの模式的断面図である。
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語)を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光モジュールを例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
(液晶表示装置1000)
図1は、本実施形態の液晶表示装置1000の各構成を示す模式的な分解斜視図である。液晶表示装置1000は、発光モジュール100と、液晶パネル120と、発光モジュール100および液晶パネル120の間に位置する、レンズシート111、112および拡散シート113とを含む。本実施形態では、拡散シート113は、レンズシート111、112よりも発光モジュール100側に配置されている。
液晶表示装置1000が備えるレンズシートの数や拡散シートの数は図1に示した例に限られない。例えば、液晶表示装置1000は、2以上の拡散シートを備えていてもよい。また、液晶表示装置1000は、偏光フィルム、カラーフィルタ、輝度上昇フィルム、反射板等の他の部材をさらに備えてもよい。
発光モジュール100は、面発光光源であり、主面100aの全体から光を出射する。発光モジュール100から出射した光は、拡散シート113を透過する際、ランダムに拡散する。これにより、輝度ムラが抑制される。レンズシート111、112は、拡散シート113を透過した光を、液晶パネル120に対してできるだけ垂直に入射するように屈折させる。
後述するように発光モジュール100の主面100aの下方において複数の発光素子が2次元に配列されており、発光モジュール100は、直下型のバックライトを構成している。発光モジュール100において、複数の発光素子は導光板に設けられており、また、導光板に光の配光を制御するレンズとして機能する部分が設けられている。このため、発光モジュール100全体の厚さが小さくなっている。
(発光モジュール100)
発光モジュール100の実施形態を詳述する。図2Aは発光モジュール100の模式的上面図であり、図2Bは、発光モジュール100の図2Aの2B−2B線における模式的断面図である。2B−2B線はx軸に平行であるが、y軸に平行な断面も同じ構造を有している。図2Cおよび図2Dは、図2Bの一部を拡大した模式的断面図である。発光モジュール100は、導光板10と、複数の波長変換部材20と、複数の発光素子30とを備える。
発光素子30は、主発光面30aおよび側面30cを有し、複数の発光素子30の主発光面30a上に複数の波長変換部材20が配置されている。
導光板10は、第1主面10aおよび第2主面10bを有しており、第2主面10bが複数の波長変換部材20と対向するように複数の波長変換部材20上に連続的に配置されている。導光板10は、第2主面に位置する複数の凹部12を有する。後述するように本実施形態では、凹部12は断面形状が異なる凹部12Aおよび凹部12Bを含む。図2Bおよび図2Cに示すように、波長変換部材20は、凹部12内に配置されており、波長変換部材20の側面20cは凹部12の内側面12cと接している。以下、発光モジュール100の各部の構成を詳細に説明する。
[導光板10]
導光板10は、発光素子30からの光が入射し、面状の発光を行う透光性の部材である。本実施形態の導光板10は、発光面である第1主面10aと、第1主面10aと反対側に位置する第2主面10bとを備える。
第1主面10aは平坦であってもよいし、光学レンズとして機能し、出射する光の方向および分布を調整する配光機能を有する光学素子が配置されていてもよい。例えば、図2Aおよび図2Bに示すように、本実施形態では、導光板10は、第1主面10aにおいて、形状が異なる複数の光学機能部11Aおよび複数の光学機能部11Bを有する。複数の光学機能部11A、11Bは、第1主面10a上において、x軸方向およびy軸方向に2次元に配置されている。本実施形態では、複数の光学機能部11A、11Bは、第1主面10a上において、x軸方向およびy軸方向に沿ってマトリクス状に2次元に配置されている。また、x方向およびy方向のいずれにおいても、光学機能部11Aと光学機能部11Bとが交互に配置されている。本実施形態における光学機能部11A、11Bの配置は一例であって、光学機能部11A、11Bの配置はこれに限られない。例えば、第1主面10a上に光学機能部11Aまたは光学機能部11Bのいずれか一方が配置されていてもよい。例えば、図8Aおよび図8Bに示すように、発光モジュール100は、導光板10の第1主面10a上において、2次元に配列された複数の光学機能部11Bのみを備えていてもよい。また、光学機能部11A、11Bが第1主面10aに配置されている場合において、光学機能部11Aの数と光学機能部11Bの数との比は、1:1に限られず、他の比率であってもよい。
光学機能部11A、11Bは、第1主面10aに設けられた凹部、凸部、あるいは、これらを組み合わせた形状を有している。光学機能部11A、11Bの形状によって、透過する光を屈折させ、光の配光を調節する。本実施形態では、光学機能部11Aは、逆円錐状(第1主面10aに底面を有する円錐形状)の凹部と、凹部の開口に沿って第1主面10aから突出したリング状の凸部とを組み合わせた形状を有している。光学機能部11Bは、逆円錐台形状(第1主面10aに底面を有する円錐台形状)の凹部である。
本開示の発光モジュール100は、薄型の面発光光源を実現するため、発光素子30から出射する光を、発光素子からできるだけ短い距離で広く出射させることが好ましい。このため、光学機能部11A、11Bは光軸を有しており、一般に第1主面10aにおける開口が底部よりも大きい凹部形状を有していることが好ましい。例えば、光学機能部11Aおよび光学機能部11Bは逆円錐形状や逆四角錐形状、逆六角錐形状等の逆多角錐形状を有することが好ましい。凹部は空洞であり、例えば空気で満たされていてもよいし、導光板10の材料と異なる屈折率を有する材料が配置されていてもよい。また、光学機能部11Aおよび光学機能部11Bは、形状の一部に配置された金属、白色樹脂等の光反射性部材をさらに備えていてもよい。
図3Aは導光板10の下面図であり、図3Bは、図2Aの2B−2B線の位置における導光板10の断面図である。導光板10は、第2主面10bにおいて、形状が異なる複数の凹部(第1凹部)12Aおよび複数の凹部(第2凹部)12Bを有する。複数の凹部12A、12Bは、第2主面10b上において、x軸方向およびy軸方向に2次元に配置されている。本実施形態では、複数の凹部12A、凹部12Bは、第2主面10b上において、x軸方向およびy軸方向に沿ってマトリクス状に2次元に配置されている。x方向およびy方向のいずれにおいても、凹部12Aと凹部12Bとが交互に配置されている。凹部12A、12Bの位置は、第1主面10aの光学機能部11A、11Bの位置と対応している。より具体的には、第2主面10bに配置された凹部12A、12Bの光軸と第1主面10aに設けられた光学機能部11A、11Bの光軸とは、略一致していることが好ましい。上述したように、発光モジュール100が第1主面10a上において、2次元に配列された複数の光学機能部11Bのみを備えている場合には、図8Bに示すように、導光板10は第2主面10bにおいて、複数の凹部(第2凹部)12Bのみを有していてもよい。
第2主面10bにおける凹部12Aの開口12Ab、および、凹部12Bの開口12Bbは、後述する波長変換部材20と略一致した形状および大きさを有していることが好ましい。第2主面10bから見た凹部12Aおよび凹部12Bの開口12Ab、12Bbの形状は、例えば、略矩形、略円形であってよい。x方向およびy方向における凹部12Aおよび凹部12Bの配列ピッチが等しい場合には、平面形状は、略円形または略正方形であることが好ましい。これにより、波長変換部材20から出射した光の分布を2方向において揃えることができ、導光板10から出射する光のムラを抑制することができる。
本実施形態では、凹部12Aは、第2主面10bに位置する外側凹部121Aと、外側凹部121Aの底面121Aaに位置する内側凹部122Aとを含む。第2主面10b側からみて(平面視において)、内側凹部122Aは外側凹部121Aよりも小さい。つまり底面121Aaの一部に内側凹部122Aが形成されている。外側凹部121Aは後述する波長変換部材20が配置される空間を形成している。
内側凹部122Aは、波長変換部材20から出射する光の方向や分布を調節する光学レンズとして機能する。本実施形態では、内側凹部122Aは、第2主面10b側から見て、頂部が丸められた逆円錐形状を有している。つまり、凹部12Aの底は、導光板10の第1主面10a側に凸である形状を有する。
同様に、凹部12Bは、第2主面10bに位置する外側凹部121Bと、外側凹部121Bの底面121Baに位置する内側凹部122Bとを含む。第2主面10b側からみて(平面視において)、内側凹部122Bは外側凹部121Bよりも小さい。つまり底面121Baの一部に内側凹部122Bが形成されている。外側凹部121Bは後述する波長変換部材20が配置される空間を形成している。
内側凹部122Bは、波長変換部材20から出射する光の方向や分布を調節する光学レンズとして機能する。本実施形態では、内側凹部122Bは、第2主面10b側から見て、底部が凹部側に凸の曲面を有する円筒形状を有している。つまり、凹部12Bの底部は、導光板10の第2主面10b側に凸である形状を有する。
凹部12Aの内側凹部122Aおよび凹部12Bの内側凹部122Bは、本実施形態は空洞であり、空気などで満たされている。内側凹部122Aおよび内側凹部122Bの形状は、平面視において、外側凹部121Aおよび外側凹部121Bよりも小さい。なお、外側凹部121A、121Bと、内側凹部122A、Bとの間の底面121Aa、121Baは、平面視において内側凹部122A、Bの外周の全域にわたって配置されていてもよく、あるいは外周の一部に配置されていてもよい。また、外側凹部121A、121Bの平面視形状と、内側凹部122A、122Bの平面視形状は、相似形であってもよく、あるいは、異なる形であってもよい。異なる形状としては、例えば、外側凹部121A、121Bの平面視形状が円形で、内側凹部122A、122Bの平面視形状が正方形等が挙げられる。平面視において、外側凹部121A、121Bの重心と、内側凹部122A、122Bの重心とは、略一致していることが好ましい。また、これらの重心が、発光素子の光軸と略一致していることが好ましい。外側凹部121A、121Bの平面視における大きさは、例えば、内側凹部122A、122Bの平面視における大きさの約110%〜150%とすることができる。また、内側凹部122A、122Bの平面視における大きさは、例えば、発光素子30の平面視形状における大きさの約200%〜500%とすることができる。
上述したように、凹部12Aの外側凹部121Aおよび凹部12Bの外側凹部121Bには、波長変換部材20が配置される。一方、凹部12Aの内側凹部122Aおよび凹部12Bの内側凹部122Bは空洞であり、空気などの気体で満たされている。
導光板10がこのような構造を有することによって、波長変換部材20から出射した光は、凹部12Aの内側凹部122Aおよび凹部12Bの内側凹部122Bから導光板10の内部へ入射する。このとき、光は、空気などの気体である低屈折率領域から導光板10である高屈折率領域へ進むため、これらの界面における全反射が生じない。このため、波長変換部材20から出射した光を高い効率で導光板10の内部へ入射させることができる。
発光モジュール100は、複数の発光素子のそれぞれを区画する区分部材を備えていてもよい。この場合、導光板10は、第2主面10bにおいて、区分部材を配置するための複数の溝13xおよび複数の溝13yを有していてもよい。第2主面10bにおいて、溝13xはx方向に伸びており、x方向に配列された凹部12Aおよび凹部12Bの複数の行の間に配置されている。また、溝13yはy方向に伸びており、y方向に配列された凹部12Aおよび凹部12Bの複数の列の間に配置されている。溝13xおよび溝13yは交差しており、溝13xおよび溝13yによって、各凹部12Aまたは凹部12Bは囲まれており、溝13xおよび溝13yに囲まれた領域が、発光モジュール100の発光単位領域を構成する。
光学機能部11A、11B、凹部12A、12Bの平面視におけるサイズは、例えば、0.05mm程度以上10mm程度以下であり、0.1mm程度以上1mm程度以下が好ましい。また、深さは0.05mm程度以上4mm程度以下であり、0.1mm程度以上1mm程度以下が好ましい。光学機能部11Aおよび光学機能部11Bの底部と、凹部12Aおよび凹部12Bの底部とは離間していればよく、特に制限はない。なお、平面視とは、第1主面10aまたは第2主面10bに垂直な方向に見ることを意味している。また、サイズは、平面視における形状の外接円の直径で定義される。
光学機能部11A、11Bの配列ピッチは、発光素子30の配列ピッチと等しく、例えば、0.05mm程度以上20mm程度以下であり、1mm程度以上10mm程度以下が好ましい。
導光板10の大きさは、例えば、一辺が1cm程度以上200cm程度以下であり、3cm程度以上30cm程度以下であることが好ましい。導光板10の厚さは、0.1mm程度以上5mm程度以下であり、0.5mm程度以上3mm程度以下であることが好ましい。導光板10は、用途に応じた種々の平面形状を備えることができる。導光板10は、例えば、略矩形形状または略円形形状を有していてもよい。
導光板10の材料としては、アクリル、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル等の熱可塑性樹脂、エポキシ、シリコーン等の熱硬化性樹脂等の樹脂材料やガラスなどの光学的に透明な材料を用いることができる。特に、熱可塑性の樹脂材料は、射出成型によって効率よく製造することができるため、好ましい。なかでも、透明性が高く、安価なポリカーボネートが好ましい。後述するように、導光板10に発光素子30を実装した後に配線基板を貼りつけ発光装置を製造する場合には半田リフローのような高温がかかる工程を省略できるため、ポリカーボネートのような熱可塑性であり耐熱性の低い材料であっても用いることができる。
導光板10は、例えば、射出成型やトランスファーモールド、熱転写等で成形することができる。導光板10の第1主面10aに配置される光学機能部11A、11Bおよび第2主面10bに配置される凹部12A、12Bも一体的に金型で形成することが好ましい。これにより、光学機能部11A、11Bと凹部12A、12Bとの成形位置ずれを低減することができる。
導光板10は単層で形成されていてもよく、複数の透光性の層が積層されて形成されていてもよい。複数の透光性の層が積層されている場合には、任意の層間に屈折率の異なる層、例えば空気の層等を設けることが好ましい。これにより、光をより拡散させやすくなり、輝度ムラを低減した発光モジュールとすることができる。このような構成は、例えば、任意の複数の透光性の層の間にスペーサを設けて離間させ、空気の層を設けることで実現することができる。
また、導光板10の第1主面10aおよび第2主面10b上にスペーサ等を介して透光性の層を設けてもよい。これにより、導光板10と透光性の層との間に空気層が形成され、光をより拡散させることができるため、発光モジュール100から出射する光の輝度ムラを低減することができる。
[波長変換部材20]
波長変換部材20は、発光素子30から出射する光の一部の波長を変換する。波長変換部材20は第1主面20a、第2主面20bおよび側面20cを有し、導光板10の第2主面10bに設けられた複数の凹部12Aの外側凹部121Aおよび複数の凹部12Bの外側凹部121B内にそれぞれ配置されている。具体的には、外側凹部121A、121B内において、底面121Aa、121Baに第1主面20aが接し、外側凹部121Aの内側面121Acおよび外側凹部121Bの内側面121Bcが側面20cと接するように、波長変換部材20が外側凹部121A、121Bに配置されている。したがって、導光板10は、第2主面10bが波長変換部材20と対向するように、複数の波長変換部材20上に連続的に配置されている。
波長変換部材20は板状の部材であることが好ましい。板状部材を用いることによって、凹部12A、12Bにおいて、内側凹部122A、122Bを波長変換部材20で埋めることなく空気などで満たされた空隙として残したまま、外側凹部121A、121Bに波長変換部材20を配置することができる。
波長変換部材20には、例えば、板状またはシート状の波長変換材料を、切断、パンチング等によって個片化したものを用いることができる。あるいは、金型等を用いた射出成形、トランスファーモールド法、圧縮成形などの方法によって小片の波長変換部材20の成形品を形成し、用いてもよい。波長変換部材20は、接着剤等を用いて、凹部12Aの外側凹部121Aおよび凹部12Bの外側凹部121Bに配置することができる。波長変換部材20の大きさや形状は、外側凹部121A、121Bと同程度であることが好ましい。
波長変換部材20は、例えば、母材として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、これらを混合した樹脂、または、ガラスなどの透光性材料を用いることができる。耐光性および成形容易性の観点からは、波長変換部材20の母材としてシリコーン樹脂を選択することが好ましい。また、波長変換部材20の母材としては、導光板10の材料よりも高い屈折率を有する材料が好ましい。
波長変換部材20は、波長変換物質として、YAG蛍光体、βサイアロン蛍光体またはKSF系蛍光体等のフッ化物系蛍光体を含む。特に、波長変換部材20は、複数種類の波長変換物質を含むことが好ましい。例えば、波長変換部材20は、緑色系の発光を生じるβサイアロン蛍光体と、赤色系の発光を生じるKSF系蛍光体等のフッ化物系蛍光体とを含むことが好ましい。これにより、白色系の面発光が可能な発光モジュール100とすることができる。そして、このような発光モジュール100を用いることで、液晶表示装置1000の色再現範囲を広げることができる。また、例えば、青色系の光を出射する発光素子30を用いた場合に、赤色系の光を得ることができるように、波長変換部材20はKSF系蛍光体(赤色蛍光体)を60重量%以上、好ましくは90重量%以上含有していてもよい。つまり、特定の色の光を出射する波長変換物質を波長変換部材20が含有することによって、特定の色の光を出射するようにしてもよい。また、波長変換物質は蛍光体に限られず、量子ドット等であってもよい。
波長変換部材20内において、波長変換物質はどのように配置されていてもよい。例えば、波長変換物質は、波長変換部材20内において略均一に分布していてもよく、一部に偏在してもよい。一部に偏在、とは、例えば、波長変換物質が、波長変換部材20の第1面20a側、又は、第2面20b側においてその濃度が高くなるように配置されることを指す。あるいは、平面視における、中央近傍または外周近傍において濃度が高くなるように波長変換物質が配置されることを指す。また、波長変換物質をそれぞれ含有する複数の層が積層されることによって波長変換部材20が構成されていてもよい。
波長変換部材20は、波長変換物質以外の材料を含んでいてもよい。例えば、波長変換部材20は、拡散材を含んでいてもよい。具体的には、波長変換部材20は、拡散材として、SiOやTiO等の微粒子を含んでいてもよい。
[発光素子30]
発光素子30は発光モジュール100の光源である。発光モジュール100は複数の発光素子30を備え、複数の発光素子30が波長変換部材20を介して1つの導光板10に接合されている。
発光素子30は、主に発光を取り出す主発光面30aと、主発光面30aと反対側に位置する電極形成面30bと、主発光面30aと電極形成面30bとの間に位置する側面30cと、電極形成面30bに位置する一対の電極31を備える。電極31は後述する配線基板200と電気的に接続される。発光素子30の主発光面30aは、波長変換部材20と、透光性樹脂等の透光性を有する透光性接合部材35を介して接合される。
発光素子30は、例えば、サファイア等の透光性基板と、透光性基板の上に積層された半導体積層構造とを有する。半導体積層構造は、発光層と、発光層を挟むn型半導体層およびp型半導体層とを含み、n型半導体層およびp型半導体層に電極31がそれぞれ電気的に接続される。発光層は、波長変換部材20の波長変換物質を効率良く励起できる短波長の光を出射することが可能な窒化物半導体(InAlGa1−x−yN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)によって形成されていることが好ましい。
発光素子30のサイズに特に制限はない。平面視において、発光素子30の縦および横の寸法は、例えば、1000μm以下である。好ましくは、縦及び横の寸法は500μm以下であり、200μm以下であることがさらに好ましい。このようなサイズの発光素子30を用いると、発光モジュール100を部分駆動させて液晶表示装置1000に画像を表示させる場合、より小さな単位で明暗のコントラストを生じさせることができるため、高精細な映像を実現することができる。また、縦および横の寸法が500μm以下の発光素子30を用いると、発光素子30を安価に調達することができるため、発光モジュール100を安価にすることができる。なお、縦および横の寸法の両方が250μm以下である発光素子は、発光素子の上面の面積が小さくなるため、相対的に発光素子30の側面30cからの光の出射量が多くなる。つまり、このような発光素子30は、バットウィング形の配光特性を有するため、導光板10と発光素子30との距離が短い本実施形態の発光モジュール100に好適に用いることができる。
発光素子30の平面視における形状が長方形である場合、多数の発光素子30を波長変換部材20に接合した場合に、回転ずれが生じている発光素子30を目視で確認しやすい。一方、発光素子30の平面視における形状が長方形である場合、発光素子30の量産性に優れる。また、x方向およびy方向のピッチを同じにすることができる。
発光素子30の配置は、導光板10の第2主面10bに設けられた凹部12Aおよび凹部12Bの位置に依存する。具体的には、凹部12A、12Bの光軸に発光素子30の光軸が一致するように配置される。つまり、発光素子30は、第2主面10b上においてx軸方向およびy軸方向の2次元に配列される。
[透光性接合部材35]
図2Cおよび図2Dに示すように、発光素子30の主発光面30aは透光性接合部材35によって波長変換部材20に接合されていてもよい。図示していないが、発光素子30の主発光面30aと波長変換部材20の間に、透光性接合部材35が配置されていてもよい。透光性接合部材35は、発光素子30から出射される光の60%以上を透過し、好ましくは90%以上を透過する。透光性接合部材35は、発光素子30から出射される光を波長変換部材20に伝播させる役割を有する。そのため、透光性接合部材35は、拡散部材等を含むことは可能であり、拡散部材等を含まない透光性の樹脂材料のみで構成されてもよい。
透光性接合部材35は、発光素子30の側面30cを被覆していてもよい。さらに、発光素子30の発光層の側面を被覆することが好ましい。これにより、発光素子30の側面方向に出射された光を透光性接合部材35内に効率的に取り出し、波長変換部材20へ入射させることによって、発光モジュール100の光取り出し効率を高めることができる。透光性接合部材35が発光素子30の側面30cを被覆する場合には、透光性接合部材35の、側面30cを覆う部分が波長変換部材20とも接していることが好ましく、断面視において、波長変換部材20の方向に向かって広がる形状を有していることが好ましい。これにより、発光素子30の側面30c方向に出射された光を効率的に導光板10に入射させることができる。
透光性接合部材35の材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透光性の熱硬化性の樹脂材料等を用いることができる。
[封止部材40]
発光モジュール100は、複数の発光素子30の側面30cと導光板10の第2主面10bを覆って封止する封止部材40を備えていてもよい。これにより、発光素子30および導光板10を保護し、発光モジュール100の強度を高めることができる。発光素子30の側面30cに透光性接合部材35が配置されている場合には、封止部材40は、透光性接合部材35も覆っていることが好ましい。発光素子30の電極31は、封止部材40から露出している。封止部材40は、導光板10の第2主面10bを覆うことにより、導光板10の第2主面10bに隣接する第1主面40aと、反対側に位置する第2主面40bを有する層形状を備える。
発光モジュール100が区分部材を備える場合、封止部材40に光反射性部材を用いることによって、導光板10の第2主面10bに設けられた溝13x、13y内に、封止部材40を配置し、区分部材41x、41yを構成することができる。すなわち、封止部材40の一部を区分部材として機能させることができる。区分部材41x、41yは、第2主面10bに配置された複数の溝13x、13yに対応した構成を有する。つまり、発光モジュール100は、第2主面10bから導光板10の内部に埋設された複数の区分部材41xおよび複数の区分部材41yを備えていてもよい。区分部材41xはx方向に伸びており、x方向に配列された凹部12Aおよび凹部12Bの複数の行の間に配置されている。また、区分部材41yはy方向に伸びており、y方向に配列された凹部12Aおよび凹部12Bの複数の列の間に配置されている。区分部材41xおよび区分部材41yによって、各凹部12Aまたは凹部12Bは囲まれており、区分部材41xおよび区分部材41yに囲まれた領域が、発光モジュール100の発光単位領域を構成する。
上述したように、区分部材41x、41yは、封止部材40のうち、導光板10の第2主面10bに設けられた溝13x、13y内に配置された部分であり、第1主面40aに位置し、導光板10内に埋設された反射性を有する壁である。
発光モジュール100が区分部材41x、41yを備えることによって、各発光素子30から出射した光は、発光素子30に対応した凹部12Aまたは12Bを囲む区分部材41x、41yによって反射し第1主面10aから出射する。発光モジュール100を部分駆動した場合において、明暗のコントラストを高めることでき、コントラストの高い画像表示が可能な液晶表示装置1000を実現することが可能となる。
封止部材40として用いる光反射性部材は、発光素子30から出射される光に対して60%以上の反射率を有し、好ましくは90%以上の反射率を有する。
光反射性部材は、白色の顔料等を含有させた樹脂であることが好ましい。特に、酸化チタンを含有させたシリコーン樹脂が好ましい。封止部材40は、広く導光板10を覆う必要があるため、酸化チタンのような安価な物質を利用することによって、発光モジュール100の製造コストを低減することが可能となる。
[配線201]
発光モジュール100は、外部との電気的接続のため、あるいは、配線基板200との接続のため、複数の発光素子30の電極31と電気的に接続された配線201を備えていてもよい。配線201は、封止部材40の第2主面40bに形成することができる。配線201を設けることにより、例えば複数の発光素子30同士を電気的に接続することができ、発光モジュールを部分駆動する場合に必要な回路を形成することができる。
配線201は金属等の導電性を有する材料によって形成され、例えば、薄膜形成技術およびパターニング技術を用いて形成することが可能である。
[配線基板200]
発光モジュール100は配線基板200を備えていてもよい。配線基板200には、予め配線パターンを設けることができるため、配線基板200を備えることによって、発光モジュール100は、部分駆動等に必要なより複雑な配線を備えることが可能となる。
配線基板200は、半導体装置の実装等に用いられる種々の形態の配線基板を用いることができる。例えば、配線基板200は、板状またはシート状の基材210を含む。基材210は第1主面210aおよび第2主面210bを有し、第2主面210bに配線層212が設けられている。第1主面210aから第2主面210bの配線層212に達する貫通穴が設けられ貫通穴内に導電性部材213が充填されている。第1主面210aにおいて、導電性部材213が露出している。
基材210は、導電性部材213が発光素子30の電極31または配線201と電気的に接続されるように、第1主面210aと封止部材40の面40bとを対向させて封止部材40に接合される。配線201は、発光素子30の電極31よりも大きくすることが可能であるため、配線201を設けることによって、位置合わせの許容差を大きくし、配線基板200の接合を容易にすることができる。
基材210には、例えば、セラミックスおよび樹脂を用いることができる。低コストおよび成形容易性の点から、樹脂を基材210の材料として選択してもよい。樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、BTレジン、ポリフタルアミド(PPA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、不飽和ポリエステル、ガラスエポキシ等の複合材料等を挙げることができる。また、リジッド基板であってもよく、フレキシブル基板であってもよい。発光モジュール100において、発光素子30は導光板10に固定された波長変換部材20に接合されている。言い換えると、発光素子30は導光板10に支持されている。このため、配線基板200は、発光素子30を支持する機能を有していなくてもよく、基材210は、ガラスエポキシ等の安価で熱変形が生じやすい材料や、薄く変形しやすいシート状の材料を用いることが可能である。基材210の厚さは、例えば、100μm〜500μm程度である。
配線層212の材料は、導線性を有する種々の材料を用いることができる。好ましくは、配線層212は高い熱伝導性を有している。例えば、銅などの導電材料を挙げることができる。配線層212は、メッキや導電性ペーストの塗布、印刷などで形成することができる。配線層212の厚さは、例えば、5〜50μm程度である。
配線基板200は、どのような方法で導光板10等と接合されていてもよい。例えば、シート状の接着シートを、封止部材40の第2主面40bと、配線基板200の第1主面200aとの間に配置し、圧着することで、接合することができる。また、導電性部材213と発光素子30の電極31または配線201との電気的接続はどのような方法で行われてもよい。例えば、導電性部材213を加圧と加熱により溶融させ、配線201と接合してもよい。
配線基板200は、積層構造を有していてもよい。例えば、配線基板200として、表面に絶縁層が設けられた金属板を用いてもよい。また、配線基板200はTFT(Thin−Film Transistor)などの能動部品と、キャパシタ、抵抗等の受動部品とを含み、第2主面210bの配線層212に実装されていてもよい。
[発光モジュールの特徴]
発光モジュール100によれば、発光素子30が接続された波長変換部材20は、導光板10の凹部12内に配置されるため、発光モジュール100全体の厚さを小さくできる。また、波長変換部材20の側面に導光板10が接しているため、波長変換部材20の側面から出射する光も導光板10内に入射させ、取り出すことが可能である。導光板10において、発光素子30から出射した光は、波長変換部材20を透過することによって、透過した光の一部が異なる波長の光に変換され、凹部12内に出射される。このとき、凹部12と導光板10との界面において光が屈折し、凹部12は、界面を透過する光を発散させたり、収束させたりして、光の透過方向を変化させる光学レンズとして機能する。このため、凹部12によって光の配光が調整され、発光素子から発光モジュール100の出射面である第1主面までの距離が短くても光の配光を調節することが可能となり、薄型のバックライトを実現することができる。
特に、凹部12の底部と波長変換部材20との間に、空隙が設けられる場合、又は、導光板10を構成する材料よりも低屈折率の材料が配置されている場合、発光素子30から出射した光は、凹部12から導光板10へ入射する際、低屈折率の領域から高屈折率の領域を透過することになるため、凹部12と導光板10との界面において全反射が生じず、発光モジュール100の光取り出し効率を向上させることが可能となる。
また、導光板10上に発光素子30を接着するため、導光板10に対する発光素子30の位置合わせの誤差を小さくすることが可能であり、良好な光学特性を備える発光モジュールを実現し得る。導光板10第1主面10aにも光学レンズとして機能する光学機能部11A、11Bが設けられる場合、光学機能部11A、11Bと発光素子30との位置合せ誤差も小さくすることができる。
導光板10が、光学レンズとして機能する凹部12および光学機能部11A、11Bを備えることによって、発光素子30から出射する光を2つの光学レンズで調節することが可能となり、より、短い距離で、光の出射方向を調整し、バックライトに適した配光の光を出射させることが可能となる。本実施形態の発光モジュール100によれば、発光モジュール100の厚さを、例えば、5mm以下に、3mm以下、1mm以下にすることが可能である。
(発光モジュールの製造方法)
以下、図4Aから図4Gを参照しながら、本開示の発光モジュールの製造方法の一例を説明する。
まず、図4Aに示すように、第1主面10aおよび第2主面10bと、第2主面10bに位置する複数の凹部12A、12Bを有する導光板10を用意する。例えば、射出成型によって、第1主面10aに複数の光学機能部11A、11Bが設けられ、第2主面10bに複数の凹部12A、12Bおよび複数の溝13x、13yが設けられたポリカーボネート製の導光板10を用意する。
次に、図4Bに示すように、導光板10複数の凹部12A、12Bの内側面に少なくとも一部が接し、凹部12A、12Bの底面から離間するように複数の波長変換部材20を凹部12A、12B内にそれぞれ配置する。具体的には、第1主面10aを下にして導光板10を保持し、接着材等を用いて、波長変換部材20を、導光板10の凹部12Aの外側凹部121Aおよび凹部12Bの外側凹部121Bに配置する。外側凹部121Aの底面121Aaの、121Baの一部に内側凹部122A、122Bが形成されているので、波長変換部材20は、底面121Aaに接して固定され、外側凹部121A、121Bの内側面と接する。このため、内側凹部122A、122Bが空洞となり、波長変換部材20は、凹部12A、12Bの底部である内側凹部122A、122Bの底部から離間して配置される。
次に図4Cに示すように、主発光面30aが波長変換部材20と対向するように、複数の発光素子30を複数の波長変換部材20にそれぞれ接合する。具体的には、波長変換部材20上に透光性接合部材の材料35’を配置し、その上に発光素子30を載置する。発光素子30は、その主発光面30aが波長変換部材20に対向するように、波長変換部材20上に配置する。その後、透光性接合部材の材料35’を硬化させることで、透光性接合部材35を得るとともに、発光素子30と波長変換部材20とを接合させる。このとき、発光素子30の側面30cを透光性接合部材35の材料で覆っていてもよい。主発光面30aが波長変換部材20と対向するので、電極31が設けられた電極形成面30bは上を向いている。
次に、図4Dに示すように、発光素子30全体を覆った封止部材40’を導光板10の第2主面10bに形成する。複数の発光素子30を埋め込み、第2主面10bの溝13x、13y内も充填されるように封止部材の材料を導光板10の第2主面10b上に配置し、硬化させる。これにより、溝13x、13y内に、区分部材41x、41yが形成され、発光素子30全体が封止部材40’で覆われる。封止部材40’は、例えばトランスファーモールド、ポッティング、印刷、スプレー等の方法で形成することができる。
次に、封止部材40’の第2主面40’bから研磨または研削し、発光素子30の電極31を露出させる。研磨または研削には、半導体装置の製造に用いられるCMP等の化学的方法、ブラスト、砥石等による機械的方法などの平坦化技術を用いることができる。これにより、図4Eに示すように、発光素子30の側面30cを覆い、電極31の表面を露出させた封止部材40が得られる。
次に、電極31の表面を覆って封止部材40の第2主面40bの全面にCu/Ni/Auの積層構造を有する金属膜を、スパッタ等の薄膜形成技術によって形成し、レーザー光を照射することによるレーザーアブレーションなどによってパターニングすることにより、図4Fに示すように、電極31に接続された配線201を封止部材40の第2主面40bに形成する。
次に、図4Gに示すように、接着シートを介して封止部材40の第2主面40b上に配線基板200を配置し、圧着により、配線基板200を封止部材40に接合する。このとき、導電性部材213を加圧と加熱によって一部溶解させることにより、導電性部材213と配線201とを電気的に接続する。これにより、発光モジュール100を得ることができる。
(他の形態)
上記実施形態では、発光モジュールの導光板10において、凹部12A、12Bの底部と波長変換部材20との間には空隙が設けられている。しかし、空隙に代えて、低屈折率の透光性材料が配置されていてもよい。
図5Aおよび図5Bは、このような構造を備える発光モジュール100’の要部の断面を拡大して示している。また図6Aおよび図6Bは、図5Aおよび図5Bに対応する位置における導光板10の断面を示している。
図5Aおよび図5Bに示す発光モジュール100’において、導光板10の第2主面10bに凹部12A’、12B’が設けられている。凹部12A’、12B’の底面12A’a、12’aから所定の高さ(深さ)で凹部12A’、12B’の一部に充填された透光性低屈折率部材14を含む。波長変換部材20は、凹部12A’、12B’内において透光性低屈折率部材14と接している。透光性低屈折率部材14は、発光素子30から出射する光に対して透光性を有しており、導光板10よりも小さい屈折率を有している。透光性低屈折率部材14は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の透光性の熱硬化性の樹脂材料等を用いることができる。例えば、ポリカーボネート製の導光板10を用いる場合、シリコーン樹脂等を好適に用いることができる。
発光モジュール100’においても、波長変換部材20から出射した光は、低屈折率の領域である透光性低屈折率部材14から高屈折率の領域である導光板10内部へ進むため、これらの界面における全反射が生じにくい。このため、波長変換部材20から出射した光を高い効率で導光板10の内部へ入射させることができる。
発光モジュール100’を製造する場合、図7Aに示すように、第1主面10aおよび第2主面10bと、第2主面10bに位置する複数の凹部12A’、12B’を有する導光板10を用意する。
次に、図7Bに示すように、凹部12A’、12B’の底から所定の高さで、透光性低屈折率部材の材料14’を充填する。その後、透光性低屈折率部材の材料14’を硬化させることによって、凹部12A’、12B’において、底面12A’a、12B’aから所定の高さを有する透光性低屈折率部材14が凹部12A’、12B’内に配置される。
次に図7Cに示すように、波長変換部材20を、透光性低屈折率部材14と接するように、凹部12A’、12B’内に配置する。このとき、板状の波長変換部材20を凹部12A’、12B’内に配置してもよいし、波長変換部材20を凹部12A’、12B’内の透光性低屈折率部材14が配置されていない空間12A’d、12B’dに充填し、硬化させてもよい。
その後、上記実施形態と同様の方法を用いることによって発光モジュール100’が得られる。
本開示の発光モジュールは、種々の面光源に利用可能であり、例えば、液晶表示装置のバックライトとして利用することができる。
10 導光板
10a 第1主面
10b 第2主面
11A、11B 光学機能部
12、12A、12B、12A’、12B’ 凹部
13x 溝
13y 溝
14 透光性低屈折率部材
20 波長変換部材
20a 第1主面
20b 第2主面
20c 側面
30 発光素子
30a 主発光面
30b 電極形成面
30c 側面
31 電極
35 透光性接合部材
40 封止部材
40a 第1主面
40b 第2主面
41x、41y 区分部材
100、100’ 発光モジュール
100a 主面
111、112 レンズシート
113 拡散シート
120 液晶パネル
121A、121B 外側凹部
122A、122B 内側凹部
200 配線基板
201 配線
210 基材
212 配線層
213 導電性部材
1000 液晶表示装置

Claims (12)

  1. 主発光面および側面を有する複数の発光素子と、
    第1主面および側面を有する板形状を備え、前記複数の発光素子の前記主発光面上にそれぞれ配置された複数の波長変換部材と、
    第1主面および第2主面を有し、前記第2主面において、前記複数の波長変換部材上に連続的に配置された導光板であって、前記第2主面に位置する複数の凹部を有し、前記複数の凹部内に前記複数の波長変換部材が配置されることにより、前記複数の波長変換部材の前記側面の少なくとも一部が前記凹部の内側面と接する複数の凹部を有する導光板と、
    光反射性を有し、前記複数の発光素子の側面および前記導光板の第2主面を覆う封止部材と、
    を備え
    前記複数の波長変換部材は、前記導光板の前記複数の凹部の開口を塞いでおり、
    前記複数の発光素子は、前記導光板の外に位置している、発光モジュール。
  2. 前記複数の凹部のそれぞれは、前記第2主面に位置する外側凹部と、外側凹部の底面に位置する内側凹部を含み、
    前記波長変換部材は、前記外側凹部に配置され、
    前記内側凹部は空洞である請求項1に記載の発光モジュール。
  3. 平面視において、各内側凹部は、各外側凹部よりも小さい請求項2に記載の発光モジュール。
  4. 前記複数の凹部の底から所定の高さで少なくとも一部に充填された、前記導光板よりも屈折率の小さい透光性低屈折率部材をさらに備え、
    前記波長変換部材は、前記凹部において前記透光性低屈折率部材と接している、請求項1に記載の発光モジュール。
  5. 前記複数の凹部は、交互に配置された複数の第1凹部および複数の第2凹部を含み、少なくとも前記第1凹部の底と前記第2凹部の底は異なる形状を有している、請求項1から4のいずれか一項に記載の発光モジュール。
  6. 前記第1凹部の底は、第1主面側に凸である形状を有し、前記第2凹部の底は、第2主面側に凸である形状を有する請求項5に記載の発光モジュール。
  7. 前記導光板は、第1主面の、前記第2主面の凹部に対応する位置に配置されて複数の光学機能部をさらに有する請求項1から4のいずれか一項に記載の発光モジュール。
  8. 前記複数の光学機能部の光軸は、前記第2主面の複数の凹部の光軸と略一致している、請求項7に記載の発光モジュール。
  9. 第1主面および第2主面と、前記第2主面に位置する複数の凹部を有する導光板を用意する工程と、
    前記導光板の前記複数の凹部の内側面に少なくとも一部が接し、前記凹部の底面から離間するように複数の波長変換部材を前記凹部内にそれぞれ配置する工程と、
    主発光面を有する複数の発光素子を、前記主発光面が対向するように前記複数の波長変換部材にそれぞれ接合する工程と、
    光反射性を有し、前記複数の発光素子の側面および前記導光板の第2主面を覆う封止部材を配置する工程と、
    を含み、
    前記複数の波長変換部材は、前記導光板の前記複数の凹部の開口を塞いでおり、
    前記複数の発光素子は、前記導光板の外に位置している、発光モジュールの製造方法。
  10. 前記複数の凹部のそれぞれは、前記第2主面に位置する外側凹部と、外側凹部の底面に位置する内側凹部を含み、
    前記複数の波長変換部材を配置する工程において、前記波長変換部材は、前記外側凹部に配置され、
    前記内側凹部は空洞である請求項9に記載の発光モジュールの製造方法。
  11. 平面視において、各内側凹部は、各外側凹部よりも小さい請求項10に記載の発光モジュールの製造方法。
  12. 前記凹部の底から所定の高さを有し、前記導光板よりも屈折率の小さい透光性低屈折率部材を前記複数の凹部にそれぞれ配置する工程をさらに含み、
    前記複数の波長変換部材を配置する工程において、前記波長変換部材を、前記凹部内において、前記透光性低屈折率部材と接するように配置する、請求項9に記載の発光モジュールの製造方法。
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