JP2009010184A - 発光装置、表示装置、発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液状樹脂の滴下によって基板上に形成されるカバー部材の歪みを抑制する。
【解決手段】配線基板２０の表面２０ａ側には、複数のＬＥＤ２１が取り付けられており、裏面２０ｂ側にはＬＥＤ２１に給電を行うための配線回路２２や放熱を行うための金属膜アイランド２３が設けられる。そして、配線基板２０の表面２０ａ側すなわち配線回路２２や金属膜アイランド２３が設けられていない側には、シリコーン樹脂にシリカを含有させた液状樹脂を滴下した後に硬化させたレンズ３０が、各ＬＥＤ２１をそれぞれ覆うように設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光装置、表示装置、および発光装置の製造方法に関する。

近年、例えば発光ダイオード(ＬＥＤ：Light Emitting Diode)等の複数の固体発光素子を基板に実装し、各固体発光素子を光源として用いた発光装置が種々実用化されてきている。このような発光装置は、例えばマトリクス状に配列された複数のＬＥＤを選択的に発光させることにより文字や画像を表示するマトリクス表示装置や、例えば液晶表示装置における液晶パネルのバックライト等として広く利用されている。

この種の発光装置では、基板に実装されたＬＥＤを透明なカバー部材で覆うことが多い。このカバーは、例えばＬＥＤの保護や封止を行うため、あるいは、ＬＥＤから出射される光の光路を所望とする方向に屈折させるために用いられる。

従来、基板に実装されたＬＥＤに対し、モールドにてレンズ状のカバー部材を形成する手法が提案されている。具体的に説明すると、基板に実装されたＬＥＤの近傍に一対の貫通孔を設け、基板の一方の面には実装されたＬＥＤに対して所定のレンズ形状のキャビティを備えた上型を、および、基板の他方の面側にこのキャビティに対応する湯溜まりとなる他のランナーを備えた下型を、それぞれセットする。そして、下型に設けられたランナー側からモールド用の液状樹脂を注入することで、貫通孔を介してレンズ状のキャビティ側に液状樹脂を導き、その後液状樹脂を硬化させることによってＬＥＤ上にカバー部材を形成している（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２７４３３号公報

ところで、型を用いてカバー部材を形成する場合には、樹脂を注入する前に上型や下型等の型に基板を取り付けたり、あるいは、樹脂を注入した後に型から基板を取り外したりする必要があり、生産効率の向上を図ることが困難となっている。
これに対し、所謂ディスペンスやポッティングと呼ばれる手法を用い、基板に液状樹脂を滴下することによってカバー部材を形成することが考えられる。ただし、基板上に液状樹脂を滴下した際、液状樹脂が基板上で不定型に流れてしまい、所望とするカバー部材の形状が得にくい。

本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、液状樹脂の滴下によって基板上に形成されるカバー部材の歪みを抑制することにある。

本発明が適用される発光装置は、複数の固体発光素子と、第１面に複数の固体発光素子が取り付けられ、第１面とは逆側の第２面に複数の固体発光素子を電気的に接続する配線が形成された基板と、基板の第１面に滴下された液状樹脂を硬化させて形成され、複数の固体発光素子を覆うカバー部材とを含んでいる。
このような発光装置において、液状樹脂としてチクソ材を含有する透明樹脂を用いることができる。

また、他の観点から捉えると、本発明は、画像表示を行う表示パネルと、表示パネルの背面に向けられ表示パネルの背面側から光を照射するバックライトとを含む表示装置であって、バックライトは、複数の固体発光素子と、表示パネルと対向する第１面に複数の固体発光素子が取り付けられ、第１面とは逆側の第２面に複数の固体発光素子を電気的に接続する配線が形成された基板と、基板の第１面に滴下された液状樹脂を硬化させて形成され、複数の固体発光素子を覆うカバー部材とを含んでいる。

さらに、本発明は、一方の面に配線が形成された基板の一方の面とは逆側の他方の面に複数の固体発光素子を実装する工程と、基板に対して複数の固体発光素子が鉛直方向上側となるように基板を配置し、基板の他方の面に対して液状樹脂を滴下する工程と、基板の他方の面に滴下された液状樹脂を硬化させてカバー部材を形成する工程とを含む発光装置の製造方法として把握することができる。
ここで、液状樹脂を滴下する工程では、液状樹脂としてチクソ材を含有する透明樹脂を用いることができる。また、カバー部材を形成する工程では、基板に対して基板に滴下された液状樹脂が鉛直方向下側となるように配置し、液状樹脂に加熱処理を施すことができる。

本発明によれば、液状樹脂の滴下によって基板上に形成されるカバー部材の歪みを抑制することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態が適用される液晶表示装置の全体構成を示す図である。本実施の形態が適用される液晶表示装置は、液晶表示モジュール５０と、この液晶表示モジュール５０の背面側（図１では下部側）に設けられるバックライト装置１０とを備えている。

バックライト装置１０は、発光部を収容するバックライトフレーム１１と、発光ダイオード（以下の説明ではＬＥＤという）を複数個、配列させた発光モジュール１２とを備えている。また、バックライト装置１０は、光学フィルムの積層体として、面全体を均一な明るさとするために光を散乱・拡散させる板（またはフィルム）である拡散板１３と、前方への集光効果を持たせたプリズムシート１４、１５とを備えている。また、輝度を向上させるための拡散・反射型の輝度向上フィルム１６が必要に応じて備えられる。

一方、液晶表示モジュール５０は、２枚のガラス基板により液晶が挟まれて構成される表示パネルの一種としての液晶パネル５１と、この液晶パネル５１の各々のガラス基板に積層され、光波の振動をある方向に制限するための偏光板５２、５３とを備えている。更に、本液晶表示装置には、図示しない駆動用ＬＳＩなどの周辺部材も装着される。

表示パネルとしての液晶パネル５１は、図示しない各種構成要素を含んで構成されている。例えば、２枚のガラス基板に、図示しない表示電極、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）などのアクティブ素子、液晶、スペーサ、シール剤、配向膜、共通電極、保護膜、カラーフィルタ等を備えている。
なお、バックライト装置１０の構成単位は任意に選択される。例えば、発光モジュール１２を有するバックライトフレーム１１だけの単位にて「バックライト装置（バックライト）」と呼び、拡散板１３やプリズムシート１４、１５などの光学フィルムの積層体を含まない流通形態もあり得る。

図２は、バックライト装置１０の一部の構造を説明するための図である。より具体的に説明すると、図２（ａ）は発光モジュール１２が装着されたバックライトフレーム１１を図１に示す液晶表示モジュール５０側からみた上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のIIB−IIB断面図である。図２に示す例では、液晶表示モジュール５０の背面直下に光源を置く直下型のバックライト構造を採用している。そして、このバックライト構造では、液晶表示モジュール５０の背面の全体に対してほぼ均等にＬＥＤ２１が配列されている。したがって、導光板の一辺または二辺に光源を配置し、反射板や導光板などにより均一な面上の光を得るいわゆるサイドライト型とは異なる。

バックライトフレーム１１は、例えばアルミニウムやマグネシウム、鉄、またはそれらを含む金属合金などで生成される筐体構造を形成している。そして、その筐体構造の内側に、例えば白色高反射の性能を有するポリエステルフィルムなどが貼られ、リフレクタとしても機能するようになっている。この筐体構造としては、液晶表示モジュール５０の大きさに対応して設けられる背面部１１ａ、この背面部１１ａの四隅を囲う側面部１１ｂを備えている。そして、この背面部１１ａ上には放熱シート１８を設けることができる。

図２に示す例では、発光装置の一例としての発光モジュール１２が複数（この例では８枚）設けられている。そして、各発光モジュール１２は、それぞれ複数 （この例では１枚の発光モジュール１２に対して２本） のネジ１７により、放熱シート１８を介してバックライトフレーム１１に固定されている。なお、放熱シート１８には、例えば絶縁性を備えた複数層構成のシリコーンゴムシートを用いることができる。

この発光モジュール１２は、配線基板２０と、この配線基板２０に実装される複数のＬＥＤ２１とを備えている。固体発光素子の一例としての複数のＬＥＤ２１は、赤色を発光する赤色ＬＥＤチップ、緑色を発光する緑色ＬＥＤチップ、および青色を発光する青色ＬＥＤチップを含んでおり、これらの各色のＬＥＤチップが一定の規則に従って配置されている。これらの各色のＬＥＤチップから出射される光を混合させることで、色再現の範囲の広い光源を得ることが可能となる。なお、発光モジュール１２を構成する２８箇所の各ＬＥＤ２１は、このように各々が赤色、緑色、あるいは青色を発光する単体のＬＥＤチップを１または複数含んだものを用いてもよいし、例えば青紫色を発光する単体のＬＥＤチップに蛍光体を組み合わせることで疑似白色を発光する疑似白色固体発光素子を用いてもよい。さらには、各々が赤色、緑色、および青色を発光する複数個のＬＥＤチップを含み、これら各ＬＥＤチップを近接配置することで白色を発光するように構成してもよい。そして、このバックライトフレーム１１に複数の発光モジュール１２が取り付けられることで、バックライト構造の全体として、各ＬＥＤ２１が均等に配置される。バックライトフレーム１１に存在するＬＥＤ２１の全体を用いることで、輝度および色度の均一性を実現したバックライト装置１０を提供することが可能となる。なお、図２に示す例では、複数の発光モジュール１２が設けられているが、バックライトの光源として用いられる全てのＬＥＤ２１を１つの基板にまとめた単独の発光モジュール１２を用いることもできる。

発光モジュール１２上に配置される個々のＬＥＤ２１には、カバー部材としてのレンズ３０が設けられている。レンズ３０は、個々のＬＥＤ２１を覆うように固定されている。各レンズ３０は、各ＬＥＤ２１を保護するとともに、対応するＬＥＤ２１から出射される光を、液晶表示モジュール５０（図１参照）に効率よく且つほぼ均一に導くための機能を有している。

図３は、上述した発光モジュール１２の詳細な構成を示したものであり、図３（ａ）はＬＥＤ２１の実装およびレンズ３０の取り付けがなされた配線基板２０の表面２０ａ側を示す上面図、図３（ｂ）はこの配線基板２０の裏面２０ｂ側を示す背面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のIIIC−IIIC断面図である。なお、本実施の形態では、配線基板２０の表面２０ａが第１面あるいは他方の面となり、配線基板２０の裏面２０ｂが第２面あるいは一方の面となる。

配線基板２０は長方形状の形状を有している。本実施の形態では、配線基板２０としてガラス布基材エポキシ樹脂をベースとした所謂ガラエポ基板が用いられる。また、配線基板２０には、図２に示すネジ１７用の貫通穴２４が２箇所に設けられる。
また、複数のＬＥＤ２１および各ＬＥＤ２１に対応して設けられるレンズ３０は、配線基板２０の表面２０ａ側に形成されている。また、配線基板２０の表面２０ａ側には、ほぼ全面にわたって白色レジスト膜２６が形成されており、各ＬＥＤ２１から照射される光の一部を反射させる機能を有している。なお、配線基板２０の表面２０ａ側には、各ＬＥＤ２１の取り付け位置に対応して実装用の金属パッド（図示せず）が設けられており、また、各ＬＥＤ２１と後述する配線回路２２とを電気的に接続するための金属パッド（図示せず）が設けられている。そして、これらの金属パッドは、表面２０ａ側に形成されたレンズ３０によって覆われており、外部に露出しないようになっている。

一方、配線基板２０の裏面２０ｂ側には、表面２０ａ側に形成された各ＬＥＤ２１（図３（ｂ）中に破線で示す）に駆動電流を供給する配線回路２２が形成されている。配線回路２２は、例えば銅や銅系金属材料で形成されており、各ＬＥＤ２１は、図示しないスルーホールあるいはバンプ等を介して配線回路２２にそれぞれ電気的に接続されている。また、本実施の形態では、配線回路２２が形成される配線基板２０の裏面２０ｂ側に、放熱のための熱伝導経路を構成する金属膜アイランド２３（図３（ｂ）中に斜線で示す領域）が設けられている。この金属膜アイランド２３は、配線回路２２と同一材料の金属で形成されており、配線回路２２と重ならない範囲でその面積ができるだけ広くとれるように設計された状態で設けられている。さらに、配線基板２０の裏面２０ｂ側には、配線回路２２を介して各ＬＥＤ２１に駆動電流を供給するための端子２５も設けられている。

また、配線基板２０の表面２０ａ側に形成されるレンズ３０は山状の形状を有しており、対応するＬＥＤ２１のほぼ上部にその天頂が位置するように形成されている。なお、レンズ３０は、可視領域においてほぼ透明な光学特性を備えた合成樹脂によって構成され、レンズ３０内は合成樹脂によって充填されている。

では次に、上述した発光モジュール１２の製造手順、より具体的には、配線基板２０に対するレンズ３０の形成手順を、図４を参照しながら説明する。なお、図４においては、鉛直方向上部をＴ（Ｔｏｐ）で、鉛直方向下部をＢ（Ｂｏｔｔｏｍ）で、それぞれ示している。

まず、配線回路２２、金属膜アイランド２３、貫通穴２４、端子２５、および白色レジスト膜２６等を形成した配線基板２０を準備する。そして、図４（ａ）に示すように、この配線基板２０の表面２０ａ側に各ＬＥＤ２１を実装する。なお、配線基板２０に複数のＬＥＤ２１を実装する際、配線基板２０の表面２０ａ側に形成された金属パッド（図示せず）と各ＬＥＤ２１とが、ワイヤボンディングにより電気的に接続される。

次に、ＬＥＤ２１の実装がなされた配線基板２０を図示しないディスペンサ装置にセットする。なお、ディスペンサ装置としては、例えば武蔵エンジニアリング株式会社製のＦＡＤ２１００を用いることができる。このとき、配線基板２０は、その表面２０ａ側が鉛直方向上部を向くよう、ディスペンサ装置に取り付けられる。そして、ディスペンサ装置は、各ＬＥＤ２１の取り付け位置の上部側から、各ＬＥＤ２１に向けて液状樹脂４０を滴下する。滴下された液状樹脂４０は、配線基板２０の表面２０ａ側において各ＬＥＤ２１を覆う。ただし、この状態において、液状樹脂４０は硬化しておらず、所定の流動性を有している。

ここで、液状樹脂４０としては、熱硬化性を有し、可視領域においてほぼ透明な透明樹脂としてのシリコーン樹脂にチクソ性を有するチクソ材としてのシリカを５ｗｔ．％程度加えたものが用いられる。なお、チクソ材としては、例えば東ソー・シリカ社製のＬ−３００を用いることができる。このため、この液状樹脂４０は、例えば攪拌されている場合よりも静止状態におかれている場合の方が高い粘度を示す。したがって、配線基板２０の表面２０ａ上に滴下された液状樹脂４０は、各ＬＥＤ２１を中心として円形状に広がるものの、重力に抗して所定の山型の断面形状を維持する。

続いて、液状樹脂４０の滴下がなされた配線基板２０をディスペンサ装置から取り出し、図示しない熱処理装置にセットする。このとき、配線基板２０は表裏反転され、その表面２０ａ側が鉛直方向下部側を向くよう、熱処理装置に取り付けられる。すなわち、配線基板２０の表面２０ａ側に滴下された液状樹脂４０が鉛直方向下部を向く。この時点で液状樹脂４０はまだ流動性を有しており、液状樹脂４０は重力によって変形し、その断面形状がドーム状に近づく。そして、熱処理装置は、配線基板２０に１５０℃で熱処理を施し、液状樹脂４０を硬化させる。したがって、液状樹脂４０は、その断面形状がドーム状に近づき、且つ、対応するＬＥＤ２１の上部（図４（ｃ）においては下部）に天頂が位置する状態で硬化し、レンズ３０が形成される。
そして、熱処理が完了した後、配線基板２０は熱処理装置から取り出されて、図４（ｄ）に示すように再び表裏反転された状態におかれる。その結果、レンズ３０が形成された配線基板２０すなわち発光モジュール１２が得られる。

本実施の形態では、配線回路２２や金属膜アイランド２３を配線基板２０の裏面２０ｂ側に設けた。これにより、配線基板２０の表面２０ａ側の凹凸を裏面２０ｂ側よりも少なくした。このため、配線基板２０の表面２０ａ側に設けられる白色レジスト膜２６の露出面も、裏面２０ｂ側に比べて凹凸が少なくなり、平滑性が高まる。
したがって、このような配線基板２０の表面２０ａ側に液状樹脂４０を滴下した場合、液状樹脂４０は配線基板２０の表面２０ａ側に形成された平滑な白色レジスト膜２６上を円形状に広がる。このため、液状樹脂４０を硬化させて得られたレンズ３０の断面形状が歪みにくい。

これに対し、例えば配線基板２０の表面２０ａ側に配線回路２２や金属膜アイランド２３を形成し、さらにその上に白色レジスト膜２６を形成した場合、白色レジスト膜２６の露出面にも配線回路２２や金属膜アイランド２３の形成パターンに応じた凹凸が生じる。
そして、このように凹凸が存在する配線基板２０の表面２０ａ側に液状樹脂４０を滴下した場合、液状樹脂４０は配線基板２０の表面に形成された白色レジスト膜２６上の凹凸に沿って広がる。より具体的に説明すると、液状樹脂４０は、白色レジスト膜２６上の凹部を優先的に流れ、円形状から変形した形状に広がる。このため、この場合には液状樹脂４０を硬化させて得られたレンズ３０の形状が歪みやすくなってしまう。

また、本実施の形態では、配線基板２０上に液状樹脂４０を滴下した後、配線基板２０の上下を反転させた状態で熱処理を施すことによって液状樹脂４０を硬化させた。すなわち、型を用いず配線基板２０上にレンズ３０を形成し、熱処理を施す前に配線基板２０を上下逆さに置くことで、硬化前で流動性を有する液状樹脂４０の広がりを抑えるようにした。これにより、形成されるレンズ３０の形状がよりドーム形状に近づくことになる。

本実施の形態が適用される液晶表示装置の全体構成を示す図である。 バックライト装置の一部の構成を説明するための図である。 発光モジュールの構成を示した図である。 発光モジュールにおけるレンズの形成手順を説明するための図である。

符号の説明

１０…バックライト装置、１１…バックライトフレーム、１１ａ…背面部、１１ｂ…側面部、１２…発光モジュール、１３…拡散板、１４…プリズムシート、１５…プリズムシート、１６…輝度向上フィルム、１７…ネジ、１８…放熱シート、２０…配線基板、２０ａ…表面、２０ｂ…裏面、２１…ＬＥＤ、２２…配線回路、２３…金属膜アイランド、２６…白色レジスト膜、３０…レンズ、４０…液状樹脂、５０…液晶表示モジュール、５１…液晶パネル、５２…偏光板、５３…偏光板

Claims (6)

1. 複数の固体発光素子と、
   第１面に複数の前記固体発光素子が取り付けられ、当該第１面とは逆側の第２面に複数の当該固体発光素子を電気的に接続する配線が形成された基板と、
   前記基板の前記第１面に滴下された液状樹脂を硬化させて形成され、複数の前記固体発光素子を覆うカバー部材と
   を含む発光装置。
2. 前記液状樹脂がチクソ材を含有する透明樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 画像表示を行う表示パネルと、当該表示パネルの背面に向けられ当該表示パネルの背面側から光を照射するバックライトとを含む表示装置であって、
   前記バックライトは、
   複数の固体発光素子と、
   前記表示パネルと対向する第１面に複数の前記固体発光素子が取り付けられ、当該第１面とは逆側の第２面に複数の当該固体発光素子を電気的に接続する配線が形成された基板と、
   前記基板の前記第１面に滴下された液状樹脂を硬化させて形成され、複数の前記固体発光素子を覆うカバー部材と
   を含む表示装置。
4. 一方の面に配線が形成された基板の当該一方の面とは逆側の他方の面に複数の固体発光素子を実装する工程と、
   前記基板に対して複数の前記固体発光素子が鉛直方向上側となるように当該基板を配置し、当該基板の前記他方の面に対して液状樹脂を滴下する工程と、
   前記基板の前記他方の面に滴下された前記液状樹脂を硬化させてカバー部材を形成する工程と
   を含む発光装置の製造方法。
5. 前記液状樹脂を滴下する工程では、当該液状樹脂としてチクソ材を含有する透明樹脂を用いることを特徴とする請求項４記載の発光装置の製造方法。
6. 前記カバー部材を形成する工程では、前記基板に対して当該基板に滴下された前記液状樹脂が鉛直方向下側となるように配置し、当該液状樹脂に加熱処理を施すことを特徴とする請求項４記載の発光装置の製造方法。

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