JP2018207005A

JP2018207005A - 発光装置及びその製造方法並びに面状ライトユニット

Info

Publication number: JP2018207005A
Application number: JP2017112432A
Authority: JP
Inventors: 渡辺　正志; Masashi Watanabe; 正志渡辺; 和寛上嶋; Kazuhiro Uejima
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2018-12-27

Abstract

【課題】上方への放射強度を押さえながら、横方向への放射強度を増やしても色ムラの発生を防ぐことができる発光装置及びその発光装置の製造方法並びにその発光装置を用いた面状ライトユニットを提供することにある。【解決手段】発光装置１は、基板２と、基板に実装された発光素子３と、発光素子３を封止する封止材４と、封止材４の上面に貼着されたレンズ６を備えている。レンズ６は、上面外周のフラット部１３から中心に向かって下降するように傾斜した反射面１２を有している。発光素子３から放射された角度の異なる光がほぼ同じ光路長で封止材４を通過してレンズ６に達し、反射面１２にて反射される。また、この発光装置１の製造方法では、集合工法で製造する際に、高い精度で位置合わせするために、集合レンズを引っ張った状態で封止材に貼着している。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置等の背後等に設置される直下型バックライトに使用される発光装置及びその製造方法並びに面状ライトユニットに関するものであり、特に、薄型化に伴う光学特性の劣化を抑えたものに関する。

液晶テレビ、カーナビ等に使用されている液晶表示装置では、液晶パネルの背面にＬＥＤを用いた発光装置を光源とするバックライトを使用することがある。一般に、このバックライトは、幅の狭い側面から光を入射し、面積の広い主面から光を放射する導光板を備えたエッジライト型バックライトと、基板上に実装された複数の発光装置、及び、その発光装置の上方を覆う拡散板を備えた直下型バックライトとに分類される。とくに直下型バックライトでは、光源として使用されるＬＥＤの上方への放射強度が強いため、上方と周囲との間で明るさにムラが生じやすかった。このムラは、光源と拡散板とが近ければ近いほど目立つことが知られている。そこで、ＬＥＤチップを封止した封止樹脂の上面に光遮蔽層を設けて、ＬＥＤチップから上方に放射される光を弱め、より強く側方に光を放射させる発光装置（ＬＥＤパッケージともいう）が提案されていた（例えば、特許文献１、図１参照）。

特開２００１−２５７３８１号公報

しかし、上記特許文献１における発光装置では、上面の光遮蔽層を抜けて上方に放射される光に比べて、光遮蔽層で反射されて側方へ放射される光の方が封止樹脂内における光路長が長くなる。このように、上方に放射される光と側方に放射される光の封止樹脂内における光路長が異なると、封止樹脂に含まれる蛍光体の影響によって上方の光に比べて側方の光の方が長波長成分を多く含むことになり、色ムラが発生するという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点を解決し、上方への放射強度を押さえながら、横方向への放射強度を増やしても色ムラの発生を防ぐことができる発光装置及びその発光装置の製造方法並びにその発光装置を用いた面状ライトユニットを提供することにある。

本発明の発光装置は、基板と、前記基板に実装された発光素子と、前記発光素子を封止する封止材と、前記封止材の上面に貼着され、上面外周部から中心に向かって下降するように傾斜した反射面を有するレンズと、を備えたものである。この発光装置における前記レンズは、前記上面外周部に略水平面からなるフラット部を有している。また、前記レンズは、前記反射面により形成される四角錐形状の凹部を備えている。

また、本発明の発光装置の製造方法は、電極が形成された大型基板上に複数の発光素子を実装する工程と、前記発光素子を封止材で封止する封止工程と、個々に分割すると上面の周辺部から中心に向かって下降するように傾斜した反射面を有するレンズが予め決められた間隔で整列する集合レンズを形成する集合レンズ形成工程と、前記集合レンズの周辺部を引っ張りながら、前記集合レンズを前記大型基板の前記封止材の上面に貼着する貼着工程と、前記集合レンズ及び前記大型基板を切断し発光装置を個々に分割する切断工程と、を含んでいる。この発光装置の製造方法では、前記レンズの境界部に略水平面からなるフラット部を有し、前記切断工程において、前記フラット部の位置で切断するものとなっている。

また、本発明の面状ライトユニットは、上記発光装置と、前記発光装置が上面に複数実装された実装基板と、前記発光装置を囲むように前記実装基板上に設けられた樹脂フレームと、前記樹脂フレーム上に設けられた光学シートと、を備えている。

本発明の発光装置では、発光素子から放射された角度の異なる光がほぼ同じ光路長で封止材を通過してレンズに達し、レンズの反射面にて反射されるので、レンズの反射面を透過して上方へ向かう光と、反射面で反射されて側方へ向かう光がほぼ同じ波長分布となり、色ムラの発生を防ぐことができる。

また、本発明の発光装置の製造方法では、上記発光装置を一度に多数個製造する集合工法で製造する際に、集合レンズを引っ張った状態で封止材に貼着しているので、発光素子とレンズを高い精度で位置合わせすることができる。

また、本発明の面状ライトユニットでは、発光装置間に光が行き届かない暗い部分が形成され難く、面状ライトユニットの全面をより均一に明るくすることができる。

本発明の一実施形態に係る発光装置の断面図である。図１に示す発光装置の斜視図である。図１に示す発光装置の詳細な構成の一例を示す断面図である。四角錐形状の凹部を備える発光装置を並設した場合における光の照射範囲を示す平面図である。円錐形状の凹部を備える発光装置を並設した場合における光の照射範囲を示す平面図である。図１に示す発光素子を複数設けた場合の配置例を示す平面図である。図１に示す発光装置の製造方法における大型基板上に発光素子を実装する工程を示す断面図である。図７に示す大型基板上の発光素子を封止する封止工程を示す断面図である。図８に示す封止材に溝を掘る工程を示す断面図である。図９に示す封止材の溝に白色反射部材を充填する白色反射部材充填工程を示す断面図である。個々に分割すると図1に示すレンズになる集合レンズを示す断面図である。図１０に示す封止材の上面に集合レンズを貼着する貼着工程を示す断面図である。図１１に示す集合レンズ等を切断し発光装置を個々に分割する切断工程を示す断面図である。図1に示す発光装置を用いた面状ライトユニットを示す分解斜視図である。図１４に示す面状ライトユニットの断面図である。

図１及び図２に示す発光装置１は、樹脂、表面を絶縁処理した金属、セラミック等からなる矩形状の基板２と、その表面側に印刷、メッキ等で形成された配線パターンにダイボンド、ワイヤーボンド、フリップチップ等で接続された発光ダイオード等の発光素子３と、蛍光体等を含有し且つ発光素子３を封止するエポキシ樹脂、シリコン樹脂等からなる封止材４と、封止材４の側面を囲う白色反射枠５と、封止材４の上面に貼着されたレンズ６とを備えている。なお、白色反射枠５は必要に応じて設けており、設けない場合もある。

この発光装置１において、発光素子３を基板２にフリップチップ実装する場合、図３に示すように、基板２の上面に配線パターン７を設け、この配線パターン７に発光素子３の下面に設けたパッド８がバンプ９を介して接続される。配線パターン７は、基板２の下面に設けた実装用電極パターン１０にスルーホール１１等を介して接続される。

また、この発光装置１におけるレンズ６は、シリコン樹脂等の柔軟性を有する樹脂からなり、上面外周部から中心に向かって下降するように傾斜した反射面１２を有している。このレンズ６の上部外周部には、略水平面からなるフラット部１３が設けられている。このフラット部１３は、効率よく製造するために複数のレンズを連ねて形成する場合、フラット部１３で繋がるように形成することができ、その集合レンズを個々に分断する際に、フラット部１３の位置で切断することで、傾斜した反射面の形状を崩すことなく精度良く切断することを可能にするものである。なお、その詳細は後述する製造方法の説明にて詳述する。

また、上記反射面１２は、フラット部１３の内側端部から中心に向かって下降するように形成されており、この反射面１２により凹部１４が形成されている。この凹部１４は、本実施形態においては、四角錐形状をなすように形成されている。また、反射面１２は、発光素子３からの光を側方に向けてより多く全反射させるため、図３に示すように、上方に向かって凸状に湾曲した曲面を含むものとなっている。

上記構成からなる発光装置１において、図１に示すように、発光素子３から上方に放射された光１５は、封止材４を通過してレンズ６に達する。このときに、光１５と同様に発光素子３から放射された角度の異なる他の光も、光１５とほぼ同じ光路長で封止材４を通過してレンズに達する。このため、発光素子３から放射された光は、ほぼ同様に蛍光体を励起して、ほぼ同じ波長分布の光となる。その後、光１５等は、レンズ６内を通って内側から反射面１２に達して側方に反射される。これにより、発光素子３から放射される上方に向かう光あるいは基板２や白色反射枠５によって反射されて上方に向かう光は、ほぼ同様の波長分布を有し、その多くが反射面１２により反射されて側方へと向かい、発光装置１の側方に放射される。

反射面１２は、前述したように、上方に向かって凸状に湾曲した曲面を含むものとなっている。本実施形態では、反射面１２の中心に近い部分ほど真下に位置する発光素子３からの光の入射角が小さくなって上方に光が抜けるので、中心に近い部分ほど曲面の曲率を大きくして、真下からの光の入射角が大きくなるように設定している。このため、発光素子３からの光をより多く側方へ反射することになる。

また、フラット部１３は略水平面であるため、下方にある発光素子３からの光を上方に透過させ、一部を下方に反射させる。本実施形態におけるフラット部１３は、レンズ６の平面の一辺に対して略１５分の１程度の幅に設定されており、僅かではあるが上方及び側方等へ広く光を拡散することができ、ムラをなくすことに寄与している。

上記のように側方に反射した光は、図４に示すように、レンズ６の凹部１４の平面形状に従った照射範囲（拡散シート３６（図１４参照）を照射する範囲）を照射する。即ち、凹部１４のように四角錐形状をなす場合、発光装置１の照射範囲１６は発光装置１の周囲に四角形状に広がることになる。また、凹部１４’のように円錐形状にした場合には、図５に示すように、発光装置１の照射範囲１７は、発光装置１の周囲に円形状に広がることになる。このため、図４に示すように、発光装置１を並べて実装すると、四角錐形状の凹部１４を有する発光装置同士を並べた場合、隣接する照射範囲１６，１８は四角形が重なるように重なり合う。これに対して、図５に示すように、円錐形状の凹部１４’を有する発光装置同士を並べた場合、照射範囲１７，１９は、円形が重なるように重なり合うことになる。この結果、円錐形状の凹部１４’の場合には、発光装置の間に光が届かない暗い部分２０が生じ、四角錐形状の凹部１４の場合には、発光装置の間に暗い部分が生じない。すなわち、四角錐形状の凹部１４を備えた発光装置１は、ムラの少ない状態で液晶パネルを明るく照明することができる。

また、図１に示す発光装置１では、レンズ６の中心部分に対向するように発光素子３が一つ設けられているが、発光素子３を複数設けることも可能である。その際、図６に示すように、各反射面１２にそれぞれ対向するように複数の発光素子３を配置させても良い。

次に、図７乃至図１３に基づいて発光装置１の製造方法を説明する。はじめに、図７に示すように、個々に分割すると基板２となる（基板２の複数取りが可能）大型基板２１を用意し、その表面に設けられた個々に分割すると前述した配線パターン７等となる電極上に複数の発光素子３をフリップチップ等により実装する。

その後、図８に示すように、大型基板２１上に蛍光体を含有する樹脂を塗布して硬化させ、複数の発光素子３を全て封止材２２で封止する。

ここで、白色反射枠５を必要としない場合には、発光素子３を封止した後、次の工程に移行するが、本実施形態のように白色反射枠５を設ける場合には、上記封止工程の後に、図９に示すように、発光素子３の間にある封止材２２を削って、各発光素子３の周囲に封止材の溝２３を形成する。そして、図１０に示すように、溝２３内に樹脂を充填して硬化させ、繋がった状態の白色反射枠２４を形成する。

このときに、図１１に示すように、上記工程とは別の工程にて、前述したレンズ６が予め決められた間隔で整列する集合レンズ２５を樹脂成形する。この集合レンズ２５には、個々のレンズ６に分割すると凹部１４となる複数の凹部２６が設けられており、その凹部２６の間には個々のレンズ６に分割するとフラット部１３となる略水平面からなるフラット部２７が設けられている。

その後、図１２に示すように、図１０に示す封止材２２の上面に接着層等を設け、そこに集合レンズ２５の周辺部２５ａを外方に引っ張って張力を掛けながら集合レンズ２５と封止材２２とを位置決めして貼着する。集合レンズ２５はシリコン樹脂等の柔軟性を有する樹脂でできており、その柔軟性と張力を考慮して、封止材２２の間隔よりもやや狭くなるように凹部２６の間隔（ピッチ）が設定されている。このように集合レンズ２５を引っ張った状態で封止材２２に貼着すると、柔軟性のある集合レンズ２５であってもその形状が安定し、発光素子３と集合レンズ２５を高い精度で位置合わせすることができる。

上記のように集合レンズ２５を貼着すると、集合レンズ２５のフラット部２７が発光素子３の間の切断位置に位置する。本実施形態では、フラット部２７の下に白色反射枠２４が位置し、図１３に示すように、このフラット部２７と白色反射枠２４と大型基板２１を、フラット部２７と白色反射枠２４の中央にてダイシング等で切断することにより、個々の発光装置１にする。このように、フラット部２７にて切断することにより、反射面１２の形状を崩すことなく精度良く切断することができる。

また、発光装置１の封止材４にレンズ６の反射面等を直接形成する加工を施すと、封止材４中に蛍光体が混入しているため、上方に放射される光と側方に放射される光で色むらが生じるが、上記のように柔軟性のあるレンズ６を封止材４上に貼着すれば、簡単に色ムラの発生を防ぐことが可能となる。

次に、上記構成を有し且つ上記製造方法にて製造された発光装置１を用いた面状ライトユニットの構造を説明する。図１４及び図１５に示すように、この面状ライトユニット３１は、前述した発光装置１を複数実装した実装基板３２を備えている。この実装基板３２の表面には発光装置１がある位置に穴３３ａが設けられた反射シート３３が貼着されている。また、実装基板３２上には、発光装置１を囲む樹脂フレーム３４が接着されている。この樹脂フレーム３４上には光学シート３５が設けられ、発光装置１の上方を覆っている。この光学シート３５は、拡散シート３６であるか又は拡散シート３６とプリズムシート３７と反射型偏光板３８等を積層したものとなっている。

前述したように、発光装置１の凹部１４が四角錐形状をなすものであると、互いに隣接する発光装置１からの光が広い範囲で重なるか又は接することになる。このため、発光装置間に光が行き届かない暗い部分が形成され難く、面状ライトユニット３１の全面をより均一に明るくすることができる。

１発光装置
２基板
３発光素子
４封止材
５白色反射枠
６レンズ
７配線パターン
８パッド
９バンプ
１０実装用電極パターン
１１スルーホール
１２反射面
１３フラット部
１４四角錐形状の凹部
１４’ 円錐形状の凹部
１５光
１６，１７，１８，１９照射範囲
２０暗い部分
２１大型基板
２２封止材
２３溝
２４白色反射枠
２５集合レンズ
２６凹部
２７フラット部
３１面状ライトユニット
３２実装基板
３３反射シート
３４樹脂フレーム
３５光学シート
３６拡散シート
３７プリズムシート
３８反射型偏光板

Claims

基板と、
前記基板に実装された発光素子と、
前記発光素子を封止する封止材と、
前記封止材の上面に貼着され、上面外周部から中心に向かって下降するように傾斜した反射面を有するレンズと、
を備えたことを特徴とする発光装置。
前記レンズは、前記上面外周部に略水平面からなるフラット部を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置
前記レンズは、前記反射面により形成される四角錐形状の凹部を備える請求項１又は２に記載の発光装置。
前記レンズは柔軟性を有する樹脂からなる請求項１から３のいずれか一項に記載の発光装置。
前記基板上で且つ前記封止材を囲む白色反射枠を備える請求項１から４のいずれか一項に記載の発光装置。
前記発光素子は複数個設けられている請求項１から５のいずれか一項に記載の発光装置。
前記反射面は上方に向かって凸状に湾曲した曲面を含む請求項１から６のいずれか一項に記載の発光装置。
電極が形成された大型基板上に複数の発光素子を実装する工程と、
前記発光素子を封止材で封止する封止工程と、
個々に分割すると上面の周辺部から中心に向かって下降するように傾斜した反射面を有するレンズが予め決められた間隔で整列する集合レンズを形成する集合レンズ形成工程と、
前記集合レンズの周辺部を引っ張りながら、前記集合レンズを前記大型基板の前記封止材の上面に貼着する貼着工程と、
前記集合レンズ及び前記大型基板を切断し発光装置を個々に分割する切断工程と、
を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
前記レンズの境界部に略水平面からなるフラット部を有し、前記切断工程において、前記フラット部の位置で切断することを特徴とする請求項８に記載の発光装置の製造方法。
前記封止工程の後、前記封止材に溝を掘り、白色反射部材を充填する白色反射部材充填工程をさらに有することを特徴とする請求項８又は９に記載の発光装置の製造方法。
請求項１から７のいずれか一項に記載の発光装置と、
前記発光装置が上面に複数実装された実装基板と、
前記発光装置を囲むように前記実装基板上に設けられた樹脂フレームと、
前記樹脂フレーム上に設けられた光学シートと、
を備えたことを特徴とする面状ライトユニット。
前記光学シートは、拡散シートであることを特徴とする請求項１１に記載の面状ライトユニット。