JP2020027774A - 発光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化が可能な発光モジュールを提供する。【解決手段】発光モジュール１０１は、主発光面を有する複数の発光素子３０と、複数の発光素子の主発光面上にそれぞれ配置された複数数の波長変換部材２０と、第１主面および第２主面を有し、第２面に位置する複数の凹部を含む導光板１０とを備え、複数の波長変換部材は、凹部の内面から離間するように複数の凹部内に配置されている。【選択図】図２Ｂ

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面に位置する複数の凹部を含む導光板とを備え、前記複数の波長変換部材は、前記凹部の内面から離間するように複数の凹部内に配置されている。

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２Ｅは、実導光板の模式的下面図である。 図３Ａ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３Ｂ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３Ｃ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３Ｄ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３Ｅ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３Ｆ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３Ｇ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４Ａは、実施形態の発光モジュールの他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他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他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他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他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他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他の製造方法における模式的工程断面図である。 図４Ｈは、実施形態の発光モジュールの他の製造方法における模式的工程断面図である。 図５Ａは、発光モジュールの他の形態の一部の拡大模式的断面図である。 図５Ｂは、発光モジュールの他の形態の一部の拡大模式的断面図である。 図６Ａ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６Ｂは、図６Ａ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１０１と、液晶パネル１２０と、発光モジュール１０１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１０１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１０１は、面発光光源であり、主面１０１ａの全体から光を出射する。発光モジュール１０１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１０１の主面１０１ａ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１０１は、例えば、白色光を出射する直下型のバックライトを構成している。発光モジュール１０１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１０１全体の厚さが小さくなっている。

（発光モジュール１０１）
発光モジュール１０１の実施形態を詳述する。図２Ａは発光モジュール１０１の模式的上面図であり、図２Ｂは、発光モジュール１０１の図２Ａの２Ｂ−２Ｂ線における模式的断面図である。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。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。発光モジュール１０１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。

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に複数の凹部１２が配置されている。発光素子３０は、主発光面３０ａ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がそれぞれ配置されている。発光素子３０上に配置された複数の波長変換部材２０は、導光板１０の凹部１２の内面から離間するように複数の凹部１２内にそれぞれ配置されている。以下、発光モジュール１０１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、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。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１０１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２Ｅは導光板の下面図である。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、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。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。

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、略円形等であってよい。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。凹部１２Ａおよび凹部１２Ｂは、上述した開口１２Ａｂ、１２Ｂｂにおける形状を底面とする柱形状、錐形状、錐台形状、およびこれらの組み合わせた形状を有している。凹部１２Ａおよび凹部１２Ｂは、空洞であり、空気等の気体で満たされている。

本実施形態では、凹部１２Ａ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。凹部１２Ｂ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、１２Ｂ内には、波長変換部材２０が配置される。凹部１２Ａ、１２Ｂの内側面は、波長変換部材２０の側面２０ｃから離間しており、波長変換部材２０の側面２０ｃは、凹部１２Ａ、１２Ｂの内において、凹部１２Ａ、１２Ｂを満たしている気体と接している。

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１０１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に設けられた凹部１２Ａ、１２Ｂ内に配置されている。上述したように凹部１２Ａ、１２Ｂ内において、側面２０ｃは、凹部１２Ａ、１２Ｂの内側面から離間している。

波長変換部材２０は、平面視において、発光素子３０の主発光面３０ａよりも大きいことが好ましい。これにより、発光素子３０から出射した光を効率よく波長変換部材２０に入射させ出射光の波長を変換することが可能である。また、波長変換部材２０を凹部１２Ａ、１２Ｂ内に配置するため、波長変換部材２０は、平面視において、凹部１２Ａ、１２Ｂの開口１２Ａｂ、１２Ｂｂよりも小さいことが好ましい。

波長変換部材２０は、板状の部材（成形品）であってもよいし、常温で塑性加工が可能な硬度を有する材料（以下、未硬化材料という）を硬化させたものであってもよい。

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、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１０１を実現し得る。また、複数種類の波長変換物質を含むことによって、波長帯域を広げ、発光強度の弱い波長領域が生じるのを抑制できる。よって、このような発光モジュール１０１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主面２０ａ側、または、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、平面視において、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_２やＴｉＯ_２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１０１の光源である。発光モジュール１０１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（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、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１０１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１０１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１０１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］
波長変換部材２０は、透光性接合部材３５によって発光素子３０の主発光面３０ａに接合されていてもよい。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。

発光素子３０の主発光面３０ａよりも波長変換部材２０の第２主面２０ｂの方が大きい場合には、透光性接合部材３５は、波長変換部材２０の一部と後述する封止部材４０とを接合していてもよい。透光性接合部材３５は、導光板１０と後述する封止部材４０との接合にも用いることができる。

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１０１は、複数の発光素子３０の側面３０ｃを覆って発光モジュールを封止する封止部材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１０１の強度を高めることができる。また、封止部材４０は、発光モジュール１０１の製造時に発光素子３０を、導光板１０に設けられた凹部１２Ａ、１２Ｂの位置に対応した配置で保持する。言い換えると、複数の発光素子３０と、複数の波長変換部材２０と、封止部材４０とによって、発光素子アレイ６０を構成する。

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１０１の製造コストを低減することが可能となる。

［配線基板２００］
発光モジュール１０１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１０１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１主面２１０ａおよび第２主面２１０ｂに配線層２１１および配線層２１２がそれぞれ設けられている。以下、配線基板２００の基材２１０における第１主面２１０ａおよび第２主面２１０ｂを配線基板２００の第１主面２１０ａおよび第２主面２１０ｂともいう。配線層２１１と配線層２１２とは、基材２１０の第１主面２１０ａから第２主面２１０ｂに達する貫通穴に充填された導電性部材２１３によって電気的に接続されている。第１主面２１０ａに設けられた配線層２１１は、導光板１０の第２主面１０ｂにおける凹部１２Ａ、１２Ｂの位置に対応した位置で複数の発光素子３０を配置するための、電極３１が接続される領域を含む。配線基板２００の第１主面２１０ａは封止部材４０と接合されている。

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。表面に絶縁層が設けられた金属板を基材２１０として用いてもよい。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。

配線層２１１、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２１１、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２１１、２１２は、導電性材料の箔、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、発光素子アレイ６０の構成要素として発光素子アレイ６０に含まれていてもよいし、発光素子アレイ６０とは別の部材であってもよい。発光素子アレイ６０と別の部材である場合には、配線基板２００は、発光素子アレイの封止部材４０と接合されている。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。この場合、配線層２１１と発光素子３０の電極３１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、配線層２１１と発光素子３０の電極３１とを加圧と加熱により溶融させ、接合してもよい。

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んでいてもよい。この場合、例えば、配線基板２００の第２主面２１０ｂの配線層２１２に、能動部品および受動部品が実装されていてもよい。あるいは、配線基板２００が発光素子アレイ６０の構成要素である場合には、第１主面の配線層２１１に能動部品および受動部品が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１０１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１０１全体の厚さを小さくできる。また、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、波長変換部材２０の第１主面２０ａおよび側面２０ｃから凹部１２内に出射され、さらに導光板１０の内部へ入射する。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１０１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。

また、波長変換部材２０の側面は導光板１０の凹部１２Ａ、１２Ｂ内の気体と接している。凹部１２は、導光板１０を構成する材料よりも低屈折率を有する気体で満たされているため、波長変換部材２０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。このため、理論的には、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１０１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の第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１０１によれば、発光モジュール１０１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３Ａから図３Ｇ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。発発光モジュール１０１は、波長変換部材２０として成形部品を用いる場合と、未硬化材料を用いる場合とで異なる製造法を採用することができる。まず、波長変換部材２０として成形部品を用いる発光モジュールの製造方法を説明する。

図３Ａ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。前述したように、第１主面１０ａに複数の光学機能部１１Ａ、１１Ｂを設けてもよい。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。導光板１０は、発光モジュール１０１の製造工程中、最初に用意する必要はなく、後述する発光素子アレイ６０と導光板１０とを接合するまでに用意されていればよい。

次に、複数の発光素子３０と、発光素子３０の主発光面３０ａ上に配置された複数の波長変換部材２０と含み、複数の発光素子３０が導光板１０の複数の凹部１２Ａ、１２Ｂに対応した位置に配置された発光素子アレイ６０を用意する。まず図３Ｂに示すように、基材２１０を含み、基材２１０の第１主面２１０ａおよび第２主面２１０ｂに配線層２１１、２１２が配置された配線基板２００を用意する。第１主面２１０ａの配線層２１１は、導光板１０の凹部１２Ａ、１２Ｂの位置に対応して配置された、発光素子３０の電極３１を接合するための端子のパターンを含む。つまり、凹部１２Ａ、１２Ｂのｘ軸方向およびｙ軸方向の配列ピッチと同じピッチで、端子となる配線層２１１が、基材の上面に形成されている。

次に、図３Ｃに示すように、配線基板２００の第１主面２１０ａにおいて、主発光面３０ａを上にして複数の発光素子３０を導光板１０の複数の凹部１２Ａ、１２Ｂに対応した位置で配置する。具体的には、配線基板２００の配線層２１１に設けられた上述した端子と発光素子３０の電極３１とを半田等によって接合する。

次に、図３Ｄに示すように、発光素子３０全体を覆った封止部材４０’を配線基板２０上に形成する。複数の発光素子３０を埋め込むように、封止部材の材料を配線基板２００の第１主面２１０ａ上に配置し、硬化させる。これにより、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’の一部を除去し、発光素子３０の主発光面３０ａを露出させる。具体的には、第１主面４０’ａから封止部材４０’を研磨または研削し、発光素子３０の主発光面３０ａ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３Ｅに示すように、発光素子３０の側面３０ｃを覆い、主発光面３０ａを露出させた封止部材４０が得られる。

次に図３Ｆに示すように、発光素子３０の主発光面３０ａに波長変換部材２０を接合する。接合には例えば、透光性接合部材３５を用いることができる。これにより、発光素子アレイ６０が得られる。

次に図３Ｇに示すように、発光素子アレイ６０と導光板１０とを接合する。第２主面１０ｂを下にして、導光板１０を封止部材４０上に配置し、波長変換部材２０が導光板１０の凹部１２Ａ、１２Ｂ内に配置されるように、導光板１０と封止部材４０とを接合する。例えば、封止部材４０の第１主面４０ａに接着材を配置し、封止部材４０の第１主面４０ａと導光板１０の第２主面１０ｂとを接合する。これにより発光モジュール１０１が得られる。

以下、図４Ａから図４Ｈを参照しながら、波長変換部材２０として未硬化材料を用いる場合の発光モジュールの製造方法を説明する。

図４Ａに示すように、主面８０ａに複数の凹部８１が配置された支持基板８０を用意し、主面８０ａを上にして配置する。各凹部８１は波長変換部材２０の外形と略同じ形状および大きさを有している。また、複数の凹部８１は、導光板１０の第２主面１０ｂに設けられた凹部１２Ａ、１２Ｂと同じピッチで２次元に配列されている。

次に、支持基板８０の凹部８１に波長変換部材２０を配置する。具体的には、波長変換部材の未硬化材料２０’を支持基板８０の凹部８１に充填し、硬化させる。これにより、図４Ｃに示すように、導光板１０の凹部１２Ａ、１２Ｂに対応して所定の間隔で２次元に配列された複数の波長変換部材２０が得られる。

次に、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を複合体６０の複数の波長変換部材２０にそれぞれ接合する。具体的には、透光性接合部材の材料を介して主発光面３０ａが波長変換部材２０に対向するように、発光素子３０を波長変換部材２０に配置し、透光性接合部材の材料を硬化させ、透光性接合部材３５を得る。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。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。この場合、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、完成する発光モジュール１０１において、発光素子３０の主発光面３０ａおよび側面３０ｃの少なくとも一部は、透光性接合部材３５で覆われる。

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’を支持基板８０上に形成する。複数の発光素子３０および透光性接合部材３５を埋め込むように、封止部材の材料を樹脂部材５０および波長変換部材２０上に配置し、硬化させる。これにより、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に接続された配線層２１１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と配線層２１１とを電気的に接続する。これにより発光素子アレイ６０が得られる。

次に、図４Ｈに示すように、支持基板８０から発光素子アレイ６０を取り外す。取り外した発光素子アレイ６０を、樹脂部材４０の第１主面４０ａが導光板１０の第２主面１０ｂと対向させ、波長変換部材２０が導光板１０の凹部１２Ａ、１２Ｂ内に配置されるように、樹脂部材４０の第１主面４０ａが導光板１０の第２主面１０ｂとを接着剤で接合する。これにより、発光モジュール１０１が得られる。

なお、図４Ｈでは、導光板１０の第２主面１０ｂを上にして配置し、発光素子アレイ６０を第２主面１０ｂに被せるように示しているが、樹脂部材４０の第１主面４０ａを上にして、発光素子アレイ６０を配置し、導光板１０第１主面４０ａに被せてもよい。また、上記製造方法では、支持基板８０の凹部８１に波長変換部材の未硬化材料２０’を充填し、硬化させているが、成形部品の波長変換部材２０を支持基板８０の凹部８１に配置してもよい。

（他の形態）
上記実施形態では、発光モジュールは、２種類の光学機能部が配列された導光板を備えていた。しかし、導光板には１種類の光学機能部のみが設けられていてもよい。図６Ａはこのような形態の発光モジュール１０１の模式的上面図であり、図６Ｂは、発光モジュール１０１の図６Ａの２Ｂ−２Ｂ線における模式的断面図である。発光モジュール１０１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のみを備えている。また導光板１０の第２主面１０ｂにおいて、複数の凹部（第２凹部）１２Ｂのみを有している。

この他、発光モジュールは、光学機能部１１Ａと凹部１２Ａとのみを備えていてもよいし、光学機能部１１Ａ、１１Ｂは備えておらず、複数の凹部１２Ａのみ、または、複数の凹部１２Ｂのみを備えていてもよい。

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、２０ａ、４０ａ、２１０ａ 第１主面
１０ｂ、２０ｂ、４０ｂ、２１０ｂ 第２主面
１１Ａ、１１Ｂ 光学機能部
１２、１２Ａ、１２Ｂ 凹部
２０ 波長変換部材
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、４０’ 封止部材
６０ 発光素子アレイ
８０ 支持基板
８０ａ 主面
８１ 凹部
１０１、１０２ 発光モジュール
１１１、１１２ レンズシート
１１３ 拡散シート
１２０ 液晶パネル
２００ 配線基板
２１０ 基材
２１１、２１２ 配線層
２１３ 導電性部材
１０００ 液晶表示装置

Claims (10)

1. 主発光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面に位置する複数の凹部を含む導光板と、
   を備え、
   前記複数の波長変換部材は、前記凹部の内面から離間するように複数の凹部内に配置されている、発光モジュール。
2. 前記複数の凹部は空洞であり、各波長変換部材の側面は、前記凹部の内側面から離間している、請求項１に記載の発光モジュール。
3. 前記複数の発光素子間に配置され前記複数の発光素子の側面を覆う封止部材を更に備える請求項１または２に記載の発光モジュール。
4. 前記複数の凹部は、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３のいずれか一項に記載の発光モジュール。
5. 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４に記載の発光モジュール。
6. 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た複数の光学機能部をさらに有する請求項１から５のいずれか一項に記載の発光モジュール。
7. 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６に記載の発光モジュール。
8. 主発光面を有する複数の発光素子と、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含み、前記複数の発光素子が、第１主面および第２主面と、前記第２面に設けられた複数の凹部とを有する導光板の前記複数の凹部に対応した位置に配置された発光素子アレイを用意する工程と、
   前記複数の発光ユニットの前記波長変換部材が、前記導光板の前記凹部の内側面から離間して前記複数の凹部内位置するように、前記発光素子アレイを前記導光板に接合する工程と
   を含む、発光モジュールの製造方法。
9. 前記発光素子アレイを用意する工程は、
   前記複数の発光素子の主発光面を上にして前記複数の発光素子を前記導光板の前記複数の凹部に対応した位置で配置する工程と、
   前記複数の発光素子を覆う封止部材を形成す工程と、
   前記複数の発光素子の前記主発光面が露出するまで前記封止部材の一部を除去する工程と、
   前記封止部材から露出した前記複数の発光素子の前記主発光面に前記複数の波長変換部材を接合する工程と、
   を含む、請求項８に記載の発光モジュールの製造方法。
10. 前記発光素子アレイを用意する工程は、
    第１主面および第２主面と、前記第２面に設けられた複数の凹部とを有する導光板の前記複数の凹部に対応した位置に配置された複数の波長変換部材形成用凹部が主面に形成された支持基板を用意し、前記複数の波長変換部材形成用凹部に前記複数の波長変換部材をそれぞれ配置する工程と、
    前記複数の発光素子の電極形成面を上にして前記複数の発光素子を前記波長変換部材に接合する工程と、
    前記複数の発光素子の前記電極形成面を覆うように封止部材を前記支持基板上に形成する工程と、
    前記複数の発光素子の前記電極形成面に位置する電極が露出するまで前記封止部材の一部を除去する工程と、
    を含む、請求項８に記載の発光モジュールの製造方法。

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