JP2020030931A - 発光モジュールの製造方法 - Google Patents

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【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】本開示にかかる発光モジュールの製造方法は、以下の構成を備える。半導体積層体と電極とを備える発光素子を準備する工程と、発光面となる第1主面と、第1主面と反対側の第2主面と、を備える導光板を準備する工程と、第2主面上に、複数の接合部材を配置する工程と、接合部材上に、電極を上にして発光素子を載置する工程と、第2主面及び発光素子を被覆する反射膜を形成する工程と、反射膜を被覆する被覆部材を配置する工程と、電極が露出するまで反射膜及び被覆部材を除去する工程と、複数の発光素子と電気的に接続される導電部材を形成する工程と、を備える発光モジュールの製造方法。【選択図】図1B

Description

本開示は、発光モジュール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、液晶ディスプレイのバックライトやディスプレイ等の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
しかしながら、特許文献1のような光源装置では、実装基板と拡散板との間の距離をレンズ部材の厚みよりも大きくする必要があり、十分な薄型化が達成できない可能性がある。
そこで、本開示は、薄型化が可能な、導光板と発光素子とを備える発光モジュールを提供することを目的とする。
本開示にかかる発光モジュールの製造方法は、以下の構成を備える。
半導体積層体と電極とを備える発光素子を準備する工程と、発光面となる第1主面と、第1主面と反対側の第2主面と、を備える導光板を準備する工程と、第2主面上に、複数の接合部材を配置する工程と、接合部材上に、電極を上にして発光素子を載置する工程と、第2主面及び発光素子を被覆する反射膜を形成する工程と、反射膜を被覆する被覆部材を配置する工程と、電極が露出するまで反射膜及び被覆部材を除去する工程と、複数の発光素子と電気的に接続される導電部材を形成する工程と、を備える発光モジュールの製造方法。
これにより、薄型化が可能な、導光板と発光素子とを備える発光モジュールを提供することができる。
実施形態にかかる発光モジュールの模式平面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる導光板の光学機能部と位置決め部の一例を示す一部拡大模式平面図と一部拡大模式側面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの変形例の一部拡大模式断面図である。
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。また、各部材は、硬化の前後において、また、切断の前後等において、状態や形状等が異なる場合であっても同じ名称を用いるものとする。
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。
(発光モジュール)
本実施形態の発光モジュールの構成を図1A、図1Bに例示する。
図1Aは、本実施形態にかかる発光モジュール100の模式平面図である。図1Bは、本実施形態にかかる発光モジュール100を示す一部拡大模式断面図である。
発光モジュール100は、導光板10と、導光板10に接合された複数の発光素子30と、を備える。複数の発光素子30は、導光板10の第2主面12上にマトリクス状に配置されている。発光モジュール100の導光板10は、光取り出し面となる第1主面11と、第1主面11と反対側の第2主面12と、を備える。ここでは、導光板10として、第2主面12に複数の凹部121を備えている導光板10を例示する。凹部121内には、透光部材50が配置されている。透光部材50上に、接合部材60を介して発光素子30が配置されている。換言すると、発光素子30は、透光部材50、接合部材60等の部材を介して導光板10の第2主面12上に配置されている。尚、透光部材10は省略することができ、その場合は、発光素子30は、接合部材60を介して導光板10と接合される。
導光板10の第2主面12と発光素子30は、反射膜40で被覆されている。更に、透光部材50及び接合部材60も、反射膜40で被覆されている。さらに、導光板10の第2主面12と発光素子30は、反射膜40を介して被覆部材70で被覆されている。透光部材50及び接合部材60も、反射膜40を介して被覆部材70で被覆されている。さらに、発光素子30の電極32と電気的に接続される導電部材80を備えている。図1Bに示す例では、さらに配線基板90を備えている。
このような発光モジュールは、以下の工程を備える製造方法により得ることができる。
発光モジュールの製造方法は、
(1)半導体積層体と電極とを備える発光素子を準備する工程
(2)発光面となる第1主面と、第1主面と反対側の第2主面と、を備える導光板を準備する工程
(3)第2主面上に、複数の接合部材を配置する工程
(4)各接合部材上に、電極を上にして発光素子を載置する工程
(5)第2主面及び発光素子を被覆する反射膜を形成する工程
(6)反射膜を被覆する被覆部材を配置する工程
(7)電極が露出するまで反射膜及び被覆部材を除去する工程
(8)複数の発光素子と電気的に接続される導電部材を形成する工程
を備える。
本開示に係る発光モジュールは、導光板上に発光素子を接合しているため、薄型化が可能となる。また、導光板上に発光素子を搭載し、接着するため、基板上に発光素子を実装したものと導光板とを組み合わせる場合と比べ、発光素子と導光板と位置ずれが発生しづらい。これにより、良好な光学特性を備える発光モジュールとすることができる。さらに、発光素子と導光板とを覆う反射膜を備えることで、発光素子からの光を効率よく導光板内で伝搬させることができる。
本実施形態にかかる発光モジュール100の製造方法の各工程について、以下に詳述する。図2A〜図2Lに本実施形態の発光モジュールの製造方法の一例を示す。図2B〜図2Lに示す断面図は、X方向の断面図であり、Y方向の断面図でもある。
(1)半導体積層体と電極とを備える発光素子を準備する工程
発光素子30は、発光モジュール100の光源である。発光素子30は、1つの導光板10に複数個が接合される。発光モジュール100の大きさや目的とする光学特性に応じて、必要な発光素子を準備する。発光素子30は、半導体成長等の工程を経るなど、製造工程の一部又は全部を経ることで準備することができる。あるいは、発光素子30は、購入等により準備してもよい。
(2)発光面となる第1主面と、第1主面と反対側の第2主面と、を備える導光板を準備する工程
導光板10は、発光素子30からの光を面状に広げる部材であり、光取り出し面である第1主面11と、その反対側に位置する第2主面12とを備えた略板状の部材である。図2Aは、図1Aに示す導光板10の一部分である領域Sを拡大した図であり、導光板10の第1主面11の光学機能部111と、第2主面12の凹部121の一例を示す一部拡大模式平面図と一部拡大模式断面図である。図2Aでは、光学機能部111として円錐台形の凹みを備えた第1主面11を例示している。また、開口形状が略四角形の凹部121を備える第2主面12を例示している。導光板10の第1主面11及び第2主面12は、このような凹部等のない平坦な面であってもよい。
このような導光板10は、例えば、射出成型やトランスファモールド、熱転写等で成形することにより準備することができる。導光板10が光学機能部111や凹部121を有する場合は、導光板10の成形時に一括して金型で形成することができる。これにより、光学機能部111と凹部121の成形位置ずれを低減することができる。また、凹部や光学機能部を有しない板を準備し、加工することで導光板10を準備してもよい。あるいは、凹部や光学機能部を備えない平板状の導光板や、凹部121や光学機能部111を備えた導光板10を、購入して準備してもよい。
発光モジュールは、発光素子30と導光板10の間に、拡散部材や波長変換部材等の透光部材を備えることができる。その場合、透光部材を備える導光板10を購入等により準備してもよいし、透光部材を備えない導光板10上に、透光部材を配置する工程を備えてもよい。例えば、平板状の導光板の場合は、発光素子を載置する箇所に透光部材を配置する工程を備える。また、凹部を備える導光板の場合は、図2B〜図2Dに示すように、導光板10の第2主面12の凹部121内に透光部材50を配置する工程を備える。
透光部材50を配置する方法としては、印刷、スプレー、ポッティング等が挙げられる。透光部材50を印刷で形成する場合を例に挙げて説明する。例えば、図2Bに示すように、凹部121に対応する開口部を備えたマスクMを、導光板10の第2主面12上に載置する。次に、図2Cに示すように、硬化前の流動性のあるペースト状又は液状の透光部材50をマスクMの開口部内及び導光板10の凹部121内に配置する。その際、図2Cに示すようにスキージF等を用いることで透光部材50の上面を平らにすることができる。その後、加熱又は紫外線照射等により透光部材50を硬化させる。
マスクMの開口部は、凹部121の開口部の大きさと略等しい大きさ及び形状とすることができる。図2B、図2Cに示す例では、マスクMの開口部は凹部121の開口部よりもやや大きい。これにより、マスクMの開口部と凹部121の位置精度が低い場合であっても、凹部121内部に透光部材50を配置し易くすることができる。マスクMの開口部の形状は、凹部121の開口部の形状の相似形であることが好ましい。例えば、凹部121の開口部が正方形の場合、マスクMの開口部は正方形とすることが好ましい。
次に、マスクMを外すことで、図2Dに示すように、凹部121に透光部材50が配置される。尚、マスクMの開口部が、凹部121の開口部よりも大きい場合は、透光部材50は、凹部121の内部だけでなく、導光板10の第2主面12の上にも連続して設けられる。導光板10の第2主面12の上にも透光部材50が形成さえる場合、第2主面12上の透光部材50の厚みは、凹部121内の透光部材50の厚みより薄いことが好ましい。例えば、凹部121の深さ、つまり、凹部121内の透光部材50の厚みが250μm〜50μmの場合、第2主面12上の透光部材50の厚みは20μm〜100μmとすることができる。
尚、透光部材50の硬化は、マスクMを除去した後に行う。
また、透光部材50は、上記の方法のほか、あらかじめ板状等に成形された透光部材50の成形品を準備し、導光板10の第2面12上、又は、凹部121を備える導光板10の場合はその凹部121の底面上に、準備した透光部材50成形品を載置する方法を用いてもよい。透光部材50の成形品の形成方法は、例えば、大面積の板状又はシート状の透光部材を、切断、パンチング等によって個片化する方法が挙げられる。あるいは、金型等を用いて射出成形、トランスファモールド法、圧縮成形などの方法によって小片の透光部材50の成形品を形成することができる。透光部材50の成形品は、接着剤等を用いて導光板10の第2主面12上に、あるいは、第2主面12が凹部121を備える場合はその凹部121内に、接着することができる。
図3に示す発光モジュール100Aは、透光部材50の上に、更に薄膜51を備えている。この薄膜51は、透光性の部材であり、かつ、絶縁性の部材である。例えば、後述の反射膜40の形成時に用いられる材料が、導光板10等を溶解する可能性のある材料を用いる場合に、そのバリア層として機能することができる。そのため、反射膜40を形成する前の任意の段階で形成することができる。
薄膜51は、導光板10の第2面12を被覆していればよいため、導光板10を準備する工程の後に行うことができる。また、薄膜51は、透光部材50を配置した後に行うことができる。この場合、薄膜51は透光部材50も被覆する。さらに、発光素子30や接合部材60を配置した後に薄膜51を形成してもよい。その場合、薄膜51は発光素子30及び接合部材60も被覆する。薄膜51の形成方法としては、スパッタ、蒸着、塗布、スプレー等が挙げられる。
(3)第2主面上に、複数の接合部材を配置する工程
次に、導光板10の第2主面12上に、複数の接合部材60を配置する。ここでは、図2Eに示すように、導光板10の第2主面12の凹部121内の透光部材50の上に、液状の接合部材60をそれぞれ配置する。接合部材60は、ポッティング、転写、印刷等の方法で塗布することで配置することができる。図2Eでは、ディスペンスノズルDを用いてポッティングすることで接合部材60を塗布する場合を例示しており、塗布された接合部材60の上面21は、凸曲面状となっている。透光部材50を備える場合、接合部材60は、平面視において透光部材50の大きさよりも小さくすることが好ましい。
(4)各接合部材上に、電極を上にして発光素子を載置する工程
次に、図2Fに示すように、複数の接合部材60のそれぞれの上に発光素子30を載置する。この時、電極32(電極形成面312)を上に発光素子30を載置する。つまり、主発光面311を接合部材60と対向するように載置する。その後、接合部材60を硬化させ、発光素子30と導光板10とを接合する。
複数の発光素子30は、導光板10の平面視において、二次元に配列される。好ましくは、複数の発光素子30は、図1Aに示すように、直交する二方向、つまり、x方向(横方向)およびy方向(縦方向)に沿って二次元的に配列される。複数の光学機能部111に対応するように配置される複数の発光素子30のx方向の配列ピッチとy方向の配列ピッチは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、配列の二方向は、直交していなくてもよい。また、x方向またはy方向の配列ピッチは等間隔に限られず、不等間隔であってもよい。例えば、導光板10の中央から周辺に向かって間隔が広くなるように発光素子30が配列されていてもよい。なお、発光素子30間のピッチとは、発光素子30の光軸間の距離である。発光素子30間のピッチは、例えば、0.05mm〜20mm程度とすることができ、1mm〜10mm程度が好ましい。導光板10が凹部121を備える場合は、凹部121の位置は上述の発光素子30に合わせた位置に配置される。
(5)第2主面及び発光素子を被覆する反射膜を形成する工程
次に、図2Gに示すように、導光板10の第2主面12と複数の発光素子30とを被覆する反射膜40を形成する。反射膜40は、例えば、スパッタ、蒸着、塗布、スプレー等によって形成することができる。透光部材50、接合部材60等を備える場合、反射膜40はこれらも被覆するように形成される。反射膜40は、上述の方法で形成されることで、図2Gに示すように、発光素子30等の形状に追随した形状で形成される。例えば、導光板10の第2主面12上に形成される反射膜40の上面は、発光素子30上に形成される反射膜40の上面よりも低い位置となる。このように反射膜40は高低差が異なる上面となるように形成される。
反射膜40は、絶縁性、導電性のいずれか、若しくは両方で構成することができる。反射膜40が絶縁性の場合、例えば、金属の酸化物や窒化物等の絶縁性部材で構成される場合は、反射膜40は、発光素子30の側面及び電極形成面と直接接して形成することができる。また、反射膜40は、工程内におけるこの段階(被覆部材を形成させる前)においては、発光素子30の電極32の上面も覆うことができる。ただし、その場合は、後工程において、電極30が露出されるように反射膜40の一部を除去する工程が必須となる。
反射膜40が導電性の場合、例えば、金属で構成される場合は、発光素子30の半導体積層体31とは直接接触しないように、透光性又は反射性の絶縁部材を介して、発光素子30を被覆する。反射膜40が導電性の場合は、発光素子30の電極32と接していてもよい。ただし、1つの発光素子30の一対の電極32同士が電気的に接続されないよう、電極32間において導電性の反射膜40は連続しないように形成するか、連続するように形成した後、その一部を除去する工程が必要である。また、導電性の反射膜40の場合は、複数の発光素子30の電極32と接していてもよいが、好ましは、接しないようにする。そのため、他の発光素子30と電気的に接続されないよう導電性の反射膜40を形成するか、他の発光素子30と連続するように導電性の反射膜40を形成した後に、その一部を除去する工程を備えることが好ましい。
(6)反射膜を被覆する被覆部材を配置する工程
次に、図2Hに示すように、反射膜40を被覆する被覆部材70を形成する。被覆部材70は、発光素子30が載置されていない導光板10の第2主面12の上方と、複数の発光素子30の上方において、略同じ高さとなるように形成することが好ましい。つまり、発光素子30が配置されている部分と配置されていない部分とで、被覆部材70自体の厚みは異なるものの、上面の位置高さは略同じとなるように形成することが好ましい。被覆部材70は、最も高い位置となる発光素子30の電極32を覆う反射膜40も覆うように形成することが好ましい。
被覆部材70は、例えばトランスファモールド、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。
(7)電極が露出するまで反射膜及び被覆部材を除去する工程
次に、図2Iに示すように、反射膜40と被覆部材70の一部を研削し、発光素子30の電極32を露出させる。研削の方法としては、砥石等の研削部材を用いて被覆部材40を面状に研削し、反射膜40の一部まで除去することで、発光素子30の電極32を露出させる。このとき、電極32の一部も除去されてもよい。尚、反射膜40が導電性の場合は、発光素子30の電極32と電気的に接続された導電性の反射膜40が露出されていればよい。つまり、「電極が露出するまで」とは、このように、電極32と電気的に接続される導電性の反射膜40が露出するまで、という工程に替えることもできる。図2Jは、反射膜40の一部を露出して電極32自体を露出させた場合を例示している。砥石を用いて研削することで、被覆部材70の上面を平坦な面とすることができ、さらに、露出された電極32が被覆部材70の上面と略同一面とすることができる。さらに、その露出された電極32の周りに、反射膜40も露出されており、反射膜40の露出面は電極32及び被覆部材70と同一面を構成している。
(8)複数の発光素子と電気的に接続する導電部材を形成する工程
次に、図2Kに示すように、発光素子30の電極32と、反射膜40と、被覆部材70の上面の略全面に、導電部材80となる金属膜を形成する。金属膜としては、例えば、導光板10側からCu/Ni/Auの順に積層させた積層構造とすることができる。金属膜の形成方法としては、スパッタ、メッキ等が挙げられ、スパッタで形成することが好ましい。
次に、発光素子30間の金属膜にレーザ光を照射する。さらに、1つの発光素子30の電極32間の金属膜にもレーザ光を照射する。レーザ光が照射された部分はレーザアブレーションによって金属膜が除去される。このようにして金属膜を部分的の除去するようにしてパターニングすることで、図2Lに示すような導電部材80を形成する。
次に、図2Mに示すように、この導電部材80と別途準備した配線基板90の配線層92とを接着シートを間に介して圧着して接合する。この時、配線層92の一部(例えばビア)内に充填された導電性材料を加圧と加熱によって一部溶解させることで、導電部材80と配線層92とを電気的に接続する。
このようにして、本実施形態の発光モジュール100を得ることができる。
複数の発光素子30は、それぞれが独立で駆動するように配線されてもよい。また、導光板10を複数の範囲に分割し、1つの範囲内に実装された複数の発光素子30を1つのグループとし、1つのグループ内の複数の発光素子30同士を直列又は並列に電気的に接続することで同じ回路に接続し、このような発光素子グループを複数備えるようにしてもよい。このようなグループ分けを行うことで、ローカルディミング可能な発光モジュールとすることができる。
本実施形態の発光モジュール100は、1つが1つの液晶ディスプレイ装置のバックライトとして用いられてもよい。また、複数の発光モジュール100が並べられて1つの液晶ディスプレイ装置のバックライトとして用いられてもよい。小さい発光モジュール100を複数作り、それぞれ検査等を行うことで、大きく実装される発光素子30の数が多い発光モジュール100を作成する場合と比べて、歩留まりを向上させることができる。
1つの発光モジュール100は1つの配線基板90に接合されてもよい。また、複数の発光モジュール100が、1つの配線基板90に接合されてもよい。これにより、外部との電気的な接続端子(例えばコネクタ)を集約できる(つまり、発光モジュール1つごとに用意する必要がない)ため、液晶ディスプレイ装置の構造を簡易にすることができる。
また、この複数の発光モジュール100が接合された1つの配線基板90を複数並べて一つの液晶ディスプレイ装置のバックライトとしてもよい。この時、例えば、複数の配線基板70をフレーム等に載置し、それぞれコネクタ等を用いて外部の電源と接続することができる。
発光モジュールを構成する各部材について、以下に詳述する。
(発光素子)
発光素子30は、公知の半導体発光素子を利用することができる。本実施形態においては、発光素子30として発光ダイオードを例示する。発光素子は、主に発光を取り出す主発光面311と、主発光面311と反対側の電極形成面312に一対の電極32を有する。一対の電極32は後述する配線基板90と対向して配置され、任意に導電部材80等を介して、適宜配線基板90の配線層92と電気的に接続される。
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層とを備えた半導体積層体を備える。半導体積層体31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n側電極およびp側電極がそれぞれ電気的に接続される。発光素子30は、例えば透光性基板を備える主発光面311が導光板と対向して配置され、主発光面311と反対側の電極形成面312に一対の電極32を有する。
発光素子30、任意の波長の光を出射する素子を選択することができる。例えば、青色、緑色の光を出射する素子としては、窒化物系半導体(InAlGa1−x−yN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)またはGaPを用いた発光素子を用いることができる。また、赤色の光を出射する素子としては、GaAlAs、AlInGaPなどの半導体を含む発光素子を用いることができる。さらに、これら以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。半導体層の材料およびその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。用いる発光素子の組成、発光色、大きさ、個数などは、目的に応じて適宜選択すればよい。発光モジュール100が波長変換部材を備える場合、発光素子30は、波長変換部材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)を備えることが好ましい。
発光素子30の大きさは、例えば、平面視において縦および横の寸法は1000μm以下が好ましく、より好ましくは縦および横の寸法が500μm以下であり、さらに好ましくは、縦および横の寸法が200μm以下である。このような発光素子を用いると、液晶ディスプレイ装置のローカルディミングを行った際に、高精細な映像を実現することができる。
(導光板)
導光板10は、発光素子からの光が入射され、面状の発光を行う透光性の板状部材である。導光板10は、発光面となる第1主面11と、第1主面11と反対側の第2主面12と、を備える。
導光板10の大きさは、例えば、一辺が1cm〜200cm程度とすることができ、3cm〜30cm程度が好ましい。厚みは0.1mm〜5mm程度とすることができ、0.5mm〜3mmが好ましい。尚、ここでの「厚み」とは、例えば、第1主面11や第2主面12に凹部や凸部等がある場合は、それらがないものと仮定した場合の厚みを指すものとする。
導光板1の平面形状は例えば、略矩形や略円形等とすることができる。
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。導光板10に発光素子30を接合した後に配線基板を貼りつける本実施形態の発光装置の製造方法においては、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てもよい。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。
(凹部)
導光板10は、第2主面12側に、凹部121を備えていてもよい。凹部121は、発光素子30を配置する位置の目標とすることができる。
凹部121の平面視における大きさは、例えば、0.05mm〜10mmとすることができ、0.1mm〜1mmが好ましい。深さは0.05mm〜4mmとすることができ、0.1mm〜1mmが好ましい。光学機能部111と凹部121の間の距離は、光学機能部111と凹部121が離間している範囲で適宜設定できる。
凹部121の平面視形状は、例えば、略矩形、略円形とすることができ、凹部の配列ピッチ等によって選択可能である。凹部の配列ピッチ(最も近接した2つの凹部の間の距離)が略均等である場合には、略円形または略正方形が好ましい。なかでも、略円形とすることで、発光素子30からの光を良好に広げることができる。
(光学機能部)
導光板10は、第1主面11側に光学機能部111を備えていてもよい。光学機能部111は、例えば、光を導光板10の面内で広げる機能を有することができる。
光学機能部111としては、第1主面11側に設けられた錐体状又は錐台体状の凹みとすることができる。具体的には、錐体状の凹みとしては、円錐や四角錐、六角錐等の多角錐形が挙げられ、錐台体状の凹みとしては、円錐台や四角錐台、六角錐台等の多角錐台形が挙げられる。錐体台状の凹みの場合、その頂部に相当する部分の平面視における大きさは、発光素子30の平面視における大きさの100%〜500%とすることができる。
これらの凹みには、導光板10と屈折率の異なる材料(例えば空気)を配置することができる。また、凹みに光反射性の材料(例えば金属等の反射膜や白色の樹脂)等を設けたものであってもよい。光学機能部111の傾斜面は、断面視において直線でもよく、曲線でもよい。
光学機能部111は、後述するように、それぞれの発光素子30に対応する、つまり、第2主面12側に配置された発光素子30と反対側の位置に設けられることが好ましい。特に、発光素子30の光軸と、光学機能部111の光軸とが略一致することが好ましい。例えば、光学機能部111の凹みが錐体の場合は、その頂部が発光素子30の光軸と略一致することが好ましい。また、光学機能部111の凹みが錐体台の場合は、頂部に相当する面が、発光素子30の光軸上に位置することが好ましい。
光学機能部111の大きさは、適宜設定することができる。図1Bに示す光学機能部111は、第1主面11において円形の開口部を備える円錐台状の凹部であり、開口の直径は発光素子30よりも大きい例を示している。
なお、導光板10には、光学機能部111以外の部分に光拡散、反射等をさせる加工を有していてもよい。例えば、光学機能部111から離間した部分に微細な凹凸を設ける、または粗面としてもよい。これにより、さらに光を拡散させ、輝度ムラを低減するようにすることができる。
(透光部材)
導光板10の第2主面12と発光素子30との間に、透光部材50を配置することができる。透光部材50は、発光素子30からの光を拡散させる光拡散物質を含有する部材である。また、透光部材50は、発光素子30からの光の波長を異なる波長の光に変換する蛍光体を含有する波長変換部材であってもよい。さらに、蛍光体を含有する蛍光体含有層と、蛍光体を含有しない蛍光体非含有層とを積層させた透光部材50としてもよい。あるいは、蛍光体を含有する蛍光体含有層と、波長を変換しない光拡散物質を含有する拡散層とを積層させた透光部材50としてもよい。
透光部材50は、導光板10の凹部121内に配置することができる。あるいは、凹部121を有しない平板状の導光板10の第2主面12上に配置され、第2主面12より突出するように設けられていてもよい。
透光部材50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。例えば、母材の材料として、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、透光部材50の母材としてシリコーン樹脂を選択すると有益である。
光拡散物質としては、例えばSiO、TiO、Al、ZnO等の微粒子が挙げられる。
透光部材50は、波長変換物質として粒子状の蛍光体を含むことができる。蛍光体としては、例えば、YAG系蛍光体、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などが挙げられる。1つの透光部材50に、1種類又は複数種類の蛍光体を含むことができる。複数種類の蛍光体は、混合させて用いてもよく、あるいは積層させて用いてもよい。例えば、青色系の光を出射する発光素子30を用い、蛍光体として緑色系の発光をするβサイアロン蛍光体と赤色系の発光をするKSF系蛍光体等のフッ化物系蛍光体とを含むことができる。このような2種類の蛍光体を用いることで、発光モジュールの色再現範囲を広げることができる。また、蛍光体は量子ドットであってもよい。
透光部材50が蛍光体を含む場合、その内部において蛍光体はどのように配置されていてもよい。例えば、略均一に分布していてもよく、一部に偏在してもよい。
(薄膜)
薄膜51は、例えばSiO、SiON、SiN、AlN等の透光性の絶縁性材料を用いることができる。薄膜51の厚みは、例えば、0.1μm〜1μmとすることができる。
(接合部材)
接合部材60は、発光素子30から出射される光を導光板10に伝播させる役割を有する。接合部材60は、発光素子30と導光板10とを、直接又は間接的に接合する部材である。間接的に接合する、とは、例えば、導光板10に配置された透光部材50と、その上の接合部材60と、を介して、発光素子30が接合されることなど、別部材を介して接合されることを指す。
接合部材60は、透光性であり、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。そのため、接合部材60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。
接合部材60は、発光素子30の側面(主発光面311と電極形成面312をつなぐ面)を被覆していてもよい。これにより、発光素子30の側面方向に出射された光を接合部材60内に効率的に取り出し、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。
接合部材60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。
(反射膜)
反射膜40は、発光素子30と被覆部材70の間に配置されるものである。反射膜40は、発光素子30からの光を60%以上反射するものが好ましく、90%以上反射するものがより好ましい。後述の工程で形成される被覆部材70が反射性の部材である場合は、反射膜40の反射率は、被覆部材70の反射率よりも高い反射率とすることが好ましい。
反射膜70の材料は、絶縁性、又は導電性のいずれか、若しくは、両方を組み合わせたもので構成することができる。絶縁性の材料としては、例えば、Ti、Nb、Si等の金属の酸化物やSi、Al等の金属の窒化物、フィラー入り樹脂等が挙げられ、これらを単層又は複数層積層させることができる。また、導電性の材料としては、例えば、金属ペースト、金属スパッタ膜等が挙げられ、これらを単層又は複数層積層させることができる。反射膜40の厚みは、例えば、0.1μm〜100μmとすることができる。反射膜40が複数層である場合は、その合計の厚みが上記範囲とすることができる。
(被覆部材)
被覆部材70は、複数の発光素子30と導光板10の第2主面12とを、反射膜40を介して被覆している。これにより、発光素子30と導光板10を補強することができる。また、被覆部材70は、樹脂材料であることが好ましい。被覆部材は、透光性又は遮光性のいずれの材料であってもよい。遮光性の反射部材としては、例えば白色顔料を含有する白色樹脂や、黒色顔料を含有する黒色樹脂等を用いることができる。
被覆部材70と導光板10の間、及び、被覆部材70と発光素子30との間には、反射膜40が配置されている。そのため、例えば、反射膜40の反射率が高い場合は、被覆部材70内に光が到達しにくい。そのため、被覆部材70は、反射率を考慮しない材料を用いることができる。例えば、被覆部材70として、硬度の高い材料を用いることで発光モジュール100の強度を向上させることができる。また、被覆部材70として、導光板10の線膨張係数と近似する線膨張係数の材料を用いることで、反りの少ない発光モジュール100とすることができる。このように、発光モジュール100を構成する部材として大きな部分を占める被覆部材70を、目的や用途に応じた特性の材料を用いることができる。特に、反射率を考慮する必要がなくなることで、材料の選択肢を増加させることができる。
反射性の被覆部材70は、例えば、発光素子30から出射される光に対して5%以上の反射率を有する反射性の被覆部材70とすることができる。反射性の被覆部材70の材料としては、白色の顔料等を含有させた樹脂材料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。また、遮光性の被覆部材70として、カーボン等の黒色の顔料等を含有させた樹脂材料を用いてもよい。また、透光性の被覆部材70とすることもでき、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
(導電部材)
発光モジュール100には、複数の発光素子30の電極32と電気的に接続される導電部材80が設けられていてもよい。導電部材80は、被覆部材70と電極32との両方を被覆するように配置される。導電部材80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、液晶ディスプレイ装置ローカルディミング等に必要な回路を容易に形成することができる。
(配線基板)
発光モジュール100は、図1Bに示すように、配線基板90を有していてもよい。配線基板90は、絶縁性の基材91と、複数の発光素子30と電気的に接続される配線層92等を備える基板である。配線基板90を備えることで、ローカルディミング等に必要な複雑な配線を容易に形成することができる。この配線基板90は、発光素子30を導光板10に接合し、被覆部材70及び導電部材80を形成した後に、別途準備した配線基板90の配線層92と、導電部材80とを、接合することで形成することができる。また、発光素子30と接続する導電部材80を設ける際、導電部材80を発光素子30の電極32の平面形状よりも大きい形状とすることで、この配線基板90と発光素子30との電気的な接合を容易に行うことができる。
配線基板90は、例えば、絶縁性の基材91に設けられた複数のビアホール内に充填された導電性部材と、基材91の両面側において導電性部材と電気的に接続された配線層92と、を備える。
配線基板90の基材91の材料としては、どのようなものであってもよい。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91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92は、例えば、基材91上に設けられた導電箔(導体層)であり、複数の発光素子30と電気的に接続される。配線層972の材料は、高い熱伝導性を有していることが好ましい。このような材料として、例えば銅などの導電材料が挙げられる。また、配線層92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、配線層92の厚みは、例えば、5〜50μm程度である。
配線基板90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、導光板10の反対側に設けられた被覆部材70の表面と、配線基板90の表面との間に配置し、圧着することで、接合することができる。また、配線基板90の配線層92と発光素子30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、ビアホール内に埋め込んだ金属である導電性部材を加圧と加熱により溶かして導電部材80と接合することができる。
なお、配線基板90は、積層構造を有していてもよい。例えば、配線基板90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70は複数のTFT(Thin−Film Transistor)を有するTFT基板であってもよい。
本開示に係る発光モジュールは、例えば、液晶ディスプレイ装置のバックライトとして利用することができる。
100、100A…発光モジュール
10…導光板
11…第1主面(光取り出し面)
111…光学機能部
12…第2主面
121…凹部
20…接合部材
30…発光素子
31…半導体積層体
311…主発光面
312…電極形成面
32…電極
40…反射膜
50…透光部材(拡散部材、波長変換部材)
51…薄膜
60…接合部材
70…被覆部材
80…導電部材
90…配線基板
91…基材
92…配線層
D…ディスペンスノズル
G…研削部材
F…スキージ

Claims (6)

  1. 半導体積層体と電極とを備える発光素子を準備する工程と、
    発光面となる第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面と、を備える導光板を準備する工程と、
    前記第2主面上に、複数の接合部材を配置する工程と、
    前記接合部材上に、前記電極を上にして発光素子を載置する工程と、
    前記第2主面及び前記発光素子を被覆する反射膜を形成する工程と、
    前記反射膜を被覆する被覆部材を配置する工程と、
    前記電極が露出するまで前記反射膜及び被覆部材を除去する工程と、
    前記複数の発光素子と電気的に接続される導電部材を形成する工程と、
    を備える発光モジュールの製造方法。
  2. 前記反射膜は、スパッタ又はスプレーで形成する、請求項1記載の発光モジュールの製造方法。
  3. 前記第2主面上に、透光部材を形成する工程を備え、
    前記接合部材は、前記透光部材を介して前記第2主面上に配置される、請求項1又は請求項2に記載の発光モジュールの製造方法。
  4. 前記第2主面は凹部を備え、前記透光部材を前記凹部内に配置する工程を含む、請求項3に記載の発光モジュールの製造方法。
  5. 前記透光部材は、波長変換部材を含む、請求項3又は請求項4に記載の発光モジュールの製造方法。
  6. 前記反射膜を形成する前に、前記導光板の前記第2面上に薄膜を形成する工程を備える、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の発光モジュールの製造方法。
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