JP2021009857A - 発光モジュールの製造方法及び発光モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
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。
また、本開示に係る発光モジュールは、第1主面と第2主面とを備える導光板と、導光板の前記第2主面にそれぞれ離間して配置された複数の波長変換部と、複数の波長変換部にそれぞれ接合された複数の発光素子と、複数の発光素子と接続された配線と、を備える。
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。
図1は、本実施形態にかかる液晶ディスプレイ装置1000の各構成を示す構成図である。図1で示す液晶ディスプレイ装置1000は、上側から順に、液晶パネル120と、2枚のレンズシート110a、110b、拡散シート110cと、発光モジュール100とを備える。本実施形態にかかる液晶ディスプレイ装置1000は、液晶パネル120の下方に発光モジュール100を配置するいわゆる直下型の液晶ディスプレイ装置である。
液晶ディスプレイ装置1000は、発光モジュール100から照射される光を、液晶パネル120に照射する。なお、上述の構成部材以外に、さらに偏光フィルムやカラーフィルタ等の部材を備えてもよい。
本実施形態の発光モジュールの構成を図2Aから図2Cに示す。
図2Aは、本実施形態にかかる発光モジュールの模式平面図100である。図2B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。図2Cは、実施形態にかかる導光板の光学機能部と凹部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。
発光モジュール100は、導光板1と、複数の導光板1に接合された複数の発光素子11とを備える。複数の発光素子11は導光板1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1の第2主面1dには、複数の凹部1bが設けられており、該凹部1b内に波長変換材料が配置された離間した複数の波長変換部12を有している。この波長変換部のそれぞれに1つの発光素子11が接合されている。
導光板1は、光源からの光が入射され、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1は、発光面となる第1主面1cと、第1主面1cと反対側の第2主面1dと、を備える。
この導光板1の第2主面1dに複数の発光素子11を接合する。これにより、導光板1と発光素子11との距離を縮めることができ、発光モジュール100の薄型化が可能になる。
導光板1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。
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1は、例えば、射出成型やトランスファーモールドで成形することができる。導光板1が後述する光学機能部1aや凹部1bを備えている場合には、これらも一括して金型で形成することが好ましい。これにより、光学機能部1aと凹部1bの成形位置ずれを低減することができる。
また、導光板1の第1主面1c上に透光性の層と、導光板1の第1主面1cと該透光性の層の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液晶ディスプレイ装置とすることができる。このような構成は、例えば、任意の導光板1と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。
導光板1は、第1主面側に光学機能部1aを備えていてもよい。
光学機能部1aは、例えば、光を導光板1の面内で広げる機能を有することができる。
例えば、導光板1の材料と屈折率の異なる材料が設けられている。具体的には、第1主面1c側に設けられた逆円錐や逆四角錐、逆六角錐等の逆多角錐形等の凹みであって、導光板1と屈折率の異なる材料(例えば空気)と凹みの傾斜面との界面で照射された光を発光素子11の側方方向に反射するものを用いることができる。また例えば、傾斜面を有する凹部に光反射性の材料(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1a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1aは、後述するように、それぞれの発光素子11に対応する、つまり、第2主面1d側に配置された発光素子11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11の光軸と、光学機能部1aの光軸とが略一致することが好ましい。
光学機能部1aの大きさは、適宜設定することができる。
導光板1は、第2主面1d側に、位置決め部1bを備えていてもよい。
位置決め部1bは、発光素子11の実装位置の目標とすることができればどのような形態でもよい。具体的には、例えば、図2B及び図3(a)に示すような凹部1bや、凸部、溝等とすることができる。
凹部1b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1aと凹部1bの間の距離は光学機能部1aと凹部1bが離間している範囲で適宜設定できる。
凹部の平面視形状は、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11からの光を良好に広げることができる。
本実施形態の発光モジュールは、発光素子11からの光を拡散させる材料を有する拡散部や発光素子11からの光の波長を変換する波長変換部を備えていてもよい。
拡散部や波長変換部は、発光素子11と導光板1との間に設けられ、導光板1の第2主面1d側に配置されている。拡散部や波長変換部は、それに照射された発光素子11からの光を内部で拡散、均等化する。拡散部や波長変換部は、図4に示すように、平坦な導光板1の第2主面1d上に配置され、第2主面1dの面から突出するように設けられていてもよいが、発光モジュール100の薄型化等の目的から、図2Bに示すように、前述の導光板1の凹部1b内に配置されていることが好ましい。
本実施形態においては、発光モジュール100は、波長変換部12を備えることが好ましい。また、それぞれ離間した複数の波長変換部12を備えることが好ましい。これにより、波長変換材料を削減することができる。また、それぞれの発光素子11の1つに対して、1つの波長変換部12が設けられることが好ましい。これにより、発光素子からの光を波長変換部12において均一化させることで、輝度むらや色むらを低減することができる。
波長変換部12は、例えば、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。導光板1の凹部1b内に波長変換材料を配置して波長変換部12を形成する場合には、例えば、液状の波長変換材料を導光板1の第2主面1dに載せた後、スキージ等で複数の凹部1b内にすり込むことで、量産性良く波長変換部12を形成することができる。
波長変換部の大きさや形状は、例えば、上述の凹部と同等程度とすることができる。
波長変換部12は、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。波長変換部12の耐光性および成形容易性の観点からは、波長変換部12の母材としてシリコーン樹脂を選択すると有益である。波長変換部12の母材としては、導光板1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12内において、波長変換部材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。また、波長変換部材をそれぞれ含有する複数の層が積層されて設けられていてもよい。
発光素子11は、発光モジュール100の光源である。発光素子11は、複数が1つの導光板1に接合される。
また、発光素子11と光学機能部1aの位置ずれが発生すると、光学機能部1aに発光素子11との位置関係が設計からずれることで、光学機能部1aによって光を十分に広げることができず、明るさが面内において部分的に低下するなどして、輝度のムラになるという問題がある。
特に、従来のように、配線基板に発光素子を実装した後に導光板を組み合わせる方法においては、配線基板と発光素子との位置ずれと導光板の光学機能部との位置ずれとを、それぞれ平面方向及び積層方向において考慮に入れる必要があるため、発光素子と光学機能部とを良好に光学的に結合することが一層困難となる場合がある。
一方、平面視において正方形の発光素子を用いる場合は、小さい発光素子を量産性良く製造することができる。
発光素子11の密度(配列ピッチ)は、発光素子11間の距離は、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。
発光素子11と導光板1または拡散部または波長変換部12は、透光性接合部材14によって接合されてもよい。本実施形態においては、透光性接合部材14は、発光素子の主発光面11cと導光板1の間に設けられている。
透光性接合部材14は、発光素子11の側面(主発光面11cと電極形成面11dをつなぐ面)を被覆していてもよい。さらに、発光素子11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11の側面方向に出射された光を透光性接合部材14内に効率的に取り出し、発光モジュール100の発光効率を高めることができる。透光性接合部材14が発光素子11の側面を被覆する場合には、図2Bに示すように、導光板1の方向に向かって断面視において広がる形状に形成することが好ましい。これにより、発光素子11の側面方向に出射された光を効率的に導光板1の方向に取り出すことができる。
さらに、透光性接合部材14は、導光板1の第1主面1c側から見た平面視において、拡散部ないしは波長変換部12の外縁より内側の範囲に限定して配置されることが好ましい。これにより、発光素子11の光を拡散部ないしは波長変換部12に効率的に入光させることができるため、発光の輝度ムラや色ムラを低減することができる。
本実施形態の封止部材13は、複数の発光素子11の側面と導光板1の第2主面1dと透光性接合部材14の側面とを封止している。これにより、発光素子11と導光板1を補強することができる。また、この封止部材13を光反射性部材とすることで、発光素子11からの発光を導光板1に効率よく取り入れることができる。また、光反射性部材13が、発光素子11を保護する部材と導光板1の出射面と反対側の面に設けられる反射部材とを兼ねることにより、発光モジュール100の薄型化を図ることができる。
なお、図4に示すように、波長変換部12が導光板1の第2主面上に設けられ、その波長変換部12の側面等の面が導光板1から露出している場合には、その露出した部分も被覆することが好ましい。
光反射性部材13は、発光素子11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13の材料は、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。これにより、導光板1の一面を被覆するために比較的大量に用いられる材料として酸化チタンのような安価な原材料を多く用いることで、発光モジュール100を安価にすることができる。
発光モジュール100には、複数の発光素子11の電極11bと電気的に接続される配線15が設けられていてもよい。配線15は、封止部材又は光反射性部材13等の導光板1と反対側の面に形成することができる。配線15を設けることにより、例えば複数の発光素子11同氏を電気的に接続することができ、液晶ディスプレイ装置1000の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15は、例えば、図3(g)〜(h)に示すように、発光素子11の正負の電極11bを封止部材13の表面に露出させ、発光素子11の電極11b及び封止部材13の表面の略全面に金属膜15aを形成し、該金属膜15aをレーザ等で一部除去してパターンニングすることにより、配線15を形成することができる。
本開示の発光モジュール100は、図3(i)に示すように、配線基板20を有していてもよい。これにより、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20は、発光素子11を導光板1に実装し、任意に封止部材13及び配線15を形成した後に、別途配線層20bを備える配線基板20を発光素子の電極11bないし配線15と接合することで形成することができる。また、発光素子11と接続する配線15を設ける際、該配線15を発光素子11の電極11b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20と発光素子11等との電気的な接合を容易に行うことができる。
まず、図3(a)に示すように、導光板1を準備する。材料としてはポリカーボネートを用い、逆円錐状の光学機能部1aと、凹部1bとをそれぞれ備える。
次に、導光板1の第2主面側に蛍光体とシリコーン樹脂とが混合された波長変換材料を塗布し、スキージで複数の凹部1b内に充填する。凹部1b内に入らなかった余分の波長変換材料は除去する。そして、波長変換材料を硬化させ、図3(b)に示すように、複数の離間した波長変換部12を形成する。
次に、図3(c)に示すように、それぞれの波長変換部12の上に透光性接合部材の材料14aである液状のシリコーン樹脂をそれぞれ塗布する。
次に、図3(d)に示すように、それぞれの透光性接着剤の材料14aの上に透光性のサファイア基板を備える発光素子11を配置する。この時、サファイア基板側の面である主発光面11cが導光板1側を向き、一対の電極11bが設けられた側の電極形成面11dが導光板1と反対側を向くように形成する。また、発光素子11の、特にサファイア基板の側面に透光性接合部材14が配置される。そして、透光性接合部材14の材料を硬化させ、発光素子11と導光板1とを接合し、実装する。
次に、図3(e)に示すように、導光板1の第2主面1dと複数の発光素子11と複数の透光性接合部材14を埋め込むように、酸化チタンとシリコーン樹脂が混合された光反射性の封止樹脂の材料13aを、例えばトランスファーモールドで形成する。この時、発光素子11の電極11bの上面(導光板1と反対側の面)を完全に被覆するように厚く形成する。次に、図3(f)に示すように、封止樹脂の材料13aの一部を研削し、発光素子の電極を露出させ、封止部材13を形成する。
次に、図3(g)に示すように、発光素子11の電極11bと封止部材13上の略全面に、導光板1側からCu/Ni/Auの金属膜15aをスパッタ等で形成する。次に、図3(h)に示すように、金属膜15aをレーザアブレーションによってパターニングし、配線15を形成する。
次に、図3(i)に示すように、この配線15と別途準備した配線基板20の配線層20bと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20b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、配線15と配線層20b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。
この例では、2つの発光モジュール100が接合された、コネクタ20eを備える配線基板20が4つ備えられ、フレーム30に載置されている。つまり、8つの発光モジュール100が2行×4列に並べられている。このようにすることで、大面積の液晶ディスプレイ装置のバックライトを安価に製造することができる。
その場合、光学機能部1aが凹みである場合には、凹みの開口(つまり、導光板1の第1主面1cに近い部分)を塞ぐが、凹みを埋めないように、透光性の部材を設けることが好ましい。これにより、光学機能部1aの凹み内に空気の層を設けることができ、発光素子11からの光を良好に広げることができる。
100 発光モジュール
110a レンズシート
110b レンズシート
110c 拡散シート
120 液晶パネル
1 導光板
1a 光学機能部
1b 凹部
1c 導光板の第1主面
1d 導光板の第2主面
11 発光素子
11b 発光素子の電極
11c 発光素子の第1主面
11d 発光素子の第2主面
12 波長変換部(位置決め部)
13 封止部材
14 透光性接合部材
15 配線
20 配線基板
20a 配線基板の基材
20b 配線基板の配線層
20c 配線基板の導電性部材
20e コネクタ
30 フレーム
Claims (7)
- 傾斜面を有する凹みである光学機能部を複数備え発光面となる第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面と、を備える導光板と、
前記第2主面に接合され、白色光を出射する光源と、
前記光源の側面及び前記導光板の前記第2主面を封止する封止部材と、
前記封止部材の前記導光板と反対側の面に設けられ、前記光源と電気的に接続される配線と、
を備える発光モジュール。 - 前記傾斜面を有する凹みに光反射性の材料が配置されている、請求項1に記載の発光モジュール。
- 前記光反射性の材料は、白色の樹脂である、請求項2に記載の発光モジュール。
- 前記第2主面に、位置決め部を備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光モジュール。
- 前記位置決め部は、凹部、凸部、溝部から選択される少なくとも1つである、請求項4に記載の発光モジュール。
- 前記第1主面は、前記光学機能部から離間した部分に凹凸を備える、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光モジュール。
- 前記光源は、前記導光板と透光性接合部材を介して接合される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光モジュール。
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