JP6863420B2 - 発光モジュール及びその製造方法、液晶表示装置 - Google Patents

発光モジュール及びその製造方法、液晶表示装置 Download PDF

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Description

本開示は、発光モジュール及びその製造方法、液晶表示装置に関する。
配線電極を有する基板上に、発光特性の異なる第1LED素子と第2LED素子とを各々複数個フリップチップ実装した発光装置が知られている。この発光装置では、複数の第1LED素子と第2LED素子は、配線電極によって各々直列接続されており、第1LED素子同士を接続する配線電極の一部が、基板上に実装された第2LED素子のアノード電極とカソード電極間を通過して配線されている。
特開2014−229676号公報
しかしながら、上記の発光装置では、配線電極を有する基板上に第1LED素子と第2LED素子とをフリップチップ実装するので、高い実装精度が要求される。
そこで、本開示は、発光素子の実装精度の要求を緩和できる構造を有する発光モジュールの提供を目的とする。
本開示の一実施形態に係る発光モジュールは、光取出し面を有する導光板と、前記導光板の光取出し面と反対側の面に、電極を前記導光板の光取出し面と反対側に向けて交互に実装された、複数の第1発光素子、及び前記第1発光素子とは発光特性の異なる複数の第2発光素子と、第1面から各々の前記第1発光素子の電極及び各々の前記第2発光素子の電極を露出するように、各々の前記第1発光素子及び各々の前記第2発光素子を被覆する光反射性部材と、前記第1面に形成され、各々の前記第1発光素子の電極同士を接続する第1配線と、前記第1面に形成され、各々の前記第2発光素子の電極同士を接続する第2配線と、を有し、前記第1発光素子の電極は、アノード電極及びカソード電極を含み、前記第2発光素子の電極は、アノード電極及びカソード電極を含み、前記第1配線は、前記第2発光素子の前記アノード電極と前記カソード電極とに挟まれた電極間領域を通過する電極間配線を含み、前記第2配線は、前記第1発光素子の前記アノード電極と前記カソード電極とに挟まれた電極間領域を通過する配線を含まない
本開示の一実施形態によれば、発光素子の実装精度の要求を緩和できる構造を有する発光モジュールを提供できる。
第1実施形態に係る発光モジュールを例示する模式平面図である。 第1実施形態に係る発光モジュールを例示する模式底面図である。 第1実施形態に係る発光モジュールを例示する模式断面図である。 図2に示す第1配線5(1)の接続について説明する図である。 図2に示す第2配線5(2)の接続について説明する図である。 図2の部分拡大平面図である。 第1実施形態に係る発光素子ユニットの製造工程を例示する図(その1)である。 第1実施形態に係る発光素子ユニットの製造工程を例示する図(その2)である。 第1実施形態に係る発光モジュールの製造工程を例示する図(その1)である。 第1実施形態に係る発光モジュールの製造工程を例示する図(その2)である。 第1実施形態の変形例1に係る発光モジュールの模式底面図(その1)である。 第1実施形態の変形例1に係る発光モジュールの模式底面図(その2)である。 第1実施形態の変形例2に係る発光モジュールの拡大模式断面図(その1)である。 第1実施形態の変形例2に係る発光モジュールの拡大模式断面図(その2)である。 図13に示す発光モジュールの傾斜面14a近傍の拡大模式断面図(その1)である。 図13に示す発光モジュールの傾斜面14a近傍の拡大模式断面図(その2)である。 第1実施形態の変形例2に係る発光素子ユニットの製造工程を例示する図(その1)である。 第1実施形態の変形例2に係る発光素子ユニットの製造工程を例示する図(その2)である。 第1実施形態の変形例3に係る発光モジュールを例示する模式底面図である。 図19に示す第1配線5(1)の接続について説明する図である。 図19に示す第2配線5(2)の接続について説明する図である。 第1実施形態の変形例4に係る発光モジュールを例示する模式底面図である。 図22に示す第1配線5(1)の接続について説明する図である。 図22に示す第2配線5(2)の接続について説明する図である。 第1実施形態の変形例5に係る発光モジュールを例示する模式底面図である。 図25に示す第1配線5(1)の接続について説明する図である。 図25に示す第2配線5(2)の接続について説明する図である。 第2実施形態に係る液晶ディスプレイ装置を例示する構成図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。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。又、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。
更に、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。又、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。又、一の実施形態において説明する内容は、他の実施形態や変形例にも適用可能である。又、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、誇張している場合がある。
〈第1実施形態〉
(発光モジュール100)
図1は、第1実施形態に係る発光モジュールを例示する模式平面図である。図2は、第1実施形態に係る発光モジュールを例示する模式底面図である。図3は、第1実施形態に係る発光モジュールを例示する模式断面図であり、導光板を下にして上下を反転して図示している。図3(a)は図2のA−A線に沿う断面を示しており、図3(b)は図3(a)のB部の拡大図である。
図1〜図3に示すように、発光モジュール100は、導光板1と、発光素子ユニット3(1)及び3(2)と、接合部材14と、第二光反射性部材16と、第1配線5(1)と、第2配線5(2)とを備えている。発光モジュール100は、1枚の導光板1に複数の凹部1bを設け、各々の凹部1bに発光素子ユニット3(1)又は3(2)を配置している。
なお、以下の説明において、平面視とは対象物を導光板1の第一主面1cの法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を導光板1の第一主面1cの法線方向から視た形状を指すものとする。
(発光素子ユニット3(1)及び3(2))
発光素子ユニット3(1)は、発光素子11(1)と、発光素子11(1)の主発光面11cを覆う透光性部材10と、発光素子11(1)の側面を覆う第一光反射性部材15とを備えている。
発光素子ユニット3(2)は、発光素子11(2)と、発光素子11(2)の主発光面11cを覆う透光性部材10と、発光素子11(2)の側面を覆う第一光反射性部材15とを備えている。
発光素子11(1)と発光素子11(2)は、互いに発光特性が異なる。ここで、発光特性が異なるとは、例えば、発光素子11(1)と発光素子11(2)で発光波長が異なる場合である。或いは、発光素子11(1)と発光素子11(2)の発光波長が同じで輝度が異なる場合である。
なお、発光素子ユニット3(1)と発光素子ユニット3(2)とは、互いに発光特性が異なる発光素子を有する点以外は同一構造である。そこで、以降の説明では、発光素子ユニット3(1)と発光素子ユニット3(2)とを特に区別する必要がない場合は、単に発光素子ユニット3と称する。同様に、発光素子11(1)と発光素子11(2)とを特に区別する必要がない場合は、単に発光素子11と称する。
(発光素子11)
発光素子11は、主発光面11cと、主発光面11cの反対側に位置する電極形成面11dと、主発光面11cと電極形成面11dの間に位置する側面とを有している。
発光素子11は、例えば、主発光面11cが導光板1と対向して配置される。発光素子11の電極形成面11dには、一対の電極11bが形成されている。一対の電極11bの一方はアノード電極111であり、他方はカソード電極112である。
発光素子11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p型半導体層及びn型半導体層とを含み、p型半導体層及びn型半導体層に、p側電極であるアノード電極111及びn側電極であるカソード電極112がそれぞれ電気的に接続される。
発光素子11の縦、横及び高さの寸法に特に制限はない。発光素子11としては、好ましくは平面視において縦及び横の寸法が1000μm以下、より好ましくは縦及び横の寸法が500μm以下、更に好ましくは縦及び横の寸法が200μm以下の半導体の発光素子を用いる。
発光素子11の縦及び横の寸法が上記の範囲内であれば、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できる。特に、発光素子11の縦及び横の寸法が500μm以下であると、発光素子11を安価に調達できるため、発光モジュール100を安価にできる。
なお、縦及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、相対的に発光素子の側面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は、発光がバットウィング形状になりやすくなるため、発光素子が導光板に接合され、発光素子と導光板との距離がごく短い第1実施形態に係る発光モジュール100に好ましく用いられる。
又、発光素子11の高さは、0.10mm〜0.25mmとすることが好ましい。発光素子11の高さは、発光素子ユニット3を凹部1bに実装した状態で、発光素子11の電極形成面11dが凹部1bから突出していることが好ましい。
発光素子11は、平面視において如何なる形状でもよく、例えば、正方形又は長方形である。
高精細な液晶ディスプレイ装置の場合、使用する発光素子の数は数千個以上となり、発光素子の実装工程は重要な工程となる。発光素子の実装工程において、複数の発光素子の一部の発光素子に回転ずれ(例えば±90度方向のずれ)が発生したとしても、平面視において長方形の発光素子を用いることで目視での確認が容易となる。又、アノード電極111とカソード電極112の距離を離して形成できるため、第1配線5(1)及び第2配線5(2)の形成が容易となる。
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できる。発光素子11の密度(配列ピッチ)、すなわち発光素子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。なお、発光素子11の配列ピッチは、隣接する発光素子11(1)と発光素子11(2)の中心間の距離である。発光素子11は、発光素子ユニット3の略中心に配置されるように設計される結果、発光素子ユニット3の配列ピッチも同様に0.05mm〜20mm程度、好ましくは1mm〜10mm程度となる。
発光素子11には、公知の半導体発光素子を利用できる。第1実施形態においては、発光素子11として電極を導光板の光取出し面と反対側に向けて実装された発光ダイオードを例示する。発光素子11は、例えば青色光を出射する。発光素子11には、青色以外の光を出射する素子も使用できる。発光素子ユニット3から出射される光は、例えば、発光素子11から出射される光(例えば青色)と、波長変換部材である透光性部材10で波長変換された光(例えば黄色)の混色により生成された白色光として放射される。
発光素子11として、任意の波長の光を出射する素子を選択できる。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)又はGaPを用いた発光素子を用いることができる。又、赤色の光を出射する素子としては、GaAlAs、AlInGaP等の半導体を含む発光素子を用いることができる。更に、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。半導体層の材料及びその混晶比を変更することによって、発光波長を変化させることができる。用いる発光素子の組成、発光色、大きさ、個数等は、目的に応じて適宜選択すればよい。
(透光性部材10)
透光性部材10は、例えば、波長変換部材であり、発光素子11から照射される光の波長を調整して導光板1に照射する。以降では、透光性部材10が波長変換部材である場合について説明する。
透光性部材10は、発光素子11の主発光面11cを被覆しており、主発光面11cから出射される光を透過させる。透光性部材10は、発光素子11から出射される光を励起する物質が含まれてもよいし、拡散及び/又は反射する物質が含まれてもよい。
透光性部材10の厚さは、0.05mm〜0.30mmとすることが好ましい。透光性部材10が薄すぎると、波長変換の効果を発揮し難くなる。又、厚すぎると、波長変換された光の吸収が生じたりする等の問題が生じる。このため、透光性部材10の厚さを、上記範囲内とすることが好ましい。
透光性部材10は、発光素子11が発する光を受けて、異なる波長の光に変換する。透光性部材10は、波長変換物質を母材に分散させたものである。又、透光性部材10は、複数層で構成してもよい。例えば、透光性部材10は、母材に波長変換物質を添加した第一層と、母材に拡散材を添加して光拡散部となる第二層とを有する二層構造にできる。
母材の材料は、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、これらを混合した樹脂、又はガラス等の透光性材料を用いることができる。透光性部材10の耐光性及び成形容易性の観点からは、母材としてシリコーン樹脂を選択すると有益である。又、透光性部材10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。
透光性部材10が含有する波長変換物質の一例として、蛍光体がある。例えば、YAG蛍光体、βサイアロン蛍光体又はKSF系蛍光体等のフッ化物系蛍光体等が挙げられる。透光性部材10には、単数の波長変換物質が含有されもよいし、複数の波長変換物質が含有されてもよい。
複数の波長変換物質を含有する場合は、例えば、波長変換部材が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。これにより、発光モジュール100の色再現範囲を広げることができる。この場合、発光素子11は、透光性部材10を効率よく励起できる短波長の光を出射可能な窒化物系半導体(InAlGa1−X−Y N、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を備えることが好ましい。
又、例えば、青色系の光を出射する発光素子11を用いた際に、発光モジュール100として赤色系の光を得たい場合は、透光性部材10にKSF系蛍光体(赤色蛍光体)を60重量%以上、好ましくは90重量%以上含有させてもよい。つまり、特定の色の光を出射する波長変換部材を透光性部材10に含有させることで、特定の色の光を出射するようにしてもよい。又、波長変換物質は量子ドットであってもよい。透光性部材10内において、波長変換物質はどのように配置されてもよい。例えば、略均一に分布してもよく、一部に偏在してもよい。又、透光性部材10において、波長変換物質をそれぞれ含有する複数の層が積層されて設けられてもよい。
又、発光素子ユニット3(1)の透光性部材10が含有する蛍光体と、発光素子ユニット3(2)の透光性部材10が含有する蛍光体を異ならせ、発光素子ユニット3(1)の発光色と、発光素子ユニット3(2)の発光色を変えることもできる。
(透光性接着部材19)
透光性接着部材19は、発光素子11の側面の一部及び透光性部材10の一部を被覆している。なお、透光性接着部材19の外側面は、発光素子11の側面から透光性部材10に向かって広がる傾斜面であることが好ましく、発光素子11側に凸状の曲面であることがより好ましい。これにより、発光素子11の側面から出る光をより多く透光性部材10に導くことができ、光取り出し効率を高めることができる。
又、発光素子11の主発光面11cと透光性部材10の間には、透光性接着部材19を有してもよい。これにより、例えば、透光性接着部材19に拡散剤等を含有することで発光素子11の主発光面11cから出る光が、透光性接着部材19で拡散され、透光性部材10に入ることで輝度ムラを少なくできる。透光性接着部材19は、後述する接合部材14と同じ部材を使用できる。
(第一光反射性部材15)
第一光反射性部材15は、発光素子11の電極形成面11d及び側面を被覆している。詳細には、第一光反射性部材15は、発光素子11の電極形成面11d、透光性接着部材19で覆われていない発光素子11の側面、及び透光性接着部材19の外側面を被覆している。発光素子ユニット3において、第一光反射性部材15は、透光性部材10と接しており、第一光反射性部材15の外側面と透光性部材10の外側面は略同一平面である。
第一光反射性部材15は、光反射性に優れた材質で、好ましくは、光を反射する添加物である白色粉末等を透明樹脂に添加している白色樹脂である。発光素子ユニット3は、発光素子11の主発光面11cを除く他の面を第一光反射性部材15で被覆することにより、主発光面11c以外の方向への光の漏れを抑制している。すなわち、第一光反射性部材15は、発光素子11の側面や電極形成面11dから出射される光を反射して、発光素子11の発光を有効に導光板1の第一主面1cから外部に放射させて、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。
第一光反射性部材15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白色樹脂が適している。第一光反射性部材15は、白色粉末等の白色の顔料を含有させた樹脂であることが好ましい。特に、酸化チタン等の無機白色粉末を含有させたシリコーン樹脂が好ましい。
第一光反射性部材15は、発光素子11の側面の少なくとも一部に接しており、発光素子11の周囲にあって発光素子11を埋設して、発光素子11の電極11bを表面に露出させている。
(導光板1)
導光板1は、光源から入射される光を面状にして外部に放射する透光性の部材である。導光板1は、発光面となる第一主面1cと、第一主面1cと反対側に第二主面1dとを備える。導光板1は、第二主面1dに複数の凹部1bを設けている。又、第1実施形態では隣接する凹部1bの間に溝1eを設けている。
又、凹部1b内には、発光素子ユニット3の一部を配置している。詳細には、透光性部材10が、凹部1bの底面と対向するように発光素子ユニット3の一部を導光板1の凹部1bに配置する。これにより、発光モジュール100全体の薄型化が可能になる。導光板1は、複数の凹部1bを設けて各々の凹部1bに発光素子ユニット3の一部を配置して発光モジュール100とすることができる。
溝1eに配置される第二光反射性部材16は、詳細には後述するが、好ましくは発光素子ユニット3からの光を反射する白色樹脂である。第二光反射性部材16が白色樹脂であると、発光素子11の光が、溝1eで区画された隣の導光板1に入射することを抑制して、各々の発光素子11の光が隣に漏れることを抑制できる。
導光板1の大きさは、発光モジュール100を液晶ディスプレイ装置のバックライト光源に用いる場合には、液晶ディスプレイ装置の大きさにより適宜設定される。導光板1の大きさは、例えば、複数の凹部1bを有する導光板1にあっては、一辺が1cm〜200cm程度とすることができ、3cm〜30cm程度が好ましい。導光板1の厚みは0.1mm〜5mm程度とすることができ、0.1mm〜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等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できるため、好ましい。中でも、透明性が高く、安価なポリカーボネートが好ましい。製造工程において、半田リフローのような高温環境に曝されることなく製造される発光モジュール100の導光板1には、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。
又、導光板1は、単層で形成されてもよく、複数の透光性の層が積層されて形成されてもよい。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できる。
又、導光板1の第一主面1c上に透光性の層と、導光板1の第一主面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できる。
(凹部1b)
導光板1は、第二主面1d側に、凹部1bを設けている。発光素子ユニット3の一部は、透光性部材10が凹部1bの底面と対向するように凹部1b内に配置される。
凹部1bの内側面は、平面視において、発光素子ユニット3の外側面よりも大きい。詳細には、図3に示すように、凹部1bの内側面は、発光素子ユニット3の外側面より外側に位置する。
導光板1は、平面視において、凹部1bの内形を四角形として、凹部1b内に配置する発光素子ユニット3の外形も四角形としている。四角形の凹部1bに配置される四角形の発光素子ユニット3は、発光素子ユニット3の各外側面が、対向する凹部1bの内側面に平行となるように配置できるが、後述のように、この形態には限定されない。
凹部1bの平面視における大きさは、発光素子ユニット3の外形によって適宜変更できる。凹部1bの平面視における大きさは、例えば、円形にあっては直径、楕円形にあっては長径、四角形にあっては対角線の長さを、例えば、0.05mm〜10mmとすることができ、0.1mm〜2mmとすることが好ましい。凹部1bの深さは、0.05mm〜4mmとすることができ、0.1mm〜1mmとすることが好ましい。
凹部1bの平面形状は、例えば、略矩形、略円形とすることができ、凹部1bの配列ピッチ等によって選択可能である。凹部1bの配列ピッチ(最も近接した2つの凹部1bの中心間の距離)が略均等である場合には、略円形又は略正方形が好ましい。中でも、略円形とすることは、発光素子ユニット3からの光を良好に広げることに効果がある。
凹部1bの底面から第二主面1dまでの凹部1bの高さは、断面視において、より好ましくは、図3に示すように、発光素子11の主発光面11cと第二主面1dが略同一平面になる凹部1bの高さとしてもよい。又、凹部1bの高さを、凹部1bに発光素子11を実装した状態で、発光素子11の上面が第二主面1dよりも高くなるようにしてもよい。これによって、発光素子11を凹部1bから突出させて、電極11bの配線作業等を容易に行うことができる。このように、発光素子11の高さに応じて、凹部1bの高さを調整することが好ましい。
(接合部材14)
接合部材14は、透光性の部材であり、凹部1bの内側面及び発光素子ユニット3の外側面と接している。又、接合部材14は、凹部1bの外側に位置する第一光反射性部材15の一部と接するように、言い換えると、透光性部材10の外側面から第一光反射性部材15の外側面に跨がる領域を被覆するように配置されている。
更に、接合部材14の外側面は、傾斜面14aである。傾斜面14aは、第一光反射性部材15の外側面との間でなす傾斜角αが鋭角となるように形成されている。接合部材14が傾斜面14aを有することで、接合部材14を透過して傾斜面14aに入射する光を一様な状態で発光面側に反射できる。又、接合部材14は、透光性部材10と凹部1bの底面の間に配置されてもよい。
更に、接合部材14は、導光板1の第二主面1dと接している。これにより、傾斜面14aが形成される領域を広くして多くの光を反射できるようにし、輝度ムラを低減している。接合部材14の傾斜面14aが第一光反射性部材15の外側面となす傾斜角αは、5°〜85°、好ましくは5°〜50°、より好ましくは10°〜45°とすることができる。
接合部材14は、凹部1bの内部において、凹部1bの内側面と発光素子ユニット3の外側面の間を満たし、導光板1の第二主面1dと接するように裾状に拡がる。発光素子ユニット3の外側面と凹部1bの内側面との間の幅d1は、凹部1bの内径と、発光素子ユニット3の外径、或いはこれらの形状や発光素子ユニット3を凹部1bに実装する際の姿勢、発光素子ユニット3の実装位置の公差等によって変化する。加えて、接合部材14の高さ、すなわち発光素子ユニット3の高さ(発光素子11の高さや透光性部材10の厚さ)、凹部1bの深さ(高さ)によっても、傾斜角αは変化する。よって、これらの各条件に応じて、第二主面1dに向かって裾広がりの接合部材14の傾斜面14aが第一光反射性部材15の外側面となす傾斜角αも設定される。
接合部材14として、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。又、接合部材14は、光の透過率を60%以上とし、好ましくは90%以上とする。更に、接合部材14は、拡散材等を含み、或いは光を反射する添加物である白色粉末等を含んでもよいし、拡散材や白色粉末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。
(光学機能部1a)
導光板1は、第一主面1c側に、発光素子ユニット3からの光の反射や拡散機能を有する光学機能部1aを設けることができる。導光板1は、発光素子ユニット3からの光を側方に広げ、導光板1の面内における発光強度を平均化できる。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。
光学機能部1aは、例えば、第一主面1c側に設けられた円錐(図3及び図13参照)や四角錐、六角錐等の多角錐形等の凹み、或いは、円錐台(図14参照)や多角錐台等の凹みである。これにより、導光板1と、光学機能部1a内にある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ユニット3の側方方向に反射できる。
又、光学機能部1aは、例えば、傾斜面を有する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1aである凹みの深さは、前述の凹部1bの深さを考慮して決定される。すなわち、光学機能部1aと凹部1bの深さは、これらが離間している範囲で適宜設定できる。
光学機能部1aは、後述するように、それぞれの発光素子ユニット3に対応する位置、つまり、第二主面1d側に配置された発光素子ユニット3と反対側の位置に設けられることが好ましい。特に、発光素子ユニット3の光軸と、光学機能部1aの中心軸とが略一致することが好ましい。
従って、第一主面1cに形成される光学機能部1aは、その中心が第二主面1dに形成される凹部1bの底面の中心と一致するように設けられる。これにより、凹部1bの中心に発光素子ユニット3を配置することで、発光素子ユニット3の光軸を光学機能部1aの中心軸に容易に一致させることが可能となる。光学機能部1aの大きさは、適宜設定できる。
導光板1に複数の凹部1bと光学機能部1aを設けて、凹部1bに発光素子ユニット3を配置する構造によって、発光素子ユニット3と光学機能部1aとの両方を高い位置精度で配置できる。このことにより、発光素子11からの光を光学機能部1aで精度よく均一化させ、輝度ムラや色ムラの少ない良質なバックライト光源とすることができる。
このように、導光板1において、発光素子ユニット3を配置する凹部1bの位置に光学機能部1aを設けることで、発光素子11と光学機能部1aとの位置決めをより容易にでき、位置ずれを抑制し配置できる。
複数の凹部1bのある導光板1に複数の発光素子ユニット3を配置する発光モジュール100は、導光板1の平面視において、発光素子ユニット3を二次元に配列する。好ましくは、複数の発光素子ユニット3は、図1に示すように、直交する二方向、つまり、x方向及びy方向に沿って二次元的に配列される凹部1bに配置される。
複数の発光素子ユニット3を配置する凹部1bのx方向の配列ピッチpxと、y方向の配列ピッチpyは、図1の例に示すように、x方向及びy方向の間でピッチが同じであってもよいし、異なってもよい。又、配列の二方向は必ずしも直交していなくてもよい。
又、x方向又は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1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ユニット3を配置する凹部1bが配列されてもよい。なお、凹部1bに配置される発光素子ユニット3間のピッチとは、発光素子ユニット3の光軸間の距離、すなわち中心間の距離である。
(第二光反射性部材16)
第二光反射性部材16は、導光板1の第二主面1dの一部と発光素子ユニット3の一部を覆っている。詳細には、第二光反射性部材16は、導光板1の第二主面1d、透光性の接合部材14の傾斜面14a、及び第一光反射性部材15の外側面において接合部材14で被覆していない領域を被覆する。
第二光反射性部材16は、発光素子11から出射する光、導光板1内に入射した光を反射し、外部に光を放射する発光面となる第一主面1c側に光を導くことで、光取り出し効率を向上できる。又、第二光反射性部材16を導光板1に積層することで、導光板1を補強できる。更に、発光素子11を保護する部材と導光板1の第二主面1dの表面を反射する層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。
第二光反射性部材16は、前述の第一光反射性部材15と同じ材料、すなわち、光を反射する添加物である白色粉末等を透明樹脂に添加している白色樹脂が好適に使用できる。第二光反射性部材16は、発光素子11の発光を有効に導光板1の第一主面1cから外部に放射させる。
又、第二光反射性部材16は、第一光反射性部材15と同じように発光素子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白色樹脂が適している。白色樹脂は、白色粉末等の白色の顔料を含有させた樹脂であることが好ましい。特に、酸化チタン等の無機白色粉末を含有させたシリコーン樹脂が好ましい。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を安価にできる。
なお、第一光反射性部材15と第二光反射性部材16を含めて、光反射性部材17と称する場合がある。
(発光素子ユニット3(1)及び(2)の配置と電極の配線)
図2及び図3に示すように、発光モジュール100において、複数の発光素子ユニット3(1)と、複数の発光素子ユニット3(2)とは、交互に配置されている。
詳細には、複数の発光素子11(1)と、発光素子11(1)とは発光特性の異なる複数の発光素子11(2)が、電極11bを導光板1の第一主面1c(光取出し面)と反対側に向けて交互に実装されている。このような配置により、発光モジュール100の輝度ムラを低減できる。なお、発光モジュール100の輝度ムラを更に低減するために、発光面となる導光板1の第一主面1cに拡散層を設けてもよい。拡散層としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)系の拡散シートが挙げられる。
複数の発光素子11(1)と複数の発光素子11(2)の配置は、特に限定されないが、例えば、市松模様を形成するように配置してもよい。市松模様は、発光モジュール100の輝度ムラを低減することに関し、特に好適な配置である。
なお、図2では、8個の発光素子11(1)と8個の発光素子11(2)が4行4列の行列状に配置されているが、これには限定されない。発光素子11(1)及び11(2)の個数、行数、列数は、目的に応じて適宜選択できる。
第一光反射性部材15は、配線形成面15aから、各々の発光素子11(1)の電極11b及び各々の発光素子11(2)の電極11bを露出するように、各々の発光素子11(1)及び11(2)を被覆している。又、第二光反射性部材16の配線形成面16aは、配線形成面15aと連続しており、配線形成面15aと略同一平面を形成している。
配線形成面15a及び16aには、各々の発光素子ユニット3(1)の発光素子11(1)の電極11b同士を接続する第1配線5(1)と、各々の発光素子ユニット3(2)の発光素子11(2)の電極11b同士を接続する第2配線5(2)が形成されている。
第1配線5(1)及び第2配線5(2)は、例えば、Ni/Ru/Auをこの順番で積層した積層膜である。この場合、例えば、Niの膜厚を2〜8nm程度、Ruの膜厚を9〜15nm程度、Auの膜厚を22〜28nm程度とすることができる。但し、これらは、第1配線5(1)及び第2配線5(2)の材料や膜厚の一例を示すものである。
なお、図2において、便宜上、第1配線5(1)と第2配線5(2)とを、異なるドットパターンで示している。高密度のドットパターンで示している部分が第1配線5(1)であり、低密度のドットパターンで示している部分が第2配線5(2)である。つまり、高密度のドットパターンで示している部分に配置されているのが発光素子ユニット3(1)の発光素子11(1)であり、低密度のドットパターンで示している部分に配置されているのが発光素子ユニット3(2)の発光素子11(2)である。
図4(a)は、図2に示す第1配線5(1)のみにドットパターンを付した図であり、図4(b)は、第1配線5(1)による発光素子11(1)の接続を示す図である。
図4(a)に示すように、例えば、第1配線5(1)の6(1)の部分をアノード側外部接続端子、第1配線5(1)の6(2)の部分をカソード側外部接続端子とする。この場合、図4(b)に示すように、2つの発光素子11(1)の直列回路が4つ並列に接続される。アノード側外部接続端子6(1)とカソード側外部接続端子6(2)との間に所定電圧を印加すると、各々の発光素子11(1)に電流が流れ、各々の発光素子11(1)が発光する。
図5(a)は、図2に示す第2配線5(2)のみにドットパターンを付した図であり、図5(b)は、第2配線5(2)による発光素子11(2)の接続を示す図である。
図5(a)に示すように、例えば、第2配線5(2)の6(3)の部分をアノード側外部接続端子、第2配線5(2)の6(4)の部分をカソード側外部接続端子とする。この場合、図5(b)に示すように、2つの発光素子11(2)の並列回路が4つ直列に接続される。アノード側外部接続端子6(3)とカソード側外部接続端子6(4)との間に所定電圧を印加すると、各々の発光素子11(2)に電流が流れ、各々の発光素子11(2)が発光する。
発光モジュール100において、複数の発光素子11(1)と複数の発光素子11(2)は独立に発光させることもできるし、同時に発光させることもできる。
例えば、発光素子11(1)と発光素子11(2)の発光波長が異なれば、発光素子11(1)のみを発光、発光素子11(2)のみを発光、発光素子11(1)と発光素子11(2)を同時に発光、の3パターンを切り替えることで、3色の発光が可能となる。
或いは、発光色の切替ではなく、白昼色と電球色との混合による調光も可能である。
或いは、発光素子11(1)と発光素子11(2)の発光波長が同じで、発光素子11(1)を輝度の低い選別ランク品、発光素子11(2)を輝度の高い選別ランク品とし、発光素子11(1)の電流を発光素子11(2)の電流よりも大きくしてもよい。これにより、輝度ムラの低減が可能となる。
図6は、図2の部分拡大平面図である。図2及び図6に示すように、第1配線5(1)は、発光素子11(2)のアノード電極111とカソード電極112に挟まれた電極間領域11mを通過する電極間配線を含む。一方、第2配線5(2)は、発光素子11(1)のアノード電極111とカソード電極112に挟まれた電極間領域11nを通過する配線を含まない。
なお、図6では、図2の左端の1列の上から2つの発光素子の部分を拡大して説明するが、図2の左端の1列の下から2つの発光素子の部分も、配線が略同様にパターニングされている。又、他の列についても、配線が略同様にパターニングされている。
第1配線5(1)及び第2配線5(2)をこのようにパターニングすることで、交互に配置された発光素子11(1)及び11(2)の各々の電極11b同士を、ジャンパーやスルーホールを用いることなく配線できる。
又、電極間領域11mを通過する電極間配線の両側には、一定幅の分離溝7(1)及び7(2)が形成されている。分離溝7(1)と分離溝7(2)とは、平行である。分離溝7(1)及び7(2)の幅は、特に限定されるものではないが、例えば、10μm以上30μm以下である。
ここで、一定幅とは、完全に幅が一定の場合のみではなく、最小幅と最大幅との差が5μm以下の場合を含むものとする。又、平行とは、完全に平行の場合のみではなく、最小ピッチと最大ピッチとの差が5μm以下の場合を含むものとする。
分離溝7(1)は、発光素子11(2)のアノード電極111と接続された第2配線5(2)と、電極間領域11mを通過する第1配線5(1)の電極間配線とを分離している。分離溝7(2)は、発光素子11(2)のカソード電極112と接続された第2配線5(2)と、電極間領域11mを通過する第1配線5(1)の電極間配線とを分離している。なお、電極間領域11mを通過する第1配線5(1)の電極間配線の幅は、特に限定されるものではないが、例えば、30μm以上100μm以下である。
電極間領域11mを通過する電極間配線並びに分離溝7(1)及び7(2)は、発光素子11(2)の電極間領域11mから、図6において発光素子11(2)の下側に隣接する発光素子11(1)の方向に延伸する。
分離溝7(2)は、発光素子11(2)の手前で分離溝7(3)及び7(4)の2つに分岐する。そして、分離溝7(3)は、発光素子11(1)の電極間領域11nを通過し、発光素子11(1)のアノード電極111に接続された第1配線5(1)と、発光素子11(1)のカソード電極112に接続された第1配線5(1)とを分離する。
分離溝7(1)は、発光素子11(1)のアノード電極111の外側を通過して、発光素子11(1)の電極間領域11nを通過した分離溝7(3)と合流する。分離溝7(4)は、発光素子11(1)のカソード電極112の外側を通過する。
このように、第1配線5(1)と第2配線5(2)とを、一定幅の複数の分離溝で分離して互いに絶縁する構造は、図10(f)等を参照して後述するレーザを用いた加工方法により容易に実現できる。
(発光モジュール100の製造工程)
図7及び図8は、第1実施形態に係る発光素子ユニットの製造工程を例示する図である。図7及び図8に示す工程では、発光素子ユニット3を準備する。
図7(a)及び図7(b)に示す工程で、発光素子11の主発光面11cを覆う透光性部材10を形成する。
まず、図7(a)に示す工程で、ベースシート30の上面に均一な厚さで透光性部材10を配置する。具体的には、例えば、ベースシート30の上面に、粘着層を介して剥離できるように、透光性部材10を付着する。
次に、図7(b)に示す工程で、ベースシート30の下面がプレート33の上面に接するように、図7(a)に示す構造体をプレート33の上面に配置する。
次に、図7(c)に示す工程で、透光性部材10上に、複数の発光素子11(1)と複数の発光素子11(2)を、各々の電極11bを透光性部材10と反対側に向けて交互に実装する。複数の発光素子11(1)と複数の発光素子11(2)は、例えば、市松模様を形成するように配置できる。発光素子11の主発光面11c側が透光性部材10に接合される。
発光素子11(1)及び11(2)は、透光性接着部材19を介して透光性部材10に接合する。透光性接着部材19は、透光性部材10上、及び/又は、発光素子11(1)及び11(2)の主発光面11c上、に塗布されて、発光素子11(1)及び11(2)と透光性部材10を接合する。このとき、図7(c)に示すように、塗布された透光性接着部材19が発光素子11(1)及び11(2)の側面に這い上がり、発光素子11(1)及び11(2)の側面の一部を透光性接着部材19が被覆する。又、透光性部材10と発光素子11(1)及び11(2)の主発光面11cの間にも透光性接着部材19を配置してもよい。
発光素子11(1)と発光素子11(2)の間隔は、図8(f)で示すように、発光素子11(1)と発光素子11(2)の間を切断して、透光性部材10の外形が所定の大きさとなる寸法に設定される。発光素子11(1)と発光素子11(2)の間隔が、透光性部材10の外形を特定するからである。
次に、図8(d)に示す工程で、発光素子11(1)及び11(2)を埋設するように、第一光反射性部材15を形成する。第一光反射性部材15は、好ましくは白色樹脂である。第一光反射性部材15は、透光性部材10上に配置され、発光素子11(1)及び11(2)を埋設する状態で硬化する。第一光反射性部材15は、発光素子11(1)及び11(2)を完全に埋設する厚さ、図8(d)にあっては発光素子11(1)及び11(2)の各々の電極11bを埋設する厚さに配置される。第一光反射性部材15は、圧縮成形、トランスファー成形又は塗布等で成形できる。
次に、図8(e)に示す工程で、硬化した第一光反射性部材15の一部を除去して発光素子11(1)及び11(2)の各々の電極11bを露出させる。更に、第一光反射性部材15から露出する電極11bには、図示しないが、導電膜を用いて電極保護端子を形成してもよい。この場合、第一光反射性部材15の表面に、銅、ニッケル、金等の導電膜をスパッタ法等で設けて電極11bに接続し、その後、導電膜の一部を除去して、電極11bに導電膜を積層して発光素子ユニット3の電極保護端子とする。導電膜の除去には、ドライエッチング、ウエットエッチング、レーザアブレーション等を用いることができる。
次に、図8(f)に示す工程で、第一光反射性部材15と、透光性部材10を裁断して発光素子ユニット3(1)及び3(2)に個片化する。個片化された発光素子ユニット3(1)及び3(2)では、透光性部材10に発光素子11(1)及び11(2)が接合される。又、発光素子11(1)及び11(2)の周囲には第一光反射性部材15が設けられ、電極11bを第一光反射性部材15の表面に露出させている。
以上、発光素子ユニットの準備について、上述の全ての工程を行ってもよいし、一部の工程を行ってもよい。或いは、発光素子ユニットを購入によって準備してもよい。
図9及び図10は、第1実施形態に係る発光モジュールの製造工程を例示する図である。以上の工程で製造された発光素子ユニット3は、図9及び図10に示す工程で、導光板1の凹部1bに接合される。
まず、第二主面1dに凹部1bが設けられた導光板1を準備する。導光板1は、例えば、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂からなり、図9(a)及び図9(b)に示すように、第二主面1dに凹部1bが設けられている。
導光板1は、例えば、射出成型やトランスファーモールド、圧縮成形等で成形できる。導光板1は、凹部1bのある形状に金型で形成して、凹部1bの位置ずれを低減しながら、安価に多量生産できる。但し、導光板1は、板状に成形した後、NC加工機等で切削加工して凹部を設けることもできる。又、第一主面1cに、例えば円錐状の光学機能部1aを設けることもできる。
導光板1の凹部1bに、発光素子ユニット3が接合される。発光素子ユニット3は、液状である透光性の接合部材14を塗布した凹部1b内に、発光素子ユニット3の一部を配置する。詳細には、発光素子ユニット3の透光性部材10が、凹部1bの底面に対向するように配置する。又、第一光反射性部材15の一部は、凹部1bの外に位置する。
発光素子ユニット3は、平面視において、透光性部材10の中心と凹部1bの中心が一致するように配置し、接合部材14を硬化させて導光板1に接合される。平面視において、凹部1bの内側面は、発光素子ユニット3の外側面より大きく、凹部1b内に発光素子ユニット3の一部を配置した際、凹部1bの内側面と発光素子ユニット3の外側面との間にスペース18が形成される。スペース18は、凹部1bに塗布される未硬化状態の接合部材14で充填される。
又、凹部1b内に塗布する接合部材14の塗布量を調整することで、凹部1bの内側面と発光素子ユニット3の外側面との間のスペース18から凹部1bの外側まで接合部材14が押し出される。凹部1bから押し出される接合部材14は、第一光反射性部材15の一部と接する位置まで這い上がって第一光反射性部材15の一部を被覆する。更に、接合部材14は、第二主面1dと接する位置まで広がって、第二主面1dの一部を被覆する状態で、接合部材14の上面は、垂直断面視において、発光素子ユニット3の上端部から外側に向かって傾斜面14aが形成される。接合部材14の傾斜面14aは、第一光反射性部材15の外側面との間でなす角を鋭角とし、好ましくは傾斜角αが5°〜50°となるように形成される。
凹部1bに塗布する接合部材14の塗布量は、発光素子ユニット3を凹部1bに接合する状態で、発光素子ユニット3の外側面を被覆する接合部材14が導光板1の第二主面1dよりも高くなる量、すなわち凹部1bから外側に溢れるような量にできる。但し、接合部材14の塗布量は、接合部材14の傾斜面14aと第一光反射性部材15の外側面と接する位置が、発光素子ユニット3の外側面の電極側の縁よりも低くなるように調整される。
又、未硬化状態の接合部材14は、発光素子ユニット3を導光板1に接合した後、スペース18に塗布して第一光反射性部材15の一部を被覆する位置まで設けてもよい。換言すると、凹部1b内に発光素子ユニット3の一部を配置する際、接合部材14が凹部1b内に収まる量を塗布する。その後、発光素子ユニット3の外側面、詳細には、第一光反射性部材15の外側面を被覆するように、接合部材14を更に塗布する。このとき、接合部材14の塗布量は、発光素子ユニット3の外側面全てを被覆しない量とする。又、接合部材14が導光板1の第二主面1dの一部を被覆するように接合部材14を塗布することがより好ましい。
発光素子ユニット3を導光板1に配置した後、図9(c)に示す工程で、第二光反射性部材16を導光板1の第二主面1dに形成する。第二光反射性部材16は発光素子ユニット3を内部に埋設する厚さに形成される。
次に、図10(d)に示す工程で、硬化した第二光反射性部材16の一部を除去して、電極11bを表面に露出させる。第二光反射性部材16の配線形成面16aは、配線形成面15aと連続し、配線形成面15aと略同一平面を形成する。
なお、図9(c)に示す工程では、第二光反射性部材16を、発光素子ユニット3を内部に埋設する厚さに形成したが、電極11bの表面と同一平面、又は電極11bの表面よりも低い位置となる厚さに形成して、上述した除去工程を省略してもよい。
次に、図10(e)に示す工程で、発光素子11の電極11bの表面を含む光反射性部材17の表面(第一光反射性部材15の配線形成面15a及び第二光反射性部材16の配線形成面16a)の全面に金属層24を形成する。金属層24は、例えば、スパッタ法によりNi/Ru/Auをこの順番で積層して形成する。この場合、例えば、Niの膜厚を2〜8nm程度、Ruの膜厚を9〜15nm程度、Auの膜厚を22〜28nm程度とすることができる。但し、これらは、金属層24の材料や膜厚の一例を示すものである。
金属層24の形成には、スパッタ法に代えて、蒸着法、原子層堆積(Atomic Layer Deposition;ALD)法、有機金属化学的気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;MOCVD)法、プラズマCVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition;PECVD)法、大気圧プラズマ成膜法等を用いてもよい。
次に、図10(f)に示す工程で、金属層24をレーザにより部分的に除去し、各々の発光素子11(1)の電極11b同士を接続する第1配線5(1)、及び各々の発光素子11(2)の電極11b同士を接続する第2配線5(2)を形成する。
金属層24にレーザを照射することで、例えばレーザアブレーションが生じ、金属層24の一部が除去される。レーザアブレーションとは、固体の表面に照射されるレーザの照射強度がある大きさ(閾値)以上になると、固体の表面が除去される現象である。レーザアブレーションを利用することで、マスク等を用いることなく、金属層24のパターニングが可能である。
レーザは、照射スポットを金属層24上で連続的又は逐次移動させることにより、金属層24に照射できる。レーザは、連続して照射してもよく、パルス照射でもよい。レーザの強度、照射スポットの径及び照射スポットの移動速度は、光反射性部材17や金属層24の熱伝導率及びそれらの熱伝導率差等を考慮して、光反射性部材17上の金属層24がレーザアブレーションが生じるように設定できる。なお、レーザの照射スポットの径は、直径20μm程度が好ましい。
レーザの波長は、金属層24に対する反射率が低い波長、例えば反射率が90%以下である波長を選択することが好ましい。例えば、金属層24の最表面がAuである場合には、発光波長が赤色領域(例えば640nm)のレーザよりも、緑色領域(例えば532nm)のレーザや、緑色領域より短波長の紫外領域(例えば355nm)のレーザを用いることが好ましい。これにより、アブレーションを効率よく発生させ、量産性を高めることができる。
電極11b間を走査するレーザは、発光素子11の実装時の回転に応じて角度補正をすることが好ましい。
なお、図10(f)に示す工程は、アノード電極111とカソード電極112とに挟まれた電極間領域に、一定幅の2本の分離溝を形成し、電極間領域に第1配線5(1)に含まれる電極間配線を形成すると共に、アノード電極111と接続される第2配線5(2)とカソード電極112と接続される第2配線5(2)とを分離する工程を含む。
このような工程により、アノード電極111と接続される第2配線5(2)とカソード電極112と接続される第2配線5(2)を離間すると共に、アノード電極111とカソード電極112とに挟まれた電極間領域に別経路の第1配線5(1)を形成できる。そのため、製造工程の効率化が可能となる。
以上の工程により、1枚の導光板1に複数の発光素子ユニット3を配置した発光モジュール100が製造できる。
このように、発光モジュール100は、導光板1に実装後の発光素子11(1)及び11(2)の各々の電極11bに、第1配線5(1)及び第2配線5(2)が直接接続される構造である。そのため、発光素子の電極と配線とをフリップチップ接続する特許文献1等に記載の構造と比較して、発光素子11(1)及び11(2)の実装精度の要求を緩和できる。
又、発光モジュール100では、互いに発光特性の異なる発光素子11(1)と発光素子11(2)が交互に実装されているため、輝度ムラを低減できる。又、発光モジュール100では、互いに発光特性の異なる発光素子11(1)と発光素子11(2)が交互に実装されているため、発光色の切替や、白昼色と電球色との混合による調光等が可能である。
又、発光モジュール100では、導光板1に凹部1bを設けて、凹部1bに発光素子ユニット3を配置するので、全体を薄型化できる。又、導光板1に凹部1bを設けて、凹部1bに発光素子ユニット3を配置するので、発光素子ユニット3と導光板1との実装精度が向上する。
特に、発光素子11に透光性部材10を接合して、発光素子11と透光性部材10とが一体構造となった発光素子ユニット3を導光板1の凹部1bに配置する構造とすることで、透光性部材10と発光素子11の導光板1への実装精度が向上する。これにより、優れた発光特性を実現できる。
又、発光素子11の光を透光性部材10に透過させて導光板1に導光し、外部に放射する発光モジュール100においては、発光素子11と透光性部材10と導光板1とを精度よく配置できる。そのため、導光板1から外部に放射される光の色ムラや輝度ムラ等の発光特性を改善して、特に優れた発光特性を実現できる。
又、接合部材14が、透光性部材10の外側面、導光板1の内側面と接し、更に、凹部1bの外に位置する第一光反射性部材15と接することで、透光性部材10から第二光反射性部材16側に出た光をより発光素子ユニット3の側方に導くことができる。そのため、輝度ムラが改善される。又、透光性部材10からの出射光をより多く導光板1に入射可能となるため、光取り出し効率を向上できる。
〈第1実施形態の変形例1〉
第1実施形態の変形例1では、1つの凹部が形成された導光板に1つの発光素子ユニットを配置し、複数の導光板を平面状に配置する例を示す。なお、第1実施形態の変形例1において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図11は、第1実施形態の変形例1に係る発光モジュールの模式底面図(その1)である。図12は、第1実施形態の変形例1に係る発光モジュールの模式底面図(その2)である。
図11に示す発光モジュール100Aのように、1つの凹部1bが形成された導光板1Aに1つの発光素子ユニット3を配置し、複数の導光板1Aを平面状に配置してもよい。この場合、導光板1Aの第二主面1dの外周部に、外周縁に向かって傾斜面1fを設けてもよい。
傾斜面1fは、その表面に、第二光反射性部材16が設けられる。傾斜面1fに接合される第二光反射性部材16は、導光板1Aの周囲に光が漏れることを防止して、導光板1Aの第一主面1cからの出射光の発光強度の低下を防止する。
導光板1Aにおいて、例えば、平面視において、凹部1bの内形は四角形であり、凹部1b内に配置する発光素子ユニット3の外形も四角形である。この場合、例えば、図11に示すように、発光素子ユニット3の各外側面が、対向する凹部1bの内側面に平行となるように配置できる。
但し、図12に示す発光モジュール100Bのように、発光素子ユニット3の各外側面が、凹部1bの各内側面に対し45°回転するように配置することが好ましい。又、発光モジュール100A及び100Bにおいて、平面視において、凹部1bの底面の中心と発光素子ユニット3の中心が略一致するように配置されることが好ましい。これらにより、発光素子ユニット3の側面から凹部1bの内側面までの距離を一定にでき、発光モジュール100A及び100Bの色ムラを改善できる。
このように、外形を四角形とする発光素子ユニット3は、四角形の凹部1bに対して各々の辺が交差、言い換えると、四角形の凹部1bに対して回転する姿勢で配置してもよい。なお、図12の例は、発光素子ユニット3を、発光素子ユニット3の中心を回転軸として四角形の凹部1bに対して45°回転させた配置である。
〈第1実施形態の変形例2〉
第1実施形態の変形例2では、接合部材14の傾斜面14aに関する変形例を示す。なお、第1実施形態の変形例2において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図13は、第1実施形態の変形例2に係る発光モジュールの拡大模式断面図(その1)であり、1つの発光素子ユニット3の近傍を拡大して図示している。図14は、第1実施形態の変形例2に係る発光モジュールの拡大模式断面図(その2)であり、1つの発光素子ユニット3Aの近傍を拡大して図示している。図15は、図13に示す発光モジュールの傾斜面14a近傍の拡大模式断面図(その1)である。図16は、図13に示す発光モジュールの傾斜面14a近傍の拡大模式断面図(その2)である。
図13に示す発光モジュール100Cや図14に示す発光モジュール100Dのように、透光性の接合部材14において、傾斜面14aを、断面視において、曲面とすることもできる。なお、図14に示す発光素子ユニット3Aは、透光性部材10の外側面に透光性樹脂部20を更に有している点が、図13に示す発光素子ユニット3と相違する。
傾斜面14aが曲面の場合において、傾斜角αは、図15に示すように、接合部材14の傾斜面14aが第一光反射性部材15の外側面を被覆する上限と、導光板1の第二主面1dを被覆する外縁とを結んだ直線(図15において破線)が、第一光反射性部材15の外側面となす角で規定される。
図13に示す発光モジュール100Cや図14に示す発光モジュール100Dでは、接合部材14において、傾斜面14aを凹部1b側に向かって凸状となる曲面としている。これにより、傾斜面14aにおける反射光の進行方向を広範囲にし、輝度ムラを低減できる。
更に、図14に示す発光モジュール100Dでは、接合部材14において、傾斜面14aは、図13に示す状態よりも導光板1の第二主面1dの外側まで被覆している。このように、断面視において、接合部材14が第二主面1dをより多く被覆していることが好ましい。これにより、傾斜面14aの面積を広くしてより多くの光を反射できる。但し、1つの導光板1が複数の発光素子ユニット3を有している場合、接合部材14は、隣接する発光素子ユニット3を被覆する接合部材14と接しないことが好ましい。
又、図13に示す発光モジュール100Cや図14に示す発光モジュール100Dにおいて、図16に示すように、傾斜面14aが第一光反射性部材15の外側面の全面を覆ってもよい。すなわち、図13や図14の例では、第一光反射性部材15の外側面の上部を残して部分的に傾斜面14aで被覆しているが、図16に示すように、傾斜面14aの上端を第一光反射性部材15の上端まで延長させてもよい。
図16のようにすることで、発光素子ユニットの側面方向の光も傾斜面14aで反射させて最大限利用でき、光をより外側に広げることが可能となる。なお、接合部材14が第一光反射性部材15を這い上がった上部において光漏れが懸念されるが、本発光モジュールでは、その上に第1配線5(1)又は第2配線5(2)があるため、第1配線5(1)又は第2配線5(2)の反射を利用して光漏れを抑制できる。
なお、図3等に示したように、傾斜面14aが断面視において曲面でない場合についても、図16と同様に傾斜面14aが第一光反射性部材15の外側面の全面を覆うことで、上記と同様の効果を奏する。
図14に示す発光モジュール100Dでは、発光素子ユニット3Aの透光性部材10の外側面に透光性樹脂部20を更に有しているため、発光素子ユニット3Aに個片化する工程において、透光性部材10の外側面を保護できる。透光性樹脂部20として、例えば、光の透過率を60%以上とし、好ましくは90%以上とする透光性の樹脂が使用できる。発光素子ユニット3Aは、透光性部材10と透光性樹脂部20に接するように第一光反射性部材15を設けている。
図14に示す発光モジュール100Dの発光素子ユニット3Aは、例えば、以下のようにして製造される。図17及び図18は、第1実施形態の変形例2に係る発光素子ユニットの製造工程を例示する図である。
まず、図17(a)に示す工程で、ベースシート30の上面に均一な厚さで透光性部材10を配置する。具体的には、例えば、ベースシート30の上面に、粘着層を介して剥離できるように、透光性部材10を付着する。
次に、図17(b)に示す工程で、透光性部材10を埋設するように、ベースシート30の上面に透光性樹脂部20を形成する。これにより、透光性部材10の外側面を透光性樹脂部20で被覆して保護できる。
次に、図17(c)に示す工程で、硬化した透光性樹脂部20の一部を除去して、透光性樹脂部20の上面から透光性部材10を露出させる。
次に、図17(d)で示す工程で、ベースシート30の下面がプレート33の上面に接するように、図17(c)に示す構造体をプレート33の上面に配置する。その後、各々の透光性部材10上に、複数の発光素子11(1)と複数の発光素子11(2)を、各々の電極11bを透光性部材10と反対側に向けて交互に実装する。複数の発光素子11(1)と複数の発光素子11(2)は、例えば、市松模様を形成するように配置できる。
具体的には、透光性部材10上、及び/又は、発光素子11(1)及び11(2)の主発光面11c上、に透光性接着部材19を塗布し、主発光面11c側を透光性部材10に接合する。発光素子11(1)及び11(2)は、各々の透光性部材10上に、平面視において、発光素子11(1)及び11(2)の主発光面11cの中心と各々の透光性部材10の中心が略一致するように接合される。
次に、図18(e)に示す工程で、発光素子11(1)及び11(2)を埋設するように、第一光反射性部材15を形成する。第一光反射性部材15は、透光性部材10上及び透光性樹脂部20上に塗布され、発光素子11(1)及び11(2)を埋設する状態で硬化する。
次に、図18(f)に示す工程で、硬化した第一光反射性部材15の一部を除去して発光素子11(1)及び11(2)の電極11bを露出させる。
次に、図18(g)に示す工程で、第一光反射性部材15と透光性樹脂部20とを切断して発光素子ユニット3A(1)及び3A(2)に個片化する。個片化された発光素子ユニット3A(1)及び3A(2)では、外周面が透光性樹脂部20で被覆された透光性部材10が、発光素子11(1)及び11(2)に接合される。そして、更に、発光素子11(1)及び11(2)の周囲には第一光反射性部材15が設けられ、電極11bを第一光反射性部材15の表面に露出させている。
以上の工程で製造された発光素子ユニット3A(1)及び3A(2)は、図9及び図10に示す前述の工程と同様にして、導光板1の凹部1bに接合された後、導光板1の第二主面1dと発光素子ユニット3A(1)及び3A(2)を被覆する第二光反射性部材16が形成される。これにより、発光モジュール100Dが製造される。
〈第1実施形態の変形例3〜5〉
第1実施形態の変形例3〜5では、発光素子の電極同士を接続する配線の変形例を示す。なお、第1実施形態の変形例3〜5において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図19は、第1実施形態の変形例3に係る発光モジュールを例示する模式底面図である。図20(a)は、図19に示す第1配線5(1)のみにドットパターンを付した図であり、図20(b)は、第1配線5(1)による発光素子11(1)の接続を示す図である。図21(a)は、図19に示す第2配線5(2)のみにドットパターンを付した図であり、図21(b)は、第2配線5(2)による発光素子11(2)の接続を示す図である。
図19に示す発光モジュール100Eでは、図2に示す発光モジュール100に対して破線で囲った分離溝を追加している。これにより、図20及び図21に示す回路接続となる。
図20(a)に示すように、例えば、第1配線5(1)の6(1)の部分をアノード側外部接続端子、第1配線5(1)の6(2)の部分をカソード側外部接続端子とする。この場合、図20(b)に示すように、8つの発光素子11(1)の直列回路となる。アノード側外部接続端子6(1)とカソード側外部接続端子6(2)との間に所定電圧を印加すると、各々の発光素子11(1)に電流が流れ、各々の発光素子11(1)が発光する。
図21(a)に示すように、例えば、第2配線5(2)の6(3)の部分をアノード側外部接続端子、第2配線5(2)の6(4)の部分をカソード側外部接続端子とする。この場合、図21(b)に示すように、8つの発光素子11(2)の直列回路となる。アノード側外部接続端子6(3)とカソード側外部接続端子6(4)との間に所定電圧を印加すると、各々の発光素子11(2)に電流が流れ、各々の発光素子11(2)が発光する。
図22は、第1実施形態の変形例4に係る発光モジュールを例示する模式底面図である。図23(a)は、図22に示す第1配線5(1)のみにドットパターンを付した図であり、図23(b)は、第1配線5(1)による発光素子11(1)の接続を示す図である。図24(a)は、図22に示す第2配線5(2)のみにドットパターンを付した図であり、図24(b)は、第2配線5(2)による発光素子11(2)の接続を示す図である。
図22に示す発光モジュール100Fでは、図2に示す発光モジュール100に対して破線で囲った分離溝を追加している。これにより、図23及び図24に示す回路接続となる。
図23(a)に示すように、例えば、第1配線5(1)の6(1)の部分をアノード側外部接続端子、第1配線5(1)の6(2)の部分をカソード側外部接続端子とする。この場合、図23(b)に示すように、4つの発光素子11(1)の直列回路が2つ並列に接続される。アノード側外部接続端子6(1)とカソード側外部接続端子6(2)との間に所定電圧を印加すると、各々の発光素子11(1)に電流が流れ、各々の発光素子11(1)が発光する。
図24(a)に示すように、例えば、第2配線5(2)の6(3)の部分をアノード側外部接続端子、第2配線5(2)の6(4)の部分をカソード側外部接続端子とする。この場合、図24(b)に示すように、4つの発光素子11(2)の直列回路が2つ並列に接続される。アノード側外部接続端子6(3)とカソード側外部接続端子6(4)との間に所定電圧を印加すると、各々の発光素子11(2)に電流が流れ、各々の発光素子11(2)が発光する。
図25は、第1実施形態の変形例5に係る発光モジュールを例示する模式底面図である。図26(a)は、図25に示す第1配線5(1)のみにドットパターンを付した図であり、図26(b)は、第1配線5(1)による発光素子11(1)の接続を示す図である。図27(a)は、図25に示す第2配線5(2)のみにドットパターンを付した図であり、図27(b)は、第2配線5(2)による発光素子11(2)の接続を示す図である。
図25に示す発光モジュール100Gでは、図2に示す発光モジュール100に対して破線で囲った分離溝を追加し、一点鎖線で囲った部分に設けられていた分離溝を削除している。これにより、図26及び図27に示す回路接続となる。
図26(a)に示すように、例えば、第1配線5(1)の6(1)の部分をアノード側外部接続端子、第1配線5(1)の6(2)の部分をカソード側外部接続端子とする。この場合、図26(b)に示すように、2つの発光素子11(1)の直列回路が4つ並列に接続される。アノード側外部接続端子6(1)とカソード側外部接続端子6(2)との間に所定電圧を印加すると、各々の発光素子11(1)に電流が流れ、各々の発光素子11(1)が発光する。
図27(a)に示すように、例えば、第2配線5(2)の6(3)の部分をアノード側外部接続端子、第2配線5(2)の6(4)の部分をカソード側外部接続端子とする。この場合、図27(b)に示すように、2つの発光素子11(2)の直列回路が4つ並列に接続される。アノード側外部接続端子6(3)とカソード側外部接続端子6(4)との間に所定電圧を印加すると、各々の発光素子11(2)に電流が流れ、各々の発光素子11(2)が発光する。
このように、図2に示す発光モジュール100をベースにして、分離溝の追加や削除を容易に行うことができる。これにより、複数の発光素子11(1)及び11(2)の各々が、互いに並列に接続された発光素子と、互いに直列に接続された発光素子とを含む、様々な配線の発光モジュールを実現できる。なお、追加の分離溝は、他の分離溝と同様に、レーザにより形成可能である。
〈第2実施形態〉
第2実施形態では、第1実施形態に係る発光モジュールをバックライト光源に用いた液晶表示装置の例を示す。なお、第2実施形態において、既に説明した実施形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。
図28は、第2実施形態に係る液晶ディスプレイ装置を例示する構成図である。図28に示すように、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及び110bと、拡散シート110cと、第1実施形態に係る発光モジュール100とを備える。
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を積層する、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、更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。
一般的に、直下型の液晶ディスプレイ装置では、液晶パネルと発光モジュールとの距離が近いため、発光モジュールの色ムラや輝度ムラが液晶ディスプレイ装置の色ムラや輝度ムラに影響を及ぼすおそれがある。そのため、直下型の液晶ディスプレイ装置の発光モジュールとして、色ムラや輝度ムラの少ない発光モジュールが望まれている。液晶ディスプレイ装置1000に発光モジュール100を用いることで、発光モジュール100の厚みを5mm以下、3mm以下、1mm以下等と薄くしながら、輝度ムラや色ムラを少なくできる。
なお、1つの発光モジュール100が1つの液晶ディスプレイ装置1000のバックライトとして用いられる場合には限定されず、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1000のバックライトとして用いられてもよい。例えば、小さい発光モジュール100を複数作製し、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11の数が多い発光モジュール100を作製する場合と比べて、歩留まりを向上させることができる。
このように、発光モジュール100は、導光板1から均一な光が放射されるため、液晶ディスプレイ装置1000のバックライトとして用いると好適である。
但し、これには限定されず、発光モジュール100は、テレビやタブレット、スマートフォン、スマートウォッチ、ヘッドアップディスプレイ、デジタルサイネージ、掲示板等のバックライトとしても好適に利用できる。又、発光モジュール100は、照明用の光源としても利用でき、非常灯やライン照明、或いは、各種のイルミネーションや車載用のインストール等にも利用できる。なお、発光モジュール100に代えて、発光モジュール100A〜100Gの何れかを用いてもよい。
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、導光板1上に、拡散等の機能を有する透光性の部材を更に積層してもよい。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の第一主面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。
1、1A 導光板
1a 光学機能部
1b 凹部
1c 第一主面
1d 第二主面
1e 溝
1f 傾斜面
3、3(1)、3(2)、3A、3A(1)、3A(2) 発光素子ユニット
5(1) 第1配線
5(2) 第2配線
7(1)、7(2)、7(3)、7(4) 分離溝
10 透光性部材
11、11(1)、11(2) 発光素子
11b 電極
11c 主発光面
11d 電極形成面
11m、11n 電極間領域
14 接合部材
14a 傾斜面
15 第一光反射性部材
15a、16a 配線形成面
16 第二光反射性部材
17 光反射性部材
18 スペース
19 透光性接着部材
20 透光性樹脂部
24 金属層
30 ベースシート
33 プレート
100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G 発光モジュール
110a、110b レンズシート
110c 拡散シート
111 アノード電極
112 カソード電極
120 液晶パネル
1000 液晶ディスプレイ装置

Claims (8)

  1. 光取出し面を有する導光板と、
    前記導光板の光取出し面と反対側の面に、電極を前記導光板の光取出し面と反対側に向けて交互に実装された、複数の第1発光素子、及び前記第1発光素子とは発光特性の異なる複数の第2発光素子と、
    第1面から各々の前記第1発光素子の電極及び各々の前記第2発光素子の電極を露出するように、各々の前記第1発光素子及び各々の前記第2発光素子を被覆する光反射性部材と、
    前記第1面に形成され、各々の前記第1発光素子の電極同士を接続する第1配線と、
    前記第1面に形成され、各々の前記第2発光素子の電極同士を接続する第2配線と、を有し、
    前記第1発光素子の電極は、アノード電極及びカソード電極を含み、
    前記第2発光素子の電極は、アノード電極及びカソード電極を含み、
    前記第1配線は、前記第2発光素子の前記アノード電極と前記カソード電極とに挟まれた電極間領域を通過する電極間配線を含み、
    前記第2配線は、前記第1発光素子の前記アノード電極と前記カソード電極とに挟まれた電極間領域を通過する配線を含まない発光モジュール。
  2. 前記電極間配線の両側には、一定幅の分離溝が形成され、
    前記分離溝の一方は、前記第2発光素子の前記アノード電極と接続された前記第2配線と前記電極間配線とを分離し、
    前記分離溝の他方は、前記第2発光素子の前記カソード電極と接続された前記第2配線と前記電極間配線と、を分離し、
    前記電極間配線並びに一方及び他方の前記分離溝は、前記第2発光素子の前記電極間領域から、前記第2発光素子に隣接する前記第1発光素子の方向に延伸する請求項に記載の発光モジュール。
  3. 前記分離溝の一方は、前記第2発光素子に隣接する前記第1発光素子の前記電極間領域を通過し、前記第1発光素子の前記アノード電極に接続された前記第1配線と、前記第1発光素子の前記カソード電極に接続された前記第1配線と、を分離する請求項に記載の発光モジュール。
  4. 前記分離溝の他方は、前記第2発光素子に隣接する前記第1発光素子の前記アノード電極又は前記カソード電極の外側を通過して、前記第1発光素子の前記電極間領域を通過した前記分離溝の一方と合流する請求項に記載の発光モジュール。
  5. 複数の前記第1発光素子は、互いに並列に接続された第1発光素子と、互いに直列に接続された第1発光素子と、を含み、
    複数の前記第2発光素子は、互いに並列に接続された第2発光素子と、互いに直列に接続された第2発光素子と、を含む請求項1乃至の何れか一項に記載の発光モジュール。
  6. 複数の前記第1発光素子と複数の前記第2発光素子は、市松模様を形成するように配置されている請求項1乃至の何れか一項に記載の発光モジュール。
  7. 請求項1乃至の何れか一項に記載の発光モジュールをバックライト光源に用いた液晶表示装置。
  8. 光取り出し面を有する導光板と、
    前記導光板の光取り出し面と反対側の面に、電極を前記導光板の光取り出し面と反対側に向けて交互に実装された、複数の第1発光素子、及び前記第1発光素子とは発光特性の異なる複数の第2発光素子と、を準備し、
    第1面から各々の前記第1発光素子の電極及び各々の前記第2発光素子の電極を露出するように、各々の前記第1発光素子及び各々の第2発光素子を被覆する光反射性部材を形成する工程と、
    前記第1面の全面に金属層を形成する工程と、
    前記金属層をレーザにより部分的に除去し、各々の前記第1発光素子の電極同士を接続する第1配線、及び各々の前記第2発光素子の電極同士を接続する第2配線、を形成する工程と、を有し、
    前記第2発光素子の電極は、アノード電極及びカソード電極を含み、
    前記第1配線及び前記第2配線を形成する工程は、
    前記アノード電極と前記カソード電極とに挟まれた電極間領域に、一定幅の2本の分離溝を形成し、前記電極間領域に前記第1配線に含まれる電極間配線を形成すると共に、前記アノード電極と接続される前記第2配線と前記カソード電極と接続される前記第2配線とを分離する工程を含む発光モジュールの製造方法。
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