JP7108203B2 - 発光モジュールの製造方法 - Google Patents
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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。
さらに、特許文献2に開示される発光装置は、封止樹脂層と蛍光体層を一体化した2層シートを発光素子の上面に固着して、その側面を反射樹脂で覆っている。
図1は、発光モジュールを備える液晶ディスプレイ装置1000の各構成を示す構成図を示す。この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。図1に示す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、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100の構成を図2と図3に示す。本実施形態の発光モジュール100は白色の面発光である。図2は、本実施形態にかかる発光モジュールの模式平面図である。図3は、本実施形態にかかる発光モジュールを示す一部拡大模式断面図である。これらの図に示す発光モジュール100は、発光素子を含む発光体3と、外部に光を放射する発光面となる第一主面1cと、発光体3が配置される凹部17を備える第二主面1dとを有する導光板1とを備えている。凹部17は、凹部17の開口部の大きさよりも小さい底面と、側面とを含む。発光体3は、接合部材を介して凹部17の底面に固着されている。接合部材は、凹部17の側面、および発光体3の外側面と接している。
さらに、発光モジュール100は、発光体に、外周面を透光性部材の外周面と同一平面とし、かつ発光素子を埋設する第一光反射性部材15を設けて、導光板1の第二主面1dには、導光板1の第二主面1dの一部と発光体3の一部を覆う第二光反射性部材16を備えている。
発光体3は、発光素子11と、発光素子11の主発光面11cを覆う透光性部材10と、を備えている。発光素子11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は、主発光面11cと、主発光面11cの反対側に電極形成面11dと、主発光面11cと電極形成面11dの間に側面を有している。さらに、電極形成面11dには一対の電極11bを有している。
発光素子11は、主として主発光面11cから光を放射し、主発光面11cを覆う透光性部材10に光を照射する。
さらに、発光体3は、発光素子11の側面を第一光反射性部材15で被覆している。図に示す発光体3は、第一光反射性部材15の外側面と透光性部材10の外側面を略同一平面としている。
発光素子11は、正負一対の電極11bを備える電極形成面11dと、電極形成面11dと反対側に主発光面11cを有する。なお、本実施形態の発光モジュールは、発光素子11をフリップチップ実装したものでもよいし、ワイヤを使用して実装したものでもよい。
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。この透光性部材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いてもよいし、拡散または/および反射する物質が含まれていてもよい。図3の透光性部材10は、波長変換部材12を備えると共に、波長変換部材12に光拡散部13を積層して設けている。図の透光性部材10は、波長変換部材12を発光素子11側に、光拡散部13を導光板1側に積層している。この透光性部材10は、発光素子11から照射される光の波長を波長変換部材12で調整し、波長変換部材12を透過する光を光拡散部13で拡散して導光板1に照射する。これにより、導光板1から放射される光をより均一にできる。
波長変換部材12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ための部材である。波長変換部材12は、波長変換物質を母材に分散させたものである。また、波長変換部材12は、複数層で構成していてもよい。例えば波長変換部材12を、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た光拡散部を第二層とする二層構造とすることができる。
光拡散部13は、発光素子11から照射される光を拡散および/または反射させることで、主発光面11cに局部的に光が集中するのを阻止し、輝度ムラが生じるのを防止する。この光拡散部13は、母材に拡散材を添加している。光拡散部13は、例えば上述した樹脂材料を母材として、これにSiO2やTiO2等の白色の無機微粒子を含有させたものを用いることができる。また、拡散材には、光反射性部材である白色系の樹脂や金属を微粒子状に加工したものを使用することもできる。これらの拡散材は、母材の内部に不規則に含有されることで、光拡散部の内部を通過する光を不規則に、かつ繰り返し反射させて、透過光を多方向に拡散することで、照射光が局部的に集中するのを抑制して、輝度ムラが生じるのを防止する。
なお、光拡散部は、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。
図3に示すように、発光素子11の側面の一部および透光性部材10の一部を透光性接着部材19が被覆している。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。
また、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と同じ部材を使用することができる。
さらに、発光体3は、発光素子11に透光性部材10を設けた状態で、発光素子11の側面を第一光反射性部材15で被覆している。詳細には、透光性接着部材19で覆われていない発光素子11の側面および透光性接着部材19の外側面を第一光反射性部材15で被覆している。
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。発光体3は、発光素子11の主発光面11cを除く他の面をこの第一光反射性部材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。
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、図3に示すように、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。この導光板1は、第二主面1dに複数の凹部17を設けている。また、本実施形態では隣接する凹部17の間に溝1eを設けている。
また、凹部17内には、発光体3の一部を配置している。詳細には、透光性部材10が、凹部17の底面と対向するように発光体3の一部を導光板1の凹部17に配置する。これにより、発光モジュール全体は薄型化が可能になる。導光板1は、図2及び図3に示すように、複数の凹部17を設けて各々の凹部17に発光体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。
あるいは、図4に示すように、ひとつの凹部17のある導光板1’にひとつの発光体3の一部を配置し、複数の導光板1’を平面形状に配置して発光モジュール100’とすることができる。複数の凹部17を設けている導光板1は、図3に示すように、凹部17の
間に格子状の溝1eを設けている。ひとつの凹部17を設けている導光板1’は、図4に示すように、第二主面1dの外周部に、外周縁に向かって傾斜面1fを設けている。
導光板1は、第二主面1d側に、凹部17を設けている。発光体3の一部を、透光性部材10が凹部17の底面と対向するように凹部17内に配置する。
凹部17は、平面視において、凹部の底面の大きさが開口部の大きさよりも小さい。これにより、導光板の凹部に接合部材を充填する工程において、凹部17と接合部材14との間に発生するボイドを排出し易くなる。これにより、ボイドがない発光モジュールを実現することができる。凹部17の底面は、平面視において、発光体3の大きさよりも大きい。図3に示すように、凹部17の側面は、発光体3の外側面より外側に位置する。
四角形の凹部17に配置される四角形の発光体3は、発光体3の各側面が、対向する凹部17の側面が平行となるように配置してもよい。また、図4に示すように、発光体3の各外側面が、凹部17の各側面に対し45°回転するように配置することがより好ましい。
さらに、平面視において、凹部17の底面の中心と発光体3の中心がほぼ一致するように配置されることが好ましい。これにより、発光体3の側面から凹部17の側面までの距離を一定にすることができ、発光モジュールの色ムラを改善することができる。ただ、外形を四角形とする発光体は、四角形の凹部に対して各々の辺が交差、いいかえると、四角形の凹部に対して回転する姿勢で配置することもできる。
さらに、凹部17の側面は、底面から開口部に向かって傾斜した平面を含んでいてもよい。図5に示す凹部17は、図2~4に示す凹部17と比較して、凹部の開口部側の側面が底面から開口部に向かって傾斜した平面である点が異なる。このような凹部17においても、後述する導光板の凹部に接合部材を充填する工程において、凹部17と接合部材14との間に発生するボイドを排出し易くなる。
透光性の接合部材14は、凹部17の内側面および発光体3の外側面と接している。また、接合部材14は、凹部17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。さらに、接合部材14の外側面は、傾斜面14aである。この傾斜面14aは、第一光反射性部材15の外側面との間でなす傾斜角αが鋭角となるようにしている。
また接合部材14は、透光性部材10と凹部17の底面の間に配置されてもよい。
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なり、輝度ムラを低減できるようにしている。ここで、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°~50°、好ましくは10°~45°とすることができる。
また、図3に示すように、接合部材14は、断面視において傾斜面14aを有している。この形状は、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。
さらに、透光性の接合部材14は、傾斜面14aを、断面視において、曲面とすることもできる。図8に示す接合部材14は、傾斜面14aを凹部17側に向かって凸状となる曲面としている。この傾斜面14aは、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。
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。また、この図に示す接合部材14も、傾斜面14aを、断面視において、凹部17側に向かって凸状の曲面とすることで、反射光を広範囲に拡散して、輝度ムラを低減できる。
導光板1は、第一主面1c側に、発光体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。この導光板1は、発光体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させることができる。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や四角錐、六角錐等の多角錐形等の凹み、あるいは、円錐台(図3参照)、多角錐台、円錐台の側面が内側に向かって凸の湾曲面で構成されているもの(図9参照)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体3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の傾斜面は、断面視において平面でもよく、曲面でもよい。さらに、光学機能部1aである凹みの深さは、前述の凹部17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17の深さは、これらが離間している範囲で適宜設定できる。
第二光反射性部材16は、図3に示すように、導光板1の第二主面1dおよび発光体3を被覆する。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および第一光反射性部材15の外側面で、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。
また、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。この白色樹脂は、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。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。
まず、発光体3を準備する。以下、図10及び図11は、本実施形態にかかる発光体3の製造工程を示している。
図10(a)と(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。図に示す透光性部材10は、波長変換部材12と光拡散部13の積層体としている。
図10(a)に示す工程で、ベースシート30の表面に均一な厚さで波長変換部材12を配置した第1のシート31と、ベースシート30の表面に均一な厚さに光拡散部13を配置した第2のシート32とを、波長変換部材12と光拡散部13とを接合する状態で積層する。波長変換部材12および光拡散部13が熱硬化樹脂を母材とする場合は、半硬化状態で2つを積層し硬化させることで接合することができる。また、波長変換部材12と光拡散部13は透光性接合部材で接合してもよい。ベースシート30には、たとえば粘着層を介して剥離できるように波長変換部材12と光拡散部13を付着してもよい。
さらに、図10(b)に示す工程で、第2のシート32のベースシート30をプレート33に剥離できるように配置し、第1のシート31の波長変換部材12に接合しているベースシート30を剥離する。
発光素子11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上および/または発光素子11の主発光面11c上に塗布されて、発光素子11と透光性部材10を接合する。この時、図10(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の側面に這い上がり、発光素子11の側面の一部を透光性接着部材19が被覆する。また、透光性部材10と発光素子11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の間隔は、図11(f)で示すように、発光素子11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の間隔が、透光性部材10の外形を特定するからである。
以上、発光体の準備について、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。あるいは、発光体を購入によって準備してもよい。
まず、第二主面1dに凹部17が設けられた導光板1を準備する。
導光板1は、例えば、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂からなり、図12(a)に示すように、第二主面1dに凹部17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、圧縮成形等で成形することができる。導光板1は、凹部17のある形状に金型で形成して、凹部17の位置ずれを低減しながら、安価に多量生産できる。ただし、導光板は、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。また、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。
マスクMの開口部は、導光板1の凹部17の開口部と同じ大きさ及び形状とすることができる。図12(b)に示す例では、マスクMの開口部は、凹部17の開口部よりも大きい。これにより、マスクMの開口部と凹部17の位置合わせの精度が低い場合であっても、凹部17内に接合部材14を容易に配置することができる。マスクMの開口部の形状は、凹部17の開口部の形状の相似形であることが好ましい。
発光体3は、平面視において、透光性部材10の中心と凹部17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。
なお、図13(g)に示す工程では、第二光反射性部材16を、発光体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、または電極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。
図9に示す発光モジュール200の発光体3Aは、以下のようにして製造される。
図16(a)に示す工程で、透光性部材10を形成する。図に示す透光性部材10は、所定の大きさの波長変換部材12と光拡散部13を積層してなる積層体としている。
図18は、透光性部材10が波長変換部材12のみを備える発光体3Bを使用し、この発光体3Bを導光板1に設けた凹部17に接合して製造される、図19に示す発光モジュール300の製造工程を示している。この発光モジュール300は、発光体3Bが配置される凹部17の底面に光拡散部13を配置して製造される。この発光体3Bは、波長変換部材12の表面に発光素子11を接合した後、図11に示す工程と同様にして、波長変換部材12と発光素子11の表面に第一光反射性部材15を配置し、透光性部材10が波長変換部材12のみを備える発光体3Bを製造する。
図18(a)に示す工程で、導光板1の凹部17の底面に光拡散部13を設ける。この光拡散部13は、所定のサイズに成形された板状もしくはシート状の光拡散部を、凹部17の底面に接合してもよいし、印刷、塗布等で凹部17の底面に配置することで設けられてもよい。
この時、凹部17の外側まで押し出されて接合部材14が形成される。凹部17から押し出される接合部材14は、前述と同様にして、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。さらに、接合部材14の上面は、垂直断面視において、発光体3の上端部から外側に向かって傾斜面14aが形成される。
なお、1つの発光モジュール100が1つの配線基板に接合されてもよいし、複数の発光モジュール100が、1つの配線基板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1000の構造を簡易にすることができる。
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。
100、100’、200、300…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、1’…導光板
1a…光学機能部
1c…第一主面
1d…第二主面
1e…溝
1f…傾斜面
1h…突起部
3、3A、3B…発光体
5…発光ビット
10…透光性部材
11…発光素子
11b…電極
11c…主発光面
11d…電極形成面
12…波長変換部材
13…光拡散部
14…接合部材
14a…傾斜面
15…第一光反射性部材
16…第二光反射性部材
17…凹部
18…隙間
19…透光性接着部材
20…透光性樹脂部
24…導電膜
25…配線基板
26…導電性部材
27…配線層
30…ベースシート
31…第1のシート
32…第2のシート
33…プレート
Claims (10)
- 外 部に光を放射する発光面となる第一主面と、前記第一主面の反対側の面であって凹部を備える第二主面とを有し、前記凹部が、実質的な平坦な面からなり前記凹部の開口部の大きさよりも小さい底面と、前記底面側に設けられ前記凹部の外側に向かって凸の湾曲面または前記開口部に向かって傾斜した平面を少なくとも有する側面と、を含む透光性の導光板と、
発光素子を含み、 接合部材を介して前記凹部の底面に固着された発光体と、
前記発光素子の電極に形成された配線と、
を備えた発光モジュール。 - 前記側面は、垂直な面を含む、請求項1に記載の発光モジュール。
- 前記発光体が、発光素子と、前記発光素子の主発光面を覆う透光性部材を有する 、請求項1又は2に記載の発光モジュール。
- 前記凹部の開口部の内形が、前記透光性部材の外形よりも大きい 、請求項3に記載の発光モジュール。
- 前記透光性部材は、波長変換部材を含む 、請求項3又は4に記載の発光モジュール。
- 接合部材が、波長変換部材を含む 、請求項1~5のいずれか一項に記載の発光モジュール。
- 前記発光体は、前記発光素子の側面を覆う第一光反射性部材を有する 、請求項1~6のいずれか一項に記載の発光モジュール。
- 前記配線は、前記第一光反射性部材を被覆する 、請求項7に記載の発光モジュール。
- 前記導光板の前記第二主面および前記発光体を被覆する、第二光反射性部材を有する、請求項1~8のいずれか一項に記載の発光モジュール。
- 前記配線は、前記第二光反射性部材を被覆する、請求項9に記載の発光モジュール。
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