JP2020009906A - 発光モジュールの製造方法 - 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。
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主面であって、複数の凹部を備える第2主面を備える導光板を準備する工程と、凹部のそれぞれに、凹部の上端よりも高い位置に上面を有する透光性部材を配置する工程と、複数の透光性部材の上面の高さを揃える工程と、透光性部材上に、発光素子からの光を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材を載置する工程と、波長変換部材上に、電極を上にして発光素子を載置する工程と、電極を含む前記発光素子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被覆部材を除去する工程と、複数の発光素子を電気的に接続する配線を形成する工程と、を備える発光モジュールの製造方法。
本実施形態の発光モジュールの構成を図1A、図1Bに示す。
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。図1Cは、実施形態にかかる導光板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。
発光モジュールの製造方法は、以下の工程を備える。
(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
(2)発光面となる第1主面と、第1主面と反対側の第2主面であって、複数の凹部を備える第2主面を備える導光板を準備する工程
(3)凹部のそれぞれに、凹部の上端よりも高い位置に上面を有する透光性部材を配置する工程
(4)複数の透光性部材の上面の高さを揃える工程
(5)透光性部材上に、発光素子からの光を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材を載置する工程
(6)波長変換部材上に、電極を上にして発光素子を載置する工程
(7)電極を含む発光素子を被覆する被覆部材を配置する工程
(8)電極が露出するまで前記被覆部材を除去する工程
(9)複数の発光素子を電気的に接続する配線を形成する工程
発光素子40は、発光モジュール100の光源である。発光素子40は、複数が1つの導光板10に接合される。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40を準備する。発光素子40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、あるいは、購入等により準備してもよい。
図2Aに示すように、導光板10を準備する。導光板10は、発光素子40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。
次に、凹部121のそれぞれに、透光性部材20を配置する。詳細には、図2Bに示すように、透光性部材20の上面21が、凹部121の上端121aよりも高い位置になるように配置する。透光性部材20は、凹部121の周囲の導光板10の第2主面12上に連続して配置する工程を含んでいてもよい。つまり、平面視において、透光性部材20は、凹部121の開口の大きさよりも大きくなるように配置してもよい。
次に、図2Cに示すように、透光性部材20の上面の高さを揃える。ここでは、砥石等の研削部材91を用いて透光性部材20を研削する例を図示している。これにより、図2Dに示すように、複数の透光性部材20の上面21の高さを揃えている。尚、ここでの「高さ」とは、透光性部材20自体の厚みを指すものではなく、透光性部材20の上面21の位置を指す。
次に、図2Eに示すように、透光性部材20の上面21に、波長変換部材30を載置する。波長変換部材30は、あらかじめ成形された板状のものを用いることが好ましい。あらかじめ成形された波長変換部材30は、色調を測定して選別しておくことが可能である。これにより、発光素子40を含む複数の発光部からの光のバラつきを低減することができ、色むらの少ない面発光の発光モジュールとすることができる。
次に、図2Fに示すように、それぞれの波長変換部材30の上に液状の接合部材50をそれぞれ塗布する。接合部材50は、ポッティング、転写、印刷等の方法で塗布することができる。図2Fでは、ディスペンスノズル90Aを用いてポッティングすることで接合部材50を塗布する場合を例示している。
次に、図2Hに示すように、導光板10の第2主面12と複数の発光素子40とを被覆する被覆部材60を形成する。被覆部材60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。この時、発光素子40の電極42の上面を完全に被覆するように被覆部材60を厚く形成する。
次に、図2Iに示すように、被覆部材60の表面を全面にわたって研削し、発光素子40の電極42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60を面状に研削する方法が挙げられる。発光素子40を載置する透光性部材20の上面21の高さを揃えているために、複数の発光素子40のそれぞれの電極42の全てが露出される。
次に、図2Jに示すように、発光素子40の電極42と被覆部材60上の略全面に、導電部材70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。
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。
図3は、本実施形態の発光モジュール100A構成を示している。発光モジュール100Aは、透光性部材20上に、波長変換部材と発光素子とを備えた光源部材45を載置して得られるものである。その他の構成については実施形態1に係る発光モジュール100と同じ構成である。
(1a)半導体積層体と電極とを備える発光素子と、発光素子からの光を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材と、を備える光源部材を準備する工程
(2)発光面となる第1主面と、第1主面と反対側の第2主面であって、複数の凹部を備える第2主面を備える導光板を準備する工程
(3)凹部のそれぞれに、凹部の上端よりも高い位置に上面を有する透光性部材を配置する工程
(4)複数の透光性部材の上面の高さを揃える工程
(5-6)透光性部材上に、電極を上にして光源部材を載置する工程
(7a)電極を含む光源部材を被覆する被覆部材を配置する工程
(8a)電極が露出するまで被覆部材を除去する工程
(9a)複数の光源部材を電気的に接続する配線を形成する工程
光源部材45は、発光モジュール100Aの光源である発光素子40を含む部材であり、あらかじめ波長変換部材30Aと一体化させた部材である。図4は、光源部材45の一例であり、発光素子40の主発光面側に波長変換部材30Aを、備えている。また、光源部材45は、波長変換部材30Aと反対側に電極42を備えている。この電極42は発光素子40の電極42を外部に露出させたものでもよく、あるいは、発光素子40の電極42を被覆する金属膜でもよい。
次に、図6Aに示すように、透光性部材20上に、光源部材45を載置する。透光性部材20上には、あらかじめ接合部材を塗布しておくことが好ましい。接合部材は、ポッティング、転写、印刷等の方法で塗布することができる。透光性部材20の上面21上に光源部材45の電極42(発光素子40の電極42)を上にして光源部材45を載置する。つまり、光源部材45の波長変換部材30と透光性部材20とが対向するように載置する。その後、接合部材を硬化させることで光源部材45を透光性部材20と接合する。
次に、図6Bに示すように、導光板10の第2主面12と複数の光源部材45とを被覆する被覆部材60を形成する。被覆部材60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。この時、光源部材45の電極42の上面を完全に被覆するように被覆部材60を厚く形成する。
次に、図6Cに示すように、被覆部材60の表面を全面にわたって研削し、光源部材45の電極42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60を面状に研削する方法が挙げられる。光源部材45を載置する透光性部材20の上面21の高さを揃えているために、複数の光源部材45のそれぞれの電極42の全てが露出される。
次に、図6Dに示すように、光源部材45の電極42と被覆部材60上の略全面に、導電部材70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。
このようにして、本実施形態の発光モジュール100Aを得ることができる。
発光素子40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40として発光ダイオードを例示する。発光素子40は、主に発光を取り出す主発光面411と、主発光面411と反対側の電極形成面412に一対の電極42を有する。一対の電極42は後述する配線基板80と対向して配置され、任意に導電部材70等を介して、適宜配線基板80の配線82と電気的に接続される。
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。
導光板10は、第2主面12側に、凹部121を備える。凹部121は、発光素子40を配置する位置の目標とする部分である。
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。
透光性部材20は、発光素子40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。透光性部材20は、導光板10の第2主面12側の凹部121内に配置される透光性の部材である。透光性部材20の上面21は、凹部121の上端121aよりも高い位置にある。研削後の透光性部材20の上面21と、導光板10の第2主面12との距離(透光性部材20の上面21の第2主面12からの高さ)は、10μm〜100μmとすることができる。凹部121の直上における透光性部材20の上面21の高さは均一であり、さらに、複数の凹部121に配置される透光性部材20は、それぞれの上面21の高さが略等しい高さに位置する。
導光板10の第2主面12側に配置される透光性部材20上に配置される波長変換部材30は、発光素子40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部材である。波長変換部材30は、厚みが略均一な板状であり、厚みは、例えば、100μm〜200μmである。
接合部材50は、発光素子40と波長変換部材30とを、接合する部材である。接合部材50は、透光性であり、発光素子40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50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。
被覆部材60は、複数の発光素子40の側面と導光板10の第2主面12と接合部材50の側面とを被覆している。これにより、発光素子40と導光板10を補強することができる。また、被覆部材60は、光反射性部材であることが好ましい。被覆部材60を光反射性部材とすることで、発光素子40からの発光を導光板10に効率よく取り入れることができる。
発光モジュール100には、複数の発光素子40の電極42と電気的に接続される導電部材70が設けられていてもよい。導電部材70は、被覆部材60の下面と電極42の下面とを被覆するように配置される。導電部材70を設けることにより、例えば複数の発光素子40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。
発光モジュール100は、図1Bに示すように、配線基板80を有していてもよい。配線基板80は、絶縁性の基材81と、複数の発光素子40と電気的に接続される配線82等を備える基板である。配線基板80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80は、発光素子40を導光板10に実装し、被覆部材60及び導電部材70を形成した後に、別途準備した配線基板80の配線82と、導電部材70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40と接続する導電部材70を設ける際、導電部材70を発光素子40の電極42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80と発光素子40との電気的な接合を容易に行うことができる。
光源部材は、上述の発光素子及び上述の波長変換部材を備える。さらに、発光素子と波長変換部材とを接合する導光部材を備えていてもよい。導光部材は、例えば、透光性の樹脂材料が用いられる。導光部材の材料としては、例えば、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。また、光源部材は、発光素子の側面を直接、又は、導光部材等の透光性部材を介して間接的に被覆する封止部材を備えてもよい。封止部材は、上述の被覆部材と同様に光反射性部材であることが好ましい。材料等についても、被覆部材と同様のものを用いることができる。
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
121a…凹部の上端(開口端)
20…透光性部材
21…透光性部材の上面(波長変換部材配置面)
30、30A…波長変換部材
40…発光素子
41…半導体積層体
411…主発光面
412…電極形成面
42…電極
45…光源部材
46…封止部材
47…導光部材
50…接合部材
60…被覆部材
70…導電部材
80…配線基板
81…基材
82…配線
90、90A…ディスペンスノズル
91…研削部材
Claims (5)
- 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主面であって、複数の凹部を備える第2主面を備える導光板を準備する工程と、
前記凹部のそれぞれに、前記凹部の上端よりも高い位置に上面を有する透光性部材を配置する工程と、
前記複数の透光性部材の上面の高さを揃える工程と、
前記透光性部材上に、発光素子からの光を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材を載置する工程と、
前記波長変換部材上に、前記電極を上にして前記発光素子を載置する工程と、
前記電極を含む前記発光素子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被覆部材を除去する工程と、
前記複数の発光素子を電気的に接続する配線を形成する工程と、
を備える発光モジュールの製造方法。 - 半導体積層体と電極とを備える発光素子と、前記発光素子からの光を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材と、を備える光源部材を準備する工程と、
発光面となる第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面であって、複数の凹部を備える第2主面を備える導光板を準備する工程と、
前記凹部のそれぞれに、前記凹部の上端よりも高い位置に上面を有する透光性部材を配置する工程と、
前記複数の透光性部材の上面の高さを揃える工程と、
前記透光性部材上に、前記電極を上にして前記光源部材を載置する工程と、
前記電極を含む光源部材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被覆部材を除去する工程と、
前記複数の光源部材を電気的に接続する配線を形成する工程と、
を備える発光モジュールの製造方法。 - 前記透光性部材の上面の高さを揃える工程は、前記透光性部材を研削することで高さを揃える工程を含む、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。
- 前記透光性部材の上面の高さを揃える工程は、前記透光性部材を押圧することで高さを揃える工程を含む、請求項1又は請求項3に記載の発光モジュールの製造方法。
- 前記透光性部材を配置する工程は、前記凹部及び前記導光板の前記第2主面上に連続して前記透光性部材を配置する工程を含む、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の発光モジュールの製造方法。
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