JP2020109718A - 発光モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】信頼性を高めた発光モジュールを提供する。【解決手段】発光モジュール100は、発光素子ユニット3と、導光第一主面1cと凹部1bを備える導光第二主面1dとを有する透光性の導光板1とを備える。鉛直断面視において、第一光反射性部材15の少なくとも一部は、凹部1bの外に位置する。発光モジュール100は、さらに凹部1bの内側面及び発光素子ユニット3の外側面と接する透光性の接合部材14と、導光第二主面1dと接合部材14の一部を覆う第二光反射性部材16とを備え、導光第二主面1d側から見た平面視において、第一光反射性部材15と第二光反射性部材16は少なくとも一部が離隔されており、離隔された領域において接合部材14が第二光反射性部材16から露出しており、接合部材14の硬度が、第一光反射性部材15及び第二光反射性部材16のいずれよりも低くしている。【選択図】図5

Description

本発明は、発光素子を用いた発光モジュールに関する。
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。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配置して、その側面を反射樹脂で覆っている。
特開2015−32373号公報 特開2016−115703号公報
しかしながら、発光装置は発熱量が大きく、熱によって樹脂材が膨張、収縮を繰り返してクラックを生じることがあった。
本発明の目的の一は、信頼性を高めた発光モジュールを提供することにある。
以上の目的を達成するために、本発明のある形態に係る発光モジュールによれば、素子主発光面と、該素子主発光面と対向する素子電極を設けた素子電極形成面と、前記素子主発光面及び素子電極形成面をつなぐ素子側面を有する発光素子と、前記素子主発光面を覆う透光性部材と、前記素子側面を覆う第一光反射性部材とを備える発光素子ユニットと、外部に光を放射する発光面となる導光第一主面と、前記導光第一主面の反対側の面であり、前記発光素子ユニットが配置される凹部を備える導光第二主面とを有する透光性の導光板とを備える発光モジュールであって、鉛直断面視において、前記第一光反射性部材の少なくとも一部は、前記凹部の外に位置し、前記発光モジュールは、さらに前記凹部の内側面及び前記発光素子ユニットの外側面と接する透光性の接合部材と、前記導光第二主面と前記接合部材の一部を覆う第二光反射性部材とを備え、前記導光第二主面側から見た平面視において、前記第一光反射性部材と前記第二光反射性部材は少なくとも一部が離隔されており、前記離隔された領域において前記接合部材が前記前記第二光反射性部材から露出しており、前記接合部材の硬度が、前記第一光反射性部材及び第二光反射性部材のいずれよりも低くしている。
本発明のある形態に係る発光モジュールによれば、第一光反射性部材と第二光反射性部材とを直接接合させず、界面に硬度の低い接合部材を介在させることで、これらが加熱されて膨張収縮しても、硬度の硬い第一光反射性部材と第二光反射性部材とが擦れ合うことを避け、硬度の低い接合部材でもって変形を吸収することにより、亀裂が生じる事態を抑制し、耐久性を向上できる。
実施形態1に係る液晶ディスプレイ装置の各構成を示す構成図である。 実施形態1に係る発光モジュールの模式平面図である。 実施形態1に係る発光モジュールを導光板を下に向けた、要部拡大図付き模式断面図である。 他の実施形態に係る発光モジュールの模式底面図である。 実施形態1に係る発光モジュールの拡大模式断面図である。 実施形態2に係る発光モジュールの拡大模式断面図である。 実施形態3に係る発光モジュールの拡大模式断面図である。 実施形態1に係る発光モジュールの模式平面図である。 実施形態4に係る発光モジュールの模式平面図である。 実施形態5に係る発光モジュールの模式断面図である。 実施形態6に係る発光モジュールの模式断面図である。 実施形態7に係る発光モジュールの拡大模式断面図である。 発光モジュールにおいて傾斜角度を示す拡大模式断面図である。 発光素子ユニットの製造工程の一例を示す拡大模式断面図である。 発光素子ユニットの製造工程の一例を示す拡大模式断面図である。 発光モジュールの製造工程の一例を示す拡大模式断面図である。 発光モジュールの製造工程の一例を示す拡大模式断面図である。 他の実施形態に係る発光素子ユニットの製造工程の一例を示す拡大模式断面図である。 他の実施形態に係る発光素子ユニットの製造工程の一例を示す拡大模式断面図である。 他の実施形態に係る発光モジュールの製造工程の一例を示す拡大模式断面図である。 他の実施形態に係る発光モジュールの拡大模式断面図である。 図3に示す発光モジュールに回路基板を接続する一例を示す拡大模式断面図である。
本発明の一形態に係る発光モジュールによれば、上記に加えて、前記第二光反射性部材の硬度を、前記第一光反射性部材と同じか、これよりも高くすることができる。
また、本発明の他の形態に係る発光モジュールによれば、上記いずれかに加えて、前記第一光反射性部材、第二光反射性部材、接合部材が、それぞれ樹脂を含むことができる。
さらにまた、本発明の他の形態に係る発光モジュールによれば、上記いずれかに加えて、前記発光装置は、平面視において矩形状に形成されており、前記接合部材は、平面視において前記発光装置の矩形状を構成する一辺の両側隅部よりも、これらの中間において幅広に形成されている。
さらにまた、本発明の他の形態に係る発光モジュールによれば、上記いずれかに加えて、前記第二光反射性部材は、前記導光板の前記導光第二主面と面する第二光反射接合面と、前記第二光反射接合面と反対側の第二光反射主面とを有しており、鉛直断面視において、前記第二光反射主面における前記接合部材と前記第二光反射性部材との界面が、前記透光性部材の端面よりも外側に位置されている。
さらにまた、本発明の他の形態に係る発光モジュールによれば、上記いずれかに加えて、前記第二光反射性部材は、前記導光板の前記導光第二主面と面する第二光反射接合面と、前記第二光反射接合面と反対側の第二光反射主面とを有しており、鉛直断面視において、前記第二光反射主面における前記接合部材と、前記第二光反射性部材との界面が、前記凹部の端面よりも外側に位置されている。
さらにまた、本発明の他の形態に係る発光モジュールによれば、上記いずれかに加えて、前記導光板は、前記凹部を複数形成しており、前記複数の凹部にそれぞれ、前記発光装置及び接合部材を配置しており、前記接合部材は、鉛直断面視において前記第二光反射性部材との界面を傾斜面としている。
さらにまた、本発明の他の形態に係る発光モジュールによれば、上記いずれかに加えて、前記接合部材は、前記傾斜面を下に凸状とした曲面に形成している。
さらにまた、本発明の他の形態に係る発光モジュールによれば、上記いずれかに加えて、前記接合部材は、前記傾斜面を上に凸状とした曲面に形成している。
さらにまた、本発明の他の形態に係る発光モジュールによれば、上記いずれかに加えて、前記導光板は、前記凹部を複数形成しており、前記複数の凹部にそれぞれ、前記発光装置及び接合部材を配置しており、前記接合部材同士の間に、前記第二光反射性部材を配置しており、前記接合部材は、鉛直断面視において前記第二光反射性部材との界面を傾斜面とすることができる。
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。
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例示であって、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。
(液晶ディスプレイ装置1000)
図1は、発光モジュール100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。
(発光モジュール100)
本実施形態の発光モジュール100の構成を図2及び図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、本実施形態に係る発光モジュール100の模式平面図である。図3は、本実施形態に係る発光モジュール100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、光源である発光素子ユニット3と、外部に光を放射する発光面となる導光第一主面1cと、発光装置3が配置される凹部1bを備える導光第二主面1dとを有する導光板1とを備えている。さらに、発光モジュール100は、導光板1の導光第二主面1dの一部と発光装置3の一部を覆う第二光反射性部材16を備えている。凹部1bの内側面、及び発光装置3の外側面と接する透光性の接合部材14を備える。
図2及び図3に示す発光モジュール100は、1枚の導光板1に複数の凹部1bを設けて、各々の凹部1bに発光装置3を配置している。ただし、発光モジュールは、図4の模式底面図に示すように、導光板1’に一つの凹部1bを設けて、凹部1bに発光装置3を配置したものを複数配列して発光モジュール100’とすることもできる。
(発光装置3)
発光装置3の模式断面図を図5に示す。この図に示す発光装置3は、発光素子11と、透光性部材10と、透光性接着部材19と、これら透光性部材10を透光性接着部材19接着した発光素子11の素子側面11eを覆う第一光反射性部材15とを備えている。この発光装置3は、素子主発光面11cを透光性部材10で被覆している。透光性部材10は、素子主発光面11cと接合される第三主面12cと、第四主面12dと、これら第三主面12cと第四主面12dとをつなぐ第二側面12eを有する。第三主面12cは、素子主発光面11cよりも大きい面積を有する矩形状であり、素子主発光面11cと接合される。この透光性部材10は、発光素子11が発する光の波長を変換して異なる波長の光を発する波長変換部材12を含む。
(発光素子11)
発光素子11は、素子主発光面11cと、素子主発光面11cの反対側に素子電極形成面11dと、素子主発光面11cと素子電極形成面11dの間に素子側面11eを有している。さらに、素子電極形成面11dには一対の素子電極11bを有している。この発光素子11は、主として素子主発光面11cから光を放射し、素子主発光面11cを覆う透光性部材10に光を照射する。
図3の発光装置3は、発光素子11の素子主発光面11cを透光性部材10が被覆している。さらに、発光装置3は、発光素子11の素子側面11eを第一光反射性部材15で被覆している。図に示す発光装置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)
発光素子11は、正負一対の素子電極11bを備える素子電極形成面11dと、素子電極形成面11dと反対側に素子主発光面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。
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n型半導体層及びp型半導体層とを含み、n型半導体層及びp型半導体層に、素子電極11bであるn側電極及びp側電極がそれぞれ電気的に接続される。発光素子11は、例えば透光性基板を備える素子主発光面11cが導光板1と対向して配置され、素子主発光面11cと反対側の素子電極形成面11dに一対の素子電極11bを有する。
発光素子11としては、縦、横及び高さの寸法に特に制限は無いが、好ましくは平面視において縦及び横の寸法が1000μm以下の半導体発光素子を用い、より好ましくは縦及び横の寸法が500μm以下であり、さらに好ましくは、縦及び横の寸法が200μm以下の発光素子を用いる。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。また、縦及び横の寸法が500μm以下の発光素子を用いると、発光素子を安価に調達することができるため、発光モジュール100を安価にすることができる。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素子側面11e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本実施形態の発光モジュールに好ましく用いられる。
また発光素子11の高さは、0.30mm〜0.40mmとすることが好ましい。発光素子11の高さは、発光装置3を凹部1bに実装した状態で、発光素子11の素子電極形成面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、平面視においてどのような形状でもよく、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に使用される発光素子は、好ましくは、長方形の発光素子を使用して、その上面形状が長手と短手を有することが好ましい。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。また、p型電極とn型電極の距離を離して形成することができるため、後述する配線の形成を容易に行うことができる。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)、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2つの発光素子11の中心間の距離である。発光素子11は、発光装置3のほぼ中心に配置されるように設計される結果、発光装置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することができる。本実施形態においては、発光素子11としてフリップチップ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。また、複数の発光素子11として異なる色の光を発する発光素子を用いてもよい。発光素子11から出射される光は、波長変換部材12で外部に放射される発光色が調整される。
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(InxAlyGa1-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。半導体層の材料及びその混晶度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、個数などは、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、発光素子11の素子主発光面11cを被覆しており、素子主発光面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/及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。
図3に示す発光装置3は、波長変換部材12と光拡散部13を備える透光性部材10を、発光素子11に接合している。このように、透光性部材10は、波長変換部材12と光拡散部13とを備えることが好ましい。また、透光性部材10は、複数の波長変換部材12や光拡散部13を積層することもできる。なお、透光性部材10は、波長変換部材のみで構成することも、光拡散部のみで構成することも、あるいは、透光性部材や光拡散部を備えることなく透光性を有する樹脂のみで構成することもできる。透光性部材10の厚さは、0.10mm〜0.30mmとすることが好ましい。透光性部材が薄すぎると、波長変換や光拡散の効果を発揮し難くなる。また厚すぎると、波長変換された光の吸収が生じたり、光拡散の効果が飽和する等の問題が生じる。このため、波長変換部材12と光拡散部13を含めた透光性部材10の厚さを、上記範囲内とすることが好ましい。
(波長変換部材12)
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となる第四樹脂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。
母材となる第四樹脂の材料は、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、又はガラスなどの透光性材料を用いることができる。波長変換部材12の耐光性及び成形容易性の観点からは、第四樹脂としてシリコーン樹脂を選択すると有益である。また、波長変換部材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。
波長変換部材12が含有する波長変換物質には、蛍光体が好適に利用できる。例えば、YAG蛍光体、βサイアロン蛍光体、KSF系蛍光体又はMGF系蛍光体等のフッ化物系蛍光体、窒化物蛍光体などが挙げられる。波長変換部材12は、単数の波長変換物質が含有されていてもよいし、複数の波長変換物質が含有されていてもよい。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、波長変換部材12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系半導体(InxAlyGa1-x-yN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を備えることが好ましい。また、例えば、青色系の光を出射する発光素子11を用いた際に、発光モジュールとして赤色系の光を得たい場合は、波長変換部材12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波長変換部材12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。また、波長変換物質は量子ドットであってもよい。波長変換部材12内において、波長変換物質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。
蛍光体の組成式の具体例としては、以下の一般式(I)、(II)、(III)を挙げることができる。
2[M1-aMn4+ a6]・・・(I)
(ただし、上記一般式(I)中、Aは、K+、Li+、Na+、Rb+、Cs+及びNH4+からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、Mは、第4族元素及び第14族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、aは0<a<0.2を満たす。)
(x−a)MgO・a(Ma)O・b/2(Mb)23・yMgF2・c(Mc)X2・(1−d−e)GeO2・d(Md)O2・e(Me)23:Mn・・・(II)
(ただし、上記一般式(II)中、Maは、Ca,Sr,Ba,Znから選択された少なくとも1種であり、Mbは、Sc,La,Luから選択された少なくとも1種であり、Mcは、Ca,Sr,Ba,Znから選択された少なくとも1種であり、Xは、F,Clから選択された少なくとも1種であり、Mdは、Ti,Sn,Zrから選択された少なくとも1種であり、Meは、B,Al,Ga,Inから選択された少なくとも1種である。また、x、y、a、b、c、d、eについて、2≦x≦4、0<y≦2、0≦a≦1.5、0≦b<1、0≦c≦2、0≦d≦0.5、0≦e<1)
MaxMbyAl3z:Eu・・・(III)
(ただし、上記一般式(III)中、Maは、Ca、Sr及びBaからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Mbは、Li、Na及びKからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、x、y及びzはそれぞれ、0.5≦x≦1.5、0.5≦y≦1.2、及び3.5≦z≦4.5を満たす。
一般式(I)に表されるKSF蛍光体の半値幅は、10nm以下とできる。また、一般式(II)に表されるMGF蛍光体の半値幅は、15nm以上35nm以下とできる。上記一般式(I)に示されるように、KSF蛍光体の組成K2SiF6:Mn4+を構成するSiの一部を、別の4価の元素であるTiやSiで置換(組成式では、K2(Si,Ti,Ge)F6:Mnと表される)したり、またKSF蛍光体の組成K2SiF6:Mn4+を構成するKの一部を別のアルカリ金属に置換したり、Siの一部を3価の元素のAl等で置換したり、複数の元素の置換を組み合わせたりしても構わない。
(光拡散部13)
光拡散部13は、発光素子11から照射される光を拡散及び/または反射させることで、素子主発光面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。光拡散部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。
図3の発光装置3は、平面視において、波長変換部材12や光拡散部13で構成される透光性部材10の外形を発光素子11の外形よりも大きくしている。この発光装置3は、発光素子11の素子主発光面11cから出射されるより多くの光を波長変換部材12や光拡散部13に透過させて導光板1に入射して色ムラや輝度ムラを少なくできる。
(透光性接着部材19)
図3に示すように、発光素子11の素子側面11eの一部及び透光性部材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の素子側面11e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の素子側面11e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の素子主発光面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の素子主発光面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。
(第一光反射性部材15)
さらに、発光装置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の素子側面11e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の素子側面11e及び透光性接着部材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。発光装置3は、発光素子11の素子主発光面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、素子主発光面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の素子側面11eや素子電極形成面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の導光第一主面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、母材となる第一樹脂に光反射性材料を分散させて構成される。第一樹脂の樹脂材料には、フェニル系樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、これらを混合した樹脂、又はガラスなどの透光性材料が利用できる。好ましくは、硬質ハイブリッド樹脂(二液性のエポキシ付シリコーン樹脂)を用いる。これにより、樹脂硬化後に硬度が高く、製品の寸法精度が向上する等の効果が得られる。特に第一光反射性部材15の母材に、第二光反射性部材16や接合部材14と同じ樹脂を用いることで、接着性に優れ、硬化時の樹脂引けや膨張時の変形などによって接合界面に応力が生じて剥離の原因となることを抑制できる。また光反射性材料には、白色顔料、特に、TiO2やその他の光反射性を有する材料等が利用できる。
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。また粘度を調整するための第一フィラーを混在させることもできる。第一フィラーは、金属由来の無機物とすることが好ましい。また第一フィラーの密度は、樹脂材料に対して1〜10%、好ましくは5%未満とすることが好ましい。また第一フィラーの密度によって、第一光反射性部材15の硬度を調整できる。この第一光反射性部材15の硬度は、ショアA硬度30〜ショアD硬度100とすることが好ましい。ここでは、第一樹脂として硬質ハイブリッド樹脂(二液性のエポキシ付シリコーン樹脂)、第一フィラーとしてTiO2を用いている。
第一光反射性部材15は、発光素子11の素子側面11e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の素子電極11bを表面に露出させている。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の外側面は同一平面である。第一光反射性部材15は、発光素子11と透光性部材10と一体構造に接合された発光装置3を導光板1に配置される。
(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、図3に示すように、発光面となる導光第一主面1cと、導光第一主面1cと反対側に導光第二主面1dとを備える。この導光板1は、導光第二主面1dに複数の凹部1bを設けている。また、本実施形態では隣接する凹部1bの間に溝1eを設けている。
また、凹部1b内には、発光装置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装置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1bを設けて各々の凹部1bに発光装置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1bのある導光板1’にひとつの発光装置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1bを設けている導光板1は、図3に示すように、凹部1bの間に格子状の溝1eを設けている。ひとつの凹部1bを設けている導光板1’は、図4に示すように、導光第二主面1dの外周部に、外周縁に向かって傾斜面1fを設けている。
溝1eや傾斜面1fは、その表面に、第二光反射性部材16が設けられる。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、好ましくは発光装置3からの光を反射する白色樹脂で、発光素子11の発光が、溝1eで区画された隣の導光板1に入射するのを防止して、各々の発光素子11の光が隣に漏れるのを防止する。ひとつの導光板1’の導光第二主面1dの外周部に設けている傾斜面1fに接合される第二光反射性部材16は、導光板1の周囲に光が漏れるのを防止して、導光板1の導光第一主面1cからの発光強度が低下するのを防止する。
導光板1の大きさは、液晶ディスプレイ装置1000の大きさにより適宜設定されるが、例えば、複数の凹部1bのある導光板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。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。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さらされることなく製造される発光モジュールは、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。
また、導光板1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することができる。また、導光板1の導光第一主面1c上に透光性の層と、導光板1の導光第一主面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することができる。
(凹部1b)
導光板1は、導光第二主面1d側に、凹部1bを設けている。発光装置3の一部を、透光性部材10が凹部1bの底面と対向するように凹部1b内に配置する。凹部1bの内側面は、平面視において、発光装置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、発光装置3の外側面より外側に位置する。
図2〜図4の導光板1、1’は、平面視において、凹部1bの内形を四角形として、ここに配置する発光装置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装置3は、発光装置3の各外側面が、対向する凹部1bの内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、発光装置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より好ましい。さらに、平面視において、凹部1bの底面の中心と発光装置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、発光装置3の側面から凹部1bの内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装置は、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。
ここで、凹部1bの平面視における大きさは、発光装置3の外形によっても変更されるが、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、好ましくは0.1mm〜2mm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。凹部1b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、略円形または略正方形が好ましい。なかでも、略円形とすることは、発光装置3からの光を良好に広げることに効果がある。
凹部1bの底面から導光第二主面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の素子主発光面11cと導光第二主面1dが略同一平面になる凹部1bの高さである。また凹部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の上面が導光第二主面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、素子電極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。
また導光板1は、発光装置3及び接合部材14を配置する凹部1bを一以上形成している。図3等に示すように、導光板1が複数の凹部1bを形成していることが好ましい。各凹部1bには、発光装置3及び接合部材14がそれぞれ配置される。さらに接合部材14は、鉛直断面視において第二光反射性部材16との界面を傾斜面としている。
(接合部材14)
透光性の接合部材14は、凹部1bの内側面及び発光装置3の外側面と接している。また、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。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1bの底面の間に配置されてもよい。
さらに、図3に示すように、接合部材14は、導光板1の導光第二主面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°〜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。傾斜角αは、接合部材14が裾状に拡がって導光板1の導光第二主面1dと接するように、言い換えると凹部1bの内部で発光装置3の外側面が接合部材14で充填されるように、発光装置3の外側面と凹部1bの内側面との間の幅に応じて、設定される。また発光装置3の外側面と凹部1bの内側面との間の幅は、凹部1bの内径と、発光装置3の外径、あるいはこれらの形状や発光装置3を凹部1bに実装する際の姿勢、発光装置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、すなわち発光装置3の高さ、透光性部材10の厚さ、凹部1bの深さ(高さ)によっても、裾状に拡がった接合部材14が導光板1の導光第二主面1dと接するかどうかは左右される。よって、これらの各条件に応じて、裾状に拡がった接合部材14が導光板1の導光第二主面1dと接するように、傾斜角αも設定される。
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。
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。また、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。さらに、接合部材14は、拡散材等を含み、ある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。また粘度を調整するための第三フィラーを混在させることもできる。第三フィラーは、非金属由来の無機物であり透光性を有する部材とすることが好ましい。また接合部材14における第三フィラーの密度を、第二光反射性部材16における第二フィラーの密度よりも低くすることが好ましい。さらに第三フィラーの密度は、樹脂材料に対して0〜10%、好ましくは5%未満とすることが好ましい。さらにまた接合部材14の硬度は、ショアA硬度30〜ショアD硬度80とすることが好ましい。
接合部材14は、母材となる第三樹脂に透光性材料を分散させて構成される。第三樹脂には、フェニル系樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、これらを混合した樹脂、又はガラスなどの透光性材料が利用できる。好ましくは、シリコーン樹脂を用いる。これにより、第一光反射性部材15や第二光反射性部材16に比べて硬度を抑えて変形し易い特性を付与できる。特に接合部材14の母材に、第一光反射性部材15や第二光反射性部材16と同じ樹脂を用いることで、接着性に優れ、硬化時の樹脂引けや膨張時の変形などによって接合界面に応力が生じて剥離の原因となることを抑制できる。また透光性材料には、SiO2、アルミナ等のセラミックス等が利用できる。
(第二光反射性部材16)
第二光反射性部材16は、導光板1の導光第二主面1dと面する第二光反射接合面と、接合面と反対側の第二光反射主面とを有している。この第二光反射性部材16は、図3に示すように、導光板1の導光第二主面1d及び発光装置3を被覆する。詳細には、第二光反射性部材16は、導光板1の導光第二主面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導光第一主面1c側に光を導くことで、光取り出し効率を向上することができる。また、導光板1に積層することで、導光板1を補強する。さらに、発光素子11を保護する部材と導光板1の導光第二主面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の導光第一主面1cから外部に放射させる。
第二光反射性部材16は、母材となる第二樹脂に光反射性材料を分散させて構成される。第二樹脂の樹脂材料には、フェニル系樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、これらを混合した樹脂、又はガラスなどの透光性材料が利用できる。好ましくは、硬質ハイブリッド樹脂(二液性のエポキシ付シリコーン樹脂)を用いる。これにより、樹脂硬化後に硬度が高く、製品の寸法精度が向上する等の効果が得られる。特に第二光反射性部材16の母材に、第一光反射性部材15や接合部材14と同じ樹脂を用いることで、接着性に優れ、硬化時の樹脂引けや膨張時の変形などによって接合界面に応力が生じて剥離の原因となることを抑制できる。また光反射性材料には、白色顔料、特に、TiO2やその他の光反射性を有する材料等が利用できる。
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。また粘度を調整するための第二フィラーを混在させることもできる。第二フィラーは金属由来の無機物が利用できる。第二フィラーの密度は、樹脂材料に対して1〜10%、好ましくは5%未満とすることが好ましい。第二光反射性部材16の硬度は、ショアA硬度30〜ショアD硬度100とすることが好ましい。
(接合部材14の介在構造)
以上の構成において、接合部材14は、導光第二主面1d側から見た平面視において、第一光反射性部材15と第二光反射性部材16は少なくとも一部が離隔されている。また離隔した領域において、接合部材14が第二光反射性部材16から露出されている。いいかえると、第一光反射性部材15と第二光反射性部材16との間に接合部材14を介在させている。さらに、接合部材14の硬度を、第一光反射性部材15及び第二光反射性部材16のいずれよりも低くしている。このように、第一光反射性部材15と第二光反射性部材16とを直接接合させず、界面に硬度の低い接合部材14を介在させることで、これらが加熱されて膨張収縮しても、硬度の硬い第一光反射性部材15と第二光反射性部材16とが擦れ合うことを避け、粉体の発生を抑制できる。
第一光反射性部材と第二光反射性部材とが直接接合された構成において、これら第一光反射性部材と第二光反射性部材が比較的硬度の高い樹脂で形成される場合には、堅い樹脂同士が熱によって膨張し、また温度降下によって収縮することにより、界面で熱振動による摩擦が生じる。第一光反射性部材や第二光反射性部材は、有機化合物の樹脂に無機物である白色粒子を混入しているため、これらの界面において熱膨張収縮が生じると、これらの無機粒子同士が擦れて激しく発熱する。さらに第一光反射性部材が、発光素子の周囲に密着するように被覆しているため、点灯時の発熱がダイレクトに第一光反射性部材の樹脂に伝搬されて高温になる結果、このような熱振動が一層顕著となる。このような熱振動の生じる界面において、樹脂同士の密着力を向上させようとしても、発光素子が1mm程度という極めて小さな領域においては、樹脂の材質によって熱振動に耐え得る密着力を発揮させることが難しい。そこで本実施形態においては、上述の通り第一光反射性部材15と第二光反射性部材16とを直接接合させず、間にこれらよりも硬度の低い接合部材14を介在させることにより、熱振動の影響を緩和させることができる。特に、硬度の低い接合部材14でもってクッション性を持たせて変形を吸収することにより、亀裂が生じる事態を抑制して耐久性が増し、信頼性を向上させることが可能となる。
図5の模式断面図に示すように、鉛直断面視において、第二光反射主面における接合部材14と第二光反射性部材16との界面は、透光性部材10の端面よりも外側に位置されている。これにより、上述したクッション性を持たせる効果がさらに得られる。
さらに好ましくは、鉛直断面視において、第二光反射主面における接合部材14と、第二光反射性部材16との界面が、凹部1bの端面よりも外側に位置されている。これにより、上述したクッション性を持たせる効果がより顕著に得られる。
(傾斜面14aの変形例)
透光性の接合部材14は、傾斜面14aを、断面視において、曲面とすることができる。図5に示す接合部材14は、傾斜面14aを凹部1b側に向かって突出された曲面としている。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。
[実施形態2]
また接合部材の傾斜面を、断面視において直線状としてもよい。このような例を実施形態2として図6の模式断面図に示す。この図において上述した実施形態1と同様の部材については、同じ符号を付して詳細説明を省略する。このように接合部材14と第二光反射性部材16との界面となる傾斜面14a’を平面状とすることで、平面同士で接する面積が大きくなるため、密着力が向上する等の効果が得られる。
[実施形態3]
あるいは接合部材の傾斜面を、断面視において第二光反射性部材16側に突出させた曲面状とすることもできる。このような例を実施形態3に係る発光モジュールとして図7の模式断面図に示す。この図においても上述した実施形態1等と同様の部材については、同じ符号を付して詳細説明を省略する。この例においては、接合部材14の傾斜面14a”により多くの樹脂を塗布することで傾斜面14a”を盛り上げて、凸レンズ状に形成させている。これにより、さらに導光板1の側面方向に光を伝搬させ易くなる効果が得られる。
なお実施形態1に係る発光装置3の接合部材14は、図8の平面図に示すように、平面視において発光装置3の矩形状を構成する一辺の両側隅部よりも、これらの中間において幅広に形成されている。このように、膨張収縮による変形量が、隅部よりも相対的に大きくなる辺の中間部分に、より多くの接合部材14を配置することで、変形吸収効果を高めて第一光反射性部材15及び第二光反射性部材16の界面を保護できる。
[実施形態4]
また、発光装置の隅部においては、熱膨張収縮による変形量が少ないことから、この部分では接合部材を介在させないようにしてもよい。このような例を実施形態4に係る発光モジュール400として、図9の平面図に示す。この図においても上述した実施形態1等と同様の部材については、同じ符号を付して詳細説明を省略する。この例においても、辺の中間部分に接合部材14を配置することで、変形吸収効果を高めて第一光反射性部材15及び第二光反射性部材16の界面を保護できる。これにより、必要な部分にのみ接合部材14Bを配置して、接合部材14Bから光が漏れる事態を抑制できる効果が得られる。
[実施形態5]
さらに図3に示した実施形態1においては、導光板1に形成した溝1eに第二光反射性部材16を設けた例を説明した。ただ本発明はこの構成に限られず、例えば導光板1の溝に、第二光反射性部材に代えて接合部材を配置してもよい。このような例を実施形態5に係る発光モジュール500として、図10の模式断面図に示す。この図においても上述した実施形態1等と同様の部材については、同じ符号を付して詳細説明を省略する。図10において導光板1に形成されたV字状の溝1eには、接合部材14Cが充填されている。接合部材14Cの硬度は、導光板1よりも低くしている。これにより、第二光反射性部材16と導光板1との間の界面においても、高度の低い接合部材14Cを介在させることによって熱膨張や収縮による変形やクラックから保護できる。
[実施形態6]
また溝を接合部材で完全に埋める他、部分的に第二光反射性部材を溝に含めるように構成してもよい。このような例を実施形態6に係る発光モジュール600として、図11の模式断面図に示す。この図においても上述した実施形態1等と同様の部材については、同じ符号を付して詳細説明を省略する。図11において導光板1に形成されたV字状の溝1eには、一部に接合部材14Dが充填されると共に、残りの部分に第二光反射性部材16Dを充填している。この構成によっても、実施形態5と同様に第二光反射性部材16Dと導光板1との間の界面の熱振動を接合部材14Dで保護できる。加えて、溝1eに部分的に配置された第二光反射性部材16Dによって、発光素子11の発光が溝1eで区画された隣の領域に入射するのを防止して、各々の発光素子11の光のON/OFF制御の独立性を維持できる。
[実施形態7]
また、実施形態7に係る発光モジュール700を図12の模式断面図に示す。この図においても、上述した実施形態1と同様の部材については、同じ符号を付して詳細説明を省略する。実施形態7に係る発光モジュール700では、発光装置3Aの透光性部材10の外側面に透光性樹脂部20をさらに有している。この透光性樹脂部20は、後述する発光装置3に個片化する工程において、波長変換部材12及び光拡散部13の外側面を保護できる。このような透光性樹脂部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。この発光装置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。
(光学機能部1a)
導光板1は、導光第一主面1c側に、発光装置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、発光装置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、導光第一主面1c側に設けられた円錐(図3及び図5参照)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12参照)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装置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。図5、図12は、傾斜面14aを曲面とした例を示している。なお曲面の場合において傾斜角αは、図13の拡大図に示すように、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の導光第二主面1dを被覆する外縁とを結んだ直線(図13において一点鎖線)が、第一光反射性部材15の外側面となす角で規定される。
さらに、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、それぞれの発光装置3に対応する位置、つまり、導光第二主面1d側に配置された発光装置3と反対側の位置に設けられることが好ましい。特に、発光装置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。したがって、導光第一主面1cに形成される光学機能部1aは、その中心が導光第二主面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の中心に発光装置3を配置することで、発光装置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、適宜設定することができる。
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に発光装置3を配置する構造によって、発光装置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用光源とすることができる。発光装置3を配置する凹部1bの反対側の面に光学機能部1aを設ける導光板1は、発光装置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することができ、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に複数の発光装置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、発光装置3を二次元に配列する。好ましくは、複数の発光装置3は、図2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に配設される。複数の発光装置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2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、異なっていてもよい。また、配列の二方向は必ずしも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装置3を配置する凹部1bが配列されていてもよい。なお、凹部1bに配置される発光装置3間のピッチとは、発光装置3の光軸間の距離、すなわち中心間の距離である。
以上の発光モジュール100は、導光板1に凹部1bを設けて、この凹部1bに、発光装置3を配置するので、全体を薄型化できる。また、導光板1に凹部1bを設けて、凹部1bに発光装置3を配置するので、発光装置3と導光板1との実装精度が向上する。とくに、発光素子11に波長変換部材12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装置3を導光板1の凹部1bに配置する構造とすることで、波長変換部材12と発光素子11の導光板1への実装精度が向上し、優れた発光特性を実現できる。また、発光素子11の光を波長変換部材12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と波長変換部材12と導光板1とを精度よく配置できることから、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する。
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、さらに、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から出射光で、第二光反射性部材16側に出た光をより発光装置3の側方に導くことができ輝度ムラが改善される。また、透光性部材10から出射光をより導光板1に入射することができ、光取り出し効率を向上することができる。
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可能性がある。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。本実施形態の発光モジュール100の構成をとれば、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。
以上の実施形態では、発光装置3が透光性部材10に波長変換部材12と光拡散部13とを備えており、この発光装置3の一部を導光板1の凹部1bに配置することで、発光素子11から照射される光を波長変換部材12と光拡散部13とに透過させて導光板1に照射する構造としている。ただ、発光モジュールは、必ずしも発光装置の透光性部材が、波長変換部材と光拡散部の両方を備える必要はない。発光モジュールは、例えば発光装置の透光性部材に波長変換部材のみを設けて、導光板の凹部の底面に光拡散部を設けることもできる。
(発光モジュール100の製造工程)
まず、発光装置3を準備する。以下、図14及び図15は、本実施形態に係る発光装置3の製造工程を示している。
図14(a)と(b)に示す工程で、発光素子11の素子主発光面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14(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及び光拡散部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14(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。
図14(c)に示す工程で、透光性部材10に発光素子11が接合される。発光素子11は、素子主発光面11c側を透光性部材10に接合する。透光性部材10が、波長変換部材12及び光拡散部13で形成されている場合には、発光素子11は、透光性部材10の波長変換部材12に所定の間隔で接合される。
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上及び/または発光素子11の素子主発光面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14(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の素子側面11eに這い上がり、発光素子11の素子側面11e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の素子主発光面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15(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。
図15(d)に示す工程で、発光素子11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を完全に埋設する厚さ、図15(d)にあっては発光素子11の素子電極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または塗布等で成形することができる。
図15(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の素子電極11bを露出させる。さらに、第一光反射性部材15から露出する素子電極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などで設けて素子電極11bに接続し、その後、導電膜の一部を除去して、素子電極11bに導電膜を積層して発光装置3の電極保護端子とする。導電膜の除去は、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。
図15(f)に示す工程で、第一光反射性部材15と、透光性部材10を裁断して発光装置3に個片化する。個片化された発光装置3は、透光性部材10に発光素子11が接合され、発光素子11の周囲には第一光反射性部材15が設けられて、素子電極11bを第一光反射性部材15の表面に露出させている。
以上、発光装置の準備について、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、発光装置を購入によって準備してもよい。
以上の工程で製造された発光装置3は、図16及び図17に示す工程で、導光板1の凹部1bに接合される。
まず、導光第二主面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、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂からなり、図16(a)及び(b)に示すように、導光第二主面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、圧縮成形等で成形することができる。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。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、導光第一主面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。
この導光板1の凹部1bに、発光装置3が接合される。発光装置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、発光装置3の一部を配置する。詳細には、発光装置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。また、第一光反射性部材の一部は、凹部1bの外に位置する。
発光装置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。
ここで、平面視において、凹部1bの内側面は、発光装置3の外側面より大きく、凹部1b内に発光装置3の一部を配置した際、凹部1bの内側面と発光装置3の外側面との間にスペース18が形成される。このスペース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。
また、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の内側面と発光装置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。さらに、接合部材14は、導光第二主面1dと接する位置まで広がって、導光第二主面1dの一部を被覆するこの状態で、接合部材14の上面は、垂直断面視において、発光装置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、発光装置3を凹部1bに接合する状態で、発光装置3の外側面を被覆する接合部材14が導光板1の導光第二主面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とすることができる。ただし、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、発光装置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。
また、未硬化状態の接合部材14は、発光装置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内に発光装置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、発光装置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をさらに塗布する。この時、接合部材14の塗布量は、発光装置3の外側面すべてを被覆しない量とする。また、接合部材14が導光板1の導光第二主面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。
発光装置3を導光板1に配置した後、図16(c)に示す工程で、第二光反射性部材16を導光板1の導光第二主面1dに形成する。第二光反射性部材16は発光装置3を内部に埋設する厚さに形成される。
図17(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、素子電極11bを表面に露出させる。
なお、図16(c)に示す工程では、第二光反射性部材16を、発光装置3を内部に埋設する厚さに形成したが、素子電極11bの表面と同一平面、または素子電極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17(e)に示す工程で、第二光反射性部材16及び第一光反射性部材15の表面に導電膜24を積層する。この工程では、発光素子11の素子電極11bと第一光反射性部材15と第二光反射性部材16の上の略全面に、例えば、Cu/Ni/Auの導電膜24をスパッタ等で形成する。
図17(f)に示す工程で、素子電極11b間の導電膜24の一部を除去する。
以上の工程では、1枚の導光板1に1または複数の発光装置3を配置している発光モジュール100を製造する。
(発光モジュール700の製造方法)
図12に示す発光モジュール700の発光装置3Aは、以下のようにして製造される。
図18(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(b)に示す工程で、透光性部材10を埋設するように、透光性樹脂部20を形成する。このように、波長変換部材12と光拡散部13の外側面を透光性樹脂部20で被覆して保護する。その後、図18(c)に示す工程で、硬化した透光性樹脂部20の一部を除去して光拡散部13を露出させる。
図18(d)で示すように、透光性部材10をプレート33に配置したベースシート30の上に光拡散部13が接するように配置する。その後、透光性部材10に発光素子11を接合させる。透光性部材10上及び/または発光素子11の素子主発光面11c上に透光性接着部材19を塗布し、素子主発光面11c側を透光性部材10に接合する。発光素子11は、1つの透光性部材10の波長変換部材12上に、上面視において、発光素子11の素子主発光面11cの中心と透光性部材10の中心がほぼ一致するように接合される。
図19(e)に示す工程で、発光素子11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上に塗布され、発光素子11を埋設する状態で硬化する。その後、図19(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の素子電極11bを露出させる。
図19(g)に示す工程で、第一光反射性部材15と透光性樹脂部20とを切断して発光装置3Aに個片化する。個片化された発光装置3Aは、波長変換部材12と光拡散部13の積層体の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に接合され、さらに、発光素子11の周囲には第一光反射性部材15が設けられて、素子電極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装置3Aは、図16及び図17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の導光第二主面1dと発光装置3Aを被覆する第二光反射性部材16が形成されて発光モジュール700が製造される。
(他の製造方法)
図20は、透光性部材10が波長変換部材12のみを備える発光装置3Bを使用し、この発光装置3Bを導光板1に設けた凹部1bに接合して製造される、図21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、発光装置3Bが配置される凹部1bの底面に光拡散部13を配置して製造される。この発光装置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15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のみを備える発光装置3Bを製造する。
この発光モジュール300は、以下の工程で製造される。
図20(a)に示す工程で、導光板1の凹部1b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1bの底面に接合してもよいし、印刷、塗布等で凹部1bの底面に配置することで設けられてもよい。
図20(b)に示すように、底面に光拡散部13が設けられた凹部1bに、発光装置3Bが接合される。発光装置3Bは、未硬化状態で液状である透光性の接合部材14を塗布した凹部1bに、発光装置3Bの一部を透光性部材10が光拡散部13に対向するように配置し、接合部材14を硬化させて導光板1に配置される。
凹部1bに塗布される未硬化状態の接合部材14は、発光装置3Bの一部を凹部1bに配置した際に、凹部1bの内側面と発光装置3Bの外側面との間のスペース18に充填される。この時、凹部1bの外側まで押し出されて接合部材14が形成される。凹部1b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、発光装置3の上端部から外側に向かって傾斜面14aが形成される。
発光装置3を導光板1に配置した後、図20(d)に示す工程で、第二光反射性部材16を導光板1の導光第二主面1dに形成する。第二光反射性部材16には白色樹脂が使用され、発光装置3を内部に埋設する厚さに形成される。
その後、図17(d)〜(f)と同様にして、第二光反射性部材16の表面を研磨して、素子電極11bを表面に露出させた後、第二光反射性部材16及び第一光反射性部材15の表面に導電膜24を積層し、導電膜24の一部を除去して、図21に示す構造の発光モジュール300が製造される。
本実施形態の発光モジュール100は、複数の発光装置3を、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1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装置3を1つのグループとし、該1つのグループ内の複数の発光装置3同士を直列または並列に電気的に接続することで同じ回路に接続し、このような発光装置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1000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11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。
発光モジュール100は、図22に示すように、配線基板25を有していてもよい。配線基板25は、例えば、絶縁性の基材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26と、基材の両面側において導電性部材26と電気的に接続された配線層27が形成されている。そして、素子電極11bが、配線基板25と電気的に接続されている。
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。
また、この複数の発光モジュール100が接合された1つの配線基板を複数並べて一つの液晶ディスプレイ装置1000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。
なお、導光板1上には、拡散等の機能を有する透光性の部材をさらに積層してもよい。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の導光第一主面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。
本開示に係る発光モジュールは、テレビやタブレット、液晶ディスプレイ装置のバックライトとして、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、掲示板などに好適に利用できる。また、照明用の光源としても利用でき、非常灯やライン照明、あるいは各種のイルミネーションや車載用のインストールなどにも利用できる。
1000…液晶ディスプレイ装置
100、100’、300、400、500、600、700…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
1b…凹部
1c…導光第一主面
1d…導光第二主面
1e…溝
1f…傾斜面
3、3A、3B…発光装置
10…透光性部材
11…発光素子
11b…素子電極
11c…素子主発光面
11d…素子電極形成面
11e…素子側面
12…波長変換部材
13…光拡散部
14、14a’、14a”、14B、14C、14D…接合部材
14a…傾斜面
15…第一光反射性部材
16、16D…第二光反射性部材
18…スペース
19…透光性接着部材
20…透光性樹脂部
24…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 (9)

  1. 素子主発光面と、該素子主発光面と対向する素子電極を設けた素子電極形成面と、前記素子主発光面及び素子電極形成面をつなぐ素子側面を有する発光素子と、
    前記素子主発光面を覆う透光性部材と、
    前記素子側面を覆う第一光反射性部材と
    を備える発光素子ユニットと、
    外部に光を放射する発光面となる導光第一主面と、
    前記導光第一主面の反対側の面であり、前記発光モジュールが配置される凹部を備える導光第二主面とを有する透光性の導光板と、
    を備える発光モジュールであって、
    鉛直断面視において、前記第一光反射性部材の少なくとも一部は、前記凹部の外に位置し、
    前記発光モジュールは、さらに
    前記凹部の内側面及び前記発光素子ユニットの外側面と接する透光性の接合部材と、
    前記導光第二主面と前記接合部材の一部を覆う第二光反射性部材と
    を備え、
    前記導光第二主面側から見た平面視において、前記第一光反射性部材と前記第二光反射性部材は少なくとも一部が離隔されており、前記離隔された領域において前記接合部材が前記第二光反射性部材から露出しており、
    前記接合部材の硬度が、前記第一光反射性部材及び第二光反射性部材のいずれよりも低い発光モジュール。
  2. 請求項1に記載の発光モジュールであって、
    前記第二光反射性部材の硬度が、前記第一光反射性部材と同じか、これよりも高い発光モジュール。
  3. 請求項1又は2に記載の発光モジュールであって、
    前記第一光反射性部材、第二光反射性部材、接合部材が、それぞれ樹脂を含む発光モジュール。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の発光モジュールであって、
    前記発光素子ユニットは、平面視において矩形状に形成されており、
    前記接合部材は、平面視において前記発光素子ユニットの矩形状を構成する一辺の両側隅部よりも、これらの中間において幅広に形成されてなる発光モジュール。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光モジュールであって、
    前記第二光反射性部材は、前記導光板の前記導光第二主面と面する第二光反射接合面と、前記第二光反射接合面と反対側の第二光反射主面とを有しており、
    鉛直断面視において、前記第二光反射主面における前記接合部材と前記第二光反射性部材との界面が、前記透光性部材の端面よりも外側に位置されてなる発光モジュール。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の発光モジュールであって、
    前記第二光反射性部材は、前記導光板の前記導光第二主面と面する第二光反射接合面と、前記第二光反射接合面と反対側の第二光反射主面とを有しており、
    鉛直断面視において、前記第二光反射主面における前記接合部材と、前記第二光反射性部材との界面が、前記凹部の端面よりも外側に位置されてなる発光モジュール。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の発光モジュールであって、
    前記導光板は、前記凹部を複数形成しており、
    前記複数の凹部にそれぞれ、前記発光素子ユニット及び接合部材を配置しており、
    前記接合部材は、鉛直断面視において前記第二光反射性部材との界面を傾斜面としてなる発光モジュール。
  8. 請求項7に記載の発光モジュールであって、
    前記接合部材は、前記傾斜面を下に凸状とした曲面に形成してなる発光モジュール。
  9. 請求項7に記載の発光モジュールであって、
    前記接合部材は、前記傾斜面を上に凸状とした曲面に形成してなる発光モジュール。
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