JP6909987B2 - 発光モジュール - Google Patents

Description

本開示は、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モジュールは、例えば液晶ディスプレイのバックライト等の面光源に広く利用されている。例えば、液晶パネルの裏面に面光源を配置する直下型の液晶ディスプレイにおいては、面光源の薄型化に対する要求が高い。面光源の薄型化にともない光源と導光板の発光面との間の距離が短くなると、光が十分に拡散されずに発光面に輝度ムラや色ムラが生じやすくなる。

特開２０１８−１３３３０４号公報

本開示は、導光板の発光面内における輝度ムラや色ムラを少なくすることができる発光モジュールを提供する。

本開示の一態様によれば、発光モジュールは、導光板と、光源と、を備えている。前記導光板は、平面視で複数の角部を有する角形状であり、発光面となる第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面と、前記第２主面に設けられた凹部と、を有する。前記光源は、前記凹部に設けられている。前記凹部は、前記第２主面側の開口と、平面視で角形状の底面と、前記底面と鈍角をなして傾斜した傾斜面とを有する。前記光源は、前記凹部の前記底面の辺部に沿った側面を有する。平面視において、前記第１主面の前記複数の角部を結ぶ対角線と、前記凹部の前記底面の前記辺部とが交差する。平面視において、前記第１主面の前記複数の角部を結ぶ対角線と、前記光源の前記側面とが交差する。平面視において、前記凹部の前記傾斜面は、前記第１主面の角部と、前記光源の前記側面との間に位置し、前記第１主面の前記角部に対向する位置にある。

本開示によれば、導光板の発光面内における輝度ムラや色ムラを少なくすることができる発光モジュールを提供することができる。

実施形態の発光モジュールの模式上面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 実施形態の発光モジュールにおける導光板の凹部内の要素の斜視図である。 実施形態の発光モジュールにおける導光板と透光部との境界面の模式図である。 実施形態の発光モジュールの製造方法を示す模式断面図である。 実施形態の発光モジュールの製造方法を示す模式断面図である。 実施形態の発光モジュールの製造方法を示す模式断面図である。 他の実施形態の発光モジュールの模式上面図である。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

図１は、実施形態の発光モジュール１の模式上面図である。
図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。

発光モジュール１は、導光板１０と光源２０を備えている。光源２０は、発光素子２１と蛍光体層２２と被覆部材２３を有する。

導光板１０は、光源２０が発する光に対する透過性を有する。導光板１０の材料としては、例えば、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、ガラスなどを用いることができる。なかでも、透明性が高く、安価なポリカーボネートが好ましい。

導光板１０は、発光面となる第１主面１１と、第１主面１１の反対側の第２主面１２と、第２主面１２に設けられた凹部１５とを有する。さらに、導光板１０は、第１主面１１に連なる側面１３と、側面１３と第２主面１２との間に設けられた傾斜面１４とを有する。

光源２０の少なくとも蛍光体層２２が、導光板１０の凹部１５に配置されている。蛍光体層２２における導光板１０の第１主面１１側の面に対する反対側の面に発光素子２１が設けられている。凹部１５は、導光板１０に対する光源２０の位置決め部として機能することができる。

発光素子２１は、主発光面２１ｂと、主発光面２１ｂの反対側に設けられた正負の一対の電極２１ａを有する。発光素子２１は、半導体積層構造を有する。半導体積層構造は、例えば、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を含み、青色光を発光することができる。

発光素子２１の主発光面２１ｂが、例えば透光性接着剤によって、蛍光体層２２に接合されている。図２および図３に示す例では、発光素子２１の側面および電極２１ａは、凹部１５の外に位置している。または、発光素子２１は凹部１５内に配置してもよい。発光素子２１の側面に被覆部材２３が設けられている。被覆部材２３は、発光素子２１の下面における電極２１ａ間にも設けられている。被覆部材２３は、発光素子２１および蛍光体層２２中の蛍光体が発する光に対する反射性を有し、例えば、白色の顔料等を含有した樹脂である。特に、被覆部材２３は、酸化チタンを含有したシリコーン樹脂が好ましい。

蛍光体層２２は、母材と、母材に分散された蛍光体とを有する。蛍光体層２２の母材の材料として、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ガラスなどを用いることができる。耐光性および成形容易性の観点からは、母材としてシリコーン樹脂が好ましい。

蛍光体は、発光素子２１が発する光によって励起され、発光素子２１が発する光の波長とは異なる波長の光を発する。例えば、蛍光体として、ＹＡＧ蛍光体、ＬＡＧ蛍光体、βサイアロン蛍光体、ＣＡＳＮ蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体、量子ドット蛍光体などを用いることができる。蛍光体層２２は、複数種類の蛍光体を含んでいてもよい。

導光板１０の第１主面１１側には、光学機能部３２が設けられている。光学機能部３２は、第２主面１２に形成された凹部１５に向き合う位置に設けられている。発光素子２１の光軸と、光学機能部３２の光軸とが略一致することが好ましい。光学機能部３２の形状は、例えば、逆円錐や逆四角錐、逆六角錐等の逆多角錐形、あるいは、逆円錐台や逆多角錐台等である。

光学機能部３２は、導光板１０の屈折率よりも低い屈折率をもつ透光性樹脂、ガラスまたは空気層であり、導光板１０と光学機能部３２との界面で光を屈折させ、導光板１０の面方向に光を広げるレンズとして機能することができる。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。

凹部１５は、第２主面１２側から開口され、第２主面１２よりも第１主面１１に近い側に底面１７を有する。その凹部１５の底面１７に、光散乱剤を含む光散乱層３１が設けられている。光散乱層３１は、凹部１５の底面１７と、蛍光体層２２との間に設けられている。光散乱層３１は、発光素子２１の真上方向へ出射された光の一部を散乱させ下方に戻す。これにより、発光モジュール１の発光面である導光板１０の第１主面１１において、光源２０の真上付近が他の領域に比べて明るくなりすぎるのを抑えることができる。光散乱層３１は省略してもよく、凹部１５の底面１７に、蛍光体層２２を直接設けてもよい。

凹部１５内における光源の周囲（蛍光体層２２の周囲および光散乱層３１の周囲）に、透光部６０が設けられている。透光部６０は、光源２０が発する光に対する透過性を有する透光性樹脂部である。この透光性樹脂部の屈折率は、導光板１０の屈折率よりも低い。または、透光部６０は空隙（空気層）であってもよい。

導光板１０は、第２主面１２との間に鈍角を形成して第２主面１２に続く傾斜面１４を有する。その傾斜面１４および第２主面１２は、光反射性樹脂部４０で覆われている。

光反射性樹脂部４０は、光源２０が発する光に対する反射性を有し、例えば、白色の顔料等を含有した樹脂である。特に、光反射性樹脂部４０は、酸化チタンを含有したシリコーン樹脂が好ましい。

発光素子２１の電極２１ａは配線５２と接合されている。光反射性樹脂部４０は、絶縁性であり、発光素子２１の電極２１ａの側面を覆っている。

光反射性樹脂部４０は、配線基板５０と貼り合わされている。配線基板５０は、絶縁性の基材５１と、その基材５１の裏面に設けられた配線５４と、基材５１を貫通するビア５３とを有する。ビア５３は、配線５２と配線５４とを接続し、発光素子２１の電極２１ａは、配線５２およびビア５３を通じて、配線５４と電気的に接続されている。

配線基板５０の基材５１としては、例えば、樹脂、セラミックスを用いることができる。配線５２、５４、およびビア５３としては、例えば、銅を用いることができる。

本明細書において、平面視とは、図１に示すように、導光板１０の第１主面１１を見た平面視を表す。その平面視において、第１主面１１は、複数の角部１１ａを有する角形状であり、例えば４つの角部１１ａを有する四角形状である。

平面視において、凹部１５の底面１７も角形状である。例えば、凹部１５の底面１７は、４つの長辺部１７ａと、長辺部１７ａよりも短い４つの短辺部１７ｂを有する。また、底面１７は、長辺部１７ａと短辺部１７ｂとの間に角部を有する。

平面視において、蛍光体層２２は角形状である。蛍光体層２２は、平面視において例えば四角形状であり、４つの側面２２ａを有する。４つの側面２２ａは、凹部１５の底面１７の長辺部１７ａに沿っている。平面視において、蛍光体層２２の角部は、凹部１５の底面１７の短辺部１７ｂに対向する位置にある。

平面視において、第１主面１１の対角位置にある角部１１ａを結ぶ対角線と、凹部１５の底面１７の長辺部１７ａとが交差している。蛍光体層２２の側面２２ａが凹部１５の底面１７の長辺部１７ａに沿うように、蛍光体層２２は凹部１５の底面１７に位置決めされる。

平面視で四角形の光源２０が、導光板１０の第１主面１１の四角形に対し、例えば４５度回転して配置され、平面視において、第１主面１１の角部１１ａを結ぶ対角線と、光源２０の側面である蛍光体層２２の側面２２ａ（四角形の蛍光体層２２の辺部）とが交差している。平面視において、光源２０の角部（蛍光体層２２の角部）は、第１主面１１の角部１１ａを結ぶ対角線上に位置せず、角部１１ａに対向する位置にない。平面視において、光源２０の角部（蛍光体層２２の角部）は、第１主面１１の角部１１ａを結ぶ対角線によって区切られる領域に位置する。

蛍光体層２２において側面２２ａは角部よりも広い面積を有し、蛍光体層２２の側面２２ａから出射される光の輝度は、蛍光体層２２の対角方向に出射される光の輝度よりも高くなる傾向がある。

また、導光板１０の四角形の第１主面１１において、蛍光体層２２が配置された中央部と角部１１ａとの間の距離は、中央部と辺部との間の距離よりも長く、第１主面１１の四隅に光が広がりにくい傾向がある。

本実施形態によれば、第１主面１１の角部１１ａを結ぶ対角線と、蛍光体層２２の側面２２ａとが交差するように蛍光体層２２を導光板１０に対して配置して、蛍光体層２２の側面２２ａを第１主面１１の角部１１ａに対向するように位置させることで、蛍光体層２２から出射した光を導光板１０の第１主面１１の四隅に広げやすくすることができる。これは、発光モジュール１の発光面である第１主面１１内における輝度ムラおよび色ムラを少なくする。

図３は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
図４は、実施形態の発光モジュール１における導光板１０の凹部１５内の要素（光散乱層３１、蛍光体層２２、および透光部６０）の斜視図である。

凹部１５の開口１６の形状は例えば四角形であり、凹部１５の開口１６の形状と、凹部１５の底面１７の形状とは異なる。

凹部１５は、凹部１５の底面１７に対して鈍角をなして傾斜した傾斜面１８を有している。透光部６０は、凹部１５の傾斜面１８に接しており、凹部１５の傾斜面１８に対向する傾斜面６１を有している。

また、図２および図４に示すように、透光部６０は、凹部１５の底面１７と接する上面６３と、凹部１５の底面１７に対して垂直な垂直面６２を有する。垂直面６２も導光板１０に接している。

透光部６０において、導光板１０に接する面が上面６３及び垂直面６２だけの場合に比べて、傾斜面６１を形成することで、導光板１０との接触面積を広くできる。すなわち、異材質間の境界面を広くでき、蛍光体層２２から出射した光が、透光部６０から導光板１０へと取り込まれやすくなる。

また、図１に示す平面視において、傾斜面６１は、第１主面１１の角部１１ａと、蛍光体層２２の側面２２ａとの間に位置し、第１主面１１の角部１１ａに対向する位置にある。そのため、蛍光体層２２から出射した光を、透光部６０の傾斜面６１を介して導光板１０の第１主面１１の四隅に広げやすく、第１主面１１内における輝度ムラおよび色ムラを少なくすることができる。

図５は、導光板１０と透光部６０との境界面の模式図である。

透光部６０に傾斜面６１を設けることで、透光部６０と導光板１０との屈折率差によって、光源２０から出射した光は広がる方向に進みやすくなる。これは、導光板１０の第１主面１１において、光源２０の真上付近が他の領域に比べて明るくなりすぎるのを抑え、輝度ムラおよび色ムラを少なくすることができる。透光部６０が空隙（空気層）である場合も同様に、導光板１０との屈折率差によって、光源２０から出射した光は広がる方向に進みやすくなる。

図６Ａ〜図６Ｃは、実施形態の発光モジュール１の製造方法を示す模式断面図である。

まず、図６Ａに示すように、導光板１０を準備する。導光板１０は、例えば、射出成形、トランスファーモールド、熱転写等で成形することができる。光学機能部３２が設けられる凹部１９と、蛍光体層２２が設けられる凹部１５とを一括して金型で成形することで、光学機能部３２と発光素子２１との位置合わせ精度を高くできる。

図６Ｂに示すように、凹部１５に透光部６０として例えば透光性樹脂が供給される。透光性樹脂は、例えば、液状または流動性をもつ状態で、ポッティング、印刷、スプレー等の方法で凹部１５に供給される。

凹部１５に透光部６０を供給した後、図６Ｃに示すように、凹部１５に、光源２０が光散乱層３１とともに配置される。光散乱層３１は凹部１５の底面１７に接着される。

光散乱層３１、蛍光体層２２、および発光素子２１は互いに接合された状態で一体となって凹部１５に供給される。このとき、平面視が四角形の蛍光体層２２は、その側面２２ａが凹部１５の底面１７の長辺部１７ａに沿うように自己整合的に位置決めされる。したがって、発光素子２１も導光板１０に対して自己整合的に位置決めされる。また、凹部１５の開口１６の面積は底面１７の面積よりも大きいため、光散乱層３１および蛍光体層２２の凹部１５内への供給が容易になる。

その後、導光板１０の第１主面１１側の凹部１９に図２に示す光学機能部３２が設けられ、さらに、導光板１０の傾斜面１４および第２主面１２を覆うように、光反射性樹脂部４０が設けられる。光反射性樹脂部４０の下方には、配線基板５０が貼り付けられる。

実施形態の発光モジュール１では、配線基板５０にではなく、導光板１０に発光素子２１を実装するため、導光板１０と発光素子２１との距離を短くすることができ、発光モジュール１の薄型化が可能となる。このような発光モジュール１は、例えば、液晶ディスプレイのバックライトに用いることができる。例えば、バックライトが液晶パネルの裏面に配置された直下型の液晶ディスプレイでは、液晶パネルと発光モジュール１との距離が近いため、発光モジュール１の輝度や色のムラが液晶ディスプレイの輝度や色のムラに影響を及ぼしやすい。実施形態のような輝度や色のムラの少ない発光モジュール１を直下型液晶ディスプレイのバックライトとして用いることで、液晶ディスプレイの輝度や色のムラを少なくできる。

図７は、他の実施形態の発光モジュール１００の模式上面図である。

発光モジュール１００は、１つの導光板１０と、その導光板１０に周期的に配列された複数のセル２を有する。１つのセル２は、前述した発光モジュール１と同じ構成を有する。

すなわち、１つの導光板１０における第１主面１１側に複数の光学機能部３２が設けられ、第２主面１２に複数の凹部１５が形成されている。その凹部１５には、光散乱層３１、光源２０、および透光部６０が配置されている。

図７は、導光板１０の第１主面１１を見た平面図である。その平面視において、１つのセル２は、例えば４つの角部２ａを有する四角形状に形成されている。それぞれのセル２は、その辺部が導光板１０の四角形の第１主面１１の辺部に沿うように配置されている。そして、平面視において、それぞれのセル２の凹部１５の底面１７の長辺部１７ａおよび光源の側面（蛍光体層２２の側面２２ａ）は、それぞれのセル２の角部２ａに向いている。１つのセル２の角部２ａを結ぶ対角線と、そのセル２の凹部１５の底面１７の長辺部１７ａとが交差している。１つのセル２の角部２ａを結ぶ対角線と、そのセル２の蛍光体層２２の側面２２ａとが交差している。

したがって、それぞれのセル２において蛍光体層２２から出射した光をセル２の四隅に広げやすい。発光モジュール１００の発光面である第１主面１１の全体において、それぞれのセル２の中央部の輝度集中を抑制して、発光モジュール１００の発光面内における輝度ムラおよび色ムラを少なくすることができる。

以上、具体例を参照しつつ、本開示の実施形態について説明した。しかし、本開示は、これらの具体例に限定されるものではない。本開示の上述した実施形態を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本開示の要旨を包含する限り、本開示の範囲に属する。その他、本開示の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本開示の範囲に属するものと了解される。

１，１００…発光モジュール、２…セル、２ａ…セルの角部、１０…導光板、１１…第１主面、１１ａ…第１主面の角部、１２…第２主面、１５…凹部、１６…凹部の開口、１７…凹部の底面、１７ａ…長辺部、２０…光源、２１…発光素子、２２…蛍光体層、２２ａ…蛍光体層の側面、６０…透光部、６１…透光部の傾斜面

Claims (11)

1. 平面視で複数の角部を有する角形状であり、発光面となる第１主面と、前記第１主面の反対側の第２主面と、前記第２主面に設けられた凹部と、を有する導光板と、
   前記凹部に設けられた光源と、
   を備え、
   前記凹部は、前記第２主面側の開口と、平面視で角形状の底面と、前記底面と鈍角をなして傾斜した傾斜面とを有し、
   前記光源は、前記凹部の前記底面の辺部に沿った側面を有し、
   平面視において、前記第１主面の前記複数の角部を結ぶ対角線と、前記凹部の前記底面の前記辺部とが交差し、
   平面視において、前記第１主面の前記複数の角部を結ぶ対角線と、前記光源の前記側面とが交差し、
   平面視において、前記凹部の前記傾斜面は、前記第１主面の角部と、前記光源の前記側面との間に位置し、前記第１主面の前記角部に対向する位置にある発光モジュール。
2. 前記凹部、前記光源、および前記導光板をそれぞれ含む平面視で四角形状のセルが複数周期的に配列され、
   平面視において、それぞれの前記セルの前記凹部の前記底面の前記辺部および前記光源の前記側面は、それぞれの前記セルの角部に向いている請求項１に記載の発光モジュール。
3. 前記凹部内における前記光源の周囲に設けられた透光部をさらに備え、前記透光部は前記傾斜面に接している請求項１または２に記載の発光モジュール。
4. 前記透光部は、透光性樹脂部である請求項３に記載の発光モジュール。
5. 前記透光性樹脂部の屈折率は、前記導光板の屈折率よりも低い請求項４に記載の発光モジュール。
6. 前記凹部の前記開口の面積は、前記凹部の前記底面の面積よりも大きい請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光モジュール。
7. 前記導光板の前記第１主面における前記凹部に向き合う位置に設けられ、前記導光板の屈折率よりも低い屈折率をもつ光学機能部をさらに備えた請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光モジュール。
8. 前記導光板の前記第１主面における前記凹部に向き合う位置に設けられた光反射性の材料をさらに備えた請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光モジュール。
9. 前記光源は、発光素子と、前記発光素子の主発光面に接合された蛍光体層と、を含む請求項１〜８のいずれか１つに記載の発光モジュール。
10. 平面視において、前記導光板の前記第１主面は四角形状である請求項１〜９のいずれか１つに記載の発光モジュール。
11. 平面視において、前記凹部の前記底面は八角形状である請求項１〜１０のいずれか１つに記載の発光モジュール。

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