JP5463225B2 - 面発光ユニット及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置用のバックライトユニットや照明器具に用いられる、発光素子を搭載した発光素子モジュールからなる面発光ユニット、及びその製造方法に関する。

液晶テレビや液晶モニター等の液晶表示装置では、液晶それ自体が発光するわけではないので、表示のために背面から照射する光源を必要とする。当該光源として、蛍光管やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の固体発光素子が用いられ、何れの場合においても、表示エリア内で均一な光を得るための工夫が必要となる。

従来用いられている発光素子を搭載した基板（発光素子モジュール）の構成を図１４に示す。特許文献１に示されているように、基板１１上にＬＥＤ５を直接設け、ワイヤ８で基板１１とＬＥＤ５とを接続し、更に基板上のＬＥＤ５とワイヤ８を保護するために、レンズ部４１ａとリフレクタ部４１ｂを一体に成型したキャップ４１を接着樹脂３２を用いて接着し、更に、キャップ４１内部に封止用の透明樹脂４２を注入し、熱硬化させることで完成する。

特開２００８−３０５９４０号公報

ところが、上記の従来技術の場合、キャップ４１の底面の全面において、キャップが接着樹脂３２で基板１１に固定される。このとき接着樹脂が液状の場合、接着樹脂３２をキャップ４１の底面或いは基板１１上のキャップの底面の形状と重なる領域に塗布する必要が有り、塗布に時間を要してしまう。また、必要接着樹脂量も多くなる。シート状或いはテープ状の接着材料の場合も、比較的大きな接着面積を必要とする。このため、接着樹脂で固定する領域をキャップ４１の底面の全面ではなく、キャップ４１の底面或いは基板１１上のキャップの底面の形状と重なる領域の一部のみに、点状に塗布することが考えられる。

しかしながら、この場合、接着樹脂が発光素子からの光を遮ることで影ができる。発光素子の配列の仕方によっては、この影同士が重なり合うことで強調され、液晶テレビ、液晶モニター、又は面発光タイプの照明器具等に用いられる面発光ユニットにおいて、筋状の輝度ムラが発生してしまう。

本発明は上記従来技術に係る課題を鑑みてなされたものであり、接着樹脂の接着箇所を節約しつつ、輝度ムラの発生が抑制された面発光ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る面発光ユニットは、発光素子を含む発光素子部品を複数、基板上に二次元的に整列配置し、前記基板上に、前記発光素子からの光を分散させるための光学レンズを前記発光素子部品毎に複数配置してなる面発光ユニットであって、前記光学レンズは、夫々、一または複数の支持部を介して前記基板上に固定され、前記発光素子部品が二次元的に整列配置された一部又は全ての領域において、前記支持部の夫々は、前記発光素子部品毎に、前記各支持部により前記基板上に固定される前記光学レンズに対応する前記発光素子部品と、当該発光素子部品に隣接する前記発光素子部品とを結ぶ直線のうち少なくとも一の共通の直線上を避けて配置されていることを第１の特徴とする。

更に、本発明に係る面発光ユニットは、上記第１の特徴に加えて、前記発光素子部品が二次元的に整列配置された一部又は全部の領域において、前記支持部の夫々が、前記各支持部により前記基板上に固定される前記光学レンズに対応する前記発光素子部品と、当該発光素子部品に隣接する前記発光素子部品とを結ぶすべての直線上を避けて配置されていることを第２の特徴とする。

更に、本発明に係る面発光ユニットは、上記第１又は第２の何れかの特徴に加えて、前記支持部の夫々は、夫々が避けて配置される直線上の前記発光素子部品の出射部の投影幅分の領域を避けて配置されていることを第３の特徴とする。

更に、本発明に係る面発光ユニットは、上記第１乃至第３の何れかの特徴に加えて、前記支持部は、前記光学レンズを前記基板上に固定するための接着樹脂を含んでなることを第４の特徴とする。

更に、本発明に係る面発光ユニットは、上記第１乃至第４の何れかの特徴に加えて、前記支持部は、前記光学レンズの外周部から前記基板方向に突出する一または複数の前記光学レンズの支柱を含んでなることを第５の特徴とする。

更に、本発明に係る面発光ユニットは、上記第１乃至第５の何れかの特徴に加えて、前記発光素子部品は、前記発光素子が透明樹脂で封止され構成されていることを第６の特徴とする。

本発明に係る面発光ユニットの製造方法は、上記第１乃至第６の何れかの特徴の面発光ユニットを製造する方法であって、発光素子を含む発光素子部品を準備する工程と、基板上に配線と前記発光素子部品を設置するためのランドとが形成された前記基板を準備する工程と、光学レンズを準備する工程と、前記基板の前記ランド上に前記発光素子部品を二次元的に整列して設置する工程と、一または複数の支持部を介して、前記発光素子部品毎に前記光学レンズを前記基板上に固定するレンズ固定工程を含み、前記レンズ固定工程において、前記発光素子部品が二次元的に整列配置された一部又は全部の領域の前記支持部の夫々を、前記発光素子部品毎に、前記各支持部により前記基板上に固定される前記光学レンズに対応する前記発光素子部品と、当該発光素子部品に隣接する前記発光素子部品とを結ぶ直線のうち少なくとも一の共通の直線上を避けて配置することを第１の特徴とする。

更に、本発明に係る面発光ユニットの製造方法は、上記第１の特徴に加えて、前記レンズ固定工程において、前記発光素子部品が二次元的に整列配置された一部又は全部の領域において、前記発光素子部品毎の接着樹脂の接着箇所を、当該接着樹脂により前記基板上に接着される前記光学レンズに対応する前記発光素子部品と、当該発光素子部品に隣接する前記発光素子部品とを結ぶ直線のうち少なくとも一の共通の直線上を避けて配置することを第２の特徴とする。

更に、本発明に係る面発光ユニットの製造方法は、上記第１又は第２の特徴に加えて、前記光学レンズを準備する工程において、外周部から前記基板方向に突出する一または複数の支柱を有する前記光学レンズを準備し、前記レンズ固定工程において、前記発光素子部品が二次元的に整列配置された一部又は全部の領域における前記光学レンズの前記複数の支柱の夫々を、前記発光素子部品毎に、前記各支柱により前記基板上に固定される前記光学レンズに対応する前記発光素子部品と、当該発光素子部品に隣接する前記発光素子部品とを結ぶ直線のうち少なくとも一の共通の直線上を避けて配置することを第３の特徴とする。

更に、本発明に係る面発光ユニットの製造方法は、上記第１乃至第３の何れかの特徴に加えて、前記支持部の夫々を、夫々が避けて配置される直線上の前記発光素子部品の出射部の投影幅分の領域を避けて配置することを第４の特徴とする。

本発明では、発光素子を搭載した発光素子部品（発光素子のみで構成される場合を含む）を複数、基板上に二次元的に整列配置し、前記発光素子からの光を分散させるための光学レンズを前記発光素子部品毎に、基板上に配置してなる面発光ユニットにおいて、光学レンズの基板上の固定を行う支持部を、当該支持部により固定される光学レンズに対応する発光素子部品と、当該発光素子部品に隣接する発光素子部品とを結ぶ直線のうち少なくとも一つの直線上を共通に避けるように配置する。このようにすることで、支持部が発光素子からの光を遮ることで発生する影同士が重なり合うことがなく、また、影が当該共通の直線上に並ぶことがないので、当該支持部が当該共通の直線上を避けて配置されている領域においては、筋状の輝度ムラの発生が抑制される。

本発明に係る面発光ユニットにおいて用いられる発光素子モジュールの断面図。 発光素子モジュールに設置される光学レンズの形状を示す図。 発光素子モジュールの製造工程を示す図。 発光素子モジュールの製造工程を示す図。 筋状の輝度ムラが縦方向と横方向に発生する面発光ユニットの発光素子部品、光学レンズ、及び支持部の配置を示す図。 本発明に係る面発光ユニットの発光素子部品、光学レンズ、及び支持部の配置を示す図。 本発明に係る面発光ユニットの発光素子部品、光学レンズ、及び支持部の配置を示す図。 本発明に係る面発光ユニットの発光素子部品、光学レンズ、及び支持部の配置を示す図。 本発明に係る面発光ユニットの発光素子部品、光学レンズ、及び支持部の配置を示す図。 本発明に係る面発光ユニットの発光素子部品、光学レンズ、及び支持部の配置を示す図。 本発明に係る面発光ユニットの発光素子部品、光学レンズ、及び支持部の配置を示す図。 本発明に係る面発光ユニットの発光素子部品、光学レンズ、及び支持部の配置を示す図。 本発明に係る面発光ユニットの発光素子部品、光学レンズ、及び支持部の配置の詳細を示す図。 従来技術における発光素子モジュールの断面図。

〈第１実施形態〉
本発明の面発光ユニットにおいて用いられる、発光素子を搭載した発光素子モジュール１の構成例を図１に示す。図１は、本実施の形態が適用される発光素子モジュール１の基板の垂直方向の断面図である。基板１１上には、発光素子としてＬＥＤを搭載した発光素子部品２が、夫々、一列または複数列に複数個搭載されているが、図１では、一つの発光素子部品２に着目して描いている。尚、以降に示される図面では、適宜、要部が強調して示されており、図面上の各構成部分の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致するものではない。

発光素子部品２は、セラミック等の部品基板３上にＬＥＤチップ（図示せず）が１個或いは複数個搭載され、ワイヤ（図示せず）等により部品基板３に電気的に接続され、ＬＥＤチップとワイヤが封止樹脂６により封止されて構成されている。そして、発光素子部品２は、基板１１のランド部１３ａ上にハンダ等の導電材料７により部品端子４を介して基板１１と接続され、光学レンズ２１の中心が、発光素子部品２の中心と略重なるように設置されている。封止樹脂６にはシリコーン系等の透明樹脂が用いられ、必要に応じ蛍光体などが添加されている。このように、予めＬＥＤチップを透明樹脂で封止した発光素子部品２を作製し、良品の発光素子部品２を基板１１上に搭載することで、多数のＬＥＤを搭載する発光素子モジュール１の歩留まり低下を抑制することができる。

基板１１は、例えば、布状或いは不織布状のガラス繊維や有機繊維などに樹脂（エポキシ樹脂、シアネート樹脂等）を含浸させて形成された基材１２上に、配線処理が施され作製されている。配線１３（１３ａ，１３ｂ）には銅が用いられている。配線の最表面には金メッキを施しても良い。また、発光素子部品２は発熱が比較的大きいので、配線は基板１１の両面に施しておくと良い。発光素子部品２の搭載箇所において、部品端子４の端子配置に合わせてランド部１３ａが配置されている。基板の最表面には白色の絶縁材料（白レジスト等）１４が、配線１３におけるランド部１３ａを除く配線部１３ｂの配置領域を覆うように形成されている。基板１１の最表面を白色の絶縁材料１４で覆うことにより、配線の保護に加え、発光素子からの光の反射率を高め、表示エリア内への光照射量を高めることができる。尚、反射シートを別に基板表面に設ける場合は通常のソルダレジストでも構わない。

基板１１上には、絶縁材料１４で覆われていない開口部１５ａと１５ｂを有し、開口部１５ａにおいて、発光素子部品２が基板１１上のランド部１３ａに接続され、開口部１５ｂにおいて、光学レンズ２１と基板１１上の基材１２とが接着樹脂３１により固定されている。ここで、接着樹脂３１として伸び率の良好な接着樹脂を用いると良く、具体的には引っ張り破断伸びが５０％以上の接着樹脂を用いることが望ましい。これにより、基板１１と光学レンズ２１との熱膨張係数の不整合により生じる応力を基板と光学レンズの接着部において吸収し、基板と光学レンズの接着部のクラックや剥がれが防止され、歩留まりの良い発光素子モジュールを提供することが可能になる。例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂、又は、シリコーン系、アクリル変成シリコーン系若しくはウレタン系の湿度硬化性の樹脂を用いることができる。

開口部１５ｂのサイズは、光学レンズ２１の支柱部２３の底面サイズと同じか、それよりも僅かに大きくすると良い。このように、支柱部２３の底面サイズと同じか僅かに大きいサイズの開口部を絶縁材料上に設けることで、接着樹脂３１の位置決めを容易にし、樹脂量の管理も容易となる。接着樹脂３１の量が多すぎると、接着樹脂３１が光学レンズのレンズ部２２の底面へ這い上ることにより、或いは、基板１１面上に開口部１５ｂを超えて広がることにより、レンズ部２２の底面或いは支柱部２３において透過光の遮りや吸収が生じ、発光素子からの光の拡散に影響が生じる場合がある。尚、基板１１の熱膨張係数は、樹脂基板１１では１×１０^−５／℃から３×１０^−５／℃程度であり、セラミック基板においては５×１０^−６／℃程度である。また、開口部１５ｂは、隣接する発光素子部品２同士を結ぶ直線のうち少なくとも一つの直線上を共通に避けるように配置されている。これにより、当該共通の直線上を避けるように光学レンズの支柱部２３、及び接着樹脂３１が配置され、光学レンズの支柱部２３、及び接着樹脂３１が発光素子からの光を遮ることで発生する影同士が重なり合わないので、筋状の輝度ムラの発生が抑制される。

光学レンズ２１は、透明性に優れたアクリル系、ポリカーボネート、メタクリルや、その他にもスチレン系、エポキシ系樹脂等を用いることができる。これらの材料の熱膨張係数は６×１０^−５／℃から８×１０^−５／℃程度である。光学レンズ２１の形状を図２に示す。図２（ａ）に側面図を、図２（ｂ）に上から見た図を示す。図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、光学レンズ２１は、レンズ部２２と、支柱部２３と、窪み部２４と、マーク部２５を有し、金型を用いて射出成型などで一体物として成型され、作製されている。

レンズ部２２は、予めシミュレーション等により光を拡散できるように非球面形状に設計され、形成されている。

支柱部２３は、光学レンズ２１を基板１１に接着樹脂３１を用いて固定するために設けられた一または複数の支柱からなる。当該支柱は３本以上設けることが基板１１に対して水平に取り付けることが容易になるので望ましい。また、支柱部２３の全ての支柱を接着樹脂３１により基板１１と固定しても良いが、少なくとも２本の支柱を固定することで光学レンズ２１の回転が生じないので望ましい。当該支柱部２３の複数の支柱と、接着樹脂３１は、光学レンズ２１を基板上に固定するための支持部として機能している。

更に、支柱部２３は、基板１１と光学レンズ２１との熱膨張係数の不整合による接着部分に加わる応力を分散させる役割を有している。当該応力は、基板１１への光学レンズ２１の接着後の温度変化（接着樹脂３１の加熱処理後の冷却、又は表示装置のＯＮ／ＯＦＦにより発光素子部品２その他の部品が繰り返し発熱・冷却されることによる温度変化）により寸法（支柱部２３の各支柱間の距離）が変化することで発生する。従って、支柱部２３の支柱の高さが高いほど、接着部分への応力を分散させることができる。

更に、基板１１と光学レンズ２１が支柱部２３で接着されることにより、基板１１と光学レンズ２１との間に当該支柱の高さ分の空気が移動できる層を有し、発光素子モジュール１の放熱性を良くすることができる。

尚、基板１１の上面と水平な方向においては、支柱部２３の断面形状は、円、楕円、三角形、正方形、長方形、多角形等、種々の形状が考えられるが、光学レンズ２１の中心と支柱部２３の中心を結ぶ方向（即ち、レンズの半径方向）の断面の幅は０．５〜５ｍｍ程度が望ましい。光学レンズ２１の中心と支柱部２３の中心を結ぶ方向において、支柱部２３の幅が広すぎると光学的な影響により発光素子部２からの直接光あるいは基板１１の表面からの反射光が光学レンズ２１に入射するのが遮られてしまい、逆に狭すぎると強度が弱くなるためである。一方、光学レンズ２１の中心と支柱部２３の中心を結ぶ線に垂直な方向（即ち、レンズの外周方向）においては、幅を比較的広げることができ、断面の幅は０．５〜１０ｍｍ程度が望ましい。光学レンズ２１の中心と支柱部２３の中心を結ぶ線に垂直な方向においては、上記の光学的な影響は少ないが、支柱部の断面幅が広すぎると空気の移動を妨げるため放熱性に影響が生じる。しかしながら、断面幅が１０ｍｍを超える場合であっても、発光素子部品２を密閉した場合と比べると空気が移動できる層を有することにより放熱性が向上されている。

支柱部２３の支柱の高さは、接着樹脂３１に加わる応力を低減する意味ではできる限り高くすることが望ましいが、発光素子モジュール１が搭載される表示装置の厚さや発光素子の実装高さなどとの兼ね合いにより決定され、０．１〜５ｍｍ程度が妥当である。また、接着樹脂３１で固定する支柱部２３の個々の支柱間の距離が大きくなればなるほど、接着樹脂３１に加わる応力も大きくなるため、当該支柱間の距離は２０ｍｍ以下とすることが望ましい。

光学レンズ２１の中央部には、発光素子部品２を一部収納するための窪み部２４が形成されており、発光素子部品２が密閉されず、発光素子部品２と窪み部２４の間に空気の層を有していることにより、発光素子部品２の、惹いては発光素子モジュール１全体の放熱性を良くしている。

マーク部２５は光学レンズ２１を基板１１に搭載する際のアライメントマークとして用いられている。マーク部２５は光学レンズ２１の外周から外側に突出した構造とし、支柱部２３の外側に、光学レンズ２１の中心から３つの支柱の中心を通過する延長線上にそれぞれ設けている。マーク部２５の形状は光学レンズ２１の正面から見て三角形や長方形などの形状で、光学レンズ成型後のゲート切断部（図示なし）の形状と区別できる形状であれば良い。本実施形態ではゲート切断部の形状が長方形であるため、マーク部２５の形状を三角形としている。

〈第２実施形態〉
次に、上記発光素子モジュール１の製造方法につき説明する。図３及び図４は、図１に示される発光素子モジュール１の製造工程を示す図である。

先ず、発光素子部品２、基板１１、及び、光学レンズ２１を準備する。ここで、基板１１は、例えばエポキシとガラス繊維を複合した樹脂基板であり、図３に基板１１の断面図を示す。基板１１の両面に配線１３が形成されている。当該配線１３は銅、ニッケル、金等の材料で形成することができる。配線１３のうち、基板１１の一方の面に発光素子部品２を搭載するランド部１３ａが形成され、両面に配線部１３ｂが形成されている。また、発光素子部品２が搭載されない他方の面においては全面に配線部１３ｂが設けられることで基板１１の放熱性を向上させている。ソルダレジスト１４は、両面に形成される配線１３ｂの全面を覆い、配線部１３ｂを保護しており、ランド部１３ａと、光学レンズ２１の支柱部２３が設置される位置に、夫々開口部１５ａ，１５ｂが設けられている。

発光素子部品２は、セラミックからなる部品基板３の上にＬＥＤチップ（図示せず）が１個或いは複数個搭載され、ワイヤ（図示せず）等により電気的に接続され、ＬＥＤチップとワイヤが封止樹脂６により封止されて形成されている。封止樹脂６は耐熱性、耐光性に優れるシリコーン系樹脂が望ましい。

光学レンズ２１は金型を用いて、射出成型等により、レンズ部２２と、支柱部２３と、窪み部２４と、マーク部２５とが一体で成型されている。支柱部２３、マーク部２５は後で取り付けても良いが、一種類の材料ですむため、工程上容易な一体成型が望ましい。

次に、基板１１上に発光素子部品２を設置する。図４に発光素子部品２が設置された基板１１の断面図を示す。発光素子部品２の部品基板３の実装面には銅、銀、ニッケル、金などからなる部品端子４が設けられており、ハンダ或いは導電接着材等の導電材料７により基板１１のランド部１３ａに実装される。導電材料７は、部品端子４か、ランド部１３ａの何れか又は両方に設けると良い。これらの導電材料はリフローやオーブンなどにより熱処理され、発光素子部品２が基板１１上に固定される。

次に、基板１１上に光学レンズ２１を、接着樹脂３１を用いて固定する。接着樹脂３１は、上述の通り、伸び率の良好な接着樹脂である。このとき、隣接する発光素子部品２同士を結ぶ直線のうち少なくとも一つの直線上を共通に避けるように光学レンズ２１の支柱部２３、及び接着樹脂３１を配置する。これにより光学レンズの支柱部２３、及び接着樹脂３１が発光素子からの光を遮ることで発生する影同士が重なり合わず、筋状の輝度ムラの発生が抑制される。

図４の基板１１上の開口部１５ｂ上に接着樹脂３１を適量供給し、光学レンズ２１の支柱部２３の支柱の底面と接着させる。基板１１上の光学レンズ接着位置への接着樹脂３１の供給は、接着樹脂３１が液状の場合、ディスペンス法、印刷法などにより行うことができる。シート状、テープ上の場合は仮圧着などをおこなって供給しておく。製造上は液状の接着樹脂３１をディスペンス法により塗布する方法が簡便であり望ましい。

接着樹脂３１は、接着箇所（支柱部２３の全ての支柱の底部、或いはそのうちの少なくとも１箇所）のみに供給するため、従来技術のようにレンズ周縁部全体を接着する場合に比べて使用量を低減することが可能である。

次に、光学レンズ２１の基板１１への固定をダイボンダー、マウンターなどの一般的な搭載機を用いて行う。マーク部２５はその際のアライメントマークとして用いられる。

接着樹脂３１として、エポキシ系の熱硬化タイプの接着樹脂を用いる場合は、レンズ２１の搭載後は、９０℃以下である８０℃で５分の熱処理で硬化させることができる。従って、１５０℃以上の高温で熱硬化する一般的な接着樹脂と比べて、熱硬化後の冷却後に加わる応力を小さくすることができる。また、５分程度の短時間で済むため、オーブンだけでなく、ホットプレートやリフロー炉によっても硬化が可能となる。

また、接着樹脂３１として、シリコーン系やポリウレタンなどの湿度硬化タイプの接着樹脂を用いる場合は、より低い温度である４０〜６０℃で硬化させることができる。更に、８時間程度の長時間の硬化処理が許される場合においては、室温で硬化させることができるので、更に接着樹脂３１部に加わる応力を低減することができる。

上記工程により、光学レンズ２１がその支柱部２３を介して基板１１上に接着され、光学レンズ２１の中心が、発光素子部品２の中心と略重なるように基板１１上に固定されることにより、図１に示される、基板１１上に発光素子部品２、及び光学レンズ２１が設置された発光素子モジュール１が製造される。

〈第３実施形態〉
上記発光素子モジュール１は、単体で、或いは複数の同種又は異種の発光素子モジュール同士を組み合わせ、縦及び横方向に接続することで、液晶テレビや液晶モニター等のバックライト、又は照明器具として用いられる面発光ユニットとして使用されることができる。当該面発光ユニットにおいては、発光素子を搭載した発光素子部品が、二次元的にマトリクス状に整列配置されることで、画面サイズに相当する発光領域が確保される。

図５〜図１２は当該面発光ユニットの構成例であり、本発明の面発光ユニットにおける発光素子部品２、光学レンズ２１、及び光学レンズの支柱部２３の各支柱と接着樹脂３１の配置関係を示す図である。図５〜図１２を用いて発光素子の点灯時に生じる筋状の輝度ムラについて説明する。

図５〜図１２において、点線で囲まれた領域は、液晶テレビや液晶モニターなどの画面、或いは、面発光タイプの照明器具の発光面を想定した領域である。この領域において、一又は複数の発光素子モジュールによって発光素子部品２と光学レンズ２１が二次元的にマトリクス状に整列配置されている。その整列の仕方としては図５〜図１１に示されるような碁盤目状、図１２に示されるように奇数列と偶数列が段違いのもの、図示しないが放射状のものなどが考えられる。いずれの配列においても、縦、横、或いは、斜め方向に、複数の隣接する発光素子部品同士を結ぶ直線（一点鎖線）が存在している。

図５に示される面発光ユニット５１では、光学レンズ２１毎に４つの支持部（接着樹脂３１又は支柱部２３の支柱、或いはその両方）を有し、その支持部の中心は、隣接する発光素子部品２の中心同士を結ぶ縦と横の直線上に重なるように配置されている。この場合、縦方向と横方向に筋状の輝度ムラが発生した。これは、各々の支持部が発光素子部品２からの光を遮り、影ができ、その影同士が発光素子部品２同士を結ぶ直線上で一列に並び、重なり合うことにより強調されるためである。

図６に示される面発光ユニット５２では、光学レンズ２１毎に３つの支持部（接着樹脂３１又は支柱部２３の支柱、或いはその両方）を有し、その支持部のうち一つは、その中心が隣接する発光素子部品２の中心同士を結ぶ縦の直線上に重なるように配置されているが、他の二つの支持部については、縦及び横の直線上を避ける様に配置されている。即ち、隣接する発光素子部品２の中心同士を結ぶ横の直線上を共通して避けるように光学レンズ２１の３つの支持部が配置されている。この場合、縦方向のみに筋状の輝度ムラが発生し、横方向には発生しなかった。これは、各々の支持部が発光素子部品２からの光を遮り、影ができ、その影同士が縦方向に隣接する発光素子部品２同士を結ぶ直線上に一列に並ぶことにより強調されるが、横方向に隣接する発光素子部品２同士を結ぶ直線上には並ばないためである。

図７に示される面発光ユニット５３では、光学レンズ２１毎に３つの支持部（接着樹脂３１又は支柱部２３の支柱、或いはその両方）を有し、その支持部のうち一つは、その中心が隣接する発光素子部品２の中心同士を結ぶ横の直線上に重なるように配置されているが、他の二つの支持部については、縦及び横の直線上を避ける様に配置されている。即ち、隣接する発光素子部品２の中心同士を結ぶ縦の直線上を共通して避けるように光学レンズ２１の３つの支持部が配置されている。この場合、横方向のみに筋状の輝度ムラが発生し、縦方向には発生しなかった。これは、各々の支持部が発光素子部品２からの光を遮り、影ができ、その影同士が横方向に隣接する発光素子部品２同士を結ぶ直線上で一列に並ぶことにより強調されるが、縦方向に隣接する発光素子部品２同士を結ぶ直線上には並ばないためである。

図８〜図１０に示される面発光ユニット５４〜５６では、光学レンズ２１の支持部（接着樹脂３１又は支柱部２３の支柱、或いはその両方）の中心が全て、隣接する発光素子部品２の中心同士を結ぶ縦と横の直線上を避けるように配置されている。この場合、縦方向にも横方向にも筋状の輝度ムラは発生しなかった。これは、各々の支持部が発光素子部品２からの光を遮り、影ができるが、その影同士は隣接する発光素子部品２同士を結ぶ縦或いは横の直線上に並ぶことがないためである。図８に示される面発光ユニット５４では全ての光学レンズ２１に対して支持部の配置が同じであるが、図９に示される面発光ユニット５５では奇数列と偶数列で配置を換えた例を示している。全てランダムに配置しても、支持部の影同士が重なり合う箇所が少なくなるため筋状の輝度ムラは抑制される。

図８、図９に示される面発光ユニット５４，５５では、光学レンズ２１毎に支持部を３つ有しているのに対して、図１０に示される面発光ユニット５６では光学レンズ２１毎に支持部を５つ有している。しかしながら、面発光ユニット５６では、全ての５つの支持部を隣接する発光素子部品２の中心同士を結ぶ縦と横の直線上を避けるように配置した結果、縦方向にも横方向にも筋状の輝度ムラは発生しなかった。

図１１に示される面発光ユニット５７では、一つの光学レンズ２１ａを除いて、その支持部の中心が、隣接する発光素子部品２ａの中心同士を結ぶ縦と横の直線上に重なるように配置されている。これは、言い換えると、一つの光学レンズ２１ａにおいて、その支持部（接着樹脂３１ａ又は支柱部２３ａの支柱、或いはその両方）の中心は、対応する発光素子部品２ａと当該発光素子部品２ａに隣接する発光素子部品との中心同士を結ぶ直線上を避けて配置されており、図５の面発光ユニットと比較して僅かに該当光学レンズ２１ａ付近で輝度ムラが抑えられた。

図１２に示される面発光ユニット５８では、発光素子部品２が奇数列と偶数列で互い違いに配置されており、発光素子部品２は、縦方向と斜め方向において隣接している。この場合、横方向に比べ、比較的、縦と斜めが影の影響を受けやすい方向となる。従って、図１２に示されるように、光学レンズ２１の支持部（接着樹脂３１又は支柱部２３の支柱、或いはその両方）の中心を、隣接する発光素子部品２の中心同士を縦方向と斜め方向に結ぶ直線上を避けるように配置したところ、筋状の輝度ムラの発生しない、良好な結果が得られた。

従って、光学レンズ２１を基板１１上に固定するための支持部を、当該支持部により固定される光学レンズに対応する発光素子部品と、その発光素子部品に隣接する発光素子部品とを結ぶ直線のうち少なくとも一つの直線上を共通に避けるように配置することにより、筋状の輝度ムラが抑制された面発光ユニットが実現できる。

光学レンズ２１を基板１１上に固定するための支持部と、当該支持部により固定される光学レンズに対応する発光素子部品と、その発光素子部品に隣接する発光素子部品との位置関係を図１３に示す。図１３（Ａ）では隣接する発光素子部品２の中心同士を結んだ直線上に支持部の中心が配置されており、支持部の影のコントラストが強く現れる。図１３（Ｂ）では隣接する発光素子部品２の中心同士を結んだ直線上を避けて支持部の中心が配置されており、支持部の影のコントラストが弱まるため、輝度ムラが分かりにくくなる。図１３（Ｃ）では隣接する発光素子部品２の中心同士を結んだ直線上を避けて支持部全体が配置されており、支持部の影のコントラストが更に弱まり、輝度ムラが殆どわからなくなる。図１３（Ｄ）では隣接する発光素子部品２の出射部（光を放出する部分であり、本実施形態においては発光素子の封止樹脂６までが相当）同士を結んだ投影幅の範囲を避けて支持部全体が配置されており、最も望ましい配置である。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施形態の一例である。本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施が可能である。

〈別実施形態〉
以下に、別実施形態について説明する。

〈１〉上述の実施形態では、光学レンズ２１の支柱部２３の各支柱と、当該支柱の底面と基板１１を接着する接着樹脂３１により光学レンズを基板上に固定するための支持部が構成されているが、本発明は必ずしもこれに限られるものではない。例えば、別に成型された透明な支柱部分を基板１１上に差し込み固定した後、当該支柱部分の上面と光学レンズ２１を接着樹脂により接着しても良い。この場合も、隣接する発光素子部品２同士を結ぶ直線のうち少なくとも一つの直線上を共通に避けるように当該支柱部分を配置することにより、当該支柱部分及び接着樹脂３１が発光素子からの光を遮ることで発生する影同士が重なり合わず、筋状の輝度ムラの発生が抑制される。また、接着樹脂のみで光学レンズを固定してもよい。この場合も、隣接する発光素子部品２同士を結ぶ直線のうち少なくとも一つの直線上を共通に避けるように接着箇所を配置することにより、接着樹脂が発光素子からの光を遮ることで発生する影同士が重なり合わず、筋状の輝度ムラの発生が抑制される。

〈２〉また、上述の実施形態では、面発光ユニット内の発光素子部品２、光学レンズ２１、および光学レンズの支柱部２３の各支柱（接着樹脂３１）の配置関係について、光学レンズ２１毎に設けられる支持部２３の支柱の個数が３個の場合を図６〜図９および図１２に、４個の場合を図１１に、５個である場合を図１０に、夫々示したが、これらは例示であり、本発明は支柱部２３の支柱の個数に限定されない。支柱を１個のみ有する光学レンズ２１に対しても、当該一の支柱を介して光学レンズ２１を基板１１上に固定することができ、かつ、隣接する発光素子部品２同士を結ぶ直線上を避けるように支柱を配置することにより、当該支柱が発光素子からの光を遮ることで発生する影同士が当該直線上に並ぶことがないため、筋状の輝度ムラの発生が抑制される。

或いは、上記従来技術に係る図１４において、接着樹脂３２が本発明の支持部に相当する。この場合、キャップ４１の底面の全面に接着樹脂３２を塗布するのではなく、キャップ４１の底面の一部の一又は複数の領域に、点状に塗布し、接着樹脂３２を介してキャップ４１が接着、固定される基板１１上の領域を、隣接するＬＥＤ５同士を結ぶ直線上を避けるように配置することで、本発明の効果を奏することができる。

〈３〉また、上述の実施形態では、発光素子を透明樹脂で封止した発光素子部品２を、基板１１上に二次元的に整列配置して面発光ユニットを構成しているが、基板１１上に直接、ＬＥＤ等の発光素子を二次元的に整列配置して、基板１１上で樹脂封止を行っても構わない。この場合、基板１１上に二次元的に整列配置され樹脂封止される発光素子の夫々が、発光素子部品２を構成する。

〈４〉上記第１及び第２実施形態において、光学レンズ２１は、絶縁材料（ソルダレジスト）１４上に開けられた開口部１５ｂにおいて、基板１１の基材１２と光学レンズ２１の支柱部２３が接着樹脂３１により接着されることにより基板１１上に固定されているが、開口部１５ｂを設けず、絶縁材料（ソルダレジスト）１４と光学レンズ２１の支柱部２３を接着樹脂３１で固定しても良い。その場合、支柱部２３が配置される領域にマーキングを行っておくと、接着樹脂３１の供給時における接着箇所の位置決めと樹脂供給量の管理が容易になる。ただし、絶縁材料１４と基材１２との密着性があまり良くない場合があるので、その場合には絶縁材料１４上に開口部を設ける方が望ましい。

〈５〉上記発光素子モジュール１は、全表示画面分に対応する数の発光素子部品２を全て、一つのモジュール上に搭載しても良いが、この場合、表示画面サイズに相当する大きさの基板１１を必要とし、また、画面サイズごとに基板１１を変える必要がある。そこで、数個から数十個までの発光素子部品２を搭載した基本発光素子モジュールを複数種類、複数枚数用意し、画面サイズに応じて当該基本発光素子モジュールを複数枚数組み合わせて使用することで、所望の表示画面サイズ用の発光素子モジュール１を構成することが望ましい。例えば、発光素子部品２が夫々５個、６個、８個搭載されている３種類の基本発光素子モジュールを準備することで、様々な表示画面サイズに対応することができる。これにより、個々のモジュールのサイズを小さく、個々のモジュール上の発光素子部品２の搭載数を少なくできるため、発光素子モジュール１の歩留まりを下げることなく製造できる。当該基本発光素子モジュール同士はジャンパー線、或いはコネクター等で接続され発光素子モジュール１が構成される。当該基本発光素子モジュールにおける発光素子部品２及び光学レンズ２１の構成、及び、基板への固定方法については、上記第１及び第２実施形態における発光素子モジュール１と同様であり、説明を省略する。

本発明は、発光素子を搭載した発光素子モジュールからなる面発光ユニットに利用可能であり、特に、液晶テレビや液晶モニターなどの液晶表示装置用のバックライト、及び照明装置に利用することができる。

１： 本発明に係る発光素子モジュール
２，２ａ： 発光素子部品（ＬＥＤ部品）
３： 部品基板
４： 部品端子
５： ＬＥＤ
６： 封止樹脂
７： 導電材料（ハンダ、導電接着材等）
８： ワイヤ
１１： 基板
１２： 基材
１３： 配線
１３ａ： ランド部
１３ｂ： 配線部
１４： 絶縁材料（ソルダレジスト等）
１５ａ，１５ｂ： 開口部
２１，２１ａ： 光学レンズ
２２： レンズ部
２３，２３ａ：支柱部
２４： 窪み部
２５： マーク部
３１，３１ａ： 接着樹脂
３２： （従来技術の）接着樹脂
４１： キャップ
４１ａ： レンズ部
４１ｂ： リフレクタ部
４２： 封止樹脂
５１： 面発光ユニット
５２〜５８： 本発明に係る面発光ユニット

Claims (10)

1. 発光素子を含む発光素子部品を複数、基板上に二次元的に整列配置し、
   前記基板上に、前記発光素子からの光を分散させるための光学レンズを前記発光素子部品毎に複数配置してなる面発光ユニットであって、
   前記光学レンズは、夫々、一または複数の支持部を介して前記基板上に固定され、
   前記発光素子部品が二次元的に整列配置された一部又は全ての領域において、前記支持部の夫々は、前記発光素子部品毎に、前記各支持部により前記基板上に固定される前記光学レンズに対応する前記発光素子部品と、当該発光素子部品に隣接する前記発光素子部品とを結ぶ直線のうち少なくとも一の共通の直線上を避けて配置されていることを特徴とする面発光ユニット。
2. 前記発光素子部品が二次元的に整列配置された一部又は全ての領域において、前記支持部の夫々が、前記各支持部により前記基板上に固定される前記光学レンズに対応する前記発光素子部品と、当該発光素子部品に隣接する前記発光素子部品とを結ぶすべての直線上を避けて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の面発光ユニット。
3. 前記支持部の夫々は、夫々が避けて配置される直線上の前記発光素子部品の出射部の投影幅分の領域を避けて配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の面発光ユニット。
4. 前記支持部は、前記光学レンズを前記基板上に固定するための接着樹脂を含んでなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の面発光ユニット。
5. 前記支持部は、前記光学レンズの外周部から前記基板方向に突出する一または複数の前記光学レンズの支柱を含んでなることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の面発光ユニット。
6. 前記発光素子部品は、前記発光素子が透明樹脂で封止され構成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の面発光ユニット。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の面発光ユニットを製造する方法であって、
   発光素子を含む発光素子部品を準備する工程と、
   基板上に配線と前記発光素子部品を設置するためのランドとが形成された前記基板を準備する工程と、
   光学レンズを準備する工程と、
   前記基板の前記ランド上に前記発光素子部品を二次元的に整列して設置する工程と、
   一または複数の支持部を介して、前記発光素子部品毎に前記光学レンズを前記基板上に固定するレンズ固定工程を含み、
   前記レンズ固定工程において、前記発光素子部品が二次元的に整列配置された一部又は全部の領域の前記支持部の夫々を、前記発光素子部品毎に、前記各支持部により前記基板上に固定される前記光学レンズに対応する前記発光素子部品と、当該発光素子部品に隣接する前記発光素子部品とを結ぶ直線のうち少なくとも一の共通の直線上を避けて配置することを特徴とする面発光ユニットの製造方法。
8. 前記レンズ固定工程において、前記発光素子部品が二次元的に整列配置された一部又は全部の領域において、前記発光素子部品毎の接着樹脂の接着箇所を、当該接着樹脂により前記基板上に接着される前記光学レンズに対応する前記発光素子部品と、当該発光素子部品に隣接する前記発光素子部品とを結ぶ直線のうち少なくとも一の共通の直線上を避けて配置することを特徴とする請求項７に記載の面発光ユニットの製造方法。
9. 前記光学レンズを準備する工程において、外周部から前記基板方向に突出する一または複数の支柱を有する前記光学レンズを準備し、
   前記レンズ固定工程において、前記発光素子部品が二次元的に整列配置された一部又は全部の領域における前記光学レンズの前記複数の支柱の夫々を、前記発光素子部品毎に、前記各支柱により前記基板上に固定される前記光学レンズに対応する前記発光素子部品と、当該発光素子部品に隣接する前記発光素子部品とを結ぶ直線のうち少なくとも一の共通の直線上を避けて配置することを特徴とする請求項７又は８に記載の面発光ユニットの製造方法。
10. 前記レンズ固定工程において、前記支持部の夫々を、夫々が避けて配置される直線上の前記発光素子部品の出射部の投影幅分の領域を避けて配置することを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載の面発光ユニットの製造方法。
    

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