JP6923814B2 - 発光モジュール - 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。
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発光モジュールを例示するものであって、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。
図1は、本実施形態にかかる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である。図1で示す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の構成を図2と図3に示す。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って、導光板を下に配置して上下を反転した図である。これらの図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に対応して発光素子11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に発光素子11を配置して発光ビット5とし、複数の発光ビット5を配列して発光モジュール100’とすることもできる。
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。本実施形態の導光板1は、図2に示すように、発光面となる第1主面1cと、第1主面1cと反対側の第2主面1dと、を備える。この導光板1は、第2主面1dに複数の凹部1bを設けて、隣接する凹部1bの間にはV溝1eを設けている。凹部1b内に発光素子ユニット3の一部を配置している。発光素子11の一部を導光板1の凹部1bに挿入することで、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に発光素子ユニット3を配置して発光モジュール100とし、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’にひとつの発光素子ユニット3を配置して発光ビット5とし、複数の発光ビット5を平面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V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、第2主面1dの外周部に、外周縁に向かって下り勾配となる傾斜面1fを設けている。
導光板1は、第1主面1c側に光学機能部1aを備えていてもよい。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。例えば、導光板1の材料と屈折率の異なる材料が設けられている。具体的には、第1主面1c側に設けられた逆円錐台や逆多角錐台等の凹み、あるいは、逆円錐や逆四角錐、逆六角錐等の逆多角錐形等の凹みであって、導光板1と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素子ユニット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、傾斜面を有する凹部1b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、断面視において直線でもよく、曲線でもよい。光学機能部1aは、後述するように、それぞれの発光素子ユニット3に対応する、つまり、第2主面1d側に配置された発光素子ユニット3と反対側の位置に設けられることが好ましい。特に、発光素子ユニット3の光軸と、光学機能部1aの光軸とが略一致することが好ましい。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は、第2主面1d側に、凹部1bを設けている。凹部1bは、発光素子ユニット3の一部を内側に配置して定位置に配置する。図3に示す凹部1bは、第2主面1dの一部を切除する形状の凹部1bを設けている。ただ、図示しないが、凹部は、第2主面に環状に凸条を設けて、凸条の内側に設けることもできる。凹部1bの内形は、発光素子ユニット3を凹部1bに配置する挿入部17の外形よりも大きく、発光素子ユニット3の挿入部17を配置する状態で、凹部1bの内周と発光素子ユニット3の挿入部17の外周との間にリング隙間18を設ける。リング隙間18は、接合剤14が充填されて接合壁19となる。凹部1bの内形は、リング隙間18の容積が、発光素子ユニット3の挿入部17の体積よりも大きくなる形状とする。本実施形態の発光モジュールは、導光板1の凹部1bに光調整部10を配置しているので、光調整部10を発光素子ユニット3の挿入部17としている。ただ、発光素子ユニット3の挿入部17は光調整部10に特定されず、たとえば、光調整部10と発光素子11の一部を凹部1b内に配置する挿入部17とすることもできる。
発光素子ユニット3は、発光モジュール100の光源である。発光素子ユニット3Aは、図3に示すように、発光素子11に光拡散部と波長変換部12とを積層している光調整部10を接合している。さらに、本実施形態の発光素子ユニット3Aは、外周面を光調整部10の外周面と同一平面とし、かつ発光素子11を埋設する第1の封止樹脂部15Aを設けている。発光素子ユニット3Aは、導光板1の凹部1bに配置されて、導光板1を介して発光を外部に放射する。図の発光素子ユニット3Aは、光調整部10を導光板1の凹部1b内に配置する挿入部17として、凹部1bの内側に配置している。発光素子ユニット3Aは、光調整部10を凹部1bの底面に接合して、導光板1に設けた凹部1bに固着される。
本実施形態において、発光素子ユニット3Aは、発光素子11からの発光色を調整して導光板1に入射する光調整部10を設けている。光調整部10は発光素子11の発光色を調整する波長変換部12に、光を拡散する光拡散部13を積層している。波長変換部12は、発光素子11の光放射面11cに接合されて、発光素子11の発光色を調整する。光拡散部13は、発光素子11の発光を拡散して導光板1に入射させる。波長変換部12と光拡散部13を接合する光調整部10は、波長変換部12を発光素子11側に配置して、光拡散部を凹部1bの底面に配置している。光調整部10は、複数の波長変換部12や光拡散部13を積層することもできる。本実施形態の発光モジュール100Aは、光調整部10を導光板1の凹部1bに配置して、発光素子ユニット3Aの挿入部17としている。光調整部10は、発光素子11から入射される光を透過させて導光板1に入射する。光調整部10は、発光モジュール100Aの薄型化等の目的から、好ましくは、図3に示すように、導光板1の凹部1bの内側にあって、第2主面1dから表面側にはみ出ることなく凹部1b内に配置される。図3の光調整部10は、凹部1bの深さに等しい厚さとして、その表面を第2主面1dと同一平面に配置している。したがって、この発光モジュール100Aは、光調整部10が凹部1b内に配置されて、発光素子11が凹部1bの外部に配置される。ただ、図示しないが光調整部は、凹部の内側にあって、導光板の第2主面からわずかに表面側に出る厚さとすることもできる。
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、波長変換材は量子ドットであってもよい。波長変換部12内において、波長変換材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。
図3の発光モジュール100は、導光板1の第2主面1dに封止樹脂部15を接合して設けている。封止樹脂部15は、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。白色樹脂の封止樹脂部15は、発光素子11の外周部や電極面から放射される光と、光調整部10の裏面から放射される光と、接合壁19の裏面から放射される光と、導光板1の第2主面1dから放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1主面1cから外部に放射させる。図3の発光モジュール100は、封止樹脂部15を、第1の封止樹脂部15Aと第2の封止樹脂部15Bとに区画している。この図の発光モジュール100は、封止樹脂部15を、発光素子ユニット3と一体構造の第1の封止樹脂部15Aと、導光板1の第2主面1dに接合してなる第2の封止樹脂部15Bとに区間するが、封止樹脂部は、第1の封止樹脂部と第2の封止樹脂部とを区画することなく一体構造とすることもできる。この発光モジュールは、第1の封止樹脂部を設けていない発光素子ユニットを導光板に固着した後、導光板の第2主面に封止樹脂部を接合して製作される。
図3の発光モジュール100は、波長変換部12と光拡散部13、光調整部10と発光素子11、発光素子ユニット3と導光板1を透光性接合部材で接合している。透光性接合部材は、波長変換部12と光拡散部13と接合して光調整部10とし、光調整部10と発光素子11とを接合して発光素子ユニット3としている。発光素子ユニット3と導光板1の凹部1bの底面とを接合する接合剤14である透光性接合部材16Aは、発光素子ユニット3を導光板1に固着し、凹部1bと発光素子ユニット3の挿入部17との間のリング隙間18に充填してなる接合剤14である透光性接合部材16Aは、接合壁19を構成して、光調整部10を凹部1bの内面に接合している。
図9A〜図9D及び図10A〜図10Dは、本実施形態にかかる発光素子ユニット3Aの製造工程を示している。
図9A及び図9Bに示す工程で、波長変換部12と光拡散部13が積層されて光調整部10となる。
図9A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12を付着した第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を付着した第2のシート32とを、波長変換部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12と光拡散部13は透光性接合部材で接合する。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長変換部12と光拡散部13を付着する。
さらに、図9B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付着し、第1のシート31の波長変換部12に接合しているベースシート30を剥離する。
導光板1は、ポリカーボネートで製作される。導光板1は、図11A及び図11Bに示すように、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂を成形して、第2主面1dに凹部1bを成形して、第1主面1cには逆円錐台状の光学機能部1aを設けている。この導光板1の凹部1bに、発光素子ユニット3Aが接合される。発光素子ユニット3Aは、未硬化状態で液状の透光性接合部材16Aを塗布した凹部1bに光調整部10を挿入し、透光性接合部材16Aを硬化させて導光板1に固着される。発光素子ユニット3Aは、光調整部10を凹部1bの中心に正確に挿入し、透光性接合部材16Aを硬化させて導光板1に接合される。凹部1bに塗布される未硬化状態にある透光性接合部材16Aは、発光素子ユニット3Aを導光板1に接合する状態で、リング隙間18に押し出されて接合壁19の表面レベルが導光板1の第2主面1dと同レベルなる充填量に調整される。ただ、未硬化状態の透光性接合部材は、発光素子ユニット3Aを導光板1に接合した後、リング隙間18に充填して接合壁19の表面レベルを導光板1の第2主面1dと同一平面とすることもできる。したがって、凹部1bに最初に充填する未硬化状態の透光性接合部材16Aの充填量は、発光素子ユニット3Aを凹部1bに接合する状態で、接合壁19の表面レベルが導光板1の第2主面1dよりも低いレベル、すなわちリング隙間18の内部に位置する少ない量とし、発光素子ユニット3Aを導光板1に接合した後、あとから透光性接合部材をリング隙間18に充填して、接合壁19の表面レベルを導光板1の第2主面1dと同一平面とする。
凹部の内形を、一辺が0.6mmである四角形で、深さを0.2mmとし、
光調整部の外形を、一辺を0.5mmとする四角形で厚さを0.2mmとし、
この凹部に光調整部を配置するとすれば、
発光素子ユニット3Aの凹部内体積は0.05mm3、
接合壁19全体の体積は0.022mm3となって、
接合壁19全体の体積は凹部内体積の約1/2となる。
この構造において、接合壁19表面のレベル差を±0.01mm以内とするには、
透光性接合部材の充填量を±0.0036mm3以内と極めて正確にコントロールする必要がある。
凹部1bの内形を一辺を1.0mmとする四角形で同じ深さとすれば、
凹部内体積は同じ0.05mm3であるので、
接合壁19全体の体積は0.15mm3と大きく、凹部内体積の約3倍とすれば、
接合壁19表面のレベル差を±0.01mm以内に調整するには、
透光性接合部材の充填量の誤差を±0.01mm3以内と約2.8倍も大きくできる。
なお、図11Cに示す工程では、第2の封止樹脂部15Bを、発光素子ユニット3を内部に埋設する厚さに形成したが、電極端子23の表面と同一平面、または電極端子23の表面よりも低い位置となる厚さに形成して、上述した研磨工程を省略してもよい。
図14Aで示すように、表面に均一な厚さで波長変換部12を付着したベースシート30をプレート33に剥離できるように付着する。図14Bに示す工程で、波長変換部12に発光素子11が接合される。発光素子11は、光放射面11c側を波長変換部12に接合する。発光素子11は、波長変換部12に所定の間隔で接合される。発光素子11は、透光性接合部材16Bを介して波長変換部12に接合する。透光性接合部材16Bは、波長変換部12や発光素子11の表面に塗布されて、発光素子11と波長変換部12を接合する。図14Bは、塗布された透光性接合部材16Bが発光素子11の周囲にはみ出して発光素子11を波長変換部12に接合する状態を示している。
図16Aで示す工程で、導光板1の凹部1bの底面に光拡散部13が形成される。光拡散部13は、凹部1bの底部に所定の厚さで形成される。
なお、1つの発光モジュール100は1つの配線基板に接合されてもよい。また、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。
100、100’、100A、100B、100C、100D、100E…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…第1主面
1d…第2主面
1e…V溝
1f…傾斜面
3、3A、3B…発光素子ユニット
5…発光ビット
10…光調整部
11…発光素子
11b…電極
11c…光放射面
11d…電極形成面
12…波長変換部
12a…窪み部
12b…突起
13…光拡散部
13a…突起
13b…窪み部
14…接合剤
15…封止樹脂部
15A…第1の封止樹脂部
15B…第2の封止樹脂部
16A、16B…透光性接合部材
17…挿入部
18…リング隙間
19…接合壁
22…金属膜
23…電極端子
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 (5)
- 外部に光を放射する発光面となる第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面とを有し、前記第2主面に凹部を設けてなる透光性の導光板と、
前記導光板の前記凹部に配置してなる光調整部と、
前記光調整部に接合してなる発光素子と、
前記発光素子を埋設して該発光素子の側面を被覆する第1の封止樹脂部と
を備える発光素子ユニットと、
前記導光板の前記第2主面に積層され、前記第1の封止樹脂部を有する前記発光素子ユニットを埋設してなる第2の封止樹脂部と、
を備え、
前記発光素子ユニットの前記光調整部は、光拡散部に波長変換部を接合した層であって、
前記光拡散部が前記凹部の底面に配置されて、前記波長変換部が前記発光素子に接合されてなる発光モジュール。 - 前記光調整部が前記凹部内に、前記光調整部と発光素子との接合面が前記導光板の第2主面と同一平面となるように配置され、前記発光素子が前記凹部の外部に配置される、請求項1に記載の発光モジュール。
- 前記光拡散部が、前記波長変換部側の表面に突起を有する、請求項1または2に記載の発光モジュール。
- 前記発光素子ユニットが、外周面を前記光調整部の外周面と同一平面とし、かつ前記発光素子を埋設する前記第1の封止樹脂部を有してなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の発光モジュール。
- 前記第2の封止樹脂部と前記第1の封止樹脂部とが白色樹脂である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光モジュール。
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