JP7239839B2 - 発光モジュール - Google Patents
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Description
本開示は、発光モジュールに関する。
発光素子と、導光板とを備える発光モジュールは、液晶ディスプレイのバックライトの光源及びディスプレイ等として広く利用されている（例えば、特許文献１、２等）。
本開示は、色ずれを低減した発光モジュールを提供することを目的とする。
本開示は以下の構成を含む。
光取り出し面となる第１主面及び前記第１主面の反対側であって凹部を備える第２主面を有する導光板と、
前記導光板の前記凹部内に配置される波長変換部材であって、前記凹部の底面と対向する第１面、前記第１面の反対側の第２面及び前記第１面と前記第２面との間の側面を備える波長変換部材と、
前記波長変換部材の前記第２面に接合された発光素子と、
前記凹部の内側面と前記波長変換部材の側面との間に配置される透光性部材と、
前記導光板の前記第２主面及び前記発光素子の側面を被覆する光反射部材と、
を備える発光モジュール。
光取り出し面となる第１主面及び前記第１主面の反対側であって凹部を備える第２主面を有する導光板と、
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前記凹部の内側面と前記波長変換部材の側面との間に配置される透光性部材と、
前記導光板の前記第２主面及び前記発光素子の側面を被覆する光反射部材と、
を備える発光モジュール。
本開示によれば、色ずれを低減した発光モジュールを提供することができる。
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明では、必要に応じて特定の方向又は位置を示す用語（例えば、「上」、「下」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いる場合、それらの用語の使用は図面を参照して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。例えば、発光モジュールの発光面側に配置される各部材の面を第１主面、第１面又は上面、発光面の反対側の面を第２主面、第２面又は下面と称することがある。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。
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。さらに、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。一の実施の形態において説明する内容は、他の実施の形態にも適用可能である。図面が示す部材の大きさ、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。
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。さらに、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。一の実施の形態において説明する内容は、他の実施の形態にも適用可能である。図面が示す部材の大きさ、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。
〔発光モジュール〕
本願における一実施形態の発光モジュールを図１に示す。
発光モジュール２０は、光取り出し面となる第１主面１０Ｕ及び第１主面１０Ｕの反対側であって凹部１０Ｒを備える第２主面１０Ｂを有する導光板１０と、導光板１０の凹部１０Ｒ内に配置される波長変換部材１１であって、凹部１０Ｒの底面と対向する第１面１１Ｕ、第１面１１Ｕの反対側の第２面１１Ｂ及び第１面１１Ｕと第２面１１Ｂとの間の側面１１Ｓを備える波長変換部材１１と、波長変換部材１１の第２面１１Ｂに接合された発光素子１２と、凹部１０Ｒの内側面と波長変換部材１１の側面との間に配置される透光性部材１４と、導光板１０の第２主面１０Ｂ及び発光素子１２の側面を被覆する光反射部材１５とを備える。
このような構成の発光モジュールとすることにより、発光モジュールの色ずれを低減することができる。
本願における一実施形態の発光モジュールを図１に示す。
発光モジュール２０は、光取り出し面となる第１主面１０Ｕ及び第１主面１０Ｕの反対側であって凹部１０Ｒを備える第２主面１０Ｂを有する導光板１０と、導光板１０の凹部１０Ｒ内に配置される波長変換部材１１であって、凹部１０Ｒの底面と対向する第１面１１Ｕ、第１面１１Ｕの反対側の第２面１１Ｂ及び第１面１１Ｕと第２面１１Ｂとの間の側面１１Ｓを備える波長変換部材１１と、波長変換部材１１の第２面１１Ｂに接合された発光素子１２と、凹部１０Ｒの内側面と波長変換部材１１の側面との間に配置される透光性部材１４と、導光板１０の第２主面１０Ｂ及び発光素子１２の側面を被覆する光反射部材１５とを備える。
このような構成の発光モジュールとすることにより、発光モジュールの色ずれを低減することができる。
また、上述のような発光モジュールは、例えば以下の工程を経て得ることができる。
発光モジュールの製造方法は、
光取り出し面となる第１主面１０Ｕ及び第１主面１０Ｕの反対側であって凹部１０Ｒを備える第２主面１０Ｂを有する導光板１０を準備する工程と、
導光板１０の凹部１０Ｒ内に波長変換部材１１を配置する工程であって、凹部１０Ｒの底面と対向する第１面１１Ｕ、第１面１１Ｕの反対側の第２面１１Ｂ及び第１面１１Ｕと第２面１１Ｂとの間の側面１１Ｓを備える波長変換部材１１を配置する工程と、
波長変換部材１１の第２面１１Ｂに発光素子１２を接合する工程と、
凹部１０Ｒの内側面と波長変換部材１１の側面との間に透光性部材１４を配置する工程と、
導光板１０の第２主面１０Ｂ及び発光素子１２の側面を、光反射部材１５で被覆する工程とを備える。
以上のような製造方法により、色ずれの少ない発光モジュールを製造することができる。
発光モジュールの製造方法は、
光取り出し面となる第１主面１０Ｕ及び第１主面１０Ｕの反対側であって凹部１０Ｒを備える第２主面１０Ｂを有する導光板１０を準備する工程と、
導光板１０の凹部１０Ｒ内に波長変換部材１１を配置する工程であって、凹部１０Ｒの底面と対向する第１面１１Ｕ、第１面１１Ｕの反対側の第２面１１Ｂ及び第１面１１Ｕと第２面１１Ｂとの間の側面１１Ｓを備える波長変換部材１１を配置する工程と、
波長変換部材１１の第２面１１Ｂに発光素子１２を接合する工程と、
凹部１０Ｒの内側面と波長変換部材１１の側面との間に透光性部材１４を配置する工程と、
導光板１０の第２主面１０Ｂ及び発光素子１２の側面を、光反射部材１５で被覆する工程とを備える。
以上のような製造方法により、色ずれの少ない発光モジュールを製造することができる。
以下、各部材について詳説する。
（導光板１０）
導光板１０は、発光素子からの光が入射され、面状の発光を行うための透光性の部材である。導光板１０は、図１に示すように、第１主面１０Ｕと、第１主面１０Ｕと反対側の第２主面１０Ｂとを備える。第１主面１０Ｕは、光取り出し面となる。
（導光板１０）
導光板１０は、発光素子からの光が入射され、面状の発光を行うための透光性の部材である。導光板１０は、図１に示すように、第１主面１０Ｕと、第１主面１０Ｕと反対側の第２主面１０Ｂとを備える。第１主面１０Ｕは、光取り出し面となる。
第２主面１０Ｂには、凹部１０Ｒが配置されている。凹部１０Ｒは、１つの導光板に対して１又は複数配置することができる。凹部１０Ｒは、底面と側面とを備える。凹部１０Ｒの平面視における大きさは、例えば、開口幅が０．０５ｍｍ～１０ｍｍとすることができる。凹部１０Ｒの深さは、例えば、０．０５ｍｍ～４ｍｍとすることができる。凹部１０Ｒの平面視形状は、四角形、五角形等の多角形、円形又は楕円形等が挙げられ、なかでも、四角形又は円形が好ましい。また、凹部１０Ｒの側面は、第１主面又は第２主面に垂直な面、傾斜した面、湾曲した面等とすることができる。凹部１０Ｒの底面は、第１主面又は第２主面に平行な面とすることが好ましい。
凹部１０Ｒが複数配置される場合、凹部１０Ｒは行方向又は列方向に等間隔で配置することが好ましい。あるいは、凹部１０Ｒは行方向又は列方向に、不当間隔で配置することができる。例えば、複数の凹部１０Ｒは、導光板１０の中央から周辺に向かって間隔が広くなるように配列してもよい。
導光板１０における凹部１０Ｒの配列ピッチ（最も近接した２つの凹部の間の距離）は、凹部１０Ｒの大きさ、用いる発光素子の大きさ、特性、得ようとする導光板での輝度等を考慮して適宜調整することができる。例えば、凹部１０Ｒの配列ピッチは、発光素子の一辺の長さの５倍～２０倍が挙げられる。具体的には、０．０５ｍｍ～２０ｍｍとすることができる。
導光板１０の平面形状は、例えば、多角形、円形等とすることができる。導光板１０の大きさは、例えば、一辺が１ｃｍ～２００ｃｍとすることができる。
導光板１０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若しくはポリエステル等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂若しくはシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂等の樹脂材料又はガラスなどの透光性の材料を用いることができる。特に、射出成形によって効率よく製造できるという観点から、熱可塑性の樹脂材料が好ましい。なかでも、透明性が高く、安価なポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。
導光板１０は、購入又は成形して準備することができる。導光板１０の成形方法としては、例えば、射出成形、トランスファ成形等が挙げられる。導光板１０の凹部１０Ｒは、導光板１０の成形時に凹部１０Ｒも同時に形成することが好ましい。これにより、凹部１０Ｒの位置ずれを低減することができる。また、凹部を備えない透光性の板を成形又は購入により準備した後、凹部を形成することで導光板を準備することができる。
導光板１０は単層であってもよいし、複数の透光性の層が積層されたものでもよい。複数の透光性の層が積層されている場合には、透光性の各層の全面を、接着剤又は接着シートで接合させることができる。あるいは、透光性の層間に、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発光モジュールとすることができる。
導光板１０は、第１主面１０Ｕ側に、反射又は拡散機能等を有する光学機能部を備えていてもよい。光学機能部は、光を導光板１０の面内で広げ、導光板１０の面内における発光強度を平均化させる機能を有するものが好ましい。例えば、光学機能部は、第１主面１０Ｕ側に設けた凹みとすることができる。図５Ａ及び５Ｂに示すように、導光板１０Ｘ、１０Ｙにおいて、凹み１０ＸＦ、１０ＹＦは、錐体状及び錐台体状とすることができる。例えば、円錐状、四角錐状、六角錐状等の多角錐形状等、円錐台状、四角錘台、六角錘台状等の多角錘台状とすることができる。凹みの側面は、断面視において直線または曲線とすることができる。凹みの側面は、断面視において内側に凸状となる曲面又は内側に凹状となる曲面とすることができる。また、凹みの側面は、傾斜面、段差のない面、または段差のある面とすることができる。あるいは、凹みの側面は、断面視において一定の曲率の曲面、または、曲率の異なる曲面を２以上備える面とすることができる。
これらの凹みの内部に、導光板１０と屈折率の異なる材料（例えば、空気）を配置する場合には、凹みの側面との界面に照射された発光素子からの光を側方方向に反射させることができる。また、凹みの内部には、光反射性材料（例えば、光反射性の金属、白色樹脂、誘電体膜）等を配置してもよい。
光学機能部は、平面視において凹部１０Ｒと重なる位置に配置されていることが好ましい。平面視において光学機能部の中心と、凹部１０Ｒの中心とは一致することが好ましい。
導光板１０の第１主面１０Ｕ及び／又は第２主面１０Ｂには、凹凸が形成されていてもよい。
導光板１０の第１主面１０Ｕ及び／又は第２主面１０Ｂには、凹凸が形成されていてもよい。
（波長変換部材１１）
波長変換部材１１は、発光素子から出射された光の波長を変換し得る部材であり、導光板１０の凹部１０Ｒ内に配置されている。波長変換部材は、凹部１０Ｒの底面と対向する第１面１１Ｕ、第１面１１Ｕの反対側の第２面１１Ｂ及び第１面１１Ｕと第２面１１Ｂとの間の側面１１Ｓを備える。
波長変換部材１１は、発光素子から出射された光の波長を変換し得る部材であり、導光板１０の凹部１０Ｒ内に配置されている。波長変換部材は、凹部１０Ｒの底面と対向する第１面１１Ｕ、第１面１１Ｕの反対側の第２面１１Ｂ及び第１面１１Ｕと第２面１１Ｂとの間の側面１１Ｓを備える。
波長変換部材１１は、例えば、蛍光体と、透光性の母材を含む。透光性の母材は、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等を用いることができる。波長変換部材１１の耐光性及び成形容易性の観点からは、シリコーン樹脂が好ましい。波長変換部材１１を構成する透光性の母材は、導光板１０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１１が含有する蛍光体としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（例えばＹ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（例えばＬｕ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）、テルビウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（例えばＴｂ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）系蛍光体、シリケート系蛍光体（例えば（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ）、クロロシリケート系蛍光体（例えばＣａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ）が挙げられる。さらに、窒化物系蛍光体として、βサイアロン系蛍光体（例えばＳｉ６－ｚＡｌｚＯｚＮ８－ｚ：Ｅｕ（０＜ｚ＜４．２））、αサイアロン系蛍光体（例えばＭｚ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６（但し、０＜ｚ≦２であり、ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、及びＬａとＣｅを除くランタニド元素）、窒素含有アルミノ珪酸カルシウム（ＣＡＳＮ又はＳＣＡＳＮ）系蛍光体（例えば（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）などが挙げられる。一般式（Ｉ）ＭａｘＭｂｙＡｌ３Ｎｚ：Ｅｕで表される蛍光体（ただし、上記一般式（I）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）が挙げられる。さらに、ＳＧＳ系蛍光体（例えばＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ）が挙げられる。このほか、マンガン賦活フッ化物系蛍光体（一般式（ＩＩ）Ａ２［Ｍ１－ａＭｎａＦ６］で表される蛍光体（但し、上記一般式（ＩＩ）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））が挙げられる。このマンガン賦活フッ化物系蛍光体の代表例としては、マンガン賦活フッ化珪酸カリウムの蛍光体（例えばＫＳＦ（Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ））がある。特に、複数種類の波長変換部材を１つの波長変換部材１１において用いること、より好ましくは、波長変換部材１１が緑色系の発光をするβサイアロン系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により、発光モジュールの色再現範囲を広げることができる。
波長変換部材１１を構成する蛍光体及び／又は透光性材料は、目的とする色度等によって適宜選択し、それらの量を調整することができる。蛍光体は、透光性の材料中に略均一に分布していてもよく、偏在してもよい。また、波長変換部材は、同じ又は異なる蛍光体をそれぞれ同じ又は異なる濃度で含有する複数の層が積層されて形成されていてもよい。
波長変換部材１１には、蛍光体が含有された層と同じ層に、又は、異なる層に、拡散材を含有する層が配置されていてもよい。拡散材としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等が挙げられる。
波長変換部材１１には、蛍光体が含有された層と同じ層に、又は、異なる層に、拡散材を含有する層が配置されていてもよい。拡散材としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等が挙げられる。
導光板１０が複数の凹部１０Ｒを有する場合には、波長変換部材１１は、各凹部に配置されることが好ましい。波長変換部材１１の平面形状は、多角形、円形等とすることができ、なかでも、四角形であることが好ましい。波長変換部材１１の大きさは、例えば、波長変換部材１１の外縁の全部が、導光板１０の凹部１０Ｒの外縁内に収まる大きさであることが好ましい。特に、波長変換部材１１の平面視における面積は、導光板１０の凹部１０Ｒの平面視における面積の９９％～６０％であることが好ましい。また、後述するように、発光素子の光取り出し面よりも大きいことが好ましい。
波長変換部材１１の断面形状は、波長変換部材１１が、導光板１０の凹部１０Ｒに収まる形状とすることができる。例えば、波長変換部材１１の断面視形状は、上面が幅狭又は幅広の台形、半円等のいずれでもよい。特に、波長変換部材１１の断面視形状は、四角形であることが好ましい。波長変換部材１１の厚みは、図１に示すように凹部１０Ｒの深さ以上とすることができる。これにより、波長変換部材１１から側方に出射される光の一部が光反射部材によって反射され易くなるため、より光拡散可能な発光モジュールとすることができる。あるいは、波長変換部材１１の厚みは、図２に示すように、凹部１０Ｒの深さよりも小さくてもよい。これにより、発光モジュール２０Ａを薄型にすることができる。
波長変換部材１１は、その表面に凹凸が形成されていてもよい。
波長変換部材１１は、その表面に凹凸が形成されていてもよい。
以上のような波長変換部材１１は、あらかじめ所定の大きさ及び形状に成形されたものを購入して準備することができる。あるいは、シート状の波長変換部材を購入又は成形して準備し、所定の大きさに切断して個片化することで小片の波長変換部材を準備することができる。波長変換部材の成形方法は、射出成形、トランスファ成形等によってシート状又は小片状に成形する方法や、基台上に印刷等による塗工により、シート状又はブロック状に成型する方法が挙げられる。シート状の波長変換部材は、ダイシングソー、超音波カッター、パンチング等により小片状の波長変換部材とすることができる。小片の波長変換部材は、コレット等により吸着して導光板の凹部に配置することができる。
（透光性部材１４）
透光性部材１４は、導光板１０の凹部１０Ｒ内に波長変換部材１１を固定するために、凹部１０Ｒの内側面と波長変換部材１１の側面１１Ｓとの間に配置されている。透光性部材１４は、導光板１０の凹部１０Ｒ内のみに配置することができる。あるいは、透光性部材１４は、導光板１０の凹部１０Ｒ内に加え、その一部が凹部１０Ｒの外部に配置されていてもよい。透光性部材１４は、凹部１０Ｒ内において、上面が同じ高さとすることができる。あるいは、透光性部材１４は、凹部１０Ｒ内において、その高さが異なっていてもよい。例えば、凹部１０Ｒ内において、波長変換部材１１の側面１１Ｓから凹部１０Ｒの内側面に向かって徐々に高くなるように配置されていてもよいし、低くなるように配置されていてもよい。透光性部材１４は、波長変換部材１１の側面１１Ｓの全てを被覆するように配置されていることが好ましい。
また、透光性部材１４は、波長変換部材１１の第２面１１Ｂよりも上側、つまり、発光素子１２側に配置していないことが好ましい。言い換えると、透光性部材１４は、その上面が、波長変換部材１１の第１面１１Ｕから第２面１１Ｂとの間に位置していることが好ましい。ただし、透光性部材１４は、波長変換部材１１の第２面１１Ｂの一部を被覆していてもよい。その場合は、発光素子と透光性部材１４との間に、光反射部材が配置されることが好ましい。また、発光素子の側面が透光性接合部材で被覆されている場合は、透光性接合部材と透光性部材との間に、光反射部材が配置されることが好ましい。つまり、発光素子からの光は、必ず波長変換部材を介して導光板内に導光されるようにすることが好ましい。
透光性部材１４は、導光板１０の凹部１０Ｒ内に波長変換部材１１を固定するために、凹部１０Ｒの内側面と波長変換部材１１の側面１１Ｓとの間に配置されている。透光性部材１４は、導光板１０の凹部１０Ｒ内のみに配置することができる。あるいは、透光性部材１４は、導光板１０の凹部１０Ｒ内に加え、その一部が凹部１０Ｒの外部に配置されていてもよい。透光性部材１４は、凹部１０Ｒ内において、上面が同じ高さとすることができる。あるいは、透光性部材１４は、凹部１０Ｒ内において、その高さが異なっていてもよい。例えば、凹部１０Ｒ内において、波長変換部材１１の側面１１Ｓから凹部１０Ｒの内側面に向かって徐々に高くなるように配置されていてもよいし、低くなるように配置されていてもよい。透光性部材１４は、波長変換部材１１の側面１１Ｓの全てを被覆するように配置されていることが好ましい。
また、透光性部材１４は、波長変換部材１１の第２面１１Ｂよりも上側、つまり、発光素子１２側に配置していないことが好ましい。言い換えると、透光性部材１４は、その上面が、波長変換部材１１の第１面１１Ｕから第２面１１Ｂとの間に位置していることが好ましい。ただし、透光性部材１４は、波長変換部材１１の第２面１１Ｂの一部を被覆していてもよい。その場合は、発光素子と透光性部材１４との間に、光反射部材が配置されることが好ましい。また、発光素子の側面が透光性接合部材で被覆されている場合は、透光性接合部材と透光性部材との間に、光反射部材が配置されることが好ましい。つまり、発光素子からの光は、必ず波長変換部材を介して導光板内に導光されるようにすることが好ましい。
透光性部材１４としては、例えば、発光素子から出射される光の６０％以上を透過する樹脂、７０％以上を透過する樹脂が好ましい。透光性部材１４としては、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等が挙げられる。透光性部材１４は、透光性及び耐光性等を考慮して、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。
透光性部材１４は、例えば、ポッティング、転写、スプレー等によって、凹部１０Ｒ内に配置することができる。
透光性部材１４は、例えば、ポッティング、転写、スプレー等によって、凹部１０Ｒ内に配置することができる。
（発光素子１２）
発光素子１２は、波長変換部材の第２面１１Ｂに接合されて配置されている。
発光素子１２は、第１面１２Ｕと、第１面の反対側の第２面１２Ｂとを備える半導体積層体と、第２面１２Ｂに配置される電極１２ｎ、１２ｐとを備える。第１面１２Ｕが光取り出し面となる。発光素子としては、公知の半導体発光素子を利用することができる。例えば、半導体積層体として、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層とを有する。半導体層は、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型半導体層に電極１２ｎ、１２ｐがそれぞれ電気的に接続される。電極１２ｎ、１２ｐは、双方とも、発光素子の半導体積層体の第２面側に配置されている。
１つの導光板１０に複数の凹部１０Ｒが配置されている場合には、各凹部１０Ｒに発光素子１２が配置されていることが好ましい。
発光素子１２は、波長変換部材の第２面１１Ｂに接合されて配置されている。
発光素子１２は、第１面１２Ｕと、第１面の反対側の第２面１２Ｂとを備える半導体積層体と、第２面１２Ｂに配置される電極１２ｎ、１２ｐとを備える。第１面１２Ｕが光取り出し面となる。発光素子としては、公知の半導体発光素子を利用することができる。例えば、半導体積層体として、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層とを有する。半導体層は、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型半導体層に電極１２ｎ、１２ｐがそれぞれ電気的に接続される。電極１２ｎ、１２ｐは、双方とも、発光素子の半導体積層体の第２面側に配置されている。
１つの導光板１０に複数の凹部１０Ｒが配置されている場合には、各凹部１０Ｒに発光素子１２が配置されていることが好ましい。
発光素子は、波長変換部材に含まれる蛍光体を励起可能な波長の光を出射する。複数の発光素子１２は、全部又は一部が異なる色の光を出射するものであってもよいし、同じ波長又は同じ色の光を出射するものであってもよい。例えば、紫外光、青色の光を出射する発光素子としては、窒化物系半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた発光素子が挙げられる。
半導体積層体２は、上述のような発光色を発光可能な発光層を、少なくとも１つ備えることができる。例えば、半導体積層体は、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層との間に１つの発光色を発光可能な発光層を含むことができる。なお、前記発光層は、ダブルヘテロ接合や単一量子井戸構造(ＳＱＷ)などの単一の活性層を持つ構造でもよいし、多重量子井戸構造(ＭＱＷ)のようにひとまとまりの活性層群を持つ構造でもよい。また、半導体積層体は、複数の発光層を含むこともできる。例えば、半導体積層体は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に複数の発光層を含む構造であってもよいし、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを順に含む構造が複数回繰り返された構造であってもよい。複数の発光層には、発光色が異なる活性層を含んでいてもよいし、発光色が同じ活性層を含んでいてもよい。なお、同じ発光色とは、使用上同じ発光色とみなせる範囲、例えば、主波長で数ｎｍ程度のばらつきがあってもよい。発光色の組み合わせとしては適宜選択することができる。例えば、半導体積層体に２つの活性層を含む場合、発光色の組み合わせとしては、青色光と青色光、紫外光と紫外光、青色光と緑色光、又は、青色光と赤色光などが挙げられる。
また、上記の紫外光又は青色光を出射可能な発光素子に加えて、緑色又は赤色の光を出射する発光素子を用いてもよい。半導体層の材料及びその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。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ることができる。
発光素子１２は、縦、横及び高さの寸法は任意に設定することができる。平面視において縦及び横の寸法が１０００μｍ以下であることが好ましい。このような発光素子を用いることにより、例えば、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。
導光板１０の凹部１０Ｒ内に固定された波長変換部材１１の上に、発光素子１２の半導体積層体の第１面１２Ｕが固定されている。発光素子１２の光取り出し面である第１面１２Ｕは、波長変換部材１１の第１面１１Ｕ及び／又は第２面１１Ｂよりも小さいことが好ましい。発光素子１２の第１面１２Ｕの外縁の全てが、波長変換部材１１の第２面１１Ｂの外縁の内側に配置されていることがより好ましく、波長変換部材１１の第１面１１Ｕ及び第２面１１Ｂの双方の外縁の内側に配置されていることがさらに好ましい。
発光素子１２は、透光性接合部材１６によって、波長変換部材１１に固定されていることが好ましい。透光性接合部材１６は、波長変換部材１１の上面の少なくとも一部を被覆していればよい。図１に示すように、透光性接合部材１６は、発光素子１２の側面の一部又は全部を被覆するように配置されていてもよい。例えば、発光素子１２の側面を被覆する透光性接合部材１６は、断面視において、波長変換部材１１に近い側に幅が、電極に近い側の幅よりも大きい幅となるように配置することができる。透光性接合部材は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又は変性シリコーン樹脂の熱硬化性樹脂等の透光性の材料を用いることができる。透光性の材料は、ポッティング、印刷等により発光素子又は波長変換部材上に配置することができる。透光性の材料の上に波長変換部材を載置して、加熱することにより、透光性の材料を硬化させて、透光性接合部材を接合することができる。
発光素子１２の側面に透光性接合部材１６が配置される場合には、発光素子１２の側面方向に出射された光を、波長変換部材１１及び導光板１０の方向に効率よく取り出すことができる。
発光素子１２の側面に透光性接合部材１６が配置される場合には、発光素子１２の側面方向に出射された光を、波長変換部材１１及び導光板１０の方向に効率よく取り出すことができる。
発光素子１２の配列ピッチは、上述した導光板１０の凹部１０Ｒの位置と同じピッチとすることができる。例えば、発光素子１２間の距離は、０．０５ｍｍ～２０ｍｍとすることができる。このような配列ピッチとすることで、導光板１０の面内において均一な輝度を確保することができる。
（光反射部材１５）
光反射部材１５は、導光板の第２主面１０Ｂ及び発光素子１２の側面を被覆する部材である。上述したように、発光素子１２は、第１面１２Ｕが、波長変換部材１１の第２面１１Ｂよりも小さい場合には、光反射部材１５は、波長変換部材１１の第２面１１Ｂの一部をも被覆する。また、光反射部材１５は、透光性部材１４の発光素子１２側の表面の全部を被覆することが好ましい。さらに、発光素子１２の側面の一部が、透光性接合部材１６で被覆されている場合には、透光性接合部材１６の発光素子１２と反対側の表面の全部が、光反射部材１５で被覆されていることが好ましい。言い換えると、光反射部材１５は、透光性接合部材１６の発光素子と反対側の側面の形状に応じて、発光素子１２の側面側に凸の曲面状に被覆することができる。つまり、図１に示すように、光反射部材１５の断面視形状は、発光素子１２の側面において、電極側で幅が広く、波長変換部材１１側に向かって徐々に幅が狭くなる形状とすることができる。
光反射部材１５は、導光板の第２主面１０Ｂ及び発光素子１２の側面を被覆する部材である。上述したように、発光素子１２は、第１面１２Ｕが、波長変換部材１１の第２面１１Ｂよりも小さい場合には、光反射部材１５は、波長変換部材１１の第２面１１Ｂの一部をも被覆する。また、光反射部材１５は、透光性部材１４の発光素子１２側の表面の全部を被覆することが好ましい。さらに、発光素子１２の側面の一部が、透光性接合部材１６で被覆されている場合には、透光性接合部材１６の発光素子１２と反対側の表面の全部が、光反射部材１５で被覆されていることが好ましい。言い換えると、光反射部材１５は、透光性接合部材１６の発光素子と反対側の側面の形状に応じて、発光素子１２の側面側に凸の曲面状に被覆することができる。つまり、図１に示すように、光反射部材１５の断面視形状は、発光素子１２の側面において、電極側で幅が広く、波長変換部材１１側に向かって徐々に幅が狭くなる形状とすることができる。
図１及び２に示すように、光反射部材１５は、その一部が、凹部１０Ｒの内部に位置することが好ましい。また、光反射部材１５は、凹部１０Ｒの側面の一部又は全部と接することが好ましい。さらに、光反射部材１５は、発光素子１２の電極１２ｎ、１２ｐの表面を露出することが好ましい。ただし、製造工程において、一旦、発光素子１２の電極の表面を光反射部材１５に埋設し、その後、光反射部材１５の一部を除去して、発光素子１２の電極１２ｎ、１２ｐ表面を露出させてもよい。光反射部材１５と電極１２ｎ、１２ｐの表面とは、面一であることが好ましい。
光反射部材１５は、樹脂材料及び光反射性物質等によって形成することができる。光反射部材１５は、例えば、トランスファーモールド、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。厚み方向の一部を除去する工程を含む場合は、研削、エッチング等の方法によって行うことができる。
光反射部材１５に用いられる樹脂材料としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が挙げられ、具体的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂などの変性エポキシ樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル、飽和ポリエステル、ポリイミド樹脂、変性ポリイミド樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又は変性シリコーン樹脂の熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。光反射性物質としては、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライトなどを挙げることができる。光反射性物質は、例えば、樹脂の全重量に対して、２０重量％～７０重量％含有することができる。
光反射部材１５が、導光板１０の第２主面１０Ｂ及び発光素子１２の側面を被覆することにより、発光素子からの光は、半導体積層体の第１面１２Ｕから効率よく波長変換部材１１内に入射させることができる。また、透光性接合部材１６が発光素子の側面を被覆している場合、発光素子の側面から出射された光は透光性接合部材１６を介して効率よく波長変換部材１１に入射させることができる。
本実施形態における発光モジュールは、導光板１０の複数の凹部１０Ｒに対して、波長変換部材１１及び発光素子１２を配置するため、波長変換部材１１及び発光素子１２の位置合わせが容易であり、高精度の位置合わせで配置することができる。その結果、発光素子１２からの光を均一化させ、色ずれの少ない発光モジュールとすることができる。
なお、発光モジュールは、図１及び２に示すように、電極１２ｎ、１２ｐに接続する配線層１７を電極１２ｎ、１２ｐ及び光反射部材１５上に備えることができる。さらに、配線層１７の表面を覆う絶縁性部材１８を備えることができる。
また、製造工程において、準備した導光板１０が、目的とする発光モジュールの大きさよりも大きい場合、導光板１０及び光反射部材を切断する工程を備えることができる。
なお、発光モジュールは、図１及び２に示すように、電極１２ｎ、１２ｐに接続する配線層１７を電極１２ｎ、１２ｐ及び光反射部材１５上に備えることができる。さらに、配線層１７の表面を覆う絶縁性部材１８を備えることができる。
また、製造工程において、準備した導光板１０が、目的とする発光モジュールの大きさよりも大きい場合、導光板１０及び光反射部材を切断する工程を備えることができる。
配線層１７としては、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属又はこれらの合金の単層膜又は積層膜が挙げられる。具体的には、導光板１０側からＣｕ／Ｎｉ／Ａｕの金属膜等が挙げられる。
絶縁性部材１８としては、配線基板が挙げられる。配線基板の母材は、例えば、窒化アルミ等のセラミックス、樹脂等を用いて形成することができる。樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、不飽和ポリエステル、ガラスエポキシ等の複合材料等が挙げられる。配線基板は、リジッド基板であってもよく、フレキシブル基板であってもよい。
また、図３に示すように、別の実施形態の発光モジュール２０Ｘは、１つの導光板１０Ｘにおいて複数の発光素子１２を有する場合、それぞれが独立して点灯するように電気的に接続されていてもよい。なお、図３においては、導光板は、図５Ａに示す、円錐状の凹み１０ＸＦを有する導光板１０Ｘを用いた発光モジュールを示している。
さらに、導光板１０を、複数の発光素子１２が同時に点灯して１つの発光領域となるように、電気的に接続されていてもよい。例えば、行列状に配置された発光素子１２を、２行２列に配置された４つの光源グループとし、グループごとに発光するように電気的に接続されることにより、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。
さらに、導光板１０を、複数の発光素子１２が同時に点灯して１つの発光領域となるように、電気的に接続されていてもよい。例えば、行列状に配置された発光素子１２を、２行２列に配置された４つの光源グループとし、グループごとに発光するように電気的に接続されることにより、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。
発光モジュール２０Ｘは、例えば、図４に示すように、液晶ディスプレイ装置３０に利用することができる。液晶ディスプレイ装置３０は、上側から順に、液晶パネル２１、レンズシート２２、２３、拡散シート２４、発光モジュール２０Ｘを備える。この液晶ディスプレイ装置３０は、液晶パネル２１の下方に発光モジュール２０Ｘが配置された、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３０は、発光モジュール２０Ｘから照射される光を、液晶パネル２１に照射する。液晶ディスプレイ装置３０は、さらに偏光フィルム、カラーフィルタ等の部材を備えてもよい。
１０、１０Ｘ、１０Ｙ 導光板
１０Ｂ 第２主面
１０Ｒ 凹部
１０Ｕ 第１主面
１０ＸＦ、１０ＹＦ 凹み
１１ 波長変換部材
１１Ｂ 第２面
１１Ｕ 第１面
１１Ｓ 側面
１２ 発光素子
１２Ｂ 第２面
１２Ｕ 第１面
１２ｎ 電極
１２ｐ 電極
１４ 透光性部材
１５ 光反射部材
１６ 透光性接合部材
１７ 配線層
１８ 絶縁性部材
２０、２０Ａ、２０Ｘ 発光モジュール
２１ 液晶パネル
２２ レンズシート
２３ レンズシート
２４ 拡散シート
３０ 液晶ディスプレイ装置
１０Ｂ 第２主面
１０Ｒ 凹部
１０Ｕ 第１主面
１０ＸＦ、１０ＹＦ 凹み
１１ 波長変換部材
１１Ｂ 第２面
１１Ｕ 第１面
１１Ｓ 側面
１２ 発光素子
１２Ｂ 第２面
１２Ｕ 第１面
１２ｎ 電極
１２ｐ 電極
１４ 透光性部材
１５ 光反射部材
１６ 透光性接合部材
１７ 配線層
１８ 絶縁性部材
２０、２０Ａ、２０Ｘ 発光モジュール
２１ 液晶パネル
２２ レンズシート
２３ レンズシート
２４ 拡散シート
３０ 液晶ディスプレイ装置
Claims (9)
- 光取り出し面となる第１主面及び前記第１主面の反対側であって凹部を備える第２主面を有する導光板と、
該導光板の前記凹部内に配置される波長変換部材であって、前記凹部の底面と対向する第１面、前記第１面の反対側の第２面及び前記第１面と前記第２面との間の側面を備える波長変換部材と、
前記波長変換部材の前記第２面に接合された発光素子と、
前記凹部の内側面と前記波長変換部材の側面との間に配置される透光性部材と、
前記導光板の前記第２主面及び前記発光素子の側面を被覆する光反射部材と、を備え、
前記波長変換部材の厚みは、前記凹部の深さよりも小さく、
前記光反射部材は、前記凹部の内部に位置するとともに、前記凹部の内側面と接する発光モジュール。 - 前記透光性部材の前記発光素子側の表面は、前記波長変換部材から湾曲して前記凹部の内側面に向かう請求項１に記載の発光モジュール。
- 前記光反射部材は、前記波長変換部材の前記第２面の一部を被覆する請求項１又は２に記載の発光モジュール。
- 前記発光素子の側面は、前記波長変換部材の側面よりも内側に配置されている請求項１～３のいずれか１項に記載の発光モジュール。
- 前記透光性部材は前記波長変換部材の側面のすべてを被覆する請求項１～４のいずれか１項に記載の発光モジュール。
- 前記波長変換部材を構成する透光性の母材は、前記導光板を構成する母材よりも高い屈折率を有する材料である請求項１～５のいずれか１項に記載の発光モジュール。
- さらに、前記波長変換部材と前記発光素子とを接合する透光性接合部材を備え、該透光性接合部材は、前記発光素子の側面の一部を被覆する請求項１～６のいずれか１項に記載の発光モジュール。
- 前記光反射部材は、前記透光性部材の前記発光素子側の前記発光素子及び前記透光性接合部材と接する面を除く表面の全部を被覆する請求項７に記載の発光モジュール。
- 前記透光性接合部材の前記発光素子と反対側の表面の全部が、前記光反射部材で被覆されている請求項８に記載の発光モジュール。
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