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JP6912730B2 - 発光モジュールの製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、発光モジュールの製造方法に関する。
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。
特開２０１５−３２３７３号公報
しかしながら、特許文献１のような光源装置では、実装基板と拡散板との間の距離をレンズ部材の厚みよりも大きくする必要があり、十分な薄型化が達成できない可能性がある。
そこで、本開示は、薄型化が可能な、導光板と発光素子とを備える発光モジュールを提供することを目的とする。
本開示にかかる発光モジュールの製造方法は、以下の構成を備える。
半導体積層体と電極とを備える発光素子を準備する工程と、発光面となる第１主面と、第１主面と反対側の第２主面であって、複数の凹部を備える第２主面を備える導光板を準備する工程と、凹部のそれぞれに、凹部の上端よりも高い位置に上面を有する透光性部材を配置する工程と、複数の透光性部材の上面の高さを揃える工程と、透光性部材上に、発光素子からの光を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材を載置する工程と、波長変換部材上に、電極を上にして発光素子を載置する工程と、電極を含む前記発光素子を被覆する被覆部材を配置する工程と、電極が露出するまで被覆部材を除去する工程と、複数の発光素子を電気的に接続する配線を形成する工程と、を備える発光モジュールの製造方法。
これにより、薄型化が可能な、導光板と発光素子とを備える発光モジュールを提供することができる。
実施形態にかかる発光モジュールの模式平面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる導光板の光学機能部と凹部の一例を示す一部拡大模式平面図と一部拡大模式側面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの光源部材の一例を示す模式断面図である。 光源部材の製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 光源部材の製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 光源部材の製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 光源部材の製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 光源部材の製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 光源部材の製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。 実施形態にかかる発光モジュールの製造工程の一例を示す一部拡大模式断面図である。
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。また、各部材は、例えば硬化の前後において、また、切断の前後等において、状態や形状等が異なる場合であっても同じ名称を用いるものとする。
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。
＜実施形態１＞
本実施形態の発光モジュールの構成を図１Ａ、図１Ｂに示す。
図１Ａは、本実施形態にかかる発光モジュール１００の模式平面図である。図１Ｂは、本実施形態にかかる発光モジュール１００を示す一部拡大模式断面図である。図１Ｃは、実施形態にかかる導光板１０の第１主面１１の光学機能部１１１と、第２主面１２の凹部１２１の一例を示す一部拡大模式平面図と一部拡大模式断面図である。
発光モジュール１００は、導光板１０と、導光板１０に接合された複数の発光素子４０とを備える。複数の発光素子４０は導光板１０の第２主面１２上にマトリクス状に配置されている。発光モジュール１００の導光板１０は、光取り出し面となる第１主面１１と、第１主面１１と反対側の第２主面１２と、を備える。導光板１０は第２主面１２に複数の凹部１２１を備えており、さらに凹部１２１の内部には透光性部材２０を備えている。透光性部材２０の上面（光源である発光素子４０が配置される側の面）２１は、凹部１２１の上端（開口端）１２１ａよりも高い位置（上側）にある。換言すると、図１Ｂにおいて、透光性部材２０の上面（波長変換部材配置面）２１は、導光板１０の第２主面１２よりも上側に位置する。透光性部材２０の上には、波長変換部材３０を備えている。そして、波長変換部材３０上に、接合部材５０によって発光素子４０が接合されている。
このような発光モジュールは、以下の工程を備える製造方法により得ることができる。
発光モジュールの製造方法は、以下の工程を備える。
（１）半導体積層体と電極とを備える発光素子を準備する工程
（２）発光面となる第１主面と、第１主面と反対側の第２主面であって、複数の凹部を備える第２主面を備える導光板を準備する工程
（３）凹部のそれぞれに、凹部の上端よりも高い位置に上面を有する透光性部材を配置する工程
（４）複数の透光性部材の上面の高さを揃える工程
（５）透光性部材上に、発光素子からの光を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材を載置する工程
（６）波長変換部材上に、電極を上にして発光素子を載置する工程
（７）電極を含む発光素子を被覆する被覆部材を配置する工程
（８）電極が露出するまで前記被覆部材を除去する工程
（９）複数の発光素子を電気的に接続する配線を形成する工程
本開示の方法により得られる発光モジュールは、導光板上に発光素子を接合しているため、薄型化が可能となる。また、導光板上に発光素子を搭載し、接着するため、基板上に発光素子を実装したものと導光板とを組み合わせる場合と比べ、発光素子と導光板と位置ずれが発生しづらい。これにより、良好な光学特性を備える発光モジュールとすることができる。さらに、発光素子配置時の位置決め部として導光板に凹部を備え、その凹部に配置される透光性部材の高さを揃えることで、その上に載置される発光素子の高さバラつきを低減することができる。そのため、導光板に高さバラつきがある場合等においても、被覆部材の除去により電極を露出させる工程において確実に電極を露出させることができる。
本実施形態にかかる発光モジュール１００の製造方法の各工程について、以下に詳述する。図２Ａ〜図２Ｌに本実施形態の発光モジュールの製造方法の一例を示す。
（１）半導体積層体と電極とを備える発光素子を準備する工程
発光素子４０は、発光モジュール１００の光源である。発光素子４０は、複数が１つの導光板１０に接合される。発光モジュール１００の大きさや目的とする光学特性に応じて、必要な発光素子４０を準備する。発光素子４０は、半導体成長等の工程を経るなど、製造工程の一部又は全部を経ることで準備することができ、あるいは、購入等により準備してもよい。
（２）発光面となる第１主面と、第１主面と反対側の第２主面であって、複数の凹部を備える第２主面を備える導光板を準備する工程
図２Ａに示すように、導光板１０を準備する。導光板１０は、発光素子４０からの光を面状に広げる部材であり、光取り出し面である第１主面１１と、その反対側に位置する第２主面１２とを備えた略板状の部材である。
導光板１０は、図１Ｃに示すように、第２主面１２に開口が略四角形の凹部１２１を備える。さらに、導光板１０は第１主面１１に円錐台状に凹んだ光学機能部１１１を備えてもよい。
（３）凹部のそれぞれに、凹部の上端よりも高い位置に上面を有する透光性部材を配置する工程
次に、凹部１２１のそれぞれに、透光性部材２０を配置する。詳細には、図２Ｂに示すように、透光性部材２０の上面２１が、凹部１２１の上端１２１ａよりも高い位置になるように配置する。透光性部材２０は、凹部１２１の周囲の導光板１０の第２主面１２上に連続して配置する工程を含んでいてもよい。つまり、平面視において、透光性部材２０は、凹部１２１の開口の大きさよりも大きくなるように配置してもよい。
（４）複数の透光性部材の上面の高さを揃える工程
次に、図２Ｃに示すように、透光性部材２０の上面の高さを揃える。ここでは、砥石等の研削部材９１を用いて透光性部材２０を研削する例を図示している。これにより、図２Ｄに示すように、複数の透光性部材２０の上面２１の高さを揃えている。尚、ここでの「高さ」とは、透光性部材２０自体の厚みを指すものではなく、透光性部材２０の上面２１の位置を指す。
後述のように、実施形態に係る発光モジュール１００の製造方法は、導光板１０上に載置された発光素子４０を埋設する被覆部材６０を形成した後に、被覆部材６０の表面を全面にわたって研削等で除去することで発光素子４０の電極４２を露出させる工程を備える。この電極４２を露出させる工程において、複数の発光素子４０の全ての電極４２を露出させるためには、電極４２の高さが一定の高さであることが好ましい。つまり、被覆部材６０を研削した際に、一部の電極４２が露出され、その他の電極４２が露出されない、ということがなく、全ての電極４２が露出されるためには、反りの少ない導光板１０を用いることが好ましい。しかしながら、例えば、１辺が７５ｃｍ〜３００ｃｍ程度の樹脂製の導光板１０は、高さバラつき（厚さバラつき）が全くない状態では得られにくく、１０μｍ〜５０μｍ程度の高さばらつきが生じる可能性が高い。そのため、導光板１０の第２主面１２であって、発光素子４０を載置する位置にあらかじめ透光性部材２０を形成し、その透光性部材２０の上面２１の高さを揃えることで、発光素子４０の高さを揃えることができる。透光性部材２０は、導光板１０の第２主面１２よりも高い位置にあるため、透光性部材２０を研削する際に、導光板１０自体を研削することを回避できる。導光板１０は、発光素子４０からの光を面方向に広げるための部材であるため、研削痕などの微細な凹凸等があるとその部分で光が拡散してしまい、光の伝搬効率が低下し易いため、そのような研削痕は少ない方が好ましい。実施形態に係る発光モジュール１００の製造方法では、複数の発光素子４０と光学的につながっている導光板１０を研削するのではなく、それぞれ離間して配置されている透光性部材２０を研削することで、高さを揃えつつ、研削痕による光損失を低減することができる。尚、高さを揃える方法としては、上述の研削のほか、押圧によって揃えてもよい。
（５）透光性部材上に、発光素子からの光を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材を載置する工程
次に、図２Ｅに示すように、透光性部材２０の上面２１に、波長変換部材３０を載置する。波長変換部材３０は、あらかじめ成形された板状のものを用いることが好ましい。あらかじめ成形された波長変換部材３０は、色調を測定して選別しておくことが可能である。これにより、発光素子４０を含む複数の発光部からの光のバラつきを低減することができ、色むらの少ない面発光の発光モジュールとすることができる。
波長変換部材３０は、吸着コレット等を用いて吸着し、透光性部材２０上に移載することができる。この場合、透光性部材２０の上面２１上に、あらかじめ接着剤を配置してその上に置くことが好ましい。接着剤を用いる場合は、例えば、スタンプピンを用いて接着剤を転写する方法を用いることができる。この場合、転写された接着剤は、数μｍから十数μｍ程度である。
（６）波長変換部材上に、電極を上にして発光素子を載置する工程
次に、図２Ｆに示すように、それぞれの波長変換部材３０の上に液状の接合部材５０をそれぞれ塗布する。接合部材５０は、ポッティング、転写、印刷等の方法で塗布することができる。図２Ｆでは、ディスペンスノズル９０Ａを用いてポッティングすることで接合部材５０を塗布する場合を例示している。
次に、図２Ｇに示すように、接合部材５０上に発光素子４０を載置する。このとき、電極４２を上にして発光素子４０を載置する。つまり、発光素子４０の主発光面４１１と接合部材５０とが対向するよう、電極形成面４１２を上にして発光素子４０を載置する。その後、接合部材５０を硬化させ、発光素子４０を透光性部材２０と接合する。
複数の発光素子４０は、導光板１０の平面視において、二次元に配列される。好ましくは、複数の発光素子４０は、直交する二方向、つまり、ｘ方向（横方向）およびｙ方向（縦方向）に沿って二次元的に配列される。図１Ａに示すように、複数の光学機能部１１１に対応するように配置される複数の発光素子４０のｘ方向の配列ピッチとｙ方向の配列ピッチは、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、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１０の中央から周辺に向かって間隔が広くなるように発光素子４０が配列されていてもよい。なお、発光素子４０間のピッチとは、発光素子４０の光軸間の距離である。発光素子４０間のピッチは、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。
（７）電極を含む発光素子を被覆する被覆部材を配置する工程
次に、図２Ｈに示すように、導光板１０の第２主面１２と複数の発光素子４０とを被覆する被覆部材６０を形成する。被覆部材６０は、例えばトランスファモールド、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。この時、発光素子４０の電極４２の上面を完全に被覆するように被覆部材６０を厚く形成する。
（８）電極が露出するまで前記被覆部材を除去する工程
次に、図２Ｉに示すように、被覆部材６０の表面を全面にわたって研削し、発光素子４０の電極４２を露出させる。研削の方法としては、砥石等の研削部材を用いて被覆部材６０を面状に研削する方法が挙げられる。発光素子４０を載置する透光性部材２０の上面２１の高さを揃えているために、複数の発光素子４０のそれぞれの電極４２の全てが露出される。
（９）複数の発光素子を電気的に接続する導電部材を形成する工程
次に、図２Ｊに示すように、発光素子４０の電極４２と被覆部材６０上の略全面に、導電部材７０となる金属膜を形成する。金属膜としては、例えば、導光板１０側からＣｕ／Ｎｉ／Ａｕの順に積層させた積層構造とすることができる。金属膜の形成方法としては、スパッタ、メッキ等が挙げられ、スパッタで形成することが好ましい。
次に、金属膜にレーザ光を照射し、照射した部分の金属膜を除去するレーザアブレーションによってパターニングし、図２Ｋに示すような導電部材７０を形成する。
次に、図２Ｌに示すように、この導電部材７０と別途準備した配線基板８０の配線８２とを接着シートを間に介して圧着して接合する。この時、配線８２の一部（例えばビア）内に充填された導電性材料を加圧と加熱によって一部溶解させることで、導電部材７０と配線８２とを電気的に接続する。
このようにして、本実施形態の発光モジュール１００を得ることができる。
複数の発光素子４０は、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１０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素子４０を１つのグループとし、１つのグループ内の複数の発光素子４０同士を直列又は並列に電気的に接続することで同じ回路に接続し、このような発光素子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４０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。
１つの発光モジュール１００は１つの配線基板８０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８０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８０を複数並べて一つの液晶ディスプレイ装置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８０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。
＜実施形態２＞
図３は、本実施形態の発光モジュール１００Ａ構成を示している。発光モジュール１００Ａは、透光性部材２０上に、波長変換部材と発光素子とを備えた光源部材４５を載置して得られるものである。その他の構成については実施形態１に係る発光モジュール１００と同じ構成である。
本実施形態に係る発光モジュール１００Ａの製造方法は、以下の工程を備える。
（１ａ）半導体積層体と電極とを備える発光素子と、発光素子からの光を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材と、を備える光源部材を準備する工程
（２）発光面となる第１主面と、第１主面と反対側の第２主面であって、複数の凹部を備える第２主面を備える導光板を準備する工程
（３）凹部のそれぞれに、凹部の上端よりも高い位置に上面を有する透光性部材を配置する工程
（４）複数の透光性部材の上面の高さを揃える工程
（５-６）透光性部材上に、電極を上にして光源部材を載置する工程
（７ａ）電極を含む光源部材を被覆する被覆部材を配置する工程
（８ａ）電極が露出するまで被覆部材を除去する工程
（９ａ）複数の光源部材を電気的に接続する配線を形成する工程
上記の工程について、主として実施形態１と異なる工程について説明し、重複する部分は省略する。
（１ａ）半導体積層体と電極とを備える発光素子と、前記発光素子からの光を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材と、を備える光源部材を準備する工程
光源部材４５は、発光モジュール１００Ａの光源である発光素子４０を含む部材であり、あらかじめ波長変換部材３０Ａと一体化させた部材である。図４は、光源部材４５の一例であり、発光素子４０の主発光面側に波長変換部材３０Ａを、備えている。また、光源部材４５は、波長変換部材３０Ａと反対側に電極４２を備えている。この電極４２は発光素子４０の電極４２を外部に露出させたものでもよく、あるいは、発光素子４０の電極４２を被覆する金属膜でもよい。
このような光源部材４５は、購入等により準備してもよく、あるいは、波長変換部材３０Ａと発光素子４０とを一体化させる工程を経るなど、製造工程の一部又は全部を経ることで準備することができる。
図５Ａ〜図５Ｆは、光源部材４５の製造工程の一例を示す。まず、図５Ａに示すように、平板状の波長変換部材３０Ａを準備する。ここでは、複数の発光素子４０を載置可能な大きさの波長変換部材３０Ａを準備する。例えば、平面視形状が５００μｍ×５００μｍの四角形の発光素子４０を用いる場合、平面視において６０ｍｍ×６０ｍｍの波長変換部材３０Ａを用いることができる。
次に、図５Ｂに示すように、波長変換部材３０Ａ上に、複数の導光部材４７を配置する。導光部材４７は、波長変換部材３０Ａと発光素子４０とを接合する透光性の部材である。導光部材４７の配置方法としては、例えば、図５Ｂに示すようにディスペンスノズル９０Ｂを用いて液状の導光部材４７を吐出して波長変換部材３０Ａ上に配置する方法が挙げられる。その他、ピン転写、印刷等の方法を用いることもできる。複数の導光部材４７は、それぞれ離間するように配置する。
次に、図５Ｃに示すように、導光部材４７上に発光素子４０を載置する。その際、発光素子４０の電極４２が上になるように載置する。換言すると、発光素子４０の半導体積層体４１側（主発光面側）を導光部材４７と対向させるようにして載置する。このとき、導光部材４７が発光素子４０の側面と接してもよい。
次に、図５Ｄに示すように、発光素子４０及び導光部材４７を埋めるように封止部材４６を配置する。発光素子４０の電極４２も封止部材４６で埋まるようにすることが好ましい。
次に、図５Ｅに示すように、封止部材４６の表面を除去して、発光素子４０の電極４２を露出させる。
次に、図５Ｆに示すように、隣接する発光素子４０の間の封止部材４６及び波長変換部材３０Ａを切断することで、小片化された光源部材４５を得ることができる。
続く工程である、（２）導光板１０を準備する工程、（３）透光性部材を配置する工程、（４）透光性部材の上面の高さを揃える工程は、実施形態１と同様である。
（５−６）透光性部材上に、電極を上にして光源部材を載置する工程
次に、図６Ａに示すように、透光性部材２０上に、光源部材４５を載置する。透光性部材２０上には、あらかじめ接合部材を塗布しておくことが好ましい。接合部材は、ポッティング、転写、印刷等の方法で塗布することができる。透光性部材２０の上面２１上に光源部材４５の電極４２（発光素子４０の電極４２）を上にして光源部材４５を載置する。つまり、光源部材４５の波長変換部材３０と透光性部材２０とが対向するように載置する。その後、接合部材を硬化させることで光源部材４５を透光性部材２０と接合する。
（７ａ）電極を含む光源部材を被覆する被覆部材を配置する工程
次に、図６Ｂに示すように、導光板１０の第２主面１２と複数の光源部材４５とを被覆する被覆部材６０を形成する。被覆部材６０は、例えばトランスファモールド、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。この時、光源部材４５の電極４２の上面を完全に被覆するように被覆部材６０を厚く形成する。
（８ａ）電極が露出するまで被覆部材を除去する工程
次に、図６Ｃに示すように、被覆部材６０の表面を全面にわたって研削し、光源部材４５の電極４２を露出させる。研削の方法としては、砥石等の研削部材を用いて被覆部材６０を面状に研削する方法が挙げられる。光源部材４５を載置する透光性部材２０の上面２１の高さを揃えているために、複数の光源部材４５のそれぞれの電極４２の全てが露出される。
（９ａ）複数の光源部材を電気的に接続する配線を形成する工程
次に、図６Ｄに示すように、光源部材４５の電極４２と被覆部材６０上の略全面に、導電部材７０となる金属膜を形成する。金属膜としては、例えば、導光板１０側からＣｕ／Ｎｉ／Ａｕの順に積層させた積層構造とすることができる。金属膜の形成方法としては、スパッタ、メッキ等が挙げられ、スパッタで形成することが好ましい。
次に、金属膜にレーザ光を照射し、照射した部分の金属膜を除去するレーザアブレーションによってパターニングし、図６Ｅに示すような導電部材７０を形成する。次に、図６Ｆに示すように、導電部材７０と別途準備した配線基板８０の配線８２とを接着シートを間に介して圧着して接合する。
このようにして、本実施形態の発光モジュール１００Ａを得ることができる。
実施形態２では、光源部材４５が、発光素子４０と波長変換部材３０Ａとを備えているため、光源部材４５の色調等を予め選別しておくことができる。そのため、薄型で、色ムラの少ない光源モジュールとすることができる。
発光モジュールを構成する各部材について、以下に詳述する。
（発光素子４０）
発光素子４０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４０として発光ダイオードを例示する。発光素子４０は、主に発光を取り出す主発光面４１１と、主発光面４１１と反対側の電極形成面４１２に一対の電極４２を有する。一対の電極４２は後述する配線基板８０と対向して配置され、任意に導電部材７０等を介して、適宜配線基板８０の配線８２と電気的に接続される。
発光素子４０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層とを備えた半導体積層体４１を備える。半導体積層体４１は、発光層と、発光層を挟むｎ型半導体層およびｐ型半導体層とを含み、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層にｎ側電極およびｐ側電極がそれぞれ電気的に接続される。発光素子４０は、例えば透光性基板を備える主発光面４１１が導光板と対向して配置され、主発光面４１１と反対側の電極形成面４１２に一対の電極４２を有する。
発光素子４０、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。半導体層の材料およ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ればよい。発光モジュール１００が波長変換部材を備える場合、発光素子４０は、波長変換部材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半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を備えることが好ましい。
発光素子４０の大きさは、例えば、平面視において縦および横の寸法が１０００μｍ以下が好ましく、より好ましくは縦および横の寸法が５００μｍ以下であり、さらに好ましくは、縦および横の寸法が２００μｍ以下である。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。
（導光板１０）
導光板１０は、発光素子からの光が入射され、面状の発光を行う透光性の板状部材である。導光板１０は、発光面となる第１主面１１と、第１主面１１と反対側の第２主面１２と、を備える。
導光板１０の大きさは、例えば、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、０．５ｍｍ〜３ｍｍが好ましい。尚、ここでの「厚み」とは、例えば、第１主面１１や第２主面１２に凹部や凸部等がある場合は、それらがないものと仮定した場合の厚みを指すものとする。
導光板１０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１０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。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に発光素子４０を接合した後に配線基板を貼りつける本実施形態の発光装置の製造方法においては、半田リフローのような高温がかかる工程を省略できるため、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。
導光板１０は、例えば、射出成型やトランスファモールド、熱転写等で成形することができる。また、導光板１０の光学機能部１１１や凹部１２１は、これらも一括して金型で形成することができる。これにより、光学機能部１１１と凹部１２１の成形位置ずれを低減することができる。
導光板１０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。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。
（光学機能部）
導光板１０は、第１主面１１側に光学機能部１１１を備えていてもよい。光学機能部１１１は、例えば、光を導光板１０の面内で広げる機能を有することができる。
光学機能部１１１としては、第１主面１１側に設けられた錐体状又は錐台体状の凹みとすることができる。具体的には、錐体状の凹みとしては、円錐や四角錐、六角錐等の多角錐形が挙げられ、錐台体状の凹みとしては、円錐台や四角錐台、六角錐台等の多角錐台形が挙げられる。錐体台状の凹みの場合、その頂部に相当する部分の平面視における大きさは、発光素子４０の平面視における大きさの１００％〜５００％とすることができる。
これらの凹みには、導光板１０と屈折率の異なる材料（例えば空気）を配置することができる。また、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１１１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１１１は、後述するように、それぞれの発光素子４０に対応する、つまり、第２主面１２側に配置された発光素子４０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４０の光軸と、光学機能部１１１の光軸とが略一致することが好ましい。例えば、光学機能部１１１の凹みが錐体の場合は、その頂部が発光素子４０の光軸と略一致することが好ましい。また、光学機能部１１１の凹みが錐体台の場合は、頂部に相当する面が、発光素子４０の光軸上に位置することが好ましい。
光学機能部１１１の大きさは、適宜設定することができる。図１Ｂに示す光学機能部１１１は、第１主面１１において円形の開口部を備える円錐台状の凹部であり、開口の直径は波長変換部材３０よりも大きい例を示している。
（凹部）
導光板１０は、第２主面１２側に、凹部１２１を備える。凹部１２１は、発光素子４０を配置する位置の目標とする部分である。
凹部１２１の平面視における大きさは、例えば、０．０５ｍｍ〜１０ｍｍとすることができ、０．１ｍｍ〜１ｍｍ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。光学機能部１１１と凹部１２１の間の距離は、光学機能部１１１と凹部１２１が離間している範囲で適宜設定できる。
凹部１２１の平面視形状は、例えば、略矩形、略円形とすることができ、凹部の配列ピッチ等によって選択可能である。凹部の配列ピッチ（最も近接した２つの凹部の間の距離）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、略円形とすることで、発光素子４０からの光を良好に広げることができる。
（透光性部材）
透光性部材２０は、発光素子４０から出射される光を導光板１０に伝播させる役割を有する。透光性部材２０は、導光板１０の第２主面１２側の凹部１２１内に配置される透光性の部材である。透光性部材２０の上面２１は、凹部１２１の上端１２１ａよりも高い位置にある。研削後の透光性部材２０の上面２１と、導光板１０の第２主面１２との距離（透光性部材２０の上面２１の第２主面１２からの高さ）は、１０μｍ〜１００μｍとすることができる。凹部１２１の直上における透光性部材２０の上面２１の高さは均一であり、さらに、複数の凹部１２１に配置される透光性部材２０は、それぞれの上面２１の高さが略等しい高さに位置する。
透光性部材２０の平面視における大きさは、凹部１２１の開口の大きさよりも大きいことが好ましい。つまり、透光性部材２０は、凹部１２１の内部のみに配置されるのではなく、凹部１２１の上端１２１ａを含む第２主面１２上にも延伸して配置されることが好ましい。ただし、複数の凹部１２１のそれぞれに配置される透光性部材２０同士は、離間して配置されるようにすることが好ましい。そのため、平面視における透光性部材２０の大きさは、凹部１２１の開口の大きさの１００％〜３００％程度とすることができる。また、導光板１０の第１主面１１に、凹状の光学機能部１１１を有する場合は、平面視における凹部１２１の大きさは、その光学機能部１１１の大きさよりも小さい大きさとすることができる。これにより、発光素子４０からの光を効率よく光学機能部１１１で横方向に広げることができる。
透光性部材２０のうち、導光板１０の第２主面１２上に延伸する部分は、凹部１２１の直上に位置する部分と同じ高さであってもよい。あるいは、第２主面１２上に延伸する部分の透光性部材２０の高さは、凹部１２１の直上に位置する部分の高さよりも低くなっていてもよい。
透光性部材２０は、透光性であり、発光素子４０から出射される光の６０％以上を透過し、好ましくは９０％以上を透過する。また、透光性部材２０は、導光板１０の材料と同程度の屈折率を有する材料が好ましい。例えば、母材の材料として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、これらを混合した樹脂、または、ガラスなどの透光性材料を用いることができる。透光性部材２０の耐光性および成形容易性の観点からは、透光性部材２０の母材としてシリコーン樹脂を選択すると有益である。
（波長変換部材）
導光板１０の第２主面１２側に配置される透光性部材２０上に配置される波長変換部材３０は、発光素子４０からの光の波長を異なる波長の光に変換する蛍光体を含有する部材である。波長変換部材３０は、厚みが略均一な板状であり、厚みは、例えば、１００μｍ〜２００μｍである。
波長変換部材３０の平面視における大きさは、透光性部材２０の大きさよりも小さいことが好ましい。また、波長変換部材３０の平面視における大きさは、発光素子４０よりも大きいことが好ましい。さらに、波長変換部材３０の平面視における大きさは、凹部１２１の開口の大きさよりも小さいことが好ましい。
波長変換部材３０は、母材として導光板１０の材料よりも高い屈折率を有する透光性材料と、波長変換物質として粒子状の蛍光体と、を含む。例えば、母材の材料として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、これらを混合した樹脂、または、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３０の耐光性および成形容易性の観点からは、波長変換部材３０の母材としてシリコーン樹脂を選択すると有益である。
波長変換部材３０は、光拡散物質を含んでいてもよい。光拡散物質としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ等の微粒子が挙げられる。
蛍光体としては、例えば、ＹＡＧ系蛍光体、βサイアロン蛍光体またはＫＳＦ系蛍光体等のフッ化物系蛍光体などが挙げられる。１つの波長変換部材３０に、１種類又は複数種類の蛍光体を含むことができる。複数種類の蛍光体は、混合させて用いてもよく、あるいは積層させて用いてもよい。例えば、青色系の光を出射する発光素子４０を用い、蛍光体として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。このような２種類の蛍光体を用いることで、発光モジュールの色再現範囲を広げることができる。また、蛍光体は量子ドットであってもよい。
蛍光体は、波長変換部材３０の内部においてどのように配置されていてもよい。例えば、蛍光体は、波長変換部材３０の内部において略均一に分布していてもよく、一部に偏在してもよい。
（接合部材）
接合部材５０は、発光素子４０と波長変換部材３０とを、接合する部材である。接合部材５０は、透光性であり、発光素子４０から出射される光の６０％以上を透過し、好ましくは９０％以上を透過する。そのため、接合部材５０は、拡散部材等を含むことは可能であり、拡散部材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。
接合部材５０は、発光素子４０の側面（主発光面４１１と電極形成面４１２をつなぐ面）を被覆していてもよい。これにより、発光素子４０の側面方向に出射された光を接合部材５０内に効率的に取り出し、発光モジュール１００の発光効率を高めることができる。
接合部材５０の材料としては、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。
（被覆部材）
被覆部材６０は、複数の発光素子４０の側面と導光板１０の第２主面１２と接合部材５０の側面とを被覆している。これにより、発光素子４０と導光板１０を補強することができる。また、被覆部材６０は、光反射性部材であることが好ましい。被覆部材６０を光反射性部材とすることで、発光素子４０からの発光を導光板１０に効率よく取り入れることができる。
光反射性部材の被覆部材６０は、発光素子４０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。光反射性部材の被覆部材６０の材料は、白色の顔料等を含有させた樹脂材料であることが好ましい。特に、酸化チタンを含有させたシリコーン樹脂が好ましい。これにより、導光板１０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。
（導電部材）
発光モジュール１００には、複数の発光素子４０の電極４２と電気的に接続される導電部材７０が設けられていてもよい。導電部材７０は、被覆部材６０の下面と電極４２の下面とを被覆するように配置される。導電部材７０を設けることにより、例えば複数の発光素子４０同士を電気的に接続することができ、液晶ディスプレイ装置のローカルディミング等に必要な回路を容易に形成することができる。
（配線基板）
発光モジュール１００は、図１Ｂに示すように、配線基板８０を有していてもよい。配線基板８０は、絶縁性の基材８１と、複数の発光素子４０と電気的に接続される配線８２等を備える基板である。配線基板８０を備えることで、ローカルディミング等に必要な複雑な配線を容易に形成することができる。この配線基板８０は、発光素子４０を導光板１０に実装し、被覆部材６０及び導電部材７０を形成した後に、別途準備した配線基板８０の配線８２と、導電部材７０とを、接合することで形成することができる。また、発光素子４０と接続する導電部材７０を設ける際、導電部材７０を発光素子４０の電極４２の平面形状よりも大きい形状とすることで、この配線基板８０と発光素子４０との電気的な接合を容易に行うことができる。
配線基板８０は、例えば、絶縁性の基材８１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と、基材８１の両面側において導電性部材と電気的に接続された配線８２と、を備える。
配線基板８０の基材８１の材料としては、例えば、セラミックス又は樹脂を用いることができる。低コストおよび成形容易性の点から、樹脂を基材８１の材料として選択してもよい。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を挙げることができる。また、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。
配線８２は、例えば、基材８１上に設けられた導電箔（導体層）であり、複数の発光素子４０と電気的に接続される。配線８２の材料は、高い熱伝導性を有していることが好ましい。このような材料として、例えば銅などの導電材料が挙げられる。また、配線８２は、メッキや導電性ペーストの塗布、印刷などで形成することができ、配線８２の厚みは、例えば、５〜５０μｍ程度である。
配線基板８０は、どのような方法で導光板１０等と接合されていてもよい。例えば、シート状の接着シートを、導光板１０の反対側に設けられた被覆部材６０の表面と、配線基板８０の表面との間に配置し、圧着することで、接合することができる。また、配線基板８０の配線８２と発光素子４０との電気的接続はどのような方法で行われてもよい。例えば、ビアホール内に埋め込んだ金属である導電性部材を加圧と加熱により溶かして導電部材７０と接合することができる。
なお、配線基板８０は、積層構造を有していてもよい。例えば、配線基板８０として、表面に絶縁層が設けられた金属板を用いてもよい。また、配線基板８０は複数のＴＦＴ（Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を有するＴＦＴ基板であってもよい。
（光源部材）
光源部材は、上述の発光素子及び上述の波長変換部材を備える。さらに、発光素子と波長変換部材とを接合する導光部材を備えていてもよい。導光部材は、例えば、透光性の樹脂材料が用いられる。導光部材の材料としては、例えば、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、光源部材は、発光素子の側面を直接、又は、導光部材等の透光性部材を介して間接的に被覆する封止部材を備えてもよい。封止部材は、上述の被覆部材と同様に光反射性部材であることが好ましい。材料等についても、被覆部材と同様のものを用いることができる。
本開示に係る発光モジュールは、例えば、液晶ディスプレイ装置のバックライトとして利用することができる。
１００、１００Ａ…発光モジュール
１０…導光板
１１…第１主面（光取り出し面）
１１１…光学機能部
１２…第２主面
１２１…凹部
１２１ａ…凹部の上端（開口端）
２０…透光性部材
２１…透光性部材の上面（波長変換部材配置面）
３０、３０Ａ…波長変換部材
４０…発光素子
４１…半導体積層体
４１１…主発光面
４１２…電極形成面
４２…電極
４５…光源部材
４６…封止部材
４７…導光部材
５０…接合部材
６０…被覆部材
７０…導電部材
８０…配線基板
８１…基材
８２…配線
９０、９０Ａ…ディスペンスノズル
９１…研削部材

Claims (5)

  1. 半導体積層体と電極とを備える発光素子を準備する工程と、
    発光面となる第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面であって、複数の凹部を備える第２主面を備える導光板を準備する工程と、
    前記凹部のそれぞれに、前記凹部の上端よりも高い位置に上面を有する透光性部材を配置する工程と、
    前記複数の透光性部材の上面の高さを揃える工程と、
    前記透光性部材上に、発光素子からの光を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材を載置する工程と、
    前記波長変換部材上に、前記電極を上にして前記発光素子を載置する工程と、
    前記電極を含む前記発光素子を被覆する被覆部材を配置する工程と、
    前記電極が露出するまで前記被覆部材を除去する工程と、
    前記複数の発光素子を電気的に接続する配線を形成する工程と、
    を備える発光モジュールの製造方法。
  2. 半導体積層体と電極とを備える発光素子と、前記発光素子からの光を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材と、を備える光源部材を準備する工程と、
    発光面となる第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面であって、複数の凹部を備える第２主面を備える導光板を準備する工程と、
    前記凹部のそれぞれに、前記凹部の上端よりも高い位置に上面を有する透光性部材を配置する工程と、
    前記複数の透光性部材の上面の高さを揃える工程と、
    前記透光性部材上に、前記電極を上にして前記光源部材を載置する工程と、
    前記電極を含む光源部材を被覆する被覆部材を配置する工程と、
    前記電極が露出するまで前記被覆部材を除去する工程と、
    前記複数の光源部材を電気的に接続する配線を形成する工程と、
    を備える発光モジュールの製造方法。
  3. 前記透光性部材の上面の高さを揃える工程は、前記透光性部材を研削することで高さを揃える工程を含む、請求項１又は請求項２に記載の発光モジュールの製造方法。
  4. 前記透光性部材の上面の高さを揃える工程は、前記透光性部材を押圧することで高さを揃える工程を含む、請求項１又は請求項２に記載の発光モジュールの製造方法。
  5. 前記透光性部材を配置する工程は、前記凹部及び前記導光板の前記第２主面上に連続して前記透光性部材を配置する工程を含む、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発光モジュールの製造方法。
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