(57)【要約】  発光素子と、該発光素子から発される光束を制御可能な形状に成形された、熱可塑性樹脂からなる光束制御部材とを、前記発光素子の光出射面と前記光束制御部材の光入射面の間に硬化性樹脂を介在させた状態で、前記硬化性樹脂を硬化させて接合する、樹脂封止発光素子の製造方法。
2008096714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、該発光素子から発される光束を制御可能な形状に成形された、熱可塑性樹脂からなる光束制御部材とを、
前記発光素子の光出射面と前記光束制御部材の光入射面の間に硬化性樹脂を介在させた状態で、前記硬化性樹脂を硬化させて接合する、樹脂封止発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記硬化性樹脂を硬化させて接合する温度Ｔｃ（℃）と、前記熱可塑性樹脂の熱変形温度Ｔｄ（℃）とは、以下の式（１）
Ｔｃ≦Ｔｄ−２０  …（１）
を満たす、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記硬化性樹脂の硬化後の屈折率は、前記発光素子の光出射面を構成する素材の屈折率よりも低く、且つ前記熱可塑性樹脂の屈折率よりも高い、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記硬化性樹脂は熱硬化性樹脂である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記硬化性樹脂は、エピスルフィド樹脂又はチオウレタン樹脂である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記光束制御部材の光入射面には、前記発光素子を収容するための凹部が設けられており、該凹部は曲面を有し該凹部の表面は平滑である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記凹部は球面形状を有しており、前記発光素子の発光点は該球面形状の曲率中心に位置している、請求項６記載の製造方法。
【請求項８】
前記発光素子は、基板上に配列した複数の発光素子であり、該発光素子のそれぞれと前記光束制御部材とを接合する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記発光素子は発光ダイオードである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の製造方法により得ることのできる樹脂封止発光素子。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の製造方法により樹脂封止発光素子を製造する工程と、該樹脂封止発光素子を光源として平面状に配置する工程とを含む、平面状光源の製造方法。
【請求項１２】
発光素子と、該発光素子から発される光束を制御可能な形状に成形された熱可塑性樹脂からなる光束制御部材とを有する樹脂封止発光素子であって、
前記発光素子の光出射面と前記光束制御部材の光入射面とが、硬化性樹脂の硬化物で接合されている、樹脂封止発光素子。
【請求項１３】
前記硬化性樹脂の硬化後の屈折率は、前記発光素子の光出射面を構成する素材の屈折率よりも低く、且つ前記熱可塑性樹脂の屈折率よりも高い、請求項１２記載の樹脂封止発光素子。
【請求項１４】
前記硬化性樹脂は熱硬化性樹脂である、請求項１２又は１３に記載の樹脂封止発光素子。
【請求項１５】
前記硬化性樹脂は、エピスルフィド樹脂又はチオウレタン樹脂である、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の樹脂封止発光素子。
【請求項１６】
前記光束制御部材の光入射面に設けられた凹部に前記発光素子が収容されている、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の樹脂封止発光素子。
【請求項１７】
前記凹部は曲面を有し該凹部の表面は平滑である、請求項１６記載の樹脂封止発光素子。
【請求項１８】
前記凹部は球面形状を有しており、前記発光素子の発光点が該球面形状の曲率中心に位置している、請求項１６又は１７に記載の樹脂封止発光素子。
【請求項１９】
前記発光素子は、基板上に配列した複数の発光素子であり、該発光素子のそれぞれが前記光束制御部材と接合されている、請求項１２〜１８のいずれか一項に記載の樹脂封止発光素子。
【請求項２０】
前記発光素子が発光ダイオードである、請求項１２〜１９のいずれか一項に記載の樹脂封止発光素子。
【請求項２１】
請求項１２〜２０のいずれか一項に記載の樹脂封止発光素子を平面状に配置させてなる平面状光源。
【請求項２２】
請求項２１記載の平面状光源を透過型液晶パネルのバックライト面に配置した液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束制御部材を備えた樹脂封止発光素子、平面状光源及びそれらの製造方法、並びに液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な発光素子である発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）素子は、ｐ型半導体とｎ型半導体を接合させ、それぞれを正極と負極に接合し順方向に電圧印加して、ｐ型半導体の正孔（ホール）とｎ型半導体の電子（エレクトロン）をｐｎ接合近辺で結合させることにより発光させる素子である。【０００３】
このようなＬＥＤ素子は、プロジェクタの光源や、液晶表示装置等のフラットパネルディスプレイ用バックライトに応用されている。例えば、特許文献１には、青、緑、赤の三原色のＬＥＤを配列させて光学素子とし、液晶パネルに投射して白色光をつくり、これをディスプレイ用バックライトに利用する技術が開示されている。【０００４】
ＬＥＤ素子を用いたバックライトは、従来の冷陰極管を用いたものと比べて長寿命であり、またディスプレイの広色域化に有利であるという特徴を有するが、複数のＬＥＤ素子を配列させて一定の面積を均一に照明するためには、各ＬＥＤ素子の放射光束の指向性を適切に制御する必要がある。放射光束の指向性を制御するための構造を有するＬＥＤ素子は、例えば特許文献２に開示されている。バックライト装置の光源に適したＬＥＤ素子及びそのＬＥＤ素子を用いたバックライト装置の例については、特許文献３及び特許文献４に開示されている。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ０３／１０７３１９号パンフレット
【特許文献２】米国特許第５０１３１４４号明細書
【特許文献３】特開２００６−２８６９０６号公報
【特許文献４】特開２００６−９２９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載されているように、放射光束の指向性を制御するための構造を形成させるためには、ＬＥＤ素子を液状のエポキシ樹脂中に浸漬した状態で、このエポキシ樹脂を硬化させる方法が一般的であるが、このような成型方法ではエポキシ樹脂の硬化収縮や反応熱の発生などにより、高精度の素子を製造することが困難であり、製造効率も低下する。【０００６】
そこで本発明の目的は、光量損失が十分なレベルまで低減された発光素子を効率よく製造する方法を提供することにある。本発明の目的はまた、そのような発光素子を光源とする平面状光源及びその製造方法、並びにこの平面上光源を用いた液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の樹脂封止発光素子の製造方法は、発光素子と、発光素子から発される光束を制御可能な形状に成形された、熱可塑性樹脂からなる光束制御部材とを、発光素子の光出射面と光束制御部材の光入射面の間に硬化性樹脂を介在させた状態で、硬化性樹脂を硬化させて接合することを特徴とする。【０００８】
ここで、硬化性樹脂は熱硬化性樹脂であることが好ましく、このような樹脂を用いた場合は、樹脂封止発光素子は以下の方法により得ることができる。すなわち、発光素子と、予め所定形状に成形された熱可塑性樹脂からなる光束制御部材とを用意し、発光素子の光出射面と光束制御部材の光入射面とを熱硬化性樹脂のモノマー組成物により貼着した後、モノマー組成物を所定の硬化温度で加熱硬化させて発光素子と前記光束制御部材とを所定の相対位置に固結することを特徴とする製造方法により樹脂封止発光素子が提供できる。【０００９】
本発明においては、硬化性樹脂を硬化させて接合する温度Ｔｃ（℃）と、前記熱可塑性樹脂の熱変形温度Ｔｄ（℃）とは、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
Ｔｃ≦Ｔｄ−２０  …（１）【００１０】
また、硬化性樹脂の硬化後の屈折率は、発光素子の光出射面を構成する素材の屈折率よりも低く、且つ熱可塑性樹脂の屈折率よりも高くすることが好適であり、硬化性樹脂としては、エピスルフィド樹脂又はチオウレタン樹脂を用いることができる。【００１１】
光束制御部材として特に好ましいのは、光入射面に発光素子を収容するための凹部が設けられており、この凹部が曲面を有しておりその表面が平滑である光束制御部材である。すなわち、光束制御部材の光入射面に前記発光素子を収容するための凹部が設けられ、かつこの凹部の表面が平滑曲面により構成されていることが好ましい。【００１２】
この場合において、凹部が球面形状を有しており、発光素子の発光点がこの球面形状の曲率中心に位置していることが特に好適である。【００１３】
本発明における発光素子は単一の発光素子のみに限定されず、予め基板上に所定の配列をなして固定された複数の発光素子であってもよい。すなわち、発光素子を、基板上に配列した複数の発光素子とし、発光素子のそれぞれと光束制御部材とを接合することで、複数の樹脂封止発光素子を配列させてアレイとすることができる。【００１４】
なお、発光素子としては発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができ、特にベアチップＬＥＤ素子を用いることが好ましい。【００１５】
上述の製造方法により樹脂封止発光素子の製造が可能となる。すなわち、発光素子と、発光素子から発される光束を制御可能な形状に成形された熱可塑性樹脂からなる光束制御部材とを有する樹脂封止発光素子であって、発光素子の光出射面と光束制御部材の光入射面とが、硬化性樹脂の硬化物で接合されている樹脂封止発光素子が提供される。【００１６】
また、本発明の製造方法を適用して平面状光源の製造が可能となる。すなわち、上述の樹脂封止発光素子の製造方法により樹脂封止発光素子を製造する工程と、樹脂封止発光素子を光源として平面状に配置する工程とを含む、平面状光源の製造方法が提供される。このようにして得られた平面状光源は、透過型液晶パネルのバックライト面に配置させて液晶表示装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明が提供する樹脂封止発光素子及び平面状光源の製造方法によれば、光束制御部材を備えた樹脂封止発光素子、及び該樹脂封止発光素子を光源とする平面状光源装置を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】樹脂封止発光素子の一例を示す断面図である
【図２】光束制御部材の例を示す断面図である
【図３】基板及び発光素子の例を示す断面図である
【図４】樹脂封止発光素子の斜視図である
【図５】基板及び発光素子の例を示す断面図である
【図６】平面状光源の一例を示す断面図である
【符号の説明】
【００１９】
１…光束制御部材、２…発光素子、３…基板、４…硬化性樹脂の硬化物、５…拡散板、１０,１１…樹脂封止発光素子。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、場合により図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。【００２１】
図１は本発明の製造方法により得ることのできる樹脂封止発光素子の一実施形態を示す断面図である。図１に示す樹脂封止発光素子１０は、基板３上に形成された発光素子２と、発光素子２から発される光束を制御可能な形状に成形された熱可塑性樹脂からなる光束制御部材１とを有するものである。光束制御部材１には発光素子２を収容するための凹部が設けられており、その凹部表面が光入射面に相当する。図１の樹脂封止発光素子１０においては、発光素子２の光出射面と光束制御部材１の光入射面とが、硬化性樹脂の硬化物４で接合されている。【００２２】
図１に示す樹脂封止発光素子１０は、以下に述べる工程により製造され得る。まず始めに、熱可塑性樹脂を所定形状に成形してなる光束制御部材１を用意する。ここで所定形状とは、発光素子から発される光束を制御可能な形状を意味する。また、本発明における光束制御部材とは、ＬＥＤ等の発光素子から発する光束に所望の指向性を付与するための部材であって、具体的には、レンズ機能を有する形状に成形された透明樹脂部材等である。【００２３】
光束制御部材１は図１に示す形状に限られない。図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明に適用可能な光束制御部材の例を示す断面図である。図２（ｂ）の光束制御部材は図１における光束制御部材１と同一形状を有しているが、図２（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）は図１の光束制御部材１と形状が異なっている。【００２４】
図２（ａ）〜（ｄ）に示す光束制御部材はいずれも、発光素子から発される光束が入射する光入射面１ｂと、入射した光束が制御されて出射する光出射面１ａとを有しており、光出射面１ａ及び光入射面１ｂは、光入射面１ｂから入射して光束制御部材１の内部を通過し光出射面１ａから出射する光束に対して、後述する所望の指向性を付与するような形状に成形されている。【００２５】
例えば図２（ａ）に示した光束制御部材１では、光入射面１ｂは平滑平面に成形され、光出射面１ａは中心付近に内向きの傾斜面１ｄを有する平滑曲面に成形されている。このような形状を有する光束制御部材の光入射面１ｂに光出射面１ａ方向に向かう光線を入射させると、傾斜面１ｄの傾斜角度が適切に設定されていれば、光束制御部材１の内部を透過して傾斜面１ｄに到達した光束は全反射を起こして周囲へ拡散する。このため光束制御部材１の中心を通って光出射面１ａから直上に出射する光束の強度が相対的に低下するので、バックライト等の平面状光源装置を構成する発光素子に適用すれば、多数個の発光素子を配列して用いる場合でも、発光素子の直上の輝度が高くなることによって生じる平面内の輝度むらを抑制することができる。なお、本発明において平面が平滑であるとは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１（１９９４）で定義される算術平均粗さＲａが、０．１μｍ以下であることをいう。【００２６】
光束制御部材１としては、上述のように部材表面の反射作用又は屈折作用を利用して指向性を制御するものの他、部材を構成する材質自体に所定の屈折率分布を持たせ、部材内部における光線の屈折を利用して指向性を付与する、いわゆるＧＲＩＮ（ＧＲａｄｅｄ  ＩＮｄｅｘ）レンズ等の部材も光束制御部材として用いることが可能である。【００２７】
光束制御部材１の光入射面１ｂは図２（ａ）のように平面であってもよいが、発光素子を収容するための凹部を設けることが好ましい。図２（ｂ）はこのような凹部を設けた光束制御部材の一例である。図２（ｂ）に示す光束制御部材１には、光入射面１ｂに発光素子を収容するための凹部が設けられており、凹部の少なくとも一部が、発光素子からの放射光束が入射する光入射面１ｂとして作用する。このとき光入射面１ｂが粗面であると、光束制御部材１へ入射する光束が光入射面１ｂで散乱され、入射光量の損失や、出射光束の指向性の低下を生じることが避けられない。したがって凹部の表面は平滑であることが好ましく、凹部は曲面を有していればなお好ましい。【００２８】
光入射面１ｂの凹部が曲面を有しこの凹部の表面が平滑である場合において、凹部を球面形状とし、ＬＥＤ等の点光源ないし微小面光源に近い特性を有する発光素子と組み合わせ、さらに発光素子の発光点を球面形状の曲率中心に位置させれば、光入射面１ｂへの入射光束の入射角をほぼ垂直とすることができるので、反射による損失を著しく低減することが可能になる。また完全な球面としない場合であっても、光入射面１ｂへの入射角ができるだけ垂直に近くなるような表面形状とすることにより、反射損失を低減することが可能である。【００２９】
図２（ｃ）は光出射面１ａを砲弾型、光入射面１ｂを球面形状にそれぞれ成形した光束制御部材の例であり、図２（ｄ）は光出射面１ａをフライアイレンズ形状、光入射面１ｂを球面形状にそれぞれ成形した光束制御部材の例である。【００３０】
なお、光出射面１ａ及び光入射面１ｂの形状は、組み合わせて用いる発光素子の放射特性を考慮して設計されるべきである。【００３１】
光束制御部材１は、熱可塑性樹脂により構成される。光束制御部材１を構成する熱可塑性樹脂は、発光素子の発光波長のうち、少なくとも光源として利用する波長の光線に対して十分高い光透過性（例えば、光透過率９５〜１００％）を有し、かつ成形性が良く、表面形状等による指向性の制御精度に優れたものであることが好ましい。このような条件を満たす熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、脂環式オレフィン樹脂又は、脂環式オレフィンと鎖状オレフィンの共重合樹脂等、従来より光学材料として用いられている各種熱可塑性樹脂を用いることができるが、なかでも脂環式オレフィン樹脂及び、脂環式オレフィンと鎖状オレフィンの共重合樹脂が特に好適である。これらの樹脂の具体的な例としては、例えば日本ゼオン株式会社のＺＥＯＮＥＸ（登録商標）、ＪＳＲ株式会社のＡＲＴＯＮ（登録商標）、三井化学株式会社のＡＰＥＬ（登録商標）等を挙げることができる。【００３２】
これらの脂環式オレフィン樹脂及び、脂環式オレフィンと鎖状オレフィンの共重合樹脂は、光学的な透明性が高いだけでなく、脂環式構造を有するため耐光性や耐湿性等の耐環境性能に優れており、光束制御部材１として用いれば、耐環境性に優れた樹脂封止発光素子を実現することが可能となる。また、これらの樹脂は耐環境性能のうち耐熱性が特に高いという特徴を有しているため発光素子の発熱によって変形や着色等の劣化を生じにくく、それ自身が長寿命であるＬＥＤと組み合わせることによって、全体として長寿命な樹脂封止発光素子を実現することができる。【００３３】
なお、耐環境性能に優れ長寿命な樹脂封止発光素子を実現することができるという本発明の効果は、分子中に酸素原子等の極性原子や不飽和結合を含まず、飽和炭化水素のみからなる熱可塑性樹脂を用いた場合に特に顕著である。【００３４】
また本発明において用いられる熱可塑性樹脂は、当業者が通常用いる紫外線吸収剤や可塑剤、内部離型剤等の添加剤を含んでいても良く、また透過光束に新たなスペクトル分布を付与するための色素や蛍光物質等を含んでいても良い。【００３５】
これらの熱可塑性樹脂を発光素子から発される光束を制御可能な形状に成形してなる光束制御部材１は、射出成形（Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）により成形されたものであることが好ましい。【００３６】
従来、樹脂封止発光素子は、複数の凹部を有する金型を用いて、凹部内に発光素子を保持した後、凹部に樹脂を充填し、樹脂を硬化させることにより製造されていた。しかし、このような方法では、高屈折率樹脂を用いて光束制御部材を成形すると、成形性が低く、所望の形状の光束制御部材を効率よく得ることはできなかった。一方、射出成形は成形品の形状制御性と量産性の双方に優れた成形方法であり、特に熱可塑性樹脂を射出成形により成形すれば、形状精度の高い成形品を短いサイクルタイムで安価に得ることができるという特徴を有する。本発明では光束制御部材１を発光素子と接合する前に予め成形する（射出成形が好ましい）ので、光束制御部材１を備えた樹脂封止発光素子を効率よく製造することができる。【００３７】
光束制御部材を備える発光素子は、所定形状のパッケージに封入された発光素子を作製し、その形状を嵌合可能な凹部を形成した光束制御部材に嵌め込む方法によっても製造することができるが、このような方法では、嵌め込んだ後に生じる光束制御部材と発光素子との間の隙間により発光特性が損なわれる不具合があり、間隙が生じないようなサイズの発光素子を無理に嵌め込もうとすると、生産性が大きく損なわれるばかりでなく、発光素子の破損につながる恐れもある。【００３８】
これに対し、本発明の製造方法は、後に詳述するように、発光素子の光出射面と光束制御部材の光入射面の間に硬化性樹脂を介在させた状態で、硬化性樹脂を硬化させて接合する方法であるため、生産性に優れるのみならず、発光素子や光束制御部材の破損の問題も生じ難く、光束制御に優れた発光素子を得ることが可能になる。【００３９】
光束制御部材１を射出成形により製造する際のシリンダー温度、射出・保持圧力、射出速度、金型温度等の製造条件は、射出成形機の形式、成形金型の形状や構造、熱可塑性樹脂の特性等に応じて当業者が適宜設定することが可能である。【００４０】
本発明の方法においては、樹脂封止発光素子の製造にあたり、以上説明した光束制御部材１とともに、発光素子も準備する。以下、本発明で用いる発光素子について説明する。【００４１】
本発明において用いる発光素子としては、光束制御部材により指向性を制御可能な自発光素子であれば特に制限なく用いることができる。このような発光素子の一種である発光ダイオード（ＬＥＤ）は、小型でエネルギー効率が高く、点光源ないし微小面光源に近い放射特性を有するため指向性の制御が容易で、本発明で用いる発光素子として好適である。【００４２】
ＬＥＤとしては、パッケージに封入されていない、いわゆるベアチップのＬＥＤを用意することが望ましい。エポキシ樹脂等により予めパッケージされた状態のＬＥＤでは、発光光束がパッケージを透過して出射してくるため、パッケージの製造ばらつきによって出射光の指向性が影響されることが避けられず、所定の形状に成形された光束制御部材と組み合わせても、最終的に所望の指向性を実現できない恐れがあるからである。これに対してベアチップＬＥＤは、出射光の指向性に影響するパッケージが存在しないので、ほぼ点光源ないし微小面光源として取り扱うことができ、所定形状の光束制御部材と組み合わせることによって、出射光の指向性を予め設計したとおりに制御することができるため、本発明に用いる発光素子として適当である。【００４３】
発光素子２は光束制御部材と接合する前に、予め基板３上に固定しておくことが好ましい（図５）。基板の材質・形状や、発光素子を基板へ固定する方法は任意である。ベアチップの発光素子２を用いる場合、その実装方法には、ベアチップの配線面を基板３に対向させるフリップチップ実装と、ベアチップのウェハ面を基板３に対向させるフェイスアップ実装とがある。どちらを選ぶかは任意であるが、後の工程で用いる硬化性樹脂の硬化後の屈折率と、ベアチップの配線面及びウェハ面のそれぞれを構成する素材の屈折率とを比較して、ウェハ面の屈折率の方が配線面の屈折率よりも硬化性樹脂の硬化後の屈折率に近い場合にはフリップチップ実装とし、配線面の屈折率の方がウェハ面の屈折率よりも硬化性樹脂の硬化後の屈折率に近い場合にはフェイスアップ実装とすることが好ましい。硬化性樹脂の硬化後の屈折率と、これに直接接する面を構成する素材の屈折率の差が小さいほど、界面における反射損失を低減することができる。【００４４】
ここで、屈折率は、発光素子の発光ピーク波長λ０についてマルチ分光ゴニオフォトメータ（例えば、テックワールド社製ＴＰＭ−２５００）を用いて２５℃の環境下で測定して得ることができる。【００４５】
樹脂封止発光素子をディスプレイ用バックライト等の平面状光源装置の製造に用いる場合には、一枚の基板上に複数の発光素子が固定されたものを用いてもよい。図３は、このような構成の例であって、基板３上の予め定められた位置に複数の発光素子２が固定されている状態を示すものである。この例において複数の発光素子２のそれぞれは、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、又は青色（Ｂ）のいずれかを発光する発光素子であり、それぞれの発光素子２からの放射光束に所定の指向性を付与することで、混色により均一な白色面状光源となるように配置されている。【００４６】
発光素子として、基板３上に複数の発光素子２が所定の配列で固定されたものを用い、発光素子２のそれぞれに光束制御部材を接合する場合には、予め基板３にアライメントマーク等の位置決め手段を形成しておけば、発光素子２や光束制御部材１の固定位置を高い精度で決定することができる。【００４７】
以上、本発明に用いる発光素子についてＬＥＤを例にとり説明したが、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子や半導体レーザー等、他の発光原理による発光素子も同様に使用することができる。また、面光源に近い放射特性を有する発光素子であっても、発光素子の放射特性にあわせて光束制御部材の形状等を設計することが可能であるならば、本発明における発光素子として使用可能である。【００４８】
上記の光束制御部材及び発光素子を用意した後、発光素子の光出射面と光束制御部材の光入射面の間に硬化性樹脂を介在させた状態で、硬化性樹脂を硬化させて、発光素子と光束制御部材を接合する。【００４９】
硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂、光硬化樹脂（紫外線硬化樹脂等）、湿気硬化樹脂、二液混合型の硬化性樹脂等が挙げられる。硬化性樹脂は、硬化剤や架橋剤、硬化促進剤、光増感剤を含有していてもよく、そのような成分を含有せず、加熱や光照射などによりそれ自身硬化するようなものであってもよい。【００５０】
硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂のモノマー組成物が好ましい。ここで熱硬化性樹脂のモノマー組成物とは、熱硬化性樹脂のモノマーに硬化剤や紫外線吸収剤等の添加剤を必要に応じて添加したものであって、加熱により所望の特性を有する硬化物を得ることができる状態に調製されている組成物をいう。【００５１】
本発明に用いる熱硬化性樹脂としては、その硬化後の屈折率が、光束制御部材を構成する熱可塑性樹脂の屈折率よりも高く、かつ発光素子の光出射面を構成する素材の屈折率よりも低いものを選択して用いることが好ましい。【００５２】
熱可塑性樹脂からなる光束制御部材を発光素子の光出射面に直接接合すると、両者の屈折率は相当程度異なるため、フレネル反射に起因する光量損失が生じ、また界面における全反射角が小さくなることにより全反射光束の割合が増大して、光束制御部材を通して最終的に利用可能な光量が低下してしまう。そこで光束制御部材と発光素子の光出射面との間に両者の中間の屈折率（硬化後）を有する熱硬化性樹脂層を配置すれば、界面におけるフレネル反射率を低下させる効果があるだけでなく、全反射角の増大により全反射光束の割合も低減されるので、光束制御部材を通して利用可能な光量を増加させることが可能となる。なお、本発明において屈折率の高低の比較は、光束制御の中心となる波長における屈折率を基準として行う。【００５３】
熱硬化性樹脂の具体的な例としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エピスルフィド樹脂、チオウレタン樹脂等が挙げられるが、一般に発光素子の光出射面を構成する素材の屈折率は２．５〜３．５と高い値を有することから、より高い屈折率が得られる点で、硫黄原子を有する熱可塑性樹脂を用いることが好ましく、エピスルフィド樹脂又はチオウレタン樹脂を用いることが特に好ましい。【００５４】
ここでエピスルフィド樹脂とは、エピスルフィド構造を有する含硫黄化合物を重合硬化して得られる樹脂であり、このような樹脂の具体的な例は、特開平１０−２９８２８７号公報に開示されている。また、チオウレタン樹脂とは、別名チオカルバミン酸Ｓ−アルキルエステル系樹脂であり、このような樹脂の具体的な例は、特開昭６０−１９９０１６号公報に開示されているとおりである。【００５５】
発光素子の光出射面と光束制御部材の光入射面の間に硬化性樹脂を介在させた状態で、硬化性樹脂を硬化させて接合するには、光束制御部材と発光素子との少なくとも一方に未硬化の硬化性樹脂（又は硬化が終了していない硬化性樹脂）の一定量を付着させた後、両者を対向させて固定又は貼着すればよい。この場合において、圧力印加や真空脱気等を行いながら所定位置に固定又は貼着することが好ましい。熱硬化性樹脂のモノマー組成物を用いる場合は、貼着面（接合面）に気泡や空間を生じないように、適正量のモノマー組成物を用いることが重要である。【００５６】
光束制御部材の光入射面と発光素子の光出射面とを固定又は貼着したら、両者を所定の相対位置に保持しながら所定の硬化温度（例えば、８０〜１００℃）に加熱してモノマー組成物を硬化させ、光束制御部材と発光素子とが所定位置に接合された樹脂封止発光素子を製造する。この際、硬化性樹脂を硬化させて接合する温度Ｔｃ（℃）（熱硬化性樹脂を用いる場合には熱硬化性樹脂の熱硬化温度）は、光束制御部材を構成する熱可塑性樹脂の熱変形温度Ｔｄ（℃）より少なくとも２０℃以上低く設定することが望ましい。すなわちＴｃ≦Ｔｄ−２０（すなわち、Ｔｄ−Ｔｃ≧２０）の関係を満たすことが望ましい。【００５７】
ＴｃをＴｄより低く設定し、かつ両者の温度差を２０℃以上とすれば、硬化時の加熱による光束制御部材の変形が防止され、予め適切に設計された表面形状を維持しながら光束制御部材と発光素子とを所定の相対位置に接合（固結）することができる。これに対してＴｃがＴｄよりも高い場合、又はＴｃがＴｄより低くても両者の差が２０℃よりも小さい場合には、モノマー組成物の加熱硬化時に光束制御部材が熱変形を起こし、表面形状の変化等により予定された光束制御性能が得られなくなるという不都合を生じる場合がある。Ｔｄ−Ｔｃの値は３０以上がより好ましく、４０以上が更に好ましい。【００５８】
なお、硬化性樹脂を硬化させて接合する温度Ｔｃ（℃）とは、硬化性樹脂が硬化する際の最高到達温度を意味する。熱硬化性樹脂のモノマー組成物を硬化する際には、樹脂のゲル化と完全硬化とを異なる温度で行うために２段階以上のステップ状の昇温プログラムを用いることも可能であるが、この場合には昇温プログラムにおける最高温度が硬化温度Ｔｃとなる。【００５９】
なお、本発明において熱変形温度Ｔｄとは、ＪＩＳ  Ｋ７１９１−１，２に記載されている方法により規定される温度である。【００６０】
光束制御部材と発光素子とを所定の相対位置に接合（固結）するためには、両者に光学式アライメントマークや機械的な嵌合構造等の位置決め手段を設けておくことが望ましいが、図３の例のように発光素子２が予め基板３上に固定されている場合には、基板３に位置決め手段を設けておいてもよい。なお、一般的に熱硬化性樹脂のモノマー組成物は、加熱硬化過程において一時的に粘度が低下するため、この際にモノマー組成物が流動して光束制御部材と発光素子の相対位置にずれを生じないよう、適当な固定手段により両者の相対位置を維持しながら加熱硬化することが好ましい。【００６１】
以上の工程により、図１の樹脂封止発光素子１０のような構造を有する樹脂封止発光素子が製造される。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。【００６３】
本実施例は、基板上の所定位置に固定された赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色ＬＥＤ素子からなる樹脂封止発光素子の製造例及び、該樹脂封止発光素子を光源とする、フラットパネルディスプレイ用バックライトとして利用可能な平面状光源（平面状光源装置）の製造例である。【００６４】
始めに、光学用グレードの熱可塑性樹脂である日本ゼオン株式会社製ＺＥＯＮＥＸ−４８０Ｒを用い、射出成形により図２（ｂ）の形状を有する光束制御部材を製造する。このときの射出成形による形状制御精度は概ね１０μｍ程度を実現することが可能であり、またサイクルタイムは概ね１０〜６０秒程度である。なお、ＺＥＯＮＥＸ−４８０Ｒの熱変形温度Ｔｄは１２０℃であり、５８７ｎｍ（Ｄ線）における屈折率は１．５３である。【００６５】
なお、図２（ｂ）の形状を有する光束制御部材１の光入射面１ａには、発光素子として用いるベアチップＬＥＤを収容するための凹部が設けられ、その表面が平滑である球面形状に形成されている。また、基板上に固定されたベアチップＬＥＤと組み合わせた際に、ＬＥＤの発光点が該球面形状の曲率中心に位置するように成形されている。光束制御部材１の光出射面１ａには、光入射面１ｂから光束制御部材１の中心軸に沿って入射した光線を全反射により排除して直上へ透過させないための傾斜面１ｄが設けられており、またその他の面は出射光に所定の指向性が付与されるような形状に成形されている。【００６６】
次に、基板上にＲＧＢ各色のベアチップＬＥＤを固定する。赤色ＬＥＤには昭和電工株式会社製ＧＯＤ−３５０（ＡｌＩｎＧａＰ／ＧａＰ）を、緑色ＬＥＤには同社製ＧＵ３５Ｒ５２５Ｔ（ＩｎＧａＮ／サファイア）を、また青色ＬＥＤには同社製ＧＵ３５Ｒ４７０Ｔ（ＩｎＧａＮ／サファイア）を用いる。【００６７】
図３は基板３上に固定された複数の発光素子２の例を示す概略図であるが、本実施例において発光素子２はそれぞれが赤色、緑色、又は青色のいずれかに発光するベアチップＬＥＤであり、混色により白色光源が構成されるよう、適切な位置に分散して配置されている。【００６８】
基板３には予め配線パターンが形成されており、またＬＥＤを所定位置に実装するためのアライメントマークが形成されている。上記のベアチップＬＥＤは、それぞれウェハ面から発光光束が射出されるように、基板３上の所定位置にフリップチップ実装により固定する。サファイアウェハのベアチップＬＥＤをフリップチップ実装することにより、ＬＥＤの光射出面がサファイア（５８７ｎｍにおける屈折率１．７６）により形成されることとなるので、熱硬化性樹脂との屈折率差がより小さくなり、反射損失が低減されて放射光束の取り出し効率が向上する。【００６９】
次に、基板３上に固定された各ベアチップＬＥＤの光出射面に熱硬化性樹脂のモノマー組成物を所定量滴下し、ベアチップＬＥＤの光出射面に光束制御部材１の光入射面を対向させて所定位置に貼着する（図４）。このとき光束制御部材１は、自動実装機を用いて、基板３上に設けられたアライメントマークを基準として適切な位置に貼着される。モノマー組成物の滴下量は、光束制御部材１の凹部とベアチップＬＥＤとの間に空隙を生じず、かつ貼着面の外部に必要以上に流出しないよう、メータリングポンプ等を用いて精密に制御する。【００７０】
熱硬化性樹脂のモノマー組成物としては、特開平１０−２９８２８７号公報の実施例１１に開示されているエピスルフィド樹脂である、ビス（β―エピチオプロピル）スルフィド：９５質量部、ビス（２−メルカプトエチル）スルフィド：５質量部の混合物を用いる。なお該組成物の硬化物の屈折率は５８７ｎｍにおいて１．７１である。【００７１】
所定位置に光束制御部材１が貼着された基板３は、１００℃に設定された熱風循環式加熱炉に送られて、モノマー組成物が完全に硬化するまで保持され、室温まで徐冷される。このときのモノマー組成物の硬化温度Ｔｃは１００℃である。【００７２】
以上の工程により、基板３上に固定された複数の発光素子２と、光束制御部材１とからなる樹脂封止発光素子が製造される。【００７３】
この樹脂封止発光素子を拡散板と組み合わせれば、液晶表示装置のバックライトとして利用可能な平面状光源を製造することができる。図６は、このようにして製造される平面状光源の一例を示す概略断面図である。ここで、平面状光源を構成する樹脂封止発光素子１１は、基板３上に固定されＲＧＢ各色を発光する複数の発光素子２と、複数の発光素子２のそれぞれに熱硬化性樹脂の硬化物４により接合された、熱可塑性樹脂からなる光束制御部材１とにより構成されている。そして樹脂封止発光素子１１は所定の距離をおいて拡散板５と対向して配置され、光束制御部材１により指向性が制御されたＲＧＢ各色の出射光束は拡散板５において混合されて、均一な白色光を放射する平面状光源装置が構成される。【００７４】
また、以上の構成を有する平面状光源装置を、公知の方法により製造される透過型液晶パネルの背面（バックライト面）に配置すれば、バックライト付き液晶表示装置を製造することができる。【００７５】
本実施例の樹脂封止発光素子は、光束制御部材が脂環式オレフィン樹脂で構成されているため耐熱性及び耐湿性に優れるものである。また光束制御部材が射出成形により高精度に成形されているので指向性制御精度が高く、さらに光束制御部材と発光素子とが両者の中間屈折率を有する熱硬化性樹脂により固結されているので界面での反射損失が低減され、発光光束の外部取り出し効率が高くなり、低消費電力で高い輝度を得ることができる。したがって、本実施例の樹脂封止発光素子を光源として用いる平面状光源装置は、耐久性が高く、輝度むらや色調ずれが少ない上に、低コストで生産することが可能である。また平面状光源装置を透過型液晶パネルの背面に配置してなる液晶表示装置は、耐久性が高く、輝度むらや色調ずれが小さいという特徴を有する。【００７６】
本実施例の樹脂封止発光素子の製造方法によれば、熱可塑性樹脂の射出成形により光束制御部材を成形するので、形状精度の高い光束制御部材を短いサイクルタイムで製造することができ、光束制御部材を有する樹脂封止発光素子を低コストで製造することができる。また光束制御部材と発光素子とを熱硬化性樹脂のモノマー組成物により貼着し、熱可塑性樹脂の熱変形温度よりも２０℃以上低い硬化温度で所定の相対位置に固結することによって、指向性制御精度に優れた高性能な樹脂封止発光素子を製造することができる。また樹脂封止発光素子を光源として組み込むことにより、輝度むらや色調ずれが低減された平面状光源装置及び液晶表示装置を低コストで製造することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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