(57)【要約】【課題】   広角に光線を均一化する効果と光線を集中させる効果を有し、また、バックライトモジュール内の導光板の光入力量も増加し、導光板の光入力側に顕著な明暗の不均一が生じないようにできる、発光ダイオード素子及びバックライトモジュールの提供。【解決手段】 本発明の発光ダイオード素子は、基板、発光ダイオードチップ、パッケージ樹脂体を含む。前記発光ダイオードチップは前記基板の表面に固定され、前記パッケージ樹脂体が前記発光ダイオードチップと前記基板上を覆う。前記パッケージ樹脂体は光出力面を備え、そのうち、前記光出力面は前記基板表面に平行かつ２つの相互に垂直の方向上においてそれぞれ前記発光ダイオードチップが射出する光線を広角で均一にし、集中して射出させる。【選択図】   図３Ｂ
2010016367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード素子であって、基板、発光ダイオードチップ、パッケージ樹脂体を含み、そのうち、前記発光ダイオードチップが前記基板の表面に固定され、前記パッケージ樹脂体が前記発光ダイオードチップと前記基板上を被覆し、さらに前記パッケージ樹脂体が光出力面を含み、そのうち前記光出力面が前記基板表面に平行かつ２つの相互に垂直の方向上においてそれぞれ前記発光ダイオードチップが射出する光線を広角に均一化し、集中して射出させることを特徴とする、発光ダイオード素子。
【請求項２】
請求項１に記載の発光ダイオード素子であって、そのうち、前記パッケージ樹脂体がさらに、前記光出力面の両側にそれぞれ設置された２つのショルダー部を含み、かつ前記ショルダー部が２つの直角を成して接合された平面、または斜面であることを特徴とする、発光ダイオード素子。
【請求項３】
請求項１に記載の発光ダイオード素子であって、そのうち、前記光出力面が少なくとも１つの曲面、複数の前記曲面、複数の平面、あるいは三角柱の２つの相隣する斜面を接合して形成され、そのうち、前記光出力面上の各点と前記発光ダイオードチップの中心距離がほぼ同じであり、また、さらに前記光出力面と相互に連接された２つの端面と、前記２つの端面上に設置された反射層を含み、そのうち、前記２つの端面が前記基板表面にそれぞれ垂直の平面であることを特徴とする、発光ダイオード素子。 
【請求項４】
バックライトモジュールであって、発光ダイオード素子と導光板を含み、前記導光板は一側辺に少なくとも１つの凹部を含み、前記発光ダイオード素子がさらに基板、発光ダイオードチップ、パッケージ樹脂体を含み、そのうち、前記発光ダイオードチップが前記基板の表面に固定され、前記パッケージ樹脂体が前記発光ダイオードチップと前記基板上を被覆し、さらに前記パッケージ樹脂体が前記凹部に収容される光出力面を含み、そのうち、前記光出力面が前記基板表面に平行かつ２つの相互に垂直の方向上においてそれぞれ前記発光ダイオードチップが射出する光線を広角に均一化し、集中して射出させることを特徴とする、バックライトモジュール。
【請求項５】
請求項４に記載のバックライトモジュールであって、そのうち、前記光出力面が少なくとも１つの曲面、複数の前記曲面、複数の平面、あるいは三角柱の２つの相隣する斜面を接合して形成され、そのうち、前記光出力面上の各点と前記発光ダイオードチップの中心距離がほぼ同じであり、さらに前記バックライトモジュールが前記光出力面と相互に連接された２つの端面と、前記２つの端面上に設置された反射層を含み、そのうち、前記２つの端面が前記基板表面にそれぞれ垂直の平面であり、そのうち、前記パッケージ樹脂体がさらに前記光出力面の両側にそれぞれ設置された２つのショルダー部を含み、かつ前記ショルダー部が２つの直角を成して接合された平面、または斜面であり、そのうち、前記ショルダー部が前記導光板の凹部内に当接され、かつ前記凹部の形状が前記光出力面の形状と相互に合致することを特徴とする、バックライトモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード素子及びバックライトモジュールに関し、特に、発光効果を改善した発光ダイオード素子と、前記発光ダイオードを使用した側面照射式バックライトモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）は消費電力が小さい、効率が高い、寿命が長いなどの特性があり、また水銀汚染などの環境保護問題がなく、各種平面ディスプレイのバックライト光源として応用され、優れた色彩表現を得ることができるため、発光ダイオードのディスプレイにおける応用が近年非常に重視され、研究が進められている。
【０００３】
バックライトモジュールの主な形態は、光源位置から述べると、側面照射式と直下式の構造に分けることができる。従来の液晶ディスプレイ応用製品は主にノートブック型コンピュータや液晶モニタなどがあるが、そのバックライトモジュールの特性需要は主に軽量、小型、薄型という点にあり、側面照射式の構造はこの需要を満たすことができる。
【０００４】
図１に台湾特許公開第２００７３３４４２５号特許が提示する発光ダイオードパッケージの断面図を示す。発光ダイオードパッケージ１０は、凹ベース１１及びその上半部に形成された外殼１０と、前記凹ベース１１の底面上に設置された発光ダイオードチップ１２と、前記凹ベース１１の上面に設置されたレンズ１３を含む。発光ダイオードチップ１２が上方向に射出する光束がレンズ１３を通過し、前記レンズ１３の凸面が大角度で側辺に向け屈折して射出する。しかしながら、この発光ダイオードパッケージ１０は直下式バックライトモジュールに適用され、側面照射式バックライトモジュールには適用されない。
【０００５】
また、台湾特許公開第２００５１２５００号の特許が提示する側面照射式バックライトモジュールに適用する発光ダイオードパッケージを図２に示す。この発光ダイオードパッケージ２０はベース２１、発光ダイオードチップ２２、パッケージ樹脂２３を含む。前記パッケージ樹脂２３は前記発光ダイオードチップ２２を覆って半球面状の光線射出面(図示しない)を形成する。かつ、光線射出面上に複数の溝部を含む回折格子２４を設置し、同様に射出される光の散乱角度を増加している。このような半球面状の光線射出面の光線射出は均一であるが、側面照射式導光板の厚さ(光線射出面に垂直)方向に光線を集中させる必要があり、さもなければ中心軸からの角度が大きい光線を導光板側辺からその内部に進入させることができない。さらに、前記回折格子２４の溝部が金型プレス工程で不利であり、即ち、金型材料を微細な溝部内に充填することが容易でなく、離型時にそれら微細な溝部間の突出部を破損させてしまいやすい。
【０００６】
台湾特許公告第Ｉ２８７１２６号特許は、直下式バックライトモジュールに適用する発光ダイオードパッケージを開示しており、発光ダイオードパッケージと組み合わせる導光板の底面に凹陥した光源設置部を形成している。前記発光ダイオードパッケージの点光源が前記光源設置部内に収容され、さらに半透過半反射フィルムが前記導光板と前記点光源の間に設置される。半透過半反射フィルムの光線透過率の分布と点光源の距離を反比例させる配置を利用し、導光板内に進入する光線をできる限り均一にしている。しかしながら、このような半透過半反射フィルムの製作は容易でなく、かつ一部光線を吸収しやすいため、光線利用率が低下する。
【０００７】
米国特許第６９５３９５２号は側面照射式バックライトモジュールに適用する発光ダイオードパッケージを開示しており、これはリードフレーム(ｌｅａｄｆｒａｍｅ)でパッケージした発光素子である。前記発光ダイオードパッケージの形状は導光板の側面に嵌入するのに適しているが、リードフレームを組み合わせたプロセスは複雑なため、製造コストが高い。また、光線を射出する光学距離の差が比較的大きく光線が通過する蛍光粉顆粒の数量の大小についても大きな違いがあり、即ち、光線射出面の光線均一度が比較的劣る。
【０００８】
上述をまとめると、発光効果を改善した発光ダイオード素子をいかに作製するかが業界の重点的研究課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】台湾特許公開第２００７３３４４２５号
【特許文献２】台湾特許公開第２００５１２５００号
【特許文献３】台湾特許公告第Ｉ２８７１２６号
【特許文献４】米国特許第６９５３９５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、発光ダイオード素子の形状が発光効果を改善でき、発光ダイオードチップ表面にほぼ平行な２つの相互に垂直の方向上においてそれぞれ広角に光線を均一化する効果と光線を集中させる効果を有し、また、バックライトモジュール内の導光板の光入力量も増加し、導光板の光入力側に顕著な明暗の不均一が生じないようにできる、発光ダイオード素子及びバックライトモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の問題を解決するため、本発明は次の技術手段を提供する。発光ダイオード素子が基板、発光ダイオードチップ、パッケージ樹脂体を含み、前記発光ダイオードチップが前記基板の表面に固定され、前記パッケージ樹脂体が前記発光ダイオードチップと基板上を被覆する。前記パッケージ樹脂体は光出力面を備え、そのうち、前記光出力面は、前記基板表面に平行かつ２つの相互に垂直の方向上においてそれぞれ前記発光ダイオードチップが発する光線を均一にし、集中して射出させる。
【００１２】
前記発光ダイオード素子はさらに前記光出力面両側に設けたショルダー部を含む。
【００１３】
前記光出力面は少なくとも１つの曲面を含む。前記曲面は半円柱の表面とすることができる。あるいは、前記光出力面は複数の前記曲面を相互に接合して形成することもできる。
【００１４】
前記光出力面は複数の平面を含む。前記光出力面は三角柱の２つの相隣する斜面である。
【００１５】
前記光出力面上の各点と前記発光ダイオードチップの中心距離はほぼ同じである。
【００１６】
前記発光ダイオード素子はさらに、前記光出力面と相互に連接された２つの端面を含み、そのうち、前記２つの端面はそれぞれ前記基板表面に垂直な平面である。
【００１７】
前記発光ダイオード素子はさらに、前記２つの端面上に設置された反射層を含む。
【００１８】
本発明が提供するバックライトモジュールは、前記バックライトモジュールが発光ダイオード素子と導光板を含む。前記発光ダイオード素子は、基板、発光ダイオードチップ、パッケージ樹脂体を含む。前記発光ダイオードチップは前記基板の表面に固定され、前記パッケージ樹脂体は前記発光ダイオードチップと基板上を被覆する。前記パッケージ樹脂体は光出力面を備え、そのうち、前記光出力面は、前記基板表面に平行かつ２つの相互に垂直の方向上において前記発光ダイオードチップが発する光線を広角に均一にし、集中して射出させる。前記導光板は側辺に少なくとも１つの凹部を含み、前記凹部は前記光出力面を収容することができる。
【００１９】
前記発光ダイオード素子はさらに、前記光出力面の両側に設置されたショルダー部を含む。前記ショルダー部は前記導光板の側辺に当接される。
【００２０】
前記凹部の形状は、前記光出力面の形状と相互に合致する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】台湾特許公開第２００７３３４４２５号特許が提示する発光ダイオードパッケージの断面図である。
【図２】台湾特許公開第２００５１２５００号特許が提示する発光ダイオードパッケージの断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施例１の発光ダイオード素子の立体図である。
【図３Ｂ】図３Ａ中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａ中のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４Ａ】本発明の実施例２の発光ダイオード素子の立体図である。
【図４Ｂ】図４Ａ中のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図４Ｃ】図４Ａ中のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図５Ａ】本発明の実施例に基づいたバックライトモジュールの立体図である。
【図５Ｂ】本発明の実施例に基づいたバックライトモジュールの立体図である。
【図６】本発明の実施例３の発光ダイオード素子の立体図である。
【図７Ａ】本発明の実施例４の発光ダイオード素子の立体図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例４の発光ダイオード素子の立体図である。
【図８Ａ】本発明の実施例５の発光ダイオード素子の立体図である。
【図８Ｂ】本発明の実施例５の発光ダイオード素子の立体図である。
【図９Ａ】本発明の実施例６の発光ダイオード素子の立体図である。
【図９Ｂ】本発明の実施例６の発光ダイオード素子の立体図である。
【図１０Ａ】本発明の発光ダイオード素子の発光効果を示すイメージ図である。
【図１０Ｂ】本発明の発光ダイオード素子の発光効果を示すイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２２】
図３Ａに示すように、本発明の実施例１に基づく発光ダイオード素子３０は、基板３１とパッケージ樹脂体３２を含む。前記パッケージ樹脂体３２は上表面に非平面状の光出力面３２１を含み、図においては半円柱状の光出力面３２１であり、光線射出の散乱角度を増加でき、即ち、その表面の光線をより均一に射出させることができる。光出力面３２１はＹ軸方向に沿ったＸＺ平面に平行な断面積が同じであり、かつ両端面がＸＺ平面に平行であるため、Ｙ軸方向の光線射出角度が集中する。
【００２３】
図３Ｂに図３ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。発光ダイオード素子３０はさらに発光ダイオードチップ３３と少なくとも１つの金属導線３４を含む。前記発光ダイオードチップ３３は前記基板３１の表面に固定され、前記パッケージ樹脂体３２が前記発光ダイオードチップ３３と前記基板３１上を被覆する。金属導線３４は発光ダイオードチップ３３と基板３１を相互に電気的に接続する。パッケージ樹脂体３２内には蛍光粉顆粒３６が均一に混合され、発光ダイオードチップ３３表面の発光区域から射出される光線がほぼ同じ光路を通過して光出力面３２１から射出され、これにより同じ光路が遭遇する蛍光粉顆粒３６の数もほぼ一致する。本発明の半円柱体表面状の光出力面３２１の光線射出は比較的均一であり、即ち、光出力面３２１上の各点と発光ダイオードチップ３３の中心距離がほぼ同じである。
【００２４】
図３Ｃに図３Ａ中Ｂ−Ｂ線に沿った断面図を示す。パッケージ樹脂体３２の両側端面に反射層３５を塗布して設けることができ、前記両側端面はそれぞれ前記基板３１の表面に垂直の平面であるため、発光ダイオードチップ３３のＹ軸方向の光線射出角度をより集中させることができる。
【実施例２】
【００２５】
図４Ａ所に示すように、本発明の実施例２の発光ダイオード素子４０は基板３１とパッケージ樹脂体４２を含む。パッケージ樹脂体４２は上表面に非平面状の光出力面４２１を含み、図においては略半楕円柱状の光出力面４２１であり、光線射出の散乱角度を増加でき、即ち、その表面の光線をより均一に射出させることができる。光出力面４２１はＹ軸方向に沿ったＸＺ平面に平行な断面積が同じであり、かつ両端面がＸＺ平面に平行であるため、Ｙ軸方向の光線射出角度が集中する。パッケージ樹脂体４２の両側にショルダー部４２２が設けられ、バックライトモジュール組み立て時に当接させるために用いられる。
【００２６】
図４Ｂに図４Ａ中のＣ−Ｃ線に沿った断面図を示す。発光ダイオード素子４０はさらに発光ダイオードチップ３３と少なくとも１つの金属導線３４を含む。前記発光ダイオードチップ３３は前記基板３１の表面に固定され、前記パッケージ樹脂体４２が前記発光ダイオードチップ３３と前記基板３１上を被覆する。金属導線３４は発光ダイオードチップ３３と基板３１を相互に電気的に接続する。パッケージ樹脂体４２内には蛍光粉顆粒３６が均一に混合され、発光ダイオードチップ３３表面の発光区域から射出される光線がほぼ同じ光路を通過して光出力面４２１から射出され、これにより同じ光路が遭遇する蛍光粉顆粒３６の数もほぼ一致する。本発明の非平面状光出力面４２１の光線射出は比較的均一であり、即ち、光出力面４２１上の各点と発光ダイオードチップ３３の中心距離がほぼ同じである。
【００２７】
図４Ｃに図４Ａ中のＤ−Ｄ線に沿った断面図を示す。パッケージ樹脂体４２の両側端面に反射層４５を塗布して設けることができ、前記両側端面はそれぞれ前記基板３１の表面に垂直の平面であるため、発光ダイオードチップ３３のＹ軸方向の光線射出角度をより集中させることができる。
【００２８】
図５Ａに本発明の実施例に基づいたバックライトモジュールの立体図を示す。バックライトモジュール５０は複数の発光ダイオード素子３０と導光板５１を含み、前記導光板５１は一側辺５１１に複数の凹部５１２を含み、前記凹部の形状は前記パッケージ樹脂体３２の光出力面３２１の形状と相互に合致する。即ち、嵌入される前記光出力面３２１と相互に密着され、同時に基板３１も側辺５１１と相互に緊密に当接される。
【００２９】
図５Ｂに本発明の実施例に基づいたバックライトモジュールの立体図を示す。バックライトモジュール５０'は複数の発光ダイオード素子４０と導光板５１'を含み、前記導光板５１'は一側辺５１１'に複数の凹部５１２'を含み、前記凹部の形状は前記パッケージ樹脂体４２の光出力面４２１とショルダー部４２２の形状と相互に合致する。即ち、嵌入される光出力面４２１及びショルダー部４２２と相互に密着される。
【実施例３】
【００３０】
図６に本発明の実施例３に基づく発光ダイオード素子の立体図を示す。発光ダイオード素子６０は基板３１とパッケージ樹脂体６２を含む。パッケージ樹脂体６２は上表面に非平面状の光出力面６２１を含み、図においては半円柱状の光出力面６２１であり、光線射出の散乱角度を増加でき、即ち、その表面の光線をより均一に射出させることができる。パッケージ樹脂体６２の両側に斜面状のショルダー部６２２が設けられ、バックライトモジュール組み立て時に当接させるために用いられる。
【実施例４】
【００３１】
図３Ａ及び図６に比較すると、図７Ａに示す本発明の実施例４の発光ダイオード素子７０のパッケージ樹脂体７２の光出力面７２１は三角柱体であり、前記三角柱体の両側の斜面が光の出力をより均一にする。パッケージ樹脂体７２は基板３１の表面に固定される。
【００３２】
また、図７Ｂに示すように、発光ダイオード素子７０'の光出力面７２１'も三角柱体であり、パッケージ樹脂体７２'の両側に別途直角のショルダー部７２２'が設けられ、バックライトモジュール組み立て時に当接させるために用いられる。パッケージ樹脂体７２'は基板３１の表面に固定される。
【実施例５】
【００３３】
図８Ａに本発明の実施例５に基づく発光ダイオード素子の立体図を示す。図中の発光ダイオード素子８０のパッケージ樹脂体８２の光出力面８２１の断面は、複数の円弧が連続して相互に接合されて成り、複数の円弧の曲面が各角度の光の出力を均一にする。前記パッケージ樹脂体８２は基板３１の表面に固定される。
【００３４】
また、図８Ｂに示すように、発光ダイオード素子８０'の光出力面８２１'の断面は、複数の円弧が連続して相互に接合されて成り、パッケージ樹脂体８２'の両側に直角のショルダー部８２２'が設置され、バックライトモジュール組み立て時に当接させるために用いられる。パッケージ樹脂体８２'は基板３１の表面に固定される。
【実施例６】
【００３５】
図９Ａに本発明の実施例６の発光ダイオード素子の立体図を示す。図中の発光ダイオード素子９０のパッケージ樹脂体９２の光出力面９２１の断面は複数の平面が連続して相互に接合されて成り、複数の異なる角度の平面が各角度の光の出力を均一にする。パッケージ樹脂体９２は基板３１の表面に固定される。
【００３６】
また、図９Ｂに示すように、発光ダイオード素子９０'の光出力面９２１'の断面は複数の平面が連続して相互に接合されて成り、パッケージ樹脂体９２'の両側に直角のショルダー部９２２'が設置され、バックライトモジュール組み立て時に当接させるために用いられる。パッケージ樹脂体９２'は基板３１の表面に固定される。
【００３７】
図１０Ａ〜１０Ｂに本発明の発光ダイオード素子の発光効果を表すイメージ図を示す。これらの図に示すように、発光ダイオード素子３０の光出力面３２１から射出される光線９１の角度(約９０度〜１８０度)は比較的広く、かつ各角度で見える光線の均一度はほぼ一致している。図１０Ａの平面と比較し、図１０Ｂに示す光出力面３２１の出力方向に射出される光線９１の角度(約６０度より小さい)はかなり集中している。
【００３８】
本発明の技術内容と技術的特徴を上記のように開示したが、関連技術を熟知した人物であれば本発明の提示に基づいて本発明の要旨を逸脱せずに変更や修飾が可能である。このため、本発明の保護範囲は実施例の開示に限定されず、各種本発明を逸脱しない変更や修飾も含むものとし、かつそれらは以下の特許請求の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３９】
１０    発光ダイオードパッケージ
１１    凹ベース
１２    発光ダイオードチップ
１３    レンズ
２０    発光ダイオードパッケージ
２１    ベース
２２    発光ダイオードチップ
２３    パッケージ樹脂
２４    回折格子
３０、４０    発光ダイオード素子
３１    基板
３２、４２    パッケージ樹脂体
３２１、４２１    光出力面
３３    発光ダイオードチップ
３４    金属導線
３５    反射層
３６    蛍光粉顆粒
４２２    ショルダー部
５０、５０'    バックライトモジュール
５１、５１'    導光板
５１１、５１１'    側辺
５１２、５１２'    凹部
６０    発光ダイオード素子
６２    パッケージ樹脂体
６２１    光出力面
６２２    ショルダー部
７０、７０'    発光ダイオード素子
７２、７２'    パッケージ樹脂体
７２１、７２１'    光出力面
７２２'    ショルダー部
８０、８０'    発光ダイオード素子
８２、８２'    パッケージ樹脂体
８２１、８２１'    光出力面
８２２'    ショルダー部
９０、９０'    発光ダイオード素子
９１    光線
９２、９２    パッケージ樹脂体
９２１、９２１      光出力面
９２２'    ショルダー部
【図１】
2010016367.tif 000003
【図２】
2010016367.tif 000004
【図３Ａ】
2010016367.tif 000005
【図３Ｂ】
2010016367.tif 000006
【図３Ｃ】
2010016367.tif 000007
【図４Ａ】
2010016367.tif 000008
【図４Ｂ】
2010016367.tif 000009
【図４Ｃ】
2010016367.tif 000010
【図５Ａ】
2010016367.tif 000011
【図５Ｂ】
2010016367.tif 000012
【図６】
2010016367.tif 000013
【図７Ａ】
2010016367.tif 000014
【図７Ｂ】
2010016367.tif 000015
【図８Ａ】
2010016367.tif 000016
【図８Ｂ】
2010016367.tif 000017
【図９Ａ】
2010016367.tif 000018
【図９Ｂ】
2010016367.tif 000019
【図１０Ａ】
2010016367.tif 000020
【図１０Ｂ】
2010016367.tif 000021