(57)【要約】【課題】ＲＧＢのＬＥＤチップを個々に実装する場合、実装精度を考慮すると、またＡｇペーストなど接着剤のはみ出しやショート防止を考慮すると、チップとチップとの間の距離が広くなり、発光面から離れた位置でなければ白色光が得られない。【解決手段】マルチチップ型の白色光の光源装置において、発光素子（赤色ＬＥＤ）１２を第１の基板１１に形成し、発光素子（青色ＬＥＤ）１６と発光素子（緑色ＬＥＤ）１７を第２の基板１５に形成し、両基板１１，１５を双方の発光素子が重ならないようにして重ね合わせ、かつ配線層１３と電極１８とを例えばバンプ１９によって電気的に接続することで、発光素子相互の間隔を見かけ上隙間なく近接して配置する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発光素子と配線層が形成された第１の基板と、
第２の発光素子と当該発光素子の電極が形成され、前記第２の発光素子が前記第１の発光素子と重ならないようにして前記第１の基板上に重ね合わされた透明な第２の基板と、
前記配線層と前記電極とを電気的に接続する接続手段と
を具備することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記第２の基板は、前記第１の基板に対して前記第１の発光素子と前記第２の発光素子とが隣接するようにして重ね合わされている
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記第２の基板は、前記第１の基板に対して互いの素子形成面が対向するようにして重ね合わされている
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項４】
前記第２の基板は、素子形成面と反対側の面が光の取出し面である
ことを特徴とする請求項３記載の光源装置。
【請求項５】
前記接続手段は、前記第１の基板上の前記電極との対向位置に形成されたバンプである
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項６】
前記第１の発光素子は、１つまたは複数の発光素子である
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項７】
前記複数の発光素子は、複数の色の発光素子である
ことを特徴とする請求項６記載の光源装置。
【請求項８】
前記第１の発光素子は、赤色の発光素子である
ことを特徴とする請求項６記載の光源装置。
【請求項９】
前記第２の発光素子は、１つまたは複数の発光素子である
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項１０】
前記複数の発光素子は、複数の色の発光素子である
ことを特徴とする請求項９記載の光源装置。
【請求項１１】
前記第２の発光素子は、青色の発光素子と緑色の発光素子である
ことを特徴とする請求項８記載の光源装置。
【請求項１２】
前記第１発光素子と前記第２の発光素子は、発光ダイオードである
ことを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項１３】
非自発光素子を用い、当該非自発光素子を光源装置で照明する表示装置であって、
前記光源装置は、
第１の発光素子と配線層が形成された第１の基板と、
第２の発光素子と当該発光素子の電極が形成され、前記第２の発光素子が前記第１の発光素子と重ならないようにして前記第１の基板上に重ね合わされた透明な第２の基板と、
前記配線層と前記電極とを電気的に接続する接続手段とを具備する
ことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置および表示装置に関し、特に表示装置用面光源装置として用いて好適な白色光の光源装置および当該光源装置を面光源装置として用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯端末や、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）ディスプレイなどの表示デバイスとして主流である液晶は、そのものが自ら発光するデバイスではないため、その表示を見るためには何らかの外部光源が必要となる。液晶に代表される非自発光素子を表示デバイスとして用いた表示装置の外部光源として、発光素子、例えば発光ダイオード（Light Emitting Diode;以下、「ＬＥＤ」と記す）を用いた白色光源が使用されてきている。
【０００３】
白色光の光源装置には、青色ＬＥＤと黄色蛍光体の組み合わせ型のものと、光の３原色の青色・緑色・赤色のＬＥＤチップを組み合わせたマルチチップ型のものとがある。組み合わせ型とマルチチップ型を比較した場合、色再現性の点でマルチチップ型の白色光光源装置が表示装置の外部光源に適している。
【０００４】
従来、マルチチップ型の白色ＬＥＤでは、同一の基板上に青色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップおよび赤色ＬＥＤチップを配置した構成が採られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図９に、マルチチップ型の白色光光源装置の一般的な構造を示す。図９に示すように、セラミック基板１０１上に導電パッド１０２を介して青色ＬＥＤチップ１０３Ｂ、緑色ＬＥＤチップ１０３Ｇおよび赤色ＬＥＤチップ１０３Ｒを搭載し、各チップ個別に金線１０４を用いたワイヤボンドによりセラミック基板１０１上の端子１０５と配線し、外部から電源供給して動作させることができるように構成される。そして、各色のＬＥＤチップ１０３Ｂ，１０３Ｇ，１０３Ｒをバランスよく発光させることで合波された白色光を得ることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３０７８１８号公報（特に、段落００５０および図７を参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記構成の従来例に係るマルチチップ型の白色光光源装置において、色ムラが少ない白色光をパッケージに搭載されたＬＥＤチップの発光面から広範囲に得るためには、３色のＬＥＤチップ１０３Ｂ，１０３Ｇ，１０３Ｒをより近接して実装する必要がある。ＬＥＤチップ１０３Ｂ，１０３Ｇ，１０３Ｒを個々に実装する場合、実装精度を考慮すると、またＡｇペーストなど接着剤のはみ出しやショート防止を考慮すると、チップとチップとの間には距離が必要となる。
【０００８】
また、個々のＬＥＤチップ１０３Ｂ，１０３Ｇ，１０３Ｒは、ダイシングによってチップにするため、発光しない周辺部分があり、実際に発光する発光素子と発光素子の間隔は広くなってしまう。３色のＬＥＤ相互間の間隔が広くなると、発光面から離れた位置でなければ、白色光が得られない。その結果、照明の対象となる表示パネルとの間の光路長が長くなるため、光源装置の小型化や薄型化に制約が生じる。
【０００９】
また、ＬＥＤチップ１０３Ｂ，１０３Ｇ，１０３Ｒのマウント位置にバラツキが生じると、この光源装置に組み合わせて使用される光学部品によっては、色ムラの発生原因になる場合もあるため、高精度な実装設備が必要となる。さらに、ＬＥＤチップ１０３Ｂ，１０３Ｇ，１０３Ｒに配線するワイヤボンドの場合、発光面を金線１０４が横切ることになるため、輝度ムラの原因にもなる。
【００１０】
そこで、本発明は、色ムラや輝度ムラの少ない白色光を得ることができるとともに、より小型化・薄型化を可能とした光源装置および当該光源装置を面光源装置として用いた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による光源装置は、第１の発光素子と配線層が形成された第１の基板と、第２の発光素子と当該発光素子の電極が形成され、前記第２の発光素子が前記第１の発光素子と重ならないようにして前記第１の基板上に重ね合わされた透明な第２の基板と、前記配線層と前記電極とを電気的に接続する接続手段とを具備する構成となっている。この光源装置は、液晶セルなどの非自発光素子を表示デバイスとして用いた表示装置において、当該非自発光素子を照明する面光源装置として用いられる。
【００１２】
上記構成の光源装置またはこれを面光源装置として用いた表示装置において、発光素子を第１の基板と第２の基板に分けて形成し、両基板を双方の発光素子が重ならないようにして重ね合わせ、かつ配線層と電極とを電気的に接続することで、発光素子相互の間隔を見かけ上隙間なく近接して配置することができるとともに、電気的接続に当たって各発光素子の発光面を金線などが横切ることもない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発光素子相互の間隔を見かけ上隙間なく近接して配置できるため、発光面から近い距離で色ムラや輝度ムラの少ない白色光を得ることができるとともに、光源装置のより小型化・薄型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明が適用される表示装置、例えば液晶表示装置の構成の概略を示す斜視図である。図１に示すように、本適用例に係る液晶表示装置は、透過型液晶パネル１、偏光板２、拡散板３およびバックライト４を有し、当該バックライト４として本発明に係る光源装置を用いた構成となっている。
【００１６】
液晶パネル１は、非自発光素子である液晶セルを含む単位画素が、透明絶縁基板、例えば第１のガラス基板上に行列状に２次元配置され、この画素の行列状配置に対して行ごとに走査線が、列ごとに信号線がそれぞれ配線されるとともに、第１のガラス基板に対して所定の間隙を持って第２のガラス基板が対向配置され、両基板間の間隙内に液晶材料が封止された構成となっている。
【００１７】
（画素回路）
図２は、単位画素の回路構成の一例を示す回路図である。図２に示すように、単位画素５は、スイッチング素子である例えばＴＦＴ(Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ)５１と、このＴＦＴ５１のドレイン電極に画素電極が接続された液晶セル５２と、ＴＦＴ５１のドレイン電極に一方の電極が接続された保持容量５３とを有する構成となっている。ここで、液晶セル５２は、画素電極とこれに対向して形成される対向電極との間で発生する液晶容量を意味する。
【００１８】
かかる構成の画素回路において、ＴＦＴ５１は、ゲート電極が走査線５４に接続され、ソース電極が信号線５５に接続されている。また、例えば、液晶セル５２の対向電極および保持容量５３の他方の電極がコモン線５６に対して各画素共通に接続されている。そして、液晶セル５２の対向電極には、コモン線５６を介してコモン電圧（対向電極電圧）Ｖｃｏｍが各画素共通に与えられる。
【００１９】
図１に説明を戻す。偏光板２は、一定の振動方向の光波だけを透過させる性質を持つ一種のフィルターである。拡散板３は、広い面全体を均一な明るさにするために、バックライト４から照射される光を散乱・拡散させる。バックライト４は、非自発光素子である液晶セル２２が行列状に２次元配置されてなる液晶パネル１を照明する面光源装置である。このバックライト４として、本発明に係る光源装置が用いられる。
【００２０】
［光源装置］
図３は、本発明の一実施形態に係る光源装置の組立前の概略斜視図である。また、図４（Ａ）は組立前の側面図、（Ｂ）は組立後の側面図である。
【００２１】
図３および図４において、第１の基板１１の表面に発光素子１２と配線層（ハッチング部分）１３が形成されている。配線層１３の一部には、ワイヤボンドが可能な例えばＡｕなどの端子部１４が形成されている。ここでは、第１の基板１１としてＧａＡｓ基板を使用し、発光素子１２として赤色ＬＥＤを形成した例を示している。第1の基板１１の表面の配線層１３が赤色ＬＥＤのアノードとなり、第１の基板１１の裏面がカソードとなる。
【００２２】
第１の基板１１の上方には、第２の基板１５が配置されている。この第２の基板１５の表面に、発光素子１６と当該発光素子１６とは別の色の発光素子１７が、第１の基板１１と第２の基板を重ね合わせたときに発光素子１６，１７が発光素子１２と隣接するように形成されている。
【００２３】
ここでは、第２の基板１５として透明基板、例えばサファイヤ基板を使用し、発光素子１６として青色ＬＥＤを、発光素子１７として緑色ＬＥＤをそれぞれ形成した例を示している。発光素子１６，１７の周辺には、それぞれの発光素子のカソードとアノードに相当する電極１８が形成されている。ここでは、電極１８の材質として例えばＡｕを使用している。
【００２４】
第１の基板１１と第２の基板１５とは、第１の基板１１の素子形成面（発光素子１２を形成した面）と、第２の基板１５の素子形成面（発光素子１６，１７を形成した面）とが互いに対向するようにして重ね合わされて実装される。このように、第１の基板１１と第２の基板１５とを両素子形成面が対向するように重ね合わせることで、発光素子１２，１６，１７の各発光面をほぼ同一面とすることができるため、赤色、青色、緑色の３色の光を合成して白色光を生成する上で有利となる。
【００２５】
第１の基板１１の配線層１３の一部には、第２の基板１５のそれぞれの発光素子１６，１７の電極１８の位置に相当する位置にバンプ１９が設けられている。バンプ１９は例えば半田バンプである。バンプ１９の位置と第２の基板１５のそれぞれの電極１８の位置とが合致して接触した状態で、半田が溶融する温度に加熱することで共晶状態となり、第１の基板１１の配線層１３と、第２の基板１５のそれぞれの電極１８とが機械的にも電気的にも接続される。電極１８とバンプ１９の大きさは、接合強度と放熱性を考慮して決定される。
【００２６】
第１の基板１１と第２の基板１５の表面に形成された複数の発光素子１２，１６，１７とそれぞれの電極１８は、半導体プロセスで製作されるため、サイズや位置を高精度に形成できる。
【００２７】
第２の基板１５は透明基板であり、第１の基板１１に接合しようとするフェイスダウンの状態で、発光素子１２，１６，１７や電極１８の形状や位置を認識することができるため、第１の基板１１と第２の基板１５の重ね合わせに当たっては、精度よく実装することができる。
【００２８】
また、第１の基板１１の配線層１３と、第２の基板１５のそれぞれの電極１８との電気的接続はバンプ１９によって行い、発光素子１２，１６，１７に対して直接ワイヤボンドを行わないため、発光素子１２，１６，１７の発光面を金線が横切ることはなく、したがって発光面を金線が横切ることによる輝度ムラは発生しない。
【００２９】
図５は、第１の基板１１と第２の基板１５とが接合された状態の基板ブロック２０を、例えばセラミック基板２１に実装した場合の光源装置の構成を示す概略斜視図である。また、図６は実装後の光源装置の側面図である。
【００３０】
第１の基板１１と第２の基板１５とを接合してなる基板ブロック２０の裏面は、第１の基板１１の裏面で、本例では赤色ＬＥＤのカソードである。そこで、セラミック基板２１の基板ブロック２０を搭載する部分に導電パッド２２を設け、例えばＡｇペーストなどで接合する。これにより、基板ブロック２０は、セラミック基板２１に対して導電性を持って実装される。
【００３１】
セラミック基板２１の例えば一辺側には、当該辺に沿って複数の電極端子２３が形成されている。これらセラミック基板２１上の電極端子２３と、基板ブロック２０を構成する第１の基板１１に設けられたワイヤボンド用の端子１４とを金線２４で配線することで、電極端子２３とワイヤボンド用の端子１４とが電気的に接続される。
【００３２】
ここで、図５および図６では示されていないが、セラミック基板２１の裏面には、セラミック基板２１の電極端子２３と電気的に接続された外部端子が設けられている。外部端子と電極端子２３とは1対1で対応している。そして、この外部端子を通して外部から電源を供給することで、第１の基板１１上の発光素子１２と、第２の基板１５上の発光素子１６，１７を発光させることができる。
【００３３】
本例では、セラミック基板２１には１つの基板ブロック２０を搭載した例を示したが、複数の基板ブロックを搭載する構成にしてもよい。また、セラミック基板２１は、リードフレームをモールド樹脂で中空成形したパッケージであってもよい。
【００３４】
外部から電源を供給すると、第１の基板１１に形成された発光素子１２、即ち赤色ＬＥＤと、第２の基板１５に形成された発光素子１６，１７、即ち青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤがそれぞれ発光する。そして、図示せぬ光量制御系による制御の下に、発光素子１２，１６，１７個々の光量をフォトダイオードなどの受光素子で検出し、その検出結果に基づいて発光素子１２，１６，１７の各々の光量が規定光量になるように、発光素子１２，１６，１７の各々について独立して発光量の制御が行われる。
【００３５】
青色光と緑色光は第２の基板１５のサファイヤ基板を透過して、主に第２の基板１５の素子形成面と反対側の面、即ち光取出し面２５から放射される。赤色光も同じく第２の基板１５のサファイヤ基板を透過して、同じ光取出し面２５から放射される。このように、第２の基板１５の素子形成面と反対側の面を光取出し面２５とすることで、発光素子１２，１６，１７の各発光面をほぼ同一面上に配置することができるため、赤色、青色、緑色の３色の光を合成して白色光を生成する上で有利となる。
【００３６】
第２の基板１５の光取出し面２５から赤色、青色、緑色の各光を放射させた状態で、上記光量制御系による制御の下に、それぞれの発光素子１２，１６，１７に供給する電流を制御して、ホワイトバランスが取れるように光量を調節することで、これら３色の光が合波された白色光を得ることができる。
【００３７】
（配置例）
図７は、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤの３色で構成した場合の発光素子の配置例（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を示す平面図である。
【００３８】
図７において、配置例（Ａ）は、赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）３色の発光素子１２，１６，１７を、例えば左から青色、赤色、緑色の順に一列に配置した構成となっている。配置例（Ｂ）は、赤色および青色が各々１個ずつ、緑色が２個の計４個の発光素子１２，１６，１７Ａ，１７Ｂをマトリックス状に配置した構成となっている。ここで、緑色を２個設けるのは、緑色ＬＥＤは赤色ＬＥＤや青色ＬＥＤに比べて発光量が少なく、３色の発光量のバランスをとるためである。配置例（Ｃ）は、赤色、青色、緑色３色の発光素子１２，１６，１７を円周上に配置した構成となっている。
【００３９】
いずれの配置例の場合にも、第２の基板１５の発光素子１６，１７（１７Ａ，１７Ｂ）はサイズや位置が高精度に形成されているため、複数の発光素子が存在していても、第１の基板１１に重ね合せたときに、精度よく配置することができる。第１の基板１１と第２の基板１５を重ね合わせることにより、発光素子１２，１６，１７（１７Ａ，１７Ｂ）相互の間隔を見かけ上隙間なく配置することができる。
【００４０】
図７の配置例は一例であり、発光素子の色の配列は任意でよい。また、本例では、発光素子１２，１６，１７（１７Ａ，１７Ｂ）の形状として正方形の場合を例に挙げて示したが、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように長方形でも、他の形状でもよい。また、本光源装置に使用する光学部品の形状に適した発光素子の形状とサイズに変更してもよい。
【００４１】
上述したように、マルチチップ型の白色光の光源装置または当該光源装置を面光源装置として用いた液晶ディスプレイなどの表示装置において、発光素子を第１の基板１１と第２の基板１５に分けて形成し、両基板１１，１５を双方の発光素子が重ならないようにして重ね合わせ、かつ配線層１３と電極１８とを例えばバンプ１９によって電気的に接続することで、発光素子相互の間隔を見かけ上隙間なく近接して配置することができるため、発光面から近い距離で白色光を得ることができる。
【００４２】
このように、発光面から近い距離で白色光を得ることができることで、図１において、バックライト（面光源装置）４として用いられる本光源装置と拡散板３、ひいては照明の対象となる液晶パネルとの間の光路長が短くなるため、本光源装置、ひいては当該光源装置を面光源装置として用いる表示装置の小型化や薄型化を図ることができる。
【００４３】
特に、第２の基板１５が透明基板であり、第１の基板１１に接合しようとするフェイスダウンの状態で発光素子や電極の形状や位置を認識することができるため、第１の基板１１と第２の基板１５の重ね合わせを精度よく行うことができる。しかも、複数の発光素子を半導体プロセスで精度よく基板１１，１５上に形成することができ、発光素子相互間の位置精度を高めることができるため、色ムラが少ない白色を得ることができる。
【００４４】
また、配線層１３と電極１８との電気的接続を、ワイヤボンドではなくバンプ１９などで行うことで、各発光素子の発光面を金線などが横切ることがないため、輝度ムラの発生も抑えることができる。さらに、複数の発光素子を一括して実装できるため、短時間での組立てが可能となる。
【００４５】
なお、上記実施形態では、第１の基板１１に形成される第１の発光素子が赤色ＬＥＤ、第２の基板１５に形成される第２の発光素子が青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの場合を例に挙げて説明したが、これら各色の組み合わせに限られるものではなく、白色光を生成可能な他の色の組み合わせであってもよく、また第１の基板１１に複数の発光素子を形成し、第２の基板１５に１つの発光素子を形成した構成を採ることも可能である。
【００４６】
また、上記実施形態では、本発明に係る光源装置を面光源装置として用いる表示装置として、液晶表示装置を例に挙げて説明したが、これは一例に過ぎず、本発明は液晶以外の非自発光素子を表示デバイスとして用い、その照明が必要な表示装置全般に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明が適用される表示装置、例えば液晶表示装置の構成の概略を示す斜視図である。
【図２】単位画素の回路構成の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光源装置の組立前の概略斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光源装置の側面図であり、（Ａ）は組立前の状態を、（Ｂ）は組立後の状態をそれぞれ示している。
【図５】第１の基板と第２の基板とが接合された状態の基板ブロックをセラミック基板に実装した場合の光源装置の構成を示す概略斜視図である。
【図６】実装後の光源装置の側面図である。
【図７】赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤの３色で構成した場合の発光素子の配置例（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を示す平面図である。
【図８】発光素子の形状および配置の他の例を示す平面図である。
【図９】マルチチップ型の白色光光源装置の一般的な構造を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…透過型液晶パネル、２…偏光板、３…拡散板、４…バックライト、５…単位画素、１１…第１の基板、１２，１２Ａ，１２Ｂ…発光素子（赤色ＬＥＤ）、１３…配線層、１４…端子部、１５…第２の基板、１６，１６Ａ，１６Ｂ…発光素子（青色ＬＥＤ）、１７，１７Ａ，１７Ｂ（緑色ＬＥＤ）、１８…電極、１９…バンプ、２０…基板ブロック、２１…セラミック基板、２２…導電パッド、２３…電極端子、２４…金線、２５…光取出し面、５１…ＴＦＴ（画素トランジスタ）、５２…液晶セル、５３…保持容量
【図１】
2006278600.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006278600.tif 000006
【図５】
2006278600.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006278600.tif 000009
【図８】
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【図９】
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