(57)【要約】【課題】  発光チップの数を低減し、装置の小型化とチップの載置手段上の回路設計を簡易化する。【解決手段】  第１の原色光を発する１つの半導体発光層が形成された第１の発光チップと、それぞれ第２、第３の原色光を発する２つの半導体発光層が形成された第２の発光チップとからなり、前記第１、第２、第３の原色光を混光して白色に発光する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の原色光を発する１つの半導体発光層が形成された第１の発光チップと、
それぞれ第２、第３の原色光を発する２つの半導体発光層が形成された第２の発光チップとからなり、
前記第１、第２、第３の原色光を混光して白色に発光することを特徴とする白色発光装置。
【請求項２】
前記発光チップとしては、発光ダイオードチップを用い、
前記第１の原色光は、波長が５７５ｎｍ〜７００ｎｍの赤色系の光であり、前記第２の原色光は、波長が５１０ｎｍ〜５６０ｎｍの緑色系の光であり、前記第３の原色光は、波長が４３０ｎｍ〜４８５ｎｍの青色系の光であることを特徴とする請求項１に記載の白色発光装置。
【請求項３】
前記第２の発光チップは、ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層がさらに形成され、前記２の半導体発光層は、ｐ型とｎ型クラッド層の間に介設され、
前記２の半導体発光層におけるｐ型クラッド層寄りの一方の半導体発光層は、上、下バリヤ膜と前記上、下バリヤ膜の間に介設されたキャリヤ閉じ込め膜とからなり、
前記キャリヤ閉じ込め膜は、起伏した山と谷が連続するように形成され、エネルギーギャップが前記上、下バリヤ膜のものより小さいことを特徴とする請求項２に記載の白色発光装置。
【請求項４】
前記キャリヤ閉じ込め膜は、Ａｌ(1-x-y)ＩｎyＧａxＮ（ただし、０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１、０≦（１−ｘ−ｙ）＜１）式により示される半導体材料によりつくられることを特徴とする請求項３に記載の白色発光装置。
【請求項５】
前記第２の発光チップは、前記発光層における山と谷の密度としては、前記各谷を挟んで隣り合う２つの山の山頂間の距離の総和を前記発光層の全幅で除した値が５％〜７５％であることを特徴とする請求項４に記載の白色発光装置。
【請求項６】
さらに、前記第１、２の発光チップが載置されるケースフレームと、前記第１、２の発光チップと前記ケースフレームにそれぞれ電気的に接続されるｐ型、ｎ型リードフレームとを有する封止手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の白色発光装置。
【請求項７】
前記ケースフレームは、窪んで前記第１、２の発光チップを収容するための凹部が形成され、該凹部において前記第１、２の発光チップを封じ込める透光性部材が配設されていることを特徴とする請求項６に記載の白色発光装置。
【請求項８】
第１のケースフレームに載せられ、第１の原色光を発する第１の発光チップと、
第２のケースフレームに載せられ、第２、３の原色光を発する第２の発光チップと
からなり、
前記第１、第２、第３の原色光を混光して白色に発光することを特徴とする白色発光装置。
【請求項９】
前記第１の原色光は、波長が５７５ｎｍ〜７００ｎｍの赤色系の光であり、前記第２の原色光は、波長が５１０ｎｍ〜５６０ｎｍの緑色系の光であり、前記第３の原色光は、波長が４３０ｎｍ〜４８５ｎｍの青色系の光であることを特徴とする請求項８に記載の白色発光装置。
【請求項１０】
さらに、前記第１、２のケースフレームをのせる載置手段と、
前記第１、２の発光素子を封じ込む透光性部材と、
それぞれの端が前記発光チップと前記載置手段とに電気的に接続されるリードフレームと
が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の白色発光装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の白色発光装置または請求項８に記載の白色発光装置を用いた光源により構成され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、赤緑青３原色の光を混光して白色光源とする白色発光装置及び該発光装置を光源とするバックライトモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ノート型パーソナルコンピュータ等の液晶表示等に用いられているバックライトモジュールは、冷陰極蛍光管を光源としたものが主流であり、その表示の方法には、液晶パネルの背面直下即ち裏面側に光源が配置される直下型と、光源からの光を導光板の側面から導くサイドライト式がある。しかし、冷陰極蛍光管は発光媒体として環境負荷が大きい水銀を使い、壊れ易いという問題があり、その演色評価数（Ｒａ；Color Rendering Index(CRI)）も高くない。
【０００３】
そこで、水銀などの環境負荷の大きな物質を含まず、小型、長持ちし且つ低消費電力などで知られている発光ダイオードを光源として利用したバックライトモジュールを採用した液晶表示装置が提案されている。この種液晶表示装置に用いられるバックライトモジュールは、例えば図１、２に示すような構成が知られている。図１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の単色光を混光して白色光を出す直下型バックライトユニットを用いた液晶表示装置の１構成例を概略示す断面図であり、図２は、同液晶表示装置におけるバックライトユニットを概略示す平面図である。このバックライトモジュール１においては、ケース状筐体１１内の底部に固定された回路基板１４上に、複数の緑、青、赤（以下、ＧＢＲＧと称す）単色光の発光ダイオードチップ１３１〜１３４を一組とする発光ダイオード１３が光源として周設されている。発光ダイオード１３を発した光は、筐体１１内部を透過し、混光されて白色の光となって、発光面１１２からそのまま、カラーフィルタ２３や液晶層２４、ガラス基板２５などからなる液晶モジュール２の裏面２２側の発光面１１２に照射される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の構成のように、光源とするバックライトモジュール１においては、使用する発光ダイオードチップ１３１〜１３４は多く、大型化しかねず、回路基板１４の回路設計も複雑になりがちのため、製造及び組立てに手間がかかりコストが上りがちである。
【０００５】
本発明は、これらの問題を解消した白色発光装置及び当該白色発光装置を用いたバックライトモジュール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】
【０００６】
前記目的を達成すべく、本発明は、第１の原色光を発する１つの半導体発光層が形成された第１の発光チップと、第２、第３の原色光を発する２つの半導体発光層が形成された第２の発光チップとからなり、前記第１、第２、第３の原色光を混光して白色に発光することを特徴とする白色発光装置を提供する。
【０００７】
また、本発明は、第１のケースフレームに載せられ、第１の原色光を発する１つの半導体発光層が形成された第１の発光チップと、第２のケースフレームに載せられ、第２、３の原色光を発する２つの半導体発光層が形成された第２の発光チップとからなり、前記第１、第２、第３の原色光を混光して白色に発光することを特徴とする白色発光装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、３原色をそれぞれ発光する単一発光チップを使わず２つの原色を発光する複色発光チップと１つの原色を発光する単一発光チップを合わせて使用することにより、その演色評価数を下げずに、発光チップの数を低減し、装置の小型化につながり、該発光チップを載置するための回路基板における回路設計を簡易化することが可能となり、コスト低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。なお、同一構成及び機能を有する構成要素については、同一番号を付してその説明を省略する。
【００１０】
図３、４は、本発明にかかる発光装置３３を用いるバックライトモジュール３の構成例を概略示す縦断面図および平面図である。このバックライトモジュール３は、直下式バックライトモジュールとしてカラーフィルタ４３や液晶ユニット４４、ガラス基板４５からなる液晶モジュール４の裏面４２側に配置され、筐体３１の底面部３１２内側には複数の発光装置３３、３３、・・・が設けられている。この実施の形態のバックライトモジュール３では、液晶モジュール４の裏面４２側に面する発光面である表面部３１１と、該表面部３１１の両端縁から下向きに延伸してなる２つの側面部３１３、３１３と、該２つの側面部３１３、３１３に接続して表面部３１１に対向する底面部３１２とによって空間３２が定まる中空筐体３１内の底面部３１２に、載置手段３４が固定され、その上に複数白色発光装置３３、３３、・・・が周設されている。
【００１１】
同図において、各発光装置３３は、第１、２の発光チップ３５１、３６１の組からなり、載置手段３４として例えば回路基板を使う場合、一定の間隔をおいて複数周設される。この例においては、白色発光装置３３は、発光チップ３５１、３６１として発光ダイオードチップを使い、発光ダイオードになる自発光源であることが好ましい。また、載置手段３４は、筐体３１内の底面部３１２に固定され、図示されない配線パターンが形成されており、その配線に従ってそれぞれから発する原色光を白色光に混光することができる第１、２の発光チップ３５１、３６１がそれぞれ適当な間隔で配置される。
【００１２】
図５は、本実施の形態の白色発光装置３３の構成を概略示す縦断面図である。なお、白色光発光装置３３は、載置手段３４上に設けられ、第１、２の発光チップ３５１、３６１が矩形のケースフレーム３９内の凹部３９２に設けられ、第１、２の発光チップ３５１、３６１の周囲と上方の凹部３９２内の空間は、例えば透明樹脂である透光性部材３９１を充填して封じ込める。この例においては、ケースフレーム３９では、ｐ形リードフレーム３９３、ｎ形リードフレーム３９４がケースフレーム３９の内部から外部へ延伸して形成され、これらのリードフレーム３９３、３９４によって第１、２の発光チップ３５１、３６１のそれぞれが載置手段３４に電気的に接続される。
【００１３】
第１の発光チップ３５１は、第１の原色光として例えば波長が５７５ｎｍ〜７００ｎｍの赤色光を発する発光ダイオードチップ、第２の発光チップ３６１は、第２、３の原色光として例えば波長が５１０ｎｍ〜５６０ｎｍの緑色光と、波長が４３０ｎｍ〜４８５ｎｍの青色光とを発する発光ダイオードチップを用いることにより白色になるように混光することができる。
【００１４】
図６は、本実施の形態例における第２の発光チップ３６１の構成を概略示す縦断面図である。第２の発光チップ３６１は、バルク基板５２上に、バッファ層５３と、ｎ型クラッド層５４と、第２の原色光とする緑色光および第３の原色光とする青色光を発する２つの半導体発光層５５および５６と、ｐ型クラッド層５７とを積層してなる。この例の第２の発光チップ３６１においては、一部をｎ型クラッド層５４を露出するまで切り欠き、露出したｎ型クラッド層５４上にｎ型コンタクト層５９が形成され、該ｎ型コンタクト層５９の上にｎ形電極５１２が設けられる。ｐ型クラッド層５７の上には、ｐ型コンタクト層５８を積層してその上にｐ型電極５１１が設けられる。ｐ型電極５１１、ｎ型電極５１２は、符号で明示されないがワイヤボンディングによってそれぞれｐ型リードフレーム３６３、ｎ型リードフレーム３６４に電気的に接続されている。
【００１５】
図７は、本発明における第２の発光層５６の構成を概略示す拡大縦断面図である。ｐ型クラッド層５７寄りの第２の半導体発光層５６では、ｎ型クラッド層５４にほぼ平行の下面５６４と、逆側の起伏した山と谷の連続する上面５６５とを有するキャリヤ閉じ込め膜５６２が設けられている。該キャリヤ閉じ込め膜５６２の下面５６４は第１の発光層５５の上の界面との間に下バリヤ膜５６１が、そして、上面５６５はｐ型クラッド層５７の下の界面との間に上バリヤ膜５６３が積層されている。
【００１６】
上記キャリヤ閉じ込め膜５６２及び山と谷の本発明との関係について、以下説明する。
図７は、谷を挟んで隣り合った２つの山の山頂の距離をＤとし、各谷５６８１、５６８２、・・・を挟んで隣り合った２つの山５６７１、５６７２、５６７３、５６７４、・・・（山頂）間の距離をＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７とする。なお、この際、谷とは、谷底と下面５６４の間の高さＨは０≦Ｈ≦２ｎｍの場合に限り、例えば谷５６８１がこれに該当し、谷５６８３と下面５６４の間の高さｈがＨよりも大きい箇所は鞍部とし、谷と見なさない。本発明は、第２の発光チップ３６１においては、例えば第３の原色光の青色光を発するよう第２の発光層５６におけるキャリヤ閉じ込め膜５６２の山５６７と谷５６８の密度として、各幅の総和（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５＋Ｄ６＋Ｄ７）を発光層５６の全幅Ｌで除した値が５％〜７５％であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明においては、キャリヤ閉じ込め膜５６２を形成する材料としては、そのエネルギーギャップが上、下バリヤ膜５６３、５６１のエネルギーギャップよりも小でなければならない。この例においては、キャリヤ閉じ込め膜５６２はインジウム（Ｉｎ）を含有するＡｌ(1-x-y)ＩｎyＧａxＮ（ただし、０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１、０≦（１−ｘ−ｙ）＜１）式で示される窒化化合物半導体で形成される。また、上、下バリヤ膜５６３、５６１としては、窒化ガリウムにより形成される。
【００１８】
上記第２の発光層５６としては、波長が４３０ｎｍ乃至４８５ｎｍの青色光を発するようｘとｙの値（色相、色合い）を調整することにより実現される。そして、形成される前記山５６７と谷５６８間の密度により望ましい光の強度を得ることができる。なお、この例においては、第２の発光層５６の密度は３８％である。
【００１９】
第１の発光層５５は、同様にして、波長が５１０ｎｍ乃至５６０ｎｍの緑色光を得るようｘ、ｙの比例を調整すると共に、山、谷の密度をコントロールすることにより、望ましい波長の光と光強度を得ることができる。なお、この例においては、第１の発光層５５の密度は８％である。
【００２０】
本発明で注意を要するのは、第１、２の発光層５５、５６の山谷構造の密度により望ましい光の強度を得ることができるが、第１、２の発光層５５、５６を複数積層することによって望ましい輝度を得ることができると共に光の強度を調整することができる。そして、第２の発光層５６は山と谷の連続した構造５６９でなければならないが、第１の発光層５５としては山と谷の連続した構造の他に、量子井戸構造にしてもよい。
【００２１】
次いで、色再現範囲について説明する。色合いの尺度としては、色相座標ｘ、ｙの値で表す方法がある。図８、９はそれぞれ、前記実施例によるｘｙ色相、カラーフィルタを用いた透過率と発光装置の発光スペクトル分布を示すグラフである。図８のｘｙ色相図においては、ＮＴＳＣ（National Television Standard Committee）が定める技術規格をプロットすることによる三角形の面積がＮＴＳＣ規格の色再現範囲を表す。この色相図で曲線部分がスペクトル軌跡であり、内部の色がスペクトル軌跡に近づくほど、鮮やかな色になる。従って、一番外側には単一波長が対応づけられる。このＲ、Ｇ、Ｂの各点がスペクトル軌跡の外端に近いほど色は鮮やかとなり、色再現範囲も拡大する。そして、図９では、実線で表す三原色においては、波長範囲即ち波長が４７１ｎｍ、５３８ｎｍ、６３５ｎｍ付近にそれぞれピークが観察されサブピークは観察されず、青、緑、赤等の三原色をバランスよく白色に混色することができることが分かる。点線で表す液晶モジュールにおけるカラーフィルタによる各色の透過率も、これらの波長範囲において低下しないことが分かるため、色再現範囲を広くすることができ、青、緑、赤等の三原色をバランスよく白色に混色することができ、演色性がよいことが分かる。それ故、本発明の発光装置によれば、色再現範囲を広くすることができ、演色性がよく、輝度の低下を防ぐと共にコンパクトな光源とすることができ、また、明るく色再現範囲の広いバックライトモジュールないし液晶表示装置を実現することができる。
【００２２】
図１０は、白色発光装置の変形例を示す縦断面図である。白色発光装置３３Ａでは、前記実施の形態の白色発光装置３３の第１、２の発光チップ３５１、３６１を逆にして第１及び第２の発光チップ３５１Ａ、３６１Ａのそれぞれのｐ型電極、ｎ型電極が導電性球状バンプ３８、３８、・・・を介して載置手段３４に電気的に接続され、透光性を有する埋込み材３７によって封止される。
【００２３】
図１１は、前記の実施の形態の発光装置３３を用いた棒状光源によるサイドライト式バックライトモジュール６を示す縦断面図である。図１２は、同棒状光源を概略示す側面図である。このバックライトモジュール６は、白色発光装置３３を複数設けた発光装置アレイ３３０からなる棒状光源や、該光源に面した側面部６１３から他の側面部６１６に向かって肉厚が順次薄くなったくさび形導光板６１等からなる。複数の白色発光装置３３からなる発光装置アレイ３３０は、断面がＵ字形のリフレクタ６２内に設けられ、白色発光装置３３からの光を導光板６１の入光面となる側面部６１３へ入射させ、該側面部６１３と隣接した出光面となる表面部６１２から液晶モジュール４の裏面側へ照射する。
【００２４】
このように、本発明の白色発光装置によれば、サイドライト式バックライト光源としてバックライトモジュールの薄型化を促進することができる。
【００２５】
以上により、本発明の白色発光装置３３においては、載置手段３４から電源が供給されて第１、２の発光チップ３５１、３６１が駆動され、第１、２の発光チップ３５１、３６１は、それぞれ、第１の原色光及び第２、３の原色光を発し、これらの原色光が、筐体３１内において白色に混光されて、バックライトモジュールの出光面である表面部６１２から図に明示しない液晶表示モジュールの裏面側へ照射される。本発光装置３３においては、第２、３の原色光を発する第２の発光チップ３６１を用いるので、発光チップの使用数を低減することができ、バックライトモジュール３の小型化につながる。また、第２の発光チップ３６１における第２の発光層５６の山と谷の密度を調整したり、インジウム（Ｉｎ）を含有するＡｌ(1-x-y)ＩｎyＧａxＮの半導体化合物におけるｘ、ｙの比例を調整したり、または第１、２の発光層５５、５６の積層数を増減したりすることにより、第２の発光チップ３６１から発する第２、３の原色光（緑色光、青色光）の望ましい強度を得ることができ、第１の発光チップ３５１の第１の原色光（赤色光）と合わせて十分な明るさとむらの少ない白色光を実現することができる。そして、第２、３の原色光を発する第２の発光チップ３６１を、第１の原色光を発する第１の発光チップ３５１と合わせて適切に使うことにより、三原色光の混光比率を調整する手間を避けることができ、チップを駆動させるための回路設計を簡易化することができる。
【００２６】
図１３は、本発明の白色発光装置の他の実施の形態３３Ｂを用いたバックライトモジュール３Ｂの構成を示す平面図である。本実施の形態の発光装置３３Ｂは、直下式バックライトモジュール３Ｂの筐体３１内に設けられ、それぞれの発光装置３３Ｂから発した光を筐体３１内において白色に混光し、図に明示されない液晶モジュールの裏面側へ照射する。
【００２７】
図１４は、本実施の形態の白色発光装置３３Ｂの構成を概略示す縦断面図である。白色発光装置３３Ｂでは、第１、２の発光チップ３５１、３６１は、それぞれ第１、２のケースフレーム３５、３６に設けられた凹部３５２、３６２に設けられ、対にされている。第１、２のケースフレーム３５、３６においては、ｐ形リードフレーム３５３、３６３、ｎ形リードフレーム３５４、３６４がケースフレーム３５、３６の内部から外部へ延伸して形成され、これらのリードフレームによって第１、２の発光チップ３５１、３６１のそれぞれが載置手段３４に電気的に接続される。そして、第１、２の発光チップ３５１、３６１の上を覆うように、例えば透明樹脂である透光性埋込み材が詰められる。この実施の形態の発光装置３３Ａでは、第１、２の発光チップ３５１、３６１は別個のケースフレーム３５、３６に埋め込まれて形成される以外は、前記の実施の形態における構成要素と同一であり、その詳細な説明を省略する。
【００２８】
図１５は、本発明にかかる発光装置の他の実施の形態３６Ａを概略示す縦断面図である。例えばランプ形の筐体３６２Ａ内には、例えば発光チップ３６１が、ｐ型リードフレーム３６３、ｎ型リードフレーム３６４とからなるリードフレームにおいてｎ型リードフレーム３６４に形成された凹部内に設けられる。発光チップ３６１の上に設けられた電極はそれぞれ符号で明示されないボンディングワイヤによって、ｎ型リードフレーム３６４と、ｐ型リードフレーム３６３とに電気的に接続され、ランプ形筐体３６２Ａ内に透光性埋込み材３６５例えば透明樹脂が充填される。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上説明したように、本発明は、３原色をそれぞれ発光する発光ダイオードチップを使わず其の中の２つの原色を同時に発光する発光ダイオードチップを用いるので、発光装置となる発光ダイオードに用いるチップ数を低減することができ、白色にバランスよく混光することができると同時に、回路板などの回路設計を簡易化し、製造コストを下げることができると共に、演色性がよいバックライトモジュール、液晶表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来の直下式バックライトモジュールを用いた液晶表示装置を示す縦断面図。
【図２】同バックライトモジュールの平面図。
【図３】本発明にかかる直下型バックライトモジュールを用いた液晶表示装置の構成を概略示す断面図。
【図４】同液晶表示装置におけるバックライトユニットの構成を概略示す平面図。
【図５】同バックライトユニットにおける白色発光装置の構成を概略示す縦断面図。
【図６】同白色発光装置における発光チップの構成を概略示す縦断面図。
【図７】同発光チップにおける第２の発光層の構成を概略示す拡大縦断面図。
【図８】同発光装置によるｘｙ色相図。
【図９】カラーフィルタを用いた透過率と発光装置の発光スペクトル分布を示すグラフ。
【図１０】同発光素子の他の形態例を示す縦断面図。
【図１１】同発光装置を用いた棒状光源によるサイドライト式バックライトモジュールを示す縦断面図。
【図１２】同発光装置を用いた棒状光源を概略示す側面図。
【図１３】本発明の白色発光装置の他の実施の形態を用いた直下式バックライトモジュールを概略示す平面図。
【図１４】同白色発光装置の構成を概略示す縦断面図。
【図１５】本発明の発明装置の他の実施の形態を概略示す縦断面図。
【符号の説明】
【００３１】
３、３Ｂ、６  バックライトモジュール
３１、３６２Ａ  筐体
３１１  表面部
３１２  底面部
３１３  側面部
３２  収容空間
３３、３３Ｂ、３６Ａ  白色発光装置
３３０  発光装置アレイ
３４  載置手段
３５、３６  ケースフレーム
３５１、３５１Ａ  第１の発光チップ
３５２、３６２、３９２  凹部
３５３、３６３、３９３  ｐ形リードフレーム
３５４、３６４、３９４  ｎ形リードフレーム
３６１、３６１Ｂ  第２の発光チップ
３６５、３７、３９１  埋込み材
３８  バンプ
３９  ケースフレーム
４  液晶モジュール
４２  裏面
４３  カラーフィルタ
４４  液晶ユニット
４５  ガラス基板
５１１  ｐ型電極
５１２  ｎ形電極
５２  バルク基板
５３  バッファ層
５４  ｎ型クラッド層
５５、５６  半導体発光層
５６１  下バリヤ膜
５６２  キャリヤ閉じ込め膜
５６３  上バリヤ膜
５６４  下面
５６５  上面
５６７、５６７１〜５６７４  山
５６８、５６８１、５６８２、５６８３  谷
５６９  山と谷の連続した構造
５７  ｐ型クラッド層
５８  ｐ型コンタクト層
５９  ｎ型コンタクト層
６１  導光板
６１２  表面部
６１３  側面部
６１６  側面部
６２  リフレクタ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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