(57)【要約】【課題】  バックライトの光源となる発光ダイオード素子の構成と偏光を規定し、液晶パネルのバックライト偏光の利用効率を向上する。【解決手段】  接着支持フィルム２上に固定した発光ダイオード素子３から出射された光線４を導光板１中を導波して拡散光として放出した後、液晶パネル８とは逆の面にプリズムを形成した逆プリズムシート５を通して液晶パネル方向に立ち上げられ、拡散フィルム６を通過してバックライトの光線４とする。バックライトの光線４は液晶パネル８の背面側に設けた偏光板７の偏光透過方向に平行に入射して、液晶パネル８を通過して、反対側の偏光板９から出射する。【選択図】    図２
2006134975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と、前記一対の基板間に配置する液晶層と、偏光板とからなる液晶パネル表示装置にバックライト光源として用いる発光ダイオード素子において、
前記発光ダイオード素子からの出射光はあらかじめ直線偏光されており、かつ前記液晶パネルの偏光板の偏光透過方向に対して平行に入射するように、前記発光ダイオード素子から偏光成分を一方向に出射する導波路が構成されており、前記液晶パネルの偏光板の偏光透過方向と光学系を通した偏光の方向が一致するように、前記導波路型の発光ダイオード素子が実装構成してあることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
上記請求第１項記載における液晶パネル表示装置のバックライト光源に用いられる発光素子において、
発光層を有する光源と、光学フィルムや光学板及び導光板などからなる光学部品と、偏光板を含む液晶パネル表示装置からなる構成において、前記光源は光導波層と発光層を有した発光ダイオード素子からなり、前記発光層からの出射光は出射方向と垂直な方向に偏光しておりかつ発光層面と平行な方向に偏光しており、前記発光ダイオード素子から偏光成分を一方向にのみ出射する導波路が構成されておりかつ偏光成分は前記発光ダイオード素子の相対する二つの端面から出射するか或いは片側の端面から選択的に出射する導波路の構成を有しており、さらに前記光源から出射される偏光成分を前記液晶パネルの偏光板の偏光透過方向に対して平行に入射するように素子実装と光学系により構成してあることを特徴とする発光素子。
【請求項３】
上記請求第２項記載における液晶パネル表示装置のバックライト光源に用いられる発光素子において、
発光層を有する光源と、光学フィルムや光学板及び導光板などからなる光学部品と、偏光板を含む液晶パネル表示装置からなる構成において、前記光源は光導波層と発光層を有した発光ダイオード素子からなり、前記発光層からの出射光は出射方向と垂直な方向でかつ発光層面と平行な方向に強く偏光しており、発光層面と平行な方向で一方向においてのみ偏光を出射する導波路が構成されており、偏光比の大きな偏光成分を有することにより、前記発光素子と液晶パネルの間に設けられた拡散フィルム或いは拡散板を透過しても偏光比を少なくとも２倍以上確保していることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
上記請求第３項記載における液晶パネル表示装置のバックライト光源に用いられる発光素子において、
発光層を有する光源と、光学フィルムや光学板及び導光板などからなる光学部品と、偏光板を含む液晶パネル表示装置からなる構成において、前記光源は光導波層と発光層を有した発光ダイオード素子からなり、前記発光層には圧縮歪を導入してある量子井戸層を構成してあり、前記発光層からの出射光は出射方向と垂直な方向でかつ発光層面と平行な方向に強く偏光しており、発光層面と平行な方向で一方向においてのみ偏光を出射する導波路が構成されており、偏光比の大きな偏光成分を有することにより、前記発光素子と液晶パネルの間に設けられた拡散フィルム或いは拡散板を透過しても偏光比を少なくとも２倍以上確保していることを特徴とする発光素子。
【請求項５】
上記請求第１から４項記載の発光素子において、
前記発光素子の導波路の両端面には絶縁膜の反射膜が設けてあり、前記両端面反射膜の反射率を制御することにより、両端面から出射する偏光の強度を調節し、両端面から均等な強度の偏光を出射するか或いは片側の端面から選択的に光強度の大きい偏光を出射する設定が施してあることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
上記請求第５項記載の発光素子において、
前記発光素子には光導波層と発光層からなり、前記導波路の形成してある方向にのみ光が伝播し、前記導波路は偏光が両端面から出射するか或いは片側の端面から出射するように設定してあり、前記端面は凹面或いは凸面の曲面状の形状を有していることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
上記請求第６項記載の発光素子において、前記発光素子には光導波層と発光層からなり、導波路幅の非対称な導波路を構成してあり、前記導波路の形成してある方向にのみ光が伝播し、前記導波路は導波路幅の広い片側の端面から偏光の強度が大きく出射するように設定してあり、前記導波路幅の広い前端面は凸面の曲面状であり導波路幅の狭い後端面は凹面の曲面状の形状を有していることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
上記請求第１から７項記載の偏光の強い発光素子と液晶パネルの偏光板の組み合せにおいて、
前記偏光板が塗布により高分子偏光膜を形成した塗布型の偏光板で構成されており、前記塗布型の偏光板の偏光透過方向に前記発光素子の偏光成分が透過することにより、液晶パネルにおける偏光比が少なくとも5000対１以上を確保できている構成を有していることを特徴とする発光素子。
【請求項９】
上記請求第１から８項記載の発光素子において、
偏光を出射する導波路型の前記発光素子は基板上に配線として設けられたリードフレームの上に実装されていることを特徴とする発光素子。
【請求項１０】
上記請求第９項記載の発光素子において、
偏光を出射する導波路型の前記発光素子は、前記リードフレームとの間に異方導電性フィルム或いは異方導電性ペーストを介して実装してあり、発光ダイオード素子の電極と相対する配線パターンを有するリードフレームとの間で電気的に導通がとれ、かつ前記発光ダイオード素子の電極間及び前記リードフレームのパターン間では絶縁性が保たれている実装が施してあることを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
上記請求第１０項記載の発光素子において、
偏光を出射する導波路型の前記発光ダイオード素子は基板上リードフレームに対して異方導電性フィルム或いは異方導電性ペーストを介してフリップチップ実装されていることを特徴とする発光素子。
【請求項１２】
上記請求第１から１１項記載の発光素子において、
偏光を出射する導波路型の前記発光ダイオード素子はＳｉ基板上に実装してあり、前記Ｓｉ基板には傾斜面或いはＶ溝が設けられていることにより反射面としても作用しており、さらに前記Ｓｉ基板には光検出用の受光素子が集積してあると共に、トランジスタからなる発光ダイオード素子の駆動回路及び受光素子の検出回路がモノリシックに集積してある構成であることを特徴とする発光素子。
【請求項１３】
上記請求第１から１２項記載の発光素子を携帯電話用、パーソナルコンピュータ用或いはテレビ用の液晶パネルのバックライト光源として搭載して構成してあることを特徴とするディスプレイ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
薄型ディスプレイを代表する液晶パネルを用いた表示装置では、従来から照明装置に冷陰極管をバックライトの光源として使用していたが、近年、半導体発光ダイオード素子をバックライトの光源に使用した大型液晶テレビが開発され、発表されている。また、携帯電話用の小型液晶パネルに用いるバックライトの光源には、青色半導体発光ダイオード素子と黄色蛍光体を組み合せて白色光源としたものが適用されている。
【０００２】
このような用途に用いられる半導体発光ダイオード素子（以下、単に発光ダイオード素子とも称する）では、従来より、出射光の拡がり角が大きくとれる面発光型の構成となっている。例えば、非特許文献１に記載の発光ダイオード素子を用いた照明装置の例では、当該発光ダイオード素子の片側の面に給電用の両電極を配置した構成として電流を流す面発光型とし、透明な基板側から素子全体で光を取り出していることが示されている。
【０００３】
また、発光ダイオード素子の素子特性を改善するために、特許文献１と特許文献２には、発光層から出射される偏光成分を強くする手法により、発光の取り出し効率を向上させて外部量子効率を増大させることができることについて述べられている。さらに、液晶パネルに対する偏光成分を活用するために、特許文献３と特許文献４には、高分子有機発光素子の偏光を強くする一軸性配向の高分子を作製する手法に関して記述されている。また、発光ダイオード素子と偏光板を組み合せて導光板に光を入射する液晶パネルの照明装置については、特許文献５及び特許文献６に述べられている。
【特許文献１】特開２００１‐１４４３２６号公報
【特許文献２】特開２００４‐９６１３２号公報
【特許文献３】特開平８‐３０６９５４号公報
【特許文献４】特開平９‐３０２１０７号公報
【特許文献５】特開２００２‐３６５６３４号公報
【特許文献６】特開２００３‐７１１４号公報
【非特許文献１】S. Nakamura et al, Jpn Journal of Appl.Phys., 34, L1332(1995).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これまで、携帯電話用のバックライトの光源に発光ダイオード素子が用いられている。さらに、通常、バックライトの光源に冷陰極管が用いられるモニターやテレビ用の大型液晶テレビにおいても、近年は発光ダイオード素子が光源として用いられるようになってきている。これまでの発光ダイオード素子では、当該発光ダイオード素子全体で発光光（出射光）が四方に発光するため、光の拡がり角が大きく、均一に光を出射するという特徴を有している。しかし、液晶パネルの偏光板を通すと、発光ダイオード素子から放出された光量の半分しか有効活用されない状況であり、発光ダイオード素子全体として光利用効率が低いという課題を有していた。前記した文献の何れにもこのような課題について記述がなく、後述する本発明の構成も、効果も示唆していない。
【０００５】
本発明の目的は、発光ダイオード素子全体の光利用効率を向上させて高効率で高輝度の発光素子と、この発光素子をバックライトの光源に用いた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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、表示装置を構成する液晶パネルの偏光板を透過できる偏光をあらかじめ発光ダイオード素子から強く取り出せるように発光層と導波路の構成を工夫することにより、発光素子全体の光利用効率を向上させた。
【０００７】
本発明において、液晶パネル表示装置における概液晶パネルのバックライトの光源として発光ダイオード素子の光利用効率を向上させるために工夫した構成について以下に述べる。
【０００８】
本発明では、液晶パネルにおける偏光板の偏光透過方向に対して、あらかじめ発光ダイオード素子から偏光を強く放出できるように、発光層の構成と導波路の構成を工夫し、かつ発光ダイオード素子から出射する光の発光強度分布を拡大できるように導波路の構成を工夫した。
【０００９】
本発明の発光ダイオード素子では、発光ダイオード素子を形成する際に、まず基板上に設ける発光層において面内に２軸性圧縮歪を大きく導入した量子井戸層を繰り返して積層することを行った。面内に圧縮歪を導入することにより、価電子帯の重い正孔帯と軽い正孔帯の縮退が解けて分裂することになり、相対的に浅いエネルギーバンドを形成する重い正孔帯の正孔と伝導帯の電子の間に選択的に再結合遷移が生じるため、発光層の面内に平行に強く偏波したＴＥ偏光を取り出すことができる。
【００１０】
即ち、発光ダイオード素子からは発光層に平行で、素子から出射する方向に垂直な方向に強く偏波した偏光を取り出せることになる。前記発光層と光導波層からなる導波路構造として、一方向にのみ導波された偏光を二つの相対する端面から出射するか、或いは一つの端面から出射するように設定すれば、導波路の方向に発光層と平行な方向に強く偏波した偏光を選択的に出射できる。この際、端面には反射膜を形成することにより反射率を制御して光出力を調整するが、片側の端面の反射率を小さくしもう片方の端面の反射率を大きく設定することによって、片側からのみ光出力を大きく取り出せる。導波路構造と反射率制御によって、必要とする方向へのみ強く偏波した偏光を高出力で取り出すことが可能となる。
【００１１】
次に、導波路の構成を有する発光ダイオード素子に対して、できるだけ光強度分布を拡大するために導入した構成について説明する。通常、導波路構造では、発光領域が制限されるため、出射光分布をできるだけ拡大する構成が必要である。直線的な導波路から出射した光強度分布よりも拡大するために、本発明では設定する導波路構造を出射する片側端面の有効発光層幅を広く設定し、もう一方の端面の発光層幅を非常に狭く縮小し他形状で設定しておき、発光層幅を広く設定した片側端面からのみ光出力を大きく取り出す構成とした。この際、発光層幅を広く設定した片側端面には低反射膜を形成し、発光層幅を狭く設定したもう一方の端面には高反射膜を形成することにより、低反射膜を形成した前面側にのみ高出力が得られるようにした。
【００１２】
この導波路構造の設定により、直線状の導波路に比べて、出射面から広い光強度分布を放出できる発光ダイオード素子を得ることができる。また、光出射面となる低反射膜を施した前面側を凸状の曲面とし、反射面となる高反射膜を施した後面には凹状の曲面とする構成とした。これによっても、出射面から光強度分布を拡大して放出できる発光ダイオード素子を得ることができる。
【００１３】
次に、本発明において、偏光の強い発光ダイオード素子を液晶パネル表示装置に適用した際の特徴を説明する。液晶パネルを用いた表示装置では、バックライトの照明光をできるだけ拡げるために拡散フィルムや拡散板を使用している。この拡散フィルムや拡散板に
は光を散乱する微粒子を含有しており、偏光成分が入射した際に散乱拡散するため、元の偏光成分がそのまま保存されず偏光比が小さくなることによりランダム拡散光になってしまうことが懸念される。偏光比の小さな偏光成分では、拡散フィルムや拡散板においてランダムな光となり、液晶パネルにおける偏光板では有効に活用される偏光成分として全体の半分程度しか有効に使用されなくなる。
【００１４】
液晶パネルの偏光板を透過する偏光成分として有効活用されるには、少なくとも偏光比が１０以上であることが望ましい。さらに、偏光比の大きな偏光成分を有することにより、発光素子と液晶パネルの間に設けられる拡散フィルム、或いは拡散板を透過しても偏光透過方向に透過する偏光成分を大きく確保することが可能となる。拡散フィルム、或いは拡散板を透過しても、偏光比が少なくとも２倍以上残存していれば、ランダムな光の場合に比べて光利用効率が少なくとも１.３倍以上確保できる。
【００１５】
実際、携帯電話用の厚さ０．１〜０．２ｍｍの拡散フィルムを通して見ると、本発明では偏光比約４８０を維持でき、液晶パネルの偏光板を透過して有効活用できる光利用効率はランダム光に対して約１．９９を示した。また、テレビ用の液晶パネルにおいては、バックライトの照射面積が大きく、光の拡散効果を十分に活用するため、拡散板と発光ダイオード素子の距離を大きくとる必要がある。拡散板と発光ダイオード素子の距離によっても、偏光比が減少してしまうため、偏光比の減少を評価する必要があった。
【００１６】
液晶テレビ用の厚さ２ｍｍの拡散板を通して見ると、本発明の発光ダイオード素子との距離１０ｍｍでは偏光比約２３を維持でき、距離２０ｍｍでは偏光比８を確保できたので、液晶パネルの偏光版を透過して有効活用できる光利用効率はランダム光に対してそれぞれ約１．９２と約１．７８となる。これらにより、偏光の強い発光ダイオード素子を液晶パネルを用いた表示装置のバックライトとして構成することで、拡散フィルムや拡散板を通しても光源としての光利用効率は２倍近くにまで向上できることになる。
【００１７】
このことは、本発明の発光ダイオード素子を用いた照明装置を適用することによって、液晶パネルのバックライト光源に対する消費電力を低減しても同じ光量を維持できることに相当する効果がある。また、従来の液晶パネルを用いた表示装置において、バックライトとして必要な同じ光量を達成するのに、発光ダイオード素子の数を減らすことにも相当する効果があることを意味する。
【００１８】
さらに、液晶パネルを用いた表示装置におけるバックライトの光源としての本発明の発光ダイオード素子の実装形態について説明する。携帯電話用のバックライトでは、発光ダイオード素子の出射光を導光板に通して光を拡げて上面側に取り出す。この際、発光ダイオード素子からの出射光は、一方向にのみ用いて導光板に入射して上面側に取り出した光を液晶パネルの偏光板に通している。本発明における導波路を備えた発光ダイオード素子の構成はこれに適合しており、片側端面の一方向にだけ強い偏光を高出力で出射しすることにより導光板に入射でき、かつ上面側に偏光成分を保存して液晶パネルの偏光板に導入できることになる。
【００１９】
また、携帯電話用のバックライトでは、複数個お発光ダイオード素子を用いるので、発光分布が重なる領域では偏光強度を補うことが可能である。これにより、複数個の発光ダイオード素子で拡大照射された光分布領域では、全面ほぼ均一な偏光になるように反映される。このことは大面積で均一な照明を得ることに有効に作用する。
【００２０】
次に、大型液晶テレビ用のバックライトにも適用できるように、発光ダイオード素子の実装を工夫することにより、大面積で均一な照明ができるようにした構成について説明する。液晶テレビでは、バックライトの照射面積が大きく光を十分拡散させるため、また赤緑青(ＲＧＢ)３色の発光ダイオード素子の混色を十分得るために、拡散板と発光ダイオード素子との距離を大きくとる必要があるが、この距離をできるだけ小さくするように、実装することも薄型化の観点から重要である。
【００２１】
その解決手段の一つとしては、片側端面に強い偏光を出射する導波路を有する発光ダイオード素子をＲＧＢの各色ごとに長いサブマウントに実装し、これらのサブマウントをできるだけ接近させて混色させる構成とする。ＲＧＢ色のサブマウントを数多く基板に実装して、大面積で均一なバックライト光源とする。または、片側或いは両側に４５度の傾斜面を反射面にできるサブマウント或いは反射板を設定し、導波路発光ダイオード素子から片側端面或いは両端面に放出する出射光を反射面から上面に立ち上げる構成とする。この反射面サブマウントや反射板ごとにＲＧＢ色の発光ダイオード素子を近接して実装することにより混色させる構成とする。上記発光ダイオード素子の実装により、拡散板との距離を多くとも２０ｍｍ以下に設定したバックライト光源を有する大型テレビ用液晶パネル表示装置も構成することができる。
【００２２】
本発明の偏光の強い発光素子を用いると、液晶パネルの偏光板との組み合せにおいて、通常の偏光比の大きな偏光板に比べて偏光比が小さくなる偏光板であっても、液晶パネルの偏光比を大きく保つことができる。例えば、塗布により高分子偏光膜を形成した塗布型の偏光板で構成されており、偏光比が通常の偏光板よりも偏光比が小さくなる場合でも、前記発光素子の偏光成分が塗布型偏光板を透過することにより、液晶パネルにおける偏光比が少なくとも５０００対１以上を確保する構成が可能である。塗布型の偏光板は通常の偏光板よりも低価格の材料と工程でできかつ大面積に作製できるので、液晶パネルの低コスト化に有利であることが言える。
【００２３】
本発明は、上記構成に基づいて、光利用効率の高い偏光を放出できる導波路型の発光ダイオード素子で構成した照明装置を提供し、かつ発光ダイオード素子の実装を工夫することにより、白色を得るために十分な混色が可能であり、かつ大面積で均一なバックライト照明となる光源を提供する。本発明の発光ダイオード素子を用いた照明装置により、低消費電力や低コストの液晶パネルを用いた表示装置が実現可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、液晶パネルに用いるバックライトの光源となる発光ダイオード素子に対して、あらかじめ強く偏波された直線偏光を発光層から出射できるように設定し、液晶パネルに対する光利用効率の改善を図ることができる。発光ダイオード素子における発光層の構成と導波路の構成を規定することにより、発光層から放出される光は、発光層に平行で出射方向に垂直な偏光方向を有する偏光成分で、少なくとも偏光比１０以上の偏光として取り出すことができ、かつ導波路の方向にのみ出射する方向性を保った偏光成分を液晶パネルのバックライトに利用することが可能となる。
【００２５】
偏光比の大きな偏光成分を有することにより、前記発光素子と液晶パネルの間に設けられた拡散フィルム或いは拡散板を透過しても偏光比が少なくとも２倍以上残存しており、ランダムな光の場合に比べて光利用効率が少なくとも１.３倍以上確保することが可能である。従来のランダムな光を発する発光素子では、液晶パネルの偏光板に通す際に光量が半分にまで低下していたが、本素子では偏光を強くすることにより光利用効率を２倍近くにまで向上させることができるようになった。
【００２６】
また、液晶パネルでバックライトの照明範囲を拡大するために使用される拡散フィルムや拡散板を通しても、本発明の発光ダイオード素子の強く偏波した偏光成分では通過前よりも偏光比は弱まるものの、偏光比は依然高く保てることを見出した。本発明の発光素子では、まず携帯電話用の液晶パネルに用いられる厚さ０．１〜０．２ｍｍの拡散フィルムを通して偏光比を評価した結果、光利用効率が１．９９倍に改善できていることが判った。また、大型液晶テレビに用いられる厚さ２ｍｍ程度の拡散板を通して偏光比を評価した結果、発光ダイオード素子と拡散板の距離が10mmの場合で光利用効率は１．９２倍あり、発光素子と拡散板の距離が２０ｍｍの場合でも光利用効率は１．７８倍に改善できていることが確認された。
【００２７】
本発明の偏光の強い発光ダイオード素子を用いると、塗布型の偏光板で構成された液晶パネルを用いても、偏光比を大きく保つことができる。本発明の偏光の強い発光ダイオード素子の偏光成分が塗布型偏光板を透過することにより、液晶パネルにおける偏光比が少なくとも５０００対１以上を確保する構成が可能である。塗布型の偏光板は通常の偏光板よりも低価格の材料と工程で作製できるので、液晶パネルを低コストにできるので有利となる。
【００２８】
以上により、本発明の発光ダイオード素子を適用することによって、液晶パネル用のバックライトの光源に対する消費電力を低減しても同じ光量を維持できる効果がある。また、従来の液晶パネルで必要な同じ光量を達成するのに対して発光素子の数を減らすことが可能となった。このため、バックライトの光源のドライバに対する負荷を減らし、低電力用のドライバや少数の発光ダイオード素子で液晶パネルのバックライトの光源を動作適用できるので、コスト低減にも効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００３０】
図1から９を用いて、本発明の実施例１を以下に説明する。図１は、本発明の実施例１を説明する携帯電話用の表示装置の上面図である。また、図２は、図１に示した携帯電話用の表示装置の断面図である。図１の上面図と図２の断面図には、携帯電話用の液晶パネル表示装置を構成する液晶パネルとバックライト及び光学系を示す。携帯電話用の液晶パネル表示装置では、導光板１に対して、接着支持フィルム２に固定された複数の発光ダイオード素子を有し、それぞれの発光ダイオード素子３からの光線４が液晶パネル側に図１のように入射され、拡がった拡散光が導光板１上の液晶パネル８全体を照明すことになる。
【００３１】
これを断面で見ると、図２に示すように、接着支持フィルム２上に固定された発光ダイオード素子３から出射された光線４が導光板１中を導波し拡散光として放出された後、液晶パネル８とは逆の面にプリズムを形成した逆プリズムシート５を通して上方向（液晶パネル方向）に立ち上げられ、拡散フィルム６を通過してバックライトの光線となる。その後、このバックライトの光線は液晶パネル８の背面側に設けた偏光板７を通り、薄膜トランジスタ基板とカラーフィルタ基板の間に液晶を挟持して構成した液晶パネル８を通過して、反対側の偏光板９に到達し、出射して観測される。
【００３２】
このとき、通常は偏光板７を通る際に、ランダムな拡散光であれば、光強度の約半分しか偏光板７を通過できず、バックライトとしての光利用効率は半分程度となる。しかしながら、バックライトの光線をあらかじめ偏光させておき、偏光板７の偏光透過方向に入射するように、導光板や光学系を設定しておけば、液晶パネル８に対するバックライトの光利用効率は改善できる。実施例１では、バックライトの光源としての発光ダイオード素子３をあらかじめ強く直線偏光させた構造とし、その偏光を一方向で出射しその方向で導波できる強い偏光をバックライトの光線として利用できるようにする導波路構造としている。また、バックライトの光線として利用する側にのみ強度の強いを発光ダイオード素子の端面から出射できるように、端面反射膜の反射率を制御しまた非対称な導波路構造とするようにした。
【００３３】
図３は、本発明の実施例１における発光ダイオード素子の構成を説明する断面図である。また、図４は、本発明の実施例１における発光ダイオード素子の構成を説明する上面である。断面図を示す図３において、まずサファイア単結晶基板或いはＧａＮ単結晶基板１０上に、ＧａＮバッファ層１１、n型ＧａＮ層１２、ｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子光導波層１３、n型ＡｌＧａＮ光導波層１４、圧縮歪を導入したＧａＩｎＮ／ＧａＮ多重量子井戸活性層１５、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層１６、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子光導波層１７、ｐ型ＧａＮ層１８、ｐ型ＧａＩｎＮ／ＧａＮ層１９を順次有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長して設ける。
【００３４】
その後、フォトリソグラフィーとエッチングにより導波路幅Ｗを有する導波路を形成して、その両側を高抵抗ＧａＮ層或いは絶縁膜２０を設ける。次に、フォトリソグラフィーとエッチングを適用して、n側電極２１とｐ側電極２２を蒸着により設ける。上面図を示す図４において説明すると、発光ダイオード素子２３の全体に対して、電極２１と２２は導波路の方向に設定してあり、導波路方向に導波路幅Ｗは同じ値で設定して直線状に導波路が設けてある。素子を分離した後、片側の端面に低反射膜のコーティングを施しもう一方の端面に高反射膜を形成する。これらの作製工程を経ることにより、発光波長が近紫外光から青色の領域である発光ダイオード素子２３を得る。
【００３５】
上記において、発光層である多重量子井戸層１５にＩｎ組成を大きく設定して２軸性圧縮歪を導入することにより、ＧａＩｎＮ量子井戸層の価電子帯における重い正孔帯と軽い正孔帯の分離が大きくなり、エネルギーの低い重い正孔と電子が遷移する確率が高く強いＴＥ偏光を出射するようになる。このＴＥ偏光の方向は、発光層に平行で導波方向に垂直な方向に直線偏波している。偏光比は少なくとも１０以上は容易に達成できている。上記導波路構造では、導波路を構成する際に形成した埋め込み層２０によって、導波路の方向と違う方向に光が大きく漏れないようにできている。
【００３６】
これにより、導波路を形成した一方向にのみ偏光が伝播するようにして、偏光を有効活用する方向を規定している。さらに、端面に反射膜を形成して、前面側に低反射膜とし後面側に高反射膜を施すことによって、前面側に偏光を強く選択的に取り出すことができる。導波路を形成する際には、できるだけ発光幅を大きくしてバックライトの光線を拡げるため、導波路幅Ｗはできるだけ大きくなるように設定した。
【００３７】
図５は、本発明における発光ダイオード素子を搭載する実装素子を示す断面図である。発光ダイオード素子２３を実装する際には、図５に示すように、まずサブマウント２５上にダイワイヤボンディングするかフリップチップ実装することにより固定し、サブマウント２５を例えば金属基板２６上に設けた薄い絶縁シート２７上に搭載する。フリップチップ実装する際には、異方導電性フィルム或いは異方導電性ペーストを用いて、配線と発光ダイオード素子との間に導電性を確保しながら実装することができる。また、上記サブマウントは、リードフレームとすることでも対応できる。その後、反射板２８を設け、黄色の蛍光体を含有した樹脂２９をモールドする。金属基板２６に代えて、セラミックス基板或いはガラス・エポキシ（ガラエポ）基板を用いることができる。また、絶縁シート２７の代わりに接着剤を用いてもよい。以下の実施例でも同様である。
【００３８】
上記では、発光波長を青色とした発光ダイオード素子２３と黄色の蛍光体により、混色させて白色のバックライト光源とした。他に、蛍光体を含有した樹脂２９に、緑色と赤色の蛍光体を導入することにより、発光波長を青色とした発光ダイオード素子２３と組み合わせて、混色させた白色のバックライト光源とすることもできる。また、発光波長を近紫外光とした発光ダイオード素子２３と、蛍光体を含有した樹脂２９に青色と緑色と赤色の蛍光体を導入して組み合わせ、混色させた白色のバックライト光源とすることもできる。
【００３９】
図５に示したように、発光ダイオード素子２３を実装したものを図１及び図２に示した所定の位置に設定して、バックライトの光源とする。この際、バックライトの光源としては、できるだけ広範囲に拡がる光線を形成できるようにするため、発光ダイオード素子から放出される出射光はできるだけ広い角度で拡がる方が望ましく有利である。これに対して、導波路構造を工夫することによって、出射光の広がり角を大きくするようにした。
【００４０】
図６は、本発明における発光ダイオード素子の実施例の変形例を示す上面図である。図６に示すように、出射光が放出される前端面では導波路幅Ｗをできるだけ広く設定し、反射面となる後端面では導波路幅Ｗをできるだけ狭く設定した曲線状導波路３０を構成することにより、前端面から放出される出射光の広がり角を図４の直線状の導波路よりも大きくすることができた。
【００４１】
図７は、本発明における発光ダイオード素子の他の変形例を示す上面図である。図７は曲線状の導波路を示す。図８は、本発明における発光ダイオード素子のさらに他の変形例を示す上面図である。図８には、反射面となる後端面に凹面状の曲面とした曲線状導波路３１を示した、前端面に凸面状の曲面とし後端面に凹面状の曲面とした曲線状導波路３２とすることが可能である。図７や図８における端面が凹凸状の曲面を有する曲線状導波路では、図６における曲線状導波路の場合よりも、前端面から放出される出射光の広がり角を大きくすることが可能であった。
【００４２】
これらにより、導波路型の発光ダイオード素子でも広がり角を大きく設定することができ、偏光を一方向に出射し有効活用させることが可能であった。偏光の強い発光素子１個に対して評価すると、携帯電話用の液晶パネルに用いられる厚さ０．１〜０．２ｍｍの拡散フィルムを通して偏光比を評価した結果、通過前よりも偏光比は弱まるものの、偏光比は約４８０倍を確保でき光利用効率が１．９９倍に改善できていた。
【００４３】
図９は、本発明の発光ダイオード素子を用いた携帯電話用の液晶パネル表示装置の上面図である。図９に示すように、駆動電源回路３６と配線３５を通して、本発明の実施例１による偏光が強く導波路型の発光ダイオード素子３４を配列して動作させ、薄膜トランジスタ基板とカラーフィルタ基板で液晶を挟持してなる液晶パネル３３に対してバックライトとして使用して評価した。その結果、従来の面発光型のランダムな光を放出する発光ダイオード素子に比較して、同じ光量やパネル上での同じ輝度を達成するのに、動作電流や動作電圧が低く消費電力を低減できた。また、発光ダイオード素子をパルス駆動で使用することにより、消費電力をさらに低減することが可能である。
【００４４】
実施例１の偏光の強い発光ダイオード素子を用いると、塗布型の偏光板で構成された液晶パネルと組み合せても、偏光比を大きく保つことができる。実施例１の発光ダイオード素子で構成したバックライトと塗布型偏光板を用いると、液晶パネルにおける偏光比が少なくとも５０００対１以上を確保する構成が可能となる。実施例１のバックライトを用いることで、塗布型の偏光板を用いてた液晶パネルでも偏光比を保ち、液晶パネルを低コスト化できるというメリットがある。
【００４５】
なお、実施例１の発光ダイオード素子と導光板等の光学系は、携帯電話用の液晶パネルだけでなく、パーソナルコンピュータ用液晶パネルのバックライト光源と光学系にも適用できる。
【実施例２】
【００４６】
図１０から図１４を用いて、本発明の実施例２を説明する。図１０は、本発明の発光ダイオード素子を用いたテレビ用液晶パネル表装置の断面図である。図１１は、実施例２における発光ダイオード素子を搭載する実装素子を示す上面図である。図１２は、実施例２の発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す断面図である。図１３は、実施例２の実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の断面図である。図１４は、実施例２の実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の上面図である。
【００４７】
図１０に示したように、例えば、断面図を示す図１０を用いて、テレビ用の液晶パネルとバックライト及び光学系を説明する。テレビ用の液晶パネルに対する発光ダイオード素子のバックライトでは、例えば金属基板２６上の絶縁シート２７上に、サブマウント２５に実装された赤色３７と緑色３８と青色３９それぞれの発光ダイオード素子を搭載し、反射板２８を設定し樹脂２９をモールドした構成とする。
【００４８】
赤、緑、青（Ｒ,Ｇ,Ｂ）３色の光源３７と３８と３９を接近させて実装することにより、混色された白色のバックライトの光線４となる。図１０に示すように、実装された発光ダイオード素子３７と３８と３９の混色白色光バックライトの光線４がまず空間を通り、その後光線の均一な広がりを持たせるため拡散板４０を通し、液晶パネル４４側にプリズム面を有する正プリズムシート４１を通じて上方向（液晶パネル４４側）に立ち上げられ、さらに薄い拡散フィルム４２を通過する。その後、バックライトの光線はテレビ用液晶パネルの偏光板４３を通り、テレビ用薄膜トランジスタとテレビ用液晶パネル４４を通過して、反対側の偏光板４５に到達し、出射して観測される。
【００４９】
このとき、通常は偏光板４３を通る際に、ランダムな拡散光であれば、光強度の約半分しか偏光板４３を通過できず、バックライトとしての光利用効率は半分程度となる。しかしながら、バックライトの光線をあらかじめ偏光させておき、偏光板４３の偏光方向に入射するように、光学系を設定しておけば、液晶パネルに対するバックライトの光利用効率は改善できる。実施例２では、バックライトの光源としての発光ダイオード素子３７や３８や３９をあらかじめ強く偏光させた発光層の構造とし、その偏光を一方向で出射しその方向で導波できる強い偏光をバックライトの光線として利用できるようにする導波路構造としている。また、バックライトの光線として利用する側にのみ強度の強いを発光ダイオード素子の端面から出射できるように、端面反射膜の反射率を制御しまた非対称な導波路構造とするようにした。
【００５０】
実施例２における発光ダイオード素子３７、３８、３９の詳細構成を以下に説明する。発光波長が青色や緑色の発光ダイオード素子では、実施例１に記述した内容と同様にして、同じ材料を用いて素子を作製することができる。即ち、図３に示すのと同様に、まずサファイア単結晶基板或いはＧａＮ単結晶基板１０上に、ＧａＮバッファ層１１、n型ＧａＮ層１２、ｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子光導波層１３、ｎ型ＡｌＧａＮ光導波層１４、圧縮歪を導入したＧａＩｎＮ／ＧａＮ多重量子井戸活性層１５、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層１６、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子光導波層１７、ｐ型ＧａＮ層１８、ｐ型ＧａＩｎＮ／ＧａＮ層１９を順次有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長して設ける。その後、フォトリソグラフィーとエッチングにより導波路幅Ｗを有する導波路を形成して、その両側を高抵抗ＧａＮ層或いは絶縁膜２０を設ける。
【００５１】
次に、フォトリソグラフィーとエッチングを適用して、n側電極２１とｐ側電極２２を蒸着により設ける。図４に示すのと同様に、導波路方向に導波路幅Ｗは同じ値で設定して直線状に導波路が設けてある発光ダイオード素子を作製できる。素子を分離した後、片側の端面に低反射膜のコーティングを施しもう一方の端面に高反射膜を形成する。また同様な工程を経て、図６と７及び８に示すような、曲線状導波路を有する発光ダイオード素子を得ることができる。
【００５２】
上記発光層を設ける際において、圧縮歪を導入したＧａＩｎＮ／ＧａＮ多重量子井戸活性層を有する発光層の形成条件を調節し、主にＧａＩｎＮ量子井戸層のＩｎ組成及びＧａＩｎＮ量子井戸幅を調整することによって、発光波長が青色から緑色の領域で選択できる。これにより、青色と緑色の発光ダイオード素子を形成した。
【００５３】
次に、発光波長が赤色の発光ダイオード素子では、実施例１に記述した内容と同様にして、ＡｌＧａＩｎＰ材料を用いて素子を作製することができる。同様にして、まずｎ型ＧａＡｓ単結晶基板上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、n型ＡｌＧａＩｎＰ光導波層、圧縮歪を導入したＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ光導波層、ｐ型ＧａＩｎＰ層、ｐ型ＧａＡｓ層を順次有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長して設ける。その後、フォトリソグラフィーとエッチングにより導波路幅Ｗを有する導波路を形成して、その両側を高抵抗ＡｌＩｎＰ層或いは絶縁膜を設ける。
【００５４】
次に、フォトリソグラフィーとエッチングを適用して、n側電極とｐ側電極を蒸着により設ける。図４に示すのと同様に、導波路方向に導波路幅Ｗは同じ値で設定して直線状に導波路が設けてある発光ダイオード素子を作製できる。素子を分離した後、片側の端面に低反射膜のコーティングを施しもう一方の端面に高反射膜を形成する。また、同様な工程を経て、図６と７及び８に示すような、曲線状導波路を有する発光ダイオード素子を得ることができる。上記発光層を設ける際において、圧縮歪を導入したＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層を有する発光層の形成条件を調節し、主にＡｌＧａＩｎＰ量子井戸層のIn組成及びＡｌＧａＩｎＰ量子井戸幅を調整することによって、発光波長が橙色から赤色の領域で選択できる。これにより、赤色の発光ダイオード素子を形成した。
【００５５】
また、別に光導波損失を小さくすることにより、光出力の大きな発光ダイオード素子を構成することができる。即ち、基板に用いるＧａＡｓ単結晶基板は上記発光波長に対して禁制帯幅エネルギー幅が小さくなるため光吸収を生じるので、発光波長に対して透明な基板に置き換えた。これは、上記と同様にして、ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層、ｎ型ＧａＩｎＰ層、n型ＡｌＧａＩｎＰ光導波層、圧縮歪を導入したＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層、p型ＧａＩｎＰ層、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ光導波層、ｐ型ＧａＩｎＰ層までを順次有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長して設ける。その後、発光波長に対して透明な基板である、ガラス基板やサファイア基板などのセラミック基板及びＧａＰ基板やＧａＮ基板などの半導体基板に表面のｐ型ＧａＩｎＰ層を貼り合せる。
【００５６】
次に、ｎ型ＧａＡｓ基板とｎ型ＧａＡｓバッファ層を選択的にエッチング除去する。さらに、フォトリソグラフィーとエッチングにより導波路幅Ｗを有する導波路を形成して、その両側を高抵抗ＡｌＩｎＰ層或いは絶縁膜を設ける。次に、フォトリソグラフィーとエッチングを適用して、n側電極とｐ側電極を蒸着により設ける。図４に示すのと同様に、導波路方向に導波路幅Ｗは同じ値で設定して直線状に導波路が設けてある発光ダイオード素子を作製できる。素子を分離した後、片側の端面に低反射膜のコーティングを施し、もう一方の端面に高反射膜を形成する。また同様な工程を経て、図６と７及び８に示すような、曲線状導波路を有する発光ダイオード素子を得ることができる。上記発光層を設ける際において、圧縮歪を導入したＡｌＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸活性層を有する発光層の形成条件を調節し、主にＡｌＧａＩｎＰ量子井戸層のIn組成及びＡｌＧａＩｎＰ量子井戸幅を調整することによって、発光波長が橙色から赤色の領域で選択できる。これにより、赤色の発光ダイオード素子を形成した。
【００５７】
上記において、発光層である多重量子井戸層にIn組成を大きく設定して２軸性圧縮歪を導入することにより、ＧａＩｎＮ量子井戸層或いはＡｌＧａＩｎＰ量子井戸層の価電子帯における重い正孔帯と軽い正孔帯の分離が大きくなり、エネルギーの低い重い正孔と電子が遷移する確率が高く強いＴＥ偏光を出射するようになる。このＴＥ偏光の方向は、発光層に平行で導波方向に垂直な方向に直線偏波している。偏光比は少なくとも１０以上は容易に達成できている。上記導波路構造では、導波路を構成する際に形成した埋め込み層によって、導波路の方向と違う方向に光が大きく漏れないようにできている。
【００５８】
これにより、導波路を形成した一方向にのみ偏光が伝播するようにして、偏光を活用する方向を規定できている。さらに、端面に反射膜を形成して、前面側に低反射膜とし後面側に高反射膜を施すことによって、前面側に偏光を強く選択的に取り出すことができる。導波路を形成する際には、できるだけ発光幅を大きくしてバックライトの光線を拡げるため、導波路幅はできるだけ大きくなるように設定した。
【００５９】
ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子を実装する際には、図１０に示すように、まずサブマウント２５上にダイワイヤボンディングするかフリップチップ実装することにより固定し、サブマウント２５を例えば金属基板２６上に設けた薄い絶縁シート２７上に搭載する。フリップチップ実装する際には、異方導電性フィルム或いは異方導電性ペーストを用いて、配線と発光ダイオード素子との間に導電性を確保しながら実装することができる。また上記サブマウントは、リードフレームとすることでも対応できる。その後、反射板２８を設け、ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子に対して拡散粒子を分散させた樹脂２９をモールドする。上記により、ＲＧＢの発光ダイオード素子の出射光を混色させた白色のバックライト光源とすることができる。
【００６０】
バックライトの光源としては、できるだけ広範囲に拡がる光線を形成できるようにするため、発光ダイオード素子から放出される出射光はできるだけ広い角度で拡がる方が望ましく有利である。これに対して、導波路構造を工夫することによって、出射光の広がり角を大きくするようにした。図６に示すように、出射光が放出される前端面では導波路幅Ｗをできるだけ広く設定し、反射面となる後端面では導波路幅Ｗをできるだけ狭く設定した曲線状導波路を構成することにより、前端面から放出される出射光の広がり角を直線状の導波路よりも大きくすることができた。曲線状の導波路は、図７に示した、反射面となる後端面に凹面状の曲面とした曲線状導波路や、図８に示した、前端面に凸面状の曲面とし後端面に凹面状の曲面とした曲線状導波路とすることが可能である。
【００６１】
図７や図８における端面が凹凸状の曲面を有する曲線状導波路では、図６における曲線状導波路の場合よりも、前端面から放出される出射光の広がり角を大きくすることが可能であった。これらにより、導波路型の発光ダイオード素子で広がり角を大きく設定し、偏光を一方向に出射し有効活用させることが可能であった。偏光の強い発光素子１個に対して評価すると、テレビ用の液晶パネルに用いられる厚さ２ｍｍの拡散板を通して偏光比を評価した結果、通過前よりも偏光比は弱まるものの、発光素子と拡散板の距離が１０ｍｍの場合で偏光比が約２３を確保でき光利用効率は１．９２倍あり、発光素子と拡散板の距離が２０ｍｍの場合でも偏光比が約８を確保でき光利用効率は１．７８倍に改善できていることを確認した。
【００６２】
これらの発光ダイオード素子に対して、緑色の素子でさらに輝度を稼ぐために同じ緑色の発光ダイオード素子を２個実装して用いる。上面図を示す図１１において、赤色の発光ダイオード素子３７を一個と緑色発光ダイオード素子３８を二個及び青色発光ダイオード素子３９を一個、サブマウント２５に実装し、図１０に相当する構成で素子の反射板２８の開口部に配置させる。その後、拡散粒子を分散させた樹脂２９をモールドして、３色の発光ダイオード素子で白色光源として一つの単位を構成する。
【００６３】
次に、図１２に示すように、白色光源の一つの単位４６をユニット基板４７に数個搭載して、白色光源ユニットとする。例えば、この場合、白色光源の一つの単位４６を八個搭載して、白色光源ユニットとしている。この白色光源ユニットをバックライトとして、図１０と同様にして構成したのが図１３である。例えば、ユニット用金属基板４８とその絶縁シートと配線を敷いた４９上に白色光源の一つの単位４６を搭載した場合の断面図を示してある。その他の光学的な構成は、図１０と全く同様である。
【００６４】
図１４には、複数個の白色光源単位４６を搭載したユニット基板４７を各大きさのテレビ用液晶パネルのサイズに合うように敷き詰め、バックライトとして機能するようにした場合を示してある。この際、複数個の白色光源単位４６を搭載したユニット基板４７が敷き詰められているバックライト光源版５０は、テレビ用液晶パネルに対して、拡散板を通して大面積で均一な照明とすることができ、ユニット基板４７の数と配置を変えることにより、テレビ用液晶パネルのバックライト光源として対応できる。
【００６５】
本実施例では、偏光が強く導波できる導波路型の発光ダイオード素子を用いて、広がり角を大きく設定し偏光を一方向に出射し有効活用できる光源とすると共に、ＲＧＢ３色の混色による白色光源を構成して、テレビ用液晶パネルの拡散板を通しても偏光比と光利用効率を高く確保することが可能となった。
【００６６】
このため、テレビ用液晶パネルに対して大面積で均一なバックライトとすることができる上に、従来の面発光型のランダムな光を放出する発光ダイオード素子を搭載した場合に比較して、同じ光量やパネル上での同じ輝度を達成するのに、動作電流や動作電圧が低く消費電力を低減できる効果がある。また、本発光素子では、従来の面発光型のランダムな光を放出する発光ダイオード素子を搭載した場合に比較して、光利用効率が高いため、発光ダイオード素子の数を減らすことも可能であり、低コスト化が図れる。液晶パネルの偏光板についても、偏光比の小さい偏光板を用いることや低価格の偏光板を用いることでも対応できるため、低コストに有利である。
【００６７】
さらに、ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子を同時に或いは独立にパルス電流で駆動することにより、消費電力を格段に低減することが可能である。また、液晶パネルに使用されているカラーフィルタとＲＧＢ３色の発光ダイオード素子の動作を組み合せて色表示を行うことにより、色再現範囲を拡大しさらに黒白表示の性能も向上させることが可能である。本実施例の発光素子と光学系は、小型テレビ用から大型テレビ用の液晶パネルのバックライト光源と光学系に適用できる。
【実施例３】
【００６８】
図1５から１９を用いて、本発明の実施例３を以下に説明する。図１５は、実施例３の発光ダイオード素子をサブマウント上に実装する横面図である。図１６は、実施例３の発光ダイオード素子をサブマウント上に実装する上面図である。図１７は、実施例３の発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す上面図である。図１８は、実施例３の実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の断面図である。図１９は、実施例３の実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の上面図である。
【００６９】
実施例３も、実施例２と同様にして、ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子を作製して実装を行うが、図１５及び図１６に示したように発光ダイオード素子の配列と実装を行う。断面図を示す図１５において、サブマウント５２上にメタル配線５３を行ったものに、ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子３７、３８、３９を並べて配列実装する。フリップチップ実装の際には、異方導電性フィルム或いは異方導電性ペーストを用いて、配線と発光ダイオード素子との間に導電性を確保しながら実装することができる。またこの際、サブマウントはリードフレームでもよく、また金属や半導体やセラミックでもよい。
【００７０】
上面図を示す図１６では、図１５で示したサブマウントの面とは反対の側の面に同じようにＲＧＢ３色の発光ダイオード素子を並べて配列実装する。次に、図１７に示すように、この配列実装したサブマウントを対応するユニット基板４７上に実装し、相当する長さを有した反射板５４を搭載して、バックライト用の白色光源ユニットとする。
【００７１】
この白色光源ユニットをバックライトとして図１８に示す。例えば、ユニット用金属基板４８とその絶縁シートと配線を敷いた４９上に白色光源ユニット基板４７を搭載した場合の断面図を示してある。その他の光学的な構成は、図１０や図１３と全く同様である。図１９にはＲＧＢ３色の発光ダイオード素子を搭載したユニット基板４７を各大きさのテレビ用液晶パネルのサイズに合うように敷き詰め、バックライトとして機能するようにした場合を示してある。この際、ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子ユニット基板４７が敷き詰められているバックライト光源版５０は、テレビ用液晶パネル５１に対して、拡散板を通して大面積で均一な照明とすることができ、ユニット基板４７の数と配置を変えることにより、テレビ用液晶パネルのバックライト光源として対応できる。実施例３においても、実施例２と同様に、テレビ用液晶パネルに対するバックライトとして同様な効果がある。
【実施例４】
【００７２】
図２０から２３を用いて、本発明の実施例４を以下に説明する。図２０は、実施例４の発光ダイオード素子をサブマウント上に実装する上面図である。図２１は、実施例４の発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す上面図である。図２２は、実施例４の発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す断面図である。図２３は、実施例４の実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の上面図である。
【００７３】
実施例４は、実施例２や実施例３と同様にして、ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子を作製して実装を行うが、図２０のように素子の配列と実装を行う。断面図を示す図１５と同様に実装するが、図２０に示すように、サブマウント５２上にメタル配線５３を行ったものに、各サブマウントの面にＲＧＢ３色のうち１色の発光ダイオード素子を並べて実装する。フリップチップ実装の際には、異方導電性フィルム或いは異方導電性ペーストを用いて、配線と発光ダイオード素子との間に導電性を確保しながら実装することができる。
【００７４】
またこの際、サブマウントはリードフレームでもよく、また金属や半導体やセラミックでもよい。次に、図２１の上面図に示すように、この配列実装したサブマウントを対応するユニット基板４７上に実装し、相当する長さを有した反射板５４を搭載して、バックライト用の白色光源ユニットとする。
【００７５】
この白色光源ユニットをバックライトとして実装した状態を図２２に示す。図２２は、ユニット用金属基板４８とその絶縁シートと配線を敷いた４９上に白色光源ユニット基板４７を搭載した場合の例を断面図を示してある。その他の光学的な構成は、図１０や図１３と全く同様である。図２３には、ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子を搭載したユニット基板４７を各大きさのテレビ用液晶パネルのサイズに合うように敷き詰め、バックライトとして機能するようにした場合を示してある。この際、ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子ユニット基板４７が敷き詰められているバックライト光源版５０は、テレビ用液晶パネル５１に対して、拡散板を通して大面積で均一な照明とすることができ、ユニット基板４７の数と配置を変えることにより、テレビ用液晶パネルのバックライト光源として対応できる。本実施例においても、実施例２や実施例３と同様に、テレビ用液晶パネルに対するバックライトとして同様な効果がある。
【実施例５】
【００７６】
図２４から２７を用いて、本発明の実施例５を以下に説明する。図２４は、実施例５の発光ダイオード素子をサブマウント上に実装する上面図である。図２５は、実施例５の発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す上面図である。図２６は、実施例５の発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す断面図である。図２７は、実施例５の実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の上面図である。
【００７７】
実施例５は、実施例２、実施例３、実施例４と同様にして、ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子を作製して実装を行うが、図２４のように素子の配列と実装を行う。断面図を示す図１５と同様に実装するが、図２４に示すように、サブマウント５２上にメタル配線５３を行ったものに、サブマウントの切り出した面も使用して、各面の３面に対してＲＧＢ３色のうち１色の発光ダイオード素子を並べて実装する。サブマウントの上面に相当する面には、図２６の断面に示すように両側に傾斜面を設けて反射面として使用する。
【００７８】
これにより、サブマウントの上面に実装した発光ダイオード素子では、その端面から放出した出射光が反射面から反射して立ち上がり、偏光成分はＲＧＢ３色の発光ダイオード素子ともに、偏光方向が確保されて上面へ照射されることになる。フリップチップ実装の際には、異方導電性フィルム或いは異方導電性ペーストを用いて、配線と発光ダイオード素子との間に導電性を確保しながら実装することができる。またこの際、サブマウントはリードフレームでもよく、また金属や半導体やセラミックでもよい。
【００７９】
次に、図２５の上面図に示すように、この配列実装したサブマウントを対応するユニット基板４７上に実装し、相当する長さを有した反射板５４を搭載して、バックライト用の白色光源ユニットとする。この白色光源ユニットをバックライトとして図２６に示す。例えば、ユニット用金属基板４８とその絶縁シートと配線を敷いた４９上に白色光源ユニット基板４７を搭載した場合の断面図を示してある。その他の光学的な構成は、図１０や１３及び２２と全く同様である。
【００８０】
図２７にはＲＧＢ３色の発光ダイオード素子を搭載したユニット基板４７を各大きさのテレビ用液晶パネルのサイズに合うように敷き詰め、バックライトとして機能するようにした場合を示してある。この際、ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子ユニット基板４７が敷き詰められているバックライト光源版５０は、テレビ用液晶パネル５１に対して、拡散板を通して大面積で均一な照明とすることができ、ユニット基板４７の数と配置を変えることにより、テレビ用液晶パネルのバックライト光源として対応できる。本実施例においても、実施例２や３及び４と同様に、テレビ用液晶パネルに対するバックライトとして同様な効果がある。
【実施例６】
【００８１】
図２８から３１を用いて、本発明の実施例６を以下に説明する。図２８は、実施例６の発光ダイオード素子を反射板上に実装する断面図である。図２９は、実施例６の発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す上面図である。図３０は、実施例６の発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す断面図である。図３１は、実施例６の実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の上面図である。
【００８２】
実施例６は、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５と同様にして、ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子を作製して実装を行うが、図２８の断面図に示すように、金属基板５５の上に反射板５６を形成した中央の台の上に発光ダイオード素子５７の配列と実装を行う。フリップチップ実装の際には、異方導電性フィルム或いは異方導電性ペーストを用いて、配線と発光ダイオード素子との間に導電性を確保しながら実装することができる。図２８に示すように、両側に傾斜面を設けて反射面とすることにより、実装した発光ダイオード素子の端面から放出した出射光が反射面から反射して立ち上がり、偏光成分はＲＧＢ３色の発光ダイオード素子ともに偏光方向が確保されて上面へ照射されることになる。
上面図の図２９に示すように、反射板５５上にメタル配線５３を行ったものに、各ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子３７と３８と３９を並べて実装する。ユニット基板４７上に実装し、相当する長さを有した反射板５４を搭載して、バックライト用の白色光源ユニットとする。
【００８３】
この白色光源ユニットをバックライトとして実装したものを図３０に示す。ここでは、例えば、ユニット用金属基板５５上に設けた反射板５６の上に、ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子を搭載した白色光源ユニット基板４７を搭載した場合の断面図を示してある。その他の光学的な構成は、図１０や図１３あるいは図２２及び２６と全く同様である。図３１にはＲＧＢ３色の発光ダイオード素子を搭載したユニット基板４７を各大きさのテレビ用液晶パネルのサイズに合うように敷き詰め、バックライトとして機能するようにした場合を示してある。
【００８４】
この際、ＲＧＢ３色の発光ダイオード素子ユニット基板４７が敷き詰められているバックライト光源版５０は、テレビ用液晶パネル５１に対して、拡散板を通して大面積で均一な照明とすることができ、ユニット基板４７の数と配置を変えることにより、テレビ用液晶パネルのバックライト光源として対応できる。
【００８５】
実施例６においても、実施例２、実施例３、実施例４、実施例５と同様に、テレビ用液晶パネルに対してバックライトとして同様な効果がある。さらに、反射板５６をＳｉ基板で作製した時には、光検出としての受光素子とモノリシックに集積することが可能であり、また発光ダイオード素子の駆動用回路や受光素子の光検出回路ともモノリシックに集積することが可能である。これにより、従来の発光ダイオード素子実装に比べて、薄型で軽量にすることが可能である。さらなる消費電力の低減や高い放熱性にも有利である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、大型液晶テレビ用の液晶パネル表示装置や携帯電話やパソコン用などの中小型液晶パネル表示装置に対するバックライト光源に適用して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の発光ダイオード素子を用いた携帯電話用液晶パネル表装置の上面図である。
【図２】本発明の発光ダイオード素子を用いた携帯電話用液晶パネル表装置の断面図である。
【図３】本発明の実施例１における発光ダイオード素子を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１における発光ダイオード素子を示す上面図である。
【図５】本発明の実施例１における発光ダイオード素子を搭載する実装素子を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例１における発光ダイオード素子の変形例を示す上面図である。
【図７】本発明の実施例１における発光ダイオード素子の変形例を示す上面図である。
【図８】本発明の実施例１における発光ダイオード素子の変形例を示す上面図である。
【図９】本発明の実施例１を説明する発光ダイオード素子を用いた携帯電話用液晶パネル表装置の上面図である。
【図１０】本発明の実施例２を説明する発光ダイオード素子を用いたテレビ用液晶パネル表装置の断面図である。
【図１１】本発明の実施例２における発光ダイオード素子を搭載する実装素子を示す上面図である。
【図１２】本発明の実施例２における発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施例２における実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の断面図。
【図１４】本発明の実施例２における実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の上面図。
【図１５】本発明の実施例３における発光ダイオード素子をサブマウント上に実装する横面図である。
【図１６】本発明の実施例３における発光ダイオード素子をサブマウント上に実装する上面図である。
【図１７】本発明の実施例３における発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す上面図である。
【図１８】本発明の実施例３における実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の断面図である。
【図１９】本発明の実施例３における実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の上面図である。
【図２０】本発明の実施例４における発光ダイオード素子をサブマウント上に実装する上面図である。
【図２１】本発明の実施例４における発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す上面図である。
【図２２】本発明の実施例４における発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す断面図である。
【図２３】本発明の実施例４における実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の上面図である。
【図２４】本発明の実施例５における発光ダイオード素子をサブマウント上に実装する上面図である。
【図２５】本発明の実施例５における発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す上面図。
【図２６】本発明の実施例５における発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す断面図である。
【図２７】本発明の実施例５における実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の上面図である。
【図２８】本発明の実施例６における発光ダイオード素子を反射板上に実装する断面図である。
【図２９】本発明の実施例６における発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す上面図。
【図３０】本発明の実施例６における発光ダイオード素子を実装するユニット素子を示す断面図である。
【図３１】本発明の実施例６における実装ユニット素子を配列するテレビ用液晶パネル表装置の上面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１・・・導光板
２・・・接着フィルム
３・・・発光ダイオード素子
４・・・バックライト光線
５・・・逆プリズムシート
６・・・拡散フィルム
７・・・偏光板
８・・・液晶パネル
９・・・偏光板
１０・・・サファイア単結晶基板或いはＧａＮ単結晶基板
１１・・・ＧａＮバッファ層
１２・・・n型ＧａＮ層
１３・・・n型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子光導波層
１４・・・n型ＧａＮ光導波層
１５・・・圧縮歪ＧａＩｎＮ／ＧａＮ多重量子井戸活性層
１６・・・ｐ型ＧａＮ光導波層
１７・・・ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子光導波層
１８・・・ｐ型ＧａＮ層
１９・・・ｐ型ＧａＩｎＮ／ＧａＮ層
２０・・・高抵抗ＧａＮ層或いは絶縁膜層
２１・・・n側電極
２２・・・p側電極
２３・・・発光ダイオード素子
２４・・・直線状導波路
２５・・・サブマウント或いはリードフレーム
２６・・・金属基板或いはセラミック基板或いはガラエポ基板
２７・・・絶縁膜シート或いは接着剤
２８・・・円形状反射板
２９・・・蛍光体を含有する樹脂モールド
３０・・・曲線状導波路
３１・・・凹面状端面を有する曲線状導波路
３２・・・凹凸面状端面を有する曲線状導波路
３３・・・液晶パネル
３４・・・本発明の導波路型発光ダイオード素子
３５・・・配線
３６・・・駆動回路
３７・・・赤色発光ダイオード素子
３８・・・緑色発光ダイオード素子
３９・・・青色発光ダイオード素子
４０・・・拡散板
４１・・・正プリズムシート
４２・・・拡散フィルム
４３・・・偏光板
４４・・・テレビ用薄膜トランジスタ及び液晶パネル
４５・・・偏光板
４６・・・ＲＧＢ発光ダイオード素子搭載ユニット
４７・・・ユニット基板
４８・・・金属基板或いはセラミック基板或いはガラエポ基板
４９・・・絶縁膜シート或いは接着剤
５０・・・バックライト光源
５１・・・テレビ用液晶パネル
５２・・・サブマウント或いはリードフレーム
５３・・・配線と異方導電性フィルム或いは異方導電性ペースト
５４・・・直方状反射板
５５・・・金属基板或いはセラミック基板
５６・・・Ｓｉ基板直方状反射板。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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