(57)【要約】【課題】低消費電力で均一性に優れた面発光特性を有する面状発光体を製造する。【解決手段】複数の発光ダイオード素子を光源とする面状発光体であって、前記面状発光体を構成する発光ダイオード素子、導光板、反射板及び光散乱板等の部材の全ての接触面が、空気層が介在しないようにした状態で接合され一体化していることを特徴とする面状発光体、その製造方法、その面状発光体を用いた液晶バックライトに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光ダイオード素子を光源とする面状発光体であって、前記面状発光体を構成する部材の全ての接触面が、実質的に空気層が介在しないよう密着した状態で接合され一体化していることを特徴とする面状発光体。
【請求項２】
構成部材が発光ダイオード素子、導光板、反射板及び拡散板を含む請求項１記載の面状発光体。
【請求項３】
構成部材としてフォトルミネッセンス材料を含む請求項２記載の面状発光体。
【請求項４】
フォトルミネッセンス材料がイリジウム錯体である請求項３記載の面状発光体。
【請求項５】
接合が接着剤または熱圧着により行われている請求項１記載の面状発光体。
【請求項６】
接着剤が、屈折率が1.4以上であるエポシキ樹脂またはアクリル樹脂である請求項５記載の面状発光体。
【請求項７】
導光板の端部に形成された複数の凹部に発光ダイオード素子が設置されている請求項２記載の面状発光体。
【請求項８】
凹部の導光板に光を入射させる端面の断面形状が凸形状であり、凹部の封入に用いる接着剤の屈折率が導光板の屈折率より大きい請求項７記載の面状発光体。
【請求項９】
反射板が、アルミニウム、白色塗装アルミニウム、銀蒸着フィルムまたは白色フィルムである請求項２記載の面状発光体。
【請求項１０】
構成部材の接触面の全てを接合により一体化することを特徴とする面状発光体の製造方法。
【請求項１１】
接着剤または熱圧着により接合する請求項１０記載の面状発光体の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の面状発光体を用いた液晶バックライト。
【請求項１３】
請求項１０または１１に記載の製造方法で得られた面状発光体を用いた液晶バックライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオードを用いた面状発光体、その製造方法及び用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード素子は発光効率が著しく向上し、照明への応用が進んでいる。特に、液晶ディスプレイ用のバックライト光源として発光ダイオードを用いた場合、良好な色再現性と高速応答性が実現でき、高品位な画質を達成することが期待されている。バックライト光源は通常、個別のパッケージに収納された発光ダイオード素子を線状に配列して導光体の端面を照らすことにより、光を導光体内に導入している。そして導光体の一方の面に設けた拡散反射板により他の一方の面に光を放出することにより、面状発光体を形成している（月刊ディスプレイ，Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．４，３３頁，（株）テクノタイムズ社，２００３年発行（非特許文献１）参照）。
【０００３】
また、直下型方式バックライトにおいては、平面状の反射板上に発光ダイオード素子を二次元的に配列し、その上に光を均一にするための拡散板等を置き、面状発光体を形成している（ＬＣＤ用フロント・バックライトの新展開，東レリサーチセンター（株），２００２年発行（非特許文献２）参照）。
【０００４】
【非特許文献１】月刊ディスプレイ，Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．４，３３頁，（株）テクノタイムズ社，２００３年発行
【非特許文献２】ＬＣＤ用フロント・バックライトの新展開，東レリサーチセンター（株），２００２年発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような従来のバックライトは、平面光源にするまでの過程で光の損失が大きく、所定の光量を得るためには消費電力が大きくなってしまうという問題があった。
従って、本発明は低消費電力で、かつ均一な面発光特性を有する面状発光体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、発光ダイオードを光源とするバックライトの光利用効率を向上させるための鋭意研究を重ねた結果、発光ダイオード素子の発光表面から導光体もしくは拡散板（光散乱板とも言う。）に光が到達する過程に大きな光損失があることを見出した。
【０００７】
すなわち、従来の発光ダイオードを光源とするバックライトは、発光ダイオード素子の発光表面から光が、一旦空気層に出た後、導光体または拡散板に入射する構造であるが、空気の屈折率が小さいために、発光面と空気の界面において光の反射が生じ、発光ダイオードから光を高効率で取り出すことができないことが判明した。また、導光体の上に拡散板を置いて光を散乱させることが通常行われているが、従来の拡散板は単に導光体に載置されるか、接触して置かれるだけであるため、両者の密着が十分でなく、両者の間に空気層が存在し、ここでも導光体側での反射により、導光体からの光の取り出し効率を低下させていた。
【０００８】
本発明者らは、発光ダイオード素子の発光面から面状発光体の発光表面に至るまでの経路にあるすべての構成部品を密着させて接合することにより一体化させることにより光利用効率を著しく向上し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、以下の面状発光体、その製造方法、その面状発光体を用いた液晶バックライトに関する。
１．複数の発光ダイオード素子を光源とする面状発光体であって、前記面状発光体を構成する部材の全ての接触面が、実質的に空気層が介在しないよう密着した状態で接合され一体化していることを特徴とする面状発光体。
２．構成部材が発光ダイオード素子、導光板、反射板及び拡散板を含む前記１記載の面状発光体。
３．構成部材としてフォトルミネッセンス材料を含む前記２記載の面状発光体。
４．フォトルミネッセンス材料がイリジウム錯体である前記３記載の面状発光体。
５．接合が接着剤または熱圧着により行われている前記１記載の面状発光体。
６．接着剤が、屈折率が1.4以上であるエポシキ樹脂またはアクリル樹脂である前記５記載の面状発光体。
７．導光板の端部に形成された複数の凹部に発光ダイオード素子が設置されている前記２記載の面状発光体。
８．凹部の導光板に光を入射させる端面の断面形状が凸形状であり、凹部の封入に用いる接着剤の屈折率が導光板の屈折率より大きい前記７記載の面状発光体。
９．反射板が、アルミニウム、白色塗装アルミニウム、銀蒸着フィルムまたは白色フィルムである前記２記載の面状発光体。
１０．構成部材の接触面の全てを接合により一体化することを特徴とする面状発光体の製造方法。
１１．接着剤または熱圧着により接合する前記１０記載の面状発光体の製造方法。
１２．前記１〜９のいずれか１項に記載の面状発光体を用いた液晶バックライト。
１３．前記１０または１１に記載の製造方法で得られた面状発光体を用いた液晶バックライト。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の面状発光体は、光利用効率に優れているのでバックライト光源として有用である。また、発光素子を収納する凹部の形状を、そこに充填する接着剤の屈折率に合わせて制御することにより、より均一な輝度を有する面状発光体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明についてより詳細に説明する。
本発明の面状発光体は複数の発光ダイオード素子を光源とし、該発光素子の発光面から面状発光体の発光面に至るまでの経路にあるすべての構成部品の接触面を、実質的に各構成部品間に空気層が存在しないように密着接合し一体化したものである。
【００１２】
本発明に係る面状発光体を構成する部材としては、発光ダイオード素子、導光板、反射板及び拡散板（光散乱板）を挙げることができる。
【００１３】
本発明の面状発光体に使用する発光ダイオード素子は、面状発光体の用途に応じて選択すればよいが、液晶ディスプレイのバックライト光源は良好な白色を発現できるものが好ましい。バックライト光源の好ましい具体例としては、近年開発された青色ＬＥＤと従来の赤及び緑のＬＥＤを組み合わせたもの、青色ＬＥＤとその青色ＬＥＤの発光によって励起され青色ＬＥＤの補色を発光するフォトルミネッセント材料とを組み合わせたもの、紫外ＬＥＤと、赤、緑及び青に発光するフォトルミネッセント材料を組み合わせたものが挙げられる。このようなフォトルミネッセント材料としては、（ＹａＧｄ1-a）3（Ａｌb，Ｇａ1-b）5Ｏ12：Ｃｅ（ＹＡＧ蛍光体）、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+、（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ）、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）10(ＰＯ4)6Ｃｌ2：Ｅｕ2+等の無機蛍光体、クマリン、ローダミン等の有機蛍光体、イリジウム錯体燐光体等が挙げられる。
【００１４】
バックライト光源として特に好ましいのは、青色ＬＥＤとその青色ＬＥＤの発光によって励起されて赤および緑に発光するフォトルミネッセント材料を組合わせたものである。この方式によれば単一のＬＥＤを制御するだけで白色を良好に発現でき、かつ青色光を使用しているため構成部材の紫外線劣化がない。組合わせるフォトルミネッセント材料の具体例としては、式（Ｅ１）〜（Ｅ３２）に示すイリジウム錯体化合物が挙げることができる。
【００１５】
【化１】
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【化２】
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【００１６】
本発明において、フォトルミネッセント材料は、単体で使用しても、後記の結着材に分散または溶解した状態で使用してもよい。フォトルミネッセント材料は、ＬＥＤ光源より発せられた光が照射される位置であれば構成部材のどの部分に設けてもよいが、好ましくは、結着材と共にＬＥＤ素子表面にコーティングするか、あるいは拡散板光放出面上に塗布・印刷等の方法によって形成するか、あるいは拡散板の内部に混合、溶解もしくは分散することが好ましい。
【００１７】
結着材は、上記錯体を溶解または分散できるものであればよく、一般に熱硬化性樹脂が用いられる。熱硬化性樹脂としては、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアクリレート、アクリル樹脂、ポリビニルアセタール、エポキシ樹脂、シアナート樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、ポリウレタン、シリコーン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、透明性が高く接着性等の実用特性に優れる観点から透明エポキシ樹脂が好ましい。
【００１８】
透明エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールＡジグリシジルエーテル、２，２−ビス（４−グリシジルオキシシクロヘキシル）プロパン、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシヘキサンカルボキシレート、ビニルシクロヘキセンジオキサイド、２−（３，４−エポキシシクロヘキサン）−５，５−スピロ（３，４−エポキシシクロヘキサン）−１，３−ジオキサン、ビス（３，４−エポキシシクロヘキシル）アジペート、１，２−シクロプロパンジカルボン酸ビスグリシジルエステル、トリグリシジルイソシアヌレート、モノアリルジグリシジルイソシアヌレート、ジアリルモノグリシジルイソシアヌレート等のエポキシ樹脂を、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、水素化メチルナジック酸無水物等の酸無水物で硬化させるものが挙げられる。これらのエポキシ樹脂及び硬化剤は単独で用いても、複数のものを組み合わせてもよい。
【００１９】
導光板としては、ガラス、またはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネートなどの透明性樹脂が好ましく、特に好ましいのはアクリル樹脂、ポリカーボネートである。
【００２０】
反射板としては、アルミニウム、鏡面仕上げやアルマイト処理を施したアルミニウム、白色に塗装されたアルミニウム、銀蒸着ＰＥＴフィルム、白色フィルムとしては白色ＰＥＴフィルム、白色ポリプロピレンフィルム、白色ポリカーボネートフィルム等が挙げられる。白色ＰＥＴフィルムの例として、東レ（株）製の、ルミラー６０Ｌ、ルミラー６０Ｖ、ルミラー６０ＳＬ、ルミラー６０ＳＶ、三井化学（株）製のＰＰリフレクタ−、古河電工（株）製のエムシーペット等が挙げられる。また、これら白色フィルムは金属等の支持体に貼り合せたものでもよい。
【００２１】
拡散板としては、透明性樹脂内に透明性樹脂とは屈折率の異なる材料を混合または分散させたもの、透明性樹脂板またはフィルムの片面または両面に、透明性樹脂とは屈折率の異なる材料を塗布したものが挙げられる。透明性樹脂と屈折率の異なる材料としては、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、ガラスなどの無機微粒子、あるいはスチレン樹脂、アクリル樹脂などの有機微粒子等が好ましく、特に有機微粒子が好ましい。
【００２２】
これらの構成部材の接合は、通常は構成部材を接着剤によって一体化するが、構成部材が熱可塑性樹脂の場合は熱圧着によって接合してもよい。
【００２３】
接着剤としては、屈折率が1.2以上のものが好ましく、1.4以上の透明樹脂がさらに好ましい。接着剤の具体例としては、エポキシ樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤が挙げられる。
【００２４】
また、反射板にアルミニウム板等の金属板を用い、導光板にアクリル樹脂等の熱可塑性樹脂を用いる場合は、金属板を加熱することにより導光板に熱圧着させることができる。また、散乱板は導光板上に、アクリル樹脂やスチレン樹脂からなる有機微粒子をアクリル樹脂やポリカーボネートに分散または溶解して得た塗料を印刷またはスピンコートによって形成することによって導光板と接合してもよい。
【００２５】
発光ダイオードを導光板に接合する方法としては、導光板に光を入射させる端面に、発光ダイオードを収容する凹部を設け、そこに設置し、上記した接着剤にて封入する方法が挙げられる。さらに、ここで封入に用いる接着剤の屈折率を導光板の屈折率よりも大きくすると、導光板への光の入射効率を大きくできるので好ましい。さらに好ましくは、凹部の導光体に光を入射する導光板底面の平行断面形状を凸形状とすると、入射角が小さい場合においても全反射が起こりにくく、かつ輝度むらも小さくなるので好ましい。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例及び比較例を挙げ本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定を受けるものではない。
【００２７】
実施例１：
図３に構成を示すように、マウント基板（２２）上に発光波長４７０ｎｍ、発光出力4.6ｍＷのＩｎＧａＮ発光ダイオードチップ（２１）を設置し、これを金属電極（２３）と電気的に接続して、発光ダイオード素子（２４）を作製した。
【００２８】
また、図１に構成を示すように、バックライトユニットの導光板（２）として４ｃｍ×５ｃｍ×0.8ｃｍの透明アクリル樹脂板（屈折率1.5）を用い、短辺側の端面に溝加工を行い、４個の方形の凹部を等間隔（但し、両末端は凹部間隔の２分の１）に形成した。
次いで、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネットとセリウムの混合体）蛍光体５００ｍｇをエポキシ樹脂（屈折率1.6、サンユレック(株)製ＥＬ４３８）５ｇに分散し、上記４個の凹部に発光素子の体積分を残して流し込んだ。
【００２９】
次に、予めフレキシブル基板（６）の電極上に電極が接触するように導電性樹脂接着剤で接着した発光ダイオード素子（１）４個を設置した。
次いで、温度１２０℃で４時間熱処理し、樹脂を硬化させ蛍光体層を形成した。このとき同時に、蛍光体層が導光板（２）に接合され、一体化した光源ユニットを得た。
【００３０】
次いで、光源ユニットの底面にアルマイト板（４）をエポキシ接着剤（屈折率1.6）によって接合した。さらに、導光板の光放出面上に光散乱板（３）（帝人化成（株）製パンライトシート）をアクリル系接着剤（屈折率1.5）により接合し、図１に示すような一体化された面状発光体を作製した。
【００３１】
得られた面状発光体の４個のＬＥＤに3.27Ｖ、２０ｍＡの通電を行い点灯した。このときの面状発光体の中心の表面輝度は５２０ｃｄ／ｍ2であった。また、表示エリアを縦、横それぞれ３等分した９区画に分割して、その中央部の輝度を測定した結果、輝度むら（最大値と最小値の差を、９点の平均値で除したもの）は２３％であった。
【００３２】
実施例２：
ＹＡＧの替わりに式（Ｅ２）のＩｒ錯体化合物8.5ｍｇと式（Ｅ１７）のＩｒ錯体化合物1.5ｍｇを用いてエポキシ樹脂１０ｇに分散した以外は、実施例１と同様に凹部に等量（５ｍｇ）投入後、１２０℃で４時間熱処理して樹脂を硬化した。以降は、実施例１と同様にして面状発光体を得た。また、実施例１と同様の条件で輝度の測定を行った。その結果、得られた面発光体の中心の表面輝度は５１０ｃｄ／ｍ2であった。また、輝度むらは２６％であった。
【００３３】
実施例３：
凹部の導光板に光を入射させる端面の断面形状が凸レンズ状のものを使用した以外は実施例１と同様にして面状発光体を製作し、同様の条件で輝度の測定を行った。得られた面発光体の中心の表面輝度は４８０ｃｄ／ｍ2であった。また、輝度むらは２０％であった。
【００３４】
比較例１：
実施例１と同様の発光ダイオードチップをサイドビュータイプの表面実装型パッケージに設置し、実施例１と同様のＹＡＧ蛍光体とエポキシ樹脂の混合物で封止して発光ダイオード素子（１１）を得た。この素子４個を実施例１と同じ大きさで凹部がない導光板（１２）の端面に圧着して設置し、光源ユニット（１０）を得た。光源ユニットを実施例１と同様アルマイト反射板（１４）上に置き、さらに導光板（１２）の反対側の面上に光散乱板（１３）（帝人化成（株）製パンライトシート）を載置して組み立て、図２に示すような面状発光体を作製した。実施例１と同様の条件で輝度の測定を行った結果、得られた面状発光体の中心の表面輝度は４１０ｃｄ／ｍ2であった。また、輝度むらは５８％であった。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の１実施例を示すバックライトユニットの模式断面図である。
【図２】比較例に用いたバックライトユニットの模式断面図である。
【図３】実施例で用いたチップ型発光ダイオード素子の模式断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，１１，２４  発光ダイオード素子
２，１２  導光板
３，１３  光散乱板
４，１４  アルマイト反射板
５  凹部
６，１５  フレキシブル基板
１０  面状発光体
２１  発光ダイオードチップ
２２  マウント基板
２３  金属電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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