(57)【要約】【課題】照明光源や液晶バックライト光源モジュールでは、均一な輝度色度分布を有する光源が必要であり、エリア制御の機能を実現するための光源を実現すべき課題があった。【解決手段】上記課題を解決するため本発明では、基板と、前記基板上に配置した配線及び反射板と、前記配線に接続されたＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を封止した透明樹脂と、を有し、前記透明樹脂は上面に凹部を有し、前記凹部は、前記基板面内の何れかの軸方向を長軸とする形状を有する照明装置の構成を採る。更には、この照明装置を用いた液晶表示装置の構成を採る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に配置した配線及び反射板と、
前記配線に接続されたＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子を封止した透明樹脂と、を有し、
前記透明樹脂は上面に凹部を有し、
前記凹部は、前記基板面内の何れかの軸方向を長軸とする形状を有する照明装置。
【請求項２】
前記凹部が前記ＬＥＤ素子からの放射光を反射することにより、
前記ＬＥＤ素子は前記基板に対し垂直方向から所定の傾斜角を有する方向に発光強度の最大値を有する請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤ素子の放射角度分布は前記凹部が長軸を有する軸方向に異方性を有する請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記凹部における窪みは楕円錐形状である請求項１に記載の照明装置。
【請求項５】
前記楕円錐形状は母線が湾曲している請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記楕円錐形状の母線は曲率が連続的に変化している請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記凹部における窪みは三角柱形状を有する請求項１に記載の照明装置。
【請求項８】
一対のガラス基板と、
前記一対のガラス基板間に配置した液晶層と、
前記一対のガラス基板のそれぞれに備えられた偏光板と、
複数の走査線と、
前記複数の走査線に直交する方向に配置された複数の信号線と、
前記複数の走査線と前記複数の信号線との交差部に配置された複数のスイッチング素子と、を有する液晶表示パネルと、
請求項１に記載の照明装置と、を有する液晶表示装置。
【請求項９】
前記凹部は、前記信号線の配置した方向を長軸とする形状を有する請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記ＬＥＤ素子の放射角度分布は前記走査線の方向に異方性を有する請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記ＬＥＤ素子は前記信号線の方向に比べ、前記走査線の方向の光の広がりが大きい請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
基板と、前記基板上に配置した配線及び反射板と、
前記配線に接続されたＬＥＤ素子と、
前記ＬＥＤ素子を封止した第一の透明樹脂と、
前記第一の透明樹脂の上部に接着された第二の透明樹脂と、を有し、
前記第二の透明樹脂は上面に凹部を有し、
前記凹部は、前記基板面内の何れかの軸方向を長軸とする形状を有する照明装置。
【請求項１３】
前記凹部が前記ＬＥＤ素子からの放射光を反射することにより、
前記ＬＥＤ素子は前記基板に対し垂直方向から所定の傾斜角を有する方向に発光強度の最大値を有する請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記ＬＥＤ素子の放射角度分布は前記凹部が長軸を有する軸方向に異方性を有する請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記凹部における窪みは楕円錐形状である請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記楕円錐形状は母線が湾曲している請求項１５に記載の照明装置。
【請求項１７】
前記楕円錐形状の母線は曲率が連続的に変化している請求項１６に記載の照明装置。
【請求項１８】
前記凹部における窪みは三角柱形状を有する請求項１２に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤ素子（発光ダイオード素子）を用いた照明装置の構成に関し、特にこの照明装置をバックライトとした液晶表示装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ装置の代表である液晶テレビのバックライト光源には、近年ＬＥＤ素子を搭載したモジュールが開発されてきている。蛍光体を用いた白色ＬＥＤ素子が搭載された携帯電話用などの小型液晶ディスプレイ装置と違って、中型及び大型液晶テレビにおいては、赤緑青三原色のＬＥＤ素子を搭載することにより、色再現範囲が広く、高速で独立に制御した動画対応や高画質対応の表示性能改善することが重要となっている。
【０００３】
照明装置の光源や液晶ディスプレイ装置のバックライトモジュールを構成する際には、極狭い空間において大面積の照明エリアを達成することが重要である。均一な拡がりや均一な照明を実現し、混色を十分効率的に行うために、以下の公知例が知られている。
【０００４】
下記特許文献１では、砲弾型ＬＥＤランプにおいて、樹脂モールドにレンズ形状を搭載することにより、赤色光，緑色光，青色光のＬＥＤ素子から放射されるそれぞれの発光色を混色しやすくする構成に作り上げられることが述べられている。また、ＬＥＤ素子の直上における発光輝度が大きいため、通常の発光分布ではなく、ＬＥＤ素子の中心よりも高角側で発光強度が大きく最大となるように対応することが重要である。これに対して、下記特許文献２及び３では樹脂レンズをパッケージにかぶせた構成を示しており、光学的には水平方向や高角側に放射されるように設計する内容が述べられている。樹脂レンズを搭載することにより、放射角分布を高角側に制御することが可能になっている。さらに、下記特許文献４には、ＬＥＤバックライトモジュールにおいて、ＬＥＤ素子を中心として凸部を有する反射板を設けるか、斜面上にＬＥＤ素子を設けるか、或いはプリズムを介して放射角を制御することにより、放射角度４５°以上で光量を最大とするバックライト構成を設定してあることが記述してある。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１７３２４２号公報
【特許文献２】特開２００３−８０６８号公報
【特許文献３】特開２００３−８０８１号公報
【特許文献４】特開２００４−３１９４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２〜４では、素子の放射角度分布を制御する試みが成されているが、輝点や色度の分布の解消は十分ではなく、必ずしも均一で安定な輝度分布や色度分布を提供することはできない。また、反射板を設けること等により輝度分布の均一化を図っているため、素子とのアライメントが難しく、放射角度の制御やカップリングによる発光効率の低下に対して十分に対応できないという問題が生じる。
【０００７】
更に、上記特許文献１では単独のＬＥＤランプについて、また上記特許文献２〜４においても各個別のＬＥＤ素子にのみ着目しているが、液晶表示装置等のバックライトとしてＬＥＤ素子を複数配列する場合は、各ＬＥＤ素子の輝度分布の相互作用をも考慮しなければならない。特に、バックライト制御等の観点から、ＬＥＤ素子の発光分布に異方性を持たせることが有用な場合も考えられる。
【０００８】
本発明はかかる課題を解決するものであり、液晶表示装置等に最適な発光分布特性を有する、ＬＥＤ素子を用いたバックライト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】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明では、配線基板と、前記基板上に配置する反射板と、前記配線基板上に配置するＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を封止する透明樹脂とを有し、前記透明樹脂は前記ＬＥＤ素子の上面において凹部を有し、かつ上面内から見て縦方向と横方向において、或いは座標軸のｘ方向とｙ方向において、非対称な形状を有することにより、前記ＬＥＤ素子の発光成分が凹部領域の側面に反射する方向と、前記方向とは直角方向及びその前後の方向に対して、発光する放射角度分布がそれぞれ異なり、前記それぞれの方向によって異方性のある放射角度分布を有していることを特徴とする照明装置の構成をとる。また、前記透明樹脂は前記ＬＥＤ素子の上面において凹部を有することにより、前記ＬＥＤ素子は前記基板に対し垂直方向から所定の傾斜角を有する方向に発光強度の最大値を有する照明装置の構成をとる。また、前記ＬＥＤ素子が出射する光のうち前記基板に対して垂直方向の成分は、前記透明樹脂の凹部において全反射される照明装置の構成をとる。また、前記凹部は楕円錐形状、更には複数個の円錐線が積み重なった形状や、曲率が徐々に変化し包絡線が滑らかな曲線となる形状や、三角柱を横に形成した形状の照明装置の構成をとる。
【００１０】
本発明は、前記透明樹脂の形状を有した前記ＬＥＤパッケージ光源モジュールを搭載する液晶表示装置の構成をとる。本発明ではまた、配線基板と、前記基板上に配置する反射板と、前記配線基板上に配置するＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を封止する透明樹脂とを有したパッケージ構成の光源を周期的に設けたパッケージの配置構成があり、前記パッケージとパッケージの間において、透明樹脂の凹部領域の側面に反射する方向で所定の傾斜角を有する方向に発光強度の最大値を示している放射角度分布を有しているバックライト光源を特徴とする液晶表示装置の構成をとる。さらに、透明樹脂の凹部領域の側面に反射する方向とは直角な方向及びその前後の方向においては、完全反射Lambertian分布であるか或いは完全反射に近い放射角度分布を有しており、前記方向において前記放射角度分布のうち一部の角度が前記反射板の形状によって調節抑制されており、前記放射角度分布は特定の角度以上では発光成分を示さず特定の角度の範囲のみに発光成分が制限された放射角度分布を有しているバックライト光源を特徴とする液晶表示装置の構成をとる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、ＬＥＤ素子を用いたバックライトの発光分布に異方性を持たせることができ、液晶表示装置等に最適な光源を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明において、照明装置や液晶表示装置の光源となるＬＥＤ素子を搭載したパッケージ構成に対して、光学的な設計に基づいて形成することにより、上記課題を解決するための工夫について以下に述べる。
【００１３】
従来技術では、通常の照明装置や液晶バックライト装置に用いられるＬＥＤ素子は、砲弾型や表面実装型の構成をとっている。これらの構成では、素子の直上では輝点となり、輝度分布や色度分布が素子を中心として生じてしまう傾向にあった。パッケージ構成を並べたときにおいても、格子状の不均一な輝度むらが生じたり、色度の違いがエリアによって顕著になり色むらが生じてしまうと見られる。
【００１４】
本発明において、パッケージの全体構成により異方性のある光学分布を達成するための手段について以下に述べる。横方向と縦方向、或いは水平方向と垂直方向によって、非対称な構成を設けることにより、バックライト光源を異方性のある照明光源とすることができる。例えば、水平縦方向には、放射角度分布を拡大して、基板に垂直方向より大きな放射角度においてピーク強度を有するように分布させ、垂直縦方向には、放射角度分布を狭めて、放射角度が制限された拡散分布にさせることが用途によっては有効となる。これによると、液晶表示装置において、例えば大型液晶テレビでは、異方性のある放射角度分布を有するバックライト光源をＬＥＤ素子により実現することにより、エリア制御した画像表示が可能となる。ＬＥＤパッケージを横につなげたライン状の駆動を行うようにすることにより、スクロールバックライトが可能になる。これは、画面に対して相当するバックライト光源をライン分割して点灯させスクロールすることにより対応できる。スクロールバックライトは、液晶表示装置におけるエリア制御であり、エリア制御による画質の向上が格段に図れることになる。
【００１５】
エリア制御ができる機能を有したパッケージ光源を作りこむことにより、均一な輝度分布や色度分布が達成できるだけでなく、さらなる動画画質の向上や独立制御による全体構成での低消費電力駆動を図ることもできる。
【００１６】
以下に本発明を実施するための具体的な形態を説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１から図１４を用いて、本発明の第１の実施例を説明する。
【００１８】
従来の例では、図１に示すように、照明装置或いは液晶バックライトモジュールの光源として用いられる発光ダイオードＬＥＤ素子として、表面実装型のパッケージ構成として組み込まれることが知られている。例えば、図１に示すように、絶縁層付金属基板或いはセラミック基板或いはガラエポ基板１の上に、配線２を形成し、反射板３を一体型で構成させる。次に、図１に示すワイヤ５によるワイヤボンディング実装するＬＥＤ素子４とする。さらに、透明樹脂６を用いて、ＬＥＤ素子を封止することにより、表面実装型のパッケージ構成のＬＥＤ光源が作製される。
【００１９】
本実施例では、表面実装型のパッケージ構成を前提として、従来例と同様にして、透明樹脂６まで作製した後に、別に準備した透明樹脂に形状を施した透明樹脂７をパッケージの上部に接着搭載することにより、パッケージ構成のＬＥＤ光源を作製する。ＬＥＤ素子は、図１や図２に示したように、ワイヤボンディング実装の素子の他、フリップチップ実装の素子でもよい。形状を施した透明樹脂７は、中央部に凹部状の窪み領域が形成してあり、かつ周辺部領域には曲率を有する曲線をもつ形状が施されており、ＬＥＤ素子の高角度に放射する発光成分を周辺部で集光できる構造を形成してある。この凹状窪みの深さは、ＬＥＤ素子にできるだけ接近させた形状をとっており、凹状窪みの最大深さの箇所と
ＬＥＤ素子との距離は、素子の厚さと同程度かそれ以下の距離にまで近づけて設けることが望ましい。また、円錐状の凹状窪みの幅は、ＬＥＤ素子の幅よりも大きく設定してあることが望ましい。凹状窪みの先端における頂角は、ＬＥＤ素子の発光成分のうち、基板に垂直な方向とその前後する角度に放射される大部分の発光成分を全反射させて、より高い角度へ放射させるように設計調節されている。この形状を有した透明樹脂７により、LED素子の放射角分布は、図２に示す断面方向には、垂直方向と異なる高角側にピーク強度を有する放射角分布を有しており、成型品の形状を調節することにより、ピーク強度を示す角度を所定の値に設定するようにできる。これにより、集積した照明装置や液晶バックライトモジュールの光源において均一な輝度分布を得る配置構成が実現できる。透明樹脂７の中央部における形状は、中心が最も深く、図２において示すように、斜辺は直線でもよく、また複数個の凹状窪みの曲線を重ね合わせたような曲線でもよく、また凹状窪みの断面斜辺が滑らかな包絡線状の形状を有するような曲線でもよく、目的とする放射角度分布に対応させて設定することができる。
【００２０】
形状を有する透明樹脂７について、中央部に設ける凹状窪みは点対称の円錐状にすると、円錐状の形状ではＬＥＤ素子の発光分布は点対称の放射角度分布に設定することができる。しかしながら、上面から見て、たて方向と横方向において、或いは垂直方向と水平方向において、ＬＥＤ素子の異なる放射角度分布が得られないため、本実施例では次のような構成を施して対応する。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）において、透明樹脂７の上面に設けられた凹部は、基板１の面内の何れかの軸方向を長軸とする形状を有する。より詳細には、水平横方向のＡＡ′線方向と垂直縦方向のＢＢ′線方向において、透明樹脂７の凹部の形状を非対称とした構成とする。この凹部がＬＥＤ素子４からの放射光を反射することにより、ＬＥＤ素子４は基板１に対し垂直方向から所定の傾斜角を有する方向に発光強度の最大値を有することとなる。更に、凹部が長軸を有する形状に加工されていることにより、
ＬＥＤ素子４の放射角度分布は凹部が長軸を有する軸方向に異方性を有することとなる。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）では水平横方向のＡＡ′線方向には、透明樹脂７の形状について連続性がなく、垂直縦方向のＢＢ′線方向において、中央部の凹状窪みを直線的に設けて、形状が垂直縦方向のＢＢ′線方向に連続するようにする。これにより、水平横方向の
ＡＡ′線方向、及び垂直縦方向のＢＢ′線方向におけるＬＥＤ素子の発光分布は非対称になり、放射角度分布に異方性をもたせることができる。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）では、凹部における窪みは、透明樹脂７の上面に三角柱を横に配置した形状を取っているが、この三角柱の母線は湾曲した形状でもよく、また母線の極率が連続的に変化した形状でも良い。更に、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）のように、凹部における窪みに楕円錐形状を持たせることによっても、同様な効果をもたらすことが可能である。この場合も、楕円錐形状の母線が湾曲した形状でもよく、また母線の極率が連続的に変化した形状でも良い。尚、本願明細書でいう凹部の長軸方向とは、図３のように三角柱を横に配置した凹部形状の場合、三角柱の柱方向、即ちＢ−Ｂ′方向を指す。また図４のように楕円錐の凹部形状の場合、Ｂ−Ｂ′方向を指す。凹部の長軸方向には、透明樹脂の形状において、反射と透過屈折する面が形成されている。他方、これに対して、凹部の短軸方向には、全反射するだけの面が形成されている領域が透明樹脂の形状にあり、その他の領域には、反射と透過屈折する面が形成されていることを特徴としている。
【００２１】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）では、水平横方向のＡＡ′線方向と垂直縦方向のＢＢ′線方向において、透明樹脂７の形状を非対称とするが、中央部に設ける凹状窪みは上から見て楕円状に設定し、凹状窪みは楕円錐状の形状を有するように作製する。この形状によると、楕円錐状の形状において、楕円の長辺と短辺の長さの比率によって、水平横方向のＡＡ′線方向、及び垂直縦方向のＢＢ′線方向におけるＬＥＤ素子の発光分布に関して非対称の度合いを調整することが可能である。素子の放射角度分布に異方性をもたせるとともに、目的に応じて放射角度分布の形状に強弱をつけて異方性をつけることができる効果をもたらす。
【００２２】
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）には、本実施例の作製工程の例を示す。図５（ａ）において、絶縁層付金属基板或いはセラミック基板或いはガラエポ基板１の上に、配線２を形成して反射板３を一体型で作製したものを準備する。次に、図５（ｂ）において、ＬＥＤ素子４をＡｕワイヤ５によりボンディング実装する。図５（ｃ）では、ＬＥＤ素子４を透明樹脂６により一旦封止する。図５（ｄ）では、この透明樹脂６の上に、別に準備しておいた透明樹脂７を接着搭載する形で、本発明の実施例の形を得る。別に準備する成型品は、目的の放射角度分布に応じて色々に設定できる。図６では、凹状窪みの形状を滑らかな包絡線状とし、また周辺部のレンズ集光領域を滑らかな包絡線状とした形状を設定している。図７では、凹状窪みと周辺部の形状を多段階のステップ状に変化させた折れ線状にした形状を設定している。図８では、凹状窪みの形状を多段階のステップ状に変化させた折れ線状とし、周辺部の形状を直線状にした形状を設定している。図６，図７及び図８の透明樹脂８，９及び１０は、それぞれ図５（ａ）（ｂ）（ｃ）の作製工程を経て、同様にパッケージ構成の光源を形成することができる。反射板３と透明樹脂６上に設ける成型品透明樹脂７，８，９及び１０の高さは０.５mm から１０mmの範囲であり、大きさは１mmから３０mmの範囲が目安であり、用途に応じて設計するものである。用途における要請条件によっては、上記範囲外となるサイズであってもよい。
【００２３】
図９（ａ）（ｂ）（ｃ）においては、パッケージ構成の光源を図５と同様に作製するが、透明樹脂の材料を同一として、成型金型を用いて透明樹脂に形状を持たせて、ＬＥＤ素子を封止する工程を行う。図９では、上記の図５における透明樹脂７と同様の形状を成型金型により作製する。図１０，図１１及び図１２では、それぞれ上記の図６，図７及び図８における透明樹脂８，９及び１０を成型金型により作製する。透明樹脂一体型の成型品では、同一材料であるので、屈折率の段差が生じないため、ＬＥＤ素子の放射角度分布はより滑らかな発光成分により形成されていることが特徴である。反射板３よりも上に突出して生じる一体成型品透明樹脂７，８，９及び１０の高さは０.５mm から１０mmの範囲であり、突出部の大きさは１mmから３０mmの範囲が目安であり、用途に応じて設計するものである。用途における要請条件によっては、上記範囲外となるサイズであってもよい。
【００２４】
また、一体成型品透明樹脂７，８，９及び１０を形成する場合には、金型により直接一体成型品の形状を成型できるので、反射板３は特に必要でない構成であり、本発明の機能性は失われることはなく、必ずしも反射板３を設けなくてもよい。
【００２５】
本実施例によるＬＥＤ素子の放射角度分布は、図１３（ａ）（ｂ）のように異方性をもって得られることが計算により明確である。即ち、横方向のＡＡ′線方向では、図１３
（ａ）の計算結果に示すように、基板に垂直な方向よりも特定の高角度にピーク強度を有する放射角度分布が得られる。このピーク強度を有する角度は、成型品の中央部凹状窪みの形成条件により制御可能である。他方、縦方向のＢＢ′線方向においては、図１３(ｂ)に示すように、ＬＥＤ素子の発光分布を変化させる特徴的な形状はないため、通常の透明樹脂によるLambertian拡散分布が得られる。本実施例によるパッケージ構成の光源では、図１３（ａ）と（ｂ）に示す異方性のある放射角度分布を一つのパッケージ構成から作り出すことができる。実際に、上記の設計に基づいて、上記の工程に沿って作製した樹脂形状の一例では、図１４（ａ）と（ｂ）に示す放射角分布を得ることができた。即ち、図３（ａ）や図４（ａ）に示す横方向のＡＡ′線方向では、図１３（ａ）の設計に対応するように、高角度側にピーク強度を有する図１４（ａ）の放射角度分布とすることができ、図３（ａ）や図４（ａ）に示す縦方向のＢＢ′線方向では、図１３（ｂ）の設計に対応するように、拡散光分布になる図１４（ｂ）の放射角度分布とすることができた。これにより、横方向と縦方向において、異方性の強い放射角分布を達成することが可能であった。
【００２６】
本実施例によると、照明装置や液晶バックライト装置において、横方向においては、
ＬＥＤ素子の放射角度分布を拡大させるともに、できるだけ最少限のパッケージの数量により、輝度や色度の均一化を図ることができる。縦方向では、パッケージ構成のＬＥＤ光源の放射角度分布は、パッケージ同士の発光分布があまりオーバーラップしないように設定することとも可能となる。これにより、目的に応じて照明装置の照射エリアや液晶バックライトの駆動におけるエリア制御を行うなどのために、最適なＬＥＤ光源を提供することができる。さらに、照明装置や液晶表示装置のサイズによって、パッケージの数量や封止樹脂の形状を適切に設定し、パッケージ構成全体において輝度や色度の均一化を図ることができる。このことにより、できるだけ少ない素子の個数により、輝度や色度の均一化を実現することにより、低消費電力で照明装置や液晶バックライトモジュールの光源を得ることができる。素子の最適最少個数と最適配列の構成を適用することより、パッケージや素子の数量の低減による低コスト化技術に対しても有効である。
【００２７】
本実施例のＬＥＤ素子パッケージ構成は、照明装置や小型テレビ用から大型テレビ用の液晶表示装置のバックライトモジュール光源だけでなく、パーソナルコンピュータ用液晶パネルやカーナビゲーションのバックライト光源、さらには車載用途の光源としても適用できる。
【実施例２】
【００２８】
図１５から図１７を用いて、本発明の第２の実施例を説明する。
【００２９】
本実施例では、実施例１と全く同様にパッケージ構成のＬＥＤ光源を作製するが、図
１５（ａ）（ｂ）（ｃ）のように、パッケージ構成を作製する上で、図１５（ｃ）の断面に示す反射板３をＬＥＤ素子４よりも高く、かつ透明樹脂で形成される透明樹脂７の高さと同程度かそれ以上の高さになるように設定する。このように、特定の方向に対して、反射板の高さを対応させてＬＥＤ素子の発光分布を制御して、放射角度分布の形状を制御する。本実施例で得られるＬＥＤ素子の放射角度分布は、図１６（ａ）（ｂ）のように異方性をもって得られることが計算により明確である。即ち、横方向のＡＡ′線方向では、図
１６（ａ）の計算結果と同様に示されるように、基板に垂直な方向よりも特定の高角度にピーク強度を有する放射角度分布が得られる。このピーク強度を有する角度は、成型品の中央部凹状窪みの形成条件により制御可能である。他方、縦方向のＢＢ′線方向においては、図１５（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子の発光分布を変化させる特徴的な形状はないため、通常の透明樹脂によるLambertian拡散分布が得られるが、本実施例で設けたように反射板の高さにより通常の拡散分布が高角度で遮蔽されるため、理想的には高角度で発光分布は抑制された形になる。本実施例によるパッケージ構成の光源では、図１６（ａ）と（ｂ）に示す異方性のある放射角度分布を一つのパッケージ構成から作り出すことができる。実際に、上記の設計に基づいて、上記の工程に沿って作製した樹脂形状の一例では、図１７（ａ）と（ｂ）に示す放射角分布を得ることができた。即ち、図１５（ａ）に示す横方向のＡＡ′線方向では、図１６（ａ）の設計に対応するように、高角度側にピーク強度を有する図１７（ａ）の放射角度分布とすることができ、図１５（ａ）に示す縦方向のＢＢ′線方向では、図１３（ｂ）の設計に対応するように、拡散光分布でありかつ高角度側で強度が抑制された形になる図１７（ｂ）の放射角度分布とすることができた。これにより、横方向と縦方向において、異方性の強い放射角分布を達成することが可能であった。
【００３０】
本実施例によると、照明装置や液晶バックライト装置において、横方向においては、
ＬＥＤ素子の放射角度分布を拡大させるともに、できるだけ最少限のパッケージの数量により、輝度や色度の均一化を図ることができる。縦方向では、パッケージ構成のＬＥＤ光源の放射角度分布は、パッケージ同士の発光分布があまりオーバーラップしないように設定することが可能であり、かつ高角度側の発光分布が抑制されているために、パーケージ同士の放射角度分布をうまく調整して、境界における発光強度を均一になるように設定することが可能となる。実施例１の場合よりも、縦方向において、さらに制限した発光分布に調節することができ、パッケージ同士の発光分布のオーバーラップを少なくすることが可能であった。
【００３１】
このようにパッケージ構成のＬＥＤ光源において、発光分布の調整によるパッケージの配置や光強度分布の調整によるパッケージ間の境界領域の設定をうまく設計していくことに対して有利に働く。本実施例では、特に実施例１におけるパッケージ構成よりも、液晶表示装置におけるスクロールによるバックライトをより均一にまた精密に制御することを可能とするものである。これに示されるように、本実施例における素子の放射角度分布は、所望の仕様に制御するべき照明装置や液晶表示装置のバックライト光源モジュールに非常に有効であることが示される。
【００３２】
本実施例のＬＥＤ素子パッケージ構成は、用途の面では実施例１と同様に、照明装置や小型テレビ用から大型テレビ用の液晶表示装置のバックライトモジュール光源だけでなく、パーソナルコンピュータ用液晶パネルやカーナビゲーションのバックライト光源、さらには車載用途の光源としても適用できる。
【実施例３】
【００３３】
図１８から図２４を用いて、本発明の第３の実施例を説明する。
【００３４】
本実施例では、パッケージ光源の構成と液晶バックライト光源モジュールについて示す。本実施例のパッケージ構成では、図１８に示すように、赤色ＬＥＤ素子１１，緑色LED素子１２，緑色ＬＥＤ素子１３及び青色ＬＥＤ素子の各々４素子に対応するパッケージを独立に構成した４組のパッケージとし、図１９のように、バックライトモジュール筺体
１６に各パッケージ光源１５を配置する場合と、図２０に示すように、赤色ＬＥＤ素子
１１，緑色ＬＥＤ素子１２，緑色ＬＥＤ素子１３及び青色ＬＥＤ素子の４素子を同一パッケージに集積し、図２１に示すように、バックライトモジュール筺体１６に各パッケージを配置する場合とがある。目的の仕様に応じて、パッケージの構成と配置を対応させることができる。どちらの場合においても、ＬＥＤ素子の発光分布を非対称に設定でき、異方性を示す放射角度分布を示すように適用することが可能である。図１８及び図１９のLEDパッケージとバックライトモジュールには、実施例１や２におけるＬＥＤ光源パッケージをそれぞれ赤色ＬＥＤ素子１１，緑色ＬＥＤ素子１２，緑色ＬＥＤ素子１３及び青色LED素子１４に対して、適用することにより対応できる。図２０及び図２１のＬＥＤパッケージとバックライトモジュールには、それぞれ赤色ＬＥＤ素子１１，緑色ＬＥＤ素子１２，緑色ＬＥＤ素子１３及び青色ＬＥＤ素子１４に対して、実装時におけるアライメントと実施例１及び２に示す形状樹脂の搭載時におけるアライメントを精度良く行うことにより、各ＲＧＧＢのそれぞれ４素子ごとに放射角分布を制御できるだけではなく、各ＲＧＧＢ素子を動作させて混色させた白色としたWhite 素子とした場合においても、放射角分布を制御することが可能である。実際に、設計に基づいて、各ＲＧＧＢ素子を実装し形状樹脂を搭載した一例では、図２２（ａ）と（ｂ）に示す放射角分布を得ることができた。即ち、図２０に示す横方向では、設計に対応するように、高角度側にピーク強度を有する図２２
（ａ）の放射角度分布とすることができ、図２０に示す縦方向では、設計に対応するように、拡散光分布の形になる図２２（ｂ）の放射角度分布とすることができた。これにより、横方向と縦方向において、各ＲＧＧＢ素子を動作させて混色させる白色光においても、異方性の強い放射角分布を達成することが可能であった。
【００３５】
実際の用途においては、液晶パネル表示装置のサイズや使用条件等が異なるので、放射角分布の設計と素子の実装及び封止樹脂の形状制御が対応するように、適切な設計と構成を図ることにより、必要とされるバックライトモジュール光源の仕様を所望の条件に設定できる。
【００３６】
本実施例では、上記パッケージ光源を用いて、液晶パネル表示装置を構成する。図２３に示すように、バックライトモジュール筺体１６上に、パッケージ光源１５を実装搭載した後、光学シート等の液晶パネル用光学系を搭載し、光学系と液晶パネルを合せて液晶表示装置を作製する。バックライトモジュール光源から出射された光線１７は、拡散板１８，プリズムシート１９，拡散フィルム２０、及び液晶表示パネルを透過する。液晶パネルは一対のガラス基板と、この一対のガラス基板間に配置した液晶層２２と、一対のガラス基板のそれぞれに備えられた偏光板２１，偏光板２３と、を有する。図２３では省略しているが、この液晶表示パネルには、表示面に対して横方向に配置された複数の走査線と、この複数の走査線に直交する方向、即ち表示面に対して縦方向に配置された複数の信号線と、この複数の走査線と複数の信号線との交差部に配置された複数のスイッチング素子と、が含まれる。この際、パッケージ光源と拡散板との距離に応じて、放射角分布を設計制御することにより、バックライトモジュール光源としての輝度分布や色度分布の均一性を向上させることが可能である。図２４の構成では、図２３の構成と同様に設定するが、光学シートのうち、プリズムシート１９をレンチキュラレンズシート２４で置き換える。レンチキュラレンズシートにより、正面方向の輝度を改善できる効果がある。また、レンチキュラレンズシートの下面に拡散反射フィルムを一体化させることも可能である。レンチキュラレンズシートの下面に拡散反射フィルムを貼り合わせ、レンズとなる領域に対応させ、その領域にスリット形状をもたせた拡散反射フィルムを設定することにより、レンズに入射する放射分布成分は液晶パネルの正面方向に輝度を向上させることも可能である。レンズに直接入射しない放射分布成分は拡散反射フィルムにより反射させ、発光分布を混合して再度レンズに入射させるようにすることにより、正面方向の輝度向上もたらすことができる。これらにより、バックライト光源の出射光線を有効活用ができ、より効率の高いバックライトモジュールが実現できる。また輝度分布や色度分布の均一性に対する制御性が向上できる。液晶パネル表示装置のサイズや使用条件等によって、必要とされるバックライトモジュール光源の仕様を所望の条件に相対的に容易に対応設定できることになる。
【００３７】
本実施例により、光強度分布を拡大させることができ、成型樹脂を用いたパッケージとして複数個用いることにより、相互のパッケージの光強度分布を補完することが可能になる。このことは、複数個のパッケージ素子を適用して、より広い面積において面内で均一な輝度を得るための光源モジュールに適した構成となる。本実施例によると、照明装置や液晶バックライト装置において、水平横方向においては、ＬＥＤ素子の放射角度分布を拡大させるともに、できるだけ最少限のパッケージの数量により、輝度や色度の均一化を図ることができる。
【００３８】
より詳細には、パッケージ光源１５のＬＥＤ素子に形成した凹部は、液晶表示パネルの信号線の配置した方向を長軸とする形状を持たせることができる。これにより、ＬＥＤ素子の放射角度分布は走査線の方向に異方性を有することとなる。即ちＬＥＤ素子は縦方向の信号線の方向に比べ、横方向の走査線の方向に光の広がりを大きく設定でき、縦方向では、パッケージ構成のＬＥＤ光源の放射角度分布は、パッケージ同士であまりオーバーラップがないように設定することが可能となる。更に、高角度側の発光分布が抑制されているために、パーケージ同士の放射角度分布をうまく調整して、境界における発光強度を均一になるように設定することが可能となる。このようにパッケージ構成のＬＥＤ光源において、発光分布の調整によるパッケージの配置や光強度分布の調整によるパッケージ間の境界領域の設定をうまく設計していくことに対して有利に働く。本実施例では、特に液晶表示装置のバックライトを縦方向にスクロールしていく構成を採る場合に、縦方向の光の相互干渉が小さいＬＥＤ素子を実現でき、バックライトをより均一にまた精密に制御することを可能とするものである。これに示されるように、本実施例における素子の放射角度分布は、所望の仕様に制御するべき照明装置や液晶表示装置のバックライト光源モジュールに非常に有効であることが示される。
【００３９】
本実施例のＬＥＤ素子パッケージ構成は、用途の面では実施例１や２と同様に、照明装置や小型テレビ用から大型テレビ用の液晶表示装置のバックライトモジュール光源だけでなく、パーソナルコンピュータ用液晶パネルやカーナビゲーション用のバックライト光源、さらには車載用途の光源としても適用できる。
【実施例４】
【００４０】
図２５から図２６を用いて、本発明の第４の実施例を説明する。
【００４１】
用途の面では、上記実施例と同様に適用できるが、中型から大型テレビ用の液晶パネル表示装置及びバックライトモジュールとして適用が可能であるばかりではなく、小型中型サイズの領域にまでバックライトモジュールとして適用が可能である。特に、縦方向と横方向の長さの比が比較的大きい液晶表示パネルのバックライトモジュールを構成する場合にも、十分設計対応することができる利点があり、実際最少限のＬＥＤパッケージ個数によりバックライト光源を構成することが可能である。
【００４２】
図２５には、ＬＥＤバックライト光源モジュール２５と、バックライト筺体２６、及び中小型液晶表示パネル２７の構成を示す。また図２６には、車載カーナビゲーション用の液晶表示装置を示し、バックライトモジュール及び光学系を含む液晶表示パネル２８，回路配線２９，駆動回路３０を組み込んで構成される。本発明実施例により、液晶表示装置のサイズを小型にしても、放射角分布を制御したバックライトモジュールを機能させることにより、必要とされる輝度分布や色度分布の均一性を確保できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明内容は、照明装置の光源や、大型液晶テレビ用の液晶表示装置や携帯電話やパソコン用などの中小型液晶表示装置に対するバックライト光源モジュールとして適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来技術におけるパッケージ光源の構成を示す断面図。
【図２】本発明実施例における成型品搭載樹脂封止パッケージ光源の構成を示す断面図。
【図３】（ａ）本発明実施例におけるパッケージ光源の構成を示す上面図。（ｂ）水平横方向におけるパッケージ光源の構成を示す断面図。（ｃ）垂直縦方向におけるパッケージ光源の構成を示す断面図。
【図４】（ａ）本発明実施例におけるパッケージ光源の構成を示す上面図。（ｂ）水平横方向におけるパッケージ光源の構成を示す断面図。（ｃ）垂直縦方向におけるパッケージ光源の構成を示す断面図。
【図５】（ａ）反射板一体型パッケージの構成を示す断面図。（ｂ）反射板一体型パッケージに対するＬＥＤ素子の実装構成を示す断面図。（ｃ）樹脂封止パッケージ光源の構成を示す断面図。（ｄ）成型品搭載樹脂封止パッケージ光源の構成を示す断面図。
【図６】本発明実施例における成型品搭載樹脂封止パッケージ光源の構成を示す断面図。
【図７】本発明実施例における成型品搭載樹脂封止パッケージ光源の構成を示す断面図。
【図８】本発明実施例における成型品搭載樹脂封止パッケージ光源の構成を示す断面図。
【図９】（ａ）反射板一体型パッケージの構成を示す断面図。（ｂ）反射板一体型パッケージに対するＬＥＤ素子の実装構成を示す断面図。（ｃ）一体成型樹脂封止パッケージ光源の構成を示す断面図。
【図１０】本発明実施例における一体成型樹脂封止パッケージ光源の構成を示す断面図。
【図１１】本発明実施例における一体成型樹脂封止パッケージ光源の構成を示す断面図。
【図１２】本発明実施例における一体成型樹脂封止パッケージ光源の構成を示す断面図。
【図１３】（ａ）水平横方向におけるＬＥＤ素子の放射角度分布の計算結果。（ｂ）垂直縦方向におけるＬＥＤ素子の放射角度分布の計算結果。
【図１４】（ａ）本発明実施例における水平横方向のＬＥＤ素子放射角度分布の実測結果。（ｂ）本発明実施例における垂直縦方向のＬＥＤ素子放射角度分布の実測結果。
【図１５】（ａ）本発明実施例におけるパッケージ光源の構成を示す上面図。（ｂ）水平横方向におけるパッケージ光源の構成を示す断面図。（ｃ）垂直縦方向におけるパッケージ光源の構成を示す断面図。
【図１６】（ａ）水平横方向におけるＬＥＤ素子の放射角度分布の計算結果。（ｂ）垂直縦方向におけるＬＥＤ素子の放射角度分布の計算結果。
【図１７】（ａ）本発明実施例における水平横方向のＬＥＤ素子放射角度分布の実測結果。（ｂ）本発明実施例における垂直縦方向のＬＥＤ素子放射角度分布の実測結果。
【図１８】本発明実施例におけるパッケージ光源の構成を示す上面図。
【図１９】本発明実施例におけるバックライトモジュール光源の構成を示す上面図。
【図２０】本発明実施例におけるパッケージ光源の構成を示す上面図。
【図２１】本発明実施例におけるバックライトモジュール光源の構成を示す上面図。
【図２２】（ａ）本発明実施例における水平横方向のＬＥＤ素子放射角度分布の実測結果。（ｂ）本発明実施例における垂直縦方向のＬＥＤ素子放射角度分布の実測結果。
【図２３】本発明実施例におけるバックライトモジュール光源と液晶表示装置の構成を示す断面図。
【図２４】本発明実施例におけるバックライトモジュール光源と液晶表示装置の構成を示す断面図。
【図２５】本発明実施例における中小型用バックライトモジュール光源と液晶表示装置の構成を示す上面図。
【図２６】本発明実施例の車載カーナビゲーション用バックライトモジュール光源と駆動装置の構成を示す上面図。
【符号の説明】
【００４５】
１…基板、２…配線、３…反射板、４…ＬＥＤ素子、５…ワイヤ、６，７，８，９，
１０…透明樹脂、１１…赤色ＬＥＤ素子、１２，１３…緑色ＬＥＤ素子、１４…青色LED素子、１５…パッケージ光源、１６…バックライトモジュール筺体、１７…光線、１８…拡散板、１９…プリズムシート、２０…拡散フィルム、２１，２３…偏光板、２２…液晶層、２４…レンチキュラレンズシート、２５…バックライト光源モジュール、２６…バックライト筺体、２７…中小型液晶表示パネル、２８…液晶表示パネル、２９…回路配線、３０…駆動回路。
【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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