(57)【要約】【課題】液晶表示装置のバックライトとして使用可能な薄い面光源を提供すること。【解決手段】セグメントＵ１は、３原色の蛍光体が分散された基板部１０ａと回路配線１０ｃとから成る回路配線基板１０、紫外線を発するIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０１、バンプ３ｂ、３原色の蛍光体が分散された封止樹脂４、高反射性金属から成る反射膜５から成る。セグメントＵ１は、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の発光領域（太線）Ａから発せられた紫外光が、回路配線基板１０の基板部１０ａと封止樹脂４に分散された３原色の蛍光体で赤、緑、青色の光に変換される。こうして、３原色の蛍光体から各々が二次的な発光源であるかのように赤、緑、青色の光が放射されることで、図内上方向に、セグメントＵ１全体から３原色の光が発せられる。カラー液晶表示装置のバックライトとして用いることのできる、極めて薄い白色面光源である。【選択図】図１
2008263083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体又は光拡散材料が分散された回路配線基板と、
前記回路配線基板の光取り出し側である第１の面とは異なる第２の面上に配置され、回路配線に接続された発光ダイオードと、
前記発光ダイオードを封止する、蛍光体又は光拡散材料が分散された樹脂と、
前記樹脂を覆い、前記発光ダイオードからの光を前記回路配線基板側に反射する反射膜とを有することを特徴とする面光源。
【請求項２】
請求項１に記載の面光源を有し、
前記回路配線基板の前記第１の面と平行な表示面を有することを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面光源及び液晶表示装置に関する。本発明は数個乃至極めて多数の発光ダイオードを用いた薄型の面光源に関し、また、それをバックライトとして用いる液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶を表示装置として用いる場合、当該液晶により透過又は遮断される光を発する光源、いわゆるバックライトが必要である。近年、カラー液晶がコンピュータのモニターに留まらず、携帯電話の操作画面やテレビ画面に積極的に採用され、必要とされるバックライトの光量も大きいものとなってきた。
【０００３】
ノートパソコンのモニター画面や携帯電話の操作画面に液晶表示装置を採用する場合、光源を含めて、表示面に垂直な方向の厚さを薄くすることが求められる。こうした中、例えば特許文献１のように、光源を液晶表示領域の言わば外部に配置させ、光をまず導光板で液晶背面に導き、反射膜及び拡散板で液晶背面から正面方向へ光を導く構造が普及している。
【特許文献１】特開２００２−７２２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、光源からの光は一旦液晶表示面と平行に液晶背面に導かれているので、光源の発する光の使用効率は決して高くない。また、単に光源を液晶背面に配置するのみでは、液晶全体に均一に光を照射するためには、例えば光源と液晶背面との距離を大きくする必要がある。特に、小型化を狙って、個々が赤、緑、青色の発光ダイオード（ＬＥＤ）をマトリックス配置した場合には、３原色ＬＥＤマトリックスと液晶背面に光拡散板を配置する場合であっても３原色ＬＥＤマトリックスと液晶背面との間隔を極めて大きくする必要があった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は液晶表示装置のバックライトとして使用可能な、薄い、面光源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、蛍光体又は光拡散材料が分散された回路配線基板と、回路配線基板の光取り出し側である第１の面とは異なる第２の面上に配置され、回路配線に接続された発光ダイオードと、発光ダイオードを封止する、蛍光体又は光拡散材料が分散された封止樹脂と、封止樹脂を覆い、発光ダイオードからの光を回路配線基板側に反射する反射膜とを有することを特徴とする面光源である。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の面光源を有し、回路配線基板の第１の面と平行な表示面を有することを特徴とする液晶表示装置である。
【０００７】
本願の各請求項に係る発明において、回路配線基板は、遮光性ではないことを必要とするが、蛍光体又は光拡散材料が分散された場合は必ずしも光に対して高透過性である必要は無い。更には、いずれの請求項に係る発明においても、視覚的効果を狙って、いわゆるスモーク状となったものや、着色されたものなど、任意の透光性（光の波長に対する透過率）を有するものとして良い。回路配線基板に形成する回路配線は、例えば透明材料を用いても良いが、不透明材料の金属膜としても構わない。発光ダイオードの構成と回路配線基板の回路配線との接続方法は任意である。封止樹脂も必ずしも光に対して高透過性である必要は無い。蛍光体とは例えば発光ダイオードの発光波長を変換するものを言い、発光ダイオード自身の発光波長の光と、蛍光体による変換された発光波長の光が合わさって、他の色調に視認できるものを想定するものである。光拡散材料は、発光ダイオードから直線方向にのみ光を取り出すのではなく、光透過領域全体が、いずれの方向からも発光しているように視認できるようにするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回路配線基板の第１の面側に設けられた、発光ダイオードから発せられた光が、封止樹脂と回路配線基板に分散された、蛍光体又は光拡散材料により光の方向が不規則に変化する。また、回路配線基板から遠ざかる方向の光は反射膜により回路配線基板へと反射される。これにより、回路配線基板の第２の面側からは、発光ダイオードを中心とした極めて広い領域が、あたかも発光しているように視認される。即ち、実質的には点光源である発光ダイオードを用いて面光源が構成できる。発光ダイオードを多数個用いれば、所望の面積の面光源とすることができる。これにより、液晶表示装置のバックライトとして採用可能な、極めて薄い面光源が構成できる。即ち、バックライトを有する液晶表示装置のユニット全体の占有体積を小さくすることができる。また、反射膜を用いており、光の使用効率が高い。
【０００９】
また、発光ダイオードの色調として３原色の３個のチップを一体化又は密着して設けると、回路配線基板の第２の面側に白色光を放射できる。或いは、例えば紫外線領域の発光ダイオードと、３原色の蛍光体を分散させた封止樹脂と回路配線基板を用いれば、１種類の発光ダイオードにより回路配線基板の第２の面側に白色光を放射できる。この場合、励起光源である近紫外線発光ダイオードを面光源の導光体中に配置することになるので光の使用効率が高くなる。これにより、カラー液晶表示装置のバックライトとして採用可能な、極めて薄い白色面光源が構成できる。即ち、バックライトを有するカラー液晶表示装置のユニット全体の占有体積を小さくすることができる。また、反射膜を用いており、光の使用効率が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に用いる発光ダイオードは、単色、フルカラー、その他任意である。また、用いる発光ダイオードの個数も任意である。発光ダイオードとしては、必要な色調を発光するものを任意に選択できる。例えばIII族窒化物系化合物半導体（ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ）を用いた紫色乃至緑色の発光ダイオードを選択しても良い。蛍光体と組み合わせる場合は、近紫外乃至青色領域の発光波長の発光ダイオードと黄色蛍光体を組み合わせて白色ダイオードとしても良く、所望色の蛍光体と紫外線発光ダイオードを組み合わせても良い。
【００１１】
発光ダイオードの電極構造も任意であり、回路配線基板の回路配線との接続方法も任意に選択できる。例えばIII族窒化物系化合物半導体（ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ）発光素子を用いる場合、いわゆるフェイスアップタイプの構造（ｐ型半導体層側に光取り出し）でチップ基板裏面に反射膜を形成しても良い。この場合、回路配線基板との接続ははんだバンプとして良い。或いはいわゆるフリップチップタイプの構造（絶縁基板側に光取り出し）でｐ型半導体層側に反射膜を有するものを、ワイヤボンディングしても良い。ワイヤボンディングの際、超音波を用いるウエッジボンディングによれば加熱処理が不要であり、他の構成部分に悪影響が少なくなる。これらの詳細については後述する。
【００１２】
回路配線基板の材料は、遮光性の母材が不適当であるほかは全く任意である。母材は透光性を有する樹脂又は無機材料が好ましい。光透過領域に対応する部分の配線材を酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）とすると、表示の際に配線の陰が生じない。光拡散材料としては球形その他の微粒子が入手可能であり、回路配線基板の母材に分散するほか、当該光拡散材料を塗布固定した薄膜を用いても良い。蛍光体や有機染料を用いる場合も同様である。
【００１３】
封止樹脂は母材樹脂、その他添加剤とも全く任意であり、光拡散材料、蛍光体、有機染料その他を含有させる場合も任意に選択できる。尚、本発明においては、封止樹脂を無機材料に置き換えることを排除するものではない。
【００１４】
発光ダイオードを覆う様に形成する反射膜については、任意の金属その他を用いることが可能である。但し金属を用いる場合は、回路配線基板の回路配線との絶縁を保つため、回路配線を絶縁材で被膜する、或いはスペーサを配する等の工夫が必要である。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の具体的な第１の実施例に係る面光源の、１個の発光ダイオード２０１の付近セグメントＵ１の構成を示す断面図である。面光源の全体像は図１のセグメントＵ１を縦横に任意個配置したものとなる。
【００１６】
図１のセグメントＵ１は、３原色の蛍光体が分散された基板部１０ａと回路配線１０ｃとから成る回路配線基板１０、波長３７０ｎｍ程度にピークを有する紫外線を発するIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０１、バンプ３ｂ、３原色の蛍光体が分散された封止樹脂４、高反射性金属であるアルミニウムから成る反射膜５から成る。III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１は、絶縁性基板２０と、ｎ型III族窒化物系化合物半導体領域２１ｎと、ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐとをこの順に有する。図１では発光領域をｎ型III族窒化物系化合物半導体領域２１ｎと、ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐとに挟まれた太線Ａで示した。当該領域Ａは、ｐｎ界面の他、単層、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造の発光層としうるものであって、簡略に示したものである。図１のセグメントＵ１は、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１を、フリップチップのように回路配線１０ｃに接続している。ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐは図示しないｐ電極を介して回路配線１０ｃと接続され、ｎ型III族窒化物系化合物半導体領域２１ｎは図示しないｎ電極と、バンプ３ｂを介して回路配線１０ｃと接続されている。尚、図示しないｐ電極は透光性の薄膜電極であるものとする。また、図１では回路配線１０ｃが基板部１０ａの図１内下側でIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０１が配置されていない大部分の面積を覆うかのように記載したが、回路配線１０ｃは、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１に通電可能なように形成されれば良く、基板部１０ａの下側を覆う必要は無い。また、回路配線１０ｃは、ＩＴＯその他の透明電極であるものとする。
【００１７】
図１のセグメントＵ１においては、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の発光領域（太線）Ａから発せられた紫外光が、回路配線基板１０の基板部１０ａに直接達した場合は、基板部１０ａに分散された３原色の蛍光体により、赤、緑、青色の波長に変換され、且つ当該３原色の蛍光体各々が二次的な発光源であるかのように、赤、緑、青色の光が放射される。同様に、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１の発光領域（太線）Ａから発せられた紫外光が、反射膜５で反射されて、又は直接封止樹脂４に至ると、封止樹脂４に分散された３原色の蛍光体により、赤、緑、青色の波長に変換され、且つ当該３原色の蛍光体各々が二次的な発光源であるかのように、赤、緑、青色の光が放射される。こうして、回路配線基板１０の基板部１０ａと封止樹脂４に分散された３原色の蛍光体から、各々が二次的な発光源であるかのように赤、緑、青色の光が放射されることで、図１内上方向に、図１のセグメントＵ１全体から３原色の光が発せられる。これを図１で太線の矢印で示した。即ち図１のセグメントＵ１は、実質的には点光源である半導体発光素子２０１を用いた、面光源であり、図１のセグメントＵ１を縦横に繰り返し配置した面光源は、極めて広い面積を有する３原色による白色面光源となる。これは、カラー液晶表示装置のバックライトとして用いることのできる、極めて薄い白色面光源である。
【００１８】
〔変形例１〕
図１のセグメントＵ１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０１を、紫外線発光ではなく他の波長領域の発光素子に置き替え、回路配線基板１０の基板部１０ａと封止樹脂４に分散された３原色の蛍光体を光拡散材料に置き換えると、当該波長領域の面光源が構成できる。この場合、蛍光体による波長変換に伴う発熱等を抑え、光の利用効率を向上させることができる。
【実施例２】
【００１９】
図２は、本発明の具体的な第２の実施例に係る面光源の、１個の発光ダイオード２０２の付近セグメントＵ２の構成を示す断面図である。面光源の全体像は図２のセグメントＵ２を縦横に任意個配置したものとなる。
【００２０】
図２のセグメントＵ２は、図１のセグメントＵ１が発光素子２０１をフリップチップ様に回路配線１０ｃに接続していた部分を、発光素子２０２を回路配線１０ｃにワイヤボンディング３ｎ及び３ｐで接続したことを除く他は同様の構成である。即ち、図２のセグメントＵ２に用いるIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０２は、基本的には図１のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０１と同様に、絶縁性基板２０と、ｎ型III族窒化物系化合物半導体領域２１ｎと、ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐとをこの順に有し、ｎ型III族窒化物系化合物半導体領域２１ｎと、ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐとに挟まれた発光領域（太線）Ａを有する。発光領域（太線）Ａからは紫外線が発せられる。ｎ型III族窒化物系化合物半導体領域２１ｎとワイヤボンディング３ｎとの間にはｎ電極が、ｐ型III族窒化物系化合物半導体領域２２ｐとワイヤボンディング３ｐとの間にはｐ電極が形成されているものとする。また、少なくとも、図示しないｐ電極は透光性の薄膜電極であるものとする。
【００２１】
図２のセグメントＵ２も、図１のセグメントＵ１と同様に、実質的には点光源である半導体発光素子２０２を用いた、面光源であり、図２のセグメントＵ２を縦横に繰り返し配置した面光源は、極めて広い面積を有する３原色による白色面光源となる。これは、カラー液晶表示装置のバックライトとして用いることのできる、極めて薄い白色面光源である。
【００２２】
〔変形例２〕
図２のセグメントＵ２のIII族窒化物系化合物半導体発光素子２０２を、紫外線発光ではなく他の波長領域の発光素子に置き替え、回路配線基板１０の基板部１０ａと封止樹脂４に分散された３原色の蛍光体を光拡散材料に置き換えると、当該波長領域の面光源が構成できる。この場合、蛍光体による波長変換に伴う発熱等を抑え、光の利用効率を向上させることができる。
【００２３】
図１のセグメントＵ１において、基板２０の裏面（図内下側）に高反射性の金属膜を形成する構成としても良い。図２のセグメントＵ２において、図示しないｐ電極は透光性の薄膜電極であるものとしたが、高反射性の金属電極としても良い。
【実施例３】
【００２４】
図３は本発明の具体的な第３の実施例に係るフルカラー液晶表示装置１００の構成を示す断面図である。図３のフルカラー液晶表示装置１００は、フルカラー液晶装置本体部６０と、３原色混合の白色面光源Ｕとから成る。
【００２５】
白色面光源Ｕは、上記実施例１で示したセグメントＵ１又は実施例２で示したセグメントＵ２を縦横に多数形成したものである。図においては、白色面光源Ｕを、３原色蛍光体を分散させた回路配線基板１０、III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１又は２０２、３原色蛍光体を分散させた封止樹脂４、反射膜５のみとして簡略に示した。
【００２６】
フルカラー液晶装置本体部６０は、下記の、公知の積層構造を有する。即ち、白色面光源Ｕに近い方から、第１の偏光板６１ａ、第１のガラス基板６２ａ、駆動電極層６３ａ、第１の偏光板６４ａ、液晶（ＬＣ）６５、第２の偏光板６４ｂ、共通電極６３ｂ、平坦化層６６、３色カラーフィルタ層６７、第２のガラス基板６２ｂ、及び、第２の偏光板６１ｂである。第２の偏光板６１ｂの表面６０Ｓが即ちフルカラー液晶表示装置１００の表示面である。
【００２７】
図３のフルカラー液晶表示装置１００は、３原色混合の白色面光源Ｕにより、第１の偏光板６１ａに均一な面状の光が供給される。３原色混合の白色面光源Ｕは極めて薄い面光源であるので、図３のフルカラー液晶表示装置１００全体としても極めて薄いフルカラー液晶表示装置１００とすることができる。
【００２８】
〔変形例３〕
図３においては３色カラーフィルタ層６７を有するフルカラー液晶本体部６０と３原色混合の白色面光源Ｕとの組み合わせとしたが、フルカラー液晶表示装置でなければ、面光源として他の色を用いても良い。例えば青色光と黄色蛍光体による黄色光の混合による本発明の白色面光源を用いれば、モノクロ液晶表示装置を構成することは容易である。或いは他の色の面光源を用いて、モノクロ液晶表示装置を構成しても良い。
【００２９】
以上の実施例に本願発明は限定されるものではない。実施例に挙げた構成を基礎として、入手可能な任意の部材等を用いて適宜変更可能である。例えば、発光素子はIII族窒化物系化合物半導体発光素子に限定されるものではなく、赤乃至黄緑色のＧａＡｓ系、ＩｎＰ系の発光素子を用いても良い。導電性のチップ基板を用いた素子を回路配線と接続する場合は当該基板を直接回路配線と接続しても良い。本願発明は、回路配線や発光素子及びそれらを導通させるワイヤやはんだ、バンプ等については必ずしも透光性のものを用いなければならないわけではない。光拡散材料と蛍光体を併用することは当然本願発明に包含される。
【００３０】
尚、発光素子の回路配線基板への固定方法は任意である。絶縁性基板を有するものについては図では説明を省略したが、接着剤を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の具体的な第１の実施例に係る面光源のセグメントＵ１の要部を示す断面図。
【図２】本発明の具体的な第２の実施例に係る面光源のセグメントＵ２の要部を示す断面図。
【図３】本発明の具体的な第３の実施例に係る液晶表示装置１００の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００３２】
１０：回路配線基板
１０ａ：３原色蛍光体が分散された基板部
１０ｃ：回路配線
２０１、２０２：III族窒化物系化合物半導体発光素子
４：３原色蛍光体が分散された封止樹脂
５：高反射性金属から成る反射膜
Ａ：III族窒化物系化合物半導体発光素子２０１、２０２の発光領域
【図１】
2008263083.tif 000003
【図２】
2008263083.tif 000004
【図３】
2008263083.tif 000005