(57)【要約】【課題】発光素子を中心に拡散発光する光の中から所定方向の２次元空間に限定して発光の指向性を高めることで、広い範囲の平面空間を効率よく照明することができる発光ダイオードを提供することである。【解決手段】素子基板２２と、この素子基板２２上に実装される発光素子２３と、この発光素子２３を封止する封止体２４とを備えた発光ダイオード２１において、前記封止体２４がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上にそれぞれ発光面を備え、前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかの座標軸上の一の発光面を正面発光部２４ａとしたときに、前記正面発光部２４ａとこの正面発光部２４ａの左右面に隣接する第１側面発光部２４ｂ，２４ｃを除いた他の発光面である第２側面発光部２４ｄ，２４ｅを遮光部材２５ａ，２５ｂで遮光した。【選択図】　　　図１
2004127604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に実装される発光素子と、この発光素子を封止する封止体とを備えた発光ダイオードにおいて、
前記封止体から発する光が前記発光素子を中心としたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３次元座標のいずれか２軸の組み合わせからなる２次元座標空間に対して指向性を有することを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記封止体がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上に発光面を備え、前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかの座標軸上の一の発光面を正面発光部としたときに、前記正面発光部とこの正面発光部の上下面及び左右面のいずれかに隣接する一対の側面発光部を除いた他の発光面を遮光した請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】
基板、この基板上に実装される発光素子、この発光素子を封止する封止体を有する発光ダイオードと、この発光ダイオードから発する光を受光する受光面を有する導光板とを備えたバックライトユニットにおいて、
前記封止体から発する光が前記発光素子を中心としたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３次元座標のいずれか２軸の組み合わせからなる２次元座標空間に対して指向性を有すると共に、導光板の受光面を前記指向性を有する２次元座標軸に向けて配設したバックライトユニット。
【請求項４】
前記封止体がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上に発光面を備え、前記Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のいずれかの座標軸上の一の発光面を正面発光部としたときに、前記正面発光部を導光板の受光面に対向して配置すると共に、前記正面発光部とこの正面発光部の上下面及び左右面のいずれかに隣接する一対の側面発光部を除いた他の発光面を遮光した請求項３記載のバックライトユニット。
【請求項５】
前記正面発光部に隣接する側面発光部が前記受光面に対して所定の角度に傾斜形成されてなる請求項４記載のバックライトユニット。
【請求項６】
前記正面発光部が前記受光面に向けて半円形状に曲面形成されてなる請求項４記載のバックライトユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定方向に指向性を持たせた発光ダイオードに関し、特に、液晶表示パネル等を照明するバックライト光源に適した発光ダイオード及びこの発光ダイオードを備えたバックライトユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオードは、電極や配線パターンが形成された回路基板上に発光素子を実装し、この発光素子を透明な樹脂材で封止することによって、様々な形状の発光面を形成している。図６に示す発光ダイオード１は、素子基板２上に発光素子３を表面実装し、この発光素子３を透明な四角形状の封止体４で封止して形成したものである。また、前記発光ダイオード１に所定方向の発光の指向性を持たせるために、前記封止体４の正面発光部４ａを除いた側面及び上下面を遮光部材５で囲って形成する場合がある。前記構成からなる発光ダイオード１は、側面発光タイプのものであって、前記正面発光部４ａを実装基板６面に対して略直角になるように実装することで、実装基板６の平面方向に発光の指向性を持たせている。
【０００３】
図７は、平板状の導光板１２の一側面（受光面１３）に向けて前記発光ダイオード１を配設して形成したバックライトユニット１１の構成例を示したものである。前記構成からなるバックライトユニット１１によれば、導光板１２の受光面１３と発光ダイオード１の正面発光部４ａが略平行となり、且つ封止体４の正面発光部４ａ以外の面を遮光部材５で封止しているので、高輝度発光した光を受光面１３に入射して導光板１２を照明することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の発光ダイオード１にあっては、封止体４の正面発光部４ａを除いた面を遮光部材５で覆っているため、正面発光部４ａにおける輝度が高めることができる反面、指向性が狭まってしまうといった問題がある。特に、図７に示したように、比較的大きなサイズの導光板１２を照明する場合は、前記導光板１２の受光面１３に沿って複数の発光ダイオード１を配設しなければならないが、前述したように、照射する範囲が狭いために、隣接配置した発光ダイオード１との間に光が照射しない領域Ａが発生してしまう。このため、広い領域をムラなく照明するためには、発光ダイオード１を配設する間隔を狭くすると共に、配設個数を多くしなければならないといった問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の第１の目的は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３次元空間に対する拡散光の中から所定の２軸からなる２次元空間に限定して発光の指向性を高めることで、広い範囲の平面空間を効率よく照明することができる発光ダイオードを提供することである。
【０００６】
また、本発明の第２の目的は、薄型に形成された導光板の受光面に対して漏れなく有効に光を照射させると共に、前記導光板内を均等に照明することができる発光ダイオードを備えたバックライトユニットを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の発光ダイオードは、基板と、この基板上に実装される発光素子と、この発光素子を封止する封止体とを備えた発光ダイオードにおいて、前記封止体から発する光が前記発光素子を中心としたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３次元座標のいずれか２軸の組み合わせからなる２次元座標空間に対して指向性を有することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、発光素子を中心としたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３次元空間に拡散発光する光のうち、前記いずれか２軸の組み合わせからなる２次元空間に対して指向性を持たせることで、広い範囲の平面空間をムラなく、且つ効果的に照明することができる。これによって、導光板のような薄板状の部材を照明する光源に適した発光ダイオードが得られる。
【０００９】
また、前記所定方向に指向性を備えた２次元空間は、この２次元空間と同一面上にある発光面を除いた他の発光面を遮光部材によって遮光することで実現可能となる。
【００１０】
本発明のバックライトユニットは、基板、この基板上に実装される発光素子、この発光素子を封止する封止体を有する発光ダイオードと、この発光ダイオードから発する光を受光する受光面を有する導光板とを備えたバックライトユニットにおいて、前記封止体から発する光が前記発光素子を中心としたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３次元座標のいずれか２軸の組み合わせからなる２次元座標空間に対して指向性を有すると共に、導光板の受光面を前記指向性を有する２次元座標軸に向けて配設したことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、前記発光ダイオードによって、薄型平板状の導光板の受光面に漏れなく、且つ広がりを持たせた状態で発光素子等で発光した光を取り込んで導光させることができる。このため、発光ムラのないバックライトユニットが得られる。
【００１２】
また、前記封止体が正面発光部を前記受光面と略平行に対向配置した際に、側面発光部が前記受光面に対して９０度以下の傾斜角に設定することで、前記受光面に向かう光量を多くすることができる。さらに、前記樹脂体の正面発光部及び側面発光部の境界を無くした半円形状にした場合は、その半円形の表面に沿った１８０度に近い指向性を備えた発光効果が得られる。
【００１３】
また、従来のバックライトユニットでは、サイズの大きな導光板をムラなく発光させるために、複数の発光ダイオードを近接して受光面に配設していたが、本案の発光ダイオードのように、２次元空間に対して広がりを持たせた指向性を備えたことで、配設個数を増やすことなくサイズの大きな導光板をムラなく照明させることが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光ダイオードの実施形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すように、本発明の第１実施形態における発光ダイオード２１は、ガラスエポキシやＢＴレジン（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ　Ｔｒｉａｚｉｎｅ　Ｒｅｓｉｎ）等で形成された素子基板２２の上に実装される発光素子２３と、この発光素子２３を素子基板２２上に封止する封止体２４と、この封止体２４の上面及び下面に設けられる遮光部材２５ａ，２５ｂとを備えている。前記素子基板２２には、発光素子２３との導通及び実装基板２６に実装するための図示しない回路パターン及び電極が設けられている。発光素子２３は、一対の素子電極部（アノード電極，カソード電極）を備えた微小な四角形状のシリコンチップであり、底部が前記素子基板２２上に絶縁性接着剤を介して固定され、前記素子電極部と素子基板２２上の電極とがボンディングワイヤを介して接続されている。
【００１６】
前記封止体２４は、発光素子２３を中心にして素子基板２２上に透明又は乳白色系の透光性を有するエポキシ系の樹脂材を充填して立方形状に形成されたものである。この封止体２４は、図１に示したＸＹＺ軸からなる３次元座標で表すと、Ｙ軸上にあって前記発光素子２３の上面に位置する正面発光部２４ａと、Ｘ軸上に対向する一対の第１側面発光部２４ｂ，２４ｃと、Ｚ軸上に対向する一対の第２側面発光部２４ｄ，２４ｅからなる発光部を備えている。なお、発光素子２３を実装した素子基板２２面は、前記正面発光部２４ａ、第１側面発光部２４ｂ，２４ｃ及び第２側面発光部２４ｄ，２４ｅに向けて反射する反射面となっている。このような構成からなる封止体２４にあっては、前記正面発光部２４ａはＹ軸方向に、第１側面発光部２４ｂ，２４ｃはＸ軸方向に、第２側面発光部２４ｄ，２４ｅがＺ軸方向に対する指向性をそれぞれ備えている。また、発光輝度に関しては、前記第１側面発光部２４ｂ，２４ｃと第２側面発光部２４ｄ，２４ｅが略同じであるが、正面発光部２４ａは発光素子２３の正面にあるため、若干高くなっている。本実施形態の発光ダイオード２１は、Ｙ軸方向及びＸ軸方向の指向性を高めるため、Ｚ軸方向にある第２側面発光部２４ｄ，２４ｅを遮光部材２５ａ，２５ｂで遮光した構造となっている。この遮光部材２５ａ，２５ｂは、非透過性のエポキシ樹脂で形成することができる。なお、前記遮光部材２５ａ，２５ｂの第２側面発光部２４ｄ，２４ｅに接する面を鏡面状に加工したり、高反射率を備えた部材で形成することによって、封止体２４内部での反射効果を高め、正面発光部２４ａ及び第１側面発光部２４ｂ，２４ｃから照射される発光輝度を高めることができる。
【００１７】
図２及び図３は、前記構成からなる発光ダイオード２１ａ，２１ｂを導光板３２の一端に配設したバックライトユニット３１の構成を示したものである。このバックライトユニット３１は、主に液晶表示パネルのバックライトとして使用されるもので、前記発光ダイオード２１ａ，２１ｂで発した光を導光板３２の受光面３３から入射して導光板３２全体を発光させ、この導光板３２の上方に配設される液晶表示パネル（図示せず）を下方から照明する構造となっている。前記導光板３２は、透明なアクリル板で構成され、液晶表示パネルと略同じ面積で厚みが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度に設定される。発光ダイオード２１ａ，２１ｂは、図３に示したように、封止体２４の厚みが前記導光板３２と略同じ厚みに形成され、正面発光部２４ａを受光面３３に向けて平行且つ接近した状態で組み込まれる。なお、発光ダイオード２１の配設個数は導光板３２の平面サイズや発光ダイオード２１ａ，２１ｂの発光面のサイズによってそれぞれ異なるが、図２に示したように、隣接する各発光ダイオード２１ａ，２１ｂの側面から照射される光が受光面３３において若干重なるような間隔で配設するのが好ましい。
【００１８】
次に、前記図２及び図３に基づいてバックライトユニット３１における発光作用を説明する。先ず、発光素子２３を素子基板２２側から電流を供給して予め設定した明るさに発光させる。ここで発光した光は、封止体２４内を透過して正面発光部２４ａからほぼ真直ぐ受光面３３に照射される。また、第１側面発光部２４ｂ，２４ｃにおいては、前記受光面３３に対して斜め方向に照射する。したがって、前記受光面３３は、正面発光部２４ａ及び第１側面発光部２４ｂ，２４ｃによる略１８０度に広がる照射光を受けることになる。一方、前記受光面３３に対して直接光が届かない第２側面発光部２４ｄ，２４ｅから発せられる光は、遮光部材２５ａ，２５ｂによって遮光されているので、封止体２４内部で反射あるいは屈折しながら前記正面発光部２４ａ及び第１側面発光部２４ｂ，２４ｃに向かう。このため、前記受光面３３に高輝度の光が入射されて導光板３２全体を明るく発光させることができる。また、図３に示したように、導光板３２の受光面３３に複数の発光ダイオード２１ａ，２１ｂを配設した場合は、相互の発光領域が重なるため、導光板３２内に光が到達しない影の部分がなくなる。また、発光ダイオード２１ａ，２１ｂの配設間隔を広く設定することができるので、平面積の広い導光板を採用した場合における発光ダイオードの数を低減すると共に、低消費電力化が図られる。
【００１９】
なお、前述したバックライトユニット３１では、発光ダイオード２１ａ，２１ｂの第１側面発光部２４ｂ，２４ｃ面を全て発光面としたが、第１側面発光部２４ｂ，２４ｃの一部を遮光することで発光の広がり方向を調整することも可能である。例えば、前記素子基板２２寄りの発光面の一部を前記遮光部材２５ａ，２５ｂと同様の部材で遮光すれば、素子基板２２面に沿って発光する光の一部を受光面３３に向けることができる。
【００２０】
上記実施形態における発光ダイオード２１では、発光部が正面発光部２４ａ、第１側面発光部２４ｂ，２４ｃ及び第２側面発光部２４ｄ，２４ｅからなる立方体形状に構成したが、このような形状に限定されず様々な形状をとることが可能である。例えば、図４に示す第２実施形態の発光ダイオード４１のように、正面発光部４４ａに対して第１側面発光部４４ｂ，４４ｃが外方向に所定の角度αで開いた台形状に形成してもよい。このように前記第１側面発光部４４ｂ，４４ｃを傾斜形成することで、前記正面発光部４４ａと対向して配設される導光板の受光面に対する指向性を一定の範囲で狭くしたり、広くしたりすることが可能となる。なお、前記封止体４４の上面及び下面を遮光することで、前記正面発光部４４ａ及び第１側面発光部４４ｂ，４４ｃからの発光効率が高められる。
【００２１】
前記以外の形状として、図５に示す第３実施形態の発光ダイオード５１のように、封止体５４を正面発光部と第１側面発光部との境のない曲面形状に形成することもできる。このような形状にした場合は、発光素子２３を中心として略１８０度に均等に広がった指向特性を得ることが可能となる。さらに、前記封止体５４の上面及び下面を遮光することで、前記封止体５４の曲面部に沿った指向特性を高めることができる。
【００２２】
上述した発光ダイオード２１，４１，５１は、回路パターンや電極が形成された素子基板２２，４２，５２に発光素子２３をダイボンドあるいはワイヤボンドした後、前記素子基板２２，４２，５２上に形成する封止体２４，４４，５４の形が形成された金型を装着し、この金型内に樹脂材を充填することによって形成される。また、遮光部材２５ａ，２５ｂは、前記封止体成形後に別の金型を装着して非透過性を備えたエポキシ系の樹脂材を充填して形成するか、別途形成した遮光板を先に成形された封止体に接着剤を介して接合される。
【００２３】
また、上記実施形態では、封止体を構成する材料として透明なエポキシ系の樹脂材を使用したが、前記樹脂材の中に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や酸化チタン（ＴｉＯ２）等の反射率の高い微粒子を混入させることで、光散乱効果を得ることができる。また、前記樹脂材に各色の着色剤を混入して形成することによってカラー発光のバックライトユニットを形成することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る発光ダイオードによれば、前記発光素子を中心としたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる３次元空間に拡散発光する光のうち、前記いずれか２軸の組み合わせからなる２次元空間に対して指向性を持たせることで、広い範囲の平面空間をムラなく、且つ効果的に照明することが可能となる。
【００２５】
また、本発明に係るバックライトユニットによれば、薄型の導光板の一側面に前記発光ダイオードを配設した構成になっているので、前記導光板の広がる２次元空間を広範囲にムラなく照明することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発光ダイオードの第１実施形態の斜視図である。
【図２】上記発光ダイオードを備えたバックライトユニットの構成を示す斜視図である。
【図３】上記バックライトユニットの断面図である。
【図４】本発明に係る発光ダイオードの第２実施形態の斜視図である。
【図５】本発明に係る発光ダイオードの第３実施形態の斜視図である。
【図６】従来の側面発光型の発光ダイオードの斜視図である。
【図７】上記従来の発光ダイオードを備えたバックライトユニットの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
２１，４１，５１　発光ダイオード
２２，４２，５２　素子基板
２３　発光素子
２４，４４，５４　封止体
２４ａ　正面発光部
２４ｂ，２４ｃ　第１側面発光部
２４ｄ，２４ｅ　第２側面発光部
２５ａ，２５ｂ　遮光部材
２６　実装基板
３１　バックライトユニット
３２　導光板
３３　受光面
【図１】
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【図２】
2004127604.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004127604.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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