(57)【要約】【課題】発光素子を封止する樹脂体の発光射出面から射出される光に特定方向の指向性を持たせることで、液晶表示装置をより明るく照明することのできる発光ダイオードを提供することである。【解決手段】基板２２と、この基板２２上に実装される発光素子２４と、該発光素子２４の上方を封止する樹脂体２６とを備えた発光ダイオード２１において、前記発光素子２４と対向する樹脂体２６の発光射出面２７で、且つ前記発光素子２４から発光射出面２７と直交するように延ばした直線と交わる位置に光を反射あるいは屈折させるための筋状の凹溝３０を形成した。【選択図】      図１
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【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、該発光素子の上方を封止する樹脂体とを備えた発光ダイオードにおいて、
前記発光素子と対向する樹脂体の発光射出面で、且つ前記発光素子から発光射出面と直交するように延ばした直線と交わる位置に筋状の光反射部若しくは光屈折部を設けたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記光反射部若しくは光屈折部が、前記樹脂体の発光射出面に設けられた断面略Ｖ字状の凹溝である請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記光反射部若しくは光屈折部が、前記樹脂体の発光射出面に設けられた断面略三角形状の突起である請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記請求項１記載の発光ダイオードを導光板の一端に配置してなることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置の光源として好適な発光ダイオード及びこの発光ダイオードを光源とする液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンや時計、携帯電話機等の薄型、小型の情報機器の表示装置として、液晶表示装置が用いられている。このような液晶表示装置は、液晶パネルと、この液晶パネルを背面あるいは正面の全面に亘って照射する面状光源とを備えており、この面状光源が蛍光ランプや発光ダイオード等による発光源と、この発光源から発する光束を液晶パネルに向けた面状の光束に変換する導光板とで構成されている。なお、前記発光源としては、小型、薄型化と共に長寿命化に優れた発光ダイオードが多く使用されている。
【０００３】
図７は、従来から上記液晶表示装置の発光源として使用されている薄型の発光ダイオードの構造を示したものである。この発光ダイオード１は、一対の電極部が形成されたガラスエポキシからなる基板２の上面に発光素子３を載置し、この発光素子３の素子電極部と前記基板２の電極部とをボンディングワイヤあるいは半田バンプによって電気的に接続すると共に、前記発光素子３の上方を透明な樹脂体４で封止して全体を薄型四角形状にして形成したものである。このような構造の発光ダイオード１にあっては、発光素子３で発した光が樹脂体４内部を透過し、発光射出面８からそのまま外部に射出される。
【０００４】
図８は、上記従来の発光ダイオード１を利用したバックライト付の液晶表示装置１１ａの構成例を示したものである。この液晶表示装置１１ａは、透過型若しくは半透過型の液晶パネル１３ａの下面に透明なアクリル板若しくはポリカーボネイト板等からなる導光板１２ａを配置し、この導光板１２ａの一端１５ａ側に前記発光ダイオード１を配置したものであり、発光ダイオード１の発光射出面８が導光板１２ａの一端１５ａと向かい合った構造となっている。前記導光板１２ａ内には発光ダイオード１で発光した光が導かれ、上方に設置された液晶パネル１３ａの下面側を照射する。照射効率を上げるために、前記導光板１２ａの下面に反射用の複数のＶ字溝１４が設けられており、導光板１２ａ内を伝播する光をＶ字溝１４で反射して液晶パネル１３ａ側に投射させている。一方、図９に示したフロントライト付の液晶表示装置１１ｂは、導光板１２ｂの下面側に反射型の液晶パネル１３ｂを配置した構造のものであり、前述と同様、導光板１２ｂの一端１５ｂと向かい合うようにして前記発光ダイオード１が配置される。さらに、導光板１２ｂの上面には反射用の段部１８が複数設けられており、導光板１２ｂ内を伝播する光を段部１８で反射して液晶パネル１３ｂ側に投射させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の液晶表示装置１１ａ，１１ｂにあっては、発光ダイオード１と導光板１２ａ，１２ｂとの間に空気層１９が形成されているために、発光ダイオード１の発光素子３から発した光が樹脂体４と空気層１９との間で反射して樹脂体４の外へ出射できないおそれがある。そこで、上記の発光ダイオード１の樹脂体４の中に光散乱材を混入させることで、樹脂体４から多くの光を出射させて輝度アップを図り、出射光量を増やす方法が考えられる。しかしながら、樹脂体４の中に光散乱材を混入させることで輝度が向上するものの、図１０に示した発光ダイオード１の指向特性からも明らかなように、発光範囲が発光ダイオード１を中心とした全方向に亘っているので、これを液晶表示装置１１ａ，１１ｂの光源として利用したとしても、導光板１２ａ，１２ｂへの入射光量が多少増える程度となり、導光板１２ａ，１２ｂ内での出射効率を向上させることにはならない。即ち、図８及び図９に示したように、発光ダイオード１から導光板１２ａ，１２ｂ内に光を入射させた場合において、実線で示した光路Ｌ１にあっては導光板１２ａ，１２ｂ内での出射効率の向上に寄与するものの、破線で示した特に輝度の高い中心の光路Ｌ２は、導光板１２ａ，１２ｂ内のＶ字溝１４及び段部１８で出射効率を上げることに寄与しないからである。
【０００６】
そこで、本発明の第１の目的は、発光素子を封止する樹脂体の発光射出面から射出される光に特定方向の指向性を持たせることで、液晶表示装置の光源として好適な発光ダイオードを提供することである。
【０００７】
また、本発明の第２の目的は、前記発光ダイオードから特定方向の指向性を持って発せられる光を導光板に導き、この導光板内からの光の出射効率を高めることによって、液晶パネル面を明るく照射することができる液晶表示装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発光ダイオードは、基板と、この基板上に実装される発光素子と、該発光素子の上方を封止する樹脂体とを備えた発光ダイオードにおいて、前記発光素子と対向する樹脂体の発光射出面で、且つ前記発光素子から発光射出面と直交するように延ばした直線と交わる位置に筋状の光反射部若しくは光屈折部を設けたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、樹脂体の発光射出面に筋状の光反射部若しくは光屈折部を設けたので、この光反射部若しくは光屈折部を通る光を特定の方向に反射させたり、屈折させたりすることができる。特に、前記光反射部若しくは光屈折部は発光素子の真上を通過する位置に設けられているので、発光素子で発する中心部の輝度の高い光を前記光反射部若しくは光屈折部で二方向に分散させることができる。
【００１０】
前記光反射部若しくは光屈折部は、樹脂体の表面を断面略Ｖ字状に凹ませた凹溝や、断面略三角形状の突起によって構成することが望ましく、そうした場合には前記凹溝や突起の傾斜角に応じて反射若しくは屈折させる方向及び角度を調整することが可能となる。
【００１１】
また、発光素子から前記光反射部若しくは光屈折部を通る光は特に輝度が高いので、この光を所望の方向に反射若しくは屈折させることで、液晶表示装置の光源として極めて有用なものとなる。即ち、前記発光ダイオードを液晶表示装置等のバックライトあるいはフロントライト用の面状光源である導光板の一端側に配置した場合は、この導光板内に入射された光によって内部での反射を繰り返しながら拡散すると共に、反射用のＶ字溝１４及び段部１８でさらに反射して液晶パネル面を明るく均一に照射する。このため、液晶パネルの表示面の視認性をより向上させることができる。
【００１２】
前記光反射部若しくは光屈折部を構成する凹溝は、硬化させた樹脂体の表面をＶ字状に切削することで形成され、一方の突起は樹脂体の表面に略三角形状の突起を残すように周辺部を切削することで形成される。また、樹脂体の表面を切削する方法以外に、前記の凹溝あるいは突起に対応した形状の金型を用い、樹脂封止工程で同時に形成することもできる。このように、形成が容易であって従来に比べて特別な設備も不要であるため、工数及びコストが嵩むことなく安価に製造できる。
【００１３】
【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。図１は本発明の第１実施形態における発光ダイオードの全体形状を示す斜視図、図２は前記発光ダイオードの断面図である。
【００１４】
図１及び図２に示されるように、本発明の第１実施形態に係る発光ダイオード２１は、ガラスエポキシやＢＴレジン（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ  Ｔｒｉａｚｉｎｅ  Ｒｅｓｉｎ）などからなる基板２２と、この基板２２上に載置される発光素子２４と、該発光素子２４を基板２２上に封止する樹脂体２６とで構成されている。前記基板２２には、発光素子２４との導通及びマザーボード等の外部基板に実装するための電極２３ａ，２３ｂが設けられている。発光素子２４は、一対の素子電極部２９ａ，２９ｂ（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、その底部が前記基板２２上に絶縁性接着剤２８を介して固定され、素子電極部２９ａ，２９ｂと基板２２上の電極２３ａ，２３ｂとがボンディングワイヤ２５によって接続されている。また、樹脂体２６は、発光素子２４を中心にして基板２２上に形成された略直方体形状の封止体であり、透光性を備えたエポキシ系の樹脂材を金型等に充填することによって形成される。そして、樹脂体２６によって前記発光素子２４及びボンディングワイヤ２５を封止すると共に、発光素子２４から発した光を透過させ外部に射出する。
【００１５】
前記樹脂体２６の上面は、発光素子２４から発せられた光の多くが射出される平坦な発光射出面２７として形成されるが、この発光射出面２７の略中央部に断面略Ｖ字状に切れ込んだ凹溝３０が形成されている。この凹溝３０は、基板２２上に載置された発光素子２４が発する中心部付近の高輝度光を樹脂体２６の発光射出面２７で外向きに反射させ、外方への指向性を持って射出させるための光反射部として設けられるもので、光の反射方向及びその程度に応じてＶ字の傾斜角が設定される。この実施形態において、前記凹溝３０は、基板２２上に設けられた一対の電極２３ａ，２３ｂを結ぶ方向に沿って一本の筋状に形成され、且つ前記発光素子２４の略真上を通っている。凹溝３０を発光素子２４の略真上に設けることで、発光素子２４から発光した中心部付近の直進性の強い光を凹溝３０のＶ字の傾斜面で反射させて左右方向に分散させることができる。前記凹溝３０は、樹脂体２６の発光射出面２７をＶ字状に切削することによって簡単に形成することができるが、樹脂体２６を成形する際、金型に対応する形状を設けておくことで樹脂成形と同時に形成することもできる。なお、図１に示した発光ダイオード２１では前記凹溝３０を発光射出面２７の全長に設けてあるが、発光素子２４の略真上を含む一部分に設けてあってもよい。また、図１では凹溝３０が一対の電極２３ａ，２３ｂを結ぶ方向に一本の筋状で形成されているが、一本に限定されないことは勿論のこと、発光素子２４の略真上を通る位置であれば、その形成方向は限定されることはない。
【００１６】
図３は本発明に係る発光ダイオードの第２実施形態を示したものである。この実施形態に係る発光ダイオード３１は、樹脂体３６の発光射出面３７に筋状に延びる一本の断面略三角形状の突起４０を設けたものである。この突起４０も前記の実施形態と同様、基板２２上に載置された発光素子２４が発する中心部付近の高輝度光を樹脂体３６の発光射出面３７で外向きに屈折させ、外方への指向性を持たせて射出させるための光屈折部として設けられる。前記突起４０は、光の屈折方向及びその程度に応じて三角形状の傾斜面の角度が設定される。また、前記実施形態と同様、突起４０は基板２２上に載置された発光素子２４の略真上を通って形成され、発光素子２４から発光した中心部付近の直進性の強い光を突起４０の傾斜面で屈折させて左右方向に分散させることができる。前記突起４０は、樹脂体３６の上面を切削することによって形成することができるが、樹脂体３６を成形する際の金型に対応する形状を設けておくことで樹脂成形と同時に形成することができる。また、樹脂体３６の上面に別途三角形状の突起を接着剤で貼着してもよい。
【００１７】
図４は、上述した発光ダイオード２１，３１の発光の指向特性を示したものである。いずれの発光ダイオード２１，３１も同じ傾向の指向特性を持ち、中心付近よりも左右両側に強い光の指向特性を持っている。このことからも、発光素子２４で発光した中心部付近の光が上記凹溝３０及び突起４０によって外向きに反射あるいは屈折されていることが分る。
【００１８】
図５は前記発光ダイオード２１を利用したバックライト付の液晶表示装置４１ａを示したものである。この液晶表示装置４１ａは従来例と同様、透過型若しくは半透過型の液晶パネル１３ａの下面に透明なアクリル板若しくはポリカーボネイト板等からなる導光板１２ａを配置し、この導光板１２ａの一端１５ａ側に前記発光ダイオード２１を配置したものである。発光ダイオード２１の発光射出面２７と導光板１２ａの一端１５ａとの間には空気層１９が設けられている。
【００１９】
このような構成からなる液晶表示装置４１ａにあっては、発光ダイオード２１から導光板１２ａに入射する光は、発光素子２４の発光正面からは少しずれた角度で入射する実線で示された光路Ｌ３による光と、発光素子２４の発光正面付近から射出する輝度の高い中心光を前記凹溝３０によって外向きに反射してから入射する破線で示された光路Ｌ４による光とに分けられるが、両者はいずれも導光板１２ａに斜めの角度で入射され、導光板１２ａの上面４４ａや下面４５ａとで反射を繰り返しながら伝播すると共に、導光板１２ａに設けられた各Ｖ字溝１４で効率的に反射する。このため、導光板１２ａの上面４４ａ側への反射光が多くなり、上方に配置された液晶パネル１３ａを明るく照射することができる。
【００２０】
図６は、前記発光ダイオード２１を導光板１２ｂ及び反射型の液晶パネル１３ｂと共に組み込んだフロントライト付の液晶表示装置４１ｂの構成例を示したものであり、前記バックライト付の液晶表示装置４１ａとは導光板１２ｂと液晶パネル１３ｂの上下関係が逆になっている点で異なる。また、前記導光板１２ｂの上面４４ｂには反射用の段部１８が複数設けられ、この段部１８で反射された光を下方に配置した反射型液晶パネル１３ｂ側にさらに反射する。発光ダイオード２１から導光板１２ａに入射する光は、前記図５に示したのと同様に、実線で示された光路Ｌ３による光と、破線で示された光路Ｌ４による光とに分けられ、両者はいずれも導光板１２ｂに斜めの角度で入射され、導光板１２ｂの上面４４ｂや下面４５ｂとで反射を繰り返しながら伝播すると共に、導光板１２ｂに設けられた各段部１８で効率的に反射して、導光板１２ｂの下面４５ｂ側への反射光が多くなり、下側に配置された反射型液晶パネル１３ｂを明るく照射することができる。
【００２１】
上述のように、樹脂体２６の発光射出面２７に断面Ｖ字状の凹溝３０や断面三角形状の突起４０を設けたことによって、発光素子２４から照射される光を所定方向に反射若しくは屈折させ、導光板１２ａ，１２ｂ内に導くことができる。そのために、導光板１２ａ，１２ｂ内に入射した光の利用効率が高まり、液晶パネル１３ａ，１３ｂ全体の発光輝度が向上する効果が得られる。
【００２２】
また、上記凹溝３０の深さやＶ字の切り込み角を調整したり、突起４０の高さや傾斜角を変えることによって、光の屈折方向を適宜調整することが可能である。このため、液晶表示装置のバックライトあるいはフロントライトとして使用する場合に、導光板１２ａ，１２ｂの大きさや厚みに応じて光の反射角度や屈折角度が最適になるように調整することができる。
【００２３】
上記実施形態では光反射部若しくは光屈折部を断面Ｖ字状の凹溝３０や断面三角形状の突起４０によって構成した場合について説明したが、これらの形状に限定されるものではない。
【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、発光ダイオードの樹脂体の発光射出面に筋状の光反射部若しくは光屈折部を設けたので、この光反射部若しくは光屈折部を通る光を特定の方向に反射若しくは屈折させることができる。特に、前記光反射部若しくは光屈折部は発光素子の真上を通過する位置に設けられているので、発光素子から発光する中心部付近の輝度の高い光を前記光反射部若しくは光屈折部で外方向に分散させて射出することができる。
【００２５】
また、本発明に係る液晶表示装置によれば、液晶パネル照明用の光源として上記光反射部若しくは光屈折部を有する発光ダイオードを利用したので、導光板内に入射されながら利用することができなかった光を有効に利用することができるようになり、導光板内での光の利用効率が向上する。このため、導光板の上面または下面に配置された液晶パネルを明るく且つ均一に照射することができる。
【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】上記図１の発光ダイオードの断面図である。
【図３】本発明に係る発光ダイオードの第２実施形態の断面図である。
【図４】上記第１実施形態及び第２実施形態における発光ダイオードの発光の指向特性図である。
【図５】上記第１実施形態の発光ダイオードをバックライト光源として使用した液晶表示装置の断面図である。
【図６】上記第１実施形態の発光ダイオードをフロントライト光源として使用した液晶表示装置の断面図である。
【図７】従来の発光ダイオードの断面図である。
【図８】上記従来の発光ダイオードをバックライト光源として使用した液晶表示装置の断面図である。
【図９】上記従来の発光ダイオードをフロントライト光源として使用した液晶表示装置の断面図である。
【図１０】上記従来の発光ダイオードの指向特性図である。
【符号の説明】
２１，３１  発光ダイオード
２２  基板
２４  発光素子
２６，３６  樹脂体
２７，３７  発光射出面
３０  凹溝（光反射部）
４０  突起（光屈折部）
４１ａ，４１ｂ  液晶表示装置
【図１】
2004165352.tif 000003
【図２】
2004165352.tif 000004
【図３】
2004165352.tif 000005
【図４】
2004165352.tif 000006
【図５】
2004165352.tif 000007
【図６】
2004165352.tif 000008
【図７】
2004165352.tif 000009
【図８】
2004165352.tif 000010
【図９】
2004165352.tif 000011
【図１０】
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