(57)【要約】【課題】面内の発光量がより均一な直下型バックライトを提供すること。【解決手段】単一または複数の樹脂層からなる樹脂封止体により光半導体素子が封止された直下型バックライトであって、該樹脂封止体の上面に光反射部が形成され、さらに該単一または複数の樹脂層から選択される１つ以上の樹脂層の上面および／または下面に複数の円状の光散乱溝が同心円状に形成され、中心となる円の面積と各同心円間の面積とがいずれも実質的に等しいことを特徴とする直下型バックライト。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一または複数の樹脂層からなる樹脂封止体により光半導体素子が封止された直下型バックライトであって、該樹脂封止体の上面に光反射部が形成され、さらに該単一または複数の樹脂層から選択される１つ以上の樹脂層の上面および／または下面に複数の円状の光散乱溝が同心円状に形成され、中心となる円の面積と各同心円間の面積とがいずれも実質的に等しいことを特徴とする直下型バックライト。
【請求項２】
前記光散乱溝の断面形状が三角形である請求項１記載の直下型バックライト。
【請求項３】
前記樹脂封止体が屈折率の異なる樹脂層からなる請求項１または２記載の直下型バックライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイに使用される直下型バックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
光を散乱させるために、半円状断面の溝が多数同心円状に掘り込まれた光半導体素子（ＬＥＤ）を用いた面状光源装置が報告されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８４１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような面状光源装置では、未だ、面内の十分な発光の均一性が得られていない。
【０００４】
従って、本発明の目的は、面内の発光量がより均一な直下型バックライトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明は、
（１）単一または複数の樹脂層からなる樹脂封止体により光半導体素子が封止された直下型バックライトであって、該樹脂封止体の上面に光反射部が形成され、さらに該単一または複数の樹脂層から選択される１つ以上の樹脂層の上面および／または下面に複数の円状の光散乱溝が同心円状に形成され、中心となる円の面積と各同心円間の面積とがいずれも実質的に等しいことを特徴とする直下型バックライト、
（２）前記光散乱溝の断面形状が三角形である前記（１）記載の直下型バックライト、ならびに
（３）前記樹脂封止体が屈折率の異なる樹脂層からなる前記（１）または（２）記載の直下型バックライト
に関する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、発光量が面内で均一な直下型バックライトを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の直下型バックライトは、単一または複数の樹脂層からなる樹脂封止体により光半導体素子が封止されており、樹脂封止体の上面に光反射部が形成されており、さらに当該樹脂層から選択される１つ以上の樹脂層の上面および／または下面に規則的に光散乱溝が形成されていることに一つの大きな特徴を有する。
【０００８】
かかる特徴を有することにより、光半導体素子からの光は、光反射部および／または光散乱溝により樹脂封止体内に反射散乱され、さらに樹脂封止体の下面によって反射され、樹脂封止体の上面から効率よく均一に発光される。
【０００９】
本明細書において、樹脂封止体および／または樹脂層の「上面」とは、光半導体素子とは反対側にある面をいい、「下面」とは、光半導体素子側の面をいう。
【００１０】
本発明の直下型バックライトの一態様を図１に示す。
【００１１】
図１において、配線回路基板１に光半導体素子２が実装され、樹脂層３により光半導体素子２が封止されている。樹脂層３の上面には光反射部４および光散乱溝５が形成されている。
【００１２】
本発明に用いられる配線回路基板１としては、ガラスエポキシ基板、ポリイミド基板、エポキシ樹脂基板などが挙げられ、光を反射しやすくさせる観点から、酸化チタンなどのフィラーを充填した白色配線回路基板が好ましい。また、さらに光を反射しやすくするために、配線回路基板表面に、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂に酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素などのフィラーを分散させた層、金属蒸着層などの反射層を設けても良い。
【００１３】
本発明に用いられる光半導体素子２は、発光面に電極が設置されているフェイススアップ型光半導体素子、配線回路基板上にダイレクトに実装されるフリップチップ型光半導体素子などが挙げられ、その形状は、通常、四角形である。かかる光半導体素子としては、例えば、市販されているものを使用してもよいし、当該分野で公知の方法により作製されたものを使用してもよい。
【００１４】
配線回路基板への光半導体素子の実装方法としては、発光面に電極が配置された光半導体素子を実装するのに好適なフェイスアップ実装法、発光面とは逆の面に電極が配置された光半導体素子を実装するのに好適なフリップリップ実装法などが挙げられる。配線回路基板へ光半導体素子を実装する際、単色の光半導体素子のみを実装してもよいし、白色光を得るために赤、緑および青の光半導体素子を適宜並べて実装してもよい。
【００１５】
光半導体素子２を封止する樹脂封止体３は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリカルボジイミド樹脂などの材料からなる単一または複数の樹脂層からなる。また、直下型バックライトから発光される光を白色とするために各樹脂層には白色蛍光剤が含まれていてもよい。樹脂封止体の形状は、特に限定されないが、好ましくは四角形であり、四角形の場合のその一辺の長さは好ましくは30〜100mmである。また樹脂封止体の厚さは好ましくは0.1〜1mmである。反射散乱された光が外部へ出て行くことを防ぐため、樹脂封止体の側面を金属蒸着処理などの加工をして光沢面とすることが好ましい。また、樹脂封止体が複数の樹脂層から構成されている場合は、光取り出し効率を向上させる観点から、屈折率の異なる複数の樹脂層により構成されていることが好ましく、複数の樹脂層の屈折率が光半導体素子側から最外層に向けて順次低くなるように構成されていることがさらに好ましい。
【００１６】
光半導体素子２を単一の樹脂層で封止する方法としては、トランスファー成型、キャスティング、予めシート状に加工した樹脂を加熱加圧するラミネート法などが挙げられる。中でも、ラミネート法が低コストで容易に成型できるので好ましい。複数の樹脂層で封止する方法としては、各層ずつのトランスファー成型、キャスティング、予めシート状に加工した各樹脂層を加熱加圧するラミネート法；予め複数の樹脂層をまとめてシート状に加工した後に加熱加圧するラミネート法などが挙げられる。さらに、樹脂封止体３が複数の樹脂層からなる場合、光取り出し効率の向上の観点から、最も光半導体素子側にある層には、光半導体素子の位置に対応する部分にドーム状の凸部または光半導体素子より一回り大きい円形の孔が形成されていることが好ましい。
【００１７】
本発明において、「光反射部」とは、光半導体素子から外部に直接発光される光を遮断し、反射し、樹脂封止体内に散乱させる機能を有する部分をいい、かかる機能を効率的に発揮する観点から、該光反射部は光半導体素子の真上にあることが好ましい。
【００１８】
上記機能を発揮させるため光反射部４には、多数の細かな凹凸が形成されている。凹凸の形状としては、上記機能が発揮されれば特に限定されないが、半球形状、ピラミッド形状、規則性のないランダム形状が挙げられる。１つの凹凸の大きさは、特に限定されないが、例えば、半球形状の場合、曲率半径が1〜50μmであるのが好ましく、凹凸高さが1〜50μmであるのが好ましく、15〜30μmであるのがさらに好ましい。
【００１９】
光反射部の形状および大きさは、上記機能が発揮され、かつ本発明の効果が発現されれば特に限定されないが、好ましくは円形であり光散乱溝のなかで最も中心に近い溝よりも内側に配置できる大きさである。
【００２０】
光反射部の凹凸は、前記樹脂封止の際に、表面に光反射部の凹凸とは逆パターンの凹凸が形成された金型を用いて形成することができる。例えば、トランスファー成型の場合、樹脂封止体の上面に相当する部分に上記凹凸を形成したトランスファー成型金型により形成し、キャスティングの場合、キャスティングにより形成した樹脂層の表面を上記凹凸を表面に形成したプレス板により加圧して形成し、ラミネート法の場合は、ラミネートの際に上記凹凸を表面に形成したプレス板により加圧して形成する。
【００２１】
当該金型は、例えば、ポリイミドシートをレーザー加工により所定の凹凸の形状に加工し、さらに表面が平滑になるまで無電解ニッケルめっきによりニッケル薄膜を形成する。次いで、ニッケル薄膜をトランスファー成型金型、プレス板に転写することにより光反射部に凹凸を加工する金型が作製される。
【００２２】
光半導体素子から外部に直接発光される光の遮断および反射されやすくなる観点から、光反射部の上面には、金属薄膜が形成されていることが好ましい。金属薄膜の金属としては、例えば、銀、アルミなどが挙げられる。光反射部の上面への金属薄膜の形成は、例えば、光反射部以外にマスクをかけ、スパッタリングをすることにより行うことができる。なお、金属薄膜の形成は、樹脂封止をトランスファー成型で行った場合、成型と同時に凹凸形成がなされるのでその後に行われるが、樹脂封止をキャスティング、ラミネート法で行った場合には、プレス板による凹凸形成前に行われても後に行われてもよい。金属薄膜の厚さは、好ましくは0.05〜0.5μmである。
【００２３】
本発明において、「光散乱溝」とは、光半導体素子から発光される光を反射し、樹脂封止体内または樹脂封止体の上面に散乱させる機能を有する部分をいう。
【００２４】
光散乱溝５は、樹脂封止体を構成する樹脂層のうちの１つ以上の樹脂層の上面および／または下面に円状に複数、同心円状に形成されており、中心となる円の面積と各同心円間の面積とがいずれも実質的に等しくなるように配置されている。ここで、「面積が実質的に等しい」とは、本発明の効果が奏される限り、わずかな程度の違いは「等しい」として扱うという意味である。例えば、面積±5％以内程度の違いは、実質的に違いがあるとはいえず、「面積が実質的に等しい」として扱う。好ましくは±3％以内、さらに好ましくは±1％以内である。さらに本発明の直下型バックライトを発光が観察される面からみると、円状の光散乱溝５は前記光反射部４を取り囲むように形成されている。
【００２５】
光散乱溝は、形成容易性の観点から、該樹脂層の上面に形成されることが好ましい。同心円の中心は、配線回路基板上の光半導体素子の位置に対応する位置にあることが好ましく、光半導体素子の重心に対応する位置にあることがさらに好ましい。
【００２６】
本明細書において、「中心となる円の面積」とは、図２に示すように、円の中心６から光散乱溝のなかで最も中心に近い溝の幅の中心までの距離を半径とする円の面積（Ａ）をいい、「各同心円間の面積」とは、隣接する各同心円の面積の差として算出された面積（Ｂ）をいい、各同心円の面積とは円の中心から光散乱溝の幅の中心までの距離を半径とする円の面積をいう。当該面積は、効果的に光の導波を得る観点から、好ましくは約1.6〜約85mm2、より好ましくは約2.5〜約11mm2である。
【００２７】
光散乱溝の断面形状は、三角形、四角形などの多角形、半円、半楕円などが好ましく、三角形がより好ましい。本発明の効果が発現されれば、断面形状は全ての光散乱溝において同じである必要はない。断面形状が三角形である場合、図３に示されるように、光半導体素子側の辺と樹脂層面とのなす角度（θ）は20〜50度が好ましく、30〜45度がより好ましい。あるいはまた、断面形状が三角形である場合、直角三角形であることが好ましく、斜辺が光半導体素子側にある直角三角形がさらに好ましい。断面形状が直角三角形である場合もまた、斜辺と樹脂封止体面とのなす角度（θ）は20〜50度が好ましく、30〜45度がより好ましい。
【００２８】
樹脂層の１つの面に形成される光散乱溝の数は、好ましくは50〜700個、より好ましくは200〜500個である。光散乱溝の幅は、光取り出し効率の向上および面内の発光強度の均一性の確保の観点から、好ましくは1〜100μm、より好ましくは20〜70μm、さらに好ましくは20〜50μmである。深さは、好ましくは0.5〜120μm、より好ましくは10〜30μmである。
【００２９】
光散乱溝は、前記光反射部を形成するのと同様の方法で形成することができる。また、光散乱溝を形成する金型も前記光反射部を形成する金型と同様の方法で作製することができる。
【実施例】
【００３０】
製造例１  光半導体素子の配線回路基板への実装
配線回路基板として、所定の配線パターンが形成された白色基板（利昌工業社製；CS-3965、縦30mm×横30mm×厚さ600μm）を用意し、光半導体素子（昭和電工社製；S0A-230U）をワイヤーボンディングにより実装して、光半導体素子が実装された配線回路基板を作製した。
【００３１】
製造例２  プレス板の作製
以下の形状の光反射部および光散乱溝をポリイミドシートにレーザー加工により形成し、その加工面が平滑になるまでニッケルめっきによりニッケル薄膜を形成した。得られたニッケル薄膜を転写することによりプレス板を作製した。
［光反射部の形状］
光半導体素子の重心に対応する位置を中心とする半径1mmの円内に半径25μm、高さ25μm、ピッチ60μmの半球状の凹凸
［光散乱溝の形状］
中心となる円の面積：7.1mm2（半径＝約1.5mm）
同心円の数：200個
各同心円間の面積：7.1mm2（最も外側にある円の半径＝約21.2mm）
溝の形状：幅＝30μm、深さ＝17μm、断面形状＝斜辺が光半導体素子側にある直角三角形、θ＝30度
【００３２】
製造例３  プレス板の作製
以下の形状の光反射部をポリイミドシートにレーザー加工により形成し、その加工面が平滑になるまでニッケルめっきによりニッケル薄膜を形成した。得られたニッケル薄膜を転写することによりプレス板を作製した。
［光反射部の形状］
光半導体素子の重心に対応する位置を中心とする半径1mmの円内に半径25μm、高さ25μm、ピッチ60μmの半球状の凹凸
【００３３】
製造例４  プレス板の作製
以下の形状の突起をポリイミドシートにレーザー加工により形成し、その加工面が平滑になるまでニッケルめっきによりニッケル薄膜を形成した。得られたニッケル薄膜を転写することによりプレス板を作製した。
［突起の形状］
中心となる円の面積：7.1mm2（半径＝約1.5mm）
同心円の数：200個
各同心円間の面積：7.1mm2（最も外側にある円の半径＝約21.2mm）
突起の形状：幅＝30μm、高さ＝17μm、断面形状＝斜辺が光半導体素子側にある直角三角形、θ＝30度
【００３４】
製造例５  エポキシ樹脂層の作製
光半導体素子封止用エポキシ樹脂タブレット（日東電工社製；NT-300S）を30wt％でメチルエチルケトンに溶解し、得られた溶液を剥離剤（フッ素化シリコーン）で処理したポリエチレンテレフタレートフィルムからなるセパレータ（厚さ50μm）（東レ社製）の上に塗布した。これを120℃で1分、さらに、100℃で1分乾燥して、仮硬化したシート状のエポキシ樹脂層（縦30mm×横30mm、厚さ200μm）を作製した。
【００３５】
製造例６  ポリカルボジイミド樹脂層の作製
攪拌装置、滴下漏斗、還流冷却器、温度計を取り付けた500mLの四つ口フラスコにトリレンジイソシアネート（異性体混合物：三井武田ケミカル社製；T-80）を29.89g（171.6mmol）、4,4'-ジフェニルメタンジイソシアネートを94.48g（377.52mmol）、ナフタレンジイソシアネートを64.92g（308.88mmol）、トルエンを184.59g入れ、混合した。
【００３６】
さらに、1-ナフチルイソシアネートを8.71g（51.48mmol）と3-メチル-1-フェニル-2-ホスホレン-2-オキシドを0.82g（4.29mmol）添加し、攪拌しながら100℃に昇温し、2時間保持した。
【００３７】
反応の進行はIR測定により確認した。具体的にはイソシアネートのN=C=O伸縮振動（2280cm-1）の吸収の減少とカルボジイミドのN=C=N伸縮振動（2140cm-1）の吸収の増加を観測した。IR測定にて反応の終点を確認し、反応液を室温まで冷却することにより、ポリカルボジイミド溶液を得た。
【００３８】
次いで、ポリカルボジイミド溶液を剥離剤（フッ素化シリコーン）で処理したポリエチレンテレフタレートフィルムからなるセパレータ（厚さ50μm）（東レ社製）の上に塗布した。これを、130℃にて1分間加熱した後、150℃で1分間加熱し、セパレータを外して、仮硬化したシート状のポリカルボジイミド層（縦30mm×横30mm、厚さ50μm）を作製した。
【００３９】
実施例１
製造例１で得られた光半導体素子が実装された配線回路基板の上に、製造例５で得られたシート状のエポキシ樹脂層を製造例２で得られたプレス板を用いて、真空ラミネータ（ニチゴーモートン社製）で140℃、0.1MPaおよび60秒で加熱加圧した。その後、160℃および16時間でエポキシ樹脂を硬化して、光半導体素子を封止した。
【００４０】
次いで、光反射部（半径1mmの円形）以外にマスクをかけ、スパッタリングすることにより、光反射部の上面に厚さ1μmの銀の薄膜を形成し、厚さ800μmの直下型バックライトを作製した。
【００４１】
実施例２
製造例６で得られた厚さ50μmのシート状のポリカルボジイミド層を３枚ラミネートして、縦30mm×横30mm×厚さ150μmのポリカルボジイミド層を作製した。次いで、製造例１で得られた光半導体素子が実装された配線回路基板の上に、このポリカルボジイミド層を、光半導体素子の位置に対応する部分に曲率半径0.6mmおよび高さ0.12mmのドーム状の凹みが形成されたプレス板を用いて、真空ラミネータ（ニチゴーモートン社製）で150℃、0.1MPaおよび60秒で加熱加圧した。その後、150℃および1時間でポリカルボジイミドを硬化して、光半導体素子を封止した。
【００４２】
次いで、ポリカルボジイミド層の上に製造例５で得られたシート状のエポキシ樹脂層を製造例２で得られたプレス板を用いて、真空ラミネータ（ニチゴーモートン社製）で140℃、0.1MPaおよび60秒で加熱加圧した。その後、160℃および16時間でエポキシ樹脂を硬化して、光半導体素子を封止し、厚さ950μmの直下型バックライトを作製した。
【００４３】
実施例３
製造例６で得られた厚さ50μmのシート状のポリカルボジイミド層の光半導体素子に対応する位置に光半導体素子より一回り大きい円形の孔をパンチングマシーンを用いて形成した。製造例１で得られた光半導体素子が実装された配線回路基板の上に、光半導体素子がポリカルボジイミド層の孔の内側に入るようにポリカルボジイミド層を戴置し、製造例４で得られたプレス板を用いて、真空ラミネータ（ニチゴーモートン社製）で150℃、0.1MPaおよび60秒で加熱加圧した。その後、150℃、1時間でポリカルボジイミドを硬化した。
【００４４】
次いで、ポリカルボジイミド層の上に製造例５で得られたシート状のエポキシ樹脂層を製造例３で得られたプレス板を用いて、真空ラミネータ（ニチゴーモートン社製）で140℃、0.1MPaおよび60秒で加熱加圧した。その後、160℃および16時間でエポキシ樹脂を硬化して、光半導体素子を封止し、厚さ850μmの直下型バックライトを作製した。本実施例の場合、ポリカルボジイミド層に形成された突起に沿ってエポキシ樹脂層が形成されているため、相対的にエポキシ樹脂層の下面に光散乱溝が形成されることとなる。
【００４５】
比較例１
プレス板として製造例３で得られたプレス板を用いること以外は実施例１と同様にして直下型バックライトを作製した。
【００４６】
比較例２
以下の形状の光反射部および光散乱溝をポリイミドシートにレーザー加工により形成し、その加工面が平滑になるまでニッケルめっきによりニッケル薄膜を形成した。得られたニッケル薄膜を転写することによりプレス板を作製した。
［光反射部の形状］
光半導体素子の重心に対応する位置を中心とする半径3mmの円内に半径25μm、高さ25μm、ピッチ60μmの半球状の凹凸
［光散乱溝の形状］
中心となる円の半径：6.7mm
同心円の数：10個
同心円の間隔：全て1.45mm（すなわち10番目の円の半径＝19.75mm）
溝の形状：幅＝30μm、深さ＝17μm、断面形状＝斜辺が光半導体素子側にある直角三角形、θ＝30度
【００４７】
プレス板として上記で作製したプレス板を用いること以外は、実施例１と同様にして直下型バックライトを作製した。
【００４８】
試験例  面内の発光の均一性の評価
実施例１〜３ならびに比較例１および２で作製した直下型バックライトの発光の均一性をマルチチャンネルフォトディテクタ（大塚電子社製；MCPD3000）を使用して計測した。実施例１〜３で作製した直下型バックライトの結果を図４に、比較例１で作製された直下型バックライトの結果を図５に、比較例２で作製された直下型バックライトの結果を図６に示す。
【００４９】
その結果、実施例１〜３で作製した直下型バックライトは面内幅方向において均一な発光量が得られることがわかる。また、実施例２および３も同様の結果が得られた。一方、比較例１で作製した直下型バックライトは光半導体素子近傍に発光が集中して、均一な発光が得られないことがわかる。さらに、比較例２では、中央（光源部）から半径8mm程度領域内の発光が強く、均一な発光が得られないことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の直下型バックライトは、液晶ディスプレイのバックライトに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の直下型バックライトの一態様の平面図および断面図である。
【図２】本発明に使用される光散乱溝の形状の平面図および断面図である。
【図３】本発明に使用される光散乱溝の断面図である。
【図４】本発明の直下型バックライトの発光をマルチチャンネルフォトディテクタで測定した結果である。
【図５】比較例で得られた直下型バックライトの発光をマルチチャンネルフォトディテクタで測定した結果である。
【図６】比較例で得られた直下型バックライトの発光をマルチチャンネルフォトディテクタで測定した結果である。
【符号の説明】
【００５２】
１  配線回路基板
２  光半導体素子
３  樹脂封止体
４  光反射部
５  光散乱溝
６  同心円の中心
【図１】
2005310562.tif 000002
【図２】
2005310562.tif 000003
【図３】
2005310562.tif 000004
【図４】
2005310562.tif 000005
【図５】
2005310562.tif 000006
【図６】
2005310562.tif 000007