(57)【要約】【課題】  ＬＥＤ光の光取り出し効率を向上した光源モジュール、光源モジュールの製造方法および液晶表示装置を提供する。【解決手段】  光源モジュール７は、赤色、青色および緑色をそれぞれ発する複数の発光ダイオード１２〜１４を有する発光素子１と、発光素子１を搭載した金属基板２と、発光素子１を取り囲む枠として金属基板２上に配置された光散乱反射部材３と、光散乱反射部材３と金属基板２との間をシールするシール部材４と、光散乱反射部材３の枠内に充填された透明樹脂５とを備える。さらに透明樹脂５上に透明材料で形成された光学部材６を備えることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる色を発する複数の発光ダイオードを有する発光素子と、前記発光素子を搭載した金属基板と、前記発光素子を取り囲む枠として前記金属基板上に配置された光散乱反射部材と、前記光散乱反射部材と前記金属基板との間をシールするシール部材と、前記光散乱反射部材の枠内に充填された透明樹脂とを備えたことを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
前記シール部材が光散乱反射機能を有することを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項３】
前記シール部材が弾性材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載の光源モジュール。
【請求項４】
前記透明樹脂が弾性材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光源モジュール。
【請求項５】
前記発光素子が赤色、青色および緑色をそれぞれ発する複数の発光ダイオードを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光源モジュール。
【請求項６】
前記透明樹脂上に透明材料で形成された光学部材を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光源モジュール。
【請求項７】
金属基板上に異なる色を発する複数の発光ダイオードを有する発光素子を搭載する工程と、前記発光素子を取り囲む枠として前記金属基板上に光散乱反射部材を配置する工程と、前記光散乱反射部材と前記金属基板との間をシール部材でシールする工程と、前記光散乱反射部材の枠内に透明樹脂を充填する工程とを備えたことを特徴とする光源モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記透明樹脂の硬化温度が、前記光散乱反射部材の軟化点温度よりも低いことを特徴とする請求項７に記載の光源モジュールの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載の光源モジュールと、前記光源モジュールから入射した光を導く導光板と、前記導光板の一方の面に対向して設けられた光反射シートと、前記導光板の他方の面に対向して設けられた液晶パネルとを備えた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、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いた光源モジュール、光源モジュールの製造方法および液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは冷陰極管のように水銀を使用しておらず、しかも小型で低電力駆動が可能であり、近年ではその発光効率の向上が目覚しい。従来のＬＥＤモジュールの形状は砲弾型が主流であったが徐々に面実装タイプが増え、ＬＥＤモジュールが小型化することで、その利用が幅広く期待されている。また、近年では液晶テレビや携帯電話機の急速な普及やパーソナルコンピュータの小型化に伴い液晶表示装置の高性能化が推進され、バックライトの光源にＬＥＤを使用することでその要求を満たしている。特に色再現性については、ＬＥＤを用いることで蛍光ランプでは再現できなかった色が表示できるようになり、濃い赤色や濃い緑色の表示が可能となる。
【０００３】
しかしながら、現在のところＬＥＤは、冷陰極蛍光管よりも低い発光効率しか得られていない。このため、ＬＥＤを高密度に実装し、ＬＥＤに大電流を投入して発光量を増やすとともに、光の利用効率を上げることによって冷陰極蛍光管と同等レベルの輝度を引き出している。このように、ＬＥＤに大電流を投入した場合、ＬＥＤは投入された電流に応じた発熱を生じる。この発熱による温度上昇は、ＬＥＤ自体および周辺部材の性能を劣化させ、光源モジュールの長期信頼性に影響を及ぼす。
【０００４】
そこで、この種の光源モジュールではＬＥＤの放熱構造が必要となる。例えば特許文献１では、放熱構造として、ＬＥＤチップを金属基板上に搭載する構造が示されている。この放熱構造では、ＬＥＤの発熱を金属基板が吸収・放熱することによってＬＥＤの温度上昇が抑えられている。
【特許文献１】特開２００２−２９９６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
薄型の液晶表示装置に適合する赤青緑のＬＥＤ光源モジュールを形成するためには、上記特許文献１の構成のようにＬＥＤチップを金属基板に直接搭載する必要がある。しかしながら、前記構成では赤青緑のＬＥＤ光の混合については考慮されていない。光の混合距離は、ＬＥＤチップを覆う透明封止樹脂と導光板入射面の間に空隙を設けてもよいが、この場合、透明封止樹脂と空気、および空気と導光板の各界面における光透過率の変化によって反射が起き、ＬＥＤ光の取り出し効率が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、ＬＥＤ光の光取り出し効率を向上した光源モジュール、光源モジュールの製造方法および液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、異なる色を発する複数の発光ダイオードを有する発光素子と、前記発光素子を搭載した金属基板と、前記発光素子を取り囲む枠として前記金属基板上に配置された光散乱反射部材と、前記光散乱反射部材と前記金属基板との間をシールするシール部材と、前記光散乱反射部材の枠内に充填された透明樹脂とを備えた光源モジュールにより、達成される。
【０００８】
ここで、前記シール部材は好適には光散乱反射機能を有し、また弾性材料で構成することができる。また、前記透明樹脂は弾性材料で構成することができる。前記発光素子は、赤色、青色および緑色をそれぞれ発する複数の発光ダイオードを有することができる。さらに、前記透明樹脂上に透明材料で形成された光学部材を備えることができる。
【０００９】
本発明に係る光源モジュールの製造方法は、金属基板上に異なる色を発する複数の発光ダイオードを有する発光素子を搭載する工程と、前記発光素子を取り囲む枠として前記金属基板上に光散乱反射部材を配置する工程と、前記光散乱反射部材と前記金属基板との間をシール部材でシールする工程と、前記光散乱反射部材の枠内に透明樹脂を充填する工程とを備える。前記透明樹脂の硬化温度は、前記光散乱反射部材の軟化点温度よりも低くすることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る液晶表示装置は、前記光源モジュールと、前記光源モジュールから入射した光を導く導光板と、前記導光板の一方の面に対向して設けられた光反射シートと、前記導光板の他方の面に対向して設けられた液晶パネルとを備えて構成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＬＥＤ光の光取り出し効率を向上した光源モジュール、光源モジュールの製造方法および液晶表示装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明に係る光源モジュールの一実施例を示す斜視図である。図２は、図１の光源モジュールを用いられる発光素子の構成例を示す図である。
図１に示すように、光源モジュール７は、異なる色を発する複数の発光ダイオードを有する発光素子１と、発光素子１を搭載した金属基板２と、発光素子１を取り囲む枠として金属基板上に配置される光散乱反射部材３と、光散乱反射部材３と金属基板２との間をシールするシール部材４と、光散乱反射部材３の枠内に充填された透明樹脂５とを備えて構成される。さらに、透明樹脂５上に透明材料で形成された光学部材６を備えることができる。以下、各部の詳細を説明する。
【００１３】
発光素子１は、図２に示すように、青色発光ダイオード１２と、緑色発光ダイオード１３と、赤色ダイオード１４と、これらの発光ダイオードを実装するサブマウント基板１５とを備える。金属基板２は、発光素子１の発熱を効率よく熱伝導するために、基板の母材にアルミニウムや銅のような金属材料を用いる。光散乱反射部材３は、発光素子１の発光を拡散させ、青色発光ダイオード１２と、緑色発光ダイオード１３と、赤色ダイオード１４の発光色を混色し、白色光を作り出すものである。そのため光散乱反射部材３は好適には少なくとも内面が光散乱反射機能を有し、例えば白色とされる。シール部材４は、金属基板２と光散乱反射部材３を接合するために用いられるものであり、光散乱反射部材３と同様にＬＥＤの各発光色の混色性を高めるため好適には光散乱反射機能を有し、例えば白色とされる。透明樹脂５は、発光素子１の発光を効率よく後述する導光板９へ伝えるために用いられる。これにより、ＬＥＤ光の高い光取り出し効率を得ることができる。光学部材６は、光散乱反射部材３での混色性をさらに強化し、または導光板９への光の伝達性能をさらに向上するために必要に応じて用いられる。
【００１４】
図１において、発光素子１より射出される青色発光ダイオード１２と、緑色発光ダイオード１３と、赤色ダイオード１４の発光は、透明樹脂５を介して後述する導光板９へ入射される。発光素子１の配光は集光していないため、発光素子１の横方向への発光は散乱反射部材３の内壁面にぶつかる。散乱反射部材３にぶつかった光は、散乱反射され、青色発光ダイオード１２と、緑色発光ダイオード１３と、赤色ダイオード１４の発光の混色性を高めることができる。一方、一部の発光はシール材４にぶつかるが、シール部材４も光散乱反射機能を付与し、例えば白色とすることにより、ここでも同様に散乱反射が生じ、前述の混色性をより一層高めることができる。
【００１５】
また、透明樹脂５が大きなブロックで構成されることにより、透明樹脂５と金属基板２が大きな面で接合され、これによって大きな熱応力が発生し反りや接合界面の剥離を引き起こすおそれがあるが、これに対しては、例えばシール部材４、透明樹脂５またはその両者を弾性材料、例えばシリコーンあるいはシリコーン・ゲル等で構成する。これにより、ＬＥＤの発熱による光源モジュールの熱変形を吸収し、反りや界面剥離を抑制する構成を実現することができる。また、これにより、薄型・長尺の複数の発光ダイオードを搭載した光源モジュールを形成することが可能になり、さらに高寿命な液晶表示装置を提供することができる。
【００１６】
図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る光源モジュールの製造方法の一例を示す図である。まず、図３（ａ）に示すように、金属基板２上に異なる色を発する複数の発光ダイオード１２〜１４を有する発光素子１を搭載し、発光素子１を取り囲む枠として金属基板２上に光散乱反射部材３を配置する。次に、図３（ｂ）に示すように、光散乱反射部材３と金属基板２との間をシール部材４でシールする。続いて、図３（ｃ）に示すように、光散乱反射部材３の枠内に透明樹脂５を充填する。この充填は、光散乱反射部材３の枠の上端まで一杯にしてもよいが、図示のように枠の上端より下の部分で止めてもよい。また、図３（ｄ）に示すように、必要に応じて、透明樹脂５上に透明材料で形成された光学部材６を設ける。以下、詳細に説明する。
【００１７】
青色発光ダイオードと、緑色発光ダイオードと、赤色ダイオードとをサブマウント基板に実装した複数の発光素子１は、金属基板２に銀ペーストまたは半田などで実装する。この発光素子１が実装された金属基板２上に白色のポリカーボネート、ＡＢＳ、セラミックなどを材料として構成された枠材としての光散乱反射部材３を載せる。金属基板２と光散乱反射部材３を接合するために、光散乱反射部材３の内壁面と金属基板２の接地面に全周にわたってシール部材４を塗布する。このときシール部材４は白色シリコーンなどを用いる。シール部材４を加熱硬化、ＵＶ硬化、自然硬化などで硬化させた後、金属基板２と光散乱反射部材３とシール材４によって構成された容器上の空間、すなわち光散乱反射部材３の枠内に、透明シリコーン、透明エポキシ樹脂などの透明樹脂５を充填する。この後、加熱等によって透明樹脂５を硬化させる。このとき透明樹脂５の硬化温度は、光散乱反射部材３とシール材４の軟化点温度よりも低いものを用いる。
【００１８】
ここで用いる透明樹脂５は硬化前の粘性が低く、密閉性の高い容器状のものへの充填が好適である。密閉性が悪いものへの充填では、透明樹脂が漏れだしてしまうことが想定されるからである。上記構成とすることにより、透明樹脂の充填作業が容易となる。
【００１９】
このように本発明は、発光素子１を搭載する母材として金属基板２を用い、その上に、発光素子１の出射面での輝度均一性を持たせるために、複数の発光ダイオード１２〜１４の発光を拡散させるための光学機能を有した光散乱反射部材３を配置する。金属基板２と光散乱反射部材３の接合にはシール部材４を用いてシールする。光散乱反射部材３は枠形状を有し、金属基板２と合わせて容器を成し、光散乱反射部材３の枠内、すなわち容器内に透明樹脂５を充填し、硬化させる。以上のようして光源モジュール７は構成されるが、上記のとおり好適には、透明樹脂５の上にさらに、透明ガラス、ポリカーボネート、環状ポリオレフィンなどを材料とした光学部材６を取り付ける。
【００２０】
図４は、本発明の光源モジュールを用いた液晶表示装置の一例を示す図である。本図は、液晶表示装置のバックライトシステム部の分解図を示すもので、光源モジュール７、液晶パネル８、導光板９、光学シート１０、および光反射シート１１を備える。本液晶表示装置は、光源モジュール７の発光素子で発光した光が、導光板９を通して伝わり、光反射シート１１によって液晶パネル８の方向に反射され、光学シート１０を介して液晶パネル８を照らすように構成される。上述のように、光源モジュール７の透明樹脂５により、発光素子１の発光が効率よく導光板９へ伝えられる。これによりＬＥＤ光の高い光取り出し効率を得ることができる。また、光学部材６を配置することにより、光散乱反射部材３での混色性をさらに強化し、または導光板９への光の伝達性能をさらに向上することができる。これにより、発光効率のよい液晶表示装置を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、発光ダイオードを光源として用いた光源モジュール、光源モジュールの製造方法および液晶表示装置に関するものであり、産業上の利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る光源モジュールの一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１の光源モジュールに用いられる発光素子の構成例を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る光源モジュールの製造方法の一例を示す図である。
【図４】本発明の光源モジュールを用いた液晶表示装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…発光素子、２…金属基板、３…光散乱反射部材、４…シール材、５…透明樹脂、６…光学部材、７…光源モジュール、８…液晶パネル、９…導光板、１０…光学シート、１１…光反射シート、１２…青色発光ダイオード、１３…緑色発光ダイオード、１４…赤色発光ダイオード、１５…サブマウント基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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