(57)【要約】【課題】輝度や色度の光学的な均一性を確保して、薄型軽量の構成に対応するバックライトモジュールを搭載した液晶表示装置を提供する。【解決手段】基板１上に配置した配線２、配線２に接続されたＬＥＤ素子４、５、６、ＬＥＤ素子を封止する透明樹脂８を有し、ＬＥＤ素子４、５、６は基板１上に対して直線ライン状に複数個実装搭載し、透明樹脂８の形状により導光拡大する導光構造を構成する。さらに、凹凸形状を有した透明樹脂８により、ＬＥＤ素子４、５、６が直線状に配列した方向と垂直方向に主として伝播する光拡大構造として導光構造を攻勢する。この構成を有するバックライト光源モジュールを液晶表示装置に搭載する。【選択図】図１
2009186734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に配置した配線、及び前記配線に接続された複数のＬＥＤ素子と、前記複数のＬＥＤ素子を封止する透明樹脂を有し、
前記複数のＬＥＤ素子は、前記基板上で直線ライン状に搭載されており、
前記透明樹脂は、前記複数のＬＥＤ素子が配列された直線ラインに対して垂直な方向に設けられた凹凸形状を有し、
前記樹脂の凹凸形状は、前記複数のＬＥＤ素子の発光成分を伝播しながら導光拡大する導光構造を構成し、
前記導光構造を伝播する発光成分は、主として前記直線ラインの方向とは垂直な方向へ伝播しながら導光拡大するＬＥＤ素子実装基板で構成したバックライト光源モジュールを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数のＬＥＤ素子が配列された直線ライン状と平行方向には、前記複数のＬＥＤ素子からの放射光が拡散分布により混合されて光強度が平均化されることによる均一性を有し、
前記複数のＬＥＤ素子が配列された直線ラインとは垂直方向に、前記樹脂の凹凸形状からなる前記導光構造を伝播し、導光拡大することにより、前記複数のＬＥＤ素子からの放射光が導光中に混合して光強度が均一化された光強度を有するバックライト光源モジュールを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記複数のＬＥＤ素子が実装搭載された前記基板上の直線ライン方向に配列された前記複数のＬＥＤ素子の上に沿って前記透明樹脂の凹部形状が設けられており、
前記複数のＬＥＤ素子の直上に前記透明樹脂の凹部形状の先端が位置し、
前記透明樹脂は前記複数のＬＥＤ素子からの放射光を導光する線対称に形成されており、
前記透明樹脂は、直線ライン状に配列した前記複数のＬＥＤ素子が配列された直線ラインとは垂直方向に対して前記透明樹脂が周期的な溝部構造を有し、
前記複数のＬＥＤ素子の放射光が伝播して導光拡大する導光構造を有しているバックライト光源モジュールを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記基板上に直線ライン状に実装搭載された前記複数のＬＥＤ素子の上に沿って、凹部形状を有する透明樹脂が設けられており、
かつ、前記透明樹脂には前記複数のＬＥＤ素子が配列された直線ラインに関して線対称として導光しながら上部へ光取り出しができる溝部を設けた形状を有し、
前記基板側には斜面を有する楔形の反射材、もしくは前記基板の表面にサブミクロンからミクロンオーダの凹凸構造とした反射領域の何れかとした導光構造を有しているバックライト光源モジュールを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記複数のＬＥＤ素子は前記基板に周期的に設けてあり、前記基板から前記直線ラインに沿って切り出した前記複数のＬＥＤ素子に沿って切り出したものを面型の光源モジュールに配置し、前記面型の光源モジュールを直下型バックライト光源モジュールとしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記基板上に、直線ライン状に実装搭載された前記複数のＬＥＤ素子が配列されており、前記複数のＬＥＤ素子には、周期的に直線ラインを設けてあり、
前記基板から前記直線ライン状に設けた前記複数のＬＥＤ素子の方向とは垂直な方向に沿って切り出した狭幅基板の光源モジュールを構成し、
前記狭幅基板の光源モジュールをサイドライト型バックライト光源モジュールとしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記基板上に、直線ライン状に実装搭載された前記複数のＬＥＤ素子が配列されており、
前記複数のＬＥＤ素子には、周期的に直線ラインを設けてあり、
共通の前記同一基板から切り出し方向によって基板を区別し、特定の方向において切り出して面型の光源モジュールを構成し、
前記特定の方向に対して垂直な方向に切り出した狭幅基板の光源モジュールを構成するバックライト光源モジュールとしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記基板を光源モジュールとしてバックライト光源モジュールを構成する前記基板を配線接続するプリント基板上に設け、前記プリント基板上に接続するための配線パターンを形成することにより、前記複数のＬＥＤ素子を駆動する電源との接続が可能としたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記光源モジュールを配線接続する前記プリント基板の縦方向の長さを調整し、かつ前記プリントの基板の本数を適切に配列することによって、所定の大きさの液晶表示装置に合せて適用できるＬＥＤ光源バックライトモジュールを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記液晶表示装置のバックライト光源は白色光源により構成され、前記基板上に搭載実装される前記パッケージ光源の構成は、複数個の青色ＬＥＤ素子と該青色ＬＥＤ素子を封止する蛍光体含有の樹脂からなる構成を少なくとも有しており、
前記青色ＬＥＤ素子は前記直線ライン状に配列してバックライト光源モジュールとしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１において、
前記液晶表示装置のバックライト光源は赤緑青ＲＧＢ光源により構成され、前記基板上に搭載実装されるパッケージ光源の構成は、複数個の赤色と緑色及び青色ＬＥＤ素子のそれぞれと前記複数個のＬＥＤ素子を封止する透明樹脂からなり、
前記赤色と緑色及び青色ＬＥＤ素子は直線ライン状に配列してバックライト光源モジュールとし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、液晶表示装置に係り、特に発光ダイオード素子を用いてバックライトを構成する液晶表示装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイ装置において、発光ダイオードＬＥＤ素子（ＬＥＤ素子）を用いたバックライト光源モジュールが適用され始めている。ＬＥＤ素子を用いた光源モジュールでは、従来の冷陰極管（ＣＣＦＬ）に比べて、色再現範囲を拡大し、動画対応の高速独立制御やコントラストを向上することが可能になっている。しかしながら、今後従来にない薄型軽量の構成を実現するためには、部材を削減した簡易な光源モジュールで光学的な輝度均一性の高い性能が要求されることになる。これまでバックライト光源モジュールにおいて、実装部材を削減し簡易接続に適合させたパッケージについて、以下の特許文献１が知られている。
【０００３】
特許文献１では、光強度と色の混ざりが均一で、厚みが薄い光源アレイにより、液晶ディスプレイのバックライト光源モジュールを構成している。パッケージでは、外周方向へ背面側に向けて斜めに傾斜した反射領域が形成され、円環状の溝が設定された構成をとっている。
【０００４】
また、特許文献２には、高輝度及び高い発光効率を有するバックライト装置と液晶表示装置を適用している例が示されている。輝度や効率を高く確保するため、光学系までの距離と広がり角度を用いて、パッケージ間の距離を規定している構成を記述している。
【特許文献１】特開２００６−１４８０３６号公報
【特許文献２】特開２００７−０５９１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１，２では、パッケージ光源において、中心部領域に赤緑青色ＬＥＤのＲＧＢ素子を搭載し、中心部から円環状の形状を入れた樹脂によりＬＥＤからの放射光を反射させることと、反射板からの反射光を上側から取り出すことにより、パッケージからの発光分布を均一にさせる試みを述べている。しかしながら、パッケージ光源をほとんど隙間無くタイル状に敷き詰めてバックライト光源モジュールとする必要があるため、多くのパッケージ数量を要する。このため、部材点数や実装数も多くコストが高くなる。
【０００６】
特許文献１，２には、パッケージからの発光分布についても、定量的に明確になっておらず、詳細な記述がない。また、光源を構成するための実装搭載に関することや、動作させるための電気的な接続に関しても、詳細な手法を記載しておらず、バックライトモジュールとして動作させる構成について詳細も開示がない。
【０００７】
液晶表示装置等のバックライトでは、全体系において光学的なの均一性を実現する構成である必要があり、輝度や色度の分布を制御して、ムラを抑制することが重要な課題となる。液晶表示装置が従来にない薄型の構成になっても、上記の光学的な均一性に対応する必要がある。また、モジュール構成の低コスト化を図るため、部品点数の削減や簡略化した実装基板などに対応することが要求される。
【０００８】
本発明は、かかる課題を解決するものであり、照明装置や液晶表示装置に適用されるＬＥＤ光源モジュールにおいて、光学的な均一性を向上させ、液晶表示装置の構成が従来にない薄型軽量になっても、輝度や色度の光学的な均一性を確保しムラを所定の仕様に抑制することが可能であるバックライト光源モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明では、パッケージ内の一つのＬＥＤ素子に対する実装構成だけでなく、同じパッケージ内に対を成すＬＥＤ素子を構成する場合に適用できる。本発明では、液晶表示装置において、基板と、前記基板上に配置した配線と、及び前記配線に接続された発光ダイオード（ＬＥＤ）素子と、前記ＬＥＤ素子を封止する透明樹脂を少なくとも有している。前記ＬＥＤ素子は、前記基板上に対して直線ライン状に複数実装搭載される。前記ＬＥＤ素子が配列する直線ラインと垂直な方向に対して、前記樹脂の形状が施されており、前記樹脂形状により前記ＬＥＤ素子の発光成分が伝播しながら導光拡大する導光構造を構成する。前記導光構造において伝播する発光成分は、主として直線ラインの方向とは垂直な方向へ伝播しながら導光拡大する素子実装基板をバックライト光源モジュールに適用した。
【００１０】
また、本発明では、前記基板上に、直線ライン状に複数のＬＥＤ素子が実装搭載されており、配列する前記ＬＥＤ素子の直線ライン状と平行方向には、前記ＬＥＤ素子からの放射光が拡散分布により混合して光強度が平均化されて均一性を確保している。配列する前記ＬＥＤ素子の直線ライン状と垂直方向には、樹脂の形状からなる前記導光構造を伝播し導光拡大することにより、前記ＬＥＤ素子からの放射光が導光中に混合して光強度が均一化された光強度を有するバックライト光源モジュールを構成した。
【００１１】
前記基板上に、複数個のＬＥＤ素子が実装搭載された直線方向に対して配列された前記ＬＥＤ素子上に沿って透明樹脂に凹部形状を設けてある。前記ＬＥＤ素子の直上に前記透明樹脂凹部形状の先端が位置している上に、前記ＬＥＤ素子からの放射光を導光するために前記透明樹脂の形状は線対称に形成されている。直線ライン状に配列した前記ＬＥＤ素子とは垂直方向に対して、前記透明樹脂が周期的な溝部構造を有していることにより、前記ＬＥＤ素子の放射光が伝播して導光拡大する導光構造を有しているバックライト光源モジュールとした。
【００１２】
また、本発明では、前記基板上に直線ライン状に実装搭載された複数個のＬＥＤ素子が配列されており、前記ＬＥＤ素子は実装搭載された周期的に直線ラインを設けた。前記基板から直線ライン状に設けたＬＥＤ素子に沿って切り出すことによって、面型の光源モジュールを構成し、前記面型の光源モジュールを直下型バックライト光源モジュールとした。
【００１３】
また、本発明では、前記基板上に直線ライン状に実装搭載された複数個のＬＥＤ素子が配列されており、前記ＬＥＤ素子は実装搭載された周期的に直線ラインを設けた。前記基板から直線ライン状に設けたＬＥＤ素子の方向とは垂直方向に沿って切り出すことによって、狭幅基板の光源モジュールを構成し、前記狭幅基板の光源モジュールをサイド型バックライト光源モジュールに適用した。
【００１４】
また、本発明では、前記基板上に直線ライン状に実装搭載された複数個のＬＥＤ素子が配列されて、前記ＬＥＤ素子は実装搭載された周期的に直線ラインを設けた。共通の前記同一基板から切り出し方向によって基板を区別し、特定の方向において切り出すことにより、面型の光源モジュールを構成し、前記方向とは垂直方向に切り出すことにより、狭幅基板の光源モジュールを構成するバックライト光源モジュールに適用した。
【００１５】
また、本発明では、複数個のＬＥＤ素子を有する上記特徴を有する光源モジュールを形成し、画面サイズに合せて、素子実装基板を搭載したプリント基板の所定の個数をバックライト光源モジュールとした。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、点光源である個々のＬＥＤ素子に対して、ライン状の実装配列と導光構造を施すことによって、光拡大構成をとることができ、高角度への放射により放射角分布の均一性を高めることができる。素子実装基板としては、用途や方式によって使い分ける構成をとることができ、液晶ディスプレイのバックライトとして、コスト削減に寄与する、直下型とサイド型に適用できる共通の素子実装基板の構成を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、上記課題を解決するための本発明を実施するための具体的な実施形態を実施例の図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施例では、主として液晶表示装置のＬＥＤ光源モジュールに関して、光学的設計と素子実装基板の構成の観点から内容を説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１から図１２を用いて、本発明の実施例１を説明する。本実施例では、バックライト方式として、直下型バックライト用の光源モジュールを説明する。まず、図１（ａ）の上面図と図１（ｂ）の断面図に示すように、ＬＥＤ素子を搭載する実装基板として、セラミック基板１上に、赤色と緑色及び青色の各ＬＥＤ素子を独立に駆動できるように印刷焼成した配線パターン２を設けた基板を準備する。次に、実装する素子の両側に位置するように、ＬＥＤ素子からの放射光を反射する楔形の断面が反射材３を基板１上に接着配置する。ＬＥＤ素子の実装は、Ｒ赤色４とＧ緑色５及びＢ青色６の各ＬＥＤ素子を周期的に直線ライン状に位置するように、ダイボンディング材を使用して搭載実装する。
【００１９】
次に、Ａｕ線７を素子と配線パターンに対してワイヤボンディング接続し、導通が取れるようにする。また、配線パターンを基板１の表面上に配線パターンとして形成するのではなく、スルーホールパッド配線を活用して導通を行うようにする。図２（ａ）の上面図と図２（ｂ）の断面図に示すように、ＬＥＤ素子４、５、６に対してワイヤボンディングするＡｕ線７は、スルーホールパッド配線９に接続する。スルーホールパッド配線９は、下地となるプリント基板への接続に活用することができる。導通接続は、断面において、スルーホールパッド配線９を通して導通をとり、ＬＥＤ素子直下にはサーマルビアとなるホール１０を形成し放熱構造とする。サーマルビアホール１０は、素子と直接熱的に接続しているため、素子基板から直接放熱する手段として作用し、ＬＥＤ素子の温度特性を向上させるために導入している。
【００２０】
導光構造における反射材は、図３（ａ）の上面図と図３（ｂ）の断面図に示すように、セラミック基板１の上に微細な凹凸構造１１を設けることによっても対応できる。微細な凹凸構造１１は、可視光の反射材として機能するために、凹凸の深さはサブミクロンからミクロンオーダで形成することが必要となる。この構成では、新たに反射材８を設けることなく、セラミック基板の表面処理による凹凸構造の反射領域１１よって形成されることになる。
【００２１】
上記の基本となる導光構造では、透明樹脂８の形状によって、ＬＥＤ素子４、５、６の配列する直線ラインに垂直な方向と平行な方向に分けて、液晶表示装置に適した放射角分布を構成できる。即ち、縦横比１６：９などの横長のディスプレイ装置においては、光源の横方向に対して光拡大した光照射の構成が必要になってくるため、これに対応するものである。
【００２２】
例えば、図４に示すＬＥＤ素子４、５、６の配列する直線ラインと垂直な方向では、形状樹脂８の凹部形状により高角度側へ透過屈折して導光構造を伝播することにより、透明樹脂８に形成した溝部から少しずつ放射光や反射光が漏れ出ることに到り、導光構造の上部では光学的分布はより均一に光照射することになる。
【００２３】
図５に示すＬＥＤ素子４，５，６の配列する直線ラインに平行方向を示す断面では、仮想的に一つのＬＥＤ素子から見ると、形状樹脂８の凹部最深部において、上部へ透過屈折し、全反射角以上では透明樹脂８内を伝播して外部へ光が取り出され光照射されることになる。さらに、一つの素子実装基板から隣接する領域にも放射光が分布するため、隣接する領域に対して光強度が補完される形となる。これにより、光強度の補完と白色光の混合により、輝度と色度の均一性が向上することになる。
【００２４】
上記図４と図５に示す導光構造に対応するように、ＬＥＤ素子からの放射角分布を測定評価した。図６には、ＬＥＤ素子の配列する直線ラインに垂直な方向に対する放射角分布を規格化して示し、図７には、ＬＥＤ素子の配列する直線ラインに平行な方向に対する放射角分布を規格化して示す。この測定装置では、放射光を検出器に取り込むために、光ファイバを使用して、放射角分布における光強度を測定している。光ファイバの見込み角は、数ｍｍ径の光強度分布を測定する形となる。
【００２５】
図６に示すように、垂直方向では、６０°から７０°範囲で強度ピークを有しており、高角度に対して光強度を拡大した形状を有している。図７に示すように、平行方向では、−６０°から＋６０°程度まで光強度が大きく変化せず同程度のレベルに保っている、これらは、通常のパッケージ光源で見られるような中心部に光量の高い輝点が見られる点光源とは明らかに異なり、高角度へ光拡大した均一性の改善された発光分布を有していることになる。光源モジュールとして、本内容を適用することにより、面型光源にできる可能性を示しており、導光構造の設計により限りなく面型光源に近い状況を再現できることなる。
【００２６】
図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）に、光源モジュールから、プリント基板に実装搭載する工程と構成について示る。ここでは、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すスルーホールによる導通をとる素子実装基板を準備し、ＬＥＤ素子を直線ライン状に搭載実装した光源モジュールの断面１２と上面１３を示す。図８（ｃ）は、光源モジュール１２をプリント基板１４上に搭載実装し、スルーホールで導通をとっている断面構造を示す。プリント基板１４にもスルーホール導通配線をとり、抵抗やコンデンサを含む駆動ＩＣ回路１６をプリント基板１４の裏面側から搭載接続する。プリント基板１４には、あらかじめ素子実装基板のスルーホール導通配線に対応した配線パターンが施されており、かつＲＧＢ光源を独立に駆動制御できるように、配線パターンを設定しておく。
【００２７】
素子実装基板とプリント基板１４は、半田ペーストなどを使用し、リフローを通すことによって一括接続をとることができる。このため、簡易接続と短時間接続が一挙に対応可能となる。これにより、簡易接続工程と低コスト化が図れることになる。図８（ｃ）には光源モジュール１２を２個搭載した例を記載したが、これは隣接する光源モジュール１２同士で互いに光強度を補完することができる構成にも適用できることを示している。
【００２８】
図９（ａ）、図９（ｂ）では、液晶表示装置の画面サイズに合せて、縦長のプリント基板１４を準備し、光源モジュール１２を所定の数量だけ搭載実装することにより、一つのプリント基板光源モジュールを形成する。画面サイズに合せて、前記プリント基板光源モジュールを周期的に設けて構成することにより、バックライト光源モジュールに対応させることができる。
【００２９】
本実施例のバックライト光源モジュールと、液晶表示装置の光学系及び液晶パネルの構成を図１０に示す。バックライト光源モジュールは、上記のようにして作製し、液晶パネル表示装置を構成する。図１０に示すように、バックライトモジュール筺体１８上に、プリント基板１４に搭載した光源モジュール１２を配列させたバックライト光源モジュールを設ける。バックライト光源モジュールから放射された光線１９は、拡散板２０、プリズムシート２１、偏光反射シート２２、及び薄膜トランジスタ回路を搭載する液晶表示パネルを透過する。液晶パネルは一対のガラス基板と、この一対のガラス基板間に配置した液晶パネル２４と、一対のガラス基板のそれぞれに備えられた下部偏光板２３、上部偏光板２５とを有する。パッケージ光源と拡散板との距離に応じて、放射角分布を設計制御することにより、バックライトモジュール光源としての輝度分布や色度分布の均一性を向上させることが可能である。
【００３０】
本実施例は、主として大型テレビ用の液晶パネル表示装置及びバックライトモジュールとして適用が可能であるばかりではなく、中型サイズ領域の液晶パネル表示装置にも適用が可能である。特に、横長の画面に対して、縦方向と横方向の長さの比が比較的大きい液晶表示パネルのバックライトモジュールを構成する場合にも、最小限のＬＥＤ光源モジュールにより設計対応することができることが特徴である。
【００３１】
図１１に、ＬＥＤバックライト光源筐体モジュール２６と、大型液晶表示パネル２７、駆動回路２８の構成を示す。また、図１２に、車載カーナビゲーション用の液晶表示装置を示し、バックライトモジュール及び光学系を含む液晶表示パネル２９、回路配線３０、駆動回路３１を組み込んで構成される。
【００３２】
本実施例により、液晶表示装置のサイズを大画面で薄型にしても、放射角分布を制御したバックライトモジュールを設計対応させることにより、必要とされる輝度分布や色度分布の均一性を確保できる。
【００３３】
また、本実施例によれば、目的に応じて照明装置の照射エリアや液晶バックライトのエリア制御を行うために、最適な面型のＬＥＤ光源モジュールを提供することができる。さらに、照明装置や液晶表示装置のサイズによって、パッケージの数量や封止樹脂の形状を適切に設定し、さらにバックライト光源モジュール全体において、輝度や色度の均一化を図ることができる。このことにより、できるだけ少ない素子の個数により、輝度や色度の均一化を実現することにより、低消費電力で照明装置や液晶バックライトモジュールの光源を得ることができる。素子の最少個数と最適配列の構成を施すことより、素子や実装基板の数量を低減することによる低コスト化を図ることに対しても有効である。
【００３４】
本実施例のＬＥＤ光源モジュール構成は、大型の照明光源装置や大画面の液晶表示装置のバックライトモジュール光源だけでなく、パーソナルコンピュータ用液晶パネルや車載カーナビゲーションのバックライト光源、その他の車載用途の光源としても適用できる。
【実施例２】
【００３５】
次に、図１３から図２２を用いて、本発明の実施例２を説明する。実施例２では、バックライト方式として、サイドライト型バックライト用の光源モジュールを説明する。以下、サイドライト型の光源モジュールに関して、最も簡略化した一単位の構成を説明する。先ず、図１３（ａ）の上面図と図１３（ｂ）の断面図に示すように、ＬＥＤ素子４、５、６を搭載する実装基板として、セラミック基板１上に、赤色と緑色及び青色の各ＬＥＤ素子を独立に駆動できるように配線パターン２を印刷焼成した基板を準備する。
【００３６】
ここでは、実施例１と異なり、ＲＧＢのＬＥＤ素子４、５、６を一組として構成し、色バランスにより白色光を取り出すように対応する。次に、実装するＬＥＤ素子の両側に位置するように、ＬＥＤ素子４、５、６からの放射光を反射する断面楔形の反射材３を基板１上に接着配置する。ＬＥＤ素子４、５、６の実装は、Ｒ赤色４とＧ緑色５及びＢ青色６の各ＬＥＤ素子を直線ライン状に位置するように、ダイボンディング材を使用して搭載実装する。次に、Ａｕ線７を素子と配線パターンに対してワイヤボンディング接続し、導通が取れるようにする。その後、金型を使用して、透明樹脂８に形状を作りつけるとともに、基板１と反射材３に密着するように形成する。
【００３７】
また、配線パターンを基板表面上に配線パターンとして形成するのではなく、スルーホールパッド配線を活用して導通を行うようにする。図１４（ａ）の上面図と図１４（ｂ）の断面図に示すように、ＬＥＤ素子４、５、６に対してワイヤボンディングするＡｕ線７は、スルーホールパッド配線９に接続する。スルーホールパッド配線９は、下地となるプリント基板１への接続に活用することができる。導通接続は、断面において、スルーホールパッド配線９を通して導通をとり、ＬＥＤ素子直下にはサーマルビアとなるホール１０を形成し放熱構造とする。サーマルビアホール１０は、ＬＥＤ素子と直接熱的に接続しているため、ＬＥＤ素子基板から直接放熱する手段として作用し、ＬＥＤ素子の温度特性を向上させるために導入している。
【００３８】
導光構造における反射材は、図１５（ａ）の上面図と図１５（ｂ）の断面図に示すように、セラミック基板１の上に微細な凹凸構造１１を設けることによっても対応できる。微細な凹凸構造１１は、可視光の反射材として機能するために、凹凸の深さはサブミクロンからミクロンオーダで形成することが必要となる。この構成では、新たに反射材８を設けることなく、セラミック基板の表面処理による凹凸構造１１の反射領域よって形成されることになる。
【００３９】
上記の各光源モジュールは、サイドライト型の構成について一単位となる一部を示したものである。これらの光源モジュールは、実際には大面積の基板１に対して連続して実装したマルチチップ構成である、ＬＥＤ素子実装基板を準備して、液晶表示パネルの画面サイズに合せ実装設計に満足するように、大面積の素子実装基板から切り出して適用することになる。
【００４０】
図１６には、一例として、大面積の基板１に多連のマルチチップ実装したＬＥＤ素子実装基板を作製した後、図１６の点線で示す方向にＲＧＢ光源ごとの周期で切り出して、素子の実装方向とは垂直方向に連続した光源モジュールを構成するようにする様子を示す。基板１のサイズは、面積が大きければ、切り出す光源モジュールは多数個取得することができる。これにより、低コストの光源モジュールが形成できることになる。図１６の上面図と図１７の断面図では、２周期の２連素子実装基板の場合について示しているが、実際には、サイドライト型バックライト光源の仕様と設計により、液晶表示パネルの画面サイズに対応するように、素子実装基板の周期と連続サイズを決定する。
【００４１】
上記の基本となる導光構造では、透明樹脂の形状によって、ＬＥＤ素子の配列する直線ラインに垂直な方向と、平行な方向に分けて、液晶表示装置に適した放射角分布を構成できる。即ち、縦横比１６：９などの横長のディスプレイ装置においては、光源の横方向に対して光拡大した光照射の構成が必要になってくるため、これに対応するものである。例えば図１７に示すＬＥＤ素子４、５、６を配列する直線ラインと垂直な方向では、形状樹脂の凹部形状により高角度側へ透過屈折し、導光構造を伝播することにより、透明樹脂８に形成した溝部から少しずつ放射光や反射光が漏れ出ることに到り、導光構造の上部では光学的分布はより均一に光照射することになる。
【００４２】
さらに、一つの素子実装基板から隣接する領域にも放射光が分布するため、隣接する領域に対して光強度が補完される形となる。これにより、光強度の補完と白色光の混合により、輝度と色度の均一性が向上することになる。
【００４３】
図１７において、一つの素子実装基板の導光構造に対応するように、ＬＥＤ素子からの放射角分布を測定評価した。図１８には、ＬＥＤ素子の配列する直線ラインに垂直な方向に対する放射角分布を規格化して示し、図１９には、ＬＥＤ素子の配列する直線ラインに平行な方向に対する放射角分布を規格化して示す。この測定装置では、放射光を検出器に取り込むため、光ファイバを使用して、放射角分布における光強度を測定した。光ファイバの見込み角は、数ｍｍ径の光強度分布を測定する形となる。
【００４４】
図１８に示すように、垂直方向では、６０°から７０°範囲で強度ピークを有しており、高角度に対して光強度を拡大した形状を有している。図１９に示すように、平行方向では、−３０°から＋３０°程度まで光強度が大きく変化せずほぼ同程度のレベルに保っている、これらは、通常のパッケージ光源で見られるような中心部に光量の高い輝点が見られる点光源とは明らかに異なり、高角度へ光拡大した均一性の改善された発光分布を有していることになる。光源モジュールとして、本内容を適用することにより、細長のライン光源にできる可能性を示しており、導光構造の設計により、サイドライト光源に適する、細長ライン光源に近い状況を再現できることなる。
【００４５】
図２０（ａ）、図２０（ｂ）、図２０（ｃ）には、光源モジュールから、プリント基板に実装搭載する工程と構成について示している。ここでは、図２０（ａ）、図２０（ｂ）に示すスルーホールによる導通をとる素子実装基板を準備し、ＬＥＤ素子を直線ライン状に搭載実装した光源モジュールの断面１２と上面１３を示す。図２０（ｃ）では、光源モジュール１２をプリント基板１４上に搭載実装し、スルーホールで導通をとっている断面構造を示す。プリント基板１４にもスルーホール導通配線をとり、抵抗やコンデンサを含む駆動ＩＣ回路１６をプリント基板の裏面側から搭載接続する。
【００４６】
プリント基板１４には、あらかじめ素子実装基板のスルーホール導通配線に対応した配線パターンが施されており、かつＲＧＢ光源を独立に駆動制御できるように、配線パターンを設定しておく。素子実装基板とプリント基板は、半田ペーストなどを使用し、リフローを通すことによって一括接続をとることができる。このため、簡易接続と短時間接続が一挙に対応可能となる。これにより、簡易接続工程と低コスト化が図れることになる。図２０（ｃ）には光源モジュール１２を４個搭載した例を記載したが、これは隣接する光源モジュール１２同士で互いに光強度を補完することができる構成にも適用できることを示している。光源モジュール１２の長さは、サイドライト型バックライト光源の設計と、液晶表示パネルの大きさにより決定される。
【００４７】
図２１（ａ）、図２１（ｂ）、図２１（ｃ）では、液晶表示装置の画面サイズに合せて、縦長のプリント基板３３を準備し、光源モジュール３２を所定の長さに調整して搭載実装することにより、一つのプリント基板光源モジュールを形成する。画面サイズに合せて、抵抗とコンデンサを含む駆動ＩＣ回路３４を搭載するプリント基板光源モジュールを構成することにより、バックライト光源モジュールに対応させることができる。図２１（ｃ）では、サイドライト型バックライト光源３５を準備し、導光板３６とプリズムシート２１と偏光反射シート２２の光学系と、下部偏光板２３と薄膜トランジスタ付き液晶層２４と上部偏光板２５を構成する。
【００４８】
これにより、サイドライト型バックライト光源モジュールを搭載する液晶表示パネルを作製する。サイドライト型バックライト光源と導光板３６は、厚さを制御し幅を制限できるので、薄型でかつ輝度分布や色度分布の均一化を図った液晶表示パネルを構成することが可能である。
【００４９】
図２２（ａ）、図２２（ｂ）には、ＬＥＤバックライト光源３５と、それを搭載するバックライト筐体２６、及び大型液晶表示パネル２７、駆動回路２８の構成を示す。図２８(b)に示す、サイドライト型バックライト光源は、光源モジュールを４周期の素子実装基板の構成で示しているが、実際には液晶表示パネルの画面サイズに合せて、光源モジュールの長さを調整することになる。
【００５０】
本実施例により、液晶表示装置のサイズを大画面で薄型にしても、放射角分布を制御したバックライトモジュールを設計対応させることにより、必要とされる輝度分布や色度分布の均一性を確保できる。本内容は、主として大型テレビ用の液晶パネル表示装置及びバックライトモジュールとして適用が可能であるばかりではなく、中型及び小型サイズ領域の液晶パネル表示装置にも適用が可能である。
【００５１】
本実施例のＬＥＤ光源モジュール構成は、大型の照明装置や大画面の液晶表示装置のバックライトモジュール光源だけでなく、パーソナルコンピュータ用液晶パネルや車載カーナビゲーションのバックライト光源、その他の車載用途の光源としても適用できる。
【実施例３】
【００５２】
図２３から図２８を用いて、本発明の実施例３を説明する。本実施例では、実施例１及び２と同様に、同一の共通素子実装基板から、直下型とサイドライト型のバックライト光源モジュールを構成することを示す。図２３から図２８に示すように、大面積の基板１を準備し、ＲＧＢ光源の各ＬＥＤ素子を実装した反射材搭載の素子実装基板を作製しておく。ここまでは、直下型とサイドライト型のバックライト光源モジュールの作製として共通の工程とすることができる。
【００５３】
直下型光源モジュールの作製と構成について以下に説明する。共通の素子実装基板から、図２３の上面図では、点線で囲った領域で切り出すことにより、面型の光源モジュールを作製することができる。ここでは、ＲＧＢ光源の４周期で構成した光源モジュールを切り出しているが、設計と用途により、随時周期と素子数を対応させることができる。
【００５４】
図２４の光源モジュールは、図２３の点線で囲った領域の切り出した一つのユニット構成を示す。ユニット構成である素子実装基板を複数個プリント基板に搭載することにより、直下型のバックライト光源モジュールの一部を構成する。図２５（ａ）、図２５（ｂ）に示すように、素子実装基板を複数個搭載するプリント基板を複数枚横に並べて、直下型のバックライト光源モジュール全体を構成する。液晶表示装置の画面サイズに合せて、縦長のプリント基板１４を準備し、光源モジュール１２を所定の数量だけ搭載実装することにより、一つのプリント基板光源モジュールを形成する。画面サイズに合せて、前記プリント基板光源モジュールを周期的に設けて構成することにより、バックライト光源モジュールに対応させることができる。
【００５５】
他方、サイドライト型光源モジュールを作製と構成を以下に説明する。共通の素子実装基板から、図２６の上面に示すように、点線で示した境界で切り出すことにより、ライン型の光源モジュールを作製することができる。ここでは、ＲＧＢ光源で構成した光源モジュールを切り出しているが、設計と用途により、随時周期と素子数を対応させることができる。図２７の光源モジュールは、図２６の点線で示した境界で切り出した一つのユニット構成である。ユニット構成である素子実装基板を複数個プリント基板に搭載することにより、サイドライト型のバックライト光源モジュールの一部を構成する。ここでは、ユニット構成を素子実装基板の２周期を基本としたが、設計と用途により、周期と素子数を対応させることができる。
【００５６】
図２８（ａ）、図２８（ｂ）には、ＬＥＤバックライト光源３５と、それを搭載するバックライト筐体２６、及び大型液晶表示パネル２７、駆動回路２８の構成を示す。図２８（ｂ）に示すサイドライト型バックライト光源は、光源モジュールを４周期の素子実装基板の構成で示しているが、実際には、液晶表示パネルの画面サイズに合せて、光源モジュールの長さを調整することになる。
【００５７】
図２８（ａ）、図２８（ｂ）に示すように、素子実装基板を搭載するユニット構成を複数個搭載したプリント基板を液晶パネルの左右に配置して、サイドライト型のバックライト光源モジュール全体を構成する。液晶表示装置の画面サイズに合せて、縦長のプリント基板３３を準備し、光源モジュール３２を所定の数量だけ搭載実装することにより、一つのプリント基板光源モジュールを形成する。画面サイズに合せて、左右両サイドに対して、所定の長さのプリント基板光源モジュールを複数個設けて構成することにより、バックライト光源モジュールに対応させることができる。
【００５８】
本実施例で構成されるバックライト光源モジュールは、実施例１及び２と同様に、設計と用途に対応することができ、照明装置や小型テレビ用から大型テレビ用の液晶表示装置のバックライトモジュール光源だけでなく、パーソナルコンピュータ用液晶パネルや車載カーナビゲーション用のバックライト光源、その他車載用途の光源としても適用できる。
【００５９】
本実施例によると、同じ素子実装基板から、直下型とサイドライト型の両方式のバックライト光源モジュールを作製することができる。このことは、大面積の共通基板を作製しておけば、同じ共通の作製ラインにおいて、直下型とサイドライト型の２種類のバックライト光源モジュールを生産できる効果がある。作製工程の簡略化とラインにおける生産効率を向上することにつながり、低コスト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、大型液晶テレビ用の液晶表示装置や携帯電話やパソコン用などの中小型液晶表示装置に対するバックライト光源モジュールとして適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施例１におけるＬＥＤ素子実装基板の構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施例１におけるＬＥＤ素子実装基板の構成を説明する図である。
【図３】本発明の実施例１におけるＬＥＤ素子実装基板の構成を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１における実装ＬＥＤ素子の配列方向と垂直方向への導光を示す概念図である。
【図５】本発明の実施例１における実装ＬＥＤ素子の配列方向と平行方向への導光を示す概念図である。
【図６】本発明の実施例１における実装ＬＥＤ素子の配列方向と垂直方向の領域における放射角分布を示す図である。
【図７】本発明の実施例１における実装ＬＥＤ素子の配列方向と平行方向の領域における放射角分布を示す図である。
【図８】本発明の実施例１におけるＬＥＤ素子実装基板をプリント基板へ搭載する工程図である。
【図９】本発明の実施例１におけるバックライト筺体枠に搭載固定される直下型バックライト光源モジュールの説明図である。
【図１０】本発明の実施例１におけるバックライト光源モジュールと光学系及び液晶パネルの構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施例１を適用した大型液晶ディスプレイパネルとバックライト光源を示す上面図である。
【図１２】本発明の実施例１を適用した中型液晶ディスプレイパネルとバックライト光源を示す上面図である。
【図１３】本発明の実施例２におけるＬＥＤ素子実装基板の構成の説明図である。
【図１４】本発明の実施例２におけるＬＥＤ素子実装基板の構成を説明する図である。
【図１５】本発明の実施例２におけるＬＥＤ素子実装基板の構成を説明する図である。
【図１６】本発明の実施例２におけるサイドライト型バックライト光源の構成を切り出すＬＥＤ素子実装基板を説明する図である。
【図１７】本発明の実施例２におけるＬＥＤ素子実装基板からサイドライト型バックライト光源の構成を切り出す断面図である。
【図１８】本発明の実施例２における実装ＬＥＤ素子の配列方向と垂直方向の領域における放射角分布を示す図である。
【図１９】本発明の実施例２における実装ＬＥＤ素子の配列方向と平行方向の領域における放射角分布を示す図である。
【図２０】本発明の実施例２におけるＬＥＤ素子実装基板をプリント基板へ搭載する工程の説明図である。
【図２１】本発明の実施例２におけるサイドライト型バックライト光源モジュールの構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施例２におけるバックライト筺体枠に搭載固定されるサイドライト型バックライト光源モジュールの説明図である。
【図２３】本発明の実施例３におけるＬＥＤ素子実装基板の切り出し方向による直下型面光源モジュールの構成を説明する図である。
【図２４】本発明の実施例３における直下型面光源モジュールの一ユニット基板構成を示す上面図である。
【図２５】本発明の実施例３における直下型バックライト光源モジュールと液晶パネル及び駆動回路の構成を説明する図である。
【図２６】本発明の実施例３におけるＬＥＤ素子実装基板の切り出し方向によるサイドライト型ライン光源モジュールの構成を示す上面図である。
【図２７】本発明の実施例３におけるサイドライト型面光源モジュールの一ユニット基板構成を示す上面図である。
【図２８】本発明の実施例３におけるサイドライト型バックライト光源モジュールと液晶パネル及び駆動回路の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００６２】
１．セラミック基板
２．配線パターン
３．反射材
４．赤色ＬＥＤ素子
５．緑色ＬＥＤ素子
６．青色ＬＥＤ素子
７．Ａｕ線
８．形状透明樹脂
９．スルーホール導通配線
１０．サーマルビアホール
１１．表面溝付きセラミック基板
１２．光源モジュール断面
１３．光源モジュール上面
１４．プリント基板
１５．プリント基板スルーホール導通配線
１６．抵抗及びコンデンサ含む駆動ＩＣ回路
１７．直下型バックライトモジュール筺体
１８．直下型バックライト光源モジュール基板
１９．光線
２０．拡散板
２１．正プリズムシート
２２．偏光反射シート
２３．下部偏光板
２４．薄膜トランジスタ搭載液晶パネル
２５．上部偏光板
２６．バックライト筐体
２７．大型液晶表示パネル
２８．回路配線
２９．中小型液晶表示パネル
３０．回路配線
３１．駆動回路
３２．サイドライト型光源モジュール
３３．プリント基板
３４．抵抗及びコンデンサ含む駆動ＩＣ回路
３５．サイドライト型バックライト光源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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