(57)【要約】【課題】照明光源や液晶バックライト光源モジュールにおいて、発光効率を向上させるとともに、発光分布を制御する光源を実現するためには、均一な輝度色度分布を有する光源が必要であり、また、低コストのパッケージ構成が必要であった。【解決手段】ユニット基板１０に搭載されるパッケージ光源１２は、基板と、この基板上に配置されるＲＧＢ毎に対を成すＬＥＤ素子と、このＬＥＤ素子を封止する透明樹脂とを有し、ＬＥＤ素子を配線上に実装するダイボンディング材を、サブミクロンの白色粒子を含有させて拡散反射率を高く設定すると共に、発光分布における上方向の強度を大きくして放射角分布を制御する。さらに、ＬＥＤ素子を封止する透明樹脂の凹部形状によって、基板に対する垂直方向から、所定の傾斜角を有する方向に、発光強度の最大値を有する。【選択図】図８
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【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と、前記配線に接続されたＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を封止した透明樹脂とを有し、前記配線上に接続されたＬＥＤ素子は、配線に対して線対称であり、かつ、対を成す同色のＬＥＤ素子を実装することを特徴とする照明装置
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、前記同色のＬＥＤ素子は、対となる赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子又は青色ＬＥＤ素子であることを特徴とする照明装置
【請求項３】
請求項１に記載の照明装置において、前記同色のＬＥＤ素子は、対となる赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素及び青色ＬＥＤ素子が集積されて実装されていることを特徴とする照明装置
【請求項４】
請求項１に記載の照明装置において、前記同色のＬＥＤ素子は、前記配線に対して線対称で直列に実装されていることを特徴とする照明装置
【請求項５】
請求項１に記載の照明装置において、前記同色のＬＥＤ素子は、前記配線に対して線対称で並列に実装されていることを特徴とする照明装置
【請求項６】
請求項１に記載の照明装置において、前記同色のＬＥＤ素子は、前記配線に対して線対称で独立に駆動されることを特徴とする照明装置
【請求項７】
基板と、前記基板上に配置した配線と、前記配線に接続されたＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を封止した透明樹脂とを有し、前記透明樹脂は、上側に凹部形状を有しており、前記凹部形状の先端の位置は、配線上に対を成すＬＥＤ素子の線対称になる線上に対応して配置されている樹脂形状を有することを特徴とする照明装置
【請求項８】
請求項７に記載の照明装置において、前記透明樹脂の凹部形状が前記ＬＥＤ素子からの放射光を反射することにより、前記ＬＥＤ素子の発光分布は、前記基板に対する垂直方向から所定の傾斜角を有する方向に、発光強度の最大値を有することを特徴とする照明装置
【請求項９】
請求項１に記載の照明装置において、前記同色のＬＥＤ素子は、前記配線に対して白色粒子を含有するダイボンディングペースト材によって実装されており、前記白色粒子は光反射の主成分が拡散反射により生じる材料によって構成されていることを特徴とする照明装置
【請求項１０】
請求項９記載の照明装置において、前記白色粒子は、サブミクロンのサイズを有するセラミック粒子から構成されていることを特徴とする照明装置
【請求項１１】
請求項９記載の照明装置において、前記ダイボンディングペースト材が、前記ＬＥＤ素子の側壁をフィレット状に覆い、かつ、前記側壁の１／４から１／２の高さを覆うことにより、前記ＬＥＤ素子の発光分布における上方向に出射する発光強度が相対的に大きくなることを特徴とする照明装置
【請求項１２】
請求項９記載の照明装置において、拡散反射を呈する白色粒子を含有するダイボンディングペースト材を導入することにより、パッケージにおける反射板を除去することを特徴とする照明装置
【請求項１３】
基板と、前記基板上に配置した配線と、白色粒子を含有するダイボンディングペースト材により配線上に接続された対を成す同色のＬＥＤ素子と、前記対を成す同色のＬＥＤ素子を封止する凹部形状を有した透明樹脂とからなる照明装置を備えた液晶表示装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）を用いた照明装置に関し、特に、この照明装置をバックライトとした液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明装置や大型液晶ディスプレイ装置の光源において、ＬＥＤ素子を搭載したモジュールが開発されてきている。これまで、蛍光体を用いた白色ＬＥＤ光源を搭載する携帯電話用などの小型液晶ディスプレイ装置が実用になっているが、今後、中型及び大型液晶テレビにおいては、赤緑青三原色のＬＥＤ素子を搭載することにより、色再現範囲が広く、高速で独立に制御した動画対応や高画質対応の表示性能の改善がなされていくことになる。
【０００３】
照明装置の光源や液晶ディスプレイ装置のバックライト光源モジュールを構成する際には、まず、ＬＥＤ素子から均一で効率の高い照明光が必要である。均一な照明を実現し、かつ、高効率の構成や高放熱の部材を適用したパッケージについて、以下の公知例が知られている。
【０００４】
下記特許文献１では、表面実装型ＬＥＤパッケージにおいて、青色ＬＥＤ素子のダイボンディング材に透明又は白色の絶縁性接着剤を使用し、プリント基板と接着する場合を示している。透明或いはフィラを含む白色絶縁性接着剤の厚さを調整して、青色ＬＥＤ素子を、少なくとも赤色ＬＥＤ素子よりも高い位置に設定することにより、外部量子効率を向上させることが述べられている。
【０００５】
下記特許文献２では、砲弾型ＬＥＤランプにおいて、ダイボンディング材に白色ペーストを用いた場合を示している。材料として、ボロンナイトライド（ＢＮ）フィラを混入させた透明エポキシ材をペースト材とすると、放熱性が向上し反射率を大きくすることができるので、外部に放射される光量を増大させることが述べられている。
【０００６】
下記特許文献３では、紫色ＬＥＤ素子を実装し、蛍光体との組合せにより、色ずれを起こし難い白色を実現する白色発光装置について示している。短波長の光源に対して、マウント材には、光吸収がなく高反射率を維持できる、無機材料を含有するシリコーン樹脂を適用している例が述べられている。
【０００７】
下記特許文献４では、ＬＥＤ素子のダイボンディング材に対して、接着性に優れ、高い放熱性と高い透明性を有する樹脂ペーストを提供することが示されている。これらを実現する材料として、具体的に、ＳｉＨ基と炭素炭素二重結合を１分子中に２個有する珪素化合物と、ヒドロシリル化触媒、シランカップリング剤、シラノ−ル縮合触媒を成分として含む硬化性組成物を用いて樹脂ペーストとし、無機部材を含有させて、反射率を高く設定することが述べられている。
【０００８】
下記特許文献５では、表面実装型のＬＥＤパッケージにおいて、ＬＥＤ素子の出光面には、蛍光体入り樹脂が覆っており、ＬＥＤ素子の周囲には、白色系樹脂が覆っている構成を示している。ＬＥＤ素子の周囲を覆う樹脂は、白色系の樹脂又は酸化チタンなどの白色で拡散反射硬化の高いフィラを混ぜた樹脂を設定してあることが記述されている。
【特許文献１】特開平７−２８８３４１号公報
【特許文献２】特開平１１−２２０１７９号公報
【特許文献３】特開２００４−１２７９８８号公報
【特許文献４】特開２００４−２６６１３４号公報
【特許文献５】特開２００５−２７７２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献では、ＬＥＤ素子のパッケージにおいて、実装するダイボンディング材に工夫がなされており、白色系の樹脂或いはフィラ含有の樹脂ペースト材を用いて、放熱性や拡散反射率を向上させることが述べられている。しかしながら、個々の素子やパッケージにおいて述べられているだけであり、大面積の照明装置や液晶表示装置の光源について言及している内容ではなく、輝度分布や色度分布の均一性を図るための構成については説明していない。また、光源パッケージの発光分布を制御するＬＥＤ素子ダイボンディング材の具体的な構成について言及はなく、照明光源やバックライト光源として適切な発光分布の設計についても説明がなされていない。パッケージ構成では、複数のＬＥＤ素子を搭載した場合、樹脂形状によるＬＥＤ素子の放射光カップリング効率や放射角分布の制御について、対応する説明がなされていない。
【００１０】
液晶表示装置等のバックライトとしてＬＥＤパッケージを複数配列する場合は、各パッケージの輝度や色度分布の相互作用を設計し、全体系において輝度分布や色度分布の均一性を実現する構成である必要がある。
【００１１】
そこで、本発明は、照明装置や液晶表示装置のＬＥＤパッケージ光源において、発光効率を向上させ、かつ、最適な発光分布特性を有す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】
【００１２】
本発明では、パッケージ内の１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。本発明は、実装するＬＥＤ素子のダイボンディング材の部材と構成及びＬＥＤ素子の配置構成に関し、さらに、ＬＥＤ素子を封止する封止樹脂の形状によるカップリング効率向上や放射分布の制御を行う。
【００１３】
本発明は、基板と、基板上に配置した配線と、配線に接続されたＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を封止した透明樹脂を少なくとも有しており、配線上に接続されたＬＥＤ素子は、配線に対して線対称であり、かつ、対を成す同色の、赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子又は青色ＬＥＤ素子を実装してあり、また、配線に対して線対称であり、かつ、対を成す同色の、赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子及び青色ＬＥＤ素子を集積して実装することを特徴とする。
【００１４】
上記各々のＬＥＤ素子は、直列に実装するか、並列に実装する。また、上記各々のＬＥＤ素子は、各々独立に駆動する。
【００１５】
上記ＬＥＤ素子をダイボンディングするペースト材が含有する白色粒子は、サブミクロンのサイズを有するセラミック粒子から構成されており、ペースト材が、ＬＥＤ素子の側壁をフィレット状に覆いかつ側壁の１／３から１／２の高さを覆うことにより、ＬＥＤ素子の発光分布における上方向に出射する発光強度が相対的に大きくなることを特徴とする。
【００１６】
上記ＬＥＤ素子を封止する透明樹脂を有した構成において、透明樹脂は、上側に凹部形状を有しており、凹部形状の先端の位置は、配線上に対を成すＬＥＤ素子の線対称になる線上に対応して配置されていることを特徴とする。
【００１７】
上記透明樹脂の凹部形状が、ＬＥＤ素子からの放射光を反射することにより、ＬＥＤ素子の発光分布は、基板に対する垂直方向から所定の傾斜角を有する方向に発光強度の最大値を有することになる。
【００１８】
また、本発明は、凹部形状を有した透明樹脂のＬＥＤパッケージ光源モジュールを搭載することを特徴とする液晶表示装置にある。このＬＥＤパッケージの構成において、透明樹脂の凹部領域の側面に反射する方向で、所定の傾斜角を有する方向に発光強度の最大値を示している放射角度分布を有しているバックライト光源を特徴とする。ここで、放射角分布は、角度７０度以上で発光強度が大きく低下する分布を有していることを特徴とする。
【００１９】
さらに、透明樹脂の凹部領域の側面に反射する方向とは直角な方向及びその前後の方向においては、完全反射ランバーシアン(Lambertian)分布に近い放射角度分布か、或いは、ほぼ均一な発光強度を示す放射角度分布を有しているバックライト光源を特徴とする。ここで、放射角分布は、角度７０度以上で発光強度が大きく低下する分布を有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上、本発明によると、パッケージ光源におけるＬＥＤ素子の発光効率を向上するだけでなく、発光分布を制御し、液晶表示装置等に最適な光源を提供することができる。また、本発明は、照明装置の光源や、大型液晶テレビ用の液晶表示装置、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。本発明の実施例では、照明装置や液晶表示装置の光源である、ＬＥＤ素子を搭載したパッケージ構成に対して、実装部材の構成と光学的設計の観点から以下説明する。
【実施例１】
【００２２】
本実施例について、図１から図１７を用いて説明する。まず、図１及び図２は表面実装型のパッケージ光源を構成する比較例であって、図１はＲ（赤）Ｇ（緑）Ｇ（緑）Ｂ（青）を１組として各ＬＥＤ素子を搭載することを示し、図２はＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）を１組として各ＬＥＤ素子を搭載することを示している。図１及び図２において、各ＬＥＤ素子が組み込まれる表面実装型のパッケージ構成は、次のようになっている。絶縁層付金属基板、セラミック基板又はガラスエポキシ基板１に、配線２を形成し、反射板３を一体型で構成させ、図１に示すように、赤色ＬＥＤ素子４、緑色ＬＥＤ素子５、緑色ＬＥＤ素子６及び青色ＬＥＤ素子７を１組とするか、または、図２に示すように、赤色ＬＥＤ素子４、緑色ＬＥＤ素子５及び青色ＬＥＤ素子７を１組として、各ＬＥＤ素子をＡｕ（金）ワイヤ８により実装し、透明樹脂９を用いて、ＬＥＤ素子を封止することにより、表面実装型のパッケージ構成のＬＥＤ光源が作製される。
【００２３】
これに対して、本実施例では、表面実装型のパッケージ構成として、図１及び図２に示す比較例と同様にして作成するが、図３及び４に示すように、各ＬＥＤ素子を、それぞれ対となすように実装している。
【００２４】
図３に示すように、赤色ＬＥＤ素子４、緑色ＬＥＤ素子５、緑色ＬＥＤ素子６、青色ＬＥＤ素子７の各ＬＥＤ素子を、それぞれ２組とするか、または、図４に示すように、赤色ＬＥＤ素子４、緑色ＬＥＤ素子５、青色ＬＥＤ素子７の各ＬＥＤ素子を、それぞれ２組とすることにより、パッケージ内のＬＥＤ素子が構成されている。
【００２５】
図３及び図４では、対を成す同色のＬＥＤ素子は、それぞれの基板で電気的に直列に接続されている場合を示す。図５及び６では、同様にしてパッケージを構成するが、対を成す同色のＬＥＤ素子は、それぞれの基板で電気的に並列に接続されている場合を示す。
【００２６】
上記の実装例に示すように、１つのパッケージの中に、対を成す同色のＬＥＤ素子を配列することにより、少ないパッケージ構成により、照明装置や液晶表示装置の光源を実現できる。例えば、図７と図８を比較すると判るように、比較例として図７に示すように、ユニット基板１０に、ＲＧＢのＬＥＤ素子を実装しているパッケージ１１を４個搭載するケースは、本実施例として図８に示すように、ＲＧＢ毎に対を成すＬＥＤ素子を搭載するパッケージ１２を２個搭載するケースに集約できる。このため、パッケージ数を削減して低コスト化を図ることができる。
【００２７】
ここで、ＲＧＢ毎に対を成すＬＥＤ素子を搭載するパッケージでは、各素子が近接することで混色して、白色バランスはとりやすい傾向にあるが、光照射領域は、横方向に距離を要することになり対策が必要となる。そこで、素子を搭載接着するダイボンディング材と接着構成を工夫し、封止樹脂の形状を設計することにより、均一な光照射に対応する光照射拡大を図ることを以下説明する。
【００２８】
ダイボンディング材としては、比較例として図９に示すように、Ａｇ（銀）粒子を含有するペースト材１３を使用してダイボンディング実装していたが、本実施例では、図１０に示すように、サブミクロンサイズを有する微粒子白色フィラを含有したペースト材１４を使用してダイボンディング実装する。この際に、図９に示されるダイボンディングペースト材１３では、一旦発光層から出射された光成分がＡｇ粒子による正反射により再度発光層の方向へ戻り、発光層によって再吸収される光損失が生じやすい。
【００２９】
これに対して、本実施例の拡散反射率の高いダイボンディングペースト材１４では、基板側から外部へ、できるだけ出射するように構成する。拡散反射率が高い材料では、従来、ＬＥＤ素子の基板に全反射により閉じ込められていた光成分に対して、非常に広い角度で反射させ、全反射角度の条件を回避して、基板から取り出せる光成分の割合を高くすることに有効に寄与する。このため、拡散反射率の高いダイボンディングペースト材を用いると、素子の発光量が増大し効率の向上が期待される。
【００３０】
本実施例での微粒子白色フィラを含有するダイボンディング材は、図１０に示すように、フィレット状の形状を有してＬＥＤ素子７の基板に対して接着しており、フィレット状の形状は、素子基板の側壁に対して、従来の接着剤を用いる場合より、高い領域まで覆われた形状を有することを特徴とする。
【００３１】
このとき、微粒子白色フィラの高い拡散反射率を反映して、素子の基板から外部へ光取り出しが相対的に有効に行われる。素子の発光層から基板下側へ出射される光成分は、基板面で反射されて上方向に光出射されるが、この際に、ダイボンディング材が、高い拡散反射率を有していることが必要である。
【００３２】
素子の基板から光を取り出す際に、下方向へ向かって出射する光成分や、水平方向の出射する光成分を、できるだけ少なくし、上方向へ出射する光成分が多く占める発光分布を得るには、ダイボンディングペースト材の形状は、フィレット状で、かつ、素子基板の所定の高さまで覆っていることが必要となる。
【００３３】
素子の長さに応じて、最適範囲は変動するが、望ましくは、素子の基板側壁の高さに対して、１／４から１／２の高さまで覆われていることとする。これ以上の高さに、ダイボンディング材を設けることは、光量や効率の観点で不利となる。すなわち、素子の基板側壁がこれ以上の高さにまでダイボンディングペースト材によって覆われていると、拡散反射して上方向に向かう反射光成分は、発光層によって再吸収を受けることになる。再吸収を受ける光成分は、従来、全反射により基板に閉じ込められる光成分と同様に、外部へ取り出すことができない光成分となり、内部光損失による外部量子効率の低下をもたらす。
【００３４】
上に述べたように、素子の基板側壁に最適な高さにまで拡散反射率の高いダイボンディングペースト材を設けることにより、素子からの放射分布は、素子の上方向の発光分布強度が大きくなるように設定できる。また、微粒子白色フィラのサイズは、可視光の波長と同程度かそれ以下の大きさが望ましい。白色フィラの材料としては、絶縁性白色粒子で、具体的には、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化マグネシウム、ボロンナイトライド、窒化珪素、窒化アルミ、窒化ガリウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等が望ましい。
【００３５】
サブミクロン微粒子で白色フィラ含有のダイボンディングペースト材を適用して、素子基板の側壁に所定の高さまで被覆することにより、基板内の光閉じ込めと光損失をできるだけ回避した実装構成が可能となる。
【００３６】
図１１（ａ）（ｂ）に、微粒子白色フィラ含有のダイボンディングペースト材を用いて実装したＬＥＤ素子Ａの特性について、従来のＡｇ粒子を含有するダイボンディング実装のＬＥＤ素子Ｂの特性と共に示す。図１１（ａ）に示す光束対電流特性と、図１１（ｂ）に示す発光効率対電流特性においても、微粒子白色フィラ含有のダイボンディングペースト材を用いて実装したＬＥＤ素子Ａは、従来に比べて、光束及び発光効率共に１．２倍以上の効果が得られていることが判る。
【００３７】
上記素子の高効率化と共に、発光分布の制御にも効果を見出せる。図１２は、比較例として、１つのＬＥＤ素子７を、微粒子白色フィラ含有のダイボンディングペースト材１４により、搭載するパッケージ構成を示し、この構成における発光分布を図１２の横方向に測定した結果を図１３に示す。さらに、本実施例として、図１４に、対を成す２つのＬＥＤ素子７を、微粒子白色フィラ含有のダイボンディングペースト材１４により、搭載するパッケージ構成を示し、この構成における発光分布を図１４の横方向に測定した結果を図１５に示す。
【００３８】
これらを比較すると、本実施例では、図１４及び図１５に示しように、対を成す２つのＬＥＤ素子７を搭載した場合でも、ほぼ同じ放射角分布が得られていることが判る。ここで、ＬＥＤ素子は、サイズ０．３ｍｍ程度であり、１素子分の距離を、間隔スペースとして接近配置しているが、発光分布は、隣接の素子の影響をほとんど受けず、図１２及び図１３に示すように、１つのＬＥＤ素子７を実装した場合の放射角分布となっているので、光学分布としては、あたかも１つのＬＥＤ素子を実装したパッケージ光源のように振舞う。
【００３９】
上記を基に、対を成すＲＧＢのＬＥＤ素子を搭載するパッケージ構成において、発光分布を拡大させる構成を設計した。図１６（ａ）（ｂ）には、対を成す２つのＬＥＤ素子７を搭載するパッケージ構成に対して、ＬＥＤ素子７を封止する凹部形状の透明樹脂１５を形成したパッケージ上面と断面をそれぞれ示す。このパッケージ構成において、対を成す２つのＬＥＤ素子７を同時に発光させて測定した放射各分布の例を図１７に示す。図１７（ａ）（ｂ）は、図１６における横方向分布と縦方向分布をそれぞれ示している。
【００４０】
図１６において、透明樹脂１５の中心線の凹部形状によって、ＬＥＤ素子７からの放射光が反射されることにより、ＬＥＤ素子７の発光分布は、基板１に対する垂直方向から所定の傾斜角を有する方向に、発光強度の最大値を有することになる。
【００４１】
図１７（ａ）（ｂ）に示すように、放射角分布の結果により、横方向は発光分布を拡大でき、縦方向は特定の角度まで、ほぼ一定の強度を保持した発光分布が可能となっている。これは、目的に応じて放射角度分布の形状を調整できることを意味し、素子の放射角度分布に異方性をもたせるができることを示す。
【００４２】
図１７（ａ）と（ｂ）に対応する横方向と縦方向の各放射分布では、角度７０度以上では、急激に放射強度を低下させることができている。角度７０以上で、放射強度を低く抑制できていることは、隣接するパッケージ光源の照射エリアを考慮して、オーバーラップする境界領域の放射強度を調節するために有効である。隣接するパッケージ光源の照射エリア境界領域においても、均一性の高い輝度分布や色度分布を得るためには、高角度側の放射強度を適切に抑制した光学設計が重要である。照明装置や液晶バックライトの全体系では、ユニット基板の周期的な配置の構造設計と、隣接するパッケージ光源の照射エリア境界領域の光学設計によって対応することができる。
【００４３】
液晶表示装置は、横長の画面であるが、ユニット基板の周期的な配置構成を設計することにより、サイズが変わっても、例えば、画面比率１６：９を有するディスプレイのサイズに合わせながら、均一性の高いバックライトの最適な光学設計が可能となる。
【００４４】
図１６における形状樹脂１５により、横方向では高角側にピーク強度を有する放射角分布を制御でき、成型品の形状を調節することにより、ピーク強度を示す角度を所定の値に設定するようにできる。これにより、集積した照明装置や液晶バックライトモジュールの光源において、均一な輝度分布とする配置構成が実現できる。
【００４５】
本実施例によると、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などのために、最適なＬＥＤ光源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、パッケージ構成全体において、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。素子の最適最少個数と最適配列の構成を適用することより、パッケージや素子の数量の低減による低コスト化技術に対しても有効である。
【００４６】
本実施例のＬＥＤ素子パッケージ構成は、照明光源装置や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】
【００４７】
本実施例について、図１８から２４を用いて説明する。本実施例は、実施例１と同様にパッケージ構成を作製するが、本実施例では、実装部材として、微粒子白色フィラ含有のダイボンディング材を適量適切に被覆接着させることにより、実施例１の反射板３を除去したパッケージ構成を実現する。これにより、パッケージ構成の低コスト化を図ることができる。
【００４８】
図１８及び図１９には、反射板を搭載しないパッケージ構成の例を示している。図１８及び図１９において、ＬＥＤ素子７の基板側壁に対して、微粒子白色フィラ含有のダイボンディング材１４を適量適切に設定することにより、ＬＥＤ素子７の基板に対して下側や水平方向に出射される光成分を抑制し、高い拡散反射により、ＬＥＤ素子７の上方向への外部光取り出しを向上させるように制御する。これにより、反射板を導入しないパッケージ構成が可能であり、透明樹脂９の長さや高さを調整することにより、図中の矢印で示す素子の放射方向を規定し、レンズ効果を持たせることができ、放射角分布を制御したパッケージ構成に対応させることが可能である。
【００４９】
さらに、発光分布を拡大させる構成を設計するには、凹部形状の透明樹脂を搭載して放射角分布を制御する必要がある。図２０（ａ）（ｂ）には、対を成す２つのＬＥＤ素子７を搭載するパッケージ構成に対して、反射板を省略して、凹部形状の透明樹脂１５を搭載したパッケージ上面と断面をそれぞれ示す。図２０において、微粒子白色フィラ含有のダイボンディング材１４によって、ＬＥＤ素子７の上方向に出射される放射分布が規定されるので、反射板を除去したパッケージ構成に対応できる。
【００５０】
本実施例では、実施例１と同様に、各ＲＧＢにおいて対を成す２つのＬＥＤ素子を搭載するパッケージ構成において、発光分布を拡大させる構成を設計できる。このパッケージ構成によって、目的に応じて、放射角度分布の形状を調整し、素子の放射角度分布に異方性をもたせるができる。
【００５１】
液晶表示装置は、横長の画面であり、例えば、１６：９の画面比率を有するディスプレイに適した光学設計が可能となる。図２０における透明樹脂１５により、横方向では高角側にピーク強度を有する放射角分布を制御でき、成型品の形状を調節することにより、ピーク強度を示す角度を所定の値に設定するようにできる。これにより、集積した照明装置や液晶バックライトモジュールの光源において、均一な輝度分布とする配置構成が実現できる。
【００５２】
図２１は、ＲＧＢ毎のＬＥＤ素子を搭載したパッケージ構成１６をユニット基板１０に配置した図を示し、図２２は、ＲＧＢ毎に対を成すＬＥＤ素子を搭載したパッケージ構成１７をユニット基板１０に配置した図を示す。
【００５３】
図２２に示すように、１つのパッケージの中に、ＲＧＢ毎に対を成すＬＥＤ素子を配列することにより、少ないパッケージ構成により、照明装置や液晶表示装置の光源を実現できる。なお、図２１に示すように、ＲＧＢ毎のＬＥＤ素子を実装しているパッケージ１６を４個搭載するユニットは、図２２に示すように、ＲＧＢ毎に対を成すＬＥＤ素子を搭載するパッケージ１７を２個搭載するケースに相当するので、パッケージ数を削減して低コスト化を図ることができる。
【００５４】
本実施例によると、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などのために、最適なＬＥＤ光源モジュールを提供することができる。
【００５５】
図２３及び２４は、液晶バックライト筐体１８に対して、ＲＧＢ毎に対を成すＬＥＤ素子を搭載したパッケージ１９を配列させた場合であり、それぞれ正方格子状の配列と、三角格子状の千鳥配列の場合を示す。それぞれの配置構成は、目的用途に応じて照明光源や照射エリアによって使い分け、透明樹脂の形状によっても光学分布を照射エリアに対応させてそれぞれ制御した構成とすることができる。
【００５６】
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、パッケージ構成全体において、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。素子の最適最少個数と最適配列の構成を適用することより、パッケージや素子の数量の低減による低コスト化に対しても有効である。
【００５７】
実際の用途においては、液晶パネルのサイズや使用条件等が異なるので、放射角分布の設計と素子の実装構成及び封止樹脂の形状制御が対応するように、適切な設計と構成を図ることにより、必要とされるバックライトモジュール光源の仕様を所望の条件に設定できる。
【００５８】
本実施例のＬＥＤ素子パッケージ構成は、照明光源装置や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】
【００５９】
本実施例について、図２５から図２８を用いて説明する。本実施例は、実施例２と同様であるが、図２５に示すように、ＲＧＢ毎に対を成すＬＥＤ素子を搭載するパッケージ構成を作製する際に、ＲＧＢ毎に対を成すＬＥＤ素子を独立に駆動できるように、各ＬＥＤ素子を配線２に、それぞれ対応させ接続する。また、図２６は、ＲＧＢ毎に対を成すＬＥＤ素子を搭載するパッケージの断面を示し、反射板を除去して、対を成すＬＥＤ素子７の中間に凹部形状の透明樹脂１５の凹部領域を線対称に配置させる。本実施例によると、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などのために、最適なＬＥＤ光源モジュールを提供することができる。
【００６０】
図２７及び図２８は、液晶バックライト筐体１８に対して、ＲＧＢ毎に対を成すＬＥＤ素子を搭載したパッケージ１９を配列させた場合であり、それぞれ正方格子状の配列と、三角格子状の千鳥配列の場合を示す。それぞれ、目的用途に応じて照明光源や照射エリアによって使い分け、透明樹脂の形状によっても光学分布を、それぞれ制御する構成である。
【００６１】
本実施例では、図２５に示すように、各ＬＥＤ素子は、それぞれ独立に駆動できる構成であるので、図２７及び図２８において、パッケージ内の実装素子に対応して、左側照射エリア２０と右側照射エリア２１を独立に制御することができる。これにより、従来と比べて、半分の光源パッケージ数量により、全体の照射エリアをカバーしたことに相当する。単位パッケージ当りでは、照射エリアを拡大したことに相当する構成となる。また、映像信号に対して、照射エリアを有効に分割にする手法にもつながる。
【００６２】
図２７及び図２８に示す、照射エリアのオーバーラップ領域２２は、隣接するパッケージ光源との境界に位置するため、放射強度が相対的に弱くなる領域であるので、互いに光強度を補完するように設計している。この光学設計に基づいて、照明光源や液晶バックライト光源の全体系において、均一性の高い輝度分布と色度分布を実現することができる。
【００６３】
さらに、照明装置や液晶表示装置のサイズに対しては、パッケージの数量や封止樹脂の形状を適切に設定し、パッケージ構成全体において、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。素子の最適最少個数と最適配列の構成を適用することより、パッケージや素子の数量の低減による低コスト化に対しても有効である。
【００６４】
実際の用途においては、液晶パネルのサイズや使用条件等が異なるので、放射角分布の設計と素子の実装構成及び封止樹脂の形状制御が対応するように、適切な設計と構成を図ることにより、必要とされるバックライトモジュール光源の仕様を所望の条件に設定できる。
【００６５】
本実施例のＬＥＤ素子パッケージ構成は、用途の面では実施例１や２と同様に、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。
【実施例４】
【００６６】
本実施例について、図２９から図３１を用いて説明する。照明光源やバックライト光源は、上記実施例と同様に作製し、本実施例では、上記パッケージ光源を用いて、液晶表示装置を構成する。図２９に示すように、バックライトモジュール筺体１８上に、対を成すＬＥＤ素子搭載のパッケージ構成１９を実装搭載した後、光学シート等の液晶パネル用光学系を搭載し、光学系と液晶パネルを合せて液晶表示装置を作製する。
【００６７】
図２９において、バックライトモジュール光源から出射された光線２３は、拡散板２４、正プリズムシート２５、偏光反射シート２６及び液晶表示パネルを透過する。
【００６８】
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層２８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２７、上部偏光板２９とを有する。図２９では省略しているが、この液晶表示パネルには、表示面に対して横方向に配置された複数の走査線と、この複数の走査線に直交する方向、すなわち、表示面に対して縦方向に配置された複数の信号線と、この複数の走査線と複数の信号線との交差部に配置された複数のスイッチング素子とが含まれる。この際、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。
【００６９】
中型から大型テレビ用の液晶表示装置又は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、小型中型サイズの領域にまで、バックライトモジュールとして適用が可能である。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、十分設計対応することができる利点があり、実際、最小限のＬＥＤパッケージ個数によりバックライト光源を構成することが可能である。
【００７０】
図３０に、ＬＥＤバックライト光源筐体モジュール３０と、駆動回路３１、大型液晶表示パネル３２の構成を示す。また、図３１は、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３３、回路配線３４、駆動回路３５を組み込んで構成される。
【００７１】
本実施例により、液晶表示装置のサイズを小型にしても、放射角分布を制御したバックライトモジュールを機能させることにより、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。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】比較例におけるＲＧＧＢパッケージ光源の構成の上面図
【図２】比較例におけるＲＧＢパッケージ光源の構成の上面図
【図３】実施例１における直列配列のＲＧＧＢパッケージ光源の構成の上面図
【図４】実施例１における直列配列のＲＧＢパッケージ光源の構成の上面図
【図５】実施例１における並列配列のＲＧＧＢパッケージ光源の構成の上面図
【図６】実施例１における並列配列のＲＧＢパッケージ光源の構成の上面図
【図７】比較例におけるパッケージ構成を搭載するユニット基板の上面図
【図８】実施例におけるパッケージ構成を搭載するユニット基板の上面図
【図９】比較例におけるパッケージ実装部材の構成の断面図
【図１０】実施例１におけるパッケージ実装部材の構成の断面図
【図１１】光束対電流特性図と発光効率対電流特性図
【図１２】比較例における１つのＬＥＤ素子を搭載したパッケージ構成の断面図
【図１３】図１２に示すパッケージ構成の横方向放射角分布図
【図１４】実施例１における対を成すＬＥＤ素子搭載のパッケージ構成の断面図
【図１５】図１４に示すパッケージ構成の横方向放射角分布図
【図１６】実施例１における反射板一体型パッケージ光源の構成の上面図と断面図
【図１７】図１６に示すパッケージ構成の横方向放射角分布図と縦方向放射角分布図
【図１８】実施例２のパッケージ構成における透明樹脂の構成と光放射の断面図
【図１９】実施例２のパッケージ構成における透明樹脂の構成と光放射の断面図
【図２０】実施例２における反射板除去型パッケージ光源の構成の上面図と断面図
【図２１】ＲＧＢ毎のＬＥＤ素子を搭載したパッケージ光源を搭載するユニット光源の構成の上面図
【図２２】ＲＧＢ毎に対を成すＬＥＤ素子を搭載したパッケージ光源を搭載するユニット光源の構成の上面図
【図２３】実施例２におけるパッケージ光源を配置するバックライトモジュール光源の構成の上面図
【図２４】実施例２におけるパッケージ光源を配置するバックライトモジュール光源の構成の上面図
【図２５】実施例３のパッケージ光源における配線構成の断面図
【図２６】実施例３における反射板除去型パッケージ光源の構成の断面図
【図２７】実施例３におけるパッケージ光源を配置するバックライトモジュール光源の構成の上面図
【図２８】実施例３におけるパッケージ光源を配置するバックライトモジュール光源の構成の上面図
【図２９】実施例４におけるパッケージ光源バックライトモジュール構成と光学フィルム及び液晶パネル構成の断面図
【図３０】実施例３におけるパッケージ光源バックライトモジュール構成を搭載する大型液晶表示装置の構成図
【図３１】実施例３におけるパッケージ光源バックライトモジュール構成を搭載する中小型液晶表示装置の構成図
【符号の説明】
【００７３】
１…基板、２…配線、３…反射板、４…赤色ＬＥＤ素子、５…緑色ＬＥＤ素子、６…緑色ＬＥＤ素子、７…青色ＬＥＤ素子、８…Ａｕワイヤ、９…透明樹脂、１０…ユニット基板、１１…パッケージ光源、１２…パッケージ光源、１３…銀ペーストダイボンディング材、１４…微粒子白色フィラダイボンディング材、１５…凹部形状の透明樹脂、１６…パッケージ光源、１７…パッケージ光源、１８…バックライトモジュール筺体、１９…パッケージ光源、２０…左側放射分布光照射領域、２１…右側放射分布光照射領域、２２…左右側放射分布光照射の境界領域、２３…光線、２４…拡散板、２５…正プリズムシート、２６…偏光反射シート、２７…下部偏光板、２８…液晶層、２９…上部偏光板、３０…バックライト筐体、３１…駆動回路、３２…大型液晶表示パネル、３３…中小型液晶表示パネル、３４…回路配線、３５…駆動回路
【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２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図２７】
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【図２８】
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