JP2007140453A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高効率の素子特性と大型化による高輝度を実現し、簡易実装を適用できるようにして、高歩留まりでかつ低コストで対応できる素子や配線基板及び実装構成を実現する。
【解決手段】液晶パネルと、光学系と、光源とを有する液晶表示装置であって、前記光源は、正極電極と負極電極の少なくとも一方を複数個有する発光素子と、前記正極電極と負極電極の各領域にそれぞれ電気的に対応させてフリップチップ実装する配線とを有することを特徴とする液晶表示装置。
【選択図】図２３

Description

本発明は液晶表示装置に関する。
液晶表示装置では、従来冷陰極管を用いてバックライト光源としていたが、近年半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）素子をバックライト光源に適用したモジュールが液晶テレビ用に開発されてきている。既に、携帯電話用の小型液晶パネルには、青色半導体発光ダイオード素子と黄色蛍光体を組み合わせた白色光源がバックライトとして用いられている。しかしながら、中型及び大型液晶表示パネルには、赤緑青三原色のＬＥＤ素子を搭載し、独立に制御して高画質で色表示性能を向上させることが可能なＬＥＤバックライトモジュールが必要となる。
バックライトモジュールを構成する際には、できるだけ消費電力を低減するために、効率の高いＬＥＤ素子を実装することが重要である。バックライトに搭載されるＬＥＤ素子の形態は、金ワイヤによりボンディング実装する素子構成よりも、拡がりを大きくとり透明基板から光量を大きく取り出せるフェイスダウンでフリップチップ実装する素子構成が有利となっている。フリップチップ素子では、ワイヤボンディング素子よりも光学的に２倍近くの発光効率を有するものの、電気的には素子内の電流密度分布に偏りがあるため、発光強度の分布が一様でなくなるという課題を有していた。このため、各方向に均一な発光強度をもち目標通りの高輝度を達成するには改善が必要であった。
またワイヤボンディング実装による素子についても、電気的に均一な電流密度分布を達成する改善が必要であり、かつ発光効率を向上させる形状や光取り出し構造の対策が必要であった。
従来の技術では、公知例の特許文献１や２に示すように、発光ダイオード素子内における電流分布を均一にするため、電極形状の工夫や電流拡散層を適用して課題を解決する試みがなされている。また、特許文献３では、フリップチップ素子の実装において、電極間の電気的なショートを避け、高歩留まりで確実な実装を実現するために絶縁膜を電極間に設けることが試みられている。特許文献４では、一個のＬＥＤ素子内に電気的に分離された複数の動作領域を一体に形成し、それぞれを表面電極パターンにより電気的に接続することがダイボンディングやワイヤボンディングの工程を減らしコストを低減する手法として述べられている。特許文献５及び６では、ＬＥＤ素子を精度よく配線基板に実装するために、配線パターンを工夫する手法や基板にアライメントマーク形状を工夫して導入する手法について述べられている。
吉氏 俊揮他，特開２００４−３６３５７２号公報 竹内 良一他，特開２００２−１５１７３９号公報 森 正樹他，特開平５−１３８１６号公報 小池 正好他，特開平１０−１０７３１６号公報 田村 誓志他，特開２００４−２３５４４１号公報 瀬戸本龍海他，特開２００４−２０７６５５号公報
本発明は、ＬＥＤ素子を光源として搭載したＬＥＤバックライトモジュールと液晶パネルからなる液晶表示装置に関する内容であり、上記のこれまで知られている技術では解決できていなかったバックライトとしてのＬＥＤ素子の高効率化と大型化を両立し、フリップチップ実装を例にとって、配線実装を容易に行うことが可能な実装構成を提供する内容である。
従来、フリップチップ実装用のＬＥＤ素子では、高輝度を実現するために大型化を図ろうとすると、電極の面積が拡大して正極から負極へ均一な電流密度分布を実現するのが困難であり、上記櫛型電極や格子状電極などの従来技術を適用しても十分には改善できないという課題を有していた。このため、素子の大型化を図ると、発光効率が減少してしまう状況であり、素子の大型化大面積化と発光効率はトレードオフの関係にあった。このことは、ワイヤボンディング実装用のＬＥＤ素子においても同様である。
また、小型のＬＥＤ素子ではフリップチップ実装を行うには、高精細な配線パターンが
必要であり高精度の実装技術を要するため、高コストの工程を適用した高精細な配線基板
を準備する要請があった。このため、素子の大型化により、電極パターンを拡大すること
により、下地の配線パターンを裕度が大きく簡易実装が可能となるようにしなければなら
ない。
本発明では、これらの背反する要請条件を満足させる構成を提供し、従来技術では達成できなかった高効率の素子特性と大型化による高輝度を実現し、簡易実装を適用できるようにして、高歩留まりでかつ低コストで対応できる素子や配線基板及び実装構成を実現することを目的としている。
本発明において、液晶表示装置のバックライト光源であるＬＥＤ素子の発光効率の維持向上に対する手段及び簡易実装や低コスト化のために工夫した構成について以下に述べる。
本発明では、液晶表示装置のバックライトモジュールに搭載するＬＥＤ素子において、素子の発光効率を維持向上した配線実装を実現することにより、バックライトモジュールの消費電力を低減することができる。従来のＬＥＤ素子ではサイズを大きくすると、素子内における電流密度の不均一性が増大し、電流密度に対する輝度や光出力が低下するので、サイズの小さい素子よりも発光効率が相対的に小さくなる。またサイズの小さい素子に対して、大電流を通して高輝度高出力を得ようとすると、高い電流密度による発熱や高いキャリア密度による再結合確率の減少に基づいて、素子の発光効率の低下がもたらされる。これらのため、サイズの小さい素子の発光効率を維持しながら、大面積大型化することによる高輝度高出力の特性が得られるようにすることが重要な課題となる。
これを実現するために、本発明ではサイズの小さな素子の電流密度を変化させないように、発光層の面積を変えず電極の大きさ形状を変えずに、周期的な素子の配置及び電極の配置だけを目的の所望の配置に転換することにより、素子面積を大型化することを考案した。
まずＬＥＤ素子の観点から見てみる。本内容では、所定の発光層及び電極構成を有するサイズの小さい素子を周期的に有するウエハから、周期的に形成された最小単位のサイズの素子を切り出すのではなく、所望の電極配置とするべく、中心対称である電極配置となるようにして、最小単位の素子サイズの整数倍を有するサイズの大きな素子を作り出す工夫を行った。電極パターンを転換修正して中心対称の電極パターン配置できるようにすれば、正負電極の領域を区別して、大型化した素子を実装できることが判る。上記手段は、最小単位の発光領域を並列接続によって大型のＬＥＤ素子を構成する内容となり、素子を大型化する手段となる。これに従って、大型化する素子サイズは最小単位の素子サイズの整数倍に大きくすることが可能である。主として最小単位の２倍，３倍及び４倍の大きさが有効となる。このようにすれば、最小単位の素子における電流密度の均一性や発光効率は維持できるので、最小単位の２倍，３倍及び４倍と大きくしていっても、素子サイズに依存した形の発光効率の低下は生じない。また、素子サイズを大きくすると、それにしたって電極面積は大きくなり、通常電極面積に依存して不均一になる電流密度に関しても、本内容によると最小単位の素子サイズにおける電流密度の不均一性からは増大しないことになる。
本内容では、最小単位の領域を並列接続によって大型のＬＥＤ素子を作り出すことになるが、構成する最小単位の発光領域における発光効率は同様に確保できるので、大型化しても効率が低下しないという利点がある。通常、ＬＥＤ素子では大型化するとそれに従って電極面積が大きくなり、上記のように電流密度の不均一性が増大し、電流密度の小さい領域が拡大してしまう問題が生じる。このため、通常の大型素子では小型素子に比べて、発光効率を維持することが難しい状況にある。また通常、小型素子に大電流を印加して高出力高輝度を得ようとしても、ジュール熱の発生や電流密度に起因したキャリア密度の飽和により、発光効率は低下していくことになる。これに対して、本内容では、小型素子を最小単位として並列接続した構成をとっているので、小型素子の発光効率は構成上確保できかつ大型化することにより高出力高輝度の特性が図れることになる。本内容では、大型化する場合でも、最小単位となる小型素子に印加電流を分散できるので、低電流側での発光効率を活用できる特徴がある。即ち、小型素子の低電流側では相対的に良好な発光効率を有しているので、それらを並列接続している大型素子では大電流まで発光効率を良好に保つことができる効果がある。原理的には、大型素子を最小単位の素子の整数倍としたときに、倍数が大きいほど大電流まで発光効率を良好に保つことができる可能性がある。
さらに、最小単位の素子サイズの中に構成された正極と負極をそれぞれ集合体として一つの領域に集約するようにすれば、最小単位の素子の整数倍とした大きな素子においても、正極と負極の領域をそれぞれ等価的に大型化できる。その上に、それぞれの集合体に極性を合わせて接続を図れば、実装における電気的な導通をとることは可能となる。大きな素子のそれぞれ正極と負極の各領域に対して、電気的な接続をとることにより、各最小単位となるＬＥＤ素子を一つのダイオード素子として、並列回路とした接続が可能となる。これにより、これまで一つの最小単位の素子に対して、大電流を流して高輝度を得ることが必要な状況下においても、並列回路中において電流を各素子に等価分散して、一つの最小単位の素子あたりでは印加電流を低減でき、適用した整数倍の素子サイズに相当する整数分の一にまでそれぞれの素子では印加電流を抑え込むことも可能となる。即ち、一つの素子で定格を上回る印加電流が必要とされる場合でも、本内容の構成により大型化した素子では、一つの最小単位のサイズでは定格の印加電流に設定することが可能である。これにより、定格の動作条件下で使用し定格の光出力や輝度になるので、一つ一つの構成単位であるＬＥＤ素子の信頼性を向上し大型化した素子の信頼性も確保できることになる。
また、本内容の構成とすることにより、基本となる一つの最小単位の素子を製品として
開発しておくことにより、大型化する手法は次のように工程を簡略化できるので容易になる。通常、新規に大型化する素子を開発するには、いくつかの工程においてホトマスクやホトリソグラフィの条件を変更し、かつエッチング工程の条件も変更する必要があり、さらには工程や条件に依存する信頼性を形成した素子に対して保証する必要があるため、信頼性を確保するのに膨大な開発のための時間を要することになる。しかしながら、本内容では作製工程における各条件は変更する必要がなく、基本的に電極用のホトマスクパターンを修正するだけで対応できる。実際においても、電極パターンを変更する際に必要な周辺の工程のホトマスクを修正するだけで対応できるので、工程の条件や管理については全く同様に対処できることが利点である。これにより、工程の簡易修正により十分対処できるので、新規に大型化する素子の開発に比べて、低コストの素子に仕上げることができる。本内容では、素子を大型化する上で、相対的にコストのかからない工程と、電極面積を大型化することによる簡易フリップチップ実装を実現することが可能となる。ワイヤボンディング実装においても、同様の効果が期待できる。
次に実装の観点から見てみる。本内容では、小さい素子では実装歩留りや実装制度の面
で困難であったフリップチップ実装を容易にすることができる。本内容の素子において、
最小単位の領域に構成された正極と負極は領域が分離された形状であっても、それぞれ集
合体としてそれぞれ接続できるようにして等価的に拡大できることに基づいている。素子
の電気的な接続は、素子の電極面積を増大することにより歩留まりよく確保できることに
なる。即ち、従来の小型素子は約０.３mm 角の小さな素子の中に最小電極は約０.１mm 角
の形状であるのに対して、最小単位の整数倍に素子サイズを大きくすると、最小電極の面
積でも２倍，３倍及び４倍へと増大することができる。これに沿って、基板の配線パター
ンも素子の電極面積に相応して拡大させることができるため、フリップチップ実装が容易
になる。特に素子の電極にＡｕや半田のバンプを形成した場合に、下地の配線基板に精度
よくフリップチップ実装することが可能となる。また分離した正極や負極をそれぞれ等価
的に面積の大きな電極として対応できるので、メッキなどのバンプを基板配線側に形成し
ても素子の電気的な接続は十分に確保できる。素子の電極面積を増大することにより配線
パターンの拡大ができることは、小型素子では高速にかつ歩留まりよく対応できなかった
フリップチップ実装の問題点を克服できることにつながる。バンプを介して素子を基板配
線に実装接続する際に、素子側或いは配線側のアライメントを通して、高速で確実なフリ
ップチップ実装が高い歩留まりで実現可能となる。これにより、本内容により大型化した
素子は、発光効率や高出力高輝度の特性を向上するだけでなく、素子を高歩留りで信頼性
のよいフリップチップ実装に導くことができるので、実装素子やパッケージ或いはモジュ
ールのコスト低減に対する効果にもつながる。
本発明を実施するための具体的な手段としては以下のものがある。
本発明の実施形態の１つとして、液晶パネルと、光学系と、光源とを有する液晶表示装
置であって、前記光源は、正極電極と負極電極の少なくとも一方を複数個有する発光素子
と、前記正極電極と負極電極の各領域にそれぞれ電気的に対応させてフリップチップ実装
する配線とを有する構成をとる。１ワイヤ実装型や２ワイヤ型のワイヤボンディング実装する素子においても、同様の構成をとることが可能である。
また、前記発光素子が有する正極電極及び負極電極は、最小単位の発光素子が有する一
つの正極電極と一つの負極電極の集合体として構成される構成をとる。また、前記発光素
子は、正極電極及び負極電極が最小単位の発光素子が有する一つの正極電極と一つの負極
電極の集合体として構成されることにより、最小単位の発光素子を複数個足し合わせた光
強度を有する構成をとる。また、前記最小単位の発光素子が有する一つの正極電極と一つ
の負極電極は、前記配線に複数個並列的に実装される構成をとる。また、前記光源は前記
発光素子の発光波長に対して透明である基板を有する構成をとる。また、前記発光素子は
前記配線により複数個直列的に実装される構成をとる。また、前記最小単位の発光素子が
、正極電極又は負極電極が集合するように周期的に配列されている構成をとる。また、前
記最小単位の発光素子は、２個又は３個又は４個ごとに周期的に配列されている構成をと
る。また、前記配線は金属基板上又はセラミック基板上に絶縁層を介して配置し、前記発
光素子は絶縁耐圧が１ｋＶ以上である構成をとる。また、前記発光素子は、黄色蛍光体と
青色発光ダイオード素子を樹脂で封止した構成である白色発光素子であるか、又は緑色と
赤色の蛍光体と青色発光ダイオード素子を樹脂で封止した構成である白色発光素子である
か、又は青色と緑色と赤色の発光ダイオード素子からなる三原色光源を樹脂で封止した構
成である白色発光素子である構成をとる。
更に、前記の液晶表示装置においては、前記光源を携帯電話用やパーソナルコンピュー
タ用或いはテレビ用の液晶ディスプレイのバックライトとして用いることもできる。
本発明の他の実施形態として、基板と、前記基板上に配置する複数の配線と、前記配線
に接続され、正極電極及び負極電極を有する複数の発光素子とを有し、前記複数の発光素
子は二以上の発光素子ごとに正極電極又は負極電極が集合するようパターン形成された構
成をとる。
また、前記パターン形成された二以上の発光素子ごとに、前記配線にパターン接続され
る構成をとる。また、前記発光素子は前記配線にフリップチップ実装される構成をとる。
１ワイヤ実装型や２ワイヤ型のワイヤボンディング実装する素子においても同様の構成をとる。
また、前記パターン形成された二以上の発光素子ごとに前記配線に直列接続されると共に、前記パターン形成を構成する発光素子は前記配線に並列接続される構成をとる。また、前記パターン形成された発光素子は、２個又は３個又は４個の発光素子で形成される構成をとる。
更に、前記の光源と、液晶パネルとを有する液晶表示装置の構成をとる。
本発明では、液晶表示装置に対してＬＥＤ素子を光源とするバックライトモジュールの
消費電力を低減できる効果がある。これは、ＬＥＤ素子の電流密度分布の均一性を低下さ
せることなくサイズを大きくすることにより高輝度化するとともに、フリップチップ実装
により透明基盤側から光を取り出すことができ、ワイヤボンディング実装の素子に比べて
発光効率を２倍近く向上できることに基づく。電流効率や電力効率が２倍近くに向上でき
ると、同じ輝度を保つのに対して消費電力を低減できる。或いは効率を向上できると、よ
り少ないＬＥＤ素子を搭載するだけで同じ輝度を達成できるので、ＬＥＤ素子の個数を減
らして消費電力を低減できる特徴がある。ワイヤボンディング実装する素子においても、
本発明の構成をとることにより、従来に比べて効率の改善と消費電力の低減が期待できる。
また実装の点においては、簡易実装が可能となり、実装歩留りを向上できる効果がある
。これは、素子のサイズを大きくすることにより電極パターンを大きくでき、対称性のよ
い電極パターン上に形成したバンプを配線パターンにバランスよく位置合わせることがで
きるためである。相対的に小さい面積の素子に比べて、位置合わせ精度を改善することに
より、熱圧着或いは超音波圧着を用いたフリップチップ実装の歩留りを改善することがで
きた。
さらに、光源となる発光ダイオード素子のサイズを大きくして新規に電極パターンを開
発する場合に比べて、製品化されている小型面積の素子用いて複数個の電極を有する大型
面積の素子とした方が明らかに低コスト化に有利となる。これは、既に製品化されている
小型の素子では、電極形成の技術や電極パターンが製品技術までに高められており、歩留
りと信頼性が十分に高められているために、工程の条件出しや素子形状の安定性があるた
めである。本発明では、電極パターンの周期性に必要なマスクを変えるだけで、全く同じ
工程の条件を適用できる。これにより、高い工程歩留りと実装歩留りを維持できることに
なる。
全体として、上記の素子の発光効率を向上させることにより、低消費電力化と低コスト
を両立させることが可能である。高い工程歩留りと実装歩留りを実現できることと新規な
素子構成を必要としないため、相対的に低コストで素子を形成することも可能となる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を述べる。
図１から図３０を用いて、本発明の一実施例を以下に説明する。
本発明の内容は、主として発光ダイオード素子の構成と実装形態における特徴を示すも
のである。本発明の実施例における発光ダイオード素子を実装搭載する、テレビ用液晶表
示装置の断面構成を図１に示す。バックライトモジュール筐体１上に、発光ダイオードユ
ニット素子２を搭載するモジュールを構成する。発光ダイオード素子から出射されたバッ
クライト光線３は、拡散板４，正プリズムシート５，拡散フィルム６，下部偏光板７，
ＴＶ用薄膜トランジスタ及び液晶パネル８，上部偏光板９を透過して液晶パネル表示装置
を照明することになる。
上記液晶パネル表示装置を構成するバックライトモジュールに、本実施例の発光ダイオ
ード素子の構成と実装形態が組み込まれている。図２と図３には、バックライトモジュー
ル筐体１とその上に搭載される発光ダイオードユニット素子２の断面と上面の構成を示す
。配線基板となるユニット素子を電気的に接続し、さらに外部の制御回路を接続すること
により、本発明のバックライトモジュールを動作駆動できる。また配線基板或いは外部の
制御回路において、発光ダイオード素子の信頼性を保つためにツェナーダイオード等を用
いた保護回路を組み込むことは有効である。このバックライトモジュールを構成する光源
は、図４と図５の例に示すユニット構造が周期的に繰り返された構成をとる。バックライ
トモジュールは、液晶パネルの大きさが変わっても、図４と図５に示すユニット構造を繰
り返して構成する周期数と配列を対応させて、どの大きさにも対応したバックライトモジ
ュールを構成することができる。
図４と図５に示すユニット構造は、絶縁層付金属基板或いはセラミック基板或いはガラ
エポ基板１０上に、発光ダイオード素子を搭載するセルパッケージ１１を設けることによ
り構成される。このセルパッケージは、図６と図７に示す上面と断面からなる。セルパッ
ケージは、まず素子配線基板１２上に、各発光ダイオード素子用の配線１３を設け、金バ
ンプ１４を介して、青色発光ダイオード素子１５，緑色発光ダイオード素子１６，緑色発
光ダイオード素子１７，赤色発光ダイオード素子１８をフリップチップ実装し、その後反
射板１９を設け、透明樹脂２０で封止することにより形成される。図８には、別の形態で
ある発光ダイオード素子の実装封止形態を示す。図８において、発光ダイオード素子周辺
の実装形態以外は、図７に示すセルパッケージと同様である。図８では、まず各発光ダイ
オード素子１５，１６，１７，１８をそれぞれ土台となる、基板或いはサブマウント或い
は支持体２１上の配線２２に対して、金バンプ１４を介して実装搭載しておき、次に透明
樹脂或いは微粒子含有樹脂２３により封止した個別実装素子を作製しておく。この個別実
装素子を図７に示すセルパッケージに搭載して、図７と同様にして別のセルパッケージと
することもできる。このような個別実装素子を作製しておくことは、次の二つの特徴効果
がある。一つには、個別に実装してあることにより、各発光ダイオード素子に特性の分布
ばらつきが生じていても、各素子の特性を検査により分別し把握しておくことにより、特
性の分布を管理して各素子を振り分けることができる。即ち、バックライトモジュールに
おいて、各素子を特性レベルに応じて、輝度及び色度を考慮して、照明度や色調を液晶パ
ネル表示装置全体で調整した分配が可能となる。液晶パネル中央部を輝度が高く色調を精
度よく調合した素子により配列し、液晶パネル周辺部に特性のランクの低い素子により構
成するという配分ができる。このような素子の配置や配分を要求される照明度や色調の仕
様に応じて設計管理ができることになる。二つめとして、個別に実装する際に、素子を封
止する透明樹脂において、屈折率の高い樹脂を使用するか、或いは屈折率の高い微粒子を
導入した樹脂を使用することにより、各素子からの光取り出し効率を向上させることがで
きる。これにより、各素子自体では外部に取り出すことができていなかった素子内部の発
光成分を取り出すことができるので、素子の外部量子効率を向上させることができる効果
がある。
本実施例の発光ダイオード素子における特徴を以下に説明する。まず図９と図１０に示
すように、発光ダイオード素子の断面構成は従来と同様であり、フリップチップ実装が可
能な素子構成をとる。図９に示すのは、青色或いは緑色の発光ダイオード素子の断面であ
る。通常、サファイア単結晶基板或いはＧａＮ単結晶基板２４上に、ＧａＮバッファ層
２５，ＧａＮ層２６，ｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層２７，ｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮガ
イド層２８，ＩｎＧａＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮ多重量子井戸発光層２９，ｐ型ＧａＮ／
ＡｌＧａＮガイド層３０,ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層３１,ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ
層３２，ｐ型ＧａＮ層３３を結晶成長し、その後ホトリソグラフィーのリフトオフと電極
蒸着によりｐ側正極電極３４を設ける。その後、ホトリソグラフィーとエッチング工程に
より、層７までエッチング加工し、次に厚膜のｎ側負極電極３５を設ける。これにより、
フリップチップ実装に適用できる、高さがそろっている正極電極３４と負極電極３５を設
ける。青色と緑色の発光ダイオード素子は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮ多重量子井
戸発光層２９におけるＩｎＧａＮ量子井戸層のＩｎ組成を主として調整することにより達
成することができる。また図１０には、赤色の発光ダイオード素子の断面を示す。通常、
作製工程において、最終工程で透明基板或いはＧａＰ基板となる基板３６に対して、作製
工程の途中で貼り合わせることになる次の半導体層を設けることにより素子が作製される
。結晶成長では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層３７，ｐ型ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ層３８，
ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸発光層３９，ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層４０，ｎ型
ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ層４１を形成し、その後ホトリソグラフィーのリフトオフと
電極蒸着によりｎ側負極電極４２を設ける。その後、ホトリソグラフィーとエッチング工
程により、層３８までエッチング加工し、次に厚膜のｐ側正極電極４３を設ける。これに
より、フリップチップ実装に適用できる、高さがそろっている負極電極４２と正極電極
４３を設ける。上記により、赤色発光ダイオード素子が作製される。
上記各発光ダイオード素子において、断面構造の結晶層や基板に関して従来と同様な構
成とする。しかしながら、電極構成やパターンについては以下のような構成を特徴とする
。従来の素子における電極構成とパターンについて、図１１と図１２を用いて説明する。
図１１には、小面積である例として、０.３mm 四方のサイズを有する素子において、図
１２には、大面積の例として、１mm四方サイズを有する素子において、下地となる発光ダ
イオード素子の半導体層４４に対して設ける正極電極４５及び負極電極４６の電極パター
ンを示す。これらの素子では、電極パターンが異なり、それぞれの素子において、電流が
素子全体にできるだけ均一に保てるように電極パターンと配置がなされている。しかしな
がら、大面積の素子では、発光領域の面積を増大させる電極構成と均一な電流を得るため
の電極構成とが相反して、トレードオフの関係にある。このため、大面積の素子では、小
面積の素子よりも、相対的に不均一な電流分布となり、発光効率は大面積の素子の方が低
下するという状況にある。発光領域の面積は大きいため、電流密度は小さくなり、より大
きな電流を流すことができることになり、効率は低下するが高輝度は達成できることにな
る。他方、一つの素子辺りの輝度は相対的に小さくなるが、発光効率が高い条件下で動作
させるには、小面積の素子の方が有利である。この状況について図１３を用いて説明する
。図１３は、小面積と大面積の素子において、相対的な光出力と印加電流の関係を計算し
た例を示した結果である。小面積の素子では、低い電流の動作条件、例えば図１３では
１００ｍＡ以下では効率が高く高出力で高輝度が得られている。他方、高い電流の動作条
件、例えば図１３では１００ｍＡ以上において、小面積の素子は放熱性が十分ではなく効
率が低下して、大面積の素子に特性上逆転している。このような状況を考慮すると、小面
積の素子をできるだけ低い電流の動作条件下で使用し、発光効率を高く保つことが、より
低消費電力でバックライトモジュールを駆動できることになる。また発光効率が高い動作
条件下で使用できるので、実装する素子の数を適切に設定でき最小限に抑えることができ
る。このことはより低消費電力とともに、低コスト技術となり低コストのバックライトモ
ジュールを構成できることに貢献できることになる。即ち、発光効率の高い素子を設計し
最小限の素子数により、素子を配置構成したバックライトモジュールは低消費電力と低コ
ストの両立化を図ることが可能となる。
そこで本発明の実施例における、発光ダイオード素子の電極構成とパターンについて、
以下に詳細を述べる。図１４は、従来技術における発光ダイオード素子を形成してあるウ
エハ上の電極構成とパターンを示し、図１５には、本発明実施例における発光ダイオード
素子ウエハ上の電極構成とパターンを示す。各素子の構成最小単位は、小面積用の電極構
成とパターンを示している。本実施例では、小面積の素子における各電極パターンと配置
を図１５のように構成した。図９と図１０に示される素子の断面における結晶層の構成は
全く同様である。図１５では、電極配置構成を正極電極及び負極電極をそれぞれ集めた形
を構成しており、正極電極及び負極電極の集合体を形成できるようになっている。正極電
極及び負極電極の集合体の中心から見ると、点対称の電極配置となっていることが見てと
れる。上記のように電極を集合体として形成できることは、フリップチップ実装を行う際
に、小面積の素子で障害となっていた実装精度を緩和することができる。即ち、小面積の
素子の実装で必要とされた高精細な配線パターンが必要でなくなり、配線を半導体プロセ
ス技術を適用しなくても、印刷技術等の簡易な配線形成技術が適用できることになるので
、スループットや実装歩留りが向上する効果がある。これらのことは、低コストでモジュ
ールを形成できることに集約でき、バックライトモジュールを低価格で形跡できる低コス
ト化技術に対して貢献する。またこのように構成することは、それぞれの電極パターンを
作製する際に、ホトリソグラフィーとエッチング工程のマスクパターンを修正するだけで
対応できる。そのほかは、全く従来技術と同様の工程を経て作製することが可能であるの
で、特に肯定的に困難な支障はない。
次に、図１５の電極構成を有するウエハからチップを切り出す際に、チップサイズを以
下に示すような種類にして素子を構成することができる。図１６や図１７では、小面積の
発光領域２つ分で構成した素子が構成できており、電極の配置はそれぞれの形になり、そ
れらに応じた配線基板により実装対応ができることになる。また図１３，図１９及び図
２０では、小面積の発光領域４つ分で構成した素子が構成できており、電極の配置はそれ
ぞれの形になり、それらに応じた配線基板により実装対応ができることになる。ここで、
図２１と図２２において、発光領域が一つ分で従来の小面積に相当する素子に対して、発
光領域がそれぞれ２つ分と４つ分の素子における電流や消費電力に依存した相対光出力を
調べた計算結果を示し、素子の発光効率について相対比較を行ってみる。図２１及び図
２２において、発光領域が一つ分である従来の素子において光出力が飽和するレベルでは
、発光領域がそれぞれ２つ分と４つ分の素子の光出力が飽和しておらず、動作電流及び消
費電力ともに、約半分以下に低減できていることが見出される。例えば、動作電流が従来
の素子で１００ｍＡのとき、発光領域が２つ分と４つ分の素子では、同じ光出力を得るに
はそれぞれ７０ｍＡ，６３ｍＡで達成できることになる。即ち、それぞれ動作電流におい
て、３０％及び３６％低減できる効果がある。このことは消費電力の低減効果にもつなが
る。このことから、小面積の素子を用いて、発光領域を増大させていくことは、電流分布
を均一に保ちながら、発光効率を向上できる手法として有効であることが見出される。ま
た光出力の飽和レベルを改善し、高出力で高輝度の素子を達成できる。上記動作電流の低
減できる効果や高出力を達成できる効果の割合としては、従来の素子から発光領域を２つ
分にしたときに大きな値で得られ、非常に有効な手段と構成であることが判る。
さらに、本発明の実施例におけるそれぞれの素子をフリップチップ実装する実装形態に
ついて説明する。図２３，図２４は、発光領域が２つ分の素子における配線基板とフリッ
プチップ実装搭載する形態について示し、図２５，図２６及び図２７と図２８は、発光領
域が４つ分の素子における配線基板とフリップチップ実装搭載する形態について示してい
る。それぞれの素子は、負極電極用配線４７と正極用配線４８に相対して、フリップチッ
プ実装搭載されている。この際、基板配線は印刷技術で形成できる範囲のパターン幅とな
っており、フリップチップ実装が簡易に対応できている。さらにバンプを素子の電極側に
形成することにより、実装精度に裕度をもって対処でき、スループットや実装歩留りを向
上することが可能である。例えば実装がより困難となる電極の孤立パターンを構成するよ
うな場合でも、図２７において示されるように、素子の負極電極４６が集合体として相対
的に広い面積を有するので、フリップチップ実装する領域は配線と対応でき、基板上面で
も配線をとることができることになり、また図２８において示されるように、基板にヴィ
アホールを空け基板裏面へ負極電極に対する配線を設けることが可能となってくる。この
ため、フリップチップ実装の対応にバリエーションと実装裕度が生じるとともに、図２８
のように基板面と垂直に電極と配線をとることにより、基板や筐体への放熱性を向上させ
ることにも貢献するので有効である。
上記に示した従来素子の場合と、発光領域の広い素子に対して、ユニット構造である図
４及び図５のダイオード素子の等価回路で見てみる。図４及び図５において、各発光ダイ
オード素子を直列に接続して動作させる場合には、図２９に示したようなダイオードの等
価回路になる。図２９（ａ）に示す従来素子では４つの素子が直列に接続されている状態
であるのに対し、発光領域が２つ分及び４つ分の素子ではそれぞれ図２９（ｂ）及び(ｃ)
に相当する等価回路となる。図２９（ａ）（ｂ）（ｃ）において、ユニット構造に対して
同じ定電流で動作させた時には、発光領域が２つ分及び４つ分の素子ではそれぞれ各発光
領域に流れる電流が１／２及び１／４になることに相当する。このため、一つあたりの発
光領域にはより低い電流が印加されることになるので、発光効率が相対的に向上すること
になる。このことの効果は、図２１と図２２で述べた通りである。しかしながら、発光領
域を増加させることになるので、実効的に素子の数を増大させることにつながるので、実
効的な素子の数から見た効果について説明する。図３０には、従来素子の面積で換算した
素子の実効的な数を横軸にとり、消費電力を縦軸にとって計算した結果を実線で示す。こ
れらの計算結果の中で、例えば従来素子を５００個使用してバックライトモジュールを構
成したときには、素子の平均した動作電流が１００ｍＡであるとすると、発光効率の向上
を考慮して、発光領域が２つ分の素子では７０ｍＡの動作電流になり、発光領域が４つ分
の素子では６３ｍＡの動作電流になる。このことは、発光領域が２つ分の素子では消費電
力が約３０％低減でき、発光領域が４つ分の素子では消費電力が約４０％低減できること
に相当する。このように、発光領域が２つ分の素子や発光領域が４つ分の素子では、実効
的な素子数を増やして素子サイズを増大することにより、動作電流や消費電力を低減でき
るとみなされるものの、図１２のように素子構成や電極構成を全く変更して素子サイズを
大きくする場合に比べて、発光効率を高く保てる点で有利であり必要最小限の素子面積で
構成できることで有効であるといえる。さらに実装精度を緩和し、スループットや歩留り
向上を図れるので、電気的特性の安定性と放熱特性の改善など、性能向上と低コストの両
立を図る優位な技術となる。図３０において、発光領域が２つ分の素子や発光領域が４つ
分の素子では、発光効率が向上でき低電流動作となる効果と、素子の配置配列を光学設計
により最適化することにより、素子数を実効的に低減することに対しても適用することが
できるので、本発明の実施例では素子数低減と低コスト化技術に対して有効となり得る。
本実施例の発光ダイオード素子構成と実装形態は、小型テレビ用から大型テレビ用の液
晶パネル表示装置だけでなく、パーソナルコンピュータ用液晶パネルのバックライト光源
やカーナビゲーションのバックライト光源にも適用できる。
本発明の他実施例について、図３１により説明する。実施例１のようにして、発光ダイ
オード素子ウエハから切り出す形状は任意の形状で対応できる。配線基板は、切り出した
発光ダイオード素子の電極パターン構成に合わせて構成すれば適用できる。例えば、図
３１（ａ）（ｂ）（ｃ）のように、発光ダイオード素子ウエハから切り出す周期を大きく
して、大面積の発光ダイオード素子とすることができる。特別に、大きな素子用に電極構
成やプロセス工程を変更することは必要がない。即ち、小面積の素子用に電極構成とプロ
セス工程を対応させておけば、小面積の素子から大面積の素子まで同一ウエハから形成で
きることになる。サイズの小さな素子や大きな素子は、用途に応じて使い分けることで対
応させることができる。同一ウエハからの素子サイズにより、用途の対応や開拓が可能と
なる。
さらに、図３２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、発光ダイオード素子ウエハから切り
出す形状は三角形やひし形や十字形相当の形状にも形成できる。このため、新規な用途に
形状を合わせて、対応させることができる。同一ウエハからの素子形状により、用途の対
応や開拓が可能となる。
本実施例の発光ダイオード素子構成と実装形態は、通常の液晶パネル表示装置だけでな
く、文字やモニタ用などにおいて新規の表示装置にも適用できる。
本発明の他実施例について、図３３から図３９を用いて説明する。
本実施例において、携帯電話用の液晶パネル表示装置を構成するバックライト光源を形
成する。バックライト光源に適用する発光ダイオード素子は、基本的に実施例１で説明し
た素子の電極パターンを構成することとフリップチップ実装することを前提としている。
携帯電話用の液晶パネル表示装置は、図３３のように示される。液晶パネル画素４９に対
して、本発明の発光ダイオードユニット素子５０を光源とするバックライトモジュールを
構成し、フィルム配線５１と駆動回路５２を通してバックライトを動作させる。図３４と
図３５には、本発明の発光ダイオード素子パッケージ５３を配線及びフィルム上に搭載し
て、バックライト光線５５を導光板５６に通して液晶パネル表示装置を照明する構成を示
す。バックライト光線５５が、逆プリズムシート５７，拡散フィルム５８，下部偏光板
５９，携帯電話用薄膜トランジスタ及び液晶パネル６０，上部偏光板６１を透過すること
により、携帯電話用液晶パネル表示装置を構成する。本実施例の発光ダイオードユニット
素子は、図３６と図３７の上面と断面に示される構成である。発光ダイオード素子のセル
パッケージは、図３８と図３９に示される構成をとる。セルパッケージ構成は、実施例１
の図７及び図８と同様であるが、青色発光ダイオード素子に対して、黄色蛍光体などから
なる蛍光体を含有させた樹脂６２を追加させて構成している。これにより白色発光ダイオ
ード素子を構成することができる。或いは、発光ダイオード素子に対して、青色，緑色及
び赤色の３原色の発光ダイオード素子を実装して、実施例１と同様な構成とすることも可
能である。実施例１において説明したように、素子を封止する透明樹脂において、屈折率
の高い樹脂を使用するか、或いは屈折率の高い微粒子を導入した樹脂を使用することによ
り、各素子からの光取り出し効率を向上させることもできる。これにより、素子の外部量
子効率を向上させることができる効果がある。
本実施例においても、実施例１で説明した同様な効果を見出すことができる。即ち、性
能向上の点では、素子の発光効率を向上させることにより、動作電流と消費電力を低減で
きる。さらに実装精度を緩和し、スループットや歩留り向上を図れるので、電気的特性の
安定性と放熱特性の改善など、性能向上と低コストの両立を図る優位な技術となる。また
、素子の配置配列を光学設計により最適化することにより、素子数を実効的に低減するこ
とにも有効であり、素子数低減と低コスト化技術に対して効果的である。
本実施例の発光ダイオード素子構成と実装形態は、携帯電話用の液晶パネル表示装置だ
けでなく、情報通信機器の表示装置や小型及び超小型表示装置のバックライト光源にも適
用できる。
本発明の他実施例について、図４０を用いて説明する。
本実施例では、従来技術で用いられてきた砲弾型の発光ダイオードパッケージを構成す
る。バックライト光源に適用する発光ダイオード素子は、基本的に実施例１で説明した素
子の電極パターンを構成することとフリップチップ実装することを前提としている。砲弾
型のパッケージでは、リードフレーム６３において素子から出射した発光成分を反射させ
るカップ形状反射板に形成しておき、両側のリードフレームに素子をフリップチップ実装
し、その後透明樹脂６４を砲弾型の形状に金型を用いて形成する。本素子は、白色発光ダ
イオード素子とすることもでき、或いは発光ダイオード素子に対して、青色，緑色及び赤
色の３原色の発光ダイオード素子を実装して構成することもできる。実施例１において説
明したように、素子を封止する透明樹脂において、屈折率の高い樹脂を使用するか、或い
は屈折率の高い微粒子を導入した樹脂を使用することにより、各素子からの光取り出し効
率を向上させることもできる。これにより、素子の外部量子効率を向上させることができ
る効果がある。
本実施例においても、実施例１で説明した同様な効果を見出すことができる。即ち、性
能向上の点では、素子の発光効率を向上させることにより、動作電流と消費電力を低減で
きる。さらに実装精度を緩和し、スループットや歩留り向上を図れるので、電気的特性の
安定性と放熱特性の改善など、性能向上と低コストの両立を図る優位な技術となる。また
、素子の配置配列を光学設計により最適化することにより、素子数を実効的に低減するこ
とにも有効であり、素子数低減と低コスト化技術に対して効果的である。
本実施例において、青色，緑色及び赤色の３原色の発光ダイオード素子、或いは青色，
緑色二つ及び赤色の３原色の発光ダイオード素子を同一の砲弾型透明樹脂に封止して小型
の砲弾型発光ダイオード素子を作製し、多数の砲弾型発光ダイオード素子を集積すること
により、直接光源画素とした大画面のディスプレイ装置とすることができる。
本実施例の発光ダイオード素子構成と実装形態は、文字や標示及び掲示用の表示装置だ
けでなく、情報通信機器の表示装置、本実施例の発光ダイオードを直接光源画素として集
積した大型や超大型のテレビ用途のディスプレイ装置としても適用できる。
図４１から図６７を用いて、本発明の他実施例を以下に説明する。
本発明の内容は、実施例１から４で示した内容と同様であるが、発光ダイオード素子はワイヤボンディング実装とその構成における特徴を示すものである。ＬＥＤ素子をワイヤ実装する本実施例のセルパッケージ断面を図４１と図４２示す。パッケージ構成は、実施例１で示した構成であるが、図４１に示すように、ＬＥＤ素子が導電型の基板上に作製され素子の上下方向に導通がとれる場合には、Ａｕワイヤ６６の一本による実装により、配線基板との接続がなされる。図４２に示すように、ＬＥＤ素子の基板が導電型ではない場合には、Ａｕワイヤ６６を２本用いてワイヤボンディング実装を行い、ＬＥＤ素子の上側だけ導通をとる形になる。
以下の内容説明では、図４２で示した２ワイヤ実装型のＬＥＤ素子を用いて、本実施例内容を説明する。図４３には、２ワイヤによりワイヤボンディング実装を行う従来技術による電極パターンと素子構成を示す。これに対して、図４４には、本実施例における２ワイヤによりそれぞれの極性に対応させた実装を行うＬＥＤ素子の構成と電極パターンについて示してある。ここで、ＬＥＤ素子の基板６８上に、図に示す半導体層を設け、透明電極６９と正極電極７０を形成し、その後リソグラフィーとエッチング加工に引き続いて、負極電極７１を形成する。図４４では、図４３の従来のＬＥＤ素子における電極配置を左右反転させて線対称に２つの素子を同一基板６８上に構成した形となっている。ここで、左側と右側の領域では、正極電極と負極電極がそれぞれ一対ずつ設けられた構成となっており、電気的にアイソレーションされて分離されている。即ち、左側と右側の領域におけるそれぞれの発光層はアイソレーション溝により分離されており、かつそれらの発光層に導通し駆動するための電極も電気的に分離されている。この素子に対しては、それぞれの正極電極７０に対して配線基板へワイヤボンディング実装し、それぞれの負極電極７１に対して配線基板へワイヤボンディング実装する。それぞれの正極電極７０と負極電極７１をそれぞれ対応する一つの配線にワイヤボンディング実装して並列回路とし並列動作させる。これにより、左側と右側の発光層には、図４３の従来素子の場合に比べて、同じ電圧の印加において半分の電流で動作させることになる。このため、電力としては約半分のレベルで駆動している。発光出力は、発光領域が２倍の面積を有するので、光量としては同等以上の強度が実現できる。即ち、図４４の素子では、同じ電圧の印加により発光効率が向上させることが可能である。発光効率が低下しない範囲において、同一基板上で発光層を複数個集積化する或いは複数個に分割することによって、並列駆動による発光効率の向上が期待できる。
素子実装の観点において、ワイヤボンディン実装を簡略化させることが考えられる。図４５では、図４４のＬＥＤ素子において、負極電極７１を共通化させることにより、負極電極へのワイヤの数を一本で実装できる。また、図４６では、図４４のＬＥＤ素子において、正極電極７０と負極電極７１の両方を共通化させることにより、両電極へのワイヤ数をそれぞれ一本で実装することができる。
並列駆動による発光効率向上のため、図４７では、図４３の従来ＬＥＤ素子に比べて、同一基板上で発光層を４個集積化する場合に相当する構成を示している。上記と同様に、図４８では、図４７のＬＥＤ素子において、負極電極７１を共通化させることにより、負極電極へのワイヤの数を半分に減らして二本で実装するようにできる。また、図４９では、図４７のＬＥＤ素子において、正極電極７０と負極電極７１の両方を共通化させることにより、両電極へのワイヤ数を低減させてそれぞれ二本で実装することができる。図５０では、ＬＥＤ素子の面積は図４７と同様であるが、同一基板上で発光層を横方向に４個集積化した形になっており、基板配線の形状に合わせた形をとっている。上記と同様に、図５１では、図５０のＬＥＤ素子において、負極電極７１を共通化させることにより、負極電極へのワイヤの数を半分に減らして一本或いは二本で実装するようにできる。また、図５２では、図５０のＬＥＤ素子において、正極電極７０と負極電極７１の両方を共通化させることにより、両電極へのワイヤ数を低減させてそれぞれ一本或いは二本で実装することができる。
ＬＥＤ素子の電極構成に関しては、配線基板の形状や光源の用途に応じて変えることが可能であり、本実施例のＬＥＤ素子の形状や構成は必要に応じて設計対応できる。図５３のＬＥＤ素子では、正極電極７０及び負極電極７１ともに、素子の対角部に位置するのではなく、発光層の各辺に位置して中央部に対向するように設けている。同一基板上で発光層を横方向に２個集積化した形になっており、基板配線の形状に合わせた形をとっている。図５４では、図５３のＬＥＤ素子において、正極電極７０と負極電極７１の両方を共通化させることにより、両電極へのワイヤ数を低減させてそれぞれ一本或いは二本で実装することができる。図５５では、同一基板上で発光層を横方向に４個集積化した形になっており、基板配線の形状に合わせた形をとっている。上記と同様に、図５６では、図５５のＬＥＤ素子において、正極電極７０と負極電極７１の両方を共通化させることにより、両電極へのワイヤ数を低減させてそれぞれ一本で実装することができる。
同一基板上で発光層を複数個に分割することによっても、並列駆動による発光効率の向上が期待できる。図５７及び図５８では、従来素子を示す図４３の発光層の領域を分割し、それぞれの電極をワイヤボンディング実装できる範囲の大きさとして、並列駆動させる実装構成とする。従来のＬＥＤ素子サイズ０.３mm角や０.２mm角であっても、極端に電流密度が高くならない範囲で均一な電流分布を促進し、かつ極端な温度上昇を抑制する駆動条件において、領域の分割と並列駆動による発光効率の向上は可能である。他方、素子サイズが小さく発光層が小面積であるため、高輝度の特性向上は不十分となる。
図５９（ａ）（ｂ）（ｃ）には、それぞれ（ａ）従来素子の上面図、（ｂ）配線基板上でのワイヤボンディング実装を示す上面図、（ｃ）配線基板上でペースト接着樹脂７２を用いてダイボンディング実装してある構成を示す。図６０（ａ）（ｂ）（ｃ）や図６１
（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図６２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ（ａ）本実施例のＬＥＤ素子を示す上面図、（ｂ）配線基板上でのワイヤボンディング実装を示す上面図、（ｃ）配線基板上でペースト接着樹脂７２を用いてダイボンディング実装してある構成を示す。これらは、素子構成と電極構成を考慮して、また高原の用途に応じて、設計対応することができる。
本実施例におけるＬＥＤ素子は、同一基板上で発光層を複数個集積化する或いは複数個分割する構成としているが、その際に発光層の分離と電気的な分離に関して以下説明する。本実施例では、少なくとも発光層は同一基板上の各領域ごとに、物理的に分離されていることとしている。図６３では、基板３６上に設けられた、ｎ側半導体層７５と発光層
７４とｐ側半導体層７３において、発光層７４は負極電極７１を設けるためにエッチング加工により分離されており、ｎ側半導体層７５は横方向にはアイソレーション分離溝を設けることにより、左側と右側の領域は電気的に分離された構成となっている。また、図
６４では、ワイヤボンディング実装を簡易にしてワイヤの本数を低減するために、ｎ側半導体層に蒸着する負極電極７１を共通化している。このような実装構成は、素子の特性や構成，配線基板や高原の用途に応じて、設計仕様とすることができる。
本実施例におけるＬＥＤ素子の特性に関して、以下に評価結果の例を示す。同一基板上に発光領域の面積を変化させて、電流注入による発光強度の測定を行い評価した結果を図６５に示す。図６６には、投入した電力量とともに発光強度を測定し評価した結果を示す。従来の素子に比べて、本素子での特性は発光領域のサイズに応じて、発光領域が２倍及び３倍となるに従って、それぞれ約１.２５倍及び約１.５倍と向上できていることが見出される。素子全体において、積分球による全光束量を増大させる効果がある。素子面積に従って同じ電流では電力量が低減できるので、発光効率についても改善を図ることが可能である。
本実施例におけるＲＧＢの各ＬＥＤ素子をパッケージ構成に実装することにより、独立に制御可能な白色光源を作製することができる。図６７は、実施例１と同様に、一つのパッケージ構成にＲＧＧＢの４素子をダイボンディング及びワイヤボンディングして実装した構成の上面図を示す。このパッケージを実施例１における図４や図５のユニット構成として集積し、さらに例えば図３の筐体構成及び図１のバックライト構成とする。これにより、液晶テレビやディスプレイ表示装置のバックライトモジュールを提供できる。
本実施例の発光ダイオード素子構成と実装形態は、小型テレビ用から大型テレビ用の液晶パネル表示装置だけでなく、照明装置の光源として、またパーソナルコンピュータ用液晶パネルのバックライト光源やカーナビゲーションのバックライト光源にも適用できる。
本発明の他実施例を図６８により説明する。実施例５では、本発明のＬＥＤ素子を一つのパッケージにワイヤボンディング実装しているが、本実施例ではＲＧＧＢ素子一つ一つに合わせて、パッケージ構成をとるように設定する。これにより、各ＬＥＤ素子によって、大きさや形状の異なる素子に対してパッケージの大きさや反射板のサイズや形状及び配線の幅や形状などを調整することが可能となってくる。このため、パッケージや配線に対する設計裕度がでてくるため、対応できる設計仕様や用途が広範囲に適用可能となる利点がある。
本実施例の発光ダイオード素子構成と実装形態によっても、小型テレビ用から大型テレビ用の液晶パネル表示装置だけでなく、照明装置の光源として、またパーソナルコンピュータ用液晶パネルのバックライト光源やカーナビゲーションのバックライト光源にも適用できる。
本発明の他実施例を図６９により説明する。実施例１から５では、本発明のＬＥＤ素子をパッケージに実装して、図３に示す筐体へ四角正方格子状にびっしりと搭載することを前提としているが、本実施例では、図６９に示すように、筐体への搭載はパッケージを離散的に配置し千鳥状三角格子状に配列させるようにする。本実施例での筐体パッケージ配置では、より少ない個数のパッケージで構成でき、低消費電力と低コスト化が図れることになる。これは、本発明のＬＥＤ素子により、同じ電力量による光量の向上及び発光効率の改善が期待できるので、筐体上へ搭載するパッケージの個数や配列の仕方を最小限で最適化した仕様で設定することができるようになるためである。さらに、バックライトしての輝度や色の均一性を達成するために、光拡大の光学的な設計が相対的に容易にできるようになる。光学シートやレンズの設計により、さらにパッケージの個数を低減できる効果が期待できる。これにより、さらに低消費電力と低コスト化が促進できる有利な点を有している。
本実施例の発光ダイオード素子構成と実装形態によっても、小型テレビ用から大型テレビ用の液晶パネル表示装置だけでなく、照明装置の光源として、またパーソナルコンピュータ用液晶パネルのバックライト光源やカーナビゲーションのバックライト光源にも適用できる。
本発明内容は、発光効率の高い高出力高輝度の白色光源や、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モジュー
ル及びバックライト光源として適用できる。
本発明の発光ダイオード素子バックライトモジュールを用いたテレビ用液晶パネル表示装置の断面図。 本発明の発光ダイオード素子を用いたバックライトモジュールの断面図。 本発明の発光ダイオード素子を用いたバックライトモジュールの上面図。 本発明の発光ダイオード素子を搭載するユニット素子を示す上面図。 本発明の発光ダイオード素子を搭載するユニット素子を示す断面図。 本発明の発光ダイオード素子を搭載するセルパッケージを示す上面図。 本発明の発光ダイオード素子を搭載するセルパッケージを示す断面図。 本発明の発光ダイオード素子を搭載する別のセルパッケージを示す断面図。 発光ダイオード青色或いは緑色素子の構成における結晶層の断面図。 発光ダイオード赤色素子の構成における結晶層の断面図。 従来技術における小面積の発光ダイオード素子の電極パターンを示す上面図。 従来技術における大面積の発光ダイオード素子の電極パターンを示す上面図。 発光ダイオード素子の大きさに依存する相対光出力と電流の関係を示す図。 従来技術における小面積の発光ダイオード素子ウエハにおける電極パターン配列を示す上面図。 本発明の発光ダイオード素子ウエハにおける電極パターン配列を示す上面図。 本発明の発光ダイオード素子における電極パターン配列を示す上面図。 本発明の発光ダイオード素子における別の電極パターン配列を示す上面図。 本発明の発光ダイオード素子における別の電極パターン配列を示す上面図。 本発明の発光ダイオード素子における別の電極パターン配列を示す上面図。 本発明の発光ダイオード素子における別の電極パターン配列を示す上面図。 発光ダイオード素子における発光領域の面積に依存した相対光出力と電流の関係を示す上面図。 発光ダイオード素子における発光領域の面積に依存した相対光出力と消費電力の関係を示す上面図。 ａ）本発明の電極パターン配列構成を有する発光ダイオード素子を示す上面図。ｂ）本発明の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された発光ダイオード素子を示す上面図。ｃ）本発明の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された発光ダイオード素子を示す断面図。 ａ）本発明の別の電極パターン配列構成を有する発光ダイオード素子を示す上面図。ｂ）本発明の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された発光ダイオード素子を示す上面図。ｃ）本発明の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された発光ダイオード素子を示す断面図。 ａ）本発明の別の電極パターン配列構成を有する発光ダイオード素子を示す上面図。ｂ）本発明の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された発光ダイオード素子を示す上面図。ｃ）本発明の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された発光ダイオード素子を示す断面図。 ａ）本発明の別の電極パターン配列構成を有する発光ダイオード素子を示す上面図。ｂ）本発明の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された発光ダイオード素子を示す上面図。ｃ）本発明の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された発光ダイオード素子を示す断面図。 ａ）本発明の別の電極パターン配列構成を有する発光ダイオード素子を示す上面図。ｂ）本発明の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された発光ダイオード素子を示す上面図。ｃ）本発明の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された発光ダイオード素子を示す断面図。 ａ）本発明の別の電極パターン配列構成を有する発光ダイオード素子を示す上面図。ｂ）本発明の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された発光ダイオード素子を示す上面図。ｃ）本発明の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された発光ダイオード素子を示す断面図。 ａ）発光ダイオード１素子を４組直列配列した回路図。ｂ）発光ダイオード２素子を並列にして４組直列配列した回路図。ｃ）発光ダイオード４素子を並列にして４組直列配列した回路図。 発光領域に依存した発光ダイオード素子を用いたバックライトモジュールの消費電力と小面積を有する素子に換算した総素子数の関係を示す図。 ａ）本発明における別の大面積を有する発光ダイオード素子の電極パターン配列を示す上面図。ｂ）本発明における別の大面積を有する発光ダイオード素子の電極パターン配列を示す上面図。ｃ）本発明における別の大面積を有する発光ダイオード素子の電極パターン配列を示す上面図。 ａ）本発明における別の形状を有する発光ダイオード素子の電極パターン配列を示す上面図。ｂ）本発明における別の形状を有する発光ダイオード素子の電極パターン配列を示す上面図。ｃ）本発明における別の形状を有する発光ダイオード素子の電極パターン配列を示す上面図。 本発明の発光ダイオード素子バックライトモジュールを用いた携帯電話用液晶パネル表示装置の上面図。 本発明の発光ダイオード素子バックライトモジュールを示す上面図。 本発明の発光ダイオード素子バックライトモジュールを用いた携帯電話用液晶パネル表示装置の断面図。 本発明の発光ダイオード素子を実装搭載する別のユニット素子を示す上面図。 本発明の発光ダイオード素子を実装搭載する別のユニット素子を示す断面図。 本発明の発光ダイオード素子を実装搭載する別のセルパッケージを示す断面図。 本発明の発光ダイオード素子を実装搭載する別のセルパッケージを示す断面図。 本発明の発光ダイオード素子を実装搭載する砲弾型パッケージを示す断面図。 本発明の１ワイヤ実装型発光ダイオード素子を搭載するセルパッケージを示す断面図。 本発明の２ワイヤ実装型発光ダイオード素子を搭載するセルパッケージを示す断面図。 従来の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における電極パターン例を示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子における別の電極パターンを示す上面図。 ａ）従来の電極パターン配列構成を有する２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す上面図。ｂ）従来素子の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す上面図。ｃ）従来素子の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す断面図。 ａ）本発明の電極パターン配列構成を有する２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す上面図。ｂ）本発明素子の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す上面図。ｃ）本発明素子の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す断面図。 ａ）本発明の別の電極パターン配列構成を有する２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す上面図。ｂ）本発明素子の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す上面図。ｃ）本発明素子の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す断面図。 ａ）本発明の別の電極パターン配列構成を有する２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す上面図。ｂ）本発明素子の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す上面図。ｃ）本発明素子の別の電極パターン配列構成に対する配線パターンを有する配線基板とその上に実装搭載された２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す断面図。 本発明における電気的アイソレーション分離溝を有する２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す断面図。 本発明における発光層の分離溝を有する２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を示す断面図。 本発明における電気的アイソレーション分離溝を有する２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子の発光領域サイズに依存した発光強度電流特性を示す図。 本発明における電気的アイソレーション分離溝を有する２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子の発光領域サイズに依存した発光強度電力特性を示す図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を搭載するセルパッケージを示す上面図。 本発明の２ワイヤ極性対応実装型発光ダイオード素子を搭載するセルパッケージを示す上面図。 本発明の発光ダイオード素子を搭載するセルパッケージを配列したバックライト筐体を示す断面図。
符号の説明
１…バックライトモジュール筐体、２，５０…発光ダイオードユニット素子、３，５５
…バックライト光線、４…拡散板、５…正プリズムシート、６，５８…拡散フィルム、７
，５９…下部偏光板、８…ＴＶ用薄膜トランジスタ及び液晶パネル、９，６１…上部偏光
板、１０…絶縁層付金属基板或いはセラミック基板或いはガラエポ基板、１１…発光ダイ
オード素子を搭載するセルパッケージ、１２…素子配線基板、１３，２２…配線、１４…
金バンプ、１５…青色発光ダイオード素子、１６，１７…緑色発光ダイオード素子、１８
…赤色発光ダイオード素子、１９…反射板、２０，６４…透明樹脂、２１…基板或いはサ
ブマウント或いは支持体、２３…透明樹脂或いは微粒子含有樹脂、２４…サファイア単結
晶基板或いはＧａＮ単結晶基板、２５…ＧａＮバッファ層、２６…ＧａＮ層、２７…ｎ型
ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層、２８…ｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮガイド層、２９…ＩnＧaＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮ多重量子井戸発光層、３０…ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮガイド層、
３１…ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層、３２…ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ層、３３…ｐ型
ＧａＮ層、３４，４３，４５，７０…正極電極、３５，４２，４６，７１…負極電極、36…透明基板或いはＧａＰ基板、３７…ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層、３８…ｐ型ＧａＩｎＰ／
ＡｌＧａＩｎＰ層、３９…ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ多重量子井戸発光層、４０…ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ層、４１…ｎ型ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ層、４４…発光ダイオード半導体層、４７…負極電極用配線、４８…正極電極用配線、４９…携帯電話用液晶パネル画素、５１…フィルム配線、５２…駆動回路、５３…発光ダイオード素子パッケージ、５４…配線及びフィルム、５６…導光板、５７…逆プリズムシート、６０…携帯電話用薄膜トランジスタ及び液晶パネル、６２…蛍光体含有樹脂、６３…リードフレーム、６４…砲弾型封止樹脂、６５…１ワイヤ実装型発光ダイオード素子、６６…Ａｕワイヤ、６７…２ワイヤ型発光ダイオード素子、６８…発光ダイオード素子基板、６９…透明電極、７２…ペースト接着樹脂、７３…ｐ側半導体層、７４…半導体発光層、７５…ｎ側半導体層、７６…バックライト筐体、７７…セルパッケージ。

Claims (22)

  1. 液晶パネルと、
    光学系と、
    光源とを有する液晶表示装置であって、
    前記光源は、正極電極と負極電極の少なくとも一方を複数個有する発光素子と、前記正極電極と負極電極の各領域にそれぞれ電気的に対応させて実装する配線とを有することを特徴とする液晶表示装置。
  2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
    前記発光素子が有する正極電極又は負極電極は、同一基板上で分割された最小単位の発光素子が有する、一つの正極電極又は一つの負極電極の集合体として構成されることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 請求項２に記載の液晶表示装置において、前記発光素子は、正極電極及び負極電極が最小単位の発光素子が有する一つの正極電極と一つの負極電極の集合体として構成されることにより、最小単位の発光素子を複数個足し合わせた光強度を有することを特徴とする液晶表示装置。
  4. 請求項２に記載の液晶表示装置において、前記最小単位の発光素子が有する一つの正極電極と一つの負極電極は、前記配線に複数個並列的に実装されることを特徴とする液晶表示装置。
  5. 請求項１に記載の液晶表示装置において、前記光源は前記発光素子の発光波長に対して透明である基板を有することを特徴とする液晶表示装置。
  6. 請求項２に記載の液晶表示装置において、前記発光素子は前記配線により複数個直列的に実装されることを特徴とする液晶表示装置。
  7. 請求項２に記載の液晶表示装置において、前記最小単位の発光素子が、正極電極又は負極電極が集合するように周期的に配列されていることを特徴とする液晶表示装置。
  8. 請求項７に記載の液晶表示装置において、前記最小単位の発光素子は、２個又は３個又は４個ごとに周期的に配列されていることを特徴とする液晶表示装置。
  9. 請求項２に記載の液晶表示装置において、前記配線は金属基板上に絶縁層を介して配置し、前記発光素子は絶縁耐圧が１ｋＶ以上であることを特徴とする液晶表示装置。
  10. 請求項２に記載の液晶表示装置において、前記配線はセラミック基板上に絶縁層を介して配置し、前記発光素子は絶縁耐圧が１ｋＶ以上であるすることを特徴とする液晶表示装置。
  11. 請求項２に記載の液晶表示装置において、前記発光素子は、黄色蛍光体と青色発光ダイオード素子を樹脂で封止した構成である白色発光素子であるか、又は緑色と赤色の蛍光体と青色発光ダイオード素子を樹脂で封止した構成である白色発光素子であるか、又は青色と緑色と赤色の発光ダイオード素子からなる三原色光源を樹脂で封止した構成である白色発光素子であることを特徴とする液晶表示装置。
  12. 請求項２に記載の液晶表示装置において、前記光源を携帯電話用やパーソナルコンピュータ用或いはテレビ用の液晶ディスプレイのバックライトとして用いることを特徴とする液晶表示装置。
  13. 請求項１に記載の液晶表示装置において、前記発光素子は前記配線にフリップチップ実装することを特徴とする液晶表示装置。
  14. 請求項２に記載の液晶表示装置において、前記最小単位の発光素子が有する一つの正極電極と一つの負極電極は、前記配線に複数個並列的に実装され、かつ並列回路を形成することを特徴とする液晶表示装置。
  15. 基板と、前記基板上に配置する複数の配線と、前記配線に接続され、正極電極及び負極電極を有する複数の発光素子とを有し、前記複数の発光素子は二以上の発光素子ごとに正極電極又は負極電極が集合するようパターン形成されたことを特徴とする光源。
  16. 前記パターン形成された二以上の発光素子ごとに、前記配線にパターン接続されることを特徴とする請求項１５に記載の光源。
  17. 前記発光素子は前記配線にフリップチップ実装されることを特徴とする請求項１５に記載の光源。
  18. 前記パターン形成された二以上の発光素子ごとに前記配線に直列接続されると共に、前記パターン形成を構成する発光素子は前記配線に並列接続されることを特徴とする請求項１５に記載の光源。
  19. 前記パターン形成された発光素子は、２個又は３個又は４個の発光素子で構成されることを特徴とする請求項１５に記載の光源。
  20. 請求項１５に記載の光源と、液晶パネルとを有する液晶表示装置。
  21. 前記発光素子は前記配線にワイヤボンディング実装されることを特徴とする請求項１に記載の光源。
  22. 前記発光素子は前記配線にワイヤボンディング実装されることを特徴とする請求項１５に記載の光源。

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