JP2007281323A - Ｌｅｄデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】液晶のバックライトとして色むらの発生を防止する。
【解決手段】赤色系のＬＥＤチップ、緑色系のＬＥＤチップ及び青色系のＬＥＤチップと、該赤色系のＬＥＤチップ、緑色系のＬＥＤチップ及び青色系のＬＥＤチップをマウントする基体と、赤色ＬＥＤチップを封止する第１の凸レンズ、緑色系のＬＥＤチップを封止する第２の凸レンズ及び青色系のＬＥＤチップを封止する第３の凸レンズと、を備え、第１、第２及び第３の凸レンズの光軸は独立している。
【選択図】 図１

Description

本発明はＬＥＤデバイスに関する。更に詳しくは、液晶ディスプレイ用のバックライトとして好適に使用されるＬＥＤデバイスの改良に関する。

液晶ディスプレイのバックライトとしてＬＥＤを用いることが普及している。このようなバックライトとして、同一の実装基板の上に赤色系のＬＥＤチップ（以下ＲＬＥＤチップと略することがある）、緑色系のＬＥＤチップ（以下ＧＲＬＥＤチップと略することがある）及び青色系のＬＥＤチップ（以下ＢＬＥＤと略することがある）を各々多数マウントし各ＬＥＤチップを配線した所謂ＣＯＢ（Chip on Bord）型のものが知られている。かかるＣＯＢタイプのバックライトでは搭載したＬＥＤチップの不良が実装基板上の配線に支障をきたすこととなる。つまり、搭載したＬＥＤチップに不良が生じたとき、ＣＯＢタイプ全体として不良になり、歩留まりが低い。

これに対し、ＲＬＥＤチップ，ＧＬＥＤチップ及びＢＬＥＤチップを組み込んだ表面実装型の白色ＬＥＤデバイスが知られている（特許文献１）。かかるＬＥＤデバイスの複数個を実装基板へ搭載することによりバックライトを形成することが考えられる。このＬＥＤデバイスでは、図１に示すように、ＲＬＥＤチップ１、ＧＬＥＤチップ２及びＢＬＥＤチップ３が基体５の上にマウントされ、これらが１つの凸レンズ７で封止されていた。各ＬＥＤデバイスは実装基板へマウントされ、各ＬＥＤデバイスは実装基板の配線により連結される。かかる構成のバックライトでは、１つのＬＥＤデバイスが不良であったとしても、当該不良なＬＥＤチップが配置チップデバイスを取り替えるだけでよい。

特開２００４−３２７９５５号公報

上記のＬＥＤデバイスでは、ＲＬＥＤチップ１、ＧＬＥＤチップ２及びＢＬＥＤチップが一つの凸レンズ７で封止されている。他方、各チップには幅があるので、各チップは凸レンズの中心線（光軸）から外れた位置に配置されることとなる。その結果、各チップから放出される光は凸レンズ７で屈折されるものの、全てのＬＥＤから放出された光を短い距離で均一に混合し、液晶表示部へ白色光として入射させることは困難である。換言すれば、液晶のバックライトとして色むらが生じるおそれがある。

この発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その構成は次のように規定される。
赤色系のＬＥＤチップ、緑色系のＬＥＤチップ及び青色系のＬＥＤチップと、
該赤色系のＬＥＤチップ、緑色系のＬＥＤチップ及び青色系のＬＥＤチップをマウントする基体と、
前記赤色ＬＥＤチップを封止する第１の凸レンズ、前記緑色系のＬＥＤチップを封止する第２の凸レンズ及び前記青色系のＬＥＤチップを封止する第３の凸レンズと、を備え、
前記第１、第２及び第３の凸レンズの光軸は独立している、ことを特徴とするＬＥＤデバイス。

このように構成されたＬＥＤデバイスによれば、赤色系のＬＥＤチップ、緑色系のＬＥＤチップ及び青色系のＬＥＤチップがそれぞれ第１〜第３の凸レンズで封止され、各凸レンズはその光軸を独立させている。これにより、各ＬＥＤチップをその光軸上に配置可能となり、各凸レンズから光軸を中心として全方向へ均等に光を放出することができる。よって、各凸レンズからの光の混合が促進されて、液晶のバックライトとして色むらの発生を予防できる。

この発明の第２の局面は次のように規定される。即ち、既述の第１の局面のＬＥＤデバイスの基体の表面において赤色系のＬＥＤチップ、緑色系のＬＥＤチップ及び青色系のＬＥＤチップをマウントしない部分の実質的な全領域に白色系の反射板が形成される。
このように構成されたＬＥＤデバイスによれば、基体の表面の実質的な全表面が白色系の反射板で被覆されるのでＬＥＤチップからの光が効率よく反射されて、白色光源として光取出し効率が向上してその輝度が増大する。更には、基体表面に実装される配線（金属色）が当該反射板で被覆されて外部から視認されなくなる。他方、当該配線が表出していると、当該金属色が光源の白色光に混入するおそれがある。

この発明の第３の局面は次のように規定される。即ち、既述の第１又は第２の局面のＬＥＤデバイスにおいて、前記基体表面の仮想矩形において一対の対角頂点上に前記緑色系のＬＥＤチップが配置され、残りの頂点に前記赤色系のＬＥＤチップと前記青色系のＬＥＤチップが配置される。
このように構成された第３の局面のＬＥＤデバイスによれば、緑色系のＬＥＤチップの出力が他のＬＥＤチップの出力に比べて小さい場合においても、当該緑色系のＬＥＤチップを複数使用することにより、三原色光の出力バランスを均等にすることが可能になる。更には、緑色系のＬＥＤチップの配設位置を仮想矩形の一対の対角頂点上とすることにより、三原色光の混色が促進される。

上記において、各ＬＥＤチップは任意の方法により形成することができる。例えば緑色系のＬＥＤチップと青色系のＬＥＤチップとはIII族窒化物系化合物半導体により形成することができる。
ここにIII族窒化物系化合物半導体とは、一般式としてＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）の四元系で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＮ及びＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の一部も リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。
また、ｎ型層にドープされるｎ型不純物としてＳｉの他、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもできる。
III族窒化物系化合物半導体層を成長させる基板にはサファイア、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶等を用いることができる。

第１〜第３の凸レンズは各ＬＥＤチップから放出された光を屈折させて液晶表示部に対して実質的に均等に入射させるように設計される。そのためには、各凸レンズの光軸上にＬＥＤチップが配置されるようにすることが好ましい。各レンズの光軸は平行であり、各光軸は液晶表示部に対して垂直な関係にあるものとする。
各凸レンズは、ＬＥＤデバイスにおいて分離されていても一体型であってもよい。
相互に分離独立した凸レンズは透明な材料をＬＥＤチップの上にポッティングすることにより形成することができる。かかる透明材料としてチクソ性を具備したシリコン樹脂を挙げることができる。
一体化された凸レンズは型成形することができる。
凸レンズの形成材料は、透光性を具備するもののなかから、ＬＥＤデバイスの用途、形状、出力などに応じて適宜選択される。既述したシリコン樹脂等の耐変色性のある有機材料の他、ガラス等の無機材料を採用することもできる。
凸レンズには、必要に応じて蛍光材料や光散乱材料を分散させることができる。

以下、この発明の実施例を説明する。
図２にこの実施例のＬＥＤデバイス１１の平面図を示す。図３は、同じくＬＥＤデバイスを実装基板６０へ組付けた状態の断面図である。
実施例のＬＥＤデバイス１１は基体１２に４つのＬＥＤチップ２１，２２，２２，２３を表面実装した構成である。
基体１２はセラミック材料からなり、その表面には配線パターン４１，４２及び４３が形成されている。これらの配線パターン４１，４２及び４３は金メッキからなり、図３に示す通り、基体１２の側面から下面まで延設されている。

基体１２の表面には赤色系のＬＥＤチップ２１，緑色系のＬＥＤチップ２２，２２，及び青色系のＬＥＤチップ２３が配置されている。これらＬＥＤチップ２１，２２，２２，２３は仮想正方形の頂点上に配置される。図２に示すように、対角線上に位置する頂点上に緑色系のＬＥＤチップ２２，２２を配置することが好ましい。緑色系のＬＥＤチップ２２は他のＬＥＤチップに比べて出力が小さくなりがちであるので、これを２つ使うことにより、三原色の光の強さがバランスされ、白色光源として好ましいものとなる。更には、仮想正方形の対角線上に位置する２つ頂部にこれらの緑色系ＬＥＤチップ２２，２２を配置することにより、各ＬＥＤチップからの光の混合が促進され、この点からも白色光源として好ましいものとなる。

赤色系のＬＥＤ２１は配線パターン４１の上に実装され、透明な凸レンズ３１で封止される。同様に緑色系のＬＥＤ２２は配線パターン４２に実装され透明な凸レンズ３２で封止される。青色系のＬＥＤ２３は配線パターン４３に実装され凸レンズ３３で封止される。各凸レンズはその光軸Ｌを基体１２に対して直角方向とし、当該光軸Ｌの上に各ＬＥＤチップが配置される。これにより、各凸レンズから放出される光は光軸Ｌを中心として均等に分配される。よって、各凸レンズからの光が混合されて液晶表示部における色むらの発生が防止される。
凸レンズ３１，３２，３３はチクソ性を有するシリコン樹脂で形成されている。かかるシリコン樹脂として信越化学（株）社製の商品名X-35-186H-1を挙げることができる。このシリコン樹脂によれば、これを流動性のある状態でＬＥＤチップの上にポッティングし、その状態で静置しておくことにより図３に示すように半球状の凸レンズが形成される。

基体１２の表面において、凸レンズ３１，３２，３２及び３３で封止されていない部分は白色系反射層としての白色レジスト５０で被覆されている。この白色レジスト５０はTiO2又はBaSO4などの白色顔料を含有した樹脂である。
この白色レジスト５０により配線パターン４１、４２、４３が被覆される。よって、配線パターンの金色が白色光源に影響を及ぼすことを確実に防止することができる。更には、白色レジストにより光の取出し効率が向上することはいうまでもない。
凸レンズ３１、３２、３２及び３３に対応する部位に丸孔５１，５２，５２及び５３が形成されるように白色レジスト５０を予め基体１２の表面へ塗布し、当該丸孔へチクソ性を有する透明な樹脂材料をポッティングして凸レンズを形成することができる。このとき、凸レンズは当該丸孔の周壁によりその周縁形状が規定される。換言すれば、流動性のある樹脂材料の無秩序な展開が白色レジストにより防止され、凸レンズの形状品質を維持することができる。
凸レンズを形成した後に、白色レジスト５０を塗布して配線パターンを被覆してもよい。

実施例のＬＥＤデバイス１１は、図３に示すように、実装基板６０にマウントされる。実装基板６０は配線パターン６３，６４を備えており、この配線パターン６３，６４に対しＬＥＤデバイス１１の基体１２の裏面まで回り込んでいる配線パターン４２，４３が半田付けされる。これにより、実装基板６０に対してＬＥＤデバイス１１が電気的に接続されるとともに機械的にも固定される。
実装基板６０においてもＬＥＤデバイス１１がマウントされる以外の領域に白色レジスト６１が積層されている。当該白色レジスト６１により配線パターン６３、６４の金属色が白色光源に影響を及ぼすことを防止できる。

図４は他の実施例のＬＥＤデバイス１０１の構造を示す断面図である。なお、図４において図３と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図４に示すＬＥＤデバイス１０１では、アルミナ製の基体１２へ重ねて同じくアルミナ製の第２の基体１１２を積層している。これにより、配線パターン４２，４３が被覆されるとともに、この第２の基体１１２自体の白色により、その表面における反射効率が向上する。
第２の基体１１２にはビアホールが穿設されて、そこに配線パターン４２、４３とボンディングパッド１４１，１４３，１４５及び１４７をつなぐ導体部１２１，１２３，１２５及び１２７が埋設される。ここに、各導体部１２１，１２３，１２５及び１２７をボンディングパッド１４１，１４３，１４５及び１４７の真下に形成することにより、第２の基体表面に現出する金属材料の面積を出来る限り小さくすることができる。よって、白色光源における金属色の影響を可及的に小さくすることができる。
この実施例ではシリコーン樹脂等からなる透明なダイボンディング剤、若しくはこれに酸化チタンや硫酸バリウム等の白色顔料を分散してなる白色系のダイボンディング剤によりＬＥＤチップを第２の基体へ固定することとしている。これにより、ＬＥＤチップ裏面における光の反射を確保できることとなり、光の取出し効率が向上する。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

従来例のＬＥＤデバイスの構成を示す平面図である。 この発明の実施例のＬＥＤデバイスの構成を示す平面図である。 同じくＬＥＤデバイスの実装状態を示す断面図である。 この発明の他の実施例のＬＥＤデバイスの構成を示す断面図である。

符号の説明

１，２１ 赤色系のＬＥＤチップ
２，２２ 緑色系のＬＥＤチップ
３，２３ 青色系のＬＥＤチップ
５、１２ 基体
７，３１，３２，３３ 凸レンズ
５０ 白色レジスト

Claims (3)

1. 赤色系のＬＥＤチップ、緑色系のＬＥＤチップ及び青色系のＬＥＤチップと、
   該赤色系のＬＥＤチップ、緑色系のＬＥＤチップ及び青色系のＬＥＤチップをマウントする基体と、
   前記赤色ＬＥＤチップを封止する第１の凸レンズ、前記緑色系のＬＥＤチップを封止する第２の凸レンズ及び前記青色系のＬＥＤチップを封止する第３の凸レンズと、を備え、
   前記第１、第２及び第３の凸レンズの光軸は独立している、ことを特徴とするＬＥＤデバイス。
2. 前記基体の表面において赤色系のＬＥＤチップ、緑色系のＬＥＤチップ及び青色系のＬＥＤチップをマウントしない部分の実質的な全領域に白色系の反射層が形成される、ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
3. 前記基体表面の仮想矩形において一対の対角頂点上に前記緑色系のＬＥＤチップが配置され、残りの頂点に前記赤色系のＬＥＤチップと前記青色系のＬＥＤチップが配置される、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＬＥＤデバイス。

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