JP2007329374A

JP2007329374A - 発光装置及び液晶表示用バックライト装置

Info

Publication number: JP2007329374A
Application number: JP2006160554A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Naeshiro; 光博苗代; Hiroyuki Tajima; 博幸田嶌; Toshio Yamaguchi; 寿夫山口
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2026-06-09
Also published as: JP4844246B2

Abstract

【課題】発光素子の配光が広くなるようにし、発光素子の使用数を少なくしても輝度ムラを発生しないようにした発光装置及び液晶表示用バックライト装置を提供する。
【解決手段】第１及び第２の基板１４，１６によりマウント１００が構成されており、第２の基板１６に設けられた突出部１６ａの素子搭載面１６ｃには青色光を発光する発光素子１８が搭載され、発光素子１８の光出射面には、青色光を黄色光に変換する蛍光体を含有する蛍光体層１９が設けられている。蛍光体による黄色光と発光素子１８からの青色光とが混合して得られた白色光は、発光素子１８の上面の略１８０°の方向へ出射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置や携帯電話機のテンキーを含む押しボタン等の背面からの照明光源に用いられる発光装置及びこれを用いた液晶表示用バックライト装置に関する。

例えば、液晶表示装置においては、光源からの光を導光板に入射し、導光板から液晶表示パネルへ光を均一に導く構成のバックライト装置が用いられている。このようなバックライト装置に用いられる光源として、例えば、導光板の光導入部の界面にシリコーンを充填し、上記界面に空気層を形成しないようにした発光装置がある（例えば、特許文献１参照）。この構成により、発光装置と導光板の光導入部との間がシリコーンによって密着されるため、発光装置からの光を上記界面における反射を少なくして導光板に効率良く導入できるようになる。
特開２００３−２３４００８号公報（［００１０］〜［００１３］、［００１９］、図１、図２）

しかし、従来の発光装置によると、パッケージのすり鉢形状のリフレクタが発光素子の実装面から突出しているため、発光素子による光の出射角に制限が生じ、配光範囲が狭くなる。このため、バックライト装置等において、発光装置の相互の間隔を広げて発光素子の使用数を少なくしようとすると、発光装置の相互間に輝度の低くなる部分が生じ、輝度ムラを生じた発光装置になるという問題がある。

従って、本発明の目的は、発光素子の配光が広くなるようにし、発光素子の使用数を少なくしても輝度ムラを発生しないようにした発光装置及び液晶表示用バックライト装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、第１及び第２のリードを素子搭載面上に露出させて平坦面から突出する素子搭載部を有するマウントと、前記第１及び第２のリードに接続された第１及び第２の電極を有し、前記素子搭載部の前記素子搭載面上に搭載された発光素子と、を備えることを特徴とする発光装置を提供する。

このような構成によれば、マウントの素子搭載部の上面に搭載された発光素子の光出射方向には光遮蔽物が存在せず、配光範囲を広くすることができる。

また、本発明は、上記目的を達成するため、第１及び第２のリードを素子搭載面上に露出させて平坦面から突出する素子搭載部を有するマウントと、前記第１及び第２のリードに接続された第１及び第２の電極を有し、前記素子搭載部の前記素子搭載面上に搭載された発光素子と、前記発光素子からの光によって励起される蛍光体を含有し、前記発光素子の光出射面を覆うように設けられた透光性の蛍光体層とを備えることを特徴とする発光装置を提供する。

このような構成によれば、発光素子から出射した光は、蛍光体層内の蛍光体により異なる発光色に変換され、蛍光体層内をそのまま通過した光との混合により、例えば、白色光が得られると共に、発光素子がマウントの素子搭載部に設けられていることで、発光素子の光出射方向には光遮蔽物が存在せず、配光範囲を広くすることができる。

また、本発明は、上記目的を達成するため、アレイ状に配置された複数の発光装置と、前記複数の発光装置から光導入端面を介して導入した光を液晶表示パネルの裏面に出射する導光板とを有し、前記複数の発光装置は、第１及び第２のリードを素子搭載面上に露出して平坦面から突出する素子搭載部を有するマウントと、前記第１及び第２のリードに接続された第１及び第２の電極を有し、前記素子搭載部の前記素子搭載面上に搭載された発光素子とを備えることを特徴とする液晶表示用バックライト装置を提供する。

このような構成によれば、導光板の光導入端面に設けられた複数の発光装置は、発光素子が素子搭載部の素子搭載面上に搭載されているため、発光素子の光出射方向には光遮蔽物が存在せず、それぞれの発光素子の配光範囲を広くなるので、発光装置の相互間に輝度ムラを生じることがない。

本発明の発光装置によれば、発光素子の配光が広くなり、バックライト用光源に用いた場合でも、輝度ムラを生じないようにすることができる。また、本発明のバックライト装置によれば、光出射方向には光遮蔽物が存在しない発光素子を搭載した発光装置を用いて構成したことにより、発光装置間に輝度ムラを生じないようにすることができる。

［第１の実施の形態］
（発光装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置を示す。この発光装置１は、マウント１００上に発光素子１８を搭載することによって構成されている。そして、マウント１００は、板状の第１の基板１４と、第２の基板１６とを積層して構成されている。

第１の基板１４は、セラミック絶縁層１０と、セラミック絶縁層１０の上面にスクリーン印刷等により設けられた導体パターン１１Ａ，１１Ｂと、導体パターン１１Ａ，１１Ｂに一端が接続されたビアホール（via hole）１２Ａ，１２Ｂと、ビアホール１２Ａ，１２Ｂに他端が接続された状態でセラミック絶縁層１０の下面に設けられた第１及び第２の電極１３Ａ，１３Ｂとを有する。ビアホール１２Ａ，１２Ｂは、絶縁孔の内面がメタライズ処理されて形成されている。

第２の基板１６は、柱状の突出部（素子搭載部となるが、以下、突出部という）１６ａを中央部に有するセラミック絶縁層２０と、導体パターン１１Ａ，１１Ｂに接続されるようにして突出部１６ａ内に設けられた第１及び第２のリードとしての第１及び第２のビアホール１５Ａ，１５Ｂとを有する。ここで、突出部１６ａ以外の第２の基板１６の上面が導光体に実装する際の基準面１６ｂになり、突出部１６ａの上面が発光素子１８を搭載する素子搭載面１６ｃになる。

発光素子１８は、フリップチップ型であり、例えば、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）によって、ｎ型層、発光層を含む層、及びｐ型層を順次サファイア基板に結晶成長させた構成であり、例えば、発光波長４５０〜４８０ｎｍの青色光をサファイア基板側から放射するＧａＮ系化合物系半導体からなる青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）である。更に、発光素子１８には、上面及び側面を覆うようにして蛍光体層１９が設けられている。

蛍光体層１９は、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ユリア樹脂、透光性樹脂等の透明な樹脂に、白色光を得るための蛍光体１９ａを含有させたものであり、発光素子１８の上面、下面及び全側面に所定の厚みに設けられている。蛍光体１９ａには、無機蛍光物質、有機蛍光物質を用いることができる。無機蛍光物質として、例えば、希土類元素を含有する物質があり、具体的には、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体があり、これは、Ｙ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選ばれた少なくとも１つの元素と、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群から選ばれた少なくとも１つの元素とを含んでなるセリウムで付活されたガーネット系蛍光体である。一例を示せば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅである。

（発光素子の構成）
図２は、発光素子１８の構成を示す。発光素子１８は、サファイア基板１８１の片面に、ＡｌＮからなるバッファ層１８２と、ｎ型ＧａＮからなるクラッド層１８３と、ＭＱＷ（Multi Quantum Well）層１８４と、ｐ型ＡｌＧａＮからなるクラッド層１８５と、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層１８６を順次結晶成長させた構成であり、更に、コンタクト層１８６の側面以外の露出面にはｐ側電極１８７が設けられ、クラッド層１８３の側面以外の露出面にはｎ側電極１８８が設けられている。なお、ｐ側電極１８７にはバンプ１７Ａ（図１に図示）が接続され、ｎ側電極１８８にはバンプ１７Ｂ（図１に図示）が接続されている。

なお、サファイア基板１８１に代えて、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、酸化マグネシウム等からなる基板を用いることができる。

（発光装置の動作）
次に、発光装置１の動作について、図１及び図２を参照して説明する。第１及び第２の電極１３Ａ，１３Ｂ間に所定の直流電圧を印加すると、第１の電極１３Ａ→ビアホール１２Ａ→導体パターン１１Ａ→ビアホール１５Ａ→バンプ１７Ａ→発光素子１８→バンプ１７Ｂ→ビアホール１５Ｂ→導体パターン１１Ｂ→ビアホール１２Ｂ→第２の電極１３Ｂの経路により駆動電流が流れる。

発光素子１８は、駆動電流が流れることにより、図２に示すＭＱＷ層１８４から青色光が発光し、図１の上方向へ出射する。発光素子１８からの青色光は蛍光体層１９に入射し、一部が蛍光体１９ａに吸収され、残りは蛍光体層１９をそのまま透過する。蛍光体１９ａは、青色光を吸収して黄色光に変換する。この黄色光と、蛍光体層１９を透過した青色光は、共に図１の発光素子１８の上面の略１８０°の範囲へ出射し、２つの光が混ざることにより得られた白色光が導光板等に入射される。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（イ）発光素子１８は、パッケージ及びすり鉢状のリフレクタを有しないため、光出射面を遮るものは存在せず、配光範囲を広くすることができ、バックライト装置等に用いても、輝度ムラを生じることがない。
（ロ）上記（イ）によって発光素子１８の配光範囲を広くすることができるため、バックライト装置における発光装置１の使用数を少なくすることができる。

なお、第１の実施の形態においては、発光色が青色光である発光素子１８と黄色光を励起する蛍光体層１９の組み合わせにより白色光を得るものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、４００ｎｍ付近の短波長域を主発光ピークとする紫外線を発光可能な発光素子を発光素子１８として用いてもよい。この場合、蛍光体層１９は、比較的紫外線に強い樹脂やガラス等と紫外線を吸収して可視光を発光することが可能な蛍光物質で構成することが好ましい。このような短波長の光により、赤、青、緑を蛍光可能な蛍光物質には、例えば、赤色蛍光体としてＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＳｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、及び緑色蛍光体として（ＳｒＥｕ）Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３があり、これらを耐紫外線樹脂等に含有させることにより、白色光を得ることができる。

また、バックライト光が、白色光以外の色、例えば、赤色等の単色光を必要とするバックライト装置等に発光装置１を使用する場合には、発光素子１８として赤色発光素子を用い、蛍光体層１９を設ける必要はない。

［第２の実施の形態］
（発光装置の構成）

図３は、本発明の第２の実施の形態に係る発光装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。同図中、発光装置２については、断面で示している。本実施の形態は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）を発光する３色の発光素子を用いて発光装置２を構成したものである。

発光装置２は、板状の第１の基板２１と、突出部２２ａを有して第１の基板２１上に積層された第２の基板２２と、第２の基板２２上に一列に実装された発光素子２３〜２５と、発光素子２３〜２５を埋めるようにして突出部２２ａの上面に設けられた透光性の封止部材２８とを備えている。封止部材２８として、例えば、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ユリア樹脂等の透明な樹脂を用いることができる。

第１及び第２の基板２１，２２は、例えば、セラミック絶縁層を有する基板であり、内部には、発光素子２３〜２５に接続された導体パターン、ビアホール（いずれも図示せず）、及び該導体パターンに接続された電極２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃ、及び電極２６Ａ〜２６Ｃのアノードまたはカソードが並列接続された共通電極２７を有している。なお、第１の基板２１と第２の基板２２は、第１の実施の形態と同様に、接着剤等により貼り合わせて一体化されている。

発光素子２３は、例えば、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ等からなるＬＥＤ素子であり、赤色光を発光する。発光素子２４は、例えば、ＧａＰ等からなるＬＥＤ素子であり、緑色光を発光する。また、発光素子２５は、例えば、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ等からなるＬＥＤ素子であり、青色光を発光する。なお、発光素子２３〜２５は、第２の基板２２の突出部２２ａ上に所定間隔に実装されるが、その並び順は、任意にすることができる。

（発光装置の動作）
次に、発光装置２の動作について説明する。電極２６Ａ〜２６Ｃと共通電極２７の間に所定の値の直流電圧を印加すると、発光装置２に駆動電流が流れる。発光素子２３〜２５は、駆動電流が流れることにより、赤色光、緑色光及び青色光が同時に発光し、封止部材２８を通過した後、図３の上部方向へ出射する。発光素子２３〜２５からの３色の光は、発光装置２の上方でＲ、Ｇ、Ｂの３色の光が混ざることにより、白色光が得られる。

なお、発光素子２３〜２５内の１つまたは２つを点灯させることにより、単色または２色混合の発光色を得ることができる。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、下記の効果を奏する。
（イ）発光装置２は、パッケージ及びリフレクタを有しないため、光出射面を遮るものは存在しないことから、配光範囲を広くすることができ、バックライト装置等に用いても、輝度ムラを生じることがない。また、発光素子２３〜２５を同時点灯することにより、第１の実施の形態に比べ、光量を増大させることができる。
（ロ）発光素子２３〜２５を覆うようにして封止部材２８を設けたことにより、発光素子２３〜２５を衝撃等から保護することができる。

なお、第２の実施の形態においては、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の発光素子を個別に用意して白色光を得る構成にしたが、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のベアチップが１つのチップ内に搭載された構成の発光素子を用いてもよい。また、図３の（ａ），（ｂ）では、発光素子２３〜２５は、一列状に配置されているが、正三角形の各内角の頂点に配置されていてもよい。

（第１の実施例）
図４は、本発明の第１の実施例を示す。本実施例は、第１の実施の形態の発光装置の複数を用いたサイドビュー型のバックライト装置である。このバックライト装置３は、一辺に複数の凹部３１が所定間隔に設けられた板状の導光板３２と、凹部３１のそれぞれに図１に示した発光装置１の突出部１６ａを配設し、接着剤等により導光板３２に接着した構成になっている。それぞれの凹部３１の内面は、発光装置１の出射光に対する光導入端面となる。なお、凹部３１内には、エポキシ樹脂やシリコン樹脂が充填されていてもよい。

導光板３２は、メタクリル樹脂等の透光性樹脂からなる板状体である。なお、液晶表示パネル用のバックライト装置においては、通常、導光板３２の一方の面には、反射シート、拡散シート等が配設され、また、他方の面には、偏光板、液晶表示パネル等が配設されるが、図４においては、いずれも図示を省略している。

図４の構成において、それぞれの発光装置１に通電が行われると、発光した青色光は、導光板３２に入射し、導光板３２内で何度も反射を繰り返した後、厚み方向へ出射して、液晶表示パネル等を背面から照明する。

この実施例によれば、発光装置１からの光は、それぞれの凹部３１を通して略１８０°の方向へ出射し、かつ、発光装置１の相互間には、光を遮るパッケージ等の障害物が存在しないため、発光装置１の相互間の間隔を広げても、バックライト装置３に輝度ムラを生じることが無い。

なお、第１の実施例において、発光装置１の発光色は、青色に限定されるものではなく、任意色のものを用いることができる。

（第２の実施例）
図５は、本発明の第２の実施例を示す。本実施例は、図１の発光装置１において、蛍光体層１９に代えて透光性の樹脂層５０を設けた発光装置４としたものであり、その他の構成は図１と同様である。

第２の実施例の発光装置４は、蛍光体層１９を有しないため、発光素子１８による青色光は、そのまま樹脂層５０を通過して略１８０°の方向へ出射する。従って、バックライト装置に用いた場合、照明光は青色光になる。

この実施例によれば、樹脂層５０を設けたことにより、発光装置４を衝撃等から保護することができる。

（第３の実施例）
図６は、本発明の第３の実施例を示す。本実施例は、図４に示したバックライト装置３において、発光装置１に代えて図５に示した発光装置４を使用し、更に、導光板３２に蛍光体部３３を設けたものであり、その他の構成は図４に示した第１の実施例と同様である。

導光板３２は、第１の実施の形態における蛍光体１９ａと同様の成分を有する蛍光体３３ａを含有すると共に複数の凹部３１が所定間隔に設けられた蛍光体部３３と、この蛍光体部３３に一体化して設けられた板状の本体部３４とからなる。なお、凹部３１内には、エポキシ樹脂やシリコン樹脂が充填されていてもよい。

なお、液晶表示パネル用のバックライト装置においては、通常、導光板３２の一方の面には、反射シート、拡散シート等が配設され、また、他方の面には、偏光板、液晶表示パネル等が配設されるが、図６においては、いずれも図示を省略している。

図６の構成において、それぞれの発光装置４の発光素子１８に通電が行われると、発光した青色光は、導光板３２の蛍光体部３３に入射する。蛍光体部３３の蛍光体３３ａは、発光装置４からの青色光により励起され、青色光を黄色光に変換する。この黄色光と蛍光体部３３をそのまま通過した青色光とが混じり合った白色光が、導光板３２の本体部３４に入射し、導光板３２内で何度も反射を繰り返した後、厚み方向へ出射して、液晶表示パネル等を背面から照明する。

この実施例によれば、発光装置４からの光は、それぞれの凹部３１を通して略１８０°の方向へ出射し、かつ、発光装置４の相互間には、光を遮るパッケージ等の障害物が存在しないため、発光装置４の相互間の間隔を広げても、バックライト装置３に輝度ムラを生じることが無い。更に、蛍光体部３３が設けられていることにより、白色光を得ることができる。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、第１，第２の基板は、貼り合わせるものとしたが、セラミックを焼結する際に一体化された構成であってもよい。

また、本発明を液晶表示パネルのバックライト装置に適用した場合について説明したが、本発明はバックライト装置に限定されるものではなく、発光装置をマトリクス状に配列した表示灯、信号機等の光源として用いることも可能である。或いは、電子機器等のスイッチの光源に用いることもできる。

本発明の第１の実施の形態に係る発光装置を示す断面図である。図１の発光素子の構成を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る発光装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。本発明の第１の実施例を示す平面図である。本発明の第２の実施例を示す平面図である。本発明の第３の実施例を示す平面図である。

符号の説明

１，２，４発光装置
３バックライト装置
１０セラミック絶縁層
１１Ａ，１１Ｂ導体パターン
１２Ａ，１２Ｂビアホール
１３Ａ，１３Ｂ電極
１４第１の基板
１５Ａ，１５Ｂビアホール
１６第２の基板
１６ａ突出部
１６ｂ基準面
１６ｃ素子搭載面
１７Ａ，１７Ｂバンプ
１８発光素子
１９蛍光体層
１９ａ蛍光体
２０セラミック絶縁層
２１第１の基板
２２第２の基板
２２ａ突出部
２３〜２５発光素子
２６Ａ〜２６Ｃ電極
２７共通電極
２８封止部材
３１凹部
３２導光板
３３蛍光体部
３３ａ蛍光体
３４本体部
５０樹脂層
１００マウント
１８１サファイア基板
１８２バッファ層
１８３クラッド層
１８４ＭＱＷ層
１８５クラッド層
１８６コンタクト層
１８７ｐ側電極
１８８ｎ側電極

Claims

第１及び第２のリードを素子搭載面上に露出させて平坦面から突出する素子搭載部を有するマウントと、
前記第１及び第２のリードに接続された第１及び第２の電極を有し、前記素子搭載部の前記素子搭載面上に搭載された発光素子と、を備えることを特徴とする発光装置。
前記マウントは、板状の第１の基板と、
前記素子搭載部を有するとともに前記第１の基板上に積載された第２の基板とを有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記発光素子は、青色光または紫外光を発光する発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記発光素子は、赤、緑、青の３色を発光する発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記赤、緑、青の各発光ダイオードは、透光性の封止部材により覆われていることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
前記発光素子は、前記発光素子からの光によって励起される蛍光体を含む透光性の蛍光体層が、前記発光素子の光出射面を覆うようにして設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記発光素子は、透光性の樹脂層が前記発光素子の光出射面を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
第１及び第２のリードを素子搭載面上に露出させて平坦面から突出する素子搭載部を有するマウントと、
前記第１及び第２のリードに接続された第１及び第２の電極を有し、前記素子搭載部の前記素子搭載面上に搭載された発光素子と、
前記発光素子からの光によって励起される蛍光体を含有し、前記発光素子の光出射面を覆うように設けられた透光性の蛍光体層とを備えることを特徴とする発光装置。
前記蛍光体は、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体であることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
アレイ状に配置された複数の発光装置と、
前記複数の発光装置から光導入端面を介して導入した光を液晶表示パネルの裏面に出射する導光板とを有し、
前記複数の発光装置は、第１及び第２のリードを素子搭載面上に露出して平坦面から突出する素子搭載部を有するマウントと、前記第１及び第２のリードに接続された第１及び第２の電極を有し、前記素子搭載部の前記素子搭載面上に搭載された発光素子とを備えることを特徴とする液晶表示用バックライト装置。
前記導光板は、前記光導入端面において、前記マウントの前記素子搭載部を位置させる凹部を有することを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示用バックライト装置。
前記導光板は、前記凹部に面した所定幅に蛍光体を含有した領域を有することを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示用バックライト装置。