JP2008147453A - 照明装置及びこの照明装置を用いた表示装置 - Google Patents

照明装置及びこの照明装置を用いた表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】発光ダイオードからの光取り出し効率を向上させ、かつ、指向性を広げることで照射面内における光の均一性を高くし、さらに、指向性を広げることで混色性を良くする。
【解決手段】発光ダイオード１を高屈折率透明材料２で封止し、高屈折率透明材料２を低屈折率透明材料３で封止した封止構造１０を複数有する照明装置において、前記発光ダイオード１からの光の指向性を広げるために、発光ダイオード１の中央における高屈折率透明材料２の厚さをＨ、発光ダイオード１の上面の一辺の長さをＬ、高屈折率透明材料２の屈折率をｎ1、前記低屈折率透明材料の屈折率をｎ2としたときに、Ｈ＞（Ｌ／２）／ｔａｎ｛ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）｝の関係をみたす。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光ダイオードを用いた照明装置及びこの照明装置を非発光型表示パネルのバックライトとして用いた表示装置に関する。
近年の発光ダイオードの発光効率向上に伴い、各種照明装置の光源がランプや蛍光灯から発光ダイオードへ置き換えられている。これは、発光ダイオードが小さい、多色化できる、制御しやすい、低消費電力である等、多くの特徴を持つためである。しかし、高光出力が要求される照明用途、または、照明装置をバックライトとして用いるディスプレイ用途等おいては、その光量、効率は不十分であり、さらなる効率向上による光量増加、低電力化が望まれている。
例えば、発光ダイオードからの光取り出し効率を、発光ダイオードの構造を変更することなく向上させる手法として、下記特許文献１で説明されるように、発光ダイオードを高屈折率樹脂で封止し、その周囲を低屈折率樹脂で封止する構成が知られている。
特開平１０−６５２２０号公報
しかし、上記特許文献１では、発光ダイオードからの光取り出しを向上させるが、取り出した光の指向性が強く、複数の発光ダイオードから構成される照明装置に必要とされる光の照射面内における均一性に対する考慮がなされていない。
本発明の目的は、光取り出し効率が高くかつ照射面内における均一性が高い照明装置及びこの照明装置を用いた表示装置を提供することにある。
本発明は、発光ダイオードを高屈折率透明材料で封止し、さらに、前記高屈折率透明材料を低屈折率透明材料で封止した封止構造を複数有する照明装置において、前記発光ダイオードの上面を覆う高屈折率透明材料は、前記発光ダイオードからの光の指向性を広げることを特徴とする。
また、本発明は、赤の波長領域で発光する発光ダイオード、緑の波長領域で発光する発光ダイオード、青の波長領域で発光する発光ダイオードの少なくとも２個以上からなり、前記２個以上の発光ダイオードを高屈折率透明材料で封止することで、前記２個以上の発光ダイオードからの光を混色させることを特徴とする。
以上、本発明によると、発光ダイオードからの光取り出し効率を向上させ、かつ、指向性を広げることで照射面内における光の均一性が高く、さらに、混色性の良い照明装置及びこの照明装置を用いた表示装置が実現できる。
以下、本発明に係る照明装置及びこの照明装置を用いた表示装置の実施例について、図を用いて説明する。
図１から図８は、本実施例を説明するための図であって、図１は、本実施例の照明装置の斜視図、図２は、図１中のＡ−Ａ’断面図、図３は、照明装置の電気回路図、図４は、発光ダイオードからの光の進み方を説明するための封止構造の断面図、図５は、高屈折率透明材料の封止形状を説明する上面図とその断面図、図６は、高屈折率透明材料の形状による出射光の分布図、図７は、発光ダイオードの構成図、図８は、発光ダイオード周辺の上面図である。
図１において、本発明に係る照明装置１００は、複数の封止構造１０を２次元に規則的に配列した構成となっている。
図２において、各封止構造１０は、基板５１に形成された配線５２上に発光ダイオード１を搭載し、高屈折率透明材料２で封止し、さらに、その周囲を低屈折率透明材料３で封止した構造となっている。各発光ダイオード１は導電性のＡｇペースト５３を介して配線５２上に搭載して電気的に接続され、また、発光ダイオード１と配線５２とが金ワイヤ５４で電気的に接続されている。
本発明に係る照明装置は、以下に説明する製造方法で作製する。まず、基板５１上にパターニングされた配線５２の所定の位置に発光ダイオード１を実装する。すなわち、銀ペースト５３を塗布、発光ダイオード１を搭載、銀ペースト５３を熱硬化、金ワイヤ５４による発光ダイオード１と配線５２との間のワイヤボンディングを実施する。次に、高屈折率透明材料２をポッティング後硬化し、さらに、低屈折率透明材料３を封止した後硬化させる。このときに、金ワイヤ５４が高屈折率透明材料２と低屈折率透明材料３とに跨ると、材料の違いによる熱膨張差によって応力を受け断線等の可能性がある。そのため、金ワイヤ５４全体が高屈折率透明材料２内に封止されている方が好ましい。実装、封止工程の後、配線５２を電源や制御回路（図示せず）に電気的に接続することで、本発明に係る照明装置１００が完成する。なお、照明装置１００又は制御回路に発光ダイオードの保護のために、ツェナーダイオード等を用いた保護回路を組み込んでもよい。
図１に示した照明装置１００の発光ダイオード１は、図３に示す電気回路図のように水平方向（紙面上左右方向）に電気的に直列に接続されている。各直列に接続された発光ダイオード１の順方向に所定電圧を印加することで発光させることができる。ここでは４個のＬＥＤが直列に接続されており、各直列接続は電源や制御回路に電気的に接続される。そのため、直列配線毎に電圧、電流、電圧印加時間等で制御し、発光ダイオード１の発光量を直列ライン毎に自由に変調することが可能である。本実施例では、封止構造が規則的に配置されかつ発光ダイオードが水平方向に電気的に直列接続されていた例を示したが、封止構造の配置や電気的接続は任意に取ることが可能である。
本発明に係る照明装置では、図４に示すように、高屈折率透明材料２が発光ダイオード１の周囲を覆っている。そのため屈折率が１．８〜３．５程度と高い化合物半導体や基板で構成される発光ダイオード１と高屈折率透明材料２との界面での全反射を低減し、高屈折率透明材料２に効率よく光を取り出すことができる。さらに、高屈折率透明材料２はその周囲を低屈折率透明材料３により覆われている。
ここで、高屈折率透明材料２の屈折率をｎ1、低屈折率透明材料３の屈折率をｎ2としたとき、発光ダイオード１からの光５が、高屈折率透明材料２から低屈折率透明材料３へ入射角θ＝ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）より大きい角度で入射すると、光５はその界面で全反射を起こす。全反射した光５は、発光ダイオード１の方向（紙面下方向）に戻って進む。本発明に係る照明装置では、発光ダイオード１の中心部における高屈折率透明材料２の厚さをＨ、発光ダイオード１の上面の幅をＬとすると、Ｈ＞（Ｌ／２）／ｔａｎ（θ）の関係を満たす。ここで、θ＝ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）であるから、Ｈ＞（Ｌ／２）／ｔａｎ｛ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）｝となる。
この不等式を満たす本発明に係る照明装置においては、発光ダイオード１の端部から臨界角θで低屈折率透明材料３との界面に入射して全反射した光においても、発光ダイオード１自身に戻り吸収されることなく、その光６は基板５１や配線５２に達する。さらに、基板５１や配線５２と、高屈折率透明材料２と低屈折率透明材料の界面との間で全反射を繰り返し高屈折率透明材料２の周辺部から低屈折率透明材料３を通過し外部に取り出される。
このように、本発明に係る照明装置においては、発光ダイオードからの光を効率よく取り出しかつ光を透明材料の周辺部に広げて封止構造１０から光を出射するため、仮想的に光源の指向性を広げていることに相当し、各封止構造１０からの光取り出し効率が高くかつ照射面内の光均一性が高い照明装置を提供することができる。
例えば、高屈折率透明材料２の屈折率ｎ1＝１．７５、低屈折率透明材料３の屈折率ｎ2＝１．４とすると、発光ダイオード１の上面の幅Ｌ＝３００μｍの場合、高屈折率透明材料２の厚さＨは、Ｈ＞１１３μｍで形成される。このとき、発光ダイオード１の端部から臨界角５３度以上で界面に入射した光５は全反射されるが、発光ダイオード１には再入射せずに、基板５１又は配線５２に達し反射することになる。
また、本発明に係る照明装置は、高屈折率透明材料２の形状により、仮想的な光源のサイズを大きくし、また、その指向性を任意に制御することが可能である。図５は、光源としての発光ダイオードの周辺の上面図と、その上下方向及び左右方向の断面図である。ここでは説明のために、低屈折率透明材料３を除いた状態を図示している。前述の関係式Ｈ＞（Ｌ／２）／ｔａｎ｛ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）｝を満たし、かつ、図５（ａ）に示したように、高屈折率透明材料２の形状が発光ダイオード１を中心とした点対称形状であれば、どの方向においても同様に光を広げる効果がある。一方、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、この関係式を満たし、かつ、その形状が非対称である場合、方向によって光を広げる効果が異なっている。
図５（ｂ）に示すように、ｘ方向に高屈折率透明材料２が長く、ｙ方向が半球状になっている場合は、ｘ方向においては光を広げる効果があり、またｙ方向では半球状であるため光を集める効果がある。このときの出射光の角度分布の一例を図６（ａ）（ｂ）に示す。図６（ａ）に示すように、発光ダイオードからの出射光の水平方向の分布は、全反射しない直上方向０度に対して第一のピークがあり、全反射して光を広げるため９０度より少し内側の角度に第２のピークがある。また、図６（ｂ）に示すように、発光ダイオードからの出射光の垂直方向の分布は、発光ダイオード直上方向０度にピークがあり、そこから光量が減っていく。このように高屈折率透明材料の形状に異方性を持たせることで水平方向の光を広げまた、垂直方向に光を集める照明装置を作製可能となる。
例えば、本実施例の照明装置を、以下の実施例６で説明する表示装置のバックライトとして用いると、広い視野角が必要とされる水平方向に光を広げ、また、余り視野角が必要とされない上下方向では光の広がりを抑え、光を有効に使えることができる。
また、図５（ｃ）に示すように、高屈折率透明材料２の形状がｘ方向に長く、ｘ方向とｙ方向が共に平坦であるような場合は、出射光の角度分布のｘ方向とｙ方向の差異は少ないが、仮想的に光源とみなせる範囲がｘ方向で広く、ｙ方向で狭くなる。そのため、複数配列された封止構造の間隔をｘ方向で広く、ｙ方向で狭く配置することで、より均一な照明装置となる。
次に、本発明に係る照明装置を構成する各部材中で重要な部材及び関連する構造について説明する。
発光ダイオード１の発光色は、その発光ダイオードの半導体層の組成、構造、製法等で変えることができ、可視光全域から任意の発光色を選択することが可能である。また、各発光色の発光ダイオードを組み合わせて、混色させ、任意の発光色を得ることができる。例えば、赤、緑、青の発光を混色することで、白色を得ることができる。また、発光ダイオードの周囲に蛍光体を配置し、発光ダイオードの発光と蛍光体の発光を混色して、例えば、発光ダイオードの青と蛍光体の黄色を混色して、白色に発光させることや、発光ダイオードの紫外光で蛍光体の赤、緑、青を励起して、白色に発光させることも可能である。これらは、照明装置の用途に応じて任意に選択、組み合わせることが可能である。
また、発光ダイオードはアノードとカソードの電極配置により実装形態が異なり、図２に示したように、その上面と下面に電極がある場合以外にも、図７（ａ）に示すように、上面にアノードとカソードの２電極をとる配置や、図７（ｂ）に示すように、下面にアノードとカソードの２電極をとる配置があり、それらを用いることも可能である。いずれの場合も、上面はワイヤ接続、ウエッジ接続、下面はバンプ接続、ペースト接続、半田接続、熱圧着接続、超音波圧着接続等が用いられ、発光ダイオードの電極や配線のメタライズや基板の耐熱性等によって選択される。また、図２や図７（ｂ）に示した電極配置の場合には、発光ダイオードの下面にも配線との導電性が必要とされる。電極数も発光ダイオードのサイズや種類等により異なり、２個以上の電極を有するものを用いることも可能である。発光ダイオードのサイズは任意だが、０．１ｍｍ角から１ｍｍ角程度のもが入手し易く利用し易い。本発明においては、いずれの電極配置やサイズの発光ダイオードを用いてもよい。
高屈折率透明材料２及び低屈折率透明材料３は、透過率が高く、耐熱性、耐光（耐ＵＶ）性があり、透湿性が低く、密着性があり、クラック等が発生しないものが好ましい。また、発光ダイオードからの光取り出しの点から、高屈折率透明材料は、発光ダイオードを構成する基板や化合物半導体にできるだけ近い高屈折率の材料が好ましい。一方、低屈折率透明材料は、空気の屈折率ｎ＝１から高屈折率透明材料の屈折率までの間で選択することができる。高屈折率透明材料は、エポキシ系、アクリル系、シリコーン系等の樹脂やこれら樹脂の混合物の中で比較的屈折率の高いものを用いることができる。
発光ダイオードからの光取り出しの点からは、高屈折率透明材料の屈折率は高いほど好ましいが、樹脂単独でｎ＝１．６以上の屈折率があって、かつ、信頼性の高いものを得ることが困難となってくる。その際に、これらの樹脂をベースとして高屈折率の透明微粒子を混入することで屈折率を向上したものを得ることが可能である。高屈折率の微粒子としては、酸化チタン、酸化ジリコニウム、酸化亜鉛、その他酸化物や、ダイヤモンド等を用いることが可能である。その粒子径は、光の散乱がほぼ無視できるサイズ、すなわち、可視光の波長オーダ以下であることが好ましい。より好ましくは５０ｎｍ以下である。
低屈折率透明材料は、エポキシ系、アクリル系、シリコーン系等の樹脂やこれら樹脂の混合物の中で比較的屈折率の低いものを用いることができる。
これら高屈折率透明材料や低屈折率透明材料は、ディスペンスやポッティング、ディップ等の方法で配置され、熱硬化、ＵＶ硬化やその他硬化方法により硬化される。透明樹脂の量や形状は、照明装置の設計方針や樹脂粘度、チクソ性等各種の性質により任意に設定することができる。また、形状の精度が要求される場合には、金型を用いた射出成型、トランスファ成型、スタンパ成型や、ＵＶ硬化樹脂と透明型を利用した成型を利用してもよい。また、本発明においては、低屈折率透明材料の形状は任意にとることができ、用途にあわせて形状を変更し、低屈折率透明材料においても光の指向性を制御できる。
また、他の高屈折率透明材料としては、多孔質の無機材料にチタニアゾルを混入したものを用いてもよい。多孔質のサイズとしては光の波長以下のものが好ましい。無機材料としては、例えば、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ルビジウム、硫酸マグネシウム、硫酸セシウム等の硫酸塩が挙げられる。これらの水溶液を塗布（封止）後、１００度以上で突沸させ、水分を飛ばすことで多孔質の無機材料が形成できる。また、無機材料にシリカゾルを用いて、これを加熱することで、多孔質の無機材料を形成することも可能である。ここにチタニアゾルを塗布（封止）し、さらに、チタニアゾル中の有機分を加熱や加水分解により高屈折率透明材料を作製可能である。チタニアゾルは有機分を除く際の体積収縮が大きくクラック、剥離等の課題があるが、多孔質により収縮範囲が限られるため、これらの発生を抑えられる。また、酸化チタンには光触媒反応により樹脂等を分解する働きがあるが、周囲を前述の無機分で覆うことで分解の影響をなくせる。そのため、本発明の構成では屈折率が２．６程度と高い酸化チタンを有効に用いることが可能である。
基板５１及び配線５２は、いわゆるプリント配線基板と呼ばれるもの、すなわち、銅、アルミ等の金属ベースに絶縁層を介して配線する。また、ガラスエポキシ等の上に配線形成した配線基板を用いることができる。また、いわゆるセラミック配線基板と呼ばれるもの、すなわち、窒化アルミ、窒化珪素、アルミナ等のセラミックに印刷やスパッタ、蒸着等を用いて配線形成した配線基板を用いることができる。また、ポリイミド等の樹脂上に配線形成されたフレキシブル基板配線等を用いてもよい。また、ＣｕやＣｕ合金、４２アロイ等からなるリードフレーム配線を金属等の基板に絶縁層を介して貼り付けた配線基板を用いてもよい。
これら基板５１や配線５２に発光ダイオードを実装する部分は、透明材料により封止されるが、その際に、配線や基板に発光ダイオードからの光が入射するため、配線や基板の反射率が高い方が好ましい。配線の反射率が基板の反射率よりも高い場合、特に高反射率の材料で配線を形成する場合や高反射率材料のめっきやスパッタにより反射率を高める場合には、図８（ａ）に示すように、高屈折率透明材料２で封止される部分の大半を高反射率の配線５２にした方が好ましい。例えば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｎｉ等が配線材料やそのめっき、スパッタ材料として好適である。一方、反射率の高いセラミック基板や白色レジスト等を被せた基板等、配線５２より基板５１の反射率が高い場合には、図８（ｂ）に示すように、白色レジストを被せた基板の場合や、図８（ｃ）に示すように、セラミック基板の場合のように、透明材料封止部２における配線５２の面積を小さくし、基板５１の大部分が表面に大きく出るようにした方がよい。また、発光ダイオードの発光効率は、その温度上昇に伴い減少する傾向にあるため、放熱性の高い基板や配線を利用することが好ましい。
図９は、本発明に係る照明装置の１つの封止構造の実施例２を説明する断面図である。本実施例では、実施例１と同様に、発光ダイオード１を高屈折率透明材料２で封止し、その周囲を低屈折率透明材料３で封止した構造となっている。実施例１と異なるのは、本実施例においては、高屈折率透明材料２が、発光ダイオード１の中央部において凹構造を有する構造となっている。
発光ダイオード１からの光５は、高屈折率透明材料２により封止されているため、効率よく出射される。発光ダイオード１から出射した光５は、高屈折率透明材料２と低屈折率透明材料３の界面に達する。このとき、特に、発光ダイオード１から上方に向かって出射された光５は、高屈折率透明材料２の凹構造の斜面で全反射されて、その方向を水平方向に変えて出射される。
すなわち、本実施例においては、発光ダイオード１からの光５を効率よく取り出しかつ光５を透明材料の周辺部に広げて、封止構造１０から光を出射するため、各封止構造からの光取り出し効率が高くかつ照射面内の光均一性が高い照明装置を提供することができる。
本実施例の高屈折率透明材料２の凹構造は、金型等を用いて形成することが可能である。また、図１０に示すように、発光ダイオード１が複数本の金ワイヤ５４と接続されている場合は、高屈折率透明材料２の粘度やチクソ性や金ワイヤ５４のループ高さ等を最適化することで、金型等を用いずに金ワイヤ５４の形状に沿って凹形状を作製することができる。
また、本実施例の封止構造の形状は、発光ダイオード１を中心として回転対称になっているのはもちろんのこと、非対称性がある場合においても、方向によって光均一性の程度こそは異なるが、実施例１と同様の効果があることはいうまでもない。
図１１は、本発明に係る照明装置の１つの封止構造の実施例３を説明する断面図である。また、図１２は、本発明に係る照明装置の電気回路図である。本実施例では、図１２に示すように、封止構造１０が水平方向に４個、垂直方向に４個並んだ場合、すなわち、図１に示すように、封止構造１０が並んだ場合を示している。
本実施例において、以下の説明を除き実施例１又は２と同様である。（実施例２の凹形状は図示せず。）すなわち、複数の発光ダイオード１を高屈折率透明材料２で封止し、その周囲を低屈折率透明材料３で封止した構造となっている。
本実施例では、低屈折率透明材料３は、射出成型により円柱状に成型されている。また、発光ダイオード１として、赤色の波長領域で発光する発光ダイオード１Ｒ、緑色の波長領域で発光する発光ダイオード１Ｇ、青色の波長領域で発光する発光ダイオード１Ｂを搭載している。このとき、図１２に示すように、各封止構造１０中の発光ダイオード１Ｒ、１Ｇ、１Ｂの各々は、水平方向（紙面左右方向）に隣接する封止構造１０中の同じ発光色の発光ダイオードと直列に接続している。
本実施例は、光の３原色である赤、緑、青で発光する発光ダイオードを有している。そのため、制御回路（図示せず）により各ラインの電流、電圧、電圧印加時間等を制御してその発光色を、白色光を含んだ任意の色に自由に制御できる照明装置を提供することができる。この際、発光ダイオードは、高屈折率透明材料に覆われているため効果的に光を取り出せるのはもちろんのこと、高屈折率透明材料の形状は実施例１、２のように形成されているため、各封止構造内の発光ダイオードから出射される赤、緑、青の光の各々が水平方向に全反射して良好に混色される。また、隣接する封止構造間でも光が均一化される効果がある。
また、本実施例では、ライン毎に同色の発光ダイオードが１直列に接続されている。そのため後述する実施例６に示すように、表示装置のバックライトとして照明装置を利用する場合には、画像に合わせてライン毎に発光タイミングや発光量を制御でき、表示装置の高画質化にも好適である。
図１３と図１４は、それぞれ本発明に係る照明装置の１つの封止構造１０の実施例４を説明する断面図である。図１３は、発光ダイオード１が１個の場合、図１４は、赤色領域、緑色領域、青色領域で発光する発光ダイオード１Ｒ、１Ｇ、１Ｂによって構成されている場合である。本実施例では、以下の説明を除き、実施例１から３と同様である。（実施例２の凹形状は図示せず。）
本実施例は、高屈折率透明材料２の高さが不均一であり、発光ダイオード１が実装されている部分の高屈折率透明材料２の高さが、それ以外の部分よりも高い構造となっている。本実施例においては、これまでの各実施例と同等の効果、すなわち、取り出し効率が高く、均一性がよいという効果が得られる。また、個々の発光ダイオード１Ｒ、１Ｇ、１Ｂを高屈折率透明材料２で覆っているので、図１１に示すように、個々の発光ダイオード１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ全体を覆う場合と比較して、高屈折率透明材料２の使用量を減らし、低コストかできるという効果がある。
なお、高屈折率透明材料２が実施例１又は２に示した条件を満たす形状を有さない場合においても、発光ダイオード１が実装されている部分の高屈折率透明材料２の高さが、それ以外の部分よりも高い構造となっていれば、光取り出し効果は劣るが、光の均一性を上げる効果がある。また、個々の発光ダイオード１Ｒ、１Ｇ、１Ｂを高屈折率透明材料２で覆っているので、個々の発光ダイオード同士の混色性を上げる効果がある。
本実施例において、高屈折率透明材料２の形状は、射出成型等の金型を利用して作製してもよいし、高屈折率透明材料２の粘度やチクソ性や金ワイヤのループ高さ等を最適化することで、金型等を用いずに作製してもよい。
図１５は、本発明に係る照明装置の実施例５を説明する斜視図である。また、図１６と図１７は、本実施例の封止構造の断面図である。図１５に示すように、照明装置１００は複数の封止構造１０を配列した構成となっている。図１６に示すように、各封止構造１０は、発光ダイオード１を高屈折率透明材料２で封止し、さらに、その周囲を低屈折率透明材料３で封止した構造となっている。
本実施例では、高屈折率透明材料２と低屈折率透明材料３の周囲に反射板４を有している。反射板４内部の高屈折率透明材料２の形状は、これまでの実施例のいずれを適用してもよい。例えば、図１４に示す実施例４の構成を適用した場合、すなわち、図１７に示すように、赤色領域で発光する発光ダイオード１Ｒ，緑色領域で発光する発光ダイオード１Ｇ、青色の発光領域で発光する発光ダイオード１Ｂを各１個有し、高屈折率透明材料２の各々の発光ダイオードの中心部での高さが、それ以外の部分よりも高くする。
本実施例においては、これまでの実施例と同じく、発光ダイオードから効率よく、均一に、光を取り出しかつ高屈折率透明材料の使用量の少ない低コストの照明装置を提供することができる。
本実施例では、反射板４が高屈折率透明材料２や低屈折率透明材料３を封止する際に周囲に広がるのを抑制するため、ポッティングやディスペンスといった方法で、容易に透明材料の形状を制御できる効果がある。
また、反射板４は反射率が高く、耐熱性、耐熱性、耐光（耐ＵＶ）性があり、透湿性が低く、密着性があり、クラック等が発生しないものが好ましく、樹脂であれば、トランスファ成型や射出成型等成型されるものである。ここでいう樹脂製の反射板には、樹脂材自身が白色のもの以外にも、高反射率を得るために、白色顔料、微粒子を樹脂中に添加したもの、樹脂内部に微小空洞を多数設けて界面での多重反射を利用したもの、表面に反射率の高い金属膜を蒸着、スパッタ、印刷等の方法で付けたもの、表面に誘電体多層膜をつけたもの等を反射に利用して反射率を高めたもの等が含まれる。特に、反射板の表面の凹凸をなくした場合は、いわゆる鏡面になる。また、樹脂以外ではアルミナ等のセラミック等を焼結して作製したものでもよい。これら反射板は、配線形成後又は発光ダイオードの実装工程後に接着し、その後各種樹脂封止という工程をとることができる。
また、配線としてリードフレームを用いる場合には、図１８（ａ）（ｂ）に示すように、事前にリードフレームに反射板を一体成型するいわゆるプリモールドの状態を作製し、その状態で実装、封止工程を終えてから基板に絶縁層を介して貼り付けをしてもよい。図１８（ａ）（ｂ）は、本発明に係る照明装置の１つの封止構造１０の断面図及び上面図である。複数の封止構造１０内の発光ダイオード１を直列接続して用いる場合は、一連のリードフレーム５３で各プリモールド５を電気的に接続して、基板５１に粘着層５５を介して貼り付けることで、簡易に本実施例の照明装置を製造できる。
図１９は、本発明に係る表示装置の実施例を説明する斜視図である。本実施例では、これまでの各実施例で説明した照明装置を１個又は複数個を配列した照明装置１００と、照明装置１００からの光を光学部材群１０２の方向に反射する反射シート１０１と、反射シート１０１からの反射光と照明装置１００からの光をより均一化すると共に光の指向性を制御する光学部材群１０２と、光の透過率を制御する非発光型表示パネル１０３を有している。
反射シート１０１は、照明装置１００の封止構造１０の部分が開口されている。この反射シート１０１は、光学部材群１０２から照明装置１００側に反射された光を再び非発光型表示パネル１０３の方向へ反射する機能を持つ。
非発光型表示パネル１０３は、背面にある照明装置１００からの光を画素毎に透過ないし遮断と任意に光の透過率を制御することで、任意の画像や文字を表示できる。
本実施例の非発光型表示パネル１０３の表示モードとしては、液晶表示モード、電気泳動表示モード、エレクトロクロミック表示モード、電子粉流体表示モードやその他自らは光を発しない透過型の表示モードを全て利用することができる。また、光学部材群１０２は、拡散板、反射板、導光板、プリズムシート、偏光反射板拡散シート等を単独又は適宜組み合わせて利用し、任意の指向性や光の均一性を得ることができる。
本実施例は、これまでの実施例で説明したように、光の取り出し効率が高く、照射面内の均一性が良好である照明装置を、１個又は複数個にまとめてバックライトとして用いるため、表示装置としても、効率が高く、均一性が良好である。また、光の良好な均一性を利用して、バックライトの厚みをより薄くし、ひいては、表示装置全体の厚さを薄くした表示装置を提供することが可能である。
また、これまでの実施例の照明装置では、光の出射方向を制御できるため、広い視野角が必要とされる水平方向に光を広げ、また、余り視野角が必要とされない上下方向では光の広がりを抑え、光を有効に使えることができる。また、この効果を担っていたプリズムシート等の光学シートの枚数を減らして低コスト化することも可能である。また、従来の蛍光管を用いたバックライトと比較して、発光ダイオードは、オンオフの応答速度が速いため、表示装置の動画特性やコントラスト等の画質向上に寄与できる。このとき、照明装置１００内の発光ダイオードを、非発光型表示パネル１０３の画像信号と同期させて、水平方向に並んだ発光ダイオードを列毎や発光色毎に順次点灯させてもよい。また、特に赤、緑、青に発光する発光ダイオードをバックライトとして用いて表示装置を構成した場合、従来の蛍光管を用いたバックライトと比較して、色再現範囲が広く、非常に鮮やかな画像が表示できる。なお、発光ダイオードは、蛍光管が有する水銀を含まないため環境に優しいといった利点もある。
本発明に係る照明装置の実施例１の斜視図 図１のＡ−Ａ’断面図 実施例１の電気回路図 実施例１の光の進み方を説明するための封止構造の断面図 実施例１の高屈折率透明材料の形状を説明する断面図及び上面図 実施例１の高屈折率透明材料の形状による出射光の分布図 実施例１の発光ダイオードの構成図 実施例１の発光ダイオード周辺の上面図 実施例２の光の進み方を説明するための封止構造の断面図 実施例２の封止構造の断面図 実施例３の封止構造の断面図 実施例３の電気回路図 実施例４の封止構造の断面図 実施例４の他の封止構造の断面図 本発明に係る照明装置の実施例５の斜視図 実施例５の封止構造の断面図 実施例５の他の封止構造の断面図 実施例５のさらに他の封止構造の断面図及び上面図 本発明に係る表示装置の斜視図
符号の説明
１…発光ダイオード、２…高屈折率透明材料、３…低屈折率透明材料、４…反射板、５…プリモールド、５１…基板、５２…配線、５３…リードフレーム、１０…封止構造、５４…金ワイヤ、５５…粘着層、１００…照明装置、１０１…反射シート、１０２…光学部材群、１０３…非発光型表示パネル

Claims (18)

  1. 発光ダイオードを高屈折率透明材料で封止し、前記高屈折率透明材料を低屈折率透明材料で封止した封止構造を複数有する照明装置において、
    前記発光ダイオードの上面を覆う高屈折率透明材料は、前記発光ダイオードからの光の指向性を広げることを特徴とする照明装置
  2. 前記発光ダイオードの上面を覆う高屈折率透明材料は、前記発光ダイオード中央における厚さをＨ、前記発光ダイオードの上面の一辺の長さをＬ、前記高屈折率透明材料の屈折率をｎ1、前記低屈折率透明材料の屈折率をｎ2としたときに、Ｈ＞（Ｌ／２）／ｔａｎ｛ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）｝の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の照明装置
  3. 前記発光ダイオードの上面を覆う高屈折率透明材料は、前記発光ダイオード中央において凹構造を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置
  4. 前記高屈折率透明材料は、水平方向の長さが他方向より長いことを特徴とする請求項１に記載の照明装置
  5. 前記発光ダイオードは、赤の波長領域で発光する発光ダイオード、緑の波長領域で発光する発光ダイオード、青の波長領域で発光する発光ダイオードの少なくとも１個以上からなることを特徴とする請求項１に照明装置
  6. 前記発光ダイオードは、赤の波長領域で発光する発光ダイオード、緑の波長領域で発光する発光ダイオード、青の波長領域で発光する発光ダイオードの少なくとも２個以上からなり、前記２個以上の発光ダイオードを高屈折率透明材料で封止することを特徴とする請求項１に記載の照明装置
  7. 前記２個以上の各発光ダイオードを覆う高屈折率透明材料の高さは、各発光ダイオードが実装されていない部分よりも高いことを特徴とする請求項６に記載の照明装置
  8. 前記発光ダイオードが、ワイヤにより配線と電気的に接続されており、前記ワイヤが前記高屈折率透明材料内に封止されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置
  9. 前記封止構造の周囲に反射板を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置
  10. 前記高屈折率透明材料は、透明樹脂よりも屈折率が高い透明微粒子を透明樹脂に分散した材料であって、前記透明微粒子のサイズが可視光の波長以下であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置
  11. 前記高屈折率透明材料は、多孔質の無機材料にチタニアゾルを分散した材料であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置
  12. 前記発光ダイオードを電気的に接続する基板上の配線の反射率は、前記基板の反射率より高く、前記高屈折率透明材料で封止された部分における配線と基板の面積は、配線の面積が基板の面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の照明装置
  13. 前記発光ダイオードを電気的に接続する基板上の配線の反射率は、前記基板の反射率より低く、前記高屈折率透明材料で封止された部分における配線と基板の面積は、配線の面積が基板の面積より小さいことを特徴とする請求項１に記載の照明装置
  14. 前記封止構造は、２次元に概ね規則的に配列されており、水平方向に隣り合う同色で発光する発光ダイオード同士を直列に接続することを特徴とする請求項１に記載の照明装置
  15. バックライトと、バックライトからの光の均一性や指向性を制御する光学部材群と、光の透過率を画素毎に制御する非発光型表示パネルとを有する表示装置において、
    前記バックライトは、発光ダイオードを高屈折率透明材料で封止し、前記高屈折率透明材料を低屈折率透明材料で封止した封止構造を複数有して、前記発光ダイオードの上面を覆う高屈折率透明材料が、前記発光ダイオードからの光の指向性を広げることで、前記封止構造からの光の均一性を高めることを特徴とする表示装置
  16. 前記発光ダイオードの上面を覆う高屈折率透明材料は、前記発光ダイオード中央における厚さをＨ、前記発光ダイオードの上面の一辺の長さをＬ、前記高屈折率透明材料の屈折率をｎ1、前記低屈折率透明材料の屈折率をｎ2としたときに、Ｈ＞（Ｌ／２）／ｔａｎ｛ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）｝の関係を満たすことを特徴とする請求項１５に記載の表示装置
  17. 前記発光ダイオードの上面を覆う高屈折率透明材料は、前記発光ダイオード中央において凹構造を有することを特徴とする請求項１５に記載の表示装置
  18. 前記発光ダイオードは、赤の波長領域で発光する発光ダイオード、緑の波長領域で発光する発光ダイオード、青の波長領域で発光する発光ダイオードの少なくとも２個以上からなり、前記２個以上の発光ダイオードを高屈折率透明材料で封止することで、前記２個以上の発光ダイオードからの光を混色させることを特徴とする請求項１５に記載の表示装置
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