JP2011009143A - 照明装置およびバックライト - Google Patents

Abstract

【課題】発光部の色ごとに光放射特性を調整し、面内での色ムラの発生や不要な輝度調整をなくして低消費電力化を図ること。
【解決手段】本発明は、異なる色に対応した複数の発光部２と、複数の発光部２を各々搭載する基材であるリードフレーム２１と、リードフレーム２１における発光部２の周辺に取り付けられ、発光部２の対応する色ごとに異なる形状を有する反射部３とを有する照明装置である。ここで、反射部３の異なる形状としては、異なる反射角度や異なる平面視形状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置およびバックライトに関する。詳しくは、異なる色に対応した複数の発光部を有する照明装置および、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した発光部を用いて白色光を出射するバックライトに関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を利用したバックライトは、高画質（色再現性）や環境配慮の観点から、薄型表示装置用として昨今注目されている。また、ＬＥＤバックライトの分割駆動は、更に画質（コントラスト）の向上を生み出し、これを適用する装置の低消費電力化にも貢献している。

ここで、特許文献１には、バックライト内の光源の配置方法について、３原色の配置をＸＹ方向で各々９０度ずつ回転させ、白色時の色ムラを抑制する技術が開示されている。また、特許文献２には、分割駆動を行うバックライトの分割基板の配置、構成に関する技術が開示されている。

特開２００８−０４１６６６号公報 特開２００７−１８３５６０号公報

しかしながら、従来の技術では、各色に対応した発光部の光の放射特性が異なることに起因して色ムラの発生や、色ごとの輝度調整による消費電力の増加といった問題が生じている。

本発明は、発光部の色ごとに光放射特性を調整し、面内での色ムラの発生や不要な輝度調整をなくして低消費電力化を図ることを目的とする。

本発明は、異なる色に対応した複数の発光部と、複数の発光部を各々搭載する基材と、基材における発光部の周辺に取り付けられ、発光部の対応する色ごとに異なる形状を有する反射部とを有する照明装置である。ここで、異なる形状としては、異なる反射角度や異なる平面視形状である。

また、異なる色に対応した複数の発光部と、複数の発光部を各々搭載する基材と、基材の一部として設けられ、発光部の対応する色ごとに異なる角度を有する反射部とを有する照明装置である。

このような本発明では、発光部から出射される光を反射部で反射させるにあたり、色ごとに異なる反射分布を得られるようになる。

また、本発明は、異なる色に対応した複数の発光部と、記複数の発光部を各々搭載する主基材と、主基材に発光部を搭載するにあたり間に介在させる部材であって、発光部の対応する色ごとに異なる高さ有する副基材とを有する照明装置である。

このような本発明では、発光部から出射される光の放射分布が副基板の高さによって調整され、色ごとに異なる光の放射分布を得られるようになる。

また、本発明は、異なる色に対応した複数の発光部と、複数の発光部から出射される光の放射分布を発光部の対応する色ごとに調整する分布調整部とを有する照明装置である。ここで、分布調整部としては、発光部から出射される光を所定角度に反射させる反射部や、発光部を主基材に搭載する際の高さを設定する副基材が、発光部の対応する色ごとに選択される。

このような本発明では、発光部から出射される光の放射分布が分布調整部で調整され、色ごとに異なる光の放射分布を得られるようになる。

ここで、発光部の色ごとに異なる光の放射分布は、発光部の色に対応した構造上の違いで発生する。例えば、赤色の発光部では出射がランバシアン分布に近く、緑色の発光部は肩を持った放射分布となる。各色の発光部では、光の取り出し効率を向上させるためレンズを用いるが、レンズによって光の取り出し効率が高まるほど発光部の色に対応した構造の相違に起因する放射分布の相違が顕著に反映されることになる。本発明では、レンズによって光の取り出し効率を向上させつつ、顕著となる放射分布の色ごとの相違を分布調整部によって調整している。

また、本発明は、Ｒ（赤）に対応した発光部、Ｇ（緑）に対応した発光部、Ｂ（青）に対応した発光部が各々少なくとも１つ配置される発光ユニットと、発光ユニットを複数載置するユニット載置部とを有し、発光ユニットの各発光部の対応する色ごとに出射する光の分布を調整する分布調整部が設けられているバックライトである。

このような本発明では、発光ユニットの各発光部から出射される光の放射分布が分布調整部で調整され、色ごとに異なる光の放射分布を得られるようになる。

本発明によれば、発光部の色ごとの光放射特性の調整により、面内での色ムラの発生を抑制することが可能となる。また、色ムラの発生を抑制できることから、色ごとの輝度調整が不要となり、低消費電力化を図ることが可能となる。

本実施形態に係る照明装置を構成する光源の構成を説明する図である。 発光ユニットを説明する模式平面図である。 本実施形態に係る照明装置の概要を説明する図である。 レンズを有する構成を説明する模式断面図である。 平面レンズを備える光源の放射特性を説明する図である。 凸型レンズを備える光源の放射特性を説明する図である。 非球面型のレンズを備える光源の放射特性を説明する図である。 リードフレームのパターンに特徴を有する構成を説明する図である。 サブマウントのパターンに特徴を有する構成を説明する図である。 発光部の製造方法を説明する工程図である。 発光部の実装構造による放射分布調整について説明する図である。 実装構造の相違による光の放射分布の相違を説明する図である。 レンズを有する光源について、レンズ形状および色ごとの発光効率の変化を説明する図である。 サブマウントの厚さによる放射分布の相違を説明する図である。 サブマウントもしくはレンズの大きさによる放射分布の相違を説明する図である。 サブマウントの表面に形成された配線パターンによる放射分布の調整を説明する図である。 リードフレームのパターン形状による放射分布の調整を説明する図である。 反射部による放射分布の調整を説明する図である。 サブマウントのパターンによる放射分布の調整を説明する図である。 バックライト上のＴＦを説明する図である。 本実施形態に係るバックライトの全体構成を示す分解斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．照明装置の基本的な構成（光源、発光ユニット）
２．本実施形態に係る照明装置の概要（各種特徴の例）
３．発光部の製造方法
４．具体的な構成（実装構造の例、レンズ形状による特性の変化、サブマウントによる放射分布、リードフレームによる放射分布、サブマウントのパターンによる放射分布）
５．本実施形態に係るバックライトの概要（バックライトに要求される特性、本実施形態に係るバックライトの特徴）
６．本実施形態に係るバックライトの構成（全体構成、発光ユニットの構成、バックライトの装置への適用）
７．適用例

＜１．照明装置の基本的な構成＞
［光源］
図１は、本実施形態に係る照明装置を構成する光源の構成を説明する図で、（ａ）はリードフレームの端部をパッケージに沿って曲げる構成の斜視図、（ｂ）はエッチングによって裏面から電極を取り出す構成の断面図である。光源１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）から成る発光部２がパッケージ内に実装されたものであり、リフロー等の手法で基板実装に適用できるものをいう。ＬＥＤは所定の色の光を発光する素子であり、本実施形態では、一例として、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した各色の光を発生するよう構成されている。

パッケージは、チップ状の発光部２を載置するリードフレーム２１と、発光部２とリードフレーム２１とを電気的に接続する導通部（例えば、ボンディングワイヤー、バンプ）２２と、発光部２を覆う透明樹脂２３とから構成される。本実施形態では、必要に応じて発光部２の周辺に反射部３が設けられていたり、透明樹脂２３がレンズ形状となっていたりする。

パッケージは、例えば平面視外形が矩形に設けられており、複数個配列しやすい形状となっている。また、パッケージの外側には、リードフレーム２１から延設される端子４が折り曲げられた状態で設けられている。ＬＥＤから成る発光部２を備える場合、ＬＥＤに電流を与えるため２つの端子４が電極としてパッケージの底面から側面にかけて折り曲げられた状態で設けられる。

リードフレーム２１は種々の形状が適用されるが、チップ状の発光部２を載置するダイと、このダイと分離して設けられるリードとに分けられる。ダイおよびリードは電気的に絶縁されており、発光部２の２極（例えば、ＬＥＤのアノード、カソード）と各々導通することになる。ダイおよびリードは、先に説明したパッケージの外側に設けられる端子４まで各々延設されている。

透明樹脂２３は、チップ状の発光部２を覆い、耐候性を向上させる封止材の役目を果たすとともに、発光部２から出射される光を外部に放出するため十分な透光性を備えている。透明樹脂２３は、発光部２上にポッティングによって塗布されるほか、金型を用いた樹脂のモールド成形等によって設けられる。金型を用いる場合には、金型の形状を転写できることから、必要に応じて金型の形状をレンズ形状として構成することができる。したがって、金型の形状により複雑な曲面のレンズ形状も構成可能である。

ここで、透明樹脂２３は、発光部２から光を外部に取り出す役目も担っている。すなわち、発光部２を構成するチップの屈折率（２〜３程度）と空気の屈折率（１）との間に違いがあるため、透明樹脂２３がないとチップ内部で光が全反射を繰り返し、外に光を放出しにくい。そこで、光をチップ外に放出する観点から、チップの屈折率に近い屈折率を有する透明樹脂２３が適用される。

リードフレーム２１上に反射部３が設けられる場合、反射部３は金型を用いた樹脂のモールド成形によって形成される。金型を用いたモールド成形によって、複雑な反射面の形状であっても構成可能である。

［発光ユニット］
図２は、発光ユニットを説明する模式平面図である。発光ユニット１０は、複数の光源を組み合わせた構成である。組み合わされる光源は、異なる色に対応したものとなっている。したがって、発光ユニット１０の最小構成は、２色に対応した２つの光源が組み合わされた構成となる。３つ以上の光源を組み合わせる場合には、異なる色に対応した複数の光源が含まれていればよい。なお、白色の光源を構成する場合には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色に対応した３つの光源を組み合わせた構成が基本となる。

発光ユニット１０は、例えば、Ｒ（赤）に対応した光源、Ｇ（緑）に対応した光源、Ｂ（青）に対応した光源が少なくとも１つ配置され、どのような配置であってもよい。

図２（ａ）に示す発光ユニット１０は、Ｒ（赤）に対応した光源１ｒが１つ、Ｂ（青）に対応した光源１ｂが１つ、Ｇ（緑）に対応した光源１ｇが２つの合計４つの光源が、縦横２×２で配置された構成となっている。縦横２×２の配置は、２つあるＧ（緑）の光源１ｇが対角に配置され、残りの対角にＲ（赤）の光源１ｒおよびＢ（青）の光源１ｂが配置されている。

図２（ｂ）に示す発光ユニット１０は、縦横２×２の光源の組みを４つ配置した構成となっている。すなわち、１つの光源の組みは、Ｒ（赤）に対応した光源１ｒが１つ、Ｂ（青）に対応した光源１ｂが１つ、Ｇ（緑）に対応した光源１ｇが２つの合計４つの光源によって構成され、これが縦横２×２で配置された構成となっている。また、この発光ユニット１０では、４つの光源の組みの配置が、各々９０度ずつ回転している。

どのような光源の配置であっても、発光ユニット１０を構成するには、個別にパッケージ化された複数の光源を直接連結させたり、個別にパッケージ化された複数の光源を１つの支持基板上に実装したりすることでユニット化される。また、予め複数の発光部を組み合わせて一つのパッケージで構成し、ユニット化されていてもよい。

発光ユニット１０は、例えば基板上に複数実装されることで大面積化される。図２（ｃ）に示す例では、複数の発光ユニット１０が縦横に実装された大面積ユニットとなっている。例えば、図２（ｂ）に示す発光ユニット１０を縦横４×３の１２個実装することで中面積ユニットが構成されている。また、この中面積ユニットが縦横２×４の８個組み合わされることで大面積ユニットが構成されている。例えば、中面積ユニットは、発光ユニット１０とともに駆動回路が実装されており、中面積ユニットごとの駆動に対応している。なお、駆動の単位は発光ユニット１０ごとや、光源ごとでも可能である。

本実施形態に係る照明装置の適用範囲は、上記説明した発光ユニット１０の最小単位から大面積ユニットまで含むものである。また、本実施形態に係るバックライトは、上記説明した発光ユニット１０を複数配置した構成であり、特にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した光源１ｒ、１ｇ、１ｂによる発光ユニット１０を用いて白色光を出射するものである。

＜２．本実施形態に係る照明装置の概要＞
次に、本実施形態に係る照明装置の概要を説明する。本実施形態に係る照明装置は、異なる色に対応した複数の発光部から出射される光の放射分布を色ごとに調整する分布調整部を備えている。

分布調整部は、（１）リードフレームに特徴を有する構成、（２）反射部を有する構成、（３）サブマウントを有する構成、（４）レンズを有する構成、（５）リードフレームのパターンに特徴を有する構成、（６）サブマウントのパターンに特徴を有する構成、（７）その他の構成、が挙げられる。以下、順に説明する。

［（１）リードフレームに特徴を有する構成］
図３（ａ）は、リードフレームに特徴を有する構成を説明する模式断面図である。チップ状のＬＥＤである発光部２はリードフレーム２１のダイ上に搭載されている。発光部２はボンディングワイヤー２２ｗによって端子と電気的に接続されている。端子の延出部分以外は透明樹脂２３によって覆われ、パッケージ化されている。

このリードフレーム２１では、発光部２を搭載するダイの一部である周辺が所定の角度で折り曲げられており、発光部２から出射される光を反射する反射部３として利用される。ダイの折り曲げの角度、面積、折り曲げ位置によって光の反射特性が変わり、光の放射分布の調整が行われる。

［（２）反射部を有する構成］
図３（ｂ）は、反射部を有する構成を説明する模式断面図である。チップ状のＬＥＤである発光部２はリードフレーム２１のダイ上に搭載されている。発光部２はボンディングワイヤー２２ｗによって端子と電気的に接続されている。リードフレーム２１上の発光部２およびボンディングワイヤー２２ｗの接続部分の周辺には反射部３が設けられており、発光部２から出射される光を所定角度に反射するようになっている。

反射部３は、光の反射率の良好な例えば樹脂を用いて成形されている。用いられる樹脂は、例えば、反射特性および耐候性（光／熱／湿度に対する耐劣化特性）に富んだものが選ばれる。耐候性の観点からシリコーン系樹脂が好ましく、さらに反射特性を高めるためＴｉＯ（酸化チタン）等の白色化材が添加される。

反射部３は、所定の角度を有する反射面を備えている。この反射面が発光部の周辺を取り囲むように設けられている。反射面によって構成される窪み領域は透明樹脂２３によって埋め込まれ、これによってパッケージ化されている。この光源１では、反射部３の反射面の角度、面積、配置位置によって光の反射特性が変わり、光の放射分布の調整が行われる。

［（３）サブマウントを有する構成］
図３（ｃ）は、サブマウントを有する構成を説明する模式断面図である。チップ状のＬＥＤである発光部２はリードフレーム２１のダイ（主基材）上にサブマウント（副基材）５を介して搭載されている。発光部はボンディングワイヤーによって端子と電気的に接続されている。リードフレーム２１上の発光部２およびボンディングワイヤー２２ｗの接続部分の周辺には、反射部３が設けられており、発光部２から出射される光を所定角度に反射するようになっている。

反射部３は、光の反射率の良好な例えば樹脂を用いて成形されており、所定の角度を有する反射面を備えている。この反射面が発光部２の周辺を取り囲むように設けられている。反射面によって構成される窪み領域は透明樹脂２３によって埋め込まれ、これによってパッケージ化されている。

なお、図３（ｃ）に示す例では反射部３が設けられているが、反射部３が設けられていない構成でも、また図３（ａ）に示すリードフレーム２１の一部を反射部３として利用する構成でもよい。

この光源１では、サブマウント５の高さによって発光部２の配置位置（高さ）が設定され、これによって発光部２から出射される光の放射分布の調整が行われる。また、反射部３を備える構成では、上記サブマウント５の高さによる光の放射分布調整に加え、反射部３の反射面の角度、面積、配置位置によっても光の反射特性が変わり、総合的な光の放射分布調整が行われる。

［（４）凸レンズを有する構成］
図４（ａ）は、凸レンズを有する構成を説明する模式断面図である。この例では、反射部３の反射面によって囲まれた窪み内に発光部２が配置され、この窪み上に透明樹脂２３からレンズ２３Ｌが形成されたものとなっている。

発光部２から出射された光のうち反射面で反射しない光は、直接上方に放射してレンズ２３Ｌを介して所定角度で放出される。また、発光部２から出射された光のうち反射面で反射した光もレンズ２３Ｌを介して所定角度で放射される。このレンズ２３Ｌの形状によって光の放射分布調整が行われる。

図４（ｂ）は、平面レンズを有する構成を説明する模式断面図である。この例では、反射部３の反射面によって囲まれた窪み内に発光部２が配置され、窪み内に透明樹脂２３が埋め込まれたものとなっている。この透明樹脂２３の表面が平坦化され、平面レンズとなっている。

発光部２から出射された光のうち反射部３の反射面で反射しない光は、直接上方に放射して平面レンズを介して放出される。また、発光部２から出射された光のうち反射部３の反射面で反射した光は、所定の角度で平面レンズを介して所定角度で放射される。平面レンズを備える光源では、反射部３の反射面の角度や大きさ、配置位置によって光の放射分布が調整される。

図５は、平面レンズを備える光源の放射特性を説明する図である。図５（ａ）は、リードフレーム２１の一部を折り曲げて反射部３を構成し、透明樹脂２３で封止した表面を平坦化（フラットレンズ化）したものである。また、図５（ｂ）は、リードフレーム２１上に反射部３を設け、窪みに透明樹脂２３を埋め込み、表面を平坦化（フラットレンズ化）したものである。

いずれの例でも、反射部３の反射面の角度や面積、配置位置によって光の放射特性を調整したものである。図５（ｃ）は、これらの光源の光の放射特性例を示す図である。放射特性は、図５（ａ）、（ｂ）に示す両光源について、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の光軸からの角度（横軸）に対する相対強度を示している。反射部の調整によって、いずれの放射特性もランバシアンに近づけたものとなっている。

図６は、凸型レンズを備える光源の放射特性を説明する図である。図６（ａ）、（ｂ）は各々凸型のレンズ２３Ｌの曲率が異なるものを示している。図６（ａ）は図６（ｂ）に比べて凸型のレンズ２３Ｌの曲率が小さいものである。

これらの光源１では、リードフレーム２１のダイ上に発光部２が載置され、その周辺に反射部３が設けられている。また反射部３の反射面で囲まれる窪み内に透明樹脂が埋め込まれ、表面が凸型のレンズ２３Ｌに成形されている。これらの光源１では、凸型のレンズ２３Ｌの曲率、反射部の角度等によって光の放射特性が調整される。

図６（ｃ）は、これらの光源の光の放射特性例を示す図である。放射特性は、図６（ａ）、（ｂ）に示す両光源について、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の光軸からの角度（横軸）に対する相対強度を示している。凸型のレンズの球面曲率を大きくとると反射が減り、光の放射特性をより反映した強度分布が得られる。ここでは、Ｒ（赤）やＢ（青）の光源は、凸型のレンズの球面曲率を大きく、一方出射パターンが広がって肩をもつＧ（緑）の場合には凸型のレンズの球面曲率を小さくして反射成分を増やし強度中心を０度に近い方向に調整している。

図７は、非球面型のレンズを備える光源の放射特性を説明する図である。図７（ａ）に示す光源１は、リードフレーム２１上に反射部３が設けられ、反射部３の反射面によって囲まれた窪み内に発光部２が配置され、この窪み上に非球面型のレンズ２３Ｌが透明樹脂によって形成されたものとなっている。

図７（ｂ）は、この光源の光の放射特性例を示す図である。放射特性は、図７（ａ）に示す両光源について、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の光軸からの角度（横軸）に対する相対強度を示している。この光源の放射特性では、強度ピークが５０度付近にあり、バックライトに適用すると薄型化するにあたり有利な特性となっている。強度ピークを含めた光の放射特性は、非球面レンズの曲面形状や反射部の角度等によって調整される。

［（５）リードフレームのパターンに特徴を有する構成］
図８は、リードフレームのパターンに特徴を有する構成を説明する図である。リードフレーム２１には発光部２であるＬＥＤのチップが搭載される。このリードフレーム２１の表面に反射率を調整する反射部材３１が設けられている。例えば、リードフレーム２１の表面には樹脂被覆が施されている。この樹脂被覆より光の反射率の高い反射部材３１を、発光部２の周辺に配置する。反射部材３１は、例えば金属メッキ（例えば、銀メッキ）が用いられる。反射部材３１は、リードフレーム２１上の設ける位置の樹脂被覆を除去し、そこに金属メッキを施すことで構成される。

図８（ａ）は、リードフレーム２１上の発光部２の周辺近傍に反射部材３１が設けられている例である。また、図８（ｂ）は、リードフレーム２１上の発光部２の周辺の少し離れた位置に反射部材３１が設けられている例である。反射部材３１の位置、面積、形状等の平面視形状によって発光部２から出射される光の反射特性が変わり、光の放射分布の調整が行われる。

［（６）サブマウントのパターンに特徴を有する構成］
図９は、サブマウントのパターンに特徴を有する構成を説明する図である。リードフレーム２１にはサブマウント５を介して発光部２が搭載されている。このサブマウント５の表面に反射率を調整する反射部材３１が設けられている。すなわち、サブマウント５の材質より反射率の高い材質の部材を反射部材３１として取り付ける。

図９（ａ）は、サブマウント５上の発光部の周辺近傍に反射部材３１が設けられている例である。図９（ｂ）は、サブマウント５上の発光部２の隅部周辺に矩形の反射部材３１が設けられている例である。反射部材３１の位置、面積、形状等の平面視形状によって発光部２から出射される光の反射特性が変わり、光の放射分布の調整が行われる。

なお、サブマウント５のパターンに特徴を有する構成では、サブマウント５上に形成する反射部材３１によって放射分布を調整する場合のほか、サブマウント５自体の形状、面積によって調整してもよい。

また、上記の構成以外でも、搭載する発光部２のチップ形状、チップサイズ、ボンディングワイヤー２２ｗの敷設位置、方向等によっても光の放射分布の調整が行われる。

＜３．発光部の製造方法＞
図１０は、発光部の製造方法を説明する工程図である。なお、ここでは、図１（ｂ）に示す裏面から電極を取り出す構成の製造方法を例とする。先ず、サファイア等から成る所定材料のウェハを用い、ＬＥＤの発光部を複数個形成する。このウェハを延伸テープ上に載置し、レーザダイシングを行う。そして、圧力を加えることでブレークする。これにより、ウェハが個々のＬＥＤチップに分割される。

次に、ＬＥＤチップが載置されたテープを延伸し、分離されたＬＥＤチップの検査、選別を行う。一方、セラミックス基板上にバンプ電極を形成し、その上にＬＥＤチップをマウント（フリップチップマウント）する。そして、セラミックス基板をダイシングして、ＬＥＤチップごとに分割する。分割されたセラミックス基板がサブマウントとなる。

ＬＥＤチップ側の製造とは別工程で、リードフレーム側の製造を行う。すなわち、先ず、リードフレームにダイオード等の所定部品を実装し、ワイヤーボンド等の電気的接続を施しておく。その後、リードフレームに金型を用いてモールディング成型し、反射部を形成する。この状態で、リードフレームの反射部の内側に、先にＬＥＤチップ側の製造で形成したサブマウント上のＬＥＤチップを実装する。

次に、ＬＥＤチップが実装されたリードフレームをプラズマクリーニングした後、ＬＥＤチップとリードフレームとをボンディングワイヤーで接続する。その後、金型を用い、ＬＥＤチップ上を透明樹脂で覆い、レンズ成形を行う。

次いで、パッケージの外側に延出するリードフレームの端子に半田メッキを施し、リードフレームのダイシングを行う。その後、目視検査、特性測定を行って、光源が完成する。

＜４．具体的な構成＞
次に、本実施形態に係る光源の具体的な構成について説明する。

［実装構造の例］
図１１は、発光部の実装構造による放射分布調整について説明する図である。Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各々の色に対応した光源は、材料コスト、量産性、放熱特性等の観点から、例えばリードフレームを用いた実装構造を採用する。図１１（ａ）は、リードフレーム２１に接着剤６を介して発光部２を実装した構造、図１１（ｂ）は、サファイア基板を用いた発光部２をリードフレーム２１に実装した構造、図１１（ｃ）は、リードフレーム２１上にサブマウント６を介して発光部２を実装した構造である。

図１２は、発光部の構造の相違による光の放射分布の相違を説明する図である。この図では、光軸からの角度に応じた光の放射強度（相対強度）を示しており、（ａ）〜（ｃ）は、図１１（ａ）〜（ｃ）についての各々の放射分布を示している。発光部２の光の放射分布は、主として発光部の内部構造によって相違する。例えば、赤色の発光部２の内部構造では、ＧａＡｓ基板の上面に発光位置が設けられており、ランバシアンに近い放射特性となっている。また、青色の発光部２の内部構造では、サファイア基板の上面に発光位置が設けられており、ランバシアンより広がる放射特性となっている。また、緑色の発光部２は、サファイア基板の下面に発光位置が設けられており、ランバシアンより広がり、肩が出る放射特性となっている。本実施形態では、このような内部構造による放射特性の相違を、後述するレンズ形状や、サブマウント、リードフレームによって調整し、所望の分布（例えば、３色の放射特性を重なる分布）にしている。

なお、実装構造の相違は、上記図１１に示す例に限定されない。例えば、基板リセス構造、基板張り合わせ構造、テクスチャ構造、Ｐ／Ｎ電極構配置等が挙げられる。いずれも実装構造の相違によって、光の放射分布の特性が変わることになる。

［レンズ形状による特性の変化］
図１３は、レンズを有する光源について、レンズ形状および色ごとの発光効率の変化を説明する図である。図１３（ａ）は、Ｒ（赤）に対応した光源、図１３（ｂ）はＧ（緑）に対応した光源、図１３（ｃ）はＢ（青）に対応した光源である。

図１３（ａ）に示すＲ（赤）に対応した光源では、球面レンズ（Ｒ１．８）を有する構成を基準（１００％）として、レンズ形状による発光効率の相違を示している。Ｒ（赤）に対応した光源では、平面レンズを用いることで発光効率が８６％、非球面レンズ（その１）を用いることで発光効率が１０３％、非球面レンズ（その２）を用いることで発光効率が１０６％となっている。

図１３（ｂ）に示すＧ（緑）に対応した光源では、球面レンズ（Ｒ３．０）を有する構成を基準（１００％）として、レンズ形状による発光効率の相違を示している。Ｇ（緑）に対応した光源では、平面レンズを用いることで発光効率が９６％、非球面レンズ（その１）を用いることで発光効率が１１０％、非球面レンズ（その２）を用いることで発光効率が１１２％となっている。

図１３（ｃ）に示すＲ（青）に対応した光源では、球面レンズ（Ｒ３．０）を有する構成を基準（１００％）として、レンズ形状による発光効率の相違を示している。Ｒ（青））に対応した光源では、平面レンズを用いることで発光効率が８８％、非球面レンズ（その１）を用いることで発光効率が１０２％、非球面レンズ（その２）を用いることで発光効率が１０３％となっている。

［サブマウントによる放射分布］
図１４は、サブマウントの厚さによる放射分布の相違を説明する図である。図１４（ａ）に示すように、リードフレーム２１上にサブマウント５を介してＬＥＤチップである発光部２が搭載されている光源１では、サブマウント５の厚さによって発光部２の発光点高さが調整される。発光点高さが変わることで、反射部３やレンズ２３Ｌとの関係で光学特性が変わり、これによって放射分布を変化させることができる。

図１４（ｂ）は、サブマウントの厚さによる発光効率の相違を示す図である。この図では、サブマウントの縦が１．０ｍｍ、横が０．５ｍｍで、厚さが異なる３種類のものを例とし、サブマウントの厚さが０．２ｍｍの場合を基準（１００％）としている。サブマウントの厚さが０．５ｍｍになると、発光効率が１０２．０７％、サブマウントの厚さが０．４ｍｍになると、発光効率が１０２．１４％となる。

図１５は、サブマウントもしくはレンズの大きさによる放射分布の相違を説明する図である。図１５（ａ）に示すように、リードフレーム２１上にサブマウント５を介してＬＥＤチップである発光部２が搭載される光源１では、サブマウント２１もしくはレンズ２３Ｌの大きさによって放射分布が変化する。

図１５（ｂ）は、サブマウントもしくはレンズの大きさによる発光効率の相違を示す図である。この図では、図１４（ｂ）に示すサブマウントの厚さが０．２ｍｍの場合を基準（１００％）としている。図１５（ｂ）では、サブマウントの厚さ０．４ｍｍであり、サブマウントもしくはレンズの大きさが異なる例を示している。

図１６は、サブマウントの表面に形成された配線パターンによる放射分布の調整を説明する図である。図１６（ａ）では、サブマウント５に発光部２が搭載されている状態を示し、図１６（ｂ）では、サブマウント５の表面に形成された配線パターン７の例を示している。配線パターン７は発光部２に通電するため２極に分かれている。配線パターン７は発光部２とバンプを介して導通する部分と、ボンディングワイヤーが接続される部分とを有する。これ以外の部分については反射部材３１として利用することができる。したがって、配線パターン７の形状によって反射部材３１として利用される領域を変化させ、これによって光の放射分布を調整できることになる。

［リードフレームによる放射分布］
図１７は、リードフレームのパターン形状による放射分布の調整を説明する図である。図１７（ａ）〜（ｄ）は、リードフレーム２１の表面に形成された反射率調整用の反射部材３１の形状の例を示している。

図１７（ａ）は、リードフレーム２１上に搭載される発光部２の周辺近傍に円形の反射部材３１を設けた例である。これにより、発光部２の直近のみ反射率が高まる。図１７（ｂ）は、リードフレーム２１上に搭載される発光部２の周辺に、図１７（ａ）に示す例より広い面積でドーナツ型の反射部材３１を設けた例である。これにより、発光部２の周辺の反射率が高まる。

図１７（ｃ）は、リードフレーム２１上に搭載される発光部２の周辺の離れた位置にドーナツ型の反射部材３１を設けた例である。これにより、発光部２の周辺の反射率が高まる。図１７（ｄ）は、リードフレーム２１上に搭載される発光部２の４つの隅部の近傍に４つの矩形から成る反射部材３１を設けた例である。これにより、発光部２の隅部の４方向に放射束を持ち上げた放射分布を得ることができる。

図１８は、反射部による放射分布の調整を説明する図である。図１８（ａ）は、リードフレーム２１上の発光部４およびボンディングワイヤー２２ｗの周辺を囲む円形領域に反射部３の反射面が設けられた例である。これにより、発光部２の周辺部の放射束を持ち上げた放射分布を得ることができる。

図１８（ｂ）は、図１８（ａ）における反射部３に加え、発光部２の周辺に円形の反射部材３１を設けた例である。これにより、発光部２の周辺の放射束を持ち上げるとともに、発光部２の直近の放射束も持ち上げた放射分布を得ることができる。

図１８（ｃ）は、図１８（ａ）における反射部３に加え、発光部２の４つの隅部の近傍に４つの矩形から成る反射部材３１を設けた例である。これにより、発光部２の周辺の放射束を持ち上げるとともに、発光部２の隅部の４方向に放射束を持ち上げた放射分布を得ることができる。

図１８（ｄ）は、発光部２の４つの隅部の方向に対応した４つの反射面を有する反射部３を設けた例である。これにより、発光部２の隅部の４方向に放射束を持ち上げた放射分布を得ることができる。

［サブマウントのパターンによる放射分布］
図１９は、サブマウントのパターンによる放射分布の調整を説明する図である。図１９（ａ）は、発光部２が実装されるサブマウント５の周辺を囲む円形領域に反射部３の反射面が設けられ、サブマウント５の表面における発光部の近傍に円形の反射部材３１が設けられた例である。これにより、反射部３によって発光部２の周辺の放射束を持ち上げ、反射部材３１によって、発光部２の周辺部の放射束を持ち上げた放射分布を得ることができる。

図１９（ｂ）は、発光部２が実装されるサブマウント５の周辺を囲む円形領域に反射部３の反射面が設けられ、発光部２が実装されるサブマウント５の表面の発光部２の４つの隅部の近傍に４つの矩形から成る反射部材３１を設けた例である。これにより、発光部２の周辺の放射束を持ち上げるとともに、発光部２の隅部の４方向に放射束を持ち上げた放射分布を得ることができる。

図１９（ｃ）は、サブマウント５の表面における発光部２の近傍に円形の反射部材３１が設けられている点で図１９（ａ）に示す例と同じであるが、サブマウントの周辺に設けられる反射部材３１の反射面が発光部４の４つの隅部の方向に設けられた例である。これにより、反射部材３１の反射面によって発光部４の隅部の４方向の放射束を持ち上げるとともに、発光部４の直近の放射束を持ち上げた放射分布を得ることができる。

本実施形態の照明装置は、異なる色に対応した光源について、上記説明した各種の態様を適宜採用し、各色の放射分布を調整している。例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各々の色に対応した光源について上記の態様を適宜採用し、各色の光の放射分布を揃えることで、色ムラの発生を抑制した白色の照明装置を実現する。

具体的には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各々の色ごとに反射部３の反射面角度を設定したり、色ごとに反射部材３１の平面視形状を設定したり、色ごとにレンズ２３Ｌの曲率を設定したりする。また、色ごとに実装形態や、反射部、レンズ、サブマウント等の各種形態を色ごとに複合的に選択して適用し、各々光の放射分布を調整するようにしてもよい。特に、色ムラの発生を抑制した白色を得るには、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の放射分布を揃えるようにすればよい。

＜５．本実施形態に係るバックライトの概要＞
次に、本実施形態に係るバックライトの概要を説明する。

［バックライトに要求される特性］
ＬＥＤを発光部としたバックライトは、ＣＣＦＬに比べて薄型化を図ることができる。また、面内を複数の領域に分割して部分駆動を行うことができる。特に、バックライト全体で白色を生成する際には、面全体で白色の均一性が高いこと、また、部分駆動（部分点灯）の場合には隣接領域とのつなぎ目が目立たないようにすることが要求される。

これらの要求を満たすためには、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色の光源の光放射特性（ＴＦ：Transfer-Function）が揃っていることが重要である。図２０は、バックライト上のＴＦを説明する図である。ここでは、反射板上に単色の光源が配置され、拡散板および光学シートを介した面内位置に対する光量分布を示している。

各色の光源におけるＴＦが揃っていないと、バックライト全体で白色を作る際には主にバックライト周辺の色ムラ特性の劣化を生じる。また部分点灯の際にも点灯部周辺の色ムラが発生し、隣接領域とのつなぎ目を際立たせ、画質を著しく劣化させる。

各色のＴＦを揃えるためには、図２０から明らかなように、原理上各色光源の光放射パターン（ＦＦＰ：Far-Field-Pattern）を揃えることが重要となる。しかしながら、各色の発光部の発光効率を最大限引き出そうとすると、それぞれの色ごとに発光部の内部構造が相違し、このため発光部内の発光層からの光の伝播（＝出射パターン）が各色ごと異なることになる。

ここで、効率を犠牲にして発光部の内部構造を各色全て一致させ、各色の出射パターンを揃えることも可能である。しかしながら発光部の発光効率を落とすことは、光源の個数を増やすこと、あるいは発光部への投入電力量を増やすことに繋がり、材料コストやバックライトの消費電力を引き上げる要因となる。

［本実施形態に係るバックライトの特徴］
本実施形態に係るバックライトは、発光部の発光効率を犠牲にすることなく、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の光源の光放射分布を調整して、上記の要求を満たすことができる点に特徴がある。本実施形態のバックライトを用いることで、発光部の発光効率ロスを最小限にして、バックライト全体で白色を作る際の周辺の色ムラを抑制することができる。また、分割駆動時の隣接領域間での色ムラを抑えることができ、つなぎ目を目立たせないようにすることができる。また同時に、各光源の光放射分布の強度ピークを直上より角度的に外側で一致するよう調整することで、バックライトの薄型化の要求にも応えることができるようになる。

＜６．本実施形態に係るバックライトの構成＞
［全体構成］
図２１は、本実施形態に係るバックライトの全体構成を示す分解斜視図である。本実施形態に係るバックライト１００は、複数の発光ユニット１０と、複数の発光ユニット１０を所定のレイアウトで載置するユニット載置部１０１とを有している。また、ユニット載置部１０１の下方には反射板１０２が設けられ、上方には光学シート１０３が設けられている。すなわち、発光ユニット１０を載置したユニット載置部１０１を反射板１０２および光学シート１０３で挟持した構成となっている。

［発光ユニットの構成］
発光ユニット１０は、Ｒ（赤）に対応した発光部２ｒ、Ｇ（緑）に対応した発光部２ｇ、Ｂ（青）に対応した発光部２ｂが各々少なくとも１つ配置される構成となっている。発光ユニット１０は、各色に対応した発光部を１つのパッケージに収納したものでも、各色に対応した別個のパッケージ構造のもの（光源）を複数連結させたものでもよい。

発光ユニット１０は、ユニット載置部１０１に所定の数、所定の配列で載置されている。これにより、発光パネル１００Ｐが構成される。発光パネル１００Ｐを点灯させる場合、発光ユニット１０全体を一括して点灯させる制御のほか、発光パネル１００Ｐを構成する発光ユニット１０を複数領域に分割し、各領域ごとに点灯させる制御も行われる。領域を１ユニットで分割すると、１つの発光ユニット単位で点灯が制御される。

［バックライトの装置への適用］
バックライトを所定の装置へ適用する場合、装置側からバックライトへ要求されることは、所定の輝度が所定の投入電力で確保されること、および、その際に各色の均一性（波長、電圧、輝度バラツキ）が一定範囲内に収まっていることである。

バックライトを構成する発光ユニットの各色に対応した光源については、波長、電圧、輝度の均一性が確保されていないと、それぞれ輝度ムラ、色ムラ、あるいは消費電力増となってバックライトの特性に悪影響を与える。

また、波長、電圧、輝度が揃っていても、各光源で光放射特性（各光源のＦＦＰもしくはＴＦ特性）が揃っていないと色ムラの原因となってしまう。また、領域を分割して行う分割駆動では、領域単位での各色光源の光放射特性の均一性も強く求められる。

また、昨今の液晶表示装置の薄型化の要求から、各色光源の光放射特性は均一であることに加えて、強度ピークが直上より広角度側に在ることも求められる。このため、各光源の光放射特性が拡がっていれば、光源から表面の光学シート面までの距離が小さくても各色光が相互に混じり合い、より薄型化を図ることができる。

本実施形態のバックライト１００は、上記のような装置側からの要求に応じるため、発光ユニット１０の各発光部の対応する色ごとに、出射する光の分布を調整する分布調整部が設けられている。ここで、分布調整部は、先に説明した各種の態様が用いられる。

本実施形態のバックライト１００では、上記の装置側からの要求に応じるため、分布調整部によって、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の光源の放射パターンについて直上０度より離れた位置に強度ピークを設定している。さらに、本実施形態のバックライト１００では、分布調整部によって、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の光源の放射パターン（各光源のＦＦＰもしくはＴＦ特性）を一致させるようにしている。

なお、装置側の要求として薄型に拘らない場合など、各色の光源の放射パターンについて直上０度に強度ピークを設定し、各光源の放射パターンを一致させる設定も採用される。

Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の光源の放射パターンは、第１に放射角経度方向の強度平均値として一致するように設計される。加えて、バックライト１００の更なる薄型化や高性能化を考えた場合、３次元光放射特性（強度等高線）もＲＧＢ各色の光源で一致させることが望ましい。本実施形態では、光源１の構成として上記説明した各種の態様を適宜採用することで、放射角経度方向の平均値として一致させることも、３次元光放射特性を一致させることも可能である。

このようなバックライト１００によれば、装置側の要求に応じた厚さ（薄型化）や色ムラ特性を実現することができる。また、分割した領域毎に駆動する部分駆動を行う際の色ムラを効果的に抑制できる。

また、上記説明した光源１の各種の態様によって、発光部２の発光効率を保持しつつ、光源１の光放射特性を調整できようになる。これにより、バックライト１００を適用する装置の低消費電力化、低コスト化を図ることができる。

また、上記説明した光源の各種の態様を適宜採用することで、光源の光放射分布を自由に調整できる。特に、強度ピークを広角側に設定すれば、薄型のバックライトを実現でき、これを採用する装置の薄型化にも寄与する。

また、部分駆動を行うバックライト１００でも色ムラを抑制できることから、液晶表示装置等のバックライト１００を必要とする表示装置に適用した場合、画質および低消費電力化に優れる製品を提供できることになる。

なお、上記説明したバックライト１００では、各色に対応した光源の態様によって各色の光放射分布を一致させる等の調整を行っているが、色毎の調整のほか、バックライト１００の面内の発光ユニットの配置位置によって異なる調整を行うようにしてもよい。すなわち、バックライト１００の中央部と周辺部とで光の反射特性や放射分布の設定を変えるため、それぞれの位置に応じた反射部、レンズ、パターン等の設定を調整するようにしてもよい。この場合、同じ色に対応した光源１であっても、バックライト１００上の配置位置によって態様が異なることも生じ得ることになる。

＜７．適用例＞
上記説明した本実施形態に係る照明装置およびこの照明装置を用いたバックライト１００は、主として液晶表示パネルの照明として用いられる。具体的には、液晶テレビジョン、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなどに用いられる液晶表示パネルに適用可能である。

１…光源、２…発光部、３…反射部、４…端子、５…サブマウント、１０…発光ユニット、２１…リードフレーム、２２…導通部、２３…透明樹脂、１００…バックライト

Claims (9)

1. 異なる色に対応した複数の発光部と、
   前記複数の発光部を各々搭載する基材と、
   前記基材における前記発光部の周辺に取り付けられ、前記発光部の対応する色ごとに異なる形状を有する反射部と
   を有する照明装置。
2. 異なる色に対応した複数の発光部と、
   前記複数の発光部を各々搭載する基材と、
   前記基材の一部として設けられ、前記発光部の対応する色ごとに異なる角度を有する反射部と
   を有する照明装置。
3. 異なる色に対応した複数の発光部と、
   前記複数の発光部を各々搭載する主基材と、
   前記主基材に前記発光部を搭載するにあたり間に介在させる部材であって、前記発光部の対応する色ごとに異なる高さを有する副基材と
   を有する照明装置。
4. 異なる色に対応した複数の発光部と、
   前記複数の発光部から出射される光の放射分布を前記発光部の対応する色ごとに調整する分布調整部と
   を有する照明装置。
5. 前記分布調整部は、前記発光部から出射される光を所定角度に反射させる反射部、前記発光部を主基材に搭載する際の高さを設定する副基材のうち、前記発光部の対応する色ごとに選択されたものが用いられている
   請求項４記載の照明装置。
6. 前記反射部は、前記発光部の対応する色ごとに異なる反射角度を有する
   請求項１記載の照明装置。
7. 前記反射部は、前記発光部の対応する色ごとに異なる平面視形状を有する
   請求項１記載の照明装置。
8. 前記複数の発光部について対応する色ごとに形状の異なるレンズを有する
   請求項１から７のうちいずれか１項に記載の照明装置。
9. Ｒ（赤）に対応した発光部、Ｇ（緑）に対応した発光部、Ｂ（青）に対応した発光部が各々少なくとも１つ配置される発光ユニットと、
   前記発光ユニットを複数載置するユニット載置部とを有し、
   前記発光ユニットの各発光部の対応する色ごとに出射する光の分布を調整する分布調整部が設けられている
   バックライト。

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