JP2011060678A - Ｌｅｄ照明装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】たとえば白色光を効率よく外部に進行させて光量を増加させることのできるＬＥＤ照明装置および液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】ＬＥＤ照明装置Ａ１は、基板１と、基板１の表面１ａに搭載された複数のＬＥＤベアチップ２と、ＬＥＤベアチップ２を挟んで基板１に対向する位置に配設され、ＬＥＤベアチップ２からの光の少なくとも一部を透過させつつ、ＬＥＤベアチップ２からの光を受けることによりＬＥＤベアチップ２からの光とは異なる波長の光を発する透光部材４と、少なくともＬＥＤベアチップ２から基板１の表面１ａの面内方向に沿って進行する光を透光部材４に向けて反射させる反射面３ａと、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、たとえば蛍光灯または冷陰極管などの代替手段として用いるＬＥＤ照明装置、およびこれを用いた液晶表示装置に関する。

図１１は、従来のＬＥＤ照明装置の一例を示している（たとえば、特許文献１）。同図に示されたＬＥＤ照明装置Ｘは、基板９１、複数の白色ＬＥＤ９２、断熱部材９３、およびカバー９４を備えている。ＬＥＤ照明装置Ｘは、たとえば冷蔵庫内の側壁９５に形成された凹部９６にスペーサ９７を介して設けられている。

基板９１は、たとえばエポキシ樹脂からなり平板状に形成されている。複数の白色ＬＥＤ９２は、基板９１の長手方向に沿って直列に配置されている。各白色ＬＥＤ９２は、砲弾状に形成されており、たとえば内部の青色ＬＥＤからの青色光を用いて蛍光材料を励起することにより、白色光を発するものである。各白色ＬＥＤ９２には２本の通電端子９２ａが設けられ、通電端子９２ａは基板９１に形成された配線パターン（図示略）に導通している。

断熱部材９３は、ウレタン樹脂などからなり、平板状に形成されている。断熱部材９３には、複数の挿通孔が形成されており、それらの挿通孔に各白色ＬＥＤ９２の通電端子９２ａが挿通されている。カバー９４は、透明樹脂からなり、たとえば黄色蛍光材料が含有されている。

上記構成によると、ＬＥＤ照明装置Ｘが点灯されると、白色ＬＥＤ９２からの光は主として白色ＬＥＤ９２の主出射方向（図１１における右方向）を中心にして放射状に出射される。白色ＬＥＤ９２から発せられる白色光は、カバー９４において調光され、冷蔵庫内を照射する。

ここで、上記ＬＥＤ照明装置Ｘでは、白色ＬＥＤ９２から発せられる光は、主出射方向以外の方向（たとえば側方、図１１における上方向および下方向）にも進行する。しかしながら、上記ＬＥＤ照明装置Ｘでは、側方に向けて進行する光については、外部、すなわちカバー９４側に向けて進行させる工夫が施されていない。したがって、ＬＥＤ照明装置Ｘは、白色ＬＥＤ９２から発せられる光を、有効に利用しているとは言い難いものとなっていた。

特開２００８−４１６０５号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、たとえば白色光を効率よく外部に進行させて光量を増加させることのできるＬＥＤ照明装置および液晶表示装置を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供されるＬＥＤ照明装置は、基板と、上記基板の搭載面に搭載された複数のＬＥＤベアチップと、上記ＬＥＤベアチップを挟んで上記基板に対向する位置に配設され、上記ＬＥＤベアチップからの光の少なくとも一部を透過させつつ、上記ＬＥＤベアチップからの光を受けることにより上記ＬＥＤベアチップからの光とは異なる波長の光を発する透光部材と、上記ＬＥＤベアチップから少なくとも上記搭載面の面内方向に沿って進行する光を上記透光部材に向けて反射させる反射面と、を備えることを特徴としている。

このような構成によれば、上記ＬＥＤベアチップからたとえば基板の搭載面の面内方向に沿って進行する光は、反射面によって反射されて透光部材に向かい、たとえば白色色として外部に放射される。したがって、ＬＥＤベアチップから搭載面の面内方向に沿って進行する光であっても白色光として外部に効率よく放射させることができ、ＬＥＤ照明装置の光量を増加させることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記基板に立設され、上記反射面を有する一対の反射部材を備える。このような構成によれば、ＬＥＤベアチップからの光を好適に反射面で反射させることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記一対の反射部材が上記透光部材を支持することにより、上記透光部材は、上記ＬＥＤベアチップを挟んで上記基板と対向して配置される。このような構成によれば、一対の反射部材によって反射された光を適切に透光部材に向かわせることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記一対の反射部材の反射面は、上記搭載面の法線方向に開口する傾斜面とされている。このような構成によれば、上記ＬＥＤベアチップからの光を適切に透光部材に進行させることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記反射面は、平面とされる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記反射面は、断面円弧状とされる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記反射面は、傾斜角度の異なる２つの平面からなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記透光部材は、透明な樹脂と、およびこの樹脂に混入され、上記ＬＥＤベアチップからの光によって励起されることにより上記ＬＥＤベアチップからの光とは異なる波長の光を発する蛍光材料とからなる。このような構成によれば、ＬＥＤベアチップからの光を透光部材に進行させることにより、所望の色の光（たとえば白色光）を好適に透光部材から出射させることができる。

本発明の第２の側面によって提供される液晶表示装置は、本発明の第１の側面によって提供されるＬＥＤ照明装置と、上記ＬＥＤ照明装置からの光を画素単位で透過させまたは遮蔽することが可能な液晶パネルと、を備えることを特徴としている。

このような構成によれば、上記ＬＥＤ照明装置を液晶表示装置のバックライトとして好適に用いることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明の第１実施形態に基づくＬＥＤ照明装置およびこれを用いた液晶表示装置を示す分解斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図１に示すＬＥＤ照明装置の要部斜視図である。 図１に示すＬＥＤ照明装置の要部拡大平面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態に基づくＬＥＤ照明装置を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に基づくＬＥＤ照明装置を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に基づくＬＥＤ照明装置を示す要部斜視図である。 図８に示すＬＥＤ照明装置の断面図である。 変形例の液晶表示装置を示す分解斜視図である。 従来のＬＥＤ照明装置の一例を示す断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２は、本発明に係る液晶表示装置の一例を示している。本実施形態の液晶表示装置Ｂ１は、複数のＬＥＤ照明装置Ａ１、筐体５、拡散板６、および液晶パネル７を備えており、たとえば家庭で用いられるいわゆる薄型テレビとして構成されている。

筐体５は、浅底箱状であり、複数のＬＥＤ照明装置Ａ１、拡散板６、および液晶パネル７を収容するものである。

ＬＥＤ照明装置Ａ１は、本発明の第１実施形態に基づくＬＥＤ照明装置であり、液晶表示装置Ｂ１のいわゆるバックライトとして用いられるものである。本実施形態においては、各ＬＥＤ照明装置Ａ１は、それぞれ細長状に形成されており、白色光Ｌｗを発する構成とされている。

拡散板６は、ＬＥＤ照明装置Ａ１からの光を透過させつつ、拡散させるためのものである。拡散板６は、ＬＥＤ照明装置Ａ１と液晶パネル７との間に配置されている。拡散板６は、たとえば乳白色を呈した半透明の樹脂からなり、たとえば、その片面あるいは両面が凹凸状とされている。

液晶パネル７は、たとえば隙間を隔てて互いに対向する一対の透明基板と、これらの透明基板に挟まれた液晶層とを備えている。上記透明基板には、パッシブマトリクス方式、あるいはアクティブマトリクス方式の複数の画素電極（図示略）が組み込まれている。これらの画素電極に電圧を印加すると、上記液晶層の配向特性が変化する。これにより、液晶パネル７は、画素ごとに光を透過させ、あるいは遮蔽することが可能に構成されている。

ＬＥＤ照明装置Ａ１は、図３ないし図５に示すように、基板１、複数のＬＥＤベアチップ２、一対の反射支持部材３、および透光部材４を備えている。なお、図３においては、反射支持部材３および透光部材４の一部を想像線で示しており、図４においては、反射支持部材３および透光部材４を省略している。

基板１は、平板状とされており、たとえばガラスエポキシ樹脂からなる。基板１の表面には、たとえばＣｕなどからなる配線パターン１１が形成されている。配線パターン１１は、図４に示すように、基板１の長手方向中央線を挟む一対の帯状部分を有している。また、配線パターン１１は、基板１の長手方向中央線を跨ぐ部分を有している。この部分を有することにより、配線パターン１１は、複数のＬＥＤベアチップ２を、それぞれが直列に接続された複数のＬＥＤベアチップ２を含む複数の組が、互いに並列に接続されるように導通させる。

複数のＬＥＤベアチップ２は、図３および図４に示すように、基板１の表面１ａに搭載され、基板１の長手方向に沿ってほぼ等間隔で配置されている。ＬＥＤベアチップ２は、それから発せられる光の主出射方向（図４における上方）を中心としてほぼ放射状にたとえば青色光Ｌｂを発する。ＬＥＤベアチップ２は、たとえばＧａＮ基板と、これに積層されたｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層、ｐ側電極、およびｎ側電極（いずれも図示略）を有している。ｎ型半導体層およびｐ型半導体層は、たとえばＧａＮ系半導体からなる。活性層は、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層によって挟まれており、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。

上記ｐ側電極は、ｐ型半導体層に導通しており、ｎ側電極は、ｎ型半導体層に導通している。ｐ側電極およびｎ側電極には、それぞれボンディングワイヤ２１の一端が接合されている。これらのボンディングワイヤ２１の他端は、配線パターン１１に接合されている。このように、ＬＥＤベアチップ２は、２本のボンディングワイヤ２１を介して電力が供給される、いわゆる２ワイヤ型のＬＥＤベアチップとして構成されている。ＬＥＤベアチップ２は、その平面視寸法がたとえば０．３ｍｍ各程度、厚さがたとえば０．１〜０．２ｍｍである。

一対の反射支持部材３は、ＬＥＤベアチップ２から発せられる光を反射させるとともに、透光部材４を支持するものである。各反射支持部材３は、たとえば白色樹脂からなる。各反射支持部材３は、断面視で下辺の長さが上辺の長さより大とされた略台形状に形成されている。各反射支持部材３は、基板１の長手方向に沿って延びるように形成されており、基板１の上面であって幅方向両端部近傍に接合されている。各反射支持部材３には、ＬＥＤベアチップ２を囲む反射面３ａが形成されている。反射支持部材３の反射面３ａは、基板１の表面１ａの法線方向に開口する傾斜を有している。反射面３ａは、フラットな面とされている。反射面３ａは、ＬＥＤベアチップ２から発せられる光を透光部材４に向けて反射させるものである。なお、反射面３ａには、たとえばＡｌによるめっきが施されていてもよい。

透光部材４は、ＬＥＤベアチップ２からの光の一部を透過させつつ、ＬＥＤベアチップ２からの光を受けることによりＬＥＤベアチップ２からの光とは異なる波長の光を発するものである。透光部材４は、平板状に形成されている。透光部材４は、ＬＥＤベアチップ２を挟んで基板１に対向する位置に配設されている。透光部材４は、その裏面であって幅方向両端部近傍が一対の反射支持部材３に接着あるいは溶着により接合され、一対の反射支持部材３によって支持されている。この構成により、透光部材４は、一対の反射支持部材３とともに、複数のＬＥＤベアチップ２を保護する機能を有する。

透光部材４は、たとえばシリコンなどの透明樹脂によって形成されている。透光部材４には、たとえば青色光Ｌｂによって励起されることにより黄色光Ｌｙを発する、たとえばＹＡＧ系の蛍光材料が含有されている。この蛍光材料により、ＬＥＤベアチップ２が発光すると、ＬＥＤ照明装置Ａ１からは、青色光Ｌｂと黄色光Ｌｙとが混色することにより生成された白色光Ｌｗが出射される。上記蛍光材料は、その粒径がたとえば１０μｍ程度であり、たとえば一般的な蛍光灯に用いられる蛍光物質よりも粒径が大とされている。なお、反射支持部材３および透光部材４は、異なる種類の樹脂により構成されておれば、たとえば２色成形（ダブルモールド）の工法により形成されてもよい。

次に、ＬＥＤ照明装置Ａ１および液晶表示装置Ｂ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、ＬＥＤ照明装置Ａ１が点灯状態になると、ＬＥＤベアチップ２からは主出射方向を中心としてほぼ放射状に青色光Ｌｂが出射される。本実施形態では、一対の反射支持部材３がそれぞれ反射面３ａを有している。そのため、ＬＥＤベアチップ２から基板表面１ａの面内方向に沿って進行する、あるいは斜め上方に進行する青色光Ｌｂは、図５に示すように、反射面３ａで反射し、透光部材４に向けて進行する。透光部材４に進入した光は、一部が透過し、他の一部が蛍光材料により黄色光Ｌｙとして出射される。そのため、ＬＥＤベアチップ２から基板表面１ａの面内方向に沿って進行する光や斜め上方に進行する光を、白色光Ｌｗとして効率的に外部に放射させることができる。よって、ＬＥＤ照明装置Ａ１の光量を増加させることができ、ひいては液晶表示装置Ｂ１の高輝度化を図ることができる。

図６〜図９は、本発明に係るＬＥＤ照明装置の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図６は、本発明の第２実施形態に基づくＬＥＤ照明装置を示している。本実施形態のＬＥＤ照明装置Ａ２は、反射支持部材の構成が上述した実施形態と異なっている。本実施形態においては、反射支持部材３は、その反射面３ｂが断面円弧状に形成されている。

このような実施形態によっても、たとえばＬＥＤベアチップ２の基板表面１ａの面内方向に沿って進行する光は、断面半円弧状の反射面３ｂによって反射され、透光部材４に向けて進行する。したがって、この実施形態においても、ＬＥＤベアチップ２から発せられる光を外部に効率的に放射させることができる。また、反射面３ｂが断面円弧状に形成されているので、反射面３ｂで反射された光をＬＥＤベアチップ２の主出射方向に向かわせ易い利点がある。

図７は、本発明の第３実施形態に基づくＬＥＤ照明装置を示している。本実施形態のＬＥＤ照明装置Ａ３は、反射支持部材の構成が上述したいずれの実施形態とも異なっている。本実施形態においては、反射支持部材３の反射面は、傾斜角度の異なる２つの反射面３ｃ，３ｄによって構成される。２つの反射面３ｃ，３ｄ同士は、互いに内側を向いている。

このような実施形態によれば、たとえばＬＥＤベアチップ２からの光は、反射面３ｃ，３ｄによって反射され、反射された光はそれぞれ異なる角度で透光部材４に進入する。したがって、第２実施形態のＬＥＤ照明装置と同様に、ＬＥＤベアチップ２から発せられる光を外部に効率的に放射させることができる。

図８および図９は、本発明の第４実施形態に基づくＬＥＤ照明装置を示している。なお、図８において、反射支持部材３および透光部材４の一部を想像線で示している。本実施形態のＬＥＤ照明装置Ａ４は、反射支持部材および基板の構成が上述したいずれの実施形態とも異なっている。本実施形態においては、反射支持部材３は、その本体が断面平行四辺形状とされている。すなわち、上述した実施形態に比べ、反射支持部材３は、その外側側面部分が切り欠けられた形状とされる。反射支持部材３の形状にともない、基板１Ａは、上述した実施形態の基板１に比べ、幅方向の長さが短縮された形状とされている。

このような実施形態によれば、ＬＥＤベアチップ２から発せられる光を外部に効率的に放射させることができるとともに、反射支持部材３および基板１Ａの大きさが上述した実施形態に比べ小となるので、材料コストの低減化に寄与することができる。

本発明に係るＬＥＤ照明装置および液晶表示装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るＬＥＤ照明装置および液晶表示装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

たとえば上記した一対の反射支持部材の反射面における形状は、上述した実施形態で示した形状に限定されるものではなく、ＬＥＤベアチップ２から発せられる光を外部に効率的に放射させることができる形状であればよい。

また、ＬＥＤベアチップ２としては、青色光Ｌｂを発するものに限定されず、青色光〜紫外光に含まれる波長領域の光を発するものであれば、蛍光材料を励起することにより白色光を生成する源光として用いることができる。蛍光材料としては、青色光によって励起されることにより黄色光を発するものに限定されず、たとえば青色光によって励起されることにより緑色光を発する蛍光材料と赤色光を発する蛍光材料とを混合して用いてもよい。

また、複数のＬＥＤベアチップ２として、単色を発するもののみを用いることに限定されない。たとえば、複数のＬＥＤベアチップ２として、赤色光、緑色光、および青色光を発するものを用意し、図４に示した配置において、これらの色を発するものを順に配列させてもよい。このような構成においては、３色の光が混色することにより白色光が得られるため、透光部材４を省略してもよい。

また、ＬＥＤベアチップ２としては、上記実施形態に示す構成に限定されず、たとえばいわゆる１ワイヤ型のＬＥＤベアチップやワイヤを有しないフリップチップ型のＬＥＤベアチップが採用されてもよい。

また、上記実施形態では、透光部材４は蛍光材料が混入された樹脂材料とされたが、これに代えて、蛍光材料が混入されたシート状の蛍光層と透明なカバーとによって構成されていてもよい。

また、本発明にかかるＬＥＤ照明装置は、その用途に応じて種々の形状とすることができる。たとえば図１０に示すように、ＬＥＤ照明装置Ａ５はＵ字状とされ、液晶表示装置Ｂ２は、そのＬＥＤ照明装置Ａ５が複数配置されるものであってもよい。あるいは、ＬＥＤ照明装置は、リング状であってもよい。

また、本発明にかかるＬＥＤ照明装置は、液晶表示装置のバックライトとして用いられるのに適しているが、その用途はこれに限定されず、様々な電化製品の光源、さらには蛍光灯の代替手段として広く用いることができる。

Ａ１〜Ａ５ ＬＥＤ照明装置
Ｂ１，Ｂ２ 液晶表示装置
１，１Ａ 基板
２ ＬＥＤベアチップ
３ 反射支持部材
３ａ〜３ｄ 反射面
４ 透光部材
５ 筐体
６ 拡散板
７ 液晶パネル
１１ 配線パターン
１２ ボンディングワイヤ

Claims (9)

1. 基板と、
   上記基板の搭載面に搭載された複数のＬＥＤベアチップと、
   上記ＬＥＤベアチップを挟んで上記基板に対向する位置に配設され、上記ＬＥＤベアチップからの光の少なくとも一部を透過させつつ、上記ＬＥＤベアチップからの光を受けることにより上記ＬＥＤベアチップからの光とは異なる波長の光を発する透光部材と、
   上記ＬＥＤベアチップから少なくとも上記搭載面の面内方向に沿って進行する光を上記透光部材に向けて反射させる反射面と、
   を備えることを特徴とする、ＬＥＤ照明装置。
2. 上記基板に立設され、上記反射面を有する一対の反射部材を備える、請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 上記一対の反射部材が上記透光部材を支持することにより、上記透光部材は、上記ＬＥＤベアチップを挟んで上記基板と対向して配置される、請求項２に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 上記一対の反射部材の反射面は、上記搭載面の法線方向に開口する傾斜面とされている、請求項２または３に記載のＬＥＤ照明装置。
5. 上記反射面は、平面とされる、請求項１ないし４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
6. 上記反射面は、断面円弧状とされる、請求項１ないし４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
7. 上記反射面は、傾斜角度の異なる２つの平面からなる、請求項１ないし４のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
8. 上記透光部材は、透明な樹脂と、およびこの樹脂に混入され、上記ＬＥＤベアチップからの光によって励起されることにより上記ＬＥＤベアチップからの光とは異なる波長の光を発する蛍光材料とからなる、請求項１ないし７のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置と、
   上記ＬＥＤ照明装置からの光を画素単位で透過させまたは遮蔽することが可能な液晶パネルと、
   を備えることを特徴とする、液晶表示装置。

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