JP2013004815A5

JP2013004815A5 -

Info

Publication number: JP2013004815A5
Application number: JP2011135656A
Authority: JP
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2014-07-24

Description

回路基板１１にはその表面に光反射性の配線パターン１４が設けられている。この配線パターン１４には、例えば、ＬＥＤチップ１３へ駆動電流を供給するための配線層１４Ａおよび配線層１４Ｂと共に、ＬＥＤチップ１３を搭載する台座１４Ｃが含まれている。これら配線層１４Ａ，１４Ｂおよび台座１４Ｃは導電性を有し、且つ光反射性を有する材料により同一工程で形成されたものであり、互いに電気的に独立している。なお、本実施の形態では、台座１４ＣはＬＥＤチップ１３の台座としての機能よび封止レンズ１２の形状および位置を決定する機能のみを有し、本来の配線としての機能を有していない。また、配線パターン１４には、台座１４Ｃ上へのＬＥＤチップ１３の搭載および撥水領域（撥水層１７）の形成時に使用するアライメントマーク１４Ｄも含まれている。このアライメントマーク１４Ｄは配線層１４Ａ，１４Ｂを結ぶ線を基準に台座１４Ｃの対角線上に２点設けられており、台座１４Ｃと同一工程、且つ同一版（マスク）で形成することにより、封止レンズ１２のレンズ中心とＬＥＤチップ１３の中心との位置合わせを容易にすることができる。なお、ここで、「光反射性」とは、ＬＥＤチップ１３の発光光（裏面発光光）に対する反射率が９０％以上の高い反射率を有する場合をいう。このような光反射性を有する材質として、具体的には、例えばアルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ）あるいはこれらの合金等が挙げられる。但し、コスト面からはＡｌが最も好ましい。また、ここではアライメントマーク１４Ｄを対角線上に２点設けたが、これに限らず、例えば台座１４Ｃを囲むように４点設けてもよい。

なお、上記のように工程を簡略化するためには配線層１４Ａ，１４Ｂ、台座１４Ｃ、アライメントマーク１４Ｄは同一材料により同一工程で形成されたものが好ましいが、台座１４Ｃは配線層１４Ａ，１４Ｂおよびアライメントマーク１４Ｄとは異なる材料により異なる工程で形成してもよい。

ＬＥＤチップ１３は、例えば図２に示したように、表面に２つの電極（ｎ型電極１３Ａおよびｐ型電極１３Ｂ）を有している。このＬＥＤチップ１３は、例えば透明基板１３ａの上に形成されたバッファ層１３ｂ，ｎ型クラッド層１３ｃ、活性層１３ｄ、ｐ型クラッド層１３ｅおよびキャップ層１３ｆにより構成されている。ｎ型電極１３Ａはｎ型クラッド層１３ｃ、ｐ型電極１３Ｂはキャップ層１３ｆにそれぞれ電気的に接続されている。

封止レンズ１２の底部の大きさは、本実施の形態のように回路基板１１上に設けられた台座１４Ｃ上に直接搭載され、且つ電源供給のためのボンディングワイヤ１５Ａ，１５Ｂが必要なＬＥＤチップ１３では、ボンディングワイヤ１５Ａ，１５Ｂがはみ出さない大きさとなる。具体的には、封止レンズ１２のレンズ半径Ｒは、図１（Ｂ）に示したように、チップサイズＬの１／２に、ＬＥＤチップ１３の端面からのボンディングワイヤ１５Ａ（またはボンディングワイヤ１５Ｂ）の長さＡと、ボンディングワイヤ１５Ａ（１５Ｂ）の長さや接続位置、封止レンズ１２の形成位置やその大きさ（レンズ半径Ｒ）等の製造上のばらつきを吸収するマージンＢとを足した値となる。ボンディングワイヤ１５Ａ，１５Ｂの長さは適応製品の求める信頼性に必要な強度に適合するワイヤ径と合わせて決定される。また、製造ばらつきのマージンは使用している製造装置の精度により決定される。一例として、チップサイズＬが５１０μｍのＬＥＤチップ１３を用いた場合の封止レンズ１２のレンズ半径Ｒは、以下のような数値となる。例えば液晶表示装置用のバックライトを想定した場合には、ボンディングワイヤの径φは２５μｍ、ワイヤ長Ａは０．７ｍｍとなる。ダイボンディング装置の各位置精度は±０.０３ｍｍ、レンズ中心の位置の精度は各±０．１ｍｍ、シリコンの塗布量によるレンズ半径の精度は±０．１２ｍｍ程度である。このことからボンディングワイヤと封止レンズ１２とのギャップを０．３ｍｍとすると、この場合のマージンＢはＢ＝０．０３＋０．１＋０．１２＋０．３＝０．５５ｍｍとなる。従って封止レンズ１２のレンズ半径Ｒの設計値はＲ＝０．２５５＋０．７＋０．５５≒１．６ｍｍとなる。

なお、配線層１４Ａ，１４Ｂと封止レンズ１２の外周部分との間には、白色のレジスト層（図示せず）を設けてもよい。また、封止レンズ１２により覆われた領域内の台座１４Ｃと配線層１４Ａ，１４Ｂとの間の回路基板１１上にも白色のレジスト層を設けてもよい。白色のレジストとしては、例えば酸化チタン（ＴｉＯ₂）微粒子や硫酸バリウム（Ｂａ
ＳＯ₄）微粒子などの無機材料、光散乱のための無数の孔を有する多孔質アクリル樹脂微
粒子やポリカーボネイト樹脂微粒子などの有機材料が挙げられる。具体的には、ソルダーレジストＦＩＮＥＤＥＬＤＳＲ−３３０Ｓ４２−１３Ｗ（商品名，タムラ化研株式会社）などを利用することができる。これら白色のレジスト層は、ボンディング時の加熱等により反射率が低下する虞があるが、光反射機能（８０％前半）を有する。

次いで、台座１４Ｃの周縁部から台座１４Ｃの周辺部にかけて円環状に撥水剤を塗布し、膜厚１μｍ〜２μｍの撥水層１７を形成したのち、適量の封止剤（例えばシリコン樹脂など）を台座１４Ｃ上にポッティングする。ここでいう「適量」とは、台座１４Ｃからこぼれ落ちずに表面張力を保つことが可能な量、具体的には、粘度が５００ｍＰａ程度の封止剤であれば、撥水層１７による接触角を保ちながら台座１４Ｃの外周に達する量を１００％とした場合、１２５％以上の封止剤を塗布することが好ましい。より好ましくは１２５％以上２０２％以下とすることにより、アスペクト比０．８５以上の略球形の封止レンズ１２を得ることができる。

また、比較例２のようにＬＥＤチップ１１３の周囲に撥水層１１７を設けた場合には、封止レンズ１１２の形成位置は撥水層１１７に依存する。本実施の形態および比較例１，２のように回路基板上に直接ＬＥＤチップをダイボンディングした光源回路ユニットでは、通常ＬＥＤチップの搭載位置の位置合わせのためにアライメントマークを基板上に設ける。このアライメントマークは、撥水層１１７を形成する際の位置合わせにも使用するが、回路基板１１１へのＬＥＤチップ１１３の搭載および撥水層１１７の形成はそれぞれ異なる工程および独立した装置で行われる。現在用いられているダイボンディング装置のチップ搭載位置精度は±２０μｍ〜３０μｍ、撥水剤塗布装置での基板位置決め精度が±２０μｍ〜３０μｍ、撥水剤の版の位置決め精度が±２０μｍ〜３０μｍ、版のパターン位置精度が±２０μｍ〜３０μｍ程度である。このため、ＬＥＤチップ１１３の中心と円環状の撥水層１１７の中心位置は約１００μｍ近くばらつくこととなる。これにより、ＬＥＤチップ１１３の中心と封止レンズ１１２の中心に位置ずれが生じるという問題があった。

本実施の形態の光源回路ユニット１では、ＬＥＤチップ１３を、周縁部から側面の一部にかけて撥水層１７を有する台座１４Ｃ上に戴置し、この台座１４Ｃ上に封止剤を塗布し、封止レンズ１２を形成する。封止剤を台座１４Ｃ上に塗布した際、台座１４Ｃの周縁部および側面に設けられた撥水層１７は封止剤の拡がりを制御し、封止レンズ１２の高さを高く、例えば、アスペクト比（Ｈ／Ｌ）が０．９程度（具体的には０．８５〜０．９８）にまで向上し理想的なレンズ形状である半球状に近い封止レンズ１２を形成することが可能となる。これにより、光源回路ユニット１の光取り出し効率が比較例２と比較して約５〜１０％向上する。

また、本実施の形態の光源回路ユニット１では台座１４Ｃがそのまま封止レンズ１２の形成位置となる。このため、比較例２のように撥水層１１７の形成時における位置ずれを考慮する必要がなくなる。また、本実施の形態では配線パターン１４の一部として同一工程および同一版において、台座１４Ｃと共に、アライメントマーク１４Ｄを形成する。このため、台座１４ＣへのＬＥＤチップ１３の搭載時における位置合わせの精度が向上する。即ち、ＬＥＤチップ１３の中心および封止レンズ１２の中心の位置ずれが低減され、上述した封止レンズ１２の外部に出射される光の角度ごとの光強度の分散（配光）がＬＥＤチップ１３の中心から対称となる。即ち、封止レンズ１２を備えたＬＥＤチップ１３の色度や取り出し効率、配光のばらつきが低減されるため、この形態の光源回路ユニット１をバックライトとして用いた際の粒むら等の輝度むらが低減される。よって、パッケージ型ＬＥＤをパックライトとして用いた表示装置と同程度の特性を備え、且つ安価な表示装置を提供することができる。

この液晶表示装置では、光源回路ユニット１の封止レンズ１２から取り出された光は拡散シート４３を透過して液晶パネル４５に至ると共に、一部は拡散シート４３，４４により反射され、更にその反射光が上記の白色レジスト層や反射シート等により再び拡散シート４３に戻されて液晶パネル４５に至り、その結果表示がなされる。

（適用例２）
上記のような直下型のバックライトでは、基板の製造上の都合で、大判の光源回路ユニット１を製造することが困難であり、基板を細かく分割する場合がある。図８（Ａ），（Ｂ）はこのような分割基板を用いたバックライト５０の構成を表している。図８（Ａ）はその平面構成、図８（Ｂ）はその断面構成を表すものである。このバックライト５０は、例えば上記光源回路ユニット１をバックシャーシ５１（支持部材）の底面に配置したものである。光源回路ユニット１は、複数個、並列配置されており、これら複数の光源回路ユニット１に共通に反射シート５１が設けられている。反射シート５８は例えばＡｌにより構成されており、各ＬＥＤチップ１３に対応して開口５１Ａを有している。

光源回路ユニット１の上方にはミドルシャーシ５２により拡散シート５３が支持されている。このバックライト５０の前面には液晶パネル５４が配設されている。バックシャーシ５１の背面には、光源回路ユニット１に駆動電流を供給するためのＬＥＤ駆動回路基板５５が配設されている。このＬＥＤ駆動回路基板５５にはコネクタ５５Ａが設けられている。反射シート５８の一辺側にはＡＣＦ（異方性導電樹脂）５６を介してＦＦＣ（フレキシブル・フラット・ケーブル）５７の一端が熱圧着により接合されている。バックシャーシ５１にはこのＦＦＣ５７の端面形状（矩形）に対応した形状の貫通孔５１Ａが設けられている。ＦＦＣ５７はバックシャーシ５１の内部から貫通孔５１Ａを通して背面側に沿うよう折り曲げられている。ＦＦＣ５７の端部はコネクタ差し込み部となっており、このコネクタ差し込み部がＬＥＤ駆動回路基板５５のコネクタ５５Ａに差し込まれ、互いに電気的に結合されている。

（適用例４）
図１０は、同じく直下型のバックライトを用いた液晶表示装置の構成を表すものである。バックライト７０は、例えば上記光源回路ユニット１をバックシャーシ７１の底面に配置したものであり、光源回路ユニット１の上方にはミドルシャーシ７２により拡散シート７３が支持されている。光源回路ユニット１にはまた上記反射シート５８が配設されている。バックライト７０の前面には液晶パネル７４が配設されている。バックシャーシ７１の背面には、光源回路ユニット１に駆動電流を供給するためのＬＥＤ駆動回路基板７５が配設されている。このＬＥＤ駆動回路基板７５にはコネクタ７５Ａが設けられている。光源回路ユニット１とＬＥＤ駆動回路基板７５との電気的接続は適用例３と同様である。バックシャーシ７１の背面から液晶パネル７４の前面の周縁部まではリアカバー７６（背面保護部材）により覆われている。

（適用例５）
図１１はエッジ型のバックライトを用いた液晶表示装置の構成を表すものである。このバックライト８０は、例えば上記光源回路ユニット１を導光板８５の端面に対向するようバックシャーシ８１（支持部材）の側壁に配置したものである。光源回路ユニット１の上方にはミドルシャーシ８２により拡散シート８３が支持されている。このバックライト８０の前面には液晶パネル８４が配設されている。

この液晶表示装置では、光源回路ユニット１の封止レンズ１２から取り出された光は導光板８５により照射方向が拡散シート８３側に変換される。そののち、図７の場合と同様に拡散シート８３を透過して液晶パネル８４に至ると共に、一部は拡散シート８３により反射され、更にその反射光が上記の白色レジスト層や反射シート等により再び拡散シート８３に戻されて液晶パネル８４に至り、その結果表示が行われる。