JP2016531450A - 集積バックライトユニット - Google Patents

Abstract

発光デバイスは、間隙を有する支持体と、間隙に配置された少なくとも１つのＬＥＤと、間隙に配置された少なくとも１つのＬＥＤを封止する透明材料を有する導波路又は光射出部のうち少なくとも一方とを含む。

Description

この出願は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる２０１３年９月２３日に出願された米国仮出願番号６１／８８１，０３７、２０１３年１０月２３日に出願された米国仮出願番号６１／８９４，４６６、２０１３年１１月１８日に出願された米国仮出願番号６１／９０５，５８７、及び、２０１４年８月１１日に出願された米国仮出願番号６２／０３５，８７２に関連付けられる。

本発明の実施形態は、一般に発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光デバイスに関し、特に集積バックライトＬＥＤユニットに関する。

ラップトップ又はＬＥＤテレビの液晶ディスプレイのような電子ディスプレイでは、ＬＥＤが使用される。従来のＬＥＤユニットは基板にＬＥＤを実装し、実装されたＬＥＤを封止し、次に封止されたＬＥＤを光導波路に光学的に結合することによって製造される。従来のＬＥＤユニットには、光学的結合が不十分であるという欠点がありうる。

一実施形態は、間隙を有する支持体及び間隙に配置された少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を有するＬＥＤアセンブリと、間隙に配置された少なくとも１つのＬＥＤを封止する透明材料を有する導波路又は光射出部のうち少なくとも一方と、を含む発光デバイスに関する。

別の実施形態は、間隙を有する支持体と間隙に配置された少なくとも１つの発光デバイスと間隙に配置された少なくとも１つの発光デバイスを封止する透明材料を含む光射出部とを含む発光デバイスアセンブリと、バックライト導波路が透明材料と直接接触するように光射出部に光学的に結合されたバックライト導波路と、を含む集積バックライトユニットに関する。

別の実施形態は、間隙を有する支持体及び間隙に配置された少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むＬＥＤアセンブリを提供する工程と、間隙を少なくとも部分的に充填する導波路及び光射出部のうち少なくとも一方を形成する透明材料によって少なくとも１つのＬＥＤを封止する工程と、を含む発光デバイスを製造する方法に関する。

一実施形態は、間隙を有する支持体と間隙に配置された少なくとも１つの発光デバイスと間隙に配置された少なくとも１つの発光デバイスを封止する透明材料を含む光射出部とを含む発光デバイスアセンブリと、光射出部に光学的に結合されたバックライト導波路と、光射出部とバックライト導波路との間に配置された屈折率整合化合物と、を含む集積バックライトユニットに関する。

別の実施形態は、間隙を有する支持体と間隙に配置された少なくとも１つの発光デバイスと間隙に配置された少なくとも１つの発光デバイスを封止する透明材料を含む光射出部とを含む発光デバイスアセンブリと、光射出部に光学的に結合されたバックライト導波路と、バックライト導波路の光学ホットスポットからの光損失を減少させるためにバックライト導波路の周囲に配置された円周偏光子と、を含む集積バックライトユニットに関する。

別の実施形態は、間隙を有する支持体に各列の発光ダイオードが配置され、発光ダイオードは間隙に配置されるような複数列の発光ダイオードを含むパネルを提供する工程と、間隙を少なくとも部分的に充填する導波路又は光射出部のうち少なくとも一方を形成する透明材料によって複数列の発光ダイオードを封止する工程と、１列の発光ダイオードを含む個別の発光デバイスを提供するためにパネルをスライシングする工程と、を含む発光デバイスを製造する方法に関する。

別の実施形態は、間隙を有する支持体と、間隙に配置された少なくとも１つの発光デバイスと、少なくとも１つの発光デバイスに直接又は間接的に光学的に結合されたバックライト導波路と、発光デバイスへの電気的接続を提供するように構成された回路と、を含み、回路は支持体と一体である又は支持体の外面に実装される集積バックライトユニットに関する。

図１は、一実施形態に係る集積バックライトユニットを概略的に示す側断面図である。 図２は、別の実施形態に係る集積バックライトユニットを概略的に示す側断面図である。 、 、 、 図３Ａ〜図３Ｄは、一実施形態に係る発光デバイスを示す図であり、（Ａ）平面図、（Ｂ）図３（Ａ）の側断面図、（Ｃ）図３（Ａ）の平面図の拡大図及び（Ｄ）図３（Ｂ）の断面図の拡大図を含む。 図４Ａは、ダイボンドされたＬＥＤを含む一実施形態に係る集積バックライトユニットの一部を示す平面図である。 図４Ｂは、一実施形態に係る集積バックライトユニットの発光デバイスの側断面図である。発光デバイスは、側面がメタライズされた光射出部を含む。 図４Ｃは、ワイヤボンドされたＬＥＤを含む一実施形態に係る集積バックライトユニットを示す平面図である。 図４Ｄは、一実施形態に係る集積バックライトユニットを示す側断面図である。 図４Ｅは、一実施形態に係る集積バックライトユニットを示す平面図である。 図４Ｆは、図４Ｅに示される集積バックライトユニットの斜視図である。 図４Ｇは、図４Ｅに示される集積バックライトユニットの側断面図である。 図４Ｈは、図４Ｇに示される集積バックライトユニットの部分Ｂの側断面拡大図である。 、 、 図５Ａ〜図５Ｃは、一実施形態に係る集積バックライトユニットを製造する方法の工程を示す図である。 図５Ｄは、一実施形態に係る別の集積バックライトユニットを示す。 、 、 、 図６Ａ〜図６Ｄは、一実施形態に係る集積バックライトユニットを製造する別の方法の工程を示す図である。 図６Ｅは、一実施形態に係る別の集積バックライトユニットを示す。 、 、 、 図７Ａ〜図７Ｄは、一実施形態に係る集積バックライトユニットを製造する更に別の方法を示す図である。 図７Ｅは、一実施形態による更に別の集積バックライトユニットを示す。 図８は、ＬＥＤのアレイの中のＬＥＤの個別制御を可能にする回路構成を示す回路図である。 図９は、一実施形態に係る集積バックライトユニットにおけるミスアライメントの影響を示す光線図である。 図１０は、結合効率の関数としてＬＥＤの分布を示すプロットである。 、 図１１Ａ〜図１１Ｂは、集積バックライトユニットの別の実施形態を示す図である。 図１２は、一実施形態に係る集積バックライトユニットを概略的に示す側断面図である。 図１３Ａは、輝度のホットスポットの位置を示す集積バックライトユニットの概略側断面図である。 図１３Ｂは、別の実施形態に係る集積バックライトユニットを概略的に示す側断面図である。 、 図１４Ａ及び図１４Ｂは、埋め込み染料及び／又は蛍光体粒子を有する集積バックライトユニットの別の実施形態を示す概略図である。 、 図１５Ａ及び図１５Ｂは、波長変換材料を含む集積バックライトユニットの実施形態を示す概略図である。 図１６は、一実施形態に係る集積バックライトユニットを製造する方法を示す概略図である。 、 、 図１７Ａ〜図１７Ｃは、集積バックライトユニットの電気的接続の実施形態を概略的に示す図である。

透過型ディスプレイ、反射型ディスプレイ及び薄型パネル照明器具のような、ＬＥＤ光源を利用し均一照射への適用を意図する従来のバックライト方式は、以下の制限のうち１つ以上によって光学系全体の効率が劣化するという欠点を有することを発明者らは理解した。

１．ＬＥＤ発光体を収納するパッケージから来る吸収損失を原因とする固有光損失、
２．ＬＥＤ発光体、ＬＥＤパッケージ及び導光板の間の結合光学系のエテンデュ、
３．ＬＥＤパッケージの配置、パッケージと導光板との間の空隙及びＬＥＤパッケージに対する導光板の位置合わせから発生する５つの自由度の組み立て許容誤差、及び
４．バックライティングユニットの厚さを合わせた総厚を少なくすることが依然として望まれていること。

特にモバイルデジタル家電の市場で、よりスリムなライトパネル及びより薄いディスプレイへの探求が前述の挑戦を激化させる。

実施形態は、間隙を有する支持体及び間隙に配置された少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を有するＬＥＤアセンブリと、少なくとも１つのＬＥＤを封止し、光射出部及び／又は導波路の少なくとも一部を形成する透明材料とを含む発光デバイスについて描かれる。言い換えれば、ＬＥＤダイ封止材は光射出部及び／又は導光板などの導波路を形成する。他の実施形態は、光射出部と、光射出部に光学的に結合されたバックライト導波路とを含む集積バックライトユニットについて描かれる。好ましくは、バックライト導波路は、透明材料と直接接触する。他の実施形態は、発光デバイス及び集積バックライトユニットを製造する方法について描かれる。集積バックライトユニットを製造する方法の実施形態は、支持体に配置された間隙に少なくとも１つのＬＥＤを装着し、光射出部及び／又は導波路の少なくとも一部を形成する透明材料によって少なくとも１つのＬＥＤを封止することによって発光デバイスを製造することを含む。一実施形態において、集積バックライトユニットを製造する方法は、バックライト導波路を光射出部に光学的に結合することを更に含む。好ましくは、バックライト導波路は、透明材料と直接接触する。

この集積バックライトユニット構造はＬＥＤ発光体のファーストレベルパッケージングを排除し、表示及び照明に適用されるバックライトユニットの従来の構造と関連するパッケージ内損失及び結合損失のない導光板などの導波路へ、放射された光子を非常に効率よく光学的に射出させることができる。これは、望ましくない光学的界面を排除するか又は減少させる共成形によって、ＬＥＤ発光体への導光板の直接結合を提供する。

図１及び図２は、パッケージ化ＬＥＤデバイスユニット１００の概略図であり、ＬＥＤダイ封止材は光射出部を形成し、ＬＥＤデバイスユニット１００は別の実施形態に従って集積バックライトユニットを形成するために導波路と共に使用可能である。ユニット１００は間隙１３２の中に少なくとも１つのＬＥＤダイ１１２（例えば、チップ）を支持する成形リードフレーム１０８（図１に示される）又は回路基板１１４（図２に示される）などの支持体と、少なくとも１つのＬＥＤダイ１１２を封止し、光射出部１０２の少なくとも一部を形成する透明材料１１７と、複数のリード／コンタクト１３０（図１にはその１つが示される）とを含む。間隙１３２は、ＬＥＤダイ１１２を収容するパッケージの底面と側面（群）との間の何らかの適切な介在空間を含んでもよい。間隙１３２は、スリット形状を有するか、あるいは円筒形、円錐形、多面体、角錐、不規則形状などの他の何らかの形状を有してもよい。ＬＥＤダイ１１２は、リード／コンタクト１３０の上面に実装されうる１つ以上の発光半導体素子（赤色発光ＬＥＤ、緑色発光ＬＥＤ及び青色発光ＬＥＤ、又は黄色発光蛍光体で被覆された青色発光ＬＥＤなど）を含んでもよい。

図３Ｄ及び図４Ｂに示されるように、リードフレーム１０８又はプリント回路基板１１４などの支持体及び支持体の間隙１３２に配置された少なくとも１つのＬＥＤダイ１１２は、パッケージ化ＬＥＤユニット１００の発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリ１１３を合わせて形成する。図４Ａ及び図４Ｃに示されるように、アセンブリ１１３のリードフレーム１０８は、導電性リードフレーム１０８の複数の（例えば、少なくとも第１及び第２の）リード１３０が埋め込まれている上面が開いた成形ポリマーハウジング１１６を含む成形リードフレームを含んでもよい。間隙１３２はハウジング１１６の側壁と底面との間に配置され、少なくとも１つのＬＥＤ（例えば、ＬＥＤダイ）１１２は間隙１３２の中に配置され、第１の導電性リードフレームリード１３０及び第２の導電性リードフレームリード１３０に電気的に接続される。

ＬＥＤダイ１１２は、何らかの適切なボンディング技術又は装着技術を使用してリード／コンタクト１３０の上面に実装されてもよい。実施形態では、ＬＥＤダイ１１２の表面は絶縁材料（例えば、サファイア層）を介してリード／コンタクト１３０から電気的に絶縁されてもよく、この絶縁材料はダイ１１２の支持基板の一部であってもよいし、ダイ１１２の支持基板の一部を形成してもよい。

図３Ｃ及び図４Ｃに示されるように、ＬＥＤダイ１１２はリードフレームリード１３０などの第１の導電性コンタクト／リード及び第２の導電性コンタクト／リードにワイヤボンド１２４によってワイヤボンディングされてもよい。従って、ＬＥＤダイ１１２の活性領域は、図３Ｃに示されるようにダイ１１２の第１のボンドパッド領域に接合された第１のワイヤ１２４によって第１のリード１３０に電気的に接続されてもよい。第２のワイヤ１２４は、ダイ１１２を第２のリード１３０に電気的に接続するために、ダイ１１２の第２のボンドパッド領域に接合されてもよい。別の実施形態では、少なくとも１つのＬＥＤダイ１１２は、図４Ａに示されるように導電性リードフレームリード１３０に接合される。好ましくは、ＬＥＤダイ１１２と、第１の導電性リードフレームリード１３０及び第２の導電性リードフレームリード１３０などのコンタクト／リード１３０との間のすべての電気的接続部（例えば、ワイヤボンド１２４又は直接ボンド）は、光射出部１０２の透明材料の中に配置される。

図２に示される実施形態において、パッケージ化ＬＥＤユニット１００は、成形リードフレームに形成されるのではなく、プリント回路基板又はフレキシブル回路基板などの回路基板１１４である支持体に形成される。図２のユニット１００はハウジング１１６を更に含み、ハウジング１１６は、ダイ１１２及びリード１３０の周囲の上面が開いた保護パッケージであってもよい。実施形態において、ハウジング１１６は成形エポキシ材料であってもよいが、他の材料（例えば、セラミック、プラスチック、ガラスなど）が利用されてもよい。リード１３０は、ハウジング１１６に少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。図２に示されるように、ハウジング１１６はユニット１００の側壁と、任意に底面の少なくとも一部とを形成してもよく、上面に少なくとも１つのＬＥＤダイ１１２を露出させる開口部１１１を含んでもよい。図２の実施形態では、プリント回路基板１１４はユニット１００の底面の少なくとも一部を形成する。実施形態では、ハウジング１１６はＬＥＤダイ１１２を取り囲む間隙１３２と共にポケットを形成する。

好ましくは、間隙１３２は、４００〜７００ｎｍなど少なくとも選択された波長範囲で光学的に透明である（例えば、８０〜９５％など少なくとも８０％の透過率）封止材料１１７で充填される。透明材料１１７はシリコーン、アクリルポリマー（例えば、ポリ（メチルメタクリレート）（「ＰＭＭＡ」））又はエポキシ、あるいは他の何らかの適切な透明材料であってもよく、光射出部１０２の少なくとも一部を形成する。封止材料はシリコーン、ポリマー又はエポキシの中に混合された蛍光体又は染料材料を任意に含んでもよい。一実施形態において、ハウジング１１６は単一のＬＥＤダイ１１２を含む。他の実施形態では、以下に更に詳細に説明されるように、ハウジング１１６の中の、ハウジング１１６の同一の間隙１３２又は異なる間隙１３２に複数のＬＥＤダイ１１２が含まれてもよい。

図１、図３Ｄ、図４Ｂ、図４Ｄ及び図４Ｈに示される実施形態において、透明材料は間隙１３２の全体を充填し、間隙１３２から支持体１０８／１１４の上面の上方に（例えば、ハウジング／パッケージ１１６又はアセンブリＬＥＤ１１３の上面の上方に）延在する。本実施形態では、導波路１０４の底部は間隙１３２の上方で射出部１０２の透明材料と接触する。図４Ｄ及び図４Ｈに示されるように、集積バックライトユニット３００を形成するために、導波路１０４は間隙１３２の上方でクランプ及びテープ（１３６及び／又は１３８）のうち少なくとも一方によって光射出部１０２に装着される。好ましくは、図３Ｄ及び図４Ｂに示されるように、ＬＥＤアセンブリ１１３の上面の上方に延在する光射出部１０２の透明材料の側面の少なくとも一部分を覆うように、銀又はアルミニウムの層、あるいは別の反射材料などの反射材料１１０が配置される。

図５Ｃに示される別の実施形態では、光射出部１０２の透明材料１１７は間隙１３２の一部のみを充填する。本実施形態では、図５Ｃに示されるように、導光パネルなどの導波路１０４の底部は間隙１３２の中まで延在して、間隙１３２の中の射出部１０２の透明材料と接触する。導光パネル１０４は、間隙１３２を取り囲む支持構造（例えば、ハウジング／パッケージ１１６）の側壁によって光射出部１０２に装着される。以下に更に詳細に説明される本実施形態の非限定的な１つの構成において、パッケージ１１６は、回路基板１１４上に配置された成形ポケット又は打ち抜きポケット１４６を含んでもよい。

図５Ｄに示される別の実施形態では、光射出部１０２が省略され、透明材料成形材料は導光板などの導波路１０４を形成する。導光板１０４の形の成形材料は間隙１３２を完全に充填し、成形リードフレームなどの支持体の上面を覆うように間隙１３２の外まで延在する。

一実施形態において、ＬＥＤダイ１１２は、白色発光ＬＥＤ（例えば、観測者に対して２つ合わせて白色の光を放射しているように見える黄色発光蛍光体で被覆された青色ＬＥＤ１１２Ｂ）又は図３Ｃに示されるように近接して配置された複数のＬＥＤダイ（例えば、複数の赤色発光ＬＥＤダイ１１２Ｒ、緑色発光ＬＥＤダイ１１２Ｇ、青色発光ＬＥＤダイ１１２Ｂ）であってもよい。

何らかの適切なＬＥＤ構造が利用されてよい。実施形態において、ＬＥＤはナノワイヤ系ＬＥＤであってもよい。ナノワイヤＬＥＤは通常１つ以上のｐｎ接合又はｐｉｎ接合に基づく。各ナノワイヤは、動作中に光を発生するための活性領域を提供するｐｎ接合又はｐｉｎ接合を形成するための、第１の導電型（例えば、添加されたｎ型）のナノワイヤコアと、取り囲む第２の導電型（例えば、添加されたｐ型）のシェルとを含んでもよい。コアとシェルとの間の中間活性領域は、１つの真性又は低濃度不純物添加（例えば、１０^１６ｃｍ^−３未満の添加レベル）半導体層、あるいはバンドギャップの異なる複数の半導体層を含む３〜１０個の量子ウェルなどの１つ以上の量子ウェルを含んでもよい。通常ナノワイヤはＬＥＤ構造を形成するために支持基板上に並んだ数百、数千、数万又はそれ以上の数のナノワイヤを含むアレイとして配置される。ナノワイヤはＩＩＩ−Ｖ族半導体及び／又はＩＩＩ族窒化物半導体などの多様な半導体材料を含んでもよく、適切な材料はＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、Ｇｅ、ＺｎＯ、ＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＰ：Ｓｉ、ＩｎＧａＰ：Ｚｎ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＡｌＩｎＰ、ＧａＡｌＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＳｂ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、ＧａＰ及びＳｉを含むが、それらに限定されない。支持基板はＩＩＩ−Ｖ族又はＩＩ−ＶＩ族半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ_３Ｏ_３、ＳｉＣ、石英及びガラスを含んでもよいが、それらに限定されない。ナノワイヤＬＥＤ及び製造方法に関する更なる詳細は、例えばすべて参照によって全内容が本明細書に組み込まれる米国特許第７，３９６，６９６号、第７，３３５，９０８号及び第７，８２９，４４３号、国際公開第２０１０／０１４０３２号、第２００８／０４８７０４号及び第２００７／１０２７８１号、並びにスウェーデン特許出願第ＳＥ１０５０７００−２号に記載されている。

あるいは、ナノワイヤＬＥＤの代わりに又はそれに加えて、バルク（すなわち、平坦層型）ＬＥＤが使用されてもよい。更に、無機半導体ナノワイヤ又はバルク発光ダイオードが好適であるが、その代わりにレーザー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）（小分子系ＯＬＥＤ、ポリマー系ＯＬＥＤ及び／又はりん光系ＯＬＥＤを含む）、発光電気化学セル（ＬＥＣ）、化学ルミネセンス、蛍光、カソードルミネセンス、電子線励起ルミネセンス（ＥＳＬ）、抵抗フィラメント白熱発光、ハロゲン白熱発光及び／又はガス放電発光デバイスなどの他の何らかの発光デバイスが使用されてもよい。発光デバイスは、可視放射線（すなわち、４００〜７００ｎｍの範囲内に１つ以上のピーク又は波長帯を有する可視光）などの何らかの適切な放射波長（例えば、ピーク又は帯域）を放射してもよい。

図４Ａに更に詳細に示される一実施形態において、ユニット１００は赤色ＬＥＤｎコンタクト１３０ＲＮ、赤色ＬＥＤｐコンタクト１３０ＲＰ、緑色ＬＥＤｎコンタクト１３０ＧＮ、緑色ＬＥＤｐコンタクト１３０ＧＰ、青色ＬＥＤｎコンタクト１３０ＢＮ及び青色ＬＥＤｐコンタクト１３０ＢＰを含む。各リード／コンタクト１３０は、導電性材料（例えば、ニッケル及び／又は銀で任意に被覆されてもよい銅などの金属）によって形成されてもよい。リード／コンタクト１３０は、リードフレームの一部として形成され、パッケージングされ、個別のユニット１００を形成するためにフレームから分離されてもよい。リード／コンタクト１３０は、ユニット１００の第１の側面１０１と第２の側面１０３との間で互いに接触することなくほぼ平行に延在してもよい。

ユニット１００は、３つのＬＥＤダイ１１２に限定されない。実施形態のユニット１００は、数十又は数百又はそれ以上のＬＥＤダイ１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂを含んでもよいハウジング／パッケージ１１６を含む。パケージ化ＬＥＤユニット１００は、図４Ａに示されるように、ＬＥＤダイ１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂを電気的に接続するための複数のリード／コンタクト１３０ＲＮ、１３０ＲＰ、１３０ＧＮ、１３０ＧＰ、１３０ＢＮ、１３０ＢＰを含んでもよい。各ダイ１１２Ｒ、１１２Ｇ、１１２Ｂは、上述のようにリードの上面に実装され、少なくとも２つの異なるリードに電気的に接続されてもよい。

ユニット１００は、図４Ｄ及び図４Ｇに示されるように、上部発光構成（例えば、ユニット１００を支持するプレート２００の主面２０２に対して垂直に光が放射される）又は側部発光構成（例えば、ユニット１００を支持するプレート２００の主面２０２と平行に光が放射される）のいずれかで導波路１０４と共にベースプレート２００などの支持面２００に実装されてもよい。例えばパッケージ化ＬＥＤデバイスユニット１００の支持体、例えば成形リードフレーム１０８／１１６の側部がベースプレート２００の主面に配置され、成形リードフレーム１０８のパッケージ１１６の側部にある露出されたコンタクト１３０がベースプレート２００上の各電極と接触するように、集積バックライトユニット３００は側部発光構成でベースプレート２００の上に配置されてもよい。本実施形態では、図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆ及び図４Ｈに示されるように、導波路１０４の第１の面及び第２の面の上にディフューザ１４４、フィルタ１４２及び偏光子１４０の膜（群）のうち少なくとも１つが配置される。

実施形態は、発光デバイスを製造する方法を更に含む。一実施形態は、成形リードフレーム１０８又は回路基板１１４などの、間隙１３２を有する支持体と、間隙１３２に配置された少なくとも１つのＬＥＤダイ１１２とを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリ１１３を提供することを含む。方法は、間隙１３２を少なくとも部分的に充填する光射出部１０２を形成する透明材料１１７で少なくとも１つのＬＥＤダイ１１２を封止することを更に含む。

図３Ａ〜図３Ｄ、図４Ａ〜図４Ｈ及び図５Ａ〜図５Ｃに示される一実施形態において、支持体は成形リードフレーム１０８を含む。成形リードフレーム１０８は、ハウジング１１６に第１の導電性リードフレームリード１３０及び第２の導電性リードフレームリード１３０を埋め込むために、リードフレームの周囲にポリマーハウジング１１６を成形することによって形成される。成形リードフレーム１０８は、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、ハウジング１１６の側壁と底面との間に配置された間隙（例えば、アライメント溝又は空洞）１３２を有するハウジング１１６（例えば、成形パッケージ部分）を含む。

必要に応じて、Ｎｉ及び／又はＡｇ層でリード１３０を被覆することなどによって、間隙１３２に電極材料が形成される。次に図５Ｂに示されるように、ＬＥＤダイ１１２を封止する前に、間隙１３２を取り囲む支持体（例えば、ハウジング１１６）の側壁に反射材料１１０が形成される。次に必要とされるボンドパッドの形状をリードが有していない場合に、露出したリード１３０のレーザーアブレーション又は化学エッチングによって、ダイボンドパッドが形成される。

図５Ｂに示されるように、間隙１３２には少なくとも１つのＬＥＤダイ１１２が配置され、第１の導電性リードフレームリード１３０及び第２の導電性リードフレームリード１３０に電気的に接続される。一実施形態において少なくとも１つのＬＥＤダイ１１２は図４Ｃに示されるように、第１の導電性リードフレームリード１３０及び第２の導電性リードフレームリード１３０にワイヤボンディングされる。別の実施形態では、ＬＥＤダイ１１２はハウジング１１６を使用せずにリードフレーム１０８に実装される。この実施形態には間隙がない。一実施形態において、リードフレーム１０８と同一の材料又は異なる材料から製造されたハウジング１１６は、ＬＥＤダイ（群）１１２の実装後にリードフレーム１０８に固定されてもよい。

更に、透明材料１１７で少なくとも１つのＬＥＤダイ１１２を封止する工程は、図５Ｃに示されるように、光射出部１０２の透明材料の中にワイヤボンドが配置されるように少なくとも１つのＬＥＤダイ１１２と、第１の導電性リードフレームリード１３０及び第２の導電性リードフレームリード１３０との間のワイヤボンド１２４を封止することを含む。

方法は、バックライト導波路１０４が透明材料と直接接触するようにバックライト導波路１０４を光射出部１０２に光学的に結合することを更に含む。一実施形態において、バックライト導波路１０４は導光パネルであり、図５Ｃに示されるように、射出部１０２の透明材料は間隙１３２を部分的にのみ充填する（例えば、約５０％の充填率のように２５〜７５％の充填率）。本実施形態では、バックライト導波路１０４を光学的に結合する工程は、図５Ｃに示されるように、間隙１３２を取り囲む支持体構造（例えば、成形ハウジング１１６）の側壁によって導光パネル１０４が光射出部１０２に装着されるように、導光パネル１０４の底部分を間隙１３２の中の射出部１０２の透明材料と接触させるために間隙１３２の中に挿入することを含む。

図５Ｄに示される別の実施形態では、光射出部１０２が省略され、透明材料成形材料は導光板などの導波路１０４を形成する。成形材料は間隙１３２を完全に充填する導光板１０４の形で凝固され、導光板１０４は成形リードフレーム１０８などの支持体の上面を越えて間隙１３２から延在する。従って、導波路１０４は成形可能ポリマー材料から製造され、ＬＥＤダイ１１２の上面と直接接触し、ＬＥＤダイ１１２に対して封止材として作用する。

図６Ａ〜図６Ｄ及び図７Ａ〜図７Ｄに示される別の実施形態の方法において、支持体は回路基板１１４である。間隙１３２を含むポケット１４６が回路基板１１４上に配置される。ポケット１４６は、回路基板１１４の表面上に配置されたハウジング１１６などの成形構造であってもよい。従って、間隙１３２の底部１１４は間隙１３２の側壁（例えば、縁部）１１６とは異なる材料から製造され且つ／又は異なる工程で製造される。本実施形態では、間隙１３２は成形構造１１６の側壁の間に配置され、間隙の底面は基板１１４の上面であってもよい。ＬＥＤダイ１１２は間隙１３２に配置され、回路基板１１４の表面上のコンタクトパッド１３０にワイヤボンディングされる。好ましくは、光射出部１０２の透明材料によって少なくとも１つのＬＥＤダイ１１２を封止する工程は、ワイヤボンド１２４が光射出部１０２の透明材料１１７の中に配置されるようにワイヤボンド１２４を封止することを含む。

図６Ａ〜図６Ｄに示されるように、間隙１３２を有する成形構造１１６は回路基板１１４に直接成形（すなわち、形成）されてもよい。この方法では、図６Ａに示されるように、ダイボンドパッド及び他の電極を有するプリント回路基板又はフレキシブル回路基板などの回路基板１１４が提供される。

次に、基板１１４の面にエポキシ又は別の適切な成形材料が提供され、ポケット１４６（例えば、成形ハウジング構造１１６）を形成するために成形される。好ましくは、図６Ｂに示されるように、構造１１６を形成するために反射性白色エポキシ、あるいは信越化学工業株式会社よりＫＥＲ−２０２０−ＤＡＭ又はＫＥＲ−２０００−ＤＡＭの商品名で販売されているメチルゴムＲＴＶシリコーン材料などのシリコーンダイボンドダム材料が使用される。

別の実施形態では、ポケット１４６は回路基板１１４の表面に成形されるのではなく、回路基板１１４とは別に成形された後に回路基板１１４の表面に装着される成形構造１１６を含む。この成形構造１１６は、成形リードフレーム（例えば、ＬＥＤダイのベース及び接続部として配線部を形成するポリマー又はセラミックなどの絶縁体上のコンタクトの金属パターン）又は絶縁ポケットを含んでもよい。あるいは、ポケット１４６は、回路基板１１４上で打ち抜き加工された反射導波ポケットなどの打ち抜きハウジング構造１１６を含んでもよい。例えば打ち抜きポケット１４６は、アルミニウム層などの反射層１１０で被覆されたアクリルガラス（例えば、ＰＭＭＡ）ポケットを含んでもよい。成形構造又は打ち抜き構造１１６は、ＵＶ硬化性エポキシなどの何らかの適切な接着剤を使用して回路基板１１４に装着されてもよい。

成形構造又は打ち抜き構造１１６を形成した後、図６Ｃに示されるように１つ以上のＬＥＤダイ１１２は、間隙１３２に配置（例えば、装着）され、回路基板１１４上のボンドパッドに接続（例えば、ワイヤボンディング）されてもよい。構造１１６が成形リードフレームである場合に、ＬＥＤダイはリードフレームの内側に接合されてもよい。

次に、ＬＥＤダイ１１２をエポキシ、アクリルポリマー又はシリコーンの中に封止することによって光射出部１０２が間隙１３２に形成されてもよい。光射出部１０２を形成した後、図６Ｄに示されるように構造１１６の間隙１３２の充填されずに残された上部に導波路（例えば、導光パネル）１０４が配置されてもよい。バックライト導波路１０４を光射出部に光学的に結合する工程は、間隙１３２を取り囲む支持体（例えば、構造又はハウジング）１１６の側壁によって導光パネルが光射出部に装着されるように、導波路（例えば、導光パネル）１０４の底部分を射出部１０２の透明材料と接触させるために間隙１３２の中に挿入することを含んでもよい。

別の方法では、まず回路基板１１４の表面上に１つ以上のＬＥＤダイ１１２が配置され、次にＬＥＤダイ１１２の周囲に構造１１６が形成される（例えば、ＬＥＤダイの周囲で成形、打ち抜き加工又は装着される）。

図６Ｅに示される別の実施形態において、光射出部１０２は省略され、透明材料成形材料は導光板などの導波路１０４を形成する。導光板１０４の形の成形材料は間隙１３２を完全に充填し、構造１１６の上面を越えて間隙１３２から延在する。

図７Ａ〜図７Ｄに示される別の実施形態では、回路基板１１４は第１の部分１１４ａと、第１の部分１１４ａに関して平行でない方向に延在する第２の部分１１４ｂとを有する屈曲したフレキシブル回路基板１１４を含む。例えば第２の部分１１４ｂは、図７Ａに示されるように第１の部分１１４ａに関して、８０〜１００°のような２０〜１６０°の角度で、例えば垂直に延在してもよい。

ポケット１４６は、屈曲したフレキシブル回路基板１１４の周囲で成形、装着又は打ち抜き加工された構造１１６を含む。構造１１６は、上述した白色反射性エポキシ又は反射導波アクリルガラスポケットを含んでもよい。図７Ｂに示されるように、第１の部分１１４ａは間隙１３２の中のポケット１４６の底面で露出され、第２の部分１１４ｂはポケット１４６の底面を貫通して、第１の部分１１４ａに対して平行ではない方向に延在する。

次に、方法は図６Ｃ−図６Ｄに示される工程と同様に進み、図７Ｃに示されるように、少なくとも１つのＬＥＤダイ１１２は、ポケット１４６の間隙１３２の中で屈曲したフレキシブル回路基板の第１の部分１１４ａに装着される。次に、図７Ｄに示されるようにＬＥＤダイ１１２は光射出部１０２の透明材料で封止され、導波路（例えば、導光パネル）１０４は構造１１６の残る間隙１３２に配置されてもよい。

図７Ｅに示される別の実施形態では、光射出部１０２は省略され、透明材料成形材料は導光板などの導波路１０４を形成する。導光板１０４の形の成形材料は間隙１３２を完全に充填し、構造１１６の上面を越えて間隙１３２から延在する。

他の別の実施形態において、光射出部１０２の透明材料１１７及び／又は導光板は間隙１３２を完全に充填し、間隙１３２から間隙１３２の側壁（群）を形成する支持体１０８／１１６の上面を越えて延在するように、ＬＥＤダイ１１２を封止するように形成される。この方法では、バックライト導波路１０４を光学的に結合する工程は、導波路１０４の底部分を間隙１３２の上方で光射出部１０２の透明材料と接触させることと、例えば図４Ｈに示されるように、間隙１３２の上方でクランプ及びテープ（１３６及び／又は１３８）の少なくとも一方によって導波路１０４を光射出部１０２に装着することとを含む。あるいは、導波路１０４と光射出部１０２との界面の周囲で射出成形又は鋳造することによって形成される光学的に透明な成形材料（例えば、ポリマー又はエポキシ）１０６によって、導波路（例えば、活性導光板）１０４は光射出部１０２に装着されてもよい。光学的に透明な成形材料１０６は、好ましくは導波路１０４の屈折率と同一又は同様（例えば、１０％未満の差）の屈折率を有する。一実施形態において、方法は例えば図３Ｄ及び図４Ｂに示されるように、支持体の上面を越えて延在する光射出部１０２の透明材料の側部分の上に反射材料１１０を形成する工程を更に含む。

別の実施形態では、方法は図４Ｈに示されるように、導波路１０４の第１の面及び第２の面の上にディフューザ１４４、フィルタ１４２及び偏光子１４０の膜（群）のうち少なくとも１つを形成することを更に含む。方法は図４Ｈに示されるように、支持体１０８／１１６の側部がベースプレート２００の主面２０２に配置されるように、側部発光構成で導波路１０４に接続されたユニット１００を、ベースプレート２００の上に実装することを更に含む。導波路１０４はユニット１００をベースプレート２００に装着する前にユニット１００に装着されてもよいが、ユニット１００をベースプレート２００に装着した後にユニット１００に装着されてもよい。

図８は、ＬＥＤダイ１１２のアレイ中のＬＥＤダイ１１２Ｇ、１１２Ｒ、１１２Ｂを個別に制御可能な回路構成を示す回路図である。赤色、緑色及び青色などの異なる色のＬＥＤを使用する場合に、カラーＬＥＤダイごとに個別のバス１２６Ｇ、１２６Ｂ、１２６Ｒが提供される。カラー発光ＬＥＤダイごとに、正バス及び負バスの２つのバス１２６が通常提供される。同じ色の光を放射するＬＥＤダイ１１２は、直列に接続されたＬＥＤダイ１１２のアレイ中の第１のＬＥＤダイ１１２の第１のリードが正バス又は負バスのいずれかである一方のバスに電気的に接続され、アレイ中の最後のＬＥＤダイ１１２の第２のリードが２つのバスのうち他方のバスに電気的に接続されるように直列に配線されてもよい。

図９は、集積バックライトユニット１００の光射出部１０２及びバックライト導波路１０４のミスアライメントの影響を示す光線図である。引き出し線１１８はＹ軸のミスアライメントを示す。引き出し線１２０はＹ位置のミスアライメントを示す。引き出し線１２２は成形フット高さを示す。５，０００回のシミュレーションを実施し、シミュレーションではモンテカルロ分析を実行した。モンテカルロ分析の結果は分布を結合効率の関数として示すグラフである図１０に示され、図１０はミスアライメントがあっても許容しうるデバイス性能を示す。

尚、ＬＥＤは、先に説明し図示した実施形態において何らかの適切な方法を使用して支持体に装着されてもよい。例えばＬＥＤは、ダイ装着法、フリップチップ装着（例えば、フリップチップボンディング）法又はグラフティング法を使用して装着されてもよい。ＬＥＤは、コプレナー構成（例えば、ＬＥＤチップの主面は、ＬＥＤが配置される支持体の主面に配置され、それと平行に延在する）又は縁部実装構成（例えば、ＬＥＤチップの縁部副面は、ＬＥＤが配置される支持体の主面に配置され、それと平行に延在する）で支持体に装着されてもよい。支持体は、ポリマー又はエポキシハウジング又は回路基板、ポリマー又はエポキシハウジング（例えば、成形リードフレーム）に封止された金属リード、金属支持体、半導体（例えば、ＩＩＩ族窒化物又はケイ素などのＩＶ族）支持体などの何らかの適切な材料を含んでもよい。電気コンタクトは、ワイヤボンディング、フリップチップボンディング及び表面実装ダイオードコンタクト（例えば、ダイオードの底面に接触する）などの何らかの適切な接触方法を使用してＬＥＤに形成されてもよい。

光射出部は導光板の一方の縁部に装着されるものとして説明され且つ図示されたが、導光板の主面（例えば、面）に光射出部を装着するなどの別の構成が使用されてもよい。あるいは複数の光射出部が導光板の複数の（例えば、２つ、３つ又は４つの）縁部及び／又は面に直接装着されてもよい。更に、１つの射出部（例えば、Ｌ字形、Ｕ字形又は矩形の射出部）が導光板の複数の縁部及び／又は面に直接装着されてもよい。デバイス（例えば、バックライトユニット）は、照明（例えば、照明装置又はランプ）又は表示（例えば、液晶ディスプレイ）に使用されるシステムなどの何らかの適切なシステムで使用されてもよい。

要するに、側面に反射器を有するシリコーン又はアクリル（ポリ（メチルメタクリレート））などの光学的に透明な材料をＲＧＢ ＬＥＤダイの直線状の列を覆うように成形することは、バックライト導波路に直接係合する光射出部を形成する。この構成は光学結合が改善されること、電力消費が減少すること、混合長さが短縮されること、パッケージ全体が小型化されること及び個別のパッケージが不要になるためにコストが低減されることなどの利点のうち１つ以上をもたらすが利点はそれらに限定されない。特に光射出部を導波路に直接突き合わせ結合することなどによって、ＲＧＢ ＬＥＤダイを光射出部に直接成形することは、光学結合を改善する。これによってＲＧＢ ＬＥＤダイの列は導波路の縁部に沿って位置合わせされ、光射出部を介して導波路のコアに直接沿って光を射出することができる。光射出部の形状は結合を改善し、混合長さを短縮し、光射出部を形成するために反射金属層による光射出部の側面のメタライズを可能にする。光射出部は、クランピング、テーピング、光射出部材料で部分的に充填された間隙にパネル形の導波路を成形又は挿入するなどの何らかの適切な方法を使用して導波路に容易に接続されてもよい。デバイスの幅、長さ及び厚さは増減可能である。

この構成は、以下の付加的な利点のうち１つ以上を更に提供するが利点はそれに限定されない。

１．ＬＥＤ放射光子は、導光体の中に至る中断のない光路を「たどる」。

２．光子の飛行経路の屈折率に不連続がないので、フレネル損失は排除又は減少される。

３．導光体（例えば、射出部及び／又は導波路）の全内部反射より大きい入射角で射出される光子は、反射面によって元の方向へ誘導される。

４．ＬＥＤパッケージによる光損失は減少又は排除される。

５．導光板を「たどる」ＬＥＤ発光体の光の全内部反射角は、ＬＥＤ放射体から空気中への反射の場合の２６°ではなく、４２°に増加される。これによって放射光子のはるかに多くの部分を導光板の中へ射出することが可能になる。

６．導光板をＬＥＤアセンブリと共成形することにより、１つの臨界位置合わせレベルが排除される。その結果、結合効率が改善されると共に製造分布が狭められる。

７．共成形導光板では、ファーストレベルＬＥＤパッケージが排除されるためにバックライトユニットをはるかに薄くすることができる。

本発明の更に別の実施形態は、以下に示す任意の非限定的な利点を提供する。選択されるＬＥＤ発光体は、バックライトユニットの中に無作為に分配されてもよい。ＬＥＤ発光体の波長は赤色、緑色及び青色に限定されない。バックライトユニット内部にＬＥＤ発光体をはるかに密に配置することが可能になる。小型で面積を効率よく利用する構造であるので、格子状に配列された多数の小型バックライトユニットから構成される大型バックライトユニットパネルを構成することが可能である。有機基板であるか又は無機基板であるかにかかわらず、光射出部と導光体の共成形は何らかの適切な電気的基板上で容易に実現される。

図１１Ａ−図１１Ｂは、集積バックライトユニット１００の別の実施形態を示す。図１１Ａに示される実施形態において、染料及び／又は蛍光体粒子などの有機波長変換材料又は無機波長変換材料３０４の粒子が埋め込まれた染料／蛍光体層３０２がバックライト導波路１０４の先端部に配置される。１つの態様では染料及び／又は蛍光体粒子３０４は、ＬＥＤ１１２からの光をダウンコンバートする。すなわち染料及び／蛍光体粒子３０４はＬＥＤ１１２から第１の波長で放射された光を吸収し、第２のより長い波長の光を再放射する。例えばＬＥＤ１１２が青色光を放射する場合、染料及び／又は蛍光体粒子３０４は染料／蛍光体層３０２が黄色、緑色又は赤色の光を放射するように選択されてもよい。別の態様では、染料及び／蛍光体粒子３０４から２つ以上の異なる色の光が放射されるように複数の異なる種類の染料及び／又は蛍光体粒子３０４が染料／蛍光体層３０２に埋め込まれてもよい。１つの態様では、異なる色の光は白色光を形成するように染料／蛍光体層３０２で組み合わされてもよい。例えば青色発光ＬＥＤの場合、粒子３０４は黄色光を放射するＹＡＧ：Ｃｅナノ粒子を含んでもよい。材料及び波長について組み合わせが使用されてもよい。好ましくは、染料及び／又は蛍光体粒子３０４は量子ドットなどのナノスケール粒子である。

図１１Ｂに示される実施形態において、染料及び／又は蛍光体粒子３０４はバックライト導波路１０４に直接埋め込まれる。一実施形態では、バックライト導波路１０４は光学的に透明なポリマー材料から製造される。好ましくは、先の実施形態と同様に、染料及び／又は蛍光体粒子３０４は量子ドットなどのナノスケール粒子である。別の実施形態では、染料及び／又は蛍光体粒子３０４は光射出部に埋め込まれ、光射出部と導波路との間に埋め込まれ且つ／又は光射出部及び導波路の双方に埋め込まれてもよい。

図１２は、別の実施形態による集積バックライトユニット１００を概略的に示す側断面図である。本実施形態において、集積バックライトユニット１００は光射出部１０２及び導波路１０４を含む。本実施形態は、光射出部１０２から導波路１０４の中への光子１０５の通過効率を改善するために、光射出部１０２と導波路１０４との間の空隙に屈折率整合化合物１１７Ａを更に含む。任意に光射出部１０２と導波路１０４との間の空隙をまたぐように延在される前述のような反射材料１１０が設けられてもよい。反射材料は射出部と導波路との間の機械的接合部として作用し、反射材料が設けられなければ導波路へ漏れ出る可能性がある光子を封じ込める。好ましくは、この機械的接合部は、光射出部と導波路との間の界面に巻き付けられた反射材料（例えば、Ａｌ、Ａｇなど）の金属条片を含む。

図１３Ａは、導波路１０４の輝度のホットスポット１１９の位置を示す集積バックライトユニット１００の概略側断面図である。光射出部１０２から導波路１０４に供給される光は均一ではない場合があり、その結果、導波路１０４の輝度にホットスポット１１９が発生することを発明者らは発見した。光が導波路１０４から漏れ出ることを防止するのを容易にするために、図１３Ｂに示されるように、導波路１０４の周囲に円周偏光子１４０が設けられてもよい。偏光子１４０があるため、ホットスポット１１９の光は導波路１０４からごくわずかしか漏れず、大部分の光は偏光子１４０により導波路１０４に戻される。すなわち円周偏光子は、バックライト導波路１０４の光学的ホットスポットからの光損失を減少させるために導波路１０４の周囲に配置される。ホットスポット１１９の帯状の輝度は減少するのでユニット１００全体の輝度は増加する。更に、高角度光子損失は３０〜５０％程度と大きく減少される。必要に応じて図１２に示される機械的接合部の金属条片１１０及び／又は屈折率整合化合物１１７Ａが、図１３Ｂに示される円周偏光子１４０と組み合わせて使用されてもよい。

図１４Ａ及び図１４Ｂは、染料及び／又は蛍光体粒子３０４が埋め込まれた集積バックライトユニットの別の実施形態を示す概略図である。これらの実施形態は、先に説明した図１１Ａ及び図１１Ｂに示される実施例に類似している。図１４Ａに示される実施形態では、埋め込み染料及び／又は蛍光体粒子３０４は、光射出部１０２にのみ配置される。図１４Ｂに示される実施形態では、埋め込み染料及び／又は蛍光体粒子３０４は、導波路１０４にのみ配置される。図１１Ｂに示されるように、埋め込み染料及び／又は蛍光体粒子３０４は、光射出部１０２及び導波路１０４の双方に配置されてもよい。

図１５Ａ及び図１５Ｂは、埋め込み染料及び／又は蛍光体粒子３０４などの波長変換材料を有する集積バックライトユニット４００Ａ、４００Ｂの実施形態を示す概略図である。図１５Ａに示される集積バックライトユニット４００Ａの実施形態では、すべてのＬＥＤ１１２からの光が染料及び／又は蛍光体粒子３０４に届くように、染料及び／又は蛍光体粒子３０４は光射出部１０２全体に又は導波路１０４全体に、あるいは光射出部１０２及び導波路１０４の双方の全体に分配される。図１５Ｂに示される集積バックライトユニット４００Ｂの実施形態では、選択されたＬＥＤ１１２からの光が染料及び／又は蛍光体粒子３０４に届くように、染料及び／又は蛍光体粒子３０４は光射出部１０２又は導波路１０４に、あるいは光射出部１０２及び導波路１０４の双方に分配される。例えば赤色ＬＥＤ１１２Ｒからの光のみが染料及び／又は蛍光体粒子３０４に届くように、染料及び／又は蛍光体粒子３０４は構成されてもよい。あるいは青色ＬＥＤ１１２Ｂ又は緑色ＬＥＤ１１２Ｇからの光のみ、あるいは赤色ＬＥＤ１１２Ｒ、青色ＬＥＤ１１２Ｂ及び／又は緑色ＬＥＤ１１２Ｇの何らかの組み合わせからの光のみが染料及び／又は蛍光体粒子３０４に届くように、染料及び／又は蛍光体粒子３０４は構成されてもよい。

図１６は、一実施形態による集積バックライトユニット１００を製造する方法を概略的に示す図である。図１６に示される方法において、まず有機基板又はパネル、無機基板又はパネル、あるいは半導体ウェハなどの支持体１０７に複数列１０９（例えば、列１０９Ａ、１０９Ｂ）のＬＥＤダイ１１２が実装される。集積バックライトユニット１００の「パネル」１６０を製造するために、図５Ａ〜図７Ｅに示される方法のうちいずれかが使用されてもよい。

パネル１６０を製造した後、各々がＬＥＤダイ１１２の１つ以上の列を有する個別の集積バックライトユニット１００を形成するために、パネル１６０はＬＥＤダイ１１２の列に分離されてもよい（例えば、ソーカットによるダイシングなど）。列への分離の前又は後に、ユニット１００は光学的に透明な被膜の層によって光射出部１０２及び／又は導波路１０４と共に封止されてもよい。一実施形態において、光学的に透明な被膜は精密に制御された厚さを有する。好ましくは、支持体上のすべてのＬＥＤ１１２は分離前に射出部及び／又は導波路と共にギャング成形される。必要に応じてパネル又はウェハ１６０上のすべてのＬＥＤ１１２は、分離前にテストされてもよい。あるいは分離前に各行が個別にテストされてもよく（すなわち、ＬＥＤの各列を一度にテストする）、その後に分離され、テストに合格した場合はバックライトユニット１００で使用され、テストに不合格であった場合には廃棄されてもよい。

一実施形態において、非占有基板領域（すなわち、ＬＥＤ１１２によって占有されていない）は最小限に抑えられる。これはフリップチップ及びモノリシック集積によって実現されてもよい。すなわち単一ＬＥＤダイ１１２に多数のカラー発光体（例えば、赤色、緑色及び青色）が製造され、その後パネル１６０を形成するために、それらのダイは支持体１０７に実装される。赤色、緑色及び青色に加えて、黄色、マゼンタ及びオレンジ色又は他の何らかの必要の色などの他の色の発光体が更に製造されてもよい。更に、支持体１０７上には２つの異なる色、３つの異なる色、４つの異なる色、５つの異なる色又は６つの異なる色などの任意の数の異なる色のダイ１１２が実装されてもよい。また別の実施形態では、複数の単色ＬＥＤダイ１１２が製造され、その後支持体１０７に実装される。例えば個別の赤色ＬＥＤダイ１１２Ｒ、緑色ＬＥＤダイ１１２Ｂ及び青色ＬＥＤダイ１１２Ｇが個別に製造され、支持体１０７に実装されてもよい。一実施形態において、パネル１６０の発光面の９０％を超える部分、例えば９２〜９５％のような９１〜９９％の部分がＬＥＤ１１２によって占有（被覆）されてもよい。多数の多色小型ＬＥＤを密接して配置することにより色分離は減少し、均一なカラーバランスを実現するのを容易にする。すなわち多数の密接に配置された多色小型ＬＥＤの使用は、ごく少数の大型ＬＥＤを含む従来のライトバーと比較して色の均一性を改善する。

別の実施形態では、パネル１６０及び個別のユニット１００はフリップチップボンドＬＥＤダイ１１２及びワイヤボンドＬＥＤダイ１１２を含む。言い換えれば、いくつかのダイ（例えば、背面発光ダイ１１２）はユニット１００にフリップチップボンディングされるが、他のダイ１１２（例えば、正面又は上面の発光ダイ１１２）はユニット１００にワイヤボンディングされる。

図１７Ａ〜図１７Ｃは、集積バックライトユニット１００の電気的接続の実施形態を示す。図１７Ａに示される第１の実施形態では、支持体１０８は支持体１０８に集積された「フレックス」回路１７０を含む。例えば回路１７０は、支持体の間隙１３２の中のＬＥＤダイ１１２の下方に配置されてもよい。

図１７Ｂに示される第２の実施形態では、フレックス回路１７０は集積バックライトユニット１００の、光導波路１０４に面していない３つの面のうちいずれか１つの面に実装される。面装着処理は共晶はんだリフロー、導電性エポキシ接続、レーザー溶接、金スタブボンディング又は異方性導電膜によって達成されうる。

図１７Ｃに示されるように、フレックス回路は集積バックライトユニット１００のリード／コンタクト１３０が電気的に接続可能な電気コンタクト１７５を提供する。更に、フレックス回路は１つ以上の温度センサ１７１、静電放電入力保護ダイオード１７２及び／又は光センサ１７３及び／又はモノリシックＬＥＤドライバ集積回路１７４を含んでもよい。そのような素子を有するフレックス回路１７０は、集積バックライトユニット１００の能力及び機能性を向上させる。

以上特定の好適な実施形態を参照したが、本発明がそれらの実施形態に限定されないことは理解されるだろう。開示される実施形態に対して種々の変形を実施してもよいこと及びそのような変形が本発明の範囲内に含まれることが意図されることは当業者には明らかだろう。本明細書において引用されたすべての文献、特許出願及び特許は、参照によって全内容が組み込まれている。

Claims (63)

1. 間隙を有する支持体及び前記間隙に配置された少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むＬＥＤアセンブリと、
   前記間隙に配置された前記少なくとも１つのＬＥＤを封止する透明材料を含む導波路及び光射出部のうち少なくとも一方と、
   を含む発光デバイス。
2. 前記透明材料の側面の少なくとも一部の上に配置された反射材料を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
3. 前記支持体が、成形リードフレームを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
4. 前記成形リードフレームが、第１の導電性リードフレームリード及び第２の導電性リードフレームリードが埋め込まれた成形ポリマーハウジングを含み、
   前記間隙が、前記ハウジングの側壁と底面との間に配置され、
   前記少なくとも１つのＬＥＤが、前記間隙の中に配置され、前記第１の導電性リードフレームリード及び前記第２の導電性リードフレームリードに電気的に接続されることを特徴とする請求項３に記載の発光デバイス。
5. 前記少なくとも１つのＬＥＤと、前記第１の導電性リードフレームリード及び前記第２の導電性リードフレームリードと、の間のすべての電気的接続が、前記光射出部の前記透明材料の中に配置されるように、前記少なくとも１つのＬＥＤが、前記第１の導電性リードフレームリード及び前記第２の導電性リードフレームリードとワイヤボンディングされることを特徴とする請求項４に記載の発光デバイス。
6. 前記支持体が、回路基板に配置された前記間隙を含むポケットを有する前記回路基板を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
7. 前記ポケットが、前記回路基板の表面に配置された成形構造を含み、
   前記間隙が、前記成形構造の側壁と底面との間に配置され、
   前記少なくとも１つのＬＥＤと、前記回路基板の前記表面のコンタクトパッドとの間のすべての電気的接続が、前記光射出部の前記透明材料の中に配置されるように、前記少なくとも１つのＬＥＤは、前記コンタクトパッドとワイヤボンディングされることを特徴とする請求項６に記載の発光デバイス。
8. 前記回路基板が、間隙の中の前記ポケットの底面で露出された第１の部分と、前記ポケットの前記底面を貫通し前記第１の部分に対して平行ではない方向に延在する第２の部分と、を有する屈曲したフレキシブル回路基板を含み、
   前記少なくとも１つのＬＥＤが、前記屈曲したフレキシブル回路基板の前記第１の部分に配置されることを特徴とする請求項７に記載の発光デバイス。
9. 前記少なくとも１つのＬＥＤが、赤色発光ＬＥＤ、緑色発光ＬＥＤ及び青色発光ＬＥＤを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
10. 前記透明材料が、シリコーン、アクリルポリマー、又は、エポキシを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
11. 透明材料を含む前記導波路及び前記光射出部のうち前記少なくとも一方が前記光射出部を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
12. 透明材料を含む前記導波路及び前記光射出部のうち前記少なくとも一方が前記導波路を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
13. 前記導波路が導光板を含むことを特徴とする請求項１２に記載の発光デバイス。
14. 透明材料を含む前記導波路及び前記光射出部のうち前記少なくとも一方が、前記導波路と前記光射出部との両方を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
15. 発光デバイスを製造する方法であって、
    間隙を有する支持体及び前記間隙に配置された少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むＬＥＤアセンブリを提供する工程と、
    前記間隙を少なくとも部分的に充填する導波路及び光射出部のうち少なくとも一方を形成する透明材料によって、前記少なくとも１つのＬＥＤを封止する工程と、
    を含む方法。
16. 前記支持体が、成形リードフレームを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記成形リードフレームが、ポリマーハウジングに第１の導電性リードフレームリード及び第２の導電性リードフレームリードを埋め込むために、リードフレームの周囲に前記ハウジングを成形することによって形成され、
    前記間隙が、前記ハウジングの側壁と底面との間に配置され、
    前記少なくとも１つのＬＥＤが、前記間隙に配置され、前記第１の導電性リードフレームリード及び前記第２の導電性リードフレームリードに電気的に接続されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記少なくとも１つのＬＥＤが、前記第１の導電性リードフレームリード及び前記第２の導電性リードフレームリードにワイヤボンディングされ、
    前記透明材料で前記少なくとも１つのＬＥＤを封止する工程が、前記光射出部の前記透明材料の中にワイヤボンドが配置されるように、前記少なくとも１つのＬＥＤと、前記第１の導電性リードフレームリード及び前記第２の導電性リードフレームリードとの間の前記ワイヤボンドを封止することを含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記支持体が、回路基板に配置された前記間隙を含むポケットを有する前記回路基板を含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
20. 前記ポケットが、前記回路基板の表面に配置された構造を含み、
    前記間隙が、前記成形構造の側壁と底面との間に配置され、
    前記少なくとも１つのＬＥＤが、前記間隙に配置され、前記回路基板の前記表面のコンタクトパッドにワイヤボンディングされ、
    前記透明材料で前記少なくとも１つのＬＥＤを封止する工程が、前記光射出部の前記透明材料の中に前記ワイヤボンドが配置されるように、前記ワイヤボンドを封止することを含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記ポケットが前記回路基板の前記表面で成形又は打ち抜き加工のどちらか一方をされた、又は、前記回路基板とは別に成形又は打ち抜き加工された後に前記回路基板の前記表面に装着された成形構造又は打ち抜き構造を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
22. 前記回路基板が、第１の部分と前記第１の部分に対して平行ではない方向に延在する第２の部分とを有する屈曲したフレキシブル回路基板を含み、
    前記ポケットが、前記第１の部分が前記間隙の中の前記ポケットの底面で露出され、前記第２の部分が前記ポケットの底面を貫通し前記第１の部分に対して平行ではない方向に延在する前記屈曲したフレキシブル回路基板の周囲で成形又は打ち抜き加工された成形構造又は打ち抜き構造を含み、
    前記少なくとも１つのＬＥＤが、前記ポケットの中の前記間隙の中の前記屈曲したフレキシブル回路基板の前記第１の部分に装着されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
23. 前記少なくとも１つのＬＥＤが、赤色発光ＬＥＤ、緑色発光ＬＥＤ及び青色発光ＬＥＤを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
24. 前記透明材料が、シリコーン、アクリルポリマー、又は、エポキシを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
25. バックライト導波路が前記透明材料と直接接触するように、前記バックライト導波路を前記光射出部に光学的に結合する工程を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
26. 前記バックライト導波路が、導光パネルを含み、
    前記透明材料が、前記間隙を部分的にのみ充填し、
    前記バックライト導波路を光学的に結合する工程は、前記間隙を取り囲む前記支持体の側壁によって前記導光パネルが前記光射出部に装着されるように、前記導光パネルの底部分を前記間隙の中の前記透明材料と接触させるために前記間隙の中に挿入することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
27. 前記少なくとも１つのＬＥＤを封止する前に、前記間隙を取り囲む前記支持体の側壁に反射材料を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 前記透明材料が、前記間隙の全体を充填し、前記間隙から前記支持体の上面の上方に延在し、
    前記バックライト導波路を光学的に結合する工程は、前記導波路の底部分を前記間隙の上方で前記透明材料と接触させる工程と、前記間隙の上方でクランプ、テープ及び射出成型又は鋳造によって形成された光学的に透明な成形材料のうち少なくとも１つによって前記導波路を前記光射出部に装着する工程と、を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
29. 前記支持体の前記上面を越えて延在する前記透明材料の側部分の上に反射材料を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
30. 前記導波路の第１の面及び第２の面の上にディフューザ、フィルタ及び偏光子の膜のうち少なくとも１つを形成する工程と、
    前記支持体の側部がベースプレートの主面に配置されるように、側部発光構成で前記導波路を含む前記デバイスを前記ベースの上に実装することを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
31. 前記導波路及び前記光射出部のうち前記少なくとも一方が前記光射出部を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
32. 前記導波路及び前記光射出部のうち前記少なくとも一方が前記導波路を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
33. 前記導波路が導光板を含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
34. 前記導波路及び前記光射出部のうち前記少なくとも一方が、前記導波路と前記光射出部との両方を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
35. 間隙を有する支持体と、前記間隙に配置された少なくとも１つの発光デバイスと、前記間隙に配置された前記少なくとも１つの発光デバイスを封止する透明材料を含む光射出部と、を含む発光デバイスアセンブリと、
    バックライト導波路が前記透明材料と直接接触するように前記光射出部に光学的に結合された前記バックライト導波路と、を含むことを特徴とする集積バックライトユニット。
36. 前記少なくとも１つの発光デバイスが、発光ダイオード（ＬＥＤ）を含み、
    前記バックライト導波路が、導光パネルを含み、
    前記透明材料が、前記間隙を部分的にのみ充填し、
    前記導光パネルの底部分が、前記間隙の中の前記透明材料と接触するために前記間隙の中に延在し、
    前記導光パネルが、前記間隙を取り囲む前記支持体の側壁によって前記光射出部に装着されることを特徴とする請求項３５に記載の集積バックライトユニット。
37. 前記透明材料が、前記間隙の全体を充填し、前記間隙から前記支持体の上面の上方に延在し、
    前記導波路の底部分が、前記間隙の上方で前記透明材料と接触し、
    前記導波路が、前記間隙の上方でクランプ、テープ及び光学的に透明な成形材料のうち少なくとも１つによって前記光射出部に装着されることを特徴とする請求項３５に記載の集積バックライトユニット。
38. 前記支持体の側部がベースプレートの主面に配置されるように、前記ユニットが、側部発光構成で前記ベースプレートの上に配置され、
    前記導波路の第１の面及び第２の面の上にディフューザ、フィルタ及び偏光子の膜のうち少なくとも１つが配置されることを特徴とする請求項３５に記載の集積バックライトユニット。
39. 前記導波路及び前記光射出部のうち少なくとも一方が、埋め込まれた染料及び／又は蛍光体粒子、又は、前記導波路及び前記光射出部のうち前記少なくとも一方の上に配された染料及び／又は蛍光体粒子が埋め込まれた層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
40. 前記導波路及び前記光射出部のうち前記少なくとも一方の上に染料及び／又は蛍光体粒子が埋め込まれた層を形成する工程、及び／又は、前記導波路及び前記光射出部のうち前記少なくとも一方に染料及び／又は蛍光体粒子を埋め込む工程を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
41. 間隙を有する支持体と、前記間隙に配置された少なくとも１つの発光デバイスと、前記間隙に配置された前記少なくとも１つの発光デバイスを封止する透明材料を含む光射出部とを備える発光デバイスアセンブリと、
    前記光射出部に光学的に結合されたバックライト導波路と、
    前記光射出部と前記バックライト導波路との間に配置された屈折率整合化合物、及び、前記バックライト導波路の光学ホットスポットからの光損失を減少させるために前記バックライト導波路の周囲に配置された円周偏光子のうち少なくとも一方と、を含むことを特徴とする集積バックライトユニット。
42. 前記集積バックライトユニットは、前記光射出部と前記バックライト導波路との間に配置された前記屈折率整合化合物、及び、前記バックライト導波路の前記光学ホットスポットからの光損失を減少させるために前記バックライト導波路の周囲に配置された前記円周偏光子のうち前記少なくとも一方の両方を含むことを特徴とする請求項４１に記載の集積バックライトユニット。
43. 前記光射出部及び前記バックライト導波路のうち少なくとも一方に、有機波長変換材料及び無機波長変換材料のうち少なくとも一方の埋め込まれた粒子を更に含むことを特徴とする請求項４１に記載の集積バックライトユニット。
44. 前記有機波長変換材料及び前記無機波長変換材料のうち前記少なくとも一方が、それぞれ染料又は蛍光体であることを特徴とする請求項４３に記載の集積バックライトユニット。
45. 前記発光デバイスアセンブリが複数の発光ダイオードを含み、前記有機波長変換材料及び前記無機波長変換材料のうち少なくとも一方の前記埋め込まれた粒子は、前記発光ダイオードのすべてから光を受けるように構成されることを特徴とする請求項４３に記載の集積バックライトユニット。
46. 前記発光デバイスアセンブリが複数の発光ダイオードを含み、前記有機波長変換材料及び前記無機波長変換材料のうち少なくとも一方の前記埋め込まれた粒子は、前記発光ダイオードのすべてよりも少ないものから光を受けるように構成されることを特徴とする請求項４３に記載の集積バックライトユニット。
47. 前記有機波長変換材料及び前記無機波長変換材料のうち少なくとも一方の前記埋め込まれた粒子は、１つの色の前記発光ダイオードのみから光を受けるように構成されることを特徴とする請求項４６に記載の集積バックライトユニット。
48. 前記有機波長変換材料及び前記無機波長変換材料のうち少なくとも一方の前記埋め込まれた粒子は、２つの色の前記発光ダイオードのみから光を受けるように構成されることを特徴とする請求項４６に記載の集積バックライトユニット。
49. 前記光射出部を前記バックライト導波路に接合する反射材料で製造された機械的接合部を更に含むことを特徴とする請求項４１に記載の集積バックライトユニット。
50. 前記機械的接合部が、前記光射出部と前記バックライト導波路との間の界面に巻き付けられた金属条片を含むことを特徴とする請求項４９に記載の集積バックライトユニット。
51. 前記バックライト導波路の周囲に配置された円周偏光子を更に含むことを特徴とする請求項４１に記載の集積バックライトユニット。
52. 集積バックライユニットを製造する方法であって、
    複数の列に配列された複数の間隙を有する支持体と、前記複数の間隙のそれぞれに位置する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、を含むＬＥＤアセンブリを提供する工程と、
    前記複数の間隙を少なくとも部分的に充填する導波路及び光射出部のうち少なくとも一方を形成する透明材料によって、前記複数のＬＥＤを封止する工程と、
    複数の集積バックライトユニットを提供するように、封止されたＬＥＤの列に前記アセンブリを分離する工程と、を含むことを特徴とする方法。
53. 前記分離する工程の前に、前記複数のＬＥＤをテストする工程を更に含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
54. 前記テストする工程は、ＬＥＤの各列を１度にテストすることを特徴とする請求項５３に記載の方法。
55. 前記支持体の表面の９０％を超える部分がＬＥＤを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
56. 前記支持体の前記表面の９１〜９９％の部分がＬＥＤを含むことを特徴とする請求項５５に記載の方法。
57. 前記支持体の前記表面の９２〜９５％の部分がＬＥＤを含むことを特徴とする請求項５６に記載の方法。
58. 発光ダイオード（ＬＥＤ）アセンブリを提供する工程は、前記支持体に背面発光ＬＥＤをフリップチップボンディングする工程と、前記支持体に正面発光ダイオードをワイヤボンディングする工程と、を含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
59. 前記複数のＬＥＤが、複数の異なる色のＬＥＤを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
60. 間隙を有する支持体を含み、少なくとも１つの発光デバイスが前記間隙に配置された発光デバイスアセンブリと、
    前記少なくとも１つの発光デバイスに直接又は間接的に光学的に結合されたバックライト導波路と、
    前記発光デバイスへの電気的接続を提供するように構成された回路と、を含み、
    前記回路が、前記支持体と一体である又は前記支持体の外面に実装されることを特徴とする集積バックライトユニット。
61. 前記回路が、温度センサ、静電放電入力保護ダイオード、光センサ及びモノリシックＬＥＤドライバ集積回路のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６０に記載の集積バックライトユニット。
62. 前記回路が、前記支持体と一体であることを特徴とする請求項６１に記載の集積バックライトユニット。
63. 前記回路が、前記支持体の前記外面に実装されることを特徴とする請求項６１に記載の集積バックライトユニット。