JP4545188B2 - LED backlight device and liquid crystal display device - Google Patents
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Description
本発明は、LEDバックライト装置及び該LEDバックライト装置を用いた液晶表示装置に関するものである。 The present invention relates to an LED backlight device and a liquid crystal display device using the LED backlight device.
従来、LEDバックライト装置は、個別にモールドされた半導体発光素子としてのLED(発光ダイオード:Light Emitting Diode)素子を適当な距離を設けて複数個配置し、液晶パネルへの光出射面に拡散板を設け、均一な面発光を液晶パネルに提供する構造になっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an LED backlight device has a plurality of LED (Light Emitting Diode) elements as individually molded semiconductor light emitting elements arranged at an appropriate distance, and a diffusion plate on a light emission surface to a liquid crystal panel. To provide a uniform surface emission to the liquid crystal panel.
このようなLEDバックライト装置を用いた液晶表示装置においては、液晶パネルの背面に設置されたプリズムシートと、該プリズムシートの背面に設置された第1の拡散板と、該第1の拡散板の背面に設置され、複数の白色LEDが搭載された基板と、該基板の背面に設置された外光を取り込むための第2の拡散板とを備え、白色LEDからの白色光を供給するとともに外光をも取り入れて液晶パネルを面的に照明することによって面状の光源としている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、前記従来のLEDバックライト装置においては、個別にモールドされたLED素子を適当な距離を設けて複数個配置しているため、LEDバックライト装置が厚くなり、該LEDバックライト装置を用いた液晶表示装置を薄型化することができなくなってしまう。 However, in the conventional LED backlight device, since a plurality of individually molded LED elements are arranged at an appropriate distance, the LED backlight device becomes thick and the LED backlight device is used. The liquid crystal display device cannot be thinned.
本発明は、前記従来のLEDバックライト装置の問題点を解決して、LEDが固着された第1の基板の前記LEDと反対側の面に対向するように、入射光を均一に拡散する第2の基板を配設することによって、極めて薄く、かつ、発光光量が大きいLEDバックライト装置及び該LEDバックライト装置を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the problems of the conventional LED backlight device, and uniformly diffuses incident light so as to face the surface of the first substrate to which the LED is fixed opposite to the LED. It is an object of the present invention to provide an LED backlight device and a liquid crystal display device using the LED backlight device that are extremely thin and have a large amount of emitted light by disposing the second substrate.
そのために、本発明のLEDバックライト装置においては、入射光を均一に拡散する機能を備える透光性の第1の基板と、エピタキシャル成長法によって無機材料がpn接合デバイスとして積層形成され、前記第1の基板の第1の面に固着されたLED積層薄膜と、該LED積層薄膜に形成されたアノード電極及びカソード電極と、前記LED積層薄膜を駆動して発光させるアノードドライバIC及びカソードドライバICと、前記第1の基板の第1の面に形成され、前記アノードドライバICとLED積層薄膜のアノード電極とを接続するアノード配線、及び、前記カソードドライバICとLED積層薄膜のカソード電極とを接続するカソード配線とを有する。
For this purpose, in the LED backlight device of the present invention, a transparent first substrate having a function of uniformly diffusing incident light, and an inorganic material are laminated and formed as a pn junction device by an epitaxial growth method. An LED laminated thin film fixed to the first surface of the substrate, an anode electrode and a cathode electrode formed on the LED laminated thin film, an anode driver IC and a cathode driver IC for driving the LED laminated thin film to emit light, An anode wiring formed on the first surface of the first substrate for connecting the anode driver IC and the anode electrode of the LED laminated thin film, and a cathode for connecting the cathode driver IC and the cathode electrode of the LED laminated thin film that having a and wiring.
本発明によれば、LEDバックライト装置は、LEDが固着された第1の基板の前記LEDと反対側の面に対向するように配設され、入射光を均一に拡散する第2の基板を有する。これにより、極めて薄くすることができ、かつ、発光光量を大きくすることができる。 According to the present invention, the LED backlight device includes the second substrate that is disposed so as to face the surface of the first substrate on which the LED is fixed and is opposite to the LED, and that uniformly diffuses incident light. Have. Thereby, it can be made very thin and the amount of emitted light can be increased.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の第1の実施の形態におけるLEDバックライト装置の側断面図、図2は本発明の第1の実施の形態におけるLEDの斜視図、図3は本発明の第1の実施の形態における放熱板の斜視図、図4は本発明の第1の実施の形態におけるLEDバックライト装置を用いた液晶表示装置の側断面図である。 FIG. 1 is a side sectional view of an LED backlight device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of an LED according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a side sectional view of a liquid crystal display device using the LED backlight device according to the first embodiment of the present invention.
図において、100は本実施の形態におけるLEDバックライト装置、200は本実施の形態における液晶パネルであり、全体で液晶表示装置を構成している。前記LEDバックライト装置100は、前記液晶表示装置の表示面に対して液晶パネル200の裏側に配設されて光源として機能する。
In the figure, 100 is an LED backlight device in the present embodiment, 200 is a liquid crystal panel in the present embodiment, and constitutes a liquid crystal display device as a whole. The
そして、前記LEDバックライト装置100は、第1の基板としての平板状の基板10と、該基板10の第1の面(図1における下側の面)、すなわち、表面上に固着されたLED積層薄膜としてのLED11とを有する。そして、該LED11は、該LED11の内で赤色に発光するLED11R、LED11の内で緑色に発光するLED11G及びLED11の内で青色に発光するLED11Bを有する。なお、LED11R、LED11G及びLED11Bを統括的に説明する場合には、LED11として説明する。
The
また、前記基板10上には、LED11を駆動するためのアノードドライバIC31及びカソードドライバIC32が配設されている。そして、アノードドライバIC31には、各LED11のアノード電極14に接続されるアノード配線12の一端が接続され、カソードドライバIC32には、各LED11のカソード電極15に接続されるカソード配線13の一端が接続されている。
An anode driver IC 31 and a cathode driver IC 32 for driving the
さらに、LEDバックライト装置100は、基板10における第1の面と対向する第2の面、すなわち、裏面(図1における上側の面)に配設された第2の基板としての平板状の光拡散板40と、基板10の第1の面に固着されたLED11の全体を覆うように形成された保護膜19と、該保護膜19の表面(図1における下側の面)、すなわち、LED11が固着された面と反対側の面に熱伝導性接着剤50によって固着された放熱板60とを有する。
Furthermore, the
ここで、前記基板10は、好ましくは、透光性に優れた石英基板若しくはガラス基板、又は、透光性を有するアクリル等の樹脂基板から成る。そして、基板10の表面には、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は無機絶縁膜が形成され、表面精度が数十ナノメートル以下となるように平坦(たん)化されている。そして、赤色に発光するLED11Rと、緑色に発光するLED11Gと、青色に発光するLED11Bとは、それぞれ、積層薄膜で構成された薄膜LEDであり、後述する工程によって別の基板から剥(はく)離され、前記基板10上に水素結合等の分子間力によって固着され、一体化されている。
Here, the
また、赤色に発光する前記LED11Rは、アルミガリウム砒(ひ)素、インジュウムアルミガリウム砒素等の無機材料をエピタキシャル成長させて形成した、ヘテロ構造又はダブルヘテロ構造を備える積層薄膜である。なお、前記LED11Rの材質は、波長620〜710ナノメートルに発光域を有するものであれば、いかなる種類のものであってもよく、前記材質に限定されるものではない。また、緑色に発光する前記LED11Gは、アルミガリウムインジュウムリン、ガリウムリン等の無機材料をエピタキシャル成長させて形成した、ヘテロ構造又はダブルヘテロ構造を備える積層薄膜である。なお、前記LED11Gの材質は、波長500〜580ナノメートルに発光域を有するものであれば、いかなる種類のものであってもよく、前記材質に限定されるものではない。さらに、青色に発光する前記LED11Bは、窒化ガリウム、窒化インジュウムガリウム等の無機材料をエピタキシャル成長させて形成した、ヘテロ構造又はダブルヘテロ構造を備える積層薄膜である。なお、前記LED11Bの材質は、波長450〜500ナノメートルに発光域を有するものであれば、いかなる種類のものであってもよく、前記材質に限定されるものではない。
The
さらに、アノード電極14及びカソード電極15は、金若しくはアルミニウム、又は、金若しくはアルミニウムとニッケル、チタン等の金属材料とを薄膜積層して形成された金属電極であり、各LED11のアノード及びカソードにそれぞれ接続されている。
Further, the
そして、アノード配線12及びカソード配線13は、金若しくはアルミニウム、又は、金若しくはアルミニウムとニッケル、チタン等の金属材料とを薄膜積層して形成された金属配線であり、各LED11のアノード電極14及びカソード電極15にそれぞれ接続されている。なお、アノード配線12は一端がアノードドライバIC31に接続され、カソード配線13は一端がカソードドライバIC32に接続されているので、これにより、各LED11のアノード電極14及びカソード電極15は、アノード配線12及びカソード配線13を介して、アノードドライバIC31及びカソードドライバIC32に接続される。
The
また、前記光拡散板40は、透光性を有するプラスチック基板から成る。また、入射光を均一に拡散する機能を有しており、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等のポリマー材料で形成したものである。なお、前記光拡散板40は、基板10のLED11を形成した面と対向する面に、対向して配置されるように位置合わせされて固定される。
The
そして、前記保護膜19は、基板10に形成したLED11とアノード電極14及びカソード電極15とをすべて覆うように、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は酸化シリコン膜等の無機絶縁膜によって形成される。なお、アノードドライバIC31及びカソードドライバIC32は、基板10上において保護膜19の外側に配設されている。
The
さらに、前記保護膜19上に、シリコーン樹脂などの熱伝導性を有する熱伝導性接着剤50を塗布したアルミニウム等の金属から成る放熱板60が接着固定される。
Further, a
前記アノードドライバIC31は、点灯信号に応じてLED11に電流を供給する機能を有し、例えば、定電流回路、増幅回路等の回路が集積されている。そして、LED11のアノード電極14に接続されたアノード配線12は、アノードドライバIC31の駆動素子に接続されている。図に示される例においては、アノードドライバIC31が基板10上に実装されているが、アノードドライバIC31は、必ずしも基板10上に実装される必要はなく、図示されない他の配線基板等の上に配設されていてもよい。
The anode driver IC 31 has a function of supplying a current to the
また、前記カソードドライバIC32は、LED11からの電流を吸い込む機能を有し、トランジスタ等のスイッチ回路が集積されている。そして、LED11のカソード電極15に接続されたカソード配線13がカソードドライバIC32に接続されている。図に示される例においては、カソードドライバIC32が基板10上に実装されているが、カソードドライバIC32は、必ずしも基板10上に実装される必要はなく、図示されない他の配線基板等の上に配設されていてもよい。
The cathode driver IC 32 has a function of sucking current from the
次に、前記基板10上のLED11を形成する工程について説明する。
Next, a process for forming the
図5は本発明の第1の実施の形態におけるLEDの積層薄膜を剥離する工程を示す図、図6は本発明の第1の実施の形態における基板にLEDの積層薄膜を一体化する工程を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a process of peeling the laminated thin film of the LED according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a process of integrating the laminated thin film of the LED with the substrate according to the first embodiment of the present invention. FIG.
図において、18はLED積層薄膜であり、細長い帯状又は短冊状の形状を備える。例えば、赤色に発光するLED11R用のLED積層薄膜18Rは、アルミガリウム砒素、インジュウムアルミガリウム砒素等の複数層から成り、ヘテロ構造又はダブルヘテロ構造を備える積層薄膜である。
In the figure,
また、17は犠牲層であり、前記LED積層薄膜18を母材16から剥離させるため、後述される剥離エッチング液にエッチングされやすい膜、例えば、アルミ砒素層の膜であり、母材16とLED積層薄膜18との間に形成される。
さらに、母材16は、例えば、ガリウム砒素若しくは窒化ガリウム、又は、サファイヤ等の材質から成り、前記母材16上に、MOCVD法等の気相成長法によって、LED積層薄膜18を構成する材質をエピタキシャル成長させる。
Further, the
次に、エピタキシャル成長させた積層薄膜であるLED11を母材16から剥離する工程について説明する。
Next, a process of peeling the
例えば、前記LEDバックライト装置100のLED11R、11G及び11Bの合算寸法が、一辺の長さが20ミリメートルの正方形であるとすると、各色のLED11を得るために、20ミリメートルよりも大きな長さで、かつ、20ミリメートルの1/3よりも大きな幅の短冊状にLED積層薄膜18を形成する。この場合、半導体プロセスで広く用いられているホトリソエッチング技術を用い、エッチング液としては燐(りん)酸過水等を用いて、LED積層薄膜18を短冊状に形成する。
For example, if the total size of the
その後、弗(ふっ)化水素液、塩酸液等の剥離エッチング液に、剥離するLED積層薄膜18が形成された母材16を浸漬(しんし)させる。これにより、犠牲層17がエッチングされ、LED積層薄膜18が母材16から剥離する。
Thereafter, the
そして、剥離されたLED積層薄膜18を表面が平坦化された基板10上に押し付け、水素結合等の分子間力によって、基板10とLED積層薄膜18とを固着して一体化する。
Then, the peeled LED laminated
ここで、前記基板10の最表面は、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は酸化シリコン膜等の無機絶縁膜が形成され、好ましくは、表面精度が数十ナノメートル以下の凹凸のない平坦化された表面となっている。このように、基板10の最表面を凹凸のない平坦化された面とすることによって、前記LED積層薄膜18との水素結合等の分子間力による結合が容易となる。
Here, the outermost surface of the
このような工程を、LED積層薄膜18に対して、繰り返し行う。これにより、図6に示されるように、複数列、例えば、3列のLED積層薄膜18R、18G及び18Bが基板10上に固着されて一体化される。
Such a process is repeated for the LED laminated
続いて、基板10上に一体化された各LED積層薄膜18を、例えば、エッチング液として燐酸過水を用いたホトリソエッチング法によって、アノード電極14及びカソード電極15の接合部を形成する。さらに、LED11のアノード電極14及びカソード電極15、並びに、アノード電極14及びカソード電極15に接続されるアノード配線12及びカソード配線13を、蒸着、ホトリソエッチング法又はリフトオフ法によって形成する。さらに、基板10上にアノードドライバIC31及びカソードドライバIC32を実装し、アノード配線12及びカソード配線13をアノードドライバIC31及びカソードドライバIC32に接続する。
Subsequently, each LED laminated
また、ここでは、LED積層薄膜18を短冊状に形成し、LED11R、11G及び11Bの合算寸法が一辺の長さが20ミリメートルの正方形となるようにした例について説明したが、合算寸法は20ミリメートルに限定されるものではなく、また、形状も長方形、多角形、円形、楕(だ)円形等いかなる形状であってもよい。さらに、各LED11を同じ寸法の短冊状のLED積層薄膜18で構成した例について説明したが、各色の配色や重み付けに応じて、それぞれ異なる寸法に構成してもよく、また、形状も三角形、正方形、多角形、円形、楕円形等いかなる形状であってもよい。
In addition, here, an example in which the LED laminated
また、LED11R、11G及び11Bを1個ずつ配設する例について説明したが、必要な輝度やLEDバックライト装置100のサイズに応じて、LED11R、11G及び11Bを複数個ずつ配設してもよいし、それに伴い、アノード配線12及びカソード配線13を必要数だけ配設してもよい。
Moreover, although the example which arrange | positions LED11R, 11G, and 11B one by one was demonstrated, according to required brightness | luminance and the size of the
次に、前記構成のLEDバックライト装置100の動作について説明する。
Next, the operation of the
まず、図示されないパーソナルコンピュータ等の上位装置から送信された点灯信号がアノードドライバIC31に入力されると、各色のLED11の発光の混合色が所望する白色になるように、各色でそれぞれ調整して、前記アノードドライバIC31の増幅回路から異なる電流値に設定された安定電流が各アノード配線12を介して各アノード電極14に供給される。そして、前記点灯信号がカソードドライバIC32に入力されると、スイッチ回路によって前記カソードドライバIC32がカソード配線13を介してLED11のカソード電極15から電流を吸い込み、各色のLED11R、11G及び11Bが点灯信号に応じて発光する。該LED11R、11G及び11Bの発光は、図1における矢印Aで示されるように、光拡散板40に入射し、各色が均一に拡散され、図1における矢印Bで示されるように、所望する白色光が光拡散板40から出射する。
First, when a lighting signal transmitted from a host device (not shown) such as a personal computer is input to the
この場合、LED11R、11G及び11Bの発光に伴って発生した熱は、保護膜19、熱伝導性接着剤50及び放熱板60を介して拡散するため、基板10及び光拡散板40の温度は、ほとんど上昇しない。
In this case, since the heat generated with the light emission of the
このように、本実施の形態においては、半導体プロセスによってLED11、アノード配線12及びカソード配線13を形成することができ、また、LED11とアノード配線12及びカソード配線13とを接続することができるので、非常に薄いLEDバックライト装置100を得ることができる。
Thus, in the present embodiment, the
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. The description of the same operation and the same effect as those of the first embodiment is also omitted.
図7は本発明の第2の実施の形態におけるLEDバックライト装置の側断面図である。 FIG. 7 is a side sectional view of the LED backlight device according to the second embodiment of the present invention.
本実施の形態において、LEDバックライト装置100は、反射膜24を備え、LED11から放射された光を反射する。具体的には、基板10の第1の面に固着されたLED11の全体を覆うように保護膜19上に反射膜24が形成され、さらに、該反射膜24の全体を覆うように第2の保護膜20が形成されている。
In the present embodiment, the
この場合、前記第1の実施の形態と同様に、基板10上に形成したLED11、アノード電極14、カソード電極15、アノード配線12及びカソード配線13をすべて覆うように、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は酸化シリコン膜等の無機絶縁膜によって保護膜19を形成する。また、アノードドライバIC31及びカソードドライバIC32は、基板10上において保護膜19の外側に配設されている。なお、図において、アノード電極14、カソード電極15、アノード配線12、カソード配線13及びアノードドライバIC31の図示は省略されている。
In this case, as in the first embodiment, an organic insulating film such as a polyimide film is formed so as to cover all of the
前記反射膜24は、LED11の裏面から出射した各色の発光を反射するために設けられており、金若しくはアルミニウム、又は、金若しくはアルミニウムとニッケル、チタン等の金属材料とが薄膜積層された金属膜を、保護膜19の表面に成膜してパターニングすることによって形成される。
The
また、前記第2の保護膜20は、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は酸化シリコン膜等の無機絶縁膜であり、前記反射膜24の上に形成される。
The second
そして、前記第1の実施の形態と同様に、前記第2の保護膜20上に、シリコーン樹脂などの熱伝導性を有する熱伝導性接着剤50を塗布したアルミニウム等の金属から成る放熱板60が接着固定される。
Similarly to the first embodiment, the
なお、LEDバックライト装置100のその他の点の構成については、前記第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
In addition, about the structure of the other point of the
次に、本実施の形態におけるLEDバックライト装置100の動作について説明する。
Next, operation | movement of the
まず、図示されないパーソナルコンピュータ等の上位装置から送信された点灯信号がアノードドライバIC31に入力されると、各色のLED11の発光の混合色が所望する白色になるように、各色でそれぞれ調整して、前記アノードドライバIC31の増幅回路から異なる電流値に設定された安定電流が各アノード配線12を介して各アノード電極14に供給される。そして、前記点灯信号がカソードドライバIC32に入力されると、スイッチ回路によって前記カソードドライバIC32がカソード配線13を介してLED11のカソード電極15から電流を吸い込み、各色のLED11R、11G及び11Bが点灯信号に応じて発光する。該LED11R、11G及び11Bの各裏面から出射した発光は、反射膜24で反射され、該LED11R、11G及び11Bの各表面から出射した発光と一緒に、図7における矢印Aで示されるように、光拡散板40に入射し、各色が均一に拡散され、図7における矢印Bで示されるように、所望する白色光が光拡散板40から出射する。
First, when a lighting signal transmitted from a host device (not shown) such as a personal computer is input to the
この場合、LED11R、11G及び11Bの発光に伴って発生した熱は、保護膜19、第2の保護膜20、反射膜24、熱伝導性接着剤50及び放熱板60を介して拡散するため、基板10及び光拡散板40の温度は、ほとんど上昇しない。
In this case, the heat generated along with the light emission of the
このように、本実施の形態においては、LEDバックライト装置100は、LED11を覆う保護膜19の面上に形成された反射膜24を有する。また、半導体プロセスによってLED11、アノード配線12及びカソード配線13を形成することができ、LED11とアノード配線12及びカソード配線13とを接続することができる。したがって、前記第1の実施の形態よりも高輝度な、薄型のLEDバックライト装置100を提供することができる。
As described above, in the present embodiment, the
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、第1及び第2の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1及び第2の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as 1st and 2nd embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. Also, the description of the same operations and effects as those of the first and second embodiments is omitted.
図8は本発明の第3の実施の形態におけるLEDを透光性を有する光拡散板に形成したLEDバックライト装置の側断面図である。 FIG. 8 is a side sectional view of an LED backlight device in which an LED according to a third embodiment of the present invention is formed on a light diffusing plate having translucency.
本実施の形態において、LEDバックライト装置100は、第1の基板としての平板状の光拡散板40を有する。ここで、該光拡散板40は、透光性と入射光を均一に拡散する機能とを備える、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等のポリマー材料から成るものである。
In the present embodiment, the
そして、前記光拡散板40の表面には、前記第1の実施の形態における基板10の表面と同様に、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は無機絶縁膜が形成され、表面精度が数十ナノメートル以下となるように平坦化されている。この場合、赤色に発光するLED11Rと、緑色に発光するLED11Gと、青色に発光するLED11Bとは、それぞれ、積層薄膜で構成された薄膜LEDであり、前記第1の実施の形態で説明した工程と同様の工程によって、別の基板から剥離され、前記光拡散板40上に水素結合等の分子間力によって固着され、一体化されている。
An organic insulating film or an inorganic insulating film such as a polyimide film is formed on the surface of the
また、前記光拡散板40の表面には、LED11を駆動するためのアノードドライバIC31及びカソードドライバIC32が実装され、さらに、アノード電極14、カソード電極15、アノード配線12及びカソード配線13も、前記第1の実施の形態で説明した工程と同様の工程によって形成される。なお、図において、アノード電極14、カソード電極15、アノード配線12、カソード配線13及びアノードドライバIC31の図示は省略されている。
Further, an
そして、前記光拡散板40上に形成したLED11、アノード電極14、カソード電極15、アノード配線12及びカソード配線13を覆うように、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は酸化シリコン膜等の無機絶縁膜によって保護膜19を形成する。また、アノードドライバIC31及びカソードドライバIC32は、基板10上において保護膜19の外側に配設されている。
Then, an organic insulating film such as a polyimide film or an inorganic insulating film such as a silicon oxide film is formed so as to cover the
さらに、前記第1の実施の形態と同様に、前記保護膜19上に、シリコーン樹脂などの熱伝導性を有する熱伝導性接着剤50を塗布したアルミニウム等の金属から成る放熱板60が接着固定される。
Further, as in the first embodiment, a
次に、本実施の形態におけるLEDバックライト装置100の動作について説明する。
Next, operation | movement of the
まず、図示されないパーソナルコンピュータ等の上位装置から送信された点灯信号がアノードドライバIC31に入力されると、各色のLED11の発光の混合色が所望する白色になるように、各色でそれぞれ調整して、前記アノードドライバIC31の増幅回路から異なる電流値に設定された安定電流が各アノード配線12を介して各アノード電極14に供給される。そして、前記点灯信号がカソードドライバIC32に入力されると、スイッチ回路によって前記カソードドライバIC32がカソード配線13を介してLED11のカソード電極15から電流を吸い込み、各色のLED11R、11G及び11Bが点灯信号に応じて発光する。該LED11R、11G及び11Bの発光は、図8における矢印Aで示されるように、光拡散板40に入射し、各色が均一に拡散され、図8における矢印Bで示されるように、所望する白色光が光拡散板40から出射する。
First, when a lighting signal transmitted from a host device (not shown) such as a personal computer is input to the
この場合、LED11R、11G及び11Bの発光に伴って発生した熱は、保護膜19、熱伝導性接着剤50及び放熱板60を介して拡散するため、光拡散板40の温度は、ほとんど上昇しない。
In this case, the heat generated with the light emission of the
このように、本実施の形態においては、LED11が透光性を有する光拡散板40の面上に直接形成される。また、半導体プロセスによってLED11、アノード配線12及びカソード配線13を形成することができ、LED11とアノード配線12及びカソード配線13とを接続することができる。したがって、前記第1の実施の形態よりも簡単な構成で、より軽く、より薄型のLEDバックライト装置100を提供することができる。
Thus, in this Embodiment, LED11 is directly formed on the surface of the
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。なお、第1〜第3の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第1〜第3の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In addition, about the thing which has the same structure as the 1st-3rd embodiment, the description is abbreviate | omitted by providing the same code | symbol. Explanation of the same operations and effects as those of the first to third embodiments is also omitted.
図9は本発明の第4の実施の形態におけるLEDバックライト装置の側断面図、図10は本発明の第4の実施の形態におけるLEDの斜視図、図11は本発明の第4の実施の形態におけるLEDの配置を示す図、図12は本発明の第4の実施の形態におけるLEDの他の配置を示す図である。 9 is a side sectional view of an LED backlight device according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 10 is a perspective view of an LED according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a fourth embodiment of the present invention. The figure which shows arrangement | positioning of LED in the form of FIG. 12, FIG. 12 is a figure which shows other arrangement | positioning of LED in the 4th Embodiment of this invention.
本実施の形態において、LEDバックライト装置100は、第1の基板としての平板状の基板10と、該基板10上に固着されたLED積層薄膜としてのLED11とを有する。そして、該LED11は、該LED11の内で赤色に発光するLED11R1、LED11R2及びLED11R3、LED11の内で緑色に発光するLED11G1、LED11G2及びLED11G3、並びに、LED11の内で青色に発光するLED11B1、LED11B2及びLED11B3を有する。
In the present embodiment, the
なお、LED11R1、LED11R2、LED11R3、LED11G1、LED11G2、LED11G3、LED11B1、LED11B2及びLED11B3を統括的に説明する場合にはLED11として説明し、LED11R1、LED11R2及びLED11R3を統括的に説明する場合にはLED11Rとして説明し、LED11G1、LED11G2及びLED11G3を統括的に説明する場合にはLED11Gとして説明し、LED11B1、LED11B2及びLED11B3を統括的に説明する場合にはLED11Bとして説明する。
LED11R1, LED11R2, LED11R3, LED11G1, LED11G2, LED11G3, LED11B1, LED11B2, and LED11B3 are described as LED11 when collectively explained, and LED11R1, LED11R2, and LED11R3 are explained as LED11R when collectively explained. The
また、前記LED11の数は、任意に設定することができるが、ここでは、図示の都合上、9個であるものとして説明する。また、LED11の配列の仕方も任意に設定することができるが、ここでは、格子状に配列されたアレイとなっているものとして説明する。すなわち、図10及び11に示される例において、LED11は、3列3行の正方格子状に等間隔に配列されている。
Further, the number of the
そして、各列には赤色に発光するLED11R、緑色に発光するLED11G及び青色に発光するLED11Bが1個ずつ含まれ、かつ、直列に接続されるように結線されている。この場合、アノードドライバIC31には、各列の中で最もアノードドライバIC31に近接したLED11のアノード電極14に接続されるアノード配線12の一端が接続される。また、カソードドライバIC32には、各列の中で最もアノードドライバIC31から離間したLED11のカソード電極15に接続されるカソード配線13の一端が接続されている。さらに、各列において隣接するLED11のアノード電極14とカソード電極15とは連結配線21に接続されている。すなわち、LED11は連結配線21を介して各列毎に直列接続され、各列の両端に位置するLED11のアノード電極14及びカソード電極15はアノード配線12及びカソード配線13を介してアノードドライバIC31及びカソードドライバIC32に接続されている。
Each row includes one
さらに、LEDバックライト装置100は、基板10における第1の面と対向する第2の面、すなわち、裏面(図9における上側の面)に配設された第2の基板としての平板状の光拡散板40と、基板10の第1の面に固着されたLED11の全体を覆うように形成された保護膜19と、該保護膜19の表面(図9における下側の面)、すなわち、LED11が固着された面と反対側の面に熱伝導性接着剤50によって固着された放熱板60とを有する。
Further, the
ここで、前記基板10は、好ましくは、透光性に優れた石英基板若しくはガラス基板、又は、透光性を有するアクリル等の樹脂基板から成る。そして、基板10の表面には、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は無機絶縁膜が形成され、表面精度が数十ナノメートル以下となるように平坦化されている。そして、赤色に発光するLED11Rと、緑色に発光するLED11Gと、青色に発光するLED11Bとは、それぞれ、積層薄膜で構成された薄膜LEDであり、後述する工程によって別の基板から剥離され、前記基板10上に水素結合等の分子間力によって固着され、一体化されている。
Here, the
また、赤色に発光する前記LED11Rは、アルミガリウム砒素、インジュウムアルミガリウム砒素等の無機材料をエピタキシャル成長させて形成した、ヘテロ構造又はダブルヘテロ構造を備える積層薄膜である。なお、前記LED11Rの材質は、波長620〜710ナノメートルに発光域を有するものであれば、いかなる種類のものであってもよく、前記材質に限定されるものではない。また、緑色に発光する前記LED11Gは、アルミガリウムインジュウムリン、ガリウムリン等の無機材料をエピタキシャル成長させて形成した、ヘテロ構造又はダブルヘテロ構造を備える積層薄膜である。なお、前記LED11Gの材質は、波長500〜580ナノメートルに発光域を有するものであれば、いかなる種類のものであってもよく、前記材質に限定されるものではない。さらに、青色に発光する前記LED11Bは、窒化ガリウム、窒化インジュウムガリウム等の無機材料をエピタキシャル成長させて形成した、ヘテロ構造又はダブルヘテロ構造を備える積層薄膜である。なお、前記LED11Bの材質は、波長450〜500ナノメートルに発光域を有するものであれば、いかなる種類のものであってもよく、前記材質に限定されるものではない。
The
さらに、アノード電極14及びカソード電極15は、金若しくはアルミニウム、又は、金若しくはアルミニウムとニッケル、チタン等の金属材料とを薄膜積層して形成された金属電極であり、各LED11のアノード及びカソードにそれぞれ接続されている。
Further, the
そして、アノード配線12及びカソード配線13並びに連結配線21は、金若しくはアルミニウム、又は、金若しくはアルミニウムとニッケル、チタン等の金属材料とを薄膜積層して形成された金属配線であり、赤色に発光するLED11Rと、緑色に発光するLED11Gと、青色に発光するLED11Bとを1個ずつ直列接続するようにアノード電極14及びカソード電極15にそれぞれ接続されている。
The
例えば、図11に示されるように、ライン状に並んだLED11R1、11G1及び11B1から成るLED11の列では、LED11R1のアノード電極14にアノード配線12が接続され、LED11R1のカソード電極15とLED11G1のアノード電極14とが連結配線21で接続され、LED11G1のカソード電極15とLED11B1のアノード電極14とが連結配線21で接続され、LED11B1のカソード電極15とカソード配線13が接続され、LED11R1、11G1及び11B1が電気的に直列接続されている。同様に、LED11の他の列においても、ライン状に並んだ各色のLED11G2、11B2及び11R2、並びに、LED11B3、11R3及び11G3を1個ずつ電気的に直列接続している。なお、アノード配線12は一端がアノードドライバIC31に接続され、カソード配線13は一端がカソードドライバIC32に接続されている。これにより、各LED11のアノード電極14及びカソード電極15は、アノード配線12及びカソード配線13並びに連結配線21を介して、アノードドライバIC31及びカソードドライバIC32に各々接続される。
For example, as shown in FIG. 11, in a row of
図10及び11に示される例では、総計9個のLED11が3列3行の正方格子状に等間隔に配列されているが、LEDバックライト装置100に要求される輝度やLEDバックライト装置100のサイズに応じて、LED11の数や配列を適宜変更することができる。例えば、図12に示されるように、総計12個のLED11を、3個のLED11から成るトライアングル状の島又は群を4つ形成するように配列することもできる。
In the example shown in FIGS. 10 and 11, a total of nine
この場合、トライアングル状に配列されたLED11R1、11G1及び11B1の組み合わせにおいて、LED11R1のアノード電極14にアノード配線12が接続され、LED11R1のカソード電極15とLED11G1のアノード電極14とが連結配線21で接続され、LED11G1のカソード電極15とLED11B1のアノード電極14とが連結配線21で接続され、LED11B1のカソード電極15とカソード配線13が接続され、LED11R1、11G1及び11B1が電気的に直列接続されている。同様に、他の3つの組み合わせにおいても、トライアングル状に配列されたLED11R、11G及び11Bが1個ずつ電気的に直列接続されている。なお、アノード配線12は一端がアノードドライバIC31に接続され、カソード配線13は一端がカソードドライバIC32に接続されている。これにより、各LED11のアノード電極14及びカソード電極15はアノード配線12及びカソード配線13並びに連結配線21を介してアノードドライバIC31及びカソードドライバIC32に各々接続されている。
In this case, in the combination of the LEDs 11R1, 11G1, and 11B1 arranged in a triangle shape, the
また、前記LEDバックライト装置100は、平板状の光拡散板40を有する。ここで、該光拡散板40は、透光性を有するプラスチック基板から成る。また、入射光を均一に拡散する機能を有しており、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなどのポリマー材料によって形成されたものである。
The
そして、前記保護膜19は、基板10に形成したLED11とアノード電極14及びカソード電極15とをすべて覆うように、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は酸化シリコン膜等の無機絶縁膜によって形成される。なお、アノードドライバIC31及びカソードドライバIC32は、基板10上において保護膜19の外側に配設されている。
The
さらに、前記保護膜19上に、シリコーン樹脂などの熱伝導性を有する熱伝導性接着剤50を塗布したアルミニウム等の金属から成る放熱板60が接着固定される。
Further, a
前記アノードドライバIC31は、点灯信号に応じてLED11に電流を供給する機能を有し、例えば、定電流回路、増幅回路等の回路が集積されている。そして、LED11のアノード電極14に接続されたアノード配線12は、アノードドライバIC31の駆動素子に接続されている。図に示される例においては、アノードドライバIC31が基板10上に実装されているが、アノードドライバIC31は、必ずしも基板10上に実装される必要はなく、図示されない他の配線基板等の上に配設されていてもよい。
The
また、前記カソードドライバIC32は、LED11からの電流を吸い込む機能を有し、トランジスタ等のスイッチ回路が集積されている。そして、LED11のカソード電極15に接続されたカソード配線13がカソードドライバIC32に接続されている。図に示される例においては、カソードドライバIC32が基板10上に実装されているが、カソードドライバIC32は、必ずしも基板10上に実装される必要はなく、図示されない他の配線基板等の上に配設されていてもよい。
The
次に、前記基板10上のLED11を形成する工程について説明する。
Next, a process for forming the
図13は本発明の第4の実施の形態におけるLEDの積層薄膜を剥離する工程を示す図、図14は本発明の第4の実施の形態における基板にLEDの積層薄膜を一体化する工程を示す第1の図、図15は本発明の第4の実施の形態における基板にLEDの積層薄膜を一体化する工程を示す第2の図である。 FIG. 13 is a diagram showing a process of peeling the laminated thin film of the LED according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a process of integrating the laminated thin film of the LED with the substrate according to the fourth embodiment of the present invention. FIGS. 15A and 15B are second diagrams showing a process of integrating a laminated thin film of LEDs with a substrate according to the fourth embodiment of the present invention.
図において、18はLED積層薄膜であり、矩(く)形の平板状の形状を備える。例えば、赤色に発光するLED11R用のLED積層薄膜18Rは、アルミガリウム砒素、インジュウムアルミガリウム砒素等の複数層から成り、ヘテロ構造又はダブルヘテロ構造を備える積層薄膜である。
In the figure,
また、17は犠牲層であり、前記LED積層薄膜18を母材16から剥離させるため、剥離エッチング液にエッチングされやすい膜、例えば、アルミ砒素層の膜であり、母材16とLED積層薄膜18との間に形成される。
さらに、母材16は、例えば、ガリウム砒素若しくは窒化ガリウム、又は、サファイヤ等の材質から成り、前記母材16上に、MOCVD法等の気相成長法によって、LED積層薄膜18を構成する材質をエピタキシャル成長させる。
Further, the
次に、エピタキシャル成長させた積層薄膜であるLED11を母材16から剥離する工程について説明する。
Next, a process of peeling the
例えば、前記LEDバックライト装置100の各LED11の寸法を、一辺の長さが2ミリメートルの正方形であるとすると、それよりも大きなLED積層薄膜18を形成する。この場合、半導体プロセスで広く用いられているホトリソエッチング技術を用い、エッチング液としては燐酸過水等を用いて、LED積層薄膜18を正方形に形成する。
For example, if the size of each
その後、弗化水素液、塩酸液等の剥離エッチング液に、剥離するLED積層薄膜18が形成された母材16を浸漬させる。これにより、犠牲層17がエッチングされ、LED積層薄膜18が母材16から剥離する。
Thereafter, the
そして、剥離されたLED積層薄膜18を表面が平坦化された基板10上に押し付け、水素結合等の分子間力によって、基板10とLED積層薄膜18とを固着して一体化する。
Then, the peeled LED laminated
ここで、前記基板10の最表面は、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は酸化シリコン膜等の無機絶縁膜が形成され、好ましくは、表面精度が数十ナノメートル以下の凹凸のない平坦化された表面となっている。このように、基板10の最表面を凹凸のない平坦化された面とすることによって、前記LED積層薄膜18との水素結合等の分子間力による結合が容易となる。
Here, the outermost surface of the
このような工程を、LED積層薄膜18に対して、繰り返し行う。これにより、図14又は15に示されるように、複数列、例えば、3列3行の正方格子状又はトライアングル状の島を4つ形成するように、LED積層薄膜18R1、18R2、18R3及び18R4と、LED積層薄膜18G1、18G2、18G3及び18G4と、LED積層薄膜18B1、18B2、18B3及び18B4とが基板10上に固着されて一体化される。
Such a process is repeated for the LED laminated
続いて、基板10上に一体化された各LED積層薄膜18に、例えば、エッチング液として燐酸過水を用いたホトリソエッチング法によって、アノード電極14及びカソード電極15の接合部を形成する。さらに、LED11のアノード電極14及びカソード電極15、並びに、アノード電極14及びカソード電極15に接続されるアノード配線12及びカソード配線13を、蒸着、ホトリソエッチング法又はリフトオフ法によって形成する。さらに、基板10上にアノードドライバIC31及びカソードドライバIC32を実装し、アノード配線12及びカソード配線13をアノードドライバIC31及びカソードドライバIC32に接続する。
Subsequently, a joined portion of the
また、ここでは、LED積層薄膜18を一辺の長さが2ミリメートルの正方形となるようにした例について説明したが、寸法は2ミリメートルに限定されるものではなく、各色の配色や重み付けに応じてそれぞれ異なる寸法に構成してもよく、また、形状も三角形、正方形、多角形、円形、楕円形等いかなる形状であってもよい。
In addition, here, an example in which the LED laminated
次に、前記構成のLEDバックライト装置100の動作について説明する。
Next, the operation of the
まず、赤色に発光するLED11Rと、緑色に発光するLED11Gと、青色に発光するLED11Bとを1個ずつ直列接続するように接続した3個のLED11の組み合わせに対して、図示されないパーソナルコンピュータ等の上位装置から送信された点灯信号がアノードドライバIC31に入力される。すると、該アノードドライバIC31の定電流回路、増幅回路等の回路からアノード配線12を介して、安定電流が各組み合わせの1番目のLED11のアノード電極14に供給される。そして、前記点灯信号がカソードドライバIC32に入力されると、スイッチ回路によって前記カソードドライバIC32がカソード配線13を介して各組み合わせの3番目のLED11のカソード電極15から電流を吸い込む。これにより、それぞれ、各色1個ずつ直列に接続された3個のLED11を介して、アノードドライバIC31からカソードドライバIC32に電流が流れ、各色のLED11が点灯信号に応じて発光する。
First, a combination of three
この場合、すべての組み合わせにおいて、赤色に発光するLED11Rと、緑色に発光するLED11Gと、青色に発光するLED11Bとを1個ずつ直列接続するように接続しているため、LED11単体のばらつきを無視すれば、3色の異なる基本特性のLED11をすべて同じ供給電圧及び電流条件で動作させることができる。
In this case, in all combinations, the
また、LED11R、11G及び11Bの発光に伴って発生した熱は、保護膜19、熱伝導性接着剤50及び放熱板60を介して拡散するため、基板10及び光拡散板40の温度は、ほとんど上昇しない。
Moreover, since the heat | fever generate | occur | produced with light emission of LED11R, 11G, and 11B diffuses through the
このように、本実施の形態においては、赤色に発光するLED11Rと、緑色に発光するLED11Gと、青色に発光するLED11Bとを1個ずつ直列接続した組み合わせが複数個構成されるように、LED11が配列されている。そして、前記第1の実施の形態と同様に、半導体プロセスによってLED11、アノード配線12及びカソード配線13を形成することができる。したがって、前記第1の実施の形態よりも簡単な回路構成でありながら、大型で高輝度な、薄型のLEDバックライト装置100を提供することができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change variously based on the meaning of this invention, and does not exclude them from the scope of the present invention.
10 基板
11、11R、11R1、11R2、11R3、11G、11G1、11G2、11G3、11B、11B1、11B2、11B3 LED
12 アノード配線
13 カソード配線
14 アノード電極
15 カソード電極
16 母材
17 犠牲層
18、18R、18R1、18R2、18R3、18G、18G1、18G2、18G3、18B、18B1、18B2、18B3 LED積層薄膜
19 保護膜
20 第2の保護膜
21 連結配線
24 反射膜
31 アノードドライバIC
32 カソードドライバIC
40 光拡散板
60 放熱板
100 LEDバックライト装置
200 液晶パネル
10
12
32 Cathode driver IC
40
Claims (8)
(b)エピタキシャル成長法によって無機材料がpn接合デバイスとして積層形成され、前記第1の基板の第1の面に固着されたLED積層薄膜と、
(c)該LED積層薄膜に形成されたアノード電極及びカソード電極と、
(d)前記LED積層薄膜を駆動して発光させるアノードドライバIC及びカソードドライバICと、
(e)前記第1の基板の第1の面に形成され、前記アノードドライバICとLED積層薄膜のアノード電極とを接続するアノード配線、及び、前記カソードドライバICとLED積層薄膜のカソード電極とを接続するカソード配線とを有すること特徴とするLEDバックライト装置。 (A) a translucent first substrate having a function of uniformly diffusing incident light;
(B) an LED laminated thin film in which an inorganic material is laminated and formed as a pn junction device by an epitaxial growth method, and is fixed to the first surface of the first substrate;
(C) an anode electrode and a cathode electrode formed on the LED laminated thin film;
(D) an anode driver IC and a cathode driver IC that drive the LED laminated thin film to emit light;
(E) An anode wiring that is formed on the first surface of the first substrate and connects the anode driver IC and the anode electrode of the LED laminated thin film; and the cathode driver IC and the cathode electrode of the LED laminated thin film. An LED backlight device having a cathode wiring to be connected.
波長620〜710ナノメートルである赤色に発光するLED積層薄膜と、
波長500〜580ナノメートルである緑色に発光するLED積層薄膜と、
波長450〜500ナノメートルである青色に発光するLED積層薄膜とを含む請求項1に記載のLEDバックライト装置。 The LED laminated thin film is fixed to the first surface of the first substrate by intermolecular force,
LED laminated thin film that emits red light having a wavelength of 620 to 710 nanometers,
LED laminated thin film that emits green light having a wavelength of 500 to 580 nanometers;
The LED backlight device according to claim 1 , comprising an LED laminated thin film that emits blue light having a wavelength of 450 to 500 nanometers.
前記LED群における一端に位置するLED積層薄膜のカソード電極と前記カソードドライバICとを接続するカソード配線と、
前記LED群におけるLED積層薄膜を直列接続する連結配線とを有する請求項1に記載のLEDバックライト装置。 LED laminated thin film that emits red light with a wavelength of 620 to 710 nanometers, LED laminated thin film that emits green light with a wavelength of 500 to 580 nanometers, and an LED laminated thin film that emits blue light with a wavelength of 450 to 500 nanometers An anode wiring for connecting the anode electrode of the LED laminated thin film located at one end in the LED group constituted by a combination of the above and the anode driver IC;
A cathode wiring connecting the cathode electrode of the LED laminated thin film located at one end in the LED group and the cathode driver IC;
The LED backlight device according to claim 1 , further comprising a connection wiring that serially connects the LED laminated thin films in the LED group.
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