JP4987711B2 - バックライトとそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明はバックライトとそれを用いた液晶表示装置に関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、電気エネルギーを紫外光や可視光等の光に変換して放射する半導体素子であり、長寿命で信頼性が高く、光源として用いた場合に交換作業が軽減されるというような利点を有する。ＬＥＤ素子を例えば透明樹脂で封止したＬＥＤランプは、携帯型通信機器、ＰＣ周辺機器、ＯＡ機器、家庭用電気機器等の表示部に使用される液晶表示装置のバックライト、また信号装置、各種スイッチ類、車載用ランプ、一般照明等の照明装置に幅広く利用されている。

ＬＥＤランプから放射される光の色調は、ＬＥＤ素子の発光波長に限られるものではなく、例えばＬＥＤ素子の表面に蛍光体を塗布したり、あるいはＬＥＤ素子を封止する透明樹脂中に蛍光体を含有させることによって、青色から赤色まで使用用途に応じた可視光領域の光を得ることができる。特に、白色発光型のＬＥＤランプは携帯型通信機器やＰＣの液晶表示装置等におけるバックライトの用途に普及し始めている（特許文献１参照）。

ＬＥＤランプを用いたバックライトを液晶表示装置に適用する場合、拡散板、導光板、プリズムシート等の各種光学シートと同時に用いることで、光の指向性等を調整している。すなわち、複数のＬＥＤランプが平面状に実装された母基板に、拡散板、導光板、プリズムシート等の各種光学シートを重ね合わせて光の指向性を調整する。このような場合、例えば内壁に複数段の係止部を有する筐体を使用し、ある段の係止部にＬＥＤが実装された母基板を係止させると共に、他の段の係止部に光学シートを係止させることで、筐体内で両者を重ね合わせるようにして収納している（特許文献２参照）。

従来のバックライトにおいては、各種光学シートとＬＥＤランプが実装された母基板との間、特に光学シートとＬＥＤランプとの間に空間が存在している。このような空間には当然ながら空気が存在しているため、ＬＥＤランプから発光された光は空間内の空気で散乱され、十分に光学シートに伝わらないという問題がある。これは面輝度の低下要因となる。このような点に対して、光学シートとＬＥＤランプが実装された母基板との距離を狭めて、光学シートにＬＥＤランプを接触させることが考えられる。しかし、両者を完全に接触させることは事実上困難であり、両者の間には少なからず空気が存在してしまう。

特許文献３には、母基板にベアチップ状態で実装されたＬＥＤ素子の周囲に枠体を配置し、この枠体内に透光性封止樹脂を充填した線状照明装置が記載されている。また、特許文献４には発光部と導光板の入光部との間に光学系接着剤、光学系エラストマ、光学系ゲルを少なくとも一つ含む層を配置した面発光装置が記載されている。発光部と導光板との間に光学系材料を単に配置しただけでは、各部の屈折率等に基づいて発光部から放射された光を導光板等の光学シートに十分に伝達できない可能性がある。

さらに、ＬＥＤランプは発光時にある程度まで温度が上昇することから、光学系材料によっては着色して発光輝度の低下を招くおそれがある。ＬＥＤランプは高温になると発光効率が低下する。そのため、バックライトの点灯時にはＬＥＤランプを冷却する必要があるが、これまでは必ずしも十分な放熱構造は採られていない。
特開２００３−１６０７８５公報 特開２００３−２０７７８０公報 特開２００４−１６５１２４公報 特開２００５−０７８８０２公報

本発明の目的は、ＬＥＤランプ等の発光装置から発光された光を光学シートに十分に伝えることで面輝度を向上させたバックライト、さらにはそのようなバックライトを用いた液晶表示装置を提供することにある。

本発明の一態様に係るバックライトは、半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの光により励起されて発光する蛍光体を含む発光部とを有する複数の白色発光型の発光装置と、前記複数の発光装置の発光面側に配置された光学シートと、前記複数の発光装置の発光面と前記光学シートとの間に介在され、前記複数の発光装置の発光面を前記光学シートに気密に接合する接合層であって、厚さが０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の透明なシリコーン樹脂層からなる接合層とを具備し、前記光学シートの屈折率をｎ１、前記接合層の屈折率をｎ２、前記発光装置の屈折率をｎ３としたとき、前記光学シートの屈折率ｎ１は１．３以下、前記接合層の屈折率ｎ２は１．４以下、前記発光装置の屈折率ｎ３は２．４８以下であると共に、ｎ１≦ｎ２≦ｎ３の条件を満たすことを特徴としている。

本発明の他の態様に係る液晶表示装置は、本発明の態様に係るバックライトと、前記バックライトの発光面側に配置された液晶表示部とを具備することを特徴としている。

図１は本発明の一実施形態によるバックライトの構成を示す断面図である。 図２は図１に示すバックライトに用いられる発光装置の一構成例を示す断面図である。 図３は図１に示すバックライトの変形例を示す断面図である。 図４は図１に示すバックライトの他の変形例を示す断面図である。 図５は母基板に設ける貫通孔の配置例を示す平面図である。 図６は本発明の一実施形態による液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図７は本発明の実施例９によるバックライトの構成を示す断面図である。

符号の説明

１…バックライト、２…発光装置（ＬＥＤランプ）、２ａ…非発光面、２ｂ…発光面、３…母基板、４…光学シート、５…接合層、１４…反射部、１６…空隙部、１７…貫通孔、２０…液晶表示装置、２１…液晶パネル、３０…周辺部材、３１…シリコーン樹脂（接合層）。

発明を実施するための形態

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて述べるが、それらの図面は図解のみの目的のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。

図１は本発明の一実施形態によるバックライトの構成を示す断面図である。同図に示すバックライト１は複数の発光装置２、２…を具備している。発光装置２は半導体発光素子を有している。半導体発光素子としては、例えばＬＥＤ素子やレーザダイオード等が用いられる。発光装置２は半導体発光素子から放射される光を直接取り出す装置、もしくは蛍光体等で発光色を変換した後に取り出す装置である。発光装置２としてはＬＥＤ素子を用いたＬＥＤランプ（ＬＥＤチップとも言う）、特に白色発光型のＬＥＤランプを用いることが好ましい。この実施形態では発光装置２としてＬＥＤランプを用いている。

複数のＬＥＤランプ２は母基板３上に例えばマトリクス状（例えば図５に示す配置）に配置されている。複数のＬＥＤランプ２をマトリクス状に配置したバックライト１は、例えば液晶表示装置の表示部の直下に配置される。この実施形態のバックライト１は、大画面にも適用可能な直下式のバックライトに好適である。直下式のバックライト１は、導光板の一辺に沿ってＬＥＤランプを線状に配列するサイドライト式のバックライトに比べて、ＬＥＤランプ２の数を増やすことができるため、容易に高輝度化することができる。

母基板３上には、各ＬＥＤランプ２に電力を供給するための配線パターンが形成されている。ＬＥＤランプ２は母基板３上の配線パターンと電気的に接続されている。各ＬＥＤランプ２は、その非発光面２ａが母基板３側となるように接合されている。ＬＥＤランプ２の発光面２ｂ側には光学シート４が配置されている。ＬＥＤランプ２と光学シート４との間には、これらを気密に接合する接合層５が介在されている。

なお、図１では図示していないが、母基板３上の各ＬＥＤランプ２の周囲には、母基板３と光学シート４との間のスペースの調整、ＬＥＤランプ２の剥離の抑制等の観点から、各発光装置２を囲むようにして円筒状やカップ状の周辺部材を設けてもよい。

この実施形態のバックライト１において、ＬＥＤランプ２の発光面２ｂは接合層５を介して光学シート４と接合されている。これによって、各ＬＥＤランプ２から放射された光を光学シート４に効率よく伝えることができる。すなわち、ＬＥＤランプ２の発光面２ｂと光学シート４との間に空隙（空気層）が存在しないようにすることで、ＬＥＤランプ２からの光が光学シート４に伝えられる前に空気層で散乱されることが抑制される。従って、光学シート４に効率よく光を伝えることが可能となる。

発光装置として用いられるＬＥＤランプ２は、白色発光型のＬＥＤランプであることが好ましい。白色発光型のＬＥＤランプとしては、青色発光型ＬＥＤ素子と黄色発光蛍光体（ＹＡＧ等）とを組合せたＬＥＤランプ、あるいは紫外発光型ＬＥＤ素子と青色、緑色、赤色の各蛍光体の混合物（三色蛍光体）とを組合せたＬＥＤランプが知られている。これらのうち、特に後者の紫外発光型ＬＥＤ素子と三色蛍光体とを組合せた白色発光型ＬＥＤランプが好適である。図２は紫外発光ＬＥＤと三色蛍光体とを組合せた白色発光型ＬＥＤランプ２の一構成例を示している。

光源としてのＬＥＤ素子６は、例えば波長が３６０ｎｍ〜４４０ｎｍの範囲の紫外光や紫色光を発光する紫外発光ＬＥＤである。このような紫外発光ＬＥＤとしては、例えば発光層として窒化物系化合物半導体層を有するものが挙げられる。ＬＥＤ素子６は一対のリード端子７Ａ、７Ｂを有する配線基板８上に接合されている。ＬＥＤ素子６の下部電極はリード端子７Ａと電気的および機械的に接続されている。ＬＥＤ素子６の上部電極はボンディングワイヤ９を介してリード端子７Ｂと電気的に接続されている。

配線基板８上には保持部材１０が設けられている。ＬＥＤ素子６は保持部材１０内に配置されている。保持部材１０としては、例えば樹脂からなる円筒状やカップ状のものが用いられる。保持部材１０の内壁面には反射層１１が形成されている。反射層１１内には透明樹脂１２が充填されており、ＬＥＤ素子６は透明樹脂１２中に埋め込まれた状態となっている。透明樹脂１２には青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体とを有する蛍光体（三色蛍光体）１３が含有されている。三色蛍光体１３はＬＥＤ素子６から放射される紫外光または紫色光により励起されて白色光を発光するものである。

三色蛍光体１３が含有される透明樹脂１２としては、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が例示され、特にシリコーン樹脂が好ましく用いられる。三色蛍光体１３を構成する青色、緑色、赤色の各蛍光体としては、公知の各色発光の蛍光体が用いられ、ＬＥＤ素子６から放射される波長３６０ｎｍ〜４４０ｎｍの範囲の紫外光または紫色光を効率よく吸収する蛍光体が好ましく用いられる。三色蛍光体１３を含有する透明樹脂１２は白色光を発光する発光部として機能するものである。

青色発光蛍光体としては紫外光や紫色光の吸収効率に優れるＥｕ付活ハロ燐酸塩蛍光体、Ｅｕ付活アルミン酸塩蛍光体等が用いられる。緑色発光蛍光体としてはＣｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体、ＥｕおよびＭｎ付活アルミン酸塩蛍光体等が用いられる。赤色発光蛍光体としてはＥｕ付活酸硫化イットリウム蛍光体、ＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体、ＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体等が用いられる。これらは演色性、発光の均一性、輝度特性等を考慮して適宜選択して用いることが好ましい。

なお、図２に示すＬＥＤランプ２は配線基板８側が非発光面２ａであり、母基板３に接合される側である。一方、三色蛍光体１３を含有する透明樹脂１２が設けられた側が発光面２ｂであり、光学シート４と接合層５を介して接合される側である。

光学シート４はこの種のバックライト１に一般的に用いられるものであればよく、例えば拡散板、導光板、プリズムシート等が挙げられる。光学シート４は単に光を透過させる樹脂フィルム等であってもよい。光学シート４は拡散板、導光板およびプリズムシートから選ばれる１種であることが好ましい。光学シート４はこれらを積層したものであってもよい。光学シート４としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムからなるものを用いることができる。

接合層５には透明樹脂、特に熱硬化性を有する透明樹脂を適用することが好ましい。接合層５に適用される透明樹脂としては、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。これらのうち、特にＬＥＤランプ２の点灯時の温度上昇に起因する着色、並びにそれに伴う発光効率の低下を抑制する上で、接合層５は熱的に安定なシリコーン樹脂で構成することが好ましい。

接合層５は透明であることに加えて、熱的に安定であることが好ましい。接合層５はＬＥＤランプ２の点灯時にある程度温度が上昇する。このため、接合層５は熱によって変色しにくい材質で形成することが望ましい。エポキシ樹脂は熱変色しやすいのに対して、シリコーン樹脂は熱的に安定であることから、接合層５はシリコーン樹脂で形成することが好ましい。シリコーン樹脂は波長が約４００ｎｍの紫外領域から約８００ｎｍの赤外領域までほぼ１００％の透過率を有しており、透明性の点からも好適な材料である。

接合層５は少なくともＬＥＤランプ２の発光面２ｂの一部に設けられていればよい。ただし、ＬＥＤランプ２から発光された光を効率よく光学シート４に適切に伝える観点から、接合層５はＬＥＤランプ２の発光面２ｂ全体に設けられていることが好ましい。さらに、ＬＥＤランプ２を囲むようにして周辺部材が設けられている場合には、その内部や光学シート４側の表面部にも接合層５を設けることが好ましい。

接合層５の厚さは必ずしも限定されるものではないが、接合層５の厚さが薄すぎるとＬＥＤランプ２の発光面２ｂと光学シート４とを確実に接合することが困難となる。一方、接合層５の厚さが厚すぎると、接合層５による光の損失が大きくなるおそれがある。このような点から、接合層５の厚さは０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることが好ましい。例えば、前述したシリコーン樹脂やアクリル樹脂等の透明樹脂であれば、接合層の厚さを３ｍｍ程度にしても光の損失を抑制することができる。

この実施形態のバックライト１は、光学シート４の屈折率をｎ１、接合層５の屈折率をｎ２、ＬＥＤランプ２の屈折率をｎ３としたとき、ｎ１≦ｎ２≦ｎ３の条件を満たしていることが好ましい。バックライト１の光学シート４、接合層５、ＬＥＤランプ２の各屈折率がｎ１≦ｎ２≦ｎ３の条件を満たすことによって、各部の接合界面における全反射を抑制することができる。従って、ＬＥＤランプ２から接合層５、さらには接合層５から光学シート４に効率よく光を伝えることが可能となる。

各部の具体的な屈折率に関しては、例えば光学シート４の屈折率ｎ１は１．３以下、接合層５の屈折率ｎ２は１．４以下、ＬＥＤランプ２の屈折率ｎ３は２．４８以下とすることが好ましい。その上で、ｎ１≦ｎ２≦ｎ３の関係を満たすことが好ましい。なお、ＬＥＤランプ２の屈折率ｎ３はＬＥＤ素子６の屈折率を示すものである。このような屈折率を満足させる上で、例えば光学シート４をポリエチレンテレフタレートフィルムで構成した場合、接合層５をシリコーン樹脂やアクリル樹脂等で構成することが好ましい。なお、各部の屈折率の測定は最小偏角法によって測定されるものである。

この実施形態のバックライト１は、例えば図３に示すように、光学シート４のＬＥＤランプ２が接合される面（ＬＥＤ接合面４ａ）のうち、ＬＥＤランプ２が接合される以外の部分（ＬＥＤ非接合部）に、反射部１４が設けられていることが好ましい。バックライト１においては、上述したように各ＬＥＤランプ２の発光面２ｂと光学シート４とを接合層５を介して接合しているため、各ＬＥＤランプ２から発光された光を光学シート４に効率よく伝えることができる。

ただし、例えば図３に矢印１５で示すように、ＬＥＤランプ２から光学シート４に伝わった光は、ＬＥＤ非接合面４ｂから全て放出されるわけではなく、一部はＬＥＤ非接合面４ｂで反射されてＬＥＤ接合面４ａへと戻ってくる。この際、ＬＥＤ接合面４ａのＬＥＤ非接合部に何も形成されていないと、ＬＥＤ非接合部から光が不要方向に放出されて、バックライト１の面輝度が低下してしまう。

このため、ＬＥＤランプの発光面２ｂと光学シート４とを接合層５を介して接合すると共に、光学シート４のＬＥＤ接合面４ａのうちＬＥＤ非接合部に反射部１４を設けることがこのましい。これによって、ＬＥＤ非接合部から光が不要方向に放出されることが抑制され、バックライト１の面輝度をさらに向上させることができる。反射部１４は、光学シート４のＬＥＤ接合面４ａにおけるＬＥＤ非接合部の面積を１００％としたとき、その８０％以上の部分に形成されていることが好ましく、さらにはＬＥＤ非接合部の全面に形成されていることがより好ましい。

反射部１４としては、例えば白色粒子を含む膜状体が挙げられる。白色粒子としては、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子やチタニア（ＴｉＯ_２）粒子等が好適である。これらの白色粒子は、それを塗布して反射部１４を形成する際に均一な膜を得る観点から、平均粒径が２０μｍ以下の微粒子であることが好ましい。反射部１４はこのような白色粒子を含有するスラリーを塗布することにより得ることができる。反射部１４はアルミナやチタニア等を蒸着法やスパッタ法等の成膜方法で成膜したものであってもよい。

反射部１４の厚さは１０μｍ以上とすることが好ましい。反射部１４の厚さが１０μｍ未満であると、例えば白色粒子の含有量が少なくなり、十分な反射率を得られないことがある。反射部１４の厚さは反射率の観点からは厚い方が好ましいが、過度に厚くすると母基板３と光学シート４との間の空間である空隙部１６の断面積が小さくなる。これは発熱したＬＥＤランプ２を冷却するための空気を流す空間が少なくなることを意味する。従って、反射部１４の厚さは１００μｍ以下とすることが好ましい。

反射部１４の反射率は８０％以上であることが好ましい。反射部１４の反射率が８０％以上であれば、光学シート４のＬＥＤ非接合面４ｂで反射されて戻ってきた光を、ＬＥＤ接合面４ａの反射部１４で良好に反射させ、ＬＥＤ非接合面４ｂへと効率的に戻すことができる。なお、反射部１４の反射率の測定は、積分球を用いた全反射成分の測定（正反射成分と拡散反射成分の測定）により行うことができる。

この実施形態のバックライト１においては、例えば図４に示すように、貫通孔１７を有する母基板３を用いることが好ましい。貫通孔１７は母基板３の一方の主面から他方の主面に向けて貫通するように形成されている。このような貫通孔１７を有する母基板３を用いることによって、貫通孔１７を利用して空隙部１６に空気等の冷却用気体を導入し、連続する空隙部９に冷却用気体を循環させてＬＥＤランプ２を冷却することができる。さらに、冷却に用いられた空気等の冷却用気体を、貫通孔１７を利用して空隙部１６の外に排出することができる。

貫通孔１７の形成位置は、母基板３のＬＥＤランプ２が接合されない部分であれば限定されるものではなく、適宜にその位置を設定することができる。なお、光学シート４に反射部１４が設けられている場合、光学シート４の反射部１４は母基板３のＬＥＤランプ２が接合されない部分に対向することになるため、母基板３の反射部１４に対向する部分に貫通孔１７を設ければよいことになる。

貫通孔１７は、母基板３のＬＥＤランプ２が接合されない部分のうち、複数のＬＥＤランプ２に囲まれる部分に形成されていることが好ましい。図５は４個のＬＥＤランプ２で囲まれた部分に貫通孔１７を形成した母基板３を用いたバックライト１を示している。ＬＥＤランプ２は母基板３上にマトリクス状に配置されている。なお、図５はバックライト１を光学シート４の側から見た図である。

図５に示すように、母基板３の４つのＬＥＤランプ２に囲まれる部分に貫通孔１７を形成することによって、ＬＥＤランプ２を効率的に冷却することができる。さらに、このような位置全てに貫通孔１７を設けることで、ＬＥＤランプ２の冷却効率をより一層高めることができる。貫通孔１７の大きさや断面形状等は、母基板３に接合されるＬＥＤランプ２の数や発熱量に応じて適宜選択される。貫通孔１７の断面形状は、例えば図５に示す円形のものが挙げられるが、その他に三角形や四角形等、適宜に選択することができる。

上述した実施形態のバックライト１は、例えば以下のようにして作製される。まず、複数のＬＥＤランプ２を母基板３上に例えばマトリクス状となるように配置して接合する。各ＬＥＤランプ２は非発光面２ａが母基板３側となるように配置する。母基板３は一様な平面状のものであってもよいし、貫通孔１７が形成されたものであってもよい。

一方、光学シート４として拡散板、導光板、プリズムシート等を用意する。光学シート４は単に光を透過させる樹脂フィルム等であってもよい。光学シート４に反射部１４を設ける場合には、光学シート４のＬＥＤ接合面４ａのうちＬＥＤ非接合部に反射部１４を形成する。反射部１４の形成は、例えば樹脂バインダにアルミナ粒子やチタニア粒子等の白色粒子を添加したスラリーを塗布するか、あるいはアルミナやチタニア等を蒸着法やスパッタ法等の成膜方法を用いて成膜することにより行う。

次に、ＬＥＤランプ２の発光面２ｂに接合層５となるシリコーン樹脂やアクリル樹脂等を塗布またはポッティングする。接合層５の形成に用いられるシリコーン樹脂やアクリル樹脂等は脱泡処理したものであることが好ましい。シリコーン樹脂やアクリル樹脂等に気泡が含まれている場合、硬化させたときに気泡部分で光が散乱されるため、バックライト１の面輝度が低下するおそれがある。同様の理由からシリコーン樹脂やアクリル樹脂等を塗布した後にも脱泡処理を行うことがより好ましい。

このようにしてシリコーン樹脂やアクリル樹脂等を塗布またはポッティングしたＬＥＤランプ２の発光面２ｂ側に、光学シート４を重ね合わせて積層する。この際、光学シート４のＬＥＤランプ接合面４ａに反射部１４が形成されている場合、反射部１４とＬＥＤランプ２の発光面２ｂとが重ならないように積層する。この後、塗布またはポッティングしたシリコーン樹脂やアクリル樹脂等を熱硬化させることによって、ＬＥＤランプ２の発光面２ｂと光学シート４とを接合層５を介して接合する。なお、接合層５となるシリコーン樹脂やアクリル樹脂等は光学シート４に塗布またはポッティングしてもよい。

次に、本発明の一実施形態による液晶表示装置について、図６を参照して説明する。図６は本発明の一実施形態による液晶表示装置２０の構成を示す断面図である。同図に示す液晶表示装置２０は、液晶表示部としての平板状の液晶パネル２１と、液晶パネル２１を背面側から照明するバックライト１とを備えている。バックライト１の具体的な構成は前述した実施形態に示した通りであり、複数のＬＥＤランプ２がマトリクス状に配置された母基板３を有している。

バックライト１は発光面を構成する光学シート４が液晶パネル２１側となるように配置されている。マトリクス状に配置された複数のＬＥＤランプ２を有するバックライト１は、液晶パネル２１の直下に配置されている。すなわち、この実施形態の液晶表示装置２０は直下式のバックライト１を適用したものである。このように、直下式のバックライト１を使用することによって、液晶表示装置２０の輝度を高めることができる。さらに、バックライト１は多数のＬＥＤランプ２から放射された光を光学シート４に効率よく伝えることができるため、液晶表示装置２０の輝度をより一層高めることが可能となる。

液晶パネル２１は、例えば２枚の偏光板の間に、それぞれ透明電極を形成したガラス板であるアレイ基板とカラーフィルタ基板とを対向して配置し、これらの間に液晶を注入して液晶層を構成したものである。カラーフィルタ基板には、各画素に対応して赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタが形成されている。液晶パネル２１とバックライト１との間にはバックライト１の光学シート４として、あるいはそれとは別に拡散板およびプリズムシートから選ばれる少なくとも１つが配置される。

次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。

（実施例１）
まず、青色蛍光体としてユーロピウム付活アルカリ土類クロロリン酸塩（（Ｓｒ_０．９９Ｅｕ_０．０１）_１０（ＰＯ_４）_６・Ｃｌ_２）蛍光体、緑色蛍光体としてユーロピウムおよびマンガン付活アルミン酸塩蛍光体（（Ｂａ_{０．７２６}Ｅｕ_{０．２７４}）（Ｍｇ_０．５５Ｍｎ_０．４５）Ａｌ_１０Ｏ_１７）蛍光体、赤色蛍光体としてユーロピウム付活酸硫化ランタン（（Ｌａ_{０．８８３}Ｓｂ_{０．００２}Ｅｕ_{０．１１５}）_２Ｏ_２Ｓ）蛍光体を用意した。これら各蛍光体粉末をそれぞれシリコーン樹脂と３０質量％の濃度で混合して各色のスラリーを作製した。

次に、青色蛍光体スラリーを２０．１質量％、緑色蛍光体スラリーを１９．５質量％、
赤色蛍光体スラリーを６０．４質量％の割合で混合した後、図２に示したようにＬＥＤ素子６上に塗布した。この三色蛍光体を含有するシリコーン樹脂を１４０℃の温度で熱処理して硬化させることによって、白色発光型のＬＥＤランプを得た。なお、ＬＥＤ素子としては励起波長が３９０ｎｍの紫外発光ＬＥＤを用いた。

このようにして得た複数のＬＥＤランプを、その非発光面が母基板側となるように、母基板上にマトリクス状に配置して接合した。そして、各ＬＥＤランプの発光面に脱泡処理を行ったシリコーン樹脂を２ｍｍの厚さで塗布した後、反射部が形成されていない光学シートを重ねて積層した。この後、加熱処理を施してシリコーン樹脂を硬化させることによって、各ＬＥＤランプの発光面と光学シートとを接合層で接合したバックライトを作製した。なお、光学シートの屈折率ｎ１は１．３、接合層の屈折率ｎ２は１．４、ＬＥＤランプの屈折率ｎ３は２．４であり、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３となるものである。

（実施例２〜７）
実施例１と同様の光学シートのＬＥＤ接合面におけるＬＥＤ非接合部に、アルミナ粒子をバインダと混合したスラリーを塗布、乾燥して反射部を形成した。反射部の反射率、面積および膜厚は表１に示す通りとした。ここで、反射部の面積は光学シートのＬＥＤ接合面におけるＬＥＤ非接合部全体の面積を１００％としたときの値である。

次に、実施例１と同様にしてＬＥＤランプを接合した母基板を用意し、各ＬＥＤランプの発光面に脱泡処理を行ったシリコーン樹脂を０．５〜２．５ｍｍの厚さで塗布した。シリコーン樹脂を塗布したＬＥＤランプの発光面側に、反射部が形成された光学シートを反射部が形成されたＬＥＤ接合面側がＬＥＤランプ側となるように、かつ反射部が形成されていない部分とＬＥＤランプの発光面とが重なり合うように積層した。この後、加熱処理を施してシリコーン樹脂を硬化させることによって、各ＬＥＤランプの発光面と光学シートとを接合層で接合したバックライトをそれぞれ作製した。

（参考例１）
実施例１と同様にしてＬＥＤランプを接合した母基板を用意し、各ＬＥＤランプの発光面に脱泡処理を行ったエポキシ樹脂を２ｍｍの厚さで塗布した。エポキシ樹脂を塗布したＬＥＤランプの発光面側に、反射部が形成されていない光学シートを重ねて積層した。この後、加熱処理を施してエポキシ樹脂を硬化させることによって、各ＬＥＤランプの発光面と光学シートとを接合層で接合したバックライトを作製した。なお、接合層の屈折率ｎ２は１．４であり、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３となるものである。

（比較例１）
実施例１と同様にしてＬＥＤランプを接合した母基板と反射部が形成されていない光学シートとを用いて、両者の間隔ができるだけ狭くなるように重ね合わせてバックライトを作製した。この比較例１では接合層を適用していない。

（比較例２）
接合層を形成するシリコーン樹脂に脱泡処理を施さなかった以外は、実施例１と同様にしてバックライトを作製した。接合層には目視にて一部に気泡が存在することが確認された。この接合層の屈折率ｎ２は１．０であり、ｎ１＞ｎ２＜ｎ３となるものである。

次に、実施例１〜７、参考例１および比較例１〜２の各バックライトを発光させて面輝度（初期輝度）を測定した。その結果を表１に示す。

表１から明らかなように、各ＬＥＤランプの発光面と光学シートとを接合層を介して接合すると共に、光学シート、接合層、ＬＥＤランプの各屈折率をｎ１≦ｎ２≦ｎ３の条件を満足させることによって、バックライトの面輝度を向上させることができる。さらに、光学シートに反射部を形成すると共に、反射部の反射率を高めたり、あるいは反射部の面積を広くすることで、バックライトの面輝度をより高めることができる。バックライトの各部の屈折率をｎ１≦ｎ２≦ｎ３の条件を満足させるためには、接合層の形成に用いる樹脂に脱泡処理を施すことが有効である。

次に、実施例１と参考例１の各バックライトを４０００時間連続点灯した後、電源を切って３時間冷却した。この後、各バックライトを再び点灯させて輝度を測定した。このようにして、再点灯による不可逆的な輝度低下を調べた。その結果を表２に示す。

表２から明らかなように、初期輝度はいずれのバックライトも優れていたものの、連続点灯後の輝度には差が見られた。各バックライトを分解したところ、実施例１では目視での変化は認められなかったのに対して、参考例１では接合層が若干黄色く変色していた。その他の特性については、両部材間で差は認められなかった。参考例１のバックライトの連続点灯後の輝度低下が実施例１に比べて大きいのは、エポキシ樹脂からなる接合層が連続点灯中に変色したことによるものと考えられる。

（実施例９、１０）
図７に示すように、母基板３上の各ＬＥＤランプ２を接合する部分に、周辺部材としてカップ３０を接合した後、これらカップ３０の内側底部にＬＥＤランプ２をそれぞれ接合した。ＬＥＤランプ２の発光面２ｂに脱泡処理を行ったシリコーン樹脂３１が１．５ｍｍの厚さで塗布されるように、シリコーン樹脂３１をカップ３０の内部に充填すると共に、カップ３０の端部（光学シート４を接合する側の表面部）に塗布した。

この母基板３のカップ３０を接合した側に光学シート４を重ねて積層した後、加熱処理を施してシリコーン樹脂３１を硬化させることによって、各ＬＥＤランプ２の発光面２ａと光学シート４とを接合層５で接合したバックライト（実施例９）を作製した。シリコーン樹脂３１は接合層５を構成するものである。カップ３０の端部も光学シート４と接合層５で接合されている。シリコーン樹脂３１の一部はカップ３０内に充填されているため、その部分がアンカー効果をもたらす。さらに、周辺部材としてのカップを設けない以外は、実施例９と同様にしてバックライト（実施例１０）を作製した、これらのバックライトについて、ＬＥＤランプの剥離に要する力を測定した。その結果を表３に示す。

表３から明らかなように、ＬＥＤランプの周囲にカップ等の周辺部材を設けることによって、ＬＥＤランプの剥離に要する力を大きくすることができる。従って、このような構造のバックライトによれば、光学シートからのＬＥＤランプの剥離を抑制して信頼性をより高めることが可能となる。

（実施例１１、１２）
実施例９と同様のバックライトを用いて、室温（２５℃）下で２０ｍＡ、３時間の通電を行い、ＬＥＤランプの周囲に設けられた周辺部材であるカップの温度を測定した（実施例１１）。さらに、貫通孔を有する母基板を用いる以外は、実施例９と同様のバックライト（実施例１２）を作製した。このバックライトに実施例１１と同一条件で通電し、ＬＥＤランプの周辺部材であるカップの温度を測定した。その結果を表４に示す。

表４から明らかなように、貫通孔を有する母基板を用いることによって、光学シートと母基板との間、あるいはＬＥＤランプ同士の間に効率的に冷却用の気体である空気を流すことができる。これによって、ＬＥＤランプの過度な発熱を抑制することが可能となる。

（実施例１３）
実施例９と同様の構成を適用して、外形が３３０ｍｍ×１９０ｍｍの直下式バックライト（１５インチワイド仕様相当）を作製した。ＬＥＤランプは横２４個×縦１３個のマトリクス状に配置した。ＬＥＤランプの総数は３１２個である。

（参考例２）
実施例９と同一構成のＬＥＤランプを同数用意した。長さ３２０ｍｍ×幅４ｍｍの母基板上に１５６個のＬＥＤランプを一直線上に配置した。このような線状光源を２本作製した。これらを導光板の長手方向の二辺に取り付けて、サイドライト式バックライト（１５インチワイド仕様相当）を作製した。

次に、実施例１３の直下式バックライトと参考例２のサイドライト式バックライトに、それぞれ室温（２５℃）下で２０ｍＡの通電を行って３時間点灯した。各バックライトの初期輝度と３時間点灯後の輝度およびカップ温度を測定した。カップ温度は実施例１１と同様にして測定した。それらの結果を表５に示す。

表５から明らかなように、大画面対応のサイドライト式バックライトは狭い面積に多数のＬＥＤランプを配置する必要があるため、ＬＥＤランプの温度上昇が著しくなる。その結果、短時間の点灯でも輝度の低下が著しくなる。

本発明の態様に係るバックライトによれば、ＬＥＤランプ等の発光装置からの光を散乱させることなく効率よく光学シートに伝えることができるため、面輝度の向上を図ることが可能となる。このようなバックライトは液晶表示装置に有用である。さらに、本発明の態様に係るバックライトを用いた液晶表示装置によれば、表示品質や表示特性の向上を図ることができる。

Claims (18)

1. 半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの光により励起されて発光する蛍光体を含む発光部とを有する複数の白色発光型の発光装置と、
   前記複数の発光装置の発光面側に配置された光学シートと、
   前記複数の発光装置の発光面と前記光学シートとの間に介在され、前記複数の発光装置の発光面を前記光学シートに気密に接合する接合層であって、厚さが０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の透明なシリコーン樹脂層からなる接合層とを具備し、
   前記光学シートの屈折率をｎ１、前記接合層の屈折率をｎ２、前記発光装置の屈折率をｎ３としたとき、前記光学シートの屈折率ｎ１は１．３以下、前記接合層の屈折率ｎ２は１．４以下、前記発光装置の屈折率ｎ３は２．４８以下であると共に、ｎ１≦ｎ２≦ｎ３の条件を満たすことを特徴とするバックライト。
2. 請求項１記載のバックライトにおいて、
   さらに、前記複数の発光装置の非発光面が接合された母基板を具備することを特徴とするバックライト。
3. 請求項２記載のバックライトにおいて、
   前記複数の発光装置は前記母基板上にマトリクス状に配置されており、かつ前記母基板は前記複数の発光装置から発光された光を照射する表示装置の直下に配置されることを特徴とするバックライト。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載のバックライトにおいて、
   前記光学シートは前記複数の発光装置が接合された面における前記発光装置の非接合部に設けられた反射部を有することを特徴とするバックライト。
5. 請求項４記載のバックライトにおいて、
   前記反射部は前記光学シートの前記発光装置の非接合部の８０％以上に設けられていることを特徴とするバックライト。
6. 請求項４または請求項５記載のバックライトにおいて、
   前記反射部は８０％以上の反射率を有することを特徴とするバックライト。
7. 請求項２記載のバックライトにおいて、
   前記母基板は貫通孔を有することを特徴とするバックライト。
8. 請求項７記載のバックライトにおいて、
   前記光学シートは前記複数の発光装置が接合された面における前記発光装置の非接合部に設けられた反射部を有し、前記貫通孔は前記反射部と対向する位置に設けられていることを特徴とするバックライト。
9. 請求項２記載のバックライトにおいて、
   前記母基板は前記発光装置の周囲に配置された周辺部材を有することを特徴とするバックライト。
10. 請求項９記載のバックライトにおいて、
    前記周辺部材は円筒形状またはカップ形状を有し、かつ前記接合層の一部は前記周辺部材内に充填されていることを特徴とするバックライト。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれか１項記載のバックライトにおいて、
    前記半導体発光素子は波長が３６０ｎｍ以上４４０ｎ以下の光を出射すると共に、前記発光部は青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体とを含有する透明樹脂層を有することを特徴とするバックライト。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項記載のバックライトにおいて、
    前記半導体発光素子は発光ダイオードまたはレーザダイオードを具備することを特徴とするバックライト。
13. 請求項１ないし請求項１２のいずれか１項記載のバックライトにおいて、
    前記光学シートは拡散板、導光板およびプリズムシートから選ばれる少なくとも1つを有することを特徴とするバックライト。
14. 請求項１ないし請求項１３のいずれか１項記載のバックライトにおいて、
    前記光学シートはポリエチレンテレフタレートフィルムからなることを特徴とするバックライト。
15. 請求項１ないし請求項１４のいずれか１項記載のバックライトと、
    前記バックライトの発光面側に配置された液晶表示部と
    を具備することを特徴とする液晶表示装置。
16. 請求項１５記載の液晶表示装置において、
    前記バックライトは前記複数の発光装置がマトリクス状に配置された母基板を具備し、前記母基板は前記液晶表示部の直下に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
17. 請求項１５または請求項１６記載の液晶表示装置において、
    前記バックライトは前記光学シートとして拡散板およびプリズムシートから選ばれる少なくとも1つを有することを特徴とする液晶表示装置。
18. 請求項１５または請求項１６記載の液晶表示装置において、
    前記バックライトの前記光学シートと前記液晶表示部との間に配置された拡散板およびプリズムシートから選ばれる少なくとも1つを具備することを特徴とする液晶表示装置。

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