JP6528503B2 - Ｌｅｄバックライト及びそれを用いたｌｅｄ表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤバックライト及びそれを用いたＬＥＤ表示装置に関する。

近年、急速に普及が進んだＬＥＤ表示装置は、通常、液晶表示パネル等の表示画面と、この表示画面を背面側から照明するバックライトとを備えている。スマートフォンの表示画面やその他の携帯端末等、中小型のＬＥＤ表示装置では導光板方式によるバックライトを採用するものが多いが、大画面液晶テレビ等の大型のＬＥＤ表示装置では直下型のバックライトを用いることが一般的である。そして、これらのＬＥＤ表示装置に対して、その高品位な映像を表示する性能を維持したまま、更に薄型化を進める要請が強くなっている。

ここで、直下型のバックライトを有するＬＥＤ表示装置においては、ムラのない高品位な映像を表示するために、光源となるＬＥＤ素子からの出射光を均一に拡散させる拡散板を設置する必要がある。そして、この拡散板とＬＥＤ素子との間には光学的に規定される一定の距離で間隔を設ける必要がある。この距離は、一般的にＬＥＤバックライトにおける光学距離（ＯＤ）（ＯＤ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）と称される。

上述の導光板方式のバックライトを採用する表示装置は比較的薄型化が容易であるが、直下型のバックライト装置を備えるＬＥＤ表示装置においては、この光学距離（ＯＤ）の大きさが、より一層の薄型化を妨げる主たる阻害要因となっていた。

直下型のバックライトを備える大型のＬＥＤ表示装置において、高い映像表示性能を維持したまま光学距離（ＯＤ）を小さくするためには、バックライトの光源を構成する複数のＬＥＤ素子の配置密度をより密にすればよいということ自体は、公知の知見として認識されていた（特許文献１参照）。

しかしながら、従来のＬＥＤバックライトおいては、ガラスエポキシ樹脂等からなる硬質な板状のリジット基板に、ＬＥＤ素子が実装されている実装態様が一般的であったため（特許文献２参照）、ＬＥＤ素子の配置にかかるフレキシビリティは小さく、配置密度を高めることについて物理的な制約が大きかった。

又、仮に、上記制約を回避して、ＬＥＤ素子の配置密度を十分に密として、これにより光学距離（ＯＤ）を小さくできたとしても、この場合、ＬＥＤ素子の密集は、ＬＥＤ表示装置の躯体内の温度を過度に上昇させて、その結果、ＬＥＤ素子の発光効率が低下してしまうという新たな問題を引き起こすことが分かっている。この点においてもＬＥＤ素子の配置密度を密にすることについては、設計上、限界があった。具体的には、直下型のバックライトを有するＬＥＤ表示装置においては、十分な光学性能を維持したまま、光学距離（ＯＤ）を２５ｍｍ以下とすることは、未だ実現されていないというのが実情であった。

特開２０１０−４９９９３号公報 特開２００７−２２０９５０号公報

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、直下型のＬＥＤバックライトにおいて、必要十分な光学特性を維持したまま光学距離（ＯＤ）を縮小することにより、ＬＥＤバックライト及びそれを用いてなるＬＥＤ表示装置の更なる薄型化を可能とすることを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、従来、配線基板として汎用的に採用されていた硬質のリジット基板に代えて、可撓性を有する基板フィルム上に金属配線部を形成した所謂フレキシブル基板タイプの配線フィルムを採用することによって、ＬＥＤ素子の配置密度の更なる高密度可が可能であり、同時に、その構造に由来する放熱性によって、ＬＥＤ素子の密集に起因する過度の温度上昇をも回避することができることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に本発明は以下のものを提供する。

（１） 可撓性を有する基板フィルムと、前記基板フィルム上に、熱伝導率２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属によって形成されている金属配線部と、を備えるＬＥＤ素子用基板と、前記金属配線部によって導通可能な態様で、前記ＬＥＤ素子用基板上にマトリックス状に配置されている複数のＬＥＤ素子と、光拡散作用を有する拡散板と、を有するＬＥＤバックライトであって、前記ＬＥＤ素子用基板上における前記ＬＥＤ素子の配置密度が、０．０２個／ｃｍ^２以上であって、前記ＬＥＤ素子と前記拡散板との間の光学距離（ＯＤ）が、１８ｍｍ以下であるＬＥＤバックライト。

（１）の発明においては、ＬＥＤ表示装置の光源として用いる直下型のＬＥＤバックライトにおいて、従来、薄型化における主たる阻害要因となっていた、個々のバックライトの光学設計に基づいて規定される光学距離（ＯＤ）を、従来の限界を超えて縮小することができる。又、ＬＥＤ素子を密集させることができるので、発光輝度のバラツキを抑えて画質を維持することができ、又、ＬＥＤ素子の密集にもかかわらず、基板フィルムと金属配線部からなる積層体の高い放熱性によりＬＥＤライト筐体内の温度上昇によるＬＥＤ素子の発光能力の低下や熱破損、及びその他の周辺部材の熱による劣化も防止することができる。

（２） 前記金属配線部が銅からなる（１）に記載のＬＥＤバックライト。

（２）の発明は、金属配線部を特に熱伝導性に優れる銅からなるものとした。これによれば、（１）のＬＥＤバックライトにおける上記の放熱性がより大きく向上し、（１）の発明の効果を、更に高画質や高輝度の画像表示が求められるような場合においても、高い水準で画質と薄型化を両立させることができる。

（３） 前記金属配線部は、前記基板フィルムの一方の表面の９５％以上の範囲を被覆している（１）又は（２）に記載のＬＥＤバックライト。

（３） （３）の発明によれば、ＬＥＤ素子の点灯時に発生する熱が、金属配線部の全体に速やかに拡散し、特にＬＥＤ表示装置が大型の表示画面を有するものである場合や、或いはローカルディミング制御によるものである場合に、上記の放熱性がより顕著に向上する。

（４） （１）から（３）のいずれかに記載のＬＥＤバックライトと、表示画面と、を積層してなるＬＥＤ表示装置。

（４） （４）の発明によれば、直下型のバックライトを有するＬＥＤ表示装置においては、十分な光学性能を維持したまま、光学距離（ＯＤ）を１８ｍｍ以下とすることにより、従来品では実現されていなかった格段の薄型化を実現させたものでありながら、従来品と同等の優れた映像表示性能を保持したＬＥＤ表示装置を提供することができる。

本発明によれば、直下型のＬＥＤバックライトにおいて、必要十分な光学特性を維持したまま光学距離（ＯＤ）を縮小することにより、ＬＥＤバックライトとそれを用いてなるＬＥＤ表示装置の更なる薄型化を可能とすることができる。

本発明のＬＥＤバックライトを用いてなるＬＥＤ表示装置の層構成の概略を模式的に示す斜視図である。 本発明のＬＥＤバックライトの構成概略を示す平面図である。 図２における反射層を除去した状態であって、本発明のＬＥＤバックライトにおけるＬＥＤ素子の実装態様を模式的に示す平面図である。 図２のＡ―Ａ線における断面図であり、本発明のＬＥＤバックライトの層構成の一例を模式的示す断面図である。 本発明のＬＥＤバックライトにおいて短縮された相対的に小さい光学距離（ＯＤ）の説明に供する概念図である。 従来のＬＥＤバックライトにおける相対的に大きい光学距離（ＯＤ）の説明に供する概念図である。

以下、先ずは、本発明のＬＥＤバックライトを用いてなるＬＥＤ表示装置の全体構成について説明し、引き続き、本発明のＬＥＤバックライトと、それを構成する各部材の詳細について説明する。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されず、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

＜ＬＥＤ表示装置＞
図１は、本発明のＬＥＤバックライト１０を用いたＬＥＤ表示装置１００の構成を模式的に示す斜視図である。ＬＥＤ表示装置１００は、ＬＥＤバックライト１０と液晶表示パネル等の表示画面４とを含んで構成される。又、ＬＥＤ表示装置１００においては、ＬＥＤバックライト１０から放熱される熱を更に効率よく外部に放射するために、ＬＥＤ素子用基板１の裏面側にアルミニウム等からなる放熱構造５が更に設置されていることが好ましい。これらの各部材は、実際には、金属製等の外部フレーム（図示せず）の内部に、それぞれ適切な位置に固定配置されてＬＥＤ表示装置を構成する。

ＬＥＤバックライト１０は、後に詳しく説明する通り、個々の光源であるＬＥＤ素子２から所定の光学距離（ＯＤ）：ｄだけ離れた位置に拡散板３が配置されてなる面光源装置である。ＬＥＤ表示装置１００は、ＬＥＤバックライト１０の内部に配置された複数のＬＥＤ素子２から発光された光を拡散板３で拡散することにより平面視における輝度ムラの極めて少ない光に変換して、表示画面４の背面側からこの光を照射することによって、文字や映像等の情報（画像）を高品位で表示することができる。

ＬＥＤ表示装置１００は、上記の光学距離（ＯＤ）：ｄを、従来の直下型のバックライトを備えるＬＥＤ表示装置においては、実現されていなかった小さい距離にまで縮小させたものである。この光学距離（ＯＤ）：ｄの縮小は、ＬＥＤ素子を配置するための基板として、従来、ＬＥＤバックライトの基板として汎用されていた硬質のリジット基板に代えて、可撓性を有する樹脂フィルムからなるフレキシブル基板であるＬＥＤ素子用基板１を採用にしたことによって可能となった。フレキシブル基板は、基板全体の大きさや平面形状、又、配線の配置にかかる加工が容易で、配線の配置の自由度が高いため、多数のＬＥＤ素子２についての配置の自由度が増し、従来よりも遙かに高密度にＬＥＤ素子を配置することができるようになったことによるものである。

ＬＥＤ表示装置１００は、従来品よりも光学距離ｄを大幅に短縮したＬＥＤバックライト１０を用いることにより、従来、実現されていなかったサイズにまで、直下型のバックライトを用いる大型のＬＥＤ表示装置の薄型化を実現可能としたものである。具体的には、ＬＥＤバックライト１０は、光学距離（ＯＤ）：ｄを、１８ｍｍ以下とすることが容易に可能であり、最小で１２ｍｍ程度とすることが可能である。このため、例えば、表示画面４のサイズ（対角線の長さ）が６５インチ程度の大型のＬＥＤ表示装置に用いるＬＥＤバックライトにおいても、その光学距離を、その映像表示性能を維持したまま、１２ｍｍ程度以下とすることができる。この大型のＬＥＤ表示装置における１２ｍｍ程度という光学距離（ＯＤ）は、従来、直下型のバックライトを備える大型のＬＥＤ表示装置においては、事実上、薄型化の限界とされていた光学距離（ＯＤ）である２０ｍｍを遙かに下回るものである。ＬＥＤバックライトの光学距離（ＯＤ）：ｄの短縮の態様詳細については後述する。

＜ＬＥＤバックライト＞
以下、図２〜図５を適宜参照しながら、ＬＥＤバックライト１０について説明する。図２〜図４に示す通り、ＬＥＤバックライト１０においては、ＬＥＤ素子用基板１上に複数のＬＥＤ素子２が所定の間隔でマトリックス状に配置されており、ＬＥＤ素子２から所定の光学距離（ＯＤ）：ｄをおいた位置に、拡散板３がＬＥＤ素子用基板１と平行に配置されている。拡散板３は、ＬＥＤ素子用基板１に配置されている全てのＬＥＤ素子２から出射された光を入射し、入射した光に拡散作用を与える機能を有する。

ＬＥＤバックライト１０において、ＬＥＤ素子２は、ＬＥＤ素子用基板１の表面に形成された金属配線部１３によって導通可能な態様で配置されている。ＬＥＤバックライト１０は、この複数のＬＥＤ素子２が、従来のＬＥＤバックライトよりも高密度で配置されていることを特徴とする。具体的には、ＬＥＤ素子２の配置密度は、０．０２個／ｃｍ^２以上２．０個／ｃｍ^２以下であり、より好ましくは、０．１個／ｃｍ^２以上１．５個／ｃｍ^２以下である。ＬＥＤ素子２の配置密度を、０．０２個／ｃｍ^２以上とすることによって、上述の通り、バックライトの固有の光学距離（ＯＤ）：ｄを、１８ｍｍ程度にまで縮小することができる。又、ＬＥＤ素子２の配置密度を、０．１個／ｃｍ^２以上とすることによって、バックライトの固有の光学距離（ＯＤ）：ｄを、更に小さく１５ｍｍ程度以下にまで縮小することができる。尚、従来のリジット基板を用いたＬＥＤバックライトにおける上記の配置密度は最も大きくて０．０１個／ｃｍ^２程度であり、この場合の光学距離（ＯＤ）は、通常２５ｍｍ程度となる。

ここで、光学距離（ＯＤ）：ｄは、ＬＥＤ素子の配置密度が大きいほど、即ち、単位面積あたりの配置数が多いほど、その距離を小さくすることができる。例えば、図５Ｂに示す通り、単位幅ｗの中にＬＥＤ素子２が２個配置されているバックライトを従来品と想定した場合、このバックライトにおいて輝度ムラを回避して光学性能を維持するために必要な本装置固有の光学距離（ＯＤ）は、ｄ２となる。これに対し、図５Ａに示す通り、同単位幅ｗの中にＬＥＤ素子を４個配置することができれば、同程度の画質を維持したまま、当該バックライト固有の光学距離（ＯＤ）をｄ１に短縮することができる。本発明のＬＥＤバックライトはこのようにして、ＬＥＤ素子２の配置密度を従来品よりも大幅に大きくしたものである。そして、これにより、従来品よりも、当該装置毎の光学設計に基づいて規定される固有値である光学距離（ＯＤ）を大幅に短縮したものである。

［ＬＥＤ素子用基板］
ＬＥＤバックライト１０において、複数のＬＥＤ素子２を配置するＬＥＤ素子用基板１は、図３及び４に示す通り、可撓性を有する基板フィルム１１の表面に、高い熱伝導性を有する金属配線部１３が形成されているフレキシブル基板である。

ＬＥＤ素子用基板１は、図４に示す通り、基板フィルム１１及び金属配線部１３上に熱硬化型インキ等からなる絶縁性保護膜１４が形成されている。この絶縁性保護膜１４は、ＬＥＤ素子用基板１の耐マイグレーション特性向上のために、金属配線部１３の表面のうちＬＥＤ素子２を実装するための接続部分を除く全面、及び、基板フィルム１１の表面のうち金属配線部１３の非形成部分の概ね全面を覆う態様で形成される。

ＬＥＤ素子用基板１は、図４に示す通り、基板フィルム１１及び金属配線部１３上に、更に、白色樹脂等からなる反射層１５が、絶縁性保護膜１４の上に更に積層されているものであることが好ましい。ただし、絶縁性保護膜１４に反射機能を備えさせて、これにより、反射層を設置せずに必要な反射機能を絶縁性保護膜によって担保することもできる。又、反射層１５を絶縁性の高い樹脂で構成することによって、絶縁性保護膜１４を特に配置せず、反射層１５によってＬＥＤ素子用基板に必要な絶縁機能を担保することもできる。

ＬＥＤ素子用基板１のサイズについては、特段の限定はないが、例えば、対角線の長さが３２インチ以上、より好ましくは６５インチ以上の大型の表示画面４を備えるＬＥＤ表示装置においても、基板のサイズ加工の自由度が高いため、極めて好ましく用いることができる。

又、ＬＥＤ素子用基板１には、ＬＥＤ素子２が、ハンダ層１６を介して、金属配線部１３の上に導電可能な態様で実装されている。

（基板フィルム）
基板フィルム１１は、可撓性を有する樹脂フィルムであり、公知の熱可塑性樹脂を用いて形成することができる。

基板フィルム１１の材料として用いる熱可塑性樹脂には耐熱性及び絶縁性が高いものであることが求められる。このような樹脂として、耐熱性と加熱時の寸法安定性、機械的強度、及び耐久性に優れるポリイミド樹脂（ＰＩ）や、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を用いることができる。中でも、アニール処理等の耐熱性向上処理を施すことによって耐熱性と寸法安定性を向上させたポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を好ましく用いることもできる。又、難燃性の無機フィラー等の添加によって難燃性を向上させたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）も基板フィルムの材料樹脂として選択することができる。

基板フィルム１１を形成する熱可塑性樹脂は、熱収縮開始温度が１００℃以上のもの、又は、上記のアニール処理等によって、同温度が１００℃以上となるように耐熱性を向上させたものを用いることが好ましい。通常ＬＥＤ素子から発せられる熱により同素子周辺部は９０℃程度の温度に達する場合がある。この観点から、基板フィルムを形成する熱可塑性樹脂は、上記温度以上の耐熱性を有するものであることが好ましい。

尚、本明細書における「熱収縮開始温度」とは、ＴＭＡ装置に測定対象の熱可塑性樹脂からなるサンプルフィルムをセットし、荷重１ｇをかけて、昇温速度２℃／分で１２０℃まで昇温し、その時の収縮量（％表示）を測定し、このデータを出力して温度と収縮量を記録したグラフから、収縮によって、０％のベースラインから離れる温度を読みとり、その温度を熱収縮開始温度としたものである。又、本明細書における「熱硬化温度」とは、測定対象の熱硬化型樹脂を加熱した際の熱硬化反応の立ち上がり位置の温度を測定算出し、その温度を熱硬化温度としたものである。

又、基板フィルム１１には、ＬＥＤバックライト１０としての一体化時に、ＬＥＤ素子用基板１に必要な絶縁性を付与し得るだけの高い絶縁性を有する樹脂であることが求められる。一般的には、基板フィルム１１は、その体積固有抵抗率が１０^１４Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、１０^１８Ω・ｃｍ以上であることがより好ましい。

基板フィルム１１の厚さは、特に限定されないが、放熱経路としてボトルネックとはならないこと、耐熱性及び絶縁性を有するものであること、及び、製造コストのバランスとの観点から、概ね１０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは、５０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましい。又、ロール・トゥ・ロール方式による製造を行う場合の生産性を良好に維持する観点からも上記厚さ範囲であることが好ましい。

（接着剤層）
ＬＥＤ素子用基板１の表面への金属配線部１３の形成は、接着剤層１２を介したドライラミネート法によって行われることが好ましい。この接着剤層１２を形成する接着剤は、公知の樹脂系接着剤を適宜用いることができる。それらの樹脂接着剤のうち、ウレタン系、ポリカーボネート系、又はエポキシ系の接着剤等を特に好ましく用いることができる。この接着剤層１２は、通常、金属配線部１３のエッチング処理後に基板フィルム１１上に残存しているものである。

（金属配線部）
図３及び図４に示す通り、金属配線部１３は、ＬＥＤ素子用基板１の一方の表面に金属箔等の導電性基材によって形成される配線パターンである。

金属配線部１３を構成する金属の熱伝導率λは２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下が好ましく、３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下がより好ましい。金属配線部１３を構成する金属の電気抵抗率Ｒは３．００×１０−８Ωｍ以下が好ましく、２．５０×１０−８Ωｍ以下がより好ましい。ここで、熱伝導率λの測定は、例えば、京都電子工業社製の熱伝導率計ＱＴＭ−５００を用いることができ、電気抵抗率Ｒの測定は、例えば、ケースレー社製の６５１７Ｂ型エレクトロメータを用いることができる。これによれば、例えば、銅の場合、熱伝導率λは４０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、電気抵抗率Ｒは１．５５×１０−８Ωｍとなる。

例えば、金属配線部を銅箔で形成した場合、放熱性と電気伝導性を高い水準で両立させることができる。より具体的には、ＬＥＤ素子からの放熱性が安定し、電気抵抗の増加を防げるので、ＬＥＤ間の発光バラツキが小さくなってＬＥＤの安定した発光が可能となる。又、ＬＥＤ素子の寿命も延長される。更に、熱による基板等の周辺部材の劣化も防止できるので、ＬＥＤバックライトを組み込んだＬＥＤ表示装置の製品寿命も延長できる。

尚、金属配線部１３の表面抵抗値は、５００Ω／□以下が好ましく、３００Ω／□以下がより好ましく、更に１００Ω／□以下が好ましく、特に５０Ω／□以下が好ましい。下限は０．００５Ω／□程度である。

金属配線部１３を形成する金属の例としては、上記の銅の他、アルミニウム、金、銀等の金属を挙げることができる。

又、金属配線部１３は電解銅箔であり、基板フィルム１１との積層面側の表面粗さＲｚが１．０以上１０．０以下であることがより好ましい。ここで、ＲｚはＪＩＳＢ０６０１で規定される十点平均粗さである。放熱性の観点から、表面粗さを上記範囲内とすることで、特に基板フィルム１１との積層面側の表面積を増大でき、放熱性を更に高めることができる。又、表面凹凸によって基板フィルム１１との密着性を向上できるので、これによっても放熱性を向上できる。このような表面粗さＲｚは、電解銅箔の粗面側（マット面側）を好適に用いることができる。

金属配線部１３の配置は、ＬＥＤ素子の導通可能な配置、好ましくはマトリックス状の配置で実装できる配置であれば特定の配置に限定されない。但し、ＬＥＤ素子用基板１においては、基板フィルム１１の一方の表面の好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％、最も好ましくは９５％以上の範囲が、この金属配線部１３によって被覆されていることが好ましい。これにより、ＬＥＤ素子２を高密度で配置したＬＥＤバックライト１０において発生する過剰な熱を十分に放熱することができる優れた放熱性をＬＥＤバックライト１０に備えさせることができる。

又、金属配線部１３の厚さは、ＬＥＤ素子用基板１に要求される耐電流の大きさ等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、一例として厚さ１０μｍ〜５０μｍが挙げられる。放熱性向上の観点から、金属配線部１３の厚さは、１０μｍ以上であることが好ましい。又、金属層厚みが上記下限値に満たないと、基板フィルム１１の熱収縮の影響が大きく、はんだリフロー処理時に処理後の反りが大きくなりやすいため、この観点からも金属配線部１３の厚さは１０μｍ以上であることが好ましい。一方、同厚さが、５０μｍ以下であることによって、ＬＥＤ素子用基板の十分なフレキシブル性を維持することができ、重量増大によるハンドリング性の低下等も防止できる。

（ハンダ層）
ＬＥＤ素子用基板１においては、金属配線部１３とＬＥＤ素子２との接合については、ハンダ層１６を介した接合を行う。このハンダによる接合方法の詳細は後述するが、大きく分けて、リフロー方式、或いは、レーザー方式の２方式のいずれかによって行うことができる。

（絶縁保護膜）
絶縁性保護膜１４は、熱硬化型インキによって、金属配線部１３と基板フィルム１１の表面上の電気的接合が必要となる一部分を除いた他の部分に、主としてＬＥＤ素子用基板１の耐マイグレーション特性を向上させるために形成される。

熱硬化型インキとしては、熱硬化温度が１００℃以下程度のものであれば、公知のインキを適宜好ましく用いることができる。具体的には、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、エポキシ系及びフェノール系樹脂、エポキシアクリレート樹脂、シリコーン系樹脂等、を其々ベース樹脂とする絶縁性インキを好ましく用いることができるインキの代表例として挙げることができる。又、これらのうちでも、ポリエステル系の熱硬化型の絶縁インキは、可撓性に優れる点から、ＬＥＤ素子用基板１の絶縁性保護膜１４を形成するための材料として特に好ましい。

又、絶縁性保護膜１４を形成する熱硬化型インキは、例えば、二酸化チタン等の無機白色顔料を更に含有する白色のインキであってもよい。絶縁性保護膜１４を白色化することで、意匠性の向上を図ることができる。

尚、以上の絶縁性の熱硬化型インキによる絶縁性保護膜１４の形成は、スクリーン印刷等公知の方法によって行うことができる。

（反射層）
反射層１５は、主として可視光波長域の光に対する高い反射性を有する反射部材である。そして、反射層１５は、ＬＥＤバックライト１０の発光能力の向上を目的として、ＬＥＤ素子用基板１の発光面側の最表面に、ＬＥＤ素子実装領域を除く領域を覆って積層されている。

反射層１５は、ＬＥＤバックライト１０において、発光能力を向上させることを目的として、ＬＥＤ素子用基板の発光面側の最表面に、ＬＥＤ素子２の実装部分を除いて積層される。ＬＥＤ素子の発光を反射し、所定の方向へ導くための反射面を持つ部材であれば特に限定されないが、白色ポリエステル発泡タイプの白色ポリエステル、白色ポリエチレン樹脂、銀蒸着ポリエステル等を、最終製品の用途とその要求スペック等に応じて適宜用いることができる。

［ＬＥＤ素子］
ＬＥＤ素子２は、Ｐ型半導体とＮ型半導体が接合されたＰＮ接合部での発光を利用した発光素子である。Ｐ型電極、Ｎ型電極を素子上面、下面に設けた構造と、素子片面にＰ型、Ｎ型電極の双方が設けられた構造が提案されている。いずれの構造のＬＥＤ素子２も、本発明のＬＥＤバックライト１０に用いることができるが、上記のうち素子片面にＰ型、Ｎ型電極の双方が設けられた構造のＬＥＤ素子を特に好ましく用いることができる。

ＬＥＤバックライト１０は、上述の通り、高い放熱性を発揮することができる金属配線部１３に、ＬＥＤ素子２を直接実装するものである。これにより、ＬＥＤ素子２を高密度で配置した場合においても点灯時に発生する過剰な熱を金属配線部１３を通して速やかに拡散し、基板フィルム１１を経由させてＬＥＤバックライト１０の外部への放熱を十分に促進させることができる。

［拡散板］
拡散板３は、ポリカーボネートやアクリル樹脂等からなる半透明の樹脂フィルム上に光拡散機能を発揮するために、例えば、微小でランダムなレンズアレイ等が全面に形成されている光学フィルムである。これを、ＬＥＤ素子２との間に光学距離（ＯＤ）をおいた位置に配置することにより、多数の点光源であるＬＥＤ素子２から出射された光を拡散させて輝度ムラの少ない面状光に変換することができる。

＜ＬＥＤバックライトの製造方法＞
ＬＥＤ素子用基板１を用いたＬＥＤバックライト１０の製造方法について説明する。ＬＥＤバックライトの製造に用いる基板フィルム１１については、選択する材料樹脂に応じて、予め当該樹脂にアニール処理による耐熱性向上処理を施しておくことが好ましい。

［エッチング工程］
基板フィルム１１の表面に、金属配線部１３の材料とする銅箔等の金属配線部１３を積層してＬＥＤ素子用基板１の材料とする積層体を得る。積層方法としては、金属箔を接着剤によって基板フィルム１１の表面に接着する方法、或いは、基板フィルム１１の表面に直接にメッキ方法や気相製膜法（スパッタリング、イオンプレーティング、電子ビーム蒸着、真空蒸着、化学蒸着等）により金属配線部１３を蒸着させる方法を挙げることができる。コストや生産性の面からは、金属箔をウレタン系の接着剤によって基板フィルム１１の表面に接着する方法が有利である。

次に、上記の積層体の金属箔の表面に、金属配線部１３の形状にパターニングされたエッチングマスクを形成する。エッチングマスクは、将来、金属配線部１３となる金属箔の配線パターン形成部分がエッチング液による腐食を免れるために設けられる。エッチングマスクを形成する方法は特に限定されず、例えば、フォトレジスト又はドライフィルムをフォトマスクを通して感光させた後で現像することにより積層シートの表面にエッチングマスクを形成してもよいし、インクジェットプリンター等の印刷技術により積層シートの表面にエッチングマスクを形成してもよい。

次に、エッチングマスクに覆われていない箇所における金属箔を浸漬液により除去する。これにより、金属箔のうち、金属配線部１３となる箇所以外の部分が除去される。

最後に、アルカリ性の剥離液を使用して、エッチングマスクを除去する。これにより、エッチングマスクが金属配線部１３の表面から除去される。

［絶縁性保護膜及び反射層形成工程］
金属配線部形成後、必要に応じて絶縁性保護膜１４及び反射層１５を更に積層する。これらの積層は公知の方法によって行うことができる。採用する材料によりスクリーン印刷等の印刷法或いは、ドライラミネーション、熱ラミネーション法等、各種のラミネート処理方法によることができる。

［ハンダ処理工程］
金属配線部１３へのＬＥＤ素子２の接合は、ハンダ加工により行うことができる。このハンダ加工による接合は、リフロー方式、或いは、レーザー方式によることができる。リフロー方式は、金属配線部１３にハンダを介してＬＥＤ素子２を搭載し、その後、ＬＥＤ素子用基板１をリフロー炉内に搬送して、リフロー炉内で金属配線部１３に所定温度の熱風を吹きつけることで、ハンダペーストを融解させ、ＬＥＤ素子２を金属配線部１３にハンダ付けする方法である。又、レーザー方式とは、レーザーによってハンダを局所的に加熱して、ＬＥＤ素子２を金属配線部１３にハンダ付けする手法である。この処理における加熱は使用するハンダの種類によって様々であるが、一般に１７０℃程度であり、特に低融点のハンダを用いた場合には１３５℃程度である。

金属配線部１３へのＬＥＤ素子２のハンダ接合を行う際は、基板フィルム１１における裏面側からのレーザー照射によって、ハンダのリフローを行う方法とすることが好ましい。これにより、加熱によるハンダの有機成分の発火とそれに伴う基材の損傷をより確実に抑制することができる。

［拡散板取付け工程］
以上の工程を経てＬＥＤ素子２を実装したＬＥＤ素子用基板１と、拡散板３及び必要なその他の部品を外部フレーム内の適切な位置に配置して一体化する。この時、ＬＥＤ素子２と拡散板３との距離は光学距離（ＯＤ）となるようにする。

＜ＬＥＤバックライトの作成＞
（実施例１）
本発明のＬＥＤバックライトの実施例として、サイズが４００ｍｍ×５００ｍｍのアニール処理済のＰＥＮフィルムからなるフィルム基板上に、銅配線を形成したフレキシブル基板タイプの配線フィルムであるＬＥＤ素子用基板にＬＥＤ素子を８×５のマトリックス状に配置したＬＥＤ実装モジュールとした。
銅配線は、フィルム基板上における銅配線による同基板の被覆率が８０％となるように形成した。
全ての実施例及び比較例のバックライトの光源として、上面側から発光するタイプのＬＥＤ素子「ＮＦＳＷ７５７ＤＴ−Ｖ１」（日亜化学工業社製）を用いた。である。
ＬＥＤ素子の配置密度は、０．０２個／ｃｍ^２とした。ＬＥＤ素子の配置密度をこのような密度とすることに伴い、光学的に規定される当該モジュールの光学距離（ＯＤ）は１８ｍｍとなった。
更に、このＬＥＤ実装モジュールと、拡散板（日東樹脂製ＣＬＡＲＥＸ（クラレックス）とを、鉄製フレーム内に配置して実施例１のＬＥＤバックライトを作成した。
（実施例２）
フィルム基板上における銅配線による同基板の被覆率が９５％となるように形成した他は実施例１と同一の構成からなるＬＥＤバックライトを作成し、これを実施例２のＬＥＤバックライトとした。
（比較例１）
上記のＬＥＤ素子用基板に代えて、サイズ４００ｍｍ×５００ｍｍのリジット基板（ＣＥＭ−３）に、ＬＥＤ素子を３×４のマトリックス状に配置し、但し、配置密度は０．００６個／ｃｍ^２とし、光学距離（ＯＤ）が２５ｍｍとなるＬＥＤバックライトを作成し、これを比較例１のＬＥＤバックライトとした。
（比較例２）
実験的に比較例１のＬＥＤ素子配置間に、追加の補助配線によってＬＥＤ素子を追加的に実装して、実質の配置密度が０．０２個／ｃｍ^２となるようにした。配置密度をこのように０．０２個／ｃｍ^２とした他は、比較例１と同一の構成からなるＬＥＤバックライトを作成し、これを比較例２のＬＥＤバックライトとした。

＜放熱性試験＞
実施例及び比較例のＬＥＤバックライトについて、６０分間点灯した後のＬＥＤ素子の発光面の表面温度を熱電対によって測定した。結果を表１に示す。

上記試験において、比較例２のＬＥＤバックライトでは、ＬＥＤ素子の温度が１００℃まで上昇して大半のＬＥＤ素子が熱によって発光能力の低下又は破損してしまうことが観察された。

以上より、本発明によれば、直下型のＬＥＤバックライトにおいて、必要十分な光学特性を維持したまま光学距離（ＯＤ）を縮小することにより、ＬＥＤバックライトとそれを用いてなるＬＥＤ表示装置の更なる薄型化が可能となることが分かる。

１ ＬＥＤ素子用基板
１１ 基板フィルム
１２ 接着剤層
１３ 金属配線部
１４ 絶縁性保護膜
１５ 反射層
１６ ハンダ層
２ ＬＥＤ素子
３ 拡散板
４ 表示画面
５ 放熱構造
１０ ＬＥＤバックライト
１００ ＬＥＤ表示装置

Claims (3)

1. 可撓性を有する基板フィルムと、前記基板フィルム上に、熱伝導率２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属によって形成されている金属配線部と、を備えるＬＥＤ素子用基板と、
   前記金属配線部によって導通可能な態様で、前記ＬＥＤ素子用基板上にマトリックス状に配置されている複数のＬＥＤ素子と、
   光拡散作用を有する拡散板と、を有するＬＥＤバックライトであって、
   前記金属配線部は、厚さが１０μｍ以上５０μｍ以下であり、前記基板フィルムの一方の表面の９５％以上の範囲を被覆していて、
   前記ＬＥＤ素子用基板上における前記ＬＥＤ素子の配置密度が、０．０２個／ｃｍ^２以上であって、
   発光面の対角線の長さが６５インチ以上であり、
   前記ＬＥＤ素子と前記拡散板との間の光学距離（ＯＤ）が、１８ｍｍ以下であるＬＥＤバックライト。
2. 前記金属配線部が電解銅箔であり、前記基板フィルムとの積層面側の表面粗さＲｚが１．０以上１０．０以下である請求項１に記載のＬＥＤバックライト。
3. 請求項１又は２に記載のＬＥＤバックライトと、表示画面と、を積層してなるＬＥＤ表示装置。

Images