JPWO2008132941A1 - 発光装置、および表示装置 - Google Patents

Abstract

赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の個々のＬＥＤまたはＲＧＧＢの個々のＬＥＤを１つの単位として配置したサブマウント４０を、幅が短く長さの長い帯状の基板上に複数個一列に配置した帯状光源３０と、この複数の帯状光源３０を各々の間隔を空けながら２次元状に配置するバックライトフレーム１１とを有するバックライト装置１０であって、第１の列の帯状光源３０に配置されるサブマウント４０の位置と隣接する第２の列の帯状光源３０に配置されるサブマウント４０の位置とが帯状光源３０の長手方向でずれるように、帯状光源３０を配置する。これにより、光源列の基板面積を大幅に縮小し、輝度および色度の均一性に優れた表示装置を提供する。

Description

本発明は、発光装置や表示装置等に係り、より詳しくは、発光素子を含んで構成される発光装置、この発光装置を用いた表示装置に関する。

近年、例えば発光ダイオード(ＬＥＤ：Light Emitting Diode)等の固体発光素子を複数個、基板に実装し、光源として用いた発光装置が種々実用化されている。このような発光装置は、例えばマトリックス状に配列された複数のＬＥＤを選択的に発光させることにより文字や画像を表示するマトリックス表示装置や、例えば液晶表示装置における液晶パネルのバックライト等として広く利用されている。

公報記載の従来技術として、余剰生産された発光素子列を輝度ムラ、色度ムラを発生させないようにしながら無駄なく使用するために、複数の発光素子を列状に配列させ、色度に基づいた配列ポリシーと輝度に基づいた配列ポリシーとを組み合わせたものが存在する（例えば、特許文献１参照。)。

また、他の公報記載の技術として、白色光への混色性を高め、色ムラ、輝度ムラの抑制、電力消費の抑制、長寿命化、信頼性の向上のために、基板上に所望の順番で互いに配列周期が半ピッチだけずれた２つの列として各発光ダイオードを配列し、発光ダイオードユニットを形成したものが存在する（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００６−１３３７０８号公報 特開２００６−１３３７２１号公報

ここで、例えばテレビジョンなどの液晶表示パネルの背面に、発光素子を２次元マトリックス状に配置してバックライトを形成する場合がある。例えばｍ×ｎ個（ｍ，ｎは２以上の整数）の発光素子がガラスエポキシ基板（ガラエポ基板）に２次元配置されたタイル光源を一定枚数、敷き詰めて２次元マトリックス状の配置を形成する方法が広く採用されている。しかしながら、このテレビジョンに用いられるバックライトでは、テレビジョンのインチサイズが異なると、これに対応させてバックライトのサイズが異なり、タイル光源の形状も変える必要がある。その結果、部品の共通化ができなくなり、製造コストの軽減が難しい。また、テレビジョンの背面に用いられる台座（シャーシ）の全面をタイル光源で覆うことが必要となり、基板として使用するガラエポ基板のコストが非常に大きくなる。

また、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光素子をそれぞれ１個ずつ等間隔に配置して光源を生成した場合には、これらを混色して白色化するのが非常に難しくなる。十分に混色させるためには、Ｒ、Ｇ、Ｂの発光素子を近接して配置させることが必要となり、それを受けてＲ、Ｇ、Ｂの発光素子を近接して一列に配列させた場合には、ガラエポ基板に余白を作ることが難しい。そのために、ただ単に一列に発光素子を配列させただけではガラエポ基板のコスト低減に十分な効果が得られない。

更に、例えば１ｍｍ角サイズ等の所謂ハイパワーＬＥＤを用いると、このハイパワーＬＥＤは発熱が大きく、コストも非常に高いことが問題となる。また、高輝度の発光点が点在するよりも低輝度の発光点が多数ある方が輝度および色度の均一性に優れ、バックライトの薄型化が可能となる。かかる点でバックライトとしては小チップのＬＥＤを採用することが好ましい。しかしながら、この小チップのＬＥＤを採用してハイパワーＬＥＤと同等の明るさを得るためには、数多くのＬＥＤを配列させることが必要となる。この数多くのＬＥＤを用いる場合に、例え２次元配置を採用せずに一列配置を採用しても、通常の配列だけでは結果としてシャーシの全面をガラエポ基板で覆うことが必要となっていた。

本発明の目的は、ＲＧＢを混色して白色化することを容易にし、輝度および色度の均一性にも優れた表示装置を提供することにある。
また他の目的は、光源列の基板面積を大幅に縮小し、他の部材の設置容易性、低コスト化を実現することにある。

本発明が適用される発光装置は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の個々の発光素子またはＲＧＧＢの個々の発光素子を１つの単位として配置したユニットを、幅が短く長さの長い帯状の基板上に複数個一列に配置した帯状光源と、この複数の帯状光源を各々の間隔を空けながら２次元状に配置するフレームとを有する。

ここで、このフレームは、複数の帯状光源を、第１の列の帯状光源に配置されるユニットの位置と隣接する第２の列の帯状光源に配置されるユニットの位置とが帯状光源の長手方向でずれるように配置することを特徴とすることができる。
そして、このフレームは、第１の列の帯状光源に配置されるユニットの位置と隣接する第２の列の帯状光源に配置されるユニットの位置とが、各帯状光源に配置されるユニットのピッチの略半ピッチであることを特徴とすることができる。

更に、所定の帯状光源に配置される２つのユニットと、所定の帯状光源に隣接する列の他の帯状光源に配置され２つのユニットに最も近いユニットとは、略正三角形を形成する位置関係にあることを特徴とすれば、本構成を採用しない場合に比べて輝度および色度の均一性に優れる点で好ましい。特に一列に一次元状に基板に配置した場合には、発光素子が二次元状に基板配置されている場合と比べ、輝度および色度の均一性が図り難くなる点で、本構成の採用は有効である。

また、この帯状光源は、帯状の基板上に複数のユニットを配置し、このユニットと電気的に接続される端子を帯状の基板に備えたことを特徴とすることができる。特に、この帯状光源に備えられた端子は、帯状光源に配置されるユニットの列方向と同方向を長手方向として帯状の基板に備えられることを特徴とすれば、例えばガラエポ基板で形成される帯状の基板の面積を小さくすることができる点で優れている。また、帯状光源のユニットをＲＧＢまたはＲＧＧＢひとまとめにして小さくすることで、ユニット間隔を広げることが可能となる。

更に、このフレーム上の複数の帯状光源の間に配置され、帯状光源の端子と電気的に接続される中継基板を更に含むことを特徴とすれば、帯状光源を採用したことにより得られたフレーム上のすき間を活用でき、例えば組み立て作業性の向上が期待できる。また、従来はフレームの裏面に設けられていた中継基板をフレーム上のすき間に実装することで、薄型化が実現できる。

一方、本発明が適用される表示装置は、画像表示を行う表示パネルと、この表示パネルの背面に設けられる発光装置とを備え、この発光装置は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光素子のうち、ＲＧＢまたはＲＧＧＢを１つの単位として配置したユニットを、幅が短く長さの長い帯状の基板上に複数個一列に配置した帯状光源と、一列毎に帯状の基板の幅よりも大きくすき間を空けながら複数の帯状光源を２次元配置するフレームとを有することを特徴とする。

ここで、帯状光源をフレームに取り付けることで、ユニットに配置された発光素子からの熱を、帯状光源のスルーホールと、発光素子が配列されている表面とは反対側の裏面の放熱層とを介してフレームに伝達することを特徴とすれば、例えばネジ留めなどの簡易な固定手段によって良好な放熱を実現できる点で好ましい。

更に、この発光装置の帯状光源は、ユニットに対する電気的接続とユニットからの熱伝導のための接続とをリフローによって行うことを特徴とすれば、効率の良い取り付け作業を行った場合においても、良好な熱伝導を実現できる。

本発明によれば、光源列の基板面積を大幅に縮小し、かかる場合においても輝度および色度の均一性に優れた表示装置を提供することが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳述する。
図１は、本実施の形態が適用される表示装置の全体構成を示す図である。本実施の形態が適用される表示装置は、表示パネルを含む液晶表示モジュール２０と、この液晶表示モジュール２０の背面側（図１では下部側）に設けられ、液晶表示モジュール２０に向けて光を照射する発光装置としてのバックライト装置１０とを備えている。

バックライト装置１０は、発光部を収容する台座（シャーシ）としてのバックライトフレーム１１を備えている。バックライトフレーム１１は、発光ダイオード（以下の説明ではＬＥＤという）を一列に配置した帯状光源３０を２次元配置している。また、帯状光源３０の列の間には帯状光源３０の各ＬＥＤと外部機器とを電気的に接続するための中継基板６０を配置している。

また、バックライト装置１０は、光学フィルムの積層体として、面全体を均一な明るさとするために光を散乱・拡散させるフィルム（または板）である拡散フィルム１３と、前方への集光効果を持たせたプリズムシート１４、１５とを備えている。また、輝度を向上させるための拡散・反射型の輝度向上フィルム１６を有している。

一方、液晶表示モジュール２０は、２枚のガラス基板により液晶が挟まれて構成される表示パネルの一種としての液晶パネル２１と、この液晶パネル２１の各々のガラス基板に積層され、光波の振動を所定の方向に制限するための偏光板２２、２３とを備えている。更に、表示装置には、図示しない駆動用ＬＳＩなどの周辺部材も装着される。例えば狭義の表示パネルとしての液晶パネル２１は、図示しない各種構成要素を含んで構成されている。例えば、２枚のガラス基板に、図示しない表示電極、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）などのアクティブ素子、液晶、スペーサ、シール剤、配向膜、共通電極、保護膜、カラーフィルタ等を備えている。

発光装置としてのバックライト装置１０の構成単位は任意に選択される。例えば、帯状光源３０を有するバックライトフレーム１１だけの単位にて「バックライト装置（バックライト）」と呼び、拡散フィルム１３やプリズムシート１４、１５などの光学フィルムの積層体を含まない「発光装置」としての流通形態もあり得る。

図２は、バックライト装置１０を図１に示す液晶表示モジュール２０側から見た上面図である。図２に示すバックライト装置１０は、液晶表示モジュール２０の背面直下に光源を置く直下型のバックライト構造を採用している。そして、このバックライト構造では、液晶表示モジュール２０の背面の全体に対してほぼ均等に発光素子が配列されている。

バックライト装置１０のバックライトフレーム１１は、例えばアルミニウムやマグネシウム、鉄、またはそれらを含む金属合金などで生成される筐体構造を有している。ＬＥＤの熱を良好に放熱するためには、熱伝導性が高いことが望ましい。そして、そのバックライトフレーム１１の内側に、複数の帯状光源３０と、複数の中継基板６０とが配置されている。図２の例では、一列に４個の帯状光源３０が、１６列、配置されている。各帯状光源３０は、複数のＬＥＤを１つの単位として配置したサブマウント４０を一列に配置している。このサブマウント４０は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３つのＬＥＤまたは赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の４つのＬＥＤを１つの単位として配置したユニット基板（ユニット）である。また、中継基板６０は、帯状光源３０に配置されたＬＥＤを駆動するための電力を供給する駆動電源供給回路を設けた基板である。

そして、列毎の各帯状光源３０は、第１の列の帯状光源３０（例えば１列目の帯状光源３０）に配置されるサブマウント４０の位置と隣接する第２の列の帯状光源３０（例えば２列目の帯状光源３０）に配置されるサブマウント４０の位置とが帯状光源３０の長手方向でずれるように配置される。特に、各サブマウント４０の距離（ピッチ）の半ピッチだけ各列毎にずらして配置され、列毎の距離は、隣接するサブマウント４０の距離が等しくなるように決定されている。即ち、図２に示すように、１列目のサブマウント４０−１と、２列目に置かれる帯状光源３０のサブマウント４０−２、４０−３との３つのサブマウント４０にて、略正三角形を形成するように各帯状光源３０がバックライトフレーム１１に２次元配置されている。

図３（ａ）〜（ｃ）は、帯状光源３０の構成を示す外観図である。図３（ａ）は液晶表示モジュール２０側から見た上面図、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）はバックライトフレーム１１と接触する側から見た裏面図である。帯状光源３０の基板３１は、例えば幅１０ｍｍ、長さ１６０ｍｍ程度に細長く切られたガラスエポキシ基板（ガラエポ基板）からなる。この基板３１の上には、複数個（図３（ａ）〜（ｃ）では６個）のサブマウント４０が等間隔となるように配置されている。隣接するサブマウント４０の間隔は、中心間距離で例えば３０ｍｍ程度である。

これらの寸法関係にて、図２に示すように、１列目のサブマウント４０−１と、２列目に置かれる帯状光源３０のサブマウント４０−２、４０−３との３つのサブマウント４０が略正三角形を形成するように帯状光源３０を配置すると、列毎の各帯状光源３０は、一列毎に帯状の基板の幅（１０ｍｍ）よりも大きくすき間を空けながら配置されることとなる。即ち、上記のように略正三角形を形成するように配置すると、各列毎の間隔は、中心間距離で約２６ｍｍとなり、ガラエポ基板の存在しない一列毎のすき間は約１６ｍｍとなる。このように、帯状光源３０に用いられる基板３１の幅よりも更にすき間が大きくなるように複数の帯状光源３０を２次元配置することで、ガラエポ基板の節約効果をより大きくすることができる。また、配線などの自由度を増すことが可能となる。

ここで、基板３１には、各サブマウント４０に対する電力の供給やＯＮ/ＯＦＦ等を行
う制御信号入力のための端子３２が設けられている。端子３２は、その長手方向がサブマウント４０の配列される列方向と略平行となるように、即ち、長手方向が列方向と同方向となるように、基板３１上に備えられる。また、基板３１には、バックライトフレーム１１に帯状光源３０を固定するためのネジ穴３３が設けられている。図３（ｃ）に示すように、基板３１の裏面には、サブマウント４０上に配列されたＬＥＤからの熱を放熱するための、例えば銅にて形成された放熱層３５が形成されている。この放熱層３５と、基板３１の表面に形成される放熱パターン（後述）とは、スルーホール３４を介して接続されており、ＬＥＤからの熱を放熱層３５に伝導させている。

図４（ａ），（ｂ）は、ユニット基板であるサブマウント４０の構造を説明するための図である。サブマウント４０は、例えば５ｍｍ角程度の大きさからなる基板４１と、その基板４１の表面にパターン処理された銅メッキをレジスト処理して形成される配線パターン４２とを有する。また、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のＬＥＤ４３（４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂ）を備え、これらは、対応する配線パターン４２とワイヤ４４によってワイヤボンディング接続がなされる。また、ＬＥＤ４３（４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂ）の配線後は、レンズ４５によって樹脂封止がなされる。

更に、基板４１の裏面には、図４（ｂ）に示すように裏面配線パターン４６と放熱パターン４７とが形成されている。基板４１の表面に設けられる配線パターン４２と裏面配線パターン４６とは、配線用スルーホール（後述）を介して電気的に接続されている。また、放熱パターン４７は、例えば銅からなる放熱用スルーホール（後述）を介して接続され、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤ４３（４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂ）からの熱の伝導を可能としている。

このようなサブマウント４０は、切断数に応じて決定された大サイズ（例えば１１０ｍｍ×６０ｍｍ程度）の基板シートに図４（ａ），（ｂ）に示す構造が複数個マウントされ、パッケージ基板（図示せず）を形成する。そして、このようにして形成されるパッケージ基板を５ｍｍ角程度の大きさに切断することで、図４（ａ），（ｂ）に示すようなサブマウント４０を一度に多数、生産することができる。

図５は、サブマウント４０が配置された帯状光源３０をバックライトフレーム１１に取り付けた状態を示す部分断面図である。サブマウント４０の基板４１の裏面に形成された裏面配線パターン４６は、配線用スルーホール４８を介して配線パターン４２に接続されている。また、同様に基板４１の裏面に形成された放熱パターン４７は、放熱用スルーホール４９を介してＬＥＤ４３の熱を伝導可能に構成されている。そして、この裏面配線パターン４６および放熱パターン４７は、基板３１の表面に形成された配線パターン３６および放熱パターン３７に、バンプ５１、５２によって接続される。より詳しくは、基板３１の表面に形成された配線パターン３６および放熱パターン３７の上にバンプ５１、５２を置き、サブマウント４０をその上に置いてリフロー炉に通すことで、これらが接続される。

ここで、基板３１の表面に形成される配線パターン３６は、図３（ａ）に示す端子３２に接続されている。これにより、上記のようにサブマウント４０の裏面配線パターン４６と配線パターン３６とが接続されると、ＬＥＤ４３（４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂ）と端子３２とが電気的に接続されることになる。また、各ＬＥＤ４３（４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂ）の真下に存在する放熱用スルーホール４９、この放熱用スルーホール４９に接続されている放熱パターン４７、リフローされたバンプ５２、放熱パターン３７、スルーホール３４を介して、ＬＥＤ４３（４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂ）の熱が放熱層３５に伝導する。

サブマウント４０を取り付けた帯状光源３０は、例えば放熱シート５４をバックライトフレーム１１との間に挟み、ネジ穴３３（図３（ａ）〜（ｃ）参照）の部分にてネジ５３を用いてバックライトフレーム１１に取り付けられる。図３（ｃ）に示すように、ネジ穴３３の存在する周囲には放熱層３５が形成されている。そのために、ネジ５３にてサブマウント４０をバックライトフレーム１１に固定することで、放熱層３５に伝導したＬＥＤ４３（４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂ）からの熱は、バックライトフレーム１１に良好に伝導する。

このようにしてサブマウント４０を取り付けた帯状光源３０がバックライトフレーム１１に取り付けられ、図２に示すようなバックライト装置１０が形成される。帯状光源３０は、図４（ａ）に示すように、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のＬＥＤ４３（４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂ）が近接して配置され、１ユニット化されている。これによって、良好な混色による白色化が可能となる。また、低輝度の発光点を用いても全体として良好な輝度を得ることが可能になり、また、輝度および色度の均一性に優れた発光装置を提供できる。尚、ＲＧＢの組み合わせ以外にも、例えばＲＧＧＢのＬＥＤ４３を近接して配置して１ユニット化することも好ましい。

更に、本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、このサブマウント４０を一列に配列して帯状光源３０を形成している。この帯状光源３０の幅は、サブマウント４０のピッチ間距離よりも充分に小さいので、図２に示すようにサブマウント４０−１、４０−２、４０−３が正三角形を描くように、隣接するサブマウント４０を配列した場合であっても、バックライトフレーム１１に対してガラエポ基板（帯状光源３０）が配置されていない領域（余白）が生じている。このように、ガラエポ基板が敷き詰められていない領域が存在することで、ガラエポ基板の総面積を節約できる。また、余白が存在するために、帯状光源３０が配列されている列の間の空間に例えば中継基板６０を配置することも可能となり、配線の自由度を増すことも可能となる。

尚、本実施の形態では、図３（ａ）に示すように、帯状光源３０の端子３２は、サブマウント４０が配列されている表面側に形成されている。この表面側に配置されている場合には、図２に示すようにバックライトフレーム１１の帯状光源３０が形成されている側に中継基板６０を設け、端子３２と中継基板６０とを表面側にて接続すれば良い。
一方、この形態に代えて、図３（ａ）に示す帯状光源３０の端子３２を、帯状光源３０の裏面側に設けることも可能である。かかる場合には、バックライトフレーム１１に端子３２用の切り欠き孔（図示せず）を形成し、バックライトフレーム１１の裏面側から電気的な接続を行えば良い。

更に、帯状光源３０の長手方向の寸法やサブマウント４０の配列間隔などを適宜、設定することで、例えばインチサイズの異なるテレビジョンのバックライトとして用いられる場合でも、帯状光源３０の共通化を図ることが可能となる。

尚、上記実施の形態では、サブマウント４０としてユニット基板を用いた場合を例に挙げて説明した。しかしながら、サブマウント基板を使用しないでユニットを構成することも可能である。例えば、帯状光源基板にユニットを構成するＬＥＤを直接、近接配置する場合が考えられる。かかる場合には、ＬＥＤが帯状光源基板に直接、実装され、ワイヤボンディングされる態様が一例として挙げられる。

本実施の形態が適用される表示装置の全体構成を示す図である。 バックライト装置を図１に示す液晶表示モジュール側から見た上面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、帯状光源の構成を示す外観図である。 （ａ），（ｂ）は、ユニット基板であるサブマウントの構造を説明するための図である。 サブマウントが配置された帯状光源をバックライトフレームに取り付けた状態を示す部分断面図である。

符号の説明

１０…バックライト装置、１１…バックライトフレーム、２０…液晶表示モジュール、３０…帯状光源、３１…基板、４０…サブマウント、４１…基板、４３…ＬＥＤ、６０…中継基板

Claims (10)

1. 赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の個々の発光素子またはＲＧＧＢの個々の発光素子を１つの単位として配置したユニットを、幅が短く長さの長い帯状の基板上に複数個一列に配置した帯状光源と、
   複数の前記帯状光源を各々の間隔を空けながら２次元状に配置するフレームと、
   を有する発光装置。
2. 前記フレームは、複数の前記帯状光源を、第１の列の当該帯状光源に配置されるユニットの位置と隣接する第２の列の当該帯状光源に配置されるユニットの位置とが当該帯状光源の長手方向でずれるように配置することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記フレームは、前記第１の列の前記帯状光源に配置されるユニットの位置と隣接する第２の列の当該帯状光源に配置されるユニットの位置とが、各帯状光源に配置されるユニットのピッチの略半ピッチであることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
4. 所定の帯状光源に配置される２つのユニットと、当該所定の帯状光源に隣接する列の他の帯状光源に配置され当該２つのユニットに最も近いユニットとは、略正三角形を形成する位置関係にあることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
5. 前記帯状光源は、帯状の基板上に複数の前記ユニットを配置し、当該ユニットと電気的に接続される端子を当該帯状の基板に備えたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
6. 前記帯状光源に備えられた前記端子は、当該帯状光源に配置される前記ユニットの列方向と同方向を長手方向として前記帯状の基板に備えられることを特徴とする請求項５記載の発光装置。
7. 前記フレーム上の複数の前記帯状光源の間に配置され、当該帯状光源の端子と電気的に接続される中継基板を更に含む請求項５または６記載の発光装置。
8. 画像表示を行う表示パネルと、
   前記表示パネルの背面に設けられる発光装置とを備え、
   前記発光装置は、
   赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光素子のうち、ＲＧＢまたはＲＧＧＢを１つの単位として配置したユニットを、幅が短く長さの長い帯状の基板上に複数個一列に配置した帯状光源と、
   一列毎に前記帯状の基板の幅よりも大きくすき間を空けながら複数の前記帯状光源を２次元配置するフレームと
   を有することを特徴とする表示装置。
9. 前記帯状光源を前記フレームに取り付けることで、前記ユニットに配置された前記発光素子からの熱を、当該帯状光源のスルーホールと、当該発光素子が配列されている表面とは反対側の裏面の放熱層とを介して当該フレームに伝達することを特徴とする請求項８記載の表示装置。
10. 前記発光装置の前記帯状光源は、前記ユニットに対する電気的接続と当該ユニットからの熱伝導のための接続とをリフローによって行うことを特徴とする請求項８記載の表示装置。

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