KR20080037734A - 발광 장치와 그를 이용한 백 라이트 및 액정 표시 장치 - Google Patents

발광 장치와 그를 이용한 백 라이트 및 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20080037734A
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하지메 다께우찌
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

발광 장치는, 내부 배선을 갖는 기판 상에 배치된 반도체 발광 소자와, 반도체 발광 소자의 주위에 설치된 리플렉터와, 리플렉터 내에 충전되고, 반도체 발광 소자로부터의 광에 의해 여기되어 가시광을 발광하는 형광체를 함유하는 발광부를 구비한다. 반도체 발광 소자에의 도통은 기판의 내부 배선과 리플렉터를 통해서 행해지고 있다.
기판, 반도체 발광 소자, 리플렉터, 형광체, 도전성 와이어

Description

발광 장치와 그를 이용한 백 라이트 및 액정 표시 장치{LIGHT-EMITTING DEVICE, BACKLIGHT USING SAME, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 발광 장치와 그를 이용한 백 라이트 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는, 전기 에너지를 자외광이나 가시광 등의 광으로 변환해서 방사하는 반도체 소자로서, 긴 수명이며 또한 신뢰성이 높고, 광원으로서 이용한 경우에 교환 작업이 경감된다고 하는 바와 같은 이점을 갖는다. LED 소자를 예를 들면 투명 수지로 밀봉한 발광 장치(LED 램프)는, 휴대형 통신 기기, PC 주변 기기, OA 기기, 가정용 전기 기기, 신호 장치, 각종 스위치류, 백 라이트형 표시판 등의 각종 표시 장치의 구성 부품으로서 널리 이용되고 있다.
LED 소자를 이용한 발광 장치는, 예를 들면 기판 상에 LED 소자를 고정함과 함께, LED 소자의 각 전극을 기판 상의 각 단자에 도전성 와이어를 통해서 전기적으로 접속한 구조를 갖고 있다. 또한, LED 소자의 주위에는 LED 소자로부터 방사된 광을 반사시키는 리플렉터가 설치되어 있다. 리플렉터의 내부에는, 예를 들면 형광체 입자를 분산시킨 발광층이 충전된다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
발광 장치로부터 발광되는 광의 색조는 LED 소자의 발광 파장에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 발광층 내에 분산시킨 형광체에 의해, 청색부터 적색까지 사용 용도에 따른 가시광을 얻을 수 있다. 특히, 백색 발광형의 발광 장치는 휴대형 통신 기기나 PC의 액정 표시 장치에서의 백 라이트로서 유용하다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
종래의 기판 상에 LED 소자나 리플렉터를 설치한 발광 장치는, 발광 휘도가 저하하기 쉽다고 하는 난점을 갖는다. 즉, LED 소자의 전극으로부터 연장하는 도전성 와이어를 기판 상의 단자에 접속하고 있기 때문에, 리플렉터를 LED 소자의 주위에 충분히 가까이 할 수 없다. 이 때문에, 리플렉터와 LED 소자 사이에는, 도전성 와이어의 설치 스페이스의 분만큼 간격이 비어 있다. LED 소자로부터 방사된 광은 리플렉터에 도달하기 전에 발광층 내에서 불필요하게 확산되어, 리플렉터에 충분히 조사되지 않기 때문에 발광 휘도가 낮아진다.
이러한 발광 휘도의 저하에 대해서는, 예를 들면 LED 소자로부터 연장되는 도전성 와이어를 리플렉터의 외측에 위치하는 기판 상의 단자에 접속하고, LED 소자와 리플렉터와의 간격을 좁히는 방법이 고려된다. 그러나, 이러한 방법에서는 리플렉터의 외부에 도전성 와이어의 접속부가 형성되기 때문에, 이 부분을 다른 용도로 유효하게 이용할 수 없게 된다. 또한, 이러한 방법에서는 리플렉터의 상부를 초과해서 도전성 와이어를 배치해야만 하기 때문에, 도전성 와이어의 길이가 길어져서, 발광 장치의 제조성이나 신뢰성이 저하한다.
한편, LED 소자와 리플렉터와의 거리는 그대로로 하고, 발광층 내에서의 불 필요한 광의 확산을 억제하는 방법으로서, 발광층에 함유시키는 형광체의 양을 줄이는 것이 고려된다. 그러나, 이러한 방법에서는 형광체의 함유량을 줄임으로써, 오히려 발광 휘도가 저하하게 된다.
[특허 문헌 1] 일본 특개 2002-198573 공보
[특허 문헌 2] 일본 특개 2003-160785 공보
<발명의 개요>
본 발명의 목적은, 제조성이나 신뢰성을 저하시키지 않고, 발광 휘도를 향상시키는 것을 가능하게 한 발광 장치, 나아가서는 그러한 발광 장치를 이용한 백 라이트와 액정 표시 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 발광 장치는, 내부 배선을 갖는 기판과, 상기 기판 상에 배치된 반도체 발광 소자와, 상기 반도체 발광 소자의 주위에 설치된 리플렉터와, 상기 리플렉터 내에 충전되고, 상기 반도체 발광 소자로부터의 광에 의해 여기되어 가시광을 발광하는 형광체를 함유하는 발광부를 구비하고, 상기 반도체 발광 소자에의 도통이 상기 기판의 내부 배선과 상기 리플렉터를 통해서 행해지고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 다른 양태에 따른 백 라이트는, 실장 기판과, 상기 실장 기판 상에 실장되고, 본 발명의 양태에 따른 발광 장치를 구비하는 광원을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 양태에 따른 백 라이트에서, 광원은 예를 들면 실장 기판 상에 직선 형상 또는 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 발광 장치를 구비하고 있다. 본 발명의 또 다른 양태에 따른 액정 표시 장치는, 본 발명의 양태에 따른 백 라이트와, 상기 백 라이트의 발광면측에 배치된 액정 표시부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 도 1에 도시하는 발광 장치의 일 변형예를 도시하는 단면도.
도 3은 도 1에 도시하는 발광 장치의 다른 변형예를 도시하는 단면도.
도 4는 도 1에 도시하는 발광 장치의 또 다른 변형예를 도시하는 단면도.
도 5는 도 1에 도시하는 발광 장치의 또 다른 변형예를 도시하는 단면도.
도 6은 도 5에 도시하는 발광 장치의 평면 구조의 일례를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 구성을 도시하는 단면도.
도 8은 비교예로서의 발광 장치의 구성을 도시하는 단면도.
<부호의 설명>
1 : 발광 장치
2 : 내부 배선(LED용 내부 배선)
3 : 기판
4 : 반도체 발광 소자(LED 소자)
5 : 리플렉터
6 : 도전성 와이어
7 : 발광부
9 : 반사면
10 : 발광면
11 : 단부
12 : 내부 배선(리플렉터용 내부 배선)
20 : 액정 표시 장치
22 : 백 라이트
<발명을 실시하기 위한 형태>
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시하는 발광 장치(1)는 내부 배선(2)을 갖는 기판(3) 상에 배치된 반도체 발광 소자(4)를 구비하고 있다. 반도체 발광 소자(4)로서는, LED 소자나 레이저 다이오드 등을 적용할 수 있다. 여기에서는, 반도체 발광 소자(4)로서 LED 소자를 이용하고 있다. LED 소자(4)의 주위에는, 예를 들면 발광 방향을 향해서 경사시킨 내벽면을 갖는 통형상의 리플렉터(5)가 설치되어 있다.
LED 소자(4)의 한쪽의 전극(하부 전극/도시하지 않음)은, 기판(3)의 내부 배선(2)과 전기적으로 접속되어 있다. LED 소자(4)의 다른 쪽의 전극(상부 전극/도시하지 않음)은, 와이어 본딩한 도전성 와이어(6)를 통해서 리플렉터(5)와 전기적으로 접속되어 있다. 리플렉터(5)는 후술하는 바와 같이, 그 적어도 일부에 도전성이 부여되어 있다. 리플렉터(5) 내에는 LED 소자(4)를 밀봉하도록, 형광체를 함유하는 발광부(7)가 충전되어 있다.
이 실시 형태의 발광 장치(1)에서는, LED 소자(4)에의 급전을 위한 도통을 기판(3)의 내부 배선(2)과 리플렉터(5)를 통해서 실시하고 있다. 종래의 발광 장치와 같이 LED 소자로부터 연장되는 도전성 와이어를 기판 상의 단자에 접속할 필요가 없어지기 때문에, LED 소자(4)와 리플렉터(5)와의 거리(L)를 좁힐 수 있다. LED 소자(4)와 리플렉터(5)와의 거리(L)는, 도 1에 도시한 바와 같이 LED 소자(4)의 외주 부분(8)과 리플렉터(5)의 반사면(9)의 가장 내측으로 되는 부분과의 거리를 가리키는 것으로 한다.
LED 소자(4)와 리플렉터(5)와의 거리(L)를 좁힘으로써, LED 소자(4)로부터 방사된 광을 발광부(7) 내에서 불필요하게 확산시키지 않고, 리플렉터(5)에 조사 할 수 있다. 따라서, 발광 장치(1)의 발광 휘도를 높이는 것이 가능하게 된다. 또한, LED 소자(4)에의 도통에 기판(3)의 내부 배선(2)과 리플렉터(5)를 이용함으로써, 와이어 본딩하는 개소를 LED 소자(4)와 리플렉터(5) 사이의 1개소만으로 할 수 있다. 복수 개소에서 와이어 본딩할 필요가 없어질 뿐만 아니라, 예를 들면 리플렉터(5)의 외부에 접속하는 경우에 비해서 와이어 본딩의 거리를 짧게 할 수 있다. 따라서, 발광 장치(1)의 제조성이나 신뢰성을 높이는 것이 가능하게 된다.
또한, LED 소자(4)로부터 연장되는 도전성 와이어(6)를 리플렉터(5)에 접속함으로써, 리플렉터(5)의 외부에 도전성 와이어(6)의 접속 부분을 형성할 필요가 없어, 실질적으로 발광 장치(1)를 리플렉터(5)의 크기와 동등한 크기로 할 수 있다. 리플렉터(5)의 외부에 도전성 와이어(6)의 접속 부분을 형성할 필요가 없기 때문에, 그 부분을 다른 용도로 유효하게 이용할 수 있다. 예를 들면, 발광 장치(1)를 이용해서 백 라이트를 제작한 경우, 그 부분에 반사 시트를 배치할 수 있다. 반사 시트는, 발광 장치(1)로부터 발광된 광이 광학 시트 등에서 반사된 경우, 이 광을 광학 시트측에 재반사시키는 기능을 갖는다. 이에 의해, 백 라이트의 발광 휘도를 높일 수 있다.
이 실시 형태의 발광 장치(1)에서, LED 소자(4)와 리플렉터(5)와의 거리(L)는 1㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. LED 소자(4)와 리플렉터(5)와의 거리(L)가 1㎜를 초과하면, LED 소자(4)로부터 방사된 광이 발광부(7) 내에서 불필요하게 확산되어, 리플렉터(5)에 충분히 조사할 수 없을 우려가 있다. 이에 의해, 발광 휘도가 저하한다. LED 소자(4)와 리플렉터(5) 사이의 와이어 본딩 거리도 연장되기 때문에, 제조성이나 신뢰성이 저하할 우려가 있다. LED 소자(4)와 리플렉터(5)와의 거리(L)는, 발광 휘도나 제조성의 향상 등의 관점으로부터, 0.8㎜ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
리플렉터(5)는 예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이, 내벽 부분에 반사면(9)을 설치한 통형상의 형상을 갖고 있다. 리플렉터(5)의 반사면(9)은, LED 소자(4)로부터 방사된 광을 발광면(10)에 유도하기 위해서, 기판(3)의 표면에 대하여 경사져 있는 것이 바람직하다. 반사면(9)의 경사각 θ는 25°이상 70°이하로 하는 것이 바람직하다. 반사면(9)의 경사각 θ가 25°미만이면, LED 소자(4)로부터 방사된 광의 반사 효과가 작아, 발광 장치(1)의 발광 휘도를 충분히 높일 수 없을 우려가 있다.
한편, 반사면(9)의 경사각 θ가 70°를 초과하면, 반사 효과가 지나치게 커져서 광이 집중하고, 예를 들면 발광 장치(1)를 백 라이트의 광원으로서 이용한 경우에, 백 라이트의 발광면에 휘도 얼룩이 생길 우려가 있다. 리플렉터(5)의 반사면(9)의 경사각 θ는, 발광 휘도의 향상이나 백 라이트에 적용한 경우의 휘도 얼룩의 억제 등의 관점으로부터, 30°이상 60°이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 더 바람직하게는 35°이상 45°이하이다.
도 1에 도시하는 리플렉터(5)의 상부는 균일하게 수평으로 하고 있다. 리플렉터(5)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같이, 리플렉터(5)는 상부의 내측 부분에 한층 낮은 단부(11)가 설치된 것이어도 된다. 리플렉터(5)의 상부에 단부(11)가 설치되어 있는 경우, 도전성 와이어(6)의 일단부는 단부(11)에 접속하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 도전성 와이어(6) 전체를 발광부(7) 내에 매설할 수 있다.
리플렉터(5)는 LED 소자(4)와의 도통을 확보할 필요로부터, 적어도 일부가 도전성 재료로 형성되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시한 리플렉터(5)는 전체가 도전성 재료로 구성되어 있다. 리플렉터(5)의 구성 재료에는, 도전성이나 광의 반사성 등의 관점으로부터 금속 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 니켈, 은, 구리, 알루미늄 등의 금속이나 그들의 합금으로 리플렉터(5)를 구성하는 것이 바람직하다.
리플렉터(5)는 도 3에 도시한 바와 같이, 주된 부분인 리플렉터 본체(5a)를 절연 재료로 형성하고, 그 표면에 도전성 재료로 이루어지는 피막(5b)을 형성한 것이어도 된다. 피막(5b)은 도전성이나 광의 반사성 등의 관점으로부터 금속 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 피막(5b)의 형성 재료로서는, 니켈, 은, 구리, 알루미늄 등의 금속이나 그들의 합금을 들 수 있다. 금속 재료로 이루어지는 피막(5b)은, 예를 들면 도금, 증착, 스퍼터 등의 공지의 막 형성 방법을 이용해서 형성된다. 리플렉터(5)는 도 4에 도시한 바와 같이, 리플렉터 본체(5a)를 절연 재료로 형성하고, 그 내부에 도전성 재료로 이루어지는 내부 배선(5c)을 설치한 것이어도 된다.
LED 소자(4)가 배치되는 기판(3)은, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, LED 소자(4)에 도통하기 위한 적어도 1개의 내부 배선(2)을 갖고 있다. 기판(3)은 도 5에 도시한 바와 같이, LED 소자(4)에의 도통을 위한 내부 배선(LED용 내부 배선)(2) 외에, 리플렉터(5)와 도통되는 내부 배선(리플렉터용 내부 배선)(12)을 갖고 있어도 된다. 이 경우, 리플렉터(5)의 하부와 기판(3)의 표면 상에 노출한 내부 배선(12)이 전기적으로 접속된다.
기판(3) 내에 2개의 내부 배선(2, 12)을 설치하는 경우, 내부 배선(2, 12)의 양단부 중 LED 소자(4)나 리플렉터(5)와 접속되어 있지 않는 쪽의 단부는, 예를 들면 도 6에 도시한 바와 같이 기판(3)의 일단부측에 인출되어, 기판(3)의 표면에 형성된 외부 접속용 단자(13, 14)에 각각 접속된다. 외부 접속용 단자(13, 14)는 기판(3)의 이면측에 형성하여도 된다. 또한, 리플렉터(5)에의 도통은 기판(3) 상에 형성된 도체 패턴을 이용하여도 된다.
기판(3)은, 예를 들면 질화 알루미늄(AlN), 알루미나(Al2O3), 질화 규소(Si3N4) 등의 세라믹스 재료나 수지 등의 유기 재료로 주로 이루어지는 것이다. 이들 중에서도, 열 전도율이 우수한 질화 알루미늄으로 주로 이루어지는 기판(3)이 바람직하게 이용된다. 특히, 열전도율이 200W/m·K 이상인 질화 알루미늄으로 주로 이루어지는 기판(3)을 사용하는 것이 바람직하다.
LED 소자(4)와 리플렉터(5)를 전기적으로 접속하는 도전성 와이어(6)에는, 예를 들면 금, 백금, 구리, 알루미늄 등의 금속이나 그들 합금으로 이루어지는 금속 와이어가 이용된다. 특히, 금이나 그 합금으로 이루어지는 와이어를 사용하는 것이 바람직하다. 도전성 와이어(6)로서 금속 와이어를 이용함으로써, LED 소자(4)와 리플렉터(5)를 용이하게 접속할 수 있다. LED 소자(4)의 전극이나 리플렉터(5)에 대한 도전성 와이어(6)의 접속(본딩)은, 합금화하기 쉬운 재료를 사용하고 있는 경우에는 직접 행할 수 있다. 합금화하기 어려운 재료를 이용하고 있는 경우에는, 합금화하는 재료를 통해서 본딩한다.
LED 소자(4)에는, 예를 들면 파장이 360㎚∼440㎚인 범위의 자외광이나 자색광을 발광하는 것이 바람직하게 이용된다. 이러한 LED 소자(4)로서는, 예를 들면 발광층으로서 질화물계 화합물 반도체층을 갖는 것을 예로 들 수 있다. 자외광이나 자색광을 발광하는 LED 소자(4)를 이용한 경우, 발광부(7)는 청색, 녹색, 적색의 각 형광체를 혼합한 3색 형광체를 투명 수지에 함유시켜서 구성하는 것이 바람직하다. 투명 수지로서는, 예를 들면 아크릴 수지, 실리콘 수지, 에폭시 수지가 이용된다.
형광체는 LED 소자(4)로부터 방사된 광(예를 들면 자외광이나 자색광)에 의해 여기되어 가시광을 발광한다. 자외광이나 자색광을 발광하는 LED 소자(4)와 3색 형광체를 포함하는 발광부(7)를 조합해서 사용한 경우, 3색 형광체가 LED 소자(4)로부터 방사된 자외광이나 자색광에 의해 여기되어 백색광을 발광한다. 형광체는 LED 소자(4)로부터 방사되는 파장이 360㎚∼440㎚인 범위의 자외광이나 자색광을 효율적으로 흡수하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여, 백색 발광형의 발광 장치(1)를 구성할 수 있다. 이 실시 형태의 발광 장치(1)는 백색 발광형인 것이 바람직하다.
청색 발광 형광체로서는, 자외선이나 자색광의 흡수 효율이 우수한 Eu 부활 할로 인산염 형광체, Eu 부활 알루민 산염 형광체 등이 예시된다. 녹색 발광 형광체로서는, Cu 및 Al 부활 황화 아연 형광체, Eu 및 Mn 부활 알루민 산염 형광체 등이 예시된다. 적색 발광 형광체로서는, Eu 부활 산황화 이트륨 형광체, Eu 및 Sm 부활 산황화 란탄 형광체, Cu 및 Mn 부활 황화 아연 형광체 등이 예시된다. 이들은 황색성, 발광의 균일성, 휘도 특성을 고려해서 적절히 선택해서 이용된다.
발광부(7)에서의 형광체의 함유량은 20중량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 종래의 발광 장치에서는, 예를 들면 LED 소자로부터 방사되는 광을 발광부 내에서 불필요하게 확산시키지 않게 리플렉터에 조사시키기 위해서, 형광체의 함유량을 낮게 억제하고 있다. 그러나, 형광체의 함유량을 낮게 하면 본질적인 발광 휘도가 저하한다. 이 실시 형태에서는 발광부(7)의 형광체 함유량을 20중량% 이상으로 하여도, LED 소자(4)와 리플렉터(5)와의 거리를 좁히고 있기 때문에, LED 소자(4)로부터 방사된 광을 발광부(7) 내에서 불필요하게 확산시키지 않고, 리플렉터(5)에 조사시킬 수 있다. 따라서, 발광 장치(1)의 제조성이나 신뢰성을 저하시키지 않고, 발광 장치(1)의 발광 휘도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.
이 실시 형태의 발광 장치(1)는, 예를 들면 이하와 같이 해서 제조된다. 이하, 도 1에 도시한 발광 장치(1)의 제조를 예로 들어 설명한다. 우선, 내부 배선(2)을 갖는 기판(3)을 준비한다. 이 기판(3)의 내부 배선(2)이 노출한 부분, 즉 LED 소자(4)를 접합하고자 하는 표면 부분에, LED 소자(4)를 접합하기 위한 접합재로서, 예를 들면 Au-Sn 공정 합금층을 형성한다. 이 표면 부분에 LED 소자(4)의 한쪽의 전극을 위치 정렬해서 배치한 후, 가열 처리함으로써, LED 소자(4)를 기판(3)에 고정함과 함께, LED 소자(4)의 한쪽의 전극을 기판(3)의 내부 배선(2)과 전기적으로 접속한다.
접합재로서는, Au-Sn 공정 합금 외에, Au-Si 공정 합금, SnPb 땜납 등을 이용할 수 있다. 이러한 저융점 합금 대신에, 도전성 페이스트를 이용하여도 된다. 도전성 페이스트로서는, 은, 구리, 카본 등의 도전성 분말을 에폭시 수지 등의 열경화성 수지에 분산시킨 것을 들 수 있다.
다음으로, LED 소자(4)가 고정된 기판(3) 상에, LED 소자(4)의 주위를 둘러싸도록 해서 통형상의 리플렉터(5)를 접합한다. 기판(3) 상에의 리플렉터(5)의 접합은, LED 소자(4)의 접합과 마찬가지로 해서 행한다. 계속해서, 와이어 본딩 공정을 실시하여, LED 소자(4)의 다른 쪽의 전극과 리플렉터(5)를 도전성 와이어(6)로 전기적으로 접속한다. 이 후, 리플렉터(5) 내에 형광체를 함유하는 투명 수지를 적하하여, 투명 수지를 경화시킴으로써, 발광부(7)를 형성한다. 이와 같이 하여, 목적으로 하는 발광 장치(1)를 제작한다.
전술한 발광 장치(1)의 제조 방법은 일례로서, 발광 장치(1)의 제조 방법은 이에 한정되는 것은 아니다. 발광 장치(1)의 제조 방법은 본 발명의 취지에 반하지 않는 한, 적절하게 변경할 수 있다. 예를 들면, 기판(3) 상에 리플렉터(5)를 접합하고 나서 LED 소자(4)를 접합하도록 하여도 된다. 기판(3)으로서는, 이미 설명한 바와 같은 리플렉터(5)에의 도통을 위한 내부 배선(리플렉터용 내부 배선)(12)이나 도전 패턴을 갖는 것을 이용하여도 된다.
이 실시 형태의 발광 장치(1)는, 예를 들면 조명 장치로서 각종의 용도에 사용할 수 있다. 발광 장치(1)의 대표적인 사용예로서는, 액정 표시 장치에 대표되는 각종 표시 장치의 백 라이트의 광원을 들 수 있다. 광원으로서 발광 장치(1)를 이용함으로써, 백 라이트의 발광 휘도를 향상시킬 수 있다. 백 라이트는, 광원으로서 복수의 발광 장치(1)를 적용하고, 이들을 직선 형상 또는 매트릭스 형상으로 배열함으로써 구성된다. 또한, 1개의 발광 장치(1)만을 사용한 백 라이트를 제외하는 것은 아니다.
백 라이트를 구성함에 있어서, 광원으로서의 복수의 발광 장치(1)는 실장 기판 상에 직선 형상 또는 매트릭스 형상으로 배열되어 실장된다. 모듈 구조는 이하와 같다. 복수의 발광 장치(1)를 직선 형상으로 배열한 백 라이트는, 사이드 라이트형의 백 라이트 등으로서 사용된다. 복수의 발광 장치(1)를 매트릭스 형상으로 배열한 백 라이트는, 직하형의 백 라이트 등으로서 사용된다. 발광 장치(1)를 적용한 백 라이트의 구조는 특별히 한정되는 것은 아니고, 직하형이어도 사이드 라이트형이어도 된다.
전술한 실시 형태의 백 라이트는, 액정 표시 장치의 백 라이트로서 바람직하게 이용된다. 도 7은 발광 장치(1)를 적용한 백 라이트를 갖는 액정 표시 장치(20)의 구성예를 도시하는 단면도이다. 액정 표시 장치(20)은, 예를 들면 평면 표시 수단으로서의 평판 형상의 액정 패널(21)과, 이 액정 패널(21)을 배면으로부터 조명하는 백 라이트(22)를 구비하고 있다. 백 라이트(22)는 액정 패널(21)의 바로 아래에 배치되어 있다.
액정 패널(21)은, 예를 들면 2매의 편광판 사이에, 각각 투명 전극을 형성한 글래스판인 어레이 기판과 컬러 필터 기판이 대향해서 배치되어 있다. 이들 어레이 기판과 컬러 필터 기판 사이에는 액정이 주입되어 있고, 이들에 의해 액정층이 구성되어 있다. 컬러 필터 기판에는, 각 화소에 대응해서 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러 필터가 형성되어 있다.
백 라이트(22)는, 실장 기판(모 기판)(23)과, 이 실장 기판(23) 상에 매트릭스 형상으로 배열되어 실장된 복수의 발광 장치(1)를 구비하고 있다. 구체적인 모듈 구조는 이하와 같다. 복수의 발광 장치(1)는 각각 백 라이트(22)의 광원을 구성하고 있다. 발광 장치(1)는 그 비발광면이 실장 기판(23)측으로 되도록 배치되어 있다. 발광 장치(1)의 발광면(10)측에는 확산판이나 프리즘 시트 등의 광학 시트(24)가 배치되어 있다. 그리고, 백 라이트(22)는 광학 시트(24)가 액정 패널(21)측으로 되도록, 액정 패널(21)의 바로 아래에 배치되어 있다.
또한, 본 발명의 액정 표시 장치는 직하형의 백 라이트를 이용한 것에 한하지 않고, 사이드 라이트형의 백 라이트를 적용한 것이어도 된다. 사이드 라이트형의 백 라이트는, 예를 들면 복수의 발광 장치(1)를 직선형상으로 배열시킨 광원과 도광판을 갖고 있다. 광원은 도광판의 한쪽의 끝면에 설치된 광 입사부에 설치된다. 광 입사부로부터 입사한 광은, 도광판 내에서 굴절이나 반사를 반복함으로써, 도광판의 상면으로부터 그 법선 방향으로 조사된다. 액정 표시부는 도광판의 상면(발광면)측에 배치된다.
다음으로, 본 발명의 구체적인 실시예 및 그 평가 결과에 대해서 설명한다.
[실시예 1∼5]
실시예 1∼5에서는 도 1에 도시한 백색 발광형의 발광 장치(1)를 제작했다. 우선, 도 1에 도시한 바와 같은 내부 배선(2)을 갖는 질화 알루미늄 기판(3)(세로 5㎜×가로 5㎜×두께 0.5㎜)을 준비했다. 질화 알루미늄 기판(3)의 표면 중, 자외선 LED 소자(4)를 접합하려고 하는 부분(내부 배선의 노출 부분을 포함함)에 금 도금을 실시하고, 이 표면 부분에 자외광을 발광하는 발광 다이오드(UV-LED 소자)(4)(세로 0.3㎜×가로 0.3㎜×높이 0.3㎜)를 접합했다.
또한, 질화 알루미늄 기판(3) 상에, UV-LED 소자(4)의 주위를 둘러싸도록, 은 도금을 실시한 무산소 구리로 이루어지는 리플렉터(5)(높이 1㎚, 반사면 각도(θ)45°)를 접합했다. 또한, 리플렉터(5)는 UV-LED 소자(4)와의 거리(L)가 0.6∼1.4㎜(실시예 1∼5)로 되도록 복수 종류를 이용했다. UV-LED 소자(4)와 리플렉터(5)를 도전성 와이어(6)로 전기적으로 접속한 후, 리플렉터(5) 내에 자외선으로 여기되는 적색 형광체, 녹색 형광체 및 청색 형광체의 혼합물을 투명 수지 내에 분산시킨 형광체 페이스트를 충전하고, 이를 가열해서 경화시킴으로써, 백색 발광 장치(1)를 제작했다.
[비교예 1]
종래의 백색 발광 장치로서, 도 8에 도시한 바와 같은 백색 발광 장치(30)를 제작했다. 우선, 도 8에 도시한 바와 같은 단자 금속 부재(31)가 표면에 설치된 질화 알루미늄 기판(32)(세로 5㎜×가로 5㎜×두께 0.5㎜)을 준비했다. 이 질화 알루미늄 기판(32)의 소정의 부분에 UV-LED 소자(33)를 접합함과 함께, 반사면(34)에 은 도금을 실시한 무산소 구리로 이루어지는 리플렉터(35)(높이 1㎜, 반사면 각도(θ) 45°)를 접합했다. 이 후, UV-LED 소자(33)의 각 전극과 각 단자 금속 부재(31)를 도전성 와이어(36)로 전기적으로 접속했다.
이 후, 리플렉터(35) 내에 자외선으로 여기되는 적색 형광체, 녹색 형광체 및 청색 형광체의 혼합물을 투명 수지 내에 분산시킨 형광체 페이스트를 충전하고, 이를 가열해서 경화시킴으로써, 백색 발광 장치(30)를 제작했다. 또한, 백색 발광 장치(30)에서는, 도전성 와이어(36)와 단자 금속 부재(31)와의 접속 부분을 확보하기 위해, UV-LED 소자(33)와 리플렉터(35)와의 거리(L)는 1.8㎜로 했다.
다음으로, 전술한 실시예 1∼5의 백색 발광 장치(1)와 비교예 1의 백색 발광 장치(30)에 대해서, 각각 전체 광 다발(단위: 루멘(1m))을 측정했다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
발광 다이오드와 리플렉터의 거리(L)[mm] 전체 광속 [lm]
실시예 1 0.6 1.4
실시예 2 0.8 1.3
실시예 3 1.0 1.2
실시예 4 1.2 0.8
실시예 5 1.4 0.6
비교예 1 1.8 0.5
표 1로부터 명백해진 바와 같이, UV-LED 소자(33)와 리플렉터(35) 사이의 질화 알루미늄 기판(32) 상에 도전성 와이어(36)를 배치한 비교예 1의 백색 발광 장치(30)에서는, 도전성 와이어(36)와 단자 금속 부재(31)와의 접속 부분을 확보할 필요가 있기 때문에, UV-LED 소자(33)와 리플렉터(35)와의 거리(L)가 커진다. 따라서, UV-LED 소자(33)로부터 발광된 광이 리플렉터(35)의 반사면(34)에 도달할 때까지 발광부(37) 내의 형광체에 의해 확산되기 쉽고, 이 때문에 전체 광 다발은 작아지는 것이 확인되었다.
이에 대하여, UV-LED 소자(4)에의 도통으로서 질화 알루미늄 기판(3)의 내부 배선(2)과 리플렉터(5)를 이용한 실시예 1∼5의 발광 장치(1)에서는, UV-LED 소자(4)와 리플렉터(5)와의 거리(L)를 좁힐 수 있다. 따라서, UV-LED 소자(4)로부터 발광된 광이 리플렉터(5)의 반사면(9)에 도달할 때까지 발광부(7) 내의 형광체에서 불필요하게 확산되는 것이 억제된다. 이 때문에, 전체 광 다발이 향상하는 것이 확인 되었다. 특히, UV-LED 소자(4)와 리플렉터(5)와의 거리(L)를 1㎜ 이하로 함으로써, 전체 광 다발이 대폭 향상하는 것이 확인되었다.
[실시예 6∼10]
실시예 2의 백색 발광 장치(1)(UV-LED 소자(4)와 리플렉터(5)와의 거리(L)=0.8㎜)에서, 리플렉터(5)의 반사면(9)의 각도(θ)를 표 2에 나타낸 바와 같이 10°∼70°인 범위에서 변화시킨 것을, 각각 100개씩 이용해서 직하형 백 라이트를 제작했다. 이들 직하형 백 라이트의 휘도 얼룩의 유무와 발광 휘도를 각각 평가했다. 그들의 결과를 표 2에 나타낸다. 또한, 직하형 백 라이트는 각 100개의 백색 발광 장치를 10×10의 매트릭스 형상으로 균등 배치해서 제작한 것이다.
휘도 얼룩에 대해서는, 목시에 의해 직하형 백 라이트의 발광면을 관찰하고, 백색 발광 장치(1)의 광이 점 형상으로 되어 보이는 정도에 의해 평가했다. 표 2에서, 「A」는 점 형상으로서 보이는 부분이 없었던 것, 「B」는 점 형상으로서 보이는 부분이 약간 있었던 것, 「C」는 점 형상으로서 보이는 부분이 많이 보여진 것이다. 발광 휘도에 대해서는, 목시에 의해 직하형 백 라이트의 발광면을 관찰하고, 직하형 백 라이트의 발광 휘도가 충분했던 것을 「A」로 나타내고, 발광 휘도가 약간 모자란 것을 「B」로 나타냈다.
리플렉터의 반사면의 각도[θ] 휘도 얼룩의 유무 발광 휘도
실시예 6 70° C A
실시예 7 60° B A
실시예 8 45° A A
실시예 9 35° A A
실시예 10 10° A B
표 2로부터 명백해진 바와 같이, 리플렉터(5)의 반사면(9)의 각도(θ)를 35°이상 45°이하로 함으로써, 직하형 백 라이트의 휘도 얼룩을 억제할 수 있고, 또한 발광 휘도도 충분한 것으로 할 수 있다. 직하형 백 라이트에 이용되는 백색 발광 장치(1)에서, 휘도 얼룩의 억제나 발광 휘도의 향상의 관점으로부터, 리플렉터(5)의 반사면(9)의 각도(θ)를 35°이상 45°이하로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.
[실시예 11∼15]
실시예 2의 백색 발광 장치(1)(UV-LED 소자(4)와 리플렉터(5)와의 거리(L)=0.8㎜)에서, 리플렉터(5)의 반사면(9)의 각도(θ)를 표 3에 도시한 바와 같이 10°∼70°인 범위에서 변화시킨 것을, 각각 10개씩 이용해서 사이드 라이트형 백 라이트를 제작했다. 이들 사이드 라이트형 백 라이트의 휘도 얼룩의 유무와 발광 휘도를 각각 평가했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 휘도 얼룩 및 발광 휘도의 평가 방법은, 실시예 6∼10과 마찬가지로 했다. 또한, 사이드 라이트형 백 라이트는 각 10개의 백색 발광 장치를 등간격으로 균등 배치해서 제작한 것이다.
리플렉터의 반사면의 각도[θ] 휘도 얼룩의 유무 발광 휘도
실시예 11 70° A A
실시예 12 60° A A
실시예 13 45° A A
실시예 14 35° A A
실시예 15 10° A B
표 3으로부터 명백해진 바와 같이, 사이드 라이트형 백 라이트에서는, 백색 발광 장치(1)의 리플렉터(5)의 반사면(9)의 각도(θ)에 관계없이, 휘도 얼룩의 발생은 확인되지 않았다. 사이드 라이트형 백 라이트는 도광판을 이용하고 있기 때문에, 백색 발광 장치(1)의 리플렉터(5)의 반사면(9)의 각도(θ)에 관계 없이 휘도 얼룩의 발생이 억제된다. 발광 휘도에 대해서는, 리플렉터(5)의 반사면(9)의 각도(θ)를 35°미만으로 한 경우에 발광 휘도가 저하하는 것이 확인되었다. 사이드 라이트형 백 라이트에 이용되는 백색 발광 장치(1)에서는, 리플렉터(5)의 반사면(9)의 각도(θ)를 35°이상으로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.
전술한 실시예 6∼10 및 실시예 11∼15의 결과로부터, 직하형 백 라이트 및 사이드 라이트형 백 라이트 중 어느 하나에 이용한 경우에도, 휘도 얼룩의 억제와 발광 휘도의 향상을 도모하는 것이 가능한 백색 발광 장치(1), 즉 범용성이 우수한 백색 발광 장치(1)를 실현하기 위해서는, 리플렉터(5)의 반사면(9)의 각도(θ)를 30°이상 60°이하, 나아가서는 35°이상 45°이하로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다.
본 발명의 양태에 따른 발광 장치는, 반도체 발광 소자로부터 방사된 광을 발광부 내에서 불필요하게 확산시키지 않고, 리플렉터에 조사할 수 있기 때문에, 우수한 발광 휘도가 얻어진다. 또한, 와이어 본딩의 거리나 개수를 줄임으로써, 발광 장치의 제조성이나 신뢰성을 높일 수 있다. 이러한 발광 장치는 백 라이트를 비롯한 각종 조명 용도로 유효하게 이용되는 것이다.

Claims (15)

  1. 내부 배선을 갖는 기판과,
    상기 기판 상에 배치된 반도체 발광 소자와,
    상기 반도체 발광 소자의 주위에 설치된 리플렉터와,
    상기 리플렉터 내에 충전되고, 상기 반도체 발광 소자로부터의 광에 의해 여기되어 가시광을 발광하는 형광체를 함유하는 발광부를 구비하고,
    상기 반도체 발광 소자에의 도통이 상기 기판의 내부 배선과 상기 리플렉터를 통해서 행해지고 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리플렉터는 도전성 금속 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리플렉터는 그 표면에 형성된 도전성 금속 재료로 이루어지는 피막을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자의 한쪽의 전극은 상기 기판의 내부 배선과 전기적으 로 접속되어 있고, 다른 쪽의 전극은 상기 리플렉터와 도전성 와이어를 통해서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도전성 와이어는 상기 리플렉터에 대하여 1개소로 본딩되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자와 상기 리플렉터와의 거리가 1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 리플렉터의 반사면은 상기 기판의 표면에 대하여 25°이상 70°이하인 범위에서 경사져 있는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발광부는 백색광을 발광하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광부는, 상기 형광체로서 청색 발광 형광체와 녹색 발광 형광체와 적 색 발광 형광체와의 혼합물과, 상기 형광체의 혼합물을 함유하는 투명 수지를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  11. 실장 기판과,
    상기 실장 기판 상에 실장되고, 제1항의 발광 장치를 구비하는 광원
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 백 라이트.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광원은 상기 실장 기판 상에 직선 형상 또는 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 상기 발광 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 백 라이트.
  13. 제12항의 백 라이트와,
    상기 백 라이트의 발광면측에 배치된 액정 표시부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 백 라이트는, 매트릭스 형상으로 배열된 상기 복수의 발광 장치를 구비하고, 또한 상기 액정 표시부의 바로 아래에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 액정 표시부는 도광판 상에 배치되어 있고, 또한 상기 백 라이트는 직선형상으로 배열된 상기 복수의 발광 장치를 구비함과 함께, 상기 도광판의 한쪽의 단부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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