TWI431370B

TWI431370B - 背光裝置、液晶顯示裝置及照明裝置

Info

Publication number: TWI431370B
Application number: TW097123549A
Authority: TW
Inventors: Masashi Takemoto; Kiyohisa Ohta; Kenichi Ukai; Nobuyuki Takahashi
Original assignee: Sharp Kk
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2014-03-21
Also published as: RU2423645C1; CN101688657A; EP2161495A4; US20100053498A1; JPWO2009001725A1; TW200919030A; WO2009001725A1; EP2161495A1; JP4980424B2; CN101688657B; US8300177B2; BRPI0811728A2

Description

背光裝置、液晶顯示裝置及照明裝置

本發明係關於作為發光源尤其使用LED(Light Emitting Diode)之液晶顯示裝置之背光裝置或照明裝置。

先前，TV或汽車導航系統、儀錶板等所使用之液晶顯示裝置的光源，向來使用CCFL等螢光管。最近，非常高亮度之白色LED被開發，業界開始探討從CCFL轉換到LED。為了高亮度化，白色LED具備反射從LED晶片放出之光的面，該面大多形成有Ag層，該Ag層係將可視光之光反射率高達90%以上之Ag藉由電鍍或蒸鍍而形成。

關於如此LED，專利文獻1揭示了謀求LED晶片之密封樹脂的高折射率化、且抑制因硫化物之生成導致反射電極之反射率下降的技術。且，專利文獻2揭示了對於液晶顯示裝置等所使用之光學片(例如稜鏡片)，兼顧到對於環境影響之考量之無鹵素化與高折射率化的技術。

[專利文獻1]日本公開專利公報「特開2007-109915號公報(公開日：2007年4月26日)」

[專利文獻2]日本公開專利公報「特開平11-349615號公報(公開日：1999年12月21日)」

然而，上述專利文獻1之構成雖可抑制以單體使用LED晶片時的反射率降低，但例如，將上述LED晶片作為液晶顯示裝置之背光光源使用時之耐久性尚未考慮。

本申請案發明者發現，單體之LED晶片即使在展現充分之耐久性之情況下，例如作為液晶模組嵌入時，亦即在作為製品之使用形態方面會出現顯著的品質劣化。

具體而言，根據觀察，將具有Ag反射層之白色LED搭載於光源製作液晶背光裝置來評價其亮度變化之情形時，初期可獲得非常高之亮度，然而進行可靠性試驗時，當置於特別高溫環境下時其亮度顯著降低。如此之亮度劣化，在Ag反射層之面積越大的情形時越為顯著，甚至當搭載LED晶片之凹部的內壁皆塗布Ag之情形時，於85℃以上之高溫環境下放置1000hr後其亮度降低至初期亮度的約40%左右。

嘗試解析亮度降低後之白色LED(LED封裝)，發現Ag已黑化。使用EDX(Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer：能量分散式X射線螢光光譜儀)對黑化之Ag層進行元素分析時，檢驗出Br之信號。再藉由TOF-SIMS(time of flight-secondary ion mass spectrometry：飛行時間式2次離子質譜儀)，檢驗出AgBr^2-之信號，判明亦含有非Ag、Br之單獨元素之化合物的形態，即溴化銀(AgBr)。其Br之產生源，判明為將LED封裝所放出之光向特定方向聚光的光學片(尤其是稜鏡片：丙烯酸系樹脂)。如專利文獻2亦有揭示，Br(除氟以外之鹵素)包含於為提高光學片之折射率以提高聚光作用之構成材料的丙烯酸樹脂。

更進一步分析，推測出液晶背光之亮度下降機制會因以下之製程而產生。

(1)於高溫環境下(例如85℃以上)由光學片產生Br氣體。

(2)Br氣體附著於放出可視光之LED封裝之Ag層。通常，Ag層較多與LED晶片共同被樹脂密封，經長期使用，有Br氣體浸透密封樹脂內部到達Ag面之例，或於密封樹脂與凹部內壁之界面漸漸剝離，使氣體進入到達Ag面，而形成溴化銀(AgBr)之情形。該溴化銀(AgBr)由於吸收LED晶片及螢光體所放出之光，故使得Ag反射面之反射率降低，液晶背光之亮度下降。

(3)因LED晶片及螢光體所放出之光使溴化銀發生黑變。由於溴化銀之黑變，使LED封裝所放出之光的吸收量增加，作為Ag反射面之反射率更加降低，液晶背光裝置之亮度便更加降低。

本發明係鑒於上述問題點而為者，其目的在於實現如下之背光裝置或照明裝置：包含光源(例如LED)，其具有原料中含有Ag之光反射面；及光學部件之構成要素；其可提高亮度，抑制高溫或長期驅動時之亮度低下。

為達成上述目的，本發明之背光裝置具備：LED封裝，具有LED晶片與原料中含有Ag之光反射面；及光學部件，調整上述LED封裝放出之光；其特徵在於，上述光學部件係使鹵素放出量小至不會於上述光反射面生成鹵化銀之程度。

根據上述構成，藉由抑制由上述光學部件放出鹵素，可防止於上述光反射面因銀與鹵素結合而生成鹵化銀。當生成如此之鹵化銀時，雖然會因為LED之光的照射進而使鹵化銀黑化，引起反射效率顯著降低，然而根據可防止鹵化銀之生成的上述構成，可防止如此反射效率的降低。

如下茲佐根據圖1至圖7說明本發明之一實施形態。本實施形態1說明於液晶顯示裝置之背光裝置使用本申請案發明之例。首先參考圖1說明背光裝置之概略構成。

圖1所示之背光裝置10，具備LED光源(LED封裝)12，其於背光盒11沿其一邊搭載有LED晶片12A，且盒面內成為以反射片13、導光板14、擴散片15、光學片(例如稜鏡片)16之順序疊層配置之構造。又，液晶顯示裝置中，於背光裝置10之前表面側(觀察者側)配置有液晶面板20。

LED封裝12作為複數個點光源，以特定間隔安裝於FPC(Flexible Printed Circuit：彈性印刷電路板)構成之印刷電路基板12C上。且，LED光源12具有Ag反射層12B作為提高光利用率之反射面。該Ag反射層12B係藉由將用來向LED晶片12A供給電力之電極的表面鍍銀，或於配置有LED晶片12A之金屬封裝之內壁面實施鍍銀而形成。LED晶片12A及Ag反射層12B藉由密封樹脂12D密封。該密封樹脂12D通常使用環氧樹脂或矽樹脂，然而本發明中對密封樹脂12D之材料無特別限定。惟使用450nm之發光峰值波長之LED晶片的LED封裝，較好的是使用對短波長光之樹脂劣化特性良好的矽樹脂。

導光板14係將LED光源12所照射之光照射於液晶面板20之背面側的導光機構。反射片13係將從導光板14之背面側 (液晶面板之相反側)出射之光返回液晶面板側的反射機構。反射片13由於其反射效率高，故可將反射面作為Ag層。

擴散片15係使導光板14出射之光擴散，提高照射於液晶面板20之光之面內均勻性的機構。光學片16係使照射於液晶面板20之光聚光而提高正面亮度的機構。且，光學片16，如圖7所示，係於聚酯之基材上使丙烯酸系樹脂之稜鏡層71疊層之構造的稜鏡片，藉由提高稜鏡層71之折射率可獲得良好的聚光功能。

本發明之背光裝置之目的為抑制因Ag反射層12B之經時劣化，尤其Ag與Br等之鹵素結合生成鹵化銀而造成之反射率的降低。為此而成為抑制具有背光裝置之光學部件放出鹵素的構成。

先前，最有放出鹵素之顧慮的光學部件為稜鏡片，而本實施形態之背光裝置10，其光學片(此處為稜鏡片)16中不含有鹵素。

在此，於使用不含有鹵素之光學片之背光裝置，進行因經時變化導致亮度降低的測定(參考圖2)。於25℃測定之初期正面亮度為303(cd/m²)。而進行該背光裝置之高溫通電試驗(85℃/60mA)達1000小時後，正面亮度變動率(=於特定時間試驗後之25℃測定之正面亮度/試驗投入前於25℃測定之初期正面亮度)為97.4%。另一方面，作為比較，使稜鏡層71含有25000ppm左右之Br時(初期特性相同)，正面亮度變動率為43.7%。進行LED封裝之分析發現，經目視確認Ag層黑化，且藉由TOF-SIMS測定確認溴化銀的存在。

即，本實施形態之背光裝置10，藉由不使光學片16中含有鹵素，可防止Ag反射層之黑化，結果可大幅抑制背光裝置之亮度降低。

又，上述之例藉由使稜鏡片之鹵素含量為0來抑制背光裝置之亮度降低，但基本上，稜鏡片以外之光學部件亦有必要抑制鹵素的放出。尤其，Br等鹵素由於多用於提高光穿透部件之折射率，故導光板或擴散片等之光穿透部件亦有含有鹵素的可能性。因此，本發明有必要抑制使用於背光裝置之光學部件，甚至部件間之接著材料、接著片等全部之鹵素放出。

再者，上述之例係使稜鏡片中不含有鹵素，此僅為防止Ag反射層之黑化、抑制背光裝置之亮度降低之最簡單確實的方法之一。基本上，只要使光學部件之鹵素氣體的放出量極度減小，且不使LED封裝中形成之Ag面產生鹵化銀，便可防止亮度降低。

例如，可構思如下構成：使稜鏡片之材質之丙烯酸系樹脂的分子構造內含有Br(基)，而不含有不會併入分子構造之游離之Br。分子構造內所含之Br，由於Br之結合有一定程度的強度，故較難藉由熱被切斷，而不易使Br放出。該構成藉由使稜鏡片含有Br，可使高折射率化變得容易，使聚光作用提高，並抑制鹵素的放出。

又，亦可為如此構成：適宜調整Br之添加量，即使含有游離Br亦可使Br氣體之放出減小，且調整為不會於LED封裝中所形成之Ag面形成溴化銀之程度。

或，亦可構思如下構成：將稜鏡片中含有之鹵素，以除氟以外之其他鹵素、I(碘)、CI(氯)予以置換來取代Br。該構成使原子折射率R與折射率n之關係成為以下之式(1)所示，用原始折射率高的鹵素(例如I)置換時，相對於鹵素含有量之折射率上升之效果增大，稜鏡片之聚光效果增加，可提高背光裝置之亮度。

n²=(1+2R/V)/(1-R/V)…(1)

V：每1莫耳之體積

再者，本發明中，稜鏡片等光學部件所含有之鹵素量，較佳為至少溴及氯皆為800ppm以下，且溴及氯之兩者合為1000ppm以下。更佳為，溴及氯之兩者合為300ppm以下。另，上述鹵素量可藉由例如離子色譜儀法測定。

又，上述例中，藉由防止或抑制光學部件之鹵素的放出來防止在Ag反射面生成鹵化銀，藉此抑制背光裝置之亮度降低。惟此處鹵化銀生成的防止可以不保證在一切條件下具永久性效果。這表示至少在背光裝置之保證使用時間及保證使用溫度之範圍內可防止鹵化銀的產生。

其後，參考圖1、圖3及圖4說明可較佳適用於本申請案發明之LED封裝的構成例。

圖1所示之LED封裝(即LED光源12)，於絕緣基板上附有金屬部，該金屬部之與基板之連接面相反之側有開口，形成可收容LED晶片之凹部形狀。該凹部形狀之內壁鍍有 Ag。絕緣基板上分隔配置有金屬構成之搭載面與引線接合部，於分隔部中填有樹脂。

LED晶片之搭載面、引線接合部亦用Ag電鍍。於LED晶片之搭載面，將LED晶片之上部電極與打線接合部以搭接線予以連接。引線接合部、搭載面經由絕緣基板內之配線層，與基板內面之陽極、陰極外部電極部連接。

凹部形狀之部分以覆蓋LED晶片的方式密封有樹脂，該樹脂含有螢光體。密封樹脂使用了對於LED晶片所放出之440~460nm之藍色光之黃變小且耐光性佳的矽樹脂。

另，上述鍍Ag之面會反射LED晶片所放出之峰值波長為440~460nm之藍色光、與被該藍色光激起之螢光體所放出之螢光光。其後，藍色光與螢光光由金屬部開口放出，作為白色光入射於液晶背光裝置之導光板。

其後，圖3所示之LED封裝之例，係使LED晶片搭載於引線架32上，並用反射光線之白色樹脂包圍LED晶片之周圍。

圖3所示之LED封裝與圖1所示之LED封裝比較，其Ag面積較少。構成與使Br含有25000ppm之稜鏡片組合之背光裝置，進行上述高溫通電試驗之結果，與圖1所示之LED封裝比較，圖3所示之LED封裝之Ag面積少，因此正面亮度變動之影響變小，但由於並非為零，故考慮長時間之影響，本發明之施策仍是必要而不可欠缺的。

其後，圖4所示之LED封裝之例，係於反射鏡42內部、開口表面施塗Ag塗層34之Ag電極多者。該例中，可使反射鏡42之開口表面亦藉由Ag塗層34使光之反射率提高，亦可藉由將擴散片反射回來之光再反射來提高光的利用率，謀求亮度的進一步提高。

圖4之構成中，於樹脂基板(以下記為基板41)上形成分隔之配線圖案43，且將包含貫通孔之絕緣樹脂構成之反射鏡42接著於形成有分隔之配線圖案43的基板41面。經由LED晶片之下部電極，將LED晶片以電性連接搭載於在貫通孔之部分開口之一者的配線圖案43上，LED晶片之上部電極經由另一者之配線圖案43與搭接線33電性連接。以覆蓋LED晶片、搭接線33之方式，將貫通孔之部分用含有螢光體之樹脂密封。

圖4之構成雖可藉由反射鏡42開口表面施塗之Ag塗層34來提高光之利用率，但由於該Ag塗層34未用密封樹脂密封，成為比反射鏡42內部之Ag塗層34更易劣化之狀態。因此，較佳使用抑制由光學部件放出鹵素的本申請案發明。

又，上述說明例示了光源使用LED之背光裝置，然而本發明亦可使用於具有LED以外之光源與Ag塗層34部件的背光裝置。

例如，圖5所示之背光裝置構成為，反射片上有導光板且導光板之橫方向的邊緣配置有CCFL 52A(Cold Cathode Fluorescent Lamp：冷陰極螢光燈管)構成之光源。導光板上設置有擴散板，使由光源導入之光於導光板面內均勻地擴散，並向上部放出。擴散板之上具備向上部方向聚光之透鏡片53。為使光全數入射至導光板，於光源之周圍設置有反射燈。該反射燈及反射片之內壁塗層有光反射率高的Ag，以使光線反射。

如此構成中，使透鏡片53含有鹵素(尤其Br)之情形，亦有可能使施塗在反射燈及反射片之內壁之Ag黑化。為此，與上述使用LED光源之背光裝置相同，有必要採用可防止或抑制透鏡片53之鹵素放出的構成。

又，圖5之構成亦可改為光源使用有機EL、無機EL來取代CCFL 52A之例。

又，圖6係面狀光源型之背光裝置的構成例。圖6之構成中，於高放熱絕緣基板上，以行狀相互並排形成有陽極、陰極配線圖案43，該等各自之一端具有連接於陽極、陰極外部電極部61的圖案，且，陰極配線圖案43上搭載有LED晶片，其經由LED晶片之下部電極而電性連接，並用搭接線將LED晶片之上部電極與陰極配線圖案43接線。LED晶片及搭接線依各LED晶片以螢光體含有樹脂密封成立方體形，形成各個白色LED。

上述例中，為提高白色光之反射率，配線圖案43使用Ag。且，為於各個白色LED之上部方向聚光射出，以於各白色LED正上方配置透鏡之方式，進一步設置有透鏡覆蓋單元62。

如此構成中，使透鏡覆蓋單元62中含有鹵素(尤其Br)之情形，亦有可能使配線圖案43 Ag黑化。為此，與上述使用LED光源之背光裝置相同，有必要採用可防止或抑制透鏡覆蓋單元62之鹵素放出的構成。

其後，於圖8表示將直下型背光裝置作為光源之液晶TV的實施例。

該實施例之構造為，在將向上表面方向放出光之複數之LED封裝收容於BL盒81之直下型之背光裝置上，以擴散片(擴散板)、透鏡片53、面板80之順序疊層。BL盒81之內壁成為反射來自LED封裝之光或擴散片之反射光的Ag反射面。另，LED封裝可以是將使用於圖1之背光裝置之光源者使用於上視圖配置者，亦可以使用圖4所示之LED封裝。擴散片、透鏡片53、面板80之作用與圖5之實施例相同。為防止BL盒81之內壁之Ag反射面的黑化，該構成亦有必要成為透鏡片53可防止或抑制鹵素放出之構成。

又，本發明之適用不限定於上述之背光裝置，亦適用於具有光源、光學部件及Ag塗層34之部件的其他照明裝置。此處之光學部件基本為穿透性部件，藉由採用可防止或抑制該光學部件之鹵素放出的構成，可防止Ag塗層34之黑化，防止或抑制反射率降低。

如上，本發明之背光裝置具備：LED封裝，其具有LED晶片與原料中含有Ag之光反射面；及光學部件，其調整上述LED封裝放出之光；其中，上述光學部件構成為，使鹵素放出量小至不會於上述光反射面生成鹵化銀之程度。

根據上述構成，藉由抑制上述光學部件之鹵素放出，可防止於上述光反射面因銀與鹵素結合而生成鹵化銀。若生成如此之鹵化銀之情形時，雖然又因來自LED之光的照射使鹵化銀黑化，引起反射率顯著降低，但採用可防止鹵化銀生成之上述構成，可防止如此反射率之降低。

又，上述背光裝置可構成為，上述光學部件為樹脂製，且除了併入構成該光學部件之樹脂之分子鏈內之鹵素之外，不含鹵素。

根據上述構成，由於光學部件含有之鹵素會併入樹脂之分子鏈，即使在高溫環境化等之惡劣條件下，鹵素之放出亦較少，故可防止於光反射面因銀與鹵素結合生成鹵化銀。

又，上述背光裝置中，上述鹵素可成為溴(Br)之構成。

又，上述背光裝置可構成為，上述光學部件係將LED封裝所放出之光從背面入射，且於前表面聚光放射之部件。

又，上述背光裝置可構成為，上述光學部件可於聚酯基材上包含丙烯酸系樹脂之稜鏡層71疊層之構造而構成。

又，上述背光裝置可構成為，上述光反射面可於LED晶片之搭載面形成。

根據上述構成，藉由使LED晶片用電極設為銀電極，可獲得光反射面。

又，上述背光裝置可採用如此構成：LED晶片搭載於形成於LED封裝之凹部內，且，上述光反射面形成於搭載LED晶片之LED封裝之凹部壁面的全面。或，上述背光裝置之構成可為，上述光反射面形成於LED封裝之開口部周邊。

根據上述構成，可增加光反射面之形成面積，提高光的利用率。且，光反射面之面積較大的背光裝置，即使該光反射面產生黑化時亮度降低亦較大，故適用本發明。

又，上述背光裝置之構成可為，上述光反射面用密封樹脂予以密封。且，上述背光裝置之構成可為，上述密封樹脂為矽樹脂。

10‧‧‧背光裝置

11‧‧‧背光盒

12‧‧‧LED光源(LED封裝)

12A‧‧‧LED晶片

12B‧‧‧Ag反射層(光反射面)

12D‧‧‧密封樹脂

13‧‧‧反射片

14‧‧‧導光板(光學部件)

15‧‧‧擴散片(光學部件)

16‧‧‧光學片(光學部件)

31‧‧‧樹脂封裝

32‧‧‧引線架

33‧‧‧搭接線

34‧‧‧Ag塗層

41‧‧‧基板

42‧‧‧反射鏡

43‧‧‧配線圖案

50‧‧‧LCD面板

51A‧‧‧上架

51B‧‧‧下架

52A‧‧‧燈(CCFL)

52B‧‧‧燈盒

52C‧‧‧燈反射鏡(Ag反射片)

53‧‧‧透鏡片

54‧‧‧導光體

61‧‧‧外部電極

62‧‧‧透鏡覆蓋物

71‧‧‧稜鏡層

80‧‧‧面板

81‧‧‧BL盒

圖1係本發明之實施形態之背光裝置之要部構成的剖面圖。

圖2係背光裝置之發光時間與亮度變動率之關係的圖表。

圖3係使用於背光裝置之LED封裝之構成例的剖面圖。

圖4係使用於背光裝置之LED封裝之構成例的剖面圖。

圖5係光源使用CCFL之背光裝置之構成例的圖，(a)係(b)的A-A剖面圖，(b)係平面圖。

圖6係光源使用LED之面狀光源型之背光裝置的構成例的圖，(a)係平面圖，(b)係(a)的A-A剖面圖。

圖7係使用於背光裝置之稜鏡片之構成例的剖面圖。

圖8係將直下型背光裝置作為光源之液晶TV的構成例的剖面圖。