JP2009038334A - 発光ダイオードパッケージとダイレクト型バックライトモジュールおよびエッジ型バックライトモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高い光抽出効率を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージと、均一な平面光源を提供できるダイレクト型およびエッジ型バックライトモジュールを提供する。
【解決手段】ＬＥＤパッケージ１００がキャリア１１０とＬＥＤチップ１２０と散光材料１３０とを含む。ＬＥＤチップがキャリア上に配置され、かつキャリアに電気接続されるとともに、波長λ_１の光を放射するのに適したものである。散光材料がキャリア上に配置されるとともに、光を分散するために散光体１３２を備える。散光体の材料が復屈折材料（例えば、炭酸バリウムなど）あるいは窒化物（例えば、窒化ホウ素）である。この発明は、更に、拡散プレートが散光体を有するダイレクト型およびエッジ型バックライトモジュールを提供する。光を散光体によって分散させることができるので、ＬＥＤパッケージ中の光混合効果およびバックライトモジュールの均一性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、発光ダイオード（light emitting diode = LED）とバックライトモジュールに関し、特に、均一な光混合効果（uniform light mixing effect）を有するＬＥＤおよびバックライトモジュールに関する。

光学技術の絶え間ない発展ならびに現代生活品質の向上にともない、照明設備およびディスプレイの照明ならびに画像品質に対する人々の要求もまた絶え間なく増大している。これらの、照明設備およびディスプレイのうち、散光を有する材料がディスプレイの光源輝度および照明設備の光均一性を強化するために通常は使用される。

例えば、発光ダイオード（light emitting diode = LED）チップが現在まで発展してきて、低電力消費、低汚染、長寿命、速い応答のような特性を有しているので、それらは、信号灯、屋外看板、回転灯のような様々な分野に適用されている。ＬＥＤチップを外部環境による損傷から保護するとともに、ＬＥＤの光抽出効率（light extraction efficiency）を向上させるために、製造業者は、通常、パッケージ技術によりＬＥＤパッケージとしてＬＥＤチップを製作する。

注意すべきことは、ＬＥＤから放射される光を均一にするために、製造業者は、通常、散光体（scatter）を有する散光物質（scattering material）をＬＥＤチップ上に配置してＬＥＤパッケージから放射される光の均一性を向上させているということである。

また、液晶ディスプレイ（liquid crystal display = LCD）のバックライトモジュールについて言えば、製造業者は、通常、また、散光体を有する拡散プレートを使用してバックライトモジュールにより提供される平面光源の均一性を向上させる。

注意すべきことは、先行技術中の散光体材料が、酸化アルミニウム、酸化シリコンおよび酸化チタンのようなナノ酸化物であることである。しかしながら、上述したナノ酸化物の散光体は、ＬＥＤパッケージの光抽出効率を低下させるとともに、バックライトモジュールにより提供される平面光源を不均一にさせやすいものとなる。

（発明の目的）
そこで、この発明の目的は、高い光抽出効率を有する発光ダイオード（light emitting diode = LED）パッケージを提供することにある。

この発明の別な目的は、均一な平面光源を提供できるダイレクト型バックライトモジュールおよびエッジ型バックライトモジュールを提供することにある。

ここに具体的かつ広範に記載されるように、この発明は、キャリアとＬＥＤチップと散光材料とを含むＬＥＤパッケージを提供する。ＬＥＤチップがキャリア上に配置されるとともに、キャリアに電気接続される。ＬＥＤチップは、波長λ_１の光を放射するのに適している。散光材料がキャリア上に配置される。散光材料は、光を分散させるために複数の散光体を含む。散光体の材料は、復屈折材料（例えば、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウムなど）あるいは窒化物（例えば、窒化ホウ素）である。

この発明の実施形態中、散光材料が更に波長λ_１の光により活性化されるとともに、波長λ_２の光を放射することに適した複数の波長変換活性体を含む。波長変換活性体の材料が例えば蛍光材料、燐光材料および染料からなるグループから選ばれる。

この発明の実施形態中、ＬＥＤチップが赤色、緑色および青色ＬＥＤチップを含む。赤色、緑色および青色ＬＥＤチップは、それぞれ異なるワイヤからの電力により駆動されて放射される光の色彩を調整する。そして、散光材料が更に光混合の実施に使用されて均一化および輝度を向上させる。

この発明は、ライトボックスと複数の光源と拡散プレートとを含むダイレクト型バックライトモジュールを提供する。光源がライトボックス内に配置される。拡散プレートがライトボックス内かつ光源上方に配置される。拡散プレートが散光するために複数の散光体を有する。散光体の材料は、復屈折材料（例えば、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウムなど）あるいは窒化物（例えば、窒化ホウ素）である。

この発明の実施形態中、光源は、ＬＥＤまたは冷陰極蛍光灯（cold cathode fluorescence lamp = CCFL）である。

この発明は、フレームと導光板と光源と拡散プレートとを含むエッジ型バックライトモジュールを提供する。導光板がフレーム内に配置されるとともに、光入射表面および光放射表面を備える。光源がフレーム中に配置され、かつ光入射表面に隣接する。拡散プレートが散光するために複数の散光体を有する。散光体の材料は、復屈折材料（例えば、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウムなど）あるいは窒化物（例えば、窒化ホウ素）である。

この発明の実施形態中、光源は、複数のＬＥＤまたはＣＣＦＬである。

（作用）
この発明は、散光体として復屈折材料（例えば、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウムなど）あるいは窒化物（例えば、窒化ホウ素）を採用している。散光体がマルチチップパッケージに適用される時、光混合効果が有効に向上される。従って、従来技術と比較して、この発明のＬＥＤパッケージは、より良好な光学特性を備えている。また、この発明のダイレクト型バックライトモジュールおよびエッジ型バックライトモジュールは、より均一な平面光源を提供することができる。

この発明が散光材料として復屈折材料（例えば、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウムなど）あるいは窒化物（例えば、窒化ホウ素）を採用しているので、良好な光抽出効率を達成するとともに、光混合に必要な距離を短縮できる。従って、従来技術と比較して、この発明のＬＥＤパッケージは、より良好な光抽出効率を有する。同時に、この発明のダイレクト型バックライトモジュールおよびエッジ型バックライトモジュールは、より均一な平面光源を提供することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施形態にかかる発光ダイオード（light emitting diode = LED）パッケージを示す要部断面図である。図１において、ＬＥＤパッケージ１００は、キャリア１１０と、ＬＥＤチップ１２０と、散光材料１３０とを含む。この実施形態中、キャリア１１０は、回路板である。しかし、この発明の別な実施形態では、キャリア１１０は、リードフレームである。ＬＥＤチップ１２０は、波長λ_１の光を放射するのに適したものである。ＬＥＤチップ１２０がキャリア１１０上に配置されるとともに、キャリア１１０に電気接続されている。この実施形態中、ＬＥＤチップ１２０は、例えば、複数のボンディングワイヤ１４０を介して電気接続される。散光材料１３０は、ＬＥＤチップ１２０上に配置される。散光材料１３０は、光を散乱させるのに適した複数の散光体（scatters）１３２を含む。注意すべきことは、散光体１３２の材料が復屈折（birefringent）材料（例えば、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウムなど）あるいは窒化物（例えば、窒化ホウ素）ということである。

上記した構造に基づいて、ＬＥＤチップ１２０がバイアスをキャリア１１０に印加することによって駆動される時、ＬＥＤチップ１２０が波長λ_１の光を放射する。光の一部は、散光材料１３０を通過する間に、散光体１３２によって散光させられる。従って、ＬＥＤパッケージ１００の光抽出効率を散光体１３２を介して向上させることができる。

注意すべきことは、光の全体的な均一性は、従来の散光体を付加することにより向上させることができるものの、問題は、通常、光抽出効率が低下することに現れる。一般的に、従来の散光体は、光抽出効率を１０％以上も低下させるものとなる。この発明によって採用される復屈折材料で作られた散光材料１３０は、光抽出効率を維持または向上させるだけでなく、光の均一性を改善することができる。

更に、この実施形態の散光材料１３０は、複数の波長変換活性体（wavelength conversion activator）１３４を含む。波長変換活性体１３４の材料は、蛍光材料、燐光体および染料からなるグループより選ばれる。波長変換活性体１３４は、波長λ_１の光により活性化されるのに適しているとともに、波長λ_２の光を放射する。ＬＥＤチップ１２０が波長λ_１の光を放射する時、波長λ_１を有する光の一部は、波長変換活性体１３４へ直接照射される。波長λ_１を有する光の他の部分は、散光体１３２に照射されてから波長変換活性体１３４へ照射される。次に、波長変換活性体１３４は、波長λ_１の光により活性化されるとともに、波長λ_２の光を放射する。従って、異なる波長λ_１およびλ_２を有する２タイプの光を混合することにより、ＬＥＤパッケージ１００は、特定カラーの光を提供することができる。例えば、波長λ_１が青色光の波長範囲にあり、波長λ_２が黄色光の波長範囲にある時、ＬＥＤパッケージ１００は、白色光を提供することができる。

また、上記した実施形態は、この発明のＬＥＤチップの数量を限定するものでない。この発明の別な実施形態において、ＬＥＤパッケージ１００が２つ以上のＬＥＤチップを有するとともに、各ＬＥＤチップが活性化されるのに適した異なる波長の光を放射する。従って、この発明の別な実施形態中、ＬＥＤパッケージが特定カラー光を提供できる。

注意すべきことは、図１中に描かれたＬＥＤパッケージ１００に加えて、この発明の散光体１３２は、図４Ａから図４Ｊに示した別なタイプのＬＥＤパッケージにも適用されることである。（各図には、キャリア１１０とＬＥＤチップ１２０と散光材料１３０との様々な組み合わせ構造が開示されている。）

図２は、この発明の実施形態にかかるダイレクト型バックライトモジュールを示す要部断面図である。図２において、ダイレクト型バックライトモジュール２００は、ライトボックス２１０と、複数の光源２２０と、拡散プレート２３０とを含む。光源２２０は、ライトボックス２１０内に配置される。この実施形態中、光源２２０は、ＬＥＤである。しかし、この発明の別な実施形態中、光源２２０は、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp 冷陰極蛍光灯）である。拡散プレート２３０は、ライトボックス２１０内かつ光源２２０上方に配置される。拡散プレート２３０は、光を分散するために複数の散光体２３２を有する。散光体２３２の材料は、復屈折材料（例えば、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウムなど）あるいは窒化物（例えば、窒化ホウ素）である。

従って、光源２２０から放射された光が拡散プレート２３０を通過する時、光の一部が拡散プレート２３０を直接通過し、散光体２３２の表面へ照射された光の他の部分が散光体２３２によって散光される。かくして、ダイレクト型バックライトモジュール２００は、均一な平面光源を提供することができる。

図３は、この発明の実施形態にかかるエッジ型バックライトモジュールを示す要部断面図である。図３において、エッジ型バックライトモジュール３００は、フレーム３１０と、導光板３２０と、光源３３０と、拡散プレート３４０とを含む。導光板３２０は、フレーム３１０内に配置されるとともに、光入射表面３２２および光放射表面３２４を備える。光源３３０は、フレーム３１０内に配置され、かつ光入射表面３２２に隣接する。この実施形態中、光源３３０が複数のＬＥＤを含む。この発明の別な実施形態中、光源３３０は、ＣＣＦＬであることができる。拡散プレート３４０は、フレーム３１０内かつ光放射表面３２４上方に配置される。拡散プレート３４０は、光を分散するために複数の散光体３４２を有する。散光体３４２の材料は、復屈折材料（例えば、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウムなど）あるいは窒化物（例えば、窒化ホウ素）である。

かくして、光源３３０から放射された光が光入射表面３２２を介して導光板３２０中に照射されるとともに、光放射表面３２４から導光板３２０を離れ、光の一部が拡散プレート３４０を直接通過し、散光体３４２を照射した光の他の部分が散光体３４２の表面によって散光される。従って、エッジ型バックライトモジュール３００は、均一な平面光源を提供することができる。

以上のごとく、この発明を最良の実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

この発明の実施形態にかかるＬＥＤパッケージを示す要部断面図である。 この発明の実施形態にかかるダイレクト型バックライトモジュールを示す要部断面図である。 この発明の実施形態にかかるエッジ型バックライトモジュールを示す要部断面図である。 この発明の他の実施形態を示す要部断面図である。 この発明の他の実施形態を示す要部断面図である。 この発明の他の実施形態を示す要部断面図である。 この発明の他の実施形態を示す要部断面図である。 この発明の他の実施形態を示す要部断面図である。 この発明の他の実施形態を示す要部断面図である。 この発明の他の実施形態を示す要部断面図である。 この発明の他の実施形態を示す要部断面図である。 この発明の他の実施形態を示す要部断面図である。 この発明の他の実施形態を示す要部断面図である。

符号の説明

１００ 発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ
１１０ キャリア
１２０ 発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ
１３０ 散光材料
１３２ 散光体
１３４ 波長変換活性体
１４０ ボンディングワイヤ
２００ ダイレクト型バックライトモジュール
２１０ ライトボックス
２２０ 光源
２３０ 拡散プレート
２３２ 散光体
３００ エッジ型バックライトモジュール
３１０ フレーム
３２０ 導光板
３２２ 光入射表面
３２４ 光放射表面
３３０ 光源
３４０ 拡散プレート
３４２ 散光体

Claims (20)

1. 発光ダイオード（light emitting diode = LED）パッケージであって：
   キャリアと；
   前記キャリア上に配置されるとともに、前記キャリアに電気接続されるＬＥＤチップであり、そのうち、前記ＬＥＤチップが波長λ_１の光を放射するのに適したもの（ＬＥＤチップ）と；
   前記キャリア上に配置される散光材料であり、前記散光材料が波長λ_１の光を分散するために複数の散光体を含み、そのうち、前記散光体の材料が復屈折材料であるもの（散光材料）と
   を含むＬＥＤパッケージ。
2. 前記復屈折材料が、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウムを含む請求項１記載のＬＥＤパッケージ。
3. 前記散光材料が、更に、波長λ_１の光によって活性化されるとともに、波長λ_２の光を放射することに適した複数の波長変換活性体を含むものである請求項１記載のＬＥＤパッケージ。
4. 前記波長変換活性体が、蛍光材料、燐光体および染料からなるグループより選ばれるものである請求項３記載のＬＥＤパッケージ。
5. ＬＥＤパッケージであって：
   キャリアと；
   前記キャリア上に配置されるとともに、前記キャリアに電気接続されるＬＥＤチップであり、そのうち、前記ＬＥＤチップが波長λ_１の光を放射するのに適したもの（ＬＥＤチップ）と；
   前記キャリア上に配置される散光材料であり、前記散光材料が波長λ_１の光を分散するために複数の散光体を含み、そのうち、前記散光体の材料が窒化物であるもの（散光材料）と
   を含むＬＥＤパッケージ。
6. 前記窒化物が、窒化ホウ素を含むものである請求項５記載のＬＥＤパッケージ。
7. 前記散光材料が、更に、波長λ_１の光によって活性化されるとともに、波長λ_２の光を放射することに適した複数の波長変換活性体を含むものである請求項５記載のＬＥＤパッケージ。
8. 前記波長変換活性体が、蛍光材料、燐光体および染料からなるグループより選ばれるものである請求項７記載のＬＥＤパッケージ。
9. ダイレクト型バックライトモジュールであって：
   ライトボックスと；
   前記ライトボックス内に配置される複数の光源と；
   前記ライトボックス内かつ前記光源上方に配置される拡散プレートであり、前記光源からの光を散光するために複数の散光体を有し、ぞのうち、前記散光体の材料が復屈折材料であるもの（拡散プレート）と
   を含むダイレクト型バックライトモジュール。
10. 前記復屈折材料が、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウムを含む請求項９記載のダイレクト型バックライトモジュール。
11. 前記光源が、ＬＥＤまたは冷陰極蛍光灯（cold cathode fluorescent lamp = CCFL）を含むものである請求項９記載のダイレクト型バックライトモジュール。
12. ダイレクト型バックライトモジュールであって：
    ライトボックスと；
    前記ライトボックス内に配置される複数の光源と；
    前記ライトボックス内かつ前記光源上方に配置される拡散プレートであり、前記光源からの光を散光するために複数の散光体を有し、ぞのうち、前記散光体の材料が窒化物であるもの（拡散プレート）と
    を含むダイレクト型バックライトモジュール。
13. 前記窒化物が、窒化ホウ素を含む請求項１２記載のダイレクト型バックライトモジュール。
14. 前記光源が、ＬＥＤ又はＣＣＦＬである請求項１２記載のダイレクト型バックライトモジュール。
15. エッジ型バックライトモジュールであって：
    フレームと；
    前記フレーム内に配置される導光板であり、前記導光板が光入射表面および光放射表面を備えるもの（導光板）と；
    前記フレーム内に配置され、かつ前記光入射表面に隣接する光源と；
    前記フレーム内かつ前記光放射表面上方に配置される拡散プレートであり、前記拡散プレートが前記光源から放射される散光するために複数の散光体を有し、そのうち、前記散光体の材料が復屈折材料であるもの（拡散プレート）と
    を含むエッジ型バックライトモジュール。
16. 前記復屈折材料が、炭酸バリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウムを含む請求項１５記載のエッジ型バックライトモジュール。
17. 前記光源が、ＬＥＤまたはＣＣＦＬである請求項１５記載のエッジ型バックライトモジュール。
18. エッジ型バックライトモジュールであって：
    フレームと；
    前記フレーム内に配置される導光板であり、前記導光板が光入射表面および光放射表面を備えるもの（導光板）と；
    前記フレーム内に配置され、かつ前記光入射表面に隣接する光源と；
    前記フレーム内かつ前記光放射表面上方に配置される拡散プレートであり、前記拡散プレートが前記光源から放射される散光するために複数の散光体を有し、そのうち、前記散光体の材料が窒化物であるもの（拡散プレート）と
    を含むエッジ型バックライトモジュール。
19. 前記窒化物が、窒化ホウ素である請求項１８記載のエッジ型バックライトモジュール。
20. 前記光源が、ＬＥＤまたはＣＣＦＬである請求項１８記載のエッジ型バックライトモジュール。

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