CN101688657B - 背光装置、液晶显示装置以及照明装置 - Google Patents

Abstract

背光装置(10)包含：具有LED芯片(12A)和银反射层(12B)的LED封装(12)、调整从LED封装(12)发出的光的光学部件(例如棱镜片(16))。调整光学部件(16)的卤素含有量等，使得其排出的卤素少到不会在银反射层(12B)上生成卤化银的程度。

Description

背光装置、液晶显示装置以及照明装置

技术领域

本发明涉及特别使用LED(Light Emitting Diode：发光二极管)作为发光源的液晶显示装置的背光装置、照明装置。 

背景技术

以往，在电视、车载导航装置、仪表面板等中使用的液晶显示装置的光源使用CCFL等荧光管。最近，正在开发亮度非常高的白色LED，研究从CCFL到LED的替换。为了谋求高亮度化，白色LED具备对从LED芯片发出的光进行反射的面，通常在该面上形成银层，该银层是通过对可见光的光反射率高达90％以上的银进行电镀或蒸镀而形成的。 

关于这种LED，专利文献1公开了谋求LED芯片的密封树脂的高折射率化、并且抑制由生成硫化物引起的反射电极的反射率降低的技术。另外，专利文献2公开了在液晶显示装置等所使用的光学片(例如棱镜片)中考虑了对环境的影响的无卤素化和高折射率化两全的技术。 

专利文献1：日本国公开专利公报「特开2007-109915号公报(公开日：2007年4月26日) 

专利文献2：日本国公开专利公报「特开平11-349615号公报(公开日：1999年12月21日」 

发明内容

但是，上述专利文献1的结构能够抑制单体使用LED芯片的情况下的反射率降低，但是没有考虑到例如使用上述LED芯片作为液晶显示装置的背光单元光源的情况下的耐久性。 

本申请的发明者们发现：即使在单体的LED芯片表现出足够的耐久性的情况下，在例如作为液晶模块被装入的情况下、即在作为产品的使用形态下也会出现显著的质量劣化的情况。 

具体地说，在光源中搭载具有银反射层的白色LED来制作液晶背光装置并评价其亮度变化的情况下，虽然会得到非常高的初始亮度，但是在进行可靠性试验后，观察到特别是处于高温环境下亮度会显著降低。银反射层的面积越大这种亮度劣化就越显著，在搭载LED芯片的凹部的内壁也涂覆有银的情况下，在85℃以上的高温环境下1000hr之后其亮度降低到初始亮度的约40％左右。 

通过尝试解析亮度降低后的白色LED(LED封装)，发现银发生了黑化。使用EDX(Energy Dispersive X-ray FluorecenseSpectorometer：能量分散型x射线荧光分析仪)对黑化的银层进行元素分析，检测出溴的信号。另外使用TOF-SIMS(time offlight-secondary ion mass spectrometry：飞行时间型二次离子质谱仪)检测出AgBr2-的信号，查明不含有单独的元素银、溴而是含有化合物的形态、即溴化银(AgBr)。查明该溴的产生源是使从LED封装发出的光向规定的方向聚光的光学片(特别是棱镜片：丙烯酸树脂)。如专利文献2所示，为了提高光学片的折射率，提高聚光作用，作为构成材料的丙烯酸树脂中含有溴(除氟之外的卤素)。 

另外，进一步进行分析，推测液晶背光单元的亮度降低的机理是由如下过程产生的。 

(1)在高温环境下(例如85℃以上)由光学片产生溴气。 

(2)溴气附着在发出可见光的LED封装的银层上。通常，银层大多与LED芯片一同用树脂密封，但是经过长期使用，存在溴气渗透密封树脂内部到达银面的例子，有时密封树脂与凹部内壁的界面渐渐剥离，气体进入并到达银面形成溴化银(AgBr)。该溴化银(AgBr)吸收从LED芯片和荧光体发出的光，因此银反射面的反射率下降，液晶背光单元的亮度下降。 

(3)由于LED芯片和荧光体发出的光，溴化银变黑。由于溴化银的变黑，从LED封装发出的光的吸收量增加，作为银反射面的反射率进一步降低，液晶背光装置的亮度进一步降低。 

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于实现如下背光装置和照明装置，其包含光源(例如LED)、光学部件作为构成要素，该光源具有原料中含银的光反射面，所述背光装置和照明装置能提高亮度并且能抑制高温下、长时间驱动时的亮度降低。

为了实现上述目的，本发明所涉及的背光装置具备LED封装和光学部件，所述LED封装具有LED芯片和表面含银的光反射面，所述光学部件调整从上述LED封装发出的光，所述背光装置的特征在于：上述光学部件是使从LED发出的光从背面入射、向前面聚光并发射的部件，上述光学部件排出的除氟以外的卤素少到不会在上述光反射面上生成卤化银的程度。 

根据上述结构，通过抑制上述光学部件排出的卤素，可以防止上述光反射面的银与卤素结合生成卤化银。在生成这种卤化银的情况下，由于LED光的照射，卤化银会进一步变黑，引起反射效率的显著降低，但是在可以防止生成卤化银的上述结构中，可以防止这种反射效率的降低。 

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的图，是表示背光装置的主要结构的截面图。 

图2是表示背光装置的发光时间与亮度变化率之间的关系的图。 

图3是表示用于背光装置的LED封装的结构例的截面图。 

图4是表示用于背光装置的LED封装的结构例的截面图。 

图5是表示用CCFL作为光源的背光装置的结构例的图，(a)是(b)的A-A截面图，(b)是平面图。 

图6是表示用LED作为光源的面状光源型的背光装置的结构例的图，(a)是平面图，(b)是(a)的A-A截面图。 

图7是表示用于背光装置的棱镜片的结构例的截面图。 

图8是表示用直下型背光装置作为光源的液晶电视的结构例的截面图。 

具体实施方式

下面，根据图1～图7说明本发明的一个实施方式。在本实施的方式1中，说明将本申请的发明应用于液晶显示装置的背光装置中的例子。首先，参照图1说明背光装置的概要结构。 

图1示出的背光装置10在背光盒11中沿其一边具备搭载有LED芯片12A的LED光源(LED封装)12，是将反射片13、导光板14、扩散片14、光学片(例如棱镜片)16按该顺序层叠配置在盒内的构造。另外，在液晶显示装置中，在背光装置10的前面侧(观察者侧)配置有液晶面板20。 

LED封装12，例如在由FPC(Flexible Printed Circuit：柔性印刷线路板)构成的印刷电路基板12C上以规定间隔安装有多个作为点光源。另外，LED光源12具有银反射层12B作为用于提高光利用效率的反射面。该银反射层12B是通过对用于向LED芯片12A供电的电极表面镀银或对配置有LED芯片12A的金属封装的内壁面镀银等而形成的。LED芯片12A和银反射层12B由密封树脂12D密封。密封树脂12D通常使用环氧树脂或硅酮树脂，但是在本发明中密封树脂12D没有特别限定。但是，在使用450nm的发光峰值波长的LED芯片的LED封装中优选使用对短波长光的树脂劣化特性良好的硅酮树脂。 

导光板14是对从LED光源12照射的光进行导光而使其照射到液晶面板20的背面侧的单元。反射片13是对从导光板14的背面侧(液晶面板的相反侧)射出的光进行反射而使其返回到液晶面板侧的单元。为了提高反射效率，也可以使反射片13的反射面为银层。 

扩散片14是使从导光板14射出的光扩散并提高照射到液晶面板20的光的面内均匀性的单元。光学片16是对照射到液晶面板20的光进行聚光来提高正面亮度的单元。另外，如图7所示，光学片16是在聚酯基材上层叠丙烯酸树脂的棱镜层的结构的棱镜片，能够通过提高棱镜层的折射率得到良好的聚光功能。 

本发明的背光装置的目的在于抑制银反射层12B的经时劣化，特别是抑制银与溴等卤素结合生成卤化银引起的反射率的降低。因此，是抑制从背光装置具备的光学部件排出卤素的结构。 

以往，最有可能排出卤素的光学部件是棱镜片，在本实施方式 的背光装置10中，使光学片(在此是棱镜片)16不含有卤素。 

在此，在使用不含有卤素的光学片的背光装置中，进行由经时变化引起的亮度降低的测量(参照图2)。在25℃时测量的初始正面亮度是303(cd/m2)。在进行了该背光装置的高温通电试验(85℃/60mA)时，1000小时的正面亮度变化率(＝规定时间试验后的25℃时测量的正面亮度/投入试验前25℃时测量的初始正面亮度)是97.4％。另一方面，作为比较，在使棱镜层含有25000ppm左右的溴的情况下(初始特性相同)，正面亮度变化率是43.7％。在进行LED封装的分析后，目视确认到银层发生了黑化，进而通过TOF-SIMS测量确认了溴化银的存在。 

即，在本实施方式的背光装置10中，使光学片16不含有卤素，由此可以防止银反射层的黑化，其结果可以大幅抑制背光装置的亮度降低。 

此外，在上述例子里，通过使棱镜片的卤素含有量为0，可以抑制背光装置的亮度降低，但是从根本来说有必要抑制棱镜片以外的光学部件的卤素的排出。特别是溴等卤素被广泛用于提高透光部件的折射率，因此存在导光板、扩散片等透光部件含有卤素的可能性。因此，本发明有必要抑制用于背光装置的光学部件以及部件之间的粘接材料、粘接片等全部部件的卤素的排出。 

此外，在上述的例子中使棱镜片不含有卤素，这只不过是为了防止银反射层的黑化、抑制背光装置的亮度降低的最简易且最可靠的方法之一。基本上，只要来自光学部件的卤素气体的排出量极其微小，不使形成在LED封装上的银面产生卤化银，就能防止亮度降低。 

例如，可以考虑使作为棱镜片的材质的丙烯酸树脂的分子结构内含有溴(基)、不含有未引入分子结构中的游离溴的结构。对于分子结构内含有的溴，由于溴的结合比较强，难以通过热而切断，很难排出溴。在这种结构中，通过使棱镜片中含有溴能够容易地实现高折射率化，提高聚光作用，并且可以抑制卤素的排出。 

或者，也可以是如下结构：适当调整溴的添加量，调整为即使 含有游离溴，溴气的排出也较小，不会在LED封装上所形成的银面上形成溴化银的程度。 

或者，也可以考虑将棱镜片中含有的卤素置换为除氟以外的其它的卤素、I(碘)、C1(氯)来代替溴的结构。这样，原子折射率R与折射率n的关系如以下公式(1)所示，在用原始折射率较高的卤素(例如I)置换的情况下，相对于卤素含有量的折射率提高的效果较大，棱镜片的聚光效果得以增加，可以提高背光装置的亮度。 

n2＝(1+2R/V)/(1-R/V)…(1) 

V：每1摩尔的体积 

并且，在本发明中，关于棱镜片等光学部件中含有的卤素量，优选至少溴和氯都是800ppm以下，溴和氯两者合计也为1000ppm以下。更优选溴和氯两者合计也为300ppm以下。此外，上述卤素量例如可以使用离子色谱法来测量。 

另外，在上述例子中，通过防止或抑制从光学部件排出卤素，防止在银反射面上生成卤化银，来抑制背光装置的亮度降低。但是，在此所谓防止卤化银的生成，也可以不是在所有条件下都能保证永久效果的方式。而是意味着至少在背光装置的保证使用时间和保证使用温度的范围内可以防止卤化银的产生。 

然后，参照图1、图3和图4来说明可以合适地应用本申请发明的LED封装的结构例。 

图1所示的LED封装(即LED光源12)是在绝缘基板上粘附金属部而成的，金属部在与基板的连接面相反的一侧开口，是可以容纳LED芯片的凹部形状。凹部形状的内壁镀有银。在绝缘基板上，金属构成的搭载面和引线键合部隔离配置，隔离部被树脂填充。 

LED芯片的搭载面、引线键合部也被镀银。在LED芯片的搭载面上，LED芯片的上部电极与引线键合部通过引线相连接。引线键合部、搭载面通过绝缘基板内的配线层与基板背面的阳极、阴极外部电极部连接。 

在凹部形状的部分密封有含有荧光体的树脂，使其覆盖LED芯片。密封树脂使用对从LED芯片发出的440～460nm的蓝色光发生 黄变较小的耐光性良好的硅酮树脂。 

此外，上述镀银的面反射从LED芯片发出的峰值波长为440～460nm的蓝色光和被该蓝色光激发而从荧光体发出的荧光光。并且，蓝色光和荧光光作为从金属部开口发出的白色光射入液晶背光装置的导光板。 

然后，图3所示的LED封装是LED芯片被搭载在引线架上、LED芯片的周围被反射光的白色树脂包围的例子。 

图3所示的LED封装与图1所示的LED封装相比银面积较少。构成与含溴25000ppm的棱镜片组装而成的背光装置，进行上述高温通电试验，其结果是：与图1所示的LED封装相比，图3所示的LED封装的银面积较少，因此正面亮度变化的影响变小，但是不为0，因此考虑到长时间的影响，本发明的对策是必不可少的。 

然后，图4所示的LED封装是在反射器内部、开口表面施加银涂层的、银电极较多的例子。在本例子中，反射器的开口表面也因为银涂层而使得光的反射率变高，对从扩散片反射回的光也能再次反射从而提高光的利用效率，可以谋求进一步提高亮度。 

在图4的结构中，在树脂基板(以下记为基板)上形成有隔离的配线图案，将由具有贯通孔的绝缘树脂构成的反射器粘贴在形成有隔离的配线图案的基板面上。在贯通孔的部分开口的一方配线图案上搭载LED芯片，通过LED芯片的下部电极与该一方配线图案电连接，LED芯片的上部电极用引线与另一方配线图案电连接。用含有荧光体的树脂密封贯通孔的部分，使其覆盖LED芯片和引线。 

在图4的结构中，能够通过施加在反射器开口表面的银涂层来提高光的利用效率，但是该银涂层没有被密封树脂密封，因此处于比反射器内部的银涂层更容易劣化的状态。因此优选应用抑制从光学部件排出卤素的本申请发明。 

另外，在上述说明中，例示了使用LED作为光源的背光装置，但是可以在具有LED以外的光源和涂覆有银的部件的背光装置中应用本发明。 

例如在图5所示的背光装置中，在反射膜上有导光板，在导光 板横方向的边缘配置有由CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp：冷阴极荧光管)构成的光源。在导光板上设置有使从光源导入的光在导光板面内均匀扩散并向上部发出的扩散板。在扩散板上具备向上部方向聚光的透镜片。为了使光无残留地射入导光板，在光源的周围设置有灯反射器。为了反射光而在灯反射器和反射膜的内壁涂覆光反射率较高的银。 

在这种结构中，在透镜片含有卤素(特别是溴)的情况下，涂覆在灯反射器和反射膜的内壁的银有可能发生黑化。因此，与使用上述LED光源的背光装置同样，需要能够防止或抑制透镜片的卤素排出的结构。 

另外，在图5的结构中，也可以是使用有机EL、无机EL来替代CCFL作为光源的例子。 

另外，图6示出面状光源型的背光装置的结构例。在图6的结构中，在高散热绝缘基板上列状交替排列形成阳极、阴极配线图案，阳极、阴极配线图案分别具有一端连接到阳极、阴极外部电极部的图案，在阴极配线图案上搭载有LED芯片，通过LED芯片的下部电极电连接到该阴极配线图案，LED芯片的上部电极与阴极配线图案通过引线接线。对每个LED芯片将LED芯片和引线用含有荧光体的树脂密封为长方体形状，形成各个白色LED。 

在上述例子中，为了提高白色光的反射率，配线图案使用了银。另外，为了使来自各个白色LED的光向上部方向聚光而取出该光，还设置有透镜盖单元，其犹如在每个白色LED正上方配置透镜。 

在这种结构中，在透镜盖单元中含有卤素(特别是溴)的情况下，配线图案的银有可能发生黑化。因此，与使用上述LED光源的背光装置同样，需要能够防止或抑制透镜盖单元排出卤素的结构。 

然后，图8示出将直下型背光装置作为光源的液晶电视的实施例。 

在本实施例中，是在向上表面方向发出光的多个LED封装被收容在BL盒中的直下型的背光装置上，按顺序层叠扩散片(扩散板)、透镜片、面板的构造。BL盒的内壁成为反射从LED封装发出的光、 来自扩散片的反射光的银反射面。此外，关于LED封装，可以按顶视图配置使用在图1的背光装置的光源中使用的LED封装，也可以使用图4所示的LED封装。扩散片、透镜片、面板的作用与图5的实施例相同。为了防止BL盒的内壁的银反射面的黑化，该结构也需要可以防止或抑制卤素排出的结构。 

另外，本发明的应用并不限定于上述背光装置，也可以应用于具有光源、光学部件以及涂覆有银的部件的其它照明装置中。在此所说的光学部件基本上指的是透射性部件，通过采用可以防止或抑制该光学部件的卤素排出的结构，可以防止银涂层的黑化，防止或抑制反射率降低。 

如上所述，本发明背光装置具备具有LED芯片和原料中含有银的光反射面的LED封装、调整从上述LED封装发出的光的光学部件，上述光学部件排出的卤素少到不会在上述光反射面上生成卤化银的程度。 

根据上述结构，抑制从上述光学部件排出卤素，由此可以防止上述光反射面中由银与卤素结合生成卤化银。在生成这种卤化银的情况下，来自LED的光的照射导致卤化银进一步黑化，引起显著的光反射效率的降低，但是，在可以防止卤化银生成的上述结构中，可以防止这种反射效率的降低。 

另外，上述背光装置中，上述光学部件由树脂制成，能够实现除了构成该光学部件的树脂的分子链中所引入的卤素之外不含卤素的结构。 

根据上述结构，包含在光学部件中的卤素是树脂的分子链中所引入的卤素，因此在高温环境化等恶劣条件下卤素的排出减少，可以防止光反射面上的银与卤素结合而生成卤化银。 

另外，在上述背光装置中，上述卤素可以是溴(Br)。 

另外，在上述背光装置中，前述光学部件可以是使从LED封装发出的光从背面入射、向前面聚光并发射的部件(例如棱镜片)。 

另外，在上述背光装置中，前述光学部件可以由在聚酯基材上层叠有丙烯酸树脂的棱镜层而构成。 

另外，在上述背光装置中，上述光反射面可以形成在LED芯片的搭载面上。 

根据上述结构，可以通过例如使LED芯片用电极为银电极来得到光反射面。 

另外，在上述背光装置中，LED芯片被搭载在形成于LED封装中的凹部内，上述反光面可以形成在搭载LED芯片的LED封装的所有凹部壁面上。或者，在上述背光装置中，上述光反射面可以形成在LED封装的开口部周围。 

根据上述结构，可以增加光反射面的形成面积，提高光的利用效率。另外，在光反射面的面积较大的背光装置中，在该光反射面发生黑化的情况下亮度降低也比较大，因此优选应用本发明。 

另外，在上述背光装置中，上述光反射面可以由密封树脂密封。另外，在上述背光装置中，上述密封树脂可以是硅酮树脂。 

Claims (15)

1.一种背光装置，具备LED封装和光学部件，所述LED封装具有LED芯片和表面含银的光反射面，所述光学部件调整从上述LED封装发出的光，所述背光装置的特征在于：

上述光学部件是使从LED发出的光从背面入射、向前面聚光并发射的部件，

上述光学部件排出的除氟以外的卤素少到不会在上述光反射面上生成卤化银的程度。

2.根据权利要求1所述的背光装置，其特征在于：

上述光学部件是树脂制成的，除了构成该光学部件的树脂的分子链中所引入的卤素之外不含有卤素。

3.根据权利要求2所述的背光装置，其特征在于：

上述卤素为溴(Br)。

4.根据权利要求1所述的背光装置，其特征在于：

前述光学部件由在聚酯基材上层叠有丙烯酸树脂的棱镜层的构造构成。

5.根据权利要求1所述的背光装置，其特征在于：

上述光反射面形成在LED芯片的搭载面上。

6.根据权利要求1所述的背光装置，其特征在于：

LED芯片被搭载在形成于LED封装中的凹部内，

上述光反射面形成在搭载LED芯片的LED封装的全部凹部壁面上。

7.根据权利要求1所述的背光装置，其特征在于：

上述光反射面形成在LED封装的开口部周围。

8.根据权利要求5所述的背光装置，其特征在于：

上述光反射面由密封树脂密封。

9.根据权利要求6所述的背光装置，其特征在于：

上述光反射面由密封树脂密封。

10.根据权利要求8所述的背光装置，其特征在于：

上述密封树脂是硅酮树脂。

11.根据权利要求9所述的背光装置，其特征在于：

上述密封树脂是硅酮树脂。

12.根据权利要求1所述的背光装置，其特征在于：

前述光学部件所含的卤素量是至少溴和氯均在800ppm以下，溴和氯合计在1000ppm以下。

13.一种液晶显示装置，其特征在于：

具备上述权利要求1～12中的任一项所述的背光装置。

14.根据权利要求13所述的液晶显示装置，其特征在于：

上述液晶显示装置被搭载在车载导航装置、仪表面板、电视装置中。

15.一种背光装置，具备光源、具有表面含银的光反射面的部件以及调整从上述光源发出的光的光学部件，该背光装置的特征在于：

上述光学部件是使从光源发出的光从背面入射、向前面聚光并发射的部件，

上述光学部件排出的除氟以外的卤素少到不会在上述光反射面上生成卤化银的程度。

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