JP2004165352A - 発光ダイオード及び液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板22と、この基板22上に実装される発光素子24と、該発光素子24の上方を封止する樹脂体26とを備えた発光ダイオード21において、前記発光素子24と対向する樹脂体26の発光射出面27で、且つ前記発光素子24から発光射出面27と直交するように延ばした直線と交わる位置に光を反射あるいは屈折させるための筋状の凹溝30を形成した。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置の光源として好適な発光ダイオード及びこの発光ダイオードを光源とする液晶表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、パソコンや時計、携帯電話機等の薄型、小型の情報機器の表示装置として、液晶表示装置が用いられている。このような液晶表示装置は、液晶パネルと、この液晶パネルを背面あるいは正面の全面に亘って照射する面状光源とを備えており、この面状光源が蛍光ランプや発光ダイオード等による発光源と、この発光源から発する光束を液晶パネルに向けた面状の光束に変換する導光板とで構成されている。なお、前記発光源としては、小型、薄型化と共に長寿命化に優れた発光ダイオードが多く使用されている。
【0003】
図7は、従来から上記液晶表示装置の発光源として使用されている薄型の発光ダイオードの構造を示したものである。この発光ダイオード1は、一対の電極部が形成されたガラスエポキシからなる基板2の上面に発光素子3を載置し、この発光素子3の素子電極部と前記基板2の電極部とをボンディングワイヤあるいは半田バンプによって電気的に接続すると共に、前記発光素子3の上方を透明な樹脂体4で封止して全体を薄型四角形状にして形成したものである。このような構造の発光ダイオード1にあっては、発光素子3で発した光が樹脂体4内部を透過し、発光射出面8からそのまま外部に射出される。
【0004】
図8は、上記従来の発光ダイオード1を利用したバックライト付の液晶表示装置11aの構成例を示したものである。この液晶表示装置11aは、透過型若しくは半透過型の液晶パネル13aの下面に透明なアクリル板若しくはポリカーボネイト板等からなる導光板12aを配置し、この導光板12aの一端15a側に前記発光ダイオード1を配置したものであり、発光ダイオード1の発光射出面8が導光板12aの一端15aと向かい合った構造となっている。前記導光板12a内には発光ダイオード1で発光した光が導かれ、上方に設置された液晶パネル13aの下面側を照射する。照射効率を上げるために、前記導光板12aの下面に反射用の複数のV字溝14が設けられており、導光板12a内を伝播する光をV字溝14で反射して液晶パネル13a側に投射させている。一方、図9に示したフロントライト付の液晶表示装置11bは、導光板12bの下面側に反射型の液晶パネル13bを配置した構造のものであり、前述と同様、導光板12bの一端15bと向かい合うようにして前記発光ダイオード1が配置される。さらに、導光板12bの上面には反射用の段部18が複数設けられており、導光板12b内を伝播する光を段部18で反射して液晶パネル13b側に投射させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の液晶表示装置11a,11bにあっては、発光ダイオード1と導光板12a,12bとの間に空気層19が形成されているために、発光ダイオード1の発光素子3から発した光が樹脂体4と空気層19との間で反射して樹脂体4の外へ出射できないおそれがある。そこで、上記の発光ダイオード1の樹脂体4の中に光散乱材を混入させることで、樹脂体4から多くの光を出射させて輝度アップを図り、出射光量を増やす方法が考えられる。しかしながら、樹脂体4の中に光散乱材を混入させることで輝度が向上するものの、図10に示した発光ダイオード1の指向特性からも明らかなように、発光範囲が発光ダイオード1を中心とした全方向に亘っているので、これを液晶表示装置11a,11bの光源として利用したとしても、導光板12a,12bへの入射光量が多少増える程度となり、導光板12a,12b内での出射効率を向上させることにはならない。即ち、図8及び図9に示したように、発光ダイオード1から導光板12a,12b内に光を入射させた場合において、実線で示した光路L1にあっては導光板12a,12b内での出射効率の向上に寄与するものの、破線で示した特に輝度の高い中心の光路L2は、導光板12a,12b内のV字溝14及び段部18で出射効率を上げることに寄与しないからである。
【0006】
そこで、本発明の第1の目的は、発光素子を封止する樹脂体の発光射出面から射出される光に特定方向の指向性を持たせることで、液晶表示装置の光源として好適な発光ダイオードを提供することである。
【0007】
また、本発明の第2の目的は、前記発光ダイオードから特定方向の指向性を持って発せられる光を導光板に導き、この導光板内からの光の出射効率を高めることによって、液晶パネル面を明るく照射することができる液晶表示装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に係る発光ダイオードは、基板と、この基板上に実装される発光素子と、該発光素子の上方を封止する樹脂体とを備えた発光ダイオードにおいて、前記発光素子と対向する樹脂体の発光射出面で、且つ前記発光素子から発光射出面と直交するように延ばした直線と交わる位置に筋状の光反射部若しくは光屈折部を設けたことを特徴とする。
【0009】
この発明によれば、樹脂体の発光射出面に筋状の光反射部若しくは光屈折部を設けたので、この光反射部若しくは光屈折部を通る光を特定の方向に反射させたり、屈折させたりすることができる。特に、前記光反射部若しくは光屈折部は発光素子の真上を通過する位置に設けられているので、発光素子で発する中心部の輝度の高い光を前記光反射部若しくは光屈折部で二方向に分散させることができる。
【0010】
前記光反射部若しくは光屈折部は、樹脂体の表面を断面略V字状に凹ませた凹溝や、断面略三角形状の突起によって構成することが望ましく、そうした場合には前記凹溝や突起の傾斜角に応じて反射若しくは屈折させる方向及び角度を調整することが可能となる。
【0011】
また、発光素子から前記光反射部若しくは光屈折部を通る光は特に輝度が高いので、この光を所望の方向に反射若しくは屈折させることで、液晶表示装置の光源として極めて有用なものとなる。即ち、前記発光ダイオードを液晶表示装置等のバックライトあるいはフロントライト用の面状光源である導光板の一端側に配置した場合は、この導光板内に入射された光によって内部での反射を繰り返しながら拡散すると共に、反射用のV字溝14及び段部18でさらに反射して液晶パネル面を明るく均一に照射する。このため、液晶パネルの表示面の視認性をより向上させることができる。
【0012】
前記光反射部若しくは光屈折部を構成する凹溝は、硬化させた樹脂体の表面をV字状に切削することで形成され、一方の突起は樹脂体の表面に略三角形状の突起を残すように周辺部を切削することで形成される。また、樹脂体の表面を切削する方法以外に、前記の凹溝あるいは突起に対応した形状の金型を用い、樹脂封止工程で同時に形成することもできる。このように、形成が容易であって従来に比べて特別な設備も不要であるため、工数及びコストが嵩むことなく安価に製造できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る発光ダイオードの実施形態を詳細に説明する。図1は本発明の第1実施形態における発光ダイオードの全体形状を示す斜視図、図2は前記発光ダイオードの断面図である。
【0014】
図1及び図2に示されるように、本発明の第1実施形態に係る発光ダイオード21は、ガラスエポキシやBTレジン(Bismaleimide Triazine Resin)などからなる基板22と、この基板22上に載置される発光素子24と、該発光素子24を基板22上に封止する樹脂体26とで構成されている。前記基板22には、発光素子24との導通及びマザーボード等の外部基板に実装するための電極23a,23bが設けられている。発光素子24は、一対の素子電極部29a,29b(アノード電極,カソード電極)を備えた微小な四角形状のシリコンチップであり、その底部が前記基板22上に絶縁性接着剤28を介して固定され、素子電極部29a,29bと基板22上の電極23a,23bとがボンディングワイヤ25によって接続されている。また、樹脂体26は、発光素子24を中心にして基板22上に形成された略直方体形状の封止体であり、透光性を備えたエポキシ系の樹脂材を金型等に充填することによって形成される。そして、樹脂体26によって前記発光素子24及びボンディングワイヤ25を封止すると共に、発光素子24から発した光を透過させ外部に射出する。
【0015】
前記樹脂体26の上面は、発光素子24から発せられた光の多くが射出される平坦な発光射出面27として形成されるが、この発光射出面27の略中央部に断面略V字状に切れ込んだ凹溝30が形成されている。この凹溝30は、基板22上に載置された発光素子24が発する中心部付近の高輝度光を樹脂体26の発光射出面27で外向きに反射させ、外方への指向性を持って射出させるための光反射部として設けられるもので、光の反射方向及びその程度に応じてV字の傾斜角が設定される。この実施形態において、前記凹溝30は、基板22上に設けられた一対の電極23a,23bを結ぶ方向に沿って一本の筋状に形成され、且つ前記発光素子24の略真上を通っている。凹溝30を発光素子24の略真上に設けることで、発光素子24から発光した中心部付近の直進性の強い光を凹溝30のV字の傾斜面で反射させて左右方向に分散させることができる。前記凹溝30は、樹脂体26の発光射出面27をV字状に切削することによって簡単に形成することができるが、樹脂体26を成形する際、金型に対応する形状を設けておくことで樹脂成形と同時に形成することもできる。なお、図1に示した発光ダイオード21では前記凹溝30を発光射出面27の全長に設けてあるが、発光素子24の略真上を含む一部分に設けてあってもよい。また、図1では凹溝30が一対の電極23a,23bを結ぶ方向に一本の筋状で形成されているが、一本に限定されないことは勿論のこと、発光素子24の略真上を通る位置であれば、その形成方向は限定されることはない。
【0016】
図3は本発明に係る発光ダイオードの第2実施形態を示したものである。この実施形態に係る発光ダイオード31は、樹脂体36の発光射出面37に筋状に延びる一本の断面略三角形状の突起40を設けたものである。この突起40も前記の実施形態と同様、基板22上に載置された発光素子24が発する中心部付近の高輝度光を樹脂体36の発光射出面37で外向きに屈折させ、外方への指向性を持たせて射出させるための光屈折部として設けられる。前記突起40は、光の屈折方向及びその程度に応じて三角形状の傾斜面の角度が設定される。また、前記実施形態と同様、突起40は基板22上に載置された発光素子24の略真上を通って形成され、発光素子24から発光した中心部付近の直進性の強い光を突起40の傾斜面で屈折させて左右方向に分散させることができる。前記突起40は、樹脂体36の上面を切削することによって形成することができるが、樹脂体36を成形する際の金型に対応する形状を設けておくことで樹脂成形と同時に形成することができる。また、樹脂体36の上面に別途三角形状の突起を接着剤で貼着してもよい。
【0017】
図4は、上述した発光ダイオード21,31の発光の指向特性を示したものである。いずれの発光ダイオード21,31も同じ傾向の指向特性を持ち、中心付近よりも左右両側に強い光の指向特性を持っている。このことからも、発光素子24で発光した中心部付近の光が上記凹溝30及び突起40によって外向きに反射あるいは屈折されていることが分る。
【0018】
図5は前記発光ダイオード21を利用したバックライト付の液晶表示装置41aを示したものである。この液晶表示装置41aは従来例と同様、透過型若しくは半透過型の液晶パネル13aの下面に透明なアクリル板若しくはポリカーボネイト板等からなる導光板12aを配置し、この導光板12aの一端15a側に前記発光ダイオード21を配置したものである。発光ダイオード21の発光射出面27と導光板12aの一端15aとの間には空気層19が設けられている。
【0019】
このような構成からなる液晶表示装置41aにあっては、発光ダイオード21から導光板12aに入射する光は、発光素子24の発光正面からは少しずれた角度で入射する実線で示された光路L3による光と、発光素子24の発光正面付近から射出する輝度の高い中心光を前記凹溝30によって外向きに反射してから入射する破線で示された光路L4による光とに分けられるが、両者はいずれも導光板12aに斜めの角度で入射され、導光板12aの上面44aや下面45aとで反射を繰り返しながら伝播すると共に、導光板12aに設けられた各V字溝14で効率的に反射する。このため、導光板12aの上面44a側への反射光が多くなり、上方に配置された液晶パネル13aを明るく照射することができる。
【0020】
図6は、前記発光ダイオード21を導光板12b及び反射型の液晶パネル13bと共に組み込んだフロントライト付の液晶表示装置41bの構成例を示したものであり、前記バックライト付の液晶表示装置41aとは導光板12bと液晶パネル13bの上下関係が逆になっている点で異なる。また、前記導光板12bの上面44bには反射用の段部18が複数設けられ、この段部18で反射された光を下方に配置した反射型液晶パネル13b側にさらに反射する。発光ダイオード21から導光板12aに入射する光は、前記図5に示したのと同様に、実線で示された光路L3による光と、破線で示された光路L4による光とに分けられ、両者はいずれも導光板12bに斜めの角度で入射され、導光板12bの上面44bや下面45bとで反射を繰り返しながら伝播すると共に、導光板12bに設けられた各段部18で効率的に反射して、導光板12bの下面45b側への反射光が多くなり、下側に配置された反射型液晶パネル13bを明るく照射することができる。
【0021】
上述のように、樹脂体26の発光射出面27に断面V字状の凹溝30や断面三角形状の突起40を設けたことによって、発光素子24から照射される光を所定方向に反射若しくは屈折させ、導光板12a,12b内に導くことができる。そのために、導光板12a,12b内に入射した光の利用効率が高まり、液晶パネル13a,13b全体の発光輝度が向上する効果が得られる。
【0022】
また、上記凹溝30の深さやV字の切り込み角を調整したり、突起40の高さや傾斜角を変えることによって、光の屈折方向を適宜調整することが可能である。このため、液晶表示装置のバックライトあるいはフロントライトとして使用する場合に、導光板12a,12bの大きさや厚みに応じて光の反射角度や屈折角度が最適になるように調整することができる。
【0023】
上記実施形態では光反射部若しくは光屈折部を断面V字状の凹溝30や断面三角形状の突起40によって構成した場合について説明したが、これらの形状に限定されるものではない。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る発光ダイオードによれば、発光ダイオードの樹脂体の発光射出面に筋状の光反射部若しくは光屈折部を設けたので、この光反射部若しくは光屈折部を通る光を特定の方向に反射若しくは屈折させることができる。特に、前記光反射部若しくは光屈折部は発光素子の真上を通過する位置に設けられているので、発光素子から発光する中心部付近の輝度の高い光を前記光反射部若しくは光屈折部で外方向に分散させて射出することができる。
【0025】
また、本発明に係る液晶表示装置によれば、液晶パネル照明用の光源として上記光反射部若しくは光屈折部を有する発光ダイオードを利用したので、導光板内に入射されながら利用することができなかった光を有効に利用することができるようになり、導光板内での光の利用効率が向上する。このため、導光板の上面または下面に配置された液晶パネルを明るく且つ均一に照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る発光ダイオードの第1実施形態の斜視図である。
【図2】上記図1の発光ダイオードの断面図である。
【図3】本発明に係る発光ダイオードの第2実施形態の断面図である。
【図4】上記第1実施形態及び第2実施形態における発光ダイオードの発光の指向特性図である。
【図5】上記第1実施形態の発光ダイオードをバックライト光源として使用した液晶表示装置の断面図である。
【図6】上記第1実施形態の発光ダイオードをフロントライト光源として使用した液晶表示装置の断面図である。
【図7】従来の発光ダイオードの断面図である。
【図8】上記従来の発光ダイオードをバックライト光源として使用した液晶表示装置の断面図である。
【図9】上記従来の発光ダイオードをフロントライト光源として使用した液晶表示装置の断面図である。
【図10】上記従来の発光ダイオードの指向特性図である。
【符号の説明】
21,31 発光ダイオード
22 基板
24 発光素子
26,36 樹脂体
27,37 発光射出面
30 凹溝(光反射部)
40 突起(光屈折部)
41a,41b 液晶表示装置
Claims (4)
- 基板と、この基板上に実装される発光素子と、該発光素子の上方を封止する樹脂体とを備えた発光ダイオードにおいて、
前記発光素子と対向する樹脂体の発光射出面で、且つ前記発光素子から発光射出面と直交するように延ばした直線と交わる位置に筋状の光反射部若しくは光屈折部を設けたことを特徴とする発光ダイオード。 - 前記光反射部若しくは光屈折部が、前記樹脂体の発光射出面に設けられた断面略V字状の凹溝である請求項1記載の発光ダイオード。
- 前記光反射部若しくは光屈折部が、前記樹脂体の発光射出面に設けられた断面略三角形状の突起である請求項1記載の発光ダイオード。
- 前記請求項1記載の発光ダイオードを導光板の一端に配置してなることを特徴とする液晶表示装置。
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