液晶显示装置转让专利
申请号 : CN200710169477.2
文献号 : CN100590868C
文献日 : 2010-02-17
发明人 : 田中俊明 , 金子浩规
申请人 : 株式会社日立制作所
摘要 :
本发明提供一种液晶显示装置，其中，实现改善发光效率的发光二极管元件，以及使用它的照明装置。照明装置采用如下结构：在安装多个发光二极管元件而构成的照明装置中，上述发光二极管元件具有：衬底、具有在上述衬底上进行结晶生长的发光层和包层的发光区域、负极电极、正极电极；上述发光区域具有6个以上的对角角部；将上述对角角部配置成相对发光二极管元件的中心对称。
权利要求 :
1.一种照明装置，安装多个发光二极管元件而构成，该照明装置的特征在于： 上述发光二极管元件具有：衬底、具有在上述衬底上进行结晶生长的发光层和包层的发光区域、负极电极、正极电极； 上述发光区域具有6个以上的对角角部； 将上述对角角部配置成相对发光二极管元件的中心对称。
2. 根据权利要求l所述的照明装置，其特征在于： 在布线村底上安装多个上述发光二极管元件； 将上述发光二极管元件中的衬底的对角角部安装成位于布线的方向上。
3. 根据权利要求l所述的照明装置，其特征在于： 在布线村底上安装多个上述发光二极管元件； 并且相对上述布线衬底安装为三角格子配置或者交错配置。
4. 根据权利要求l所述的照明装置，其特征在于： 上述发光二极管元件采用搭载安装在设有反射板的布线上的结构；上述反射板的内周形状是在左右两侧方向上对称的圆锥形或者花生形；在上述反射板的内周区域的中心配置上述发光层； 上述发光层用透明树脂密封。
5. 根据权利要求l所述的照明装置，其特征在于： 上述发光二极管元件具有不设置反射板而被搭载安装在布线上的结构；密封上述发光层的透明树脂具有在左右两侧的方向上对称的圆 锥形或者花生形的形状；在上述透明树脂的内周区域的中心上配置上述发光层。
6. 根据权利要求l所述的照明装置，其特征在于：在布线衬底上安装多个上述发光二极管元件；使上述发光二极管元件中的在上述发光区域和上述衬底上设置的对角角部的位置分离；上述发光区域具有8个以上的对角角部。
7. 根据权利要求l所述的照明装置，其特征在于：在布线衬底上安装多个上述发光二极管元件；通过从上述发光二极管元件的中心部向着上述对角角部的位置设置波导路，具有从上述对角角部射出在上述波导路中传播的发光成分的结构。
8. —种液晶显示装置，其特征在于：将权利要求1所述的照明装置作为背光光源使用。
9. 一种照明装置，安装多个发光二极管元件而构成，该照明装置的特征在于：上述发光二极管元件具有：衬底、具有在上述衬底上进行结晶生长的发光层和包层的发光区域、负极电极、正极电极；上述发光区域以及上述衬底分别具有4个对角角部；向错开30度以上、60度以下而配置。
10. 根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于：在上述衬底上的上述发光区域以外的区域上设置了凹凸。
11. 根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于：在布线衬底上安装多个上述发光二极管元件；并且相对上述布线衬底安装为三角格子配置或者交错配置。
12. —种液晶显示装置，其特征在于：将权利要求9所述的照明装置作为背光光源使用。
13. —种照明装置，安装多个发光二极管元件而构成，该照明装置的特征在于：上述发光二极管元件具有：村底、具有在上述衬底上进行结晶生长的发光层和包层的发光区域、负极电极、正极电极；上述发光区域具有6个以上的对角角部；并且上述6个以上的对角角部具有：设置在相对上述发光二极管元件的中心成为对称的位置上的对角角部；和设置在非对称的位置上的对角角部。
说明书 :
液晶显示装置
技术领域
本发明涉及使用LED元件的光源以及将该光源作为背光源使用 的液晶显示装置。
背景技术
在对液晶显示装置适用发光二极管LED元件的状况下，不利的 是与以往的冷阴极管CCFL相比，发光效率还没有达到能够充分满足 的水平。为了改善发光效率，采用了对周边的树脂材料实施高折射率 化或在封装反射板材料中提高反射率等多种办法。但是，在LED元 件中外部量子效率一般低至20〜30%，需要进一步的改善.提高元件 自身的光取出效率的结构因为能够直接改善发光效率所以是重要的。
对于构成照明装置的光源或液晶显示装置的背光源模块的LED 元件，提高光取出效率的公知技术如下。
在以往的技术中，如以下的专利文献l所示，记载了在LED元 件上设置光取出沟的结构。记述了规定倾斜角度的范围而形成有效地 取出光的沟，从被分割的发光区域中高效率地向外部射出光的技术。
此外在专利文献2以及3中，记载了对分别设置在结晶生长的衬 底上或结晶表面上的光透过性电极设置凹凸构造的结构。在设置在村 底界面或表面电极上的凹凸构造中，叙述了不受界面的全反射角的限 制而作为扩散光高效率地作为透过光得到的技术。
[专利文献l】特开2006-210730号公报
[专利文献2]特开2006-196543号公报
[专利文献3】特开2006-210961号公报
在上述^S知例中，为了实现元件的光取出结构，记载了设置在发 光区域上的分割沟或设置在衬底界面以及表面电极上的凹凸构造，但有关发光区域的形状结构或有效的光取出方向并未具体提及。此外， 对于电气分割元件的发光区域并进行控制方面完全没有记述。
对于构成照明装置的光源或液晶显示装置的背光源模块的LED 元件，提高光取出效率的公知技术如下。
在以往的技术中，如以下的专利文献l所示，记载了在LED元 件上设置光取出沟的结构。记述了规定倾斜角度的范围而形成有效地 取出光的沟，从被分割的发光区域中高效率地向外部射出光的技术。
此外在专利文献2以及3中，记载了对分别设置在结晶生长的衬 底上或结晶表面上的光透过性电极设置凹凸构造的结构。在设置在村 底界面或表面电极上的凹凸构造中，叙述了不受界面的全反射角的限 制而作为扩散光高效率地作为透过光得到的技术。
[专利文献l】特开2006-210730号公报
[专利文献2]特开2006-196543号公报
[专利文献3】特开2006-210961号公报
在上述^S知例中，为了实现元件的光取出结构，记载了设置在发 光区域上的分割沟或设置在衬底界面以及表面电极上的凹凸构造，但有关发光区域的形状结构或有效的光取出方向并未具体提及。此外， 对于电气分割元件的发光区域并进行控制方面完全没有记述。
发明内容
在本发明中，是涉及由将LED元件作为光源搭载的LED背光源 模块和液晶面板构成的液晶显示装置的内容，表示对于改善元件的发 光效率的发光区域的结构和发光分布的控制的内容。此外，记栽了通 过研究封装结构以及密封树脂形状，扩大光照射区域的内容。在本内 容中，通过让照明光源或背光光源高效率地工作，实现低消耗电力的 液晶显示装置。进而，表示实现将照明区域设置成高均匀性的亮度分 布的液晶显示装置的内容。
为了解决上述课题，在本发明中，在安装多个发光二极管元件而 构成的照明装置中，具有如下照明装置的结构：上述发光二极管元件 具有：衬底、具有在上述衬底上进行结晶生长的发光层和包层的发光 区域、负极电极、正极电极；上迷发光区域具有6个以上的对角角部； 将上述对角角部配置成相对发光二极管元件的中心对称。
此外，采用如下照明装置的结构：在布线衬底上安装多个上述发 光二极管元件；将上述发光二极管元件中的村底的对角角部安装成位 于布线的方向上。此外，采用如下照明装置的结构：在布线衬底上安 装多个上述发光二极管元件；并且相对上述布线衬底安装为三角格子 配置或者交错配置。此外，釆用将上述照明装置作为背光光源使用的 液晶显示装置的结构。此外，采用如下照明装置的结构：上述发光二 极管元件采用搭栽安装在设有反射板的布线上的结构；上述反射板的 内周形状是在左右两侧方向上对称的圆锥形或者花生形；在上述反射 板的内周区域的中心配置上述发光层；上述发光层用透明树脂密封。 此外，采用如下照明装置的结构：上述发光二极管元件具有不设置反 射板而搭栽安装在布线上的结构；密封上述发光层的透明树脂具有在 左右两侧的方向上对称的圆锥形或者花生形的形状；在上述透明树脂 的内周区域的中心上配置上述发光层。进而，作为本发明的其他的结构，采用如下照明装置的结构，在 安装多个发光二极管元件而构成的照明装置中，上述发光二极管元件
具有：衬底、具有在上述衬底上进行结晶生长的发光层和包层的发光 区域、负极电极、正极电极；上述发光区域以及上述衬底分别具有4 个对角角部；将上述发光区域的对角角部的方向、上述衬底的对角角 部的方向错开30度以上且60度以下而配置。
采用本发明，实现通过导入独特的光取出结构而能够提高发光效 率的LED元件，能够实现由于搭载在本发明的封装而提高了亮度均 匀性的照明装置和将该照明装置作为背光源使用的显示装置。
为了解决上述课题，在本发明中，在安装多个发光二极管元件而 构成的照明装置中，具有如下照明装置的结构：上述发光二极管元件 具有：衬底、具有在上述衬底上进行结晶生长的发光层和包层的发光 区域、负极电极、正极电极；上迷发光区域具有6个以上的对角角部； 将上述对角角部配置成相对发光二极管元件的中心对称。
此外，采用如下照明装置的结构：在布线衬底上安装多个上述发 光二极管元件；将上述发光二极管元件中的村底的对角角部安装成位 于布线的方向上。此外，采用如下照明装置的结构：在布线衬底上安 装多个上述发光二极管元件；并且相对上述布线衬底安装为三角格子 配置或者交错配置。此外，釆用将上述照明装置作为背光光源使用的 液晶显示装置的结构。此外，采用如下照明装置的结构：上述发光二 极管元件采用搭栽安装在设有反射板的布线上的结构；上述反射板的 内周形状是在左右两侧方向上对称的圆锥形或者花生形；在上述反射 板的内周区域的中心配置上述发光层；上述发光层用透明树脂密封。 此外，采用如下照明装置的结构：上述发光二极管元件具有不设置反 射板而搭栽安装在布线上的结构；密封上述发光层的透明树脂具有在 左右两侧的方向上对称的圆锥形或者花生形的形状；在上述透明树脂 的内周区域的中心上配置上述发光层。进而，作为本发明的其他的结构，采用如下照明装置的结构，在 安装多个发光二极管元件而构成的照明装置中，上述发光二极管元件
具有：衬底、具有在上述衬底上进行结晶生长的发光层和包层的发光 区域、负极电极、正极电极；上述发光区域以及上述衬底分别具有4 个对角角部；将上述发光区域的对角角部的方向、上述衬底的对角角 部的方向错开30度以上且60度以下而配置。
采用本发明，实现通过导入独特的光取出结构而能够提高发光效 率的LED元件，能够实现由于搭载在本发明的封装而提高了亮度均 匀性的照明装置和将该照明装置作为背光源使用的显示装置。
附图说明
图l是表面安装型发光二极管元件搭载封装结构的剖面图。 图2是表示以往的发光二极管元件中的电极结构的俯视图。 图3是表示以往的发光二极管元件中的发光角度分布的图。 图4是表示本发明的发光二极管元件中的电极结构的俯视图。 图5是表示本发明的发光二极管元件中的电极结构的俯视图。 图6是表示本发明的发光二极管元件中的发光角度分布的图。 图7是表示本发明的发光二极管元件中的电极结构的俯视图。 图8是表示本发明的发光二极管元件中的电极结构的俯视图。 图9是表示本发明的发光二极管元件中的电极结构的俯视图。 图IO是表示本发明的发光二极管元件中的电极结构的俯视图。 图11是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
图12是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
图13是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构中的发光 角度分布的图。
图14是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
7图15是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
图16是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
图17是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
图18是表示搭栽本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
图19是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
图20是表示独立安装并搭栽本发明的发光二极管元件的封装结 构的俯视图。
图21是表示同一安装并搭载本发明的发光二极管元件的封装结 构的俯视图。
图22是表示独立安装并搭载本发明的发光二极管元件的背光源 壳体的俯视图。
图23是表示同一安装并搭载本发明的发光二极管元件的背光源 壳体的俯视图。
图24是表示本发明的发光二极管元件背光源模块和光学膜以及 液晶面板结构的剖面图。
图25是使用了本发明的发光二极管元件背光源模块的大型液晶 面板显示装置的剖面图。
图26是使用了本发明的发光二极管元件背光源模块的中小型液 晶面板显示装置的剖面图。 (符号说明）
1、 15、 21:带绝缘层金属衬底或者陶瓷衬底
2、 16:布线
3、 17:反射板
4、 18:发光二极管元件5、 19: Au丝线
6、 20:透明树脂 7:单结晶衬底 8:发光区域
9:透明电极层
10:正极电极
11:正极细线电极
12:负极电极
13:负极细线电极
14:村底凹凸形状
22:光源独立安装
23:光源同一安装用反射板
24:背光源模块壳体
25:光源独立安装封装结构
26:光源同一安装封装结构
27:背光源光线
28:扩散板
29:正棱镜板
30:扩散膜
31:下部偏振光板
32:薄膜晶体管电路和彩色滤光器以及液晶面板
33:上部偏振光板
34:背光源壳体
35:驱动电路
36:大型液晶显示面板
37:包含背光源模块以及光学系统的中小型液晶显示面板 38:电路布线 39:驱动电路
9在本发明中，以下对于成为照明装置或液晶显示装置的光源的
LED元件，说明在用光取出结构提高发光效率的同时，用封装结构控 制发光分布的结构。
以下说明用于实施本发明的具体的形态。
[实施例II
以下用图1至图IO说明本发明的一种实施例。
在具有代表性的发光元件的密封形态中，有表面安装型的封装结 构。对于搭载本发明的LED元件的封装结枸，图l表示剖面图。搭 栽在图1的封装结构中的LED元件作为安装方式具有引线键合安装 和倒装式安装，但在此说明引线键合安装的情况。首先在带绝缘层金 属衬底或者陶瓷衬底1上设置搭载LED元件的布线2，在装配了对准 了搭栽位置的反射板3后，使用芯片焊接以及Au丝线5进行引线键 合来安装发光二极管元件4。接着，通过使用透明树脂6进行密封， 形成封装结构。
以下说明密封为一般封装结构的元件。
图2表示以往的LED元件的俯视图。在通过湿蚀刻或者干蚀刻 加工制成了设置在单结晶衬底7上的包含发光层以及包层的发光区域 8以及透明电极层9后，蒸镀形成正极电极10以及正极细线电极11 和负极电极12。对于电极的极性，只要与半导体层的极性对应即可， 也可以是正极电极和负极电极的布置为相反的配置构成。
在以往的LED元件中，发光分布为图3所示那样。在图3中， 用发光强度表示纵轴，用相对于与LED元件发光面垂直的方向的倾 斜角度（。）表示横轴。此外，"上下左右0。，卯。"的曲线是对于发光 区域在面内关于0。，卯o方向描画的曲线，"对角45。"的曲线是对于发 光区域在面内关于45。的方向描画的曲线。
图2中，"上下左右0。， 90。，，的方向用箭头A表示，"对角45。" 的方向用箭头B表示。
在图3中，在对角45。方向的强度分布和上下0。方向以及左右90。方向的强度分布中没有大的差异而变成同样的发光分布形状。此外在
棵（《:r)元件中，反映表面层的折射率，具有成为强度分布在全反射角附近表示最大的发光分布的趋势。图3表示完全的扩散分布，但如果和该分布比较，则表示有各向异性的发光分布。
对此，以下i兌明本实施方式的LED元件的结构。
在本实施例的结构中，其结构是发光强度分布根椐全反射和对角角部反射而增大，在元件的形状中的对角方向上有效地进行光取出。
因而，与元件的上下0。方向以及左右90。方向相比，可以增大对角45。方向的强度分布。在此，所谓"对角角部"是在发光区域或衬底等中的3维的角的部分，表示至少3个面交叉形成的棱线合起来的角。
为了实现该目的，在电极结构中分配上下左右方向的发光区域，在对角方向上不设置面积大的电极而设置成细线电极构造，进而，为了有效地进行根据对角角部反射的光取出而设计成：和元件衬底独立地形成具有发光层和包层的发光区域，进一步分割设置直方体的发光区域，设置许多对角角部的形状。
有关本发明的LED元件中的发光区域以及电极结构，在图4以及图5中表示俯视图。在图4中，首先在单结晶衬底7之上通过结晶生长形成包含发光层和包层的发光区域后，通过蚀刻加工制作图4所示的发光区域8。其后，形成透明电极层9和正极电极10以及正极细线电极ll,接着形成负极电极12和负极细线电极13。在此，在元件的中央设置正极电极，在对角角部方向上设定面积大的发光区域。在本元件结构中，构成为灵活使用细线电极，向对角方向施加电流，此外向对角方向进行发光区域内的发光成分的波导传播。由此，在对角角部方向上相对地增大发光强度分布。在图5中，首先在单结晶衬底7上通过结晶生长形成包含发光层和包层的发光区域后，通过蚀刻加工制作图5所示的发光区域8。其后，形成透明电极9和正极电极10以及正极细线电极ll，接着形成负极电极12和负极细线电极13。在此构成为，在元件的中央:&置负极电极，并且将直方体的发光区域以中心对称地设置在元件的对角侧上，从对角角部方向有效地取出发光
ii成分。面积大的正极电极因为在遮挡发光分布的方向上展开，所以避免设置在对角角部方向上。这些表示本发明的代表例子，主体结构是将发光区域设置为以元件的中心对称以及有效地从对角角部进行光取出。其特征是，在元件内发光区域和衬底独立地设置，主要由直方
体构成，对角角部的数至少是6个或者6个以上。
图6表示有关本发明的LED元件中的发光分布的代表例子。图6和图3 —样以纵轴为发光强度，以横轴为相对于垂直方向的倾斜角度，分别表示上下左右O。、 90°、对角45。，以及完全扩散分布。在元件的上下0。、左右90。方向中， 一般具有和以往元件相同的倾向，是没有大差异的发光分布，但在对角45。方向上表示特殊的发光分布。在从角度30。到50。的范围中变成具有峰值的发光强度分布，与上下0°、左右90。方向相比，看到从1.2倍到1.3倍的增大，这表示
从对角角部方向有效地进行光取出。
表示本发明的LED元件中的另一结构。在图7中，设置成相对元件的单结晶衬底7的对角角部的方向，错开发光区域8的对角角部的方向，独立地形成衬底的对角角部和发光区域的对角角部的结构。通过该结构，能够增加成为有效光取出的对角角部的位置。在图7中，在单结晶衬底7之上通过结晶生长形成了包含发光层和包层的发光区域后，通过蚀刻加工制作图7所示的发光区域的发光区域8。其后，形成透明电极层9和正极电极10以及正极细线电极11，接着形成负极电极12和负极细线电极13。在此，元件的对角角部数根据相当于衬底的对角4处和发光区域的对角角部4处，至少设置8处对角角部。
而且，在图7中采用相对于衬底的对角角部的方向，使发光区域的对角角部的方向错开约45。 （30。以上且60。以下）的结构。
在图8中，虽然和图7同样地制作，但因为将发光区域8的对角角部从单结晶村底7的对角角部错开配置，在单结晶衬底7的对角角部上有不存在发光区域的区域，所以适用了在蚀刻加工时在单结晶衬底7的对角角部上制作衬底凹凸形状14。通过与对角角部中的元件的发光分布相适应，将衬底凹凸形状14适宜地设计成剖面三角形形状
12的光取出面，进一步有效地从衬底的对角角部取出光，可以提高光取出效率。
进而，在图9中，通过将发光区域设置成与图7的结构相比还更多角形并复合的形状，增加成为有效的光取出的对角角部的位置。在图9中，在单结晶衬底7上通过结晶生长形成了包含发光层和包层的发光区域后，通过蚀刻加工制作图9所示的发光区域的发光区域8。其后，形成透明电极层9和正极电极10以及正极细线电极ll，接着形成负极电极12和负极细线电极13。在图10中，虽然和图9一样地制作，但将发光区域作为多角形体设置，因为在衬底的对角角部上有不存在发光区域的区域，所以在此适用了在蚀刻加工时制作衬底的凹凸形状。通过与对角角部中的元件的发光分布相适应，在剖面三角形形状的光取出面上适宜地^L置凹凸形状，从衬底的对角角部进一步有效地进行光取出，可以提高光取出效率。
采用本发明的实施例，能够实现控制发光元件特别是在LED元件的对角角部方向上的发光分布，使光取出增大的结构，通过灵活使用LED元件的方向性，能够使在封装中的安装或配置的方向与照明光源以及背光光源的用途一致，可以新找到适合于设计的应用方法。本实施例的发光二极管元件结构还能够适用于照明光源或电视用液晶面板显示装置、个人计算机用液晶面板以及汽车导航的背光光源。
[实施例21
图ll至图23表示搭栽本发明中的LED元件的封装结构，以下加以说明。在本实施例中，安装实施例1所记载那样的LED元件，采用适合于应该设计的发光分布那样的封装结构。在图11中，在带绝缘层金属衬底或者陶瓷衬底15上形成布线16，以一体型构成反射板17。接着，在将发光二极管元件18芯片焊接在基底上后，采用An丝线19进行引线键合安装。进而，通过使用透明树脂20，密封发光二极管元件18,制作图ll所示的表面安装型的封装结构。
此时，安装成发光二极管元件18的对角角部的方向相对带绝缘层金属衬底或者陶瓷衬底15的对角角部的方向，错开约45。而进行芯对角角部的方向一致，构成为使透明树脂20的对角角部和发光二极管元件18同样地在上下左右一致地配置。在图12中，虽然和图11 一样地制作封装结构，但不使用反射板17而直接用型模将直方体菱形形状与LED元件匹配而制作透明树脂20。
以下说明在上述实施例中由透明树脂的形状的方向产生的发光分布的不同。
图13表示本实施例中的发光分布。图13和图3、图6—样用发光强度表示纵轴，用相对于发光面垂直方向的倾斜的角度表示横轴。另一方面，相对于图3、图6表示LED元件本身的发光分布，图13表示作为搭栽LED元件的封装结构（模块结构）的发光分布。
而且，因为上下左右0。、 90。对LED元件的发光区域表示在面内0。、卯。的方向，所以成为图11中的箭头A的方向。此外，对角45。成为图11中的箭头B的方向。
此外在图13中，是对在上下左右0°、卯。中的发光强度和在对角45。中的发光强度进行标准化表示，但实际上在对角45。中的发光强度成为大的值。
如图13所示，在透明树脂的对角45。方向上，与透明树脂的上下0。左右90。方向相比，能够扩大成为发射角的峰值的角度，在发射角中在从10。至15。的范围中，可以使峰值向高角度一侧移动。即使在对LED元件进行密封的透明树脂中，也通过灵活使用对角角部，实现封装结构的发光分布的控制。
作为封装结构的其他的形状，能够以强调上下左右方向的发光分布并增大强度的，强的各向异性为特征。在图14中，在带绝缘层金属衬底或者陶瓷衬底15上形成布线16，使反射板17以一体型构成。接着，在将发光二极管元件18芯片焊接在基底上后，采用An丝线19进行引线键合安装。进而，通过使用透明树脂20密封发光二极管元件18，制作图14所示的表面安装型的封装结构。此时，采用发光二极管元件18的对角角部的方向相对带绝缘层金属衬底或者陶瓷衬底15的对角角部的方向，错开约45。进行芯片焊接的安装。进而，透 明树脂20的密封形状设置成，从发光二极管元件18的形状向对角角 部方向增大发光分布，进而以出现各向异性的方式在上下左右方向上 会聚光的树脂形状。在图15中，和图14一样地制作封装结构，但也 可以不使用反射板17而直接用型模将直方体菱形形状与LED元件匹 配地制造透明树脂20。发光分布能够同样控制。在该树脂形状中，与 上面的图11或图12所示的直方体菱形形状的情况相比，可以在上下 左右方向上进行强调了发光强度的各向异性更强的发光分布的控制。
作为封装结构的其他的形状，可以实现在左右方向上各向异性更 强的发光分布。如从图16至图19所示，将元件作为封装中心而设置 成将反射板内周形状或透明树脂形状在左右扩大分布的形状。在图16 以及图18中，在带绝缘层金属村底或者陶瓷衬底15上形成布线16， 以一体型构成反射板17。接着，在将发光二极管元件18芯片焊接在 基底上后，采用Au丝线19进行引线键合安装。进而，通过使用透明 树脂20密封发光二极管元件18，制成图16以及图18所示的表面安 装型的封装结构。
此时，发光二极管元件18的对角角部的方向安装成相对带绝缘 层金属衬底或者陶瓷衬底15的对角角部的方向，错开约45。进行芯片 焊接。进而，透明树脂20的密封形状从发光二极管元件18的形状开 始在左右的对角角部方向上增大发光分布。透明树脂20的密封形状 制成在左右两侧上具有圓锥形状或者花生形状。由此，在封装结构中 的发光分布能够实现以LED元件为中心，在两侧的对角角部方向上 在高角度一侧上具有峰值强度的发光分布。在图17或图19中，和图 16或图18 —样制成封装结构，但不使用反射板17而直接用型模将直 方体菱形形状和LED元件匹配地制作透明树脂20。发光分布能够同 样控制。在该树脂形状中，可以对在左右方向上强调了发光强度的各 向异性更强的发光分布进行控制。
为了将各三原色RGB色的LED元件安装在封装内，有2种安 装方法。在图20中，在各封装中独立安装各RGGB的LED元件而
15构成。在图21中，在同一封装中安装各RGGB的LED元件而构成， 如果将它们分别搭载在壳体中并粘贴连接，则变成图22以及图23所 示。在将图20以及图21的封装搭栽在壳体上时，配置成三角格子形 或者交错形配置，进行安装粘贴。如上所述，封装结构的发光分布通 过控制LED元件的安装配置以及透明树脂的密封形状，变成在上下 左右方向上增大了光取出的各向异性强的发光分布，适合于作为封装 的壳体搭载的配置的三角格子形或者交错形配置。无论在图22以及 图23的哪一个结构中，都可以作为照明装置以及背光光源实现充分 的亮度，可以实现面内的均匀的亮度分布。此外，通过适宜地设定封 装间的距离或面板光学系统的光学距离，还可以实现面内的均匀色度 分布。
采用本发明的实施例，不仅用LED元件而且用透明树脂的密封 形状控制在对角角部方向上的发光分布，能够实现使光取出增大的结 构。通过灵活使用封装结构的发光分布中的方向性，能够与照明光源 以及背光光源的用途相匹配，可以新找到适合于设计的应用方法。因 为也能够与不使用反射板的封装结构对应，所以即使作为适合于低成 本化的技术也有用。本实施例的封装结构还能够适用于照明光源或电 视机用液晶面板显示装置、或个人计算机用液晶面板以及汽车导航的 背光光源。
【实施例3】
使用图24至图26说明本发明的其它实施例。
图24表示安装搭载本发明的实施例中的发光二极管元件的，电 视机用液晶显示装置的剖面结构，在背光源模块壳体24上构成搭载 LED元件安装封装的模块。从封装中射出的背光源光线27透过扩散 板28、正棱镜板29、扩散膜30、下部偏振光板31、 TV用薄膜晶体 管电路以及液晶面板32、上部偏振光板33，对液晶面板显示装置进 行照明。
在构成本实施例的液晶面板显示装置的背光源模块中，关于上述 实施例的LED元件的结构和透明树脂的形状加入了发明内容。在表
16示俯视图的图25中，是与大型液晶电视对应的结构，组装背光源壳 体34、驱动电路35以及大型液晶显示面板36而构成。在图26中， 表示包含背光源模块以及光学系统的中小型液晶显示面板37、电路布 线38，以及驱动电路39的结构。
采用本发明实施例，液晶显示装置的大小不仅是大型即使设置成 中小型，也通过使其具有控制封装结构的发光分布的背光源模块功 能，能够确保所需要的亮度分布或色度分布的均匀性，本实施例的封 装结构还能够适用到照明光源或电视机用液晶面板显示装置、或个人 计算机用液晶面板以及汽车导航的背光光源。
本发明内容能够作为高效率的高亮度白色光源、或针对大型液晶 电视机用的液晶显示装置或者针对便携电话和个人计算机用等的中 小型液晶显示装置的背光源模块以及背光光源适用。
17
图12是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
图13是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构中的发光 角度分布的图。
图14是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
7图15是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
图16是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
图17是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
图18是表示搭栽本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
图19是表示搭载本发明的发光二极管元件的封装结构的俯视图。
图20是表示独立安装并搭栽本发明的发光二极管元件的封装结 构的俯视图。
图21是表示同一安装并搭载本发明的发光二极管元件的封装结 构的俯视图。
图22是表示独立安装并搭载本发明的发光二极管元件的背光源 壳体的俯视图。
图23是表示同一安装并搭载本发明的发光二极管元件的背光源 壳体的俯视图。
图24是表示本发明的发光二极管元件背光源模块和光学膜以及 液晶面板结构的剖面图。
图25是使用了本发明的发光二极管元件背光源模块的大型液晶 面板显示装置的剖面图。
图26是使用了本发明的发光二极管元件背光源模块的中小型液 晶面板显示装置的剖面图。 (符号说明）
1、 15、 21:带绝缘层金属衬底或者陶瓷衬底
2、 16:布线
3、 17:反射板
4、 18:发光二极管元件5、 19: Au丝线
6、 20:透明树脂 7:单结晶衬底 8:发光区域
9:透明电极层
10:正极电极
11:正极细线电极
12:负极电极
13:负极细线电极
14:村底凹凸形状
22:光源独立安装
23:光源同一安装用反射板
24:背光源模块壳体
25:光源独立安装封装结构
26:光源同一安装封装结构
27:背光源光线
28:扩散板
29:正棱镜板
30:扩散膜
31:下部偏振光板
32:薄膜晶体管电路和彩色滤光器以及液晶面板
33:上部偏振光板
34:背光源壳体
35:驱动电路
36:大型液晶显示面板
37:包含背光源模块以及光学系统的中小型液晶显示面板 38:电路布线 39:驱动电路
9在本发明中，以下对于成为照明装置或液晶显示装置的光源的
LED元件，说明在用光取出结构提高发光效率的同时，用封装结构控 制发光分布的结构。
以下说明用于实施本发明的具体的形态。
[实施例II
以下用图1至图IO说明本发明的一种实施例。
在具有代表性的发光元件的密封形态中，有表面安装型的封装结 构。对于搭载本发明的LED元件的封装结枸，图l表示剖面图。搭 栽在图1的封装结构中的LED元件作为安装方式具有引线键合安装 和倒装式安装，但在此说明引线键合安装的情况。首先在带绝缘层金 属衬底或者陶瓷衬底1上设置搭载LED元件的布线2，在装配了对准 了搭栽位置的反射板3后，使用芯片焊接以及Au丝线5进行引线键 合来安装发光二极管元件4。接着，通过使用透明树脂6进行密封， 形成封装结构。
以下说明密封为一般封装结构的元件。
图2表示以往的LED元件的俯视图。在通过湿蚀刻或者干蚀刻 加工制成了设置在单结晶衬底7上的包含发光层以及包层的发光区域 8以及透明电极层9后，蒸镀形成正极电极10以及正极细线电极11 和负极电极12。对于电极的极性，只要与半导体层的极性对应即可， 也可以是正极电极和负极电极的布置为相反的配置构成。
在以往的LED元件中，发光分布为图3所示那样。在图3中， 用发光强度表示纵轴，用相对于与LED元件发光面垂直的方向的倾 斜角度（。）表示横轴。此外，"上下左右0。，卯。"的曲线是对于发光 区域在面内关于0。，卯o方向描画的曲线，"对角45。"的曲线是对于发 光区域在面内关于45。的方向描画的曲线。
图2中，"上下左右0。， 90。，，的方向用箭头A表示，"对角45。" 的方向用箭头B表示。
在图3中，在对角45。方向的强度分布和上下0。方向以及左右90。方向的强度分布中没有大的差异而变成同样的发光分布形状。此外在
棵（《:r)元件中，反映表面层的折射率，具有成为强度分布在全反射角附近表示最大的发光分布的趋势。图3表示完全的扩散分布，但如果和该分布比较，则表示有各向异性的发光分布。
对此，以下i兌明本实施方式的LED元件的结构。
在本实施例的结构中，其结构是发光强度分布根椐全反射和对角角部反射而增大，在元件的形状中的对角方向上有效地进行光取出。
因而，与元件的上下0。方向以及左右90。方向相比，可以增大对角45。方向的强度分布。在此，所谓"对角角部"是在发光区域或衬底等中的3维的角的部分，表示至少3个面交叉形成的棱线合起来的角。
为了实现该目的，在电极结构中分配上下左右方向的发光区域，在对角方向上不设置面积大的电极而设置成细线电极构造，进而，为了有效地进行根据对角角部反射的光取出而设计成：和元件衬底独立地形成具有发光层和包层的发光区域，进一步分割设置直方体的发光区域，设置许多对角角部的形状。
有关本发明的LED元件中的发光区域以及电极结构，在图4以及图5中表示俯视图。在图4中，首先在单结晶衬底7之上通过结晶生长形成包含发光层和包层的发光区域后，通过蚀刻加工制作图4所示的发光区域8。其后，形成透明电极层9和正极电极10以及正极细线电极ll,接着形成负极电极12和负极细线电极13。在此，在元件的中央设置正极电极，在对角角部方向上设定面积大的发光区域。在本元件结构中，构成为灵活使用细线电极，向对角方向施加电流，此外向对角方向进行发光区域内的发光成分的波导传播。由此，在对角角部方向上相对地增大发光强度分布。在图5中，首先在单结晶衬底7上通过结晶生长形成包含发光层和包层的发光区域后，通过蚀刻加工制作图5所示的发光区域8。其后，形成透明电极9和正极电极10以及正极细线电极ll，接着形成负极电极12和负极细线电极13。在此构成为，在元件的中央:&置负极电极，并且将直方体的发光区域以中心对称地设置在元件的对角侧上，从对角角部方向有效地取出发光
ii成分。面积大的正极电极因为在遮挡发光分布的方向上展开，所以避免设置在对角角部方向上。这些表示本发明的代表例子，主体结构是将发光区域设置为以元件的中心对称以及有效地从对角角部进行光取出。其特征是，在元件内发光区域和衬底独立地设置，主要由直方
体构成，对角角部的数至少是6个或者6个以上。
图6表示有关本发明的LED元件中的发光分布的代表例子。图6和图3 —样以纵轴为发光强度，以横轴为相对于垂直方向的倾斜角度，分别表示上下左右O。、 90°、对角45。，以及完全扩散分布。在元件的上下0。、左右90。方向中， 一般具有和以往元件相同的倾向，是没有大差异的发光分布，但在对角45。方向上表示特殊的发光分布。在从角度30。到50。的范围中变成具有峰值的发光强度分布，与上下0°、左右90。方向相比，看到从1.2倍到1.3倍的增大，这表示
从对角角部方向有效地进行光取出。
表示本发明的LED元件中的另一结构。在图7中，设置成相对元件的单结晶衬底7的对角角部的方向，错开发光区域8的对角角部的方向，独立地形成衬底的对角角部和发光区域的对角角部的结构。通过该结构，能够增加成为有效光取出的对角角部的位置。在图7中，在单结晶衬底7之上通过结晶生长形成了包含发光层和包层的发光区域后，通过蚀刻加工制作图7所示的发光区域的发光区域8。其后，形成透明电极层9和正极电极10以及正极细线电极11，接着形成负极电极12和负极细线电极13。在此，元件的对角角部数根据相当于衬底的对角4处和发光区域的对角角部4处，至少设置8处对角角部。
而且，在图7中采用相对于衬底的对角角部的方向，使发光区域的对角角部的方向错开约45。 （30。以上且60。以下）的结构。
在图8中，虽然和图7同样地制作，但因为将发光区域8的对角角部从单结晶村底7的对角角部错开配置，在单结晶衬底7的对角角部上有不存在发光区域的区域，所以适用了在蚀刻加工时在单结晶衬底7的对角角部上制作衬底凹凸形状14。通过与对角角部中的元件的发光分布相适应，将衬底凹凸形状14适宜地设计成剖面三角形形状
12的光取出面，进一步有效地从衬底的对角角部取出光，可以提高光取出效率。
进而，在图9中，通过将发光区域设置成与图7的结构相比还更多角形并复合的形状，增加成为有效的光取出的对角角部的位置。在图9中，在单结晶衬底7上通过结晶生长形成了包含发光层和包层的发光区域后，通过蚀刻加工制作图9所示的发光区域的发光区域8。其后，形成透明电极层9和正极电极10以及正极细线电极ll，接着形成负极电极12和负极细线电极13。在图10中，虽然和图9一样地制作，但将发光区域作为多角形体设置，因为在衬底的对角角部上有不存在发光区域的区域，所以在此适用了在蚀刻加工时制作衬底的凹凸形状。通过与对角角部中的元件的发光分布相适应，在剖面三角形形状的光取出面上适宜地^L置凹凸形状，从衬底的对角角部进一步有效地进行光取出，可以提高光取出效率。
采用本发明的实施例，能够实现控制发光元件特别是在LED元件的对角角部方向上的发光分布，使光取出增大的结构，通过灵活使用LED元件的方向性，能够使在封装中的安装或配置的方向与照明光源以及背光光源的用途一致，可以新找到适合于设计的应用方法。本实施例的发光二极管元件结构还能够适用于照明光源或电视用液晶面板显示装置、个人计算机用液晶面板以及汽车导航的背光光源。
[实施例21
图ll至图23表示搭栽本发明中的LED元件的封装结构，以下加以说明。在本实施例中，安装实施例1所记载那样的LED元件，采用适合于应该设计的发光分布那样的封装结构。在图11中，在带绝缘层金属衬底或者陶瓷衬底15上形成布线16，以一体型构成反射板17。接着，在将发光二极管元件18芯片焊接在基底上后，采用An丝线19进行引线键合安装。进而，通过使用透明树脂20，密封发光二极管元件18,制作图ll所示的表面安装型的封装结构。
此时，安装成发光二极管元件18的对角角部的方向相对带绝缘层金属衬底或者陶瓷衬底15的对角角部的方向，错开约45。而进行芯对角角部的方向一致，构成为使透明树脂20的对角角部和发光二极管元件18同样地在上下左右一致地配置。在图12中，虽然和图11 一样地制作封装结构，但不使用反射板17而直接用型模将直方体菱形形状与LED元件匹配而制作透明树脂20。
以下说明在上述实施例中由透明树脂的形状的方向产生的发光分布的不同。
图13表示本实施例中的发光分布。图13和图3、图6—样用发光强度表示纵轴，用相对于发光面垂直方向的倾斜的角度表示横轴。另一方面，相对于图3、图6表示LED元件本身的发光分布，图13表示作为搭栽LED元件的封装结构（模块结构）的发光分布。
而且，因为上下左右0。、 90。对LED元件的发光区域表示在面内0。、卯。的方向，所以成为图11中的箭头A的方向。此外，对角45。成为图11中的箭头B的方向。
此外在图13中，是对在上下左右0°、卯。中的发光强度和在对角45。中的发光强度进行标准化表示，但实际上在对角45。中的发光强度成为大的值。
如图13所示，在透明树脂的对角45。方向上，与透明树脂的上下0。左右90。方向相比，能够扩大成为发射角的峰值的角度，在发射角中在从10。至15。的范围中，可以使峰值向高角度一侧移动。即使在对LED元件进行密封的透明树脂中，也通过灵活使用对角角部，实现封装结构的发光分布的控制。
作为封装结构的其他的形状，能够以强调上下左右方向的发光分布并增大强度的，强的各向异性为特征。在图14中，在带绝缘层金属衬底或者陶瓷衬底15上形成布线16，使反射板17以一体型构成。接着，在将发光二极管元件18芯片焊接在基底上后，采用An丝线19进行引线键合安装。进而，通过使用透明树脂20密封发光二极管元件18，制作图14所示的表面安装型的封装结构。此时，采用发光二极管元件18的对角角部的方向相对带绝缘层金属衬底或者陶瓷衬底15的对角角部的方向，错开约45。进行芯片焊接的安装。进而，透 明树脂20的密封形状设置成，从发光二极管元件18的形状向对角角 部方向增大发光分布，进而以出现各向异性的方式在上下左右方向上 会聚光的树脂形状。在图15中，和图14一样地制作封装结构，但也 可以不使用反射板17而直接用型模将直方体菱形形状与LED元件匹 配地制造透明树脂20。发光分布能够同样控制。在该树脂形状中，与 上面的图11或图12所示的直方体菱形形状的情况相比，可以在上下 左右方向上进行强调了发光强度的各向异性更强的发光分布的控制。
作为封装结构的其他的形状，可以实现在左右方向上各向异性更 强的发光分布。如从图16至图19所示，将元件作为封装中心而设置 成将反射板内周形状或透明树脂形状在左右扩大分布的形状。在图16 以及图18中，在带绝缘层金属村底或者陶瓷衬底15上形成布线16， 以一体型构成反射板17。接着，在将发光二极管元件18芯片焊接在 基底上后，采用Au丝线19进行引线键合安装。进而，通过使用透明 树脂20密封发光二极管元件18，制成图16以及图18所示的表面安 装型的封装结构。
此时，发光二极管元件18的对角角部的方向安装成相对带绝缘 层金属衬底或者陶瓷衬底15的对角角部的方向，错开约45。进行芯片 焊接。进而，透明树脂20的密封形状从发光二极管元件18的形状开 始在左右的对角角部方向上增大发光分布。透明树脂20的密封形状 制成在左右两侧上具有圓锥形状或者花生形状。由此，在封装结构中 的发光分布能够实现以LED元件为中心，在两侧的对角角部方向上 在高角度一侧上具有峰值强度的发光分布。在图17或图19中，和图 16或图18 —样制成封装结构，但不使用反射板17而直接用型模将直 方体菱形形状和LED元件匹配地制作透明树脂20。发光分布能够同 样控制。在该树脂形状中，可以对在左右方向上强调了发光强度的各 向异性更强的发光分布进行控制。
为了将各三原色RGB色的LED元件安装在封装内，有2种安 装方法。在图20中，在各封装中独立安装各RGGB的LED元件而
15构成。在图21中，在同一封装中安装各RGGB的LED元件而构成， 如果将它们分别搭载在壳体中并粘贴连接，则变成图22以及图23所 示。在将图20以及图21的封装搭栽在壳体上时，配置成三角格子形 或者交错形配置，进行安装粘贴。如上所述，封装结构的发光分布通 过控制LED元件的安装配置以及透明树脂的密封形状，变成在上下 左右方向上增大了光取出的各向异性强的发光分布，适合于作为封装 的壳体搭载的配置的三角格子形或者交错形配置。无论在图22以及 图23的哪一个结构中，都可以作为照明装置以及背光光源实现充分 的亮度，可以实现面内的均匀的亮度分布。此外，通过适宜地设定封 装间的距离或面板光学系统的光学距离，还可以实现面内的均匀色度 分布。
采用本发明的实施例，不仅用LED元件而且用透明树脂的密封 形状控制在对角角部方向上的发光分布，能够实现使光取出增大的结 构。通过灵活使用封装结构的发光分布中的方向性，能够与照明光源 以及背光光源的用途相匹配，可以新找到适合于设计的应用方法。因 为也能够与不使用反射板的封装结构对应，所以即使作为适合于低成 本化的技术也有用。本实施例的封装结构还能够适用于照明光源或电 视机用液晶面板显示装置、或个人计算机用液晶面板以及汽车导航的 背光光源。
【实施例3】
使用图24至图26说明本发明的其它实施例。
图24表示安装搭载本发明的实施例中的发光二极管元件的，电 视机用液晶显示装置的剖面结构，在背光源模块壳体24上构成搭载 LED元件安装封装的模块。从封装中射出的背光源光线27透过扩散 板28、正棱镜板29、扩散膜30、下部偏振光板31、 TV用薄膜晶体 管电路以及液晶面板32、上部偏振光板33，对液晶面板显示装置进 行照明。
在构成本实施例的液晶面板显示装置的背光源模块中，关于上述 实施例的LED元件的结构和透明树脂的形状加入了发明内容。在表
16示俯视图的图25中，是与大型液晶电视对应的结构，组装背光源壳 体34、驱动电路35以及大型液晶显示面板36而构成。在图26中， 表示包含背光源模块以及光学系统的中小型液晶显示面板37、电路布 线38，以及驱动电路39的结构。
采用本发明实施例，液晶显示装置的大小不仅是大型即使设置成 中小型，也通过使其具有控制封装结构的发光分布的背光源模块功 能，能够确保所需要的亮度分布或色度分布的均匀性，本实施例的封 装结构还能够适用到照明光源或电视机用液晶面板显示装置、或个人 计算机用液晶面板以及汽车导航的背光光源。
本发明内容能够作为高效率的高亮度白色光源、或针对大型液晶 电视机用的液晶显示装置或者针对便携电话和个人计算机用等的中 小型液晶显示装置的背光源模块以及背光光源适用。
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