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JP2008218691A - Ｌｅｄバックライト装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Ｌｅｄバックライト装置及び液晶表示装置 Download PDF

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JP2008218691A JP2007053824A JP2007053824A JP2008218691A JP 2008218691 A JP2008218691 A JP 2008218691A JP 2007053824 A JP2007053824 A JP 2007053824A JP 2007053824 A JP2007053824 A JP 2007053824A JP 2008218691 A JP2008218691 A JP 2008218691A
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広 遠山
Yukio Nakamura
幸夫 中村
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Oki Digital Imaging Corp
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Abstract

【課題】ＬＥＤ積層薄膜が固着された第１の基板と、蛍光体が形成された透光性を備える第２の基板とを対向させて配設することによって、極めて薄く、かつ、発光光量が大きくすることができるようにする。
【解決手段】第１の基板と、第１の基板の表面に固着されたＬＥＤ積層薄膜と、ＬＥＤ積層薄膜に形成されたアノード電極及びカソード電極と、ＬＥＤ積層薄膜を駆動して発光させるアノードドライバＩＣ及びカソードドライバＩＣと、アノードドライバＩＣとＬＥＤ積層薄膜のアノード電極とを接続するアノード配線、及び、カソードドライバＩＣとＬＥＤ積層薄膜のカソード電極とを接続するカソード配線と、第１の基板に対向するように配設された透光性を備える第２の基板と、第２の基板の第１の基板と対向する表面のＬＥＤ積層薄膜と対向する位置に形成された蛍光体とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤバックライト装置及び該ＬＥＤバックライト装置を用いた液晶表示装置に関するものである。
従来、液晶表示装置は、一般に、光源から受けた光を液晶パネルに照射し、液晶パネルに配置された液晶の配位を位置選択的に変えて、液晶パネルを透過した光を用いて表示する構造になっている。
このような液晶表示装置の光源は、表示面に対して液晶パネルの裏側に位置することによってバックライトと呼ばれ、光源自体には冷陰極管や半導体発光素子を用いたものが知られている。また、近年は、寿命が長く、消費電力も抑えられることから、半導体発光素子を用いたものが増えてきている。
ここで、前述された半導体発光素子としてＬＥＤ（発光ダイオード：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いて面光源装置としたものは、導光板又は拡散板と呼ばれる板状部材の端面からＬＥＤで発生した光を導くとともに、入射光を板状部材の面に対して垂直方向に反射及び拡散させることによって面状の光源としている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２３２９２０号公報
しかしながら、前記従来のバックライトにおいては、導光板の内部で拡散される光が、入射位置から遠くなるに従って反射し、拡散することによって減衰してしまうので、面全体に均一な光量を得るためには、導光板の構造が複雑になってしまう。
本発明は、前記従来のバックライトの問題点を解決して、ＬＥＤ積層薄膜が固着された第１の基板と、蛍光体が形成された透光性を備える第２の基板とを対向させて配設することによって、極めて薄く、かつ、発光光量が大きいＬＥＤバックライト装置及び該ＬＥＤバックライト装置を用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
そのために、本発明のＬＥＤバックライト装置においては、第１の基板と、エピタキシャル成長法によって無機材料がｐｎ接合デバイスとして積層形成され、前記第１の基板の表面に固着されたＬＥＤ積層薄膜と、該ＬＥＤ積層薄膜に形成されたアノード電極及びカソード電極と、前記ＬＥＤ積層薄膜を駆動して発光させるアノードドライバＩＣ及びカソードドライバＩＣと、前記第１の基板の表面に形成され、前記アノードドライバＩＣとＬＥＤ積層薄膜のアノード電極とを接続するアノード配線、及び、前記カソードドライバＩＣとＬＥＤ積層薄膜のカソード電極とを接続するカソード配線と、前記第１の基板のＬＥＤ積層薄膜が形成された表面に対向するように配設された透光性を備える第２の基板と、該第２の基板の前記第１の基板と対向する表面の前記ＬＥＤ積層薄膜と対向する位置に形成された蛍光体とを有する。
本発明によれば、ＬＥＤバックライト装置は、ＬＥＤ積層薄膜が固着された第１の基板と、蛍光体が形成された透光性を備える第２の基板とを対向させている。これにより、極めて薄くすることができ、かつ、発光光量を大きくすることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤバックライト装置の側断面図、図２は本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤ素子部の斜視図、図３は本発明の第１の実施の形態における蛍光体シート部の斜視図、図４は本発明の第１の実施の形態における放熱板の斜視図である。
図において、１００は本実施の形態におけるＬＥＤバックライト装置であり、ＬＥＤ素子部１１０と、該ＬＥＤ素子部１１０に対向して配設された蛍光体シート部１２０とを有する。前記ＬＥＤバックライト装置１００は、図示されない液晶表示装置に用いられ、該液晶表示装置の表示面に対して液晶パネルの裏側に配設されて光源として機能する。
そして、前記ＬＥＤ素子部１１０は、第１の基板としての平板状の基板１０と、該基板１０上に固着されたＬＥＤ積層薄膜としてのＬＥＤ１１とを有する。該ＬＥＤ１１は、すべて、近紫外又は紫外発光するものである。また、前記基板１０上には、ＬＥＤ１１を駆動するためのアノードドライバＩＣ３１及びカソードドライバＩＣ３２が配設されている。そして、アノードドライバＩＣ３１には、ＬＥＤ１１のアノード電極１４に接続されるアノード配線１２の一端が接続され、カソードドライバＩＣ３２には、ＬＥＤ１１のカソード電極１５に接続されるカソード配線１３の一端が接続されている。
ここで、前記基板１０は、好ましくは、熱伝導性に優れた金属基板、シリコン基板若しくはセラミック基板、又は、熱伝導を考慮して設計されたＦＲ４と呼ばれる耐然性ガラス基材エポキシ樹脂積層板等から成る配線基板である。そして、基板１０の表面は、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は無機絶縁膜が形成され、表面精度が数十ナノメートル以下となるように平坦（たん）化されている。そして、ＬＥＤ１１は、後述する工程によって別の基板から剥（はく）離され、前記基板１０上に水素結合等の分子間力によって固着され、一体化されている。
なお、前記基板１０の裏面、すなわち、ＬＥＤ１１が固着された面と反対側の面には、好ましくは、熱伝導性に優れた金属等から成る放熱板６０が、熱伝導性接着剤５０によって固着されている。
また、前記ＬＥＤ１１は、近紫外又は紫外発光する薄膜ＬＥＤであって、窒化ガリウム若しくは窒化インジュウムガリウム、又は、窒化アルミガリウム若しくは窒化アルミ等の無機材料をエピタキシャル成長させて形成した、ヘテロ構造又はダブルヘテロ構造を備える積層薄膜である。なお、前記ＬＥＤ１１の材質は、近紫外又は紫外光の帯域、好ましくは、波長３００〜４５０ナノメートルに発光域を有するものであれば、いかなる種類のものであってもよく、前記材質に限定されるものではない。
さらに、アノード電極１４及びカソード電極１５は、金若しくはアルミニウム、又は、金若しくはアルミニウムとニッケル、チタン等の金属材料とを薄膜積層して形成された金属電極であり、各ＬＥＤ１１のアノード及びカソードにそれぞれ接続されている。
そして、アノード配線１２及びカソード配線１３は、金若しくはアルミニウム、又は、金若しくはアルミニウムとニッケル、チタン等の金属材料とを薄膜積層して形成された金属配線であり、ＬＥＤ１１のアノード電極１４及びカソード電極１５にそれぞれ接続されている。なお、アノード配線１２は一端がアノードドライバＩＣ３１に接続され、カソード配線１３は一端がカソードドライバＩＣ３２に接続されているので、これにより、ＬＥＤ１１のアノード電極１４及びカソード電極１５は、アノード配線１２及びカソード配線１３を介して、アノードドライバＩＣ３１及びカソードドライバＩＣ３２に接続される。
また、蛍光体シート部１２０は、第２の基板としての平板状の透明基板４０と、該透明基板４０上に形成された蛍光体４１とを有する。ここで、前記透明基板４０は、透光性を有するガラス基板又はプラスチック基板から成る。また、蛍光体４１は、近紫外線又は紫外線の光が照射されることによって白に発光する蛍光体であり、透明基板４０の表面に塗布されたものである。
なお、蛍光体４１は、赤に発光する蛍光体、例えば、Ｙ2 Ｏ3 ：Ｅｕ又は（Ｙ、Ｇｄ）ＢＯ3 ：Ｅｕと、緑に発光する蛍光体、例えば、ＬａＰＯ4 ：Ｃｅ、Ｔｂ又はＺｎ2 ＳｉＯ：Ｍｎと、青に発光する蛍光体、例えば、（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ）5 （ＰＯ4 ）3 Ｃｌ：Ｅｕ又はＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕとを混合して得ることができる。
ここで、前記赤に発光する蛍光体は、波長３００〜４５０ナノメートルの近紫外又は紫外光を照射することによって波長６２０〜７１０ナノメートルの帯域の光を発光するものであれば、いかなる種類のものであってもよく、前記材質に限定されるものではない。また、前記緑に発光する蛍光体は、波長３００〜４５０ナノメートルの近紫外又は紫外光を照射することによって波長５００〜５８０ナノメートルの帯域の光を発光するものであれば、いかなる種類のものであってもよく、前記材質に限定されるものではない。さらに、前記青に発光する蛍光体は、波長３００〜４５０ナノメートルの近紫外又は紫外光を照射することによって波長４５０〜５００ナノメートルの帯域の光を発光するものであれば、いかなる種類のものであってもよく、前記材質に限定されるものではない。
そして、前記ＬＥＤ素子１１０と蛍光体シート１２０とを、図１に示されるように、対向して配設することによって、ＬＥＤバックライト装置１００を得ることができる。この場合、基板１０のＬＥＤ１１を固着した面と、透明基板４０の蛍光体４１を形成した面とを対向させる。そして、基板１０上のＬＥＤ１１と、透明基板４０上の蛍光体４１とが対外に対向するように、基板１０と透明基板４０とを位置合わせして固定する。
これにより、ＬＥＤ１１が、矢印Ａで示されるように、波長３００〜４５０ナノメートルの近紫外又は紫外光を発光すると、前記ＬＥＤ１１に対応する蛍光体４１は、矢印Ｂで示されるように、白の光を発光する。
前記アノードドライバＩＣ３１は、点灯信号に応じてＬＥＤ１１に電流を供給する機能を有し、例えば、シフトレジスタ回路、ラッチ回路、定電流回路、増幅回路等の回路が集積されている。そして、ＬＥＤ１１のアノード電極１４に接続されたアノード配線１２は、アノードドライバＩＣ３１の駆動素子に接続されている。図に示される例においては、アノードドライバＩＣ３１が基板１０上に実装されているが、アノードドライバＩＣ３１は、必ずしも基板１０上に実装される必要はなく、図示されない他の配線基板等の上に配設されていてもよい。
また、前記カソードドライバＩＣ３２は、ＬＥＤ１１からの電流を吸い込む機能を有し、トランジスタ等のスイッチ回路が集積されている。そして、ＬＥＤ１１のカソード電極１５に接続されたカソード配線１３がカソードドライバＩＣ３２に接続されている。図に示される例においては、カソードドライバＩＣ３２が基板１０上に実装されているが、カソードドライバＩＣ３２は、必ずしも基板１０上に実装される必要はなく、図示されない他の配線基板等の上に配設されていてもよい。
次に基板１０上のＬＥＤ１１を形成する工程について説明する。
図５は本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤの積層薄膜を剥離する工程を示す図、図６は本発明の第１の実施の形態における基板にＬＥＤの積層薄膜を一体化する工程を示す図である。
本実施の形態において、ＬＥＤ１１は、積層薄膜であり、矩（く）形の平板状の形状を備え、後述されるように、基板１０上に一体的に付着される。そして、前記ＬＥＤ１１は、近紫外又は紫外発光する薄膜であり、窒化ガリウム若しくは窒化インジュウムガリウム、又は、窒化アルミガリウム若しくは窒化アルミ等の複数層から成り、ヘテロ構造又はダブルヘテロ構造を備える積層薄膜である。
また、１７は犠牲層であり、前記ＬＥＤ１１を母材１６から剥離させるため、後述する剥離エッチング液にエッチングされやすい膜、例えば、アルミ砒（ひ）素層の膜であり、母材１６とＬＥＤ１１との間に形成される。
さらに、母材１６は、例えば、ガリウム砒素若しくは窒化ガリウム、又は、サファイヤ等の材質から成り、前記母材１６上に、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法によって、ＬＥＤ１１を構成する材質をエピタキシャル成長させる。
次に、エピタキシャル成長させた積層薄膜であるＬＥＤ１１を母材１６から剥離する工程について説明する。
例えば、ＬＥＤ１１の形状が一辺の長さが２０ミリメータの正方形であるとすると、まず、それよりも大きな幅及び長さの積層簿膜を形成する。この場合、半導体プロセスで広く用いられているホトリンエッチング技術を用い、エッチング液としては燐（りん）酸過水等を用いて、母材１６上の積層簿膜であるＬＥＤ１１を正方形に形成する。
その後、弗（ふっ）化水素液、塩酸液等の剥離エッチング液に、前記ＬＥＤ１１が形成された母材１６を浸漬させる。これにより、犠牲層１７がエッチングされ、ＬＥＤ１１が母材１６から剥離する。
そして、剥離されたＬＥＤ１１を表面が平坦化された基板１０上に押し付け、水素結合等の分子間力によって、基板１０とＬＥＤ１１とを固着して一体化する。
ここで、前記基板１０の最表面は、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は酸化シリコン膜等の無機絶縁膜が形成され、好ましくは、表面精度が数十ナノメートル以下の凹凸のない平坦化された表面となっている。このように、基板１０の最表面を凹凸のない平坦化された面とすることによって、前記ＬＥＤ１１との水素結合等の分子間力による結合が容易となる。これにより、図６に示されるように、正方形のＬＥＤ１１が基板１０上に固着されて一体化される。
続いて、基板１０上に一体化されたＬＥＤ１１に、例えば、エッチング液として燐酸過水を用いたホトリソエッチング法によって、アノード電極１４及びカソード電極１５の接合部を形成する。さらに、ＬＥＤ１１のアノード電極１４及びカソード電極１５、並びに、アノード電極１４及びカソード電極１５に接続されるアノード配線１２及びカソード配線１３を、蒸着、ホトリソエッチング法又はリフトオフ法によって形成する。さらに、基板１０上にアノードドライバＩＣ３１及びカソードドライバＩＣ３２を実装し、アノード配線１２及びカソード配線１３をアノードドライバＩＣ３１及びカソードドライバＩＣ３２に接続する。
次に、前記構成のＬＥＤバックライト装置１００の動作について説明する。
まず、図示されないパーソナルコンピュータ等の上位装置から送信された点灯信号がアノードドライバＩＣ３１に入力されると、該アノードドライバＩＣ３１の増幅回路から定電流がアノード配線１２を介してＬＥＤ１１のアノード電極１４に供給される。そして、前記点灯信号がカソードドライバＩＣ３２に入力されると、該カソードドライバＩＣ３２がカソード配線１３を介してＬＥＤ１１のカソード電極１５から電流を吸い込み、ＬＥＤ１１が発光する。
このように、点灯信号に応じてＬＥＤ１１が、図１における矢印Ａで示されるように、波長３００〜４５０ナノメートルの近紫外又は紫外光を発光すると、前記ＬＥＤ１１に対応する蛍光体４１は、前記近紫外又は紫外光によって励起され、図１における矢印Ｂで示されるように、白の光を放射する。
この場合、ＬＥＤ１１の発光に伴って発生した熱は、基板１０におけるＬＥＤ１１と反対側の面から、熱伝導性接着剤５０及び放熱板６０を介して拡散するので、ＬＥＤ素子部１１０と蛍光体シート部１２０の温度は、ほとんど上昇しない。
なお、蛍光体４１の酸化や劣化を防止するために、ＬＥＤ素子部１１０と蛍光体シート部１２０との間の空間を不活性ガス雰囲気としたり、ほぼ真空にしたりしてもよい。
このように、本実施の形態においては、半導体プロセスによってＬＥＤ１１、アノード配線１２及びカソード配線１３を形成することができ、また、ＬＥＤ１１とアノード配線１２及びカソード配線１３とを接続することができるので、非常に薄いＬＥＤ素子１１０を形成することができ、ＬＥＤバックライト装置１００を超薄型にすることができる。
また、ＬＥＤ素子自体は高輝度で低消費電力な発光デバイスとしてよく知られており、実績もあることより、このようなＬＥＤ素子を光源として用いることができるので、従来の有機ＥＬのような発光デバイスでは達成することができない明るさを期待することができる。
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
図７は本発明の第２の実施の形態におけるＬＥＤバックライト装置の側断面図である。
本実施の形態において、ＬＥＤバックライト装置１００は、蛍光体シート部１２０を有しておらず、ＬＥＤ素子部１１０が蛍光体４１を備える。具体的には、基板１０の表面に固着されたＬＥＤ１１の全体を覆うように蛍光体４１が配設されている。
該蛍光体４１は、熱伝導性に優れ、かつ、封止剤として一般に使用されるシリコーン系樹脂中に蛍光体を混入して攪拌（かくはん）したものを、スクリーン印刷、インクジェット等の方法でＬＥＤ１１上に塗布することによって、形成される。
そして、シリコーン系樹脂中に混入する蛍光体は、近紫外線又は紫外線の光が照射されることによって白に発光するものであり、前記第１の実施の形態と同様に、赤に発光する蛍光体、例えば、Ｙ2 Ｏ3 ：Ｅｕ又は（Ｙ、Ｇｄ）ＢＯ3 ：Ｅｕと、緑に発光する蛍光体、例えば、ＬａＰＯ4 ：Ｃｅ、Ｔｂ又はＺｎ2 ＳｉＯ：Ｍｎと、青に発光する蛍光体、例えば、（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ）5 （ＰＯ4 ）3 Ｃｌ：Ｅｕ又はＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕとを混合して得ることができる。
なお、前記赤に発光する蛍光体は、波長３００〜４５０ナノメートルの近紫外又は紫外光を照射することによって波長６２０〜７１０ナノメートルの帯域の光を発光するものであれば、いかなる種類のものであってもよく、前記材質に限定されるものではない。また、前記緑に発光する蛍光体は、波長３００〜４５０ナノメートルの近紫外又は紫外光を照射することによって波長５００〜５８０ナノメートルの帯域の光を発光するものであれば、いかなる種類のものであってもよく、前記材質に限定されるものではない。さらに、前記青に発光する蛍光体は、波長３００〜４５０ナノメートルの近紫外又は紫外光を照射することによって波長４５０〜５００ナノメートルの帯域の光を発光するものであれば、いかなる種類のものであってもよく、前記材質に限定されるものではない。
また、ＬＥＤ素子部１１０のその他の点の構成については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
次に、本実施の形態におけるＬＥＤバックライト装置１００の動作について説明する。
まず、図示されないパーソナルコンピュータ等の上位装置から送信された点灯信号がアノードドライバＩＣ３１に入力されると、該アノードドライバＩＣ３１の増幅回路から定電流がアノード配線１２を介してＬＥＤ１１のアノード電極１４に供給される。そして、前記点灯信号がカソードドライバＩＣ３２に入力されると、該カソードドライバＩＣ３２がカソード配線１３を介してＬＥＤ１１のカソード電極１５から電流を吸い込み、ＬＥＤ１１が発光する。
このように、点灯信号に応じてＬＥＤ１１が波長３００〜４５０ナノメートルの近紫外又は紫外光を発光すると、前記ＬＥＤ１１を覆うように塗布された蛍光体４１は、前記近紫外又は紫外光によって励起され、図７における矢印Ｂで示されるように、白の光を放射する。
この場合、ＬＥＤ１１の発光に伴って発生した熱は、基板１０におけるＬＥＤ１１と反対側の面から、熱伝導性接着剤５０及び放熱板６０を介して拡散するので、ＬＥＤ素子１１０の温度は、ほとんど上昇しない。
このように、本実施の形態においては、基板１０の表面に固着されたＬＥＤ１１の全体を覆うように蛍光体４１が配設されているので、蛍光体シート部１２０を省略することができる。そのため、ＬＥＤバックライト装置１００を、前記第１の実施の形態よりも薄くすることができる。
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１及び第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１及び第２の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
図８は本発明の第３の実施の形態におけるＬＥＤバックライト装置の側断面図、図９は本発明の第３の実施の形態におけるＬＥＤ素子部の斜視図である。
本実施の形態において、ＬＥＤ素子部１１０は、反射膜１８を備え、ＬＥＤ１１から放射された近紫外又は紫外光を反射する。具体的には、基板１０の表面に形成された反射膜１８の上を覆う保護膜１９が配設され、該保護膜１９の表面にＬＥＤ１１が固着され、さらに、該ＬＥＤ１１の全体を覆うように蛍光体４１が配設されている。
前記反射膜１８は、ＬＥＤ１１から基板１０の表面に向けて放射された近紫外若しくは紫外光、又は、蛍光体４１及び該蛍光体４１の形成界面で反射した近紫外若しくは紫外光を反射するために配設される。そのため、前記反射膜１８は、金若しくはアルミニウム、又は、金若しくはアルミニウムとニッケル、チタン等の金属材料が薄膜積層された金属膜を前記基板１０の表面に成膜してパターニングすることによって形成される。
また、前記保護膜１９は、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は酸化シリコン膜等の無機絶縁膜である。そして、前記保護膜１９は、表面精度が数十ナノメートル以下の凹凸のない平坦化された表面となっている。このように、保護膜１９の最表面を凹凸のない平坦化された面とすることによって、ＬＥＤ１１との水素結合等の分子間力による結合が容易となる。
そして、前記第１の実施の形態と同様にして母材１６から剥離されたＬＥＤ１１を、前記保護膜１９の表面に押し付け、水素結合等の分子間力によって、保護膜１９とＬＥＤ１１とを固着して一体化する。
続いて、保護膜１９上に一体化されたＬＥＤ１１に、例えば、エッチング液として燐酸過水を用いたホトリソエッチング法によって、アノード電極１４及びカソード電極１５の接合部を形成する。さらに、ＬＥＤ１１のアノード電極１４及びカソード電極１５、並びに、アノード電極１４及びカソード電極１５に接続されるアノード配線１２及びカソード配線１３を、蒸着、ホトリソエッチング法又はリフトオフ法によって形成する。
続いて、熱伝導性に優れ、かつ、封止剤として一般に使用されるシリコーン系樹脂中に蛍光体を混入して攪拌したものを、スクリーン印刷、インクジェット等の方法でＬＥＤ１１上に塗布することによって、蛍光体４１を形成する。なお、シリコーン系樹脂中に混入する蛍光体は、前記第２の実施の形態と同様に、近紫外線又は紫外線の光が照射されることによって白に発光するものである。
さらに、基板１０上にアノードドライバＩＣ３１及びカソードドライバＩＣ３２を実装し、アノード配線１２及びカソード配線１３をアノードドライバＩＣ３１及びカソードドライバＩＣ３２に接続する。
なお、ＬＥＤ素子部１１０のその他の点の構成については、前記第２の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
次に、本実施の形態におけるＬＥＤバックライト装置１００の動作について説明する。
まず、図示されないパーソナルコンピュータ等の上位装置から送信された点灯信号がアノードドライバＩＣ３１に入力されると、該アノードドライバＩＣ３１の増幅回路から定電流がアノード配線１２を介してＬＥＤ１１のアノード電極１４に供給される。そして、前記点灯信号がカソードドライバＩＣ３２に入力されると、該カソードドライバＩＣ３２がカソード配線１３を介してＬＥＤ１１のカソード電極１５から電流を吸い込み、ＬＥＤ１１が発光する。
このように、点灯信号に応じてＬＥＤ１１が波長３００〜４５０ナノメートルの近紫外又は紫外光を発光すると、前記ＬＥＤ１１を覆うように塗布された蛍光体４１は、前記近紫外又は紫外光によって励起され、図８における矢印Ｂで示されるように、白の光を放射する。また、ＬＥＤ１１から基板１０の表面に向けて放射された近紫外若しくは紫外光、又は、蛍光体４１及び該蛍光体４１の形成界面で反射した近紫外若しくは紫外光は、反射膜１８によって反射され、蛍光体４１に入射する。そのため、蛍光体４１は、前記反射膜１８によって反射された近紫外又は紫外光によっても励起され、白の光を放射する。
この場合、ＬＥＤ１１の発光に伴って発生した熱は、基板１０におけるＬＥＤ１１と反対側の面から、熱伝導性接着剤５０及び放熱板６０を介して拡散するので、ＬＥＤ素子１１０の温度は、ほとんど上昇しない。
このように、本実施の形態においては、基板１０の表面に形成された反射膜１８の上にＬＥＤ１１が配設され、さらに、該ＬＥＤ１１の全体を覆うように蛍光体４１が配設されているので、ＬＥＤバックライト装置１００を、非常に薄く、かつ、高輝度なものとすることができる。
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１〜第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１〜第３の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。
図１０は本発明の第４の実施の形態におけるＬＥＤバックライト装置の側断面図、図１１は本発明の第４の実施の形態におけるＬＥＤ素子部の斜視図である。
本実施の形態において、ＬＥＤ素子部１１０は、反射膜１８を備え、複数のＬＥＤ１１から放射された近紫外又は紫外光を反射する。具体的には、基板１０の表面に形成された反射膜１８の上を覆う保護膜１９が配設され、該保護膜１９の表面に複数のＬＥＤ１１が固着され、さらに、全ＬＥＤ１１を覆うように蛍光体４１が配設されている。
この場合、複数のＬＥＤ１１は、図１１に示されるように、保護膜１９の表面に配列されてアレイとなっている。なお、図１１においては、説明の都合上、蛍光体４１の図示が省略されている。
また、前記ＬＥＤ１１の数は、任意に設定することができるが、ここでは、図示の都合上、９であるものとして説明する。また、ＬＥＤ１１の配列の仕方も任意に設定することができるが、ここでは、格子状に配列されたアレイとなっているものとして説明する。すなわち、図１１に示される例において、保護膜１９上のＬＥＤアレイは、３列３行の正方格子状に等間隔に配列されたＬＥＤ１１から構成されている。
そして、アノードドライバＩＣ３１には、各列の中で最もアノードドライバＩＣ３１に近接したＬＥＤ１１のアノード電極１４に接続されるアノード配線１２の一端が接続される。また、カソードドライバＩＣ３２には、各列の中で最もアノードドライバＩＣ３１から離間したＬＥＤ１１のカソード電極１５に接続されるカソード配線１３の一端が接続されている。さらに、各列において隣接するＬＥＤ１１のアノード電極１４とカソード電極１５とは連結配線２１に接続されている。すなわち、ＬＥＤ１１は連結配線２１を介して各列毎に直列接続され、各列の両端に位置するＬＥＤ１１のアノード電極１４及びカソード電極１５はアノード配線１２及びカソード配線１３を介してアノードドライバＩＣ３１及びカソードドライバＩＣ３２に接続されている。
なお、図に示される例においては、アノードドライバＩＣ３１及びカソードドライバＩＣ３２が基板１０上に実装されているが、アノードドライバＩＣ３１及びカソードドライバＩＣ３２は、必ずしも基板１０上に実装される必要はなく、図示されない他の配線基板等の上に配設されていてもよい。
また、ＬＥＤ素子部１１０のその他の点の構成については、前記第３の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
次に、保護膜１９上のＬＥＤ１１を形成する工程について説明する。
図１２は本発明の第４の実施の形態におけるＬＥＤの積層薄膜を剥離する工程を示す図、図１３は本発明の第４の実施の形態における保護膜にＬＥＤの積層薄膜を一体化する工程を示す図、図１４は本発明の第４の実施の形態におけるＬＥＤを複数に分割する工程を示す図である。
図において、２３はＬＥＤ積層薄膜であり、細長い帯状又は短冊状の形状を備え、後述されるように、保護膜１９上に一体的に付着された後、複数に分割されてＬＥＤ１１となる。そして、前記ＬＥＤ積層薄膜２３は、近紫外又は紫外発光する薄膜であり、窒化ガリウム若しくは窒化インジュウムガリウム、又は、窒化アルミガリウム若しくは窒化アルミ等の複数層から成り、ヘテロ構造又はダブルヘテロ構造を備える積層薄膜である。
また、１７は、前記第１の実施の形態において説明したように、犠牲層であり、前記ＬＥＤ積層薄膜２３を母材１６から剥離させるため、剥離エッチング液にエッチングされやすい膜、例えば、アルミ砒素層の膜であり、母材１６とＬＥＤ積層簿膜２３との間に形成される。
さらに、母材１６は、前記第１の実施の形態において説明したように、例えば、ガリウム砒素若しくは窒化ガリウム、又は、サファイヤ等の材質から成り、前記母材１６上に、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法によって、ＬＥＤ積層薄膜２３を構成する材質をエピタキシャル成長させる。
次に、エピタキシャル成長させたＬＥＤ積層薄膜２３を母材１６から剥離する工程について説明する。
例えば、各ＬＥＤ１１の形状が一辺の長さが２ミリメータの正方形であるとすると、２ミリメータ以上の幅を備え、かつ、ＬＥＤアレイの１列分の長さ、すなわち、３つのＬＥＤ１１から成る１列の長さ以上の長さを備える短冊状のＬＥＤ積層簿膜２３を形成する。この場合、半導体プロセスで広く用いられているホトリンエッチング技術を用い、エッチング液としては燐酸過水等を用いて、母材１６上のＬＥＤ積層簿膜２３を短冊形に形成する。
その後、弗化水素液、塩酸液等の剥離エッチング液に、前記ＬＥＤ積層薄膜２３が形成された母材１６を浸漬させる。これにより、犠牲層１７がエッチングされ、ＬＥＤ積層薄膜２３が母材１６から剥離する。
そして、剥離されたＬＥＤ積層薄膜２３を保護膜１９上に押し付け、水素結合等の分子間力によって、保護膜１９とＬＥＤ積層薄膜２３とを固着して一体化する。前記保護膜１９は、前記第３の実施の形態において説明したように、ポリイミド膜等の有機絶縁膜又は酸化シリコン膜等の無機絶縁膜であり、基板１０の表面に形成された反射膜１８の上を覆うように形成されている。そして、前記保護膜１９は、表面精度が数十ナノメートル以下の凹凸のない平坦化された表面となっている。このように、保護膜１９の最表面を凹凸のない平坦化された面とすることによって、ＬＥＤ１１との水素結合等の分子間力による結合が容易となる。
このような工程を、ＬＥＤ積層薄膜２３に対して、繰り返し行う。これにより、図１３に示されるように、複数列、例えば、３列のＬＥＤ積層薄膜２３が基板１０上に形成された保護膜１９の表面に固着されて一体化される。
続いて、基板１０上に一体化された各ＬＥＤ積層薄膜２３を、例えば、エッチング液として燐酸過水を用いたホトリソエッチング法によって複数に分割し、ＬＥＤ素子１１を形成する。本実施の形態においては、各ＬＥＤ積層薄膜２３を３つずつのＬＥＤ素子１１に分割するものとする。これにより、図１４に示されるように、保護膜１９上に、ＬＥＤ１１が３列３行の正方格子状に等間隔に配列されたＬＥＤアレイを得ることができる。
続いて、各ＬＥＤ１１のアノード及びカソードに接続されるアノード電極１４及びカソード電極１５、並びに、各アノード電極１４及びカソード電極１５に接続されるアノード配線１２、カソード配線１３及び連結配線２１を、蒸着、ホトリソエッチング法又はリフトオフ法によって形成する。なお、アノード電極１４及びカソード電極１５は、前記第１の実施の形態において説明したように、金若しくはアルミニウム、又は、金若しくはアルミニウムとニッケル、チタン等の金属材料とを薄膜積層して形成された金属電極である。また、アノード配線１２、カソード配線１３及び連結配線２１は、金若しくはアルミニウム、又は、金若しくはアルミニウムとニッケル、チタン等の金属材料とを薄膜積層して形成された金属配線である。アノードドライバＩＣ３１には、各列の中で最もアノードドライバＩＣ３１に近接したＬＥＤ１１のアノード電極１４に接続されるアノード配線１２の一端が接続される。また、カソードドライバＩＣ３２には、各列の中で最もアノードドライバＩＣ３１から離間したＬＥＤ１１のカソード電極１５に接続されるカソード配線１３の一端が接続されている。さらに、各列において隣接するＬＥＤ１１のアノード電極１４とカソード電極１５とは連結配線２１に接続されている。すなわち、ＬＥＤ１１は連結配線２１を介して各列毎に直列接続され、各列の両端に位置するＬＥＤ１１のアノード電極１４及びカソード電極１５はアノード配線１２及びカソード配線１３を介してアノードドライバＩＣ３１及びカソードドライバＩＣ３２に接続されている。
また、ここでは、短冊状の形状のＬＥＤ積層薄膜２３を分割して正方形のＬＥＤ１１を形成する場合について説明したが、各ＬＥＤ１１の形状は、長方形、菱（ひし）形等、いかなる形状であってもよい。
次に、本実施の形態におけるＬＥＤバックライト装置１００の動作について説明する。
まず、図示されないパーソナルコンピュータ等の上位装置から送信された点灯信号がアノードドライバＩＣ３１に入力されると、該アノードドライバＩＣ３１の増幅回路から定電流がアノード配線１２を介して、ＬＥＤアレイの各列の中で最もアノードドライバＩＣ３１に近接したＬＥＤ１１のアノード電極１４に供給される。そして、前記点灯信号がカソードドライバＩＣ３２に入力されると、該カソードドライバＩＣ３２が、大容量のスイッチ回路によって接続されたカソード配線１３を介して、ＬＥＤアレイの各列の中で最もアノードドライバＩＣ３１から離間したＬＥＤ１１のカソード電極１５から電流を吸い込むように動作する。これにより、各列において、連結配線２１によって直列接続されているＬＥＤ１１に電流が流れ、各ＬＥＤ１１が発光する。
このように、点灯信号に応じて各ＬＥＤ１１が波長３００〜４５０ナノメートルの近紫外又は紫外光を発光すると、ＬＥＤアレイ全体を覆うように塗布された蛍光体４１は、前記近紫外又は紫外光によって励起され、図１０における矢印Ｂで示されるように、白の光を放射する。また、各ＬＥＤ１１から基板１０の表面に向けて放射された近紫外若しくは紫外光、又は、蛍光体４１及び該蛍光体４１の形成界面で反射した近紫外若しくは紫外光は、反射膜１８によって反射され、蛍光体４１に入射する。そのため、蛍光体４１は、前記反射膜１８によって反射された近紫外又は紫外光によっても励起され、白の光を放射する。
この場合、各列おけるＬＥＤ１１が直列接続されているので、定電流素子を設けなくとも、各ＬＥＤ１１に同じ電流値の電流を供給することができる。また、ＬＥＤ１１の発光に伴って発生した熱は、基板１０におけるＬＥＤ１１と反対側の面から、熱伝導性接着剤５０及び放熱板６０を介して、拡散するので、ＬＥＤ素子１１０の温度は、ほとんど上昇しない。
このように、本実施の形態においては、基板１０の表面に形成された反射膜１８の上にＬＥＤ１１が配設され、さらに、該ＬＥＤ１１の全体を覆うように蛍光体４１が配設されているので、ＬＥＤバックライト装置１００を、非常に薄く、かつ、高輝度なものとすることができる。また、複数のＬＥＤ１１を所望の大きさ及び形状に形成して、所望の位置に配設することができるので、ＬＥＤ１１の大きさ、形状及び位置を調整することによって、明るさのばらつきを抑制することができる。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤバックライト装置の側断面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤ素子部の斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における蛍光体シート部の斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における放熱板の斜視図である。 本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤの積層薄膜を剥離する工程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における基板にＬＥＤの積層薄膜を一体化する工程を示す図である。 本発明の第２の実施の形態におけるＬＥＤバックライト装置の側断面図である。 本発明の第３の実施の形態におけるＬＥＤバックライト装置の側断面図である。 本発明の第３の実施の形態におけるＬＥＤ素子部の斜視図である。 本発明の第４の実施の形態におけるＬＥＤバックライト装置の側断面図である。 本発明の第４の実施の形態におけるＬＥＤ素子部の斜視図である。 本発明の第４の実施の形態におけるＬＥＤの積層薄膜を剥離する工程を示す図である。 本発明の第４の実施の形態における保護膜にＬＥＤの積層薄膜を一体化する工程を示す図である。 本発明の第４の実施の形態におけるＬＥＤを複数に分割する工程を示す図である。
符号の説明
１０ 基板
１１ ＬＥＤ
１２ アノード配線
１３ カソード配線
１４ アノード電極
１５ カソード電極
１６ 母材
１７ 犠牲層
１８ 反射膜
１９ 保護膜
２１ 連結配線
２３ ＬＥＤ積層薄膜
３１ アノードドライバＩＣ
３２ カソードドライバＩＣ
４０ 透明基板
４１ 蛍光体
６０ 放射板
１００ ＬＥＤバックライト装置

Claims (13)

  1. （ａ）第１の基板と、
    （ｂ）エピタキシャル成長法によって無機材料がｐｎ接合デバイスとして積層形成され、前記第１の基板の表面に固着されたＬＥＤ積層薄膜と、
    （ｃ）該ＬＥＤ積層薄膜に形成されたアノード電極及びカソード電極と、
    （ｄ）前記ＬＥＤ積層薄膜を駆動して発光させるアノードドライバＩＣ及びカソードドライバＩＣと、
    （ｅ）前記第１の基板の表面に形成され、前記アノードドライバＩＣとＬＥＤ積層薄膜のアノード電極とを接続するアノード配線、及び、前記カソードドライバＩＣとＬＥＤ積層薄膜のカソード電極とを接続するカソード配線と、
    （ｆ）前記第１の基板のＬＥＤ積層薄膜が形成された表面に対向するように配設された透光性を備える第２の基板と、
    （ｇ）該第２の基板の前記第１の基板と対向する表面の前記ＬＥＤ積層薄膜と対向する位置に形成された蛍光体とを有することを特徴とするＬＥＤバックライト装置。
  2. 前記ＬＥＤ積層薄膜は、分子間力によって前記第１の基板の表面に固着され、波長３００〜４５０ナノメートルである近紫外光又は紫外光を発光する請求項１に記載のＬＥＤバックライト装置。
  3. 前記蛍光体は、波長３００〜４５０ナノメートルである近紫外光又は紫外光を吸収すると、波長６２０〜７１０ナノメートルの赤色光を発光する蛍光体、波長５００〜５８０ナノメートルの緑色光を発光する蛍光体、及び、波長４５０〜５００ナノメートルの青色光を発光する蛍光体を混合して塗布することによって形成される請求項１に記載のＬＥＤバックライト装置。
  4. 前記ＬＥＤ積層薄膜は、前記第１の基板とは異なる母材に積層された犠牲層上に、エピタキシャル成長法によって無機材料がｐｎ接合デバイスとして積層形成され、該犠牲層をエッチング除去することによって前記母材から剥離され、前記第１の基板の表面に分子間力によって固着される請求項１に記載のＬＥＤバックライト装置。
  5. 前記第１の基板における前記ＬＥＤ積層薄膜を固着した表面と反対側の面に固着された放熱板を有する請求項１に記載のＬＥＤバックライト装置。
  6. （ａ）有機絶縁膜又は無機絶縁膜が形成されて平坦化された表面を備える基板と、
    （ｂ）エピタキシャル成長法によって無機材料がｐｎ接合デバイスとして積層形成され、前記基板の表面に固着されたＬＥＤ積層薄膜と、
    （ｃ）該ＬＥＤ積層薄膜に形成されたアノード電極及びカソード電極と、
    （ｄ）前記ＬＥＤ積層薄膜を駆動して発光させるアノードドライバＩＣ及びカソードドライバＩＣと、
    （ｅ）前記基板の表面に形成され、前記アノードドライバＩＣとＬＥＤ積層薄膜のアノード電極とを接続するアノード配線、及び、前記カソードドライバＩＣとＬＥＤ積層薄膜のカソード電極とを接続するカソード配線と、
    （ｆ）前記ＬＥＤ積層薄膜の表面を覆うように形成された蛍光体とを有することを特徴とするＬＥＤバックライト装置。
  7. （ａ）基板と、
    （ｂ）該基板の表面に形成された反射膜と、
    （ｃ）有機絶縁膜又は無機絶縁膜から成り、前記反射膜の表面を覆うように形成された保護膜と、
    （ｄ）エピタキシャル成長法によって無機材料がｐｎ接合デバイスとして積層形成され、前記保護膜の表面に固着されたＬＥＤ積層薄膜と、
    （ｅ）該ＬＥＤ積層薄膜に形成されたアノード電極及びカソード電極と、
    （ｆ）前記ＬＥＤ積層薄膜を駆動して発光させるアノードドライバＩＣ及びカソードドライバＩＣと、
    （ｇ）前記アノードドライバＩＣとＬＥＤ積層薄膜のアノード電極とを接続するアノード配線、及び、前記カソードドライバＩＣとＬＥＤ積層薄膜のカソード電極とを接続するカソード配線と、
    （ｈ）前記ＬＥＤ積層薄膜の表面を覆うように形成された蛍光体とを有することを特徴とするＬＥＤバックライト装置。
  8. （ａ）基板と、
    （ｂ）該基板の表面に形成された反射膜と、
    （ｃ）有機絶縁膜又は無機絶縁膜から成り、前記反射膜の表面を覆うように形成された保護膜と、
    （ｄ）エピタキシャル成長法によって無機材料がｐｎ接合デバイスとして積層形成され、前記保護膜の表面に行列方向に間隔を空けて固着されたＬＥＤ積層薄膜と、
    （ｅ）各ＬＥＤ積層薄膜に形成されたアノード電極及びカソード電極と、
    （ｆ）前記ＬＥＤ積層薄膜を駆動して発光させるアノードドライバＩＣ及びカソードドライバＩＣと、
    （ｇ）前記アノードドライバＩＣと各列における一端に位置するＬＥＤ積層薄膜のアノード電極とを接続するアノード配線、前記カソードドライバＩＣと各列における一端に位置するＬＥＤ積層薄膜のカソード電極とを接続するカソード配線、及び、各列におけるＬＥＤ積層薄膜を直列接続する連結配線と、
    （ｈ）前記ＬＥＤ積層薄膜の表面を覆うように形成された蛍光体とを有することを特徴とするＬＥＤバックライト装置。
  9. 前記ＬＥＤ積層薄膜は、分子間力によって前記第１の基板の表面に固着され、波長３００〜４５０ナノメートルである近紫外光又は紫外光を発光する請求項８に記載のＬＥＤバックライト装置。
  10. 前記蛍光体は、波長３００〜４５０ナノメートルである近紫外光又は紫外光を吸収すると、波長６２０〜７１０ナノメートルの赤色光を発光する蛍光体、波長５００〜５８０ナノメートルの緑色光を発光する蛍光体、及び、波長４５０〜５００ナノメートルの青色光を発光する蛍光体を混合して塗布することによって形成される請求項８に記載のＬＥＤバックライト装置。
  11. 前記ＬＥＤ積層薄膜は、前記第１の基板とは異なる母材に積層された犠牲層上に、エピタキシャル成長法によって無機材料がｐｎ接合デバイスとして積層形成され、該犠牲層をエッチング除去することによって前記母材から剥離され、前記第１の基板の表面に分子間力によって固着された後、エッチングによって複数に分割されることによって形成される請求項８に記載のＬＥＤバックライト装置。
  12. 前記基板における前記ＬＥＤ積層薄膜を固着した表面と反対側の面に固着された放熱板を有する請求項６〜１１のいずれか１項に記載のＬＥＤバックライト装置。
  13. 前記請求項１〜１２のいずれかに記載のＬＥＤバックライト装置と、液晶パネルとを有することを特徴とする液晶表示装置。
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