JP2007027521A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
表示装置のバックライトとして用いる発光ダイオード素子において、配線の熱膨張に起因する熱歪や熱応力を回避した実装構成を提供する。
【解決手段】
本発明は、液晶表示装置のバックライト光源に用いる、発光ダイオード素子を実装する際に、高輝度で効率の高い発光ダイオード素子を実装でき、かつ信頼性の高い実装を提供する内容である。本内容では、高輝度で高効率の発光ダイオード素子をフリップチップ実装可能とする配線パターンを提供する。さらに同じ配線上で、不良素子を置き換え可能であり、或いは用途によって必要であり高輝度でサイズが大きい発光ダイオードを実装可能とする配線パターンを提供する。
【選択図】図１３

Description

本発明は、発光ダイオード素子を用いたバックライトの構造に関する。

薄型ディスプレイを代表する液晶パネル表示装置では、従来冷陰極管を使用してバックライト光源としていたが、近年半導体発光ダイオード素子をバックライト光源に使用した大型液晶テレビが開発発表されている。非特許文献１に示されている内容において、搭載されている発光ダイオード素子は、パッケージに各Ｒ赤，Ｇ緑，Ｂ青色の素子が各々実装された構成であり、パッケージをライン状に並べた構成をとっている。これらに用いられている発光ダイオード素子では、Ａｕワイヤにより実装されている構成をとっている。従来より、公知例として非特許文献２にも示されているように、発光ダイオード素子は両極性の電極を片面側に設定してあり、拡がり角を大きく設定し光出力を高く引き出すために、フリップチップ実装を可能とする面発光型の構成がある。フリップチップ実装した発光ダイオード素子では、透明な基板側から面発光型の構成により、素子全体で光を取り出せることが示されている。

また面発光型の発光ダイオード素子を実装した構成について述べており、実装後に樹脂封止した素子を搭載した液晶照明装置を提供することは特許文献１及び２に述べられている。

田中 章他，特開２００２−３６５６３４号公報 増田 義行他，特開２００３−７１１４号公報 柿沼 孝一郎，FPD International 2005プレセミナー第１回，2005.2.4 S. Nakamura et al, Jpn Journal of Appl.Phys.,34,L1332(1995).

上記文献で用いられている発光ダイオード素子は、各ＲＧＢ光源用の素子が各パッケージに搭載されたものであり、光学設計が困難となり拡散光にするまでの距離が大きく液晶表示装置が薄型できない状況であり、高コストのパッケージや実装の形態になるという問題がある。またフリップチップ実装する発光ダイオード素子においても、高い効率や信頼性を実現するためや低コストを実現する直接実装に関してはまだ課題がある。

本発明では、光学設計に適しておりかつ液晶表示装置を薄型化できる構成とし、低コスト化できる構成と実装を可能とする実装の形態を提案することを目的とした。また発光ダイオード素子では、高輝度で高効率に有利であるフリップチップ実装を可能とし、かつ実装する配線の熱膨張による熱歪や熱応力の影響を軽減することを目的とした。

以下に、上記課題を解決するための本願発明の構成を説明する。

本願発明では、基板と、該基板上に設けられた複数の配線とを有し、前記複数の配線のそれぞれは、前記基板面において２以上の折れ曲がり部を有し、かつ、前記複数の配線のそれぞれには、１又は複数の発光ダイオード素子が直接実装されていることを特徴とする光源の構成をとる。即ち、配線に屈曲部を複数設けることにより、一つの配線上に一つ又は複数の発光ダイオード素子を実装し得るような配線パターンとすることとなる。尚、折れ曲がりの角度は、後の図１１等に示すように、９０度近傍となることがより望ましい。

また、前記複数の配線のそれぞれには、サイズの異なる複数の発光ダイオード素子が直接実装されている構成をとる。また、前記複数の配線のそれぞれは、幅の異なる配線を接合してなる構成をとる。また、前記幅の異なる配線は、主配線と、該主配線に比較し幅の狭い枝配線と、からなる構成をとる。また、前記枝配線が熱膨張する主方向は、前記主配線が熱膨張する主方向とほぼ同一であり、前記主配線及び前記枝配線にわたって前記発光ダイオード素子が実装されている構成をとる。また、前記発光ダイオード素子の電極は、両極性を有する電極が素子の片側の面に形成されたフリップチップ対応の電極構成である構成をとる。また、前記発光ダイオード素子の電極は、前記配線にフリップチップ実装してある構成をとる。また、前記発光ダイオード素子は、赤色の素子，緑色の素子，青色の素子からなり、かつ、各色の素子が前記配線により直列に接続されている構成をとる。また、前記直列に接続された各色の素子はラインで動作制御されており、直列で形成したラインを縦方向に並べることによりラインスキャンさせる構成をとる。

また、本願発明では、基板と、該基板上に設けられた複数の配線とを有し、前記複数の配線のそれぞれは、前記基板面において２以上の折れ曲がり部を有し、かつ、前記折れ曲がり部において、発光ダイオード素子が直接実装されていることを特徴とする光源の構成をとる。また、基板と、該基板上に設けられた複数の配線と、該配線に実装される発光ダイオード素子とを有し、前記発光ダイオード素子はフリップチップ実装されており、該実装部において、前記配線が屈曲していることを特徴とする光源の構成をとる。このように、一つの発光ダイオードに接続される配線の一方と他方とが、相互に直線状にないように配置する構成とする。

更に、本願発明では上記の光源を用いた液晶表示装置について開示する。即ち、一対の基板と、該一対の基板間に配置する液晶層とを有し、上記の光源をバックライトとして用いる液晶表示装置の構成をとる。

本発明では、液晶表示装置のバックライト光源となる発光ダイオード素子に対して、高輝度で高効率の発光ダイオード素子をフリップチップ実装することが可能となる。

以下に、最良の形態を説明する。

図１から図１２までを用いて本発明の一実施例について以下説明する。

図１に示すように、本発明のバックライト光源１を用いて、拡散板２，正プリズムシート３，正反射積層シート４，マット５，偏光板６，薄膜トランジスタ及び回路上の液晶層を含むパネル７，偏光板６を構成する液晶表示装置を形成する。これは以下のようにして形成する。本実施例のバックライト光源は、図２に示すように、絶縁膜付の金属基板か或いはセラミック基板或いは絶縁樹脂基板８上に設けた配線９上に発光ダイオード素子１０を実装し、その後光反射板１１と拡散材入り封止樹脂１２とにより封止する。この際、発光ダイオード素子１０は、絶縁膜付の金属基板か或いはセラミック基板或いは絶縁樹脂基板８上に光反射板１１を一体成型した後で配線９上に実装して、その後に拡散材入り封止樹脂１２を用いて封止してもよい。その後、実装基板は筐体１３に実装することにより、バックライト光源を構成する。絶縁膜付の金属基板か或いはセラミック基板或いは絶縁樹脂基板８は、図３に示すように、単体の実装基板でもよく、図４に示すように、連装の実装基板でもよい。図３や図４に示す実装基板を繰り返しとして筐体１３上に実装すれば、図２に示すバックライト光源となる。本発明における配線の例としては、反射板の内径穴の中における配線パターンを示す図５のようにして、発光ダイオード素子を直線状に配列して、対向する配線に直列に接続する手法がある。或いは反射板の内径穴の中における別の配線パターンを示す図６のようにして、発光ダイオード素子を中央に対向配列し接続する手法がある。ここで、各ＲＧＢ発光ダイオード素子の光を効率よく混色させるには、図６のような配置で中央に集約して各素子を配列する方が効果的である。

ここで、配線に対する発光ダイオード素子の実装方法には、大きく分けて以下の二つがある。一つには、図７に示す、金属ワイヤ１８を用いたワイヤボンディングによる発光ダイオード素子の実装である。他には、図８に示す、バンプ２０を用いたフリップチップ実装である。これらの実装のうち、発光ダイオード素子の透明基板を上に配置でき、発光の遮蔽物がなく、発光角度分布や発光輝度を大きくできる、フリップチップ実装が素子の高輝度及び高効率には有効である。このフリップチップ実装を行い、かつ複数個の発光ダイオード素子を実装する手段を以下に説明する。発光ダイオード素子の電極にあわせて、配線のパターンを構成することは重要である。発光ダイオード素子のｐ側電極２２とｎ側電極２３を有する電極パターンの上面図を図９に示す。また素子のサイズが大きくなると、発光ダイオード素子はサイズの大きい素子構成に応じて電極パターンを変え、ｎ側電極
２３にｎ側櫛型電極を導入して、図１０の上面を示す電極パターンを有する素子とする。

これらの電極パターンを有する発光ダイオード素子を複数個実装するには、以下のような配線の構成とした。まず図９の電極上面図を有する、素子サイズ０.３mm 角程度の発光ダイオード素子に対して、複数個の素子をフリップチップ実装するため、対向する配線を直線状ではなく、図１１に示すような矩形状の入り組んだ形状をいくつか設ける配線パターンとした。図１１に示す配線パターン形状に、図９に示す素子の電極構成を合わせて、実装できる形状を設定しておく。このような形状をとることにより、同じ配線上に、一つの発光ダイオード素子だけではなく、複数個の素子をフリップチップ実装２７ができる。この形状を設定しておけば、一つの素子を実装した後に、検査によって実装の不良である素子や特性の不良である素子であると判明したときには、別の同じ電極パターンを有する素子を実装できるようにして対応すれば、素子の実装歩留を向上できる。また用途に応じて、高輝度のバックライトを必要とする際には、同じ配線上に、二つの発光ダイオード素子を搭載するようにして素子数を増やして出力を増大させることができる。

また図１２に示すような配線構造をとることによって、図９に示す０.３mm 角程度の素子と、図１０に示す０.３mm 角以上のサイズの素子を同じ配線上に搭載することができる。即ち、０.３mm角程度の素子を実装する領域と、０.３mm角以上のサイズの素子を実装する領域をあらかじめ区別しておき、領域ごとに判断しそれぞれ実装することができる。
０.３mm角以上のサイズの素子において、０.６mm角程度の素子や１mm角程度の素子のように、素子サイズの種類が増えても、あらかじめ配線構造を考慮して形成しておくことにより実装対応できる。素子サイズの異なる複数個の発光ダイオード素子の実装ができるようにしておくことにより、例えば０.３mm角程度の素子を二個使用するか、或いは０.６mm角程度の素子や１mm角程度の素子を一個使用して実装し、目的とする光出力を増大した高輝度のバックライト光源を構成するかについて光学設計を活かしながら選択し設定することが可能である。

以上のように、本実施例では、複数個の発光ダイオード素子をフリップチップ実装することが可能であり、同じサイズの素子やサイズの異なる素子を複数個同じ配線上に実装することを可能にできる。このため、実装素子の冗長設計ができるので、実装の不良素子や特性の不良素子を良好な素子と交換して実装歩留を向上させることができ、良好な素子を追加して高輝度のバックライト光源とすることが可能となる。また用途に応じて、素子サイズの異なる発光ダイオード素子を使い分けて実装し、目的とする高輝度を達成するバックライト光源とすることが可能である。以上により、フリップチップ実装した発光ダイオード素子を歩留よく実装し、高輝度で高効率のバックライト光源を提供できるようになる。

図１３から図１４を用いて、本発明の他実施例を以下に説明する。

実施例１と同様にして、発光ダイオード素子をフリップチップ実装して、バックライト光源を構成する。ここで、対向する配線では、熱膨張による熱歪や熱応力を考慮する必要がある。対向する配線上に発光素子をフリップチップ実装すると、ベクトル方向が互いに反対方向の熱膨張になり、実装バンプの接続における熱歪や熱応力が生じて信頼性上で不利になる。配線の熱膨張による熱歪や熱応力を軽減するために、発光ダイオード素子に導通をとるための幅の広い主配線とは別の幅の狭い枝配線を形成する。さらに、図１３及び図１４に示すように、主配線の熱膨張の方向に対して、主に同じベクトル方向に熱膨張する枝配線のパターンを構成する。

例えば、図９の電極上面図を有する、素子サイズ０.３mm角程度の発光ダイオード素子に対して、複数個の素子をフリップチップ実装するため、図１３に示すような入り組んだ形状を有する配線パターンとした。図１３に示す配線パターン形状に、図９に示す素子の電極構成を合わせて、実装できる配列を設定しておく。このような形状をとることにより、実施例１と同様に、同じ配線上に複数個の素子のフリップチップ実装ができるようにして、素子の実装歩留を向上できることや、素子数を増やして光出力を増大させる高輝度の目的にかなう実装が可能である上に、配線の熱歪や熱応力を軽減した実装が可能となる。これは、幅の狭い枝配線の構成と、主配線と熱膨張のベクトル方向が同じ方向になるように素子の実装を行うことにより可能となる。

また図１４に示すような配線構造をとることによって、図９に示す０.３mm角程度の素子と、図１０に示す０.３mm 角以上のサイズの素子を同じ配線上に搭載することができる。即ち、０.３mm角程度の素子を実装する領域と、０.３mm角以上のサイズの素子を実装する領域をあらかじめ区別しておき、領域ごとに判断しそれぞれ実装することができる。
０.３mm角以上のサイズの素子において、０.６mm角程度の素子や１mm角程度の素子のように、素子サイズの種類が増えても、あらかじめ配線構造を考慮して形成しておくことにより実装対応できる。素子サイズの異なる複数個の発光ダイオード素子の実装３０ができるようにしておくことにより、例えば０.３mm角程度の素子を二個使用するか、或いは０.６mm角程度の素子や１mm角程度の素子を一個使用して実装し、目的とする光出力を増大した高輝度のバックライト光源を構成するかについて光学設計を活かしながら選択し設定することが可能である。さらに、素子の実装時に、主配線の熱歪や熱応力を軽減した実装が可能となる。これは、幅の狭い枝配線の構成と、主配線と熱膨張のベクトル方向が同じ方向になるように素子の実装を行うことにより可能となる。

本実施例では、複数個の発光ダイオード素子をフリップチップ実装することが可能であり、同じサイズの素子やサイズの異なる素子を複数個同じ配線上に実装することを可能にする。このため、実装素子の冗長設計ができるので、実装の不良素子や特性の不良素子を良好な素子と交換して実装歩留を向上し、良好な素子を追加して高輝度のバックライト光源とすることが可能となる。また用途に応じて、素子サイズの異なる発光ダイオード素子を使い分けて実装し、目的とする高輝度を達成するバックライト光源とすることが可能である。さらに、主配線と熱膨張のベクトル方向が同じで幅の狭い枝配線を構成することにより、主配線の熱歪や熱応力を軽減した実装が可能となる。これにより、フリップチップ実装した発光ダイオード素子の特性が安定して信頼性があり、高輝度で高効率のバックライト光源を提供できるようになる。

本実施例では、上記実施例１或いは実施例２の配線パターン上にフリップチップ実装した発光ダイオード素子とそれを用いたバックライト光源を適用した液晶表示装置を構成する。

本実施例で構成する液晶表示装置では、従来パッケージに各ＲＧＢ素子を実装した場合に比べて、バックライト光源の下地となる基板に直接発光ダイオード素子を実装し、高輝度及び高効率の素子を近接して実装することにより、近距離で高輝度のＲＧＢ三原色を混色できるため、本内容のバックライト光源と拡散板の距離を縮小し薄型化した液晶表示装置を構成できる。本内容の発光ダイオード素子を光源とする場合、拡散板との距離を多くとも２０mm以下に設定したバックライト光源を有する大型テレビ用液晶パネル表示装置も構成することが可能となる。

本発明内容は、発光ダイオードＬＥＤ素子を光源とするバックライト光源とそれを用いたコンピュータ用モニタや大型テレビ用の液晶ディスプレイ表示装置に適用できる。

液晶表示装置における断面概略図。 本発明におけるバックライト光源を示す上面概略図。 本発明におけるバックライト光源のユニット素子の上面概略図。 本発明におけるバックライト光源のユニット素子の上面概略図。 本発明のバックライト光源ユニット素子における発光ダイオード素子に対する配線を示す上面図。 本発明のバックライト光源ユニット素子における発光ダイオード素子に対する配線を示す上面図。 発光ダイオード素子のワイヤボンディング実装を示す断面図。 発光ダイオード素子のフリップチップ実装を示す断面図。 フリップチップ実装の発光ダイオード素子における電極パターンを示す上面図。 フリップチップ実装の発光ダイオード素子における電極パターンを示す上面図。 同じサイズの発光ダイオード素子を複数個フリップチップ実装する本発明の配線パターンを示す上面図。 サイズの異なる発光ダイオード素子を複数個フリップチップ実装する配線パターンを示す上面図。 同じサイズの発光ダイオード素子を複数個フリップチップ実装する本発明の配線パターンを示す上面図。 サイズの異なる発光ダイオード素子を複数個フリップチップ実装する配線パターンを示す上面図。

符号の説明

１…本発明のバックライト光源、２…拡散板、３…正プリズムシート、４…正反射積層シート、５…マット、６…偏光板、７…薄膜トランジスタ及び回路上の液晶層を含むパネル、８…絶縁膜付金属基板或いはセラミック基板或いは絶縁樹脂基板、９…配線、１０…発光ダイオード素子、１１…光反射板、１２…封止樹脂、１３…筐体、１４…単体実装基板、１５…連装実装基板、１６…配線構成の一例を示す上面、１７…配線構成の他例を示す上面、１８…ワイヤ、１９…ワイヤボンディング実装による発光ダイオード素子の断面、２０…バンプ、２１…フリップチップ実装による発光ダイオード素子の断面、２２…ｐ側電極、２３…ｎ側電極、２４…ｎ側櫛型電極。

Claims (12)

1. 基板と、該基板上に設けられた複数の配線とを有し、
   前記複数の配線のそれぞれは、前記基板面において２以上の折れ曲がり部を有し、
   かつ、前記複数の配線のそれぞれには、１又は複数の発光ダイオード素子が直接実装されていることを特徴とする光源。
2. 前記複数の配線のそれぞれには、サイズの異なる複数の発光ダイオード素子が直接実装されていることを特徴とする
   請求項１に記載の光源。
3. 前記複数の配線のそれぞれは、幅の異なる配線を接合してなることを特徴とする
   請求項１に記載の光源。
4. 前記幅の異なる配線は、主配線と、該主配線に比較し幅の狭い枝配線と、からなることを特徴とする
   請求項３に記載の光源。
5. 前記枝配線が熱膨張する主方向は、前記主配線が熱膨張する主方向とほぼ同一であり、
   前記主配線及び前記枝配線にわたって前記発光ダイオード素子が実装されていることを特徴とする
   請求項４に記載の光源。
6. 前記発光ダイオード素子の電極は、両極性を有する電極が素子の片側の面に形成されたフリップチップ対応の電極構成であることを特徴とする
   請求項１〜５に記載の光源。
7. 前記発光ダイオード素子の電極は、前記配線にフリップチップ実装してあることを特徴とする
   請求項１〜５に記載の光源。
8. 前記発光ダイオード素子は、赤色の素子，緑色の素子，青色の素子からなり、
   かつ、各色の素子が前記配線により直列に接続されていることを特徴とする
   請求項１〜５に記載の光源。
9. 前記直列に接続された各色の素子はラインで動作制御されており、直列で形成したラインを縦方向に並べることによりラインスキャンさせる構成を特徴とする
   請求項８に記載の光源。
10. 基板と、該基板上に設けられた複数の配線とを有し、
    前記複数の配線のそれぞれは、前記基板面において２以上の折れ曲がり部を有し、
    かつ、前記折れ曲がり部において、発光ダイオード素子が直接実装されていることを特徴とする光源。
11. 基板と、該基板上に設けられた複数の配線と、該配線に実装される発光ダイオード素子とを有し、
    前記発光ダイオード素子はフリップチップ実装されており、
    該実装部において、前記配線が屈曲していることを特徴とする光源。
12. 一対の基板と、該一対の基板間に配置する液晶層とを有し、
    請求項１〜１１に記載の光源をバックライトとして用いることを特徴とする
    液晶表示装置。
    

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