JP2005322866A - バックライト用発光ダイオードアレーモジュール及びこれを具備したバックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は画面の大きさに関係なく汎用的に利用可能なバックライト用発光ダイオードアレーモジュール及びこれを具備したバックライトユニットを提供する。
【解決手段】バックライトの光源に利用される発光ダイオードアレーモジュール４０において、電気信号を伝達するための導電性パターンがその上面に形成されるバー形態の基板４２；上記基板４２の上部に形成される熱伝導性材料から成るベース４４；上記ベース４４の上部に一列で装着され上記基板４２の導電性パターンと電気的に接続される複数の発光ダイオード４６；上記複数の発光ダイオード４６を囲繞するよう形成され複数の発光ダイオード４６から発光された光を上部に反射する反射器４８；及び、上記複数の発光ダイオード４６及び反射器４８の上部にバー形態に形成され複数の発光ダイオード４６及び反射器４８から放出される光を水平方向に拡散するレンズ５０を含んで構成する。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）ＴＶのバックライトに関するものであり、より詳しくは複数個の発光ダイオードを一体にパッケージングし独立的な素子として利用でき、画面の大きさに関係なく汎用的に利用可能なバックライト用発光ダイオードアレーモジュール及びこれを具備したバックライトユニットに関するものである。

発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｏｄｅ、以下ＬＥＤという）とは、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＩｎＰなどの化合物半導体（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）材料の変更を通して発光源を構成することにより多彩な色の光を発する半導体発光素子である。そして、ＬＥＤ素子の特性を決定する基準としては色（ｃｏｌｏｒ）、輝度、光の強度などがあり、こうした素子特性は１次的にＬＥＤ素子に使用される化合物半導体材料により決定され、２次的にＬＥＤチップを実装するためのパッケージの構造から大きく影響を受ける。

とりわけ、物理的、化学的特性の優れた窒化物を用いて具現された高効率の３原色（赤、青、緑）及び白色発光ダイオードが登場しながら、発光ダイオードの応用範囲がより広くなり、例えばキーパッドと液晶表示装置のバックライト（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）、信号灯、空港滑走路の案内灯、航空機や自動車などの指向性の高い読書灯、照明灯など様々な分野において使用されている。

図４の（Ａ）及び（Ｂ）は従来のバックライトなどの光源に利用される発光ダイオード素子を示した斜視図及び側断面図である。

上記図によると、発光ダイオード素子（１１０）は、電気信号の入出力のためのリード（１１１ａ）及びその内部に熱伝導性物質から成る放熱器（１１２）を具備したプラスチック材質のフレーム（１１１）に構成された放熱器（１１２）の上部にＬＥＤチップ（１１４）を実装し、上記ＬＥＤチップ（１１４）から発生された光を水平方向に反射するよう構成されたレンズ（１１６）を上記フレーム（１１１）の上部に結合させて成る。

上記フレーム（１１１）とレンズ（１１６）から成るパッケージ構造はＬＥＤチップ（１１４）から生成された光を略水平方向に放出しながら、ＬＥＤチップ（１１４）から発生した熱は外部に排出し、安定した動作特性を得るよう構成されたものである。

図５はこうした水平発光特性を有する発光ダイオード素子（１１０）により具現した従来のバックライトユニットを示し、図６は図５のバックライトユニットに具備されたＬＥＤアレー（１２１）の拡大図である。

図５及び図６に示すように、従来のバックライトユニット（１２０）は図４に示すようにパッケージングされるが、各々赤、青、緑の光を発する複数のＬＥＤ発光ダイオード素子（１１０）を三原色が交互に配置されるよう電気信号を伝達する印刷回路パターンが形成された印刷回路基板（ｐｒｉｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ、以下ＰＣＢという）（１３０）上に一列で装着し、ＬＥＤアレーモジュール（１２１）を形成する。そして、バックライトユニット（１２０）を水平に等分し、各等分された領域の中央部に上記ＬＥＤアレーモジュール（１２１）を各々配置し、上記ＬＥＤアレーモジュール（１２１）の両側面上に水平発光された光を垂直方向に反射するよう各々の反射板（１２３）を形成する。上記においてアレーモジュール（１２１）のＰＣＢ（１３０）は放熱効率を高めるために熱伝導性の良いＡｌなどから成る。

こうしたバックライトユニット（１２０）は、ＬＥＤアレーモジュール（１２１）に装着された各々の発光ダイオード素子（１１０）が放出した光が反射板（１２３）において垂直方向に屈折し全体の表示画面に分散されるものである。上記バックライトユニット（１２０）において必要なＬＥＤアレーモジュール（１２１）の数は該表示装置の画面の大きさに比例して増加し、また各ＬＥＤアレーモジュール（１２１）において要求される発光ダイオード素子（１１０）の数もやはり表示装置の画面の大きさに応じて異なる。

したがって、従来のバックライトユニットは上述したように、表示装置の画面サイズに応じてアレーモジュール（１２１）及び反射器（１２３）を再設計しなければならない不具合があり、さらに表示装置の画面の大きさに比例して高価な発光ダイオード素子（１１０）の数が増加する。さらに、従来のバックライトユニットはアレーモジュールを平行に配置することにより、アレーモジュール（１２１）から遠く離れたエッジ部が中央部に比して相対的に輝度特性が低下する問題がある。また、上記ＬＥＤアレー全体が一つのユニットに構成されるので、一部に不良が発生しても全体を点検しなければならない不便及び不具合がある。

本発明は、上述した従来の問題を解決するために提案されたものとして、その目的は、複数個の発光ダイオードを一体にパッケージングし独立的な素子として利用可能であり、画面の大きさに関係なく汎用的に利用可能なバックライト用発光ダイオードアレーモジュール及びこれを具備したバックライトユニットを提供するものである。

上述した目的を成し遂げるための構成手段として、本発明はバックライトの光源として利用される発光ダイオードアレーモジュールにおいて、電気信号を伝達するための導電性パターンがその上面に形成されるバー形態の基板；上記基板の上部に形成される熱伝導性材料から成るベース；上記ベースの上部に一列で装着され上記基板の導電性パターンと電気的に連結される複数の発光ダイオード；上記複数の発光ダイオードを囲繞するよう形成され複数の発光ダイオードから発光された光を上部に反射する反射器；及び、上記複数の発光ダイオード及び反射器の上部にバー形態で形成され複数の発光ダイオード及び反射器から放出される光を水平方向に拡散するレンズを含むことを特徴とする。

上記本発明の発光ダイオードアレーモジュールにおいて、ベース上部に実装される複数の発光ダイオードは白色光に混合されるよう複数の赤、緑、青の発光ダイオードが混合されて成ることを特徴とするバックライト用発光ダイオードアレーモジュール。また、上述した本発明の発光ダイオードアレーモジュールにおいて、上記レンズはモジュールの長側面方向へ光が拡散する構造を有することを特徴とする。さらに、本発明は上述した目的を成し遂げるための他手段として、上述したように構成された発光ダイオードアレーモジュールを複数の行列を成すよう一定間隔で配置し、隣接した行列のアレーモジュールがＸ字形となることを特徴とするディスプレイ装置のバックライトユニットを提供する。

上述したように、本発明は複数のＬＥＤチップを一体にパッケージングした発光ダイオードアレーモジュールを提供することにより、バックライト用ＬＥＤアレーをより安価且つ容易に具現できるようにし、画面の大きさに応じてＬＥＤアレーを変更させなくてもバックライトユニットを具現できるようにし、汎用性を向上させることができる。また、ＬＥＤアレーが単位長さで具現されることにより、不良発生時にバックライトユニット全体を交替せず、不良部分のみ交替できるようにし、製造及び修理を容易にする優れた効果を奏する。

以下、添付の図面に基づき本発明によるバックライト用発光ダイオードアレーモジュール及びこれを具備したバックライトユニットの実施例を説明する。

図１は本発明による発光ダイオードアレーモジュールの一実施例を示す分解斜視図である。図１に示すように、本発明の発光ダイオードアレーモジュール（４０）は大きく分けると、電気信号を伝達するための導電性パターンが形成される所定の長さのバー形態ＰＣＢ（４２）と、上記ＰＣＢ（４２）の上部に位置する熱伝導性材料から成るベース（４４）と、上記ベース（４４）の上部に一列で装着され上記ＰＣＢ（４２）の導電性パターンと電気的に接続される複数のＬＥＤチップ（４６）と、上記複数のＬＥＤチップ（４６）を囲繞するよう形成され各ＬＥＤチップ（４６）から発光された光を上部に反射する反射器（４８）と、上記複数のＬＥＤチップ（４６）及び反射器（４８）の上部に形成されＬＥＤチップ（４６）及び反射器（４８）から入射する光を略水平方向に拡散するレンズ（５０）とで構成される。

上記において、ＰＣＢ（４２）は複数のＬＥＤチップ（４６）に電気信号を印加する機能ばかりでなく、上記複数のＬＥＤチップ（４６）の動作時に発生する熱を外部に伝達する機能を有する。したがって、ＰＣＢ（４２）には電気信号の入出力及び伝達のための導電性パターンが形成され、熱伝導効率の高い物質、例えば、アルミニウム（Ａｌ）により具現される。この際、ＰＣＢ（４２）の大きさは該ＬＣＤ画面の大きさに関係なく設定された一定の長さで規格化することができる。この際、ＰＣＢ（４２）の大きさは装着されるＬＥＤチップ（４６）の数によるもので、上記装着されたＬＥＤチップ（４６）の数もＬＣＤ画面の大きさに関係なく一定な規格で設定することができる。

次に、上記ＰＣＢ（４２）の上部には複数のＬＥＤチップ（４６）が装着されるが、この際ＬＥＤチップ（４６）の熱放出が容易なよう放熱構造及び／または熱伝導性の高い物質から成るベース（４４）をその間に挟んで装着される。上記ベース（４４）は従来周知のヒートシンク構造及び物質からなることができ、この際一つのＬＥＤチップのみを対象にするものではなくＰＣＢ（４２）に装着される複数のＬＥＤチップ（４６）の熱を同時に放出できるよう形成される。上記複数のＬＥＤチップ（４６）はワイヤボンディングまたはフリップチップボンディングによりベース（４４）上に実装されることができる。

また、上記ＰＣＢ（４２）上には複数のＬＥＤチップ（４６）から発生した各方向の光を上部に集めるための反射器（４８）が形成されるが、上記反射器（４８）は上記ＬＥＤチップ（４６）の実装面を基準に所定角度で傾く傾斜面を複数のＬＥＤチップ（４６）を囲繞するよう形成した後、上記傾斜面に反射特性を有する金属物質をメッキするか、複数のＬＥＤチップ（４６）を囲繞し所定角度で傾いた金属反射板を付着し具現することができる。ここで、上記反射器（４８）の傾斜角は必要な輝度特性に応じて調節することができる。

次に、レンズ（５０）は上記複数のＬＥＤチップ（４６）及び反射器（４８）の上部に形成されるもので、光を通過させる透明物質から成り、上記ＰＣＢ（４２）のようなバー形態を有する。この際、上記レンズ（５０）の反射面は下部から入射する光を略水平方向に屈折させる構造であれば如何なる形状でも構わない。

上記複数のＬＥＤチップ（４６）は樹脂などにより封止（ｅｎｃａｐｓｕｌａｎｔ）される。封止剤は低い応力またはＬＥＤチップ（４６）に対する緩衝作用を提供できる軟質の材料であることが好ましい。また、上記封止剤は上記レンズ（５０）と屈折率が類似した物質により具現することで光の放出を容易にすることができる。

上記レンズ（５０）は上記封止剤と一体に形成されることもでき、予め成形され上記封止剤上に装着または結合されて成ることもできる。

図２は上述した発光ダイオードアレーモジュール（４０）の側断面図である。図２に示すように、上記発光ダイオードアレーモジュール（４０）はＰＣＢ（４２）の上部にヒートシンク構造を有するベース（４４）を介してパッケージングされない複数のＬＥＤチップ（４６）を直に装着した後、一度に反射器（４８）、封止剤（４９）及びレンズ（５０）を形成してパッケージングする。上記複数のＬＥＤチップ（４６）は所定間隔を隔てて一列に配置されるが、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の発光ダイオード順で配置されることができる。上記配置順序及び赤、緑、青色別比率は該ＬＥＤチップ（４６）の輝度特性に応じて決定することができる。

上記ＰＣＢ（４２）を通してＬＥＤチップ（４６）に電気信号が印加されると、上記ＬＥＤチップ（４６）から光が放出される。この際、上記ＬＥＤチップ（４６）から発生した光のうち、垂直方向に散乱した光はそのままレンズ（５０）に入射し、側面に放出された光は反射器（４８）から全反射しながら光の経路が変更する。したがって、各々の色で放出された光は上記反射器（４８）から反射しながら混じ合い白色光ができ、この光は最終的に上部方向に屈折してレンズ（５０）に入射する。上記レンズ（５０）は入射した光の経路を水平方向に変更する。

上記のように、発光ダイオードアレーモジュール（４０）は内部においてある程度三原色が混合され、均一な発光効果を示すことができる。さらに、上記封止剤（４９）を樹脂などに分散剤を一定量混合して形成する場合、より均一に三原色を混合することができる。

以上の発光ダイオードアレーモジュール（４０）の製造は、ヒートシンク構造を有し、その上部に複数のチップをフリップチップまたはワイヤボンディングできる電極パターンと上記電極パターンを下部面まで電気的に接続する電気的接続手段とを具備したベース（４４）を形成し、上記ベース（４４）及び反射器（４８）をＰＣＢ（４２）に装着し、次に上記ベース（４４）の上部に複数のＬＥＤチップ（４６）をボンディングする。そして、上記ＬＥＤチップ（４６）を封止した後、バー形態のレンズ（５０）を装着しキュア（ｃｕｒｅ）してなることができる。

こうした本発明の発光ダイオードアレーモジュール（４０）は一定の単位サイズの独立パッケージに構成されることにより、バックライトユニットの組立時、複数の発光ダイオードアレーモジュール（４０）をバックライトユニット上に適宜に配置して用いることができる。

図３は上述した本発明の発光ダイオードアレーモジュール（４０）を利用したバックライトユニットの好ましき構成例を示す図である。

本発明によるバックライトユニット（６０）において、発光ダイオードアレーモジュール（４０）は所定間隔を隔てた複数の行と列で配置される。この際、複数の発光ダイオードアレーモジュール（４０）は同一行においては長手方向に沿って一直線に所定間隔で配置され、隣接した行同士では発光ダイオードアレーモジュール（４０）が二つの発光ダイオードアレーモジュール（４０）の間に位置するよう配置される。

即ち、上記バックライトユニット（６０）上に複数の発光ダイオードアレーモジュール（４０）が菱形に配置される。

上記のように具現すると、バックライトユニット（６０）の全領域にかけて均一な輝度特性を得られ、図５のバックライトユニット（１２０）に比してＬＥＤチップ数を減少できるようになる。

ほかにも、本発明による発光ダイオードアレーモジュール（４０）を他の形態で適宜に配置することにより必要な輝度特性を提供するバックライトユニット（６０）を具現できる。

例えば、単位長さの本発明による発光ダイオードアレーモジュール（４０）を複数個一列に繋ぎ、図５に示したバックライトユニットのように、２列で発光ダイオードアレーを具現することもできる。この場合、画面の大きさが増加しても、上記発光ダイオードアレーモジュール（４０）の構造や設計を変更させず、単に発光ダイオードアレーモジュール（４０）の個数を増やして組立てればよいので、バックライトユニットの製造は容易になるが、均一な発光特性は得がたい。

本発明による発光ダイオードアレーモジュール及びバックライトユニットは以上の実施例に限定されず、その技術的要旨を外れない範囲内で様々な変形及び応用が可能である。

本発明によるバックライト用発光ダイオードアレーモジュールの構造を示した分解斜視図である。 本発明による発光ダイオードアレーモジュールの長側及び短側から見た断面図である。 本発明による発光ダイオードアレーモジュールにより具現されたバックライトユニットの上面図である。 （Ａ）は従来の発光ダイオード素子の斜視図で、（Ｂ）はその側断面図である。 従来の発光ダイオードにより具現されたバックライトユニットの上面図である。 従来のバックライトユニットに具備された発光ダイオードアレーモジュールの構成図である。

符号の説明

４２ 印刷回路基板（ＰＣＢ）
４４ ベース
４６ 発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ
４８ 反射器
５０ レンズ

Claims (7)

1. バックライトの光源に利用される発光ダイオードアレーモジュールにおいて、
   電源伝達のための導電性パターンが上記導電性パターンの上面に形成されるバー形態の基板と、
   上記基板の上部に形成される熱伝導性材料から成るベースと、
   上記ベースの上部に一列で装着され上記基板の導電性パターンと電気的に接続される複数の発光ダイオードチップと、
   上記複数の発光ダイオードを囲繞するよう形成され複数の発光ダイオードから発光された光を上部に反射する反射器と、
   上記複数の発光ダイオード及び反射器の上部にバー形態で形成され複数の発光ダイオード及び反射器から放出される光を水平方向に拡散するレンズと、
   を有することを特徴とするバックライト用発光ダイオードアレーモジュール。
2. 上記複数の発光ダイオードチップは各々赤または緑または青の光を発光することを特徴とする請求項１に記載のバックライト用発光ダイオードアレーモジュール。
3. 上記レンズはモジュールの長側面方向に光が拡散する構造を有することを特徴とする請求項１に記載のバックライト用発光ダイオードアレーモジュール。
4. 上記バックライト用発光ダイオードアレーモジュールは、透明な軟質の物質から成り上記複数のＬＥＤチップを覆って保護するための封止部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のバックライト用発光ダイオードアレーモジュール。
5. 上記レンズは上記封止部と一体に形成されることを特徴とする請求項４に記載のバックライト用発光ダイオードアレーモジュール。
6. 上記封止部は樹脂に分散剤を混合した物質から成ることを特徴とする請求項４または５に記載のバックライト用発光ダイオードアレーモジュール。
7. 請求項１ないし６中いずれかに記載のバックライト用発光ダイオードアレーモジュールを複数の行列を成すよう一定間隔で配置し、隣接した行列のアレーモジュール同士がＸ字形に配置され、面発光を行うよう形成されたことを特徴とするディスプレイ装置のバックライトユニット。

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