JP2008177158A - 裸チップledを備えたledバックライト - Google Patents
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Abstract
【課題】一様な照明のバックライトを形成するようLED裸チップのエッジ発光特性を用いる方法及び装置を提供する。
【解決手段】一様な照明のバックライトを形成するようLED裸チップ(701)のエッジ発光特性を用いる方法及び装置により、ディフューザプレート(706)とLEDアレイ(701)との間の間隔を減少させることができる。一実施形態では、LEDチップ(701)は、プリズム構造体上に設けられ、このプリズム構造体は、サイド放出光の向きを外方に変える。
【選択図】図7(a)
【解決手段】一様な照明のバックライトを形成するようLED裸チップ(701)のエッジ発光特性を用いる方法及び装置により、ディフューザプレート(706)とLEDアレイ(701)との間の間隔を減少させることができる。一実施形態では、LEDチップ(701)は、プリズム構造体上に設けられ、このプリズム構造体は、サイド放出光の向きを外方に変える。
【選択図】図7(a)
Description
本発明は、液晶ディスプレイ(LCD)用のバックライト光源、特に発光ダイオード(LED)光源に関する。
最新型のカラーLCDは、LCDパネルの背後に設けられた光源を用いて視認されなければならない。この光源は、通常、バックライトと呼ばれている。現時点において、大抵の用途は、バックライト用の光源として冷陰極蛍光灯(CCFL)を用いている。この蛍光灯は、管状構造体内に光を放出する。
図1は、反射ボックス102内に収納されたCCFL101を用いる典型的なバックライトユニット100の断面側面図である。蛍光灯が光を導光板104中に投射するために片側に開口部が設けられている。光の向きをLEDの表面の方へ向けるためにプリズムフィルム105が用いられている。迷光をLCDに向かって反射するために反射面103が、導光板の背後に用いられている。
図2に示されているように、より強力な照明を提供するために、LCDの中には、バックライトユニット内の互いに反対側の端に2つのCCFL201,202を有しているものがある。導光板又は光ガイド203により、光は、ディフューザ204及びプリズムフィルム205に向かって上方に伝搬する。
図3に示されているように、LCDテレビジョンに用いられるバックライトユニットは、ディスプレイの厚さの制限を受けず、しかも、テレビジョンの視認にはより高い輝度が必要な場合が多いので、反射ボックス302内に収納されたバックライトユニットにはCCFL301の多数のユニットが用いられる。ボックス302は、ディフューザ303によって覆われている。この場合も又、プリズムフィルム304が、ディフューザの頂部に設けられていて、光の伝搬を細い末広がりの円錐の状態に拘束するようになっている。CCFLは、LCDにとって良好な光源であるが、その電力消費量は、比較的高く、その寿命は、制限されている(場合によっては、約1000時間に)。他方、発光ダイオード(LED)は、電力消費量が少なく、しかも寿命が非常に長い。ノートブック型コンピュータ及びテレビジョンにおけるLCDの需要の高まりにつれて、CCFLに代わる光源としてLEDの開発努力が続けられている。これまで、CCFLに取って代わってLEDを用いる2つの方法が、研究調査されている。
図4に示されているように、一方法は、LED401のリニアアレイを用いて光バー400を形成することである。この場合、これは、バックライトユニット内のCCFLをLED光バーで置き換えるという単なる問題である。典型的には、LEDは、四方から光を放出するチップで構成されている。この場合、このチップは、LEDが光を上方に投射するようにする導光板として役立つ高屈折率プラスチックの内部に成形される。
図5(a)及び図5(b)に示されているように、第2の方法は、LED501のアレイをLCDの背後に配置することである。図5(b)は、図5(a)の側面図である。LED501は、反射プリント回路板(PCB)503に結合されている。各LEDの末広がり円錐505により、ディフューザ504は、各LEDからの光のコーンがその隣りのコーンとオーバーラップすることができるようLEDから幾分かの距離を置いて配置されなければならない。これにより、バックライトユニットの厚さが増大する。しかしながら、直接照明の光効率は、ディスプレイの一方の側からディスプレイ内に結合される照明を有する場合よりも高い。
本発明は、一様な照明のバックライトを形成するようLED裸チップのエッジ発光特性を用いる方法及び装置を提供する。これにより、ディフューザプレートとLEDアレイとの間の間隔を減少させることができる。一実施形態では、LEDチップは、プリズム構造体上に設けられ、このプリズム構造体は、サイド放出光の向きを外方に変える。
一実施形態では、複数個のLEDチップが用いられる。LEDチップは、互いに異なる色のものであって良く、したがって、これらの組合せにより、白色光が得られるようになる。まず最初に、LED裸チップをヒートシンクに取り付け、このヒートシンクを、プリズムフィルムを収納したプリント回路板に取り付ける。
一実施形態では、第2のプリズムフィルムが、LEDの下に設けられた第1のプリズムフィルムに加えて、LEDの上方に設けられる。加うるに、ディフューザを第2のプリズムフィルムの上方に設けるのが良い。
一実施形態では、LED及びプリズム構造体は、光を回折させるようポリマーの屈折率とは異なる屈折率を有する粒子を含有したポリマーで被覆される。特に、粒子は、気泡であるのが良い。
図6は、先行技術のLED裸チップ600の側面図である。基板601の頂部上には、接合層602が成長形成されている。電流が接合層を通ると、光が図6(a)に示すように接合部から放出される。図6(b)は、LEDチップ600の平面図である。光の放出がチップの4つの側部から行われていることが理解できる。これは、LEDの作製において最も一般的な技術である。LEDは、頂面からも光を放出するよう作製できる。しかしながら、このプロセスは、手が込んでおり、かくして製造費が高くつく。さらに、表面発光型LEDは、本発明の方式では利点が無い。市販のLEDパッケージでは、裸チップは、LEDが光を上方に投射するようにする導光板として役立つ高屈折率プラスチックの内部に成形される場合が多い。
図7(a)は、本発明の実施形態としての単一のLED裸チップを備えたバックライトユニットを示している。図7(a)は、LED裸チップのエッジから放出された光をバックライトユニットによって必要とされるように上方への光伝搬にどのように変換するかを示している。理解できるように、まず最初に、LED裸チップ701をヒートシンク702に取り付け、次にこのヒートシンクをプリント回路板703に取り付ける。ヒートシンクは、LEDチップにより生じた熱を消散させると同時にLEDチップを高い位置に配置してエッジ放出光を遠くの距離まで投射できるようにするのに役立っている。ヒートシンク構造体702は、LEDの基板を厚手に作った場合には不要である。反射構造体704(例えばプリズムフィルム)が、図示のようにLEDチップを包囲した領域でプリント回路板に取り付けられている。この反射構造体又はプリズム構造体は、光を上方に反射する構造(三角形として示されている)を有する。プリント回路板は、反射壁707,708によって包囲されている。壁707,708に垂直にLEDにより放出された光は、LEDから放出された光が全て垂直に伝搬するまでこれらの壁によって散乱される。図7(a)は、構造体704に入射し、上方に反射されている光線を示している。同様に、位相構造体705に入射した光線は、上方に屈折される。LEDからの光を一様にするために屈折フィルム705の頂部にはディフューザ706が設けられている。
図7(b)は、ディフューザから出た光パターン(円708)を示している。LEDチップから出る光の末広がり円錐に応じて、光パターンの直径は、LEDチップ701とディフューザ706との間の間隔の2倍よりも大きい場合が多い。
図8は、本発明の実施形態としての裸チップLEDのアレイを用いたバックライトアレイの略図である。バックライトユニット800を構成するようこの技術的思想を利用するにあたり、図8に示されているLED801のアレイは、プリント回路板(PCB)802上に布設される。LEDユニット801は各々、赤色光、緑色光及び青色光を別々に放出するLEDを有する。緑色LEDは、赤色LED及び青色LEDよりも弱い場合が多いので、赤色LED及び青色LEDごとに2つの緑色LEDが用いられる。これらLEDは、LEDを包囲する領域に反射構造体を有するプリント回路板802上に実装される。LEDを備えたこのPCBは、図7に示されているように、4つの反射壁により包囲されると共に屈折構造体及びディフューザで覆われる。
一実施形態では、屈折構造体は、例えば図9に示すプリズムフィルムである。プリズムフィルムのこの平面図では、各プリズムは、4つの側面901,902,903,904を有している。プリズムの頂点は、905である。これよりも多い数の側面を備えたプリズムも又、本発明に利用できる。一実施形態では、プリズム構造体は、不規則であり、ランダムであり、又は疑似ランダムであり、少なくとも複数個のプリズムについて、プリズムのサイズ、頂点、厚さ又は他の特徴が様々である。
図10は、本発明の実施形態としてのリニアプリズムアレイを示している。かかるリニアプリズムのうちの2つを一方がもう一方に垂直であるよう回転させた状態で互いに積み重ねるのが良い。LEDを包囲した反射構造体も又、光を上方に反射するプリズム構造体又は他の何らかの作製された表面で作られるのが良い。
図11は、拡散を助けるための粒子を備えたポリマーを追加した本発明の実施形態の略図である。この実施形態では、エンクロージャ内部の空間1109は、ポリマーの屈折率とは異なる屈折率を有する粒子、例えば粒子1110を含むポリマーで満たされている。一実施形態では、粒子は、気泡である。気泡を含むポリマーをキャビティ1109内に注ぎ込み、次に熱硬化又は紫外線により硬化させる。これら粒子は、LEDにより放出された光を散乱させて投射光をより一様にする。
図12(a)〜図12(c)は、本発明の別の実施形態を示している。LEDチップを直接大形PCB上に結合するのではなく、まず最初に、LED1203を矩形PCB1201上に結合する。このLED光バーの平面図が、図12(a)に示されている。LED1203は、図12(b)に示されているように透明な台形構造体1202によって包封されている。これは、光を光バーの頂部に向けるのではなく光バー1200の側部に結合するのに好ましい構造である。
図12(c)は、本発明のバックライト内でLED光バーがどのように用いられているかを示している。LED光バー1200は、反射拡散構造体1205中に埋め込まれた大形PCB1204に結合されている。図示のように、反射拡散構造体は、プリズムフィルムである。本発明では、他の反射構造体を使用することができる。LED光バーは、ディフューザ1208及びプリズムフィルム1206により覆われている。バックライトユニットの4つの側部は、反射壁、例えば反射壁1207によって包囲されている。
当業者であれば理解されるように、本発明は、その本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で実施できる。例えば図7(a)のプリズムフィルムのうちの1つだけを用いても良く、或いは、プリズム面ではなく平らな反射面を用いても良い。変形例として、LEDは、パッケージの状態であっても良く、その側部が例えばバックライトの端のところに配置されても良い。したがって、上述の説明は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲の例示であって、これを限定しようとするものではない。
100,200,300 バックライトユニット
101,201,202,301 冷陰極蛍光灯
102,302 反射ボックス
104,203 導光板又は光ガイド
105,205,304,1206 プリズムフィルム
400,1200 光バー
501,801,1203 LED
503,1201 プリント回路板
504,706 ディフューザ
600,701 LED裸チップ
702 ヒートシンク
705 位相構造体又は屈折フィルム
801 LED
1109 空間
1110 粒子又は気泡
1202 台形構造体
101,201,202,301 冷陰極蛍光灯
102,302 反射ボックス
104,203 導光板又は光ガイド
105,205,304,1206 プリズムフィルム
400,1200 光バー
501,801,1203 LED
503,1201 プリント回路板
504,706 ディフューザ
600,701 LED裸チップ
702 ヒートシンク
705 位相構造体又は屈折フィルム
801 LED
1109 空間
1110 粒子又は気泡
1202 台形構造体
Claims (16)
- バックライトユニットであって、
基板と、
前記基板上に設けられた少なくとも1つの裸チップLEDと、
前記裸チップLEDのサイドから放出された光を外方に反射するよう前記裸チップLEDに隣接して前記基板に取り付けられた反射構造体とを有する、バックライトユニット。 - 前記基板は、プリント回路板から成る、請求項1記載のバックライトユニット。
- 前記反射構造体の周りに設けられた複数個の反射壁を更に有する、請求項1記載のバックライトユニット。
- 前記裸チップLEDから間隔を置いて、前記反射構造体及び前記基板と対向した前記LEDの側に取り付けられた透明な屈折構造体を更に有する、請求項1記載のバックライトユニット。
- 前記屈折構造体は、プリズムの二次元アレイである、請求項4記載のバックライトユニット。
- 前記屈折構造体は、2枚のリニアプリズムフィルムから成り、第1のフィルムは、第2のフィルムに対して所与の角度だけ回転した状態にある、請求項4記載のバックライトユニット。
- 前記回転角度は、90°である、請求項6記載のバックライトユニット。
- 前記裸チップLEDから間隔を置いて、前記反射構造体及び前記基板と対向した前記LEDの側に取り付けられたディフューザを更に有する、請求項1記載のバックライトユニット。
- 複数個のLEDを更に有し、前記LEDは、赤色光、緑色光及び青色光を放出するLEDを含む、請求項1記載のバックライトユニット。
- 前記反射構造体は、複数個の小さなプリズムから成る、請求項1記載のバックライトユニット。
- 前記反射構造体は、ランダムパターン付け表面を有する、請求項1記載のバックライトユニット。
- 前記少なくとも1つのLEDを収納したキャビティ内に散乱粒子を備えたポリマーを更に有し、前記散乱粒子は、光分布の一様性を向上させる、請求項1記載のバックライトユニット。
- 前記散乱粒子は、気泡から成る、請求項12記載のバックライトユニット。
- 前記LEDは、透明な台形構造体により包封されている、請求項1記載のバックライトユニット。
- 前記LEDは、前記透明な台形構造体により包封される前に、PCB上に実装される、請求項14記載のバックライトユニット。
- バックライトユニットであって、
プリント回路基板と、
前記基板上に設けられた複数個のヒートシンクと、
前記ヒートシンク上に設けられた複数個の裸チップLEDと、
不規則なプリズムパターンを備えていて、前記裸チップLEDのサイドから放出された光を外方に反射するように前記裸チップLEDに隣接して前記基板上に取り付けられた反射構造体と、
前記反射構造体の周りに設けられた複数個の反射壁と、
前記裸チップLEDから間隔を置いて、前記反射構造体及び前記基板と対向した前記LEDの側に取り付けられた透明な屈折構造体とを有する、バックライトユニット。
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