CN101349385A - 背光单元 - Google Patents

Abstract

提供了一种背光单元，包括：用于发光的多个发光二极管(LED)；多个LED模块，具有支持和驱动多个LED的印刷电路板(PCB)；多个光学板，其附到相应的LED模块的顶部表面；以及多个散热垫，其附到相应的LED模块的背部表面。

Description

背光单元

相关申请的交叉参考

本申请要求于2007年7月19日向韩国知识产权局提交的第10-2007-0072266号韩国专利申请的优先权，以及于2008年7月16日向韩国知识产权局提交的第10-2008-0069033号韩国专利申请的优先权，其披露的内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及使用发光二极管(LED)模块的背光单元。

背景技术

近年来，随着半导体技术的快速发展，产品的性能得到进一步增强而同时减小了其尺寸和重量。仍用于信息显示装置的阴极射线管(CRT)在性能和价格方面具有许多优点，但是其在小型化和便携性方面存在制约。作为用于克服这种缺点的装置，已提出了液晶显示器(LCD)装置。由于LCD装置可以在尺寸和重量上有所减小并具有低功耗，因此LCD装置被认为是可以克服CRT的缺点的替代品。目前，几乎每个需要显示装置的信息处理设备都包括了安装在其上的LCD装置。

在LCD装置中，将电压施加到液晶的特定分子排列从而将该分子排列转换为另一分子排列，以及将液晶单元(其通过经转换的分子排列发光)的光学特性(诸如双折射、旋光本领、双色性质、及漫射)上的改变转换为视觉改变。即，LCD装置是通过液晶单元使用光调制的这样一种显示装置。

由于LCD装置是自身不能发光的无源元件，所以使用附在液晶面板背部表面的背光单元对该液晶面板进行照明。由施加的电信号调节液晶面板的光透射率，而在液晶面板上显示静止或移动图像。

冷阴极荧光灯(CCFL)作为在给液晶面板提供光的背光单元中所使用的灯而被广泛使用。然而，近年来，经常将使用了LED的背光单元用于诸如便携式装置和场时序彩色LCD装置的各种显示装置。

参照图1，将详细描述使用LED的传统背光单元。

图1是传统背光单元的透视图。

如图1所示，传统背光单元位于显示面板(未示出)下面并包括：多个LED 110；多个LED模块120，具有支持并驱动多个LED110的印刷电路板(PCB)；光学板(optical sheet)140，其被设置在多个LED模块120上面从而与LED模块120间隔预定距离；以及散热垫130，其被设置在LED模块120的背部表面上。

按照这样的方式来构造传统背光单元：使设置在多个LED模块120上面的光学板140与LED模块120间隔预定距离，并且一个光学板140覆盖所有LED模块120。在这种情况下，可以根据LED模块120的数目来划分LED模块120的背部表面上的散热垫130，从而可以将该散热垫单独地附到每一个LED模块120，或者可以附上一个散热垫130从而覆盖全部LED模块120。

然而，当将背光单元的光学板形成为使其与LED模块间隔开时，使用该背光单元来实现显示装置尺寸和厚度上的减少存在着难度。

此外，当将用于控制光方向的光学板容纳并固定为覆盖全部LED模块的一个板时，如果任意一个LED模块损坏，则位于LED模块上面的光学板要被完全移走。因此，背光单元的返工处理变得复杂。

发明内容

本发明的一个优点在于其提供了一种背光单元，在该背光单元中整体形成LED模块、位于LED模块上面的光学板、以及位于LED模块下面的散热垫，从而减小背光单元的尺寸和厚度。

本发明的总发明构思的其他方面和优点将部分地在随后的描述中阐述，并且部分地将通过描述而变得显而易见，或者可以通过实践总发明构思而获得。

根据本发明的一个方面，背光单元包括：发光的多个发光二极管(LED)；多个LED模块，具有支持并驱动多个LED的印刷电路板(PCB)；多个光学板，其附在相应的LED模块的顶部表面；以及多个散热垫，其附在相应的LED模块的背部表面。

可以将光学板和散热垫形成为具有相同尺寸。

光学板和散热垫可以具有小于LED模块的尺寸。

可以将LED模块排列为在其纵向上彼此平行。

可以将LED模块排列为环绕预定区域。

可以将多个LED连续排列为三角形或矩形形状。

可以按照电路方式对于每一个块来分开多个LED，从而可以部分地开启/关闭多个LED中的某些LED。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的描述，本发明的总发明构思的这些和/或其他方面和优点将变得显而易见，并更容易理解，附图中：

图1是传统背光单元的透视图；

图2是根据本发明的背光单元的透视图；

图3是示出了根据本发明的第一实施例的背光单元中的多个LED的排列的透视图；

图4是示出了根据本发明的第二实施例的背光单元中的多个块的排列的平面图；

图5是示出了根据本发明的第二实施例的背光单元中的多个LED的排列的平面图；

图6是示出了根据本发明的第三实施例的背光单元中的多个块的排列的平面图；

图7是示出了根据本发明的第三实施例的背光单元中的多个LED的排列的平面图；

图8是示出了根据本发明的背光单元的亮度的图像；

图9是根据本发明的背光单元的平面图；

图10是根据本发明的背光单元的电路图；以及

图11是示出了根据本发明的背光单元中的LED模块的排列的另一实例的透视图。

具体实施方式

现在将详细参照本发明总的发明构思的实施例，在附图中示出其实例，其中，在全文中相同的参考标号表示相同的元件。以下通过参照附图描述实施例以解释本发明总的发明构思。

下文中，将参照附图对根据本发明的背光单元进行详细描述。

图2是根据本发明的实施例的背光单元的透视图。

如图2所示，根据本发明的实施例的背光单元100位于显示装置(未示出)下面并且包括：发光的多个LED 110；多个LED模块120，具有支持并驱动多个LED 110的印刷电路板(PCB)；多个光学板140，其附在相应的LED模块120的顶部表面；以及多个散热垫130，其附在相应的LED模块120的背部表面。

多个LED 110可以实现白光。例如，多个LED 110可以包括蓝色LED芯片以及置于该蓝色LED芯片上的红色荧光粉和绿色荧光粉。可替换地，多个LED 110可以包括蓝色LED芯片、红色LED芯片、以及绿色LED芯片。在这种情况下，蓝色LED芯片包括具有发射波长250nm至420nm的LED芯片以及置于该LED芯片上的蓝色荧光粉。此外，红色LED芯片和绿色LED芯片包括LED，分别包括置于该具有发射波长250nm至420nm的LED芯片上的红色和绿色荧光粉。

对于用作红色荧光粉的材料，可以将氮化物基CaAlSiN₃:Eu、硫化物基(Ca、Sr)S:Eu等用作实例。

对于用作绿色荧光粉的材料，可以将具有2、1、4组成的硅酸盐基A₂SiO₄，具有3、1、5组成的硅酸盐基A₃SiO₅，硫化物基SrGa₂S₄:Eu，以及氮化物基Beta-SiAlON用作实例。对于具有2、1、4组成的硅酸盐基荧光粉(Sr、Ba、Ca、Mg)2SiO4:Eu，可以使用X。在这种情况下，Sr是必需元素，如必要的话可以选择性地包括Ba、Ca、及Mg(0≤Ba、Ca、Mg≤1)。Eu被用作催化剂，并使用Eu2+。X是添加剂并可以包括Ho、Er、Ce、Y、F、Cl、Br、I、P、S、N、和Gd中的至少一种或多种。可以在1ppm至500000ppm的范围内调节X的掺杂量。此外，对于具有3、1、5组成的硅酸盐基荧光粉(Sr、Ba、Ca、Mg)3SiO5:Eu，可以使用X。在这种情况下，Sr是必需元素，如必要的话可以选择性地包括Ba、Ca、及Mg(0≤Ba、Ca、Mg≤1)。Eu被用作催化剂，并使用Eu2+。X是添加剂并可以包括Ho、Er、Ce、Y、F、Cl、Br、I、P、S、N、和Gd中的至少一种或多种。可以在1ppm至500000ppm的范围内调节X的掺杂量。

对于用作蓝色荧光粉的材料，可以将硅酸盐基材料、硫化物基材料、氮化物基材料、以及铝酸盐基材料用作实例。

多个LED模块120包括按照矩阵形状排列的多个LED 110，该矩阵由m行和n列组成。在这种情况下，可以将按照m×n矩阵排列的多个LED 110划分为多个块。此处，m和n是等于或大于2的正数。

每一个LED模块120均包括多个块。在这种情况下，可以对于每个块来划分多个LED 110以单独驱动多个LED。

同样地，可以对于每一个块来划分和驱动背光单元100。

此外，由于适当地调节LED模块数目、包括在LED模块中的块数目、以及每一个块的LED芯片数目中的任意一个，因此可以适当地调节背光单元所需的照度。

具体地，将描述取决于背光单元尺寸而对LED适当数目、LED模块数目、每一个LED模块的块数目、以及每一个块的LED芯片数目所进行的选择。

在此实施例中，将分别具有40、46、52、和57英寸的尺寸的背光单元作为实例。

首先，可以将每一个背光单元尺寸所需的总照度(流明)设定至7000、8000、93000、以及13000。如表格1所示，可以取决于单位LED照度来确定可以满足总照度的LED芯片的数目。

通常，使用4、8、10、和15流明的LED。表格1示出了每个背光单元尺寸所需的LED数目。

[表格1]

如表格1所示，取决于单位LED照度的所需的LED数目可以略微不同。考虑到色彩均匀性和亮度需要适当地排列如此庞大数目的LED，以使其具有光密度。

为了轻易地实现对区域和数目的排列，适当地选择LED模块数目、每一个模块的块数目、以及每一个块的LED数目，从而获得最佳的亮度和色彩均匀性。

为了满足表格1中所示的条件，可以如表格2所示选择每个背光单元尺寸中LED模块数目、每一个模块的块数目、以及每一个块的LED数目。

[表格2]

背光单元尺寸(英寸)	40	46	52	57
					LED数目	466-1750	533-2000	622-2325	866-3250
LED模块数目	6-12	6-12	6-12	6-20
					每一个模块的块数目	4-14	5-15	6-28	6-28
每一个块的LED数目	6-24	6-24	6-24	6-24

在与中间尺寸相对应的40英寸和46英寸的情况下，可以在相同的范围中选择LED模块数目和每个块的LED数目。在40英寸的情况下，可以按照将LED模块划分为4-14个块的方式来构造背光单元。在46英寸的情况下，可以按照将LED模块划分为5-15个块的方式来构造背光单元。如必要的话，可以在表格2所示出的范围内适当地选择模块数目和每个块的LED数目。

在与大尺寸相对应的52英寸和57英寸的情况下，可以在6-28的范围内选择每一个模块的块数目，而可以在6-24的范围内选择每一个块的LED数目。优选地，在52英寸的情况下，可以在6-12的范围内选择LED模块数目。在57英寸的情况下，可以在6-20的范围内选择LED模块数目。

即，可以在2-28的范围内选择LED模块数目，并且每一个模块可以由1至28个块组成。此外，可以在每一个块中排列2至240个LED。

在此实施例中，LED模块数目、块数目、以及LED数目并不限于此。

每一个光学板140均具有多个与各LED 110相对应的光透射孔(light transmission hole)(未示出)，并用于按照预定方向对入射光进行漫射或反射从而可以功能性地向显示装置漫射或照射由LED110所产生的光。

将光学板140形成为具有与多个LED模块120中的一个LED模块120相同的尺寸，并将其单独地附到每一个LED模块120。

因此，可以整体地形成光学板140和LED模块120，这使得减小背光单元100的尺寸和厚度成为可能。

在此实施例中已经描述了光学板140和散热垫130的尺寸等于LED模块的尺寸。不必局限于此，光学板140和散热垫130的尺寸可以小于LED模块的尺寸。

由于将光学板140单独地附到每一个LED模块120，仅选择性移走附到多个LED模块120中的损坏的LED模块120的光学板140，从而替换或修理损坏的LED模块120，这使得诸如背光单元100的返工处理的后续处理变得容易成为可能。

散热垫130用于对产生自LED模块120的热量进行散热并可由散热板形成，该散热板由具有高热传导性的合成树脂、或玻璃、或金属板组成。如必要的话，在产生少量热量的情况下，可以移走LED模块120的底部表面上的散热垫130。

此外，可以适当地选择具有最佳亮度和色彩均匀性的LED模块数目、每一个LED模块的块数目、以及LED数目，这使得适当地选择光学板和散热垫的数目成为可能。

整体地形成光学板140、LED模块120、以及散热垫130，从而实现了背光单元100的尺寸和厚度上的减小。此外，将光学板140单独地附到每一个LED模块120上，这使得容易地对背光单元100进行返工成为可能。

在此实施例中，已经描述了对于每一个块来分开光学板140。与光学板140相似，可以对于每一个块来分开反射板。

如图2所示，在多个LED模块120中的一个LED模块120上将多个LED排列为一行。但是，不必局限于此，取决于背光单元的特性可以按照多种形状对多个LED进行排列。

下文中，将参照附图对置于LED模块120中的LED的排列的多个实例进行描述。

图3是示出了根据本发明的第一实施例的背光单元中的多个LED的排列的透视图。

如图3所示，可以在一个LED模块120上将多个LED 110排列为两行。即，取决于背光单元的特性可以在一个LED模块120上将多个LED 110排列为一行或多行。

图4是示出了根据本发明的第二实施例的背光单元中多个块的排列的平面图。

图5是示出了根据本发明的第二实施例的背光单元中多个LED的排列的平面图。

如图4所示，可以在LED模块120上连续排列多个LED 110从而具有三角形状。可以将多个LED 110划分为多个块A至D，从而对于每一个块来单独地驱动背光单元100。各个块可以彼此分开从而使其被独立地开启/关闭，并且通过电路图案将置于每一个块中的LED连接起来。在这种情况下，当产生少量热量时，如必要的话，可以省略LED模块120的底部表面上的散热垫。

通过调节LED的排列，背光单元100可具有最佳的均匀性。如图5所示，当LED 110实现白光时，LED 110彼此分开。在这种情况下，由任意LED(其以彼此最短距离被放置)所组成的LED单元U的中心照度C应当相应于LED的照度的平均值的80％至120％，从而背光单元100具有最佳均匀性。

此时，被置于同一列并且彼此邻近的第一LED 110a和第二LED 110b之间的第一距离(a)可以被设定在20mm至140mm的范围内。此外，第一LED 110a和第三LED 110c(其在行方向上邻近于第一LED和第二LED)之间的第二距离(b)以及第二LED 110b和第三LED 110c之间的第三距离(e)可以被设定在15mm至90mm的范围内。在这种情况下，第二距离(b)和第三距离(e)可以彼此相等，从而背光单元100具有最佳均匀性。第一距离(a)应当大于第二距离(b)和第三距离(e)。

此外，可以将彼此邻近的第一LED 110a和第三LED 110c之间在列方向上的距离以及彼此邻近的第二LED 110b和第三LED 110c之间在行方向上的距离设定在8.2mm至70mm的范围内。

图6是示出了根据本发明的第三实施例的背光单元中的多个块的排列的平面图。

图7是示出了根据本发明的第三实施例的背光单元中的多个LED的排列的平面图。

如图6所示，例如，可以按照方形或矩形连续排列LED模块120上的多个LED 110。可以将多个LED 110划分为多个块A至D，从而对于每一个块来单独地驱动背光单元。各个块可以彼此分开从而被独立地开启/关闭，并且通过电路图案将置于每一个块中的LED连接起来。在这种情况下，当产生少量热量时，如必要的话，可以省略LED模块120的底部表面上的散热垫。

如图7所示，当以矩形排列多个LED时，由任意LED(其以彼此最短距离被放置)所组成的LED单元U的中心照度C应当相应于LED的照度的平均值的80％至120％。对于此构造，可以将相邻LED 110之间的距离D1和D2设定在8.2mm至70mm的范围内。此外，可以在70度至110度的范围内形成列方向(排列LED110的方向)和放置LED的位置之间的角度。

在这种LED排列中，LED应当满足下列条件从而增强色泽复现性和亮度。

为了实现白光，LED芯片可以包括：具有主波长为420nm-456nm的蓝色LED芯片；红色荧光粉，置于蓝色LED芯片周围并且被蓝色LED芯片激发从而发射红光；以及绿色荧光粉，置于蓝色LED周围并且被蓝色LED芯片激发从而发射绿光。在这种情况下，基于CIE 1931色坐标系统，从红色荧光粉发射的红光的色坐标应当位于由顶点(0.6448，0.4544)、(0.8079，0.2820)、(0.6427，0.2905)、以及(0.4794，0.4633)所围绕的区域内，从绿色荧光粉发射的绿光的色坐标应当位于由顶点(0.1270，0.8037)、(0.4117，0.5861)、(0.4197，0.5861)、以及(0.2555，0.5030)所围绕的区域内。

优选地，蓝色LED芯片的发射光谱的FWMH(半最大值全波)从10nm到30nm变动，绿色荧光粉的FWHM从30nm到100nm变动，而红色荧光粉的FWHM从50nm到200nm变动。因此，可能获得具有更卓越的色彩均匀性和品质的白光。具体地，由于蓝色LED芯片的主波长和FWHM分别被限制在420nm-456nm以及10nm-30nm，有可能增强CaAlSiN3:Eu红色荧光粉以及(Sr、Ba、Ca、Mg)2SiO4:Eu，X绿色荧光粉(0≤Ba、Ca、Mg≤1)的效率。

图8是示出了根据本发明的背光单元的亮度的图像。如图8所示，当按照由任意LED(其以彼此最短距离被放置)组成的LED单元U的中心照度C相应于LED的照度的平均值的80％至120％的方式来排列多个LED时，可以发现该背光单元具有最佳均匀性。

在设置有多个LED模块(其中，每一个均具有多个LED)的背光单元中，可以通过调节LED的形状和排列来增强背光单元的均匀性、色泽复现性、以及亮度。

下文中，将参照图9和图10对根据本发明的背光单元进行更为详细的描述。

图9是根据本发明的背光单元的平面图。

图10是根据本发明的背光单元的电路图。

参照图9，根据本发明的背光单元100可以是能够对于每个块而被单独驱动的背光单元。例如，背光单元100可以包括四个LED模块120。每一个LED模块120均包括接线板115以及安装在接线板115上的多个LED芯片110。可以按照由4行和9列组成的矩阵来排列LED芯片110。

可以将LED模块120划分为六个块B1至B6。在此实施例中，构成LED模块120的每一个块B1至B6均意味着一个能够被单独驱动的单元。

在B1至B6的每一个块内的LED芯片110可以彼此串行连接。将块B1至B6中的每一个块的至少一端连接至单独的连接器从而可以对于每一个块来单独驱动LED芯片110。为了实现此连接，LED模块120的接线板115包括两个第一连接器130和六个第二连接器140a、140b、以及140c。第一连接器130和第二连接器140a、140b、以及140c用于将外部电压提供至LED芯片110。

光学板(未示出)单独地附在每一个LED模块120上。因此，当多个LED模块120中的一个LED模块120损坏时，可以仅移走附在损坏的LED模块120上的光学板从而替代或修理该损坏的LED模块120，这使得容易地对背光单元100进行返工成为可能。

参考图10，第一块B1至第三块B3中的每一块均由六个LED芯片110(其置于第一行和第二行的三列上)组成，并且第四块B4至第六块B6中的每一块均由六个LED芯片110(其置于第三行和第四行的三列上)组成。

每一个块的LED芯片彼此串行连接。在第一块B1至第三块B3中的串行电路中，对于每个块，正极(+)公共地连接到第一连接器P1，而负极(-)分别连接到三个第二连接器P21至P23。类似地，在第四块B4至第六块B6中的串行电路中，对于每个块，正极(+)公共地连接到第一连接器，而负极分别连接到三个第二连接器。图10的连接器P1和P21至P23可以对应于图9中所示的第一连接器和第二连接器。

因此，根据本发明的背光单元可以实现对于每一个块进行分开驱动所需的结构并且可以以三个LED芯片为单位来对LED芯片的数目进行调节。

在根据本发明的背光单元中，按照由多个行和列组成的矩阵形状来排列LED芯片从而均匀地发光，并且可以通过调节LED模块数目、每一个LED模块的块数目、以及每一个块的LED芯片数目来适当地调节一定面积所需的LED芯片数目。因此，利用适当的密度可以容易地排列必要数目的LED芯片。因此，有可能高效地改善中等尺寸显示器和大尺寸显示器中的局部暗淡效应和整个色彩均匀性。

此外，如上所述，将光学板(未示出)单独地附到每一个LED模块120上。因此，当多个LED模块120中的一个LED模块120损坏时，可以仅移走附在损坏的LED模块120上的光学板从而替换或修理该损坏的LED模块120，这使得容易地对背光单元100进行返工成为可能。

在此实施例中，已经描述了LED模块按照其纵向被排列。然而，LED模块的排列并不局限于此。

图11是示出了根据本发明的背光单元中的LED模块的排列的另一实例的透视图。

如图11所示，可以将LED模块120排列为环绕预定区域。图11中，以四个LED模块为实例，然而可以将多于四个的LED模块排列为环绕该区域。当产生少量热量时，可以省略在LED模块的底部表面上的散热垫。

根据本发明，整体地形成LED模块、置于LED模块上的光学板、以及置于LED模块下面的散热垫，从而减少了背光单元的尺寸和厚度。

由于将光学板单独地附到每一个LED模块，仅选择性地移走附到多个LED模块中的损坏的LED模块的光学板从而替换或修理该损坏的LED模块，这使得诸如返工处理的后续处理变得容易成为可能。

此外，由于考虑到取决于背光的区域的色彩均匀性和亮度来设定LED模块数目、每一个LED模块的块数目、以及每一个块的LED数目，因此有可能使光学板或反光板的数目最小化。

因此，有可能实现背光单元的尺寸和厚度上的减少并且提高背光单元的产品收得率。

尽管已经示出和描述了本发明的总发明构思的几个实施例，但是本领域技术人员可以认识到，在不背离总发明构思的原理和精神的前提下，可以对实施例做出更改，总发明构思的范围由附加的权利要求及其等同物所限定。

Claims (7)

1.一种背光单元，包括：

多个发光二极管(LED)，用于发光；

多个LED模块，具有支持和驱动所述多个LED的印刷电路板(PCB)；

多个光学板，附到相应的所述LED模块的顶部表面；以及

多个散热垫，其附到相应的所述LED模块的背部表面。

2.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述LED模块、所述光学板、以及所述散热垫被形成为具有相同尺寸。

3.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述光学板和所述散热垫具有小于所述LED模块的尺寸。

4.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述LED模块被排列为在其纵向上彼此平行。

5.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述LED模块被排列为环绕预定区域。

6.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述多个LED被连续排列为三角形或矩形。

7.根据权利要求1所述的背光单元，其中，所述多个LED按照各个块以电路方式分开，从而可以部分地开启/关闭所述多个LED中的某些LED。

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