JP2007027745A - Ｌｅｄを用いた面光源及びこれを備えるｌｃｄバックライトユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】適切な駆動電圧及び駆動電流にて動作できる複数個のＬＥＤを用いた面光源が開示される。
【解決手段】上記面光源は、複数個の分割領域を有する基板と、上記基板上に所定の配置構造で配置された複数個の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、及び上記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを各々駆動するための赤色ＬＥＤ駆動回路、緑色ＬＥＤ駆動回路、 青色ＬＥＤ駆動回路を含む複数個のＬＥＤ駆動部を含む。上記基板の各分割領域内に配置された複数個の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤは同一色相のＬＥＤが相互直列連結され、一分割領域内の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ各々の直列連結は少なくとも一つの他の分割領域内の同一色相のＬＥＤの直列連結と各々並列連結され上記ＬＥＤ駆動部の該当色相のＬＥＤ駆動回路と各々連結される。
【選択図】図２

Description

本発明はＬＥＤを用いた面光源に関するものであり、より詳しくは、面光源に用いられる複数個のＬＥＤを直列連結と並列連結が適切に混用された電気的連結構造で連結することにより、駆動電圧及び駆動電流上昇による問題を解決することができるＬＥＤを用いた面光源及びこれを備えるＬＣＤバックライトユニットに関する。
既存のＬＣＤバックライトの光源として使用された冷陰極蛍光ランプ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ、以下ＣＣＦＬと称する）は、水銀ガスを使用するため環境汚染を引き起こす恐れがあり、応答速度が遅く、色再現性が低いと共にＬＣＤパネルの軽薄短小化に適切でないという短所を有している。
これに対し発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ、以下ＬＥＤと称する）は、環境に優しく、応答速度が数ナノ秒と高速応答が可能でビデオ信号ストリームに効果的で、インパルシブ(Ｉｍｐｕｌｓｉｖｅ)駆動が可能で、色再現性が１００％以上で、赤色、緑色、青色ＬＥＤの光量を調整して輝度、色温度などを任意で変更できると共に、ＬＣＤパネルの軽薄短小化に適合する長所を有しているため、最近ＬＣＤパネル等のバックライト用光源として積極的に採用されているのが実情である。
一般的にＬＥＤを採用したＬＣＤバックライトは、光源の位置によってエッジ型バックライトと直下型バックライトに分けることができる。エッジ型バックライトは、横の長さが長いバー形態の光源が側面に位置して導光板を用いてＬＣＤパネルの全面に光を照射する方式を採用したもので、直下型はＬＣＤパネルの下部に位置しＬＣＤパネルとほぼ同一の面積を有する面光源から直接ＬＣＤパネルの全面に光を照射する方式を採用したものである。
図１は従来の直下型ＬＣＤパネルのバックライトユニットに使用される面光源の一例を示した構成図である。図１に示された通り、従来の直下型ＬＣＤパネルに使用される面光源は、複数個の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを配置したバー形態の基板１１０を複数個横に配置することにより面光源を構成した。上記バー形態の基板１１０上には一列に複数個の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ１２１、１２２、１２３が配置され、同一色相のＬＥＤを相互に直列連結してＬＥＤ駆動部２２の該当色相ＬＥＤ駆動回路２２１、２２２、２２３に直列連結した電気的連結構造を有する。上記のような従来の面光源では一つのバー形態の基板１１０ごとに一つずつのＬＥＤ駆動部２２、即ち三つの色相を駆動するための三つの駆動回路２２１、２２２、２２３が必要とされた。
このような従来の面光源においてＬＥＤの連結構造は、各駆動回路に直列でＬＥＤが連結される特徴を有する。このような直列連結構造で多数のＬＥＤが連結されると、非常に高い駆動電圧が必要とされる。逆に、多数のＬＥＤが並列に連結されると、非常に高い駆動電流が必要となる。
しかし、駆動回路などに使用されるＩＣや設計上の制約により、駆動回路から供給できる駆動電圧または駆動電流は非常に限定的なため、多数のＬＥＤを必要とする面光源では従来のＬＥＤ連結構造を採用することは不可能である。
本発明は上記従来技術の問題点を解決するため案出されたものであり、面光源に用いられる複数個のＬＥＤを直列連結と並列連結が混用された電気的連結構造を採用することにより、適切な駆動電圧または駆動電流で多数のＬＥＤを駆動することができるＬＥＤを用いた面光源及びこれを備えるＬＣＤバックライトユニットを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための技術的構成として、本発明によるＬＥＤを用いた面光源は、
複数個の分割領域を有する基板と、
上記基板上に所定の配置構造で配置された複数個の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、及び、
上記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを各々駆動するための赤色ＬＥＤ駆動回路、緑色ＬＥＤ駆動回路、青色ＬＥＤ駆動回路を含む複数個のＬＥＤ駆動部を含み、
上記基板の各分割領域内に配置された複数個の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤは同一色相のＬＥＤが相互直列連結され、一分割領域内の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ各々の直列連結は少なくとも一つの他の分割領域内の同一色相のＬＥＤの直列連結と各々並列連結され、上記ＬＥＤ駆動部の該当色相のＬＥＤ駆動回路と各々連結されることを特徴とする。
好ましい実施形態において、上記複数個の分割領域は、上記基板をｎ×２または２×ｎの領域に分割する。
好ましい実施形態において、上記一分割領域に配置された赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの数は、他の分割領域に属する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの数と同一である。
好ましい実施形態において、上記基板の一分割領域内の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ各々の直列連結は、隣接する一つの他の分割領域内の同一色相のＬＥＤの直列連結と各々並列連結される。
好ましい実施形態において、上記複数個のＬＥＤ駆動部の各々は、相互に隣接する２個の分割領域に属する複数個のＬＥＤを駆動する。
本発明の一実施形態において、上記配置構造は、上記複数個のＬＥＤが赤色、青色、緑色、緑色の順で繰り返して一列に配置された第１ＬＥＤ配列、及び上記複数個のＬＥＤが青色、赤色、緑色、緑色の順で繰り返して一列に配置された第２ＬＥＤ配列を含み、各列に一つの赤色ＬＥＤ、一つの青色ＬＥＤ及び二つの緑色ＬＥＤを含む任意のＬＥＤ配列がその配列の順番で反復的に配置されるよう、上記第１ＬＥＤ配列及び第２ＬＥＤ配列を各々一つの行で複数個配置できる。
本発明の他の目的を達成するための技術的構成として、本発明によるＬＣＤバックライトユニットは、
ＬＣＤパネルの後面に付着されたＬＣＤバックライトユニットにおいて、
前述の本発明による面光源と、
上記面光源のＬＣＤパネル側に具備され、上記面光源から入射された光を均一に拡散させる拡散シート、及び
上記拡散シートのＬＣＤパネル側に具備され、上記拡散シートから拡散された光を上記ＬＣＤパネルの平面に垂直な方向に集光する少なくとも一つの集光シートを含むものである。
本発明によると、面光源に用いられる複数個のＬＥＤを直列連結と並列連結に適切に混用された電気的連結構造で連結することにより、直列連結のみ成される場合は駆動電圧が非常に高くなる問題と、並列連結のみ成される場合は駆動電流が非常に高くなる問題を解決して、適切な駆動電圧及び駆動電流で多数のＬＥＤを効率的に駆動させることが可能な効果がある。
以下、添付の図面を参照して本発明の多様な実施形態をさらに詳細に説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明される実施形態で限定されるのではない。本発明の実施形態は本発明が属する技術分野において通常の知識を有している者に本発明をより完全に説明するため提供されるものである。従って、図面に示された構成要素の形状及び大きさ等はより明確な説明のため誇張されることができ、図面上で実質的に同一構成と機能を有している構成要素は同一参照符号を使用する。
本明細書において、「連結」という用語は機械的な結合又は電気的な接続を意味し、それら（例えば「接続」）に置き換えることが可能である。
図２は本発明の一実施形態によるＬＥＤを用いた面光源を示した構成図である。図２を参照すると、本発明の一実施形態によるＬＥＤを用いた面光源は、複数個の分割領域(２０ａ乃至２０ｌ)を有する基板２０と、上記基板２０上に所定の配置構造で配置された複数個の赤色ＬＥＤ２１１、緑色ＬＥＤ２１２、青色ＬＥＤ２１１及び上記赤色ＬＥＤ２１１、緑色ＬＥＤ２１２、青色ＬＥＤ２１３を各々駆動するための赤色ＬＥＤ駆動回路２２１、緑色ＬＥＤ駆動回路２２２、青色ＬＥＤ駆動回路２２３を含む複数個のＬＥＤ駆動部２２を含んで構成される。
上記基板２０は、通常ＬＥＤを用いて製作された面光源に利用される金属コアＰＣＢ(Ｍｅｔａｌ Ｃｏｒｅ ＰＣＢ：ＭＣＰＣＢ)が使用され得る。上記金属コアＰＣＢは金属材質(例えば、Ａｌ)のコアの上下面に絶縁体プレートを形成したＰＣＢであり、発熱が大きいＬＥＤを多数実装する場合、熱放出が容易である特性を有する。
上記基板２０は複数個の分割領域２０ａ乃至２０ｌに分割される。上記複数個の分割領域２０ａ乃至２０ｌは、該当分割領域上に配置される複数個の赤色ＬＥＤ２１１、緑色ＬＥＤ２１２、青色ＬＥＤ２１３の電気的連結関係を区分するための基準となる。言い換えると、上記複数個の赤色ＬＥＤ２１１、緑色ＬＥＤ２１２、青色ＬＥＤ２１３は、各分割領域内に配置された相互同一色相のＬＥＤ同士で直列連結される。
上記基板２０の分割領域２０ａ乃至２０ｌは多様な形態に分割され得るが、ＬＥＤ駆動部２２等との電気的連結関係を考慮して、ｎ×２または２×ｎ(ｎは２以上の自然数)の形態を有することが好ましい。例えば、ｎ×３の形態の分割領域が形成されると、基板２０の縁と接することができない分割領域が形成されるため、このような分割領域に配置されたＬＥＤ２１１、２１２、２１３と駆動部２２を電気的に連結することが困難な問題が発生され得る。
上記複数個のＬＥＤの連結関係は図３の拡大構成図を通じさらに容易に理解される。図３は図２に示されたＬＥＤを用いた面光源の拡大構成図である。図３は図２の分割領域のうち図面符号‘２０ａ’及び‘２０ｂ’で指示された一部分をさらに拡大して図示したものである。
図３を参照すると、上述の通り、上記基板の各分割領域２０ａ、２０ｂ内に配置された複数個の赤色ＬＥＤ２１１、緑色ＬＥＤ２１２、青色ＬＥＤ２１３は、同一色相のＬＥＤが相互に直列連結されるものである。この一分割領域２０ａまたは２０ｂ内の同一色相ＬＥＤの直列連結は、少なくとも他の分割領域２０ｂまたは２０ａに配置された同一色相ＬＥＤの直列連結と相互に並列連結され、ＬＥＤ駆動部２２内の該当色相ＬＥＤの駆動回路２２１、２２２、２２３と電気的に連結される。
例えば、図３に示すように、一分割領域２０ａに配置されたＬＥＤ２１１、２１２、２１３は駆動回路２２１、２２２、２２３と電気的連結のための端子とグラウンドとの間で同一色相同士で直列連結され、他の分割領域２０ｂに配置されたＬＥＤも同一連結構造を有する。この両分割領域２０ａ、２０ｂ内に配置された各色相ＬＥＤの直列連結は、相互に同一色相の直列連結構造同士で並列連結され、ＬＥＤ駆動部２２の該当色相ＬＥＤの駆動回路２２１、２２２、２２３に連結される。
即ち、上記複数個のＬＥＤ２１１、２１２、２１３は基板の各分割領域内で同一色相同士で相互に直列連結され、この直列連結は他の分割領域内の同一色相ＬＥＤの直列連結と並列連結され、駆動回路２２１、２２２、２２３と連結される。従って、上記複数個のＬＥＤ２１１、２１２、２１３は直列連結と並列連結が混用された形態の連結構造を有することとなる。
このような直列連結と並列連結が混用されたＬＥＤの電気的連結構造は、直列連結のみ成される場合は駆動電圧が非常に高くなければならない問題と、並列連結のみ成される場合は駆動電流が非常に高くなければならない問題を解決できる。適切な駆動電圧に駆動され得る数のＬＥＤを直列連結し、このような直列連結を再び適切な駆動電流に駆動され得る数だけ並列連結することにより、過度な駆動電圧及び駆動電流が要求されるＬＥＤ連結構造の問題点を解決することができる。
上記直列連結と並列連結が混用されたＬＥＤの電気的連結構造において、製造上の便宜のため各ＬＥＤ駆動部２２に含まれた各色相ＬＥＤの駆動回路２２１、２２２、２２３が同一回路で構成され得るよう、上記分割領域ごとに配置された赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの数は全て同一であることが好ましい。
また、ＬＥＤ駆動回路２２１、２２２、２２３との容易な電気的連結のため、上記基板の一分割領域２０ａ内の赤色ＬＥＤ２１１、緑色ＬＥＤ２１２、青色ＬＥＤ各々の直列連結は、隣接する一つの他の分割領域２０ｂ内の同一色相のＬＥＤの直列連結と各々並列連結されることが好ましい。特に、上記複数個のＬＥＤ駆動部２２各々は、相互に隣接している２個の分割領域２０ａ、２０ｂに属する複数個のＬＥＤを駆動することが好ましい。
基板全体の側面から見た時、上記複数個の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤは、各色相の光が均一に混合され得る配置構造を有することが好ましい。各色相の光を均一に混合するためのＬＥＤ配置構造が、同一出願人により出願された特許文献１(大韓民国特許出願番号１０−２００５−００４５７９４号)に開示されている。
図４は上記出願に開示されたＬＥＤ配置構造の一実施形態を図示した概略図である。図４を参照すると、ＬＥＤ配置構造は行と列から成るマトリックス構造を有し、このマトリックス構造は、複数個のＬＥＤが赤色、青色、緑色、緑色の順で繰り返して一列に配置された第１ＬＥＤ配列４０ａ及び、複数個のＬＥＤが青色、赤色、緑色、緑色の順で繰り返して一列に配置された第２ＬＥＤ配列４０ｂを含む。上記第１ＬＥＤ配列４０ａと第２ＬＥＤ配列４０ｂは、マトリックス構造の各列に一つの赤色ＬＥＤ、一つの青色ＬＥＤ及び二つの緑色ＬＥＤから成る任意のＬＥＤ配列がその配列の順番で反復的に配置されるよう複数個配置されるものである。
このようなＬＥＤ配置構造を適用すると、赤色、緑色、青色の光が均一に混合されることができ、面光源、即ち基板の縁の付近でも赤色や青色に影響されない均一な白色光が生成できることとなる。
再度、図２を参照すると、上記ＬＥＤ駆動部２２は各色相のＬＥＤを各々駆動するための赤色ＬＥＤ駆動回路２２１、緑色ＬＥＤ駆動回路２２２、青色ＬＥＤ駆動回路２２３を含む。上記ＬＥＤ駆動回路２２１、２２２、２２３は各色相のＬＥＤを所望の条件で駆動するため、輝度、色座標或いは色温度などを適切に制御しつつ上記複数のＬＥＤに電源を供給する役割をする。上記ＬＥＤ駆動回路２２１、２２２、２２３は、同一出願人によって出願された特許文献２(大韓民国特許出願番号１０−２００５−００４１５２５号)及び特許文献３(大韓民国特許出願番号１０−２００５−００４１５２６号)に開示された駆動回路を適用することができる。
以上で説明した面光源は、ＬＣＤにおけるＬＣＤパネルの後面光(背面光)を照射するＬＣＤバックライトユニットに採用されることができる。図５は本発明の一実施形態によるＬＣＤバックライトユニットを示した分解側面図である。図５に示された通り、ＬＣＤパネルの後面(背面)に付着された本発明によるＬＣＤバックライトユニットは、前述の本発明による面光源６１と、上記面光源６１のＬＣＤパネル６５側に具備され、上記面光源から入射された光を均一に拡散させる拡散シート６２、及び上記拡散シート６２のＬＣＤパネル６５側に具備され、上記拡散シート６２から拡散された光を上記ＬＣＤパネル６５の平面に垂直な方向に集光する少なくとも一つの集光シート６３を含んで構成される。さらに、本発明によるＬＣＤバックライトユニットは、上記集光シート６３上に配置され、下部の光学構造物を保護するための保護シート６４をさらに含むことができる。
上記面光源は、基板６１１と、上記基板６１１上に前述の本発明によるマトリックス構造で配置された複数個のＬＥＤ６１２を含む。さらに、上記基板６１１の上面の縁で上記マトリックス構造で配置されたＬＥＤ６１２を取り囲むよう形成され、上記ＬＥＤ６１２が配置された方向に傾斜面を有する側壁６１４と、上記基板６１１の上面に形成されＬＥＤ６１２から放出された光を上部へ反射する反射層６１３をさらに具備することができる。側方向に放出される光を上部へ放出できるよう上記側壁６１４の傾斜面にも反射物質６１５が塗布されることが好ましい。
上記面光源６１の上部に位置した上記拡散シート６２は、上記面光源６１から入射される光を分散させることにより光が部分的に密集されることを防止する。また、上記拡散シート６２は、上記第１集光シート６３ａ側へ進行する光の方向を調整して上記第１集光シート６３ａに対する傾斜角を減らす役割も兼ねて遂行する。
上記第１集光シート６３ａと第２集光シート６３ｂは、各々上部面に三角柱模様のプリズムが一定の配列を有して形成されており、上記第１集光シート６３ａのプリズム配列と上記第２集光シート６３ｂのプリズム配列は相互に所定の角度(例えば９０°)で交差するよう配置される。上記第１及び第２集光シート６３ａ、６３ｂは各々上記拡散シート６２から拡散された光を上記ＬＣＤパネル６５の平面に垂直な方向に集光する役割を遂行し、これによって第１及び第２集光シート６３ａ、６３ｂを通過した光の保護シート６４に対する垂直入射性がほぼ完璧に得られる。これによって、上記第１及び第２集光シート６３ａ、６３ｂを通過する光は殆どが垂直に進行することとなり、上記保護シート６４上の輝度分布は均一に得られる。
図５には２個の集光シートを使用する一例を図示したが、場合によって、一つの集光シートのみを使用することもある。
上記第２集光シート６３ｂの上部に形成される保護シート６４は上記第２集光シート６３ｂの表面を保護する役割を遂行するだけではなく、光の分布を均一にするため光を拡散させる役割を遂行する。ＬＣＤパネル６５は上記保護シート６４上に設置される。
このように、ＬＣＤパネルのバックライトに適用されるに適切な本発明によるＬＥＤを用いた面光源は、複数個のＬＥＤを区域別に同一色相同士で直列連結し、各区域のＬＥＤ直列連結を適切な数で相互に並列連結して一つの駆動回路に連結することにより、ＬＥＤ駆動に必要な駆動電圧及び駆動電流を良好な範囲で調整することができる。
従来のＬＥＤを用いた面光源を図示した構成図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤを用いた面光源を図示した構成図である。 図２に図示されたＬＥＤを用いた面光源の拡大構成図である。 本発明の一実施形態によるＬＥＤ配置構造を図示した概略図である。 本発明の一実施形態によるＬＣＤバックライトユニットを図示した分解側面図である。
符号の説明
２０ 基板
２０ａ−２０ｌ 分割領域
２１１、２１２、２１３ ＬＥＤ
２２ ＬＥＤ駆動部
２２１、２２２、２２３ ＬＥＤ駆動回路

Claims (7)

  1. 複数個の分割領域を有する基板と、
    前記基板上に所定の配置構造で配置された複数個の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、及び
    前記赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを各々駆動するための赤色ＬＥＤ駆動回路、緑色ＬＥＤ駆動回路、青色ＬＥＤ駆動回路を含む複数個のＬＥＤ駆動部を含み、
    前記基板の各分割領域内に配置された複数個の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤは同一色相のＬＥＤが相互に直列連結され、一分割領域内の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ各々の直列連結は少なくとも一つの他の分割領域内の同一色相のＬＥＤの直列連結と各々並列連結され、前記ＬＥＤ駆動部の該当色相のＬＥＤ駆動回路と各々連結されることを特徴とするＬＥＤを用いた面光源。
  2. 前記複数個の分割領域は、前記基板をｎ×２または２×ｎ(ｎは２以上の自然数)の領域に分割することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤを用いた面光源。
  3. 前記一分割領域に配置された赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの数は、他の分割領域に属する赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの数と同一であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤを用いた面光源。
  4. 前記基板の一分割領域内の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ各々の直列連結は、隣接する一つの他の分割領域内の同一色相のＬＥＤの直列連結と各々並列連結されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤを用いた面光源。
  5. 前記ＬＥＤ駆動部各々は、相互に隣接している２個の分割領域に属する複数個のＬＥＤを駆動することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤを用いた面光源。
  6. 前記配置構造は、
    前記複数個のＬＥＤを赤色、青色、緑色、緑色の順で繰り返して一列に配置した第１ＬＥＤ配列、及び
    前記複数個のＬＥＤを青色,赤色、緑色、緑色の順で繰り返して一列に配置した第２ＬＥＤ配列を含み、
    各列に一つの赤色ＬＥＤ、一つの青色ＬＥＤ及び二つの緑色ＬＥＤを含む任意のＬＥＤ配列が、その配列の順番で反復的に配置されるよう、前記第１ＬＥＤ配列及び第２ＬＥＤ配列を各々一つの行で複数個配置することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤを用いた面光源。
  7. ＬＣＤパネルの後面に付着されたＬＣＤバックライトユニットにおいて、
    前記第１項ないし第６項のうちいずれか一つの面光源と、
    前記面光源のＬＣＤパネル側に具備され、前記面光源から入射された光を均一に拡散させる拡散シート、及び
    前記拡散シートのＬＣＤパネル側に具備され、前記拡散シートから拡散された光を前記ＬＣＤパネルの平面に垂直な方向に集光する少なくとも一つの集光シートを含むことを特徴とするＬＣＤバックライトユニット。
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