JP2007188885A - Led面光源およびlcdバックライトユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】色むらの現象を取り除き、使用LEDの数を減らすことにより低コストで製品を生産することができるLED面光源及びLCDバックライトユニットを提供する。
【解決手段】それぞれ一つずつのG、R、BのLED素子が三角形で配置された多数のクラスターを備え、上記クラスターが第1方向に沿って第1配列を形成し、上記クラスターは上記第1配列において第1方向の軸線を中心に交互に反転配置され、上記G、R、BのLED素子が三角形で配置された多数のクラスターを有し、上記クラスターが第2方向に沿って第2配列を形成し、上記クラスターは上記第2配列において第2方向の軸線を中心に交互に反転配置され、上記第1配列と第2配列は互いに直交する色むらの向上のためのLED面光源及びこれを用いたLCDバックライトユニットを提供する。
【選択図】図4

Description

本発明は、発光ダイオード(以下、LEDとする)を利用し、色むらの特性を向上させるためのLED面光源及びこれを有する液晶表示装置(以下、LCDとする)のバックライトユニット(backlight unit)に関し、より詳しくは、赤色、緑色及び青色の光を発光するLEDを三角形のクラスター(cluster)で配置し、平面上で交互に反転するように配置することにより色むらの現象を取り除き、使用LEDの数を減らすことにより低コストで製品を生産することができる色むらの向上のためのLED面光源及びこれを有するLCDバックライトユニットに関する。
従来のLCDのバックライトの光源として用いられていた冷陰極蛍光ランプ(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL、以下、「CCFL」と記載する)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、色再現性が低いだけでなくLCDパネルの軽薄短小化に適していない短所を有する。
これに比べて、LEDは親環境的であり、応答速度が数ナノ秒と高速応答が可能なためにビデオ信号ストリームに効果的で、かつインパルシブ(Impulsive)駆動が可能であり、色再現性が100%以上で、赤色、緑色、青色のLEDの光量を調整し輝度、色温度などを任意に変更することができるだけではなく、LCDパネルの軽薄短小化に適した長所を有しているため、近年、LCDパネルなどのバックライト用光源として積極的に採用されている状況である。
このように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区分できる。上記エッジ型バックライトは横長さが長い棒(bar)状の光源が側面に位置しており導光板を利用してLCDパネルの全面に光を照射する方式を採択したものであり、上記直下型はLCDパネルの下部に位置しておりLCDパネルと略同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択したものである。
従来の直下型LCDパネルに使用される面光源は、赤色、緑色、青色の光を混合して白色光を生成するため、図1(a)に示すように、一対角線方向に赤色及び青色LEDが配置され、他の対角線方向に二つの緑色LEDが配置された2×2LEDマトリックス205を縦横に複数個配列した面光源200を採用した。
参照図面で、符号Rは赤色光を放出する赤色LEDを、符号Gは緑色光を放出する緑色LEDを、符号Bは青色光を放出する青色LEDを示す。一般的に白色光を生成するために二つの緑色LEDと、一つの赤色LED及び青色LEDが採用される。
上記のようにLEDマトリックス205を縦横に複数個配列した従来の面光源200のLED配置が図1(b)に示されている。図1(b)に示すようなLED配置における面光源200の中心部において比較的赤色、緑色、青色の光の混合がスムーズに行われ均一な白色光を生成することができるが、光源の四方エッジ部211、212において青色または赤色のLEDが適切に配置できない構造を有するため、赤みまたは青みがかった光が放出される。
即ち、図1(b)で、図面符号211で示したエッジ部において赤色LED(R)と緑色LED(G)だけ交互に配置し、青色LED(B)は配置できないため、赤みがかった(reddish)光を放出するようになり、図面符号212で示したエッジ部において青色LED(B)と緑色LED(G)だけが交互に配置し、赤色LED(R)は配置できないため、青みがかった(bluish)光を放出するようになる。
従って、従来のLED配置を採用した面光源200はそのエッジ部211、212において均一な白色光を放出することができない問題点を有する。
図2にはこのような問題点を解決するための従来の他の実施形態による面光源300のLED配置を示す概路図である。図2に示された実施の形態による面光源300が有するクラスターは、第1列310に上記複数個のLEDが青色、緑色、緑色、赤色の順に一列で繰り返し配置し、上記第1列310に隣り合った第2列320に上記複数個のLEDが緑色、赤色、青色、緑色の順に一列で配置し、その次に第3列330に緑色、青色、赤色、緑色の列が配置し、その次に第4列340に赤色、緑色、緑色、青色が配置するクラスター構造を有しており、このような構造が繰り返されるのである。
このようなクラスター構造の従来の面光源300におけるエッジ部311、312において緑色、赤色、青色、緑色のLEDが備えられているため、ある程度均一な白色光を得ることができたが、面光源300の中央において4個の緑色LEDが重なる領域315が存在し、このような領域315において緑色光が強くなり色むらが発生する問題点を引き起こす。
上記のような従来のクラスター配列を有する面光源300は、光シミュレーションを行った結果、緑色が強く分布していたが、このような緑色光は人間が敏感に感じるために面光源上に色むらを残すのである。
従って、かかる従来の面光源300とこれを用いたLCD用バックライトユニットの場合、色むらが存在して好ましい白色光の均一な分布を得ることができない問題点を有する。
このような問題点を解消すべく、本発明の出願人は、特許文献1で、このような色むらの問題点を解決した。
このような本発明の出願人による従来の技術は、図3に示すように、隣接した2つの緑色LEDと、これに隣接して一つの赤色LEDと青色LEDを順次に配置した第1LED配列410及び隣接した2つの緑色LEDと、これに隣接して一つの青色LEDと赤色LEDを順次に配置した第2LED配列420とを含み、上記第1及び第2LED配列410、420は任意の行または列で配置され、上記第1及び第2LED配列410、420は2つの緑色LEDを囲むLEDが赤色または青色LEDからなる面光源400を提供している。
上記のような従来の面光源400は、図4に示すように、赤色、緑色及び青色の光を発するLEDを配置し、2つの緑色LEDを囲むLEDが赤色または青色LEDからなるようにすることによって、面光源400のエッジ部においても中心部と略色むらのない均一な白色光を生成することができる優れた効果を得ることができる。また、このような従来の技術は面光源400から放出される白色光が人間の色感知度と類似しており色むらが少なく見えるようにすることで、均一な白色光を得ることができるのである。
しかしながら、上記のような従来の技術は隣接した2つの緑色LEDと、これに隣接して一つの赤色LEDと青色LEDを配置したクラスター、即ち4つのB、G、G、R素子を一つの単位ユニットにするため、面光源400の単位面積当たり必要なLEDの数が多かった。従って、かかる従来の技術は低コストの面光源を実現する面で、改善の余地があるものである。
大韓民国特許出願第2005−062297号
本発明は、上記のような従来の問題点を解消するためのもので、その目的は、色むらの現象を取り除いて均一な白色光を生成することができる色むらの向上のためのLED面光源及びこれを有するLCDバックライトユニットを提供する。
さらに、本発明の他の目的は、面光源の単位面積当たり使用LEDの数を減らすことにより低コストで製品を生産することができ、かつ優れた白色光を得ることができる色むらの向上のためのLED面光源及びこれを有するLCDバックライトユニットを提供する。
本発明は上記のような目的を達成するために、それぞれ一つずつのG、R、BのLED素子が三角形で配置された多数のクラスターを備え、上記クラスターが第1方向に沿って第1配列を形成し、上記クラスターは上記第1配列において第1方向の軸線を中心に交互に反転配置され、それぞれ一つずつのG、R、BのLED素子が三角形で配置された多数のクラスターを備え、上記クラスターが第2方向に沿って第2配列を形成し、上記クラスターは上記第2配列において第2方向の軸線を中心に交互に反転配置され、上記第1配列と第2配列は互いに直交することを特徴とする色むらの向上のためのLED面光源を提供する。
そして、本発明は、上記各々のクラスターの三角形は隅角の角度が互いに同じく形成されたことを特徴とする、色むらの向上のためのLED面光源を提供する。
また、本発明は、上記各々のクラスターの三角形は隅角の角度が互いに異なるように形成されたことを特徴とする
上記各々のクラスターの三角形は、隅角の2つの角度が互いに同じく形成されたことを特徴とする、色むらの向上のためのLED面光源を提供する。
また、本発明は、好ましくは、上記各々のクラスターの三角形は隣接したクラスターの三角形と互いに対応する隅角が互いに同じ角度で形成されたことを特徴とする、色むらの向上のためのLED面光源を提供する。
そして、本発明は、好ましくは、上記クラスターの間隔であるピッチDは、上記LED面光源がLCDバックライトユニットに装着される場合、反射板から拡散シートまでの高さHに対し、D≦2Hの範囲を有することを特徴とする、色むらの向上のためのLED面光源を提供する。
また、本発明は、上記のような目的を達成するために、LCDパネルに取り付けられたLCDバックライトユニットにおいて、各々一つすつのG、R、BのLED素子が三角形で配置された多数のクラスターを備え、上記クラスターが第1方向に沿って第1配列を形成し、上記第1配列において上記クラスターは第1方向の軸線を中心に交互に反転配置され、それぞれ一つずつのG、R、BのLED素子が三角形で配置された多数のクラスターを備え、上記クラスターが第2方向に沿って第2配列を形成し、上記クラスターは上記第2配列において第2方向の軸線を中心に交互に反転配置され、上記第1配列と第2配列は互いに直交する面光源と、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と、上記拡散シートから拡散した光を集光する集光シートとを含むことを特徴とする、LEDバックライトユニットを提供する。
本発明によれば、色むらの現象を取り除いて均一な白色光を生成することができるばかりでなく、従来のR、G、G、B素子の構造に比べLEDの数を25%減らすことが可能である。
従って、本発明によれば、面光源の単位面積当たり使用LEDの数を減らすことにより低コストで製品を生産することができ、かつ優れた白色光を得ることができる効果を奏する。
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照してより詳しく説明する。
本発明の第1実施例による色むらの向上のためのLED面光源1は、図5に示すように、G、R、BのLED素子が三角形で配置された多数のクラスター10を備え、上記クラスター10が第1方向に沿って第1配列を形成し、上記第1配列において上記クラスターは上記第1方向の軸線を中心に交互に反転配置される。
即ち、図5に示すようにX軸を第1方向、Y軸を第2方向と仮定する。
このような場合、第1配列20に位置した多数のクラスター10は、第1方向のX軸を中心に上下に反転された配置構造を有する。
従って、図4の第1配列20において第1のクラスター10に位置したG、R、BLED素子の上部にG素子が位置し、下部にRとBの素子が位置した構造の場合は、第2のクラスター10に位置したG、R、BのLED素子は上部にRとBの素子が位置し、下部にG素子が位置する。そして第3のクラスター10に位置したG、R、BのLED素子は上部にG素子が位置し、下部にRとBの素子が位置し、第4のクラスター10に位置したG、R、BのLED素子は第2と同様に上部にRとBの素子が位置し、下部にG素子が位置する。
そして、上記のような第1配列20に対して直交するように配置された第2配列30は、上記第1配列20と同様に上記G、R、BのLED素子が三角形で配置された多数のクラスター10を備え、上記クラスター10が第2方向に沿って第2配列を形成し、上記第2配列において上記クラスターは上記第2方向の軸線を中心に交互に反転配置された構造を有する。
即ち、図5に示すようにY軸を第2方向と仮定した場合、第2配列30に位置した多数のクラスター10は第2方向のY軸を中心に左右に反転された配置構造を有する。
従って、図5の第2配列30において第1のクラスター10に位置したG、R、BのLED素子が上部にG素子が位置し、下部左側にR素子が位置し、右側にB素子が位置した構造であれば、第2のクラスター10に位置したG、R、BのLED素子は、上部側にもG素子が位置し、下部左側にB素子が位置し、右側にR素子が位置した構造である。
そして、第3のクラスター10に位置したG、R、BのLED素子は上部にG素子が、下部にRとBの素子が位置し、第4のクラスター10に位置したG、R、BのLED素子は第2と同様に上部にG素子が位置し、下部左側にB素子が、右側にR素子が位置する。
また、本発明による色むらの向上のためのLED面光源1において、上記各々のクラスター10はそれぞれのLED素子が互いに対して形成する隅角の角度θ1、θ2、θ3が互いに同じく形成されたものである。このような場合、一つの単位ユニットを形成する一つのクラスター10に備えられたG、R、BのLED素子は一つの正三角形構造で配列できるようになる。
さらに本発明は、上記各々のクラスター10がそれぞれのLED素子が互いにに対して形成する隅角の角度θ1、θ2、θ3が互いに異なって形成することができる。このような場合、一つの単位ユニットを形成する一つのクラスター10に備えられたG、R、BのLED素子はその隅角の角度がそれぞれ異なる一般的な三角形構造で配列できるようになる。
しかも、本発明は上記各々のクラスター10の三角形は隅角の角度θ1、θ2、θ3の2つが互いに同じく形成することができる。このような場合、一つの単位ユニットを形成する一つのクラスター10に備えられたG、R、BのLED素子は二等辺三角形構造で配列できるようになる。
また本発明による面光源は、各々のクラスター10に備えられたそれぞれのLED素子が互いに対して形成する隅角の角度θ1、θ2、θ3が、これに隣接したクラスター10の隅角の角度θ1、θ2、θ3に対応して同じく形成されたものである。即ち、本発明による面光源は第1配列20と第2配列30に亘って形成される一つの単位クラスター10に含まれたG、R、BのLED素子が形成する三角形の形態は全て同じものである。
上記のように構成された本発明による色むらの向上のためのLED面光源1は、図6に示すようにLCDバックライトユニット100を構成した場合、色むらがなくなり均一な白色光を得ることができる。なお、図中右側のスケールは光の波長をμmで示す。このような本発明による色むらの向上のためのLED面光源1は本発明の出願人が提出した特許文献1の面光源400で得られるような程度で、色むらが少なく、均一な面光源を得ることができるのである。
図7には本発明の第2実施例による色むらの向上のためのLED面光源1'の他の構造が示されている。
このような構造は、図5に示すような第1配列20'及び第2配列30'を有するものであるが、一つの単位クラスター10'に備えられたG、R、BのLED素子はそれぞれのLED素子の間の距離が緊密に形成されており、一つのクラスター10'とクラスター10'の間が、図5に示された構造に比べて離れて配置されている。
このような本発明の構造における上記クラスター10'の間の間隔であるピッチDは、図9に示すようにLCDバックライトユニット100を構成する場合、反射板156から拡散シート116までの高さHに対し、D≦2Hの範囲を有する。もし上記クラスター10の間の間隔であるピッチDが2Hを超える場合にはクラスター10の間の距離が長くなりすぎてその間で光量が不足する現象が生じる恐れがあり、それにより色むらを形成する恐れがあるため好ましくない。
上記のような構造の本発明によるLED面光源1'の場合、LCDバックライトユニット100を構成すると、図8に示すように色むらがなくなり均一な白色光を得ることができる。なお、図中右側のスケールは光の波長をμmで示す。このような本発明のLED面光源1'も本発明の出願人が提出した特許文献1の面光源400から得られるような程度で、色むらが少なく、均一な白色光を得ることができるのである。
一方、本発明による色むらの向上のためのLED面光源1、1'は、LCDバックライトユニット100を構成する場合、図10に示すような構造を有する。
本発明の一実施の形態によるLCDバックライトユニット100は、上述したような本発明によるLED面光源1を備え、上記LED面光源1から入射された光を均一に拡散させる拡散シート116を含む。
そして、上記拡散シート116のLCDパネル110側に備えられ、上記拡散シート116から拡散された光を上記LCDパネル110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114などを含んで構成される。
上記でLED面光源1に備えられた上記クラスター10の間の間隔であるピッチDは、上述したように、反射板から拡散シートまでの高さHに対し、D≦2Hの範囲を有する。
そして、本発明によるLCDバックライトユニット100は上記集光シート114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112をさらに含むことができる。また、上記LED面光源1は、基板151と、上記基板151上に、上述した本発明によるクラスター10構造で配置された複数個のLED152を含む。さらにまた、上記基板151の上縁面において本発明のクラスター10構造で配置されたLED152を囲むように形成され、上記LED152が配置された方向に傾斜面を有する側壁154と、上記基板151の上面に形成されLED152から放出した光を上部に反射する反射層156をさらに備えることができる。
また、側方向に放出される光を上部に放出することができるように上記側壁154の傾斜面にも反射物質154aを塗布することが好ましい。
そして、上記LED面光源1の上部に位置した上記拡散シート116は、上記LED面光源1から入射する光を分散させることにより光が部分的に密集することを防止する。また、上記拡散シート116は、上記第1集光シート114aの方へ進行する光の方向を調整し上記第1集光シート114aに対する傾斜角を減らす役割も一緒に行う。
上記第1集光シート114aと第2集光シート114bは、それぞれ上部面に三角柱状のプリズムが一定な配列を有して形成されており、上記第1集光シート114aのプリズム配列と上記第2集光シート114bのプリズム配列は、互いに所定の角度(例えば、90゜)で交互に配置される。上記第1及び第2集光シート114a、114bはそれぞれ上記拡散シート116から拡散した光を上記LCDパネル110の平面に垂直な方向に集光する役割を行い、これにより第1及び第2集光シート114a、114bを通過した光の保護シート112に対する垂直入射性がほぼ完璧に得られる。
これにより、上記第1及び第2集光シート114a、214bを通過する光は、ほぼ垂直に進行するようになり上記保護シート112上の輝度分布は、均一に得られる。
一方、本発明は、図10で二つの集光シートを使用する一例を示したが、場合によって一つの集光シートのみを使用する場合もある。
上記第2集光シート114bの上部に形成される保護シート112は、上記第2集光シート114bの表面を保護する役割を行うだけでなく、光の分布を均一にするために光を拡散させる役割を果たす。LCDパネル110は、上記保護シート112上に設けられる。
このように、本発明によるLCDバックライトユニット100は、本発明によるLED面光源1を備え色むらを取り除いて全体的に均一な白色光を得ることができるので、従来のLCDバックライトユニットに比べ導光板などの構造物を低減することができ、軽量化及びスリム化に適しており、かつ鮮明な映像を提供することができる。
本発明は、特定の実施例に関して図示して、説明したが、これは単に例示的に本発明を説明するために記載されたことであり、本発明をこのような特定構造で制限しようとすることではない。当業界において通常の知識を有する者であれば、上述した特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲の内で、本発明が多様に修正及び変更できることが判る。しかしながら、こうした修正及び変形構造は全て本発明の権利範囲の内に包含されるものであることを明らかにして置く。
(a)は従来の面光源に使用されるLEDマトリックスの配置を示す概路図であり、(b)は(a)に示したLEDマトリックスを採用した面光源のLED配置を示す概略図である。 従来の技術による面光源のLEDを示す配置図である。 従来の技術によるR、G、G、B素子配列を有する面光源のLEDを示す配置図である。 従来の技術によるR、G、G、B素子配列を有する面光源を利用して得られたLCDバックライトユニットの色むら及び白色光の現象を示す写真である。 本発明の第1実施例による三角クラスター構造のLED素子配列を有するLED面光源の構造を示す配置図である。 本発明の第1実施例による色むらの向上のためのLED面光源を利用して得られたLCDバックライトユニットの色むら及び白色光の現象を示す写真である。 本発明の第2実施例による三角クラスター構造のLED素子配列を有するLED面光源の構造を示す配置図である。 本発明の第2実施例による色むらの向上のためのLED面光源を利用して得られたLCDバックライトユニットの色むら及び白色光現象を示す写真である。 本発明によるLED面光源においてクラスターの間の間隔であるピッチDと拡散シートの高さHとの相関関係を示す説明図である。 本発明によるLED面光源を適用して得たLCDバックライトユニットを示す分解図である。
符号の説明
1、1' LED面光源
10、10' クラスター
20、20' 第1配列
30、30' 第2配列
θ1、θ2、θ3 隅角の角度
100 LCDバックライトユニット
110 LCDパネル
114 集光シート
116 拡散シート
151 基板
152 LED
154 側壁
156 反射層
200、300、400 面光源
205 LEDマトリックス
211、212 従来の光源エッジ部
310、320、330、340 光源列
315 重なり領域
410 第1LED配列
420 第2LED配列
D クラスターの間の間隔であるピッチ
H 反射板から拡散シートまでの高さ

Claims (10)

  1. それぞれ一つずつのG、R、BのLED素子が三角形で配置された多数のクラスターを備え、前記クラスターが第1方向に沿って第1配列を形成し、前記クラスターは前記第1配列において第1方向の軸線を中心に交互に反転配置され、
    それぞれ一つずつのG、R、BのLED素子が三角形で配置された多数のクラスターを備え、前記クラスターが第2方向に沿って第2配列を形成し、前記クラスターは前記第2配列において第2方向の軸線を中心に交互に反転配置され、
    前記第1配列と第2配列が互いに直交することを特徴とする色むらの向上のためのLED面光源。
  2. 前記第1配列は、上下交互に反転配置されたことを特徴とする、請求項1記載の色むらの向上のためのLED面光源。
  3. 前記第2配列は、左右交互に反転配置されたことを特徴とする、請求項1記載の色むらの向上のためのLED面光源。
  4. 前記各々のクラスターの三角形は、隅角の角度が互いに同じく形成されたことを特徴とする、請求項1記載の色むらの向上のためのLED面光源。
  5. 前記各々のクラスターの三角形は、隅角の角度が互いに異なるように形成されたことを特徴とする、請求項1記載の色むらの向上のためのLED面光源。
  6. 前記各々のクラスターの三角形は、隅角の2つの角度が互いに同じく形成されたことを特徴とする、請求項1記載の色むらの向上のためのLED面光源。
  7. 前記各々のクラスターの三角形は、隣接したクラスターの三角形と互いに対応する隅角が互いに同じ角度で形成されたことを特徴とする、請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の色むらの向上のためのLED面光源。
  8. 前記クラスターのうち同じ類型を有するクラスターは、前記LED面光源がLCDバックライトユニットに装着される場合、その間の間隔であるピッチDが反射板から拡散シートまでの高さに対し、D≦2Hの範囲を有することを特徴とする、請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の色むらの向上のためのLED面光源。
  9. LCDパネルに取り付けられたLCDバックライトユニットにおいて、
    それぞれ一つずつのG、R、BのLED素子が三角形で配置された多数のクラスターを備え、前記クラスターが第1方向に沿って第1配列を形成し、前記第1配列において前記クラスターは第1方向の軸線を中心に交互に反転配置され、それぞれ一つずつのG、R、BのLED素子が三角形で配置された多数のクラスターを備え、前記クラスターが第2方向に沿って第2配列を形成し、前記クラスターは前記第2配列において第2方向の軸線を中心に交互に反転配置され、
    前記第1配列と第2配列は互いに直交する面光源と、
    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と、
    前記拡散シートから拡散した光を集光する集光シートと、
    を含むことを特徴とするLCDバックライトユニット。
  10. 前記クラスターのうち同じ類型を有するクラスターは、前記LED面光源がLCDバックライトユニットに装着される場合、その間の間隔であるピッチDが反射板から拡散シートまでの高さHに対して、D≦2Hの範囲を有することを特徴とする、請求項9記載のLCDバックライトユニット。
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