JP2007305742A - Led光源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】組立作業性およびメンテナンス性に優れ、かつ低価格で薄型化が可能なLED光源装置を提供する。
【解決手段】このLED光源装置1は、複数の矩形形状のLEDユニット2を行列状に配列して矩形形状の発光面を構成し、各LEDユニット2の1辺に沿って該1辺に斜めにコネクタ14を設け、そのコネクタ14にFFC3の一方端を接続し、FFC3の他方端を発光面の1辺に対して斜めに引き出して裏面の駆動回路4のコネクタ28に接続する。したがって、FFC3同士が重ならないように配置することができ、組立作業性およびメンテナンス性の向上を図ることができる。
【選択図】図4
【解決手段】このLED光源装置1は、複数の矩形形状のLEDユニット2を行列状に配列して矩形形状の発光面を構成し、各LEDユニット2の1辺に沿って該1辺に斜めにコネクタ14を設け、そのコネクタ14にFFC3の一方端を接続し、FFC3の他方端を発光面の1辺に対して斜めに引き出して裏面の駆動回路4のコネクタ28に接続する。したがって、FFC3同士が重ならないように配置することができ、組立作業性およびメンテナンス性の向上を図ることができる。
【選択図】図4
Description
この発明はLED光源装置に関し、特に、行列状に配列された複数の矩形形状のLEDユニットで構成された矩形形状の発光面を有するLED光源装置に関する。
従来、大型液晶ディスプレイのバックライトには主にCCFL(冷陰極管)が用いられていたが、近年、色再現範囲の拡大および水銀レス化による環境負荷低減を目指してLED(発光ダイオード)を用いたバックライトが提案されており、LEDの高効率化、低価格化の進展に伴って今後普及が進むと考えられている。
LEDを用いたバックライトのうち直下型のバックライトでは、透過型液晶パネルの背面に多数のLEDが行列状に配置され、各LEDは定電流またはPWM(パルス幅変調)方式で駆動されて発光する。LEDとしては、白色LEDや、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色のLEDを組合わせたものなどが用いられる。LEDの出射光は、LED前面に配置された拡散板などにより混合され、液晶パネルの手前で均一な白色光となる。この白色光は、液晶パネルを透過して画像を形成する。
このようなバックライトの大きさは、大型液晶ディスプレイにおいては一辺の長さが1mを超えるまでになる。このような大きなバックライトを一枚物の装置として形成するのは困難であり、一部が故障した場合でも全てを取り替えねばならず保守性が悪い。そのため一定の大きさの矩形形状のLEDユニットを形成し、それを複数個行列状に配置して大面積のバックライトを形成することが提案されている。
たとえば特許文献1には、複数の矩形形状のLEDユニットで構成された発光面と制御回路部とで構成されるLED光源装置が開示されている。各LEDユニットは金属ベース基板を含み、その基板上に複数のLEDが実装されている。LEDユニット裏面には金属板が露出しているためLEDが発する熱を容易に放散させることができる。各LEDユニットは制御回路部とコネクタを介して接続されており、各LEDは制御回路部に設けられた定電流回路によって駆動される。このように、LED光源装置の発光面を小さなユニットに分割することにより、ユニット単位での交換を容易にし、保守性を向上させている。
また、特許文献2には、表面に複数のLEDが実装され、裏面に駆動回路が実装された基板からなるLEDユニットを複数配列して大画面のLED光源装置を構成する方法が開示されている。
特開2003−124528号公報
特開2003−36036号公報
上記特許文献1,2においては、LEDユニットと制御回路部に2個1組の所謂2ピース型コネクタをそれぞれ実装して嵌合させて電気的に接続しているが、配置の制約上LEDユニットと制御回路部とを近接して配置できない場合が存在する。特に液晶ディスプレイの場合、チューナ回路や大規模な画像処理回路を搭載する必要があり、バックライトの制御回路部の配置に制約が厳しい。
このような場合、図11(a)(b)に示すように、複数行複数列に配置された複数のLEDユニット71の各々の一端部にコネクタ72を実装するとともに、制御回路部74に各コネクタ72に対応するコネクタ75を実装し、各コネクタ73とそれに対応するコネクタ75とをフレキシブルフラットケーブル(以下、FFCと称する)76によって接続することが望ましい。なお、各LEDユニット71上には、複数(図では16)のLED72が複数行複数列(図では4行4列)に配置されている。また、FFC76は薄い平型多芯ケーブルの両端に電極露出部を設けた基板間接続材料であり、類似の用途に用いられるフレキシブルプリント配線板(以下FPCと称する)と比較すると、設計の自由度は劣るものの安価であり長尺物が作製可能であるという利点を有する。
しかし、同一形状のLEDユニット71を複数個並べてLED光源装置を構成する場合、各LEDユニット71上のコネクタ73の位置も同一となるため、図11(a)に示すように、同じ行の複数のLEDユニット71から同一方向に引き出される複数のFFC76同士が重なってしまう。このような構成において、1つのLEDユニット71を交換する場合、重なっている複数のFFC76から該当する1本のFFC76を選び出してコネクタ73,75に抜き差しする必要があり、作業が非常に困難である。そのため上述したLEDユニット71の利点である可交換性および保守容易性が損なわれる恐れがある。
この課題を解決するために、図12(a)に示すように、各FFC76を90度の角度で2回折り曲げて引き出し位置を途中で変更する方法、あるいは図12(b)に示すように、FFC76の代わりに形状を任意に設計可能なFPC77を使用して接続する方法などが考えられる。
しかし、図12(a)の方法では、LEDユニット71ごとに所定の形状にFFC76を折り曲げる必要が生じ、組立作業性が悪くなってしまう。また、FFC76を折り曲げる位置がずれると、コネクタ73または75の差込口に対するFFC76の位置ずれが発生してFFC76を挿入できなくなる。FFC76の折り曲げの曲率を大きくしてアール部で折り曲げ位置誤差を吸収することは可能だが、その場合FFC76を収納する部分の厚みが増加し、結果としてLED光源装置の厚みが増加してしまう。
また、図12(b)の方法では、FFC76をFPC77に変更するだけで対応可能であるが、通常の製造工程および装置では500mm以上の長さのFPC77は作製困難であるため、1mを超える大型LED光源装置の端から端までを接続するような場合に対応できない。またFFC76と比較して同一の長さで数倍〜十倍程度の価格差があるため、低価格のLED光源装置を実現するのに障害となる。
それゆえに、この発明の主たる目的は、組立作業性およびメンテナンス性に優れ、かつ低価格で薄型化が可能なLED光源装置を提供することである。
この発明に係るLED光源装置は、矩形形状の発光面を備え、該発光面は複数行複数列に配列され、各々が矩形形状を有する複数のLEDユニットで構成され、各LEDユニットは複数のLEDを含むLED光源装置において、発光面の外周をなす4辺のうちの1辺に対して斜めに引き出され、LEDユニットに少なくとも電源電圧を与えるためのフレキシブルフラットケーブルを備えることを特徴とする。したがって、フレキシブルフラットケーブルを発光面から斜めに引き出すので、フレキシブルフラットケーブル同士が重ならないように配置することができ、組立作業性およびメンテナンス性の向上を図ることができる。また、フレキシブルフラットケーブルを使用するので、低価格化および薄型化を実現できる。
好ましくは、フレキシブルフラットケーブルは、各LEDユニットに対応して設けられ、その一方端は対応のLEDユニットに接続される。LED光源装置は、さらに、発光面の外部に設けられて各フレキシブルフラットケーブルの他方端に接続され、各フレキシブルフラットケーブルを介して各LEDユニットに電源電圧を与える駆動回路を備える。この場合は、各LEDユニットと駆動回路を1本のフレキシブルフラットケーブルで接続するので、組立ておよびメンテナンスを容易に行なうことができる。
また好ましくは、各LEDユニットの外周をなす4辺は発光面の外周をなす4辺に対して平行または垂直に設けられる。各LEDユニットは、LEDユニットの外周をなす4辺のうちの1辺に対して斜めに設けられ、フレキシブルフラットケーブルの一方端が接続されるコネクタを含む。この場合は、LEDユニット上のコネクタを斜めに引き出されているフレキシブルフラットケーブルに直交するように配置することにより、フレキシブルフラットケーブルの斜め挿しを防止することができ、接続の信頼性が向上する。
また好ましくは、発光面の外周をなす4辺のうちの2辺はx軸方向に延び、残りの2辺はy軸方向に延び、フレキシブルフラットケーブルはx軸方向に引き出される。x軸方向に延びる1辺とフレキシブルフラットケーブルとのなす角度θは、フレキシブルフラットケーブルの幅をWとし、LEDユニットのx軸方向の一辺の長さをXとしたとき、θ≧sin−1(W/X)の範囲にある。この場合は、隣接する2本のフレキシブルフラットケーブル間に隙間が確保されるため、LEDユニットの取付けおよび取り外しの作業性がさらに向上する。
また好ましくは、各LEDユニットの外周をなす4辺は発光面の外周をなす4辺に対して斜めに設けられる。各LEDユニットは、LEDユニットの外周をなす4辺のうちの1辺に対して平行に設けられ、フレキシブルフラットケーブルの一方端が接続されるコネクタを含む。この場合は、コネクタを容易に実装することができる。
また好ましくは、LEDユニットは、矩形形状の金属板上に絶縁膜を介して配線を形成した金属ベース基板を含み、複数のLEDおよびコネクタは金属ベース基板上に実装されている。この場合は、熱抵抗の低い金属ベース基板を使用しているため、LEDの点灯時に発生する熱を効率的に放散させることができる。
また好ましくは、金属ベース基板上におけるコネクタの高さは各LEDの光出射面の高さよりも低い。この場合は、LEDの光出射面の高さに反射シートを配置し、コネクタを覆い隠すことが可能になる。換言すると、コネクタを基板のLEDの光出射面と同じ側に搭載することによる光源装置の光学特性の劣化およびLEDユニット全体の厚みの増加を防止することができる。
また好ましくは、複数のLEDユニットは直列接続され、各LEDユニットは、制御信号を保持する保持回路と、保持回路に保持された制御信号に応答して対応の複数のLEDに電源電圧を与える駆動回路とを含む。LED光源装置は、さらに、フレキシブルフラットケーブルを介して各LEDユニットの保持回路に制御信号を与えるとともに駆動回路に電源電圧を与える制御回路を備える。この場合は、フレキシブルフラットケーブルの本数を削減し、組立作業性およびメンテナンス性を向上させることができる。また、LEDユニットにLEDを駆動するための駆動回路を搭載しているため、LEDと駆動回路との距離を短くすることができ、不要輻射の低減が可能になる。また、駆動回路を搭載する基板をなくすことによりLED光源装置全体の部品点数を低減できる。
また好ましくは、各LEDユニットの外周をなす4辺は発光面の外周をなす4辺に対して平行または垂直に設けられ、各LEDユニットは第1および第2のコネクタを含み、第1および第2のコネクタは、それぞれ対応のLEDユニットの外周をなす4辺のうちの対向する2辺に沿って該2辺に対して斜めに設けられる。初段のLEDユニットの第1のコネクタは、フレキシブルフラットケーブルを介して制御回路に接続され、各行において各LEDユニットの第2のコネクタは、他のフレキシブルフラットケーブルを介して同じ行の隣接するLEDユニットの第1のコネクタに接続され、各行の一方端のLEDユニットの第2のコネクタは、さらに他のフレキシブルフラットケーブルを介して隣接する行の他方端のLEDユニットの第1のコネクタに接続されている。この場合は、LEDユニット上のコネクタを斜めに引き出されているフレキシブルフラットケーブルに直交するように配置することにより、フレキシブルフラットケーブルの斜め挿しを防止することができ、接続の信頼性が向上する。
また好ましくは、発光面の外周をなす4辺のうちの2辺はx軸方向に延び、残りの2辺はy軸方向に延び、フレキシブルフラットケーブルはx軸方向に引き出される。x軸方向に延びる1辺とフレキシブルフラットケーブルとのなす角度θは、LEDユニットのx軸方向およびy軸方向の一辺の長さをそれぞれXおよびYとし、LEDユニットのx軸方向およびy軸方向の接続数をそれぞれNXおよびNY個としたとき、θ=tan−1(Y/(X・NX))の関係にある。この場合は、異なる行に属するLEDユニット同士を、フレキシブルフラットケーブルを複雑に折り曲げることなく接続することができる。
また、この発明に係る他のLED光源装置は、矩形形状の発光面を備え、該発光面は複数行複数列に配列され、各々が矩形形状を有する複数のLEDユニットで構成され、各LEDユニットは複数のLEDを含むLED光源装置において、複数のLEDユニットは直列接続され、各LEDユニットは、制御信号を保持する保持回路と、該保持回路に保持された制御信号に応答して対応の複数のLEDに電源電圧を与える駆動回路とを含み、LED光源装置は、さらに、フレキシブルフラットケーブルを介して各LEDユニットの保持回路に制御信号を与えるとともに駆動回路に電源電圧を与える制御回路を備える。各LEDユニットの外周をなす4辺は発光面の外周をなす4辺に対して平行または垂直に設けられ、各LEDユニットは第1および第2のコネクタを含み、第1および第2のコネクタは、それぞれ対応のLEDユニットの外周をなす4辺のうちの対向する2辺に沿って該2辺に対して平行に設けられる。各LEDユニットには第1および第2の切欠部が設けられ、第1および第2の切欠部は、それぞれ第1および第2のコネクタの近傍においてLEDユニットの外周部を所定の幅だけ斜めに切り欠いたものである。初段のLEDユニットの第1のコネクタは、フレキシブルフラットケーブルを介して制御回路に接続され、各行において各LEDユニットの第2のコネクタは、他のフレキシブルフラットケーブルを介して同じ行の隣接するLEDユニットの第1のコネクタに接続され、各行の一方端のLEDユニットの第2のコネクタは、さらに他のフレキシブルフラットケーブルを介して隣接する行の他方端のLEDユニットの第1のコネクタに接続され、さらに他のフレキシブルフラットケーブルは、第1および第2の切欠部に沿って折り曲げられている。したがって、フレキシブルフラットケーブル同士が重ならないように配置することができ、組立作業性およびメンテナンス性の向上を図ることができる。また、フレキシブルフラットケーブルを使用するので、低価格化および薄型化を実現できる。
好ましくは、LEDユニットは、矩形形状の金属板上に絶縁膜を介して配線を形成した金属ベース基板を含み、複数のLEDおよび第1および第2のコネクタは金属ベース基板上に実装されている。この場合は、LEDの点灯時に発生する熱を効率的に放散させることができる。
また好ましくは、金属ベース基板上における第1および第2のコネクタの高さは各LEDの光出射面の高さよりも低い。この場合は、LEDの光出射面の高さに反射シートを配置し、コネクタを覆い隠すことが可能になる。換言すると、コネクタを基板のLEDの光出射面と同じ側に搭載することによる光源装置の光学特性の劣化およびLEDユニット全体の厚みの増加を防止することができる。
また好ましくは、フレキシブルフラットケーブルはシールド付きフレキシブルフラットケーブルである。この場合は、外部回路への電磁ノイズの放出や、信号ラインの外部からの電磁ノイズの受信などの悪影響を低減させることができる。
以上のように、本発明によれば、フレキシブルフラットケーブル同士が重ならないように配置することができ、組立作業性およびメンテナンス性の向上を図ることができる。また、フレキシブルフラットケーブルを使用するので、低価格化および薄型化を実現できる。
[実施の形態1]
図1(a)はこの発明の実施の形態1によるLED光源装置1の構成を示すブロック図であり、図1(b)は図1(a)の要部を示す回路図である。図1(a)(b)において、このLED光源装置1は、複数のLEDユニット2、複数のFFC3、複数の駆動回路4、制御回路5、照度センサ6、温度センサ7、および電源回路8を含む。
図1(a)はこの発明の実施の形態1によるLED光源装置1の構成を示すブロック図であり、図1(b)は図1(a)の要部を示す回路図である。図1(a)(b)において、このLED光源装置1は、複数のLEDユニット2、複数のFFC3、複数の駆動回路4、制御回路5、照度センサ6、温度センサ7、および電源回路8を含む。
各LEDユニット2は矩形形状の外形を有し、複数のLEDユニット2は、LED光源装置1筐体内に、縦横それぞれ等間隔で行列状に配置されて矩形形状の発光面を構成する。各LEDユニット2は、行列状に配置された複数のLED10を含み、FFC3を介して駆動回路4に接続されている。駆動回路4には、LED10を定電流またはPWM(パルス幅変調)方式で駆動するためのLED駆動IC11と、駆動時にLED10の順方向電圧のばらつきを吸収するシリーズ抵抗素子12が搭載されている。
複数(図では16)のLED10は、R,G,G,Bの4つのグループに分割され、各グループの複数(図では4つ)のLED10は直列に接続されており、4つの直列接続体の各々の両端はコネクタおよびFFC3を介して駆動回路4と接続されている。各直列接続体のカソード端は駆動回路12内でシリーズ抵抗素子12を介してLED駆動IC11の電流シンク端子に接続され、そのアノード端は電源回路8から駆動回路4を介して供給される電源電圧VCCを受ける。また、LED駆動IC11のイネーブル端子は制御回路5に接続されており、制御回路5からのイネーブル信号φR,φGまたはφBがオンの時にLED10から一定の電流を吸い込み、LED10を定電流駆動で発光させる。なお、イネーブル信号φR,φG,φBのオンとオフを高速で切換えることにより、LED10のPWM駆動を行なうこともできる。
制御回路5は、照度センサ6、温度センサ7、駆動回路4内の各LED駆動IC11、および画像処理回路(図示せず)と接続されており、照度センサ6、温度センサ7および画像処理回路の出力信号に応じてLED10の駆動電流を制御する。電源回路8は、制御回路5および各駆動回路4に電源電圧VCCを供給する。
図2(a)はLED電源ユニット2の構成を示す平面図であり、図2(b)はその断面図である。図2(a)(b)において、LED電源ユニット2はアルミベース基板13を含む。アルミベース基板13は、ベース材である1mm程度の厚みの矩形形状のアルミ板の上に、樹脂製の絶縁層を隔てて銅箔による配線パターンを形成したものである。基板13上の配線パターンに設けたランドには、矩形形状のコネクタ14およびR,G,Bの各色のLED10が複数個(図では16個)リフローソルダリングにより実装されている。コネクタ14はZIF(Zero Insertion Force)型のFPCコネクタであり、FPCやFFCを嵌合させた状態でロックする機構を有する。取り付けおよび取り外しの際は、ロックを解除することでFFCやFPCを容易に挿抜することができる。コネクタ14の長辺方向、すなわち挿入口の幅方向はy軸に対し所定の角度θだけ傾くようにアルミベース基板13上に実装されている。
LED10は、図3(a)(b)に示すように、SMD(表面実装型)パッケージ内に発光素子であるLEDチップ20を搭載したものである。LEDチップ20の底面のカソードは銀ペーストによりパッケージのカソード電極21に接続され、上面のアノードは金線22によりパッケージのアノード電極23にワイヤボンディングされ、両電極21,23はパッケージの底面および側面に露出している。LEDチップ20から発する光は、パッケージ内の反射板24で反射し、透明樹脂層25を通過してパッケージ外部に放出される。
図2(a)(b)に戻って、複数のLED10はR,G,Bの色が周期的に並ぶようにLEDユニット2内で等間隔で行列状に配置されており、その縦横の配列間隔は、出射光をLEDユニット2の前方に配置される拡散板(図示せず)を通して観測した場合に均一な白色となるように設計されている。なお、本実施の形態1では、単色のLEDチップ21をSMDパッケージに搭載したLED10を使用しているが、1つのSMDパッケージ内にR,G,B三色のLEDチップを実装した、いわゆる3in1パッケージのLEDを使用しても構わない。また、本実施の形態1では、複数のLED10を行列状に配置したが、R,G,Bが周期的に並び偏りが生じない配列であれば正三角形型や正六角形型など他のパターンで配置しても構わない。
LEDユニット2のアルミベース基板13上には、LED10の光出射面の高さとほぼ同じ高さの複数個の樹脂製のスペーサ15が配置されている。これらのスペーサ15の上にアルミベース基板13と同一形状の反射シート16が搭載される。反射シート16は白色の樹脂製であり、LEDパッケージの光出射面に相当する部分だけに穴が設けられている。本実施例においてLEDパッケージの光出射面の高さは2.5mm、コネクタ25の高さは0.9mmであり、LEDパッケージの方が高いため、反射シート16をLED10の光出射面と同じ高さに配設することでコネクタ14を完全に覆い隠すことができる。これにより、コネクタ14をLED10の光出射面と同じ側に搭載しても、光源の光強度の均一性に影響を及ぼさないようにすることができる。
LEDユニット2の裏面にはアルミベース基板13のアルミ板が露出しており、このアルミ板はビス(図示せず)によってLED光源装置1の筐体にねじ止めされ、LED10が発する熱を筐体へ効率的に放熱できるようになっている。なお、必要に応じてアルミニウムよりもさらに熱伝導率の高い銅を使用した銅ベース基板など、他の金属ベース基板を用いても良い。
図4(a)はLED光源装置1の表面を示す図であり、図4(b)はその裏面を示す図である。図4(a)(b)において、LED光源装置1は矩形形状の筐体26を含み、筐体26には複数のLEDユニット2が複数行複数列に取り付けられている。複数のLEDユニット2は、矩形形状の発光面を構成する。各LEDユニット2のコネクタ14にはFFC3の一方端が接続され、FFC3の他方端は筐体26の端部に設けた長孔27を介して、筐体26の裏面に搭載された駆動回路4のコネクタ28に接続される。FFC3の表裏には銅箔テープが貼付されており、外部への不要輻射の放出を防止するとともに、外部回路からFFC3内の信号ラインへの電磁ノイズの混入を抑えている。
ここで、x軸およびy軸を矩形形状の発光面の外周をなす4辺のうちの直交する2辺に平行な向きにとり、LEDユニット2からFFC3が引き出される方向をx軸方向と定義する。複数のLEDユニット2はLED光源装置1内に縦横それぞれ等間隔で取り付けられており、各LEDユニット2の外周をなす4辺はx軸およびy軸に平行になっている。各LEDユニット2から引き出されるFFC3は、x軸に対して所定角度θだけ傾いて引き出されている。LEDユニット2上のコネクタ14の長辺方向、すなわち挿入口の幅方向はy軸に対して所定角度θだけ傾くようにアルミベース基板13上に実装されているので、FFC3はコネクタ14の挿入口に直角に挿入されるようになっている。
LEDユニット21のx軸方向およびy軸方向の配列間隔をそれぞれXおよびYとし、FFC3の幅をWとすると、隣接する2つのLEDユニット2から引き出される2本のFFC3はXsinθだけ離れて互いに平行に引き出される。したがって、LEDユニット2上のコネクタ14にsin−1(W/X)以上の傾きθを設けると、隣接する2つのLEDユニット2から引き出される2本のFFC3は互いに重なることなく駆動回路12に接続することができる。なお実際の設計においては、コネクタ14の実装位置ずれおよび角度ずれ、FFC3の外形寸法公差など各種ずれ量を考慮して数mm程度の隙間dを設け、コネクタ14の傾きθをsin−1((W+d)/X)とすることが望ましい。一例として、W=15mm、X=Y=200mm、d=2mmとすると、θは約4.9度となる。
この実施の形態1では、各FFC3と他のFFC3が重ならないように、各FFC3をLED光源装置1の発光面の一辺に対して斜めに引き出す。したがって、LEDユニット2を容易に着脱することができ、LED光源装置1の組立作業性およびメンテナンス性の向上を図ることができる。
なお、上記実施の形態1では、FFC3をLED光源装置1の筐体26の一辺に対して斜めに引き出す手段として、LEDユニット2の一辺に対してコネクタ14を斜めに配置したが、必ずしも本形態に限るものではない。たとえば図5に示すように、LEDユニット29の一辺に対しコネクタ14を平行に配置しているものの、LEDユニット29自体をLED光源装置1の筐体26の一辺に対して所定角度θ傾けて取り付けるという形態によっても同様の機能が実現可能である。ただし、この場合は、LED10の行および列を筐体26の辺と平行にするために、LEDユニット29の辺に対してLED22の行および列を同じ角度θだけ傾ける必要がある。
[実施の形態2]
図6(a)はこの発明の実施の形態2によるLED光源装置31の構成を示すブロック図であり、図6(b)はその要部を示す回路ブロック図である。図6(a)(b)において、このLED光源装置31は、複数のLEDユニット32、複数のFFC3、制御回路33、照度センサ6、温度センサ7、および電源回路8を含む。
図6(a)はこの発明の実施の形態2によるLED光源装置31の構成を示すブロック図であり、図6(b)はその要部を示す回路ブロック図である。図6(a)(b)において、このLED光源装置31は、複数のLEDユニット32、複数のFFC3、制御回路33、照度センサ6、温度センサ7、および電源回路8を含む。
各LEDユニット32の外形は矩形形状であり、複数のLEDユニット32はLED光源装置3の筐体内に縦横それぞれ等間隔で行列状に配置されては矩形形状の発光面を構成する。各LEDユニット32には、複数(図では16)のLED10、2個のコネクタ、LED10を定電流またはPWM方式で駆動するためのLED駆動IC11、および駆動時にLED10の順方向電圧のばらつきを吸収するシリーズ抵抗素子12が搭載されている。
このLED光源装置31では、図1のLED光源装置1と異なり、各LEDユニット32内にLED駆動IC11が搭載されており、複数のLEDユニット32がFFC3を介して直列接続されている。初段と最終段のLEDユニット32がFFC3によって制御回路33に接続されており、これにより全てのLEDユニット32に制御回路33からの信号を伝送することが可能になっている。
また、各LEDユニット32には、各LED駆動IC11に対応してシフトレジスタ回路(S)34およびラッチ回路(L)35が設けられ、シフトレジスタ回路34には制御回路33からシリアル入出力信号φSおよびクロック信号CLKが入力され、ラッチ回路35には制御回路33からラッチ信号φLが入力される。制御回路33からのシリアル入出力信号φSは、クロック信号CLKに同期して各シフトレジスタ回路34に順次入力され、遅延を加えられて次段のシフトレジスタ回路34に出力される。ラッチ信号φLが各ラッチ回路35に入力された時点で各ラッチ回路35の出力信号が確定し、ラッチ回路35内でその時点の信号φSの値が保持される。保持された信号φSの値に基づいてLED10のオン/オフが制御される。
制御回路33は、照度センサ6、温度センサ7、LEDユニット32内の各LED駆動IC11、および図示しない画像処理回路と接続されており、照度センサ6、温度センサ7および画像処理回路の出力信号に応じてLED10の駆動電流を制御する。電源回路8は制御回路33に電源電圧VCCを供給している。
図7(a)はLED電源ユニット32の構成を示す平面図であり、図7(b)はその断面図である。図7(a)(b)において、LED電源ユニット32はアルミベース基板40を含む。アルミベース基板40は、ベース材である1mm程度の厚みの矩形形状のアルミ板の上に、樹脂製の絶縁層を隔てて銅箔による配線パターンを2層形成した構造となっている。1層目と2層目の配線バターンは樹脂絶縁層で隔てられ、スルーホール41により接続される。1層目の配線パターンに設けたランドには、2個の矩形形状のコネクタ42,43、R,G,Bの各色の複数個(図では16個)のLED10、駆動IC11などの周辺回路部品がリフローソルダリングにより実装されている。コネクタ42,43は、それらの長辺方向、すなわち挿入口の幅方向がy軸に対して所定の角度θだけ傾くようにしてアルミベース基板40上に実装されている。コネクタ42は、図中、右側の辺の中央部に沿って配置され、コネクタ43は、図中、左側の辺の中央部に沿って配置されている。LEDユニット32内のLED10の配置およびLED10のパッケージ形状については、図2および図3(a)(b)で説明したとおりである。
アルミベース基板40上には、LED10の光出射面の高さとほぼ同じ高さの複数個の樹脂製のスペーサ44が配置されている。これらのスペーサ44の上にアルミベース基板40と同一形状の反射シート45が搭載される。反射シート45は白色の樹脂製であり、LEDパッケージの光出射面に相当する部分だけに孔が設けられている。本実施の形態2においてLEDパッケージの光出射面の高さは1.5mmであり、コネクタ42,43の高さは0.9mmであり、LEDパッケージの方が高いため、反射シート45をLEDパッケージの光出射面と同じ高さに配設することでコネクタ42,43を完全に覆い隠すことができる。これにより、コネクタ42,43をLED10の光出射面と同じ側に搭載しても、光源の光強度の均一性に影響を及ぼさないようにすることができる。
LEDユニット32の裏面にはアルミベース基板40のアルミ板が露出しており、このアルミ板をビス(図示せず)によってLED光源装置32の筐体にねじ止めすることにより、LED10が発する熱を筐体へ効率的に放散できるようになっている。
図6(a)(b)に戻って、複数(図では16)のLED10は、R,G,G,Bの4つのグループに分割され、各グループの複数(図では4つ)のLED10は直列に接続されている。各直列接続体のカソード端はシリーズ抵抗素子12を介してLED駆動IC11の電流シンク端子に接続される。各直列接続体のアノード端は、LEDユニット32のコネクタ42、FFC3および隣接するLEDユニット32を介して制御回路33に接続されており、電源電圧VCCを受ける。各LED駆動IC11のイネーブル端子も同様に隣接LEDユニット32を介して制御回路33に接続されている。制御回路33からのイネーブル信号がオンの時にLED10から一定の電流を吸い込み、LED10を定電流駆動で発光させる。イネーブル信号のオンとオフを高速で切替えることによりPWM駆動を行なうことも可能である。
図8(a)はLED光源装置31の表面を示す図であり、図8(b)はその裏面を示す図である。図8(a)(b)において、LED光源装置31は矩形形状の筐体46を含み、筐体46には複数のLEDユニット32が複数行複数列に取り付けられている。複数のLEDユニット32は、矩形形状の発光面を構成する。初段のLEDユニット32のコネクタ42にはFFC3の一方端が接続され、FFC3の他方端は、LED光源装置31の筐体46の端部に設けた長孔47を介して、筐体46の裏面の制御回路33のコネクタ48に接続される。各LEDユニット4のコネクタ43にはFFC3の一方端が接続され、FFC3の他方端は同じ行の隣接するLEDユニット32のコネクタ42に接続されている。行をまたぐLEDユニット32同士も同様に接続されるが、その詳細については後述する。FFC3の表裏には銅箔テープが貼付されており、外部への不要輻射の放出を防止するとともに、外部回路からFFC3内の信号ラインへの電磁ノイズの混入を抑えている。
ここで、x軸およびy軸を矩形形状の筐体46の外周をなす4辺のうちの直交する2辺に平行な向きにとり、LEDユニット32からFFC3が引き出される方向をx軸方向と定義する。LEDユニット32はLED光源装置31内に縦横それぞれ等間隔で取り付けられており、LEDユニット32の外周をなす4辺はx軸およびy軸に平行になっている。各LEDユニット32から引き出されるFFC3は、x軸に対し所定の角度θだけ傾いて引き出されている。LEDユニット32上のコネクタ42,43の長辺方向、すなわち挿入口の幅方向はy軸に対し同じ角度θだけ傾くようにアルミベース基板40上に実装されており、そのためFFC3がコネクタ42,43の挿入口に直角に挿入されるようになっている。さらに、各LEDユニット32のコネクタ42の短辺方向の中心軸は、隣接するLEDユニット32の対向するコネクタ43の短辺方向の中心軸と一直線上に並ぶように配置され、FFC3を折り曲げることなくその両端をコネクタ42,43に挿入できるようになっている。
LEDユニット32のx軸方向およびy軸方向の配列の間隔をそれぞれX,Y、配置個数をNX,NYとし、FFC3の幅をWとすると、1行だけ異なる行のLEDユニット32の端同士を最短距離で接続するためには、FFC3をx軸に対しθ=tan−1(Y/(NX・X))だけ傾ければ良い。したがって、LEDユニット3上のコネクタ42,43の傾きをθ=tan−1(Y/(NX・X))に設定すると、行をまたぐLEDユニット32同士の接続において、FFC3を最短距離でかつ180度の折り曲げのみで接続することができる。一例としてX=Y=200mm,NX=6,NY=3の構成のLED光源装置31の場合、上記の関係式から求まるθは約9.5度となる。なお、本実施の形態2では、FFC3をx軸方向に引き出しているが、y軸方向に引き出す場合はコネクタの傾き角度θ′とLEDユニット32の配置との関係を示す数式はθ′=tan−1(X/(NY・Y))となる。
なお、コネクタ42,43の傾き角度θを設けない場合でも、LEDユニット32同士の接続は可能である。すなわち、図9(a)に示すように、同じ行においては隣接するコネクタ42と43をFFC3で接続し、各行の一方端のLEDユニット32のコネクタ43と、その行に隣接する行の他方端のLEDユニット32のコネクタ42との間を4回折り曲げたFFC3で接続することが可能である。また、図9(b)に示すように、同じ行においては隣接するコネクタ42と43をFFC3で接続し、各行の一方端のLEDユニット32のコネクタ43と、その行に隣接する行の一方端のLEDユニット32のコネクタ43との間を2回折り曲げたFFC3で接続することが可能である。しかし、これらの場合、FFC3の90度の折り曲げが複数回必要であり「発明が解決しようとする課題」の項で述べたとおり組立作業上の手間が発生する上、LED光源装置の筐体46の端部にFFC3の折り曲げ部を収納するための長さLの隙間が必要になり、LED光源装置全体の小型化の障害となるので望ましくない。
この実施の形態2では、各FFC3と他のFFC3が重ならないように、FFC3をLED光源装置31の筐体46の一辺に対して斜めに引き出す。したがって、LEDユニット32を容易に着脱することができ、LED光源装置31の組立作業性およびメンテナンス性の向上を図ることができる。
また、各LEDユニット32に駆動回路を搭載し、隣接する2つのLEDユニット32同士を接続するので、接続形態を簡略化することができる。実施の形態1と比較した場合、LEDユニット32と外部回路とを接続する長尺のFFC3の本数の削減および駆動回路基板の削減により、組立時やメンテナンス時の作業性が向上する。
なお、本実施の形態2では、LEDユニット32同士の接続にFFC3を使用したが、行をまたがない接続、すなわち同じ行の隣接する2つのLEDユニット32同士の接続については、FPCなど他の接続部材を使用しても構わない。
また、FFC3を筐体46の外周をなす4辺のうちの1辺に対して斜めに引き出すために、LEDユニット32の外周をなす4辺のうちの対向する2辺に対してコネクタ42,43を傾けて配置したが、必ずしも本形態に限定されるものではない。たとえば図10(a)(b)に示すように、LEDユニット32の外周をなす4辺のうちの対向する2辺に対してコネクタ42,43を平行に配置するとともに、コネクタ42,43の近傍にそれぞれ切欠部51,52を設けても良い。切欠部51,52は、それぞれコネクタ42,43の近傍においてLEDユニット32の外周部を所定の幅だけ斜めに切り欠いたものである。切欠部51,52の長辺A−A′,B−B′は、LEDユニット32の外周をなす4辺のうちの対向する2辺に対して所定の角度θで傾いている。初段のLEDユニット32のコネクタ42は、FFC3を介して制御回路33に接続され、各行において各LEDユニット32のコネクタ43はFFC3を介して同じ行の隣接するLEDユニット32のコネクタ42に接続される。また、各行の一方端のLEDユニット32のコネクタ43はFFC3を介して隣接する行の他方端のLEDユニット32のコネクタ42に接続され、このFFC3は、一方端のLEDユニット32の切欠部52と他方端のLEDユニット32の切欠部51とに沿って折り曲げられる。ただし、この場合は、切欠部51,52を設けることによる加工の手間が増える。また、FFC3の折り曲げラインと先端のコネクタ挿入方向とが垂直にならないためにFFC3の斜め挿しによるコネクタ接触不良が生じ易くなる。
なお、以上の実施の形態1,2では、R,G,Bの三色のLED10を用いたLED光源装置について説明したが、白色LEDなど他のLEDを用いた場合についても本発明は容易に適用できる。
また、液晶ディスプレイのバックライトに限らず、照明や文字情報・画像情報の表示など他の用途のLED光源装置においても、同様の形状および機能を有する場合は本発明が適用できる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,31 LED光源装置、2,32,29,71 LEDユニット、3,76 FFC、4,74 駆動回路、5,33 制御回路、6 照度センサ、7 温度センサ、8 電源回路、10,72 LED、11 LED駆動IC、12 シリーズ抵抗素子、13,40 アルミベース基板、14,28,42,43,48,73 コネクタ、15,44 スペーサ、16,45 反射シート、20 LEDチップ、21 カソード電極、22 金線、23 アノード電極、24 反射板、25 透明樹脂層、26,46 筐体、27,47 長孔、34 シフトレジスタ回路、35 ラッチ回路、41 スルーホール、51,52 切欠部。
Claims (14)
- 矩形形状の発光面を備え、該発光面は複数行複数列に配列され、各々が矩形形状を有する複数のLEDユニットで構成され、各LEDユニットは複数のLEDを含むLED光源装置において、
前記発光面の外周をなす4辺のうちの1辺に対して斜めに引き出され、前記LEDユニットに少なくとも電源電圧を与えるためのフレキシブルフラットケーブルを備えることを特徴とする、LED光源装置。 - 前記フレキシブルフラットケーブルは、各LEDユニットに対応して設けられ、その一方端は対応のLEDユニットに接続され、
前記LED光源装置は、さらに、前記発光面の外部に設けられて各フレキシブルフラットケーブルの他方端に接続され、各フレキシブルフラットケーブルを介して各LEDユニットに前記電源電圧を与える駆動回路を備えることを特徴とする、請求項1に記載のLED光源装置。 - 各LEDユニットの外周をなす4辺は前記発光面の外周をなす4辺に対して平行または垂直に設けられ、
各LEDユニットは、前記LEDユニットの外周をなす4辺のうちの1辺に対して斜めに設けられ、前記フレキシブルフラットケーブルの一方端が接続されるコネクタを含むことを特徴とする、請求項2に記載のLED光源装置。 - 前記発光面の外周をなす4辺のうちの2辺はx軸方向に延び、残りの2辺はy軸方向に延び、前記フレキシブルフラットケーブルは前記x軸方向に引き出され、
前記x軸方向に延びる1辺と前記フレキシブルフラットケーブルとのなす角度θは、前記フレキシブルフラットケーブルの幅をWとし、前記LEDユニットの前記x軸方向の一辺の長さをXとしたとき、θ≧sin−1(W/X)の範囲にあることを特徴とする、請求項3に記載のLED光源装置。 - 各LEDユニットの外周をなす4辺は前記発光面の外周をなす4辺に対して斜めに設けられ、
各LEDユニットは、前記LEDユニットの外周をなす4辺のうちの1辺に対して平行に設けられ、前記フレキシブルフラットケーブルの一方端が接続されるコネクタを含むことを特徴とする、請求項2に記載のLED光源装置。 - 前記LEDユニットは、矩形形状の金属板上に絶縁膜を介して配線を形成した金属ベース基板を含み、
前記複数のLEDおよび前記コネクタは前記金属ベース基板上に実装されていることを特徴とする、請求項3から請求項5までのいずれかに記載のLED光源装置。 - 前記金属ベース基板上における前記コネクタの高さは各LEDの光出射面の高さよりも低いことを特徴とする、請求項6に記載のLED光源装置。
- 前記複数のLEDユニットは直列接続され、
各LEDユニットは、
制御信号を保持する保持回路と、
前記保持回路に保持された制御信号に応答して対応の複数のLEDに前記電源電圧を与える駆動回路とを含み、
前記LED光源装置は、さらに、前記フレキシブルフラットケーブルを介して各LEDユニットの前記保持回路に前記制御信号を与えるとともに前記駆動回路に前記電源電圧を与える制御回路を備えることを特徴とする、請求項1に記載のLED光源装置。 - 各LEDユニットの外周をなす4辺は前記発光面の外周をなす4辺に対して平行または垂直に設けられ、
各LEDユニットは第1および第2のコネクタを含み、
前記第1および第2のコネクタは、それぞれ対応のLEDユニットの外周をなす4辺のうちの対向する2辺に沿って該2辺に対して斜めに設けられ、
初段のLEDユニットの第1のコネクタは、前記フレキシブルフラットケーブルを介して前記制御回路に接続され、
各行において各LEDユニットの第2のコネクタは、他のフレキシブルフラットケーブルを介して同じ行の隣接するLEDユニットの第1のコネクタに接続され、
各行の一方端のLEDユニットの第2のコネクタは、さらに他のフレキシブルフラットケーブルを介して隣接する行の他方端のLEDユニットの第1のコネクタに接続されていることを特徴とする、請求項8に記載のLED光源装置。 - 前記発光面の外周をなす4辺のうちの2辺はx軸方向に延び、残りの2辺はy軸方向に延び、前記フレキシブルフラットケーブルは前記x軸方向に引き出され、
前記x軸方向に延びる1辺と前記フレキシブルフラットケーブルとのなす角度θは、前記LEDユニットの前記x軸方向および前記y軸方向の一辺の長さをそれぞれXおよびYとし、前記LEDユニットの前記x軸方向および前記y軸方向の接続数をそれぞれNXおよびNY個としたとき、θ=tan−1(Y/(X・NX))の関係にあることを特徴とする、請求項9に記載のLED光源装置。 - 矩形形状の発光面を備え、該発光面は複数行複数列に配列され、各々が矩形形状を有する複数のLEDユニットで構成され、各LEDユニットは複数のLEDを含むLED光源装置において、
前記複数のLEDユニットは直列接続され、
各LEDユニットは、制御信号を保持する保持回路と、該保持回路に保持された制御信号に応答して対応の複数のLEDに電源電圧を与える駆動回路とを含み、
前記LED光源装置は、さらに、フレキシブルフラットケーブルを介して各LEDユニットの前記保持回路に前記制御信号を与えるとともに前記駆動回路に前記電源電圧を与える制御回路を備え、
各LEDユニットの外周をなす4辺は前記発光面の外周をなす4辺に対して平行または垂直に設けられ、
各LEDユニットは第1および第2のコネクタを含み、
前記第1および第2のコネクタは、それぞれ対応のLEDユニットの外周をなす4辺のうちの対向する2辺に沿って該2辺に対して平行に設けられ、
各LEDユニットには第1および第2の切欠部が設けられ、
前記第1および第2の切欠部は、それぞれ前記第1および第2のコネクタの近傍において前記LEDユニットの外周部を所定の幅だけ斜めに切り欠いたものであり、
初段のLEDユニットの第1のコネクタは、前記フレキシブルフラットケーブルを介して前記制御回路に接続され、
各行において各LEDユニットの第2のコネクタは、他のフレキシブルフラットケーブルを介して同じ行の隣接するLEDユニットの第1のコネクタに接続され、
各行の一方端のLEDユニットの第2のコネクタは、さらに他のフレキシブルフラットケーブルを介して隣接する行の他方端のLEDユニットの第1のコネクタに接続され、
前記さらに他のフレキシブルフラットケーブルは、前記第1および第2の切欠部に沿って折り曲げられていることを特徴とする、LED光源装置。 - 前記LEDユニットは、矩形形状の金属板上に絶縁膜を介して配線を形成した金属ベース基板を含み、
前記複数のLEDおよび前記第1および第2のコネクタは前記金属ベース基板上に実装されていることを特徴とする、請求項9から請求項11までのいずれかに記載のLED光源装置。 - 前記金属ベース基板上における前記第1および第2のコネクタの高さは各LEDの光出射面の高さよりも低いことを特徴とする、請求項12に記載のLED光源装置。
- 前記フレキシブルフラットケーブルはシールド付きフレキシブルフラットケーブルであることを特徴とする、請求項1から請求項13までのいずれかに記載のLED光源装置。
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