JP2008177158A - 裸チップｌｅｄを備えたｌｅｄバックライト - Google Patents

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）

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。

ＣＣＦＬ構造を用いた先行技術のバックライトの略図である。 ２つのＣＣＦＬを用いた先行技術のバックライトの略図である。 多数個のＣＣＦＬを用いた先行技術のバックライトユニットの略図である。 先行技術のＬＥＤ光バーの略図である。 先行技術のＬＥＤアレイの略図である。 先行技術のＬＥＤアレイの略図である。 先行技術のＬＥＤ裸チップのエッジ放出特性の側面図である。 先行技術のＬＥＤ裸チップから放出された光の平面図である。 本発明のＬＥＤバックライトユニットの一実施形態の側面図である。 本発明の単一のＬＥＤ裸チップバックライトユニットにより投射された光パターンの平面図である。 本発明の実施形態としての拡散プリント回路板上に実装されたＬＥＤ裸チップのアレイの略図である。 本発明のプリント回路板上に設けられた反射構造体の実施形態の略図である。 本発明の実施形態としてのリニアプリズムアレイを示す図である。 拡散を助けるための粒子を含むポリマーを追加した本発明の実施形態の略図である。 ＬＥＤが矩形ＰＣＢに結合され、次に、透明な台形構造体により包封された本発明の別の実施形態を示す図である。 ＬＥＤが矩形ＰＣＢに結合され、次に、透明な台形構造体により包封された本発明の別の実施形態を示す図である。 ＬＥＤが矩形ＰＣＢに結合され、次に、透明な台形構造体により包封された本発明の別の実施形態を示す図である。

符号の説明

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

Claims (16)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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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