JP2009087772A - 照明装置とバックライトユニット及びその印刷回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子を用いて細分割駆動が可能なバックライトユニットを提供する。
【解決手段】発光ダイオードが装着され、該発光ダイオードと電気的に連結される連結パッド１２０が形成された回路基板１００と、回路基板１００の一側面側に設置され、前記発光ダイオードを駆動する駆動部と、回路基板の連結パッド１２０に結合されて、連結方向を前記駆動部に向け切り替えるコネクターと、該コネクターと前記駆動部とを連結する連結線と、を備えて構成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、照明装置とバックライトユニット及びその印刷回路基板に係り、特に、発光素子を利用でき、かつ、分割駆動が可能な照明装置とバックライトユニット及びその印刷回路基板に関する。

発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）は、電流を光に変換する周知の半導体発光素子で、１９６２年にＧａＡｓＰ化合物半導体を用いた赤色ＬＥＤが商品化されたのを皮切りに、ＧａＰ：Ｎ系列の緑色ＬＥＤが、情報通信機器をはじめとする電磁装置の画像表示用光源として利用されてきている。このようなＬＥＤによって放出される光の波長は、ＬＥＤ製造に使われる半導体材料による。これは、放出された光の波長が、価電子帯（valence band）電子と伝導帯（conduction band）電子との間のエネルギー差を表す半導体材料のバンドギャップ（band-gap）に従うためである。

窒化ガリウム化合物半導体（Gallium Nitride：ＧａＮ）は、高い熱的安定性と幅広いバンドギャップ（０．８〜６．２ｅＶ）を持っていることから、ＬＥＤを含む高出力電子部品素子開発分野において大きく注目されてきた。その理由の一つに、ＧａＮと他の元素（インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）等）を組み合わせることによって、緑色、青色、白色光を放出する半導体層を製造できることがある。このように放出波長を調節できるということで、用途に合わせた材料を用いれば特定の装置を作成することができる。例えば、ＧａＮを用いて、光記録に有益な青色ＬＥＤや、白熱燈に取って代わる白色ＬＥＤを作ることができる。

白色発光が可能になったことによって照明への用途が広がり、一例として、液晶表示装置のバックライトユニットに利用されている。受光型平面ディスプレイの一種である液晶表示装置（Liquid Crystal Display；ＬＣＤ）は、背面から照射される照明光を選択的に透過させて画像を形成する装置で、バックライトユニット（Back Light Unit；ＢＬＵ）と呼ばれる光源部を背面に備えている。

このような液晶表示装置のバックライトユニットは、基板に多数の白色ＬＥＤを配列した構成をもち、これら白色ＬＥＤによる光が均一に拡散されることが要求される。図１に、従来のＬＥＤバックライトユニットの前面回路基板を示す。すなわち、バックライトユニットの前面には、複数の回路基板１０が配置されている。図１では回路基板１０が６枚使用されており、それぞれの回路基板１０には、ＬＥＤを装着する複数の装着部１１が配設され、そして、これら装着部１１と電気的に連結されている連結部１２が各端部に配置されている。すなわち、連結部１２は、回路基板１０全体の両端部、つまり、図１の左右の端に配置される。

図２は、図１の回路基板１０の背面を示すもので、回路基板１０は、バックライトユニットとして固定された状態において、コネクター２０と連結線２１を通じて駆動ボード３０に接続されている。このようなコネクター２０の連結状態、すなわち図２のａ部分を、図３に示す。コネクター２０は、コネクターボディー２２に第１ピン２３と第２ピン２４を備え、第１ピン２３は連結線２１と連結され、第２ピン２４は回路基板１０の連結部１２と連結されることで、回路基板１０と駆動ボード３０とを連結している。ここで、第１ピン２３と第２ピン２４とは一体に形成される。

上記構成において、連結線２１は、回路基板１０の背面に沿って延長されて駆動ボード３０に連結され、回路基板１０の間隔が緻密なため、図３のように回路基板１０の平面に平行な方向にのみ連結される。すなわち、このようなバックライトユニットの従来構造では、バックライトユニットの大きさにかかわらずに、コネクター２０及び連結線２１を、回路基板１０全体の左右端部にしか配置できないという問題がある。

したがって、かかる従来のＬＥＤバックライトユニットは、使用されるＬＣＤパネルの大きさに応じてその大きさを自由に変えることはできない。小さいサイズのバックライトユニットでは、上述のように、回路基板の一方の側にのみコネクターを連結するものでも不具合はないが、バックライトユニットが大型化すると、それに比例して回路基板も大型化せざるを得ない。ＬＥＤバックライトユニットは、回路基板にＬＥＤを実装して組み立てるもので、回路基板が大きくなるとその分、各回路基板に実装するＬＥＤの個数も増やさざるを得ない。

ＬＥＤの特性上、同類のＬＥＤであっても波長と明るさに違いがあり、このような違いが大きいほど、バックライトユニットでは色偏差現象が深刻化する。したがって、回路基板が大型化し、それに比例して１枚の回路基板により多くのＬＥＤが使用されることになると、色偏差現象が現れる確率はさらに高くなり、結果としてバックライトユニットの不良率も高まってしまう。

しかも、回路基板が大型化すると、ＬＥＤ及びその他の部品を回路基板に実装する際に必要とされる装備、例えば、ローダー（Loader）、スクリーンプリンタ（Screen Printer）、チップマウンタ（Chip mounter）、リフロー（Reflow）などの表面実装装備も共に大型化せざるを得ず、よって、装備コストが増加する。特に、これらの表面実装装備はいずれも高価な装備であるため、設備コストは著しく増加するという問題点となる。

本発明は以上の問題点を解決するためのもので、その目的は、バックライトユニットを構成する回路基板を細分化及び小型化し、各細分化した回路基板の個別駆動を可能にした照明装置とバックライトユニット及びその印刷回路基板を提供することにある。

上記目的を達成するための第１の態様として、本発明に係るバックライトユニットは、発光ダイオードが装着され、該発光ダイオードと電気的に連結される連結パッドが形成された回路基板と、前記回路基板の一側面側に設置されて、前記発光ダイオードを駆動する駆動部と、前記回路基板の連結パッドに結合され、連結方向を前記駆動部に向け切り替えるコネクターと、該コネクターと前記駆動部とを連結する連結線と、を備えて構成される。

第２の態様として、本発明に係るバックライトユニットは、発光ダイオードが装着される第１面、前記発光ダイオードを駆動する駆動部が設置される第２面、及び前記発光ダイオードと電気的に連結される連結パッドを持つ回路基板と、前記連結パッドと結合され、連結方向を前記第２面側へ切り替えるコネクターと、を備えて構成される。

第３の態様として、本発明に係るバックライトユニットは、発光ダイオードが装着される第１面、前記発光ダイオードを駆動する駆動部が設置される第２面、及び前記発光ダイオードと電気的に連結される連結パッドを持つ回路基板と、前記連結パッドに結合されて、前記第２面側へ向かうように連結ピンが位置するコネクターと、を備えて構成される。

第４の態様として、本発明に係る印刷回路基板は、基板に形成された回路と連結される複数の第１ピン及び該第１ピンから延長されて折れ曲がる複数の第２ピンを備えたコネクターと、該コネクターに連結される連結線と、を備えて構成される。

第５の態様として、本発明に係る発光ダイオードを用いた照明装置は、第１面に発光ダイオードを有すると共に該発光ダイオードと電気的に連結される連結パッドをもち、前記発光ダイオードを駆動する少なくとも一つの駆動部を備えた回路基板と、該回路基板の連結パッドに結合されて、連結方向を前記回路基板の第２面側へ切り替えるコネクターと、を備えて構成される。

本発明によれば、回路基板をそれぞれ分離して小型化し、該回路基板に相当する個数の駆動部を配置して、回路基板を個別に駆動することができ、その結果、バックライトユニットの駆動時に、ディスプレイ画面の明るく現れるべき部分に位置した回路基板のみを駆動し、ディスプレイ画面の暗い領域の回路基板は、映像信号を受けても駆動をしないか、あるいは微小な電流を流すのみとできるため、消費電力を大きく低減することが可能になる。

また、個別駆動される回路基板の大きさが小さいため、当該バックライトユニットは、各発光ダイオードの色偏差による不良及び工程上の不良率を效果的に減少させるという効果が得られる。

さらに、回路基板が小さいため、表面実装装備を大型化することなくそのまま適用してバックライトユニットを製作できるなどの回路基板小型化による長所が得られる。

加えて、それぞれの回路基板を分割して駆動できるため、より華麗で立体的な映像を実現することができ、結果としてバックライトユニットの消費電力を低減可能になる。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

本発明が様々に修正及び変形されるのを許容する上で、その特定の実施形態を図面に基づいて例示し、その詳細について以下に詳細に説明する。ただし、これらの特定例は本発明を限定するためのものではなく、よって、本発明は、添付の特許請求の範囲で定義された本発明の思想と合致するあらゆる修正、均等及び代用を含む。

図面中、同一の構成要素には可能な限り同一の符号を共通使用し、各層及び領域の寸法は、明瞭性のために誇張して表す。また、ここで説明される各実施形態は、相補的な導電型の実施形態を含む。

たとえば第１、第２などの用語が、様々な要素、成分、領域、層及び／または位置を説明するために使用され得るが、それらの要素、成分、領域、層及び／または位置は、そのような用語によって限定されてはならないということは明らかである。すなわち、それらの用語は、単に他の領域、層または位置からいずれかの要素、成分、領域、層または位置を区分するために使用されるものである。したがって、下記における第１領域、層または位置は、第２領域、層または位置という名称にもなりうる。

＜第１実施形態＞

図４に示すように、バックライトユニットには複数の回路基板１００が配列され、第１面には発光ダイオードＬＥＤが装着され、第２面には駆動部３００（図１１参照）が設置される。ここで、第１面は回路基板１００の前面とし、第２面は回路基板１００の背面とすれば良い。また、第２面は、回路基板１００から一定距離隔てて配置された他のバックライトユニット素子の内側または外側の面にしても良い。

この回路基板１００としては、印刷回路基板（printed circuit board）を使用すると良く、それ以外に他の形態の基板を使用しても良い。以下、第１面は回路基板１００の前面で、第２面は回路基板１００の背面である場合を例にして説明する。

回路基板１００の前面には、複数の装着部１１０が形成され、これらの装着部１１０に発光ダイオードが装着され、これらの装着部１１０は、図示の如く、各基板一列に配置される。また、各回路基板１００の一端部には、駆動部との連結のための連結パッド１２０が形成されている。回路基板１００を印刷回路基板とする場合には、装着部１１０において発光ダイオードの端子を接続する接続部（図示せず）と連結パッド１２０とを結ぶ配線が印刷された基板を用いると良い。

連結パッド１２０には、図５に示すように、コネクター２００が結合される。この場合、コネクター２００は、連結方向を水平方向から垂直方向に切り替えるコネクター２００とすることができ、よって、駆動部３００（図１１参照）との連結時に、回路基板１００の平面に平行な方向以外の方向に連結可能である。すなわち、コネクター２００は、一端部が回路基板１００の前面で回路基板１００の平面に平行に延長され、他端部が回路基板１００の平面に対して垂直方向に延長されて回路基板１００の背面側へ突出し得るため、駆動部との連結がより容易になる。したがって、２列よりも多い回路基板１００配列の場合にも、コネクター２００は各回路基板１００にそれぞれ結合することができる。すなわち、回路基板１００の配列の左右端に位置する回路基板１００だけでなく、その内側に配列された回路基板１００にもコネクター２００を連結することができる。

この回路基板１００の背面を、図６に示す。回路基板１００の背面においては、連結線４００（図１１参照）によって駆動部３００（図１１参照）が連結される。このとき、コネクター２００は、回路基板１００の平面に対して垂直方向への部分を有しているため、連結線及び駆動部をより容易に結合することができる。すなわち、図６に示すように、回路基板１００の背面から見たときに、各コネクター２００の連結部分が露出しているので、連結線４００の方向転換や別途の道具無しにコネクター２００に連結線４００を直接連結することができる（図８参照）。したがって、回路基板１００の配置が、コネクター２００の配置または連結線４００の連結によって制限されることがない。

図７〜図１０は、コネクター２００の詳細を示す図である。図示のように、コネクター２００は、コネクターボディー２３０に複数の連結ピン２１０を備え、このコネクター２００はリード２２０に結合される。

図７は、図５のＡ部分を拡大した図で、図８は、図６のＢ部分を拡大した図である。図７に示す連結ピン２１０は、回路基板１００の連結パッド１２０に接触する部分である。また、図８に示す連結ピン２１０は、図１１に示す駆動部３００に連結される連結線４００と結合される部分である。

図１０に示すように、コネクター２００の連結ピン２１０は、回路基板１００の連結パッド１２０と連結される第１ピン２１１と、第１ピン２１１から回路基板１００の背面に向かって折れ曲がり延長される第２ピン２１２とからなる。ここで、第２ピン２１２は、第１ピン２１１から略９０°折り曲げてあることがことが好ましい。

これら第１ピン２１１と第２ピン２１２は、伝導性物質からなる一体部品で、曲折形成したものとすることができる。すなわち、複数の連結ピン２１０は、コネクターボディー２３０に互いに並んで設けられており、進行方向が垂直方向に折り曲がる。したがって、このように垂直方向に折れ曲がった連結ピン２１０部分に、連結線４００（図１１参照）を連結して駆動部に連結させることができる。

すなわち、コネクター２００は、連結ピン２１０が回路基板１００の背面に向かって折り曲げてあるため、バックライトユニットの回路基板１００の間隔を緻密に維持しながら駆動部３００に連結でき、その結果、回路基板１００の大きさが小さくても、様々な配列の回路基板１００とすることができる。

図９には、コネクター２００を結合した回路基板１００の側面を示している。コネクター２００には係止部２０１が形成されており、コネクター２００と回路基板１００またはバックライトユニットケースとの結合を強固にすることができる。

垂直方向に折れ曲がるコネクター２００部分には、図１１に示すように、連結線４００が連結され、この連結線４００は、回路基板１００に装着される発光ダイオードを駆動する、駆動部３００に連結される。図１１は回路基板１００の背面を示すもので、駆動部３００には、両側に連結線４１０，４２０が連結されている。したがって、一つの駆動部３００の両側に連結線４００によって回路基板１００が連結され、これらを駆動することができる。図１１において、左側の２列の回路基板１００は、左側に設置された駆動部３００に連結されて駆動され、右側の２列の回路基板１００は、右側に設置された駆動部３００に連結されて駆動される構成とされている。すなわち、一方の側の回路基板１００は、第１連結線４１０によって駆動部３００の一方の側に連結され、他方の側の回路基板１００は、第２連結線４２０によって駆動部３００の他方の側に連結される。駆動部３００は、各回路基板１００を駆動する駆動部３００をそれぞれ分離して構成しても良いが、図１１に示すように、互いに一体に備えることが好ましい。

このように、複数枚配列された回路基板１００の前面に発光ダイオードが装着され、当該回路基板１００に、コネクター２００及び連結線４００によって駆動部３００が連結され、駆動を行う。このような回路基板１００は、バックライトユニットケースに配置され、該回路基板１００の上側には発光ダイオードの光が均一に拡散されるように拡散板または拡散レンズを備えると良い。

＜第２実施形態＞

回路基板１００は、４列以上の配列が可能であり、図１２では、回路基板１００を６列に配列した状態を示している。第１列と第２列、第３列と第４列の回路基板１００は、コネクター２００が左側に位置するように配置され、それぞれ連結線４００によって駆動部３００と連結されている。第５列と第６列の回路基板１００は、コネクター２００が右側に位置するように配置され、それぞれ連結線４００によって駆動部３００に連結される。なお、コネクター２００の位置は変更可能である。

また図示のように、一方の側の回路基板１００は、第１連結線４１０によって駆動部３００の一方の側に連結され、他方の側の回路基板１００は、第２連結線４２０によって駆動部３００の他方の側に連結される。この場合、コネクター２００は、図７〜図１０に示すものと同じコネクター２００を用いると良い。すなわち、コネクター２００の一端部は回路基板１００の連結パッド１２０と連結され、コネクター２００の他端部は、連結パッド１２０と連結された部分から一定角度で折り曲げられ、回路基板１００の背面側へ連結方向が切り替わり、当該回路基板１００の背面側で連結線４００を連結できるわけである。

以上説明の如く、本発明によれば、複数列の回路基板１００の配列が可能であり、図１１には、複数の回路基板１００を横に４枚、縦に６枚配列した状態、図１２には、回路基板１００を横に６枚、縦に９枚配列した状態が示されている。すなわち、本発明によると、回路基板１００を小型化して、２列以上の列に細分化して配置可能で、３列、５列などの奇数列にも配列可能である。

このように、回路基板１００を小さいサイズに分割すると、同じ全体サイズ（画面サイズ）において回路基板１００のそれぞれのサイズが小型化するため、ＣＯＢ（Chip on Board）型及びダイレクトモールディング（Direct Molding）の実現が可能となる。

上述した本発明に係るバックライトユニットは、下記のような長所を有する。

従来のバックライトユニットは、コネクターが基板全体の端部に結合されて位置するしかないため、駆動部に一つの連結線しか連結できず、２列の配列のみ可能だったが（図２参照）、本発明では、回路基板１００をそれぞれ分離して小型化した多数配列とし、回路基板１００に該当する個数の駆動部３００を配置し、回路基板１００を個別に駆動することができる。回路基板１００を細分化して駆動すると、バックライトユニットの駆動時に、ディスプレイ画面の明るく現れるべき部分に位置した回路基板１００のみを駆動し、ディスプレイ画面の暗い領域の回路基板１００は、映像信号を受けても駆動をしないか、微小な電流を流すに済ませられるため、消費電力を大きく低減することが可能である。これに対し、従来のバックライトユニットの回路基板の構造は、回路基板１０の大きさが一定の大きさ以下に縮小されず、全体回路基板を常に同一の明るさとして駆動せざるをえず、よって、消費電力の低減には限界がある。

また、本発明によると、個別駆動される回路基板１００のサイズを小さくできるため、当該バックライトユニットは、各発光ダイオードの色偏差による不良及び工程上の不良率を效果的に減少させるという効果が得られる。また、回路基板１００が小さいため、表面実装装備を大型化することなくそのまま適用してバックライトユニットを製作できる等、回路基板１００の小型化による多くの長所を有する。さらに、それぞれの回路基板１００を分割して駆動できるため、より華麗で立体的な映像を実現でき、結果としてバックライトユニットの消費電力を低減可能になる。

以上の実施形態は本発明の技術的思想を具体的に説明するための一例で、本発明は、以上の実施形態に限定されず、様々な形態に変形可能であり、それらの技術的思想内での様々な実施形態はいずれも本発明の保護範囲に属することは明らかである。

従来のバックライトユニット用回路基板の前面を示す平面図である。 従来のバックライトユニット用回路基板の背面を示す平面図である。 図２のａ部分の拡大斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るバックライトユニット用回路基板の前面を示す平面図である。 図４の回路基板にコネクターが連結された状態を示す平面図である。 図４の回路基板の背面を示す平面図である。 図５のＡ部分を示す拡大図である。 図６のＢ部分を示す拡大図である。 本発明の第１実施形態に係る回路基板にコネクターが連結された状態を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る回路基板にコネクターが連結された状態を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る回路基板の背面と駆動部を示す平面図である。 本発明他の第２実施形態に係るバックライトユニット用回路基板の背面を示す平面図である。

Claims (23)

1. 発光ダイオードが装着され、該発光ダイオードと電気的に連結される連結パッドが形成された回路基板と、
   前記回路基板の一側面側に設置されて、前記発光ダイオードを駆動する駆動部と、
   前記回路基板の連結パッドに結合され、連結方向を前記駆動部に向け切り替えるコネクターと、
   該コネクターと前記駆動部とを連結する連結線と、
   を備えて構成されることを特徴とするバックライトユニット。
2. 前記駆動部は、前記回路基板の発光ダイオードが装着される面の反対面の側に設置されることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 前記コネクターは、垂直型コネクターであることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
4. 前記コネクターは、
   前記回路基板の連結パッドと連結される第１ピンと、
   該第１ピンから延長されて前記駆動部側へ折れ曲がる第２ピンと、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載のバックライトユニット。
5. 前記コネクターは、
   前記第１ピン及び前記第２ピンが固定されるコネクターボディーをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のバックライトユニット。
6. 前記第２ピンは、前記第１ピンに対して略９０°折れ曲がっていることを特徴とする請求項４に記載のバックライトユニット。
7. 前記第１ピンと前記第２ピンは一体形成されていることを特徴とする請求項４に記載のバックライトユニット。
8. 前記コネクターは、前記回路基板に形成されたリードに結合されることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
9. 前記回路基板は、複数であり、２列以上配列されることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
10. 前記連結線は、前記駆動部の両側に連結されることを特徴とする請求項９に記載のバックライトユニット。
11. 前記連結線は、
    前記駆動部の一方の側に第１列の前記回路基板を連結する第１連結線と、
    前記駆動部の他方の側に、第１列の前記回路基板と隣接した第２列の前記回路基板を連結する第２連結線と、
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載のバックライトユニット。
12. 一つの前記駆動部に、複数の前記回路基板が分割されて駆動されることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
13. 発光ダイオードが装着される第１面、前記発光ダイオードを駆動する駆動部が設置される第２面、及び前記発光ダイオードと電気的に連結される連結パッドを持つ回路基板と、
    前記連結パッドと結合され、連結方向を前記第２面側へ切り替えるコネクターと、
    を備えて構成されることを特徴とするバックライトユニット。
14. 前記コネクターは、
    前記回路基板の連結パッドと連結される第１ピンと、
    前記第１ピンから延長されて前記第２面側へ折れ曲がる第２ピンと、
    を備えることを特徴とする請求項１３に記載のバックライトユニット。
15. 前記コネクターと前記駆動部とを連結する連結線をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のバックライトユニット。
16. 前記駆動部には、２列以上の回路基板が連結されることを特徴とする請求項１３に記載のバックライトユニット。
17. 前記コネクターには、前記第２面に向かう連結ピンが備えられることを特徴とする請求項１３に記載のバックライトユニット。
18. 基板に形成された回路と連結される複数の第１ピン及び該第１ピンから延長されて折れ曲がる複数の第２ピンを備えたコネクターと、
    該コネクターに連結される連結線と、
    を備えて構成されることを特徴とする印刷回路基板。
19. 前記コネクターの第２ピンは、前記第１ピンに対して略９０°折れ曲がっていることを特徴とする請求項１８に記載の印刷回路基板。
20. 複数の発光ダイオードが装着されることを特徴とする請求項１８に記載の印刷回路基板。
21. 発光ダイオードを用いた照明装置において、
    第１面に発光ダイオードを有すると共に該発光ダイオードと電気的に連結される連結パッドをもち、前記発光ダイオードを駆動する少なくとも一つの駆動部を備えた回路基板と、
    該回路基板の連結パッドに結合されて、連結方向を前記回路基板の第２面側へ切り替えるコネクターと、
    を備えて構成されることを特徴とする照明装置。
22. 前記コネクターは、
    前記回路基板の連結パッドと連結される第１ピンと、
    前記第１ピンから延長されて前記回路基板の第２面側へ折れ曲がった第２ピンと、
    を備えることを特徴とする請求項２１に記載の照明装置。
23. 前記コネクターと前記駆動部とを連結する連結線をさらに備えることを特徴とする請求項２０に記載の照明装置。

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