JP4063835B2 - 発光ダイオードを利用したバックライト装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオードを使用するバックライト装置に関する。特に本発明は、発光ダイオードの光源から放出された光が反射板から反射した後、発光ダイオードの光源後方の拡散板へ入射するように反射板と発光ダイオード光源とを対向配置することにより、光が拡散板に入射するまで互いに充分に混合され得る距離を確保しながらも厚さを減少させ得る発光ダイオードを利用したバックライト装置に関する。
発光ダイオード、即ちLEDを利用した液晶表示装置(LCD)用のバックライト装置は、側面放出方式(edge emitting)と直下方式(direct illumination)とに区分される。側面放出方式は、光源から発される光を側方へ送ってから反射板や散乱パターンを利用して上側へ光の経路を変えさせることにより液晶チャンネルに照明を提供する。これとは異なり、直下方式は液晶パネルの下部に光源を設け、その光源から側方へ光を送ってから反射板を利用して上側へ光の経路を変えさせることにより液晶パネルに照明を提供する。
図１は、通常の側面放出型バックライト装置を概略的に示す図である。図１に示すように、側面放出型バックライト装置(１０)は、散乱パターン(１４)が上面に形成された反射板(１２)、その反射板(１２)の上面に配置された導光板(１６)、及びその導光板(１６)の両側に配置された棒状のLED光源(１８、２０)を備える。
LED光源(１８、２０)が光(L)を側方から導光板(１６)内に放出すると、光(L)は導光板(１６)内を巡りながら散乱パターン(１４)に当たって上側へ散乱することにより、導光板(１６)上部の液晶チャンネル(２２)にバックライトを提供するようになる。
かかる側面放出型バックライト装置(１０)は、その厚さが薄く構造が簡単であるといった利点がある。また、反射板(１２)の上面や導光板(１６)の下面に形成された反射パターン(１４)の設計により上側へ送る光の強度を均一に調節し得るといった利点がある。しかし、LED光源(１８、２０)から発された光を送れる距離には限界があるので、この構造は大画面LCDのバックライトには適用することができない。
図２は、通常の直下型バックライト装置を概略的に示す図である。図２に示すように、直下型バックライト装置(３０)は、平坦な反射板(３２)、その反射板(３２)上に設けられた棒状のLED光源(３４)、上記LED光源(３４)上に配置された反射板または遮光板(３６)、上記遮光板(３６)から所定間隙(G１)を隔てて配置された透明板(３８)、及び上記透明板(３８)から所定間隙(G２)を隔てて配置された拡散板(４０)を備える。
光源(３４)は光(L１、L２)を主に平面方向に放出し、このように放出された光(L１)は反射板(３２)から反射されて上部の透明板(３８)を通過した後、上部の拡散板(４０)から所望の均一度で拡散して上部の液晶チャンネル(４２)にバックライトを提供するようになる。他方の光(L２)は透明板(３８)の底面に当たり、その一部(L２１)は透明板(３８)の中に進入した後、その上部の拡散板(４０)を通して液晶チャンネル(４２)にバックライトを提供する。一方、光(L２)の他方の一部(L２２)は透明板(３８)から反射板(３２)へ反射した後、その反射板(３２)から反射され光(L１)のような方式で透明板(３８)及び拡散板(４０)を通して液晶チャンネル(４２)にバックライトを提供するようになる。
かかる構造のバックライト装置(３０)は、液晶チャンネル(４２)の下部に複数の棒型LED光源(３４)を設け得、よって大画面LCDに効果的にバックライトを提供することができるといった利点がある。
しかし、LED光源(３４)と透明板(３８)との間に予め定められた間隙(G１)が必要であり、かつ透明板(３８)と拡散板(４０)との間にも所定の間隙(G２)を維持しなければならないので、この構造のバックライト装置(３０)は厚さが増加するといった欠点がある。
具体的に説明すれば、LED光源(３４)から発生した光(L)は主に遮光板(３６)を通じて上側へ反射されるので、遮光板(３６)により遮られた暗部(DA)を形成する。かかる暗部(DA)及びそれによる輝線を除去するためには、光が透明板(３８)を通過して拡散板(４０)に入射するまで相互に混合されるように透明板(３８)と拡散板(４０)との間に一定値以上の間隙(G２)を充分に確保しなければならない。
このように、反射板(３２)から液晶チャンネル(４２)へ進行する光を全体的に均一にするためには上記のような間隙(G１、G２)を一定値以上維持しなければならないので、直下型バックライト装置(３０)はその特性上厚さの増加を免れ難い。
本発明は先述した従来の技術の問題を解決するために案出されたもので、本発明の目的はバックライト装置のLED光源から放出された光が反射板から反射した後LED光源後方の拡散板へ入射するよう反射板とLED光源とを互いに対向するよう配置することにより、バックライト装置の厚さを減少させながら光が拡散板に入射するまで互いに充分に混合され得る距離を確保することにある。
本発明の他の目的は、LED光源に対応する位置の反射板の所定部位に突起を形成してLED光源から放出された光の損失を防止しながら光をより均一に混合することにある。
本発明のさらに他の目的は、LED光源の中間に該当する位置の反射板の所定部位に中間突起を形成して、中間突起間のLED光源から発生した光の殆どを中間突起間の領域から上向き反射することにより光が広く放散することを防止し、それにより光度を改善することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記中間突起を拡散板に隣接した高さまで延長させ、これらの突起間の一群のLED光源から放出された光が拡散板の該当領域に入射するようにさせることで光度をより改善することにある。
先述した本発明の目的を成し遂げるために、本発明は、上部に開口が形成されたハウジング；前記ハウジング内の底に形成された反射板；上記反射板側へ光を放出するよう上記反射板の上側に所定距離を隔てて配置された複数のＬＥＤ光源；上記ＬＥＤ光源を支持するよう前記ハウジングの側壁に連結された光源支持手段；上記ＬＥＤ光源に対応する位置の上記反射板の上面から上向き突出した突起；上記突起と交互に形成され、少なくとも上記ＬＥＤ光源と同一の高さに延長された第２突起；及び、前記ハウジングの開口の上側に配置された拡散板を含むＬＥＤを利用したバックライト装置を提供することを特徴とする。
上記バックライト装置において、上記突起及び第２突起は三角形の上下方向断面または上方へ膨らんだ半円形の上下方向断面を有することを特徴とする。
さらに、本発明は上部に開口が形成されたハウジング；前記ハウジング内の底に形成された平坦な反射板；上記反射板側へ光を放出するよう上記反射板の上側に所定の距離を隔てて配置された複数の棒状のＬＥＤ光源；上記ＬＥＤ光源に対応する位置の上記反射板の上面から夫々延長された複数の第１突起；上記第１突起と交互に上向き突出し、少なくとも上記ＬＥＤ光源と同一の高さに延長された第２突起；上記ＬＥＤ光源を支持するよう前記ハウジングの側壁に連結された光源支持手段；及び、前記ハウジングの開口の上側に配置された拡散板を含むＬＥＤを利用したバックライト装置を提供することを特徴とする。
上記バックライト装置において、上記第１及び第２突起は三角形の上下方向断面または上方へ膨らんだ半円形の上下方向断面を有することを特徴とする。
先述したバックライト装置において、前記ハウジングと上記拡散板との間に配置された透明板をさらに含むことを特徴とする。
先述したバックライト装置において、上記光源支持手段は上記LED光源が底面に付着された棒状の金属製印刷回路基板であることを特徴とする。
先述したバックライト装置において、前記ハウジングの表面には上記金属製印刷回路基板と連結された放熱手段が提供されることを特徴とする。
先述したバックライト装置において、上記反射板はランバート面(Lambertian surface)を有することを特徴とする。
本発明によると、バックライト装置のLEDから放出された光が反射板から反射した後LEDの上側の拡散板へ入射するよう、反射板とLEDを対向するよう配置することによってバックライト装置の厚さを減少させながら光が拡散板に入射するまで互いに充分に混合され得る距離を確保できる。
また、LEDに対応する位置の反射板の所定部位に突起を形成してLEDから放出された光の損失を防止しながら光をより均一に混合できる。
また、LED中間に該当する位置の反射板の所定部位に中間突起を形成して中間突起間のLEDから発生した光の殆どを中間突起間の領域において上向き反射することにより光が広く放散することを防止し、それにより光度を改善することができる。
さらに、上記中間突起を拡散板に隣接した高さまで延長させ、これら突起間の一群のLEDから放出された光が拡散板の該当領域に入射するようにさせ、光度をより改善することができる。
以下、本発明の好ましき実施例について添付の図を参照により詳しく説明する。
先ず、図３は本発明の第１実施例によるLEDを利用したバックライト装置(１００)の正面断面図で、図４は図３の４-４線に沿って切断した側面断面図で、図５は図３のバックライト装置(１００)の分解斜視図である。
図３ないし図５によると、本発明の第１実施例によるバックライト装置(１００)は上部に開口が形成されたハウジング(１１０)、前記ハウジング(１１０)内の開口に隣接して配置された複数のLED(１２０)、上記LED光源を支持するよう前記ハウジング(１１０)の側壁(１１４)に連結された棒型回路基板(１３０)、そして前記ハウジング(１１０)の開口の上側に配置された拡散板(１４０)を含む。
ハウジング(１１０)は上記LED(１２０)とブラケット(１３０)を収容するようその内部が空いた中空型で、反射板(１１２)が底板を成している。上記側壁(１１４)もやはり反射板で構成することが好ましい。反射板(１１２)は、好ましくはランバートシート(Lambertian sheet)から成るか、表面にランバート面が設けられることができる。これと異なり、インクドットパターンなどの反射パターンが選択的または部分的に用いられることもできる。
上記LED(１２０)は上記反射板(１１２)側へ光を放出するよう上記反射板(１１２)から所定距離(d１)を隔てて回路基板(１３０)の底面に装着される。
上記回路基板(１３０)は金属板表面に特殊コーティングを施して回路を形成した金属製回路基板であり、上記LED(１２０)を支持しながら電流を供給し、さらに発生した熱をハウジング(１１０)外側のヒートシンク(図７参照)へ案内する機能を果たす。即ち、上記回路基板(１３０)は両端がハウジング(１１０)の側壁(１１４)の上端部に連結及び支持される上側の拡散板(１４０)から所定距離(d２)を維持するよう配置される。
このように構成された第１実施例によるバックライト装置(１００)の動作を図６を参照に説明する。図６に示すように、ハウジング(１１０)の上側に配置されたLED(１２０)は下側の反射板(１１２)側へ直接光線を放出する。放出された光線は反射板(１１２)から反射してLED(１２０)上側の拡散板(１４０)に到達するが、この際最少光経路は光源(１２０)の焦点から反射板(１１２)までの距離(d３)と反射板(１１２)と拡散板(１４０)との間の距離(d４)の和、即ちd３+d４となる。また、例えば一つのLED(１２０)から放出された光線(L１)が隣接したLED(１２０)の直下部まで進行し反射板(１１２)から反射しながら上記隣接LED(１２０)から放出され反射板(１１２)から反射する光線(L２)と混合するので、LED(１２０)らから放出された全ての光線は拡散板(１４０)に到達する前に色混合が起こる空間が確保される。したがって、異なる色のLED(１２０)から放出された異なる色の単色光同士の色混合が行われるのに必要なハウジング(１１０)の厚さを減少させられる。
図７は図４のバックライト装置(１００)にヒートシンク(１５０)が装着された状態を示す断面図である。図７に示すように、ヒートシンク(１５０)は回路基板(１３０)と連結され拡散板(１４０)の反対側のバックライト装置(１００)のハウジング(１１０)の周囲に沿って延長される。したがって、LED(１２０)から発生した熱は回路基板(１３０)の金属板に沿ってヒートシンク(１５０)に案内され図面符合Hで表示したように外部または外気へ放出される。
図８のバックライト装置(１００A)は図３のバックライト装置(１００)の変形例である。上記バックライト装置(１００A)はハウジング(１１０)の上端に透明板(１４２)が安着され、その上に拡散板(１４０)が装着される点を除けば先述した第１実施例のバックライト装置(１００)と実質的に同一である。上記透明板(１４２)は下側から入射される光線を拡散板(１４０)に進入する前により混合し明るさのバラツキを減らすことにより拡散板(１４０)の性能を補うことができる。
図９は本発明の第２実施例によるバックライト装置(２００)の断面図である。図９によると、本発明の第２実施例によりバックライト装置(２００)は上部に開口が形成されたハウジング(２１０)、前記ハウジング(２１０)内の開口に隣接配置された複数のLED(２２０)、上記LED光源を支持するよう前記ハウジング(２１０)の側壁(２１４)に連結された棒型回路基板(２３０)、そして前記ハウジング(２１０)の開口の上側に配置された拡散板(２４０)を含む。
ハウジング(２１０)は上記LED(２２０)とブラケット(２３０)を収容するようその内部が空いた中空型で、反射板(２１２)が底板を成している。上記側壁(２１４)もやはり反射板で構成されることが好ましい。反射板(２１２)は、好ましくはランバートシート(Lambertian sheet)で成り、インクドットパターンなどの反射パターンが選択的または部分的に用いられることもできる。
一方、反射板(２１２)は上記LED(２２０)に対応する上面部位が上向き突出して突起(２１６)を形成する。これら突起(２１６)はLED(２２０)から略直下方へ放出される光(L３)を側方へ案内する。こうすると、一つのLED(２２０)から放出された光線がLED(２２０)側へ再帰的に反射することを防止できる。したがって、光の損失を防止しながら光がハウジング(２１０)内でより均一に混合されるようにすることができる。
第２実施例のバックライト装置(２００)の残りの構成は先述した第１実施例のバックライト装置(１００)と実質的に同一なので、同一の構成要素には２００台の図面符合を付し、その説明は第１実施例の説明を援用する。
図１０ないし図１２は図９のバックライト装置に用いる突起の例を示す部分斜視図である。
先ず、図１０によると、円錐型突起(２１６a)は相互分離され反射板(２１２)の上面に形成され、上側のLED(２２０)に対応するよう位置する。この際、突起(２１６a)の頂点(P)を通過する反射板(２１２)の法線が該当LED(２２０)の焦点を通過することが好ましい。
図１１にはプリズム形態の突起(２１６b)が示してある。上記プリズム型突起(２１６b)は回路基板(２３０)に装着された一群のLED(２２０)に沿って反射板(２１２)の上面において延長される。この際、突起(２１６b)の上部縁を通過する反射板(２１２)の法線平面が上記LED(２２０)の焦点を通過することが好ましい。
図１２には半円形断面を有する突起(２１６c)が示してある。上記半円形突起(２１６c)は回路基板(２３０)に装着された一群のLED(２２０)に沿って反射板(２１２)の上面において延長される。この際、突起(２１６c)の最上端地点を通過する反射板(２１２)の法線平面が上記LED(２２０)の焦点を通過することが好ましい。
図１３は本発明の第３実施例によりバックライト装置(３００)の断面図である。上記バックライト装置(３００)はLED(３２０)に対応する反射板(３１２)上面の第１突起(３１６a)、これら第１突起(３１６a)中間の第２突起(３１６b)及びハウジング側壁(３１４)下端の突起(３１６a、３１６b)と同一の傾斜を有する傾斜面(３１６)を有することを除けば図９の第２実施例のバックライト装置(２００)と同一の構成を有する。したがって、同一構成要素には３００台の図面符合を付し、その説明は第２実施例の説明を援用する。
このように構成すると、一つの回路基板(３３０)に装着された一群のLED(３２０)から放出された光は主に第２突起(３１６b)間の領域から反射し上側の拡散板(３４０)へ案内される。したがって、一群のLED(３２０)から放出された光が過度に広い領域へ放散せず、主に該当領域において均一に混合されるので光度を改善できる。この際、一群のLED(３２０)は、例えば複数のRGB LEDを含むので各々のLEDから放出された単色光が相互均一に混合され白色光を形成する。
図１４は本発明の第４実施例によりバックライト装置(３００A)の断面図である。上記バックライト装置(３００A)は第１突起(３１６a)間の第２突起(３１６c)を上側の拡散板(３４０)に隣接した高さまで突出させハウジング(３１０)の側壁に第２突起(３１６c)と同一の高さ及び勾配の傾斜面(３１４a)を形成したことを除けば先述した第３実施例のバックライト装置(３００)と実質的に同一である。したがって、同一の構成要素には同一の図面符号を与え、その説明は第３実施例のものを援用する。
このように構成すると、一群のLED(３２０)から放出された光は反射板(３１２)と第１及び第２突起(３１６a)及び傾斜面(３１４a)によって反射した後拡散板の該当領域(A１、A２、A３)へ案内される。即ち、一つの拡散板領域(A１)下側に配置された一群のLED(３２０)から放出された光はほぼまたは全て上記拡散板領域(A１)にのみ入射する。
第２突起(３１６c)は拡散板(３４０)に隣接した高さまで突出するが、これは本発明を限定するものではない。第２突起(３１６c)の高さは一群のLED(３２０)から放出された光が隣接した他方の群のLED(３２０)下側に到達せず該当拡散板領域(A１、A２、A３)へ入射する程度であればよい。例えば、第２突起(３１６c)は上記LED(３２０)を超え具体的にはLED(３２０)の焦点を通過する程度まで延長させることができる。
かかる構成のバックライト装置(３００A)において拡散板(３４０)は図１５のように三つの領域(A１、A２、A３)に区分することができる。このように構成したバックライト装置(３００A)の利点は次のとおりである。バックライト装置(３００A)のLED(３２０)を該当回路基板(３３０)別に、即ち領域(A１、A２、A３)別にオン-オフ動作させ、例えば領域(A１)のLED(３２０)をオンにし領域(A２)のLED(３２０)をオフにすると、領域(A１)のLED(３２０)から放出された光は領域(A２)へほぼまたは全く射し込まれなくなる。このようにバックライト装置(３００A)のLED(３２０)を回路基板(３３０)または領域(A１、A２、A３)別に(例えば、６０Hzまたはそれ以上の周期で)オン-オフ動作させれば、LCDパネルに残像が生じることを解消できる。
前記においては本発明の好ましき実施例を参照に説明したが、該当技術分野において通常の知識を有する者であれば特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内において本発明を多様に修正及び変更できることを理解するであろう。
通常の側面放出型バックライト装置の概略的な断面図である。 通常の直下型バックライト装置の概略的な断面図である。 本発明の第１実施例によりLEDを利用したバックライト装置の正面断面図である。 図３の４-４線に沿って切断した側面断面図である。 図３のバックライト装置の分解斜視図である。 図３のバックライト装置の動作を説明する断面図である。 図３のバックライト装置にヒートシンクが装着された状態を示す断面図である。 図３のバックライト装置の変形例を示す断面図である。 本発明の第２実施例によるバックライト装置の断面図である。 図９のバックライト装置に用いる突起の例を示す部分斜視図である。 図９のバックライト装置に用いる突起の例を示す部分斜視図である。 図９のバックライト装置に用いる突起の例を示す部分斜視図である。 本発明の第３実施例によるバックライト装置の断面図である。 本発明の第４実施例によるバックライト装置の断面図である。 図１４のバックライト装置の拡散板の平面図である。
符号の説明
１００、２００、３００、３００A バックライト装置
１１０、２１０、３１０ ハウジング
１１２、２１２、３１２ 反射板
１２０、２２０、３２０ LED
１３０、２３０、３３０ 回路基板
１４０、２４０、３４０ 拡散板
１５０ ヒートシンク
２１６、３１６a、３１６b、３１６c 突起
３１４a、３１８ 傾斜面

Claims (12)

  1. 上部に開口が形成されたハウジングと、
    前記ハウジング内の底に形成された反射板と、
    上記反射板側へ光を放出するように上記反射板の上側に所定距離を隔てて配置された複数のＬＥＤ光源と、
    上記ＬＥＤ光源を支持するように前記ハウジングの側壁に連結された光源支持手段と、
    上記ＬＥＤ光源に対応する位置の上記反射板の上面から上向き突出した突起と、
    上記突起と交互に形成され、少なくとも上記ＬＥＤ光源と同一の高さに延長された第２突起と、
    を備えるＬＥＤを利用したバックライト装置。
  2. 上記突起及び第２突起は、三角形の上下方向断面を有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤを利用したバックライト装置。
  3. 上記突起及び第２突起は、上方へ膨らんだ半円形の上下方向断面を有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤを利用したバックライト装置。
  4. 前記ハウジングの開口の上側に配置された拡散板をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤを利用したバックライト装置。
  5. 上部に開口が形成されたハウジングと、
    前記ハウジング内の底に形成された平坦な反射板と、
    上記反射板側へ光を放出するように上記反射板の上側に所定距離を隔てて配置された複数の棒状のＬＥＤ光源と、
    上記ＬＥＤ光源に対応する位置の上記反射板の上面から夫々延長された複数の第１突起と、
    上記第１突起と交互に上向き突出し、少なくとも上記ＬＥＤ光源と同一の高さに延長された第２突起と、
    上記ＬＥＤ光源を支持するように前記ハウジングの側壁に連結された光源支持手段とを備えるＬＥＤを利用したバックライト装置。
  6. 上記第１及び第２突起は、三角形の上下方向断面を有することを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤを利用したバックライト装置。
  7. 上記第１及び第２突起は、上方へ膨らんだ半円形の上下方向断面を有することを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤを利用したバックライト装置。
  8. 前記ハウジングの開口の上側に配置された拡散板をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤを利用したバックライト装置。
  9. 前記ハウジングと上記拡散板との間に配置された透明板をさらに備えることを特徴とする請求項１または５に記載のＬＥＤを利用したバックライト装置。
  10. 上記光源支持手段は、上記ＬＥＤ光源が底面に付着された棒状の金属製印刷回路基板であることを特徴とする請求項１または５に記載のＬＥＤを利用したバックライト装置。
  11. 前記ハウジングの外部表面には、上記金属製印刷回路基板と連結された放熱手段が設けられることを特徴とする請求項１または５に記載のＬＥＤを利用したバックライト装置。
  12. 上記反射板は、ランバート面（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ ｓｕｒｆａｃｅ）を有することを特徴とする請求項１または５に記載のＬＥＤを利用したバックライト装置。
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