JP4579761B2 - Ledランプユニット - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置のバックライトに関し、特に薄型化及び光均一度を向上させることができ、駆動のための電源連結線を単純化させることのできるLEDランプユニットに関する。
一般的に使用されている表示装置の一つであるCRTは、TVをはじめ、計測機器、情報端末機器などのモニタに主に用いられているが、CRT自体の重さと大きさによって電子製品の小型化、軽量化の要求に積極的に対応できなかった。
このため、各種の電子製品が小型化、軽量化されている中、CRTは、重さや大きさなどにおいて一定の限界を有しており、これを代替するものとして、電界光学的な効果を用いた液晶表示装置(LCD)、ガス放電を用いたプラズマ表示素子(PDP)、及び電界発光効果を用いたEL表示素子(ELD)などが挙げられ、その中でも液晶表示装置に対する研究が活発に行われている。
かかる液晶表示装置は、最近、平板表示装置としての役割を充分に果たせるほどに開発が進み、ラップトップ型コンピュータのモニタばかりでなく、デスクトップ型コンピュータのモニタ及び大型情報表示装置などに使用されており、液晶表示装置の需要は増加し続けているのが実情である。
一方、液晶表示装置の大部分は、外部から入る光源の量を調節して、画像を表示する受光性素子であるため、液晶パネルに光を照射するための別途の光源、すなわちバックライトユニットが必要不可欠である。
近来のバックライトユニットは、暗い場所で液晶表示装置の画面に表示される情報を読み取るための機能として使用されてきたが、最近は、デザイン、低電力化、薄型化などの多様な要求によって導光板をより薄く形成しており、様々なカラーを表現できる機能ばかりでなく、LEDを使用して標示品質を向上させるための技術開発などが行われている。
一般的に、LEDは、半導体の光電変換効果を用いた固体素子で、順方向電圧を加えると光を発する半導体素子として、タングステンフィラメントを用いたランプに比べて低い電圧で発光し、フィラメントが加熱され発光するわけではなく、電子が正孔と再結合する時に発生するエネルギーの差で発光するものであるため、以前から各種の表示装置に広く使用されてきた。
そして、LEDを発光させるためには、数V程度の直流電圧を印加すれば済むので、DC−AC変換機が必要なく、駆動装置が単純である。
また、LEDは半導体装置であるため、陰極線管よりも信頼性が高く、小型で寿命が長いという特徴がある。
以下、上述したようにそれ自体が発光素子に用いられ、各種の表示装置の光源に用いられる一般的なLEDランプについて説明する。
図1A及び図1Bは、一般的なLEDランプを示す写真及び構造断面図で、図2は、図1A、図1BによるLEDランプの出射光の進行経路を示す図面で、図3A及び図3Bは一般的なLEDランプの角度別の光出射分布の特性を示す直交及び極座標系である。
一般的なLEDランプは、図1A及び図1Bに示したように、LEDチップ10と、LEDチップ10を包むように砲弾形で構成された光学レンズ13と、LEDチップ10の両端にそれぞれ連結されたカソードおよびアノードリード線14、15と、LEDチップ10の側面を包む反射カーブ11とで構成されている。未説明符号12は、LEDチップ10と、カソードリード線14、及びアノードリード線15をそれぞれ連結するワイヤーを示す。
上記の構成を有する一般的なLEDランプは、LEDチップ10から発光する光が砲弾形の光学レンズ13に集束され、図2に示したように大部分の光が垂直方向に発光する。
図3A及び図3Bは、LEDランプの角度別の光出射程度を示すもので、LEDチップ10から発光する光が大部分垂直方向に進むことが分かる。
このようにLEDランプから出射した光が集束され、一方向(垂直方向)に進行すると、全面積にわたって均一な光分布が必要なバックライトユニットに適用し難く、バックライトユニットに適用するためには、数多くのLEDランプが必要であり、LEDランプから発光される光を拡散させるための追加的な光学構成品が必要となる。
以下、上記のように光が垂直方向に集束するLEDランプを改善するための従来のLEDランプについて説明する。
図4は、従来技術によるLEDランプユニットを示す図面で、図5は、図4のLEDランプの光学レンズの形状を示す斜視図で、図6は、図4のLEDランプの角度別の光出射分布を示す特性図である。
従来のLEDランプ40は、図4及び図5に示したように、光学レンズ50の形状が砲弾形ではなく臼形を成しており、LEDチップ(図示せず)は臼形の光学レンズ50の内側に配置されている。
上記のように光学レンズ50の形状が臼形であるため、図6に示したように、LEDチップから出射される光が光学レンズ50を介して大部分側面へ進む。したがって、バックライトユニットに適用する場合、一般的なLEDランプより少ない数で良好な明るさの分布を有することができる。
しかしながら、上記の構成を有する従来のLEDランプには、次のような問題点がある。
第一に、大部分側面に光を発光させることはできるものの、光学レンズが臼形に形成されているため、厚さが増して、薄型化が難しい。
第二に、光学レンズの上面の周縁部が薄いため、外部の衝撃によって破損しやすいおそれがある。また、破損の程度が激しい場合、LED出射光の特性が変化するという問題がある。
本発明は上記の問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、従来の側面出射LEDランプより厚さを薄くして薄型化させるのに適したLEDランプユニットを提供することにある。
また、本発明のもう一つ他の目的は、LEDランプを駆動するための電源線の連結を単純化させることのできるLEDランプユニットを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係るLEDランプユニットは、中心部分が内部に陥没した凹部を有し、周縁のフレームが直線面、または凸レンズの形態を有する光学レンズと、この光学レンズの下部に一定の間隔で少なくとも一つ以上配置されているLEDチップと、このLEDチップの下部面に配置された下部反射板とを含んで構成されることを特徴とする。
ここで、凹部は‘V’字形状で形成されることを特徴とする。
光学レンズの凹部の表面は、平面か、又は曲面の何れかを有するように構成されることを特徴とする。
光学レンズの上部面に形成された上部反射板をさらに含むことを特徴とする。
上部反射板は、反射シートの取付け、反射物質のコーティング、及び機能性シートを用いることのうち何れかによって表面処理がなされていることを特徴とする。
光学レンズの上部面に、吸収層か、又は散乱層の何れかをさらに含むことを特徴とする。
吸収層は、ブラックシートで構成されることを特徴とする。
散乱層は、表面を粗くするか、或いは不規則な粒子物質を表面に塗布して形成されることを特徴とする。
少なくとも一つ以上のLEDチップは、両端がリード線によってアノード電極端とカソード電極端とにそれぞれ連結されており、各アノード電極端及びカソード電極端は、それぞれ分離されていることを特徴とする。
少なくとも一つ以上のLEDチップは、両端がリード線によってアノード電極端とカソード電極端とにそれぞれ連結されており、各アノード電極端は分離され、個別に各LEDチップの一端に連結されており、各カソード電極端は、第1電極連結ワイヤーを介して互いに共通に連結されていることを特徴とする。
少なくとも一つ以上のLEDチップは、両端がリード線によってアノード電極端とカソード電極端とにそれぞれ連結されており、各アノード電極端は、第2電極連結ワイヤーを介して互いに共通に連結されており、各カソード電極端は分離され、各LEDチップの他端に連結されていることを特徴とする。
少なくとも一つ以上のLEDチップは、両端がリード線によってアノード電極端とカソード電極端とにそれぞれ連結されており、各カソード電極端と各アノード電極端は、それぞれ第1電極連結ワイヤーと第2電極連結ワイヤーを介して共通に連結されていることを特徴とする。
少なくとも一つ以上のLEDチップは、単色光、R,G,Bの三色光、及び白色光のうちの何れかを発光させることを特徴とする。
また、上記目的を達成するための本発明のLEDランプユニットは、周縁のフレームが直線面か又は凸レンズ形態の何れかを有する光学レンズと、光学レンズの下部に一定の間隔で配置される複数のLEDチップと、光学レンズ及び複数のLEDチップの下部面に配置された下部反射板と、光学レンズの上部面に配置された上部反射板とを含んで構成されることに特徴がある。
上部反射板が位置する光学レンズの上部面は、平面で構成されることを特徴とする。
また、上記目的を達成するための本発明のLEDランプユニットは、周縁のフレームが直線面か又は凸レンズの形態の何れかを有する光学レンズと、この光学レンズの下部に一定の間隔で配置される複数のLEDチップと、光学レンズ及び複数のLEDチップの下部面に配置された下部反射板と、光学レンズの上部面に配置された吸収層か又は散乱層の何れかとを含んで構成されることにもう一つ他の特徴がある。
本発明のLEDランプユニットは次のような効果がある。
第一に、光学レンズの周縁のフレームが凸レンズ形状又は直線面を成しているので、LEDチップから発生した大部分の光を側面方向に出射させて、光均一度を向上させることができる。
第二に、光学レンズの周縁が凸レンズ形状又は直線面を成しており、光学レンズ内部の下部面にLEDチップが備えられているので、従来の側面出射LEDランプより厚さを減少させることができ、薄型化に有利である。
第三に、LEDチップから発生した大部分の光を側面方向に出射させることができるので、液晶表示装置(LCD)に光を供給するバックライト装置に適用する場合、光均一度を高めて表示品質を向上させることができる。
第四に、LEDチップの両端に電源を印加させるための結線を単純化させることができる。
以下、本発明に係るLEDランプユニットを添付の図面に基づいて詳細に説明する。
<第1実施例>
本発明の第1実施例によるLEDランプユニットについて説明する。
図7及び図8は、本発明の第1実施例によるLEDランプユニットを示した斜視図で、図9Aは、図8のI−I’線上で切った構造断面図で、図9Bは、図8のLEDランプユニットの上部平面図である。
図7及び図8に示したように、本発明の第1実施例によるLEDランプユニット70は、光学レンズ81とLEDチップ82と下部反射板83とで構成されている。この際、光学レンズ81は、中心部分が内部に陥没した凹部を有し、周縁のフレームは凸レンズの形態をなすように曲面を有し、凹部の表面は平面を有するように構成されている。勿論、光学レンズ81の周縁のフレームは直線面を有することができ、また、凹部の表面は曲面を有するように形成することもでき、凹部は‘V’字形状に形成される。
そして、LEDチップ82は、LEDランプユニット70の光学レンズ81の下部に一定かつ所定の間隔で1つ以上配置されており、LEDチップ82は、単色光、R,G,Bの三色光、及び白色光のうちの何れかを発光させるように構成されている。
そして、LEDチップ82から発生する光の利用効率を高めるために、光学レンズ81の下部面には下部反射板83を配置した。
図8では、3つのLEDチップを備えたLEDランプユニットについて図示したが、これに限定されず、光学レンズ81の下面に3つ以上の複数のLEDチップ82を具備することができる。
上記のように構成されたLEDランプユニットは、一つ以上の発光LEDチップ82を光学レンズ81の下部の内面に配置することで薄型化になっており、光学レンズ81のフレームに沿って周縁が凸レンズ形状、又は直線面となるように構成することで、LEDチップ82から発生した大部分の光を正面方向より側面方向に出射させることができる。
また、上記構成を有するLEDランプユニットは、それ自体が発光素子として用いられることができるばかりでなく、非発光素子の液晶表示装置(LCD)に光を供給するバックライト装置の光源として用いられることもできる。
<第2実施例>
本発明の第2実施例によるLEDランプユニットについて説明する。
図10及び図11は、本発明の第2実施例によるLEDランプユニットを示す斜視図である。
本発明の第2実施例によるLEDランプユニットは、LEDチップから発生した光の正面出射より側面出射成分が最大となるようにするためのものである。
図10及び図11に示したように、本発明の第2実施例によるLEDランプユニット100は、光学レンズ102、複数のLEDチップ103、下部反射板104、及び上部反射板101とで構成されている。
光学レンズ102は、中心部分が内部に陥没した凹部を有し、周縁のフレームは、凸レンズの形態をなすように曲面を有し、凹部の表面は平面を有するように構成されている。勿論、光学レンズ102の周縁のフレームが直線面を有し、凹部の表面が曲面を成すように形成することもできる。この時凹部は‘V’字状に形成される。
LEDチップ103は、LEDランプユニット100の光学レンズ102の下部に一定かつ所定の間隔で1つ以上配置されており、単色光、R,G,Bの3色光、及び白色光のうちの何れかを発光させるように構成される。
そして、LEDチップ103から発生する光の利用効率を高めるために、光学レンズ102の下面には下部反射板104が構成されている。
また、LEDチップ103から発生する光の正面出射成分を最小化させ、側面出射成分を最大化させるために、即ち、正面から出射するLEDチップ103の光を下部に反射させ、側面に出射できるようにするために、光学レンズ102の上部全面に上部反射板101が構成されている。
この上部反射板101は、反射シートの取付けや、反射物質コーティングや、機能性シートを用いた表面処理など、多様な方法で構成することができる。
また、上記で上部反射板101の代わりに吸収層や散乱層を配置させ、正面に出射する光を制止させることもできる。この際、吸収層はブラックシートを取り付けて形成することができ、散乱層は表面を粗くするか、或いは不規則な粒子物質を表面に塗布して構成させることができる。
本発明の第2実施例によるLEDランプユニットは、LEDチップから発生した光の正面出射より側面の出射成分が最大となるようにするためのものである。
また、図10及び図11に示したような本発明の第2実施例において、光学レンズ102の中心部分は上部反射板101によって覆われているため、外観上は凹部を有せず、中心部は平面を有し、かつ周縁のフレームは凸レンズの形態を有するように曲面を有している。光学レンズ102の下部には一定かつ所定の間隔で少なくとも一つ以上のLEDチップ103を配置し、このLEDチップ103から発生される光の利用効率を高めるために、光学レンズ102の下面には下部反射板104が構成されている。光学レンズ102の上部面には、上部反射板101の代替として、吸収層又は散乱層を構成しても構わない。
勿論、上部反射板101は、光学レンズ102の中央部分(平面)に位置するようにする。そして、図面には示していないが、光学レンズ102の全面に上部反射板101を備えた本発明の第2実施例によるLEDランプユニットも、図14A及び図14Bに示すように、複数のLEDチップが具備されるように構成することができる。
また、上記構成を有するLEDランプユニットもそれ自体を発光素子として使用できるだけでなく、非発光素子の液晶表示装置(LCD)に光を供給するバックライト装置のランプユニットとして使用することができる。
次に、添付の図面を参照して、本発明の第1、第2実施例による構成を有するLEDランプユニットの光出射特性について説明する。
図12は、本発明の第1、第2実施例によるLEDランプユニットの出射光進行経路を示す図面で、図13A及び図13Bは、本発明によるLEDランプユニットの角度別の光出射分布の特性を示す直交及び極座標系である。
上述した本発明の第1、第2実施例によるLEDランプユニットは、図12に示したように、LEDチップ82、103から発生した光の大部分が正面より側面方向に出射されることが分かる。
また、図13A及び図13Bに直交座標系と極座標系で示したように、LEDチップ82、103から発生した光は、垂直方向に出射されることは殆どなく、大部分水平方向、つまり側面方向に光が出射されることが分かる。
上記のような本発明によるLEDランプユニットは、従来のLEDランプに比べて、正面出射光の成分は減少し、かつ側面出射光の成分は増加しているので、バックライトの光源に使用する時、光均一度を向上させることができる。即ち、本発明に係るLEDランプユニットは、従来技術より液晶表示装置のバックライトユニットに適用するのに適した光源構造である。
図14A及び図14Bは、本発明による少なくとも3つ以上のLEDチップを備えたLEDランプユニットの斜視図及び上部平面図である。
上記本発明の第1、第2実施例では、3つのLEDチップが形成されることを図示したが、これに限定されず、光学レンズ140及び下部反射板142は、本発明の第1、第2実施例で説明したとおりに構成され、図14Aおよび図14BのようにLEDチップ141を少なくとも3つ以上具備することができる。尚、第2実施例と同様にして光学レンズ140の上部前面に上部反射板を構成することとしてもよい。
次に、添付の図面を参照にして本発明に係るLEDランプユニットの駆動のための電気結線例について説明する。
図15〜図18は、本発明によるLEDランプユニットの電気的な結線を示す多様な例示図である。
本発明によるLEDランプユニットは、駆動のために各LEDチップに電源を印加させなければならず、その電源連結関係について説明すると次の通りである。
図15〜図18に示したように、複数のLEDチップ150は、各々の両端がリード線によってアノード電極端151とカソード電極端152とに連結されている。
上記のようにして各LEDチップ150に連結されたアノード電極端151及びカソード電極端152は、後述するように多様な連結関係を有することができる。
まず、図15は、複数のLEDチップ150の各アノード電極端151及びカソード電極端152がそれぞれ分離され、電源を各LEDチップ150へ個別に伝達するように連結された例である。
図16は、複数のLEDチップ150の各アノード電極端151は分離され、各LEDチップ150の一端に個別に電源を印加するように構成されており、複数のLEDチップ150のカソード電極端152は、第1電極連結ワイヤー153を介して互いに共通に連結されている例である。
図17は、複数のLEDチップ150の各アノード電極端151は第2電極連結ワイヤー154を介して互いに共通に連結されており、複数のLEDチップ150の各カソード電極端152は分離され、各LEDチップ150の他端に個別に電源を印加するように連結された例である。
図18は、複数のLEDチップ150の各カソード電極端152と各アノード電極端151が、それぞれ第1電極連結ワイヤー153と第2電極連結ワイヤー154を介して共通に連結されている例である。
未説明符号151aと152aは、それぞれ各アノード電極端151に共通に電圧を印加させるための第1共通電極印加端と、各カソード電極端152に共通に電圧を印加させるための第2共通電極印加端である。
カソード電極端152は、それぞれ或いは共通に接地されている。
上記のように、各LEDチップの両端に電源リード線及び電極連結ワイヤーを用いて簡単に電源を印加させることができるので、その結線を単純化させることができる。
以上で説明した内容を通じて当業者であれば本発明の技術思想を離脱しない範囲内で多様な変更及び修正が可能なことが分かる。
したがって、本発明の技術範囲は上記実施例に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定められなければならない。
一般的なLEDランプを示した写真及び構造断面図である。 一般的なLEDランプを示した写真及び構造断面図である。 図1A、図1BによるLEDランプの出射光の進行経路を示す図面である。 一般的なLEDランプの角度別の光出射分布の特性を示す直交及び極座標系である。 一般的なLEDランプの角度別の光出射分布の特性を示す直交及び極座標系である。 従来技術によるLEDランプユニットを示す図面である。 図4のLEDランプの光学レンズの形状を示す斜視図である。 図4のLEDランプの角度別の光出射分布を示す特性図である。 本発明の第1実施例によるLEDランプユニットを示す斜視図である。 本発明の第1実施例によるLEDランプユニットを示す斜視図である。 図8のI−I’線上で切った構造断面図である。 図8のLEDランプユニットの上部平面図である。 本発明の第2実施例によるLEDランプユニットを示す斜視図である。 本発明の第2実施例によるLEDランプユニットを示す斜視図である 本発明の第1、第2実施例によるLEDランプの出射光の進行経路を示す図面である。 本発明によるLEDランプの角度別の光出射分布の特性を示す直交及び極座標系である。 本発明によるLEDランプの角度別の光出射分布の特性を示す直交及び極座標系である。 本発明による少なくとも3つ以上のLEDチップを備えたLEDランプユニットの斜視図及び上部平面図である。 本発明による少なくとも3つ以上のLEDチップを備えたLEDランプユニットの斜視図及び上部平面図である。 本発明によるLEDランプユニットの電気的な結線を示す多様な例示図である。 本発明によるLEDランプユニットの電気的な結線を示す多様な例示図である。 本発明によるLEDランプユニットの電気的な結線を示す多様な例示図である。 本発明によるLEDランプユニットの電気的な結線を示す多様な例示図である。
符号の説明
70、100 LEDランプユニット
81、102、140 光学レンズ
82、103、141、150 LEDチップ
83、104、142 下部反射板
101 上部反射板
151 アノード電極端
151a 第1共通電極印加端
152 カソード電極端
152a 第2共通電極印加端
153 第1電極連結ワイヤー
154 第2電極連結ワイヤー

Claims (10)

  1. 一定の間隔で少なくとも3つ以上配置されているLEDチップと、
    前記LEDチップ上に前記LEDチップの配置方向に沿って長く形成され、前記LEDチップの配置方向に沿って中心部分が内部に陥没したV字形状で形成される凹部を有し、周縁のフレームが曲面の凸レンズ形態を有する光学レンズと、
    前記LEDチップの下部面に配置された下部反射板と、
    前記光学レンズの上部面に形成された上部反射板、吸収層、及び散乱層のいずれかと、
    を含むことを特徴とするLEDランプユニット。
  2. 前記光学レンズの凹部の表面は、曲面を有するように構成されることを特徴とする請求項1に記載のLEDランプユニット。
  3. 前記上部反射板は、反射シートの取付け、反射物質のコーティング、及び機能性シートを用いることのうちの何れかによって表面処理がなされていることを特徴とする請求項1に記載のLEDランプユニット。
  4. 前記吸収層は、ブラックシートで構成されることを特徴とする請求項1に記載のLEDランプユニット。
  5. 前記散乱層は、表面を粗くするか、或いは不規則な粒子物質を表面に塗布して形成されることを特徴とする請求項1に記載のLEDランプユニット。
  6. 前記少なくとも3つ以上のLEDチップは、両端がリード線によってアノード電極端とカソード電極端とにそれぞれ連結されており、前記各アノード電極端と前記各カソード電極端とは、それぞれ分離されていることを特徴とする請求項1に記載のLEDランプユニット。
  7. 前記少なくとも3つ以上のLEDチップは、両端がリード線によってアノード電極端とカソード電極端とにそれぞれ連結されており、前記各アノード電極端は分離され、個別に各LEDチップの一端に連結されており、前記各カソード電極端は、第1電極連結ワイヤーを介して互いに共通に連結されていることを特徴とする請求項1に記載のLEDランプユニット。
  8. 前記少なくとも3つ以上のLEDチップは、両端がリード線によってアノード電極端とカソード電極端とにそれぞれ連結されており、前記各アノード電極端は、第2電極連結ワイヤーを介して互いに共通に連結されており、前記各カソード電極端は分離され、前記LEDチップの他端に連結されていることを特徴とする請求項1に記載のLEDランプユニット。
  9. 前記少なくとも3つ以上のLEDチップは、両端がリード線によってアノード電極端とカソード電極端とにそれぞれ連結されており、前記各カソード電極端と前記各アノード電極端は、それぞれ第1電極連結ワイヤーと第2電極連結ワイヤーを介して共通に連結されていることを特徴とする請求項1に記載のLEDランプユニット。
  10. 前記少なくとも3つ以上のLEDチップは、単色光、R、G、Bの三色光、及び白色光のうちの何れかを発光させることを特徴とする請求項1に記載のLEDランプユニット。
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