JP4830090B2 - 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

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 Download PDF

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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、細分化して駆動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、電流を光に変換して発光する周知の半導体発光素子である。1962年にGaAsP化合物半導体を用いた赤色LEDが商品化されてから、GaP:N系列の緑色LEDと共に、電気製品における画像表示用の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従う。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、高出力電子素子の分野において大きく注目されてきた。
GaN化合物半導体が注目されてきた理由の一つに、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、GaNに他の適当な元素を組み合わせて用いれば、放出光の波長を調節することができる。したがって、GaNを使用し、LEDが適用される装置の特性に応じて適切な材料を決定し、所望のLEDを得ることができる。例えば、光記録に有益な青色LEDや、白熱灯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っている。一例として、白色光は、液晶表示装置(Liquid Crystal Display;LCD)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である液晶表示装置は、自身に発光能力をもたない。したがって、液晶表示装置は、液晶表示装置の外部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。このために、液晶表示装置の背面に、液晶表示装置を照明するための光源部が必要とされる。この光源部がバックライトユニット(Back Light Unit;BLU)と呼ばれている。
液晶表示装置に使用されるバックライトユニット用には、多数の白色LEDを基板に配列し、これら白色LEDによる光が均一に拡散されるようにす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。図1に示すように、バックライトユニットの前面には、複数の回路基板10が実装されている。
図1では、回路基板10が6枚使用されている。それぞれの回路基板10は、LEDを装着するための多数の装着部11を含み、そして、連結部12が回路基板10の一端に配置されて、装着部11と電気的に連結されている。
図1に示すように、回路基板10の連結部12は、バックライトユニットにおける横方向の互いに反対の端部、すなわち、バックライトユニットの左右の端に配置される。
図2は、回路基板10の背面を示す。図2に示すように、各回路基板10は、バックライトユニットに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。
図3は、各コネクター20の連結状態を示す。図3は、図2中のa部分の背面に対応する。図3に示すように、各コネクター20は、コネクターボディー22と、該コネクターボディー22に提供された第1及び第2ピン23,24と、を備えている。第1ピン23は、連結線21とそれぞれ連結され、第2ピン24は、対応する回路基板10の連結部12と連結される。したがって、コネクター20は、対応する回路基板10を駆動ボード30へ連結する。第1ピン23は、それぞれ、第2ピン24の対応する1つと一体化されている。
各連結線21は、対応する回路基板10の背面に沿って延長され、駆動ボード30に連結される。回路基板10が緻密に配列されるため、図3のように、各連結線21と各コネクター20との連結は、対応する回路基板10の平面に平行な方向にのみ行われる。
すなわち、従来のバックライトユニット構造において、コネクター20及び連結線21は、バックライトユニットの大きさにかかわらず、全部の回路基板10を組み合わせた全体構造における左右端部にしか配置できない。
したがって、上記従来の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あれば、バックライトユニットの片側のみにコネクターが配列されていても不具合はない。しかしながら、バックライトユニットが大型化すると、バックライトユニットのサイズ増大に比例して回路基板のサイズも大きくなるので、問題が生じる。
LEDバックライトユニットの場合、回路基板にLEDを実装してバックライトユニットに組み立てる。各回路基板が大きくなると、回路基板に実装されるLEDの個数も増加せざるを得ない。
一方、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る。この違いが大きいと、バックライトユニットにおいて色偏差現象が深刻化する。
上記従来の回路基板を使用する大型のLEDバックライトユニットの場合、1枚の回路基板に対して使用されるLEDの個数が増加することにより、色偏差現象の現れる確率がさらに高くなる。その結果、バックライトユニットの不良率が高まってしまう。
さらに、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設備、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)、リフローデバイス(Reflow Device)などの表面実装設備も、共に大型化することになる。よって、設備コストが増加する。また、いずれの表面実装設備も高価なため、設備コストの増加は著しい。
本発明の目的は、細分化して小型化した回路基板を含み、その回路基板の個別駆動を可能にした照明装置及びバックライトユニットを提供し、また、照明装置及びバックライトユニットの各回路基板に使用可能な印刷回路基板を提供することにある。
上記目的とその他の利点を達成するため及び発明の趣旨に従って、ここに具体化して広く記載され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、前記回路基板の一表面に設置され、前記発光ダイオードを駆動するように構成された駆動部と、前記回路基板の連結パッドに結合され、前記駆動部に向けて切り替えられた連結方向を有するコネクターと、該コネクターと前記駆動部とを連結する連結線と、を含んで構成される。
本発明の別の態様において、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もつ回路基板と、前記連結パッドと結合され、前記第2面に向けて切り替えられた連結方向を有するコネクターと、を含んで構成される。
本発明の別の態様において、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もつ回路基板と、前記連結パッドと結合され、前記第2面に向かって伸延する連結ピンを有するコネクターと、を含んで構成される。
本発明の別の態様において、印刷回路基板は、当該印刷回路基板の回路と連結される複数の第1ピン及びそれぞれ前記第1ピンから折れ曲がって延長された複数の第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、を含んで構成される。
本発明の別の態様において、発光ダイオードを用いた照明装置は、発光ダイオード及び該発光ダイオードを駆動するように構成された駆動部の少なくとも1つを実装した第1面、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もつ回路基板と、該回路基板の連結パッドに結合され、前記回路基板の第2面へ向けて切り替えられた連結方向を有するコネクターと、を含んで構成される。
従来のLEDバックライトユニットの回路基板を示す図。 回路基板10の背面を示す図。 コネクタ20の連結状態を示す図。 本発明の第1実施形態に係るバックライトユニットを示す図。 各回路基板100の連結パッド120に結合されたコネクター200を示す図。 回路基板100の背面を示す図。 図5の部分Aに対応する拡大図。 図6の部分Bに対応する拡大図。 回路基板100に対するコネクター200の結合状態を示した側面図。 回路基板100に対するコネクター200の結合状態を示した斜視図。 回路基板100の背面を示す図。 回路基板100の6列配列を示す図。
添付図面に図示された例を参照して、本発明の実施形態を詳述する。
しかしながら本発明は、多くの代替形態で実施することが可能であり、ここに説明する形態に限定されると解釈してはならない。したがって、本発明には様々な変形及び代替形態の余地があるとした上で、特定の形態を図面に例示し、その詳細をここに詳述する。ただし、開示される特定の形態は本発明を限定するためのものではなく、本発明は、特許請求の範囲で定義された本発明の思想及び範囲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する。図面において、各層及び領域の寸法は、明瞭性のために誇張して表す。
層、領域、又は基板などの要素が、他の要素の“上”にあると表現されている場合、他の要素上に直接であってもよいし、中間要素が提供されていてもよいことは、当然である。
第1、第2などの用語が、様々な要素、成分、領域、層、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、位置が当該用語によって限定されてはならないのは、当然である。
<第1実施形態>
図4を参照すると、本発明の第1実施形態に係るバックライトユニットが示されている。バックライトユニットは、縦横方向に配列された複数のベースプレート又は回路基板100を含んでいる。発光ダイオード(LED)が第1面に装着される。また、バックライトユニットは、それぞれ第2面に支持された駆動部300(図11参照)も含む。
第1面が各回路基板100の前面であるとすると、第2面は各回路基板100の背面になる。あるいは、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の要素の内側または外側の面であっても良い。
各回路基板100には、印刷回路基板(printed circuit board)を使用し得る。他の形態のベースプレートを使用しても良い。
以下の説明では、第1面を各回路基板100の前面とし、第2面を各回路基板100の背面とした場合を例にして説明する。
各回路基板100の前面に、多数の装着部110が形成される。各装着部110に発光ダイオード(LED)が装着される。各回路基板100の装着部110は、互いに整列している。
各回路基板100の横方向一端部に、回路基板100を駆動部に連結するための連結パッド120が形成されている。
印刷回路基板が回路基板100に使用される場合には、装着部110のLEDを接続する接続部(図示せず)と、該接続部を連結パッド120と結ぶ印刷配線とを含んでいてもよい。
図5に示すように、各回路基板100の連結パッド120に、コネクター200が結合される。コネクター200の連結方向は、水平方向から垂直方向へ切り替えられる。したがって、コネクター200は、対応する回路基板100の平面に平行な方向以外の方向において、対応する駆動部300(図11参照)と連結可能である。
すなわち、コネクター200は、回路基板100の前面で回路基板100の平面に平行な方向に延長される一端部と、回路基板100の平面に対して垂直な方向に延長される他端部と、を有し、その他端部が、回路基板100の背面側へ連結可能である。したがって、コネクター200は、回路基板100と駆動部とをより容易に連結することができる。
この結果、コネクター200は、2列以上の回路基板100の列を含む回路基板配列の場合であっても、全回路基板100にそれぞれ結合することができる。すなわち、コネクター200は、回路基板配列中の左右の端の回路基板100だけではなく、回路基板配列中の内方の回路基板100であっても、連結可能である。
図6は、回路基板100の背面を示す。対応する回路基板100の背面には、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。各コネクター200が、回路基板100の平面に対して垂直方向へ伸延する部分をもっているので、より容易に連結線と結合することができ、したがってより容易に駆動部30と結合することができる。
すなわち、図6に示すように、対応する回路基板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の連結方向変更や別途の道具を使用することなく、連結線400をコネクター200に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の配列が、コネクター200の配置または連結線400の連結位置によって制限されることがない。
図7〜図10は、各コネクター200の詳細を示す図である。図示のように、各コネクター200は、コネクターボディー230と、コネクターボディー230に設けられた複数の連結ピン210と、を含む。コネクター200はリード220に結合される。
図7は、図5の部分Aを拡大した図で、図8は、図6の部分B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に接触するように構成されている。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と結合されるように構成されている。
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と連結されるよう構成された第1ピン211と、第1ピン211に対し折り曲げられて回路基板100の背面に向かって伸延する第2ピン212と、を含む。第2ピンは、第1ピンから略90°折り曲げてあることがことが好ましい。
第1ピン211と第2ピン212は、伝導性物質を用いることができ、1つの第1ピン211と1つの第2ピン212とが一体で曲折構造をもつようにして形成したものとすることができる。このような構造をもつ複数の連結ピン210は、平行に延びるようにコネクターボディー230に結合されている。各連結ピン210は、回路基板100の平面に垂直な方向へ折れ曲がる。
この構造において、各コネクター200は、それぞれ、連結ピン210の垂直方向曲折部分に連結線400(図11参照)を連結して駆動部300と連結され得る。
各コネクター200の連結ピン210が、対応する回路基板100の背面に向かって折り曲げられているので、バックライトユニットの回路基板100を緻密に配列したとしても、コネクター200を駆動部300に連結することができる。その結果、各回路基板100のサイズが小さくても、回路基板100を様々に配列することができる。
図9は、対応する回路基板100に対するコネクター200の結合状態を示す側面図である。コネクター200は、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を強固に結合するよう構成された係止部201を含んでいる。
図11に示すように、連結線400が、各回路基板100に結合したコネクター200の垂直方向曲折部分に、連結されている。連結線400は、回路基板100に装着されるLEDを駆動するように構成された駆動部300にも連結される。
図11は回路基板100の背面を示す。図11に示すように、連結線410,420が、駆動部300の両側に連結されている。したがって、回路基板100が、連結線400によって駆動部300の両側で各駆動部300に連結され、駆動部300によって駆動される。
図11の場合、左側の2列の回路基板列にある回路基板100は、左側の駆動部300に連結されて駆動され、右側の2列の回路基板列にある回路基板100は、右側の駆動部300に連結されて駆動される。
すなわち、同じ駆動部300に連結された2列の回路基板列における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。
各駆動部300は、回路基板100ごとに分割した構造をもつようにすることもできる。しかし、図11に示すように、駆動部300は、集積構造を備える方が好ましい。
上述のように、LEDは、縦横方向に配列された複数の回路基板100の前面に装着される。また、駆動回路300は、コネクター200及び連結線400によって回路基板100に連結される。
回路基板100は、バックライトユニットケース内に配置される。回路基板100の上側には、LEDから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配置することができる。
<第2実施形態>
図12に示すように、回路基板100は、4列以上に配列することが可能である。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。
回路基板100にそれぞれ連結されるコネクター200は、第1列、第2列、第3列及び第4列の回路基板100に関するコネクター200が、対応する回路基板100の左側に配置され、そして、第5列及び第6列の回路基板100に関するコネクター200が、対応する回路基板100の右側に配置される。各コネクター200は、連結線400によって駆動部300と連結されている。各コネクター200の位置は変更可能である。
図12に示すように、同じ駆動部300に連結される2つの回路基板列における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。
コネクター200は、図7〜図10に示すコネクター200と同じ構造をもつものとすることができる。
すなわち、各コネクター200は、一端部に、対応する回路基板100の連結パッド120と連結される第1連結部分を有し、そして、コネクター200の連結方向が回路基板100の背面に向かって切り替わるように、第1連結部分に対し所定の角度で折り曲げられた第2連結部分を有する。したがって、コネクター200は、回路基板100の背面側で連結線400に連結可能である。
以上説明の如く、本発明によれば、回路基板100を多数の列に配列可能である。図11は、複数の回路基板100を4列及び6行に配列した場合を示している。図12は、複数の回路基板100を6列及び9行に配列した場合を示している。
すなわち、本発明によると、回路基板100を小型化し、列数を増加させ、2行以上に配列するように、回路基板100の細分化が可能である。また、回路基板100は、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を小さいサイズに細分化すると、回路基板構造全体における回路基板100の単位サイズが小さくなるので、チップオンボード(Chip on Board)型又はダイレクトモールディング(Direct Molding)型の構造を実現することが可能となる。
上述した本発明に係るバックライトユニットは、多様な長所を有する。
従来のバックライトユニットにおいては、各コネクターと各連結線の連結が、対応する回路基板の平面に平行な方向でしかできなかったため、2列の配列のみ可能であった(図2参照)。しかしながら、本発明によれば、回路基板100を細分化して小型化することができ、回路基板100と同数の駆動部300を、細分化された回路基板100をそれぞれ駆動するように配置することができる。
上述のように回路基板100を細分化した状態で駆動すると、バックライトユニットの動作時に、消費電力を大きく低減することが可能である。すなわち、ディスプレイ画面の暗い領域に対応する回路基板100は、映像信号を受けても駆動をしない、あるいは、微小電流を流すに済ませ、ディスプレイ画面の明るく表示する領域に対応した回路基板100のみを駆動することができる。
従来のバックライトユニットの回路基板構造においては、回路基板のサイズを一定のサイズ以下に縮小することができない。このため、全回路基板を常に同一の明るさで駆動せざるを得ない。よって、従来のバックライトユニットの消費電力は非常に高い。
しかしながら、本発明によると、個別駆動される回路基板100のサイズが小さくなるので、色偏差又は工程不良に起因するLEDの不良率を效果的に減少させられるという利点が得られる。
各回路基板100のサイズが小さいので、別途大型の表面実装設備を使用することなく、既存の表面実装設備を使用して、バックライトユニットを製造することができる。すなわち、回路基板100の小型化による多くの長所がある。
回路基板100は、細分化した状態で個々に駆動され得るので、華麗で立体的なディスプレイ画面を実現することができる。また、この結果として、バックライトユニットの消費電力が低減される。
当分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく、各種の変形や応用を施すことができるのは、明らかである。したがって、特許請求の範囲及びその等価の範囲内で施される変形や応用も本発明に含まれる。
上述の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は、発光素子を使用可能で、細分化して駆動可能である。
上記のように細分化した状態で駆動される回路基板は、バックライトユニットの動作時に、消費電力を大幅に減少させることができる。これは、ディスプレイ画面の暗い領域に対応する回路基板は、映像信号を受けても駆動をしない、あるいは、微小電流を流すに済ませ、ディスプレイ画面の明るく表示する領域に対応した回路基板のみを駆動することで得られる。
各回路基板のサイズが小さいので、別途大型の表面実装設備を使用することなく、既存の表面実装設備を使用して、バックライトユニットを製造することができる。すなわち、回路基板の小型化による多くの長所がある。
回路基板は、細分化した状態で個々に駆動され得るので、華麗で立体的なディスプレイ画面を実現することができる。

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、
    前記回路基板の一表面に設置されて、前記発光ダイオードを駆動するように構成された駆動部と、
    前記回路基板の連結パッドに結合され、前記駆動部に向けて切り替えられた連結方向を有するコネクターと、
    該コネクターと前記駆動部とを連結する連結線と、
    を含んで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側の面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. 前記コネクターが垂直型コネクターとして構成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。
  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多数の第1ピンと、
    該第1ピンから延長され、前記回路基板の背面へ向かって折れ曲がる多数の第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ピンが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. 複数の前記回路基板が2列以上配列されてい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、前記駆動部の異なる部分に連結されてい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、前記第1列の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. 細分化された前記回路基板が各前記駆動部により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もつ回路基板と、
    前記連結パッドと結合され、前記第2面に向けて切り替えられた連結方向を有するコネクターと、
    を含んで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多数の第1ピンと、
    該第1ピンから延長され、前記回路基板の第2面へ向かって前記第1ピンから折れ曲がる第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. 2列以上の前記回路基板が前記駆動部に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. 前記コネクターは、前記第2面に向かって延長された連結ピンを含む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. 当該印刷回路基板の回路と連結される多数の第1ピン、及び該第1ピンから折れ曲がって延長される多数の第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、
    を含んで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. 多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. 発光ダイオード及び該発光ダイオードを駆動するように構成された駆動部の少なくとも1つを実装した第1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もつ回路基板と、
    該回路基板の連結パッドに結合され、前記回路基板の第1面へ向けて切り替えられた連結方向を有するコネクターと、
    を含んで構成されることを特徴とする、発光ダイオードを用いた照明装置。
  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多数の第1ピンと、
    該第1ピンから延長され、前記回路基板の第2面へ向かって前記第1ピンから折れ曲がった第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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