JP5134202B2

JP5134202B2 - Ｌｅｄ光源

Info

Publication number: JP5134202B2
Application number: JP2005360926A
Authority: JP
Inventors: 明勳謝; 壽志殷; 嘉良許; 仁水王; 嘉芬蔡; 健源王
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2025-12-14
Also published as: US7246931B2; DE102005059541A1; TW200619744A; DE102005059541B4; TWI317829B; KR20060067821A; JP2006173624A; US20060126343A1

Description

本発明は、LED（Light Emitting Diode）光源に関し、特に、チューブ型LED光源に関する。

液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display：LCD）は、平面光源装置を有する非自発光型平面パネル・ディスプレイである。この平面光源装置は、いわゆるバックライト・モジュールであり、直下型バックライト・モジュールとエッジ型バックライト・モジュールの2種類を有する。従来の直下型バックライト・モジュールは、複数のライト・チューブ（例えば、冷陰極管（Cold Cathode Fluorescent Lamp：CCFL））、拡散シート及びプリズム・シートなどを含む。ライト・チューブからの光が拡散シートを通過する際に反射され、あるいは、一部吸収されるので、光の透過率が低下する。また、冷陰極管の動作は不安定であり、冷陰極管のいずれかが壊れた場合には、バックライト・モジュールに黒い領域が生じる。更に、図1から分かるように、バックライト・モジュールからの照明が不均一であり、拡散シート102とそれに対応する冷陰極管101との間の距離が小さければ小さいほど、バックライト・モジュールからの照明がより不均一になる。

光を均一に拡散し、LCD装置の光源として使用するために、光源間の距離を精確に制御し、光源と拡散シート或いはプリズム・シートとの間の距離を増大する必要があり、それに応じて、不均一な輝度分布を避けるために、バックライト・モジュールの厚さを大きくすることが必要となる。

本発明の目的は、光源からの光の輝度をより均一にするチューブ型LED光源を提供することにある。

本発明の他の目的は、薄い平面パネル・ディスプレイを有するバックライト・モジュールを提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明は、光源発生手段と、ライトガイドと、拡散手段とを有するLED光源を提供する。光源発生手段は、一列に配置される複数のLEDを含む。ライトガイドは、拡散手段により覆われ、溝が形成される光入射面と溝が形成される光導向面を有する。溝が形成される光入射面は、LEDを包み込み、溝が形成される光導向面は、入射光の伝播方向を変更する。

本発明の一実施形態によれば、溝が形成される光入射面の断面は、円形、楕円形、或いは、多角形である。

本発明の一実施形態によれば、溝が形成される光導向面の溝は、LEDと平行する。

本発明の一実施形態によれば、溝が形成される光導向面の溝の断面は、V状、U状、或いは波状である。

本発明の一実施形態によれば、LEDは、ベースに形成される。

本発明の一実施形態によれば、チューブ型LED光源は、LEDとベースとの間に設置される反射層を更に含む。

本発明の一実施形態によれば、反射層は、金属層或いはミラーを含む。

本発明の一実施形態によれば、チューブ型LED光源は、光源発生手段の外部に設置され、熱を放散するための放熱体を更に含む。

本発明の一実施形態によれば、拡散手段の断面は、円形、楕円形、或いは、多角形である。

本発明の一実施形態によれば、拡散手段は、その光入射面内に設置されるパターンを更に含み、光源発生手段からの入射光は、当該パターンを通過する際に反射及び/或いは屈折により混合される。

本発明の一実施形態によれば、拡散手段は、その光入射面内に設置されるモアレ（Ｍｏｉｒｅ）レンズを更に含み、光源発生手段からの入射光は、当該モアレレンズを通過する際に反射及び/或いは屈折により混合される。

本発明の一実施形態によれば、光源発生手段からの光は、白色光、赤色光、青色光或いは緑色光を含む。

本発明の一実施形態によれば、光源発生手段は、白色光を発する。

本発明の一実施形態によれば、白色光は、白色光LEDにより発され、或いは、異なる色の光を有する複数のLEDからの異なる色の光を混合することにより生成される。

本発明の一実施形態によれば、ライトガイドの材料は、アクリル樹脂、COC、PMMA、PC、ポリエーテルイミド、過フッ化炭化水素ポリマー及びシリコーンのいずれかである。

本発明の一実施形態によれば、拡散手段の材料は、アクリル樹脂、COC、PMMA、PC、ポリエーテルイミド、過フッ化炭化水素ポリマー及びシリコーンのいずれかである。

本発明の一実施形態によれば、溝が形成される光入射面は、ストリップ状の溝を有する。

本発明の一実施形態によれば、溝が形成される光入射面は、複数の凹状開口を有する。

また、前述の目的を達成するために、本発明は、複数のチューブ型LED光源とプリズム・シートを含む平面パネル・ディスプレイのバックライト・モジュールを提供する。各チューブ型LED光源の構成要素は、既に説明されたので、ここでは、その説明を省略する。プリズム・シートは、チューブ型LED光源に設けられる。

光源発生手段からの光は、ライトガイドの光入射面に入射した後、V状の溝が形成される光導向面を通過する際に屈折され、その伝播方向が変更される。そして、ライトガイドからの出射された光が拡散手段を通過し、LED光源の周りの輝度をより均一にする。これにより、光源輝度の不均一問題を解決することができる。

更に、チューブ型LED光源がLCD装置のバックライト・モジュールに応用される場合、光導向板を設置する必要がないので、バックライト・モジュールの厚さを薄くすることができる。これにより、従来のバックライト・モジュールにおいて、生産プロセスが複雑であり、コストが高く、及び、厚さが大きい問題を解決することができる。

次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。

図２Aは、X軸に沿って本発明のチューブ型LED光源を示す断面図である。図２Bは、X軸に沿って本発明のチューブ型LED光源のライトガイドを示す断面図である。図２Cは、本発明のチューブ型LED光源のライトガイドを示す上面図である。図２Dは、Z軸に沿って本発明のチューブ型LED光源の光源発生手段を示す断面図である。図２Aと図２Dに示すように、チューブ型LED光源１は、光源発生手段２０、ライトガイド２１及び拡散手段２２を含む。光源発生手段２０は、ベース２０２における一列に配置される複数のLED２０１を有する。ライトガイド２１は、溝が形成される光入射面２１１と溝が形成される光導向面２１２を含む。溝が形成される光入射面２１１は、複数のLED２０１を囲み、溝が形成される光導向面２１２は、入射光の伝播方向を変更する。拡散手段２２は、ライトガイド２１を覆う。また、反射層２３は、複数のLED２０１とベース２０２との間に選択的に設置され、ベース２０２の入射光を光源発生手段２０に反射することができる。本発明の一実施形態において、反射層２３は、金属層、ミラー、及び光を反射する他の装置或いは処理された表面を含む。図２Bと図２Cに示すように、ライトガイド２１の溝が形成される光入射面２１１の断面は、円形、楕円形、或いは、多角形であり、溝が形成される光導向面２１２の断面は、V状、U状或いは波状である。本実施形態において、溝が形成される光導向面２１２は、V状の断面形状を有する。光源発生手段２０からの光がライトガイド２１を通過する際に、溝の他のサイドにルーズ媒体（Loose Mediumであり、例えば、ガス）が設けられるので、所定の角度で全反射（Total Internal Reflection：TIR）が生じる。例えば、溝の断面が開先角度（Included Angle）θを有するV状であり、ライトガイドの材料の臨界角（Critical Angle）がθcであれば、TIRは、角度θ＜２×（９０−θc）である際に発生する。同様に、溝の断面がU状或いは波状であれば、TIRは、所定の角度で発生し、光を拡散する。光がライトガイド２１を通り、拡散手段２２を通過した後に、LED２０１の周りの光分布が均一になる。

前述のチューブ型LED光源を大型平面パネル・ディスプレイに応用することができる。複数のチューブ型LED光源を組み合わせることにより、大型平面パネル・ディスプレイ用の光源配列を形成する。例えば、図３に示すように、五つのチューブ型LED光源１a、１b、１c、１dと１eは、平面パネル・ディスプレイに設置される。LED光源１a、１b、１c、１dと１eがオンになる際に、平面パネル・ディスプレイにおける九つの異なる領域の輝度がそれぞれ測定された。九つの領域における平均輝度は11,393nitsであり、最大輝度は12,520nitsであり、最小輝度は10,820nitsであり、輝度の均一率は86.42%である。また、LED光源１a、１cと１dのみがオンになる際に、平面パネル・ディスプレイにおける九つの異なる領域の輝度もそれぞれ測定された。九つの領域における平均輝度は7,271nitsであり、最大輝度は7,927nitsであり、最小輝度は6,870nitsであり、輝度の均一率は86.67%である。従って、チューブ型LED光源がバックライト・モジュールに応用される場合、光源の一つが壊れても、輝度が低下するが、輝度の均一率があまり変わらない。これにより、従来のバックライト・モジュールにおける輝度不均一の問題が解決される。

図４は、X軸に沿って本発明のチューブ型LED光源のライトガイドAを示す断面図である。図５は、本発明のチューブ型LED光源のライトガイドA内における光伝播のシミュレーションを示す図である。図６は、X軸に沿って本発明のチューブ型LED光源のライトガイドBを示す断面図である。図７は、本発明のチューブ型LED光源のライトガイドB内における光伝播のシミュレーションを示す図である。図５に示すように、LED２０１からの光は、ライトガイドAを通過した後に、ライトガイドAの左と右サイド、及び、V状の溝の中心部へ拡散される。同様に、図７に示すように、LED２１０からの光は、ライトガイドBを通過した後に、ライトガイドBに沿って均一に拡散される。これにより、本発明のライトガイドの設計により、光の分布を調整することができる。

本発明において、光源発生手段２０からの光は、白色光、赤色光、青色光或いは緑色光を含む。例えば、白色光が必要である場合、白色光LEDにより生成されても、或いは、異なる色の光を有する複数のLEDからの異なる色の光を混合することにより生成されても良い。

前述のライトガイド２１において、溝が形成される光入射面２１１はストリップ状の溝を有する。また、このストリップ状の溝は、複数の凹状開口により取り替えられても良い。

本発明の一実施形態において、ライトガイド２１の材料は、アクリル樹脂、COC、PMMA、PC、ポリエーテルイミド、過フッ化炭化水素ポリマー及びシリコーンのいずれかである。

前述の拡散手段２２は、その光入射面内に設けられ、事前にプリントされたパターンを更に有しても良い。光源発生手段２０からの入射光は、このパターンを通過する際に、反射及び/あるいは屈折により混合される。また、事前にプリントされたパターンは、同様な目的を達成するために、モアレレンズにより取り替えられても良い。

前述の拡散手段２２の断面は、円形、楕円形、或いは、多角形であり、その材料は、アクリル樹脂、COC、PMMA、PC、ポリエーテルイミド、過フッ化炭化水素ポリマー及びシリコーンのいずれかである。

纏めると、本発明は、ライトガイドと拡散手段の配置を用い、光の伝播方向を変更する。これにより、LED光源の周りの輝度がより均一になり、従来の光源の輝度不均一問題を解決することができる。また、チューブ型LED光源がLCD装置のバックライト・モジュールに応用される場合、導向板を追加する必要がなく、バックライト・モジュールの全体の厚さが薄くなる。これにより、従来のバックライト・モジュールにおいて、生産プロセスが複雑であり、コストが高く、及び、厚さが大きい問題を解決することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。

冷陰極管からの光が拡散シートを通過する際における従来のバックライト・モジュールを示す図である。 X軸を沿って本発明のチューブ型LED光源を示す断面図である。 X軸に沿って本発明のチューブ型LED光源のライトガイドを示す断面図である。本発明のチューブ型LED光源のライトガイドを示す上面図である。 Z軸に沿って本発明のチューブ型LED光源を示す断面図である。チューブ型LED光源が応用される平面パネル・ディスプレイを示す断面図である。 X軸に沿って本発明のチューブ型LED光源のライトガイドAを示す断面図である。本発明のチューブ型LED光源のライトガイドA内における光伝播のシミュレーションを示す図である。 X軸に沿って本発明のチューブ型LED光源のライトガイドBを示す断面図である。本発明のチューブ型LED光源のライトガイドB内における光伝播のシミュレーションを示す図である。

符号の説明

101 冷陰極管
102 拡散シート
20 光源発生手段
201 LED
202 ベース
21 ライトガイド
211 溝が形成される光入射面
212 溝が形成される光導向面
22 拡散手段
23 反射層
１a、１b、１c、１d、１e LED
A、B ライトガイド

Claims

一列に配置される複数の発光ダイオード（Light Emitting Diode：LED）を含む光源発生手段と、
溝が形成される光入射面と溝が形成される光導向面を含み、当該溝が形成される光入射面は前記複数のLEDからの光を伝送し、当該溝が形成される光導向面は入射光の伝播方向を変更するライトガイドと、
前記ライトガイドを覆う拡散手段であって、前記ライトガイドと前記拡散手段との間にルーズ媒体（ＬｏｏｓｅＭｅｄｉｕｍ）が設けられる拡散手段と、
を有する、
チューブ型LED光源。
前記溝が形成される光入射面の断面は、円形、楕円形、或いは、多角形である、
請求項１に記載のチューブ型LED光源。
前記溝が形成される光導向面の溝は、前記複数のLEDとアラインされ、前記溝が形成される光導向面は、V状、U状又は波状の断面である、
請求項１に記載のチューブ型LED光源。
前記複数のLEDは、ベースに形成され、前記複数のLEDと前記ベースとの間には、反射層が設置される、
請求項１に記載のチューブ型LED光源。
前記光源発生手段の外部に設置される放熱体を更に含む
請求項１に記載のチューブ型LED光源。
前記拡散手段は、前記拡散手段の光入射面内に設けられるパターンを更に含み、前記光源発生手段からの入射光は、当該パターンを通過する際に反射または屈折により混合される、
請求項１に記載のチューブ型LED光源。
前記拡散手段は、前記拡散手段の光入射面内に設けられるモアレ（Ｍｏｉｒｅ）レンズを更に含み、前記光源発生手段からの入射光は、当該モアレレンズを通過する際に反射または屈折により混合される、
請求項１に記載のチューブ型LED光源。
前記溝が形成される光入射面は、ストリップ状の溝又は複数の凹状開口を有する、
請求項１に記載のチューブ型LED光源。
前記ルーズ媒体は、ガス（Ｇａｓ）である、
請求項１に記載のチューブ型LED光源
平面パネル・ディスプレイのバックライト・モジュールであって、
複数のチューブ型発光ダイオード（Light Emitting Diode：LED）光源と、
前記複数のチューブ型LED光源に設けられるプリズム・シートと、
を有し、
前記複数のチューブ型LED光源の各々は、
一列に配置される複数のLEDを含む光源発生手段と、
溝が形成される光入射面と溝が形成される光導向面を含み、当該溝が形成される光入射面は前記複数のLEDからの光を伝送し、当該溝が形成される光導向面は入射光の伝播方向を変更するライトガイドと、
前記ライトガイドを覆う拡散手段であって、前記ライトガイドと前記拡散手段との間にルーズ媒体（ＬｏｏｓｅＭｅｄｉｕｍ）が設けられる拡散手段と、
を有する、
平面パネル・ディスプレイのバックライト・モジュール。
前記ルーズ媒体は、ガス（Ｇａｓ）である、
請求項１０に記載の平面パネル・ディスプレイのバックライト・モジュール。