JP5281028B2 - Ｌｅｄモジュール及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）モジュール及び表示装置に係り、特に、発光素子としてＬＥＤを複数備えたＬＥＤモジュール及びそのようなＬＥＤモジュールをバックライトに備える液晶表示装置に関する。

近年、バックライトとしてＬＥＤを用いた液晶表示装置が増えている。図３にＬＣＤテレビ１１０に用いられるＬＥＤモジュール（ＬＥＤ実装基板）１４０のＬＥＤ１３０の配置構成を示す。なお、従来技術のＬＥＤモジュール１４０は、実施形態で後述するＬＥＤモジュール４０の配置構成と外見上は同一である。したがって、外見上差異がない部分の構成については図３の括弧内の符号で従来技術の構成を示している。

ＬＣＤテレビ１１０の光源となるＬＥＤモジュール１４０（ＬＥＤ１３０）を取り付ける構造を模式的に示した図である。ここでは、ＬＣＤテレビ１１０の内部構造について、主にバックライトとして機能するＬＥＤモジュール１４０の取付構造に着目して示している。図示のように、ＬＣＤテレビ１１０では、基板取付シャーシ１２０に複数のＬＥＤモジュール１４０がバックライトとして取り付けられる。このＬＥＤモジュール１４０の上に図示しない液晶パネルや拡散板等が配置される。

図示のように、複数のＬＥＤ１３０が備わるＬＥＤモジュール１４０は基板取付シャーシ１２０に取り付けられている。一般には、金属板で構成される基板取付シャーシ１２０にビス固定により取り付けられる。

図１は、従来技術に係るＬＥＤモジュール１４０のＬＥＤ１３０の配置を模式的に示した図である。ここでは、ＬＥＤモジュール１４０において、２枚の基板上に８つのＬＥＤ１３０（第１〜８のＬＥＤ１３１〜１３８）が一列に配置されている。第１〜８のＬＥＤ１３１〜１３８は、全て同じ特性及び仕様であり、直列体を構成している。そして、ハイ側の端子Ａが固定電位で、ロー側の端子Ｂの電位を、端子Ａの電位より下げることで、第１〜８のＬＥＤ１３１〜１３８の全てが点灯する制御方式となっている。

ところで、このようなＬＥＤモジュール１４０を備えたＬＣＤテレビ１１０では、ＬＥＤをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動する際に、不要な音が発生しやすいという課題がある。例えば、振動に伴う音であれば、一般には、振動発生防止のために、ＬＥＤモジュール１４０の固定を強固にする等の対策がなされている。

その他にも、ＬＥＤの不要な音の発生の対策として様々な技術が提案されている。例えば、ＬＥＤに流れる電流をＰＷＭ駆動するとき、その周波数を可聴周波数上限よりも高い周波数にし、人間の耳で異音として聞こえないようにする技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２１４６８号公報

ところで、特許文献１に開示の技術では、次のような課題があった。つまり、周波数を高くすることは、変動電位幅は変わらずに駆動回数が増えることであり、振動を引き起こす要因になる。また、静電気力や圧電効果の影響が増加してしまう。ＰＷＭ駆動は通常、正弦波でなく方形波が使用されるため、印加された周波数の奇数分の一の周波数も生成され、設定された周波数よりも低い可聴周波数でも振動が発生する。また、物体の共振周波数は、重量や形状、固定方法により異なる為、ＬＥＤが実装された基板とシャーシとの間に周波数の差が生じ、２つの周波数の差から低い周波数のうなりが発生する。このような観点から特許文献１に開示の技術を用いても別の対策が必要となることから、他の技術が求められていた。また、ＬＥＤモジュールの固定を強固にする等の対策は、ビス固定の数の増加や、固定強度等の確保が必要であったりして製造プロセス等の観点から採用が難しく別の技術が求められていた。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、ＬＥＤを発光素子として備えるＬＥＤモジュールが実装された基板の振動を抑制する技術を提供するものである。

本発明に係る装置は、パルス駆動する３つ以上の複数のＬＥＤが外観上規則的に基板上に配置されたＬＥＤモジュールであって、前記複数のＬＥＤが前記基板上に配置されたときに、前記基板上の基準電位に対して、発光に伴う電圧変化が相対的に大きいＬＥＤと小さいＬＥＤとが隣りあっており、前記複数のＬＥＤは直列に接続され、前記直列に接続されたＬＥＤの外観上の配置順番が電気的な接続順と異なっている。
前記複数のＬＥＤが配置される前記基板は複数であって、前記複数の基板同士を比較したときに、前記基板に配置されている前記ＬＥＤの電圧変化の合計が、平均化されてもよい。
また、前記複数のＬＥＤは、二つの直列体に分けて構成され、前記隣り合う前記ＬＥＤは、異なる直列体の前記ＬＥＤの組み合わせとなってもよい。
また、前記複数のＬＥＤは、外観上では直線状に配置されてもよい。
また、発光に伴う前記電圧変化が相対的に最も大きいＬＥＤと最も小さいＬＥＤとが隣りあう配置を有してもよい。
本発明に係る装置は、液晶表示装置に関し、上述のＬＥＤモジュールをバックライトとして備えている。

本発明によれば、ＬＥＤを発光素子として備えるＬＥＤモジュールが実装された基板の振動を抑制する技術を提供することができる。

従来技術に係る、ＬＥＤモジュールのＬＥＤの配置を模式的に示した図である。 従来技術に係る、固定電位である端子Ａの電位を基準に考えた場合の、ＰＷＭ駆動時の第１〜８のＬＥＤの駆動電圧変動を示した図である。 本発明の実施形態に係る、ＬＣＤテレビのバックライトして機能するＬＥＤモジュールの取付構造を模式的に示した図である。 本発明の実施形態に係る、ＬＥＤモジュールのＬＥＤの配置及び駆動電圧変動を模式的に示した図である。 本発明の実施形態の変形例に係る、ＬＥＤモジュールのＬＥＤの配置を模式的に示した図である。 本発明の実施形態の変形例に係る、ＬＥＤモジュールのＬＥＤの配置を模式的に示した図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。まず、ＬＥＤモジュールにおける振動及び騒音の原理について簡単に説明する。本願発明者は、上記の振動及び振動の原因について分析した結果、以下のような知見を得た。すなわち、従来技術では、第１〜８のＬＥＤ１３１〜１３８が点灯している間は、各ＬＥＤのアノード−カソード間に電圧降下が生じる。ここで、図２に、固定電位である端子Ａの電位を基準に考えた場合の、ＰＷＭ駆動時の第１〜８のＬＥＤ１３１〜１３８の電圧変動の例を示す。ＬＥＤ点灯時には、第１のＬＥＤ１３１のカソード側の電位Ｖ１は、（端子Ａの電位ＶＨ）−（ＬＥＤ１個の電圧降下量）となる。ＬＥＤ消灯時には、カソード側の電位Ｖ１は、端子Ａの電位と同じになる。

第２のＬＥＤ１３２のアノード側の電位は、第１のＬＥＤ１３１の電圧降下の影響を受け、更に、第２のＬＥＤ１３２のカソード側は、第２のＬＥＤ１３２にも電圧降下が発生する。これによって、同じカソード側で比較したとき、第２のＬＥＤ１３２のカソード側の電位変動量は、第１のＬＥＤ１３１のカソード側の電位変動量に対して倍増する。さらに第３のＬＥＤ１３３〜第８のＬＥＤ１３８へと進むに従って、カソード側の電位変動幅は徐々に増加し、第８のＬＥＤ１３８のカソード側で最大となる。

通常、ＬＥＤモジュール１４０は、ＬＥＤ１３０（１３１〜１３８）や、ＬＥＤ１３０を繋ぐ配線パターンによる影響で、ＬＥＤ１３０を実装するＬＥＤモジュール１４０の電位が変動する。ここで、左側の第１のＬＥＤモジュール１４０ａと比べて、右側の第２のＬＥＤモジュール１４０ｂに電位変動量が大きいＬＥＤ１３０や配線パターンが集中している。このため、右側の第２のＬＥＤモジュール１４０ｂの方が、電位変動の影響が大きくなる。

ここで、ＬＥＤモジュール１４０を固定する基板取付シャーシ１２０の電位がアース等の固定電位であると想定する。このとき、ＬＥＤモジュール１４０において電位変動が発生すると、ＬＥＤモジュール１４０と基板取付シャーシ１２０との間に電位差が発生し、クーロンの法則に基づき反発力や引力が生じる。ＬＥＤモジュール１４０の電位変動量が大きくなるにつれて上記の反発力／引力は強くなる。そしてＬＥＤ１３０の点灯／消灯が繰り返されると、反発力／引力がそれぞれ交互に働き、ＬＥＤモジュール１４０の振動が騒音を引き起こす。このとき、電位変動が大きい分、第２のＬＥＤモジュール１４０ｂのほうが、騒音が大きくなる。

例えば、ＬＥＤモジュール１４０が両端の２箇所で基板取付シャーシ１２０に固定されている構造を想定する。このとき、電位の差から生じる反発力が、ＬＥＤモジュール１４０が撓むほどの強さに至らない場合には、ＬＥＤモジュール１４０は基板取付シャーシ１２０から浮き上がることがないので、音が発生しない。しかし、図２のように、ＬＥＤ１３０が直列に繋がり、大きな電位差が生じるようになると、その反発力によりＬＥＤモジュール１４０が撓み、ＬＥＤモジュール１４０と基板取付シャーシ１２０とが離れたりくっついたりを繰り返す。その結果、不要な音が発生してしまう。

以上の分析結果より、本実施形態では、直列に接続される複数のＬＥＤの基板上の配置を外観上の配置の順番と電気的な接続配置の順番とを一致させていない。つまり、外観上は一列に配置されているが、電気的には、電位変動の大きいＬＥＤと電位変動の小さいＬＥＤを隣接する配置とし、電位変動の大きさを平均化させる。以下、詳細に説明する。

図３に示すように、ＬＣＤテレビ１０のバックライトして機能するＬＥＤモジュール４０は、基板取付シャーシ２０に取り付けられる。ここで、ＬＥＤモジュール４０は、縦横６×２の配置構成となっている。そして、各ＬＥＤモジュール４０は、正面視で横方向を長手方向とする直方体になっており、４つのＬＥＤ３０が長手方向直線上に配置されている。

ここで、ＬＥＤモジュール４０のＬＥＤ３０の配置について詳しく説明する。図４は、本実施形態のＬＥＤモジュール４０におけるＬＥＤ３０の配置及び駆動電圧変化（電位変動）を模式的に示した図である。本実施形態では、電気的な接続の観点からは、従来技術と同様に、固定電位であるハイ電位ＶＨからロー電位に向けて順に、第１〜第８のＬＥＤ３１〜３８が直列に接続されている。しかし、物理的な配置では、電気的な接続の順とは異なり、第１のＬＥＤモジュール４０ａには、第１のＬＥＤ３１、第２のＬＥＤ３２、第７のＬＥＤ３７、第８のＬＥＤ３８が配置される。そして、第２のＬＥＤモジュール４０ｂには、第３のＬＥＤ３３、第４のＬＥＤ３４、第５のＬＥＤ３５、第６のＬＥＤ３６が配置される。

具体的な配置順は、左側の第１のＬＥＤモジュール４０ａでは、一番左側に電位変動が最大の第８のＬＥＤ３８が配置されている。そして、その右隣に、電位変動が最小の第１のＬＥＤ３１が配置される。その隣には電位変動が二番目に大きい第７のＬＥＤ３７、更にその隣には電位変動が二番目に小さい第２のＬＥＤ３２が配置される。

右側の第２のＬＥＤモジュール４０ｂでは、一番左側に電位変動が三番目に大きな第６のＬＥＤ３６が配置されている。そして、その隣に、電位変動が三番目に小さい第３のＬＥＤ３３が配置される。その右隣には電位変動が四番目に大きい第５のＬＥＤ３５、更にその右隣には電位変動が四番目に小さい第４のＬＥＤ３４が配置される。

このように電位変動の大きいＬＥＤ３０と小さいＬＥＤ３０が互い違いになるように配置する。さらに、ＬＥＤモジュール４０全体で見たときに、電位変動が平均化されるようにする。このような配置とすることで、ＬＥＤモジュール４０ごとに受けるＬＥＤ３０や配線パターンからの影響が平均化される。

例えば、ＬＥＤモジュール４０が、両端の２箇所で固定されているとき、ＬＥＤモジュール４０が撓むのに必要な力よりも反発力／引力を小さくするために必要とされる固定力が、ＬＥＤモジュール４０全体で見たときに、ほぼ同じになる。つまり、固定力を左右する反発力／引力が、ＬＥＤモジュール４０全体で見たとき従来技術のように、極端に大きくなることはない。

したがって、固定力としては、どのＬＥＤモジュール４０であっても、ほぼ同じ固定力で振動や音の発生を防止できる。また、設計や製造工程の管理が容易となる。さらに、ＬＣＤテレビ１０などの、キャビネットや板で覆われた構造体の内部で音が発生する場合であっても、弱い音量に抑えることによって、キャビネットや板に音を吸収させ、外側には聞こえないようにすることも容易となる。

以上より、印加される電位の変動幅が大きいＬＥＤ３０がある特定のＬＥＤモジュール４０に集中しないようにし、さらに、ＬＥＤモジュール４０においても特定の範囲に集中しないようにすることで、強い振動が発生しないようにすることができる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。例えば、上述の実施形態では、隣り合うＬＥＤ３０の駆動電圧の合計が、どのＬＥＤ３０の組でも略同一になるように配置されたが、これに限る趣旨ではない。多少効果が小さくなるものの、ＬＥＤ３０が不規則に配置されていれば、全体で見たとき、特定のＬＥＤモジュール４０に駆動電圧が大きいＬＥＤ３０が偏在して配置されないようにすることで、振動抑制効果は実現できる。なお、少なくとも、最も大きい電圧変動の第８のＬＥＤ３８と最も小さい第１のＬＥＤ３１とが同一のＬＥＤモジュール４０において、隣り合うように配置されれば、最も大きくなると想定される振動を回避できる。

上記の実施形態では、ＬＥＤ３０は、二つのＬＥＤモジュール４０に一つの直列回路に構成された第１のＬＥＤ３１〜第８のＬＥＤ３８を配置した。しかしこれに限る趣旨ではない。たとえば、二つのＬＥＤモジュール４０ではなく、三つのＬＥＤモジュール４０に、一つの直列回路に構成された複数のＬＥＤ３０を配置してもよい。この場合でも、駆動電圧の変化量に大きいものと小さいものとが隣接するように配置し、ＬＥＤモジュール４０単位で見たときに、駆動電圧の変化量が平均化され、差がないようになる。

また、上記の実施形態では、端子Ａは固定電圧ＶＨで端子Ｂの電圧が大きく変動する回路構成であるとき、カソード側に配置されるＬＥＤ３０の電圧変化が大きい場合である。しかし、端子Ａが電圧変化して端子Ｂはロー電圧に固定される回路構成も考えられる。そのときは、端子Ａに近いＬＥＤ３０の電圧変動が最も大きくなり、カソード側に近づくにつれて徐々に電圧変動が小さくなるので、この場合でも、駆動電圧の変化量に大きいものと小さいものとが隣接するように配置することで、ＬＥＤモジュール４０単位で見たときに、駆動電圧の変化量が平均化され、差がないようにすることができる。

更に、図５に示すように、４つのＬＥＤ２３０が直列回路に構成された第１及び第２の直列体２５１、２５２におけるＬＥＤ２３０の直列の順を反対向きに配置することでも同様の効果が得られる。具体的には、第１の直列体２５１には、固定電位であるハイ電位ＶＨ（端子Ａ１）からロー電位（端子Ｂ１）に向けて、図示で左から右に順に、第１〜４のＬＥＤ２３１〜２３４が直列に接続されている。そして、駆動電圧の変化は、上述の原理と同じ原理によって、第１のＬＥＤ２３１が一番小さく、第４のＬＥＤ２３４が一番大きくなる。また、固定電位であるハイ電位ＶＨ（端子Ａ２）からロー電位（端子Ｂ２）に向けて、図示で右から左に順に、第５〜８のＬＥＤ２３５〜２３８が直列に接続されている。駆動電圧の変化は、第５のＬＥＤ２３５が第１のＬＥＤ２３１と同様に一番小さく、第８のＬＥＤ２３８が第４のＬＥＤ２３４と同様に一番大きくなる。

そして、第１のＬＥＤモジュール２４０ａにおける外観上のＬＥＤ３０の配置については、上述の実施形態と同様に、左から順に、第８のＬＥＤ２３８、第１のＬＥＤ２３１、第７のＬＥＤ２３７、第２のＬＥＤ２３２が配置されている。また、第２のＬＥＤモジュール２４０ｂにおける外観上のＬＥＤ２３０の配置については、左から順に、第６のＬＥＤ２３６、第３のＬＥＤ２３３、第５のＬＥＤ２３５、第４のＬＥＤ２３４が配置されている。このような配置とすることで、ＬＥＤモジュール２４０全体で見たときに、電位変動が平均化されるようになっている。

更にまた、図５の変形例として、図６に示すような構成を用いることができる。つまり、直列の順を同一とする２列（第１及び第２の直列体３５１、３５２）の配置とする。ここで、第１の直列体３５１の第１〜４のＬＥＤ３３１〜３３４は、図５の変形例と同様の接続及び駆動方法が採られる。第１の直列体３５１の駆動方法では、図示左側の端子Ａ１の電圧がハイ電位ＶＨに固定され、端子Ｂ１の電位が変化する。また、第２の直列体３５２の第５〜８のＬＥＤ３３５〜３３８は、接続（直列）の向きが逆となり、第１の直列体３５１と同様になる。ただし、第２の直列体３５２の駆動方法では、図示左側の端子Ａ３の電位が変動し、端子Ｂ３の電位がロー固定（ロー電位ＶＬ）となる。つまり、端子Ａ３の電位の変動が最大となり、端子Ｂ３の電位の変動が最小となる。このような構成及び駆動方法とすることで、上述の実施形態及び変形例と同様の効果が得られる。

１０ ＬＣＤテレビ
２０ 基板取付シャーシ
３０ ＬＥＤ
３１〜３８、２３１〜２３８、３３１〜３３８ 第１〜第８のＬＥＤ
４０ ＬＥＤモジュール
４０ａ、２４０ａ、３４０ａ 第１のＬＥＤモジュール
４０ｂ、２４０ｂ、３４０ｂ 第２のＬＥＤモジュール
２５１、３５１ 第１の直列体
２５２、３５２ 第２の直列体

Claims (6)

1. パルス駆動する３つ以上の複数のＬＥＤが外観上規則的に基板上に配置されたＬＥＤモジュールであって、
   前記複数のＬＥＤが前記基板上に配置されたときに、前記基板上の基準電位に対して、発光に伴う電圧変化が相対的に大きいＬＥＤと小さいＬＥＤとが隣りあっており、
   前記複数のＬＥＤは、直列に接続され、
   前記直列に接続されたＬＥＤの外観上の配置順番が電気的な接続順と異なっている
   ことを特徴とするＬＥＤモジュール。
2. 前記複数のＬＥＤが配置される前記基板は複数であって、
   前記複数の基板同士を比較したときに、前記基板に配置されている前記ＬＥＤの前記電圧変化の合計が、平均化されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤモジュール。
3. 前記複数のＬＥＤは、二つの直列体に分けて構成され、前記隣り合う前記ＬＥＤは、異なる直列体の前記ＬＥＤの組み合わせとなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤモジュール。
4. 前記複数のＬＥＤは、外観上では直線状に配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載のＬＥＤモジュール。
5. 発光に伴う前記電圧変化が相対的に最も大きいＬＥＤと最も小さいＬＥＤとが隣りあう配置を有していることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載のＬＥＤモジュール。
6. 請求項１〜５までのいずれかに記載のＬＥＤモジュールをバックライトとして備えたことを特徴とする液晶表示装置。

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