JP5559834B2 - Ｌｅｄを用いたバックライトおよびそれを備える液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）を用いる液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）のバックライトに関し、より詳細には、ローカル調光のために個別に駆動される複数のＬＥＤモジュールを連結する場合、各ＬＥＤモジュール間の電気的連結のためのコネクタによりコネクタの上部に位置するＬＣＤパネル上に暗部が発生する問題が解決できる、ＬＥＤを用いるＬＣＤのバックライトユニットに関する。

一般的にＬＣＤのバックライトの光源として使用されていた冷陰極蛍光ランプ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ）は、水銀ガスを使用することから環境汚染を誘発する恐れがあり、応答速度が遅くて、色再現性が低いだけでなく、ＬＣＤパネルの軽薄短小化に適切しないという短所を有している。

それに比べて、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ、以下ＬＥＤと称する）は、環境に優しく、数ナノ秒の応答速度で高速応答が可能なので、ビデオ信号ストリームに効果的であり、インパルシブ（Ｉｍｐｕｌｓｉｖｅ）駆動が可能である。そして、色再現性が１００％以上で、赤色、緑色、青色ＬＥＤの光量を調整して、輝度、色温度などを任意に変更できる。それに、ＬＣＤパネルの軽薄短小化に適合した長所を有しているので、最近、ＬＣＤパネルなどのバックライト用光源として、積極的に採用されている。

通常、ＬＥＤを採用したバックライトユニットは、光源の位置によってエッジ型バックライトユニットと直下型バックライトユニットに区分できる。エッジ型バックライトユニットは、横の長いバー状の光源が導光板の側面に位置して、導光板を介して液晶パネルの全面に光を照射する。直下型バックライトユニットは、液晶パネルの下部に位置し、ＬＣＤパネルとほぼ同一な面積を有する面光源から、直接液晶パネルの全面に光を照射する。特に、直下型バックライトユニットは、ＬＣＤパネルの直下部から直接光を照射するので、ＬＣＤパネルの一部領域を周囲とは違う輝度で照射するローカル調光（ｌｏｃａｌ ｄｉｍｍｉｎｇ）が可能であるという長所を有する。

前記ローカル調光は、ＬＣＤパネルにディスプレイされる映像の信号を分析して、該当映像において、相対的により明るい表現が必要な領域、またはより暗い表現が必要な領域の直下部に位置するバックライトの輝度を制御することにより、ＬＣＤパネルを通して、より生き生きとした映像を提供できるようにする技術である。例えば、爆発場面が含まれる映像において、爆発の発生する部分がディスプレイされるＬＣＤ領域の直下部に位置するバックライト光源の輝度を上げるローカル調光を適用した場合、よりリアルで生動感あふれる爆発場面が表現できるようになる。

図１ａは、ローカル調光に用いられる従来のＬＣＤバックライトを図示した平面図であり、図１ｂは、図１ａに図示されたＬＣＤバックライトをａ−ａ’線に沿って切り取った部分断面図である。図１ａ及び図１ｂに示すように、従来のローカル調光用ＬＣＤバックライト１０は、ＬＣＤパネルの一部分を照明するための複数のＬＥＤモジュールＭ１−Ｍ１２を複数連結して製作される。各々のＬＥＤモジュールＭ１−Ｍ１２は、印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）１１上に配置された複数のＬＥＤ１２１を備え、前記複数のＬＥＤ１２１は、白色光を生成するために、赤色、緑色、青色の光を発光するＬＥＤを少なくとも一つ含むことができる。尚、前記ＬＥＤらは、同一な色相を発光するＬＥＤ同士互いに電気的に連結され、このような電気的連結のために、図示されてはいないが、ＰＣＢ上のＬＥＤが配置されない領域に導電性リードパターンが形成される。

前記複数のＬＥＤモジュールＭ１−Ｍ１２は、ローカル調光を具現するため、相違する輝度の光を照明できるように、個別に駆動される。そのために、各ＬＥＤモジュールＭ１−Ｍ１２を個別に各々駆動するための複数の駆動回路が設けられ、前記複数のＬＥＤモジュールＭ１−Ｍ１２は、各々を駆動する駆動回路と電気的に連結される必要がある。駆動回路との連結のために、前記バックライト１０の最外郭に位置するＬＥＤモジュール（図１ａでは、一番左側に位置するＬＥＤモジュール：Ｍ１、Ｍ５、Ｍ９）に、外部の駆動回路と配線連結を形成する駆動回路連結用コネクタ１５が備えられる。この場合、一番左側に位置するＬＥＤモジュールＭ１、Ｍ５、Ｍ９は、各色相のＬＥＤモジュールを連結したリードパターンが直接駆動回路連結用コネクタ１５に連結されることができるが、その右側に位置するＬＥＤモジュールＭ２−Ｍ４、Ｍ６−Ｍ８、Ｍ１０−Ｍ１２は、直接駆動回路連結用コネクタ１５に連結されることができない。したがって、各ＬＥＤモジュールＭ１−Ｍ１２は、隣接するＬＥＤモジュールとの電気的連結のためのモジュール連結用コネクタ１３を備える。例えば、図１ａで一番左側に位置するＬＥＤモジュール（第１モジュール）Ｍ１、Ｍ５、Ｍ９と、その右側に隣接するＬＥＤモジュール（第２モジュール）Ｍ２、Ｍ６、Ｍ１０において、前記第１モジュールＭ１、Ｍ５、Ｍ９は、前述したように、ＰＣＢ１１上に各ＬＥＤを連結したリードパターンだけでなく、第２モジュールＭ２、Ｍ６、Ｍ１０との連結のためのモジュール連結用コネクタ１３と駆動回路連結用コネクタ１５との間を連結するリードパターンも備えなければならない。第２モジュールＭ２、Ｍ６、Ｍ１０のＰＣＢ上で各ＬＥＤを連結したリードパターンは、モジュール連結用コネクタ１３間の導線１４の連結を介して、第１モジュールＭ１、Ｍ５、Ｍ９のリードパターンと連結されることにより、前記駆動回路連結用コネクタ１５と電気的に連結される。これと同じような方式で、第２モジュールＭ２、Ｍ６、Ｍ１０の右側に位置するモジュールＭ３、Ｍ７、Ｍ１１に配置されたＬＥＤらも、コネクタと左側に隣接するＬＥＤモジュール上のリードパターンを介して、最終的に駆動回路連結用コネクタ１５と連結される。

前記のような構造を有する従来のローカル調光用ＬＣＤバックライト１０は、各ＬＥＤモジュールＭ１−Ｍ１２のＰＣＢ１１上に、該当ＬＥＤモジュールに配置されたＬＥＤ１２１を連結するリードパターンだけでなく、隣接するＬＥＤモジュールと駆動回路連結用コネクタ１５を連結するためのリードパターンも形成しなければならないので、配線構造が非常に複雑となる問題点がある。特に、小型ＬＥＤを採用したバックライトの場合、多数のＬＥＤを稠密にＰＣＢ上に配置する必要があるので、前記リードパターンを形成するための空間確保が非常に難しいという問題点がある。

尚、図１ｂに示すように、各ＬＥＤモジュール間の電気的連結のために形成されたモジュール連結用コネクタ１３及び連結配線１４の高さがＬＥＤ１２１より高いため、ＬＥＤ１２１で生成された光がモジュール連結用コネクタ１３及び連結配線１４により遮断されてしまい、モジュール連結用コネクタ１３の上部領域Ｄには、ＬＥＤ１２１により適切な照明が行なわれない暗部が発生するという問題点がある。

本発明は、前記のような従来の問題点を解消するためのものであって、その目的は、ローカル調光のために分割領域別に別途の駆動回路を介してＬＥＤを駆動するＬＣＤバックライトにおいて、導電性ビアホールを有する両面ＰＣＢを適用して、各分割領域に含まれたＬＥＤらと駆動回路連結用コネクタとの電気的連結のための配線を、ＬＥＤが配置された面の反対面に形成することにより、モジュール連結のためのコネクタを省略し、配線構造を簡素化することができる発光ダイオードを用いる液晶表示装置のバックライトを提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明によるバックライトは、
複数の分割領域及び導電性ビアホールを有する基板と、前記複数の分割領域のそれぞれの分割領域において、それぞれが複数のＬＥＤを含む、複数のクラスタと、前記複数の分割領域は行列構造を有し、一つの行ごとに一つずつ形成され、かつ、前記一つの行のはじの分割領域の端面に配置されたコネクタと、前記基板の上面において前記複数の分割領域内のそれぞれで、前記複数のクラスタを直列に連結する第１リードパターンと、前記基板の下面に形成された第２リードパターンと、前記複数のＬＥＤの下部に設けられた、前記基板の上面と下面を貫通する複数の放熱用ビアホールと、前記基板の下面に接して配置された絶縁性放熱パッドと、を備え、前記複数のクラスタは、それぞれの前記分割領域において行列方向にマトリクス状に配置され、前記第２リードパターンは、前記導電性ビアホールを通して前記一つの行のはじの分割領域を除くそれぞれの分割領域における前記第１リードパターンと、当該分割領域の行における前記コネクタとを電気的に連結し、前記導電性ビアホールは、前記一つの行のはじの分割領域を除く前記分割領域ごとに設けられ、前記コネクタと隣接する分割領域の前記第１リードパターンは、前記コネクタと直接連結されることを特徴とする。

前記複数のクラスタの各々のクラスタは、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および、緑色ＬＥＤを含み、前記複数のクラスタの各々のクラスタにおいて、前記赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および、緑色ＬＥＤは正三角形および逆正三角形の各頂点に配置されており、行方向において隣接するクラスタが互いに正三角形と逆正三角形の関係にあり、列方向において隣接するクラスタが互いに同一の正三角形または同一の逆正三角形の関係にあることが好ましい。

前記基板はＦＲ４からなり、前記絶縁性放熱パッドはＳｉからなることが好ましい。

前記バックライトは、液晶表示装置のバックライトであることが好ましい。

本発明によると、ローカル調光のための分割領域間の連結のためのコネクタを必要としないので、コネクタによる暗部発生を防止することができるという効果が得られる。

さらに、本発明によると、両面ＰＣＢを使用することにより、ＰＣＢ表面での結線のための領域を十分確保し、結線構造を単純にして、設計の自由度を高めることができるという効果が得られる。

以下、本発明の好ましき実施例を添付の図面を参照してより詳しく説明する。しかし、本発明の実施の形態は他の様々な形態に変更可能で、本発明の範囲が後術される実施の形態に限定されるのではない。本発明の実施の形態は、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者に、本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面に図示された構成要素の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張されることがあり、図面上で実質的に同一な構成と機能を有する構成要素は、同一な参照符号を使用する。

図２ａは、本発明の一実施の形態による液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックライトの上面を概略的に図示した平面図であり、図２ｂは、図２ａに図示されたＬＣＤバックライトの後面を上面側から透視した透視平面図である。

図２ａ及び図２ｂに示すように、本発明の一実施の形態による発光ダイオード（ＬＥＤ）用いる液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックライト２０は、複数の分割領域Ａ１−Ａ８及び導電性ビアホールｈ１を有する両面印刷回路基板（ＰＣＢ）２１と、前記両面ＰＣＢ２１の上面に配置された複数のＬＥＤ２２１と、前記両面ＰＣＢ２１の一側に配置された複数の駆動回路連結用コネクタ２５と、前記両面ＰＣＢ２１の上面に形成され、前記分割領域Ａ１−Ａ８内に位置する複数のＬＥＤ２２１を互いに電気的に連結した複数の第１リードパターン２６と、前記両面ＰＣＢ２１の下面に形成され、前記導電性ビアホールｈ１を通して前記第１リードパターン２６と前記コネクタ２５を電気的に連結した複数の第２リードパターン２７とを含んで構成される。尚、本発明の一実施の形態によるＬＥＤを用いるＬＣＤバックライト２０は、前記両面ＰＣＢ２１の下面に接触して配置される絶縁性放熱パッド（図３の２８）をさらに含む構造を有することができる。

前記両面ＰＣＢ２１は、複数の分割領域Ａ１−Ａ８を有する。本発明は、前記分割領域Ａ１−Ａ８を単位としてバックライト照明を制御することで、分割領域別に相違する輝度及び色座標の光を生成して、ローカル調光（ｌｏｃａｌ ｄｉｍｍｉｎｇ）を可能とするＬＣＤに使用されるバックライト構造に関する。このようなローカル調光を具現するために、前記分割領域ごとに、その領域内に配置された複数のＬＥＤを駆動するための駆動回路が備えられる必要がある。図２ａ及び図２ｂでは、２行４列（２＊４）構造の分割領域を有する両面ＰＣＢ２１が図示されているが、本発明はこのような分割領域の個数に限定されるのではない。

前記両面ＰＣＢ２１は、上面と下面の両面に電気電子素子などを表面実装することができ、実装された素子らの電気的連結のための導電性リードパターンも、上面と下面に形成されることができるという特徴がある。したがって、本発明は、両面ＰＣＢ２１の一面には、ＬＥＤ２２１を配置してから、該当分割領域別にその領域内部に配置されたＬＥＤを互いに連結するリードパターンを形成し、両面ＰＣＢ２１の他面には、両面ＰＣＢ２１の一側に形成された駆動回路連結用コネクタ２５と各分割領域のＬＥＤとの電気的連結のためのリードパターンを形成することにより、従来の問題点として提示されたモジュール連結のためのコネクタを省略し、リードパターンの配置も簡略にすることが可能となる。

前記ＬＥＤ２２１は、前記両面ＰＣＢ２１の上面に配置される。前記ＬＥＤ２２１は、ＬＣＤパネルの後面を照明するために白色光を生成する必要があるので、赤色光を発光する赤色ＬＥＤ、緑色光を発光する緑色ＬＥＤ及び、青色光を発光する青色ＬＥＤを含んで、前記赤色、緑色、青色の光を混合することにより、白色光を生成することができる。図２ａ及び図２ｂには、各色相のＬＥＤが一つずつ含まれたＬＥＤクラスタ２２を構成している例が図示されている。前記ＬＥＤ２２１は、前記両面ＰＣＢ２１の分割領域Ａ１−Ａ８内に配置された同一色相のＬＥＤ同士に、第１導電パターン２６を介して電気的に連結される。

前記駆動回路連結用コネクタ２５は、前記両面ＰＣＢ２１の一側に備えられる。好ましく、前記駆動回路連結用コネクタ２５は、前記両面ＰＣＢ２１の分割領域が形成する行列構造で、一つの行ごとに一つずつ形成されることができる。すなわち、第１乃至第４分割領域Ａ１−Ａ４が形成する行に、一つのコネクタ２５が一番左側の第１分割領域Ａ１の端部に配置され、第５乃至第８分割領域Ａ５−Ａ８が形成する行に、一つのコネクタ２５が第５分割領域Ａ５の端部に配置されることができる。前記駆動回路連結用コネクタ２５は、前記各分割領域Ａ１−Ａ８上に配置されたＬＥＤを、該当分割領域別に駆動するための駆動回路と電気的に連結する手段となる。

前記第１リードパターン２６は、前記両面ＰＣＢ２１の上面に形成され、前記分割領域Ａ１−Ａ８内に位置する複数のＬＥＤ２２１を互いに電気的に連結する。例えば、第１分割領域Ａ１に配置されたＬＥＤは、第１分割領域Ａ１内で、前記第１リードパターンを介して互いに直列連結されることができる。図２ａ及び図２ｂには、各ＬＥＤクラスタ２２が一つの第１リードパターン２６を介して連結されていることが簡略に図示されているが、実際には同一な色相のＬＥＤ同士互いに直列連結される構造を有し、前記第１リードパターン２６も各色相のＬＥＤを連結する複数のライン形態に具現されることができる。

前記第２リードパターン２７は、前記両面ＰＣＢ２１に形成された前記導電性ビアホールｈ１を通して、前記第１リードパターン２６と前記コネクタ２５を電気的に連結する。前記第２リードパターン２７も、各色相のＬＥＤを連結する複数のライン形態に具現される。このように、本発明では、両面ＰＣＢ２１の上面に形成された第１リードパターン２６、両面ＰＣＢ２１に形成された導電性ビアホールｈ１、及び両面ＰＣＢ２１の下面に形成された第２リードパターン２７を介して、各分割領域Ａ２−Ａ４、Ａ６−Ａ８に配置された複数のＬＥＤ２２１を、駆動回路連結用コネクタ２５と電気的に連結することができる。すなわち、両面ＰＣＢ２１を使用することで、その上面には、分割領域Ａ１−Ａ８内のＬＥＤらを互いに連結するための第１リードパターン２６のみ形成し、これを駆動回路連結用コネクタ２５と連結するための連結構造として、両面ＰＣＢ２１に形成された導電性ビアホールｈ１と両面ＰＣＢ２１の下面に形成された第２リードパターン２７を使用することにより、従来のローカル調光用バックライトに比べて、リードパターンを形成するための空間をより多く確保することが可能であり、よって、ＰＣＢ上の結線構造を単純にすることができる。尚、このようなリードパターンの結線構造によって、各分割領域間または各ＬＥＤモジュール間の電気的連結のためのコネクタをＰＣＢ上面に形成する必要がないので、暗部発生を防止することができる。

図３は、本発明の一実施の形態によるＬＣＤバックライトの側断面を図示した概略図である。従来の単面ＰＣＢとしては、放熱効果を改善するために、通常、金属コアを用いる金属ＰＣＢが使用される。これに比べて、本発明は、ＦＲ４のような材質で製作された両面ＰＣＢを採用するので、放熱効率を向上させるための構造が必要である。このような放熱効率を改善するための放熱用ビアホールと絶縁性放熱パッドが図３に図示されている。

図３に示すように、本発明の一実施の形態によるＬＣＤバックライト２０の両面ＰＣＢ２１は、第１リードパターン（図２ａの２６、図３には図示せず）と第２リードパターン（図２ｂの２７、図３には図示せず）を電気的に連結するための導電性ビアホールｈ１の他にも、両面ＰＣＢ２１の上面に配置された複数のＬＥＤ２２１で生成される熱を外部に放出するための放熱用ビアホールｈ２をさらに含むことができる。前記放熱用ビアホールｈ２は、放熱効果を極大化するために、前記ＬＥＤ２２１が実装された位置の直下部に形成されることが好ましく、熱伝導性の優れたＣｕ、Ａｌなどの材料を用いて形成することができる。

尚、本発明の一実施の形態によるＬＣＤバックライト２０の両面ＰＣＢ２１の下面には、絶縁性放熱パッド２８が付着されることが好ましい。前記絶縁性放熱パッド２８は、前記放熱用ビアホールｈ２を通して伝達された熱を放出するための広い面積を提供すると共に、本発明の両面ＰＣＢ２１の下面に対する絶縁を提供する。本発明は、電気信号が伝達される両面ＰＣＢ２１の下面に第２リードパターン(図２ｂの２７)が形成されるので、前記第２リードパターンに対する絶縁性を確保する必要がある。前記絶縁性放熱パッド２８は、放熱効果及び絶縁効果を同時に満足させることができるＳｉのような材質で製作されることが好ましい。

このように、本発明は、ローカル調光に適合するように両面ＰＣＢ上に分割領域を形成し、各分割領域に配置された複数のＬＥＤ間の連結は、前記両面ＰＣＢの上面に第１リードパターンで具現し、前記第１リードパターンと駆動回路連結用コネクタとの連結は、両面ＰＣＢ内部の導電性ビアホール及び両面ＰＣＢの下面の第２リードパターンで具現することにより、ＰＣＢ表面での結線のための領域を十分確保して、結線構造を単純にし、分割領域間の連結のための別途のコネクタを備える必要がないので、暗部発生を防止することができる。

以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

従来のローカル調光のためのＬＣＤバックライトを図示した平面図である。 図１ａに図示されたＬＣＤバックライドをａ−ａ’線に沿って切り取った断面図である。 本発明の一実施の形態によるＬＣＤバックライトの上面を概略的に図示した平面図である。 図２ａに図示されたＬＣＤバックライトの後面を上面側から透視した透視平面図である。 本発明の一実施の形態によるＬＣＤバックライトの側断面を図示した概略図である。

２０ バックライト
２１ 両面ＰＣＢ
２２ ＬＥＤクラスタ
２２１ ＬＥＤ
２５ 駆動回路連結用コネクタ
２６ 第１リードパターン
２７ 第２リードパターン
２８ 放熱パッド
Ａ１―Ａ８ 分割領域
ｈ１ 導電性ビアホール
ｈ２ 放熱用ビアホール

Claims (4)

1. 複数の分割領域及び導電性ビアホールを有する基板と、
   前記複数の分割領域のそれぞれの分割領域において、それぞれが複数のＬＥＤを含
   む、複数のクラスタと、
   前記複数の分割領域は行列構造を有し、一つの行ごとに一つずつ形成され、かつ、
   前記一つの行のはじの分割領域の端面に配置されたコネクタと、
   前記基板の上面において前記複数の分割領域内のそれぞれで、前記複数のクラスタ
   を直列に連結する第１リードパターンと、
   前記基板の下面に形成された第２リードパターンと、
   前記複数のＬＥＤの下部に設けられた、前記基板の上面と下面を貫通する複数の放
   熱用ビアホールと、
   前記基板の下面に接して配置された絶縁性放熱パッドと、
   を備え、
   前記複数のクラスタは、それぞれの前記分割領域において行列方向にマトリクス状
   に配置され、
   前記第２リードパターンは、前記導電性ビアホールを通して前記一つの行のはじの
   分割領域を除くそれぞれの分割領域における前記第１リードパターンと、当該分割領
   域の行における前記コネクタと、を電気的に連結し、
   前記導電性ビアホールは、前記一つの行のはじの分割領域を除く前記分割領域ごと
   に設けられ、
   前記コネクタと隣接する分割領域の前記第１リードパターンは、前記コネクタと直
   接連結されることを特徴とするバックライト。
2. 前記複数のクラスタの各々のクラスタは、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および、緑色
   ＬＥＤを含み、
   前記複数のクラスタの各々のクラスタにおいて、前記赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、お
   よび、緑色ＬＥＤは正三角形および逆正三角形の各頂点に配置されており、
   行方向において隣接するクラスタが互いに正三角形と逆正三角形の関係にあり、
   列方向において隣接するクラスタが互いに同一の正正三角形または同一の逆三角形の
   関係にあることを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
3. 前記基板はＦＲ４からなり、前記絶縁性放熱パッドはＳｉからなることを特徴とす
   る請求項１又は２に記載のバックライト。
4. 請求項１又は３に記載のバックライトを備えることを特徴とする液晶表示装置。

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