バックライトユニット及びバックライトユニットの光源
【課題】複数の発光ダイオードが放出した光が所定の方向に指向するようにそれぞれの発光ダイオードの放射角度を調節することで、均一な白色光を生成できるバックライトユニット及びその光源を提供する。
【解決手段】本発明のバックライトユニット１００は、基板３０と、前記基板３０上で互いから離隔して配置されている複数の発光ダイオード４２、４４、４６と、前記複数の発光ダイオード４２、４４、４６とそれぞれ結合されて前記発光ダイオード４２、４４、４６から放出される光を所定の方向に指向させる複数のレンズ５２、５４、５６とを含み、前記複数のレンズ５２、５４、５６のそれぞれは前記複数の発光ダイオード４２、４４、４６が放出した光を均一に混合して白色光を生じさせる非対称放射特性を有している。
【解決手段】本発明のバックライトユニット１００は、基板３０と、前記基板３０上で互いから離隔して配置されている複数の発光ダイオード４２、４４、４６と、前記複数の発光ダイオード４２、４４、４６とそれぞれ結合されて前記発光ダイオード４２、４４、４６から放出される光を所定の方向に指向させる複数のレンズ５２、５４、５６とを含み、前記複数のレンズ５２、５４、５６のそれぞれは前記複数の発光ダイオード４２、４４、４６が放出した光を均一に混合して白色光を生じさせる非対称放射特性を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックライトユニット及びそれに用いられる発光ダイオードレンズに関し、更に詳しくは、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードから放出される光を効率よく混合するためのバックライトユニット及びそれに用いられる発光ダイオードレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な表示装置の１つであるＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）は、テレビジョン受像機やコンピュータのモニタなどで広く使われているが、本質的に重く嵩張るため、最近の電子機器の小型化及び軽量化の潮流に追従できなくなった。
【０００３】
そのため、従来のＣＲＴを置換すべく、様々な技術が開発されており、電界光学的な効果を利用した液晶表示装置（ＬＣＤ、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｉｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ガス放電を利用したプラズマ表示装置（ＰＤＰ、ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、及び電界発光効果を利用したＥＬ表示素子（ＥＬＤ、Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）などがその例である。
【０００４】
それらのうち、ＬＣＤは、軽量、薄型、及び低消費電力駆動などの特徴を有しており、液晶材料の改良及び微細画素加工技術の開発により、その応用範囲が急速に拡大し、テレビジョン受像機、デスクトップコンピュータのモニタ、ノートブックコンピュータのモニタ、大型フラットパネルテレビジョン受像機などに広く用いられている。
【０００５】
しかしながら、液晶表示装置の大部分は、外部から入ってくる光源の量を調節して画像を表示する消光性素子であって、別途のバックライトユニットを必要とする。
【０００６】
図１に示すように、通常のＬＣＤに用いられるＬＣＤモジュール１は、液晶が注入された液晶表示パネル２と、液晶表示パネル２の上下面へと向けられた光を偏光させるための偏光板４ａ及び４ｂと、液晶表示パネル２に均一な光を供給するためのバックライトユニット６と、ＬＣＤモジュール１の外形を保持する主支持体８ａと、トップケース８ｂとから構成されている。
【０００７】
ＣＲＴやＰＤＰとは異なり、液晶表示パネル２は、電源の印加により液晶の配向または配列のみを変化させるだけであって、液晶表示パネル２が自ら発光することはないので、情報表示面に光を均一に面照射するバックライトユニット６が液晶表示パネル２の後方に設置される。
【０００８】
ここで、バックライトユニット６は、光源の位置によってエッジ型と直下型とに分けられる。
【０００９】
エッジ型では、図２Ａに示すように、光を面照射させるための導光板１４のエッジに光源１２が設置され、直下型には、図２Ｂに示すように複数の点光源１６ａが基板３０に搭載された形態と、図２Ｃに示すように複数の線光源１６ｂが基板３０に搭載された形態とがあって、複数の光源は基板の全面にほぼ均一に分布している。
【００１０】
光源としては、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ、冷陰極型蛍光ランプ）、またはＨＣＦＬ（Ｈｏｔ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ、熱陰極蛍光ランプ）などが用いられているが、最近は、色再現領域が広く、環境にやさしい発光ダイオード（ＬＥＤ、Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ）が広く用いられている。
【００１１】
バックライトユニットで発光ダイオードを光源として用いる方法としては、第一に、青色発光ダイオードとＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）蛍光体とを利用した方法と、第二に、紫外線を発光する発光ダイオードを赤色、緑色、及び青色の蛍光体を組み合わせて使用する方法と、第三に、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードを用いてそれらが放出する光を混合する方法が研究されている。
【００１２】
青色発光ダイオードとＹＡＧ蛍光体とを利用した方法は、赤色の表現能力が劣るほか、発光効率が低く、紫外線を放出する発光ダイオードを赤色、緑色、及び青色の蛍光体と組み合わせて用いる方法は、蛍光体の開発が難しいうえ、熱的特性が良くない。
【００１３】
また、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードを用いる方法は、各発光ダイオードから放出される赤色光、緑色光、及び青色光の強度が高いので、色再現の範囲を広く設計することができるが、白色の面光源を構成するための発光ダイオードの組合せを構成することが難しいという問題点がある。
【００１４】
ところで、最近の大型高画質表示装置を求める潮流に伴い、液晶表示装置には、画面の分割駆動（ｌｏｃａｌ ｄｉｍｍｉｎｇ）及びフィールドシーケンシャル（ＦＳ、Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ）駆動が要求され、また、色再現特性を改善するために、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードを個別に用い、それら発光ダイオードから放出される光の混合により白色光を得る方法が脚光を浴びている。
【００１５】
更に、高い輝度および色温度を満足させる観点で、それら発光ダイオードから放出された光を集めるためのレンズ、半導体チップ、及びダイオード材料が開発されている。
【００１６】
特に、複数の発光ダイオードを薄膜パターンが形成されている基板の上面に搭載した後、それらの上に、エポキシ、アクリル、またはシリコン樹脂を用いて成形部を形成し、輝度を高めるためにそのモールド成形部の表面上にレンズを置くことを含んだモールディング法が開発されている。近年、開発は、レンズが成形部と一体に形成されるハイフラックスレンズ（Ｈｉｇｈ Ｆｌｕｘ Ｌｅｎｓ）に絞られている。
【００１７】
特許文献１には、このような発光装置の一例が開示されており、この開示された発光装置は、開口を有する樹脂部と、開口の中に配置された第１半導体発光素子及び半導体装置と、第１半導体発光素子及び半導体装置を覆うように前記開口の中に設けられているシリコン樹脂とを含み、開口の形状は楕円形または円形に近い形状を有しており、これにより、レンズを形成している。
【００１８】
しかしながら、このようなレンズは、発光ダイオードをプリント回路基板に実装した際に、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードの位置に応じた光束の差を補償できないため、均一な白色光を得ることができない。また、液晶表示装置が大型化するほど発光ダイオードの使用個数は更に多くなるが、白色光への色混合はより一層難しくなる。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１９０２６２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
これを解決するために、従来はそれぞれの発光ダイオードから放出された光を集めるか、側面発光の形態で光を拡散させたが、それぞれの発光ダイオードの位置に応じた特性の差を考慮しておらず、均一な白色光を得ることはできなかった。
【００２０】
また、今後採用されるであろう、ＬＣＤ画面の選択した部分のみをユーザに見せる分割駆動技術をバックライトユニットに適用するためには、照射面積の全体のうち、必要な部分のみを選択的にオン／オフすることができなければならない。しかしながら、従来のレンズ方法および集光方法は、これを実行するうえで技術的限界を抱えていた。
【００２１】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の発光ダイオードが放出した光が所定の方向に指向するようにそれぞれの発光ダイオードの放射角度を調節することで、均一な白色光を生成できるバックライトユニット及びその光源を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、複数の発光ダイオードに矩形に近い楕円形領域上へと光を非対称に照射させることで分割駆動が可能なバックライトユニット及びその光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明の一様態によるバックライトユニットは、基板と、前記基板上に互いから離隔して配置されている複数の発光ダイオードと、前記複数の発光ダイオードとそれぞれ結合されて前記複数の発光ダイオードから放出される光を所定の領域へと指向させる複数のレンズとを含み、前記複数のレンズのそれぞれは、前記複数の発光ダイオードが放出される光を均一に混合して白色光を生じさせる非対称放射特性を有していことを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成するための本発明の他の様態によるバックライトユニットで使用する光源は、赤色、緑色及び青色光を放出する複数の発光ダイオードのセットと、前記複数の発光ダイオードから放出された光を所定の方向へと指向させるように前記複数の発光ダイオードと結合された複数のレンズのセットとを含み、前記複数のレンズのそれぞれは、前記複数の発光ダイオードが放出した光を均一に混合して白色光を生じさせる非対称放射特性を有し、前記複数のレンズを透過した光を、前記バックライトユニットの上部に、矩形に近い楕円形状で照射するように構成されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、バックライトユニットは、多角形の頂点にあるいは一列に配置された複数の発光ダイオードに結合されている複数のレンズがそれら発光ダイオードが放出する光の放射角度を調節して、光を非対称的に照射するようにすることで、均一な白色光が得られるとともに、矩形に近い楕円形状の放射特性を有することから、分割駆動及びカラーフィルタレスＬＣＤに適用されることができるという効果を有する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によるバックライトユニット及びバックライトユニットの光源によると、多角形の頂点にあるいは一列に配置された複数の発光ダイオードに結合され、それら発光ダイオードから放出される光の放射角度を調節することで、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードから放出される赤色光、緑色光、及び青色光が拡散板の同一な照射部に照射されて均一な白色光が得られるとともに、矩形に近い楕円形状の放射特性を有することから、分割駆動及びカラーフィルタレスＬＣＤに適用されることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付の図面に基づいて、本発明による好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２８】
図３は、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードが三角形の頂点にあるいは一列に配置されている発光ダイオードの組合せにおける各発光ダイオードの放射角度を示し、図４及び図５は、一列に配列している場合の各発光ダイオードの放射角度を示し、図６乃至図８は、本発明の実施形態によるレンズの正面図、図９及び図１０は、三角形の頂点に配置されている場合の各発光ダイオードの放射角度を示している。
【００２９】
図３に示すように、本発明によるバックライトユニット１００は、回路パターン（図示せず）が形成されている基板３０と、基板３０上で互いから離隔して配置されている複数の発光ダイオード（図３においては、３つ発光ダイオード４２、４４、４６の２つのグループのみを示す）と、発光ダイオード４２、４４、４６の上側に配置された拡散板６０と、複数の発光ダイオード４２、４４、４６にそれぞれ対応して結合されて発光ダイオード４２、４４、４６から放出された赤色光、緑色光及び青色光を拡散板６０に照射させる複数のレンズ５２、５４、５６とを含んでいる。
【００３０】
基板３０は、発光ダイオード４２、４４、４６を支持するとともに、発光ダイオード４２、４４、４６で発生する熱を外部に放出させる。
【００３１】
基板３０上では、各グループの赤色発光ダイオード４２、緑色発光ダイオード４４及び青色発光ダイオード４６が一定の間隔で配置されている。各グループの発光ダイオード４２、４４、４６のそれぞれには、個別にレンズ５２、５４、５６が結合している。レンズは、発光ダイオード４２、４４、４６から放出された光を集光するか拡散させ、その集光や拡散の機能によってその形状が異なっている。一般には、円形のレンズ５２、５４、５６であるが、板状のレンズも用いることができる。
【００３２】
また、レンズ５２、５４、５６は、球面または非球面に設計され、発光ダイオード４２、４４、４６がその垂直方向へ放出する光の量を調節して、それにより、ホット・スポットが生じないようにする。
【００３３】
ここで、発光ダイオード４２、４４、４６は、基板３０上に、等間隔で一列に配置されるか（図４）、多角形、例えば三角形（図９）あるいは四角形（図１２）の頂点の位置に配置されることが好ましい。
【００３４】
赤色発光ダイオード４２が放出する赤色光（ＬＲ）、緑色発光ダイオード４４が放出する緑色光（ＬＧ）、及び青色発光ダイオード４６が放出する青色光（ＬＢ）は、拡散板６０の同一な照射部Ａ１に照射され、この照射部Ａ１では、赤色光（ＬＲ）、緑色光（ＬＧ）、及び青色光（ＬＢ）を混合してなる白色光が生成される。
【００３５】
もちろん、図３に示すように、赤色光（ＬＲ）、緑色光（ＬＧ）、及び青色光（ＬＢ）が同一な照射部Ａ１に照射されることが好ましいが、赤色光（ＬＲ）、緑色光（ＬＧ）、及び青色光（ＬＢ）が照射される領域は僅かにずれていてもよい。そのため、白色光が生成される領域が、それぞれの発光ダイオード４２、４４、４６から光が放出される部分より狭くても、隣接する発光ダイオードから放出される光と重なって白色光を生成できることはもちろんである。
【００３６】
照射部Ａ１の一定区域に赤色、緑色及び青色の光が照射されるようにするために、図５Ａに示すように、赤色発光ダイオード用レンズ５２は拡散板６０の照射部Ａ１に赤色光（ＬＲ）が照射されるように照射角度を右側に傾け、図５Ｂに示すように、緑色発光ダイオード用レンズ５４は照射部Ａ１に緑色光（ＬＧ）が照射されるように照射角度を緑色発光ダイオード５２の垂直方向に維持し、図５Ｃに示すように、青色発光ダイオード用レンズ５６は照射部Ａ１に青色光（ＬＢ）が照射されるように照射角度を左側に傾けなければならない。それにより、照射部Ａ１で白色光が生成され、拡散板６０の上側に白色光が放出されるようになる。
【００３７】
言い換えれば、赤色発光ダイオード４２、緑色発光ダイオード４４、及び青色発光ダイオード４６の配列によって照射部Ａ１で白色光を生成するためには、赤色光（ＬＲ）、緑色光（ＬＧ）、及び青色光（ＬＢ）の照射角度が調節されなければならない。
【００３８】
本発明によれば、図６Ａ乃至図６Ｈに示すように、発光ダイオード４２、４４、４６が放出する光の照射角度を垂直または水平方向に非対称に偏向させるために、レンズ５２、５４、５６の発光ダイオード４２、４４、４６と接する面には非対称の凹部５８が形成され得る。それぞれのレンズはそれぞれの発光ダイオードから放出される光が均一に混合されて白色光を生じるようにする非対称放射特性を有するため、レンズを透過した光は、バックライトユニットの上部に矩形に近い楕円形状に照射される。
【００３９】
ここで、非対称の凹部５８はレンズ５２、５４、５６のそれぞれに１つずつ形成されているが、２つ以上の凹部が形成され得ることはもちろんである。
【００４０】
また、図７に示すように、レンズ５２、５４、５６は平面状に形成されてもよく、発光ダイオード４２、４４、４６と接する面に傾斜した複数の突出部５９を形成すると、発光ダイオード４２、４４、４６が放出する光の照射角度を水平または垂直方向に非対称偏向させることができる。このような非対称放射特性は、レンズを透過した光がバックライトユニットの上部に矩形に近い楕円形状に照射されるようにする。
【００４１】
同様に、図８に示すように、レンズ５２、５４、５６の屈曲面の勾配を調節して、発光ダイオード４２、４４、４６から放出される光の照射角度を垂直または水平方向に非対称偏向させることができる。このような非対称放射特性は、レンズを透過した光がバックライトユニットの上部に矩形に近い楕円形状に照射されるようにする。
【００４２】
これとは異なり、図示してはいないが、球面または非球面に形成されているレンズに突出部を形成することができ、平面状に形成されているレンズに凹部が形成され得ることはもちろんである。
【００４３】
レンズ５２、５４、５６は、ガラス、石英、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ＰＭＭＡなどの高分子物質からなることができ、更に、レンズ５２、５４、５６内に均一に蛍光物質が含まれて発光ダイオード４２、４４、４６から放出される光の色を変更させることもできる。
【００４４】
一方、図３、図９及び図１０に示すように各発光ダイオード４２、４４、４６が三角形の頂点に配置されている場合、図１０Ａに示すように、最も左側の三角形の頂点に位置したレンズ５２は、拡散板６０の所定の照射部Ａ１に赤色光（ＬＲ）が照射されるように照射角度を偏向させる。同様に、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、同じレンズを中央及び最も右側の三角形の頂点に位置した発光ダイオード４４、４６に適用すると、照射部Ａ１では白色光が生成され、拡散板６０の上側に白色光が放出されることになる。
【００４５】
図１１及び図１２は、４つの発光ダイオード、例えば、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオード及び緑色発光ダイオードが四角形の頂点に配置されている組合せにおける各発光ダイオードの放射角度を示し、図１３Ａ乃至図１３Ｄは、四角形の頂点に配置されている各発光ダイオードの放射角度を示している。
【００４６】
図１３Ａに示すように、四角形の最も左側の頂点に位置した発光ダイオード４２のレンズ５２は、拡散板６０の照射部Ａ１に赤色光（ＬＲ）が照射されるように、照射角度を偏向させる。同様に、図１３Ｂ、図１３Ｃ及び図１３Ｄに示すように、同じレンズを中央及び最も右側の四角形の頂点に位置する発光ダイオード４２、４６、４７に適用すると、照射部Ａ１では白色光が生成され、拡散板６０の上側に白色光が放出されるようになる。
【００４７】
図１４Ａ及び図１４Ｂには、従来の円形でなく、楕円形の放射特性を有するレンズを示している。このようなレンズ７０は、従来の板形状の構造を有するレンズに凹溝７２を一方向に形成することで、放射される光の経路を変えることができる。
【００４８】
図１５には、レンズ７０の有する放射特性を表している。これを利用すれば、板状の構造を有するレンズを用いて本発明が説明しようとする非対称放射特性を表すことができることはいうまでもない。これとは異なり、図示してはいないが、凸状の溝を有する板状の構造からなるレンズにおいても、従来の円形放射指向特性ではなく、楕円形の指向特性が得られることはもちろんである。
【００４９】
図１６、図１７及び図１８は、それぞれレンズを使用しない場合、一般のサイドエミッタ型レンズを用いた場合、及び本発明によるレンズを用いた場合において発光ダイオードの指向特性を表すグラフである。図１６乃至図１８において、実線は垂直方向への発光ダイオードの指向特性を表しており、点線は水平方向への発光ダイオードの指向特性を表している。
【００５０】
レンズを使用しない図１６においては、光がどちらか一方向に偏らず、全体的に均一に拡散するラムバーシアン（Ｌａｍｂｅｒｓｉａｎ）指向形態を有することを示しており、サイドエミッタ型レンズを用いる図１７においては、中央部分に出てくる光の量が減少し、光が全体的に横に広がっていることを示しており、本発明によるレンズを使用する図１８においては、図１６及び図１７と比較すると、非対称指向特性を表していることが分かる。また、本発明によって矩形に近い楕円形の照射形態を有するために、垂直方向と水平方向の指向特性がほぼ同一な図１６及び図１７のレンズとは異なり、垂直方向と水平方向の指向特性に差があることが確認できる。
【００５１】
図１９は、楕円形指向特性を有する照射形態から矩形に近い楕円形の照射形態に変更する方法を示すもので、図１９Ａに示すように、楕円形指向特性を有する照射形態で左右部分と上下部分の光を集めて矩形に近い楕円形、すなわち角及び光照射の境界領域の形態が円形に近い矩形状の照射特性を有するレンズを具現でき、また、図１９Ｂに示すように、楕円形指向特性を有する照射形態でエッジ部分を広げて矩形に近い楕円形状の照射特性を有するレンズを具現することもできる。
【００５２】
本発明によるバックライトユニット及びバックライトユニットの発光ダイオードレンズの具体的な実験例を説明すると、以下の通りである。
【００５３】
１Ｗ級の出力を有しており、駆動電流条件や熱特性による中心波長の変化が５％以内の、中心波長が６２７ｎｍの赤色発光ダイオードと、中心波長が５３０ｎｍの緑色発光ダイオードと、中心波長が４５５ｎｍの青色発光ダイオードとを用い、駆動電流を２００ｍＡにする。
【００５４】
これら発光ダイオードを、複数のダイオードセットへとグループ化し、各ダイオードセットの赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードを、基板上の三角形の頂点に搭載する。
【００５５】
レンズは、シリコン樹脂で製作し、それらの一部は非球面設計する。
【００５６】
各発光ダイオードの光が拡散板の所定の領域に照射されるようにした結果、拡散板に色偏差８５％以上（a color deviation of 85%）の白色光が形成された。
【００５７】
また、発光ダイオードセットを繰り返し配列して同じ実験を行った結果、拡散板の全面で均一な白色光が放出されることを確認した。
【００５８】
以上の内容は、本発明の好適な実施形態を例示したものに過ぎないもので、本発明は、請求範囲に開示された本発明の範囲内で多様に変更及び修正可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来技術によるＬＣＤモジュールの正面図である。
【図２Ａ】一般のバックライトユニットの形態を示す斜視図である。
【図２Ｂ】一般のバックライトユニットの形態を示す斜視図である。
【図２Ｃ】一般のバックライトユニットの形態を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態により、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードが三角形の頂点にあるいは一列に配置されている場合の各発光ダイオードの放射角度を示す正面図である。
【図４】発光ダイオードが一列に配置されている図３のバックライトユニットの斜視図である。
【図５Ａ】図４の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図４のバックライトユニットの斜視図である。
【図５Ｂ】図４の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図４のバックライトユニットの斜視図である。
【図５Ｃ】図４の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図４のバックライトユニットの斜視図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｄ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｅ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｆ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｇ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｈ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図７Ａ】本発明の他の実施形態によるレンズの正面図である。
【図７Ｂ】本発明の他の実施形態によるレンズの正面図である。
【図８Ａ】本発明のもう一つの実施形態によるレンズの正面図である。
【図８Ｂ】本発明のもう一つの実施形態によるレンズの正面図である。
【図９】発光ダイオードが三角形の頂点に配置されている図３のバックライトユニットの斜視図である。
【図１０Ａ】図９の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１０Ｂ】図９の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１０Ｃ】図９の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態により、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｇの各発光ダイオードが四角形の頂点に配置されている場合の各発光ダイオードの放射角度を示す正面図である。
【図１２】図１１の斜視図である。
【図１３Ａ】図１２の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１３Ｂ】図１２の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１３Ｃ】図１２の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１３Ｄ】図１２の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１４Ａ】本発明によって楕円形の放射特性を有するレンズの一例を示す平面図及び一側面図である。
【図１４Ｂ】本発明によって楕円形の放射特性を有するレンズの一例を示す平面図及び一側面図である。
【図１５】図１４のレンズが有する放射特性を表すグラフである。
【図１６】レンズを使用しない発光ダイオードの指向特性を表すグラフである。
【図１７】一般のサイドエミッタ型レンズを用いた場合の発光ダイオードの指向特性を表すグラフである。
【図１８】本発明によるレンズを用いた場合の発光ダイオードの指向特性を表すグラフである。
【図１９Ａ】楕円形指向特性を有する照射形態から矩形に近い照射形態に変更する方法について示す概略図である。
【図１９Ｂ】楕円形指向特性を有する照射形態から矩形に近い照射形態に変更する方法について示す概略図である。
【符号の説明】
【００６０】
３０…基板、４２…発光ダイオード、４４…発光ダイオード、４６…発光ダイオード、５２…レンズ、５４…レンズ、５６…レンズ、６０…拡散板、１００…バックライトユニット、ＬＲ…光、ＬＧ…光、ＬＢ…光、Ａ１…照射部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バックライトユニット及びそれに用いられる発光ダイオードレンズに関し、更に詳しくは、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードから放出される光を効率よく混合するためのバックライトユニット及びそれに用いられる発光ダイオードレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な表示装置の１つであるＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）は、テレビジョン受像機やコンピュータのモニタなどで広く使われているが、本質的に重く嵩張るため、最近の電子機器の小型化及び軽量化の潮流に追従できなくなった。
【０００３】
そのため、従来のＣＲＴを置換すべく、様々な技術が開発されており、電界光学的な効果を利用した液晶表示装置（ＬＣＤ、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｉｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ガス放電を利用したプラズマ表示装置（ＰＤＰ、ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、及び電界発光効果を利用したＥＬ表示素子（ＥＬＤ、Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）などがその例である。
【０００４】
それらのうち、ＬＣＤは、軽量、薄型、及び低消費電力駆動などの特徴を有しており、液晶材料の改良及び微細画素加工技術の開発により、その応用範囲が急速に拡大し、テレビジョン受像機、デスクトップコンピュータのモニタ、ノートブックコンピュータのモニタ、大型フラットパネルテレビジョン受像機などに広く用いられている。
【０００５】
しかしながら、液晶表示装置の大部分は、外部から入ってくる光源の量を調節して画像を表示する消光性素子であって、別途のバックライトユニットを必要とする。
【０００６】
図１に示すように、通常のＬＣＤに用いられるＬＣＤモジュール１は、液晶が注入された液晶表示パネル２と、液晶表示パネル２の上下面へと向けられた光を偏光させるための偏光板４ａ及び４ｂと、液晶表示パネル２に均一な光を供給するためのバックライトユニット６と、ＬＣＤモジュール１の外形を保持する主支持体８ａと、トップケース８ｂとから構成されている。
【０００７】
ＣＲＴやＰＤＰとは異なり、液晶表示パネル２は、電源の印加により液晶の配向または配列のみを変化させるだけであって、液晶表示パネル２が自ら発光することはないので、情報表示面に光を均一に面照射するバックライトユニット６が液晶表示パネル２の後方に設置される。
【０００８】
ここで、バックライトユニット６は、光源の位置によってエッジ型と直下型とに分けられる。
【０００９】
エッジ型では、図２Ａに示すように、光を面照射させるための導光板１４のエッジに光源１２が設置され、直下型には、図２Ｂに示すように複数の点光源１６ａが基板３０に搭載された形態と、図２Ｃに示すように複数の線光源１６ｂが基板３０に搭載された形態とがあって、複数の光源は基板の全面にほぼ均一に分布している。
【００１０】
光源としては、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ、冷陰極型蛍光ランプ）、またはＨＣＦＬ（Ｈｏｔ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ、熱陰極蛍光ランプ）などが用いられているが、最近は、色再現領域が広く、環境にやさしい発光ダイオード（ＬＥＤ、Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ）が広く用いられている。
【００１１】
バックライトユニットで発光ダイオードを光源として用いる方法としては、第一に、青色発光ダイオードとＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）蛍光体とを利用した方法と、第二に、紫外線を発光する発光ダイオードを赤色、緑色、及び青色の蛍光体を組み合わせて使用する方法と、第三に、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードを用いてそれらが放出する光を混合する方法が研究されている。
【００１２】
青色発光ダイオードとＹＡＧ蛍光体とを利用した方法は、赤色の表現能力が劣るほか、発光効率が低く、紫外線を放出する発光ダイオードを赤色、緑色、及び青色の蛍光体と組み合わせて用いる方法は、蛍光体の開発が難しいうえ、熱的特性が良くない。
【００１３】
また、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードを用いる方法は、各発光ダイオードから放出される赤色光、緑色光、及び青色光の強度が高いので、色再現の範囲を広く設計することができるが、白色の面光源を構成するための発光ダイオードの組合せを構成することが難しいという問題点がある。
【００１４】
ところで、最近の大型高画質表示装置を求める潮流に伴い、液晶表示装置には、画面の分割駆動（ｌｏｃａｌ ｄｉｍｍｉｎｇ）及びフィールドシーケンシャル（ＦＳ、Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ）駆動が要求され、また、色再現特性を改善するために、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードを個別に用い、それら発光ダイオードから放出される光の混合により白色光を得る方法が脚光を浴びている。
【００１５】
更に、高い輝度および色温度を満足させる観点で、それら発光ダイオードから放出された光を集めるためのレンズ、半導体チップ、及びダイオード材料が開発されている。
【００１６】
特に、複数の発光ダイオードを薄膜パターンが形成されている基板の上面に搭載した後、それらの上に、エポキシ、アクリル、またはシリコン樹脂を用いて成形部を形成し、輝度を高めるためにそのモールド成形部の表面上にレンズを置くことを含んだモールディング法が開発されている。近年、開発は、レンズが成形部と一体に形成されるハイフラックスレンズ（Ｈｉｇｈ Ｆｌｕｘ Ｌｅｎｓ）に絞られている。
【００１７】
特許文献１には、このような発光装置の一例が開示されており、この開示された発光装置は、開口を有する樹脂部と、開口の中に配置された第１半導体発光素子及び半導体装置と、第１半導体発光素子及び半導体装置を覆うように前記開口の中に設けられているシリコン樹脂とを含み、開口の形状は楕円形または円形に近い形状を有しており、これにより、レンズを形成している。
【００１８】
しかしながら、このようなレンズは、発光ダイオードをプリント回路基板に実装した際に、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードの位置に応じた光束の差を補償できないため、均一な白色光を得ることができない。また、液晶表示装置が大型化するほど発光ダイオードの使用個数は更に多くなるが、白色光への色混合はより一層難しくなる。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１９０２６２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
これを解決するために、従来はそれぞれの発光ダイオードから放出された光を集めるか、側面発光の形態で光を拡散させたが、それぞれの発光ダイオードの位置に応じた特性の差を考慮しておらず、均一な白色光を得ることはできなかった。
【００２０】
また、今後採用されるであろう、ＬＣＤ画面の選択した部分のみをユーザに見せる分割駆動技術をバックライトユニットに適用するためには、照射面積の全体のうち、必要な部分のみを選択的にオン／オフすることができなければならない。しかしながら、従来のレンズ方法および集光方法は、これを実行するうえで技術的限界を抱えていた。
【００２１】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の発光ダイオードが放出した光が所定の方向に指向するようにそれぞれの発光ダイオードの放射角度を調節することで、均一な白色光を生成できるバックライトユニット及びその光源を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、複数の発光ダイオードに矩形に近い楕円形領域上へと光を非対称に照射させることで分割駆動が可能なバックライトユニット及びその光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明の一様態によるバックライトユニットは、基板と、前記基板上に互いから離隔して配置されている複数の発光ダイオードと、前記複数の発光ダイオードとそれぞれ結合されて前記複数の発光ダイオードから放出される光を所定の領域へと指向させる複数のレンズとを含み、前記複数のレンズのそれぞれは、前記複数の発光ダイオードが放出される光を均一に混合して白色光を生じさせる非対称放射特性を有していことを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成するための本発明の他の様態によるバックライトユニットで使用する光源は、赤色、緑色及び青色光を放出する複数の発光ダイオードのセットと、前記複数の発光ダイオードから放出された光を所定の方向へと指向させるように前記複数の発光ダイオードと結合された複数のレンズのセットとを含み、前記複数のレンズのそれぞれは、前記複数の発光ダイオードが放出した光を均一に混合して白色光を生じさせる非対称放射特性を有し、前記複数のレンズを透過した光を、前記バックライトユニットの上部に、矩形に近い楕円形状で照射するように構成されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、バックライトユニットは、多角形の頂点にあるいは一列に配置された複数の発光ダイオードに結合されている複数のレンズがそれら発光ダイオードが放出する光の放射角度を調節して、光を非対称的に照射するようにすることで、均一な白色光が得られるとともに、矩形に近い楕円形状の放射特性を有することから、分割駆動及びカラーフィルタレスＬＣＤに適用されることができるという効果を有する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によるバックライトユニット及びバックライトユニットの光源によると、多角形の頂点にあるいは一列に配置された複数の発光ダイオードに結合され、それら発光ダイオードから放出される光の放射角度を調節することで、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードから放出される赤色光、緑色光、及び青色光が拡散板の同一な照射部に照射されて均一な白色光が得られるとともに、矩形に近い楕円形状の放射特性を有することから、分割駆動及びカラーフィルタレスＬＣＤに適用されることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付の図面に基づいて、本発明による好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２８】
図３は、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードが三角形の頂点にあるいは一列に配置されている発光ダイオードの組合せにおける各発光ダイオードの放射角度を示し、図４及び図５は、一列に配列している場合の各発光ダイオードの放射角度を示し、図６乃至図８は、本発明の実施形態によるレンズの正面図、図９及び図１０は、三角形の頂点に配置されている場合の各発光ダイオードの放射角度を示している。
【００２９】
図３に示すように、本発明によるバックライトユニット１００は、回路パターン（図示せず）が形成されている基板３０と、基板３０上で互いから離隔して配置されている複数の発光ダイオード（図３においては、３つ発光ダイオード４２、４４、４６の２つのグループのみを示す）と、発光ダイオード４２、４４、４６の上側に配置された拡散板６０と、複数の発光ダイオード４２、４４、４６にそれぞれ対応して結合されて発光ダイオード４２、４４、４６から放出された赤色光、緑色光及び青色光を拡散板６０に照射させる複数のレンズ５２、５４、５６とを含んでいる。
【００３０】
基板３０は、発光ダイオード４２、４４、４６を支持するとともに、発光ダイオード４２、４４、４６で発生する熱を外部に放出させる。
【００３１】
基板３０上では、各グループの赤色発光ダイオード４２、緑色発光ダイオード４４及び青色発光ダイオード４６が一定の間隔で配置されている。各グループの発光ダイオード４２、４４、４６のそれぞれには、個別にレンズ５２、５４、５６が結合している。レンズは、発光ダイオード４２、４４、４６から放出された光を集光するか拡散させ、その集光や拡散の機能によってその形状が異なっている。一般には、円形のレンズ５２、５４、５６であるが、板状のレンズも用いることができる。
【００３２】
また、レンズ５２、５４、５６は、球面または非球面に設計され、発光ダイオード４２、４４、４６がその垂直方向へ放出する光の量を調節して、それにより、ホット・スポットが生じないようにする。
【００３３】
ここで、発光ダイオード４２、４４、４６は、基板３０上に、等間隔で一列に配置されるか（図４）、多角形、例えば三角形（図９）あるいは四角形（図１２）の頂点の位置に配置されることが好ましい。
【００３４】
赤色発光ダイオード４２が放出する赤色光（ＬＲ）、緑色発光ダイオード４４が放出する緑色光（ＬＧ）、及び青色発光ダイオード４６が放出する青色光（ＬＢ）は、拡散板６０の同一な照射部Ａ１に照射され、この照射部Ａ１では、赤色光（ＬＲ）、緑色光（ＬＧ）、及び青色光（ＬＢ）を混合してなる白色光が生成される。
【００３５】
もちろん、図３に示すように、赤色光（ＬＲ）、緑色光（ＬＧ）、及び青色光（ＬＢ）が同一な照射部Ａ１に照射されることが好ましいが、赤色光（ＬＲ）、緑色光（ＬＧ）、及び青色光（ＬＢ）が照射される領域は僅かにずれていてもよい。そのため、白色光が生成される領域が、それぞれの発光ダイオード４２、４４、４６から光が放出される部分より狭くても、隣接する発光ダイオードから放出される光と重なって白色光を生成できることはもちろんである。
【００３６】
照射部Ａ１の一定区域に赤色、緑色及び青色の光が照射されるようにするために、図５Ａに示すように、赤色発光ダイオード用レンズ５２は拡散板６０の照射部Ａ１に赤色光（ＬＲ）が照射されるように照射角度を右側に傾け、図５Ｂに示すように、緑色発光ダイオード用レンズ５４は照射部Ａ１に緑色光（ＬＧ）が照射されるように照射角度を緑色発光ダイオード５２の垂直方向に維持し、図５Ｃに示すように、青色発光ダイオード用レンズ５６は照射部Ａ１に青色光（ＬＢ）が照射されるように照射角度を左側に傾けなければならない。それにより、照射部Ａ１で白色光が生成され、拡散板６０の上側に白色光が放出されるようになる。
【００３７】
言い換えれば、赤色発光ダイオード４２、緑色発光ダイオード４４、及び青色発光ダイオード４６の配列によって照射部Ａ１で白色光を生成するためには、赤色光（ＬＲ）、緑色光（ＬＧ）、及び青色光（ＬＢ）の照射角度が調節されなければならない。
【００３８】
本発明によれば、図６Ａ乃至図６Ｈに示すように、発光ダイオード４２、４４、４６が放出する光の照射角度を垂直または水平方向に非対称に偏向させるために、レンズ５２、５４、５６の発光ダイオード４２、４４、４６と接する面には非対称の凹部５８が形成され得る。それぞれのレンズはそれぞれの発光ダイオードから放出される光が均一に混合されて白色光を生じるようにする非対称放射特性を有するため、レンズを透過した光は、バックライトユニットの上部に矩形に近い楕円形状に照射される。
【００３９】
ここで、非対称の凹部５８はレンズ５２、５４、５６のそれぞれに１つずつ形成されているが、２つ以上の凹部が形成され得ることはもちろんである。
【００４０】
また、図７に示すように、レンズ５２、５４、５６は平面状に形成されてもよく、発光ダイオード４２、４４、４６と接する面に傾斜した複数の突出部５９を形成すると、発光ダイオード４２、４４、４６が放出する光の照射角度を水平または垂直方向に非対称偏向させることができる。このような非対称放射特性は、レンズを透過した光がバックライトユニットの上部に矩形に近い楕円形状に照射されるようにする。
【００４１】
同様に、図８に示すように、レンズ５２、５４、５６の屈曲面の勾配を調節して、発光ダイオード４２、４４、４６から放出される光の照射角度を垂直または水平方向に非対称偏向させることができる。このような非対称放射特性は、レンズを透過した光がバックライトユニットの上部に矩形に近い楕円形状に照射されるようにする。
【００４２】
これとは異なり、図示してはいないが、球面または非球面に形成されているレンズに突出部を形成することができ、平面状に形成されているレンズに凹部が形成され得ることはもちろんである。
【００４３】
レンズ５２、５４、５６は、ガラス、石英、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ＰＭＭＡなどの高分子物質からなることができ、更に、レンズ５２、５４、５６内に均一に蛍光物質が含まれて発光ダイオード４２、４４、４６から放出される光の色を変更させることもできる。
【００４４】
一方、図３、図９及び図１０に示すように各発光ダイオード４２、４４、４６が三角形の頂点に配置されている場合、図１０Ａに示すように、最も左側の三角形の頂点に位置したレンズ５２は、拡散板６０の所定の照射部Ａ１に赤色光（ＬＲ）が照射されるように照射角度を偏向させる。同様に、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、同じレンズを中央及び最も右側の三角形の頂点に位置した発光ダイオード４４、４６に適用すると、照射部Ａ１では白色光が生成され、拡散板６０の上側に白色光が放出されることになる。
【００４５】
図１１及び図１２は、４つの発光ダイオード、例えば、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオード及び緑色発光ダイオードが四角形の頂点に配置されている組合せにおける各発光ダイオードの放射角度を示し、図１３Ａ乃至図１３Ｄは、四角形の頂点に配置されている各発光ダイオードの放射角度を示している。
【００４６】
図１３Ａに示すように、四角形の最も左側の頂点に位置した発光ダイオード４２のレンズ５２は、拡散板６０の照射部Ａ１に赤色光（ＬＲ）が照射されるように、照射角度を偏向させる。同様に、図１３Ｂ、図１３Ｃ及び図１３Ｄに示すように、同じレンズを中央及び最も右側の四角形の頂点に位置する発光ダイオード４２、４６、４７に適用すると、照射部Ａ１では白色光が生成され、拡散板６０の上側に白色光が放出されるようになる。
【００４７】
図１４Ａ及び図１４Ｂには、従来の円形でなく、楕円形の放射特性を有するレンズを示している。このようなレンズ７０は、従来の板形状の構造を有するレンズに凹溝７２を一方向に形成することで、放射される光の経路を変えることができる。
【００４８】
図１５には、レンズ７０の有する放射特性を表している。これを利用すれば、板状の構造を有するレンズを用いて本発明が説明しようとする非対称放射特性を表すことができることはいうまでもない。これとは異なり、図示してはいないが、凸状の溝を有する板状の構造からなるレンズにおいても、従来の円形放射指向特性ではなく、楕円形の指向特性が得られることはもちろんである。
【００４９】
図１６、図１７及び図１８は、それぞれレンズを使用しない場合、一般のサイドエミッタ型レンズを用いた場合、及び本発明によるレンズを用いた場合において発光ダイオードの指向特性を表すグラフである。図１６乃至図１８において、実線は垂直方向への発光ダイオードの指向特性を表しており、点線は水平方向への発光ダイオードの指向特性を表している。
【００５０】
レンズを使用しない図１６においては、光がどちらか一方向に偏らず、全体的に均一に拡散するラムバーシアン（Ｌａｍｂｅｒｓｉａｎ）指向形態を有することを示しており、サイドエミッタ型レンズを用いる図１７においては、中央部分に出てくる光の量が減少し、光が全体的に横に広がっていることを示しており、本発明によるレンズを使用する図１８においては、図１６及び図１７と比較すると、非対称指向特性を表していることが分かる。また、本発明によって矩形に近い楕円形の照射形態を有するために、垂直方向と水平方向の指向特性がほぼ同一な図１６及び図１７のレンズとは異なり、垂直方向と水平方向の指向特性に差があることが確認できる。
【００５１】
図１９は、楕円形指向特性を有する照射形態から矩形に近い楕円形の照射形態に変更する方法を示すもので、図１９Ａに示すように、楕円形指向特性を有する照射形態で左右部分と上下部分の光を集めて矩形に近い楕円形、すなわち角及び光照射の境界領域の形態が円形に近い矩形状の照射特性を有するレンズを具現でき、また、図１９Ｂに示すように、楕円形指向特性を有する照射形態でエッジ部分を広げて矩形に近い楕円形状の照射特性を有するレンズを具現することもできる。
【００５２】
本発明によるバックライトユニット及びバックライトユニットの発光ダイオードレンズの具体的な実験例を説明すると、以下の通りである。
【００５３】
１Ｗ級の出力を有しており、駆動電流条件や熱特性による中心波長の変化が５％以内の、中心波長が６２７ｎｍの赤色発光ダイオードと、中心波長が５３０ｎｍの緑色発光ダイオードと、中心波長が４５５ｎｍの青色発光ダイオードとを用い、駆動電流を２００ｍＡにする。
【００５４】
これら発光ダイオードを、複数のダイオードセットへとグループ化し、各ダイオードセットの赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び青色発光ダイオードを、基板上の三角形の頂点に搭載する。
【００５５】
レンズは、シリコン樹脂で製作し、それらの一部は非球面設計する。
【００５６】
各発光ダイオードの光が拡散板の所定の領域に照射されるようにした結果、拡散板に色偏差８５％以上（a color deviation of 85%）の白色光が形成された。
【００５７】
また、発光ダイオードセットを繰り返し配列して同じ実験を行った結果、拡散板の全面で均一な白色光が放出されることを確認した。
【００５８】
以上の内容は、本発明の好適な実施形態を例示したものに過ぎないもので、本発明は、請求範囲に開示された本発明の範囲内で多様に変更及び修正可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来技術によるＬＣＤモジュールの正面図である。
【図２Ａ】一般のバックライトユニットの形態を示す斜視図である。
【図２Ｂ】一般のバックライトユニットの形態を示す斜視図である。
【図２Ｃ】一般のバックライトユニットの形態を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態により、Ｒ、Ｇ、Ｂの各発光ダイオードが三角形の頂点にあるいは一列に配置されている場合の各発光ダイオードの放射角度を示す正面図である。
【図４】発光ダイオードが一列に配置されている図３のバックライトユニットの斜視図である。
【図５Ａ】図４の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図４のバックライトユニットの斜視図である。
【図５Ｂ】図４の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図４のバックライトユニットの斜視図である。
【図５Ｃ】図４の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図４のバックライトユニットの斜視図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｄ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｅ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｆ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｇ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図６Ｈ】本発明の一実施形態によるレンズの正面図である。
【図７Ａ】本発明の他の実施形態によるレンズの正面図である。
【図７Ｂ】本発明の他の実施形態によるレンズの正面図である。
【図８Ａ】本発明のもう一つの実施形態によるレンズの正面図である。
【図８Ｂ】本発明のもう一つの実施形態によるレンズの正面図である。
【図９】発光ダイオードが三角形の頂点に配置されている図３のバックライトユニットの斜視図である。
【図１０Ａ】図９の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１０Ｂ】図９の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１０Ｃ】図９の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態により、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｇの各発光ダイオードが四角形の頂点に配置されている場合の各発光ダイオードの放射角度を示す正面図である。
【図１２】図１１の斜視図である。
【図１３Ａ】図１２の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１３Ｂ】図１２の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１３Ｃ】図１２の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１３Ｄ】図１２の各発光ダイオード用レンズの放射角度を示す図である。
【図１４Ａ】本発明によって楕円形の放射特性を有するレンズの一例を示す平面図及び一側面図である。
【図１４Ｂ】本発明によって楕円形の放射特性を有するレンズの一例を示す平面図及び一側面図である。
【図１５】図１４のレンズが有する放射特性を表すグラフである。
【図１６】レンズを使用しない発光ダイオードの指向特性を表すグラフである。
【図１７】一般のサイドエミッタ型レンズを用いた場合の発光ダイオードの指向特性を表すグラフである。
【図１８】本発明によるレンズを用いた場合の発光ダイオードの指向特性を表すグラフである。
【図１９Ａ】楕円形指向特性を有する照射形態から矩形に近い照射形態に変更する方法について示す概略図である。
【図１９Ｂ】楕円形指向特性を有する照射形態から矩形に近い照射形態に変更する方法について示す概略図である。
【符号の説明】
【００６０】
３０…基板、４２…発光ダイオード、４４…発光ダイオード、４６…発光ダイオード、５２…レンズ、５４…レンズ、５６…レンズ、６０…拡散板、１００…バックライトユニット、ＬＲ…光、ＬＧ…光、ＬＢ…光、Ａ１…照射部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックライトユニットであって、
基板と、
前記基板上で互いから離隔して配列している複数の発光ダイオードと、
前記複数の発光ダイオードとそれぞれ結合されて前記発光ダイオードが放出した光を所定の領域へと指向させる複数のレンズとを含み、
前記複数のレンズのそれぞれは、前記複数の発光ダイオードが放出した光を均一に混合して白色光を生じさせる非対称放射特性を有していることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項２】
前記複数のレンズは、前記バックライトユニットの上部に、矩形に近い楕円形状で前記光を照射するように構成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。
【請求項３】
前記複数のレンズは、前記複数の発光ダイオードの位置に応じて異なる形状を有し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。
【請求項４】
前記複数の発光ダイオードは、多角形の頂点に配置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。
【請求項５】
前記複数の発光ダイオードは、一列に配置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。
【請求項６】
前記複数のレンズは、球面レンズを含んだ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。
【請求項７】
前記複数のレンズは、非球面レンズを含んだ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。
【請求項８】
前記複数のレンズのそれぞれは、前記発光ダイオードと接する面に、少なくとも１個の非対称の凹部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載のバックライトユニット。
【請求項９】
前記複数のレンズのそれぞれは、前記発光ダイオードと接する面に、傾斜した複数の突出部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のバックライトユニット。
【請求項１０】
前記複数のレンズのそれぞれは、非対称な形状の屈曲面を有し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。
【請求項１１】
前記複数のレンズは蛍光物質を含んでいることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載のバックライトユニット。
【請求項１２】
バックライトユニットで使用する光源であって、
赤色、緑色及び青色光を放出する複数の発光ダイオードのセットと、
前記複数の発光ダイオードから放出された光を所定の方向へと指向させるように前記複数の発光ダイオードと結合された複数のレンズのセットとを含み、
前記複数のレンズのそれぞれは、前記複数の発光ダイオードが放出した光を均一に混合して白色光を生じさせる非対称放射特性を有し、
前記複数のレンズを透過した光を、前記バックライトユニットの上部に、矩形に近い楕円形状で照射するように構成されていることを特徴とする光源。
【請求項１３】
前記複数のレンズのそれぞれは、前記発光ダイオードと接する面に、少なくとも１個の非対称の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の光源。
【請求項１４】
前記複数のレンズのそれぞれは、前記発光ダイオードと接する面に、傾斜された複数の突出部が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の光源。
【請求項１５】
前記複数のレンズそれぞれは、非対称な形状の屈曲面を有していることを特徴とする請求項１２に記載の光源。
【請求項１６】
前記複数のレンズは蛍光物質が含んでいることを特徴とする請求項１２乃至請求項１５の何れか１項に記載の光源。
【請求項１】
バックライトユニットであって、
基板と、
前記基板上で互いから離隔して配列している複数の発光ダイオードと、
前記複数の発光ダイオードとそれぞれ結合されて前記発光ダイオードが放出した光を所定の領域へと指向させる複数のレンズとを含み、
前記複数のレンズのそれぞれは、前記複数の発光ダイオードが放出した光を均一に混合して白色光を生じさせる非対称放射特性を有していることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項２】
前記複数のレンズは、前記バックライトユニットの上部に、矩形に近い楕円形状で前記光を照射するように構成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。
【請求項３】
前記複数のレンズは、前記複数の発光ダイオードの位置に応じて異なる形状を有し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。
【請求項４】
前記複数の発光ダイオードは、多角形の頂点に配置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。
【請求項５】
前記複数の発光ダイオードは、一列に配置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。
【請求項６】
前記複数のレンズは、球面レンズを含んだ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。
【請求項７】
前記複数のレンズは、非球面レンズを含んだ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。
【請求項８】
前記複数のレンズのそれぞれは、前記発光ダイオードと接する面に、少なくとも１個の非対称の凹部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載のバックライトユニット。
【請求項９】
前記複数のレンズのそれぞれは、前記発光ダイオードと接する面に、傾斜した複数の突出部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のバックライトユニット。
【請求項１０】
前記複数のレンズのそれぞれは、非対称な形状の屈曲面を有し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。
【請求項１１】
前記複数のレンズは蛍光物質を含んでいることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載のバックライトユニット。
【請求項１２】
バックライトユニットで使用する光源であって、
赤色、緑色及び青色光を放出する複数の発光ダイオードのセットと、
前記複数の発光ダイオードから放出された光を所定の方向へと指向させるように前記複数の発光ダイオードと結合された複数のレンズのセットとを含み、
前記複数のレンズのそれぞれは、前記複数の発光ダイオードが放出した光を均一に混合して白色光を生じさせる非対称放射特性を有し、
前記複数のレンズを透過した光を、前記バックライトユニットの上部に、矩形に近い楕円形状で照射するように構成されていることを特徴とする光源。
【請求項１３】
前記複数のレンズのそれぞれは、前記発光ダイオードと接する面に、少なくとも１個の非対称の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の光源。
【請求項１４】
前記複数のレンズのそれぞれは、前記発光ダイオードと接する面に、傾斜された複数の突出部が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の光源。
【請求項１５】
前記複数のレンズそれぞれは、非対称な形状の屈曲面を有していることを特徴とする請求項１２に記載の光源。
【請求項１６】
前記複数のレンズは蛍光物質が含んでいることを特徴とする請求項１２乃至請求項１５の何れか１項に記載の光源。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図６Ｅ】
【図６Ｆ】
【図６Ｇ】
【図６Ｈ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【公開番号】特開２００７−１８８８５８（Ｐ２００７−１８８８５８Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４２９２９（Ｐ２００６−１４２９２９）
【出願日】平成１８年５月２３日（２００６．５．２３）
【出願人】（５０１３７９２８１）三星コーニング株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２３日（２００６．５．２３）
【出願人】（５０１３７９２８１）三星コーニング株式会社 (16)
【Ｆターム（参考）】
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