説明

色むら特性が改善されたLED面光源およびこれを備えるLCDバックライトユニット

【課題】色むら特性が向上された面光源およびこれを備えたLCDバックライトユニット(backlight unit)が提供される。
【解決手段】本発明は、複数個のR、G、B LED素子が行と列に配列された面光源において、隣接している2つの緑色LEDと、これに隣接して一つの赤色LEDと青色LEDを順番に配置した第1LED配列、および隣接している2つの緑色LEDと、これに隣接して一つの青色LEDと赤色LEDを順番に配置した第2LED配列と、を含み、上記第1および第2LED配列は任意の行または列に配置され、上記第1および第2LED配列は2つの緑色LEDを取り囲むLEDが赤色または青色LEDからなる面光源とこれを備えたLCDバックライトユニットを提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は発光ダイオード(以下、LEDとする)を用いて、色むら特性が向上された面光源およびこれを備えた液晶表示装置(以下、LCDとする)バックライトユニット(backlight unit)に関するものとして、より詳細には赤色、緑色および青色の光を発光するLEDを適切に配置しながら、隣接している2つの緑色LEDを赤色または青色のLEDが取り囲むよう配置することで色むら現象が除去され均一な白色光を得ることが出来る色むら特性が改善されたLED面光源およびこれを具備したLCDバックライトユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
従来のLCDバックライトの光源として使用された冷陰極蛍光ランプ(Cold Cathode Fluorescent Lamp:CCFL、以下、「CCFL」と称する)は水銀ガスを使用するため環境汚染を及ぼす恐れがあり、応答速度が遅く、色再現性が低いと共にLCDパネルの軽薄短小化に適切でない短所を有している。
【0003】
これに対してLEDは新環境で、応答速度が数ナノ秒と高速応答が可能でビデオ信号ストリームに効果的で、インパルシブ(Impulsive)駆動が可能で、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、色温度などを任意で変更できると共に、LCDパネルの軽薄短小化に適合な長所を有し、最近ではLCDパネル等のバックライト用光源として積極的に採用されている。
【0004】
このようにLEDを採用したLCDバックライトは、光源の位置によってエッジ型バックライトと直下型バックライトとに分けることが出来る。エッジ型バックライトは、横の長さが長いバー形態の光源が側面に位置して導光板を用いてLCDパネルの全面に光を照射する方式を採択したバックライトで、直下型バックライトは、LCD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LCDパネルの全面に光を照射する方式を採択したバックライトである。
【0005】
従来の直下型LCDパネルに使用される面光源は赤色、緑色、青色の光を混合して白色光を生成するため、図1の(a)に図示した通り、四辺形の一方の対角線方向に赤色および青色LEDが配置され、他方の対角線方向に2つの緑色LEDが配置された2×2のLEDマトリックス305を縦横に複数個配列した面光源300が採用される。
【0006】
以下の説明において参照する図面において、「R」は赤色光を放出する赤色LEDを示し、「G」は緑色光を放出する緑色LEDを示し、「B」は青色光を放出する青色LEDを示す。一般的に白色光を生成するために2つの緑色LEDと一つの赤色LED及び青色LEDが採用される。
【0007】
図1の(b)は、上記のLEDマトリックス305を縦横に複数個配列した面光源300のLED配置を示す。図1の(b)に示すLED配置において、面光源300の中心部で比較的赤色、緑色、青色光の混合が円滑に行われ均一な白色光を生成することが出来るが、面光源300の四方のエッジ部311、312において青色または赤色LEDが適切に配置されていないので、赤色または青色がかった光が放出される。
【0008】
即ち、図1の(b)において、エッジ部311では赤色LED(R)と緑色LED(G)だけが繰り返して配置され、青色LED(B)が配置され得ないため赤色がかった(reddish)光を放出することとなり、エッジ部312では、青色LED(B)と緑色LED(G)だけが繰り返して配置され、赤色LED(R)が配置され得ないため青色がかった(bluish)光を放出する。したがって、従来のLED配置を採用した面光源300はそのエッジ部311、312から均一な白色光が放出できないという課題がある。
【0009】
図2はこのような課題を解決するための従来の他の実施形態による面光源400のLED配置を図示した概略図である。図2に図示された実施形態による面光源400が有するマトリックス構造は、第1列410に上記複数個のLEDが青色、緑色、緑色、赤色の順に一列で繰り返して配置され、上記第1列410に隣している第2列420に上記複数個のLEDが緑色、赤色、青色、緑色の順に一列で配置され、その次に第3列430に緑色、青色、赤色、緑色の列が配置され、その次に第4列440に赤色、緑色、緑色、青色が配置されたマトリックス構造を有し、このようなマトリックス構造が繰り返される。
【0010】
このような、マトリックス構造の従来の面光源400では、エッジ部411、412で緑色、赤色、青色、緑色のLEDがある程度配置されるので均一な白色光を得ることはできるが、面光源400の中央で4つの緑色LEDが重なる緑色LED領域415が存在する。このような緑色LED領域415では、緑色光が強くなり色むらが発生するという課題がある。
【0011】
上記のようなマトリックス配列を有する面光源400について光シミュレーションを実行した結果、図3に示す色座標分布450が得られた。このような色座標分布450は図6および図7に示す色分布度および人間の色分解能力を図示したグラフに対比してみると緑色が強く分布し、人間が敏感に色分布を感じる領域であることが分かる。即ち、図3の従来の色座標分布450はX軸とY軸が反比例する、つまりX軸の値が高いとY軸の値が低く、X軸の値が低いとY軸の値が高い方向に分布するものであるため、これを図6に対照してみると、緑色の色分布が大きいことであり、図7において人間が感じる色感知度と類似な領域、即ち中央の小さい楕円領域462から外れ、敏感に色相を感じる領域、即ち外郭の大きい楕円領域464に該当され、人間は白色光ではない他の色相と認識する。
【0012】
従って、このような従来の面光源400を用いたLCD用バックライトユニットは、色むらが存在して好ましい白色光の均一な分布を得ることができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は前述の従来技術の課題を解決するため案出されたものとして、その目的は、赤色、緑色および青色の光を発光するLEDを適切に配置することにより、エッジ部から均一な白色光を生成することが出来る色むら特性が改善されたLED面光源およびこれを具備するLCDバックライトユニットを提供することにある。
【0014】
本発明の他の目的は、面光源から放出される白色光が人間の色感知度と類似で色むらが少なく見える、色むら特性が改善されたLED面光源およびこれを具備するLCDバックライトユニットを提供することにある。
【0015】
そして、本発明のまた異なる目的は白色光の領域が色座標のX軸とY軸の対角線方向に分布され均一な白色光を得ることが可能な色むら特性が改善されたLED面光源およびこれを具備するLCDバックライトユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
上記目的を達成するために、本発明は、複数個の赤色LED,緑色LED、および青色LEDが行と列に配置された面光源において、2つの緑色LED、一つの赤色LED、および一つの青色LEDを、これらの順に隣接して配置した第1LED配列、および、2つの緑色LED、一つの青色LED、および一つの赤色LEDを、これらの順に隣接して配置した第2LED配列を含み、第1および第2LED配列は任意の行または列に配置され、2つの緑色LEDを取り囲むLEDが、赤色LEDまたは青色LEDからなることを特徴とする面光源を提供する。
【0017】
そして本発明は、好ましく、上記第1および第2LED配列は各々複数に対を成し順番に反復配置される面光源を提供する。
【0018】
また、本発明は好ましく、上記第1および第2LED配列は各々その配置の位置が2つのLEDほど相互ずれて(offset)2つの緑色LEDは相互上下または左右に重畳配置されない構造の面光源を提供する。
【0019】
また、本発明は、LCDパネルに付着されたLCDバックライトユニットにおいて、隣接している2つの緑色LEDと、これに隣接して一つの赤色LEDと青色LEDを順番に配置した第1LED配列および、隣接している2つの緑色LEDと、これに隣接して一つの青色LEDと赤色LEDを順番に配置した第2LED配列を含み、上記第1および第2LED配列は任意の行または列に配置され、上記第1および第2LED配列は2つの緑色LEDを取り囲むLEDが赤色または青色LEDからなる面光源と、上記面光源から入射された光を均一に拡散させる拡散シート、および、上記拡散シートから拡散された光を集光する集光シートと、を含むLCDバックライトユニットを提供する。
【発明の効果】
【0020】
本発明の面光源は、赤色、緑色および青色の光を発光するLEDを配置するが、2つの緑色LEDを取り囲むLEDが赤色または青色LEDからなるようにすることにより、面光源のエッジ部でも中心部と比べほぼ色むらがない均一な白色光を生成することができる。
【0021】
そして、本発明は面光源から放出される白色光が人間の色感知度と類似で色むらが少なく見えるようにして均一な白色光を得ることができる。
【0022】
さらに、本発明は白色光の領域が色座標のX軸とY軸の対角線方向に分布され均一な白色光を得ることが出来ることにより、より鮮明な映像のLCDバックライトユニットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
以下、添付の図面を参照に本発明の好ましい実施形態をより詳細に説明する。
【0024】
図4に示すように、本実施形態の面光源1は、複数個のR、G、B LED素子が行と列に配列された構造を有する。
【0025】
以下の説明において参照する図面において、「R」は赤色光を放出する赤色LEDを示し、「G」は緑色光を放出する緑色LEDを示し、「B」は青色光を放出する青色LEDを示す。また、本明細書において、「赤色LED」という用語は赤色光を放出するLED、「緑色LED」という用語は緑色光を放出するLED、「青色LED」という用語は青色光を放出するLEDを意味する。
【0026】
本実施形態の面光源1は、隣接する2つの緑色LEDと、これに隣接して一つの赤色LEDと青色LEDを順番に配置した第1LED配列10を具備する。図4において、第1LED配列10は、第1、2、5、6行に配置されている。
【0027】
また、本実施形態の面光源1は、隣接する2つの緑色LEDと、これに隣接して一つの青色LEDと赤色LEDを順番に配置した第2LED配列20を具備する。図4において、第2LED配列20は、第3、4、7、8行を成す。
【0028】
さらに、本実施形態の面光源1は、上記第1LED配列10および第2LED配列20が任意の行または列に配置され、上記第1LED配列10および第2LED配列20は2つの緑色LEDを取り囲むものが赤色または青色LEDからなる構造である。
【0029】
即ち、図4に示すように、本実施形態の面光源1は例えば、第1LED配列10および第2LED配列20が全て行方向に配置されている。しかし、このような行方向への配置は面光源1を90度回転させると列方向に配置され得る。従って、第1LED配列10および第2LED配列20は全て行方向に配置されるか、または全て列方向に配置されてよい。
【0030】
図4において、このような配置構造は、第1LED配列10の場合、複数個のLEDを青色、緑色、緑色、赤色の順に繰り返して一列で配置したものである。即ち、上記第1LED配列10を構成する各LEDの色配置は「…−緑−緑−赤−青−緑−緑−赤−青−緑−緑−赤−青−緑−…」となる。
【0031】
図4において、第1行の第1LED配列10に対して第2行の第1LED配列10は、その配置位置が2個のLED位相互ずれて(offset)配置される。即ち2つの緑色LEDが第1行と第2行で相互上下または左右に重畳配置されない構造である。
【0032】
即ち、第2行は各LEDの色配置が「…−赤−青−緑−緑−赤−青−緑−緑−赤−青−緑−緑−赤−…」となる。
【0033】
また、このような第1LED配列10の配置構造は第5、6行に同一に適用される。即ち第5、6行の第1LED配列10は第1、2行の第1LED配列10を繰り返す。
【0034】
一方、第2LED配列20で配置された第3、4、7、8行の場合もこれと類似に配置される。
【0035】
即ち、図4において第2LED配列20の場合、複数個のLEDを赤色、緑色、緑色、青色の順に繰り返して一列で配置したものである。即ち、上記第2LED配列20を構成する第3行の各LEDの色配置は「…−緑−緑−青−赤−緑−緑−青−赤−緑−緑−青−赤−緑−…」となる。
【0036】
そして、第3行の第2LED配列20に対して第4行の第2LED配列20は、その配置位置が2個のLED位相互ずれて(offset)配置される。即ち、2つの緑色LEDが第3行と第4行で相互上下または左右に重畳配置されない構造である。
【0037】
従って、上記第2LED配列20を構成する第4行の各LEDの色配置は「…−青−赤−緑−緑−青−赤−緑−緑−青−赤−緑−緑−青−…」となる。
【0038】
また、このような第2LED配列20の配置構造は第7、8行でも同一に適用される。即ち、第7、8行の第2LED配列20は第3、4行の第2LED配列20を繰り返す。
【0039】
上記から分かるように、上記第1LED配列10および第2LED配列20は各々複数で対を成し順番に反復配置されるものである。
【0040】
さらに、第1LED配列10と第2LED配列20が相互隣接する、第2、3行と、第6、7行の場合にも2つの緑色LEDが相互上下または左右に重畳配置されない構造である。
【0041】
従って、上記のように配置される本実施形態の面光源1は結果的には第1LED配列10および第2LED配列20が任意の行または列に配置されることが可能で、上記第1LED配列10および第2LED配列20は2つの緑色LEDを取り囲むLEDが赤色または青色LEDからなる領域を多数含むものである。
【0042】
上記において、例えば図4に関連して横×縦の各々8×8個のマトリックス構造を有する面光源1に関して説明したが、本発明の実施形態はこれに限定されず、より多くの数のLEDを有する面光源またはより少ない数のLEDを有する面光源に適用することができる。
【0043】
上記のような第1LED配列10および第2LED配列20が配された場合に、複数の行により形成される列(row)の方向においても、赤色、緑色、青色および緑色のLEDが均一に配置される。従って、面光源1は、エッジ部から均一な白色光を生成することできる。
【0044】
即ち、面光源1において、行であるエッジ部32、34は、各々第1LED配列10または第2LED配列20と同一であり、赤色LEDおよび青色LED一つと緑色LED2つが繰り返して配置された構造を有するので、青色または赤色に傾かない均一な白色光を放出できる。また、列に成っているエッジ部36、38でも、「緑色−青色−緑色−赤色」のLEDが順番に繰り返して配置されるので、青色または赤色に傾かない均一な白色光が放出できる。また、面光源1の中心部から2つの緑色LEDが他の2つの緑色LEDに重畳されず相互ずれて配置されるため緑色に傾かない均一な白色光が放出できる。
【0045】
上記のような面光源1は、光シミュレーションを実行した結果、図5に示す色座標分布100を有する。このような色座標分布100は、図6および図7に示す色分布度と、人間の色分解能力を図示したグラフに対比してみると白色光が位置する部分に分布し、人間が敏感に色分布を感じることが出来ない楕円形の大きさが小さい領域462に該当することが分かる。
【0046】
即ち、図5に示すように、面光源1から得られた色座標分布100は、X軸とY軸が比例する、即ちX軸の値が高いとY軸の値が高く、X軸の値が低いとY軸の値が低い対角線方向に分布するので、図6において白色光の色座標分布100に該当し、図7において人間が感じ難い色感知度と類似な領域、即ち中央の小さい楕円領域462に分布され人間は他の色相を感じ得ず白色光と認識するのである。
【0047】
従って、このような本発明の面光源1は色むらが除去され好ましい白色光の均一な分布を得ることができる。
【0048】
本実施形態の面光源1は、LCDパネルの後面光を照射するLCDバックライトユニット200に採用することができる。図8は本発明の一実施形態によるLCDバックライトユニット200を図示した分解側面図である。図8に図示された通り、LCDパネルの後面に付着されたLCDバックライトユニット200は、上記の面光源1を具備し、上記面光源1のLCDパネル210側に具備され、上記面光源1から入射された光を均一に拡散させる拡散シート216を含む。
【0049】
そして、上記拡散シート216のLCDパネル210側に具備され、上記拡散シート216から拡散された光を上記LCDパネル210平面に対して垂直方向に集光する少なくとも一つの集光シート214等を含んで構成される。さらに、LCDバックライトユニット200は、上記集光シート214上に配置され下部の光学構造物を保護するための保護シート212を追加で含むことが出来る。
【0050】
また、上記面光源1は、基板251と、上記基板251上に前述のマトリックス構造で配置された複数個のLED252とを含む。さらに、上記基板251上面の縁から上記マトリックス構造で配置されたLED252を取り囲むよう形成され、上記LED252が配置された方向に傾斜面を有する側壁254と、上記基板251の上面に形成されLED252から放出された光を上部に反射する反射層256をさらに具備することができる。
【0051】
そして軸方向に放出される光を上部に放出できるよう上記側壁254の傾斜面にも反射物質254aが塗布されることが好ましい。
【0052】
そして上記面光源1の上部に位置した上記拡散シート216は、上記面光源1から入射される光を分散させることにより光が部分的に密集されることを防止する。また、上記拡散シート216は上記第1集光シート214a側に進行する光の方向を調整して上記第1集光シート214aに対する傾斜角を減らす役割も兼ねて遂行する。
【0053】
上記第1集光シート214aと第2集光シート214bは各々上部面に三角柱模様のプリズームが一定な配列を有して形成されており、上記第1集光シート214aのプリズーム配列と上記第2集光シート214bのプリズーム配列は相互所定の角度(例えば、90°)にずれるよう配置される。上記第1および第2集光シート214a、214bは各々上記拡散シート216から拡散された光を上記LCDパネル210平面に垂直な方向に集光する役割を遂行し、これによって第1および第2集光シート214a、214bを通過した光の保護シート212に対する垂直入射性がほぼ完璧に得られる。これによって、上記第1および第2集光シート214a、214bを通過する光は殆どが垂直に進行されることとなり、上記保護シート212上の輝度分布は均一に得られる。図8には2個の集光シートを使用する一例を図示したが、場合によって一つの集光シートだけを使用する場合もある。
【0054】
上記第2集光シート214bの上部に形成される保護シート212は、上記第2集光シート214bの表面を保護する役割を遂行するだけではなく、光の分布を均一にするため光を拡散させる役割を遂行する。LCDパネル210は上記保護シート212上に設置される。
【0055】
このように、本実施形態によるLCDバックライトユニット200は、面光源1がLCDパネルの後面全体を直接照明する直下型である上に、面光源1はエッジ部からも均一な白色光を放出できるのは勿論、色むらを除去して全体的に均一な白色光を得ることが出来るので、従来の側面光源を用いたエッジ型LCDに比べ導光板の構造物を低減することが可能で、軽量化、スリーム化に適合で、鮮明な映像を提供することが出来る。
【0056】
上記から本発明は、特定の実施例に関して図示され説明したが、これは単なる例示として本発明を説明するため記載されたもので、本発明をこのような特定構造で制限することではない。当業界において通常の知識を有している者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域を外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更できることが分かる。しかし、このような修正及び変形構造らは全て本発明の権利範囲内に含まれることを明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【0057】
【図1】(a)は従来の面光源に使用されたLEDマトリックス305の配置を示す概略平面図であり、(b)は(a)に示すLEDマトリックス305を採用した面光源300のLED配置を示す概略平面図である。
【図2】従来の面光源400のLED配置を示す平面図である。
【図3】図2に示す従来の面光源400の光シミュレーションの結果得られた色座標分布450を図示したグラフである。
【図4】面光源1のLED配置を示す平面図である。
【図5】面光源1の光シミュレーションの結果得られた色座標分布100を図示したグラフである。
【図6】一般的な色座標による色の分布を示したグラフである。
【図7】人間の色分解能力を表わしたグラフとして、各々の楕円は人間が一つの色として認識する領域を示す。
【図8】LCDバックライトユニット200の分解断面図である。
【符号の説明】
【0058】
1 面光源
10 第1LED配列
20 第2LED配列
32、34、36、38 エッジ部
100 色座標分布
200 LCDバックライトユニット
210 LCDパネル
212 保護シート
214 集光シート
216 拡散シート
251 基板
252 LED
254 側壁
256 反射層
300、400 面光源
305 LEDマトリックス
311、312、411、412 エッジ部
410 第1列
420 第2列
430 第3列
440 第4列
415 緑色LED領域
450 色座標分布
462 小さい楕円領域
464 大きい楕円領域

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数個の赤色LED,緑色LED、および青色LEDが行と列に配置された面光源において、
2つの緑色LED、一つの赤色LED、および一つの青色LEDを、これらの順に隣接して配置した第1LED配列、および、
2つの緑色LED、一つの青色LED、および一つの赤色LEDを、これらの順に隣接して配置した第2LED配列を含み、
前記第1および前記第2LED配列は任意の行または列に配置され、
前記2つの緑色LEDを取り囲むLEDが、赤色LEDまたは青色LEDからなる
ことを特徴とする面光源。
【請求項2】
前記第1および第2LED配列は、各々複数で対を成して順番に繰り返し配置されることを特徴とする請求項1に記載の面光源。
【請求項3】
前記第1および第2LED配列は、各々その配置の位置が2個のLED位相互ずれて(offset)配置され、2つの前記緑色LEDは相互上下または左右に重畳配置されない構造であることを特徴とする請求項2に記載の面光源。
【請求項4】
LCDパネルに付着されたLCDバックライトユニットにおいて、
隣接している2つの緑色LEDと、これに隣接して一つの赤色LEDと青色LEDとを順番に配置した第1LED配列および、隣接している2つの緑色LEDと、これに隣接して一つの青色LEDと赤色LEDとを順番に配置した第2LED配列を含み、前記第1および第2LED配列は任意の行または列に配置され、前記第1および第2LED配列は2つの前記緑色LEDを取り囲むLEDが赤色LEDまたは青色LEDからなる面光源と、
前記面光源から入射された光を均一に拡散させる拡散シート、および
前記拡散シートから拡散された光を集光する集光シートと、を含むことを特徴とするLCDバックライトユニット。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2010−245052(P2010−245052A)
【公開日】平成22年10月28日(2010.10.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−153359(P2010−153359)
【出願日】平成22年7月5日(2010.7.5)
【分割の表示】特願2006−190915(P2006−190915)の分割
【原出願日】平成18年7月11日(2006.7.11)
【出願人】(594023722)サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. (1,585)
【Fターム(参考)】