(57)【要約】【課題】  マルチチップ発光ダイオードユニット、それを採用したバックライトユニット及び液晶表示装置を提供する。【解決手段】  ベースと、ベース上に配列されて少なくとも二つの波長範囲の光を照射する複数の発光素子と、複数の発光素子の上部に配置され、隣接した外部媒質より高い屈折率を有する材質から構成されて、発光素子から放出される光を全反射させるキャップとを備える。【選択図】      図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
前記ベース上に配列されて少なくとも二つの波長範囲の光を照射する複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の上部に配置され、隣接した外部媒質より高い屈折率を有する材質から構成されて、前記発光素子から放出される光を全反射させるキャップとを備えることを特徴とするマルチチップ発光ダイオードユニット。
【請求項２】
前記複数の発光素子は、ベースの中心部には配置されず、周辺部に配置されることを特徴とする請求項１に記載のマルチチップ発光ダイオードユニット。
【請求項３】
前記キャップは、円錐型、多角錐型またはドーム型に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のマルチチップ発光ダイオードユニット。
【請求項４】
前記キャップは、レンズからなったことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうち何れか一項に記載のマルチチップ発光ダイオードユニット。
【請求項５】
前記複数の発光素子は、赤色波長領域の光を照射する第１発光素子、緑色波長領域の光を照射する第２発光素子、及び青色波長領域の光を照射する第３発光素子を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうち何れか一項に記載のマルチチップ発光ダイオードユニット。
【請求項６】
入射光を反射させる反射板と、
前記反射板に配列されるものであって、ベースと、前記ベースに配列されて少なくとも二つの波長範囲の光を照射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子の上部に配置され、隣接した外部媒質より高い屈折率を有する材質から構成されて、前記発光素子から放出される光を全反射させるキャップを有する複数のマルチチップ発光ダイオードユニットと、
前記マルチチップ発光ダイオードユニットの上側に位置して入射光を拡散透過させる拡散板と、を備えることを特徴とするバックライトユニット。
【請求項７】
前記複数の発光素子は、ベースの中心部に配置されず、周辺部に配置され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８】
前記キャップは、円錐型、多角錐型またはドーム型に形成された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】
前記キャップは、レンズからなったことを特徴とする請求項６ないし請求項８のうち何れか一項に記載のバックライトユニット。
【請求項１０】
前記複数の発光素子は、赤色波長領域の光を照射する第１発光素子、緑色波長領域の光を照射する第２発光素子、及び青色波長領域の光を照射する第３発光素子を備えることを特徴とする請求項６ないし請求項８のうち何れか一項に記載のバックライトユニット。
【請求項１１】
請求項６ないし請求項１０のうち何れか一項に記載のバックライトユニットと、
前記バックライトユニットから照射された光を利用して画像を形成するための液晶パネルとを備えることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチチップ発光ダイオードユニット、それを採用したバックライトユニット及び液晶表示装置（ＬＣＤ）に係り、さらに詳細には、光源と拡散板との間隔を狭めてスリム化可能なマルチチップ発光ダイオードユニット、それを採用したバックライトユニット及びＬＣＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ノート型パソコン、デスクトップコンピュータ、ＬＣＤ−ＴＶ、移動通信端末機などに使用されるＬＣＤは、受光素子の一種であって、液晶パネル以外にバックライトユニットが必要である。平板表示装置の一つであるＬＣＤは、それ自体が発光して画像を形成せず、外部から光が入射されて画像を形成する受光素子型表示装置であって、液晶パネル以外にバックライトユニットが必要である。バックライトユニットは、ＬＣＤの背面に設置されて光を照射する。
【０００３】
バックライトユニットは、光源の配置形態によって、ＬＣＤの直下に設置された複数の光源からの光を液晶パネルに照射する直下発光型と、導光板（Ｌｉｇｈｔ  Ｇｕｉｄｅ  Ｐａｎｅｌ：ＬＧＰ）の側壁に設置された光源からの光を液晶パネルに伝達するエッジ発光型とに大別され得る。エッジ発光型バックライトユニットには、光源として、一般的に冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）が使用されるが、ＣＣＦＬは、色再現率が低いため、高画質及び高解像ＴＶやモニタ等に不適である。一方、最近には、ＣＣＦＬを代替する光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）が脚光を浴びている。例えば、直下発光型バックライトユニットには、点光源として、ランバーティアンの光が出射される発光ダイオードが使用されている。
【０００４】
従来のバックライトユニットは、図１に示すように、ＬＥＤ  ５００と、ＬＥＤ ５００から出た光を液晶パネル５１０に均一に入射させるための手段として、拡散板５０３と拡散シート５０５とを備え、ＬＥＤ  ５００の下側には、ＬＥＤ  ５００から出射された光を液晶パネル５１０側に反射させるための反射板５０２とを備える。そして、拡散シート５０５と拡散板５０３との間に、光進行経路を補正して光を液晶パネル５１０に向わせるためのプリズムシート５０７が配置される。
【０００５】
ＬＥＤ  ５００と拡散板５０３との間には、ＬＥＤ  ５００から照射された光を混ぜて白色光にするための空間が必要である。ＬＥＤと拡散板との間の距離Ｄが長ければ、バックライトユニットが厚くなるという短所がある一方、前記距離を短くすれば、バックライトユニットは薄くなるが、ＬＥＤからの光が良好に混合されず、バックライトユニットの正面から観測したときにスポットが発生するため、画質が低下するという問題点がある。
【０００６】
バックライトユニットが厚ければ、これを採用したＬＣＤ、例えば、ＬＣＤ  ＴＶなども厚くなって、薄型化の要求を充足させ得ない。
【特許文献１】特開２０００−０６８５６２号公報
【特許文献２】特開昭６１−０８４８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記問題点を解決するために創出されたものであって、パッケージ内で光が混合されるように構成されたマルチチップ発光ダイオードユニットを提供するところにその目的がある。
【０００８】
また、本発明は、ＬＥＤ光源から照射された光を混合するための距離を縮めて、スリム化可能なバックライトユニット及びそれを採用したＬＣＤを提供するところに他の目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を解決するために、本発明に係るマルチチップ発光ダイオードユニットは、ベースと、前記ベース上に配列されて少なくとも二つの波長範囲の光を照射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子の上部に配置され、隣接した外部媒質より高い屈折率を有する材質から構成されて、前記発光素子から放出される光を全反射させるキャップとを備えることを特徴とする。
【００１０】
前記複数の発光素子は、ベースの中心部には配置されず、周辺部に配置されることが望ましい。
【００１１】
前記キャップは、円錐型、多角錐型またはドーム型に形成されたことを特徴とする。前記キャップは、レンズからなることを特徴とする。
【００１２】
前記複数の発光素子は、赤色波長領域の光を照射する第１発光素子、緑色波長領域の光を照射する第２発光素子、及び青色波長領域の光を照射する第３発光素子を備えることを特徴とする。
【００１３】
前記目的を解決するために、本発明に係るバックライトユニットは、入射光を反射させる反射板と、前記反射板に配列されるものであって、ベースと、前記ベースに配列されて少なくとも二つの波長範囲の光を照射する複数の発光素子と、前記複数の発光素子の上部に配置され、隣接した外部媒質より高い屈折率を有する材質から構成されて、前記発光素子から放出される光を全反射させるキャップを有する複数のマルチチップ発光ダイオードユニットと、前記マルチチップ発光ダイオードユニットの上側に位置して入射光を拡散透過させる拡散板とを備えることを特徴とする。
【００１４】
前記目的を解決するために、本発明に係るＬＣＤは、前記バックライトユニットと、前記バックライトユニットから照射された光を利用して画像を形成するための液晶パネルとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るマルチチップ発光ダイオードユニットは、少なくとも二つの相異なる波長の光を照射する複数の発光素子を備え、それらの発光素子から出射された光を数回にかけて全反射させつつ混合させた後に外部に出射させる。それにより、発光ダイオードユニットの外部で光を混合させるための空間を大きく減らし得る。したがって、このような発光ダイオードユニットを採用したバックライトユニット及びＬＣＤは、その全体的な厚さを大きく減らし得るので、スリム化に対するユーザの要求を充足させ得る。
【００１６】
また、発光ダイオードユニットからのほとんどの光が、中心部より側方向に出射されるので、厚さを減らしつつもスポットの発生を抑制できるので、画質低下の恐れがない。
【００１７】
さらに、発光ダイオードユニットを単一チップから構成する場合に比べて、発光素子の配列や相異なるカラー光を出射する発光素子の個数の調節が容易であり、色再現範囲を大きく増大させて、さらに自然な画質を保証できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の望ましい実施形態に係るバックライトユニットは、図２に示すように、反射板１と、反射板１に配列された複数のマルチチップ発光ダイオードユニット１５と、拡散板４０とを備える。図３に示すように、複数のマルチチップ発光ダイオードユニット１５は、反射板２０に２次元的に配列される。
【００１９】
本発明に係るマルチチップ発光ダイオードユニット１５は、少なくとも二つの波長範囲の光を照射する複数の発光素子と、前記発光素子から照射される光を全反射させるためのキャップとを備えて、発光素子から照射された相異なる波長の光を発光ダイオードユニットの内部で数回にかけて全反射させることによって混合させる。
【００２０】
第１実施形態に係るマルチチップ発光ダイオードユニットは、図４Ａ及び図４Ｂに示されている。発光ダイオードユニット１５は、ベース７に複数の発光素子５が配列されており、複数の発光素子５の上側にキャップ１０が配置される。
【００２１】
発光素子５は、少なくとも二つの相異なる波長範囲の光を発光させる発光素子から構成される。例えば、発光素子５は、赤色波長範囲の光を発光させる第１発光素子５ａ、緑色波長範囲の光を発光させる第２発光素子５ｂ、及び青色波長範囲の光を発光させる第３発光素子５ｃを備え得る。図４Ａでは、８個の発光素子から構成され、第１発光素子５ａは三つ、第２発光素子５ｂは二つ、第３発光素子５ｃは三つから構成される。各波長範囲別の発光素子の個数または配列形態は、各波長別の発光素子から出射される光量を考慮して、所望の色温度の範囲によって適当に構成され得る。本発明では、複数の波長範囲の光を発光する発光素子を、配列方式、配列数を多様に構成して発光ダイオードユニットにセッテッィングできる自由度が大きいため、カラーの具現に有利であり、メーカの立場においてもカラーの選択度が大きいという利点がある。また、本発明のように、発光ダイオードユニットを、マルチチップを有する構造に構成しても、単一チップを有する発光ダイオードに比べてその大きさがあまり変わらないので、体積が増加する恐れはない。
【００２２】
前記発光素子から発光された光は、キャップ１０を介してキャップの内部で数回にかけて全反射されつつ互いに混合される。キャップ１０は、透明材質から形成され、例えば、レンズから構成され得る。キャップ１０は、全反射条件を満足させるために、発光ダイオードユニット１５と拡散板４０との間の媒質より高い屈折率を有する材質から構成される。例えば、発光ダイオードユニット１５と拡散板４０との間の媒質が空気であるするとき、前記キャップは、屈折率が１.４９であるエポキシ樹脂またはポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）から構成され得る。キャップ１０は、空気媒質の屈折率に比べて高い屈折率を有するので、その境界面で臨界角θＣより大きい角で入射された光を数回にかけて全反射させる。それにより、発光素子から照射された光は、キャップの内部で混合されて白色光として出射される。このように、キャップの内部で相異なる波長の光が混合された後、発光ダイオードユニットから出射されて拡散板４０に向って出るので、発光ダイオードユニット１５と拡散板４０との間で光を混合させる必要がない。したがって、発光ダイオードユニット１５と拡散板４０との間の距離ｄが短く構成され得る。
【００２３】
キャップ１０は、円錐型、ドーム型または多角錐型に形成され、図４Ａ及び図４Ｂは、キャップ１０を円錐型に構成した例を示す図である。
【００２４】
一方、発光素子５ａ，５ｂ，５ｃは、ベース７の中心部には配置されず、ベース７の周辺部に配置されることが望ましい。発光素子をベース７の中心部に配置しないことによって、スポットの発生を防止できる。スポットは、発光素子から発光された光が均一に拡散されず、相対的に高い輝度で照射されて、部分的に明るい点として見えるものであって、画質低下の一つの要因となる。発光素子がベースの中心部に位置し、中心部に位置した発光素子から光が照射されれば、そのほとんどの光は、キャップ１０の頂点に向って入射されて、全反射されずにそのまま通過されて出る。すなわち、発光素子がキャップ１０の中心部と対向するベースの中心部に配置されれば、その発光素子から発光されるほとんどの光が、キャップ１０の臨界角より小さな角で入射されるため、キャップ１０を通過して直進するか、または屈折されて出る。これに対し、発光素子がベース７の周辺部に配置されれば、発光素子から発光された光の大部分は、キャップ１０の臨界角より大きい角度で入射されて、内部で全反射される。
【００２５】
図５は、円錐型キャップの表面での光線を追跡したものを示す図であって、光がキャップの表面で数回にかけて全反射された後、キャップの外部に出射されて出ることを示す。
【００２６】
一方、反射板２０は、発光ダイオードユニット１５から光の一部が下側に向って出射されて反射板２０に入射されるとき、拡散板４０に向って反射させることによって光効率を向上させるためのものである。
【００２７】
発光ダイオードユニット１５によって、その内部で混合されて出射された白色光は、拡散板４０を通じて拡散される。拡散板４０の上側には、光路を補正するためのプリズムシート５０が備えられる。また、プリズムシート５０の上側には、拡散板４０から出た光の直進性を向上させるために、輝度向上フィルム（ＢＥＦ）６０、及び偏光効率を向上させるための偏光向上フィルム７０がさらに備えられ得る。輝度向上フィルム６０は、拡散板４０から出る光を屈折及び集光させて、光の直進性を向上させることによって輝度を向上させる。
【００２８】
偏光向上フィルム７０は、例えば、ｐ偏光の光は透過させ、ｓ偏光の光は反射させる過程によって、入射された光の大部分が一偏光、例えばｐ偏光の光として出射させる。
【００２９】
前述したように、本発明に係る発光ダイオードユニットは、複数波長領域の光を照射する発光素子を複数個備え、それらの発光素子から出射された光を全反射させて混合させるためのキャップを備えることによって、発光ダイオードユニットから出た光を混合するための空間を大幅減らし得る。それにより、発光ダイオードユニットと拡散板４０との間の空間を著しく減らして、バックライトユニットの全体的な厚さを減らし得る。
【００３０】
次いで、発光ダイオードユニット１５を、図６Ａに示すように構成できる。第２実施形態に係る発光ダイオードユニット１５’は、ベース７に配列された少なくとも二つの波長範囲の光を発光させる発光素子５と、発光素子５の上部に配置されたドーム型キャップ１１とを備える。ドーム型キャップ１１は、レンズから構成され得る。第２実施形態の発光ダイオードユニット１５でも、発光素子５がベース７の中心部には配置されず、その周辺部に配置されることが望ましい。
【００３１】
発光素子５から照射された相異なる波長の光は、キャップ１１で数回全反射されつつ混合された後、キャップ１１の外部に放出される。
【００３２】
第３実施形態に係る発光ダイオードユニット１５”は、キャップ１２が多角錐、例えば、四角錐状に構成される。
【００３３】
図７は、キャップ１０が円錐型に構成された発光ダイオードユニットから出射される光の放射角による光度を測定した結果を示すグラフであって、約５０゜〜６０゜の範囲で相対的に多量の光が分布されている。
【００３４】
図８は、キャップ１１がドーム型に構成された発光ダイオードユニットから出射される光の放射角による光度を測定した結果を示すグラフであって、約３０°〜４０゜の範囲で相対的に多量の光が分布されている。
【００３５】
前記結果によると、本発明に係る発光ダイオードユニットから出射される光は、０゜付近の正面から出射される光度値が相対的に小さく、側方向に出射される光度値が相対的に大きいということが分かる。したがって、本発明に係る発光ダイオードユニットを直下発光型バックライトユニットに適用することによって、スポットの発生を抑制できる。図９は、円錐型キャップを有する発光ダイオードユニットを採用したバックライトユニットから出射された光のシミュレーション結果を示す写真であり、図１０は、ドーム型キャップを有する発光ダイオードユニットを採用したバックライトユニットから出射された光のシミュレーション結果を示す写真である。図９と図１０とを比較すると、円錐型キャップがドーム型キャップに比べて相対的にスポットの防止効果がさらに優れているということが分かる。しかし、ドーム型キャップによるスポット防止効果も、従来のバックライトユニットに比べては大きく向上したということは言うまでもない。
【００３６】
図１１は、本発明に係る発光ダイオードユニット１５を有するバックライトユニットを備えたＬＣＤの概略図である。本発明に係るＬＣＤは、バックライトユニット１００と、このバックライトユニット１００上に備えられて画像を形成するための液晶パネル２００とを備える。バックライトユニット１００は、前述したマルチチップ発光ダイオードユニット１５，１５’，１５”を採用する。
【００３７】
液晶パネル２００は、画素単位で薄膜トランジスタ及び電極が備えられて液晶に電界を加える方式で映像を表示する。ＬＣＤで液晶パネルの具体的な構成及び回路の駆動による画像表示作動については既に公知されているので、ここではその詳細な説明を省略する。
【００３８】
前記実施形態は、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。したがって、本発明の真の技術的な保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的な思想により決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、液晶表示装置に関連した技術分野に好適に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の直下型ＬＣＤに採用されるバックライトユニットを示す図である。
【図２】本発明の望ましい実施形態に係るバックライトユニットの断面図を概略的に示す図である。
【図３】本発明に係るマルチチップ発光ダイオードユニットが反射板に配列された状態を示す図である。
【図４Ａ】本発明の第１実施形態に係るマルチチップ発光ダイオードユニットの斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示すマルチチップ発光ダイオードユニットの断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るマルチチップ発光ダイオードユニットに採用された円錐型キャップでの光の反射経路を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第２実施形態に係るマルチチップ発光ダイオードユニットの断面図である。
【図６Ｂ】本発明の第３実施形態に係るマルチチップ発光ダイオードユニットの斜視図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るマルチチップ発光ダイオードユニットを採用したバックライトユニットで、放射角による光度を測定した結果を示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態に係るマルチチップ発光ダイオードユニットを採用したバックライトユニットで、放射角による光度を測定した結果を示すグラフである。
【図９】本発明の第１実施形態に係るマルチチップ発光ダイオードユニットを採用したバックライトユニットで、スポットを測定した結果を示す写真である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るマルチチップ発光ダイオードユニットを採用したバックライトユニットで、スポットを測定した結果を示す写真である。
【図１１】本発明に係るＬＣＤの概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
５    発光素子
５ａ  第１発光素子
５ｂ  第２発光素子
５ｃ  第３発光素子
７    ベース
１０  キャップ
１５  発光ダイオードユニット
【図１】
2006229228.tif 000003
【図２】
2006229228.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
2006229228.tif 000012
【図１１】
2006229228.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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