JP5000939B2 - 発光ダイオードモジュール - Google Patents

Description

本発明は、赤と緑と青（以下、「ＲＧＢ」とよぶ）の発光ダイオードを用いた液晶ディスプレイ用の発光ダイオードモジュールに関する。

発光ダイオードモジュールが使用される従来の液晶用バックライトとしては、図５Ａ〜図５Ｃに示される導光板（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）を用いた方式や、導光板が不要な図６Ａ〜図６Ｃに示される直下型方式のものが知られている。これらの方式では、発光ダイオードモジュールの基板上に発光ダイオードのみが実装されている。

上記の液晶用バックライトには、発光ダイオードモジュールからの光の色度や輝度を補正できるように、バックライト内にセンサが埋め込まれている。そして、図７に示すように、このセンサからの出力はコントロールＩＣを介して発光ダイオードドライバに送られて、発光ダイオードの出力光量が決定される。この図７に示す方式はオプティカルフィードバック方式とよばれており、特許文献１などに記載されている。

ここで、特許文献１などに記載されているオプティカルフィードバック方式においては、センサを置く場所が問題となる。このことを、導光板方式のバックライトを示す図５を参照して説明する。ここで、図５は、導光板の側面方向から見た場合を示している。
図５では、ＲＧＢの発光ダイオード５０ａからの光を受光するようにセンサ５１ａを配置し、ＲＧＢの発光ダイオード５０ｂからの光を受光するようにセンサ５１ｂを配置し、ＲＧＢの発光ダイオード５０ｃからの光を受光するようにセンサ５１ｃを配置している。しかしながら、図５では、発光ダイオードモジュール５０ｂからの光は、センサ５１ｂだけでなくセンサＡによっても受光されうる。そのため、上記のオプティカルフィードバック方式を用いて、発光ダイオード５０ａ、５０ｂ、５０ｃに与えられる電流を高精度にそれぞれ制御するのは難しい。

さらに、図６Ａおよび図６Ｂに示す直下型方式のバックライトの場合を説明する。ここで、図６Ａはバックライトをパネル側からみた場合を示し、図６Ｂはバックライトをパネル側面からみた場合を示している。このような直下型方式のバックライトの場合には、パネルエリア内にセンサ（図示せず）を置くと、パネル側からみたときにセンサ（図示せず）を置いた場所が影のようにみえてしまう。このことは、バックライトまたはディスプレイの画質を劣化させる。また、ＲＧＢの発光ダイオードからの光を混ぜて白色光が得られた場所にセンサを配置する必要があるため、図６Ｂに示すように、奥行きｘをある程度確保する必要がある。
特開２００１−９２４１４号公報

従って、発光ダイオードモジュールの色度や輝度の変化を、画質に悪影響を及ぼすことなく高精度にフィードバック制御できるようにすることが求められている。

本発明は、ＲＧＢの発光ダイオードからの光をハウジング部材内に内蔵されたセンサによりモニタすることができる発光ダイオードモジュールを提供する。具体的には、本発明は、赤と緑と青との発光ダイオードと、前記発光ダイオードからの光を透過する材料からなり、反射膜が施されているか、反射膜がない窓部をその一部に備えるハウジング部材と、前記ハウジング部材中にあって、発光ダイオードの横の位置に設けられて、前記窓部を通じて前記発光ダイオードからの光を受光するセンサと、前記センサの受光した光量をモニタして所定の基準値と比較したときの差分に応じて、前記発光ダイオードに流れる電流を変更するコントローラとを含んでなる発光ダイオードモジュールを提供する。

ここで、前記所定の基準値は、前記発光ダイオードの色度または輝度についての値である態様や、前記発光ダイオードを覆う保護部材をさらに含む態様であることが好ましい。また、この保護部材は、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂であることがより好ましい。
さらに、前記発光ダイオードからの光の向きを前記センサの受光面へと曲げるための切り欠き部を前記ハウジング部材に備えている態様や、前記光学部材は、レンズまたはミラーである態様であることが好ましい。

本発明によれば、ＲＧＢの発光ダイオードを個別にセンサにより制御することができるので、色度や輝度の変化を高精度にフィードバック制御することができる。また、センサがハウジング部材に内蔵されているので、導光板方式や直下型方式などの方式に依存することなく適用できる。さらに、導光板方式や直下型方式において問題であったセンサの置く位置やこれに伴う画質の劣化を解消することができる。

図１は、本発明の実施に用いられる発光ダイオードモジュール１の斜視図である。この発光ダイオードモジュール１は、ＰＣＢまたはメタルコアＰＣＢでありうる基板２と、基板２上に設けられた発光ダイオード３と、発光ダイオード（発光素子）３からの光を受けるセンサを内蔵したハウジング部材４と、発光ダイオード３に電流を供給し、センサからの信号をコントローラ（図示せず）に送信するための接続部コネクタ５とを含む。ここで、ハウジング部材４は、アクリル樹脂などの透明樹脂を射出成形などでモールディングしたものを使用している。ハウジング部材４の表面には金属メッキ７が施されている。また、ハウジング部材４を基板２に固定するねじ用のねじ穴６をハウジング部材４に備えている。

次に、図１の断面II−IIで切断したときの断面図を図２に示す。ここで、ＲＧＢの各発光ダイオードに対して図２に示す構造を設けることができる。発光ダイオードモジュール１は、発光ダイオード３と発光ダイオード３からの光を受けるセンサ８とが基板２上に形成されている。基板２に結合しているハウジング部材４は、発光ダイオード３からの光に対して透明であるアクリル樹脂により成形加工されており、発光ダイオード３からの光をセンサ８に与えるための窓部４０を有している。ここで、ハウジング部材４の形状は、発光ダイオード３の光放射のための反射面やセンサ８を実装するスペース等を考慮して決定される。また、ハウジング部材４の外面には、窓部４０を除き、ニッケルなどの金属メッキ７が施されており、発光ダイオード３から放射された光を上方へと向けている。また、発光ダイオード３およびその配線（金線）は、エポキシまたはシリコンなどの樹脂９により覆われて保護されている。

図２に示すように、発光ダイオード３からの光は、ハウジング部材４の窓部４０を介してハウジング部材４の内部を透過してセンサ８に達する。ここで、上記のセンサ８は、センサ機能と発光ダイオード３の電流制御機能とを統合した一体型センサを使用している。そして、センサ８は、発光ダイオード３からの光の色度または輝度に応じた値を求め、この光の色度または輝度に応じた値と所定の基準値とを比較して差分を求め、その差分に応じて発光ダイオード３に与える電流を変更するようオプティカルフィードバック制御を行うことができる。
なお、上記の場合に限らず、例えば、センサ８と発光ダイオード３の電流を制御するコントローラとが別々に設けられていてもよい。

このように、発光ダイオードユニット１は、センサ８をＲＧＢの発光ダイオード３の近くに置いているので、他の発光ダイオードからの光の影響が少ない。また、発光ダイオードユニット１をバックライトに用いた場合でも、センサの置き場所が発光ダイオードの横にあるので、センサの影による画質の劣化がおきない。

なお、窓部４０の大きさや形状は、センサ８の感度や発光ダイオード３の種類に応じて定めることができる。窓部４０は、横に長いスリットであってもよく、個々の発光ダイオード素子３に対応した四角または丸い形状であってもよい。また、光を散乱させる必要がある場合には、ハウジング部材４がアクリル樹脂により成形されていることから、窓部４０の表面を荒らす加工をすることも容易に行うことができる。

次に、本発明の実施に用いられる別の発光ダイオードモジュール１Ａの断面図を示す。図３に示す発光ダイオードモジュール１Ａは、図２の発光ダイオードモジュール１と比較して、ハウジング部材４の内部に切り欠き部４２を備えている点において異なる。このような切りか基部４２を設けることは、ハウジング部材４がアクリルなどの樹脂により成形されているため容易に行える。そして、切り欠き部４２の約４５度の傾斜面によって、センサ８の受光面に直角になるように、窓部４０からの光の向きを変更することができる。
なお、ハウジング部材４に集光レンズを設けることにより、センサ８への集光効率をさらに高めることもできる。

このような発光ダイオードユニット１、１Ａをバックライトや照明機器に使用した場合には、別の発光ダイオードからの光がセンサに入るのを窓部４０により減らすことができるので、別の発光ダイオードの影響を減少させ、バックライトやディスプレイの一部の領域だけを暗くまたは明るくするように制御することができる。
また、発光ダイオードユニット１、１Ａを複数個配置した直下型方式のバックライトでは、省電力のために各発光ダイオード・ストリップを人間の目に見えない速さで順次点灯（または順次消灯）するシーケンシャル方式を採用することができる。この場合には、発光ダイオードユニット１、１Ａの発光ダイオードからの光をセンサ８で受光して、光のセンシングや制御をより容易に行うことができる。ここで、発光ダイオードユニット１、１Ａに占めるセンサ８の面積を小さくするために、ＲＧＢの各発光ダイオードの光量をモニタするセンサ８の個数を減らすこともできる。なお、センサ８の数は、ＬＥＤのパワー、窓部の大きさ、センサの感度に応じて変更することができる。

最後に、図４を参照して、発光ダイオードユニット１、１Ａの製造工程を説明する。最初に、ステップＡでは、発光ダイオード３とセンサ８とを基板２上に設置して所定の配線を行う。ステップＢでは、透明樹脂を加工して、ハウジング部材４を成形する。このときに必要に応じて、光学部材４２などを成形する。ステップＣでは、ハウジング部材４の窓部とセンサを覆う内側部分とにマスキングを施してから、ニッケルメッキ槽に浸してハウジング部材４の外面に金属メッキ７を施す。ステップＤでは、マスキングを剥離してハウジング部材に窓部４０を形成する。ステップＥでは、窓部４０を備えたハウジング部材４を、基板２に取り付ける。最後に、ステップＦでは、発光ダイオード３と配線とを保護するように、エポキシまたはシリコンなどの樹脂９を注入して固定する。

図１は、本発明の実施に用いられる発光ダイオードモジュール１の斜視図である。 図１の断面ＩＩ−ＩＩで切断したときの断面図である。 本発明の実施に用いられる別の発光ダイオードモジュール１Ａを示す断面図である。 発光ダイオード１、１Ａの製造工程を示すフローチャートである。 従来技術の導光板方式のバックライトにおける発光ダイオードとセンサとの配置を示す概略図である。 Ａ〜Ｃは、従来技術の直下型方式のバックライトにおける発光ダイオードとセンサとの配置を示す概略図である。 従来技術である液晶用バックライトのオプティカルフィードバック方式を示す概略図である。

符号の説明

１ 発光ダイオードモジュール
２ 基板
３ 発光ダイオード（発光素子）
４ ハウジング部材
５ 接合部コネクタ
６ ねじ穴
７ 金属メッキ
８ センサ

Claims (7)

1. 発光ダイオードモジュールであって、
   赤色ダイオードと緑色ダイオードと青色ダイオードとを含む複数の発光ダイオードと、
   前記発光ダイオードからの光を透過する透明な材料から成るハウジング部材であって、該発光ダイオードに面した該ハウジング部材表面には反射膜が、該反射膜の一部の窓部を除いて施されており、該窓部は該ハウジング部材の内部に通じていることからなる、ハウジング部材と、
   前記ハウジング部材内部の空洞内に存在するセンサであって、前記発光ダイオードの横に配置されて、前記窓部から前記ハウジング部材を通じて前記発光ダイオードからの光を受光する１つか又は複数のセンサと、
   前記センサの受光した光量をモニタして所定の基準値と比較したときの差分に応じて、 前記発光ダイオードに流れる電流を変更するコントローラ
   とを備え、
   前記窓部からの光の向きを前記センサの受光面へと変更する切り欠き部を前記ハウジング部材が前記空洞内に有しており、及び、
   前記切り欠き部は、前記センサの受光面に対して約４５度の傾斜面を有しており、これにより、前記窓部からの光が前記センサの該受光面に対して直角に入射するように、前記窓部からの光の向きが変更されることからなる、発光ダイオードモジュール。
2. 前記ハウジング部材は、アクリル樹脂からなる、請求項１に記載の発光ダイオードモジュール。
3. 前記所定の基準値は、前記発光ダイオードの色度または輝度についての値である、請求項１又は２に記載の発光ダイオードモジュール。
4. 前記発光ダイオード及びその配線が、エポキシか又はシリコンを含む樹脂により覆われて保護されている、請求項１乃至３のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
5. 前記窓部の形状は、横に長いスリットか、四角形か、又は円形の形状を含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
6. 前記センサが前記コントローラと一体型となっている、請求項１乃至５のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。
7. 前記切り欠き部は、レンズか又はミラーを含む、請求項１乃至６のいずれかに記載の発光ダイオードモジュール。

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