JP2007005791A - 発光ダイオードを含むバックライトアセンブリ及びこれを含む表示装置 - Google Patents

発光ダイオードを含むバックライトアセンブリ及びこれを含む表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、表示装置に係り、より詳しくは、発光ダイオードを含むバックライトアセンブリ及びこれを含む表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の一例は、ベース部上に位置する発光部と、前記発光部を覆う上面に傾斜面を有するレンズ部とを含むLEDであって、傾斜面は逆円錐状であり、前記発光部の中心軸を基準に55°ないし85°の傾斜角を有する。レンズ部は、1.49ないし1.52の屈折率を有してもよい。また当該レンズ部は、PMMAまたはシリカで作成されてもよい。本発明はさらに傾斜面上に位置する反射体を含んでもよい。
【選択図】図3

Description

本発明は、表示装置に係り、より詳しくは、発光ダイオードを含むバックライトアセンブリ及びこれを含む表示装置に関する。
近来、社会が本格的な情報化時代に入ることによって、各種の電気的信号情報を視覚的に表現するディスプレー分野が急速度に発展しており、これに応じて、多様な種類の平板表示装置が紹介されている。
このような平板表示装置の具体的な例としては、液晶表示装置LCD(Liquid Crystal Display device)、プラズマ表示装置PDP(Plasma Display Panel device)、電界放出表示装置FED(Field Emission Display device)、電気発光表示装置ELD(Electroluminescence Display device)等があって、これらは、薄形化、軽量化、低消費電力化等の優れた性能を有し、既存のブラウン管CRT(Cathode Ray Tube)からの代替を早め、脚光を浴びている。
このうち、液晶表示装置は、コントラスト比が大きく、動映像表示に適合で消費電力が低い特徴を有し、ノートブック、モニター、TV分野で、最も活発に使用されている。
液晶は、分子構造が細長く、配列に方向性を有する光学的異方性と、電場内に置かれたときにその大きさによって分子の配列方向が変化する分極性質を有する。
従って、液晶表示装置は、液晶層を間にし、相互に向かい合う面に電界生成電極が形成された1組の第1基板及び第2基板を合着させて構成する液晶パネルと、ここに光を供給するバックライトアセンブリとを含み、液晶パネルの2つの電界生成電極間の電場を制御して液晶分子の配列方向を任意的に調節し、ここに、バックライトアセンブリから放出された光を通過させることによって、発現される透過率の差を利用して目的とする画像を表示する。
この時、バックライトアセンブリから光を発生する光源として、一般的に、冷陰極蛍光ランプ(CCFL)または、外部電極蛍光ランプ(EEFL)等の放電ランプが主に活用された。最近は、有毒性の水銀Agを使用しないで、色の再現性を向上させる発光ダイオードLEDを光源として利用する場合が増えている。
また、これら液晶パネルとバックライトアセンブリは、各種の固定手段を利用して1つのモジュールで一体化され、衝撃からの保護と光損失の最小化を図る。
図1は、LEDを使用する従来の液晶表示装置モジュールの分解斜視図である。
図1に示したように、開口された薄いボックス状の下部ケース10の上部にバックライドアセンブリ20と液晶パネル40を順に積層して、バックライドアセンブリ20と液晶パネル40を四角プレーム状のサポートメイン(support main:30)を利用して支持する。この時、前記サポートメイン30は下部ケース10に結合させる。
液晶パネル40の側部には、軟性回路基板FPCB(Flexible Printed Circuit Board)を媒介に液晶パネル駆動回路42が連結される。
液晶表示装置モジュールの最上部には、四角フレーム状のトップカバー50が結合されるが、トップカバー50は、液晶パネル40の端側を圧搾固定する一方、サポートメイン30及び下部ケース10と結合する。
下部ケース10に収容されるバックライドアセンブリ20は、下部ケース10の底面にストライプ状に配列される複数のPCB(Printed Circuit Board)基板21、PCB基板21の上部に一列に装着された複数のLED22、これらLED22が通過できる複数の貫通ホール24が透孔され、LED22を除いたPCB基板21と下部ケース10の底面を覆う白色または銀色の反射シーツ23、複数のLED22の上部に所定間隔離隔して設置された、LED22と向かい合う面に各LED22と一対一対応する反射ドット26が付着された導光板25、導光板25の上部に所定間隔離隔され導光板25を通過した光を集光及び拡散させる光学シーツ27を含んで構成される。光学シーツ27は、プラズマシーツ27aと拡散シーツ27bを含む。
図2は、バックライトアセンブリの結合断面を示すために、液晶表示装置のモジュールを結合した後、図1のII−II線に沿って切断した断面を示している。
図2に示したように、下部ケース10の内部にLED22を設置して、その上部に、各LED22に対応する反射ドット26を有する導光板25を設置し、導光板25の上部に光学シーツ27を設置している。
この時、複数のLED22は、通常、同数の赤色R、緑色G、青色BのLEDを順に配列した後、一度に点灯させることによって、混色(color mixing)を通じて白色光を具現する。
このような液晶表示装置モジュールでは、円滑な混色のために、側傍へと光を出射するサイドエミッション(side emission)方式のLED22を使用する。LED22の直上部に出射された光は、周辺LEDの光と十分混ぜられてないまま、液晶パネル40を通じて固有色を表すカラースパット(color spot)現象を誘発するからである。
従来のLED22では、LED22の垂直中心軸(vertical center axis)を基準に、約80°の辺りで輝度のピークが現れる。
すなわち、ほとんどの光が垂直軸に対して80°程度の角で出射されるので、周辺のLEDの光が混合され白色光を具現する。
ところが、従来のLED22では、直上部、すなわち、0°の辺りにも出射光が存在する。このように、直上部に出射される光は、最大出射光の5%ないし8%程度に過ぎなくても、カラースパット現象を誘発させる。
このようなカラースパット現象を防ぐために、従来は、図1及び図2に示したように、各LED22の上部に反射ドット26を備える導光板25を設置した。
反射ドット22は、所謂ダイバーター(diverter)と称される反射シーツ23のように、光を反射する役割をし、各LED22と対応する円状である。
従って、各々のLED22から出射された光は、直接または、反射シーツ23によって反射された後、隣接LED22から出射された光と混合され、白色光に変換されて、導光板25と光学シーツ27を順に通過した後、液晶パネル40に入射され、液晶パネル40は、これを利用して画像を表現する。
ところが、導光板25は、透明体ではあるがアクリル樹脂系で製造される。アクリル物質は、光吸収及び反射によってバックライトの効率が最大10%程度まで低下する問題がある。従って、これを補償するためには、消費電力が増加すべきであるという問題を有する。
また、導光板25は、通常、LED22と非常に近接した位置に設置されるが、このことによって、衝撃な揺れ等の外圧が加わった場合には、導光板25とLED22が相互に衝突して破損する場合が生じ、バックライドアセンブリ20の信頼性が低下する問題がある。
本発明は、このような問題を解決するために、LEDの出射光分布を変化させることによって画面の輝度を改善し、導光板による光損失が防げるバックライトアセンブリ及びこれを利用した表示装置を提供することを目的とする。
本発明は、前記のような目的を達成するために、ベース部上に位置する発光部と、前記発光部を覆う上面に傾斜面を有するレンズ部とを含むLEDであって、前記傾斜面は、逆円錐状であって、前記発光部の中心軸を基準に、55°ないし85°の傾斜角を有するLEDを提供する。
ここで、前記レンズ部は、1.49ないし1.52の屈折率を有する。
前記レンズ部は、PMMAまたは、シリカを含む。
前記傾斜面上に位置する反射体をさらに含む。
また、本発明は、複数のLEDと、前記複数のLEDに対応する複数の貫通ホールを有する反射シーツと、前記複数のLEDの直ぐ上部に位置する、少なくとも1つの光学シーツを含むバックライドアセンブリを提供する。
ここで、前記複数のLEDのうち、少なくとも1つは、ベース部上に位置する発光部と、前記発光部を覆う上面に傾斜面を有するレンズ部とを含み、前記傾斜面は、逆円錐状であって、前記発光部の中心軸を基準に、55°ないし85°の傾斜角である。
ここで、前記レンズ部は、1.49ないし1.52の屈折率を有する。
前記レンズ部は、PMMAまたは、シリカを含む。
前記複数のLEDのうち、少なくとも1つは、前記傾斜面上に位置する反射体をさらに含む。
前記複数のLEDのうち、少なくとも1つの直ぐ上部に位置する、少なくとも1つの光学シーツ部分は、透明である。
さらに、本発明は、表示パネルと、前記表示パネルの下部に位置するバックライドアセンブリを含み、前記バックライドアセンブリは、複数のLEDと、前記複数のLEDに対応する複数の貫通ホールを有する反射シーツと、前記複数のLEDの直ぐ上部に位置する、少なくとも1つの光学シーツを含む表示装置を提供する。
ここで、前記複数のLEDのうち、少なくとも1つは、ベース部上に位置する発光部と、前記発光部を覆う上面に傾斜面を有するレンズ部とを含み、前記傾斜面は、逆円錐状であって、前記発光部の中心軸を基準に、55°ないし85°の傾斜角を有する。
前記複数のLEDのうち、少なくとも1つは、前記傾斜面上に位置する反射体をさらに含む。
前記複数のLEDのうち、少なくとも1つの直ぐ上部に位置する、少なくとも1つの光学シーツ部分は、透明である。
前記表示パネルは、液晶パネルである。
他の一方、本発明は、複数のLEDと、前記複数のLEDの直ぐ上部に位置する、少なくとも1つの光学シーツを含むバックライトアセンブリであって、前記複数のLEDのうち少なくとも1つは、ベース部上に位置する発光部と、前記発光部を覆う上面に傾斜面を有するレンズ部とを含み、前記傾斜面は、前記LEDのうち少なくとも1つが発光部の中心軸を基準に55°ないし80°で最大輝度を有するように、逆円錐状であるバックライドアセンブリを提供する。
ここで、直上部へと出射される光の輝度と、前記最大輝度の比率は、0.02以下である。
前記傾斜面は、前記発光部の中心軸を基準に55°ないし85°の傾斜角を有する。
前記複数のLEDのうち少なくとも1つは、前記傾斜面上に位置する反射体をさらに含む。
以下、図面を参照して、本発明の実施例をより詳しく説明する。
本発明は、LEDの出射光分布が改善され、導光板を設置しなくても十分な混色を得ることができる。また、光損失をもたらした導光板が省略できるために、全体的な輝度が大変改善できて、導光板の曲がり現象やLEDとの狭い間隔によるバックライドアセンブリの信頼性の低下が防げる。
さらに、従来より正面輝度が大変改善されるために、LEDを使用した分割駆動が具現できる。
図3は、本発明の実施例によるLEDの断面構成を示している。
本発明の実施例によるLED100は、発光部104、前記発光部104が搭載される一方、外部とのインタフェースを提供するベース部102、前記発光部104を内部に収容しながら、前記発光部104から出射された光を側面から屈折するレンズ部106を含む。
LED100の上面に形成される傾斜面106aは、LED100の垂直中心軸に対して、55°ないし85°範囲の傾斜角θを有する。
傾斜角θをこのような範囲で形成する理由は、LED100の出射光分布を向上させるためである。すなわち、本発明は、導光板によるバックライトの効率低下を防いで正面輝度を増加させる構成であって、導光板がなくても、カラースパット現象が発生しない出射光分布を実現するため、このような範囲の傾斜角θを採択している。
レンズ部106はレンズ部106の外部の空気より高い屈折率を有する。このことによって、光がレンズ部106の側面を通過する時、スネルの法則(Snell's principle)によって、屈折角は入射角に比べて大きい。従って、発光部104から出射される光のほとんどは側方向に進み、周辺のLED100から出射された光と混合され、白色光を具現する。
レンズ部106は、直上部へと光が出射されることを防ぐために上面に傾斜面106aを有する。傾斜面106aは逆円錐状である。55°ないし85°範囲の傾斜角θの傾斜面106aは、直上部に進む光を反射させ、LED100の側面部へと進める。このことによって、周辺のLED100から出射された光と均一に混合され、白色光が効果的に具現できる。
このように、55°ないし85°範囲の傾斜角θの傾斜面106aを使用することによって、本発明の実施例による液晶表示装置モジュールは、導光板を必要としなくなる。従って、導光板がなくてもカラースパットは防げて、また、導光板による光損失が減少され信頼性が向上される。
図4Aないし図4Cは、本発明の実施例による出射光分布による混色(color mixing)程度をシミュレーションしたカラー写真をグレースケール化したものであって、バックライドアセンブリの全体の高さは、導光板を含む従来の方式と同一に、約40mm程度と仮定した。尚、カラー写真のグレースケール化により各色の判別およびその境界の判断が困難となったため、当該カラー写真のコントラストを強調し、各色の周囲の輪郭を抽出した図をあわせて示した。輪郭を抽出した図はグレースケール化した写真から作成したものではなくカラー写真から作成したため、グレースケール化した写真と輪郭を抽出した図とが同じように見えない場合がある点に留意されたい。
図4Aは、垂直中心軸に対して、40°辺りで最大輝度を有する場合の混色程度を示しており、LEDの固有色である緑色G、赤色R、青色Bが画面にそのまま示されている。
図4Bは、垂直中心軸に対して、50°辺りで最大輝度を有する場合であって、図4Aに比べて、全体的な混色は改善されたが、LEDの上部で、まだ固有色が示されている。
図4Cは、垂直中心軸に対して、67.5°辺りで最大輝度を有する場合の混色程度を示しており、図4A及び図4Bのように、LEDの直上部に固有色が示されるカラースパット現象がなくなり、画面全体に均一に混色を有する。
以上のシミュレーションは、導光板が省略されたものと前提しており、垂直軸に対して67.5°辺りで輝度のピークが現れるように出射光分布を適切に調節すると、バックライドアセンブリ20で導光板が省略できることを示唆している。
実験によると、輝度ピークが55°ないし85°である場合にも、導光板なしで活用可能な混色を得ることができる。
LED100のレンズ部の傾斜面106aを、前述したように、55°ないし85°範囲の傾斜角θを有するようにした理由は、前記のような範囲の出射光分布を得るためである。
図5Aは、傾斜面角度が67°である場合の出射光分布を極座標系を示した図であって、図5Bは、傾斜面角度が67°である場合の出射光分布を直角座標系で示した図である。
図示したように、約50°から90°範囲にほとんどの出射光が分布して、輝度ピークは、60°ないし70°辺りで現れる。
特に、出射光分布では、0°辺り、すなわち、LED100の直上部へと出射される光がほとんどない。これは、直上部へと漏洩される光を反射させる導光板が省略できることを意味する。
このように、傾斜面の角度が0°辺りで、直上部へと漏洩される光が最小限に抑えられるとカラースパット現象が防げるが、実験上では、0°で観測される輝度が最大輝度に比べて約2%以下に制限されてこそ、このような目的が達成できる。
また、実験では、本発明の実施例によるLED100を利用したとしても、下部ケースの高さを10mm程度まで低くすると混色が不十分で、カラースパット現象がさらに現れることが観測されたので、下部ケースの高さを低くし過ぎないようにする必要があろう。
さらに、このような出射光分布を具現するためには、レンズ部(図3の106)の傾斜面の角度を前述したように形成するほかなく、レンズ部を1.49ないし1.51範囲の屈折率を有する材質で製造することが有利である。通常、PMMA(PolyMethylMethAcrylate)、シリカ等の材質がこれに当たる。
図6は、本発明の他の実施例によるLED100を示した図面である。
図6に示したように、LED100の上面に高反射率の反射体108をコーティングして、直上部への漏洩光を遮断しており、この時使用される反射体108としては、アルミニウムAlのような金属が利用できる。
以上のような出射光分布及び傾斜角θを有するLED100を利用することによって、直上部への漏洩光が抑えられるために、導光板が省略できる。
本発明の実施例によるLED100を使用する液晶表示装置モジュールを、図1、図3、図6を参照して説明する。
上面が開口された薄いボックス状の下部ケース10の上部に、バックライドアセンブリ20と液晶パネル40を順に積層して、バックライドアセンブリ20と液晶パネル40を四角フレーム状のサポートメイン30を利用して支持する。この時、サポートメイン30は、下部ケース10に結合させる。
液晶パネル40の側部には、軟性回路基板FPCBを媒介に、液晶パネル駆動回路42が連結される。
液晶表示装置モジュールの最上部には、四角フレーム状のトップカバー50が結合されるが、トップカバー50は、液晶パネル40の端側を圧搾固定する一方、サポートメイン30及び下部ケース10と結合する。
下部ケース10に収容されるバックライドアセンブリ20は、下部ケース10の底面にストライプ状に配列される複数のPCB基板21と、PCB基板21の上部に一列に装着された複数のLED100と、これらLED100が通過できる複数の貫通ホール24が透孔され、LED100を除いたPCB基板21と下部ケース10の底面を覆う白色または銀色の反射シーツ23と、LED100の上部に所定間隔離隔して設置され、光を集光及び拡散させる役割をする光学シーツ27とを含んで構成される。光学シーツ27はプラズマシーツ27aと拡散シーツ27bとを含む。
各々のLED100から側傍へと出射された光は、隣接したLED100から出射された光と混合され白色光へと変換された後、導光板を経ず、そのまま光学シーツ27を経て液晶パネル40に入射される。液晶パネル40は、これを利用して、より高輝度の画像が表現できる。導光板が使用されないために、LED100の直ぐ上部には、透明な光学シーツ27が位置する。
前述したように、本発明の実施例によるバックライドアセンブリは、導光板を使用しなくても、従来に比べて、高い輝度の白色光が具現できる。従って、LEDは、いくつかの部分に区分して、これを順に駆動する分割駆動も可能になる。
一方、前述した本発明の実施例において、液晶パネルを使用した液晶表示装置モジュールを主に説明した。本発明の実施例は、LEDを光源に使用する他の表示装置にも使用できる。
本発明は、前述した実施例に限られるのではなく、本発明の趣旨に反しない限度内で、多様に変更して実施できる。
LEDを光源として使用する従来の液晶表示装置モジュールの分解斜視図である。 図1のII−II線によるバックライトアセンブリの結合断面図である。 本発明の実施例によるLEDの断面図である。 垂直中心軸に対して、40°辺りで最大輝度を有する場合の混色程度を示したカラー写真をグレースケール化した写真、及び当該カラー写真のコントラストを強調して各色の輪郭を抽出した図である。 垂直中心軸に対して、50°辺りで最大輝度を有する場合の混色程度を示したカラー写真をグレースケール化した写真、及び当該カラー写真のコントラストを強調して各色の輪郭を抽出した図である。 垂直中心軸に対して、67.5°辺りで最大輝度を有する場合の混色程度を示したカラー写真をグレースケール化した写真、及び当該カラー写真のコントラストを強調して各色の輪郭を抽出した図である。 本発明の実施例によるLEDの出射光分布を極座標系で示した図面である。 本発明の実施例によるLEDの出射光分布を直角座標系で示した図面である。 本発明の他の実施例によるLEDの図面図である。
符号の説明
100:LED
102:ベース部
104:発光部
106:レンズ部
106a:傾斜面

Claims (19)

  1. ベース部上に位置する発光部と、
    前記発光部を覆う上面に傾斜面を有するレンズ部とを含み、前記傾斜面は、逆円錐状であって、前記発光部の中心軸を基準に55°ないし85°の傾斜角を有することを特徴とするLED。
  2. 前記レンズ部は1.49ないし1.52の屈折率を有することを特徴とする請求項1に記載のLED。
  3. 前記レンズ部はPMMAまたはシリカを含むことを特徴とする請求項1に記載のLED。
  4. 前記傾斜面上に位置する反射体をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のLED。
  5. 複数のLEDと、
    前記複数のLEDに対応する複数の貫通ホールを有する反射シーツと、
    前記複数のLEDの直ぐ上部に位置する、少なくとも1つの光学シーツを含むことを特徴とするバックライトアセンブリ。
  6. 前記複数のLEDの少なくとも1つは、
    ベース部上に位置する発光部と、
    前記発光部を覆う上面に、傾斜面を有するレンズ部とを含み、
    前記傾斜面は、逆円錐状であって、前記発光部の中心軸を基準に55°ないし85°の傾斜角を有することを特徴とする請求項5に記載のバックライトアセンブリ。
  7. 前記レンズ部は1.49ないし1.52の屈折率を有することを特徴とする請求項6に記載のバックライトアセンブリ。
  8. 前記レンズ部はPMMAまたはシリカを含むことを特徴とする請求項6に記載のバックライトアセンブリ。
  9. 前記複数のLEDの少なくとも1つは、前記傾斜面上に位置する反射体をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載のバックライトアセンブリ。
  10. 前記複数のLEDの少なくとも1つの直ぐ上部に位置する少なくとも1つの光学シーツ部分は、透明であることを特徴とする請求項6に記載のバックライトアセンブリ。
  11. 表示パネルと、
    前記表示パネルの下部に位置するバックライトアセンブリとを含む表示装置であって、
    前記バックライトアセンブリは、複数のLEDと、前記複数のLEDに対応する複数の貫通ホールを有する反射シーツと、前記複数のLEDの直ぐ上部に位置する、少なくとも1つの光学シーツを含むことを特徴とする表示装置。
  12. 前記複数のLEDの少なくとも1つは、
    ベース部上に位置する発光部と、
    前記発光部を覆う上面に傾斜面を有するレンズ部とを含み、前記傾斜面は、逆円錐状であって、前記発光部の中心軸を基準に55°ないし85°の傾斜角を有することを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
  13. 前記複数のLEDの少なくとも1つは、前記傾斜面上に位置する反射体をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の表示装置。
  14. 前記複数のLEDの少なくとも1つの直ぐ上部に位置する、少なくとも1つの光学シーツ部分は、透明であることを特徴とする請求項12に記載の表示装置。
  15. 前記表示パネルは液晶パネルであることを特徴とする請求項13に記載の表示装置。
  16. 複数のLEDと、
    前記複数のLEDの直ぐ上部に位置する、少なくとも1つの光学シーツとを含むバックライトアセンブリであって、前記複数のLEDの少なくとも1つが、
    ベース部上に位置する発光部と、
    前記発光部を覆う上面に傾斜面を有するレンズ部とを、前記傾斜面は、前記LEDの少なくとも1つが発光部の中心軸を基準に55°ないし80°で最大輝度を有するように、逆円錐状であることを特徴とするバックライトアセンブリ。
  17. 直上部へと出射される光の輝度と前記最大輝度との比率は0.02以下であることを特徴とする請求項16に記載のバックライトアセンブリ。
  18. 前記傾斜面は、前記発光部の中心軸を基準に55°ないし85°の傾斜角を有することを特徴とする請求項16に記載のバックライトアセンブリ。
  19. 前記複数のLEDのうち、少なくとも1つは、前記傾斜面上に位置する反射体をさらに含むことを特徴とする請求項16に記載のバックライトアセンブリ。
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