JP4959208B2

JP4959208B2 - 発光ダイオード用レンズ、発光ダイオード、これを含むバックライトアセンブリー及び液晶表示装置

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Publication number: JP4959208B2
Application number: JP2006062283A
Authority: JP
Inventors: 世起朴; 相裕李; 基哲金; 錫 ▲ヒョン▼ 南; 胄永尹
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2026-03-08
Also published as: EP1701389A1; KR101112552B1; TW200639433A; CN1831565A; JP2006253693A; KR20060097968A; TWI414826B; US20060203353A1; EP1701389B1; CN1831565B; US7580198B2

Description

本発明は表示装置用発光ダイオードレンズ及びこれを利用した発光ダイオード及びこれを含むバックライトアセンブリー、液晶表示装置に関する。

コンピュータのモニターやＴＶなどで使用される表示装置には、自ら発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＥＬ、真空蛍光表示装置（ＶＦＤ）、電界発光素子（ＦＥＤ）、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）などと、自らは発光せず別途の光源を必要とする液晶表示装置（ＬＣＤ）などがある。

一般の液晶表示装置は、電界生成電極が形成された２つの基板と、その間に入っている誘電率異方性を有する液晶層を含む。電界生成電極に電圧を印加して液晶層に電場を発生し、電圧を変化させてこの電場の強さを調節することにより液晶層を通過する光の透過率を調節して所望の画像を得ることができる。

この時の光は、別途設けられた人工光源とすることも可能であり、自然光を用いることも可能である。

液晶表示装置用人工光源、つまり、バックライト装置は、光源としてＣＣＦＬ（ｃｏｌｄｃａｔｈｏｄｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｌａｍｐ）やＥＥＦＬ（ｅｘｔｅｒｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｄｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｌａｍｐ）などの多数の蛍光ランプ（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｌａｍｐ）を使用したり、複数の発光ダイオードを使用する。

二重発光ダイオードは、水銀を使用しないため、環境に優しく、機構が安定しており、寿命が長いなどの長所があり、次世代バックライト装置の光源として注目されている。

発光ダイオードから放出される光は、狭い領域で強い輝度が必要な場合には、表示領域全体的に均等分布ができないという短所がある。これを解決するために発光ダイオードにレンズを形成し、レンズの上部に反射板を形成して、発光ダイオードから放出される光が直接表示領域に入射しないようにする装置を使用している。

しかし、このような構造のレンズを用いると、表示領域全体的に一様な輝度分布ができるが、全体的に輝度が低くなる短所がある。

本発明が目的とする技術的課題は、光抽出効率が高くて表示領域全体に一様な輝度分布ができるようにし、側面発光特性と上面発光特性を両方とも有する発光ダイオードのレンズを提供することである。

このような課題を解決するために本発明では、第１変動曲率を有する第１曲面と第２変動曲率を有する第２曲面とを備えた発光ダイオード用レンズを形成し、前記第２曲面は前記発光ダイオード用レンズの中心軸から側面分散突起を形成して側面発光特性と上面発光特性を有する発光ダイオード用レンズを提供する。

具体的には、中心軸を有する光入射部、前記光入射部の上部角部から延長されていて第１変動曲率を有する第１曲面と、前記第１曲面から前記中心軸に向かって延長されていて第２変動曲率を有する第２曲面とを備えた皿状部を含み、前記第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成するように形成され、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されている発光ダイオード用レンズを提供する。

前記皿状部の前記第１曲面と前記第２曲面が接する部分にはさらに水平面が形成されていることが好ましい。

前記第２変動曲率を変化させて、前記頂点が前記光入射部の上部面から前記皿状部の最高点までの高さの１／３以上１／２以下の範囲で形成されることが好ましい。

前記第２変動曲率を変化させて、前記頂点が前記中心軸から前記皿状部の端部までの水平距離の１／１０以上１／２以下の範囲で形成されることが好ましい。

前記皿状部において、前記入射部の上部面から前記皿状部の最高点までの高さは、前記入射部の高さの１倍以上５倍以下に形成されることが好ましい。

前記光入射部は柱形状を有することが好ましい。

前記発光ダイオード用レンズの光指向角は±５０°を有するのが好ましい。

前記光入射部の下部面から前記頂点の頂点まで、前記中心軸に沿った高さを中央部の高さ、前記中心軸から前記皿状部の端部までの水平長さを皿状部の長さ、前記光入射部の上部面から前記皿状部の最高点までの垂直高さを皿状部の高さとすると、前記中央部の高さは５ｍｍ、前記皿状部の長さは２０ｍｍ、前記皿状部の高さは５ｍｍであるのが好ましい。

前記皿状部の前記第１曲面と前記第２曲面が接する部分にはさらに水平面が形成されており、前記水平面の水平方向の幅を皿状部の厚さとすると、前記皿状部の厚さは０．２ｍｍであるのが好ましい。

前記第２変動曲率は外側から中心軸に近づくに従って曲率半径が順に増加して、最高点に至った後に減少するのが好ましい。

前記第１変動曲率は外側から中心軸に近づくに従って曲率半径が１．７８から１７．１０を超えて４０．５３まで増加し、前記第２変動曲率は外側から中心軸に近づくに従って曲率半径が１８．１１から５６．９２に増加し、再び４８．５３に減少するのが好ましい。

前記第１変動曲率は外側から中心軸に近づくに従って曲率半径が１．７８から１７．１０を超えて４０．５３まで増加し、前記第２変動曲率は外側から中心軸に近づくに従って曲率半径が３．７２から３１．３４に増加し、再び２７．０７に減少するのが好ましい。

中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成されていて第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線が前記中心軸を中心に３６０°回転する時に生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されている発光ダイオード用レンズに関するものであり、前記第２線は前記中心軸と平行であるのが好ましい。

中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に向かって第３長さだけ離れて位置している第３線、前記第３線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成されていて第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線が前記中心軸を中心に３６０°回転する時に生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されている発光ダイオード用レンズに関するものであり、前記第３線は前記中心軸に垂直であるのが好ましい。

光入射部及び中心軸を有する光入射部、前記光入射部の上部角部から延長されて第１変動曲率を有する第１曲面と、前記第１曲面から前記中心軸に向かって延長されて第２変動曲率を有する第２曲面とを備えた皿状部を含み、前記第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成するように形成され、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されている発光ダイオード用レンズ、前記光入射部の下部面と密着形成されている発光チップを含む発光ダイオードに関するものであり、前記発光ダイオード用レンズを前記発光チップと密着形成されるようにする支持部材をさらに含むのが好ましい。

中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成されていて第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線が前記中心軸を中心に３６０°回転する時に生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されている発光ダイオード用レンズと、前記第１線が３６０°回転して形成される面と密着形成されている発光チップとを含む発光ダイオードを提案する。

中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸で遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に向かって第３長さだけ離れて位置している第３線、前記第３線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成され、第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線が前記中心軸を中心に３６０°回転する時に生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されている発光ダイオード用レンズと、前記第１線が３６０°回転して形成される面と密着形成されている発光チップとを含む発光ダイオードを提案する。

基板上に形成され、液晶表示装置用パネルに光を提供する発光部を含む発光ダイオード、前記発光ダイオードの発光部上部に形成されている発光ダイオード用レンズ、前記発光ダイオード用レンズの上部に形成される導光板、前記発光ダイオード用レンズから側面に発散される光を反射させるための反射板を含み、前記発光ダイオード用レンズは中心軸を有する光入射部、前記光入射部の上部角部から延長されて第１変動曲率を有する第１曲面と、前記第１曲面から前記中心軸に向かって延長されて第２変動曲率を有する第２曲面とを備えた皿状部を含み、前記第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成するように形成され、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されているバックライトユニットを提案する。

基板上に形成され、液晶表示装置用パネルに光を提供する発光部を含む発光ダイオード、前記発光ダイオードの発光部上部に形成されている発光ダイオード用レンズ、前記発光ダイオード用レンズの上部に形成される導光板、前記発光ダイオード用レンズから側面に発散される光を反射させるための反射板を含み、前記発光ダイオード用レンズは中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他端に一端この形成され、他端は前記中心軸に形成されていて第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線が前記中心軸を中心に３６０°回転する時生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されているバックライトユニットを提案する。

基板上に形成され、液晶表示装置用パネルに光を提供する発光部を含む発光ダイオード、前記発光ダイオードの発光部上部に形成されている発光ダイオード用レンズ、前記発光ダイオード用レンズの上部に形成される導光板、前記発光ダイオード用レンズから側面に発散される光を反射させるための反射板を含み、前記発光ダイオード用レンズは中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他段一端が形成され、他端は前記中心軸に向かって第３長さだけ離れて位置している第３線、前記第３線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成されていて第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線が前記中心軸を中心に３６０°回転する時生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されているバックライトユニットを提案する。

基板上に形成され、液晶表示装置用パネルに光を提供する発光部を含む発光ダイオード、前記発光ダイオードの発光部上部に形成されている発光ダイオード用レンズ、前記発光ダイオード用レンズの上部に形成される導光板、前記発光ダイオード用レンズから側面に発散される光を反射させるための反射板を含むバックライトユニット、前記バックライトユニットの上部に位置し、上部基板、下部基板及び前記上部基板と前記下部基板の間に注入された液晶を含む液晶表示パネルを含み、前記発光ダイオード用レンズは中心軸を有する光入射部、前記光入射部の上部角部から延長されて第１変動曲率を有する第１曲面と、前記第１曲面から前記中心軸に向かって延長されて第２変動曲率を有する第２曲面とを備えた皿状部を含み、前記第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成するように形成され、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されている液晶表示装置を提案する。

基板上に形成され、液晶表示装置用パネルに光を提供する発光部を含む発光ダイオード、前記発光ダイオードの発光部上部に形成されている発光ダイオード用レンズ、前記発光ダイオード用レンズの上部に形成される導光板、前記発光ダイオード用レンズから側面に発散される光を反射させるための反射板を含むバックライトユニット、前記バックライトユニットの上部に位置し、上部基板、下部基板及び前記上部基板と前記下部基板の間に注入された液晶を含む液晶表示パネルを含み、前記発光ダイオード用レンズは中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成されていて第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線が前記中心軸を中心に３６０°回転する時生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されている液晶表示装置を提案する。

基板上に形成され、液晶表示装置用パネルに光を提供する発光部を含む発光ダイオード、前記発光ダイオードの発光部上部に形成されている発光ダイオード用レンズ、前記発光ダイオード用レンズの上部に形成される導光板、前記発光ダイオード用レンズから側面に発散される光を反射させるための反射板を含むバックライトユニット、前記バックライトユニットの上部に位置し、上部基板、下部基板及び前記上部基板と前記下部基板の間に注入された液晶を含む液晶表示パネルを含み、前記発光ダイオード用レンズは中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置する第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に向かって第３長さだけ離れて位置している第３線、前記第３線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成されていて第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線が前記中心軸を中心に３６０°回転する時生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されている液晶表示装置を提案する。

本発明に係る発光ダイオード用レンズは、光損失が少なく、光の分布が均一性を有する。また、上面発光と側面発光の特性を両方とも有する新たな概念のレンズであり、モニターとＴＶなどに広く適用可能な発光ダイオード用レンズを提供することができる。

添付図を参照して本発明の実施例による本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な形態に実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。

図面において、各々の層及び領域を明確に表示するために厚さを拡大して示した。明細書全体を通じて類似する部分については同一符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上”にあるとする時、これは他の部分の“直上”にある場合だけではなく、その中間に他の部分がある場合も含む。逆にある部分が他の部分の“直上”にあるとする時には中間に他の部分がないことを意味する。

本発明の実施例による発光ダイオード用レンズ及び発光ダイオードについて図を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の１つの実施例による液晶表示装置のブロック図であり、図２は本発明の１つの実施例による液晶表示装置の分解斜視図であり、図３は本発明の１つの実施例による液晶表示装置の１つの画素における等価回路図である。

図１に示したように、本発明の１つの実施例による液晶表示装置は液晶表示板組立体３００及びこれと接続されたゲート駆動部４００とデータ駆動部５００、データ駆動部５００に接続された階調電圧生成部８００、液晶表示板組立体３００に光を照射する光源部９１０、光源部９１０を制御する光源駆動部９２０及びこれらを制御する信号制御部６００を含む。

一方、図２に示したように、本発明の１つの実施例による液晶表示装置を構造的に見ると、表示部３３０とバックライト部３４０を含む液晶モジュール３５０と、液晶モジュール３５０を収納・固定する前面及び後面シャーシ３６１、３６２、モールドフレーム３６３、３６４を含む。

表示部３３０は、液晶表示板組立体３００とこれに取り付けられたゲートテープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）４１０及びデータＴＣＰ５１０、そして当該ＴＣＰ４１０、５１０に取り付けられているゲート印刷回路基板（ＰＣＢ）４５０及びデータＰＣＢ５５０を含む。

液晶表示板組立体３００は、図２及び図３に示したように、下部表示板１００及び上部表示板２００とその間に入っている液晶層３を含み、図１及び図３に示した等価回路から見ると、複数の表示信号線（Ｇ１−Ｇｎ、Ｄ１−Ｄｍ）とこれに接続されていてほぼ行列形態に配列された複数の画素を含む。

表示信号線（Ｇ１−Ｇｎ、Ｄ１−Ｄｍ）は下部表示板１００に設けられて、ゲート信号（”走査信号”）を伝達する複数のゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）とデータ信号を伝達するデータ線（Ｄ１−Ｄｍ）を含む。ゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）はほぼ行方向に延びていて互いにほぼ平行であり、データ線（Ｄ１−Ｄｍ）はほぼ列方向に伸びていて互いにほぼ平行に形成される。

各画素は、表示信号線（Ｇ１−Ｇｎ、Ｄ１−Ｄｍ）に接続されたスイッチング素子（Ｑ）とこれに接続された液晶蓄電器（ＣＬＣ）及び維持蓄電器（ＣＳＴ）を含む。維持蓄電器（ＣＳＴ）は必要に応じて省略することができる。

薄膜トランジスタなどのスイッチング素子（Ｑ）は、下部表示板１００に設けられていて、三端子素子としてその制御端子及び入力端子は各々ゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）及びデータ線（Ｄ１−Ｄｍ）に接続されており、出力端子は液晶蓄電器（ＣＬＣ）及び維持蓄電器（ＣＳＴ）に接続されている。

液晶蓄電器（ＣＬＣ）は、下部表示板１００の画素電極１９０と上部表示板２００の共通電極２７０を２つの端子とし、２つの電極１９０、２７０の間の液晶層３は誘電体として機能する。画素電極１９０はスイッチング素子（Ｑ）に接続されており、共通電極２７０は上部表示板２００の全面に形成されていて共通電圧Ｖｃｏｍの印加を受ける。図３に示す構成とは異なり、共通電極２７０が下部表示板１００に形成される場合もあり、この時には２つの電極１９０、２７０のうち、少なくとも１つが線状または棒状で形成することができる。

液晶蓄電器（ＣＬＣ）の補助的役割を果たす維持蓄電器（ＣＳＴ）は、下部表示板１００に設けられた別個の信号線（図示せず）と画素電極１９０とが絶縁体を間において重なりあうことにより構成され、この別個の信号線には共通電圧（Ｖｃｏｍ）などの決められた電圧が印加される。また、維持蓄電器（ＣＳＴ）は画素電極１９０が絶縁体を媒介として真上の前段ゲート線と重なりあうことで構成することができる。

一方、色表示を実現するためには、各画素が三原色のうち１つを固有に表示するか（空間分割）、各画素が時間に合わせて交互に三原色を表示するように（時間分割）して、これら三原色の空間的、時間的合計で所望する色相が認識されるようにする。図３は、空間分割の一例として、各画素が画素電極１９０に対応する上部表示板２００の領域に赤、緑、青の色フィルター２３０を備えることを示している。図３の構成とは異なり、色フィルター２３０は下部表示板１００の画素電極１９０上のまたは下に形成することもできる。

図２のバックライト部３４０は、液晶表示板組立体３００の下部に装着されており複数の発光ダイオード３４４がＰＣＢ基板３４５に実装されて構成された光源体３４９、組立体３００と発光ダイオード３４４の間に位置して発光ダイオード３４４からの光を組立体３００に拡散する導光板３４２及び複数の光学シート３４３、ＰＣＢ基板３４５の上部に位置して発光ダイオード３４４の発光部を突出させる複数の孔を有し、発光ダイオード３４４からの光を組立体３００側に反射する反射板３４１、そして反射板３４１と導光板３４２の間に装着されて光源体と導光板３４２間の距離を一定に維持して導光板３４２と光学シート３４３を支持するモールドフレーム３６４を含む。

光源として用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）３４４は、白色光を発光する白色発光ダイオードを用いることができ、または赤色、緑色及び青色発光ダイオードを混合配置して使用することもできる。または白色発光ダイオードに赤色発光ダイオードなどを補助的に使用することもできる。これら発光ダイオードが所定の形態にＰＣＢ基板３４５上に配列されて光源体３４９を形成する。

図２に示した光源体３４９の個数は３つであるが、その数は要求される輝度と液晶表示装置の画面の大きさなどに合わせて増減することができる。

液晶表示板組立体３００の２つの表示板１００、２００の外側面には光源体３４９から出る光を偏光させる偏光子（図示せず）が取り付けられている。

図１と図２に示すように、階調電圧生成部８００はデータＰＣＢ５５０に備えられていて画素の透過率と関連する２対の複数階調電圧を生成する。２対のうち１対は共通電圧（Ｖｃｏｍ）に対して正の値を有し、他の１対は負の値を有する。

ゲート駆動部４００は、集積回路（ＩＣ）チップの形態に各ゲートＴＣＰ４１０上に装着されており、液晶表示板組立体３００のゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）に接続されて外部からのゲートオン電圧（Ｖｏｎ）とゲートオフ電圧（Ｖｏｆｆ）の組み合わせで構成されるゲート信号をゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）に印加する。

データ駆動部５００は、ＩＣチップの形態に各データＴＣＰ５１０上に装着されており、液晶表示板組立体３００のデータ線（Ｄ１−Ｄｍ）に接続されて階調電圧生成部８００からの階調電圧の中で選択したデータ電圧をデータ線（Ｄ１−Ｄｍ）に印加する。

本発明の他の実施例によると、ゲート駆動部４００またはデータ駆動部５００はＩＣチップの形態で下部表示板１００上に取り付けられ、他の実施例によると下部表示板１００に他の素子等と共に集積される。この２つの場合ゲートＰＣＢ４５０またはゲートＴＣＰ４１０は省略できる。

ゲート駆動部４００及びデータ駆動部５００などの動作を制御する信号制御部６００は、データＰＣＢ５５０またはゲートＰＣＢ４５０に設けられている。

このような液晶表示装置の表示動作について詳細に説明する。

信号制御部６００には、外部のグラフィック制御機（図示せず）から入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）及びその表示を制御する入力制御信号、例えば、垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）と水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）、メインクロック（ＭＣＬＫ）、データイネーブル信号（ＤＥ）などが入力される。信号制御部６００は、入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）と入力制御信号に基づいて映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を液晶表示板組立体３００の動作条件に合うように適切に処理して、ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）及びデータ制御信号（ＣＯＮＴ２）などを生成した後、ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）をゲート駆動部４００に出力してデータ制御信号（ＣＯＮＴ２）と処理した映像信号（ＤＡＴ）はデータ駆動部５００に出力する。

ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）は、フレームの開始を知らせる垂直同期開始信号（ＳＴＶ）、ゲートオン電圧（Ｖｏｎ）の出力時期を制御するゲートクロック信号（ＣＰＶ）及びゲートオン電圧（Ｖｏｎ）の持続時間を限定する出力イネーブル信号（ＯＥ）などを含む。

データ制御信号（ＣＯＮＴ２）は映像データ（ＤＡＴ）の伝送開始を知らせる水平同期開始信号（ＳＴＨ）とデータ線（Ｄ１−Ｄｍ）にデータ電圧を印加するロード信号（ＬＯＡＤ）、共通電圧（Ｖｃｏｍ）に対するデータ電圧の極性（以下、共通電圧に対するデータ電圧の極性を減らしてデータ電圧の極性とする）を反転させる反転信号（ＲＶＳ）及びデータクロック信号（ＨＣＬＫ）などを含む。

データ駆動部５００は、信号制御部６００からのデータ制御信号（ＣＯＮＴ２）によって１行の画素に対する映像データ（ＤＡＴ）を順に受信してシフトし、階調電圧生成部８００からの階調電圧のうち、各映像データ（ＤＡＴ）に対応する階調電圧を選択することによって映像データ（ＤＡＴ）を当該データ電圧に変換した後、これを当該データ線（Ｄ１−Ｄｍ）に印加する。

ゲート駆動部４００は、信号制御部６００からのゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）によってゲートオン電圧（Ｖｏｎ）をゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）に印加し、このゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）に接続されたスイッチング素子（Ｑ）を導通させ、これによってデータ線（Ｄ１−Ｄｍ）に印加されたデータ電圧が導通されたスイッチング素子（Ｑ）を通して当該画素に印加される。

画素に印加されたデータ電圧と共通電圧（Ｖｃｏｍ）の差は、液晶蓄電器（ＣＬＣ）の充電電圧、つまり、画素電圧として示す。液晶分子は画素電圧の大きさによってその配列を異ならせる。

光源駆動部９２０は、光源部９１０に印加される電流を制御して、光源部９１０を構成する発光ダイオード３４４を点滅してその明るさを制御する。

このような光源駆動部９２０の動作によって、発光ダイオード３４４から出た光は液晶層３を通過しながら液晶分子の配列によってその偏光が変化する。このような偏光の変化は偏光子によって光の透過率変化に現れる。

１水平周期（または１Ｈ）（水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）、データイネーブル信号（ＤＥ）、ゲートクロック（ＣＰＶ）の一周期）が終わると、データ駆動部５００とゲート駆動部４００は次の行の画素に対して同様の動作を繰り返す。このような方式で、１フレームの間全てのゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）に対して順にゲートオン電圧（Ｖｏｎ）を印加して、全ての画素にデータ電圧を印加する。１フレームが終わると次のフレームに対する駆動を開始し、各画素に印加されるデータ電圧の極性が直前フレームでの極性と反対になるように、データ駆動部５００に印加される反転信号（ＲＶＳ）の状態を制御する（フレーム反転）。この時、１フレームの間にも反転信号（ＲＶＳ）の特性によって１つのデータ線を通して流れるデータ電圧の極性を変えることもでき（行反転、ドット反転）、一行の画素行に印加されるデータ電圧の極性も互いに異なるように制御することもできる（列反転、ドット反転）。

以下、本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズについて、図４及び図５を中心に詳細に説明する。本発光ダイオード用レンズ１０は、上面発光の特性と側面発光の特性を有して、光抽出効率が良く、光損失が少なくなるように形成する。

図４は、本発明の１つの実施例による発光ダイオード（ＬＥＤ）用レンズの中心断面図であって、中心軸１９を含む平面で切断した断面図である。図５は本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの光の進行方向を示す図である。

図４に示したように、本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズ１０は大きく３部分、即ち、光入射部１１、皿状部１２、そして側面分散突起１３に分けることができる。

光入射部１１は、発光ダイオードの光出射部（図示せず）と接して発光ダイオード用レンズ１０に光が入射する部分である。

光入射部１１の上部には、皿状部１２が形成されており、皿状部１２の一部分で発光ダイオード用レンズ１０の中心軸部分に側面分散突起１３が形成されている。

皿状部１２は、第１曲面１５と第２曲面１６を含んで形成される。第１曲面１５は光入射部１１の上部角部から延長形成され、中心軸１９から離れるほど上方向に向けて湾曲するように形成されている。

一方、第２曲面１６は第１曲面１５より上部に形成されており、第１曲面１５の端部から中心軸１９まで延長されている曲面である。この時、第２曲面１６が中心軸１９と接する地点には第２曲面１６によって側面分散突起１３が形成される。

第１曲面１５と第２曲面１６が連結する部分には、第１曲面１５と第２曲面１６とが接するように形成せずに、第１曲面１５と第２曲面１６の間に水平面１４を形成することもできる。

一方、図４に示されている発光ダイオード用レンズの表面は、中心軸を基準として特定形状の曲線を回転させた回転曲面として形成することもできるが、これは以下で説明する。

中心軸１９を基準とする回転面は下記のような形状を有する。

中心軸１９に垂直に第１線１７が形成されている。第１線１７の一端は中心軸１９上に形成されており、他端は中心軸１９から第１長さだけ離れて位置している。

一方、第１線１７の他端には、第２線１８の一端が連結されており、第２線１８の他端は第１線１７から上方向に第２長さだけ離れて位置している。ここで第１線１７と第２線１８が成す角度は９０°であるのが好ましく、第２線１８は中心軸１９に対して平行に形成されるのが好ましい。

第２線１８の他端には、第１曲線１５の一端が形成されている。第１曲線１５の他端は第１曲線１５の一端に比べて中心軸１９から離れる上側領域に位置している。

第１曲線１５の他端には、第２曲線１６の一端が形成されている。第２曲線１６の他端は中心軸１９上に位置している。第２曲線１６の他端は第２曲線１６で他端の近隣地点の高さより高く形成されている。

以上で説明したように、第１線１７、第２線１８、第１曲線１５、第２曲線１６及び第３線１４を中心軸１９の周りに回転させた回転面であって、図１に示している発光ダイオード用レンズを形成することができる。

ここで第１曲線１５と第２曲線１６の間の第３線１４を省略して第１曲線１５と第２曲線１６を直接接続することもできる。なお、第３線１４の傾きは自由であるが、水平状態、つまり、中心軸１９に対して直交する方向であることが好ましい。

以上で説明した第１曲面１５（または第１曲線の回転面）と第２曲面１６（または第２曲線の回転面）は、各々当該曲面内で曲率が変わる、または、各々対応する第１、第２曲線の曲率が中心軸からの水平距離に応じて変動するように形成されるのが好ましく、このことを理由として変動曲率と呼ぶ。以下、第１曲面１５が有する変動曲率を第１変動曲率とし、第２曲面１６が有する変動曲率を第２変動曲率とする。

図４には、発光ダイオード用レンズの皿状部の長さ（Ｌ）、皿状部の高さ（Ｈ）、皿状部の厚さ（Ｔ）、中央部の高さ（Ｄ）、第２変動曲率（θ）及び第１変動曲率を示している。

皿状部の長さ（Ｌ）は中心軸１９から皿状部１２の端部までの水平長さであり、皿状部の高さ（Ｈ）は光入射部１１の上面から皿状部の最高点までの高さであり、皿状部の厚さ（Ｔ）は第１曲面と第２曲面の間に水平面１４が形成されている場合、水平面１４の幅であり、第１曲線１５と第２曲線１６の間に第３線１４が形成されている場合、第３線１４の長さを意味する。

一方、中央部の高さ（Ｄ）は、光入射部１１の下面から中心軸１９に沿って側面分散突起１３の頂点までの高さである。

第１変動曲率は第１曲面１５または第１曲線１５が有する変動曲率であり、第２変動曲率（θ）は第２曲面１６または第２曲線１６が有する変動曲率である。

図５では、光入射部１１を通して入射した光が、発光ダイオード用レンズで反射及び屈折して多様な方向に放出される経路を示している。図５では代表的な４つの場合の光の経路を示している。第１経路は、光入射部１１に入射した光が第１曲面１５の下部で反射され、第２曲面１６で屈折して下側方向に放出される光を示している。下側方向に放出された光は、導光板下部の反射板で反射されて上部の表示パネルに入射するようになる。

第２経路は、光入射部１１に入射した光が第１曲面１５を通らず、第２曲面１６で屈折して側面に放出される経路を示している。第２経路を通して側面方向に放出される光も導光板の反射板に反射されて上部の表示パネルに入射する。

第１経路と第２経路は、側面発光する方式のレンズから光が放出される経路と同一である。

第３経路は、光入射部１１に入射した光が側面分散突起１３の下部またはその周辺を通して上部表示パネルに入射する経路を示し、第４経路は、光入射部１１に入射した光が側面分散突起１３の面と垂直に入射して反射や屈折せず、上部表示パネルに入射する経路を示している。

発光ダイオード用レンズ１０に側面分散突起１３が形成されているため、第３経路または第４経路で進行する光を除いて側面分散突起１３を直接通過することができず、側面分散突起１３の下部面に反射される。その結果、側面分散突起１３が形成されている発光ダイオードの中央部分の上部では輝度が減少し、側面分散突起１３は発光オードの光を拡散させる役割を果たす。

以上で説明したように、本発明による発光ダイオード用レンズは、前面発光の特性と側面分散突起１３による側面発光の特性を有しており、側面発光と前面発光の比率は側面分散突起１３の大きさによって変わる。

このような構造及び特性を有する発光ダイオード用レンズ１０において、皿状部の長さ（Ｌ）、皿状部の高さ（Ｈ）、皿状部の厚さ（Ｔ）、中央部の高さ（Ｄ）及び変動曲率という要素の中で、どの要素が最も重要な要素なのかを以下で説明する。

第１変動曲率は固定した後、第２変動曲率（θ）だけを変化させながら多様な実施例を比較する。これは第１変動曲率も変化させながら光抽出効率を測定したが（提示せず）、光抽出効率に影響を与えることができなかったためである。この結果は、下の理由から説明できる。つまり、発光ダイオード用レンズに入射した光は、第２変動曲率に合わせて形成された側面分散突起１３によって反射屈折されて進行するように形成されており、第１曲線は単に側面方向に進行する光が屈折するため、第１曲線の第１変動曲率は重要な意味を有しない。

また、第２変動曲率（θ）は、その値が変化するため、変動曲率値を代表値で表示する必要がある。第２変動曲率（θ）の代表値が７０の場合は、第２変動曲率（θ）によって側面分散突起１３が形成され始める曲率を表示する。代表値が７０より小さい場合には、側面分散突起１３が形成されず、第２変動曲率（θ）代表値が７０より大きくなるに従って側面分散突起１３が高くなり、広い領域を占めるようになる。図１４及び図１５に図示されているように、第２変動曲率（θ）の代表値が７０の場合は、曲率半径が皿状部の外側から中心軸に近づくに従って１８．１１から５６．９２に増加し、再び４８．５３に減少する変動曲率を代表し、第２変動曲率（θ）代表値が１００の場合は、曲率半径が３．７２から３１．３４に増加し、再び２７．０７に減少する変動曲率を代表する。

一方、第１変動曲率は以下の実施例で固定し、第１変動曲率は外側から中心軸に近づくに従って曲率半径値が１．７８から１７．１０を超えて４０．５３まで増加する曲率を有するように形成して実験を行った。

前述で提示した曲率半径の中心点は、図１４及び図１５で示したように、相互に異なる位置であり、各曲率半径の中心点と曲率半径は下のような対応関係を有する。図１４及び図１５で、曲率半径１は（ａ）地点を中心として測定し、曲率半径２は（ｂ）地点、曲率半径３は（ｃ）地点、曲率半径４は（ｄ）地点、曲率半径５は（ｅ）地点、曲率半径６は（ｆ）地点を各々中心として測定した値である。また、曲率半径１、２及び３は第１変動曲率を示す値であり、曲率半径４、５及び６は第２変動曲率を示す値である。

上記の第２変動曲率（θ）代表値は以下の実験のために代表化させた値であるため、実際曲線の曲率と異なる。

図６は、本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズにおける中央部の高さ（Ｄ）変化による光抽出効率を示した図である。

図６は、皿状部の長さ（Ｌ）を１７ｍｍ、皿状部の高さ（Ｈ）を１０ｍｍ、皿状部の厚さ（Ｔ）を０として第２変動曲率（θ）を８２°とした発光ダイオード用レンズ１０における中央部の高さ（Ｄ）の変化による光の抽出効率を示したグラフである。

ここで光抽出効率は、発光ダイオード用レンズで損失する光を除いて外部に放出される光の百分率を意味する。

図６のグラフのように、中央部の高さ（Ｄ）が高くなるに従って光抽出効率が多少増加することを確認できるが、発光ダイオード用レンズにおいて重要要素ではないことが分かる。

図６で中央部の高さ（Ｄ）を７ｍｍとした時、光抽出効率が９９．０２％である。

図７は、本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズにおける皿状部の長さ（Ｌ）変化による光抽出効率を示した図である。

一方、図７は皿状部の高さ（Ｈ）を５ｍｍ、中央部の高さ（Ｄ）を３ｍｍ、皿状部の厚さ（Ｔ）を０として第２変動曲率（θ）を８２°とした発光ダイオード用レンズ１０における皿状部の長さ（Ｌ）の変化による光の抽出効率を示したグラフである。

図７で示したように、皿状部の長さ（Ｌ）が増加するに従って光抽出効率が増加することが分かり、本実験で皿状部の長さ（Ｌ）が１８ｍｍ近くなると飽和し始めて２０ｍｍで最大の光抽出効率を有することが分かる。本実験で皿状部の長さ（Ｌ）が２０ｍｍである時の光抽出効率は９２．７９％である。

図８は本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの皿状部の長さ（Ｌ）を変化させて測定した光分布図である。

ここで光分布図は、発光ダイオード用レンズの上部で平板型ディテクターで光の分布を測定した図である。

図８は、発光ダイオード用レンズの皿状部の長さ（Ｌ）を変化させながら発光ダイオード用レンズを透過した光が発光ダイオード用レンズの上部でどのように分布するかを調べた光分布図である。図８の（ａ）は皿状部の長さ（Ｌ）を１０ｍｍで形成した場合であり、各々２ｍｍずつ皿状部の長さ（Ｌ）を増加させて光分布を測定した。図８の（ｆ）は皿状部の長さ（Ｌ）が２０ｍｍの実施例である。

図８の（ａ）には発光ダイオード用レンズ１０の側面分散突起１３上部に光分布がほとんどなく、全体的に側面分散突起１３から遠くなるに従って光の量が増加し、再び減少する分布を示している。ただし、側面分散突起１３から遠い位置に再び光の量が増加する領域が存在する。このように皿状部の長さ（Ｌ）が１０ｍｍの場合、光分布は不均一に形成されていることが分かる。

図８の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）の順に皿状部の長さ（Ｌ）を長くすることによって、側面分散突起１３上部にも徐々に光分布が増加し始め、側面分散突起１３外の部分にも全体的に光分布が均一になることが確認できる。

従って、図７及び図８を通して、発光ダイオード用レンズ１０の皿状部の長さ（Ｌ）が長くなるにつれて、光抽出効率が向上し、光分布も均一になることが分かる。その結果、皿状部の長さ（Ｌ）は長く形成することが好ましい。

図９は、本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの皿状部の高さ（Ｈ）による光抽出効率を示す図である。

図９は、皿状部の長さ（Ｌ）を１７ｍｍ、中央部の高さ（Ｄ）を３ｍｍ、皿状部の厚さ（Ｔ）を０として、第２変動曲率（θ）を８２°とした発光ダイオード用レンズ１０における皿状部の高さ（Ｈ）の変化による光の抽出効率を示したグラフである。

図９に示したように、皿状部の高さ（Ｈ）が大きくなるに従って光抽出効率が順に減少する。従って、皿状部の高さ（Ｈ）が小さくなるに従って良い光抽出効率を有するが、レンズ形状と大きさを考慮して小さい値を有するようにするべきである。皿状部の高さ（Ｈ）が５ｍｍの場合、光抽出効率は９２．６７％である。

つまり、図７〜図９の内容から、次のような結果を得ることができる。皿状部の長さ（Ｌ）は長い方が、皿状部の高さ（Ｈ）は低い方が良い。その結果、皿状部１２が高くかつ短い形状で形成されるより、低くかつ広い形状で形成されるのが好ましい。

図１０は、本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの皿状部の厚さ（Ｔ）による光抽出効率を示す図である。

図１０は皿状部の高さ（Ｈ）を１０ｍｍ、皿状部の長さを１７ｍｍ、中央部の高さ（Ｄ）を３ｍｍ、第２変動曲率（θ）を８２°とした発光ダイオード用レンズ１０における皿状部の厚さ（Ｔ）の変化による光抽出効率を示したグラフである。

図１０に示したように、皿状部の厚さ（Ｔ）の変化に関係なく光抽出効率は一定である。

本実験の結果を通してレンズを実際加工及び製作誤差によって皿状部の厚さ（Ｔ）が形成されても問題が生じないことを確認することができる。

図１１は、本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの第２変動曲率（θ）による光抽出効率を示す図である。

図１１は皿状部の高さ（Ｈ）を５ｍｍ、皿状部の長さを２０ｍｍ、中央部の高さ（Ｄ）を７ｍｍ、皿状部の厚さ（Ｔ）を０．２ｍｍに形成した発光ダイオード用レンズ１０における第２変動曲率（θ）の変化による光抽出効率を示したグラフである。

図１１は第２変動曲率（θ）が増加するに従って（つまり、第２変動曲率（θ）の代表値が増加するに従って）光抽出効率も増加することを示す。これは第２変動曲率（θ）が増加するに従って、発光ダイオード用レンズの側面分散突起１３が明確に形成され、その結果、側面分散突起１３による効果が増加するためである。つまり、側面分散突起１３が形成されない場合には、下部の光が全反射されて外部に抽出されない確率が高く、側面分散突起１３が形成されることによって全反射された光も外部に抽出されて光抽出効率が向上するものである。

これについて図１２で示している光分布図を参照して説明する。

図１２は、本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの第２変動曲率（θ）を変化させて測定した光分布図である。

図１２の（ａ）から（ｆ）は第２変動曲率（θ）の代表値を７０°から１００°まで６°間隔に形成して実験した結果であり、（ａ）〜（ｆ）の光分布面積は下の表である。

上記の表１のように第２変動曲率（θ）の代表値が７０°である図１２（ａ）では、光が分布するＸ軸方向の半径が２０ｍｍであり、第２変動曲率（θ）が１００°である図１２（ｆ）では、半径が２９ｍｍである。つまり、第２変動曲率（θ）が増加するにつれて、光が分布する領域も共に増加することを確認することができる。

図１３は、本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの第２変動曲率（θ）による光抽出効率を半球形ディテクターで測定した分布図である。

図１３は、平板型ディテクターを使用した図１２とは異なって、半球形ディテクターを使用して測定した光抽出効率を示している。

図１３において、丸でプロットしたものは平板型ディテクターを使用した場合（つまり、図１２の場合）の光抽出効率を示しており、四角形でプロットしたものは半球形ディテクターを使用して測定した光抽出効率を示している。本発光ダイオード用レンズ１０は、上面発光だけではなく側面発光もするため、丸でプロットした上面発光の光抽出効率の値を四角形でプロットした全体発光の光抽出効率の値から引けば、側面発光の光抽出効率が分かる。図１３で、三角形でプロットしたものは四角形でプロットした光抽出効率（全体抽出効率）から丸でプロットした光抽出効率（上面抽出効率）を引いたもので、側面方向の光抽出効率を示す。

このように第２変動曲率（θ）が増加するに従って、発光ダイオード用レンズ１０の上部の輝度は増加するが、側面から放射される光の輝度は減少することを確認することができる。これを調節すると、上部の輝度と側面から放射される光の輝度を調節して、パネル全体的に均一な輝度を有するように調節することができる。

図１４は、本発明の他の実施例による発光ダイオード用レンズの断面図であり、第２変動曲率の代表値が７０の場合の第１及び第２変動曲率の実際曲率半径も示しており、図１５は本発明の他の実施例による発光ダイオード用レンズの断面図であり、第２変動曲率の代表値が１００の場合の第１及び第２変動曲率の実際曲率半径も示している。

図１４及び図１５は、第２変動曲率（θ）による多様な実施例のうち、第２変動曲率（θ）代表値が７０°である場合の実施例と第２変動曲率（θ）代表値が１００°である場合の実施例の断面図を示している。図１４のように第２変動曲率（θ）代表値が７０°の場合、側面分散突起１３がほとんど見えない程度、小さく形成されており、それによる光抽出効率が低く、光が分布する領域も狭い。しかし、図１５のように第２変動曲率（θ）代表値が１００°の場合、側面分散突起１３が明確に認識される程、高くかつ広く形成されて光抽出効率が大きくなり、光が分布する領域も広い。
図１６は、本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの光指向角特性を示した図である。

光指向角は、発光ダイオード用レンズにおいて光を側面から発散する角度である。一般に発光ダイオードは指向角が狭いが、本発明である発光ダイオード用レンズを使用することで広げることができる。本発明による発光ダイオード用レンズは、図１６で示したように±５０°程度の光指向角を有する。また、前記光指向角領域の光強度は他のレンズに比べて均一である。

図１７は本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの光抽出分布図である。

図１７は皿状部の高さ（Ｈ）を５ｍｍ、皿状部の長さを２０ｍｍ、中央部の高さ（Ｄ）を７ｍｍ、皿状部の厚さ（Ｔ）を０．２ｍｍ、第２変動曲率（θ）を７０°で形成した発光ダイオード用レンズ１０を上部４０ｍｍの位置から平板型ディテクターで光分布を測定した図である。

図１７に図示されているように、発光ダイオード用レンズ１０から抽出される光の強度分布において、中心部分が側面部分に比べて少し低いことを確認することができる。これは発光ダイオード用レンズ１０の側面分散突起１３による効果である。

また、図１７で中心部と側面部の光分布がある程度均一性を有することを確認することができ、これは既存の構造の光分布に比べて非常に改善された部分である。

図１７で平板型ディテクターを位置させた上部４０ｍｍの位置は、一般にＬＣＤＴＶの厚さを考慮した位置であり、本発光ダイオード用レンズはモニター用だけではなくＴＶ用に使用する時にも優れた光抽出効率及び均一な光分布を有することを確認することができる。

以上で説明したように、発光ダイオード用レンズはその下部（光入射部の下部、または第１線が回転しながら形成される面の下部）に発光ダイオードが形成される。発光ダイオードは、発光ダイオード用レンズと密着形成されて光の損失が少なくなるように形成され、発光ダイオードと発光ダイオード用レンズを密着支持させる支持部材（図示せず）をさらに含むこともできる。

発光ダイオードから発散される光は、発光ダイオード用レンズを通して上面発光と側面分散突起１３による側面発光が行われ、その結果光損失が減って光抽出効率が向上する。

以上で本発明の好ましい実施例を詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されることなく、請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものとする。

本発明の１つの実施例による液晶表示装置のブロック図である。本発明の１つの実施例による液晶表示装置の分解斜視図である。本発明の１つの実施例による液晶表示装置の１つの画素の等価回路図である。本発明の１つの実施例による発光ダイオード（ＬＥＤ）用レンズの断面図である。本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの光の進行方向を示す図である。本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズにおける中央部の高さ（Ｄ）変化による光抽出効率を示す図である。本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズにおける皿状部の長さ（Ｌ）変化による光抽出効率を示す図である。本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの皿状部の長さ（Ｌ）を変化させて測定した光分布図である。本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの皿状部の高さ（Ｈ）による光抽出効率を示す図である。本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの皿状部の厚さ（Ｔ）による光抽出効率を示す図である。本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの第２変動曲率（θ）による光抽出効率を示す図である。本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの第２変動曲率（θ）を変化させて測定した光分布図である。本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの第２変動曲率（θ）による光抽出効率を半球形ディテクターで測定した分布図である。本発明の他の実施例による発光ダイオード用レンズの断面図であり、第２変動曲率の代表値が７０の場合の第１及び第２変動曲率の実際曲率半径も示している。本発明の他の実施例による発光ダイオード用レンズの断面図であり、第２変動曲率の代表値が１００の場合の第１及び第２変動曲率の実際曲率半径も示している。本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの光指向角特性を示した図である。本発明の１つの実施例による発光ダイオード用レンズの光抽出分布図である。

３液晶層
１０発光ダイオード用レンズ
１１光入射部
１２皿状部
１３側面分散突起
１４水平面、第３線
１５第１曲面、第１曲線
１６第２曲面、第２曲線
１７第１線
１８第２線
１９中心軸
１００下部表示板
１９０画素電極
２００上部表示板
２３０色フィルター
２７０共通電極
３００液晶表示板組立体
３３０表示部
３４０バックライト部
３５０液晶モジュール
３６１、３６２シャーシ
３６３、３６４モールドフレーム
４００ゲート駆動部
４１０ゲートテープキャリアパッケージ
４５０ゲート印刷回路基板
５００データ駆動部
５１０データテープキャリアパッケージ
５５０データ印刷回路基板
６００信号制御部
８００階調電圧生成部
９１０光源
９２０光源駆動部

Claims

光入射部と、
中心軸を有し、前記光入射部の上部角部から延長されて第１変動曲率を有する第１曲面と、前記第１曲面から前記中心軸の方に延長されて第２変動曲率を有する第２曲面とを備えた皿状部とを含み、
前記第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成するように形成され、
前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、
前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されていることを特徴とする発光ダイオード用レンズ。
前記皿状部の前記第１曲面と前記第２曲面が接する部分にはさらに水平面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード用レンズ。
前記第２変動曲率を変化させて、前記頂点が前記光入射部の上部面から前記皿状部の最高点までの高さの１／３以上１／２以下に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード用レンズ。
前記第２変動曲率を変化させて、前記頂点が前記中心軸から前記皿状部の端部までの水平距離の１／１０以上１／２以下の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード用レンズ。
前記皿状部において、前記入射部の上部面から前記皿状部の最高点までの高さは、前記入射部の高さの１倍以上５倍以下の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード用レンズ。
前記光入射部は柱形状を有することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード用レンズ。
前記発光ダイオード用レンズの光指向角は、±５０°を有することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード用レンズ。
前記光入射部の下部面から前記頂点まで前記中心軸に沿った高さを中央部の高さ、前記中心軸から前記皿状部の端部までの水平長さを皿状部の長さ、前記光入射部の上部面から前記皿状部の最高点までの垂直高さを皿状部の高さとする時、前記中央部の高さは５ｍｍ、前記皿状部の長さは２０ｍｍ、前記皿状部の高さは５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード用レンズ。
前記皿状部の前記第１曲面と前記第２曲面が接する部分にはさらに水平面が形成されており、前記水平面の水平方向の幅を皿状部の厚さとする時、前記皿状部の厚さは０．２ｍｍであることを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオード用レンズ。
前記第２変動曲率は、外側から中心軸に近づくに従って曲率半径が順に増加し、最高点に至った後に減少することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード用レンズ。
前記第１変動曲率は、外側から中心軸に向かうにつれて曲率半径が１．７８から１７．１０を超えて４０．５３まで増加し、
前記第２変動曲率は、外側から中心軸に向かうにつれて曲率半径が１８．１１から５６．９２まで増加して、再び４８．５３に減少することを特徴とする請求項１０に記載の発光ダイオード用レンズ。
前記第１変動曲率は、外側から中心軸に向かうにつれて曲率半径が１．７８から１７．１０を超えて４０．５３まで増加し、
前記第２変動曲率は、外側から中心軸に向かうにつれて曲率半径が３．７２から３１．３４に増加して、再び２７．０７に減少することを特徴とする請求項１０に記載の発光ダイオード用レンズ。
中心軸と、
前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線と、
前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて位置している第２線と、
前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線と、
前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成され、第２変動曲率を有する第２曲線と、
で形成された閉曲線を前記中心軸を中心に３６０°回転する時に生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の他端は、前記第２曲線の他端の近隣地点より上部に形成され、
前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、
前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、
前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されていることを特徴とする発光ダイオード用レンズ。
前記第２線は前記中心軸と平行であることを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオード用レンズ。
中心軸と、
前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線と、
前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて位置している第２線と、
前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されて第１変動曲率を有する第１曲線と、
前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に向かって第３長さだけ離れて位置している第３線と、
前記第３線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成され、第２変動曲率を有する第２曲線と、
で形成された閉曲線を前記中心軸を中心として３６０°回転する時に生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は、前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、
前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、
前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、
前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されていることを特徴とする発光ダイオード用レンズ。
前記第３線は、前記中心軸に垂直であることを特徴とする請求項１５に記載の発光ダイオード用レンズ。
光入射部及び中心軸を有し、前記光入射部の上部角部から延長されて第１変動曲率を有する第１曲面と、前記第１曲面から前記中心軸に向かって延長されて第２変動曲率を有する第２曲面とを備えた皿状部を含み、前記第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成するように形成され、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されている発光ダイオード用レンズと、
前記光入射部の下部面と密着形成されている発光チップと、
を含むことを特徴とする発光ダイオード。
前記発光ダイオード用レンズが前記発光チップと密着形成されるようにする支持部材をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の発光ダイオード。
中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成されていて第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線を前記中心軸を中心に３６０°回転する時に生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されている発光ダイオード用レンズと、
前記第１線が３６０°回転して形成される面と密着形成されていることを特徴とする発光チップと、
を含む発光ダイオード。
中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に向かって第３長さだけ離れて位置している第３線、前記第３線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成されていて第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線が前記中心軸を中心に３６０°回転する時に生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されている発光ダイオード用レンズと、
前記第１線が３６０°回転して形成される面と密着形成されている発光チップと、
を含むことを特徴とする発光ダイオード。
基板上に形成され、液晶表示装置用パネルに光を提供する発光部を含む発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの発光部上部に形成されている発光ダイオード用レンズと、
前記発光ダイオード用レンズの上部に形成される導光板と、
前記発光ダイオード用レンズから側面に発散される光を反射させるための反射板と、
を含み、前記発光ダイオード用レンズは光入射部及び中心軸を有し、前記光入射部の上部角部から延長されて第１変動曲率を有する第１曲面と、前記第１曲面から前記中心軸に向かって延長されて第２変動曲率を有する第２曲面とを備えた皿状部を含み、前記第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成するように形成され、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されていることを特徴とするバックライトユニット。
基板上に形成され、液晶表示装置用パネルに光を提供する発光部を含む発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの発光部上部に形成されている発光ダイオード用レンズと、
前記発光ダイオード用レンズの上部に形成される導光板と、
前記発光ダイオード用レンズから側面に発散される光を反射させるための反射板と、
を含み、前記発光ダイオード用レンズは中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成され、第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線を前記中心軸を中心として３６０°回転する時に生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は、前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されていることを特徴とするバックライトユニット。
基板上に形成され、液晶表示装置用パネルに光を提供する発光部を含む発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの発光部上部に形成されている発光ダイオード用レンズと、
前記発光ダイオード用レンズの上部に形成される導光板と、
前記発光ダイオード用レンズから側面に発散される光を反射させるための反射板と、
を含み、前記発光ダイオード用レンズは中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成され、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に向かって第３長さだけ離れて位置している第３線、前記第３線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成されていて第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線が前記中心軸を中心に３６０°回転する時に生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されていることを特徴とするバックライトユニット。
基板上に形成され、液晶表示装置用パネルに光を提供する発光部を含む発光ダイオード、前記発光ダイオードの発光部上部に形成されている発光ダイオード用レンズ、前記発光ダイオード用レンズの上部に形成される導光板、前記発光ダイオード用レンズから側面に発散される光を反射させるための反射板を含むバックライトユニットと、
前記バックライトユニットの上部に位置し、上部基板、下部基板及び前記上部基板と前記下部基板の間に注入された液晶を含む液晶表示パネルと、
を含み、前記発光ダイオード用レンズは光入射部及び中心軸を有し、前記光入射部の上部角部に延長されて第１変動曲率を有する第１曲面と、前記第１曲面から前記中心軸に向かって延長されて第２変動曲率を有する第２曲面とを備えた皿状部を含み、前記第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成するように形成され、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
基板上に形成され、液晶表示装置用パネルに光を提供する発光部を含む発光ダイオード、前記発光ダイオードの発光部上部に形成されている発光ダイオード用レンズ、前記発光ダイオード用レンズの上部に形成される導光板、前記発光ダイオード用レンズから側面に発散される光を反射させるための反射板を含むバックライトユニットと、
前記バックライトユニットの上部に位置し、上部基板、下部基板及び前記上部基板と前記下部基板の間に注入された液晶を含む液晶表示パネルと、
を含み、前記発光ダイオード用レンズは中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成されていて第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線が前記中心軸を中心に３６０°回転する時に生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は、前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
基板上に形成され、液晶表示装置用パネルに光を提供する発光部を含む発光ダイオード、前記発光ダイオードの発光部上部に形成されている発光ダイオード用レンズ、前記発光ダイオード用レンズの上部に形成される導光板、前記発光ダイオード用レンズから側面に発散される光を反射させるための反射板を含むバックライトユニットと、
前記バックライトユニットの上部に位置し、上部基板、下部基板及び前記上部基板と前記下部基板の間に注入された液晶を含む液晶表示パネルと、
を含み、前記発光ダイオード用レンズは中心軸、前記中心軸に垂直であり、一端は前記中心軸に形成されており、他端は前記中心軸から第１長さだけ離れて位置している第１線、前記第１線の前記他端に一端が形成され、他端は上方向に向かって第２長さだけ離れて形成されている第２線、前記第２線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸から遠くなる上方向に形成されていて第１変動曲率を有する第１曲線、前記第１曲線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に向かって第３長さだけ離れて位置している第３線、前記第３線の前記他端に一端が形成され、他端は前記中心軸に形成されていて第２変動曲率を有する第２曲線で形成された閉曲線が前記中心軸を中心に３６０°回転する時に生じる閉曲面を表面として有し、前記第２曲線の前記他端は前記第２曲線の前記他端の近隣地点より上部に形成され、前記第２曲線で形成される第２曲面は、上部に対して凹となるよう、かつ前記中心軸上で上部に対して突出する頂点を形成し、前記第１変動曲率及び前記第２変動曲率は、中心軸からの水平距離に応じて変動する曲率であり、前記第2曲面の頂点は、上部に対して凹面をなす面により形成されていることを特徴とする液晶表示装置。