KR101189134B1 - LED and Liquid Crystal Display device using thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 LED 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반사형 편광기능이 구비된 LED 및 이를 광원으로 활용함에 따라 광효율이 크게 향상된 액정표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to an LED and a liquid crystal display using the same. More particularly, the present invention relates to an LED having a reflective polarization function and a liquid crystal display having an improved light efficiency by using the same as a light source.
구체적으로 본 발명은 전방으로 빛을 발하는 LED 칩과; 상기 LED 칩을 덮는 렌즈와; 상기 LED 칩 전방의 상기 렌즈 내로 개재된 와이어그리드를 포함하는 LED를 제공하며, 아울러 적어도 하나의 상기 LED 전방으로 배치된 액정패널을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.Specifically, the present invention is an LED chip that emits light forward; A lens covering the LED chip; Provided is an LED including a wire grid interposed into the lens in front of the LED chip, and a liquid crystal display including a liquid crystal panel disposed in front of at least one of the LEDs.
그 결과 본 발명에 따른 LED는 그 내부에서 빛의 선택적 투과와 반사에 의한 재생을 반복하게 되고, 그 결과 LED 칩으로부터 출사된 빛의 거의 대부분에 달하는 특정 수평성분의 선형편광을 취할 수 있는 장점이 있다. 따라서 이를 액정표시장치의 광원으로 이용할 경우, 광효율이 크게 향상되는 효과가 있다.As a result, the LED according to the present invention repeats the regeneration by selective transmission and reflection of light therein, and as a result, it is possible to take a linear polarization of a specific horizontal component that reaches almost the majority of the light emitted from the LED chip. have. Therefore, when this is used as a light source of the liquid crystal display device, the light efficiency is greatly improved.
Description
도 1a와 도 1b는 각각 일반적인 액정표시장치의 광학특성을 보인 모식도.1A and 1B are schematic diagrams showing optical characteristics of a general liquid crystal display device, respectively.
도 2는 일반적인 와이어드리드편광판의 광학특성을 보인 모식도.Figure 2 is a schematic diagram showing the optical characteristics of a typical wire-dried polarizing plate.
도 3은 일반적인 액정표시장치의 개략적인 분해사시도.3 is a schematic exploded perspective view of a general liquid crystal display.
도 4는 본 발명에 따른 LED의 단면사시도.Figure 4 is a cross-sectional perspective view of the LED according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 LED의 편광특성을 보인 모식도.5 is a schematic view showing the polarization characteristics of the LED according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치의 개략적인 분해사시도.6 is a schematic exploded perspective view of a liquid crystal display according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : LED 102 : LED 칩100: LED 102: LED chip
104 : 렌즈 106 : 방열슬러그104: lens 106: heat radiation slug
108 : 반사면 110 : 케이스108: reflective surface 110: case
112 : 와이어 114,116 : 음극 및 양극리드112 wire 114116 negative and positive lead
120 : 와이어그리드 150 : 액정패널120: wire grid 150: liquid crystal panel
152,154 : 제 1 및 제 2 기판 156 : 액정층152, 154: first and second substrate 156: liquid crystal layer
162,164 : 제 1 및 제 2 편광판 170 : LED 백라이트162,164: first and second polarizer 170: LED backlight
176 : 광학시트 174 : 반사시트176: optical sheet 174: reflective sheet
180 : PCB180: PCB
본 발명은 LED(Light Emitting Diode) 및 이를 이용한 액정표시장치(Liquid Crystal Display device)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반사형 편광기능을 구비한 LED 및 이를 광원으로 활용함에 따라 광효율이 크게 향상된 액정표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting diode (LED) and a liquid crystal display device using the same. More specifically, an LED having a reflective polarization function and a liquid crystal display having greatly improved light efficiency by using the same as a light source. Relates to a device.
근래의 본격적인 정보화 시대에 발맞추어 전기적 신호를 통해 화상을 표시하는 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(Flat Panel Display device : FPD)로서, 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device : PDP), 전기발광표시장치(Electro luminescence Display device : ELD), 전계방출표시장치(Field Emission Display device : FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다. In line with the recent information age, the display field for displaying images through electrical signals has also been rapidly developed. Accordingly, a flat panel display device (FPD) having advantages of thinning, light weight, and low power consumption has been developed. Liquid Crystal Display Device (LCD), Plasma Display Panel Device (PDP), Electroluminescence Display Device (ELD), Field Emission Display Device (FED) It is introduced to replace the existing cathode ray tube (CRT) quickly.
이중에서도 액정표시장치는 동화상 표시에 우수하고 콘트라스트비(contrast ratio)가 큰 특징을 보여 현재 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 이용되고 있는데, 이는 액정의 고유물성인 광학적 이방성(optical anisotropy)과 분극성질 (polarization)을 이용한 화상구현원리를 나타내는바, 주지된 내용으로서, 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과 전기장 내에 놓일 경우 그 크기에 따라 분자 배열방향이 변화되는 분극성질을 띤다.Among them, the liquid crystal display device is excellent in moving image display and has a high contrast ratio, which is currently being used most actively in the fields of monitors and TVs, which are used for optical anisotropy, which is inherent in liquid crystals. The principle of image implementation using polarization is known. As is well known, liquid crystals have a thin and long molecular structure and optical anisotropy having directionality in the array, and polarization properties in which the molecular arrangement direction changes depending on the size when placed in an electric field. It is
이에 통상의 액정표시장치는 서로 마주보는 면에 투명 전계생성전극이 형성된 두 기판 사이로 액정층을 개재한 후 대면 합착시킨 액정패널(liquid crystal panel)과 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트(back light)를 포함하며, 액정패널의 두 전계생성전극 사이의 전기장으로 액정분자의 배열방향을 변화시켜 투과율 차이를 발생시키고, 백라이트로부터 출사된 빛을 이용해서 액정패널의 투과율 차이를 외부로 투영시켜 목적하는 화상을 표시한다.In the liquid crystal display device, a liquid crystal panel interposed between two substrates having transparent field generating electrodes formed on opposite surfaces thereof and then bonded to the surface thereof and a backlight for supplying light from the rear surface thereof. A change in the direction of arrangement of the liquid crystal molecules by an electric field between two field generating electrodes of the liquid crystal panel, generating a difference in transmittance, and projecting the difference in transmittance of the liquid crystal panel to the outside using light emitted from the backlight. Is displayed.
최근에는 액정패널 상에 화상표현의 기본단위인 화소(pixel)를 행렬로 배열하고 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)와 같은 스위칭소자로 각각을 개별 제어하는 능동행렬방식(Active Matrix type)이 색 재현성과 동영상 표시에 뛰어나 널리 이용되는데, 첨부된 도 1a와 도 1b는 각각 일반적인 액정표시장치의 작동상태에 따른 광학특성을 나타낸 모식도이며, 편의상 TN(Twisted Nematic)모드 액정이 사용된 경우를 나타내었다.In recent years, the active matrix type, which arranges pixels, which are the basic units of image expression, on a liquid crystal panel in a matrix and individually controls each of them with a switching element such as a thin film transistor (TFT) 1A and 1B are schematic diagrams showing optical characteristics according to operating states of a general liquid crystal display device, and a case where a TN (Twisted Nematic) mode liquid crystal is used for convenience. .
보이는 바와 같이 일반적인 액정표시장치는 액정패널(10) 및 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트(20)로 이루어지며, 이중 액정패널(10)은 액정층(6)을 사이에 두고 대면된 제 1 및 제 2 기판(2,4) 그리고 제 1 및 제 2 기판(2,4) 외면에 각각 부착된 제 1 및 제 2 편광판(12,14)을 포함한다.As can be seen, a general liquid crystal display device includes a
이때 제 1 기판(2) 내면에는 투명 화소전극이 실장된 다수의 화소와 이들 각 화소전극으로 전달되는 액정구동전압을 온/오프(on/off) 제어하는 박막트랜지스터가 마련되고, 제 2 기판(4) 내면에는 컬러구현을 위한 컬러필터와 공통전극이 구비된다. 또한 이들 양 기판(2,4) 사이로 개재된 액정층(6)은 TN 모드로서, 전압의 오프(off)상태에서, 분자의 장축방향이 양 기판(2,4)과 평행을 유지한 채 제 1 기판(2)에서 제 2 기판(4)에 이르기까지 90°의 방위각으로 꼬인 정렬상태를 나타내며, 제 1 및 제 2 편광판(12,14)의 편광축은 서로 직교한다.At this time, the inner surface of the
그리고 백라이트(20)는 자연광에 가까운 산란광을 액정패널(10)로 공급한다.The backlight 20 supplies scattered light close to natural light to the
이에 도 1a와 같은 전압의 오프(off) 상태, 다시 말해 화소전극과 공통전극 사이의 전위차가 액정분자의 문턱전압 보다 낮을 경우에 백라이트(20)로부터 출사된 산란광은 제 1 편광판(12)에 의해 이의 편광축과 나란한 선형편광만이 투과되고 나머지는 흡수되며, 액정층(6)을 통과하는 동안 이의 방위각을 따라 90°로 회전됨으로써 제 2 편광판(14)을 투과해서 노멀화이트(normal white)를 표시한다. 다음으로 도 1b와 같은 전압의 온(on) 상태, 다시 말해 화소전극과 공통전극 사이의 전위 차가 액정분자의 문턱전압 이상일 경우에 액정분자의 장축이 양 기판(2,4)에 대해 수직하게 배열되어 90°의 선광성(optical rotatory power)을 상실하는바, 제 1 편광판(12)을 투과한 선형편광은 제 2 편광판(14)에서 차단되어 블랙을 표시한다.Accordingly, when the potential difference between the pixel electrode and the common electrode is lower than the threshold voltage of the liquid crystal molecules, the scattered light emitted from the backlight 20 is discharged by the first polarizing
이때 백라이트(20)부터 출사된 산란광 내에는 여러 가지 선형편광이 혼재되어 있지만, 편의상 임의의 제 1 편광판(12)을 기준으로 이의 편광축과 나란한 수평성분과 수직한 수직성분만을 고려하면, 백라이트(20)로부터 출사된 광은 제 1 편광판(12)을 통과하면서 50% 정도가 손실되고, 제 1 및 제 2 기판(2,4)을 비롯한 액정 층(6)을 통과하는 과정 중에 흡수 및 반사되어 또 다시 일부가 손실되는바, 휘도 면에서 매우 취약한 단점을 나타낸다.In this case, various linearly polarized light is mixed in the scattered light emitted from the backlight 20, but for convenience, only the vertical component perpendicular to the horizontal component parallel to the polarization axis thereof based on an arbitrary first polarizing
따라서 편광판을 통과하지 못한 선형편광을 반사시킴으로서 재생에 의한 광 효율 향상을 꾀하는 반사형 편광판이 소개되었고, 그 대표적인 일례가 와이어그리드편광판(wire grid polarizer)이다.Accordingly, a reflection type polarizing plate that reflects linear polarization that does not pass through the polarizing plate and improves light efficiency by regeneration has been introduced. A representative example thereof is a wire grid polarizer.
첨부된 도 2는 일반적인 와이어그리드편광판(30)의 광학적 특성을 설명하기 위한 모식도로서, 이는 통상 미세한 금속패턴으로 이루어진 와이어그리드(34)가 절연기판(32) 상에 평행하게 배열된 형태를 나타내며, 상기 와이어그리드(34)의 사이간격 내지는 주기가 입사광의 파장보다 충분히 작다는 전제 하에, 이의 배열방향과 나란한 선형편광은 투과되지만 나머지는 반사된다.2 is a schematic view for explaining the optical characteristics of the general wire
따라서 광원(40)을 사이에 두고 와이어그리드편광판(30)과 나란하도록 반사시트(42) 등을 배치하면 와이어그리드편광판(30)으로부터 반사된 선형편광, 임의로 수직성분은 반사시트(42)에 의한 반사를 통해 또 다시 수직성분과 수평성분이 혼재된 산란광으로 재생되어 와이어그리드편광판(30)으로 입사되며, 이 같은 빛의 편광특성에 따른 선택적 투과와 반사에 의한 재생이 끊임없이 반복된다.Accordingly, when the
그 결과 와이어그리드편광판(30)을 이용하면 광 손실을 최소화 할 수 있다.As a result, light loss can be minimized by using the
한편, 일반적인 액정표시장치용 백라이트의 광원(光源)으로는 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL) 또는 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL)가 사용되고, 빛을 발하는 광원의 위치에 따라 측광형(side light type)과 직하형(direct type)으로 구분되며, 전자의 측광형은 액정패널에 대해 이의 후방 적어도 일 측면으로부터 출사된 광원의 빛을 별도의 도광판(Light Guided Panel : LGP)으로 굴절시켜 액정패널로 진입시키는 반면, 후자의 직하형은 액정패널 배면으로 복수의 광원을 직접 대면 배치시켜 빛을 공급한다.On the other hand, as a light source of a backlight for a liquid crystal display device, a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) or an external electrode fluorescent lamp (EEFL) is used. Therefore, it is classified into a side light type and a direct type, and the former light metering type separates light of a light source emitted from at least one side of the rear of the liquid crystal panel with a light guide panel (LGP). While refracting the light into the liquid crystal panel, the latter direct type supplies light by directly placing a plurality of light sources facing the rear of the liquid crystal panel.
이에 첨부된 도 3은 앞서 살펴본 와이어그리드편광판(30)을 이용한 일반적인 직하형 액정표시장치의 개략적인 분해사시도로서, 앞서와 동일한 역할을 하는 동일부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하였는바, 백라이트(50)는 액정패널(10) 배면을 바라보는 임의의 일 평면상에 배열되어 전방으로 빛을 발하는 복수개의 형광램프(52)와, 이들 형광램프(52) 사이로 개재되며 확산시트와 집광시트를 포함하는 복수 매의 광학시트(56) 그리고 형광램프(52)를 사이에 두고 액정패널(10)과 나란하게 대면된 반사시트(54)를 포함하며, 이중 복수 매의 광학시트(56)와 액정패널(10) 사이로는 와이어그리드편광판(30)이 개재되어 있다.3 is a schematic exploded perspective view of a general direct type liquid crystal display device using the
하지만 상술한 일반적인 액정표시장치는 몇 가지 문제점을 나타내는데, 그 중 하나가 와이어그리드편광판(30)에 의한 광효율이 기대치에 미치지 못하는 점이다.However, the above-described general liquid crystal display device exhibits some problems, one of which is that the light efficiency of the
좀더 구체적으로, 일반적인 와이어그리드편광판(30)은 완벽한 투과 및 반사체 역할을 할 수 없으므로 이의 편광축과 나란한 선형편광의 일부는 표면반사 등을 원인으로 반사되고 수직한 선형편광의 일부 또한 투과한다. 이에 와이어그리드편 광판(30)의 성능은 통상 이하의 관계식으로 정의되는 편광소멸비와 투과율로 표시되는데, 편의상 와이어그리드드편광판(30)의 편광축과 나란한 수평성분 그리고 와이어그리드편광판의 편광축과 수직한 수직성분의 선형편광 만을 고려하면,More specifically, since the general wire
편광소멸비=(Si/St)|pi,Polarization extinction ratio = (Si / St) | pi,
투과율 = (Pt/Pi)|si 와 같다. Transmittance = (Pt / Pi) | si
이때 Si/St는 와이어그리드편광판(30)으로 입사되는 빛의 수직성분(Si) 과 와이어그리드편광판(30)을 투과한 수직성분의 일부(St)에 대한 광파워비(optical power rate)를 나타내고, Pi/Pt는 각각 와이어그리드편광판(30)으로 입사되는 빛의 수평성분(Pi)과 와이어드리드편광판(30)을 투과한 수평성분의 일부(Pt)에 대한 광파워비를 나타내는바, 결국 와이어그리드편광판(30)의 성능은 광파워와 밀접한 관련을 맺고 있다.In this case, Si / St represents an optical power ratio with respect to the vertical component (Si) of the light incident on the
또한 광파워는 진행거리와 매질의 종류에 직접적인 영향을 받는 값인데, 통상의 액정표시장치에서 와이어그리드편광판(30)은 형광램프(52)와 일정거리를 유지하며, 이들 사이로는 복수 매의 광학시트(56)로서 확산시트 내지는 프리즘시트와 같은 집광시트가 개재되어 있다.In addition, the optical power is a value directly affected by the traveling distance and the type of the medium. In the conventional LCD, the
따라서 최초 형광램프(52)로부터 출사된 빛이 와이어그리드편광판(30)으로 입사되는 과정을 비롯해서 와이어그리드편광판(30)와 반사시트(54) 사이의 반사에 의한 재생과정 중에 끊임없는 광 손실을 수반하게 되고, 이로 인해 목적하는 만큼의 광효율을 기대하기 어렵다.Therefore, the light emitted from the
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 액정표시장치의 광 효율을 크게 향상시킬 수 있는 구체적인 방도를 제시하는데 그 목적이 있다. 한편, 최근 들어 형광램프의 대체 광원으로서 유독성 수은(Ag)을 사용하지 않으면서도 색재현성과 휘도 향상의 효과를 얻고자 LED(Light Emitting Diode)를 이용하는 경우가 늘고 있으며, 이와 같이 LED를 광원으로 채택한 백라이트를 특히 LED 백라이트라 한다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to present a concrete method for greatly improving the light efficiency of a liquid crystal display device. Recently, LED (Light Emitting Diode) has been increasingly used as an alternative light source for fluorescent lamps to achieve color reproduction and brightness improvement without using toxic mercury (Ag). The backlight is especially called the LED backlight.
이에 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 구체적인 방도로서, 친환경적이며 색 재현성과 휘도향상이라는 고유의 장점과 함께, 액정표시장치용 광원으로서 광효율이 크게 향상된 LED 및 이를 이용한 액정표시장치를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention is to provide an LED and a liquid crystal display using the same as a specific method for achieving the above object, an environmentally friendly, inherent advantages of color reproducibility and brightness, and greatly improved light efficiency as a light source for a liquid crystal display. .
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전방으로 빛을 발하는 LED 칩과; 상기 LED 칩을 덮는 렌즈와; 상기 LED 칩 전방의 상기 렌즈 내로 개재된 와이어그리드를 포함하는 LED를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention and the LED chip to shine forward; A lens covering the LED chip; It provides an LED comprising a wire grid interposed into the lens in front of the LED chip.
이때 상기 렌즈는 빛의 투과율이 90% 이상인 것을 특징으로 하고, 상기 와이어그리드는 상기 렌즈를 종단하는 방향으로 개재된 것을 특징으로 하고, 상기 와이어그리드는 복수개가 서로 평행하게 이격하며 배치된 형태를 이루며, 상기 복수개의 각 와이어그리드는 알루미늄(Al), 은(Ag), 크롬(Cr) 중 선택된 하나의 재질의 미세 금속패턴으로 이루어진 것이 특징으로 하며, 상기 와이어그리드 사이 간격은 200nm 이하인 것을 특징으로 한다. 그리고 이 경우 상기 LED 칩이 안착되며 반사면을 제공하는 방열슬러그와; 상기 방열슬러그를 감싸는 케이스와; 상기 LED 칩과 전기적으로 연결되고 상기 케이스 외부로 노출된 양극 및 음극리드를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the lens has a light transmittance of 90% or more, and the wire grid is characterized in that the intervening in the direction of terminating the lens, the wire grid is a plurality of parallel to each other and arranged to form a shape. The plurality of wire grids may be formed of a fine metal pattern of one material selected from aluminum (Al), silver (Ag), and chromium (Cr), and the spacing between the wire grids may be 200 nm or less. . In this case, the LED chip is mounted and the heat dissipating slug to provide a reflective surface; A case surrounding the heat dissipation slug; And a positive electrode and a negative electrode lead electrically connected to the LED chip and exposed to the outside of the case.
또한 본 발명은 상기의 기재에 따른 LED를 이용한 액정표시장치로서, 적어도 하나의 상기 LED 전방으로 배치된 액정패널을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a liquid crystal display device using the LED according to the above description, comprising a liquid crystal panel disposed in front of the at least one LED.
이때 상기 적어도 하나의 LED를 사이에 두고 상기 액정패널과 나란한 반사시트를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 적어도 하나의 LED가 탑재되는 적어도 하나의 PCB와; 상기 복수개의 LED와 일대일 대응되게 상기 반사시트에 관통된 관통홀을 더욱 포함하여, 상기 반사시트는 상기 LED를 노출시키며 상기 PCB를 덮어 가리는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 LED와 상기 액정패널 사이로 개재되는 복수매의 광학시트를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.At least one PCB characterized in that it further comprises a reflective sheet parallel to the liquid crystal panel with the at least one LED therebetween, at least one PCB on which the at least one LED is mounted; The reflective sheet further includes a through hole penetrating the reflective sheet to have a one-to-one correspondence with the plurality of LEDs, wherein the reflective sheet exposes the LED and covers the PCB. In addition, it characterized in that it further comprises a plurality of optical sheets interposed between the LED and the liquid crystal panel.
아울러 상기 액정패널은 상기 LED 측의 제 1 기판과; 상기 제 1 기판의 전방 측에서 대면된 제 2 기판과; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이로 위치된 액정층을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 액정층은 TN 모드이고, 상기 LED를 바라보는 상기 제 1 기판 외면으로 부착되고, 상기 와이어그리드와 동일방향의 편광축을 갖는 제 1 편광판과; 상기 전방 측의 제 2 기판 외면으로 부착되고, 상기 제 1 편광판과 직교하는 방향의 편광축을 갖는 제 2 편광판을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는바, 이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.In addition, the liquid crystal panel and the first substrate of the LED side; A second substrate facing the front side of the first substrate; And a liquid crystal layer positioned between the first and second substrates, wherein the liquid crystal layer is in a TN mode and is attached to an outer surface of the first substrate facing the LEDs, the liquid crystal layer being in the same direction as the wire grid. A first polarizing plate having a polarization axis; And a second polarizing plate attached to an outer surface of the second substrate on the front side and having a polarization axis in a direction orthogonal to the first polarizing plate. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. .
첨부된 도 4는 본 발명에 따른 LED(100)의 단면구조도로서, 빛을 발하는 LED 칩(102)과 이를 덮는 렌즈(104) 그리고 상기 LED 칩(102)과 일정정도의 거리를 유지하도록 렌즈(104) 내로 개재되는 와이어그리드(120)를 포함한다.4 is a cross-sectional structure diagram of the
보다 구체적으로, 먼저 LED 칩(102)은 실질적으로 빛을 발하는 부분으로서 양공(positive hole)을 제공하는 P형 반도체와 전자(electron)를 제공하는 n형 반도체의 순방향 접합으로 이루어진다.More specifically, first, the
그리고 이러한 LED 칩(102)은 방열슬러그(106) 상에 안착되는데, 이는 LED 칩(102)의 발광 시에 수반되는 고온의 열을 외부로 전도 배출하는 부분으로서 금속으로 이루어지며, 특히 LED 칩(102)이 안착되는 상면으로는 반사효율이 높은 반사면(108)이 정의되어 있다.In addition, the
다음으로 이러한 방열슬러그(106)는 하우징(housing) 역할의 케이스(110)에 의해 테두리되며, 상기 케이스(110)에는 LED 칩(102)과 와이어(112) 등을 통해서 전기적으로 연결된 음극 및 양극리드(114,116)가 마련되어 각각의 일부가 외부로 노출되어 있다.Next, the
그리고 이러한 케이스(110)의 상부로는 LED 칩(102)을 비롯한 방열슬러그(106)의 반사면(108)과 와이어(112) 등을 덮어 보호함과 동시에 LED 칩(102)으로부터 발생된 주출사광의 각도를 제어하는 렌즈(104)가 위치하며, 이는 목적에 따라 다양한 형태를 나타낼 수 있다.The upper part of the
이때 특히 상술한 렌즈(104) 내에는 LED(102) 칩과 일정거리를 유지하도록 와이어그리드(120)가 개재되는바, 이는 서로 평행하게 배열된 다수의 미세 금속패턴으로 이루어져 렌즈(104)를 종단하듯 매설될 수 있고, 그 재질로는 반사효율이 높은 알루미늄(Al), 은(Ag), 크롬(Cr) 등이 사용될 수 있으며, 아울러 청색(blue color)을 포함한 적(Red), 녹(Green)의 3원색에 대해서 높은 광출력의 비, 다시 말해 높은 소광비(extinction ratio : ER)를 얻기 위해서 금속패턴의 폭을 비롯한 간격은 200nm 이하인 것이 바람직하다.In this case, in particular, the above-described
이를 위해 와이어그리드(120)는 미세패턴 구현기술로 잘 알려진 포토리소그라피(photo lithography) 공정으로 구현될 수 있다.To this end, the
한편, 상술한 구조의 본 발명에 따른 LED(100)는, 실질적인 광원인 LED 칩(102)의 광 조사경로에 놓인 와이어그리드(120)와 상기 LED 칩(102)을 사이에 두고 와이어그리드(120)와 나란한 방열슬러그(106)의 반사면(108)을 제공함에 따라 빛의 선택적 투과와 반사에 의한 재생을 반복하게 되고, 그 결과 광 효율이 크게 개선되는 결과를 얻을 수 있다.On the other hand, the
즉, 첨부된 도 5는 본 발명에 따른 LED(100)의 광학특성을 나타낸 모식도로서, LED 칩(102)과 렌즈(104) 및 방열슬러그(106)의 반사면(108)과 와이어그리드(120) 같은 일부만을 간략하게 나타낸 단면도이다. 그리고 이하의 설명에서는 편의상 LED 칩(102)으로부터 출사된 빛의 편광성분 중에서 와이어그리드(120)의 배열방향과 나란한 수평성분과 와이어그리드(120)의 배열방향과 수직한 수직성분 만을 고려한다.That is, Figure 5 is a schematic diagram showing the optical characteristics of the
이에 최초 LED 칩(102)으로부터 출사된 빛은 와이어그리드(120)로 입사되고, 이에 따라 상기 와이어그리드(120)의 배열방향과 나란한 선형편광, 임의로 수평성 분은 투과해서 렌즈(104)의 외부로 진행하지만 와이어그리드(120)의 배열방향에 수직인 선형편광, 임의로 수직성분은 반사된다. 이때 와이어그리드(120)에 의해 반사된 수직성분은 방열슬러그(106)의 반사면(108)에 의해 반사되는 과정 중에 또 다시 수직성분과 수평성분이 혼재된 산란광으로 재생되며, 이의 수평성분은 와이어그리드(120)를 투과하고 수직성분은 또 다시 반사되는바, 본 발명에 따른 LED(100)는 그 내부에서 빛의 편광특성에 따른 선택적 투과와 반사에 의한 재생이 끊임없이 반복된다.Accordingly, the light emitted from the
그리고 이러한 빛의 편광특성에 따른 선택적 투과와 반사에 의한 재생과정이 수행되는 LED 칩(102)과 와이어그리드(120)를 비롯한 방열슬러그(106)의 반사면(108) 사이에는 어떠한 흡수성 광학구성이 없으므로, LED(100)의 전방에서는 LED 칩(102)으로부터 출사된 빛의 거의 대부분에 달하는 수평성분의 선형편광을 취할 수 있다. 이때 보다 개선된 광효율을 얻기 위해서 LED(100)의 렌즈(104)는 90% 이상의 범위에서 가급적 높은 투과율을 나타내는 것이 바람직하다.In addition, any absorbing optical configuration is formed between the
때문에 본 발명에 따른 LED(100)를 액정표시장치의 광원으로 활용할 경우에 광효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 도 6은 구체적인 일례로서 상술한 LED(100)가 이용된 액정표시장치의 간략한 분해 사시도이다.Therefore, when using the
보이는 바와 같이 본 발명에 따른 액정표시장치는 액정패널(150) 그리고 이의 배면에 위치한 LED 백라이트(170)를 포함하며, 이중 LED 백라이트(170)는 본 발명에 따른 LED(100)가 광원으로 사용된 직하형의 구조를 나타낸다.As can be seen, the liquid crystal display according to the present invention includes a
먼저 액정패널(150)은 액정층(156)을 사이에 두고 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(152,154)으로 이루어지고, 능동행렬방식이라는 전제 하에 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만, 통상 하부기판 또는 어레이기판(array substrate)이라 불리는 제 1 기판(152) 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 화소가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터가 구비되어 각 화소에 실장된 투명 화소전극과 일대일 대응 연결된다. 그리고 상부기판 또는 컬러필터기판(color filter substrate)이라 불리는 제 2 기판(154) 내면에는 각 화소에 대응되는 일례로 RGB 컬러필터(RGB color filter) 및 이들 각각을 테두리하여 게이트라인과 데이터라인 그리고 박막트랜지스터 등의 비표시요소를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)가 구비되며, 이들을 투명 공통전극이 덮고 있다.First, the
그리고 이러한 액정패널에는 액정패널 구동회로가 연결되고, 이는 게이트라인으로 박막트랜지스터의 온/오프(on/off) 신호를 스캔(scan) 전달하는 게이트구동회로 그리고 데이터라인으로 화상신호를 전달하는 데이터구동회로로 구분되어 액정패널의 인접한 두 가장자리로 위치된다.In addition, a liquid crystal panel driving circuit is connected to the liquid crystal panel, which is a gate driving circuit which scans an on / off signal of a thin film transistor to a gate line, and a data driving circuit which transmits an image signal to a data line. It is divided into two and positioned to two adjacent edges of the liquid crystal panel.
이에 상술한 구조의 액정패널(150)은 스캔 전달되는 게이트구동회로의 온/오프 신호에 의해 각 게이트라인 별로 선택된 박막트랜지스터가 온(on) 되면 데이터구동회로의 신호전압이 데이터라인을 통해서 해당 화소전극으로 전달되고, 이에 따른 화소전극과 공통전극 사이의 상하 전기장에 의해 액정분자의 배열방향을 변화되어 투과율의 차이를 나타낸다.Accordingly, in the
이때 양 기판(152,154) 사이로 개재된 액정층(156)은 TN 모드일 수 있다.In this case, the
다음으로, 상기의 액정패널(150)이 나타내는 투과율 차이를 외부로 투영시킬 수 있도록 이의 배면에는 LED 백라이트(170)가 구비되어 빛을 공급하는바, 이를 위해 액정패널(150)의 배면과 나란한 임의의 일 평면상에 본 발명에 따른 LED(100)가 배열되어 있다.Next, the
이때 본 발명에 따른 LED(100)는 앞서 살펴본 바와 같이 방열슬러그(106)의 반사면(108)에 안착되어진 LED 칩(102) 전방의 렌즈(104) 내로 와이어그리드(120)가 개재된 형태로서, 반사면(108)과 와이어그리드(120) 사이에서 나타나는 빛의 편광특성에 따른 선택적 투과와 반사에 의한 재생을 통해 광효율이 크게 향상되는 결과를 얻을 수 있다.(도 4 및 도 5 참조)In this case, the
한편, 본 발명에 따른 액정표시장치에서 액정패널(150)의 액정층(156)이 임의로 TN 모드일 경우에, 제 1 기판(152) 외면에는 LED(100)의 와이어그리드(120)의 배열방향과 동일한 편광축을 갖는 제 1 편광판(162)이 부착될 수 있고, 제 2 기판(154)의 외면에는 제 1 편광판(162)과 수직한 편광축을 갖는 제 2 편광판(164)이 부착될 수 있다.On the other hand, in the liquid crystal display device according to the present invention, when the
또한 본 발명에 따른 액정표시장치에는 목적에 따라 여러 가지 광학부재가 추가로 포함될 수 있는데, 구체적으로는 복수개의 LED(100)를 반사시트(174) 상에 배열하여 광 손실을 줄일 수 있으며, 이들 LED(100)와 액정패널(150) 사이로는 복수 매의 광학시트를 개재할 수 있다. In addition, the liquid crystal display according to the present invention may further include a variety of optical members according to the purpose, specifically, a plurality of
그리고 본 발명에 따른 LED(100)는 적, 녹, 청색을 각각 발하는 RGB LED를 일정규칙에 따라 배열한 후 한꺼번에 점등시킴으로써 색 섞임에 의한 백색광을 구 현할 수 있고, 이 경우 RGB LED 들은 단위배열 별로 PCB(180)에 탑재된 LED 어레이를 구성할 수 있는바, 반사시트(174)에는 각각의 LED(100)와 일대일 대응되는 관통홀을 투공함으로써 LED(100) 만을 액정패널 방향으로 노출시키고 그 외 PCB(180)는 덮어 가리는 형태를 나타낼 수 있다.In addition, the
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 LED는 그 내부에서 빛의 선택적 투과와 반사에 의한 재생을 반복하게 되고, 특히 상기와 같은 빛의 선택적 투과와 반사에 의한 재생이 반복되는 LED의 렌즈 내에는 기존과 달리 광학시트와 같은 기타의 흡수성 광학구성이 배제되므로 높은 광효율을 얻을 수 있다.As described above, the LED according to the present invention repeats the reproduction by the selective transmission and reflection of light therein, and particularly in the lens of the LED in which the selective transmission and reflection of the light is repeated as described above. Unlike other conventional absorbent optical components such as optical sheets are excluded, high light efficiency can be obtained.
그 결과 LED 칩으로부터 출사된 빛의 거의 대부분에 달하는 특정 수평성분의 선형편광을 취할 수 있는 장점이 있다.As a result, there is an advantage in that it can take a linear polarization of a specific horizontal component that reaches almost the majority of the light emitted from the LED chip.
아울러 LED 내부로 와이어그리드를 개재함에 따라 LED 백라이트 내에서 충분한 색섞임 공간을 확보할 수 있으며, 따라서 본 발명에 따른 LED를 액정표시장치의 광원으로 이용할 경우에 광효율과 색재현성을 크게 향상시키는 효과가 있다.In addition, by interposing a wire grid inside the LED, sufficient color mixing space can be secured in the LED backlight. Therefore, when the LED according to the present invention is used as a light source of a liquid crystal display device, the light efficiency and color reproducibility are greatly improved. have.
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