KR20120057107A - 발광다이오드 패키지 및 이를 구비한 액정표시장치 - Google Patents

발광다이오드 패키지 및 이를 구비한 액정표시장치 Download PDF

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KR20120057107A
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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 패키지 및 이를 구비한 액정표시장치를 개시한다. 개시된 본 발명의 발광 다이오드 패키지는, 발광 다이오드 패키지는, 복수개의 발광다이오드 칩이 실장되는 중앙면과, 상기 중앙면으로부터 경사면을 갖는 측면을 구비하고, 상기 중앙면의 하면이 노출된 방열 패드; 상기 발광다이오드 칩들과 전기적으로 연결되어 있는 제 1 및 제 2 리드; 상기 방열 패드, 제 1 및 제 2 리드를 고정하도록 상부몰드부와 하부몰드부로 구성된 몸체; 및 상기 상부몰드부의 가장자리를 따라 돌출되도록 형성되어 발광 다이오드 칩에서 발생되는 광을 확산 및 집광하는 광학 수단을 포함한다.
본 발명은 발광 다이오드 패키지에 광가이드 또는 집광가이드를 형성하여, 광학렌즈 형성 없이 출사광을 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

발광다이오드 패키지 및 이를 구비한 액정표시장치{Light Emitting Diode Package and Liquid Crystal Display Device having the same}
본원 발명은 광효율을 개선한 발광다이오드 패키지 및 이를 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.
반도체 발광 소자는 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어를 만들어 내고, 이들의 재결합에 의해 발광된다. 반도체 발광 소자는 크게 발광 다이오드와 레이저 다이오드로 나뉘며, 특히 발광 다이오드는 전력 소모가 상대적으로 적은 반면 밝기가 밝아 다양한 분야에서 광원으로 폭넓게 이용되고 있다.
일반적으로 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 칩이 실장되고, 발광 다이오드 칩의 동작 열을 발산시키기 위한 방열판, 발광다이오드 칩과 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결되어 패키지 외부 단자로 연장되는 리드를 구비한다. 발광 다이오드 칩에 전기 에너지를 가할 경우 전기 에너지는 광 에너지와 열 에너지로 변환되며, 주로 조명 장치로 사용하거나 최근에는 평판표시장치의 백라이트 유닛의 광원으로 사용하고 있다.
특히, 발광 다이오드는 점광원이기 때문에 사용되는 조명장치 또는 백라이트 유닛에 따라 광원을 적절히 제어할 필요가 있다.
도 1은 종래 발광 다이오드 패키지의 단면도를 도시한 것으로, 박판 형태의 리드 프레임을 프레스 절단하여 전기적 극성을 가지는 리드(10)를 형성하고, 방열을 목적으로 하는 금속 재질의 열 전달 슬러그(11)를 별도로 제작한 후 고내열성 플라스틱 재질의 패키지 몰딩재(12)로 몰딩한다. 그리고 상기 열 전달 슬러그(11)의 상면에 발광 다이오드 칩(13)을 부착하고, 상기 리드(10)와 발광 다이오드 칩(13)을 와이어 본딩(14)으로 결합한다. 그리고 열 전달 슬러그(11)의 하면이 상기 몰딩재(102)로부터 노출되도록 한다.
도 2는 종래 발광 다이오드 패키지의 광 지향각을 나타내는 도면으로서, 도시된 바와 같이, 중심을 기준으로 22.5°단위로 분할되어 있다.
종래 발광 다이오드 패키지로부터 출사되는 광의 지향각을 보면, 반원 평면을 기준으로 전 영역에 조도가 측정되는 램버시안(Lambertian) 형태를 나타내고 있다.
즉, 종래 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드로부터 출사되는 광이 패키지를 중심으로 정면뿐만 아니라 주위 영역으로 넓게 분산된다.
하지만, 발광 다이오드 패키지를 평판표시장치의 백라이트 유닛에 적용할 경우, 발광 다이오드 패키지에서 출사되는 광이 도광판의 입광부로 모두 입사하지 못해 광효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 발광 다이오드 패키지에 광가이드 또는 집광가이드를 형성하여, 광학렌즈 형성 없이 출사광을 제어할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 광가이드 또는 집광가이드가 형성된 발광 다이오드 패키지를 백라이트 유닛의 광원으로 사용하여 도광판에 입사되는 광효율을 개선한 액정표시장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는, 복수개의 발광다이오드 칩이 실장되는 중앙면과, 상기 중앙면으로부터 경사면을 갖는 측면을 구비하고, 상기 중앙면의 하면이 노출된 방열 패드; 상기 발광다이오드 칩들과 전기적으로 연결되어 있는 제 1 및 제 2 리드; 상기 방열 패드, 제 1 및 제 2 리드를 고정하도록 상부몰드부와 하부몰드부로 구성된 몸체; 및 상기 상부몰드부의 가장자리를 따라 돌출되도록 형성되어 발광 다이오드 칩에서 발생되는 광을 확산 및 집광하는 광학 수단을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 액정표시장치는, 액정표시패널; 및 상기 액정표시패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함하고, 상기 백라이트 유닛은 광을 발생하는 발광 다이오드 패키지를 구비하고, 상기 발광 다이오드 패키지는, 복수개의 발광다이오드 칩이 실장되는 중앙면과, 상기 중앙면으로부터 경사면을 갖는 측면을 구비하고, 상기 중앙면의 하면이 노출된 방열 패드와, 상기 발광다이오드 칩들과 전기적으로 연결되어 있는 제 1 및 제 2 리드와, 상기 방열 패드, 제 1 및 제 2 리드를 고정하도록 상부몰드부와 하부몰드부로 구성된 몸체와, 상기 상부몰드부의 가장자리를 따라 돌출되도록 형성되어 발광 다이오드 칩에서 발생되는 광을 확산 및 집광하는 광학 수단을 포함한다.
본 발명은 발광 다이오드 패키지에 광가이드 또는 집광가이드를 형성하여, 광학렌즈 형성 없이 출사광을 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 광가이드 또는 집광가이드가 형성된 발광 다이오드 패키지를 백라이트 유닛의 광원으로 사용하여 도광판에 입사되는 광효율을 개선한 효과가 있다.
도 1은 종래 발광 다이오드 패키지의 단면도이다.
도 2는 종래 발광 다이오드 패키지의 광 지향각을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 도시한 도면이다.
도 4는 상기 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'선을 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 발광 다이오드 패키지의 광 지향각을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도이다.
도 8은 상기 도 7의 Ⅱ-Ⅱ' 선을 절단한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 도시한 도면이고, 도 4는 상기 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'선을 절단한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지(100)는, 제 1 발광다이오드칩(135) 및 제 2 발광다이오드칩(136)과, 제 1 리드(120a) 및 제 2 리드(120b)와, 상기 제 1 리드(120a), 제 2 리드(120b), 방열 패드(110)가 형성되어 있는 몸체(130) 및 상기 몸체(130) 가장자리 둘레를 따라 격벽 형태로 형성되어 있는 집광가이드(180)를 포함한다.
상기 제 1 발광다이오드칩(135)과 제 2 발광다이오드칩(136)은 상기 방열 패드(110)의 중앙면(110a) 상에 실장되어 있고, 상기 몸체(130)는 상기 제 1 리드(120a), 제 2 리드(120b) 및 방열 패드(110)를 고정할 수 있도록 상부몰드부(132)와 하부몰드부(131)로 구성되어 있다. 도면에서는 도시하였지만, 설명하지 않은 140은 와이어이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발광 다이오드 패키지(100)는 중앙 영역에 제 1 및 제 2 리드(120a, 120b)와 방열 패드(110)가 외부로 노출되어 있고, 상기 상부몰드부(132)의 가장자리 둘레를 따라 격벽 형태로 집광가이드(180)가 형성되어 있다. 즉, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 광학수단인 집광가이드(180)는 발광 다이오드 패키지(100)의 장축과 단축의 모든 영역에서 격벽 형태로 돌출된 구조로 형성된다.
상기 집광가이드(180)는 상기 제 1 발광다이오드칩(135)과 제 2 발광다이오드칩(136)에서 출사되는 광을 상측 방향으로 집광시키기 위해 형성한 것이다.
상기 집광가이드(180)는 상기 상부몰드부(132)와 동일한 재질로 형성할 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 제 1 발광다이오드칩(135)과 제 2 발광다이오드칩(136)이 형성된 영역에는 광확산 특성을 개선하기 위해 형광체가 혼합된 봉지제를 형성할 수 있다.
본 발명의 발광 다이오드 패키지(100)는 상기 상부몰드부(132)의 중앙이 가장자리 둘레보다 낮은 단차로 형성되어 컵 형태의 구조로 되어 있다. 또한, 상기 상부몰드부(132)의 내측면 둘레와 상기 집광가이드(180)의 내측면 둘레에는 방사형태로 경사각이 형성되어 있어, 제 1 발광다이오드칩(135)과 제 2 발광다이오드칩(136)에서 출사되는 광이 확산되면서 집광가이드(180)에 의해 집광될 수 있도록 하였다.
본 발명에서는 광확산 특성을 개선하기 위해 상기 방열 패드(110)의 양측 가장자리 영역에 소정의 기울기를 갖는 경사면(110b)을 형성하였다.
따라서, 상기 제 1 및 제 2 발광다이오드칩(135, 136)으로부터 출사되는 광은 방열 패드(110)와 상부몰드부(132)의 경사면 등을 통해 상기 집광가이드(180) 사이에서 확산되고, 이렇게 확산된 광은 상기 집광가이드(180)를 통해 상기 발광 다이오드 패키지(100)의 상측 수직방향으로 출사된다.
이와 같이, 본 발명에서는 종래기술에서와 달리 발광 다이오드 칩 상에 광학렌즈를 형성하지 않고도 출사광을 제거할 수 있어 광효율을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 발광 다이오드 칩들 2개가 배치된 구조를 중심으로 설명하고 있지만, 이는 고정된 것이 아니므로 필요에 따라 세 개 이상의 발광 다이오드 칩을 하나의 발광 다이오드 패키지 내에 실장 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 발광 다이오드 패키지의 광 지향각을 나타내는 도면으로서, 도시된 바와 같이, 본 발명의 발광 다이오드 패키지에서 출사되는 지향각을 보면 종래 발광 다이오드 패키지에서 출사되는 광의 지향각보다 좁은 형태를 나타내는 것을 볼 수 있다.
즉, 본 발명의 발광 다이오드 패키지의 출사광은 수직한 방향의 광량이 측면 방향보다 훨씬 많은 것을 볼 수 있어, 발광 다이오드칩에서 출사되는 광의 대부분이 정면으로 진행하는 것을 볼 수 있다.
따라서, 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 집광가이드를 배치하여 광학렌즈를 형성하지 않고도 출사 광을 수직방향으로 제어하거나 집광시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지(200)는, 상기 도 3의 발광 다이오드 패키지와 발광다이오드칩들과 리드 및 방열 패드 구조는 동일하지만, 몸체부 둘레를 따라 형성된 광학수단의 구조가 본 발명의 제 1 실시예에서와 달리 발광 다이오드 패키지의 단축 방향이 개방된 구조로 형성되어 있다. 즉, 발광 다이오드 패키지의 단축 방향은 개방되어 있고, 장축 방향을 따라 수직 방향으로 광가이드(280)가 형성되어 있다.
상기 광가이드(280)는 본 발명의 제 1 실시예의 집광가이드와 같이 발광다이오드칩에서 출사되는 광을 수직방향으로 제거하면서 집광시키는 역할을 한다.
이와 같이, 광가이드(280)가 발광 다이오드 패키지의 단축 방향에 대응되는 부분에서 제거된 이유는 다수개의 발광 다이오드 패키지가 일렬로 배치될 경우에 패키지의 단축 방향은 인접한 다른 발광 다이오드 패키지의 단축방향과 맞닿게 되어 상대적으로 광손실이 적기 때문이다.
즉, 본 발명의 제 2 실시예의 발광 다이오드 패키지는 장축 방향의 가장자리 영역에서 광가이드(280)가 수직한 방향으로 돌출된 구조로 형성되어 있고, 광가이드(280)의 내측면은 상기 도 3 및 도 4에서 설명한 집광가이드와 같이 소정의 경사면이 형성되어 있다.
상기 광가이드(280)는 발광 다이오드 패키지(200)의 측면 방향으로 출사되는 광을 가이드 하여 수직방향으로 출사 시키기 때문에 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지(200)의 출사광은 상측 수직방향으로 진행한다.
이와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 발광 다이오드 패키지는 발광다이오드칩 상에 별도의 광학렌즈를 형성하지 않고도, 발광다이오드칩에서 발생되는 광을 집광한 다음, 이를 특정 방향으로 출사 시켜 광효율을 개선하였다.
아래 본 발명의 제 3 실시예에 의한 액정표시장치는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 발광 다이오드 패키지(200)를 적용한 것이지만, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 발광 다이오드 패키지(100)를 적용하여 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도이고, 도 8은 상기 도 7의 Ⅱ-Ⅱ' 선을 절단한 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 액정표시장치는, 액정표시패널(310)과, 상기 액정표시패널(310)에 면광원을 제공하는 백라이트 유닛(320)을 포함한다.
상기 액정표시패널(310)은 적녹청(RGB) 컬러필터층들을 포함하는 상부기판(310a)과, 박막트랜지스터(Thin Film Transistor:TFT)와 화소 전극을 포함하는 하부기판(310b)이 액정층을 사이에 두고 합착된 구조로 되어있다. 상기 상부기판(310a)의 배면에는 제 1 편광판(311a)이 부착되고, 상기 하부기판(310b)의 배면에는 제 2 편광판(311b)이 부착된다.
상기 액정표시패널(310)의 가장자리에는 게이트 라인에 스캔신호를 공급하는 게이트 구동 회로(미도시)와, 데이터 라인에 데이터 신호를 공급하는 데이터 구동 회로(미도시)가 구비된다.
상기 게이트 및 데이터 구동 회로는 COF(Chip on film)에 의해 액정표시패널(310)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 COF는 TCP(Tape Carrier Package)로 변경될 수 있다.
또한, 백라이트 유닛(320)은 적(R), 녹(G) 및 청(B)색 발광 다이오드(LED)칩 또는 백색(W) 발광 다이오드(LED) 칩들이 적어도 두 개 이상 실장된 발광 다이오드 패키지(200)와, 발광 다이오드 패키지(200)에 전원을 공급하기 위해 다수개의 전원패턴들이 형성되어 있는 인쇄회로기판(351)과, 상기 발광 다이오드 패키지(200)로부터 공급되는 광원을 면광원으로 변환시키는 도광판(340)과, 상기 도광판(340)의 입광부 영역과 배면에 각각 배치되어 광효율을 향상시키는 반사판(380)들과, 상기 발광다이오드 패키지(200)와 인쇄회로기판(351)의 하측에 배치되어 발광 다이오드 패키지(200)를 고정하는 하우징(395)과, 상기 도광판(340) 전방(상측)에 배치되어 집광 및 확산 기능을 하는 제 1 및 제 2 광학시트(331, 332)와, 상기 발광 다이오드 패키지(200), 인쇄회로기판(351), 도광판(340), 반사판(380), 제 1 및 제 2 광학시트(331, 332)를 수납하는 하부커버(390)를 포함한다. 도면에서 도시하였지만 설명하지 않은 320은 패드이다.
상기 액정표시패널(310)과 백라이트 유닛(320)은 서포트 메인(315)과 하우징(395) 및 하부커버(390)가 조립되면서 일체로 결합된다.
본 발명의 제 3 실시예에서는 상기 도 6에 도시된 발광 다이오드 패키지(200)가 백라이트 유닛(320)의 광원으로 사용되었다. 발광 다이오드 패키지(200)에는 상기 도광판(340)의 입광부 영역으로 출사광을 제어하기 위한 광가이드(280)가 형성되어 있다.
도시된 바와 같이, 서포트 메인(315)과 하부커버(390)에 의해 백라이트 유닛(320)이 조립되지만, 발광 다이오드 패키지(200)가 실장된 인쇄회로기판(351) 영역에서는 하우징(395)과 서포트 메인(315)에 의해 상기 발광 다이오드 패키지(200)가 실장된 인쇄회로기판(351)이 고정된다.
상기 하우징(395)의 내측에는 소정의 홈이 형성되어 있어, 상기 발광 다이오드 패키지(200)가 실장된 인쇄회로기판(351)이 삽입되어 고정된다.
또한, 상기 도광판(340) 중앙의 배면에는 반사판(380)과 하부커버(390)가 배치되어 있기 때문에 상기 도광판(340) 입광부 영역과 소정의 단차가 발생된다. 따라서, 보다 견고한 조립성을 유지하기 위해 상기 도광판(340)의 입광부와 발광 다이오드 패키지(200)의 형성 영역과 대응되는 하우징(395)에는 소정의 돌출부(360)가 형성되어 있다.
상기 하우징(395)에 형성된 돌출부(360)는 반사판(380)이 상기 발광 다이오드 패키지(200) 영역까지 균일하게 배치되도록 하면서, 발광 다이오드 패키지(200)가 실장되어 있는 인쇄회로기판(351)이 하우징(395)에 형성된 홈에 체결될 수 있도록 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 발광 다이오드 패키지(200)의 광가이드(280)는 상기 도광판(340)의 입광부 영역까지 배치되어 있어, 발광 다이오드 패키지(200)에서 발생되는 광의 대부분이 집광되어 도광판(340)의 입광부로 입사된다.
본 발명에서는 백라이트 유닛(320)에 사용되는 발광 다이오드 패키지(200)에 광가이드(280)를 형성하여 출사되는 광의 직진성을 높임으로써, 도광판(340)에 입사되는 입광 효율을 개선하였다.
100, 200: 발광다이오드 패키지 135: 제 1 발광다이오드칩
136: 제 2 발광다이오드칩 180: 집광가이드
280: 광가이드 340: 도광판
390: 하부커버 395: 하우징
351: 인쇄회로기판

Claims (10)

  1. 복수개의 발광다이오드 칩이 실장되는 중앙면과, 상기 중앙면으로부터 경사면을 갖는 측면을 구비하고, 상기 중앙면의 하면이 노출된 방열 패드;
    상기 발광다이오드 칩들과 전기적으로 연결되어 있는 제 1 및 제 2 리드;
    상기 방열 패드, 제 1 및 제 2 리드를 고정하도록 상부몰드부와 하부몰드부로 구성된 몸체; 및
    상기 상부몰드부의 가장자리를 따라 돌출되도록 형성되어 발광 다이오드 칩에서 발생되는 광을 확산 및 집광하는 광학 수단을 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 수단은 상기 발광 다이오드 패키지의 가장자리 둘레를 따라 격벽 형태로 형성되고, 내측면에 소정의 경사면이 형성된 구조의 집광가이드인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광학 수단은 상기 상부몰드부의 가장자리 영역에 형성되고, 상기 발광 다이오드 패키지의 단축 방향과 대응되는 영역에서는 개방된 구조를 가지며, 내측면에 소정의 경사면이 형성된 구조의 광가이드인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 집광가이드 또는 광가이드는 상기 상부몰드부와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  5. 액정표시패널; 및
    상기 액정표시패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함하고,
    상기 백라이트 유닛은 광을 발생하는 발광 다이오드 패키지를 구비하고,
    상기 발광 다이오드 패키지는,
    복수개의 발광다이오드 칩이 실장되는 중앙면과, 상기 중앙면으로부터 경사면을 갖는 측면을 구비하고, 상기 중앙면의 하면이 노출된 방열 패드와,
    상기 발광다이오드 칩들과 전기적으로 연결되어 있는 제 1 및 제 2 리드와,
    상기 방열 패드, 제 1 및 제 2 리드를 고정하도록 상부몰드부와 하부몰드부로 구성된 몸체와, 상기 상부몰드부의 가장자리를 따라 돌출되도록 형성되어 발광 다이오드 칩에서 발생되는 광을 확산 및 집광하는 광학 수단을 포함하는 액정표시장치.
  6. 제7항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은,
    상기 발광 다이오드 패키지와 마주하는 입광부를 구비하는 도광판;
    상기 인쇄회로기판이 체결되어 상기 발광 다이오드 패키지를 고정하는 하우징; 및
    상기 도광판의 배면에 부착되는 반사판을 더 포함하는 액정표시장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 광학 수단은 상기 발광 다이오드 패키지의 가장자리 둘레를 따라 격벽 형태로 형성되고, 내측면에 소정의 경사면이 형성된 구조의 집광가이드인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 광학수단은 상기 상부몰드부의 가장자리 영역에 형성되고, 상기 발광 다이오드 패키지의 단축 방향과 대응되는 영역에서는 개방된 구조를 가지며, 내측면에 소정의 경사면이 형성된 구조의 광가이드인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 집광가이드 또는 광가이드는 상기 상부몰드부와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 집광가이드 또는 광가이드는 상기 도광판의 입광부와 상기 발광 다이오드 패키지 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

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