(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の赤色、緑色及び青色のＬＥＤと、
前記複数の赤色、緑色及び青色のＬＥＤに対応する複数の貫通ホールを有する反射シーツと、
前記複数の赤色、緑色及び青色のＬＥＤの直ぐ上部に位置し、プリズムシーツを有する少なくとも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、
前記複数の赤色、緑色及び青色のＬＥＤの各々は、
ベース部上に位置する発光部と、
前記発光部を覆い上面に傾斜面を有するレンズ部を備え、
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°の傾斜角を有し、
前記複数の赤色、緑色及び青色のＬＥＤの各々は、前記発光部の中心軸を基準に５５°ないし８０°の傾斜角で最大輝度を有し、
前記赤色、緑色及び青色のＬＥＤから出射される赤色、緑色及び青色の光は、各ＬＥＤの傾斜面により反射され、各ＬＥＤの側面部に進み、白色光を生成するために混色され、
前記レンズ部は１.４９ないし１.５２の屈折率を有し、
前記レンズ部はＰＭＭＡまたはシリカを含み、
前記複数の赤色、緑色及び青色のＬＥＤの各々は、前記傾斜面上に位置する反射体をさらに含み、
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、透明であり、
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バックライトアセンブリ。
【請求項２】
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、
複数の赤色、緑色及び青色のＬＥＤと、
前記複数の赤色、緑色及び青色のＬＥＤに対応する複数の貫通ホールを有する反射シーツと、
前記複数の赤色、緑色及び青色のＬＥＤの直ぐ上部に位置し、プリズムシーツを有する少なくとも１つの光学シーツを含み、
前記複数の赤色、緑色及び青色のＬＥＤの各々は、
ベース部上に位置する発光部と、
前記発光部を覆い上面に傾斜面を有するレンズ部を備え、
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°の傾斜角を有し、
前記複数の赤色、緑色及び青色のＬＥＤの各々は、前記発光部の中心軸を基準に５５°ないし８０°の傾斜角で最大輝度を有し、
前記赤色、緑色及び青色のＬＥＤから出射される赤色、緑色及び青色の光は、各ＬＥＤの傾斜面により反射され、各ＬＥＤの側面部に進み、白色光を生成するために混色され、
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み、
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、透明であり、
前記表示パネルは液晶パネルであることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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、プリズムシーツ２７ａと拡散シーツ２７ｂを含む。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
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。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【発明の効果】
【００３２】
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。
【実施例】
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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はプリズムシーツ２７ａと拡散シーツ２７ｂとを含む。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】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２】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。
【図３】本発明の実施例によるＬＥＤの断面図である。
【図４Ａ】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。
【図４Ｂ】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。
【図４Ｃ】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。
【図５Ａ】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。
【図５Ｂ】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。
【図６】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】
【００６０】
１００：ＬＥＤ
１０２：ベース部
１０４：発光部
１０６：レンズ部
１０６ａ：傾斜面  
【図１】
0004824484.tif 000002
【図２】
0004824484.tif 000003
【図３】
0004824484.tif 000004
【図５Ａ】
0004824484.tif 000005
【図５Ｂ】
0004824484.tif 000006
【図６】
0004824484.tif 000007
【図４Ａ】
0004824484.tif 000008
【図４Ｂ】
0004824484.tif 000009
【図４Ｃ】
0004824484.tif 000010