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CN1885128A - 包含发光二极管的背光组件以及包含它的显示装置 - Google Patents

包含发光二极管的背光组件以及包含它的显示装置 Download PDF

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CN1885128A
CN1885128A CNA2006100828239A CN200610082823A CN1885128A CN 1885128 A CN1885128 A CN 1885128A CN A2006100828239 A CNA2006100828239 A CN A2006100828239A CN 200610082823 A CN200610082823 A CN 200610082823A CN 1885128 A CN1885128 A CN 1885128A
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CN
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田成万
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LG Display Co Ltd
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LG Philips LCD Co Ltd
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Abstract

本发明涉及包含发光二极管的背光组件以及包含它的显示装置，其还提供了一种发光二极管，该发光二极管包括在基底部分上的发射部件，以及覆盖该发射部分并具有倾斜上表面的透镜部分。该倾斜上表面具有倒锥体形状并具有相对于该发射部分的中心轴大约55至85度的倾斜角。

Description

包含发光二极管的背光组件以及包含它的显示装置
本发明要求享有于2005年6月24日在韩国提交的韩国专利申请No.2005-0054962的优先权，该申请在此全文引用以供参考。
技术领域
本发明涉及显示装置，尤其是，涉及使用包含发光二极管的背光组件的显示装置。
背景技术
显示装置典型地使用了阴极射线管(CRT)。当前，已经进行了很多努力用于研究和开发各种类型的平板显示器作为CRT的替代品，诸如液晶显示(LCD)装置，等离子显示面板(PDP)，场发射显示器以及电致发光显示器(ELD)。LCD装置具有超越其他平板显示器的优点，一部分优点是分辨率高，重量轻，外形薄，尺寸紧凑以及需要的能量供应低。
通常，LCD装置包括彼此分离且面对的两个基板，并且液晶材料插入在该两个基板之间。该两个基板包括彼此面对的电极。施加在该电极之间的电压产生与该液晶材料相交的电场。在该液晶材料内的液晶分子的排列根据所产生的电场的强度而改变，由此改变LCD装置的光透射率。于是，LCD装置通过改变所产生的电场的强度而显示图像。
由于LCD装置为非发射型显示装置，因此需要背光向该非发射型显示装置提供光。已经使用了冷阴极荧光灯(CCFL)或外电极荧光灯(EEFL)。近来，由于发光二极管(LED)不含有汞(Hg)并且提高了彩色显示能力而得到了广泛的使用。
图1是基于现有技术使用LED的LCD模块的分解透视图，并且图2是沿图1的II-II线的截面图。
如图1和2所示，在现有技术的LCD模块中，背光组件20和液晶板40依次设置在下壳体10上。主支承体30具有矩形框形状，并支承背光组件20和液晶板40。主支承体30与下壳体10相结合。
驱动电路42通过柔性印刷电路板(FPCB)连接到液晶板40。顶盖50设置在LCD板的顶部。顶盖50加压并使液晶板40的周边部分固定，并与主支承体30和下壳体10相结合。
背光组件20包括多个LED 22，反射片23，导光板25和诸如棱镜片27a和散射片27b的光学片。LED 22设置在多个印刷电路板(PCB)21上。PCB 21平行设置在下壳体10上。反射片23具有多个通孔24。通孔24对应于LED 22，并且反射片23覆盖PCB 21和下壳体10。导光板25与LED 22相分离并具有多个反射点26。反射点26对应于LED 22。光学片27与导光板25相分离。光学片27使穿过导光板25的光会聚并散射。
LED 22包括相同数量的红、绿和蓝色LED。该红、绿和蓝色LED同时开通以混合红、绿和蓝色，由此形成白色光。
为了使该颜色混合，在现有技术的LCD模块中使用侧面发射型LED。该侧面发射型LED从侧面发射光。如果从一种颜色的LED 22发射的光直接向上行进，那么该光与从其他LED 22发射的光没有充分混合，由此会产生彩色斑点并会透过液晶板40作为LED的固有颜色来显示。因此，普遍使用的是不向上发射光的侧面发射型LED。
现有技术的LED 22在相对于LED 22的垂直中心轴大约80度的发射角处具有最高发光强度。换句话说，大部分光在邻近80度的范围内从LED 22发射形成白色光。
然而，从LED 22发射的光的一部分仍然直接向上行进。近似地，从LED发射的光总量的百分之五至八直接向上行进。该比率足以造成所述的彩色斑点。
为了避免现有技术中的彩色斑点问题，在背光组件中的导光板25具有反射点26。反射点26被称作换向器(diverter)。类似于反射片23，反射点26用来反射光。
因此，从一个LED 22直接发射的光或从反射点26反射的光与来自其他LED 22的发射光混合形成白色光。然后，该白色光透过导光板25和光学片27传输，并入射到液晶板40上。液晶板40使用该白色光来显示图像。
导光板25是透明的，但是由丙烯酸树脂构成。由于丙烯酸树脂部分地吸收光或反射光，因此导光板25使光效率降低了大约百分之十。为了解决光效率的降低，增大了功率消耗。
另外，由于导光板25靠近LED 22设置，因此当LCD模块受到撞击或旋转时，导光板25和LED 22可能会受到破坏。因此，降低了现有技术的背光组件的可靠性。
发明内容
本发明提供了一种包含设置于基底部分上的发射部分的发光二极管。同样还提供了覆盖该发射部分并具有倾斜上表面的透镜部分，其中该倾斜上表面具有倒锥体形状以及相对于该发射部分的中心轴大约55至85度的倾斜角。
在另一方面，一种背光组件包括：多个发光二极管；具有与该多个发光二极管相对应的多个通孔的反射片；以及直接设置在该多个发光二极管上方的至少一个光学片。
在另一方面，一种显示装置包括：显示板；以及该显示板下方的背光组件，其中该背光组件包括：多个发光二极管；具有与该多个发光二极管相对应的多个通孔的反射片；以及直接设置在该多个发光二极管上方的至少一个光学片。
在另一方面，一种背光组件包括：多个发光二极管，其中该多个发光二极管的至少一个包括：在基底部分上的发射部分；以及覆盖该发射部分并具有倾斜上表面的透镜部分，其中该倾斜上表面具有倒锥体形状，使得该多个发光二极管的至少一个在相对于该发射部分的中心轴大约55至80度的角度处具有最高发光强度；以及直接设置在该多个发光二极管上方的至少一个光学片。
附图简要说明
图1是基于现有技术使用LED的LCD模块的分解透视图；
图2是沿图1的线II-II的截面图；
图3是在基于本发明一个示范性实施例的背光组件中的LED的截面图；
图4A至4C是描绘当在相对于LED的垂直中心轴分别为40，50和67.5度的角度处达到最高发光强度时，没有使用导光板的背光组件中的颜色混合的模拟图片；
图5A和5B分别是描绘来自具有大约67度的倾斜角的LED的发射光分布的极坐标图和直角坐标图；以及
图6是基于本发明另一示范性实施例的LED的截面图。
具体实施方式
参考附图可以更好地理解示范性实施例，但是这些实例并不用于限定本发明。基于本发明示范性实施例的LCD模块具有与图1的LCD模块类似的结构。因此，本文中省略了与图1的LCD模块相类似的部件的详细解释。
图3是在基于本发明一个示范性实施例的背光组件中的LED的截面图；
如图3所示，基于本发明该示范性实施例的LED 100包括基底部分102，在该基底部分102上的发射部分104，和覆盖该发射部分104的透镜部分106。透镜部分106是透明的，其使来自发射部分104发射的光朝向LED 100的一侧折射。基底部分102在外部LED操作系统与LED 100之间提供了一接口。
透镜部分106具有比该透镜部分106外部的空气更高的折射率。因此，当光穿过透镜部分106的侧表面时，根据Snell原理，折射角大于入射角。因此，从发射部分104发射的大部分光向侧面传输，并与从相邻的LED发射的光混合形成白色光。
透镜部分106具有倾斜上表面106a以避免光直接向上行进。倾斜上表面106a将直接向上传播的光朝向LED 100的侧面反射，由此减少了彩色斑点。倾斜上表面106a可以具有倒锥体形状。倾斜上表面106a具有相对于LED 100的中心轴大约55至85度的倾斜角θ。由于倾斜上表面106a具有大约55至85度的倾斜角θ，因此向上传播的大部分光从该倾斜上表面106a朝向透镜部分106的侧面反射。由于LED 100具有倾斜上表面106a，该倾斜上表面具有55至85度的倾斜角，因此从相邻LED 100发射的不同颜色的光均匀地混合形成白色光。因此，该示范性实施例的LCD模块不需要导光板。因此，在不使用导光板的情况下就能够避免彩色斑点，并且同时能够避免由于导光板而造成的光效率的降低。
图4A至4C是说明当在相对于LED的垂直中心轴分别为40，50和67.5度的角度处达到最高发光强度时，在没有导光板的背光组件中的颜色混合的模拟图片。出于示范性的原因，假设图4A至4C的背光组件具有40毫米的厚度，这与现有技术的背光组件的厚度相同。在图4A至4C左侧的图片是对彩色图片经灰度分级后的图片。由于难以通过灰度分级区分颜色和颜色边界，因此将在图4A至4C右侧通过从该彩色图片中提取颜色的轮廓而得到的图片与该经灰度分级的图片相结合。由于在右侧的图片是通过提取颜色的轮廓得到而不是由该经灰度分级的图片得到，因此它们并不呈现出与相应的经灰度分级的图片相同。
如图4A所示，当在大约40度的角度形成最高发光强度时，其为红、绿和蓝色的LED(图3中的100)的固有颜色直接出现在该LED上方，并由此该颜色并不有效混合。因此，造成彩色斑点。
如图4B所示，当在大约50度的角度形成最高发光强度时，颜色的混合比图4A提高很多，但是LED(图3中的100)的固有颜色仍然直接出现在该LED上方。因此，仍然造成彩色斑点。
如图4C所示，当在大约67.5度的角度形成最高发光强度时，LED(图3中的100)的固有颜色并不直接出现在该LED上方，并由此颜色有效混合。因此，没有造成彩色斑点。
上面模拟的实例证明了当最高发光强度在大约67.5度的角度实现时，在不使用导光板的情况下也能够有效地避免彩色斑点。另外，当最高发光强度在大约55至80度的角度范围实现时，在不使用导光板的情况下也能够有效地避免彩色斑点。当倾斜上表面具有大约55至85度的倾斜角时，最高发光强度将在大约55至80度的角度范围实现。
图5A和5B分别是描绘来自具有大约67度的倾斜角的LED的发射光分布的极坐标图和直角坐标图。
如图5A和5B所示，从LED(图3中的100)发射的大部分光都分布在大约50至90度的发射角范围内，并且最高发光强度在大约60至70度的发射角范围内实现。
特别是，LED发射的光并不直接向上行进，即，从LED发射的光并不保持在0度发射角附近。只要能阻止LED发射的光直接向上传播，就能够避免彩色斑点。于是，能够在该示范性实施例的背光组件中省略现有技术中使用的导光板。在实验中，当在0度处的发光强度与最高发光强度的比率等于或小于百分之二时，在不使用导光板的情况下就能够实质上避免彩色斑点。
尽管使用了该示范性实施例的LED，但是在实验中，当下壳体具有10毫米的高度时，可能会造成彩色斑点。因此，该下壳体可以具有足以避免该彩色斑点的高度。
为了更有效地避免彩色斑点，透镜部分(图3中的106)可以由具有大约1.49至1.51的折射率的材料构成，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和硅石。
图6是基于本发明另一示范性实施例的LED的截面图。
如图6所示，LED 100进一步包括反射器108，其涂覆在该倾斜上表面106a上。反射器108具有高反射率，以阻挡该发射的光直接向上行进，并且可以由诸如铝(Al)的金属构成。
如上所解释的，该示范性实施例的LED具有大约55至85度的倾斜角的倾斜上表面。因此，从LED发射的全部光均向侧面而不是上方传播。于是，从一个彩色LED发射的光能够有效地与其他彩色LED发射的光混合形成白色光。因此，该示范性实施例的背光组件不需要现有技术中的导光板，并且提高了光效率。结果，能够降低产品成本并能够提高可靠性。
该示范性实施例的背光组件的另一个结果是其提供了比现有技术更明亮的白色光。因此，可以将该背光组件中的多个LED分为若干个部分，并且该若干个部分能够依次运行。
以下，参考图1、3和6简要地解释该示范性实施例的LCD模块。除了导光板的使用和LED的结构之外，该示范性实施例的LCD模块与现有技术的LCD模块类似。
背光组件20和液晶板40依次设置在下壳体10上。主支承体30具有矩形框形状并支承背光组件20和液晶板40。主支承体30与下壳体10相结合。
驱动电路通过柔性印刷电路板(FPCB)连接到液晶板40。顶盖50设置在LCD板40的顶部。顶盖50加压并使液晶板40的周边部分固定，并与主支承体30和下壳体10相结合。
背光组件20包括多个LED 100，反射片23和诸如棱镜片27a和散射片27b的光学片27。LED 100设置在多个印刷电路板(PCB)21上。PCB 21平行设置在下壳体10上。反射片23具有多个通孔24。通孔24对应于LED 100，并且反射片23覆盖PCB 21和下壳体10。光学片27直接设置在LED 100上方并且使从LED 100发射以及从反射片23反射的光会聚并散射。换句话说，在该示范性实施例中，由于不需要导光板，因此将光学片27的透明部分直接设置在LED 100上方，这一点与导光板的反射点成对比。
LED 100包括相同数量的红、绿和蓝色LED。该红、绿和蓝色LED可以同时开通以混合光，由此形成白色。
该示范性实施例的背光组件可以适用于其他非发射型显示装置。
本领域技术人员应当清楚，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明的使用该LED的LCD装置及背光组件进行各种改进和改变。由此，倾向于使本发明覆盖在附加的权利要求及其等效物的范围内提供的本发明的改进和改变。

Claims (19)

1.一种发光二极管，包括：
在基底部分上的发射部分；以及
覆盖该发射部分并具有倾斜上表面的透镜部分，其特征在于，该倾斜上表面具有倒锥体形状以及相对于该发射部分的中心轴大约55至85度的倾斜角。
2.根据权利要求1的二极管，其特征在于，该透镜部分具有大约1.49至1.52的折射率。
3.根据权利要求1的二极管，其特征在于，该透镜部分包括聚甲基丙烯酸甲酯和硅石。
4.根据权利要求1的二极管，其特征在于，进一步包括涂覆在该倾斜上表面上的反射器。
5.一种背光组件，包括：
多个发光二极管，
具有与该多个发光二极管相对应的多个通孔的反射片；以及
直接设置在该多个发光二极管上方的至少一个光学片。
6.根据权利要求5的组件，其中该多个发光二极管的至少一个包括：
在基底部分上的发射部分；以及
覆盖该发射部分并具有倾斜上表面的透镜部分，其特征在于，该倾斜上表面具有倒锥体形状并具有相对于该发射部分的中心轴大约55至85度的倾斜角。
7.根据权利要求6的组件，其特征在于，该透镜部分具有大约1.49至1.52的折射率。
8.根据权利要求6的组件，其特征在于，该透镜部分包括聚甲基丙烯酸甲酯和硅石。
9.根据权利要求6的组件，其特征在于，该多个发光二极管的至少一个进一步包括涂覆在倾斜上表面上的反射器。
10.根据权利要求6的组件，其特征在于，直接位于多个发光二极管上方的至少一个光学片的一部分是透明的。
11.一种显示装置，包括：
显示板；以及
该显示板下方的背光组件，
其中该背光组件包括：
多个发光二极管，
具有与该多个发光二极管相对应的多个通孔的反射片；以及
直接设置在该多个发光二极管上方的至少一个光学片。
12.根据权利要求11的装置，其中该多个发光二极管的至少一个包括：
在基底部分上的发射部分；以及
覆盖该发射部分并具有倾斜上表面的透镜部分，其特征在于，该倾斜上表面具有倒锥体形状并具有相对于该发射部分的中心轴大约55至85度的倾斜角。
13.根据权利要求12的装置，其特征在于，该多个发光二极管的至少一个进一步包括涂覆在该倾斜上表面上的反射器。
14.根据权利要求12的装置，其特征在于，直接位于该多个发光二极管的至少一部分上方的至少一个光学片的一部分是透明的。
15.根据权利要求12的装置，其特征在于，该显示板包括液晶板。
16.一种背光组件，包括：
多个发光二极管，
其中该多个发光二极管的至少一个包括：
在基底部分上的发射部分；以及
覆盖该发射部分并具有倾斜上表面的透镜部分，其中该倾斜上表面具有倒锥体形状，使得该多个发光二极管的至少一个在相对于该发射部分的中心轴大约55至80度的角度处具有最高发光强度；以及
直接设置在多个发光二极管上方的至少一个光学片。
17.根据权利要求16的组件，其特征在于，直接向上行进的光的发光强度与该最高发光强度的比率等于或小于0.02。
18.根据权利要求16的组件，其特征在于，该倾斜上表面具有相对于该发射部分的中心轴大约55至85度的倾斜角。
19.根据权利要求16的组件，其特征在于，该多个发光二极管的至少一个进一步包括涂覆在该倾斜上表面上的反射器。
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