KR101080355B1

KR101080355B1 - 발광다이오드와 그 렌즈

Info

Publication number: KR101080355B1
Application number: KR1020040083146A
Authority: KR
Inventors: 윤주영; 강석환; 이상길; 박세기; 송춘호; 이종서; 김기철
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2011-11-04
Anticipated expiration: 2024-10-18
Also published as: TW201700997A; TWI596382B; JP2006114863A; TW201305612A; US20110242820A1; KR20060034021A; CN100465723C; JP5264043B2; US8696175B2; US9200778B2; JP2015099926A; US20140043831A1; JP5827302B2; EP1653254A3; CN1763603A; US7572036B2; TWI606269B; US20090279312A1; US20060083000A1; JP5899301B2

Abstract

굴절률이 n인 물질로 이루어져 있고, 밑면, 상기 밑면으로부터 연장된 제1 주변 곡면, 상기 제1 주변 곡면으로부터 연장된 차중앙 곡면 및 상기 차중앙 곡면으로부터 연장된 최중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 발광 다이오드 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있는 발광 다이오드용 렌즈에서, 상기 칩홈 내의 임의의 지점으로부터 상기 차중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 차중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧고, 상기 최중앙 곡면의 임의의 지점에서의 접선으로서 상기 발광 다이오드용 렌즈의 중심축과 교차하는 접선이 상기 발광 다이오드용 렌즈의 중심축과 이루는 각 중 내각을 A1라 하고, 상기 칩홈의 중심과 상기 최중앙 곡면의 상기 임의의 지점을 연결하는 직선과 상기 발광 다이오드용 렌즈의 중심축이 이루는 예각을 A2라 하면, A1+A2 < 90+sin^-1(1/n)을 만족하는 발광 다이오드용 렌즈.

액정표시장치, 백라이트, 발광다이오드

Description

발광다이오드와 그 렌즈{LIGHT EMITTING DIODE, LENS FOR THE SAME}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드(LED)의 투시도이다.

도 5는 도 4의 발광 다이오드의 수직 단면도이다.

도 6은 도 4의 발광 다이오드의 렌즈 표면에서의 빛의 굴절을 설명하기 위한 참고도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 투시도이다.

도 8은 도 7의 발광 다이오드의 수직 단면도이다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 수직 단면도이다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 수직 단면도이다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 투시도이다.

도 12는 도 11의 실시예에 따른 발광 다이오드의 수직 단면도이다.

도 13은 도 11의 실시예에 따른 발광 다이오드의 렌즈 표면에서 빛의 굴절을 설명하기 위한 참고도이다.

도 14 내지 도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드들의 수직 단면도이다.

도 25는 본 발명의 여러 실시예에 따른 발광 다이오드가 발하는 빛의 각도에 따른 플럭스를 보여주는 그래프이다.

본 발명은 표시 장치용 광원에 관한 것이다.

컴퓨터의 모니터나 TV 등으로 사용되는 표시 장치(display device)에는 스스로 발광하는 발광 다이오드(light emitting diode, LED), EL(electroluminescence), 진공 형광 표시 장치(vacuum fluorescent display, VFD), 전계 발광 소자(field emission display, FED), 플라스마 표시 장치(plasma display panel, PDP) 등과 스스로 발광하지 못하고 별도의 광원을 필요로 하는 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD) 등이 있다.

일반적인 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 구비된 두 표시판과 그 사이에 들어 있는 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 액정층을 포함한다. 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고, 전압을 변화시켜 이 전기장의 세기를 조절하고 이렇게 함으로써 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절하여 원하는 화상을 얻는다.

이때의 빛은 별도로 구비된 인공 광원이 제공하는 것일 수도 있고 자연광일 수도 있다.

액정 표시 장치용 인공 광원, 즉 백라이트(backlight) 장치는 광원으로서 CCFL(cold cathode fluorescent lamp)나 EEFL(external electrode fluorescent) 등과 같은 여러 개의 형광 램프(fluorescent lamp)를 사용하거나 복수개의 발광 다이오드를 사용한다.

이중 발광 다이오드는 수은을 사용하지 않으므로 환경 친화적이고, 기구적으로 안정하여 수명이 길다는 등의 장점이 있어 차세대 백라이트 장치의 광원으로 주목받고 있다.

그런데 발광 다이오드의 경우 빛이 좁은 영역으로 집중하여 발산하는 경향이 있어서 이를 면광원에 적용하기 위해서는 빛이 넓은 영역에 고르게 분포되도록 하여야 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 LED를 광원으로 사용하는 백라이트에서 빛이 고르게 분산되도록 하는 것이다.

이러한 기술적 과제를 이루기 위하여 빛을 분산시킬 수 있는 렌즈를 사용한다.

구체적으로는 밑면과 상기 밑면으로부터 연장된 제1 주변 곡면 및 상기 제1 주변 곡면으로부터 연장된 제1 중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 발광 다 이오드 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있고, 상기 칩홈 내의 임의의 지점으로부터 상기 제1 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제1 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧은 발광 다이오드용 렌즈를 마련한다.

여기서, 상기 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 공동의 내부 표면은 제2 주변 곡면과 제2 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 칩홈 내의 임의의 지점으로부터 상기 제2 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제2 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 것이 바람직하고, 상기 제2 중앙 곡면과 상기 제2 주변 곡면의 경계는 상기 칩홈의 중심점으로부터 입체각 20도에서 50도 사이에 위치할 수 있다.

또, 상기 제1 중앙 곡면과 상기 제1 주변 곡면의 경계는 상기 칩홈의 중심점으로부터 입체각 20도에서 50도 사이에 위치할 수 있고, 상기 칩홈 내의 임의의 지점으로부터 상기 제1 주변 곡면의 임의의 지점까지의 거리도 항상 상기 제1 주변 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧을 수 있다.

굴절률이 n인 물질로 이루어져 있고, 밑면, 상기 밑면으로부터 연장된 제1 주변 곡면, 상기 제1 주변 곡면으로부터 연장된 차중앙 곡면 및 상기 차중앙 곡면으로부터 연장된 최중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 발광 다이오드 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있는 발광 다이오드용 렌즈에서, 상기 칩홈 내의 임의의 지점으로부터 상기 차중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 차중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧고, 상기 최중앙 곡면은 상기 칩홈을 기준으로 하여 오목하게 형성되어 있는 발광 다이오드용 렌즈를 마련한다.

이 때, 상기 최중앙 곡면의 임의의 지점에서의 접선으로서 상기 발광 다이오드용 렌즈의 중심축과 교차하는 접선이 상기 발광 다이오드용 렌즈의 중심축과 이루는 각 중 내각을 A1라 하고, 상기 칩홈의 중심과 상기 최중앙 곡면의 상기 임의의 지점을 연결하는 직선과 상기 발광 다이오드용 렌즈의 중심축이 이루는 예각을 A2라 하면 A1+A2 < 90+sin^-1(1/n)을 만족하는 것이 바람직하다.

또, 상기 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 공동의 내부 표면은 제2 주변 곡면과 상기 제2 주변 곡면으로부터 연장된 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 칩홈 내의 임의의 지점으로부터 상기 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 것이 바람직하고, 상기 차중앙 곡면과 상기 최중앙 곡면의 경계점에서의 접선으로서 상기 발광 다이오드용 렌즈의 중심축과 교차하는 접선이 상기 발광 다이오드용 렌즈의 중심축과 이루는 각도는 90도일 수 있고, 상기 차중앙 곡면과 상기 제1 주변 곡면의 경계는 상기 칩홈의 중심점으로부터 입체각 20도에서 50도 사이에 위치할 수 있다.

밑면과 상기 밑면으로부터 연장된 제1 주변 곡면 및 상기 제1 주변 곡면으로부터 연장된 제1 중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 발광 다이오드 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있는 제1 렌즈, 상기 제1 렌즈의 칩홈 내에 수용되어 있는 발광 칩을 포함하고, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제1 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제1 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧은 발광 다이오드를 마련한다.

여기서, 상기 제1 렌즈의 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 공동의 내부 표면은 제2 주변 곡면과 제2 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제2 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제2 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 것이 바람직하고, 상기 발광칩을 덮고 있으며 상기 제1 렌즈의 중앙 공동 내에 형성되어 있는 제2 렌즈를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 렌즈는 밑면과 상기 밑면으로부터 연장된 제3 주변 곡면 및 상기 제3 주변 곡면으로부터 연장된 제3 중앙 곡면을 가지며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제3 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제3 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧은 것이 바람직하고, 상기 제2 렌즈의 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 제2 렌즈의 공동의 내부 표면은 제4 주변 곡면과 제4 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제4 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제4 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 것이 바람직하다.

상기 제2 렌즈는 굴절률이 n인 물질로 이루어져 있고, 밑면, 상기 밑면으로부터 연장된 제5 주변 곡면, 상기 제5 주변 곡면으로부터 연장된 차중앙 곡면 및 상기 차중앙 곡면으로부터 연장된 최중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 상기 발광 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있고, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 차중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 차중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧고, 상기 최중앙 곡면은 상기 칩홈을 기 준으로 하여 오목하게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 제2 렌즈의 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 제2 렌즈의 공동의 내부 표면은 제6 주변 곡면과 제6 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제6 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제6 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 것이 바람직하다. 상기 발광칩을 지지하며 상기 제1 렌즈의 밑면에 부착되어 상기 발광칩을 상기 제1 렌즈에 고정하는 칩 지지체를 더 포함할 수 있다.

굴절률이 n인 물질로 이루어져 있고, 밑면, 상기 밑면으로부터 연장된 제1 주변 곡면, 상기 제1 주변 곡면으로부터 연장된 제1 차중앙 곡면 및 상기 제1 차중앙 곡면으로부터 연장된 제1 최중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 발광 다이오드 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있는 제1 렌즈, 상기 제1 렌즈의 상기 칩홈 내에 수용되어 있는 발광 칩, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제1 차중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제1 차중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧고, 상기 제1 최중앙 곡면은 상기 칩홈을 기준으로 하여 오목하게 형성되어 있는 발광 다이오드를 마련한다.

여기서, 상기 제1 최중앙 곡면의 임의의 지점에서의 접선으로서 상기 제1 렌즈의 중심축과 교차하는 접선이 상기 제1 렌즈의 중심축과 이루는 각 중 내각을 A1라 하고, 상기 발광 칩 표면의 중심과 상기 제1 최중앙 곡면의 상기 임의의 지점을 연결하는 직선과 상기 제1 렌즈의 중심축이 이루는 예각을 A2라 하면 A1+A2 < 90+sin^-1(1/n)을 만족하는 것이 바람직하고, 상기 제1 렌즈의 밑면 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 공동의 내부 표면은 제2 주변 곡면과 상기 제2 주변 곡면으로부터 연장된 제1 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제1 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제1 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 것이 바람직하다.

상기 발광칩을 덮고 있으며 상기 제1 렌즈의 중앙 공동 내에 형성되어 있는 제2 렌즈를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 렌즈는 밑면과 상기 밑면으로부터 연장된 제3 주변 곡면 및 상기 제3 주변 곡면으로부터 연장된 제2 중앙 곡면을 가지며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제2 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제2 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧은 것이 바람직하고, 상기 제2 렌즈의 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 제2 렌즈의 공동의 내부 표면은 제4 주변 곡면과 제3 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제3 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제3 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 것이 바람직하다.

상기 제2 렌즈는 굴절률이 n인 물질로 이루어져 있고, 밑면, 상기 밑면으로부터 연장된 제5 주변 곡면, 상기 제5 주변 곡면으로부터 연장된 제2 차중앙 곡면 및 상기 제2 차중앙 곡면으로부터 연장된 제2 최중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 상기 발광 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있고, 상기 발광 칩 표면 의 임의의 지점으로부터 상기 제2 차중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제2 차중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧고, 상기 제2 최중앙 곡면은 상기 칩홈을 기준으로 하여 오목하게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 제2 렌즈의 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 제2 렌즈의 공동의 내부 표면은 제6 주변 곡면과 제4 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제4 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제4 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 것이 바람직하다.

상기 발광칩을 지지하며 상기 제1 렌즈의 밑면에 부착되어 상기 발광칩을 상기 제1 렌즈에 고정하는 칩 지지체를 더 포함할 수 있다.

밑면과 상기 밑면으로부터 연장된 제1 주변 곡면 및 상기 제1 주변 곡면으로부터 연장된 제1 중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 발광 다이오드 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있는 렌즈, 상기 렌즈의 칩홈 내에 수용되어 있는 발광 칩을 포함하고, 상기 제1 중앙 곡면과 상기 제1 주변 곡면 중의 적어도 일부에는 요철이 형성되어 있고, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제1 중앙 곡면의 윤곽면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제1 중앙 곡면의 윤곽면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧은 발광 다이오드를 마련한다.

상기 렌즈의 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 공동의 내부 표면은 제2 주변 곡면과 제2 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제2 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제2 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 것이 바람직하고, 상기 발광 칩을 덮 고 있으며 상기 렌즈의 중앙 공동 내에 형성되어 있는 속렌즈를 더 포함하며 상기 속렌즈는 밑면과 상기 밑면으로부터 연장된 주변 곡면 및 상기 주변 곡면으로부터 연장된 중앙 곡면을 가지며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧은 것이 바람직하다. 또 상기 요철은 상기 제1 중앙 곡면이 상기 제1 주변 곡면과 접하는 경계부에 형성되어 있을 수 있다.

굴절률이 n인 물질로 이루어져 있고, 밑면, 상기 밑면으로부터 연장된 제1 주변 곡면, 상기 제1 주변 곡면으로부터 연장된 차중앙 곡면 및 상기 차중앙 곡면으로부터 연장된 최중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 발광 다이오드 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있는 렌즈, 상기 렌즈의 상기 칩홈 내에 수용되어 있는 발광 칩, 상기 최중앙 곡면, 상기 차중앙 곡면 및 상기 제1 주변 곡면 중의 적어도 일부에는 요철이 형성되어 있고, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 차중앙 곡면의 윤곽면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 차중앙 곡면의 윤곽면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧고, 상기 최중앙 곡면은 상기 칩홈을 기준으로 하여 오목하게 형성되어 있는 발광 다이오드를 마련한다.

여기서 상기 최중앙 곡면의 임의의 지점에서의 접선으로서 상기 렌즈의 중심축과 교차하는 접선이 상기 렌즈의 중심축과 이루는 각 중 내각을 A1라 하고, 상기 발광 칩 표면의 중심과 상기 최중앙 곡면의 상기 임의의 지점을 연결하는 직선과 상기 렌즈의 중심축이 이루는 예각을 A2라 하면 A1+A2 < 90+sin^-1(1/n)을 만족하는 것이 바람직하고, 상기 렌즈의 밑면 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 공동의 내부 표면은 제2 주변 곡면과 상기 제2 주변 곡면으로부터 연장된 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 것이 바람직하다.

또, 상기 발광 칩을 덮고 있으며 상기 렌즈의 중앙 공동 내에 형성되어 있는 속렌즈를 더 포함하고,상기 속렌즈는 밑면과 상기 밑면으로부터 연장된 주변 곡면 및 상기 주변 곡면으로부터 연장된 중앙 곡면을 가지며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧은 것이 바람직하고, 상기 요철은 상기 최중앙 곡면과 상기 차중앙 곡면이 만나는 경계부와 상기 차중앙 곡면과 상기 제1 주변 곡면이 만나는 경계부에 형성되어 있을 수 있다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

먼저 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치용 광원에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시판 조립체(liquid crystal panel assembly)(300) 및 이에 연결된 게이트 구동부(400)와 데이터 구동부(500), 데이터 구동부(500)에 연결된 계조 전압 생성부(800), 액정 표시판 조립체(300)에 빛을 조사하는 광원부(910), 광원부(910)를 제어하는 광원 구동부(920) 및 이들을 제어하는 신호 제어부(signal controller)(600)를 포함한다.

한편, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 구조적으로 보면, 표시부(330)와 백라이트부(340)를 포함하는 액정 모듈(350)과 액정 모듈(350)을 수납하고 고정하는 전면 및 후면 섀시(361, 362), 몰드 프레임(363, 364)을 포함한다.

표시부(330)는 액정 표시판 조립체(300)와 이에 부착된 게이트 테이프 캐리어 패키지(TCP, tape carrier packet)(410) 및 데이터 TCP(510), 그리고 해당 TCP(410, 510)에 부착되어 있는 게이트 인쇄 회로 기판(PCB, printed circuit board)(450) 및 데이터 PCB(550)를 포함한다.

액정 표시판 조립체(300)는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 구조적으로 볼 때 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)과 그 사이에 들어 있는 액정층(3)을 포함하며, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이 등가 회로로 볼 때 복수의 표시 신호선(G₁-G_n, D₁-D_m)과 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)를 포함한다.

표시 신호선(G₁-G_n, D₁-D_m)은 하부 표시판(100)에 구비되어 있으며, 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 복수의 게이트선(G₁-G_n)과 데이터 신호를 전달하는 데이터선(D₁-D_m)을 포함한다. 게이트선(G₁-G_n)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(D₁-D_m)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.

각 화소는 표시 신호선(G₁-G_n, D₁-D_m)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(C_LC) 및 유지 축전기(storage capacitor)(C_ST)를 포함한다. 유지 축전기(C_ST)는 필요에 따라 생략할 수 있다.

박막 트랜지스터 등 스위칭 소자(Q)는 하부 표시판(100)에 구비되어 있으며, 삼단자 소자로서 그 제어 단자 및 입력 단자는 각각 게이트선(G₁-G_n) 및 데이터선(D₁-D_m)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(C_LC) 및 유지 축전기(C _ST)에 연결되어 있다.

액정 축전기(C_LC)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190)과 상부 표시판(200) 의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(190, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 화소 전극(190)은 스위칭 소자(Q)에 연결되며 공통 전극(270)은 상부 표시판(200)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(V_com)을 인가받는다. 도 3에서와는 달리 공통 전극(270)이 하부 표시판(100)에 구비되는 경우도 있으며 이때에는 두 전극(190, 270) 중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 만들어질 수 있다.

액정 축전기(C_LC)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(C_ST)는 하부 표시판(100)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(190)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(V_com) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(C_ST)는 화소 전극(190)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 게이트선과 중첩되어 이루어질 수 있다.

한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소가 삼원색 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소가 시간에 따라 번갈아 삼원색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 삼원색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 도 3은 공간 분할의 한 예로서 각 화소가 화소 전극(190)에 대응하는 상부 표시판(200)의 영역에 적색, 녹색, 또는 청색의 색 필터(230)를 구비함을 보여주고 있다. 도 3과는 달리 색 필터(230)는 하부 표시판(100)의 화소 전극(190) 위 또는 아래에 형성할 수도 있다.

도 2에서 백라이트부(340)는 액정 표시판 조립체(300)의 하부에 장착되어 있으며 복수의 발광 다이오드(344)가 PCB(printed circuit board) 기판(345)에 실장 되어 이루어진 광원체(349), 조립체(300)와 발광 다이오드(344)의 사이에 위치하며 발광 다이오드(341)로부터의 빛을 조립체(300)로 확산하는 도광판(342) 및 복수의 광학 시트(343), PCB 기판(345)의 상부에 위치하며 발광 다이오드(344)의 발광부를 돌출시키는 복수의 구멍을 가지며, 발광 다이오드(344)로부터의 빛을 조립체(300) 쪽으로 반사하는 반사판(341), 그리고 반사판(341)과 도광판(342) 사이에 장착되어 광원체와 도광판(342) 간의 거리를 일정하게 유지하고 도광판(342)과 광학 시트(343)를 지지하는 몰드 프레임(364)을 포함한다.

여기서 도광판(342)의 윗면에는 복수의 광반사 홈이 형성되어 있다.

광원으로 사용되는 발광 다이오드(LED)(344)는 백색광을 내는 백색 발광 다이오드이거나 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드를 혼합 배치하여 사용할 수 있다. 또는 백색 발광 다이오드에 적색 발광 다이오드 등을 보조적으로 사용할 수도 있다. 이들 발광 다이오드가 소정의 형태로 PCB 기판(345) 위에 배열되어 광원체(349)를 형성한다.

도 2에 도시한 광원체(349)의 개수는 3개이지만 그 수는 요구되는 휘도와 액정 표시 장치의 화면 크기 등에 따라 증감될 수 있다.

액정 표시판 조립체(300)의 두 표시판(100, 200)의 바깥 면에는 광원체(349)에서 나오는 빛을 편광시키는 편광자(도시하지 않음)가 부착되어 있다.

도 1과 도 2를 참고하면, 계조 전압 생성부(800)는 데이터 PCB(550)에 구비되어 있으며 화소의 투과율과 관련된 두 벌의 복수 계조 전압을 생성한다. 두 벌 중 한 벌은 공통 전압(V_com)에 대하여 양의 값을 가지고 다른 한 벌은 음의 값을 가진다.

게이트 구동부(400)는 집적 회로(integrated circuit, IC) 칩의 형태로 각 게이트 TCP(410) 위에 장착되어 있으며, 액정 표시판 조립체(300)의 게이트선(G₁-G_n)에 연결되어 외부로부터의 게이트 온 전압(V_on)과 게이트 오프 전압(V_off)의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 게이트선(G₁-G_n)에 인가한다.

데이터 구동부(500)는 IC 칩의 형태로 각 데이터 TCP(510) 위에 장착되어 있으며, 액정 표시판 조립체(300)의 데이터선(D₁-D_m)에 연결되어 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압 중에서 선택한 데이터 전압을 데이터선(D₁-D_m)에 인가한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 게이트 구동부(400) 또는 데이터 구동부(500)는 IC 칩의 형태로 하부 표시판(100) 위에 장착되며, 또 다른 실시예에 따르면 하부 표시판(100)에 다른 소자들과 함께 집적된다. 이 두 가지 경우 게이트 PCB(450) 또는 게이트 TCP(410)는 생략될 수 있다.

게이트 구동부(400) 및 데이터 구동부(500) 등의 동작을 제어하는 신호 제어부(600)는 데이터 PCB(550) 또는 게이트 PCB(450)에 구비되어 있다.

그러면 이러한 액정 표시 장치의 표시 동작에 대하여 상세하게 설명한다.

신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호, 예를 들면 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 제공받는다. 신호 제어부(600)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 영상 신호(R, G, B)를 액정 표시판 조립체(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 게이트 제어 신호(CONT1) 및 데이터 제어 신호(CONT2) 등을 생성한 후, 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)는 데이터 구동부(500)로 내보낸다.

게이트 제어 신호(CONT1)는 프레임의 시작을 알리는 수직 동기 시작 신호(STV), 게이트 온 전압(V_on)의 출력 시기를 제어하는 게이트 클록 신호(CPV) 및 게이트 온 전압(V_on)의 지속 시간을 한정하는 출력 인에이블 신호(OE) 등을 포함한다.

데이터 제어 신호(CONT2)는 영상 데이터(DAT)의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D₁-D_m)에 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(LOAD), 공통 전압(V_com)에 대한 데이터 전압의 극성(이하 공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성을 줄여 데이터 전압의 극성이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS) 및 데이터 클록 신호(HCLK) 등을 포함한다.

데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라 한 행의 화소에 대한 영상 데이터(DAT)를 차례로 입력받아 시프트시키고, 계조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압 중 각 영상 데이터(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 영상 데이터(DAT)를 해당 데이터 전압으로 변환한 후, 이를 해당 데이터선(D₁-D_m)에 인가한다.

게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(V_on)을 게이트선(G₁-G_n)에 인가하여 이 게이트선(G ₁-G_n)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴온시키며, 이에 따라 데이터선(D₁-D_m)에 인가된 데이터 전압이 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소에 인가된다.

화소에 인가된 데이터 전압과 공통 전압(V_com)의 차이는 액정 축전기(C_LC)의 충전 전압, 즉 화소 전압으로서 나타난다. 액정 분자들은 화소 전압의 크기에 따라 그 배열을 달리한다.

광원 구동부(920)는 광원부(910)에 인가되는 전류를 제어하여 광원부(910)를 구성하는 발광 다이오드(344)를 점멸하고 그 밝기를 제어한다.

이와 같은 광원 구동부(920)의 동작에 따라서 발광 다이오드(344)에서 나온 빛은 액정층(3)을 통과하면서 액정 분자의 배열에 따라 그 편광이 변화한다. 이러한 편광의 변화는 편광자에 의하여 빛의 투과율 변화로 나타난다.

1 수평 주기(또는 1H)[수평 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE), 게이트 클록(CPV)의 한 주기]가 지나면 데이터 구동부(500)와 게이트 구동부(400)는 다음 행의 화소에 대하여 동일한 동작을 반복한다. 이러한 방식으로, 한 프레임(frame) 동안 모든 게이트선(G₁-G_n)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(V_on)을 인가하여 모든 화소에 데이터 전압을 인가한다. 한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시 작되고 각 화소에 인가되는 데이터 전압의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다(프레임 반전). 이때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 전압의 극성이 바뀌거나(행 반전, 도트 반전), 한 화소행에 인가되는 데이터 전압의 극성도 서로 다를 수 있다(열 반전, 도트 반전).

그러면, 본 발명의 한 실시예에 따른 광원부(910), 즉, 백라이트 장치를 구성하는 발광 다이오드에 대하여 도 4, 도 5 및 도 6을 참고로 하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 발광 다이오드(LED)의 투시도이고, 도 5는 도 4의 발광 다이오드의 수직 단면도이며, 도 6은 도 4의 발광 다이오드의 렌즈 표면에서의 빛의 굴절을 설명하기 위한 참고도이다.

도 4와 도 5를 보면, 발광 다이오드(344)는 발광칩(4)과 렌즈로 이루어져 있고, 렌즈는 밑면(3), 밑면으로부터 연장되어 있는 주변 곡면(2), 주변 곡면으로부터 연장되어 있는 중앙 곡면(1)을 가지는 투명한 유전체이다. 렌즈의 밑면(3)에는 발광칩(4)을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있다.

렌즈의 중앙 곡면(1)은 발광칩(4)에서 볼 때 볼록 형상을 가지며, 발광칩(4)의 중심으로부터 수직 방향으로 뻗은 렌즈의 축을 중심으로 하여 대칭을 이루는 것이 바람직하다. 또, 발광칩(4)의 발광면의 임의의 지점으로부터 렌즈의 중앙 곡면(1)의 임의의 지점까지의 거리는 항상 렌즈의 중앙 곡면(1)의 해당 임의의 지점의 곡률 반경에 비하여 짧다(이하 "제1 곡률 반경 조건"이라 한다). 이는 발광칩(4) 이 발산하는 빛을 보다 넓은 영역으로 균일하게 분산시키기 위함이다. 렌즈만을 기준으로 하는 경우에는 칩홈 내부의 임의의 지점으로부터 렌즈의 중앙 곡면(1)의 임의의 지점까지의 거리는 항상 렌즈의 중앙 곡면(1)의 해당 임의의 지점의 곡률 반경에 비하여 짧게 되도록 렌즈를 형성하는 것이 바람직하다(이하 "강화된 제1 곡률 반경 조건"이라 한다).

렌즈의 주변 곡면(2)은 렌즈의 크기를 축소함과 동시에 렌즈의 측면 방향으로 지나치게 기울어진 경로를 가지는 빛의 진행 방향을 굴절시켜 렌즈의 상측 방향으로 진행하도록 하기 위하여 렌즈의 측면을 가파르게 잘라냄으로써 형성된 것이다. 그러나 필요에 따라서는 렌즈의 주변 곡면(2)도 제1 곡률 반경 조건을 만족하도록 하여 주변 곡면(2)을 생략하고 중앙 곡면(1)을 밑면(3)에 닿을 때까지 연장한 것과 같이 렌즈를 형성할 수도 있다.

렌즈의 중앙 곡면(1)과 주변 곡면(2)의 경계에서는 곡률 반경의 변화가 중앙 곡면(1)이나 주변 곡면(2)에서보다 급격하며 곡률 반경이 불연속적일 수도 있다. 그러나 곡률 반경이 불연속적인 부분이 존재하면 빛의 분포에도 불연속적인 부분이 나타나므로 중앙 곡면(1)과 주변 곡면(2)의 경계에서도 곡률 반경의 변화가 연속적일 수 있도록 모서리를 다듬는 것이 바람직하다. 중앙 곡면(1)과 주변 곡면(2)의 경계는 발광칩(4)의 광 발산 분포에 따라 조정하는 것이 바람직하나 대체로 칩홈의 중심점으로부터 입체각이 20도에서 50도 사이인 위치에 오도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 발광칩(4)이 발산하는 빛은 대체로 입체각 20도에서 50도 사이의 소정 각도를 경계로 하여 그 안쪽에 집중하고 그 바깥쪽에는 분포가 미약하므로 빛이 집중 하는 영역에만 렌즈의 중앙 곡면(1)이 놓이도록 렌즈를 형성한다.

제1 곡률 반경 조건을 만족하도록 렌즈를 형성하면, 발광칩(4)이 발산하는 빛은 렌즈의 중앙 곡면(1)에서 항상 렌즈의 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 굴절되는데 이를 도 6을 참조로 하여 설명한다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 광선의 파면이 렌즈의 중앙 곡면(1)과 만날 때, 광선의 파면 중 렌즈의 중심축으로부터 가까운 쪽이 먼저 렌즈를 벗어나서 공기 중으로 입사하게 된다. 이렇게 되면, 렌즈 내부에 비하여 빛의 진행 속도가 빠른 공기 중으로 먼저 입사한 부분과 아직 렌즈 내부에 남아 있는 부분의 진행 속도 차이로 인하여 빛은 렌즈의 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 굴절하게 된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 투시도이고, 도 8은 도 7의 발광 다이오드의 수직 단면도이다.

도 7 및 도 8의 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 4 및 도 5의 발광 다이오드에 비하여 렌즈 내부에 밑면(3)으로부터 만입되어 형성된 중앙 공동을 가지며, 발광칩(4)을 렌즈의 밑면에 고정하기 위한 지지체(7)를 더 포함한다.

중앙 공동은 렌즈의 내부 표면인 주변 곡면(6)과 중앙 곡면(5)에 의하여 이루어진다. 중앙 공동의 중앙 곡면(5)은 발광칩(4)에서 볼 때 볼록 형상을 가지며, 발광칩(4)의 중심으로부터 수직 방향으로 뻗은 렌즈의 축을 중심으로 하여 대칭을 이루는 것이 바람직하다. 또, 발광칩(4)의 발광면의 임의의 지점으로부터 중앙 공동의 중앙 곡면(5)의 임의의 지점까지의 거리는 항상 렌즈의 중앙 곡면(5)의 해당 임의의 지점의 곡률 반경에 비하여 길다(이하 "제2 곡률 반경 조건"이라 한다). 이는 발광칩(4)이 발산하는 빛을 보다 넓은 영역으로 균일하게 분산시키기 위함이다. 렌즈만을 기준으로 하는 경우에는 칩홈 내부의 임의의 지점으로부터 중앙 공동의 중앙 곡면(5)의 임의의 지점까지의 거리는 항상 중앙 공동의 중앙 곡면(5)의 해당 임의의 지점의 곡률 반경에 비하여 길게 되도록 렌즈를 형성하는 것이 바람직하다(이하 "강화된 제2 곡률 반경 조건"이라 한다).

또, 칩홈은 중앙 공동에 포함된다. 따라서 발광칩(4)을 고정하기 위한 지지체(7)가 필요하며, 지지체(7)는 중앙 공동의 입구를 밀폐하지 않는 형태로 렌즈의 밑면에 부착하는 것이 바람직하다. 중앙 공동 입구를 밀폐할 경우, 발광칩(4) 구동시 발생하는 열로 인하여 공동 내의 공기가 팽창하여 지지체(7)와 렌즈가 분리될 수 있기 때문이다.

위와 같은 조건으로 중앙 공동을 형성하면 발광칩(4)이 발산하는 빛은 중앙 공동의 중앙 곡면(5)에서 항상 렌즈의 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 굴절된다.

이상과 같이, 중앙 공동의 중앙 곡면(5)에서는 빛이 공기로부터 렌즈로 진입하므로 렌즈의 중앙 곡면(1)에서와는 반대의 곡률 반경 조건을 만족해야 빛을 분산시키는 효과를 얻을 수 있다.

도 9의 발광 다이오드는 도 4 및 도 5의 발광 다이오드와 비교하여 렌즈의 중앙 곡면(1)과 주변 곡면(2)의 일부에 미세한 요철 패턴(8)이 더 형성되어 있다. 요철 패턴(8)은 빛의 분포를 좀 더 균일하게 하기 위한 것으로써 중앙 곡면(1)뿐만 아니라 주변 곡면(2)의 전체에 형성할 수도 있고 중앙 곡면(1)과 주변 곡면(2)의 경계 부분에만 부분적으로 형성할 수도 있다.

도 10의 발광 다이오드는 도 7 및 도 8의 발광 다이오드와 비교하여 렌즈의 중앙 곡면(1)과 주변 곡면(2)의 경계 부분에 미세한 요철 패턴(8)이 더 형성되어 있다. 요철 패턴(8)은 빛의 분포를 좀 더 균일하게 하기 위한 것으로써 중앙 곡면(1)과 주변 곡면(2)의 전체에 형성할 수도 있고 중앙 곡면(1)과 주변 곡면(2)의 특정 부분에만 부분적으로 형성할 수도 있다.

위의 도 9 및 도 10의 실시예에서, 중앙 곡면(1)과 주변 곡면(2)에 요철 패턴(8)이 형성되어 있더라도 중앙 곡면(1)의 윤곽면(철부의 최상 지점을 연결하여 이루어지는 면)은 제1 곡률 반경 조건 및 강화된 제1 곡률 반경 조건을 만족한다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 투시도이고, 도 12는 도 11의 실시예에 따른 발광 다이오드의 수직 단면도이며, 도 13은 도 11의 실시예에 따른 발광 다이오드의 렌즈 표면에서 빛의 굴절을 설명하기 위한 참고도이다.

도 11과 도 12를 보면, 발광 다이오드는 발광칩(15)과 렌즈로 이루어져 있고, 렌즈는 밑면(14), 밑면으로부터 연장되어 있는 주변 곡면(13), 주변 곡면(13)으로부터 연장되어 있는 차중앙 곡면(12) 및 차중앙 곡면(12)으로부터 연장되어 있는 최중앙 곡면(11)을 가지는 투명한 유전체이다. 렌즈의 밑면(14)에는 발광칩 (15)을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있다.

렌즈의 차중앙 곡면(12)은 발광칩(15)에서 볼 때 볼록 형상을 가지며, 발광칩(15)의 중심으로부터 수직 방향으로 뻗은 렌즈의 축을 중심으로 하여 대칭을 이루는 것이 바람직하다. 또, 발광칩(15)의 발광면의 임의의 지점으로부터 렌즈의 차중앙 곡면(12)의 임의의 지점까지의 거리는 항상 렌즈의 차중앙 곡면(12)의 해당 임의의 지점의 곡률 반경에 비하여 짧다(제1 곡률 반경 조건). 이는 발광칩(15)이 발산하는 빛을 보다 넓은 영역으로 균일하게 분산시키기 위함이다. 렌즈만을 기준으로 하는 경우에는 칩홈 내부의 임의의 지점으로부터 렌즈의 차중앙 곡면(12)의 임의의 지점까지의 거리는 항상 렌즈의 차중앙 곡면(12)의 해당 임의의 지점의 곡률 반경에 비하여 짧게 되도록 렌즈를 형성하는 것이 바람직하다.

렌즈의 최중앙 곡면(11)은 발광칩(15)에서 볼 때 오목 형상을 가지며, 발광칩(15)의 중심으로부터 수직 방향으로 뻗은 렌즈의 축을 중심으로 하여 대칭을 이루는 것이 바람직하다. 또, 렌즈를 이루는 유전체의 굴절률을 n, 최중앙 곡면(11)의 임의의 지점에서의 접선으로서 렌즈의 중심축과 교차하는 접선이 렌즈의 중심축과 이루는 각 중 내각(렌즈를 바라보는 방향의 각, 도 13을 참조)을 A1, 발광 칩(15) 표면의 중심과 최중앙 곡면(11)의 상기 임의의 지점을 연결하는 직선과 상기 렌즈의 중심축이 이루는 예각을 A2라 하면

A1+A2 < 90+sin^-1(1/n) (1)

을 만족하도록 최중앙 곡면(11)을 형성한다. 최중앙 곡면(11)이 이러한 조 건을 만족하면 발광 칩(15)이 발산하는 빛은 최중앙 곡면(11)에서 굴절되어 분산될 뿐, 전반사가 발생하지는 않는다. 따라서 대부분의 빛이 렌즈의 최중앙 곡면(11)과 차중앙 곡면(12)을 통하여 상 방향으로 분산되면서 발산한다.

이와 같이, 빛의 대부분이 반사를 거치지 않고 직접 상 방향으로 발산하므로 발광 다이오드가 발산하는 빛을 효율적으로 이용할 수 있다.

그러면, 도 13을 참고하여 (1)식의 의미를 설명한다.

도 13에서 발광 칩(15)이 발산한 빛 중 최중앙 곡면(11)의 한 지점으로 입사하는 빛의 입사각을 Ai, 굴절각을 Ar, 렌즈의 굴절률을 n이라 할 때, 스넬의 법칙은

SinAr/SinAi=n/1 (2)

이다. 전반사가 일어나는 경우 Ar=90ㅀ이므로 임계 입사각 Ai은

SinAi=1/n (3)

Ai=Sin^-1(1/n) (4)

이다. 따라서, 전반사가 일어나지 않을 조건은

Ai<Sin^-1(1/n) (5)

이다. 도 13에서 삼각형의 내각의 합은 180ㅀ이므로

A1+A2+A3=180ㅀ (6)

이고, 도 13을 참고로

Ai+A1=90ㅀ (7)

이다. 식 (5), (6), (7)을 A1과 A2에 대하여 정리하면 (1)식이 얻어진다. 즉, (1)식은 발광 칩(15)이 발산한 빛이 최중앙 곡면(11)에서 전반사가 일어나지 않을 조건이다.

렌즈의 주변 곡면(13)은 렌즈의 크기를 축소함과 동시에 렌즈의 측면 방향으로 지나치게 기울어진 경로를 가지는 빛의 진행 방향을 굴절시켜 렌즈의 상측 방향으로 진행하도록 하기 위하여 렌즈의 측면을 가파르게 잘라냄으로써 형성된 것이다. 그러나 필요에 따라서는 렌즈의 주변 곡면(13)도 발광칩(15)의 발광면의 임의의 지점으로부터 렌즈의 주변 곡면(13)의 임의의 지점까지의 거리가 항상 렌즈의 주변 곡면(13)의 해당 임의의 지점의 곡률 반경에 비하여 짧게 되도록 하여 주변 곡면(13)을 생략하고 차중앙 곡면(12)을 밑면(14)에 닿을 때까지 연장한 것과 같이 렌즈를 형성할 수도 있다.

렌즈의 최중앙 곡면(11)과 차중앙 곡면(12)의 경계와 차중앙 곡면(12)과 주변 곡면(13)의 경계에서는 곡률 반경의 변화가 최중앙 곡면(11), 차중앙 곡면(12) 또는 주변 곡면(13)에서보다 급격하며 곡률 반경이 불연속적일 수도 있다. 그러나 곡률 반경이 불연속적인 부분이 존재하면 빛의 분포에도 불연속적인 부분이 나타나므로 최중앙 곡면(11)과 차중앙 곡면(12)의 경계와 차중앙 곡면(12)과 주변 곡면(13)의 경계에서도 곡률 반경의 변화가 연속적일 수 있도록 모서리를 다듬는 것이 바람직하다. 최중앙 곡면(11)과 차중앙 곡면(12)의 경계와 차중앙 곡면(12)과 주변 곡면(13)의 경계는 발광칩(15)의 광 발산 분포에 따라 조정하는 것이 바람직하 다. 차중앙 곡면(12)과 주변 곡면(13)의 경계 대체로 칩홈의 중심점으로부터 입체각이 20도에서 50도 사이인 위치에 오도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 발광칩(15)이 발산하는 빛은 대체로 입체각 20도에서 50도 사이의 소정 각도를 경계로 하여 그 안쪽에 집중하고 그 바깥쪽에는 분포가 미약하므로 빛이 집중하는 영역에만 렌즈의 최중앙 곡면(11) 및 차중앙 곡면(12)이 놓이도록 렌즈를 형성한다.

최중앙 곡면(11)은 1식을 만족하고, 차중앙 곡면(12)은 제1 곡률 반경 조건을 만족하도록 렌즈를 형성하면, 발광칩(4)이 발산하는 빛은 렌즈의 최중앙 곡면(11) 및 차중앙 곡면(12)에서 항상 렌즈의 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 굴절된다.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 수직 단면도이다.

도 14의 실시예에 따른 발광 다이오드는 도 11 및 도 12의 발광 다이오드에 비하여 렌즈 내부에 밑면(14)으로부터 만입되어 형성된 중앙 공동을 가지며, 발광칩(15)을 렌즈의 밑면에 고정하기 위한 지지체(17)를 더 포함한다.

중앙 공동은 렌즈의 내부 표면인 주변 곡면(17)과 중앙 곡면(16)에 의하여 이루어진다. 중앙 공동의 중앙 곡면(16)은 발광칩(15)에서 볼 때 볼록 형상을 가지며, 발광칩(15)의 중심으로부터 수직 방향으로 뻗은 렌즈의 축을 중심으로 하여 대칭을 이루는 것이 바람직하다. 또, 발광칩(15)의 발광면의 임의의 지점으로부터 중앙 공동의 중앙 곡면(16)의 임의의 지점까지의 거리는 항상 렌즈의 중앙 곡면(16)의 해당 임의의 지점의 곡률 반경에 비하여 길다(제2 곡률 반경 조건). 이는 발광칩(15)이 발산하는 빛을 보다 넓은 영역으로 균일하게 분산시키기 위함이다. 렌즈만을 기준으로 하는 경우에는 칩홈 내부의 임의의 지점으로부터 중앙 공동의 중앙 곡면(16)의 임의의 지점까지의 거리는 항상 중앙 공동의 중앙 곡면(16)의 해당 임의의 지점의 곡률 반경에 비하여 길게 되도록 렌즈를 형성하는 것이 바람직하다(강화된 제2 곡률 반경 조건).

또, 칩홈은 중앙 공동에 포함된다. 따라서 발광칩(15)을 고정하기 위한 지지체(18)가 필요하며, 지지체(18)는 중앙 공동의 입구를 밀폐하지 않는 형태로 렌즈의 밑면에 부착하는 것이 바람직하다. 중앙 공동 입구를 밀폐할 경우, 발광칩(15) 구동시 발생하는 열로 인하여 공동 내의 공기가 팽창하여 지지체(18)와 렌즈가 분리될 수 있기 때문이다.

위와 같은 조건으로 중앙 공동을 형성하면 발광칩(15)이 발산하는 빛은 중앙 공동의 중앙 곡면(16)에서 항상 렌즈의 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 굴절된다.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 수직 단면도이다.

도 15의 발광 다이오드는 도 11 및 도 12의 발광 다이오드와 비교하여 렌즈의 최중앙 곡면(11)과 차중앙 곡면(12) 및 주변 곡면(13)의 일부에 미세한 요철 패턴(19)이 더 형성되어 있다. 요철 패턴(19)은 빛의 분포를 좀 더 균일하게 하기 위한 것으로써 중앙 곡면(1)뿐만 아니라 주변 곡면(2)의 전체에 형성할 수도 있고 중앙 곡면(1)과 주변 곡면(2)의 경계 부분에만 부분적으로 형성할 수도 있다.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 수직 단면도이다.

도 16의 발광 다이오드는 도 14의 발광 다이오드와 비교하여 렌즈의 최중앙 곡면(11)과 차중앙 곡면(12)의 경계 및 차중앙 곡면(12)과 주변 곡면(2)의 경계 부분에 미세한 요철 패턴(19, 20)이 더 형성되어 있다. 요철 패턴(19, 20)은 빛의 분포를 좀 더 균일하게 하기 위한 것으로써 최중앙 곡면(11)과 차중앙 곡면(12) 및 주변 곡면(13)의 전체에 형성할 수도 있고 최중앙 곡면(11)과 차중앙 곡면(12) 및 주변 곡면(13)의 특정 부분에만 부분적으로 형성할 수도 있다.

위의 도 15와 도 16의 실시예에서, 최중앙 곡면(11)과 차중앙 곡면(12) 및 주변 곡면(13)에 요철 패턴(19, 20)이 형성되어 있더라도 차중앙 곡면(12)의 윤곽면(철부의 최상 지점을 연결하여 이루어지는 면)은 제1 곡률 반경 조건 및 강화된 제1 곡률 반경 조건을 만족하며, 최중앙 곡면(11)의 윤곽면은 식(1)의 조건을 만족한다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 수직 단면도이다.

도 17의 발광 다이오드는 도 7 및 도 8의 발광 다이오드 렌즈의 중앙 공동 내에 발광 칩(4)을 덮는 속렌즈(8)를 더 포함한다. 속렌즈(8)의 형상은 도 4 및 도 5의 발광 다이오드의 렌즈와 동일한 형상을 가진다. 즉, 밑면, 밑면으로부터 연장되어 있는 주변 곡면, 주변 곡면으로부터 연장되어 있는 중앙 곡면을 가지며, 속렌즈(8)의 밑면에는 칩홈이 형성되어 있다. 이 때, 속렌즈(8)의 중앙 곡면도 제 1 곡률 반경 조건을 만족한다. 또, 속렌즈(8)도 주변 곡면을 생략하고 중앙 곡면을 밑면까지 연장할 수도 있다.

이러한 구조의 발광 다이오드에서는 속렌즈의 표면, 겉렌즈의 내부 표면 및 겉렌즈의 외부 표면에서 각각 굴절이 일어나 보다 넓은 범위로 빛을 분산시킬 수 있다.

도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 수직 단면도이다.

도 18의 발광 다이오드는 도 14의 발광 다이오드의 중앙 공동 내에 발광 칩(15)을 덮는 속렌즈(8)를 더 포함한다. 속렌즈(8)의 형상은 도 4 및 도 5의 발광 다이오드의 렌즈와 동일한 형상을 가진다. 즉, 밑면, 밑면으로부터 연장되어 있는 주변 곡면, 주변 곡면으로부터 연장되어 있는 중앙 곡면을 가지며, 속렌즈(8)의 밑면에는 칩홈이 형성되어 있다. 이 때, 속렌즈(8)의 중앙 곡면도 제1 곡률 반경 조건을 만족한다. 또, 속렌즈(8)도 주변 곡면을 생략하고 중앙 곡면을 밑면까지 연장할 수도 있다.

도 17 및 도 18의 실시예에서는 속렌즈를 도 4 및 도 5의 발광 다이오드의 렌즈 형상을 가지도록 형성하였으나 속렌즈의 형상은 다양하게 변경될 수 있다. 이하에서는 그러한 속렌즈의 여러 변형에 대하여 살펴본다.

도 19의 발광 다이오드는 겉렌즈(100)와 속렌즈(400)를 가진다. 겉렌즈(100)는 도 7 및 도 8의 발광 다이오드의 렌즈와 같은 형상을 가지며, 속렌즈(400)는 겉렌즈(100)의 중앙 공동 내에 배치되어 있으며 중앙 공동(9)을 가진다. 발광칩(4)은 속렌즈(400)의 중앙 공동(9) 안에 배치된다. 속렌즈(400)는 도 7 및 도 8의 발광 다이오드의 렌즈와 동일한 형상을 가진다. 즉, 속렌즈(400)도 외부 표면과 중앙 공동(9)을 형성하는 내부 표면 및 밑면을 가지며, 외부 표면은 주변 곡면과 제1 곡률 반경 조건을 만족하는 중앙 곡면으로 이루어지고, 내부 표면은 주변 곡면과 제2 곡률 반경 조건을 만족하는 중앙 곡면으로 이루어진다.

이러한 구조의 발광 다이오드에서는 속렌즈의 내부 표면 및 외부 표면과 겉렌즈의 내부 표면 및 외부 표면에서 각각 굴절이 일어나 보다 넓은 범위로 빛을 분산시킬 수 있다.

도 20의 발광 다이오드는 겉렌즈(300)와 속렌즈(400)를 가진다. 겉렌즈(300)는 도 14의 발광 다이오드의 렌즈와 같은 형상을 가지며, 속렌즈(400)는 겉렌즈(300)의 중앙 공동 내에 배치되어 있으며 중앙 공동(9)을 가진다. 발광칩(15)은 속렌즈(400)의 중앙 공동(9) 안에 배치된다. 속렌즈(400)는 도 7 및 도 8의 발광 다이오드의 렌즈와 동일한 형상을 가진다. 즉, 속렌즈(400)도 외부 표면과 중앙 공동(9)을 형성하는 내부 표면 및 밑면을 가지며, 외부 표면은 주변 곡면과 제1 곡률 반경 조건을 만족하는 중앙 곡면으로 이루어지고, 내부 표면은 주변 곡면과 제2 곡률 반경 조건을 만족하는 중앙 곡면으로 이루어진다.

도 21의 발광 다이오드는 겉렌즈(100)와 속렌즈(600)를 가진다. 겉렌즈(100)는 도 7 및 도 8의 발광 다이오드의 렌즈와 같은 형상을 가지며, 속렌즈(600)는 겉렌즈(100)의 중앙 공동 내에 배치되어 있으며 발광칩(4)을 덮고 있다. 속렌즈(600)의 형상은 도 11 및 도 12의 발광 다이오드의 렌즈와 동일한 형상을 가진다. 즉, 속렌즈(600)는 밑면, 밑면으로부터 연장되어 있는 주변 곡면, 주변 곡면으로부터 연장되어 있는 차중앙 곡면 및 차중앙 곡면으로부터 연장되어 있는 최중앙 곡면을 가지는 투명한 유전체이다. 속렌즈(600)의 밑면에는 발광칩(15)을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있다. 이 때, 속렌즈(600)의 차중앙 곡면은 제1 곡률 반경 조건을 만족하고, 최중앙 곡면은 전반사가 일어나지 않을 조건인 (1)식을 만족한다.

도 22의 겉렌즈(300)와 속렌즈(600)를 가진다. 겉렌즈(300)는 도 14의 발광 다이오드의 렌즈와 같은 형상을 가지며, 속렌즈(600)는 겉렌즈(300)의 중앙 공동 내에 배치되어 있으며 발광칩(15)을 덮고 있다. 속렌즈(600)의 형상은 도 11 및 도 12의 발광 다이오드의 렌즈와 동일한 형상을 가진다. 즉, 속렌즈(600)는 밑면, 밑면으로부터 연장되어 있는 주변 곡면, 주변 곡면으로부터 연장되어 있는 차중앙 곡면 및 차중앙 곡면으로부터 연장되어 있는 최중앙 곡면을 가지는 투명한 유전체이다. 속렌즈(600)의 밑면에는 발광칩(15)을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있다. 이 때, 속렌즈(600)의 차중앙 곡면은 제1 곡률 반경 조건을 만족하고, 최중앙 곡면은 전반사가 일어나지 않을 조건인 (1)식을 만족한다.

도 23의 발광 다이오드는 겉렌즈(100)와 속렌즈(800)를 가진다. 겉렌즈(100)는 도 7 및 도 8의 발광 다이오드의 렌즈와 같은 형상을 가지며, 속렌즈(800)는 겉렌즈(100)의 중앙 공동 내에 배치되어 있으며 중앙 공동(22)을 가진다.

발광칩(4)은 속렌즈(800)의 중앙 공동(22) 안에 배치된다. 속렌즈(800)의 형상은 도 14의 발광 다이오드의 렌즈와 동일한 형상을 가진다. 즉, 속렌즈(800)도 외부 표면과 중앙 공동(22)을 이루는 내부 표면 및 밑면을 가지며, 외부 표면은 주변 곡면, 제1 곡률 반경 조건을 만족하는 차중앙 곡면 및 전반사가 일어나지 않을 조건인 식 (1)을 만족하는 최중앙 곡면으로 이루어지고, 내부 표면은 주변 곡면과 제2 곡률 반경 조건을 만족하는 중앙 곡면으로 이루어진다.

도 24의 발광 다이오드는 겉렌즈(300)와 속렌즈(800)를 가진다. 겉렌즈(300)는 도 14의 발광 다이오드의 렌즈와 같은 형상을 가지며, 속렌즈(800)는 겉렌즈(300)의 중앙 공동 내에 배치되어 있으며 중앙 공동(22)을 가진다. 발광칩(15)은 속렌즈(800)의 중앙 공동(22) 안에 배치된다. 속렌즈(800)의 형상은 도 14의 발광 다이오드의 렌즈와 동일한 형상을 가진다. 즉, 속렌즈(800)도 외부 표면과 중앙 공동(22)을 이루는 내부 표면 및 밑면을 가지며, 외부 표면은 주변 곡면, 제1 곡률 반경 조건을 만족하는 차중앙 곡면 및 전반사가 일어나지 않을 조건인 식 (1)을 만족하는 최중앙 곡면으로 이루어지고, 내부 표면은 주변 곡면과 제2 곡률 반경 조건을 만족하는 중앙 곡면으로 이루어진다.

이러한 구조의 발광 다이오드에서는 속렌즈의 내부 표면 및 외부 표면과 겉렌즈의 내부 표면 및 외부 표면에서 각각 굴절이 일어나 보다 넓은 범위로 빛을 분0산시킬 수 있다.

이상에서는 겉렌즈와 속렌즈를 가지는 발광 다이오드의 다양한 구조에 대하여 설명하고 있으나 이는 예시에 불과하고 다른 다양한 변형이 있을 수 있다. 예를 들어, 겉렌즈와 속렌즈의 표면 전체 또는 일부에 도 9, 도 10, 도 15 또는 도 16에 도시한 바와 같이 요철을 형성할 수도 있다.

도 25는 본 발명의 여러 실시예에 따른 발광 다이오드가 발하는 빛의 입체각에 따른 플럭스를 보여주는 그래프이다.

도 25에서, C0, C1, C2, C3는 각각 도 4 및 도 5의 실시예, 도 7 및 도 8의 실시예, 도 11 및 도 12의 실시예, 도 14의 실시예에 따른 발광 다이오드가 발하는 빛의 입체각에 따른 플럭스이다. 플럭스 측정 위치는 발광 다이오드의 발광칩 위 20mm 지점이다.

도 25에서 알 수 있는 바와 같이, 도 4 및 도 5의 실시예, 도 7 및 도 8의 실시예, 도 11 및 도 12의 실시예, 도 14의 실시예의 순으로 빛이 넓은 입체각 영역으로 분산되는 것을 알 수 있다.

발광 다이오드의 발광 입체각이 넓으면 넓을수록 액정 표시 장치용 백라이트에서 백색광을 만들기 위한 혼색 구간(R, G, B 3색 발광 다이오드를 사용하는 경우)과 균일한 면광을 형성하기 위한 균분산 구간을 줄일 수 있다. 따라서 액정 표시 장치의 경박화에 유리하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

본 발명에 따르면 발광 다이오드의 발광 입체각을 넓힐 수 있어서 액정 표시 장치용 백라이트에서 백색광을 만들기 위한 혼색 구간과 균일한 면광을 형성하기 위한 균분산 구간을 줄일 수 있다. 따라서 액정 표시 장치의 경박화에 기여할 수 있다.

Claims

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굴절률이 n인 물질로 이루어져 있고, 밑면, 상기 밑면으로부터 연장된 제1 주변 곡면, 상기 제1 주변 곡면으로부터 연장된 차중앙 곡면 및 상기 차중앙 곡면으로부터 연장된 최중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 발광 다이오드 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있는 발광 다이오드용 렌즈에서,

상기 칩홈 내의 임의의 지점으로부터 상기 차중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 차중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧고,

상기 최중앙 곡면은 상기 칩홈을 기준으로 하여 오목하게 형성되어 있는 발광 다이오드용 렌즈.
제6항에서,

상기 최중앙 곡면의 임의의 지점에서의 접선으로서 상기 발광 다이오드용 렌즈의 중심축과 교차하는 접선이 상기 발광 다이오드용 렌즈의 중심축과 이루는 각 중 내각을 A1라 하고, 상기 칩홈의 중심과 상기 최중앙 곡면의 상기 임의의 지점을 연결하는 직선과 상기 발광 다이오드용 렌즈의 중심축이 이루는 예각을 A2라 하면

A1+A2 < 90+sin^-1(1/n)을 만족하는 발광 다이오드용 렌즈.
제6항에서,

상기 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 공동의 내부 표면은 제2 주변 곡면과 상기 제2 주변 곡면으로부터 연장된 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 칩홈 내의 임의의 지점으로부터 상기 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 발광 다이오드용 렌즈.
제6항에서,

상기 차중앙 곡면과 상기 최중앙 곡면의 경계점에서의 접선으로서 상기 발광 다이오드용 렌즈의 중심축과 교차하는 접선이 상기 발광 다이오드용 렌즈의 중심축과 이루는 각도는 90도인 발광 다이오드용 렌즈.
제6항에서,

상기 차중앙 곡면과 상기 제1 주변 곡면의 경계는 상기 칩홈의 중심점으로부터 입체각 20도에서 50도 사이에 위치하는 발광 다이오드용 렌즈.
밑면과 상기 밑면으로부터 연장된 제1 주변 곡면 및 상기 제1 주변 곡면으로부터 연장된 제1 중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 발광 다이오드 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있는 제1 렌즈,

상기 제1 렌즈의 칩홈 내에 수용되어 있는 발광 칩

을 포함하고,

상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제1 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제1 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧고,

상기 제1 렌즈의 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 공동의 내부 표면은 제2 주변 곡면과 제2 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제2 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제2 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 길며,

상기 발광칩을 덮고 있으며 상기 제1 렌즈의 중앙 공동 내에 형성되어 있는 제2 렌즈를 더 포함하고, 상기 제2 렌즈는 굴절률이 n인 물질로 이루어져 있고, 밑면, 상기 밑면으로부터 연장된 제5 주변 곡면, 상기 제5 주변 곡면으로부터 연장된 차중앙 곡면 및 상기 차중앙 곡면으로부터 연장된 최중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 상기 발광 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있고, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 차중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 차중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧고, 상기 최중앙 곡면은 상기 칩홈을 기준으로 하여 오목하게 형성되어 있는 발광 다이오드.
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제11항에서,

상기 제2 렌즈의 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 제2 렌즈의 공동의 내부 표면은 제6 주변 곡면과 제6 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제6 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제6 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 발광 다이오드.
제11항에서,

상기 발광칩을 지지하며 상기 제1 렌즈의 밑면에 부착되어 상기 발광칩을 상기 제1 렌즈에 고정하는 칩 지지체를 더 포함하는 발광 다이오드.
굴절률이 n인 물질로 이루어져 있고, 밑면, 상기 밑면으로부터 연장된 제1 주변 곡면, 상기 제1 주변 곡면으로부터 연장된 제1 차중앙 곡면 및 상기 제1 차중앙 곡면으로부터 연장된 제1 최중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 발광 다이오드 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있는 제1 렌즈,

상기 제1 렌즈의 상기 칩홈 내에 수용되어 있는 발광 칩,

상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제1 차중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제1 차중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧고,

상기 제1 최중앙 곡면은 상기 칩홈을 기준으로 하여 오목하게 형성되어 있는 발광 다이오드.
제19항에서,

상기 제1 최중앙 곡면의 임의의 지점에서의 접선으로서 상기 제1 렌즈의 중심축과 교차하는 접선이 상기 제1 렌즈의 중심축과 이루는 각 중 내각을 A1라 하고, 상기 발광 칩 표면의 중심과 상기 제1 최중앙 곡면의 상기 임의의 지점을 연결하는 직선과 상기 제1 렌즈의 중심축이 이루는 예각을 A2라 하면

A1+A2 < 90+sin^-1(1/n)을 만족하는 발광 다이오드.
제19항에서,

상기 제1 렌즈의 밑면 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 공동의 내부 표면은 제2 주변 곡면과 상기 제2 주변 곡면으로부터 연장된 제1 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제1 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제1 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 발광 다이오드.
제21항에서,

상기 발광칩을 덮고 있으며 상기 제1 렌즈의 중앙 공동 내에 형성되어 있는 제2 렌즈를 더 포함하는 발광 다이오드.
제22항에서,

상기 제2 렌즈는 밑면과 상기 밑면으로부터 연장된 제3 주변 곡면 및 상기 제3 주변 곡면으로부터 연장된 제2 중앙 곡면을 가지며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제2 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제2 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧은 발광 다이오드.
제23항에서,

상기 제2 렌즈의 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 제2 렌즈의 공동의 내부 표면은 제4 주변 곡면과 제3 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제3 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제3 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 발광 다이오드.
제22항에서,

상기 제2 렌즈는 굴절률이 n인 물질로 이루어져 있고, 밑면, 상기 밑면으로부터 연장된 제5 주변 곡면, 상기 제5 주변 곡면으로부터 연장된 제2 차중앙 곡면 및 상기 제2 차중앙 곡면으로부터 연장된 제2 최중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 상기 발광 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있고,

상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제2 차중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제2 차중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧고,

상기 제2 최중앙 곡면은 상기 칩홈을 기준으로 하여 오목하게 형성되어 있는 발광 다이오드.
제25항에서,

상기 제2 렌즈의 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 제2 렌즈의 공동의 내부 표면은 제6 주변 곡면과 제4 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제4 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제4 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 발광 다이오드.
제21항에서,

상기 발광칩을 지지하며 상기 제1 렌즈의 밑면에 부착되어 상기 발광칩을 상기 제1 렌즈에 고정하는 칩 지지체를 더 포함하는 발광 다이오드.
밑면과 상기 밑면으로부터 연장된 제1 주변 곡면 및 상기 제1 주변 곡면으로부터 연장된 제1 중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 발광 다이오드 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있는 렌즈,

상기 렌즈의 칩홈 내에 수용되어 있는 발광 칩

을 포함하고, 상기 제1 중앙 곡면과 상기 제1 주변 곡면 중의 적어도 일부에는 요철이 형성되어 있고, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제1 중앙 곡면의 윤곽면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제1 중앙 곡면의 윤곽면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧은 발광 다이오드.
제28항에서,

상기 렌즈의 밑면의 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 공동의 내부 표면은 제2 주변 곡면과 제2 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제2 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제2 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 발광 다이오드.
제29항에서,

상기 발광칩을 덮고 있으며 상기 렌즈의 중앙 공동 내에 형성되어 있는 속렌즈를 더 포함하는 발광 다이오드.
제30항에서,

상기 속렌즈는 밑면과 상기 밑면으로부터 연장된 주변 곡면 및 상기 주변 곡면으로부터 연장된 중앙 곡면을 가지며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧은 발광 다이오드.
제28항에서,

상기 요철은 상기 제1 중앙 곡면이 상기 제1 주변 곡면과 접하는 경계부에 형성되어 있는 발광 다이오드.
굴절률이 n인 물질로 이루어져 있고, 밑면, 상기 밑면으로부터 연장된 제1 주변 곡면, 상기 제1 주변 곡면으로부터 연장된 차중앙 곡면 및 상기 차중앙 곡면으로부터 연장된 최중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에는 발광 다이오드 칩을 수용하기 위한 칩홈이 형성되어 있는 렌즈,

상기 렌즈의 상기 칩홈 내에 수용되어 있는 발광 칩,

상기 최중앙 곡면, 상기 차중앙 곡면 및 상기 제1 주변 곡면 중의 적어도 일부에는 요철이 형성되어 있고, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 차중앙 곡면의 윤곽면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 차중앙 곡면의 윤곽면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧고,

상기 최중앙 곡면은 상기 칩홈을 기준으로 하여 오목하게 형성되어 있는 발광 다이오드.
제33항에서,

상기 최중앙 곡면의 임의의 지점에서의 접선으로서 상기 렌즈의 중심축과 교차하는 접선이 상기 렌즈의 중심축과 이루는 각 중 내각을 A1라 하고, 상기 발광 칩 표면의 중심과 상기 최중앙 곡면의 상기 임의의 지점을 연결하는 직선과 상기 렌즈의 중심축이 이루는 예각을 A2라 하면

A1+A2 < 90+sin^-1(1/n)을 만족하는 발광 다이오드.
제33항에서,

상기 렌즈의 밑면 중앙에 공동이 형성되어 있고, 상기 공동의 내부 표면은 제2 주변 곡면과 상기 제2 주변 곡면으로부터 연장된 중앙 곡면으로 이루어져 있으며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 긴 발광 다이오드.
제35항에서,

상기 발광칩을 덮고 있으며 상기 렌즈의 중앙 공동 내에 형성되어 있는 속렌즈를 더 포함하는 발광 다이오드.
제36항에서,

상기 속렌즈는 밑면과 상기 밑면으로부터 연장된 주변 곡면 및 상기 주변 곡면으로부터 연장된 중앙 곡면을 가지며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧은 발광 다이오드.
제33항에서,

상기 요철은 상기 최중앙 곡면과 상기 차중앙 곡면이 만나는 경계부와 상기 차중앙 곡면과 상기 제1 주변 곡면이 만나는 경계부에 형성되어 있는 발광 다이오드.
굴절률이 n인 물질로 이루어져 있고, 밑면, 상기 밑면으로부터 연장된 제1 주변 곡면, 상기 제1 주변 곡면으로부터 연장된 제1 차중앙 곡면 및 상기 제1 차중앙 곡면으로부터 연장된 제1 최중앙 곡면을 가지며, 상기 밑면의 중앙에 형성되어 있는 공동을 가지는 제1 렌즈,

상기 제1 렌즈의 상기 공동 내에 수용되어 있는 발광 칩,

상기 발광칩을 덮고 있으며 상기 제1 렌즈의 중앙 공동 내에 형성되어 있는 제2 렌즈를 포함하고,

상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 제1 차중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 제1 차중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧고,

상기 제1 최중앙 곡면은 상기 칩홈을 기준으로 하여 오목하게 형성되어 있는 발광 다이오드.
제39항에서,

상기 제2 렌즈는 밑면과 상기 밑면으로부터 연장된 제2 주변 곡면 및 상기 제2 주변 곡면으로부터 연장된 중앙 곡면을 가지며, 상기 발광 칩 표면의 임의의 지점으로부터 상기 중앙 곡면의 임의의 지점까지의 거리는 항상 상기 중앙 곡면의 상기 임의의 지점의 곡률 반경보다 짧은 발광 다이오드.