CN1573474B - 使用发光二极管的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

使用发光二极管的液晶显示装置。一种使用发光二极管的液晶显示装置包括：发光二极管；和具有非对称形状的发射板，用于使从LED芯片所射出的光的出射角范围根据该光被所述非对称形状发射板的哪一部分所反射而变化。

Description

使用发光二极管的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及使用发光二极管的液晶显示装置，更具体地，涉及使用发光二极管作为液晶显示装置中的光源的液晶显示装置。
背景技术
通常，液晶显示装置(以下称其为LCD)通过使用一液晶显示板来对从背光装置所提供的光的透射率进行控制以在屏幕上显示希望的图像，所述液晶显示板包括以矩阵形式布置的多个液晶单元，以及用于切换要提供给各液晶单元的多个视频信号的多个控制开关。背光技术正朝着小型化、薄外形以及轻质的方向发展。根据这种发展方向，已经提出将具有低功耗、轻质量以及高亮度的优点的发光二极管(LED)代替荧光灯用作背光装置。
图1是根据现有技术的使用发光二极管的直射背光装置的透视图。参照图1，在根据现有技术的LCD中的使用LED的直射背光装置包括：多个LED封装14，用于产生光；印刷电路板(PCB)12，在该印刷电路板上以相同的间隔安装有多个LED封装14；以及散射板16，用于散射从LED封装14发射的光。图2是图1中所示的发光二极管封装的透视图。
如图2所示，每个LED封装14包括：LED芯片22，用于产生光；发射板20，形成在LED芯片22的前表面上，用于将LED芯片22所产生的光向外反射；以及，模塑材料，用于封装LED芯片22和发射板20。模塑材料(未示出)包围LED芯片22和发射板20，用于保护LED芯片22和发射板20。LED芯片22作为点光源产生红光、绿光以及蓝光，或者白光。这样的LED芯片22具有红光LED、绿光LED以及蓝光LED，以产生红光、绿光以及蓝光，或者白光。形成在LED芯片22的前表面上的发射板20为圆形。圆形发射板20以相对于该圆形发射板20的所有轴的一致的设定角度范围来反射由LED芯片所发射的光。
PCB 12由金属制成，以散发在驱动多个LED芯片22时所产生的热量。在PCB 12上安装有用于控制LED芯片22的亮度的控制器(未示出)。PCB 12支撑LED芯片22。
将散射板16设置为与LED封装14隔开一指定间隔，以使得从LED封装14通过散射板16照射在液晶板(未示出)上的光具有均匀的分布。因此，散射板16将LED封装14所发射的光导向到液晶板(未示出)并使较大角度范围的光入射在液晶板上。散射板16包括两面都涂覆有光散射材料的透明树脂膜。
图3A是从图2所示的方向A观察的发光二极管封装的正视图。图3B是从图2所示的方向B观察的发光二极管封装的侧视图。如上所述，在根据现有技术的LCD中的使用LED的直射背光装置将从安装在多个PCB12上的多个LED封装14发射的光照射在液晶板(未示出)的后表面。然而，如图3A和3B所示，从LED封装14射出的辐射角θ1和θ2的最大角度范围为120°。在LED封装14的前表面处的辐射角范围θ1与在LED封装14的侧表面处的辐射角θ2相同。这是由于发射板20为圆形形状。因此，当从LED芯片22所产生的光通过发射板20时，在两个维度的辐射角范围都相同。
图4A是从图1所示的发光二极管封装所发射的光在散射板上形成的辐照区域的侧视图。图4B是从图1中所示的发光二极管封装所发射的光在散射板上形成的辐照区域的平面图。如图4A和4B所示，可以使用以下的公式1来确定由LED封装14所发射的光所产生的辐照区域18的半径(R)：
[公式1]辐照区域的半径(R)＝H×Tan(θ/2)，
在公式1中，H是LED芯片22和散射板16之间的高度，而θ是通过发射板20的光的辐射角。因此，可以使用以下公式2来确定辐照区域大小(S)：
[公式2]辐照区域大小(S)＝π×R2，
例如，如果辐射角为120°并且H为30mm，则将由一个LED封装14照射在散射板16上的辐照区域大小18计算为π×(30×Tan(120/2))2，求得结果为8432mm2。
因此，在根据现有技术的LCD中的使用LED的直射背光装置根据LCD的尺寸会需要大量的LED封装14。随着LED封装数量的增加将消耗更多的电力并且产生更多的热量。因此，需要减少用于LCD中的直射背光装置的LED封装14的数量。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种使用发光二极管的液晶显示装置，其基本上消除了由现有技术的局限和缺点所导致的一个或者更多个问题。
因此，本发明的一个目的是提供一种液晶显示装置，其具有用于液晶显示装置中的光源的较少数量的发光二极管。
在以下说明中将对本发明的其他特征和优点进行说明，并且这些特征和优点将部分地从以下说明中变得清楚，或者可以通过对本发明的实践获得理解。可通过在书面说明书及其权利要求以及附图中所特别指出的结构来实现并且获得本发明的目的和其它优点。
为了实现本发明的这些和其他的目的，使用发光二极管的液晶显示装置包括：发光二极管；和具有非对称形状的发射板，用于使从LED芯片所射出的光的出射角范围根据光由非对称形状发射板的哪一部分反射而不同。
在另一方面中，用于液晶显示装置的背光装置包括：发光二极管；椭圆形状的发射板；模塑材料，包围该发光二极管以及该发射板的侧表面和后表面，以形成发光二极管封装。
在又一方面中，液晶显示装置包括：印刷电路板；多个发光二极管封装，每个发光二极管封装具有一椭圆形发射板，其中将所述多个发光二极管封装彼此平行地安装在该印刷电路板上；散射板，设置在该印刷电路板上方；以及，液晶板，设置在该散射板上方。
应该理解，上述总体说明和以下的详细说明都是示例性和解释性的，用于对如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
附图说明
所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，将附图并入说明书中并且构成该说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例，并且这些附图和说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据现有技术的使用发光二极管的直射背光装置的透视图；
图2是图1中所示的发光二极管封装的透视图；
图3A是从图2中所示的方向A所观察的该发光二极管封装的正视图；
图3B是从图2中所示的方向B所观察的该发光二极管封装的侧视图；
图4A是从图1中所示的发光二极管封装发射的光在散射板上形成的辐照区域的侧视图；
图4B是从图1中所示的发光二极管封装发射的光在散射板上形成的辐照区域的平面图；
图5是根据本发明实施例的使用发光二极管的液晶显示装置的透视图；
图6是图5中所示的发光二极管封装的透视图；
图7A是从图6中所示的方向C所观察的发光二极管封装的正视图；
图7B是从图6中所示的方向D所观察的发光二极管封装的侧视图；以及
图8是液晶板的平面图。
具体实施方式
现在将具体说明本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。
图5是根据本发明实施例的使用发光二极管的液晶显示装置的透视图。图6是图5中所示的发光二极管封装的透视图。
参照图5和图6，根据本发明实施例的使用发光二极管的液晶显示装置包括：直射背光装置，用于通过使用散射板116和发光二极管(LED)来将光照射在液晶板106上。液晶板106包括上基板105和下基板103。在上基板105和下基板103之间注入有液晶(未示出)。
在液晶板106的下基板103上形成有诸如数据线和选通线等的信号线(未示出)。在邻近数据线和选通线相互交叉处形成有薄膜晶体管(TFT)。该TFT响应于来自选通线的扫描脉冲(即，选通脉冲)对从数据线向液晶单元传输的数据信号进行切换。在数据线和选通线之间的像素区域处形成有像素电极。下基板103的一侧设置有与数据线和选通线连接的焊盘区域。将用于向TFT施加驱动信号的其上安装有驱动器集成电路的载带封装(tape carrier package)连接到该焊盘区域。该载带封装将来自驱动器集成电路的数据信号和扫描信号分别提供给数据线和选通线。
将上偏振片(未示出)附连到液晶板106中的上基板105，而将下偏振片(未示出)附连到液晶板106中的下基板103的背侧。上偏振片和下偏振片扩大了由液晶单元矩阵所显示的图像的视角。液晶板106配备有多个间隔件(spacer)(未示出)，以恒定地保持上基板105和下基板103之间的间隙。
直射背光装置包括：多个LED封装114，用于产生光；印刷电路板(PCB)112，其中以相同间隔安装了多个LED封装114；散射板116，用于散射从LED封装114所发射的光；以及，至少一个光学板(opticalsheet)108，用于将从散射板106射出的光导向至液晶板106上。
如图6所示，各LED封装114包括：LED芯片122，用于产生光；椭圆形状的发射板120，形成在该LED芯片122的前表面上，以将由LED芯片122所产生的光向外反射；以及模塑材料，用于封装LED芯片122。模塑材料包围LED芯片122和发射板120，以保护该LED芯片122和发射板120。LED芯片122作为点光源产生红光、绿光以及蓝光或者白光。这种LED芯片122具有红光LED、绿光LED以及蓝光LED，以产生红光、绿光以及蓝光或者白光。
发射板120具有非对称形状，使得从LED芯片122所射出的光的出射角范围根据光由该非对称形状发射板的哪一部分所反射而不同。即，形成在LED芯片122的前表面上的发射板120例如为椭圆形状，从而在一个方向上按一指定角度反射由LED芯片122所发出的一光量，而在另一指定方向上反射另一光量。
将各个PCB 122以相同的间隔布置在散射板116的后表面上，并且各个PCB 122由金属制成，以散发驱动LED芯片122时所产生的热量。将用于控制LED芯片122的亮度的控制器安装在各个PCB 112上。各个PCB 112支持其对应的LED芯片122。
将散射板116以预定高度设置在LED封装114的上方，使得由LED封装114所发射的光一致地分布在整个散射板116上。散射板116将从LED封装114所发射的光重新导向液晶板106，并且使该光入射在液晶板上，以形成一广角。散射板116包括两面都覆盖有光散射材料的透明树脂膜。光学板108提高了散射板116的射出光的效率，从而使光照射在液晶板106上。如图5所示，可以使用多个一个光学板。
图7A是从图6中所示的方向C所观察的发光二极管封装的正视图，而图7B是从图6中所示的方向D所观察的发光二极管封装的侧视图。采用根据本发明实施例的LED将从安装在多个PCB 112上的多个LED封装114所发射的光照射到液晶板(未示出)的后表面。如图7A和7B中所示，发射板120的短轴辐射角范围θ1不同于发射板120的长轴辐射角范围θ2。由于发射板120为椭圆形状，所以使LED芯片122所产生的光照射在散射板116上的更大范围的区域上。例如，从LED封装114所发射的光的短轴辐射角范围θ1变为大于70°(大约70°～130°)，而长轴辐射角范围θ2变为大于120°(大约120°～170°)。如果短轴辐射角范围θ1大于130°，并且长轴辐射角范围θ2大于170°，则从相邻的LED封装114所发出的光会相互交叠。从相邻的LED封装114所发出的光中发生交叠的部分的亮度比不发生交叠的部分的亮度要更高。
根据本发明实施例的液晶显示装置通过采用诸如椭圆形状的非对称形状，使照射在散射板116上的光的辐照表面面积(S)比现有技术的辐照区域更大。由于在根据本发明实施例的液晶显示装置中的一个LED封装114的辐照面积(S)比现有技术中的LED封装114的辐照面积(S)要更大，因此，根据本发明实施例的液晶显示装置可以减少LED封装114的数量。
对于将具有椭圆形状的发射板120的LED封装114用于如图8所示的屏幕比率为15∶9的液晶板的情况，参考下表对根据椭圆形状的发射板120的短轴辐射角范围θ1和长轴辐射角范围θ2而变化的辐照表面面积(S)和所需LED的数量进行说明。
[表1]
表1表示与长轴辐射角范围θ2相对应的多个值，例如，椭圆形发射板120的长轴焦距(长R)、辐照面积大小(S)、显示板面积大小与辐照面积大小的比，以及LED封装的数量。高度(H)是指LED芯片122和散射板116之间的距离，θ1是指椭圆形发射板120的短轴辐射角范围，而短R是指椭圆形发射板120的短轴焦距。在表1中，LED芯片122和散射板116之间的高度(H)为29mm，椭圆形发射板120的短轴辐射角范围θ1为90°，而短轴焦距(短R)为29mm。
如表1所示，当椭圆形发射板120的长轴辐射角范围θ2逐渐增加时，例如，变为120°、125°、130°、135°、140°、145°和160°时，则椭圆形发射板120的长轴焦距(长R)和辐照面积大小增大了，同时面积比和LED封装的数量减小了。
如果LED芯片122和散射板116之间的高度(H)为29mm，椭圆形发射板120的短轴辐射角范围θ1是100°，并且短轴焦距(短R)为34.5609mm，则在以下表2中将示出根据发射板120的长轴辐射角范围θ2，椭圆形发射板120的长轴焦距(长R)、辐照面积大小(S)、以及面积比和LED封装的数量的变化。
[表2]
Figure G2004100694786D00081
如表2所示，当椭圆形发射板120的长轴辐射角范围θ2逐渐增加时，例如，变为120°、125°、130°、135°、140°、145°和160°时，则椭圆形发射板120的长轴焦距(长R)和辐照面积大小增大，而面积比和LED封装的数量减小。
如果LED芯片122和散射板116之间的高度(H)为29mm，椭圆形发射板120的短轴辐射角范围θ1是110°，并且短轴焦距(短R)为41.4163mm，则在以下表3中示出根据发射板120的长轴辐射角范围θ2，椭圆形发射板120的长轴焦距(长R)、辐照面积大小(S)、面积比以及LED封装的数量的变化。
[表3]
Figure G2004100694786D00082
表3示出，当椭圆形发射板120的长轴辐射角范围θ2逐渐增加时，例如，变为120°、125°、130°、135°、140°、145°和160°时，则椭圆形发射板120的长轴焦距(长R)和辐照面积大小增大，而面积比和LED封装的数量减小。
如果LED芯片122和散射板116之间的高度(H)为29mm，椭圆形发射板120的短轴辐射角范围θ1是120°，并且短焦距(短R)为50.2295mm，则在以下表4中示出根据发射板120的长轴辐射角范围θ2，椭圆形发射板120的长轴焦距(长R)、辐照面积大小(S)、面积比以及LED封装的数量的变化。
[表4]
Figure G2004100694786D00091
表4示出，当椭圆形发射板120的长轴辐射角范围θ2逐渐增加时，例如，变为120°、125°、130°、135°、140°、145°和160°时，椭圆形发射板120的长轴焦距(长R)和辐照面积大小增大，而面积比和LED封装的数量减小。
以下表5表示随椭圆形发射板120的短轴辐射角范围θ1和发射板120的长轴辐射角范围θ2的变化，与现有技术的圆形发射板相比在本发明中减少的LED数量。
[表5]
Figure G2004100694786D00101
如表5所示，根据本发明实施例的LCD，随着椭圆形发射板120的短轴辐射角范围θ1和椭圆形发射板120的长轴辐射角范围θ2的增大，所需要的LED的数量减小了。因此，与现有技术的LED相比，根据本发明实施例的LCD能够减少LED的数量。
如上所述，根据本发明的液晶显示装置包括一具有椭圆形发射板的LED封装。当该椭圆形发射板120的长轴辐射角范围θ2变得大于120°(该角度为现有技术的圆形发射板中的辐射角)时，一个LED封装114的辐照面积变得更大。由于可以增加每个LED封装的辐照区域面积，所以可以减小LED封装的数量。换言之，根据本发明的LCD使得可以通过调节LED封装的辐射角来增大辐照表面面积，从而减小用于液晶板的背光装置的LED封装的数量。
本领域的技术人可以理解，在不违背本发明的精神或范围的情况下可以进行各种修改和变型。因此，本发明将涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的对于本发明的所有修改和变型。
本申请要求2003年6月24日提交的韩国专利申请No.P2003-41115的优先权，在此通过引用将其并入本文。

Claims (20)

1.一种使用发光二极管的液晶显示装置，该液晶显示装置包括：
多个发光二极管封装，各发光二极管封装包括：
发光二极管芯片；和
布置在该发光二极管芯片的前表面上的发射板，
其中，所述发射板具有非对称形状，用于使从发光二极管芯片所射出的光的出射角范围根据该光被所述非对称形状的发射板的哪一部分所反射而变化。
2.根据权利要求1所述的使用发光二极管的液晶显示装置，还包括：包围所述发光二极管以及所述发射板的侧表面和后表面的模塑材料。
3.根据权利要求2所述的使用发光二极管的液晶显示装置，还包括：
发光二极管封装，所述发光二极管封装包括所述发光二极管、所述发射板和所述模塑材料；和
印刷电路板，支撑所述发光二极管封装，并且在所述印刷电路板上安装有一用于控制所述发光二极管的亮度的控制电路。
4.根据权利要求3所述的使用发光二极管的液晶显示装置，还包括：
设置在所述印刷电路板上方的散射板；
位于所述散射板上的光学板；以及
设置在所述光学板上方的液晶板。
5.根据权利要求4所述的使用发光二极管的液晶显示装置，其中将多个印刷电路板设置在所述散射板之下。
6.根据权利要求3所述的使用发光二极管的液晶显示装置，其中将多个发光二极管封装彼此平行地安装在所述印刷电路板上。
7.根据权利要求3所述的使用发光二极管的液晶显示装置，其中所述印刷电路板由金属制成，以散发从所述发光二极管所产生的热量。
8.根据权利要求3所述的使用发光二极管的液晶显示装置，其中所述发光二极管封装产生红光、绿光和蓝光。
9.根据权利要求3所述的使用发光二极管的液晶显示装置，其中所述发光二极管封装产生白光。
10.根据权利要求1所述的使用发光二极管的液晶显示装置，其中从所述发射板的长轴部分射出的光的出射角范围为120°至170°。
11.根据权利要求1所述的使用发光二极管的液晶显示装置，其中从所述发射板的短轴部分射出的光的出射角范围为70°至130°。
12.根据权利要求1所述的使用发光二极管的液晶显示装置，其中所述发射板为椭圆形状。
13.根据权利要求1所述的使用发光二极管的液晶显示装置，其中所述发光二极管包括红光发光二极管、绿光发光二极管和蓝光发光二极管。
14.一种用于液晶显示装置的背光装置，该背光装置包括：
多个发光二极管封装，各发光二极管封装包括：
发光二极管芯片；和
布置在该发光二极管芯片的前表面上的椭圆形状的发射板；
模塑材料，包围所述发光二极管、所述发射板的侧表面和后表面，以形成一发光二极管封装，
其中，所述椭圆形状的发射板使从发光二极管芯片所射出的光的出射角范围根据该光被所述发射板的哪一部分所反射而变化。
15.根据权利要求14所述的背光装置，其中从所述发射板的长轴部分射出的光的出射角范围是120°至170°。
16.根据权利要求14所述的背光装置，其中从所述发射板的短轴部分射出的光的出射角范围是70°至130°。
17.一种液晶显示装置，该液晶显示装置包括：
印刷电路板；
多个发光二极管封装，所述多个发光二极管封装中的每一个包括发光二极管芯片和布置在该发光二极管芯片的前表面上的椭圆形的发射板，其中，将所述多个发光二极管封装彼此平行地安装在所述印刷电路板上；
散射板，设置在所述印刷电路板上方；以及
散射板，设置在所述印刷电路板上方；以及
液晶板，设置在所述散射板上方，
其中，所述椭圆形状的发射板使从发光二极管芯片所射出的光的出射角范围根据该光被所述发射板的哪一部分所反射而变化。
18.根据权利要求17所述的液晶显示装置，其中从所述发射板的长轴部分射出的光的出射角范围是120°至170°。
19.根据权利要求17所述的液晶显示装置，其中从所述发射板的短轴部分射出的光的出射角范围是70°至130°。
20.根据权利要求17所述的液晶显示装置，其中所述印刷电路板由金属制成，以散发从所述发光二极管所产生的热量。
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