KR100277269B1 - 엘이디 디스플레이 장치 - Google Patents

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준-이치 미즈타니
히데키 모리
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아라카와 시게오
코하 컴퍼니 리미티드
호리고메 도키오
토요다 고세이 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 혼색성 및 화이트밸런스의 향상을 도모하면서 배광특성을 넓힘과 동시에 고취도화를 도모하기 위한 것이다.
적색 LED200R의 위에 녹색 LED200G를 배치하고, 그 아래에 청색 LED200B를 배치해서 이것들을 수직선상에 일렬로 놓았다. 또 출사광을 반사하는 반사벽207a를 설치하고, 또 녹색 LED200G 및 청색 LED200B를 III-V족화합물 반도체에 의해 구성 했다. 또한 광확산성 렌즈3를 사용했다.

Description

엘이디 디스플레이 장치
본 발명은 풀 컬러형의 LED 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히, 혼색성 및 화이트 밸런스의 향상을 도모하면서 배광특성(配光特性)을 넓히는 동시에 고휘도화를 도모한 LED 디스플레이 장치에 관한 것이다.
종래에는, 고휘도의 청색의 LED가 생김으로써, 청색, 적색, 녹색의 3원색의 발광을 사용한 풀컬러 LED 디스플레이 장치의 제작이 가능하게 되었다. 이 LED 디스플레이 장치를 사용한 대형 디스플레이가 제조되고, 예를 들면, 빌딩의 측면 등에 부착되어, 보행자 등의 눈을 끌게 되었다. 또한, 최근에는 녹색의 LED에 대해서도 고휘도화가 달성되어, 종래에, 적색, 청색에 비해 많은 개수를 필요로 해왔던 녹색에서 있어서도 같은 개수의 LED로 풀컬러화가 가능하게 되었다.
LED 디스플레이 장치는, 일반적으로 다음과 같은 2가지의 타입으로 나눌 수 있다.
(1) 대형 디스플레이
서로 다른 발광색의 복수의 포탄형 형태의 LED 램프를 사용하여 1 도트를 형성하고, 이것을 종횡으로 16×16(= 256 도트)을 배열하여 1 모듈(한자 1 문자 표시에 대응)로 하고, 그 모듈을 종횡으로 복수개 배열하여 구성된다. 이것은 주로 빌딩의 측면 표시나 고속도로의 안내표시 등에 사용된다.
(2) 소형 ∼중형 디스플레이
서로 다른 발광색을 갖는 복수의 LED칩을 사용하여 1 도트의 포탄형 형태의 LED 램프를 형성하고, 이것을 종횡으로 16×16(= 256 도트) 등으로 배열하여 1 모듈로 하고, 그 모듈을 종횡으로 복수개 배열하여 구성된다. 이것은 주로 역구내의 열차운행 안내 등에 이용된다.
그런데, 이와 같은 풀컬러형의 LED 디스플레이 장치는, 서로 다른 발광색을 갖는 복수의 LED칩 또는 복수의 LED칩을 각 화소에 사용하기 때문에, 아래와 같은 특성이 요구된다.
(1) 우수한 혼색성
(2) 우수한 화이트 밸런스
(3) 넓은 배광특성
(4) 고휘도
제5(a), (b)도는 전술한 복수의 LED칩을 사용한 포탄형 형태의 LED 램프를 나타낸 것이다. 이 LED 램프(4)는, 소형∼중형 디스플레이에 주로 사용되는 것으로, 확산재가 첨가된 수지로 이루어지고, 3개의 LED칩 20G(녹색), 20R(적색), 20B(청색)을 봉입하는 렌즈(40)와, LED칩(20G, 20R, 20B)을 실장하는 리드 프레임(41)에 의해 구성된다.
제6도는 이 LED 램프(4)를 사용한 LED 디스플레이 장치를 나타낸 것이다. 이 LED 디스플레이 장치는, LED 램프(4)를 프린트 기판(10) 상에 종횡으로 16×16(= 256 도트)개 배치하여 구성되어 있다. 이 LED 디스플레이 장치에서는, 프린트 기판에 배치하는 경우, 리드 프레임이 너무 가까워짐에 따른 프린트 기판 상의 배선패턴의 접촉을 방지하기 위해 경사지게 실장할 필요가 있고, 이에 따라 LED칩(20G, 20R, 20B)의 배치도 비스듬하게 된다.
제7도는 제6도의 LED 디스플레이 장치를 점등시켰을 때의 A-A 방향에서 본 경우의 배광특성을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 횡축은 관측자가 LED 디스플레이 장치를 보는 각도를 나타내고, 종측은 최대 휘도를 1로 하였을 때의 상대휘도를 나타낸다. 이 도면에서 알 수 있는 것 같이, 영역 a는 3색 모두 1/2 이상의 상대휘도를 갖고, 영역 b1및 b2는 적어도 1색이 1/2 이상의 상대휘도를 갖는다. 한편 영역 c는 3색 모두 1/10 이상의 상대휘도를 갖는다. 이상으로부터, 영역 c, 즉 90°의 범위에 걸쳐 표시내용을 볼 수 있다.
그러나, 종래의 LED 디스플레이 장치에 따르면, 3개의 LED칩을 경사지게 실장하고 있기 때문에, 영역 bl및 b2에 색 번짐이 발생한다. 특히, 영역 bl에서는 녹색의 휘도가 낮고, 영역 b2에서는, 녹색의 휘도가 높기 때문에, 충분한 화이트 밸런스를 얻을 수 없다. 또한, 적색은 청색, 녹색과 혼색되기 어려운데, 영역 bl및 b2에서는 적색의 상대휘도의 상하에 청색 및 녹색의 상대휘도가 위치하고 있기 때문에, 양호한 혼색성을 얻을 수 없다.
따라서 본 발명의 목적은, 혼색성 및 화이트 밸런스의 향상을 도모하면서 배광특성을 넓히는 동시에 고휘도화를 도모할 수 있는 LED 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
제1도는 본 발명의 제1실시예에 관한 LED 디스플레이 장치를 나타낸 것으로, (a)는 평면도, (b)는 측면도.
제2도는 제1실시예에 관한 발광부의 구성을 나타낸 것으로, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 B램선에 따른 단면도.
제3도는 제1실시예에 관한 리플렉트 케이스의 구성을 나타낸 것으로, (a)는 측면도, (b)는 렌즈의 평면도, (c)는 렌즈의 단면도.
제4도는 제1실시예에 있어서의 배광특성을 나타낸 그래프.
제5도는 종래의 LED 램프의 구성을 나타낸 것으로, (a)는 평면도, (b)는 측면도.
제6도는 종래의 LED 디스플레이 장치를 나타낸 평면도.
제7도는 종래의 LED 디스플레이 장치에 있어서의 배광특성을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 기판 3 : 렌즈
4 : LED 램프 10 : 프린트 기판
20G : LED칩(녹색) 20R : LED칩(적색)
20B : LED칩(청색) 30 : 리플렉트 케이스
31 : 돌기 32 : 용착부
40 : 렌즈 41 : 리드 프레임
200G : LED(녹색) 200R : LED(적색)
200B : LED(청색) 202 : 기재층
203G : 녹색 전극패턴 203R : 적색 전극패턴
203B : 청색 전극패턴 204 : 공통 전극패턴
206G,606R,206B : 본딩 와이어 207G,207R,207B : 홈
208G,208B : 본딩 와이어 211 : 배선패턴
212G,212R,212B : 은 페이스트 310 : 계합부
320 : 평면부 33 : 반구형 부분
340 : 곡면부
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해, 복수의 화소에 대응하는 복수의 LED를 소정의 패턴으로 배치하여 소정의 화상을 표시하는 LED 디스플레이 장치에 있어서, 1 화소에 대응하는 LED는 녹색 LED, 적색 LED 및 청색 LED가, 종방향으로 일렬로 위로부터 상기 녹색 LED, 상기 적색 LED, 상기 청색 LED의 순서로 배치된 구성을 갖는 LED 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은, 기판에 반사벽을 갖는 홈을 형성하고, 상기 홈의 저면에 LED를 탑재하여 그 출력광을 상기 반사벽에 반사시키면서 방출하는 LED 디스플레이 장치에 있어서, 상기 LED는, 녹색 LED, 적색 LED 및 청색 LED가 종 방향으로 일렬로 위로부터 상기 녹색 LED, 상기 적색 LED, 상기 청색 LED의 순서로 배치된 구성을 갖는 LED 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
이하, 본 발명의 LED 디스플레이 장치에 대해 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
제1(a), (b)도는 본 발명의 제1실시예의 LED 디스플레이 장치를 나타낸 것이다. 이 LED 디스플레이 장치는, 종 방향으로 일렬로 위로부터 녹색 LED, 적색 LED 및 청색 LED의 순서로 배치된 것을 1 화소로 하여, 이것이 종횡으로 각각 16개 배열된 256개의 발광부(미도시)를 일면에 갖는 기판(2)과, 기판(2)의 일면 상에 배치되고, 종횡으로 각각 16개 배열되어 각 발광부를 각각 피복하는 256개의 수지제의 렌즈(3)를 갖는 수지제의 리플렉트 케이스(30)에 의해 구성되어 있다.
리플렉트 케이스(30)는 제3도에서 후술하지만, 소정 위치에 렌즈(3)와 반대측에 돌출된 돌기(31)가 형성되고, 기판(2)에 대응하는 위치에 형성된 관통공(미도시)에 돌기(31)를 기판(2)의 일면에서 삽입해서 선단을 다른 면으로부터 돌출시키고, 또한 돌출된 선단을 가열용융시켜 용착부(32)를 형성함으로써 기판(2)과 고정된 구성을 갖고 있다.
제2(a)도는 기판(2)의 1개의 발광부를 나타낸 것으로, 기판(2) 상에 종방향으로 형성된 3개의 홈(207G, 207R, 207B)의 저면에 고정되고, 종 방향으로 직선상으로 배열된 3개의 LED 200G(녹색), 200R(적색), 200B(청색)을 갖는다. LED 200G는 질화물계의 III(3)-V(5)족 화합물 반도체에 의해 구성되고, 상면에 형성된 제1전극이 본딩 와이어 206G를 통해 녹색 전극패턴 203G에 접속되며, 마찬가지로 상면에 형성된 제2전극이 본딩 와이어 208G을 통해 공통전극 패턴(204)에 접속되어 있다. LED 200R은 상면에 형성된 제1전극이 본딩 와이어 206R를 통해 적색 전극패턴 203R에 접속되어 있다. LED 200B는 질화물계의 III(3)-V(5)족 화합물 반도체에 의해 구성되고, 상면에 형성된 제1전극이 본딩 와이어 206B를 통해 청색 전극패턴 203B에 접속되고, 마찬가지로 상면에 형성된 제2전극이 본딩 와이어 208B를 통해 공통 전극패턴(204)에 접속되어 있다. 3개의 홈(207G, 207R, 207B)은 공통의 반사벽(207a)에 의해 둘러싸여 있다.
제2(b)도는 제2(a)도의 선 B-B에 따른 단면을 나타낸 것으로, 동일한 부분을 동일한 인용부호로 나타내고 있으므로 중복되는 설명은 생략하고, 이하에서는, 제2(a)도에 도시되지 않은 부분을 설명한다. 전술한 기판(2)은 에폭시 수지가 함침된 부직 유리섬유로 구성된 기재층(202)을 가진다. 기재충(202)은 금속층에 의해 형성된 반사벽(207a)에 의해 둘러싸인 홈(207G, 207R, 2070)을 형성하고 있고, 그 상면에 녹색 전극패턴(203G), 적색 전극패턴(203R) 청색 전극패턴(203B), 공통 전극패턴(204)이 형성되어 있고, 또한, 그 이면에는 소정의 배선패턴(211)이 형성되어 있다. 홈 207R은, 적색용의 LED(200R)가 다른 LED 200G, 200B보다도 높이가 크기 때문에, 다른 홈 207G, 207B보다도 깊이가 크게 되어 있고 각 LED의 상면이 레벨적으로 일치되어 있다. LED 200G, 200B의 절연성의 저면 및 LED 200R의 하부전극은 도전성 페이스트인 은 페이스트(212G, 212R, 212B)에 의해 홈(207G, 207R, 207B)의 저면에서 금속층(201G, 201B) 및 전극패턴(201R)에 고정되어 있다. LED(200G, 200R, 200B)는 리플렉트 케이스(30)에 계합된 렌즈(3)에 의해 피복되어 있다. 렌즈(3)은 나중에 상세히 설명하겠지만, 계합부(310), 평면부(320), 반구형 부분(330) 및 곡면부(340)로 구성되고, 리플렉트 케이스(30)에 형성된 테이퍼 형태의 개구(30A)에 계합부(310) 및 평면부(320)을 압입함으로써 리플렉트 케이스(30)에 계합된 구성을 갖고 있다.
제3(a)도는 전술한 리플렉트 케이스(30)의 측면을 나타낸 것이다. 리플렉트 케이스(30)는 ABS 수지 등으로 이루어지고, 전술한 것 같이, 256개의 렌즈(3)가 일면측에 돌출하도록 계합되어 있는 동시에, 소정의 위치에 렌즈(3)와 반대측에 돌출된 9개의 돌기(31)가 형성되어 있다.
제3(b), (c)도는 렌즈(3) 1개를 나타낸 것이다. 렌즈(3)는, 광확산재가 첨가된 아크릴 수지 등으로 이루어지고, 광축 방향으로 뻗어 사각기둥을 구성하는 4개의 평면부(320)와, 광 입사면인 동시에 대략 반구 형태의 공간을 내부에 제공하는 반구형 부분(330)과, 광 방출면인 곡면부(340)와, 평면부(320)의 외형을 확대하여 형성되고, 리플렉트 케이스(30)의 개구(30A)에 압입되는 계합부(310)로 구성되어 있다. 광확산재로서는, 실리카 등의 무기재료가 대표적이지만 이것에 한정되지는 않으며, 유기재료라도 좋다.
제4도는 제1실시예의 LED 디스플레이 장치에 있어서 횡방향의 배광특성을 나타낸 것으로, 제7도의 배광특성에 대응한다. 이것으로부터 알 수 있는 것 같이, 색 번짐이 발생하는 영역 bl및 b2가 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 되어 있다. 또한, 시야 범위가 120°로 확대되어 있다(C = 120°).
제2(b)도의 설명으로 돌아가면, LED 200G를 LED 200R 및 200B 위에 배치하였기 때문에, LED 200G의 수직방향의 배광특성을 화살표 A로 나타낸 것 같이, 아래로 향하게 할 수 있다. LED 디스플레이 장치는, 통상적으로 시점보다 높은 위치에 설치되는 일이 많기 때문에, 이 배광특성에 의해 LED 200G의 휘도의 저하를 억제할 수 있다. 그 결과, 우수한 화이트 밸런스를 얻을 수가 있다.
제2(a), (b)도의 설명으로 되돌아가면, LED 200G 및 200B에 의해 사용되는 반사벽(207a)의 면적이 LED 200R에 의해 사용되는 면적보다 크게 되어 있기 때문에, 충분한 휘도를 갖는 녹색 및 청색의 방출광을 얻을 수 있다. 또한, LED 200G 및 200B가 모두 LED 200R에 접속되어 있기 때문에, LED 200G 및 200B의 휘도저하의 방지효과와 함께 충분한 혼색성의 향상을 기할 수가 있다. 특히, LED 200G 및 200B는, 질화물계의 III(3)-V(5)족 화합물 반도체로 제조된 LED이기 때문에, 1칩으로 구성할 수가 있다.
본 발명의 LED 디스플레이 장치는, 이상의 실시예에서 상세히 설명하였지만 예를 들면 이하에 설명하는 변형을 행할 수 있다.
(1) 수지제의 렌즈는 광 확산제가 함유되어 있다고 하였지만, 지향각보다 휘도를 우선할 때에는 투명렌즈를 사용하여도 좋다.
(2) LED의 점등 및 비점등으로 콘트라스트를 조절할 때에는, 렌즈에 흑색계의 염료를 섞어도 좋다.
(3) LED를 녹색, 적색, 청색의 순서로 수직방향으로 일렬로 배치하였으나, 동일한 순서로 2열 또는 3열로 배열하여도 좋다.
(4) 소형∼중형 디스플레이의 용도로서 적절하지만, 대형 디스플레이에 적용하여도 좋다.
(5) 홈에 의해 반사벽을 형성하였지만, 홈을 생략하고 렌즈의 내벽면의 하부에 반사벽을 설치하여도 좋다. 경우에 따라서는 발광휘도가 충분할 때에는, 반사벽을 생략하여도 좋다.
이상 설명한 것과 같이, 본 발명의 LED 디스플레이 장치에 따르면, 적색 LED 위에 녹색 LED를 배치하고, 그 아래에 청색 LED를 배치하여 이것을 수직선 상에 일렬로 배열하였기 때문에, 혼색성 및 화이트 밸런스의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 방출광을 반사하는 반사벽을 설치하고, 녹색 LED 및 청색 LED를 질화물계의 III(3)-V(5)족 화합물 반도체에 의해 구성하였기 때문에, 고휘도화를 도모할 수 있고, 또한, 녹색, 청색의 휘도 저하를 억제할 수 있다. 더구나, 광 확산성 렌즈를 사용하였기 때문에, 배광특성을 넓힐 수 있다.

Claims (7)

  1. 복수의 화소에 대응하는 복수의 LED를 소정의 패턴으로 배치하여 소정의 화상을 표시하는 LED 디스플레이 장치에 있어서, 1화소에 대응하는 LED는, 녹색 LED, 적색 LED 및 청색 LED가, 종방향으로 일렬로 위로부터 상기 녹색 LED, 상기 적색 LED, 상기 청색 LED의 순서로 배치된 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 녹색 LED, 상기 적색 LED 및 상기 청색 LED는, 반구 형태의 렌즈로 덮혀 있는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 녹색 LED 및 상기 청색 LED는, 질화물계의 III(3)-V(5)족 화합물 반도체로 구성된 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 장치.
  4. 기판에 반사벽을 갖는 홈을 형성하고, 상기 홈의 저면에 LED를 탑재하여 그 출력광을 상기 반사벽으로 반사시키면서 방출하는 LED 디스플레이 장치에 있어서, 상기 LED는, 녹색 LED, 적색 LED 및 청색 LED가 종 방향으로 일렬로 위로부터 상기 녹색 LED, 상기 적색 LED, 상기 청색 LED의 순서로 배치된 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 녹색 LED, 상기 적색 LED 및 상기 청색 LED는, 반구 형태의 렌즈로 덮혀 있는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 녹색 LED 및 상기 청색 LED는, 질화물계의 III(3)-V(5)족 화합물 반도체로 구성된 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 녹색 LED, 상기 적색 LED 및 상기 청색 LED는, 상기 홈으로서 고유의 홈을 갖고, 상기 녹색 LED 및 상기 청색 LED의 반사벽의 면적은 상기 적색 LED의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 장치.
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