KR100587328B1 - Ｌｅｄ 면광원 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광원에 관한 것으로, 특히 LED 면광원에 관한 것이다. 이와 같이 LED 면광원은 표면 발광하는 LED을 규칙적으로 배열하여 면 구조를 이루는 면광원 상판과 하판, LED 광이 출사하는 광출사부, 상기, 면광원 상판에서 광출사부를 따라 안으로 퍼져 들어간 구조로 LED 광을 반사시키는 반사경으로 구성된다.
면광원, LED

Description

ＬＥＤ 면광원{Light Emitting Diode a front optical source}
도 1은 일반적인 LED 구조를 나타낸 도면
도 2는 종래의 면광원으로 사용된 LED의 구성을 나타낸 도면
도 3은 종래의 램프가 적용된 LCD 프로젝션 시스템의 구성을 나타낸 도면
도 4는 본 발명에 따른 LED 면광원이 배열된 도면
도 5는 도 4의 배열된 LED 면광원의 개별 LED 구조를 나타낸 도면
도 6은 도 5의 개별 LED의 칩 구성을 나타낸 도면
도 7은 본 발명에 따른 LED 면광원의 반사경 모양을 나타낸 도면
도 8은 LED 면광원의 상판 및 하판의 접합을 보여주는 도면
도 9는 본 발명에 따른 LED 면광원을 적용한 LCD 프로젝션 시스템의 구성을 나타낸 도면
본 발명은 광원에 관한 것으로, 특히 LED 면광원에 관한 것이다.
일반적으로 LED는 전기적 신호에 의해 빛을 발광하는 소자로 저전력 구동이 가능하고 소형 광 부품에 많이 사용된다.
도 1은 일반적인 LED 구조를 나타낸 도면으로 먼저, 기판(11)위에 n층(12)이 적층되고 그 위에 발광층(13)이 적층되며, 이 발광층(13) 위에 p층(14)이 순차적으로 적층된다.
상기 P층(14)에 양전극(15)이 접하여 (+) 전원에 연결되고 상기 기판(11)에 음전극(16)이 접하여 (-) 전극이 연결된다.
상기와 같이 구성된 LED는 양전극과 음전극에 전압을 가하면 전압차에 의해 전자가 이동하면서 발광층 내에서 에너지 변화를 일으켜 빛을 내게 된다.
상기 발광층(13)에서 발광된 빛은 사방으로 발산하고 광을 한쪽 방향으로 모으기 위해 반사경(17)을 주위에 두어 광을 방사시키고 집속 렌즈(18)에 의해 광이 집속되어 출력된다.
LED를 광원으로 사용하기 위해서는 도 1과 같은 LED를 하나의 모듈로써 사용하거나 여러개의 LED 모듈을 모아서 사용한다.
도 2는 종래의 면광원으로 사용된 LED의 구성을 나타낸 도면으로 a는 사시도이고, b는 상면도이다.
LED를 면발광 광원으로 사용하기 위해서는 도 2와 같이 여러개의 LED 모듈을 수평 수직 방향으로 배열하여 사용하게 된다.
도 3은 종래의 램프가 적용된 LCD 프로젝션 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
램프(71)에서 발광된 빛이 반사경에 의해 한쪽 방향으로 모아져 진행하게 되고 레드(Red)필터(72)에 의해 레드 광은 투과하고 그린(Green), 블루(Blue) 광은 반사하게 된다. 레드 광은 레드 미러(73)에 의해 반사되어 레드 LCD에 조사된다. 레드 필터(72)에서 반사된 그린, 블루 광은 블루 필터(74)에 의해 그린 광은 반사하여 그린 LCD(78)에 조사되고 블루광은 투과된다. 투과된 블루광은 제 7블루 미러와 제 2 블루 미러에 의해 반사되어 블루 LCD(79)에 조사된다. 각각의 R, G, B LCD(77, 78, 79)는 전기적 신호에 의해 각각의 컬러에 대한 영상을 표시하고, 각 컬러의 영상은 프리즘(701)에 의해 합성되어 진행한다. 합성된 컬러 영상은 투사광학계(702)에 의해 확대되어 스크린(703)에 투사되고 투사된 영상을 사용자가 감상하게 된다.
그런데, 이와같은 투사표시장치의 광원으로 LED 면광원을 적용하기 위해서는 구성할 수 있는 LED 모듈은 크기가 커서 단일 면적에 집속할 수 있는 LED의 수가 적고 고출력의 광을 얻기 어렵고, LED 배열 사이의 간격이 많이 벌어져 광의 분포가 불규칙한 문제가 있으며, 또한 각각의 LED를 연결하는 회로 배선이 복잡한 문제가 있다.
그래서, 면광원 적용으로 소형화 가능한 투사표시장치의 광원에 사용하기 어려운 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, LED를 면광원으로 적용할 수 있도록 LED 구조와 반사경을 개선하여 고출력의 LED 면광원을 제공하기 위한 것이다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 표면 발광하는 LED을 규칙적으로 배열하여 면 구조를 이루는 면광원 상판과 하판, LED 광이 출사하는 광출사부, 상기, 면광원 상판에서 광출사부를 따라 안으로 퍼져 들어간 구조로 LED 광을 반사시키는 반사경을 포함하여 구성된다.
바람직하게 상기 LED는 LED 칩과, 상기 LED 칩이 놓여 있는 LED 베이스, LED 광을 반사시켜 특정 각도로 보내는 반사경으로 구성된다.
그리고, 상기 LED 칩은 LED 기판위에 LED P층이 위치하고, 그 위에 LED 발광층, LED n층이 적층되고 LED 베이스에 접합 연결되고, 상기 LED 기판은 투명한 재질로 빛이 투과된다.
또한, 상기 LED p층의 가장자리의 한 부분을 LED n층의 높이와 같고, 상기 LED 칩에서 발광된 빛은 반사경에 의해 반사되어 특정한 각도 내로 출사된다. 그리고, 상기 특정한 각도는 상기 반사경과 LED 베이스 형상을 관계에 따라 조정되며, 상기 반사경은 직선형이거나 포물형의 곡선이고, 상기 LED 베이스의 형상은 원형이거나 다각형이며, 상기 반사경과 LED 베이스 형상의 관계에 따라 출사되는 광이 원형, 타원형 사각형, 다각형, 포물형 곡선에 반사되어 평행하게 출사된다.
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 LED 면광원이 배열된 도면이고, 도 5는 도 4의 배열된 LED 면광원의 개별 LED 구조를 나타낸 도면이다.
도 4와 도 5를 참조하면 본 발명의 LED 면광원은 동일한 구성을 가진 각각의 LED가 수평 수직 방향으로 규칙적으로 배열되어, 각각의 LED 광이 출사되는 광출사부(31)가 규칙적으로 배열된다.
LED 면광원의 광이 출사되는 부분인 면광원 상판(32)과 LED가 배치되고 지지되는 면광원 하판(33)으로 이루어진다.
각각의 LED는 LED 칩(34)과 LED 칩(34)이 놓여 있는 LED 베이스(36)와 LED 광을 반사시켜 특정 각도로 보내는 반사경(35)으로 이루어진다.
상기와 같이 구성된 LED 면광원의 동작은 도 4와 같이 LED 면광원의 형상은 얇은 판형에 LED 광이 출사되는 광출사부(31)가 수평, 수직 방향으로 규칙적으로 배열되어 있다.
그리고, 각각의 LED가 발광하면 LED 면광원의 면상에서 균일한 분포의 광이 면발광하게 되어 면광원을 이루게 된다.
상기 LED 면광원은 광이 출사되는 부분인 면광원 상판(32)과 LED가 배치되어 지지되는 면광원 하판(33)으로 구성되어 상판(32)과 하판(33)이 LED 칩을 기준으로 접합된다.
그리고, 면발광하는 LED 칩(34)이 LED 베이스(36)상에 위치하고 LED 칩에서 발광되는 빛이 반사경(45)에서 반사되어 특정한 각도로 출사된다.
도 6은 도 5의 개별 LED의 칩 구성을 나타낸 도면으로, LED 기판(34-1)위에 LED P층(34-2)이 위치하고, 그 위에 LED 발광층(34-3)과 LED n층(34-4)이 적층되어 위치한다.
그리고, 상기 LED 기판(34-1)은 투명한 재질을 사용하여 빛이 투과할 수 있 도록 한다.
또한, 상기 LED P층(34-2)의 가장자리의 한 부분을 LED n층(34-4)의 높이와 같도록 구성한다.
그리고, 순차적으로 적층된 LED를 거꾸로 뒤집어 투명전극(34-5)에 접합한다. 이때, LED p층(34-2)과 LED n층(34-4)은 투명전극(34-5)의 양전극 패턴과 음전극 패턴에 각각 접촉하게 되어 전기가 통할 수 있게 된다.
이어서, 상기 투명전극(45) 아래에 금속 코팅이 된 반사층(34-6)을 접합한다.
상기 반사층(34-6)에 전기신호(34-7)를 연결하여 입력된 전기신호(34-7)에 의해 LED의 p층(34-2)과 n층(34-4)에서 전압차가 생겨 빛이 발생하게 된다.
LED 발광층(34-3)에서 발광된 빛은 사방으로 발산하게 되는데 LED p층(34-2) 방향으로 발광한 빛은 투명한 LED 기판(34-1)을 투과하여 진행한다.
한편, LED n층(34-4) 방향으로 발광한 빛은 투명전극(34-5)을 투과하여 진행하고 반사층(34-6)에서 반사되어 반대방향으로 진행하게 되어 LED 기판(34-1)을 투과하여 출사된다.
결국, LED에서 발광된 빛은 LED 기판(34-1) 방향으로 출사하게 된다.
LED 칩(34)에서 출사된 광은 반사경(35)에서 반사되어 특정한 각도 내의 광으로 진행하게 된다.
반사층(34-6)은 이웃한 LED와 공용하여 사용할 수 있고, 확장되어 LED 베이스를 이루게 된다.
출사되는 LED 광의 출력과 출력 각도는 반사경(35)과 LED 베이스의 형상을 관계에 따라 조정할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 LED 면광원의 반사경 모양을 나타낸 도면이다.
LED 면광원 반사경은 a의 경우와 같이 LED 베이스와 LED 출사부가 원형이고 반사경은 직선형으로 구성된다. LED에서 발광한 빛은 원형으로 출사된다.
출사되는 광의 형상에 따라 타원형이 될 수도 있다.
그리고 도 6의 b와 같이 LED 베이스와 LED 출사부가 사각형이고, 반사경은 직선형으로 구성되며, LED에서 발광한 빛은 사각형으로 출사된다.
출사되는 광의 형상에 따라 다각형이 될 수도 있다.
또한, 도 6의 c와 같이 LED 베이스와 LED 출사부가 원형이고 반사경이 포물형의 곡선으로 구성되며, LED 칩의 발광부가 포물형 곡선의 초점 위치에 배치된다.
LED에서 발광된 빛은 포물형 곡선에 반사되어 평행하게 진행하게 된다.
도 8은 LED 면광원의 상판(32) 및 하판(33)의 접합을 보여주는 도면으로, LED 칩(34)을 반사경(35) 내의 작은 공간에 정확히 위치시키기가 어려우므로, 면광원을 효과적으로 구성하기 위해 면광원 상판(32)과 하판(33)을 분리 제작한 후 접합한다.
즉, 면광원의 광출사부(31)와 반사경(35)을 이루는 면광원 상판(32)과 LED 칩(34)과 전극 패턴(34-5), 반사층(34-6)을 이루는 면광원 하판(33)을 따로 제작하여, LED 칩(34)이 면광원 상판(32)의 반사경(35)의 중심에 오도록 위치를 조정한 후 면광원 상판(32)과 면광원 하판(33)을 접합한다.
규칙적으로 배열된 LED 칩(34)은 정확한 위치에 배치되고 발광된 광은 반사경에 의해 반사되어 원하는 면광원을 얻을 수 있게 된다.
LED 칩(34)을 배열하여 면광원을 구성하면 단일 면적에 집적할 수 있는 LED 칩의 수가 기존의 LED 모듈보다 월등히 많아 고출력의 광을 얻을 수 있고, LED 사이의 간격이 작아 균일한 분포의 출사광을 얻을 수 있다.
또한, 반사경(35)의 형상 설계에 의해 출사광의 각도와 광분포를 조정할 수 있다.
LED 면광원은 투사표시장치의 표시소자의 광원으로 적용할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 LED 면광원을 적용한 LCD 프로젝션 시스템의 구성을 나타낸 도면으로, LED 면광원을 사용하는 경우 레드 LED 면광원(81)은 레드 LCD(82)를 조명하고 그린 LED(83)는 그린 LCD(84)를 조명하고 블루 LED 면광원(85)은 블루 LCD(86)을 조명한다.
각각의 R, G, B LCD(82, 84, 85)는 전기적 신호에 의해 각각의 컬러에 대한 영상을 표시하고, 각 컬러의 영상은 프리즘(87)에 의해 합성되어 진행한다. 합성된 컬러 영상은 투사광학계(88)에 의해 확대되어 스크린(89)에 투사되고 투사된 영상을 사용자가 감상하게 된다.
종래의 투사표시장치와 비교하면 면광원이 표시소자의 바로 뒤에서 조명하므로 램프와 색분리를 위한 색필터를 제거하여 간단하고 작은 크기의 광학계 구성이 가능하게 된다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명은 고출력, 고집적의 LED 면광원을 구현하며, 반사경 제작이 용이하고 반사경 형상 설계에 의해 원하는 광분포 및 발광 각도의 면광원을 구현한다.
그리고, 투사표시장치의 표시소자의 광원으로 적용하여 시스템을 간단하고 소형화할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 표면 발광하는 LED을 규칙적으로 배열하여 면 구조를 이루는 면광원 상판과 하판,
    LED 광이 출사하는 광출사부,
    상기 면광원 상판에서 광출사부를 따라 안으로 퍼져 들어간 구조로 형성되어, 상기 LED 광을 특정 각도로 반사시키는 반사경을 포함하되,
    상기 LED는 기판 상에 LED p층이 위치하고, 그 위에 LED 발광층, LED n층이 적층되고 LED 베이스에 연결되며, 상기 LED p층의 가장자리의 한 부분은 LED n층의 높이와 같은 것을 특징으로 하는 LED 면광원.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 LED 기판은 투명한 재질로 빛이 투과하는 것을 특징으로 하는 LED 면광원.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 반사경은,
    직선형이거나 포물형의 곡선인 것을 특징으로 하는 LED 면광원.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 LED 베이스는,
    원형이거나 다각형인 것을 특징으로 하는 LED 면광원.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사경과 LED 베이스 형상의 관계에 따라 출사되는 광이 원형, 타원형 사각형, 다각형, 포물형 곡선에 반사되어 평행하게 출사되는 것을 특징으로 하는 LED 면광원.
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