KR100639189B1 - 발광 다이오드 소자를 이용한 엘시디용 백라이트 유닛의광원모듈 - Google Patents

발광 다이오드 소자를 이용한 엘시디용 백라이트 유닛의광원모듈 Download PDF

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Abstract

엘시디용 백라이트 유닛의 광원 모듈이 개시된다. 그러한 엘시디용 백라이트 유닛의 광원 모듈은 하우징과, 상기 하우징의 내측에 구비되며, R,G,B 삼색칩이 동일 공간내에 실장된 다수의 발광 다이오드 패캐지가 그 일측면에 구비되는 기판과, 상기 기판상에 구비되어 상기 발광 다이오드 패캐지로부터 방출되는 광을 반사하여 전반균제도를 높이기 위한 반사경과, 그리고 상기 발광 다이오드 패캐지의 전방에 구비되어 상기 다수의 발광 다이오드 패캐지로부터 방출되는 R,G,B 삼색광의 혼합거리를 감소시키는 렌즈를 포함한다.
기판, 발광, 다이오드, 삼색칩, 격벽, 전열관, 렌즈, 반사경, 광원, 모듈

Description

발광 다이오드 소자를 이용한 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈{LIGHT SOURCE MODULE OF BACK-LIGHT UNIT FOR LCD}
도1 및 도2 는 종래기술에 따른 백라이트 유닛의 광원모듈을 도시하는 도면.
도3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘시디 백라이트 유닛의 구조를 도시하는 분해 사시도.
도4 는 도3 에 도시된 도광판과 발광 다이오드소자를 이용한 백라이트 유닛의 관계를 개략적으로 도시하는 도면.
도5 는 도3 에 도시된 R,G,B 삼색칩이 동일 공간내에 구비된 발광 다이오드 패캐지를 도시하는 사시도.
도6 은 도3 에 도시된 상대적으로 큰 크기의 발광 다이오드 패캐지와 작은 크기의 발광 다이오드 패캐지의 배열관계를 도시한 도면.
도7 은 도6 에 도시된 발광 다이오드 패캐지들과 이들 패캐지들로부터 빛이 일정한 지향각으로 방출되는 것을 도시하는 개략도.
도8 은 도5 에 도시된 방열파이프의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도9 는 도3 에 도시된 도광판과, 발광 다이오드 패캐지와, 렌즈와, 반사경의 결합관계를 개략적으로 도시한 도면.
도10 은 도3 에 도시된 렌즈의 다른 실시예를 도시하는 사시도.
도11 은 발광 다이오드 패캐지의 폭방향 측벽을 조절함으로써 지향각을 조절하는 것을 개략적으로 도시한 도면.
본 발명은 발광 다이오드 소자를 이용한 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈(Module)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 R,G,B 삼색칩을 동일한 패키지에 실장하여 광원으로 사용하고, 광학렌즈와, 열파이프, 및 반사경을 구비함으로써 도광판 입사에 유리한 지향각을 이루면서 광혼합 거리를 줄일 수 있고, 열방출 효과를 향상시킬 수 있으며 전반균제도를 향상시킬 수 있는 발광 다이오드 소자를 이용한 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈에 관한 것이다.
일반적으로 액정 디스플레이장치는 전원 공급시 액정의 분자배열이 변화함으로써 영상을 표시하는 장치로서 크게 패널부, 구동부, 백라이트부로 이루어진다.
이러한 액정 표시장치는 그 자체가 비발광성이므로 빛이 없는 곳에서는 사용이 불가능하다. 이러한 문제로 인하여 어두운 곳에서도 사용할 수 있도록 정보 표시면에 빛을 균일하게 면조사할 수 있는 백라이트 유닛을 구비하고 있다.
백라이트 유닛은 크게 도광판과 광원으로 구성되며, 광원은 도광판 측면에서 광을 도광판 내로 입사하도록 배치되는 것이 일반적이며, 주로 CCFL(냉음극관)을 사용하나 근래에는 긴 수명과 별도의 인버터(Invertor)를 필요로 하지 않는 장점의 발광 다이오드가 선호되고 있다. 특히 R,G,B 삼원색을 모두 포함하여 색 선명도가 뛰어난 장점으로 고화질 제품의 광원으로 발광 다이오드의 사용이 더욱 요구되고 있다.
그러나, 이와 같이 백라이트 유닛에서 광원으로서 발광 다이오드를 사용하는 경우, 발광 다이오드의 특성상 필연적으로 많은 열이 발생하게 되며, 이러한 열은 발광 다이오드의 수명과 성능을 좌우하게 된다.
또한, 발광 다이오드는 점광원이므로 선광원인 기존의 냉음극관에 비하여 다크 에어리어(Dark Area)나 핫 스폿(Hot Spot) 현상이 빈번하게 발생하게 되며, 각각의 R,G,B 삼색칩을 조합하여 백색광을 구현하는 경우에는 이들 삼색을 한 점에 모으기 위해 일정 거리 이상의 색 혼합거리를 필요로 한다.
그리고, 발광 다이오드를 광원으로 사용하기 위한 여러 기술들이 개발되고 있는 추세이며, 도1 및 도2 에 도시된 백라이트 유닛도 그 일 예이다.
도1 에는 "백라이트 유닛"이라는 명칭으로 2001년 12월 29일 대한민국 특허청에 출원된 특허 제2001-88451호의 발명이 도시된다. 도시된 바와 같이, 액정표시장치는 하우징(3)과, 이 하우징(3)에 구비되어 R,G,B 단색광을 조사하는 엘이디(1)와, 이 엘이디(1)의 단색광을 보상하기 위한 형광램프(2)와, 빛이 입사되는 도광판(4)을 포함한 구조를 갖는다.
따라서, 엘이디(1) 및 형광램프(2)를 광원으로 동시에 사용하여 백색광을 만들 수 있음으로 색재현성과 휘도를 높일 수 있다.
그러나, 이와 같은 구조를 갖는 백라이트 유닛은 충분한 광량을 확보하기 위하여 발광 다이오드와 형광램프를 서로 결합하여 사용하므로 제조원가가 상승하고 또한 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.
도2 에는 2001년 12월 29일 대한민국 특허청에 "백라이트 유닛" 이라는 명칭으로 출원된 특허 제2001-88492호의 발명이 도시된다. 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛은 발광 다이오드(5)가 배치된 하우징(6)의 내벽면에 광확산 가이드바(7)를 배치하고, 발광 다이오드(5)로부터 발광된 R,G,B 단색광을 투과시킴으로써 거의 백색광에 가깝게 만들어 도광판(8)으로 입사시킬 수 있다.
그러나, 이러한 구조의 백라이트 유닛의 경우, 발광 다이오드로부터 빛이 도광판으로 진행하는 과정에서 산란 및 전반사, 난반사 등에 따른 상당한 손실이 발생하며, 발광 다이오드 자체의 지향각이 변할 수 있음으로 좋은 균제도를 얻기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 R,G,B 삼색칩을 동일 패캐지에 구비하여 광원으로 사용함으로써 백색광 구현에 필요한 혼합거리를 줄일 수 있는 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 발광 다이오드 패캐지에 전열관을 적용함으로써 발광 다이오드로부터 발생한 열을 효율적으로 방출할 수 있는 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상대적으로 큰 크기를 갖는 발광 다이오드 패캐지의 사이에 작은 크기를 갖는 발광 다이오드 패캐지를 구비함으로써 다크 에어리어 를 감소시킬 수 있는 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 발광 다이오드에 반사경을 구비함으로써 전반균제도를 향상시킬 수 있는 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 발광 다이오드에 렌즈를 구비함으로써 R,G,B 삼색의 색혼합 거리를 감소시킬 수 있는 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 개별 패캐지가 구비되는 기판의 양측벽의 높이를 조절함으로서 지향각의 특성을 조절할 수 있는 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈을 제공하는데 있다.
상기에서 언급한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 하우징과; 상기 하우징의 내측에 구비되며, 하우징과; 상기 하우징의 내측에 구비되며, 사방으로 격벽이 형성되는 몸체와, 상기 몸체에 구비되어 그 하부는 상기 몸체의 저부에 노출되어 전원입력 및 방열기능을 수행하며, 그 상면에 R,G,B의 삼색칩이 각각 실장되는 리드 플레이트와, 상기 리드 플레이트와 일정 거리 떨어져 배치되며, 그 하부는 상기 몸체의 저부에 노출되어 전원이 입력되는 전극단자를 포함하며, 상기 R,G,B 삼색칩으로부터 방출된 삼색광이 상기 몸체의 격벽에 의하여 반사됨으로서 백색광을 이루어 도광판에 입사되는 다수의 발광 다이오드 패캐지가 그 일측면에 구비되는 기판과; 상기 기판상에 구비되어 상기 발광 다이오드 패캐지로부터 방출되는 광을 반사하여 전반균제도를 높이기 위한 반사경과; 그리고 상기 발광 다이오드 패캐지의 전방에 구비되어 상기 다수의 발광 다이오드 패캐지로부터 방출되는 R,G,B 삼색광의 혼합거리를 감소시키는 렌즈를 포함하는 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘시디용 백라이트유닛의 광원모듈을 상세하게 설명한다.
도3 및 도4 에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 백라이트 유닛에 적용되는 광원모듈(10)은 도광판(12)의 일측에 배치되며 발광 다이오드칩을 이용하여 광원으로서 기능을 수행한다.
이러한 백라이트 유닛의 광원모듈(10)은 하우징(20)과, 상기 하우징(20)의 내측에 구비되며 일측면에 발광 다이오드 패캐지(24,25)가 구비되는 기판(22)과, 상기 기판(22)상에 구비되며 광을 반사하여 전반균제도를 높이기 위한 반사경(28)과, 상기 발광 다이오드 패캐지(24,25)는 R,G,B 삼색의 칩을 갖는 것으로서, 이 패캐지(24,25)의 전방에는 R,G,B 3색의 혼합거리를 감소시킬 수 있는 렌즈(30)가 제공된다.
따라서, 전원이 기판(22)상에 일열로 배치된 발광 다이오드 패캐지(24,25)에 인가되는 경우, 패캐지(24,25)로부터 백색광이 방출되며, 방출된 광은 반사경(28) 및 렌즈(30)를 통과하게 된다.
그리고, 이와 같이 광원모듈(10)로부터 방출된 빛은 일정 거리 떨어져 배치되는 도광판(12)으로 입사하여 반사판(14) 및 확산 시트(16) 등을 통하여 액정판넬(18)로 공급된다.
이러한 구조를 갖는 백라이트 유닛의 광원모듈(10)에 있어서, 상기 기판(22)상에는 상대적으로 큰 크기를 갖는 발광 다이오드 패캐지(24)와 상대적으로 작은 크기를 갖는 발광 다이오드 패캐지(25)가 실장되며, 이들 발광 다이오드 패캐지(24,25)로부터 열을 방출하는 전열관(26)이 구비된다.
상기 발광 다이오드 패캐지(24,25)는 도5 에 도시된 바와 같이, 일측면에 사방으로 격벽이 형성되는 몸체(40)와, 상기 몸체(40)에 구비되어 그 하부는 상기 몸체(40)의 저부에 노출되어 전원입력 및 방열기능을 수행하며, 그 상면에 R,G,B 삼 색칩(R,G,B)이 각각 실장되는 리드 플레이트(32)와, 그리고 상기 리드 플레이트(32)와 일정 거리 떨어져 배치되며, 그 하부는 상기 몸체(40)의 저부에 노출되어 전원이 입력되는 전극단자(42)를 포함한다.
이러한 발광 다이오드 패캐지(24,25)는 R,G,B 삼색칩(R,G,B)이 격벽에 의하여 둘러싸인 동일 공간내에 배치된 상태이다.
따라서, 상기 R,G,B 삼색칩(R,G,B)으로부터 방출된 광은 짧은 거리 이내에서 서로 혼합되어 일정 지점에서 백색광을 이루어 도광판(12)으로 입사될 수 있다.
결국, 백색광을 구현하기 위한 광 혼합거리를 줄일 수 있음으로 백라이트 유닛(10)의 크기를 소형화 할 수 있다.
그리고, 상기 발광 다이오드 패캐지(24,25)들은 도6 및 도7 에 도시된 바와 같이, 상대적으로 큰 크기를 갖는 발광 다이오드 패캐지(24)들을 일열로 배치하고, 그 사이에 상대적으로 작은 크기를 갖는 발광 다이오드 패캐지(25)들을 배치한 것을 보여주고 있다.
통상적으로 각각의 발광 다이오드 패캐지(24)로부터 빛이 발광되는 경우, 각 패캐지(24) 사이에는 발광 다이오드 자체의 특성에 따라 다크 에어리어(Dark Area)가 발생하게 되는 바, 상기와 같이 보다 작은 크기의 발광 다이오드 패캐지(25)들을 그 사이에 배치함으로써 이러한 다크 에어리어의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 큰 크기의 발광 다이오드 패캐지(24) 수를 감소할 수 있음으로 제조원가를 절감할 수 있다.
다시, 도3 및 도8 을 참조하면, 기판(22) 상에는 각 발광 다이오드 패캐지(24,25)로부터 발생하는 열을 효율적으로 방출하기 위하여 전열관(26)이 구비된다.
일반적으로 발광 다이오드의 경우 온도가 올라가는 경우 밴드갭(Bandgap)이 수축되므로 레드(Red)방향으로 주파장이 이동하여 원래의 색을 잃어 버리게 되고, 방사 재결합율이 감소하게 되어 결과적으로 발광 다이오드의 효율 및 수명에 영향을 미치게 된다.
따라서, 이를 방지하기 위하여 구비되는 전열관(26)은 도시된 바와 같이, 내부에 일정 용적의 공간이 형성되는 몸체(56)에 휘발성 액체(64)를 저장한 구조를 갖는다.
몸체(56)는 바람직하게는 구리, 스테인레스, 세라믹스, 텅스텐 등이 사용되고, 그 내측벽은 다공질의 파이버(Fiber) 등의 재료가 사용된다. 그리고, 휘발성 액체(64)로는 메탄올, 아세톤, 물, 수은 등이 사용된다.
이러한 전열관(26)은 일측에 열을 가하는 경우, 휘발성 액체(64)가 증발하여 일정한 흐름(58)을 따라 유동하여 기준선(62)을 통과하며, 기준선(62)을 통과한 휘발성 액체(64)는 타측으로 이동하여 방열하고, 다시 액체의 흐름(60)을 따라 본래의 위치로 복귀하게 된다.
따라서, 이러한 과정에서 가열된 일측으로부터 열에너지를 흡수하여 타측으로 열에너지를 공급하여 방출함으로써 발광 다이오드를 냉각시킬 수 있다.
한편, 도3 및 도9 에 도시된 바와 같이, 상기 발광 다이오드 패캐지(24,25)의 전방에는 일정한 형상의 렌즈(30)가 구비됨으로써 발광 다이오드 패캐지(24,25) 로부터 방출된 빛의 균제도를 향상시킬 수 있다.
이러한 렌즈(30)는 투과율이 좋은 재질로 제조되며 바람직하게는 물결형상의 렌즈(30)를 적용함으로써 빛의 손실을 줄일 수 있다.
또한, 상기 렌즈(30)를 하우징(20)에 장착함으로써 발광 다이오드 패캐지(24,25)의 전방에 적절한 위치에 배치될 수 있다.
따라서, 발광 다이오드 패캐지(24,25)로부터 발광된 빛이 이 렌즈(30)를 통과하게 되며, 이 과정에서 산란, 전반사, 난반사 등에 의한 손실이 방지될 수 있다.
동시에, 각 발광 다이오드 패캐지(24,25)의 삼색칩(R,G,B)으로부터 발광된 빛들이 이 렌즈(30)에 입사됨으로서 보다 짧은 거리에서 혼합되어 혼합거리를 최소화할 수 있다.
그리고, 상기 렌즈(30)는 물결형상으로 한정하여 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 기타 다른 형상, 즉 도10 에 도시된 바와 같이 그 일측면에 요철(52)이 형성된 모양의 렌즈(50)도 포함할 수 있음은 물론이다.
또한, 도3 및 도9 에 도시된 바와 같이, 기판(22)상에는 더미 반사경(Dummy Reflector;28)이 구비된다.
일반적으로 백라이트에 광원으로서 발광 다이오드들 사용하는 경우, 도광판(12)에 수직하는 방향으로 진행하는 빛은 손실이 되며, 이는 핫 스폿을 발생시키고 엘시디의 전반 균일도를 저하시킬 수 있다.
따라서, 이러한 전반 균일도의 저하를 방지하기 위하여 상기한 바와 같이 더 미 반사경(28)을 적용하게 된다.
이러한 더미 반사경(28)은 일정한 곡률을 갖는 통상적인 반사경이며, 기판(22)상에 부착되어 발광 다이오드 패캐지(24,25)를 에워싸는 형상을 갖는다. 또한, 그 내측면은 빛의 반사율을 높일 수 있도록 가공되거나 혹은 도금층이 형성된다.
따라서, 발광 다이오드 패캐지(24,25)로부터 방출된 빛이 더미 반사경(28)의 내측면에 반사되어 렌즈(30)를 통과함으로써 일정한 균일도로 도광판(12)에 입사될 수 있다.
한편, 도11 에 도시된 바와 같이, 각 발광 다이오드 패캐지(24)의 사이에는 측벽(70)을 돌출 형성함으로써 지향각의 폭을 조절할 수 있다.
일반적으로, 냉음극관은 선광원이므로 휘선 등의 문제가 있지만 백라이트 유닛에 적용하기 용이한 형태의 광원이었다. 하지만, 발광 다이오드의 경우 선광원이 아닌 점광원이므로 이를 백라이트 유닛의 광원으로 적용하는 경우 다크 에어리어, 혼합거리, 핫 스폿 등의 문제가 발생하게 된다.
따라서, 이러한 여러 문제들을 해결하기 위하여 상기한 바와 같이 측벽(70)을 형성한다.
즉, 다수의 발광 다이오드 패캐지(24)가 실장된 기판(22)상에 각각의 발광 다이오드 패캐지(24)의 사이 및 양측에 각각 측벽(70)을 각각 형성한다.
따라서, 각각의 발광 다이오드 패캐지(24)로부터 발광된 빛은 사방으로 일정한 각도로 진행하게 되며, 이 과정에서 측벽(70,72)에 반사됨으로써 점광원으로서 의 단점을 극복할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, R,G,B 삼색칩을 동일 발광 다이오드 패캐지에 실장하여 광원을 구성함으로써 백색광 구현에 필요한 혼합거리를 줄일 수 있다.
둘째, 각 발광 다이오드 패캐지에 열을 방출할 수 있는 전열관을 적용함으로써 발광 다이오드로부터 발생한 열을 효율적으로 방출할 수 있다.
셋째, 상대적으로 큰 크기를 갖는 발광 다이오드 패캐지의 사이에 작은 크기를 갖는 발광 다이오드 패캐지를 구비함으로써 다크 에어리어를 감소시킬 수 있다.
넷째, 발광 다이오드 주위에 반사경을 구비함으로써 전반균제도를 향상시킬 수 있다.
다섯째, 발광 다이오드의 전방에 렌즈를 구비함으로써 R,G,B 삼색의 색혼합 거리를 감소시킬 수 있다.
여섯째, 개별 패캐지 사이에 측벽을 형성하여 이 높이를 조절함으로서 지향각의 특성을 조절할 수 있다.
이상을 통해서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구 범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (8)

  1. 하우징과;
    상기 하우징의 내측에 구비되며, 사방으로 격벽이 형성되는 몸체와, 상기 몸체에 구비되어 그 하부는 상기 몸체의 저부에 노출되어 전원입력 및 방열기능을 수행하며, 그 상면에 R,G,B의 삼색칩이 각각 실장되는 리드 플레이트와, 상기 리드 플레이트와 일정 거리 떨어져 배치되며, 그 하부는 상기 몸체의 저부에 노출되어 전원이 입력되는 전극단자를 포함하며, 상기 R,G,B 삼색칩으로부터 방출된 삼색광이 상기 몸체의 격벽에 의하여 반사됨으로서 백색광을 이루어 도광판에 입사되는 다수의 발광 다이오드 패캐지가 그 일측면에 구비되는 기판과;
    상기 기판상에 구비되어 상기 발광 다이오드 패캐지로부터 방출되는 광을 반사하여 전반균제도를 높이기 위한 반사경과; 그리고
    상기 발광 다이오드 패캐지의 전방에 구비되어 상기 다수의 발광 다이오드 패캐지로부터 방출되는 R,G,B 삼색광의 혼합거리를 감소시키는 렌즈를 포함하는 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서, 상기 다수의 발광 다이오드 패캐지는 그 사이에 상대적으 로 작은 크기의 발광 다이오드 패캐지를 배치함으로서 다크 에어리어를 감소시킬 수 있는 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 기판의 일측면에는 열을 방출하기 위한 전열관이 추가로 포함되며, 이 전열관은 내부에 일정 용적의 공간이 형성되어 휘발성 액체가 저장되고, 그 내측벽에는 다공질 재료가 구비되는 몸체를 포함하는 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 반사경은 일정한 곡율을 갖도록 형성되어 기판상에 부착되며, 상기 발광 다이오드 패캐지를 에워싸도록 구비됨으로서 빛을 반사하는 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 렌즈는 상기 하우징에 의하여 상기 발광 다이오드 패캐지의 전방에 구비되며, 투과율이 높은 재질로 형성됨으로써 빛의 손실을 방지할 수 있는 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 렌즈는 물결형상 혹은 요철형상을 선택적으로 포함하는 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 다수의 발광 다이오드 패캐지의 사이에는 측벽이 돌 출 형성되어 발광 다이오드로부터 방출된 광의 지향각을 조절가능한 엘시디용 백라이트 유닛의 광원모듈.
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