KR100663908B1 - 백라이트용 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백라이트용 발광 장치에 관한 것으로, LED 칩의 수평면상의 일축과, 상기 일축과 직교하는 타축이 최대 및 최소의 지향각을 형성하는 렌즈 및 상기 렌즈와 인접한 영역에 위치한 도광판을 포함하는 백라이트용 발광 장치를 제공한다. 이와 같이 LED 칩을 이용한 발광 장치에 비대칭형 볼록 렌즈 또는 프레넬 렌즈등을 사용하여 130도 이상의 장축 지향각과 50도 이하의 단축 지향각을 갖는 비대칭 발광을 할 수 있고, 이를 발광 장치를 광원으로 사용하는 백라이트 장치의 단축 광 손실을 줄일 수 있다.
LED, 도광판, 지향각, 비대칭 볼록 렌즈, 프레넬 렌즈

Description

백라이트용 발광 장치{Luminescent apparatus for back light}
도 1은 종래의 백라이트 장치의 단면도.
도 2는 종래의 백라이트 장치에 적용되는 발광 소자의 단면도.
도 3a 및 도 3b는 종래의 발광 장치의 장축 및 단축 지향각 그래프.
도 4는 종래의 백라이트 장치의 단축 방향의 광손실을 설명하기 위한 개략도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광 장치의 단면도.
도 6은 제 1 실시예에 따른 비대칭 볼록 렌즈의 사시도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 장치의 단면도,
도 8 및 도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 장치의 단면도.
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 장치의 단면도.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 발광 장치의 장축 및 단축 방향의 지향각 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
510 및 610 : LED 칩 520 및 620 : 리드 프레임
521, 522, 621 및 622 : 리드 단자 530 및 630 : 반사컵
531 및 631 : 내부 반사면 540 및 640 : 몰딩부
550 : 비대칭 볼록 렌즈 650 : 프레넬 렌즈
본 발명은 백라이트용 발광 장치에 관한 것으로, 특히 장축 지향각은 넓히고 단축 지향각은 좁힐 수 있는 백라이트용 발광 장치에 관한 것이다.
최근들어, 평판 표시 소자에 대한 연구가 활발한데, 그중에서도 각광받고 있는 것으로 LCD(Liquid Crystal Display Device), FED(Field Emission Display Device), ELD(Electro-Luminescene Display Device), PDP(Plasma Display Pannels) 등이 있다. 이중 LCD는 콘트라스트비(contrast ratio)가 크고, 제조 표시나 동화상 표시에 적합하며 전력 소자가 적다는 특징 때문에 노트북 PC에서 데스크탑 모니터 및 액정 TV, 그리고 핸드폰으로 그 영역이 확대되고 있는 추세이다.
그런데, LCD는 그 자체가 비발광성이므로 광을 조사하기 위한 별도의 외부 광원이 필요하다. 특히, 투과형 LCD의 경우 LCD 패널의 배면에 광을 발산하고 안내하는 별도의 조광 장치, 즉 백라이트(back light) 장치가 반드시 필요하다. 백라이트는 직하 방식부터 에지 라이트(edge light) 방식까지 다양한데, 에지 라이트 방 식이 주류를 이루고 있다. 이중 에지 라이트 방식은 액정 패널의 측면에 형광 램프(열음극, 냉음극)등과 같은 관형상의 선광원을 설치하고, 도광판을 이용하여 형광 램프로부터 발광된 광을 액정 패널의 화면 전체에 투사시키는 방식이다.
도 1은 종래의 백라이트 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 광원(110)은 액정 표시 패널의 좌측 또는 우측에 설치되어 광을 발광한다. 램프 하우징(120)은 광원(110)을 고정시키는 동시에 광원(110)에서 나온 광을 도광판(130)으로 집중시켜준다. 도광판(130)은 광원(110)으로부터 출사된 광을 백라이트 상부의 액정 표시 패널측으로 공급한다. 반사 시트(140)는 도광판(130)의 하부에 부착되어 액정 표시 패널의 반대쪽으로 새어나오는 광을 반사하여 도광판(130)으로 전달한다. 확산 시트(150)는 도광판(130)의 상부에 위치하여 도광판(130)에서 나온 광을 균일하게 확산시켜 준다. 프리즘 시트(160)는 확산 시트(150)의 상부에 위치하여 확산 시트(150)에서 확산된 광을 집광시켜 액정 표시 패널로 전달한다. 프리즘 시트(160)의 상부에는 프리즘 시트(160)를 보호하는 보호 시트(170)가 구성된다. 또한, 상기 구성 요소들을 수납하여 고정시켜주는 메인 지지대(180)가 구성된다.
여기서, 광원(110)은 기존에는 형광 램프(열음극, 냉음극)를 사용하였으나, 형광 램프를 사용할 경우 광원(110)에서 출사된 광이 도광판(130)을 지나게 되면서 휘도가 낮아지는 문제점이 있었다. 따라서, 광원(110)으로서 형광 램프를 대체하여 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 칩을 이용함으로써 형광 램프의 단점인 휘도를 개선하는 방법이 연구되고 있다.
도 2는 종래의 백라이트 장치에 적용되는 발광 장치의 단면도이다.
도 2를 참조하면, LED 칩(210)이 타원형으로 노출된 리드 프레임(220) 위에 실장되고, 리드 프레임(220)은 한쌍의 리드 단자(221, 222)로 이루어져 LED 칩(210)이 와이어(도시되지 않음)에 의하여 리드 단자(221, 222)와 전기적으로 연결되어 있다. 각각의 리드 단자(221, 222)의 다른 끝단의 일부는 반사컵(230)의 측면 외부로 노출되도록 하여 외부에서 칩(210)으로 전압을 인가할 수 있도록 구성된다.
한편, 리드 프레임(220)상부에는 반사면(231)을 갖는 반사컵(230)이 형성된다. 반사컵(230)의 내부 반사면(231)의 안쪽으로는 칩(210)을 보호하기 위하여 절연 재질의 투명 에폭시 또는 실리콘이 주입된 몰딩부(240)이 형성되며, 필요한 경우 에폭시 또는 실리콘에 소정의 형광체를 포함시켜 다른 파장의 광으로 변환시킨 광을 방출하도록 할 수 있다.
상기와 같은 발광 소자를 이용하는 백라이트 장치는 발광 소자로부터 발광된 광이 도광판 측면에서 입사되어 도광판 아랫면의 특성화된 형상 및 패턴에 의해 도광판 윗면으로 출사되게 된다. 여기서, 광원으로서의 발광 장치의 지향각은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 백라이트 장치의 광원으로부터 도광판쪽으로 바라본 장축 및 백라이트 장치의 광원과 도광판의 측면에서 바라본 단축 모두 110 내지 120도 정도를 갖고 있다. 그런데, 일반적으로 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 도광판의 두께가 얇고 폭이 길기 때문에 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 LED(410)로부터 장축 방향으로 발산되는 광(420)은 모두 도광판(430) 안으로 들어가지만, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 단축 방향으로 발산되는 광(420)의 일부는 도광판(430) 으로 들어가지 못하고 A와 같이 도광판의 외부로 손실된다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 장축 지향각은 130도이상으로 넓게 하고, 단축 지향각은 50도 이하로 좁게 할 수 있어 단축 방향으로 발산되는 광의 손실을 방지할 수 있는 백라이트용 발광 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 비대칭 형태의 볼록 렌즈를 장착하거나 프레넬(fresnel) 렌즈를 장착하여 장축 지향각은 넓게 하고, 단축 지향각은 좁게 할 수 있는 백라이트용 발광 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 LED 칩의 수평면상의 일축과, 상기 일축과 직교하는 타축이 최대 및 최소의 지향각을 형성하는 렌즈 및 상기 렌즈와 인접한 영역에 위치한 도광판을 포함하는 백라이트용 발광 장치를 제공한다.
여기서, 상기 렌즈는, 비대칭의 볼록렌즈 또는 프레넬 렌즈인 것이 바람직하다. 상기에서 일축의 지향각은 130도 이상이고, 상기 타축의 지향각은 50도 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 LED 칩의 수평면상의 일축과 상기 일축과 직교하는 타축이 최대 및 최소의 지향각을 형성하는 비대칭의 볼록한 형상인 몰딩부 및 상기 몰딩부와 인접한 영역에 위치하는 도광판을 포함하는 백라이트용 발광 장치를 제공한다.
상기에서 일축의 지향각은 130도 이상이고, 상기 타축의 지향각은 50도 이하인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트용 발광 장치의 단면도이다.
도 5를 참조하면, LED 칩(510)이 리드 프레임(520) 위에 실장되고, 리드 프레임(520)은 한쌍의 리드 단자(521, 522)로 이루어져 LED 칩(510)이 와이어(511)에 의하여 리드 단자(521, 522)와 전기적으로 연결되어 있다. 각각의 리드 단자(521, 522)의 다른 끝단의 일부는 반사컵(530)의 측면 외부로 노출되도록 하여 외부에서 칩(510)으로 전압을 인가할 수 있도록 구성된다. 한편, 리드 프레임(520)을 지지하기 위한 반사컵(530)은 타원형의 형태를 이루며 광이 나오는 방향으로 소정의 각도로 형성된 내부 반사면(531)을 포함한다. 반사컵(530)의 내부 반사면(531)의 안쪽으로는 칩(510)을 외부로부터 보호하기 위하여 절연 재질의 투명 에폭시 또는 실리 콘이 주입된 몰딩부(540)가 형성되며, 필요한 경우 에폭시 또는 실리콘에 적합한 형광체를 포함시켜 다른 파장의 광으로 변환시킨 광을 방출하도록 할 수 있고, 별도의 형광체를 LED 칩 상에 포팅할 수도 있다.
그리고, 반사컵(530)로부터 몰딩부(540) 상부에는 도 6에 도시된 바와 같은 비대칭형 볼록 렌즈(550)을 장착한다. 상기의 비대칭형 볼록 렌즈(550)는 일 축 방향의 길이가 타축 방향의 길이보다 긴 렌즈를 지칭한다. 이를 통해 장축 지향각을 넓일 수 있고 단축 지향각은 좁게 할 수 있다. 여기서, 단축의 길이를 1로 하였을 경우 장축의 길이는 1.5 내지 10인 것이 바람직하다. 또한, 상술한 비대칭형 볼록 렌즈(550)가 위치한 반사컵(530)의 형상 또한 비대칭형 볼록 렌즈(550)의 형상과 동일하게 제작하는 것이 바람직하다. 즉, 발광 장치의 전체적인 형상이 일축 방향의 길이가 타축 방향의 길이보다 긴 형상으로 형성한다. 이때, 리드 프레임(520)은 단축 방향 또는 장축 방향의 외측으로 노출될 수도 있다. 이를 통해 장축 방향으로의 지향각을 130도 이상이 되도록 할 수 있고, 단축 방향으로의 지향각을 40도 이하로 유지할 수 있다. 비대칭형 볼록 렌즈는 반타원형상인 것이 바람직하다.
이뿐만 아니라 본 발명은 장축 지향각을 넓게 하고 단축 지향각을 좁게 하기 위해서 그 표면의 적어도 일부에 굴절 패턴이 형성된 볼록 렌즈를 사용한다. 이하 본 발명의 제 2 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 후술되는 제 2 실시예에서는 앞서 설명한 제 1 실시예와 중복되는 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광 장치의 단면도이다.
도 7을 참조하면, LED 칩(610)이 리드 프레임(620) 위에 실장되고, 리드 단 자(621, 622)의 상부에는 반사컵(630)이 배치되어 있고, 반사컵, 리드 프레임 및 LED 칩을 봉지하기 위한 몰딩부가 형성되어 있다. 몰딩부 상에는 일 방향으로의 지향각을 넓게 하고, 타 방향으로는 지향각을 줄이기 위한 굴절 패턴이 형성된 볼록 렌즈가 형성된다. 굴절패턴은 그 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상이 가능하다. 굴절패턴은 렌즈의 가장자리 영역에 형성되어 하부 LED 칩에서 방출되는 빛의 지향각을 조절하는 것이 바람직하다.
하기에서는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 장치에 관해 설명한다. 후술되는 제 3 실시예에서는 앞서 설명한 제 1 및 제 2 실시예와 중복되는 설명은 생략한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발광 장치의 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, LED 칩(710, 810)이 전극 패턴(721, 722, 821, 822)이 형성된 기판(700, 800) 상에 실장된다. 즉, 기판(700, 800)의 제 1 전극(721) 상에 LED 칩(710)의 일단자가 실장되고, 타 단자가 와이어(711)를 통해 제 2 전극(722)과 접속된다. 제 1 및 제 2 전극(721, 722)은 기판(700)의 하부영역까지 연장되어 회부로부터 전원을 인가받을 수 있도록 하였다. 기판(700) 상부 즉, LED 칩(710)의 주위에는 반사면을 갖는 반사컵(730)이 위치하고, 반사컵(730) 내부에는 LED 칩(710)을 봉지하는 몰딩부(740)가 형성되어 있다. 상기 반사컵(730)과 몰딩부 (740)상에는 장축지향 각이 넓고 단축 지향각이 좁은 비대칭형 볼록 렌즈(750)가 형성된다.
상기에서 기판(700, 800)으로는 PCB기판을 사용할 수도 있고, 열전도성이 우 수한 수지 또는 금속를 사용할 수 있다. 또한, LED 칩(710, 810)은 제 1 전극(721, 821) 상에 실장될 뿐아니라 기판(700, 800)상에 바로 실장되어 제 1 및 제 2 전극(721, 722, 821, 822)과 와이어(711, 811, 812)를 통해 접속될 수도 있다. 또한, LED 칩(710, 810) 상에 형광체가 포팅될 수도 있다. 또한 도 9에 도시된 바와 같이 별도의 히트 싱크(860)가 기판(800) 내에 삽입 장착되고 그 상부에 LED 칩(810)을 실장하여 LED 칩(810)에서 발생된 열을 외부로 방출할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 별도의 하우징내에 히트 싱크를 삽입 장착하고, 그 상부에 LED 칩을 실장할 수도 있다.
상기의 비대칭형 볼록 렌즈를 별도의 공정을 통해 제작된 플라스틱 렌즈를 사용할 수도 있고 몰딩부와 일체와 하여 제작할 수도 있다. 하기에서는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 비대칭형 볼록부를 갖는 몰딩부를 포함하는 발광 장치에 관해 설명한다. 후술되는 제 4 실시예에서는 앞서 설명한 제 1 내지 제 3 실시예와 중복되는 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 발광 장치의 단면도이다.
도 10을 참조하면, LED 칩(910)이 리프 프레임 위에 실장되고, 리드 프레임은 한쌍의 리드 단자(921, 922)로 이루어져 LED 칩(910)이 와이어(911)에 의하여 리드 단자(921, 922)와 전기적으로 연결되어 있다. 한편, 리드 단자(521, 522)을 지지하기 위한 반사컵(930)은 타원형의 형태를 이루며 광이 나오는 방향으로 소정의 각도로 형성된 내부 반사면(931)을 포함한다. 반사컵(930)의 내부 및 상부에는 칩을 보호하기 위한 몰딩부(940)가 형성된다. 이때, 몰딩부(940)의 상부 형상은 비 대칭의 볼록한 형상으로 형성된다. 물론 이때, 몰딩부(940)의 표면에는 굴절 패턴이 형성될 수도 있다. 따라서, 몰딩부(940)의 상부 형상이 굴절패턴이 형성된 비대칭의 볼록한 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 비대칭의 볼록한 형상은 일축 방향의 길이가 타축 방향의 길이보다 형상으로 장축 지향각이 넓어지고, 반면에 단축 지향각을 줄일 수 있다. 이때, 단축의 길이를 1로 하였을 경우 장축의 길이를 1.5 내지 10으로 하는 것이 바람직하다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 발광 장치의 장축 및 단축 지향각을 나타낸 그래프이다.
도 11a는 본 발명에 따른 발광 장치의 장축 지향각을 측정한 그래프로 그 지향각이 -60과 +60도 사이에서는 광도가 50%이상이되고, 한편, 도 11b은 단축 지향각을 측정한 그래프로 지향각이 -25과 +25도 사이에서는 광도가 50%이상이 된다. 따라서 상기의 실험 그래프를 참조하여 볼때 본 발명에 따른 발광 장치의 장축 지향각이 130도 이상이 되고, 타축 지향각이 50도 이하가 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 LED 칩을 이용한 발광 장치에 비대칭형 볼록 렌즈 또는 프레넬 렌즈등을 사용하여 130도 이상의 장축 지향각과 50도 이하의 단축 지향각을 갖는 비대칭 발광을 할 수 있다. 따라서, 이러한 발광 장치를 광원으로 사용하는 백라이트 장치의 단축 광 손실을 줄일 수 있다.

Claims (5)

  1. LED 칩;
    상기 LED 칩 상에 배치되고 일축 방향의 길이가 이와 직교하는 타축 방향의 길이보다 긴 비대칭 볼록 렌즈; 및
    상기 렌즈와 인접한 영역에 위치한 도광판을 포함하고,
    상기 렌즈는 상기 도광판의 측면 영역에 인접 배치된 백라이트용 발광 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED가 실장된 리드 프레임과 상기 리드 프레임을 지지하기 위한 반사컵을 포함하고, 상기 렌즈는 상기 반사컵의 상부에 장착된 백라이트용 발광 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 일축의 지향각은 130도 이상이고, 상기 타축의 지향각은 50도 이하인 백라이트용 발광 장치.
  4. LED 칩;
    상기 LED 칩을 봉지하고, 일축 방향의 길이가 이와 직교하는 타축 방향의 길이보다 긴 비대칭형 볼록 렌즈 형상의 몰딩부; 및
    상기 몰딩부와 인접한 영역에 위치한 도광판을 포함하고,
    상기 몰딩부는 상기 도광판의 측면 영역에 인접 배치된 백라이트용 발광 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 일축의 지향각은 130도 이상이고, 상기 타축의 지향각은 50도 이하인 백라이트용 발광 장치.
KR1020050044452A 2005-05-26 2005-05-26 백라이트용 발광 장치 KR100663908B1 (ko)

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