KR100716721B1 - 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 본 발명의 백라이트 유닛은, 기판상에 설치되어 빛을 생성하는 복수개의 LED 패키지; 각각의 상기 LED 패키지 위에 배치되어 LED 광원의 빛의 방출분포를 확장 또는 제어하는 LED커버; 상기 LED 커버 위에 배치되어 LED 패키지에서 방출된 빛을 산란, 굴절, 반사시켜 광이동 거리를 증가시키고 광분포를 확장하고 제어하여 색혼합도와 휘도 균일도를 증가시키는 산란 플레이트; 상기 산란 플레이트 위에 배치되어 산란 플레이트를 통과한 빛을 확산시키는 확산 플레이트를 포함한다.

Description

백라이트 유닛{Back light unit}

도 1은 종래의 LED를 광원으로 하는 백라이트 유닛중 한 종류의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 백라이트 유닛의 단면도이다.

도 3은 도 2의 LED 패키지의 사시단면도이다.

도 4는 본 발명의 렌즈 배열체의 부분 사시도이다.

도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 각각의 실시예의 렌즈 배열체의 단면도이다.

도 6은 빛의 경로에 놓인 광학적 구성요소의 표면에 요철이 형성된 형상을 도시하는 단면도이다.

도 7은 빛의 경로에 놓인 광학적 구성요소에 광산란 입자가 포함된 형상을 도시하는 단면도이다.

도 8은 빛의 경로에 놓인 광학적 구성요소에 광반사체가 형성된 형상을 도시하는 단면도이다.

도 9는 빛의 경로에 놓인 광학적 구성요소에 페이스트가 형성된 형상을 도시하는 사시도이다.

도 10은 도 9의 페이스트가 형성된 광학적 구성요소의 단면을 설명하는 도면이다.

도 11은 빛의 경로에 놓인 광학적 구성요소의 상하측면에 오목한 원뿔형상과 산란패턴 형상이 형성된 형상을 도시하는 단면도이다.

도 12a는 도 11의 광학적 구성요소의 상측면에 대한 사시도이다.

도 12b는 도 11의 광학적 구성요소의 하측면에 대한 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

108 : 전자요소 110 : 기판

112 : 방열체 114 : 충진재

116 : 반사층 118 : LED 커버

120 : 산란 플레이트 122 : 확산 플레이트

124 : 프리즘 시트 126 : BEF 시트

128 : 확산 시트 130 : LED 패키지

132 : LED 렌즈 134 : 광캡슐부재

136 : LED 광원 138 : 땜납 연결부

140 : 반사컵 142 : 히트 싱크 슬러그

144 : 와이어 146 : 캐소드 리드

본 발명은 LED 광원을 이용한 직하형 백라이트 유닛(direct type back light unit)에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 적녹청(R-G-B) LED가 믹싱되어 백색광을 이루는 LED 광원을 이용하는 직하형 백라이트 유닛이다.

통상적으로, 평판표시장치(flat panel display)는 발광형과 수광형으로 분류되는데, 발광형으로는 음극선관(CRT), 전계 발광(Electro Luminescent;EL) 소자, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel;PDP) 등이 있고, 수광형으로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display;LCD) 등이 있다.

상기 LCD는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고 외부로부터 빛을 받아 화상을 형성하는 수광형 소자이므로, 별도의 광원, 예를 들면 이른바 백라이트를 설치하여 어두운 곳에서는 화상을 관찰할 수 있도록 하고 있다.

이러한 LCD용 백라이트는 광원의 설치 위치에 따라 직하형(direct type)과 에지(edge)형으로 구분되며, LED를 광원으로 하여 백색광을 생성하는 방법에는 적 녹청(RGB) LED를 광학적으로 믹싱하여 백색광을 생성하는 RGB LED 방법과, 자외선 LED와 적녹청 형광체를 혼합하는 방법, 청색 LED와 황색 형광체를 혼합하는 바이너리 컴플리멘터리(binary complimentary) 방식이 있다. LED 광원은 종래에 광원으로 사용되었던 CCFL에 비하여 응답시간이 상당히 빠를뿐 아니라 수은과 같은 중금속을 함유하지 않고 완전 고체 소자이므로 친환경적이라는 장점이 있다. 특히 이중에서 RGB LED 방식의 경우 종래에 광원으로 사용되었던 CCFL 및 다른 LED 방식에 비하여 색표현 능력이 우수하여, 고품위의 LCD TV용 LED 백라이트에 채용되었다.

도 1에는 종래의 LED를 광원으로 하는 백라이트 유닛중 한종류에 대한 단면도가 도시된다. 도 1을 참조하면 기판(10)상에 장착되어 주로 측면으로 발광되는 빛을 생성하는 LED(14)가 이를 둘러싸고 있는 반사판(12)을 통하여 빛을 투영하면, 빛은 광학요소(16)를 통과하여 경사지게 기울어진 저부 반사판(20)에서 반사되어 확산판(18)을 통하여 조사되게 된다. 그러나, 이러한 구조의 종래의 LED를 광원으로 하는 백라이트 유닛의 경우, LED가 위치된 영역의 휘도가 그렇지 않은 곳의 휘도보다 시각적으로 구별될 정도로 높게 되어 백라이트 전체의 밝기의 균일성이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한 RGB LED에서 발광된 빛이 혼합되어 백색광을 생성하기 위해서는 광원으로부터 일정 거리가 필요한데 광원으로부터 거리가 멀어지게 되면 백라이트의 두께가 증가하게 되어 이를 채용한 디스플레를 박형화할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 백라이트를 통해서 조사되는 빛의 휘도를 높이면서 균일하게 하기 위해서는 장착되는 LED의 개수를 늘려야 하므로 LED의 개수가 증가하면 소비전력이 증가될 수 밖에 없는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 LED를 광원으로 하는 백라이트에서 LED의 광경로의 분포를 제어함으로써 RGB의 LED 광원으로부터 짧은 거리에서 백색광을 생성할 수 있어서 박형으로 제조할 수 있으며, 고휘도와 높은 컬라 균일성을 나타낼 뿐만 아니라 저소비전력 구조이면서 제조 원가가 낮은 직하형 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직하형 백라이트 유닛은,

기판상에 설치되어 빛을 생성하는 복수개의 LED 패키지;

각각의 상기 LED 패키지 위에 배치되어 LED 광원의 빛의 방출분포를 확장 또는 제어하는 LED커버;

상기 LED 커버 위에 배치되어 LED 패키지에서 방출된 빛을 산란, 굴절, 반사시켜 광이동 거리를 증가시키고 광분포를 확장하고 제어하여 색혼합도와 휘도 균일도를 증가시키는 산란 플레이트;

상기 산란 플레이트 위에 배치되어 산란 플레이트를 통과한 빛을 확산시키는 확산 플레이트를 포함한다.

여기서, 상기 LED 패키지는 LED 광원과 상기 LED 광원을 싸서 보호하는 광캡슐부재와 빛의 방출 분포를 제어하는 LED 렌즈를 구비한다.

한편, 상기 확산 플레이트, 산란 플레이트 및 LED 커버 중 적어도 하나 구성 요소의 표면에는 미세한 렌즈 배열체가 형성된다.

이때, 상기 렌즈 배열체는 그 표면이 오목렌즈일 수 있다.

선택적으로, 상기 렌즈 배열체는 그 표면이 볼록렌즈일 수도 있다.

선택적으로, 상기 렌즈 배열체는 그 표면이 경사각을 갖는 프리즘일 수도 있다.

이 경우, 상기 렌즈 배열체는 매트릭스 형식으로 배열된 렌즈의 집합체인 것이 바람직하다.

선택적으로, 상기 렌즈 배열체는 LED 패키지를 중심으로 원대칭으로 배열된 렌즈의 집합체일 수도 있다.

한편, 상기 확산 플레이트, 산란 플레이트, LED 커버 및 LED 렌즈 중 적어도 하나의 광학적 구성요소의 표면에는 요철이 형성되어 있다.

상기 요철은 샌드 블라스팅에 의해 형성될 수 있다.

다르게는, 상기 요철은 사출성형에 의해 형성될 수도 있다.

한편, 상기 산란 플레이트, LED 커버, LED 렌즈 및 LED 광캡슐부재 중 적어도 하나의 광학적 구성요소에는 이와 다른 굴절률을 갖는 광산란 입자가 포함된다.

상기 광산란 입자는 균산염, 티탄산염, 공기 기포 및 고분자 플라스틱으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어진다.

한편, 상기 산란 플레이트, LED 커버 및 LED 렌즈 중 적어도 하나의 광학적 구성요소의 하측표면에는 광반사체가 형성된다.

상기 광반사체는 그 표면에 광반사 시트가 부착되어 있는 것이 바람직하다.

선택적으로, 상기 광반사체는 그 표면에 광반사 코팅이 형성되어 있을 수도 있다.

여기서, 상기 광반사체는 돌출된 구조체인 것이 바람직하다. 그리고 돌출된 구조체의 구현은 일체형 또는 부착형으로 제작될 수 있다.

또한, 상기 광반사체는 주기적으로 배열된 것일 수 있다.

한편, 상기 확산 플레이트, 산란 플레이트 및 LED 커버 중 적어도 하나의 광학적 구성요소의 표면에는 이와 다른 굴절율을 갖는 페이스트가 형성되어 있다.

상기 페이스트는 스크린 인쇄법에 의해 형성된다.

또한, 상기 페이스트는 LED 패키지와 정렬되어 배치된다.

나아가, 상기 페이스트에는 광산란 입자가 포함되어 있는 것이 바람직하다.

한편, 상기 산란 플레이트 및 LED 커버 중 적어도 하나의 상측면에는 LED 광원으로부터 입사된 광을 측면 방향으로 진행경로 변경시키는 오목한 원뿔형상이 형성된다.

여기서, 상기 오목한 원뿔형상은 LED 패키지와 정렬되어 배치된다.

또한, 상기 산란 플레이트 및 LED 커버 중 적어도 하나의 하측면에는 측방향으로 진행경로가 변경된 빛을 산란시키는 산란 패턴 형상이 형성된다.

상기 하측면에서 LED 패키지와 정렬되는 부분에는 평탄면이 형성된다.

상기 산란 패턴 형상은 미세한 렌즈 배열체일 수 있다.

상기 산란 패턴 형상은 요철 형상일 수도 있다.

상기 산란 패턴 형상은 페이스트일 수도 있다.

여기서, 상기 페이스트에는 광산란 입자가 포함되어 있는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛을 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛의 단면을 부분적으로 도시한다. 따라서, 전체 백라이트 유닛에는 동일한 구조가 반복되어 형성된다.

도 2를 참조하면, 직하형 백라이트 유닛은 LED 패널(미도시)이 후방에 설치되어 패널에 빛을 조사하게 되는데, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛은, 기판(110)상에 설치되어 빛을 생성하는 복수개의 LED 패키지(130)와, 각각의 상기 LED 패키지(130) 위에 배치되어 LED 광원의 빛의 방출분포를 확장 또는 제어하는 LED 커버(118)와, 상기 LED 커버(118) 위에 배치되어 LED 패키지(130)에서 방출된 빛을 산란, 굴절, 반사시켜 광이동 거리를 증가시키고 광분포를 확장하고 제어하여 색혼합도와 휘도 균일도를 증가시키는 산란 플레이트(120)와, 상기 산란 플레이트 위에 배치되어 산란 플레이트(120)를 통과한 빛을 확산시키는 확산 플레이트(122)를 포함한다.

추가적으로 백라이트의 전면(빛의 출사면)에는 조사되는 빛의 광경로를 추가적으로 제어하기 위한 광학 시트가 적층된다. 이러한 광학 시트로서, 도 2에 도시돤 바와같이, 프리즘 형상의 패턴이 형성되어 광의 경로를 제어하는 프리즘 시트(124), BEF 시트(126), 그리고 빛을 확산시켜 빛의 균일성을 증진시키는 확산 시트(128)가 적층되는데, 적층 순서는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 각 시트는 선택적으로 사용되어질 수 있다.

한편, LED 패키지에서는 작동중에 열이 발생하게 되므로 발생된 열을 LED 패키지(130)가 설치된 기판(110)을 거쳐서 기판의 배면에 설치된 방열체(112)를 통해 소산되게 된다. 보다 높은 발열 효과를 얻기 위하여 상기 방열체(112)는 다수의 방열핀을 그 배면에 구비한다.

한편, 빛을 생성하는 LED 패키지(130)는 일정한 간격으로 기판(110)상에 설치되며, LED 패키지(130)간에는 충진재(114)가 형성되며, LED 구동과 관련한 전자요소(108)가 상기 충진재(114) 내부에 설치된다.

LED 패키지(130)에서 발생한 빛이 백라이트 유닛의 출사면 방향으로 조사되도록 하기 위하여 LED 패키지(130)를 둘러싸고 있는 충진재의 출사면 방향에는 빛을 반사할 수 있는 반사층(116)이 형성된다. 상기 반사층(116)은 빛을 출사면 방향으로 반사시키기 위하여 LED 패키지의 주변에서는 소정의 각으로 경사지게 배치된다. 여기서, 상기 LED 커버(118)는 반사층(116)에 걸쳐서 LED 패키지의 출사면 방향에 위치된다.

도 3은 도 2에 도시된 빛을 생성하는 LED 패키지의 사시 단면도이다. 도 3에서 LED 패키지(130)는 그 중앙부를 기준으로 세로 방향으로 절개되어 단면이 도시되고 있다. 도 3을 참고하면, 상기 LED 패키지(130)는 LED 광원(136)과 상기 LED 광원(136)을 싸서 보호하도록 충진되는 광투과성 소재의 광캡슐부재(134)와 빛의 방출 분포를 제어하는 LED 렌즈(132)를 구비한다.

LED 패키지 내부에서도 LED 광원(136)에서 발생한 열을 배출하기 위하여 LED 광원(136)은 히트싱크 슬러그(142)와 열적으로 접촉되어 있으며, LED 광원(136)은 LED 광원에서 발생한 빛을 소정의 방향으로 반사시키는 반사컵(140) 상에 Eoa납 연결부(138)에 의해 고정된다. 또한 LED 광원의 구동신호와 이에 소요되는 전원은 외부의 전원으로부터 캐소드 리드(146)를 통하여 와이어(144)를 통해 전달된다.

따라서, 전자요소(108)에 의해 제어되는 LED 패키지(130)의 LED 광원(136)에서 발생한 빛은 광캡슐부재(134)와 LED 렌즈(132)를 통과하여 LED 패키지를 출사하게 된다. 이 과정에서 광캡슐부재(134)와 LED 렌즈(132)를 통하여 1차적으로 빛의 경로를 제어할 수 있게 된다.

그런데 LED 패키지에서 출사된 빛이 바로 백라이트 유닛을 나와서 LCD 패널에 조사되지 않고 소정의 간격과 위치에 배치된 LED 패키지에서 발생된 빛이 균일하게 LCD 패널을 조사하도록 하기 위해서 빛의 광경로를 제어하는 단계를 거치게 된다. 아래에서는 LED 광원(136)에서 발생한 빛의 광경로를 제어하기 위한 다양한 실시예를 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백라이트 유닛 내부에 장착되는 광경로 제어를 위한 구성요소의 부분 확대 사시도이다. 도면에서 P는 광경로를 제어하는 광학적 구성요소를 통칭한다.

특히 도 4에서 도면부호 P로 도시된 광학적 구성요소는 확산 플레이트, 산란 플레이트, 및 LED 커버 중 적어도 하나의 구성요소이다. 도 4에서 도면부호 P로 표시된 광학적 구성요소는 반드시 육면체의 형상인 것은 아니며, 도면에서는 그 일부만을 도시하기 위하여 편의상 기본적으로 육면체인 것으로 도시하였다. 한편, 이러한 광학 구성요소의 표면에는 미세한 렌즈 배열체(140)가 형성된다.

즉, 도 2에 도시된 확산 플레이트(122), 산란 플레이트(120) 및 LED 커버(118) 중 적어도 하나의 구성요소의 상하측 표면, 또는 상측표면이나 하측표면에는 도 4와 같은 렌즈 배열체(140)가 형성된다.

도 5a 내지 도 5f는 이러한 렌즈 배열체 형상의 다양한 실시예를 도시한다. 즉, 도 5a 내지 도 5f에서 도면부호 P로 도시된 광학적 구성요소는 도 2에 도시된 확산 플레이트(122), 산란 플레이트(120) 및 LED 커버(118) 중 적어도 하나의 구성요소를 가리킨다. 도면에서 화살표와 L은 빛의 경로를 도시한다. 도 5a를 참조하면, 상기 렌즈 배열체는 그 상측 및 하측의 표면이 오목렌즈의 형상을 띠며, 상측과 하측의 오목렌즈는 서로 정렬되어 배치되어 있다. 따라서, 기판(110)상에 장착된 LED 패키지(130)에서 발생된 빛은 렌즈 배열체(140)에서 그 경로가 변경되게 된다.

도 5b를 참조하면, 도 5a와 마찬가지로 표면에 오목렌즈가 형성되어 있는 점은 유사하지만, 상측에 형성된 오목렌즈와 하측에 형성된 오목렌즈는 서로 어긋나게 형성되어 기판(110)상에서 고정된 LED 광원(136)에서 발생된 빛의 경로를 제어하게 된다.

도 5c를 참조하면, 광학적 구성요소(P)의 상측 및 하측에 형성된 렌즈 배열체는 그 표면이 소정의 경사각을 가지는 프리즘 형상으로 형성되어 기판(110)상에 설치된 LED 광원(136)에서 발생된 빛의 경로를 제어하게 된다.

도 5d를 참조하면, 광학적 구성요소(P)의 상측 표면에는 오목렌즈가 형상이 형성되어 있고, 광학 구성요소(P)의 하측의 표면에는 볼록렌즈 형상이 형성되어 있다. 또한 상기 볼록렌즈 형상과 오목렌즈 형상은 서로 정렬되어서 LED 광원에서 발생된 빛의 광경로를 제어하게 된다.

도 5e는 광학적 구성요소(P)의 표면에 형성된 렌즈 배열체의 형상이 도 5d의 경우의 정반대인 경우를 도시한다. 즉, 광학 구성요소(P)의 상측 표면에 볼록 렌즈가 형성되고, 하측 표면에 오목렌즈가 형성되어 양 렌즈 형상은 서로 정렬되어 있다.

도 5f는 광학적 구성요소(P)의 상측 표면과 하측 표면 모두에 볼록렌즈 형상이 형성되어 서로 정렬된 구조로서, 이를 통하여 LED 패키지(130)에서 발생된 빛의 광경로가 제어된다.

도 5a 내지 도 5f에서 도시된 바와 같이, 상기 렌즈 배열체(140)는 매트릭스 형식으로 배열된 렌즈의 집합체일 수도 있으며, 선택적으로, 상기 렌즈 배열체는 LED 패키지를 중심으로 원대칭으로 배열된 렌즈의 집합체일 수도 있다.

여기서, 렌즈 형상은 LED 패키지가 배치되는 위치에 따라 렌즈의 개수와 그 형상 및 크기가 조절될 수 있으며, 렌즈 배열체는 광학적 구성요소(P)의 단일면 또는 양면, 측면 중 적어도 하나의 표면에 형성된다.

또한 렌즈 배열체가 형성되는 광학적 구성요소(P)는 폴리 메틸 메타 아크릴레이트(PMMA), PC, 또는 유리와 같은 일반적인 광학 재료로 형성된다.

도 6에는 도 2 및 도 3에 도시된 백라이트 유닛에서 상기 확산 플레이트(122), 산란 플레이트(120), LED 커버(118) 및 LED 렌즈(132) 중 적어도 광학적 구 성요소의 표면이 거친 요철로 형성된 상태를 도시한다. 즉, 도 6에서 도면부호 P로 도시된 광학적 구성요소는 도 2 및 도 3에 도시된 확산 플레이트(122), 산란 플레이트(120), LED 커버(18) 및 LED 렌즈(132) 중 적어도 광학적 구성요소를 가리킨다. 도 6에 도시된 바와 같이, 광학적 구성요소(P)의 표면에는 요철(152)이 형성되어 LED 광원(136)에서 발생된 빛이 광학적 구성요소를 통과하면서 그 경로가 난반사되게 된다.

상기 요철(152)은 샌드 블라스팅 방법에 의해 형성되거나, 사출 성형시에 성형 몰드 자체에 요철이 있는 형상을 따라 형성될 수도 있다.

도 7은 도 2 및 도 3에 도시된 백라이트 유닛에서 상기 산란 플레이트(120), LED 커버(118), LED 렌즈(132) 및 광캡슐부재(134) 중 적어도 광학적 구성요소가 그 내부에 광산란 입자를 포함하는 실시예를 도시한다. 즉, 도 7에서 도면부호 P로 도시된 광학적 구성요소는 도 2 및 도 3에 도시된 산란 플레이트(120), LED 커버(118), LED 렌즈(132) 및 광캡슐부재(134) 중 적어도 광학적 구성요소를 가리킨다.여기서 광학적 구성요소(P)와 이에 포함된 광산란 입자(150)는 서로 다른 굴절율을 가진다. 따라서, LED 광원(136)에서 발생된 빛은 광학적 구성요소(P)를 통과하면서 광산란 입자(150)에 충돌하게 되어 빛의 진행 경로가 꺾이게 되어 빛의 진행 경로가 제어된다.

여기서, 상기 광산란 입자(150)는 SiO2와 같은 균산염(silicate), TiO2와 같은 티탄산염(titanate), 공기 기포(bubble) 및 고분자 플라스틱으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다. 또, 광학적 구성요소(P)의 재료는 PMMA, PC, 유리와 같은 일반적인 광학적 재료이거나 실리콘과 같은 광캡슐용 고분자 재료인 것이 바람직하다.

도 8은 도 2 및 도 3에 도시된 백라이트 유닛에서 상기 산란 플레이트(120), LED 커버(118) 및 LED 렌즈(132) 중 적어도 광학적 구성요소가 그 표면에 광반사체(152)를 구비한 실시예를 도시한다. 즉, 도 8에서 도면부호 P로 도시된 광학적 구성요소는 도 2 및 도 3에 도시된 산란 플레이트(120), LED 커버(118) 및 LED 렌즈(132) 적어도 광학적 구성요소를 가리킨다.

여기서, 광반사체(152)는 광학적 구성요소(P)의 하측표면에 형성되는 것이 바람직하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 광반사체(152)는 그 표면에 별도의 광반사 시트를 부착되거나 광반사 코팅을 형성하여 빛을 반사하게 할 수도 있다. 여기서 광반사체(152)는 도 8과 같이 광학적 구성요소로부터 돌출되는 구조체인 것이 바람직하지만 돌출되지 않고 반사층만 형성하여 반사체를 형성할 수도 있다. 한편, 상기 광반사체는 광학적 구성요소(P)의 표면에 주기적으로 배열된다.

도 8에 도시된 바와 같은 구조로 인하여, LED 광원(136)에서 발생된 빛은 광학적 구성요소(P)에 형성된 광반사체(152)에 의해 반사되어 빛의 진행경로가 변경되어 지게 된다.

한편, 도 9는 도 2 및 도 3에 도시된 백라이트 유닛에서 상기 확산 플레이트(122), 산란 플레이트(120), 및 LED 커버(18) 중 적어도 하나의 광학적 구성요소의 표면에 그 광학적 구성요소와 다른 굴절율을 갖는 잉크 페이스트(160)가 형성된 실 시예를 도시한다. 즉, 도 9에서 도면부호 P로 도시된 광학적 구성요소는 도 2 및 도 3에 도시된 확산 플레이트(122), 산란 플레이트(120) 및 LED 커버(118) 중 적어도 광학적 구성요소를 가리킨다.

여기서, 상기 확산 플레이트, 산란 플레이트 및 LED 커버 중 적어도 하나의 광학적 구성요소의 표면에 형성된 상기 페이스트(160)는 스크린 인쇄법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

또한 광학적 구성요소(P)의 표면, 특히 하측 표면에 형성된 다수의 페이스트패턴(160)은 LED 광원(136)을 포함하는 LED 패키지(130)와 정렬되어 배치되는 것이 바람직하다. 이로 인하여 LED 광원에서 발생되어 조사되는 빛은 그에 정렬된 페이스트 패턴(160)에서 굴절률의 차이로 인하여 광 경로가 변경되게 된다.

나아가, 상기 페이스트(160)에는 그 내부에 광산란 입자(150)가 포함될 수도 있다. 여기서 언급되는 광산란 입자(150)는 전술한 도 7에 도시된 실시예를 설명할 때 언급된 SiO2와 같은 균산염(silicate), TiO2와 같은 티탄산염(titanate), 공기 기포(bubble) 및 고분자 플라스틱으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.

도 11은 도 2 및 도 3에 도시된 백라이트 유닛에서 상기 산란 플레이트(120), LED 커버(118)중 적어도 광학구성요소가 상측면에 오목한 원뿔형상(153) 및 하측면에 산란 패턴 형상(154)이 형성된 실시예를 도시하며, 도 12a 및 12b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도 11의 오목한 원뿔형상(153) 및 산란 패턴 형상(154)이 상하측에 형성된 구성요소의 부분 사시도이다. 즉, 도 12a는 원뿔형 오목 형상(153)이 형성된 상측 사시도이며, 도 12b는 광산란 형상(154)이 형성된 하측 사시도이다.

즉 도 11에서 도면부호 P로 도시된 광학적 구성요소는 도 2 및 도 3에 도시된 백라이트 유닛에서 상기 산란 플레이트(120), LED 커버(118)중 적어도 광학구성요소를 가리킨다. 오목한 원뿔형상(153)은 LED 광원(136)로부터 입사된 광을 측면 방향으로 진행경로를 변경하게 되며, 산란 패턴 형상(154)은 이와 같이 측 방향으로 진행경로를 변경한 빛을 산란시켜 다시 상측 방향으로 광 진행경로를 변경하여 지게 된다.

여기서 오목한 원뿔형상(153) 및 산란 패턴 형상(154)이 형성되는 광학적 구성요소(P)는 폴리 메틸 메타 아크릴레이트(PMMA), PC, 또는 유리와 같은 일반적인 광학 재료로 형성된다.

여기서 상측면의 오목한 원뿔형상(153)은 LED(136)로부터 입사된 광이 임계값 이상의 입사각을 갖도록 하여 이곳을 통하여 투과하지 못하고 측면 방향으로 전반사가 일어나도록 형성되는 것이 바람직하다. 또는 오목한 원뿔형상(153) 표면에 광반사 코팅을 형성할 수 있다. 한편, 상기 오목한 원뿔형상(153)은 LED 광원(136)을 포함하는 LED 패키지(130)와 정렬되는 것이 바람직하다.

한편, 하측면은 LED 패키지(130)와 정렬되는 부분이 광입사의 효율성을 증대하기 위해 평탄면(157)을 갖도록 하는 것이 바람직하며, 또한 LED 패키지(130)와 바로 접촉하도록 하는 것이 바람직하다. 한편 LED 패키지(130)와 정렬, 접촉되지 않는 광학적 구성요소의 나머지 부분은 산란 패턴 형상(154)을 갖게 된다. 산란 패턴 형상(154)은 도 4 및 도 5의 렌즈 배열체로 형성될 수도 있으며, 도 6의 요철 형상으로 형성될 수도 있으며, 또한 도 9의 페이스트 인쇄패턴으로도 형성될 수 있다. 이 경우 상기 페이스트(160)에는 그 내부에 광산란 입자(150)가 포함될 수도 있다. 여기서 언급되는 광산란 입자(150)는 전술한 도 7에 도시된 실시예를 설명할 때 언급된 SiO2와 같은 균산염(silicate), TiO2와 같은 티탄산염(titanate), 공기 기포(bubble) 및 고분자 플라스틱으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, LED 광원에서 발생된 빛이 진행하는 경로에 빛의 진행 경로를 변경시켜 줄 수 있는 여러 가지 실시예의 구성을 가진 광학적 구성요소(P)를 배치함으로써 LED 패키지(130)가 배치된 지점에서만 휘도가 집중적으로 높게 되지 않고 빛의 경로가 여러 방향으로 분산되어 최종적으로 백라이트 유닛으로부터 출사되는 빛의 휘도 및 색재현성이 균일하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 구조의 직하형 백라이트 유닛에 의하면 아래와 같은 효과를 달성할 수 있다.

첫째, LED의 광경로 분포를 제어함으로써 백라이트 유닛을 박형으로 슬림하게 제조할 수 있다.

둘째, 백라이트에서 생성되는 빛의 휘도가 높으면서도 동시에 색상이 균일하게 되는 장점이 있다.

셋째, 적은 개수의 LED 패키지를 사용할 수 있으므로 이에 따라 소비전력이 절감되어 제조 원가를 낮출 수 있다.

넷째, LED를 광원으로 사용한다면 백라이트 유닛뿐만 아니라 모든 LED 조명기구에도 적용할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (30)

1. 기판상에 설치되어 빛을 생성하는 복수개의 LED 패키지;

   각각의 상기 LED 패키지 위에 배치되어 LED 광원의 빛의 방출분포를 확장 또는 제어하는 LED커버;

   상기 LED 커버 위에 배치되어 LED 패키지에서 방출된 빛을 산란, 굴절, 반사시켜 광이동 거리를 증가시키고 광분포를 확장하고 제어하여 색혼합도와 휘도 균일도를 증가시키는 산란 플레이트;

   상기 산란 플레이트 위에 배치되어 산란 플레이트를 통과한 빛을 확산시키는 확산 플레이트를 포함하는 백라이트 유닛.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 LED 패키지는 LED 광원과 상기 LED 광원을 싸서 보호하는 광캡슐부재와 빛의 방출 분포를 제어하는 LED 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 확산 플레이트, 산란 플레이트 및 LED 커버 중 적어도 하나의 표면에는 렌즈 배열체가 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 렌즈 배열체는 그 표면이 오목렌즈인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 렌즈 배열체는 그 표면이 볼록렌즈인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 렌즈 배열체는 그 표면이 경사각을 갖는 프리즘인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
7. 제 3 항에 있어서,

   상기 렌즈 배열체는 매트릭스 형식으로 배열된 렌즈의 집합체인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
8. 제 3 항에 있어서,

   상기 렌즈 배열체는 LED 패키지를 중심으로 원대칭으로 배열된 렌즈의 집합체인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
9. 제 2 항에 있어서,

   상기 확산 플레이트, 산란 플레이트, LED 커버 및 LED 렌즈 중 적어도 하나의 표면에는 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 요철은 샌드 블라스팅에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 요철은 사출성형에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
12. 제 2 항에 있어서,

    상기 산란 플레이트, LED 커버, LED 렌즈 및 LED 광캡슐부재 중 적어도 하나에는 이와 다른 굴절률을 갖는 광산란 입자가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 광산란 입자는 균산염, 티탄산염, 공기 기포 및 고분자 플라스틱으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
14. 제 2 항에 있어서,

    상기 산란 플레이트, LED 커버 및 LED 렌즈 중 적어도 하나의 하측표면에는 광반사체가 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 광반사체는 그 표면에 광반사 시트가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 광반사체는 그 표면에 광반사 코팅이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
17. 제 14 항에 있어서,

    상기 광반사체는 돌출된 구조체인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
18. 제 14 항에 있어서,

    상기 광반사체는 주기적으로 배열된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
19. 제 2 항에 있어서,

    상기 확산 플레이트, 산란 플레이트 및 LED 커버 중 적어도 하나의 표면에는 이와 다른 굴절율을 갖는 페이스트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 페이스트는 스크린 인쇄법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
21. 제 19 항에 있어서,

    상기 페이스트는 LED 패키지와 정렬되어 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
22. 제 19 항에 있어서,

    상기 페이스트에는 광산란 입자가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
23. 제 2 항에 있어서,

    상기 산란 플레이트 및 LED 커버 중 적어도 하나의 상측면에는 LED 광원으로부터 입사된 광을 측면 방향으로 진행경로 변경시키는 오목한 원뿔형상이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
24. 제 23항에 있어서,

    상기 오목한 원뿔형상은 LED 패키지와 정렬되어 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
25. 제 24 항에 있어서,

    상기 산란 플레이트 및 LED 커버 중 적어도 하나의 하측면에는 측방향으로 진행경로가 변경된 빛을 산란시키는 산란 패턴 형상이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
26. 제 25 항에 있어서,

    상기 하측면에서 LED 패키지와 정렬되는 부분에는 평탄면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
27. 제 25 항에 있어서,

    상기 산란 패턴 형상은 렌즈 배열체인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
28. 제 25 항에 있어서,

    상기 산란 패턴 형상은 요철 형상인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
29. 제 25 항에 있어서,

    상기 산란 패턴 형상은 페이스트 인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
30. 제 29 항에 있어서,

    상기 페이스트에는 광산란 입자가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.

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