KR100869076B1 - 엘이디 도트 매트릭스 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PCB; 레드, 그린, 블루 3종류의 LED 칩이 하나의 도트 구조로 조합되어 상기 PCB 상에 매트릭스화 된 다수의 발광수단; 상기 각각의 발광수단이 발광됨에 따라 발생되는 빛이 효율적으로 반사되어 방출되도록 내부에는 소정 기울기의 반사면을 갖는 다수의 광안내홀을 포함하여 상기 PCB 상면에 부착되는 반사판과; 상기 발광수단의 광반사율을 향상시키기 위하여 상기 광안내홀의 반사면과 발광수단의 주변에 코팅 또는 도금처리된 반사체 및; 상기 반사판의 광안내홀 내에 충진되는 열전도성 투명수지를 포함하여 구성됨으로써, 발광수단에서 발생되는 빛이 손실 없이 효율적으로 추출되기 때문에 고휘도 디스플레이 구현이 가능하게 되고, 발광수단에서 발생되는 열 또는 용이하게 방열시킬 수 있게 되는 등의 장점이 있다.

LED, 도트, 매트릭스 모듈, 반사, 방열

Description

엘이디 도트 매트릭스 모듈 {LIGHT EMITTING DIODE DOT MATRIX MODULE}

도 1은 종래의 LED 도트 매트릭스 모듈을 구비한 디스플레이 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 2 및 도 3은 종래의 LED 도트 매트릭스 모듈의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 LED 도트 매트릭스 모듈의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 LED 도트 매트릭스 모듈의 배열 구조를 나타낸 평면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 광안내홀의 반사면에 대한 경사 기울기를 나타낸 단면도로써, 도 6a는 도 5의 I-I선 단면도이고, 도 6b는 도 5의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 LED 도트 매트릭스 모듈의 내부 결합구조를 나타낸 단면도로써, 반사구조를 나타낸다.

도 8은 본 발명에 따른 LED 도트 매트릭스 모듈의 내부 결합구조를 나타낸 단면도로써, 방열구조를 나타낸다.

*도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명*

A - LED 도트 매트릭스 모듈 10 - PCB

11 - 발광수단 11a,11b,11c - LED 칩

12 - 관통홀 12a - 납땜

20 - 열전도 테이프 30 - 반사판

31 - 광안내홀 31a - 반사면

32 - 반사체 33 - 열전도 투명수지

본 발명은 LED 도트 매트릭스 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PCB에 설치된 발광수단의 발광에 따른 빛을 손실 없이 효율적으로 추출하여 고휘도 디스플레이 구현이 가능하고, 발광수단에서 발생되는 열 에너지의 방열을 용이하게 구현할 수 있는 LED 도트 매트릭스 모듈에 관한 것이다.

일반적인 디스플레이 장치는 도 1의 도시와 같이 다수의 LED(1a)들을 포함하는 LED 도트 매트릭스 모듈(1)들을 구비하고, 디스플레이 패널 크기 또는 해상도 등에 따라 다수의 LED 도트 매트릭스 모듈(1)들을 결합하여 다양한 영상 정보를 디스플레이한다.

이러한, LED 도트 매트릭스 모듈을 이용한 디스플레이 장치는 기존 LCD와 PDP에 비하여 아래와 같은 장점이 있기 때문에 현재는 대형 회의룸, 전시관, 영화관, 실내 체육관, 백화점, 공공장소, 호텔 등의 여러 분야에서 널리 사용되고 있다.

즉, LED 도트 매트릭스 모듈은 단위 면적당의 밝기가 1000NT 이상의 화면표출이 가능하지만, LCD와 PDP는 600NIT 이하로 한정되기 때문에 고휘도 영상 표출이 가능하다.

또한, LED 도트 매트릭스 모듈은 평균 5만 시간 이상의 수명, 지속적인 유지관리를 통하여 장기간의 사용이 가능하고, 내 환경성이 탁월하여 영하 30°~ 영상 60°온도에서도 구동이 가능하며, 높은 습도(RH 90%) 및 분진 상황에서도 신뢰성이 확보되지만, LCD와 PDP는 영하의 환경에서는 지속적인 사용이 불가능하게 된다.

또한, LED 도트 매트릭스 모듈은 LCD와 PDP보다 소비전력이 매우 적다는 장점이 있으며, 자체 발광하는 광원을 가지고 있어 선명성과 시인성이 탁월하며 가시각도도 좌우 각 80°정도로 사각지역이 없지만, LCD와 PDP의 경우에는 좌우 45°이상시 화면 밝기가 현저하게 떨어지게 되며 70°이상 벗어나면 화면인지가 어렵다.

도 2 및 도 3은 종래의 LED 도트 매트릭스 모듈의 구조를 개략적으로 도시한 단면도로서, 도 2는 LED 램프를 사용하는 방식이고, 도 3은 LED 칩을 사용하는 방식이다.

종래의 LED 도트 매트릭스 모듈은 도 2의 도시와 같이 LED 램프를 사용하거나, 도 3의 도시와 같이 SMD(Surface Mount Device) LED 칩을 사용하여 매트릭스 모듈을 구성한다.

도 2의 도시와 같이 LED 램프를 사용하는 경우는 LED 램프구조에 금속의 반사경(8)을 갖추고 있고, 상부가 렌즈형태(6)를 갖추어 빛의 전달에 효율적이고, 방열은 금속 반사경에 연결된 리드 프레임(7)을 통하여 수행한다. 그러나, LED 램프의 리드 프레임(7) 때문에 LED 기판(4) 하부에 여타의 회로 구동 칩 소자와 같은 IC 칩및 전자부품(3)을 효율적으로 부착시키지 못하므로 구조상 코넥터(5)와 별도의 드라이버부 기판(2)을 사용하여야 하는데 이 경우 LED(9)에서 발생하는 열의 방열을 효율적으로 할 수 없게 된다는 문제점이 있게 된다.

또한, 레드, 그린, 블루의 3종류 LED 를 사용하여 다양한 색상을 디스플레이해야 하지만 LED 램프의 제작 비용이 과다하게 들거나 구조상 매우 어렵게 된다는문제점이 있게 된다.

그리고, 도 2의 도시와 같이 SMD LED 칩을 사용하는 경우 표면 장착(Surface Mount)으로 효율적 방열구조를 가질 수 있고, 레드, 그린, 블루 3종류의 LED 칩을 도트화하여 다양한 색상의 디스플레이를 구현할 수 있지만, 구조적으로 반사경(8) 또는 반사면을 가질 수 없고, 상부가 렌즈형태(6)가 아니어서 LED빛을 효율적으로 방사시킬 수 없다는 문제점이 있게 된다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 PCB 상에 설치된 발광수단의 발광에 따른 빛을 손실 없이 효율적으로 추출하여 고휘도 디스플레이 구현이 가능하게 되는 LED 도트 매트릭스 모듈을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 발광수단에서 발생되는 열 에너지를 용이하게 방열시킬 수 있는 LED 도트 매트릭스 모듈을 제공함에 있다.

이러한, 본 발명은 PCB; 레드, 그린, 블루 3종류의 LED 칩이 하나의 도트 구조로 조합되어 상기 PCB 상에 매트릭스화 된 다수의 발광수단; 상기 각각의 발광수단이 발광됨에 따라 발생되는 빛이 효율적으로 반사되어 방출되도록 내부에는 소정 기울기의 반사면을 갖는 다수의 광안내홀을 포함하여 상기 PCB 상면에 부착되는 반사판과; 상기 발광수단의 광반사율을 향상시키기 위하여 상기 광안내홀의 반사면과 발광수단의 주변에 코팅 또는 도금처리된 반사체 및; 상기 반사판의 광안내홀 내에 충진되는 열전도성 투명수지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 LED 도트 매트릭스 모듈의 구성을 나타낸 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 LED 도트 매트릭스 모듈의 배열 구조를 나타낸 평면도이며, 도 6a는 도 5의 I-I선 단면도이고, 도 6b는 도 5의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 LED 도트 매트릭스 모듈의 내부 결합구조를 나타낸 단면도로써, 도 7은 반사구조를 나타내고, 도 8은 방열구조를 나타낸다.

도 4 내지 도 8의 도시와 같이 본 발명에 따른 LED 도트 매트릭스 모듈(A)은 크게 PCB(10)와, PCB(10) 상에 매트릭스의 배열 구조로 설치되는 다수의 발광수단(11)과, 발광수단(11)으로부터 발생되는 빛을 효율적으로 방출시킴은 물론 원활한 방열이 가능하도록 PCB(10) 상면에 설치되는 반사판(30)을 포함하여 구성된다.

먼저, 본 발명에 따른 LED 도트 매트릭스 모듈(A)은 LED가 칩 형태로 구성되어 PCB(10) 상에 장착되는 COB(Chip On Bord)방식을 이용하는 것으로, 레드(11a), 그린(11b), 블루(11c) 3종류의 LED 칩이 하나의 도트 구조로 조합된 발광수단(11)으로 구성되어 PCB(10) 상에 매트릭스 배열 구조로 설치됨으로써, 다양한 색상 또는 자연스러운 색상을 표현할 수 있게 된다.

이때, 발광수단(11)과 발광수단(11)의 도트 피치간격은 대략 3mm ~ 8mm 정도 범위 내의 길이를 갖는 것이 바람직하다,

본 발명에서는 발광수단(11)이 8×8, 즉 64개의 발광수단(11)이 PCB(10) 상에 매트릭스의 배열 구조로 설치된 매트릭스 모듈을 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 매트릭스 모듈은 16×16 일 수도 있으며, 디스플레이장치의 크기 또는 해상도 등에 따라 다양한 크기로 변형이 가능함은 물론이다.

또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 PCB(10)의 저면에는 외부로부터 영상 신호를 받아서 디스플레이하도록 하는 구동회로, 매트릭스 모듈 간의 데이터 전송을 위한 데이터 커넥터 및 전원 커넥터 등이 배치된다.

PCB(10)는 발광수단(11)을 구성하는 LED 칩(11a)(11b)(11c)이 설치되는 부위 에 관통홀(12)이 형성되고, 이 관통홀(12)은 납땜(12a)으로 마감하여 이 납땜(12a) 부위에 LED 칩(11a)(11b)(11c)이 설치되도록 하여 LED 칩(11a)(11b)(11c)에서 발생되는 열 에너지의 방열이 용이하게 되며, LED 칩(11a)(11b)(11c)의 전극은 골드 와이어(Gold-Wire)에 의해 외부단자와 연결된다.

반사판(30)은 열전도도가 탁월한 알루미늄(Al)의 재질을 갖는 평판형의 구조로 표면에는 상면에서 하면에 이르기까지 PCB(10)에 배열되어 있는 발광수단(11)의 수와 대응되는 위치에 터널 형태로 소정의 광안내홀(31)이 형성되어 열전도 테이프(20)에 의해 PCB(10)의 상면에 부착 설치된다.

광안내홀(31)은 반사판(30)의 상면에서 하면으로 갈수록 직경이 작아지도록 구성되어 둘레가 소정의 경사각을 갖는 반사면(31a)이 구비된다.

이러한, 반사면(31a)은 광안내홀(31)의 상면이 일정 직경을 갖는 정원(正圓)으로 형성되고, 하면이 상기 정원의 직경보다 작은 크기를 갖는 타원(楕圓)으로 형성되어 상기 정원과 타원의 연결부위 둘레가 비구면(非球面)을 형성하도록 함으로써, 발광수단(10)을 중심으로 양측면의 경사기울기가 상하면의 경사기울기에 비해 완만하게 구성된다.

즉, 일반적으로 빛의 방출에 의한 화면의 영상은 사람의 시야각을 기준으로 좌우 양측에서 방출되는 빛이 대부분을 결정하고, 상하에서 방출되는 빛은 보조적인 역할만을 수행하게 된다.

따라서, 도 6a에 도시된 양측 방향의 경사기울기가 도 6b에 도시된 상하방향의 경사기울기보다 완만하게 형성되어 방출되는 빛이 양측방향을 통해 더욱 많이 방출되도록 함으로써, 화면의 영상을 더욱 선명하고 뚜렷하게 디스플레이할 수 있게 된다.

이때, 광안내홀(31)의 하면 타원의 형상은 장축(L1)을 단축(L2)으로 나눈 값이 1.1 ~ 1.3 정도의 값을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 광안내홀(31)에 구비된 반사면(31a)과 발광수단(11)이 설치되는 부위 주변 PCB(10)에는 발광수단(11)에서 발생되는 빛의 광 반사율을 최대화하여 빛의 손실 없이 가능한 많은 량의 빛을 방출시킬 수 있도록 은(Ag) 재질을 갖는 반사체(32)가 코팅 또는 도금 처리된다.

또한, 광 안내홀(31)에는 발광수단(11)의 방수, 방습 등의 기능 수행은 물론, 발광수단(11)에서 발생되는 빛을 집속하는 렌즈의 역할을 수행할 수 있도록 하여 빛의 전달이 효과적으로 이루어지게 하기 위하여 열전도 투명수지(33)가 충진된다.

이러한, 열전도성 투명수지(33)는 광투과율과, 접착력 및, 열전도성이 탁월한 특수소재인 실리콘(Sillicon)으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 반사판(30)의 표면에는 광안내홀(31)을 제외한 부분의 비발광면에 발광수단(11)으로부터의 빛 방출시 화면 콘트라스트(Contrast)를 향상시킬 수 있도록 무광택의 흑착색 표면 처리된다.

한편, 일반적으로 LED에서 발광되는 발광에너지는 80% 정도가 열로 전환되고, 20% 내외의 광자만이 외부 빛으로 방출되기 때문에 가능한 많은 량의 빛을 손실 없이 방출시킬 수 있는 것이 중요하며, 또한 열로 전환된 에너지의 방열 또한 중요하다.

따라서, 도 7의 도시와 같이 발광수단(11)의 발광에 따른 빛 중 광안내홀(31)측으로 방출되는 빛은 곧바로 외부로 방출되고, 측면으로 방출되는 빛은 반사면(31a)에 코팅된 반사체(32)에 반사되어 외부로 방출되며, 하측으로 방출되는 빛 역시 반사체(31a)에 의해 반사되어 외부로 방출되기 때문에 발광수단(11)에서 발생되는 빛은 가능한 손실 없이 많은 량의 빛을 집속하여 외부로 방출시킬 수 있게 되므로 보다 선명하고 밝은 디스플레이의 구현이 가능하게 된다.

또한, 발광수단(11)의 발광에 따른 열 에너지는 LED 매트릭스 모듈(A)을 구성하는 각 구성품들이 모두 열전도도가 우수한 재질을 갖기 때문에 발광수단(11)에서 발생되는 열은 도 8의 도시와 같은 상태로 효율적으로 방열시킬 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 LED 도트 매트릭스 모듈에 의하면, 발광수단에서 발생되는 빛이 손실 없이 효율적으로 추출되기 때문에 고휘도 디스플레이 구현이 가능하게 되고, 발광수단에서 발생되는 열 또는 용이하게 방열시킬 수 있게 되는 등의 장점이 있다.

Claims (9)

1. PCB;

   레드, 그린, 블루 3종류의 LED 칩이 하나의 도트 구조로 조합되어 상기 PCB 상에 매트릭스화 된 다수의 발광수단;

   상기 발광수단의 발광에 따라 발생되는 빛이 효율적으로 반사 및 방출되도록 상면이 일정 직경의 정원으로 형성되고, 하면이 상기 정원보다 작은 크기를 갖는 타원으로 형성되어, 상기 상면과 하면이 연결되는 부분인 반사면이 비구면의 형태로 형성되는 다수의 광안내홀을 포함하여 상기 PCB 상면에 부착되는 반사판과;

   상기 발광수단의 광반사율을 향상시키기 위하여 상기 광안내홀의 반사면과 발광수단의 주변에 코팅 또는 도금 처리된 반사체 및;

   상기 반사판의 광안내홀 내에 충진되는 열전도성 투명수지를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 도트 매트릭스 모듈.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사면은,

   상기 발광수단을 중심으로 어느 양측 반사면의 기울기가 다른 양측 반사면의 기울기에 비해 완만하게 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 도트 매트릭스 모듈.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 광안내홀 하면에 형성된 타원은,

   장축을 단축으로 나눈 값이 1.1 ~ 1.3 정도의 값으로 형성되는 것을 특징으로 하는 LED 도트 매트릭스 모듈.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사체는,

   은(Ag)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 도트 매트릭스 모듈.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사판은,

   알루미늄(Al)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 도트 매트릭스 모듈.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 열전도성 투명수지는,

   실리콘인 것을 특징으로 하는 LED 도트 매트릭스 모듈.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사판의 표면에는 광안내홀을 제외한 부분의 비발광면에 무광택의 흑착색 표면처리되는 것을 특징으로 하는 LED 도트 매트릭스 모듈.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 발광수단을 구성하는 LED 칩이 설치되는 부분의 PCB에는 소정의 관통홀이 형성되고, 이 관통홀은 납땜 처리하여 마감하며, 각각의 LED 칩은 상기 납땜 부위에 설치되는 것을 특징으로 하는 LED 도트 매트릭스 모듈.

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