KR100993724B1 - 평면 조명 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은, 특히 평판 디스플레이 장치용 백라이트로서 사용되고 주로 수직 작업 위치에서 작동되는 평면 조명 유닛 내에서 환기 장치를 사용하지 않고 효과적으로 열을 방출하는 것이다. 상기 목적은 조명 유닛(1)의 발광측 반대편에 놓인 램프(3) 뒷면이 중공 박스(6)의 고열전도성 벽(5)에 열적으로 밀착하도록 배치됨으로써 달성되는데, 이때 상기 중공 박스(6)는 고열전도성 벽(5)에 평행한 뒷벽(8)을 가지며, 상기 뒷벽의 전체 면에 걸쳐서 개구들(9)이 분포되어 있다. 수직 작업 위치를 기준으로 상기 중공 박스의 상부 및 하부 측벽에는 각각 뒷벽(8)에 가까운 영역에 추가의 개구들(12, 13)이 배치되는 반면, 고열전도성 벽(5)에 가까운 나머지 영역에는 개구가 제공되지 않는다.

Description

평면 조명 유닛{FLAT LIGHTING UNIT}
본 발명은 특히 평판 디스플레이용 백라이트(back light)로 사용되는 평면 조명 유닛에 관한 것이다.
예컨대 액정 디스플레이와 같이 자체 발광을 하지 않는 평판 디스플레이는 최대한 평판형인 조명 유닛 형태의 백라이트를 필요로 한다. 평면 조명 유닛은 통상 평면 내에 분포된 다수의 램프, 보통 형광 램프, 특히 냉음극 형광램프(CCFL = Cold Cathode Fluorescent Lamp)를 포함하며, 상기 램프의 광은 도광(light guiding) 부재, 확산판(diffusing panel) 등에 의해 평면 위에 균일하게 분포된다. 이때 램프로부터 후방으로 방사된 광은 뒷면에 배치된 반사기에 의해 발광측 방향으로 반사된다. 특히 자연광에 적합한 평판 디스플레이는 조명 유닛의 높은 광도를 필요로 하기 때문에, 평면 조명 유닛의 컴팩트한 구조의 관점에서 효과적으로 방출되어야 하는 높은 손실열이 발생한다. 또한, 온도 의존적이며 특정 작업 온도에서 최대가 되는 휘도를 가진 형광 램프의 경우, 광효율이 최대로 높을 때 발광측의 면에 걸쳐서 균일한 휘도를 달성하기 위해서는, 모든 램프의 작업 온도가 최대한 일정하고 균일해야 한다.
본 발명의 목적은, 광효율이 높고 휘도 분포가 균일한 평면 조명 유닛에서 예컨대 환풍 팬과 같은 수단을 사용하지 않고도 효과적인 열 방출을 달성하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 주로 수직 작업 위치에서 작동되고 특히 평판 디스플레이의 백라이트로서 사용되는 평면 조명 유닛에 의해 달성되며, 상기 조명 유닛의 발광측 반대편에 놓인 램프 뒷면이 중공 박스의 고열전도성 벽에 열적으로 밀착하도록 배치되고, 상기 중공 박스는 고열전도성 벽에 평행한 뒷벽을 가지며, 상기 뒷벽의 전체 면에 걸쳐서 개구들이 분포되고, 수직 작업 위치를 기준으로 상기 중공 박스의 상부 및 하부 측벽에는 각각 뒷벽에 가까운 영역에 추가의 개구들이 배치되는 반면, 고열전도성 벽에 가까운 나머지 영역에는 개구가 제공되지 않는다.
램프가 열적으로 밀착해 있는, 열전도성이 좋은 벽을 통해 램프들 간의 온도 평형이 달성됨에 따라, 상기 모든 램프가 거의 동일한 작업 온도를 가짐으로써 상이한 밝기로 조명되는 현상이 나타나지 않는다. 이때 램프들은 바람직하게 반사층을 사이에 두고 고열전도성 벽에 접하며, 상기 반사층은 벽의 코팅층으로서 또는 별도의 박막으로서 형성될 수 있다.
램프에 의해 가열된 고열전도성 벽은 중공 박스 내부로 열을 방출(발산)하여, 그 안에 존재하는 공기를 가열시킨다. 이때 고열전도성 벽에 의한 최대한 효과적인 열 방출을 달성하기 위해, 상기 벽의 중공 박스 내부 쪽 측면이 검은색인 것이 바람직하다.
중공 박스 내에서 가열된 공기는, 굴뚝에서처럼, 중공 박스의 상부 측벽에 있는 개구들을 통해 배출되고, 이때 하부 측벽의 개구들을 통해서는 외부로부터 공기가 유입된다. 상부 및 하부 측벽의 개구들은 뒷벽에 가까운 영역에만 형성되기 때문에, 굴뚝 효과에 의해 상부로 운반된 공기는 중공 박스의 뒷벽을 타고 흐른다. 이때 뒷벽에 배치된 개구들은, 공기 흐름이 층을 형성하며 뒷벽의 경계면에서 0이 되는 것을 막는다. 그 대신, 개구들의 에지부에 자체적으로 환풍기와 같이 작용하는 공기 와류가 형성된다. 즉, 뒷벽과의 경계면에서의 공기 흐름이 0이 아니므로, 여기서도 뒷벽을 통한 열 방출이 이루어진다. 중공 박스의 뒷벽에는 상기 개구들에 추가로, 상기 중공 박스 내부로 돌출하며 역시 공기 와류 형성에 기여하는 돌출부들이 제공될 수 있다. 램프의 손실열이 많이 발생할수록, 그리고 이때 고열전도성 벽이 뜨거울수록, 굴뚝 효과가 더 커짐으로써 열 방출도 더 많아지며, 그 결과 램프 온도가 거의 일정하게 조절된다.
굴뚝 효과를 높이기 위해서는, 뒷벽의 모든 개구들의 전체 면적이 뒷벽의 나머지 면적보다 작은 것이 바람직하다. 뒷벽 및 상부/하부 측벽에 바람직하게 수직 정렬된 슬롯으로 형성되는 개구는, 뒷벽과 상부/하부 측벽이 서로 직접 닿는 지점에서 서로 합쳐진다. 즉, 상기 지점에 있는 개구의 일부분은 뒷벽에, 그리고 다른 일부분은 각각의 측벽에 놓이게 된다.
또한, 중공 박스는 바람직하게 두 부분으로 형성되는데, 이때 중공 박스의 고열전도성 벽이 일부분을, 그리고 나머지 벽들이 다른 일부분을 형성하며, 상기 나머지 벽들은 비교적 열전도성이 낮은 재료로 제조된다. 즉, 예컨대 열전도성이 좋은 벽은 구리나 알루미늄으로 제조될 수 있고, 나머지 벽들은 특수강으로 제조될 수 있다. 그럼으로써 뒷벽의 온도가 고열전도성 벽의 온도보다 더 낮아지기 때문에 상기 두 벽 사이에 온도차가 형성되며, 그러한 온도차는 공기가 상승하면서 점차 가열됨에 따라 밑에서 위로 갈수록 감소하고, 굴뚝 효과는 증대된다. 따라서 상기 두 벽 사이의 간격이 매우 좁을 수 있는 반면에, 그로 인해 굴뚝이 막히는 현상은 일어나지 않는다.
램프로서, 상대적으로 주파수가 높은, 예컨대 100kHz의 교류 전압에 의해 트리거링되는 형광 램프가 사용되는 경우, 일반적으로 금속으로 제조되며 램프가 열적으로 밀착 배치되는, 중공 박스의 열전도성이 높은 벽과 상기 램프 사이에 형성되는 기생 커패시턴스에 주의해야 하며, 상기 기생 커패시턴스는 램프로부터 상당량의 트리거 출력을 흡수한다. 그러므로 지금까지 형광 램프가 전류 제한(current limiting) 안정기 커패시터에 의해 하이 임피던스(high impedance)로 점화된 것과 달리, 상기 형광 램프는 바람직하게 출력 임피던스가 낮은 구동 회로에 접속된다. 이를 위해, 바람직하게는 형광 램프가 직접, 즉 안정기 커패시터를 통하지 않고 구동 회로의 유도성 출력 변압기(inductive output transformer)에 접속되고, 이때 상기 출력 변압기는 상기 출력 변압기에 의해 변환되는 에너지를 제한하기 위한 수단을 갖는다.
본 발명은 하기에서 도면을 참고로 더 상세히 설명된다.
도 1은 평판 디스플레이와 연결된 본 발명에 따른 조명 유닛의 한 실시예의 횡단면도이다.
도 2는 상기 조명 유닛의 뒷면을 도시한 도면이다.
도 3은 상기 조명 유닛에 사용된 램프들의 점화에 대한 한 예를 도시한 도면이다.
도 1에는 평판 디스플레이(2)(여기서는 액정 디스플레이)의 백라이트로 사용되는 평면 조명 유닛(1)이 개략적으로 도시되어 있다. 상기 조명 유닛(1) 및 평판 디스플레이(2)는 본 도면에 도시된 것처럼 실질적으로(대부분) 수직 작업 위치에서 작동된다. 조명 유닛(1)의 발광측에는 하나의 평면 위에 서로 평행하게 분포된 다수의 램프(3)(여기서는 냉음극 형광램프)가 제공되며, 상기 램프들은 뒷면이 반사층(4)을 사이에 두고 중공 박스(6)의 고열전도성 벽(5)에 열적으로 밀착되도록 배치된다. 상기 중공 박스(6)의 후면이 도 2에 도시되어 있다. 열전도성이 높은 벽(5)은 두 부분으로 구성된 중공 박스(6)의 일부분을 형성하고, 비교적 두꺼운 알루미늄판으로 제조되며, 상기 벽(5)의 중공 박스(6) 내부 쪽 측면(7)은 검은색으로 착색되거나 코팅된다. 중공 박스(6)의 다른 일부분은 비교적 열전도성이 낮은 재료(여기서는 특수강)로 제조되고, 상기 고열전도성 벽(5)에 평행한 뒷벽(8) 및 상기 두 벽(5, 8) 사이에 놓이는 측벽들을 갖는다. 뒷벽(8)에는 개구들(9)이 형성되고, 상부 측벽(10) 및 하부 측벽(11)에는 추가의 개구들(12, 13)이 형성되며, 이때 상기 추가 개구들(12, 13)은 측벽(10, 11)에서 뒷벽(8)에 가까운 영역에만 제공된다. 본 도면에서 뒷벽(8)에 수직 슬롯의 형태로 형성된 개구들(9)의 전체 면적이 뒷벽(8)의 나머지 면적보다 작다. 뒷벽(8)과 상부/하부 측벽(10, 11)이 서로 맞닿은 지점에는 뒷벽(8)의 개구들(9) 및 관련 측벽(10, 11)의 추가 개구들(12, 13)이 서로 합쳐지도록 형성된다. 즉, 상기 지점에 있는 개구는 일부분은 뒷벽에, 그리고 다른 일부분은 각각의 측벽(10, 11)에 놓이게 된다. 뒷벽(8)은 상기 개구들(9)에 추가로, 본 도면에서 "14"로 표시된, 중공 박스(6) 내부로 돌출되는 돌출부를 가질 수 있다. 이러한 돌출부(14)는 예컨대 개구(9)의 가장자리를 중공 박스(6) 내부로 구부려 올리는 방식으로 형성될 수 있다.
열전도성이 높은 벽(5)은 램프들(3) 간의 온도 평형을 위해 사용되며, 램프들(3)에서 발생한 손실열을 검은색 면(7)을 통해 중공 박스(6)의 내부로 방출한다. 그 결과, 중공 박스(6) 내에 있던 공기가 가열되고, 상기 공기는 상부 및 하부 측벽(10, 11)의 개구들(12, 13)이 뒷벽 가까이에 배치되어 있기 때문에 뒷벽(8)을 따라 상승한다. 가열된 공기가 상부 측벽(10)의 추가 개구들(12)을 통해 중공 박스(6)로부터 벗어나는 반면, 하부 측벽(11)의 추가 개구들(13)을 통해서는 외부로부터 공기가 유입된다. 뒷벽(8)의 개구들(9) 때문에 상기 뒷벽을 따라 유동하는 공기 흐름(15)이 층류가 되지 않고 와류가 되며, 이는 뒷벽(8)과 가열된 공기 간의 열 전달을 개선시킨다.
도 3에는 냉음극 형광램프(3)의 트리거링이 개략적으로 도시되어 있다. 개별 램프(3)의 예에 도시된 것처럼, 상기 램프는 안정기 커패시터를 통하지 않고 직접 구동 회로(17)의 유도성 출력 변압기(16)에 접속된다. 그로 인해 램프(3)의 점화가 약 10 옴 크기의 저 저항(low resistance)에서 이루어짐에 따라, 램프(3)와 열전도성이 높은 벽(5) 사이에 기생 커패시턴스(18)가 작용하지 않게 된다. 전류 제한을 위해 출력 변압기(16)가 약계자(field weakening) 수단을 갖는다. 출력 변압기(16)로는 예컨대 누설 변압기(leakage transformer) 또는 DE 195 33 323 A1으로부터 공지된 변압기가 사용된다.

Claims (12)

  1. 수직 작업 위치에서 작동되는 평면 조명 유닛으로서,
    램프들(3) ― 상기 평면 조명 유닛의 발광측 반대편에 놓인 상기 램프들(3)의 뒷면은 중공 박스(6)의 고열전도성 벽(5)에 열적으로 밀착하도록 배치됨 ― 을 구비하고, 상기 중공 박스(6)는 상기 고열전도성 벽(5)에 평행한 뒷벽(8)을 가지며, 상기 뒷벽(8)의 전체 면에 걸쳐서 개구들(9)이 분포되고, 상기 수직 작업 위치를 기준으로 상기 중공 박스의 상부 및 하부 측벽(10, 11)에는 각각 상기 뒷벽(8)에 가까운 영역에 추가의 개구들(12, 13)이 배치되는 반면, 상기 고열전도성 벽(5)에 가까운 나머지 영역에는 개구가 제공되지 않는,
    평면 조명 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 램프들(3)은 반사층(4)을 사이에 두고 상기 고열전도성 벽(5)에 접하는,
    평면 조명 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고열전도성 벽(5)의 중공 박스(6) 내부 쪽 측면이 검은색인,
    평면 조명 유닛.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중공 박스(6)의 뒷벽(8)이 상기 중공 박스 내부로 돌출하는 돌출부들(14)을 갖는,
    평면 조명 유닛.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 뒷벽(8)의 모든 개구들(9)의 전체 면적이 상기 뒷벽(8)의 나머지 면적보다 작은,
    평면 조명 유닛.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중공 박스(6)의 벽들(8, 10, 11)에 제공된 개구들(9, 12, 13)이 슬롯으로 형성되는,
    평면 조명 유닛.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 뒷벽(8)과 상기 상부 및 하부 측벽(10, 11)이 서로 직접 인접하고, 상기 인접 지점에 놓인 상기 뒷벽(8) 및 상기 상/하부 측벽(10, 11)의 개구들(9, 12, 13)이 서로 합쳐지는,
    평면 조명 유닛.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 중공 박스(6)는 두 부분으로 형성되고, 상기 중공 박스(6)의 고열전도성 벽(5)이 일부분을, 그리고 나머지 벽들(8, 10, 11)이 다른 일부분을 형성하며, 상기 나머지 벽들은 열전도성이 낮은 재료로 제조되는,
    평면 조명 유닛.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 램프들(3)로서 형광램프가 사용되고, 상기 형광 램프는 출력 임피던스가 낮은 구동 회로(17)에 접속되는,
    평면 조명 유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 형광 램프(3)는 직접 구동 회로의 유도성 출력 변압기(inductive output transformer)(16)에 접속되고, 상기 유도성 출력 변압기(16)는 상기 유도성 출력 변압기(16)에 의해 변환되는 에너지를 제한하기 위한 수단을 갖는,
    평면 조명 유닛.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 평면 조명 유닛은 평판 디스플레이(2)용 백라이트로서 이용되는,
    평면 조명 유닛.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 슬롯들은 수직으로 정렬되는,
    평면 조명 유닛.
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