KR101221292B1 - 발광 다이오드 클러스터 및 이를 이용한 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 다이오드 클러스터 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것이다.

본 발명에 의한 발광 다이오드 클러스터는 광투과형의 하우징과, 하우징 내부에 형성된 공기층과, 공기층 내부에 정열된 수 개의 발광 다이오드를 구비한다.

Description

발광 다이오드 클러스터 및 이를 이용한 백라이트 유닛{Light Emitting Diode Cluster and Backlight Unit using the same}

도 1은 종래의 발광 다이오드를 이용한 백라이트 유닛.

도 2는 종래의 발광 다이오드 광학 보상 구조

도 3은 본 발명에 의한 백라이트 유닛을 나타내는 사시도.

도 4a 및 4b는 제1 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터를 나타내는 사시도 및 정면도.

도 5는 제1 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터를 경유한 빛의 광경로를 나타내는 모식도.

도 6은 제1 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터를 경유한 빛의 광경로 시뮬레이션을 나타내는 도면.

도 7a 및 7b는 제2 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터를 나타내는 사시도 및 정면도.

도 8은 제2 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터를 경유한 빛의 광경로 시뮬레이션을 나타내는 도면.

도 9a 및 9b는 제2 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터를 나타내는 사시 도 및 정면도.

도 10은 제3 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터를 경유한 빛의 광경로 시뮬레이션을 나타내는 도면.

< 주요 도면 부호에 대한 설명 >

2,12,32,52 : 베이스 기판 28,48,68 : 발광 다이오드

22,42,62 : 하우징

본 발명은 발광 다이오드 클러스터 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것으로, 특히 색혼합을 고르게 하고, 휘도를 균일하게 발산하는 발광 다이오드 클러스터 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것이다.

현재 시각 정보 전달매체로서의 표시장치는 음극선관(Cathode Ray Tube)을 이용한 것이 주류를 이루고 있지만, 무게와 부피가 큰 단점을 가지고 있다. 이러한 음극선관의 단점을 극복하기 위해 평판표시장치(Flat Panel Display)의 사용이 증가하고 있고, 그 중에서 액정표시장치(Liquid Crystal Display ; 이하 "LCD"라 함)는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 장점으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있다. 이러한 LCD는 매트릭스 형태로 배열되어진 다수의 제어용 스위치들에 인가되는 영상신호에 따라 광빔의 투과량이 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시한다. 즉, 패널 내부에 있는 액정의 편향 정도로 광의 투과량을 조절하여 계조표현을 하는 것으로 자발광 표시장치가 아니기 때문에 백라이트(Back Light)와 같은 광원이 필요하다.

백라이트 유닛에 사용되는 광원은 형광램프 및 발광다이오드를 이용할 수 있다. 이 중 발광다이오드는 소비전력이 적게 드는 장점으로 인해 백라이트의 광원으로 이용되는 것이 확대되고 있다.

도 1은 종래의 발광 다이오드를 이용한 직하형의 백라이트 유닛을 개략적으로 나타내는 도면이다. 발광 다이오드를 이용한 직하형의 백라이트 유닛은 도면에서 보는 것처럼 베이스 기판(2)에 수 개의 발광 다이오드(6)가 일정한 간격으로 배열된 형태를 나타낸다. 이때 발광 다이오드는 점광원이라는 특성으로 인해 패널로 고른 휘도의 빛을 공급하기에 난점이 있어서, 광원이 위치한 곳과 그렇지 않은 곳의 휘도 불균일의 문제점이 나타난다.

이런 문제점을 해결하기 위한 방안의 한 가지로 도 2에 표현된 것처럼 발광 다이오드의 외관에 빛을 분산하기 위한 광학 보상 구조(4)를 형성하기도 한다.

이러한 광학 보상 구조(4)는 휘도 불균일의 문제점을 어느 정도 개선하기는 하지만 발광 다이오드 각각에 개별적인 구조물을 형성하여야 하는 이유로 인해 제조비용을 증가시키는 단점을 가지고 있다.

휘도 개선 문제를 해결하는 과정에서 제조비용을 줄이기 위한 방안으로 발광 다이오드를 수 개씩 묶어서 광학 보상 구조를 택하는 클러스터 구조의 백라이트 유 닛이 제안된 바 있지만, 종래의 클러스터 구조에서는 휘도 불균일의 문제를 완전히 해소하기가 쉽지 않았다. 특히, 종래에는 발광 다이오드 클러스트는 클러스터 내부에서 삼원색의 발광 다이오드에서 발산되는 빛이 고르게 색혼합이 이루어지지 않는 단점이 나타난다.

따라서, 본 발명의 목적은 색혼합을 원활히 하고, 패널에 휘도가 고른 빛을 공급할 수 있는 발광다이오드를 이용한 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 발광 다이오드 클러스터는 광투과형의 하우징과, 하우징 내부에 형성된 공기층과, 공기층 내부에 정열된 수 개의 발광 다이오드를 구비한다.

하우징은 반원통형으로 형성될 수 있다.

또는 밑면과 평행인 평행부와, 평행부에서 밑면으로 라운드 형상을 가지는 곡선부를 포함하는 형태일 수도 있다.

그리고 하우징은 외벽의 표면에 광산란 패턴이 형성될 수도 있다.

본 발명에 의한 백라이트 유닛은 베이스 기판과, 베이스 기판 위에 수 개 이상 형성되고, 광투과형의 하우징 내부의 공기층에 발광 다이오드가 형성된 클러스터를 구비한다.

베이스 기판은 클러스터가 형성된 면이 빛 반사면이 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하 도 3 내지 도 10을 통하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛을 나타내는 도면이다.

도 3에서 표현된 패널(10)은 액정이 배향되어 있어서, 패널(10)로 입사되는 빛의 투과정도를 조절하여 원하는 화상을 표현한다.

패널(10)에 빛을 공급하기 위한 백라이트 유닛은 베이스 기판(12)에 형성된 다수의 발광 다이오드 클러스터(20)를 포함한다.

발광 다이오드 클러스터(20)는 베이스 기판(12)에 정렬된다. 발광 다이오드 클러스터(20)의 수는 발광 다이오드 클러스터(20)내에 포함하고 있는 발광 다이오드의 수 및 패널의 사이즈에 따라 달라진다. 그리고, 패널에 휘도가 고른 빛을 공급하기 위해 발광 다이오드 클러스터(20)는 균일한 간격을 두고 정렬되는 것이 바람직하다.

발광 다이오드 클러스터의 몇 가지 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 제1 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터를 나타내는 사시도 및 단면도이다.

도 4a 및 4b를 참조하면, 발광 다이오드 클러스터(20)는 광투과형의 하우 징(22)과, 하우징(22) 내부에 형성된 공기층(24)과, 공기층(24) 내부에 정열된 수 개의 발광 다이오드(28)를 구비한다.

발광 다이오드(28)는 백색광을 발산하는 발광 다이오드를 사용하거나, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 빛을 발산하는 발광 다이오드를 각각 적어도 하나씩 사용한다.

하우징(22)은 광투과형의 물질을 사용한다. 하우징(22)은 베이스 기판(12)에서 반원통형으로 형성된다. 즉, 베이스 기판(12)에 정면이 반원형이고 측면이 직사각형인 반원기둥 형태로 형성된다. 그리고, 하우징(22)의 내부에는 공기층(24)이 형성된다.

베이스 기판(12)은 발광 다이오드(28)에서 발산하는 빛 및 하우징(22)을 투과한 빛의 효율을 높이기 위해 빛을 반사할 수 있는 재질을 사용한다.

제1 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터에 의해 광이 발산되는 경로를 모식화하면 도 5와 같다.

①과 같이 패널에 수직으로 입사하는 빛은 하우징(22)을 통과하는 과정에서 빛의 굴절이 없이 수직으로 진행한다.

일반적인 빛의 진행방향은 ②와 같이 발광 다이오드(28)에서 조사되는 빛은 공기층(24)을 경유하여 하우징(22)으로 입사되는 과정에서 매질의 차이에 의해 1차 굴절을 하고, 다시 하우징(22)을 투과하는 과정에서 하우징(22)과 공기와의 매질의 차이에 의해 2차 굴절을 한다.

그리고, ③과 같이 패널의 반대면인 베이스 기판(12)으로 조사되는 빛은 베 이스 기판(12)에서 반사되어, ②와 같이 하우징(22)을 입사하고 투과하는 과정에서 두 번의 굴절을 한 후 패널 방향으로 조사된다.

이러한 제1 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터(20)에 의한 광경로는 시뮬레이션 결과를 나타내는 도 6에서 확인할 수 있다.

이처럼 본 발명에 의한 발광 다이오드 클러스터에 의하면 빛은 하우징을 투과하는 과정에서 굴절을 하면서 넓게 확산된다. 이에 따라, 패널로 휘도가 고른 빛을 조사할 수 있다. 특히, 본 발명에 의한 발광 다이오드 클러스터(20)는 백색광이 아닌 삼원색의 빛을 내는 각각의 발광 다이오드(28)를 사용할 경우에도 하우징(22)내의 공기층(24)을 포함하고 있어서, 공기층(24) 내에서 삼원색의 빛을 고르게 혼합할 수 있기 때문에 색순도를 높일 수 있다.

도 7a 및 7b는 본 발명의 제2 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터(40)를 나타내는 사시도 및 단면도이다.

도 7a 및 7b를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터(40)는 광투과형의 하우징(42)과, 하우징(42) 내부에 형성된 공기층(44)과, 공기층(44) 내부에 정열된 수 개의 발광 다이오드(48)를 구비한다.

발광 다이오드(48)는 백색광을 발산하는 발광 다이오드를 사용하거나, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 빛을 발산하는 발광 다이오드를 각각 적어도 하나씩 사용한다.

하우징(42)은 광투과형의 물질을 사용한다. 하우징(42)은 터널형태에서 상층부의 곡률이 제거되어 평평한 수평부(P)를 포함하는 형상을 가진다. 이러한 발 광 다이오드 클러스터(40)는 발광 다이오드(48)에서 발산하는 빛이 하우징(42)을 투과하는 과정에서 두 번의 굴절이 일어나도록 하여 빛을 넓게 확산시킨다. 특히, 제2 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터(40)는 상층에서 곡률이 제거된 형상을 가지는 하우징(42)을 포함하여 도 8의 시뮬레이션 결과에서 알수 있듯이 광을 더욱 효율적으로 분산시킨다.

도 9a 및 도 9b는 본 발명의 제3 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터를 나타내는 사시도 및 단면도이다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터는 광투과형의 하우징(62)과, 하우징(62) 내부에 형성된 공기층(64)과, 공기층(64) 내부에 정열된 수 개의 발광 다이오드(68)를 구비한다.

발광 다이오드(68)는 백색광을 발산하는 발광 다이오드를 사용하거나, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 빛을 발산하는 발광 다이오드를 각각 적어도 하나씩 사용한다.

하우징(62)은 광투과형의 물질을 사용한다. 하우징(62)은 터널형태에서 상층부의 곡률이 제거되어 평평한 수평부(P)를 포함하는 형상을 가지고, 표면에는 광산란 패턴이 형성된다. 광산란 패턴은 표면에 거칠기(haze) 처리를 통하여 형성할 수 있다. 이러한 발광 다이오드 클러스터(60)는 발광 다이오드(68)에서 발산하는 빛이 하우징(62)을 투과하는 과정에서 두 번의 굴절이 일어나도록 하여 빛을 넓게 확산시킨다. 특히, 본 발명의 제3 실시예에 의한 발광 다이오드 클러스터(60)는 하우징(62)의 내벽 및 외벽에 거칠기 처리를 하여 광이 더욱 효율적으로 분산된다.

이러한 효과는 발광 다이오드 클러스터(60)를 경유하는 광 경로를 나타내는 시뮬레이션 결과인 도 10을 보아도 잘 알 수 있다.

본 발명의 실시예는 전술한 실시예 이외에도 다양한 형태로 구현될 수 있다. 하우징은 터널형이 아니라 내부에 공기층을 포함하는 반구형으로 형성될 수도 있고, 기타 다른 형태로 형성될 수 있다.

또한, 제3 실시예의 거칠기 처리는 하우징의 상층부의 곡률이 제거된 형상의 표면에 형성될 수도 있고, 다른 형태의 하우징에서 이용될 수 있음은 자명하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 발광 다이오드 클러스터 및 이를 이용한 백라이트에 의하면 점광원인 발광 다이오드에서 방출하는 빛을 패널에 고르게 입사시킬 수 있다. 이에 따라 휘도 불균일에 의한 표시면의 화상 저하를 방지할 수 있다.

이러한 발광 다이오드 클러스터 및 이를 이용한 백라이트는 발광 다이오드 각각에 구조물을 형성하는 것이 아니기 때문에, 발광 다이오드에 개별적으로 구조물을 형성하기 위해 필요한 제조비용을 줄일 수 있다.

특히, 본 발명에 의한 발광 다이오드 클러스터는 하우징 내부에 공기층을 포함하고 있어서 빛이 고르게 확산하고, 삼원색의 발광 다이오드를 사용할 경우 빛이 혼합할 수 있는 충분한 공간을 확보하여 백색광을 생성하는데 유리하므로 색순도를 높일 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (6)

1. 광투과형의 하우징;

   상기 하우징 내부에 형성된 공기층;

   상기 공기층 내부에 정열된 수 개의 발광 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 클러스터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징은 반원통형인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 클러스터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 하우징의 밑면과 평행인 평행부와;

   상기 평행부에서 밑면으로 라운드 형태로 형성된 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 클러스터.
4. 제 2 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 하우징은 내벽 및 외벽 중 적어도 어느 하나의 표면에는 광산란 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 클러스터.
5. 베이스 기판;

   상기 베이스 기판 위에 수 개 이상 형성되고, 광투과형의 하우징 내부의 공기층에 발광 다이오드가 형성된 클러스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 베이스 기판은 상기 클러스터가 형성된 면이 빛 반사면인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.

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