KR101331904B1 - 발광소자(ｌｅｄ) 어레이 및 이를 이용한 백라이트유닛 - Google Patents

발광소자(ｌｅｄ) 어레이 및 이를 이용한 백라이트유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광소자(LED) 어레이 및 이를 이용한 백라이트유닛에 관한 것으로, 본 발명에 따른 발광소자 어레이 및 이를 이용한 백라이트유닛은 서로 일정 간격으로 적어도 하나 이상의 열로 배치되는 복수개의 발광소자; 상기 복수개의 발광소자와 인접된 위치에 배치되고 발광소자로부터 방출되는 광의 진행방향을 제어하는 광가이드부재; 상기 광가이드부재 일측에 배치되는 도광판; 상기 도광판상에 배치되는 광학시트; 상기 발광소자, 광가이드부재 및 도광판이 실장되는 어레이기판; 및 상기 발광소자, 광가이드부재 및 도광판을 고정시키는 몰드프레임;을 포함하여 구성되며, 광가이드부재를 백라이트유닛에 장착하여 휘점(hot spot)을 제거할 수 있는 것이다.
도광판, 발광소자(LED), 휘점(hot spot), 광가이드부재, 격벽

Description

발광소자(ＬＥＤ) 어레이 및 이를 이용한 백라이트유닛{LIGHT EMITTING DIODE ARRAY AND AND BACKLIGHT UNIT USING THE SAME}
도 1은 종래기술에 따른 에지방식의 백라이트 유닛을 나타낸 단면도.
도 2는 종래기술에 따른 에지방식의 백라이트 유닛을 나타낸 평면도로서, 발광소자어레이와 도광판의 배치 구조를 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 단면도로서, 발광소자어레이와 도광판사이에 광가이드부재가 배치된 상태를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 평면도로서, 발광소자어레이와 도광판사이에 광가이드부재가 배치된 상태를 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛에 구비된 광가이드부재의 평면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛에 구비된 광가이드부재의 정면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 단면도로서, 발광소자가 발광소자어레이의 측면에 장착된 상태를 나타낸 단면도.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
100 : 발광소자어레이 101 : 발광소자
103 : 도광판 105 : 광반사체
107 : 반사판 109 : 확산시트
111 : 프리즘시트 113 : 보호시트
115 : 몰드프레임 117 : 어레이기판
119 : 탑케이스 121 : 광가이드부재
123 : 격벽
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 백라이트유닛에 광가이드부재를 장착하여 휘점(hot spot)을 제거할 수 있는 발광소자 어레이 및 이를 이용한 백라이트유닛에 관한 것이다.
액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)는 화상표시기구의 하나로써, 다른 화상표시기구인 씨알티(CRT)에 비해 경량, 박형 및 저소비전력을 실현할 수 있는 장점이 있다.
이러한 장점때문에, 액정표시장치는 씨알티를 대신해서 각종 정보기기의 단말기 또는 비디오기기 등에 이용되고 있고, 최근에 들어서는 광시야각을 확보하면서 컬러 쉬프트 현상을 방지할 수 있게 되어 씨알티에 경쟁할 만한 고화질을 달성하고 있다.
또한, 액정표시장치는 씨알티와 달리 스스로 빛을 내지 못하기 때문에 별도 의 광원을 필요로 하며, 이에 따라 상기 액정표시장치는 표시부품인 액정패널이외에 백라이트 유닛은 실질적인 광원인 램프(lamp)와, 도광판(light guide plate) 및 수개의 광학판(optical sheets)로 구성되며, 상기 램프로서는 현재 수은(Hg)을 이용한 형광램프가 사용되고 있다.
한편, 액정표시장치의 대부분은 외부에서 들어 오는 광원의 양을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 소자이기 때문에 액정패널에 광을 조사하기 위한 별도의 광원, 즉 백라이트가 반드시 필요하며, 이러한 백라이트는 램프유닛이 설치되는 위치에 따라 에지방식과 직하방식으로 구분된다.
이중 에지방식은 빛을 안내하는 도광판의 측면에 램프유닛이 설치되는 것으로써, 램프유닛은 빛을 발산하는 램프, 램프의 양단에 삽입되어 램프를 보호하는 램프 홀더 및 램프의 외주면을 감싸고 일측면이 도광판의 측면에 끼워져 램프에서 발산된 빛을 도광판쪽으로 반사시켜 주는 램프반사판을 구비한다.
이와 같이 도광판의 측면에 램프유닛이 설치되는 에지방식은 주로 랩탑형 컴퓨터 및 데스크탑형 컴퓨터의 모니터와 같이 비교적 크기가 작은 액정표시장치에 적용되는 것으로서, 빛의 균일성이 좋고, 내구 수명이 길며, 액정표시장치의 박형화에 유리하다.
그런데, 이러한 에지방식 및 직하방식은 광원으로 형광램프를 이용하는데, 근래에는 형광램프에 들어가는 가스의 유해성때문에 환경오염 문제를 감안하여 새로운 광원의 개발이 진행되었다.
그중에, 발광소자(LED; Light Emitting Diode)는 환경오염이 없고, 다양한 칼라 표현이 가능하고, 소비전력을 감소시킬 수 있어, 신소재로 각광받고 있다.
이러한 관점에서, 발광소자(LED)를 이용한 종래기술에 따른 발광소자 어레이 및 이를 이용한 백라이트유닛에 대해 도 1 및 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 에지방식의 백라이트 유닛을 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 에지방식의 백라이트 유닛을 나타낸 평면도로서, 발광소자어레이와 도광판의 배치 구조를 나타낸 평면도이다.
종래기술에 따른 백라이트유닛은, 도 1에 도시된 바와같이, 발광소자(11), 도광판(13), 광반사체(15), 반사판(17), 확산시트(19), 프리즘시트(21) 및 보호시트(23) 등으로 구성된다.
여기서, 액정패널(31)에 빛을 조사하기 위해 형광램프대신 발광소자(11)를 광원으로 사용하며, 상기 발광소자(11)에서 발생된 빛은 도광판(13)을 통해 액정소자면에 투사된다.
또한, 상기 발광소자(11)에서 발생된 빛을 도광판(13)에 보다 많이 투사하기 위해 발광소자(11)에서 발생된 빛을 도광판(13)쪽으로 반사시켜 주는 광반사체(15)를 발광소자(11) 주위에 배치한다. 여기서, 상기 광반사체(15)는 반사시트의 역할을 동시에 한다.
그리고, 상기 도광판(13)의 하단에는 반사판(17)을 배치하여 빛을 액정패널 (31)측으로 반사시키며, 상기 도광판(13)의 상단에는 확산시트(19), 프리즘시트 (21) 및 보호시트(23)가 차례로 배치된다.
상기와 같이 구성된 백라이트 유닛은 몰드프레임(25)에 의해 고정되며, 상기 확산시트(19)의 하단에 복수개의 발광소자(11)가 실장된 어레이기판(10)이 배치되고, 백라이트유닛의 외곽에는 탑케이스(29)가 감싸고 있다.
이렇게 종래기술에 따른 백라이트유닛은, 도 2에 도시된 바와같이, 복수개의 발광소자(11)가 일렬로 배열되어 있는 형태의 백라이트가 도광판(13)과 함께 사용되고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래기술에 따른 발광소자를 적용한 백라이트유닛에 의하면 다음과 같은 문제점이 있다.
하나의 발광소자(11)는 빛을 일정한 지향각으로 방출시키는 패키지 형태의 점광원이므로, 복수의 발광소자를 일렬로 배열하여 사용하는 경우, 발광소자와 다음 발광소자사이에는, 도 2에서와 같이, 방출된 빛이 도달하지 않는 암부(A)가 발생하게 된다.
이러한 암부(A)는 발광소자를 조밀하게 배치하는 경우에 어느정도 완화시킬 수는 있으나, 상대적으로 매우 밝은 발광소자의 중심점과 빛이 도달하지 않는 암부와의 밝기 차이가 명확하게 구별되어 휘점(hot spot)과 휘선이 나타나는데, 이는 균일한 휘도를 요구하는 백라이트에서 큰 문제점으로 대두되고 있다.
특히, 발광다이오드(LED)의 경우, 점광원 자체의 특성상 두개 이상의 배열구조에서 발광부분이 밝게 보이는 휘점(hot spot) 현상이 발생하게 된다. 이는 균일한 면광원이 요구되는 백라이트에 있어, 화면의 품질 및 휘도 균일도를 크게 저하시킨다.
이에 본 발명은 상기 종래기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 광가이드부재를 통해 휘점 및 암부를 제거하여 휘도의 균일도 및 화면품질을 향상시킬 수 있는 발광소자어레이 및 이를 이용한 백라이트유닛을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광소자어레이는 서로 일정 간격으로 적어도 하나 이상의 열로 배치되는 복수개의 발광소자; 및 상기 복수개의 발광소자와 인접된 위치에 배치되고 발광소자로부터 방출되는 광의 진행방향을 제어하는 광가이드부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 발광소자어레이를 이용한 백라이트유닛은 서로 일정 간격으로 적어도 하나 이상의 열로 배치되는 복수개의 발광소자; 상기 복수개의 발광소자와 인접된 위치에 배치되고 발광소자로부터 방출되는 광의 진행방향을 제어하는 광가이드부재; 상기 광가이드부재 일측에 배치되는 도광판; 상기 도광판상에 배치되는 광학시트; 상기 발광소자, 광가이드부재 및 도광판이 실장되는 어레이기판; 및 상기 발광소자, 광가이드부재 및 도광판을 고정시키는 몰드프레임;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 발광소자어레이 및 이를 이용한 백라이트유닛에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 단면도로서, 발광소자어레이와 도광판사이에 광가이드부재가 배치된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 평면도로서, 발광소자어레이와 도광판사이에 광가이드부재가 배치된 상태를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛에 구비된 광가이드부재의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 유닛에 구비된 광가이드부재의 정면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 백라이트유닛은, 도 3에 도시된 바와같이, 복수개의 발광소자(101)가 일정간격을 두고 배치된 발광소자어레이(100), 광가이드부재 (121), 도광판(103), 광반사체(105), 반사판(117), 확산시트(109), 프리즘 시트 (111) 및 보호시트(113) 등으로 구성된다.
또한, 액정패널(131)에 빛을 조사하기 위해 형광램프대신 상기 발광소자 (101)를 광원으로 사용하며, 상기 발광소자(101)에서 발생된 빛을 상기 도광판 (103)에 보다 많이 투사하기 위해 발광소자(101)에서 발생된 빛을 도광판(103)쪽으로 반사시켜 주는 광반사체(105)가 발광소자(101) 주위에 배치된다. 여기서, 상기 광반사체(105)는 반사시트의 역할을 동시에 한다.
그리고, 상기 도광판(103)의 하단에는 반사판(107)을 배치하여 빛을 액정패널(131)측으로 반사시키며, 상기 도광판(103)의 상단에는 확산시트(109), 프리즘시트 (111) 및 보호시트(113)가 차례로 배치된다.
상기와 같이 구성된 백라이트 유닛은 몰드프레임(115)에 의해 고정되며, 상기 도광판(103)의 하단에 복수개의 발광소자가 구비된 발광소자어레이(100)가 실장된 어레이기판(117)이 배치되고, 백라이트유닛의 외곽에는 탑케이스(119)가 감싸고 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와같이, 복수개의 발광소자(101)가 적어도 일렬로 배열되어 있는 형태의 발광소자어레이(100)와 도광판(103)사이에는 발광소자로부터 방출되는 광을 유도하기 위한 판막 형태의 격벽(123)들이 구비된 광가이드부재 (121)가 배치되어 있다.
여기서, 상기 광가이드부재(121)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와같이, 일정간격만큼 이격되게 배치된 하판(121a)과 상판(121b) 및, 이들 하판(121a)과 상판 (121b)사이에 일정간격 이격되어 배치된 판막 형태의 복수개의 격벽(123)으로 구성되어 있다.
이때, 상기 광가이드부재(121)는 반사 특성이 우수한 재질로 형성된다. 또한, 상기 발광소자(101)로부터 방출된 광은 상기 복수개의 격벽(123)을 통해 빛이 일정방향으로 유도되어 빛이 전파되지 않는 영역으로 퍼지게 된다.
특히, 상기 발광소자(101)의 지향각은 복수개의 격벽(123)이 구비된 광가이드부재(121)에 의해 빛이 전파하는 방향을 기준으로 ±55°∼ 60°정도의 범위를 가지며, 그 이상의 각도로는 빛이 방출되지 않는다.
상기 복수개의 격벽(123)들은 빛의 진행방향에 대해 서로 다른 각도로 기울어져 있으며, 반사특성을 가지며, 지향각보다 더 큰 각도로 발광소자로부터 방출되는 광을 유도하여, 암부 및 휘점이 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 입광부에 대해 균일한 전체적으로 균일한 광을 입사시킬 수 있어 휘도 균일도를 유지하는데 유리하다.
그리고, 상기 광가이드부재(121)를 사용하여, 점광원 특성을 갖는 발광소자 (LED)들의 일렬 배열을 램프와 같은 선광원 형태로 바꿀 수 있다.
이렇게 점광원들의 조합으로 선광원을 형성시킴으로써 현재 백라이트광원으로 사용하는 램프를 기준으로 설계한 도광판, 프리즘 구조 등 기존의 다양한 광학컨셉을 발광소자(LED)에도 유사하게 적용할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광소자어레이 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 대해 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 단면도로서, 복수개의 발광소자가 발광소자어레이의 측면에 장착된 상태를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛은 도 3에 도시된 본 발명의 일실시예와 거의 동일한 구조로 이루어져 있으며, 복수개의 발광소자가 발광소자어레이의 측면부에 일정한 간격으로 배치되어 있는 구성이 본 발명의 일실시예와 다르다. 즉, 본 발명의 일시예의 경우는, 도 3에서와 같이, 발광소자(101)의 출광부가 광반사체(105)에 대향되어 위치하도록 배치되어 있으나, 본 발명의 다른 실시예의 경우는, 도 7에서와 같이, 발광소자(201)의 출광부가 광가이드부재(221)에 대향되어 위치하도록 배치되어 있다.
이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛에 대해 아래에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트유닛은, 도 7에 도시된 바와같이, 발 광소자(201), 광가이드부재(221), 도광판(203), 광반사체(205), 반사판(207), 확산시트(209), 프리즘 시트(211) 및 보호시트(213) 등으로 구성된다.
또한, 액정패널(231)에 빛을 조사하기 위해 형광램프대신 발광소자(201)를 광원으로 사용하며, 상기 발광소자(201)에서 발생된 빛을 상기 도광판(203)에 보다 많이 투사하기 위해 발광소자(201)에서 발생된 빛을 도광판(203)쪽으로 반사시켜 주는 광반사체(205)를 발광소자(201) 주위에 배치한다. 여기서, 상기 광반사체 (205)는 반사시트의 역할을 동시에 한다.
그리고, 상기 도광판(203)의 하단에는 반사판(207)을 배치하여 빛을 액정패널(231)측으로 반사시키며, 상기 도광판(203)의 상단에는 확산시트(209), 프리즘시트(211) 및 보호시트(213)가 차례로 배치된다.
상기와 같이 구성된 백라이트 유닛은 몰드프레임(215)에 의해 고정되며, 상기 확산시트(209)의 하단에 복수개의 발광소자(201)가 구비된 발광소자어레이(221)가 실장된 어레이기판(217)이 배치되고, 백라이트유닛의 외곽에는 탑케이스(219)가 감싸고 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와같이, 발광소자어레이(200)의 측면부에 적어도 일렬로 배열되어 있는 복수개의 발광소자(201)가 도광판(203)과 대향되게 배치되어 있으며, 이들 복수개의 발광소자(201)와 도광판(203)사이에는 발광소자(201)로부터 방출되는 광을 유도하기 위한 판막 형태의 격벽(223)들이 구비된 광가이드부재(221)가 배치되어 있다.
여기서, 상기 광가이드부재(221)는, 본 발명의 일실시예인 도 5 및 도 6에서와 같이, 일정간격만큼 이격되게 배치된 하판(미도시)과 상판(미도시) 및, 이들 하판(미도시)과 상판(미도시)사이에 일정간격 이격되어 배치된 판막 형태의 복수개의 격벽(223)으로 구성되어 있다.
이때, 상기 발광소자(201)로부터 방출된 광은 상기 복수개의 격벽(223)을 통해 빛이 일정방향으로 유도되어 빛이 전파되지 않는 영역으로 퍼지게 된다.
특히, 상기 발광소자(201)의 지향각은 복수개의 격벽(223)이 구비된 광가이드부재(221)에 의해 빛이 전파하는 방향을 기준으로 ±55°∼ 60°정도의 범위를 가지며, 그 이상의 각도로는 빛이 방출되지 않는다.
이렇게 본 발명의 다른 실시예는, 본 발명의 일실시예와 마찬가지로, 상기 광가이드부재에 구비된 복수개의 격벽들이 빛의 진행방향에 대해 서로 다른 각도로 기울어져 있으며, 반사특성을 가지며, 지향각보다 더 큰 각도로 발광소자로부터 방출되는 광을 유도하여, 암부 및 휘점이 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 입광부에 대해 균일한 전체적으로 균일한 광을 입사시킬 수 있어 휘도 균일도를 유지하는데 유리하다.
그리고, 광가이드부재(221)를 사용하여, 점광원 특성을 갖는 발광소자(LED)들의 일렬 배열을 램프와 같은 선광원 형태로 바꿀 수 있다.
이렇게 점광원들의 조합으로 선광원을 형성시킴으로써 현재 백라이트광원으로 사용하는 램프를 기준으로 설계한 도광판, 프리즘 구조 등 기존의 다양한 광학컨셉을 발광소자(LED)에도 유사하게 적용할 수 있다.
상기에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 발광소자어레이 및 이를 이용한 백라이트유닛에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 발광소자어레이 및 이를 이용한 백라이트유닛은 발광소자로 부터 방출되는 빛의 지향각을 조절해 주는 광가이드부재를 발광소자어레이와 도광판사이에 배치하므로서 휘점(hot spot)을 제거할 수 있다.
특히, 광가이드부재를 통과한 빛은 기존에 출사광이 미치지 못했던 서로 인접된 발광소자사이의 암부에 까지 도달하게 되므로써 휘점(hot spot)이 없는 균일도가 우수한 광원을 형성시킬 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 서로 일정 간격으로 적어도 하나 이상의 열로 배치되는 복수개의 발광소자; 및
    상기 복수개의 발광소자와 인접된 위치에 배치되고 발광소자로부터 방출되는 광의 진행방향을 제어하는 광가이드부재;를 포함하여 구성되며,
    상기 광가이드부재는 하판과 상판 및 이들 상, 하판 사이에 일정간격을 두고 배치된 복수 개의 격벽으로 구성되며,
    상기 격벽은 상기 광의 진행방향에 대해 서로 다른 각도로 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 발광소자 어레이.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 격벽은 판막 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 어레이.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 광가이드부재는 반사특성이 우수한 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자 어레이.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 발광소자는 상기 발광소자어레이의 상면 또는 측면에 배치된 것을 특징으로 하는 발광소자 어레이.
  7. 제1항에 있어서, 상기 발광소자의 지향각은 빛이 전파하는 방향을 기준으로 ±55°∼ 60°정도의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 어레이.
  8. 서로 일정 간격으로 적어도 하나 이상의 열로 배치되는 복수개의 발광소자를 구비한 발광소자어레이;
    상기 복수개의 발광소자와 인접된 위치에 배치되고 발광소자로부터 방출되는 광의 진행방향을 제어하는 광가이드부재;
    상기 광가이드부재 일측에 배치되는 도광판;
    상기 도광판상에 배치되는 광학시트;
    상기 발광소자, 광가이드부재 및 도광판이 실장되는 어레이기판; 및
    상기 발광소자, 광가이드부재 및 도광판을 고정시키는 몰드프레임;을 포함하여 구성되며,
    상기 광가이드부재는 하판과 상판 및 이들 상,하판 사이에 일정간격을 두고 배치된 복수 개의 격벽으로 구성되며,
    상기 격벽은 상기 광의 진행방향에 대해 서로 다른 각도로 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서, 상기 격벽은 판막 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서, 상기 광가이드부재는 반사특성이 우수한 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  13. 제8항에 있어서, 상기 복수 개의 발광소자는 상기 발광소자어레이의 상면 또는 측면에 배치된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  14. 제8항에 있어서, 상기 발광소자의 지향각은 빛이 전파하는 방향을 기준으로 ±55°∼ 60°정도의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
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