KR20040077846A - Back light equipment using led & light guide plate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정 디스플레이, 광고, 조명 등의 용도에 사용되는 백라이트의 구조에 관한 것으로서, 발광 다이오드와 도광판을 기본 구성으로 하는 장치에 있어서, 발광 다이오드와 도광판 접착면 사이에 굴절율 변화를 최소화시키면서 조립도 용이하게 할 수 있는 기술을 제안한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a backlight for use in liquid crystal displays, advertisements, lighting, and the like. In an apparatus based on a light emitting diode and a light guide plate, an assembly diagram is minimized while minimizing a change in refractive index between the light emitting diode and a light guide plate adhesive surface. We propose a technique that can facilitate.
액정패널은 자체로 발광할 수 없기 때문에 별도의 광원을 설치하여 빛을 공급하는 것이 일반화되어 있고, 이러한 기능을 가지는 장치를 백라이트 유닛이라 통칭하고 있다.Since the liquid crystal panel cannot emit light by itself, it is common to provide a light source by providing a separate light source, and a device having such a function is called a backlight unit.
백라이트 유닛에 쓰일 수 있는 광원은 냉음극형광등, 발광 다이오드 등이 있고, 광원은 백라이트 유닛 측면 혹은 유닛 하부에 설치할 수 있다. 특히, 광원이 측면부에 설치된 경우에는 광원의 빛이 패널의 전면으로 균일하게 방출될 수 있도록 특수 난반사 패턴이 인쇄되거나 새겨진 도광판을 사용하게 되며, 광원은 도광판의 측면에 밀착시켜 설치한다.The light source that can be used for the backlight unit includes a cold cathode fluorescent lamp, a light emitting diode, and the like, and the light source can be installed on the side of the backlight unit or under the unit. In particular, when the light source is installed in the side portion, a light guide plate with a special diffuse reflection pattern printed or engraved is used so that the light of the light source is uniformly emitted to the front surface of the panel, and the light source is installed in close contact with the side of the light guide plate.
광원을 발광 다이오드로 쓰는 경우는 휴대폰의 액정 디스플레이 같이 소형의 패키지를 요구할 때 특히 유용한데, 그것은 발광 다이오드 칩의 크기가 작고 PC 모니터나 노트북 컴퓨터 수준의 고휘도가 요구되지 않고 구동시 별도의 전원 공급 인버터가 필요 없기 때문이다. 또한, 발광 다이오드와 도광판을 채용한 백라이트 장치는 액정 디스플레이 뿐 아니라 광고 및 정보 표시 패널 그리고 조명용으로 활용이 가능하다.The use of a light source as a light emitting diode is particularly useful when a small package is required, such as a liquid crystal display in a mobile phone. It is small in size and does not require high brightness at the level of a PC monitor or laptop computer. Because it is not necessary. In addition, a backlight device employing a light emitting diode and a light guide plate may be used for not only a liquid crystal display but also an advertisement, information display panel, and lighting.
발광 다이오드는 패키징 규격에 따라 소형에서 대형까지 다양한 크기로 램프를 제조할 수 있고, 대형 패키징 발광 다이오드의 휘도가 크지만, 도광판 두께 보다 큰 크기의 발광 다이오드를 사용하면 입사광이 도광판을 벗어나므로 도광판 두께 보다 작거나 같은 크기의 발광 다이오드 램프를 사용하게 된다.The light emitting diode can be manufactured in various sizes from small to large according to the packaging standard, and the brightness of the large packaging light emitting diode is large, but when the light emitting diode having a size larger than the thickness of the light guide plate is used, the incident light leaves the light guide plate thickness. Smaller or the same size LED lamps are used.
또, 부족한 휘도 및 빛의 균일성을 만족시키기 위하여 두 개 이상의 램프를 사용하여야 하고, 경우에 따라서는 수십 개 이상의 램프를 사용하여야 한다. 따라서 실제 응용에 있어서는 도광판 두께에 의한 발광 다이오드의 크기 제한 및 발열해소를 위한 heat sink 부족 문제로 인하여 전력 용량이 작고 휘도가 낮은 복수의 램프를 사용하게 되므로 전력 대비 효율이 낮을 뿐 아니라 발광 다이오드 가격 총액이 증가하는 단점이 있다.In addition, two or more lamps should be used to satisfy insufficient brightness and uniformity of light, and in some cases, dozens or more lamps should be used. Therefore, in practical applications, a plurality of lamps with small power capacity and low brightness are used due to the limitation of the size of the light emitting diode due to the thickness of the light guide plate and the lack of heat sink for heat generation. This has an increasing disadvantage.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 발광 다이오드를 병렬 혹은 직렬로 연결한 얇은 막대 모양의 PCB(Printed Circuit Board)를 도광판 측면에 투명 바인더 수지로 직접 부착시킴으로써 장치 조립이 용이하며, 바인더 수지가 발광 다이오드와 도광판 사이를 완전히 메꾸어 주는 형태가 된다.The present invention is to solve the conventional problems as described above, by assembling a device by attaching a thin bar-shaped PCB (Printed Circuit Board) connected in parallel or in series a plurality of light emitting diodes directly to the light guide plate with a transparent binder resin. It is easy and the binder resin completely forms the gap between the light emitting diode and the light guide plate.
일반적으로 여러 물질을 거쳐 광이 전파되는 광로 상에서 도파 물질들의 굴절율 차이가 클수록 반사율이 커지므로, 전파 방향으로의 광량이 감소하게 되지만, 본 발명의 경우 발광 다이오드의 패키징 물질, 바인더 수지, 도광판 물질이 유사한 고분자이므로 굴절율 편차가 크게 감소하여 광의 손실이 억제된다.In general, the larger the difference in the refractive index of the waveguide material on the optical path through which the light propagates through the various materials, the greater the reflectance, so that the amount of light in the propagation direction is reduced, but in the present invention, the packaging material of the light emitting diode, the binder resin, and the light guide plate material Since it is a similar polymer, the refractive index variation is greatly reduced, and the loss of light is suppressed.
따라서, 동수의 발광 다이오드를 사용한 경우는 휘도가 향상되고, 동수준의 휘도를 유지할 때는 발광 다이오드의 개수를 줄이거나 전력을 줄일 수 있다.Therefore, when the same number of light emitting diodes are used, the brightness is improved, and when maintaining the same level of brightness, the number of light emitting diodes can be reduced or the power can be reduced.
도 1. 도광판과 발광 다이오드가 접착제에 의해 결합된 형태Figure 1. Form of light guide plate and light emitting diode bonded by adhesive
<도면부호의 상세한 설명><Detailed Description of Drawings>
(1) 도광판 (2) 투명 접착 수지 (3) 발광 다이오드(1) Light guide plates (2) Transparent adhesive resins (3) Light emitting diodes
(4) 발광 다이오드 지지체로서 전력 공급을 위한 인쇄 회로 기판(4) printed circuit board for power supply as light emitting diode support
본 발명의 구성은 도광판의 엣지 표면과 발광 다이오드의 표면은 평평하고 매끈하기 때문에 밀착시키기 용이하지만, 두 물질 사이에 어떠한 작은 틈도 없이완벽하게 밀착시키기는 불가능하다.Although the edge surface of the light guide plate and the surface of the light emitting diode are flat and smooth, the configuration of the present invention is easy to be in close contact, but it is impossible to be in perfect contact without any small gap between the two materials.
본 발명은 도 1에 도시한 것처럼 도광판 엣지 부분과 발광 다이오드가 유기 고분자 수지로 접착되어 있다. 이러한 구조는 그렇지 않은 종래의 경우 보다 많은 양의 광이 도광판을 투과하게 되어 고휘도를 낼 수 있다.In the present invention, as shown in Fig. 1, the edge portion of the light guide plate and the light emitting diode are bonded with an organic polymer resin. In such a structure, a greater amount of light may pass through the light guide plate than in the conventional case, thereby producing high luminance.
그러한 이유는 첫째, 빛이 굴절율이 다른 매질에 입사될 때 투과와 반사만 이루어진다고 가정하면, 투과성분 + 반사성분 = 1 인데, 도광판과 발광다이오드가 완벽한 밀착을 한 경우를 가정하면 도광판 재질인 PMMA와 발광다이오드의 패키징 물질인 에폭시 수지와의 굴절율 차이에 의하여 이론적으로 반사성분과 투과성분은 하기와 같이 나뉘어 진다.The reason for this is that, firstly, when light is incident on a medium having a different refractive index, only transmission and reflection are performed. Transmitting component + reflecting component = 1, assuming that the light guide plate and the light emitting diode are in close contact with each other, the light guide plate material PMMA The reflection component and the transmission component are theoretically divided by the refractive index difference between the epoxy resin and the packaging material of the light emitting diode.
반사성분 = {( n도광판- nLED) / ( n도광판+ nLED)}2 Reflective Component = {(n LGP -n LED ) / (n LGP + n LED )} 2
투과성분 = 4 x n도광판 ·nLED/ ( n도광판+ nLED)2 Transmission component = 4 x n LGP · n LED / (n LGP + n LED ) 2
그러나, PMMA와 에폭시 수지 간의 굴절율 차이는 0.1 정도이며, 0.1 % 이하의 반사 성분이 생긴다.However, the difference in refractive index between PMMA and the epoxy resin is about 0.1, resulting in a reflection component of 0.1% or less.
만약, 도광판과 발광다이오드 사이에 공기층이 존재한다면, 공기층의 두께를 고려하지 않을 때 상기의 식을 이용해서 반사성분을 계산하면,If there is an air layer between the light guide plate and the light emitting diode, the reflection component is calculated using the above equation without considering the thickness of the air layer.
반사성분 = {( nair- nLED) / ( nair+ nLED)}2+ [ 1 - {( nair- nLED) / ( nair+ nLED)}2x {( n도광판- nair) / ( n도광판+ nair)}2]Reflective Component = {(n air -n LED ) / (n air + n LED )} 2 + [1-{(n air -n LED ) / (n air + n LED )} 2 x {(n Light Guide Plate -n air ) / (n light guide plate + n air )} 2 ]
가 되고, 대략적인 굴절율을 넣어 보면 약 10 %의 반사 성분이 생긴다.When the approximate refractive index is added, about 10% of the reflection component is generated.
따라서 도광판과 발광다이오드의 접촉부에 공기층을 제거하는 것만으로, 즉 수지층으로 접착하는 것만으로 최소한 10 % 이상의 반사 손실을 방지할 수 있다. 이는 폴리시아노아크릴레이트의 굴절율이 1.45 내지 1.55, 에폭시수지의 굴절률이 1.55 ~ 1.60, 폴리메틸메타아크릴레이트가 1.49, 폴리아크릴레이트가 1.45 ~ 1.55, 폴리아크릴산이 1.53, 폴리우레탄이이 1.50 ~ 1.60, 폴리에스테르가 1.52 ~ 1.54 임을 고려할 때 얻어질 수 있는 반사손실의 대략적인 감소에 해당한다.Therefore, it is possible to prevent the reflection loss of at least 10% by simply removing the air layer at the contact portion between the light guide plate and the light emitting diode, that is, by adhering with the resin layer. It has a refractive index of 1.45 to 1.55 of polycyanoacrylate, 1.55 to 1.60 of refractive index of epoxy resin, 1.49 of polymethyl methacrylate, 1.45 to 1.55 of polyacrylate, 1.53 of polyacrylic acid, 1.50 to 1.60 of polyurethane, Considering that the ester is 1.52 ~ 1.54, it corresponds to the approximate reduction of the return loss that can be obtained.
둘째, 투광성 고분자 수지에 의한 도광판과 발광다이오드의 밀착 접합은 굴절율 차이를 보상하여 반사율을 감소시킬 뿐 아니라 물질 표면의 미세한 굴곡부에 수지가 평탄하게 채워지면서 산란을 방지할 뿐 아니라 도광판과 다이오드 사이에서 빛이 밖으로 새어 나가는 것을 막아 주기 때문으로 보인다.Second, the light-adhesive bonding of the light guide plate and the light emitting diode by the light-transmitting polymer resin compensates for the difference in refractive index to reduce the reflectance and prevents scattering as the resin is flatly filled in the minute bends on the surface of the material. It seems to prevent this from leaking out.
본 발명에 사용하는 접착제는 투광성 수지라면 어떤 것을 사용하여도 좋다. 예를 들면, 시아노아크릴레이트 수지, 에폭시수지, 폴리올레핀, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리우레탄이, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계, 실리콘수지 등과 같이 순간접착제, 열 접착제, 용제형 접착제 등의 다양한 고분자 접착제 수지 및 이들의 유도체 고분자 수지가 하나 또는 그 이상의 블렌드물 등이 사용될 수 있으며 또한 광경화형 수지가 사용될 수 있다. 광경화형 수지의 경우는 통상적으로 자외선에 의해 경화가능한 단량체들과 광 개시제, 광증진제 및 필요에 따라서 용제를 포함할 수 있으며, 이는 당 업계에서잘 알려져 있는 것이다.Any adhesive may be used for the adhesive for use in the present invention as long as it is a light transmitting resin. For example, cyanoacrylate resins, epoxy resins, polyolefins, polymethyl methacrylates, polyacrylates, polyacrylic acids, polyurethane resins, instant adhesives and thermal adhesives, such as polyester resins such as polyethylene terephthalate, silicone resins, and the like , Various polymer adhesive resins such as solvent type adhesives, derivatives thereof, and one or more blends thereof may be used, and photocurable resins may also be used. In the case of a photocurable resin, monomers, photoinitiators, photoenhancers, and solvents, as required, may be included, which are typically curable by ultraviolet rays, which are well known in the art.
본 발명은 특히 상기 수지 중에서 시아노아크릴레이트(CH2=C(CN)COOR)로부터 되는 폴리시아노아크릴레이트 수지는 순간접착제로서 상온 및 공기 중에서 가장 빠르게 접착이 되고, 또는 다른 물리적 수단이 필요 없으므로 특히 좋으며 또한 휘도의 증가가 가장 좋은 결과를 나타내었다. 상기 R 은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 및 옥틸에서 선택되는 알킬기, 아릴기 또는 메톡시알킬이나 에톡시알킬과 같은 알콕시알킬기에서 선택되는 어느 하나인 것이 적합하다. 탄소수가 8개 이상의 경우는 접착효율과 접착강도가 떨어지는 단점이 있다.In particular, the polycyanoacrylate resin made from cyanoacrylate (CH 2 = C (CN) COOR) among the resins is the instant adhesive, because it is the fastest adhesion at room temperature and air, or no other physical means is required. It is also good and the increase in brightness showed the best results. R is suitably any one selected from alkyl groups selected from methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, heptyl and octyl, aryl groups or alkoxyalkyl groups such as methoxyalkyl or ethoxyalkyl. In the case of having 8 or more carbon atoms, there is a disadvantage in that the adhesion efficiency and the adhesion strength are poor.
이하는 본 발명에 따른 실시예를 통하여 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명의 실시예는 본 발명의 일실시예로서 본 발명이 그 실시예 만으로 한정되는 것은 아니다.The following describes the invention in detail by way of examples according to the invention. An embodiment of the present invention is an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited only to the embodiment.
실시예Example
도광판과 발광 다이오드의 부착면에 투명 고분자 수지 접착제를 사용한 백라이트의 휘도 측정치와 그렇지 아니한 경우의 휘도 값을 측정하여 물성을 비교하였다.The physical properties of the light guide plate and the light emitting diode were measured by measuring the luminance of the backlight using the transparent polymer resin adhesive and the luminance of the backlight.
실험을 위하여 제작된 백라이트 장치는 두께 5 mm, 300 x 200 mm 크기의 투명 아크릴 재질 도광판과 10 mm 간격으로 납땜된 막대 모양 발광 다이오드 PCB로 구성된다.The backlight unit fabricated for the experiment consisted of a transparent acrylic light guide plate 5 mm thick, 300 x 200 mm, and a rod-shaped light emitting diode PCB soldered at intervals of 10 mm.
발광 다이오드는 청색(blue) 및 백색(white) 파장의 3 mm 투명 에폭시 수지 패키지이다. 발광 다이오드의 작동 전압은 3.4 V이며, 이 때 발광 다이오드 1 개당 전류는 약 30 mA 이다. 휘도 측정은 접촉식 휘도계인 닙폰 덴소쿠(Nippon Denshoku) 사의 NL-1 장비를 사용하였으며, 각 경우에 휘도를 측정한 위치는 도광판의 윗면 광이 방출되는 임의의 일정한 위치 3 곳으로서 이를 평균하였다.The light emitting diode is a 3 mm transparent epoxy resin package in blue and white wavelengths. The operating voltage of the light emitting diode is 3.4 V, with a current of about 30 mA per light emitting diode. Luminance measurement was performed using a NL-1 instrument of Nippon Denshoku, a contact luminance meter, and in each case, the luminance was measured as an average of three arbitrary positions where light from the top of the light guide plate was emitted.
표 1. 휘도개선효과Table 1. Brightness Improvement Effect
상기 표에 나타내었듯이 접착 수지를 사용하지 않고 도광판과 발광 다이오드를 밀착시킨 경우에 비하여 30 % 정도의 휘도 증가가 관찰되었다.As shown in the table, an increase in brightness of about 30% was observed as compared with the case where the light guide plate and the light emitting diode were in close contact without using an adhesive resin.
상술한 바와 같이 도광판과 발광 다이오드를 투명한 시아노아크릴레이트 수지 접착제로 백라이트는 그렇지 않은 경우 보다 휘도가 크게 증가하므로, 발광 다이오드 개수를 줄이거나 전력 소비가 줄어드는 등의 경제적 효과가 크다. 특히, 시아노아크릴레이트 접착제는 일액형으로 용제가 함유되어 있지 않고, 피착재의 표면에 있는 소량의 수분에 의하여 중합반응이 개시되어 경화가 수초내에 일어나므로, 다른 투명고분자 수지 접착제에 비하여 도광판과 발광다이오드 접착 공정에 우수한 작업성을 부여한다. 또한 그 굴절율이 에폭시와 PMMA와 유사하므로, 반사율의 극소화에 적합하며 두 재질에 대한 접착력이 매우 강하여 본 발명의 목적에 가장 부합되는 투명고분자 수지 접착제이다.As described above, the light guide plate and the light emitting diode are made of a transparent cyanoacrylate resin adhesive, and thus the backlight is increased in brightness more than otherwise. Therefore, the economic effect of reducing the number of light emitting diodes or reducing power consumption is great. In particular, the cyanoacrylate adhesive does not contain a solvent in one component type, and the polymerization reaction is initiated by a small amount of water on the surface of the adherend, and curing occurs within a few seconds. It gives excellent workability to the diode bonding process. In addition, since the refractive index is similar to epoxy and PMMA, it is suitable for minimizing the reflectance and is a transparent polymer resin adhesive most suitable for the purpose of the present invention because the adhesion to the two materials is very strong.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040065770A KR20040077846A (en) | 2004-08-20 | 2004-08-20 | Back light equipment using led & light guide plate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR20040077846A true KR20040077846A (en) | 2004-09-07 |
Family
ID=37363426
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| KR1020040065770A KR20040077846A (en) | 2004-08-20 | 2004-08-20 | Back light equipment using led & light guide plate |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20040077846A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101225609B1 (en) * | 2010-12-16 | 2013-01-24 | 엘지이노텍 주식회사 | Back Light Unit Having High Brightness and Low Power |
-
2004
- 2004-08-20 KR KR1020040065770A patent/KR20040077846A/en not_active Application Discontinuation
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