KR200433136Y1 - 삽입식 엘이디를 갖는 백라이트 구조체 - Google Patents

Abstract

본 고안은 삽입식 발광 다이오드를 갖는 백라이트 구조체에 관한 것이다. 본 고안에 따른 백라이트 구조체는 다수의 원호형 홈부 및 백라이트에 필요한 전기 회로를 설치한 프린트 회로 기판을 포함한다. 상기 프린트 회로 기판 및 원호형 홈부의 표면에는 스퍼터링 방법으로 나노미터 두께의 금 레어어 도금층이 형성된다. 각각의１개의 원호형 홈부에는，ＬＥＤ 발광 칩이 삽입되며，또한 상기 ＬＥＤ 발광 칩은 고주파 용접에 의하여 원호형 홈부의 중심에 고정된다. 상기 ＬＥＤ 발광 칩의 위에는 형광 분말 및 실리콘의 혼합물로 형성된 형광 페이스트가 코팅되어 있고, 그리고 상기 원호형 홈부 및 주위의 프린트 회로 기판 표면에는，투명 실리콘으로 형성된 투광층이 씌워져 있다．

백라이트, LCD, LED, 형광 페이스트

Description

삽입식 엘이디를 갖는 백라이트 구조체{A backlight Structure Having Embedded LEDs}

도１은 본안 고안에 따른 단일 ＬＥＤ 구조체의 사시도이다．

도 １a는 도１의 ＬＥＤ 부분 확대도이다．

도 ２는 삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체의 단면도이다．

도 ３은 삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체의 열발산 원리를 나타낸 도면이다．

도 ４은 삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체를 제작하기 위한 순서도이다．

도 ５는 삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체의 결합도이다．

도 ６은 삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체의 또다른 실시예이다．

도 ７은 도６의 백라이트 구조체의 결합도이다．

도８은 본 고안을 ３２ 인치 ＬＣＤ 백라이트에 응용하고，８ 시간동안 체크한 온도 변화도이다．

도 ８a∼８h는 도 ８을 다른 위치에서 측정한 ８ 시간 온도 변화도이다．

-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-

Ｎ１∼Ｎ９ 온도 체크 포인트

１ ＬＣＤ 백라이트

２ 프린트 회로 기판(PCB)

３ ＬＥＤ

３１ 원호형 홈부(pit)

３２ ＬＥＤ 발광 칩

３６ 도선

３７ 형광 페이스트

３８ 투광 층

４ 나노미터 두께의 금 레이어

１０ ＬＣＤ 백라이트

본안 고안은，삽입식(embedded) ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체에 관한 것으로，특히 프린트 회로 기판의 위에 원호형 홈부(pit)를 설치하고，또한 프린트 회로 기판 전체에 대하여 전면적으로 나노미터 두께의 금 레어어를 스퍼터링(sputtering)·도금하는 것에 의하여，제품의 도전 및 도열 능력을 증진하고，또한 ＬＥＤ 발광 칩의 패키징을 손쉽게 하여, ＬＣＤ 백라이트의 생산 효율 및 품질을 향상시키는 것이다．

현재，ＬＣＤ 백라이트(backlight)는，백색광 ＣＣＦＬ(냉음극 튜브)을 주체 로 하고 있는데，상기 ＣＣＦＬ은 ＬＣＤ의 배후에 설치되며，상기 ＣＣＦＬ로부터 생성된 광은 도광판·확산판·증광 시트에 투사된 후，그 후 ＬＣＤ의 위에 투사되어，ＬＣＤ 위의 화면에 나타나도록 형성된다．ＬＣＤ의 크기가 점점 커지는 것에 따라，ＣＣＦＬ 및 구동 회로의 수요도 증가하고 있다．넓은 크기의 ＬＣＤ 백라이트 조명 기능을 달성하기 위하여는，다수의 ＣＣＦＬ을 직렬·병렬로 결합하지 않으면 안된다. 그런데, 이에 대하여，ＣＣＦＬ에는 아래와 같은 결점이 있다．

1. ＣＣＦＬ는 밝기가 불균일하고，예를 들어 최대한으로 ＣＣＦＬ을 직렬·병렬 연결하여도，ＬＣＤ의 치수 범위 내에서，얻어지는 밝기는 여전히 균일지 않다. 이 점은，특히 큰 크기의 ＬＣＤ에 있어 현저하다.

2. ＣＣＦＬ는 수명이 짧고，약 4000∼6000 시간 사용된 후 밝기가 감쇠하기 시작하고，게다가 교환이 용이하지 않기 때문에，ＬＣＤ의 사용 수명을 대폭적으로 단축시킨다.

3. ＣＣＦＬ는 색채 포화도(color saturation)가 부족하며, 색 온도는 약 4800Ｋ이고，따라서 ＮＴＳＣ로 규범 된 색역의 약간 80％밖에 달성할 수 없다. 특히 ＣＣＦＬ은 적색을 잘 표현하지 못하여, 고정밀 기구 혹은 특정 색채 표현시 색감 형성을 위한 높은 수준의 요구를 만족시키지 못한다.

　4. ＣＣＦＬ은 전력 소비가 비교적 크고，또한 제작시에 유해물질인 「수은」이 포함되어 있어，환경 보호에 있어 분명히 상해를 가져오다，그 때문에, 교토 의정서에는 2006년 7월 １일부터 사용 금지가 명기되고 있다. 따라서，ＣＣＦＬ 대신에 그 밖의 백라이트 광원을 채용하는 것은，ＬＣＤ의 발전상 필연적인 추 세이다．

5. ＣＣＦＬ은 사용중에 자외선을 발생시키고，장기적으로 사용한다면 사람의 눈에 중대한 장애를 가져온다．

현재，업계에서 보편적으로 채용되고 있는 기술은，ＬＥＤ（발광 다이오드）를 백라이트 광원으로 하는 것으로，ＬＥＤ를 작은 크기의 ＬＣＤ 스크린, 예를 들면，휴대 전화·ＰＤＡ등에 응용한 것은 이미 행해지고 있다. 근래에는 더욱，기술의 향상으로，ＬＥＤ의 밝기가 대폭적으로 향상되었으며，또한 LED는 가볍고·견고하며 또한 수명이 비교적 길고，시동 반응이 빠르기 때문에 ，많은 큰 크기의 ＬＣＤ 제품에 적용되도록 선택 대상이 되고 있다.

일반적으로，ＬＥＤ는 ＬＣＤ 백라이트 광원으로 사용하기 위해，ＬＣＤ의 한쪽 또는 양측에 장착된다. 전원을 넣은 때，ＬＥＤ 광원으로부터 발광된 광이 ＬＣＤ의 위로 투사되고，ＬＣＤ에 영상을 나타낸다．그러나, 일반적인 ＬＥＤ 광선은 모든 방향으로 균일하게 발광하지 않고，작은 범위 내에 집중되는 경향이 있기 때문에，ＬＣＤ 위의 ＬＥＤ 투사 광선이 있는 구역에서만 특히 밝게 되는 반면，그 밝은 구역의 주위는 확실히 밝기의 감쇠가 일어나며，또한 색채도 균일하게 표현되지 않는다．

　그 때문에, 개량된 방법에서는, ＬＥＤ를 ＬＣＤ 백라이트의 뒤쪽에 설치하고，또한 ＬＥＤ의 휘도를 높이고，광선이 균일하게 ＬＣＤ의 위에 투사될 수 있도록 한다．그럼에도 불구하고，ＬＥＤ를 채용한 ＬＣＤ 백라이트는 ，그 휘도가 ＬＥＤ의 전력에 의하여 정해지기 위해 ，ＬＥＤ의 휘도를 높이면 ，상대적으로 한 층 높은 열에너지가 생긴다．종래의 ＬＣＤ 백라이트는，열을 효과적으로 분산시키기 어려웠기 때문에，ＬＥＤ의 기능을 완전하게 발휘할 수 있지 않았다. 특히 고휘도 백색광 ＬＥＤ는 이와 같은 조건 하에서 완전하게 성능 발휘가 되지 않았기 때문에，전체적으로 ＬＣＤ 백라이트의 품질 저하를 초래하였고，또한 과열 파손가 생기기 쉬웠다．

또, 종래의 ＬＣＤ 백라이트의 가공 방법에서는，ＬＥＤ 발광 칩을 전기 회로판의 위에 용접하지 않으면 안 되었기 때문에，가공이 어렵고，생산 합격률이 낮을 뿐만 아니라，전기 회로판이 열에 의하여 손상되는 경우가 발생하여，ＬＣＤ 백라이트 전체를 파손시키기 쉬웠다．그리고，종래의 ＬＣＤ 백라이트는，휘도가 바람직하지 않기 때문에，ＬＣＤ와 ＬＥＤ 발광 칩의 사이에 필터나 확산 시트·도광 시트를 설치하고，도광 시트에 의하여 광원을 가이드하고，또한 균일하게 분포시키는 한편 확산 시트에 의하여 광선을 균일하게 분산시킴으로써，필터에 의하여 편차가 있는 색광을 여과하고 있다．이러한 외부 설치 구조는 전체 ＬＣＤ 백라이트의 비용을 증가시켜，산업의 발전을 방해한다．

또한，전술한 임의의 ＬＣＤ 장치는，일부의 백라이트 장치의 구성 부품이 손상된 경우，모두 단독으로 교환할 수 있지 않고，전체를 교환하지 않으면 안 되었기 때문에，비용이 높아진다．또한 큰 크기인 ＬＣＤ의 경우에 있어서도，단일의 구성 부품이 손상된 것만으로 전부를 교환한 것은，낭비일 뿐 만 아니라，ＬＣＤ의 폐품도 환경 보호의 부담을 늘리는 것이 된다．

　　이상을 감안하여，본안 고안자는，해결 방법으로서，특수한 열 발산 메 커니즘에 의하여 고 전력 ＬＥＤ의 발열 고장을 제거하고，또한 밝기의 감쇠 등의 문제를 해결하고，제조 공정을 더욱 간소화하는 한편, 생산 효율을 높인 방법을 생각하였는 바，장기적인 연구 개발 및 실험에 의하여，드디어 본 고안에 따른 삽입식(embeded) ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체의 연구 개발에 성공하였다.

본안 고안의 주요 목적은，삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체를 제공하여，특수한 열 발산메커니즘에 의하여，열에 의하여 생기는 고장률을 대폭적으로 내려，큰 크기 ＬＣＤ의 생산 합격률 및 휘도를 향상시키는 것이다.

본안 고안의 다른 목적은，삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체를 제공하여，제품의 전체적 구조를 간소화하고，번잡한 가공 공정을 줄인 것에 의하여，생산 효율 및 제품 품질을 향상시키는 것에 있다．

본안 고안의 또 다른 목적은，삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체를 제공할 때，상기 구조가 소형 모듈로 형성되도록 함으로써，단일 구성 부품이 파손된 경우라도，파손된 부분의 모듈을 직접 교환하고 수리할 수 있도록 하여，큰 크기 ＬＣＤ의 유지를 보다 용이하게 하는 것에 있다．

본안 고안의 또 다른 목적은，삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체를 제공할 때，제작 공정을 줄임으로써，용접 등의 가공 공정 또는 폐기물을 없애고，환경 보호의 요구에 부응하도록 하는 것에 있다．

전술 목적을 달성할 수 있는 삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체는，다수의 원호형 홈부와 백라이트에 필요한 전기 회로를 설치한 프린트 회로 기판을 포함 한다. 이 때 상기 프린트 회로 기판 및 원호형 홈부의 표면에는 스퍼터링 방법으로 나노미터 두께의 금 레어어 도금층을 형성하여, 상기 나노미터 두께의 금 레어어 도금층의 양호한 도전성 및 열전도성에 의하여，ＬＣＤ 백라이트의 열 발산능력이 크게 향상되도록 한다. 이 때 상기 다수개의 원호형 홈부의 각각의 가운데 부분에 ＬＥＤ 발광 칩을 삽입(embed)하고，상기 ＬＥＤ 발광 칩을 고주파 용접함으로써，원호형 홈부에 설치할 수 있다. 상기 ＬＥＤ 발광 칩의 위에，적당한 비례의 형광 분말 및 실리콘의 혼합물로 만들어진 형광 페이스트를 코팅하는 것에 의하여，ＬＥＤ 발광 칩이 고휘도로 균일한 백색광을 낼 수 있도록 한다. 또, 상기 원호형 홈부 및 주위의 프린트 회로 기판의 표면에도，투명한 실리콘으로 형성된 투광층을 씌움으로써，상기 원호형 홈부 내부의 도선을 보호함과 동시에，상기 ＬＥＤ 발광 칩으로부터 발광된 광선이 분산되도록 한다．

도１·도１a·도２를 참조하면，본안 고안에 따른 삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체는，프린트 회로 기판(２) 위에，다수의 ＬＥＤ(３)（발광 다이오드)를 설치하고，이에 따라 형성된 ＬＣＤ 백라이트(１)를，ＬＣＤ의 뒤쪽（도시하지 않고）에 설치하고，다수의 ＬＥＤ(３)에 의하여 ＬＣＤ 위에 광을 투사하고，필요한 색조 및 휘도를 획득한다．

　상기 ＬＥＤ(３) 장치는，상기 프린트 회로 기판(２)의 위에 설치된 원호형 홈부(３１)를 포함하고, 상기 프린트 회로 기판(２)에는 백라이트에 필요한 전기 회로가 설치되어 있다. 상기 프린트 회로 기판(２) 및 원호형 홈부(3１)의 표면 에는，전면적으로 나노미터 두께의 금 레어어(４)가 스퍼터링·도금되어 있다. 나노미터 두께의 금 레어어(４)에는 양호한 도전 및 열전도 능력이 갖추어져 있기 때문에，프린트 회로 기판(２)의 열 발산 능력이 향상될 수 있다. 상기 원호형 홈부(３１)에는，ＬＥＤ 발광 칩(３２)이 설치되며，나노미터 두께의 금 레어어(４)의 형성에 의하여，상기 ＬＥＤ 발광 칩(３２)이 원호형 홈부(３１)의 나노미터 두께의 금 레어어(４) 도금층에 고주파 용접으로 고정된다. 도선 (３３)이 양측의 프린트 회로 기판(２)에 연결되어，상기 프린트 회로 기판(２)의 전기 회로를 경유해 ＬＥＤ 발광 칩(３２)을 발광시킨다. 한편，상기 ＬＥＤ 발광 칩(３２) 위에는，별도의 일정 비례의 형광 분말 및 실리콘이 혼합되어 만들어진 형광 페이스트(３４)가 코팅되어 있다. 이 때, 상기 형광 분말은 OSRAM 사로부터 라이센스된 것으로，그 혼합물로 색도 좌표(chromaticity coordinate) 상에서 Ｘ＝0.33;Ｙ＝0.33 값과，8000Ｋ 색 온도를 갖는 단일 파장의 백색광을 얻을 수 있고，필요한 고휘도 백색광 ＬＥＤ(３)을 형성할 수 있다. 또, 상기 원호형 홈부(３１) 및 주위의 프린트 회로 기판(２)의 표면에 ，별도의 투명한 실리콘으로 만들어진 투광 층(３５)를 씌우는 것에 의하여，상기 원호형 홈부 (31)와 상기 원호형 홈부(31) 내부의 도선 (３３)을 보호하고，상기 ＬＥＤ 발광 칩 (５２)으로부터 발광된 광선을 분산시킨다．이와 같이 하여，본 고안에 필요한 고휘도의 백색광을 얻을 수 있다，따라서 본 고안은 ＬＣＤ와 ＬＣＤ 백라이트 사이에 확산 시트를 설치한 것만으로，종래 구조의 필터나 도광 시트 등의 부재를 필요로 하지 않고，필요한 백색광을 생성할 수 있으며, 그 결과 대폭적으로 제품 구조를 간소화할 수 있다．

이상의 구조에 의하여，본안 고안에 따른 열 발산 효과는 도３에 도시되어 있다. 상기 ＬＥＤ 발광 칩 (３２)으로부터 생기는 열에너지는，일부분이 바닥부의 나노미터 두께의 금 레이어(４) 및 프린트 회로 기판(２)에 의하여 없어지게 된다. 또한 상측 및 옆으로 향한 열에너지는，상기 원호형 홈부 (３１)에 의하여 와류 상의 열 대류 현상이 생긴다. 따라서，대부분의 열에너지는 와류 상의 경로를 경유함으로써，상기 원호형 홈부(３１)의 나노미터 두께의 금 레어어(４)와 접촉할 기회가 많아지고，이에 따라 나노미터 두께의 금 레어어(４) 및 프린트 회로 기판(２)에 의하여 없어지게 된다. 따라서，본안 고안은 확실히 종래의 구조에서보다 한층 현저한 열 발산효과를 달성할 수 있다．

전술한 본 고안에 따른 삽입식 LED를 갖는 백라이트 구조체의 제작 방법은 도４에 나타낸 것처럼，하기 단계를 포함한다，

ａ．프린트 회로 기판(２)의 위에 원호형 홈부(３１)을 만들고，또한 관련 전기 회로를 형성하는 단계;

ｂ．상기 프린트 회로 기판(２) 및 원호형 홈부(３１)에 대하여 전면적으로 나노미터 두께의 금 레어어(４)를 스퍼터링·도금하는 단계;

ｃ．ＬＥＤ 발광 칩 (３２)을 원호형 홈부 (３１)의 나노미터 두께의 금 레어어(４) 표층에 삽입(embed)하고，고주파에 의하여 고정하며, 도선 (３３)을 형성하는 단계;

ｄ．형광 페이스트 (３４)를 ＬＥＤ 발광 칩 (３２)의 주위에 코팅하는 단계;

ｅ．마지막으로，원호형 홈(３１) 및 주위의 프린트 회로 기판(２)의 위에 투광 층(３５)를 씌우는 단계.

또한，도５에 나타낸 것처럼，본안 고안에 따른 ＬＣＤ 백라이트(１)의 구조는，소형의 모듈로 형성된다. 적당한 크기의 다수개의 프린트 회로 기판(２)이 소형의 ＬＣＤ 백라이트(１)로 결합될 수 있다. 또한，다수의 소형 ＬＣＤ 백라이트(１)이 필요한 LCD 크기에 따라 대형의 ＬＣＤ백라이트 (１)로 결합될 수 있다. 이와 같이 하여 ＬＣＤ 생산의 생산 효율을 증진하고，합격률을 높일 수 있다．

전술 ＬＣＤ 백라이트(１)의 ＬＥＤ(３)은 ，평행하게 정렬되고 있지만, 도 ６ 및 도 ７에 나타낸 것처럼，ＬＣＤ 백라이트(１)의 ＬＥＤ(３)을 교차식으로 배치하여，다른 시각적인 외형을 제공하는 것도 가능하다．

이와 같이 하여 완성된 본안 고안은 ，확실히 특허 목적의 고휘도·저 발열 효과를 달성할 수 있고 도８∼도８h의 각각의 도면에는 LCD 백라이트의 온도 변화가 도시되어 있다. 본 고안의 고안자는，본안 고안의 구조가 완성된 ３２ 인치 ＬＣＤ 백라이트(１０)의 표면에 있어，왼쪽에서 오른쪽으로，위에서 아래로，Ｎ１∼Ｎ８번의 온도 체크 포인트를 설정하였다. 이때 대조를 위하여 실온 체크 포인트 Ｎ９를 설정하였다. 실제의 상황으로부터 추론하면，위의 위치에 있는 온도 체크 포인트의 온도는 아래쪽의 온도 체크 포인트의 온도보다 높아야 한다. 종래의 ＬＣＤ는, 어느 위치에 있는 온도 체크 포인트의 온도라도，통상 １００℃에 도달하거나 이를 초과한 것도 있다. 따라서，종래의 ＬＣＤ는，감전을 예방하는 것 이외에，화상을 피하기 위하여도 사용자가 외부의 케이스를 여는 것을 엄금하도록 하였다 ．그러나 본 고안에 따른 구조의 LCD 백라이트는 어느 위치에서 감지된 온도라도 ５０℃이하이다. 이는 장기적으로 고휘도로 사용하여도，긴 수명을 유지할 수 있으며 어떠한 고 휘도 실시예에 대하여도 최상의 성능을 나타낼 수 있게 된다는 것을 의미한다.

본 고안에 따른 실시예는 본 고안의 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 과학과 유용한 기술에서의 진보를 위하여 본 고안은 공개되며 본 고안의 범위는 하기하는 청구항의 범위에 의하여만 제한되도록 의도된다.

본 고안에 따른 LCD 백라이트는，ＬＣＤ에 있어 고휘도 및 고 포화도의 색채를 표현시키어，제조 비용을 경감하고，더욱 큰 크기 ＬＣＤ의 생산 합격률을 향상시키어，또한 유지를 용이하게 하기 때문에 ，특히 큰 크기 ＬＣＤ로의 사용으로 적합한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 삽입식(embedded) ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체로서，

   상기 백라이트에 필요한 전기 회로가 설치된 프린트 회로 기판；

   상기 프린트 회로 기판의 위에 성형된 다수의 원호형 홈부；

   상기 프린트 회로 기판 및 원호형 홈부의 표면에 스퍼터링(sputtering)·도금된 나노미터 두께의 금 레어어；

   각각이 상기 원호형 홈부에 고정되고 상기 프린트 회로 기판의 위로부터 연장된 도선을 갖는 다수의 ＬＥＤ 발광 칩；

   상기 ＬＥＤ 발광 칩의 위에 코팅되는 형광 페이스트； 및

   상기 원호형 홈부 및 주위의 프린트 회로 기판 표면을 보호하기 위한 투광층을 포함한 것을 특징으로 하는, 삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체 ．
2. 제 1항에 있어서,

   상기 형광 페이스트는，형광 분말 및 실리콘의 혼합물이고，상기 백라이트 구조체는 색도 좌표(chromaticity coordinate) 상에서 Ｘ＝0.33;Ｙ＝0.33의 값을 가지며，8000Ｋ색 온도의 단일 파장의 백색광를 형성하도록 하는, 삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체 ．
3. 제 1항에 있어서,

   상기 ＬＣＤ 백라이트 구조체는 소형의 모듈로 형성되고，다수의 소형 ＬＣＤ 백라이트 모듈이 결합되어 대형 ＬＣＤ 백라이트로 형성될 수 있는, 삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체 ．
4. 제 1항에 있어서, 상기 투광층은 투명한 실리콘으로 형성되는, 삽입식 ＬＥＤ를 갖는 백라이트 구조체.

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