KR20070060920A - 직하형 ｌｅｄ 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 빛을 생성하는 LED 칩과; 상기 LED 칩에서 발생된 빛의 진행경로상에 위치되어 빛을 경로를 유도하는 LED 렌즈 수단을 포함하는 복수개의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광용 LED 패키지를 기판 섀시의 상측에 구비한 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 방열 코팅층을 구비하는 섀시, 반사코팅층을 구비하는 LED 패키지, 상기 LED 패키지의 가장자리에 배치되는 LED 모서리 반사 커버를 구비하는 것 및 상기 LED 패키지가 기판상에 마름모로 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

직하형 ＬＥＤ 백라이트 유닛 {Direct type LED backlight unit}
도 1은 종래의 LED 패키지를 구비한 백라이트 유닛의 개략적인 정면도이다.
도 2는 도 1의 백라이트 유닛을 구성하는 단위 LED 패키지가 설치된 상태를 도시하는 수직 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 종래의 백라이트 유닛의 각 측정지점에서의 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 LED 패키지를 구비한 백라이트 유닛의 LED 패키지의 배열 상태를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 5는 도 4의 백라이트 유닛을 구성하는 일실시예 중에서 Fan이 없는 방열 구조를 갖는 백라이트 유닛의 단위 LED패키지의 설치된 상태를 도시하는 수직 단면도이다.
도 6 a 및 6b는 도 4의 백라이트 유닛을 구성하는 다른 실시예로서 Fan이 설치된 방열 구조를 갖는 백라이트 유닛의 단위 LED패키지의 설치된 상태를 도시하는 수직 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 LED 패키지와 LED 모서리 반사 커버의 결합관계에 대한 일실시예를 도시하는 단면도이다.
도 8은 도 7의 부분 분해 단면도이다.
도 9는 본 발명의 백라이트 유닛의 구간별 온도 분포를 측정하기 위하여 온도가 측정된 구역을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 10은 도 9에 따른 백라이트 유닛의 구간이 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 백라이트 유닛 112 : 가로 프레임
114 : 세로 프레임 116 : LED 패키지
118 : LED 패키지 그룹 120 : 기판 섀시
122 : 금속 PCB 126 : 반사 플레이트
132 : 열전도 시트 136 : 확산 플레이트
138 : 확산 시트 140 : BEF 시트
142 : DBEF-D 시트 146 : 팬 지지대
148 : 방열팬 160 : LED 모서리 반사 커버
162 : 방열 코팅층
본 발명은 LED 광원을 이용한 직하형 백라이트 유닛(direct type back light unit)에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 적-녹-청(R-G-B) LED 패키지에서 발생된 빛이 믹싱되어 백색광을 이루도록 LED 광원을 이용하는 직하형 백라이트 유닛이다.
통상적으로, 평판표시장치(flat panel display)는 발광형과 수광형으로 분류되는데, 발광형으로는 음극선관(CRT), 전계 발광(Electro Luminescent;EL) 소자, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel;PDP) 등이 있고, 수광형으로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display;LCD) 등이 있다.
상기 LCD는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고 외부로부터 빛을 받아 화상을 형성하는 수광형 소자이므로, 별도의 광원, 예를 들면 이른바 백라이트를 설치하여 어두운 곳에서는 화상을 관찰할 수 있도록 하고 있다.
이러한 LCD용 백라이트는 광원의 설치 위치에 따라 직하형(direct type)과 에지(edge)형으로 구분하며, LED를 광원으로 하여 백색광을 생성하는 방법에는 적녹청(RGB) LED를 광학적으로 믹싱하여 백색광을 생성하는 RGB LED 방법과, 자외선 LED와 적녹청 형광체를 혼합하는 방법, 청색 LED와 황색 형광체를 혼합하는 바이너리 컴플리멘터리(binary complimentary) 방식이 있다. LED 광원은 종래에 광원으로 사용되었던 CCFL에 비하여 응답시간이 상당히 빠를 뿐 아니라 수은과 같은 중금속을 함유하지 않고 완전 고체 소자이므로 친환경적이라는 장점이 있다. 특히 이중에서 RGB LED 방식의 경우 종래에 광원으로 사용되었던 CCFL 및 다른 LED 방식에 비하여 색표현 능력이 우수하여, 고품위의 LCD TV용 LED 백라이트에 채용되었다.
한편 도 1은 종래의 백라이트 유닛에서 LED 패키지의 배열 상태를 도시하는 평면도이다. 가로 프레임(12) 및 세로 프레임(14)에 둘러싸인 기판 섀시(20)상에는 복수개의 LED 패키지(16)가 일렬로 열을 지어 LED 패키지 그룹(18)을 형성하면, 일렬을 이룬 LED 패키지 그룹(18)은 다시 다수개의 행을 이룬다.
도 2는 도 1에 도시된 단위 LED 패키지에 대한 설치 단면도이다. 도 2를 참조하면, 빛을 발생하는 LED 패키지(16)의 하부에는 금속 코어 PCB(34 : metal core printed circuit board)가 설치되어 있으며, 상기 LED 패키지(16)와 금속 코어 PBC(34)의 조립체는 LED 지지 프레임(22) 내에 설치된다.
여기서, LED 패키지(16)에서 발생된 열이 LED 지지 프레임(22)에 전달되도록 금속 코어 PCB(34)와 LED지지 프레임(22) 사이의 접촉면에는 열전도 시트(32)가 개재된다. 또한 LED 지지프레임(22)상에 배치된 LED 패키지(16)에서 발생된 열을 넓은 구간에 퍼지게 하기 위하여, LED지지 프레임(22)의 내부에는 길다란 열전도 파이프(30)가 상기 LED지지 프레임(22)를 관통하여 설치된다.
한편, LED 패키지(16)를 둘러싸는 주변부에는 LED 패키지(16)에서 발생된 빛을 출사면으로 반사시키기 위한 반사 플레이트(26)가 설치되며, 반사 플레이트와 LED 패키지(16) 사이의 공간은 지지판(24)에 의해 커버되어 있다.
LED 패키지(16)에서 LED 지지 프레임(22)에 전달된 열은 기판 섀시(20)를 통하여 기판 섀시(20)의 배면에 형성된 방열 휜(44)을 통하여 방열된다. 이 과정에서 방열을 돕기 위하여, 팬 지지대(46)에 장착된 방열 팬(48)이 회전하여 이로 인해 발생되는 공기에 의해 방열 휜(44)의 열이 소산된다.
한편, LED 패키지(16) 상측에 오벌 도트(oval dot : 50)가 인쇄되어 있는 PMMA(폴리 메틸 메타 아크릴레이트) 플레이트(28)의 디버터(diverter)가 배치되고, 그 상부에는 확산 플레이트(36)가 배치되며, 그 위에는 광학적 시트인 확산시트(38), BEF 시트(40) 및 DBED-D 시트(42)등이 적층되어 LED 패키지에서 발생된 빛의 휘도를 보정한다.
도 2와 같은 구조의 LED 패키지(16)가 도 1과 같이 배치된 백라이트 유닛(10)의 각 부분에서의 온도 변화가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에서 표시된 각 지점은 도 1에 1 내지 6으로 표시된 지점을 가리킨다. 실험 조건에 대해서는 후술하기로 하고, 도 3의 그래프를 통하여 알 수 있듯이, 백라이트 유닛은 작동시간 동안 안정적인 온도 특성을 유지하고 있다. 그러나, 도 2와 같은 구조의 백라이트 유닛의 경우 종래 CCFL 광원에 의한 직하형 백라이트 구조와는 달리 도 2에 도시된 바와 같은 복잡한 방열구조를 갖는 문제점이 있었다.
또한 종래 기술의 경우 LED 패키지에서 발생된 빛이 반사 플레이트에서 반사되어 출사면으로 진행하는 과정에서 빛이 반사 플레이트로 커버되어 있지 않은 LED 패키지의 바로 밑의 영역으로 떨어지는 량이 상당하여 광효율이 낮은 문제점이 있었으며, 기존 CCFL 광원에 의한 직하형 백라이트 구조에는 존재 하지 않는 오벌 도트(oval dot : 50)가 인쇄되어 있는 PMMA(폴리 메틸 메타 아크릴레이트) 플레이트(28)의 디버터(diverter)가 새로이 배치되어 있어 이것 또한 광효율이 낮아지는 문제점이 있었다.
또한, 종래 기술의 경우, LED 패키지가 일렬로 배열됨으로 인하여 R-G-B 3가지 색상이 혼합되는 정도가 일정하지 못한 문제점이 있었다.
또한 복잡한 방열구조 및 디버터 플레이트의 존재는 백라이트의 무게를 증가시켜 상품성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 LED 패키지를 구비한 백라이트 유닛에서 광손실량을 최소화하여 광효율이 높으며, RGB 색상의 혼합 균일도가 우수하며, 비교적 간단한 구조를 갖고 있으며 이를 통해 경량화를 이룰 수 있으며, 동시에 방열 성능이 우수한 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 백라이트 유닛은,
빛을 생성하는 LED 칩과; 상기 LED 칩에서 발생된 빛의 진행경로상에 위치되어 빛을 경로를 유도하는 LED 렌즈 수단을 포함하는 복수개의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광용 LED 패키지를 기판 섀시의 상측에 구비한 백라이트 유닛으로서,
상기 LED 패키지의 가장자리에 배치되는 LED 모서리 반사 커버를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 LED 모서리 반사 커버는 LED 패키지에 체결되도록 결합홈을 구비한다.
또한, 상기 LED 모서리 반사 커버는 LED 패키지의 가장자리에서 아랫방향으로 스커트 형상으로 연장되는 것이 바람직하다.
상기 LED 모서리 반사 커버는 고반사율 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 LED 모서리 반사 커버는 폴리 카보네이트(PC)로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 LED 패키지는 LED 렌즈수단의 일부에 반사 코팅층을 구비한다.
상기 기판 섀시와 상기 LED 패키지 사이에는 금속 PCB 가 개재되어 상기 LED 패키지는 상기 금속 PCB의 표면상에 배치된다.
또한, 상기 기판 섀시와 상기 금속 PCB사이에는 열전도 시트가 추가로 개재될 수 있다.
여기서, 상기 기판 섀시는 평판 형상일 수 있으며,
선택적으로, 상기 기판 섀시는 돌출된 형상일 수도 있다.
또한, 상기 금속 PCB와 상기 기판 섀시 중 적어도 하나의 노출부에는 방열 코팅층이 형성된다.
또한 상기 기판 섀시와 상기 금속 PCB 사이에는 열스프레더가 추가로 개재될 수 있다.
한편, 상기 LED 패키지는 마름모꼴로 배치되어 LED 패키지 그룹을 형성한다.
또한, 상기 LED 패키지 그룹은 적색, 녹색, 청색 LED 패키지 중 하나의 LED 패키지를 복수개로 구비한다.
특히, 상기 LED 패키지 그룹은 적색, 녹색, 청색 LED 패키지 중 2개의 녹색 LED 패키지, 1개의 적색 LED 패키지 및 1개의 청색 LED 패키지를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 LED 패키지 그룹의 상기 녹색 LED 패키지는 마름모꼴에서 서로 대향하도록 배치된다.
나아가, 상기 LED 패키지 그룹은 일정한 규칙으로 배치된다.
특히, 복수개의 상기 LED 패키지 그룹간의 가로 방향 피치는 상기 마름모꼴 LED 패키지 그룹을 구성하는 LED 패키지의 가로 방향 대각선의 간격의 2배인 것이 바람직하며, 가로 방향으로 인접한 LED 패키지 그룹간에는 180도 회전 대칭성을 갖는다.
또한, 복수개의 상기 LED 패키지 그룹간의 세로 방향 피치는 상기 마름모꼴 LED 패키지 그룹을 구성하는 LED 패키지의 세로 방향 대각선의 간격의 2배인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직하형 백라이트 유닛을 더욱 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LED 백라이트 유닛에 LED 패키지가 배치된 레이아웃을 나타내는 정면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 LED패키지가 백라이트 유닛에 장착되어 설치된 상태를 도시하는 일시예에 따른 수직 단면도이며, 도 6은 그 변형예이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백라이트 유닛의 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) LED 패키지(116)는 가로 프레임(112)와 세로 프레임(114)으로 둘러싸인 기판 섀시(120)상에서 그룹을 지어서 LED 패키지 그룹(118)을 형성하고 있다. 이때, 복수개의 LED패키지(116), 특히 4개의 LED패키지는 마름모꼴로 배치되어 LED 패키지 그룹(118)을 형성한다.
마름모꼴의 경우 4개의 꼭지점이 필요하므로, LED 패키지도 4개가 필요하다. 이 경우, LED 패키지 그룹(118)은 적색, 녹색, 청색 LED패키지 중 하나의 색깔의 LED 패키지는 복수개, 특히 2개이다. 보다 바람직하게는 마름모꼴의 4 꼭지점을 이루는 4개의 LED 패키지 중에서 녹색 LED 패키지가 두개, 적색 LED 패키지가 한개, 그리고 청색 LED 패키지가 1 개인 것이 바람직하다.
이와 같은 LED패키지(116)로써 LED 패키지그룹(118)을 구성함에 있어서, 녹색 LED 패키지는 마름모꼴의 꼭지점에서 서로 대향하도록 배치된다. 따라서, 도 4의 부분 확대도에 도시된 바와 같이, 시계 방향으로 볼 경우 G-R-G-B의 순서로 임의의 하나의 LED 패키지가 배열된다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, LED 패키지(116)가 모여서 된 LED패키지 그룹(118)은 매트릭스 형상으로 기판 섀시(120) 상에 배치된다. 즉, 가로 방향과 세로 방향으로 LED패키지 그룹(118)이 연속적으로 배치된다.
LED 패키지 그룹(118)이 배열됨에 있어서, 복수개의 LED 패키지 그룹간의 가로 방향 피치는 상기 LED 패키지 그룹을 구성하는 마주보는 한 쌍의 LED 패키지의 가로 방향 대각선의 간격의 2배인 것이 바람직하며, 가로 방향으로 인접한 LED 패키지 그룹간에는 180도 회전 대칭성을 갖는다. 따라서, 전술한 바와 같이 어느 LED 패키지 그룹의 LED 패키지의 배열이 시계 방향으로 G-R-G-B 였다면, 이러한 패키지 바로 옆의 다른 LED 패키지 그룹의 LED 패키지의 배열은 시계방향으로 G-B-R-G가 되어 R 과 B에 대한 LED 패키지의 위치가 상하 바뀌게 된다. 또한, 복수개의 LED 패키지 그룹간의 세로 방향 피치는 상기 LED패키지 그룹을 구성하는 마주보는 한 쌍의 LED 패키지의 세로 방향 대각선 간격의 2배 인 것이 바람직하다. 한편, 세로 방향으로 연속적으로 이어지는 LED 패키지 그룹의 LED 패키지의 배열 방향은 가로 방향과는 달리 동일하다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 임의의 하나의 LED 패키지 그룹의 LED패키지가 시계방향으로 G-R-G-B 인 경우, 그 상하에 최인접하게 위치한 다른 LED 패키지 그룹의 LED 패키지도 시계방향으로 G-R-G-B의 배열을 가진다.
상기와 같은 배열로 배치되는 단위 LED 패키지(116)가 백라이트 유닛(100)에 설치된 일실시례에 대한 단면도인 도 5를 참조하면, 백라이트 유닛은 빛을 생성하는 LED 칩(미도시)과 상기 LED 칩에서 발생된 빛의 경로를 유도하는 LED 렌즈 수단을 포함하는 LED 패키지(116)을 구비한다. 특히 LED 렌즈 수단에는 반사 코팅층이 구비된다. 상기 LED 패키지(116)는 기판 섀시(120)의 상측에 배치되는데, 기판 섀시(120)와 LED 패키지(116) 사이에는 금속 PCB(122)가 개재되어 있다. 따라서, 상기 LED 패키지(116)는 상기 금속 PCB(122)의 상측 표면상에 설치되어 있다.
한편, 기판 섀시(120)와 상기 금속 PCB(122)의 사이의 경계면에는 열전도 시트(132)가 개재되어 LED 패키지(116)에서 금속 PCB(122)에 전달된 열은 열전도 시트(132)를 통하여 기판 섀시(120)에 전도된다.
LED 패키지가 설치된 금속 PCB(122)는, 도면에 상세히 도시하지는 않았으나, 알루미늄 기판상에 절연층이 놓이고 그 위에 도전선 금속인 구리가 배치된 인쇄 회로 기판 조립체이다.
상기 금속 PCB(122)상에서 LED 패키지(116)가 배치된 곳 이외의 영역에는 LED 패키지에서 발생된 빛을 출사면 방향(도 5에서 상측 방향)으로 반사시키는 반 사 플레이트(126)가 배치된다.
한편, LED 패키지(116)의 주변부 가장자리에는 LED 모서리 반사 커버(160)가 장착된다. 상기 LED 모서리 반사 커버(160)는 LED패키지(116)의 가장자리에서 아랫방향으로 스커트 형상으로 연장되는 것이 바람직하다. 또한 상기 LED 모서리 반사 커버(160)는 고반사율의 재료인 것이 바람직한데, 예를 들어, 폴리 카보네이트(PC) 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
LED패키지(116)에서 발생된 빛은 LED 렌즈 수단에서 측방향 굴절되어 서로 혼합된 후 반사 플레이트(126) 및 반사 커버(160)에 의해 출사면 방향으로 진행된다.
여기서, 각 LED 패키지(116)가 위치된 부분에 대응되는 부분만이 휘도가 높고 LED 패키지(116)가 배치되지 않은 부분의 휘도가 낮아서 휘도가 일정하지 않게 되는 것을 방지하도록 하기 위하여, LED 패키지(116)의 상측에는 빛을 산란시키는 광학적 구성요소가 배치된다.
도 5에 따르면, LED 패키지(116)의 상측에는 확산 플레이트(136)가 이격되어 배치되며, 확산 플레이트(136)의 상측에는 광학 시트(138, 140, 142)들이 적층되어 배치된다.
여기서, 광학 시트는, 예를 들어, 확산시트(138), BEF 시트(140 : brightness enhancement film sheet), DBEF-D 시트(142 :dual brightness enhancement film sheet)일 수 있다.
한편, 상기 기판 섀시(120)와 상기 금속 PCB(122)사이에는 열전도 효과를 증 진시키기 위하여 열전도 시트(132)가 설치되어 배치된다. 또한 상기 기판 섀시(120)와 상기 금속 PCB(122)의 온도 분포 균일도를 증진시키기 위하여 열전달속도가 빠른 열스프레더(Heat Spreader : 180) 혹은 히트파이프(Heat Pipe)가 설치되어 배치된다. 도 5의 경우, 기판 섀시(120)는 플레이트 형상이다. 따라서, 기판 섀시(120)의 표면을 따라 그 상측에는 열전도 시트(132) 및 열스프레더(180)가 배치되고, 그 하측 표면에는 방열 코팅층(162)이 배치된다.
따라서, LED 패키지에서 발생된 열은 금속 PCB(122), 열전도 시트(132), 기판 섀시(120)를 경유하여 방열 코팅층(162)에 도달하게 되고, 여기서, 공기에 의해 대기중으로 방열되어 소산된다.
LED 패키지(116)에서 발생된 열은 상기 금속 PCB(122) 또는 기판 섀시(120)에서 하측으로만 전도되는 것이 아니라 측방향으로도 전도되며, 특히 열스프레더에 의해 측방향 열전도가 증진되어 열이 백라이트 유닛의 전체로 골고루 전도되어 방열되게 된다.
도 6a 및 6b는 도 5의 변형례를 나타내는 수직 단면도이다. 도 6을 참조하면, 도 5의 경우와 상당 부분의 구성은 유사하다. 따라서, 동일한 구성요소에는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
도 6a를 참조하면, 백라이트 유닛은 빛을 생성하는 LED 칩(미도시)과 상기 LED 칩에서 발생된 빛의 경로를 유도하는 LED렌즈 수단을 포함하는 LED 패키지(116)를 구비한다. 상기 LED 패키지(116)는 평평한 형상 또는 방열면적을 넓히기 위하여 돌출된 형상을 가진 기판 섀시(120')의 상측에 배치되는데, 기판 섀시 (120')와 LED 패키지(116) 사이에는 금속 PCB(122)가 개재되어 있다. 따라서, 상기 LED 패키지(116)는 상기 금속 PCB(122)의 상측 표면상에 설치되어 있다.
한편, 기판 섀시(120')와 상기 금속 PCB(122)의 사이의 접촉면에는 열전도 시트(132)가 개재되어 LED패키지(116)에서 금속 PCB(122)에 전달된 열은 열전도 시트(132)를 통하여 기판 섀시(120)에 전도된다. 특히 기판 섀시(120')의 하측에는 방열 효과를 증진시키기 위한 방열팬(148)이 팬 지지체(146)에 설치되어 배치된다.
상기 금속 PCB(122)상에서 LED 패키지(116)가 배치된 곳 이외의 영역에는 LED 패키지에서 발생된 빛을 출사면 방향(도 6에서 상측 방향)으로 반사시키는 반사 플레이트(126)가 배치된다.
한편, LED 패키지(116)의 주변부 가장자리에는 LED 모서리 반사 커버(160)가 장착된다. 상기 LED 모서리 반사 커버(160)는 LED 패키지(116)의 가장자리에서 아래 방향으로 스커트 형상으로 연장되는 것이 바람직하다. 또한 상기 LED 모서리 반사 커버(160)는 고반사율의 재료로 형성되는 것이 바람직한데, 예를 들어, 폴리 카보네이트(PC) 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 각각의 적색, 녹색, 청색 LED패키지(116)에서 발생된 빛은 LED 렌즈 수단에서 측방향 굴절되어 서로 혼합된 후 반사 플레이트(126) 및 반사 커버(160)에 의해 출사면 방향으로 진행된다.
여기서, 각 LED 패키지(116)가 위치된 부분에 대응되는 부분만이 휘도가 높고 LED 패키지가 배치되지 않은 부분의 휘도가 낮아서 휘도가 일정하지 않게 되는 것을 방지하도록 하기 위하여, LED 패키지의 상측에는 빛을 산란시키는 광학적 구 성요소가 배치된다.
도 6b에 따르면, LED 패키지(116)의 상측에는 확산 플레이트(136)가 이격되어 배치되며, 확산 플레이트(136)의 상측에는 광학 시트(138, 140, 142)들이 적층되어 배치된다.
한편, 상기 기판 섀시(120)의 하측에는 방열 효과를 증진시키기 위한 방열팬(148)이 팬 지지대(146)에 설치되어 배치된다. 도 6의 경우, 기판 섀시(120')는 평평하거나 혹은 방열면적을 넓히기 위하여 돌출된 형상, 보다 구체적으로는 다리의 형상이 돌출되어 연장된 형상을 갖는다. 상기 기판 섀시(120')의 일측 부분을 따라 그 상측에는 열전도 시트(132)가 배치되고, 상기 금속 PCB(122)와 상기 기판 섀시(120') 중 적어도 하나의 노출부에는 방열 코팅층(162')이 형성된다.
환언하면, 금속 PCB(122)의 하면중에서 기판 섀시(120')와 접촉하고 있지 않은 노출된 부분과 상기 기판 섀시의 노출된 부분에는 방열 코팅층(162')이 형성된다.
따라서, LED 패키지에서 발생된 열은 금속 PCB(122)를 통하여 바로 방열 코팅층(162')에 도달하게 되어 방열되거나, 금속 PCB(122), 열전도 시트(132), 기판 섀시(120')를 경유하여 방열 코팅층(162')에 도달하게 되어, 여기서, 방열팬(148)에서 불어오는 공기에 의해 대기중으로 방열되어 소산된다.
일반적인 알루미늄의 방사율(실제 물질 표면에서 방사된 복사 에너지와 흑체에서 방사된 복사 에너지의 비)은 0.02 내지 0.1 수준인데, 방열 코팅층의 방사율은 0.9 내지 0.95 수준이 되도록 방열 코팅제가 선택되는 것이 바람직하다.
도 5의 경우와 마찬가지로, LED패키지(116)에서 발생된 열은 상기 금속PCB(122) 또는 기판 섀시(120')에서 하측으로만 전도되는 것이 아니라 측방향으로도 전도되어 열이 백라이트 유닛의 전체로 골고루 전도되어 방열되게 된다.
도 7 및 도 8은 도 5 및 6에 도시된 LED 패키지의 부분 단면도이다.
도 7을 참조하면, LED 패키지(116)의 가장자리에는 LED 모서리 반사 커버(160)가 배치되는데, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 LED 모서리 반사 커버(160)는 그 중심에 결합홈(162)을 구비하여, 상기 결합홈(162)에 LED 패키지의 LED렌즈(117)가 끼워져서 체결되는 구조이다. LED 모서리 반사 커버(160)가 LED 패키지(116)에 체결되면, LED 패키지(116)의 주변 하측에 배치되어 있던 반사 플레이트(126)와 LED 패키지(116) 사이의 공간은 완전히 LED 모서리 반사 커버(160)로 덮이게 된다.
상기 LED 모서리 반사 커버(160)는 스커트 형상을 구비하여, 상기 LED 패키지(116)의 가장자리에서 아랫방향으로 경사지게 연장된다.
이와 같이, LED 패키지(116)의 주변부를 LED 모서리 반사 커버(160)가 둘러싸게 되면, LED(119)에서 발생되어 LED 렌즈 수단(117)에서 굴절되어 LED 패키지(116)의 바로 밑으로 떨어지는 일부의 빛도 LED 모서리 반사 커버(160)에 의해 반사될 수 있으므로 출사면으로 진행하게 되는 빛의 량이 많아져서 광효율이 상승하게 된다. 이를 위하여, 상기 LED 모서리 반사 커버(160)는 고반사율의 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 백라이트 유닛을 조립할때에는 반사 플레이트(126)와 LED 패키지 (116)간의 간격을 최소화하도록 하여야 할 것이며, 설사 그 사이에 간격이 발생하더라도 상기 LED 모서리 반사 커버(160)에 의해 광손실은 최소화된다.
한편, 도 9는 상기 서술한 바와 같은 구조의 본 발명의 백라이트 유닛의 방열 성능을 알아보기 위한 실험에서 온도를 측정한 지점을 개략적으로 표시하는 백라이트 유닛의 정면도이다. 또한, 도 10은 도 9의 각 지점(1 내지 3)에서의 시간에 따른 온도 변화에 대한 그래프이다.
참고로 종래 기술에 대한 시간 대비 온도 그래프인 도 3과 비교하여 설명하기 위하여, 도 3의 그래프를 얻게 된 실험 조건을 아래에서 설명한다.
종래의 백라이트 유닛에 대한 도 3의 그래프가 얻어진 실험은 LED 백라이트 유닛을 채용한 LCD TV에서 배면 커버를 탈거한 상태로 실험되었으며, 데모 영상을 반복하여 디스플레이하였다.
종래 기술의 백라이트 유닛에 대한 구체적인 실험 조건은 아래의 표 1과 같다.
표 1
최대 PWM 구동 조건 입력 전력 L(최대), x, y,
변수 R G B
전압 65.9V 89.7V 47.2V 238W (최대) 4014nit, x = 0.263 y = 0.214 (중심 기준)
피크 전류 204mA/ch 492mA/ch 644mA/ch
채널 갯수 5채널 5채널 5채널
듀티(duty) 54.2% 51.4% 57.7%
이러한 조건하에서 행해진 실험에 따른 결과인 도 3을 참조하면, 도 1의 각 지점에서의 시간에 따른 온도 변화가 그래프로 도시되고 있다. 도 1에서, 지점 1, 3, 4, 5는 금속 코어 PCB상의 지점이며, 지점 2, 6은 기판 섀시상의 지점이다. 또 한 아래의 표 2는 상기 조건하에서 행해진 실험에 따른 백라이트 유닛의 광학적 특성 및 온도 특성을 측정하여 정리한 결과를 나타내고 있다.
표 2
소비전력 측정항목 9P 최소치 9P 최대치 9P 평균치 9P 균일도
238 W 휘도 [cd/m2] 3,392 4,014 3,663 84.5%
색좌표 [Wx] 0.2597 0.2650 0.263 98.0%
색죄표 [Wy] 0.2098 0.2190 0.214 95.8%
Sheet 구성 : Diffuser Plate/ Diffuser Sheet/ BEF /DBEF-D BLU 전면 온도 : 32℃ Max. (RT24℃ Base) MPCB 온도 : 47℃ Max. (RT24℃ Base)
도 3을 참조하면, 종래의 백라이트 유닛의 경우, 데모 영상을 반복하여 디스플레이하면서 측정하였기 때문에 온도의 변동값이 진동하면서 변화하는 것을 알 수 있다. 그리고 히트 파이프 및 방열핀, 방열팬을 적용하여 최대 47℃의 안정적인 온도 특성을 유지하고 있음을 알 수 있다.
이에 대비하여, 본 발명에 다른 백라이트 유닛에 대한 실험결과를 살펴보기로 한다.
도 10에 도시된 그래프를 얻게 된 실험 조건은 아래의 표 3과 같다.
표 3
PWM 조건 입력 전력 L, x, y
변수 R G B
전압 72.0V 89.0V 81.0V 165W 4024nit, x = 0.261 y = 0.211 (중심 기준)
피크 전류 328mA/ch 334mA/ch 340mA/ch
채널 갯수 3채널 6채널 3채널
듀티(duty) 48% 50% 51%
또한 아래의 표 4는 상기 조건하에서 행해진 실험에 따른 백라이트 유닛의 광학적 특성 및 온도 특성을 측정하여 정리한 결과를 나타내고 있다.
표 4
소비전력 측정항목 9P 최소치 9P 최대치 9P 평균치 9P 균일도
165 W 휘도 [cd/㎡] 3,469 4,024 3,683 86.2%
색좌표 [Wx] 0.2574 0.2624 0.261 98.1%
색좌표 [Wy] 0.2068 0.2142 0.211 96.6%
Sheet 구성 : Diffuser Plate / Diffuser Sheet / BEF / DBEF-D BLU 전면 온도 : 30℃ Max. (RT25℃ Base) MPCB 온도 : 44℃ Max. (RT25℃ Base)
상기 조건하에 도 9에 도시된 바와 같은 지점(1 내지 3)에 대한 시간에 따른 온도 변화 그래프인 도 10을 참조하면, 도 3에 비하여 온도의 변동폭이 상대적으로 크지 않고 안정적인 변화를 보여줌을 알 수 있는데, 이는 LED 패키지에서 발생된 열이 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 구조에서 양호하게 방열될 수 있다는 것을 단적으로 보여준다. 또한 표 4에서 알 수 있듯이 표 2의 유사 휘도 및 색좌표 조건에서 비교하면 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 소비 전력이 낮고 휘도 및 색좌표 균일도는 증진된 결과를 보여 준다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 구조의 직하형 백라이트 유닛에 의하면 아래와 같은 효과를 달성할 수 있다.
첫째, LED 패키지에서 발생된 빛의 소실량을 줄여서 광효율을 항샹시킬 수 있다. 이에 따라 백라이트의 소비 전력을 저감 할 수 있다.
둘째, 적색, 녹색, 청색 LED 패키지에서 각각 발생된 빛을 혼합하기 위한 적절한 배열체를 제공함으로 인하여, 양호한 순도 그리고 일정한 휘도의 빛을 확보할 수 있으며, 백라이트 면전체에서 광 균일도를 향상 시킬 수 있다.
셋째, 간단한 백라이트 구조로서 LED 패키지에서 발생된 열을 양호하게 외부로 방열하여 백라이트 유닛 내부의 작동 온도를 하강시킬 수 있다.
넷째, 간단한 백라이트 구조로서 디버터 플레이트 및 방열핀을 제거할 수 있음으로서 백라이트의 박형화, 경량화를 이룰 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 빛을 생성하는 LED 칩과;
    상기 LED 칩에서 발생된 빛의 진행경로상에 위치되어 빛을 경로를 유도하는 LED 렌즈 수단을 포함하는 복수개의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광용 LED 패키지를 기판 섀시의 상측에 구비한 백라이트 유닛에 있어서,
    상기 LED 패키지의 가장자리에 배치되는 LED 모서리 반사 커버를 구비하는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 모서리 반사 커버는 LED 패키지에 체결되도록 결합홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 LED 모서리 반사 커버는 LED 패키지의 가장자리에서 아랫방향으로 스커트 형상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 LED 모서리 반사 커버는 고반사율 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 LED 모서리 반사 커버는 폴리 카보네이트(PC)로 형성되는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 렌즈 수단에는 반사 코팅층을 구비하는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 섀시와 상기 LED 패키지 사이에는 금속 PCB 가 개재되어 상기 LED 패키지는 상기 금속 PCB의 표면상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판 섀시와 상기 금속 PCB사이에는 열전도 시트가 추가로 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판 섀시는 평판 형상인 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유 닛.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판 섀시는 돌출된 형상인 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속 PCB와 상기 기판 섀시 중 적어도 하나의 노출부에는 방열 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판 섀시와 상기 금속 PCB사이에는 열스프레더가 추가로 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 패키지는 마름모꼴로 배치되어 LED 패키지 그룹을 형성하는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 LED 패키지 그룹은 적색, 녹색, 청색 LED 패키지 중 하나의 LED 패키 지는 복수개로 구비하는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 LED 패키지 그룹은 적색, 녹색, 청색 LED 패키지 중 2개의 녹색 LED 패키지, 1개의 적색 LED 패키지 및 1개의 청색 LED 패키지를 구비하는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 LED 패키지 그룹의 상기 녹색 LED 패키지는 마름모꼴에서 서로 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 LED 패키지 그룹은 매트릭스 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  18. 제 17 항에 있어서,
    복수개의 상기 LED 패키지 그룹간의 가로 방향 피치는 상기 LED 패키지 그룹을 구성하는 LED 패키지의 가로 방향 대각선의 간격의 2배인 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  19. 제 17 항에 있어서,
    복수개의 상기 LED 패키지 그룹간의 가로 방향 배치에서 최인접 패키지 그룹간에는 180도 회전 대칭성을 갖는 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
  20. 제 17 항에 있어서,
    복수개의 상기 LED 패키지 그룹간의 세로 방향 피치는 상기 LED 패키지 그룹을 구성하는 LED 패키지의 세로 방향 대각선의 간격의 2배인 것을 특징으로 하는 직하형 LED 백라이트 유닛.
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