KR20080101842A - 백색 ｌｅｄ를 이용한 면광원 및 이를 구비한 ｌｃｄ 백라이트 유닛 - Google Patents

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함헌주
김형석
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Abstract

본 발명에 의한 백색 LED를 이용한 면광원은, 복수의 백색 LED를 소정간격 이격시켜 배열하고, 백색 LED 사이의 행 간격, 열 간격 및 배치 각도를 조절함으로써 하나의 백색 LED와 그로부터 상측, 하측, 좌측, 우측, 대각선 방향 중 적어도 2개의 방향으로 최단거리에 배치된 임의의 백색 LED들과의 조합을 통해 다각형으로 이루어진 LED 유닛의 중심 광량이, 각 백색 LED에서 나오는 광량의 총합을 평균한 값의 80% 내지 120%가 되도록, 상기 백색 LED의 배열을 조절한 것을 특징으로 한다.
백색 LED, 면광원, LCD, 백라이트 유닛, 균일도(uniformity)

Description

백색 ＬＥＤ를 이용한 면광원 및 이를 구비한 ＬＣＤ 백라이트 유닛{Plane light source using white LED and LCD backlight unit comprising the same}
본 발명은 백색 LED를 이용한 면광원 및 이를 구비한 LCD 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 백색 LED를 이용하여 전체적으로 균일한 백색광을 얻을 수 있는 면광원 및 이를 구비한 LCD 백라이트 유닛에 관한 것이다.
종래의 LCD의 백라이트의 광원으로 사용된 냉음극 형광 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL)은 수은 가스를 사용하므로 환경 오염을 유발할 수 있고, 응답속도가 느리며, 색재현성이 낮을 뿐만 아니라 LCD 패널의 경박단소화에 적절하지 못한 단점을 가졌다.
이에 비해 LED는 친환경적이며, 응답속도가 수 나노초로 고속 응답이 가능하여 비디오 신호 스트림에 효과적이고, 임펄시브(Impulsive) 구동이 가능하며, 색재현성이 100% 이상이고 적색, 녹색, 청색 LED의 광량을 조정하여 휘도, 색온도 등을 임의로 변경할 수 있을 뿐만 아니라, LCD 패널의 경박단소화에 적합한 장점들을 가지므로, 최근 LCD 패널 등의 백라이트용 광원으로 적극적으로 채용되고 있는 실정이다.
이와 같이 LED를 채용한 LCD 백라이트는, 광원의 위치에 따라 에지형 백라이트와 직하형 백라이트로 구분할 수 있다. 에지형 백라이트는 가로 길이가 긴 바형태의 광원이 측면에 위치하여 도광판을 이용하여 LCD 패널의 전면으로 빛을 조사하는 방식을 채택한 것이며, 직하형은 LCD 패널의 하부에 위치하며 LCD 패널과 거의 동일한 면적을 갖는 면광원으로부터 직접 LCD 패널의 전면으로 빛을 조사하는 방식을 채택한 것이다.
도 1 및 도 2는 종래의 면광원의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) LED 배열을 나타낸 도면이다.
종래의 직하형 LCD 패널에 사용되는 면광원(10)은, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 광을 혼합하여 백색광을 생성하기 위해, 도 1에 도시한 바와 같이 적색, 녹색 및 청색 LED(11,12,13)가 삼각형의 정점에 근접 배치되어 있는 LED 유닛(U)을 복수개 사각 배열하거나, 또는 도 2에 도시한 바와 같이, 상기한 바와 같은 LED 유닛(U)을 복수개 삼각 배열하여 구성한다.
그러나, 상기와 같은 LED 유닛(U)을 도 1에 도시한 바와 같이 사각 배열할 경우, 적색 LED(11)가 몰려서 디스플레이에서 보면 적색 라인이 보이게 된다.
그리고, 도 2에 도시한 바와 같이 삼각 배열할 경우에는 비교적 적색, 녹색 및 청색이 골고루 배치되나, 각각의 적색, 녹색 및 청색 LED(11,12,13) 광원은 원래의 LED 유닛(U)에서 백색광을 내기 위해 맞추어져 있기 때문에, 주변 LED 유닛(U)의 나머지 두 광원과의 레벨을 맞추기 위해서는 각 LED 유닛(U) 간에도 밸런스를 맞추어야 하므로, 결국 전체적인 백라이트 유닛에서 각각의 광원이 서로 밸런 스를 맞추어야만 한다. 이는 제품의 생산을 불가능하게 하거나, 제품의 품질을 저하시키는 요인으로 작용한다.
따라서, 이와 같은 종래의 면광원(10) 및 이를 채용한 LCD 백라이트 유닛의 경우, 색섞임에 한계가 있어 백색광의 균일한 분포를 얻을 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 백색 LED를 이용하여 전체적으로 균일한 백색광을 얻을 수 있는 면광원 및 이를 구비한 LCD 백라이트 유닛을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 백색 LED를 이용한 면광원은, 복수의 백색 LED를 소정간격 이격시켜 배열하고, 백색 LED 사이의 행 간격, 열 간격 및 배치 각도를 조절함으로써 하나의 백색 LED와 그로부터 상측, 하측, 좌측, 우측, 대각선 방향 중 적어도 2개의 방향으로 최단거리에 배치된 임의의 백색 LED들과의 조합을 통해 다각형으로 이루어진 LED 유닛의 중심 광량이, 각 백색 LED에서 나오는 광량의 총합을 평균한 값의 80% 내지 120%가 되도록, 상기 백색 LED의 배열을 조절한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 백색 LED는, 청색 LED 칩과, 적색 형광체 및 녹색 형광체로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적색 형광체는 나이트라이드(nitride)계 조성 또는 설파이드(sulfide)계 조성인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적색 형광체는 나이트라이드계 조성의 CaAlSiN3:Eu, 또는 설파이드계 조성의 (Ca,Sr)S:Eu인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 녹색 형광체는 실리캐이트(silcate)계 조성, 설파이드계 조성 및 나이트라이드계 조성으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 녹색 형광체는 실리캐이트계 조성의 (Sr,Ba)2SiO4:Eu, 설파이드계 조성의 SrGa2S4:Eu, 및 나이트라이드계 조성의 Beta-SiAlON로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 LCD 백라이트 유닛은, 기판; 상기 기판 상에 구비된 반사판; 상기 반사판 상에 구비되며, 복수의 백색 LED를 소정간격 이격시켜 배열하고, 백색 LED 사이의 행 간격, 열 간격 및 배치 각도를 조절함으로써 하나의 백색 LED와 그로부터 상측, 하측, 좌측, 우측, 대각선 방향 중 적어도 2개의 방향으로 최단거리에 배치된 임의의 백색 LED들과의 조합을 통해 다각형으로 이루어진 LED 유닛의 중심 광량이, 각 백색 LED에서 나오는 광량의 총합을 평균한 값의 80% 내지 120%가 되도록, 상기 백색 LED의 배열을 조절한 면광원; 상기 면광원 상에 구비되고, 상기 면광원으로부터 입사된 광을 균일하게 확산시키는 확산시트; 및 상기 확산시트 상에 구비되고, 상기 확산시트로부터 확산된 광을 집광하는 집광시트; 를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 집광시트 상에 구비된 보호시트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 백색 LED를 이용한 면광원 및 이를 구비한 LCD 백라이트 유닛에 의하면, 백색 LED의 적절한 배열을 통해 면내에 전체적으로 균일한 백색광을 얻을 수 있다.
그리고, 적색, 녹색 및 청색 LED의 조합으로 이루어진 종래의 면광원과는 달리, 본 발명에서는 원-칩(one-chip), 즉 백색 LED만을 사용하기 때문에 LED의 배열에 제약이 적고, 제작이 간단하며 회로의 구성이 단순하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 LCD 패널의 전면에 균일한 백색광을 제공할 수 있어, 보다 선명한 LCD 영상을 구현할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
백색 LED를 이용한 면광원
우선, 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 백색 LED를 이용한 면광원에 대하여 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 면광원의 백색(W) LED 배열을 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 백색 LED를 이용한 면광 원(100)은, 복수의 백색(W) LED(110)를 소정간격 이격시켜 배열한다.
여기서, 도면에 도시하지는 않았지만 상기 백색 LED(110)는, 청색 LED 칩과, 적색 형광체 및 녹색 형광체로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 적색 형광체로는, 나이트라이드(nitride)계 조성의 CaAlSiN3:Eu, 또는 설파이드(sulfide)계 조성의 (Ca,Sr)S:Eu 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 녹색 형광체로는, 실리캐이트계(silcate)계 조성의 (Sr,Ba)2SiO4:Eu, 설파이드(sulfide)계 조성의 SrGa2S4:Eu, 또는 나이트라이드(nitride)계 조성의 Beta-SiAlON 등을 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이 백색 LED(110)를 사용하여 백색광을 구현하는 경우, 원-칩(one-chip)을 사용하므로, 기존의 적색, 녹색 및 청색 LED(11,12,13)를 이용한 백색광 구현 방식에 비해 제작이 간단하고 회로의 단순한 구성이 가능하다는 장점이 있다.
특히, 본 발명에서는 상기 백색 LED(110)의 배열, 예컨대 상기 백색 LED(110) 사이의 행 간격(D1), 열 간격(D2) 및 배치 각도(θ)를 조절함으로써, 하나의 백색 LED와 그로부터 상측, 하측, 좌측, 우측, 대각선 방향 중 적어도 2개의 방향으로 최단거리에 배치된 임의의 백색 LED들과의 조합을 통해 다각형으로 이루어진 LED 유닛(U)의 중심(C)에 있어서, 상기 중심(C) 광량이, 각 백색 LED(110)에서 나오는 광량의 총합을 평균한 값의 80% 내지 120%가 되도록 한다.
여기서, 상기 LED 유닛(U)은, 도 3에 도시한 바와 같은 삼각형의 형상을 가질 수도 있고, 또는 도 4에 도시한 바와 같은 사각형의 형상을 가질 수 있다. 따 라서, 상기 LED 유닛(U)의 중심(C)은, 삼각 배치한 3개의 백색 LED(110)의 무게 중심이 될 수도 있고(도 3 참조), 또는 사각 배치한 4개의 백색 LED(110)의 무게 중심이 될 수도 있다(도 4 참조).
뿐만 아니라, 상기 LED 유닛(U)의 형상은 상기한 바와 같은 형상에만 한정되지 않고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서, 예컨대 삼각형 이상의 다각형, 원형 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 등을 포함하여 다양하게 변형될 수 있다.
즉, 본 발명은 백색 LED(110)를 이용함으로써, 종래의 적색, 녹색 및 청색 LED를 이용하는 면광원에 비해, LED(110)의 배열에 제약이 훨씬 적다는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에서는, 상기한 바와 같이 LED 유닛(U)의 중심(C) 광량이, 각 백색 LED(110)에서 나오는 광량의 총합을 평균한 값의 80% 내지 120%가 되도록 함으로써, 면내에 균일한 광량을 얻을 수 있고, 안정적인 생산 및 품질을 구현할 수 있다.
여기서, 상기 LED 유닛(U)의 중심(C) 광량이 각 백색 LED(110)의 광량 총합을 평균한 값의 80% 보다 작을 경우, 각 백색 LED(110)당 드는 전력의 효율이 떨어져 오히려 온도가 상승하고 소비전력도 상승하면서 균일도가 저하될 수 있고, 120% 보다 클 경우 밝기와 균일도가 향상될 수는 있지만, 백색 LED(110)를 많이 사용하게 되므로 가격과 제작면에서 불리하다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기한 수치 범위의 중심(C) 광량이 나오도록 백색 LED(110)의 배열을 조절함으로써 최적의 균일도를 얻을 수 있는 것이다.
백색 LED를 이용한 면광원을 구비한 LCD 백라이트 유닛
상술한 바와 같은 면광원은 LCD에서 LCD 패널의 후면 광을 조사하는 LCD 백라이트 유닛에 채용될 수 있다.
이하, 도 5를 참고하여 본 발명의 백색 LED를 이용한 면광원을 구비한 LCD 백라이트 유닛에 대하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 백색 LED를 이용한 면광원을 구비한 LCD 백라이트 유닛을 나타낸 분해 측면도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, LCD 패널(270)의 후면에 배치되는 본 발명에 따른 LCD 백라이트 유닛(200)은, 기판(210)과, 상기 기판(210) 상에 구비된 반사판(220) 및 백색 LED(110)로 구성된 면광원을 포함한다. 상기 반사판(220)은 상기 백색 LED(110)에서 방출된 빛을 상부로 반사시키는 역할을 한다.
상기 면광원은 반사판(220) 상에 구비되며, 상술한 바와 같이 복수의 백색 LED(110)를 소정간격 이격시켜 배열하고, 하나의 백색 LED와 그로부터 상측, 하측, 좌측, 우측, 대각선 방향 중 적어도 2개의 방향으로 최단거리에 배치된 임의의 백색 LED들과의 조합을 통해 다각형으로 이루어진 LED 유닛(U)의 중심 광량이, 각 백색 LED(110)에서 나오는 광량의 총합을 평균한 값의 80% 내지 120%가 되도록, 상기 백색 LED(110) 사이의 행 간격(D1), 열 간격(D2) 및 배치 각도(θ)를 조절한 것이 다.
상기 반사판(220)의 가장자리 상에는, 경사면(235)을 갖는 측벽(230)이 상기 백색 LED(110)를 둘러싸도록 형성되어 있다. 이 때, 상기 백색 LED(110)로부터 측방향으로 방출되는 광을 상부로 방출할 수 있도록, 상기 측벽(230)의 경사면(235)에 반사물질이 추가로 도포되는 것이 바람직하다.
상기 면광원 상에는, 면광원으로부터 입사된 광을 균일하게 확산시켜 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지하는 확산시트(240)가 구비되어 있다.
상기 확산시트(240) 상에는, 상기 확산시트(240)로부터 확산된 광을 상기 LCD 패널(270) 평면에 수직한 방향으로 집광하는 집광시트(250)가 구비되어 있다.
여기서, 상기 집광시트(250) 상에는, 하부의 광학 구조물을 보호하기 위한 보호시트(260)가 더 구비될 수 있다. 상기 보호시트(260)는 상기 집광시트(250)의 표면을 보호할 뿐만 아니라, 광의 분포를 균일하게 하기 위하여 광을 확산시키는 역할도 한다.
상기 보호시트(260) 상에는 LCD 패널(270)이 설치된다.
이와 같은 본 발명에 따른 LCD 백라이트 유닛(200)은, 백색 LED(110)를 이용한 면광원으로 LCD 패널의 전면에 균일한 백색광을 제공함으로써, 보다 선명한 LCD 영상을 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실 시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1 및 도 2는 종래의 면광원의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) LED 배열을 나타낸 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 면광원의 백색(W) LED 배열을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 백색 LED를 이용한 면광원을 구비한 LCD 백라이트 유닛을 나타낸 분해 측면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 면광원 110: 백색 LED
U: LED 유닛 C: LED 유닛의 중심
D1: 행 간격 D2: 열 간격
θ: 배치 각도 200: LCD 백라이트 유닛
210: 기판 220: 반사판
230: 측벽 235: 경사면
240: 확산시트 250: 집광시트
260: 보호시트 270: LCD 패널

Claims (13)

  1. 복수의 백색 LED를 소정간격 이격시켜 배열하고,
    백색 LED 사이의 행 간격, 열 간격 및 배치 각도를 조절함으로써 하나의 백색 LED와 그로부터 상측, 하측, 좌측, 우측, 대각선 방향 중 적어도 2개의 방향으로 최단거리에 배치된 임의의 백색 LED들과의 조합을 통해 다각형으로 이루어진 LED 유닛의 중심 광량이, 각 백색 LED에서 나오는 광량의 총합을 평균한 값의 80% 내지 120%가 되도록, 상기 백색 LED의 배열을 조절한 것을 특징으로 하는 백색 LED를 이용한 면광원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 백색 LED는, 청색 LED 칩과, 적색 형광체 및 녹색 형광체로 구성되는 것을 특징으로 하는 백색 LED를 이용한 면광원.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 나이트라이드(nitride)계 조성 또는 설파이드(sulfide)계 조성인 것을 특징으로 하는 백색 LED를 이용한 면광원.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 나이트라이드계 조성의 CaAlSiN3:Eu, 또는 설파이드계 조성의 (Ca,Sr)S:Eu인 것을 특징으로 하는 백색 LED를 이용한 면광원.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 녹색 형광체는 실리캐이트(silcate)계 조성, 설파이드계 조성 및 나이트라이드계 조성으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백색 LED를 이용한 면광원.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 녹색 형광체는 실리캐이트계 조성의 (Sr,Ba)2SiO4:Eu, 설파이드계 조성의 SrGa2S4:Eu, 및 나이트라이드계 조성의 Beta-SiAlON로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백색 LED를 이용한 면광원.
  7. 기판;
    상기 기판 상에 구비된 반사판;
    상기 반사판 상에 구비되며, 복수의 백색 LED를 소정간격 이격시켜 배열하고, 백색 LED 사이의 행 간격, 열 간격 및 배치 각도를 조절함으로써 하나의 백색 LED와 그로부터 상측, 하측, 좌측, 우측, 대각선 방향 중 적어도 2개의 방향으로 최단거리에 배치된 임의의 백색 LED들과의 조합을 통해 다각형으로 이루어진 LED 유닛의 중심 광량이, 각 백색 LED에서 나오는 광량의 총합을 평균한 값의 80% 내지 120%가 되도록, 상기 백색 LED의 배열을 조절한 면광원;
    상기 면광원 상에 구비되고, 상기 면광원으로부터 입사된 광을 균일하게 확산시키는 확산시트; 및
    상기 확산시트 상에 구비되고, 상기 확산시트로부터 확산된 광을 집광하는 집광시트;
    를 포함하는 LCD 백라이트 유닛.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 집광시트 상에 구비된 보호시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 백색 LED는, 청색 LED 칩과, 적색 형광체 및 녹색 형광체로 구성되는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 나이트라이드계 조성 또는 설파이드계 조성인 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 나이트라이드계 조성의 CaAlSiN3:Eu, 또는 설파이드계 조성의 (Ca,Sr)S:Eu인 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 녹색 형광체는 실리캐이트계 조성, 설파이드계 조성 및 나이트라이드계 조성으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 녹색 형광체는 실리캐이트계 조성의 (Sr,Ba)2SiO4:Eu, 설파이드계 조성의 SrGa2S4:Eu, 및 나이트라이드계 조성의 Beta-SiAlON로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛.
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