KR20080106469A - Ｌｅｄ를 포함하는 ｌｃｄ 시스템 - Google Patents

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KR20080106469A
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lcd panel
leds
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알렉세이 에이. 어착
로버트 에프. 칼리세크
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루미너스 디바이시즈, 아이엔씨.
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Publication date
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Abstract

광원으로 LED(light-emitting diodes)를 포함하는 LCD(liquid crystal display) 시스템과 같은 디스플레이 시스템을 개시한다. 소정 실시예에서, 고휘도 LED가 여기에 기술된 열관리 시스템 및 다른 컴포넌트와 결합하여 디스플레이 시스템을 조명하는데 사용된다. 이 시스템은 조명을 위해 보다 적은 수의 LED를 사용하면서 유사한 크기의 소정의 기존 디스플레이 시스템에 필적할만한 또는 이를 능가하는 휘도를 달성하도록 설계될 수 있다.
LCD, LED, 백-리트, 에지-리트, 코너-리트, 모니터, 조명 영역

Description

ＬＥＤ를 포함하는 ＬＣＤ 시스템{LIQUID CRYSTAL DISPLAY SYSTEMS INCLUDING LEDS}
본 발명은 일반적으로 LCD(Liquid Crystal Display) 시스템과 같은 조명 시스템 및/또는 디스플레이 시스템, 그리고 관련 컴포넌트, 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히 광원으로 LED(light-emitting diodes)를 포함하는 디스플레이 시스템이 제공된다.
LCD 시스템은 그들의 저중량, 고휘도 및 크기로 인하여 최근에 대중성 및 가용성이 증가되어 왔다. 마찬가지로, LCD 기술이 발전함에 따라, LCD 시스템이 이제 LED 어레이 또는 다수 LED 어레이에 의해 일반적으로 백-리트(back-lit)될 수 있도록 하는 기술도 발전되어 왔다. 전형적으로, 디스플레이 크기가 증가함에 따라, 디스플레이를 조명하기 위한 상당수의 LED가 요구된다. 그러나 디스플레이에서 많은 수의 LED는 시스템 복잡도, 에너지 소비 및/또는 이러한 시스템의 제작 및 운용 비용을 증가시킬 수 있다. 따라서 비교적 적은 수의 LED를 가지면서 고휘도를 달성하고, 향상된 뷰잉(viewing) 성능 및/또는 제작 및 운용상 저비용의 LCD 시스템을 가지는 것이 바람직하다.
LCD 시스템과 같은 조명 시스템 및/또는 디스플레이 시스템, 관련 컴포넌트, 및 이들과 관련된 방법 및 시스템이 제공된다.
일 양태에서, 일련의 시스템이 제공된다. 일 실시예에서, LCD 시스템은 조명 영역(illumination area)을 가진 LCD 패널, 그리고 LED로부터 방출된 광이 LCD 패널을 조명하도록 이 LCD 패널과 관련된 적어도 하나의 LED를 포함하고, 여기서 조명 영역의 ㎡ 당 LED의 수는 100 미만이다.
다른 실시예에서, LCD 시스템은 0.01과 0.16㎡ 사이의 조명 영역을 가진 LCD 패널, 그리고 단일 LED로부터 방출된 광이 LCD 패널을 조명하도록 이 LCD 패널과 관련된 단일 LED를 포함한다.
다른 실시예에서, LCD 시스템은 0.06과 0.16㎡ 사이의 조명 영역을 가진 LCD 패널, 그리고 적어도 하나의 LED로부터 방출된 광이 LCD 패널을 조명하도록 이 LCD 패널과 관련된 적어도 하나의 LED를 포함하고, 여기서 LED의 총 수는 20 미만이다.
다른 실시예에서, LCD 시스템은 0.16과 0.6㎡ 사이의 조명 영역을 가진 LCD 패널, 그리고 적어도 하나의 LED로부터 방출된 광이 LCD 패널을 조명하도록 이 LCD 패널과 관련된 적어도 하나의 LED를 포함하고, 여기서 LED의 총 수는 2와 50 사이이다.
다른 실시예에서, LCD 시스템은 0.6과 1.0㎡ 사이의 조명 영역을 가진 LCD 패널, 그리고 적어도 하나의 LED로부터 방출된 광이 LCD 패널을 조명하도록 이 LCD 패널과 관련된 적어도 하나의 LED를 포함하고, 여기서 LED의 총 수는 10과 100 사이이다.
다른 실시예에서, 모니터는 디스플레이 패널,그리고 단일 LED로부터 방출된 광이 디스플레이 패널을 조명하도록 이 디스플레이 패널과 관련된 단일 LED를 포함한다.
다른 실시예에서, 모니터는 0.06과 0.30㎡ 사이의 조명 영역을 가진 디스플레이 패널, 그리고 LED로부터 방출된 광이 디스플레이 패널을 조명하도록 이 디스플레이 패널과 관련된 20개 미만의 LED를 포함한다.
다른 실시예에서, 모니터는 0.45㎡ 보다 큰 조명 영역을 가진 LCD 패널, 그리고 적어도 하나의 LED로부터 방출된 빛이 LCD 패널을 조명하도록 이 LCD 패널과 관련된 적어도 하나의 LED를 포함하고, 여기서 LED의 총 수는 100 미만이다.
본 발명의 다른 양태, 실시예 및 특징은 첨부 도면과 함께 고려시에 본 발명의 후속된 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 첨부 도면은 개략적인 것으로 스케일에 맞게 도시되진 않았다. 도면에서, 다양한 도면에 도시된 각 동일하거나 또는 사실상 유사한 컴포넌트는 단일 숫자 또는 표기에 의해 나타난다.
명료성을 위하여, 모든 도면의 모든 컴포넌트를 라벨링하지는 않았다. 또한 당업자들이 본 발명을 이해하는 데 있어 설명이 필요없을시, 도시된 본 발명의 각 실시예의 모든 컴포넌트를 라벨링하지는 않았다. 본 명세서에 통합된 모든 특허출원 및 특허는 그 전체가 참조로서 통합된다. 상충되는 경우에, 정의를 포함하여, 본 명세서가 제어할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 하나 이상의 LED 및 전열관 어셈블리를 포함하는 LCD 시스템을 도시하는 도면.
도 2A 내지 도 2E는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 디스플레이 패널과 관련된 LED의 다양한 배치를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라서, LED 다이를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 공간적으로 변하는 유전함수를 가진 대표적 LED 표면을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 열관리 시스템에 의해 지원되며 광학 컴포넌트에 광결합된 LED를 포함하는 광학 시스템을 도시하는 도면.
도 6A 내지 도 6D는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 광학 시스템의 일부일 수 있는 전열관을 구비한 열관리 시스템을 도시하는 도면.
도 7A 내지 도 7C는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 적어도 하나의 돌출부와 열접촉하는 전열관을 포함하는 열관리 시스템을 도시하는 도면.
도 8A 내지 도 8F는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 복수의 돌출부와 열접촉하는 전열관을 포함하는 열관리 시스템을 도시하는 도면.
도 9A 내지 도 9C는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 전열관에 의해 지원되는 LED(들)를 포함하는 어셈블리를 도시하는 도면.
도 10A 내지 도 10B는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 전열관에 의해 지원되는 복수의 LED를 포함할 수 있는 어셈블리를 도시하는 도면.
도 11A는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, LED 및 전열관 어셈블리를 포함하는 에지-리트 LCD 시스템을 도시하는 도면.
도 11B는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, LED 및 복수의 전열관 어셈블리를 포함하는 에지-리트 LCD 시스템을 도시하는 도면.
도 11C는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 복수의 모듈형 패널부재를 포함하는 에지-리트 LCD 시스템을 도시하는 도면.
도 12A 내지 도 12D는 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 광학 시스템의 일부일 수 있는 다양한 광학 컴포넌트를 도시하는 도면.
광원으로 LED를 포함하는 LCD 시스템과 같은 디스플레이 시스템이 기술된다. 아래의 설명은 유사한 크기인 종래의 소정 디스플레이 시스템에 비해 조명 영역당 보다 적은 수의 LED를 사용하는 몇몇 디스플레이 시스템을 포함한다. 소정 실시예에서, 이들 디스플레이 시스템은 여기에 기술된 열관리 시스템 및 다른 컴포넌트와 결합하여 디스플레이를 조명하기 위해 고휘도 LED를 사용한다. 유리하게도, 디스플레이 시스템에서 LED의 수를 감소시키면 시스템 설계를 단순화시킬 수 있고, 시스템 안정성을 증가시킬 수 있으며, 그리고/또는 결과적으로 제조 비용이 낮아진다. 이러한 시스템은 특히 큰 면적의 디스플레이에 적합하다. 부가적으로, 더 후술되는 바와 같이, 본 시스템은 유사한 크기의 소정의 기존 디스플레이 시스템에 필적할만한 또는 이를 능가하는 휘도를 달성하면서도 조명을 위해 보다 적은 수의 LED를 사용하도록 설계될 수 있다. 또한 상업적으로 이용가능한 디스플레이가 이 러한 디스플레이에 사용되는 저휘도 LED로 인하여 통상 백-리트(back-lit)일지라도, 본 발명의 디스플레이는 고휘도 LED 및 관련 컴포넌트가 사용될 때에 에지-리트(edge-lit) 또는 코너-리트(corner-lit)일 수 있다.
여기에 사용되는 바와 같이, LED는 하나의 LED 다이(die), 둘 이상의 관련 LED 다이, 부분적으로 패키지된 LED 다이 또는 다이들, 또는 완전히 패키지된 LED 다이 또는 다이들일 수 있다. 서로 관련된 둘 이상의 LED 다이를 포함하는 LED의 예는 녹색 발광 LED 다이 및 청색 발광 LED 다이와 관련된 적색 발광 LED 다이이다. 둘 이상의 관련 LED 다이가 공통 기판(예를 들면 공통 패키지)상에 장착되어 단일 LED를 형성할 수 있다. 둘 이상의 LED 다이는, 그들 각 광 방출이 결합되어 원하는 스펙트럼 방출을 생성하도록 관련될 수 있다. 또한 둘 이상의 LED 다이는 서로 전기적으로 관련될 수 있다(예를 들면 공통 접지에 연결).
소정 디스플레이(예를 들면 LCD) 시스템을 위한 LED의 총 수가 아래에 제공된다. 숫자를 매기기 위하여, 다음의 각각은 하나의 LED로 계산될 수 있다: LED 다이, 둘 이상의 관련 LED 다이, 부분적 패키지된 LED 다이 또는 다이들, 또는 완전히 패키지된 LED 다이 또는 다이들. 예를 들면 하나의 LED는 녹색 발광 LED다이 및 청색 발광 LED 다이와 관련된 적색 발광 LED 다이를 포함할 수 있다.
소정 실시예에서, LED는 단일 색상의 광을 방출하는 단색 LED이다. 예를 들면 LED는 R LED(즉, 적색 LED), G LED(즉, 녹색 LED), B LED(즉, 청색 LED), Y LED(즉, 황색 LED), 또는 C LED(즉, 시안(cyan) LED)일 수 있다. 다른 실시예에서, LED는 스펙트럼 파장을 가진 광을 방출하는 다색 LED이다. 예를 들면 LED는 RGB LED(즉 적색-녹색-청색 LED)일 수 있다. 다른 실시예에서, LED는 RGBY LED(즉 적색-녹색-청색-황색 LED)이다. 또 다른 실시예에서, LED는 RGBC LED(즉 적색-녹색-청색-시안 LED)이다. 또 다른 실시예에서, LED는 RGBCY LED(즉 적색-녹색-청색-시안-황색 LED)이다. 또한 LCD 시스템은 전술한 바와 같은 LED 유형의 조합을 포함할 수 있다. 물론, 상이한 색상의 LED가 또한 본 발명의 실시예에 사용될 수 있다.
도 1은 하나 이상의 LED 및, 전열관을 포함할 수 있는 열관리 시스템의 어셈블리를 포함하는 LCD 시스템의 측면도이다. LED(들) 및 전열관 어셈블리는 LCD 시스템과 같은 디스플레이 시스템으로 병합될 수 있다. 이들 실시예에서, 하나 이상의 LED는 LCD 시스템을 위한 광원으로 사용될 수 있다. 도 1은 하나 이상의 LED(11) 및 전열관(121) 어셈블리를 포함하는 LCD 시스템(200)의 측단면도이다. 도시된 실시예에서, 하나 이상의 LED는 조명 패널(220)의 에지(edge) 조명을 위해 사용된다. 소정 실시예에서, 조명 패널(220)은 디스플레이 패널이다. LED(들)의 상부(205)는 광이 혼합영역(210)으로 방출되도록 방위가 맞춰진다. 소정 경우에, 발광 장치는 예를 들어 연속된 캡슐화(encapsulation)를 통해 혼합 영역에 직접 부착될 수 있다. 혼합 영역은 LED로부터 방출된 입력광을 혼합하거나 또는 균질화(homogenize)할 수 있고, 조명 패널(220)로 향할 수 있는 사실상 일정한 광 출력을 방출할 수 있다. 조명 패널(220)은 길이, 폭을 따라, 그리고/또는 전체 패널에 걸쳐, 광을 사실상 균일하게, LCD 층(230)으로 출력할 수 있는 산란 중심을 포함할 수 있다. LCD층(230)은 사용자에게 보여질 수 있는 영상을 생성하기 위하여 광을 픽실레이트(pixilate)하고 색상으로 분리할 수 있다. 다른 실시예에서는, LCD층(230)이 없을 수 있으며, 발광 패널 어셈블리가 일반적 조명 또는 임의의 다른 적당한 목적을 위하여 조명 시스템으로 사용될 수 있다.
적당한 LCD 시스템은 여기에 참조로서 병합된 2005년 8월 23일에 출원된 "Light Emitting Devices for Liquid Crystal Displays"라는 명칭의 미국특허공개 제2006/0043391호, 및 2006년 4월 28일에 출원된 "LCD Thermal Management Methods and Systems"라는 명칭의 미국특허출원 제11/323,176호에 기술되었다. 소정 실시예에서, 고휘도 LED, 및 관련된 열관리 시스템은 초슬림(ultra-thin) LCD 시스템과 함께 사용될 수 있다. 본 명세서에 제시된 LCD 시스템은 전형적으로 30mm 미만, 10mm 미만, 4mm 미만, 2mm 미만 또는 심지어 1mm 미만의 두께를 가질 수 있다. 본 명세서에 기술된 어셈블리는 디스플레이 시스템 및 조명 시스템과는 상이한 다양한 광학 시스템에 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다.
도 2A 내지 도 2E는 디스플레이 패널과 관련된 다양한 LED 배열(예를 들면 광 격자(photonic lattice) LED)을 도시한다. 도 2A에 도시된 실시예에서, LCD 시스템(1)은 길이 a, 높이 b 및 대각선 c에 의해 정의된 조명 영역을 가진 LCD 패널(5)을 포함한다. LCD는 하나 이상의 패널 에지상에 위치된 LED를 이용하여 에지 발광될 수 있다. 예를 들면 LED는 측면 에지, 바닥 에지, 상부 에지 또는 이들을 결합한 위치에 위치할 수 있다. 도 2A의 실시예에 도시된 바와 같이, LED(6)는 패널의 좌측 및 우측의 모두에 위치된다. 보다 상세히 후술되는 바와 같이, LED가 하나 또는 그 이상의 패널 에지에 위치되든지 간에, 패널과 관련된 LED의 수는 조 명 영역의 크기(예를 들면 면적)에 의존할 수 있다.
다음의 설명은 LCD 패널에 관한 것이지만, 후술되는 숫자 및 치수가 조명 시스템과 같은 다른 광학 시스템에도 관련있다는 것을 알아야 한다.
도 2B는 에지-리트 디스플레이 시스템의 다른 예를 도시하고, 여기서 LED(6)는 디스플레이 패널의 바닥 에지상에 위치된다. 다른 실시예들에서, LED는 디스플레이 패널의 상부 에지, 또는 디스플레이 패널의 상부 에지 및 바닥 에지의 모두상에 위치할 수 있다. 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 상이한 수의 LED가 예를 들면 패널의 크기 및/또는 치수에 따라 에지-리트 시스템에서 디스플레이의 에지상에 위치할 수 있다.
도 2C에 도시된 실시예에서, LCD 시스템(3)은 LCD 뒤쪽에 위치한 LED(6)를 포함한다. 이러한 백-리트 시스템에서, LED는 LCD의 후방으로부터 디스플레이 조명 영역을 비춘다. 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 상이한 수의 LED가 예를 들어 패널의 크기 및/또는 치수에 따라 백-리트 시스템에서 디스플레이 패널 뒤에 위치할 수 있다.
다른 실시예에서, 예를 들면, 도 2D 및 2E에 도시된 바와 같이, LED(6)는 디스플레이 패널의 코너 또는 그 부근에 위치할 수 있다. 도 2D에 도시된 실시예에서, LED(6)는 디스플레이 패널의 조명 영역의 외부에 위치한다. 도 2E에 도시된 실시예에서, LED(6)는 디스플레이 패널의 조명 영역 내부의 코너에 위치한다. 도시된 바와 같이, 디스플레이 시스템의 프레임(7)은 조명 영역의 일부를 커버할 수 있다. 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 상이한 수의 LED가, 예를 들면 패널의 크 기 및/또는 치수에 따라, 코너-리트 시스템에서 디스플레이 패널의 코너에 또는 그 부근에 위치할 수 있다. 소정 실시예에서, 단일 LED가 조명 영역의 각 코너에 위치한다.
전술한 바와 같이, 본 시스템은 소정의 기존 상업용 디스플레이보다 적은 수의 LED를 사용하도록 설계될 수 있다. 시스템은 열관리 시스템 및 다른 컴포넌트와 함께 여기에 기술된 고휘도 LED를 사용할 수 있다. 예를 들면 소정 실시예에서, LCD 패널을 조명하는 LED의 수는 디스플레이 패널의 단위 면적당 보다 적을 수 있다. 예를 들면, LED의 수는 조명 영역의 ㎡당 300 LED 미만일 수 있다. 다른 실시예에서, LCD를 조명하는 LED의 수는 조명 영역의 ㎡당 200 LED 미만, ㎡당 100 LED 미만이다. 예를 들면, 조명 영역의 ㎡당 LED의 수는 5-100 사이, 25-100 사이, 또는 50-100 사이일 수 있다. 조명 영역의 ㎡ 당 LED의 수는 조명 영역 및/또는 조명 영역 치수와 같은 인자에 의존할 수 있다. 이러한 LED 배치는 백-리트, 에지-리트 및 코너-리트 디스플레이 시스템에 적용될 수 있다.
소정 실시예에서, 단일 고휘도 LED가 LCD 패널의 전체 조명 영역을 비출 수 있다. LCD 패널은 0.01과 0.16㎡ 사이의 조명 영역을 가질 수 있고, LCD 패널과 관련된 단일 LED는 예를 들면 7과 24인치 사이의 대각선을 가진 디스플레이를 조명할 수 있다. 예를 들면 단일 LED는 7인치 패널, 15인치 패널, 17인치 패널, 19인치 패널 또는 24인치 패널을 조명할 수 있다.
여기에 사용되는 바와 같이, 길이 c의 소정 대각선을 가진 디스플레이 패널 을 포함하는 LCD시스템은 "c인치 디스플레이"로서 언급되고, 디스플레이 패널은 "c인치 패널"로서 언급된다. 당업자는 소정 대각선을 가진 디스플레이 패널은 패널의 치수에 따라 상이한 면적을 가질 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들면 디스플레이는 16:9 및 4:3 비와 같은 상이한 길이 대 폭 비를 가질 수 있다. 다른 비가 또한 가능하다. 따라서 7인치 대각선을 가진 디스플레이 패널은 16:9 비에서 0.01㎡의 조명 영역, 4:3 비에서 0.015㎡의 조명 영역을 가질 수 있다. 15인치 디스플레이는 16:9 비에 대응하여 0.062㎡의 조명 영역, 또는 4:3 비에 대응하여 0.070㎡의 조명 영역을 가질 수 있다. 당업자라면 디스플레이 및/또는 대각선의 치수, 그리고 디스플레이의 길이 대 폭의 비를 알면 디스플레이의 조명 영역을 계산할 수 있을 것이다.
또 다른 실시예는 0.06과 0.16㎡ 사이의 조명 영역을 가진 LCD 패널과, 적어도 하나의 LED로부터 방출된 광이 LCD 패널을 조명하도록 이 LCD 패널과 관련된 적어도 하나의 LED에 대하여 기술한다. 소정 실시예에서, 이러한 시스템을 조명하는 데 필요한 LED의 수는 소정 종래의 시스템에서 보다 적은 자-리트수일 수 있다. 소정 실시예에서, 이러한 시스템에서 LED의 총 수는 50 미만, 40 미만, 30 미만 또는 20 미만이다. 예를 들면 LED의 총 수는 5-50 사이, 25-50 사이 또는 5-25 사이일 수 있다. LCD는 15와 24인치 사이의 대각선을 가질 수 있고, 예를 들면 LCD는 15인치 디스플레이, 17인치 디스플레이, 19인치 디스플레이 또는 24인치 디스플레이일 수 있다.
또 다른 실시예는 0.16과 0.6㎡ 사이의 조명 영역을 가진 LCD 패널, 및 적어 도 하나의 LED로부터 방출된 광이 LCD 패널을 조명하도록 LCD 패널과 관련된 적어도 하나의 LED에 대하여 기술한다. 소정 실시예에서, 이러한 시스템의 총 수는 100 미만, 75 미만, 50 미만, 또는 20 미만이다. 예를 들면 LED의 총 수는 5-100 사이, 25-100 사이, 50-100 사이, 75-100 사이, 2-50 사이, 또는 2-25 사이일 수 있다. LCD는 24와 46인치 사이의 대각선을 가질 수 있고, 예를 들면 LCD는 24인치 디스플레이, 32인치 디스플레이, 42인치 디스플레이 또는 46인치 디스플레이일 수 있다.
다른 실시예에서는 큰 면적 디스플레이의 조명을 기술한다. 고휘도 LED는 보다 적은 수의 LED로써 이러한 시스템을 조명할 수 있도록 하고, 이로써 시스템 설계를 단순화시키고 시스템을 동작시키는 데 필요한 에너지를 낮추므로, 특히 큰 면적 디스플레이에 적합하다. 큰 면적의 디스플레이 조명 영역은 예를 들면 0.6과 1.0㎡ 사이이다. LCD 시스템은 46과 60인치 사이의 대각선을 가질 수 있고, 예를 들면 LCD는 46인치 디스플레이, 50인치 디스플레이, 54인치 디스플레이 또는 60인치 디스플레이일 수 있다. 소정 실시예에서, 이러한 디스플레이와 관련된 LED의 총 수는 300 미만, 200 미만 또는 100 미만이다. 예를 들면 이러한 디스플레이에서 LED의 총 수는 80-100 사이, 60-100 사이, 40-100 사이, 20-100 사이 또는 10-100 사이일 수 있다. 다른 실시예에서, 0.5㎡ 보다 큰 조명 영역을 가진 LCD 패널은 300 미만, 200 미만 또는 100 미만 LED에 의해 조명될 수 있다. 예를 들면 이러한 디스플레이에서 LED의 총 수는 80-100 사이, 60-100 사이, 40-100 사이, 또는 20-100 사이 또는 10-100 사이일 수 있다.
상기 및 여기에 기술한 모든 디스플레이 시스템에서, 디스플레이는 백-리트, 에지-리트, 코너-리트 또는 이들의 조합일 수 있다는 점을 알아야 한다.
당업자라면 전술한 바를 포함하는 LCD 시스템은 컴퓨터, 랩탑 및 텔레비젼 모니터와 같은 모니터에 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.
고휘도 LED를 사용하면, 유사한 크기의 소정의 기존 디스플레이 시스템에 필적할만한 또는 이를 능가하는 휘도를 달성하면서도, 조명을 위해 보다 적은 수의 LED를 사용하는 것이 가능해진다. 따라서 소정 실시예에서, 디스플레이는 적어도 3,000니트(nits), 적어도 5,000니트, 적어도 10,000니트, 적어도 15,000니트, 적어도 20,000니트 또는 적어도 25,000니트의 휘도를 가질 수 있다. 소정 실시예에서, 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 광 격자를 가진 LED가 고휘도를 달성하는 데 사용될 수 있다.
소정 실시예에서, LED는 고전력을 가진 광을 방출할 수 있다. 보다 상세히 후술하는 바와 같이, 방출된 고전력 광은 LED의 광 추출 효율성에 영향을 주는 패턴의 결과일 수 있다. 예를 들면 LED에 의해 방출된 광은 0.5W 보다 큰(예를 들면 1W 초과, 5W 초과, 또는 10W 초과) 총 전력을 가질 수 있다. 소정 실시예에서, 발생된 광은 100W 미만의 총 전력을 가지는데, 이것이 모든 실시예의 제한으로 구성되어서는 안된다. LED로부터 방출된 광의 총 전력은 분광계를 구비한 적분구(integrating sphere), 예를 들면 Sphere Optics Lab Systems로부터의 SLM12를 사용하여 측정될 수 있다. 바람직한 전력은 LED가 활용될 수 있는 광학 시스템상에 일부분 의존한다. 예를 들면 디스플레이 시스템(예를 들면 LCD 시스템)은 디스 플레이 시스템을 조명하는 데 사용되는 LED의 총 수를 감소시킬 수 있는 고휘도 LED의 통합으로 인하여 이로울 수 있다.
또한 LED에 의해 발생된 광은 높은 총 전력속(total power flux)을 가질 수 있다. 여기에 사용되는 바와 같이 용어 "총 전력속"은 총 전력을 방출면적으로 나눈 것을 말한다. 소정 실시예에서, 총 전력속은 0.03 W/㎟ 초과, 0.05 W/㎟ 초과, 0.1 W/㎟ 초과 또는 0.2 W/㎟ 초과이다. 그러나 여기에 제시된 시스템 및 방법에 사용되는 LED는 전술한 전력 및 전력속 값으로 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다.
도 3은 패키지된 LED의 광발생 컴포넌트일 수 있는 LED 다이를 도시한다. 또한 여기에 제시된 다양한 실시예는 레이저 다이오드와 같은 다른 광방출 장치에도 적용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 도 3에 도시된 LED(11)는 (도시되지 않은) 서브마운트(sub-mount)상에 배치될 수 있는 다중층 스택(111)을 포함한다. 다중층 스택(111)은 n-도핑층(들)(115)과 p-도핑층(들)(113) 사이에 형성된 활성영역(114)을 포함할 수 있다. 또한 스택은, p측(p-side) 접촉부로서 기능할 수 있으며 또한 광학적 반사층으로 기능할 수 있는 전기 전도층(112)을 포함할 수 있다. n측 접촉패드(116)가 층(115)상에 배치된다. LED는 도 3에 도시된 구성으로 제한되지 않는다는 것을 알아야 하는데, 예를 들면 n-도핑 및 p-도핑 측이 서로 교환되어, p-도핑 영역이 접촉패드(116)와 접촉하고 n-도핑 영역이 층(112)과 접촉하는 LED를 형성할 수 있다. 더 후술되는 바와 같이, 전기 전위가 접촉패드에 적용될 수 있어, 결과적으로 활성영역(114)내에 광발생이 일어나고, 발생된 광의 적어도 일부가 방출표면(118)을 통해 방출될 수 있게 된다. 더 후술되는 바와 같이, 개구부(119)가 광이 전달될 수 있는 LED의 표면(예를 들면 방출 표면 118)에 정의되어, 광 추출 및/또는 광 평행시준(collimation)과 같은 광 방출 특성에 영향을 줄 수 있는 패턴을 형성할 수 있다. 제시된 각 대표적 LED 구조에 다른 변형이 행해질 수 있으며, 실시예는 이 양태로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
LED의 활성영역은 장벽층에 의해 둘러싸인 하나 이상의 양자 우물을 포함할 수 있다. 양자 우물 구조는 장벽층에 비해 보다 작은 대역갭(band gap)을 가진 반도체 물질층(예를 들면 단일 양자 우물에서)에 의해, 또는 하나 이상의 반도체 물질층(예를 들면 다중 양자 우물에서)에 의해 정의될 수 있다. 양자 우물 구조를 위한 적당한 반도체 물질층은 InGaN, AlGaN, GaN 및 이들 층의 조합(예를 들면 교번하는 InGaN/GaN층, 여기서 GaN층은 장벽층으로 기능)을 포함할 수 있다. 통상, LED는 Ⅲ-Ⅴ 반도체(예를 들면 GaAs, AlGaAs, AlGaP, GaP, GaAsP, InGaAs, InAs, InP, GaN, InGaN, InGaAlP, AlGaN, 및 이들의 조합과 합금), Ⅱ-Ⅵ 반도체(예를 들면 ZnSe, CdSe, ZnCdSe, ZnTe, ZnTeSe, ZSnS, ZnSSe, 이들의 조합 및 합금), 그리고/또는 다른 반도체를 포함하는 하나 이상의 반도체 물질을 포함하는 활성영역을 포함한다.
n-도핑층(들)(115)은 (예를 들면 약 300nm 두께를 가진) 실리콘 도핑 GaN층을 포함할 수 있고, 그리고/또는 p-도핑층(들)(113)은 (예를 들면 약 40nm 두께를 가진) 마그네슘 도핑 GaN층을 포함할 수 있다. 전기 전도층(112)은 또한 (예를 들면 활성영역(114)에 의해 생성된 임의의 하향 전파 광을 위로 향하게 반사하는) 반 사층으로서 기능할 수 있는 (예를 들면 약 100nm 두께를 가진) 실버층일 수 있다. 또한 도시되진 않았지만 다른 층이 또한 LED에 포함될 수 있는데, 예를 들면 AlGaN층이 활성영역(114)과 p-도핑층(들)(113) 사이에 배치될 수 있다. 여기에 기술된 바와 다른 복합물이 LED의 층에 적당할 수 있다는 것을 알아야 한다.
개구부(119)의 결과, LED는 LED에 의해 방출되는 광의 추출 효율성 및 평행시준에 영향을 줄 수 있는 패널에 따라 공간적으로 변하는 유전함수를 가질 수 있다. 도시된 LED(111)에서, 패턴을 개구부로 형성되지만, 반드시 계면(interface)에서 유전함수의 변동이 개구부로 인한 결과일 필요는 없다는 것을 알아야 한다. 패턴에 따라 유전함수에서의 변동을 생성하는 임의의 적당한 방식이 사용될 수 있다. 예를 들면 복합층(115) 및/또는 방출 표면(118)을 가변시킴으로써 패턴을 형성할 수 있다. 패턴은 (예를 들면 단순한 반복 셀을 가지거나 또는 복합 반복 수퍼셀을 가진) 주기적이거나, 디튜닝(de-tuning)으로 주기적이거나, 또는 비주기적일 수 있다. 여기에 언급된 바와 같이, 복합 주기적 패턴은 주기적 방식으로 반복되는 각 단위 셀에서 하나 이상의 특징을 가진 패턴이다. 복합 주기적 패턴의 예는 벌집 패턴, 벌집기반 패턴, (2x2)기반 패턴, 링 패턴 및 아르키미디언(Archimidean) 패턴을 포함한다. 소정 실시예에서, 복합 주기적 패턴은 한 직경의 소정 개구부 및 보다 작은 직경을 가진 다른 개구부를 가질 수 있다. 여기에 언급된 바와 같이, 비주기적 패턴은 활성영역(114)에 의해 생성된 광의 피크 파장의 적어도 50배의 길이를 가진 단위 셀에 대해 병진 대칭을 가지지 않는 패턴이다. 비주기적 패턴의 예는 비주기적 패턴, 준결정성(quasi-crystalline) 패턴, 로빈 슨(Robinson) 패턴 및 암만(Amman) 패턴을 포함한다.
소정 실시예에서, 발광 장치의 계면은 광 격자를 형성할 수 있는 개구부로써 패턴화된다. 공간적으로 변하는 유전함수를 가진 적당한 LED(예를 들면 광 격자)는 예를 들면 2003년 11월 26일 출원된 "Light Emitting Devices with Improved Extraction Efficiency"라는 명칭의 미국특허 6,831,302 B2에 기술되어 있고, 이는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 통합된다. LED에 대한 높은 추출 효율성은 다양한 광학 시스템에서 바람직할 수 있는 방출광의 고전력 및 고휘도를 암시한다.
도 4는 공간적으로 변하는 유전함수를 가진 대표적 LED 방출면(118')을 도시한다. 이 예에서, 유전함수의 공간 변경은 LED 방출면(118')에서 개구부로 인한 것이다. 방출면(118')은 평평하지 않으며 오히려 개구부(119')의 변형된 삼각 패턴으로 구성된다. 통상, 개구부(119')의 깊이, 개구부(119')의 직경 및/또는 개구부(119')에서 가장 근접한 이웃들간의 간격을 위해 다양한 값을 선택할 수 있다. 개구부의 삼각 패턴은 (a - Δa)과 (a + Δa) 사이의 값을 가진 중심-중심 거리를 가지도록 디튜닝될 수 있고, 여기서 "a"는 이상적인 삼각 패턴을 위한 격자 상수이고, "Δa"는 길이 치수를 가진 디튜닝 매개변수이며, 여기서 디튜닝은 임의의 방향으로 발생될 수 있다. 소정 실시예에서 LED로부터의 광 추출을 향상시키기 위하여, 디튜닝 매개변수 Δa는 일반적으로 이상적인 격자 상수 a의 적어도 약 1%(예를 들면 적어도 약 2%, 적어도 약 3%, 적어도 약 4%, 적어도 약 5%), 그리고/또는 이상적인 격자 상수 a의 최대 약 25%(예를 들면 최대 20%, 최대 약 15%, 최대 약 10%)이다. 소정 실시예에서, 가장 근접한 이웃 간격은 (a - Δa)과 (a + Δa) 사 이에 사실상 임의의적으로 변함으로, 개구부 패턴은 사실상 임의의적으로 디튜닝된다. 개구부(119')의 변형된 삼각 패턴의 경우, 넌제로(non-zero) 디튜닝 매개변수가 LED의 추출 효율성을 향상시킨다. 공간적으로 변하는 유전함수를 여전히 달성하면서 LED의 계면(예를 들면 방출면)에 다수의 다른 변형이 가능하다는 것을 알아야 한다.
또한 각변위 변환(angular displacement transformation)을 포함하지만 이로 제한되지 않는 수학함수에 따른 프리커서(precursor) 패턴의 변환을 따르는 패턴을 포함하는 다른 패턴들도 가능하다는 것을 알아야 한다. 패턴은 또한 각변위 변환을 따른 패턴을 포함하지만 이로 제한되지 않는 변환 패턴 부분을 포함할 수 있다. 또한 패턴은 회전에 의해 서로 관련된 패턴을 가진 영역을 포함할 수 있다. 이러한 다양한 패턴은 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 통합되는, 2006년 3월 7일에 출원된 "Patterned Devices and Related Methods"라는 명칭의 미국특허출원 제11/370,220호에 기술되어 있다.
광은 도 3의 LED(11)에 의해 다음과 같이 발생될 수 있다. p측 접촉층(112)은 n측 접촉패드(116)에 비해 양 전위로 유지될 수 있으며, 전류가 LED로 주입될 수 있게 한다. 전류가 활성영역을 통과해 감에 따라, n-도핑층(들)(115)으로부터의 전자는 p-도핑층(들)(113)으로부터의 홀(hole)과 활성영역에서 결합될 수 있고, 이에 의해 활성영역이 광을 발생할 수 있게 된다. 활성영역은, 이 할성영역이 형성된 물질의 스펙트럼 파장 특성을 가진 광을 발생하는 다수의 점 쌍극 방사원(point dipole radiation source)을 포함할 수 있다. InGaN/GaN 양자우물에서, 광발생 영역에 의해 발생된 광의 스펙트럼 파장은 약 445nm의 피크 파장과, 약 30nm의 FWHM(full width at half maximum)를 가질 수 있고, 이는 사람의 눈에 청색광으로 인식된다. LED(화살표 14)에 의해 방출되는 광은 광이 통과하는 임의의 패턴화된 계면(예를 들면 방출면 118)에 의해 영향을 받을 수 있고, 패턴은 광 추출과 평행 시준에 영향을 주도록 배열될 수 있다.
다른 실시예에서, 활성영역은 (예를 들면 약 370-390nm의 피크 파장을 가진) 자외선광, (예를 들면 약 390-430nm의 피크 파장을 가진) 보라색광, (예를 들면 약 430-480nm의 피크 파장을 가진) 청색광, (예를 들면 약 480-500nm의 피크 파장을 가진) 시안 광, (예를 들면 약 500-550nm의 피크 파장을 가진) 녹색광, (예를 들면 약 575-595nm의 피크 파장을 가진) 황색광, (예를 들면 약 595-605nm의 피크 파장을 가진) 앰버(amber)광, (예를 들면 약 605-620nm의 피크 파장을 가진) 주황색광, (예를 들면 620-700nm의 피크 파장을 가진) 적색광, 그리고/또는 (예를 들면 약 700-1200nm의 피크 파장을 가진) 적외선광에 대응한 피크 파장을 가진 광을 발생할 수 있다. 전술한 바와 같이, 디스플레이 시스템은 하나 이상의 전술한 범위에 대응한 LED에 의해 조명될 수 있다.
소정 실시예에서, LED는 (도시되지 않은) 파장 변환 영역과 관련될 수 있다. 파장 변환 영역은 예를 들면 형광체(phosphor) 영역일 수 있다. 파장 변환 영역은 LED의 광발생 영역에 의해 방출되는 광을 흡수할 수 있고, 흡수된 파장과는 상이한 파장을 가진 광을 방출할 수 있다. 이런 식으로, LED는 파장 변환 영역을 포함하지 않는 LED로부터 쉽게 얻을 수 없는 파장(들)(그리고, 따라서 색상)의 광을 방출 할 수 있다.
또한 본 발명은 LED에 의해 생성된 열의 전도 및 발산을 용이하게 하는, 적당한 열관리 시스템을 제공한다. 도 1을 다시 참조하면, 도시된 실시예에서, 전열관(121)은 LCD 시스템의 후면을 가로질러 연장된다. 소정 실시예에서, (도시되지 않은) 지지 구조물이 전열관과 조명 패널(230) 및/또는 혼합 영역 사이에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서 개별 지지 구조가 반드시 제공될 수 있는 것은 아니라는 것을 알아야 하지만, 전열관은 조명 패널 또는 (제공시) 지지부에 부착될 수 있거나, 혹은 주변의 열 제거를 용이하게 하기 위하여 조명 패널 또는 지지부로부터 멀리 이격될 수 있다. 실시예는 광 패널의 후부측 둘레를 둘러싸는 구성으로 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 전열관이 패널의 에지 주위에 사용되고, 그리고/또는 패널의 에지를 싸는 프레임과 통합될 수 있다. 전열관은 전술한 바와 같이 열 교환을 돕기 위하여 돌출부(protrusions)와 열접촉할 수 있다. 광방출 장치당 하나 이상의 전열관이 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다.
제공될 시에 지지부(예를 들면 후면판)는 전열관과 열접촉할 수 있고, 부가적으로 LED를 위한 히트 싱크(heat sink)로서 동작할 수 있다. 따라서 지지부는 디스플레이내로부터의 열 제거를 더 도울 수 있다. 또한 지지부는 방출면을 향한(예를 들면 LCD 층 230을 향한) 패널(220)에서 광 전달을 이끄는 것을 돕기 위하여 반사층을 포함할 수 있다. 지지부를 형성할 수 있는 전형적인 물질은 알루미늄, 알루미늄 합금, 철 또는 이들의 조합을 포함한다.
전술한 바와 같이, 소정 실시예에서 LED로부터의 열을 제거할 수 있는 능력 은 고전력 레벨에서 동작을 가능하게 할 수 있다(예를 들면 0.5W 보다 큰 총 출력전력을 가진 발광 장치). 소정 실시예에서, 열관리 시스템은 적어도 5W, 적어도 10W, 적어도 20W에서 효과적으로 발산할 수 있다. LED로부터 고출력 전력 광방출(즉 고휘도)을 위한 전위로 인하여, 조명 패널의 단위 길이당 사용되는 발광장치의 수가 감소될 수 있다. 일 실시예에서, 고휘도 발광 장치는 약 2인치 이상(예를 들면 4인치 초과, 6인치 초과)의 조명 패널 길이를 에지 조명하는 데 사용될 수 있다. 소정의 이러한 실시예에서, 고휘도 LED(들)는 약 0.5 W보다 큰 방출 전력을 가지고, 상이한 색 발광, 예를 들면 적색 발광 다이, 청색 발광 다이 및 녹색 발광 다이를 가질 수 있는 복수의 LED를 포함할 수 있다.
도 5는 열관리 시스템과 관련된 광학 시스템의 또 다른 예를 도시한다. 도 5는 열관리 시스템(12)에 의해 지원되는 LED(11)를 포함하는 광학 시스템(100)을 도시하고, 여기서 LED(11)는 광학 컴포넌트(13)에 광결합된다. 소정 실시예에서, 광학 시스템(100)은 LCD 시스템과 같은 디스플레이 시스템일 수 있다. 다른 실시예에서, 광학 시스템(100)은 조명 패널과 같은 조명 시스템일 수 있다.
열관리 시스템(12)은 수동 및/또는 능동 열교환 메카니즘을 포함할 수 있다. 소정 실시예에서, 열관리 시스템(12)은 하나 이상의 전열관, 히트 싱크, 열전기 냉각기, 팬 및/또는 순환 펌프를 포함할 수 있다. 소정 실시예에서, 점선(15)에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이, 열관리 시스템(12)은 또한 광학 컴포넌트(13) 내에서 발생된 열의 전도 및 발산을 용이하게 할 수 있다. 이러한 냉각은 광학 컴포넌트(13)와 열관리 시스템 사이에서 열 전달(예를 들면 열 접촉)을 통해 달성될 수 있다.
보다 상세히 후술되는 바와 같이, 도 5의 광학 컴포넌트(13)는 전달, 확산, 균질화 및/또는 거기에 전달된 모든 또는 일부 광을 방출할 수 있는 물질(들)로 구성된 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 광학 컴포넌트(13)는, LED로부터 방출된 적어도 소정의 광(14)이 광학 컴포넌트(13)에 들어가도록 배열될 수 있다. 소정 실시예에서, 광학 컴포넌트(13)는, 광이 광학 컴포넌트(13)의 소정의 또는 모든 길이를 따라 빠져나갈 수 있도록 전달되는 소정의 또는 모든 광을 확산, 산란, 균질화 및/또는 방출할 수 있는 산란 중심을 포함할 수 있다. 이하에서 더 논의되는 바와 같이, 광학 컴포넌트는 LCD 패널일 수 있다.
도 6A 내지 도 6D는 하나 이상의 전열관을 포함하는 열관리 시스템의 실시예를 도시한다. 통상, 열관리 시스템은 광학 시스템의 장치 및 컴포넌트 내에 발생될 수 있는 열을 전도 및 발산할 수 있는 적당한 시스템을 포함할 수 있다. 이전에 기술한 바와 같이, 열을 발생하는 장치는 LED, 특히 고휘도 LED, 그리고 광학 시스템의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 디스플레이 시스템의 일 실시예에서, 광학 컴포넌트는, (도시되지 않은) 액정 광학필름과 같은 디스프레이층 하부에 배치될 수 있는 조명 패널이다. 소정 실시예에서, 열관리 시스템은 5,000W/mK 초과, 10,000W/mK 초과 및/또는 20,000W/mK 초과의 열 전도성으로 특징지어질 수 있거나, 혹은 이와 같이 특징지어진 하나 이상의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 소정 실시예에서, 열 전도성은 10,000W/mK와 50,000W/mK 사이(예를 들면 10,000W/mK와 20,000W/mK 사이, 20,000W/mK와 30,000W/mK 사이, 30,000W/mK와 40,000W/mK 사이, 40,000W/mK와 50,000W/mK 사이)의 범위에 있다.
소정 실시예에서, 열관리 시스템은 수동 및/또는 능동 열관리 메카니즘을 포함할 수 있다. 수동 열관리 시스템은 구조 내의 온도 차의 결과로 급속하게 열을 전도하는 하나 이상의 물질로 구성된 구조를 포함할 수 있다. 또한 열관리 시스템은, 주위의 대기와 표면 접촉 면적을 증가시킬 수 있고, 따라서 대기와의 열 교환을 용이하게 하는 하나 이상의 돌출부를 포함할 수 있다. 소정 실시예에서, 돌출부는 큰 표면 영역을 가질 수 있는 핀(fin) 구조를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 열관리 시스템은 열 추출 및 전달을 돕기 위하여 유체(예를 들면 액체 및/또는 기체)가 흐를 수 있는 채널을 포함할 수 있다. 예를 들면 열관리 시스템은 열 제거를 용이하게 하기 위해 전열관을 포함할 수 있다. 다양한 전열관은 본 기술분야에 잘 알려져 있으며, 여기에 제시된 실시예는 이러한 전열관의 예만으로 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다. 전열관은 임의의 적당한 형태를 가지도록 설계될 수 있고, 반드시 원통 형태만으로 제한되지는 않는다. 다른 전열관 형태는 임의의 바람직한 치수를 가질 수 있는 직사각 형태를 포함할 수 있다.
소정 실시예에서, 하나 이상의 전열관은, 광학 시스템에서 하나 이상의 LED에 근접한 것과 같은, 고온에 노출된 광학 시스템의 영역에 전열관의 제1 단부를 위치시키도록 배열될 수 있다. 전열관의 제2 단부(예를 들면 냉각 단부)가 대기에 노출될 수 있다. 전열관은 증가된 표면 영역을 제공함으로써 대기와의 열교환을 돕기 위하여 돌출부와 열접촉할 수 있다. 전열관은 많은 금속(예를 들면 구리)의 열 전도성보다 몇 배 큰(예를 들면 5배 큰, 10배 큰) 열 전도성을 가질 수 있으므로, 디스플레이 및 조명 시스템과 같은 광학 시스템으로 전열관을 병합하여 열 전도성이 개선될 수 있다.
능동 열관리 시스템은 열 추출 및 전달을 더 도울 수 있는 하나 이상의 적당한 수단을 포함할 수 있다. 이러한 능동 열관리 시스템은 열 교환을 용이하게 하기 위하여 기계, 전기, 화학 및/또는 임의의 다른 적당한 수단을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 능동 열관리 시스템은 공기를 순환시켜 냉각을 제공하는 데 사용된 팬을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 펌프는 열관리 시스템에서 채널 내의 유체(예를 들면 액체, 기체)를 순환시키는데 사용될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 열관리 시스템은 열 추출을 더 용이하게 할 수 있는 열전기 냉각기를 포함할 수 있다.
도 6A는 디스플레이 또는 조명 시스템과 같은 광학 시스템의 일부일 수 있는 전열관(121)을 포함하는 열관리 시스템을 도시한다. 전열관은 하나 이상의 LED와 열 접촉할 수 있으므로, LED 내에서 발생된 열은 쉽게 전열관을 따라 전달될 수 있다. 전열관을 따라 전달된 열은 주위의 대기로 전달되고, 그리고/또는 주위의 열 교환 컴포넌트로 전달될 수 있다. 보다 더 후술되는 바와 같이, 열 교환 요소의 예는 증가된 표면 영역을 가질 수 있으며, 따라서 주위의 대기로 열 전달을 도와줄 수 있는 돌출부를 포함할 수 있다. 또한 전열관(121)은 전기적으로 전도성일 수 있고, 전열관에 의해 지원되는 하나 이상의 LED는 전열관에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같은 LED 다이는 LED 전도층(112)이 전기 전도성 부착 물질을 통해 전열관(121)에 전기 접속되도록 전열관(121)상에 장착될 수 있다. 소정 실시예에서, 하나 이상의 LED는 열 전도성 에폭시과 같은 열 전도성 부착 물질을 이용하여 전열관 상에 장착된다.
도 6B는 인터포저(interposer) 컴포넌트(122)와 열 접촉하는 전열관(121)을 포함하는 또 다른 열관리 시스템을 도시한다. 인터포저 컴포넌트(122)는 구리와 같은 높은 열 전도성을 가진 물질로 구성될 수 있다. 보다 더 후술되는 바와 같이, 소정 실시예에서 인터포저 컴포넌트는 하나 이상의 LED를 지원할 수 있다. 또한 인터포저 컴포넌트(122)는 전기 전도성일 수 있고, 하나 이상의 LED는 인터포저 컴포넌트(122)로 전기 접속될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같은 LED 다이는 LED 전도층(112)이 인터포저 컴포넌트(122)에 전기 접속되도록 인터포저 컴포넌트상에 장착될 수 있다. 소정 실시예에서, 하나 이상의 LED는 열 전도성 에폭시와 같은 열 전도성 부착 물질로써 인터포저 컴포넌트상에 장착된다.
도 6C는 복수의 전열관을 포함하는 또 다른 열관리 시스템을 도시한다. 소정 실시예에서, 적어도 소정의 전열관은 상이한 열 전도성을 가질 수 있다. 상이한 열 전도성은 전열관 및/또는 내부 혼합물을 변경시킴으로써 달성될 수 있다. 도 6C의 설명에서, 전열관(121)은 어레이를 형성하도록 배치되고, 전열관이 사실상 병렬이도록 할 수 있다. 다른 어레이에서, 전열관은 임의의 상대적 방위를 가질 수 있고, 반드시 병렬인 것은 아니라는 것을 알아야 한다. 소정 실시예에서, 복수의 전열관은 광학 시스템의 광학 컴포넌트에 병렬로 배치될 수 있다. 광학 컴포넌트가 디스플레이 시스템 또는 조명 시스템의 조명 패널과 같은 조명 컴포넌트를 포 함하는 소정 실시예에서, 복수의 전열관은 일부분 또는 사실상 모든 조명 패널의 하부에 놓이도록 배열 또는 배치될 수 있다. 예를 들면 전열관 어레이는 조명 패널 면적의 적어도 50%(예를 들면 적어도 75%, 적어도 90%) 아래에 배치될수 있다. 이러한 배열은 LED에 의해 발생된 열을 추출 및 발산할 수 있는 열관리 시스템, 그리고/또는 디스플레이 시스템을 형성하는 다른 컴포넌트를 가진 디스플레이 시스템에 바람직할 수 있다. 소정 실시예에서 도 6C에 도시된 바와 같이, 인터포저 컴포넌트(122)는 복수의 전열관과 열 접촉할 수 있다. 또한 도 6B에 관하여 기술되는 바와 같이, LED는 인터포저 컴포넌트(122)에 의해 지원될 수 있다.
도 6D는 둘 이상의 전열관이 서로 부분적으로 중첩되도록 더 배치된 전열관 어레이를 포함하는 또 다른 열관리 시스템을 도시한다. 도 6C에 도시된 실시예에서와 같이, 복수의 전열관(121)은 바람직한 구성, 예를 들면 사실상 병렬 구성으로 배치될 수 있다. 또한 하나 이상의 전열관(123)이 소정 또는 모든 전열관(121)을 적어도 부분적으로 중첩하도록 배치될 수 있다. 서로 중첩하는 전열관은 임의의 바람직한 교차 각을 가지도록 배치될 수 있는데, 예를 들면 서로 중첩하는 전열관이 사실상 수직, 평행, 또는 임의의 다른 각을 형성할 수 있다. 전열관(123, 124)은 소정 또는 모든 전열관(121)과 열 접촉할 수 있다. 열 접촉은 서로 중첩하는 전열관들 간의 부착 물질을 통해 달성될 수 있다. 부착 물질은 땜납과 같은 적당히 열적 전도성인 부착 물질일 수 있다. 이러한 배열은 열관리 시스템 위에 배치된 광학 컴포넌트가 다른 영역보다 높은 동작 온도를 가질 수 있는 영역을 소유할 시에 바람직할 수 있다. 예를 들면, 조명 패널 컴포넌트 내, 또는 조명 패널(디스 플레이 시스템 또는 조명 시스템)에 광결합된 혼합 영역은 조명 패널의 다른 영역보다 높은 동작 온도에 있을 수 있다. 이러한 전열관(전열관 123 및/또는 124 등)은 조명 패널의 혼합 영역의 사실상 하부에 놓이도록 배치될 수 있고, 따라서 조명 패널의 보다 높은 온도 영역으로부터 열 추출을 용이하게 할 수 있다.
도 7A 내지 도 7C는 적어도 하나의 돌출부와 열 접촉하는 전열관을 포함하는 열관리 시스템의 실시예를 도시한다. 소정 실시예에서, 전열관은 적어도 하나의 돌출부와 직접 또는 열적으로 소통할 수 있다. 하나 이상의 전열관은 히트 싱크를 형성할 수 있는 복수의 돌출부와 직접 열 전달을 할 수 있다. 돌출부는 전열관에 비하여 바람직한 형태를 가질 수 있고 주위의 대기와 증가된 표면 접촉 면적을 가지는 적당한 구조를 포함할 수 있다. 증가된 표면 영역의 결과, 돌출부는 대기와의 열 교환을 용이하게 할 수 있다. 소정 실시예에서, 돌출부는 큰 표면 영역을 가질 수 있는 핀 구조를 포함할 수 있다. 핀 구조는 구리 및/또는 알루미늄과 같은 적당히 높은 열 전도성을 가진 열 전도성 물질로 형성될 수 있다. 도 7A는 열관리 시스템의 실시예를 도시하고, 여기서 복수의 전열관(121)은 핀(125a)과 열 접촉한다. 이 도시된 실시예에서, 핀(125a)은 파형 형태를 가지고, 다양한 다른 단면 크기(예를 들면 상이한 직경)를 가진 전열관을 쉽게 수용할 수 있다.
하나 이상의 전열관은 땜납(예를 들면 금, 게르마늄, 주석, 인듐, 납, 은, 몰리브덴, 팔라듐, 안티몬, 아연 등), 금속충전 에폭시, (MA, Byfield사, Diemat에 의해 제공되는 바와 같은) 열 전도성 접착제, 금속 테잎, 열 그리스(thermal grease) 및/또는 탄소 나노튜브기반 폼(carbon nanotube-based fomas) 또는 박막을 포함하는 적당한 부착 물질로써 하나 이상의 돌출부(예를 들면 핀)에 고정될 수 있다. 열 전도성 부착 물질은 전형적으로 적당히 높은 열 전도성, 따라서 단위 접촉 면적당 낮은 열 저항성을 가진다.
증가된 표면 영역을 가질 수 있는 다양한 핀 구조가 가능하며, 실시예는 도 7A에 도시된 파형 핀 구조로 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다. 도 7B는 전열관(121)이 배치될 수 있는 직사각형 격실을 가진 핀 구조(125b)를 도시한다. 전열관은 직사각 격실의 하나 이상의 측면과 열 접촉할 수 있다. 도시된 실시예에서, 전열관은 직사각 격실의 모든 측면과 접촉하는데, 다른 실시예가 반드시 이 양태로 제한되는 것은 않는다.
소정 실시예에서, 돌출부, 예를 들면 핀은 텍스처링(texture)된 모든 또는 일부 표면을 가질 수 있다. 표면 텍스처는 딤플(dimple), 홈, 주름 패턴 및/또는 핀형 확장부를 포함할 수 있다. 텍스처링된 표면은 대기와의 접촉 면적을 증가시킴으로써 주위의 대기로의 열 전달을 개선할 수 있다. 또한 딤플 표면과 같은 소정 텍스처링된 표면은, 이 표면에 걸친 공기 흐름 동안에 작은 에어 포켓(air pockets)을 생성함으로써 표면의 공기 저항성을 감소시킬 수 있다. 부가적으로, 또는 그에 대신하여, 돌출부(예를 들면 핀)는, 표면의 공기 저항성을 감소시켜서 표면을 가로질러 공기가 자유롭게 흐르도록 하고, 그로부터 대류를 통하여 열을 제거할 수 있게 하는 표면 코팅을 포함할 수 있다. 도 7C는 주름 패턴(126)을 포함하는 텍스처링 표면을 가진 핀(125c)의 실시예를 도시한다.
도 8A 내지 도 8F는 복수의 돌출부와 열 접촉하는 전열관을 포함하는 열관리 시스템의 실시예를 도시한다. 핀과 같은 돌출부가 복수의 층을 형성하기 위해 스택될 수 있다. 소정 실시예에서, 핀이 또한 굽어지거나 또는 임의의 원하는 구성으로 형태화될 수 있다. 다중 전열관이 (도 8A, 8B, 8C에 도시된 바와 같이) 광학 시스템으로부터 열 제거를 증가시키기 위하여 둘 이상의 핀 층들 사이에 배치될 수 있다. 핀은 전열관의 외형으로 쉽게 형태화될 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 도 8A에 도시된 바와 같이, 두 핀(125)이 전열관(121) 둘레로 부분적으로 형태화될 수 있지만 반드시 핀이 서로 접촉할 필요는 없다. 또한 도 8B에 도시된 바와 같이, 두 핀은 소정 영역에서 접촉할 수 있고, 그리고/또는 다른 영역에서 접촉하지 않을 수 있다. 또한 도 8C에 도시된 바와 같이, 핀은 사실상 직선일 수 있고, 반드시 전열관의 외형으로 형태화될 필요는 없다. 또한 도 8D에 도시된 바와 같이, 핀은 전열관이 핀의 모서리 부분내에 쉽게 배치될 수 있도록 모서리 에지를 가지도록 형태화될 수 있다.
소정 실시예에서 도 8E 및 도 8F에 도시된 바와 같이, 다수 핀 층이 다수 전열관을 수용하도록 배치될 수 있다. 도 8E는 다중 핀층이 각 층상의 전열관을 수용하는 실시예를 도시한다. 도 8F에 도시된 바와 같이, 소정 실시예에서는 다수 핀층이 기하학적 벌집 구성으로 형태화될 수 있다. 이러한 구성은 핀의 표면 영역을 증가시킬 수 있고, 이로써 주위의 대기로 전달되는 효과를 증가시킨다. 소정 실시예에서, 전략적으로 디스플레이 시스템의 조명 패널의 뒤를 가로질러 전열관을 배치하게 되면 열의 일정한 분산을 제공할 수 있고, 디스플레이 시스템의 운영을 개선할 수 있다. 전열관 및/또는 돌출부는 (예를 들면 디스플레이 시스템 및/또는 조명 시스템에서) 조명 패널의 후면과 같은 조명 컴포넌트의 한 측면에 걸쳐 연장되어 가로지를 수 있다.
전술한 바와 같이, 광학 시스템은 열관리 시스템에 의해 지원되는 LED를 포함할 수 있고, 여기서 열관리 시스템은 전열관을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 LED가 전열관에 의해 지원될 수 있다. 도 9A는 전열관에 의해 지원되는 복수의 LED를 포함하는 어셈블리의 평면도를 도시한다. 어셈블리(10)는 실시예에 따라서 전열관(121)에 의해 지원되는 LED(11a, 11b, 11c)를 포함한다. 소정 실시예에서, 각 LED(11a, 11b,11c)는 녹색 발광 LED 다이 및 청색 발광 LED 다이와 관련된 적색 발광 LED 다이를 포함한다. 이 실시예에서는 LED(11a, 11b, 11c)가 도시되었지만, 다른 경우에 각 실시예(11a, 11b, 11c)는 LED 다이일 수 있고, 실시예는 이 양태로 제한되지 않는다.
도시된 바와 같이, LED는 이 LED의 장착을 용이하게 할 수 있으며, 그리고/또는 전열관과 LED 사이의 표면 영역을 증가시킬 수 있는 플랫 영역(129)을 포함하는 전열관의 제1 단부(128)에 지지된다. 그러나 LED는 그의 길이를 따라 포함하는 전열관상에 임의의 위치에 배치될 수 있다는 것을 알아야 한다. 전열관에 의해 지지되는 복수의 LED를 포함하는 어셈블리의 측면도인 도 9B에 도시된 바와 같이, LED가 내장 또는 수용될 수 있는 전열관의 제1 단부(128)에 공동(cavity)이 형성될 수 있다. 이러한 구성에서, 전열관은 LED를 위한 서브마운트로서 동작할 수 있다. LED에 대한 전기접속은 다양한 구성을 통해 달성될 수 있다. 도 9A 및 도 9B에 도시된 바와 같이 소정 실시예에서, 하나 이상의 전기 접촉부(131a, 131b)가 전열관 에 의해 지원되는 동안 LED 부근에 배치될 수 있다. 전기 절연층(132)은 전기 접촉부(131)와 전열관 사이에 배치될 수 있다. 전기 접촉부(131)는 (도시되지 않은) 외부 전압원에 연결될 수 있다. 소정 실시예에서, 전기 접촉부(131a, 131b)는 동일한 전압원에 연결되지만, 다른 실시예에서 전기 접촉부(131a, 131b)는 다른 전압원에 연결됨으로써, 개별 LED에 공급되는 전력을 제어할 수 있다. 이러한 배치에서, 하나 이상의 LED는 상이한 전압원에 의해 구동될 수 있는데, 여기서 구동전압은 어셈블리에서 각 LED를 위한 바람직한 광출력 전압을 기반으로 할 수 있다. 온도 센서는 어셈블리에 의해 조명되는 광학 컴포넌트(예를 들면 조명 패널) 및/또는 어셈블리의 온도를 나타내는 측정치를 제공하기 위해 어셈블리에 사용될 수 있다. (도시되지 않은) 제어 시스템은 온도 센서 측정치를 나타내는 입력신호를 수신할 수 있고, 예를 들면 각 LED로 공급되는 구동 전압을 조정하여 LED로부터 광방출을 제어할 수 있는 신호를 출력할 수 있다.
와이어 커넥터(133)는 LED로 구동 전압을 공급하기 위해 LED 상의 (도시되지 않은) 접촉 패드로 전기 접촉부(131)를 전기 접속시킬 수 있다. 예를 들면 LED가 도 3에 도시된 대표적인 LED와 유사할 때, 와이어 커넥터(133)는 접촉 패드(116)(예를 들면 n측 접촉 패드)에 연결될 수 있다. 이러한 구성에서, LED 후면은 도 3에 도시된 바와 같이 LED의 전도층(112)이 전열관과 전기접촉할 수 있게 한다. 전열관은 전기 전도성일 수 있으므로, 전열관 그 자체는 전기 접촉부(131)에 반대되는 극성을 가진 LED로 전기 접촉하는 기능을 할 수 있다. 예를 들면 전기 접촉부(131)는 n측 접촉부로서 기능할 수 있고, 전열관은 p측 접촉부로서 기능할 수 있 다. 유리하게도, 이 설계에서는 하나 이상의 LED를 지원할 수 있는 전열관이 LED로의 전기접속뿐만 아니라, LED로부터 멀리 전달되는 열을 위한 수단을 제공할 수 있다.
LED의 후면과 전열관 사이의 적당한 전기접속이 전기 전도성 부착 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 전기 전도성 부착 물질은 땜납을 포함할 수 있다. 소정 실시예에서, 부착 물질은 열 전도성이며, 전형적으로 적당히 높은 열 전도성을 가진다.
도 9C는 전기 절연층(134)이 전열관과 LED(11) 사이에 위치한 또 다른 실시예를 도시한다. 소정 실시예에서, 전기 절연층(134)은 사실상 열 전도성일 수 있다. 예를 들면 전기 절연층(134)은 질화알루미늄 및/또는 열 전도성 에폭시를 포함할 수 있지만, 다른 전기 절연물질이 또한 적당할 수 있다는 것을 알아야한다. 도 9C의 도시된 실시예에서, 전기 접촉부(131a)는 LED의 n측 접촉 패드에 전기 접속될 수 있고, 전기 접촉부(131b)는 LED의 p측 접촉 패드에 전기 접속될 수 있다. 소정 실시예에서, LED가 위쪽의 와이어 본드를 통하여 쉽게 전기 접속될 수 있는 노출된 n측 및 p측 접촉 패드를 가지도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
통상, 전열관(121)은 임의의 적당한 구성을 가질 수 있다. 예를 들면 전열관은 (전열관의 적어도 일부에서 관형일 수 있는) 외부벽, 또는 (도시되지 않은) 윅(wick)으로 알려진 코어를 밀봉하도록 구성된 하우징을 포함할 수 있다. 또한 전열관은 LED로부터 멀리 열을 전달하는 것을 돕는 물과 같은 열 전달 유체를 수용할 수 있다. 유체를 사용하는 전열관은 응축(condensation) 및 증발(evaporation) 사이클을 겪는 물로 인하여 상당히 효율적인 열 교환기일 수 있으므로, 급속하게 열을 LED로부터 멀리 전달할 수 있다.
소정 실시예에서, 하나 이상의 LED를 지원하는 전열관은 두 섹션을 포함할 수 있다. 제1 섹션은 LED를 지원할 수 있는 제1 단부(128)를 포함할 수 있고, 제2 섹션은 전열관의 관형 부분을 포함할 수 있다. 제1 부분은 전열관의 관형 부분에 가늘게 연결될 수 있지만, 임의의 다른 적당한 방식으로 관형 부분에 연결될 수도 있다는 것을 알아야한다.
다른 실시예에서, 인터포저 컴포넌트가 LED와 전열관 사이에 배치될 수 있다. 인터포저 컴포넌트는 도 6C-6D에 도시된 바와 같이 다른 전열관이 연결되게 할 수도 있다. 인터포저 컴포넌트를 통하여 함께 복수의 전열관을 연결하면 전열관/열교환망을 생성할 수 있고, 여기서 일정한 열 분산망이 형성될 수 있다. 이러한 네트워크는 한 LED가 네트워크상에서 다른 위치의 다른 LED보다 많은 열을 방출하는 것이 유리할 수 있다는 점에서 유리할 수 있다. 이 네트워크는 과도한 열이 전체 네크워크에 걸쳐 일정하게 분산될 수 있도록 할 수 있다. 전술한 바와 같은 이러한 네트워크에서, 전열관은 LED 부근에 위치하거나, 또는 전열관의 반대 단부에 위치한 인터포저 컴포넌트와 상호연결될 수 있다.
도 10A 및 10B는 전열관에 의해 지원되는 복수의 LED를 포함할 수 있는 다른 어셈블리를 도시하고, 여기서 LED로부터의 광방출이 전열관의 길이에 사실상 평행하다. 이러한 구성에서, LED(예를 들면 11e, 11f, 11g)는 LED로부터의 광방출이 전열관의 길이에 거의 평행하도록 적어도 하나의 전열관(121)에 의해 지지된다. 이러한 구성은 디스플레이 시스템 또는 조명 패널과 같은 광학 시스템에서 적어도 하나의 전열관을 포함하는 열관리 시스템과 LED를 통합시에 바람직할 수 있다. 도 10A는 전열관(121)에 연결된 인터포저 컴포넌트(122)상에 장착된 LED를 도시한다. 도 10B는 사실상 평평한 단부(128)를 가진 전열관(121)상에 장착된 LED를 도시한다. 전열관의 평평한 단부(128)로 인하여 평평한 단부에 수직인 표면은 전열관의 관형 부분의 길이에 사실상 평행할 수 있다.
도 11A 내지 도 11C는 전열관, LED 및 에지-리트 조명 패널을 포함하는 에지-리트 LED 시스템의 평면도를 도시한다. 이러한 에지-리트 LCD는 예를 들면 LCD 텔레비젼을 위한 백라이트 어셈블리로서 사용될 수 있는데, 그러나 유사한 시스템이 또한 일반적 조명, 예를 들면 조명 패널을 위해 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 소정 실시예에서, (예를 들면 전열관을 포함하는) 열관리 시스템은 조명 패널에 사실상 평행할 수 있고, 그리고/또는 조명 패널 하부에 배치될 수 있으므로, 컴팩트 LCD 시스템의 설계를 용이하게 할 수 있다.
도 11A는 전열관에 의해 지지되는 LED를 포함하는 에지-리트 LCD의 평면도의 예를 도시한다. 도시된 실시예에서, 복수의 LED 다이(11h, 11i, 11j)가 전열관(121)에 의해 지원될 수 있는 단일 LED를 형성하도록 서로 관련될 수 있다. LED 다이는 LED 다이(11e, 11f, 11g)로부터 방출된(화살표 255에 의해 표시되는) 광의 방향이 전열관(121)에 사실상 평행하도록 배치될 수 있다. 이 실시예에서는 LED 다이를 도시하였지만, 다른 경우에 실시예(11h, 11i,11j)가 LED일 수 있고, 각 LED는 관련된 하나 이상의 LED 다이를 가질 수 있다. 소정 실시예에서, 전열관에 의 해 지원되는 LED 또는 LED 다이 어셈블리는 여기에 전술한 바와 유사한 어셈블리일 수 있다. LED 또는 LED 다이는 전열관상에, 전술한 인터포저 컴포넌트상에, 또는 전열관 또는 인터포저 컴포넌트상에 직접 장착된 패키지상에 직접 장착될 수 있다. 전술한 바와 같이, 전열관은 열 전도성 또는 절연성 및/또는 전기 전도성 또는 절연성일 수 있는 적당한 부착 물질에 의해 장착될 수 있다. 도시된 실시예에서, 전열관은 도 11A 내지 도 11C의 전열관(121)의 점선에 의해 표시된 바와 같이 조명 패널(220) 및 혼합 영역(210)의 하부에 배치된다. 또한 전열관의 길이는 조명 패널에 사실상 평행할 수 있다.
도시된 실시에에서는 전열관이 3 LED를 지원하지만 하나 이상의 LED 다이(또는 하나 이상의 LED)를 지원할 수도 있다. 바람직한 색상의 광(예를 들면 백색광)을 발생시키기 위하여, 복수의 LED 다이(11h, 11i,11j)가 상이한 광 파장을 발생하는 LED 다이일 수 있다. 예를 들면 제1 LED 다이는 적색광을 방출할 수 있고, 제2 LED 다이는 녹색광을 방출할 수 있고, 제3 LED 다이는 청색광을 방출할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 LED 다이는 적색광을 방출할 수 있고, 제2 LED 다이는 녹색광을 방출할 수 있고, 제3 LED 다이는 청색광을 방출할 수 있고, 제4 LED 다이는 시안 광을 방출할 수 있다. 소정 실시예에서, LED 다이는 단일 LED를 형성하도록 서로 관련된다.
전술한 바와 같이 다른 실시예에서, 제1 LED(또는 LED 다이)는 적색광을 방출할 수 있고, 제2 LED(또는 LED 다이)는 녹색광을 방출할 수 있고, 제3 LED(또는 LED 다이)는 청색광을 방출할 수 있고, 제4 LED(또는 LED 다이)는 황색광을 방출할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 LED(또는 LED 다이)는 적색광을 방출할 수 있고, 제2 LED(또는 LED 다이)는 녹색광을 방출할 수 있고, 제3 LED(또는 LED 다이)는 청색광을 방출할 수 있고, 제4 LED(또는 LED 다이)는 황색광을 방출할 수 있고, 제5 LED(LED 다이)는 시안 광을 방출할 수 있다. 소정 실시예에서, LED 다이는 단일 LED를 형성하기 위해 서로 관련될 수 있다.
LED 다이(11h, 11i, 11j)에 의해 방출된 광의 상이한 색(예를 들면, 적, 녹, 청)이 LED에 인접한 혼합 영역(210)에서 혼합되거나 또는 균질화될 수 있다. LED 다이(또는 다른 실시예에서 LED)에 의해 방출된 광은 혼합 영역(210)의 에지를 통해 들어가고, 혼합 영역내 혼합 또는 균질화된 광은 혼합 영역(210)에 인접하게 배치된 조명 패널(220)로 들어갈 수 있다. 조명 패널(220)은 조명 패널의 (뷰잉 영역으로도 불리는) 상부면으로부터 방출된 광이 LCD 층을 조명할 수 있도록 위에 배치된 (도시되지 않은) LCD층을 가질 수 있다.
도 11B는 LED 및 다중 전열관을 포함하는 에지-리트 LCD 시스템(202)의 평면도를 도시한다. LCD 시스템(202)은 하나 이상의 LED를 각각 지원하는 복수의 전열관을 포함하는 것을 제외하고 전술한 시스템(201)과 유사하다. 도시된 실시예에서, 전열관(121a, 121b)은 서로 또는 조명 패널(220)측과 평행인 구성으로 배치된다. 전열관(121a)은 LED 다이(11aa, 11ba, 11ca)를 지지하고, 전열관(121b)은 LED 다이(11ab, 11bb, 11cb)를 지지한다. 다른 경우에, 실시예(11aa, 11ba, 11ca)는 관련된 하나 이상의 LED를 가지는 LED이다(예를 들면, 실시예 11aa, 11ba, 11ca는 각각 RGB LED일 수 있다). 혼합 영역(210)이 두 전열관(121a, 121b)상의 LED 또는 LED 다이에 의해 방출된 광을 수신하는 것을 제외하고, 에지-리트 LCD 시스템(202)의 동작은 시스템(201)의 동작과 유사하다. 전열관(121a, 121b)이 예를 들면 도 6C 및 6D의 열관리 시스템 실시예에서 기술된 바와 유사한 방식으로, 열적으로 연결될 수 있다는 것을 알아야 한다.
소정 실시예에서, 에지-리트 LCD 시스템은 바람직한 뷰잉 면적을 가진 LCD 시스템을 형성하기 위하여 나란히 배치될 수 있는 복수의 모듈형 패널 부재를 포함할 수 있다. 일련의 인접한 모듈형 부재로부터 형성된 LCD 배치는 전체 설계의 확장성을 향상시킬 수 있고, 임의의 바람직한 크기의 LCD 디스플레이를 형성할 수 있게 한다.
도 11C은 복수의 모듈형 패널 부재(220a, 220b 및 220c)를 구비한 조명 패널을 포함하는 에지-리트 LCD 시스템의 평면도를 도시한다. 각 모듈형 패널 부재는 위에 지지된 하나 이상의 LED(또는 LED 다이)를 가진 열관리 시스템(예를 들면 하나 이상의 전열관 121)위에 배치될 수 있다. 또한 각 모듈형 패널 부재(220a, 220b, 220c)는 LED(LED 다이)와 각 모듈형 패널 부재 사이에 배치된 혼합 영역(210a, 210b, 210c)과 각각 관련될 수 있다. 도 11C에 도시된 실시예에서, 에지-리트 LCD는 하나 이상의 LED를 각각 지원하는 복수의 전열관을 각각 포함하는 일련의 인접한 모듈형 어셈블리(202, 203, 204)를 구비한다. 이 도시된 특정 실시예에서, 기술된 모듈형 어셈블리는 도 11B에 도시된 에지-리트 패널 어셈블리지만, 임의의 다른 어셈블리가 에지-리트 LCD 시스템을 구성하는데 사용될 수도 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들면 복수의 모듈형 패널 부재의 각각은 하나 이상의 전 열관(예를 들면 1 전열관, 2 전열관, 3 전열관, 4 전열관) 위에 배치될 수 있다.
도시된 실시예에서, 핀 구조(125)는 전열관(121)과 열 접촉하고, 히트 싱크로서 기능할 수 있다. 핀 구조(125)는 모듈형 패널 부재와 혼합 영역 하부에 배치되고, LCD 시스템의 (도시되지 않은) 트레이 부분으로 병합될 수 있다. 핀 구조는 예를 들면 알루미늄 및/또는 구리와 같은 사실상 열 전도성 물질로 만들어질 수 있고, 도 7A 내지 도 7C 또는 도 8A 내지 도 8F의 핀 구조에서 기술된 바와 유사한 구조 및 배치를 가질 수 있다.
도 11A 내지 도 11C에 도시된 실시예가 추가적으로 또는 대신에 소정 배치로 전열관을 포함하는 열관리 시스템을 도시하지만, 다른 능동 및/또는 수동 열관리 시스템을 포함하는 임의의 유형의 열관리 시스템이 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 전열관을 포함하는 소정 다른 가능한 열관리 시스템의 예는 도 6A 내지 도 6D에 도시된 실시예와 관련하여 전술하였다.
LCD 시스템은 기술한 하나 이상의 특징을 포함할 수 있고, 바람직한 디스플레이 시스템 크기 및/또는 성능에 따라 다양한 특징 조합이 바람직할 수 있다는 것을 알아야 한다. 일 실시예에서, LCD 디스플레이 시스템은 열관리 시스템 및, 이 열관리 시스템에 의해 지원되는 적어도 하나의 LED를 포함한다. LED 및 열관리 시스템은 LED가 열관리 시스템에 평행한 방향으로 광을 방출하도록 배치된다. LCD 디스플레이는 LED로부터 방출된 광이 조명 패널로 들어가도록 LED와 관련된 조명 패널을 더 포함할 수 있다. 조명 패널은 열관리 시스템과 사실상 평행할 수 있고, LCD층은 조명 패널 위에 배치될 수 있다.
여기에 기술한 LCD 시스템은 전술한 범위내(예를 들면 10mm 미만, 4mm 미만, 2mm 미만, 또는 심지어 1mm 미만)의 두께를 가진 초슬림일 수 있다. 다른 장점들 중에서도, 전열관 어셈블리에 의해 제공되는 효율적인 열관리는 열 발생과 관련된 문제없이 전술한 바와 같이 고 전력 및/또는 휘도 LED를 사용할 수 있게 한다. 시스템에 사용되는 LED의 총 수는 또한 고전력 및/또는 휘도로 인하여 감소될 수 있다. 또한 열관리 시스템(예를 들면 전열관 어셈블리)의 사용으로 LCD 시스템의 동작 동안에 LCD 시스템의 조명 패널의 뷰잉 영역에 걸쳐 사실상 일정한 온도 프로파일을 달성할 수 있다. 일정한 온도 프로파일은 LCD 시스템의 뷰잉 영역에 걸쳐 유사한 휘도 및/또는 색을 가진 광 발생을 도울 수 있다.
도 12A 내지 도 12D는 도 5에 도시된 광학 시스템과 같은 광학 시스템의 일부일 수 있는 광학 컴포넌트의 실시예를 도시한다. 하나 이상의 광학 컴포넌트가 광학 시스템에 포함될 수 있다. 광학 컴포넌트는 바람직한 임의의 형태를 가질 수 있고, 예를 들면 광학 컴포넌트는 패널, 원통형 또는 임의의 다른 바람직한 형태일 수 있다. 도 12A는 패널(13a) 형태의 광학 컴포넌트를 도시하고, 여기서 패널의 치수로 인하여 길이(132) 및/또는 폭(131)은 두께(133)보다 사실상 더 크다. 소정 실시예에서, 패널의 두께는 3cm 미만이다(예를 들면 2cm 미만, 1cm 미만, 0.5cm 미만). 일 실시예에서, 패널의 길이 및/또는 폭이 100cm 미만이다(예를 들면 50cm 미만, 30cm 미만). 소정 실시예에서, 패널의 길이 및/또는 폭은 패널의 두께보다 적어도 10배 더 크다(예를 들면 20배 더 큼, 50배 더 큼, 100배 더 큼). 도 12B는 원통형(13b) 형태인 광학 컴포넌트를 도시한다. 원통형은 임의의 바람직한 치수를 가질 수 있고, 예를 들면 치수는 상이한 유형의 형광조명기구 또는 튜브의 치수와 유사할 수 있다. 도 12C는 전구(bulb)(13c) 형태인 광학 컴포넌트를 도시한다. 전구는 바람직한 임의의 치수를 가질 수 있는데, 예를 들면 치수는 상이한 유형의 백열전구의 치수와 유사할 수 있다. 도 12D는 프리즘(13d) 형태인 광학 컴포넌트를 도시한다. 디스플레이 시스템과 같은 광학 시스템의 일부일 수 있는 광학 컴포넌트의 소정 예는 웨지 광학(wedge-optics), 혼합 영역 및 조명 패널을 포함한다.
광학 컴포넌트는 투명 및/또는 반투명인 물질을 포함하는 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다. 광학 컴포넌트를 형성하는 데 사용될 수 있는 물질의 예는 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 PMMA(polymethylmethacrylate)를 포함한다. 소정 실시예에서, 광학 컴포넌트는 여기에 전달되는 광의 일부 또는 모두를 전달, 확산, 발산, 균질화 및/또는 방출할 수 있는 물질(들)로 형성될 수 있다. 광학 컴포넌트는 적어도 하나의 LED로부터 방출된 광이 광학 컴포넌트로 들어가도록 광학 시스템에 배열될 수 있다. 예를 들면 소정 배열에서, 적어도 한 LED로부터의 광은 에지를 통해 광학 컴포넌트로 들어갈 수 있다. 다른 실시예에서는 광학 컴포넌트로 광을 방출할 수 있도록 복수의 LED가 배치될 수 있다. 또한 LED는 광학 컴포넌트의 상이한 에지 및/또는 코너로 광을 방출하도록 배치될 수 있다. 도 12A에 도시된 패널 실시예에서, LED로부터의 광은 패널의 에지(134a)를 통해, 그리고/또는 패널의 임의의 한 코너를 통해 들어갈 수 있다. 도 12B에 도시된 원통형 실시예에서, LED로부터의 광은 원통의 에지(134b)를 통해 들어갈 수 있다. 도 12C에 도시된 전구 실시예에서, LED로부터의 광은 전구의 에지(134c)를 통해 들어갈 수 있다. 도 12D에 도시된 프리즘 실시예에서, LED로부터 광은 프리즘의 에지(134d) 및/또는 임의의 다른 적당한 에지를 통해 들어갈 수 있다. 도 12A 내지 도 12D에 도시된 실시예에서 에지가 평평한 표면이지만, 에지가 반드시 평평한 표면을 가질 필요는 없다. 예를 들면 에지는 둥근 표면, 오목한 표면 및/또는 볼록한 표면을 포함하는 임의의 적당한 형태를 가질 수 있다.
소정 실시예에서, 광학 컴포넌트는 하나 이상의 LED를 수신할 수 있는 하나 이상의 공동(cavities) 및/또는 리세스(recesses)를 포함할 수 있다. 공동 및/또는 리세스는 광학 컴포넌트의 표면상에 형성될 수 있고, 광학 컴포넌트로 광을 방출하는 하나 이상의 LED 및 광학 컴포넌트를 포함할 수 있는 광학 시스템 어셈블리를 용이하게 하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 LED가 광학 컴포넌트에 내장될 수 있다. 예를 들면 하나 이상의 LED는 광학 컴포넌트 형성 동안에 광학 컴포넌트 내에 내장될 수 있다. 광학 컴포넌트가 (예를 들면 몰드 주입 공정을 사용하여) 몰딩 물질을 이용하여 형성될 때, 하나 이상의 LED가 몰딩 처리 동안에 광학 컴포넌트 내에 내장될 수 있다. 광학 컴포넌트가 다수 부품을 결합하여 형성될 때, 하나 이상의 LED가 다수 부품 사이에 내장될 수 있다. 이들은 하나 이상의 LED가 광학 컴포넌트에 연결 및/또는 내장될 수 있는 방법의 단지 일부 예이며, 다양한 변형이 가능하다는 것을 알아야 한다.
본 발명의 몇몇 실시예가 여기에 기술 및 도시되었지만, 당업자라면 여기에 기술된 하나 이상의 장점 및/또는 기능을 수행하고, 그리고/또는 여기에 기술된 결과 및/또는 하나 이상의 장점을 얻기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 계획할 것이고, 이러한 변경 및/또는 변형의 각각은 본 발명의 범주 내인 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 당업자라면 여기에 기술된 모든 매개변수, 치수, 물질 및 구성이 대표적인 것이며 실제 매개변수, 치수, 물질 및/또는 구성은 본 발명의 개념이 사용된 특정 애플리케이션 또는 애플리케이션들에 의존할 것이라는 것을 쉽게 알 것이다. 당업자라면 단지 루틴 실험을 사용하여 여기에 기술된 본 발명의 특정 실시예에 대한 다수의 등가물을 인식 또는 확인할 수 있을 것이다. 따라서 전술한 실시예는 단지 예로써 제시되며, 첨부된 특허청구범위의 범주 및 이의 등가인 범주 내에서, 본 발명은 특히 기술 및 청구되는 것과 달리 실행될 수 있다는 것을 알 것이다. 본 발명은 여기에 기술된 각 개별 특징, 시스템, 물품, 물질, 키트 및/또는 방법에 관한 것이다. 또한 둘 이상의 이러한 특징, 시스템, 물품, 물질, 키트 및/또는 방법이 서로 일치하지 않은 경우에, 이들의 임의의 결합이 본 발명의 범주 내에 포함된다.

Claims (65)

  1. 조명 영역(illumination area)을 가진 LCD(liquid crystal display) 패널; 및
    LED로부터 방출된 광이 상기 LCD 패널을 조명하도록 상기 LCD 패널과 관련된 적어도 하나의 LED
    를 포함하고,
    상기 조명 영역의 ㎡ 당 LED의 수는 100 미만인 LCD 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 백-리트(back-lit)인 LCD 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 에지-리트(edge-lit)인 LCD 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 코너-리트(corner-lit)인 LCD 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 적어도 5,000 니트(nits)의 휘도를 달성하는 LCD 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 적어도 10,000 니트의 휘도를 달성하는 LCD 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 적어도 15,000 니트의 휘도를 달성하는 LCD 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 LED는 적색(red)-녹색(green)-청색(blue) LED인 LCD 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 LED는 적색-녹색-청색-황색(yellow) LED인 LCD 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 LED는 적색-녹색-청색-시안(cyan)-황색 LED인 LCD 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 LED는 단색 LED인 LCD 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 LED는 광 격자(photonic lattice)를 포함하는 LCD 시스템.
  13. 0.01과 0.16㎡ 사이의 조명 영역을 가진 LCD 패널; 및
    단일 LED로부터 방출된 광이 상기 LCD 패널을 조명하도록 상기 LCD 패널과 관련된 단일 LED
    를 포함하는 LCD 시스템
  14. 제13항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 백-리트인 LCD 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 에지-리트인 LCD 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 코너-리트인 LCD 시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 적어도 5,000 니트의 휘도를 달성하는 LCD 시스템.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 적어도 10,000 니트의 휘도를 달성하는 LCD 시스템.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 적어도 15,000 니트의 휘도를 달성하는 LCD 시스템.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 LED는 적색-녹색-청색 LED인 LCD 시스템.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 LED는 적색-녹색-청색-황색 LED인 LCD 시스템.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 LED는 적색-녹색-청색-황색-시안 LED인 LCD 시스템.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 LED는 광 격자를 포함하는 LCD 시스템.
  24. 0.06과 0.16㎡ 사이의 조명 영역을 가진 LCD 패널; 및
    적어도 하나의 LED로부터 방출된 광이 상기 LCD 패널을 조명하도록 상기 LCD 패널과 관련된 적어도 하나의 LED
    를 포함하고,
    상기 LED의 총 수는 20 미만인 LCD 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 백-리트인 LCD 시스템.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 에지-리트인 LCD 시스템.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 코너-리트인 LCD 시스템.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 LED는 광 격자를 포함하는 LCD 시스템.
  29. 0.16과 0.6㎡ 사이의 조명 영역을 가진 LCD 패널; 및
    적어도 하나의 LED로부터 방출된 광이 상기 LCD 패널을 조명하도록 상기 LCD 패널과 관련된 적어도 하나의 LED
    를 포함하고,
    상기 LED의 총 수는 2와 50 사이인 LCD 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 백-리트인 LCD 시스템.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 에지-리트인 LCD 시스템.
  32. 제29항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 코너-리트인 LCD 시스템.
  33. 제29항에 있어서,
    상기 LED는 광 격자를 포함하는 LCD 시스템.
  34. 0.6과 1.0㎡ 사이의 조명 영역을 가진 LCD 패널; 및
    적어도 하나의 LED로부터 방출된 광이 상기 LCD 패널을 조명하도록 상기 LCD 패널과 관련된 적어도 하나의 LED
    를 포함하고,
    상기 LED의 총 수는 10과 100 사이인 LCD 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 백-리트인 LCD 시스템.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 에지-리트인 LCD 시스템.
  37. 제34항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 코너-리트인 LCD 시스템.
  38. 제34항에 있어서,
    상기 LED는 광 격자를 포함하는 LCD 시스템.
  39. 0.45㎡ 보다 큰 조명 영역을 가진 LCD 패널; 및
    적어도 하나의 LED로부터 방출된 광이 상기 LCD 패널을 조명하도록 상기 LCD 패널과 관련된 적어도 하나의 LED
    를 포함하고,
    상기 LED의 총 수는 100 미만인 LCD 시스템.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 백-리트인 LCD 시스템.
  41. 제39항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 에지-리트인 LCD 시스템.
  42. 제39항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 코너-리트인 LCD 시스템.
  43. 제39항에 있어서,
    상기 LED는 광 격자를 포함하는 LCD 시스템.
  44. 디스플레이 패널; 및
    단일 LED로부터 방출된 광이 상기 디스플레이 패널을 조명하도록 상기 디스플레이 패널과 관련된 단일 LED
    를 포함하는 모니터.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 7인치 패널인 모니터.
  46. 제44항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 15인치 패널인 모니터.
  47. 제44항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 17인치 패널인 모니터.
  48. 제44항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 19인치 패널인 모니터.
  49. 제44항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 24인치 패널인 모니터.
  50. 제44항에 있어서,
    LCD 패널은 백-리트인 모니터.
  51. 제44항에 있어서,
    LCD 패널은 에지-리트인 모니터.
  52. 제44항에 있어서,
    LCD 패널은 코너-리트인 모니터.
  53. 제44항에 있어서,
    상기 모니터는 컴퓨터 모니터인 모니터.
  54. 제44항에 있어서,
    상기 모니터는 랩탑 모니터인 모니터.
  55. 제44항에 있어서,
    상기 모니터는 텔레비젼 모니터인 모니터.
  56. 제44항에 있어서,
    상기 LED는 광 격자를 포함하는 모니터.
  57. 0.06과 0.30㎡ 사이의 조명 영역을 가진 디스플레이 패널; 및
    LED들로부터 방출된 광이 상기 디스플레이 패널을 조명하도록 상기 디스플레이 패널과 관련된 20개 미만의 LED들
    을 포함하는 모니터.
  58. 0.45㎡보다 큰 조명 영역을 가진 LCD 패널; 및
    적어도 하나의 LED로부터 방출된 광이 상기 LCD 패널을 조명하도록 상기 LCD 패널과 관련된 적어도 하나의 LED
    를 포함하고,
    상기 LED의 총 수는 100 미만인 모니터.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 백-리트인 모니터.
  60. 제58항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 에지-리트인 모니터.
  61. 제58항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 코너-리트인 모니터.
  62. 제58항에 있어서,
    상기 모니터는 컴퓨터 모니터인 모니터.
  63. 제58항에 있어서,
    상기 모니터는 랩탑 모니터인 모니터.
  64. 제58항에 있어서,
    상기 모니터는 텔레비젼 모니터인 모니터.
  65. 제58항에 있어서,
    상기 LED는 광 격자를 포함하는 모니터.
KR1020087024782A 2006-03-10 2007-03-02 Ｌｅｄ를 포함하는 ｌｃｄ 시스템 KR20080106469A (ko)

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