KR20090098328A - 발광 다이오드 조명 장치 및 이를 갖는 액정 표시 장치 - Google Patents

발광 다이오드 조명 장치 및 이를 갖는 액정 표시 장치 Download PDF

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KR20090098328A
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김동수
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알티전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 조명 장치 및 이를 갖는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명은 발광 다이오드 패키지와 양 단부에 상기 발광 다이오드 패키지가 실장 되며 상기 발광 다이오드 패키지로부터 발산되는 빛을 방사하는 방사부재 및 상기 방사부재의 일측에 배치되어 상기 방사부재로부터 방사되는 빛을 공급 받는 도광판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

발광 다이오드 조명 장치 및 이를 갖는 액정 표시 장치{LIGHTING APPARATUS USING LIGHT EMITTING DIODE AND LCD DEVICE WITH THE SAME}
본 발명은 조명 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광원으로 발광 다이오드를 사용한 발광 다이오드 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시장치(Liquid Crystal Display device; LCD)는 색 재현성 및 대비비(Contrast ratio)가 우수한 특징이 있는 반면, 자체 발광 소자가 아니기 때문에 백라이트 장치가 필요하다.
백라이트 장치(Back Light Apparatus)는 액정 표시장치와 같은 평면 표시장치를 조명하는 것으로, 광원으로 형광램프를 이용한다. 하지만, 형광램프에 들어가는 가스의 유해성 때문에 환경오염 문제를 감안하여 새로운 광원의 개발이 진행되었다. 그중, 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 환경오염이 없으며, 다양한 컬러 표현이 가능하고, 적은 소비전력의 사용으로 인해 새로운 광원으로 사용범위가 확대되고 있는 추세이다.
평면 표시장치는 광원의 위치에 따라 직하 방식과 도광판 방식으로 구분된다. 직하 방식(Direct Light Type)은 광 출사면 바로 아래에 광원을 두어 발광할 수 있도록 하는 방식으로, 도광판 방식에 비해 여러 개의 광원을 배치하여 휘도를 높일 수 있고, 발광면을 넓게 할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 그만큼 소비전력이 많아지며 박형화할 경우에는 램프의 형태가 투영되어 균일도가 상당히 낮아지는 이유로 박형화가 어렵다는 단점이 있다. 도광판 방식(Light Guide Type)은 평판 방식(Flat Type)과 에지 방식(Edge Type)으로 나누어진다. 이러한 도광판 방식에서는 광원으로부터 입사된 광을 균일한 평면광으로 변환시켜 주기 위해 도광판을 사용하게 된다. 이때 광원은 도광판의 측면에 배치되며 광원의 개수는 도광판 측면의 길이에 국한된다. 하지만, 도광판 방식은 박형화가 가능하다는 장점이 있는 반면, 광이 일정한 지향각으로 방출되는 점광원이기 때문에 휘도 균일도 향상을 위해 광원을 조밀하게 배치하게 된다. 이때, 광원과 광원 사이에 휘점(Hot Spot)과 휘선이 나타나는 단점과 발광면 전체에 휘도를 균일하게 분포시키기 위한 과정이 직하 방식에 비해 복잡하다는 단점이 있다.
본 발명의 과제는 휘도의 균일도 및 화면품질을 향상시킬 수 있는 발광다이오드 조명 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 발광 다이오드 패키지와 양 단부에 상기 발광 다이오드 패키지가 실장되며 상기 발광 다이오드 패키지로부터 발산되는 빛을 방사하는 방사부재 및 상기 방사부재의 일측에 배치되어 상기 방사부재로부터 방사되는 빛을 공급받는 도광판을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 발광 다이오드 패키지와 양 단부에 상기 발광 다이오드 패키지가 실장되며 상기 발광 다이오드 패키지로부터 발산되는 빛을 방사하는 방사부재 및 상기 방사부재의 일측에 배치되어 상기 방사부재로부터 방사되는 빛을 공급받는 도광판 및 상기 도광판 상부에 배치된 액정 표시 패널을 포함하는 발광 다이오드 조명 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 발광다이오드 조명 장치는 기존에 출사광이 미치지 못했던 서로 인접된 발광다이오드 사이의 암부 까지 도달하게 되어 휘점(Hot Spot)이 없는 균일도가 우수한 광원을 형성할 수 있다.
또한, 적은 수량의 발광다이오드 패키지 사용으로 소비전력을 감소시키는 효과가 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 조명 장치가 장착된 액정 표시 장치를 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 Ⅰ-Ⅰ’선을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 액정 표시 장치(1)는 탑 샷시(100), 액정 표시 패널(200)과 백라이트 유닛(300)과 몰드 프레임(400)으로 구성될 수 있다.
상기 탑 샷시(100)는 액정 표시 패널(200)과 백라이트 유닛(300)을 수납할 수 있다. 또한, 액정 표시 패널(200)의 상부면 가장자리를 커버하고 상/하/좌/우 측면은 몰드 프레임(400)의 측면을 커버 한다. 그리고 액정 표시 패널(200)과 백라이트 유닛(300)을 고정하고 외부의 충격으로부터 보호할 수 있도록 구성된다.
상기 액정 표시 패널(200)은 박막 트랜지스터 기판(210)과 컬러필터 기판(220)을 구비한다. 박막 트랜지스터 기판(210)과 컬러필터 기판(220)은 소정의 간격으로 이격되어 서로 마주보며 합착 된다. 또한, 박막 트랜지스터 기판(210)과 컬러필터 기판(220) 사이에는 액정이 주입된 액정층(미도시)이 형성된다. 박막 트랜지스터 기판(210)에 스위칭 소자로서, 매트릭스 형태로 형성된 박막 트랜지스 터(Thin Film Transistor; TFT)가 구비된다.
전원부(미도시)는 외부로부터의 전원 신호를 이용하여 액정 표시 패널(200)을 구동시키기 위한 구동 전압이 생성된다.
상기 백라이트 유닛(300)은 액정 표시 패널(200)에 광을 조사한다. 상기 백라이트 유닛(300)은 발광 다이오드 조명 장치(310), 반사시트(320), 도광판(330), 확산시트(340), 프리즘시트(350) 및 프리즘시트(350)의 표면을 보호하는 보호시트(360) 등의 시트류들로 구성된다.
상기 발광 다이오드 조명 장치(310)는 발광 다이오드 패키지(318), 방사 부재(315), 광원 반사판(317) 및 구동 기판(미도시)으로 구성된다.
상기 발광 다이오드 패키지(318)는 발광 다이오드 칩(311)과 상기 발광 다이오드 칩(311)이 실장된 하우징(313)으로 구성될 수 있다.
상기 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 칩(311)은 일반적인 방식의 발광다이오드 칩이 적용되며, GaN 계열이 사용될 수 있다. 이러한 GaN 계열의 발광다이오드 칩은 발광시 청색 파장대의 광을 조사하도록 제조된다. 청색 칩 위에 엘로우(Yellow) 파장대의 광을 발산하는 형광체를 도포하여, 이들 광의 혼합으로 백색광이 나타나도록 할 수도 있다. 여기서, 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 형광제를 이용하여 백색광을 나타내는 방법이 사용될 수도 있다.
발광 다이오드 칩(311)은 하나 또는 적어도 두 개 이상이 하우징(313)에 실장 될 수 있다. 발광 다이오드 칩(311)은 구동 기판(미도시)을 통하여 외부 전원으로부터 전원을 공급받아 광을 생성하게 된다.
상기 하우징(313)은 발광 다이오드 칩(311)으로부터 발산되는 열을 효과적으로 방열시켜 발광특성이 우수하도록 플라스틱 재질 또는 세라믹을 사용할 수 있다. 또한, 발광 다이오드 칩(311)을 보호하고 지지하는 지지체의 역할을 할 수 있다.
상기 방사 부재(315)는 광을 균일하게 방출하는 부재이다. 상기 방사 부재(315)는 상기 발광 다이오드 칩(311)으로부터 방출되는 광을 액정 표시 패널(200)이 배치된 방향으로 안내하기 위해 도광판(330) 일측면의 가장자리에 형성될 수 있다.
상기 광원 반사판(317)은 방사 부재(315)의 외주면을 따라 배치된다. 상기 도광판(330)의 길이보다 길게 형성될 수 있다. 따라서, 방사 부재(315)로부터 발생된 광을 도광판(330) 측으로 반사시켜 도광판(330)으로 입사되는 광의 효율을 증대시킨다.
상기 반사시트(320)는 발광 다이오드 조명 장치(310)로부터 나오는 광을 액정 표시 패널(200) 쪽으로 반사시키는 역할을 한다. 따라서, 모재(Base Material)에 반사율이 높은 물질이 코팅되어 있다. 예컨데 서스(Steel Use Stainless; SUS), 황동, 알루미늄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET) 등의 모재 위에 반사 부재로 주로 Ag, Ti 등이 코팅되어 있다. 이러한 반사시트(320)는 도광판(330) 하부로 출광된 광을 다시 도광판(330) 방향으로 되돌려 보내는 역할을 하게 된다. 또한, 반사시트(320)는 발광 다이오드 칩(311)에서 발생하는 열에 의해 변형이 발생하지 않도록 다소 두껍게 마련될 수 있다.
상기 도광판(330)은 발광 다이오드 칩(311)으로부터의 광을 화면 표시 영역 에 균일하게 전달하기 위한 것이다. 따라서 도광판(330)은 통상 수 mm 정도의 두께의 폴리카보네이트 또는 투명 아크릴 재질의 투광성 재질로 형성된다. 그리고 액정 표시 패널(200)과 대응하는 크기를 갖도록 형성될 수 있다. 또한 도광판(330) 하부 면에는 발광 다이오드 조명 장치(310)로부터 입사된 광의 균일한 반사를 위해 다수의 도트(Dot)나 V자 홈(미도시)이 형성될 수 있다. 이러한 도광판(330)의 형태로는 두께가 일정한 평판형과 광원으로부터 멀어짐에 따라 도광판(330)의 두께가 얇아지는 경사형이 있다. 이때, 평판형 도광판의 경우 복수의 발광 다이오드 조명 장치(310)를 사용하여 광을 전달할 수 있다.
상기 확산 시트(340)는 입사하는 광을 확산 또는 집광시켜 휘도를 균일하게 하고, 시야각을 넓혀준다.
상기 프리즘 시트(350)는 확산 시트(340)에서 출사된 광을 굴절시켜, 광을 액정 표시 패널(200) 쪽으로 집중시켜 준다. 따라서 확산 시트(340)를 통과하여 급격히 떨어진 광의 휘도를 보상해 준다.
확산시트(340)와 프리즘 시트(350)는 2 내지 3장이 적절히 조합되어 도광판(330)에 의해 가이드 되어 나온 광을 확산 또는 집광시켜, 휘도를 향상하거나 시야각을 개선하게 된다.
상기 보호시트(360)는 확산시트(340)나 프리즘 시트(350) 위에 설치되어 먼지나 스크래치(Scratch)에 민감한 시트들을 보호한다. 그리고 프리즘 시트(350)를 통과한 광의 분포가 보다 균일해지도록 광을 확산시키는 특성을 갖도록 제작되기도 한다.
상기 몰드 프레임(400)은 사각 틀 형상으로 합성수지 또는 플라스틱으로 제작될 수 있다. 또한, 몰드 프레임(400)은 액정 표시 패널(200) 및 백라이트 유닛(300)을 수납하여 고정한다. 그리고 액정 표시 패널(200) 및 백라이트 유닛(300)에 가해지는 외부의 충격을 흡수하는 기능을 하게 된다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 방사 부재와 도광판이 배치된 구조를 나태낸 사시도이다.
도 3을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(318)는 방사 부재(315)의 양 단부에 형성된 가이드 홈(319)에 실장 되거나 접촉하는 구조를 가질 수 있다.
상기 발광 다이오드 패키지(318)로부터 방출되는 광을 유도하기 위해 방사 부재(315)는 도광판(330)에 일정간격 이격 되어 배치된다. 또한, 액정 표시 장치(1)의 특성에 따라 도광판(330)의 일측에 적어도 2개의 방사 부재(315)가 배치될 수도 있다.
발광 다이오드 칩(311)으로부터 방출되는 광은 방사 부재(315)로 공급되어 균일한 분포로 확산되며, 확산된 광은 도광판(330)을 통해 일정방향으로 유도되어 광이 전파되지 않는 영역으로 퍼지게 된다. 여기서 방사 부재(315)는 원통형 또는 다각형 기둥 형태로 형성할 수 있다. 이러한 방사 부재(315)로는 광섬유 또는 광파이프를 사용할 수 있다.
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 방사 부재와 발광다이오드 패키지의 분해 사시도이다.
도 4를 참조하면, 방사 부재(315)로 광섬유(500)를 사용할 수 있다. 광섬유(500)는 굴절률이 높고 투명한 물질로 이루어진 코어(510)와, 그보다 굴절률이 낮은 투명한 클래드(520)로 이루어질 수 있다. 그리고 도광판(330)의 광 입사면(335)을 조명하기 위해 적합한 길이를 가질 수 있다. 광섬유(500)는 표면에 길이 방향으로 레이져 빔을 이용하여 손상된 손상부(316)를 형성한다. 이렇게 형성된 광섬유(500)의 코어(510)로 입사된 광은 손상부(316)에서 난반사되며, 손상부(316)가 형성된 쪽의 반대편 광섬유 코어의 내면에서는 전반사 임계각 이하로 광이 입사하게 된다. 따라서 광이 광섬유(500) 코어(510)를 따라 전달되지 않고 광섬유(500)의 측면을 통해 발산하게 된다. 여기서 광섬유(500)는 플라스틱 광섬유(Plastic Optical Fiber; POF)를 사용할 수 있다. 플라스틱 광섬유는 화학적으로 안정하고, 일상적인 온도 범위에서의 사용이 가능하며, 기존의 석영계 광섬유와 비교하여 광섬유의 직경을 크게 할 수 있다. 또한, 가격이 저렴하고 취급성이 용이한 장점이 있다.
도 5를 참조하면, 방사 부재(315)로 광파이프(600)를 사용할 수 있다. 광파이프(600)는 투명한 플라스틱으로 만들어진 얇고, 유연한 필름구조로서, 미세 프리즘 공정에 의해 내부면에는 매우 정교한 프리즘(610)을 형성하고, 외부면은 매끈한 형태로 되어 있다. 이러한 광파이프(600)에 프리즘(610)을 연속적으로 배열하고, 추가로 광을 추출할 수 있는 추출 필름(620)을 매근한 외부면에 장착하면 특정 방향으로 광을 균일하게 방출할 수 있다. 광파이프(600)는 광 전송 능력이 우수하고, 그 내측에서 광 손실이 극히 적다. 따라서, 적은 수의 칩을 사용하더라도 높 은 휘도를 얻을 수 있다. 광파이프(600)의 재질은 광 투과율이 양호하고, 기계적 성질, 내열성 및 전기적 성질을 균형있게 갖춘 열가소성 수지 물질일 수 있다. 따라서 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA)로 구성될 수 있다. 폴리메틸 메타크릴레이트는 강도가 높아 잘 깨지지 않고 쉽게 변형되지 않으며 가시광선 투과율이 높아 광원 소재로 적합하다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명이 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 발광 다이오드 조명 장치가 장착된 액정 표시 장치를 나타낸 도면,
도 2는 도 1에 도시된 Ⅰ-Ⅰ’선을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 방사 부재와 도광판이 배치된 구조를 나타낸 사시도,
도 4 및 도 5는 도 3에 도시된 방사 부재와 발광다이오드 패키지의 분해 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1: 액정 표시 장치 100: 탑 샷시
200: 액정 표시 패널 210: 박막 트랜지스터 기판
220: 컬러필터 기판 300: 백라이트 유닛
310: 발광 다이오드 조명장치 311: 발광 다이오드 칩
313: 하우징 315: 방사 부재
317: 광원 반사판 318: 발광 다이오드 패키지
319: 가이드 홈 400: 몰드 프레임

Claims (11)

  1. 발광 다이오드 패키지;
    양 단부에 상기 발광 다이오드 패키지가 실장되며 상기 발광 다이오드 패키지로부터 발산되는 빛을 방사하는 방사부재; 및
    상기 방사부재의 일측에 배치되어 상기 방사부재로부터 방사되는 빛을 공급 받는 도광판을 포함하는 발광 다이오드 조명 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 방사 부재는 원통형인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    복수개의 방사부재가 상기 도광판의 일측에 배치된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 방사 부재는 양 단부에 발광다이오드 패키지가 삽입되는 가이드 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 방사 부재는 측면 발광을 위해 일렬로 손상된 손상부들을 갖는 구조가 한쪽 측면에 형성된 광섬유와 한 면에는 프리즘을 형성하고, 다른 면은 매끈한 형태인 광파이프 중 하나인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 조명 장치.
  6. 발광 다이오드 패키지;
    양 단부에 상기 발광 다이오드 패키지가 실장되며 상기 발광 다이오드 패키지로부터 발산되는 빛을 방사하는 방사부재; 및
    상기 방사부재의 일측에 배치되어 상기 방사부재로부터 방사되는 빛을 공급받는 도광판; 및
    상기 도광판 상부에 배치된 액정 표시 패널을 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 방사 부재는 원통형인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    복수개의 방사부재가 상기 도광판의 일측에 배치된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 방사 부재는 양 단부에 발광다이오드 패키지가 삽입되는 가이드 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 방사 부재는 측면 발광을 위해 일렬로 손상된 손상부들을 갖는 구조가 한쪽 측면에 형성된 광섬유와 한 면에는 프리즘을 형성하고, 다른 면은 매끈한 형태로 되어 있는 광파이프 중 하나인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 방사부재 외곽에 배치되어 상기 방사부재 외곽으로 방사되는 빛을 상기 도광판을 향하여 반사하는 광원 반사판; 및
    상기 도광판 하부에 배치되어 상기 도광판 하부로 진행하는 빛을 반사하는 반사 시트를 더 포함하는 액정 표시 장치.
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