KR20110026912A - 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛 - Google Patents

에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

디스플레이 장치에 설치되는 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛에 있어서, 하나 이상의 제1 LED들이 전기적으로 직렬 연결되는 제1 서브 어레이; 하나 이상의 제2 LED들이 전기적으로 직렬 연결되는 제2 서브 어레이를 포함하되, 상기 제1 서브 어레이 및 상기 제2 서브 어레이는 전기적으로 병렬 연결되며; 상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들은 하나씩 번갈아 위치하여 차례대로 배치되어 있는 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛이 제공된다.
발광 다이오드, BLU, 에지 백라이트 유닛, 백라이트 유닛

Description

에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛{Edge typed Light Emitting Diode Backlight Unit}
본 발명은 발광 다이오드 백라이트 유닛(LED BLU: Light Emitting Diode Backlight Unit)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 에지 타입 LED 백라이트 유닛에서 LED를 교차로 배치하여 특정 부분에서 열에 의한 LED 편차 발생을 방지할 수 있는 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛에 관한 것이다.
최근 평판 디스플레이 장치는 폭발적인 성장을 보이고 있다. 평판 디스플레이 장치는 소형화, 저전력화가 필수적인 모바일(mobile) 장치뿐 아니라 무게와 두께를 줄여야 하는 대형 디지털 TV에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있다. 그 중에서도 LCD(Liquid Crystal Display) 방식은 소형 기기부터 대형 기기에까지 적용 가능하여 평판 디스플레이 방식 중에서 가장 널리 사용되는 방식이다.
LCD 장치는 액정 패널이 자체적으로 발광하지 못하기 때문에 액정 패널의 후면에 백라이트 유닛으로 불리는 광원을 필요로 한다. 백라이트 유닛에서 발생한 빛이 액정 층과 컬러 필터 등을 거치면서 외부에 화면을 보여준다. 따라서, 백라이트 유닛은 LCD 장치의 성능에 상당한 영향을 미친다. 예를 들어, 디스플레이 장치의 색재현성, 최대 밝기, 명암비, 백색 균일성, 색온도 등의 화면 품질뿐 아니라 무게, 디자인, 수명, 소비 전력 등이 백라이트 유닛에 의해 상당한 영향을 받을 수 있다.
기존의 백라이트 유닛으로는 냉음극 형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp), 외부전극 형광램프(EEFL: External Electrode Fluorescent Lamp) 등이 널리 사용되고 있다. 그러나 이들 형광램프들은 치수(dimension)가 크고 소비전력도 크며, 최대 밝기에 상당한 한계가 있다. 이러한 형광램프를 채용한 LCD 장치들은 NTSC(National Television System Committee) 기준으로 최대 약 80%의 색재현성을 보인다. 특히, 이들 형광램프들은 선광원이기 때문에, 값비싼 확산필름 등을 사용하여야만 LCD 전체 면에 대해 균일한 빛을 공급할 수 있다. 이러한 기술적인 요인들 외에도, EU에서 2006년 이후 자동차에 CCFL을 사용하지 못하게 금지하는 등 형광램프 외에 다른 광원을 개발해야 할 필요성이 있어왔다.
한편, LED는 초기에는 백라이트로 이용할 만큼 충분한 휘도를 제공하지 못하였고 제조 비용이 비쌌으나, 최근에는 휘도가 충분히 높고, 소비 전력 및 제조 비용이 낮은 LED가 개발되고 있다. 백색 LED들로 어레이를 구성하거나, 삼원색(RGB) LED들을 적절히 배열한 어레이를 이용하면, 이러한 어레이는 마치 면광원처럼 기능할 수 있다. 따라서, 이러한 LED 어레이로 백라이트 유닛을 만들 수 있다. LED 백라이트 유닛은 값비싼 확산필름 등을 이용하지 않아도 되고, 형광램프와 달리 인버터가 불필요하기 때문에, 제조 비용을 줄일 수 있고 대형화에 유리하며 두께와 무게도 줄일 수 있고 소비 전력도 줄일 수 있다. 또한 휘도가 높기 때문에 NTSC 기준 색재현성이 CCFL로는 불가능하였던 110%까지 도달할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛을 구비하는 디스플레이 장치내에서 해당 백라이트 유닛이 설치되는 위치에 따라 서로 다른 온도 환경에 있더라도 해당 백라이트 유닛을 구성하는 각 LED들이 균일한 광도 및 색좌표를 나타낼 수 있도록 하는 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛을 제공하는데 있다.
본 발명의 일측면에 의하면, 디스플레이 장치에 설치되는 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛에 있어서, 하나 이상의 제1 LED들이 전기적으로 직렬 연결되는 제1 서브 어레이; 하나 이상의 제2 LED들이 전기적으로 직렬 연결되는 제2 서브 어레이를 포함하되, 상기 제1 서브 어레이 및 상기 제2 서브 어레이는 전기적으로 병렬 연결되며; 상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들은 하나씩 번갈아 위치하여 차례대로 배치되어 있는 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛이 제공된다.
바람직하게는, 상기 제1 서브 어레이 및 상기 제2 서브 어레이를 구성하는 각 LED들의 개수는 제1 서브 어레이 및 상기 제2 서브 어레이의 양단에 인가되는 구동전압에 따라 결정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 서브 어레이 및 상기 제2 서브 어레이를 구성하는 각 LED들의 개수는 각 LED의 동작 특성에 따라 결정될 수 있다.
바람직하게는, 하나 이상의 제3 LED들이 전기적으로 직렬 연결되는 제3 서브 어레이를 더 포함하되, 상기 제1 서브 어레이, 상기 제2 서브 어레이, 및 상기 제3 서브 어레이는 전기적으로 병렬 연결되며; 상기 제1 LED들, 상기 제2 LED들, 및 상기 제3 LED들은 하나씩 번갈아 위치하여 차례대로 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 에지 타입 발광 다이오드 백라이트를 구성함에 있어 해당 백라이트 유닛이 디스플레이 장치에 설치되는 위치에 상관없이 제1 서브 어레이와 제2 서브 어레이는 차례대로 배열된 각 LED들을 하나씩 번갈아 가면서 선택하여 전기적으로 직렬 연결하여 구성하고 있기 때문에, 제1 서브 어레이를 구성하는 각 LED들의 전체 저항과 제2 서브 어레이를 구성하는 각 LED들의 전체 저항 및 흐르는 전류의 균일하게 함으로써, 제1 서브 어레이와 제2 서브 어레이를 구성하는 각 LED들은 균일한 광도 및 색좌표를 나타낼 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고, 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에지 타입 LED 백라이트 유닛이 적용될 수 있는 디스플레이 장치에서 백라이트 유닛이 설치되는 위치에 따라 온도 환경이 다름을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 장치(1)는 예컨대, 평면 TV일 수 있다. 상기 디스플레이 장치(1)에는 프레임(2)에 고정되어 설치된 도광판(3)이 구비되며, 도광판(3)을 둘러싸서 백라이트 유닛(10, 20, 30, 40, 50, 60)이 설치된다.
상기 백라이트 유닛(10, 20, 30, 40, 50, 60)은 프레임(2)의 상부 가장자리에 제1 유닛(10) 및 제2 유닛(20)이 배열되고, 프레임(2)의 양측 가장자리에 제3 유닛(30) 및 제4 유닛(40)이 각각 배열되어 있으며, 프레임(2)의 하부 가장자리에 제5 유닛(50) 및 제6 유닛(60)이 배열되어 구성된다.
상기 백라이트 유닛(10, 20, 30, 40, 50, 60)은 각각 복수의 LED를 구비하며, 각 LED로부터 방출되는 광이 도광판(3)에 입사되는 구조로 되어 있다.
한편, 도시된 바와 같이 디스플레이 장치(1)는 통상적으로 수직으로 세워져 설치되기 때문에 디스플레이 장치(1)내에 별도의 환기 장치를 구비하여 백라이트 유닛(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 동작시 발생하는 열을 냉각시키는 경우라도 프레임(2)의 위치에 따라 냉각의 차이가 발생하게 된다.
즉, 백라이트 유닛(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 각 유닛들은 디스플레이 장치(1)에서 자신이 설치되는 위치에 따라 열에 의한 영향을 서로 다르게 받게 된다.
즉, 백라이트 유닛(10, 20, 30, 40, 50, 60)의 각각에서 동일한 열이 발생하더라도 각 유닛으로부터 발생된 열은 위쪽으로 몰리기 때문에 프레임(2)의 상부(5a, 5b, 5c)는 프레임(2)의 하부(4a, 4b, 4c, 4d, 4e)보다 온도가 높다.
또한, 프레임(2)의 가장자리쪽(4a, 4d, 5a, 5c)보다는 프레임(2)의 가운데쪽(4c, 5b)이 온도가 높다. 예컨대, 백라이트 유닛(10, 20, 30, 40, 50, 60)에 구비되어 있는 각 LED들은 설치되는 위치에 따라 무려 5 ~ 10℃의 온도 차이가 발생될 수 있다. 이러한 온도 차이는 해당 LED의 VF 편차를 유발하여 LED의 동작 특성에 영향을 미칠 수 있다.
도 2는 도 1에서 설명되었던 에지 타입 LED 백라이트 유닛을 구현하는 종래 기술의 한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서 설명되었던 6개의 백라이트 유닛들(10, 20, 30, 40, 50, 60)들 각각은 도 2에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 종래의 기술에 의하면, 종래의 백라이트 유닛(10)은 차례대로 배열되어 있는 LED(11a), LED(11b), ..., LED(11n), LED(12a), LED(12b), ..., LED(12n)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 백라이트 유닛(100)을 구성하는 각 LED들(11a, 11b, ..., 12a, 12b, ..., 12n)은 전기적 연결에 따라 제1 서브 어레이(11)와 제2 서브 어레이(12)로 구분되며, 제1 서브 어레이(11)와 제2 서브 어레이(12)는 전기적으로 병렬 연결된다.
상기 제1 서브 어레이(11)는 LED(11a), LED(11b), ... LED(11n)가 전기적으로 직렬 연결되어 구성된다. 상기 제2 서브 어레이(12)는 LED(12a), LED(12b) ... LED(12n)가 전기적으로 직렬 연결되어 구성된다.
또한, 제1 서브 어레이(11)와 제2 서브 어레이(12)는 전기적으로 서로 병렬 연결되기 위하여, 제1 서브 어레이(11)의 LED(11a)와 제2 서브 어레이(12)의 LED(12a)가 전기적으로 연결되고, 제1 서브 어레이(11)의 LED(11n)와 제2 서브 어레이(12)의 LED(12n)가 전기적으로 연결된다.
상기 백라이트 유닛(10)을 구성하는 각 LED들(11a, 11b, ..., 12a, 12b, ..., 12n)이 제1 서브 어레이(11)와 제2 서브 어레이(12)로 구분되는 것은 백라이트 유닛(100)을 구동시키기 위해 디스플레이 장치(1)내에서 백라이트 유닛(10)의 양단에 인가할 수 있는 구동 전압에 제한이 있기 때문이다.
즉, 여러 개의 LED들을 전기적으로 직렬 연결하게 되면 연결되는 LED들의 개수에 비례하여 이들을 구동하기 위한 구동 전압이 커지게 됨에 따라, 전기적으로 직렬 연결할 수 있는 LED의 개수를 무한정 늘릴 수 는 없다.
따라서, 구동 전압이 허용하는 범위내에서 적절한 개수, 예컨대 도시된 바와 같이 14개의 LED를 각각 전기적으로 직렬 연결하여 하나의 제1 서브 어레이(11)를 구성하고, 14개의 또 다른 LED들을 각각 전기적으로 직렬 연결하여 또 하나의 제2 서브 어레이(12)를 구성한 후, 제1 서브 어레이(11)와 제2 서브 어레이(12)를 병렬로 연결하도록 한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이 구성된 종래 기술에 의한 백라이트 유닛(10)을 도 1에 도시된 디스플레이 장치(1)의 제1 유닛(10)의 위치에 적용하는 경우를 예로 들어 LED 어레이 유닛(10)에서 각 LED들의 특성을 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 제1 서브 어레이(11) 및 제2 서브 어레이(12)에 구비되는 각 LED들은 전술한 바와 같은 열특성으로 인하여 제2 서브 어레이(12)의 LED(12n)쪽에 가까운 LED들일 수록 온도가 상대적으로 높고, 이에 비하여 제1 서브 어레 이(11)의 LED(11a)쪽에 가까울수록 온도가 상대적으로 낮다. 이에 따라, 각 LED간에 VF 편차가 발생될 수 있다. 즉, 제2 서브 어레이(12)의 LED(12n)쪽에 가까운 LED들일 수록 저항이 높아지고, 이에 비하여 상대적으로 제1 서브 어레이(11)의 LED(11a)쪽에 가까울수록 저항이 낮아지게 된다. 한편, 제1 서브 어레이(11)와 제2 서브 어레이(12)는 전기적으로 병렬 연결되어 있음에 따라 양단에는 동일한 전압이 인가된다. 그렇지만, 위치에 따른 열차이에 의해 제2 서브 어레이(12)를 구성하는 각 LED들은 제1 서브 어레이(11)를 구성하는 각 LED들에 비하여 상대적으로 높은 저항을 가지게 됨에 따라 제2 서브 어레이(12)에 흐르는 전류가 제1 서브 어레이(11)에 흐르는 전류에 비하여 상대적으로 낮아지게 된다. 이렇게 되면 제1 서브 어레이(11)를 구성하는 각 LED들과 제2 서브 어레이(12)를 구성하는 각 LED들 사이에서는 광도 및 색좌표의 차이를 유발한다. 이러한 광도 및 색좌표의 차이는 디스플레이 장치의 화면 표시 품질을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에지 타입 LED 백라이트 유닛에 적용되는 LED 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에지 타입 LED 백라이트 유닛을 구성하는 LED 어레이 유닛(100)은 차례대로 배열되어 있는 제1 LED(110a), 제2 LED(120a), 제3 LED(110b), 제4 LED(120b) ... 제2n-1 LED(110n), 제2n LED(120n)를 포함한다.
상기 LED 어레이 유닛(100)을 구성하는 각 LED들(110a 내지 120n)은 전기적 연결에 따라 제1 서브 어레이(110)와 제2 서브 어레이(120)로 구분되며, 제1 서브 어레이(110)와 제2 서브 어레이(120)는 전기적으로 병렬 연결된다.
상기 제1 서브 어레이(110)는 제1 LED(110a), 제3 LED(110b), ... 제2n-1 LED(110n)가 전기적으로 직렬 연결되어 구성된다. 상기 제2 서브 어레이(120)는 제2 LED(120a), 제4 LED(120b) ... 제2n LED(120n)가 전기적으로 직렬 연결되어 구성된다.
또한, 제1 서브 어레이(110)와 제2 서브 어레이(120)는 전기적으로 서로 병렬 연결되기 위하여, 제1 서브 어레이(110)의 제1 LED(110a)와 제2 서브 어레이(120)의 제2 LED(120a)가 전기적으로 연결되고, 제1 서브 어레이(110)의 제2n-1 LED(110n)와 제2 서브 어레이(120)의 제2n LED(120n)가 전기적으로 연결된다.
여기에서, 제1 서브 어레이(110)와 제2 서브 어레이(120)의 각각에 구비되는 LED의 개수는 구동 전압이 허용하는 범위내에서 LED의 동작 특성에 따라 적절한 개수로 결정될 수 있다. 따라서, 상기 LED 어레이 유닛(100)을 구성함에 있어 도시된 바와 같이 각각 14개의 LED들을 이용하여 제1 서브 어레이(110)와 제2 서브 어레이(120)로 이루어지는 2개의 서브 어레이로 구성할 수 있고, 필요에 따라 LED의 개수를 조절하여 예컨대, 7개의 LED를 하나의 서브 어레이로 구성하여 전체 4개의 서브 어레이로 구성할 수 도 있을 것이다. 이는 인가되는 구동 전압의 허용치 또는 LED의 동작 특성에 따라 얼마든지 알맞게 변형하여 적용될 수 있을 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이 구성된 LED 어레이 유닛(100)을 도 1에 도시된 디스플레이 장치(1)의 제1 유닛(10)의 위치에 적용하는 경우를 예로 들어 LED 어레이 유닛(100)에서 각 LED들의 특성을 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 제1 서브 어레이(110) 및 제2 서브 어레이(120)에 구비되는 각 LED들은 전술한 바와 같은 열특성으로 인하여 제2n LED(120n)쪽에 가까운 LED들일 수록 온도가 상대적으로 높고, 이에 비하여 제1 LED(110a)쪽에 가까울수록 온도가 상대적으로 낮다. 이에 따라, 각 LED간에 VF 편차가 발생될 수 있다. 즉, 제2n LED(120n)쪽에 가까운 LED들일 수록 저항이 높아지고, 이에 비하여 상대적으로 제1 LED(110a)쪽에 가까울수록 저항이 낮아지게 된다.
즉, LED 어레이 유닛(100)을 구성하는 제1 LED(110a), 제2 LED(120a), 제3 LED(110b), 제4 LED(120b) ... 제2n-1 LED(110n), 제2n LED(120n)는 도면에서 오른쪽에 위치할수록 상대적으로 온도가 높아져 그에 따라 저항이 높아지고, 왼쪽에 위치할수록 상대적으로 온도가 낮아 그에 따라 저항이 낮아지게 되는 것이다.
그러나, 상기 제1 서브 어레이(110)는 제1 LED(110a), 제3 LED(110b), ... 제2n-1 LED(110n)가 하나의 그룹으로 전기적으로 직렬 연결되어 구성되어 있고, 상기 제2 서브 어레이(120)는 제2 LED(120a), 제4 LED(120b) ... 제2n LED(120n)가 또 다른 하나의 그룹으로 전기적으로 직렬 연결되어 구성되어 있다.
따라서, LED 어레이 유닛(100)을 구성하는 각 LED들은 위치에 따라 VF 편차가 발생할 수 있지만, 각 LED들이 하나씩 번갈아 가면서 선택되어 별도의 그룹으로 연결되어 제1 서브 어레이(110)와 제2 서브 어레이(120)를 형성하고 있기 때문에, 각 LED들은 자신과 인접하는 LED와 서로 다른 서브 어레이에 포함되어 있다. 각 LED간에 발생된 VF 편차로 인한 영향을 현저하게 줄일 수 있다.
한편, 제1 서브 어레이(110)와 제2 서브 어레이(120)는 전기적으로 병렬 연 결되어 있음에 따라 양단에는 동일한 전압이 인가된다.
제1 서브 어레이(110)와 제2 서브 어레이(120)는 차례대로 배열된 각 LED들을 하나씩 번갈아 가면서 선택하여 전기적으로 직렬 연결하여 구성하고 있기 때문에, 제1 서브 어레이(110)를 구성하는 각 LED들의 전체 저항과 제2 서브 어레이(120)를 구성하는 각 LED들의 전체 저항 사이에는 큰 차이가 없으며, 이에 따라 제1 서브 어레이(110)와 제2 서브 어레이(120)에 흐르는 전류도 별차이가 없게 된다. 이에 따라, 제1 서브 어레이(110)와 제2 서브 어레이(120)를 구성하는 각 LED들은 전체적으로 균일한 광도 및 색좌표를 나타낼 수 있게 된다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에지 타입 LED 백라이트 유닛이 적용될 수 있는 디스플레이 장치에서 백라이트 유닛이 설치되는 위치에 따라 온도 환경이 다름을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에서 설명되었던 에지 타입 LED 백라이트 유닛을 구현하는 종래 기술의 한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에지 타입 LED 백라이트 유닛에 적용되는 LED 어레이를 설명하기 위한 도면이다.

Claims (4)

  1. 디스플레이 장치에 설치되는 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛에 있어서,
    하나 이상의 제1 LED들이 전기적으로 직렬 연결되는 제1 서브 어레이;
    하나 이상의 제2 LED들이 전기적으로 직렬 연결되는 제2 서브 어레이를 포함하되,
    상기 제1 서브 어레이 및 상기 제2 서브 어레이는 전기적으로 병렬 연결되며;
    상기 제1 LED들과 상기 제2 LED들은 하나씩 번갈아 위치하여 차례대로 배치되어 있는 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 서브 어레이 및 상기 제2 서브 어레이를 구성하는 각 LED들의 개수는 제1 서브 어레이 및 상기 제2 서브 어레이의 양단에 인가되는 구동전압에 따라 결정되는 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 서브 어레이 및 상기 제2 서브 어레이를 구성하는 각 LED들의 개수는 각 LED의 동작 특성에 따라 결정되는 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛.
  4. 청구항 1에 있어서,
    하나 이상의 제3 LED들이 전기적으로 직렬 연결되는 제3 서브 어레이를 더 포함하되,
    상기 제1 서브 어레이, 상기 제2 서브 어레이, 및 상기 제3 서브 어레이는 전기적으로 병렬 연결되며;
    상기 제1 LED들, 상기 제2 LED들, 및 상기 제3 LED들은 하나씩 번갈아 위치하여 차례대로 배치되어 있는 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛.
KR1020090084765A 2009-09-09 2009-09-09 에지 타입 발광 다이오드 백라이트 유닛 KR20110026912A (ko)

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