KR100819657B1 - 광학 구조물을 갖는 엘이디 백라이트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 구조물을 엘이디 패키지 클러스트의 내부 또는 외부에 배열하여 전방 출사 광량을 증대시킬 수 있도록 하는 투과형의 액정표시장치의 백라이트로 사용하기 위한 엘이디(LED) 백라이트 장치에 관한 것이다. 본 발명은 다수개의 레드(R), 그린(G), 블루(B) 발광 다이오드가 하나의 클러스트를 이루고, 다수개의 상기 클러스트가 액정표시패널의 직하부에 배치되어 광을 공급하도록 하는 백라이트 장치에 있어서, 상기 발광 다이오드들 사이에는 인접한 발광 다이오드로 광이 전달되는 것을 방지하기 위하여 광의 경로를 변경시키도록 하는 광학 구조물이 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 구조물을 갖는 엘이디 백라이트 장치를 제공한다.

엘이디, 백라이트, 액정표시장치, 백색 발광 다이오드, RGB

Description

광학 구조물을 갖는 엘이디 백라이트 장치{LED Back Light Device with Optical Structure}

도 1은 백라이트를 이루는 클러스트를 도시한 것으로, (a)는 본 발명에 의한 광학 구조물을 형성한 것, (b)는 종래의 광학 구조물이 없는 구조에서의 광 경로를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 백라이트 장치의 클러스트 배열을 도시한 것이다.

도 3은 백라이트를 이루는 클러스트의 다른 실시예를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 백라이트 장치의 클러스트 배열의 다른 실시예를 도시한 것이다.

도 5는 도 4의 백라이트 장치의 클러스트 단면을 도시한 것이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10, 12, 14 : 발광 다이오드

15, 17, 21 : 광학 구조물

본 발명은 광학 구조물을 엘이디 패키지 클러스트의 내부 또는 외부에 배열하여 전방 출사 광량을 증대시킬 수 있도록 하는 투과형의 액정표시장치의 백라이트로 사용하기 위한 엘이디(LED) 백라이트 장치에 관한 것이다.

최근 디스플레이 장치로 CRT 대신에 액정표시장치(LCD:Liquid Crystal Display)나 플라즈마 디스플레이 패널(PDP:Plasma Display Panel) 등의 매우 박형화된 표시장치가 활발히 개발되고 있다. 특히 액정 표시 패널을 이용한 액정표시장치는 저소비 전력으로 구동이 가능하고 대형 액정표시패널의 가격이 낮아짐에 의해 활발히 보급되고 있는 추세이다.

이와 같은 액정표시장치에서는, 컬러필터를 구비한 투과형의 액정 표시 패널을 배면(REAR) 측으로부터 면모양으로 조명하는 백라이트 방식이 주류를 이루고 있다. 백라이트 장치의 광원으로서는 형광관을 이용한 냉음극 형광관(CCFL:Cold Cathod Fluorescent Lamp)이나, 발광 다이오드(LED:Light Emitting Diode)가 많이 사용되고 있다.

한편, 엘이디를 이용한 백라이트 장치는 밝고 균일한 백색광을 최소의 두께에서 구현하는 것이 관건이다. 디스플레이용 직하방식의 엘이디 백라이트는 많은 수의 소형 엘이디 패키지를 클러스트 단위(RGB, RGGB, RGBGR)로 묶거나 등간격 배치로 백색광을 구현하고 있다. 또한 적은 수의 고휘도 엘이디 패키지(1W 급)를 광학렌즈와 함께 클러스트 단위로 묶어 구현하는 방법도 있다. 여기서 직하형(DIRECT)은 LED를 출사면의 바로 아래에 배치하여 사용하는 것을 의미한다.

도 1(b)는 종래의 백라이트 장치의 엘이디 배열을 도시하고 있다. 종래의 백라이트 장치는 RGB 고휘도 엘이디 패키지(10,12)를 클러스트 단위로 배치한 것이다. 클러스트 단위를 이루는 개개의 엘이디 패키지에서 광이 출사될 때 가까이 근접해 있는 엘이디 패키지들에 의해서 광이 흡수되거나, 반사 또는 굴절되어 렌즈에서 설계되었던 광의 경로가 변경되는 문제가 발생한다. 이러한 광의 경로는 도 1(b)에서 도시한 바와 같다. 이는 광의 손실과 불균일한 광의 출사를 야기하게 된다.

엘이디 백라이트에 사용되는 광학 렌즈는 주로 중심 방향으로 나가는 광의 광량을 감소시키게 되고 모든 방향으로의 균일한 분포 내지는 광을 일정각도의 측면 방향으로 보내도록 설계를 하게 되는데, 이에 의해 가까이에 근접해 있는 엘이디 패키지로 인한 광의 손실이 크게 되는 문제가 발생하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엘이디를 이용한 백라이트 장치에 배열되는 각각의 엘이디 패키지의 사이에 광학 구조물을 설치하여 각각의 엘이디 패키지로부터 출사되는 광이 다른 인접한 엘이디 패키지에 영향을 받지 않도록 하는 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 엘이디를 이용한 백라이트 장치에 광학 구조물을 설치하여 인접한 패키지로부터 영향을 최소화하여 광의 출사효율을 증대시키고 최소의 백라이트 두께를 유지한 상태에서 균일한 출사광이 나올 수 있도록 하는 백라이트 장치 를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 다수개의 레드(R), 그린(G), 블루(B) 발광 다이오드가 하나의 클러스트를 이루고, 다수개의 상기 클러스트가 액정표시패널의 직하부에 배치되어 광을 공급하도록 하는 백라이트 장치에 있어서, 상기 발광 다이오드들 사이에는 인접한 발광 다이오드로 광이 전달되는 것을 방지하기 위하여 광의 경로를 변경시키도록 하는 광학 구조물이 형성되고, 상기 광학 구조물의 높이는 상기 발광 다이오드의 높이보다 낮게 구비됨을 특징으로 하는 광학 구조물을 갖는 엘이디 백라이트 장치를 제공한다.

바람직하게는 상기 광학 구조물은 광을 반사시킬 수 있는 불투명한 수지 또는 금속재질이 될 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 광학 구조물은 상기 클러스트의 중앙에 형성되며, 상기 광학 구조물을 중심으로 클러스트를 구성하는 발광 다이오드들이 일정간격으로 배열될 수 있으며, 또한 상기 광학 구조물은 상기 클러스트의 외곽을 둘러싸도록 형성되며, 클러스트를 구성하는 발광 다이오드들은 상기 광학 구조물의 내측에 일정간격으로 배열되도록 할 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 광학 구조물의 단면은 반원형이 될 수 있고, 또한 상기 광학 구조물의 단면은 삼각형이 될 수 있다. 또한 상기 광학 구조물의 높이는 상기 발광 다이오드의 높이보다 높지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설 명한다.

도 1은 백라이트를 이루는 클러스트를 도시한 것으로, (a)는 본 발명에 의한 광학 구조물을 형성한 것, (b)는 종래의 광학 구조물이 없는 구조에서의 광 경로를 도시한 것이다.

본 발명은 엘이디를 이용한 백라이트 장치의 클러스트에 광학 구조물을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이러한 광학 구조물은 도 1(a)에 도시한 바와 같은 배열을 이루게 된다. 즉 클러스트를 이루는 발광 다이오드 사이에 광학 구조물(15)이 배열되어 있으며, 광학 구조물(15)에 발광 다이오드로부터 측면으로 출사되는 광이 굴절, 산란 또는 반사되어 광 경로(a)를 변경시키게 된다. 도 1은 클러스트의 내부 중심에 광학 구조물(15)이 형성된 것을 도시하고 있다.

광학 구조물의 재질은 반사율이 높은 불투명 수지 또는 금속재질을 사용하게 된다. 반사율이 높으면서 정반사 또는 난반사가 용이한 수지계열(PPA, LCP)을 사용할 수 있으며, 또한 Ag, Ni 도금과 같은 금속재질을 사용할 수 있다.

이러한 광학 구조물의 형상 또는 표면처리를 통해 반사 각도를 원하는 각도로 조정하여 인접한 다른 발광 다이오드 패키지에 흡수, 간섭되어 손실되는 광을 원하는 방향으로 재반사시킬 수 있게 된다. 따라서 종래의 경우 손실되는 광이 재반사되어 정면으로 출사될 수 있도록 함으로써 광의 출사효율을 높이고 균일한 출사를 보장할 수 있게 된다.

한편, 광학 구조물의 높이는 클러스트를 구성하는 발광 다이오드 패키지의 높이보다 높지 않도록 하는 것이 바람직하다. 광학 구조물의 높이가 발광 다이오드 의 높이보다 높게 되면 인접한 다른 발광 다이오드에 의해 흡수, 간섭되지 않는 정상적인 출사광까지도 경로를 변화시키게 되는 것을 방지하기 위함이다.

도 2는 도 1과 같은 구조를 갖는 광학 구조물(15)이 클러스트 내부에 배열된 것을 도시하고 있으며, 각각 레드(12), 그린(10), 블루(14) 발광 다이오드들과 일정한 간격을 갖도록 내부에 배열되어 있다. 광학 구조물(15)은 도 2의 실시예에서는 반구형의 형상을 갖게 된다. 즉 그 단면이 반원형의 형상을 갖는다.

도 3은 광학 구조물이 삼각형 단면을 갖는 것을 도시한 것으로, 도 1 및 도 2의 반구형 구조물에 비해 제조가 용이한 장점이 있다. 삼각 단면의 광학 구조물(17)에 의해 반사되는 광의 경로(a)가 도 1의 광학 구조물(15)과 다르게 될 수 있으며, 이는 반사율 및 형상의 미세한 조정을 통해 반사되어 출사되는 광의 지향각을 변경시킬 수 있음을 입증하게 된다.

도 3에서 광경로 b는 본 발명과 같은 광학 구조물이 없는 경우의 일반적인 광 경로를 도시한 것이다. 종래의 경우 인접한 다른 엘이디 패키지에 광의 일부가 흡수되어 광의 손실이 발생하게 됨을 알 수 있다.

한편, 도 4에서와 같이 본 발명의 광학 구조물은 클러스트의 외곽을 둘러싸도록 형성할 수 있다. 도 4에서는 클러스트의 내부 및 외부에 모두 광학 구조물(21)이 형성된 것을 도시하고 있다. 클러스트의 외곽에 형성되는 광학 구조물은 클러스트 내에 배열된 발광 다이오드를 모두 둘러싸도록 형성되며, 그 단면은 도 4에서와 같이 반원형이 될 수 있고, 도 3에서와 같은 삼각단면도 가능하다.

도 5는 도 4에서와 같은 광학 구조물이 배열된 클러스트의 단면을 도시한 것이다. 도 5에서와 같이 외곽 광학 구조물(21)과 내부의 광학 구조물(15)이 동시에 형성된 것을 확인할 수 있다. 이러한 광학 구조물에 의해 발광 다이오드의 측면으로 출사되는 광이 인접한 다른 발광 다이오드 패키지에 흡수, 간섭되는 현상을 방지할 수 있으며, 그로 인한 광 손실을 최소화할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 백라이트 장치는 광학 구조물을 형성한 클러스트 배열을 제공하여, 인접한 발광 다이오들 사이에 광의 손실을 방지하고 전체적인 출사효율을 증대시킬 수 있는 백라이트 구조를 제공하는 효과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명은 광의 출사효율을 증대시키고 최소의 백라이트 두께를 유지한 상태에서 균일한 출사광을 얻을 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (7)

1. 다수개의 레드(R), 그린(G), 블루(B) 발광 다이오드가 하나의 클러스트를 이루고, 다수개의 상기 클러스트가 액정표시패널의 직하부에 배치되어 광을 공급하도록 하는 백라이트 장치에 있어서,

   상기 발광 다이오드들 사이에는 인접한 발광 다이오드로 광이 전달되는 것을 방지하기 위하여 광의 경로를 변경시키도록 하는 광학 구조물이 형성되고,

   상기 광학 구조물의 높이는 상기 발광 다이오드의 높이보다 낮게 구비됨을 특징으로 하는 광학 구조물을 갖는 엘이디 백라이트 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광학 구조물은 광을 반사시킬 수 있는 불투명한 수지 또는 금속재질인 것을 특징으로 하는 광학 구조물을 갖는 엘이디 백라이트 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 광학 구조물은 상기 클러스트의 중앙에 형성되며, 상기 광학 구조물을 중심으로 클러스트를 구성하는 발광 다이오드들이 일정간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 구조물을 갖는 엘이디 백라이트 장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 광학 구조물은 상기 클러스트의 외곽을 둘러싸도록 형성되며, 클러스트를 구성하는 발광 다이오드들은 상기 광학 구조물의 내측에 일정간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 구조물을 갖는 엘이디 백라이트 장치.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 광학 구조물의 단면은 반원형인 것을 특징으로 하는 광학 구조물을 갖는 엘이디 백라이트 장치.
6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 광학 구조물의 단면은 삼각형인 것을 특징으로 하는 광학 구조물을 갖는 엘이디 백라이트 장치.
7. 삭제

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