KR101030502B1

KR101030502B1 - Ｌｅｄ 백라이트 유닛 및 이를 이용한 ｌｅｄ 조명기구

Info

Publication number: KR101030502B1
Application number: KR1020090057296A
Authority: KR
Inventors: 한철종; 한정인
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2011-04-21
Also published as: KR20100138662A

Abstract

LED 백라이트 유닛이 개시된다. 개시된 LED 백라이트 유닛은 광 출사방향으로 LED를 봉지하는 실리콘 봉지재를 포함하는 LED 패키지와, LED로부터 출사되는 광을 가이드 하는 도광판과, LED 패키지와 대향하며 LED 패키지의 크기에 대응하도록 상기 도광판 상측면에 일체로 형성되어 상기 LED 상부로 출사되는 광을 하측으로 반사시키는 반사체와, 도광판 하면에 일체로 형성되어 반사체로부터 반사되는 광을 산란시켜 수평방향으로 확산시키는 확산체 및 실리콘 봉지재 상면과 도광판 하면에 위치하여 상기 LED로부터 출사되는 광의 출사각을 감소시키는 광학계면물질을 포함한다.

백라이트 유닛(BLU), 직하형

Description

ＬＥＤ 백라이트 유닛 및 이를 이용한 ＬＥＤ 조명기구{LED BACK LIGHT UNIT AND LIGHT APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 LED 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED로부터 발생되는 광이 수평방향으로 퍼질 수 있도록 하는 LED 백라이트 유닛에 관한 것이다.

LED(Light Emitting Diode)를 광원으로 채용한 액정표시장치의 백라이트 장치는 측면방출방식(Edge Emitting)과 직하방식(Direct Illumination)으로 구분된다. 측면 방출 방식은 광원에서 나오는 빛을 측방으로 보낸 다음 반사판이나 산란 패턴을 이용하여 상측으로 빛의 경로를 바꿔 액정 패널에 백라이트 조명을 제공한다.

이와 달리, 직하방식은 액정 패널 하부에 광원을 설치하고 이 광원에서 측방으로 빛을 보낸 다음 반사판을 이용하여 상측으로 빛의 경로를 변환하여 액정패널에 백라이트 조명을 제공하게 된다.

종래의 직하형 LED 백라이트 유닛은 LED로부터 발생한 빛이 대부분 LED 칩에 수직으로 방사되어 확산되는 매우 적은 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하 기 위해 확산판을 적용하거나, Side Emitting Lens를 적용하거나, Diverter를 적용하는 기술이 연구되고 있었다.

확산판을 적용하는 기술은 반 투명한 성질을 갖는 확산판을 사용하여 LED의 광선방향을 흩트려주고자 하는 목적으로 도입된 기술이다. 그러나 상기 확산판은 광량이 저하되는 문제가 있고 확산판을 사용하더라도 LED로부터 확산판이 가까워지면 확산성능이 저하되는 단점이 있다.

Side Emitting Lens의 경우 LED 패키지에 부착되어 광선 방향을 수평방향으로 나가도록 한다. 그러나 효과가 제한적이고 렌즈가격이 비싼 단점이 있다.

디버터(Diverter) 기술은 LED 패키지 바로 위에 투명 수지판을 적용하고 그 수지판의 LED위치에 해당하는 부위에 반사필름을 부착시켜 LED로부터 발생한 빛 중 수직으로 상승하는 빛을 차단하는 방법이다. 상기 디버터 기술 역시 자체적으로 사용이 어렵고 다른 기술들과 병합하여 사용해야 하는 단점이 있다.

도 1은 종래의 LED 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.

도 1을 참조하면, LED 백라이트 유닛은 발광다이오드(LED)(11), LED을 봉지하는 봉지재(11)를 포함하는 LED 패키지(10)와 LED로부터 출사되는 광을 액정표시장치(미도시)로 확산시키는 확산판(20)을 포함한다.

봉지재(11)는 일반적으로 실리콘 재질이며, 공기와 굴절률이 다르다. 공기의 굴절률은 n:1.0이고, 실리콘의 굴절률은 n:1.5로서, 공기와 실리콘 봉지재의 굴절률 차이에 따라 LED에서 출사되는 광은 굴절된다.

일반적으로 일정한 간격으로 배열되어 있는 LED 패키지의 광량이 서로 균일 하기 섞이도록 하기 위해서는 LED 패키지와 확산판(20) 사이에 소정의 거리만큼 이격되어 있어야 한다. 따라서, LED 패키지의 출사광을 수평방향으로 확산시킬 수 있다면 LED 백라이트 유닛의 전체적인 두께를 감소시킬 수 있게된다.

본 발명의 목적은 LED로부터 출사되는 광을 수평방향으로 퍼질 수 있도록 하여 LED 백라이트 유닛의 두께를 줄일 수 있는 LED 백라이트 유닛을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 LED 백라이트 유닛이 적용된 LED 조명기구를 제공하는 데 있다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 LED 백라이트 유닛은 광 출사방향으로 LED를 봉지하는 실리콘 봉지재를 포함하는 LED 패키지와 LED로부터 출사되는 광을 가이드 하는 도광판과, LED 패키지와 대향하며 상기 LED 패키지의 크기에 대응하도록 상기 도광판 상측면에 일체로 형성되어 상기 LED 상부로 출사되는 광을 하측으로 반사시키는 반사체와, 도광판 하면에 일체로 형성되어 상기 반사체로부터 반사되는 광을 산란시켜 수평방향으로 확산시키는 확산체 및 실리콘 봉지재 상면과 상기 도광판 하면에 위치하여 상기 LED로부터 출사되는 광의 출사각을 감소시키는 광학계면물질을 포함한다.

상기 도광판은 굴절률이 1.3~1.8인 판형의 투명체인 것을 특징으로 한다.

상기 판형의 투명체는 서로 이격되어 있는 다수의 LED 패키지를 커버한다.

상기 반사체는 거울반사체인 것을 특징으로 한다.

상기 반사체는 프리즘반사체인 것을 특징으로 한다.

상기 광학계면물질은 50%~90%의 투과율을 갖는다.

상기 광학계면물질은 굴절율이 공기보다 크고 실리콘 봉지재보다 작은 것을 특징으로 한다.

상기 확산체는 LED 패키지의 수직상면을 제외한 도광판의 하면에 인쇄되는 것을 특징으로 한다.

상기 확산체는 반사체에서 반사된 광을 프리즘으로 구성되는 집광 겸용 확산체인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 면에 따른 LED 조명기구는 전술한 LED 백라이트 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 광학계면물질과 확산체를 이용하여 LED 패키지로부터 출사되는 전체적인 광량을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 LED 백라이트 유닛을 통해 LED 간의 광이 원활하게 섞일 수 있게된다.

따라서, 전체적인 직하형 LED 백라이트 유닛을 두께를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 LED 백라이트 유닛을 사용하는 LED TV 등의 LED 조명기구의 두께를 줄일 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

도 2는 본 발명에 따른 광학계면물질이 추가된 LED 패키지의 개략적인 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 LED 패키지(100)는 광을 출사하는 LED(120)와 LED(120)를 봉지하는 실리콘 봉지재(110), 광학계면물질(Optical Interface Material)(200)을 포함한다.

광학계면물질(200)은 공기보다는 크고 실리콘 봉지재(110) 보다 작은 굴절률을 갖는 것으로서, 필름상이거나 페이스트 상, 고체 형상 등 다양한 재료로 구성될 수 있다. 바람직하게는 굴절률이 1.1~1.7의 범위를 갖고, 가공 전에는 낮은 점도를 갖는 페이스트 상의 물질이었다가 가공 후에는 높은 점도를 갖는 물질이 LED 패키지 공정측면에서 유리할 수 있다. 열가소성 투명 플라스틱을 가열하여 사용하거나 열경화성 투명 고분자를 가공 후 경화하여 사용할 수 있다.

광학계면물질의 투과율은 최소 50% 이상 최대 100% 까지 가능하나 85% 이상 100% 이하가 바람직하다.

전술한 광학계면물질을 실리콘 봉지재 상면과 도광판 하면에 위치시켜 LED로 부터 출사되는 광의 출사각을 감소시킨다. 광 출사각이 감소되면 LED로부터 수직방향이 아닌, 수평방향으로 출사되는 광량이 많아 진다.

즉, 광학계면 물질은 LED 패키지(100)를 구성하는 실리콘 봉지재(110)와 LED 패키지 상측의 투명한 도광판 상이에 적용되어 광량을 증가시키고, 실리콘 봉지재(110)에서 공기중으로 입사하는 광선이 내부 전반사(Internal Total Reflection)없이 공기중으로 출사될 수 있도록 한다.

광학 계면물질이 없을 때 보다 출사각 감소효과를 줄일 수 있게 된다. 광학 계면물질이 없을 경우에는, LED로부터 출사되는 광이 굴절률의 감소에 따라 출사각이 감소하는 방향으로 굴절되는 현상이 생긴다. 그러나 공기보다 굴절률이 높은 광학계면물질이 적용되는 경우, 광 출사각이 감소하지 않으므로 수평진행성분이 증가되어 출사되는 광량이 증가한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.

도 3을 참조하면, LED 백라이트 유닛은 LED 패키지(100), 광학계면물질(200), 투명재질의 도광판(300), 반사체(400), 확산체(500)를 포함한다.

LED 패키지(100)와 광학계면물질(200)은 전술한 바와 같다.

도광판(300)은 LED(120)로부터 출사되는 광을 가이드 한다. 도광판(300)은 굴절률이 1.3이상 1.8이하인 것을 특징으로 하며, 판형의 투명체이다. 판형의 투명 체는 다수의 LED 패키지(100)가 소정의 거리만큼 이격되어 배역된 LED 어레이의 상부에 위치하여 다수의 LED 패키지(100)를 커버할 수 있는 판형의 투명체이다.

반사체(400)는 LED 패키지(100)와 대향하며, LED 패키지(100)의 크기에 대응되도록 도광판(300) 상측면에 일체로 형성된다. 바람직하게는 LED 패키지(100)의 상측면의 크기보다 작은 반사판을 사용함으로써, LED 출사광의 수평방향 진행성분을 증가시킬 수 있게 된다. 반사체(400)의 재료로는 거울을 사용할 수 있고, 집광기능을 함께 가지는 프리즘이 사용될 수도 있다.

확산체(500)는 도광판(300) 하면에 일체로 형성되어 반사체(400)로부터 반사되는 광을 산란시켜 수평방향으로 확산시킨다. 확산체(500)는 도광판(300)의 모든 하면에 위치하는 것이 아니라, LED 패키지(100)의 수직상면을 제외한 도광판(300) 하면에 인쇄된다. 전체 LED 백라이트 유닛에 있어서, 소정의 거리만큼 이격되어 있는 LED 패키지 사이에 확산체(500)가 위치한다.

따라서, 제1 LED 패키지와 제2 LED 패키지를 모두 커버하는 투명한 도광판의 하면 중에서, 제1 LED 상면의 광학계면물질의 일단과 제2 LED 상면의 광학계면물질의 일단 사이에 확산체(500)가 위치한다. 확산체(500)는 반사체(400)에서 반사된 광을 집광하는 프리즘으로 구성되는 집광 겸용 확산체가 사용될 수 있다.

전술한 반사체(400)와 확산체(500)의 구성으로 인해, 출사각이 수직에 가까운 광은 반사체(400)에 의해 반사되고, 출사각이 수평에 가까운 광은 굴절율의 차이에 의해 내부 전반사가 일어나 수평방향으로 진행한 후 확산체(500)에 의해 산란되어 전면으로 방출된다.

도 4는 도 3에 도시된 단위 LED 패키지를 결합하여 형성된 LED 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.

도 4를 참조하면, 다수의 LED 패키지(100)가 소정의 거리만큼 이격되어 있고, 상기 이격된 다수의 LED 패키지(100)을 커버할 수 있는 크기의 투명 도광판(300)이 LED 패키지(100) 상부에 위치한다.

도광판(300) 상측면에 일체로 형성된 반사판(400)은 LED 패키지(100)의 크기에 대응되도록 LED 패키지에 대향하여 부착된다. 반사체의 길이는 LED 패키지(100)의 길이와 동일 또는 그와 비슷한 수준의 길이로 부착한다. 한편, 확산체(500)는 다수의 LED 패키지들 사이에 도광판 하부면에 접착되어 반사체로부터 반사되는 광을 수평방향으로 확산시킨다. 반사체(400)가 존재하지 않으면, LED 패키지(100)에서 출사되는 광은 LED 패키지(100)에 대응하는 상부면에만 집중될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 반사판(400)을 사용하여 LED 패키지(100)로부터 수직방향으로 출사되는 광을 수평방향으로 반사 및 확산시킨다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 백라이트 유닛을 조명기구에 적용할 수 있다.

따라서 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지면, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래의 LED 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.

《도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명》

100: LED 패키지 110: LED

120: 실리콘 봉지재 200: 광계면물질

300: 도광판 400: 반사체

500: 확산체

Claims

광 출사방향으로 LED를 봉지하는 실리콘 봉지재를 포함하는 LED 패키지;

상기 LED로부터 출사되는 광을 가이드 하는 도광판;

상기 LED 패키지와 대향하며 상기 LED 패키지의 크기에 대응하도록 상기 도광판 상측면에 일체로 형성되어 상기 LED 상부로 출사되는 광을 하측으로 반사시키는 반사체;

상기 도광판 하면에 일체로 형성되어 상기 반사체로부터 반사되는 광을 산란시켜 수평방향으로 확산시키는 확산체; 및

상기 실리콘 봉지재 상면과 상기 도광판 하면에 위치하여 상기 LED로부터 출사되는 광의 출사각을 감소시키는 광학계면물질;을 포함하고,

상기 광학계면물질은,

굴절율이 공기보다 크고 상기 실리콘 봉지재보다 작은 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 유닛.
제1항에 있어서, 상기 도광판은

1.3 ~ 1.8의 굴절률을 갖는 판형의 투명체인 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 유닛.
제2항에 있어서, 상기 판형의 투명체는

서로 이격되어 있는 다수의 상기 LED 패키지를 커버하는 것인 LED 백라이트 유닛.
제1항에 있어서, 상기 반사체는

거울반사체인 것을 특징으로 하는 LED 백라인트 유닛.
제1항에 있어서, 상기 반사체는

프리즘반사체인 것을 특징으로 하는 LED 백라인트 유닛.
제1항에 있어서, 상기 광학계면물질은

50% ~ 99%의 투과율을 갖는 것인 LED 백라이트 유닛.
삭제
제1항에 있어서, 상기 확산체는

상기 도광판의 하면 중 상기 LED 패키지의 수직상면 밖에 인쇄되는 것인 LED 백라이트 유닛.
제1항에 있어서, 상기 확산체는

상기 반사체에서 반사된 광을 집광하는 프리즘으로 구성되는 집광 겸용 확산 체인 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 유닛.
광 출사방향으로 LED를 봉지하는 실리콘 봉지재를 포함하는 LED 패키지;

상기 LED로부터 출사되는 광을 가이드 하는 도광판;

상기 LED 패키지와 대향하며 상기 LED 패키지의 크기에 대응하도록 상기 도광판 상측면에 일체로 형성되어 상기 LED 상부로 출사되는 광을 하측으로 반사시키는 반사체;

상기 도광판 하면에 일체로 형성되어 상기 반사체로부터 반사되는 광을 산란시켜 수평방향으로 확산시키는 확산체; 및

상기 실리콘 봉지재 상면과 상기 도광판 하면에 위치하여 상기 LED로부터 출사되는 광의 출사각을 감소시키는 광학계면물질;을 포함하고,

상기 광학계면물질은,

굴절율이 공기보다 크고 상기 실리콘 봉지재보다 작은 것을 특징으로 하는 LED 백라이트 유닛을 포함하는 LED 조명기구.