(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2016년09월01일
(11) 등록번호 10-1652805
(24) 등록일자 2016년08월25일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
G02F 1/1335 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2014-0183191
(22) 출원일자 2014년12월18일
심사청구일자 2014년12월18일
(65) 공개번호 10-2016-0074802
(43) 공개일자 2016년06월29일
(56) 선행기술조사문헌
KR100864305 B1*
KR101455822 B1*
KR1020090082639 A*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
㈜미래큐브
대전 유성구 문지로 193, 한국과학기술원아이씨씨
에이 607 (문지동)
(72) 발명자
홍성미
서울특별시 강서구 강서로 265, 110동 501호 (화
곡동, 우장산아이파크이편한세상)
(74) 대리인
유병선
전체 청구항 수 : 총 2 항 심사관 : 정상민
(54) 발명의 명칭 저발열 초고휘도 LED 백라이트 및 액정 디스플레이
(57) 요 약
본 발명은 점광원인 LED소자를 선광원 형태의 LED광원으로 구성하되, 기존의 고휘도 백라이트 유닛의 문제점인
고휘도로 인한 고발열, 고발열로 인한 광학시트의 변형 및 주름, LED 소자의 수명단축, 액정의 흑화현상 및 냉각
을 위한 쿨링시스템을 추가해야 했던 문제점 등을 해결하기 위해 광효율이 향상된 백라이트용 LED를 개발하고 이
(뒷면에 계속)
대 표 도 - 도1
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를 선광원 형태로 구성하여 기존 제품보다 월등히 높은 고휘도를 실현함으로써 실내는 물론 야외 전시용도의 LED
백라이트 및 액정 디스플레이를 제공할 수 있도록 한 것으로, 몰드 프레임(1)의 내측에 LED 백라이트(10)가 설치
되고, 몰드 프레임(1) 외측에 LCD 글래스(20)가 부착된 액정 디스플레이로; 상기 LED 백라이트(10)는 도광판(1
1)의 일측에 복수의 LED 칩(12)이 PCB(13) 상에 실장되되 상기 LED 칩(12)의 하부에는 LED 칩(12)의 폭보다 넓
은 방열판(14)이 부착되며, 상기 LED 칩(12)의 상부 외곽에는 금속 반사층(15)이 코팅된 것을 특징으로 하는 액
정 디스플레이가 제공된다.
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명 세 서
청구범위
청구항 1
도광판(11)의 일측에 LED 광원이 설치된 백라이트로;
LED 광원은 복수의 LED 칩(12)이 PCB(13) 상에 실장되되 상기 LED 칩(12)의 하부에 LED 칩(12)의 폭보다 넓은
방열판(14)이 부착되며, 상기 LED 칩(12)의 전방 외곽에는 금속 반사층(15)이 코팅되고,
상기 도광판(11)과 LED 칩(12) 사이의 간격은 PCB(13) 아래의 방열테이프(16) 두께로 조절하고,
상기 도광판(11)의 바닥면에는 반사시트(17)가 부착되고, 상면에는 광학필름이 부착되되, 이 광학필름은 하부에
서부터 상부로 디퓨저(18a), BEF-90도(18b), BEF-0도(18c), DBEF-LH2-D400(18d)으로 이루어지고,
상기 PCB(13)는 FR-4 PCB로 구성되는 것을 특징으로 하는 저발열 초고휘도 LED 백라이트.
청구항 2
삭제
청구항 3
삭제
청구항 4
몰드 프레임(1)의 내측에 LED 백라이트(10)가 설치되고, 몰드 프레임(1) 외측에 LCD 글래스(20)가 부착된 액정
디스플레이로;
상기 LED 백라이트(10)는 도광판(11)의 일측에 복수의 LED 칩(12)이 PCB(13) 상에 실장되되 상기 LED 칩(12)의
하부에는 LED 칩(12)의 폭보다 넓은 방열판(14)이 부착되며, 상기 LED 칩(12)의 상부 외곽에는 금속 반사층(1
5)이 코팅되고,
상기 도광판(11)과 LED 칩(12) 사이의 간격은 PCB(13) 아래의 방열테이프(16) 두께로 조절하고,
상기 도광판(11)의 바닥면에는 반사시트(17)가 부착되고, 상면에는 광학필름이 부착되되, 이 광학필름은 하부에
서부터 상부로 디퓨저(18a), BEF-90도(18b), BEF-0도(18c), DBEF-LH2-D400(18d)으로 이루어지고,
상기 PCB(13)는 FR-4로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은 저발열 초고휘도 LED 백라이트 및 액정 디스플레이에 관한 것으로, 구체적으로는 점광원인 LED소자를[0001]
선광원 형태의 LED광원으로 구성하되, 기존의 고휘도 백라이트 유닛의 문제점인 고휘도로 인한 고발열, 고발열
로 인한 광학시트의 변형 및 주름, LED 소자의 수명단축, 액정의 흑화현상 및 냉각을 위한 쿨링시스템을 추가해
야 했던 문제점 등을 해결하기 위해 광효율이 향상된 LED 백라이트를 개발하고 이를 선광원 형태로 구성하여 기
존 제품보다 월등히 높은 고휘도를 실현함으로써 실내는 물론 야외 전시용도의 LED 백라이트 및 액정 디스플레
이를 제공할 수 있도록 한 것이다.
배 경 기 술
현재 출시되고 있는 액정 디스플레이의 추세는 더 얇아지고 저전력을 기본으로 하는 박형 사이즈로 두께가 불과[0002]
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6~10mm에 불과하다. 두께가 얇아짐으로 인해 빛을 받아들이는 도광판의 두께도 1~2.2mm정도에 불과하다. 한편,
액정의 광원배치가 이전에는 상하 두 군데에 위치하는 방식이 대다수였으나, 현재는 우측면 또는 하단부 중 1곳
에만 광원을 배치한다.
이처럼 얇아진 도광판과 단일 광원으로 인해 고휘도화가 어렵기 때문에 액정기구를 재설계하거나 도광판을 두껍[0003]
게 재설계를 해서 고휘도를 구현하고 있다.
일반적으로 야외나 실내의 광고용으로 사용되는 액정 디스플레이는 용도의 특성상 200~300nit밝기의 기존 제품[0004]
을 그대로 사용하기에는 밝기가 현저히 낮아 백라이트의 밝기를 1000~2000nit 고휘도 사양에 맞게 제작한 액정
디스플레이를 제작해 사용한다.
일반적인 LED 백라이트는 20 ~100개 정도의 적은 수의 LED를 선광원 형태로 배열해 사용하는데, 고휘도 액정 디[0005]
스플레이는 단순히 1000~2000개 정도의 많은 수의 LED를 선광원 형태로 배열해 고휘도를 구현하고 있다. 이는
가장 간단한 방법이지만, 고전력을 필요로 하고 많은 수의 LED로 인해 발열량이 심해지는 문제점이 있다.
일반적인 액정 디스플레이의 백라이트 온도가 30~40℃인데 반해 고휘도 액정 디스플레이는 최고 70℃ 정도까지[0006]
발열이 되기 때문에 냉각팬과 방열판을 부착해서 방열을 하기도 하며, 고발열로 인한 제품의 신뢰성에도 문제점
이 있다.
또한, 디스플레이를 밝게 보이기 위해서는 그만큼의 전력이 소모되어야 G고 밝기가 올라감에 따라 제품의 발열[0007]
온도도 상승하게 때문에 결국 액정 자체에 흑화현상이 발생하여 디스플레이 전체가 검게 변하는 치명적인 문제
점이 있다.
[0008]
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 한국공개특허 제2011-0038191호 (2011.04.14. 공개) 발명의 명칭; LED 백라이트 유닛 및 이를[0009]
이용한 액정표시장치
(특허문헌 0002) 한국공개특허 제2011-0027277호 (2011.03.16. 공개) 발명의 명칭; 엘시디 디스플레이장치용 백
라이트 유닛
(특허문헌 0003) 한국등록특허 제1305375호 (2013.09.02. 등록) 발명의 명칭; 엘이디 패키지 및 이를 이용한 백
라이트 어셈블리
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 종래 고휘도 백라이트를 대체할[0010]
수 있고, 밝기가 2000~3000nit 이상이면서도 발열량이 적고 전력 소모도 적은 LED 백라이트 및 액정 디스플레이
를 제공하는 데 있는바, 본 발명자들은 LED소자의 광효율 향상과 LED소자와 PCB를 방열에 최적인 구조로 설계하
여 우수한 열 확산과 열전도성을 실현하여 동일 전력에서 종래의 LED 백라이트, 액정 디스플레이와 비교시 월등
히 밝기가 증가하여 저전력으로도 고휘도 백라이트가 가능한 LED 백라이트 및 액정 디스플레이를 개발하여 본
발명을 완성하게 되었다.
기존의 고휘도 LED 백라이트 및 고휘도 액정 디스플레이는 고휘도를 위해 LED 소자에 고전력을 인가하면 10여[0011]
분 정도는 휘도가 증가하다가 전류가 높아짐에 따라 필연적으로 발생하는 열로 인해 시간이 흐름에 따라 휘도가
최대 20~30% 낮아지고, 고발열로 인해 광학시트의 변형 및 액정에 흑화현상이 발생한다. 따라서, 본 발명의 구
체적인 목적은 기존의 제품들처럼 고전력으로 발열이 심한 고휘도 LED 백라이트, 고휘도 액정 디스플레이를 실
현하는 것이 아니라, 저전력·저발열로 고휘도 LED 백라이트 및 고휘도 액정 디스플레이를 제공하는 데 있다.
본 발명은 또, 고전력을 인가하더라도 광효율 개선으로 인해 휘도가 5% 이내의 손실만 있고, 고휘도 액정 디스[0012]
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플레이의 가장 큰 문제점인 광학시트의 변형 및 주름, 액정 흑화현상을 개선한 LED 백라이트 및 액정 디스플레
이를 제공하는 데 있다.
본 발명은 또한, 기존 2000~3000nit의 초고휘도 LED 백라이트 및 액정 디스플레이는 고발열과 광학시트의 변형,[0013]
액정 흑화현상을 억제하기 위해 LED 백라이트 및 액정 디스플레이 외부에 방열판, 방열시트, 쿨링시스템 등을
추가하는 것이 필수여서 주변회로의 복잡성 증가로 인한 제품의 신뢰성이 낮아지는 문제와 제품 원가가 상승하
는바, 본 발명은 어떠한 방열시스템이나 쿨링시스템이 없이도 2000~3000nit의 LED 백라이트 및 액정 디스플레이
를 제공하는 데 있다.
과제의 해결 수단
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 도광판의 일측에 LED 광원이 설치된 백라이트로; LED 광원은 복수의[0014]
LED 칩이 PCB 상에 실장되되 상기 LED 칩의 하부에 LED 칩의 폭보다 넓은 방열판이 부착되며, 상기 LED 칩의 전
방 외곽에는 금속 반사층이 코팅된 저발열 초고휘도 LED 백라이트를 제공한다.
바람직한 실시 예에서, 상기 도광판의 바닥면에는 반사시트가 부착되고, 상면에는 광학필름이 부착되되 이 광학[0015]
필름은 하부에서부터 상부로 디퓨저, BEF-90도, BEF-0도, DBEF-LH2-D400으로 이루어진다.
본 발명은 또, 몰드 프레임의 내측에 LED 백라이트가 설치되고, 몰드 프레임 외측에 LCD 글래스가 부착된 액정[0016]
디스플레이로; 상기 LED 백라이트는 도광판의 일측에 복수의 LED 칩이 PCB 상에 실장되되 상기 LED 칩의 하부에
는 LED 칩의 폭보다 넓은 방열판이 부착되며, 상기 LED 칩의 상부 외곽에는 금속 반사층이 코팅된 액정 디스플
레이를 제공한다.
발명의 효과
본 발명에 의하면 LED 광원을 복수의 LED 칩을 PCB 상에 실장하되 상기 LED 칩의 하부에 폭이 넓은 방열판을 부[0017]
착하여 열흐름이 종횡방향으로 원활히 이루어지도록 하였으며, LED 칩의 상부 외곽은 금속 반사층을 코팅하여
광효율을 향상시킬 수 있도록 한 것인바, 기존의 고휘도 백라이트 유닛의 문제점인 고휘도로 인한 고발열, 고
발열로 인한 광학시트의 변형 및 주름, LED 소자의 수명단축, 액정의 흑화현상 및 냉각을 위한 쿨링시스템을 추
가해야 했던 문제점을 해결할 수 있어 기존 제품보다 월등히 높은 고휘도를 실현함으로써 실내는 물론 야외 전
시용도의 LED 백라이트 및 액정 디스플레이를 제공할 수 있는 것이다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 고휘도 액정 디스플레이의 단면도,[0018]
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 고휘도 LED 백라이트의 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 박형(slim type) 고휘도 액정 디스플레이의 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.[0019]
도 1 및 도 2에는 본 발명의 일 실시 예에 의한 LED 백라이트가 적용된 액정 디스플레이와 이 액정 디스플레이[0020]
에 사용되는 백라이트가 도시되어 있는바, 본 실시 예에 의한 액정 디스플레이는 몰드 프레임(1)의 내측에 LED
백라이트(10)가 설치되고, 몰드 프레임(1) 외측에 LCD 글래스(20)가 부착된 것으로, 상기 LED 백라이트(10)는
도광판(11)의 일측에 복수의 LED 칩(12)이 PCB(13) 상에 실장되되 상기 LED 칩(12)의 하부에는 LED 칩(12)의
폭보다 넓은 방열판(14)이 부착되며, 상기 LED 칩(12)의 상부 외곽에는 금속 반사층(15)이 코팅되어 있다.
일반 LED 광원은 칩의 하단부에 방열판의 열흐름이 아래로만 흐르도록 되어 있는바, 본 실시 예에서는 도 2에[0021]
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도시된 바와 같이 방열판(14)이 LED 칩(12)의 폭보다 넓게 형성되어 있어 열 흐름이 종횡방향으로 고르게 방출
되도록 설계되어 있으며, 상기 LED 칩(12)의 상부 외곽에는 금속 반사층(15)이 코팅되어 있어서 광효율이 30%
정도 개선되어 적은 전류로도 높은 휘도가 가능하게 개선되었다.
본 실시 예에서, 상기 도광판(11)과 LED 칩(12) 사이의 간격은 PCB(13) 아래의 방열테이프(16) 두께로 적정하게[0022]
조절하면 된다.
또한, 본 실시 예에서, 상기 도광판(11)의 바닥면에는 반사시트(17)가 부착되어 있고, 상면에는 광학필름이 부[0023]
착되는데 이 광학필름은 하부에서부터 상부로 디퓨저(18a), BEF-90도(18b), BEF-0도(18c), DBEF-LH2-
D400(18d)으로 이루어져 있다.
아울러, 본 발명에서는 개선된 LED를 위해서 PCB(13)도 재설계되었는바, 일반적인 회로기판으로 사용되는 FR-4[0024]
PCB는 저렴한 가격과 안정된 품질, 1, 2, 4레이어 등의 다층 구조로 설계할 수 있는 유연성 등 많은 장점이 있
지만, 방열성능에서 0.5W급의 한계가 있다.
액정 디스플레이도 LED 소자를 광원으로 하는 제품이 주류를 이루면서 LED를 광원으로 하는 백라이트는 품질의[0025]
신뢰성과 소자의 원활한 방열을 위해 메탈 PCB를 사용하고 있다.
이와 같은 메탈 PCB는 LED 방열을 위해서는 효율적인 소재이지만, 다층구조를 구현하기에는 제한이 있고, 다층[0026]
구조의 메탈 PCB는 고가이기 때문에 범용하기에는 적합하지 않다.
한편, 고휘도 액정 디스플레이의 구현을 위해서는 다수(100~1000개)의 LED를 기판 위에 솔더링하고, 고전류와[0027]
효과적인 방열을 필요로 한다.
FR-4 PCB는 방열의 단점을 제외하고는 다층구조, 얇은 두께, 경제적인 가격의 소재이므로 메탈 PCB의 장점과[0028]
FR-4 PCB의 장점을 합쳐서 새롭게 설계된 FR-4 PCB는 메탈 PCB의 방열성능을 구현하고 소형에서 대형 인치까지
적용이 가능하다.
본 발명에 적용된 FR-4 PCB는 4개의 레이어로 구성되어 있으며 각각의 레이어 패턴은 아래와 같다.[0029]
1레이어 : LED Anod, 캐소오드 패턴, 칩 슬러그 패턴[0030]
2레이어 : 플러스 패턴[0031]
3레이어 : 접지 패턴[0032]
4레이어 : 슬러그 방열 패턴[0033]
도 3에는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 박형 액정 디스플레이를 도시한 것을, 본 실시 예에서는 도 1에 도시[0034]
된 액정 디스플레이에 비해 박형으로 이루어져 있으며, FR-4 PCB를 적용하여 도광판이나 기구물의 변경 없이 고
휘도 백라이트 유니트로의 개선이 가능하도록 되어 있다.
도 1,2의 실시 예 및 도 3의 실시 예에서 동일 구성요소에 대하여는 동일부호를 사용하였고, 다만 부호 18은 광[0035]
학필름을 전체적으로 의미하도록 표시하였으며, 나머지 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이상에서와 같이 본 발명의 실시 예들에 의하면 LED 광원을 복수의 LED 칩을 PCB 상에 실장하되 상기 LED 칩의[0036]
하부에 폭이 넓은 방열판을 부착하여 열 흐름이 종횡방향으로 원활히 이루어지도록 하였으며, LED 칩의 상부 외
곽은 금속 반사층을 코팅하여 광효율을 향상시킬 수 있도록 한 것인바, 기존 고휘도 백라이트의 문제점이었던
고발열, 광학시트의 변형 및 주름, LED 소자의 수명단축 및 액정의 흑화현상을 해소할 수 있으면서도 기존 제품
보다 월등히 높은 고휘도를 실현함으로써 실내는 물론 야외 전시용도의 LED 백라이트 및 액정 디스플레이를 제
공할 수 있는 이점이 있다.
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[0037]
부호의 설명
1 : 몰드 프레임[0038]
10 : LED 백라이트
20 : LCD 글래스
11 : 도광판
12 : LED 칩
13 : PCB
14 : 방열판
15 : 금속 반사층
16 : 방열테이프
17 : 반사시트
18 : 광학시트
도면
도면1
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도면2
도면3
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