KR20060095361A

KR20060095361A - 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20060095361A
Application number: KR1020050016992A
Authority: KR
Inventors: 김태우; 김기빈
Original assignee: 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-08-31

Abstract

본 발명은 LED(Light Emitting Diode)를 광원으로 하며, LED의 방열 처리가 우수한 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 본 발명의 백 라이트 유닛은 본 발명의 백 라이트 유닛은 커버 바텀(cover bottom)과, 상기 커버 바텀 상에 복수개의 평행한 열로 배치된 PCB(Printed Circuit Board)와, 상기 각각의 PCB 상에 소정 간격을 갖고 배치된 복수개의 광원과, 상기 광원으로부터 나오는 광을 상부로 반사시키는 반사판 및 상기 반사판 배면에 형성되어, 상기 복수개의 광원에서 나오는 열을 방열시키는 흑연판(graphite spreader)을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

LED, 흑연판(graphite spreader), 방열, 백 라이트

Description

백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치 {Backlight Unit and Liquid Crystal Display Device With Using the Same}

도 1은 종래의 형광 램프를 포함한 백 라이트 유닛을 나타낸 단면도

도 2는 종래의 LED를 포함한 백 라이트 유닛을 나타낸 평면도

도 3은 도 2의 백 라이트 유닛이 장착된 액정 표시 장치를 나타낸 단면도

도 4는 본 발명의 백 라이트 유닛을 나타낸 평면도

도 5는 도 4의 백 라이트 유닛이 장착된 액정 표시 장치를 나타낸 단면도

도 6a 내지 도 6c는 반사판, 흑연판 및 LED의 조립 순서를 나타낸 공정 사시도

도 7은 도 4의 LED를 나타낸 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

120 : 커버 바텀 125 : 반사판

127 : 흑연판 130 : 탑 케이스

140 : 액정 패널 150 : 광학 쉬트

160 : 가이드 패널 170 : LED

170a : LED 칩 170b : 렌즈

170c : 몸체 170d : 리드 단자

180 : 흑연판

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, LED(Light Emitting Diode)를 광원으로 하며, LED의 방열 처리가 우수한 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 표시장치들 중의 하나인 CRT(Cathode Ray Tube)는 텔레비전(TV)을 비롯해서 계측기기, 정보 단말기기 등의 모니터에 주로 이용되고 있으나, CRT의 자체 무게와 크기로 인해 전자 제품의 소형화, 경량화의 요구에 적극적으로 대응할 수 없었다.

따라서 각종 전자제품의 소형, 경량화되는 추세에서 CRT는 무게나 크기 등에 있어서 일정한 한계를 가지고 있으며 이를 대체할 것으로 예상되는 것으로, 전계 광학적인 효과를 이용한 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display), 가스방전을 이용한 플라즈마 표시소자(PDP ; Plasma Display Panel) 및 전계 발광 효과를 이용한 EL 표시소자(ELD ; Electro Luminescence Display) 등이 있으며, 그 중에서 액정표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한, CRT를 대체하기 위해서 소형, 경량화 및 저소비전력 등의 장점을 갖는 액정표시장치는, 최근에 평판 표시장치로서의 역할을 충분히 수행할 수 있을 정도로 개발되어 랩탑형 컴퓨터의 모니터뿐만 아니라 데스크탑형 컴퓨터의 모니터 및 대형정보 표시장치 등에 사용되고 있어 액정표시장치의 수요는 계속적으로 증가되고 있는 실정이다.

여기서 액정표시장치는 화상을 표시하는 액정패널과 상기 액정패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정패널은 일정 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.

여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과, 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성된다.

그리고 제 2 유리 기판(칼라필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.

이와 같은 상기 제 1, 제 2 유리 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 실(seal)재에 의해 합착되어 상기 두 기판 사이에 액정이 주입된다.

한편, 액정표시장치의 대부분은 외부에서 들어오는 광원의 양을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 소자이기 때문에 액정패널에 광을 조사하기 위한 별도의 광 원, 즉 백 라이트가 반드시 필요하며, 이러한 백 라이트는 램프 유닛이 설치되는 위치에 따라 에지방식과 직하방식으로 구분된다.

여기서 광원으로는 EL(Electro Luminescence), LED(Light Emitting Diode), CCFL(냉음극 형광램프, Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp) 등을 사용한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 백 라이트 유닛을 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래의 형광 램프를 포함한 백 라이트 유닛을 나타낸 단면도이다.

도 1과 같이, 종래의 형광 램프를 포함한 백 라이트 유닛은 내면에 형광체가 코팅되어 광을 발산하는 형광램프(11)와, 상기 형광램프(11)를 고정시켜줌과 동시에 상기 형광램프(11)로부터 조사된 광을 한 방향으로 집광시키는 램프 하우징(12)과, 상기 형광램프(11)로부터 발산된 광을 백라이트 상부의 액정패널측으로 공급해 주는 도광판(13)과, 상기 도광판(13) 하부에 부착되어 액정패널 반대쪽으로 새어나오는 광을 도광판(13)으로 반사시켜 주는 반사판(14)과, 상기 도광판(13) 상부에 위치하여 도광판(13)에서 나온 광을 균일하게 확산시켜 주는 확산판(15)과, 상기 확산판(15) 상부에 위치하여 상기 확산판(15)에서 확산된 빛을 집광시켜 액정패널로 전달하는 프리즘 시트(16)와, 상기 프리즘 시트(16) 상부에서 위치하여 상기 프리즘 시트(16)를 보호하는 보호시트(17)와, 상기 구성 요소들을 수납하여 고정시켜 주는 메인 지지대(18)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 백라이트 유닛은 형광램프(11)에서 발산된 광은 도광판 (13)의 입광면에 집광되어 도광판(13)을 거쳐 확산판(15)과 프리즘 시트(16)를 차례로 거쳐 액정패널에 전달된다.

예를 들어, 형광 램프를 CCFL 방식으로 형성한 경우, 페닝 효과(penning effect)를 이용하기 위해 아르곤(Ar), 네온(Ne) 등을 첨가한 수은(Hg) 가스를 저압으로 봉입한 형광 방전관을 사용하고 있다. 관의 양단에는 전극이 형성되는데 음극은 판상으로 넓게 형성되며, 전압이 인가될 경우 스퍼터링 현상에서와 같이 방전관 내의 하전입자가 판상의 음극과 충돌하여 이차전자를 발생시키고 이는 주변 원소들을 여기시켜 플라즈마를 형성시킨다. 이 원소들은 강한 자외선을 방출하며 이 자외선이 다시 형광체를 여기시켜 형광체가 가시광선을 방출하게 한다.

그러나 상기와 같이 종래의 형광램프를 사용한 백라이트 유닛은 광원자체의 발광특성이 좋지 않기 때문에, 색재현율이 낮다. 또한, 형광램프의 크기 및 용량의 제약 때문에 고휘도의 백라이트 유닛을 획득하기 힘들다.

한편, 도 1에 도시된 백 라이트 유닛은 에지 방식의 백 라이트 유닛이다.

즉, 에지방식은 빛을 안내하는 도광판의 측면에 램프 유닛이 설치되는 것으로써, 램프 유닛은 빛을 발산하는 램프, 램프의 양단에 삽입되어 램프를 보호하는 램프 홀더 및 램프의 외주면을 감싸고 일측면이 도광판의 측면에 끼워져 램프에서 발산된 빛을 도광판 쪽으로 반사시켜 주는 램프 반사판을 구비한다.

이와 같이 도광판의 측면에 램프 유닛이 설치되는 에지방식은 주로 랩탑형 컴퓨터 및 데스크탑형 컴퓨터의 모니터와 같이 비교적 크기가 작은 액정표시장치에 적용되는 것으로, 대면적의 표시 장치에는 액정 패널 하부에 복수개의 광원을 배치 시키는 직하 방식의백 라이트 유닛을 이용하고 있다.

상술한 에지 방식과 광원의 위치 및 배열에 차이를 갖는 직하방식은, 액정표시장치의 크기가 20인치 이상으로 대형화되기 시작하면서 중점적으로 개발되기 시작한 것으로, 확산판의 하부면에 복수개의 램프를 일렬로 배열시켜 액정패널의 전면으로 빛을 직접 조광하는 것이다.

이러한, 직하방식은 에지방식에 비해 광의 이용 효율이 높기 때문에 고휘도를 요구하는 대화면 액정표시장치에 주로 사용된다.

한편, 상술한 에지 방식 및 직하 방식은 광원을 형광 램프를 이용하는 것이다. 근래에는 형광 램프에 들어가는 가스의 유해성 때문에 환경 오염 문제를 감안하여 새로운 광원의 개발이 진행되었다. 그 중 LED(Light Emitting Diode)는 환경 오염이 없고, 다양한 칼라 표현이 가능하고, 소비 전력을 감소시킬 수 있어 신 소재로 각광받고 있다.

도 2는 종래의 LED를 포함한 백 라이트 유닛을 나타낸 평면도이다.

도 2와 같이, 종래의 LED를 포함한 백 라이트 유닛은, 커버 바텀(cover bottom, 20)과, 상기 커버 바텀(20) 상에 서로 평행하게 형성된 복수개의 금속 PCB(Printed Circuit Board)(75)와, 상기 복수개의 금속 PCB(75)들 각각에 소정 간격 이격되어 배치되는 복수개의 적색 LED(70a), 녹색 LED(70b), 청색 LED(70c) 및 상기 복수개의 적·녹·청색 LED(70a, 70b, 70c) 상부에 배치된 복수개의 광학 쉬트(도 3의 50)를 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 복수개의 적색, 녹색, 청색 LED(70a, 70b, 70c)의 주변에는 반 사판(25)이 형성되어 상기 적색, 녹색, 청색 LED(70a, 70b, 70c)로부터 나오는 광을 상부로 반사시켜 광효율을 높인다.

도 2에 도시된 종래의 LED를 포함한 백 라이트 유닛은 직하 방식의 백 라이트 유닛으로, 상기 액정 패널(도 3의 40 참조) 하부에 어레이 형태로 광원(LED)(70a, 70b, 70c)이 형성되어 있다.

도 3은 도 2의 백 라이트 유닛이 장착된 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이다.

도 3과 같이, 종래의 LED를 포함한 백 라이트 유닛이 장착된 액정 표시 장치는, 커버 바텀(cover bottom, 20)과, 상기 커버 바텀(20) 상에 서로 평행하게 형성된 복수개의 금속 PCB(Printed Circuit Board)(75)와, 상기 복수개의 금속 PCB(75)들 각각에 소정 간격 이격되어 배치되는 복수개의 적·녹·청색 LED(70a, 70b, 70c: 통칭 70), 상기 적·녹·청색 LED(70a, 70b, 70c) 주변에 형성된 반사판(25)과, 상기 복수개의 LED들(70) 상부에 형성된 복수개의 광학 쉬트(50)와, 상기 광학 쉬트(50) 상에 형성된 액정 패널(40)과, 상기 액정 패널(40) 및 광학 쉬트(50)를 지지하는 가이드 패널(guide panel, 60)과, 상기 액정 패널(40)의 상부 가장 자리 및 가이드 패널(60)과 커버 바텀(20)의 측면에 형성되는 케이스 탑(case top, 30)을 포함하여 이루어진다.

상기 각각의 금속 PCB(75)간은 서로 동일 간격의 이격 간격을 가지며, 상기 LED(70)로부터 발산되는 열이 방열되도록 한다.

상기 액정 패널(40)은 서로 소정 간격 이격한 상하부 기판과, 두 기판 사이 에 충진된 액정층(미도시) 및 상기 상하부 기판의 표면에 형성된 상하부 편광판을 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 광학 쉬트(50)는 제 1, 제 2 프리즘 쉬트(prism sheet), 확산판(diffuser) 등을 포함한다.

상기와 같이 구성된 LED를 포함한 백라이트 유닛은, 액정패널(40)에 화상을 구현하는 경우에, 상기 LED(70)를 점등시킨다. 상기 LED(70) 중 적색 LED(70a), 녹색 LED(70b), 청색 LED(70c)에 모두 또는 선택적으로 전압이 인가되어 해당 LED가 발광되고, 상기 발광한 적색, 녹색, 청색의 광은 상기 LED(70)와 광학 쉬트(50)의 이격 공간 및 광학 쉬트(50)에 의해 색혼합되어 혼합된 광을 액정패널(40)의 배면에 조명한다.

이와 같이, LED를 포함한 백 라이트 유닛은, 발광 소자인 LED(70)가 금속 PCB(Metal Core Printed Circuit Board)(75)에 장착되고, 상기 금속 PCB(75)는 금속 재질인 커버 바텀(20)에 체결된다. 이러한 LED(70)는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)에 비해 광효율이 낮기 때문에, 액정 패널 전면에서 원하는 밝기를 얻기 위해서는 상대적으로 많은 소비전력이 필요하고 결과적으로 많은 열이 발생한다.

상술한 구조에서 알 수 있듯이, LED(70) 발열의 대부분은 일차적으로 금속 PCB(75)를 거쳐 커버 바텀(20)으로 전달되어 외기로 방열된다. 금속 PCB(75)의 주 물질은 알루미늄(Al : aluminium)이며, 커버 바텀(20)의 주성분은 알루미늄 등의 합금 또는 MCPET(Micro Polyethylene Ether-phthalein)의 물질로 이루어진다. 이 경우, 열 전도 계수는 알루미늄이나 그 합금은 100W/mK이하이고, MCPET는 0.2W/mK 정도로 낮아, LED(70)로부터 나오는 열을 단시간 내에 빼줄 수 없다. 또한, LED(70)로부터 나오는 열을 빼주는 경로(PCB 및 커버 바텀)가 LED(70) 하측에만 위치하게 되어, 하측으로는 어느 정도 방열이 이루어진다 하더라도 LED(70)의 동작 특성의 영향을 주지 않을 정도로 충분히 빠르게 방열이 이루어지지 않아, 통상적인 액정 표시 모듈 구동 환경에서 LED(70)의 열적 신뢰성을 확보하기에는 크게 미흡한 수준이다.

상기와 같은 종래의 백 라이트 유닛은 다음과 같은 문제점이 있다.

종래의 LED를 포함한 백 라이트 유닛은 대부분의 열이 LED 하단의 PCB와 커버 바텀을 통하여 배면으로 방열되는 구조이다.

LED가 배치된 금속 PCB 및 커버 바텀은 그 주성분이 알루미늄 또는 알루미늄 합금이거나 MCPET로 LED에서 발산되는 열을 외기로 방출하는데, 백 라이트 유닛을 장시간 사용하는 경우, 알루미늄이 가진 열 전도성이 한계를 갖기 때문에, 열을 신속히 외기로 방출하는데 제약이 따른다.

그리고, LED 중 실제 열이 집중하는 부위가 LED 칩이 장착된 부위인데, LED 칩 부위에 형성되는 반사판으로 인해 열이 방출되는 공간이 확보되지 않게 되어, 방열이 신속이 이루어지지 못한다. 특히, 방열이 신속히 이루어지지 못할 경우, 복수개 배치된 LED들 중 LED와 금속 PCB간 접합(juction)부의 온도가 크게 상승하게 되어 LED의 동작 신뢰성을 얻기 힘들다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 LED(Light Emitting Diode)를 광원으로 하며, LED의 방열 처리가 우수한 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백 라이트 유닛은 커버 바텀(cover bottom)과, 상기 커버 바텀 상에 복수개의 평행한 열로 배치된 PCB(Printed Circuit Board)와, 상기 각각의 PCB 상에 소정 간격을 갖고 배치된 복수개의 광원과, 상기 광원으로부터 나오는 광을 상부로 반사시키는 반사판 및 상기 반사판 배면에 형성되어, 상기 복수개의 광원에서 나오는 열을 방열시키는 흑연판(graphite spreader)을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.

상기 복수개의 광원은 LED이다.

상기 LED는 LED 칩과, 상기 LED 칩이 장착된 몸체와, 상기 몸체를 상기 흑연판에 연결하는 리드 단자 및 상기 LED 칩을 커버하며, LED 칩으로부터 나오는 광을 투과시키는 렌즈를 포함하여 이루어진다.

상기 PCB 상에 상기 LED의 리드 단자가 부착된다.

상기 반사판 및 흑연판은 상기 LED 렌즈 하측에 위치한다.

상기 흑연판은 상기 커버 바텀보다 열 전도율이 높은 재질로 이루어진다.

상기 흑연판은 입자 상태로 이루어진 흑연을 응고시켜 판상으로 이루어진다.

상기 흑연판은 평탄하다.

상기 흑연판은 열 전도율이 400내지 800W/mK이다.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백 라이트 유닛을 이용한 액정 표시 장치는 커버 바텀과, 상기 커버 바텀 상에 복수개의 평행한 열로 배치된 PCB와, 상기 각각의 PCB 상에 소정 간격을 갖고 배치된 복수개의 LED와, 상기 복수개의 LED 주변에 형성되며, 상기 복수개의 LED에서 나오는 광을 상부로 반사하는 반사판과, 상기 반사판 배면에 형성된 흑연판과, 상기 복수개의 LED 상에 배치된 광학 쉬트와, 상기 광학 쉬트 상에 형성된 액정 패널과, 상기 광학 쉬트 및 액정 패널을 지지하는 가이드 패널 및 상기 액정 패널의 가장 자리 및 가이드 패널과 커버 바텀의 측부를 감싸는 케이스 탑을 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 백 라이트 유닛을 나타낸 평면도이며, 도 5는 도 4의 백 라이트 유닛이 장착된 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이다.

도 4와 같이, 본 발명의 백 라이트 유닛은 LED를 포함한 백 라이트 유닛은, 커버 바텀(cover bottom, 120)과, 상기 커버 바텀(120) 상에 서로 평행하게 형성된 복수개의 PCB(Printed Circuit Board)(180)와, 상기 복수개의 PCB(180)들 각각에 소정 간격 이격되어 배치되는 복수개의 적색 LED(R), 녹색 LED(G), 청색 LED(B)(170)와, 상기 복수개의 적·녹·청색 LED(170) 주변에 상기 LED(170)로부터 나오는 광을 상부로 반사시키는 반사판(125)과, 상기 반사판(125) 배면 하부에 상기 LED(170)에서 나오는 열을 방열시키는 흑연판(graphite spreader)(도 4의 127 참조) 및 상기 복수개의 적·녹·청색 LED(170) 상부에 배치된 복수개의 광학 쉬트 (도 5의 150 참조)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 백 라이트 유닛은, 열전도성이 좋은 상기 흑연판(127)을 통해 상기 LED(70)에서 발생되는 열을 상하부로 모두 방열할 수 있고, 특히, LED(170)의 칩에서 집중되는 열을 반사판(125) 및 LED(170)의 렌즈 상부 및 커버 바텀(도 5의 120 참조) 하측으로 빼줄 수 있다. 상기 흑연판(graphite spreader, 127)은 열 확산성이 좋아 LED(170) 내부의 칩에서 발생되는 열을 주변으로 빠른 시간내에 퍼뜨릴수 있으며, 또한, LED(170)의 상측, 하측에서 모두 대류 및 전도에 의해 열을 방열시킬 수 있어, 방열 효과를 극대화할 수 있다.

예를 들어, 상기 흑연판의 열 전도 계수(Thermal Conduction coefficient(W/mK)는 400 내지 800W/mK로, 일반적으로 반사판 하측에 PCB나 커버 바텀만이 존재하는 종래의 구조에 비해서, 보다 열 확산 효과가 좋은 물질이 개재됨으로 인해 LED(170) 구동에 따른 방열이 급속히 이루어져 백 라이트 유닛의 신뢰성을 확보할 수 있다.

한편, 상기 커버 바텀(120)을 이루는 물질은 MCPET(Micro Polyethylene Ether-phthalein)이며 상기 PCB(180)을 이루는 물질은 AlSET(Al + E60L의 합금)이다. 각각의 열 전도 계수는 각각 0.2W/mK나, 100W/mK로, 흑연판(127)에 비해 상대적으로 작은 열 전도 계수를 갖는 것으로, LED(170)와 인접한 흑연판(127)에서 방열이 상대적으로 더 효율적으로 일어남을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 백 라이트 유닛은, 종래 LED에 대해 열 방출의 경로로서 PCB 및 커버 바텀만이 존재하는 구조에 비해, 적게는 4배 내지 많게는 4000배 정도까지 열 전도율이 상승하여 방열이 짧은 시간에 이루어지게 된다.

이하에서는 상기 흑연판 및 그 밖의 물질별 열 전도율을 표로 살펴본다.

재료	열 전도 계수(W/mK)
흑연판	400~800
MCPET	0.2
AlSET	≤100

상기 표를 통해서 흑연판이 상대적으로 타 재료에 비해 열 방출 효과가 뛰어남을 확인할 수 있다.

상기 PCB(180)들은 복수개가 동일 간격으로 이격되어 형성되며, 각각의 PCB(180) 상에 복수개의 LED들(170)이 각각 소정 간격으로 이격되어 부착되어 배치된다.

도 4에 도시된 LED를 포함한 백 라이트 유닛은 직하 방식의 백 라이트 유닛으로, 상기 액정 패널(도 5의 140 참조) 하부에 어레이 형태로 광원(LED)(170a, 170b, 170c)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 흑연판(graphite spreader)(127)은 평탄한 판(plate) 형상으로, 상기 반사판(125)의 배면 하측에 부착 혹은 이격되어 형성된다. 이러한 흑연판(127)은 흑연 고른 입자를 뿌린 후, 이를 롤러 등에 의해 고른 압력을 가하여 판 형상으로 응고시켜 형성한 것이다. 근래에 들어, 이러한 흑연판(127)은 열 확산 능력이 커 방열이 요구되는 기기 등에 이용되고 있다.

이러한 흑연판(127)은 상기 커버 바텀(120) 또는 PCB(180)에 비해서 열 확산 능력(열 전도율)이 높은 성질을 갖는다.

도 5는 도 4의 백 라이트 유닛이 장착된 액정 표시 장치를 나타낸 단면도이다.

도 5와 같이, 본 발명의 백 라이트 유닛이 장착된 액정 표시 장치는, 커버 바텀(cover bottom, 120)과, 상기 커버 바텀(120) 상에 서로 평행하게 형성된 복수개의 PCB(Printed Circuit Board)(180)와, 상기 복수개의 PCB(180)들 각각에 소정 간격 이격되어 배치되는 복수개의 적·녹·청색 LED(170)와, 상기 적·녹·청색 LED(170) 주변에 형성된 반사판(125)과, 상기 반사판(125) 배면 하측에 형성된 흑연판(127)과, 상기 복수개의 LED들(170) 상부에 형성된 복수개의 광학 쉬트(150)와, 상기 광학 쉬트(150) 상에 형성된 액정 패널(140)과, 상기 액정 패널(140) 및 광학 쉬트(150)를 지지하는 가이드 패널(guide panel, 160) 및 상기 액정 패널(140)의 상부 가장 자리 및 가이드 패널(160)과 커버 바텀(120)의 측면에 형성되는 케이스 탑(case top, 130)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 액정 패널(140)과 상기 광학 쉬트(150) 사이에는 가이드 패널(guide panel, 160)의 돌출된 패턴이 삽입되어 이격 공간이 존재한다. 그리고, 상기 커버 바텀(120)은 상기 광학 쉬트(150) 하부로부터 소정 높이만큼 간극을 가져, 상기 복수개의 PCB(180) 및 복수개의 PCB(180)이 형성될 공간과 상기 복수개의 LED(170)로부터 방열될 수 있는 공간을 확보한다.

상기 각각의 PCB(180)간은 서로 동일 간격의 이격 간격을 가지며, 상기 LED(170)로부터 발산되는 열이 방열되도록 한다.

상기 액정 패널(140)은 서로 소정 간격 이격한 상하부 기판과, 두 기판 사이에 충진된 액정층(미도시) 및 상기 상하부 기판의 표면에 형성된 상하부 편광판을 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 광학 쉬트(150)는 제 1, 제 2 프리즘 쉬트(prism sheet), 확산판(diffuser) 등을 포함한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 백라이트 유닛을 이용한 액정 표시 장치는, 액정패널(140)에 화상을 구현하는 경우에, 상기 LED(170)를 점등시킨다. 상기 LED(170) 중 적색 LED(170a), 녹색 LED(170b), 청색 LED(170c)에 모두 또는 선택적으로 전압이 인가되어 해당 LED가 발광되고, 상기 발광한 적색, 녹색, 청색의 광은 상기 LED(170)와 광학 쉬트(150)의 이격 공간 및 광학 쉬트(150)에 의해 색혼합되어 혼합된 광을 액정패널(140)의 배면에 조명한다.

이하에서는, 상기 흑연판(127)의 조립 방법을 소개한다.

도 6a 내지 도 6c는 반사판, 흑연판 및 LED의 조립 순서를 나타낸 공정 사시도이다.

도 6a와 같이, 먼저, 반사판(125a)의 배면 하측에 흑연판(127a)을 부착한다.

도 6b와 같이, 부착된 반사판(125) 및 흑연판(127)에 복수개의 홀(128)을 뚫는다. 상기 홀(128)은 LED(170)에 대응되는 자리에 형성되며, 상기 홀(128)을 통해 LED(170)의 렌즈가 외부로 빠져나오게 된다. 상기 홀(128)은 상기 반사판(125) 및 흑연판(127)에 동일한 위치에 형성된다. 상기 반사판(125a) 및 흑연판(127a)은 소정의 접착층을 개재하여 부착될 수도 있으며, 접착층없이 판상을 서로 겹쳐 배치할 수 있다. 공정상에서는, 상기 반사판(125) 및 흑연판(127)을 부착한 상태에서 홀을 형성하면, 반사판(125) 및 흑연판(127) 간의 홀 쉬프트 현상없이 동일한 부위에 용이하게 홀을 형성할 수 있을 것이다.

도 6c와 같이, 상기 LED(170)의 렌즈가 상기 홀(128) 상부로 나오도록, LED(170)를 조립한다.

도 7은 도 4의 LED를 나타낸 도면이다.

도 7과 같이, 상기 LED(170)는 발광부는 백색 칩(170a)과 상기 백색 칩(170a)을 표면에 코팅되는 렌즈(170b)로 이루어지고, 바디부는 상기 백색 칩(170a) 및 렌즈(170b)를 지지하는 몸체(170c)와, 상기 몸체(170c) 양측에 구성되는 리드 단자(170d)로 구성되어 있다.

이러한 LED(170)는 리드 단자(170d)를 납땜 등을 이용하여 PCB(180)상에 부착하고, 몸체(170c)와 PCB(180) 사이에는 열전도율이 낮은 절연막을 삽입한다.

도 5에 도시된 LED의 렌즈(170b)는 다각형 형상으로 도시되어 있으나, 이는 개략적으로 도시된 것으로, 도 7과 같이 가급적, 그 표면이 곡면을 갖도록 형성된다. 그리고, 상기 LED의 렌즈(170b) 하측 및 상기 LED의 몸체(170c) 상부면에 대응하여서는 각각 반사판(125) 및 흑연판(127)이 차례로 적층되어 형성되어, 상기 LED(170)로부터 나오는 광을 상측으로 반사시키며, 상기 LED(170)로부터 나오는 열을 고르게 확산시켜 방열을 촉진시킨다.

본 발명의 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치는 커버 바텀(120) 상에 PCB(180)가 위치하며, 상기 LED(170)의 주변에 흑연판(127)이 위치하여, 상기 LED(170)들에서 발생한 열이 상기 흑연판(127)과 PCB(180) 및 커버 바텀(120)을 통해 상측 및 외기로 빠져나가는 동작이 원활히 일어나게 된다.

종래의 백 라이트 유닛은 단순히 LED 들이 금속 PCB 상에 위치하게 되어, 열 방출에 어느 정도 한계를 갖고 있었는데, 본 발명의 백 라이트 유닛은 열 전도 능력이 탁월한 흑연판(127)라는 재료를 LED(170)에서 가장 발열이 심한 칩(170a)에 인접하여 위치시킴으로써, LED(170)들에서 발생한 열들을 신속히 방출할 수 있게 한 것이다. 따라서, LED(170)와 상기 흑연판(127)간의 접합부(junction)에서 열이 머무르지 않고, 바로 흑연판(127)을 통해 커버 바텀(120) 및 상측 공기층으로 빠르게 전달되어 LED(170)의 동작 신뢰성을 확보할 수 있게 되었다.

즉, 종래의 LED를 포함한 백 라이트 유닛은 LED가 PCB 상에 부착되어 있고, 대부분의 열을 LED 하부로 전도시켜서 백라이트 유닛 외부의 핀을 통하여 방열을 시키는 구조였다. 하지만, 이 시스템에서는 열전도 경로가 단일화되어 있어서, 열이 전도되는 과정에 있어서, LED가 고온 환경하에 있게 되어 안정적인 동작을 확보하기가 불확실하였다.

본 발명을 이를 개선하기 위해, LED 칩 및 렌즈 하측에 위치하는 반사판에 열전도성이 좋은 흑연판(graphite spreader)을 부착시켜 열전도 경로를 다변화하였다. 이로 인해 LED 온도가 낮아짐으로 인해서 LED의 안정적인 동작은 물론 전체적으로 백 라이트 유닛의 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 결과적으로 LED(170)의 동작 신뢰성이 확보되어 광효율이 상승하며, 전면 휘도(brightness)가 크게 상승하게 된다.

따라서, 온도 상승으로 인한 LED의 오동작을 사전에 방지할 수 있으며, 안정적인 백 라이트 유닛을 확보할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 상술한 본 발명의 백 라이트 유닛은 열확산 능력이 구리나 알루미늄에 비해 수백에서 수천배에 달하는 흑연판(graphite spreader) 상에 LED 칩 및 LED 렌즈를 부착함으로써 방열 성능을 향상시켜, LED 칩에서 집중되는 열을 신속히 내려줄 수 있다. 또한, LED 상측 및 그 주변으로의 열전달량을 증가시켜서 하측 부위의 방열 로드(load)를 감소시켜 상기 LED 주위의 사방으로의 방열 효과를 향상시킬 수 있다.

둘째, LED 작동상의 온도를 낮출 수 있어, LED 소자를 구비한 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 열적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

셋째, 전체적으로 빠른 방열로 인해, 백 라이트 구동시 LED 소자의 온도가 종래에 비해 상당히 내려가 광효율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 전면 휘도가 상승된다.

넷째, 광효율 증가에 따른 상대적으로 백 라이트 유닛의 소비 전력을 감소시킨 상태에서 종래와 등가의 휘도를 얻을 수 있다.

Claims

커버 바텀(cover bottom);

상기 커버 바텀 상에 복수개의 평행한 열로 배치된 PCB(Printed Circuit Board);

상기 각각의 PCB 상에 소정 간격을 갖고 배치된 복수개의 광원;

상기 광원으로부터 나오는 광을 상부로 반사시키는 반사판; 및

상기 반사판 배면에 형성되어, 상기 복수개의 광원에서 나오는 열을 방열시키는 흑연판(graphite spreader)을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
제 1항에 있어서,

상기 복수개의 광원은 LED인 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
제 2항에 있어서,

상기 LED는

LED 칩;

상기 LED 칩이 장착된 몸체;

상기 몸체를 상기 흑연판에 연결하는 리드 단자; 및

상기 LED 칩을 커버하며, LED 칩으로부터 나오는 광을 투과시키는 렌즈를 포 함하여 이루어짐을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
제 3항에 있어서,

상기 PCB 상에 상기 LED의 리드 단자가 부착된 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
제 3항에 있어서,

상기 반사판 및 흑연판은 상기 LED 렌즈 하측에 위치하는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
제 1항에 있어서,

상기 흑연판은 상기 커버 바텀보다 열 전도율이 높은 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
제 1항에 있어서,

상기 흑연판은 입자 상태로 이루어진 흑연을 응고시켜 판상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
제 1항에 있어서,

상기 흑연판은 평탄한 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
제 1항에 있어서,

상기 흑연판은 열 전도율이 400내지 800W/mK인 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
커버 바텀;

상기 커버 바텀 상에 복수개의 평행한 열로 배치된 PCB;

상기 각각의 PCB 상에 소정 간격을 갖고 배치된 복수개의 LED;

상기 복수개의 LED 주변에 형성되며, 상기 복수개의 LED에서 나오는 광을 상부로 반사하는 반사판;

상기 반사판 배면에 형성된 흑연판;

상기 복수개의 LED 상에 배치된 광학 쉬트;

상기 광학 쉬트 상에 형성된 액정 패널;

상기 광학 쉬트 및 액정 패널을 지지하는 가이드 패널; 및

상기 액정 패널의 가장 자리 및 가이드 패널과 커버 바텀의 측부를 감싸는 케이스 탑을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.