KR100783592B1 - 조명장치 및 이를 백라이트로 채택한 표시장치 - Google Patents

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Abstract

도광판의 모서리부를 절단하여 경사면을 형성하고 경사면에 대향하여 발광체를 배치한 조명장치 및 이를 백라이트 어셈블리로 채용한 표시장치가 개시된다. 조명장치는 광을 유입하는 입사면, 입사면과 대향하는 후면, 입사된 광이 출사되는 출사면, 입사면 및 출사면에 수직한 양 측면을 구비하며, 입사면과 측면이 인접하는 모서리부를 입사면과 소정의 각도로 절단함으로써 형성된 제1경사면 및/또는 제2경사면을 구비하는 도광판과 제1경사면 및 제2경사면과 대응하여 위치하는 제1 및 제2주변 발광체를 구비하는 광원부로 구성된다. 광원부는 입사면에 대응하여 선택적으로 위치하는 중앙발광체를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 휘도균일성을 저해하지 않으면서 조명장치에 소요되는 발광체의 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.

Description

조명장치 및 이를 백라이트로 채택한 표시장치 {Illuminating apparatus and display device using the same}
도 1은 종래의 중소형 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 2A는 도 1에 도시된 종래 소형 액정표시장치의 백라이트 어셈블리로 채용된 조명장치의 광공급 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2B는 도 2A에 도시한 조명장치의 LED를 3개로 줄인 후의 광공급 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 조명장치의 개략적인 구조를 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 조명장치의 입광면을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 조명장치의 광공급 과정을 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 발광체의 경사각과 방사영역 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7A 및 도 7B는 입광면에 대응하는 중앙 발광체를 구비하는 조명장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 조명장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 의한 조명장치를 백라이트 어셈블리로 채택한 표시장치의 개략적인 분해 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 도광판 110 : 입광면
112 : 제1경사면 114 : 제2경사면
120 : 후면 130 : 출사면
140 : 배면 150a,150b : 측면
210 : 제1주변 발광체 220 : 제2주변 발광체
230 : 중앙 발광체 500 : 유효영역
900 : 백라이트 어셈블리 1000 : 표시장치
본 발명은 조명장치 및 이를 백라이트 어셈블리로 채용한 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원을 도광판의 모서리에 배치함으로써 소모되는 광원의 개수를 줄이면서 표시품질의 저하를 방지할 수 있는 조명장치 및 이를 백라이트 어셈블리로 채용한 표시장치에 관한 것이다.
최근에는 반도체 기술의 급속한 진보에 의하여 각종 전자 장치의 소형 및 경량화에 따라 새로운 환경에 적합한 디스플레이 장치, 즉 얇고 가벼우면서도 낮은 구동 전압 및 낮은 소비 전력의 특징을 갖춘 평판 패널(flat panel)형 디스플레이 장치에 대한 요구가 급격히 증대하고 있다. 현재 개발된 여러 가지 평판 디스플레이 장치 가운데 액정 표시장치는 다른 디스플레이 장치에 비하여 얇고 가벼우며, 낮은 소비 전력 및 낮은 구동 전압을 갖추고 있는 동시에 종래의 음극선관 디스플레이 장치에 가까운 화상 표시가 가능하기 때문에 다양한 전자 장치에 광범위하게 사용되고 있다.
그러나, 액정표시 장치는 자체적으로 광을 발생할 수 없는 수광형 표시장치이므로 필연적으로 화상을 표시하기 위한 광원을 요구하게 되며, 이에 따라 표시되는 화상의 품질 및 표시장치의 외관은 부가되는 광원에 의해 결정적으로 영향을 받게 된다. 이러한 광원을 기준으로 상기 액정표시장치는 주변광을 이용하는 반사형과 후면 광원을 이용하는 투과형으로 구분된다. 액정표시장치의 개발초기에는 반사형이 많이 이용되었으나, 고품위 화상을 표시하기 위해 액정표시패널의 후방에 광원을 설치하는 백라이트 방식의 투과형이 많이 사용되고 있다.
상기 백라이트 방식의 광원으로서는 EL(Electro Luminascence), LED(Light Emitting Diode), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp) 등이 사용되고 있으나, 개인 이동통신 단말기나 PDA(Personal Digital Assistances) 등과 같이 작은 디스플레이 유닛을 갖는 소형 휴대장치의 경우에는 소형 및 저소비 전력화를 위해 LED를 사용하는 경향이 강하다. 특히, 최근에는 휴대장치의 밧데리 수명을 연장시키기 위하여 소비전력을 감소시키기 위한 노력은 더욱 증대되고 있으며, 이에 따라 상기 LED의 개수를 줄이는 방향으로 꾸준한 기술개발이 이루어지고 있다.
도 1은 상술한 바와 같은 종래의 중소형 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 중소형 액정표시장치(90)는 상을 표시하기 위한 액정표시패널(10), 상기 액정표시패널로 광을 공급하는 백라이트 어셈블리(20) 및 광을 반사시키기 위한 반사시트(30)를 포함한다.
상기 액정표시패널(10)은 화상(image)을 표현하기 위한 화소(pixel)가 구비된 상부기판(12), 상기 상부기판(12)의 하부에 위치하여 상기 각 화소를 전기적으로 제어하는 스위칭 소자(16)를 구비하는 하부기판(14) 및 상기 상부기판(12)과 하부기판(14) 사이에 위치하여 인가되는 전기장의 세기에 따라 광의 투과율을 조절하는 액정(미도시)을 포함한다.
상기 백라이트 어셈블리는 광을 발생하는 광원(22) 및 발생된 광을 상기 액정표시패널(10)로 안내하기 위한 도광판을 포함한다. 상기 광원(22)은 상기 도광판(24)의 일측면 혹은 양측면에 위치하며, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, 이하 LED)로 형성된다. 상기 백라이트 어셈블리의 하부에는 상기 도광판으로부터 누설된 광을 상기 액정표시패널 방향으로 반시시켜 광효율을 향상시키기 위한 반사시트(30)가 구비되어 있다.
외부에서 제공되는 화상 데이터에 대응하여 상기 스위칭 소자는 특정화소에 전원을 공급한다. 이에 따라, 특정화소에 대응하는 상기 상부기판과 하부기판 사이에 전기장이 형성되고, 이러한 전기장에 의해 상기 액정의 배열각이 변화한다. 상기 액정의 배열각 변화에 따라 백라이트에서 공급되는 광의 투과율이 변경되며 이 에 따라 원하는 화상을 형성하게 된다.
상술한 바와 같은 중소형 액정표시장치에 있어서, 상기 LED는 장치의 필요에 따라 다수개가 소요되지만, LED이 비용이 고가이므로 LED가 증가할수록 중소형 액정표시장치가 채택된 장치의 부품원가를 상승시키는 주요 요인이 되고 있다. 이에 따라 상기 LED의 개수를 줄이는 방향으로 연구개발이 진행되고 있으며, 상술한 바와 같이 소모전력을 최소한으로 줄이기 위해서도 LED의 개수를 줄이고자 하는 노력이 이루어지고 있다. 그러나, 비용 및 전력소모를 절감하기 위해 LED의 개수를 줄이면, 휘도와 표시장치의 표시품질이 악화되는 문제점이 있다. 특히, LED로 인한 원가절감이 휘도감소로 인한 불이익을 감수할 만큼의 가치가 있는 경우라 할지라도, 표시품질의 악화로 인하여 LED의 개수를 감소시키는 것에 대한 제약요인이 된다.
도 2A는 도 1에 도시된 종래 소형 액정표시장치의 백라이트 어셈블리로 채용된 조명장치의 광공급 상태를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2B는 도 2A에 도시한 조명장치의 LED를 3개로 줄인 후의 광공급 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
현재 범용되고 있는 LED(22)는 점광원 발광체로서 약 120°의 출사각에서 중앙대비 약 절반의 광량을 보이는 것으로 알려져 있다. 따라서, 상기 LED(22)의 정면방향에 대하여 시계 및 반시계 방향으로 60°를 형성하는 도광판 영역(도 2A의 ②)에 도달하는 주변광(22a)의 광량은 상기 LED(22)의 정면방향에 위치하는 도광판 영역(도 2A의 ①)으로 도달하는 중심광(22b) 광량의 절반에 불과하다. 따라서, 도 2A에 도시한 바와 같이, 서로 인접하는 LED(22)의 한 쌍의 주변광(22a)이 출사각 방향의 도광판(②)으로 집중되도록 상기 LED를 배치함으로써 광량 감소에 의한 휘도저하를 방지하고 있다.
상술한 바와 같은 종래의 조명장치를 액정표시장치의 백라이트 어셈블리로 사용하는 경우에는, LED(22)의 개수를 줄이게 되면, 도 2B에 도시한 바와 같이 인접하는 상기 LED(22)의 한 쌍의 주변광(22a) 사이에는 광이 도달하지 않게 된다. 따라서, 상기 LED(22)의 출사영역에 대응하는 상기 도광판(24)의 영역(B영역)은 상기 주변광(22a) 사이에 대응하는 상기 도광판(24)의 영역(A영역)보다 상대적으로 더 밝게 형성된다. 이러한 광량의 차이는 상기 도광판(24)의 상부에 위치하는 액정표시패널(10) 상에 상대적으로 밝은 부분과 어두운 부분이 교대로 나타나게 함으로써 액정표시장치의 표시품질을 저하시킨다.
이와 같은 표시품질의 저하를 방지하기 위해, 광이 입사되는 입사면에 렌즈역할을 할 수 있는 오목부와 볼록부를 구비하는 도광판, 광산란을 효과적으로 수행할 수 있는 미세요철을 구비하는 도광판, 광의 반사를 촉진할 수 있는 경면구조를 갖는 도광판 등이 제시되어 있다. 그러나, 이러한 도광판들은 모두 광원으로부터 생성된 광을 한 번 더 반사시켜 상기 도광판(24) 내부로 입사시키는 구조이므로 필연적으로 휘도 감소를 수반한다는 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 제1의 목적은 LED의 개수는 감소시키되 이로 인한 휘도균일성의 저하를 최소화할 수 있는 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2목적은 LED의 개수를 감소시키되 이로 인한 휘도 균일성의 저 하를 최소화 할 수 있는 조명장치를 백라이트 어셈블리로 채용함으로써 표시품질을 저하시키지 않으면서 소모되는 LED의 개수를 줄인 표시장치를 제공하는 것이다.
상술한 제1 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광을 유입하는 입사면, 상기 입사면과 대향하는 후면, 입사된 광이 출사되는 출사면, 상기 입사면 및 출사면에 수직한 양 측면을 구비하며, 상기 입사면과 일 측면이 인접하는 모서리부를 상기 입사면과 소정의 각도로 절단함으로써 형성된 제1경사면을 포함하는 도광부; 및 상기 제1경사면과 대응하여 위치하는 제1주변(marginal) 발광체 및 상기 입사면에 대응하여 선택적으로 위치하는 제1 중앙(central) 발광체를 구비하며, 소정의 출사각으로 광을 방출하는 제1광원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치를 제공한다.
이때, 상기 도광부는 상기 도광부의 길이방향 중심선에 대하여 상기 제1 경사면과 대칭적으로 형성된 제2 경사면을 더 포함하며, 상기 제1광원부는 상기 제2경사면에 대응하여 위치하는 제2주변 발광체를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 도광부는 상기 후면과 상기 측면이 인접하는 모서리부를 절단함으로써 상기 도광부의 폭방향 중심선에 대하여 상기 제1경사면과 대칭적으로 형성된 제3경사면, 상기 제2경사면과 대칭적으로 형성된 제4경사면을 더 포함하며, 상기 제3경사면과 대응하여 위치하는 제3주변 발광체, 제4경사면과 대응하여 위치하는 제4주변 발광체 및 상기 후면과 대응하여 위치하는 제2중앙 발광체를 구비하는 제2광원부를 더 포함한다.
상기 제1경사면과 상기 입사면 및 상기 제2경사면과 상기 입사면 사이의 경 사각은 (
Figure 112002003781847-pat00001
)보다 작게 형성되며, 상기 발광체는 점광원으로서 발광 다이오드를 이용한다.
상술한 제2목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 i) 광을 유입하는 입사면, 상기 입사면과 대향하는 후면, 입사된 광이 출사되는 출사면, 상기 입사면 및 출사면에 수직한 양 측면을 구비하며, 상기 입사면과 일 측면이 인접하는 모서리부를 상기 입사면과 소정의 각도로 절단함으로써 형성된 제1경사면을 포함하는 도광부, ii) 상기 제1경사면에 대응하여 위치하는 제1주변(marginal) 발광체 및 상기 입사면에 대응하여 선택적으로 위치하는 제1중앙(central) 발광체를 구비하며, 소정의 출사각으로 광을 방출하는 제1광원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리 및 상기 출사면의 상부에 위치하여 상기 백라이트 어셈블리로부터 공급된 광을 이용하여 상을 표시하는 디스플레이 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치를 제공한다.
이때, 상기 도광부는 상기 도광부의 길이방향 중심선에 대하여 상기 제1경사면과 대칭적으로 형성된 제2경사면을 더 포함하며, 상기 제1광원부는 상기 제2경사면에 대응하여 위치하는 제2주변 발광체를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 도광부는 상기 후면과 상기 측면이 인접하는 모서리부를 절단함으로써 상기 도광부의 폭방향 중심선에 대하여 상기 제1경사면과 대칭적으로 형성된 제3경사면, 상기 제2경사면과 대칭적으로 형성된 제4경사면을 더 포함할 수 있으며, 상기 제3경사면과 대응하여 위치하는 제3주변 발광체, 상기 제4경사면과 대응하여 위치하는 제4주변 발 광체 및 상기 후면과 대응하여 위치하는 제2 중앙 발광체를 구비하는 제2광원부가 형성될 수 있다.
상기 제1경사면과 상기 입사면 및 상기 제2경사면과 상기 입사면 사이의 각은 (
Figure 112002003781847-pat00002
) 보다 작게 형성되며, 상기 발광체는 점광원으로서 발광 다이오드를 이용한다.
또한, 상기 출사면의 상부에 상기 디스플레이 유닛으로의 집광효율을 향상하기 위한 다수의 광확산 부재를 더 포함할 수 있으며, 상기 백라이트 어셈블리의 하부에 광을 반사하기 위한 반사부재를 더 포함하여 형성될 수 있다. 상기 디스플레이 유닛은 색상을 표현하기 위한 화소가 구비된 칼라필터 기판, 상기 칼라필터 기판 하부에 위치하여 상기 각 화소를 전기적으로 제어하는 박막 트랜지스터를 구비하는 박막 트랜지스터 기판 및 상기 칼라필터 기판과 박막 트랜지스터 기판 사이에 위치하여 인가되는 전기장의 세기에 따라 광투과율을 조절하는 액정을 포함하는 액정표시패널로 제작될 수 있다.
본 발명에 의하면, 광원의 위치를 도광부의 모서리에 배치함으로써 광원의 수를 줄인다 할지라도 휘도 균일성의 저하 및 이로 인한 표시장치의 표시품질을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제1 실시예
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 조명장치의 개략적인 구조를 나타내는 분해 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 조명장치의 입광면을 개략적으로 도시한 평면도이다. 이하에서는 도광판(100)의 기하학적 중심(O)을 지나서 상기 입광면(110)을 관통하는 선을 길이방향 중심선이라 정의하며, 이와 수직한 직선으로서 상기 도광판(110)의 기하학적 중심(O)을 관통하는 선을 상기 도광판(100)의 폭방향 중심선이라 정의한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 조명장치(900)는 광을 안내하기 위한 도광부(100) 및 상기 도광부(100)로 광을 공급하는 제1 광원부(200)를 포함한다.
상기 도광부(100)는 일실시예로서 소정의 두께를 갖는 다각형 형상의 평판으로 형성되며, 광을 유입하는 입광면(110), 상기 입사면과 대향하는 후면(120), 입사된 광이 유출되는 출사면(130), 상기 출사면(130)과 대향하는 배면(140) 및 상기 입사면 및 출사면에 수직하게 위치하여 상기 도광부(100)의 두께를 결정하는 1쌍의 측면(150)을 구비한다. 상기 한 쌍의 측면(150)은 제1측면(150a) 및 이와 대향하는 제2측면(150b)으로 구성된다. 상기 도광부(100)는 일실시예로서 기계적 강도가 높고 내화학성이 우수하며, 투명체로 형성되어 가시광선에 대한 투과율이 우수한 PMMA 계열의 재료로 형성되며, 사출성형에 의해 제조된다.
상기 도광부(100)의 바닥부에는 입사된 광을 상기 출사면 방향으로 반사하기 위한 광산란 부재를 포함하고 있다. 일실시예로서, 상기 배면(140) 상에 입사된 광을 수직 산란시킬 수 있는 광산란 잉크(미도시)를 인쇄하거나, 광을 반사, 굴절 또는 산란시킬 수 있는 기하학적인 구조체(미도시)를 성형할 수 있다.
상기 제1측면(150a)과 상기 입광면(110)이 인접하는 상기 도광부(100)의 모서리 영역은 상기 입광면(110)과 소정의 경사각(θ)을 이루면서 상기 출사면(130) 및 배면(140)에 대하여 수직한 방향으로 제거되어 제1경사면(112)을 형성한다. 따라서, 상기 제1경사면(112)은 상기 출사면(130) 및 배면(140)과 수직하며, 상기 입광면(110)으로부터 경사각(θ)만큼 기울어져서 상기 제1측면(150a)과 인접한다. 바람직하게는, 상기 도광부(100)의 길이방향 중심선에 대하여 상기 제1경사면(112)과 대칭을 이루도록, 상기 제2측면(150b) 및 상기 입광면(110)이 인접하는 도광부(100)의 모서리 영역을 제거함으로써 제2경사면(114)을 형성한다. 이에 따라, 상기 도광부(100)의 형상을 도광부(100)의 길이방향 중심선에 대하여 대칭이 되도록 형성함으로써 상기 도광부(100)의 하중분포를 상기 중심선에 대하여 대칭이 되도록 형성할 수 있다.
상기 도광부(100)의 두께를 결정하는 상기 측면(150)의 폭은 상기 입광면(110)으로부터 상기 후면(120) 방향으로 선형적으로 감소하여 쐐기형상(edged shape)으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 입광면(110)으로 유입된 광의 상기 출사면(130)에 대한 입사각을 줄임으로써 상기 출사면(130)의 전면에 걸쳐 균일하게 광을 출사시킬 수 있으며, 표시장치의 경량화 및 박형화에 대한 요구를 충족시킬 수 있다.
상기 제1 광원부(200)는 광을 발생하는 발광체 및 상기 발광체를 지지하는 지지대(290)를 포함한다. 일실시예로서, 상기 발광체는 상기 제1경사면(112)에 대응하여 위치하는 제1주변 발광체(210)와 상기 제2경사면(114)에 대응하여 위치하는 제2주변 발광체(220)로 형성된다. 그러나, 상기 입광면(110)에 대응하여 위치하는 다수의 중앙 발광체를 더 포함할 수 있다. 상기 지지대(290)는 상기 제1경사면(112), 제2경사면(114) 및 입광면(110)과 각각 평행하게 위치하는 제1면(292), 제2면(294) 및 제3면(296)을 구비하여 일체로 형성된다. 상기 제1면 내지 제3면(292,294,296)에는 상기 발광체를 고정할 수 있는 고정부(미도시)가 형성된다. 발광체가 고정된 상기 지지대(290)를 상기 도광부(100)의 입광면(110)과 대응하도록 설치하면, 상기 제1경사면(112), 제2경사면(114) 및 입광면(110)에 인접하여 발광체가 위치하게 된다. 본 실시예의 경우에는 별도의 지지대를 이용하여 발광체를 도광부의 일측면에 고정하고 있지만, 상기 도광부(100)의 측면에 일체로 발광체를 고정할 수 있는 경우에는 상기 지지대가 반드시 필요한 것은 아니다.
이때, 상기 발광체(210,220)로서는 일실시예로서 소형화의 필요성을 충족할 수 있는 발광 다이오드(Light Emitting Diode)를 이용한다. 상기 LED는 전류가 흐르면 빛을 방출하는 다이오드의 일종으로서, 적정한 가격으로 신뢰성이 높고 변조가 용이하며 동작이 안정되어 있다는 등의 장점이 있다. 특히, 상기 LED는 점광원으로 기능하지만 소정의 출사각 범위내로 광을 방사하는 특징이 있으며, 정면 방향을 기준으로 시계 및 반시계 방향으로 각각 약 60°의 방사영역을 형성하여 120°의 출사각을 갖는다. 이때, 상기 LED의 정면으로부터 60°를 형성하는 상기 방사영역의 주변부로 출사되는 광량은 상기 출사각이 0°인 방향, 즉 LED의 정면방향으로 출사되는 광량의 약 1/2에 해당한다.
도 5는 도 3에 도시한 조명장치의 광공급 과정을 설명하기 위한 참고도이다. 도 5에서, 상기 지지대와 도광부는 결합되어 있으며, 이해의 편의를 위하여 상기 지지대는 도시되어 있지 않다. 또한, 도 5에 도시된 점선(ⓐ)으로 표현되는 영역(500)은 상기 도광부의 유효영역(500,active area)을 도시한 것으로서, 일실시예로서 상기 조명장치를 백라이트 어셈블리로 사용하는 표시장치에서 상기 출사면(도 3의 130)의 상부에 위치하는 표시패널로 광을 공급하여 유효하게 화상을 형성할 수 있는 영역을 도시한 것이다. 상술한 바와 같이, 제1경사면(112) 및 제2경사면(114)을 형성하기 위하여 상기 도광부(100)의 모서리 영역이 제거되므로, 제거된 모서리 영역에 대응하는 표시장치의 표시패널은 광을 공급받지 못하게 된다. 따라서, 표시패널로 광을 공급하여 상을 표시할 수 있는 상기 도광부(100)의 유효영역은 상기 입광면(110)으로부터 소정의 거리(A)만큼 떨어져서 위치하게 된다.
도 5를 참조하면, 상기 제1경사면(112) 및 제2경사면(114)에 위치하는 상기 제1주변 발광체(210) 및 제2주변 발광체(220)는 소정의 출사각(EA)을 이루면서 상기 도광부(100)의 내부로 광을 방출한다. 즉, 상기 제1주변 발광체(210)에서 방출된 광은 제1방사광선(212) 및 제2방사광선(214) 사이에서 제1방사영역을 형성하며, 상기 제2주변 발광체(220)는 제3방사광선(222) 및 제4방사광선(224) 사이에서 제2방사영역을 형성한다. 이때, 각 발광체(210,220)는 상기 도광부(100)의 모서리에 경사지게 위치하므로 상기 제2방사광선(214) 및 제4방사광선(224)은 상기 발광체와 대향하는 상기 유효영역(500)의 모서리 방향으로 더 먼 지점까지 도달하게 된다. 이에 따라, 상기 유효영역(500)의 폭(d)은 상기 제1방사영역과 제2방사영역의 내부 에 완전히 포함되도록 형성할 수 있다.
이때, 상기 제1 및 제2 경사면(112,114)과 상기 입광면(110)과의 경사각(θ) 및 상기 각 발광체(210,220)의 중심과 상기 각 경사면의 측면측 모서리까지의 이격거리(B)를 조절함으로서 다양한 크기의 폭(d)을 갖는 유효영역(500)으로 광을 공급할 수 있다. 즉, 상기 입광면(110)과 상기 유효영역(500)까지의 거리(A)를 일정하게 고정시킨다면, 상기 유효영역(500)의 폭(d)이 커질수록, 상기 경사각(θ) 및 이격거리(B)를 크게 형성하여 상기 각 발광체(210,220)로부터 상기 유효영역(500)으로 광이 조사되는 방사영역을 크게 한다. 따라서, 유효영역의 폭이 증가한다 할지라도 넓은 영역에 걸쳐 광이 분포될 수 있도록 한다. 또한, 상기 유효영역 (500)의 폭(d)이 증가하여 상기 제1방사영역 및 제2방사영역으로 포함되지 않는 유효영역이 발생하는 경우에는 상기 입광면(110)에 필요한 개수의 중앙 발광체를 부착함으로써 상기 제1 및 제2 방사영역을 벗어나는 유효영역(500)으로 광을 조사할 수 있다. 중앙 발광체를 구비하는 조명장치에 대해서는 이하에서 상술한다. 이와 반대로, 상기 유효영역(500)의 폭(d)이 작아진다면, 상기 경사각(θ) 및 이격거리(B)는 작게 형성한다. 바람직하게는, 상기 유효영역(500)의 폭(d)이 모두 제1 방사영역 및 제2방사영역 내부에 포함되도록 형성함으로써 상기 발광체(210,220)로부터 조사되는 광이 상기 유효영역(500)을 벗어나지 않도록 한다. 이에 따라, 상기 발광체(210,220)의 광효율을 향상시킬 수 있도록 한다. 휘도 향상이라는 측면에서 이 경우에도 상기 입광면(110)에 다수의 중앙발광체를 구비할 수 있음은 물론이다.
도 6은 발광체의 경사각과 방사영역 사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에서 점선은 유효영역 폭의 일부를 나타내며, 이와 대향하는 실선은 입광면과 상기 입광면에 위치하는 발광체로부터 방사되는 광선을 나타내고 있다. 또한, 이점쇄선은 상기 입광면이 경사각만큼 기울어 진 경우 발광체로부터 방사되는 광선을 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 경사각을 갖지 않는 종래의 조명장치에서 방사영역은 발광체의 중심부로부터 최외각 방사광선까지의 거리인 조사거리(R1)에 비례하며, 상기 조사거리(R)는 다음의 식으로 주어진다.
Figure 112002003781847-pat00003
한편, 경사각 θ를 갖는 경사면에 발광체가 위치하는 경우, 방사영역은 최외각 방사광선에 의한 조사거리가 증가함에 따라 증가하게 된다. 이때, 발광체의 경사에 따라 증가한 조사거리(R2)는 다음의 식으로 주어진다.
Figure 112002003781847-pat00004
따라서, 상기 발광체의 광이 조사되는 영역인 방사영역은 상기 경사각(θ)이 커질수록 크게 형성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광을 발생하는 발광체는 상기 도광부(100)의 양 모서리부 경사면에 위치하므로 각 발광체에 의한 조사거리의 합이 상기 유효영역(500)의 폭(d) 보다 크게 형성할 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 모서리부에 경사지게 발광체를 위치시킴으로써 상기 유효영역(500)의 폭(d) 전부를 조사할 수 있게 된다.
한편, 상기 경사각(θ)의 크기가
Figure 112002003781847-pat00005
인 경우에는 조사거리 R2는 무한대가 되어 상기 발광체에서 발생된 광은 상기 유효영역(500) 방향으로 수렴하지 않고 발산하게 되어 유효영역(500)으로 공급되지 않고 소실하는 광이 존재하여 광효율이 현저하게 감소된다. 따라서, 상기 경사각(θ)은 적어도
Figure 112002003781847-pat00006
보다는 작게 형성되어야 한다.
일실시예로서, 출사각 120°인 LED를 사용하는 경우 상기 경사각(θ)은 30°보다 작게 형성하여 상기 발광체에서 발생된 광이 상기 도광판으로 흡수될 수 있도록 형성한다. 즉, 상기 경사각(θ)은 발광체 출사각의 절반에 대응하는 여각보다 작은 값을 갖도록 함으로써 상기 발광체로부터 출사한 광이 상기 유효영역(500)을 벗어나서 조사되지 않도록 한다.
따라서, 상기 이격거리(B)와 경사각(θ)을 조절함으로써 다양한 크기의 도광부에서 휘도 균일성을 저해하지 않으면서 발광체의 수를 줄일 수 있다. 본 실시예의 경우에는 종래 3개의 발광체를 2개로 줄인 조명장치에 대하여 개시하고 있지만, 4개 이상의 발광체를 갖는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
따라서, 종래 조명장치에서 발광체의 개수를 줄이면서, 상기 제4방사광(224)과 상기 제2방사광(214) 사이에서 광이 도달하지 않음에 따라 암부가 발생하는 문제점도 개선할 수 있다. 이에 따라, 발광체의 개수도 줄이면서 동시에 상기 도광부(100)의 명부 및 암부로 인한 출사면에서의 휘도 균일성 저하도 방지할 수 있다.
도 7A 및 도 7B는 입광면에 대응하는 중앙 발광체를 구비하는 조명장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 7A는 상기 입광면(110)과 대응하여 위치하는 중앙 발광체(230)를 1개 포함하는 조명장치를 개시하며, 도 7B는 2개의 중앙 발광체를 구비하는 조명장치가 개시되어 있다.
도 7A 및 도 7B에 의하면, 상기 제1주변 발광체(210)와 제2주변 발광체(220)가 교차하는 영역(C)으로 광량이 집중되도록 상기 입광면(110)의 중앙부에 하나 이상의 중앙 발광체(230)가 배치된다. 특히, 도광부의 양 모서리부에 위치하는 발광체의 조사거리(도 6의 R2)의 합이 상기 유효영역(500)의 폭(d)보다 작은 경우에는 상기 유효영역(500)으로 광이 도달하지 않음으로 인하여 종래와 같이 암부가 발생하게 된다. 상기 중앙 발광체(230)는 이러한 암부에 광을 공급함으로써 상기 도광부(100)의 폭 증대에 따른 휘도균일성 저하를 방지하도록 한다. 특히, 4개 이상의 발광체를 구비하는 종래의 조명장치에서 하나 이상의 발광체를 줄이는 경우, 상기 제1 및 제2경사면(112,114)에 위치하는 발광체를 제외한 나머지 발광체는 상기 입광면(110)에 대응하여 배치함으로써 휘도균일성 저하를 방지할 수 있다.
제2 실시예
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 조명장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 본 발명의 제2 실시예에 의한 조명장치는 발광체를 구비하는 광원부 및 경사면을 구비하는 입광면이 상기 도광부의 양 측단에 쌍으로 설치되는 것을 제외하고는 제1 실시예에 의한 조명장치와 동일한 구조를 갖는다. 따라서, 제1실시예에 의한 조명장치와 동일한 부재는 동일한 참조부호를 사용하며 동일한 기능을 한다.
도 8을 참조하면, 상기 후면(120)의 양 측단에는 도광부(100)의 폭방향 중심선에 대하여 상기 제1경사부(112)와 대칭적으로 위치하는 제3경사부(122), 상기 제2경사부(114)와 대칭적으로 위치하는 제4경사부(124)가 형성된다. 또한, 상기 제1광원부(200)와 대칭적으로 위치하는 제2광원부를 구비한다. 일실시예로서, 상기 제2광원부는 광을 발생하는 발광체 및 상기 발광체를 지지하는 지지대로 형성된다. 상기 발광체는 상기 제3경사부(122)와 대응하여 위치하는 제3주변 발광체(310), 상기 제4경사부(118)와 대응하여 위치하는 제4주변 발광체(320) 및 상기 후면(120) 중앙부에 선택적으로 위치하는 제2중앙 발광체(330)를 포함한다. 이때, 상기 제2중앙 발광체(330)는 하나 이상으로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 도광부(100)의 유효영역(500)은 제1실시예와 비교하여 더욱 좁게 형성되며, 백라이트 어셈블리(900)의 휘도 및 휘도 균일성은 더욱 향상된다. 또한, 백라이트 어셈블리의 휘도 균일성을 저해하지 않으면서 상기 발광체의 절감효과를 배가시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 의한 조명장치를 백라이트 어셈블리로 채택한 표시장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 9를 참조하면, 표시장치(1000)는 화상 데이터에 따라 화상을 나타내기 위한 디스플레이 유닛(700), 화상을 형성하기 위한 광을 발생하는 백라이트 어셈블리(900) 및 광효율을 향상하기 위한 집광시트(810)와 반사시트(820)를 포함한다.
상기 디스플레이 유닛(700)은 외부장치에서 공급된 전기적 신호에 따라 화상 을 표현한다. 일실시예로서, 상기 디스플레이 유닛(700)은 화상을 표현하기 위한 화소가 구비된 칼라필터 기판(714), 상기 칼라필터 기판(714)의 하부에 위치하여 상기 각 화소를 전기적으로 제어하는 박막 트랜지스터 기판(712) 및 상기 칼라필터 기판(714)과 박막 트랜지스터 기판(712) 사이에 위치하여 양 기판(712,714) 사이에 형성되는 전기장의 세기에 따라 광투과율을 조절하는 액정(미도시)을 포함한다.
상기 박막 트랜지스터 기판(712)은 화상신호를 공급하고 제어하기 위한 다수의 부품(미도시)을 주변부에 구비한다. 상기 부품(미도시)은 박막 트랜지스터의 게이트 라인과 데이터 라인에 구동신호 및 타이밍 신호를 인가함으로써 상기 액정의 배열각과 배열시기를 제어한다.
상기 디스플레이 유닛(700)의 아래에는 상기 디스플레이 유닛(700)에 균일한 광을 제공하기 위한 백라이트 어셈블리(900)가 구비된다.
상기 백라이트 어셈블리(900)는 상기 디스플레이 유닛(700)으로 광을 안내하는 도광판(910) 및 상기 도광판(910)으로 광을 공급하는 다수의 발광체(920)를 포함한다. 이때, 상기 도광판(910)은 소정의 두께를 갖는 평판으로서, 모서리 부분이 제거된 직육면체 형상을 갖는다. 즉, 상기 도광판(910)은 서로 대향하는 모서리 부분이 제거되어 형성된 제1경사면(912) 및 제2경사면, 상기 제1경사면(912) 및 제2경사면과 인접하는 입사면(911)을 포함한다. 일실시예로서, 상기 도광판(910)은 상기 발광체(920)가 위치하는 측단으로부터 대향하는 측단 방향으로 두께가 작아지는 쐐기형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 도광판(910)의 폭방향 중심선에 대하여 상기 제1경사면(912) 및 제2경사면과 대칭적으로 위치하는 1쌍의 경사면을 더 포함 할 수 있으며, 이에 대응하여 상기 발광체도 상기 도광판(910)의 양단에 설치될 수도 있다.
상기 발광체(920)는 상기 제1경사면(912)과 대향하여 위치하는 제1발광체(920a), 상기 제2경사면과 대향하여 위치하는 제2발광체(920b) 및 상기 입사면(911)과 대향하여 선택적으로 위치하는 하나 이상의 중앙 발광체(920c)를 포함한다. 이때, 상기 발광체(920)는 백라이트 어셈블리(900) 및 디스플레이 유닛(700)을 포함하는 수용체에 포함되거나, 별도의 발광체 지지부에 의해 지지, 고정될 수 있다. 또한, 상기 발광체(920)의 일실시예로서 LED를 사용할 수 있다.
상기 도광판(910) 내부로 입사된 광이 방출되는 출사면(930)과 상기 디스플레이 유닛(700) 사이에는 상기 출사면(930)으로부터 임의의 각도로 출사되는 광을 상기 출사면(930)의 정면방향으로 변화시켜 정면휘도를 개량할 수 있는 다수의 확산시트(810)가 구비되어 있다. 또한, 상기 도광판(910)의 하부에는 상기 출사면(930)과 대향하는 배면으로 투과된 광을 다시 도광판 내부로 반사시키기 위한 반사판(820)을 포함한다. 상기 도광판(910)으로 입사된 광은 상기 확산시트(810) 및 반사시트(820)를 통하여 광효율을 높이게 된다.
상기 발광체(920)에서 광이 발생되면, 상기 입사면(911), 상기 제1 경사면(912) 및 제2 경사면을 통하여 상기 도광판(910)의 내부로 입사되어 반사 및 굴절을 통하여 상기 출사면(930)을 통하여 상기 디스플레이 유닛(700)으로 출사되어 화상을 표시하게 된다. 이때, 상기 직육면체 형상의 모서리부에 대응하는 상기 제1 경사면(912) 및 제2경사면에 발광체를 위치시킴으로써, 종래 입사면(911)과 평 행하게 발광체를 배열하는 경우와 비교하여 휘도 균일성을 향상할 수 있는 장점이 있다. 특히, 소모전력 절감을 위해 상기 발광체의 개수를 줄인다 할지라도, 상기 제1 및 제2경사면에 위치하는 발광체의 조사영역이 상기 입사면(911)의 전면(entire surface)을 포함하게 됨으로써 상기 발광체 사이에서 광이 도달하지 않는 암부에 의한 휘도 균일성 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.
특히, 상기 발광체로서 LED를 사용하는 경우, LED 자체의 가격이 고가이고 중소형 표시장치에서 전력소모가 가장 많은 부품이므로 LED의 수를 줄이는 문제는 표시장치의 원가절감과 사용전력의 효율을 향상하기 위하여 중요한 문제이다. 본 발명의 일실시예에 의한 표시장치에 의하면, 도광판의 형상을 변경함으로써 휘도 균일성을 저해하지 않으면서 소요 LED의 수를 줄임으로써 표시장치의 제조원가 및 소모전력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 광을 전달하는 도광판의 모서리부를 제거하여 경사면을 형성하고, 광을 발생하는 발광체를 상기 경사면에 배치시킴으로써 모서리부 발광체의 방사영역을 확장시킨다. 따라서, 발광체의 개수를 줄이는 경우 발광체와 발광체 사이의 간격이 멀어지게 되어 광이 공급되지 않는 영역을 제거할 수 있다. 이에 따라, 광이 공급되는 명부와 암부가 도광판의 입사면을 따라 교대로 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 휘도 균일성을 향상할 수 있다.
따라서, 종래의 조명장치와 비교하여 휘도 균일성을 저하시키지 않으면서 소요되는 발광체의 개수를 줄일 수 있으며, 이에 따라 상기 조명장치의 제조원가를 낮출 수 있고, 전력사용의 효율성 향상시킬 수 있다. 특히, 상술한 조명장치를 백라이트 어셈블리로 사용하는 표시장치의 경우에는 도광판의 형상변경과 발광체의 배치를 변경함으로써 제조원가 및 소모전력을 낮출 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 광을 유입하는 입사면, 상기 입사면과 대향하는 후면, 입사된 광이 출사되는 출사면, 상기 입사면 및 출사면에 수직한 양 측면을 구비하며, 상기 입사면과 일 측면이 인접하는 모서리부를 상기 입사면과 소정의 각도로 절단함으로써 형성된 제1경사면을 포함하는 도광부; 및
    상기 제1경사면과 대응하여 위치하는 제1 주변(marginal) 발광체 및 상기 입사면에 대응하여 선택적으로 위치하는 제1 중앙(central) 발광체를 구비하며, 소정의 출사각으로 광을 방출하는 제1광원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도광부는 길이방향 중심선에 대하여 상기 제1경사면과 대칭적으로 형성된 제2경사면을 더 포함하며, 상기 제1광원부는 상기 제2경사면에 대응하여 위치하는 제2주변 발광체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 도광부는 상기 후면과 상기 측면이 인접하는 모서리부가 절단되어 상기 도광부의 폭방향 중심선에 대하여 상기 제1경사면과 대칭적으로 형성된 제3경사면 및 상기 제2경사면과 대칭적으로 형성된 제4경사면을 더 포함하며, 상기 제3경사면과 대응하여 위치하는 제3주변 발광체, 상기 제4경사면과 대응하여 위치하는 제4주변 발광체 및 상기 후면에 대응하여 선택적으로 위치하는 제2중앙 발광체를 구비하는 제2광원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1경사면과 상기 입사면 및 상기 제2경사면과 상기 입사면이 이루는 경사각은 (
    Figure 112002003781847-pat00007
    )보다 작은 것을 특징으로 하는 조명장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 도광부의 두께는 상기 입사면으로부터 상기 후면방향으로 선형적으로 감소하여 쐐기 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 도광부의 바닥부에 형성되어 입사된 광을 상기 출사면 방향으로 산란시키는 광산란 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 발광체는 발광 다이오드(Light Emitting Diode)인 것을 특징으로 하는 조명장치.
  8. i) 광을 유입하는 입사면, 상기 입사면과 대향하는 후면, 입사된 광이 출사되는 출사면, 상기 입사면 및 출사면에 수직한 양 측면을 구비하며, 상기 입사면과 일 측면이 인접하는 모서리부를 상기 입사면과 소정의 각도로 절단함으로써 형성된 제1경사면을 포함하는 도광부, ii) 상기 제1경사면에 대응하여 위치하는 제1 주변(marginal) 발광체 및 상기 입사면에 대응하여 선택적으로 위치하는 제1중앙(central) 발광체를 구비하며, 소정의 출사각으로 광을 방출하는 제1광원부 를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리; 및
    상기 출사면의 상부에 위치하여 상기 백라이트 어셈블리로부터 공급된 광을 이용하여 상을 표시하는 디스플레이 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 도광부는 상기 도광부의 길이방향 중심선에 대하여 상기 제1경사면과 대칭적으로 형성된 제2경사면을 더 포함하며, 상기 제1광원부는 상기 제2경사면에 대응하여 위치하는 제2주변 발광체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 도광부는 상기 후면과 상기 측면이 인접하는 모서리부를 제거함으로써 상기 도광부의 폭방향 중심선에 대하여 상기 제1경사면과 대칭적으로 형성된 제3경사면, 상기 제2경사면과 대칭적으로 형성된 제4경사면을 더 포함하며, 상기 제3경사면과 대응하여 위치하는 제3주변 발광체, 상기 제4경사면과 대응하여 위치하는 제4주변 발광체 및 상기 후면과 대응하여 위치하는 제2중앙 발광체를 구비하는 제2광원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1경사면과 상기 입사면 및 상기 제2경사면과 상기 입사면 사이의 경사각은 (
    Figure 112002003781847-pat00008
    ) 이하인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 도광부의 두께는 상기 입사면으로부터 상기 후면방향으로 선형적으로 감소하여 쐐기 형상인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 도광부의 바닥부에 형성되어 입사된 광을 상기 출사면 방향으로 산란시키는 광산란 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 발광체는 발광 다이오드(Light Emitting Diode)인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  15. 제8항에 있어서, 상기 출사면의 상부에 상기 디스플레이 유닛으로의 집광효율을 향상하기 위한 다수의 광확산 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 백라이트 어셈블리의 하부에 광을 반사하기 위한 반사부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  17. 제8항에 있어서, 상기 디스플레이 유닛은 색상을 표현하기 위한 화소가 구비된 칼라필터 기판, 상기 칼라필터 기판 하부에 위치하여 상기 각 화소를 전기적으로 제어하는 박막 트랜지스터를 구비하는 박막 트랜지스터 기판 및 상기 칼라필터 기판과 박막 트랜지스터 기판 사이에 위치하여 인가되는 전기장의 세기에 따라 광투과율을 조절하는 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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