KR100677582B1 - 측 발광 디바이스와, 이를 광원으로 사용하는 백라이트유닛 및 이를 채용한 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 측 발광 디바이스와, 이를 광원으로 사용하는 백라이트 유닛 및 이를 채용한 액정표시장치가 개시된다. 개시된 측 발광 디바이스는, 광을 발생시키는 발광 디바이스 및 발광 디바이스로부터 그 발광 중심축과 일정한 출사 각도를 가지고 출사된 광을 측 방향으로 진행하도록 하는 측면 방출기를 포함한다. 여기서, 측면 방출기는, 그 하측에 발광 디바이스가 배치되는 투명 몸체로서, 투명 몸체의 외표면을 따라서 하측면에 형성되어, 발광 디바이스쪽에서 투명 몸체의 하측면 영역으로 출사되는 광을 굴절 투과시켜서 측 방향으로 진행하도록 하는 제1 굴절면과; 투명 몸체의 외표면을 따라서 제1 굴절면의 상측면에 형성된 제2 굴절면과; 제2 굴절면에 대해 내측으로 대향되며 상방으로 갈수록 발광 중심축으로부터 멀어지는 경사를 가진 면으로서, 제1 굴절면으로 굴절 투과되는 광의 발광 중심축으로부터의 출사 각도를 제1 각도라 할 때, 발광 디바이스쪽에서 제1 각도보다 작은 제2 각도로 출사되는 광을 제2 굴절면으로 반사시켜 제2 굴절면에서 굴절 투과되어 측 방향으로 진행하도록 하는 반사면; 및 반사면에 대해 내측으로 대향되며 상방으로 갈수록 발광 중심축으로 수렴하는 경사를 가진 원뿔형 면으로서, 발광 디바이스쪽에서 제2 각도보다 작은 제3 각도를 가지고 출사된 광은 전반사시키고, 전반사된 광은 굴절 투과시키도록 형성된 반사 굴절면;을 구비하는 것을 특징으로 한다. 개시된 측 발광 디바이스에 의하면, 상방으로 출사되는 광을 측 방향으로 퍼트릴 수 있으므로, 이를 채용한 백라이트 유닛 및 액정표시장치의 휘도 분포가 보다 균일하게 개선되고, 박형화가 가능하게 된다.

Description

측 발광 디바이스와, 이를 광원으로 사용하는 백라이트 유닛 및 이를 채용한 액정표시장치{Side emitting device, back light unit using the same as a light source and liquid-crystal display apparatus employing it}
도 1은 종래기술에 의한 측 발광 LED의 측면 방출기를 개략적으로 보인 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 측 발광 디바이스를 개략적으로 보인 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 측 발광 디바이스의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 측 발광 디바이스를 도시한 측단면도이다.
도 5a는 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 측 발광 디바이스로부터 출사되는 광의 분포를 개략적으로 보여준다.
도 5b는 도 2 및 도 3에 도시된 측 발광 디바이스로부터 출사되는 광의 분포를 개략적으로 보여준다.
도 6은 본 발명에 따른 측 발광 디바이스를 어레이로 배치한 백라이트 유닛의 일 실시예를 개략적으로 보여준다.
도 7은 도 6의 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치를 개략적으로 보여준 다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10,50 : 측 발광 디바이스 20,60 : 발광 디바이스
21,61 : 발광 다이오드 칩 30,70 : 측면 방출기
32,72 : 제1 굴절면 34,74 : 제2 굴절면
36,76 : 반사면 38,78 : 반사 굴절면
100 : 백라이트 유닛 110 : 반사 확산판
120 : 반사 미러 130 : 광학 플레이트
140 : 투과 확산판 150 : 밝기 향상 필름
170 : 편광 향상 필름 200 : 액정 패널
본 발명은 측 발광 디바이스와, 이를 광원으로 사용하는 백라이트 유닛 및 이를 채용한 액정표시장치에 관한 것이다.
평판 표시장치(flat display) 중 하나인 액정표시장치(liquid crystal display)는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고, 외부로부터 광이 입사되어 화상을 형성하는 수광형 표시장치이다. 백라이트 유닛은 이러한 액정표시장치의 배면에 설치되어 광을 조사한다.
백라이트 유닛은 광원의 배치형태에 따라서 액정표시장치의 바로 아래에 설 치된 다수의 광원으로부터의 광을 액정패널에 조사하는 직하발광형(direct light type)과, 도광판(LGP: light guide panel)의 측벽에 설치된 광원으로부터의 광을 액정패널에 전달하는 가장자리 발광형(edge light type)으로 크게 분류될 수 있다.
직하발광형 백라이트 유닛에는 점광원으로 램버시안(Lambertian)의 광이 출사되는 발광다이오드(LED:Light Emitting Diode)를 사용할 수 있다. LED에서 출사된 광이 확산판에 의해 확산되어 액정 패널에 조사될 때, 그 LED의 칼라 광이 확산판 위에서 바로 보이지 않게 하려면, LED에서 나온 광을 약간 측 방향으로 진행시켜 확산판에 입사시킬 수 있는 측 발광 LED가 요구된다.
미국특허 6,679,621호에는 측 발광 LED가 개시되어 있는데, 도 1에는 이러한 측 발광 LED에 채택된 측면 방출기(3)가 도시되어 있다. 도시된 측면 방출기(3)는 입사된 광을 굴절 투과시켜서 측 방향으로 진행하도록 하는 볼록한 형상의 제1 굴절면(2), 제1 굴절면(2)으로부터 상방으로 연장되어 형성된 제2 굴절면(4), 입사된 광을 내부로 전반사시켜서 상기 제2 굴절면(4)으로 향하게 하는 깔대기 형상의 반사면(6)을 포함한다. 상기 측면 방출기(3)에는 도시되지 않은 LED로부터 광이 입사되어, 일부 광은 제1 굴절면(2)을 투과하면서 굴절되어 측 방향으로 진행한다. 또 다른 일부 광은 반사면(6)에 의해 제2 굴절면(4)으로 전반사되며, 여기서 굴절 투과되어서 대략 측 방향을 따라 진행하게 된다.
여기서, LED로부터 대략 중심축(C`)을 따라서 직상방으로 입사되는 광은 반사면(6)에서의 입사각이 전반사 조건을 충족시킬 정도로 크기 않아서, 반사면(6)을 투과하여 그대로 외부로 출사된다. 즉, 도면에서 도면부호 A로 표시된 반사면(6)의 하단 영역으로 입사되는 광은 내부로 전반사되지 않고 상방으로 출사되는 것이다.
이와 같이, LED에서 출사되는 광이 측 방향으로 퍼지지 않고 상방으로 진행되는 경우, 이를 광원으로 채용한 백라이트 유닛에 있어서는 휘도 분포가 불균일하게 되고, 이를 보정하기 위해서는 혼색을 위한 공간이 많이 요구되므로, 백라이트 유닛의 두께가 증가하는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로, 백라이트 유닛에 적용시 광을 보다 넓게 퍼트릴 수 있어 백라이트 유닛이 박형화되면서도 휘도 분포가 균일하도록 하는 측 발광 디바이스와, 이를 광원으로 채용한 백라이트 유닛 및 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 측 발광 디바이스는,
광을 발생시키는 발광 디바이스 및 상기 발광 디바이스로부터 그 발광 중심축과 일정한 출사 각도를 가지고 출사된 광을 측 방향으로 진행하도록 하는 측면 방출기를 포함하는 측 발광 디바이스에 있어서,
상기 발광 디바이스는 베이스와, 상기 베이스상에 장착되는 발광 다이오드 칩을 구비하며,
상기 측면 방출기는, 그 하측에 상기 발광 다이오드 칩이 배치되는 투명 몸체로서, 상기 투명 몸체의 외표면을 따라서 하측면에 형성되어, 상기 발광 디바이스쪽에서 상기 투명 몸체의 하측면 영역으로 출사되는 광을 굴절 투과시켜서 측 방향으로 진행하도록 하는 제1 굴절면; 상기 투명 몸체의 외표면을 따라서 상기 제1 굴절면의 상측면에 형성된 제2 굴절면; 상기 제2 굴절면에 대해 내측으로 대향되며 상방으로 갈수록 발광 중심축으로부터 멀어지는 경사를 가진 면으로서, 상기 제1 굴절면으로 굴절 투과되는 광의 상기 발광 중심축으로부터의 출사 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 발광 디바이스쪽에서 상기 제1 각도보다 작은 제2 각도로 출사되는 광을 상기 제2 굴절면으로 반사시켜 상기 제2 굴절면에서 굴절 투과되어 측 방향으로 진행하도록 하는 반사면; 및 상기 반사면에 대해 내측으로 대향되며 상방으로 갈수록 발광 중심축으로 수렴하는 경사를 가진 원뿔형 면으로서, 상기 발광 디바이스쪽에서 상기 제2 각도보다 작은 제3 각도를 가지고 출사된 광은 전반사시키고, 상기 전반사된 광은 굴절 투과시키도록 형성된 반사 굴절면;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 굴절면은 상기 발광 디바이스의 발광 중심축에 대해 경사를 갖는 면 또는 상기 발광 중심축과 실질적으로 평행한 면이 되는 것이 바람직하다.
상기 반사 굴절면은 원뿔형 투명 몸체의 외표면으로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 백라이트 유닛은, 베이스 플레이트 상에 어레이를 이루어 배치된 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 측 발광 디바이스, 상기 측 발광 디바이스의 하측에 배치되어, 입사광을 확산 반사시키는 반사 확산판 및 상기 측 발광 디바이스의 상측에 위치되어 입사광을 확산 투과시키는 투과 확산판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 액정표시장치는, 액정 패널, 및 상기 액정 패널에 광을 조사하는 제6항의 백라이트 유닛을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 측 발광 디바이스 및 이를 광원으로 사용하는 백라이트 유닛 및 이를 채용한 액정표시장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 측 발광 디바이스를 개략적으로 보인 사시도이고, 도 3은 도 2의 측면도를 보여준다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 측 발광 디바이스 (10)는, 광을 발생시키는 발광 디바이스(20) 및 상기 발광 디바이스(20)쪽에서 입사된 광을 측 방향으로 진행하도록 콜리메이팅(collimating)하는 측면 방출기(side emitter:30)를 포함하여 구성된다.
상기 발광 디바이스(20)는 광원으로의 발광 다이오드 칩(21)을 포함하는데, 이 발광 다이오드 칩(21)이 베이스(25) 상에 장착된 상태로 측면 방출기(30) 하측에 결합된다. 이때, 발광 디바이스(20)는 측면 방출기(30)와 밀착 결합되는 것이 바람직한데, 이로써, 발광 디바이스(20)로부터 사방으로 출사되는 광의 손실이 최소화되고, 측면 방출기(30)로 입사되는 광량이 극대화된다. 동 도면에서 도면부호 C 는 전체 측 발광 디바이스의 중심축을 나타내는데, 이는 발광 다이오드 칩(21) 및 측면 방출기(30)의 중심을 가로질러 상하 방향으로 연장되는 축을 의미한다. 상기 발광 디바이스(20)으로부터 출사된 광은 상측의 측면 방출기(30)로 입사되고, 입사된 광은 측면 방출기(30)를 통과하면서 측 방향으로 그 진행 방향이 바뀌게 된다. 여기서, 측 방향이란 중심축(C)과 수직을 이루는 수평선에 평행한 방향 및 그와 근접한 방향을 의미한다.
이 측면 방출기(30)는 광 투명한 소재, 예를 들어, 투명 플라스틱 소재로 이루어진 투명 몸체(31)를 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 측면 방출기(30)는 중심축(C)을 회전축으로 한 회전체 상으로 형성되며, 그 외표면을 따라서 하측으로부터 상측으로 형성된 제1 굴절면(32) 및 제2 굴절면(34)을 포함하고, 상기 제2 굴절면(34)에 대해 내측으로 경사지게 대향된 반사면(36) 및 상기 반사면(36)에 대해 내측으로 경사지게 대향된 반사 굴절면(38)을 포함한다. 상기 발광 디바이스(20)로부터 출사되는 광은 중심축(C)에 대해 일정한 각도를 가지고 측면 방출기(30)의 내부로 진행하는데, 상대적으로 큰 제1 각도(θ1)를 갖고 출사되는 광은 제1 굴절면(32)을 향하여 진행한다. 여기서, 상기 제1 각도(θ1)를 갖고 출사되는 광은 중심축(C)으로부터 먼 영역을 통하여 입사되는 광에 해당한다. 상기 제1 굴절면(32)은 발광 디바이스(20)로부터 입사된 광을 굴절시켜서 측 방향으로 진행하도록 하며, 이를 위해 소정의 곡률을 가진 볼록한 형상으로 형성될 수 있다.
발광 디바이스(20)로부터 상기 제1 각도(θ1)보다 작은 제2 각도(θ2)로 출사되어 반사면(36)으로 입사된 광은 반사면(36)과 비스듬히 마주보고 있는 제2 굴절면(34)으로 반사된다. 상기 반사면(36)은 상방으로 입사되는 광이 대략 측 방향을 따르도록 중심축(C)에 대해 경사져 있다. 보다 구체적으로, 상기 반사면(36)은 상방으로 가면서 중심축으로부터 멀어지는 면으로 구성되며, 소정의 경사를 가진 경사면이거나 소정의 곡률을 가진 볼록면으로 형성될 수 있다. 상기 반사면(36)은 내부 전반사 조건을 만족시키도록 단순히 경면 처리된 투명 몸체(31) 상의 면이거나, 또는 투명 몸체(31) 상에 금속 코팅을 행하여 얻어질 수 있는데, 예를 들어, 반사율이 우수한 은(Ag) 성분으로 코팅될 수 있다.
상기 반사면(36)에 의해 반사된 광은 제2 굴절면(34)에서 굴절되면서 측 방향으로 진행한다. 상기 제2 굴절면(34)은 전술한 제1 굴절면(32)으로부터 상방으로 연장되어 중심축(C)에 대해 멀어지는 경사를 가진 경사면으로 이루어질 수 있다.
중심축(C)에 대해 상대적으로 작은 제3 각도(θ3)로 출사되는 광은 반사 굴절면(38)을 향하여 진행하는데, 여기서, 상대적으로 작은 각도를 갖고 출사되는 광은 중심축(C)과 근접한 영역을 통하여 출사되는 광에 해당된다. 상기 반사 굴절면(38)은 상방으로 가면서 중심축(C)으로 수렴하는 경사를 가진 원뿔형 면이 될 수 있다.
상기 반사 굴절면(38)은 전반사 조건을 만족시킬 정도의 입사각을 갖고 들어오는 광, 즉, 발광 디바이스(20)로부터 직접 입사되는 광은 내부로 전반사시키고, 이미 전반사되어 다시 반사 굴절면(38)으로 입사되는 광은 굴절 투과시켜서 대략 측 방향으로 향하게 한다. 상기 반사 굴절면(38)은 내부 전반사조건을 만족하도록 형성되므로, 별도의 반사 코팅은 하지 않고, 경면 처리만 하면 된다. 상기 반사 굴절면(38)은 원뿔대의 외측면에 해당하도록 평면 형태로 형성되거나, 곡면 형태로 형성될 수도 있다.
상기와 같은 측면 방출기(30)는 발광 디바이스(20)쪽에서 입사되는 광을 고른 분포로 측 방향으로 진행시킬 수 있도록, 상기 반사면(36) 및 반사 굴절면(38)은 각각 중심축(C)에 대한 대칭면인 것이 바람직하다.
도 4에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 측 발광 디바이스의 측면도가 도시되어 있는데, 본 실시예의 측 발광 디바이스(50)도 광원으로서의 발광 디바이스(60) 및 상기 발광 디바이스(60)로부터 출사된 광을 측 방향으로 진행하도록 하는 측면 방출기(70)를 포함한다. 상기 발광 디바이스(60)는 베이스(65) 상에 장착된 발광 다이오드 칩(61)을 포함하며, 상측의 측면 방출기(70)로 발산되는 광을 공급한다. 상기 발광 디바이스(60)에서 출사된 광은 중심축(C)과 소정의 각도를 이루며 출사되어 측면 방출기(70) 내부로 입사된다. 중심축(C)에 대한 제1 각도(θ1), 제2 각도(θ2), 및 제3 각도(θ3)(θ1>θ2>θ3)를 가지고 출사되는 광에 따라, 각각 제1 굴절면(72)을 통과하면서 굴절되어 측 방향으로 진행하거나, 반사면(76)을 거쳐서 제2 굴절면(74)을 통과하면서 굴절되어 측 방향으로 진행하게 된다. 중심축(C)에 대해 제3 각도(θ3)로 출사된 광은 반사 굴절면(78)에서 내부로 전반사되고, 이렇게 전반사된 광은 반사 굴절면(78)에서 굴절되면서 외부로 출사된다. 본 실시예에서, 상기 반사면(76)은 제1 실시예에서와 달리, 중심축(C)과 실질적으로 평행을 이루는 평면으로 구성된다. 이와 같이, 측면 방출기(70)의 형상을 단순화함으로써, 사출 성형 방식에 의한 측면 방출기(70)의 성형 작업이 보다 용이하게 이루어질 수 있다.
도 5a는 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 측 발광 LED의 측면 방출기로부터 출사되는 광의 세기 분포를 개략적으로 보여준다. 도 5b는 도 2 및 도 3을 참조로 설명한 본 발명에 따른 측 발광 디바이스의 측면 방출기로부터 출사되는 광의 세기 분포를 보여준다.
도 5a에서 볼 수 있듯이, 종래의 측 발광 LED의 측면 방출기에서는, 중심축 부근에서 상방으로 출사되는 광이 상당량 존재한다. 측면 방출기의 상면을 구성하는 반사면은 대략 중심축을 따라서 직상방으로 입사되는 광에 대해 전반사 요건을 충족시킬 수 없기 때문에 반사면을 투과하여서 외부로 출사되는 광이 존재하게 되는 것이다.
따라서, 종래의 측면 방출기를 백라이트 유닛에 적용하게 되면, 측 발광 LED와 그 상측에 배치되는 투과 확산판 사이의 간격을 크게 하지 않는 한, 광을 원하 는 만큼 충분히 퍼트릴 수 없고 균일한 휘도 분포를 얻을 수 없다. 결국, 종래기술에 따른 측면 방출기를 적용하여 균일한 휘도 레벨을 얻기 위해서는 백라이트 유닛의 두께가 상당한 정도로 증가되어야 한다.
이에 반하여, 도 5b에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 측 발광 디바이스에서는, 도 5a에서와 달리, 상방으로 향하는 광 경로가 측 방향으로 변경되었음을 알 수 있다. 이는 대략 직상방으로 입사되는 광이 반사 굴절면에서 전반사 및 굴절을 순차로 경험하면서 그 진행 방향이 바뀌기 때문이다. 이에 따라, 후술하는 백라이트 유닛 및 이를 채용한 액정표시장치의 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 광을 충분히 넓게 퍼트릴 수 있어서, 백라이트 유닛의 두께를 충분히 얇게 하면서도 휘도 분포가 균일한 화면을 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도면을 참조하면, 도시된 백라이트 유닛(100)은 베이스 플레이트(101) 상에 소정의 어레이를 이루어 배치된 복수의 측 발광 디바이스들(10), 상기 측 발광 디바이스(10)의 하측에 배치되어서 측 발광 디바이스(10)로부터 입사되는 광을 반사하여 넓게 퍼트리는 반사 확산판(110), 상기 측 발광 디바이스(10)의 상측에 배치되어서 측 발광 디바이스(10)로부터 입사되는 광을 투과시키면서 주위로 넓게 퍼트리는 투과 확산판(140)을 포함하고, 투과 확산판(140)의 상측으로는 밝기 향상 필름(150) 및 편광 향상 필름(170)이 순차로 적층된다. 여기서, 상기 측 발광 디바이스(10)는, 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 발광 디바이스(20) 및 이로부터 입사되는 광을 받아서 측 방향으로 출사하는 측면 방출기(30)를 포함하여 이루어진 다. 본 발명의 측 발광 디바이스(10)는 직상방으로 출사되는 광을 억제하고, 측 방향으로 넓게 퍼트림으로써, 후술하는 바와 같이, 투과 확산판(140) 및 하부 구조 사이(100a)의 이격거리(d)는 줄이면서도 균일한 분포의 휘도를 얻을 수 있다.
상기 베이스 플레이트(101)는 측 발광 디바이스(10)에 구동 전원을 공급하는 인쇄 회로 기판(PCB)으로 마련될 수 있는데, 이와 달리, 상기 베이스 플레이트(101)는 단순한 지지구조로서의 기능만을 행하고, 그 위에 별도의 인쇄 회로 기판이 적층되고, 여기에 측 발광 디바이스가 장착될 수도 있다.
상기 베이스 플레이트(101) 상에는 복수의 측 발광 디바이스(10)가 소정의 어레이를 이루도록 장착된다. 이때, 복수의 측 발광 디바이스(10)는 복열로 구성된 2차원 형태의 어레이로 배치될 수 있는데, 칼라 디스플레이를 위하여, 각 열에서는, 적색, 녹색, 및 청색의 서로 다른 발광색을 가진 측 발광 디바이스(10)가 교대로 배치될 수 있다. 이를 위해, 각각의 측 발광 디바이스(10)에는 서로 다른 색상의 광을 출사하는 발광 다이오드 칩이 장착된다. 이때, 각각의 발광색에 따라서 그 발광 효율이 서로 달라서 출사 광량이 상이한 경우에는, 각 색상별 광량이 대등하게 되도록 각 색상별로 적절한 수의 측 발광 디바이스(10)가 배치되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 녹색 발광 다이오드 칩에서 출사되는 광량이, 적색이나 청색 발광 다이오드 칩에서 출사되는 광량에 비해 상대적으로 적은 경우에는 녹색 측 발광 디바이스를 적색이나 청색 측 발광 디바이스 보다 많은 수로 배치하여, 전체적인 색상이 조화롭게 구현되게 한다. 녹색 측 발광 디바이스의 수를 다른 적색이나 청 색 측 발광 디바이스보다 2배로 많게 배치하는 경우, 각 열은 적, 녹, 녹, 청색 측 발광 디바이스의 반복으로 이루어지거나, 청, 녹, 녹, 적색 측 발광 디바이스의 반복으로 이루어질 수 있다.
이렇게 발광색이 서로 다른 측 발광 디바이스를 혼합하여 배열하지 않고, 모든 측 발광 디바이스가 동일한 백색광을 출사하도록 할 수도 있으며, 이를 위해, 모든 측 발광 디바이스에는 백색광을 발하는 동종의 발광 다이오드 칩이 적용된다.
상기 반사 확산판(110)은 측 발광 디바이스(10)의 하측에 배치되는데, 보다 구체적으로 상기 베이스 플레이트(101) 상에 적층된다. 상기 반사 확산판(110)에는 측 발광 디바이스(10)의 어레이에 대응되는 소정의 패턴으로 복수의 개구가 형성되고, 상기 개구에 측 발광 디바이스(10)들이 삽입된 반사 확산판(110)이 베이스 플레이트(101) 상에 적층된다. 상기 반사 확산판(110)은 측 발광 디바이스(10)로부터 하측으로 입사되는 광을 측 상방으로 반사시켜서 광이 넓은 영역에 걸쳐서 고루 분포하도록 하는 기능을 한다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 의한 측 발광 디바이스(10)는 대부분의 광이 측 방향으로 출사되므로, 비교적 원거리를 진행한 후에 측 발광 디바이스(10) 상측의 반사 미러(120)나 하측의 반사 확산판(110)에 도달하게 된다. 여기서, 상측의 반사 미러(120)로 입사된 광은 반사 확산판(110)으로 재반사된다. 결국, 반사 확산판(110)에는 측 발광 디바이스(10)에서 직접 하측으로 입사되는 광 및 반사 미러(120)에 의해 하측으로 반사된 광이 입사되며, 반사 확산판(110)은 입사광을 상측으로 반사시켜서 광의 확산에 기여한다.
한편, 상기 측 발광 디바이스(10)는 대부분의 광을 측 방향으로 출사하지만, 일부의 광은 반사 굴절면에서 전반사되지 않고 그 상측을 통하여 출사될 수도 있다. 이 때, 이러한 광으로 인하여, 주위에 비해 높은 휘도를 갖는 고휘도 영역이 존재하게 되면, 화상의 품질이 저하된다. 따라서, 본 발명에 의한 백라이트 유닛은 각 측 발광 디바이스(10)에 대응하여 그 상측에 반사 미러(120)가 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 반사 미러(120)는 광학 플레이트(130)에 부착될 수 있는데, 측 발광 디바이스(10)에 상응하여, 소정의 어레이를 이루도록 부착되는 것이 바람직하다. 상기 광학 플레이트(130)는 입사광을 그대로 투과시키는 투명 PMMA로 이루어지거나, 입사광을 확산 투과시키는 투과 확산판으로 이루어질 수도 있다. 광학 플레이트(130)가 투명하게 형성되면, 휘도 레벨은 향상될 수 있으나, 휘도 분포는 균일하게 개선되지 않는다. 이에 반해, 광학 플레이트(130)가 투과 확산 기능을 하면, 휘도 분포는 보다 균일하게 개선되고, 이격 거리(d)를 줄일 수 있게 되어 백라이트 유닛의 박형화에 기여하게 된다. 결국, 광학 플레이트(130)를 이루는 구체적인 소재의 선택은 제품의 스펙에 따라서, 휘도 레벨에 중점을 둘 것인지 아니면, 백라이트 유닛의 박형화에 중점을 둘 것인지에 대한 선택의 문제로 귀결된다.
상기 반사 미러(120)는 측 발광 디바이스(10)와 소정의 간격으로 이격되는 것이 바람직한데, 이를 위해, 반사 미러(120)를 지지하는 광학 플레이트(130)와 베이스 플레이트(101) 사이에는 이들 사이의 간격을 유지하는 스페이서(135)가 배치된다. 상기 스페이서(135)에 의해 상기 광학 플레이트(130)는 측 발광 디바이스(10)로부터 이격된 상태로 지지될 수 있다.
상기 측 발광 디바이스(10)와 그 상하측에 배치된 반사 확산판(110) 및 광학 플레이트(130)를 포함하는 하부 구조(100a)에 대하여, 그 상방으로 소정의 이격 거리(d)를 두고 투과 확산판(140)이 배치된다. 상기 투과 확산판(140)은 상측으로 입사되는 광을 투과시키면서 사방으로 확산시키는 기능을 수행한다. 상기 투과 확산판(140) 및 하부 구조(100a) 사이의 이격 거리(d)가 증가되면, 상측으로 향하는 광이 보다 넓은 범위로 확산되는 효과를 거둘 수 있는 장점이 있는 반면에, 백라이트 유닛(100)의 두께가 증가되는 단점이 있다. 역으로, 상기 이격 거리(d)가 감소되면, 백라이트 유닛(100)의 두께는 감소될 수 있으나, 광이 넓은 범위로 확산되는데 어려움이 있고 주위 배경에 비해 높은 휘도를 갖는 광 스폿이 감지될 수 있다.
결국, 절충안으로, 투과 확산판(140) 및 하부 구조(100a) 사이의 이격 거리(d)는 만족할 수준의 균일한 휘도를 얻는 범위 내에서 최소화되는 것이 바람직하다.
상기 투과 확산판(140)의 상측으로는 밝기 향상 필름(BEF: Brightness Enhancement Film, 150)이 더 적층될 수 있는데, 상기 밝기 향상 필름(150)은 2 매 이상의 필름이 적층되어서 마련될 수 있다. 상기 밝기 향상 필름(150)은 입사광을 굴절시켜서 집광하고, 이로써, 광이 상방으로 직진하여 휘도 레벨이 향상되게 한다.
상기 밝기 향상 필름(150) 상에는 편광 향상 필름(Polarization Enhancement film, 170)이 더 구비되는 것이 바람직한데, 이는 백라이트 유닛(100)의 편광 효율을 높이기 위한 것으로, 예를 들어, 서로 수직한 편광 성향을 가진 p 편광 및 s 편광 중에서, p 편광은 투과시키고 s 편광은 반사시킴으로써, 입사된 광이 p 편광된 상태로 출사되게 한다. 후술하는 바와 같이, 액정표시장치에 적용되는 백라이트 유닛(100)은 액정 패널에 편광을 공급하는데, 이때, 편광도가 높을수록 발광 효율을 향상시킬 수 있으므로, 편광 향상 필름이 구비되는 것이 바람직하다.
도 7에는 본 발명에 따른 액정표시장치가 모식적으로 도시되어 있다. 도시된 액정표시장치는 광이 출사되는 방향으로 후방의 백라이트 유닛과 전방의 액정 패널이 상호 대향되게 부착된 구조를 갖는다. 여기서, 상기 백라이트 유닛은 도 6에 도시된 구조로 형성될 수 있다. 액정 패널(200)은 일 선형 편광의 광을 액정 패널의 액정층에 입사시키고, 전계 구동에 의해 액정 디렉터(director)의 방향을 바꿔줌으로써, 액정층을 통과하는 광의 편광 변화에 의해 화상 정보 등을 표시하게 된다. 상기 액정 패널(200)은 구동 회로부와 연결되어 있다. 여기서, 액정 패널(200)의 구체적인 구성 및 회로 구동에 의한 표시 작동은 공지된 기술을 따르면 되고, 여기서 구체적인 설명은 생략한다. 본 발명의 백라이트 유닛은 전체 화면에 걸쳐서 휘도가 고르게 유지되는 광을 액정 패널에 대해 조사하므로, 이를 채용한 액정표시장치는 휘도 편차가 제거 내지는 감소된 고품격의 디스플레이를 구현할 수 있으며, 박형화된 백라이트 유닛을 채용함으로써, 전체적인 액정표시장치의 두께를 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 측 발광 디바이스는 종래 직상방으로 출사되는 광을 측 방향으로 넓게 퍼트릴 수 있으므로, 이를 액정표시장치용 백라이트 유닛에 적용하면, 휘도 분포가 균일한 화면을 얻을 수 있으면서도, 그 두께를 줄일 수 있어 박형화에 유리한 액정표시장치가 제공될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 광을 발생시키는 발광 디바이스 및 상기 발광 디바이스로부터 그 발광 중심축과 일정한 출사 각도를 가지고 출사된 광을 측 방향으로 진행하도록 하는 측면 방출기를 포함하는 측 발광 디바이스에 있어서,
    상기 발광 디바이스는 베이스와, 상기 베이스상에 장착되는 발광 다이오드 칩을 구비하며,
    상기 측면 방출기는,
    그 하측에 상기 발광 다이오드 칩이 배치되는 투명 몸체로서,
    상기 투명 몸체의 외표면을 따라서 하측면에 형성되어, 상기 발광 디바이스쪽에서 상기 투명 몸체의 하측면 영역으로 출사되는 광을 굴절 투과시켜서 측 방향으로 진행하도록 하는 제1 굴절면;
    상기 투명 몸체의 외표면을 따라서 상기 제1 굴절면의 상측면에 형성된 제2 굴절면;
    상기 제2 굴절면에 대해 내측으로 대향되며 상방으로 갈수록 발광 중심축으로부터 멀어지는 경사를 가진 면으로서, 상기 제1 굴절면으로 굴절 투과되는 광의 상기 발광 중심축으로부터의 출사 각도를 제1 각도라 할 때, 상기 발광 디바이스쪽에서 상기 제1 각도보다 작은 제2 각도로 출사되는 광을 상기 제2 굴절면으로 반사시켜 상기 제2 굴절면에서 굴절 투과되어 측 방향으로 진행하도록 하는 반사면; 및
    상기 반사면에 대해 내측으로 대향되며 상방으로 갈수록 발광 중심축으로 수렴하는 경사를 가진 원뿔형 면으로서, 상기 발광 디바이스쪽에서 상기 제2 각도보다 작은 제3 각도를 가지고 출사된 광은 전반사시키고, 상기 전반사된 광은 굴절 투과시키도록 형성된 반사 굴절면;을 구비하는 것을 특징으로 하는 측 발광 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 굴절면은 상기 발광 디바이스의 발광 중심축에 대해 경사를 갖는 면 또는 상기 발광 중심축과 평행한 면이 되는 것을 특징으로 하는 측 발광 디바이스.
  3. 삭제
  4. 베이스 플레이트 상에 어레이를 이루어 배치된 제1항 또는 제2항의 측 발광 디바이스;
    상기 측 발광 디바이스의 하측에 배치되어, 입사광을 확산 반사시키는 반사 확산판; 및
    상기 측 발광 디바이스의 상측에 위치되어 입사광을 확산 투과시키는 투과 확산판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 액정 패널; 및
    상기 액정 패널에 광을 조사하는 제4항의 백라이트 유닛;을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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