KR100989167B1 - 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도광판의 입사면을 프리즘 형상 또는 프레넬 렌즈를 형성함으로써 선광원에서 면광원으로 바뀌는 광량을 증대시키어 휘도를 향상시키도록 한 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 광을 발광하는 발광 램프와, 상기 발광 램프를 보호하고 불필요한 방향으로 광이 누설되는 것을 막기 위해 광섬유로 이루어진 램프 하우징과, 상기 발광 램프로부터 출사한 선형광원을 균일한 면광원으로 바꾸어 출사하고 입사면이 직선의 축을 중심으로 지그재그 형태로 프리즘 형상을 갖고 유리재질로 이루어진 도광판과, 상기 도광판의 상부에 구성되고 광의 확산 및 진행 방향을 조절하기 위한 확산판 및 프리즘 시트와, 상기 도광판의 하부에 구성되어 광을 반사시키는 반사판을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

도광판, 프리즘, 프레넬 렌즈, 백라이트

Description

백라이트 유닛{backlight unit}

도 1은 종래의 백라이트 유닛을 나타낸 단면도

도 2는 도 1의 도광판을 나타낸 단면도

도 3a는 본 발명에 의한 백라이트 유닛을 나타낸 단면도

도 3b는 도 3a의 도광판을 나타낸 단면도

도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 백라이트 유닛을 나타낸 단면도

도 4b는 도 4a의 프레넬 렌즈를 나타낸 단면도

도면의 주요 부분에 대한 설명

31 : 발광 램프 32 : 램프 하우징

33 : 도광판 34 : 제 1 확산판

35 : 제 2 확산판 36 : 프리즘 시트

37 : 반사판 38 : 광산란 패턴

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 집광 효율을 증대시키는데 적당한 백라이트 유닛(backlight unit)에 관한 것이다.

통상, 액정표시소자(Liquid Crystal Display Device ; LCD)는 매트릭스 형태로 배열된 액정 셀들의 광투과율을 그에 공급되는 비디오신호로써 조절함으로써 비디오신호에 해당하는 화상을 표시한다.

이를 위하여, 액정표시소자는 하부에서 투사되는 광의 투과량을 조절하는 액정 셀들이 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열된 액정패널과, 상기 액정패널의 하부에서 광을 투사하는 백라이트 유닛(Back-Light Unit)과, 상기 액정패널의 상면에 각 액정 셀들 별로 분리되어 형성된 적, 녹, 청색의 컬러필터 및 화소를 구분하기 위한 블랙 매트릭스층 등을 구비하게 된다.

여기서, 상기 백라이트 유닛은 액정패널의 후면에서 백색광을 고르게 투사시키는 역할을 하는 장치로서, 광을 생성하는 램프와 램프에서 방출된 광이 액정패널쪽으로 균일하게 진행하도록 하는 도광판, 반사판 및 확산판 등으로 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 백라이트 유닛을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 백라이트 유닛을 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 광을 발광하는 발광 램프(11)와, 상기 발광 램프(11)에서 발생하여 입광부(A)를 경유한 광을 산란시키어 면광원으로 출사하는 도광판(12)과, 상기 발광 램프(11)를 실장함과 동시에 광을 도광판(12) 쪽으로 집광시키는 램프 하우징(13)과, 상기 도광판(12)의 하부에서 광을 액정패널이 위치한 상부 방향으로 반사시키는 반사판(14)과, 상기 도광판(12)을 경유한 광의 확산 및 진행 방향을 조절하기 위한 제 1, 제 2 확산판(15,16)과 프리즘 시트(17)를 포함하 여 구성되어 있다.

여기서, 상기 도광판(12)은 그 하부면이 경사지도록 프리즘 형태로 형성되어 발광 램프(11)로부터 입사한 광이 상부 방향으로 원활히 진행할 수 있도록 하고 있다.

그리고, 상기 도광판(12)의 하부면을 통해 하부로 진행하는 광은 도광판(12)의 하부에 마련된 반사판(14)에 의해 반사되어 상부 방향으로 진행하게 된다.

또한, 상기 도광판(12)을 경유한 광은 제 1 확산판(15)에 의해 전방향으로 균일하게 확산된다. 그리고 상기 제 1 확산판(15)을 경유한 광은 프리즘 시트(17)에서 그 진행 방향이 액정패널과 수직을 이루도록 조절된다.

여기서, 상기 프리즘 시트(17)는 두 장이 겹쳐져 구성되어 있다.

그리고 상기 프리즘 시트(17)를 경유한 광은 다시 제 2 확산판(16)을 경유하여 액정패널에 입사하게 된다.

즉, 상기 프리즘 시트(17)는 상기 제 1 확산판(15) 상부로 투과되어 방사되는 광의 정면 휘도를 높이기 위한 것으로서, 특정한 각도의 광만 투과되도록 하고, 나머지 각도로 입사된 광은 내부 전반사가 일어나 프리즘 시트(17) 하부로 다시 되돌아간다. 상술한 것과 같이 되돌아가는 광은 도광판(12) 하부에 부착된 반사판(14)에 의해 반사된다.

한편, 상기 도광판(12)의 하부면은 경사지도록 형성됨과 광산란 패턴(18)이 형성되어 있다. 상기 광산란 패턴(18)을 형성시키는 이유는 광의 확산을 원활히 함과 아울러 광이 상부면 쪽으로 진행하는 경로에서의 광손실을 줄이면서 액정패널 쪽으로 진행하는 광량을 증가시키기 위함이다.

또한, 상기 도광판(12)의 재료로는 PMMA 등의 아크릴이 사용되고 있고, 상기 광산란 패턴(18)은 기계 가공에 의해 그 피치폭이 0.07~0.08㎜ 정도가 되게끔 등간격으로 형성되어 있다.

도 2는 도 1에서 도광판의 형태를 나타낸 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 도광판(12)의 입사면이 수직한 형태로 평면을 갖고 형성되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 백라이트 유닛에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 도광판의 입사면이 수직한 형태로 형성되기 때문에 램프에서 출사된 광의 집광시 빛의 손실이 많아져 휘도가 떨어진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 도광판의 입사면을 프리즘 형상 또는 프레넬 렌즈를 형성함으로써 선광원에서 면광원으로 바뀌는 광량을 증대시키어 휘도를 향상시키도록 한 백라이트 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 백라이트 유닛은 광을 발광하는 발광 램프와, 상기 발광 램프를 보호하고 불필요한 방향으로 광이 누설되는 것을 막기 위해 광섬유로 이루어진 램프 하우징과, 상기 발광 램프로부터 출사한 선형광원을 균일한 면광원으로 바꾸어 출사하고 입사면이 직선의 축을 중심으로 지그재그 형태로 프리즘 형상을 갖고 유리재질로 이루어진 도광판과, 상기 도광판의 상부에 구성되고 광의 확산 및 진행 방향을 조절하기 위한 확산판 및 프리즘 시트와, 상기 도광판의 하부에 구성되어 광을 반사시키는 반사판을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 백라이트 유닛은 광을 발광하는 발광 램프와, 상기 발광 램프를 보호하고 불필요한 방향으로 광이 누설되는 것을 막기 위해 광섬유로 이루어진 램프 하우징과, 상기 발광 램프로부터 출사한 선형광원을 균일한 면광원으로 바꾸어 출사하기 위해 입사면의 외면이 볼록한 프레넬 렌즈 형상이고 내면이 직선의 축을 중심으로 지그재그 형태로 프리즘 형상을 갖고 유리 재질로 이루어진 도광판과, 상기 도광판의 상부에 구성되고 광의 확산 및 진행 방향을 조절하기 위한 확산판 및 프리즘 시트와, 상기 도광판의 하부에 구성되어 광을 반사시키는 반사판을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 백라이트 유닛을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a는 본 발명에 의한 백라이트 유닛을 나타낸 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 도광판을 나타낸 단면도이다.

도 3a에 도시한 바와 같이, 광을 발광하는 발광 램프(31)와, 상기 발광 램프(31)를 보호하고 불필요한 방향으로 광이 누설되는 것을 막기 위한 램프 하우징(32)과, 상기 발광 램프(31)로부터 출사한 선형광원을 균일한 면광원으로 바꾸어 출사하고 입사면이 프리즘 형상을 갖는 도광판(33)과, 상기 도광판(33)의 상부에 구성되고 광의 확산 및 진행 방향을 조절하기 위한 제 1, 제 2 확산판(34,35) 및 프리즘 시트(36)와, 상기 도광판(33)의 하부에 구성되어 광을 반사시키는 반사판(reflector)(37)과, 상기 도광판(33)의 하측에 구성되는 광산란 패턴(38)을 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 도광판(33)은 PMMA(polymethylmethacrylate)같은 플라스틱(plastic)이나 수지(resin) 또는 열에 강한 유리 재질을 평면형태(flat type)나 쐐기형태(wedge type)로 제작하여 사용된다.

한편, 상기 도광판(33)을 유리재질로 구성함으로써 유리의 제조공정 따라 상기 도광판의 두께 제어가 쉬우며, 유리의 재질에 따라 열적변형을 최소화 할 수 있다.

또한, 상기 광산란 패턴(38)은 원형, 사각형 또는 육각형 등의 일정한 모양을 갖고 주기적으로 배열되어 있다.

또한, 상기 도광판(33)의 입사면을 프리즘 형상으로 형성함으로써 발광 램프(31)로부터 입사한 광을 받은 면적을 극대화시키어 광손실을 줄일 수 있도록 하고 있다.

여기서, 상기 광산란 패턴(38)은 일반적으로 스크린 인쇄(screen print)로서 광산란 잉크 패턴을 형성시키는 방법이 가장 널리 사용되며, 상기 도광판(33)을 구성하기 위한 플라스틱 또는 수지 사출시 전사필름을 사용하거나 금형에 직접 요철면을 가공하여 사출하는 방법, 사출된 아크릴 판에 광산란 패턴(38)을 직접 가공하는 방법 등이 있다.

또한, 상기 발광 램프(31)는 적색, 녹색, 청색의 발광 다이오드, 복수개의 백색 발광 다이오드, 형광램프 중에서 어느 하나로 이루어져 있다.

또한, 상기 램프 하우징(32)은 반사율이 좋은 알루미늄, 알루미늄 합금, 광섬유 중에서 어느 하나로 이루어져 있다.

여기서, 상기 광섬유는 상기 램프 하우징(32)을 알루미늄 등으로 이루어진 물질을 사용한 반사 구조보다 집광 역할을 잘 할 수 있기 때문에 광효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 광섬유는 재질에 따라 유리 광섬유와 플라스틱 광섬유로 나눌 수 있다.

또한, 상기 유리 광섬유는 실리카계 광섬유, 불소계 광섬유, 희토류계 광섬유 등으로 나눌 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 백라이트 유닛은, 상기 도광판(33)의 측면에 위치하는 발광 램프(31)에서 조사된 선형 광은 상기 도광판(33)의 프리즘 형상을 갖는 입광면을 통해 상기 도광판(33)의 내부로 진행하게 된다.

이때, 상기 선형 광원은 상기 도광판(33)의 내부에서 도광판의 내벽에 굴절되어 진행하면서, 상기 도광판(33)의 하부에 구성된 광산란 패턴(38)에 의해 수직 산란되어 상기 도광판(33)을 출사하여 상기 제 1, 제 2 확산판(34,35)으로 진행하게 된다.

또한, 상기 도광판(33)의 내부를 진행하는 광 중 일부는 상기 이격된 광산란 패턴(38) 사이로 누설되어, 상기 도광판(33)의 하부에 구성한 반사판(37)에 의해 반사되어 다시 도광판(33)의 내부로 진행하게 된다.

이어, 상기 도광판(33)을 수직으로 출사한 광은 제 1, 제 2 확산판(34,35)과 프리즘 시트(36)를 거치면서 안정된 상태로 액정패널에 입사하게 된다.

한편, 상기 프리즘 시트(36)의 상부에 상기 반사판(37)과 다른 기능을 하는 반사판을 구성할 수도 있다.

즉, 상기 프리즘 시트(36)는 상기 제 1 확산판(34) 상부로 투과되어 방사되는 광의 정면 휘도를 높이기 위한 것으로서, 특정한 각도의 광만 투과되도록 하고, 나머지 각도로 입사된 광은 내부 전반사가 일어나 프리즘 시트(36) 하부로 다시 되돌아간다. 상술한 것과 같이 되돌아가는 광은 도광판(33) 하부에 부착된 반사판(37)에 의해 반사된다.

한편, 상기 도광판(33)의 하부면은 경사지도록 형성됨과 광산란 패턴(38)이 형성되어 있다. 상기 광산란 패턴(38)을 형성시키는 이유는 광의 확산을 원활히 함과 아울러 광이 상부면 쪽으로 진행하는 경로에서의 광손실을 줄이면서 액정패널 쪽으로 진행하는 광량을 증가시키기 위함이다.

또한, 상기 도광판(33)의 재료로는 PMMA 등의 아크릴이 사용되고 있고, 상기 광산란 패턴(38)은 기계 가공에 의해 그 피치폭이 0.07~0.08㎜ 정도가 되게끔 등간격으로 형성되어 있다.

또한, 상기 도광판(33)은 도 3b에서와 같이, 프리즘 형상을 갖고 있고, 프리즘 각은 90도를 갖는다.

도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 의한 백라이트 유닛을 나타낸 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 프레넬 렌즈를 나타낸 단면도이다.

도 4a에 도시한 바와 같이, 광을 발광하는 발광 램프(41)와, 상기 발광 램프(41)를 보호하고 불필요한 방향으로 광이 누설되는 것을 막기 위한 램프 하우징(42)과, 상기 발광 램프(41)로부터 출사한 선형광원을 균일한 면광원으로 바꾸어 출사하고 입사면에 프레넬 렌즈(44)를 갖는 도광판(43)과, 상기 도광판(43)의 상부에 구성되고 광의 확산 및 진행 방향을 조절하기 위한 제 1, 제 2 확산판(45,46) 및 프리즘 시트(47)와, 상기 도광판(43)의 하부에 구성되어 광을 반사시키는 반사판(reflector)(48)과, 상기 도광판(43)의 하측에 구성되는 광산란 패턴(49)을 포함하여 구성되어 있다.

일반적으로 발광 램프에서 발광된 광을 하나의 초점으로 형성시킬 수 있는 것이 프레넬 렌즈이다. 따라서 발광 램프에서 발광된 광을 집광시키기 위해서는 집광부 면적이 커야 한다.

한편, 본 발명에서는 도광판(43)의 입사면에 프레넬 렌즈(44)를 부착 또는 형상을 갖도록 한다.

또한, 상기 프레넬 렌즈(44)는 아크릴이나 폴리탄산에스테르를 재료로 사용하고 있다.

여기서, 상기 프레넬 렌즈는 도 4b에서와 같이, 서로 다른 2개의 필름이 연결되어 있는데, 바깥쪽에 있는 필름은 평평한 필름으로 빛을 1차 굴절시키고, 안쪽의 필름은 다양한 렌즈로 구성되어 태양 빛이 항상 일정하게 도달하도록 한다.

따라서 조명장치에 수직으로 도달하는 발광 램프(41)의 광은 프레넬 렌즈(44)의 각을 조금씩 달리하여 둥근 형태로 구성하면 하나의 초점 상에 모을 수 있다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 백라이트 유닛은 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 도광판의 입사면을 프리즘 형상 또는 프레넬 렌즈를 구성하여 입광면적을 넓힘으로써 광 손실을 최소화하고, 광의 집광 효율을 증대시키어 휘도를 상승시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 광을 발광하는 발광 램프와,

   상기 발광 램프를 보호하고 불필요한 방향으로 광이 누설되는 것을 막기 위해 광섬유로 이루어진 램프 하우징과,

   상기 발광 램프로부터 출사한 선형광원을 균일한 면광원으로 바꾸어 출사하고 입사면이 직선의 축을 중심으로 지그재그 형태로 프리즘 형상을 갖고 유리재질로 이루어진 도광판과,

   상기 도광판의 상부에 구성되고 광의 확산 및 진행 방향을 조절하기 위한 확산판 및 프리즘 시트와,

   상기 도광판의 하부에 구성되어 광을 반사시키는 반사판을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 발광 램프는 적색, 녹색, 청색의 발광 다이오드, 복수개의 백색 발광 다이오드, 형광램프 중에서 어느 하나로 이루어짐을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 도광판의 하측에 구성되는 광산란 패턴을 더 포함하 여 구성됨을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 광산란 패턴은 원형, 사각형 또는 육각형 등의 일정한 모양을 갖고 주기적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 프리즘 형상의 프리즘 각은 90도인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
7. 광을 발광하는 발광 램프와,

   상기 발광 램프를 보호하고 불필요한 방향으로 광이 누설되는 것을 막기 위해 광섬유로 이루어진 램프 하우징과,

   상기 발광 램프로부터 출사한 선형광원을 균일한 면광원으로 바꾸어 출사하기 위해 입사면의 외면이 볼록한 프레넬 렌즈 형상이고 내면이 직선의 축을 중심으로 지그재그 형태로 프리즘 형상을 갖고 유리 재질로 이루어진 도광판과,

   상기 도광판의 상부에 구성되고 광의 확산 및 진행 방향을 조절하기 위한 확산판 및 프리즘 시트와,

   상기 도광판의 하부에 구성되어 광을 반사시키는 반사판을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈는 아크릴이나 폴리탄산에스테르로 이루어진 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.

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