KR101007079B1 - 직하형 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 하면에 복수의 삽입홈 또는 복수의 회절격자가 형성된 도광판, 도광판의 상면에 복수가 배치되어 도광판 내부를 진행하는 광을 내부 전반사에 의해 상측으로 분기하는 광 분기부, 삽입홈 또는 회절격자의 하부에 각각 배치되는 복수의 LED 및 삽입홈 또는 회절격자와 LED의 사이에 배치되며, LED에서 나온 광을 도광판 내부로 유도하는 복수의 광유도체 또는 복수의 집광렌즈를 포함하는 직하형 백라이트 유닛이 제공된다. 본 발명에 따르면, LED와 확산판 사이에 이격된 공간을 배치하고 확산판과 확산시트 및 집광시트를 사용하는 종래의 LED 백라이트에 비해서, 훨씬 얇은 두께를 실현하면서도 LED에서 발생하는 열을 효과적으로 분산시킬 수 있고, 다수의 광 분기부에 의하여 적절한 시야각과 수직휘도를 가지는 조명광이 액정패널을 조명하기 때문에 확산판이나 프리즘 시트같은 광시트를 제거할 수 있어서 원가절감에 유리하다.
LCD, 백라이트, LED, 도광판

Description

직하형 백라이트 유닛 {Backlight unit of direct light type}
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)용 백라이트 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엘이디(Light Emitting Diode; LED)와 같은 광원이 액정패널의 직하부에 배치되는 직하형 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치용 백라이트 유닛은, 백라이트를 구성하는 광원의 설치 형태에 따라, 광원이 액정패널의 직하부에 배열되는 직하형(Direct light type)과, 광원이 도광판의 측부에 설치되는 가장자리형(Edge light type)으로 구분된다.
직하형 백라이트 유닛은 액정패널의 대화면화가 가능하고, 영상의 밝기에 따라 LED를 위치별로 분할구동(Local dimming technology)하는 것이 가능하여 그 연구 및 실용화가 활발히 진행되고 있다. 또한 최근에는 에너지 효율 및 고화질을 목표로 상기 광원으로서 종래에 일반적으로 사용되던 씨씨에프엘(Cold Cathode Fluorescence Lamp; CCFL) 혹은 이이에프엘(External Electrode Fluorescence Lamp; EEFL) 대신에 LED를 새로운 광원으로 사용하려는 것이 최근의 추세이다.
도 1에는 일반적인 직하형 백라이트 유닛을 채용한 액정표시장치의 일례가 도시되어 있고, 도 2에는 LED를 광원으로 한 종래의 직하형 백라이트 유닛이 채용된 액정표시장치가 도시되어 있다.
종래의 액정표시장치는, 도 1에 나타난 바와 같이 빛의 투과도를 조절하여 광 밸브 역할을 하는 액정 픽셀(23)이 들어 있는 액정 패널(20)과 이 액정 패널(20)에 빛을 공급하는 백라이트 유닛(10)으로 구성된다.
백라이트 유닛(10)은 CCFL(11a) 혹은 EEFL 등이 포함되는 광원어셈블리(11) 부분과, 상기 광원에서 나오는 광을 광원 아래에 위치한 반사체(11b)에서 반사시키거나 광시트를 통하여 골고루 혼합하여 다수의 액정 픽셀(23)로 뿌려주는 광 시트들로 구성되어 있다. 광시트는 기본적으로 확산판(12), 확산시트(13), 집광시트(14), 반사형 편광시트(15), 그리고 보호필름(16) 등으로 구성되어 시야각과 휘도를 적절하게 조정한다.
액정 패널(20)은 TFT(Thin Film Transistor)가 설치된 후면 유리기판(22), 컬러필터(24)가 설치된 전면 유리기판(25), 후면 유리기판(22)과 전면 유리기판(25) 사이에 설치되는 다수의 액정 픽셀(23), 후면 유리기판(22)에 부착되는 편광시트A(21), 전면 유리기판(25)에 부착되는 편광시트B(26) 등으로 구성된다.
또는, 도 2에 도시된 것처럼 백색광 LED 혹은 R, G, B 삼색을 내는 R, G, B LED(11c)를 사용하는 직하형 LCD에서는 백라이트 유닛(10)의 광원에 해당하는 LED(11c)의 밝은 휘점을 제거하고 백라이트 전체면에서 균일한 밝기의 광을 얻기 위해서 확산판(12), 확산시트(13) 등을 사용하고, 시야각을 조절하여 수직 휘도를 향상시키기 위하여 프리즘 시트(14a) 혹은 마이크로렌즈 어레이 시트 등을 한 장 혹은 다수 사용하였다. 여기서, R, G, B는 각각 Red, Green, Blue의 약자이고, 이후에는 별도의 표시 없이도 R, G, B는 적색, 녹색, 청색을 의미한다.
특히, 최근 에너지 절약 및 고화질을 목표로 점점 많이 채용되고 있는 도 2의 LED(11c)를 광원으로 사용할 때 액정패널(20)과 LED(11c)의 간격 S가 작아지면 충분한 광혼합 효과가 잘 일어나지 않아서 휘점이 나타나거나 화면에 얼룩무늬가 나타날 수 있다. 이러한 현상은 얇은 백라이트를 채택하여 LED(11c)와 액정패널(20)의 거리가 가까워질수록 더 심해진다.
한편, 직하형 백라이트 대신에 다수의 LED를 가장자리에 배치하고 도광판을 사용하는 가장자리형 백라이트는 적은 전력을 소비하는 소형 LCD에 적합하다. 최근 대형 LCD TV의 백라이트에 가장자리형 LED 백라이트를 사용하기도 하지만, 높은 발열 문제점과 분할 구동(Local dimming) 기술을 적용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 직하형 백라이트에 사용되는 확산판(Diffuser plate)을 제거하고, 다수의 LED를 직하형으로 배치할 때 발생하는 휘점과 얼룩무늬를 효과적으로 제거하여 균일한 조명을 얻을 수 있는 박형의 직하형 백라이트 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 직하형 백라이트 유닛은 하면에 복수의 삽입홈 또는 복수의 회절격자가 형성된 도광판; 상기 도광판의 상면에 복수가 배치되어 상기 도광판 내부를 진행하는 광을 내부 전반사에 의해 상측으로 분기하는 광 분기부; 상기 삽입홈 또는 회절격자의 하부에 각각 배치되는 복수의 LED; 및 상기 삽입홈 또는 회절격자와 상기 LED의 사이에 배치되며, 상기 LED에서 나온 광을 상기 도광판 내부로 유도하는 복수의 광유도체 또는 복수의 집광렌즈를 포함한다.
여기서, 상기 광유도체는, 하부로 입사된 상기 LED의 광을 내부 전반사에 의하여 상부로 유도하며, 상부로 유도된 광을 상기 도광판 내부로 입사시키도록 상기 삽입홈에 삽입되는 상부에 배치되는 광확산면을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광유도체는, 역 원뿔 형상을 하여 상기 삽입홈의 상부에 삽입되며, 표면에 반사 물질이 코팅되어 상기 LED에서 나온 광을 반사시켜 상기 도광판 내부로 입사시킬 수 있다.
아울러, 상기 광 분기부는 상기 도광판과 일체로 형성될 수 있다.
게다가, 상기 광 분기부는, 역 원뿔대(Reverse circular truncated cone) 또는 역 프리즘(Reverse prism)의 형상일 수 있다.
더욱이, 상기 광 분기부의 측면과 상기 도광판의 상면과 이루는 각도는 45도 내지 75도의 범위일 수 있다.
또한, 상기 광 분기부들은, 단면의 형상이 사인 격자(sinusoidal grating) 또는 이진 격자(binary grating)를 이룰 수 있다. 또한, 상기 광 분기부는, 복수의 마이크로 렌즈(Micro lenses)일 수 있다.
또한, 상기 회절격자는, 평면상 복수의 동심원을 이루며 배치될 수 있다. 또한, 상기 회절격자는, 단면의 형상이 사인 격자(sinusoidal grating) 또는 이진 격자(binary grating)일 수 있다.
나아가, 상기 LED는, 적색, 녹색, 청색의 LED를 구비한 RGB LED 또는 백색광 LED일 수 있다.
본 발명의 직하형 백라이트 유닛에 의하면,
첫째, LED와 확산판 사이에 이격된 공간을 배치하고 확산판과 확산시트 및 집광시트를 사용하는 종래의 LED 백라이트에 비해서, 훨씬 얇은 두께를 실현하면서도 LED에서 발생하는 열을 효과적으로 분산시킬 수 있다.
둘째, 직하형 백라이트이기 때문에 분할 구동 기술의 적용이 가능하며, 높은 명암비를 달성할 수 있고, 전력소모를 줄일 수 있다.
셋째, 다수의 광 분기부에 의하여 적절한 시야각과 수직휘도를 가지는 조명 광이 액정패널을 조명하기 때문에 확산판이나 프리즘 시트같은 광시트를 제거할 수 있어서 원가절감에 유리하다.
넷째, 광유도체 속으로 RGB LED의 광을 함께 유도하는 경우, 충분한 색혼합을 달성하여 색번짐효과를 제거하고, 동시에 RGB LED 광에 의해 높은 화질을 달성할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛을 설명한다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛을 나타낸 단면도, 도 4는 도 3에 도시된 P의 부분확대도이다.
직하형 백라이트 유닛은 도광판(100), 광 분기부(200), 복수의 백색광 LED(310) 및 복수의 광유도체(400a)를 포함한다. 도광판(100)은 하면에 복수의 삽입홈(110)이 형성된다. 광 분기부(200)는 도광판(100)의 상면에 복수가 배치되어 도광판(100) 내부를 진행하는 광을 내부 전반사에 의해 액정패널(LP)이 위치한 상측으로 분기시킨다. 백색광 LED들(310)은 삽입홈(110)의 하부에 각각 배치된다. 광유도체들(400a)은 삽입홈(110)과 백색광 LED(310)의 사이에 배치되며, 백색광 LED(310)에서 나온 광을 도광판(100)의 내부로 유도하는 역할을 한다.
광유도체(400a)는 원통 형상 또는 막대 형상을 하고, 그 하부로 입사된 백색광 LED(310)의 광을 광유도체 측면에서의 내부 전반사에 의하여 상부로 유도한다. 또한, 삽입홈(110)에 삽입되는 광유도체(400a)의 상부에는 표면에 광확산면(410a)이 배치되어 상부로 유도된 광을 도광판 내부로 입사시킨다. 백색광 LED(310)의 하부에는 LED 컵(350)이 배치된다. 광유도체(400a), 백색광 LED(310), LED 컵(350)은 모두 일체형으로 제작되어 LED 어셈블리(300A)가 될 수도 있다.
액정패널(LP)과 도광판(100) 사이에는 광의 확산각도를 조절하고 광의 균일도를 향상시키기 위하여 확산시트(210)가 배치될 수 있다.
도 4를 참조하면, 일단 도광판(100) 내부로 들어간 광은 다시 내부 전반사에 의해서 도광판(100) 내부를 진행하게 된다. 이때, 도광판(100) 내부로 진행하는 광을 액정패널(LP)이 위치한 수직 상방으로 분기시키기 위하여 역 원뿔대(Reverse circular truncated cone) 또는 역 프리즘(Reverse prism)의 형상을 가진 다수의 광 분기부(200)가 도광판(100) 상면에 설치된다. 광 분기부(200) 속으로 들어가는 광은 내부 전반사에 의해서 액정패널(LP) 방향으로 수직으로 분기하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 LED의 바둑판식 배치를 나타낸 평면도, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 LED의 벌집식 배치를 나타낸 평면도이다.
백색광 LED(310)와 그에 대응되는 도광판(100) 하면의 삽입홈(110)은 각각 도 5처럼 바둑판 식으로 규칙적으로 배치된다.
또는, 도 6처럼 백색광 LED(310)와 그에 대응되는 도광판(100) 하면의 삽입홈(110)은 벌집 형상으로 배치된다. 백색광 LED(310)는 앞서 설명한 LED 어셈블리(300A)가 될 수도 있다. 이때, 각각의 백색광 LED(310) 및 삽입홈(110)들은 서로 구획되도록 도광판의 하부에 광구획부(500)를 더 구비하게 된다. 상기 광구획부(500)는 하드웨어적 구조물이 아니며, 하나의 LED 어셈블리(300A)에서 나온 광이 도광판 내부에서 내부 전반사에 의해서 사방으로 확산되어 갈 때의 광이 미치는 유효 영역을 나타낸다. 이 광이 미치는 유효영역은 서로 근접한 LED어셈블리에서 나와서 확산되는 광의 유효영역과 서로 겹칠 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 도 3에 도시된 광 분기부를 나타낸 사시도 및 확대 사시도이다. 이러한 광 분기부는 후술할 제2 내지 제4 실시예에도 적용이 가능하다. 도 7a를 참조하면, 광 분기부들(200)은 도광판(100)의 상면에 배치되어 도광판 내에서 내부 전반사에 의해 진행하는 광을 액정패널 방향으로 수직으로 분기시킨다. 광 분기부(200)는 도광판(100)과 일체로 형성될 수 있다.
또한, 도 7b에 도시된 것처럼 역 원뿔대 형상의 광 분기부(200a) 또는 도 9c에 도시된 것처럼 역 프리즘의 형상의 광 분기부(200b)가 사용될 수 있다.
더 자세히 설명하면, 도 7b에 도시된 역 원뿔대형 광 분기부(200a)의 상부 직경 D1, 하부 직경 D2, 높이 H는 분기되는 광이 도광판(100)에 수직으로 분기될 수 있도록 광 분기부(200a)의 측면과 도광판(100)의 상면이 이루는 각도(α)가 약 45도에서 75도 사이에서 조합된다. 또한, 도 7b에 도시된 역 프리즘형 광 분기부(200b)는 좌우 대칭형으로서 상면의 폭 D3, 길이 L, 높이 E, 하면의 폭 D4를 가지며, 역시 광 분기부(200a, 200b)의 측면과 도광판(100)의 상면이 이루는 각도(β)가 약 45도 내지 75도의 범위가 될 수 있도록 만들어진다.
도 8은 도 6에 도시된 광 구획부의 부분 확대 평면도이다. 도 8에는 LED어셈블리를 중심으로 도광판(100)의 상면에 광 분기부(200)를 배치하는 방법이 도시되어 있다. LED 어셈블리(300A, 300B)에서 나온 광이 광유도체(400a) 속을 진행한 후에 도광판(100) 하부에 형성된 삽입홈(110)을 통하여 도광판(100) 내부로 유도되어 측면으로 확산되어 퍼지게 된다. 이때 LED 어셈블리(300A, 300B)와 삽입홈(110)에서 가까운 영역(A)에서는 LED 광이 강하고, 먼 영역(B)에서는 확산되어 약하게 된다. 모든 광 분기부(200)에서 분기되어 수직으로 올라오는 광의 세기는 동등하여야 하므로, 광 분기부(200) 안으로 광이 들어가는 역 원뿔형 광 분기부(200a)의 하면 D2의 크기 또는 역 프리즘 광 분기부(200b)의 하면 D2의 크기가 광유도체(400a)와 삽입홈(110)의 위치로부터 멀어질수록 커져야 한다. 또는 광분기부(400)의 크기가 동일할 경우에는, 삽입홈(110)에서 가까운 영역(A)으로부터 먼 영역으로 갈수록 단위면적당 광분기부(400)의 개수가 증가하여야 한다. 빛의 세기는 거의 LED 어셈블리(300A, 300B)로부터의 거리의 제곱에 반비례하여 감소하므로 광분기부(400)의 수 는 반대로 대략 LED 어셈블리(300A, 300B)로부터의 거리의 제곱에 비례하여 증가하여야 한다.
도 9는 3차원 솔리드 모델링에 의해 조명을 디자인 할 수 있는 프로그램인 라이트 툴스(Light tools)를 활용한 본 발명의 제1 실시예에 대한 시뮬레이션 결과 그래프이다. 도 9는 본 발명에 따른 직하형 백라이트 유닛 위에서 측정한 휘도 각분포(Luminance angular distribution)를 보여주고 있으며, LCD에 필요한 약 90도의 시야각을 가지고 광이 수직으로 나오고 있음을 알 수 있다.
도 10은 제2 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 앞선 제1 실시예에서 형광체와 하나의 청색 LED 또는 자외선 LED를 사용하는 백색광 LED(310)는 구조가 단순하고 적용이 편리하지만 화질이 떨어지는 단점이 있기 때문에 제2 실시예에서는 적색, 녹색, 청색의 LED를 구비한 RGB LED(320)가 사용된다. 이 경우, 고화질을 달성하기 위하여 RGB LED(320)에서 나오는 R, G, B 광을 동시에 광유도체(400a) 속으로 입사시키고, 광유도체(400a) 내부에서 내부 전반사에 의하여 유도하면서 골고루 혼합하여 백색광을 만든다. 이러한 백색광을 광유도체(400a)의 상부에 설치된 광확산면(410a)에서 확산시켜 도광판(100) 속으로 입사시킴으로써 RGB LED(320)를 광원으로 활용할 수 있다. RGB LED(320), LED 컵(350), 광유도체(400a) 및 광확산면(410a)을 모두 포함하여 RGB LED 어셈블리(300B)라고 정의한다. RGB LED(320) 또는 RGB LED 어셈블리(300B)를 도광판(100)에 배치하는 방법은 백색광 LED 어셈블리(300A)를 사용할 때와 마찬가지로 도 5 혹은 도 6의 방식이 사용 가능하다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛의 단면도 및 부분 확대 사시도이다. 제1 실시예와 제2 실시예에서는 백색 LED(310) 또는 RGB LED(320)로부터 나오는 광을 광유도체(400a)를 이용하여 도광판(100) 내부로 유도하였다. 앞선 실시예처럼 광유도체(400a)를 사용하는 경우, 광유도체(400a)가 LED(310, 320)와 일체형으로 제작되어야 하고, 광유도체(400a)의 상부에 있는 광확산면(410a)이 도광판(100)의 하면의 삽입홈(110) 속으로 삽입되어야 한다. 이렇게 광확산면(410a)을 삽입홈(110)에 삽입하여 조립하는 과정에서 약간의 수평이동에 의해서도 광유도체(400a)가 삽입홈(110)에 접촉되어 파손될 위험이 존재한다.
제3 실시예에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 도 11a에 도시된 것처럼, 광유도체(400a)를 사용하지 않고, 삽입홈(110)에 삽입되어 배치된 다수의 역 원뿔 형상의 광유도체(410b)를 사용하여 백색광 LED(310)로부터 직접 도광판(100) 속으로 광을 유도한다. LED(310) 전면에는 집광렌즈(360)를 설치하여 LED(310)에서 나오는 광을 평행광으로 만들어 회절격자(120)에 입사시킴으로써 광의 효율을 더 높일 수 있다. 도 11b를 참조하면, 역 원뿔 형상의 광유도체(410b)의 표면에는 반사 물질이 코팅되어 백색광 LED(310)에서 나온 광을 반사시켜 도광판(100) 내부로 입사시킨다. 도광판(100)으로 입사된 광은 광 분기부(200)를 통하여 액정패널(LP) 쪽으로 분기된다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛을 나타낸 단면도이다. 도 12a 내지 도 12c에 따르면 LED의 광을 도광판(100) 내부로 유도함에 있어서 도 3의 광유도체(400a), 도 11a의 역 원뿔 형상의 광유도체(410b)를 대신하여 회절격자(120)를 이용한다. 이렇게 함으로써 도광판(100)의 내부에 삽입홈(110)을 형성할 필요가 없어서 공정이 더욱 간단해 질 수 있다. 이 때 회절격자(120)는 도 12a에 나타난 것처럼 단면이 사인(sine) 형태인 것이 사용되며, 도 12b에 나타난 것처럼 단면이 이진 격자(binaray grating) 형태인 것이 사용될 수도 있다. 또한, LED(310) 전면에 집광렌즈(360)를 설치하여 LED(310)에서 나오는 광을 평행광으로 만들어 회절격자(120)에 입사시킴으로써 광의 효율을 더 높일 수 있으며, 집광렌즈(360)를 포함한 LED 어셈블리(300C)가 된다. LED(310)에서 나오는 광이 회절격자(120)를 통하여 도광판(100) 내부로 유도될 때, 사방으로 골고루 퍼져나가야 하므로 회절격자(120)의 평면은 도 12b에 예시된 것과 같이 다수의 동심원을 이루게 된다. 인접하는 회절격자(120)의 간격 p는 회절된 광이 충분히 비스듬하게 꺽여서 도광판(100) 내부를 전반사에 의하여 진행할 수 있도록 대략 3㎛보다 작은 것이 바람직하다.
이렇게 본 발명의 직하형 백라이트 유닛에 의하면, 종래의 LED 백라이트에 비해서, 훨씬 얇은 두께를 실현하면서도 LED에서 발생하는 열을 효과적으로 분산할 수 있다. 또한, 직하형 백라이트이기 때문에 분할 구동 기술의 적용이 가능하며, 높은 명암비를 달성할 수 있고, 전력소모를 줄일 수 있다. 또한, 다수의 광 분기부(200)에 의하여 적절한 시야각과 수직휘도를 가지는 조명광이 액정패널을 조명하기 때문에 확산판이나 프리즘 시트같은 광시트를 제거할 수 있어서 원가절감에 유리하다. 또한, 광유도체(400a) 속으로 RGB LED(320)의 광을 함께 유도하는 경우, 충분한 색혼합을 달성하여 색번짐효과를 제거하고, 동시에 RGB LED(320) 광에 의해 높은 화질을 달성할 수 있는 효과가 있다.
도 13 내지 도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛을 나타낸 단면도 및 평면도이다. 제1 실시예 내지 제4 실시예에서는 본 발명의 직하형 백라이트 유닛을 LCD에 적용하였다. 제5 실시예에서는 직하형 백라이트 유닛을 광고판이나 실내 조명장치에 적용한다.
종래의 광고용 조명장치는 내부에 형광등이나 백열등이 들어 있어서 전기효율이 낮고, 부피가 크고, 내부의 광원의 형상이 밖에서 부분적으로 나타나는 단점이 있었다.
도 13을 참조하면, 직하형 백라이트 유닛은 앞서 설명한 도광판(100), 광 분기부(110), LED 어셈블리(300A, 300B, 300C) 등을 모두 구비하며, 그 상부에 광고 내용이 새겨진 광고판(AP)이 배치된다는 차이점이 있다. 도 13에서 적용된 역 원뿔대 또는 역 프리즘 형상의 광분기부(200) 대신에 도 14에 도시된 다수의 마이크로 렌즈(220)를 사용함으로써 조명장치에 필요한 더 넓은 확산각을 확보할 수 있다. 마이크로 렌즈(220)의 직경은 약 5㎛에서 300㎛ 정도의 범위에서 적용가능하며, 충분한 확산각과 균일성을 얻기 위하여 서로 직경이 다른 여러 종류의 마이크로렌즈를 복합하여 사용할 수도 있다. LED 어셈블리(300A, 300B, 300C)로부터 멀어질수록 마이크로 렌즈의 밀도가 약 거리의 제곱에 비례하도록 증가되도록 배치함으로써 광고판(AP)으로부터 밖으로 확산되어 나오는 광의 균일성을 높일 수 있다.
도 14의 마이크로 렌즈(220) 대신에 유사한 효과를 얻을 수 있는 것으로 회 절격자(120)에서 설명한 사인격자 또는 이진 격자의 단면을 이루도록 배치된 광분기부(200) 등도 가능하며, 레진 속에 산란 비드(bead)가 산포된 산란 페이스트(paste)도 가능하다.
광고판(AP)의 가장자리의 내측(130)은 광의 손실을 막기 위하여 반사 처리될 수도 있다. 또한, 광고판의 평면 형태는 도 15에 예시된 것과 같이 글자를 비롯한 다양한 형태로 제작될 수 있다.
이렇게, LED를 사용하는 직하형 백라이트 유닛을 광고판(AP)이나 실내 조명장치에 적용하면, 전기효율이 높고, 부피가 작고, 균일한 조명이 가능하다.
도 1은 종래의 직하형 백라이트 유닛을 채용한 액정표시장치의 단면도이다.
도 2는 LED를 광원으로 한 종래의 직하형 액정표시장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 P의 부분확대도이다.
도 5는 도 3에 도시된 LED의 바둑판식 배치를 나타낸 평면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 LED의 벌집식 배치를 나타낸 평면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 3에 도시된 광 분기부를 나타낸 사시도 및 확대 사시도이다.
도 8은 도 6에 도시된 광 구획부의 부분 확대 평면도이다.
도 9은 본 발명의 제1 실시예에 대한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 10은 제2 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛의 단면도 및 부분 확대 사시도이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛을 나타낸 단면도이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛을 나타낸 단면도 및 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
100...도광판 200...광 분기부
300A,300B,300C...LED 어셈블리 310,320...LED
400a,400b...광유도체 500...광구획부

Claims (11)

  1. 하면에 복수의 삽입홈 또는 복수의 회절격자가 형성된 도광판;
    상기 도광판의 상면에 배치되어 상기 도광판 내부를 진행하는 광을 내부 전반사에 의해 상측으로 분기하는 광 분기부;
    상기 삽입홈 또는 회절격자의 하부에 각각 배치되는 복수의 LED; 및
    상기 삽입홈 또는 회절격자와 상기 LED의 사이에 배치되며, 상기 LED에서 나온 광을 상기 도광판 내부로 유도하는 복수의 광유도체 또는 복수의 집광렌즈를 포함하고,
    상기 광유도체는 하부로 입사된 상기 LED의 광을 내부 전반사에 의하여 상부로 유도하며,
    상부로 유도된 광을 상기 도광판 내부로 입사시키도록 상기 삽입홈에 삽입되는 상기 광유도체의 상부 표면에 배치되는 광확산면을 더 포함하는 직하형 백라이트 유닛.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광유도체는,
    역 원뿔 형상을 하여 상기 삽입홈의 상부에 삽입되며, 표면에 반사 물질이 코팅되어 상기 LED에서 나온 광을 반사시켜 상기 도광판 내부로 입사시키는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 유닛.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 광 분기부는 상기 도광판과 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 유닛.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 분기부는,
    역 원뿔대(Reverse circular truncated cone) 또는 역 프리즘(Reverse prism)의 형상인 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 유닛.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 광 분기부의 측면과 상기 도광판의 상면과 이루는 각도는 45도 내지 75도의 범위인 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 유닛.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 분기부들은,
    단면의 형상이 사인 격자(sinusoidal grating) 또는 이진 격자(binary grating)를 이루는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 유닛.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 광 분기부는,
    복수의 마이크로 렌즈(Micro lenses)인 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 유닛.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 회절격자는,
    평면상 복수의 동심원을 이루며 배치되는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 유닛.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 회절격자는,
    단면의 형상이 사인 격자 또는 이진 격자인 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 유닛.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED는,
    적색, 녹색, 청색의 LED를 구비한 RGB LED 또는 백색광 LED인 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 유닛.
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