KR101269591B1 - 액정표시장치용 백라이트 유닛 및 이를 이용한액정표시장치모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 발광다이오를 광원으로 사용하는 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.

본 발명의 특징은 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)의 발광다이오드를 하나의 발광다이오드 클러스터로 구성하고, 상기 발광다이오드의 특성에 맞는 혼합판 및 확산판 그리고 복수개의 광학시트들을 구비하는 것으로, 색 혼합 및 광균일도에 있어 우수한 특성을 나타내며, 기존의 일방향으로 배열되었던 방식에 비해 넓은 혼합영역을 확보하지 않아도 됨으로 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있다.

또한,기존의 반사 도트를 포함한 중간 도광판을 삭제함으로써,상기 반사도트에 의한 재반사에 의한 휘도가 낮아지게 되는 문제점을 해결할 수 있다.

혼합판, 확산판, 확산시트, 집광시트, 반사형 편광시트, 액정표시장치

Description

액정표시장치용 백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정표시장치모듈{Back light unit and liquid crystal display module using thereof}

도 1은 일반적인 발광다이오드를 광원으로 사용한 액정표시장치에 대한 분해 사시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드를 광원으로 사용한 액정표시장치에 대한 분해 사시도.

도 3은 도 2의 발광다이오드 클러스터의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치모듈의 일부에 대한 단면도로서, 도 2의 액정표시장치모듈을 결합한 후 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면.

도 5a ~ 5c는 본 발명의 실시예에 따른 혼합판의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 6은 혼합판의 다른 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 7a ~ 7b는 혼합판의 다른 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 8a ~ 8b는 상기 혼합판의 존재 여부에 따른 색 혼합도 및 광균일를 측정한 시뮬레이션 측정 결과.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 확산판의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 10a ~ 10b는 본 발명의 실시예에 따른 확산시트의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 11a ~ 11b는 본 발명의 실시예에 따른 집광시트의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 편광시트의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110 : 액정패널

116, 118 : 게이트 및 소스 인쇄회로기판

120 : 백라이트 유닛

122 : 발광다이오드 인쇄회로기판

124 : 발광다이오드 클러스터

126 : 반사시트 128 : 관통홀

130 : 혼합판 132 : 확산판

134 : 광학시트(확산시트, 집광시트, 반사형 편광시트)

140 : 서포트메인 150 : 커버버툼

160 : 탑커버

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 발광다이오를 광원으로 사용하는 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.

최근 정보기술과 이동통신기술 등의 발전과 함께 정보를 시각적으로 표시해줄 수 있는 디스플레이 장치의 발전이 이루어지고 있으며, 디스플레이 장치는 크게 발광특성을 갖는 자체 발광형 디스플레이와 다른 외부의 요인으로 발광할 수 있는 비발광형 디스플레이로 분류되고 있다.

상기 비발광형 디스플레이로는 LCD(Liquid Crystal Display)를 예로 들 수 있다.

상기 LCD는 자체 발광요소를 갖지 못하는 소자이므로 별도의 광원을 요구하게 된다. 이에 따라, 배면에 광원을 구비한 백라이트 유닛(Backlight unit)이 마련되어 LCD 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 화상이 구현된다.

상기 백라이트 유닛은 광원으로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescentt Lamp), 그리고 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED) 등을 사용한다.

이중에서 특히, 발광다이오드는 소형,저소비 전력, 고신뢰성 등의 특징을 겸비하여 표시용 광원으로서 널리 이용되고 있는 추세이다.

도 1은 일반적인 발광다이오드를 광원으로 사용한 액정표시장치에 대한 분해 사시도이다.

도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치모듈은 상하로 포개어지며, 일측 가장자리에 게이트 인쇄회로기판(18)과 소스 인쇄회로기판(16)이 구성된 액정패널(10) 그리고 백라이트 유닛(20)과, 이들의 가장자리를 테두리하는 사각테 형상의 서포트메인(40)과, 백라이트 유닛(20)의 배면을 덮으면서 서포트메인(40)과 결합되는 커버버툼(50) 그리고 액정패널(10)의 전면 가장자리를 테두리하는 서포트메인(40)과 결합되는 사각테 형상의 탑커버(60)를 포함한다.

상기 백라이트 유닛(20)은 커버버툼(50)의 내면을 따라 배열되는 다수개의 발광다이오드 인쇄회로기판(Metal Core Printed Circuit Board : MCPCB(22))과, 이들 각각에 일렬로 배열되어 실장된 다수의 발광다이오드(24)와, 이들 다수의 발광다이오드(24)가 통과할 수 있는 복수개의 관통홀(28)이 구성되어 다수의 발광다이오드(24)를 제외한 발광다이오드 인쇄회로기판(22)과 커버버툼(50) 내면 전체를 덮는 백색 또는 은색의 반사시트(26)를 포함한다.

이때, 상기 발광다이오드 인쇄회로기판(22) 상에 다수로 나란하게 배열되는 발광다이오드(24)는 각각 적(R), 녹(G), 청(B)의 색을 발하며, 상기 각각의 발광다이오드(24)에서 발산되는 빛의 균일한 혼합(Mixing)에 의해 백색광이 구현되게 된다.

상기 발광다이오드(24) 상부에는 다수의 발광다이오드(24)와 각각 대응되는 반사도트(31)가 부착된 중간 도광판(30)이 구성되며, 이의 상부로 휘도의 균일도를 위한 확산판(32)과 복수개의 광학시트(34)들이 개재된다.

이때, 상기 중간 도광판(30) 의 배면에 부착되어진 반사도트(31)는 상기 반사 시트(26)와 유사하게 빛을 반사하는 시트물로써, 상기 발광다이오드(24)의 휘점을 가릴 수 있으며 색 혼합도를 증가시킬 수 있다. 또한, 복수개의 광학시트(34)는 반사형 편광시트, 집광시트와 확산시트 등을 포함한다.

이로써, 상기 다수의 발광다이오드(24)로부터 출사된 빛은 직접 또는 반사시트(26)에 의해 반사되어 중간 도광판(30)에 의해 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)의 색과 빛을 잘 혼합하고, 상기 잘 혼합된 빛은 상기 확산판(32)에 의해 휘도를 균일하게 하여 복수개의 광학시트(34)를 통과한 후 상기 액정패널(10)로 입사되고, 이로써 액정패널(10)은 외부로 화상을 표시할 수 있다.

그러나, 일반적인 발광다이오드(24)를 광원으로 사용하는 백라이트 유닛(20)은 몇 가지 단점을 드러내는데, 상기 다수의 발광다이오드(24)에서 발산된 빛이 상기 중간 도광판(30)의 배면에 부착된 반사도트(31)에 의해 재반사 되면서 상기 발광다이오드(24)의 광효율이 낮아지게 되며, 전체적으로 휘도가 낮아지게 된다. 때문에 고휘도의 화상을 구현하기 위해서는 발광다이오드(24)의 갯수를 늘려야 하지만 이로 인한 재료비용 상승과 소비전력 증가를 수반하는 단점이 있다.

또한, 상기 일렬로 배열되는 다수의 발광다이오드(24)는 백색광 구현을 위해 넓은 혼합영역을 가져야만 하므로 액정표시장치의 두께가 두꺼워지게 된다.

또한, 상기 발광다이오드(24) 상부에 개재되는 확산판(32) 및 복수개의 광학시트(34)는 형광램프를 광원으로 사용한 백라이트 유닛에 사용되는 것과 동일한 것으로, 발광다이오드(24)를 광원으로 사용하는 백라이트 유닛(20)에 사용될 경우 효율성이 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발광다이오드를 광원으로 사용하는 액정표시장치의 광효율을 향상시키는 것을 제 1 목적으로 한다.

또한, 공정비용 절감 및 소비전력 감소를 제2목적으로 하며, 박형의 액정표시장치를 제공하는 것을 제 3 목적으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 적, 녹, 청의 색을 발산하는 발광다이오드로 구성되며, 일정 간격을 두고 배열되는 다수개의 발광다이오드 클러스터와; 상기 발광다이오드 클러스터 상부에 혼합영역을 이루도록 개재되며, 양면에 각각 피라미드 패턴과 엠보싱 패턴이 구성된 혼합판과; 상기 혼합판 상부에 개재되는 확산판 및 복수개의 광학시트를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛을 제공한다.

상기 발광다이오드는 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)색을 갖는 다수의 발광다이오드 또는 RGGB의 색을 발산하는 4 in 1 타입인 것을 특징으로 하며, 상기 혼합판의 피라미드 패턴은 상기 발광다이오드와 서로 마주보도록 구성되며, 상기 엠보싱 패턴은 상기 피라미드 패턴이 형성된 반대면에 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수개의 발광다이오드 클러스터가 탑재되는 발광다이오드 인쇄회로기판을 더욱 포함하며 상기 복수개의 , 발광다이오드를 상면으로부터 노출시키도록 일대일 대응되는 복수개의 관통홀이 구성되는 반사시트를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 혼합판의 양면에 구성된 피라미드 패턴과 엠보싱 패턴은 상기 혼합판의 각각 한쪽씩에 구성할 수 있는 것을 특징으로 하며,상기 혼합판은 광 산란각이 10 ~ 180°사이인 체적산란의 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 혼합판의 일면에는 10 ~ 180°사이의 광 산란각을 갖는 산란필름이 일정간격을 두고 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 확산판은 0 ~ 100 사이의 헤이즈 특성을 갖는 것을 특징으로 하며, 상기 복수개의 광학시트는 확산시트, 집광시트, 반사형 편광시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 확산시트는 양측으로 비즈(bead)가 구성된 아크릴수지 층을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 확산시트의 상부측에 구성되는 아크릴수지 층의 비즈는 높은 밀도로 구성하며, 하부측에는 상기 상부측에 비해 비즈를 낮은 밀도로 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 확산시트는 상부측에 타원형의 패턴이 구성된 것을 특징으로 하며, 상기 집광시트는 상부측에 돔형의 렌티큘러 렌즈가 구성되고, 하부측에 반사판이 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 집광시트는 상부측에 70 ~ 120°사이의 꼭지각을 갖는 프리즘을 구성하는 것을 특징으로 하며,상기 집광시트는1장을 사용하거나 또는 상기 돔형의 렌티큘러 렌즈가 구성된 시트와 프리즘이 구성된 시트를 중첩하여 여러장 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반사형 편광시트는 일정방향의 편광축을 갖는 다수의 편광층과, 상기 편광층 상하부측에 구성되는 확산필름을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 편광층의 하부측에 구성되는 확산필름은 0 ~ 60 사이의 헤이즈 특성을 갖으며, 상부측에 구성되는 확산필름은 20 ~ 80 사이의 헤이즈 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 백라이트 유닛을 이용한 액정표시장치모듈로서, 커버버툼과; 상기 커버버툼 내면에 배치되는 다수개의 발광다이오드와; 상기 발광다이오드 상부에 형성되며, 상기 각각의 발광다이오드가 관통되는 관통홀이 구성되어 있는 반사시트와, 양면에 각각 피라미드 패턴과 엠보싱 패턴이 구성된 혼합판, 그리고 확산판과 다수의 광학시트를 더욱 포함하는 백라이트 유닛과; 상기 백라이트 유닛을 테두리하는 사각테 형상의 서포트메인과; 상기 백라이트 유닛 상에 안착되며, 일측에 인쇄회로기판이 구성된 액정패널과; 상기 액정패널의 가장자리를 테두리하며, 상기 서포트메인 및 커버버툼에 조립 결합되는 탑커버를 포함하는 액정표시장치모듈을 제공한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드를 광원으로 사용한 액정표시장치에 대한 분해 사시도이다.

도시한 바와 같이, 액정표시장치모듈은 상하로 포개어지는 액정패널(110) 그리고 백라이트 유닛(120)과 이들의 가장자리를 테두리하는 사각테 형상의 서포트메인(140)과, 백라이트 유닛(120)의 배면을 덮으면서 서포트메인(140)과 결합되는 커 버버툼(150) 그리고 액정패널(110)의 전면 가장자리를 테두리하는 서포트메인(140)과 결합되는 사각테 형상의 탑커버(160)를 포함한다.

이때, 상기 액정패널(110) 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판을 매개로 게이트 인쇄회로기판(118)과 소스 인쇄회로기판(116)이 연결되어 모듈화 과정에서 커버버툼(150)의 측면 또는 배면으로 접혀 밀착되며, 이들은 각각 다수의 게이트라인(미도시)으로 박막트랜지스터(미도시)의 온/오프 신호를 스캔 전달하는 게이트 인쇄회로기판(118) 그리고 다수의 데이터라인(미도시)으로 프레임별 화상신호를 전달하는 소스 인쇄회로기판(116)으로 구분되어 액정패널(110)의 서로 인접한 두 가장자리로 각각 구비된다.

이러한 액정패널(110) 배면으로는 백라이트 유닛(120)이 구비되어 빛을 공급하는데, 커버버툼(150) 내면에 구비되는 발광다이오드 인쇄회로기판(122) 및 이들에 탑재되어 액정패널(110)을 향하는 전방으로 빛을 발하는 다수개의 발광다이오드(124)와, 각각의 발광다이오드(124)가 통과할 수 있는 복수개의 관통홀(128)이 구비되어 발광다이오드(124)를 제외한 발광다이오드 인쇄회로기판(122)과 커버버툼(150) 내면을 덮어 가리는 백색 또는 은색의 반사시트(126)와, 그 상부에 구비되는 혼합판(130)과, 이의 상부로 휘도의 균일도를 위한 확산판(132)과 반사형 편광시트, 집광시트, 확산시트 등을 포함하는 복수개의 광학시트(134)들을 개재한다.

이때, 상기 다수로 구성되는 발광다이오드는 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)의 발광다이오드가 하나의 발광다이오드 클러스터 (LED cluster : 124)를 구성하여 상기 발광다이오드 인쇄회로기판(122) 상에 일정간격 이격되게 반복되어 배열되며, 상기 하나의 발광다이오드 클러스터(124)에서 발산된 빛의 혼합에 의해 백색광을 구현하게 된다.

또한, 상기 발광다이오드 인쇄회로기판(122)은 통상 메탈코어기판을 사용하는데, 그 이유는 발광다이오드의 발광 시 발생되는 저항열을 신속하게 외부로 방출하기 위한 것이다.

이에 따라 발광다이오드 클러스터(124)로부터 출사된 빛은 직접 또는 반사시트(126)에 의해 반사되어 상기 혼합판(130)을 통과하여 상기 발광다이오드 클러스터(124)의 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)색의 색 혼합에 의해 백색광이 구현되며, 상기 구현된 백색광은 다시 확산판(132)을 통과한 후, 광학시트(134)를 통과하는 과정 중에 균일한 면광원으로 가공되어 액정패널(110)로 입사되게 된다.

전술한 바와 같이, 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)의 발광다이오드를 하나의 발광다이오드 클러스터(124)로 구성함으로써, 색 혼합에 있어 우수한 특성을 나타내며 기존의 일방향으로 배열되었던 방식에 비해 넓은 혼합영역을 확보하지 않아도 됨으로 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있다.

또한, 기존의 중간 도광판(도 1의 130)을 삭제하고 대신 혼합판(130)을 구성함으로써, 상기 중간 도광판(도 1의 130)의 배면에 부착된 반사도트(도 1의 131)에 의해 재반사 되면서 전체적으로 휘도가 낮아지게 되는 문제점을 해결할 수 있다.

이로 인하여, 기존의 발광다이오드의 효율성이 낮아 고휘도를 구현하기 위해 발광다이오드의 갯수를 늘려야 하는 문제점이 미연에 방지되기 때문에, 이로 인한 재료비의 상승과 소비전력이 증가되는 문제점 역시 해결할 수 있다.

도 3은 도 2의 발광다이오드 클러스터의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 발광다이오드 인쇄회로기판(122) 상에 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)의 발광다이오드(124a, 124b, 124c, 124d)를 사각형 형태로 배치하여, 발광다이오드 클러스터(124)를 구성한다.

이때, 각각의 발광다이오드(124a, 124b, 124c, 124d)는 각각의 발광다이오드(124a, 124b, 124c, 124d, 125)에서 발산되는 열에 영향을 받지 않도록 일정간격 이격되게 배치한다.

상기 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)의 발광다이오드(124a, 124b, 124c, 124d)에서 발산되는 각각의 빛으로 색 혼합에 의한 백색광을 구현하게 되는데, 이때 원하는 백색광의 휘도를 위하여 상기 두개의 녹색 발광다이오드(124a, 124d)를 사용한다.

즉, 상기 적색 또는 청색 광의 효율은 상기 녹색 광의 효율보다 상대적으로 높기 때문에, 두개의 녹색 발광다이오드를 사용하여 상기 적색 및 청색 광 효율과 녹색 광 효율이 동일해지도록 하여 화이트 밸런스(White Balance)를 맞출 수 있다.

앞서 전술한 바와 같이, 상기 발광다이오드 클러스터(124)는 상기 발광다이오드 인쇄회로기판(122) 상에 일정간격 이격되게 다수가 반복되어 배치된다.

이때, 도면상으로 도시하지는 않았지만 상기 발광다이오드 클러스터(124)는 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)의 발광다이오드(124a, 124b, 124c, 124d)를 하나로 묶어서 구성할 수도 있으며 하나의 발광다이오드 램프 안에 각각 , 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)색을 발하는 발광다이오드 칩을 포함하는 4 in 1 type 발광다이오드로 구성할 수도 있다.

또한, 상기 발광다이오드 클러스터(124)의 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)의 발광다이오드가 배치되는 순서는 적(R) -> 녹(G) -> 녹(G) -> 청(B), 외에도 적(R) -> 녹(G) -> 청(B) -> 녹(G) 등 다양하게 구성할 수 있다.

도 4는 앞서 설명한 본 발명에 따른 액정표시장치모듈의 일부에 대한 단면도로서, 도 2의 액정표시장치모듈을 결합한 후 여기에 표시된 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이다.

도시한 바와 같이, 커버버툼(150)의 내면으로 발광다이오드 인쇄회로기판(122) 그리고 여기에 장착되어진 발광다이오드 클러스터(124)와, 상기 발광다이오드 클러스터(124)만을 노출시키도록 관통홀(도 2의 128)이 구성된 반사시트(126)가 덮여 있으며, 이 같은 반사시트(126) 상면에는 각각의 발광다이오드 클러스터(124)에서 발산된 빛을 균일하게 혼합하기 위한 혼합판(130)이 구성된다.

이때, 혼합판(130)의 상기 발광다이오드 클러스터(124)와 서로 마주보는 면에는 피라미드 패턴이 구성되어 있으며, 상기 피라미드 패턴이 구성된 반대면에는 엠보싱 패턴을 구성한다.

또한, 상기 혼합판(130) 상부에는 상기 혼합판(130)에서 아직 혼합되지 않은 색을 추가적으로 혼합시키기 위한 확산판(132)을 더욱 구비하는데, 상기 확산판(132)은 색 혼합과 광균일도 정도에 따라 다양한 헤이즈(haze) 특성이 있는 것을 사용한다.

이때, 헤이즈(haze) 특성이란 빛이 투명한 재료를 통과할 때 재료의 종류에 따라서는 반사나 흡수 외에 그 재료의 고유 성질에 따라 광선이 확산되어 불투명한 흐림상 외관이 나타나는 현상으로 이러한 헤이즈 특성 값이 낮을수록 빛의 투과율이 높아지게 된다.

또한, 상기 확산판(132) 상부에 개재되는 복수개의 광학시트(134)는 확산시트, 집광시트를 비롯하여 이른바 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)라 불리는 반사형 편광필름 등 각종 기능성 시트를 포함할 수 있다. 상기 광학시트는 광특성에 따라 총 1장에서 6장 정도의 시트를 사용할 수 있다.

이를 통해 앞서 전술한 각 구성요소를 확인할 수 있는데, 상기 발광다이오드 클러스터(124)의 각각의 발광다이오드로부터 출사된 빛은 직접 또는 반사시트(126)에 의해 반사되어 혼합판(130)과 확산판(132) 그리고, 복수개의 광학시트(134)를 차례로 통과한 후 액정패널(도 2의 110)로 입사되고, 이를 이용하여 액정패널(도 2의 110)은 비로소 목적하는 휘도의 화상을 외부로 표시할 수 있다.

이때, 상기 발광다이오드 클러스터(124) 상부에 구성된 혼합판(130)과 상기 확산판(132)과의 사이에는 혼합영역을 확보함으로써, 상기 혼합판(130)을 통과한 빛은 색이 잘 혼합되어 원하는 백색광을 방출하게 된다.

상기 전술한 혼합판(130), 확산판(132) 그리고 복수개의 광학시트(134)의 구조에 대하여 도면을 참조하여 좀더 자세하게 설명하도록 하겠다.

도 5a ~ 5c는 본 발명의 실시예에 따른 혼합판의 구조를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 6과 도 7a ~ 7b는 혼합판의 다른 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5a는 상기 혼합판(130)의 측면을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5b는 정면, 도 5c는 상기 혼합판(130)의 배면을 개략적으로 도시한 도면으로, 혼합판(130)은 발광다이오드 클러스터(도 4의 124)에서 방출하는 색을 잘 혼합하여 백색광을 구현하고, 광의 균일도를 증가시키기 위해 구성되는 것으로, 양면에 각각 피라미드 패턴(136)과 엠보싱 패턴(138)을 구성한다.

즉, 상기 발광다이오드 클러스터(도 4의 124)와 마주보는 일면에는 역 피라미드 패턴(136)을 구성하여, 상기 발광다이오드 클러스터(도 4의 124)에서 발산되는 직진 빛이 측면으로 고르게 확산되도록 하고, 상기 반대면에 구성된 엠보싱 패턴(138)을 통해 상기 발광다이오드 클러스터(도 4의 124)에서 방출된 빛을 균일하게 혼합해 줌으로써 백색광을 방출하게 된다.

이로 인하여, 상기 역 피라미드 패턴(136)으로 인해 광손실을 최소화하며, 균일한 색 혼합으로 인하여 원하는 백색광을 구현할 수 있으며 색 균일도가 향상되게 된다.

이때, 상기 혼합판(130)의 양면에 구성되는 피라미드 패턴(136)과 엠보싱 패턴(138)은 앞서 설명한 구조 외에도 상기 혼합판(130)의 한쪽에 각각 피라미드 패턴(136) 또는 엠보싱 패턴(138)만을 구성할 수도 있다.

도 6은 본 발명에서 제시한 혼합판(130)의 다른 구조로써, 도시한 바와 같이 상기 혼합판(130)은 내부에 불균일한 입자가 구성되어, 광 산란각이 10 ~ 180°사이의 체적산란 의 특성을 갖는 혼합판 을 사용하여 (volume scattering) (130) 색 혼합과 광균일도를 향상시킬 수 있다.

도 7a ~ 7b 역시 본 발명에서 제시한 혼합판의 다른 구조로써, 도 7a는 혼합판의 측면, 7b는 혼합판의 정면을 개략적으로 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 혼합판(130)의 일측면에 산란 필름(scattering film : 140)을 붙여, 상기 발광다이오드 클러스터(도 4의 124)에서 발산된 빛을 사방으로 확산되도록 한다.

이때, 상기 산란 필름(140)은 광 산란각이 10 ~ 180°사이를 갖는 것을 특징으로 하며, 수직 또는 수평으로 산란각을 조절할 수 있다.이로 인하여, 상기 발광다이오드 클러스터(도 4의 124)에서 발산된 빛의 색 혼합 및 광균일도, 광효율이 향상되게 된다.

앞서 전술한 이러한 혼합판(130)들은 상기 발광다이오드 클러스터(도 4의 124)에 발산되는 빛의 균일한 색 혼합 외에도 모든 영역에 걸쳐 균일한 광을 방출함으로써 광균일도를 향상시키며, 이로 인하여, 광효율도 향상되게 된다.

도 8a ~ 8b는 상기 혼합판의 존재 여부에 따른 색 혼합도 및 광균일도를 측정한 시뮬레이션 측정 결과이다.

8a는 혼합판(도 5a의 130)을 구성한 구조로, 전체적으로 균일한 색과 균일한 밝기를 갖는 것을 볼 수 있는데, 이로 인하여 색 혼합도와 광균일도가 우수하다는 것을 알 수 있다.

8b는 혼합판(도 5a의 130)을 구성하지 않은 구조로, 발광다이오드 클러스터(도2의 124)가 존재하는 위치에서 휘점이 확인되는 것을 알 수 있다.

또한, 색 혼합 영역도 상기 혼합판(도 5a의 130)을 구성한 구조에 비해 적기 때문에 상기 발광다이오드 클러스터(도 4의 124) 사이는 검게 나타나는 것을 볼 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 확산판의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 확산판(132)은 색 혼합과 광균일도 정도에 따라 다양한 헤이즈(haze) 특성이 있는 것을 사용하는 것이 바람직하나, 최근 발광다이오드 클러스터(도 4의 124)의 개발로 인하여 광 출사각이 다양해짐에 따라, 상기 확산판(132)을 투명 아크릴(acryl) 계열 수지, PMMA(polymethylmethacrylate), 열가소성수지인 PET판 등 헤이즈 특성이 없는 것을 사용할 수도 있다.

때문에, 본 발명의 실시예에서는 확산판(132)의 색 혼합과 광균일도 정도에 따라 0 ~ 100 사이의 헤이즈 특성을 갖는 확산판(132)을 사용하는 것을 특징으로 한다.

도 10a ~ 10b는 본 발명의 실시예에 따른 확산시트의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 10a는 비즈(bead)가 구성된 확산시트(134a)로 도시한 바와 같이, 확산시트(134a)는 PET로 구성된 베이스필름(142)과, 베이스필름(142) 양면에 비즈(144)를 포함하는 아크릴수지(acrylic resin) 층으로 구성된다.

상기 아크릴수지 층 내에는 비즈(144) 등의 광 확산제가 구성되며, 상기 확산시트(134a)로 입사되는 광을 분산시킴으로써 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지 한다.

이때, 상기 상부측에 구성된 아크릴수지 층 내의 비즈(144)는 광을 확산시키는 역할을 하므로, 하부측에 구성된 아크릴수지 층 내의 비즈(144) 보다 높은 밀도로 형성한다.

도 10b는 비즈(도 10a의 144)를 포함하지 않는 non-bead 형태의 확산시트(134a)로, 수직, 수평방향으로 광 산란각을 조절할 수 있어, 원하는 방향으로 광을 조절할 수 있는 특징이 있다.

이때, 상기 베이스필름(142) 상부에 타원형의 패턴(elliptical pattern : 146)을 구성함으로써 이 역시, 광을 분산시켜 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지한다.

이로 인하여, 본 발명의 실시예에 따른 확산시트(134a)는 발광다이오드 클러스터(도 4의 124) 출사각과 색 혼합 정도에 따라 다양한 각도로 산란하는 확산시트(134a)를 사용할 수 있다.

도 11a ~ 11b는 본 발명의 실시예에 따른 집광시트의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 11a는 렌티큘러(lenticular : 150) 렌즈를 사용한 집광시트(134b)로써, 도시한 바와 같이 PET 수지로 구성된 베이스필름(142)과, 베이스필름(142) 상부면에 구성된 돔형의 렌티큘러층(150)과, 상기 베이스필름(142) 하부면에 일정간격을 두고 구성된 반사판(152)으로 구성된다.

상기 렌티큘러 렌즈 집광필름의 하부면에 구성된 상기 반사판(152)은, 빛의 산란을 향상시키며 상기 반사판(152)의 개구율에 따라 정면휘도와 시야각이 변하게 된다.

즉, 정면휘도를 향상시키기 위해서는 개구율을 감소시키고, 시야각을 넓게 하기 위해서는 개구율을 증가시키면 되는데, 넓은 시야각을 구현하기 위해서는 개구율을 45 ~ 80%로, 높은 정면 휘도를 구현하기 위해서는 개구율을 20 ~ 40%로 하면 된다.

도 11b는 프리즘 타입 집광시트로써 PET수지로 구성된 베이스필름(142)과, 베이스필름(142) 상면에 상방으로 꼭지각이 90°인 프리즘(154)이 일정한 배열을 갖도록 구성하는 것이 일반적이나, 광특성에 따라 70 ~ 120° 사이의 프리즘(154)도 사용할 수 있다.

이때, 상기 집광시트(134b)는 1장을 구성하여 사용할 수 있으나, 고휘도를 구현하기 위해서는 여러장의 집광시트(134b)를 겹쳐서 사용한다. 즉, 프리즘 타입의 시트만을 겹쳐서 사용하거나, 렌티큘러 렌즈 집광시트만을 겹쳐서 사용하거나,

상기 프리즘 타입 집광시트와 렌티큘러 렌즈 집광시트를 서로 겹쳐 중첩하여 사용할 수도 있다.

이러한 집광시트(134b)는 상기 확산시트(134a)로부터 확산된 광을 상부 액정패널(도 2의 110)의 평면에 수직한 방향으로 집광하는 역할을 수행한다. 이에 따라 상기 집광시트(134b)를 통과하는 광은 거의 대부분 수직하게 진행되어 균일한 휘도 분포를 제공하게 된다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 편광시트의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 반사형 편광시트(134c)는 일정방향의 편광축을 갖는 다수의 편광층들로 구성된 반사형 편광층(156)과 및 그의 상하부에 구성되는 확산필름(158a, 158b)을 포함한다.

이때, 상기 반사형 편광층(156) 상부의 확산필름(158a) 보다 하부의 확산필름(158b)이 광로에 영향을 주기 때문에, 상기 하부의 확산필름(158b)을 0 ~ 60 사이의 헤이즈 특성을 갖도록 하며 또한, 상부에는 외간상의 문제로 비교적 하부에 구성되는 확산필름(158b) 보다 높은 20 ~ 80 사이의 헤이즈 특성을 갖는 확산필름(158a)을 사용한다.

이때, 상기 집광시트(134b)를 렌티큘러 렌즈 집광시트 또는 프리즘 정각이 90°이상인 프리즘 타입의 집광시트를 사용할 경우, 반사형 편광시트(134c)의 상하부에 확산필름(158a, 158b)을 부착할 필요는 없다. 이는, 렌티큘러 렌즈 집광시트와 프리즘 정각이 90°인 프리즘 타입의 집광시트는 어느 정도의 측면광을 구현할 수 있기 때문이다.

상기 반사형 편광시트(134c)는 상기 집광시트(134b)로부터 집광되어 입사되는 광을 상기 다수의 편광층(156)들의 편광축과 동일한 방향성을 갖는 광은 통과시키고, 상기 편광축과 다른 방향성을 갖는 광은 반사시키게 된다.

앞서 전술한 혼합판(130)과 확산판(132), 그리고 확산시트(134a), 집광시트(134b), 반사형 편광시트(134c)를 포함하는 복수개의 광학시트는 상기 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)의 발광다이오드 클러스터(도 4의 124)의 배열로만 부족한 색 혼합과 광균일도를 향상시키는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)의 발광다이오드(도 3의 124a, 124b, 124c, 124d)로부터 출사된 빛은 직접 또는 반사시트(도 2의 126)에 의해 반사되어 상기 혼합판(130)을 통과하면서 상기 발광다이오드 클러스터(도 4의 124)의 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)색의 균일한 색 혼합에 의한 백색광이 구현되고, 상기 백색광은 광균일도 및 광효율이 향상된 상태로 상기 확산판(132)을 통과하면서, 상기 혼합판(130)에서 아직 혼합되지 않은 색을 추가적으로 혼합시키며, 발광다이오드 클러스터(도 4의 124)의 휘점이 보이지 않도록 넓게 퍼트려 주게 된다.

상기 확산판(132)을 통과한 광은 다시 광학시트(도 2의 134)를 통과하는 과정 중에 상기 액정패널(도 2의 110)을 향하여 광을 집중되며 균일한 면광원으로 가공되어 액정패널(도 2의 110)로 입사된다.

본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)의 발광다이오드를 하나의 발광다이오드 클러스터로 구성함으로써, 색 혼합에 있어 우수한 특성을 나타내며 기존의 일방향으로 배열되었던 방식에 비해 넓은 혼합영역을 확보하지 않아도 됨으로 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 기존의 중간 도광판을 삭제하고 대신 혼합판을 구성함으로써, 상기 중간 도광판의 배면에 부착된 반사도트에 의해 재반사 되면서 상기 발광다이오드의 광효율이 낮아지게 되며 전체적으로 휘도가 낮아지게 되는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

이는, 기존의 발광다이오드의 효율성이 낮아 고휘도를 구현하기 위해 발광다이오드의 갯수를 늘려야 하는 문제점이 미연에 방지되기 때문에, 이로 인한 재료비의 상승과 소비전력이 증가되는 문제점 역시 해결할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 발광다이오드의 특성에 맞는 혼합판 및 확산판 그리고 복수개의 광학시트들을 구비함으로써, 색 혼합과 광균일도가 향상되며, 이로 인하여 광효율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (19)

1. 적, 녹, 청의 색을 발산하는 발광다이오드로 구성되며, 일정 간격을 두고 배열되는 다수개의 발광다이오드 클러스터와;

   상기 발광다이오드 클러스터 상부에 혼합영역을 이루도록 개재되며, 양면에 각각 피라미드 패턴과 엠보싱 패턴이 구성되거나, 일면에 10 ~ 180° 사이의 광산란각을 갖는 다수개의 산란필름이 일정 간격을 두고 부착되어 있는 혼합판과;

   상기 혼합판 상부에 개재되는 확산판 및 복수개의 광학시트

   를 포함하며, 상기 복수개의 광학시트는 일정방향의 편광축을 갖는 다수의 편광층과, 상기 편광층 상하부측에 구성되는 확산필름을 포함하는 반사형 편광시트를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 발광다이오드는 적(R), 녹(G), 녹(G), 청(B)색을 갖는 다수의 발광다이오드 또는 RGGB의 색을 발산하는 4 in 1 타입인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 혼합판의 피라미드 패턴은 상기 발광다이오드와 서로 마주보도록 구성되며, 상기 엠보싱 패턴은 상기 피라미드 패턴이 형성된 반대면에 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수개의 발광다이오드 클러스터가 탑재되는 발광다이오드 인쇄회로기판을 더욱 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수개의 발광다이오드를 상면으로부터 노출시키도록 일대일 대응되는 복수개의 관통홀이 구성되는 반사시트를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 혼합판의 양면에 구성된 피라미드 패턴과 엠보싱 패턴은 상기 혼합판의 각각 한쪽씩에 구성할 수 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 혼합판은 광 산란각이 10 ~ 180° 사이인 체적산란의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 확산판은 0 ~ 100 사이의 헤이즈 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 복수개의 광학시트는 확산시트, 집광시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 확산시트는 양측으로 비즈(bead)가 구성된 아크릴수지 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 확산시트의 상부측에 구성되는 아크릴수지 층의 비즈는 제 1 밀도로 구성하며, 하부측에는 상기 제 1 밀도에 비해 낮은 제 2 밀도로 비즈를 구성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 확산시트는 상부측에 타원형의 패턴이 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
14. 제 10 항에 있어서,

    상기 집광시트는 상부측에 돔형의 렌티큘러 렌즈가 구성되고, 하부측에 반사판이 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
15. 제 10 항에 있어서,

    상기 집광시트는 상부측에 70 ~ 120°사이의 꼭지각을 갖는 프리즘을 구성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제 14 또는 15 항에 있어서,

    상기 집광시트는 1장을 사용하거나 또는 여러장을 중첩하여 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
17. 삭제
18. 제 1 항에 있어서,

    상기 편광층의 하부측에 구성되는 확산필름은 0 ~ 60 사이의 헤이즈 특성을 갖으며, 상부측에 구성되는 확산필름은 20 ~ 80 사이의 헤이즈 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
19. 커버버툼과;

    상기 커버버툼 내면에 배치되며, 적, 녹, 청의 색을 발산하는 발광다이오드로 구성되며, 일정 간격을 두고 배열되는 다수개의 발광다이오드 클러스터와;

    상기 발광다이오드 클러스터 상부에 혼합영역을 이루도록 개재되며, 양면에 각각 피라미드 패턴과 엠보싱 패턴이 구성되거나, 일면에 10 ~ 180° 사이의 광산란각을 갖는 다수개의 산란필름이 일정 간격을 두고 부착되어 있는 혼합판과;

    상기 혼합판 상부에 개재되는 확산판 및 복수개의 광학시트

    를 포함하며, 상기 복수개의 광학시트는 일정방향의 편광축을 갖는 다수의 편광층과, 상기 편광층 상하부측에 구성되는 확산필름을 포함하는 반사형 편광시트를 포함하는 백라이트 유닛과;

    상기 백라이트 유닛을 테두리하는 사각테 형상의 서포트메인과;

    상기 백라이트 유닛 상에 안착되며, 일측에 인쇄회로기판이 구성된 액정패널과;

    상기 액정패널의 가장자리를 테두리하며, 상기 서포트메인 및 커버버툼에 조립 결합되는 탑커버

    를 포함하는 액정표시장치모듈.

Images