KR101274687B1 - 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광원의 균일도 및 핫 스폿(hot spot)을 개선하도록 한 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것으로서, 적어도 일측면에 일정한 간격으로 복수개의 홈이 형성된 도광판과, 상기 도광판의 적어도 일측면에 형성된 홈에 대응하게 형성되어 광을 발광하는 복수개의 광원부와, 상기 광원부와 도광판 사이에 구성되어 상기 광원부에서 발생된 광원을 회절시키어 상기 도광판에 전달하는 슬릿부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

도광판, 홈, LED, 슬릿, 반사판, 아크릴

Description

백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정표시장치{back light unit and liquid crystal display device using the same}

도 1은 일반적인 백 라이트 어셈블리의 구조를 설명하기 위한 도면

도 2는 종래의 LED를 사용한 백 라이트 유닛을 나타낸 사시도

도 3은 종래 기술에 의한 백 라이트 유닛에서 도광판의 휘도 특성을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 백 라이트 유닛을 나타낸 사시도

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 백 라이트 유닛을 나타낸 사시도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

51 : 도광판 52 : 홈

53 : LED 54 : PCB 기판

55 : 슬릿부 56 : 반사판

57 : 아크릴판

본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display device)에 관한 것으로, 특 히 광원을 회절 및 산란시켜 균일성을 향상시키도록 한 백 라이트 유닛(back light unit) 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 표시장치들 중의 하나인 CRT(Cathode Ray Tube)는 텔레비전(TV)을 비롯해서 계측기기, 정보 단말기기 등의 모니터에 주로 이용되고 있으나, CRT의 자체 무게와 크기로 인해 전자 제품의 소형화, 경량화의 요구에 적극적으로 대응할 수 없었다.

따라서 각종 전자제품의 소형, 경량화되는 추세에서 CRT는 무게나 크기 등에 있어서 일정한 한계를 가지고 있으며 이를 대체할 것으로 예상되는 것으로, 전계 광학적인 효과를 이용한 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display device), 가스방전을 이용한 플라즈마 표시소자(PDP ; Plasma Display Panel) 및 전계 발광 효과를 이용한 EL 표시소자(ELD ; Electro Luminescence Display) 등이 있으며, 그 중에서 액정표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한, CRT를 대체하기 위해서 소형, 경량화 및 저소비전력 등의 장점을 갖는 액정표시장치는, 최근에 평판 표시장치로서의 역할을 충분히 수행할 수 있을 정도로 개발되어 랩탑형 컴퓨터의 모니터뿐만 아니라 데스크탑형 컴퓨터의 모니터 및 대형정보 표시장치 등에 사용되고 있어 액정표시장치의 수요는 계속적으로 증가되고 있는 실정이다.

상기 액정표시장치는 액정의 광학적 이방특성을 이용한 화상표시 장치로서, 전압의 인가상태에 따라 분극특성을 보이는 액정에 빛을 조사하게 되면 상기 전압인가에 따른 액정의 배향 방향에 따라 통과되는 빛의 양을 조절하여 이미지를 표현 할 수 있는 장치이다.

하지만, 상기와 같은 액정표시장치는 자체가 발광하지 않는 특징을 가지므로 별도의 광원이 필요하다. 따라서 주변의 자연광을 이용하는 반사형 액정표시장치도 있지만, 상기 반사형 액정표시장치는 주변 환경에 의한 사용상의 제약을 많이 받으므로 자체의 독립적인 광원을 가진 액정표시장치가 요구되었다.

결국, 자체 독립적인 광원을 갖는 투과형 액정표시장치가 개발되었으며, 이러한 독립적인 광원을 백 라이트라고 하는데, 광원으로는 EL(Electro Luminescence), LED(Light Emitting Diode), 냉음극 형광램프(CCFL : Cold Cathode Fluorescent Lamp), 열음극 형광램프(HCFL : Hot Cathode Fluorescent Lamp) 등이 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 백 라이트 어셈블리의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 형광램프(1), 도광판(2), 확산패턴(3), 반사판(4), 확산판(5) 및 프리즘 시트(6) 등으로 구성되어 있다.

먼저, 상기 형광램프(1)는 전압이 인가되면 형광램프(1)내에 존재하는 전자들은 양극으로 이동하고, 이동중인 전자가 아르곤(Ar)과 충돌하여 아르곤이 여기되어 양이온을 증식하고, 증식된 양이온이 음극에 충돌하여 2차 전자를 방출한다.

상기 방출된 2차 전자가 관내를 흘러서 방전을 개시하게 되면 방전에 의한 전자의 흐름이 수은증기와 충돌, 전리하여 자외선과 가시광이 방출되고, 방출된 자외선이 램프 내벽에 도포된 형광체를 여기시켜 가시광을 방출하여 빛을 발산하게 된다.

이어, 상기 도광판(2)은 상기 형광램프(1)에서 발산된 빛을 내부로 입사시켜 상부로 면광원이 출사되도록 하는 웨이브 가이드(Wave-Guide)로서, 광투과력이 우수한 PMMA(Poly Methyl Meth Acrylate) 수지가 사용된다.

상기 도광판(2)의 광 입사 효율에 관계하는 요소로는 도광판 두께 대 램프 직경, 도광판과 램프 사이 거리, 램프 반사판의 형태 등이 있으며, 일반적으로 형광램프(1)를 도광판(2) 중심보다 두께 방향으로 비껴 놓음으로서 광입사 효율이 높아지게 된다.

이어, 상기 확산패턴(3)은 Si0₂, 입자와 PMMA, 솔벤트(Solvent)등으로 이루어진다. 이때 상술한 Si0₂ 입자는 광확산용으로 사용되고, 다공질 입자 구조를 가진다. 또한 PMMA는 Si0₂ 입자를 도광판(2) 하부면에 부착시키기 위해 사용된다.

상기 확산패턴(3)은 도트 형태로 도광판 하부면에 도포되며, 도광판(2) 상부에서의 균일한 면광원을 얻기 위해 도트의 면적이 단계적으로 커진다. 즉, 형광램프(1)에서 가까운 쪽은 단위 면적당 도트가 차지하는 면적율이 작고, 형광램프(1)에서 먼 쪽은 단위 면적당 도트가 차지하는 면적율이 크다.

이때 도트의 모양은 여러 가지 형태가 있을 수 있으며, 단위 면적당 도트의 면적율이 동일하면 도트의 모양에 상관없이 도광판 상부에서 같은 밝기의 효과를 얻을 수 있다.

이어, 상기 반사판(4)은 도광판(2) 후단에 설치되어 형광램프(1)에서 출사된 빛이 도광판(2) 내부로 입사되도록 한다.

그리고 상기 확산판(5)은 도트 패턴이 도포된 도광판(2) 상부에 설치되어 시야각(Viewing Angle)에 따라 균일한 휘도를 얻도록 하는데, 상기 확산판(5)의 재질로는 PET나 PC(Poly Carbonate) 수지를 사용하며, 확산판(5)의 상부에는 확산 역할을 하는 입자 코팅층이 있다.

이어, 상기 프리즘 시트(6)는 상기 확산판(5) 상부로 투과되어 반사되는 광의 정면 휘도를 높이기 위한 것으로서, 상술한 프리즘 시트(6)는 특정 각도의 광만 투과되도록 하고, 나머지 각도로 입사된 빛은 내부 전반사가 일어나 프리즘 시트(6) 하부로 다시 되돌아간다. 상술한 것과 같이 되돌아가는 광은 도광판(2) 하부에 부착된 반사판(4)에 의해 반사된다.

상기와 같이 구성된 일반적인 백 라이트 어셈블리는 몰드 프레임에 고정되며, 백 라이트 어셈블리의 상면에 배치되는 디스플레이 유닛은 케이스 탑으로 보호되고, 상기 케이스 탑과 몰드 프레임은 그 사이에 백 라이트 어셈블리와 디스플레이 유닛을 수용한 채 결합된다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술에 의한 백라이트 유닛을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 종래의 LED를 사용한 백라이트 유닛을 나타낸 사시도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 액정패널의 배면에 구성된 도광판(21)의 적어도 일측면에 LED(22)가 배치되고, 상기 LED(22)에 의해 액정패널을 조명하므로 어두운 장소에서도 화면을 표시할 수 있다.

여기서 상기 LED(22)는 PCB 기판(23)상에 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED가 각각 일정한 간격을 갖고 배치되어 있다.

상기와 같이 구성된 백라이트 유닛은 액정패널에 화상을 구현하는 경우에 LED(22)를 점등시킨다. 이때 상기 LED(22)의 적색, 녹색, 청색의 3색의 LED에 전압이 인가되어 발광되고, 상기 발광한 적색, 녹색, 청색의 광은 도광판(21)내에서 산란하는 것에 의해 색혼합되어 백색광을 액정패널의 배면에 조명한다.

상기와 같은 액정패널을 조명하는 광원으로 발광 다이오드(LED)를 이용하는 것에 의해, 노트북형 PC 등의 전자기기의 소전력화, 소형화를 용이하게 달성할 수 있다.

한편, LED는 반도체의 광전변환효과를 이용한 고체소자이다. LED를 발광시키기 위해서는 1.5V정도의 직류전압을 인가하면 되기 때문에 DA-AC 변환기가 필요없어 소비전력을 대폭으로 줄일 수 있다.

또한, LED는 반도체 디바이스이기 때문에, 음극선관보다도 신뢰성이 높고, 소형, 장수명이다.

도 3은 종래 기술에 의한 백라이트 유닛에서 도광판의 휘도 특성을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 도광판의 입광부 휘도 분포가 균일하지 못하여 광원에 인접한 명부(밝은 부분)가 광원 사이의 암부(어두운 부분)와 대조되어 광원의 위치가 인지되는 현상이 발생한다. 이를 핫 스폿(hot spot) 불량이라 한다(A).

또한, LED용 백라이트는 도광판의 입광부쪽으로 빛이 치우쳐 있기 때문에 균일도가 좋지 않다(B).

그러나 상기와 같은 종래의 백 라이트 유닛에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, LED로 구성된 종래의 백 라이트 유닛은 금속(도시되지 않음) 위에 구성된 LED에서 도광판에 직접 빛을 쏘아주는 방식이다. 이 경우 선광원인 LED의 특성상 LED가 있는 부분이 상대적으로 더 밝아 균일성(uniformity)을 구현하기가 어렵고, LED의 발열 등으로 인한 핫 스폿이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 LED와 도광판 사이에 슬릿(slit)을 추가로 구성함으로써 슬릿을 지나는 LED 광원을 회절 및 산란시키어 광원의 균일도 및 핫 스폿을 개선하도록 한 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 백 라이트 유닛은 적어도 일측면에 일정한 간격으로 복수개의 홈이 형성된 도광판과, 상기 도광판의 적어도 일측면에 형성된 홈에 대응하게 형성되어 광을 발광하는 복수개의 광원부와, 상기 광원부와 도광판 사이에 구성되어 상기 광원부에서 발생된 광원을 회절시키어 상기 도광판에 전달하는 슬릿부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 백 라이트 유닛은 도광판과, 상기 도광판의 적어도 일측면에 구성되어 광을 발광하는 복수개의 광원부와, 상기 광원부와 도광판 사이에 구성되어 상기 광원부에서 발생 된 광원을 회절시키어 상기 도광판에 전달하는 슬릿부와, 상기 슬릿부와 도광판 사이에 상기 각 광원부에 대응하게 오목한 형상을 갖고 구성되는 아크릴판을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정표시장치는 을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 백 라이트 유닛을 나타낸 사시도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 화상을 표시하는 액정패널(도시되지 않음)의 배면에 구성된 도광판(51)의 적어도 일측면에 일정한 간격을 갖고 복수개의 라운딩(rounding) 형태(또는 반원 형태)로 홈(또는 오목부)(52)이 형성되어 있고, 상기 도광판(51)의 적어도 일측면에 형성된 복수개의 홈(52)에 각각 대응되게 복수개의 LED(53)가 배치되어 있으며, 상기 도광판(51)과 LED(53) 사이에 슬릿부(55)가 구성되어 상기 LED(53)로부터 발생된 광원을 반사 및 회절시키고 있다.

여기서, 상기 슬릿부(55)는 슬릿(55a)간의 거리를 d라고 했을 때 d는 광원이 회절할 수 있을 정도로 충분히 작아야만 한다.

또한, 상기 LED(53)는 PCB 기판(54)에 일정한 간격을 갖고 배열되어 있다.

또한, 상기 슬릿부(55)는 상기 각 LED(53)와 대응되게 복수개의 슬릿(55a)들이 일정한 거리를 갖고 형성되어 있다.

여기서 상기 각 LED(53)는 PCB 기판(54)상에 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED가 각각 일정한 간격을 갖고 배치되어 있거나 백색 LED를 일정한 간격으로 배치할 수 있다.

또한, 상기 도광판(51)은 표면에 복수개의 요철이 형성된 프리즘 도광판을 사용하고 있다.

또한, 상기 라운딩 형태의 홈(52)은 최대 깊이가 표면으로부터 약 0.5㎜의 깊이로 형성되어 원기둥 모양을 갖고 있다. 물론, 상기 0.5㎜는 본 발명에서 바람직한 실시예 중의 하나이고, 그 이상이나 그 이하로 도광판의 측면 표면으로부터 소정깊이의 홈을 형성할 수 있다.

여기서, 상기 도광판(51)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(51)을 유리재질로 구성함으로써 유리의 제조공정 따라 상기 도광판의 두께 제어가 쉬우며, 유리의 재질에 따라 열적 변형을 최소화 할 수 있다.

또한, 상기 슬릿부(55)에 막힌 빛의 손실로 효율이 떨어지는 것을 방지하기 위해 상기 도광판(51)의 하부에 반사판(56)을 구성하고 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 백 라이트 유닛은 액정패널에 화상을 구현하는 경우에 LED(53)를 점등시킨다. 이때 상기 LED(53)의 적색, 녹색, 청색의 3색의 LED에 전압이 인가되어 발광되고, 상기 발광한 적색, 녹색, 청색의 광은 슬릿부(55)에 구성된 슬릿(55a)들을 통과하고 나서 라운딩 형태의 홈(52)을 지나 도광판(51)을 통해 광원이 전달된다.

이때 상기 슬릿부(55)를 지나는 LED 광원은 슬릿부(55)의 슬릿(55a)들을 통 과하면서 회절 특성에 의해 산란을 시작하게 되고, 상기 산란된 광원들은 도광판(51)의 홈(52)에 도달하게 되는데, 광원은 두께가 두꺼운 쪽으로 휘어지기 때문에 다시 한 번 빛을 넓게 퍼뜨리게 된다.

따라서 상기 도광판(51)의 전체에 빛이 골고루 퍼지게 되고 이로 인해 균일도를 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 백 라이트 유닛을 나타낸 사시도이다.

도 5의 제 2 실시예가 도 4의 제 1 실시예와 다른 점은 도광판(51)을 오목한 형태로 형성하기 어려울 경우 슬릿부(55)와 도광판(51) 사이에 투과도가 우수한 아크릴판(57)을 구성하고 있다.

즉, 본 발명의 제 2 실시예는 슬릿부(55)와 도광판(51) 사이에 아크릴판(57)을 양면에 오목한 모양을 갖도록 형성하여 구성함으로써 상기 슬릿부(55)를 통해 전달된 광원을 퍼지게 하고 있다.

여기서 상기 아크릴판(57)을 사용하는 이유는 빛의 투과도가 높기 때문이며, 이외에 투과도가 높고 가공이 쉽다면 그 어떤 것으로 대체 가능하다.

한편, 상기 아크릴판(57)의 양면을 오목하게 하기 어렵거나 도광판(51)과의 접합시 모서리 부분에서 빛의 변화가 심할 경우 한면 만을 오목하게 가공해도 무방하다.

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 가 진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 백 라이트 유닛 및 이를 이용한 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 오목한 도광판 또는 오목한 아크릴판과 슬릿부를 구성함으로써 LED 광원의 반사와 회절 특성을 이용하여 광원을 산란시키고 열을 분산시켜 균일성(uniformity) 및 핫 스폿(hot spot)을 개선하여 동일 소비 전력에서 기존 대비 높은 휘도 및 외관품위를 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 도광판과,

   상기 도광판의 적어도 일측면에 구성되어 광을 발광하는 복수개의 광원부와,

   상기 광원부와 도광판 사이에 구성되어 상기 광원부에서 발생된 광원을 회절시키어 상기 도광판에 전달하는 슬릿부와,

   상기 슬릿부와 도광판 사이에 상기 각 광원부에 대응하게 오목한 형상을 갖고 구성되는 아크릴판을 포함하여 이루어지고,

   상기 아크릴판은 상기 광원부에 대응되게 양면 또는 한면이 오목한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
7. 삭제
8. 삭제
9. 화상을 표시하는 액정패널과,

   상기 액정패널의 하부에 구성되는 도광판과,

   상기 도광판의 적어도 일측면에 형성되어 광을 발광하는 복수개의 광원부와,

   상기 광원부와 도광판 사이에 구성되어 상기 광원부에서 발생된 광원을 회절시키어 상기 도광판에 전달하는 슬릿부와,

   상기 슬릿부와 도광판 사이에 상기 각 광원부에 대응하게 오목한 형상을 갖고 구성되는 아크릴판을 포함하여 이루어지고,

   상기 아크릴판은 상기 광원부에 대응되게 양면 또는 한면이 오목한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

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