KR101658137B1 - 광원 유닛 및 이를 갖는 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고휘도 및 로컬 디밍이 가능한 광원 유닛 및 이를 갖는 액정표시소자에 관한 것으로, 제1 및 제2 옆면이 평면 형태의 경사면으로 이루어진 다수개의 도광판들과, 상기 각 도광판의 경사면에 부착되는 평면 형태의 반사판을 포함하여 구성되고, 상기 도광판의 제1 옆면 및 상기 도광판의 밑면이 이루는 내각은 상기 도광판의 제2 옆면 및 상기 도광판의 밑면이 이루는 외각과 동일하고, 제1 옆면의 경사면 하부에 다수의 LED가 배치되는 광원 유닛 및 이를 갖는 액정표시소자를 제공한다.
LCD, 백 라이트, LED, 도광판, 경사

Description

광원 유닛 및 이를 갖는 액정표시소자{LIGHT SOURCE UNIT AND LIQUID CRYSTALLINE DISPLAY HAVING THE SAME}
본 발명은 광원 유닛 및 이를 갖는 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 고휘도 및 로컬 디밍이 가능한 광원 유닛 및 이를 갖는 액정표시소자에 관한 것이다.
근래 정보화 사회의 발전과 더불어, 표시장치에 대한 다양한 형태의 요구가 증대되면서, LCD(Liquid Crystalline Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), FED(Field Emission Display) 등 평판표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중 고화질의 구현, 양산성, 구동수단의 용이성, 경량, 박형, 저소비 전력 등의 이유로 액정표시장치(LCD)가 각광을 받고 있다.
액정표시장치는 두 기판 사이에 주입된 이방성 유전율을 갖는 액정 물질에 전계를 인가하고, 이 전계의 세기를 조절하여 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 표시한다. 액정표시장치의 액정표시패널은 스스로 발광하지 못하는 비발광 소자이므로 액정표시장치는 그 액정표시패널에 광을 제공하는 광원 유닛을 구비한다.
광원 유닛은 광원의 배열방법에 따라 직하형(direct type)과 측광형(side type)으로 구분될 수 있다. 직하형 광원 유닛은 액정표시패널 배면에 광원을 배치하여 액정표시패널 전면에 걸쳐 직접적으로 빛을 공급한다. 측광형 광원 유닛은 액정표시패널에 대해 그 후방의 일측 가장자리에 광원을 배치하여 빛을 도광판으로 굴절시켜서 액정표시패널 전면으로 진입시킨다. 이러한 측광형 광원 유닛은 박형화가 가능한 반면 충분한 광량을 가지지 못해 대화면용으로 적용되기 어렵다.
한편, 광원 유닛은 광원의 종류에 따라 형광램프와 발광 다이오드(Light emitted Diode : LED)로 구분될 수 있다. 형광램프에는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Flourscent Lamp :"CCFL"), 외부전극 형광램프(External Electrode Flourscent Lamp : "EEFL") 등이 있다. LED는 다른 형광 램프 등에 비해 수명이 길고 점등 속도가 빠를 뿐만 아니라 소비전력이 적고 내충격성에 강한 이점이 있어 널리 이용되고 있다.
그러나, 측광형 광원 유닛에 LED를 적용할 경우 로컬 디밍(Local Dimming)을 구현할 수 없고, 화면 중간 부분에서 밝기를 조정할 수 없어 화면 특성이 저하된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 고휘도 및 로컬 디밍이 가능한 광원 유닛 및 이를 갖는 액정표시소자를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 광원 유닛은 트렌치 형태의 다수의 홈이 형성된 버텀 커버와, 상기 버텀 커버의 홈 내에 이격되어 일렬로 배치되는 다수의 LED와, 상기 다수의 LED 상에 배치되고 상기 버텀 커버의 상기 홈을 경계로 이격되어 배치되는 바 형태의 다수의 도광판과, 상기 다수의 도광판 상에 배치되어 상기 다수의 LED에서 발생한 광을 집광시키는 다수의 광학시트를 포함하고, 하나의 도광판의 제1 옆면에는 경사면이 형성되고, 상기 경사면 하부에 상기 다수의 LED가 배치된다.
광원 유닛은 상기 경사면에 부착되어 산란 및 반사를 동시에 수행하는 반사판과, 상기 버텀 커버의 상기 홈 내에 배치되어 상기 다수의 LED에 전원을 공급하는 LED 어레이 PCB 및 상기 도광판 하부에 배치되며, 상기 LED와 대응하는 위치에 상기 다수의 LED의 개수와 동일한 개수의 홀이 형성된 LED 하우징을 더 포함한다.
여기서, 상기 다수의 LED는 로컬 디밍으로 구동된다.
상기 도광판의 제1 옆면과 상기 도광판의 밑면이 이루는 내각은 40˚~ 50˚이다.
상기 도광판의 제2 옆면에도 상기 제1 옆면과 동일한 형태의 경사면이 형성된다.
상기 도광판과 상기 홈의 개수는 동일하고, 상기 도광판의 하부면에는 일정한 패턴이 형성된다.
상기 반사판과 상기 LED 하우징은 동일한 재질로 형성되고, 상기 홈은 상기 버텀 커버와 일체로 형성되거나 별도로 형성되어 상기 버텀 커버에 부착된다.
본 발명에 따른 액정표시소자는 트렌치 형태의 다수의 홈이 형성된 버텀 커버와, 상기 버텀 커버의 홈 내에 이격되어 일렬로 배치되는 다수의 LED와, 상기 다수의 LED 상에 상기 버텀 커버의 상기 홈을 경계로 이격되어 배치되고 제1 옆면에 경사면이 형성된 바 형태의 다수의 도광판과, 상기 경사면에 부착되어 산란 및 반사를 동시에 수행하는 반사판과, 상기 다수의 도광판 하부에 배치되며 상기 다수의 LED에서 발생한 광을 상기 다수의 도광판으로 반사시키는 LED 하우징과, 상기 다수의 도광판 상에 배치되어 상기 다수의 LED에서 발생한 광을 집광시키는 다수의 광학시트 및 상기 다수의 광학시트 상에 배치되어 화면을 표시하는 액정 패널을 포함한다.
상기 다수의 LED는 상기 경사면 하부에 배치되어 상기 액정 패널의 섹션별로 분리 구동된다.
본 발명은 경사면을 가지는 바 형태의 도광판을 다수개 구비하고, 도광판의 경사면 하부에 배치된 다수개의 LED를 구비하여 섹션별로 LED를 구동시킴으로써 고휘도 및 로컬 디밍의 구현이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 광원 유닛은 도광판의 경사면에 반사판을 구비함으로써 산란 및 반사를 동시에 수행하여 효율을 극대화시킬 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 광원 유닛은 버텀 커버를 직접 방열판으로 활용할 수 있어 방열 특성이 우수하고 신뢰성을 확보할 수 있다.
더욱이, 버텀 커버는 LED를 안착하기 위하여 안쪽면에 트렌치 형태로 형성된 다수의 홈을 갖음으로써 기구적 강도를 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광원 유닛 및 이를 갖는 액정표시소자를 구체적으로 살펴본다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광원 유닛을 갖는 액정표시소자는 화상을 표시하는 액정 패널(101)과, 액정 패널(101)을 구동하는 구동부(미도시) 및 액정 패널(101)에 광을 조사하기 위한 광원 유닛(102)을 포함한다.
액정 패널(101)은 액정셀 매트릭스와, 게이트 라인 및 데이터 라인과 접속되어 액정셀 각각을 구동하는 박막 트랜지스터를 구비한다. 액정 패널(101)의 박막 트랜지스터는 게이트 라인으로부터의 게이트 온 전압에 의해 턴-온되어 데이터 라인의 데이터 신호가 액정셀에 공급되어 액정셀은 공통 전압과 데이터 신호와의 차만큼의 전압이 인가되고, 게이트 오프 전압에 의해 턴-오프되어 액정셀에 인가된 전압이 유지되게 한다. 액정셀은 인가된 전압에 따라 액정을 구동하여 광투과율을 조절함으로써 액정 패널(101)은 화상을 표시하게 된다.
본 발명에 따른 광원 유닛(102)은 다수의 LED(110)와, 다수의 도광판(120)과, 다수의 반사판(130)과, 이들을 수납하는 버텀 커버(140) 및 다수의 광학 시트(150)를 포함한다. 광원 유닛(102)은 LED 하우징(112)과 LED 어레이 PCB(미도시)를 더 포함한다.
LED(110)는 반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수캐리어(전자 또는 양공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 광을 발생시킨다. 이러한 LED(110)는 일반 발광 다이오드와, 고휘도 발광 다이오드 등이 있으며, 일반 발광다이오드는 전류가 공급되면 일정한 밝기의 빛을 발생시키게 되며 전압강하가 없는 반면에 고휘도 발광 다이오드는 고휘도의 빛을 발생시킴과 아울러 전압강하가 발생한다.
다수의 LED(110)는 버텀 커버(140)의 안쪽면에 트렌치 형태로 형성된 다수의 홈(142) 안에 서로 이격되어 일렬로 안착된다. 이때, 다수의 LED(110)는 버텀 커버(140)의 홈(142) 내에 배치되는 LED 어레이 PCB(미도시) 상에 배치되어 액정 패널(101)의 섹션 별로 분리 구동된다. 본 발명에 따른 다수의 LED(110)는 액정 패널(101)의 섹션 별로 분리 구동되므로 로컬 디밍의 구현이 가능하여 휘도 분포 조절이 가능하다.
여기서, LED(110)의 개수는 도면에 도시된 개수에 한정되는 것은 아니며, 섹션 별로 구동되는 개수도 도면에 도시된 개수에 한정되는 것은 아니다. 도면에는 도시되어 있지 않지만 다수의 LED(110)는 버텀 커버(140)의 홈(142)에 안착된 LED 어레이 PCB(미도시) 위에 배치되어 LED 어레이 PCB로부터 외부 전원을 공급받는다.
도광판(120)은 LED(110)로부터 입사되는 광을 표시 패널 쪽으로 안내하는 역할을 하는 것으로, LED(110)와 다수의 광학 시트(150) 사이에 배치된다. 다수의 도광판(120)은 버텀 커버(140)의 홈(142)을 경계로 이격되어 바 형태로 배치된다. 즉, 도광판(120)과 버텀 커버(140)의 홈(142)의 개수는 동일하며, 서로 평행하게 형성된다. 도광판(120)의 개수는 도면에 도시된 개수에 한정되는 것은 아니다.
이때, LED(110)가 배치된 부분에 대응하는 도광판의 제1 옆면은 경사지도록 형성된다. 상기 도광판의 제1 옆면과 상기 도광판의 밑면이 이루는 내각은 40˚~ 50˚가 바람직하다. LED(110)가 배치되지 않은 부분에 대응하는 도광판의 제2 옆면도 도광판의 제1 옆면과 동일한 형태의 경사가 형성될 수 있다.
이와 같이, LED(110)가 배치된 부분의 도광판(120)의 제1 옆면 또는 제1 옆면 및 제2 옆면에 경사면을 형성하면 외부로 출사되는 광이 많아지게 되고, 외부로 출사된 광은 액정 패널(101)로 집광되므로 휘도가 향상된다. 한편, 도광판(120)의 배면에는 휘도를 더 향상시키기 위한 일정한 패턴이 형성될 수 있다.
반사판(130)은 LED(110)로부터 발생된 광의 손실을 방지하도록 도광판(120)의 일측 경사면에 부착된다. 이때, 반사판(130)은 도광판(120)의 경사면에 부착되어 산란 및 반사를 동시에 수행하므로 최적의 광효율을 달성할 수 있고, 액정표시소자의 전력 소모가 감소한다. 도면에서는 반사판(130)이 도광판(120)의 제1 옆면에 부착된 것으로 도시되어 있으나 양측 경사면에 부착될 수도 있다.
버텀 커버(140)는 다수의 LED(110) 및 도광판(120)을 지지 및 수납하여 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 하는 것으로, 광원 유닛(102)의 최외곽 하부에 배치된다. 버텀 커버(140)에는 트렌치 형태의 다수의 홈(142)이 형성되어 있는데, 홈(142)은 도면에 도시된 바와 같이 버텀 커버(140)와 일체로 형성되거나, 도면에는 도시되지 않았으나 'ㄷ'자를 세운 바 형태로 형성되어 버텀 커버(140)에 부착될 수 있다.
홈(142)이 별도로 형성되어 버텀 커버(140)에 부착되는 경우, 버텀 커버(140)에는 다수의 홈 형태의 다수의 홀(미도시)이 형성되고 그 홀에 홈이 끼워져 부착된다. 한편, 홈(142)을 버텀 커버(140)와 일체로 형성하는 것이 제조 공정면 에서는 바람직하다.
버텀 커버(140)는 트렌치 형태의 다수의 홈(142)을 형성하여 홈(142) 내에 다수의 LED(110)를 안착시키므로 기구적 강도를 향상시키고, 액정표시소자를 박형화시킬 수 있다. 더욱이, 버텀 커버(140)는 직접 방열판으로 활용되어 다수의 LED(110)로부터 발생하는 열을 방열시킴으로써 액정표시소자의 신뢰성을 확보할 수 있다.
다수의 광학 시트(150)는 도광판(120) 및 반사판(130)으로부터 입사되는 광을 표시패널의 표시면에 대하여 수직인 방향으로 집광하는 역할을 하는 것으로, 확산 시트(152), 프리즘 시트(154) 및 보호 시트(156) 등을 포함한다.
확산 시트(152)는 도광판(120) 상부에 배치되어, 도광판(120)으로 나온 광을 산란시켜 균일한 광이 발산되도록 한다. 프리즘 시트(154)는 확산 시트(152) 상부에 배치되어, 확산시트(152)에서 확산시킨 광을 집광시켜 주는 역할을 한다. 보호 시트(156)는 프리즘 시트(154) 상부에 배치되어, 상부에서 프리즘 시트(154)를 보호하고 들어온 광을 산란시켜 균일한 빛을 발산시키는 역할을 한다.
LED 하우징(112)은 LED(110)에서 발생한 광이 도광판(120)으로 향하도록 가이드 역할을 하는 것으로, 버텀 커버(140)와 도광판(120) 사이에 형성된다. 구체적으로, LED 하우징(112)은 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이 버텀 커버(140)의 홈(142) 안쪽에 끼워 맞춰지도록 버텀 커버(140)의 홈(142) 내에 배치된다. LED 하우징(112)은 LED(110)가 위치하는 곳을 제외하고 도광판(120)의 하부의 홈(142)내에 배치되어 도광판(120) 아래를 향하는 광을 도광판(120) 위로 반사시킨다.
이때, 하나의 홈(142) 안쪽에 끼워진 LED 하우징(112)에는 하나의 홈(142) 내에 형성된 LED(110)의 개수만큼의 홀(114)이 다수개 형성되어 있다. 홀(114)은 LED(110)의 둘레와 동일한 형태로 형성되고, LED(110)에서 발생된 광은 이러한 홀(114)을 통해 도광판(120)으로 발산된다. LED 하우징(112)은 반사판(130)과 동일한 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서, LED(110)에서 발생한 광은 도 4에 도시된 바와 같이 LED 하우징(112)에 의해 직접 도광판(120)으로 향하고, 도광판(120)으로 향한 광은 도광판(120) 및 도광판(120)의 경사면에 형성된 반사판(130)에 의해 산란 및 반사되어 광확시트들로 향하고, 그 광은 확산 시트(152), 프리즘 시트(154) 및 보호 시트(156)를 통해 집광되어 액정 패널(101)로 나가게 된다. 그리고, 다수의 LED(110)는 액정 패널(101)의 섹션별로 구동된다.
이와 같이 본 발명은 경사면을 가지는 바 형태의 도광판을 다수개 구비하고, 도광판의 경사면 하부에 배치된 다수개의 LED를 구비하여 액정 패널의 섹션별로 LED를 구동시킴으로써 고휘도 및 로컬 디밍의 구현이 가능하다. 아울러, 도광판의 경사면에 형성된 반사판과 도광판 하부에 배치되는 LED 하우징이 LED에서 발생한 광을 동시에 산란 및 반사시킴으로 효율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 버텀 커버를 직접 방열판으로 활용할 수 있어 방열 특성이 우수하고 신뢰성을 확보할 수 있고, 버텀 커버는 안쪽면에 트렌치 형태로 형성된 다수의 홈을 갖음으로써 기구적 강도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 표시소자를 일측면으로 자른 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 액정 표시소자를 타측면으로 자른 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 광원 유닛의 LED 하우징을 구체적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 4은 본 발명에 따른 광원 유닛에 의한 광경로를 설명하기 위한 도면이다.
<<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>>
101: 액정 패널 102: 광원 유닛
110: LED 112: LED 하우징
114: 홀 116: LED 어레이 PCB
120: 도광판 130: 반사판
140: 버텀 커버 142: 홈
150: 다수의 광학 시트

Claims (11)

  1. 평면 형태의 바닥면을 구비하고, 상기 바닥면에 트렌치 형태의 다수의 홈이 구비된 버텀 커버;
    상기 버텀 커버의 상기 각 홈 내에 배치되는 LED 어레이 PCB;
    상기 각 LED 어레이 PCB 상에 이격되어 일렬로 배치되는 다수의 LED;
    상기 버텀 커버의 각 홈마다 배치되고, 상기 LED와 대응되는 위치에 다수의 홀을 구비하는 다수의 LED 하우징;
    상기 다수의 LED 상에 배치되고 상기 버텀 커버의 상기 홈을 경계로 이격되어 배치되고, 제1 옆면 및 제2 옆면에 평면 형태의 경사면이 위치하는 바 형태의 다수의 도광판; 및,
    상기 각 도광판의 경사면에 밀착하여 부착되는 평면 형태의 다수의 반사판을 포함하고,
    상기 도광판의 제1 옆면의 경사면 하부에 상기 다수의 LED가 배치되는 광원 유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 도광판의 제1 옆면과 상기 도광판의 밑면이 이루는 내각은 40˚~ 50˚인 것을 특징으로 하는 광원 유닛.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 도광판의 제1 옆면 및 상기 도광판의 밑면이 이루는 내각은 상기 제2 옆면과 상기 도광판의 밑면이 이루는 외각과 동일한 광원 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 도광판과 상기 홈의 개수는 동일하고,
    상기 도광판의 하부면에는 일정한 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 광원 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 반사판과 상기 LED 하우징은 동일한 재질로 형성되고,
    상기 홈은 상기 버텀 커버와 일체로 형성되거나 별도로 형성되어 상기 버텀 커버에 부착되는 것을 특징으로 하는 광원 유닛.
  8. 평면 형태의 바닥면을 구비하고, 상기 바닥면에 트렌치 형태의 다수의 홈을 구비하는 버텀 커버;
    상기 버텀 커버의 각 홈 내에 이격되어 일렬로 배치되는 다수의 LED;
    상기 버텀 커버의 각 홈마다 배치되며 상기 다수의 LED에서 발생한 광을 상기 다수의 도광판으로 반사시키는 LED 하우징;
    상기 다수의 LED 상에 상기 버텀 커버의 상기 홈을 경계로 이격되어 배치되고 제1 옆면 및 제2 옆면에 평면 형태의 경사면이 위치하는 바 형태의 다수의 도광판;
    상기 각 도광판의 경사면에 밀착하여 부착되는 평면 형태의 다수의 반사판;
    상기 다수의 도광판 상에 배치되어 상기 다수의 LED에서 발생한 광을 집광시키는 다수의 광학시트; 및,
    상기 다수의 광학시트 상에 배치되어 화면을 표시하는 액정 패널을 포함하고,
    상기 도광판의 제1 옆면의 경사면 하부에 다수의 LED가 배치되는 액정표시소자.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 도광판의 제1 옆면과 상기 도광판의 밑면이 이루는 내각이 40˚~ 50˚이고,
    상기 도광판의 제1 옆면 및 상기 도광판의 밑면이 이루는 내각은 상기 도광판의 제2 옆면 및 상기 도광판의 밑면이 이루는 외각과 동일한 액정표시소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 도광판 상에 배치되어 상기 다수의 LED에서 발생한 광을 집광시키는 다수의 광학시트를 더 포함하는 광원 유닛.
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