KR101816314B1 - 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 균일한 휘도를 구현할 수 있는 백라이트 유닛이 개시된다.
개시된 본 발명의 백라이트 유닛은 광을 발광하는 적어도 하나 이상의 광원 및 광원으로부터의 광을 확산시키는 확산 시트를 포함하고, 확산 시트는 상부면에 서로 상이한 굴절률을 가지는 적어도 2 이상의 비드들이 혼합된 광 굴절층이 형성된다.

Description

백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치{BACKLGIHT UNIT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE THE SAME}
본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로, 광 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 균일한 휘도를 구현할 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 경량화, 박형화, 저소비 전력 구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이에 따라 액정표시장치는 사용자의 요구에 부응하여 대면적화, 박형화, 저소비전력화의 방향으로 진행되고 있다.
일반적인 액정표시장치는 박막 트랜지스터를 포함하여 게이트 라인, 데이터 라인, 화소전극 등의 패턴이 형성되는 하부기판과, 블랙 매트릭스 및 컬러필터 등의 패턴이 형성되는 상부기판이 액정층을 사이에 두고 합착된 액정표시패널을 포함한다.
상기 액정표시장치는 CRT와는 달리 스스로 빛을 내는 표시장치가 아니므로, 액정표시패널의 배면에는 화상을 시각적으로 표현하기 위해 광을 제공하는 별도의 광원을 포함한 백라이트 유닛(Backlight Unit)이 구비된다.
상기 백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 에지방식과 직하방식으로 구분된다.
에지방식 백라이트 유닛은 측면에 배치된 광원으로부터의 광을 도광판을 이용하여 면광으로 변환하여 액정표시패널에 제공하는 구조를 가진다.
직하방식 백라이트 유닛은 액정표시패널의 하부에 복수의 광원이 배치되어 상기 액정표시패널의 직하에서 광을 제공하는 구조를 가진다.
일반적인 백라이트 유닛은 광원으로 램프 또는 발광 다이오드가 사용된다.
일반적인 백라이트 유닛은 균일한 면광을 구현하기 위해 다수의 광학 시트들을 포함한다.
그러나, 일반적인 백라이트 유닛은 상기 광학 시트들을 거쳐 면광으로 전환하는 과정에서 광의 진행방향에 따라 빛샘등이 발생하여 광효율이 저하될 뿐만 아니라, 직하방식의 백라이트 유닛의 경우, 광원이 배치된 영역과 배치되지 않은 영역 간의 휘도 차로 인해 얼룩 현상이 발생할 수 있으며, 에지방식의 백라이트 유닛의 경우, 측면에 배치된 광을 액정표시패널 방향으로 굴절시키는 도광판의 하면에 형성된 광 굴절 패턴(예를 들면, 도트 패턴)이 형성된 영역과 형성되지 않은 영역간의 휘도 차로 인해 얼룩 현상이 발생할 수 있다.
즉, 일반적인 백라이트 유닛은 상기 얼룩 현상에 의해 수율이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 광 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 균일한 휘도를 구현할 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은,
광을 발광하는 적어도 하나 이상의 광원; 및 상기 광원으로부터의 광을 확산시키는 확산 시트를 포함하고, 상기 확산 시트는 상부면에 서로 상이한 굴절률을 가지는 적어도 2 이상의 비드들이 혼합된 광 굴절층이 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치는,
광을 발광하는 적어도 하나 이상의 광원; 상기 광원으로부터의 광을 확산시키는 확산 시트; 및 상기 확산 시트 상에 구비된 액정표시패널을 포함하고, 상기 확산 시트는 상부면에 서로 상이한 굴절률을 가지는 적어도 2 이상의 비드들이 혼합된 광 굴절층이 형성된다.
본 발명의 액정표시장치는 굴절률이 상이한 비드들이 혼합된 확산 시트가 구비되어 일반적인 액정표시장치와 대비하여 액정표시패널 방향으로 직진하는 광량이 증가하여 액정표시장치의 전체 휘도가 3%이상 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 직하방식 백라이트 유닛은 상이한 굴절률을 가지는 제1 및 제2 비드들에 의해 하나의 광원을 기준으로 두 개의 광원 상이 형성되어 전체적으로 광원이 배치된 영역과 배치되지 않은 영역 간의 휘도차이가 완화됨으로써, 균일한 휘도를 구현할 수 있는 장점을 가진다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 에지방식 백라이트 유닛은 서로 상이한 굴절률을 가지는 비드들을 포함하는 광 굴절층이 상부에 형성된 확산 시트에 의해 도광판의 하면에 형성된 도트 패턴으로부터 굴절된 광을 상이한 방향으로 굴절시켜 백라이트 유닛의 전체 휘도가 향상되고, 하나의 도트 패턴을 기준으로 두 개의 도트 패턴 상이 형성되어 상기 도트 패턴이 형성된 영역과 형성되지 않은 영역 간의 휘도 차를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명은 서로 상이한 굴절률을 가지는 2 이상의 비드들이 혼합된 광 굴절층을 포함하는 확산 시트에 의해 균일한 휘도를 구현함으로써, 액정표시장치의 수율을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시에 따른 직하방식 백라이트 유닛이 구비된 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 확산시트를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 비드를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛과 일반적인 백라이트 유닛의 휘도분포를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지방식 백라이트 유닛이 구비된 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 에지방식 백라이트 유닛을 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6의 도트 패턴을 기준으로 형성되는 도트 패턴 상의 분포를 나타낸 단면도이다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예는 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위함이다. 따라서, 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술 사상을 기초로 다른 실시예들은 얼마든지 추가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시에 따른 직하방식 백라이트 유닛이 구비된 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 확산시트를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 비드를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛과 일반적인 백라이트 유닛의 휘도분포를 도시한 도면이다.
도 1 내지 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 영상이 디스플레이되는 액정표시패널(110)과, 상기 액정표시패널(110)의 하부에 배치되어 광을 제공하는 백라이트 유닛(120)과, 상기 액정표시패널(110)의 하부 가장자리를 지지하는 패널 가이드(100)를 포함한다.
액정표시패널(110)은 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 박막 트랜지스터 기판 및 컬러필터 기판, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정 층을 포함한다.
도면에는 상세히 도시되지 않았지만, 상기 박막 트랜지스터 기판(111) 및 컬러필터 기판(113)을 상세히 설명하면, 상기 박막 트랜지스터 기판(111)은 복수의 게이트 라인 및 데이터 라인이 교차하여 화소를 정의하고, 각각의 교차영역마다 박막 트랜지스터(TFT : thin film transistor)가 구비되어 각각의 픽셀에 실장된 화소전극과 일대일 대응되어 연결된다. 상기 컬러필터 기판(113)은 각 픽셀에 대응되는 R, G, B 컬러의 컬러필터, 이들 각각을 테두리 하며 게이트 라인과 데이터 라인 및 박막 트랜지스터 등을 가리는 블랙 매트릭스를 포함한다.
상기 액정표시패널(110)의 가장자리에는 데이터 라인 및 게이트 라인으로 구동신호를 공급하는 구동 PCB(115)가 구비된다.
상기 구동 PCB(115)는 COF(Chip on film, 117)에 의해 액정표시패널(110)과 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 COF는 TCP(Tape Carrier Package)로 변경될 수 있다.
상기 액정표시패널(110)의 하부에 배치된 백라이트 유닛(120)은 상면이 개구된 바텀커버(180)와, 상기 바텀커버(180) 상에 구비된 일정한 간격을 두고 배치된 복수의 광원(150)과, 상기 복수의 광원(150)의 하부에는 상기 광원(150)으로부터의 광을 액정표시패널(110) 방향으로 반사시키는 반사시트(170)와, 상기 광원(150) 상에 순차적으로 배치되는 확산 시트(140), 집광 시트(131) 및 보호 시트(135)를 포함한다.
상기 광원(150)은 냉음극 형광램프(CCFL: cold cathode fluorescent lamp), 외부전극 형광램프(EEFL: external electrode fluorescent lamp) 및 발광 다이오드(LED: light emitting diode) 등이 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 한 장의 확산 시트(140), 한 장의 집광 시트(131) 및 한 장의 보호 시트(135)가 구비된 구조를 한정하여 설명하고 있지만, 상기 확산 시트(140) 및 집광 시트(131)는 복수개로 구성될 수도 있다.
상기 확산 시트(140)는 베이스 필름(141)과 상기 베이스 필름(141) 상에 광을 굴절시키는 광 굴절층(143)을 포함한다.
상기 베이스 필름(141)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: polyethylene terephthalate) 또는 폴리카보네이트(PC: polycarbonate)로 형성될 수 있다.
상기 광 굴절층(143)은 서로 상이한 굴절률을 가지는 제1 및 제2 비드들(145, 147)을 포함한다.
상기 제1 비드(145)는 상기 제2 비드(147)보다 낮은 굴절률을 가진다.
상기 제1 비드(145)와 상기 제2 비드(147)의 밀도는 9:1의 비율을 가질 수 있다.
상기 제2 비드(147)는 상기 광 굴절층(143) 전체의 10% 이하의 밀도를 가질 수 있다.
구체적으로 상기 광 굴절층(143)은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA: polymethyl mathacrylate), 폴리카보네이트(PC), 폴리스틸렌(PS: polystyrene) 및 나일론(Nylon) 중 적어도 두 개 이상의 조합으로 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1 및 제2 비드들(145, 147) 각각은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리스틸렌(PS) 및 나일론(Nylon) 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 굴절률은 1.491이고, 나일론(Nylon)의 굴절률은 1.530이고, 폴리카보네이트(PC)의 굴절률은 1.586이고, 폴리스틸렌(PS)의 굴절률은 1.590이다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 제1 비드(145)를 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 형성하고, 상기 제2 비드(147)를 폴리스틸렌(PS)으로 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2 비드들(145, 147)는 동일한 입사각을 가지는 광이 입사되면, 서로 다른 굴절률 차이로 인해 서로 상이한 제1 및 제2 굴절각(θ1, θ2)으로 굴절된다.
상기 제2 비드(147)는 상기 제1 비드(145)보다 높은 굴절률을 가짐으로써, 상기 제1 비드(145)의 제1 굴절각(θ1)보다 큰 제2 굴절각(θ2)에 의해 액정표시패널(110) 방향으로 직진하는 광량이 더 많다.
즉, 본 발명은 상기 제2 비드(147)가 상기 제1 비드(145)보다 높은 굴절률을 가짐으로써, 비드가 형성되지 않거나, 하나의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)으로 구성되는 비드를 가지는 확산 시트와 대비하여 액정표시패널(110) 방향으로 직진하는 광량이 증가하여 액정표시장치의 전체 휘도가 향상될 수 있다. 본 발명의 확산 시트(140)이 구비된 액정표시장치는 일반적인 액정표시장치보다 3%이상 휘도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 굴절층(143)은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 형성되는 상기 제1 비드(145)와, 폴리스틸렌(PS)으로 형성되는 제2 비드(147)가 혼합된 구조를 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 상기 제1 및 제2 비드들(145, 147)의 물질은 굴절률이 상이한 조건에서 얼마든지 변경 가능하고, 굴절률이 서로 상이한 3개 이상의 비드들이 혼합될 수도 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 직하방식의 백라이트 유닛(120)은 확신 시트(140)의 하부에 복수의 광원(150)이 구비된다.
본 발명의 확산 시트(140)는 서로 상이한 굴절률을 가지는 제1 및 제2 비드(145, 147)에 의해 동일한 입사각을 가지는 광이 상이한 굴절각을 가지며 출사되므로 광의 분산에 의해 하나의 광원(150)으로부터 두 개의 광원 상이 형성된다.
종래기술의 백라이트 유닛은 하나의 광원과 대응되는 영역에 하나의 광원 상이 형성된다.
따라서, 본 발명의 직하방식 백라이트 유닛(120)은 상이한 굴절률을 가지는 제1 및 제2 비드들(145, 147)에 의해 하나의 광원(150)을 기준으로 두 개의 광원 상이 형성되어 전체적으로 광원(150)이 배치된 영역과 배치되지 않은 영역 간의 휘도차이가 완화됨으로써, 균일한 휘도를 구현할 수 있는 장점을 가진다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지방식 백라이트 유닛이 구비된 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이고, 도 6은 도 5의 백라이트 유닛을 도시한 단면도이고, 도 7은 도 6의 도트 패턴을 기준으로 형성되는 도트 패턴 상의 분포를 나타낸 단면도이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지방식 백라이트 유닛(220)이 구비된 액정표시장치는 백라이트 유닛(220)을 제외한 모든 구성이 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치와 동일함으로 동일한 부호를 병기하고 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 에지방식 백라이트 유닛(220)은 바텀커버(280)의 내부 일측에 광원 유닛(250)이 구비되고, 상기 광원 유닛(250)과 나란하게 면광으로 변환하는 도광판(260)과, 상기 도광판(260) 하부에 반사시트(270)와, 상기 도광판(260) 상에 차례로 구비되는 확산 시트(240), 집광 시트(231) 및 보호 시트(235)를 포함한다.
상기 광원 유닛(250)은 도전 패턴이 형성된 인쇄회로기판(251)과, 상기 인쇄회로기판(251) 상에 실장된 복수의 광원(253)을 포함한다.
상기 광원(253)은 발광 다이오드(LED: light emitting diode)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 광원(253)으로 발광 다이오드가 구비된 구조를 한정하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 램프가 구비될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 한 장의 확산 시트(240), 한 장의 집광 시트(231) 및 한 장의 보호 시트(235)가 구비된 구조를 한정하여 설명하고 있지만, 상기 확산 시트(240) 및 집광 시트(231)는 복수개로 구성될 수도 있다.
상기 확산 시트(240)는 본 발명의 일 실시예에 따른 확산 시트(도1의 140)와 동일함으로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 도광판(260)은 상기 광원(253)으로부터 측면으로 입사되는 광을 액정표시패널(110) 방향으로 가이드 하기 위해 다수의 도트 패턴(261)을 포함한다.
상기 도트 패턴(261)은 도광판(260)의 하면에 규칙적인 간격을 가지며 형성될 수도 있고, 불규칙한 간격을 가지며 형성될 수도 있다.
상기 확산 시트(240)는 상부면에 서로 상이한 굴절률을 가지는 적어도 2 이상의 비드들을 포함하는 광 굴절층이 형성된다.
예를 들어, 본 발명의 다른 실시예에 따른 확산 시트(240)는 상부에 서로 상이한 굴절률을 가지는 비드들을 포함하는 광 굴절층이 형성되어 상기 도광판(260)의 하면에 형성된 도트 패턴(261)으로부터 굴절된 광을 상이한 방향으로 굴절시켜 에지방식 백라이트 유닛(220)의 전체 휘도를 향상시키고, 하나의 도트 패턴(261)을 기준으로 두 개의 도트 패턴 상(261a, 261b)이 형성되어 상기 도트 패턴(261)이 형성된 영역과 형성되지 않은 영역 간의 휘도 차를 개선할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
140, 240: 확산 시트 143: 광 굴절층
145: 제1 비드 147: 제2 비드
260: 도광판 261: 도트 패턴
261a, 261b: 도트 패턴 상

Claims (14)

  1. 측면에 배치되어 광을 발광하는 적어도 하나 이상의 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 확산시키는 확산 시트; 및
    하면에 다수의 도트 패턴이 형성되고, 상기 광원으로부터의 광을 면 광으로 변환하는 도광판을 포함하고,
    상기 확산 시트는 상부면에 서로 상이한 굴절률을 가지는 제1 및 제2 비드가 혼합된 광 굴절층을 포함하여 형성되고,
    상기 제2 비드는 상기 광 굴절층의 10% 이하의 밀도를 가지고,
    상기 서로 상이한 굴절률을 가지는 제1 및 제 2 비드를 포함하는 광 굴절층이 형성되어 상기 도광판의 하면에 형성된 도트 패턴으로부터 굴절된 광을 상이한 방향으로 굴절시키며,
    상기 도광판의 하나의 도트 패턴을 기준으로 두 개의 도트 패턴 상이 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 비드는 상기 제1 비드보다 높은 굴절률을 가지는 백라이트 유닛.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 비드의 밀도는 9:1의 비율을 가지는 백라이트 유닛.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 비드는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA: polymethyl mathacrylate)로 이루어지고, 상기 제2 비드는 폴리카보네이트(PC: polycarbonate), 폴리스틸렌(PS: polystyrene) 및 나일론(Nylon) 중 어느 하나로 이루어지는 백라이트 유닛.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 측면에 배치되어 광을 발광하는 적어도 하나 이상의 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 확산시키는 확산 시트;
    하면에 다수의 도트 패턴이 형성되고, 상기 광원으로부터의 광을 면 광으로 변환하는 도광판 및
    상기 확산 시트 상에 구비된 액정표시패널을 포함하고,
    상기 확산 시트는 상부면에 서로 상이한 굴절률을 가지는 제1 및 제2 비드가 혼합된 광 굴절층을 포함하여 형성되고,
    상기 제2 비드는 상기 광 굴절층의 10% 이하의 밀도를 가지고,
    상기 서로 상이한 굴절률을 가지는 제1 및 제 2 비드를 포함하는 광 굴절층이 형성되어 상기 도광판의 하면에 형성된 도트 패턴으로부터 굴절된 광을 상이한 방향으로 굴절시키며,
    상기 도광판의 하나의 도트 패턴을 기준으로 두 개의 도트 패턴 상이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 삭제
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 비드는 상기 제1 비드보다 높은 굴절률을 가지는 액정표시장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 비드의 밀도는 9:1의 비율을 가지는 액정표시장치.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 비드는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA: polymethyl mathacrylate)로 이루어지고, 상기 제2 비드는 폴리카보네이트(PC: polycarbonate), 폴리스틸렌(PS: polystyrene) 및 나일론(Nylon) 중 어느 하나로 이루어지는 액정표시장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
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