KR101919409B1 - 확산시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛, 액정표시장치모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛을 공개한다. 보다 상세하게는, 본 발명은 별도의 광 확산 부재를 구비하지 않고도 높은 광 확산 특성을 가지며 슬림화된 모듈을 구현할 수 있는 확산시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛, 액정표시장치모듈에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 복수의 광원과, 광원의 상부에 배치되어 입사되는 빛을 확산시켜 상부면으로 출사시키며, 상기 광원의 위치에 따라 집중하는 빛을 분산시키는 복수의 빛 반사체가 형성된 제1 확산시트와, 제1 확산시트로부터 출광된 빛을 확산 및 집광하는 제2 확산시트; 및 상기 광원의 하부에 배치되어 입사되는 빛을 상부방향으로 반사하는 반사판을 포함한다.
이에 따라, 본 발명은 비구면 LED 렌즈를 생략하고, LED PKG와 기존의 확산시트 사이에 입사되는 빛을 고르게 확산시키는 반사체를 갖는 별도의 확산시트를 더 구비함으로서, 제조비용 절감 및 우수한 화상품질의 포함하는 백라이트 유닛 및 액정표시장치모듈을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

확산시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛, 액정표시장치모듈{BACKLIGHT UNIT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE MODULE}
본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로, 특히 별도의 광 확산 부재를 구비하지 않고도 높은 광 확산 특성을 가지며 슬림화된 모듈을 구현할 수 있는 확산시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛, 액정표시장치모듈에 관한 것이다.
액정표시장치는 수동형 투과표시소자를 이용한 것으로, 액정패널에 개재된 액정분자의 굴절률 이방성에 의해 액정층을 투과하는 광의 양을 조절함으로써 원하는 영상의 계조를 화면상에 표시하게 된다. 따라서, 액정표시장치에는 영상의 표시를 위해 액정패널에 빛을 제공하는 백라이트 유닛(back light unit)이 구비되며, 통상적으로 백라이트 유닛은 광원의 구조에 따라 크게 두 종류로 구분된다.
하나는 직하형(direct type)방식으로 광원인 램프가 액정패널의 배면에 위치하여 하부에서 패널방향으로 직접 빛을 조사하는 방식이고, 다른 하나는 측면형(edge type)방식으로 램프가 액정패널의 측면에 위치하여 확산시트 등을 통해 빛의 방향을 패널방향으로 전환하여 제공하는 방식이다.
전술한 직하형 방식은 램프로부터 출사된 빛이 직접 액정패널에 공급되므로 대면적의 패널에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 고휘도가 가능하다는 장점 때문에 대화면 TV용 액정패널을 제작하는데 주로 적용되고 있다.
반면, 측면형 방식은 액정패널의 측면에 설치되어 확산시트인 반사판과 도광판을 통해 액정패널로 빛을 공급하게 되며, 따라서 직하형 방식에 비해 대면적의 액정패널에 적용하기 어려울 뿐만 아니라 도광판을 통해 광이 공급되므로 고휘도를 얻기 어렵게 된다. 그러나, 백라이트 유닛이 측면에 위치함으로 액정표시장치모듈의 두께를 얇게 구현할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 백라이트 유닛의 광원으로는 종래 CCFL, EEFL 과 같은 형광램프가 널리 이용되었으나, 현재는 반도체 발광소자인 발광 다이오드 소자(Light emitting diode, LED)를 이용한 LED PKG로 대체되고 있다.
전술한 LED 소자는 전자가 다수 캐리어인 n형 반도체와 정공이 다수 캐리어인 p형 반도체를 접합하고 이에 전기적인 신호를 가함으로서 다양한 파장의 빛 에너지를 방출하는 소자로서, 이를 이용한 LED PKG는 반 영구적 수명과, 교체 및 유지가 거의 불필요하고, 광 변환효율이 높아 소비전력이 타 광원에 비해 매우 적은 편이며, 소형화, 박형화, 경량화가 가능하다는 장점이 있어 액정표시장치의 광원으로 적합하다.
도 1은 일반적인 LED PKG를 광원으로 이용하는 직하형 액정표시장치모듈의 단면의 일부를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, LED PKG를 광원으로 이용하는 액정표시장치모듈은 어레이 기판(11) 및 컬러필터 기판(12)이 합착된 액정패널(10)과, 액정패널(10)의 배면으로 복수의 LED PKG(21)가 LED 기판(25)에 본딩되고 그 상부로 광 확산 렌즈(22)가 구비된 광원(20)과, 액정패널(10) 및 광원(20)사이에 배치되며, 확산시트(41) 및 프리즘 시트(43)로 이루어지는 광학시트(40)을 포함하는 백라이트 유닛과, 액정패널(10)이 안착되는 가이드 패널(50)과, 액정패널(10)의 상부를 테두리하는 탑 케이스(60)와, 백라이트 유닛이 실장되는 커버버텀(70)으로 구성된다.
여기서, 전술한 백라이트 유닛의 LED PKG(21)는 외부로부터의 충격 등에서 LED 소자를 보호하고 빛을 효율적으로 추출하며 방열기능 등을 가지도록 하기 위해 플라스틱 등의 몰드(Mold)로 덮어 패키지(package)한 것을 가리킨다. 이러한 백라이트 유닛은 화상 품위의 개선을 위해, 발광면상에 별도의 비구면 LED 렌즈(22)를 구비하여 광원(20)의 중심부에 집중되는 빛을 확산시키게 된다.
도 2a 는 종래 비구면 LED 렌즈를 구비한 광원의 일 예를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 종래의 광원(20)은 LED PKG(21)가 LED 기판(25)상에 본딩되고, 그 상부를 중앙(22a)이 함몰된 비구면 LED 렌즈(22)가 덮는 형태이다. 여기서, LED PKG(21)로는 램프형(lamp type), 표면 실장형(Surface Mount Device type, SMD type), COB(Chip on Board)형 등이 이용될 수 있으며, 특히 SMD형 LED PKG는 세라믹 기판위에 다이 본딩한 후 에폭시 수지 등으로 몰딩한 구조로서 타 구조보다 열 방출이 양호한 이점이 있어 액정표시장치의 광원으로 SMD형의 LED PKG가 널리 이용되고 있다.
이러한 구조에서, LED PKG(21)를 LED 비구면 렌즈(22)가 상부에서 덮는 형태이며, LED PKG(21)의 주변에 형성된 LED 기판(25)의 홀(25b)에 LED 비구면 렌즈(22)의 돌출부(22b)가 삽입되어 고정되는 형태이다.
그러나, LED 비구면 렌즈(22)는 별도의 사출 성형설비를 이용하여 제조해야 하기 때문에 액정표시장치의 전체 제조비용이 상승하게 되며, 또한 비구면으로 제조된 LED 렌즈는 설계안과 제작안의 형상 편차가 종종 발생함에 따라 화상 품위 저하의 원인이 된다. 도 2b는 LED 비구면 렌즈의 반지름(Radius)과 새그(SAG)의 상관관계를 도시한 그래프로서, 도시한 바와 같이 렌즈의 설계치와 제조된 렌즈의 실측치간에는 편차가 발생하게 되고, 최대값간의 편차(ΔP.V Max)는 10㎛ 이상이 된다.
이러한 LED 비구면 렌즈의 설계치 및 실측치간의 편차는, 초기 예상된 백라이트 유닛의 광 분포에 그대로 반영되어 화면상에서 링 형의 암영부분이 교대로 나타나는 링 무라(RING MURA) 불량의 직접적인 원인이 된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래 액정표시장치 백라이트 유닛의 화상 품위를 개선하기 위해 LED PKG에 별도로 구비되는 비구면 LED 렌즈와 같은 광학부재를 대체하여 제조비용을 절감하고, 우수한 화상 품위를 갖는 확산시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛, 액정표시장치모듈을 제공하는 데 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 확산시트는, 배면으로 입사되는 빛을 확산시켜 전면으로 출사하는 베이스층; 상기 베이스층의 표면에 구비되는 보호층; 및 상기 배면에 구비되는 보호층상에 형성되며, 복수의 광원에 각각 대향하여 배치되어 입사되는 빛을 하부방향으로 반사하는 복수의 반사체를 포함한다.
상기 베이스층은 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리우레탄(polyurethane, PU) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 재질의 복수의 비드를 포함하는 메타 스틸렌(Meta Styrene)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 반사체는, 굴절률 1.3 이상 1.6 이하의 열경화 수지인 바인더; 및 상기 바인더에 포함되는 굴절률 2 이상의 복수의 TiO2 필터 입자로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 TiO2 필터 입자는, 반사체의 중앙부보다 외곽부의 밀도가 더 낮은 것을 특징으로 한다.
상기 반사체는, 복수의 공극(mirco fiber)이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 보호층은, 폴리 스틸렌(Poly styrene)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 반사체는, 상기 광원으로부터 입사된 빛이 상기 광원방향을 향하지 않도록 수직선을 기준으로 단면이 일정각도(Θ)로 절곡된 것을 특징으로 한다.
상기 반사체의 절곡각도(Θ)는, 0°이상 50°이하인 것을 특징으로 한다.
상기 반사체는, 중심이 상기 광원의 중심으로부터 광원의 1/2 피치(pitch)를 벗어나지 않도록 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 반사체는, 크기가 상기 광원의 1/3 피치 이상인 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 확산시트를 포함하는 백라이트 유닛은, 복수의 광원; 상기 광원의 상부에 배치되어 상기 광원으로부터 입사되는 빛을 확산시켜 전면으로 출사하며, 배면에 상기 광원의 위치에 따라 집중하는 빛을 분산시키는 복수의 빛 반사체가 형성된 제1 확산시트; 상기 제1 확산시트로부터 출사된 빛을 확산 및 집광하는 제2 확산시트; 및 상기 복수의 광원 사이에 배치되어 입사되는 빛을 상부방향으로 반사하는 반사판을 포함한다.
상기 제1 확산시트는, 배면으로 입사되는 빛을 확산시켜 전면으로 출사하는 베이스층; 상기 베이스층의 표면에 구비되는 보호층; 상기 배면에 구비되는 보호층상에 형성되며, 복수의 광원에 각각 대향하도록 배치되는 복수의 빛 반사체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치모듈은, 액정패널; 상기 액정패널의 배면에 배치되고, 복수의 광원 및 상기 광원의 상부에 배치되어 상기 광원으로부터 입사되는 빛을 확산시켜 상부면으로 출사시키며, 상기 광원의 위치에 따라 집중하는 빛을 분산시키는 복수의 빛 반사체가 형성된 적어도 하나의 확산시트를 포함하는 백라이트 유닛; 및 상기 액정패널 및 백라이트 유닛을 결합 및 고정하는 기구 구조물을 포함한다.
상기 확산시트는, 상기 광원의 상부에 배치되며 상기 반사체가 형성된 제1 확산시트; 상기 제2 확산시트의 상부에 배치되어 입사되는 빛을 상기 액정패널로 출광하는 제2 확산시트를 포함하고, 상기 기구 구조물은, 상기 액정패널의 상부를 테두리하는 탑 케이스; 상기 탑 케이스와 결합되고, 상기 액정패널이 안착되는 가이드 패널; 상기 가이드 패널과 결합되고, 상기 백라이트 유닛이 실장되는 커버버텀; 및 상기 커버버텀에 실장되고, 상기 제1 확산시트가 상기 커버버텀의 바닥면과 일정간격을 갖도록 안착되는 단차가 형성되는 사이드 서포터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단차는, 상기 커버버텀의 바닥면 및 제2 확산시트간의 간격 대비 1/3 이상의 높이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 비구면 LED 렌즈를 생략하고, LED PKG와 기존의 확산시트 사이에 입사되는 빛을 고르게 확산시키는 반사체를 갖는 별도의 확산시트를 더 구비함으로서, 제조비용을 절감하고 우수한 화상품질의 백라이트 유닛 및 액정표시장치모듈을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 LED PKG를 광원으로 이용하는 직하형 액정표시장치모듈의 단면의 일부를 도시한 도면이다.
도 2a 는 종래 비구면 LED 렌즈를 구비한 광원의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2b는 LED 비구면 렌즈의 반지름(Radius)과 새그(SAG)의 상관관계를 도시한 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치모듈의 분해 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 액정표시장치모듈에 대한 단면도의 일부를 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 확산시트의 단면을 도시한 도면이고, 도 4b는 도 4a에 도시한 확산시트를 배면을 도시한 도면이다.
도 4c는 도 4a 및 도 4b의 확산시트에 형성되는 반사체의 비드밀도의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산시트를 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 도면이다.
도 5b는 PPA의 파장대별 반사율 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 확산시트를 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 도면이다.
도 6b는 반사체의 절곡각도(Θ)에 따라 변동된 빛의 광속을 나타낸 그래프이다.
도 7a는 서로 다른 피치를 갖는 LED PKG와 제1 확산시트간의 거리에 따른 웨버분율(Waber Fraction, %)를 나타낸 그래프이다.
도 7b는 56m 및 80mm의 피치를 갖는 LED PKG의 확산시트간 거리에 따른 화상 품위를 비교한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 확산시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛, 액정표시장치모듈을 설명하면 다음과 같다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치모듈의 분해 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 액정표시장치모듈에 대한 단면도의 일부를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치모듈은 화상을 표시하는 액정패널(100)과, 액정패널(100)에 빛을 제공하는 LED PKG(120) 등을 포함하는 백라이트 유닛 및, 이를 모듈화하는 가이드 패널(150) 등을 포함하는 기구 구조물로 이루어진다.
보다 상세하게는, 액정패널(100)은 두 기판이 소정거리 이격되어 합착되고, 그 사이에 개재되는 액정층으로 구성된다. 이러한 액정패널(100)은 적어도 하나의 측면에 구비되는 구동부(115)의 제어에 따라 화상을 표시한다.
액정패널(100)을 구성하는 두 기판 중, 어레이 기판에는 스위칭 소자 뿐만 아니라, 신호를 전달하기 위한 각종 배선과 전극이 형성된다. 또한, 이와 대향하는 상부기판은 RGB색상을 표시하기 위한 컬러필터기판으로서, 컬러필터층과 블랙매트릭스(BM)가 형성된다. 구동부(115)는 전술한 스위칭 소자를 제어하기 위한 게이트신호 및 화소전극에 데이터신호를 제공하는 게이트 및 데이터 구동IC가 기판에 실장되어 플렉서블 기판(117)을 통해 액정패널(100)의 적어도 하나의 측면에 본딩되어 액정패널(100)과 전기적으로 연결된다.
전술한 액정패널(100)에 대하여 보다 상세하게 설명하면, 어레이기판에는 종횡으로 배열되어 복수의 화소영역을 정의하는 복수의 게이트라인과 데이터라인이 형성되어 있으며, 각각의 화소영역에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성된다. 또한, 박막트랜지스터는 게이트라인과 접속되는 게이트전극, 및 게이트전극의 상부에 비정질 실리콘 등이 적층되어 형성되는 액티브층, 액티브층 위에 형성되고 데이터라인 및 화소전극에 전기적으로 연결되는 소스전극 및 드레인전극으로 이루어진다. 여기서, 화소전극은 공통전극과 교번으로 배치되어 있다.
또한 컬러필터기판은 적(R), 녹(G), 청(B)의 색상을 구현하는 다수의 서브컬러필터로 구성된 컬러필터 및, 각 서브 컬러필터를 구분하고 액정층을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(BM)가 형성된다.
이와 같이 구성된 두 기판은 표시영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)에 의해 대향하도록 합착되어 액정패널(100)을 구성하게 되며, 또한 전술한 외측면에는 각각 편광판이 부착됨으로서 액정패널(100)로 입사되어 액정층을 지나 계조가 반영된 빛을 편광시켜 영상을 구현한다.
또한, 액정패널(100)은 적어도 하나의 측면에 제어를 위한 구동부(115)가 구비된다. 구동부(115)는 액정패널(100)을 구동하기 위한 게이트 및 데이터 구동IC와, 그 구동IC가 본딩된 기판을 포함하며, 구동IC은 플렉서블 기판(117)을 통해 액정패널(100)과 전기적으로 연결되고 액정패널(100)이 후술하는 가이드 패널(150)상에 안착시 플렉서블 기판(117) 가이드 패널(150)의 외측으로 접혀져 액정패널(100)의 측면방향에 위치하게 된다.
백라이트 유닛은 액정패널(100)에 빛을 제공하는 것으로, 복수의 LED PKG(120)과, 그 LED PKG(120)가 본딩되는 LED 기판(125)와, LED PKG(120)로부터 방출되는 빛을 광학적 보상을 통해 효율적으로 액정패널(100)에 제공하는 다수의 확산시트(130, 140)로 구성되며, 액정패널(100)의 배면에 대응하도록 배치된다.
전술한 복수의 LED PKG(120)는 점광원으로서, 다수개가 구비되며 하나이상의 LED 소자를 내장하고 있다. 이러한 LED PKG(120)는 서로간에 동일한 피치를 가지도록 LED 기판(125)상에 본딩된다. 여기서 도시하지는 않았지만 LED 기판(125)의 표면에는 반사판(미도시)이 형성되어 있다.
확산시트(130, 140)은 LED PKG(120)와 소정거리 이격되고 LED PKG(120)의 발광면에 대향하도록 배치되어 빛을 효율적으로 액정패널(100)에 제공하는 역할을 하는 것으로, 제1 확산시트(130) 및 프리즘 시트를 포함하는 제2 확산시트(140)로 이루어질 수 있다. 제1 확산시트(130)는 LED PKG(120)로부터 출사된 빛을 각 LED PKG(120)의 위치에 집중되지 않고 액정패널(100)의 전 영역으로 확산시키는 역할을 하며, 이를 위해 배면방향으로 복수의 반사체(135)가 형성되어 있다.
이러한 반사체(135)는 하부의 LED PKG(120) 각각과 대향하도록 배치되어 있으며, 입사되는 빛을 다시 LED PKG(120) 방향으로 반사하는 역할을 한다. 이에 따라, LED PKG(120)로부터 출사된 빛 중, 반사체(135)에 도달한 빛은 반사되어 배면방향을 향하게 되고, 이에 LED 기판(125)상에 형성된 반사판에 의해 재반사되어 제1 확산시트(130)에서 반사체(135)가 형성되어 있지 않은 영역을 통해 내부로 진입한다. 이러한 빛은 제1 확산시트(130)의 베이스층을 지나면서 확산되어 상부 전영역에 걸쳐 고르게 분산되어 출광된다.
전술한 제1 확산시트(130) 및 반사체(135)에 대한 보다 구체적인 구조를 후술하도록 한다.
제2 확산시트(140)는 제1 확산시트(130)에 의해 확산된 빛을 상부방향으로 집광하여 액정패널(100)의 각 영역에 균일한 빛이 공급되도록 하는 역할을 한다. 여기서, 제2 확산시트(140)는 1 매가 아닌, 프리즘 형상이 형성된 적어도 하나의 프리즘 시트를 포함하며, 프리즘이 x,y축 방향으로 수직으로 교차하도록 제1 및 제2 프리즘시트를 구비하여 x,y축 방향에서 광을 굴절시켜 빛이 상부방향으로의 직진성을 향상시키도록 구성될 수 있다.
전술한 구조의 액정패널(100) 및 백라이트 유닛의 제1 확산시트(130)는 기구 구조물인 가이드 패널(150), 탑 케이스(160) 및 커버버텀(170)의 결합에 의해 지지 및 고정된다.
가이드 패널(150)은 액정패널(100)을 하부에서 지지하는 역할을 하는 것으로 액정패널(100)의 각 측면을 하부방향에서 지지하도록 사각형의 틀 형태를 가지며, 내측으로 액정패널(100)이 안착된다.
탑 케이스(160)는 액정패널(100)이 안착된 가이드 패널(150)의 상부로 결합되어 액정패널(100) 및 가이드 패널(150)의 상부를 테두리 하며, 외부로부터 인가되는 충격 등에 액정패널(100)을 유동 없이 안정적으로 고정시키는 역할을 한다. 도시하지는 않았지만 이러한 탑 케이스(160)의 측면에는 복수의 홀이 형성되어 가이드 패널의 측면과 나사결합을 통해 서로 체결될 수 있다.
커버버텀(170)은 액정표시장치모듈의 하부에 해당하는 기구 구조물로서, 내부 바닥면으로 LED 기판(125), 제1 확산시트(130) 및 제2 확산시트(140)가 차례로 실장된다. 여기서, 커버버텀(170)에 실장되는 제1 확산시트(130)는 LED PKG(120)와 소정거리 이격되어 배치되어야 하며, 이를 위해 커버버텀(170)의 내측으로 사이드 서포터(180)가 구비된다.
사이드 서포터(180)는 전술한 제1 확산시트(130) 및 제2 확산시트(140)가 안착되는 것으로, 내측으로 제1 확산시트(130)가 안착되는 단차가 형성되어 있다. 이러한 단차는 제1 확산시트(130)가 커버버텀(170)의 바닥면에서부터 소정 높이에 위치하도록 형성되는데, 커버버텀(170)의 바닥면과 제2 확산시트(140)간의 이격거리의 1/3 이상의 지점에 대응하도록 형성되는 것이 바람직하다.
전술한 구조에 따라, 본 발명의 액정표시장치모듈은 반사체가 형성된 제1 확산시트에 의해 광원으로부터 출광하는 빛을 1차로 확산하고, 제2 확산시트를 통해 2차로 확산 및 집광하여 화면상에서 특정 영역에 집중되는 빛을 균일하게 분산시킴으로서 화상 품질이 개선된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반사체가 형성된 확산시트의 구조를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 4a는 본 발명의 확산시트의 단면을 도시한 도면이고, 도 4b는 도 4a에 도시한 확산시트를 배면을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 확산시트(130)는 배면인 제1 면으로 입사되는 빛을 확산시켜 전면인 제2 면으로 출사하는 베이스층(131)과, 제1 및 제2 면에 형성되는 보호층(133), 그리고 제1 면의 보호층(133)상에 형성되며, 복수의 광원에 각각 대향하도록 배치되는 사각형상의 복수의 반사체(135)로 이루어진다.
베이스층(131)은 레진 물질인 메타 스틸렌(Meta Styrene, MS)으로 이루어지며, 복수의 비드(121)가 혼입되어 있다. 또한, 비드(121)는 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리우레탄(polyurethane, PU) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 재질로 이루어진다. 이러한 구조에 따라, 광원으로부터 제1 면으로 입사되는 빛은 레진 물질과 비드간의 굴절률 차이에 따라 체적 산란(Volume Scattering)이 발생하게 되어 제2 면으로 출사시 균일한 출광분포를 가지게 된다.
보호층(133)은 폴리 스틸렌(poly styrene)으로 이루어지는 베이스층(131)의 제1 및 제2 면에 구비되어 베이스층(131)을 보호하는 역할을 한다.
또한, 보호층(133)의 노출면 중, 베이스층(131)의 배면방향에는 소정간격으로 이격된 다수의 반사체(135)가 형성되어 있다.
확산시트(130)의 제1 면에 배치된 반사체(135)는 확산시트(130)로 입사되는 빛의 일부를 다시 광원방향으로 반사하는 역할을 한다. 점광원인 LED PKG는 빛이 중앙부에 집중되므로 LED PKG 가 배치된 위치를 중심이 주변보다 휘도가 더 높게 된다. 따라서, 본 발명에서는 확산시트(130)의 하부면에 백라이트 유닛의 LED PKG와 대향하도록 반사체(135)를 배치하는 것을 특징으로 한다.
전술한 반사체(135)는 굴절률 1.3 이상 1.6 이하의 열경화 수지인 바인더와 바인더에 포함되는 비드인 굴절률 2 이상의 복수의 TiO2 필터 입자로 이루어진다. 또한, 반사체(135)의 바인더 및 비드는 복수의 공극(mirco fiber)으로 대체될 수 있다.
이러한 구조에 따라, 반사체(135)로 입사되는 빛을 LED PKG방향으로 반사하고, 반사된 빛은 LED PKG 주변에 구비되는 반사판을 통해 확산시트(130)방향으로 재 반사되어 다시 확산시트(130)로 진입하게 되어 LED PKG의 위치에 집중하는 빛을 분산시켜 액정패널의 전 영역에 고르게 입사하게 된다.
또한, 빛의 분산을 고르게 하기 위해, 반사체(135)내 투과율을 변경해야 하는 경우에는 도 4c에 도시한 바와 같이 반사체를 저반사영역 및 반사영역으로 분리하여 정의하고, 저반사영역의 바인더(141)에 혼입되는 비드(132)밀도를 낮게 하며, 반사영역의 비드(132)분포를 높게 조절하여 빛 투과율 분포를 조절함으로서 저반사영역과 반사영역의 휘도 균일도를 최적화 시킬 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산시트를 포함하는 백라이트 유닛의 빛 경로를 설명하도록 한다.
도 5a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산시트를 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 도면이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 백라이트 유닛은 복수의 LED PKG(120)이 LED 기판(125)상에 소정간격으로 배치되며, 그 상부로 반사체(135)를 포함하는 확산시트(130)가 배치된다.
확산시트(130)는 복수의 비드(132)를 포함하고 전면으로 입사된 빛을 출사하는 베이스층(131)과, 베이스층(131)의 표면에 형성되는 보호층(133), 그리고 배면의 보호층(133)상에 형성되며, 복수의 LED PKG(120)에 각각 대향하도록 배치되는 복수의 반사체(135)로 이루어진다
전술한 반사체(135)는, LED PKG(120)의 중심으로부터 1/2 피치(pitch)를 벗어나지 않도록 배치되며, 또한 그 크기가 LED PKG(120)의 1/3 피치 이상으로 형성된다. 즉, 반사체(135)는 각 LED PKG(120)간 중심에 인접하여, 적어도 LED PKG(120)간 간격의 1/3을 벗어나도록 형성된다.
이러한 구조에 따라, LED PKG(120)의 발광면에서 출광된 제1 경로의 빛(a)은 보호층(133)을 통과하여 확산시트(130)의 내부로 진행하게 되고, 베이스층(131)내에 혼입된 비드(132)에 의해 확산된다. 확산된 빛은 확산시트(130)의 상부의 보호층(133)을 통해 전면에서 균일한 분포로 출광된다.
또한, LED PKG(120)에서 출광된 제2 경로의 빛(b1)은 반사체(135) 방향으로 진행하고, 반사체(135)에 의해 반사되어 LED PKG(120)방향으로 진행하게 된다. 그 빛(b2)은 다시 향하게 되고, 반사판(미도시)에 의해 재 반사된 빛(b3)은 확산시트(130)로 진입하게 된다.
따라서, LED PKG(120)를 중심으로 집중되는 빛을 분산시켜 균일한 분포의 휘도를 구현할 수 있다.
그런데, 반사체(135)에 의해 화상 품위를 향상시킬 수 있으나, LED PKG(120)에서 출광한 빛 중 일부는 LED PKG(120)에 의해 흡수되는 경우가 발생한다. 도시한 바와 같이, LED PKG(120)에서 출광된 제3 경로의 빛(c1)은 반사체(135)에 의해 반사(c3)되어 LED PKG(120)에 입사된다.
여기서, LED PKG(120)는 LED 소자가 몰딩되는 형광체부(121)와 LED 소자가 실장되는 몰드 프레임(122)으로 이루어져 있으며, 특히 몰드 프레임(122)은 폴리프탈아미드(Polyphthalamide, PPA) 재질로 구성되는 데, 도 5b는 PPA의 파장대별 반사율 스펙트럼을 나타낸 그래프로서, 이를 참조하면 몰드 프레임(122)은 평균 90%대의 반사율 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 따라서, 몰드 프레임(122)으로 입사된 빛의 10%는 흡수되어 광 손실이 발생하게 된다.
이하, 도면을 참조하여 전술한 광 손실을 개선한 본 발명의 제2 실시예에 따른 확산시트를 포함하는 백라이트 유닛을 설명하도록 한다.
도 6a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 확산시트를 포함하는 백라이트 유닛을 도시한 도면이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 백라이트 유닛은 형광체부(221) 및 몰드 프레임(222)로 이루어진 복수의 LED PKG(220) 및, LED PKG(220)가 본딩된 LED 기판(225)과, 그 상부로 반사체(235)를 포함하는 확산시트(230)로 이루어진다.
확산시트(230)는 복수의 비드(232)를 포함하는 제2 면으로 출사하는 베이스층(231)과, 베이스층(231)의 양면에 형성되는 보호층(233), 그리고 제1 면의 보호층(233)상에 형성되며, 복수의 LED PKG(220)에 각각 대향하도록 배치되는 복수의 반사체(235)로 이루어진다.
여기서, 반사체(235)는 수직선에 대하여 일정한 각도(Θ)를 가지도록 절곡되어 있다. 상기 반사체(235)의 절곡각도(Θ)는, 0°이상 50°이하이다. 이러한 구조에 따라, 반사체(235)에 의해 반사된 빛은 LED PKG(220)에 직접 입사되지 않고, 반사판(미도시)를 향하게 되어 손실되는 양이 최소화된다.
상세하게는, LED PKG(220)의 발광면에서 출광되어 반사체(235)에 도달한 빛(d1)은 그 절곡정도에 따라, LED PKG(220)를 벗어나는 경로로 반사되고(d2), LED PKG (220) 사이의 반사판에 의해 반사되어 확산시트(230)의 내부로 진행하게 된다(d3). 그 빛(d3)은 베이스층(231)내에 혼입된 비드(232)에 의해 확산되고, 확산된 빛은 확산시트(230)의 상부의 보호층(233)을 통해 전면에서 균일한 분포로 광 손실 없이 출광된다.
도 6b는 반사체의 절곡각도(Θ)에 따라 변동된 빛의 광속을 나타낸 그래프로서, 도면을 참조하면 반사체가 평탄한 경우 즉, 절곡각도(Θ)가 0°인 경우, 확산시트를 출광한 빛의 광속이 1 lm/w 이면, 절곡각도(Θ)가 40°일 때, 약 1.03 lm/w에 근접하게 되어, 최적의 각도에서 광속이 3% 이상 향상되는 것을 알 수 있다.
한편, 전술한 제1 및 제2 실시예에 따른 확산시트를 포함하는 백라이트 유닛에서, LED PKG의 피치와, LED PKG와 제1 확산시트간의 거리는 광 분산정도에 직접적인 영향을 주게 된다.
도 7a는 서로 다른 피치를 갖는 LED PKG와 제1 확산시트간의 거리에 따른 웨버분율(Waber Fraction, %)를 나타낸 그래프이며, 도 7b는 56m 및 80mm의 피치를 갖는 LED PKG의 확산시트간 거리에 따른 화상 품위를 비교한 도면이다.
여기서, 전술한 웨버분율은 상기 실시예에 의하여 제조된 LED PKG 은폐성을 나타내는 값으로 웨버분율이 클수록 은폐성이 낮은 값으로 사용된다.
도면을 참조하면, 도면은 LED PKG와 제2 확산시트간의 거리가 23.4m 인 경우의 일 예를 나타낸 것으로 LED PKG와 제1 확산시트간 거리가 10m 이상인 지점(i)에서 서로 다른 피치의 LED PKG 간의 화상품위가 최적화된 것을 알 수 있다.
따라서, LED PKG와 제1 확산시트간 거리가 LED PKG와 제2 확산시트간의 거리에 대비하여 1/3 이상으로 배치되는 것이 바람직하다.
전술한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
100 : 액정패널 120 : LED PKG
125 : LED 기판 130 : 제1 확산시트
135 : 반사체 140 : 제2 확산시트
150 : 가이드 패널 160 : 탑 케이스
170 : 커버버텀 180 : 사이드 서포터

Claims (15)

  1. 배면으로 입사되는 빛을 확산시켜 전면으로 출사하는 베이스층;
    상기 베이스층의 표면에 구비되는 보호층; 및
    상기 배면에 구비되는 보호층상에 형성되며, 복수의 광원에 각각 대향하여 배치되어 입사되는 빛을 하부방향으로 반사하는 복수의 반사체를 포함하고,
    상기 반사체는 열경화 수지인 바인더와 상기 바인더에 포함되는 복수의 TiO2 입자로 이루어지며,
    상기 배면에 평행한 평면에서, 상기 TiO2 입자는 상기 반사체의 중앙부보다 외곽부의 밀도가 더 낮은 것을 특징으로 하는 확산시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스층은 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리우레탄(polyurethane, PU) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 재질의 복수의 비드를 포함하는 메타 스틸렌(Meta Styrene)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 확산시트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열경화 수지 바인더는 1.3 이상 1.6 이하의 굴절률을 작고, 상기 TiO2 입자는 2 이상의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 확산시트.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층은, 폴리 스틸렌(Poly styrene)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 확산시트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사체는,
    상기 광원으로부터 입사된 빛이 상기 광원방향을 향하지 않도록 수직선을 기준으로 단면이 일정각도(Θ)로 절곡된 것을 특징으로 하는 확산시트.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사체의 절곡각도(Θ)는, 0°이상 50°이하인 것을 특징으로 하는 확산시트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사체는, 중심이 상기 광원의 중심으로부터 광원의 1/2 피치(pitch)를 벗어나지 않도록 배치된 것을 특징으로 하는 확산시트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사체는, 크기가 상기 광원의 1/3 피치 이상인 것을 특징으로 하는 확산시트.
  11. 복수의 광원;
    상기 광원의 상부에 배치되어 상기 광원으로부터 입사되는 빛을 확산시켜 전면으로 출사하며, 배면에 상기 광원의 위치에 따라 집중하는 빛을 분산시키는 복수의 빛 반사체가 형성된 제1 확산시트;
    상기 제1 확산시트로부터 출사된 빛을 확산 및 집광하는 제2 확산시트; 및
    상기 복수의 광원 사이에 배치되어 입사되는 빛을 상부방향으로 반사하는 반사판을 포함하고,
    상기 빛 반사체는, 상기 광원으로부터 입사된 빛이 상기 광원방향을 향하지 않도록 수직선을 기준으로 단면이 일정각도(Θ)로 절곡되어 상기 광원을 향하는 끝이 뾰족하며,
    상기 빛 반사체는 열경화 수지인 바인더와 상기 바인더에 포함되는 복수의 TiO2 입자로 이루어지며,
    상기 배면에 평행한 평면에서, 상기 TiO2 입자는 상기 반사체의 중앙부보다 외곽부의 밀도가 더 낮은 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 확산시트는,
    배면으로 입사되는 빛을 확산시켜 전면으로 출사하는 베이스층;
    상기 베이스층의 표면에 구비되는 보호층을 포함하고,
    상기 빛 반사체는 상기 광원을 향하는 상기 보호층의 배면에 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  13. 액정패널;
    상기 액정패널의 배면에 배치되고, 복수의 광원 및 상기 광원의 상부에 배치되어 상기 광원으로부터 입사되는 빛을 확산시켜 상부면으로 출사시키며, 상기 광원의 위치에 따라 집중하는 빛을 분산시키는 복수의 빛 반사체가 배면에 형성된 적어도 하나의 확산시트를 포함하는 백라이트 유닛; 및
    상기 액정패널 및 백라이트 유닛을 결합 및 고정하는 기구 구조물을 포함하고,
    상기 빛 반사체는, 상기 광원으로부터 입사된 빛이 상기 광원방향을 향하지 않도록 수직선을 기준으로 단면이 일정각도(Θ)로 절곡되어 상기 광원을 향하는 끝이 뾰족하며,
    상기 빛 반사체는 열경화 수지인 바인더와 상기 바인더에 포함되는 복수의 TiO2 입자로 이루어지며,
    상기 확산시트의 배면에 평행한 평면에서, 상기 TiO2 입자는 상기 반사체의 중앙부보다 외곽부의 밀도가 더 낮은 것을 특징으로 하는 액정표시장치모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 확산시트는,
    상기 광원의 상부에 배치되며 상기 반사체가 형성된 제1 확산시트;
    상기 제1 확산시트의 상부에 배치되어 입사되는 빛을 상기 액정패널로 출광하는 제2 확산시트를 포함하고,
    상기 기구 구조물은,
    상기 액정패널의 상부를 테두리하는 탑 케이스;
    상기 탑 케이스와 결합되고, 상기 액정패널이 안착되는 가이드 패널;
    상기 가이드 패널과 결합되고, 상기 백라이트 유닛이 실장되는 커버버텀; 및
    상기 커버버텀에 실장되고, 상기 제1 확산시트가 상기 커버버텀의 바닥면과 일정간격을 갖도록 안착되는 단차가 형성되는 사이드 서포터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 단차는, 상기 커버버텀의 바닥면 및 제2 확산시트간의 간격 대비 1/3 이상의 높이를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치모듈.
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