KR102073159B1

KR102073159B1 - 백라이트 유닛

Info

Publication number: KR102073159B1
Application number: KR1020130062838A
Authority: KR
Inventors: 강이임; 손창균; 이창혁
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2020-02-04
Also published as: KR20140141271A

Abstract

본 발명은 복수 개의 광원모듈; 및 상기 광원모듈에 인접 배치되는 경사면이 형성된 반사판을 포함하되, 상기 경사면의 높이와 경사 각도는 상기 광원모듈의 지향각과 지향각폭에 의해 조절되는, 백라이트 유닛을 개시한다.

Description

백라이트 유닛{BACKLIGHT UNIT}

본 발명은 디스플레이 장치에 사용되는 백라이트 유닛에 관한 것이다.

정보화 사회에서 디스플레이 장치는 시각정보 전달매체로서 그 중요성이 더 한층 강조되고 있으며, 최근에 들어 여러 종류의 평판 표시장치가 개발되어 휴대용 정보기기 및 IT 제품에 적용되고 있다.

평판 표시장치 중에서 액정 표시장치(liquid crystal display)는 양산 기술의 발전, 구동수단의 용이성, 저전력 소비, 고화질 구현 및 대화면 구현의 장점으로 대중화되고 있다.

백라이트는 액정패널에 광을 공급하는 장치로서, 크게 직하형과 에지형으로 구분된다. 이중 에지형은 도광판에 의한 광 에너지 손실뿐 아니라 칼라필터와 편광판 등에 의한 손실로 인하여 광 효율이 7% 미만이다. 따라서 최근에는, 광 에너지 손실이 적으며, 로컬 디밍(local Dimming)을 구현할 수 있고, 베젤-리스(Bezel-less) 및 네로우 베젤(Narrow-bezel)을 구현할 수 있는 직하형이 선호되고 있다.

그러나, 직하형은 렌즈를 이용하여 광원에서 나오는 광을 액정패널 밑에서 직접 보내 주기 때문에 두께에 대한 문제가 존재한다. 두께를 낮추기 위해서는 광원의 수를 늘려야 하고, 광원의 수를 줄이기 위해서는 백라이트 유닛의 두께가 높아지는 문제가 있다.

본 발명은 광원의 개수를 줄이면서도 광의 균일도를 확보할 수 있는 백라이트 유닛을 제공한다.

또한, 본 발명은 경사면에 의해 발생하는 암부와 휘부를 효과적으로 제거할 수 있는 백라이트 유닛을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 복수 개의 광원모듈; 및 상기 광원모듈에 인접 배치되는 경사면이 형성된 반사판을 포함하되, 상기 경사면의 높이와 경사 각도는 상기 광원모듈의 지향각과 지향각폭에 의해 조절된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛에서, 상기 경사면의 경사 각도(θ)는 하기 관계식 1을 만족한다.

[관계식 1]

(여기서, a는 광원모듈의 지향각이고, b는 광원모듈의 지향각폭이고, y는 0.8≤ y ≤1.2이다.)

본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛에서, 상기 경사면의 높이(H1)는 하기 관계식 2와 관계식 3을 만족한다.

[관계식 2]

[관계식 3]

(여기서, θ'은 광원모듈과 경사면의 정점을 연결한 가상선의 각도이고, a는 광원모듈의 지향각이고, b는 광원모듈의 지향각폭이고, x는 0.3≤ x ≤0.7이다.)

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 복수 개의 광원모듈; 및 상기 광원모듈에 인접 배치되는 경사면을 포함하는 반사판을 포함하되, 상기 경사면의 일부분에는 반사방지패턴이 형성된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛에서, 상기 반사방지패턴이 형성되는 위치는 하기 관계식 4에 의해 정의되는 제1직선(y1)과 하기 관계식 5와 관계식 6에 의해 정의되는 제2직선(y2)의 교점이다.

[관계식 4]

[관계식 5]

[관계식 6]

(여기서, θ는 경사면의 각도이고, H는 경사면의 높이이고, a는 광원모듈의 지향각이고, b는 광원모듈의 지향각폭이고, w는 광원모듈에서 경사면 정점까지의 수평거리이고, x'은 0.3≤ x' ≤0.5이다.)

본 발명에 따르면, 적은 개수의 광원으로도 균일도를 확보할 수 있으며, 얼룩(Mura)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 반사판에 형성된 경사면에 의해 발생하는 암부와 휘부를 제거할 수 있다. 따라서, 베젤-리스 또는 네로우 베젤을 갖는 디스플레이를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 개념도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 광원모듈의 지향각과 지향각폭에 의해 경사부재의 높이 및 각도가 조절되는 것을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 지향각 및 지향각폭을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 경사부재의 높이 및 각도가 조절되기 전과 조절된 후의 조도 균일도를 보여주는 사진이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 광원모듈의 지향각과 지향각폭에 의해 측부 경사면의 높이 및 각도가 조절되는 것을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 경사부재에 의해 특정 위치에서 암부나 휘부가 발생하는 것을 보여주는 도면이고,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 광원모듈의 지향각과 지향각폭에 의해 반사방지패턴이 형성되는 위치가 조절되는 것을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 도 8을 X, Y 좌표로 변환한 도면이고,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 반사방지패턴이 형성되기 전과 형성된 후의 조도 균일도를 보여주는 사진이고,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 광원모듈의 지향각과 지향각폭에 의해 측부 경사면에 반사방지패턴이 형성되는 위치가 조절되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.

이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 광원모듈의 지향각과 지향각폭에 의해 경사부재의 높이 및 각도가 조절되는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 지향각 및 지향각폭을 설명하기 위한 도면이다.

도 1과 도 2를 참고하면 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 크게 표시패널(200)과 백라이트 유닛(100)을 포함한다. 표시패널(200)은 백라이트 유닛(100)로부터 광이 입사되어 영상을 표시할 수 있는 공지의 구성이 모두 적용될 수 있다. 따라서, 백라이트 유닛을 포함하는 구성이라면 일반 액정표시장치 이외에 입체영상표시장치도 본 발명의 범주에 속한다.

백라이트 유닛(100)은 복수 개의 광원모듈(120)과, 광원모듈(120)에 인접 배치되는 경사면(111a)이 형성된 반사판(110), 및 입사되는 광을 확산시키는 확산판(130)을 포함한다.

광원모듈(120)은 지향각이 165° 내지 180°를 갖는 고지향각 광원이 선택될 수 있다. 구체적으로 광원모듈은 CCFL, LED, 및 OLED와 같이 특정 파장대의 광을 방출하는 다양한 발광소자와, 발광소자에서 방출된 광을 반사 또는 확산시켜 지향각을 넓히는 다양한 광학 구조물을 포함할 수 있다. 일 예로 이러한 광학 구조물은 광학 렌즈일 수 있다. 광학 렌즈는 발광소자에서 입사되는 광을 반사, 확산시켜 고지향각을 구현하는 구조이면 제한이 없다.

광원모듈(120)에서 출사된 광은 확산판(130)을 통해 확산되어 표시패널(200)에 입사된다. 이때, 필요에 따라 확산판(130) 이외에 다양한 광학필름(예: 프리즘시트)가 더 적층 형성될 수 있다.

반사판(110)은 광원모듈(120)의 후방에 배치되어, 반사판(110)으로 입사되는 광을 확산판 방향으로 반사시키는 역할을 수행한다. 반사판(110)의 가장자리에는 측부 경사면(112)이 형성된다.

반사판(110)의 바닥면에는 광 방출에 효과적인 다양한 필름이나 패턴이 형성될 수도 있다. 본 실시예에서는 반사판(110)의 바닥면에 삼각기둥 형상의 경사부재(111)가 형성된다.

그러나, 이러한 경사부재(111)는 반드시 삼각기둥 형상에 한정되는 것은 아니고, 경사면을 갖는 다각형상의 경사부재가 선택될 수도 있다. 또한, 경사면에는 소정의 곡률이 형성될 수도 있다.

도 3을 참고하면, 경사부재(111)는 광원모듈(120) 사이에 배치되어 광원모듈(120)에서 방출되는 광을 상측(확산판 방향)으로 반사시킨다. 이러한 구성에 의하여 광원모듈(120)의 간격을 넓게 배치하여도 확산판에 균일한 광을 입사시킬 수 있다. 따라서, 광원모듈(120)의 개수를 줄일 수 있는 장점이 있다.

광원모듈(120)은 발광소자(121)에서 방출된 광을 광학렌즈(122)에 의해 측면으로 반사시킴으로써 지향각이 165° 내지 180°로 고지향각을 가질 수 있다.

이때, 경사부재의 경사면(111a)은 광원모듈(120)에서 입사되는 광을 제어하도록 지향각과 지향각폭에 의해 높이(H1)와 경사 각도(θ)가 조절될 수 있다. 광원모듈(120)에서 방출되는 광은 지향각과 지향각폭 각도에 해당하는 부분에 집중(예: 지향각이 170°인 경우 광은 170°부근에 집중)되므로 지향각과 지향각폭에 따라 경사부재의 형상을 조절하면 효과적으로 광 제어가 가능해진다.

여기서 지향각이란 광원모듈에서 방출되는 광의 각도로 정의할 수 있으며, 지향각폭이란 정면에서 밝기의 반이 되는 각도로 정의할 수 있다. 도 4를 참고하면, 지향각은 θ1-θ2로 정의할 수 있다. 예시적으로 θ1이 -85°이고 θ2가 85°이면 지향각은 170°가 된다. 또한, 지향각폭은 I(θ3, θ4)가 0.5일 때, θ3-θ4로 정의할 수 있다.

다시 도 3을 참고하면 구체적으로, 경사부재의 경사면 각도(θ)는 하기 관계식 1을 만족하도록 설계될 수 있다.

[관계식 1]

여기서, a는 광원모듈(120)의 지향각이고, b는 광원모듈(120)의 지향각폭이고, y는 0.8≤ y ≤1.2 의 범위에서 정해지는 상수이다. 따라서, 광원모듈의 지향각과 지향각폭에 따라 적정한 경사면의 각도를 산출할 수 있다.

또한, 경사면의 높이(H1)는 하기 관계식 2와 관계식 3을 만족하도록 설계될 수 있다.

[관계식 2]

[관계식 3]

여기서, θ'은 광원모듈(120)과 경사면(111a)의 정점(P)을 연결한 가상선의 각도이고, a는 광원모듈(120)의 지향각이고, b는 광원모듈(120)의 지향각폭이고, x는 0.3≤ x ≤0.7의 범위에서 정해지는 임의의 상수이다.

따라서 상기 관계식에 의하면, 광학모듈의 개수를 줄이기 위해 광학모듈의 거리(피치, 2W)를 조절하는 경우 그에 맞게 경사부재의 높이와 경사면 각도를 조절할 수 있으므로 광 균일도를 유지할 수 있다.

여기서 x와 y의 범위는 설계 오차와 광학렌즈의 종류에 따라 0.8≤ y ≤1.2, 0.3≤ x ≤0.7의 범위에서 임의의 값이 정해질 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 경사부재의 높이 및 각도가 조절되기 전과 조절된 후의 조도 균일도를 보여주는 사진이다.

도 5를 참고하면, 지향각이 180°이고, 지향각폭이 14.1°인 광원모듈을 각각 79mm간격으로 배치하고 상기 관계식을 만족하지 않는 경사부재를 설치하여 조도를 측정한 결과, 얼룩(Mura)이 발생하여 균일도가 떨어지는 것 알 수 있다. 그러나, 우측 사진과 같이 상기 관계식 1 내지 3을 만족하도록 경사부재의 높이(H1)를 9mm로 하고 경사각도를 14.4°로 설계한 결과 균일한 조도를 갖는 것을 확인할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 광원모듈의 지향각과 지향각폭에 의해 측부 경사면의 높이 및 각도가 조절되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

전술한 관계식 1 내지 3은 반사판(110)의 측부 경사면(112, 도 2 참조)에도 적용될 수 있으며, 특히 네로우 베젤(Narrow-bezel) 또는 베젤-리스(Bezel-less) 디스플레이에 유용하게 적용될 수 있다. 여기서 베젤(bezel)이란 화상이 표시되지 않는 테두리 부분으로, 디스플레이의 빛샘을 방지하기 위한 공간을 말한다. 따라서, 전술한 관계식 1 내지 3을 적용하여 최외각 광원모듈(120)과 측부 경사면(112)의 거리에 따라 측부 경사면(112)의 각도(H1)와 높이(θ)를 조절하는 경우 디스플레이의 테두리 부분의 빛샘 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 7은 경사부재에 의해 특정 위치에서 암부나 휘부가 발생하는 것을 보여주는 도면이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 광원모듈의 지향각과 지향각폭에 의해 반사방지패턴이 형성되는 위치가 조절되는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 8을 X, Y 좌표로 변환한 도면이다.

도 7을 참고하면, 경사면에 의해 의도하지 않게 광이 집중되어 휘부(L1)나 암부가 발생하게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 지향각과 지향각폭에 따라 광이 집중되는 위치를 정의하고, 그 해당 위치에만 반사방지패턴을 형성함으로써 휘부나 암부를 제거할 수 있다.

도 8을 참고하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 복수 개의 광원모듈(120), 및 상기 광원모듈(120)에 인접 배치되는 경사면(111a)을 포함하는 반사판(110)을 포함하고, 상기 경사면(111a)에는 반사방지패턴(도시되지 않음)이 형성된다. 이러한 반사방지패턴은 흡수패턴, 산란패턴, 확산패턴 중 어느 하나가 선택될 수 있으며, 흡수패턴으로는 블랙잉크로 이루어진 부재를 부착되거나, 해당부분에 홀(hole)을 형성하여 반사를 방지할 수 있다.

복수 개의 광원 모듈(120)과 반사판(110)의 구성은 전술한 바와 동일하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하고, 여기서는 경사면(111a)에 형성되는 반사방지패턴에 대해 구체적으로 설명한다.

구체적으로 반사방지패턴이 형성되는 위치(M, 광이 집중되는 위치)는 제1직선(y1)과 제2직선(y2)의 교점(M)으로 정의될 수 있다. 이를 도 9와 같이 x, y좌표로 환산하면 제1직선(y1)은 관계식 4에 의해 정의되고 제2직선(y2)은 관계식 5와 6에 의해 정의될 수 있다.

[관계식 4]

[관계식 5]

[관계식 6]

여기서, θ는 경사면(111a)의 각도이고, H는 경사면(111a)의 높이이고, a는 광원모듈(120)의 지향각이고, b는 광원모듈(120)의 지향각폭이고, w는 광원모듈(120)에서 경사면(111a) 정점까지의 수평거리이고, x'은 0.3≤ x' ≤0.5이다. 이때, 제1직선과 제2직선의 기울기는 경사면과 광원모듈의 위치(도 9의 1사분면 또는 3사분면)에 따라 (+)일 수도 있고 (-)일 수도 있다.

여기서 x'의 범위는 설계 오차와 광학렌즈의 종류에 따라 0.3≤ x' ≤0.5의 범위에서 임의의 값이 정해질 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 반사방지패턴이 형성되기 전과 형성된 후의 조도 균일도를 보여주는 사진이고, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 광원모듈의 지향각과 지향각폭에 의해 측부 경사면에 반사방지패턴이 형성되는 위치가 조절되는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참고하면, 지향각이 180°이고, 지향각폭이 14.1°인 광원모듈을 각각 79mm간격으로 배치하고 그 사이에 임의의 크기를 갖는 경사부재를 배치한 경우, 중앙 부분에서 휘부가 발생하는 것을 관찰할 수 있다, 그러나 상기 관계식 4 내지 관계식 6에 의해 경사부재의 7mm 부근에 반사방지패턴을 형성한 경우 우측 사진과 같이 중앙부분의 휘부가 제거되었음을 확인할 수 있다.

도 11을 참고하면, 전술한 관계식 4 내지 6은 반사판(110)의 측부 경사면(112)에도 적용할 수 있으며, 특히 네로우 베젤 또는 베젤-리스 디스플레이에 유용하게 적용될 수 있다. 여기서 베젤이란 디스플레이가 표시되지 않는 테두리 부분으로, 디스플레이의 빛샘을 방지하기 위한 공간을 말한다. 따라서, 전술한 관계식 4 내지 관계식 6을 적용하여 측부 경사면(112)의 일정 높이(H3)에 반사방지패턴을 형성하여 광이 집중되는 부분을 제어하면 디스플레이의 테두리 부분의 빛샘 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

100: 백라이트 유닛 110: 반사판
120: 광원모듈 111: 경사부재

Claims

반사판;
상기 반사판 상에 배치되는 복수 개의 광원모듈; 및
상기 광원모듈 상에 배치되는 확산판을 포함하고,
상기 반사판은 상기 광원모듈 사이에 배치되는 경사면을 포함하고,
상기 경사면의 경사 각도(θ)는 하기 관계식 1을 만족하고,
상기 경사면의 높이(H1)는 하기 관계식 2와 하기 관계식 3을 만족하는, 백라이트 유닛.
[관계식 1]

[관계식 2]

[관계식 3]

(여기서, a는 광원모듈의 지향각이고, b는 광원모듈의 지향각 폭이고, y는 0.8≤ y ≤1.2이고, θ'은 광원모듈과 경사면의 정점을 연결한 가상선의 각도이고, x는 0.3≤ x ≤0.7이다.)
제1항에 있어서,
상기 반사판은 상기 복수 개의 광원모듈 사이에서 상기 확산판을 향해 돌출된 경사부재를 포함하는, 백라이트 유닛.
제1항에 있어서,
상기 광원모듈은 광원 및 광학렌즈를 포함하고, 지향각이 165° 내지 180°인, 백라이트 유닛.
반사판;
상기 반사판 상에 배치되는 복수 개의 광원모듈; 및
상기 광원모듈의 상에 배치되는 확산판을 포함하고,
상기 반사판은 상기 광원모듈 사이에 배치되는 경사면을 포함하고,
상기 광원모듈은 광원 및 렌즈를 포함하고, 지향각이 165°내지 180°이고,
상기 경사면은 반사방지패턴을 포함하고,
상기 반사방지패턴이 형성되는 위치는 하기 관계식 4에 의해 정의되는 제1직선(y1)과 하기 관계식 5와 관계식 6에 의해 정의되는 제2직선(y2)의 교점인, 백라이트 유닛.
[관계식 4]

[관계식 5]

[관계식 6]

(여기서, θ는 경사면의 각도이고, H는 경사면의 높이이고, a는 광원모듈의 지향각이고, b는 광원모듈의 지향각폭이고, w는 광원모듈에서 경사면 정점까지의 수평거리이고, x'은 0.3≤ x' ≤0.5이다.)
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제4항에 있어서,
상기 반사방지패턴은 광흡수패턴, 광산란패턴, 광확산패턴 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 백라이트 유닛.
제4항에 있어서,
상기 반사판은 상기 복수 개의 광원모듈 사이에서 상기 확산판을 향해 돌출된 경사부재를 포함하는, 백라이트 유닛.
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