KR20020065666A - 엘시디용 평판형 백라이트구조 - Google Patents

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박종리
임성규
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주식회사 지엘디
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Abstract

본 발명은 엘시디용 평판형 백라이트구조에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 엘시디패널에 조사되는 광의 휘도 및 휘도균일도가 개선되고 엘시디패널의 크기 증가에 따라서 대면적화가 용이한 엘시디용 평판형 백라이트구조에 관한 것이다.
본 발명의 엘시디용 평판형 백라이트구조는, 엘시디의 패널에 광을 조사하기 위한 엘시디용 백라이트구조에 있어서, 조사되는 광을 균일하게 확산시키기 위한 확산판(10)과; 상기 확산판(10)의 하부에 위치하며 빛을 방사하는 것으로서 일정한 넓이를 가지는 평판(22)과 상기 평판(22)의 저면에 형성되고 단면이 광의 방사를 위한 특정형상을 가지며 내부에 형광체가 도포되고 단일채널 셀(24a)을 이루는 상판(24)과 상기 상판(24)의 양단부에 각각 부착된 전극(26)을 포함하는 평판형 형광램프(20)와; 그리고 상기 평판형 형광램프(20)의 하부에 위치하여 평판형 형광램프(20)로부터 방사되는 광을 반사시키는 반사판(30)으로 구성된다.

Description

엘시디용 평판형 백라이트구조{Flat type backlight for LCD}
본 발명은 엘시디용 평판형 백라이트구조에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 엘시디패널에 조사되는 광의 휘도 및 휘도균일도가 개선되고 엘시디패널의 크기 증가에 따라서 대면적화가 용이한 엘시디용 평판형 백라이트구조에 관한 것이다.
표시장치로서 사용되는 액정디스플레이장치(이하 LCD라 칭함)는 종래 CRT형 표시장치에 비하여 눈의 피로를 덜 초래하며, 소형, 경량화, 및 저전력화할 수 있기 때문에 휴대폰이나 텔레비전의 차세대 표시장치로서 매우 각광받고 있으며 점차 제품화가 진행되고 있다.
종래 사용되는 LCD에서 문자 또는 영상을 표시하는 엘시디패널의 구조를 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 표면처리된 한 쌍의 투명한 유리판 사이에 액정물질을 주입하고, 주입된 액정물질에 구동신호를 발생시키는 LCD콘트롤러를 이용하여 전기신호(전압)를 공급하면 그에 따라서 액정물질의 위상변화가 발생된다. LCD구동회로는 액정물질의 분포에 따라서 서로 다른 전압값을 줌으로써 특정문자 또는 영상의 표시가 가능해진다.
그러나 LCD에서는 문자가 표시되는 패널 스스로 빛을 내지 못하므로, 패널에 표시되는 내용(문자 또는 로고등)을 시각적으로 인식할 수 있도록 보조하는 수단이 요구되고 있다. 현재 보조수단으로서 많이 사용되는 것이 액정표시판의 측면 또는 후면에서 빛을 조사하는 램프를 이용한 백라이트 시스템(backlight system)이다.
종래 사용되는 백라이트 시스템은 빛을 투사하는 램프의 위치에 따라서 크게 에지(edge)형 백라이트와 직하형 백라이트로 구분된다. 에지(edge)형 백라이트는 패널의 양측면 하부에 광원이 위치하여 광원으로부터 입사된 빛이 도광판 및 반사판에 의하여 면광원을 생성하여 LCD 패널의 셀(cell)을 비추는 방식이다. 이러한 에지방식은, 광원으로부터 방사되는 광을 간접적으로 유도하기 때문에 휘도균일도가 높은 이점이 있지만 이에 반하여 휘도가 상대적으로 떨어지는 문제점이 발생된다.
또한 직하형 백라이트는 광원이 LCD 패널의 바로 밑쪽에 위치하며 광원전면에 확산판을 배치하고 배면에 반사판을 배치하여 광원으로부터 발산된 빛을 반사 및 확산시켜서 LCD패널의 쉘(cell)을 조광하는 방식이다. 이러한 직하방식은, 반사판과 확산판을 이용하여 빛을 효율적으로 이용하기 때문에, 높은 휘도를 얻을 수 있으므로 고휘도가 요구되는 백라이트용에 적합하다. 그러나 점차 대면적화되어 가는 LCD패널의 크기에 따라서 충분한 휘도를 제공하는데 한계가 있었다. 또한 휘도균일도가 낮은 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결할 수 있는 것으로서 본 출원인에 의하여 기출원된 특허출원 제2000-61916호의 면발광의 평판형 백라이트용 형광램프가 도 1 내지 도 3에 개시되어 있다. 도시된 바와 같이, 형광램프(20)는 평판(22)과 상판(24)으로 구성되어 있다. 형광램프(22)는 평판(22)과 상판(24)을 일체화시켜서 제조하거나 또는 각각 평판(22)과 상판(24)을 제조한 후에 융착시켜서 제조할 수 있다.
상판(24)은 특정형상의 셀단면을 가지고 있으며 평판(22)은 사각형의 평면이다. 상판(24)의 두께는 0.3~2mm, 평판(22)의 두께는 0.5~3mm이며, 상판 및 평판을 포함하는 형광램프의 총 두께는 2~30mm의 범위내에서 제조된다. 이러한 제조범위는 백라이트용 램프가 적용되는 LCD에 따라서 두께를 가변시킬 수 있음을 의미한다. 상판(24)의 형상에 의하여 평판(22)에 인접한 부분들은 서로 밀착되고 상단은 약간 이격되는 형태를 가진다.
채널셀단면의 형상에 대한 서로 다른 실시예들이 도 3a 내지 도 3c에 표시되어 있다. 도 3a에는 셀단면이 사각형, 도 3b에는 셀단면이 외주면이 라운드형상을 가진 사각형, 도 3c에는 셀단면이 반원형인 것이 표시되어 있다. 채널셀(24a)은 단일채널로 형성되어 있으며, 1자형, L자형, 또는 설펀틴형과 같은 다양한 형상을 가지도록 구성되며, 이것은 형광램프(20)가 사용되는 LCD 패널의 크기에 따라서 변경된다.
상판(24)의 양단부에 형성된 전극(26)을 통하여 교류전원이 공급되면 상판(24)의 내부에 주입된 형광체에 의하여 발광이 시작되고 광이 평판(22) 및 상판(24)을 통하여 방사된다. 평판(22) 및 상판(24)은 통상 유리재질로 형성되기 때문에 방사량은 거의 균일하게 유지된다.
상기와 같은 평판형 백라이트 형광램프는 종래 에지형 또는 직하형에 사용되는 램프(주로 1자형)에 비하여 고휘도와 고휘도균일도(50%이상)를 가지고 있기 때문에 LCD용 백라이트에 적합하고, 대면적화에 유리하기 때문에 갈수록 대형화되는 LCD에 적합한 것이다. 상기 평판형 형광램프는 확산판없이 단독으로 종래 직하형 백라이트에 적용되어 종래 CCFL을 이용한 백라이트장치보다 높은 휘도와 휘도균일도를 제공할 수 있으나, 본 출원인은 상기한 것보다 더욱 높은 휘도 및 휘도균일도를 제공하고자 하여 본 발명을 하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은, 엘시디패널에 조사되는 광의 휘도 및 휘도균일도가 개선되고 엘시디패널의 크기에 관계없이 휘도 및 휘도균일도가 동일하기 때문에 대면적화가 용이한 엘시디용 평판형 백라이트구조를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 일체화된 평판형 형광램프를 이용함으로서 설치구조가 간단해지고 작업시간이 단축될 수 있으며 확장성이 용이한 엘시디용 평판형 백라이트구조를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 가진 본 발명은, 엘시디의 패널에 광을 조사하기 위한 엘시디용 백라이트구조에 있어서, 조사되는 광을 균일하게 확산시키기 위한 확산판과; 상기 확산판의 하부에 위치하며 빛을 방사하는 것으로서 일정한 넓이를 가지는 평판과 상기 평판의 저면에 형성되고 단면이 광의 방사를 위한 특정형상을 가지며 내부에 형광체가 도포되고 단일채널 셀을 이루는 상판과 상기 상판의 양단부에 각각 부착된 전극을 포함하는 평판형 형광램프와; 그리고 상기 평판형 형광램프의 하부에 위치하여 평판형 형광램프로부터 방사되는 광을 반사시키는 반사판으로 구성된다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상판의 셀단면은 반원형, 타원형, 사각형, 마름모 등의 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 의하면, 반사판은 평면형, 마름모형, 반원형, 접시형등의 형태를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명에 의하여 사용되는 평판형 형광램프의 저면도,
도 2는 도 1의 평판형 형광램프의 측단면도,
도 3a-3c는 평판형 형광램프의 상판의 채널셀 단면의 변형실시예,
도 4는 본 발명에 의한 평판형 형광램프가 채용된 백라이트의 단면도,
도 5는 본 발명에 의한 반사판의 일 실시예를 나타내는 부분단면도,
도 6은 본 발명에 의한 반사판의 다른 실시예를 나타내는 부분단면도,
도 7은 본 발명에 의한 반사판의 또다른 실시예를 나타내는 부분단면도,
도 8은 광원으로 사용되는 형광램프에 의한 휘도를 나타내는 그라프,
도 9는 반사판 사용시의 휘도를 나타내는 그라프,
도 10은 확산판의 광산란특성을 나타내는 그라프,
도 11은 확산판 사용시의 휘도를 나타내는 그라프,
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
10: 확산판 20: 평판형 형광램프
22: 평판 24: 상판
24a: (채널)셀 26: 전극
30: 반사판
이와 같은 특징을 갖는 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 의한 엘시디용 평판형 백라이트구조의 바람직한 실시예를 도시한 측단면도이다. 백라이트구조에서, 최상부에는 확산판(10)이 위치하고, 그 하부에는 평판형 형광램프(20)가 위치하며, 최하부에는 반사판(30)이 위치하고 있다. 도시되지 않았지만, 확산판(10)의 상부에는 문자 또는 로고등을 표시하기 위한 LCD 패널의 셀이 위치하고 있다.
상기 확산판(10)은 빛을 확산시키며 또한 백라이트의 휘도균일도를 높이는 역할을 하는 것이다. 확산판(10)의 재질로는 통상 PET, 폴리카보네이드등이 사용되고 있으며, 표면에 각각 확산물질이 도포되는 다수의 PET, 폴리카보네이트 시이트(sheet)를 적층시켜서 구성된다. 본 발명에서 사용되는 확산판은 통상 사용되는 확산판을 이용하여 구성할 수 있다. 물론 확산판의 광산란특성이 우수하면 더욱 높은 휘도균일도를 얻을 수 있음은 명백하다.
평판형 형광램프(20)는 백라이트의 광원으로서 그 구조적인 특징에 의하여 종래의 CCFL(냉음극 형광등)에 비하여 높은 휘도와 높은 휘도균일도를 가지고 있다. 또한 종래의 CCFL이 설치에 시간이 소요되는데 비하여 본 발명에 사용되는 평판형 형광램프(20)는 채널셀(24a)들이 서로 연통되는 형태로 일체형으로 구성되어 있기 때문에 설치에 소요되는 시간이 단축되는 부수적인 이점이 있다.
예를 들어서 15.1"의 크기를 가진 엘시디패널을 충분히 조명하기 위해 CCFL이 2개 내지 3개 필요한데 비하여, 하나의 평판형 형광램프(20)만을 설치하여 더 높은 휘도 및 휘도균일도를 얻을 수 있다. 특히 CCFL의 전극을 연결하기 위하여 각각을 연결하기 위한 전극연결단자가 각각 필요한데 비하여, 평판형 형광램프(20)에는 오직 한 쌍의 전극연결단자가 요구되므로 구조가 간단해지는 이점이 있다. 더욱이 본 발명에서의 평판형 형광램프(20)는 면광원형태를 가지므로 두께를 감소시킴으로서 LCD가 구비되는 시스템의 소형, 경량화를 촉진시킬 수 있다. 이것은 LCD패널의 크기가 점차 대형화되어가는 추세에 비추어보면 본 발명에 사용되는 평판형 형광램프(20)의 이점이 명백해질 수 있다.
한편, 반사판(30)은 평판형 형광램프(20)로부터 방사되는 광을 LCD패널의 셀에 집중시키는 역할을 하는 것으로서, 반사판(30)의 반사효율에 의하여 빛의 손실이 좌우된다. 그 재질로서는 PE 또는 PET를 사용하며 필름형태로 이용된다. 반사판(30)의 형태는 반사효율을 높이기 위하여 다양한 형태가 될 수 있으며, 마름모형태가 도4에 표시되어 있다. 또한 본 발명에서는 평판형, 접시형, 반타원형등과 같은 다른 변형된 형태가 개시된다.
본 발명에 사용되는 평판형 형광램프(20)는, 확산판(10)과 일정한 거리(약 1.9mm) 이격되어서 평판(22)이 상부를 향하도록 하여 설치된다. 평판(22)도 상판(24)과 동일한 유리재질로 구성되어 있기 때문에 광의 방사가 이루어진다. 이러한 구조의 이점을 설명한다.
종래 CCFL은 대부분 원형의 단면을 가지고 있기 때문에 상부의 반원부분을 통하여 방출되는 광이 확산판에 직접 입사되고 나머지 하부측 반원부분에서 방출되는 광은 반사판에 의하여 반사된 후에 확산판으로 입사된다. 이 때 입사되는 광의 분포를 보면 확산판에 수직으로 입사되는 것이 아니라 경사각을 가지고 입사되기 때문에 광이 겹쳐지는 부분에서는 광의 intensity가 크고, 나머지 부분에서는 약해지며 이에 따라서 휘도가 높아도 휘도균일도가 낮아지게 된다.
그러나 본 발명에 의한 구조에서는 확산판(10)에 수직으로 광이 입사된다. 이 때 입사되는 부분은 셀과 셀 사이의 연결되는 부분(A) 이외의 모든 부분에서 직접 입사되기 때문에 휘도가 높으면서도 휘도균일도가 높아지게 된다. 또한 반사판(30)에 의하여 반사된 광도 거의 대부분이 수직상태로 반사되어서 확산판(10)에 입사되는 효과가 있으므로 휘도 및 휘도균일도는 더욱 높아지게 된다. 이 때 상판(24)의 측면으로부터 방사되는 광에 의한 영향은 종래의 CCFL에서와 같이 미약하다.
반사판(30)은 상기와 같이 휘도 및 휘도균일도에 대한 영향이 크며, 이것에 대한 변형예가 도시되어 있다.
도 5는 반사판(30)의 형상이 평판을 가지는 경우의 구조를 도시하고 있으며, 도 6은 반타원형의 접시형태, 도 7은 일부는 평면이고 일부는 다수의 소형나사산이 형성된 형태를 각각 가짐을 알 수 있다. 이러한 반사판(30)의 형상은 휘도 및 휘도균일도에 영향을 미치고 있으며 최고의 휘도 및 휘도균일도를 제공하는 반사판(30)의 구조는 도 4에 도시된 것과 같은 구조로서 최대 85%이상이며, 최저는 도 5의 반사판(30) 구조로서 최소 60%의 휘도균일도를 나타내고 있다.
도 4에 표시된 수치들은 본 발명의 엘시디용 평판형 백라이트구조의 최적화된 상태를 나타내는 것으로서, 확산판(10)의 두께는 2mm, 평판형 형광램프(20)의 두께는 7.1mm, 반사판(30)의 두께는 1mm로 설정되어서, 총두께는 12.1mm임을 알 수 있다. 평판형 형광램프(20)를 다시 세분하면(도 3a,3b 참조), 평판(22)의 두께는 1.5mm, 셀(24a)의 두께는 0.7mm, 셀(24a)의 내부길이는 4.2mm, 상판의 셀(24a)의 밑변은 12.8mm, 셀(24a)과 셀(24a) 사이의 거리는 1.4mm가 되는 것이 바람직하다. 그러나 셀(24a)의 형태가 도 3c와 같이 타원형의 경우에는 표시된 것과 같은 수치를 가지는 것이 바람직하다.
이러한 수치에 의한 엘시디용 평판형 백라이트구조는, 휴대폰이나 PDA와 같은 소형기기에서 노트북 컴퓨터 또는 TFT LCD를 이용한 모니터, 텔레비전과 같은 대형기기에 이르기까지 패널의 크기에 맞추어서 상기 수치를 적용하며 양측면으로 확장하는 것 이외에는 별다른 변형없이 적용될 수 있다.
도 4에 의한 구조를 가진 본 발명의 엘시디용 평판형 백라이트구조에 의한 휘도 및 휘도균일도의 측정결과를 도 8 내지 도 11을 참고하여 설명하면 다음과 같다. 휘도균일도의 측정위치는 엘시디패널의 셀의 위치이다. 휘도균일도는 휘도로부터 수식계산에 의하여 산출되며 후에 설명된다.
도 8은 평판형 형광램프(20) 자체의 휘도 및 휘도균일도를 표시하는 그라프이다. 측정은 엘시디패널이 위치하는 동일위치에서 중앙(0)을 중심으로 하여 양측면부로 측정이 실시되었다. 휘도균일도의 산출은 (휘도값의 최소/최대)의 백분율에 의하여 구해졌다. 도 8에 도시된 휘도 그라프에서 산출되는 휘도균일도는 약 40.05%가 된다. 이러한 정도의 휘도균일도는 종래의 것보다 개선된 것이지만 엘시디용 백라이트로 사용하기에는 문제점이 존재한다.
도 9는 단독으로 위치하는 평판형 형광램프(20)에 반사판(30)을 설치한 경우로서, 특히 도 4에 도시된 것과 같은 형태의 반사판(30) 설치시의 휘도의 크기를 도시한 것이다. 휘도 그라프로부터 산출되는 휘도균일도는 상기와 같은 백분율에 의하면 약 58.82%이며, 도 8에 비하여 약 18.77%의 휘도균일도의 향상효과가 있음을 알 수 있다. 또한 휘도 자체에서도 약 104%의 휘도상승효과가 나타났다. 반사판(30)의 경우에 다른 형상들(도 5, 6, 및 7에 의한 형상들)에서는 상기 측정치보다 약간 낮은 휘도균일도를 나타내었다.
도 10은 본 발명에 의한 엘시디용 평판형 백라이트구조에 사용된 확산판(10)의 광산란특성을 도시한 것으로서, 2종류의 확산판샘플(diffuser sample)에 대한 결과를 나타낸다. 확산판샘플(diffuser sample)중의 하나는 D117TF(샘플1)이고 다른 하나는 DR65C(샘플2)이다.
도면을 다시 참고하면, 샘플1의 광산란특성은 각도 0를 중심으로하여 기울기가 크며(투과 및 산란 동일), 이에 비하여 샘플2의 광산란특성은 샘플1에 비하여 거의 평탄한 기울기를 가진다. 이것은 각 샘플의 haze의 차이점에 기인하는 것으로서, D117TF(샘플1)는 DR65C(샘플2)에 비하여 haze가 낮은 샘플이다. 본 발명에서는 haze가 높은 샘플2(즉 반사 및 투과균일도가 높은 확산판샘플)를 이용한 확산판(10)을 사용하여 휘도균일도를 측정하였다. 확산판(10)의 광산란특성이 우수하면 더욱 높은 휘도균일도를 얻을 수 있을 것이다.
도 11은 확산판(10) 및 반사판(30)을 동시에 사용한 경우의 휘도균일도를 나타내는 그라프이다. 도시된 바와 같이, 휘도균일도는 약 87.18%를 나타내고 있음을 알 수 있다. 확산판(10)에 사용된 확산물질은 샘플2의 DR65C이다.
상기와 같은 측정결과에 따라서, 평판형 형광램프(20)의 휘도균일도와 확산판 및 반사판을 구비한 엘시디용 평판형 백라이트구조에 의한 엘시디패널에서의 휘도균일도를 각각 비교하여 보면, 본 발명에 의한 엘시디용 평판형 백라이트구조에서 약 40.05%에서 약 87.18%로 휘도균일도가 향상되었음을 명백하게 알 수 있다.
상기 그라프들에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 엘시디용 평판형 백라이트구조에서의 휘도균일도는 엘시디패널의 전체에 걸쳐서 균일하게 나타나고 있으며, 이러한 특성에 따라서 엘시디패널의 면적이 대형화되어도 용이하게 적용시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명의 엘시디용 평판형 백라이트구조에 의하면, 엘시디패널에 조사되는 광의 휘도 및 휘도균일도가 개선되고 엘시디패널의 크기에 관계없이 휘도 및 휘도균일도가 동일하기 때문에 대면적화가 용이하고, 구조가 간단하며 작업시간이 단축될 수 있으며 확장성이 용이한 이점이 있다.

Claims (5)

  1. 엘시디의 패널에 광을 조사하기 위한 엘시디용 백라이트구조에 있어서,
    조사되는 광을 균일하게 확산시키기 위한 확산판(10)과;
    상기 확산판(10)의 하부에 위치하며 빛을 방사하는 것으로서 일정한 넓이를 가지는 평판(22)과 상기 평판(22)의 저면에 형성되고 단면이 광의 방사를 위한 특정형상을 가지며 내부에 형광체가 도포되고 단일채널 셀(24a)을 이루는 상판(24)과 상기 상판(24)의 양단부에 각각 부착된 전극(26)을 포함하는 평판형 형광램프(20)와; 그리고
    상기 평판형 형광램프(20)의 하부에 위치하여 평판형 형광램프(20)로부터 방사되는 광을 반사시키는 반사판(30)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 엘시디용 평판형 백라이트구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 평판형 형광램프(20)의 채널셀(24a)의 단면이, 반원형, 타원형, 사각형, 또는 마름모중의 하나의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 엘시디용 평판형 백라이트구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 반사판(30)은 평면형, 마름모형, 반원형, 또는 접시중의 하나의 형태를갖는 것을 특징으로 하는 엘시디용 평판형 백라이트구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 평판형 형광램프(20)의 채널셀(24a)이 사각형 또는 마름모의 형태를 갖는 경우에 확산판(10)의 두께는 2mm, 평판형 형광램프(20)의 두께는 7.1mm, 반사판(30)의 두께는 1mm로 제조되는 것을 특징으로 하는 엘시디용 평판형 백라이트구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 평판형 형광램프(20)가, 평판(22)의 두께는 1.5mm, 셀(24a)의 두께는 0.7mm, 셀(24a)의 내부길이는 4.2mm, 상판의 셀(24a)의 밑변은 12.8mm, 셀(24a)과 셀(24a) 사이의 거리는 1.4mm인 것을 특징으로 하는 엘시디용 평판형 백라이트구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010079377A (ko) * 2001-07-10 2001-08-22 최태현 평판형 형광램프 및 이를 제조하기 위한 방법
KR100596340B1 (ko) * 2004-06-01 2006-07-06 주식회사 에이디피엔지니어링 면발광 램프 및 그 제조방법
KR100827597B1 (ko) * 2006-04-25 2008-05-07 매스브라이트 테크날러지 캄퍼니 리미티드 평판형 형광램프

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