KR20030010289A - 백라이트 유닛 - Google Patents

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KR20030010289A
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이승철
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 소형화가 용이함과 아울러 소비전력을 감소시킬 수 있는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛은 광을 발생하는 적어도 하나 이상의 발광 다이오드와, 상기 발광 다이오드로부터의 점광원을 선광원으로 변환시키는 프리 라이트가이드와, 상기 발광 다이오드로부터의 광을 면광원으로 변환시키는 도광판을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 소형화가 용이함과 아울러 소비전력을 감소시킬 수 있다.

Description

백라이트 유닛{Backlight Unit}
본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로, 특히 소형화가 용이함과 아울러 소비전력을 감소시킬 수 있는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
통상적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display; 이하 "LCD"라 함)는 매트릭스 형태로 배열되어진 다수의 액정셀들과 이들 액정셀들 각각에 공급될 비디오 신호를 절환하기 위한 다수의 제어용 스위치들로 구성된 액정패널에 의해 백라이트 유닛(Backlight Unit)에서 공급되는 광의 투과량이 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시하게 된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 백라이트 유닛은 광을 발생시키는 램프(1)와, 램프(1)를 감싸는 형태로 설치되는 램프 하우징(3)과, 램프(1)로부터 입사되는 광을 평면광원으로 변환하는 도광판(5)과, 도광판(5)의 하부에 위치하여 도광판(5)의 하면 및 측면으로 진행하는 광을 상면쪽으로 반사시키는 반사판(7)과, 도광판(5)을 경유한 광을 확산시키는 제1 확산시트(9)와, 제1 확산시트(9)를 경유한 광의 진행방향을 조절하는 제1 및 제2 프리즘시트(11, 13)와, 프리즘시트(11, 13)를 경유한 광을 확산시키는 제2 확산시트(15)를 구비한다.
램프(1)로는 주로 냉음극형광램프가 사용되고 있으며, 램프(1)에서 발생되는광은 도광판(5)의 측면에 존재하는 입사면을 통해 도광판(5)에 입사된다. 램프 하우징(3)은 내면에 반사면이 있어 램프(1)로부터의 광을 도광판(5)의 입사면 쪽으로 반사시킨다. 도광판(5)은 경사진 배면과 수평인 전면을 가지는 형태로 제작된다. 도광판(5)의 배면에는 반사판(7)이 대면되도록 설치한다. 반사판(7)은 도광판(5)의 배면을 통해 자신에게 입사되는 광을 도광판(5) 쪽으로 재반사시킴으로써 광손실을 줄이는 역할을 한다. 램프(1)로부터의 광이 도광판(5)에 입사되면 경사진 배면에서 소정 경사각으로 반사되어 전면 쪽으로 균일하게 진행하게 된다. 이때, 도광판(5)의 하면 및 측면으로 진행한 광은 반사판(7)에 반사되어 전면 쪽으로 진행하게 된다. 도광판(5)을 경유한 광은 제1 확산시트(9)에 의해 전영역으로 확산되게 된다. 한편, 액정패널(도시되지않음)에 입사되는 광은 수직을 이룰 때 광효율이 커지게 된다. 이를 위해, 도광판(5)에서 출사된 광의 진행각도를 액정패널과 수직을 이루도록 정방향 프리즘시트를 2매 적층하는 것이 바람직하다. 제1 및 제2 프리즘시트(11, 13)를 경유한 광은 제2 확산시트(15)를 경유하여 액정패널에 입사되게 된다.
이러한 백라이트 유닛은 소형화, 박형화, 경량화의 추세에 있다. 이 추세에 따라 백라이트 유닛에 사용되는 냉음극형광램프 대신에 소비전력, 무게, 휘도 등에서 유리한 발광 다이오드(Light Emmitting Diode : 이하 "LED"라 함)가 제안되었다.
도 3을 참조하면, 직하방식의 백라이트 유닛은 광을 발생하는 다수의 LED(21)와, LED(21)를 지지하는 지지대(23)와, 다수의 LED(21)로부터 발생된 광을확산시키는 확산판(25)으로 구성된다.
LED(21)는 점광원으로 적색광, 녹색광 및 청색광을 발생한다. 지지대(23)는 다수의 LED(21)를 지지하며 LED(21)로부터 발생되는 광을 전면쪽으로 진행시키는 반사면이 형성된다. 확산판(25)은 LED(21)로부터의 광이 균일한 분포를 가지도록 LED(21)와 소정간격을 사이에 두고 배치된다. 이에 따라, 백라이트 유닛의 두께가 두꺼워지게 되어 소형화를 달성하는 데 한계가 있다. 또한, 광원으로 다수의 LED(21)를 사용함으로써 소비전력이 증가하게 되는 문제점이 나타난다.
따라서, 본 발명의 목적은 소형화가 용이함과 아울러 소비전력을 감소시킬 수 있는 백라이트 유닛을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 백라이트 유닛의 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 백라이트 유닛의 단면도.
도 3은 종래의 다른 백라이트 유닛의 구성을 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 백라이트 유닛을 나타내는 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 백라이트 유닛을 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백라이트 유닛을 나타내는 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 백라이트 유닛을 나타내는 평면도.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 백라이트 유닛을 나타내는 평면도.
도 9는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 백라이트 유닛을 나타내는 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 램프3 : 램프 하우징
5,35,45,55,65 : 도광판9,15 : 확산시트
11,13 : 프리즘 시트21,31,41,51,61 : LED
23 : 지지대25 : 확산판
33,43,53,63 : 프리 라이트가이드
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 광을 발생하는 적어도 하나 이상의 발광 다이오드와, 상기 발광 다이오드로부터의 점광원을 선광원으로 변환시키는 프리 라이트가이드와, 상기 발광 다이오드로부터의 광을 면광원으로 변환시키는 도광판을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 프리 라이트가이드는 상기 발광 다이오드와 대향하는 광입사부와, 상기 광입사부의 일측을 꼭지점으로 하며 광이 반사되는 경사면과 광출사면이 형성된 삼각형 형태의 광변환부를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 광입사부는 발광 다이오드와 형합되도록 상기 발광 다이오드와 대응하는 형태의 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
도 4 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명 하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 광을 발생하는 1개의 LED(31)와, LED(31)를 감싸는 형태로 설치되는 프리 라이트가이드(Pre-LightGuide)(33)와, LED(31)로부터 입사되는 광을 평면광원으로 변환하는 도광판(35)과, 도광판(35)의 하부에 위치하여 도광판(35)의 하면 및 측면으로 진행하는 광을 상면쪽으로 반사시키는 반사판(도시하지 않음)과, 도광판(35)을 경유한 광을 확산시키는 확산시트(도시하지 않음)를 구비한다.
LED(31)는 적색광, 녹색광 및 청색광을 발생시켜, 각 광이 프리 라이트가이드(33) 쪽으로 진행하게 한다. 프리 라이트가이드(33)는 LED(31)로부터의 점광원을 선광원으로 변환하여 도광판(35) 쪽으로 안내하는 역할을 한다. 프리 라이트가이드(33)는 삼각형의 형태를 가진다. 이 삼각형의 꼭지점에 LED(31)와 대응된 크기로 1개의 LED(31)가 위치할 수 있도록 홈(33A)이 형성된다. 프리 라이트가이트(33)의 삼각형의 형태이므로 경사면(33B)을 가지게 된다. 이 경사면(33B)과 LED(31)의 사이각(θ)은 45°~ 89°사이에서 형성된다. 여기서, 광의 입사효율이 가장 좋은 최적의 각도는 45°이지만, 프리 라이트가이드(33)의 경사면을 45°로 제작하는 경우 프리 라이트가이드(33)의 크기가 커지므로 45°~ 89°사이의 적당한 각도로 제작된다. 여기서, 프리 라이트가이드(33)를 이루는 재질의 굴절율은 공기의 굴절율보다 훨씬 크므로 LED(31)로부터의 광은 프리 라이트가이드(33)의 경사면에서 전반사되어 도광판(35)의 측면에 존재하는 입사면을 통해 도광판(35)에 입사된다.
도광판(35)은 경사진 배면과 수평인 전면을 가지는 형태로 제작된다. 도광판(35)의 배면에는 반사판이 대면되도록 설치한다. 반사판은 도광판(35)의 배면을 통해 자신에게 입사되는 광을 도광판(35) 쪽으로 재반사시킴으로써 광손실을 줄이는 역할을 한다. 램프(31)로부터의 광이 도광판(35)에 입사되면 경사면인 배면에서 소정 경사각으로 반사되어 전면 쪽으로 균일하게 진행하게 된다. 이때, 도광판(35)의 하면 및 측면으로 진행한 광은 반사판에 반사되어 전면 쪽으로 진행하게 된다. 도광판(35)을 경유한 광은 확산시트에 의해 확산되어 액정패널(도시하지 않음)에 입사된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 광을 발생하는 3개의 LED(41)와, LED(41)를 감싸는 형태로 설치되는 프리 라이트가이드(43)와, LED(41)로부터 입사되는 광을 평면광원으로 변환하는 도광판(45)과, 도광판(45)의 하부에 위치하여 도광판(45)의 하면 및 측면으로 진행하는 광을 상면쪽으로 반사시키는 반사판과, 도광판(45)을 경유한 광을 확산시키는 확산시트를 구비한다.
3개의 LED(41)는 각각 적색, 녹색, 청색광을 발생시킨다. 각각의 LED(41)로부터 발생된 광은 프리 라이트 가이드(43) 쪽으로 진행하게 된다. 프리 라이트가이드(43)는 LED(41)로부터의 점광원을 선광원으로 변환하여 도광판(45) 쪽으로 안내하는 역할을 한다. 프리 라이트가이드(43)는 도광판(45)과 대향하는 일측면이 수평면이며 타측면이 두 개의 삼각형 형태를 가진다. 이 두 삼각형의 꼭지점에 광원이 위치할 수 있도록 두개의 홈(43A, 43B)이 형성된다. 각 홈(43A, 43B)의 3면과 대응되도록 3개의 LED(41)가 배치된다. 여기서, 프리 라이트가이드(43)는 삼각형 형태이므로 경사면(43C)을 가지게 된다. 이 경사면(43C)과 LED(41)의 사이각(θ)은 45°~ 89°사이의 각도로 제작된다. 여기서, 광의 입사효율이 가장 좋은 최적의 각도는 45°이지만, 프리 라이트가이드(43)의 경사면을 45°로 제작하는 경우 프리 라이트가이드(43)의 크기가 커지므로 45°~ 89°사이의 적당한 각도로 제작된다. 여기서, 프리 라이트가이드(43)를 이루는 재질의 굴절율은 공기의 굴절율보다 훨씬 크므로 LED(41)로부터의 광은 프리 라이트가이드(43)의 경사면에서 전반사되어 도광판(45)의 측면에 존재하는 입사면을 통해 도광판(45)에 입사된다.
도광판(45)은 경사진 배면과 수평인 전면을 가지는 형태로 제작된다. 도광판(45)의 배면에는 반사판이 대면되도록 설치한다. 반사판은 도광판(45)의 배면을 통해 자신에게 입사되는 광을 도광판(45) 쪽으로 재반사시킴으로써 광손실을 줄이는 역할을 한다. 램프(41)로부터의 광이 도광판(45)에 입사되면 경사면인 배면에서 소정 경사각으로 반사되어 전면 쪽으로 균일하게 진행하게 된다. 이때, 도광판(45)의 하면 및 측면으로 진행한 광은 반사판에 반사되어 전면 쪽으로 진행하게 된다. 도광판(45)을 경유한 광은 확산시트에 의해 확산되어 액정패널에 입사된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 광을 발생하는 1개의 LED(51)와, LED(51)를 감싸는 형태로 설치되는 프리 라이트가이드(53)와, LED(51)로부터 입사되는 광을 평면광원으로 변환하는 도광판(55)과, 도광판(55)의 하부에 위치하여 도광판(55)의 하면 및 측면으로 진행하는 광을 상면쪽으로 반사시키는 반사판과, 도광판(55)을 경유한 광을 확산시키는 확산시트를 구비한다.
LED(51)는 적색, 녹색, 청색광을 발생시켜 프리 라이트 가이드(53) 쪽으로 진행시킨다. 프리 라이트가이드(53)는 LED(51)로부터의 점광원을 선광원으로 변환하여 도광판(55) 쪽으로 안내하는 역할을 한다. 프리 라이트가이드(53)는 삼각형의 형태를 가진다. 이 삼각형의 꼭지점에 LED(51)와 대응된 크기로 1개의 LED(51)가 위치할 수 있도록 홈(53A)이 형성된다. 프리 라이트가이드(53)의 삼각형의 형태이므로 경사면(53B)을 가지게 된다. 이 경사면(53B)과 LED(51)의 사이각(θ)은 45°~ 89°사이이다. 여기서, 광의 입사효율이 가장 좋은 최적의 각도는 45°이다. 프리 라이트가이드(53)의 경사면을 45°로 제작하는 경우 프리 라이트가이드(53)의 크기가 커지므로 45°~ 89°사이에서 적당한 각도로 제작한다. 여기서, 프리 라이트가이드(53)의 경사면(53B)에 동일한 간격과 다른 크기를 가지도록 미세 돌기패턴이 형성된다. 다시 말하면, 미세 돌기패턴은 LED(51)와 가까운 위치에서는 크기가 작으며 LED(51)와 거리가 멀어질수록 크기가 커진다. 이는 LED(51) 근처에서 광량이 많으며 LED(51)로부터 멀어질수록 광량이 줄어들기 때문에 광량을 높이기 위함이다. 프리 라이트가이드(53)로부터의 광은 도광판(55)의 측면에 존재하는 입사면을 통해 도광판(55)에 입사된다.
도광판(55)은 경사진 배면과 수평인 전면을 가지는 형태로 제작된다. 도광판(55)의 배면에는 반사판이 대면되도록 설치한다. 반사판은 도광판(55)의 배면을 통해 자신에게 입사되는 광을 도광판(55) 쪽으로 재반사시킴으로써 광손실을 줄이는 역할을 한다. 램프(51)로부터의 광이 도광판(55)에 입사되면 경사진 배면에서 소정 경사각으로 반사되어 전면 쪽으로 균일하게 진행하게 된다. 이때, 도광판(55)의 하면 및 측면으로 진행한 광은 반사판에 반사되어 전면 쪽으로 진행하게 된다. 도광판(55)을 경유한 광은 확산시트에 의해 확산되어 액정패널에 입사되게 된다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 백라이트 유닛은 광을 발생하는 1개의 LED(61)와, LED(61)를 감싸는 형태로 설치되는 프리 라이트가이드(63)와, LED(61)로부터 입사되는 광을 평면광원으로 변환하는 도광판(65)과, 도광판(65)의 하부에 위치하여 도광판(65)의 하면 및 측면으로 진행하는 광을 상면쪽으로 반사시키는 반사판과, 도광판(65)을 경유한 광을 확산시키는 확산시트를 구비한다.
LED(61)는 적색광, 녹색광 및 청색광을 발생시켜 각 광을 프리 라이트 가이드(63) 쪽으로 진행시킨다. 프리 라이트가이드(63)는 LED(61)로부터의 점광원을 선광원으로 변환하여 도광판(65) 쪽으로 안내하는 역할을 한다. 프리 라이트가이드(63)는 삼각형의 형태를 가진다. 이 삼각형의 꼭지점에 LED(61)와 대응된 크기로 1개의 LED(61)가 위치할 수 있도록 홈(63A)이 형성된다. 프리 라이트가이드(63)의 삼각형의 형태이므로 경사면(63B)을 가지게 된다. 이 경사면(63B)과 LED(61)가 이루는 사이각(θ)은 45°~ 89°사이의 각도이다. 여기서, 광의 입사효율이 가장 좋은 최적의 각도는 45°이다. 프리 라이트가이드(63)의 경사면을 45°로 제작하는 경우 프리 라이트가이드(63)의 크기가 커지므로 45°~ 89°사이의 적당한 각도로 제작한다. 여기서, 광의 균일도를 높이기 위하여 프리 라이트가이드(63)의 경사면(63B)에 동일한 크기와 다른 간격을 가지도록 미세 돌기패턴을 형성한다. 다시 말하면, 미세 돌기패턴은 LED(61)와 가까운 위치에서 간격이 좁도록 형성되며 LED(61)와 거리가 멀어질수록 미세 돌기패턴의 간격이 멀어지게 형성한다. 이는 LED(61) 근처에서 광량이 많고 LED(61)로부터 멀어질수록 광량이 줄어들기 때문에 광량을 높이기 위함이다. 프리 라이트가이드(63)로부터의 광은 도광판(65)의 측면에 존재하는 입사면을 통해 도광판(65)에 입사된다.
도광판(65)은 경사진 배면과 수평인 전면을 가지는 형태로 제작된다. 도광판(65)의 배면에는 반사판이 대면되도록 설치한다. 반사판은 도광판(65)의 배면을 통해 자신에게 입사되는 광을 도광판(65) 쪽으로 재반사시킴으로써 광손실을 줄이는 역할을 한다. 램프(61)로부터의 광이 도광판(65)에 입사되면 경사면인 배면에서 소정 경사각으로 반사되어 전면 쪽으로 균일하게 진행하게 된다. 이때, 도광판(65)의 하면 및 측면으로 진행한 광은 반사판에 반사되어 전면 쪽으로 진행하게 된다. 도광판(65)을 경유한 광은 확산시트에 의해 확산되어 액정패널에 입사되게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 프리 라이트가이드를 설치하여 적은 개수의 광원을 사용함으로써 소형화가 보다 용이해질 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 적은 개수의 광원을 사용함으로써 소비전력을 감소시켜 수명을 연장시킬 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자 라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (11)

  1. 광을 발생하는 적어도 하나 이상의 발광 다이오드와,
    상기 발광 다이오드로부터의 점광원을 선광원으로 변환시키는 프리 라이트가이드와,
    상기 발광 다이오드로부터의 광을 면광원으로 변환시키는 도광판을 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판으로부터의 광이 전면 쪽으로 진행하게 하는 반사판을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리 라이트가이드는
    상기 발광 다이오드와 대향하는 광입사부와,
    상기 광입사부의 일측을 꼭지점으로 하며 광이 반사되는 경사면과 광출사면이 형성된 삼각형 형태의 광변환부를 가지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광입사부는 발광 다이오드와 형합되도록 상기 발광 다이오드와 대응하는 형태의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 홈에 적어도 하나 이상의 발광 다이오드가 설치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드와 상기 프리 라이트가이드의 사이각이 45°~ 89°인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 프리 라이트가이드의 경사면에 동일 간격으로 크기가 서로 다른 미세 돌기패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 미세 돌기패턴의 크기는 상기 발광 다이오드로부터 멀어질수록 커지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 프리 라이트가이드의 경사면에 서로 다른 간격으로 크기가 동일한 미세돌기패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 미세 돌기패턴의 간격은 상기 발광 다이오드로부터 멀어질수록 커지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리 라이트가이드의 굴절율은 공기의 굴절율보다 큰 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
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