KR20040060541A - 액정표시장치용 백 라이트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 효과적인 램프(Lamp) 및 도광판 (Light Guide Panel)배치 구조를 구비한 고휘도, 경량, 박형의 액정표시장치용 백 라이트에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 외곽 케이스내에 평행하게 배치된 복수개의 램프와, 상기 램프와 램프 사이에 배치되어 1차적으로 광을 확산시키는 두께가 상이한 보조 도광판과, 상기 보조 도광판 상부에 배치되어 전면에 균일한 확산광을 발생시키는 확산 도광판과, 상기 확산 도광판 상부에 배치되는 광학 시트와, 상기 램프의 입광면과 광의 출사면을 제외한 영역에 배치된 반사판 및 램프 반사판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백 라이트를 제공한다.

Description

액정표시장치용 백 라이트{Back Light for Liquid Crystal Display}
본 발명은 액정표시장치(LCD)용 백 라이트(Back Light)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고휘도, 경량, 박형의 백 라이트를 위한 효과적인 램프(Lamp) 및 도광판 (Light Guide Panel)배치 구조를 구비한 액정표시장치용 백 라이트에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 표시장치들 중의 하나인 CRT(Cathode Ray Tube)는 텔레비젼(TV)을 비롯하여 계측기기, 정보 단말기기 등의 모니터(Monitor)에 주로 이용되고 있으나, CRT의 자체무게와 크기로 인해 전자제품의 소형화, 경량화의 요구에 적극적으로 대응할 수 없었다.
따라서, 각종 전자제품의 소형, 경량화되는 추세에 따라 CRT를 대체하기 위해, 전계광학적인 효과를 이용한 액정표시장치(LCD : Liquid Crystal Display), 가스방전을 이용한 플라즈마 표시소자(PDP : Plasma Display Panel) 및 전계 발광 효과를 이용한 EL 표시소자(ELD : Electro Luminescence Display)등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이중 액정표시장치는 CRT에 비해 시인성이 우수하고 평균 소비전력도 같은 화면크기의 CRT에 비해 작을 뿐만 아니라 발열량도 작기 때문에 가장 널리 사용되고 있다.
하지만, 상기와 같은 액정표시장치는 자체가 발광하지 않는 수광형(Non-emissive type) 표시소자이므로 별도의 광원이 필요하다. 따라서, 주변의 자연광을 이용하는 반사형 액정표시장치도 있지만, 주변 환경에 의한 사용상의 제약을 많이 받으므로 자체의 독립적인 광원을 가지게 된다. 이러한 독립적인 광원을 백 라이트라고 하는데, 광원으로는 EL(Electro Luminscence), LED(Light Emitting Diode), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp)등을 사용한다. 이중 특히 CCFL이 수명이 길고 소비전력이 작으며 얇게 형성할 수 있어 많이 사용되고 있다. 또한, 상기와 같은 광원을 가지는 백 라이트는 램프 유닛(Unit)이 설치되는 위치에 따라 사이드 라이트(Side light)형 백 라이트와 직하형(Direct type) 백 라이트로 구분된다.
이중, 사이트 라이트형 백 라이트는 액정패널의 측면에 형광 램프등의 관형상의 선광원을 설치하고, 투명한 도광판을 이용하여 램프로부터의 광을 액정패널화면 전체에 투사시키는 방식이다.
상기 사이드 라이트형 백 라이트는 비교적 크기가 작은 액정표시장치에 사용되는 것으로, 빛의 균일성이 좋고, 내구 수명이 길며 액정표시장치의 박형화에 유리하다.
그리고, 직하형 방식은 액정표시장치의 크기가 20인치 이상으로 대형화되기 시작하면서 중점적으로 개발되기 시작한 것으로, 확산판의 하부면에 복수개의 램프를 일렬로 배열시켜 액정표시장치 패널의 전면으로 빛을 직접 조사하는 방식이다.
이러한, 직하형 백 라이트는 사이드 라이트 백 라이트에 비해 광의 이용 효율이 높기 때문에 고휘도를 요구하는 대화면 액정표시장치에 주로 사용된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 액정표시장치용 백 라이트를 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 종래의 사이드 라이트형 백 라이트의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이며, 도 1b는 종래의 평판형(Flat Type) 및 쐐기형(Wedge Type) 사이드 라이트형 백 라이트의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 종래의 사이드 라이트형 백 라이트는 램프(1)가 도광판(2)의 좌측 또는 우측에 배치되어 빛을 조사하고, 상기 램프(1)로 부터 조사된 빛은 도광판(2)에 의해 면광으로 바뀌어 액정패널측으로 균일하게 공급된다.
상기 도광판(2)의 하부에는 반사판(3)이 배치되어 액정패널(미도시)의 반대쪽으로 새어나오는 빛을 도광판(2)으로 반사시켜 주게되며, 상기 램프(1)에는 입광면을 제외한 영역에 램프 반사판(7)이 배치되어 램프(1)에서 나온 빛을 도광판(2)으로 반사시켜 준다.
또한, 상기 도광판(2)의 상부에는 도광판(2)으로 나온 빛을 산란시켜 균일한 빛이 발산되도록 하는 확산시트(Diffuser Sheet)(4)와, 상기 확산시트(4) 상부에 위치하여 상기 확산시트(4)에서 확산시킨 빛을 집광시켜 주는 프리즘 시트(Prism Sheet)(5)와, 상기 프리즘 시트(5) 상부에서 프리즘 시트(5)를 보호하고 들어온 빛을 산란시켜 균일한 빛을 발산시키는 보호시트(Protector Sheet)(6)가 배치되는데, 상기 확산시트(4)와 프리즘 시트(5) 및 보호시트(6)등을 광학시트(10)라고 한다.
따라서, 상기 램프(1)에 의해 조사된 빛은 반사판(3) 및 램프 반사판(7)에 의해 반사 또는 직접 도광판(2)을 통해 균일성을 확보해 주는 확산시트(4)를 거쳐, 프리즘 시트(5)를 통해 집광되어 평면으로 나가게 된다. 그리고, 상기 램프(1)는 고휘도가 요구되는 모니터용이나 TV용 액정표시장치일 경우에는 사이드 부분에 2개 이상의 램프(1)가 장착되기도 한다.
또한, 상기와 같은 구조의 종래의 사이드 라이트형 백 라이트는 도 1b에 도시된 바와 같이, 도광판(2)의 단면에 따라 평판형(Flat type)과 쐐기형(Wedge Type)으로 나눌 수있다. 이중 평판형은 도광판(2)의 두께가 균일한 구조를 가지는데 휘도가 높은 반면 무거우며 소비전력이 높은 단점이 있다. 그리고, 쐐기형은 도광판(2)의 두께가 점차 얇아지는 구조를 가지고 있는데, 무게가 가볍고 소비전력이 낮은 반면 휘도가 높지 않고, 도광판(2) 형상가공이 어렵다.
도 2a 및 도 2b는 종래의 직하형 백 라이트의 개략적인 구조를 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 종래의 직하형 백 라이트는 내면에 복수개의 램프(11)들과, 상기 램프(11)를 고정시키고 지지하는 외곽 케이스(Case)(12)와, 상기 램프(11)와 액정패널(미도시) 사이에 배치된 광산란 수단(20)으로 구성된다.
상기 광산란 수단(20)은 램프(11)의 형상이 액정패널의 표시면에 나타나는 것을 방지하고 전체적으로 균일한 밝기 분포를 갖는 광원을 제공하기 위한 것으로, 상기 램프(11)와 소정간격 이격되어 배치된다. 이는 상기 광산란 수단(20)과 램프(11)가 너무 밀착되어 있으면 빛의 세기가 강한 램프(11) 부분은 액정패널에 밝은 면을 형성하고, 빛의 세기가 약한 램프(11)와 램프(11)사이 부분은 액정패널에 어두운 면을 형성하여 균일한 휘도의 광을 얻지 못하기 때문이다. 또한, 상기 광산란 수단(20)은 광산란 효과를 증진시키기 위해 액정패널과의 사이에 다수의 확산시트 및 확산 플레이트(plate)등을 구비한다. 그리고, 상기 외곽 케이스(12)의 내면에는 램프(11)에서 발생된 광이 액정패널의 표시부로 집중 조사될 수 있도록 반사판(13)이 설치되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 액정표시장치용 백 라이트는 제공가능한 휘도 수준의 한계와 많은 구성품에 따른 복잡한 조립구조 및 대형화에 따른 문제등이 있었다. 특히, 상술한 바와 같이 상기 직하형 백 라이트에서는 광산란 수단 특히 확산플레이트가 램프와 소정간격 이격되어 배치되어야 하므로 두께가 그 만큼 두꺼워지고 그에 따른 박형화에 한계가 있었다. 즉, 일정 이상의 휘도 균일도를 확보하기 위해 상기 광산란 수단과 램프의 간격을 크게 할 경우 두께가 두꺼워지는 문제점이있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 복수개의 램프를 평행하게 배치하고, 램프와 램프사이에 보조 도광판을 설치하여 고휘도, 경량, 박형의 백 라이트를 위한 효과적인 램프 및 도광판 배치 구조를 갖는 액정표시장치용 백 라이트를 제공하는데 목적이 있다.
도 1a는 종래의 사이드 라이트형 백 라이트의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다.
도 1b는 종래의 평판형(Flat Type) 및 쐐기형(Wedge Type) 사이드 라이트형 백 라이트의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 종래의 직하형 백 라이트의 개략적인 구조를 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치용 백 라이트의 제 1실시예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 두께가 일정한 평면 보조 도광판에서 반사되는 빛을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 두께를 달리하여 형성된 보조 도광판상에서 반사되는 빛을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치용 백 라이트의 제 2실시예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 액정표시장치용 백 라이트의 제 3실시예를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 액정표시장치용 백 라이트의 제 4실시예를 나타내는 단면도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 램프 32 : 보조 도광판
33 : 확산 도광판 34 : 반사판
35 : 램프 반사판 36 : 외곽 케이스
38 : 입사각 39 : 반사각
40 : 반사광선이 수평선과 이루는 각 41 : 보조 도광판의 경사각
43 : 지지대
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정표시장치용 백 라이트는 외곽 케이스내에 평행하게 배치된 복수개의 램프와, 상기 램프와 램프 사이에 배치되어 1차적으로 광을 확산시키는 두께가 상이한 보조 도광판과, 상기 보조 도광판 상부에 배치되어 전면에 균일한 확산광을 발생시키는 확산 도광판과, 상기 확산 도광판 상부에 배치되는 광학 시트와, 상기 램프의 입광면과 광의 출사면을 제외한 영역에 배치된 반사판 및 램프 반사판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 액정표시장치용 백 라이트를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치용 백 라이트의 제 1실시예를 나타내는 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제 1실시예에서는 외곽 케이스(36)내에 복수개의 램프(31)를 평행하게 배치하고, 램프(31)와 램프(31)사이에 두께가 일정하지 않은 보조 도광판(32)을 배치하여 램프(31)가 제공하는 광을 1차로 확산시킨다. 그리고, 상기 보조 도광판(31)의 상부에는 전면에 균일한 확산광을 발생시키는 확산 도광판(33) 및 확산시트, 프리즘 시트등을 구비하는 광학 시트(30)가 배치되어 액정패널(미도시)전면에 균일한 광을 제공하게 된다. 상기 보조 도광판(32)과 확산 도광판(33)은 균일한 광 확산 분포를 위해 광산란성 잉크(SiO₂,TiO₂)로 패턴(Pattern)을 형성하는 스크린 인쇄방식이나 화학물질(산)에 의해 금속표면을 부식시켜 패턴 형상을 가공하는 부식(Etching) 방식 또는 금속표면에 미세한 모래 입자와 같은 알맹이를 때려 흠을 내고, 흠의 밀도, 깊이에 의해 광산란 패턴을 형성하는 샌드 블라스트(Sand Blast) 방식등에 의해 제작가능하며, 이외에도 미세 형상가공등 다양한 방법에 의해 제작 가능하다.
또한, 상기 보조 도광판(32)은 램프(31)와 가까운 일측면인 입광부는 두께가 두껍고 램프(31)와 램프(31)사이인 중간 부분은 두께가 얇게 형성한다. 이러한 보조 도광판(32)의 두께를 달리하는 이유에 대해 좀더 상세히 알아보면 다음과 같다.
도 4는 두께가 일정한 평면 보조 도광판에서 반사되는 빛을 나타내는 단면도이고, 도 5는 두께를 달리하여 형성된 보조 도광판상에서 반사되는 빛을 나타내는 단면도이다.
상기 램프(31)에서 나온 광을 평면에 확산시키는 역할은 보조 도광판(32)이 수행하게 되는데, 램프(31)의 일측면에서 나온 광이 일정한 두께의 평면 보조 도광판(32)을 따라 진행하게 되면 전체가 액정 패널(미도시)쪽 평면으로 균일하게 방향전환이 이루어지지 않고 이웃의 램프(31)쪽으로 진행하는 성분도 존재하게 된다.이러한 이웃 램프(31)쪽으로 진행한 광의 대부분은 램프(31)에 의해 흡수되어 손실되게 되며, 이에 의한 광이용 효율이 떨어지게 된다. 따라서, 보조 도광판(32)의 두께를 달리하여 액정 패널쪽으로 진행하지 못하고 이웃 램프(31)쪽으로 진행하여 흡수 손실되는 광이 최소화 되도록 한다.
이에 대해 도면을 참조하여 설명하면, 두께가 일정한 평면 보조 도광판(32)의 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이, 램프(31)에서 조사된 빛은 평면 보조 도광판(32)과 반사판(34)사이에 형성되어져 있는 공기층의 경계면상에서 반사되게 된다. 이때, 반사의 법칙에 따라 입사각(38)과 반사각(39)은 동일하다. 따라서, 입사한 빛은 입사각(38)의 크기와 동일한 각도 만큼 반사되어 나간다. 즉, 빛은 수평선과 90°-반사각(39) 만큼 각(40)을 이루어 반사되게 된다. 따라서, 입사각(38)이 클 경우에는 반사광선이 수평선과 이루는 각(40)이 작아지게 되어 상술한 바와 같이 이웃 램프(31)쪽으로 진행하여 흡수 손실되는 광이 있게 된다.
하지만, 보조 도광판(32)의 두께를 달리하여 경사를 형성하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 램프(31)에서 조사된 빛은 상기 공기층에서 반사될때 두께를 달리하여 형성한 보조 도광판(32)의 경사(41)만큼 더 각을 이루어 반사되게 된다. 즉, 반사되는 빛은 수평선과 90°-반사각(39) + 보조 도광판의 경사각(41) 만큼 각(40)을 이루어 반사되게 된다. 따라서, 보조 도광판(32)의 경사를 적절히 조절하여 수평선과 반사광이 이루는 각(40)이 수직이 되게 하면 외부로 출사하는 광이 많아지게 되어 광 출사효율을 높일 수있게 된다.
또한, 광이용 효율을 높이기 위해 반사판(34) 및 램프 반사판(35)을 배치하게 되는데, 이러한 반사판(34) 및 램프 반사판(35)은 상기 램프(31)의 입광면과 광의 출사면을 제외한 영역에 배치되게 된다. 따라서, 상기 보조 도광판(32)의 하부와 각 램프(31)에는 반사판(34) 및 램프 반사판(35)이 배치되어 액정패널과 반대쪽으로 새어나오는 빛을 보조 도광판(32) 및 확산 도광판(33)으로 반사시켜 주게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치용 백 라이트의 제 2실시예를 나타내는 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제 2실시예에서는 외곽 케이스(36)내에 복수개의 램프(31)를 평행하게 배치하고, 램프(31)와 램프(31)사이에 보조 도광판(32)을 배치하여 램프(31)가 제공하는 광을 1차로 확산시킨다. 이때, 상기 보조 도광판(32)은 상호 연결되어 일체로 형성되어진다. 이에 따라 복수개의 보조 도광판(32)을 사용할 필요가 없이 일체로 형성된 하나의 보조 도광판(32)만이 사용된다.
그리고, 상기 일체로 형성된 보조 도광판(32)의 상부에는 확산 도광판(33) 및 광학 시트(30)가 배치되어 액정패널(미도시)전면에 균일한 광을 제공하게 되며, 상기 보조 도광판(32)은 램프(31)와 가까운 일측면인 입광부는 두께가 두껍고 램프(31)와 램프(31)사이인 중간 부분은 두께가 얇게 형성된다. 이러한 보조 도광판(32)의 형상에 대한 설명은 앞에서 상술한 내용이므로 이하 생략한다.
또한, 광이용 효율을 높이기 위해 반사판(34) 및 램프 반사판(35)을 배치하게 되는데 이러한 반사판(34) 및 램프 반사판(35)은 상기 제 2실시예와 같이램프(31)의 입광면과 광의 출사면을 제외한 영역에 배치되게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 액정표시장치용 백 라이트의 제 3실시예를 나타내는 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제 3실시예에서는 복수개의 램프(31)를 평행하게 배치하고, 램프(31)와 램프(31)사이에 배치되어 램프(31)가 제공하는 광을 1차로 확산시키는 보조 도광판(32) 및 상부에 배치된 확산 도광판(33)을 상호 연결시켜 일체로 형성한다. 이에 따라 복수개의 보조 도광판(32) 및 확산 도광판(33)을 사용할 필요가 없이 일체로 형성된 하나의 도광판(37)만이 사용된다. 또한, 상기 일체로 형성되어진 도광판(37)은 상기 각 실시예와 같이 램프(31)와 가까운 일측면인 입광부는 두께가 두껍고 램프(31)와 램프(31)사이인 중간 부분은 두께가 얇게 형성된다.
또한, 광이용 효율을 높이기 위해 반사판(34) 및 램프 반사판(35)이 설치되게 됨은 상기 각 실시예와 같다.
도 8은 본 발명에 따른 액정표시장치용 백 라이트의 제 4실시예를 나타내는 단면도이다.
지금까지 상술한 본 발명에 따른 각 실시예중 제 1, 2실시예는 보조 도광판(32)과 확산 도광판(33)이 별개로 분리되어 있다. 즉, 보조 도광판(32)이 배치되고 그 상부에 확산 도광판(33)이 적층되는 구조이다. 따라서, 상기 보조 도광판(32)과 확산 도광판(33)의 사이에는 소정의 공기층이 형성되어 지고 이에 의해 빛이 산란되게 된다. 이러한 점을 이용해 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제 4실시예에서는 보조 도광판(32)과 확산 도광판(33) 사이에 원통형 또는 원뿔형의 플라스틱 재질의 지지대(43)를 배치하여 1~2mm 두께의 공기층을 형성함으로써, 상기와 같은 빛의 산란 효과를 더욱 증가 시켜 액정패널에 보다 균일한 광을 제공하게 된다. 그리고, 상기 지지대(43)의 형상은 원통형, 원뿔형 이외의 다양한 형태가 가능하며, 지지대(43)의 재질 또한 플라스틱 이외의 고무등 다양한 재질로 제작될 수 있음은 당업자에게 이해 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 액정표시장치용 백 라이트는 보조 도광판 및 확산 도광판의 배치에 따른 균일한 확산광 및 휘도 균일도를 확보하게 되고, 종래와 같은 광산란 수단과 램프와의 간격유지의 필요가 없어 두께를 얇게 하여 박형화 할 수있다. 또한, 복수개의 램프를 사용하여 휘도의 한계 및 발광면 크기의 한계를 극복가능하게 함으로써 종래의 사이드 라이트형 백 라이트 및 직하형 백 라이트의 문제점을 동시에 해결하는 효과가 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 특허청구범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (6)

  1. 외곽 케이스내에 평행하게 배치된 복수개의 램프와,
    상기 램프와 램프 사이에 배치되어 1차적으로 광을 확산시키는 두께가 상이한 보조 도광판과,
    상기 보조 도광판 상부에 배치되어 전면에 균일한 확산광을 발생시키는 확산 도광판과,
    상기 확산 도광판 상부에 배치되는 광학 시트와,
    상기 램프의 입광면과 광의 출사면을 제외한 영역에 배치된 반사판 및 램프 반사판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백 라이트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 도광판은 상기 램프에 가까운 일측면인 입광부는 두께가 두껍게 하고 상기 램프와 램프의 중간 부분은 두께가 얇게 하여 경사가 지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백 라이트.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 보조 도광판의 경사는 보조 도광판과 반사판의 경계층인 공기층에서 빛의 반사시 반사되는 빛이 수평면과 이루는 각이 수직이 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백 라이트.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 도광판은 상호 연결되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백 라이트.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 도광판과 상기 확산 도광판은 상호 연결되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백 라이트.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 도광판과 확산 도광판사이에는 플라스틱 재질의 지지대에 의한 공기층이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백 라이트.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100616625B1 (ko) * 2004-10-20 2006-08-28 삼성전기주식회사 두께가 감소된 대화면 백라이트 장치
KR100840769B1 (ko) * 2006-08-18 2008-06-24 최귀송 액정표시장치의 백라이트 장치
KR100914244B1 (ko) * 2008-11-26 2009-08-28 김종균 백라이트 구조
KR101331587B1 (ko) * 2007-01-25 2013-11-20 명범영 평면형 대형 디스플레이 장치 및 이를 위한 셀 패널

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