KR20060035170A - 광원 모듈 및 이를 구비하는 표시 장치의 프론트 라이트장치 - Google Patents

광원 모듈 및 이를 구비하는 표시 장치의 프론트 라이트장치 Download PDF

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KR20060035170A
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Abstract

광원 모듈 및 이를 구비하는 표시 장치의 프론트 라이트 장치가 개시된다. 광원 모듈은 광을 발생시키는 광원; 및 상기 광원이 내부에 배치되며, 일면에 상기 내부에 배치된 광원으로부터 발생되는 광을 외부로 출사하기 위한 광출사면이 형성된 장방형의 단면을 갖는 반사판으로 구성된다. 이러한 광원 모듈을 구비하는 표시 장치의 프론트 라이트 장치는, 광을 발생시키는 광원 및 상기 광원이 내부에 배치되며, 일면에 상기 내부에 배치된 광원으로부터 발생되는 광을 외부로 출사하기 위한 광출사면이 형성된 장방형의 단면을 갖는 반사판을 구비하는 광원 모듈; 및 표시 패널의 전면에 배치되며, 일측이 상기 광원 모듈과 결합되어, 상기 광원 모듈로부터 출사되는 광을 상기 표시 패널로 고르게 조사시키는 도광판으로 구성된다. 따라서, 최적의 반사판의 형상 및 광원의 배치에 의하여 최대의 효율로 광을 출사할 수 있다.

Description

광원 모듈 및 이를 구비하는 표시 장치의 프론트 라이트 장치 {LIGHT SOURCE MODULE AND FRONT LIGHT APPARATUS FOR DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광원 모듈이 설치된 표시 장치의 프론트 라이트 장치를 도시하는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 표시 장치의 프론트 라이트 장치의 결합 단면을 도시하는 단면도이다.
도 3은 광원 모듈의 반사판의 기하학적인 단면 구조에 따른 광 출사량을 비교하기 위한 단면도이다.
도 4는 장방형 반사판 내의 광원 위치에 따른 광 출사량을 비교하기 위한 단면도이다.
도 5는 장방형 반사판의 전면과 후면의 거리에 따른 광 출사량을 비교하기 위한 단면도이다.
도 6은 장방형 반사판의 광출사면의 대향면에 형성된 타원 단축 길이에 따른 광 효율을 비교하는 단면도이다.
도 7은 도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프론트 라이트 장치의 광원 모듈을 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 액정 표시 패널 어셈블리 20 : 도광판
21 : 광 반사 패턴 25 : 반-반사 레이어
30 : 광원 모듈 31 : 광원
33 : 반사판
본 발명은 광 효율을 높일 수 있는 광원 모듈 및 이를 구비하는 표시 장치의 프론트 라이트 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 모니터, 노트북, 티브이 및 이동 통신 단말기 등의 경량화 및 박형화 추세에 따라 표시 장치도 경량화 및 박형화가 요구되고 있으며, 이러한 요구의 충족을 위하여 기존의 음극선관 대신 다양한 평판 표시 장치(Flat Panel Display)의 개발 및 대중화가 급속히 이루어지고 있다.
액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display)는 이러한 평판 표시 장치의 하나로서, 두 개의 기판 사이에 유전율 이방성(Dielectric Anisotropy)을 갖는 액정물질을 주입하여 전계를 인가하고, 그 전계의 세기를 조절함으로써 기판에 투과되는 빛의 양을 제어하여 원하는 화상을 표시하는 장치이다.
그런데, 액정 표시 장치에서, 상기 액정물질은 자체적으로 빛을 발생시킬 수 있는 물질이 아니라 입사되는 빛의 양을 조절하여 표시하는 수광성 물질이므로, 소정의 방법으로 그 액정물질에 빛을 조사하여야 한다.
이러한 관점에서 액정 표시 장치는 투과형 액정 표시 장치와 반사형 액정 표시 장치로 구별 될 수 있다.
투과형 액정 표시 장치는 액정 표시 패널의 배면에 광을 출사할 수 있는 백 라이트(Back-Light) 장치를 구비하고, 그 백 라이트로부터 출사되는 광을 액정 표시 패널에 투과시켜 화면을 표시하는 방식의 액정 표시 장치이다. 이때, 백 라이트 장치로는 형광 램프 또는 이엘(EL : Electro Luminescence) 등의 면발광 광원이 주로 사용된다.
그런데, 이러한 투과형 액정 표시 장치는 광의 출사를 위해서 필수적으로 구비되어야 하는 백 라이트 장치로 인하여 전력의 소비가 많고, 직사광선이 조사되는 야외 등과 같은 밝은 곳에서는 잘 보이지 않는다는 치명적인 단점을 가진다.
한편, 반사형 액정 표시 장치는 주위의 광을 이용하여 화면을 표시하는 액정 표시 장치로서, 이는 백 라이트가 필요치 않으므로 소비 전력이 낮고, 투과형 액정 표시 장치가 밝은 곳에서 잘 보이지 않는데 비하여 반사형 액정 표시 장치는 보다 선명하게 보인다는 장점이 있어, 최근 수요가 급격히 늘고 있는 이동 통신 단말기 등에 점차 적용되고 있는 추세이다.
그러나, 이러한 반사형 액정 표시 장치는 앞서 언급했듯이 주위의 광을 이용하므로, 그 표시 휘도가 주위 환경에 매우 의존적이며, 광량이 적은 야간 등의 어두운 곳에서는 표시를 전혀 인식할 수 없는 문제가 있다. 특히, 칼라화를 위하여 컬러 필터를 이용한 반사형 액정 표시 장치나 편광판을 이용한 반사형 액정 표시 장치에서는 상술한 문제가 더욱 크게 부각되므로, 충분한 주위의 광을 얻지 못할 때를 대비하여 보조 조명이 필요해진다.
따라서, 어두운 곳에서 반사형 액정 표시 장치에 광을 공급하기 위한 보조 조명으로서 프론트 라이트(Front-Light) 장치가 제안되었다. 이 프론트 라이트 장치를 구비하는 프론트 라이트형 액정 표시 장치는 광이 확보된 곳에서는 반사형 액정 표시 장치와 동일하게 동작하고 광이 적은 곳에서는 프론트 라이트를 통해 광을 공급하도록 구성되어, 투과형 및 반사형 액정 표시 장치의 단점은 제거하고 장점만을 채용하므로 그 활용 범위가 대폭 증대될 것으로 전망된다.
통상, 프론트 라이트 장치는 액정 표시 패널의 전면에 배치되는 도광판과 도광판의 측면에 배치되는 광원을 구비한다. 광원에서 출사된 광원광은 도광판의 측면으로 입사되고, 도광판 내부를 진행한 뒤 도광판의 표면에 형성된 형상에 따라 반사되어 액정 표시 패널 측으로 조사된다. 이때, 조사된 광은 액정 표시 패널을 투과하면서 표시 정보에 따라 조광되고, 액정 표시 패널의 배면에 배치된 반사판에 의해서 반사된 뒤, 다시 도광판을 투과하여 사용자 측으로 출사된다. 이에 따라 사용자는 주위의 광량이 불충분할 경우에도 액정 표시 패널에 의하여 표시되는 화면을 인식할 수 있게 된다.
이와 같은 프론트 라이트 장치의 성능은, 액정 셀에 충분한 광을 조사함으로써 고휘도의 화면을 표시할 수 있도록 하는가가 매우 중요한 관건이 된다. 이를 위해서 프론트 라이트 장치의 광원은 정해진 전력으로 최대한의 광을 도광판으로 전달할 수 있어야 한다. 따라서, 프론트 라이트 장치의 효율적인 광원 모듈의 구조가 시급히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광을 발생시켜 도광판에 최대한의 효율로 그 광을 출사할 수 있도록 하는 광원 모듈 및 이를 구비하는 표시 장치의 프론트 라이트 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프론트 라이트 장치의 광원 모듈은, 광을 발생시키는 광원; 및 상기 광원이 내부에 배치되며, 일면에 상기 내부에 배치된 광원으로부터 발생되는 광을 외부로 출사하기 위한 광출사면이 형성된 장방형의 단면을 갖는 반사판으로 구성된다.
이때, 상기 광출사면의 대향면은 소정의 타원 단축 길이를 갖도록 둥글게 형성된다. 상기 광원은 냉음극선관램프(CCFL : Cold Cathode Fluorescent Lamp)로 반사판의 내부의 중심에 배치된다.
또한, 이러한 광원 모듈을 구비하는 표시 장치의 프론트 라이트 장치는, 광을 발생시키는 광원 및 상기 광원이 내부에 배치되며, 일면에 상기 내부에 배치된 광원으로부터 발생되는 광을 외부로 출사하기 위한 광출사면이 형성된 장방형의 단면을 갖는 반사판을 구비하는 광원 모듈; 및 표시 패널의 전면에 배치되며, 일측이 상기 광원 모듈과 결합되어, 상기 광원 모듈로부터 출사되는 광을 상기 표시 패널로 고르게 조사시키는 도광판으로 이루어진다.
이때, 상기 도광판의 전면에는 그루브 형상의 광 반사 패턴이 연속적으로 다수 개가 형성된다. 또한, 상기 도광판의 후면에는 도광판의 후면 경계부분에서 발 생하는 불필요한 반사를 제거하기 위한 반-반사(AR : Anti-Reflection) 레이어(Layer)가 형성된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광원 모듈이 설치된 표시 장치의 프론트 라이트 장치를 도시하는 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 표시 장치의 프론트 라이트 장치의 결합 단면을 도시하는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 표시 장치의 프론트 라이트 장치는 액정 표시 패널 어셈블리(10)의 전면에 배치되는 도광판(20) 및 그 도광판(20)의 측면에 배치되는 광원 모듈(30)로 구성된다.
이때, 액정 표시 패널 어셈블리(10)는 티에프티(TFT : Thin Film Transistor) 기판, 액정 및 컬러필터 기판으로 구성된 반투과성 액정 표시 패널과 그 구동 모듈의 조립체를 의미하는 것이나, 액정 표시 패널 자체가 반투과성이 아닐 경우 액정 표시 패널이 배면에 입사되는 광을 반사시키기 위한 반사판을 배치할 수도 있다.
이러한 액정 표시 패널 어셈블리(10)에는 태양광과 유사하게 소정 면적 내에 휘도차가 거의 없는 광원을 조사하는 것이 이상적이지만, 태양광과 유사한 휘도 분포를 갖도록 광원 자체를 제작하기는 투과형 액정 표시 장치의 구조 상 거의 불가능하므로, 프론트 라이트 장치는 광을 출사하는 광원 모듈(30) 및 그 출사된 광을 액정 표시 패널에 태양광과 유사하도록 고르게 조사하기 위한 도광판으로 구성되는 것이다.
도광판(20)은 액정 표시 패널 어셈블리(10)의 유효 디스플레이 면적과 대등한 형상을 갖는 두께가 얇은 직육면체의 플레이트 형상을 갖는다. 또한, 이 도광판(20)의 전면에는 광원 모듈(30)로부터 출사되는 광의 손실을 최소화하여 광 이용 효율을 극대화시키기 위한 "V" 자 형상을 갖는 그루브(Groove) 형상인 광 반사 패턴(21)이 연속적으로 다수 개가 형성된다.
또한, 상기 도광판(30)의 후면에는 도광판(30)의 후면 경계부분에서 발생하는 불필요한 반사를 최소화하기 위하여 반-반사(AR : Anti-Reflection) 레이어(Layer)(25)가 형성됨으로써, 액정 표시 패널 어셈블리(10)로 조사되는 광의 효율을 높이도록 한다.
광원 모듈(30)은 도광판(20)의 측면에 배치되며, 그 구성은 광을 발생하는 광원(31) 및 그 광원(31)을 보호하고 광원(31)으로부터 발생된 광을 도광판(20)으로 반사시키기 위한 반사판(33)으로 이루어진다. 이때, 광원(31)으로는 선광원인 냉음극선관램프가 사용된다.
이러한 광원 모듈(30)은 반사판(33)의 형상 및 광원(31)의 위치에 따라 도광판(20)으로의 광 출사량이 변하게 되며, 본 실시예에서는 이러한 광원 모듈(30)의 최적화된 설계를 통하여 최대한의 광을 도광판(20)으로 출사할 수 있도록 한다.
도 3은 광원 모듈(30)의 반사판(33)의 기하학적인 단면 구조에 따른 광 출사량을 비교하기 위한 단면도로서, 장방형(Rectangle), 포물선형(Parabola) 및 타원형(Ellipse) 반사판의 광 출사량을 비교하고 있다.
도 3을 참조하면, 장방형 반사판의 경우 내부의 광원(S)에서 방출되는 광의 총 조도를 100으로 보았을 때 38.6의 광이 도광판(20)으로 출사된다. 또한, 포물선형 반사판의 경우 38.1의 광이 도광판(20)으로 출사되며, 타원형 반사판의 경우 37.9의 광이 도광판(20)으로 출사된다. 즉, 장방형 반사판, 포물선형 반사판 및 타원형 반사판의 광 효율은 각각 38.6%, 38.1% 및 37.9%이며, 반사판(33)의 기하학적인 구조는 장방형 반사판이 가장 효율적임을 알 수 있다.
따라서, 반사판(33)의 기하학적인 단면 구조는 장방형으로 이루어져야 하며, 장방형 반사판은 4개의 면을 가진다. 즉, 전면(a), 후면(b), 광출사면(c) 및 광출사면의 대향면(d)을 갖는 것이다. 이하에서는 전면(a), 후면(b), 광출사면(c) 및 대향면(d)이 명확히 정의되었으므로 참조 부호인 a, b, c 및 d는 생략한다.
도 4는 장방형 반사판 내의 광원 위치에 따른 광 출사량을 비교하기 위한 단면도로서, 광원(S)이 반사판 내에서 후면에 근접하여 위치해 있을 경우, 전면과 광출사면 측으로 근접하여 위치해 있을 경우, 전면과 광출사면의 대향면 측으로 근접하여 위치해 있을 경우 및 중심에 위치해 있을 경우를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 광원(S)이 반사판 내의 후면에 근접하여 위치해 있을 경우에는 35.2%의 광 효율을 가진다. 또한, 전면과 광출사면 측으로 근접하여 위치해 있을 경우에는 35.5%의 광 효율을 가지며, 전면과 광출사면의 대향면 측으로 근접하여 위치해 있을 경우에는 33.2%의 광 효율을 가지며, 중심에 위치해 있을 경우네는 36.9%의 광 효율을 가진다.
따라서, 장방형 반사판의 경우 광원(S)이 배치 가능한 한도 내에서 최대한 중심 근처에 위치하는 것이 가장 광 효율이 높은 것을 알 수 있다.
도 5는 장방형 반사판의 전면과 후면의 거리 즉, 두께에 따른 광 출사량을 비교하기 위한 단면도로서, 두께가 2.5mm, 2.7mm, 3.0mm, 3.3mm, 3.5mm 및 3.7mm인 반사판의 광 효율을 비교하고 있다. 이때, 광원(S)은 직경이 1.8mm인 냉음극선관램프이다.
도 5를 참조하면, 장방형 반사판의 두께가 2.5mm인 경우 21.7%의 광 효율을 가지며, 두께가 2.7mm인 경우 25.2%의 광 효율을 가지며, 두께가 3.0mm인 경우 29.5%의 광 효율을 가지며, 두께가 3.3mm인 경우 33.4%의 광 효율을 가지며, 두께가 3.5mm인 경우 36%의 광 효율을 가지며, 두께가 3.7mm인 경우 35.6%의 광 효율을 가진다.
따라서, 광원(S)의 직경이 1.8mm일 경우 전면과 후면의 거리는 3.5mm로 설계하는 것이 광 효율적 측면에서 가장 적절하다.
이러한, 장방형 반사판은 광출사면의 대향면에 소정의 굴곡을 주어 광 효율을 더욱 높일 수 있는데 이는 도 6을 통하여 확인할 수 있다.
도 6은 장방형 반사판의 광출사면의 대향면에 형성된 타원 단축 길이에 따른 광 효율을 비교하는 단면도로서, 타원 단축 길이가 각각 0.05mm, 0.1mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.8mm 및 1.5mm일 경우의 광 효율을 나타내고 있다. 이때, 광원(S)은 도 5에서와 같이 1.8mm의 직경을 갖는 냉음극선관램프이고, 두께는 3.5mm이다.
도 6을 참조하면, 타원 단축 길이가 0.05mm인 경우 광 효율은 36.9%이며, 타원 단축 길이가 0.1mm인 경우 광 효율은 38.0%이며, 타원 단축 길이가 0.3mm인 경 우 광 효율은 38.7%이며, 타원 단축 길이가 0.4mm일 경우 39.5%이며, 타원 단축 길이가 0.8mm인 경우 광 효율은 38.9%이며, 타원 단축 길이가 1.5mm인 경우 광 효율은 38.9%인 것을 알 수 있다.
따라서, 직경 1.8mm의 냉음극선관램프를 광원(S)으로 하고 두께가 3.5mm인 장방형 반사판의 광출사면의 대향면에 형성되는 타원 단축 길이는 0.4mm로 하는 것이 가장 효율적이다.
이상의 도 3 내지 도 6에 도시된 결과를 검토해보면, 도 2에 도시된 광원 모듈(30)의 반사판(33)은 장방형으로 형성되되, 그 광출사면의 대향면은 소정의 단축 길이를 갖도록 둥글게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 광원(31)은 반사판 내부의 중심 근처에 배치되도록 한다.
도 7은 도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프론트 라이트 장치의 광원 모듈(30)을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 광원(31)은 직경이 1.8mm의 냉음극선관램프로 이루어지며, 그 광원(31)은 장방형으로 형성된 반사판(33)의 후면으로부터 1mm 및 광출사면으로부터 1.8mm의 위치에 배치된다. 또한, 반사판(33)의 전면 및 후면의 거리 즉, 두께는 3.5mm이다. 반사판(33)의 광출사면 및 그 광출사면의 대향면과의 거리 즉, 폭은 6mm이다.
이때, 반사판(33)의 광출사면의 전방 측에는 도광판(20)의 일측과 연결되어 도광판(20)으로 광을 출사하기 위한 1mm의 개구부(34)가 형성되며, 광출사면의 개구부(34)의 후부로부터 후면까지는 1mm의 깊이를 갖도록 경사부(35)가 형성된다. 또한, 광출사면의 대향면은 0.4mm의 타원 단축 길이를 같도록 둥글게 형성된다.
따라서, 반사판(33)의 기하학적 단면 구조, 광원(31)의 위치, 반사판(33)의 두께 및 대향면의 형상을 이상과 같이 구성하면, 앞서 설명한 최대 조건들을 모두 만족하여 도광판(20)에 최대의 광을 출사할 수 있다.
이상 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광원 모듈 및 이를 구비하는 표시 장치의 프론트 라이트 장치에 따르면, 최적의 반사판의 형상 및 광원의 배치에 의하여 도광판에 최대의 효율로 광을 출사할 수 있다. 따라서, 액정 표시 패널 어셈블리에 고 조도의 광을 조사할 수 있는 장점이 있다.

Claims (14)

  1. 광을 발생시키는 광원; 및
    상기 광원이 내부에 배치되며, 일면에 상기 내부에 배치된 광원으로부터 발생되는 광을 외부로 출사하기 위한 광출사면이 형성된 장방형의 단면을 갖는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광출사면의 대향면은 소정의 타원 단축 길이를 갖도록 둥글게 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 소정의 타원 단축 길이는 0.4mm인 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 상기 반사판의 내부의 중심에 배치되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 냉음극선관램프인 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 냉음극선관램프는 직경이 1.8mm이며, 상기 반사판의 후면으로부터 1mm 및 상기 반사판의 광출사면으로부터 1.8mm의 위치에 배치되는 것을 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 반사판의 전면과 후면의 거리는 3.5mm이며, 상기 광출사면과 상기 광출사면의 대향면과의 거리는 6mm인 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 광출사면의 전방 측에는 상기 광을 출사하기 위한 1mm 폭의 개구부가 형성되며, 상기 개구부의 후부로부터 상기 반사판의 후면까지는 1mm의 깊이를 갖도록 경사부가 형성되는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
  9. 광을 발생시키는 광원 및 상기 광원이 내부에 배치되며, 일면에 상기 내부에 배치된 광원으로부터 발생되는 광을 외부로 출사하기 위한 광출사면이 형성된 장방형의 단면을 갖는 반사판을 구비하는 광원 모듈; 및
    표시 패널의 전면에 배치되며, 일측이 상기 광원 모듈과 결합되어, 상기 광원 모듈로부터 출사되는 광을 상기 표시 패널로 가이드하는 도광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 프론트 라이트 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 광출사면의 대향면은 소정의 타원 단축 길이를 갖도록 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 프론트 라이트 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 광원은 상기 반사판의 내부의 중심에 배치되는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 프론트 라이트 장치.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 광원은 냉음극선관램프인 것을 특징으로 하는 표시 장치의 프론트 라이트 장치.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 도광판의 전면에는 그루브 형상의 광 반사 패턴이 연속적으로 다수 개가 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 프론트 라이트 장치.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 도광판의 후면에는 상기 도광판의 후면 경계부분에서 발생하는 불필요한 반사를 제거하기 위한 반-반사 레이어가 형성되는 것을 특징으로 하는 프론트 라이트 장치.
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