KR20060039720A - 백라이트 유닛 및 이를 채용한 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

베이스 플레이트에 적어도 하나의 라인을 이루도록 배열된 복수의 발광 디바이스 유닛과, 발광 디바이스 유닛의 상방쪽에 위치된 광학 플레이트와, 광학 플레이트 상방에 위치되어 입사광을 확산투과시키는 투과 확산판을 포함하며, 광학 플레이트는, 발광 디바이스 유닛과 마주하는 저면에 형성되어 발광 디바이스 유닛에서 상방으로 바로 출사된 광을 반사시키는 복수의 반사 미러와, 반대면에 형성되어 반사에 의해 광을 보다 넓게 퍼지도록 하는 톱니 모양의 반사/굴절 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛 및 이를 채용한 액정표시장치가 개시되어 있다.

Description

백라이트 유닛 및 이를 채용한 액정표시장치{Back light unit and liquid display apparatus employing it}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 구조를 개략적으로 보인 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광 디바이스 유닛의 배열의 일 실시예를 보인 평면도이다.
도 3은 도 1의 발광 디바이스 유닛을 확대하여 보인 단면도이다.
도 4는 도 1의 광학 플레이트를 개략적으로 보인 사시도이다.
도 5는 도 1의 백라이트 유닛의 일부를 보인 측단면도이다.
도 6a는 제1패턴영역의 제1로컬면으로 입사되는 광의 진행 경로를 예시로서 보여준다.
도 6b는 제2패턴영역의 제1로컬면으로 입사되는 광의 진행 경로를 예시로서 보여준다.
도 7a 및 도 7b는 광학 플레이트에 톱니 모양의 반사/굴절 패턴이 형성되지 않은 경우와 형성된 경우의 광학 플레이트 상방에서의 광의 강도 분포를 비교하여 보여준다.
도 8은 본 발명에 따른 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치를 개략적으로 보여준다.
도 9는 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 다른 실시예를 개략적으로 보여준다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10,50...발광 디바이스 유닛 11...발광 다이오드 칩
13...측 발광기 60...돔형 콜리메이터
101...베이스 플레이트 110...반사 확산판
120...반사 미러 130...광학 플레이트
131...반사/굴절 패턴 133,135...제1 및 제2로컬면
140...투과 확산판 150...밝기 향상 필름
170...편광 향상 필름 200...액정 패널
본 발명은 백라이트 유닛 및 이를 채용한 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 직하발광형 백라이트 유닛 및 이를 채용한 액정표시장치에 관한 것이다.
평판 표시장치(flat panel display) 중 하나인 액정표시장치(liquid crystal display:LCD)는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고, 외부로부터 광이 입사되어 화상을 형성하는 수광형 표시장치이다. 백라이트 유닛은 이러한 액정표시장치의 배면에 설치되어 광을 조사한다.
백라이트 유닛은 광원의 배치형태에 따라서, 액정표시장치의 바로 아래에 설치된 다수의 광원으로부터의 광을 액정패널에 조사하는 직하발광형(direct light type)과, 도광판(LGP: light guide panel)의 측벽에 설치된 광원으로부터의 광을 액정패널에 전달하는 가장자리 발광형(edge light type)으로 크게 분류될 수 있다. 직하발광형 백라이트 유닛에는 점광원으로 램버시안(Lambertian)의 광이 출사되는 발광다이오드(LED:Light Emitting Diode)를 사용할 수 있다.
백라이트 유닛에는, 광원으로부터 나온 광을 확산시켜, 액정 패널에 광을 균일하게 조사할 수 있도록 확산판이 구비되어 있다.
광원으로 발광다이오드를 사용하는 직하발광형 백라이트 유닛의 경우, 광원 상방에 투과 확산판이 배치되는데, 광원으로부터 나온 광을 보다 균일하게 확산시키기 위해서는, 광원과 투과 확산판 사이의 거리를 크게 해야한다. 이는 백라이트 유닛의 두께가 두꺼워짐을 의미한다.
이와 같이, 백라이트 유닛의 두께가 두꺼우면, 이를 채용한 액정표시장치 예컨대, LCD TV 등의 두께 또한 두꺼워지게 되어, 박형화 요구에 충분히 대응할 수가 없다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 박형화 요구에 충분히 대응할 수 있도록, 백라이트 유닛의 두께를 충분히 얇게 하면서도 광을 균일하게 조사할 수 있도록 구조를 개선한 직하발광형 백라이트 유닛 및 이를 채용한 액정표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 백라이트 유닛은, 베이스 플레이트에 적어도 하나의 라인을 이루도록 배열된 복수의 발광 디바이스 유닛과; 상기 발광 디바이스 유닛의 상방쪽에 위치된 광학 플레이트와; 상기 광학 플레이트 상방에 위치되어 입사광을 확산투과시키는 투과 확산판;을 포함하며, 상기 광학 플레이트는, 상기 발광 디바이스 유닛과 마주하는 저면에 형성되어 상기 발광 디바이스 유닛에서 상방으로 바로 출사된 광을 반사시키는 복수의 반사 미러와; 반대면에 형성되어, 반사에 의해 광을 보다 넓게 퍼지도록 하는 톱니 모양의 반사/굴절 패턴;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 반사/굴절 패턴은, 입사되는 광 중 적어도 일부를 내부 전반사시키도록 경사진 제1로컬면과, 그 단면이 상기 제1로컬면과 함께 톱니 모양을 이루는 제2로컬면으로 이루어진 톱니 모양 패턴이고, 상기 제1 및 제2로컬면은 스트라이프 형태일 수 있다.
상기 제1 및 제2로컬면의 길이 방향은 상기 발광 디바이스 유닛이 배열된 라인과 나란하다.
상기 반사/굴절 패턴은,
상기 발광 디바이스 유닛의 중심축을 가로지르는 라인의 중심을 기준으로 하여, 제1로컬면의 경사 방향이 서로 반대인 제1 및 제2패턴영역이 교대로 반복된 구조로 형성된 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제2패턴영역에서 제1로컬면은 각각 상기 발광 디바이스 유닛의 중심축에 대해 멀어지는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 제2로컬면은 입사광을 굴절 투과시키는 면일 수 있다.
상기 제1로컬면은 상기 제2로컬면보다 작은 경사각을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛은, 상기 발광 디바이스 유닛의 하방쪽에 위치되어, 입사되는 광을 확산 반사시키는 반사 확산판;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 발광 디바이스 유닛은, 광을 발생시키는 발광 다이오드 칩과; 상기 발광 다이오드 칩쪽에서 입사된 광을 콜리메이팅하기 위한 콜리메이터;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 콜리메이터는, 입사광을 대략적으로 측 방향쪽으로 진행하도록 하는 측면 방출기일 수 있다.
또한, 상기 콜리메이터는 돔형상일 수도 있다.
상기 투과 확산판에서 나오는 광의 직진성을 향상시키기 위한 밝기 향상 필름 및 편광 효율을 높이기 위한 편광 향상 필름 중 적어도 어느 하나를 더 구비할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는, 액정 패널과; 상기 액정 패널에 광을 조사하는 상기한 특징 중 적어도 어느 하나를 가지는 백라이트 유닛;을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 직하발광형 백라이트 유닛 및 이를 채용한 액정표시장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 구조를 개략적으로 보인 단면도이고, 도 2는 도 1의 발광 디바이스 유닛의 배열의 일 실시예를 보인 평면도이고, 도 3은 도 1의 발광 디바이스 유닛을 확대하여 보인 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트 유닛(100)은, 베이스 플레이트(101)에 어레이로 배치된 발광 디바이스 유닛(10)과, 상기 발광 디바이스 유닛 상방에 위치된 광학 플레이트(130)와, 상기 광학 플레이트(130) 상방에 위치되어 입사광을 확산 투과시키는 투과 확산판(140)을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 백라이트 유닛(100)은 상기 발광 디바이스 유닛(10)의 하방쪽에 위치되어 입사광을 확산 반사시키는 반사 확산판(110)을 더 구비할 수 있다.
여기서, 발광 디바이스 유닛(10)의 발광 다이오드 칩(11:LED chip)으로부터 출사된 광의 주 진행 방향을 상방이라 할 때, 상기 하방은 그 반대되는 방향을 말한다. 발광 다이오드 칩(11)으로부터 출사된 광의 주 진행 방향은 실질적으로 상기 발광 디바이스 유닛(10)의 중심축에 해당한다.
상기 베이스 플레이트(101)는 복수의 발광 디바이스 유닛(10)을 2차원 어레이로 설치하기 위한 기판으로서 역할을 한다. 이 베이스 플레이트(101)는 발광 디바이스 유닛(10)의 발광 다이오드 칩(11)이 전기적으로 연결되게 배열되는 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다. 여기서, 발광 디바이스 유닛(10)의 구동을 위한 인쇄회로기판(PCB)을 상기 베이스 플레이트(101)와 별도로 구비할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 상기 발광 디바이스 유닛(10)들은 상기 베이스 플레이트(101) 상에 2차원 어레이로 배열된다. 특히, 상기 발광 디바이스 유닛(10)은 베이 스 플레이트(101)에 적어도 하나 즉, n개(n ≥ 1)의 라인(L1 ∼Ln)을 이루도록 어레이로 배열된다. 도 2에서는, 발광 디바이스 유닛(10)이 5라인(L1 ∼L5)으로 배치된 예를 보여준다.
발광 디바이스 유닛(10)들은 각 라인 상에 배열된 발광 디바이스 유닛(10) 사이의 간격에 비해 라인과 라인 사이의 간격이 넓게 배치된다. 발광 디바이스 유닛(10)을 배치하는 라인 수, 각 라인에 배치되는 발광 디바이스 유닛(10)의 개수, 발광 디바이스 유닛(10)의 배치 간격 등은 설계 조건에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
상기와 같이, 발광 디바이스 유닛(10)은 베이스 플레이트(101)에 2차원 어레이를 이루도록 배치되어 복수의 라인을 구성하는데, 각 라인 상에는 R, G, B 색광을 각각 출사하는 발광 디바이스 유닛을 교대로 배치할 수 있다. 이 경우에는, R, G 및 B용 발광 디바이스 유닛 각각에 R, G 및 B 색광을 발생시키는 발광 다이오드 칩이 사용된다. 이때, 각 라인 상에 배치되는 각 색광별 발광 디바이스 유닛은 그로부터 출사되는 각 색광의 광량을 고려하여, 색광별 개수를 서로 달리할 수 있다.
R, G, B용 발광 다이오드 칩에서 출사되는 R, G, B 색광량은 차이가 있을 수 있으며, 현재는 G 발광 다이오드의 출사 광량이 다른 R, B 발광 다이오드에 비해 작다. 따라서, 이를 고려하여, 예를 들어, 각 라인 상에 R, B용 발광 디바이스 유닛은 동일 수로 배치하고, G 발광 디바이스 유닛은 이보다 2배가 되도록 배치할 수도 있다. 각 라인 상에서 R, G, B 용 발광 디바이스 유닛의 배치 순서는 예를 들어, R, G, G, B 또는 B, G, G, R 순서가 될 수 있다.
대안으로, 상기 발광 디바이스 유닛(10)은 모두 백색광을 출사하도록 마련될 수 있다. 이 경우에는, 복수의 발광 디바이스 유닛(10)에 각각 백색광을 발생시키는 발광 다이오드 칩이 사용된다.
상기와 같이 발광 디바이스 유닛(10) 어레이를 R, G, B 색광을 발생시키는 발광 다이오드 칩을 사용하여 색광별 발광 디바이스 유닛을 교대로 배치한 구조로 형성하거나, 백색광을 발생시키는 발광 다이오드 칩을 사용하는 발광 디바이스 유닛을 구비하는 경우, 이러한 백라이트 유닛을 적용한 액정 표시장치는, 칼라 화상을 표시할 수 있다.
한편, 상기 발광 디바이스 유닛(10)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 광을 발생시키는 발광 다이오드 칩(11)과, 상기 발광 다이오드 칩(11)쪽에서 입사된 광을 콜리메이팅하기 위한 콜리메이터를 포함하여 구성될 수 있다. 도 3에서는 상기 콜리메이터로, 입사광을 대략적으로 측 방향쪽으로 진행하도록 하는 측면 방출기(side emitter:13)을 구비하는 예를 보여준다.
광을 발생시키는 발광다이오드 칩(11)은 베이스(12)에 배치된 상태로 상기 측면 방출기(13)와 결합될 수 있다.
이때, 상기 발광 다이오드 칩(11)과 측면 방출기(13) 사이는 밀착되는 것이 바람직하다. 이와 같이 발광 다이오드 칩(11)과 측면 방출기(13) 사이를 밀착시킴에 의해 발광 다이오드 칩(11)에서 발생되어 측면 방출기(13) 내에 들어가는 광량을 극대화시킬 수 있다.
상기 측면 방출기(13)는, 투명 물질로 이루어진 투명 몸체를 가진다. 이 측 면 방출기(13)는, 도 3에 예시한 바와 같이, 중심축(C)에 대해 경사진 깔때기 모양의 반사면(14)과, 상기 반사면(14)에서 반사되어 입사되는 광을 굴절 투과시키도록 중심축(C)에 대해 경사진 제1굴절면(15)과, 밑면으로부터 제1굴절면(15)까지 연결된 볼록 형상의 제2굴절면(17)으로 이루어질 수 있다. 상기 발광 다이오드 칩(11)에서 출사되어 측면 방출기(13)의 반사면(14)쪽으로 입사된 광은 그 반사면(14)에서 반사되어 제1굴절면(15)으로 향하고, 이 제1굴절면(15)을 투과하여 대략적으로 측 방향으로 진행한다. 또한, 상기 발광 다이오드 칩(11)에서 출사되어 볼록한 제2굴절면(17)으로 입사된 광은 그 제2굴절면(17)을 투과하여 대략적으로 측 방향으로 진행한다.
여기서, 상기 측면 방출기(13)는 발광 다이오드 칩(11)쪽에서 입사된 광을 대략적으로 측 방향으로 출사시키는 범위내에서 그 형상이 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 발광 디바이스 유닛(10)의 발광 다이오드 칩(31)에서 출사된 광의 대부분은 측면 방출기(13)에 의해 측 방향으로 출사되지만, 측면 방출기(13)의 반사면(14)을 그대로 통과하여 상방쪽으로 진행하는 광도 일부 존재할 수 있다. 측면 방출기(13) 상방쪽으로 진행하는 광량은 예를 들어, 발광 다이오드 칩(31)에서 출사된 광의 대략 20% 정도가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 측면 방출기(13)의 반사면(14)을 내부 전반사조건을 만족하도록 형성한다 해도, 발광 다이오드(11) 칩으로부터 출사되는 광은 사방으로 퍼지는 광이기 때문에, 모든 광에 대해 내부 전반사 조건을 만족할 수는 없다. 따라서, 측면 방출기(13)를 그대로 통과하여 상방으로 진행하는 광이 존재할 수 있다. 또한, 상기 반사면(14)을 반사 코팅에 의해 형성한다 해도, 반사면(14)을 완전 전반사면이 되도록 코팅하려면, 그 코팅 조건이 까다롭기 때문에, 실질적으로 상기 반사면(14)은 적정 반사율을 갖도록 코팅된다. 따라서, 측면 방출기(13) 상방쪽으로 바로 진행하는 광도 일부 존재할 수 있다.
이러한 측면 방출기(13) 상방쪽으로 진행하는 광의 존재에 의해, 백라이트 유닛의 상방에서 볼 때 발광 다이오드(31) 칩 위치에 광스폿이 보일 수도 있다. 또한, 칼라 구현을 위해, 예컨대, R, G, B 각각의 칼라광을 출사하는 R, G, B 발광 디바이스 유닛을 배치하는 경우, 색이 보일 수도 있다.
상기 광학 플레이트(130)는 발광 디바이스 유닛(10)에 마주하는 저면(130a)에 발광 디바이스 유닛(10)에서 상방으로 바로 출사된 광이 곧바로 상기 투과 확산판(140)쪽으로 진행되지 않도록 반사시키는 복수의 반사 미러(120)가 형성되어 있다.
또한, 상기 광학 플레이트(130)의 반대면에는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 반사에 의해 광을 보다 넓게 퍼지도록 하는 톱니 모양의 반사/굴절 패턴(131)이 형성되어 있다.
도 4는 도 1의 광학 플레이트(130)를 개략적으로 보인 사시도이고, 도 5는 도 1의 백라이트 유닛(100)의 일부를 보인 측단면도이다. 도 5는 광학 플레이트(130)의 반사/굴절 패턴 형상과 라인별로 배치된 발광 디바이스 유닛(10)과의 위치 관계를 개략적으로 보여준다.
상기 반사/굴절 패턴(131)은 입사되는 적어도 일부 광을 내부 전반사시키도록 경사진 제1로컬면(local plane:133)과, 그 단면이 제1로컬면(133)과 함께 톱니 모양을 이루며 입사광을 굴절 투과시키는 제2로컬면(135)으로 이루어진 톱니 모양 패턴이다. 상기 반사/굴절 패턴의 길이 방향은 도 2에 보여진 발광 디바이스 유닛(10)이 배열된 라인(L1∼L5)과 나란하며, 상기 제1 및 제2로컬면(133)(135)은 스트라이프 형태가 된다.
상기 반사/굴절 패턴(131)은, 각 발광 디바이스 유닛(10)의 중심축(C)을 가로지르는 각 라인(L1∼L5)의 중심을 기준으로 하여, 제1로컬면(133)의 경사 방향이 서로 반대인 제1 및 제2패턴영역(A)(B)이 교대로 반복된 구조로 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2패턴영역(A)(B)에서 제1로컬면(133)은 각각 상기 발광 디바이스 유닛(10)의 중심축(C)에 대해 멀어지는 방향으로 경사진 것이 바람직하다.
이 경우, 발광 디바이스 유닛(10)의 중심축(C)을 가로지르는 각 라인(L1∼L5)의 중심(이하, 라인 축이라 한다)을 기준으로 각 라인(L1∼L5) 좌우에 제1 및 제2패턴영역(A)(B)이 위치된다. 그리고, 라인과 라인 사이에는 제2패턴영역(B)과 제1패턴영역(A)이 위치된다.
도 5를 기준으로 설명하면, 각 라인의 좌측에 위치되는 제1패턴영역(A)에는 제1로컬면(133)이 좌측 상방쪽으로 비스듬이 경사지게 형성되어 있다. 각 라인의 우측에 위치되는 제2패턴영역(B)에는 제1로컬면(133)이 우측 상방쪽으로 비스듬이 경사지게 형성되어 있다.
각 라인의 라인축 좌,우에 제1로컬면(133)의 경사 방향이 서로 반대인 제1 및 제2패턴영역(A)(B)이 형성된 구조로 반사/굴절 패턴(131)을 형성하는 것이 바람직한 이유는 다음과 같다.
발광 디바이스 유닛(10)에 구비된 발광 다이오드(11) 칩에서는 잘 알려져 있는 바와 같이, 사방으로 발산하는 광이 출사된다. 따라서, 측면 방출기(13)를 통하여 출사되는 광도 대략적으로 측 방향으로 발산된다.
따라서, 각 라인축을 기준으로 볼 때, 광학 플레이트(130)로 입사되는 대부분의 광은 좌, 우측 상방으로 비스듬이 진행하는 광이다. 도 6a는 제1패턴영역(A)의 제1로컬면(133)으로 입사되는 광의 진행 경로를 예시로서 보여주며, 도 6b는 제2패턴영역(B)의 제1로컬면(133)으로 입사되는 광의 진행 경로를 예시로서 보여준다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 광학 플레이트(130)의 저면(130a)을 통하여 그 내부로 입사된 광 중 제1로컬면(133)에 내부 전반사 조건을 만족하는 각도로 입사된 광은 이 제1로컬면(133)에서 반사된 후 광학 플레이트(130)의 저면(130a)으로 입사된다. 이 입사광은 상기 저면(130a)에서 다시 반사 예컨대, 내부 전반사되어, 제2로컬면(135)으로 향하고, 이 제2로컬면(135)을 굴절 투과한다. 물론, 일부광은 저면(130a)에서 반사 예컨대, 내부 전반사된 후 다시 제1로컬면(135)으로 입사될 수도 있다.
여기서, 광학 플레이트(130)로 입사되는 광은 발광 디바이스 유닛(10)에서 출사되어 바로 광학 플레이트(130)로 입사되는 광 및 하방의 반사 확산판(110)에서 반사된 후 광학 플레이트(130)로 입사되는 광 등을 포함한다. 반사 확산판(110)에서 반사되는 광은, 광학 플레이트(130)의 반사 미러(120)에서 반사된 후 하방의 반 사 확산판(110)으로 향하는 광 및 발광 디바이스 유닛(10)에서 바로 반사 확산판(110)으로 입사되는 광 등을 포함한다.
이때, 도 4 및 도 5에 보여진 바와 같이, 반사/굴절 패턴(131)을 각 라인의 라인축 좌,우에 제1로컬면(133)의 경사 방향이 서로 반대인 제1 및 제2패턴영역(A)(B)을 가지는 구조로 형성하는 경우에는, 좌,우측 상방쪽으로 비스듬이 진행하는 광의 대부분은 내부 전반사 조건을 만족하는 각도로 제1로컬면(133)으로 입사될 수 있기 때문에, 상당량의 광이 제1로컬면(133)에서 내부 전반사된다. 이 반사광은 광학 플레이트(130)의 저면(130a)에서 다시 반사된 후 다른 제1로컬면(133)으로 입사되어 앞의 과정을 반복하거나, 제2로컬면(135)을 굴절 투과하여 상기 투과 확산판(140)쪽으로 진행하게 된다.
만약, 반사/굴절 패턴(131) 전체를 예를 들어, 제1로컬면(133)이 한 방향으로만 경사지도록 형성한다면, 제1로컬면(133)이 경사진 방향과 반대방향으로 진행하는 광 대부분은 제1로컬면(133)에 입사되는 각도가 작아 내부 전반사되지 못한다. 따라서, 상당량의 광이 제1로컬면(133)을 투과하게 되므로, 광이 그만큼 덜 퍼지게 된다. 물론, 이 경우에도 반사/굴절 패턴(131)을 구비하지 않는 경우에 비해서는 광을 보다 넓게 퍼트릴 수 있다.
한편, 상기 제1로컬면(133)은 적어도 일부 입사광에 대해 내부 전반사조건을 만족하도록 광학 플레이트(130)의 저면(130a)과 나란한 축에 대해 상대적으로 작은 경사각을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 반면에 제2로컬면(135)은 상기 저면(130a)과 나란한 축에 대해 상기 제1로컬면(133)보다 큰 경사각을 이루도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1로컬면(133)은 제2로컬면(135)보다 넓은 폭을 가진다.
이때, 상기 제1로컬면(133)의 기울기는 가능한 한 많은 광을 내부 전반사시킬 수 있는 각도로 최적화되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2로컬면(135)의 기울기는 가능한 한 많은 광을 굴절 투과시킬 수 있는 각도로 최적화되는 것이 바람직하다.
도 7a 및 도 7b는 광학 플레이트에 톱니 모양의 반사/굴절 패턴이 형성되지 않은 경우와 형성된 경우의 광학 플레이트 상방에서의 광의 강도 분포를 비교하여 보여준다. 도 7a 및 도 7b의 결과는, 발광 다이오드 2개를 배치하고, 정확한 비교를 위하여 광학 플레이트 저면의 발광 다이오드에 대응되는 위치에 반사 미러를 배치하여, 중앙의 밝은 광을 차단한 상태에서 시뮬레이션 한 결과이다.
도 7a 및 도 7b를 비교해볼 때, 톱니 모양의 반사/굴절 패턴이 형성된 경우, 반사/굴절 패턴이 없는 경우에 비해 광이 보다 넓게 퍼지게 됨을 알 수 있다.
따라서, 상기와 같이 반사/굴절 패턴(131)이 형성된 광학 플레이트(130)를 사용하면, 반사/굴절 패턴(131)이 없는 경우에 비해 광을 보다 넓은 범위로 퍼트릴 수 있기 때문에, 투과 확산판(140)과 발광 디바이스 유닛(10) 사이의 간격 즉, 투과 확산판(140)과 백라이트 유닛(100)의 하부 부분(100a) 사이의 간격(d)을 줄일 수 있어, 백라이트 유닛(100)의 두께를 충분히 얇게 하면서도 광을 균일하게 조사할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 광학 플레이트(130)에 입사되는 광 중 상당량의 광은 그 광학 플레이트(130) 내부에서 전반사가 일어난다. 도 6a 및 도 6b의 경우에 는, 광이 반사/굴절 패턴(131)의 제1로컬면(133)에서 1회 내부 전반사된 이후에 제2로컬면(135)를 통하여 출사되는 경우를 보여준다. 이때, 광학 플레이트(130)의 저면(130a)에서도 내부 전반사될 수 있다. 광학 플레이트(130)의 내부로 입사된 광은 제1로컬면(133)에서 2회 이상 내부전반사되는 과정을 거친 후 제2로컬면(135)을 굴절투과하여 출사될 수도 있다.
상기와 같이 전반사가 일어나는 동안 발광 디바이스 유닛(10)에서 출사된 광은 더 넓게 퍼지게 된다.
여기서, 광학 플레이트(130)로 입사되는 광 중 반사/굴절 패턴(131) 특히, 제1로컬면(133)에 내부 전반사 조건을 만족하지 않는 각도로 입사되는 광은 소정 비율로 반사/굴절 패턴(131)에서 투과 및 반사된다. 이때의 반사광은 광학 플레이트(130)의 저면(130a)에서 반사된 후 다시 반사/굴절 패턴(131)쪽으로 진행한다.
상기와 같은 구성을 갖는 광학 플레이트(130)는 그 반사/굴절 패턴(131)과 저면(130a)의 작용에 의해 실질적으로 확산판으로서 기능을 한다.
상기와 같이 복수의 반사 미러(120) 및 반사/굴절 패턴(131)이 형성되는 광학 플레이트(130)의 몸체는 입사광을 그대로 투과시키는 투명 재질 예컨대, 투명 PMMA로 이루어질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 복수의 반사 미러(120)와 발광 디바이스 유닛(10) 사이를 소정 간격으로 이격시키는 것이 필요한데, 이러한 간격이 유지될 수 있도록, 상기 광학 플레이트(130)는 지지대(135)에 의해 지지된다. 이 지지대(135)는 반사 확산판(110) 또는 베이스 플레이트(101)에 대하여 상기 광학 플레이트 (130)를 지지한다.
상기 반사 확산판(110)은 입사광을 확산 반사시켜 상방쪽으로 진행하도록 한다. 상기 반사 확산판(110)은 발광 디바이스 유닛(10)의 하방쪽에 위치될 수 있도록, 상기 베이스 플레이트(101) 상에 놓여진다. 이를 위하여, 상기 반사 확산판(110)에 복수의 발광 디바이스 유닛(10)을 통과시킬 수 있는 복수의 구멍을 형성하고, 반사 확산판(110)은 이 구멍에 발광 디바이스 유닛(10)이 끼워진 상태로 베이스 플레이트(101)에 설치된다.
상기 투과 확산판(140)은 상기 광학 플레이트(130) 백라이트 유닛(100)의 하부부분(100a)에 대해 소정 간격(d) 이격되게 위치된다. 상기 투과 확산판(140)은 입사되는 광을 확산 투과시킨다.
이때, 투과 확산판(140)이 발광 디바이스 유닛(10)과 너무 가까우면, 발광 디바이스 유닛(10)이 위치되는 부분이 나머지 부분에 비해 더 밝게 보여 밝기 균일도가 떨어질 수 있다. 또한, 투과 확산판(140)이 발광 디바이스 유닛(10)로부터 이격될수록 백라이트 유닛(100)의 두께가 증가된다. 따라서, 이 투과 확산판(140)과 발광 디바이스 유닛(10) 및 반사 확산판(110)을 포함하는 백라이트 유닛(100)의 하부부분(100a)과의 이격 거리(d)는, 광의 확산에 의해 광이 원하는 만큼 잘 섞일 수 있는 범위내에서 최소가 되도록 정해지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 백라이트 유닛(100)은, 상기 투과 확산판(140)에서 나오는 광의 직진성을 향상시키기 위한 밝기 향상 필름(BEF:Brightness Enhancement Film)(150)을 더 구비할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 백라이트 유닛(100)은 편 광 효율을 높이기 위한 편광 향상 필름(Polarization Enhancement film:170)을 더 구비할 수 있다.
상기 밝기 향상 필름(150)은 투과 확산판(140)에서 나오는 광을 굴절 및 집광 시켜서 광의 직진성을 높임으로써 밝기를 향상시킨다.
상기 편광 향상 필름(170)은 예컨대, p 편광의 광은 투과시키고, s 편광의 광은 반사시키는 과정을 통해, 입사된 광의 대부분이 일 편광 예컨대, p 편광의 광이 되어 출사되도록 한다.
도 8은 본 발명에 따른 백라이트 유닛(100)을 구비한 액정표시장치를 개략적으로 보여준다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트 유닛(100)을 적용한 액정표시장치는, 백라이트 유닛(100)과, 이 백라이트 유닛(100) 상에 구비된 액정 패널(200)을 구비한다. 액정 패널(200)은 잘 알려져 있는 바와 같이, 일 선형 편광의 광을 액정 패널의 액정층에 입사시키고, 전계 구동에 의해 액정 디렉터(director)의 방향을 바꿔줌으로써, 액정층을 통과하는 광의 편광 변화에 의해 화상 정보 등을 표시하게 된다. 상기 액정 패널(200)은 구동 회로부와 연결되어 있다. 여기서, 액정 표시장치 분야에서 액정 패널(200)의 구체적인 구성 및 회로 구동에 의한 표시 작동에 대해 널리 알려져 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명 및 도시를 생략한다.
액정 패널(200)에 입사되는 광이 단일 편광으로 될수록, 광 이용 효율을 높일 수 있기 때문에, 상기와 같이 백라이트 유닛(100)에 편광 향상 필름(170)을 구비하면, 광효율을 향상시키는 것이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 백라이트 유닛(100)은 그 두께를 충분히 얇게 하면서도 광의 밝기 분포를 전체적으로 고르게 하는 것이 가능하다. 따라서, 이를 액정표시장치에 적용하면, 액정표시장치 전체 두께를 보다 얇게 할 수 있으며, 전화면의 밝기가 고른 양질의 화상을 구현할 수 있게 된다.
한편, 이상에서는, 본 발명에 따른 백라이트 유닛(100)이 콜리메이터로 측면 방출기(13)가 형성된 발광 디바이스 유닛(10)을 구비하는 경우를 예를 들어 설명 및 도시하였는데, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 도 9에 도시된 바와 같이 돔(dome)형 콜리메이터(60)가 형성된 발광 디바이스 유닛(50)을 구비하는 것도 가능하다. 도 9는 본 발명에 따른 백라이트 유닛(100)의 다른 실시예를 보인 것으로, 돔(dome)형 콜리메이터(60)가 형성된 발광 디바이스 유닛(50)을 구비하는 이외에, 나머지 구성요소는 앞선 실시예에서와 실질적으로 동일하다. 따라서, 여기서는 실질적으로 동일 또는 유사한 기능을 하는 부재는 앞에서와 동일 참조부호로 표시하고 그 반복적인 설명은 생략한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 직하발광형 백라이트 유닛에 의하면, 반사/굴절 패턴이 형성된 광학 플레이트를 구비함에 의해, 백라이트 유닛의 두께를 충분히 얇게 하면서도 광을 균일하게 조사할 수 있어, 박형화 요구에 충분히 대응할 수 있다.

Claims (18)

  1. 베이스 플레이트에 적어도 하나의 라인을 이루도록 배열된 복수의 발광 디바이스 유닛과;
    상기 발광 디바이스 유닛의 상방쪽에 위치된 광학 플레이트와;
    상기 광학 플레이트 상방에 위치되어 입사광을 확산투과시키는 투과 확산판;을 포함하며,
    상기 광학 플레이트는,
    상기 발광 디바이스 유닛과 마주하는 저면에 형성되어 상기 발광 디바이스 유닛에서 상방으로 바로 출사된 광을 반사시키는 복수의 반사 미러와;
    반대면에 형성되어, 반사에 의해 광을 보다 넓게 퍼지도록 하는 톱니 모양의 반사/굴절 패턴;을 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사/굴절 패턴은,
    입사되는 광 중 적어도 일부를 내부 전반사시키도록 경사진 제1로컬면과, 그 단면이 상기 제1로컬면과 함께 톱니 모양을 이루는 제2로컬면으로 이루어진 톱니 모양 패턴이고, 상기 제1 및 제2로컬면은 스트라이프 형태인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2로컬면의 길이 방향은 상기 발광 디바이스 유닛이 배열된 라인과 나란한 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  4. 제2항에 있어서, 상기 반사/굴절 패턴은,
    상기 발광 디바이스 유닛의 중심축을 가로지르는 라인의 중심을 기준으로 하여, 제1로컬면의 경사 방향이 서로 반대인 제1 및 제2패턴영역이 교대로 반복된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2패턴영역에서 제1로컬면은 각각 상기 발광 디바이스 유닛의 중심축에 대해 멀어지는 방향으로 경사진 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제2로컬면은 입사광을 굴절 투과시키는 면인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제1로컬면은 상기 제2로컬면보다 작은 경사각을 가지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 디바이스 유닛의 하방쪽에 위치되어, 입사되는 광을 확산 반사시키는 반사 확산판;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  9. 제8항에 있어서, 상기 발광 디바이스 유닛은,
    광을 발생시키는 발광 다이오드 칩과;
    상기 발광 다이오드 칩쪽에서 입사된 광을 콜리메이팅하기 위한 콜리메이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  10. 제9항에 있어서, 상기 콜리메이터는, 입사광을 대략적으로 측 방향쪽으로 진행하도록 하는 측면 방출기인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  11. 제9항에 있어서, 상기 콜리메이터는 돔형상으로 된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투과 확산판에서 나오는 광의 직진성을 향상시키기 위한 밝기 향상 필름 및 편광 효율을 높이기 위한 편광 향상 필름 중 적어도 어느 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  13. 액정 패널과;
    상기 액정 패널에 광을 조사하는 청구항 1항 내지 7항 중 어느 한 항의 백라이트 유닛;을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 발광 디바이스 유닛의 하방쪽에 위치되어, 입사되는 광을 확산 반사시키는 반사 확산판;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장 치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 발광 디바이스 유닛은,
    광을 발생시키는 발광 다이오드 칩과;
    상기 발광 다이오드 칩쪽에서 입사된 광을 콜리메이팅하기 위한 콜리메이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 콜리메이터는, 입사광을 대략적으로 측 방향쪽으로 진행하도록 하는 측면 방출기인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 콜리메이터는 돔형상으로 된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  18. 제13항에 있어서, 상기 투과 확산판에서 나오는 광의 직진성을 향상시키기 위한 밝기 향상 필름 및 편광 효율을 높이기 위한 편광 향상 필름 중 적어도 어느 하나를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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