KR20060112127A - 다이나믹한 영상을 위한 백라이트 유닛 및 이를 채용한디스플레이 장치 - Google Patents

다이나믹한 영상을 위한 백라이트 유닛 및 이를 채용한디스플레이 장치 Download PDF

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KR20060112127A
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Abstract

다이나믹한 영상을 위한 백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치가 개시되어 있다.
개시된 백라이트 유닛은, 디스플레이 장치의 광원으로 사용되는 백라이트 유닛에 있어서, 기판에 전기적으로 각각 독립적으로 배치된 발광 소자들; 영상 신호를 분석하여 상대적으로 휘도의 증감이 요구되는 영역에 대한 위치 정보를 추출하는 영상 보드; 상기 영상 보드로부터 입력된 위치 정보에 대응되는 영역에 있는 발광 소자들을 독립적으로 구동 및 제어하기 위한 제어부;를 포함하고, 디스플레이 장치는 이러한 백라이트 유닛을 채용하여 보다 다이나믹하고 현실감 있는 영상을 제공한다.

Description

다이나믹한 영상을 위한 백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치{Backlight unit for dynamic image and display employing the same}
도 1은 종래의 직하형 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 장치와 백라이트 유닛에 사용된 멀티칩 발광 소자들이 기판에 배열된 상태를 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명에 따른 디스플레이 장치와 백라이트 유닛에 사용된 발광 소자의 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 디스플레이 장치와 백라이트 유닛에 사용된 단일칩 발광 소자들이 배열된 상태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 의해 영상이 형성되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 의해 영상을 형성하기 위한 회로 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1...백라이트 유닛, 5,5a,5b,5c...발광다이오드 칩
7...베이스, 10...캡
15,35a,35b,35c,...발광 소자, 18,37...제어부
20,30...PCB 기판, 40...확산판
50...프리즘 시트, 60...편광 향상 필름
70...디스플레이 패널
본 발명은 백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휘도 차가 큰 영상에 대해 독립적으로 구동가능한 복수의 발광 소자의 휘도를 부분적으로 조절하여 다이나믹한 영상을 제공하기 위한 백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 일반적으로 노트북, 데스크탑 컴퓨터, LCD-TV, 이동통신단말기 등에 사용되는 액정표시장치는 수광 소자의 일종으로, 액정패널이외에 백라이트 유닛이 필요하다. 평판 표시장치(flat panel display) 중 하나인 액정표시장치(liquid crystal display:LCD)는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고, 외부로부터 광이 입사되어 화상을 형성하는 수광 소자형 표시장치로, 액정패널이외에 백라이트 유닛이 필요하다. 백라이트 유닛은 액정표시장치의 배면에 설치되어 광을 조사한다.
백라이트 유닛은 광원의 배치형태에 따라서, 액정표시장치의 바로 아래에 설 치된 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. 가장자리 발광형 백라이트 유닛에는 광원으로서 일반적으로 냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp)가 사용된다.
한편, 최근에는 CCFL을 대체하는 광원으로 발광다이오드(LED:Light Emitting Diode)가 각광을 받고 있다. 예를 들어 직하발광형 백라이트 유닛에는 점광원으로 램버시안(Lambertian)의 광이 출사되는 발광다이오드가 사용되고 있다.
종래의 백라이트 유닛은, 도 1에 도시된 바와 같이 LED(500)와, LED(500)로부터 나온 광을 액정패널(510)에 균일하게 입사시키기 위한 수단으로서, 확산판(503)과 확산시트(505)를 구비하고, LED(500)의 하방에는 LED(500)에서 출사된 광을 액정패널(510) 쪽으로 반사시켜 주기 위한 반사판(502)을 구비한다. 그리고, 상기 확산시트(505)와 액정패널(510) 사이에 광 진행 경로를 보정하여 광이 상기 액정패널(510)로 향하도록 하기 위한 프리즘 시트(507)가 배치된다.
그런데, 액정표시장치는 액정의 느린 응답속도로 인해 빠른 동작의 화면에서 화면이 끌리게 되는 모션 블러(motion blur) 현상이 초래되고, 광량이 전체 면에 대해 동일하기 때문에 영상이 전체적으로 단조로운 문제점이 있다. 예를 들어, 폭발 장면과 같이 부분적으로 휘도가 크게 증가될 필요가 있는 영상이나 별이 빛나는 밤하늘과 같이 배경이 되는 밤하늘의 휘도가 크게 감소될 필요가 있는 영상을 보다 생동감 있게 표현하는 데 한계가 있다.
구체적으로, 26인치 디스플레이인 경우 CCFL을 8개, 32인치 디스플레이인 경우 CCFL을 16개 일렬로 배열하여 구성하는데, CCFL은 선광원으로서, 휘도를 조절하기 위해서는 CCFL에 인가되는 전류를 각각 제어할 수 있어야 한다. 하지만, CCFL은 전체가 직렬로 연결되어 있을 뿐만 아니라 각 CCFL을 독립적으로 구동한다 하더라도 휘도의 증감이 요구되는 영역을 미세하게 제어하는 것은 불가능하므로 보다 다이나믹한 영상을 제공하는 데에는 근본적인 해결책이 되지 못한다.
또한, 발광다이오드를 광원으로 사용하는 백라이트 유닛의 경우에도 모든 발광다이오드가 직렬로 연결되어 구동된다. 따라서, 발광다이오드의 휘도를 전체적으로 낮추거나 높이는 것이 가능할 뿐 부분적으로 휘도를 증감시키는 것이 불가능하다.
이와 같이 종래의 백라이트 유닛에 의해서는 부분적으로 휘도의 증감이 요구되는 영상을 구현하는 것이 불가능하기 때문에 다이나믹한 영상을 제공하는데 어려움이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 영상 신호에 따라 발광 소자의 휘도를 개별적으로 제어하여 다이나믹한 영상을 구현할 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 백라이트 유닛은, 디스플레이 장치의 광원으로 사용되는 백라이트 유닛에 있어서, 기판에 전기적으로 각각 독 립적으로 배치된 발광 소자들; 영상 신호를 분석하여 상대적으로 휘도의 증감이 요구되는 영역에 대한 위치 정보를 추출하는 영상 보드; 상기 영상 보드로부터 입력된 위치 정보에 대응되는 영역에 있는 발광 소자들을 독립적으로 구동 및 제어하기 위한 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 발광 소자들에 인가되는 전압 및/또는 전류를 조절하여 발광 소자들의 휘도를 제어하는 것이 바람직하다.
상기 발광 소자들은 적어도 두 파장 영역의 광을 방출하는 발광다이오드 칩들이 베이스 상에 패키징된 것을 특징으로 한다.
상기 발광다이오드 칩들이 베이스의 중심부에는 배치되지 않고 주변부에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 기판에 전기적으로 각각 독립적으로 배치된 발광 소자들; 영상 신호를 분석하여 상대적으로 휘도의 증감이 요구되는 영역에 대한 위치 정보를 추출하는 영상 보드; 상기 영상 보드로부터 입력된 위치 정보에 대응되는 영역에 있는 발광 소자들을 독립적으로 구동 및 제어하기 위한 제어부; 상기 발광 소자들에서 방출된 광을 이용하여 영상을 형성하기 위한 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다이나믹한 영상을 위한 백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)는 도 2를 참조하 면, 영상을 형성하기 위한 디스플레이 패널(70)과 상기 디스플레이 패널(70)에 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛(1)을 포함한다.
상기 디스플레이 패널(70)로는 예를 들어, 액정 표시 디스플레이가 사용되며, 액정 표시 디스플레이는 화소 단위로 박막트랜지스터와 전극이 구비되고 영상 신호부(미도시)로부터 입력된 영상 신호에 따라 화소 단위로 액정에 전계를 가해주어 상기 백라이트 유닛(1)으로부터 출사된 광을 공간 변조하는 방식으로 영상을 표시해 준다.
상기 백라이트 유닛(1)은 PCB 기판(20)에 2차원적으로 배열된 발광소자들(15)과, 상기 발광소자들(15)을 각각 독립적으로 제어하는 제어부(18)를 구비한다. 상기 발광소자들(15)은 전기적으로 각각 독립적으로 구동 가능하도록 구성되고, 상기 제어부(18)에 의해 발광소자들(15)의 구동을 제어한다. 또한, 발광 소자들(15)과 디스플레이 패널(70) 사이에 상기 발광소자들(15)에서 출사된 광을 디스플레이 패널(70)에 균일하게 입사시키기 위한 확산판(40)과, 광 진행 경로를 보정하여 광이 상기 액정패널(70)로 향하도록 하기 위한 프리즘 시트(50)가 배치된다. 상기 프리즘 시트(50)와 디스플레이 패널(70) 사이에 편광 특성을 향상시켜 광효율을 높이기 위한 편광향상필름(60)이 더 구비될 수 있다.
발광소자들(15)은 도 3에 도시된 바와 같이 PCB 기판(20)에 2차원적으로 배열되며, 발광소자들(15)의 개수를 많이 할수록 해상도가 증가된다. 발광소자들(15)은 PCB 기판 상에 각각 독립적으로 전류가 공급되도록 회로가 구성되고 상기 제어부(18)에서 발광소자들(15) 각각에 대해 전류 또는 전압의 세기를 조절한다. 예를 들어, 도 3에 A로 표시된 영역에 있는 발광소자들에 대해서 나머지 영역에 있는 발광 소자들에 비해 상대적으로 많은 전류 혹은 적은 전류를 공급함으로써 부분적으로 다른 영역에 비해 휘도를 크게 하거나 작게 할 수 있다.
한편, 도 4a 및 도 4b를 참조하면 상기 발광소자들(15)은 적어도 두 개의 파장 범위의 광을 조사하는 복수 개의 발광다이오드 칩(5)이 하나의 패키지로 구성된 멀티칩 발광 소자일 수 있다. 또한, 발광다이오드 칩들에서 조사되는 광을 전반사시키기 위한 캡(10)을 구비하여, 발광다이오드 칩에서 조사된 서로 다른 파장의 광을 발광 소자 내부에서 수회에 걸쳐 전반사시켜 혼합시킴으로써 백색광으로 만든다.
상기 발광 소자(15)는 베이스(7)에 복수 개의 발광다이오드 칩(5)이 배열되어 있고, 복수 개의 발광다이오드 칩(5)의 상방에 캡(10)이 배치된다. 상기 발광다이오드 칩들(5)들은 적어도 두 개의 서로 다른 파장 범위의 광을 발광시킨다. 예를 들어, 상기 발광다이오드 칩들(5)은 적색 파장 범위의 광을 발광시키는 제1 발광다이오드 칩(5a), 녹색 파장 범위의 광을 발광시키는 제2 발광다이오드 칩(5b), 청색 파장 범위의 광을 발광시키는 제3 발광다이오드 칩(5c)을 구비할 수 있다. 도 4a에서는 8개의 발광다이오드 칩으로 구성되며, 제1 발광다이오드 칩(5a)이 세 개, 제2 발광다이오드 칩(5b)아 두 개, 제3 발광다이오드 칩(5c)아 세 개로 구성된다. 각 파장 범위별 발광다이오드 칩의 개수 또는 배열 형태는 각 파장별 발광다이오드 칩들로부터 출사되는 광량을 고려하여 원하는 색 온도 범위에 따라 적당하게 구성될 수 있다. 이와 같이 발광 소자를 멀티칩을 가지는 구조로 구성하여도 단일칩을 가지는 발광 소자에 비해 그 크기가 크게 변하지 않으므로 부피 증가에 대한 염려는 없다. 뿐만 아니라 백색광으로의 혼색이 발광 소자 내부에서 이루어지므로 혼색을 위한 공간이 크게 줄어 백라이트 유닛의 두께를 크게 줄일 수 있다.
상기 캡(10)은 투명 재질로 형성되며, 예를 들어 렌즈로 구성될 수 있다. 상기 캡(10)은 전반사 조건을 만족시키기 위해 상기 발광 소자(15)와 확산판(40) 사이의 매질보다 큰 굴절률을 가지는 재질로 구성된다. 예를 들어, 발광 소자(15)와 확산판(40) 사이의 매질이 공기라고 할 때, 상기 캡은 굴절률이 1.49인 에폭시 수지 또는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)로 구성될 수 있다. 상기 캡(10)은 공기 매질의 굴절률에 비해 큰 굴절률을 가지므로 그 경계면에서 임계각보다 큰 각으로 입사된 광을 수회에 걸쳐 전반시킨다. 그럼으로써, 발광 소자들에서 조사된 광은 캡 내부에서 혼합되어 백색광으로 출사된다. 이와 같이 캡 내부에서 서로 다른 파장의 광들이 혼합된 후 발광 다이오드 유닛으로부터 출사되어 상기 확산판(40)을 향해 나가므로 발광 다이오드 유닛(15)과 확산판(40) 사이에서 광들을 혼합시킬 필요가 없다. 따라서, 발광 다이오드 유닛(15)과 확산판(40) 사이의 거리가 짧게 구성될 수 있다.
상기 캡(10)은 원뿔형, 돔형 또는 다각뿔형으로 형성될 수 있으며, 도 4a 및 도 4b에서는 캡(10)을 원뿔형으로 구성한 예를 도시한 것이다.
한편, 발광다이오드 칩들(5a)(5b)(5c)은 베이스(7)의 중심부에는 배치되지 않고 베이스(7)의 주변부에 배치되는 것이 바람직하다. 발광 소자들을 베이스(7)의 중심부에 배치하지 않음으로써 휘점이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 휘점은 발광 소자에서 발광된 광이 균일하게 확산되지 못하여 상대적으로 밝은 휘도를 가지고 조사되어 부분적으로 밝은 점으로 보여지는 것으로 화질 저하의 한 요인이 된다. 발광 소자가 베이스의 중심부에 위치되고, 중심부에 위치된 발광 소자에서 광이 조사되면 그 대부분의 광은 상기 캡(10)의 꼭지점을 향해 입사되어 전반사 되지 않고 그대로 통과되어 나간다. 즉, 발광 소자가 캡(10)의 중심부에 대향되는 베이스의 중심부에 배치되면 그 발광 소자에서 발광되는 대부분의 광이 상기 캡(10)의 임계각보다 작은 각으로 입사되기 때문에 캡(10)을 통과해 직진하거나 굴절되어 나간다. 이에 반해, 발광 소자가 베이스(7)의 주변부에 배치되면 발광 소자에서 발광된 광의 대부분이 캡(10)의 임계각보다 큰 각도로 입사되어 내부에서 전반사 된다.
한편, 발광 소자를 단일 칩으로 구성하고, 서로 다른 파장의 광을 조사하는 발광 소자들을 교대로 배열하는 것도 가능하다. 도 5에 도시된 바와 같이 PCB 기판(30)에 제1파장의 광을 조사하는 제1발광소자(35a), 제2파장의 광을 조사하는 제2발광소자(35b) 및 제3파장의 광을 조사하는 제3발광소자(35c)를 주기적으로 배열한다. 여기서는 제1, 제2 및 제3 발광소자(35a)(35b)(35c)를 하나씩 교대로 배열한 구성을 예시하였지만, 다른 파장의 광에 비해 더 많은 광량이 필요로 되는 파장의 광이 있다면 그 파장의 광을 방출하는 칩을 연속해서 두 개 배열하는 것도 가능하다. 예를 들어, 적색 발광소자, 녹색 발광소자, 녹색 발광소자, 청색 발광소자의 순으로 배열함으로써 녹색광의 광량을 보충할 수 있다.
이와 같이 단일칩으로 구성된 발광 소자들(35a)(35b)(35c)은 PCB 기판(30) 상에 각각 전기적으로 독립적으로 구동되도록 회로가 구성된다. 그리고, 상기 발광 소자들(35a)(35b)(35c)은 제어부(37)를 통해 개별적으로 제어되어 부분적으로 다른 발광 소자들에 비해 휘도를 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 예를 들어 상기 제어부가(37)가 도 5에서 B로 표시된 영역에 있는 발광 소자들에 인가되는 전류 또는 전압의 크기를 다른 영역에 있는 발광 소자들에 인가되는 전류 또는 전압에 비해 크게 하거나 작게 조절함으로써 B 영역에 대응되는 영상의 휘도를 상대적으로 크게 하거나 작게 할 수 있다. 그럼으로써 보다 다이나믹한 영상을 제공할 수 있다.
도 6과 도 7은 각각 본 발명에 따른 디스플레이 장치를 이용하여 영상을 다이나믹하게 구현하는 방법을 설명하기 위한 흐름도 및 블록도이다. 영상 신호부(710)에서 영상 신호가 영상 보드에 입력되고(610), 영상 보드(720)에서 영상 신호를 분석하여(630) 휘도의 증감이 필요한 영상 부분이 있는지를 판단한다(650). 상기 영상 보드(720)에는 휘도의 증감을 판단하기 위한 기준값에 저장되어 있고, 이 기준값을 기준으로 휘도의 증감이 필요한 영역에 대한 정보를 추출한다. 예를 들어, 폭발 장면이나 불꽃놀이 장면과 같이 부분적으로 다른 영역에 비해 휘도가 증가되어야 하거나 밤하늘에 별이 빛나고 있는 장면과 같이 배경이 되는 밤하늘이 상대적으로 휘도가 감소되어야 하는 경우 해당 영역의 위치 정보를 제어부(730)에 전달한다(670). 상기 제어부(730)는 이러한 위치 정보에 대응하는 영역에 있는 각 발광 소자들(740)의 구동 전류 및/또는 전압을 제어하여 발광 소자들의 밝기를 조절한다(680). 이어서, 디스플레이 패널(750)은 상기 영상 신호부(710)로부터 입력된 영상 신호에 따라 상기 발광 소자들(740)에서 방출된 광을 공간 변조하여 영상을 출력한다. 이와 같이 본 발명에서는 휘도의 증감이 필요로 되는 영역에 대응되는 발광 소자들의 밝기를 각각 조절하여 현실감 있는 영상을 표현한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치는 발광 소자들을 각각 독립적으로 구동 및 제어할 수 있도록 구성되므로 부분적으로 휘도의 증감이 요구되는 영상을 구현시 발광 소자들에 공급되는 전류를 조절하여 휘도를 증감시킴으로써 단조로운 영상을 개선하여 보다 다이나믹하고 현실감 있는 영상을 제공할 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

Claims (11)

  1. 디스플레이 장치의 광원으로 사용되는 백라이트 유닛에 있어서,
    기판에 전기적으로 각각 독립적으로 배치된 발광 소자들;
    영상 신호를 분석하여 상대적으로 휘도의 증감이 요구되는 영역에 대한 위치 정보를 추출하는 영상 보드;
    상기 영상 보드로부터 입력된 위치 정보에 대응되는 영역에 있는 발광 소자들을 독립적으로 구동 및 제어하기 위한 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 발광 소자들에 인가되는 전압 및/또는 전류를 조절하여 발광 소자들의 휘도를 제어하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 발광 소자들은 적어도 두 파장 영역의 광을 방출하는 발광다이오드 칩들이 베이스 상에 패키징된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 발광 소자는 발광다이오드 칩들을 덮도록 상부에 배치되고, 인접한 외 부 매질보다 큰 굴절률을 가지는 재질로 구성되어 상기 발광다이오드 칩들로부터 방출되는 광을 전반사시키는 캡을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 캡이 원쁠형, 다각뿔형 또는 돔형으로 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 발광다이오드 칩들이 베이스의 중심부에는 배치되지 않고 주변부에 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 발광소자들에서 방출된 광을 디스플레이 패널에 균일하게 입사시키기 위한 확산판을 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  8. 기판에 전기적으로 각각 독립적으로 배치된 발광 소자들;
    영상 신호를 분석하여 상대적으로 휘도의 증감이 요구되는 영역에 대한 위치 정보를 추출하는 영상 보드;
    상기 영상 보드로부터 입력된 위치 정보에 대응되는 영역에 있는 발광 소자들을 독립적으로 구동 및 제어하기 위한 제어부;
    상기 발광 소자들에서 방출된 광을 이용하여 영상을 형성하기 위한 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 발광 소자들에 인가되는 전압 및/또는 전류를 조절하여 발광 소자들의 휘도를 제어하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 발광 소자들은 적어도 두 파장 영역의 광을 방출하는 발광다이오드 칩들이 베이스 상에 패키징된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  11. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 액정 표시 디스플레이인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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