KR20070003119A - 백 라이트 유닛 및 이를 구비하는 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

백 라이트 유닛 및 이를 구비하는 액정표시장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 백 라이트 유닛은, 다수의 램프, 다수의 램프로부터 조사된 광의 하방 누설광을 반사하는 반사판 및 램프의 상부에 위치되며 램프로부터 조사된 광과 반사판에 의해 반사된 광을 집광하는 프레넬 렌즈 어레이 시트(Fresenel lens array sheet)를 포함한다.
백 라이트 유닛, 프레넬 렌즈, 액정표시장치, 집광 효율, 슬림화

Description

백 라이트 유닛 및 이를 구비하는 액정표시장치{Back light unit and liquid crystal display comprising the same}
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예에 따른 백 라이트 유닛을 나타낸 단면도이다.
도 2a는 도 1a 및 도 1b에 구비된 프레넬 렌즈 어레이 시트를 나타낸 상면도이고, 도 2b는 프레넬 렌즈의 구성 및 동작 원리를 설명하기 위한 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 백 라이트 유닛이 구비된 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110 : 램프 120 : 반사판
130 : 확산 시트 140 : 프레넬 렌즈 어레이 시트
150 : 도광판
본 발명은 백 라이트 유닛 및 이를 구비하는 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 집광 효율이 향상된 백 라이트 유닛과 이를 구비하는 액정표시장 치에 관한 것이다.
근래들어 액정표시장치가 디스플레이 수단으로 각광받고 있다.
액정표시장치는 패널의 내부에 주입된 액정의 전기적, 광학적 성질을 이용하여 디스플레이 기능을 수행하는데, 소형, 경량 및 저소비 전력 등의 장점에 의해 컴퓨터 모니터나 이동 통신 단말기 등의 다양한 분야에 폭넓게 응용되고 있는 추세이다.
이러한 액정표시장치는 구동방식의 차이에 따라, 스위칭 소자 및 TN(Twisted Nematic) 액정을 이용한 액티브 매트릭스(Active matrix) 표시방식과 STN(Super-Twisted Nematic) 액정을 이용한 패시브 매트릭스(passive matrix) 표시방식으로 크게 구분할 수 있다.
상기 두 표시방식의 가장 큰 차이점은, 액티브 매트릭스 표시방식이 박막 트랜지스터(TFT)를 스위치로 이용하여 LCD를 구동하는 방식인데 반해, 패시브 매트릭스 표시방식은 트랜지스터를 사용하지 않기 때문에 이와 관련한 복잡한 회로를 필요로 하지 않는다는 것이다. 그러나 화질과 관련된 기술상 우위에 있는 액티브 매트릭스 표시방식의 액정표시장치가 널리 사용되고 있다.
액정표시장치는 수광형(受光形) 디스플레이 장치이기 때문에, 백 라이트 유닛(Back Light Unit; BLU)과 같은 별도의 광원(光源)이 반드시 필요하며, 이에 따라 자체 발광 디스플레이 장치들에 비해 휘도면에 있어 상대적인 단점이 존재한다. 따라서, 액정표시장치의 휘도 향상을 위한 많은 연구가 진행되고 있으나, 소모 전력의 절감 및 모듈의 경박단소(輕薄短小)화 라는 기술적 과제와 맞물려 뾰족한 대 책이 강구되지 못하고 있는 실정이다.
백 라이트 유닛은 도광판의 유무에 따라 크게 무도광판 타입과 유도광판 타입으로 구별될 수 있으며, 도광판의 존재 여부와는 별개로 램프, 광학 시트 및 반사판 등과 같은 다수의 구성요소들을 포함하여 구성된다. 여기서 광학 시트는 확산 시트 및/또는 프리즘 시트 등으로 구성된다.
그런데, 특히 이 가운데 집광판의 기능을 수행하는 프리즘 시트의 집광 효율이 크게 좋지 않아, 이로 인해 전체 백 라이트 유닛의 휘도가 낮아지게 된다는 문제점이 있다.
따라서, 프리즘 시트를 대체할 수 있는 높은 집광 효율의 광학 시트를 구비함으로써 전체 액정표시장치의 휘도를 향상시킬 수 있도록 하는, 개선된 백 라이트 유닛이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 집광 효율이 향상된 백 라이트 유닛과 이를 구비하는 액정표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 백 라이트 유닛은, 다수의 램프, 다수의 램프로부터 조사된 광의 하방 누설광을 반사하는 반사판 및 램프의 상부에 위치되며 램프로부터 조사된 광과 반사판에 의해 반사된 광을 집광하는 프레넬 렌즈 어레이 시트(Fresenel lens array sheet)를 포함한다.
이때, 프레넬 렌즈 어레이 시트의 하부에 구비되며 램프로부터 조사된 광과 반사판에 의해 반사된 광을 확산시켜 프레넬 렌즈 어레이 시트로 입사시키기 위한 확산 시트(diffuser sheet)가 추가로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 백 라이트 유닛은, 램프, 램프로부터 조사된 광의 하방 누설광을 반사하는 반사판, 램프로부터 조사된 광과 반사판에 의해 반사된 광을 입사받아 상방향으로 가이드(guide)하는 도광판(light guide panel) 및 도광판의 상부에 위치되며 도광판에 의해 상방향으로 가이드 된 광을 집광하는 프레넬 렌즈 어레이 시트를 포함한다.
이때, 프레넬 렌즈 어레이 시트의 하부에 구비되며 도광판에 의해 상방향으로 가이드 된 광을 확산시켜 프레넬 렌즈 어레이 시트로 입사시키기 위한 확산 시트가 추가로 구비될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하 게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예와 다른 실시예에 따른 백 라이트 유닛을 나타낸 단면도로써, 도 1a에는 무도광판 타입의 직하형 백 라이트 유닛을 나타내었고, 도 1b에는 유도광판 타입의 에지(edge)형 백 라이트 유닛을 나타내었다. 따라서, 도 1a와 도 1b는 도광판의 존재 여부에 있어서 상이할 뿐 그밖의 구성요소들의 기능과 동작은 거의 유사하므로, 동일한 도면 부호를 이용하여 일괄적으로 설명하도록 한다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 백 라이트 유닛은, 램프(110), 반사판(120), 확산 시트(130) 및 프레넬 렌즈 어레이 시트 등을 포함하여 구성된다.
램프(110)는 광원(光源)으로서의 기능을 담당하며, 액정표시패널(도시되지 않음)에 광을 인가하는 기능을 수행한다. 이때, 도 1a에 도시된 바와 같은 직하형 백 라이트 유닛의 경우에는 램프(110)가 액정표시패널로 직접 광을 조사하나, 도 1b에 도시된 바와 같은 에지형 백 라이트 유닛 등의 경우, 램프(110)는 도광판(150)을 통해 액정표시패널로 광을 조사할 수 있다.
여기서 도광판(150)은, 측면의 램프(110)로부터 입사(入射)되는 광을 상부의 액정표시패널 방향으로 가이드(guide) 하는 기능을 수행하는데, 도 1b와 같이 도광 판(150)의 일측에만 램프(110)가 구비될 수도 있으나 도광판(150)의 양측에 램프(110)가 구비될 수도 있으며, 평판형의 도광판 이외에 쐐기형(wedge type)의 도광판 등이 사용될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 백 라이트 유닛에 적용 가능한 램프(110)의 종류로는 냉음극 형광램프(CCFL), 외부 전극 형광램프(EEFL) 및 LED 램프 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
반사판(120)은 램프(110)로부터 조사된 광 가운데 하방으로 누설되는 광을 상방향으로 반사시킴으로써 광의 효율을 증가시키는 기능을 수행한다.
직하형의 경우 램프(110)의 상부, 또는 에지형의 경우 도광판(150)의 상부에는 프레넬 렌즈 어레이 시트(140)가 구비된다. 프레넬 렌즈 어레이 시트(140)는 하방으로부터 입사되는 광을, 볼록 렌즈와 같은 기능을 통해 집광(集光)시킴으로써, 상방의 액정표시패널로 인가되는 광의 휘도를 최대화 시키는 기능을 수행한다. 하지만, 볼록 렌즈와 달리 프레넬 렌즈는 거의 평면 수준의 시트에 구현 가능하여, 전체 백 라이트 유닛의 부피를 감소시킬 수 있게 되는 등의 장점이 있다.
프레넬 렌즈 및 프레넬 렌즈 어레이 시트(140)에 대한 상세한 설명은 별도의 도면을 통해 보다 상세히 하도록 하겠다.
프레넬 렌즈 어레이 시트(140)의 하부에는, 램프(110)로부터 조사된 광을 확산시킴으로써 광의 상방향 휘도를 향상시키기 위한 확산 시트(130)가 추가로 구비될 수 있다.
도 2a는 도 1a 및 도 1b에 구비된 프레넬 렌즈 어레이 시트를 나타낸 상면도 이고, 도 2b는 프레넬 렌즈의 구성 및 동작 원리를 설명하기 위한 설명도이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 백 라이트 유닛에 구비되는 프레넬 렌즈 어레이 시트(140)는, 평판형의 시트에 형성된 매트릭스 형태로 배열된 다수의 프레넬 렌즈(145) 등에 의해 구성된다.
도 2b를 참조하여, 프레넬 렌즈(145)의 동작 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.
우선, 대표적인 집광 렌즈인 볼록 렌즈를 (a)에 나타내었다. 이때, 볼록 렌즈는 중심부가 두껍게 형성됨으로써 상대적으로 많은 부피를 차지할 수 밖에 없는데, (a)에 도시된 바와 같이, 이 가운데 많은 부분(A)이 집광에 있어 별다른 기능을 수행하지 않는 부분임을 알 수 있다.
따라서, (b)와 같은 프레넬 렌즈는, 볼록 렌즈에 있어 집광에 필수적이지 않은 부분들을 제거하고 집적함으로써, 볼록 렌즈에 비해 훨씬 적은 부피와 무게에 의해 볼록 렌즈와 거의 동일한 수준의 집광 기능을 수행할 수 있도록 구성된다.
이에 따라, 프레넬 렌즈 어레이 시트(140)는 거의 평판 수준의 적은 부피에 의해 볼록 렌즈 수준의 집광 효율을 나타냄으로써 액정표시패널로 인가되는 광의 휘도를 크게 증가시킬 수 있게 되는 것이다.
아울러, 프레넬 렌즈 어레이 시트(140)가, 광의 휘도를 증가시키기 위해 통상의 백 라이트 유닛에 구비되던 비교적 고가(高價)의 프리즘 시트와 같은 광학 시트들을 대체할 수 있게 됨으로써, 백 라이트 유닛의 제조 비용 절감 등의 부가적인 효과도 얻을 수 있게 되었다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 백 라이트 유닛이 구비된 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 백 라이트 유닛이 구비된 액정표시장치는, 크게 박막 트랜지스터(TFT) 기판(310), 컬러 필터 기판(320) 등으로 구성된 액정표시패널과, 램프(330), 반사판(340), 프레넬 렌즈 어레이 시트(350) 및 몰드 프레임(360) 등으로 이루어진 백 라이트 유닛, 그리고, 샤시(370) 등을 포함하여 구성된다.
각각의 구성요소들에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 액정표시패널은 박막 트랜지스터 기판(310)과 컬러 필터 기판(320), 그리고 도시되지 않았지만, 그 사이에 충진된 액정(liquid crystal) 및 게이트 구동 회로, 데이터 구동 회로 등으로 구성된다.
일반적으로, 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 기판(310)에 대향하는 대향 기판(320)에는 공통 전극과 컬러 필터가 형성되며, 두 기판 사이에 액정이 봉입됨으로써 액정표시패널이 구성된다.
자세히 도시되지는 않았지만, 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극, 액티브층 및 오믹 접촉층 등으로 구성되며, 드레인 전극이 화소 전극과 연결되어 단위 화소를 이룬다. 그리고, 이러한 구조를 갖는 박막 트랜지스터는 게이트 라인을 통해 게이트 전극에 게이트 신호가 인가되면 데이터 라인에 인가된 데이터 신호가 오믹 접촉층 및 액티브층을 통해 소스 전극에서 드레인 전극으로 전달됨으로써 동작한다.
즉, 소스 전극에 데이터 신호가 인가되면 소스 전극과 연결된 화소 전극에 이와 대응되는 전압이 인가되는데, 이로 인해 화소 전극과 공통 전극 사이에 전압차가 발생한다. 그리고, 화소 전극과 공통 전극의 전압 차이로 인해 그 사에에 게재되어 있는 액정의 분자 배열이 변화되며, 액정의 분자 배열의 변화로 인해 화소의 광 투과량이 변하게 되어 각각의 화소별로 인가된 데이터 신호의 차에 따라 화소의 색상 차이가 발생된다. 이와 같은 색상의 차이를 이용하여 액정표시장치의 화면을 컨트롤 할 수 있게 된다.
다음, 백 라이트 유닛은 램프(330), 반사판(340), 프레넬 렌즈 어레이 시트(350) 및 몰드 프레임(360) 등을 포함하여 구성된다.
프레넬 렌즈 어레이 시트(350)는 램프(330)로부터 조사된 광을 최종적으로 집광시켜 액정표시패널에 입사되는 광의 휘도를 최대한 증가시키는 기능을 수행한다.
여기서, 프레넬 렌즈 어레이 시트(350)의 하부에는, 프레넬 렌즈 어레이 시트(350)로 입사되는 광의 휘도를 1차적으로 향상시키기 위한 확산 시트 등의 광학 시트가 추가로 구비될 수 있다.
몰드 프레임(360)은 백 라이트 유닛을 구성하는 각각의 구성 요소들을 결합/고정하는 기능을 수행한다.
몰드 프레임(360)은 열가소성 수지와 같은 플라스틱 등의 재료를 녹여 주형(mold)에 넣고 이를 응고시키는 주조(casting), 예를 들면 사출 성형법(injection molding) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
이때, 도 3에서는 무도광판 타입의 직하형 백 라이트 유닛이 구비된 액정표시장치만을 나타내었으나, 본 발명이 이에 한정되지 아니함은 전술한 바 있다.
몰드 프레임(360)과 샤시(370)의 결합에 의해 액정표시장치의 외형이 형성된다. 여기서 몰드 프레임(360)과 샤시(370) 사이의 체결을 위해 이루어지는 결합 방식으로는 후크 결합, 나사 결합 등의 공지된 모든 대응 결합 방식이 적용 가능할 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 백 라이트 유닛 및 이를 구비하는 액정표시장치에 따르면 프레넬 렌즈 어레이 시트를 이용함으로써 백 라이트 유닛과 액정표시장치의 휘도를 향상시킬 수 있게 되었다.
아울러, 거의 평판 수준의 부피를 갖는 프레넬 렌즈를 채용함으로써 백 라이트 유닛과 액정표시장치의 무게 및 부피를 크게 감소시킬 수 있게 되었다는 장점이 있다. 또한, 프리즘 시트 등의 광학 시트에 비해 상대적으로 저렴한 프레넬 렌즈 어레이 시트를 이용하게 됨으로써, 결국, 액정표시장치의 제조 비용을 절감할 수 있게 되었다는 등의 부가적인 장점도 있다.

Claims (8)

  1. 다수의 램프;
    상기 다수의 램프로부터 조사(照射)된 광(光)의 하방 누설광을 반사하는 반사판; 및
    상기 램프의 상부에 위치되며, 상기 램프로부터 조사된 광과 상기 반사판에 의해 반사된 광을 상방향으로 집광(集光)하는 프레넬 렌즈 어레이 시트(Fresenel lens array sheet)를 포함하는 백 라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈 어레이 시트의 하부에 구비되며, 상기 램프로부터 조사된 광과 상기 반사판에 의해 반사된 광을 확산시켜 상기 프레넬 렌즈 어레이 시트로 입사시키기 위한 확산 시트(diffuser sheet)를 더 포함하는 백 라이트 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈 어레이 시트는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 프레넬 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  4. 램프;
    상기 램프로부터 조사된 광의 하방 누설광을 반사하는 반사판;
    상기 램프로부터 조사된 광과 상기 반사판에 의해 반사된 광을 입사받아 상방향으로 가이드(guide)하는 도광판(light guide panel); 및
    상기 도광판의 상부에 위치되며, 상기 도광판에 의해 상방향으로 가이드 된 광을 집광하는 프레넬 렌즈 어레이 시트를 포함하는 백 라이트 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈 어레이 시트의 하부에 구비되며, 상기 도광판에 의해 상방향으로 가이드 된 광을 확산시켜 상기 프레넬 렌즈 어레이 시트로 입사시키기 위한 확산 시트(diffuser sheet)를 더 포함하는 백 라이트 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈 어레이 시트는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 프레넬 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도광판은 에지형 또는 쐐기형인 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 백 라이트 유닛을 구비하는 액정표시장치.
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CN115327818A (zh) * 2022-08-31 2022-11-11 义乌清越光电技术研究院有限公司 一种背光模组、背光模组的制备方法及显示装置

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