KR20070017839A - 발광다이오드를 광원으로 하는 직하형 백라이트의 반사판구조 및 이를 이용한 백라이트 장치 - Google Patents

발광다이오드를 광원으로 하는 직하형 백라이트의 반사판구조 및 이를 이용한 백라이트 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반사판에 다양한 형상의 요철을 형성하여 발광다이오드의 광원에서 방사되는 광과 전면 매질에서 반사되는 광을 효율적으로 반사시켜, 전면의 확산판으로 확산 및 집광시킬 수 있는 직하형 발광다이오드를 광원으로 하는 백라이트 장치에 관한 것으로, 발광다이오드로 구성되는 다수개의 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 액정표시패널로 확산 및 집광시키는 확산판과, 상기 광원의 하측에 위치되어 광원으로부터 방사되는 광과 상기 확산판으로부터 다시 반사되는 일부의 광을 재반사시켜 확산판으로 입사시키기 위해 상기 광원이 배열된 사이에 사다리꼴 형상의 볼록한 요철이 형성되고, 상기 요철의 상측면에는 라운드 형상이나 'V' 형상의 홈이 형성된 반사판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구조에 의해 광의 반사 각도에 따라 반사 및 재입사되는 광의 경로를 최적화하고, 요철면과 상측의 확산판과의 간격을 줄여 광반사의 효율과 광의 입사 효율을 높일 수 있어, 백라이트 장치의 휘도 및 휘도의 균일도를 향상시킬 수 있으며, LED의 사용 수량을 절감할 수 있고, 공간을 차지하는 별도의 확산시트를 구비하지 않아 더욱 슬림화된 백라이트 장치를 제공한다.
백라이트, LED, 액정표시장치, 반사판, 휘도

Description

발광다이오드를 광원으로 하는 직하형 백라이트의 반사판 구조 및 이를 이용한 백라이트 장치{Reflect Plate of Direct type Backlight using LED and Backlight unit thereof}
도 1, 2는 형광램프를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치의 개략적인 단면도,
도 3은 발광다이오드를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치의 개략적인 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 발광다이오드를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치의 개략적인 단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 발광다이오드를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치의 개략적인 단면도,
도 6은 도 5의 실시예에 따른 발광다이오드를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치에서의 반사판의 상세 구조를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 발광다이오드를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치의 개략적인 단면도,
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 반사판 11 : 사다리꼴 형상의 요철
12 : V 형상의 요철 13 : 라운드 형상의 요철
20 : 확산판 30 : 광원(형광램프, LED 등)
본 발명은 액정표시장치의 백라이트 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발광다이오드를 이용한 점광원에서 방사되는 광과 전면 매질에서 반사되는 광을 효율적으로 반사시켜 전면의 확산판으로 확산 및 집광시킬 수 있는 직하형 발광다이오드를 이용한 백라이트의 반사판 구조 및 백라이트 장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 증가되고 있으며, 특히 액정표시장치(Liquid Crystal Display, 이하 'LCD'라 함)는 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인해 이동형 평판 표시장치 뿐만 아니라, 대면적화되고 고품질의 화상을 요구하는 노트북이나 컴퓨터 모니터, 각종 영상기기의 모니터 등에서 다양하게 사용되고 있다.
그러나 이와 같은 LCD는 그 자체에서 빛을 발하지 못하여 고품질의 화상을 실현하기 위해서는 별도의 외부 광원이 필수적으로 요구된다. 따라서 이러한 LCD의 구조는 액정표시패널 외에 상기 액정표시패널의 광원으로 백라이트 유닛을 더 포함하여 구성되어, 백라이트 유닛이 LCD 패널에 고휘도의 광원을 균일하게 공급함으로써 고품질의 화상을 구현하게 된다.
이러한 LCD 등의 평판 표시 장치에 대한 백라이트나 조명용 광원으로는 휘도가 높고 다양한 칼라 표시가 가능한 평면 램프용 소자로서 교류 구동형 PDP(Plasma Display Panel)소자나 EL(Electro Luminescence)소자, LED(Light Emitting Diode)소자, CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fuorescent Lamp) 등이 많이 사용되고 있다. 특히 수명이 길고 소비전력이 작으며 얇게 형성할 수 있는 CCFL 방식의 형광램프가 대화면의 LCD의 백라이트로 많이 사용되고 있다.
상기 CCFL 형광램프는 아르곤(Ar)이나 헬륨(He), 네온(Ne), 크세논(Xe) 등의 혼합가스나 수은(Hg) 등을 방전관 내에 채워지고 방전관의 양단에는 전극이 형성되어 있어, 전극을 통해 전압이 인가되는 경우 방전관 내의 방전가스는 플라즈마 현상에 의해 자외선을 방출하고, 이 자외선이 반응관 내면에 형성된 형광체를 여기시켜 가시광선을 LCD의 화면으로 방출하여 백라이트로서 기능을 한다.
이러한 CCFL 형광램프를 이용하는 백라이트는 형광램프를 LCD 패널의 아래쪽에 수개가 설치되어 직접 화면을 비추는 직하형(Direct-lighting)으로 구성되는 방식과, LCD 패널의 양단 하측에 설치되어 도광판, 반사판 및 각종 광시트에 의해 화면을 비추는 에지(Edge-lighting)형으로 구성되는 방식으로 구분된다. 특히 대화면의 LCD 백라이트에서 고휘도를 구현하기 위해서는 에지방식의 형광램프를 많이 사용하게 된다.
도 1과 도 2는 형광램프를 이용한 직하형 백라이트 장치의 단면도를 개략적으로 나타내었다. 도 1에 나타난 직하형 백라이트의 구조를 살펴보면, 가시광선을 발하는 수개의 형광램프(30)가 일정 간격으로 배치되고, 형광램프(30)의 저면에는 램프의 가시광선을 상측으로 반사시키기 위한 반사판(10)이 구비된다. 또한 형광램프(30)의 상측에는 램프의 가시광선을 액정표시패널(미도시)로 집광 및 확산시키기 위한 확산판(20)이 구비되어 백라이트로서의 기능을 하게 되며, 확산판(20)의 상측에 액정표시패널이 위치함으로써 액정표시장치가 완성된다.
여기서 반사판(10)은 형광램프(30)에서 램프의 후방(後方)으로 발하는 광을 전방(前方)의 확산판(20)으로 반사시킴으로써, 백라이트의 휘도를 향상시키게 된다. 이를 위해 CCFL 이나 EEFL 등(30)의 선광원에서 사용되는 반사판(10)은 일반적으로 평면구조를 이루고 있다. 또한 도 2에서와 같이 반사판(10)에 굴곡을 형성하여 형광램프(30)에서 방사되는 광과 확산판(20)에서 반사되는 광을 확산판(20)으로 반사 및 재반사시키도록 함으로써, 백라이트의 휘도를 더욱 향상시킬 수 있다.
이러한 CCFL 형광램프(30)는 현재까지도 많이 사용되고 있으나, 방전관에 봉입되는 반응가스가 수은을 주성분으로 하고 있어, 최근에는 환경에 대한 관심이 높아져 맹독성의 중금속인 수은 사용에 따른 환경오염 문제를 해결하고, 저전력으로 광을 발할 수 있는 직하형 백라이트 장치의 광원으로 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)를 이용하는 백라이트 장치가 많이 개발되고 있다. LED를 광원으로 하는 백라이트는 상기와 같은 환경오염 문제를 해결하는 외에도 다양한 색상을 구현할 수 있으며, 백라이트 유닛의 소형화가 가능하다.
그러나 도 1 및 도 2와 같은 반사판(10)의 구조는 CCFL 이나 EEFL 등(30)과 같이 가시광선을 360도 각도의 사방으로 발하는 선광원에 대해서는 광을 효율적으 로 반사시킬 수 있으나, LED와 같은 특정한 각도와 방향으로 가시광선을 발하는 점광원에 대해서는 광을 비효율적으로 반사시켜 광효율이 떨어지게 된다. 즉 LED 광원이 배치되는 위치에 따라 전체적인 확산판에서는 밝은 부분과 상대적으로 어두운 부분이 생기게 되어, 휘도와 휘도의 균일도가 나빠지게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 확산판이 위치하는 곳에서는 다수의 확산시트를 더 구비하거나, 또한 광원과의 간격을 넓혀 확산판을 배치할 수 있으나, 이 경우 백라이트의 두께가 두꺼워지는 문제점이 발생하게 된다.
따라서 LED를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치에서 광원에서 방사되는 광을 효율적으로 반사시키고 확산판에서 완전히 입사되지 않고 일부 반사되는 광을 다시 확산판으로 재반사시켜, 휘도와 휘도의 균일도를 향상시키면서 백라이트 장치를 슬림화할 수 있는 효율적인 구조의 반사판이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 반사판의 구조를 LED의 방사 특성에 맞도록 반사판을 사다리꼴이나 라운드, 다각형 등 다양한 요철 형상을 이루도록 하여, 광의 반사 각도를 조절하여 반사 및 재입사되는 광의 경로를 최적화하고 요철면과 상측의 확산판과의 간격을 줄여 광반사의 효율과 광의 집광도를 높일 수 있는 반사판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 반사판의 구조를 개선하여 휘도 및 휘도의 균일도가 우수하며, 효율적인 광특성에 의해 LED의 사용 수량을 절감할 수 있고, 소형화가 가능한 LED를 광원으로 하는 백라이트 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 발광다이오드를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치는 발광다이오드(Light Emitting Diode)로 구성되는 다수개의 광원과; 상기 광원으로부터의 광을 액정표시패널로 확산 및 집광시키는 확산판과; 상기 광원의 하측에 위치되어 광원으로부터 방사되는 광과 상기 확산판으로부터 다시 반사되는 일부의 광을 재반사시켜 확산판으로 입사시키기 위해 상기 광원이 배열된 사이에 사다리꼴 형상의 볼록한 요철이 형성된 반사판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광다이오드를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치는 상기 반사판에 구성된 사다리꼴 형상 요철의 상측면에 라운드 형상이나 'V'형상으로 홈이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광다이오드를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치는 상기 'V'형상의 홈은 수평을 기준으로 25도 내지 30도의 각도로 기울어져 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 3은 LED를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치의 개략적인 단면도를 나 타낸 것으로, CCFL 형광램프를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치에서 사용되는 반사판의 구조에 LED 광원을 적용시켰다.
도 3을 참조하면, LED 광원(30)은 전방향(全方向)으로 광을 방사하는 형광램프와는 달리 소정의 각도에서만 광을 방사하는 특징이 있다. 이 경우 형광램프(30)에서 사용되는 반사판(10)과 동일한 구조에서는 방사되는 광을 확산판(20)으로 효율적으로 반사시킬 수 없으며, 또한 확산판(20)에 완전히 입사되지 못하고 다시 반사되는 일부 광을 재반사하는 경우에도 반사 각도에 의해 그 효율성이 떨어지게 된다.
일반적으로 LED 광원(30)의 방사각은 100도 내지 120도 정도를 최대각으로 하여 광을 방출하게 된다. 이 경우 LED 광원(30)의 수직 상방향의 확산판(20)에는 수직의 방사각과 광원(30)과 확산판(20)의 좁은 간격으로 인하여 고휘도의 특성을 나타낼 수 있으나, 광원(30)과 광원(30) 사이에서의 확산판(20)에는 광원(30)으로부터 25도 내지 30도 정도의 입사각과 광원(30)과 확산판(20)의 넓은 간격으로 인하여 상대적으로 저휘도의 특성이 나타나게 된다. 이러한 현상에 의하여 LED 광원(30)이 배치되는 위치에 따라 전체적인 확산판(20)에서는 밝은 부분과 상대적으로 어두운 부분이 발생하여, 휘도와 휘도의 균일도가 나빠지게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LED를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치의 개략적인 단면도를 나타내었다.
도 4를 참조하면, LED 광원(30)이 부착되는 반사판(10)은 LED 광원(30) 사이에서 사다리꼴 형상의 요철(11)이 형성되어 있다. 이러한 요철(11)은 LED 광원(30) 이 수직을 기준으로 양방향으로 50도 내지 60도의 각으로 방사되므로 사다리꼴 형상의 빗면도 수직으로부터 50도 내지 60도의 각으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 요철(11)의 상측면과 확산판(20)과의 간격은 LED 광원(30)이 배치되는 간격에 따라 다양한 간격으로 구성될 수 있으나, 확산판(20)에서 완전히 입사되지 못하고 반사되는 일부의 광을 재반사시킬 수 있을 정도에서 최소의 간격을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 4와 같은 구조의 LED를 광원(30)으로 하는 백라이트 장치는 광원의 수직 상측의 확산판(20)에는 광원(30)의 직접적인 방사에 의해 휘도가 높게 나타나고, LED 광원(30) 사이의 확산판(20)에는 확산판에 완전히 입사되지 못하고 반사되는 일부 광을 가까운 반사판(10)의 요철(12)에 의해 재반사시켜 확산판(20)에 재입사되도록 함으로써 휘도를 높일 수 있다.
따라서 이러한 구조의 반사판(10)을 가지는 백라이트 장치는 LED 광원(30) 사이에서 낮은 휘도가 나타나는 부분을 요철(11)의 재반사에 의해 보강해줌으로써, 전체적인 확산판(20)의 휘도와 휘도의 균일도를 향상시킬 수 있는 것이다. 여기서 요철(11)의 상측면과 확산판(20)의 간격을 확산판(20)에서 반사되는 광을 재반사시킬 수 있는 최소의 간격으로 구성함으로써, 요철(11)에 의해 재반사 되는 광이 LED광원(30) 사이의 확산판(20)으로 높은 휘도로 재입사 될 수 있는 것이다.
본 발명의 실시예에 있어서, 반사판(10)에 형성된 사다리꼴 형상의 요철 상측면에 라운드나 'V' 형상의 홈(12,13)을 형성하여 광반사각을 조절함으로써, 확산판(20)으로 재입사되는 광의 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED를 광원)으로 하는 직하형 백라이트 장치의 개략적인 단면도를 나타낸 것으로, 요철의 상측면에 'V' 형상의 홈이 형성되어 있으며, 도 6은 'V' 형상의 홈이 형성된 반사판(10)의 상세 구조를 나타내었다.
도 5를 참조하면, LED 광원(30)은 형광램프와는 달리 특정한 각도로 광을 방사하게 되며, 약 100도 내지 120도의 최대 방사각을 이루게 된다. 이러한 방사각의 특성에 따라 반사판(10)의 요철(11)면에는 소정의 각을 가지는 'V' 형상의 홈(12)을 형성하여, 확산판(20)에서 반사되는 광을 수직 상방을 향해 재반사하여 확산판(20)으로 재입사시키도록 한다.
도 6을 참조하여 더욱 상세히 설명하면, 일반적으로 LED 광원(30)에서 방사되는 광은 확산판(20)에 100% 입사되지 못하고 일부는 확산판(20)에 의해 반사되게 되며, 반사되는 각은 광특성상 입사각과 동일한 반사각을 이루게 된다. 따라서 본 발명의 실시예에 있어서, 최초의 LED 광원(30)에서 일측으로 방사되는 최대 방사각이 수직으로부터 50도 내지 60도 정도의 각도(θ1)로 방사되므로, 이에 따라 'V' 형상(12)은 수평으로부터 25도 내지는 30도 정도의 각도(θ2)로 경사를 이루도록 함으로써, 확산판(20)으로부터의 반사광을 수직 상방으로 효율적으로 재반사시켜 확산판(20)으로 재입사시킬 수 있는 것이다. 'V' 형상(12)의 요철을 25도 내지 30도의 각도로 하는 경우 입사각(θi)과 반사각(θr)이 동일한 광의 특성에 의해 확산판(20)으로 재입사되는 광은 수직에 가깝게 입사하여 휘도를 높이게 된다. 그러나 이 러한 요철의 형상(12)은 LED 광원(30)의 방사 특성에 따라 적절하게 변형될 수 있는 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드를 이용한 직하형 백라이트 장치의 개략적인 단면도를 나타낸 것으로, 요철(11)의 상측면에 라운드 형상의 홈(13)이 형성되어 있다. 홈이 라운드 형상(13)을 이루는 경우 확산판(20)에서 반사되어 나오는 다양한 방사 각도에 대해서도 확산판(20)으로 재반사할 수 있으므로, 다양한 방사각을 가지는 LED 광원(30)에 대해 적용될 수 있는 것이다.
또한 반사판에 위치되는 LED 광원(30)의 간격이나 요철(11)의 폭에 따라 라운드 형상(13)이나 'V' 형상(12)의 홈을 다수개 형성하여 확산판(20)에서 반사되는 광을 확산판(20)으로 효율적으로 재반사하여 입사되도록 구성할 수 있다.
이상에서 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상이 허용되는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변경되어 실시될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 발광다이오드를 광원으로 하는 직하형 백라이트 장치는 반사판이 LED의 방사 특성에 맞도록 사다리꼴이나 라운드, 다각형 등 다양한 요철 형상을 가지도록 구성되어, 광의 반사 각도에 따라 반사 및 재입사되는 광의 경로를 최적화하고, 요철면과 상측의 확산판과의 간격을 줄여 광반사의 효율과 광의 입사 효율을 높일 수 있어, 백라이트 장치의 휘도 및 휘도의 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한 반사판에 의한 효율적인 광 반사로 LED의 사용 수량을 절감할 수 있고, 공간을 차지하는 별도의 확산시트를 구비하지 않아 백라이트 장치를 슬림화 할 수 있다.

Claims (5)

  1. 직하형(Direct-lighting) 백라이트 장치에 있어서,
    발광다이오드(Light Emitting Diode)로 구성되는 다수개의 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 액정표시패널로 확산 및 집광시키는 확산판;
    상기 광원의 하측에 위치되어 광원으로부터 방사되는 광과 상기 확산판으로부터 일부 반사되는 광을 재반사시켜 확산판으로 입사시키기 위해 상기 광원이 배열된 사이에서 사다리꼴 형상의 볼록한 요철이 형성된 반사판; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 사다리꼴 형상의 요철 상측면에 라운드 형상의 홈이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 사다리꼴 형상의 요철 상측면에 'V'형상의 홈이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 'V'형상으로 홈은 수평을 기준으로 25도 내지 30도의 각도로 기울어져 형성되는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 라운드 형상 혹은 상기 'V'형상의 홈은 상 기 사다리꼴 형상 요철의 상측면에 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트 장치.
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