KR20080039637A - 발광 다이오드 유닛, 이를 이용한 백라이트 유닛 및 이를구비하는 표시 장치 - Google Patents

발광 다이오드 유닛, 이를 이용한 백라이트 유닛 및 이를구비하는 표시 장치 Download PDF

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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 유닛, 이를 이용한 백라이트 유닛 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것으로, 백라이트 유닛의 광원으로 사용되는 복수의 LED를 복수의 드라이버를 이용하여 구동하되, 서로 이웃하는 LED는 서로 다른 드라이버에 의해 구동되도록 함으로써 드라이버 각각의 구동 능력 차이에 의해 서로 이웃하는 LED 중에서 하나의 LED가 특성이 저하된다고 하더라도 이웃하는 두 LED가 이를 보상할 수 있어 전체적인 명암부의 균일성을 향상시킬 수 있다.
LCD, LED, 드라이버, 균일성

Description

발광 다이오드 유닛, 이를 이용한 백라이트 유닛 및 이를 구비하는 표시 장치{LED unit, backlight unit using the same and display device having the same}
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드 유닛을 광원으로 사용하는 백라이트 유닛을 구비하는 표시 장치의 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 다이오드가 실장된 연성 인쇄 회로 기판의 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 도광판 20 : 백라이트 유닛
30 : 발광 다이오드 유닛 31 : 발광 다이오드
32 : 연성 회로 기판 33a, 33b 및 33c : 배선
70 : 액정 표시 패널 어셈블리
75 : 액정 표시 패널
본 발명은 발광 다이오드(Light Emitting Diode: 이하 "LED"라 함) 유닛, 이를 이용한 백라이트 유닛 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것으로, 특히 복수의 LED를 복수의 드라이버를 이용하여 구동하며, 서로 인접한 LED는 서로 다른 드라이버에 의해 구동되도록 함으로써 명암부의 균일성을 향상시킬 수 있는 LED 유닛, 이를 이용한 백라이트 유닛 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것이다.
근래들어 급속하게 발전하고 있는 반도체 기술을 중심으로 소형 및 경량화되면서 성능이 더욱 향상된 평판 표시 장치의 수요가 폭발적으로 늘어나고 있다.
평판 표시 장치중에서 근래에 각광받고 있는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 소형화, 경량화 및 저전력 등의 이점을 가지고 있어 기존의 브라운관(Cathode Lay Tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로서 점차 주목받아 왔고, 현재는 평판 표시 장치를 필요로 하는 소형 제품인 휴대폰 및 PDA(portable digital assistor) 등의 모바일 제품 뿐만 아니라 중대형 제품인 모니터 및 TV 등에도 장착되어 사용되는 등 디스플레이 장치가 필요한 거의 모든 정보처리 기기에 장착되어 사용되고 있다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 컬러 필터 등이 형성된 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극등이 형성된 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입하고, 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액 정 분자등의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표시하는 장치이다.
액정 표시 장치는 스스로 발광하지 못하는 수광 소자이므로 액정 표시 패널의 하부에서 액정 표시 패널에 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛을 구비하고 있다. 백라이트 유닛은 광원, 도광판, 반사 시트 및 광학 시트류 등을 포함한다. 광원으로 모바일 제품의 소형 액정 표시 장치에는 LED를 이용하며, 도광판의 측면에 대응하여 LED를 설치하고, 이를 연성 인쇄 회로 기판(flexible printed circuit board; FPC)에 실장하여 그 크기를 최대한 축소하게 된다.
한편, 근래들어 모바일 제품은 다양한 멀티미디어 기능을 제공하기 위해 UMPC(Ultra Mobile PC), PMP(Portable Multimedea Player) 등 7인치 이상의 액정 표시 패널을 이용하는 중형 이상의 제품 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 중형 표시 장치의 백라이트 유닛의 광원으로 사용되는 LED의 수 또한 증가하고 있는데, 7 인치 이상의 중형 제품에서 휘도를 향상시키기 위해 약 20개의 LED를 사용하고 있다. LED는 드라이버에 의해 구동되는데, 하나의 드라이버의 구동 가능 LED의 수량은 약 8개 정도이다. 따라서, 21개의 LED를 사용하는 액정 표시 장치에는 3개의 LED 드라이버가 필요하게 되며, 하나의 드라이버는 서로 인접하는 7개의 LED를 동시에 구동하게 된다.
그러나, 각각의 드라이버는 공정상의 수율 차이등에 의해 동일 제품이라도 구동 능력이 동일하지 않게 된다. 따라서, 각각의 드라이버에 의해 구동되는 LED의 그룹별로 명암부의 차이가 다르게 되고, 휘도의 균일도가 떨어지며, 이로 인해 화 상이 제대로 표시되지 않게 된다. 또한, LED와 드라이버의 연결 배선이 끊어지는 경우 배선이 끊긴 LED 그룹의 전체 LED가 동작하지 않을 수 있어 그 부분에 해당되는 화상이 표시되지 않게 된다.
본 발명의 목적은 복수의 LED가 복수의 드라이버에 의해 구동되며, 서로 인접한 LED는 서로 다른 드라이버에 의해 구동되도록 함으로써 명암부의 균일성을 향상시킬 수 있는 LED 유닛, 이를 이용한 백라이트 유닛 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 복수의 LED가 복수의 드라이버에 의해 구동되며, 서로 인접한 LED는 서로 다른 드라이버에 의해 구동되도록 함으로써 드라이버와 LED의 연결 배선이 끊어지는 경우에도 이웃한 LED에 의해 보상될 수 있는 LED 유닛, 이를 이용한 백라이트 유닛 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 LED 유닛은 연성 회로 기판상에 실장된 복수의 LED; 및 상기 복수의 LED를 구동시키기 위한 복수의 드라이버를 포함하며, 상기 복수의 LED중에서 서로 이웃하는 LED는 서로 다른 상기 드라이버에 의해 구동된다.
상기 LED는 측면 발광하는 LED이며, 상기 연성 회로 기판 상부에 형성된 백색막을 더 포함한다.
상기 복수의 LED와 상기 복수의 드라이버를 연결하기 위해 상기 연성 회로 기판상에 형성된 복수의 배선을 더 포함한다.
본 발명에 따른 LED 유닛을 이용한 백라이트 유닛은 연성 회로 기판상에 실장된 복수의 LED와 이를 구동시키기 위한 복수의 드라이버를 포함하며, 상기 복수의 LED중에서 서로 이웃하는 LED는 서로 다른 상기 드라이버에 의해 구동되는 LED 유닛; 및 상기 LED 유닛과 결합되는 도광판을 포함하는 백라이트 유닛.
상기 도광판 하부에 설치된 반사판; 및 상기 도광판 상부에 설치된 다수의 광학 시트를 더 포함한다.
본 발명에 따른 LED 유닛을 이용한 백라이트 유닛을 구비하는 표시 장치는 연성 회로 기판상에 실장된 복수의 LED와 이를 구동시키기 위한 복수의 드라이버를 포함하며, 상기 복수의 LED중에서 서로 이웃하는 LED는 서로 다른 상기 드라이버에 의해 구동되는 LED 유닛과, 상기 LED 유닛과 결합되는 도광판을 포함하는 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛으로부터 공급되는 광을 이용하여 영상을 표시하는 액정 표시 패널을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LED 유닛을 백라이트 유닛의 광원으로 사용하는 표시 장치의 분해 사시도이고, 도 2는 LED 유닛의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시 장치는 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛(20)과 백라이트 유닛(20)으로부터 공급된 광을 이용하여 화상을 표시하는 액정 표시 패널 어셈블리(70)를 포함한다. 또한, 이들을 고정 지지하기 위한 탑 섀시(60), 몰드 프레임(22) 및 버텀 섀시(28)를 구비한다.
액정 표시 패널 어셈블리(70)는 액정 표시 패널(75), 집적 회로 칩(integrated circuit chip)(77) 및 연성 회로 기판(flexible printed circuit board; FPC)(79)을 포함한다. 액정 표시 패널(75)은 컬러 필터 기판(71)과 박막 트랜지스터 기판(73), 그리고 이들 사이에 주입된 액정층(미도시)을 포함한다. 또한, 집적 회로 칩(77)은 박막 트랜지스터 기판(73)상에 실장되어 액정 표시 패널(75)을 제어한다.
여기서, 컬러 필터 기판(71)은 광이 통과하면서 소정의 색이 발현되는 컬러 필터가 형성된 기판이다. 또한, 컬러 필터 기판(71)의 컬러 필터가 형성되지 않은 부분에는 블랙 매트릭스가 형성된다. 그리고, 컬러 필터와 블랙 매트릭스를 포함한 컬러 필터 기판(71)의 전면에는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(indium zinc oxide: IZO) 등의 투명한 도전체로 이루어진 공통 전극이 형성된다.
박막 트랜지스터 기판(73)은 매트릭스 형태로 박막 트랜지스터와 화소 전극이 형성되어 있는 투명한 기판이다. 박막 트랜지스터들의 소오스 단자에는 데이터 라인이 연결되며, 게이트 단자에는 게이트 라인이 연결된다. 또한, 드레인 단자에 는 투명 전극으로 이루어진 화소 전극이 연결된다. 데이터 라인 및 게이트 라인은 연성 회로 기판(79)에 연결되며, 연성 회로 기판(79)으로부터 전기적인 신호가 입력되면 박막 트랜지스터의 소오스 단자와 게이트 단자에 이 전기적인 신호가 전달되고, 이중 게이트 라인을 통하여 게이트 단자에 인가되는 주사 신호에 따라 박막 트랜지스터는 턴온 또는 턴오프되어 데이터 라인을 통하여 소오스 단자에 인가되는 화상 신호가 드레인 단자로 전달 또는 차단된다.
상기한 박막 트랜지스터 기판(73)의 박막 트랜지스터를 턴온시키면 화소 전극과 컬러 필터 기판(10)의 공통 전극 사이에는 전계가 형성되고, 이로 인해 박막 트랜지스터 기판(20)과 컬러 필터 기판(10) 사이에 주입된 액정층의 배열이 변화되고, 변화된 배열에 따라 광투과도가 변경되어 원하는 화상을 얻게 된다.
연성 회로 기판(79)은 액정 표시 장치(100)를 구동하기 위한 신호인 화상 신호와 주사 신호, 그리고 이들 신호들을 적절한 시기에 인가하기 위한 복수의 타이밍 신호들을 발생시키고, 화상 신호와 주사 신호를 액정 표시 패널(75)의 게이트 라인 및 데이터 라인에 각각 인가한다.
액정 표시 패널 어셈블리(70)의 하부에는 액정 표시 패널(75)에 균일한 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛(20)이 구비되어 바텀 섀시(28)상에 수납되어 있다. 백라이트 유닛(20)은 몰드 프레임(22)에 고정되며, LED 유닛(30), LED 유닛(30)에 일측면이 결합되어 LED 유닛(30)으로부터 방출되는 광을 가이드 하여 액정 표시 패널 어셈블리(70)로 공급하는 도광판(10), 도광판(10)의 하부 전면에 위치하여 광을 반사시키는 반사 시트(26), 그리고 LED 유닛(30)으로부터의 광의 휘도 특성을 확보하여 액정 표시 패널 어셈블리(70)로 제공하기 위한 광학 시트류(24)를 구비한다.
LED 유닛(30)은 복수의 LED(31)와, 복수의 LED(31)가 실장된 연성 회로 기판(32)과, 복수의 LED(31)를 구동시키기 위한 복수의 드라이버(미도시)를 포함한다. 여기서, LED(31)는 예컨데 21개가 실장되고, 드라이버(미도시)는 예컨데 3개로 구성된다. 하나의 드라이버(미도시)에 의해 7개의 LED가 구동되는데, 인접한 LED가 동일 드라이버에 의해 구동되지 않도록 하며, 더욱 바람직하게는 서로 인접한 LED가 서로 다른 드라이버에 의해 구동되도록 한다. 예를들어 21개의 LED가 연성 회로 기판(32) 상에 실장되고, 3개의 드라이버(미도시)에 의해 구동된다면, 1, 4, 7, 10, 13, 16, 19번째 LED가 제 1 드라이버에 의해 구동되고, 2, 5, 8, 11, 14, 17, 20번째 LED가 제 2 드라이버에 의해 구동되며, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21번째 LED가 제 3 드라이버에 의해 구동된다. 이와 같이 서로 인접한 LED(31)를 서로 다른 세개의 드라이버(미도시)에 의해 구동되도록 하면, 드라이버(미도시) 각각의 구동 능력 차이에 의해 하나의 LED(31)가 특성이 저하된다고 하더라도 이웃하는 두 LED(31)가 이를 보상할 수 있어 전체적인 명암부의 균일성을 향상시킬 수 있다. 그리고, LED(31)의 출력이 차이나더라도 이를 이웃하는 LED(31)가 보상할 수 있어 전체적인 휘도 균일도가 향상된다. 또한, 하나의 드라이버(미도시)와 연결되는 배선(33a, 33b 및 33c)중 하나가 끊어져 이와 연결된 LED(31)가 발광하지 못하더라도 이웃하는 두 LED(31)가 이를 보상할 수 있어 영상을 정상적으로 표시할 수 있도록 한다.
LED(31)는 예를들어 백색광을 발광하는 LED를 사용하며, 측면 발광하는 LED 를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 백색광은 백색 LED(31) 내측에 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 발광 칩이 결합되어 백색을 발광하거나, 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 광을 발광하는 발광 칩과 이에 대응하는 형광체를 이용하여 백색을 발광할 수 있다. 그리고, 측면 발광을 위해 백색광이 출사되는 영역 이외의 영역은 차폐 영역으로 마련되는 것이 바람직하다.
연성 회로 기판(32)은 도 2에 도시된 바와 같이 일 방향으로 연장된 제 1 연장부(32a)와, 이와 수직한 방향으로 연장된 제 2 연장부(32b)를 포함한다. 제 1 연장부(32a) 상에는 복수의 LED(31)가 실장되고, 제 2 연장부(32b)는 드라이버(미도시)와 연결된다. 또한, 복수의 LED(31)중에서 서로 인접한 LED(31)가 서로 다른 드라이버에 의해 구동되도록 LED를 연결하기 위해 연성 회로 기판(32)에는 드라이버(미도시)의 수와 동일한 수의 배선(33a, 33b 및 33c)이 형성된다. 이를 위해 적어도 두층 이상의 서로 다른 층에 배선이 형성되는 것이 바람직하다. 예를들어 3개의 드라이버에 LED가 연결되도록 하기 위해 연성 회로 기판(32)에는 3개의 경로가 다른 배선이 형성되어야 하는데, 이들 배선은 서로 다른 세개의 층에 형성될 수도 있고, 한 층에 두개의 배선이 형성되고 다른 한 층에 한개의 배선이 형성될 수도 있다. 이러한 배선은 연성 회로 기판(31)의 제 1 연장부(32a) 및 제 2 연장부(32b)에 걸쳐 형성된다. 따라서, 제 1 연장부(32a)상에 실장된 LED(31)는 제 1 연장부(32a) 및 제 2 연장부(32b) 상에 형성된 배선(33a, 33b 및 33c)을 통해 드라이버(미도시)와 연결된다. 이때, 제 1 및 제 2 연장부(32a 및 32b)는 일체로 제작될 수 있고, 각기 분리 제작된 다음 결합될 수도 있다.
한편, 연성 회로 기판(32)의 LED(31)가 실장되는 제 1 연장부(32a)의 상방에 백색막(미도시)이 백색의 양면 테이프 또는 백색의 접착제를 사용하여 부착될 수 있다. 이러한 백색막(미도시)을 부착함으로써 연성 회로 기판(32) 방향으로 조사되어 굴절된 광이 황색을 띄는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 연성 회로 기판(32) 방향으로 조사된 광은 그 표면에 마련된 백색막(미도시)에 의해 반사되어 광의 색이 변화되지 않고 도광판(10)에 조사될 수 있다. 한편, 연성 회로 기판(32)에 실장된 LED(31)는 몰드 프레임(22)의 오목부(23)에 체결 고정될 수도 있고, 접착 부재에 의해 도광판(10)과 연성 회로 기판(32)이 접착되게 할 수도 있다.
도광판(10)은 다수의 LED(31)에서 발생된 선광원 형태의 광학 분포를 갖는 광을 면광원 형태의 광학 분포를 갖는 광으로 변경한다. 도광판(10)으로 쐐기 타입 플레이트 또는 평행 평판형 플레이트가 사용될 수 있다. 또한, 도광판(10)은 일반적으로 강도가 높아 쉽게 변형되거나 깨지지 않으며 투과율이 좋은 PMMA(Polymethylmethacrylate)로 형성하는 것이 바람직하다.
반사 시트(26)은 도광판(10) 하부에는 마련되어 도광판(10)의 배면을 통해 입사되는 광을 도광판(10) 쪽으로 재반사시켜 광손실을 줄인다.
다수의 광학 시트(24)는 확산 시트, 편광 시트 및 휘도 향상 시트를 포함하고, 이들이 도광판(10) 상부에 배치되어 도광판(10)에서 출사된 광의 휘도 분포를 균일하게 한다. 확산 시트는 도광판으로부터 입사된 광을 액정 패널의 정면으로 향하게 하고, 넓은 범위에서 균일한 분포를 가지도록 광을 확산시켜 액정 패널에 조사하게 한다. 이러한 확산 시트로는 양면에 소정의 광 확산용 부재가 코팅된 투명 수지로 구성된 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 편광 시트는 편광 시트로 입사되는 광들 중에서 경사지게 입사되는 광을 수직으로 출사되게 변화시키는 역할을 한다. 이는 액정 패널로 입사되는 광이 액정 패널과 수직을 이룰 때 광효율이 커지기 때문이다. 따라서, 편광 시트로부터 출사되는 광을 수직으로 변환시키기 위해 적어도 하나의 편광 시트를 액정 패널 하부에 배치시킬 수 있다. 한편, 두장의 편광 시트를 사용할 수 있는데, 제 1 편광 시트는 확산 시트의 광을 일방향으로 편광시키며, 제 2 편광 시트는 제 1 편광 시트와 수직한 방향으로 빛을 편광시킨다. 휘도 향상 시트는 자신의 투과축과 나란한 광은 투과시키고 투과축에 수직한 광은 반사시킨다. 이러한 휘도 향상 시트의 투과축은 투과 효율을 높이기 위해 편광 시트의 편광축과 방향과 동일한 것이 바람직하다.
한편, 도 1에는 도시하지 않았지만, 바텀 섀시(28)의 배면에는 전원 공급용 PCB인 인버터 보드와 신호 변환용 PCB를 설치한다. 인버터 보드는 외부 전원을 일정한 전압 레벨로 변압하여 발광 다이오드(12)에 제공하고, 신호 변환용 PCB는 연성 회로 기판(79)과 접속하여 아날로그 데이터 신호를 디지털 데이터 신호로 변환하여 액정 표시 패널(75)에 제공한다.
액정 표시 패널 에셈블리(70)상에는 연성 회로 기판(79)을 몰드 프레임(22)의 외부로 절곡시키면서 액정 표시 패널 어셈블리(70)가 바텀 섀시(28)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 탑 섀시(60)를 구비한다. 도 1에는 도시하지는 않았지만, 탑 섀시(60)의 상부와 바텀 섀시(28)의 하부에는 각각 전면 케이스 및 배면 케이스가 위치하여 이들의 결합으로 액정 표시 장치(100)를 이룬다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 백라이트 유닛의 광원으로 사용되는 복수의 LED를 복수의 드라이버를 이용하여 구동하는데, 서로 이웃하는 LED는 서로 다른 드라이버에 의해 구동되도록 함으로써 드라이버 각각의 구동 능력 차이에 의해 서로 이웃하는 LED 중에서 하나의 LED의 특성이 저하된다고 하더라도 이웃하는 두 LED가 이를 보상할 수 있어 전체적인 명암부의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 하나의 드라이버와 연결되는 배선중 하나가 끊어져 LED가 발광하지 못하더라도 이웃하는 두 LED가 이를 보상할 수 있어 영상을 정상적으로 표시할 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 연성 회로 기판상에 실장된 복수의 LED; 및
    상기 복수의 LED를 구동시키기 위한 복수의 드라이버를 포함하며,
    상기 복수의 LED중에서 서로 이웃하는 LED는 서로 다른 상기 드라이버에 의해 구동되는 LED 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 LED는 측면 발광하는 LED인 LED 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 연성 회로 기판 상부에 형성된 백색막을 더 포함하는 LED 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 LED와 상기 복수의 드라이버를 연결하기 위해 상기 연성 회로 기판상에 형성된 복수의 배선을 더 포함하는 LED 유닛.
  5. 연성 회로 기판상에 실장된 복수의 LED와 이를 구동시키기 위한 복수의 드라 이버를 포함하며, 상기 복수의 LED중에서 서로 이웃하는 LED는 서로 다른 상기 드라이버에 의해 구동되는 LED 유닛; 및
    상기 LED 유닛과 결합되는 도광판을 포함하는 백라이트 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 도광판 하부에 설치된 반사판; 및
    상기 도광판 상부에 설치된 다수의 광학 시트를 더 포함하는 백라이트 유닛.
  7. 연성 회로 기판상에 실장된 복수의 LED와 이를 구동시키기 위한 복수의 드라이버를 포함하며, 상기 복수의 LED중에서 서로 이웃하는 LED는 서로 다른 상기 드라이버에 의해 구동되는 LED 유닛과, 상기 LED 유닛과 결합되는 도광판을 포함하는 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛으로부터 공급되는 광을 이용하여 영상을 표시하는 액정 표시 패널을 포함하는 표시 장치.
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