KR20080100870A - 면 광원 장치 및 이를 구비하는 ｌｃｄ 백라이트 유닛 - Google Patents

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KR20080100870A
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Abstract

본 발명은 면 광원 장치 및 이를 구비하는 LCD 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 본 발명의 일 측면은 기판 상에 복수의 발광소자들이 행과 열로 배열된 발광소자 매트릭스를 갖는 면 광원 장치에 있어서, 상기 발광소자 매트릭스는 복수의 발광소자들이 행과 열로 배열된 제1 매트릭스, 및 상기 제1 매트릭스에 포함된 서로 인접한 4개의 발광소자가 이루는 사각형 내부에 각 발광소자가 위치하도록 복수의 발광소자들이 행과 열로 배열된 제2 매트릭스를 포함하되, 상기 발광소자 매트릭스에 포함된 발광소자에서 가장 인접한 다른 발광소자까지의 거리(S)는 상기 발광소자의 광 방출면으로부터 광학 길이(ℓ)만큼 떨어진 위치에서의 휘도 분포가 균일하도록 다음의 식을 만족하며,
Figure 112007035592779-PAT00001
,
여기서, -π/18 ≤ α ≤ π/18이고, θ는 상기 발광소자의 지향각인 것을 특징으로 하는 면 광원 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 복수의 발광소자의 배치 구조 및 간격을 최적화하여 발광소자의 수를 줄이면서 고효율의 면 광원 장치 및 이를 구비하는 LCD 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
면 광원, 면조명, 지향각, 배열, 배치

Description

면 광원 장치 및 이를 구비하는 ＬＣＤ 백라이트 유닛{PLANE LIGHT SOURCE AND LCD BACKLIGHT UNIT COMPRISING THE SAME}
도 1은 종래 기술에 따른 면 광원 장치에서 발광소자 배열 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 면 광원 장치의 발광소자 배열구조를 나타내는 개략도이다.
도 3은 발광소자에서 광의 발산각에 따른 상대 강도를 도시한 것이다.
도 4는 발광소자로부터 광학 길이만큼 떨어진 거리에서 발광소자로부터의 거리에 따른 휘도를 설명하기 위한 것이다.
도 5는 광 방출 각도 및 발광소자에서의 수평 거리에 따른 확산시트에서의 광속 및 휘도의 변화를 나타낸 것이다.
도 6은 거리 S 만큼 떨어진 인접한 두 발광소자의 휘도 분포를 함께 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 LCD 백라이트 유닛(300)을 도시한 분해 측면도이다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명의 일 실시 형태의 면 광원 장치와 종래 기술에 따른 면 광원 장치의 휘도의 균일도를 비교하기 위해 발광소자의 배치구조 및 휘도 분포를 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
201 : 기판 202 : 발광소자
1 : 면 광원 장치 310 : LCD 패널
312 : 보호 시트 314: 집광 시트
316 : 확산 시트
본 발명은 면 광원 장치 및 이를 구비하는 LCD 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 더 상세하게는 복수의 발광소자의 배치 구조 및 간격을 최적화하여 발광소자의 수를 줄이면서 고효율의 면 광원 장치 및 이를 구비하는 LCD 백라이트 유닛에 관한 것이다.
종래의 LCD의 백라이트의 광원으로 사용된 냉음극 형광 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL)은 수은 가스를 사용하므로 환경 오염을 유발할 수 있고, 응답속도가 느리며, 색 재현성이 낮을 뿐만 아니라 LCD 패널의 경박단소화에 적절하지 못한 단점을 가졌다.
이에 비해 LED들은 친환경적이며, 응답속도가 수 나노 초로 고속 응답이 가 능하여 비디오 신호 스트림에 효과적이고, 임펄시브(Impulsive) 구동이 가능하며, 색재현성이 100% 이상이고 적색, 녹색, 청색 LED의 광량을 조정하여 휘도, 색온도 등을 임의로 변경할 수 있을 뿐만 아니라, LCD 패널의 경박단소화에 적합한 장점들을 가지므로, 최근 LCD 패널 등의 백라이트용 광원으로 적극적으로 채용되고 있는 실정이다.
이와 같이 LED를 채용한 LCD 백라이트는, 광원의 위치에 따라 에지형 백라이트와 직하형 백라이트로 구분할 수 있다. 에지형 백라이트는 가로 길이가 긴 바형태의 광원이 측면에 위치하여 도광판을 이용하여 LCD 패널의 전면으로 빛을 조사하는 방식을 채택한 것이며, 직하형은 LCD 패널의 하부에 위치하며 LCD 패널과 거의 동일한 면적을 갖는 면 광원으로부터 직접 LCD 패널의 전면으로 빛을 조사하는 방식을 채택한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 면 광원 장치에서 발광소자 배열 구조를 설명하기 위한 것이다.
종래의 직하 형 LCD 패널에 사용되는 면 광원 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(101) 상에 복수의 LED(102)가 행과 열로 배열된 구조이다. 이 경우, 상기 복수의 LED(102)는 인접한 4개의 LED(102)가 직사각형을 이루도록 배열된 구조로 이해될 수 있다.
이러한 배열 구조는 동일한 발광 면적을 커버하기 위해 사용되는 LED의 수가 필요 이상으로 많이 필요한 문제가 있다.
나아가, 상기 LED(102)와 인접한 영역과 멀리 떨어진 영역, 구체적으로는, 상기 4개의 LED(102)가 이루는 직사각형에서 정 가운데 영역과는 밝기 차이가 크게 날 수 있는 점도 문제점으로 지적할 수 있다. 즉, 많은 수의 LED(102)가 배열되는 경우에는 밝기의 균일성에 큰 문제가 없으나, 상기와 같이 효율성을 도모하기 위해 LED의 수를 줄이는 경우에는 인접한 LED 간의 거리가 멀어져 밝기 분포의 변화를 가져올 수 있다.
따라서, LCD 패널 등에 사용되는 면 광원 장치와 관련하여, 면 광원 장치에 사용되는 발광소자의 수를 줄여 장치의 효율성을 제고하며, 밝기의 차이가 크지 않은, 즉, 휘도의 균일도를 확보할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 복수의 발광소자의 배치 구조 및 간격을 최적화하여 발광소자의 수를 줄이면서 고효율의 면 광원 장치 및 이를 구비하는 LCD 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 측면은,
기판 상에 복수의 발광소자들이 행과 열로 배열된 발광소자 매트릭스를 갖는 면 광원 장치에 있어서, 상기 발광소자 매트릭스는 복수의 발광소자들이 행과 열로 배열된 제1 매트릭스, 및 상기 제1 매트릭스에 포함된 서로 인접한 4개의 발광소자 가 이루는 사각형 내부에 각 발광소자가 위치하도록 복수의 발광소자들이 행과 열로 배열된 제2 매트릭스를 포함하되, 상기 발광소자 매트릭스에 포함된 발광소자에서 가장 인접한 다른 발광소자까지의 거리(S)는 상기 발광소자의 광 방출면으로부터 광학 길이(ℓ)만큼 떨어진 위치에서의 휘도 분포가 균일하도록 다음의 식을 만족하며,
Figure 112007035592779-PAT00002
,
여기서, -π/18 ≤ α ≤ π/18이고, θ는 상기 발광소자의 지향각인 것을 특징으로 하는 면 광원 장치를 제공한다.
추가적으로, 입사된 광을 고르게 확산시키기 위해, 상기 발광소자의 광방출 경로 상에 배치된 확산시트를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 확산시트는 상기 발광소자의 광 방출면으로부터 상기 광학 길이만큼(ℓ) 이격 되어 배치되는 것이 바람직하다.
휘도 균일성 확보 측면에서, 상기 제2 매트릭스에 포함된 발광소자는 상기 사각형 내부의 정 가운데 위치하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 발광소자는 백색광을 발광하는 것일 수 있다.
한편, 상기 발광소자 매트릭스에 포함된 발광소자에서 가장 인접한 발광소자까지의 거리(S)는 모두 상기 식을 만족하는 것이 바람직하다.
상기 수식에서, 상기 θ는 110° ≤ θ ≤ 130°의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 상기 α는 -π/90 ≤ α ≤ π/90의 범위인 것이 바람직하다.
상기 발광소자는 LED인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면은,
LCD 패널의 후면에 부착된 LCD 백라이트 유닛에 있어서, 상기 면 광원 장치와, 상기 면 광원 장치의 LCD 패널 측에 구비되고, 상기 면 광원 장치로부터 입사된 광을 균일하게 확산시키는 확산시트 및 상기 확산시트의 LCD 패널 측에 구비되고, 상기 확산시트로부터 확산된 광을 상기 LCD 패널 평면에 수직한 방향으로 집광하는 적어도 하나의 집광시트를 포함하는 LCD 백라이트 유닛을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 면 광원 장치의 발광소자 배열구조를 나타내는 개략도이다.
본 실시 형태에 따른 면 광원 장치(200)는 기판(201) 상에 배열된 복수의 발광소자(202)를 갖추어 구성된다.
상기 발광소자(202)들의 배열 구조는 행과 열로 배열된 매트릭스로서 각각의 행과 열이 지그재그 형태를 갖는다. 이는, 복수의 발광소자가 일직선상에 행과 열로 배열된 제1 매트릭스의 내부에 동일한 형태의 제2 매트릭스가 배치된 구조로서 상기 제1 매트릭스에 포함된 인접한 4개의 발광소자가 이루는 사각형의 내부에 상기 제2 매트릭스의 각 발광소자가 위치하는 것으로 이해될 수 있다.
다만, 면 광원 장치에 있어서 휘도의 균일성 및 광효율을 보다 향상시키기 위해 필요에 따라서는, 상기 제1 및 제2 매트릭스는 그 배치 구조 및 간격을 서로 다르게 할 수도 있다.
이와 같이, 발광소자들로 구성된 행과 열을 일직선상에 배치하지 않고, 지그재그로 배치함에 따라, 동일한 발광 면적에 대하여 약 15% ~ 25% 정도 발광소자의 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 발광소자(202)는 특별히 제한적으로 선택될 것은 아니나, 일반적으로 LED가 사용될 수 있으며, 나아가, 광원 장치로 널리 사용되기 위해 백색광을 발광할 수 있는 소자가 채용됨이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 상기와 같은 복수의 발광소자 배치 방법 외에, 상기 면 광원 장치(200)에서 인접한 발광소자(202) 간의 거리(S1, S2)는 상기 면 광원 장치(200)의 휘도 균일도를 확보하기 위하여 최적화된다. 이 경우, 어느 발광소 자(202)를 기준으로 가장 인접한 발광소자까지의 거리 S는 다음과 같은 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112007035592779-PAT00003
상기 수학식 1에서, ℓ은 광학 길이로서 상기 발광소자(202)의 광 방출면으로부터 수직방향으로 광이 진행한 거리로 이해될 수 있다. 이 경우, 상기 광학 길이(ℓ)에 해당하는 위치에는 확산시트(미도시)가 배치되어 광 확산기능을 수행할 수 있다. 또한, 상기 수학식 1에서, 여기서, -π/18 ≤ α ≤ π/18이고, θ는 상기 발광소자의 지향각을 나타낸다.
상기 수학식 1은 면 광원 장치(200)의 휘도를 균일하게 하기 위해 도출된 것으로서, 이하 그 원리를 설명한다.
우선, 도 3을 참조하여, 본 명세서에서 사용되는 지향각의 의미를 설명한다. 도 3은 발광소자에서 광의 발산각에 따른 상대 강도를 도시한 것이다. 여기서, 광의 강도는 광의 입사 면적에 관계없이 광속(Intensity) 자체를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 발광소자(202)의 광 방출면을 통해 외부로 나온 광은 광 방출면에 대하여 0 ~ 180°의 각을 가지고 퍼져나간다. 이 경우, 광 방출 면에 대하여 수직 상 방향에서 광의 강도(I0)가 가장 크며, 다른 특정 각도에서는 최대 광 강도(I0)의 절반의 강도를 갖게 됨을 알 수 있다. 이때, 최대 광 강도(I0)의 절반의 강도를 갖는 각도의 범위가 지향각이 되며, 도 3의 경우에는 지향각이 θ가 된다.
지향각은 발광소자(202) 자체의 구조적 특징에 의해 좌우되나, 일반적인 구조의 발광소자에서는 약 110 ~ 130°범위가 될 수 있다. 다만, 지향각이 이러한 범위에 있지 않은 경우에도 본 발명의 수학식 1 조건을 충족시키는 것에는 문제가 없다.
이어서, 도 4는 발광소자로부터 광학 길이(ℓ)만큼 떨어진 거리에서 발광소자로부터의 거리에 따른 휘도를 설명하기 위한 것으로, 도 3의 경우가 대칭 구조인 점을 고려하여 지향각의 절반의 범위만을 나타낸 것이다.
상기 발광소자(202)에서 방출된 광은 상술한 바와 같이, 여러 방향으로 퍼져나가며, 도 4에는 여러 방출 광 중에서 수직 상방으로 방출된 광과 수직 상방에 대하여 θ/2의 각도로 방출된 광이 상기 발광소자(202)로부터 광학 길이(ℓ)만큼 떨어진 확산시트(미도시)에 도달한 것이 도시되어 있다.
본 실시 형태에서, 도 3에서 살펴본 광의 강도는 상술한 바와 같이, 광의 입사 면적이 고려되지 않은 것이며, 실질적으로 광의 세기를 표현하기 위해 광속을 광의 입사 면적으로 나눈 값을 휘도로 사용하기로 한다.
우선, 수직 상방으로 방출된 광은 광학 길이(ℓ)를 진행하여 상기 확산시트에 도달한다. 이 경우, 작은 각도 범위(δ) 내에서 방출된 광을 고려하면, 상기 각도 범위(δ)의 광이 상기 확산시트에 입사하는 길이(L1)는 ℓ×δ로 근사할 수 있다. 이는 상기 각도(δ)에 비하여 광이 진행한 거리(ℓ)가 훨씬 크다는 것을 가정한 것이다. 이에 따라, 수직 상방으로 방출된 광이 확산시트에 입사하는 면적은 L1×L1이 되어, 휘도(L0)는 I0/(ℓ×δ)2 이 된다.
마찬가지 방식으로 θ/2의 각도로 방출된 광의 확산시트에서의 휘도를 계산하면, 상기 방출 광이 확산시트까지 진행한 거리(D)는 ℓ/{cos(θ/2)}로 근사할 수 있으며, 상기 확산시트에 입사하는 길이(L2)는 ℓ×δ/{cos(θ/2)} 가 된다. 더불어, 상기 θ/2의 각도로 방출된 광이 확산시트에 입사하는 면적은 L2 × L2이므로, 이는 (ℓ×δ)2/{cos(θ/2)}2 와 같다. 이에 따라, θ/2의 각도에 대한 휘도는 I0×{cos(θ/2)}2/{2×(ℓ×δ)2}가 되며, 이를 수직 상방의 휘도로 표현하면, L0/2×{cos(θ/2)}2와 같다.
상술한 내용을 살펴보면, θ/2의 각도로 방출되는 광의 경우, 광속 자체는 수직 상방으로 방출된 광의 절반 크기를 갔지만, 균일한 휘도를 갖기 위한 목표 지점이라할 수 있는 확산시트까지 진행한 경우에는 휘도가 매우 작아지게 되는 것이 다. 이를 도 5를 참조하여 설명하면, 도 5는 광 방출 각도 및 발광소자에서의 수평 거리에 따른 확산시트에서의 광속 및 휘도의 변화를 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, θ/2의 각도로 방출되는 광의 최대값에 대한 상대 휘도는 1/2에 훨씬 못 미침을 알 수 있다. 이는, {cos(θ/2)}2이 1보다 작기 때문이며, 예를 들어, 일반적으로 고려할 수 있는 지향각으로, θ가 120°인 경우, 상대 휘도는 1/8밖에 되지 않는다. 도 5에서, dc로 표시된 거리는 θ/2의 각도로 방출되는 광이 확산시트에 도달하기까지 발광소자(202)에 대하여 수평으로 진행한 거리를 나타내며, 그 값은, ℓ/{tan(θ/2)}와 같다.
따라서 복수의 발광소자가 배열된 면 광원 장치에서 휘도 균일성 향상시키기 위해, 인접한 발광소자 사이의 거리를 조절하는 경우, 인접한 발광소자에서 상기 dc에 해당하는 위치를 일치시키는 방법을 사용한다면, 양 발광소자에 의해 합산된 상대 휘도는 1에 훨씬 못 미치는 값이 된다. 즉, 면 광원 장치의 휘도 균일성을 향상시키기 위해서는 상기 광학 길이(ℓ)에 해당하는 지점에서의 휘도 분포가 균일해야 한다. 따라서, 인접한 두 개의 발광소자의 상대 휘도를 합산한 값은 1에 근접해야 하나 이보다 훨씬 작은 값을 갖는다. 예를 들어, θ가 120°인 경우를 고려하면, 1/4(1/8 + 1/8)이 됨을 알 수 있다.
따라서, 인접한 발광소자 간의 거리는 좀 더 가까워질 필요가 있으며, 구체적인 내용에 대하여는 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 거리 S 만큼 떨어진 인접한 두 발광소자의 휘도를 함께 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 두 발광소자 사이의 거리가 S인 경우에 각 발광소자에서 상대 휘도가 1/2인 지점이 거의 일치함을 알 수 있으며, 이에 따라, S가 dc보다 큰 경우에 비하여, 휘도의 균일성이 크게 향상될 수 있다.
이 경우, 상기 S 값의 범위는 dc의 절반 정도 크기에서 적절히 조절될 수 있으며, dc는 ℓ/{tan(θ/2)} 이므로, 수학식 1과 유사한 식이 얻을 수 있다.
한편, 본 설명에서는 두 개의 발광소자의 광이 합쳐지는 경우만을 고려하였으나, 면 광원 장치에는 수많은 발광소자가 배치되므로, 먼 거리에 있는 다른 발광소자의 영향도 고려할 필요가 있다. 즉, 인접한 발광소자는 도 6의 S 보다 다소 멀리 떨어져 있어도 균일한 휘도를 얻는데 무리가 없을 것이다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 지향각에 근접한 범위에서 각도를 조절할 수 있도록 하였으며, 이에 따라, 수학식 1과 같은 식이 제안될 수 있는 것이다. 이 경우, 이러한 조절 수단으로 작용하는 팩터인 상기 α 값은 -π/18 ≤ α ≤ π/18 범위이며, 도 2와 같은 구조에서 실험적으로 얻은 가장 바람직한 값은 약 π/90이다. 본 실시 형태에서, α 값은 발광소자의 지향각, 발광소자 사이의 거리 및 배치 구조 등에 따라 변화될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 면 광원 장치는 LCD 패널의 후면 광을 조사하는 LCD 백라이트 유닛(300)에 채용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 LCD 백라이트 유닛(300)을 도시한 분해 측면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, LCD 패널의 후면에 부착된 본 발명에 따른 LCD 백라이트 유닛(300)은, 전술한 본 발명에 따른 면 광원 장치(1)를 구비하고, 상기 면 광원 장치(1)의 LCD 패널(310) 측에 구비되어, 상기 면 광원 장치(1)로부터 입사된 광을 균일하게 확산시키는 확산시트(316)를 포함한다.
그리고, 상기 확산시트(316)의 LCD 패널(310) 측에 구비되고, 상기 확산시트(316)로부터 확산된 광을 상기 LCD 패널(310) 평면에 수직한 방향으로 집광하는 적어도 하나의 집광 시트(314) 등을 포함하여 구성된다. 뿐만 아니라, 상기 LCD 백라이트 유닛(300)은 상기 집광 시트(314) 상에 배치되며 하부의 광학구조물을 보호하기 위한 보호시트(312)를 추가 포함할 수 있다.
또한, 상기 면 광원 장치(1)은, 기판(351)과, 상기 기판(351) 상에 전술한 본 발명에 따른 매트릭스 구조로 배치된 복수 개의 발광소자(352)를 포함한다. 이에 더하여, 상기 기판(351) 상면의 가장자리에서 상기 매트릭스 구조로 배치된 발광소자(52)를 둘러싸도록 형성되며, 상기 발광소자(352)가 배치된 방향으로 경사면을 갖는 측벽(354)과, 상기 기판(351)의 상면에 형성되어 발광소자(252)에서 방출된 빛을 상부로 반사하는 반사 층(356)을 더 구비할 수 있다.
그리고 측 방향으로 방출되는 빛을 상부로 방출할 수 있도록 상기 측벽(354)의 경사면에도 반사물질(354a)이 도포 되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 면 광원 장치(1)의 상부에 위치한 상기 확산시트(316)는 상기 면 광원 장치(1)로부터 입사되는 광을 분산시킴으로써 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지한다. 또한, 상기 확산시트(316)는 제1 집광 시트(314a) 쪽으로 진행하는 광의 방향을 조정하여 상기 제1 집광 시트(314a)에 대한 경사각을 줄이는 역할도 함께 수행한다. 이 경우, 상술한 바와 같이, 상기 면 광원 장치(1)에 포함된 발광소자(352)로부터 상기 확산시트(316)까지의 거리는 상기 수학식 1의 광학 길이 ℓ에 해당하므로, 상기 발광소자(352)의 배치 구조에 따라 정해질 수 있다. 역으로 상기 발광소자(352)로부터 상기 확산시트(316)까지의 거리에 따라 발광소자(352)의 배치 구조를 정할 수도 있을 것이다.
상기 제1 집광 시트(314a)와 제2 집광 시트(314b)는 각각 상부 면에 삼각기둥 모양의 프리즘이 일정한 배열을 갖고 형성되어 있으며, 상기 제1 집광 시트(314a)의 프리즘 배열과 상기 제2 집광 시트(314b)의 프리즘 배열은 서로 소정의 각도(예를 들어, 90°)로 엇갈리도록 배치된다. 상기 제1 및 제2 집광 시트(314a, 314b)는 각각 상기 확산시트(316)로부터 확산된 광을 상기 LCD 패널(310) 평면에 수직한 방향으로 집광하는 역할을 수행하며, 이에 따라 제1 및 제2 집광 시트(314a, 314b)를 통과한 광의 보호시트(312)에 대한 수직 입사 성이 거의 완벽하게 얻어진다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 집광 시트(314a, 314b)를 통과하는 광은 거의 대부분 수직으로 진행하게 되어 상기 보호시트(312) 상의 휘도분포는 균일하게 얻어진다. 도 7에는 두 개의 집광 시트를 사용하는 일례를 도시하였으나, 경우에 따라 하나의 집광 시트만을 사용하는 경우도 있다.
상기 제2 집광 시트(314b)의 상부에 형성되는 보호시트(312)는 상기 제2 집광 시트(314b)의 표면을 보호하는 역할을 수행할 뿐만 아니라, 광의 분포를 균일하게 하기 위하여 광을 확산시키는 역할을 수행한다. LCD 패널(310)은 상기 보호시트(312) 상에 설치된다.
이와 같이, 본 실시 형태 따른 LCD 백라이트 유닛(300)은 방출 광의 휘도 분포가 균일화된 면 광원 장치(1)를 채용하여, LCD 패널의 영역에 따른 밝기 변화를 최소화할 수 있다.
마지막으로, 도 8은 본 발명의 일 실시 형태의 면 광원 장치와 종래 기술에 따른 면 광원 장치에서 측정된 휘도의 균일도를 비교하기 위한 것이다.
우선, 도 8a에 도시된 발광소자의 배열 구조는 도 2에서 설명한 구조와 동일한 것으로 이해될 수 있으며, 각각의 발광소자 간의 거리는 상기 수학식 1의 조건을 만족한다. 또한, 실험을 위해, 도 2와 같은 배열 구조의 면 광원 장치를 도 7과 같은 40인치 백라이트 유닛에 채용하였다. 40인치 백라이트 유닛을 기준으로, 도 2와 같은 배열 구조를 갖는 경우가, 종래 기술에 비하여 발광소자의 수를 약 25% 정도 줄일 수 있다.
도 8b는 도 1과 같이 종래 기술에 따른 면 광원 장치로부터 방출된 광의 휘도 분포를 광 방출방향에 수직인 방향에 대하여 나타낸 것이며, 도 8c는 도 8a의 실시 형태에 따른 상기의 결과를 도시한 것이다. 여기서, 도 8b 및 도 8c 그래프들의 가로축은 도 4 내지 도 6에서와 같이 특정 발광소자를 기준으로 좌우 방향의 거 리를 나타내는 것으로 이해될 수 있다.
도 8b 및 도 8c를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 면 광원 장치의 경우, 휘도의 크기가 종래의 경우와 비교하여 거의 차이가 없으며, 발광소자의 개수가 약 25% 줄었음을 감안하면, 효율성은 크게 향상된 것을 볼 수 있다.
또한, 종래 기술에 비하여 발광소자 개수의 감소로 인해 평균적인 발광소자 간의 거리가 멀어졌음에도 불구하고 휘도 분포의 균일성은 전혀 문제되지 않으며, 오히려 종전보다 향상되었음을 확인할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 복수의 발광소자의 배치 구조 및 간격을 최적화하여 발광소자의 수를 줄이면서 고효율의 면 광원 장치 및 이를 구비하는 LCD 백라이트 유닛을 제공할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따르면, 면 광원 장치의 휘도가 전체적으로 균일해지도록 할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 복수의 발광소자들이 행과 열로 배열된 발광소자 매트릭스를 갖는 면 광원 장치에 있어서,
    상기 발광소자 매트릭스는 복수의 발광소자들이 행과 열로 배열된 제1 매트릭스, 및 상기 제1 매트릭스에 포함된 서로 인접한 4개의 발광소자가 이루는 사각형 내부에 각 발광소자가 위치하도록 복수의 발광소자들이 행과 열로 배열된 제2 매트릭스를 포함하되,
    상기 발광소자 매트릭스에 포함된 발광소자에서 가장 인접한 다른 발광소자까지의 거리(S)는 상기 발광소자의 광 방출면으로부터 광학 길이(ℓ)만큼 떨어진 위치에서의 휘도 분포가 균일하도록 다음의 식을 만족하며,
    Figure 112007035592779-PAT00004
    ,
    여기서, -π/18 ≤ α ≤ π/18이고, θ는 상기 발광소자의 지향각인 것을 특징으로 하는 면 광원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자의 광방출 경로 상에 배치된 확산시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면 광원 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 확산시트는 상기 발광소자의 광 방출면으로부터 상기 광학 길이만큼(ℓ) 이격 되어 배치된 것을 특징으로 하는 면 광원 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 매트릭스에 포함된 발광소자는 상기 사각형 내부의 정 가운데 위치하는 것을 특징으로 하는 면 광원 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는 백색광을 발광하는 것을 특징으로 하는 면 광원 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자 매트릭스에 포함된 발광소자에서 가장 인접한 발광소자까지의 거리(S)는 모두 상기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 면 광원 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 θ는 110° ≤ θ ≤ 130°의 범위인 것을 특징으로 하는 면 광원 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 α는 -π/90 ≤ α ≤ π/90의 범위인 것을 특징으로 하는 면 광원 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자는 LED인 것을 특징으로 하는 면 광원 장치.
  10. LCD 패널의 후면에 부착된 LCD 백라이트 유닛에 있어서,
    상기 제1항의 면 광원 장치;
    상기 면 광원 장치의 LCD 패널 측에 구비되고, 상기 면 광원 장치로부터 입사된 광을 균일하게 확산시키는 확산시트; 및
    상기 확산시트의 LCD 패널 측에 구비되고, 상기 확산시트로부터 확산된 광을 상기 LCD 패널 평면에 수직한 방향으로 집광하는 적어도 하나의 집광시트;를 포함하는 LCD 백라이트 유닛.
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