KR20080107777A - 면광원 장치 및 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

적어도 하나 이상의 평판형 기판으로 구성되며 내부에 밀폐된 방전 공간이 있는 광원 몸체와, 상기 광원 몸체 표면에 형성되는 복수의 3차원적인 기하학적 구조물과, 상기 방전 공간에 전압을 인가하기 위한 전극부를 포함하는 면광원 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 면광원 장치의 대형화 고휘도화가 가능하며, 휘도 균일성을 증진시킬 수 있다. 특히, 휘도향상필름 등의 광학 부재의 이득을 증가시켜 대면적 면광원 장치의 광학적 특성을 향상시킬 수 있으며, 액정표시장치의 영상 품질을 높일 수 있다.

면광원, 반사율, 휘도향상필름, 이득(gain)

Description

면광원 장치 및 백라이트 유닛{SURFACE LIGHT SOURCE AND BACKLIGHT UNIT HAVING THE SAME}

도 1은 방전 채널을 구비하는 면광원 장치의 일례를 보인 사시도.

도 2는 도 1의 X-X'선 단면도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 면광원 장치를 보인 사시도.

도 4는 도 3의 Y-Y'선 단면도.

도 5는 도 3의 다른 Y-Y'선 단면도.

도 6은 도 3의 또 다른 Y-Y'선 단면도.

도 7은 면광원 장치 전면에 배치되는 광학 부재를 보인 단면도.

도 8은 면광원 장치 표면에서 빛의 반사 분포를 보인 모식도.

도 9는 기하학적 구조물이 형성된 면광원 장치를 보인 사시도.

도 10은 본 발명에 따른 면광원 장치의 빛의 반사 분포를 보인 모식도.

도 11은 기하학적 구조물의 배치 형태를 보인 단면도.

도 12는 본 발명의 면광원 장치를 포함하는 백라이트 유닛의 전개 사시도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

200:면광원 장치 210:제1기판

220:제2기판 230:사이드 스페이서

240:방전 공간 250:(내부) 스페이서

300:기하학적 구조물

본 발명은 면광원 장치 및 백라이트 유닛에 관한 것으로, 표면의 반사 특성을 변화시켜 광학 부재의 이득을 향상시킨 새로운 구조의 면광원 장치를 제안한다.

액정표시장치는 액정의 전기적 특성 및 광학적 특성을 이용하여 영상을 디스플레이한다. 액정표시장치의 액정부는 스스로 빛을 발생시키지 못하는 수광 소자이기 때문에 별도로 후면 광원, 즉 백라이트를 요구한다.

후면 광원에서 공급되는 빛은 액정표시장치의 화소전극, 액정 및 공통전극을 순차적으로 통과한다. 이때, 액정을 통과한 영상의 표시 품질은 후면 광원의 휘도 및 휘도 균일성에 의하여 크게 좌우된다. 일반적으로 휘도 및 휘도 균일성이 높을수록 표시 품질은 양호해진다.

종래 액정표시장치의 후면 광원은 세관형 냉음극형광램프(cold cathode fluorescent lamp; CCFL) 또는 발광다이오드(light emitting diode; LED)가 주로 사용되었다. 냉음극형광램프는 휘도가 높고 수명이 길으며, 백열등에 비하여 매우 발열량이 매우 작은 장점이 있다. 한편, 발광다이오드는 소비 전력이 높으나 휘도가 우수한 장점이 있다. 그러나 냉음극형광램프 또는 발광다이오드는 휘도 균일성 이 취약하다. 따라서, 기존의 후면 광원은 휘도 균일성을 증가시키기 위해 도광판(light guide panel; LGP), 확산 부재(diffusion member) 및 프리즘 시트(prism sheet) 등과 같은 광학 부재(optical member)를 필요로 한다. 이로 인해 액정표시장치는 광학 부재에 의한 부피 및 무게가 크게 증가되는 문제점을 갖는다.

액정표시장치용 후면 광원으로서 평판 형태의 면광원 장치(flat fluorescent lamp : FFL)가 제안된 바 있다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 복수의 방전 채널을 구비하는 면광원 장치(100)의 일례를 도시하였다. 상기 면광원 장치(100)는 광원 몸체(110)와, 광원 몸체(110)의 양측 가장자리 외면에 구비된 전극부(160)를 포함한다.

상기 광원 몸체(110)는 소정 간격을 두고 대향 배치된 제1기판(112) 및 제2 기판(114)을 포함한다. 다수의 격벽부(140)들이 제1기판 및 제2기판 사이에 배치되어, 제1기판과 제2기판 사이의 공간을 복수의 방전 채널(120)로 구획한다. 제1기판(112) 및 제2기판(114)의 가장자리 사이에는 밀봉 부재(130)가 배치되어 상기 방전 채널(120)들을 외부와 격리시킨다. 상기 방전 채널(120) 내부의 방전 공간(150)에는 방전 가스가 주입된다.

상기 면광원 장치를 구동시키기 위하여 상기 제1기판(112) 및/또는 제2기판(114)에는 띠 형태의 한 쌍의 전극부(160)가 형성되어 있다. 이러한 면광원 장치는 한 쌍의 전극부가 서로 상당히 이격되어 있어 방전 메카니즘이 상이한 각종 방전 가스의 사용에 제한이 따른다. 또한, 채널 형성을 위하여 기판을 성형하여야 하며, 채널간 방전의 균일성이 확보되지 못할 경우 면광원 장치 전체의 휘도 균일성 이 저하되는 문제가 있다.

최근 액정표시장치가 점점 더 대형화되면서 대면적 면광원 장치에 대한 요구가 급증하고 있다. 특히, 광손실이 적은 우수한 면광원 장치가 요구되고 있다. 뿐만 아니라, 고가의 광학 필름을 대체하여 저가의 광학 부재만으로도 우수한 광효율을 갖는 면광원 장치가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 광손실이 감소되고 광특성이 향상된 면광원 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 휘도가 향상되며 균일한 휘도 분포를 갖는 면광원 장치 및 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명은 적어도 하나 이상의 평판형 기판으로 구성되며 내부에 밀폐된 방전 공간이 있는 광원 몸체와, 상기 광원 몸체 표면에 형성되는 복수의 3차원적인 기하학적 구조물과, 상기 방전 공간에 전압을 인가하기 위한 전극부를 포함하는 면광원 장치를 제공한다.

상기 기하학적 구조물은 단면이 원형, 타원형 등의 구형체, 또는 삼각형, 사각형, 오각형 등의 다면체 형태가 가능하며, 구조물 표면은 규칙적이거나 불규칙한 다수의 면을 가질 수 있다.

또한, 상기 기하학적 구조물은 표면이 연마되어 반사성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 표면에 추가적으로 반사성 물질을 코팅하는 것도 바람직하다.

상기 기하학적 구조물은 광원 몸체의 광출사면 표면에 국부적으로 규칙적 또는 불규칙하게 배치될 수 있으며, 크기가 서로 다른 복수의 구조물을 광원 몸체 표면에 균일하게 배치하는 것도 가능하다. 또한, 상기 기하학적 구조물은 광원 몸체를 구성하는 기판에 일체적으로 형성할 수도 있다.

본 발명은 또한, 적어도 하나 이상의 평판형 기판으로 구성되며 내부에 밀폐된 방전 공간이 있는 광원 몸체와, 상기 광원 몸체 표면에 형성되는 복수의 3차원적인 기하학적 구조물과, 상기 방전 공간에 전압을 인가하기 위한 전극부를 포함하는 면광원 장치와; 상기 면광원 장치의 출사면 쪽에 배치되는 하나 이상의 광학 부재와; 상기 면광원 장치를 수납하는 케이스; 및 상기 면광원 장치에 방전 전압을 인가하는 구동부를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.

본 발명에 따르면, 면광원 장치의 대형화 고휘도화가 가능하며, 휘도 균일성을 증진시킬 수 있다. 특히, 휘도향상필름 등의 광학 부재의 이득(gain)을 증가시켜 대면적 면광원 장치의 광학적 특성을 향상시킬 수 있으며, 액정표시장치의 영상 품질을 높일 수 있다.

본 발명은 평판형 대면적 면광원 장치에 관한 것으로, 도 3에 본 발명예의 일실시예에 따른 면광원 장치(200)를 도시하였다.

상기 면광원 장치(200)는 광원 몸체로서 평판형 제1기판(210) 및 이와 동일 형상의 평판형 제2기판(220)을 포함한다. 상기 면광원 장치는 내부에 밀폐된 방전 공간이 있고, 일 표면(예를 들어 제1기판의 표면(210'))에는 후술하는 바와 같이 표면을 적어도 국부적으로 커버하는 면전극이 형성될 수 있다.

제1기판(210)과 제2기판(220)은 투명한 박판형 유리 기판이 바람직하며, 각각의 두께는 특별한 제한이 없지만 1 ~ 2 mm 내외, 바람직하게는 1 mm 이하의 두께가 적당하다. 제1기판(210)과 제2기판(220)의 면적은 적용되는 백라이트 내지 액정표시장치의 사이즈에 따라 변경될 수 있다.

제1기판(210)과 제2기판(220)의 내면에는 형광층(미도시)이 도포되며, 제1기판과 제2기판 중 어느 하나에는 반사막(미도시)이 더 형성될 수 있다. 제1기판(210)과 제2기판(220)은 소정 간격으로 서로 대향되며, 가장자리에는 도 4에 도시한 바와 같이 프릿(frit) 등의 사이드 스페이서(230)가 삽입되어 밀폐된 내부 방전 공간(240)을 형성한다. 이와 달리 도 5에 도시한 바와 같이 양 기판의 가장자리를 가열에 의하여 직접 융착하여 밀폐된 내부 방전 공간(240)을 형성할 수도 있다.

상기 제1기판(210)과 제2기판(220)에 의하여 정의되는 내부는 하나의 열린 구조의 방전 공간(240)을 형성하며, 도 6에 도시한 바와 같이 스페이서(250)에 의하여 제1기판(210)과 제2기판(220)이 물리적으로 지지되고 있다. 상기 스페이서는 두 기판 사이에 별도로 배치시킬 수도 있고, 두 기판 중 일면을 부분적으로 돌출되도록 성형하여 형성할 수도 있다.

제1기판(210)과 제2기판(220) 사이의 간격은 기판 전체 면적과 대비할 때 매우 작아 내부 방전 공간의 진공 배기 및 방전 가스의 주입이 매우 용이하다. 뿐만 아니라, 방전 가스로서 수은 이외의 가스, 예를 들어 제논, 아르곤, 네온, 기타 불활성 가스 또는 이들의 혼합가스 등을 사용하여 면광원 장치를 구성하는데 적합하다.

도시되지는 않았으나 상기 제1기판(210) 및/또는 제2기판(220)의 표면, 또는 내면에는 메쉬 타입 또는 스트라이프 타입의 전극부가 형성될 수 있으며, 표면 전체를 실질적으로 커버하는 면전극(surface electrode)이 형성될 수도 있다.

전술한 바와 같은 대면적 평판형 면광원 장치는 출사되는 광의 휘도 향상 및 휘도 균일도를 증진시키기 위하여 도 7에 도시한 바와 같이 면광원 장치 전면으로 확산판, 확산시트, 휘도향상필름 등의 다양한 광학 부재(900)가 추가로 배치된다.

특히, 휘도를 향상시키기 위해서 사용하는 휘도향상필름(brightness enhanced film)은 백라이트 유닛의 램프로부터 출사되는 광의 P파와 S파의 투과율을 조절하여 빛의 재생을 통해 2배의 휘도를 낼 수 있는 기능을 갖는다. 휘도향상필름을 사용하지 않을 경우 예를 들어 출사광의 P파만 통과하고 S파는 통과하지못해 광효율이 감소된다. 휘도향상필름은 P파 혹은 S파 중 하나의 위상의 빛만을 투과하고 반대 위상의 빛은 반사시키며, 반사된 위상의 빛은 램프 표면에서 반사되는 과정에서 위상이 변하게 됨으로써 휘도향상필름을 투과하며, 결과적으로 빛의 재생이 가능하게 된다.

그런데, 완전 평판형 면광원 장치에서는 휘도향상필름을 사용하더라도 면광원 표면에서의 반사 특성이 좋지 못하여 휘도향상필름의 이득(gain)이 떨어질 수 있다. 도 8을 참조하면, 면광원에서 출사되는 빛은 휘도향상필름 등의 광학 부재(900)를 투과하는 빛(Lt)이 있는 반면 일부의 빛(Lr)은 반사되어 면광원 쪽으로 에 입사된다. 반사광(Lr)의 일부는 면광원 표면에서 다시 반사되어(Lu) 디스플레이에 이용되지만, 일부의 반사광은 면광원 내부로 투과되거나 흡수되어(Ls) 궁극적으 로 광손실을 발생시킨다. 유리 기판이 사용되는 면광원 장치의 표면에서의 반사율은 약 60 ~ 70 % 정도로 나머지 30 ~ 40% 정도의 빛은 광학 부재를 통과하지 못함으로써 광학 부재의 이득은 면광원 장치에서 현저히 떨어질 수 밖에 없다.

본 발명에서는 평판형 면광원에 있어서 표면에 빛의 반사를 향상시키기 위하여 3차원적인 기하학적 구조물을 추가적으로 형성하여 기하학적으로 빛의 굴절을 유도한다. 이러한 빛의 굴절로 인하여 휘도향상필름의 이득을 향상시킨다.

상기 기하학적 구조물(300)은 도 9에 도시한 바와 같이, 면광원 장치의 광원 몸체 표면에 복수로 분포시킬 수 있다. 기하학적 구조물은 기하학적으로 빛의 반사가 용이하도록 면광원 표면에 수평적 또는 수직적이지 않은 곡면 내지 평면을 포함한다. 예를 들어, 상기 구조물의 형태는 단면이 원형, 타원형 등의 구형체, 삼각형, 오각형 등의 다면체 등으로 형성할 수 있지만, 보다 불규칙한 표면을 갖도록 형성하여도 무방하다.

반사 향상 구조물이 형성되는 위치는 면광원의 광출사면 표면에 국부적으로 불규칙하게 배치시킬 수 있으며, 복수의 구조물의 크기가 균일하거나 혹은 서로 다르게 배치시킬 수 있다.

구조물은 별도의 재료를 사용하여 면광원을 구성하는 기판 표면에 접합 부재를 매개로 부착시킬 수 있을 것이다. 이와 달리, 최초 기판 제조시 일면을 성형하여 복수의 기하학적 구조물이 기판에 일체적으로 형성되도록 할 수도 있을 것이다.

상기 기하학적 구조물(300)은 도 10의 모식도에서 알 수 있는 바와 같이 광학 부재로부터 반사되는 빛(Lr)을 표면(310)에서 다시 반사시켜(Lu) 광학 부재로 투과시킨다. 특히, 기하학적 구조물 표면(310)이 다양한 면을 갖거나 곡면으로 처리될 경우 반사되는 빛의 전반사를 일으킬 가능성을 높여 광학 부재의 이득을 더욱 향상시킬 수 있다. 한편, 상기 기하학적 구조물 표면(310)을 연마 등의 방법으로 표면처리하여 반사성을 높일 수 있고, 이와 달리, 구조물 표면에 반사성 물질을 추가적으로 코팅할 수도 있다.

본 발명에 있어서, 상기 구조물은 면광원 장치 표면에 전체적으로 균일하게 분포될 수도 있고, 특히 도 11에 도시한 바와 같이 스페이서(250)가 위치하는 영역의 기판 표면에 구조물(300)을 집중적으로 배치되도록 함으로써 스페이서에 의한 암부 발생 영역의 휘도 저하를 저감시킬 수도 있다. 이와 같이 스페이서가 위치하는 영역의 기판 표면에 반사율이 높은 기하학적 구조물을 형성하는 경우, 스페이서에 의한 암부로 인하여 면광원의 전체적인 휘도가 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 면광원 장치를 포함하는 백라이트 유닛을 나타낸 분해 사시도이다. 도시된 바에 따르면, 백라이트 유닛은 면광원(200), 상부 및 하부 케이스(1100, 1200), 광학 시트(900) 및 인버터(1300)를 포함한다. 상기 하부 케이스(1200)는 면광원(100)을 수납하기 위하여 바닥부(1210) 및 바닥부(1210)의 가장자리로부터 수납 공간을 형성하기 위해 연장된 복수의 측벽부(1220)로 이루어진다. 상기 면광원(100)은 하부 케이스(1200)의 수납 공간에 수납된다. 면광원(100) 하부에는 추가로 반사판(미도시)이 배치될 수도 있고, 반사판을 채용하지 않을 수도 있다.

상기 인버터(1300)는 하부 케이스(1200)의 배면에 배치되며, 면광원(200)을 구동하기 위한 방전 전압을 발생시킨다. 인버터(1300)로부터 발생된 방전 전압은 제 1 및 제 2 전원선(1352, 1354)을 통해 면광원(200)의 전극에 각각 인가된다.

상기 광학 시트(900)는 면광원(200)으로부터 출사되는 광을 균일하게 확산시키기 위한 확산판과, 확산된 광에 직진성을 부여하기 위한 프리즘 시트 등으로 이루어질 수 있다. 상부 케이스(1100)는 하부 케이스(1200)에 결합되어 면광원(200)과 광학 시트(900)를 지지한다. 상부 케이스(1100)는 면광원(200)이 하부 케이스(1200)로부터 이탈되는 것을 방지한다.

도시된 바와는 달리, 상기 상부 케이스(1100) 및 하부 케이스(1200)는 하나의 일체형 케이스로 형성될 수도 있다. 한편, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 면광원 장치의 휘도 및 휘도 균일도가 우수하므로 광학 부재(900)의 구성 부품을 감소시키거나 저가의 제품을 사용할 수 있을 것이다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 면광원 장치의 대형화 고휘도화가 가능하며, 휘도 균일성을 증진시킬 수 있다. 특히, 휘도향상필름 등의 광학 부재의 이득을 증가시켜 대면적 면광원 장치의 광학적 특성을 향상시킬 수 있으며, 액정표시장치의 영상 품질을 높일 수 있다.

Claims (13)

1. 적어도 하나 이상의 평판형 기판으로 구성되며 내부에 밀폐된 방전 공간이 있는 광원 몸체와,

   상기 광원 몸체 표면에 형성되는 복수의 3차원적인 기하학적 구조물과,

   상기 방전 공간에 전압을 인가하기 위한 전극부를 포함하는

   면광원 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 기하학적 구조물은 단면이 원형, 타원형 등의 구형체, 또는 삼각형, 사각형, 오각형 등의 다면체인 면광원 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 기하학적 구조물은 불규칙한 표면을 갖는 면광원 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 기하학적 구조물은 표면이 연마되어 반사성이 향상된 면광원 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 기하학적 구조물 표면에 반사성 물질 코팅되어 있는 면광원 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 기하학적 구조물은 광원 몸체의 광출사면 표면에 국부적으로 규칙적 또는 불규칙하게 배치되어 있는 면광원 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 기하학적 구조물은 크기가 서로 다른 복수의 구조물이 균일하게 배치되어 있는 면광원 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 기하학적 구조물은 광원 몸체를 구성하는 기판에 일체적으로 형성되어 있는 면광원 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 광원 몸체는 내부에 복수의 스페이서가 배치되어 있는 면광원 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 기하학적 구조물은 상기 스페이서가 위치하는 영역의 기판 표면에 배치되는 면광원 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 광원 몸체는 두 개의 평판형 기판과, 이 기판의 가장 자리를 밀봉시키는 사이드 스페이서로 구성되는 면광원 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 전극부는 광원 몸체의 적어도 일면을 커버하는 면전극인 면광원 장치.
13. 적어도 하나 이상의 평판형 기판으로 구성되며 내부에 밀폐된 방전 공간이 있는 광원 몸체와, 상기 광원 몸체 표면에 형성되는 복수의 3차원적인 기하학적 구조물과, 상기 방전 공간에 전압을 인가하기 위한 전극부를 포함하는 면광원 장치와;

    상기 면광원 장치의 출사면 쪽에 배치되는 하나 이상의 광학 부재와;

    상기 면광원 장치를 수납하는 케이스; 및

    상기 면광원 장치에 방전 전압을 인가하는 구동부를 포함하는 백라이트 유닛.

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