KR20100075134A - 액정표시장치용 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히, 액정표시장치용 백라이트 유닛에 관한 것이다.
본 발명은 다수의 영역으로 분할 정의된 제 1 및 제 2 도광판과, 제 1 및 제 2 도광판의 분할 정의된 영역으로 제 1 및 제 2 도광판의 양측면에서 빛을 공급하는 제 1 및 제 2 LED 어셈블리를 통해, 액정패널로 균일한 면광원을 제공하는 동시에 박형으로 저소비전력의 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
그리고, 램프 무라(mura) 현상을 방지할 수 있어, 휘도가 균일하고 표시품질이 향상된 액정표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 도광판에 의해 정의된 분할된 영역 별로 빛을 액정패널로 제공할 수 있으므로, 액정표시장치의 콘트라스트비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있다. 이에, 보다 생동감있는 영상을 구현할 수 있다.
또한, 소비전력을 감소시킬 수 있다.
LED, 도광판, 램프 무라, 콘트라스트비, 소비전력

Description

액정표시장치용 백라이트 유닛{Backlight unit for liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히, 액정표시장치용 백라이트 유닛에 관한 것이다.
최근 정보기술과 이동통신기술 등의 발전과 함께 정보를 시각적으로 표시해줄 수 있는 디스플레이 장치의 발전이 이루어지고 있으며, 디스플레이 장치는 크게 발광특성을 갖는 자체 발광형 디스플레이와 다른 외부의 요인으로 화상을 디스플레이할 수 있는 비발광형 디스플레이로 분류되고 있다.
비발광형 디스플레이로는 LCD(Liquid Crystal Display)를 예로 들 수 있다.
여기서, LCD는 자체 발광요소를 갖지 못하는 소자이므로 별도의 광원을 요구하게된다. 이에 따라, 배면에 광원을 구비한 백라이트 유닛(Backlight unit)이 마련되어 LCD 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 화상이 구현된다.
백라이트 유닛은 광원으로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescentt Lamp), 그리고 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED, 이하 LED라 함) 등을 사용한다.
이중에서 특히, LED는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 특징을 겸비하여 표시용 광원으로서 널리 이용되고 있는 추세이다.
한편, 일반적인 백라이트 유닛은 램프의 배열구조에 따라 에지형(edge type)과 직하형(direct type)으로 구분되는데, 에지형은 하나 또는 한쌍의 램프가 도광판의 일측부에 배치되는 구조를 가지거나, 두개 또는 두쌍의 램프가 도광판의 양측부 각각에 배치된 구조를 가지며, 직하형은 수개의 램프가 광학시트의 하부에 배치된 구조를 갖는다.
최근, 소비자의 요구에 의하여 대면적화된 액정표시장치의 연구가 활발히 진행되고 있는 상태에서, 직하방식이 에지방식에 비해 대면적화 액정표시장치에 더욱 적합하다.
도 1은 일반적인 LED를 광원으로 사용한 직하방식 액정표시장치모듈의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 제 1 및 제 2 기판(12, 14)으로 구성되는 액정패널(10)과 이의 후방으로 백라이트 유닛(20)이 구비된다.
여기서, 백라이트 유닛(20)은 반사판(22)을 포함하며, 이의 상부면에 다수의 LED(30)가 나란하게 배열되며, 이들 LED(30) 상부에는 다수의 광학시트(26)가 위치한다. 이때, 다수의 광학시트(26)는 확산시트와 집광시트로 이루어진다.
이때, 서로 이웃한 2 내지 3개의 LED(30)로부터 발산된 빛이 서로 중첩 및 혼합된 후 액정패널(10)에 입사되어 면광원을 제공하게 된다.
이러한 액정패널(10)과 백라이트 유닛(20)은 탑커버(60)와 서포트메인(50) 그리고 커버버툼(70)을 통해 모듈화 되는데 즉, 액정패널(10) 및 백라이트 유닛(20)의 가장자리를 사각테 형상의 서포트메인(50)이 두른 상태로 액정패널(10) 전면 가장자리를 두르는 탑커버(60) 그리고 백라이트 유닛(20) 배면을 덮는 커버버툼(70)이 각각 전후방에서 결합되어 서포트메인(50)을 매개로 일체화된다.
한편, 최근 액정표시장치는 휴대용 컴퓨터는 물론 데스크톱 컴퓨터 모니터 및 벽걸이형 텔레비전 등 그 사용영역이 점차 넓어지고 있는 추세로, 넓은 디스플레이 면적을 가지면서도 박형의 액정표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
따라서, 백라이트 유닛(20)의 LED(30)와 다수의 광학시트(26) 사이의 간격(A)을 줄임으로써 박형의 액정표시장치를 제공하려는 시도가 나타나고 있다.
그러나, 백라이트 유닛(20)의 가장 중요한 역할인 고품위의 면광원을 액정패널(10)에 공급하기 위해서는 이를 위한 여러 가지 광학적 설계가 고려되며, 그 중 하나가 LED(30)와 다수의 광학시트(26) 사이의 적절한 간격(A) 유지가 중요한 요소로 작용한다.
특히, 일정 출사각을 갖는 LED(30)의 경우 서로 이웃한 2 내지 3개의 LED(30)로부터 발산된 빛이 서로 중첩 및 혼합된 후 액정패널(10)에 입사되어 면광원을 제공하므로, 도 2에 도시한 바와 같이 LED(30)와 다수의 광학시트(26) 사이간격(A)이 지나치게 작을 경우에는 LED(30)에 대응하는 영역에서는 핫스팟(hot spot) 이 발생하게 되고, LED(30)와 이에 인접한 LED(30) 사이에는 LED(30)로부터 출사된 빛이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부(B)가 발생하게 된다.
이로 인하여, 램프 무라(mura) 현상이 발생하게 되고, 나아가 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하 문제를 야기시키게 된다.
이에, LED(30)와 이에 인접한 LED(30)와의 간격을 줄임으로써 이러한 문제점을 해소하고자 하나, 이는 LED(30) 수의 증가에 따른 비용상승 문제를 야기하게 되고, 나아가 소비전력을 상승시키게 되는 요인이 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 박형의 액정표시장치를 제공하는 동시에 램프 무라(mura) 등의 불량을 해결하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 액정표시장치의 휘도 불균일에 의한 표시품질의 저하문제를 방지하고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
또한, 소비전력을 감소시키고자 하는 것을 제 3 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반사판과; 상기 반사판 상부에 안착되며, 하부면에 패턴이 형성된 제 1 영역과 패턴이 형성되지 않은 제 2 영역이 서로 이웃하지 않고 엇갈리게 형성된 제 1 도광판과; 상기 제 1 도광판 상부에 위치하며, 배면에 패턴이 형성된 제 3 영역과 패턴이 형성되지 않은 제 4 영역이 서로 이웃하지 않고 엇갈리게 형성되며, 상기 제 3 영역은 상기 제 2 영역과 대응되며, 상기 제 4 영역은 상기 제 1 영역과 대응되도록 형성되는 제 2 도광판과; 상기 제 1 및 제 2 도광판의 양 측면을 따라 배열되며, 다수의 LED가 FPCB의 길이방향을 따라 2열로 실장된 제 1 및 제 2 LED 어셈블리와; 상기 도광판 상에 안착되는 다수의 광학시트을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 LED 어셈블리의 제 1 열의 다수의 LED는 상기 제 1 도광판의 양 측면과 대면되며, 제 2 열의 다수의 LED는 상기 제 2 도광판의 양 측면과 대면되는 액정표시장치용 백라이트 유닛을 제공한다.
상기 제 1 및 제 2 도광판은 빛이 입사되는 양 측면과 빛이 출사되는 상부면 및 상기 반사판과 대면된 하부면으로 구비되며, 상기 제 1 도광판의 상기 제 1 영역의 하부면의 외면에는 반사시트가 형성된다.
그리고, 상기 제 1 도광판의 상기 제 1 영역의 하부면의 외면에는 반사시트가 형성되며, 상기 제 1 및 제 2 도광판은 상기 제 1 LED 어셈블리로부터 빛이 입사되는 영역과 상기 제 2 LED 어셈블리로부터 빛이 입사되는 영역 사이에 측면반사시트가 형성된다.
이때, 상기 도광판은 제 3, 제 4 도광판을 더욱 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 LED 어셈블리는 제 3 , 제 4 LED 어셈블리를 더욱 포함하며, 상기 제 1 내지 제 4 LED 어셈블리는 상기 제 1 및 제 2 도광판의 상하좌우에 위치한다.
또한, 상기 패턴은 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패 턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 또는 프리즘패턴(prism pattern), 렌티큘러패턴(lenticular pattern) 형태 중 선택된 하나이며, 상기 다수의 광학시트는 확산시트와 집광시트이다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 다수의 영역으로 분할 정의된 제 1 및 제 2 도광판과, 제 1 및 제 2 도광판의 분할 정의된 영역으로 제 1 및 제 2 도광판의 양측면에서 빛을 공급하는 제 1 및 제 2 LED 어셈블리를 통해, 액정패널로 균일한 면광원을 제공하는 동시에 박형으로 저소비전력의 백라이트 유닛을 제공할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 램프 무라(mura) 현상을 방지할 수 있어, 휘도가 균일하고 표시품질이 향상된 액정표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 제 1 및 제 2 도광판에 의해 정의된 분할된 영역 별로 액정패널을 향하는 방향으로 빛을 제공할 수 있으므로, 액정표시장치의 콘트라스트비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있다. 이에, 보다 생동감있는 영상을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 소비전력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치는 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120), 그리고 서포트메인(150)과 커버버툼(170), 탑커버(160)로 구성된다.
이들 각각에 대해 자세히 살펴보면, 액정패널(110)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서, 액정층을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(112, 114)을 포함한다.
이때, 액정패널(110)이 능동행렬 방식이라는 전제 하에 비록 도면상에 명확하게 나타내지는 않았지만 통상 어레이기판이라 불리는 제 1 기판(112) 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 화소(pixel)가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)가 구비되어 각 화소에 형성된 투명 화소전극과 일대일 대응 연결되어 있다.
그리고 컬러필터기판이라 불리는 제 2 기판(114) 내면으로는 각 화소에 대응되는 일례로 적, 녹, 청 컬러의 컬러필터(color filter) 및 이들 각각을 두르며 게이트라인과 데이터라인 그리고 박막트랜지스터 등의 비표시요소를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)가 구비된다.
그리고 이러한 제 2 기판(114)의 내면으로는 이들을 덮는 투명한 공통전극이 더욱 마련되어 있다.
이 같은 액정패널(110)의 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판 같은 연결부재(116)를 매개로 인쇄회로기판(117a, 117b)이 연결되어 모듈화 과정에서 서포트메인(150)의 측면 내지는 커버버툼(170) 배면으로 젖혀 밀착된다.
그리고 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 액정패널(110)의 두 기판(112, 114)과 액정층의 경계부분에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 상, 하부 배향막(미도시)이 개재되고, 그 사이로 충진되는 액정층의 누설을 방지하기 위해 양 기판(112, 114)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern)이 형성된다.
또한, 제 1 및 제 2 기판(112, 114)의 외면으로는 상,하부 편광판(미도시)이 각각 부착된다.
이러한 액정패널(110)의 배면에는 광을 공급하는 백라이트 유닛(120)이 구비되어, 액정패널(110)의 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 한다.
백라이트 유닛(120)은 백색 또는 은색의 반사판(122)과, 이러한 반사판(122) 상에 안착되는 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)과, 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)의 양측으로 서로 마주보는 방향으로 위치하는 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(130, 140) 그리고 제 1 도광판(123a) 상부로 다수의 광학시트(126)가 순차적으로 위치한다.
앞서 말한 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(130, 140)는 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)의 측면과 대면하도록 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)의 양측에 위치하며, 이러한 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(130, 140)는 다수의 LED(131, 141, 143)가 실장되는 FPCB(135, 145)와, FPCB(135, 145)의 길이방향을 따라 2열로 일정 간격 이격하여 장착되는 LED(131, 141, 143)를 포함한다.
이때, 제 1 열의 LED(131, 141)는 제 1 도광판(123a)의 양측면과 대면되며, 제 2 열의 LED(미도시, 143)는 제 2 도광판(123b)의 양측면과 대면되도록 위치한 다.
즉, 제 1 LED 어셈블리(130)의 제 1 열의 LED(131)는 제 1 도광판(123a)의 일측면으로 빛을 입사시키며 제 2 열의 LED(미도시)는 제 2 도광판(123b)의 일측면으로 빛을 입사시키며, 제 2 LED 어셈블리(140)의 제 1 열의 LED(141)는 제 1 도광판(123a)의 타측면으로 빛을 입사시키며 제 2 열의 LED(143)는 제 2 도광판(123b)의 타측면으로 빛을 입사시킨다.
제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)은 다수의 LED(131, 미도시, 141, 143)로부터 입사된 빛이 여러번의 전반사에 의해 도광판(123a, 123b) 내를 진행하면서 도광판(123a, 123b)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 액정패널(110)에 면광원을 제공한다.
이때, 본 발명의 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)은 여러 영역으로 분할되어 정의되며, 분할된 각 영역 별로 액정패널(110)에 면광원을 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이에, 제 1 도광판(123a)의 일정 영역의 배면에는 반사시트(미도시)와 빛을 상부로 공급하기 위한 특정모양의 패턴(미도시)이 형성되어 있으며, 제 2 도광판(123b)은 제 1 도광판(123a)의 반사시트(미도시)와 특정모양의 패턴(미도시)이 형성되지 않은 이외의 영역에 특정모양의 패턴(미도시)이 형성되어 있다. 이에 대해 차후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
반사판(122)은 제 2 도광판(123b)의 배면에 위치하여, 제 2 도광판(123b)의 배면을 통과한 빛을 액정패널(110) 쪽으로 반사시킴으로써 빛의 휘도를 향상시킨다.
그리고, 제 1 도광판(123a) 상부에 위치하는 다수의 광학시트(126)는 확산시트와 집광시트 등을 포함한다.
확산시트는 제 1 도광판(123a) 상부에 바로 위치하여, 도광판(123a, 123b)을 통해 입사된 광을 분산시키면서 집광시트 쪽으로 광이 진행하도록 광의 방향을 조절해주는 역할을 한다.
그리고, 집광시트에 의해 확산시트를 통과하여 확산된 광은 액정패널(110) 방향으로 집광하게 된다. 이에, 집광시트를 통과하는 광은 거의 대부분 액정패널(110)에 수직하게 진행된다.
한편, 도시하지는 않았지만 제 1 도광판(123a)과 확산시트 사이에 확산판(미도시)을 더욱 구비할 수 있는데, 확산판은 광균일도에 따라 다양한 헤이즈(haze) 특성을 갖도록 구성하는데, 이때 확산판의 헤이즈 값은 비드(bead) 등의 광확산성분을 포함하여 구성하거나, 비드를 포함하지 않고 하부면에 미세패턴(미도시)을 형성하여 구성할 수 있다.
이때, 비드는 확산판으로 입사되는 광을 분산시킴으로써 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지할 수 있는 특징이 있다. 또한, 비드를 포함하지 않은 확산판은 미세패턴의 형태에 따라 광 산란각을 조절할 수 있다.
이로써, 광을 분산시켜 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지하게 된다.
이러한 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)은 탑커버(160)와 서포트메인(150) 그리고 커버버툼(170)을 통해 모듈화 되는데, 탑커버(160)는 액정패널(110)의 상면 및 측면 가장자리를 덮도록 단면이"ㄱ"형태로 절곡된 사각테 형상 으로, 탑커버(160)의 전면을 개구하여 액정패널(110)에서 구현되는 화상을 표시하도록 구성한다.
또한, 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)이 안착하여 액정표시장치모듈 전체 기구물 조립에 기초가 되는 커버버툼(170)은 사각모양의 판 형상으로 이의 길이방향 양측 가장자리를 소정높이 비스듬히 절곡하여 구성한다.
이러한 커버버툼(170) 상에 안착되며 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)의 가장자리를 두르는 사각테 형상의 서포트메인(150)이 탑커버(160) 및 커버버툼(170)과 결합된다.
여기서, 탑커버(160)는 케이스탑 또는 탑 케이스라 일컬어지기도 하고, 서포트메인(150)은 가이드패널 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(170)은 버텀커버라 일컬어지기도 한다.
도 4는 모듈화된 도 3의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 반사판(122)과, 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)과, 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)의 양측면에 구비된 제 1 및 제 2 LED어셈블리(130, 140)와, 제 1 도광판(123a) 상부에 다수의 광학시트(126)들이 적층되어 백라이트 유닛을 이루게 된다.
이때, 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(130, 140)는 각각 다수의 LED(131, 133, 141, 143)가 2열로 FPCB(135, 145)의 길이방향을 따라 일정 간격 이격하여 실장되며, 이러한 제 1 및 제 2 LED어셈블리(130, 140)는 접착 등의 방법으로 위치가 고정된다.
여기서, 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(130, 140)의 제 1 열에 형성된 다수개의 LED(131, 141)로부터 출사되는 빛은 제 1 도광판(123a)의 양측면을 통해 제 1 도광판(123a) 내부로 입사되고, 제 2 열에 형성된 다수개의 LED(133, 143)는 제 2 도광판(123b)의 양측면을 통해 제 2 도광판(123b) 내부로 입사된다.
이로 인하여, 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)의 양측면에 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(130, 140)를 위치함으로써, 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(130, 140)의 다수의 LED(131, 133, 141, 143)로부터 발광된 빛은 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b) 내를 진행하면서 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)의 넓은 영역으로 골고루 퍼지게 된다.
그리고 이러한 백라이트 유닛과 이의 상부에 제 1 및 제 2 기판(112, 114)과 이의 사이에 액정층(미도시)이 개재되는 액정패널(110)이 위치하며, 제 1 제 2 기판(112, 114)의 각각 외면으로는 특정 빛만을 선택적으로 투과시키는 편광판(미도시)이 부착된다.
이러한 백라이트 유닛과 액정패널(110)은 서포트메인(150)에 의해 가장자리가 둘러지며, 이의 배면으로 커버버툼(170)이 결합되며 액정패널(110)의 상면 가장자리 및 측면을 두르는 탑커버(160)가 서포트메인(150) 및 커버버툼(170)에 결합되어 있다.
이로 인하여, 본 발명은 대면적화된 액정표시장치에 균일한 면광원을 제공할 수 있는 동시에 기존의 수개의 LED(도 1의 30)가 광학시트(126)의 하부에 배치된 구조인 직하형에 비해 제작이 용이하며, 박형으로 저소비전력의 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
그리고, 램프 무라(mura) 현상을 방지할 수 있어, 휘도가 균일하고 표시품질이 향상된 액정표시장치를 제공할 수 있다.
특히, 본 발명의 백라이트 유닛을 통해 보다 생동감 있는 영상을 표현할 수 있으며 소비전력을 보다 줄일 수 있는데, 이에 대해 도 5를 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 5는 본 발명에 따른 백라이트 유닛에 대한 분해사시도이다.
도시한 바와 같이, 백라이트 유닛은 커버버툼(도 4의 170) 상에 안착되는 백색 또는 은색의 반사판(122)과, 이의 양측 가장자리 길이방향을 따라 배열되며, 다수의 LED(131, 133, 141, 143)가 2열로 FPCB(135, 145)의 길이방향을 따라 실장된 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(130, 140)와, 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(130, 140)와 동일평면에 위치하며 반사판(122) 상에 순차적으로 안착되어 양측 측면이 각각 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(130, 140)와 대면되는 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)으로 이루어진다.
이때, 제 1 LED 어셈블리(130)의 제 1 열의 LED(131a, 131b, 131c, 131d)는 제 1 도광판(123a)의 일측면과 대면되며, 제 2 열의 LED(133a, 133b, 133c, 133d)는 제 2 도광판(123b)의 일측면과 대면되도록 위치하며, 제 2 LED 어셈블리(140)의 제 1 열의 LED(141a, 141b, 141c, 141d)는 제 1 도광판(123a)의 타측면과 대면되고, 제 2 열의 LED(143a, 143b, 143c, 143d)는 제 2 도광판(123b)의 타측면과 대면되도록 위치한다.
이로 인하여, 제 1 LED 어셈블리(130)의 제 1 열의 LED(131a, 131b, 131c, 131d)는 제 1 도광판(123a)의 일측면으로 빛을 입사시키며 제 2 열의 LED(133a, 133b, 133c, 133d)는 제 2 도광판(123b)의 일측면으로 빛을 입사시키며, 제 2 LED 어셈블리(140)의 제 1 열의 LED(141a, 141b, 141c, 141d)는 제 1 도광판(123a)의 타측면으로 빛을 입사시키며 제 2 열의 LED(143a, 143b, 143c, 143d)는 제 2 도광판(123b)의 타측면으로 빛을 입사시킨다.
여기서, 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)의 구조에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)은 각각 광을 투과시킬 수 있는 투과성 재료중의 하나인 아크릴계 투명수지인 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethylmethacrylate : PMMA)같은 플라스틱(plastic) 물질 또는 폴리카보네이트(polycarbonate : PC)계열에 의해 평면형태(flat type)로 제작된다. PMMA는 아크릴수지로써 투명성, 내후성, 착색성이 우수하여 광이 투과할 때 광의 확산을 유도한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)은 여러 영역으로 분할하여 정의할 수 있는데, 영역으로 분할 정의된 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)의 하부면에는 각 영역 별로 도광판(123a, 123b)의 양측면의 입광부를 통해 도광판(123a, 123b) 내부로 입사된 빛을 액정패널(도 4의 110) 방향으로 입사시키기 위한 특정 모양의 패턴(125a, 125b)이 형성된다.
즉, 제 1 도광판(123a)의 하부면에는 패턴(125a)이 형성된 A영역과 패턴(125a)이 형성되지 않은 B영역으로 나눌 수 있는데, A영역과 B영역은 서로 어긋 나게 위치하며 서로 이웃하지 않는다.
그리고, 제 2 도광판(123b)의 하부면에도 패턴(125b)이 형성된 C영역과 패턴(125b)이 형성되지 않은 D영역으로 나눌 수 있는데, C영역과 D영역 역시 서로 어긋나게 위치하며 서로 이웃하지 않는다.
특히, 이러한 패턴(125a, 125b)은 제 1 도광판(123a)과 제 2 도광판(123b)에 각각 형성된 패턴(125a, 125b)이 서로 중첩되지 않도록 하는데, 이에 제 1 도광판(123a)의 패턴(125a)이 형성된 A영역과 제 2 도광판(123b)의 패턴(125b)이 형성되지 않은 D영역은 서로 대응되며, 제 1 도광판(123a)의 패턴(125a)이 형성되지 않는 B영역과 제 2 도광판(123b)의 패턴(125b)이 형성된 C영역이 서로 대응된다.
그리고, 제 1 도광판(123a)의 패턴(125a)이 형성된 A영역의 하부면 배면에는 반사시트(127)가 형성된다. 반사시트(127)는 제 1 도광판(123a) 내에서 전반사하는 빛이 제 2 도광판(123b) 내부로 간섭되지 않도록 한다.
여기서, 패턴(125a, 125b)은 도광판(123a, 123b) 내부로 입사된 빛을 가이드하기 위하여, 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 등 다양하게 구성할 수 있으며, 이와 같은 패턴(125a, 125b)은 도광판(123a, 123b)의 하부면에 인쇄방식 또는 사출방식으로 형성한다.
이로 인하여, 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)을 통해 액정패널(도 4의 110) 전면에 균일한 면광원을 제공할 수 있으며, 또는 액정패널(도 4의 110)의 원하는 영역에만 빛을 제공할 수 있다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 일예로 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)이 각각 4ㅧ 4의 16개의 영역으로 분할하여 정의하여 설명하도록 하겠다.
이때, 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(130, 140)의 제 1 및 제 2 열에는 각각 4개의 LED(131a, 131b, 131c, 131d, 133a, 133b, 133c, 133d, 141a, 141b, 141c, 141d, 143a, 143b, 143c, 143d)가 실장되어, 제 1 열의 4개의 LED(131a, 131b, 131c, 131d, 141a, 141b, 141c, 141d)는 제 1 도광판(123a)의 일측 및 타측면을 통해 4개의 영역으로 빛을 입사시키며, 제 2 열의 4개의 LED(133a, 133b, 133c, 133d, 143a, 143b, 143c, 143d)는 제 2 도광판(123b)의 일측 및 타측면을 통해 4개의 영역으로 빛을 입사시킨다.
16개의 영역으로 분할 정의된 제 1 도광판(123a)의 제 1-2 영역, 제 1-4 영역, 제 1-5 영역, 제 1-7 영역, 제 1-10 영역, 제 1-12 영역, 제 1-13 영역, 제 1-15 영역의 하부면에 패턴(125a)을 형성하며, 제 2 도광판(123b)의 제 2-1영역, 제 2-3영역, 제 2-6 영역, 제 2-8 영역, 제 2-9 영역, 제 2-11 영역, 제 2-14 영역, 제 2-16 영역의 하부면에 패턴(125b)을 형성한다.
이로 인하여, 도 6에 도시한 바와 같이 제 1 LED 어셈블리(130)의 제 1 열의 제 1 LED(131a)로부터 발산된 빛은 제 1 도광판(123a)의 일측면으로 입사되어 전반사에 의해 제 1 도광판(123a)의 제 1-13 영역에 형성된 패턴(125a) 및 반사시트(127)에 의해 가이드되어 액정패널 방향으로 굴절된다.
그리고, 제 1 LED 어셈블리(130)의 제 2 열의 제 1 LED(133a)로부터 발산된 빛은 제 2 도광판(123b)의 일측면으로 입사되어 전반사에 의해 제 2 도광판(123b) 의 제 2-13 영역을 진행하면서 제 2-9 영역에 형성된 패턴(125b)에 의해 가이드되어 액정패널(도 4의 110) 방향으로 굴절된다.
이때, 제 2 LED 어셈블리(140)의 제 1 열의 제 1 LED(141a)로부터 발산된 빛은 제 1 도광판(123a)의 타측면으로 입사되어 전반사에 의해 제 1 도광판(123a)의 제 1-1 영역을 진행하면서 제 1-5 영역에 형성된 패턴(125b) 및 반사시트(127)에 의해 가이드되어 액정패널(도 4의 110) 방향으로 굴절되고, 제 2 열의 제 1 LED(143a)로부터 발산된 빛은 제 2 도광판(123b)의 타측면으로 입사되어 전반사에 의해 제 2 도광판(123b)의 제 2-1 영역에 형성된 패턴(125b)에 의해 가이드되어 액정패널(도 4의 110) 방향으로 굴절된다.
제 1 도광판(123a)의 제 1-2 영역, 제 1-4 영역, 제 1-7 영역, 제 1-10 영역, 제 1-12 영역, 제 1-15 영역과 제 2 도광판(123b)의 제 2-3 영역, 제 2-6 영역, 제 2-8 영역, 제 2-11 영역, 제 2-14 영역, 제 2-16 영역도 이와 같은 방법을 통해 다수의 LED(131a, 131b, 131c, 131d, 133a, 133b, 133c, 133d, 141a, 141b, 141c, 141d, 143a, 143b, 143c, 143d)로부터의 빛을 가이드 하여 액정패널(도 4의 110) 방향으로 굴절되도록 한다.
이에, 액정패널(도 4의 110)로 균일한 면광원을 제공하기 위해서는 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(130, 140)에 실장된 모든 LED(131a, 131b, 131c, 131d, 133a, 133b, 133c, 133d, 141a, 141b, 141c, 141d, 143a, 143b, 143c, 143d)를 발광시켜 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b) 모든 영역에서 빛이 굴절되도록 하면 된다.
이로 인하여, 본 발명은 대면적화된 액정표시장치에 균일한 면광원을 제공할 수 있는 동시에 기존의 수개의 LED(도 1의 30)가 광학시트(126)의 하부에 배치된 구조의 직하형에 비해 제작이 용이하며, 박형으로 저소비전력의 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
그리고, 램프 무라(mura) 현상을 방지할 수 있어, 휘도가 균일하고 표시품질이 향상된 액정표시장치를 제공할 수 있다.
특히, 본 발명의 백라이트 유닛은 제 1 및 제 2 도광판(123a, 123b)에 의해 정의된 분할된 영역 별로 빛을 액정패널(도 4의 110)로 제공할 수 있으므로, 액정패널(도 4의 110)에 표시된 영상을 밝은영상을 더 밝게 해주고 어두운 영상은 더 어둡게 해줌으로써, 콘트라스트비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있다.
이에, 보다 생동감있는 영상을 구현할 수 있다.
또한, 영상에 맞는 밝기를 조정할 수 있어, 어두운 밝기를 갖는 영상은 어두운 밝기의 빛을 갖도록 함으로써, 소비전력을 감소시킬 수 있다.
이때, 제 1 도광판(123a)의 패턴(125a)이 형성된 영역을 통해 액정패널(도 4의 110) 방향으로 굴절되는 빛은 이들 영역의 하부면 배면에 위치하는 반사시트(127)에 의해 제 2 도광판(123b) 내부로 간섭되지 않도록 한다.
그리고, 제 2 도광판(123b)의 패턴(125b)이 형성되지 않은 영역 내에서 전반사하는 빛이 제 1 도광판(123a)의 패턴(125a)이 형성된 영역으로 간섭되지 않도록 한다.
이로 인하여, 보다 명확하게 분할된 영역 별로 빛을 액정패널(도 4의 110)로 제공할 수 있다.
그리고 도면상에 도시하지는 않았지만 제 1 도광판(123a)의 상부에 다수의 광학시트(도 4의 126)가 안착되는데, 다수의 광학시트(도 4의 126)는 확산시트와 집광시트 등을 포함한다.
한편, 제 1 LED 어셈블리(130)로부터 출사되는 빛과 제 2 LED 어셈블리로(140)부터 출사되는 빛이 각각 도광판(123a, 123b)의 양측면으로 입사되어 도광판(123a, 123b) 내에서 전반사하는 과정에서, 이 두 빛이 서로 중첩되지 않도록, 제 1-5 영역, 제 1-6 영역, 제 1-7 영역 그리고 제 1-8 영역과 제 1-9 영역, 제 1-10 영역, 제 1-11 영역 그리고 제 1-12 영역 사이 그리고 제 2-5 영역, 제 2-6 영역, 제 2-7 영역 그리고 제 2-8 영역과 제 2-9 영역, 제 2-10 영역, 제 2-11 영역 그리고 제 2-12 영역에 측면반사시트(129)를 더욱 구비할 수 있다.
따라서, 도 7에 도시한 바와 같이 제 1 LED 어셈블리(130)의 제 1 열의 제 1 LED(131a)로부터 발산된 빛은 제 1 도광판(123a)의 일측면으로 입사되어 전반사에 의해 제 1 도광판(123a)의 제 1-5 영역과 제 1-9 영역 사이에 형성된 측면반사시트(129)에 의해 반사되어, 제 1-13 영역에 형성된 패턴(125a) 및 반사시트(127)에 의해 가이드되어 액정패널 방향으로 굴절된다.
그리고, 제 1 LED 어셈블리(130)의 제 2 열의 제 1 LED(133a)로부터 발산된 빛은 제 2 도광판(123b)의 일측면으로 입사되어 전반사에 의해 제 2 도광판(123b)의 제 2-13 영역을 진행하면서 제 2-5 영역과 제 2-9 영역 사이에 형성된 측면반사시트(129)에 의해 반사되어 제 2-9 영역에 형성된 패턴(125b)에 의해 가이드되어 액정패널(도 4의 110) 방향으로 굴절된다.
이때, 제 2 LED 어셈블리(140)의 제 1 열의 제 1 LED(141a)로부터 발산된 빛은 제 1 도광판(123a)의 타측면으로 입사되어 전반사에 의해 제 1 도광판(123a)의 제 1-1 영역을 진행하면서 제 1-5 영역과 제 1-9 영역 사이에 형성된 측면반사시트(129)에 의해 반사되어 제 1-5 영역에 형성된 패턴(125b) 및 반사시트(127)에 의해 가이드되어 액정패널(도 4의 110) 방향으로 굴절되고, 제 2 열의 제 1 LED(143a)로부터 발산된 빛은 제 2 도광판(123b)의 타측면으로 입사되어 전반사에 의해 제 2 도광판(123b)의 제 2-5 영역과 제 2-9 영역 사이에 형성된 측면반사시트(129)에 의해 반사되어 제 2-1 영역에 형성된 패턴(125b)에 의해 가이드되어 액정패널(도 4의 110) 방향으로 굴절된다.
제 1 도광판(123a)의 제 1-2 영역, 제 1-4 영역, 제 1-7 영역, 제 1-10 영역, 제 1-12 영역, 제 1-15 영역과 제 2 도광판(123b)의 제 2-3 영역, 제 2-6 영역, 제 2-8 영역, 제 2-11 영역, 제 2-14 영역, 제 2-16 영역도 이와 같은 방법을 통해 다수의 LED(131a, 131b, 131c, 131d, 133a, 133b, 133c, 133d, 141a, 141b, 141c, 141d, 143a, 143b, 143c, 143d)로부터의 빛을 가이드 하여 액정패널(도 4의 110) 방향으로 굴절되도록 한다.
따라서, 제 1 LED 어셈블리(130)로부터 출사되는 빛과 제 2 LED 어셈블리로(140)부터 출사되는 빛이 각각 도광판(123a, 123b)의 양측면으로 입사되어 도광판(123a, 123b) 내에서 전반사하는 과정에서, 이 두 빛이 서로 중첩되지 않도록 할 수 있다.
도 8a ~ 8d는 본 발명의 실시예에 따른 휘도를 시뮬레이션 하여 측정한 결과 이며, 도 9a~ 9b는 분할된 영역 별 휘도를 시뮬레이션 하여 측정한 결과와 이를 통해 디스플레이된 화면을 나타내었다.
여기서, 시뮬레이션은 각각 4ㅧ 4의 16개의 영역으로 분할하여 정의된 제 1 및 제 2 도광판(도 5의 123a, 123b)과 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(도 5의 130, 140)의 제 1 및 제 2 열에는 각각 4개의 LED(도 5의 131a, 131b, 131c, 131d, 133a, 133b, 133c, 133d, 141a, 141b, 141c, 141d, 143a, 143b, 143c, 143d)가 실장하여, 제 1 열의 LED(도 5의 131a, 131b, 131c, 131d, 141a, 141b, 141c, 141d)는 제 1 도광판(도 5의 123a)의 일측 및 타측면을 통해 8개의 영역으로 빛을 입사시키며 제 2 열의 LED(도 5의 133a, 133b, 133c, 133d, 143a, 143b, 143c, 143d)는 제 2 도광판(도 5의 123b)의 일측 및 타측면을 통해 8개의 영역으로 빛을 입사시켜 측정하였다.
도 8a는 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(도 5의 130, 140)에 실장된 모든 LED(도 5의 131a, 131b, 131c, 131d, 133a, 133b, 133c, 133d, 141a, 141b, 141c, 141d, 143a, 143b, 143c, 143d)를 발광시켜 제 1 및 제 2 도광판(도 5의 123a, 123b) 모든 영역에서 빛이 굴절되도록 한 후 휘도를 측정한 결과로, 모든 영역에 걸쳐 휘도가 균일하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 8b, 도 8c, 도 8d는 제 2 LED 어셈블리(도 5의 140)의 제 2 열의 제 2 LED(도 5의 143b)에 각각 200lm, 100lm, 50lm의 광량을 입력한 후 휘도를 측정한 결과로써, 제 2 도광판(도 5의 123b)의 제 2-6 영역의 휘도가 변화한다.
여기서, 제 2 도광판(도 5의 123b)의 제 2-6 영역의 휘도는 제 1 LED 어셈블 리(도 5의 130)의 제 2 열의 제 2 LED(도 5의 133b)에 입력한 광량에 비례하여 나타나는 것을 확인할 수 있다.
이의 시뮬레이션 결과를 통해서 본 발명의 실시예에 따라 제 1 및 제 2 도광판(도 5의 123a, 123b)에 의해 정의된 분할된 영역 별로 빛을 액정패널(도 4의 110)로 제공할 수 있음을 알 수 있으며, 분할된 영역 별로 제공하는 빛의 광량 또한 조절할 수 있음을 알 수 있다.
이에, 도 9a에 도시한 바와 같이, 제 1 LED 어셈블리(도 5의 130)의 제 1 열의 제 1 LED(도 5의 131a)와 제 2 열의 제 4 LED(도 5의 133d)에 100lm의 광량을 입력하고, 제 1 LED 어셈블리(도 5의 130)의 제 1 열의 제 3 LED(도 5의 131c)와 제 2 열의 제 2 LED(도 5의 133b)와 제 2 LED 어셈블리(도 5의 140)의 제 1 열의 제 2 LED(도 5의 141b)와 제 3 LED(도 5의 141c) 그리고 제 2 열의 제 2 LED(도 5의 143b)와 제 3 LED(도 5의 143c)에 각각 200lm의 광량을 입력하였다.
그리고, 제 1 LED 어셈블리(도 5의 130)의 제 1 열의 제 2 LED(도 5의 131b)와 제 4 LED(도 5의 131d) 그리고 제 2 열의 제 1 LED(도 5의 133a)와 제 4 LED(도 5의 133d)에 300lm의 광량을 입력하고, 제 2 LED 어셈블리(도 5의 140)의 제 1 열의 제 1 LED(도 5의 141a)와 제 4 LED(도 5의 141d) 그리고 제 2 열의 제 1 LED(도 5의 143a)와 제 4 LED(도 5의 143d)에 50lm의 광량을 입력하여, 휘도를 측정한 결과이다.
이에, 제 1 도광판(도 5의 123a) 및 제 2 도광판(도 5의 123b)의 분할된 각각의 영역은 다수의 LED(도 5의 131a, 131b, 131c, 131d, 133a, 133b, 133c, 133d, 141a, 141b, 141c, 141d, 143a, 143b, 143c, 143d)에 입력한 광량에 따라 다른 휘도를 나타내며, 이를 통해 도 9b에 도시한 바와 같이 액정패널(도 4의 110)에 표시된 영상을 밝은영상을 더 밝게 해주고 어두운 영상은 더 어둡게 해줌으로써, 콘트라스트비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있다.
이로 인하여, 보다 생동감있는 영상을 구현하게 된다.
한편, 본 발명은 제 1 및 제 2 도광판(도 5의 123a, 123b)을 포함하지만, 도광판(도 5의 123a, 123b)의 개수는 분할하고자 하는 영역에 따라 한정되지 않으며, LED(도 5의 131a, 131b, 131c, 131d, 133a, 133b, 133c, 133d, 141a, 141b, 141c, 141d, 143a, 143b, 143c, 143d)의 개수 또한 도광판(도 5의 123a, 123b)의 분할 하고자 하는 영역에 따라 한정되지 않는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 일반적인 LED를 광원으로 사용한 직하방식 액정표시장치모듈의 단면도.
도 2는 도 1의 LED로부터 빛이 출사되는 출사각을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도.
도 4는 모듈화된 도 3의 단면을 개략적으로 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 백라이트 유닛에 대한 분해사시도.
도 6은 LED로부터의 빛이 분할영역 별로 출사되는 모습을 개략적으로 도시한 단면도.
도 7은 측면반사시트로 인하여 LED로부터의 빛이 분할영역 별로 출사되는 모습을 개략적으로 도시한 단면도.
도 8a ~ 8d는 본 발명의 실시예에 따른 휘도를 시뮬레이션 하여 측정한 결과.
도 9a ~ 9b는 분할된 영역 별 휘도를 시뮬레이션 하여 측정한 결과와 이를 통해 디스플레이된 화면.

Claims (9)

  1. 반사판과;
    상기 반사판 상부에 안착되며, 하부면에 패턴이 형성된 제 1 영역과 패턴이 형성되지 않은 제 2 영역이 서로 이웃하지 않고 엇갈리게 형성된 제 1 도광판과;
    상기 제 1 도광판 상부에 위치하며, 배면에 패턴이 형성된 제 3 영역과 패턴이 형성되지 않은 제 4 영역이 서로 이웃하지 않고 엇갈리게 형성되며, 상기 제 3 영역은 상기 제 2 영역과 대응되며, 상기 제 4 영역은 상기 제 1 영역과 대응되도록 형성되는 제 2 도광판과;
    상기 제 1 및 제 2 도광판의 양 측면을 따라 배열되며, 다수의 LED가 FPCB의 길이방향을 따라 2열로 실장된 제 1 및 제 2 LED 어셈블리와;
    상기 도광판 상에 안착되는 다수의 광학시트
    을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 LED 어셈블리의 제 1 열의 다수의 LED는 상기 제 1 도광판의 양 측면과 대면되며, 제 2 열의 다수의 LED는 상기 제 2 도광판의 양 측면과 대면되는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 도광판은 빛이 입사되는 양 측면과 빛이 출사되는 상부면 및 상기 반사판과 대면된 하부면으로 구비된 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 도광판의 상기 제 1 영역의 하부면의 외면에는 반사시트가 형성되는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 도광판의 상기 제 1 영역의 하부면의 외면에는 반사시트가 형성되는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 도광판은 상기 제 1 LED 어셈블리로부터 빛이 입사되는 영역과 상기 제 2 LED 어셈블리로부터 빛이 입사되는 영역 사이에 측면반사시트가 형성된 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판은 제 3, 제 4 도광판을 더욱 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 LED 어셈블리는 제 3 , 제 4 LED 어셈블리를 더욱 포함하며, 상기 제 1 내지 제 4 LED 어셈블리는 상기 제 1 및 제 2 도광판의 상하좌우에 위치하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 또는 프리즘패턴(prism pattern), 렌티큘러패턴(lenticular pattern) 형태 중 선택된 하나인 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 광학시트는 확산시트와 집광시트인 액정표시장치용 백라이트 유닛.
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