KR20100132385A

KR20100132385A - 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치

Info

Publication number: KR20100132385A
Application number: KR1020090051178A
Authority: KR
Inventors: 김민주; 김동혁; 김진련
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-12-17
Also published as: CN101922652B; KR101332054B1; US8976311B2; CN101922652A; US20100309406A1

Abstract

본 발명은 광 효율 향상 및 균일한 휘도를 구현할 수 있는 백라이트 유닛이 개시된다.

개시된 본 발명의 백라이트 유닛은 일정한 간격을 두고 배치된 복수의 광원과, 광원 상에 배치된 확산 플레이트와, 확산 플레이트의 일면에 형성된 프리즘 패턴 및 확산 플레이트의 타면에 형성된 마이크로 렌즈 패턴을 포함하고, 프리즘 패턴의 꼭지각이 64도 내지 76도로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치{BACKLIGHT UNIT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로, 특히 광 효율을 향상시키고, 균일한 휘도를 구현할 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.

통상적으로, 액정표시장치(LCD: liquid crystal display)는 경량, 박형, 저 소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이러한 추세에 따라 액정표시장치는 사무자동화 기기, 오디오/비디오 기기 등에 이용되고 있다. 상기 액정표시장치는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 제어용 스위치들에 인가되는 영상신호에 따라 투과량이 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시하게 된다.

상기 액정표시장치는 자발광 표시장치가 아니기 때문에 영상이 디스플레이되는 액정표시패널의 배면에 광을 제공하는 백라이트 유닛(backlight unit)이 구비된다.

상기 백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 직하(direct) 방식과 에지(edge) 방식의 두 종류가 있다.

상기 에지 방식은 평판 측면에 광원을 배치한 것으로서, 광원으로부터 발광된 광을 도광판을 이용하여 액정표시패널 전체의 면으로 조사한다. 한편, 직하 방식은 액정표시패널의 배면에 다수의 광원을 배치하여 액정표시패널의 직하에서 광을 직접 조사하는 방식으로 에지 방식과 비교하여 다수의 광원에 의해 휘도를 높일 수 있고, 발광 면을 넓게 할 수 있는 장점이 있다.

액정표시장치의 크기가 대형화됨에 따라 백라이트 유닛의 크기도 대형화되고 있다. 그 결과, 액정표시장치는 직하 방식의 백라이트 유닛을 널리 채용하고 있다.

일반적인 직하 방식의 액정표시장치에 구비된 백라이트 유닛은 액정표시패널의 배면에 일정한 간격을 두고 복수의 광원이 배치된 구조로써, 광원이 배치된 영역과 배치되지 않은 영역의 휘도 차이가 발생하여 균일한 휘도를 구현하기 어려운 문제가 있었다. 일반적인 액정표시장치는 상기 불균일한 휘도를 개선하기 위해 광원들과 광원들 상에 배치된 확산 플레이트의 간격을 크게 함으로써, 균일한 휘도를 구현할 수 있지만, 액정표시장치의 슬림화를 구현하지 못하며, 휘도가 저하되는 문제가 있었다. 또한, 일반적인 액정표시장치는 슬림화 및 균일한 휘도를 구현하기 위해 확산 플레이트의 내부에 확산 비드 등이 구성되었지만, 확산 비드를 포함하는 확산 플레이트는 비용이 크게 상승되며, 굴절률 차이에 따라 투과 및 반사가 반복됨으로써, 정면 휘도가 감소하는 문제가 있었다.

본 발명은 균일한 휘도를 구현할 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 광 효율을 향상시킬 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은,

일정한 간격을 두고 배치된 복수의 광원; 상기 광원 상에 배치된 확산 플레이트; 상기 확산 플레이트의 일면에 형성된 프리즘 패턴 및 상기 확산 플레이트의 타면에 형성된 마이크로 렌즈 패턴을 포함하고, 상기 프리즘 패턴의 꼭지각이 64도 내지 76도로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 액정표시장치는,

액정표시패널; 상기 액정표시패널의 하부에 일정한 간격을 두고 배치된 복수의 광원; 상기 광원 상에 배치된 확산 플레이트; 상기 확산 플레이트의 일면에 형성된 프리즘 패턴 및 상기 확산 플레이트의 타면에 형성된 마이크로 렌즈 패턴을 포함하고, 상기 프리즘 패턴의 꼭지각이 64도 내지 76도로 이루어지고, 상기 마이크로 렌즈 패턴 각각의 높이는 160㎛ 내지 200㎛로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 확산 플레이트의 하부면에 형성된 프리즘 패턴의 꼭지각이 64도 내지 76도로 이루어지고, 밑각이 52도 내지 58도로 이루어지고, 상부면에 형성된 마이크로 렌즈 패턴의 높이가 160㎛ 내지 200㎛로 이루어지며, 지름은 높이와 5:2 내지 2:1의 비율로 이루어짐으로써, 백라이트 유닛의 슬림화를 구현함과 동시에 휘도 균일도 및 고휘도를 구현할 수 있다. 따라서, 본 발명은 백라이트 유닛의 슬림화를 구현함과 동시에 휘도 균일도를 향상시키고, 광 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 휘도 균일도 및 고휘도를 구현할 수 있는 확산 플레이트의 최적화된 설계로써, 고가의 광학 시트를 줄여 비용을 절감할 수 있다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직하 방식의 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절단한 직하 방식의 액정표시장치를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2의 A영역을 도시한 확산 플레이트의 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 직하 방식의 액정표시장치는 영상이 디스플레이되는 액정표시패널(110)과, 상기 액정표시패널(110)의 가장자리를 지지하는 패널 가이드(100)와, 상기 액정표시패널(110)의 배면에 배치되어 광을 조사하는 백라이트 유닛(120)을 포함한다.

액정표시패널(110)은 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 박막 트랜지스터(TFT: thin film transistor) 기판 및 컬러필터 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정 층을 포함한다.

액정표시패널(110)의 측면에는 상기 액정표시패널(110)을 구동하기 위한 구동신호를 생성하는 게이트 및 데이터 구동부(111, 112)가 더 구비된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(120)은 20인치 이상의 대형 액정표시장치에 구비되는 직하 방식을 일 예로 설명하도록 한다.

백라이트 유닛(120)은 상면이 개구된 박스 형상의 바텀커버(180)와, 상기 바텀커버(180) 상에 일정한 간격을 두고 배치된 복수의 광원들(150)과, 상기 복수의 광원들(150) 상에 배치되어 광을 1차 확산시키는 확산 플레이트(200)를 포함한다.

백라이트 유닛(120)은 상기 확산 플레이트(200) 상에 배치되어 광을 집광 및 2차 확산시키는 확산시트(133), 집광시트(132) 및 보호시트(131)로 이루어진 광학 시트들(130)과, 상기 복수의 광원들(150)의 하부에 배치되어 광원들(150)의 하부방향으로 진행하는 광을 액정표시패널(110) 방향으로 반사시키는 반사시트(170)를 더 포함한다.

백라이트 유닛(120)은 복수의 광원들(150)의 양 끝단에 배치되어 구동신호를 공급하는 제1 및 제2 광원구동부(160a, 160b)가 구비된다. 상기 제1 및 제2 광원구동부(160a, 160b)는 제1 및 제2 구동 PCB(162a, 162b)와, 상기 제1 및 제2 구동 PCB(162a, 162b) 상에 실장되어 광원들(150)의 양 끝단과 접촉되는 제1 및 제2 소켓(164a, 164b)을 더 포함한다.

백라이트 유닛(120)은 복수의 광원들(150)의 양 끝단 상에 배치되어 광원 들(150)로부터 발광된 광을 액정표시패널(110)의 가장자리 영역까지 가이드하며, 확산 플레이트(200) 및 광학 시트들(130)을 지지하는 제1 및 제2 서포트 사이드(140a, 140b)를 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서는 전극이 광원들(150)의 양 끝단 외부영역을 감싸는 외부전극 형광램프(EEFL: external eletrode fluorescent lamp)를 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 냉음극 형광램프(CCFL: cold cathode fluorescent lamp), 발광 다이오드(LED) 등이 구비될 수도 있다.

확산 플레이트(200)는 광원(150)으로부터 발광된 광을 1차 확산하여 1차 확산된 광을 광학 시트들(130) 방향으로 조사하는 기능을 가진다.

확산 플레이트(200)는 PMMA(Poly methyl methacrylate), PET(Poly Ethylene Terephthlate), PC(Polycarbonate), PS(Polystyren) 또는 MS(Stylrene-methyl methacrylate copolymer)로 이루어질 수 있다.

확산 플레이트(200)는 광원들(150)이 배치된 방향과 대응되는 상부면에 마이크로 렌즈 패턴(201)이 형성되고, 하부 면에 프리즘 패턴(203)이 형성된다.

마이크로 렌즈 패턴(201)은 반원렌즈 형상으로 이루어지며, 프리즘 패턴(203)은 확산 플레이트(200)의 하부면으로부터 광원(150) 방향으로 산과 골을 가지는 구조로 이루어진다.

본 발명에서는 일 실시예로 상기 확산 플레이트(200)의 상부면에 상기 마이크로 렌즈 패턴(201)이 형성되고, 하부면에 프리즘 패턴(203)이 형성된 구조를 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 확산 플레이트의 상부면에 프리즘 패턴이 형성되고, 하부면에 마이크로 렌즈 패턴이 형성된 구조도 적용될 수 있다.

상기 확산 플레이트(200)의 상부면에 마이크로 렌즈 패턴(201)이 형성되고, 하부면에 프리즘 패턴(203)이 형성된 구조는 휘도 균일도 및 고휘도를 구현하기 위한 것으로써, 도 4 내지 도 7을 참조하여 백라이트 유닛(120)의 슬림화를 구현함과 동시에 각 패턴들의 최적화된 설계에 관해 시뮬레이션 데이터를 참조하여 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 프리즘 패턴의 밑각에 따른 휘도 균일도를 시뮬레이션한 데이터이고, 도 5는 본 발명의 프리즘 패턴의 밑각에 따른 휘도를 시뮬레이션한 데이터이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 확산 플레이트(200)의 하부면에 형성된 프리즘 패턴(203)은 꼭지각(205)을 기준으로 서로 대응되는 양측면(204a, 204b)의 길이가 동일하며, 상기 양측면(204a, 204b)과 상기 확산 플레이트(200)의 하부면 사이각으로 정의되는 밑각(206a, 206b)은 서로 동일하다. 즉, 프리즘 패턴(203)은 단면을 기준으로 이등변 삼각형 구조로 이루어진다.

본 발명의 프리즘 패턴(203)의 꼭지각(205)은 64도 내지 76도로 이루어지며, 상기 꼭지각(205)에 따라 밑각(206a, 206b)은 52도 내지 58도로 이루어진다.

휘도 균일도(Uniformity)는 밑각(206a, 206b)이 53도인 경우에 가장 균일한 휘도를 나타내고, 휘도(Luminance)는 밑각(206a, 206b)이 증가함에 따라 점차 증가한다.

본 발명의 프리즘 패턴(203)은 밑각(206a, 206b)을 52도 내지 58도의 범위 내로 설계함으로써, 시뮬레이션 데이터에서와 같이, 백라이트 유닛의 균일한 휘도 및 고휘도를 구현할 수 있다.

따라서, 본 발명의 확산 플레이트는 하부면에 프리즘 패턴(203)이 형성되며, 상기 프리즘 패턴(203)의 꼭지각(205)이 64도 내지 76도로 이루어지고, 밑각(206a, 206b)이 52도 내지 58도로 이루어짐으로써, 백라이트 유닛의 슬림화를 구현함과 동시에 휘도 균일도 및 고휘도를 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명의 마이크로 렌즈 패턴의 높이에 따른 휘도 균일도를 시뮬레이션한 데이터이고, 도 7은 본 발명의 마이크로 렌즈 패턴의 높이에 따른 휘도를 시뮬레이션한 데이터이다.

도 3, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 확산 플레이트(200)의 상부면에는 마이크로 렌즈 패턴(201)이 형성된다.

마이크로 렌즈 패턴(201) 각각의 높이(h)는 160㎛ 내지 200㎛로 이루어진다. 상기 마이크로 렌즈 패턴(201)의 지름(d)은 높이(h)와 5:2 내지 2:1의 비율로 이루어진다. 예를 들면, 마이크로 렌즈 패턴(201)의 높이(h)가 160㎛인 경우, 지름(d)은 360㎛ 내지 400㎛로 설계되고, 마이크로 렌즈 패턴(201)의 높이(h)가 200㎛인 경우, 지름(d)은 400㎛ 내지 500㎛로 설계될 수 있다. 즉, 마이크로 렌즈 패턴(201)의 지름은 360㎛ 내지 500㎛로 이루어진다.

휘도 균일도(Uniformity)는 마이크로 렌즈 패턴(201)의 높이(h)가 160㎛인 경우에 가장 균일한 휘도를 나타내고, 휘도(Luminance)는 마이크로 렌즈 패턴(201)의 높이(h)가 증가할수록 증가한다.

따라서, 본 발명의 확산 플레이트는 상부면에 마이크로 렌즈 패턴(201)이 형성되며, 상기 마이크로 렌즈 패턴(201)의 높이(h)는 160㎛ 내지 200㎛로 이루어지며, 상기 마이크로 렌즈 패턴(201)의 지름(d)은 상기 마이크로 렌즈 패턴(201)의 높이(h)와 5:2 내지 2:1의 비율로 이루어짐으로써, 백라이트 유닛의 슬림화를 구현함과 동시에 휘도 균일도 및 고휘도를 구현할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 확산 플레이트(200)의 하부면에 프리즘 패턴(203)이 형성되고, 상부면에 마이크로 렌즈 패턴(201)이 형성된 구조로 이루어진다. 또한, 상기 프리즘 패턴(203)은 꼭지각(205)이 64도 내지 76도로 이루어지고, 밑각(206a, 206b)이 52도 내지 58도로 이루어진다. 상기 마이크로 렌즈 패턴(201)의 높이(h)는 160㎛ 내지 200㎛로 이루어지며, 지름(d)은 높이(h)와 5:2 내지 2:1의 비율로 이루어진다. 본 발명의 확산 플레이트(200)는 프리즘 패턴(203)과 마이크로 렌즈 패턴(201)의 최적화된 설계로써, 백라이트 유닛의 슬림화를 구현함과 동시에 휘도 균일도 및 고휘도를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은 마이크로 렌즈 패턴(201)의 형성시에 화산 플레이트(200)의 상부면 면적을 기준으로 마이크로 렌즈 패턴(201)을 조밀하게 형성하여 필 팩터(fill factor)가 70%이상으로 유지되게 한다. 상기 필 팩터(fill factor)는 확산 플레이트(200)의 상부면 면적에서 마이크로 렌즈 패턴(201)이 차지하는 면적으로 정의될 수 있다. 여기서, 필 팩터(fill factor)는 높을수록 백라이트 유닛의 휘도가 증가한다. 마이크로 렌즈 패턴(201)은 반원 타입으로 형성됨으로써, 서로 인접 한 마이크로 렌즈 패턴(201) 사이에는 이격된 공간이 발생하게 된다. 본 발명에서는 상기 마이크로 렌즈(201)의 형성시에 조밀하게 형성하여 상기 이격된 공간을 최대한 줄여 상기 필 팩터(fill factor)가 70% 이상으로 유지되도록 설계된다.

또한, 본 발명은 프리즘 패턴(203)의 형성시에 꼭지각(205)과 대응되는 산 영역에서 라운드 형상이 최소화되도록 한다. 여기서 산 영역의 라운드 형상은 프리즘 패턴(203)을 형성하는 공정 중에 발생할 수 있는 것으로, 산 영역이 라운드 형상으로 형성되는 경우, 라운드 영역에서 광이 굴절되어 휘도 균일도 및 휘도가 저하되는 문제가 있다. 따라서, 본 발명의 프리즘 패턴(203)은 꼭지각(205)과 대응되는 산 영역에서 라운드 형상이 최소화되도록 설계되는 것이 바람직하다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 확산 플레이트를 도시한 단면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 확산 플레이트(300)는 하부면에 프리즘 패턴(303)이 형성되고, 상부면에 마이크로 렌즈 패턴(301)이 형성된다.

프리즘 패턴(303)은 꼭지각(305)을 기준으로 서로 대응되는 양측면(304a, 304b)이 서로 상이한 길이를 가지며, 상기 양측(304a, 304b)과 상기 확산 플레이트(300)의 하부면 사이각으로 정의되는 밑각(306a, 306b)은 서로 상이하다. 즉, 프리즘 패턴(303)은 단면을 기준으로 비등변 삼각형 구조로 이루어진다.

본 발명의 프리즘 패턴(303)의 꼭지각(305)은 64도 내지 76도로 이루어진다.

마이크로 렌즈 패턴(301)은 도 3, 도 6 및 도 7에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 패턴(도3의 201)과 동일한 구조와 동일한 특징을 가지는 것으로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 확산 플레이트(300)는 하부면에 형성된 프리즘 패턴(303)의 꼭지각(305)이 64도 내지 76도로 이루어지고, 밑각(306a, 306b)이 서로 상이하고, 마이크로 렌즈 패턴(301)의 높이는 160㎛ 내지 200㎛로 이루어지며, 지름은 높이와 5:2 내지 2:1의 비율로 이루어져 백라이트 유닛의 슬림화를 구현함과 동시에 휘도 균일도 및 고휘도를 구현할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직하 방식의 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이다.

도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 라인을 따라 절단한 직하 방식의 액정표시장치를 도시한 단면도이다.

도 3은 도 2의 A영역을 도시한 확산 플레이트의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 프리즘 패턴의 밑각에 따른 휘도 균일도를 시뮬레이션한 데이터이다.

도 5는 본 발명의 프리즘 패턴의 밑각에 따른 휘도를 시뮬레이션한 데이터이다.

도 6은 본 발명의 마이크로 렌즈 패턴의 높이에 따른 휘도 균일도를 시뮬레이션한 데이터이다.

도 7은 본 발명의 마이크로 렌즈 패턴의 높이에 따른 휘도를 시뮬레이션한 데이터이다.

Claims

일정한 간격을 두고 배치된 복수의 광원;

상기 광원 상에 배치된 확산 플레이트;

상기 확산 플레이트의 일면에 형성된 프리즘 패턴 및

상기 확산 플레이트의 타면에 형성된 마이크로 렌즈 패턴을 포함하고,

상기 프리즘 패턴의 꼭지각이 64도 내지 76도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제1 항에 있어서,

상기 프리즘 패턴은 서로 대응되는 양측면의 길이가 동일하며, 상기 확산 플레이트의 하부면과 상기 양측면 사이로 정의되는 밑각이 서로 동일한 이등변 삼각형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제2 항에 있어서,

상기 밑각은 52도 내지 58도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제1 항에 있어서,

상기 마이크로 렌즈 패턴 각각의 높이는 160㎛ 내지 200㎛로 이루어지는 것 을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제4 항에 있어서,

상기 마이크로 렌즈 패턴 각각의 지름은 상기 높이와 5:2 내지 2:1의 비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제4 항에 있어서,

상기 마이크로 렌즈 패턴 각각의 지름은 360㎛ 내지 500㎛로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제1 항에 있어서,

상기 프리즘 패턴은 서로 대응되는 측면의 길이가 상이한 비등변 삼각형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제1 항에 있어서,

상기 마이크로 렌즈 패턴은 상기 확산 플레이트의 상부면에 형성되고, 상기 프리즘 패턴은 상기 확산 플레이트의 하부면에 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제1 항에 있어서,

상기 마이크로 렌즈 패턴은 상기 확산 플레이트의 하부면에 형성되고, 상기 프리즘 패턴은 상기 확산 플레이트의 상부면에 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
액정표시패널;

상기 액정표시패널의 하부에 일정한 간격을 두고 배치된 복수의 광원;

상기 광원 상에 배치된 확산 플레이트;

상기 확산 플레이트의 일면에 형성된 프리즘 패턴 및

상기 확산 플레이트의 타면에 형성된 마이크로 렌즈 패턴을 포함하고,

상기 프리즘 패턴의 꼭지각이 64도 내지 76도로 이루어지고, 상기 마이크로 렌즈 패턴 각각의 높이는 160㎛ 내지 200㎛로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.