KR20120039773A - 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입광면을 통해 입사된 광이 혼합되는 광혼합부와 광이 출사되는 출광부를 갖는 도광판, 및 상기 도광판의 입광면을 따라 배열되는 복수 개의 광원을 포함하고, 상기 도광판의 광혼합부에는 상기 광원에서 방출되는 광의 경로를 변환하는 광경로 변환부가 형성되어, 광원의 간격이 넓어져도 색균일도와 휘도 균일도가 증가하는 백라이트 유닛을 개시한다.

Description

백라이트 유닛{BACKLIGHT UNIT}
본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 색균일도와 휘도 균일도를 향상시킬 수 있는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
최근 정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 증가되고 있으며, 이 중 LCD는 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인해 이동형 평판 표시 장치로 많이 사용되고 있다.
그러나 LCD는 그 자체에서 빛을 발하지 못하여 고품질의 화상을 실현하기 위해서는 별도의 외부 광원을 필요로 한다. 따라서 이러한 LCD의 구조는 액정표시패널 외에 상기 액정표시패널의 광원으로 백라이트 장치를 더 포함하여 구성된다.
이러한 백라이트는 광원의 방출 방향에 따라 광원이 배치되는 방식에 따라 측면형(Edge-lighting)과 직하형(Direct-lighting) 백라이트 장치로 구분되고, 이중 측면형 백라이트 장치는 비교적 얇은 두께로 인하여 휴대용 통신 기기 등의 박형화를 목적으로 하는 LCD에 주로 사용되고 있다.
최근에는 백라이트의 광원으로 사용되는 LED의 출력이 지속적으로 향상됨에 따라 LED 간의 간격이 지속적으로 넓어지고 있다. 그러나 도 1과 같이 LED(10)는 광축(P1) 방향으로는 광량이 많은데 비해 측면으로는 상대적으로 광량(L1)이 적어 색균일도 및 휘도 균일도가 떨어지는 문제가 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해서 도광판(20)의 측면에 광을 혼합하는 믹싱 영역(21)을 늘리는 방안을 고려할 수 있다. 그러나 이 경우 LCD 디스플레이에서 모듈이 차지하는 공간이 늘어나게 되어 최종 제품이 디스플레이 부분에 비하여 과도하게 커져 제품 경쟁력이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 색균일도와 휘도 균일도를 향상시킬 수 있는 백라이트 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 특징은 입광면을 통해 입사된 광이 혼합되는 광혼합부와 광이 출사되는 출광부를 갖는 도광판, 및 상기 도광판의 입광면을 따라 배열되는 복수 개의 광원;을 포함하고, 상기 도광판의 광혼합부에는 상기 광원에서 방출되는 광의 경로를 변환하는 광경로 변환부가 형성된다.
이때 광경로 변환부는 삼각기둥, 원기둥 또는 다각기둥 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 관통홀 또는 홈일 수 있고, 테이퍼지게 형성될 수 있다.
그리고 광경로 변환부는 상기 광원의 광축을 중심으로 대칭되는 형상되고, 삼각기둥 또는 다각기둥 형상인 경우 상기 광원과 마주보는 모서리가 상기 광축 상에 위치하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면 광원의 간격이 넓어져도 색균일도와 휘도 균일도가 유지된다. 따라서 적은 광원으로도 색균일도 및 휘도 균일도가 뛰어난 최종 제품의 생산이 가능해져 제품경쟁력이 증가한다.
도 1은 종래 백라이트 유닛의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛의 분해 사시도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이고,
도 4 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 광경로 변환부의 변형예이고,
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 광원에서 방출되는 광의 균일도를 보여주는 개략도이고,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛에서 방출된 광의 색좌표 측정값이고,
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛에서 방출된 광의 휘도 측정값이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은 크게 도광판(200)과, 상기 도광판(200)의 광입사면(201)에 배열되는 복수 개의 광원(100), 및 상기 광원(100)과 도광판(200) 사이에 형성되어 상기 광원(100)에서 방출된 광의 파장 대역을 장파장으로 변환하는 양자점이 충진된 파장 변환부(300)를 포함할 수 있다.
상기 도광판(200)은 상기 광원(100)에서 입사되는 점광원을 면광원으로 변환하는 광학 시트로서, 폴리카보네이트수지(PC) 또는 아크릴수지(PMMA)로 구성될 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나 도광판(200) 하부에는 마이크로 렌즈, 프리즘 형상 등이 음각 또는 양각으로 형성되어 광방출면(202)으로 반사시키도록 구성될 수 있다.
상기 광원(100)은 연성회로기판(FPCB; 400)에 실장되어 상기 도광판(200)의 광입사면(201)에 복수 개가 배열된다.
이때 상기 광원(100)은 백색 LED로 구성될 수도 있으나, 청색 LED 또는 UV LED로 구성되고 형광체 등에 의하여 백색광을 혼합하도록 구성될 수도 있다.
상기 파장 변환부(300)는 상기 광원(100)이 청색 LED 또는 UV LED인 경우 상기 광원(100)에서 방출된 단일 파장의 빛을 다양한 파장대로 변환시키는 역할을 하는 것으로, 투명 글라스로 형성된 관(Capillary)에 사이즈가 상이한 양자점(QDs)이 주입되고 양끝이 밀봉되어 형성된다.
양자점(Quantum Dots: QDs)이란 양자고립효과(quantum confinement effect)를 가지는 소정크기의 입자를 말하며 약 2?15㎚ 크기를 갖는다.
이러한 양자점(QDs)은 좁은 파장대에서 강한 형광을 발생하게 되는데 양자점(QDs)이 발산하는 광은 전도대(Conduction band)에서 가전자대(valence band)로 불안정한(들뜬) 상태의 전자가 내려오면서 발생하게 된다.
이때 발생하는 형광은 양자점(QDs)의 입자가 작을수록 짧은 파장의 광이 발생하고, 입자가 클수록 긴 파장의 광을 발생하게 된다.
특히, 상기 양자점(QDs)은 발광특성이 우수하므로 이를 이용하여 백색광을 구현하는 경우 기존의 백색 LED에 비하여 녹색과 적색의 색 재현율이 높아지는 효과가 있다.
상기 광원(100)으로 청색 LED를 사용하는 경우에는 양자점의 크기가 청색 파장 대의 광을 흡수하여 녹색 파장 대의 광을 방출하는 크기의 양자점과 적색 파장 대의 광을 방출하는 크기의 양자점이 랜덤하게 포함될 수 있다.
따라서 광원(100)에서 방출된 광이 상기 파장 변환부(300)를 통과할 때 양자점(QDs)이 청색광을 흡수하여 녹색 또는 적색 파장 대역의 광으로 변환하게 되고, 도광판(200) 내에서 혼합된다.
이와 다르게 자외선(UV) 광원(100)을 사용한 경우에는 양자점(QDs)의 크기가 자외선 파장 대의 광을 흡수하여 청색, 녹색 또는 적색 파장 대역의 광을 방출하는 크기의 양자점(QDs)이 선택되어야 함은 물론이다.
상기 광원(100)과 파장 변환부(300)의 사이 및 파장 변환부(300)와 도광판(200) 사이에는 도 3과 같이 광경화성 레진(310)이 도포되고 UV를 조사하여 경화시킴으로써 상기 광원(100)와 파장 변환부(300) 및 도광판(200)을 정위치에 고정(index matching) 시킬 수 있다.
이때 상기 광원(100)에서 방출된 광이 상기 파장 변환부(300)에 반사되지 않고 도광판(200)에 입사될 수 있도록 광경화성 레진(310)의 굴절률이 조절될 수도 있다.
그러나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 앞서 설명한 바와 같이 광원(100)이 백색 LED인 경우에는 별도의 파장 변환부(300)가 필요하지 않으며, 파장 변환부(300)가 위치한 경우에도 어느 한면에만 광경화성 레진이 충진될 수도 있다.
이하에서는 도광판(200)에 형성된 광경로 변환부(211)에 의하여 광원(100)에서 방출되는 광의 경로가 변환되는 구성에 대하여 살핀다.
다시 도 2를 참고하면, 상기 도광판(200)은 일측에 입광면(201)이 형성된 광혼합부(210)와 광이 출사되는 출광부(220)로 정의될 수 있다.
상기 광혼합부(210)는 입사된 광이 서로 혼합되는 영역이고, 출광부(220)는 상기 광혼합부(210)와 인접되어 혼합된 광이 면광원으로 변환되어 상부로 방출되는 영역이다.
상기 도광판(200)의 광혼합부(210)는 상기 연성회로기판(400) 등에 커버되어 LCD 패널(미도시)로 광이 방출되지 않는 공간으로 정의될 수 있다.
또한 상기 광혼합부(210)는 도면에는 도시되지 않았으나 LCD 패널 또는 LCD 패널의 표시영역 이외의 부분에 배치되는 블랙 매트릭스에 의하여 커버될 수 있다.
이러한 광혼합부(210) 상에는 광원(100)에서 방출된 광의 경로를 변환하는 광경로 변환부(211)가 각각의 광원(100)과 대응되어 형성된다.
이때 상기 광경로 변환부(211)는 도 4 내지 8과 같이 삼각기둥, 원기둥 또는 다각기둥 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 관통홀로 구성될 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 삼각기둥 형상의 관통홀을 기준으로 설명한다. 도 4와 같이 상기 광경로 변환부(211)는 상기 광원(100)과 마주보는 모서리가 상기 광원(100)의 광축(P1) 상에 위치되도록 구성되며, 상기 광경로 변환부(211)는 상기 광축(P1)을 중심으로 대칭되게 형성된다.
따라서 상기 광원(100)에서 방출되는 광 중에서 상기 광경로 변환부(211)의 빗변(211a)으로 입사되는 광은 전반사되어 좌, 우측으로 퍼져나가게 되어 광원(100)의 간격이 넓어져도 균일도가 유지된다.
이때 상기 모서리의 각도(θ)는 180°보다 작게 형성되어 입사되는 광이 좌우측으로 퍼지도록 형성된다.
그러나 모서리의 각도(θ)가 15°보다 작게 형성되는 경우에는 상기 광경로 변환부(211)에 의해 전반사되는 광의 양이 적어 광의 균일도가 향상되지 않는다.
또한, 모서리 각도(θ)가 90° 보다 큰 경우에는 입사되는 광이 상기 광경로 변환부(211)에 전반사되지 않고 내부로 투과되어 전체적인 휘도가 감소하는 문제가 있다.
따라서 상기 광경로 변환부(211)의 모서리 각도(θ)는 15° ~ 90°로 형성되는 것이 균일도 및 휘도 측면에서 우수하다.
이때 상기 광경로 변환부(211)의 모서리 각도(θ)는 상기 광원(100) 간의 간격에 따라 조절됨은 물론이다.
상기 도광판(200)은 앞서 설명한 것과 같이 폴리카보네이트수지(PC) 또는 아크릴수지(PMMA)로 구성될 수 있으며, 폴리카보네이트 수지의 경우 굴절률이 1.589이고, 아크릴 수지의 경우 굴절률이 1.490을 갖는다.
따라서 상기 광경로 변환부(211)가 삼각형상의 관통홀인 경우 내부에는 에어(Air)가 충진되며, 따라서 도광판(200)과 에어(Air)의 굴절률 차이에 의하여 전반사가 일어나게 된다.
이때 전반사의 확률을 높이기 위하여 도광판(200)의 재질로는 굴절률이 높은 폴리카보네이트(PC) 수지를 사용하는 것이 좋다.
상기 광경로 변환부(211)는 상기 도광판(200)의 입광면(201)에 가까이 형성되어도 무방하며, 광혼합부(210)와 출광부(220)의 경계에 형성되어도 무관하다.
그러나 상기 광경로 변환부(211)에 의하여 광혼합이 효과적이기 위하여는 광혼합부(210)와 출광부(220)의 경계로부터 이격되어 전반사된 광이 혼합될 수 있는 공간을 확보하는 것이 좋다.
도 5 내지 도 8을 참조할 때 상기 광경로 변환부(211)는 삼각기둥이 테이퍼진 형상(212), 다각기둥이 테이퍼진 형상(218), 원기둥 형상(214), 원기둥이 테이퍼진 형상(215) 등 다양하게 변형 가능하다.
이때 테이퍼 형상에 의하여 광의 경로가 도광판(200)의 하부 방향으로 변경되어 광혼합부를 통과하는 시간이 지연되는 만큼 광혼합 확률이 높아질 수 있다.
또한, 상기 광경로 변환부(211)를 테이퍼지게 형성하는 경우 도광판(200)을 성형판(미도시)에서 제조한 후 박리가 용이한 장점이 있다.
상기 광경로 변환부(211)의 형상은 상기 광원(100)의 중심부에서 방출되는 광을 좌, 우로 퍼트리면 족한 것으로 도면에 예시된 도형 이외에도 다양하게 변형 가능하다.
또한, 상기 광경로 변환부(211)는 반드시 관통홀에 한하지 않으며, 도 9 내지 도 11과 같이 원뿔 형상(216), 다각뿔 형상(217), 삼각뿔 형상(213)의 홈으로 구현될 수도 있다.
이때 도광판(200)의 두께에 비하여 홈의 깊이가 얕으면 전반사되는 광의 양이 적어져 균일도가 확보되기 어려운 문제가 있으므로 도광판(200) 두께와 홈 깊이의 비는 1: 0.6 ~ 1:0.99로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 광경로 변환부(211)는 상기 홈에 대응되는 돌기가 형성된 성형판(미도시) 위에 레진을 도포한 후 경화시켜 박리하여 제조할 수 있으며, 이 경우 관통홀이 형성된 경우보다 홈이 형성된 경우 제조 및 박리가 더 용이하다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 광원에서 방출되는 광의 균일도를 보여주는 개략도이다.
도 12를 참조할 때 광축(P1)과 소정의 각도를 갖고 방출되는 광(L1)은 상기 광경로 변환부(211)에 전반사되지 않는 반면, 광축(P1) 부근에서 방출되는 광(L2)은 상기 광경로 변환부(211)에 의하여 좌, 우로 전반사되어 전체적으로 광량이 균일한 것을 알 수 있다.
또한, 광원(100)의 간격이 증가할수록 광경로 변환부(211)를 조절하여 광원(100)과 광원(100) 사이의 영역으로 광을 분산시킬 수 있으므로, 광원(100)의 간격이 넓어져도 균일도를 유지할 수 있다.
도면에는 도시되지 않았지만, 상기 광원(100)과 도광판(200) 사이에 파장 변환부(300)가 더 포함될 수도 있으며, 이 경우 광원(100)이 청색 LED 인 경우 청색광이 파장 변환부(300)를 통과하면서 그린광과 레드광으로 변환될 수 있다.
이때 상기 광원(100)은 광축(P1) 방향으로는 광량이 많아 백색광으로의 혼합이 용이한 반면, 측면으로는 광량이 적어 황변(Yellowish) 현상이 자주 발생하는 문제가 있다.
그러나 본 발명에 따르면 광량이 많은 광축(P1) 부근의 광을 측면 쪽으로 분산되어 비교적 짧은 영역인 색혼합부(210)에서 전체적으로 백색광이 균일하게 혼합되어 출광부(220)로 유입되는 장점이 있다.
도 13을 참조할 때 청색(CY)과 적색(CX) 모두에서 균일한 색좌표 값이 측정되어 LED의 위치에 따른 색불균일이 해소된 것을 확인할 수 있다, 또한 도 14를 참조할 때 LED의 위치에 따른 휘도 균일도 역시 전체적으로 균일한 값을 갖게 되는 것을 확인할 수 있다.
100: 광원 200: 도광판
210: 광혼합부 211: 광경로 변환부
220: 출광부 300: 파장 변환부

Claims (13)

  1. 입광면을 통해 입사된 광이 혼합되는 광혼합부와 광이 출사되는 출광부를 갖는 도광판; 및
    상기 도광판의 입광면을 따라 배열되는 복수 개의 광원;을 포함하고,
    상기 도광판의 광혼합부에는 상기 광원에서 방출되는 광의 경로를 변환하는 광경로 변환부가 형성된 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도광판과 상기 광원 사이에는 양자점을 포함하는 파장 변환부가 더 형성되는 백라이트 유닛.
  3. 제1항에 있어서, 상기 파장 변환부는 투명관에 양자점이 충진되는 백라이트 유닛.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 광원은 청색 LED이고, 상기 파장 변환부에 포함된 양자점은 청색광을 일부 흡수하여 그린광 및 레드광을 방출하는 백라이트 유닛.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광원은 백색 LED인 백라이트 유닛.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광경로 변환부는 삼각기둥, 원기둥 또는 다각기둥 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 관통홀인 백라이트 유닛.
  7. 제6항에 있어서, 상기 관통홀은 테이퍼지게 형성되는 백라이트 유닛.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광경로 변환부는 삼각기둥, 원기둥 또는 다각기둥 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 홈인 백라이트 유닛.
  9. 제8항에 있어서, 상기 홈은 테이퍼지게 형성되는 백라이트 유닛.
  10. 제9항에 있어서, 상기 도광판 두께와 홈의 깊이 비는 1:0.6 ~ 1:0.99인 백라이트 유닛.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광경로 변환부는 상기 광원의 광축을 중심으로 대칭되는 형상인 백라이트 유닛.
  12. 제11항에 있어서, 상기 삼각기둥 또는 다각기둥 형상은 상기 광원과 마주보는 모서리가 상기 광축 상에 위치하는 백라이트 유닛.
  13. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광경로 변환부에는 에어(Air)가 충진되는 백라이트 유닛.
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