KR100905284B1 - 집광시트를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛 - Google Patents

집광시트를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치 백라이트 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정방향의 빛을 효율적으로 집광하여 보다 높은 정면 휘도를 제공하는 집광시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
본 발명은 빛을 발산하는 광원; 상기 광원의 상부에 적층되며, 빛이 입사되는 배면과 빛이 출사되는 전면을 포함하고, 상기 전면에 복수개의 수평방향으로 형성된 프리즘이 배열되는 제 1 집광시트;및 상기 광원의 상부에 적층되며, 빛이 입사되는 배면과 빛이 출사되는 전면을 포함하고, 상기 전면에 복수개의 수평방향으로 형성된 프리즘이 배열되고, 상기 배면에 수직방향으로 프리즘 또는 렌티큘러 렌즈가 배열되는 제 2 집광시트를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛은 특정방향의 빛을 집광하여 고휘도향상시트를 사용한 것과 같은 정면휘도를 제공하는 백라이트 유닛의 제조가 가능해 지는 효과가 있다.
액정표시장치, 백라이트 유닛, 집광시트

Description

집광시트를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛 {LIGHT COLLECTING SHEETS AND BACK LIGHT UNIT HAVING THE SAME}
본 발명은 액정표시장치 백라이트 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정방향의 빛을 효율적으로 집광하여 보다 높은 정면 휘도를 제공하는 집광시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치(Liquid crystal display device)는 액체와 고체 중간상태의 물질인 액정이 전극으로 형성된 두 장의 유리기판 사이에 주입되어 전계를 가하여 숫자나 영상을 표시하는 기기를 말한다.
이러한 액정표시장치는 자체발광소자가 아니므로 빛을 발생시키는 광원(light source)으로서 백라이트 유닛(back light unit)을 구비하여야 하며, 이러한 백라이트 유닛에서 발생한 빛을 액정이 일정하게 배열되어 있는 패널부에서 빛의 투과량을 조절하면서 영상 등을 표시하게 된다.
도 11은 종래의 백라이트 유닛의 구조를 나타낸 도면이다.
다만, 액정표시장치의 백라이트 유닛(10)은 빛을 발산시키는 광원의 위치에 따라 액정표시장치의 패널(미도시)의 바로 아래 광원이 위치하는 직하형과 액정표시장치 패널(미도시)의 측면부에 광원이 위치하는 에지형(edge type)으로 구분될 수 있는데, 도 11은 직하형을 나타낸 것이다.
도 11에 도시된 바와 같이 종래의 백라이트유닛은 광원(105), 반사시트(110), 확산판(120), 확산시트(130)를 포함하며 경우에 따라서 높은 휘도를 제공하기 위해 고휘도향상필름(DBEF, 미도시)을 사용하기도 한다.
광원(105)은 액정표시장치에 있어서 최초로 빛을 발산하는 부분으로서 사용될 수 있는 광원(105)은 여러 종류가 있으나 일반적으로 액정표시장치에 사용되는 광원은 전력소모가 적고 매우 밝은 백색광을 발산시키는 CCFL(Cold Cathode Fluorescence Lamp; 냉음극 형광램프)를 사용한다.
반사시트는 (reflector sheet; 110)은 백라이트 유닛의 하부에 형성되며 광원(105)에서 발생한 빛을 백라이트 유닛 전면(前面)으로 투사시켜주는 역할을 한다.
확산판(diffuser plate; 120)은 광원(105)으로부터 나오는 빛을 백라이트 유닛 전면에 균일한 밝기로 빛을 확산시키는 역할을 한다.
확산시트(Diffuser sheet; 130)는 확산판(115)의 상면에 위치되며 확산판(115)을 통해 나온 빛을 더욱 균일(uniform)하게 해주며 전방향에 걸쳐 집광하는 역할을 하는 것으로 도시된 바와 같이 동일한 확산시트 3매를 겹쳐서 사용하고 있었다.
고휘도향상시트(BEF 혹은 DBEF sheet; 미도시)은 확산시트(130)를 지나 수평 및 수직 양방향으로 확산되어 있는 빛을 편광 및 집광시켜 정면휘도(brightness)를 높이기 위해서 사용된다.
그리고, 도 9에는 도시되지 않았지만 종래의 백라이트유닛(10)은 백라이트유닛(10)을 구성하는 각 부품을 고정하여 일체형 부품인 백라이트유닛(10)으로 만들어주는 케이스의 역할을 하는 프레임(mold frame, housing) 및 백라이트유닛(10)을 보호하며 강도유지 및 지지의 역할을 하는 커버(back cover, lamp cover)를 더 포함한다.
이중 고휘도향상시트는 백라이트 유닛의 휘도를 크게 상승시키며, 확산시트보다 가격이 몇 배 이상 고가이기 때문에 백라이트 유닛의 제조원가를 높이고 경쟁력을 떨어뜨리는 중요한 요인이 되고 있다. 따라서 이러한 고휘도향상시트를 사용하지 않고 높은 정면휘도를 제공하기 위한 기술의 개발이 활발히 연구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 균일한 출사 시야각 분포를 갖는 백라이트 유닛에서 특정 방향의 빛을 효율적으로 집광하여 고휘도향상시트를 사용한 것과 동등한 정면휘도를 제공하는 백라이트 유닛을 제공하는 것에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 빛을 발산하는 광원; 상기 광원의 상부에 적층되며, 빛이 입사되는 배면과 빛이 출사되는 전면을 포함하고, 상기 전면에 복수개의 수평방향으로 형성된 프리즘이 배열되는 제 1 집광시트;및 상기 광원의 상부에 적층되며, 빛이 입사되는 배면과 빛이 출사되는 전면을 포함하고, 상기 전면에 복수개의 수평방향으로 형성된 프리즘이 배열되고, 상기 배면에 수직방향으로 프리즘 또는 렌티큘러 렌즈가 배열되는 제 2 집광시트를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛을 제공한다.
상기에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 특정방향의 빛을 집광하여 고휘도향상시트를 사용한 것과 같은 정면휘도를 제공하는 백라이트 유닛의 제조가 가능해 지는 효과가 있다.
이와 더불어, 본 발명의 백라이트 유닛은 높은 정면휘도를 제공하기 때문에 필요에 따라 램프 구동부의 부하를 낮춰 전력의 소모량을 줄일 수 있으며, 이에 따라 백라이트 유닛의 수명을 연장할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 집광시트를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛의 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
한편, 설명의 편의상 종래 발명과 구성 및 작용이 동일한 부분은 동일한 부호 또는 명칭을 사용한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 집광시트를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛의 구조를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 집광시트를 포함하는 백라이트 유닛(10)은 하부에 배치되는 복수개의 광원(105)과, 광원(105)의 하부에 형성되며 광원(105)에서 발생한 빛을 백라이트 유닛 전면(前面)으로 투사시켜주는 역할을 하는 반사시트(110)와, 광원(105)으로부터 나오는 빛을 균일하게 확산시키는 확산 판(120)과, 확산판(120)의 상부에 배치되어 균일한 외관과 시야각을 제공하는 확산시트(130)와, 확산시트(130)의 상부에 배치되어 출사되는 빛을 사이드 로브(side lobe) 없이 특정방향으로 집광하는 제 1 집광시트(140)와, 제 1 집광시트(140)의 상부에 배치되어 출사되는 빛을 동일한 방향으로 더욱 집광하는 동시에 그에 수직한 방향으로 동일한 시야각 특성을 제공하는 제 2 집광시트(150)를 포함한다.
제 1 집광시트(140)는 빛이 출사되는 면에 일정한 방향으로 배열된 프리즘을 구비하여, 특정방향으로 빛을 집광하여 사이드 로브 없이 정면 휘도를 높이는 역할을 수행한다.
제 2 집광시트(150)는 제 1 집광시트(140)와 마차가지로 빛이 출사되는 면에 일정한 방향으로 배열된 프리즘을 구비하며, 빛이 입사되는 면에는 집광 방향과 수직방향으로 배열된 프리즘 또는 렌티큘러 렌즈를 구비하여, 특정방향으로 빛을 더욱 집광하는 동시에 다른 방향으로는 빛을 확산하여 기존과 동일한 시야각 휘도 분포를 제공한다.
이러한 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 종래의 확산시트 3매와 고휘도향상시트(DBEF)를 대신하여, 확산시트 1매와 제 1, 제 2 집광시트로 대체하여 고휘도향상시트를 사용하지 않고 높은 정면휘도를 제공하게 된다.
도시된 실시예의 경우에는 제 1 집광시트(140)의 상부에 제 2 집광시트(150)가 적층되어 있으나, 경우에 따라서 제 2 집광시트(150)의 상부에 제 1 집광시트(140)가 적층되도록 배치할 수도 있다.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 집광시트의 구조를 나타낸 사시 도이고, 도 2b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 집광시트의 구조를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제 1 집광시트(140)는 빛이 입사되는 배면(141)과 빛이 출사되는 전면(142)을 포함한다.
상기 전면(142)에는 출사되는 빛을 수직방향으로 집광할 수 있도록 프리즘(143)이 수평방향으로 배열되어 있다.
도 2a에 도시된 제 1 실시예는 프리즘(143)이 이격거리 없이 연속으로 배치된 형태를 나타낸 것이고, 도 2b에 도시된 제 2 실시예는 프리즘(143)이 이격거리(d1)를 가지고 배치된 형태를 나타낸 것이다. 도 2b에 도시된 바와 같이 이격거리(d1)를 두게 되면, 이격거리(d1)에 해당되는 이격평면(145)이 형성된다.
이격평면(145)은 빛을 집광하지 않기 때문에, 이격평면(145)과 프리즘(143)이 차지하는 면적의 비율을 조절함으로써 집광 정도를 제어할 수 있다.
종래의 디스플레이 장치들은 동일한 수직, 수평 시야각을 가지고 있다. 넓은 시야각에 걸쳐 높은 휘도를 갖는 백라이트 유닛이 가장 바람직하기는 하겠지만 TV나 모니터 등에 사용되는 직하형 백라이트 유닛의 경우에는 요구되는 것보다 필요 이상으로 넓은 수직 방향 시야각 분포를 갖는다.
본 발명은 이러한 불필요한 수직방향의 빛을 효율적으로 집광함으로서, 고가의 고휘도향상시트를 사용하지 않고, 정면휘도를 높이고 동시에 수평방향으로는 동일한 시야각 휘도 분포를 갖는 백라이트 유닛을 제공한다.
일반적인 백라이트 유닛에서 출사되는 빛은 램버시안(Lambertian) 분포를 갖 는다. 이러한 광원 위에 일반적인 휘도향상시트(BEF)를 사용하게 되면 집광이 되어 정면휘도가 높아지는 효과가 있으나, 시트의 구조상 사이드 로브(SIDE LOBE)가 발생하게 되며 이는 특정 시야각에서의 빛샘을 유발하기 때문에 바람직하지 않다.
램버시안 분포를 갖는 광원이 사이드 로브 없이 프리즘 시트를 통과하기 위한 프리즘의 최소 꼭지각은 현재 보편적으로 사용하는 프리즘 시트의 경우 시트의 재질이 PET(Poly Ethylene Terephthalate), 프리즘의 재질이 UV resin이라고 가정할 시 약 100도 정도이며, 이보다 프리즘의 꼭지각이 크면 사이드 로브 없이 집광이 가능하다.
따라서, 제 1 집광시트(140)의 전면에 수평방향으로 형성된 프리즘(143)의 꼭지각(α)은 95°~120°범위인 것이 바람직하다.
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 2 집광시트의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 집광시트의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 2 집광시트의 구조를 나타낸 측면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제 2 집광시트는 빛이 입사되는 배면(151)과 빛이 출사되는 전면(152)을 포함한다.
전면(152)에는 빛을 수직방향으로 집광하기 위한 프리즘(153)이 배열되며, 배면(151)에는 빛을 수평방향으로 분산시키기 위한 프리즘 또는 렌티큘러 렌즈(154)가 구비된다.
도 3a에 도시된 제 1 실시예는 전면(152)에 배열된 프리즘(153)과 배면(151) 에 배열된 렌티큘러 렌즈(154)가 이격거리 없이 연속적으로 배열된 상태를 나타낸 것이고, 도 3b에 도시된 제 2 실시예는 전면(152)에 배열된 프리즘(153)과 배면(151)에 배열된 렌티큘러 렌즈(154)가 모두 소정의 이격거리(d2,d3)를 가지도록 배열된 상태를 나타낸 것이다. 전면(152)에 배열된 프리즘(153)의 이격거리(d2)를 조절하여 수직방향의 집광도를 제어할 수 있으며, 배면에 배열된 렌티큘런 렌즈(154)의 이격거리를 조절하여 수평방향의 분산도를 제어할 수 있다.
전면(152)에 배열되는 프리즘(153)은 제 1 집광시트와 마찬가지로 사이드 로브 없이 집광하기 위하여 95°~120°범위의 꼭지각(α)과 20㎛ ~ 200㎛의 피치를 가지는 것이 바람직하다.
배면(153)에 배열되는 프리즘 또는 렌티큘러 렌즈(154)는 그 끼인각(β)은 30°~120°범위인 것이, 피치는 20㎛ ~ 200㎛인 것이 바람직하다. 꼭지각과 끼인각은 동일한 각도가 되지만 렌티큘러 렌즈의 경우에는 곡선 단면을 가지므로 끼인각을 정의하는 것이 더 명확하기 때문에, 프리즘과 렌티큘러 렌즈 모두에 대하여 사용할 수 있는 패턴과 패턴 사이의 끼인각(β)으로 프리즘과 렌티큘러 렌즈의 형상을 한정하였다.
도 5는 종래의 액정표시장치용 백라이트 유닛의 수직시야각 분포를 나타낸 그래프이고, 도 6은 종래의 액정표시장치용 백라이트 유닛의 수평시야각 분포를 나타낸 그래프이다.
확산판과 확산시트를 사용하여 수평과 수직방향으로 집광하여 보다 높은 정 면 휘도를 제공하는 것을 볼 수 있고, 고휘도향상시트(DBEF)를 사용하면 확산판만 사용했을 때보다 약 1.8배 이상 정면휘도가 상승하는 것을 볼 수 있다.
고휘도향상시트는 편광성분을 이용하기 때문에 패널 통과시 휘도 향상폭이 매우 크며, 이를 고려하여 보정한 값을 사용하였다. 다만 고휘도향상시트가 고가이기 때문에 본 발명은 고휘도향상시트를 사용하지 않고, 동일한 수준의 정면휘도를 유지할 수 있는 액정표시장치용 백라이트 유닛을 제공하기 위한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 집광시트를 포함하는 백라이트 유닛의 수직시야각 분포를 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명에 따른 집광시트를 포함하는 백라이트 유닛의 수직시야각 분포를 나타낸 그래프이다.
도 7과 도 8에 도시된 시야각 분포는 제 1 집광시트와 제 2 집광시트의 전면에 배열되는 프리즘이 105°의 꼭지각을 가지고, 제 2 집광시트 배면에 배열되는 프리즘은 60°의 끼인각을 가지는 타입을 사용하였다.
기존의 확산시트만 사용하는 경우에 비하여 수직방향의 시야각 분포가 좁아지고 수평방향의 시야각 분포가 넓어졌으며, 정면휘도가 높아지는 것을 볼 수 있다. 확산판 대비 휘도가 중앙휘도가 1.8배 높아진 것을 볼 때 고휘도확산시트를 대체할 수 있다는 것을 알 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면 불필요한 시야각의 빛을 집광하여 고휘도향상시트를 사용하지 않고도 동등한 정면휘도를 제공하는 액정표시장치용 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
도 9는 종래의 액정표시장치용 백라이트 유닛의 출사 시야각 휘도 분포를 나타낸 그래프이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 집광시트를 포함하는 백라이트 유닛의 출사 시야각 휘도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 종래의 액정표시장치용 백라이트 유닛의 출사 시야각 휘도 분포는 동심원 형태로 나타나고 있다. 이러한 분포는 상술한 바와 같이 TV나 모니터로 사용되는 경우에는 수직 시야각이 불필요하게 넓다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 집광시트를 포함하는 백라이트 유닛의 출사 시야각 휘도 분포는 수직 시야각은 좁고, 대신 수평 시야각의 분포가 넓게 분포되는 것을 알 수 있다. 따라서, 수직 방향의 빛을 집광하여 수평 방향으로 확산시킴으로써 보다 효율적인 출사 시야각 휘도 분포를 나타내는 것을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 집광시트를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛의 구조를 나타낸 도면,
도 2a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 1 집광시트의 구조를 나타낸 사시도,
도 2b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 집광시트의 구조를 나타낸 사시도,
도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 2 집광시트의 구조를 나타낸 사시도,
도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 집광시트의 구조를 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 2 집광시트의 구조를 나타낸 측면도,
도 5는 종래의 액정표시장치용 백라이트 유닛의 수직시야각 분포를 나타낸 그래프,
도 6은 종래의 액정표시장치용 백라이트 유닛의 수평시야각 분포를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 집광시트를 포함하는 백라이트 유닛의 수직시야각 분포를 나타낸 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 집광시트를 포함하는 백라이트 유닛의 수직시야각 분 포를 나타낸 그래프,
도 9는 종래의 액정표시장치용 백라이트 유닛의 출사 시야각 휘도 분포를 나타낸 그래프,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 집광시트를 포함하는 백라이트 유닛의 출사 시야각 휘도 분포를 나타낸 그래프임.
도 11은 종래의 백라이트 유닛의 구조를 나타낸 도면임.

Claims (8)

  1. 빛을 발산하는 광원;
    상기 광원의 상부에 적층되며, 빛이 입사되는 배면과 빛이 출사되는 전면을 포함하고, 상기 전면에 복수개의 수평방향으로 형성된 프리즘이 배열되는 제 1 집광시트;및
    상기 광원의 상부에 적층되며, 빛이 입사되는 배면과 빛이 출사되는 전면을 포함하고, 상기 전면에 복수개의 수평방향으로 형성된 프리즘이 배열되고, 상기 배면에 수직방향으로 프리즘 또는 렌티큘러 렌즈가 배열되는 제 2 집광시트를 포함하여, 수직방향으로 2회 집광하고 수평방향으로 1회 집광하여 수평시야각을 향상시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 집광시트 또는 상기 제 2 집광시트의 전면에 배열되는 프리즘은 꼭지각이 95°~120°범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 집광시트 또는 상기 제 2 집광시트의 전면에 배열되는 프리즘의 피치는 20㎛~200㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 집광시트의 배면에 배열되는 프리즘 또는 렌티큘러 렌즈의 끼인각은 30°~120°범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 집광시트의 배면에 배열되는 프리즘 또는 렌티큘러 렌즈의 피치는 20㎛~200㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 집광시트 또는 상기 제 2 집광시트의 전면에 배열되는 프리즘은 이격 거리를 갖고 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 집광시트의 배면에 배열되는 프리즘 또는 렌티큘러 렌즈는 이격 거리를 갖고 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  8. 제 1 항의 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치.
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