KR101225603B1 - 백라이트 유닛 - Google Patents

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장재혁
안경수
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로, 특히 인쇄회로기판 상에 실장되는 LED와 상기 LED를 수용하는 수용홈이 관통하는 구조로 구비된 유연한 재질로 구성되는 플렉시블(flexible) 도광판을 포함하되, 상기 인쇄회로기판은 상기 LED를 1 이상 포함하는 단위기판으로 분할배치되는 구조로 구현된다.
본 발명에 따르면, 플렉시블 구조의 도광판을 구비하고, LED를 단위기판으로 구성되는 인쇄회로기판으로 분할배치하여 용도에 따라 굽힘, 휘어짐이 용이한 백라이트 유닛의 구조를 구현하여 형상구현이 자유로우며, 내열성, 기계적강도, 고투명성, 저팽창성을 가짐으로 인해 진동 및 열충격 등에 안전한 신뢰성이 확보되는 백라이트 유닛을 제공하는 효과가 있다.

Description

백라이트 유닛{Back Light Unit within Flexible Light guide plate}
본 발명은 플렉시블한 특성을 구비한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
백라이트 유닛은 자체적으로 빛을 내지 못하는 LCD 뒷면에 디스플레이 영상이 보일 수 있도록 고르게 빛을 비춰주는 역할을 하며, 도광판은 백라이트 유닛의 휘도와 균일한 조명 기능을 수행하는 부품으로 광원(LED)에서 발산되는 빛을 LCD 전체 면에 균일하게 전달하는 플라스틱 성형렌즈의 하나이다.
도 1a는 에지형(side type)의 백라이트 유닛의 구조를 도시한 것이며, 도 1b는 직하형 구조의 백라이트 유닛을 도시한 것이다. 어느 구조이던, 광원(10)에서 출사한 광을 전방으로 유도하는 도광판(20)을 구비하며, 부수적으로 반사패턴(30)을 구비하는 구조를 구비할 수 있다.
특히, 최근 LED를 광원으로 하는 BLU의 경우 크게 직하형 또는 에지형(side type)으로 만들어지고 있으며 직하형은 두께가 두꺼운 단점을 가지며 에지형(side type)은 국부 조명 제어(local dimming)가 불가능한 단점을 갖고 또한 베젤(bezel)이 두꺼워지는 단점을 가지고 있다. 뿐만 아니라 현재 사용되고 있는 LED BLU의 경우 부동성(hard) 재료 사용하게 되는바, 진동 및 열에 취약한 문제가 발생하고 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 플렉시블 구조의 도광판을 구비하고, LED를 단위기판으로 구성되는 인쇄회로기판으로 분할배치하여 용도에 따라 굽힘, 휘어짐이 용이한 백라이트 유닛의 구조를 구현하여 형상구현이 자유로우며, 내열성, 기계적강도, 고투명성, 저팽창성을 가짐으로 인해 진동 및 열충격 등에 안전한 신뢰성이 확보되는 백라이트 유닛을 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은, 인쇄회로기판 상에 실장되는 LED; 상기 LED를 수용하는 수용홈이 관통하는 구조로 구비된 유연한 재질로 구성되는 플렉시블(flexible) 도광판;을 포함하되, 상기 인쇄회로기판은 상기 LED를 1 이상 포함하는 단위기판으로 분할배치되는 백라이트 유닛을 제공할 수 있도록 한다.
또한, 상기 수용홈에 수용되는 LED 사이의 제1이격공간(air gap)이 형성될 수 있도록 한다.
아울러, 상기 이격공간은 폭이 0.001um~50um의 범위에서 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 인쇄회로기판 상에는 반사필름이 더 구비될 수 있으며, 상기 반사필름과 상기 도광판 사이에는 제2이격공간이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 도광판은 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면을 포함하고, 상기 일면 또는 타면에는 상기 LED의 발광분포를 조절하는 광학패턴이 구현될 수 있다.
이 경우, 상기 도광판의 타면에는, 음각구조의 광학패턴이 구현될 수 있으며, 상기 음각구조의 광학패턴은, 제1밀도패턴영역과 상기 제1밀도패턴영역보다 패턴밀도가 높은 제2밀도패턴영역이 형성되며, 상기 제1밀도패턴영역이 상기 LED의 광출사면에 가까운 영역에 배치되도록 할 수 있다.
아울러, 상기 도광판의 일면에는, 양각구조의 광학패턴이 구현될 수 있으며, 상기 양각구조의 광학패턴은, 제3 밀도 패턴 영역과 상기 제3 밀도 패턴 영역보다 패턴 밀도가 높은 제4 밀도 패턴 영역이 형성되며, 상기 제4밀도 패턴영역이 상기 LED의 광출사면에 가까운 영역에 배치되도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛에 사용되는 상기 LED는 측면발광형(side view type) LED를 적용할 수 있으며, 나아가 상기 도광판의 일면 상부에 적층되는 확산시트, 프리즘시트, DBEF 중 어느 하나 이상의 광학시트를 더 포함하는 구조로 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플렉시블 구조의 도광판을 구비하고, LED를 단위기판으로 구성되는 인쇄회로기판으로 분할배치하여 용도에 따라 굽힘, 휘어짐이 용이한 백라이트 유닛의 구조를 구현하여 형상구현이 자유로우며, 내열성, 기계적강도, 고투명성, 저팽창성을 가짐으로 인해 진동 및 열충격 등에 안전한 신뢰성이 확보되는 백라이트 유닛을 제공하는 효과가 있다.
특히, 플렉시블 도광판 내에 에어갭을 구비하는 구조를 통해 핫스팟을 제거하고, 전체 제품의 박형화를 구현할 수 있으며, 로컬디밍(local dimming)을 효율적으로 구현할 수 있는 효과도 있다.
도 1a는 에지형(side type)의 백라이트 유닛의 구조를 도시한 것이며, 도 1b는 직하형 구조의 백라이트 유닛을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 구조를 도시한 단면개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 이격공간을 보다 상세하게 설명하기 위한 확대개념도이다.
도 4 및 도 5는 도광판의 일면 또는 타면에 형성되는 광학패턴의 형상의 일례를 도시한 예시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 2는 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 구조를 도시한 단면개념도이다.
도시된 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은, 인쇄회로기판(110) 상에 실장되는 LED(120)를 구비하며, 상기 LED(120)를 수용하는 수용홈(140)이 구비된 유연한 재질로 구성되는 플렉시블(flexible) 도광판(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 상기 인쇄회로기판(110)은 하나의 기판에 다수의 LED가 실장된 구조가 아니라, 도시된 것과 같이, LED(120)를 1 이상 포함하는 단위기판으로 분할배치되는 구조로 배치되어 도광판의 유연성과 맞물려 전체적인 백라이트 유닛의 플렉시블한 특성을 구현할 수 있도록 함이 바람직하다.
아울러, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은, 상기 도광판(130)의 일면 상부에 적층되는 확산시트(150), 프리즘시트(160), DBEF(170) 중 어느 하나 이상의 광학시트를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 LED(120)는 광의 출사면(121)이 상기 수용홈(140)의 측벽방향으로 구현되는 측면발광형 LED(side view LED)를 사용할 수 있으며, 즉 LED 광원(130)에서 출사되는 광의 방향이 바로 상부로 직진하는 것이 아니라 측변을 향해서 출사하는 구조의 광원을 이용할 수 있다.
아울러, 상기 LED(120)가 실장되는 인쇄회로기판(110)은 상술한 것과 같이, 도광판의 하면에 분할배치되는 단위기판으로 형성되며, 상기 인쇄회로기판(110)의 상부면에는 반사필름(111)이 적층될 수 있다.
상기 도광판(130)은 기본적으로 유연성을 확보할 수 있도록 플렉시블(flexible)한 특성을 가지는 광투과성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 도광판의 일면과 대응되는 타면에는 내부방향으로 수용홈(140)이 구비되며, 상기 수용홈(140)에 상술한 LED(120)가 삽입되는 구조로 결합될 수 있도록 한다.
상기 도광판(130)을 구성하는 재질의 일례로는 MMA(Methyl Metha Acryl) 재질의 폴리머 재질인 PMMA를 구성함에 있어서 가소성 고무 혹은 그 동등수준의 유연성을 가지는 실리콘 재질의 물질이 도임된 것을 이용할 수 있다. 더욱 구체적인 일례로는 폴리에스테르(polyester), 아몰포스 폴리에스테르(amorphous polyesters), 폴리아릴레이트(polyarylates), 폴리카보네이트(polycarbonates), 폴리아미드(polyamides), 폴리에테르-아미드(polyetheramides), 폴리아미드-이미드(polyamide-imides), 폴리이미드(polyimides), 폴리에테르이미드(polyetherimides), 싸이클릭 올레핀 폴리머(cyclic olefin polymers), 충격-보강 폴리메타아크릴레이트(impact-modified polymethacrylates), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리스티렌(polystyrenes), 폴리에테르(polyethers), 셀룰로오식(cellulosics), 유황 함유 폴리머(sulfur-containing polymers) 중 어느 하나를 이용하거나, 또는 두 개 이상의 폴리머의 블렌드 또는 합금 또는 이들의 코폴리머(copolymer)를 포함하는 폴리머 물질을 이용할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 수용홈(140)에 수용되는 LED(120) 사이의 제1이격공간(air gap)이 형성될 수 있으며, 이러한 에어갭을 형성하는 이격공간(제2이격공간)은 상기 반사필름(111)과 상기 도광판(130)의 타면 사이에도 형성될 수 있다. 이러한 이격공간의 존재는 기존의 PMMA 등 경화구조의 도광판을 사용하는 경우, LED의 열발생으로 인해 진동, 열변형의 문제가 발생하게 되며, 특히 LED를 삽입하는 구조로 구현하는 도광판에서는 핫스팟 현상이 발생하게 되어 LED 상부쪽의 도광판에 열변형이 일어나게 된다. 이를 방지하기 위해 종래에는 차광을 위한 차광막을 형성하거나, 광시트 적층 등의 부가적인 구성을 삽입하였으나, 본 발명에 따른 플렉시블한 도광판을 적용하는 경우, 에어갭을 구비하는 구조를 두어 핫스팟현상과 열변형에 따른 신뢰성을 확보할 수 있게 된다. 상술한 본 발명에 다른 에이갭은 0.001㎛~2mm의 범위내에서 구현할 수 있으며, LED의 지향각을 고려햐 빛샘현상을 최소화할 수 있도록 상기 이격공간은 폭이 0.001㎛~50㎛의 범위에서 구현됨이 더욱 바람직하다.
도 3은 이러한 이격공간을 보다 상세하게 설명하기 위한 확대개념도이다.
도시된 것과 같이, 측면발광형LED(120)는 LED칩(121)과 형광물질(122)을 포함하여 구성되며, 측면 방향으로 광을 출사하게 되며, 이 경우 도광판(130)의 수용홈(140)의 측벽부분과는 일정한 이격공간(A)를 가지게 함이 바람직하다. 이러한 이격공간의 존재는 광의 분포를 조절하여 핫스팟 현상을 억제하고, 광균일도를 향상시킬 수 있도록 하는 장점이 있다.
특히 상술한 본 발명에 따른 도광판의 일면과 타면에는 상기 LED의 발광분포를 조절하는 광학패턴이 구현될 수 있다.
즉, 도 2에서 구조에서 상기 반사필름(111)과 접하는 면인 도광판의 타면에는, 음각구조의 광학패턴이 구현될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 음각구조의 광학패턴은, 제1밀도패턴영역과 상기 제1밀도패턴영역보다 패턴밀도가 높은 제2밀도패턴영역이 형성되며, 상기 제1밀도패턴영역이 상기 LED의 광출사면에 가까운 영역에 배치되도록 구현할 수 있다.
도 4의 (a)를 참조하여 설명하면, 상기 도광판(130)에서는 기계적 가공을 통해 도광판을 관통하는 구조로 수용홈(140)을 가공할 수 있으며, 상기 수용홈(140)의 폭은 상기 LED의 폭 보다 넓게 형성됨이 바람직하다. 아울러, 상기 인쇄회로기판과 접하는 상기 도광판의 타면에 제1밀도패턴영역(Y1)과 상기 제1밀도패턴영역보다 패턴밀도가 높은 제2밀도패턴영역(Y2)가 형성됨이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 도광판의 타면(하부면)에는 도시된 것과 같이 광학패턴(131, 132)을 구현할 수 있다. 구체적으로는, 즉, 상기 도광판(130)의 타면(하부면)에 광학패턴을 구현하되, 상기 광학패턴은 수용홈이 형성되지 않는 영역의 표면에 형성됨이 바람직하다.
구체적으로는, 상기 도광판(130)의 타면에는, 제1밀도패턴영역(Y1)과 상기 제1밀도패턴영역보다 패턴밀도가 높은 제2밀도패턴영역(Y2)이 형성되며, 특히 상기 제1밀도패턴영역이 상기 LED의 광출사면에 가까운 영역에 배치되도록 함이 더욱 바람직하다. 이 경우 상기 제1 및 제2 밀도패턴영역은 음각구조의 독립적인 패턴들의 중첩구조나 독립배치구도로 구현될 수 있다.
즉, 도 4의 (b) 및 (c)에 도시된 것과 같이, 도광판(130)의 제1 및 제2밀도패턴영역은, 도광판의 표면 내부 방향으로 음각구조로 단면형상이 다양한 단면형상(반원, 타원, 불규칙형상등)을 구비하도록 구현할 수 있으며, 본 발명에 따른 일 실시예에서는 다각뿔패턴 또는 반구형패턴이 구현되게 되게 할 수 있다. 특히, 상기 제1밀도패턴영역(Y1)은, LED에서 나온 빛의 추출효율을 향상시켜 광의 균일도(uniformity)를 증진시킬 수 있게 되며, 제2밀도패턴영역(Y2)는 상대적으로 제1밀도패턴영역 보다 고밀도의 패턴으로 구현되어 빛의 확산 및 산란을 향상시킬 수 있도록 한다.
아울러, 본 발명에 따른 도광판의 일면(상부면)에는 양각구조의 돌출구조물로 형성되는 패턴을 구비하는, 제3 밀도 패턴 영역(X1)과 상기 제1 밀도 패턴 영역보다 패턴 밀도가 높은 제4 밀도 패턴 영역(X2)이 형성되도록 할 수 있다. 특히 이 경우 상기 제4밀도 패턴영역이 상기 LED의 광출사면에 가까운 영역에 배치함이 바람직하다.
또한, 도 4이 (b)~(c), 도 5에 도시된 것과 같이, 상기 제3 및 제4 밀도패턴영역(X1, X2)을 구성하는 광학패턴은 다수의 양각구조의 돌출패턴이 중첩되거나 독립적으로 구현될 수 있다. 이를테면, 상기 제2밀도패턴영역(X2)의 경우 상대적으로 상기 제1밀도패턴영역(X1) 보다 고밀도의 패턴이 구현되어야 하는바, 다수의 양각 구조의 돌출패턴을 보다 조밀한 간격으로 형성하거나, 돌출패턴의 일부를 중첩되도록 형성하는 방식으로 패턴의 밀도를 조절하여 형성할 수 있다.
특히, 이 경우 상기 제4밀도 패턴 영역은 상기 LED의 광출사면에 가까운 영역에 배치되는 것이 더욱 바람직하다. 이는 LED 광의 출사면과 가까운 쪽에 상기 제4밀도 패턴 영역(X2)을 형성하고, LED 광의 출사면과 먼 쪽에는 제3밀도 패턴 영역(X1)을 형성함이 더욱 바람직하다.
이는 도광판의 상부면에 형성되는 제4밀도 패턴 영역(X1)은 고밀도의 패턴 배치 또는 중첩패턴으로 구현되며, LED 광 출사부와 가까운 곳에 배치시켜 입사되는 강한 빛을 많이 확산 또는 산란시킬 수 있게 되며, 이를 통해 핫스팟의 형성이 감소되는 효과를 구현할 수 있다. 아울러, 상기 제4 밀도 패턴 영역(X2)은, 상기 수용홈의 형성위치의 수직상부방향의 도광판 표면에 형성되며, 이웃하는 수용홈까지의 제1거리(d1)의 1/5 이내의 영역에 구현됨이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 제4밀도패턴의 형성 한계지점은 LED의 광출사면에서 10mm 이내의 거리(X3)에 형성되어 핫스팟의 발생을 제거할 수 있도록 한다. 반면, 상술한 제3밀도 패턴 영역(X1)에는 상술한 양각구조의 돌출패턴을 독립적으로 형성하는 단일 구조로 형성하여 패턴 밀도를 낮추어 출사되는 광을 먼 거리까지 전달하는 기능 및 빛의 추출효율을 증진시킬 수 있도록 하여 광의 균일도를 향상시킬 수 있도록 할 수 있다.
상술한 것과 같은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 구조는, 기존에 LED를 광원으로 하는 백라이트유닛에서 직하형의 단점과 에지형의 단점을 해결하고 각각의 장점을 살려서 얇은 두께, 로컬디밍(local dimming)의 효율화, 얇은 베젤(bezel)의 구현과 핫스팟(Hot Spot) 제거가 가능하며, 플렉시블한 특성으로 인해 진동, 열충격 등의 신뢰성에 안정적이며, 모양을 자유롭게 변형시킬 수 있게 되어 범용적인 응용이 가능한 장점이 구현되게 된다.
아울러, 도광판의 표면에 형성되는 광학패턴의 밀도조절 및 형상조절을 통해 빛의 추출효율을 증진시킬 수 있도록 하여 광의 균일도를 향상시킬 수 있도록 할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 인쇄회로기판
120: LED
130: 도광판
140: 수용홈
150: 확산시트
160: 프리즘시트
170: DBEF

Claims (12)

  1. 인쇄회로기판 상에 실장되는 LED;
    상기 LED를 수용하는 수용홈이 관통하는 구조로 구비된 유연한 재질로 구성되는 플렉시블(flexible) 도광판; 및
    상기 인쇄회로기판과 상기 도광판 사이에 형성되는 반사필름을 포함하되,
    상기 인쇄회로기판은 상기 LED를 1 이상 포함하는 단위기판으로 분할배치되고,
    상기 수용홈에 수용되는 LED 사이의 제1 이격공간(air gap)이 형성되고,
    상기 반사필름과 상기 도광판 사이에 제2 이격공간이 형성되는, 백라이트 유닛.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 이격공간 또는 상기 제2 이격공간의 폭은 0.001㎛~50㎛로 형성되는, 백라이트 유닛.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 도광판은 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면을 포함하고,
    상기 일면 또는 타면에는 상기 LED의 발광분포를 조절하는 광학패턴이 구현된 백라이트 유닛.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 도광판의 타면에는,
    음각구조의 광학패턴이 구현되는 백라이트 유닛.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 음각구조의 광학패턴은,
    제1밀도패턴영역과 상기 제1밀도패턴영역보다 패턴밀도가 높은 제2밀도패턴영역이 형성되며,
    상기 제1밀도패턴영역이 상기 LED의 광출사면에 가까운 영역에 배치되는 백라이트 유닛.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 도광판의 일면에는,
    양각구조의 광학패턴이 구현되는 백라이트 유닛.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 양각구조의 광학패턴은,
    제3 밀도 패턴 영역과 상기 제3 밀도 패턴 영역보다 패턴 밀도가 높은 제4 밀도 패턴 영역이 형성되며,
    상기 제4밀도 패턴영역이 상기 LED의 광출사면에 가까운 영역에 배치되는 백라이트 유닛.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED는 측면발광형(side view type) LED인 백라이트 유닛.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 도광판의 일면 상부에 적층되는 확산시트, 프리즘시트, DBEF 중 어느 하나 이상의 광학시트를 더 포함하는 백라이트 유닛.
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