KR20070063642A - 백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20070063642A
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Abstract

본 발명은 점광원 백라이트 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 암부가 제거되고, 고휘도를 얻을 수 있으며, 고휘도 모드와 저휘도모드를 택일적으로 선택할 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
백라이트, LED, 도광판, 광학시트

Description

백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치 {Backlight unit and liquid crystal display using this}
도 1은 종래 백라이트 유닛에 의한 암부 발생을 도시한 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 백라이트 유닛을 구비한 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 백라이트 유닛에 의한 광 경로를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 점광원부에 배치된 점광원을 도시한 배치도이다.
도 5은 본 발명에 따른 백라이트 구동부를 도시한 블럭도이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
10: 액정 표시 패널 20: 백라이트 유닛
110: 박막트랜지스터기판 120: 칼라필터 기판
210: 점광원부 211: 회로기판
212: 상열 점광원 213: 하열 점광원
220: 도광판 230: 광학시트
240: 반사판 310: 전원
320; 스위치 제어부
본 발명은 점광원 백라이트 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 암부가 제거되고, 고휘도 특성을 가지는 백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
수광형 평판 디스플레이인 액정 표시 장치는 그 소자 자체가 발광하지 못하기 때문에 외부로부터 빛이 입사되어야만 한다.
이를 위해 액정 표시 장치의 배면에는 광을 발생시키기 위한 백라이트 유닛이 배치된다.
종래의 백라이트 유닛은 광원으로 선광원인 냉음극형광램프(CCFL)를 사용했으나, 냉음극형광램프(이하' CCFL)는 휘도가 좋고 고 균일성을 얻을 수 있으나, 색재현성이 떨어지고(NTSC기준 75%수준), 얇은 화면을 구현할 수 없어 박막화가 불가능하며, 응답속도가 느리다는 단점이 있다.
따라서, 색재현성이 좋고, 수명이 길고, 응답속도가 빠르고, 얇은 화면에 의한 박막화가 가능한 점광원으로 발광다이오드(Light Emitting Diode; 이하' LED 라고함.)를 광원으로 사용하는 백라이트 유닛이 개발되고 있다.
도 1은 종래 백라이트 유닛에 의한 암부 발생을 도시한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 LED 백라이트는 점광원이므로 LED 광원부와 화면 액티브 영역 간의 간격(t)을 충분히 확보해주지 않으면, 빛이 확산되지 않고 전면으로 발광하므로 암부(A)가 발생하여 균일성 불량(ununiformity)이 발생하는 문제가 있었다.
암부가 발생하여 휘도가 균일하지 못하면 화면이 얼룩져 보이게 되므로 표시품질을 저하시키게 된다.
상기와 같은 암부 발생을 방지하기 위해서는 LED 광원부와 화면 액티브 영역간의 간격(t)을 충분히 확보해 주어야 하나, 박막화, 슬립화 및 모듈화를 위해 X, Y 디멘젼(dimension)이 타이트하게 구성되기 때문에 충분한 거리를 확보하는데 제약이 따르는 문제가 있다.
이와 같은 암부 발생 문제를 제거하기 위해, 패턴 튜닝(pattern tunning) 및 입광면 프리즘 처리등의 시도등이 있으나, 근본적으로 암부 자체를 방지할 수 없다는 한계가 있다.
또한, LED는 선광원인 종래의 CCFL에 비해 휘도가 낮기 때문에 고 휘도를 얻기 위해 LED광원의 갯수를 늘려야만 하나, LED의 크기에 따른 제약, SMT(Surface Mounting Technology)를 위한 이격거리에 따른 제한, 와이어(wire)에 따른 제한 등과 같은 공정상의 제한에 의해 LED 광원간의 최소 이격거리에 제약이 생겨 LED를 촘촘히 배치하는 것에도 한계가 있었다.
또한, 액정 표시 장치가 항상 고휘도 모드로 사용할 필요는 없으며, 디스플레이되는 목적에 따라 고 휘도가 요구되거나, 저휘도 만으로 충족될 수 있는 경우가 있다.
따라서, 저휘도 만으로로 충분한 경우에까지 고휘도 모드를 사용한다면 큰 구동 전압에 의해 불필요한 소비전력이 소모되므로 고휘도 모드와 저휘도 모드를 택일적으로 선택할 필요성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 암부 제거를 통해 불균일을 방지하고 휘도를 향상시킬 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 필요에 따라 고휘도 모드와 저휘도 모드를 택일적으로 선택할 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정 표시 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 회로기판 상에 다수의 점광원이 다열 구조로 엇갈려 배치된 발광다이오드 점광원부와 ;상기 점광원부로 부터 입사된 광을 가이드하는 도광판 및; 상기 도광판 으로부터 입사된 광을 고르게 확산시키는 광학시트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수의 점광원은 상열과 하열이 엇갈린 지그재그 형태로 배치된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 백라이트 유닛은 다수의 점광원을 열 단위로 제어하는 백라이트 구동부를 더 포함하여 구성되고, 상기 백라이트 구동부는 휘도 모드에 따라 스위치 제어부에 의해 상열과 하열의 점광원을 선택적으로 구동할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 화상을 표시하는 액정 표시 패널과; 상기 액정 표시 패널 하부에서 광을 발생시키는 백라이트 유닛을 포함하여 구성되는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 백라이트 유닛은 회로기판 상에 다수의 점광원이 다열 구조로 엇갈려 배치된 점광원부와; 상기 점광원부로 부터 입사된 광을 가이드 하는 도광판 및; 상기 도광판으로부터 입사된 광을 고르게 확산시키는 광학시트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 백라이트 유닛의 점광원은 상열과 하열이 엇갈린 지그재그 형태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 백라이트 유닛은 다수의 점광원을 열 단위로 제어하는 백라이트 구동부를 더 포함하여 구성되고, 상기 백라이트 구동부는 휘도 모드에 따라 스위치 제어부에 의해 상열과 하열의 점광원을 선택적으로 구동할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 구체적인 발명의 구성 및 작용은 도면을 참조로 상세히 설명하기로 한다.
백라이트는 광원을 액정패널 배면에 두어 기판 전면을 직접 조광하는 직하발광 방식과 액정패널의 측면에 광원을 배치하여 도광판 및 반사판 등에 의해 광을 반사하여 확산하는 측면발광 방식으로 나누어진다.
직하발광 방식은 램프에서 출사된 빛이 바로 액정패널 정면으로 출사되기 때 문에 도광판이 필요없는 반면, 측면발광 방식은 측면 램프에서 출사된 빛을 백라이트 정면으로 출사시키는 도광판이 필요하다.
일반적으로 노트북 컴퓨터에 사용되는 백라이트에는 휘도 얼룩짐이 적고, 박막형이고, 저소비 전력 소비가 가능한 측면발광 방식을 채택하고 있다.
본 발명은 상기 두가지 방식중 측면발광형 백라이트 방식에 속한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 화상을 표시하는 액정 표시 패널(10)과, 액정 표시 패널(10)의 하부에 배치되는 백라이트유닛(20)을 포함하고 있다.
액정 표시 패널(10)은 몰드프레임에 의해 지지 및 고정되며, 광투과량을 조절하는 액정과, 액정을 사이에 두고 합착된 박막트랜지스터기판(110) 및 칼라필터기판(120)을 포함한다.
유전율 이방성 및 굴절률 이방성을 갖는 물질인 액정은 박막트랜지스터기판(110)의 화소전극으로부터의 화소전압과 칼라필터 기판(120)의 공통전극으로부터의 공통전압의 차이에 의해 회전하여 광투과량을 조절한다.
박막트랜지스터기판(110)은 유리나 플라스틱 같은 기판 상에 게이트선 및 데이타선의 교차로 인해 정의된 화소영역에 형성된 박막트랜지스터와, 박막트랜지스터와 접속된 화소전극 등을 포함한다.
박막트랜지스터는 게이트선 및 데이타선과 접속되어 형성되어 있다. 이러한 박막트랜지스터(TFT)는 게이트선 으로부터 공급되는 스캔신호에 응답하여 데이타선 으로부터 공급되는 화상신호를 화소전극에 전달한다.
화소전극은 자신에게 화상신호를 충전하여 액정에 화소전압을 인가한다. 화소전극은 빛의 투과를 위해 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)와같은 투명한 도전성 금속으로 형성된다. 이러한 화소전극은 액정을 사이에 두고 칼라필터 기판(120)의 공통전극과 중첩되어 액정셀(Clc)을 형성한다.
칼라필터 기판(120)은 유리나 플라스틱 같은 기판 상에 빛샘 방지를 위한 블랙매트릭스와, 색구현을 위한 칼라필터와, 액정에 공통전압을 인가하기 위한 공통전극등을 포함한다.
블랙매트릭스는 외부광 차단 및 박막트랜지스터의 광누설전류를 막기 위해 광을 차단할 수 있는 검은색의 금속 또는 유기물질로 형성된다.
칼라필터는 적, 녹, 청색칼라필터를 구비하며 이들 각각은 특정 파장의 광을 투과 또는 흡수하는 적, 녹, 청색안료를 포함하고 있다. 적, 녹, 청색칼라필터 각각을 통과한 적, 녹, 청색광의 가법혼색을 통해 색이 구현된다.
공통전극은 액정에 공통전압을 인가하고, 빛의 투과를 위해 ITO 또는 IZO와 같은 투명한 도전성 금속으로 형성된다.
백라이트유닛(20)은 몰드프레임에 의해 고정되며, 광을 제공하는 점광원부(210)와, 점광원부(210)의 측면에 배치되는 도광판(220)과, 도광판(220)의 상부에 배치되는 광학시트(230)를 포함하여 구성된다.
점광원부(210)는 회로기판(211) 상에 다열 구조로 엇갈려 배치된 점광원을 구비한다. 점광원이 다열로 엇갈려 배치됨에 따라 휘도 불균일을 방지하게 된다. 이에 대한, 구체적인 설명은 후술한다.
또한, 백라이트 유닛은 도광판(220)의 하부에 배치되는 반사시트(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 도광판(220)은 몰드프레임의 배면에 안착되어 점광원부(210)로부터 출광된 광을 액정 표시 패널(10)로 가이드한다.
광학시트(230)는 액정 표시 패널(10)로의 광을 고르게 분산시킴과 동시에 집광시킨다. 광학시트(230)는 도광판(220)에서 출광되는 광을 산란시켜 골고루 퍼지게 하는 확산시트, 확산시트에서 나오는 광을 굴절, 집광시켜 휘도를 상승시키는 프리즘시트, 스크래치(scratch) 발생이 쉽고, 모아레(moire) 현상이 나타날 수 있는 프리즘시트를 보호해주며 광을 확산시켜 프리즘시트에 의해 좁아진 시야각을 넓혀주는 보호시트, 휘도를 향상시키는 휘도향상시트 중 액정표시장치의 특성에 맞게 일반적으로 2장 이상으로 구성된다.
예를 들어, 광학시트(230)가 2장으로 구성된다면 2장의 확산시트 또는 1장의 확산시트 및 1장의 프리즘시트로 구성될 수 있다. 또한, 광학시트(230)가 3장으로 구성된다면 1장의 확산시트 및 2장의 프리즘시트로 구성될 수 있다. 그리고, 광학시트(230)가 4장으로 구성된다면 1장의 확산시트 및 2장의 프리즘시트, 1장의 휘도향상시트로 구성될 수 있다.
반사시트(240)는 도광판(220) 하부로 출광된 광을 도광판(220)으로 반사시킨다. 이를 위해, 반사시트(240)는 모재(Base Material)에 반사율이 높은 반사부재가 코팅되어 있다. 여기서, 모재로는 주로 서스(SUS, Steel Use Stainless), 황동, 알루미늄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 등이 사용 되며 반사부재로는 주로 Ag, Ti 등이 사용된다.
도 3은 본 발명에 따른 백라이트 유닛에 의한 광 경로를 도시한 단면도이다.
액정 표시 장치로의 광 진행 과정을 살펴보면, 점광원부(210)에서 생성된 광은 도광판(230) 내부로 진행한다. 도광판(230) 내부로 진행한 광의 일부는 도광판(230)에 의해 상부방향으로 진행하여 액정표시패널로 입사된다. 한편, 도광판(230) 내부로 진행하는 광의 일부는 도광판(230) 하부방향으로 진행한다. 도광판(230) 하부방향으로 진행하는 광의 일부는 반사시트(240)의 반사에 의해 상부방향으로 진행하게 되며 이 광은 다시 도광판(230)을 거친 후 액정 표시 패널로 입사된다.
본 발명에 따른 점광원부(210)의 점광원은 회로기판(211)상에 다수의 점광원이 다열구조로 엇갈려 배치된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 회로기판(211)에 점광원(212, 213)의 배치를 도시한 배치도이다.
도 4을 참조하면, 점광원부(210)는 회로기판(211)상에 다수개의 점광원이 2열의 상열(the upper row)과 하열(the lower row)에 배치되고, 상열과 하열에 배치되는 점광원(212, 213)은 엇갈린 지그재그(Zig Zag) 형태로 배치된다.
회로기판(211)은 방열특성이 우수하고, 냉각시간이 짧은 재료를 사용하는 것이면 무엇이나 가능하며, 일반적으로 MCPCB(Metal Core PCB)가 사용된다.
상기와 같은 형태로 점광원(212, 213)을 배치할 경우, 상열의 점광원(212)만으로 구성되었을 때 발생할 수 있는 암부가, 하열에 엇갈려 배치된 점광원(213)의 동작으로 제거될 수 있다.
또한, 하열의 점광원(213)만으로 구성되었을 때 발생할 수 있는 암부가, 상열에 엇갈려 배치된 점광원(212)의 동작으로 제거될 수 있다.
이를통해, 점광원인 LED가 선광원처럼 작용하게 되어, 암부를 제거하고 광의 균일성을 유지할 수 있게 된다.
또한, 종래의 LED 백라이트는 제한된 X 디멘젼(점광원간의 최소 이격거리)상에서 하나의 열 만으로는 점광원을 촘촘히 배치할 수 없으므로 높은 휘도를 얻는 데 한계가 있었으나, 본 발명은 상부 및 하부의 2개의 열에 점광원(212, 213)을 엇갈리게 배치함으로써, 점광원(212, 213)을 촘촘하게 배치하는 효과를 얻을 수 있으므로 고 휘도가 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 백라이트 구동부를 도시한 개략적인 블럭도이다.
도 5에 도시된, 백라이트 구동부는 전원(310)으로부터 점광원부(210)로 공급되는 구동전압을 선택적으로 온(On) 또는 오프(Off) 시키는 스위치 제어부(320)를 포함하여 구성된다. 상기 스위치 제어부(320)에 의해 백라이트의 점광원부(210)가 열 단위로 제어된다.
점광원부(210)의 상열 점광원(212)과 하열 점광원(213) 각각은 온(On) 또는 오프(Off)를 결정하는 스위치와 연결되어 있다.
고휘도 모드가 필요한 경우, 상기 스위치 제어부(320)에서 상열 점광원(212) 및 하열 점광원(213)과 연결된 스위치를 모두 온(On)을 시키게 되고, 이로 인해 전원(310)으로 부터 구동전압이 모든 점광원(212, 213)에 공급되어 상, 하열의 모든 점광원이(212, 213) 턴온(turn-on)되어 고 휘도를 얻을 수 있다.
한편, 저휘도 모드가 필요한 경우, 상기 스위치 제어부(320)에서 상열 점 광원(212) 및 하열 점광원(213)과 연결된 스위치 중 상열 점광원(212)과 연결된 스위치를 온(On) 시키고, 하열 점광원(213)과 연결된 스위치를 오프(off) 시킴으로써, 상열 점광원(212)만 턴온되게 할 수 있다.
또한, 하열 점광원(213)과 연결된 스위치를 온 시키고 상열 점광원(212)과 연결된 스위치를 오프(off) 시킴으로써, 하열 점광원(213)만 턴온되게 하여 저 휘도 모드를 선택할 수 있다.
상기와 같이 고휘도 모드와 저휘도 모드를 택일적으로 선택함으로써, 저휘도 만으로 충분한 경우에도 고휘도 모드를 사용함으로써 발생하는 불필요한 소비전력의 소모를 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 백라이트 유닛 및 이를 가지는 액정 표시 장치는 제한된 공간상에 점광원을 다열 구조로 촘촘히 배치할 수 있어 암부가 제거된 고휘도의 백색광을 얻을 수 있다.
또한, 고 휘도 모드와 저 휘도 모드를 택일적으로 선택할 수 있으므로, 저 휘도 모드가 필요한 경우 큰 구동전압에 따른 불필요한 전력소비를 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (8)

  1. 회로기판 상에 다수의 점광원이 다열 구조로 엇갈려 배치된 점광원부와 ;
    상기 점광원부로부터 입사된 광을 가이드하는 도광판 및;
    상기 도광판으로부터 입사된 광을 고르게 확산시키는 광학시트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 점광원은 상열과 하열이 엇갈린 지그재그 형태로 배치된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은 다수의 점광원을 열 단위로 제어하는 백라이트 구동부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 백라이트 구동부는 휘도 모드에 따라 스위치 제어부에 의해 상열과 하열의 점광원을 선택적으로 구동할 수 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 화상을 표시하는 액정 표시 패널과;
    상기 액정 표시 패널 하부에서 광을 발생시키는 백라이트 유닛을 포함하고,
    상기 백라이트 유닛은 회로기판 상에 다수의 점광원이 다열 구조로 엇갈려 배치된 점광원부와;
    상기 점광원부로 부터 입사된 광을 가이드 하는 도광판 및;
    상기 도광판으로부터 입사된 광을 고르게 확산시키는 광학시트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 백라이트 유닛의 점광원은 상열과 하열이 엇갈린 지그재그 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은 다수의 점광원을 열 단위로 제어하는 백라이트 구동부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치
  8. 제 7항에 있어서, 상기 백라이트 구동부는 휘도 모드에 따라 스위치 제어부에 의해 상열과 하열의 점광원을 선택적으로 구동할 수 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛
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