KR20110013101A - 백라이트 유닛 및 그를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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김용석
정찬성
김승세
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛 및 그를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
상기 백라이트 유닛은, 광을 방출하는 다수의 광원; 상기 광원으로부터 입사되는 광을 확산시켜, 상방으로 상기 광을 방출하는 다수의 도광판; 및 상기 도광판의 상방에 배치되는 광학 시트;를 포함하고, 상기 도광판에는 상기 광이 입사되는 입사면을 포함하는 입광부; 및 상기 입광부로 입광된 빛을 상방으로 방출시키는 발광부;를 포함하고, 상기 입광부와 상기 발광부 사이에는 단차가 형성된다.

Description

백라이트 유닛 및 그를 이용한 디스플레이 장치{Backlight unit and display apparatus thereof}
본 발명은 백라이트 유닛 및 그를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 디스플레이 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 증가하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 디스플레이 장치가 연구되어 사용되고 있다.
그 중 LCD의 액정 패널은 액정 패널은 액정층 및 상기 액정층을 사이에 두고 서로 대향하는 TFT 기판 및 컬러 필터 기판을 포함하며, 자체 발광력이 없어 백라이트 유닛으로부터 제공되는 광을 사용하여 화상을 표시할 수 있다.
본 발명은 디스플레이 영상의 화질을 개선할 수 있는 백라이트 유닛 및 그를 이용한 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 광을 방출하는 다수의 광원; 상기 광원으로부터 입사되는 광을 확산시켜, 상방으로 상기 광을 방출하는 다수의 도광판; 및 상기 도광판의 상방에 배치되는 광학 시트;를 포함하고, 상기 도광판에는 상기 광이 입사되는 입사면을 포함하는 입광부; 및 상기 입광부로 입광된 빛을 상방으로 방출시키는 발광부;를 포함하고, 상기 입광부와 상기 발광부 사이에는 단차가 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 광을 방출하는 다수의 광원; 상기 광원으로부터 입사되는 광을 확산시켜, 상방으로 상기 광을 방출하는 다수의 도광판; 및 상기 도광판의 상방에 배치되는 광학 시트;를 포함하고, 상기 다수의 도광판 중 어느 하나의 도광판은 인접되는 다른 도광판과 적어도 일부가 중첩되며, 상기 도광판에는 상기 광이 입사되는 입사면을 포함하는 입광부; 및 상기 입광부로 입광된 빛을 상방으로 방출시키는 발광부;가 포함된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는 광을 방출하는 다수의 광원; 상기 광원으로부터 입사되는 광이 입사되는 입광부 및 상기 광을 상방으로 방출시키는 발광부를 포함하는 다수의 도광판; 상기 도광판의 상방에 배치되는 광 학 시트; 상기 도광판 및 상기 광학 시트가 고정되는 바텀 커버; 상기 광학 시트의 상측에 위치하여, 상기 도광판으로부터 방출되는 광을 이용하여 영상을 표시하는 표시 패널; 및 상기 표시 패널의 상면 테두리에 둘러지는 탑 커버;를 포함하며, 상기 다수의 도광판 중 어느 도광판의 일부는 인접되는 다른 도광판의 적어도 일부와 중첩된다.
제안되는 실시예에 의하면, 다수의 도광판들로 구성되는 모듈형 백라이트 유닛을 이용하여 표시 패널에 광을 제공함으로써, 디스플레이 장치의 두께를 감소시킴과 동시에 하여 로컬 디밍(local dimming) 또는 임펄시브(impulsive) 등과 같은 부분 구동 방식을 사용하여 디스플레이 영상의 콘트라스트(contrast)를 향상시킬 수 있다.
상기 백라이트 유닛이 로컬 디밍 방식으로 구동됨에 따라서 디스플레이 장치의 전체적인 전력 소모량이 감소될 수 있는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 이하, 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 실시예의 기술적 범위를 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 분 해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 디스플레이 장치(1)는 디스플레이 모듈(200)과, 디스플레이 모듈(200)을 둘러싸는 프론트 커버(300) 및 백 커버(400)와, 디스플레이 모듈(200)을 프론트 커버(300) 및/또는 백 커버(400)에 고정시키기 위한 고정부재(500)를 포함한다.
고정 부재(500)는 일측이 프론트 커버(300)에 일례로 스크류와 같은 체결부재에 의하여 고정된 다음, 타측이 디스플레이 모듈(200)을 프론트 커버(300) 측에 대하여 지지하여, 프론트 커버(300)에 대하여 디스플레이 모듈(200)이 고정되도록 할 수 있다.
본 실시예에서는 고정부재(500)가 일례로 일 방향으로 길게 연장된 플레이트 형상으로 형성되는 것으로 설명되고 있으나, 별도의 상기 고정부재(500)가 제공되지 아니하고, 체결부재에 의하여 디스플레이 모듈(200)이 프론트 커버(300) 또는 백 커버(400)에 고정되는 구성 또한 가능하다고 할 것이다.
도 2는 도 1의 A-A 선도에 따라 디스플레이 모듈 구성을 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 모듈(200)은 영상이 디스플레이되는 표시 패널(210)과, 표시 패널(210)에 광을 제공하는 백 라이트 유닛(100)과, 디스플레이 모듈(200)의 하측 외관을 형성하는 바텀 커버(110)와, 표시 패널(210)을 하측에서 지지하는 패널 서포터(240)와, 표시 패널(210)을 상측에서 지지하며, 디스플레이 모듈(200)의 테두리를 형성하는 탑 커버(230)를 포함한다.
바텀 커버(110)는 상기 백 라이트 유닛(100)이 수납될 수 있도록 상면이 개구된 박스 형상으로 형성될 수 있다. 바텀 커버(110)의 일측은 탑 커버(230)의 일측과 고정될 수 있다. 일례로, 디스플레이 모듈(200)의 측면, 즉 바텀 커버(110)와 탑 커버(230)가 중첩되는 측에, 스크류와 같은 체결 부재가 관통되어, 바텀 커버(110)와 탑 커버(230)를 고정시킬 수 있다.
그리고, 상기 바텀 커버(110)의 배면에는 외부에서 입력되는 신호, 일례로 영상 신호와 같은 신호에 의하여 상기 디스플레이 모듈(200)이 구동되도록 하는 적어도 하나 이상의 기판(250)이 구비된다.
상기 기판(250)은 일례로 타이밍 컨트롤러(Timing controller, T-con 보드) 또는 메인 PCB일 수 있으며, 상기 기판(250)은 상기 바텀 커버(110)의 배면에 일례로 스크류와 같은 체결 부재 또는 접착 부재에 의하여 고정될 수 있다.
표시 패널(210)은 상세히 도시되지는 않았지만, 일례를 들면, 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 하부 기판(211) 및 상부 기판(222)과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 하부 기판(211)에는 다수의 게이트 라인과 상기 다수의 게이트 라인과 교차하는 다수의 데이터 라인이 형성되며, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차영역에 박막 트랜지스터(TFT: thin film transistor)가 형성될 수 있다.
상부 기판(212)에는 컬러필터들이 형성될 수 있다. 표시 패널(210)의 구조는 이에 한정되지는 않으며, 표시 패널(210)은 다양한 구조를 가질 수 있다. 다른 예를 들면, 하부 기판(211)은 박막 트랜지스터 뿐만 아니라 컬러필터를 포함할 수 도 있다. 또한, 표시 패널(210)은 상기 액정층을 구동하는 방식에 따라 다양한 형태의 구조로 형성될 수 있다.
도시하지 않았으나, 표시 패널(210)의 가장자리에는 게이트 라인에 스캔신호를 공급하는 게이트 구동 PCB(gate driving printed circuit board)와, 데이터 라인에 데이터 신호를 공급하는 데이터 구동 PCB(data driving printed circuit board)가 구비될 수 있다. 한편, 표시 패널(210)의 위 및 아래 중 적어도 한 곳에는 편광 필름(미도시)이 배치될 수도 있다.
표시 패널(210)과 백라이트 유닛(100) 사이에는 광학 시트(220)가 배치될 수 있으며, 이러한 광학 시트(220)는 제거될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 광학 시트(220)는 확산 시트(미도시) 및/또는 프리즘 시트(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 확산 시트는 도광판에서 출사된 광을 고르게 확산시켜 주며, 상기 확산된 광은 프리즘 시트에 의해 표시 패널로 집광될 수 있다. 여기서, 상기 프리즘 시트는 수평 또는/및 수직 프리즘 시트, 한 장 이상의 조도 강화 필름 등을 이용하여 선택적으로 구성할 수 있다. 광학 시트(220)의 종류나 개수 등은 실시 예의 기술적 범위 내에서 추가 또는 삭제될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
한편, 상기 백라이트 유닛(100)은 다수의 광학 어셈블리들을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 다수의 광학 어셈블리들은 각각 광원(13), 도광판(15), 반사부재(17) 및 고정 브래킷(18)을 포함할 수 있다.
광원(13)은 광판(15)의 측면에 위치하여 광원(13)으로부터 방출되는 광은 도광판(15)의 측면으로 입사될 수 있다. 예를 들어, 광원(13)은 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode)를 이용하여 구성될 수 있으며, 복수의 발광다이오드(LED)들을 포함할 수 있다.
상기 발광 다이오드는 사이드 발광 타입일 수 있으며, 적색, 청색, 녹색 등과 같은 컬러 중에서 적어도 한 컬러를 방출하는 유색 LED이거나 백색 LED로 구현될 수 있다. 또한 상기 유색 LED는 적색LED, 청색LED 및 녹색LED 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 발광 다이오드의 배치 및 방출 광은 실시예의 기술적 범위 내에서 변경될 수 있다.
한편, 도광판(15)은 투명한 재질로 이루어지며, 예를 들어, PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다. 상기 도광판(15)은 압출 성형법에 의해 형성될 수 있다.
도광판(15)은 상기 광원(13)으로부터 제1방향(y축 방향) 즉, 측면 입사되는 광을 굴절 및 산란시켜 상측 방향으로 형성되는 제2방향(z축 방향), 즉 표시 패널(210) 방향으로 방출시킬 수 있다. 또한, 도광판(15)의 하측면에는 상기 광을 상기 제2방향으로 반사시키기 위한 상기 반사 부재(17)가 구비된다.
그리고, 상기 도광판(15)의 적어도 일부는 인접되는 다른 도광판(15)의 적어도 일부와 중첩될 수 있으며, 상기 도광판(15)의 하측면은 일측에서 타측으로 갈수록 상기 제2방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
한편, 상기 도광판(15)의 일측에는 상기 도광판(15)을 상기 바텀 커버(110) 에 대하여 고정시키 위한 상기 고정 브래킷(18)이 구비되며, 상기 고정 브래킷(18)은 상기 도광판(15)의 적어도 일부를 상기 바텀 커버(110) 측으로 가압하여, 상기 고정 브래킷(18)을 고정시킨다.
그리고, 상기 고정 브래킷(18)의 내부에는 상기 광원(13)이 구비되어, 상기 광원(13)에서 도광판을 거치지지 않은 상기 광이 직접 외부로 방출되는 것을 방지한다.
또한 어느 하나의 광학 어셈블리의 고정 브래킷(18)의 상방에는 상기 광학 어셈블리에 인접되는 다른 광학 어셈블리의 도광판(15)의 적어도 일부가 중첩된 상태로 구비될 수 있다.
표시 패널(210)은 복수의 도광판들(15)에 대응하는 복수의 분할 영역들을 가질 수 있으며, 상기 분할 영역의 그레이 피크값 또는 색 좌표 신호에 따라 대응되는 광학 어셈블리의 도광판으로부터 방출되는 광의 밝기, 즉 해당 광원의 밝기가 조절되어, 표시 패널(210)의 휘도가 조절될 수 있다.
도 3은 전면에서 바라본 백라이트 유닛의 구성을 간략하게 보여주는 평면도이다. 도 3에서는 상기 도광판(15)을 상기 바텀 커버(110)에 고정시키기 위한 상기 고정 브래킷(18)이 생략된 상태로 구비된다.
도 3을 참조하면, 백라이트 유닛(100)에 구비된 복수의 광학 어셈블리들(10)은 x축, y축 방향으로 각각 N개 및 M개(N,M은 1 이상의 자연수)로 행렬 형태로 배치될 수 있으며, 각 광학 어셈블리(10)는 광원(13) 및 도광판(15)을 포함할 수 있다.
각 광학 어셈블리(10)는 에지형 백라이트 방식으로 구동이 이루어지며, 각 광학 어셈블리(10)는 다시 하나의 광원으로서 동작하여 다수 개의 광학 어셈블리(10)들이 직하형 백라이트 방식으로 배치됨으로써 백라이트 유닛을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 발광 다이오드들이 화면상에 핫 스팟(hot spot)으로 관찰되는 문제를 해소할 수 있으며, 도광판의 두께를 감소시키고 광학 필름들의 수를 줄일 수 있어 백라이트 유닛의 슬림화를 구현할 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛(100)은 9개의 광학 어셈블리들(M1~M9)이 3×3 배열로 배치될 수 있다. 그러나, 도 3에 도시된 구성은 본 발명에 따른 백라이트 유닛을 설명하기 위한 예에 불과하므로, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며 디스플레이 장치의 화면 크기 등에 따라 변경될 수 있다.
본 실시예에서는 일례로 상기 백라이트 유닛(100)의 도광판(15)의 제1방향(y축 방향)에 대한 길이는 상기 제1방향과 직교되며 상기 광원(13)이 배치되는 방향인 제3방향(x축 방향)에 대한 길이보다 짧게 형성된다.
각 광학 어셈블리(10)들은 독립적인 어셈블리로 제작될 수 있으며, 근접 배치됨으로써 모듈형 백라이트 유닛을 형성할 수 있다. 이와 같은 모듈형 백라이트 유닛은 백라이트 수단으로서 표시 패널(210)에 광을 제공할 수 있다.
백라이트 유닛(100)은 전체 구동 방식 또는 로컬 디밍(local dimming), 임펄시브(impulsive) 등과 같은 부분 구동 방식으로 구동될 수 있다. 상기 발광 다이오드의 구동 방식은 회로 설계에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 이로써, 실시예는 색대비비가 증대되고 화면상의 밝은 부분과 어두 운 부분에 대한 이미지를 선명하게 표현할 수 있어 화질이 향상되는 효과가 있다.
즉, 백라이트 유닛(100)이 복수의 도광판들(15)에 대응되는 다수의 분할 구동 영역으로 구분되어 동작되며, 상기 분할 구동 영역의 휘도를 영상 신호의 휘도와 연계하여 영상의 검은색 부분은 휘도를 감소시키고 밝은 부분은 휘도를 증가시킴으로써, 명암비 및 선명도를 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 M1~ M9의 광학 어셈블리들(10) 중 일부만이 독립적으로 구동하여 광을 상측으로 방출시킬 수 있으며, 그를 위해 각 광학 어셈블리들(10)에 포함된 광원들(13)이 각각 독립하여 제어될 수 있다.
한편, 하나의 광학 어셈블리(10) 또는 하나의 도광판(15)에 대응되는 표시 패널(210)의 영역이 2 이상의 블록으로 분할될 수 있으며, 표시 패널(210) 및 백라이트 유닛은 상기 블록 단위로 부분 구동될 수 있다.
본 실시예에서는 전면에서 볼 때 광원(13)이 도광판(15)의 하측에 위치하는 경우를 예로 들어 본 발명의 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 즉 광원(13)은 도광판(15)의 상측이나 좌측 또는 우측에 배치될 수도 있다.
도 4는 도 3의 도광판 및 발광 소자를 간략하게 보여주는 도면이며, 도 5는 도 4의 C 부분을 확대한 평면도이다.
먼저 도 3 및 도 4를 참조하면, 도광판(15)은 입광부(15b) 및 발광부(15a)로 구성될 수 있다.
상기 입광부(15b)는 일측에 측방인 상기 제1방향(y축 방향)으로 상기 광이 입사되어, 상기 입광부(15b)의 일측에 구비되는 입사면(151)을 따라 다수의 상기 광원(13)이 배치된다.
상기 입사면(151)은 상기 광원(13)과 마주보도록 배치되며, 상기 광원(13)과 상기 입사면(151)이 완전하게 접촉되는 경우, 상기 입사면(151)에 열손상과 같은 손상이 발생할 수 있으므로, 상기 광원(13)과 상기 입사면(151)은 일정 거리 만큼 이격된다. 이 때, 상기 광원(13)과 상기 입사면(151)의 이격 거리를 d5라 한다.
상기 입사면(151)에 절곡되는 상측면(152)에는 상기 고정 브래킷(18)의 일부가 안착되어 상기 도광판(15)을 상기 바텀 커버 측으로 가압한다.
한편, 상기 입광부(15b) 일측의 높이 즉, 상기 입사면(151)의 두께는 h1의 크기로 형성되며, 상기 광원(13)의 상하 방향 두께를 h4라고 할 때 이하의 수학식을 만족한다.
Figure 112009047320874-PAT00001
즉, 상기 입사면(151)의 높이는 상기 광원(13)의 두께 h4와 같거나, 상기 광원의 두께 h4의 두 배 이하의 크기로 형성된다.
이는, 상기 광원(13)의 높이보다 상기 입사면(151)의 높이가 작을 경우, 상기 광원(13)에서 발산되는 광이 입사면(151)에 입사되는 과정에 있어서, 상기 광의 일부가 상기 입사면(151)에 입사되지 않고 손실됨에 따라서, 상기 입사면(151)의 높이는 상기 광원(13)의 높이와 최소한 동일하거나 크게 형성된다.
또한, 상기 입사면(151)에 대한 상기 광원(13)의 입사 효율은 상기 입사면(151)의 높이가 커질수록 상승하게 되나, 상기 입사면(151)의 두께 h1이 상기 광원(13)의 두께 h4의 두 배의 크기 이상으로 형성되면서부터 일정 효율에 수렴하게 되므로, 본 실시예에서는 상기 입사면(151)의 두께 h1를 상기의 수식을 만족하도록 형성할 수 있다.
그리고, 상기 입광부(15b)는 상기 입광부(15b)의 일측에서 다수의 상기 광원(13)으로부터 입사되는 점 광원이 면 광원으로 확산될 수 있도록 상기 제1방향(y축 방향)을 향하여 일정 크기 d2로 연장 형성된다.
이 때, 상기 입광부(15b)의 y축 방향 연장 거리 d2는 상기 입사면(151)과 상기 광원(13)의 이격 거리 d5 및 다수의 상기 광원(13) 상호 간의 거리와 같은 요인에 의하여 설정되는 바, 이하에서 상기 입광부(15b)의 연장 거리 d2에 대해서 상세하게 설명한다.
도 5를 참조하면, 서로 인접하는 제1광원(13a) 및 제2광원(13b)의 너비는 w1으로 형성되며, 각각의 광원(13a,13b)의 중심으로부터 상호 간에 이격된 거리는 w3으로 형성된다.
즉, 하나의 상기 도광판(15)에는 다수의 광원(13)이 구비되며, 외부의 신호에 따라서 상기 다수의 광원(13) 중 어느 일부가 선택적으로 발광됨에 따라서, 상기 도광판(15)에는 다수의 서브 구동 영역이 형성될 수 있다.
이 때, 상기 광원(13a,13b)에서 발산되는 광은 일정 크기의 지향각을 가지며 외부로 방출되며, 상기 광원(13a,13b)의 테두리 측에서 발산되는 광의 지향각을 θ2라고 한다.
그리고, 상기 광원(13a,13b)은 상기 입사면(151)과 일정 거리 d5만큼 이격됨에 따라서, 상기 입사면(151)과 상기 광원(13a,13b) 사이에는 공기층이 구비된다.
따라서, 스넬의 법칙(Snell's law)에 의하여 상기 광원(13a,13)에서 일정 크기의 지향각 θ2으로 상기 입사면에 입사되면 상기 광은 일정 각도의 굴절각 θ3로 굴절된다.
이하는 상기 지향각 θ2와 굴절각 θ3의 관계를 만족하는 수학식이다.
Figure 112009047320874-PAT00002
이 때, n1은 공기의 굴절률을 의미하며, n2는 상기 도광판(15)의 굴절률을 의미한다.
그리고, 상기 입광부(15b)에 입사된 광이 상기 굴절각 θ3로 확산되어, 상기 입광부(15a)와 상기 발광부(15b)의 경계부에 도달하면, 확산된 광의 너비 w4는 이하의 수학식을 만족한다.
Figure 112009047320874-PAT00003
이 때, w2는 상기 광원(13a,13b)의 너비 w1를 중심으로 상기 광이 좌측 또 는 우측 방향으로 확산된 너비를 의미한다.
그리고 상기 광이 어느 일측으로 확산된 너비 w2는 이하의 식을 만족한다.
Figure 112009047320874-PAT00004
이 때, 상기 광원(13a,13b) 및 상기 입사면(151)의 이격거리 d5은 상기 입광부(15b)의 연장 거리 d2보다 매우 작게 형성되기 때문에, 상기 확산 너비 w2은 d2tanθ3로 근사될 수 있다. 본 실시예에서 일례로 상기 광원(13a,13b) 및 상기 입사면(151)의 이격거리 d5는 1 mm 이하로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 확산된 광의 너비 w4는 이하의 수식을 만족한다.
Figure 112009047320874-PAT00005
이 때, 서로 인접되는 제1광원(13a) 및 제2광원(13b)에서 발산되어 상기 입광부(15a) 내부에서 확산된 광은 서로 중첩되며, 최소한 그 경계가 접하여야지만 상기 발광부(15b)에서 균일한 밝기의 광으로 발광될 수 있다. 상기 광이 확산된 상태에서 확산된 광이 서로 이격되는 경우, 상기 발광부(15b)에서는 암선(暗線)이 형성된 상태에서 상기 광이 외부로 발광됨에 따라서, 영상 품질이 저하될 수 있다.
따라서, 상기 제1광원(13a)의 중심과 상기 제2광원(13b)의 중심이 상호 이격된 이격 거리 w3은 이하의 식을 만족하여야 한다.
Figure 112009047320874-PAT00006
즉, 상기 제1광원(13a) 및 상기 제2광원(13b)의 중심 이격 거리 w3는 최소한 상기 광의 확산 너비 w4 이하의 크기로 형성되어야, 상기 발광부(15b)에서 암선이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기 수학식으로부터 상기 입광부(15b)의 연장 거리 d2는 이하의 수학식을 만족한다.
Figure 112009047320874-PAT00007
즉, 상기 연장 거리 d2가 최소한 일정 크기 이상의 크기가 확보되어야, 상기 발광부(15b)의 암선 발생을 방지할 수 있다.
그리고,상기 입광부(15b)의 연장 거리 d2가 20 mm를 초과하는 크기로 형성되는 경우, 광 손실이 발생되며, 상기 백라이트 유닛(100)의 전체적인 폭이 증가하게 되므로, 본 실시예에서는 일례로 상기 입광부(15b)의 연장 거리 d2는 20 mm 이하로 설정된다.
다시 도3 및 도4를 참조하면, 상기 발광부(15a)는 상기 입광부(15b)의 타측에 구비되며, 상기 입광부(15b)에서 입사되는 상기 광을 상방 즉 상기 제2방향(z축 방향)으로 방출하여, 상기 표시 패널(21)에 대하여 광을 제공한다. 따라서, 상기 발광부(15a)는 상기 광이 방출되도록 하기 위하여, 일정 면적으로 형성되며, 상기 제1방향(y축 방향)을 향하여 일정 크기(d3)로 연장 형성되며, 상기 입광부(15b) 및 상기 발광부(15a)의 제1방향에 의한 연장 거리(d2,d3)에 의하여 상기 도광판(15)의 제1방향 연장 거리(d1)가 형성될 수 있다.
이 때, 상기 발광부(15a)의 제1방향 연장 거리 d3는 이하의 수학식을 만족한다.
Figure 112009047320874-PAT00008
여기서 L1은 상기 백라이트 유닛(100)의 세로 방향 즉 y축 방향의 길이를 의미한다.
즉, 본 실시예에서 다수의 상기 도광판(15)은 상기 백라이트 유닛(100)에 6 열 내지 50 열로 배열된다.
상기 도광판(15)이 6 열 미만으로 배열되는 경우, 각각의 도광판(15)의 부분 발광 구동, 즉 로컬 디밍의 효율이 저하되며 상기 백라이트 유닛(100)의 구동에 따른 소비 전력이 과도하게 소모된다.
즉, 상기 도광판(15)의 배열된 열의 갯수가 증가될 수록, 상기 로컬 디밍의 효율 및 상기 소비 전력이 감소하게 된다.
이 때, 상기 로컬 디밍의 효율 및 상기 소비 전력의 감소율은, 상기 도광판(15)이 50 열을 초과하여 배열되는 경우, 일정한 값으로 수렴하게 된다.
따라서, 본 실시예에서는, 일례로 다수의 상기 도광판(15)은 6열 이상 50열로 상기 백라이트 유닛(100)에 배열될 수 있다.
이 때, 상기 도광판(15)은 상기 광원이 배치되는 방향과 나란하게 형성된 축을 기준으로 다수의 열로 배치될 수 있다.
그리고, 상기 입광부(15b)의 연장 거리 d2과, 상기 도광판(15)의 전체 연장 거리 d1 즉, 상기 입광부(15b)의 연장 거리 d2 및 상기 발광부(15a)의 연장거리 d3의 합은 이하의 관계를 만족한다.
Figure 112009047320874-PAT00009
즉, 상기 입광부(15b)의 연장 거리 d2와, 상기 도광판(15)의 전체 연장 거리 d1의 비가 0.03 이하로 형성되는 경우에는, 상기 입광부(15b)의 연장 거리 d2가 충분하게 확보되지 않음에 따라서, 상기 광원(13)에서 발광되는 빛이 점광원의 형태로 외부로 방출될 수 있다.
그리고, 상기 입광부(15b)의 연장 거리 d2과, 상기 도광판(15)의 전체 연장 거리 d1의 비가 0.03 이하로 형성되는 경우에는, 상기 입광부(15b)의 연장 거리 d2가 너무 길게 형성됨에 따라서 광손실이 발생되며, 상기 백라이트 유닛(100)의 전 체적인 부피가 증가하게 된다.
따라서 본 실시예에서, 상기 입광부(15b)의 연장 거리 d2과, 상기 도광판(15)의 전체 연장 거리 d1의 비는 상기의 수학식 9를 만족하도록 형성된다.
한편, 발광부(15a)는 면 광원이 발생되는 상면, 상면과 대향하는 하면, 네 개의 측면들로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 도광판(15)의 하측면은 상기 입광부(15b)의 일측 단부에서 상기 발광부(15a)의 타측 단부로 갈수록 상방으로 경사지도록 형성되며, 상기 하측면에는 상기 반사 부재(17)가 구비되어, 상기 입광부(15b)를 통하여 입사되는 빛을 상기 제2방향 측으로 반사시킬 수 있다.
이 때, 상기 도광판(15)의 하측면은 θ1의 경사 각도로 경사지게 형성되며, 상기 도광판(15)의 상기 하측면의 형성각 θ1은 이하의 수학식을 만족한다.
Figure 112009047320874-PAT00010
h3는 상기 도광판(15)의 전체의 두께를 의미한다. 즉, 상기 형성각 θ1은 0보다 크게 형성되며, 상기의 최대값 이하의 값을 갖는다.
이 때, 상기 형성각 θ1이 상기 최대값으로 형성되는 경우, 상기 도광판(15) 타측 단부의 두께 h2가 0으로 수렴하게 된다.
다만, 상기 도광판(15) 단부의 두께 h2가 상기 도광판(15)의 입사면(151)의 두께 h1보다 일정 비율 이하로 형성되는 경우, 상기 도광판(15)의 단부의 강성이 저하되어 파손될 수 있다.
그리고, 상기 도광판(15) 단부의 두께 h2가 상기 입사면(151)의 두께 h1과 동일한 비율로 형성되는 경우, 상기 발광부(15a)에서의 상기 제1방향으로의 상기 광의 방출 효율이 저하될 수 있다.
따라서, 상기 도광판(15) 단부의 두께 h2는 이하의 관계를 만족한다.
Figure 112009047320874-PAT00011
한편, 상기 입광부(15b)의 타측과, 상기 입광부(15b)의 타측에 위치되는 상기 발광부(15a)의 일측이 접하는 지점에는, 상기 고정 브래킷(18)이 상기 도광판(15)을 가압하여 상기 바텀 커버(110)에 대하여 고정시키며, 광 확산 효율을 증가시키기 위한 단차가 형성된다.
따라서, 상기 도광판(15)의 전체 두께 h3와 상기 입광부(15b)의 두께 즉 입사면(151)의 두께 h1은 일정 크기의 차이가 있도록 형성되며, 상기 h3 및 h1의 관계는 이하의 수학식을 만족한다.
Figure 112009047320874-PAT00012
즉, 상기 도광판(15)의 전체 두께 h3와 상기 입광부(15b)의 두께 h1의 비율이 1.2 이하가 되는 경우, 상기 도광판(15)을 형성하는 과정에서 응력이 상기 입광부(15b)측에 집중됨에 따라서 상기 도광판(15)에 휨 현상이 발생될 수 있다.
또한, 상기 도광판(15)의 전체 두께 h3와 상기 입광부(15b)의 두께 h1의 비율이이 2.5 이상이 되는 경우, 두께 차이에 의한 광수차(光收差)가 발생하게 되어, 상기 입광부(15b)의 전방측, 즉 상기 입광부(15b)와 상기 발광부(15a)가 접하는 지점에 암부가 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서, 상기 도광판(15)의 전체 두께 h3와 상기 입광부(15b)의 두께 h1의 비율은 상기 수학식 12의 관계를 만족한다.
그리고, 상기 입광부(15b)의 하면측에는, 상기 입광부(15b)의 타측에서 상기 발광부(15b)의 일측으로 빛이 확산되는 과정에서, 상기 광수차에 의한 암부 발생 현상을 방지하기 위하여, 상기 빛이 확산되는 방향 즉 제1방향(y축 방향)과 직교되는 제3방향(x축 방향)으로 배열되는 광학 패턴이 더 구비될 수 있다.
제안되는 실시예에 의하면, 다수의 도광판들로 구성되는 모듈형 백라이트 유닛을 이용하여 표시 패널에 광을 제공함으로써, 디스플레이 장치의 두께를 감소시킴과 동시에 하여 로컬 디밍(local dimming) 또는 임펄시브(impulsive) 등과 같은 부분 구동 방식을 사용하여 디스플레이 영상의 콘트라스트(contrast)를 향상시킬 수 있다.
상기 백라이트 유닛이 로컬 디밍 방식으로 구동됨에 따라서 디스플레이 장치의 전체적인 전력 소모량이 감소될 수 있는 장점이 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 백라이트 유닛의 구성을 보여주는 단면도이며, 도 7은 도 6의 도광판을 보여주는 도면이다.
도 6 및 7에 도시된 백라이트 유닛의 구성 중 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 것과 동일한 구성에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 광학 어셈블리(10)는 광원(13), 도광판(15), 반사 부재(17) 및 광원(13)과 도광판(15)을 고정하기 위한 사이드 커버(20)를 포함하여 구성될 수 있다.
사이드 커버(20)는 바텀 커버(110)에 대한 고정 위치를 제공하며, 광원(13) 및 도광판(15)의 일부에 둘러지고, 내부 공간에는 상기 광원(13)이 수용된다.
그리고, 상기 사이드 커버(20)는 광원(13) 및 도광판(15)의 입광부(15b) 상측에 배치되는 제1 사이드 커버(21)와 입광부(15b)의 하측에 배치되는 제2 사이드 커버(22)를 포함할 수 있다. 사이드 커버(20)는 플라스틱 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다.
제1 사이드 커버(21) 및 제2 사이드 커버(22)는 제1 고정 부재(51)에 의하여 서로 체결되어 광원(13) 및 도광판(15)이 외부 충격에 흔들리지 않으며, 특히 z축 방향으로의 흔들림이 방지될 수 있도록 한다.
제2사이드 커버(22)는 도광판(15)의 경사면을 지지하여 도광판(15) 및 광원(13)의 정렬 상태를 단단히 유지할 수 있으며 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다.
한편, 도광판(15)의 입광부(15b)는 소정 높이(a)로 돌출된 돌기(30)를 포함 할 수 있다. 한편, 돌기(30)는 도광판(15)의 입광부(15b)의 상면에서 x축 방향으로 적어도 두 군데에 형성될 수 있다.
돌기(30)는 다양한 형상을 가질 수 있으며, 예를 들면, 직육면체와 유사한 형태를 가질 수 있다. 돌기(30)는 제1 사이드 커버(21)에 걸림으로써 x축 및 y축으로의 도광판(15)의 흔들림을 방지할 수 있다.
돌기(30)의 모서리들 중 일부(30a)는 둥글게 형성되어 도광판(15)의 움직임에 의해 돌기(30)에 가해진 충격으로 상기 돌기에 크랙(crack)이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 돌기(30)는 입광부(15b) 상면으로부터 0.3~0.6mm의 높이(a)를 가질 수 있다. 돌기(30)의 x축에서의 폭(b)은 2~5mm일 수 있다. 돌기(30)의 y축에서의 폭(c)은 1~3mm일 수 있다.
돌기(30)는 인근의 발광 다이오드(11)들 사이에 배치될 수 있으며, 입광부(15b)의 상면에서 입광면(16)에 근접하여 형성되어 발광 다이오드(11)들에서 발생된 광이 도광판(15)과 일체로 형성된 돌기(30)로 인하여 광학적 간섭이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
발광 다이오드(11)들은 소정 간격으로 배치될 수 있다. 도광판(15)에 형성된 돌기(30)에 의한 광학적 영향을 최소화하기 위하여 발광 다이오드(11)는 돌기(30)에 대해 사선 방향에 배치될 수 있다. 이로써, 돌기(30) 주변의 발광 다이오드(11)들의 간격은 다른 발광 다이오드(11)들의 간격보다 넓을 수도 있다.
제1 사이드 커버(21) 및 제2 사이드 커버(22)의 결합을 위한 공간을 확보하 고, 결합력에 의하여 도광판(15)이 눌림으로써 발생될 수 있는 광학적 영향을 최소화하기 위하여 발광 다이오드(11)들 중 일부 발광 다이오드(11)의 간격은 다른 발광 다이오드(11)들의 간격보다 넓을 수도 있다.
한편, 제1 사이드 커버(21)에는 입광부(15b)의 돌기(30)와 대응하는 위치에 제1홀(41)이 형성될 수 있다.
제1 홀(41)은 돌기(30)가 끼워져 걸리도록 돌기(30)보다 크게 형성될 수 있다. 제1 홀(41)의 둘레는 끼워진 돌기(30)의 일부 모서리와 소정 간격 이격될 수 있으며, 이 이격 공간은 도광판(15)이 외부 환경 변화, 예를 들어, 급격한 온도 상승 등에 의하여 팽창시 도광판(15)의 변형을 방지하기 위한 마진(margin)일 수 있다. 이때, 돌기(30)의 다른 일부는 고정력을 강화시키기 위하여 상기 제1홀의 둘레와 접촉할 수 있다.
제1 사이드 커버(21)에는 적어도 하나의 제2 홀(42)이 더 형성될 수 있다. 제2 사이드 커버(21)는 제2홀(42)과 대응하는 위치에 적어도 하나의 제3홀(43)이 형성될 수 있다.
상기한 바와 같은 구성을 가지는 백라이트 유닛(100)은 상측이 개구된 박스 형상의 바텀 커버(bottom cover) 내에 수납될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선도에 따라 디스플레이 모듈 구성을 보여주는 단면도이다.
도 3은 백라이트 유닛의 구성을 간략하게 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3의 도광판 및 발광 소자를 간략하게 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 C 부분을 확대한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 백라이트 유닛의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 7은 도 6의 도광판을 보여주는 도면이다.

Claims (16)

  1. 광을 방출하는 다수의 광원;
    상기 광원으로부터 입사되는 광을 확산시켜, 상방으로 상기 광을 방출하는 다수의 도광판; 및
    상기 도광판의 상방에 배치되는 광학 시트;를 포함하고,
    상기 도광판에는 상기 광이 입사되는 입사면을 포함하는 입광부; 및 상기 입광부로 입광된 빛을 상방으로 방출시키는 발광부;를 포함하고, 상기 입광부와 상기 발광부 사이에는 단차가 형성되는 백라이트 유닛.
  2. 광을 방출하는 다수의 광원;
    상기 광원으로부터 입사되는 광을 확산시켜, 상방으로 상기 광을 방출하는 다수의 도광판; 및
    상기 도광판의 상방에 배치되는 광학 시트;를 포함하고,
    상기 다수의 도광판 중 어느 하나의 도광판은 인접되는 다른 도광판과 적어도 일부가 중첩되며,
    상기 도광판에는 상기 광이 입사되는 입사면을 포함하는 입광부; 및 상기 입광부로 입광된 빛을 상방으로 방출시키는 발광부;가 포함되는 백라이트 유닛.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 도광판에 각각 대응되는, 다수의 분할 구동 영역을 더 포함하며,
    각각의 상기 도광판은 대응되는 상기 분할 구동 영역의 휘도가 다른 분할 구동 영역의 휘도와 다르게 설정될 수 있도록, 다른 도광판에 대하여 독립적으로 상기 광을 방출시키는 백라이트 유닛.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 입사면의 상하 방향 두께를 h1, 상기 입사면에 상기 광을 조사하는 상기 광원의 두께를 h4 라고 할 때, 하기의 수학식을 만족시키는 백라이트 유닛.
    Figure 112009047320874-PAT00013
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 입사면과 다수의 상기 광원은 일정 거리 이격되어 위치되며, 상기 다수의 광원은 상호 간에 일정 거리 이격되어 배치되는,
    상기 광이 입사되는 방향에 대한 상기 입광부의 연장 거리를 d2, 상기 광원의 너비를 w1, 서로 인접되는 두 광원의 중심 거리를 w3, 상기 광원에서 상기 광이 발산되는 지향각을 θ2, 상기 입사면 및 상기 광원 사이에 구비되는 공기층의 굴절률을 n1, 상기 입광부의 굴절률을 n2라 할 때, 하기의 수학식을 만족시키는 백라이트 유닛.
    Figure 112009047320874-PAT00014
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도광판은 상기 광원이 배열되는 방향과 나란하게 형성된 축을 기준으로 다수의 열로 배치될 수 있으며,
    상기 백라이트 유닛에서 상기 도광판이 배열되는 열과 수직한 어느 일측 테두리를 L1이라고 하며, 상기 광원이 배열되는 방향과 교차되는 방향으로 연장 형성되는 상기 연장부의 연장 거리를 d3라고 할 때, 하기의 수학식을 만족시키는 백라이트 유닛.
    Figure 112009047320874-PAT00015
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광이 입사되는 방향에 대한 상기 입광부의 연장 거리를 d2, 상기 광이 입사되는 방향에 대한 상기 입광부 및 상기 발광부의 연장 거리의 합을 d1이라고 할 때, 하기의 수학식을 만족시키는 백라이트 유닛.
    Figure 112009047320874-PAT00016
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 도광판의 하면은 상기 입광부의 일측에서 상기 입광부와 이격되는 상기 발광부의 단부 측으로 갈수록 상기 도광판의 상방으로 상향 경사지게 형성되며,
    상기 도광판의 하면이 경사지는 각도를 θ1, 상기 도광판의 전체 두께를 h3, 상기 광이 입사되는 방향에 대한 상기 입광부 및 상기 발광부의 연장 거리를 각각 d2 및 d3라고 할 때, 하기의 수학식을 만족시키는 백라이트 유닛.
    Figure 112009047320874-PAT00017
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 입사면의 두께를 h1, 상기 입사면과 가장 이격되는 상기 발광부의 단부측 두께를 h2라고 할 때, 하기의 수학식을 만족시키는 백라이트 유닛.
    Figure 112009047320874-PAT00018
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 입사면의 상하방향에 대한 두께를 h1, 상기 도광판의 상하방향에 대한 전체 두께를 h3라고 할 때, 하기의 수학식을 만족시키는 백라이트 유닛.
    Figure 112009047320874-PAT00019
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 도광판 중 서로 인접되는 두 도광판에서, 어느 하나의 도광판의 입광부는 다른 하나의 도광판의 발광부의 적어도 일부와 중첩되는 백라이트 유닛.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 입광부의 하측면에는 상기 광이 입사되는 방향과 교차되는 방향으로 배열되는 다수의 광학 패턴이 구비되는 백라이트 유닛.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판이 고정되도록, 상기 도광판의 상측면 일부 및 상기 도광판의 하측면 일부를 감싸며, 내측 공간에 상기 광원이 수용되는 사이드 커버를 더 포함하는 백 라이트 유닛.
  14. 광을 방출하는 다수의 광원;
    상기 광원으로부터 입사되는 광이 입사되는 입광부 및 상기 광을 상방으로 방출시키는 발광부를 포함하는 다수의 도광판;
    상기 도광판의 상방에 배치되는 광학 시트;
    상기 도광판 및 상기 광학 시트가 고정되는 바텀 커버;
    상기 광학 시트의 상측에 위치하여, 상기 도광판으로부터 방출되는 광을 이용하여 영상을 표시하는 표시 패널; 및
    상기 표시 패널의 상면 테두리에 둘러지는 탑 커버;를 포함하며,
    상기 다수의 도광판 중 어느 도광판의 일부는 인접되는 다른 도광판의 적어도 일부와 중첩되는 디스플레이 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 바텀 커버의 배면에 구비되는 적어도 하나 이상의 기판을 포함하는 디스플레이 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 표시 패널은 다수의 영역들로 분할되며, 상기 다수의 영역들 각각의 그레이 레벨 피크값 또는 색 좌표 신호에 따라 상기 영역에 대응되는 도광판으로부터 방출되는 광의 휘도가 조절되는 디스플레이 장치.
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