KR20140130079A - 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR20140130079A
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하수용
조성훈
황희준
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레이젠 주식회사
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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED의 배치와 도파 구조를 최적화하여 적은 수의 LED를 사용하여 고휘도의 백라이트를 구현할 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정 표시 장치에 관한 것이다.

Description

백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정 표시 장치 {Back Light Unit And Liquid Crystal Display Device Having It}
본 발명은 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LED의 배치와 도파 구조를 최적화하여 적은 수의 LED를 사용하여 고휘도의 백라이트를 구현할 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
백라이트 유닛은 자발광이 불가능한 LCD(Liquid Crystal Display) 패널에 광원을 공급하는 역할을 담당하는 장치로서 TV, 노트북 등 가전 기기 뿐만 아니라, 자동차의 헤드 업 디스플레이(Head Up Display) 장치 등 LCD 디스플레이 장치에 널리 사용되고 있다.
종래에는 백라이트 유닛에 장착되는 광원으로 형광램프(CCFL)가 사용되었으나, 친환경 소자인 LED로 대체되고 있다.
상기 LED는 수명이 반영구적이고, 전력소모가 적고 친환경 소자라는 장점에도 제조 단가가 높은 단점을 가지고 있다.
따라서, 고휘도의 균일한 광을 출사시키기 위해서는 LED의 개수를 증가시켜야 하지만, LED의 개수를 증가시킬 경우 제조 단가가 상승하여 가격 경쟁력이 떨어지는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 LED의 배치와 도파 구조를 최적화하여 적은 수의 LED를 사용하여 고휘도의 백라이트를 구현할 수 있는 백라이트 유닛을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 다수 개로 분할된 단위 반사 모듈을 구비한 반사 프레임과 상기 단위 반사 모듈 하면에 각각 하나의 LED가 배치되는 LED 어레이와 상기 반사 프레임 상에 형성된 광학 시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 광학시트는 프레넬 렌즈로 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 프레넬 렌즈는 상기 단위 반사 모듈와 대응되도록 단위 프레넬 렌즈로 분할되고, 각 단위 프레넬 렌즈의 동심원은 LED과 중심이 일치하도록 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위 반사 모듈은 상기 반사 프레임을 관통하여 형성되되, 하부로부터 상부로 갈수록 단면적이 증가하는 방사 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 단위 반사 모듈은 역 사각뿔대 또는 역 원뿔대 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위 반사 모듈은 상기 반사 프레임이 반사물질이 포함된 합성 수지 레진에 의해 성형되어 자체적으로 반사율을 가지고 있거나, 상기 단위 반사 모듈 내면에 반사층이 코팅되어 경면 처리된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 반사 프레임은 상부로 돌출된 테두리부 또는 상기 단위 반사 모듈 사이의 경계 영역에 스페이서를 포함하고, 상기 테두리부 또는 스페이서와 프레넬 렌즈가 결합되어, 상기 프레넬 렌즈와 단위 반사 모듈이 상기 테두리부의 높이만큼 이격되어 결합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위 반사 모듈 사이에 형성된 경계 라인에 프리즘 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 상기 백라이트 유닛과 상기 백라이트 유닛이 장착되는 중앙부 하면으로부터 상면으로 갈수록 개방 단면적이 증가하는 방사 형상으로 구성된 반사 부재와 상기 반사 부재 상에 형성된 광학 시트와 상기 광학 시트 상에 형성된 액정 패널을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 반사부재는 반사물질이 포함된 합성 수지 레진에 의해 성형되어 자체적으로 반사율을 가지고 있거나, 반사부재 내면에 반사층이 코팅되어 경면 처리된 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정 표시 장치는 광원으로 사용되는 LED를 최소의 갯수로 사용하면서 고휘도의 균일한 광을 방출시킬 수 있으므로 제조 비용을 획기적으로 절감할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 반사 모듈의 형상을 도시한 것이고, 도 4는 단위 반사 모듈의 형상에 따른 반사 프레임의 형상을 도시한 것이다.
도 5는 반사 프레임에 테두리부가 형성된 것 광원부를 도시한 것이다.
도 6은 단위 반사 모듈 사이의 경계 라인에 프리즘 패턴이 형성된 것을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 백라이트 광원을 구비한 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 9는 도 8의 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광원부를 개략적으로 도시한 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광원부(10)는 다수 개로 분할된 단위 반사 모듈(111)을 구비한 반사 프레임(110)과 상기 단위 반사 모듈 하면에 각각 하나의 LED(121)가 배치되는 LED 어레이(120)와 상기 반사 프레임 상에 형성된 광학 시트(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 반사 프레임(110)은 도 1과 같이, 다수개의 단위 반사 모듈(111)로 분할되는 형태로 구성될 수 있으나, 도 2와 같이 LED 어레이(120) 전체를 수용하는 단일의 반사모듈을 구비하는 반사 프레임으로 구성될 수 있다.
반사 프레임(110)이 다수 개의 단위 반사 모듈(111)로 분할되어 구성되는 경우 상기 단위 반사 모듈(111)은 상기 반사 프레임(110)을 관통하는 형태로 구성되고, 광을 넓은 면적으로 도파시키기 위해 하부에서 상부로 갈수록 단면적이 넓어지는 방사형상으로 형성되어 단위 반사 모듈(111)이 렌즈 역할을 담당하게 된다.
즉, LED(121)가 집중적으로 형성되고, 상기 광원부의 반사 프레임(110)은 광을 효율적으로 상부로 반사시키기 위해 방사형상으로 구성된 단위 반사 모듈(111)이 다수 개가 결합되어 형성되므로 적은 수의 LED만으로 고휘도의 광을 출사시킬 수 있다.
상기 단위 반사 모듈(111)은 도 3과 같이 역 원뿔대 또는 역 사각뿔대 형상은 물론, 역 다각뿔대 형상 등 하부의 개부 면적보다 상부의 개부 면적이 넓어지는 방사 형상이면 어떠한 형상으로도 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반사 프레임의 변형 실시예이다.
도 4를 참조하면, 상기 단위 반사 모듈(111)은 역 원뿔대 형상 또는 역 다각뿔대 형상으로 구성될 수 있으며, 상기 단위 반사 모듈(111)이 인접 배치되고, 상기 단위 반사 모듈(111)을 수용하는 반사 프레임은 원형 또는 다각형상으로 구성될 수 있다.
그러나, 상기 단위 반사 모듈(111)은 출사되는 광의 음영 영역을 최소화하고, 데드 공간없이 연속적인 배치가 가능한 역 사각뿔대 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 단위 반사 모듈(111)의 경사 각도는 하부의 개구부와 상부의 개구부의 너비에 따라 결정된다.
상기 단위 반사 모듈(111)은 연속하여 형성될 경우 경계면에 라인이 형성되고 상기 라인의 폭이 넓으면 상부에 음영 영역이 발생하기 쉬우므로 상기 라인의 폭은 최소가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
상기 각 단위 반사 모듈(111) 하부에는 하나의 LED(121)가 배치되도록, 상기 LED 어레이(120)는 기판 상에 LED(121)가 형성되되, 상기 단위 반사 모듈 하부에 각각 하나의 LED가 위치할 수 있도록 LED가 기판 상에 배치된다.
그리고 상기 단위 반사 모듈(111) 내면에는 반사층이 코팅되어 경면이 형성되고 상기 LED로부터 방출된 광이 상기 단위 반사 모듈 내면을 통해 반사되어 상부로 출사된다.
보다 구체적으로, 상기 반사 프레임(110)에 단위 반사 모듈(111)이 형성되는 과정에 대해 살펴보면, 상기 반사 프레임은 PMMA, PC, PA와 같은 합성 수지로 제조될 수 있으며, 상기 단위 반사 모듈의 형상 설계에 따라 금형에 상기 합성 수지를 주입하고 사출하여 상기 반사 프레임(110)에 다수 개의 단위 반사 모듈(111)이 일체로 형성된 반사 프레임을 제조할 수 있다.
상기와 같이 반사 프레임이 제조되면, 상기 반사 프레임의 단위 반사 모듈 내면에 반사층을 형성하여 경면 처리를 수행한다.
상기 반사층은 Al과 같은 반사 물질을 증착시키고 패터닝하여 반사 모듈 내면에만 반사층이 형성되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 반사 프레임 제조시 레진에 반사 물질을 포함시켜 자체적으로 높은 반사율을 가지도록 반사 프레임을 제조할 수 있으며, 이 경우 단위 반사 모듈 내면에 반사층을 형성하는 공정을 배제할 수 있다.
도 1의 실시예는 상기 단위 반사 모듈(111)이 8개 형성되고, 8개의 LED(121)가 배치되는 경우에 대한 것이지만, 상기 단위 반사 모듈(111) 및 LED(121)의 갯수는 액정 패널의 크기와 설계 기준 휘도에 따라 변경될 수 있다.
그리고 광학 시트(130)는 상기 LED 어레이에서 방출된 광을 고휘도의 확산 집진광으로 변환시켜 상부로 출사시키기 위해 상기 반사 프레임(110) 상에 형성된다.
상기 광학 시트(130)는 상기 LED 어레이에서 방출된 광을 도파시키는 도광판의 역할을 담당한다.
상기 광학 시트(130)는 도 1과 같이 프레넬 렌즈로 구성될 수 있으며, 프레넬 렌즈와 확산 시트, 프리즘 시트가 적층되는 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛은 LED의 개수를 최소화하기 위해 LED가 중앙부 집중적으로 형성되는 구조이므로 액정 패널의 외곽부까지 고휘도의 광이 골고루 전달될 수 있도록 광을 확산시켜 도파시켜야 한다.
이를 위해, 상기 반사 프레임(110) 상에 상기 광학 시트(130)로 프레넬 렌즈를 형성하면 상기 프레넬 렌즈가 볼록 렌즈와 같은 역할을 수행하여 넓은 면적으로 광을 골고루 출사시킬 수 있으므로 적정 휘도를 확보할 수 있다.
상기 광학 시트(130)가 프레넬 렌즈로 형성되는 경우 상기 프레넬 렌즈는 단위 반사 모듈에 배치되는 각 LED의 중심과 동심원이 일치하도록 결합시켜 광 확산 효과를 최대화할 수 있다.
한편, 도 5와 같이 상기 반사 프레임(110)은 높이 방향으로 돌출된 테두리부(112)를 더 포함할 수 있다.
이로 인해 상기 단위 반사 모듈(111)보다 테두리부(112)가 높게 형성되도록 제조될 수 있으며, 상기 테두리부(112)에 광학시트로 프레넬 렌즈가 결합되어 상기 단위 반사 모듈(111)로부터 일정한 높이 만큼 이격시켜 상기 프레넬 렌즈가 결합되도록 구성될 수 있다.
상기 반사 프레임(110)은 단위 반사 모듈(111)이 다수 개가 연속적으로 결합되는 형태로 제조되므로 도 5의 (a)와 같이 상기 단위 반사 모듈과 프레넬 렌즈가 맞닿도록 결합될 경우 상기 단위 반사 모듈(111)의 경계부분 상에 광 교차 영역이 발생하므로 라인을 따라 음영 영역이 형성되어 상기 경계가 라인 형태로 시인되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 도 5의 (b)와 같이 상기 반사 프레임(110)에 테두리부(112)를 형성시켜 상기 단위 반사 모듈(111)과 프레넬 렌즈를 이격시켜 결합할 경우 상기 단위 반사 모듈(111)을 통해 반사되는 광의 반사각이 확보되고, 상기 프레넬 렌즈(130)의 하부에 광 교차 영역이 형성되어 경계 라인에 음영 영역이 형성되지 않고 프레넬 렌즈를 통해 확산될 수 있으므로 경계가 라인 형태로 시인되는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 상기 단위 반사 모듈(111) 사이의 경계 라인에 스페이서를 형성하여 상기 단위 반사 모듈과 프레넬 렌즈를 이격시켜 결합할 수 있다.
또한, 도 6과 같이 단위 반사 모듈(111) 사이의 경계 라인을 프리즘을 형성한 후 프레넬 렌즈(130)와 결합되도록 구성될 수 있다.
상기 단위 반사 모듈(111)은 연속적으로 결합되도록 배치되므로 단위 반사 모듈(111) 사이에 경계 라인이 형성되고, 상기 경계 라인에 의해 음영 영역이 형성될 수 있으므로 상기 경계라인에 프리즘 패턴을 형성시킬 경우 상기 경계가 라인을 형성하지 않으며, 프리즘 패턴으로 높이차가 발생하여 광에 경로차를 발생시켜 경계 상에 라인이 시인되는 문제를 해결할 수 있다.
상기와 같은 광원부(10)의 설계로 인해 LED의 개수를 최소화할 수 있으며, 도 7과 같이 고휘도의 균일한 광을 상부로 출사시킬 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 백라이트 유닛이 장착된 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
상기 디스플레이 장치는 LCD TV, 노트북, 헤드업 디스플레이 장치 등 LCD 기반 장치일 수 있으며, 특히 도 8은 대면적 LCD TV에 적용되는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
도 8을 참조하면, 상기 디스플레이 장치는 광원부(10)와 상기 광원부로부터 발생한 광을 반사시켜 상부로 도파시키는 반사부재(20)와 상기 반사부재를 통해 반사된 광을 확산시켜 출사시키는 확산 플레이트(30)와 프리즘 시트(40)와 상기 프리즘 시트 상에 형성되는 액정패널(50)을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명은 광원부(10)에 LED가 집중적으로 배치되어 넓은 면적에 광을 균일하게 공급하는 것을 특징으로 하고, 상기 대면적 LCD TV의 경우 액정 패널이 30인치 이상의 크기를 가지고 있으므로 상기 광원부(10)는 도 8과 같이 액정 패널의 중심부 하부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 광원부(10)를 통해 출사된 광은 반사부재(20)를 통해 전반사되어 상부로 출사된다.
상기 반사부재(20)는 광원부가 형성되는 중앙 하부가 개방된 형태로 구성되고, 상기 개방된 하부 영역에 상기 광원부(10)가 장착된다.
따라서, 상기 광원부(10)로부터 출사된 광이 상기 반사부재(20)의 내측을 통해 전반사되어 상부로 출사된다.
상기 반사부재(20) 내면은 Al과 같은 반사 코팅 물질을 이용하여 반사층이 형성되고 상기 반사층을 통해 상기 광원부(10)에서 출사된 광이 전반사된다.
상기 반사부재(20)는 반사 프레임(110)과 동일하게 PMMA, PC, PA와 같은 합성 수지로 제조될 수 있으며, 금형에 상기 합성 수지를 주입하고 사출하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 합성 수지에 반사 물질이 포함된 레진을 통해 반사부재(20)를 성형할 경우 상기 반사부재 내면에 반사층을 형성하는 공정을 배제할 수 있다.
상기 반사부재(20)의 하부의 개방 영역은 광원부(10)의 크기에 맞게 형성되고, 상부의 개방 영역은 액정 패널의 크기에 맞게 형성된다.
상기 반사부재(20)의 두께는 지나치게 클 경우 전체 장치의 두께가 증가하고, 지나치게 얇을 경우 반사 효율이 떨어져서 휘도가 저하될 수 있으므로 적정휘도를 유지할 수 있는 최소 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 반사부재(20) 상에는 확산 플레이트(30)와 프리즘 시트(40)와 같은 광학 시트가 형성될 수 있다.
상기 프리즘 시트(40)는 균일한 광 방출을 위해 0도 프리즘 시트(410)와 90도 프리즘 시트(420)가 적층되어 구성될 수 있다.
상기 광학 시트 상에는 액정 패널(50)이 형성되고, 광원부(10)에서 출사된 광을 광원으로 화상을 출력시키게 된다.
상기 액정 패널(50)은 액정을 사이에 두고 트랜지스터 기판과 칼라필터 기판이 합지되어 형성되고, 액정을 통해 광의 투과율을 조절하여 화소마다 다른 색을 구현하는 표시 장치로서 통상적인 구성에 해당하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
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.
10 : 백라이트 유닛 110 : 반사 프레임
120 : LED 어레이 130 : 프레넬 렌즈
20 : 반사부재 30 : 확산시트
40 : 프리즘 시트 50 : 액정 패널

Claims (7)

  1. 다수 개로 분할되고 하부로부터 상부로 갈수록 단면적이 증가하는 방사 형상으로 관통되어 형성된 단위 반사 모듈을 구비한 반사 프레임과, 상기 단위 반사 모듈 하면에 각각 하나의 LED가 배치되는 LED 어레이와, 상기 반사 프레임 상에 형성된 프레넬 렌즈를 포함하는 광원부와;
    상기 광원부가 장착되는 중앙부 하면으로부터 상면으로 갈수록 개방 단면적이 증가하는 방사 형상으로 구성된 반사 부재와;
    상기 반사 부재 상에 형성된 제 2 광학 시트를 포함하여;
    디스플레이 영역의 중앙부에만 형성된 광원부로부터 발생된 광을 디스플레이 전체 영역으로 확산 출사시켜 LED 개수 대비 광 추출 효율을 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈는 상기 단위 반사 모듈와 대응되도록 단위 프레넬 렌즈로 분할되고;
    각 단위 프레넬 렌즈의 동심원은 LED과 중심이 일치하도록 배치된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 단위 반사 모듈은
    역 다각뿔대 또는 역 원뿔대 형상인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 단위 반사 모듈은
    상기 반사 프레임이 반사물질이 포함된 합성 수지 레진에 의해 성형되어 자체적으로 반사율을 가지고 있거나,
    상기 단위 반사 모듈 내면에 반사층이 코팅되어 경면 처리된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 반사 프레임은
    상부로 돌출된 테두리부 또는 상기 단위 반사 모듈 사이의 경계 영역에 스페이서를 포함하고;
    상기 테두리부 또는 스페이서와 프레넬 렌즈가 결합되어, 상기 프레넬 렌즈와 단위 반사 모듈이 상기 테두리부의 높이만큼 이격되어 결합된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 단위 반사 모듈 사이에 형성된 경계 라인에
    프리즘 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 반사부재는
    반사물질이 포함된 합성 수지 레진에 의해 성형되어 자체적으로 반사율을 가지고 있거나,
    반사부재 내면에 반사층이 코팅되어 경면 처리된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
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