KR20110062506A

KR20110062506A - 백라이트유닛

Info

Publication number: KR20110062506A
Application number: KR1020090119251A
Authority: KR
Inventors: 유종선; 조남인
Original assignee: 선문대학교 산학협력단
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-06-10
Also published as: KR101075272B1

Abstract

본 발명의 백라이트유닛(BLU)은, 인쇄회로기판 상에 복수개의 광원이 배치되고, 광원 상에, 경사진 내측벽이 형성된 개구부를 갖는 반사성 광학판을 배치함으로써 광원에서 방출되는 광 중 광원의 수직선에 대해 큰 경사각으로 방출된 광을 거의 수직선에 가까운 방향으로 변경하여 개구부를 통과시키고, 또한 수직선에 가까운 방향으로 방출되는, 광 세기가 큰 광의 일부를 반사성 광학판의 하면 및 반사막에서 순차적으로 반사시켜 해당 광원에서 비교적 멀리 이격한 개구부를 통과시키므로 과도하게 밝은 영역을 제거할 수 있고, 나아가 엘시디(LCD) 패널에, 적절한 시각(viewing angle)과 균일한 휘도를 제공할 수가 있다.

엘시디(LCD), 광원, 백라이트유닛, 인쇄회로기판, 반사성 광학판, 개구부,경사진 내측벽

Description

백라이트유닛{BACKLIGHT UNIT}

본 발명은, 백라이트유닛(backlight unit: BLU)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내면이 경사진 개구(aperture)를 갖는 반사성 광학 패널을 구비함으로써 균일한 휘도를 제공하도록 한 백라이트유닛(BLU)에 관한 것이다.

엘시디(LCD: liquid crystal display)용 백라이트유닛(BLU)에서는 발광체로서 선광원 또는 점광원이 사용된다. 선광원으로는 냉음극형광램프(cold cathode fluorescent lamp: CCFL), 열음극형광램프(hot cathode fluorescent lamp: HCFL), 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp: EEFL) 등이 사용된다. 점광원으로는 엘이디(LED)가 주로 사용된다. 백라이트유닛(BLU)은, 상향방출형(top-emitting type)과 측면방출형(side-emitting type)으로 구분된다.

엘이디(LED)를 이용한 상향방출형 백라이트유닛(BLU)(10)에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(11) 상에 엘이디 광원(12)이 배열되고, 엘이디 광원(12) 상에 확산판(13), 확산시트(15), 1쌍의 프리즘시트(17a,17b)로 구성된 프리즘시트(17), 보호막(19) 등이 적층된다. 냉음극형광램프(CCFL)를 이용한 상향방출 형 백라이트유닛(BLU)(20)에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 냉음극형광램프 광원(21)이 반사막(22) 상에 배열되고, 냉음극형광램프 광원(21) 상에 확산판(13), 확산시트(15), 1쌍의 프리즘시트(17a,17b)로 구성된 프리즘시트(17), 보호막(19) 등이 적층된다.

상향방출형 백라이트유닛(BLU)(10,20)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 이용하여 균일한 휘도와 적절한 시각(viewing angle)을 얻을 수가 있다.

한편, 도면에 도시하지 않았지만, 상기한 엘이디 광원이나 냉음극형광램프이 도광판의 측면에 배치되고, 도광판 상에 확산시트, 1쌍의 프리즘시트로 구성된 프리즘시트, 보호막 등이 적층된 측면방출형 백라이트유닛(BLU)에 의해서도 균일한 휘도와 적절한 시각(viewing angle)을 얻을 수가 있다.

그런데 엘시디(LCD)의 요구 사양에 따라, 백라이트유닛(BLU)에 적용되는 반사막, 확산판, 확산시트, 프리즘시트, 보호막 등과 같은 광학부품의 수가 조절되지만, 상향방출형 백라이트유닛의 경우 반사막, 보호막을 제외하면, 대략 4~5장의 광학부품이 필수적으로 요구된다. 이와 같은 필수적인 광학부품이 백라이트유닛(BLU)의 제조원가를 높이고 나아가 엘시디(LCD)의 제조원가를 높이는 주요한 요인이다. 그러므로 엘시디(LCD) 또는 백라이트유닛(BLU) 제조업체, 또는 관련 부품 제조업체에서는, 이러한 필수적인 광학부품의 수를 줄이기 위해 여러 가지 기술을 개발하고 있지만 백라이트유닛(BLU)의 제조원가를 줄이는데 한계가 있다. 현재, 이러한 필수적인 광학부품의 수를 더욱 줄여 백라이트유닛(BLU)의 제조원가를 획기적으로 낮추는 것이 요구되는 실정에 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 백라이트유닛(BLU)의 필수적인 광학부품의 수를 줄이는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 내면이 경사진 개구를 가진 반사성 광학부품을 광원 상에 배치함으로써 백라이트유닛(BLU)에 균일한 휘도와 좁은 시각(viewing angle)을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 백라이트유닛은, 기판 상에 배열된, 광을 방출하는 복수개의 광원; 및 상기 광원에서 방출된 광을 확산시키고 시각을 좁게 하기 위하여, 상기 광원 상에 배치된 광학판을 포함하며, 상기 광학판은, 복수개의 개구부를 가지며, 상기 개구부는, 입구보다 출구가 더 크고 경사진 내측벽을 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 광학판의 표면은, 반사성 금속과 반사성 금속막 중 어느 하나이고, 상기 광원의 외측 부분의 기판 상에 반사막이 배치될 수가 있다.

바람직하게는, 상기 광학판의 상면과 하면 중 어느 하나에, 상기 광학판을 지지하기 위한 투명한 광학판 지지부가 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 광학판 지지부의 상면, 하면, 상하 양면 중 어느 하나에 굴곡면이 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 광원에서 방출되는 광 중 광원의 수직선에 대해 큰 경사각으로 방출된 광을 거의 수직선에 가까운 방향으로 변경하여 개구부를 통과시키고, 아울러 수직선에 가까운 방향으로 방출되는, 광 세기가 큰 광의 일부를 반사성 광학판의 하면 및 반사막에서 순차적으로 반사시켜 해당 광원에서 비교적 멀리 이격한 개구부를 통과시키므로 과도하게 밝은 영역을 제거할 수 있다. 따라서 엘시디(LCD) 패널에, 적절한 시각(viewing angle)과 균일한 휘도를 제공할 수가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백라이트유닛을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은, 본 발명의 백라이트유닛에 적용된 상향방출형 백라이트유닛의 구조를 개략적으로 나타낸 분해사시도이고, 도 4는, 도 3에 도시된 광학판(60)의 전체적인 구조를 개략적으로 나타내고, 일부분의 구조를 확대하여 나타낸 도면이다. 동일한 구성 및 작용을 갖는 부분에는 동일한 부호를 부여한다.

도 3을 참조하면, 상향방출형 백라이트유닛(100)은, 인쇄회로기판(51), 광원(52), 및 반사성 광학판(60)을 포함하여 구성된다. 또한, 반사성 광학판(60) 상에 광학시트, 예를 들어 확산시트(55), 및 보호막(19) 등이 순차적으로 추가로 배치될 수 있다. 광원(52)이 배치되지 않은 부분의 인쇄회로기판(51)의 표면 상에는, 광원(52)에서 방출한 광이 광학판(60)의 개구부(63)(도 4에 도시됨)를 통과하지 못하고 반사되었을 경우, 이러한 광을 반사하여 광학판(60)의 개구부(63)를 통과할 수 있도록 하기 위한 반사막(53)(도 5에 도시됨)이 형성될 수 있다.

여기서, 광원(52)은 인쇄회로기판(51) 상에 격자형으로 배열된다. 광원(52)은, 예를 들어 백색광 또는 단색광을 방출하는 엘이디(LED)를 채택한다. 백색 광원은, 적색광, 녹색광, 및 청색광을 방출하는 반도체 다이오드들을 조합하거나, 청색광이나 자외선을 방출하는 엘이디(LED)에 형광물질을 포함한 수지를 덮음으로써 얻을 수가 있다.

또한, 반사성 광학판(60)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 본체(61)의 표면 전역에 복수개의 개구부(63)가 규칙적으로 직교하는 방향으로 배열된 구조를 가진다. 본체(61)는, 예를 들어 사각형 평판이다. 개구부(63)의 입구와 출구가 정사각형이고, 개구부(63)의 내측벽(63c)이, 입구에서 출구로 갈수록 출구 면적이 입구 면적보다 더 커지는 경사면을 이룬다. 물론, 도면에 도시하지 않았지만, 개구부가 비규칙적으로 배열되어도 좋고, 개구부의 입구와 출구가 정사각형 외의 다른 다양한 형상이어도 좋다. 본체(61)는 반사성을 갖고 있다. 특히 본체(61)의 하면 및 개구부(63)의 내측벽(63c)은 반드시 반사성을 갖고 있어야 하며, 80% 이상의 반사성을 갖는 것이 좋다.

한편, 광학판(60)은, 금속판 또는 금속시트를 성형하거나, 반사성 수지를 성형하거나, 성형된 금속판 또는 금속시트에 반사율이 보다 좋은 금속막을 코팅하거나, 성형된 수지 시트에 반사율이 좋은 금속막을 코팅하는 방법에 의해 제작할 수 가 있다. 상기한 방법과 다른 여러 가지 방법에 의해 광학판을 제작하는 것도 가능하다. 아울러 광원으로부터 방출된 열이나, 광을 통과 시키지 못하고 광학 부품에 일부 흡수된 열은, 광학판용 금속판이나 금속시트와, 백라이트유닛(BLU)의 하우징(미도시)을 위한 금속을 금속조각(미도시)에 의하여 서로 연결해줌으로써 백라이트유닛(BLU)의 외부로 신속하게 방출될 수가 있다.

또한, 도면에 도시하지 않았지만, 개구부가 비규칙적으로 배열되어도 좋고, 개구부의 입구와 출구가 정사각형 외의 다른 다양한 형상이어도 좋다. 엘시디(LCD)에서는 수평방향과 수직방향으로 요구되는 휘도 균일도 또는 시각에 따라 개구부의 출구와 입구의 면적비가 다를 수 있다. 이에 맞추어 개구부의 입구와 출구는, 하나의 동일한 형상, 예를 들어 마름모꼴, 타원형, 직사각형, 폐곡선형 등과 같은 다양한 형상이어도 좋고, 개구부의 경사진 내측벽이 엘시디(LCD)의 수평방향과 수직방향에 대해 서로 다른 경사각을 가져도 좋다. 또한 개구부가 직교방향 대신에 대각선방향으로 배열되어도 좋다. 또한 개구부가 규칙적으로 배열되지 않고 임의의 방향으로 보다 조밀하게 배열되어도 좋다. 또한 개구부의 간격이 일정하지 않고 다양하여도 좋은데, 예를 들면 광원 바로 윗부분보다 광원과 광원 사이의 부분에서 개구부의 간격을 더 작게 하는 것도 가능하다. 또한 개구부의 입구와 출구가 서로 다른 형상이어도 좋다.

또한 광학판(60)은, 도 6의 (a)에 도시된 광학판(70) 또는 도 6의 (b)에 도시된 광학판(80)으로 대체되는 것도 가능하다. 즉, 광학판(70)의 경우, 사각형 본체(71)의 표면 전역 중 필요한 일부 영역에만 예를 들어 정사각형 개구부(73)가 배 열된다. 광학판(80)의 경우, 원형 본체(81)의 표면 전역에 예를 들어 원형 개구부(83)가 균일하게 배열된다. 물론, 광학판(60)은, 사각형이나 원형 대신에 용도에 따라 다양한 형상의 평면 또는 곡면이어도 좋다.

또한, 광학판(60)이 얇을 경우, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 광학판(60)의 투명한 지지부로서, 광학판(60)보다 훨씬 두꺼운 투명판(75)을 광학판(60)의 하면 상에 배치함으로써 광학판(60)의 휨을 방지할 수 있다. 물론, 도면에 도시하지 않았지만, 광학판(60)의 상면 상에 투명판(75)을 배치하는 것도 가능하다. 이때, 광학판(60)에 투명판(75)을 접촉시키거나 광학판(60)에 투명판(75)을 접착시키는 것이 가능하다. 아울러 광의 확산성을 높이거나, 광원 바로 위로 방출된 광이 광학판의 하면에서 반사되어 다시 광원으로 입사되는 것을 방지하기 위하여, 투명판(75)의 상면, 하면, 또는 상하 양면에 굴곡면을 형성하는 것도 가능하다. 투명판(75)의 굴곡면은, 파(wave)형, 피라밋(pyramid)형, 렌즈형(lenticular), 엠보스(emboss)형 등에서 용도에 따라 자유롭게 선택할 수가 있다.

도 5는, 본 발명의 백라이트유닛(BLU)에 있어서, 광원에서 방출된 광이 광학판의 개구부를 통과하는 동안 진행하는 경로를 나타낸 예시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 개구부(63)의 입구(63a)가 출구(63b)보다 좁은 면적을 갖도록, 본체(61)를 관통하여 형성됨으로써 개구부(63)의 내측벽(63c)이 경사면을 이룬다. 출구(63b)와 입구(63a)의 면적 비는, 백라이트유닛에 요구되는 휘도 균일도 및 시각에 따라 달라지지만 1.5 내지 3배가 바람직하다. 이웃한 출구(63b) 사이의 간격은 W1인데, 도시되지 않았지만, 요구되는 휘도의 균일도 또는 시각에 따라 영(zero)이 되는 것도 가능하다. 출구(63b)의 폭(W2)은, 바람직하게는 약 10㎛ 내지 1㎜의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 약 20㎛ 내지 100㎛의 범위에 있다. 개구부(63)의 높이, 즉 본체(61)의 두께는, 약 10㎛ 내지 1㎜의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 약 20㎛ 내지 100㎛의 범위에 있다. 한편, 광학판(60)을 광고 패널, 지시 패널, 신호 패널 등과 같은 일반 표시용 패널에 적용할 경우에는, 광학판(60)의 치수가 광학판(60)을 백라이트유닛에 적용할 경우보다 더 커도 좋다. 즉, 출구(63b)의 폭(W2)은, 바람직하게는 약 0.1㎜ 내지 10㎜의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 약 0.2㎜ 내지 5㎜의 범위에 있다. 개구부(63)의 높이, 즉 본체(61)의 두께는, 바람직하게는 약 0.1㎜ 내지 10㎜의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 약 0.2㎜ 내지 5㎜의 범위에 있다.

또한, 개구부(63)의 내측벽(63c)의 경사각은, 수직선에 대해 바람직하게는 약 15도 내지 30도의 범위에 있고, 더욱 바람직하게는 약 20도 내지 25도의 범위에 있다.

또한 본체(61)의 하면, 상면, 및 개구부(63)의 내측벽(63c)은 반사성을 가지며, 바람직하게는 80% 이상의 반사율을 가진다.

따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(51) 상의 광원(52), 예를 들어 엘이디에서 방출된 광(52a, 52b)은, 본체(61)와 아무런 반사 없이 광원(52) 직상에 위치한 개구부(63), 즉 제1개구부를 통과한다. 광원(52)에서 방출된 광(52c)은, 제1개구부의 우측에 있는 본체(61)의 하면(61a)과, 인쇄회로기판(51) 상의 반사막(53)을 순차적으로 반사하여 상기 제1 개구부에 이웃한 개구부(63), 즉 제2개 구부를 통과한다. 광원(52)에서 방출된 광(52d)은, 상기 제1개구부의 우측에 있는 본체(61)의 하면(61a)과, 인쇄회로기판(51) 상의 반사막(53)과, 상기 제2 개구부의 내측벽(63c)을 순차적으로 반사하여 상기 제2개구부의 출구를 거의 수직선상으로 통과한다. 광원(52)에서 방출된 광(52e)은, 상기 제2개구부의 내측벽(63c)을 반사하여 제2개구부의 출구를 거의 수직선상으로 통과한다. 물론, 도면에 도시되지 않았지만, 광원(52)에서 방출된 광이 복수회 반사되어 제2개구부의 우측에 있는 개구부, 예를 들어 제3,4,5개구부를 통과하는 것도 가능하다.

한편, 도 5에서는, 설명의 편의상, 설명의 이해를 돕기 위하여 인쇄회로기판 상에 광원, 예를 들어 엘이디가 2개 배치되고, 광학판의 본체에 개구부가 2개 형성된 것처럼 도시하였지만, 광원과 개구부의 수는 이에 한정되지 아니 함은 당연한 사실이다.

따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 광원(52)에서 방출된 광의 전체가 그 수직선상에 있는 개구부(63), 즉 제1개구부를 통과하지 못하고, 광원(52)에서 방출된 광의 상당 부분이, 반사에 의해 그 이웃한 제2개구부, 제3개구부 등을 통과하므로 광이 분산되는 효과, 즉 확산 효과를 얻을 수가 있다. 아울러, 개구부의 입구를 경사지게 입사한 광은 개구부의 내측벽인 경사면에 의해 1회 또는 복수회 반사되어 거의 수직선에 가까운 방향으로 개구부의 출구를 통과한다. 따라서 본 발명의 광학판은, 종래의 확산판 내지는 확산시트와 프리즘시트의 기능을 동시에 수행하는 것으로 간주할 수가 있다.

상기 개구부(63)의 수직선에 대하여 개구부(63)를 통과하는 광의 최대 경사 각을 계산하여 보면, 개구부(63)의 높이가 H이고, 개구부(63)의 최대 출구 폭이 W2이고, 개구부(63)의 최대 입구 폭이 W3일 때, 광원(52)에서 방출되는 광의 진행 방향이 수직선과 이루는 각이 θ일 때, θ의 값을 수학식1에 의해 나타낼 수가 있다.

θ = arctan[(W2+W3)/2H]

수학식1에서는, θ의 값에 따라 시각(viewing angle)을 조절할 수 있다. 예를 들어 W2+W3=2H일 때, θ는 45도가 된다. 시각을 작게 하는 것은, H의 값을 크게 하거나 W2+W3의 값을 작게 함으로써 가능하지만, 광학판(60)의 가공성을 고려하여 H의 값과 W2+W3의 값을 결정하는 것이 바람직하다.

백라이트유닛(BLU)은, 광원(52)과 광학판(60) 사이의 거리가 작을수록 엘시디(LCD) 제품에 적용하기가 유리하지만, 요구되는 광원과 광학판 사이의 거리에 따라 개구부(63)의 치수를 변경해야 할 필요가 있다. 백라이트유닛(BLU)의 표면에서 균일한 휘도를 얻기 위해서는, 입구(63)의 폭(W3)이 작을수록 유리하다. 백라이트유닛(BLU)의 표면에서 작은 시각을 얻기 위해서는, 개구부(63)의 높이(H)와, 입구(63)의 폭(W3)이 클수록 유리하고, 또한 W3과 W2의 차이값이 작을수록 유리하다. 따라서 균일한 휘도와 작은 시각을 동시에 얻기 위해서는 H, W2+W3의 값에 대한 취사선택(trade-off)이 필요하다.

본 발명은, 광학판을 백라이트유닛(BLU)의 용도에 국한하여 상세하게 설명하였지만, 광고 패널, 신호 패널, 지시 패널 등과 같은 표시용 패널에도 적용할 수가 있다. 즉, 광원으로부터 방사상 내지는 임의의 방향으로 퍼지는 광을 광학판 상에 균일한 밝기와 적절한 시각을 형성하는 용도에도 본 발명을 유용하게 사용할 수가 있다. 따라서 상기 광학판은, 조명용으로도 적용 가능하다. 아울러, 광원의 개수와 배열은 용도에 따라 다르지만, 광원이 한 개 이상이라면 본 발명을 사용하여 표시용 패널 상에 균일한 휘도와 좁은 시각을 얻을 수가 있다.

또한, 본 발명에서는, 광원으로서 엘이디(LED), 냉음극형광램프(CCFL), 열음극형광램프(HCFL), 외부전극형광램프(EEFL)를 예시하였지만, 백열등, 형광등, 가스등 등과 같은 일반 조명등뿐 아니라 그 외의 다른 조명을 사용하여 본 발명의 광학판을 백라이트유닛(BLU)과 표시용 패널에 적용하여도 좋다.

한편, 본 발명은, 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명하였지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남 없이 다양한 치환, 변경, 또는 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 특허청구범위는, 바람직한 실시예에 관한 설명 및 도면에 한정되지 아니 하고, 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 치환, 변경, 또는 변형을 포함하여야 할 것이다.

도 1은, 종래의 엘시디용 직하방출형 엘이디타입 백라이트유닛의 구조를 개략적으로 나타낸 분해사시도이다.

도 2는, 종래의 엘시디용 직하방출형 냉음극형광램프타입 백라이트유닛의 구조를 개략적으로 나타낸 분해사시도이다.

도 3은, 본 발명의 백라이트유닛에 적용된 상향방출형 백라이트유닛의 구조를 개략적으로 나타낸 분해사시도이다.

도 4는, 도 3에 도시된 광학판(60)의 전체적인 구조를 개략적으로 나타내고, 일부분의 구조를 확대하여 나타낸 도면이다.

도 6의 (a)는, 사각형 개구부가 일부분에 형성된 사각형 광학판의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

6의 (b)는, 원형 개구부가 전역에 형성된 원형 광학판의 구조를 나타낸 도면이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10,20,100 : 백라이트유닛(BLU) 11,51 : 인쇄회로기판

12,21,52 : 광원 13 : 확산판

15,55: 확산시트 17,17a,17b : 프리즘시트

19,59 : 보호막 22,53 : 반사막

52a,52b,52c,52d,52e : 광 60,70,80 : 광학판

61,71,81 : 본체 61a : 하면

63,73,83: 개구부 63a: 입구 63b: 출구

63c: 내측벽 75: 투명판

Claims

기판 상에 배열된, 광을 방출하는 복수개의 광원; 및

상기 광원에서 방출된 광을 확산시키고 시각을 좁게 하기 위하여, 상기 광원 상에 배치된 광학판을 포함하며,

상기 광학판은, 복수개의 개구부를 가지며, 상기 개구부는, 입구보다 출구가 더 크고 경사진 내측벽을 갖는 것을 특징으로 백라이트유닛.
제1항에 있어서, 상기 광학판의 표면은, 반사성 금속과 반사성 금속막 중 어느 하나이고, 상기 광원의 외측 부분의 기판 상에 반사막이 배치된 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제1항에 있어서, 상기 광학판의 상면과 하면 중 어느 하나에, 상기 광학판을 지지하기 위한 투명한 광학판 지지부가 배치된 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제3항에 있어서, 상기 광학판 지지부의 상면, 하면, 상하 양면 중 어느 하나에 굴곡면이 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.