액정표시장치의 광원과 이를 이용한 백라이트 유닛 document_id A220623036642

일반적으로, 액정표시장치(LCD : Liquid Crystal Display)는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이러한 추세에 따라, 액정표시장치는 사무자동화 기기, 오디오/비디오 기기 등에 이용되고 있다. 한편, 액정표시장치는 매트릭스 형태로 배열되어진 제어용 스위치들에 인가되는 영상신호에 따라 광빔의 투과량이 액정패널에 의해 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시하게 된다. 액정패널은 자체 발광하지 못함으로 인해 별도의 광원을 필요로 한다. 통상 백라이트 유닛을 통해 액정패널에 광을 조사하며, 이러한 백라이트 유닛에 포함되는 광원의 배열 방법에 따라 측광형(Side Light Type)과 직하형(Direct Light Type)으로 구분될 수 있다. 측광형은 광원을 액정패널의 하측 측면에 배치하는 것으로, 도광판을 이용하여 액정패널의 측면방향으로 조사되는 광의 진행방향을 액정패널의 수직한 방향으로 변화시키고, 다수의 광학 부재를 이용하여 액정패널의 전면에 광을 조사하는 방식으로 백라이트 유닛의 두께를 줄여 액정표시장치를 슬림화 시킬 수 있는 장점이 있다. 한편, 직하형 방식은 액정패널의 배면에 복수의 형광램프 또는 발광소자(LED)와 같은 광원을 배치하여 액정패널의 전면에 걸쳐 직접적으로 광을 조사한다. 이러한 직하형 방식은 액정패널에 조사되는 광의 균일도 및 휘도가 높아 대형 LCD의 적용에 유리한 장점을 가지고 있다. 이러한 액정표시장치는 크게 액정표시모듈과 이 액정표시모듈을 구동하기 위한 구동회로부로 구성된다. 액정표시모듈은 두 장의 유리기판의 사이에 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열 되어진 액정패널과, 이 액정패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛(Back Light Unit)으로 구성되게 된다. 액정표시모듈에는 백라이트 유닛으로부터 액정패널쪽으로 진행하는 광을 확산 또는 수직으로 일으켜 세우기 위한 광학 부재들이 배열되게 된다. 이러한 액정패널 및 백라이트 유닛은 광 손실을 방지하기 위하여 일체화된 형태로 체결되어야 함과 아울러 외부의 충격에 의하여 손상되지 않게끔 보호되어야만 한다. 이를 위하여, 액정패널의 가장자리를 포함한 백라이트 유닛을 감싸게끔 형성되어진 케이스가 마련된다. 도 1은 종래 기술에 따른 액정표시장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 액정표시장치를 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절개하여 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 액정표시장치(1)는 입력되는 영상 데이터에 따라 액정의 광 투과율을 조절하여 영상을 표시하는 액정패널(40)과, 액정패널(40)에 광을 조사하기 위한 다수의 광원 포함하는 백라이트 유닛과, 백라이트 유닛을 실장하는 보텀 커버(50)와, 액정패널(40)의 상부 가장자리를 감싸도록 형성된 탑 케이스(70)를 포함하여 구성된다. 액정패널(40)은 서로 대향하여 합착된 하부기판(트랜지스터 어레이 기판)(44) 및 상부기판(컬러필터 어레이 기판)(42)과, 두 기판(42, 44) 사이에 셀갭을 일정하게 유지시키기 위한 스페이서와, 스페이서에 의해 마련된 공간에 채워진 액정을 포함한다. 이러한 액정패널(40)은 n개의 게이트 라인과 m개의 데이터 라인에 의해 정의되는 화소 영역에 형성된 TFT와, TFT에 접속되는 액정셀을 포함하여 구성된다. 액정패널(40)의 하부기판(44)의 배면에는 하부 편광 시이트가 형성되고, 상부기판(42)의 상부에는 상부 편광 시이트가 형성된다. 액정패널(40)에 광을 공급하는 백라이트 유닛은 일반적으로 광을 발생시키는 다수의 광원과, 다수의 광원으로부터의 광을 확산시키는 확산판(20)과, 확산판(20)으로부터의 광을 편광, 집광, 확산시키는 복수의 광학 시이트(30)를 포함하여 구성된다. 백라이트 유닛의 광원은 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL) 등과 같은 형광램프와, 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED)가 이용되며 최근에 들어서는 도 1에 도시된 바와 같이, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광을 발광하는 다수의 발광다이오드(10)가 배치된 LED 어레이가 백라이트 유닛의 광원으로 이용되고 있다. 이러한, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광을 발광하는 다수의 발광다이오드(10)로부터 발생되는 광은 확산판(20)에 입사된다. 확산판(20)은 복수의 램프(50)들로부터 입사된 광을 액정패널(40)의 정면방향으로 향하게 하고, 균일한 분포를 가지도록 광을 확산시켜 액정패널(40)에 조사한다. 이러한 확산판(20)은 투명한 수지로 구성된 필름의 양면에 광확산용 부재를 코팅한 것을 사용한다. 확산판(20)으로부터 출사된 광은 확산광으로 시야각이 크게 형성된다. 액정패널(40)에 입사되는 광은 수직을 이룰 때 광효율이 커지게 된다. 이를 위해, 확산판(20) 상에 복수의 광학 시이트들(30)을 배치시킨다. 복수의 광학 시이트들(30)은 확산판(20)으로부터 출사되는 광을 수직으로 일으켜 광효율을 향상시키게 된다. 이에 따라, 확산판(20)에서 출사되는 광은 집광 시이트, 확산 시이트, 편광 시이트 등으로 구성되는 복수의 광학 시이트들(30)을 경유하여 액정패널(40)에 입사되게 된다. 보텀 커버(50)는 바닥면과 바닥면으로부터 절곡되어 신장되는 신장부를 가지며, 이러한 보텀 커버(50)의 바닥면 상부에는 자신에게 입사되는 광을 확산판(20) 쪽으로 반사시켜 액정패널(40)에 입사되는 광 량을 증가시키기 위한 도시되지 않은 반사 시이트 또는 반사판이 배치된다. 탑 케이스(60)는 직각으로 절곡된 평면부와 측면부를 가지는 사각띠 형태로 제작된다. 이러한, 탑 케이스(60)는 액정패널(40)의 상면의 가장자리와 측면을 감싸게 된다. 액정패널(40)은 자체적으로 광을 발산하지 못하므로 광원으로부터 입사되는 광의 투과율을 조절하여 화상을 표시하게 된다. 액정패널(40)에서 표시되는 화상을 품질을 높이기 위해서는 고려해야할 점이 많이 있으나, 대표적인 것이 액정패널(40)에 조사되는 광의 균일도 및 휘도이다. 액정패널(40)에 높은 휘도의 균일한 광 즉, 높은 품질의 광이 조사되어야 이를 조절하여 높은 품질의 화상을 표현할 수 있게 된다. 액정패널(40)에 조사되는 광의 균일도 및 휘도를 높이기 위해서는 백라이트 유닛에 발광 면적이 넓은 형광 램프와 같은 다수의 광원을 액정패널(40)과 대응되도록 배치하여야 한다. 그러나, 다수의 형광 램프는 고휘도의 광을 발생시키는 과정에 부수적으로 많은 열이 발생됨으로 인해 문제점이 발생되었다. 이러한 형광 램프의 발열의 단점을 보완코자 최근에 들어서는 도 3에 도시된, 발광다이오드(10)가 광원으로 이용되고 있다. 도 3 내지 도 5는 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 액정표시장치의 광원으로 이용되는 발광다이오드를 나타내는 단도면이다. 도 3을 참조하면, 종래 기술에 따른 액정표시장치의 광원으로 사용되는 발광다오이드(10)는 PCB 기판(12)과, PCB 기판(12) 상에 형성되어 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 중 어느 하나의 색광을 발광하는 LED 패키지(14)와, LED 패키지(14)로부터 발생된 색광을 확산시키는 투명 실리콘 물질(silicon resin)로 반구의 형상을 가지는 렌즈(16)를 포함하여 구성된다. 도 3의 도시에서는 하나의 발광다이오드(10)가 도시되었지만, PCB 기판(12) 상에 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 색광을 각각 발광하는 다수의 발광다이오드(10)가 형성된다. 발광다이오드(10)에 렌즈(16)를 사용하지 않으면, 발광다이오드(10)의 수직한 방향으로 광이 집중 되어 형광 램프를 광원으로 채용시 액정패널(40) 상에 발생되는 램프 비침(mura)과 유사한 화이트 스팟(whit spot)과 같은 휘점이 발생되어 액정표시장치의 표시품질을 떨어뜨리게 된다. 종래 기술에 따른 액정표시장치의 광원으로 이용되는 발광다이오드(10)는 형광 램프와는 달리 점광원이므로, LED 패키지(14)의 발광 칩으로부터 발생되는 광을 확산, 집광시키기 위하여 도 3에 도시된 렌즈(16)를 포함하여 구성된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, LED 패키지(14)로부터 발광되는 광의 출사 각도를 중앙(C)으로 집광시키거나, 확산시키기 위한 리드 프레임(18)과 같은 구성을 포함하여 구성된다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 도 3 및 도 4에 도시된 투명렌즈(16) 및 리드 프레임(18)과 같은 구성을 포함하여 구성된다. 도 3에서는 반구 형상의 렌즈(16)를 이용하였으나, 반구 형상의 렌즈 뿐만 아니라 도 5에 도시된 바와 같이, 평판(flat) 형상을 가지며 상면, 배면, 내부, 상하부면에 미세 패턴(16a 내지 16e)이 형성된 렌즈(16)가 적용되기도 한다. 이러한 구성을 가지는 종래 기술에 따른 액정표시장치(1)의 광원으로 사용되는 다수의 발광다이오드(10)는 발광하는 각각의 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 색광이 혼합되어 액정패널(40)에 백색(white)광으로 조사되기 위하여 넓은 혼합 영역을 필요로 하게 된다. 이는 백라이트 유닛의 두께를 증가시켜, 전체적으로 액정표시장치의 두께를 증가시키는 단점이 있다.