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KR100818478B1 - 막대형 백라이트 유닛 및 이를 이용한 백라이트 유닛어셈블리 - Google Patents

막대형 백라이트 유닛 및 이를 이용한 백라이트 유닛어셈블리 Download PDF

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KR100818478B1
KR100818478B1 KR1020060103148A KR20060103148A KR100818478B1 KR 100818478 B1 KR100818478 B1 KR 100818478B1 KR 1020060103148 A KR1020060103148 A KR 1020060103148A KR 20060103148 A KR20060103148 A KR 20060103148A KR 100818478 B1 KR100818478 B1 KR 100818478B1
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KR
South Korea
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light
guide plate
backlight unit
bar
light guide
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Active
Application number
KR1020060103148A
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English (en)
Inventor
이백규
정호섭
김홍기
구원회
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
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    • G—PHYSICS
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Abstract

본 발명은, 일 방향의 길이가 다른 방향의 길이보다 긴 막대형태를 가지며 상기 막대형태의 양단면이 각각 입광면으로 제공되는 도광판과, 상기 도광판 내로 광을 조사하도록 상기 도광판의 입광면에 각각 배치되는 LED 광원과, 및 상기 도광판의 일면을 출광면으로 제공하기 위해 상기 도광판 표면의 일면을 노출시키도록 형성된 하우징을 포함하는 막대형 백라이트 유닛 및 상기 막대형 백라이트 유닛이 복수개 배치되는 백라이트 유닛 어셈블리를 제공한다.
백라이트 유닛(BLU : backlight unit), 도광판(light guide panel)

Description

막대형 백라이트 유닛 및 이를 이용한 백라이트 유닛 어셈블리{STICK TYPE BACK LIGHT UNIT AND BACK LIGHT UNIT ASSEMBLY USING THE SAME}
도1a 및 도1b는 종래 기술에 따른 백라이트 유닛의 구조도이다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 막대형 백라이트 유닛의 사시도 및 정면도이다.
도3은 본 발명의 일실시형태에 따른 막대형 백라이트 유닛이 프레임 내에 배치된 백라이트 유닛 어셈블리의 평면도이다.
도4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 막대형 백라이트 유닛 및 형광램프가 프레임 내에 배치되는 백라이트 유닛 어셈블리의 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
21 : 도광판 22 : LED 광원
23 : 하우징 24 : 피라미드 패턴
36 : 프레임
본 발명은, 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 양단에 LED가 배치된 막대형 백라이트 유닛 및 상기 막대형 백라이트 유닛을 사용한 백라이트 유닛 어셈블리에 관한 것이다.
액정표시장치(LCD : Lequid Crystal Display)와 같은 수광형 평판 디스플레이 소자들은 그 자체가 발광하지 못하기 때문에 외부로부터 광이 조사되어야만 화상을 관찰할 수 있다. 따라서, 이러한 수광형 평판 표시소자의 배면에는 백라이트 유닛(back light unit)이 설치되어 광이 조사되어야 한다.
액정표시장치와 같은 평면 표시장치를 조명하는 것으로서, 백라이트 장치는 광원의 배치 형태에 따라서, 평면 표시장치의 바로 아래에 설치된 다수의 램프가 빛을 액정패널에 직접 조사하는 직하 발광형(direct light type)과, 도광판의 측면 쪽에 설치된 램프가 빛을 조사하여 액정 패널에 전달하는 측면 발광형(edge light type)으로 분류된다.
도1a 및 도1b는 종래기술에 따른 백라이트 유닛의 구조도이다.
도1a는, 선광원인 형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)를 이용한 백라이트 유닛의 구조도이다. 도1a에서는, 백라이트 유닛의 휘도의 효율을 향상시키기 위하여 두 개의 형광램프(11)를 사용하며, 형광램프에서 조사되어진 빛을 일 정한 방향으로 집광시키기 위한 하우징(12)으로 구성되어 있다.
상기 하우징(12)은 형광램프를 둘러싸고 있다. 도면에는 표시되지 않았지만, 상기 형광램프(11)에 전력을 공급하는 인버터 회로와, 형광램프와 하우징에 의하여 집광된 빛을 액정 패널에 공급하기 위한 도광판(light guide panel)이 포함된다.
도1b는 점광원인 LED를 이용한 백라이트 유닛의 구조도이다.
상기 백라이트 유닛은 소비전력을 줄이기 위해 최소한의 적색, 녹색, 청색 파장 각각의 단색광원이 일렬로 배열된 LED(13)와, LED에서 조사된 빛을 일정한 방향으로 집광시키기 위한 하우징(12)으로 구성되어 있으며, 상기 하우징(12)은 LED(13)를 둘러싸고 있다.
상기 LED(13)에서 발광된 적색, 녹색, 청색 파장의 단색광은 하우징(12)에 의해 집광되어 액정 패널에 공급되기 위한 도광판(14)에 조사된다. 상기 LED(13)에서 발광된 단색광이 액정 패널 전체에 고르게 전달되기 위해서는 상기 도광판(14)에 도달되기 전에 균일하게 합성되어야 한다.
이와 같은 LED를 광원으로 사용하는 경우에는 백색광을 발광하기 위하여 광원부에서 적색, 녹색, 청색 파장의 단색광 LED를 사용하지만, 발광된 빛이 겹쳐지지 않는 부분이 발생하여 균일한 백색광을 만들 수 없는 부분이 생기고, 이것을 적절하게 섞어 균일한 휘도 분포의 백색광을 얻기 위해서는 각각의 LED를 개별적으로 제어하거나, 도광판에서 패턴을 조정하는 등의 추가적인 색 조합 방법을 사용해야 한다.
종래 기술에 따른 형광 램프를 사용한 백라이트 유닛은 광원자체의 발광 특성과 용량의 제약 때문에 색재현율, 특히 적색의 색재현율 및 휘도가 낮은 문제점이 있고, LED를 사용한 백라이트 유닛은 현재의 LED 용량으로 인한 밝기의 제한이 따르며, LED에서 적색, 녹색, 청색 파장 각각의 단색이 발광되기 때문에 색재현율은 높지만 균일한 백색광을 구현하기 어렵고 휘도가 낮은 문제점이 있다.
본 발명은, 상기와 같은 형광 램프의 색재현성과 휘도의 문제 및 LED의 균일한 백색광의 재현 및 휘도 문제점을 해결하기 위해 광원으로 적색, 녹색, 청색 LED를 사용하여 고색재현율 및 고휘도의 특성이 가능한 백라이트 유닛을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은, 일 방향의 길이가 다른 방향의 길이보다 긴 막대형태를 가지며 상기 막대형태의 양단면이 각각 입광면으로 제공되는 도광판과, 상기 도광판 내로 광을 조사하도록 상기 도광판의 입광면에 각각 배치되는 LED 광원, 및 상기 도광판의 일면을 출광면으로 제공하기 위해 상기 도광판 표면의 일면을 노출시키도록 형성된 하우징을 포함하는 막대형 백라이트 유닛을 제공한다.
상기 도광판은, 길이 방향에 대한 단면이 사각형인 것이 바람직하며, 길이 방향에 대한 단면이 원형, 반원형, 또는 삼각형을 포함하는 다각형태 중에서 선택된 하나의 형태일 수 있다.
상기 도광판의 입광면은, 상기 LED 광원이 배치되는 영역에 세레이션이 형성되는 것이 바람직하며, 상기 세레이션 형태는 피라미드 패턴일 수 있다.
상기 LED 광원은, 하나의 단색광 LED 또는 복수개의 LED의 배열일 수 있으며, 단색광인 경우 백색광 LED를 사용하는 것이 바람직하며, 복수개의 LED 배열인 경우 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) LED의 조합을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 하우징은, 상기 도광판의 출광면으로 광이 집광되도록 은(Ag), 또는 니켈(Ni) 등의 반사성이 우수한 물질 중에서 선택된 하나의 물질로 된 금속박(metal film)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 일 방향의 길이가 다른 방향의 길이보다 긴 막대형태를 가지며 상기 막대형태의 양단면이 각각 입광면으로 제공되는 도광판과, 상기 도광판 내로 광을 조사하도록 상기 도광판의 입광면에 각각 배치되는 LED 광원, 및 상기 도광판의 일면을 출광면으로 제공하기 위해 상기 도광판 표면의 일면을 노출시키는 하우징을 포함하는 복수개의 막대형 백라이트 유닛, 및 상기 복수개의 막대형 백라이트 유닛이 배치되는 프레임을 포함하는 백라이트 유닛 어셈블리를 제공한다.
상기 복수개의 막대형 백라이트 유닛은, 각각의 도광판의 일부가 겹쳐지도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 백라이트 유닛 어셈블리는 상기 복수개의 막대형 백라이트 유닛 사이에 배치되는 적어도 하나의 형광램프를 더 포함할 수 있다.
상기 프레임은, 빛의 균일도를 조절하기 위해서, 상기 프레임의 가장자리에 배치되는 상기 막대형 백라이트 유닛의 일부가 수용될 수 있는 홈이 형성되는 것이 바람직하다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 막대형 백라이트 유닛에 대한 사시도 및 평면도이다.
도2a 및 도2b를 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트 유닛(20)은, 막대형태의 도광판(21), LED 광원(22), 및 상기 도광판을 둘러싸는 하우징(23)을 포함한다.
상기 도광판(21)은 길이방향에 대한 단면이 직사각형을 이루는 직육면체 형태로 제조된다. 상기 도광판(21)의 형태는 실시하고자 하는 목적 및 형태에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 즉, 그 길이방향에 대한 단면이 원 또는 삼각형 형태를 갖도록 제조될 수 있다.
상기 길이 방향에 대한 단면이 원인 경우에는 상기 도광판을 통해 방출되는 광의 유니포머티(uniformity)가 증가하는 반면, 상기 길이 방향에 대한 단면이 삼각형이나 사각형인 경우에는 방출되는 광의 효율이 증가된다. 상기 도광판에 의해 방출되는 광을 일방향으로 집중시키기 위해 별도의 하우징을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 상기 도광판(21)은 길이 방향의 길이가 다른 방향의 길이에 비해 긴 막대형태이다. 바람직하게는 상기 길이 방향과 다른 방향의 길이 비율은 5:1 이상일 수 있다.
상기 도광판(21)의 양 측면(21b, 21c)은 광원으로부터 광이 조사되어 들어오는 입광면으로 작용한다.
상기 입광면(21b, 21c)에는 피라미드 패턴(24)이 형성된다. 상기 피라미드 패턴(24)의 꼭지각은 90도 이상인 것이 바람직하며 피라미드 패턴의 피치는 10~100㎛ 일 수 있다. 이러한 세레이션의 형태는 프리즘 패턴등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
상기 도광판의 상면(21a)은, 상기 입광면(21b, 21c)으로부터 입사된 광의 출광면이 된다.
광이 출광면(21a)으로 출사되기 위해서는 출광면에 입사되는 광이 출광면에 수직한 법선과 이루는 각도(이하 "입사각")가 임계각보다 작아야 한다. 따라서, 도광판으로 입사된 광 중에서 입사각이 임계각보다 작은 광은 출광면을 투과하여 방 출되고, 나머지는 전반사되어 도광판 내부로 전파된다. 도광판으로 입사된 광 중에서 일단 한번 전반사된 광은 그 입사각이 변하지 않는 한 도광판을 빠져나갈 수 없다.
이러한 광경로를 변환시키기 위해 광경로변환수단이 사용될 수 있다. 예를 들어, 광을 산란시키는 산란패턴, 광을 회절시키는 홀로그램 패턴 등이 사용될 수 있다. 광경로변환수단은 출광면 또는 그와 대향하는 하면에 형성될 수 있다.
상기 도광판(21)은, 광을 투과시킬 수 있는 투광성 재료로 제조된다. 바람직하게는, 굴절률이 1.49, 비중이 1.19 정도인 투명수지가 사용될 수 있다. 즉, 아크릴, 폴리카보네이트 등이 사용될 수 있다.
본 실시형태의 경우 도광판(21)은 아크릴로 제조된다. 상기 도광판(21)의 두께는 1~3mm 정도이며, 중량을 줄이기 위해 광이 입사되는 측면으로부터 멀어질수록 두께가 점점 얇아지는 쐐기형을 사용할 수 있다. 도광판의 크기는 평면화상 표시장치, 예를 들면 LCD의 크기에 좌우된다. 본 실시형태에서는 평판형태가 아닌 한 방향으로 긴 길이를 갖는 막대형태의 도광판을 사용한다.
본 실시형태에서는 광원으로서 LED 광원(22)을 사용한다.
상기 LED 광원(22)은 백색광을 내는 하나의 LED 일수 있다. 또한, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)광 LED의 조합일 수 있다.
LED 광원을 R, G, B 단색광을 방출하는 복수개의 LED로 구성하는 이유는 LED 소자가 백색광을 방출하는 경우보다 R,G,B 색을 믹싱시켜서 백색광을 만들어 사용하는 것이 실제 액정표시장치에 적용함에 있어서 정확한 색재현성 구현에 유리하기 때문이다.
색재현성 및 색온도를 최적화하기 위해서 백라이트의 발광 스펙트럼을 변경해야 하고, 이에 대응하여 발광 효율을 극대화시키도록 컬러 필터의 투과 스펙트럼이 조절되어야 한다.
백색광을 구현하기 위해서 R,G,B의 LED를 동시에 사용하는 경우에, 각각의 LED에서 나오는 다른 색들을 모아야 하므로 R,G,B 각각의 LED는 일정 세기 이상으로 발광될 것이 요구된다.
따라서, LED로부터 발광된 R, G, B 각각의 단색광은 정확한 색재현율을 가진 화상을 표시하기 위하여 액정표시패널에 입사되기 전에 상기 도광판(21)에서 백색광으로 합성된다.
본 실시형태에서는, 각각 R, G, B 색을 방출하는 LED의 조합을 상기 도광판(21)의 양단에 배치하여 백색광을 내는 백라이트 유닛을 제조할 수 있다.
상기 도광판(21)의 출광면(21a)을 제외한 나머지 영역을 덮는 하우징(23)이 형성된다.
상기 하우징(23)은 입광면(21b, 21c)으로부터 입사된 광을 출광면(21a)으로 집광하기 위한 것이다. 본 실시형태에서는 육면체인 도광판(21)의 상면(21a)을 제외하고, 하면 및 전후면에 하우징(23)이 형성된다. 또한, 상기 도광판(21)의 좌우 측면 중 LED(22)와 대면하는 영역을 제외한 영역에 상기 하우징(23)이 형성된다.
상기 하우징(23)은, 광을 반사할 수 있는 금속 재질로 형성할 수 있다. 바람직하게는 은(Ag)박을 사용할 수 있다.
도3은, 본 발명의 일실시형태에 따른 막대형 백라이트 유닛이 프레임 내에 배치된 구조도이다.
도3을 참조하면, 본 실시형태에 따른 백라이트 유닛 어셈블리(30)는, 복수개의 막대형태의 백라이트 유닛이 배치되는 프레임을 포함한다.
상기 막대형 백라이트 유닛은, 단일의 백라이트 유닛을 사용한 경우 LED 광원이 배치된 막대의 끝부분의 색도가 좋지 않아 복수개의 막대형 백라이트를 배열하는데 어려움이 있을 수 있다.
본 실시형태에서, 복수개의 막대형 백라이트 유닛(31)은, 백라이트 전체의 균일도를 높이기 위해서 도광판의 끝부분을 서로 겹치게 배치시킨다. 균일도를 위하여 상기 겹치는 정도는 조절할 수 있으며, 양쪽 옆의 도광판의 거리는 백라이트 전체의 균일도를 고려하여 적절하게 위치시킬 수 있다. 도면에는 도시되지 않았으나, LED를 구동하기 위한 LED 구동부를 더 구비하고 있으며, 상기 구동전압을 조절하여 색재현율과 휘도를 조절할 수 있다.
이와 같이 프레임(36) 내의 막대형 백라이트 유닛의 배열은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
상기 막대형 백라이트 유닛(31)이 배치되는 프레임(36)은, 그 모서리에 상기 막대형 백라이트 유닛(31)의 일부가 삽입될 수 있는 홈(36a)이 형성되어 있다.
상기 막대형 백라이트 유닛(31)의 도광판 자체에서 균일한 휘도를 얻지 못하였을 경우 상기 프레임(36)의 모서리 부분이 아닌 곳에서는 상기 도광판을 겹치거나 도광판 사이의 거리를 조절하여 균일한 휘도를 얻을 수 있다. 그러나 상기 프레임(36)의 모서리 부분은 이러한 공간이 없기 때문에 이러한 공간을 만들기 위해 모서리 부분에 홈이 형성된다. 상기 홈(36a)에 막대형 백라이트 유닛(31)의 일부가 위치하도록 배치하고, 상기 홈(36a)의 여유공간을 따라 상기 막대형 백라이트 유닛(31)을 이동시킬 수 있다. 상기 막대형 백라이트 유닛(31)의 도광판에서 발하는 빛의 균일도 정도에 의하여 깊이와 폭을 조절하여 공간을 확보하고 도광판을 이동함으로써 빛의 균일도를 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 백라이트 유닛 어셈블리는, 복수개의 막대형태의 백라이트 유닛, 복수개의 형광램프, 및 상기 백라이트 유닛과 형광램프가 배치되는 프레임을 포함할 수 있다.
삭제
본 실시형태에서는, 중첩되게 배열되는 막대형 백라이트 유닛 사이에 형광램프가 배치될 수 있다.
본 실시형태에서는, 형광램프만을 사용하는 종래 백라이트 유닛에 이 형광램 프의 적색 파장의 휘도의 단점을 보완하기 위하여 적색 LED를 사용하여 이러한 광원으로부터 공급된 광은 색재현율과 휘도를 높일 수 있다.
이러한 배치에서 형광램프와 LED는 각각 형광램프의 인버터와 LED 구동부를 구비하고 있어 각각의 구동전압을 조절하여 색재현율과 휘도를 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 즉, 도광판의 형태, LED의 배열 및 막대형 백라이트 유닛의 배열등은 다양하게 구현될 수 있다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명에 따르면, 종래의 백라이트에 추가하여 사용하는 것이 용이한 막대형의 도광판을 갖는 백라이트 유닛을 얻을 수 있고, 상기 막대형 백라이트 유닛의 다양한 배열을 통해 고색재현성 및 고휘도를 실현할 수 있다.
또한, 백라이트 유닛 어셈블리 설계시 도광판을 겹치게 위치하거나 공간에 대한 제약을 극복할 수 있도록 프레임에 홈을 형성하여 공간활용의 자유도를 확대할 수 있다.

Claims (14)

  1. 일 방향의 길이가 다른 방향의 길이보다 긴 막대형태를 가지며 상기 막대형태의 양단면이 각각 입광면으로 제공되는 도광판;
    상기 도광판 내로 광을 조사하도록 상기 도광판의 입광면에 각각 배치되는 LED 광원; 및
    상기 도광판의 길이방향에 평행한 일면을 출광면으로 제공하기 위해 상기 일면을 노출시키도록 형성된 하우징을 포함하며,
    상기 하우징은,
    상기 도광판의 출광면으로 광이 집광 되도록 은(Ag), 또는 니켈(Ni) 등의 반사성을 갖는 물질 중에서 선택된 하나의 물질로 된 금속박(metal film)인 것을 특징으로 하는 막대형 백라이트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도광판은, 길이 방향에 대한 단면이 사각형인 것을 특징으로 하는 막대형 백라이트 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도광판은, 길이 방향에 대한 단면이 원형, 반원형, 또는 삼각형을 포함하는 다각형태 중에서 선택된 하나의 형태인 것을 특징으로 하는 막대형 백라이트 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도광판의 입광면은,
    상기 LED 광원이 배치되는 영역에 세레이션이 형성되는 것을 특징으로 하는 막대형 백라이트 유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 세레이션 형태는 피라미드 패턴인 것을 특징으로 하는 막대형 백라이트 유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 LED 광원은,
    하나의 단색광 LED인 것을 특징으로 하는 막대형 백라이트 유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 LED 광원은,
    백색광 LED인 것을 특징으로 하는 막대형 백라이트 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 LED 광원은,
    복수개의 LED의 배열인 것을 특징으로 하는 막대형 백라이트 유닛.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 LED 배열은,
    적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) LED의 조합인 것을 특징으로 하는 막대형 백라이트 유닛.
  10. 삭제
  11. 일 방향의 길이가 다른 방향의 길이보다 긴 막대형태를 가지며 상기 막대형태의 양단면이 각각 입광면으로 제공되는 도광판과, 상기 도광판 내로 광을 조사하도록 상기 도광판의 입광면에 각각 배치되는 LED 광원, 및 상기 도광판의 길이방향에 평행한 일면을 출광면으로 제공하기 위해 상기 일면을 노출시키도록 형성된 하우징을 포함하며, 상기 하우징은, 상기 도광판의 출광면으로 광이 집광 되도록 은(Ag), 또는 니켈(Ni) 등의 반사성을 갖는 물질 중에서 선택된 하나의 물질로 된 금속박(metal film)인 것을 특징으로 하는 복수개의 막대형 백라이트 유닛; 및
    상기 복수개의 막대형 백라이트 유닛이 배치되는 프레임을 포함하는 백라이트 유닛 어셈블리.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수개의 막대형 백라이트 유닛은,
    각각의 도광판의 일부가 겹쳐지도록 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛 어셈블리.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수개의 막대형 백라이트 유닛 사이에 배치되는 적어도 하나의 형광램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛 어셈블리.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 프레임은,
    빛의 균일도를 조절하기 위해서, 상기 프레임의 가장자리에 배치되는 상기 막대형 백라이트 유닛의 일부가 수용될 수 있는 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛 어셈블리.
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