KR101815553B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 광손실을 최소화할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 직하라이트 방식 액정표시장치에서, LED와 확산판 사이에 IMM테이프(index matching material tape)가 개재되도록 함으로써, LED로부터 출사되는 광의 색섞임 공간을 제공하며, 확산판의 열팽창이 발생하는 것을 방지하는 동시에 IMM테이프를 통해 광학갭 또는 에어갭을 제거하여 광손실을 최소화할 수 있다.
이를 통해, 액정표시장치의 광효율을 향상시키게 되며, 액정표시장치의 소비전력이 향상시키는 문제점을 방지할 수 있다.
또한, LED의 지향각을 넓힐 수 있어, 동일한 휘도를 구현하고자 할 경우에는 LED의 개수를 줄일 수 있어, 비용상승 및 방열 문제 등을 해소할 수 있으며, 소비전력이 상승되는 것 또한 해소할 수 있으며, LED 무라(mura) 현상을 방지할 수 있다.

Description

액정표시장치{Liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 광손실을 최소화할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보기술과 이동통신기술 등의 발전과 함께 정보를 시각적으로 표시해줄 수 있는 디스플레이 장치의 발전이 이루어지고 있으며, 디스플레이 장치는 크게 발광특성을 갖는 자체 발광형 디스플레이와 다른 외부의 요인으로 화상을 디스플레이할 수 있는 비발광형 디스플레이로 분류되고 있다.
비발광형 디스플레이로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, 이하 LCD라 함)를 예로 들 수 있다.
여기서, LCD는 자체 발광요소를 갖지 못하는 소자이므로 별도의 광원을 요구하게 된다. 이에 따라, 배면에 광원을 구비한 백라이트 유닛(Backlight unit)이 마련되어 LCD 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 화상이 구현된다.
백라이트 유닛은 광원으로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp), 그리고 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED, 이하 LED라 함) 등을 사용한다.
이중에서 특히, LED는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 특징을 겸비하여 표시용 광원으로서 널리 이용되고 있는 추세이다.
한편, 일반적인 백라이트 유닛은 램프의 배열구조에 따라 사이드라이트형(side light type)과 직하라이트형(direct light type)으로 구분되는데, 사이드라이트형은 하나 또는 한쌍의 램프가 도광판의 일측부에 배치되는 구조를 가지거나, 두개 또는 두쌍의 램프가 도광판의 양측부 각각에 배치된 구조를 가지며, 직하라이트형은 수개의 램프가 광학시트의 하부에 배치된 구조를 갖는다.
최근, 소비자의 요구에 의하여 대면적화된 액정표시장치의 연구가 활발히 진행되고 있는 상태에서, 직하라이트형이 사이드라이트형에 비해 대면적화 액정표시장치에 더욱 적합하다.
도 1은 일반적인 LED를 광원으로 사용한 직하라이트형 액정표시장치의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 제 1 및 제 2 기판(12, 14)으로 구성되는 액정패널(10)과 이의 후방으로 백라이트 유닛(20)이 구비된다.
여기서, 백라이트 유닛(20)은 반사판(22)을 포함하며, 이의 상부면에 다수의 LED(28)가 나란하게 배열되고, 이들 LED(28) 상부에는 확산판(26)과 다수의 광학시트(27)가 위치한다.
이때, 서로 이웃한 2 내지 3개의 LED(28)로부터 발산된 광이 서로 중첩 및 혼합된 후 액정패널(10)에 입사되어 면광원을 제공하게 된다.
이러한 LED(28)를 포함하는 백라이트 유닛(20)과 액정패널(10)은 탑커버(40)와 서포트메인(30) 그리고 커버버툼(50)을 통해 모듈화 되는데 즉, 액정패널(10) 및 백라이트 유닛(20)의 가장자리를 사각테 형상의 서포트메인(30)이 두른 상태로 액정패널(10) 전면 가장자리를 두르는 탑커버(40) 그리고 백라이트 유닛(20) 배면을 덮는 커버버툼(50)이 각각 전후방에서 결합되어 서포트메인(30)을 매개로 일체화된다.
한편, LED(28)를 광원으로 하는 직하라이드형 백라이트 유닛(20)은 반사판(22)과 확산판(26) 사이에 일정간격을 갖는 즉, 광학갭(optical gap) 또는 에어갭(air gap)을 갖도록 형성된다.
광학갭 또는 에어갭(이하, 에어갭(A)이라 함)은 LED(28)로부터 출사되는 광의 색섞임 공간으로, LED(28)로부터 출사된 광이 균일하게 색섞임되어 확산판(26)으로 입사되도록 하거나, 또는 LED(28)로부터 발생된 고온의 열에 의해 확산판(26)의 열팽창이 발생하는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.
그러나, 이러한 에어갭(A)은 LED(28)와 확산판(26)과의 큰 광 굴절율 편차를 가져, LED(28)로부터 출사된 광이 확산판(26)으로 입사되는 과정에서, 광은 각 매질 사이의 경계 즉, LED(28)와 에어갭(A) 경계에서는 LED(28)의 LED칩(미도시)으로부터 발광된 광이 LED(28)의 투명수지와 에어갭(A)과의 경계에서 전반사되어 일부 광은 LED(28)의 외부로 출광되지 않거나 또는 산란되며, 에어갭(A)과 확산판(26)의 경계에서 또한 산란되는 문제점을 야기하게 된다.
따라서, 광손실을 야기하게 되며, 이는 결국 소비전력을 향상시키는 문제점을 야기하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광손실을 최소화하여 액정표시장치의 광효율을 향상시키고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
이로 인하여, 고휘도의 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반사판과; 상기 반사판 상에 위치하는 다수의 LED와 다수의LED가 실장되는 PCB로 이루어지는 LED 어셈블리와; 상기 LED 어셈블리 상부에 위치하는 확산판과; 상기 LED와 상기 확산판 사이에 개재되는 IMM테이프(index matching material tape)와; 상기 확산판 상부에 위치하는 광학시트와; 상기 다수의 광학시트 상부에 위치하는 액정패널을 포함하며, 상기 IMM테이프는 1.4 ~ 1.53의 광 굴절율을 갖는 액정표시장치를 제공한다.
이때, 상기 IMM테이프는 50 ~ 70 lb./ft.3의 경도를 가지며, 상기 IMM테이프는 0.5 ~ 2.5mm의 두께를 갖는다.
그리고, 상기 IMM테이프의 일면은 상기 LED와 접촉하며, 상기 IMM테이프의 타면은 상기 확산판과 접촉하며, 상기 IMM테이프는 상기 LED에 오버랩되어, 상기 LED의 측면을 감싼다.
또한, 상기 확산판의 처짐을 방지하기 위한 확산판지지대를 포함하며, 상기 IMM테이프는 상기 확산판지지대가 형성된 부분은 제거되어 다수개로 분리된다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 직하라이트 방식 액정표시장치에서, LED와 확산판 사이에 IMM테이프가 개재되도록 함으로써, LED로부터 출사되는 광의 색섞임 공간을 제공하며, 확산판의 열팽창이 발생하는 것을 방지하는 동시에 IMM테이프를 통해 광학갭 또는 에어갭을 제거하여 광손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이를 통해, 액정표시장치의 광효율을 향상시키게 되는 효과가 있며, 액정표시장치의 소비전력이 향상시키는 문제점을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, LED의 지향각을 넓힐 수 있어, 동일한 휘도를 구현하고자 할 경우에는 LED의 개수를 줄일 수 있어, 비용상승 및 방열 문제 등을 해소할 수 있는 효과가 있으며, 소비전력이 상승되는 것 또한 해소할 수 있는 효과가 있으며, LED 무라(mura) 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 LED를 광원으로 사용한 직하라이트형 액정표시장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도.
도 3은 도 2의 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치가 모듈화된 모습의 일부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 4는 LED로부터 출사되는 광의 출광량을 IMM테이프의 광 굴절율에 따라 계산한 시뮬레이션 결과.
도 5a ~ 5b는 기존의 일반적인 액정표시장치의 광 손실량을 계산한 시뮬레이션 결과.
도 6a ~ 6b는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 광 손실량을 계산한 시뮬레이션 결과.
도 7a ~ 7b는 일반적인 액정표시장치와 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 LED로부터 출사되는 광의 진행과정을 비교하여 도시한 단면도.
도 8a ~ 8b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치가 모듈화된 모습의 일부를 개략적으로 도시한 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치는 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120), 그리고 서포트메인(130)과 커버버툼(150), 탑커버(140)로 구성된다.
먼저 액정패널(110)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서, 액정층을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(112, 114)을 포함한다.
이때, 능동행렬 방식이라는 전제 하에 비록 도면상에 명확하게 나타내지는 않았지만 통상 하부기판 또는 어레이기판이라 불리는 제 1 기판(112)의 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 화소(pixel)가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)가 구비되어 각 화소에 형성된 투명 화소전극과 일대일 대응 연결되어 있다.
그리고 상부기판 또는 컬러필터기판이라 불리는 제 2 기판(114)의 내면으로는 각 화소에 대응되는 일례로 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러의 컬러필터(color filter) 및 이들 각각을 두르며 게이트라인과 데이터라인 그리고 박막트랜지스터 등의 비표시요소를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)가 구비된다. 또한, 이들을 덮는 투명 공통전극이 마련되어 있다.
이 같은 액정패널(110)의 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판 같은 연결부재(116)를 매개로 인쇄회로기판(118a, 118b)이 연결되어 모듈화 과정에서 서포트메인(130)의 측면 내지는 커버버툼(150) 배면으로 젖혀 밀착된다.
이때, 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 액정패널(110)의 두 기판(112, 114)과 액정층의 경계부분에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 상, 하부 배향막(미도시)이 개재되고, 그 사이로 충진되는 액정층의 누설을 방지하기 위해 양 기판(112, 114)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern)이 형성된다.
그리고, 제 1 및 제 2 기판(112, 114)의 외면으로는 각각 상,하부 편광판(미도시)이 부착된다.
이러한 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에는 광을 공급하는 백라이트 유닛(120)이 구비된다.
백라이트 유닛(120)은 LED 어셈블리(128)와, LED 어셈블리(128) 상에 위치하는 IMM테이프(index matching material tape : 200), 그리고 IMM테이프(200) 상부에 위치하는 확산판(126) 그리고 이의 상부로 위치되는 광학시트(127)를 포함한다.
앞서 전술한 LED 어셈블리(128)는 커버버툼(150)의 길이방향 내면을 따라 일정한 이격공간을 갖도록 배열되는 PCB(128b)와, 이들 각각에 실장되는 다수의 LED(128a)를 포함한다.
여기서, 다수의 LED(128a)는 각각 적(R), 녹(G), 청(B)의 색을 갖는 광을 발하며, 이러한 다수개의 RGB LED(128a)를 한꺼번에 점등시킴으로써 색섞임에 의한 백색광을 구현할 수 있다.
한편, 백색광을 구현하는 LED(128a)는 청색 LED칩(미도시)과 황색형광체로 이루어질 수 있으며, 황색형광체는 530 ~ 570nm파장을 주파장으로 하는 세륨(Ce)이 도핑된 이트륨(Y) 알루미늄(Al) 가넷인 YAG:Ce(T3Al5O12:Ce)계열 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, LED칩(미도시)을 UVLED칩을 사용할 수도 있는데, UVLED칩을 사용할 경우 형광체(미도시)는 적(R), 녹(G), 청색(B)의 삼색의 형광체로 이루어지며, 적(R), 녹(G), 청색(B)의 형광체(미도시)의 배합비를 조절함으로써 발광색을 선택할 수 있다.
이때, 적색(R)의 형광체는 611nm 파장을 주파장으로 하는 산화이트륨(Y2O3)과 유로피움(EU)의 화합물로 이루어진 YOX(Y2O3:EU)계열 형광체이며, 녹색(G)의 형광체는 544nm 파장을 주파장으로 하는 인산(Po4)과 란탄(La)과 테르븀(Tb)의 화합물인 LAP(LaPo4:Ce,Tb)계열 형광체이며, 청색(B)의 형광체는 450nm 파장을 주파장으로 하는 바륨(Ba)과 마그네슘(Mg)과 산화알루미늄 계열의 물질과 유로피움(EU)의 화합물인 BAM blue(BaMgAl10O17:EU)계열 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
여기서 주파장이란 적(R), 녹(G), 청색(B) 각각에서 가장 높은 휘도를 발생하는 파장을 그 형광체의 주 파장이라고 한다.
한편, RGB의 색을 모두 발하는 LED칩(미도시)이 구성된 LED(128a)를 사용하여, 각각의 LED(128a)에서 백색광이 구현되도록 할 수도 있으며, 또는 백색을 발하는 칩을 포함하여 완전한 백색을 발하는 LED(128a)를 사용할 수도 있다.
그리고, 다수의 LED(128a)가 실장되는 PCB(128b)는 방열기능을 구비한 메탈코어인쇄회로기판(Metal Core Printed Circuit Board)으로, MCPCB(128b) 배면에는 방열판(미도시)을 마련하여 각각의 LED(128a)로부터 열을 전달받아 외부로 방출할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 백라이트 유닛(120)은 다수의 LED(128a)가 통과할 수 있는 복수개의 관통홀(123)이 구성되어 다수의 LED(128a)를 제외한 PCB(128b)와 커버버툼(150) 내면 전체를 덮는 백색 또는 은색의 반사판(122)을 포함한다.
반사판(122)의 관통홀(123)을 통해 노출된 LED(128a) 상부에는 휘도의 균일도를 위한 확산판(126)과 광학시트(127)가 위치한다.
이때, 본 발명의 확산판(126)은 다수의 LED(128a)에서 출사된 광을 분산 및 확산시킴으로써 보다 균일한 면광원을 구현함과 동시에 색섞임을 가중시키게 된다.
또한, 확산판(126) 상부에 위치하는 광학시트(127)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트를 등으로 이루어지며, DBEF(dual brightness enhancement film)라 불리는 반사형 편광필름 등 각종 기능성 시트가 포함될 수 있다.
따라서, 다수의 LED(128a)로부터 발산된 광은 확산판(126)과 광학시트(127)를 차례로 통과한 후 액정패널(110)로 입사되고, 이를 이용하여 액정패널(110)은 비로소 고휘도 화상을 외부로 표시하게 된다.
이때, 본 발명의 백라이트 유닛(120)은 다수의 LED(128a)와 확산판(126) 사이에 IMM테이프(200)가 개재되는 것을 특징으로 한다.
IMM테이프(200)는 다수의 LED(128a)로부터 출사되는 광의 색섞임 공간을 제공하는 동시에 LED(128a)로부터 발생된 열에 의해 확산판(126)의 열팽창이 발생하는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.
특히, 다수의 LED(128a)와 확산판(126) 사이의 에어갭(도 1의 A)을 제거하여 광손실을 최소화하게 된다. 이에 대해 차후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
이러한 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)은 탑커버(140)와 서포트메인(130) 그리고 커버버툼(150)을 통해 모듈화 되는데, 탑커버(140)는 액정패널(110)의 상면 및 측면 가장자리를 덮도록 단면이 "ㄱ"형태로 절곡된 사각테 형상으로, 탑커버(150)의 전면을 개구하여 액정패널(110)에서 구현되는 화상을 표시하도록 구성한다.
또한, 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)이 안착하여 액정표시장치 전체 기구물 조립에 기초가 되는 커버버툼(150)은 사각모양의 하나의 판 형상으로 커버버툼(150)의 서로 대향하는 양단 가장자리로 결합되는 한 쌍의 바(bar) 형태의 사이드서포트(129)를 포함하는데, 이를 제외한 커버버툼(150)의 나머지 두 가장자리는 이들과 높이를 같이하도록 비스듬하게 절곡 상승되어 그 내부로 백라이트 유닛(120)가 안착될 수 있는 소정공간을 형성한다.
이러한 커버버툼(150) 상에 안착되며 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)의 가장자리를 두르는 사각테 형상의 서포트메인(130)이 탑커버(140) 및 커버버툼(150)과 결합된다.
한편, 탑커버(150)는 케이스탑 또는 탑 케이스라 일컬어지기도 하고, 서포트메인(130)은 가이드패널 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(150)은 버텀커버라 일컬어지기도 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 다수의 LED(128a)와 확산판(126) 사이에 IMM테이프(200)가 개재되도록 함으로써, 다수의 LED(128a)로부터 출사되는 광의 색섞임 공간을 제공하며, 확산판(126)의 열팽창이 발생하는 것을 방지하는 동시에 IMM테이프(200)를 통해 에어갭(도 1의 A)을 제거하여 광손실을 최소화할 수 있다.
이는 아래 도 3을 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 3은 도 2의 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치가 모듈화된 모습의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 4는 LED로부터 출사되는 광의 출광량을 IMM테이프의 광 굴절율에 따라 계산한 시뮬레이션 결과이다.
도시한 바와 같이, 커버버툼(150) 상에 일정간격 이격하여 배열되는 다수의 LED 어셈블리(128) 상부에는 IMM테이프(200)가 위치하고, IMM테이프(200) 상부에는 확산판(126)이 위치한다.
그리고, 확산판(126) 상부에는 광학시트(127)와 액정패널(110)이 순차적으로 적층되어 위치한다.
여기서, IMM테이프(200)의 일면은 LED 어셈블리(128)의 PCB(128b) 상에 실장된 다수의 LED(128a)와 접촉되고, IMM테이프(200)의 타면은 확산판(126)과 접촉된다.
IMM테이프(200)는 다수의 LED(128a)로부터 출사되는 광의 색섞임 공간을 제공하는 동시에 LED(128a)로부터 발생된 열에 의해 확산판(126)의 열팽창이 발생하는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.
특히, 다수의 LED(128a)와 확산판(126) 사이의 에어갭(도 1의 A)을 제거하여 광손실을 최소화하는 역할을 하게 된다.
즉, 다수의 LED(128a)는 형광체가 에폭시 수지 또는 실리콘으로 이루어지는 투명수지에 혼합되어 LED칩(미도시) 상부에 위치하는데, 투명수지는 1.53의 광 굴절율을 갖는다.
그리고, 확산판(126)은 아크릴(acryl) 계열 수지, PS(polystryrene), 내열PS, PMMA(polymethylmethacrylate), 열가소성수지인 PET(polyethylene terephthalate) 등으로 이루어지며, 1.49의 광 굴절율을 갖는다.
이러한 다수의 LED(128a)와 확산판(126) 사이에 에어갭(도 1의 A)이 존재할 경우, 에어갭(도 1의 A)은 광 굴절율이 1이므로, 다수의 LED(128a)의 투명수지와 확산판(126) 간의 광 굴절율 차이가 커서 각 매질 사이의 경계면에서 투과되어야 할 광이 전반사되어 산란된다.
즉, LED(128)와 에어갭(도 1의 A) 경계에서는 LED(128)의 LED칩(미도시)으로부터 발광된 광이 LED(128)의 투명수지와 에어갭(도 1의 A)과의 경계에서 전반사되어 일부 광은 LED(128)의 외부로 출광되지 않거나 또는 산란된다. 이를 통해, 광손실이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 다수의 LED(128a)와 확산판(126) 사이에 광 굴절율이 1.4 ~ 1.53으로 이루어지는 IMM테이프(200)를 위치시킴으로써, LED(128a)의 투명수지와 IMM테이프(200) 그리고 확산판(126) 간의 광 굴절율 차이가 줄어들어 각 매질 사이의 경계면에서 광이 반사되어 산란되는 것을 최소화하게 되는 것이다.
따라서, 광손실을 줄일 수 있다.
이를 통해, 액정표시장치의 광효율을 향상시키게 되며, 액정표시장치의 소비전력이 향상시키는 문제점을 방지할 수 있다.
여기서, 도 4는 LED(128a)로부터 출사되는 광의 출광량을 IMM테이프(200)의 광 굴절율에 따라 계산한 시뮬레이션 결과이다.
도 4 를 참조하면, LED(128a)가 1.53의 광 굴절율을 가짐에 따라, LED(128a)와 접촉하는 IMM테이프(200)의 광 굴절율이 1.53에 가까워질수록 LED(128a)로부터 출사되는 광의 출광량이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, LED(128a)로부터 출사되는 광은 유사한 광 굴절율을 갖는 매질 내부로 입사될때, 광의 손실이 최소화됨을 알 수 있다.
도 5a ~ 5b는 기존의 일반적인 액정표시장치의 광 손실량을 계산한 시뮬레이션 결과이며, 도 6a ~ 6b는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 광 손실량을 계산한 시뮬레이션 결과이다.
도 5a는 LED(도 3의 128a)와 에어갭(도 1의 A)의 경계에서의 빛의 투과량과 반사량을 스넬의 법칙(snell's law)과 프레넬공식(fresnel equations)을 이용하여 이론적으로 계산한 그래프이며, 도 5b는 에어갭(도 1의 A)과 확산판(도 3의 126)의 경계에서의 빛의 투과량과 반사량을 계산한 그래프이다.
그리고, 도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 LED(도 3의 128a)와 IMM테이프(도 3의 200) 경계에서의 빛의 투과량과 반사량을 스넬의 법칙(snell's law)과 프레넬공식(fresnel equations)을 이용하여 이론적으로 계산한 그래프이며, 도 6b는 IMM테이프(도 3의 200)와 확산판(도 3의 126)의 경계에서의 빛의 투과량과 반사량을 계산한 그래프이다.
여기서, 도 5a ~ 5b와 도 6a ~ 6b의 투과량과 반사량은 LED(도 3의 128a)로부터 출사되는 빛의 정규화휘도(normalized intensity)를 LED(도 3의 128a)로부터 출사되어 경계에 도달하는 입사각(incident angle)에 따라 계산하였다.
이때, LED(도 3의 128a)의 광 굴절율은 1.53이며, 확산판(도 3의 126)의 광 굴절율 1.49이며, IMM테이프(도 3의 200)는 1.42의 광 굴절율을 갖는다.
여기서, 투과량과 반사량이 동일한 입사각 이후는 입사각은 모두 반사됨을 의미하므로, 도 5a의 반사되어 손실되는 광량은 52/90으로 약 60%이며, 도 5b의 반사되어 손실되는 광량은 18/90으로 약 20%임을 알 수 있다.
이는, LED(도 3의 128a)와 확산판(도 3의 126) 사이에 에어갭(도 1의 A)이 존재할 경우, LED(도 3의 128a)의 투명수지와 확산판(도 3의 126) 간의 광 굴절율 차이가 커서 각 매질 사이의 경계면에서 투과되어야 할 광이 반사되어 산란되므로, LED(도 3의 128a)와 에어갭(도 1의 A)의 경계에서 약 60%의 광이 반사되어 손실됨을 의미하며, 에어갭(도 1의 A)과 확산판(도 3의 126)의 경계에서 약 20%의 광이 반사되어 손실됨을 의미한다.
이에 반해, LED(도 3의 128a)와 확산판(도 3의 126) 사이에 광 굴절율이 1.4 ~ 1.53으로 이루어지는 IMM테이프(도 3의 200)를 위치시킴으로써, 도 6a의 반사되어 손실되는 광량은 22/90으로 약 20%이며, 도 6b의 반사되어 손실되는 광량은 5/90으로 5%로, LED(도 3의 128a)와 IMM테이프(도 3의 200)의 경계에서는 약 20%의 광만이 손실됨을 의미하며, IMM테이프(도 3의 200)와 확산판(도 3의 126)의 경계에서는 약 5%의 광만이 손실됨을 의미한다.
이를 표로 정리하면,
광 손실량(%) 차이
LED와 광학갭 또는 에어갭의 경계에서의 광 손실량 60% -
LED와 IMM테이프의 경계에서의 광 손실량 20% -40%
광학갭 또는 에어갭과 확산판의 경계에서의 광 손실량 20% -
IMM테이프와 확산판의 경계에서의 광 손실량 5% -15%
위의 표(1)을 참조하면, 본 발명의 실시예와 같이, LED(도 3의 128a)와 확산판(도 3의 126) 사이에 LED(도 3의 128a)와 확산판(도 3의 126)의 광 굴절율과 유사한 광 굴절율을 갖는 IMM테이프(도 3의 200)를 위치시킴으로써, LED(도 3의 128a)와 확산판(도 3의 126) 사이에 에어갭(도 1의 A)이 존재하는 경우에 비해, 광손실을 줄일 수 있음을 알 수 있다.
이를 통해, 액정표시장치의 광효율을 향상시키게 되며, 액정표시장치의 소비전력이 향상시키는 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 LED(도 3의 128a) 상부에 LED(도 3의 128a)의 투명수지의 광 굴절율과 유사한 광 굴절율을 갖는 IMM테이프(도 3의 200)를 위치시킴으로써, LED(도 3의 128a)의 지향각을 넓힐 수 있다.
즉, 도 7a에 도시한 바와 같이, LED(128a)로부터 출사되는 광은 일정한 지향각을 갖는데, 이러한 LED(128a)로부터 출사되는 광은 에어갭(A)과 큰 광 굴절율 판차를 갖는 확산판(126)으로 입사되는 과정에서 일부 광이 굴절되어, LED(128a)의 일정한 지향각(B)에 비해 좁은 지향각(C)을 가지며 확산판(126)을 투과하게 된다.
이에 반해, 도 7b에 도시한 바와 같이 LED(128a)와 확산판(126) 사이에 IMM테이프(200)가 위치할 경우, LED(128a)로부터 출사되는 광은 확산판(126)까지 큰 굴절 없이, LED(128a)로부터 출사되는 일정한 광 지향각(B) 그대로 확산판(126)을 투과하게 된다.
이는 곧, LED(128a) 상부에 IMM테이프(200)를 위치시킴으로써, LED(128a)의 광 지향각(B)을 향상시키게 되는 것이다.
아래 표(2)는 도 7a와 도 7b의 지향각 및 휘도를 측정한 실험결과이다.
Figure 112011098821587-pat00001
표(2)를 참조하면, LED(128a)와 확산판(126) 사이에 에어갭(A)이 존재할 경우의 LED(128a)로부터 출사되어 확산판(126)을 투과하는 광의 지향각(C)이 100%라 하면, LED(128a)와 확산판(126) 사이에 IMM테이프(200)를 위치시킴으로써, LED(128a)로부터 출사되어 확산판(126)을 투과하는 광의 지향각(B)은 105%로 늘어나게 됨을 알 수 있다.
이와 같이, LED(128a)로부터 출사되는 광의 지향각(B)이 넓어짐에 따라, 동일한 휘도를 구현하고자 할 경우에는 LED(128a)의 개수를 줄일 수 있어, 비용상승 및 방열 문제 등을 해소할 수 있으며, 소비전력이 상승되는 것 또한 해소할 수 있다.
또한, 이와 같이 광 지향각(B)이 넓어짐에 따라, 이웃하는 LED(128a)의 사이영역에서 LED(128a)로부터 출사되는 광이 중첩 및 혼합되지 않는 암부가 발생하게 되는 LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, LED(128a)로부터 출사되는 광의 휘도 또한 향상되게 된다. 즉, LED(128a)와 확산판(126) 사이에 에어갭(A)이 존재할 경우의 LED(128a)로부터 출사되어 확산판(126)을 투과하여 측정한 휘도가 100%라 하면, LED(128a)와 확산판(126) 사이에 IMM테이프(200)를 위치시킴으로써, LED(128a)로부터 출사되어 확산판(126)을 투과하여 측정한 휘도는 115%로 휘도 또한 늘어나게 됨을 알 수 있다.
이를 통해서도 액정표시장치의 광효율을 향상시키게 되며, 액정표시장치의 소비전력이 향상시키는 문제점을 방지할 수 있다.
그리고, IMM테이프(200)는 아크릴계 수지 또는 실리콘계 수지로 이루어지며, 50 ~ 70 lb./ft.3의 경도를 가져 일정한 탄성력을 갖는데, 이러한 IMM테이프(200)가 다수의 LED(128a)와 확산판(126) 사이에 개재됨으로써, 외부로부터 누름 등의 압력이 가해져도 IMM테이프(200)의 탄성력에 의해 외부로부터 가해지는 압력이 완화되게 된다.
따라서, 액정표시장치의 기계적 신뢰성을 향상시키게 된다.
도 8a ~ 8b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치가 모듈화된 모습의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 커버버툼(150) 상에 일정간격 이격하여 배열되는 다수의 LED 어셈블리(128) 상부에는 IMM테이프(200)가 위치하고, IMM테이프(200) 상부에는 확산판(126)이 위치한다.
그리고, 확산판(126) 상부에는 광학시트(127)와 액정패널(110)이 순차적으로 적층되어 위치한다.
여기서, IMM테이프(200)의 일면은 LED 어셈블리(128)의 PCB(128b) 상에 실장된 다수의 LED(128a)와 접촉되고, IMM테이프(200)의 타면은 확산판(126)과 접촉된다.
이때, 도 8a에 도시한 바와 같이 IMM테이프(200)의 일면을 LED(128a)와 접촉시키고, IMM테이프(200)의 타면을 확산판(126)과 접촉시키는 경우, 다수의 LED(128a)를 PCB(128b) 상에 실장하는 과정에서의 공정 오차에 의해 IMM테이프(200)와 LED(128a)와의 사이에 이격이 발생할 수 있다.
LED(128a)와 IMM테이프(200) 사이의 이격이 발생할 경우, LED(128a)와 IMM테이프(200) 사이의 이격이 발생하지 않은 영역과 색 편차가 발생할 수 있다.
따라서, IMM테이프(200)와 다수의 LED(128a)가 오버랩되어 접촉되도록 형성한다.
즉, IMM테이프(200)는 아크릴계 수지 또는 실리콘계 수지로 이루어지며, 50 ~ 70 lb./ft.3의 경도를 가지므로, IMM테이프(200)의 일부분은 다수의 LED(128a)의 측면의 가장자리를 둘러싸며 형성되도록 하는 것이다.
여기서, IMM테이프(200)가 다수의 LED(128a)와 오버랩되도록 형성하기 위해, IMM테이프(200)를 LED(128a) 상부에 위치시킨 후, IMM테이프(200)의 상부로부터 LED(128a)를 향해 압력을 가함으로써, IMM테이프(200)와 LED(128a)가 오버랩되도록 형성할 수 있다.
이때, IMM테이프(200)의 두께는 0.5 ~ 2.5mm로 형성하는 것이 바람직한데, IMM테이프(200)의 두께를 상기와 같이 형성하여, 확산판(126)의 열팽창에 의한 신뢰성을 확보할 수 있도록 하며, LED 어셈블리(128)의 조립 공정 오차를 대비할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 도 8b에 도시한 바와 같이 확산판(126)의 처짐을 방지하기 위하여 확산판지지대(160)를 구비할 경우, IMM테이프(200)를 확산판지지대(160)가 형성된 부분을 제거하여 형성할 수도 있다.
일예로, IMM테이프(200)는 각각의 LED 어셈블리(128)에 대응하도록 다수개로 분리되어 형성될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 직하라이트 방식 액정표시장치에서, LED(128a)와 확산판(126) 사이에 IMM테이프(200)가 개재되도록 함으로써, LED(128a)로부터 출사되는 광의 색섞임 공간을 제공하며, 확산판(126)의 열팽창이 발생하는 것을 방지하는 동시에 IMM테이프(200)를 통해 에어갭(도 7a의 A)을 제거하여 광손실을 최소화할 수 있다.
이를 통해, 액정표시장치의 광효율을 향상시키게 되며, 액정표시장치의 소비전력이 향상시키는 문제점을 방지할 수 있다.
또한, LED(128a)의 광 지향각(도 7b의 B)을 넓힐 수 있어, 동일한 휘도를 구현하고자 할 경우에는 LED(128a)의 개수를 줄일 수 있어, 비용상승 및 방열 문제 등을 해소할 수 있으며, 소비전력이 상승되는 것 또한 해소할 수 있으며, LED 무라(mura) 현상을 방지할 수 있다.
한편, 이상의 설명에서 편의상 본 발명에 따른 IMM테이프(200)가 활용될 수 있는 액정표시장치로써 직하라이트형을 예로 들었지만, 이는 사이드라이트형에도 적용될 수 있으며, 이 같은 경우 도광판(미도시)을 더욱 반사판(122) 상에 더욱 개재할 수 있으며, IMM테이프(200)를 LED(128a)와 도광판(미도시) 사이에 위치시킬 수 있다. 　
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
110 : 액정패널,
122 : 반사판
126 : 확산판,
127 : 광학시트
128 : LED 어셈블리(128a : LED, 128b : PCB)
150 : 커버버툼
200 : IMM테이프

Claims (6)

  1. 반사판를 위치시키는 단계와;
    상기 반사판 상에 다수의 LED와 다수의LED가 실장되는 PCB로 이루어지는 LED 어셈블리를 위치시키는 단계와;
    상기 LED 어셈블리 상부로 개재되는 IMM테이프(index matching material tape)를 위치시키는 단계와;
    상기 IMM테이프 상부로 확산판을 위치시키는 단계와;
    상기 확산판 상부로 광학시트를 위치시키는 단계와;
    상기 다수의 광학시트 상부로 액정패널을 위치시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 IMM테이프는 1.4 ~ 1.53의 광 굴절율을 가지며,
    상기 IMM테이프는 일정한 탄성력을 가지며,
    상기 LED어셈블리 상부로 위치시킨 후, 상기 IMM테이프의 상부로부터 상기 LED어셈블리를 향해 압력을 가해, 상기 IMM테이프가 상기 LED의 일부와 오버랩되어, 상기 LED의 측면을 감싸도록 형성하는 액정표시장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 IMM테이프는 50 ~ 70 lb./ft.3의 경도를 갖는 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 IMM테이프는 0.5 ~ 2.5mm의 두께를 갖는 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 IMM테이프의 일면은 상기 LED와 접촉하며, 상기 IMM테이프의 타면은 상기 확산판과 접촉하는 액정표시장치의 제조방법.

  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산판의 처짐을 방지하기 위한 확산판지지대를 포함하며, 상기 IMM테이프는 상기 확산판지지대가 형성된 부분은 제거되어 다수개로 분리되는 액정표시장치의 제조방법.
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