KR102053597B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 고휘도를 구현하는 동시에 경량 및 박형의 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 도광판의 상, 하부면에 확산층과 음각형상의 프리즘산 패턴을 형성하고, 반사판의 상부면에 도광판의 하부면에 형성된 음각형상의 프리즘산 패턴과 대응되는 양각형상의 프리즘산 패턴을 형성하는 것이다.
이를 통해, 도광판 상부의 광학시트의 구성을 생략할 수 있어, 광학시트에 의해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 고휘도의 광량을 액정패널로 제공할 수 있다.
또한, 백라이트 유닛의 구성요소가 많아 액정표시장치의 경량 및 박형을 저해하거나, 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간이 증가되어 공정의 효율성이 저하되었던 기존에 비해, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있으며, 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시키게 된다.

Description

액정표시장치{Liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 고휘도를 구현하는 동시에 경량 및 박형의 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device : FPD)로서 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel device : PDP), 전기발광표시장치(electroluminescence display device : ELD), 전계방출표시장치(field emission display device : FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(cathode ray tube : CRT)을 빠르게 대체하며 각광받고 있다.
이중에서도 액정표시장치는 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있는데, 액정표시장치는 자체 발광요소를 갖지 못하는 소자로 별도의 광원을 요구하게 된다.
이에 따라, 액정패널의 배면으로는 광원을 구비한 백라이트 유닛(backlight unit)이 마련되어 액정패널 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 휘도의 화상이 구현된다.
한편, 일반적인 백라이트 유닛은 광원의 배열구조에 따라 사이드라이트(side light)방식과 직하형(direct type)방식으로 구분되는데, 사이드라이트방식은 하나 또는 한쌍의 광원이 도광판의 일측부에 배치되는 구조를 가지거나, 두개 또는 두쌍의 광원이 도광판의 양측부 각각에 배치된 구조를 가지며, 직하형방식은 수개의 광원이 광학시트의 하부에 배치된 구조를 갖는다.
여기서, 사이드라이트방식은 직하형방식에 비해 제작이 용이하며, 직하형에 비해 박형으로 무게가 가볍고 소비전력이 낮은 이점을 갖는다.
도 1은 사이드라이트방식의 백라이트 유닛에 대한 분해 사시도이다.
도시한 바와 같이, 백라이트 유닛(20)은 백색 또는 은색의 반사판(25)과, 이의 일측 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 광원인 LED 어셈블리(29)와 반사판(25) 상에 안착되는 도광판(23) 그리고, 도광판(23) 상부에 안착되는 광학시트(21)로 이루어진다.
LED 어셈블리(29)는 도광판(23)의 입광면과 대면하도록 도광판(23)의 일측에 위치하며, 이러한 LED 어셈블리(29)는 다수개의 LED(29a)와, 다수개의 LED(29a)가 일정 간격 이격하여 장착되는 PCB(29b)를 포함한다.
도광판(23) 상부의 광학시트(21)는 도광판(23)을 통과한 광을 확산 또는 집광하여 액정패널로 보다 균일한 면광원을 입사시키기 위하여, 제 1 및 제 2 확산시트(21a, 21c)와 집광시트(21b)로 이루어진다.
여기서, 집광시트(21b)는 띠 모양으로 인접 배열됨으로써 산과 골이 반복되는 형태의 다수개의 패턴이 열을 지어 지지층으로부터 돌출 배열되어, 집광시트(21b)는 집광시트(21b)의 상부에 위치하는 액정패널로 고휘도의 광을 집광하게 된다.
그리고 제 1 확산시트(21a)는 도광판(23) 상부에 바로 위치하여, 도광판(23)을 통해 입사된 광을 분산시키면서 집광시트 쪽으로 광이 진행하도록 광의 방향을 조절해주는 역할을 하며, 제 2 확산시트(21c)는 집광시트(21b)의 상부에 위치하여 집광시트(21b)를 통해 집광된 광을 다시 한번 분산시키면서 액정패널을 향해 광이 진행하도록 광의 방향을 조절해 주게 된다.
한편, 도 2a에 도시한 바와 같이 광원인 LED 어셈블리(29)가 도광판(23)의 일측 가장자리를 따라 배열됨으로써, 도광판(23)으로부터 출광하는 광은 LED 어셈블리(29)가 위치하는 일측 가장자리의 반대측 방향으로 굴절되어 출광하게 된다.
따라서, 도광판(23) 상부로 집광시트(21b)와 제 1 및 제 2 확산시트(21a, 21c)로 이루어지는 광학시트(21)를 위치시켜 도광판(23)의 측방으로 출광하는 광이 액정패널을 향해 가이드되도록 해야 한다.
도 2b는 광학시트(21)를 포함하는 백라이트 유닛(20)으로부터 출광는 광량과 도광판(23)으로부터 출광하는 광량을 위치별로 측정한 비교 그래프로써, 가로축은 도광판(23)의 전방인 0으로 기준으로 광이 출광하는 위치 각도를 나타내며, 세로축은 백라이트 유닛(20)으로부터 출광되는 광량을 1을 기준으로 하여 측정한 결과이다.
도 2b를 참조하면 도광판(23)으로부터 출광하는 광량은 도광판(23)의 전방으로보다 측방에서 더욱 많은 양의 광량이 출광하는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 도광판(23)으로부터 출광하는 광을 광학시트(21)를 통해 가공함으로써 도광판(23)의 전방으로 많은 양의 광량이 출광되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 도광판(23)을 포함하는 사이드라이트방식의 백라이트 유닛(20)은 도광판(23) 상부의 여러장의 광학시트(21)가 개재되는 구성이 필수적이다.
그러나, 이와 같이 여러장의 광학시트(21)를 도광판(23) 상부로 위치시킴에 따라 광효율이 낮아지게 되는 문제점을 야기하게 된다.
즉, LED 어셈블리(29)의 LED(29a)로부터 출광되는 광량이 100%일 경우 실질적으로 액정패널로 입사되는 광량은 약 70 ~ 80%로, 도광판(23) 상부에 위치하는 여러장의 광학시트(21)에 의해 일부 광의 흡수 및 각 광학시트(21)의 낮은 효율이 적층되어, 전체 광 이용 효율이 낮아지게 되기 때문이다.
또한, 여러장의 광학시트(21)를 사용함으로써 액정표시장치의 박형 및 경량을 저해하게 되며, 액정표시장치의 모듈화 공정에 있어서 작업 공정시간이 증가되어 공정의 효율성이 저하되는 문제점을 야기하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광효율이 향상된 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 하며, 이를 통해 고휘도의 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
또한, 액정표시장치의 경량 및 박형을 구현하는 동시에 액정표시장치의 모듈화과정에서 조립시간 단축 및 재료비용을 절감하고자 하는 것을 제 3 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 액정패널과; 상기 액정패널의 하부에 위치하며, 상기 액정패널과 대응되는 상부면에 확산층이 형성되며, 하부면에 음각형상의 프리즘산 패턴이 형성된 도광판과; 상기 도광판의 하부에 위치하며, 상기 도광판과 대응되는 상부면에 양각형상의 프리즘산 패턴이 형성된 반사판과; 상기 도광판의 입광면을 따라 배열되는 LED 어셈블리를 포함하며, 상기 음각형상의 프리즘산 패턴은 상기 도광판 하부로 출사되는 굴절광을 상기 도광판에 수직한 법선과 이루는 각이 작아지도록 하며, 상기 양각형상의 프리즘산 패턴은 상기 양각형상의 프리즘산 패턴에 의해 반사되는 반사광과 상기 법선과 이루는 각이 작아지도록 하는 액정표시장치를 제공한다.
이때, 상기 음각형상의 프리즘산 패턴은 상기 LED 어셈블리의 길이방향을 따라 산과 골이 반복되는 띠 형상으로 이루어지며, 상기 LED 어셈블리가 위치하는 일 방향을 향하는 단변의 제 1 경사면과 상기 일 방향의 반대측인 타 방향을 향하는 장변의 제 2 경사면으로 이루어지며, 상기 제 1 경사면은 상기 도광판의 하부면과 이루는 각이 상기 도광판 내부의 전반사 임계각 이상 그리고 90도 이하이다.
그리고, 상기 제 2 경사면은 상기 도광판 하부면과 이루는 각이 1 ~ 3도이며, 상기 음각형상의 프리즘산 패턴은 5 ~ 10㎛의 높이를 갖는다.
이때, 상기 양각형상의 프리즘산 패턴은 상기 LED 어셈블리의 길이방향을 따라 산과 골이 반복되는 띠 형상으로 이루어지며, 상기 LED 어셈블리가 위치하는 일 방향을 향하는 장변의 제 3 경사면과 상기 일 방향의 반대측인 타 방향을 향하는 단변의 제 4 경사면으로 이루어지며, 상기 제 3 경사면은 상기 반사판 상부면과 이루는 각(θ3)이 θ3 = 1/2(θ1- θ4)(θ1은 상기 도광판의 하부면과 상기 제 1 경사면이 이루는 각, θ4는 상기 제 1 경사면에 수직한 법선과 상기 제 1 경사면에 의해 굴절되는 광이 이루는 각도)을 만족한다.
그리고, 상기 양각형상의 프리즘산 패턴은 10 ~ 40㎛의 높이를 가지며, 상기 양각형상의 프리즘산 패턴은 상기 음각형상의 프리즘산 패턴에 비해 2 ~ 4배 큰 사이즈를 갖는다.
또한, 상기 확산층은 비드(bead)를 포함하는 광확산성분을 포함하거나, 미세패턴이 형성되며, 상기 액정패널의 가장자리를 두르는 가이드패널과 상기 가이드패널과 밀착되어 구성되는 커버버툼 그리고 상기 액정패널 가장자리를 테두리하며 상기 가이드패널 및 커버버툼에 조립 결합되는 탑커버를 포함한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 도광판의 상, 하부면에 확산층과 음각형상의 프리즘산 패턴을 형성하고, 반사판의 상부면에 도광판의 하부면에 형성된 음각형상의 프리즘산 패턴과 대응되는 양각형상의 프리즘산 패턴을 형성함으로써, 이를 통해, 도광판 상부의 광학시트의 구성을 생략할 수 있어, 광학시트에 의해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 고휘도의 광량을 액정패널로 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 백라이트 유닛의 구성요소가 많아 액정표시장치의 경량 및 박형을 저해하거나, 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간이 증가되어 공정의 효율성이 저하되었던 기존에 비해, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있으며, 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 사이드라이트방식의 백라이트 유닛에 대한 분해 사시도.
도 2a는 도 1의 도광판을 출광하는 광의 진행경로를 도시한 단면도.
도 2b는 광학시트를 포함하는 백라이트 유닛으로부터 출광는 광량과 도광판으로부터 출광하는 광량을 위치별로 측정한 비교 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도.
도 4는 도 3의 액정패널의 분해 사시도.
도 5는 도 3의 백라이트 유닛에 대한 분해 사시도.
도 6a는 도 5의 단면을 개략적으로 도시한 단면도.
도 6b는 도 6a를 확대 도시한 확대도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 광의 진행과정을 개략적으로 도시한 단면도.
도 8a 는 본 발명의 백라이트 유닛의 휘도를 측정한 시뮬레이션 결과.
도 8b는 본 발명의 백라이트 유닛으로부터 출광는 광량을 위치별로 측정한 그래프.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도이며, 도 4는 도 3의 액정패널의 분해 사시도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치는 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120), 그리고 가이드패널(130)과 커버버툼(150), 탑커버(140)로 구성된다.
이때, 설명의 편의를 위해 도면상의 방향을 정의하면, 액정패널(110)의 표시면이 전방을 향한다는 전제 하에 백라이트 유닛(120)은 액정패널(110)의 후방에 배치되고, 이들의 외곽을 사각테 형상의 가이드패널(130)이 두른 상태로 백라이트 유닛(120)의 배면에 밀착되는 커버버툼(150)이 전후방에서 결합되어 일체화된다.
이들 각각에 대해 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
먼저, 액정패널(110)에 대해서 이의 일부 분해사시도인 도 3을 함께 참조하여 좀더 자세히 살펴보면, 하부기판 또는 어레이기판(array substrate)이라 불리는 제 1 기판(112)의 일면에는 복수개의 게이트라인(111a)과 데이터라인(111b)이 종횡 교차하여 화소(P)를 정의한다. 이들 두 라인의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 투명 화소전극(113a)과 일대일 대응 접속된다.
또한 액정층(160)을 사이에 두고 제 1 기판(112)과 마주보는 제 2 기판(114)은 상부기판 또는 컬러필터기판(color filter substrate)이라 불리는데, 이의 일면에는 제 1 기판(112)의 게이트라인(111a)과 데이터라인(111b) 그리고 박막트랜지스터(T) 등의 비표시 요소를 가리면서 화소전극(113a) 만을 노출시키도록 화소영역(P)을 두르는 격자 형상의 블랙매트릭스(118)가 구성된다.
또한, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열되는 일례로 R(red), G(green), B(blue)의 컬러필터(115) 그리고 이들 모두를 덮는 투명 공통전극(113b)을 포함한다.
이러한 제 1 제 2 기판(112, 114)의 각각 외면으로는 특정 광만을 선택적으로 투과시키는 제 1 및 제 2 편광판(119a, 119b)이 부착된다.
그리고, 액정패널(110)의 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판 같은 연결부재(116)를 매개로 게이트 및 데이터 인쇄회로기판(117)이 연결되어 모듈화 과정에서 가이드패널(130)의 측면 내지는 커버버툼(150)의 배면으로 젖혀 밀착된다.
이때, 도면상에 명확하게 도시하지는 않았지만, 이들 두 기판(112, 114)과 액정층(160)의 경계부분에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 상, 하부 배향막이 개재되고, 제 1 및 제 2 기판(112, 114) 사이로 충진되는 액정층(160)의 누설을 방지하기 위해 양 기판(112, 114)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern : 미도시)이 형성된다.
따라서, 액정패널(110)은 게이트라인(111a)으로 주사 전달된 박막트랜지스터(T)의 온/오프(on/off) 신호에 의해 각 게이트라인(111a) 별 선택된 박막트랜지스터(T)가 온(on) 되면 해당 화소전극(113a)으로 데이터라인(111b)의 화상신호가 전달되고, 이로 인해 발생되는 화소전극(113a)과 공통전극(113b) 사이의 전기장에 의해 액정분자의 배열방향이 변화되어 투과율의 차이를 나타낸다.
그리고 본 발명에 따른 액정표시장치에는 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에서 광을 공급하는 백라이트 유닛(120)이 구비된다.
백라이트 유닛(120)은 가이드패널(130)의 적어도 일 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 LED어셈블리(129)와, 반사판(220)과, 이러한 반사판(220) 상에 안착되는 도광판(210)을 포함한다.
LED 어셈블리(129)는 백라이트 유닛(120)의 광원으로서, 다수개의 LED(129a)와, 다수개의 LED(129a)가 일정 간격 이격하여 장착되는 PCB(129b)를 포함한다.
이때, 도광판(210)은 상부면에 확산층(213)을 포함하며 하부면(211d, 도 5 참조)에는 특정 모양의 음각형상의 프리즘산 패턴(215)을 포함함으로써, LED(129a)로부터 입사된 광을 여러번의 전반사에 의해 도광판(210) 내부를 진행하도록 하여 광이 도광판(210) 내부로 고르게 퍼지도록 하는 동시에 일부 광을 도광판(210)의 하부에 위치하는 반사판(220)을 향해 출사되도록 한다.
그리고, 반사판(220)은 도광판(210)의 하부면(211d, 도 5 참조)을 통과한 광을 액정패널(110) 쪽으로 반사시킴으로써 액정패널(110)로 고휘도의 면광원을 제공하게 된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 반사판(220)은 상부면(221, 도 5 참조)에 도광판(210)의 하부면(211d, 도 5 참조)에 형성된 음각형상의 프리즘산 패턴(215)과 대응되는 특정 모양의 양각형상의 프리즘산 패턴(225)을 더욱 포함한다.
이러한 백라이트 유닛(120)은 LED(129a)로부터 발산된 광이 도광판(210)의 입광면(211a, 도 5 참조)을 통해 도광판(210) 내부로 입사되고, 입사된 광은 여러번의 전반사에 의해 도광판(210) 내를 진행하면서 도광판(210)의 넓은 영역으로 골고루 퍼지면서, 도광판(210)의 하부면(211d, 도 5 참조)과 반사판(220)의 상부면(221, 도 5 참조)에 형성된 패턴(215, 225)에 의해 액정패널(110)을 향해 고휘도의 균일한 면광원을 출광되도록 함으로써, 액정패널(110)은 비로소 화상을 표시하게 된다.
이에 대해 차후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)은 탑커버(140)와 가이드패널(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(140)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 이의 가장자리가 소정높이 수직 절곡하여 구성한다.
이러한 커버버툼(150) 상에 안착되며 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)의 가장자리를 두르는 사각테 형상의 가이드패널(130)이 탑커버(140) 및 커버버툼(150)과 결합된다.
이때, 탑커버(140)는 케이스탑 또는 탑케이스라 일컬어지기도 하고, 가이드패널(130)은 서포트메인 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(150)은 버텀커버 또는 하부커버라 일컬어지기도 한다.
한편, 최근 경량 및 박형의 액정표시장치를 구현하고자 탑커버(140)와 커버버툼(150)을 삭제하고, 접착성테이프(미도시)와 가이드패널(130)을 통해 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)을 모듈화할 수도 있다. 이를 통해, 재료비용을 절감할 수 있다.
전술한 본 발명의 액정표시장치는 백라이트 유닛(120)의 도광판(210)의 상, 하부면(211c, 211d, 도 4 참조)에 확산층(213)과 음각형상의 프리즘산 패턴(215)이 형성되고, 반사판(220)의 상부면(221, 도 4 참조)에 도광판(210)의 하부면(211d, 도 4 참조)에 형성된 음각형상의 프리즘산 패턴(215)과 대응되는 양각형상의 프리즘산 패턴(225)을 형성함으로써, 고휘도의 광을 액정패널(110)로 제공하게 된다.
즉, 본 발명의 액정표시장치는 도광판(210) 상부로 다수의 광학시트(도 1의 21)를 개재하지 않아도, 도광판(210) 내부로 입사된 광을 균일하게 고품위의 면광원으로 가공하여 액정패널(110)로 제공하게 된다.
이를 통해, 광학시트(도 1의 21)에 의해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있어 고휘도의 면광원을 액정패널로 제공할 수 있다.
또한, 백라이트 유닛(120)의 구성요소가 많아 액정표시장치의 경량 및 박형을 저해하거나, 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간이 증가되어 공정의 효율성이 저하되었던 기존에 비해, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있으며, 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시키게 된다.
즉, 본 발명은 효율적이면서도 성능이 우수한 백라이트 유닛(120)을 제공할 수 있다.
이에 대해 도 5와 도 6a ~ 6b를 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 5는 도 3의 백라이트 유닛에 대한 분해 사시도이며, 도 6a는 도 5의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 6b는 도 6a를 확대 도시한 확대도이다.
도시한 바와 같이, 백라이트 유닛(120)은 커버버툼(도 3의 150) 상에 안착되는 백색 또는 은색의 반사판(220)과, 이의 일측 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 광원인 LED 어셈블리(129)와 반사판(220) 상에 안착되는 도광판(210)으로 이루어진다.
LED 어셈블리(129)는 도광판(210)의 입광면(211a)과 대면하도록 도광판(210)의 일측에 위치하며, 이러한 LED 어셈블리(129)는 다수개의 LED(129a)와, 다수개의 LED(129a)가 일정 간격 이격하여 장착되는 PCB(129b)를 포함한다.
이때, 다수의 LED(129a)는 도광판(210)의 입광면(211a)을 향하는 전방으로 각각 적(R), 녹(G), 청(B)의 색을 갖는 광을 발하며, 이러한 다수개의 RGB LED(129a)를 한꺼번에 점등시킴으로써 색섞임에 의한 백색광을 구현할 수 있다.
특히, 최근에는 발광효율 및 휘도 향상을 위하여, 발광효율 및 휘도가 우수한 청색 LED칩을 포함하는 청색 LED(129a)를 사용하고, 형광체로서 '세륨이 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(YAG:Ce)', 즉 옐로우 형광체로 이루어진 청색 LED(129a)가 이용되고 있다.
이러한, LED(129a)로부터 방출된 청색광은 형광체를 투과하여 형광체에 의해 방출된 옐로우광과 혼합됨으로써, 백색광을 구현하게 된다.
그리고, LED 어셈블리(129) 이외에도 음극전극형광램프(cold cathode fluorescent lamp)나 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp)와 같은 형광램프가 이용될 수 있다.
다수의 LED(129a)로부터 출사되는 광이 입사되는 도광판(210)은 LED(129a)로부터 입사된 광이 여러번의 전반사에 의해 도광판(210) 내를 진행하면서 도광판(210)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 액정패널(도 3의 110)에 면광원을 제공한다.
이에, 도광판(210)은 광을 투과시킬 수 있는 투과성 재료중의 하나인 아크릴계 투명수지인 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethylmethacrylate : PMMA)같은 플라스틱(plastic) 물질 또는 폴리카보네이트(polycarbonate : PC)계열에 의해 평면형태(flat type)로 제작된다.
이러한 도광판(210)은 투명성, 내후성, 착색성이 우수하여 광이 투과할 때 광의 확산을 유도한다.
이러한 도광판(210)은 LED 어셈블리(129)와 대응되는 입광면(211a)과 이에 대응되는 반대측의 반입광면(211b) 그리고 입광면(211a)과 반입광면(211b)을 연결하며 광이 출사되는 상부면(211c) 및 반사판(220)과 대면된 하부면(211d) 그리고 서로 마주보는 양 측면(211e, 211f)으로 이루어진다.
그리고, 도광판(210)의 상부면(211c)에는 광의 확산을 위한 확산층(213)이 구비되는데, 확산층(213)은 비드(bead) 등의 광확산성분을 포함하여 구성하거나, 비드를 포함하지 않고 확산층(213)에 미세패턴을 형성하여 구성할 수도 있다.
이를 통해, 확산층(213)은 입사된 광을 굴절 및 산란시킴으로써 광을 확산시키며, 도광판(210)을 통과한 불균일한 광을 균일한 광으로 출사시키는 역할을 한다.
이때, 비드는 바인더 수지에 포함하여 구성하는데, 비드는 확산층(213)으로 입사되는 광을 분산시킴으로써 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지할 수 있는 특징이 있다.
여기서 바인더 수지로는, 투명성이 높아 광투과율이 우수하고 점도 조절이 용이한 것으로, 일예로 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계, 비닐계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계 수지 등을 사용할 수 있다.
또한, 비드를 포함하지 않은 확산층(213)은 미세패턴의 형태에 따라 광 산란각을 조절할 수 있는 특징이 있는데, 미세패턴은 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern) 등 다양하게 구성할 수 있으며, 홀로그램 패턴(hologram pattern)을 사용하여 간섭패턴에 의해 입사된 광을 이와 비대칭적인 방향으로 굴절시킴으로써 집광된 광이 좀더 경사진 각도로 확산되도록 할 수 있다.
이로써, 확산층(213)을 통해 광을 분산시켜 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지하게 된다.
그리고, 도광판(210)의 하부면(211d)에는 균일한 면광원을 구현하는 동시에 고휘도의 광을 액정패널(도 3의 110)로 공급하기 위하여 특정 모양의 패턴을 포함하는데, 패턴은 도광판(210)의 입광면(211a)의 길이방향을 따라 양 측면(211e, 211f)을 가로지르는 띠 모양으로 인접 배열됨으로써 산과 골이 반복되는 형태의 다수개의 음각형상의 프리즘산 패턴(215)이 열을 지어 배열된다. 도 6b에 도시한 바와 같이 음각형상의 프리즘산 패턴(215)은 5 ~ 10㎛의 높이(h1)를 갖도록 형성되며, 단변의 제 1 경사면(215a)이 도광판(210)의 입광면(211a)을 향하도록 형성되며, 장변의 제 2 경사면(215b)은 도광판(210)의 반입광면(211b)을 향하도록 형성된다.
여기서, 음각형상의 프리즘산 패턴(215)의 단변의 제 1 경사면(215a)은 도광판(210)의 하부면(211d)과 도광판(210) 내부의 전반사 임계각(θi) 이상 그리고 90도 이하의 각(θ1)을 갖도록 형성되며, 장변의 제 2 경사면(215b)은 도광판(210)의 하부면(211d)과 1 ~ 3도의 각(θ2)을 이루도록 형성된다.
이러한 프리즘산 패턴(215)은 제 1 경사면(215a)이 도광판(210)의 하부 출사면을 이루게 된다.
즉, LED 어셈블리(129)의 LED(129a)로부터 출사되어 도광판(210)의 입광면(211a)을 통해 도광판(210) 내부로 입사된 광 중 일부 광은 프리즘산 패턴(215)의 제 1 경사면(215a)을 통해 굴절되어 도광판(210)의 하부로 출사하게 된다.
그리고, 도광판(210) 내부로 입사된 광 중 일부 광은 음각형상의 프리즘산 패턴(215)의 제 2 경사면(215b)에 의해서 전반사되어 도광판(215) 내부를 진행하여, 도광판(210) 내부로 고르게 퍼지게 된다.
이때, 도광판(210)의 하부로 출사하는 광은 도광판(210)의 하부에 위치하는 반사판(220)에 의해 반사되어 도광판(210)의 전방으로 출사하게 되는데, 이를 위해 반사판(220)의 상부면(221)에는 도광판(210)의 하부면(211d)에 형성된 음각형상의 프리즘산 패턴(215)에 대응하여 양각형상의 프리즘패턴(225)이 형성되어 있다.
즉, 반사판(220)은 도광판(210)의 하부면(211d)을 향하는 상부면(221)에 도광판(210)의 하부면(211d)에 형성된 음각형상의 프리즘산 패턴(215)과 동일한 방향으로 가로지르는 띠 모양으로 인접 배열됨으로써, 산과 골이 반복되는 형태의 다수개의 양각형상의 프리즘산 패턴(225)이 열을 지어 돌출 배열된다.
양각형상의 프리즘산 패턴(225)은 10 ~ 40㎛의 높이(h2)를 갖도록 형성되는데, 이러한 양각형상의 프리즘산 패턴(225)은 전체적인 사이즈가 도광판(210)의 하부면(211d)에 형성된 음각형상의 프리즘산 패턴(215)에 비해 약 2 ~ 4배 이상 크게 형성된다.
그리고, 장변의 제 3 경사면(225a)이 LED 어셈블리(129)를 향하는 일 방향을 향하도록 형성되며, 단변의 제 4 경사면(225b)은 이의 반대측인 타 방향을 향하도록 형성된다.
여기서, 양각형상의 프리즘산 패턴(225)의 장변의 제 3 경사면(225a)은 도광판(210)의 하부면(211d)에 형성된 음각형상의 프리즘산 패턴(215)의 단변의 제 1 경사면(215a)에 대응하는 각(θ3)을 갖도록 형성되는데, 이는 아래 식(1)을 만족하도록 형성한다.
θ3 = 1/2(θ1- θ4) ………식(1)
여기서, θ1은 도광판(210)의 하부면(211d)과 도광판(210) 내부의 전반사 임계각(θi) 이상 그리고 90도 이하의 각이며, θ4는 도광판(210) 하부면(211d)에 형성되는 음각형상의 프리즘산 패턴(215)의 단변의 제 1 경사면(215a)에 의해 굴절되는 광의 굴절각으로, 제 1 경사면(215a)에 수직한 법선과 제 1 경사면(215a)에 의해 굴절되는 광이 이루는 각도이다.
따라서, 도광판(210)의 하부 출사면인 제 1 경사면(215a)을 통해 굴절되어 도광판(210)의 하부로 출사되는 광은 반사판(220)의 양각형상의 프리즘산 패턴(225)에 의해 도광판(210)의 전방을 향해 반사하게 된다.
따라서, 본 발명의 액정표시장치는 이와 같이 도광판(210)의 전방을 향해 출사되는 광을 통해 액정패널(도 3의 110)로 고휘도의 균일한 면광원을 제공하게 된다.
즉, 본 발명의 액정표시장치는 도광판(210) 상부로 다수의 광학시트(도 1의 21)를 개재하지 않아도, 고품위의 균일한 면광원으로 가공하여 액정패널(도 3의 110)로 제공하게 되며, 광학시트(도 1의 21)에 의해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 고휘도의 광량을 액정패널(도 3의 110)로 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 광의 진행과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, LED 어셈블리(129)의 다수의 LED(129a)로부터 출사된 광은 도광판(210)의 입광면(211a)을 통해 도광판(210) 내부로 입사되는데, 이때, 도광판(210) 내부로 입사된 광은 도광판(210) 내에서 여러 번의 전반사 되어 도광판(210) 내를 진행하면서 도광판(210)의 넓은 영역으로 골고루 퍼지게 된다.
이때, 도광판(210) 내에서 여러 번 전반사 되어 도광판(210) 내를 진행하는 광 중 임계각(도 6b의 θi) 이상으로 도광판(210)의 하부면(211d)에 형성된 음각형상의 프리즘산 패턴(215)의 제 1 경사면(215a)에 조사되는 광은 제 1 경사면(215a)을 통해 굴절되어 도광판(210)의 하부로 출사하게 된다.
이때, 제 1 경사면(215a)은 제 1 경사면(215a)을 통해 도광판(210)의 하부로 출사하는 광을 도광판(210)에 수직한 법선과 이루는 각이 작아지게 한다.
그리고, 도광판(210)의 하부로 출사하는 광은 도광판(210)의 하부에 위치하는 반사판(220)의 상부면(221)에 형성된 양각형상의 프리즘산 패턴(225)에 의해 도광판(210)을 향해 반사하게 된다.
이때, 양각형상의 프리즘산 패턴(225)에 의해 반사되는 반사광은 도광판(210)에 수직한 법선과 이루는 각을 더욱 작아지게 한다.
따라서, 도광판(210)의 전방을 향해 반사된 광은 도광판(210)을 투과하는 과정에서 도광판(210)에 수직하게 도광판(210)을 투과하게 되며, 도광판(210)의 상부면(211c)에 형성된 확산층(213)에 의해 확산되어 도광판(210)의 전방으로 출사하게 된다.
그리고, 도광판(210)의 음각형상의 프리즘산 패턴(215)의 제 1 경사면(215a)이 아닌 도광판(210)의 하부면(211d)으로 임계각(도 6b의 θi) 이상으로 조사되어 도광판(210) 하부로 출사되는 광 또한 반사판(220) 상부면(221)에 형성된 양각형상의 프리즘산 패턴(225)에 의해 도광판(210)을 향해 반사되어, 도광판(210)의 전방으로 출사하게 된다.
따라서, 본 발명의 액정표시장치는 이와 같이 도광판(210)의 전방을 향해 출사되는 광을 통해 액정패널(110)로 고휘도의 균일한 면광원을 제공하게 된다.
즉, 본 발명의 액정표시장치는 도광판(210) 상부로 다수의 광학시트(도 1의 21)를 개재하지 않아도, 도광판(210) 내부로 입사된 광을 도광판(210)에 수직하게 도광판(210)의 전방을 향해 출사되도록 하여, 고품위의 균일한 면광원으로 가공하여 액정패널(110)로 제공하게 된다.
이를 통해, 도광판(210) 상부의 광학시트(도 1의 21)의 구성을 생략할 수 있어, 광학시트(도 1의 21)에 의해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고휘도의 광량을 액정패널(110)로 제공할 수 있다.
또한, 백라이트 유닛(도 5의 120)의 구성요소가 많아 액정표시장치의 경량 및 박형을 저해하거나, 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간이 증가되어 공정의 효율성이 저하되었던 기존에 비해, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있으며, 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시키게 된다.
도 8a 는 본 발명의 백라이트 유닛의 휘도를 측정한 시뮬레이션 결과이며, 도 8b는 본 발명의 백라이트 유닛으로부터 출광되는 광량을 위치별로 측정한 그래프이다.
여기서, 도 8b의 가로축은 백라이트 유닛(도 5의 120)의 전방인 0으로 기준으로 광이 출광하는 위치 각도를 나타내며, 세로축은 백라이트 유닛(도 5의 120)으로부터 출광되는 광량을 1을 기준으로 하여 측정한 결과이다.
도 8a 를 참조하면, 본 발명의 실시예의 백라이트 유닛(도 5의 120)은 도광판(도 7의 210) 상부로 광학시트(도 1의 21)가 위치하지 않음에도, 정면 휘도가 높게 측정되는 것을 확인할 수 있다.
그리고, 도 8b를 참조하면, 본 발명의 실시예의 백라이트 유닛(도 5의 120)으로부터 출광하는 광량은 전방으로 많은 양의 광량이 출광되는 것을 확인할 수 있다.
즉, 도 2a와 도2b에 도시한 바와 같이, 기존의 도광판(23)으로부터 출광하는 광은 LED 어셈블리(29)가 위치하는 일측 가장자리의 반대측 방향으로 굴절되어 출광하게 되므로, 도광판(23)으로부터 출광하는 광량은 도광판(23)의 전방으로보다 측방에서 더욱 많은 양의 광량이 출광하게 된다.
따라서, 이러한 도광판(23)의 상부로 여러장의 광학시트(21)를 필수적으로 위치시켜야 하나, 본 발명의 백라이트 유닛(도 5의 120)은 도광판(도 7의 210)의 상, 하부면(도 7의 211c, 211d)에 확산층(도 7의 213)과 음각형상의 프리즘산 패턴(도 7의 215)을 형성하고, 반사판(도 7의 220)의 상부면(도 7의 221)에 도광판(도 7의 210)의 하부면(도 7의 211d)에 형성된 음각형상의 프리즘산 패턴(도 7의 215)과 대응되는 양각형상의 프리즘산 패턴(도 7의 225)을 형성함으로써, 도광판(도 7의 210) 상부로 다수의 광학시트(도 1의 21)를 개재하지 않아도, 도광판(도 7의 210) 내부로 입사된 광을 균일하게 고품위의 면광원으로 가공하여 고휘도의 균일한 면광원을 액정패널(도 7의 110)로 제공하게 할 수 있다.
이를 통해, 도광판(도 7의 210) 상부의 광학시트(도 1의 21)의 구성을 생략할 수 있어, 광학시트(도 1의 21)에 의해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 고휘도의 광량을 액정패널(도 7의 110)로 제공할 수 있다.
또한, 백라이트 유닛(도 7의 120)의 구성요소가 많아 액정표시장치의 경량 및 박형을 저해하거나, 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간이 증가되어 공정의 효율성이 저하되었던 기존에 비해, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있으며, 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시키게 된다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
120 : 백라이트 유닛
129 : LED 어셈블리(129a : LED, 129b : PCB)
210 : 도광판(211a : 입광면, 211b : 반입광면, 211c : 상부면, 211d : 하부면)
213 : 확산층
215 : 음각형상의 프리즘산 패턴(215a, 215b : 제 1 및 제 2 경사면)
220 : 반사판(221 : 상부면)
225 : 양각형상의 프리즘산 패턴(225a, 225b : 제 3 및 제 4 경사면)

Claims (11)

  1. 액정패널과;
    상기 액정패널의 하부에 위치하며, 상기 액정패널과 대응되는 상부면에 확산층이 형성되며, 하부면에 음각형상의 프리즘산 패턴이 형성된 도광판과;
    상기 도광판의 하부에 위치하며, 상기 도광판과 대응되는 상부면에 양각형상의 프리즘산 패턴이 형성된 반사판과;
    상기 도광판의 입광면을 따라 배열되는 LED 어셈블리
    를 포함하며, 상기 음각형상의 프리즘산 패턴은 상기 도광판 하부로 출사되는 굴절광을 상기 도광판에 수직한 법선과 이루는 각이 작아지도록 하며, 상기 양각형상의 프리즘산 패턴은 상기 양각형상의 프리즘산 패턴에 의해 반사되는 반사광과 상기 법선과 이루는 각이 작아지도록 하며,
    상기 음각형상의 프리즘산 패턴은 상기 LED 어셈블리의 길이방향을 따라 산과 골이 반복되는 띠 형상으로 이루어지며, 상기 LED 어셈블리가 위치하는 일 방향을 향하는 단변의 제 1 경사면과 상기 일 방향의 반대측인 타 방향을 향하는 장변의 제 2 경사면으로 이루어지며,
    상기 양각형상의 프리즘산 패턴은 상기 LED 어셈블리의 길이방향을 따라 산과 골이 반복되는 띠 형상으로 이루어지며, 상기 LED 어셈블리가 위치하는 일 방향을 향하는 장변의 제 3 경사면과 상기 일 방향의 반대측인 타 방향을 향하는 단변의 제 4 경사면으로 이루어지며,
    상기 제 3 경사면은 상기 반사판 상부면과 이루는 각(θ3)이 θ3 = 1/2(θ1- θ4)(θ1은 상기 도광판의 하부면과 상기 제 1 경사면이 이루는 각, θ4는 상기 제 1 경사면에 수직한 법선과 상기 제 1 경사면에 의해 굴절되는 광이 이루는 각도)을 만족하는 액정표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 경사면은 상기 도광판의 하부면과 이루는 각이 상기 도광판 내부의 전반사 임계각 이상 그리고 90도 이하인 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 경사면은 상기 도광판 하부면과 이루는 각이 1 ~ 3도인 액정표시장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 음각형상의 프리즘산 패턴은 5 ~ 10㎛의 높이를 갖는 액정표시장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 양각형상의 프리즘산 패턴은 10 ~ 40㎛의 높이를 갖는 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 양각형상의 프리즘산 패턴은 상기 음각형상의 프리즘산 패턴에 비해 2 ~ 4배 큰 사이즈를 갖는 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산층은 비드(bead)를 포함하는 광확산성분을 포함하거나, 미세패턴이 형성된 액정표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정패널의 가장자리를 두르는 가이드패널과 상기 가이드패널과 밀착되어 구성되는 커버버툼 그리고 상기 액정패널 가장자리를 테두리하며 상기 가이드패널 및 커버버툼에 조립 결합되는 탑커버를 포함하는 액정표시장치.
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