KR100404426B1 - 액정 표시 장치의 백 라이트 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치의 백 라이트에 관해 개시되어 있다. 본 발명은 측면 입사광을 위쪽으로 반사하는 반사 수단이 구비된 반사판과 상기 반사판 위에서 상기 반사판으로부터 반사되는 광을 집광시키고 확산시키는 일체화된 투광성 물질층과 상기 반사판과 상기 투광성 물질층사이에 있고, 상기 투광성 물질층을 지지하는 지지체 및 상기 반사판의 측면에서 상기 반사 수단을 향해 평행광을 방출하는 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 백 라이트를 제공한다. 본 발명을 이용하면, 종래의 백 라이트에 비해 광 이용 효율을 높이면서 무게를 줄일 수 있으며, 구조를 단순화할 수 있다.

Description

액정 표시 장치의 백 라이트{Back light of Liquid Crystal Display}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 자세하게는 도광판을 반사판으로 대체한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정(Liquid Crystal)은 액체의 유동성과 고체의 결정과 같은 규칙적인 분자 배열을 동시에 갖는다. 또한, 광학적 이방성을 가지면서 전압이 가해지면 전계의 방향을 따라 액정의 분자 배열이 바뀌는 특성을 가지고 있다. 이러한 액정의 성질을 이용하여 도형, 문자 또는 그림을 표시하는 장치를 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, 이하 'LCD'라 함)라 한다.
액정은 전압의 인가 여부에 따라 그 배열이 달라지므로, 전압을 선택적으로 인가함으로써 상부 및 하부 전극의 모양에 따라 원하는 도형 또는 문자를 표시할 수 있게 된다.
LCD는 일반적으로 액정, 칼라 필터 및 배향막을 사이에 두고 양쪽에 편광판이 구비된 LCD 패널과 LCD 패널의 어느 한 면에 광을 비추는 백 라이트로 구성되어 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 액정 표시 장치 중에서 백 라이트 부분을 구체화한 도면으로써, 백 라이트는 광원(8)에서 방출되는 광을 위쪽으로 반사시키는 도광판(12)을 중심으로, 그 아래에 반사판(10)이 구비되어 있고, 그 위에 확산층(14)을 비롯해서 광의 집광 및 확산을 위한 다수의 층으로 구성되는 상부층(16)이 구비되어 있다. 참조부호 16a, 16b는 각각 제2 확산층 또는 프리즘층이 될 수 있는데, 액정 표시 장치가 어디에 사용되느냐에 따라 달라진다. 반사판(10)은 도광판(12) 바닥을 통해서 광이 도광판(12) 밖으로 새는 것을 방지하기 위한 것이다. 곧, 도광판(12)의 광 반사효율을 높이기 위한 것이다.
광원(8)에서 방출된 광은 도광판(12)의 바닥에서 반사되어 확산층(14)을 향하게 되고, 확산층(14)을 통과하면서 확산된 광은 상부층(16)을 통과하여 최종적으로 LCD 패널(18)에 입사하게 된다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 도광판(12) 바닥에는 위로 쐐기형 돌기(20)가 형성되어 있거나(도 2), 위로 반구형 돌기(22)가 형성되어 있고(도 3), 광 산란을 위한 산란제 잉크(24)가 프린트되어 있는데(도 4), 이것은 모두 도광판(12)의 광 반사 효율을 높이기 위한 것이다.
하지만, 이와 같은 종래 기술에 의한 액정 표시 장치의 백 라이트는 아크릴계 도광판이 사용되는데, 아크릴계 도광판은 그 자체의 광 전달 효율이 크게 떨어진다. 즉, 도광판에 입사되는 광의 세기를 100이라 할 때, 도광판을 통과한 광의 세기는 10 정도로 90%이상이 손실되는 것으로 알려져 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술이 갖는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 광 이용 효율을 높이고 무게는 줄이는 방향으로 구조를 단순하게 변형한 액정 표시 장치의 백 라이트를 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 액정 표시 장치에 사용되는 백 라이트의 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시한 백 라이트에 사용되는 도광판을 나타낸 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 액정 표시 장치에 사용되는 백 라이트의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 백 라이트의 반사판에 구비된 광 반사 수단의 일 예를나타낸 단면도이다.
도 7은 도 6의 광 반사 수단을 구비하는 도 5의 백 라이트에 구비된 반사판을 구체화한 단면도이다.
도 8은 도 5에 도시한 백 라이트의 일체화된 렌즈 및 확산층의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 7의 반사판을 구비하는 도 5의 백 라이트에서의 광 경로를 도시한 단면도이다.
도 10은 도 5에 도시한 백 라이트의 반사판과 일체화된 렌즈 및 확산층 사이에서 일체화된 렌즈 및 확산층을 지지하는 지지체의 사시도이다.
도 11은 도 7에 도시한 반사판의 평면도이다.
도 12는 도 5에 도시한 백 라이트에 구비된 반사판의 다른 예를 나타낸 평면도이다.
도 13은 도 12를 13-13'방향으로 자른 단면도이다.
도 14 및 도 15는 각각 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 의한 액정 표시 장치의 백 라이트의 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
40, 70:반사판 42:반사 수단
43:지지체 44:렌즈층
46, 90:확산층 50:LCD 패널
52:광원 54:프리즘
56:확산자 58:입사광
60:확산광 72, 74, 76:제1 내지 제3 프리즘
80:도광판 82:반사판
92:상부층
A:반사 수단이 위치하는 제1 영역
A2 내지 A6:반사수단이 위치하는 제2 내지 제6 영역
52a:발광원 52b:반사판
52c, L:콜리메이팅(collimating) 렌즈
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 측면 입사광을 위쪽으로 반사하는 반사 수단이 구비된 반사판, 상기 반사판 위에서 상기 반사판으로부터 반사되는 광을 집광시키고 확산시키는 일체화된 투광성 물질층, 상기 반사판과 상기 투광성 물질층사이에 있고, 상기 투광성 물질층을 지지하는 지지체 및 상기 반사판의 측면에서 상기 반사 수단을 향해 평행광을 방출하는 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 백 라이트를 제공한다.
상기 반사 수단은 상기 광원으로부터 입사되는 광을 상기 투광성 물질층을 향해 전반사 시키는 프리즘이다.
상기 일체화된 투과성 물질층은 복수개의 마이크로 렌즈들로 구성된 렌즈층 및 상기 렌즈층의 표면을 따라 형성된 확산층으로 구성되어 있다.
상기 반사판에서 상기 프리즘은 상기 광원에서 멀어질수록 그 분포 밀도가 높아지도록 배열되어 있다.
상기 반사판에 구비된 프리즘간의 간격은 일정하되, 상기 광원에 대한 거리에 따라 프리즘 반사면의 면적이 다르다.
또한, 본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 도광판, 상기 도광판 저면에 부착된 반사판, 상기 도광판의 윗면과 대향하고 상기 도광판에서 입사되는 광을 집광시키고 확산시키는 일체화된 투광성 물질층 및 상기 도광판의 측면에 구비된 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 백 라이트를 제공한다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 측면 입사광을 위쪽으로 반사하는 반사 수단이 구비된 반사판, 상기 반사판으로부터 반사되는 광을 집광하고 확산시키는 상부층 및 상기 반사판의 측면에서 상기 반사 수단을 향해 광을 방출하는 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 백 라이트를 제공한다.
상기 상부층에 적어도 하나의 확산층 또는 적어도 하나의 프리즘 층이 포함되어 있다.
본 발명의 액정 표시 장치의 백 라이트는 도광판 대용으로 프리즘과 같은 반사 수단을 이용하여 광 반사 효율을 높인 반사판을 구비하거나 또는 도광판에 도광판으로부터 반사되는 광을 집광시키고 고르게 확산시키는 일체화된 투광성 물질층을 상기 반사판 또는 상기 도광판 상에 구비하고 있다. 상기 일체화된 투광성 물질층은 종래의 백 라이트에서 도광판과 LCD패널사이에 구비된 다수의 물질층을 대체할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명의 백 라이트는 종래의 백 라이트에 비해 광 이용 효율을 높일 수 있고, 무게를 줄일 수 있으며, 구조를 단순화할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 액정 표시 장치에 사용되는 백 라이트를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 또한, 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
<제1 실시예>
도 5에서, 참조번호 50은 LCD 패널을 나타내고, 그 아래는 LCD 패널(50)에 광을 비추는 백 라이트(back light)를 나타낸다. 백 라이트의 저층에 반사판(40)이 구비되어 있고, 반사판(40) 표면에 반사 수단(42)이 구비되어 있다. 반사판(40)은도 6에 도시한 바와 같이 각 θ만큼 경사져 있고, 반사 수단(42)은 측면에서 입사되는 광을 위쪽으로 반사시키는 광학 요소, 예컨대 프리즘(54)이다. 프리즘(54)에 의해 반사되는 광(L1, L2) 중에는 수직 방향으로 반사되는 광(L1)외에 프리즘(54)의 제조 정밀도의 한계로 수직 방향에서 소정의 각 만큼 벗어난 광(L2)도 존재한다.
발광원(52a)과 발광원(52a)으로부터 방출되는 광을 반사판(40)을 향해 평행광이 되게 반사시키는 반사체(52b)와 반사체(52b)로부터 반사되는 광이 평행광이 아닐 때, 반사판(40)을 향해 평향광이 되게 하는 렌즈(L)로 구성된 광원(52)은 반사판(40)의 일측에서 반사판(40)의 반사 수단(42)을 향해 평행광을 방출한다. 광원(52)으로부터 방출된 광의 세기는 거리의 제곱에 비례하여 감소된다. 그런데, 반사판(40)은 그 위에 구비된 일체화된 투광성 물질층(44+46)의 저면 전면에 균일한 세기의 광이 입사되게 하는 것이 바람직하므로, 프리즘(54)은 도 7에 도시한 바와 같이 광원(52)을 기준으로 분포 밀도를 다르게 배열하는 것이 바람직하다. 즉, 프리즘(54)은 광원(52)에서 멀어질수록 분포 밀도가 높아지게 배열하는 것이 바람직하다. 이러한 배열은 반사판(40)의 평면도인 도 11을 참조함으로써 더욱 명확해진다. 도 11에서 참조부호 A는 프리즘(54)이 형성된 영역을 나타낸다. 프리즘(54)의 이러한 배열로 인해, 반사판(40)으로부터 반사되는 광의 밝기는 반사되는 영역에 관계없이 균일하게 된다.
도 5를 계속 참조하면, 일체화된 투광성 물질층(44+46)은 소정의 곡률 반경을 갖는 복수개의 마이크로 렌즈들로 구성된 렌즈층(44)과 렌즈층(44)의 표면을 따라 형성된 확산층(46)으로 구성되어 있다. 렌즈층(44)은 반사판(40)으로부터 반사되는 광을 집광시키는 역할을 하며, 확산층(46)은 렌즈층(44)에 의해 집광된 광을 LCD 패널의 저면 전면에 고루 확산시키는 역할을 한다.
도 8은 일체화된 투광성 물질층(44+46)을 구체화한 것으로써, 일체화된 투광성 물질층(44+46)의 역할이 더욱 명백해진다. 즉, 일체화된 투광성 물질층(44+46)의 아래에 구비된 반사판(40)으로부터 반사된 광(58)은 렌즈층(44)을 구성하는 렌즈들에 의해 집광된 후, 렌즈층(44) 표면에 형성된 확산자(56)에 입사된다. 확산자(56)에 입사된 광은 사방으로 고른 분포를 갖는 광(60)으로 방출된다. 확산자(56) 각각의 확산능은 동등한 것으로 볼 수 있으므로, 일체화된 투광성 물질층(44+46)을 통과한 광의 밝기는 전 영역에 걸쳐 고른 분포를 갖게 된다.
도 9는 상기한 바와 같은 본 발명의 제1 실시예에 의한 백 라이트에 광이 입사되어 진행되는 과정을 간략히 나타낸 것으로써, 광원으로부터 렌즈(L:선택적임, 광원의 반사체를 적절한 형태로하여 광원으로부터 방출되는 광이 평행광이 되는 경우, 렌즈는 제거해도 무방함)를 통과한 평행 입사광은 반사판(40)의 표면에 구비된 프리즘(54)에 의해 전반사되어 렌즈층(44)으로 입사된다. 렌즈층(44)에 입사된 광은 렌즈층(44)을 구성하는 각각의 렌즈에 의해 집광되고 확산층(46)을 거쳐 사방으로 고르게 확산됨으로써, LCD 패널(50)의 저면 전면에 걸쳐 고른 세기 분포를 갖고 고르게 입사된다.
도 10을 참조하면, 도 5의 반사판(40)과 일체화된 투광성 물질층(44+46) 사이에서 일체화된 투광성 물질층(44+46)을 지지하는 지지체(43)는 일정한 간격의 세로 격자(43a)와 일정한 간격으로 이격되어 있고 세로 격자(43a)를 지지하는 가로 들보(43b)로 구성된다. 세로 격자(43a)와 가로 들보(43b)로 이루어지는 격자 구조물 상에 일체화된 투광성 물질층(44+46)이 올려진다. 세로 격자(43a)의 상단은 일체화된 투광성 물질층(44+46)과 접촉되므로 평행하나, 하단은 반사판(40)과 접촉되므로 반사판(40)의 경사각(θ)과 동일한 각으로 경사져 있다.
한편, 도 12에 도시한 바와 같이, 프리즘을 배열함에 있어, 그 간격을 균일하게 할 수 있다. 그러나, 이때 사용되는 프리즘은 반사 면적이 서로 다른 것이다. 다시 말하면, 도 12에서 참조부호 A2 내지 A6은 반사 수단(42), 곧 프리즘이 위치하는 제2 내지 제6 영역을 나타낸 것으로써, 광원에 가까운 제6 영역(A6)에 위치하는 프리즘에 비해 광원으로부터 멀리 떨어진 제2 영역(A2)에 위치하는 프리즘의 반사 면적이 넓다는 것을 알 수 있다. 따라서, 광원에 가까운 제6 영역(A6)에 위치하는 프리즘은 보다 밝은 광을 반사시키는 대신 그 양은 적은 반면, 상대적으로 광원으로부터 멀리 떨어진 제2 영역(A2)에 위치하는 프리즘은 광의 밝기는 제6 영역(A6)의 프리즘에 비해 떨어지지만, 반사광의 양은 제6 영역(A6)의 프리즘에 비해 훨씬 많아진다. 이에 따라, 도 12에 도시한 반사판(70)으로부터 반사되는 광의 밝기는 반사판(70)의 영역에 관계없이 균일하게 된다.
이와 같은 사실은 도 13을 참조함으로써 더욱 명백해진다. 즉, 도 12의 제2 영역(A2)에 대응하는 위치에 구비된 제1 프리즘(72)은 광원에 가까운 제6 영역(A6)에 대응하는 위치에 구비된 제3 프리즘(76)이나 제4 영역(A4)에 대응하는 위치에 구비된 제4 프리즘(74)에 비해 반사면의 면적이 넓음을 알 수 있다. 또, 상기 제3프리즘(76), 제2 프리즘(74) 및 제1 프리즘(76)순으로 반사되는 광의 양은 많아지는 반면, 각 프리즘이 위치한 곳에서의 단위 밝기(화살표 하나의 길이로 표시함)는 떨어짐을 알 수 있다.
<제2 실시예>
도 14를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 의한 백 라이트는 측광원(84)으로부터 입사되는 광을 LCD 패널(50)을 향해 위쪽으로 반사시키는 도광판(80) 및 도광판(80) 저면에 부착된 반사판(82)을 구비하고 있고, LCD 패널(50)과 도광판(80)사이에 저면이 도광판(80)의 상부면과 평행한 일체화된 투광성 물질층(44+46)을 구비한다.
곧, 본 발명의 제2 실시예에 의한 백 라이트는 종래의 도광판을 그대로 사용하되, LCD 패널(50)과 도광판(80) 사이에 구비되어야할 다수의 확산층 및 프리즘층을 일체화된 투광성 물질층(44+46)으로 대체한 것이다.
<제3 실시예>
도 15를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 의한 백 라이트는 측 광원(52)으로부터 방출되는 광을 LCD 패널(50)을 향해 위쪽으로 반사시키는 반사 수단(42)이 표면에 구비된 반사판(40)을 구비하고, 반사판(40) 위에 반사판(40)으로부터 반사되는 광을 확산시키는 확산층(90)을 구비하고, 확산층(90)과 LCD패널(50) 사이에 상부층(92)을 구비하고 있다. 반사판(40) 및 반사 수단(42)에 대한 구체적인 설명은 제1 실시예를 참조한다. 상부층(92)은 적어도 하나의 확산층 또는 프리즘 층을 포함하는 층으로써, 백 라이트가 어느 제품에 사용되느냐에 따라 그 구성이 달라진다. 즉, 백 라이트가 노트북 컴퓨터에 사용되느냐, 데스크 탑 컴퓨터에 사용되느냐에 따라 확산층 또는 프리즘층의 수가 달라진다. 참조부호 92a, 92b는 확산층 또는 프리즘층이며, 액정 표시 장치의 용도에 따라 모두 확산층이거나 확산층 및 프리츰층이 된다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 5에 도시한 제1 실시예 의한 실시예에서 LCD 패널(50)과 일체화된 투광성 물질층(44+46) 사이에 보호 쉬트(sheet)를 구비할 수 있을 것이다. 또, 상기 설명에서 프리즘에 대해 특별한 제한을 두지 않았는데, 이는 광원(52)으로부터 입사되는 광을 위쪽으로 반사시킬 수 있는 것이면, 어떠한 형태라도 사용할 수 있음을 의미하기 위한 것이다. 따라서, 서로 다른 형태의 프리즘을 하나의 반사판에 반사 수단으로써 사용할 수도 있을 것이다. 또한, 이 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 반사 수단(42)으로써 프리즘외의 다른 광학 수단을 사용할 수 있을 것이다. 이와 같은 명백한 사실들로 인해 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치의 백 라이트는 도광판 대용으로 프리즘과 같은 반사 수단을 이용하여 광 반사 효율을 높인 반사판을 구비하거나 또는 도광판에 도광판으로부터 반사되는 광을 집광시키고 고르게 확산시키는 일체화된 투광성 물질층을 상기 반사판 또는 상기 도광판 상에 구비하고 있다. 상기 일체화된 투광성 물질층은 종래의 백 라이트에서 도광판과 LCD패널사이에 구비된 다수의 물질층을 대체할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명의 백 라이트는 종래의 백 라이트에 비해 광 이용 효율을 높일 수 있고, 무게를 줄일 수 있으며, 구조를 단순화할 수 있다.

Claims (13)

  1. 측면 입사광을 위쪽으로 반사하는 반사 수단이 구비된 반사판;
    상기 반사판 위에서 상기 반사판으로부터 반사되는 광을 집광시키고 확산시키는 일체화된 투광성 물질층;
    상기 반사판과 상기 투광성 물질층사이에 있고, 상기 투광성 물질층을 지지하는 지지체; 및
    상기 반사판의 측면에서 상기 반사 수단을 향해 평행광을 방출하는 광원을 구비하되,
    상기 일체화된 투광성 물질층은,
    상기 반사판으로부터 반사되는 반사광을 집광시키는 복수개의 마이크로 렌즈로 구성된 렌즈층; 및
    상기 렌즈층의 표면을 따라 형성된 확산층으로 구성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 백 라이트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사 수단은 상기 광원으로부터 입사되는 광을 상기 투광성 물질층을 향해 전반사시키는 프리즘인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 백 라이트.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 반사판에서 상기 프리즘은 상기 광원에서 멀어질수록 그 분포 밀도가 높아지도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 백 라이트.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 반사판에서 상기 프리즘은 일정한 간격으로 배열되어 있되, 상기 프리즘의 반사면적 상기 광원에서 멀어질수록 넓은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 백 라이트.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 일체화된 투광성 물질층 위에 보호쉬트가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 백 라이트.
  7. 측면에서 입사되는 광을 위쪽으로 반사시키는 도광판;
    상기 도광판 저면에 부착된 반사판;
    상기 도광판 위에 구비되어 있고, 상기 도광판으로부터 입사되는 광을 집광시킴과 동시에 확산시키는 일체화된 투광성 물질층; 및
    상기 도광판의 일측에 구비된 광원을 구비하되,
    상기 일체화된 투광성 물질층은,
    상기 반사판으로부터 반사되는 반사광을 집광시키는 복수개의 마이크로 렌즈로 구성된 렌즈층; 및
    상기 렌즈층의 표면을 따라 형성된 확산층으로 구성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 백 라이트.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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