KR100649851B1 - 액정 표시 장치의 백라이트 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치의 백라이트 시스템에 관한 것으로써, 빛 발산을 위한 광원; 상기 광원으로부터 발산된 빛을 투과시키는 렌즈 어레이; 및 상기 렌즈 어레이에서 투과된 빛을 균일하게 반사시켜 주기 위한 홀로그램 패턴이 형성된 도광판으로 구성되는 점에 그 특징이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 홀로그램 도광판을 이용함으로써 입사된 빛을 제어하기가 용이하며, 프리즘 쉬트나 확산 쉬트를 사용하지 않아도 되기 때문에 원가 절감 효과가 있다.

Description

액정 표시 장치의 백라이트 시스템 { Backlight system for a Liquid Crystal Display }
도 1a 및 도 1b는 종래의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 종래의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템에서 빛이 출사되는 것을 보여주는 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템의 렌즈 어레이를 상세하게 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템의 노트북용 홀로그램 도광판을 제작하는 방법을 보여주는 도면.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템의 모니터용 홀로그램 도광판을 제작하는 방법을 보여주는 도면.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템의 홀로그램 도광판을 통해 출사되는 빛을 보여주는 도면.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템의 홀로그 램 도광판을 제작하는 다른 방법 및 제작된 홀로그램 도광판을 통해 출사되는 빛의 방향을 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101a,101b,201------도광판
102a,102b,202,103a,103b,203 --- 프리즘 쉬트
104a,104b,204,503,603,803 ------확산 쉬트
105a,105b,303,401,703a,703b,809,903 --------- 램프
106a,106b,304a,304b,704a,704b,810,904 ------램프 반사판
301a,301b,403,701a,701b,807,901 --------- 홀로그램 패턴이 형성된 도광판
302a,302b,402,502,602,702a,702b,802,808,902 ------렌즈 어레이
501,601,801 ---------------- 홀로그램 물질
504,506,507,604,60,607,804,806 -------- 렌즈
505,605,805 ----------------- 레이저빔
본 발명은 액정 표시 장치(LCD : Liquid Crystal Display)의 백라이트 (backlight) 시스템에 관한 것으로서, 특히 홀로그램 패턴이 형성된 도광판을 이용하여 프리즘(prism)쉬트(sheet)나 확산 쉬트가 필요없으며, 최종단의 빛을 제어할 수 있는 액정 표시 장치의 백라이트 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 정보화 사회에서 액정 표시 장치의 개발은 눈부시게 발전하고 있으며, 그 역할도 중요시되고 있다. 액정 표시 장치는 자체 발광을 하지 못하기 때문에 통상 사용되고 있는 투과형 액정 표시 장치에서는 백라이트가 필수적이며, 액정 표시 장치의 성능은 액정 표시 장치 자체뿐만이 아니라, 사용되는 백라이트의 성능에도 크게 좌우된다. 또한, 백라이트의 사이즈 및 가격은 전체 액정 표시 장치의 원가에 영향을 미치게 된다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템은 빛을 균일하게 반사시켜 주는 도광판(101a,101b), 상기 도광판(101a,101b)에서 반사된 빛을 집광시키는 프리즘 쉬트(102a,103a,102b,103b), 상기 프리즘 쉬트를 통과한 빛을 위쪽 방향으로 보내주기 위한 확산 쉬트(diffuser)(104a,104b), 빛을 발산하는 램프(105a,105b) 및 상기 램프 (105a,105b)로부터 발산된 빛을 도광판으로 반사시켜 주기 위한 램프 반사판(106a,106b)으로 구성된다.
여기서, 램프와 램프 반사판이 2개씩 있는 도 1a는 모니터용 액정 표시 장치의 백라이트 구조이고, 램프 및 램프 반사판이 1개씩 있는 도 1b는 노트북 (notebook)용 액정 표시 장치의 백라이트 구조를 보여주는 것으로 동작은 동일하므로 도 1a를 참조로 하여 종래의 액정 표시 장치의 백라이트 동작을 설명하기로 한다.
도 1a를 참조하면, 램프(105a)에서 발산된 빛이 직접 도광판(101a)으로 입사 되거나, 램프 반사판(106a)에 반사되어 도광판(101a)로 입사되게 된다.
이렇게 도광판(101a)으로 입사된 빛은 도광판(101a) 내부에서 전반사되거나 도광판(101a)의 아래 부분에서 스캐터링(scattering)되어 도광판(101a)의 윗 부분으로 나가게 된다. 이때 도광판(101a)의 아래 부분에서 스캐터링 되는 이유는 도광판(101a)의 밑면에 입사된 빛이 도광판 윗면으로 나갈 수 있도록 스캐터링 패턴(미도시)이 인쇄되어 있기 때문이다. 상기와 같은 과정을 거쳐 도광판(101a)에서 나온 빛은 프리즘 쉬트(102a, 103a) 두개를 통과하면서 집광되어, 확산 쉬트(104a)에 입사되고, 확산 쉬트(104a)에 입사된 빛은 확산 쉬트(104a)를 통해 위쪽 방향으로 나가게 된다.
도 2는 종래의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템에서 도광판(201)에서 나온 빛이 프리즘 쉬트(202, 203)와 확산 쉬트(204)를 통과하여 위쪽 방향으로 나가는 것을 보여주는 도면이다.
상기에서 설명한 바와 같이 종래의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템의 구조는 복수개의 프리즘 쉬트와 확산 쉬트를 사용해야 하기 때문에 제조 원가 상승 요인이 되고, 빛의 균일도를 높이기 위해서 도광판에 스캐터링 패턴을 인쇄해야 하는 공정상의 복잡함이 있다. 더욱이 최종단에 확산 쉬트를 사용하기 때문에 빛이 퍼지게 되므로 빛을 제어할 수가 없어, CLC(Cholesteric Liquid Crystal)를 이용한 액정 표시 장치에 적용하기가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로써, 홀로그램 패턴이 형성된 도광판을 사용하여 프리즘 쉬트나 확산 쉬트등을 사용하지 않고도, 빛을 원하는대로 제어할 수 있는 액정 표시 장치의 백라이트 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 백라이트 시스템은 빛 발산을 위한 광원; 상기 광원으로부터 발산된 빛을 투과시키는 렌즈 어레이; 및 상기 렌즈 어레이에서 투과된 빛을 균일하게 반사시켜 주기 위한 홀로그램 패턴이 형성된 도광판으로 구성되는 점에 그 특징이 있다.
바람직하게는, 상기 도광판의 홀로그램 패턴은 상기 광원쪽에서 발산되는 광과, 상기 도광판 밑면으로 발산되는 광에 의해 형성되는 점에 그 특징이 있다.
더 바람직하게는, 상기 도광판에 형성된 홀로그램 패턴의 효율은 상기 광원 쪽에서 멀어질수록 효율이 높아지는 점에 그 특징이 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템을 보여주는 도면이다.
여기서 도 3a는 노트북용 액정 표시 장치의 백라이트 시스템이고, 도 3b는 모니터용 액정 표시 장치의 백라이트 시스템을 보여주고 있다.
도 3a와 도 3b는 램프와 반사판 그리고 렌즈 어레이 수의 차이 외에 동작은 동일하므로 도 3a을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템의 동작을 설명하기로 한다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템은 빛을 발산하기 위한 램프(303a), 상기 램프(303a)로부터 발산된 빛을 반사시키기 위한 램프 반사판(304a), 상기 램프(303a)로 발산된 빛을 투과시키는 렌즈 어레이(302a), 및 상기 렌즈 어레이(302a)에서 투과된 빛을 균일하게 반사시켜 주기 위한 홀로그램 패턴이 형성된 도광판(301a)으로 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 액정 표시 장치의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 램프(303a)에서 발산된 빛이 직접 도광판(301a)으로 입사되거나, 램프 반사판(304a)에 반사되어 렌즈 어레이(302a)에 입사되어 램프(304a)에서 발산된 빛이 평행광으로 만들어 진다.
이렇게 렌즈 어레이(302a)를 통과한 평행광은 홀로그램 패턴이 형성된 도광판(301a)을 통해 빛을 위쪽 방향으로 바뀌게 된다.
도 4는 렌즈 어레이를 사용하여 도광판에 입사되는 빛이 평행광이라는 것을 보이기 위한 것으로 도광판의 위쪽에서 본 도면이다.
상기에서 설명한 바와같이 본 발명의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템에 있어서는 홀로그램 패턴이 형성된 도광판이 무엇보다도 중요하다.
이하 도 5, 도 6a, 도 6b, 도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b, 도 9를 참조하여 본 발명의 홀로그램 패턴이 형성된 도광판을 만드는 방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 5를 참조하여 노트북에 사용되는 도광판을 제작하는 방법에 대해 설명한다. 도광판으로 사용할 홀로그램 물질(Material)(501)을 놓고, 백라이트 시스템에서 렌즈 어레이가 놓일 위치와 똑같은 위치에 같은 기능을 하는 렌즈 어레이(502)를 배치시킨다. 그리고 렌즈 어레이(502) 앞에는 일정거리를 두고 확산 쉬트(503)를 배치하여 제 1렌즈(504)를 통해 입사된 레이저빔(505)을 렌즈 어레이(502)로 입사시키게 된다. 이때, 제 1렌즈(504)는 입사된 레이저빔(505)을 퍼뜨려주는 역할을 한다. 그리고, 확산 쉬트(503)는 백라이트 시스템에서 램프와 같은 역할을 하기 위해서 설치된다.
이후, 확산 쉬트(503)를 통과한 레이저빔(505)은 렌즈 어레이(502)에서 평행광으로 만들어져 상기 홀로그램 물질(501)에 입사되게 된다.
또한, 레이저빔(505)은 제 2렌즈(506)를 이용하여 빔을 퍼뜨려준 뒤 제 3렌즈(507)를 통과하면서 평행광으로 만들어져 홀로그램 물질(501)의 밑면에 입사하게 된다.
결국, 렌즈 어레이(502)를 통해 입사된 레이저빔과 홀로그램 물질(501) 밑면으로 입사된 레이저빔을 통해 홀로그램 물질(501)내에 홀로그램 패턴을 만들게 된다.
도 6a 및 도 6b는 모니터용 액정 표시 장치의 백라이트 시스템의 홀로그램 도광판을 제작하는 방법을 보여주는 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기에서 설명한 노트북용 홀로그램 도광판을 만드는 과정과 마찬가지로 도광판을 제작한 다음 홀로그램 물질만 180도 회전하여 동일 공정을 반복하여 홀로그램을 만들면 된다.
도 7a 및 도 7b는 상기와 같이 만들어진 노트북용 홀로그램 도광판 및 모니터용 홀로그램 도광판을 통해 빛이 출사되는 것을 보여주는 도면이다.
아울러, 도 8a은 평행광을 만들어주는 렌즈없이 직접 레이저빔을 퍼뜨리는 렌즈만을 사용하여 홀로그램 도광판을 제작하는 방법을 보여주는 도면으로써, 홀로그램 물질 밑면에 입사되는 빔의 각도를 조절함으로써 홀로그램 도광판에 형성되는 홀로그램의 무늬를 다양하게 형성시킬 수 있다. 이로 인해 홀로그램 도광판을 통과한 출사빔의 각도를 조절할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같은 방법들로 홀로그램 패턴을 형성할 때 도광판내에 형성되는 홀로그램의 효율이 달라지도록 만들어지는데 도광판내의 홀로그램 효율은 다음과 같이 결정된다.
홀로그램 도광판에 렌즈 어레이를 부착하고 램프로 빛을 입사시키면 도광판을 통해 출사되는 빛은 다음의 수식과 같이 정의할 수 있다.
Figure 111999015444198-pat00001
여기서,
Figure 111999015444198-pat00002
은 홀로그램의 효율,
Figure 111999015444198-pat00003
는 x 위치에서의 홀로그램 효율, Ii(x)는 x위치에서의 입사된 빛의 광량이며, Io(x)는 도광판의 x위치에서의 출사되는 빛의 광량이다. 백라이트 시스템은 도광판 전면에서 균일한 빛이 나와야 하므로 Io(x)는 상수(constant)가 되어야 한다.
도 9는 본 발명에 따른 도광판에서, 광원으로부터의 거리에 따른 도광판 내의 홀로그램 효율을 보여주는 그래프이다. 도면에서 보는 바와 같이, 도광판 내의 홀로그램의 효율이 달라지도록 즉, 광원으로부터 거리가 떨어질수록 홀로그램의 효율이 높아지도록 형성하는 것이 바람직하다. 이것은 이유는 광원으로부터 멀리 떨어진 도광판이 광원으로부터 가까운 도광판보다 광원으로부터 전달되는 빛의 양이 적기 때문에 이를 보상하기 위함이다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치의 백라이트 시스템에 의하면, 홀로그램 도광판을 이용함으로써 입사된 빛을 제어하기가 용이하며, 프리즘 쉬트나 확산 쉬트를 사용하지 않아도 되기 때문에 원가 절감 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 빛 발산을 위한 광원;
    상기 광원으로부터 발산된 빛을 평행광으로 만들어주는 렌즈 어레이; 및
    상기 렌즈 어레이로부터의 평행광을 빛을 균일하게 수직으로 반사시키는 홀로그램 패턴이 형성된 도광판;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 백라이트 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 도광판의 홀로그램 패턴은 상기 광원쪽에서 발산되는 광과, 상기 도광판 밑면으로 발산되는 광에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 백라이트 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 도광판에 형성된 홀로그램 패턴의 효율은 상기 광원 쪽에서 멀어질수록 효율이 높도록 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 백라이트 시스템.
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