KR100727648B1

KR100727648B1 - Ｌｃｄ 백라이트 유닛을 형성하는 휘도의 균일성을 높이는복층구조의 도광판

Info

Publication number: KR100727648B1
Application number: KR1020050047993A
Authority: KR
Inventors: 송계휴; 서형찬; 이장우; 오경환
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2007-06-13
Also published as: KR20060126246A

Abstract

LCD 백라이트 유닛에서 기존의 도광판(light guiding panel)은 비-전반사 광선에 대해 제어가 어렵고 점광원을 사용한다면 휘도의 균일성을 좋지 하지 못하는 한계를 드러내고 있다. 복층 구조 도광판 방식을 이용한다면 기존의 도광판의 한계를 극복할 수 있는 장점을 가지게 된다.

휘도의 균일성을 저해하는 요소로는 비-전반사 광선과 백라이트 유닛의 광원이 도광판으로 들어올 때 빛의 세기 분포가 방향성에 관계없이 균일하지 않는 것이 가장 큰 요소이다. 이러한 두 가지 요소를 없앨 수 있는 복층 구조의 도광판을 새롭게 제시한다. 복층 구조의 도광판 아래층의 역할은 비-전반사광을 없애고 원시(原始) 광원이 선 광원이 아니라고 할지라고 선 광원으로 바꿔주는 역할을 한다. 복층 구조의 위의 층은 선 광원을 면광원으로 바꿔주는 역할을 한다. 그리고 복층 구조의 위의 층은 전반사 광선만이 존재하므로 스캐터링 패턴의 설계 역시 쉽게 구현할 수 있는 장점이 있다.

LCD 백라이트 유닛, 도광판, 휘도

Description

ＬＣＤ 백라이트 유닛을 형성하는 휘도의 균일성을 높이는 복층구조의 도광판{Light-Guiding Panel with Improved Luminance Uniformity for LCD backlight}

도 1은 LCD 패널의 단면도

도 2는 백라이트 유닛의 단면도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복층 구조 도광판의 사시도

도 4는 전반사 및 비-전반사 광선이 도광판을 반사하는 모습

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복층 구조 도광판의 단면도

도 6은 기존 도광판의 사용했을 때 백라이트 유닛의 휘도를 측정한 그래프

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 휘도를 측정한 그래프

{도면의 주요 부호에 대한 설명}

500 : 원시(原始)광원 510 : 상판

520 : 하판 530 : 중간판

540 : 수평 반사판 550 : 제 1측면 반사판

560 : 제 2측면 반사판

본 발명은 액정(LCD) 백라이트 유닛을 형성하는 휘도의 균일성을 높이는 복층구조의 도광판에 관한 것으로서, 특히 상기 도광판을 상, 하의 복층으로 형성하여 하층 도광판은 비-전반사 광선을 제거하고 원시(原始)광원을 선 광원으로 변경하며, 상기 상층 도광판은 상기 선 광원을 면광원으로 변경함으로써 위도를 향상시킬 수 있는 도광판의 구조에 관한 것이다.

액정 TV란 기존 TV에서 디스플레이 부분의 소자로서 액정 패널을 채택한 TV를 지칭하는 것으로서 브라운관 TV, 피디피(PDP) TV, 프로젝션 TV 등과 같이 영상 표시 장치의 이름을 딴 형태의 명칭이다. 제품의 기능적인 측면에서 보면, 액정 TV는 "TV 튜너가 장착된 액정 모니터"보다 휠씬밝은 화면을 요구하며, 동영상의 잔상 문제와 귀결되는 응답속도, 시야각 등에서도 보다 향상된 액정 패널을 필요로 한다.

여기서 TFT-LCD는 Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display 의 약어로 각종 전자장치에 사용되는 박막 액정표시장치를 말한다. 액정이란 말이 의미하듯이 액체와 고체의 중간상인 액정의 전기-광학적 성질을 표시장치에 응용한 것이다. 액체와 같은 유동성을 갖는 유기분자인 액정이 결정과 같이 규칙적으로 배열된 상태를 유지하다가, 이러한 액정의 분자배열이 외부 전계에 의해 변화하는 성질을 이용하여 표시소자로 만든 것이 액정디스플레이(LCD)이다. 기존의 CRT모니터는 전자총 에서 전자를 쏘아 이 전자를 편향시켜 형광물질을 바른 유리에 충돌시켜 빛을 발생시키는 구조이며 기본적으로 아날로그 RGB신호를 받아 구동되는 반면에 TFT LCD모니터는 액정 패널을 구동시켜 입력영상을 디스플레이 하는 장치로 TFT LCD는 CRT와는 기본적으로 다른 구조를 가진다.

도 1은 TFT LCD의 단면도로써, 크게 3개의 유닛으로 나뉜다.

첫째, 기판과 기판 사이에 액정이 주입된 패널; 둘째, 패널을 구동시키기 위한 드라이버 LSI 및 각종 회로 소자가 부착된 PCB(Printed Circuit Board)를 포함한 구동 회로부; 셋째, 백라이트(Backlight)를 포함한 밑판 구조물로 나뉜다.

이들로 구성된 조립품들을 통상적으로 TFT LCD 모듈이라고 한다. TFT LCD 모듈은 노트북 PC, TV, 모니터와 같은 시스템에서 디스플레이 기능을 담당하는 하나의 서브시스템(Subsystem)이다.

상기 패널은 백라이트 유닛(Backlignt Unit)에서 입사된 백색 평면광을 구동 회로 유닛으로부터 입력된 개개 화소의 신호 전압에 따라, 빛이 투과되는 화소에 투과되는 빛을 제어해 컬러 영상을 표현하는 역할을 한다.

상기 백라이트 유닛(backlight Unit) 백라이트 유닛은 광원으로 사용되는 형광 램프로부터 밝기가 균일한 평면광을 만드는 기능을 한다. 모듈의 두께 및 소비전력은 이 유닛의 두께를 얼마나 얇게 하면서 광이용률을 향상시키는지에 따라 크게 좌우된다. 백라이트에서 나온 빛은 디스플레이 모듈 유닛(Display Module Unit)을 통과하면서 밝기가 점점 감소한다. 백라이트 입사광의 약 5퍼센트의 빛만이 전면 편광기(front Polarizer)를 통과한다.

상기 구동 회로 및 밑판 유닛 TFT LCD 패널은 'TFT-Array'와 'Color Filter' 기판으로 구성돼 있으며 주변부에 'Driver IC'를 포함한 구동 회로부가 설치되어 있어야 한다. 구동 회로는 다층 PCB 형태를 취하며 회로부품은 박형화와 고밀도화를 위하여 'Surface mounting Technology(SMT)'기술을 이용한다. 'Driver IC'는 'Tape Carrier Package(TCP)'형태로 제작돼 PCB와 패널 사이에 연결된다.

위와 같이 제작된 TFT LCD 패널, 백라이트 유닛, 구동 회로부는 'Chassis Unit'으로 완성되어 조립품 형태를 취하게 된다. 이를 TFT 모듈이라고 한다.

도 2는 상기 백라이트 유닛의 단면도로, 직하방식과 엣지-라이트 방식을 나타낸다. 상기 백라이트 유닛에는 도광판이 포함된다.

상기 도광판은 일정한 빛의 광원을 도광판 내에 삽입하여 그 빛을 원하는 범위만큼 펼치는 것이라고 할 수 있다.(LGP 사이즈만큼) 그런데 단순하게 그냥 두면 이 빛이 LAMP 주위만 밝게 되므로 LGP 에 특정 INK 로 DOT 라는 것을 인쇄해서 LAMP 부위와 LAMP 와 멀리 떨어진 부위의 빛을 유사하게 만들어 주는 것이 LGP 의 핵심 기능이라고 할 수 있다. 이는 해당 DOT 의 사이즈와 INK 내에 함유된 광촉매제의 함유량 등으로 조절하며 해당 DOT 내에 입사되는 빛의 난반사 등을 이용하여 LGP 에 전반적으로 골고루 빛을 퍼지게 분포시키고 있다.

그러나 점광원을 사용하게 되었을 때 기존의 라이트 가이드 광원 패널을 사용하게 된다면 휘도의 균일함(uniformity)을 얻지 못하는 한계를 가지고 있다. 이것은 비-전반사 광선을 제어 하지 못하였고 LGP의 구석에 접근함에 따라 달라지는 빛의 세기 분포 때문에 휘도의 균일성을 맞추는데 한계를 드러낸다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, LCD가 소형화 되고 LED를 사용하게 될 때 드러나는 한계를 극복하여 비-전반사 광선을 없애고 점광원을 선광원으로 바꾸는 층을 통해 기존의 단점을 없앤 도광판을 제공하는 데 있다.

본 발명의 LCD 백라이트 유닛을 형성하는 휘도의 균일성을 높이는 복층구조의 도광판은 상기 도광판은 상, 하의 복층으로 형성되고, 상기 하층 도광판은 비-전반사 광선을 제거하고 원시(原始)광원을 선광원으로 변경하며, 상기 상층 도광판은 상기 선광원을 면광으로 변경하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 복층의 도광판 전, 후, 좌, 우면 및 상층과 하층사이의 소정의 부분에는 반사판이 형성되는 것이 바람직하다.

디스플레이 요소에서 중요한 것이 밝기(휘도)와 공간상에 밝기(휘도)의 균일함(uniformity)이다. 기존의 도광판은 다수의 LED를 사용했을 때 휘도를 균일하게 만들 수 있다. 이때 다수를 사용하더라도 비-전반사 광선을 제어하지 못하여 도광판에서 LED 근처의 부분은 빛이 강하게 나온다. 따라서 본 발명은 균일함의 측면에서 LCD 가 소형화 될 때 LED의 개수와 관계없이 이용할 수 있으므로 종래 도광판을 사용하게 될 때 드러나는 한계를 극복하는 발명이다. 비-전반사 광선을 없애고 점광원을 선광원으로 바꾸는 층을 통해 기존의 도광판이 가지고 있는 단점을 없앨 수 있다.

본 발명은 복층 구조의 도광판을 이용한 백라이트 유닛을 만든 것이다. 기존의 도광판은 단층 구조에서 패턴을 새겨 면광원을 제작하였으나 하나의 LED를 사용할 경우에 한계를 보인다. 그러나 본 발명은 그 한계를 극복할 수 있는 복층구조의 도광판을 설계하였다. 복층 구조의 도광판의 밑의 층에서는 기존의 도광판이 드러낸 한계를 극복하는 층이고 위의 층은 기존의 도광판과 같은 기능을 한다. 기존의 도광판의 기능은 패턴이 새겨져 있어서 패턴을 만난 빛이 균일하게 면광원으로 나타낼 수 있게 하는 기능이다. 그것을 복층 구조의 도광판의 위의 층에서 역할을 맡고 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 완성된 도광판의 사시도이다.

상기 실시예에서, 도광판은 상판(310), 하판(320) 및 측판(330)을 포함한다.

상기 실시예는, 복층 구조의 도광판이 형성된 모습을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 도광판은 상판(310)과 하판(320)이 적층되어 복층의 구조를 형성하고, 상기 복층구조의 도광판 일 측면에는 측판(330)이 형성된다. 상기 도광판은 현재 일반적으로 도광판의 재료로 사용되는 고순도 아크릴 필름, 특히 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 사용하는 것이 바람직하다.

도광판의 네 면의 옆면과 상판과 하판이 만나는 층 사이에는 반사판이 위치한다. 도 3에서는 네 면의 옆면이 반사판으로 둘러싸여 있는 것이 도시되어 있으나, 상판과 하판의 사이에 반사판이 위치한 모습은 도시되어 있지 않다. 그러나 도광판의 내부는 복층 구조로 되어있다. 상기 도광판의 자세한 내부 구조는 이하 도 5에서 자세하게 설명될 것이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 전반사 광선의 진행방향을 설명하기 위한 도면이다.

상기 실시예에서, 도 4a는 전반사 광선의 진행방행을 나타낸 것이고, 고 4b는 비-전반사 광선의 진행방향을 나타낸 것이다.

상기 도광판(401)은 일례로 PMMA 물질로 구성되고 양측 단면에는 반사판(402)이 형성된다. 도 4a를 참조하면, 입사각이 임계각보다 큰 전반사 광선은 상기 반사판(402)에 반사되면 빛의 손실 없이 계속 반사를 하면서 진행되는 것을 알 수 있으나, 도 4b를 참조하면, 입사각이 임계각보다 작은 경우의 비-전반사 광선은 입사각과 도광판 물질에 의존하여 비율적으로 일부는 외부로 투과되고 일부는 내부에서 반사를 하는 것을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판의 단면도를 나타낸 것이다.

상기 실시예에서, 도광판은 상판(510), 중간판(530), 하판(520), 수평 반사판(540), 제 1측면 반사판(550) 및 제2측면 반사판(560)을 포함한다.

상기 실시예는, 원시(原始)광원을 상부로 반사시키는 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 상판(510)과 하판(520)의 중간에 수평 반사판(540)이 적층되고, 상기 상판(510)과 하판(520)의 중간 중 수평 반사판(540)이 형성된 나머지공간에는 중간판(530)이 형성된다. 상기 상판 중 원시(原始)광원(500)이 구비되는 위치의 일 단면에는 제 1측면 반사판(550)이 형성되고, 상기 상판의 타단 면과 하판의 타단 면 및 상기 중간판 중 상기 상판 및 하판의 타단 면과 동일한 위치에 구비되는 면의 전부에는 제 2측면 반사판(560)이 형성된다.

원시(原始)광원(500)에서 점광원의 형태로 빛이 방사되면 이는 우선 도광판의 하판(520) 일 단면으로 유입된다. 상기 유입된 광선 중 전반사 광선은 빛의 손실 없이 연속적으로 반사하여 하판(520)의 타단까지 도달하게 되나, 비-전반사 광선은 반사되는 도중 손실이 되어 상기 하판(520)의 타단에 도달할 때 거의 소실된다. 상기 전반사 광선은 하판(520)에서 계속적으로 반사되면서 반사면(560)에 도달한다. 상기 하판(520)에서 반사된 전반사 광선은 중간판(530)을 거쳐 상판(510)으로 유입된다. 상판(510)으로 유입된 전반사 광선은 상부면에 형성된 패턴(570)에 부딪히고 상부 면으로 발산된다. 상기 발산되는 전반사 광선은 면광원으로 변경되게 된다.

도 6은 기존의 단층구조를 사용 했을 때의 실제 백라이트 유닛 결과의 휘도세기를 측정하여 3차원 도식의 수직축에 나타낸 것이다. 단층 구조를 사용하면 LED근처의 비-전반사 광선을 제어하지 못하여 밝은 빛을 내고 있고 휘도의 균일성을 조절하는데 한계가 있다. 이 결과는 실제로 사용되고 있는 하나의 LED 를 이용한 단층구조의 상용 백라이트 유닛을 가지고 측정한 결과이다.

도 7은 본 발명을 이용하여 백라이트 유닛의 복층구조의 도광판을 사용하여 휘도를 측정한 결과이다. 도 6과 비교해서 비-전반사 광선의 영향을 찾아 볼 수 없으며 점광원에 의한 결과라고 볼 수 없을 만큼 휘도의 균일성이 향상 되어있는 것을 볼 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

액정은 자신이 빛을 낼 수 있는 소자가 아니기 때문에 뒤에서 빛을 비춰줄 수 있는 백라이트 유닛이 필요하다. 백라이트 유닛에서 핵심이 되는 역할은 빛이 균일하게 방출할 수 있게 해주는 것인데, 기존의 도광판은 하나의 LED 만을 사용할 경우 얻을 수 있는 휘도의 균일도에 있어서 한계를 갖는다. 따라서 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 디스플레이 유닛이 초소형 LCD로 발전할 경우 LCD 의 초소형화와 저렴한 가격을 이루는 데에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 예상된다.

Claims

LCD 백라이트 유닛을 형성하는 도광판에 있어서,

상기 도광판은 상, 하의 복층으로 형성되고, 상기 하층 도광판은 비-전반사 광선을 제거하고 원시(原始)광원을 선광원으로 변경하며, 상기 상층 도광판은 상기 선광원을 면광으로 변경하는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛을 형성하는 휘도의 균일성을 높이는 복층구조의 도광판.
제 1항에 있어서, 상기 복층 도광판의 상층과 하층 사이에 위치하여, 하층 도광판으로 유입된 광선 중 비-전반사 광선이 손실될 수 있도록 반사판이 형성되는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛을 형성하는 휘도의 균일성을 높이는 복층구조의 도광판.