KR100789142B1 - 도광판, 이를 이용한 박형 액정표시장치 및 이를 이용한시트 리스 액정표시장치 - Google Patents

도광판, 이를 이용한 박형 액정표시장치 및 이를 이용한시트 리스 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

도광판, 이를 이용한 박형 액정표시장치 및 이를 이용한 시트 리스 액정표시장치가 개시되어 있다. 도광판의 상면에 3 개 이상의 측벽을 갖으며 지정된 깊이를 갖는 다각 홈 또는 3 개 이상의 측면을 갖으며 지정된 높이로 돌출된 다각뿔을 형성하여 도광판에서 출사된 광이 정면 시야각에서 최대 휘도를 갖도록 한다. 이처럼 도광판에서 정면 시야각이 확보되도록 함으로써 도광판의 상면에 형성되던 확산 시트 및 프리즘 시트를 사용하지 않거나 최소의 개수만 사용하여도 무방하다. 이로 인해 액정표시장치를 이루는 부품수의 절감, 조립 공정에 따른 조립 공정수 감소, 고가의 시트를 사용하지 않음에 따른 제조 비용 절감 등 다양한 효과를 얻을 수 있다.
액정표시장치, 정면 시야각, 시야각 보정부

Description

도광판, 이를 이용한 박형 액정표시장치 및 이를 이용한 시트 리스 액정표시장치{LIGHT GUIDED PANEL AND THIN TYPE LCD USING THE SAME AND SHEET-LESS LCD USING THEREOF}
도 1은 종래 다수개의 광학 시트를 갖는 액정표시장치의 개념도이다.
도 2는 종래 액정표시장치에서의 도광판, 확산 시트 및 프리즘 시트에서의 시야각별 휘도 분포를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 시트 리스 액정표시장치의 개념도이다.
도 4는 도3의 액정표시장치 중 백라이트 어셈블리 부분을 보다 구체적으로 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 도광판의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의하여 도광판의 구성을 보다 구체적으로 설명하기 위한 부분 절개 사시도이다.
도 7은 도 6의 A 부분 원내 확대도로 도광판의 광 출사면에 시야각 보정 홈이 형성된 것을 도시한 사시도이다.
도 8a 또는 도 8b는 시야각 보정 홈을 절단하여 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 8c 또는 도 8d는 시야각 보정 홈의 내각을 정의하기 위한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예로 도광판의 광 출사면에 시야각 보정 돌기가 형성된 것을 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 종단면도이다.
도 11은 본 발명의 상세한 설명에 기재된 <표 1>의 대조예 A의 시야각별 휘도 그래프이다.
도 12는 본 발명의 상세한 설명에 기재된 <표 1>의 대조예 B의 시야각별 휘도 그래프이다.
도 13은 본 발명의 상세한 설명에 기재된 <표 1>의 실험예 1의 시야각별 휘도 그래프이다.
도 14는 본 발명의 상세한 설명에 기재된 <표 1>의 실험예 2의 시야각별 휘도 그래프이다.
도 15는 본 발명의 상세한 설명에 기재된 <표 1>의 실험예 3의 시야각별 휘도 그래프이다.
도 16은 본 발명의 상세한 설명에 기재된 <표 1>의 실험예 4의 시야각별 휘도 그래프이다.
도 17은 본 발명의 상세한 설명에 기재된 <표 1>의 실험예 5의 시야각별 휘도 그래프이다.
도 18은 본 발명의 상세한 설명에 기재된 <표 1>의 대조예 A부터 실험예 5의 결과 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 의한 시야각 보정 홈에 의한 광 경로를 도시한 개념도이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 의하여 최적화된 시야각 보정 홈에 의한 광 경로를 도시한 개념도이다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 의한 박형 액정표시장치의 개념도이다.
본 발명은 도광판, 이를 이용한 박형 액정표시장치 및 이를 이용한 시트 리스 액정표시장치에 관한 것으로, 상세하게는 최소의 광학 시트만으로 고품질 디스플레이가 이루어질 수 있도록 정면 시야각을 개선하는 도광판, 이를 이용한 박형 액정표시장치 및 더 나아가 광학 시트를 사용하지 않는 시트 리스 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display device)는 동일 스크린 사이즈를 갖는 CRT 방식 디스플레이 장치에 비하여 상대적으로 두께가 얇고, 무게가 가벼운 장점을 갖는 표시장치의 하나이다.
이와 같은 액정표시장치의 큰 장점은 "액정(Liquid Crystal)"에 의하여 구현된다. 구체적으로, 액정표시장치에 사용되는 액정은 단축에 비하여 장축이 긴 막대 형상을 갖는다. 이와 같은 형상을 갖는 액정에 전계(electric field)가 가해지면 액정은 전계의 방향과 평행하게 되려는 특성을 갖는다. 이처럼 액정의 방향이 전계 에 따라서 재배열됨에 따라 액정의 광투과도가 변경된다.
이와 같은 전기-광학적 특성을 갖는 액정의 개발 및 매우 미세한 면적 단위로 전계를 형성할 수 있는 기술의 개발 등이 유기적으로 결합되어 액정표시장치에 의한 정보의 디스플레이가 가능하게 되었다.
한편, 이처럼 액정표시장치에서 디스플레이를 가능하도록 하기 위해서는 광이 충분히 고려되어야 한다. 이는 액정은 스스로 광을 발생하지 않고, 단지 외부에서 생성된 후 공급된 광의 투과도를 조절하는 역할만을 수행하는 "수광소자"이기 때문이다.
이때, 액정에 공급되는 광에 따라서 액정표시장치의 디스플레이 특성이 변경된다. 즉, 휘도가 매우 균일한 광이 액정표시장치에 공급될 경우, 디스플레이 특성은 매우 양호해지는 반면, 휘도가 균일하지 않은 광이 액정표시장치에 공급될 경우, 디스플레이 특성은 매우 불량해진다. 이와 같은 이유로 액정표시장치에서는 휘도가 매우 균일한 광이 사용되어야만 한다.
그러나, 일반적으로 일정한 면적 내에 휘도가 균일한 광(이하, "면광원"이라 칭한다)을 구현하기는 매우 어렵다. 이와 같은 이유로 액정표시장치에서는 도 1에 도시된 바와 같이 구현이 용이하며, 수명이 길고, 백색광을 발생시키는 등 다양한 장점을 갖는 선광원 분포를 갖는 램프(10) 또는 점광원 분포를 갖는 LED 등이 주로 사용된다.
이때, 램프(10) 또는 LED는 구현이 용이한 반면 광원과의 거리에 따라 휘도 편차가 매우 큰 단점을 갖는다. 즉, 이는 램프(10)만으로는 균일한 휘도를 갖는 광 을 형성하기 어려움을 의미한다. 이와 같은 이유로 액정표시장치(100)에서는 도 1에 도시된 바와 같이 "도광판(20)"이라 불리는 광 분포 변경 장치가 사용된다.
구체적으로, 도광판(20)은 램프(10)에서 발생되어 입사된 선광원 분포를 갖는 광 또는 점광원 분포를 갖는 광을 인가 받아 면광원 분포로 변경하는 역할을 한다.
이때, 도광판(20)에서 선광원 분포가 면광원 분포로 변경된 후, 출사된 광은 굴절의 법칙에 따라 도광판(20)의 광 출사면의 수직 방향 즉, 도광판(20)의 표면을 기준으로 도 1에 도시된 바와 같이 수직에 대하여 75°∼ 83°의 각도로 크게 기울어진 상태로 출사된다. 이와 같은 현상은 도광판(20)의 굴절률이 일례로 1.49이고 공기의 굴절률은 1 이기 때문에 발생한다.
이와 같이 도광판(20)에서 출사된 광이 도광판(20)의 표면에 수직인 방향에 대하여 크게 기울어진 상태로 출사되기 때문에 정면 시야각에서의 휘도가 크게 떨어진다. 즉, 정면 시야각에서는 디스플레이 되는 영상의 휘도가 매우 낮음을 의미한다. 이는 결국, 디스플레이를 정상적으로 수행할 수 없게 됨을 의미한다.
이를 극복하기 위해서 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 도광판(20)의 상면에 순서대로 확산 시트(30), 제 1 프리즘 시트(43), 제 2 프리즘 시트(46)로 구성된 프리즘 시트(40) 등이 함께 사용된다. 이때, 확산 시트(30), 제 1 프리즘 시트(43), 제 2 프리즘 시트(46)는 모두 도광판(20)의 정면에 대하여 75°∼ 83°기울어진 광을 도광판(20)의 정면 방향으로 변경시킨다. 미설명 도면부호 15는 반사판, 50은 보호 시트이고, 도면부호 60은 액정을 제어하여 디스플레이를 수행하는 액정표시패널이다.
이를 첨부된 도 2의 그래프들을 참조하여 보다 종합적으로 설명하기로 한다. 이때, 도 2의 그래프에서 X 축에서 0°는 정면 시야각으로 정의되며, X 축 방향으로 갈수록 정면 시야각이 저하되는 것이 도시되어 있다.
먼저, 도면부호 a로 도시된 그래프는 도광판(20)을 출사한 광의 시야각별 휘도이다. 도면부호 b로 도시된 그래프는 도광판(20)을 경유하여 확산 시트(30)까지 통과한 광의 시야각별 휘도이다. 마지막으로, 도면부호 c로 도시된 그래프는 도광판(20), 확산시트(30) 및 제 1, 제 2 프리즘 시트(50,60)를 통과한 광의 시야각별 휘도이다.
이때, a 그래프를 참조하면, 도광판(20)을 통과한 광의 경우, 정면 시야각에서의 휘도는 크게 저하되고, 시야각이 70°∼ 80°인 부분에서의 휘도가 가장 높았다.
이와 같이 도광판(20)을 통과하면서 정면 시야각에서의 휘도가 취약한 광은 확산 시트(30)를 통과하면서, 그래프 b에 도시된 바와 같이 어느 한쪽으로 쏠렸던 휘도 분포가 전체적으로 균일하게 변경된다. 이어서, 제 1, 제 2 프리즘 시트(43,46)를 통과한 광은 그래프 c에 도시된 바와 같이 정면 시야각의 휘도가 가장 높게 나타난다.
이처럼, 확산 시트(30) 및 제 1, 제 2 프리즘 시트(43,46)를 통과하면서 방향이 보정된 광은 도 1에 도시된 바와 같이 액정표시패널 어셈블리(60)에 의하여 원하는 영상의 디스플레이를 수행하게 된다.
그러나, 이와 같은 종래 도광판(20)의 결함을 극복하기 위하여 사용될 수밖에 없는 확산 시트(30), 제 1 프리즘 시트(43) 및 제 2 프리즘 시트(46)는 첫 번째로 액정표시장치(60)의 두께 및 무게를 증가시키는 원인으로 작용한다.
또한, 확산 시트(30), 제 1 프리즘 시트(43) 및 제 2 프리즘 시트(46)는 두 번째로 액정표시장치(60)의 부품수를 크게 향상시키며, 조립 공정수 등을 크게 증가시키는 문제점을 갖는다.
또한, 확산 시트(30), 제 1 프리즘 시트(43) 및 제 2 프리즘 시트(46)는 세 번째로 모두 정밀한 제작 공정 및 가공 공정을 거쳐 제작됨에 따라 제작이 어렵고, 제작 코스트가 매우 비싼 단점도 함께 갖는다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 제 1 목적은 정면 시야각이 향상된 도광판을 제공함에 있다.
본 발명의 제 2 목적은 정면 시야각이 향상된 도광판에 의하여 최소의 광학시트를 사용한 박형 액정표시장치를 제공함에 있다.
본 발명의 제 3 목적은 정면 시야각이 향상된 도광판에 의하여 광학 시트가 없는 광학 시트 리스 액정표시장치를 제공함에 있다.
이와 같은 본 발명의 제 1 목적을 구현하기 위한 시야각이 개선된 도광판은 액정표시패널의 하부에 위치하며, 액정표시패널로 면광원 형태의 광학 분포를 갖는 광이 공급되도록 하는 도광판에 있어서, a) 복수개의 측면들, b) 측면들 중 어느 하나로부터 입력된 광이 반사되도록 광 반사 수단을 갖는 광 반사면, c) 광 반사면과 마주보며, 광 반사 수단에 의해서 반사된 광이 출사되는 광 출사면을 포함하는 도광 몸체의 광 출사면에는 광 출사면으로부터 광이 출사되면서 액정표시패널에 대하여 정면 시야각을 향상시키기 위한 시야각 보정 수단이 적어도 1 개 이상 형성된다.
또한, 본 발명의 제 2 목적을 구현하기 위한 박형 액정표시장치는 액정을 제어하여 화상이 디스플레이 되도록 하는 액정표시패널 어셈블리 및 (ⅰ) 광을 공급하는 램프 어셈블리,(ⅱ) 복수개의 측면, (ⅲ) 측면중 어느 하나로부터 입력된 광이 반사되도록 광 반사 패턴이 구비된 광 반사면, (ⅳ) 광 반사면과 마주보며, 광 반사 패턴에 의해서 반사된 광이 출사되는 광 출사면을 포함하는 도광 몸체 및 도광 몸체의 광 출사면에는 광 출사면으로부터 광이 출사되면서 액정표시패널 어셈블리에 대하여 정면 시야각을 향상시키기 위한 시야각 보정 수단이 적어도 1 개 이상 형성된 도광판, (ⅴ) 도광판과 액정표시패널 어셈블리의 사이에 위치하는 1 매의 프리즘 시트를 포함한다.
또한, 본 발명의 제 3 목적을 구현하기 위한 시트 리스 액정표시장치는 액정을 제어하여 화상이 디스플레이 되도록 하는 액정표시패널 어셈블리 및 (ⅰ) 광을 공급하는 램프 어셈블리,(ⅱ) 복수개의 측면, (ⅲ) 측면중 어느 하나로부터 입력된 광이 반사되도록 광 반사 패턴이 구비된 광 반사면, (ⅳ) 광 반사면과 마주보며, 광 반사 패턴에 의해서 반사된 광이 출사되는 광 출사면을 포함하는 도광 몸체 및 도광 몸체의 광 출사면에는 광 출사면으로부터 광이 출사되면서 액정표시패널에 대 하여 정면 시야각을 향상시키기 위한 시야각 보정 수단이 적어도 1 개 이상 형성된 도광판을 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 시야각 개선 도광판, 이를 이용한 박형 액정표시장치 및 이를 이용한 시트 리스 액정표시장치의 보다 구체적인 구성, 구성에 따른 독특한 작용 및 효과를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 3에는 본 발명의 일실시예에 의한 액정표시장치(400)가 개념적으로 도시되어 있다.
액정표시장치(400)는 전체적으로 보아 액정을 미소 면적 단위로 정밀하게 제어하여 화상이 디스플레이 되도록 하는 액정표시패널 어셈블리(300), 액정표시패널 어셈블리(300)에 매우 균일한 휘도의 광을 공급하는 백라이트 어셈블리(200)로 구성된다.
보다 구체적으로, 백라이트 어셈블리(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 램프(210) 및 도광판(220)으로만 구성된다. 이때, 램프(210)는 바람직한 일실시예로 선광원 광학 분포를 발생시키는 냉음극선관 방식 램프가 사용된다. 이와 같은 램프(210)에는 램프 리플렉터(미도시)가 결합될 수 있다. 이때, 램프 리플렉터는 램프(210)에서 방사상으로 방출된 광이 도광판(220)쪽으로 모여서 출사되도록 하는 역할을 한다.
여기서 매우 특이한 것은 도광판(220)의 상면과 액정표시패널 어셈블리(300)의 사이에 광학 시트, 예를 들면, 확산시트 및 1 장 이상의 프리즘 시트들이 설치 되지 않는다는 것이다.
이하, 이와 같이 확산 시트 및 프리즘 시트와 같은 광학 시트들을 사용하지 않는 액정표시장치를 "시트 리스 액정표시장치(sheetless LCD)"라 칭하기로 하며, 도면부호 400을 다시 부여하기로 한다.
이 시트 리스 액정표시장치(400)를 구현하기 위해서는 종래 도 1에 도시된 바와 같은 도광판의 문제점을 해결해야만 한다.
본 발명에서는 바람직한 일실시예로 시트 리스 액정표시장치(400)를 구현하기 위해서 도 5에 도시된 바와 같이 시야각 보정부(221)가 형성된 도광판(220)이 사용된다.
이때, 도광판(220)에 형성되는 시야각 보정부(221)의 형성 위치를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
첨부된 도 6을 참조하면, 도광판(220)은 다시 쐐기 형태의 도광 몸체(222) 및 시야각 보정부(221)로 구성된다.
도광 몸체(222)는 일실시예로 직육면체 플레이트 형상을 갖는다. 이로 인해, 도광 몸체(222)는 일실시예로 4 개의 측면(222a,222b,222c,222d), 4 개의 측면(222a,222b,222c,222d)에 의하여 둘러싸여지며 상호 마주보는 관계를 갖는 광 반사면(222e) 및 광 출사면(222f)으로 구성된다.
이때, 도 6에 도시된 바와 같이 4 개의 측면(222a,222b,222c,222d) 중 일실시예로 도면번호 222b로 도시된 측면에는 선광원 광학 분포를 발생시키는 램프(210)가 설치된다. 이때, 일실시예로 램프(210)는 냉음극선관 방식 램프이다.
이와 같은 구성을 갖는 도광 몸체(222)의 측면(222a,222b,222c,222d)을 통하여 도광 몸체(222)의 내부로 입사된 광은 광학 분포가 변경된 후, 도광 몸체(222) 외부로 출사된다. 이때, 도광 몸체(222)중 광이 외부로 출사되는 곳, 즉, 액정표시패널 어셈블리(300)와 마주보는 곳은 광 출사면으로 정의된다. 본 발명에서 광 출사면은 도면번호 222f로 도시되어 있다.
한편, 광 출사면(222f)과 마주보는 곳은 광 반사면(222e)으로 광 반사면(222e)에는 광을 산란시켜 광이 도광 몸체(222)로부터 외부로 출사되도록 하는 역할을 하는 반사 도트(223,도 4 참조)가 다수 형성된다.
이와 같이 정의된 도광 몸체(222)의 광 출사면(222f)에는 적어도 1 개 이상의 시야각 보정부(221)가 형성된다. 이 시야각 보정부(221)는 광 출사면(222f)으로부터 출사되는 광이 액정표시패널 어셈블리(300)와 실질적으로 수직을 이루도록 변경한다.
이를 구현하기 위한 시야각 보정부(221)는 다양한 실시예가 있을 수 있지만, 본 발명에서는 바람직하게 2 개의 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 첨부된 도 6 또는 도 7을 참조하면, 시야각 보정부(221)는 도광 몸체(222)의 광 출사면(222f)에 복수개가 형성된 시야각 보정 홈(221a)의 형태로 구현된다.
이 시야각 보정 홈(221a)은 광 도 8a에 도시된 바와 같이 출사면(222f)의 표면으로부터 지정된 깊이(h)만큼 함몰된다. 이때, 시야각 보정 홈(221a)의 깊이(h)는 일실시예로 0.2㎜에서 0.5㎜이다. 바람직하게는 0.3㎜에서 0.5㎜의 깊이가 사용 된다. 이를 감안하였을 때, 시야각 보정 홈(221a)의 깊이는 0.5㎜ 이하인 것이 바람직하다.
이때, 시야각 보정 홈(221a)은 깊이(h)가 깊어질수록 연속적으로 평면적이 감소하고, 깊이가 가장 깊은 기저면에서 최소가 된다. 즉, 이 시야각 보정 홈(221a)은 광 출사면(222f)의 표면으로부터 깊이가 깊어질수록 면적이 점차 감소되는 형상으로 함몰되어 기저면에서 꼭지점을 이루는 형상을 갖는다.
보다 구체적으로, 시야각 보정 홈(221a)은 일실시예로 3 개 이상의 홈 벽을 갖는 다각 홈 형상이다. 바람직하게, 시야각 보정 홈(221a)은 도 7의 사시도 또는 도 8a 또는 도 8b에 도시된 단면도에 도시된 바와 같이 4 개의 측벽(221b,221c,221d,221e)을 갖는 사각 홈 형상이다.
다른 실시예로, 도 9, 도 10a 또는 도 10b를 참조하면, 시야각 보정부(221)는 도광 몸체(222)의 광 출사면(222f)에 복수개가 돌출 되도록 형성된 시야각 보정 돌기(221g)의 형태로 구현된다.
이 시야각 보정 돌기(221g)는 광 출사면(222f)의 표면으로부터 지정된 높이(h1)만큼 돌출 된다. 이때, 시야각 보정 돌기(221g)의 부피는 높이가 높아질수록 연속적으로 감소하고, 높이가 가장 높은 단부에서 최소가 된다. 이때, 시야각 보정 돌기(221g)의 높이 또한 0.5㎜이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 시야각 보정 돌기(221g)는 일실시예로 3 개 이상의 측벽을 갖는 다각뿔 형상일 수 있다. 또한, 시야각 보정 돌기(221g)는 바람직한 일실시예로 도 9의 사시도 또는 도 10에 도시된 단면도에 도시된 바와 같이 4 개의 측벽을 갖는 사각뿔 형상을 가질 수 있다.
이하, 이와 같이 다양한 실시예를 갖는 시야각 보정부(221)에 의하여 변화된 시야각별 휘도 분포를 시뮬레이션한 결과에 의하여 설명하기로 한다.
먼저, 시뮬레이션 조건은 다음과 같았다. 도 4 또는 도 6을 참조하면, 램프(210)는 지름이 2mm이고, 30000㏅/㎡이다. 램프(210)로부터 광을 공급받는 도광판(220)은 램프(210)에 근접한 에지(222b)가 100 ×20 ×3mm이고, 램프(210) 반대측 에지(222d)에서는 100 ×20 ×2mm 이다. 도광판(220)의 재질은 PMMA(굴절률 1.49)이다. 도광판(220)의 광 반사면(222e)에는 직경이 0.5mm인 반사 도트(reflection dot)가 형성된다. 이때, 도광판(220)에서의 시야각 측정은 도 6에 도시된 바와 같이 도광판(220)의 수직 방향(정면 시야각 0°)으로부터 도광판(220)의 수평 방향(시야각 90°)에 이르기까지 90°범위 내에서 측정되었다.
이때, <표 1>에는 도 1에 도시된 종래 도광판(20) 및 본 발명에 의하여 시야각 보정부가 형성된 도광판(220)의 비교 시뮬레이션을 위한 조건들이 설명된다.
시야각보정부의 위치 시야각 보정부의 형태 셀 형상 시야각 보정부의 각도 시야각 보정부의 높이/깊이 비교
대조예 A - - - - - 반사도트 없음
대조예 B - - - - - 0.5mm 반사 도트 사용
실험예 1 LGP 상면 돌기 1 ×1mm 45° 0.3∼0.5mm
실험예 2 LGP 상면 홈 1 ×1mm 45° 0.3∼0.5mm
실험예 3 LGP 상면 홈 1 ×1mm 60° 0.3∼0.5mm
실험예 4 LGP 상면 홈 1 ×1mm 60° 0.2∼0.4mm
실험예 5 LPG 상면 홈 0.5 ×1.73mm 60° 0.3∼0.5mm
본 발명에서는 모두 7 가지 경우에 대하여 시뮬레이션이 수행되었다. 먼저, 시야각 보정부(221)의 특성을 정확하게 이해하기 위해서 시야각 보정부(221)가 형성되지 않은 대조예 및 실험예가 모두 시뮬레이션되었다.
이때, 항목 중 셀의 형상은 하나의 시야각 보정부(221)가 담당하는 형상을 말한다. 즉, 이 셀의 형상은 실험예 1에서 실험예 4까지는 정사각형이고, 실험예 5에서는 직사각형이다. 이로 인해 실험예 1 내지 실험예 4에서 시야각 보정부의 꼭지점은 정삼각형 배열을 갖으며, 실험예 5는 시야각 보정부의 꼭지점이 이등변 삼각형 배열을 갖는다.
또한, 시야각 보정부(221)의 각도는 도 8c 또는 도 8d를 참조하면, 도광판(220)의 표면과 홈 벽이 이루는 각도를 의미한다. 즉, 시야각 보정부(221)의 각도가 45°라는 의미는 도 8c에 도시된 바와 같이 도광판(220)의 표면과 홈 벽이 이루는 각도가 45°라는 것을 의미한다. 이 경우, 시야각 보정부(221)의 홈의 내각은 90°가 된다. 다른 실시예로, 도 8d에 도시된 바와 같이 시야각 보정부(221)의 각도가 60°라는 의미는 도광판(220)의 표면과 홈 벽이 이루는 각도가 60°라는 것을 의미한다. 즉, 시야각 보정부(221)의 각도가 60°인 홈은 시야각 보정부(221)의 각도가 45°인 홈보다 좁은 홈임을 의미한다.
첨부된 도 11에는 대조예 A의 시야각별 휘도 분포가 도시되어 있다. 그래프를 참조하면, 정면 시야각으로부터 수직으로부터 45°기울어진 45°시야각에 이르기까지 매우 낮은 휘도 분포를 보였다. 한편, 정상적인 정면 시야각 범위를 벗어난 45°시야각 이하에서 휘도가 급격히 증가되는 분포를 보였다. 구체적으로, 대조예 A에서는 수직으로부터 75°기울어진 75°시야각에서 가장 높은 휘도를 갖는다.
한편, 첨부된 도 12에는 대조예 B의 시야각별 휘도 분포가 도시되어 있다. 그래프를 참조하면, 대조예 B에서는 정면 시야각으로부터 수직으로부터 45°기울어진 45°시야각에 이르기까지 대조예 A에 비해서는 다소 높은 휘도 분포를 갖는다. 그러나, 대조예 B는 여전히 정면 시야각 범위를 벗어난 45°시야각보다 수직에 대하여 더 큰 기울기를 갖는 시야각에서 휘도가 급격히 증가되는 분포를 보였다. 구체적으로, 대조예 B에서는 수직으로부터 75°기울어진 75°시야각에서 가장 높은 시야각을 갖는다.
이때, 대조예 B가 대조예 A에 비하여 전반적으로 휘도 분포가 높게 나타나는데, 이는 도광판(220)의 광 반사면(222e)에 형성된 반사 도트의 영향으로 분석된다.
한편, 첨부된 도 13에는 대조예 A, 대조예 B와 대비되는 실험예 1의 시뮬레이션 결과 그래프가 도시되어 있다.
실험예 1에서는 정면 시야각을 기준으로 15°기울어진 곳에서는 다소 미약한 휘도 분포를 갖는다. 반면, 수직으로 기준으로 15°보다 큰 기울기를 갖는 시야각 영역에서는 휘도가 급속히 증가되는 경향을 보인다. 이때, 실험예 1에서 휘도는 수직에 대하여 60°기울어진 60°시야각에서 나타났다.
이는 실험예 1이 대조예 1에 비하여 시야각이 정면 시야각 쪽에 근접하도록 시야각의 방향이 개선되었음을 의미한다.
첨부된 도 14에는 실험예 2의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 실험예 2를 시뮬레이션 결과 그래프를 참조하면, 실험예 1에 비하여 정면 시야각 부분에서 휘 도가 많이 상승된 것을 알 수 있다. 정면 시야각으로부터 점차 기울 시야각이 커지면서 휘도도 함께 꾸준히 증가되어 60°부분에서 최대 휘도를 발생하는 것을 알 수 있다.
이와 같은 실험예 1 및 실험예 2의 시뮬레이션 결과를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
실험예 1에서는 도광판(220)의 상면에 형성된 시야각 보정부(221)가 도 9에 도시된 바와 같이 시야각 보정 돌기 형태(221g)를 갖고, 실험예 2에서는 도광판(220)의 상면에 형성된 시야각 보정부(221)가 도 7에 도시된 바와 같이 시야각 보정 홈(221a)의 형태를 갖는다.
이때, 시야각 보정 돌기(221g)를 갖는 실험예 1은 대조예 B 보다는 우수한 특성을 갖는다. 그러나, 실험예 1의 특성이 실험예 2보다는 못한 이유는 시야각 보정 돌기(221g)와 공기의 경계면에서의 굴절 조건에 의하여 일부가 다시 광 반사면 (222e)쪽으로 굴절되는 현상 때문이다.
따라서, 본 발명에서는 이와 같은 이유로 시야각 보정부(221)를 시야각 보정 돌기(221g)보다 우수한 특성을 갖는 시야각 보정 홈(221a)으로 사용하기로 한다.
첨부된 도 15에는 실험예 3에서의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 정면 시야각은 실험예 2에 비해서 월등히 향상되며, 최대 휘도를 나타내는 시야각은 수직을 기준으로 45°기울어진 곳으로 실험예 2에 비하여 정면 시야각 쪽에 상당 부분 근접하였다. 즉, 이는 그만큼 디스플레이 특성이 개선되었음을 의미한다.
한편, 첨부된 도 16에는 실험예 4에서의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 이 실험예 4는 실험예 3에 비하여 시야각 보정 홈(221a)의 깊이가 더 얇은 것만이 다르다. 이와 같은 실험예 4는 실험예 3에 비하여 휘도가 다소 저하되는 것을 제외하면 나머지는 거의 대부분 유사하다. 이때, 실험예 4에서 휘도가 저하되는 것은 시야각 보정 홈(221a)의 면적이 감소되었기 때문이다.
한편, 첨부된 도 17에는 실험예 5에서의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 이 실험예 5는 시야각 보정부의 꼭지점이 정삼각형 배열을 갖지 않고 이등변 삼각형 배열을 갖는 것을 제외하고 실험예 4와 동일한 조건을 갖는다.
이 실험예 5에서의 휘도 분포는 시야각 보정부의 배열이 정삼각형인 제 4 실시예에 비하여 상당히 부정적인 결과인 것으로 확인되었다.
지금까지 설명한 시뮬레이션 결과를 도 18을 참조하여 종합할 경우, 첫 번째로, 시야각 보정부(221)는 도광판(220)의 표면에 돌기 형태보다는 홈의 형태로 구현하는 것이 정면 시야각에서 최대 휘도가 구현되도록 하는데 매우 유리하다. 두 번째로 시야각 보정부(221)는 홈 형태를 갖으면서, 측벽과 도광판의 평면이 이루는 각을 크게 할수록 정면 시야각에서 최대 휘도를 구현하는데 유리하다. 세 번째로 시야각 보정부(221)의 깊이 또는 높이가 높을수록 즉, 시야각 보정부(221)의 부피를 크게 하는 것이 바람직하다. 또한, 네 번째로 시야각 보정부(221)의 꼭지점이 최대한 정삼각형의 각 모서리에 위치하도록 배치할수록 정면 시야각에서 최대 휘도를 구현하는데 유리한 결과를 얻을 수 있다.
이처럼 실험예 2 내지 실험예 5에서 대조예 A 및 대조예 B에 비하여 우수한 시뮬레이션 결과를 보인 것은 시야각 보정부의 설정이 최적화되었기 때문이다.
이하, 시야각 보정부의 설정을 최적화하여 정면 시야각에서 최대 휘도를 구현하는 방법을 첨부된 도 19 및 <수학식 1> 내지 <수학식 3>을 참조하여 설명하기로 한다.
이때, 도 19 내지 <수학식 1> 내지 <수학식 3>을 참조하면,
Figure 112002001618709-pat00001
는 시야각 보정 홈(221a)의 내각, v는 시야각 보정 홈(221a)의 측벽의 수직에 대한 입사각, beta 는 시야각 보정 홈(221a)의 측벽에 대한 출사각, 도광판(220)의 표면 기준 입사각을
Figure 112002001618709-pat00002
이라고 정의하기로 한다.
이때, 가장 바람직하게는 도광판(굴절률 1.49;220)의 표면으로부터 수직인 방향 즉, 정면을 향하는 방향으로 광이 출사되도록 하는 것이 가장 바람직하다. 즉, 도 20에서
Figure 112002001618709-pat00003
이 될 수 있는
Figure 112002001618709-pat00004
의 각도가 중요하다. 이하, <수학식 1> 내지 <제 3 수학식>을 통해서
Figure 112002001618709-pat00005
을 구하기로 한다.
Figure 112002001618709-pat00006
이때, <수학식 1>에서 시야각 보정 홈(221)의 측벽에서 광이 반사되지 않는 조건은 도광판의 굴절률 1.49, 공기의 굴절률 1을 감안하였을 때, 굴절의 법칙에 따라
Figure 112002001618709-pat00007
의 조건을 만족해야 한다. 또한,
Figure 112002001618709-pat00008
이 42°이라 가정할 경우
Figure 112002001618709-pat00009
이상이 되어야 한다.
Figure 112002001618709-pat00010
<수학식 2>에 앞서 소개한 이 식에 앞서 소개한
Figure 112002001618709-pat00011
을 대입함으로써 <수학식 3>이 유도된다.
Figure 112002001618709-pat00012
Figure 112002001618709-pat00013
Figure 112002001618709-pat00014
Figure 112002001618709-pat00015
Figure 112002001618709-pat00016
Figure 112002001618709-pat00017
이때,
Figure 112002001618709-pat00018
이 42°이라 가정할 경우,
Figure 112002001618709-pat00019
는 바람직한 일실시예로 약 6°이다. 즉, 이는
Figure 112002001618709-pat00020
가 최소 6°일 때, 정면 시야각에서 최대 휘도를 가질 수 있음을 의미한다. 이처럼
Figure 112002001618709-pat00021
가 6°인 시야각 보정 홈(221a)이 첨부된 도 20에 도시되어 있다.
첨부된 도 20에 도시된 바와 같이 내각(
Figure 112002001618709-pat00022
)이 6°인 시야각 보정 홈(221)에서의 광 경로(ray tracing)를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 20에 도시된 바와 같이
Figure 112002001618709-pat00023
가 42°일 경우, 시야각 보정 홈(221a)의 측벽에서의 출사각은 도면번호 A로 도시된 바와 같이 실질적으로 액정표시패널 어셈블리에 대하여 수직에 가까운 방향으로 향한다.
그러나, 반사가 일어날 수 있는 임계각과 그 차이가 매우 작음으로 시야각 보정 홈의 법선(B)을 기준으로 42°보다 큰 각으로 입사되는 모든 광(
Figure 112002001618709-pat00024
)은 전반사가 일어난다. 반대로 42°보다 작은 각으로 입사되는 광(
Figure 112002001618709-pat00025
)의 경우 출사되는 각은 수직에 대하여 기울기를 갖는다. 즉, 이는 42°보다 각이 작을수록 출사된 광의 시야각이 정면으로부터 점차 큰 각도를 갖음을 의미한다.
이때, 법선(B)을 기준으로 42°의 각이 기준이 됨은 시야각 보정부(221)가 없는 도광판을 출사한 광이 대부분 도광판의 표면과 이루는 각이 75°∼ 83°를 이루는 것이 단서가 된다. 반대로, 도광판으로부터 75°∼ 83°의 각도로 대부분이 출사되도록 하는
Figure 112002001618709-pat00026
이 역으로 산출하면
Figure 112002001618709-pat00027
이 42°정도가 되기 때문이다. 이와 같은 이유로 법선(B)을 기준으로 42°기울어진 각은 정면 시야각을 얻기 위한 기준각도로 사용된다.
이하, 이처럼 표면에 내각이 6°인 시야각 향상 홈(221a)을 형성한 도광판(220)을 사용한 액정표시장치는 도 4에 도시된 바와 같이 설명한 바와 같이 프리즘 시트 및 확산 시트와 같은 시트를 필요로 하지 않는 "시트 리스 액정표시장치(400)"가 구현될 수 있다.
이와 같은 시트 리스 액정표시장치(400)는 도광판(220)에 매우 정밀한 시야 각 형성 홈(221a)을 형성해야만 하는 제작 상 어려움이 다소 따른다.
이와 같은 이유로 본 발명에서는 시야각 향상 홈(221a)의 내각을 6°보다 다소 크게 설정하여, 예를 들어 31°에서 60°정도까지 넓혀 도광판(220)의 제작을 용이하게 함과 동시에 정면 시야각 부분에서의 휘도가 크게 향상되도록 한다.
이때, 시야각 향상 홈(221a)의 내각이 증가하였기 때문에 도 21에 도시된 바와 같이 확산 시트(227) 또는 1 장의 프리즘 시트(228) 중 어느 하나를 선택하여 사용하거나 1 장의 프리즘 시트(227) 및 확산 시트(228)를 모두 사용할 수 있다. 미설명 도면부호 226은 반사판으로, 반사판은 도광판(220)의 광 반사면과 대향하는 곳에 설치되어, 도광판(220)으로부터 누설된 광이 다시 도광판(220)으로 재 입사되도록 한다.
이 경우, 종래 최소한 2 장 이상의 프리즘 시트(228)를 사용할 때에 비하여 프리즘 시트(228)의 수를 감소시키면서 2 장 이상의 프리즘 시트(228)를 사용하였을 때와 동일한 디스플레이 특성을 얻을 수 있다.
이와 같이 종래 기술에 비하여 프리즘 시트의 개수가 감소된 액정표시장치를 이하, "박형 액정표시장치(500)"라 정의하기로 한다. 이 박형 액정표시장치(500)는 무게 및 부피 측면에서 종래 액정표시장치에 비하여 유리하며, 가격 경쟁력 측면에서 매우 유리한 장점을 갖는다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 광원에서 발생한 광의 정면 시야각에서의 휘도를 향상시키는데 필수적인 프리즘 시트 및 확산 시트 없이도 정면 시야 각에서의 휘도를 대폭 향상될 수 있도록 한다.
또한, 액정표시장치 측면에서는 프리즘 시트 및 확산 시트를 사용하지 않거나 단 1 개의 프리즘 시트만으로도 정면 시야각에서의 휘도를 대폭 향상시킬 수 있어 부피 및 무게 측면에서 매우 유리하며, 고가의 프리즘 시트를 사용하지 않음으로써 액정표시장치의 생산 코스트까지도 감소시킬 수 있는 다양한 장점을 갖는다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (21)

  1. 액정표시패널의 하부에 위치하며, 상기 액정표시패널로 면광원 형태의 광학 분포를 갖는 광이 공급되도록 하는 도광판에 있어서,
    a) 복수개의 측면, b) 상기 측면중 어느 하나로부터 입력된 상기 광이 반사되도록 광 반사 수단을 갖는 광 반사면, c) 상기 광 반사면과 마주보며, 상기 광 반사 수단에 의해서 반사된 광이 출사되는 광 출사면을 포함하는 도광 몸체의 상기 광 출사면에는 d) 상기 광 출사면으로부터 상기 광이 출사되면서 상기 액정표시패널에 대하여 정면 시야각을 향상시키기 위한 시야각 보정 수단이 적어도 1 개 이상 형성된 것을 특징으로 하는 도광판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 시야각 보정 수단은 상기 광 출사면의 표면으로부터 소정 깊이를 갖고, 상기 표면으로부터 깊이가 깊어질수록 부피가 연속적으로 감소되는 형상을 갖는 시야각 보정 홈인 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 시야각 보정 홈은 적어도 3 개 이상의 홈 벽면들을 갖는 다각홈 형상으로, 상기 다각홈의 상기 홈 벽면들은 기저면에서 서로 연결되어 꼭지점을 형성하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 시야각 보정 홈의 꼭지점들은 정삼각 배열을 이루는 것을 특징으로 하는 도광판.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 시야각 보정 홈은 측벽이 4 개인 사각홈 형상으로, 상기 사각홈의 깊이는 0.5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 시야각 보정 홈은 행렬 형태로 배열되며, 각 상기 시야각 보정 홈들의 부피는 상기 광이 입사되는 측면에 인접할수록 작아지고, 상기 광이 입사되는 측면으로부터 멀어질수록 부피가 커지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 도광 몸체의 굴절률은 1.49이며, 상기 도광 몸체에 형성된 시야각 보정 홈의 내부 꼭지각은 6°∼ 60°인 것을 특징으로 하는 도광판.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 시야각 보정 수단은 상기 광 출사면의 표면으로부터 소정 높이를 갖고, 상기 표면으로부터 높이가 높아질수록 부피가 연속적으로 감소되는 형상을 갖는 시야각 보정 돌기인 것을 특징으로 하는 도광판.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 시야각 보정 돌기는 적어도 3 개 이상의 돌출 벽면들을 갖는 다각뿔 형상으로, 상기 돌출 벽면들은 서로 연결되어 꼭지점을 형성하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 시야각 보정 돌기의 상기 꼭지점들은 정삼각 배열을 이루는 것을 특징으로 하는 도광판.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 시야각 보정 돌기는 돌출 벽면이 4 개인 사각뿔 형상으로, 상기 사각뿔의 높이는 0.5㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 도광판.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 시야각 보정 돌기는 행렬 형태로 배열되며, 상기 시야각 보정 돌기들의 부피는 상기 광이 입사되는 측면에 인접할수록 작아지고, 상기 광이 입사되는 측면으로부터 멀어질수록 부피가 커지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 도광 몸체의 굴절률은 1.49이며, 상기 도광 몸체에 형성된 시야각 보정 돌기의 꼭지각은 6°∼ 60°인 것을 특징으로 하는 도광판.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 광 반사 수단은 광을 산란시키는 물질로 이루어진 반사 도트로, 상기 반사 도트는 행렬 형태로 배열되며, 상기 반사 도트의 면적은 상기 광이 입사되는 측면에 인접할수록 작아지고, 상기 광이 입사되는 측면으로부터 멀어질수록 면적이 커지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  15. 액정을 제어하여 화상이 디스플레이 되도록 하는 액정표시패널 어셈블리; 및
    (ⅰ) 광을 공급하는 램프 어셈블리,(ⅱ) 복수개의 측면, 상기 측면중 어느 하나로부터 입력된 상기 광이 반사되도록 광 반사 패턴이 구비된 광 반사면, 상기 광 반사면과 마주보며, 상기 광 반사 패턴에 의해서 반사된 광이 출사되는 광 출사면을 포함하는 도광 몸체 및 상기 도광 몸체의 상기 광 출사면에는 상기 광 출사면으로부터 상기 광이 출사되면서 상기 액정표시패널에 대하여 정면 시야각을 향상시키기 위한 시야각 보정 수단이 적어도 1 개 이상 형성된 도광판을 포함하는 백라이트 어셈블리를 포함하는 광학 시트 리스 액정표시장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 시야각 보정 수단은 상기 광 출사면의 표면으로부터 소정 깊이를 갖고, 상기 표면으로부터 깊이가 깊어질수록 부피가 연속적으로 감소되는 형상을 갖는 시야각 보정 홈으로 상기 도광판의 굴절률은 1.49이고, 상기 시야각 보정 홈의 내부 꼭지각은 6°∼ 30°인 것을 특징으로 하는 광학 시트 리스 액정표시장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 시야각 보정 수단은 상기 광 출사면의 표면으로부터 소정 높이를 갖고, 상기 표면으로부터 높이가 높아질수록 부피가 연속적으로 감소되는 형상을 갖는 시야각 보정 돌기로 상기 도광판의 굴절률은 1.49이고, 상기 시야각 보정 돌기의 꼭지각은 6°∼ 30°인 것을 특징으로 하는 광학 시트 리스 액정표시장치.
  18. 액정을 제어하여 화상이 디스플레이 되도록 하는 액정표시패널 어셈블리; 및
    (ⅰ) 광을 공급하는 램프 어셈블리,(ⅱ) 복수개의 측면, 상기 측면중 어느 하나로부터 입력된 상기 광이 반사되도록 광 반사 패턴이 구비된 광 반사면, 상기 광 반사면과 마주보며, 상기 광 반사 패턴에 의해서 반사된 광이 출사되는 광 출사면을 포함하는 도광 몸체 및 상기 도광 몸체의 상기 광 출사면에는 상기 광 출사면으로부터 상기 광이 출사되면서 상기 액정표시패널 어셈블리에 대하여 정면 시야각을 향상시키기 위한 시야각 보정 수단이 적어도 1 개 이상 형성된 도광판, (ⅲ) 상기 도광판과 상기 액정표시패널 어셈블리의 사이에 위치하는 1 매의 프리즘 시트를 포함하는 백라이트 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 액정표시장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 백라이트 어셈블리의 상기 도광판과 상기 프리즘 시트의 사이에는 상기 광 출사면에서 출사된 광의 시야각을 변경하는 확산 시트가 더 설치되고, 상기 광 반사면과 대향하는 곳에는 상기 도광판으로부터 누설된 광을 상기 도광판으로 다시 입사시키는 반사판이 더 설치된 것을 특징으로 하는 박형 액정표시장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 시야각 보정 수단은 상기 광 출사면의 표면으로부터 소정 깊이를 갖고, 상기 표면으로부터 깊이가 깊어질수록 부피가 연속적으로 감소되는 형상을 갖는 시야각 보정 홈으로 상기 도광판의 굴절률은 1.49이고, 상기 시야각 보정 홈의 내부 꼭지각은 31°∼ 60°인 것을 특징으로 하는 박형 액정표시장치.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 시야각 보정 수단은 상기 광 출사면의 표면으로부터 소정 높이를 갖고, 상기 표면으로부터 높이가 높아질수록 부피가 연속적으로 감소되는 형상을 갖는 시야각 보정 돌기로 상기 도광판의 굴절률은 1.49이고, 상기 시야각 보정 돌기의 꼭지각은 31°∼ 60°인 것을 특징으로 하는 박형 액정표시장치.
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