KR101096711B1 - 직하형 백라이트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광램프 상면에 홀로그래픽 패턴(Holographic Pattern)을 형성함으로써 광의 균일도를 향상시키고 광학시트류를 사용하지 않고자 하는 직하형 백라이트에 관한 것으로, 본 발명의 직하형 백라이트는, 화상을 표시하는 표시장치와 대향하는 면에 홀로그래픽 패턴(holographic pattern)이 구비된 발광램프와, 상기 발광램프 하부에 형성된 반사판을 포함하며, 상기 발광램프는 복수개의 냉음극관 램프 및 상기 복수개의 냉음극관 램프의 상부에 구비되는 유리기판을 포함하며, 상기 홀로그래픽 패턴은 상기 유리기판 표면에 형성되거나, 상기 발광램프 표면에 직접 형성된다.
직하형 백라이트, 면발광, 광학시트류, 홀로그래픽 패턴

Description

직하형 백라이트{Direct Type Back Light}
도 1은 종래 기술에 의한 직하형 백라이트의 사시도.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선상에서의 단면도.
도 3a 및 도 3b는 확산시트의 SEM 사진도.
도 4는 본 발명에 의한 직하형 백라이트의 평면도.
도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ'선상에서의 단면도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의한 홀로그래픽 패턴의 SEM 사진도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명
11 : 홀로그래픽 패턴 21a : 상부기판
21 : 하부기판 22 : 지지봉
23,23a: 제 1 ,제 2 전극 26 : 방전공간
28 : 형광체층 29 : 사이드 기판
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)의 구성요소인 백라이트(Back Light)에 관한 것으로, 특히 홀로그래픽 패턴을 이용한 직하형 백라이트 에 관한 것이다.
최근 들어, 평판표시장치에 대한 연구가 활발한데, 그 중에서 각광받고 있는 것으로 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display Device), FED(Field Emission Display Device), ELD(Electro-luminescence Display Device), PDP(Plasma Display Panels) 등이 있다.
이 중, 액정표시장치는 콘트라스트 비(contrast ratio)가 크고, 계조 표시나 동화상 표시에 적합하며 전력소비가 적다는 특징 때문에 노트북 PC, 데스크탑 모니터 및 액정TV로 그 영역이 확대되고 있는 추세이다.
하지만, 상기 액정표시장치는 그 자체가 비발광성이므로 빛을 조사하기 위한 별도의 외부광원이 필요하다. 특히, 투과형 액정표시장치의 경우 LCD 패널의 배면에 광을 발산하고 안내하는 별도의 조광장치, 즉 백라이트가 반드시 필요하다.
상기 백라이트는 광을 투사시키는 방식에 따라, 도광판식부터 직하형까지 다양하다.
이 중, 도광판식은 액정패널의 측면에 발광램프(열음극, 냉음극) 등의 관형상의 선광원을 설치하고, 투명한 도광판을 이용하여 발광램프로부터의 광을 액정패널 화면 전체에 투사시키는 방식이고, 직하형은 액정패널 하부에 선택적으로 장착된 발광램프에서 나오는 광이 발광램프와 액정패널 사이에 설치된 확산시트에 의해 확산되어 액정패널 화면 전체에 분포되도록 하는 방식이다.
직하형 백라이트는 도광판이 불필요하므로 소자의 박형화 및 경량화에 적합하고, 높은 휘도와 더욱 균일한 광량 분포를 제공한다는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래기술에 의한 직하형 백라이트를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 의한 직하형 백라이트의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선상에서의 단면도이고, 도 3a 및 도 3b는 확산시트의 SEM 사진도이다.
먼저, 백라이트를 기본적인 소자로 하는 액정표시장치를 살펴본다.
통상, 액정표시장치는 액정층을 그 사이에 두고 상,하부 기판이 대향합착된 액정패널과, 상기 액정패널의 상,하면에 각각 부착되어 일정방향의 광만 투과시키는 편광판과, 상기 액정패널과의 갭이 전면에 대해 일정하도록 장착되어 액정패널에 광을 제공하는 직하형 백라이트와, 상기 액정패널과 직하형 백라이트를 지지해주기 위해 백라이트 외측면을 감싸는 케이스와, 상기 케이스 외부에 부착되어 화상이 표시되는 유효면적을 제외한 가장자리에 둘러싼 스텐레스 스틸 재질의 베젤(bezel)부로 구성된다.
상기 직하형 백라이트는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 광을 제공하는 발광 램프(111)와, 상기 발광 램프(111) 및 액정 패널(110) 사이에 배치된 확산시트(115), 프리즘 시트(116), 보호시트(117)로 이루어진 광학시트류로 구성된다.
일반적으로, 상기 발광램프(111)의 하측에는 발광 램프(111)에서 발생된 광이 액정 패널의 표시부로 집중 조사될 수 있도록 반사판(114)이 더 배치된다.
여기서, 상기 발광램프(111)는 면발광 램프로서, 상,하부 기판이 일정간격을 두고 밀봉되어 형성된 방전공간 내부에 네온(Ne), 아르곤(Ar), 수은(Hg) 등의 방전가스 등이 채워지고, 방전공간과 대향하는 상,하부 기판 내측벽에는 형광체층이 도 포되며, 하부기판에는 전극이 형성되어 전원인가시 가시광을 만들어 낸다.
물론, 면발광램프 이외에, 냉음극관 램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp :CCFL)도 가능한데, 냉음극관 램프를 사용하기 위해서는 램프의 형상이 화면상에 표시되지 않도록 발광램프와 액정패널의 간격을 일정하게 유지하고, 광학시트류를 충분히 배치하여야 하므로 박형화에 한계가 있다.
따라서, 표시면적이 비교적 크고 밝기가 일률적인 광원이 요구될 때에는 액정패널 표시면에 대향하는 면 전체가 발광하는 면발광 램프가 보다 적합할 것이다.
한편, 상기 확산시트(115), 프리즘 시트(116), 보호시트(117)를 광학시트류라고 하는데, 상기 광학시트류는 발광 램프의 형상이 액정 패널의 표시면에 나타나는 것을 방지하고 전체적으로 균일한 밝기 분포를 갖는 광을 제공하기 위한 것으로, 광 산란 효과를 증진시키기 위해 발광램프(111)와 액정 패널(110) 사이에 다수의 시트들을 배치한다.
삭제
구체적으로, 상기 확산시트(Diffusion Sheet, 115)는 발광램프에서 나온 빛을 균일하게 확산시켜 주는 역할을 하고, 프리즘 시트(Prism Sheet, 116)는 삼각형 모양의 선형 프리즘을 다수개 구비하여 흩어진 빛을 집광시킨 후 액정패널로 전달하는 역할을 하며, 상기 보호시트(117)는 상기 프리즘 시트(116) 상부에서 프리즘 시트(116)를 보호하는 역할을 한다.
특히, 확산시트(115)는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 표면에 구형의 광확산용 미립자(115a)들을 구성하여 굴절율 차이로 빛이 확산되도록 한다.
광확산용 미립자(115a)로는 빛을 투과, 굴절시켜 빛의 경로를 바꾸어 빛을 확산시키는 기능을 갖는 유리, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, PMMA 등을 사용한다.
그리고, 프리즘 시트(116)는 확산된 광을 집광시킬 수 있는 기능을 가진 프리즘 시트, 구면 또는 비구면 형상의 렌즈, 후레즈넬 렌즈 시트(일특개평 6-194651, 6-265888) 등을 추가로 사용하여 일정한 각도 내로 광을 집광시켜 휘도를 향상시킨다.
그러나, 액정패널과 발광램프 사이에 여러 종류의 광학시트류를 삽입하면, 발광램프의 빛이 시트를 통과하면서 시트에 일부 흡수되기 때문에 광 효율이 낮아지고, 제조 공정 상에서도 여러 종류의 많은 시트를 적층 조합함으로써 불량이 많이 발생하며, 시트의 두께 증가로 인해 소비자가 요구하는 박형의 액정표시소자 개발에 역행하는 등의 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 소정각도의 입사되는 광이 통과되면서 수직인 방향으로 진행방향이 바뀌는 특성을 갖는 홀로그래픽 패턴(Holographic Pattern)을 발광램프 상면에 형성함으로써 광의 균일도를 향상시키고 또한, 광학시트류를 절감 또는 제거하여 소자를 박형화시키고자 하는 직하형 백라이트를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직하형 백라이트는 화상을 표시하는 표시장치와 대향하는 면에 홀로그래픽 패턴(holographic pattern)이 구비된 발광램프와, 상기 발광램프 하부에 형성된 반사판을 포함하여 구성되는 것을 특징 으로 한다.
즉, 본 발명은 발광램프 표면에 홀로그래픽 패턴을 형성하여 광방향과 광분포 등을 제어함으로써 광균일도를 향상시키고 광할시트류를 절감 또는 제거하고자 하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 발광램프 상면에 홀로그래픽 패턴을 직접 형성하거나 또는 발광램프 상면에 홀로그래픽 패턴이 형성된 확산시트를 부착하여 목적을 달성한다.
본 발명에 적용되는 발광램프는 면발광 램프에 한정하지 않고 형광램프 상면에 유리기판을 더 부착하여 적용할 수 있다.
다만, 이하에서는 면발광램프에 한정하여 본 발명에 의한 직하형 백라이트를 설명하는 것으로 한다.
도 4는 본 발명에 의한 직하형 백라이트의 평면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ'선상에서의 단면도이며, 도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의한 홀로그래픽 패턴의 SEM 사진도이다.
본 발명에 의한 직하형 백라이트는, 도 4에 도시된 바와 같이, 액정패널(10)과 대향하는 면에 홀로그래픽 패턴(11)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는바, 홀로그래픽 패턴이 형성된 면발광 램프는 다음과 같은 구성요소로 이루어진다.
즉, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 면발광 램프는 외측면에 홀로그래픽 패턴(11)이 형성되어 있는 상부기판(21)과, 상기 상부기판(21)에 대해 일정한 갭을 가지고 대향하는 하부기판(21a)과, 상기 상,하부 기판(21,21a)의 모서리에 각각 형성되어 실링되는 사이드 기판(29)과, 상기 상부기판(21) 및 하부기판(21a) 사이에 형성되어 상부기판(21)을 지지하는 지지봉(22)과, 상기 사이드 기판(29a)에 삽입된 적어도 하나 이상의 제1전극(23)과, 상기 제1전극(23)에 대향하는 적어도 하나 이상의 제2전극(23a)으로 구성된다.
이 때, 상기 상,하부 기판(21,21a) 사이의 공간은 상기 사이드 기판(29)에 의해 밀봉되어 방전공간(26)이 되는바, 방전공간(26) 내부에는 네온(Ne), 아르곤(Ar), 수은(Hg) 등의 방전가스 등이 채워진다.
상기 제1전극(23) 및 제2전극(23a)은 본딩 물질에 의해 사이드 기판에 완전 실링되며, 상기 제1,제2전극(23,23a)의 끝단은 각각 전원인입선에 연결되어 외부로부터 전압을 인가받게 된다.
추가로, 방전공간(26)에서 만들어진 가시광이 하부기판(21a)의 배면으로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 상기 하부기판(21a) 아래에 반사판(미도시)이 더 구비되거나 또는 하부기판(21a) 내측벽에 반사특성을 가진 물질이 도포된다.
이와같이 형성된 면발광 램프는 상기 제 1 ,제 2 전극(23,23a)에 적정조건의 전압이 인가될 경우 방전을 유도하는 방전가스에 의해 방전이 개시되고, 상기 방전에 의해 유동하는 전자는 방전공간(26)내의 또 다른 전자와 충돌하여 자외선을 발생시키고, 자외선은 상,하부 기판(21,21a) 내측벽에 도포된 형광체층(28)과 충돌하여 여기/복귀되면서 가시광을 만들어 낸다.
이 때, 가시광은 상부기판(21)의 홀로그래픽 패턴(11)을 통과하여 확산 및 집광이 동시에 이루어진 뒤, 액정패널(10)에 대해 균일한 광으로 제공된다.
상기 홀로그래픽 패턴(11)은 광의 입사각도에 관계없이 그 광을 정해진 방향과 정해진 각도로 발산시키는 작용을 하도록 형성되므로, 홀로그래픽 패턴(11)들을 이용하여 광을 집광할 수도 있고 분산시킬 수도 있는 등 광방향과 광분포를 제어할 수 있다.
즉, 면발광램프의 빛이 상측으로 직진하더라도 홀로그래픽 패턴(11)을 통과하면, 홀로그래픽 패턴(11)의 수직선축을 기준하여 입사된 광의 각도에 관계없이 일정한 각도의 폭으로 발산되므로 광방향과 광분포를 제어할 수 있는 것이다.
이와같이, 본 발명에 의한 직하형 백라이트는 홀로그래픽 패턴에 의해 광을 확산시킴과 동시에 집광함으로써, 별도의 광학시트류를 사용하지 않는 것을 특징으로 한다. 다만, 대면적 액정표시소자일 경우, 보다 균일한 광을 제공하고자 광학시트류를 삽입할 수는 있겠으나, 그 수는 최소한으로 줄일 수 있다.
한편, 상기 상부 기판(21)은 통상, 투명하고 내열성 있는 재질의 유리기판으로 형성되는데, 상기 유리기판에 홀로그래픽 패턴(11)을 형성하기 위해서는 이미 홀로그래픽 상이 기록된 몰드 내부에 고온으로 녹인 유리를 붓고 응고시켜 캐스팅(casting)함으로써 몰드에 기록된 홀로그래픽 상이 유리기판에 패터닝되도록 하는 것이다.
이 때, 몰드에 홀로그래픽 상을 형성하기 위해서는, 미세한 홀로그래픽 격자를 갖는 포토레지스트(Photoresist)의 노출에 의한 방법, 레이져(Laser)나 전자빔(e-beam)에 의하여 직접 인각을 실시하는 방법, 리소그래피(Lithography)방법, 드라이에칭(Dry etching)방법, 또는 다이아몬드 터닝(Diamond turning)방법 등을 이용한다.
이러한 방법으로 형성된 홀로그래픽 패턴은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 다양한 크기 및 형태의 반구형으로 형성되는데, 이러한 불규칙한 패턴에 의해 광을 다양한 방향으로 확산 및 집광시킬 수 있게 된다. 따라서 패턴의 형태, 크기 등을 제어하여 광방향과 광분포 등을 제어할 수 있다.
일예로, 큰 패턴과 큰 패턴 사이에 작은 패턴이 분포되어 큰 패턴 사이를 통과하는 빛을 작은 패턴에서 투과, 굴절시킴으로 광투과 효율을 높일 수 있으며, 동시에 광확산 기능을 향상시켜 균일한 광원을 얻을 수 있다.
참고로, 빛의 집광과 확산은 매질의 굴절율에 의해 빛이 휘어지는 것에 의해 발생하는데, 빛이 두 물질의 경계면에 비스듬히 입사할 때 두 번째 매질의 굴절율이 크다면 빛은 경계면에 수직한 방향쪽으로 휘어 진행하게 될 것인데, 이러한 원리에 의해 빛을 모으거나 분산시킨다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
즉, 발광램프 상면에 홀로그래픽 패턴을 직접 형성하지 않고 홀로그래픽 확산시트(Holographic Diffuse sheet)를 형성한 후 발광램프와 액정패널 사이에 삽입할 수도 있을 것이다.
또는, 발광램프 상면에 dichromate gelatin(중크롬산염 제라틴), photoresist(포토레지스트), photopolymer(포토폴리머), silver halide(실버 할로겐화합물) 등의 광굴절 물질을 도포한 후, 상기 광굴절 물질에 레이저광을 조사하 여 스펙클(speckle) 형태의 간섭무늬를 형성함으로써 홀로그래픽 패턴을 제작할 수도 있을 것이다.
이 때, 상기 스펙클 형태의 간섭무늬가 작게 형성될수록 상기 홀로그래픽 패턴을 통과하는 광이 더 많이 확산되고, 광의 각도분포가 더 넓어지므로, 홀로그래픽 패턴의 크기를 제어하여 광분포 등을 제어할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 직하형 백라이트는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 액정패널과 대향하는 발광램프 표면에 홀로그래픽 패턴(Holographic Pattern)을 형성하여 광방향과 광분포 등을 제어함으로써 광균일도를 향상시킨다.
둘째, 홀로그래픽 패턴에 의해 발광램프의 광을 집광 및 확산시킴으로써 광학시트류를 제거 또는 절감할 수 있게 되어 소자의 박형화를 달성할 수 있다.

Claims (10)

  1. 화상을 표시하는 표시장치와 대향하는 면에 홀로그래픽 패턴(holographic pattern)이 구비된 발광램프와,
    상기 발광램프 하부에 형성된 반사판을 포함하며,
    상기 발광램프는 복수개의 냉음극관 램프 및 상기 복수개의 냉음극관 램프의 상부에 구비되는 유리기판을 포함하며,
    상기 홀로그래픽 패턴은 상기 유리기판 표면에 형성되거나, 상기 발광램프 표면에 직접 형성되는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광램프는 면발광램프인 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 면발광램프는,
    홀로그래픽 패턴이 형성된 상부기판과,
    상기 상부기판에 일정한 간격을 두고 대향하는 하부기판과,
    상기 상,하부 기판 모서리에 각각 실링된 사이드 기판과,
    상기 사이드 기판에 삽입되어 서로 대향하는 제1,제2전극과,
    상기 상,하부 기판 내측벽에 도포된 형광체층과,
    상기 상,하부 기판 사이에 채워진 방전가스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 패턴이 유리기판 표면에 형성되는 것은 홀로그래픽 상이 기록된 몰드에 유리를 캐스팅(casting)하여 형성되는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 패턴이 발광램프 표면에 직접 형성되는 것은 상기 발광램프 상면에 광굴절 물질을 형성한 후 레이저를 조사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 직하형 백라이트.
  10. 삭제
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