KR101224638B1 - 반사층을 구비한 프리즘 시트, 이를 구비한 백라이트 유닛및 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

종래에 비해 광 효율을 향상시킬 수 있는 프리즘 시트의 구조 및 이러한 구조의 프리즘 시트를 구비한 액정 패널의 후면 조명용 백라이트 유닛 및 액정표시장치가 개시된다. 본 발명에 따른 프리즘 시트는, 기저부; 상기 도광판의 광 출사면에서 출사되는 빛이 입력되는 광 입력면; 상기 광 입력면을 통해 입력된 빛을 상기 액정 패널 방향으로 반사시키기 위한 광 반사면; 및 상기 광 반사면에서 반사된 빛이 출력되기 위한 광 출력면을 각각 포함하며, 상기 기저부상에 상기 광 출력면이 접하도록 배치된 된 다수의 프리즘; 및 상호 인접하여 배치된 프리즘들 사이에 배치되며, 상기 도광판의 광 출사면으로부터 출사되는 빛을 반사시키기 위한 반사층을 포함한다.

액정표시장치, 백라이트 유닛, 프리즘 시트

Description

반사층을 구비한 프리즘 시트, 이를 구비한 백라이트 유닛 및 액정표시장치{PRISM SHEET HAVING REFLECTIVE LAYER, BACK LIGHT UNIT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING THE SAME}

도 1은 종래의 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 도 1의 백라이트 유닛의 프리즘 시트를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이다.

도 3b는 도 3a의 액정 패널의 일 실시예를 도시한 단면도이다.

도 3c는 도 3a의 프리즘 시트를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.

도 4는 본 발명의 프리즘 시트의 다른 실시예를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 종래에 비해 광 효율을 향상시킬 수 있는 프리즘 시트의 구조 및 이러한 구조의 프리즘 시트를 구비한 액정 패널의 후면 조명용 백라이트 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)는, 인가 전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생되는 여러 가지 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 전자 소자이다.

액정표시장치는 소형화, 경량화, 저전력 소비화 등의 장점을 가지고 있어 종래에 널리 사용되던 CRT(Cathode Ray Tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로 주목을 받아왔고, 현재는 디스플레이 장치를 필요로 하는 거의 모든 정보 처리 기기에 장착되고 있는 실정이다.

이러한 액정표시장치는 일반적으로 특정한 분자배열을 갖는 액정에 전압을 인가하여 다른 분자배열로 변화시키고, 이러한 분자배열의 변화에 의해 발생하는 액정의 복굴절성, 선광성, 2색성 및 광산란 특정 등의 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환하는 것으로서, 액정에 의한 빛의 변조를 이용한 디스플레이 장치이다.

자체 발광원이 없는 수광형 소자인 액정표시장치는 소자의 화면 전체를 후면에서 조명할 수 있는 별도의 광원 장치가 필요한데, 이러한 액정표시장치용 조명 장치를 통상 백라이트 유닛(Back Light Unit)이라 한다.

일반적으로 백라이트 유닛은 발광 램프가 배치되는 방식에 따라 에지 방식과 직하 방식으로 구별한다.

에지 방식은 발광 램프로부터 발생한 빛을 안내하는 도광판의 측면에 발광 램프가 배치되는 방식으로서, 데스크 탑 컴퓨터나 노트북용 모니터와 같이 비교적 소형 액정표시장치에 적용되는 것으로서, 빛의 균일성이 좋고, 내구성이 우수하며, 장치의 박형화에 유리하다.

이에 반해, 직하 방식은 20인치 이상의 중·대형 표시장치에 사용되기 위해 개발되었으며, 액정 패널의 하부에 다수의 램프 광원을 배열시켜 액정 패널의 전면을 직접 조명하는 방식이다.

백라이트 유닛용 발광 램프에는 종래부터 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp, 이하 "CCFL"이라 함)와 같은 선형 광원을 많이 이용되고 있으나, 근래에는 색재현성이 CCFL보다 우수하고 친환경적인 발광 다이오드(LED)로 대체되고 있는 추세에 있다.

현재 백라이트 유닛은 박형화, 경량화, 고휘도화 및 고효율화를 기술적 목표로 하여 연구, 개발이 진행중이며, 특히 액정 패널의 휘도를 향상시키기 위한 노력의 일환으로 백라이트 유닛의 광효율을 증가시킬 수 있는 광학 시트의 개발이 절실히 요망된다.

이하, 도면을 참조하여 종래의 액정표시장치 및 백라이트 유닛의 구조에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 종래의 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 2는 도 1의 백라이트 유닛의 프리즘 시트를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 액정표시장치(10)는 외부에서 인가되는 구동 신호와 데이터 신호에 따라 화상을 디스플레이하는 액정 패널(18)과 상기 액정 패널을 후면에서 조명하기 위한 백라이트 유닛(11)을 구비한다.

본 발명을 이해하고 이를 실시함에 있어서, 액정 패널(18)의 정확한 구조적 특성은 중요하지 않으며, 액정표시장치에 통상적으로 사용되는 어떠한 구조의 액정 패널에도 본 발명의 사상이 광범위하게 적용될 수 있다. 따라서, 액정 패널(18)의 구조에 대해서는 여기서 구체적으로 설명하지 않는다.

백라이트 유닛(11)은 광원부(12), 도광판(13) 및 프리즘 시트(14)를 포함하며, 광원부(12)가 도광판의 양 측면에 배치되는 에지-라이트 방식(edge-light method)으로 구동된다.

각 광원부(12)는 소정의 파장의 빛, 예를 들면 백색광을 발생시키는 CCFL(12a)을 포함하며, CCFL(12a)의 외측에는 그 외주면을 따라 광원 반사판(12b)이 배치된다.

CCFL(12a)에서 발생한 빛은 도광판(13)의 측면, 즉 광 입사면을 통해 도광판(13)에 입사하게 되는데, 광원 반사판(12b)은 CCFL(12a)로부터 발생한 빛을 도광판(13) 측으로 반사시켜 도광판(13)에 입사되는 빛의 효율을 향상시킨다.

도광판(13)은 그 측면에 배치된 광 입사면을 통해 입사된 빛을 상부에 배치된 액정 패널(18)의 가시면(viewing plane)에 실질적으로 평행한 방향으로 전송하면서 이를 균일화하는 역할을 한다. 도광판(13)의 전면은 액정 패널(18)이 배치된 방향으로 빛이 출사되기 위한 광 출사면이 된다.

반사 시트(19)는 도광판(13)의 배면에 배치되며, 도광판(13)의 배면으로 출사된 빛을 반사시켜 다시 도광판(13)으로 입사시킨다.

도광판(13)과 액정 패널(18)의 사이에는 도광판(13)으로부터 출사된 빛을 액정 패널(18)의 가시면에 실질적으로 수직한 방향으로 변환하여 집광시킴으로써 휘도를 향상시키기 위한 프리즘 시트(14)가 배치된다.

프리즘 시트(14)는 도광판(13)으로부터 입사하는 빛(L1, L2)의 경로를 변환시키기 위한 다수의 프리즘(16)과 상기 다수의 프리즘(16)을 지지하기 위한 기저부(15)를 포함한다. 실제 응용에 있어서, 프리즘 시트(14)는 프리즘(16)이 도광판(13)을 향하도록 배치되며, 선택에 따라, 도시된 바와 같이, 빛이 투과할 수 있는 성질을 갖는 투광성 접착제(17)를 사용하여 프리즘(16)과 도광판(13)을 접합하여 )사용하기도 한다.

각 프리즘(16)은 도광판(13)으로부터 빛이 입력되는 광 입력면(16a), 입력된 빛이 반사되어 그 경로가 변경되는 광 반사면(16b) 및 반사된 빛이 출력되기 위한 광 출력면(16c)로 이루어진다. 인접한 프리즘들(16) 사이는 빈 공간이다.

이상 설명한 구조의 프리즘 시트(14)에서, 도광판(13)으로부터 출사된 빛의 일부(L1)는 광 입력면(16a)를 통해 광 반사면(16b)에 입사하게 되고, 광 반사면(16b)에서 전반사되어 광 경로가 변경된다. 이에 의해, 빛(L1)은 광 출력면(16c)을 통해 액정 패널(18)의 가시면에 실질적으로 수직한 방향으로 된다.

하지만, 도광판(13)으로부터 출사된 빛의 일부(L2)가 프리즘(16)과 프리즘(16) 사이의 빈 공간을 통해 진행할 수 있기 때문에, 도광판(13)으로부터 출사된 모든 빛이 광 입력면(16a)를 통해 프리즘(16)에 입력되는 것은 아니다. 도시된 바와 같이, 빛(L2)는 광 반사면(16b)에서 굴절되어 프리즘(16)에 입사되고, 이 경우, 광 반사면(16b)의 유효한 광 경로 변환 능력은 발휘되지 못한다. 나아가, 빛(L2)은 액정 패널(18)의 가시면에 유효하게 입사하지 못하게 된다. 이로 인해 백라이트 유닛(11)의 광 효율은 저하된다.

따라서, 광 효율을 향상시킬 수 있는 개선된 구조의 프리즘 시트의 개발이 절실히 요망된다.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 액정 패널의 가시면에 입사하는 빛의 양을 증가시켜 광 효율을 향상시킬 수 있는 개선된 구조의 프리즘 시트, 이를 구비한 백라이트 유닛 및 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적 달성을 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 패널을 조명하기 위한 백라이트 유닛은, 소정 파장의 빛을 방출하는 광원부와, 상기 광원부와 인접하여 배치되는 도광판을 포함한다. 여기서, 상기 도광판은 상기 광원부로부터의 빛이 입사되는 광 입사면, 및 상기 액정 패널과 실질적으로 평행하게 배치되며, 상기 광 입사면을 통하여 입사된 광이 출사되는 광 출사면을 구비한다.

또한, 상기 백라이트 유닛은 상기 도광판의 광 출사면의 상부에 배치되어, 상기 광 출사면에서 출사된 빛을 상기 액정 패널의 가시면에 집광시키기 위한 프리즘 시트를 포함한다.

여기서, 상기 프리즘 시트는, 기저부와 상기 기저부상에 형성된 다수의 프리즘을 포함한다. 상기 프리즘은, 상기 도광판의 광 출사면에서 출사되는 빛이 입력되는 광 입력면, 상기 광 입력면을 통해 입력된 빛을 상기 액정 패널 방향으로 반사시키기 위한 광 반사면 및 상기 광 반사면에서 반사된 빛이 출력되기 위한 광 출 력면을 각각 포함하며, 상기 기저부상에 상기 광 출력면이 접하도록 배치된다. 또한, 상기 프리즘 시트는 상호 인접하여 배치된 프리즘들 사이에 배치되며, 상기 도광판의 광 출사면으로부터 출사되는 빛을 반사시키기 위한 반사층을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치는, 상호 대향 배치된 한 쌍의 기판, 상기 한 쌍의 기판의 사이에 개재된 액정층 및 상기 한 쌍의 기판의 대향하는 면들에 각각 형성되며, 상기 액정층의 배향을 제어하기 위한 신호를 공급하기 위한 다수의 전극층을 포함하는 액정 패널과, 상기 액정 패널의 후면에 배치되어 상기 액정 패널을 조명하기 위한 백라이트 유닛을 포함한다.

상기 백라이트 유닛은 상기 도광판의 광 출사면의 상부에 배치되어, 상기 광 출사면에서 출사된 빛을 상기 액정 패널의 가시면에 집광시키기 위한 프리즘 시트를 포함한다.

여기서, 상기 프리즘 시트는, 기저부와 상기 기저부상에 형성된 다수의 프리즘을 포함한다. 상기 프리즘은, 상기 도광판의 광 출사면에서 출사되는 빛이 입력되는 광 입력면, 상기 광 입력면을 통해 입력된 빛을 상기 액정 패널에 실질적으로 수직인 방향으로 반사시키기 위한 광 반사면 및 상기 광 반사면에서 반사된 빛이 출력되기 위한 광 출력면을 각각 포함하며, 상기 기저부상에 상기 광 출력면이 접하도록 배치된다. 또한, 상기 프리즘 시트는 상호 인접하여 배치된 프리즘들 사이에 배치되며, 상기 도광판의 광 출사면으로부터 출사되는 빛을 반사시키기 위한 반사층을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 시트는, 기저부와 상기 기저부 상에 형 성된 다수의 프리즘을 포함한다.

상기 프리즘은, 외부의 빛이 입력되는 광 입력면, 상기 광 입력면을 통해 입력된 빛을 반사시키기 위한 광 반사면 및 상기 기저부에 접하며, 상기 광 반사면에서 반사된 빛이 출력되기 위한 광 출력면을 각각 포함하되, 상기 광 반사면은 광 입력면을 통해 입력된 빛을 상기 광 출사면에 실질적으로 수직인 방향으로 반사시킨다. 또한, 상기 프리즘 시트는 상호 인접하여 배치된 프리즘들 사이에 배치되며, 빛을 반사시키기 위한 반사층을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이며, 도 3b는 도 3a의 액정 패널의 일 실시예를 도시한 단면도이다. 또한, 도 3c는 도 3a의 프리즘 시트의 구조 및 작용을 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치(20)는 외부에서 인가되는 구동 신호와 데이터 신호에 따라 화상을 디스플레이하는 액정 패널(28)과 상기 액정 패널을 후면에서 조명하기 위한 백라이트 유닛(21)을 구비한다.

액정 패널(28)은 하부 편광필름(101a), 상부 편광필름(101b), 하부 기판(100a), 상부 기판(100b), 칼라필터(102), 블랙매트릭스(103), 화소전극(106), 공통전극(104), 액정층(107) 및 TFT 어레이(105)를 포함한다.

칼라필터(102)는 레드, 그린 및 블루에 해당하는 칼라필터들을 포함하며, 빛이 인가되는 경우 레드, 그린 또는 블루에 해당하는 이미지를 발생시킨다.

TFT 어레이(105)는 스위칭 소자로서 화소전극(106)을 스위칭한다.

공통전극(104) 및 화소전극(106)은 외부에서 인가되는 소정 전압에 따라 액정층(107)의 분자 배열을 변환한다.

액정층(107)은 소정 분자들로 이루어져 있고, 상기 분자들이 화소전극(106)과 공통전극(104) 사이에 인가된 전압차에 상응하여 배열된다.

그 결과, 이하의 백라이트 유닛(21)으로부터 제공되는 빛이 액정층(107)의 분자 배열에 상응하여 칼라필터(102)에 입사된다.

이미 위에서 언급한 바와 같이, 본 발명을 이해하고 이를 실시함에 있어서, 액정 패널(28)의 정확한 구조적 특성은 중요하지 않으며, 액정표시장치에 통상적으로 사용되는 어떠한 구조의 액정 패널에도 본 발명의 사상이 광범위하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 이상 언급한 액정 패널(28)의 구조에 의해 제한적으로 해석되지 않을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(21)은 광원부(22), 도광판(23), 프리즘 시트(24), 확산 시트(27) 및 반사 시트(29)를 포함한다.

본 실시예에서는, 광원부(22)가 도광판(23)의 양 측면에 배치되는 에지-라이트 방식(edge-light method)으로 구동된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광원부(22)는 도광판(23)의 일 측면에만 배치되는 에지-라이트 방식으로 구동될 수 있다.

각 광원부(22)는 소정의 파장의 빛, 예를 들면 백색광을 발생시키는 램프 (22a)와, 램프(22a)의 외측에 배치된 광원 반사판(22b)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 램프(22a)는 선형 광원인 CCFL일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 램프(22a)는 점광원인 발광 다이오드일 수 있다. 발광 다이오드는 색재현성이 CCFL보다 우수하고 친환경적이라는 장점이 있다. 발광 다이오드를 이용한 백라이트 유닛은 한국공개특허공보 제10-2005-0113419호(엘지.필립스 엘시디 주식회사) 및 일본공개특허공보 특개2004-79488(후지쯔 텐 주식회사) 등에 개시되어 있으며, 본 발명의 이해를 위해 상기 문헌들을 참조할 수 있다.

램프(22a)에서 발생한 빛은 도광판(23)의 측면, 즉 광 입사면으로 바로 입사되거나, 램프(22a)의 외측에 배치된 광원 반사판(22b)에 반사되어 상기 광 입사면으로 입사된다.

광원 반사판(22b)은 램프(22a)에서 발생한 빛을 도광판(23) 측으로 반사시켜 도광판(23)에 입사되는 빛의 양을 증가시킴으로써 광 효율을 향상시킨다. 이를 위해 광원 반사판(22b)은 반사성이 높은 물질로 구성되며, 그 표면에 은(Ag)을 코팅하기도 한다.

본 발명의 일 실시예에서, 광원부(22)는 백라이트 유닛(21)의 측면에 위치하기 때문에, 광원부(21)에서 발생된 빛이 백라이트 유닛(21)의 전면에 걸쳐 균일하게 투과되지 않고 가장자리에 집중된다. 따라서, 빛을 액정 패널(28)의 가시면의 전면으로 균일하게 투과시키기 위해 도광판(23)이 필요하다. 도광판(23)은 그 측면에 배치된 광 입사면을 통해 입사된 빛을 상부에 배치된 액정 패널(28)의 가시면(viewing plane)에 실질적으로 평행한 방향, 즉 상기 광 입사면과 실질적으로 수직 인 방향으로 전송하면서 빛을 혼합하여 균일화하는 역할을 한다. 이를 위해 도광판(23)은 광 입사면으로 빛이 입사된 후 임계각 이하에서 연속적인 전반사가 일어나도록 설계된다. 도광판(23)의 전면은 액정 패널(28)이 배치된 방향으로 빛이 출사되기 위한 광 출사면이 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 도광판(23)은 폴리메틸메타아크릴레이트와 같은 투명 아크릴 수지로 구성될 수 있다.

반사 시트(29)는 도광판(23)의 저면에 배치되며 도광판(23)의 저면으로 출사되는 빛을 반사시켜 도광판(23)으로 재입사시키는 역할을 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 시트(29)는 SUS, Brass, 알루미늄, PET 등으로 이루어진 시트 위에 은(silver)을 입히고, 열이 미세하게 발생한다 해도 장시간 흡열로 인한 변형을 막기 위해 티타늄 코팅하여 제작될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 시트(29)는 PET와 같은 합성수지제의 시트에 광을 산란시키기 위한 기포를 분산시켜 제작될 수 있다.

도광판(23)으로부터 출사된 빛이 액정 패널(28)의 가시면에 유효하게 입사하도록 하여 휘도를 향상시키고, 액정 패널(28)에 입사되는 빛을 균일하게 하여 가시면의 전면이 균일한 휘도 분포를 갖도록 하기 위해, 백라이트 유닛(21)은 적어도 하나 이상의 광학 시트를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 백라이트 유닛(21)은 도광판(23)의 상부에 배치되는 프리즘 시트(24)와 상기 프리즘 시트의 상부에 배치되는 확산 시트(27)를 포함할 수 있다.

프리즘 시트(24)는 도광판(23)에서 낮은 각도로 입사되는 빛을 액정 패널(28)의 가시면에 수직한 방향의 빛으로 변조하여 상기 액정 패널에 집광시킴으로써 유효 시야각 범위에서 휘도를 향상시킨다.

도 3a 및 도 3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 시트(24)는 도광판(23)으로부터 입사하는 빛의 경로를 변환시키기 위한 다수의 프리즘(26), 상기 다수의 프리즘(26)을 지지하기 위한 기저부(25) 및 인접한 프리즘들(26) 사이에 배치된 반사층(R1)을 포함한다. 상기 도면들은 본 발명의 일 예를 예시하기 위한 것으로서 프리즘(26)의 크기를 정하거나 프리즘(26)의 구조를 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에서, 프리즘 시트(24)는 프리즘(26)이 도광판(23)을 향하도록 배치되며, 프리즘(26)과 도광판(23)은 직접 접촉한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 프리즘(26)과 도광판(23)은 광을 투과할 수 있는 성질을 갖는 투광성 접착제에 의해 접착될 수 있다. 이때, 투광성 접착제의 굴절율은 도광판(23)의 굴절율과 동일한 것이 바람직하다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 프리즘 시트(24)와 도광판(26)의 사이에 빛을 변환, 즉 집광 또는 확산할 수 있는 다른 광학 시트가 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 프리즘(26)은 기저부(25)상에서 어느 일 방향으로 나란히 배열된 단면이 사다리꼴 형상인 선형 프리즘으로서, 도광판(23)으로부터 빛이 입력되는 광 입력면(26a), 입력된 빛이 반사되어 그 경로가 변경되는 광 반사면(26b) 및 반사된 빛이 출력되기 위한 광 출력면(26c)으로 이루어진다.

광 입력면(26a)과 광 출력면(26c)은 상호 대향 배치된 평면이고, 광 입력면(26a)과 광 출력면(26c)을 잇는 광 반사면(26b)은 광 입력면(26a)의 연직 방향의 성분에 대해 소정의 각도로 기울어진 평면일 수 있다.

광 입력면(26a)은 도광판(23)에서 출사되는 빛이 프리즘(26)에 입력되기 위한 면이다.

광 반사면(26b)는 광 입력면(26a)을 통해 프리즘(26)에 입력된 빛을 반사하여 액정 패널(28)의 가시면에 실질적으로 수직한 성분(광 출력면(26c)에 실질적으로 수직한 성분)으로 변환하기 위한 면이다. 광 반사면(26b)의 기울어진 각도는 도광판(23)의 광 출사면으로 출사되는 빛의 광량 분포에 기초하여 결정되는데, 상기 광량 분포는 도광판(23) 및 상기 도광판의 하부에 배치된 반사 시트(29b)의 설계에 의존한다. 바람직하게는 상기 각도는 25° 내지 45°의 범위에서 선택된다.

광 출력면(26c)은 광 반사면(26b)에서 반사된 빛이 상부에 배치된 액정 패널(28)의 방향으로 출력되기 위한 면이다.

인접한 프리즘들(26) 사이에는 빛을 반사할 수 있는 물질로 이루어진 반사층(R1)이 배치된다. 기저부(25)로부터 반사층(R1)의 종단까지 길이, 즉 반사층(R1)의 두께에는 제한됨이 없으나, 바람직하게는 프리즘(26)의 광 출력면(26c)로부터 광 입력면(26a)까지의 거리, 즉 프리즘(26)의 두께의 1/2 이상이다. 가장 바람직하게는, 반사층(R1)의 두께는 프리즘(26)의 높이와 같다.

반사층(R1)은 도광판(23)으로부터 출사되어 프리즘(26)의 광 입력면(26a)이 아닌 프리즘(26)과 프리즘(26)의 사이로 입력되는 빛을 반사시켜 다시 도광판(23) 으로 재입사시킴으로써 광 효율을 향상시키는 기능을 한다

계속 도 3c를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 시트(24)의 작용에 대해 설명한다.

도광판(23)으로부터 빛(L3, L4)은 소정의 각도로 프리즘 시트(24)로 입사한다. 이때, 빛의 일부(L3)는 프리즘(26)의 광 입력면(26a)를 통해 광 반사면(26b)에 입사하게 되고, 광 반사면(26b)에서는 전반사에 의해 광 경로가 변경된다. 본 기술분야에 숙달된 자라면, 광 반사면(26b)에서 빛(L3)이 전반사되기 위해서는, 광 반사면(16b)에 대한 빛(L3)의 입사각이 전반사 임계각 이하이어야 한다는 것을 이해하고 있을 것이다. 또한, 본 기술 분야에 숙달된 자라면, 이러한 조건을 만족하기 위해, 도광판(23)으로부터 출사되는 빛의 광량 분포에 따라 광 반사면(26b)의 기운 각도를 어떻게 설계하여 하는 지에 대해 구체적인 설명 없이도 능히 이해할 수 있을 것이다.

빛(L3)은 광 반사면(26b)에서 전반사되어 도시된 바와 같이 광 출력면(16c)에 실질적으로 수직한 성분으로 변환되어 출력된다.

한편, 도광판(23)으로부터 출사된 빛의 일부(L4)는 프리즘 시트(24)의 광 입력면(26a)으로 입력되지 않는다. 광 입력면(26a)으로 입력되지 않는 빛(L4)은 반사층(R1)에서 반사되어 도광판(23)으로 재입사된다. 도광판(23)으로 재입사된 빛(L4)은 도광판(23)의 저면에서 반사되어 다른 프리즘(26)의 광 입력면(26a)에 입사되고, 광 반사면(26b)에서 전반사되어 액정 패널(미도시)의 가시면에 실질적으로 수직한 방향으로 출력되게 된다. 따라서, 반사층(R1)은 광 입사면(26a)에 입사되지 않는 빛(L4)(이러한 광은 액정 패널을 조명하기 위해 유용하게 사용되지 못함)을 반사시켜 다시 다른 프리즘의 광 입사면(26)으로 입사시킴으로써 액정 패널을 조명하기 위해 유용한 빛으로 변환되도록 한다.

도 3a를 다시 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(20)은 프리즘 시트(24)의 상부에 배치된 또 다른 광학 시트인 확산 시트(27)를 더 포함한다. 확산 시트(27)는 도광판(23)으로부터 출력된 빛을 확산 및 집광하여 휘도를 균일하게 하고 시야각을 확대시킬 수 있다. 한편, 본 실시예에서는, 확산 시트(27)가 프리즘 시트(24)와 액정 패널(28)의 사이에 배치되지만, 다른 실시예에서는 확산 시트(27)가 프리즘 시트(24)와 도광판(23)의 사이에 배치될 수 있다.

도 3a 및 도 3c에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 시트(24)의 프리즘(26)의 단면 형상은 사다리꼴이지만, 선택에 따라 프리즘(26)의 형상은 적절하게 변경될 수도 있다.

도 4는 도 3a의 백라이트 유닛의 프리즘 시트의 다른 실시예를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.

도 4를 참조하면, 프리즘 시트(34)는 도광판(33)으로부터 입사하는 빛의 경로를 변환시키기 위한 다수의 프리즘(36), 상기 다수의 프리즘(36)을 지지하기 위한 기저부(35) 및 인접한 프리즘들(36) 사이에 배치된 반사층(R2)을 포함한다. 상기 도면은 본 발명의 일 예를 예시하기 위한 것으로서 프리즘(36)의 크기를 정하거나 프리즘(36)의 구조를 한정하는 것이 아니라는 점은 이미 설명한 바와 같다.

본 실시예에서는, 프리즘 시트(34)가 프리즘(36)이 도광판(33)을 향하도록 배치되며, 프리즘(36)과 도광판(33)은 직접 접촉한다. 그러나 다른 실시예에서는, 프리즘(36)과 도광판(33)은 광을 투과할 수 있는 성질을 갖는 투광성 접착제에 의해 접착될 수 있다. 이때, 투광성 접착제의 굴절율은 도광판(33)의 굴절율과 동일한 것이 바람직하다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 프리즘 시트(34)와 도광판(33)의 사이에 빛을 변환, 즉 집광 또는 확산할 수 있는 다른 광학 시트, 예를 들면 도 3a에 관련하여 설명한 확산 시트(도 3a의 27)가 배치될 수도 있다.

프리즘(36)은 기저부(35)상에서 어느 일 방향으로 나란히 배열된 단면이 반 타원 형태인 선형 프리즘으로서, 도광판(33)으로부터 빛이 입력되는 광 입력면(36a), 입력된 빛이 반사되어 그 경로가 변경되는 광 반사면(36b) 및 반사된 빛이 출력되기 위한 광 출력면(36c)으로 이루어진다.

광 입력면(36a)과 광 반사면(36b)은 소정의 곡률 반경을 갖는 곡면이며, 광 출력면(26c)은 도광판(33)의 광 출사면과 실질적으로 평행한 평면이다. 이들은 도 3c와 관련하여 설명한 광 입력면(26a), 광 반사면(26b) 및 광 출력면(26c)에 대응하는 구성요소이다.

광 입력면(36a)은 도광판(33)에서 출사되는 빛이 광 경로를 변환하는 프리즘(36)에 입력되기 위한 면이다. 후술하는 반사층(R2)로부터 노출된 영역이다.

광 반사면(36b)은 광 입력면(36a)을 통해 프리즘(36)에 입력된 빛을 반사하여 액정 패널(도 3a의 28)의 가시면에 실질적으로 수직한 성분(광 출력면(36c)에 실질적으로 수직한 성분)으로 변환하기 위한 면이다. 광 반사면(36b)의 곡률은 도광판(33)에서 출사되는 빛의 광량 분포를 고려하여 적절히 설계할 수 있다.

광 출력면(36c)은 광 반사면(36b)에서 반사된 빛이 상부에 배치된 액정 패널(도 3a의 28)의 방향으로 출력되기 위한 면이다.

인접한 프리즘들(36) 사이에는 빛을 반사할 수 있는 물질로 이루어진 반사층(R2)이 배치된다. 기저부(35)로부터 반사층(R2)의 종단까지 길이, 즉 반사층(R2)의 두께에는 제한됨이 없으나, 바람직하게는 프리즘(36)의 광 출력면(36c)로부터 광 입력면(36a)의 종단까지의 거리, 즉 프리즘(36)의 두께의 4/5 이하이다. 가장 바람직하게는, 반사층(R2)의 두께는 프리즘(36)의 두께의 1/2이다.

반사층(R2)은 도광판(33)으로부터 출사되어 프리즘(36)의 광 입력면(36a)이 아닌 프리즘(36)과 프리즘(36)의 사이로 입력되는 빛을 반사시켜 다시 도광판(33)으로 재입사시킴으로써 광 효율을 향상시키는 기능을 한다.

이하, 프리즘 시트(34)의 작용에 대해 설명한다.

도광판(33)으로부터 빛(L5, L6)은 소정의 각도로 프리즘 시트(34)로 입사한다. 이때, 빛의 일부(L5)는 프리즘(36)의 광 입력면(36a)를 통해 광 반사면(36b)에 입사하게 되고, 광 반사면(36b)에서는 전반사에 의해 광 경로가 변경된다. 한편, 광 반사면(36b)이 곡면일 경우 평면일 경우에 비해 광 출력면(36c)에 실질적으로 수직한 성분이 더 많아져 휘도가 더욱 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 기술분야에 숙달된 자라면, 광 반사면(36b)에서 빛(L5)이 전반사되기 위해서는, 광 반사면(36b)에 대한 빛(L5)의 입사각이 전반사 임계각 이하이어야 한다는 것을 이해하고 있을 것이다. 또한, 본 기술분야에 숙달된 자라면, 이러한 조건을 만족하기 위해, 도광판(33)으로부터 출사되는 빛의 광량 분포에 따라 광 반 사면(36b)의 곡률을 어떻게 설계하여 하는 지에 대해 구체적인 설명 없이도 능히 이해할 수 있을 것이다.

빛(L5)은 광 반사면(36b)에서 전반사되어 도시된 바와 같이 광 출력면(36c)에 실질적으로 수직한 성분으로 변환되어 출력된다.

한편, 도광판(33)으로부터 출사된 빛의 일부(L6)는 프리즘 시트(34)의 광 입력면(36a)으로 입력되지 않는다. 광 입력면(36a)으로 입력되지 않는 빛(L6)은 반사층(R2)에서 반사되어 다시 도광판(33)으로 입사된다. 도광판(33)으로 재입사된 빛(L6)은 도광판(33)의 저면에서 반사되어 다른 프리즘(36)의 광 입력면(36a)에 입사되고, 광 반사면(36b)에서 전반사되어 액정 패널(도 3a의 28)의 가시면에 실질적으로 수직한 방향으로 집광하여 출력되게 된다. 따라서, 반사층(R2)은 광 입사면(36a)에 입사되지 않는 광(이러한 광은 액정 패널(도 3a의 28)을 조명하기 위해 유용하게 사용되지 못함)을 반사시켜 다시 광 입사면(36)으로 입사시킴으로써 액정 패널(도 3a의 28)을 조명하기 위해 유용한 빛으로 변환되도록 한다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명이 속하는 기술분야에 숙달된 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 프리즘 시트는 상술한 실시예와 같은 에지-라이트 방식의 백라이트에만 적용되는 것은 아니며, 광원이 액정 패널의 저면에 배치되는 직하 방식의 백라이트에도 적용될 수 있다.

본 발명에 의하면, 종래에 비해 액정 패널의 가시면에 입사하는 빛의 양을 증가시켜 광 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (23)

1. 액정 패널을 조명하기 위한 백라이트 유닛에 있어서,

   소정 파장의 빛을 방출하는 광원부;

   상기 광원부와 인접하여 배치되며, 상기 광원부로부터의 빛이 입사되는 광 입사면; 및 상기 액정 패널과 실질적으로 평행하게 배치되며, 상기 광 입사면을 통하여 입사된 광이 출사되는 광 출사면을 구비한 도광판; 및

   상기 도광판의 광 출사면의 상부에 배치되어, 상기 광 출사면에서 출사된 빛을 상기 액정 패널의 가시면에 집광시키기 위한 프리즘 시트를 포함하되,

   상기 프리즘 시트는,

   기저부;

   상기 도광판의 광 출사면에서 출사되는 빛이 입력되는 광 입력면; 상기 광 입력면을 통해 입력된 빛을 상기 액정 패널 방향으로 반사시키기 위한 광 반사면; 및 상기 광 반사면에서 반사된 빛이 출력되기 위한 광 출력면을 각각 포함하며, 상기 기저부상에 상기 광 출력면이 접하도록 배치된 된 다수의 프리즘; 및

   상호 인접하여 배치된 프리즘들 사이에 배치되며, 상기 도광판의 광 출사면으로부터 출사되는 빛을 반사시키기 위한 반사층을 포함하되,

   상기 다수의 프리즘의 광 입력면 및 광 반사면은 곡면이고, 상기 광 출력면은 평면이고, 상기 다수의 프리즘의 일 단면 형상은 반 타원이고,

   상기 다수의 프리즘과 상기 도광판은 직접 접촉하고,

   상기 광 입력면은 상기 도광판에서 출사되는 빛이 상기 다수의 프리즘에 입력되도록 상기 반사층으로부터 노출된 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 프리즘 시트의 광 입력면과 상기 도광판의 광 출사면은 이들의 사이에 개재된 투광성 접착제에 의해 접착되며, 상기 투광성 접착제의 굴절율은 상기 도광판의 굴절율과 동일한 것 특징으로 하는 백라이트 유닛.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 프리즘 시트의 광 입력면과 상기 도광판의 광 출사면 사이에 배치되며, 상기 도광판의 광 출사면으로부터 출사되는 빛을 확산시키기 위한 광학 시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
10. 상호 대향 배치된 한 쌍의 기판;

    상기 한 쌍의 기판의 사이에 개재된 액정층; 및

    상기 한 쌍의 기판의 대향하는 면들에 각각 형성되며, 상기 액정층의 배향을 제어하기 위한 신호를 공급하기 위한 다수의 전극층을 포함하는 액정 패널; 및

    상기 액정 패널의 후면에 배치되어 상기 액정 패널을 조명하기 위한 백라이트 유닛을 포함하되,

    상기 백라이트 유닛은,

    소정 파장의 빛을 방출하는 광원부;

    상기 광원부와 인접하여 배치되며, 상기 광원부로부터의 빛이 입사되는 광 입사면; 및 상기 액정 패널과 실질적으로 평행하게 배치되며, 상기 광 입사면을 통하여 입사된 광이 출사되는 광 출사면을 구비한 도광판; 및

    상기 도광판의 광 출사면의 상부에 배치되어, 상기 광 출사면에서 출사된 빛을 상기 액정 패널의 가시면에 집광시키기 위한 프리즘 시트를 포함하되,

    상기 프리즘 시트는,

    기저부;

    상기 도광판의 광 출사면에서 출사되는 빛이 입력되는 광 입력면; 상기 광 입력면을 통해 입력된 빛을 상기 액정 패널 방향으로 반사시키기 위한 광 반사면; 및 상기 광 반사면에서 반사된 빛이 출력되기 위한 광 출력면을 각각 포함하며, 상기 기저부상에 상기 광 출력면이 접하도록 배치된 된 다수의 프리즘; 및

    상호 인접하여 배치된 프리즘들 사이에 배치되며, 상기 도광판의 광 출사면으로부터 출사되는 빛을 반사시키기 위한 반사층을 포함하되,

    상기 다수의 프리즘의 광 입력면 및 광 반사면은 곡면이고, 상기 광 출력면은 평면이고, 상기 다수의 프리즘의 일 단면 형상은 반 타원이고,

    상기 다수의 프리즘과 상기 도광판은 직접 접촉하고,

    상기 광 입력면은 상기 도광판에서 출사되는 빛이 상기 다수의 프리즘에 입력되도록 상기 반사층으로부터 노출된 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 제 10 항에 있어서,

    상기 프리즘 시트의 광 입력면과 상기 도광판의 광 출사면은 이들의 사이에 개재된 투광성 접착제에 의해 접착되며, 상기 투광성 접착제의 굴절율은 상기 도광판의 굴절율과 동일한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
16. 제 10 항에 있어서,

    상기 프리즘 시트의 광 입력면과 상기 도광판의 광 출사면 사이에 배치되며, 상기 도광판의 광 출사면으로부터 출사되는 빛을 확산시키기 위한 광학 시트가 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
17. 기저부;

    외부의 빛이 입력되는 광 입력면; 상기 광 입력면을 통해 입력된 빛을 반사시키기 위한 광 반사면; 및 상기 기저부에 접하며, 상기 광 반사면에서 반사된 빛이 출력되기 위한 광 출력면을 각각 포함하되, 상기 광 반사면은 상기 광 입력면을 통해 입력된 빛을 상기 광 출사면 방향으로 반사시키는 다수의 프리즘; 및

    상호 인접하여 배치된 프리즘들 사이에 배치되며, 빛을 반사시키기 위한 반사층을 포함하되,

    상기 다수의 프리즘의 광 입력면 및 광 반사면은 곡면이고, 상기 광 출력면은 평면이고, 상기 다수의 프리즘의 일 단면 형상은 반 타원이고,

    상기 광 입력면은 상기 반사층으로부터 노출된 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 제 1 항에 있어서,

    상기 반사층의 두께는 상기 다수의 프리즘의 두께의 1/2인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
22. 제 10 항에 있어서,

    상기 반사층의 두께는 상기 다수의 프리즘의 두께의 1/2인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
23. 제 17 항에 있어서,

    상기 반사층의 두께는 상기 다수의 프리즘의 두께의 1/2인 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.

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