KR101329080B1 - 액정표시장치의 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광원 수를 줄이고 표시화상의 휘도를 부분적으로 제어할 수 있도록 한 액정표시장치의 백라이트 유닛에 관한 것이다.
이 액정표시장치의 백라이트 유닛은 액정표시패널에 광을 조사하는 액정표시장치의 백라이트 유닛에 있어서, 상기 액정표시패널의 아래에 배치된 도광판; 상기 도광판의 적어도 일측에 배치된 광원; 및 상기 도광판 상에 형성되는 다수의 제1 전극, 상기 도광판 위에 배치된 기판 상에 상기 제1 전극들과 교차되도록 형성되는 다수의 제2 전극, 및 상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들 사이에 형성되는 액정층을 포함한 액정렌즈를 구비한다.

Description

액정표시장치의 백라이트 유닛{BACKLIGHT UNIT OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치를 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 액정렌즈의 구조를 상세하게 나타내는 도면.
도 3은 제1 전극들과 제2 전극들의 교차 구조를 도시한 도면.
도 4a 및 도 4b는 광원으로부터 입사되는 광의 진행경로를 나타내는 도면.
도 5a 및 도 5b는 액정렌즈에 의해 영역별로 출광량이 제어되는 예를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
52 : 메인 서포터 54 : 반사판
56 : 도광판 58 : 액정렌즈
60 : 액정표시패널 62 : 광학시트
64 : 버텀 커버 66 : 탑 케이스
68 : 램프 하우징 70 : 광원
72, 74 : 편광판 102 : 제1 전극
104 : 제1 배향막 106 : 액정층
108 : 제2 배향막 110 : 제2 전극
112 : 기판 114 : 전압 공급부
116, 118, 120, 122 : 광빔
본 발명은 액정표시장치의 백라이트 유닛에 관한 것으로, 특히 광원 수를 줄이고 표시화상의 휘도를 부분적으로 제어할 수 있도록 한 액정표시장치의 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이러한 추세에 따라, 액정표시장치는 사무자동화기기, 오디오/비디오 기기 등에 이용되고 있다. 이러한 액정표시장치는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 제어용 스위치들에 인가되는 신호에 따라 광빔의 투과량이 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시하게 된다.
이와 같은 액정표시장치는 자발광 표시장치가 아니기 때문에 별도의 광원이 필요하다.
광원은 그 위치에 따라 직하형 방식과 에지형 방식 등이 있다. 에지형 광원을 사용하는 백라이트 유닛은 액정표시장치의 일측 가장자리에 광원을 설치하고, 그 광원으로부터 입사되는 빛을 도광판과 다수의 광학시트를 통해 액정표시패널에 조사한다. 직하형 광원을 사용하는 백라이트 유닛은 액정표시패널의 바로 아래에 다수의 광원을 배치하고, 그 광원들로부터 입사되는 빛을 확산판과 다수의 광학시트를 통해 액정표시패널에 조사한다.
직하형 백라이트 유닛은 액정표시패널의 전체 영역에 대응되는 다수의 광원을 구비함으로써 영역별 출광량 제어가 가능하여 화질이 향상되는 효과가 있다. 하지만, 액정표시패널의 아래에 다수의 광원이 배치되어야 하기 때문에, 액정표시장치의 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다. 또한, 직하형 백라이트 유닛은 다수의 광원을 구동해야 하기 때문에 소비전력이 많이 소모되는 문제점이 있다.
에지형 백라이트 유닛은 상술한 바와 같이 액정표시장치의 가장자리에 광원이 설치됨으로써 직하형 백라이트에 비해 박형화될 수 있으며, 광원 수가 적은만큼 소비전력을 줄일 수 있어 노트북과 같은 휴대용 장치에 많이 이용되고 있다. 하지만, 에지형 백라이트 유닛은 광원이 도광판의 측면부에 배치되고 광원으로부터 입사된 광이 도광판에 의해 면광원으로 변환되기 때문에, 표시화상에서 부분적으로 휘도를 제어하기가 곤란하여 화질 향상이 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 광원수를 줄이고 표시화상의 휘도를 부분적으로 제어할 수 있도록 한 액정표시장치의 백라이트 유닛을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛은 액정표시패널에 광을 조사하는 액정표시장치의 백라이트 유닛에 있어서, 상기 액정표시패널의 아래에 배치된 도광판; 상기 도광판의 적어도 일측에 배치된 광원; 상기 도광판 상에 형성되는 다수의 제1 전극, 상기 도광판 위에 배치된 기판 상에 상기 제1 전극들과 교차되도록 형성되는 다수의 제2 전극, 및 상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들 사이에 형성되는 액정층을 포함한 액정렌즈를 구비한다.
상기 액정렌즈는 상기 제1 전극과 상기 액정층 사이에 형성되는 제1 배향막; 및 상기 액정층과 상기 제2 전극 사이에 형성되는 제2 배향막을 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛은 상기 도광판의 하부에 배치되는 반사판; 및 상기 액정렌즈와 상기 액정표시패널 사이에 배치된 광학시트를 더 구비한다.
본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛은 상기 제1 및 제2 전극에 전압을 공급하는 전압 공급부를 더 구비한다.
상기 전압 공급부는 상기 제1 전극 각각에 서로 다른 전압을 공급한다.
상기 전압 공급부는 상기 제2 전극 각각에 서로 다른 전압을 공급한다.
상기 액정층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전계에 의해 구동되어 상기 도광판으로부터 입사되는 광의 진행경로를 조정한다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 대향하는 부분에 형성되는 전계는 상기 제 1 전극이 형성되지 않은 영역과 상기 제2 전극이 대향하는 부분에 형성되는 전계와 다르다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 대향하는 부분에 형성되는 전계는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 형성되지 않은 영역이 대향하는 부분에 형성되는 전계와 다르다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도 1 내지 도 5b를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치는 메인 서포터(Main Supporter)(52), 메인 서포터(52)의 내부에 적층되는 백라이트 유닛 및 액정표시패널(60), 메인 서포터(52)의 일측 저면과 측면을 감싸는 버텀 커버(Bottom Cover)(64), 액정표시패널(60)의 가장자리와 버텀 커버(64)를 감싸도록 형성되는 탑 케이스(66)를 구비한다.
메인 서포터(52)는 몰드물로써 그 내부의 측벽면이 계단형 단턱면으로 성형된다. 이 메인 서포터(52)의 내부 최저층에는 백라이트 유닛이 설치되고, 백라이트 유닛 상에는 액정표시패널(60)이 설치된다.
액정표시패널(60)은 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor) 어레이가 형성되는 하부 기판(60b)과, 컬러 필터 어레이가 형성되는 상부 기판(60a)을 구비한다. 하부 기판(60b)과 상부 기판(60a) 사이에는 액정이 배치된다. 액정표시패널(60)의 상/하측에는 편광판들(72, 74)이 설치된다. 액정표시패널(60)의 하측에 설치되는 하부 편광판(72)은 백라이트 유닛으로부터 공급되는 광을 편광시켜 액정표시패널(60)로 공급한다. 액정표시패널(60)의 상측에 설치되는 상부 편광판(74)은 액정표시패널(60)로부터 공급되는 광을 편광시켜 외부로 방출한다.
버텀 커버(64)는 액정표시패널(60)과 백라이트 유닛을 지지하기 위하여 메인 서포터(52)의 저면과 측면 및 백라이트 유닛의 하면을 감싸도록 설치된다. 탑 케이스(66)는 직각으로 절곡된 평면부와 측면부를 가지는 사각띠 형태로 제작되어 액정표시패널(60)의 가장자리, 메인 서포터(52)의 상면과 측면 일부, 버텀 커버(64)의 측면 일부를 감싸도록 형성된다.
백라이트 유닛은 광원(또는 램프)(70)이 장착된 램프 하우징(68), 광원(70)으로부터 입사된 광을 면광원으로 변환하기 위한 도광판(56), 도광판(56) 상에 형성되어 도광판(56)으로부터 입사되는 광의 출광량을 제어하는 액정렌즈(58), 액정렌즈(56) 상에 배치되어 액정표시패널(60) 쪽으로 입사되는 광의 효율을 높이기 위한 광학시트들(62), 및 도광판(56)의 하부에 배치되어 도광판(56)의 후면으로 방출되는 광을 액정표시패널(60) 쪽으로 반사사키기 위한 반사판(54)을 구비한다.
광원(70)은 외부 전원부로부터 공급되는 전류에 대응하는 소정의 빛을 도광판(56) 쪽으로 공급한다. 이때, 광원(70)으로부터 도광판(56)의 반대쪽으로 출사된 광들은 램프 하우징(68)에 의해 반사되어 도광판(56)으로 입사된다.
도광판(56)과 액정렌즈(58)는 일체화되어 형성된다. 도광판(56)과 액정렌 즈(58)는 광원(70)으로부터 입사되는 광을 액정표시패널(60)의 전영역에 대응되도록 균일하게 분포시킴과 아울러 광의 진행경로를 영역별로 제어함으로써 영역별 출광량을 제어한다.
도 2는 도 1에 도시된 액정렌즈(58)의 구조를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 액정렌즈(58)는 도광판(56) 상에 형성되는 다수의 제1 전극(102), 제1 전극들(102)과 교차되도록 도광판(56) 위에 배치된 기판(112) 상에 형성되는 다수의 제2 전극(110), 및 제1 전극들(102)과 제2 전극들(110) 사이에 배치되는 액정층(106)을 포함한다. 도광판(56)과 기판(112)은 실런트 등을 통해 합착된다.
제1 전극들(102)과 제2 전극들(110)은 전압 공급부(114)로부터 각각 전압을 공급받는다. 제1 전극들(102)과 제2 전극들(110)의 교차 구조를 도시한 도 3을 참조하면, 제1 전극들(102)은 서로 제1 간격(d1)만큼 이격되어 배치되고, 제2 전극들(110)은 서로 제2 간격(d2)만큼 이격되어 배치된다. 제1 전극들(102) 각각은 서로 다른 전압을 공급받을 수 있고, 제2 전극들(110) 또한 각각 다른 전압을 공급받을 수 있다. 각각 다른 전압을 공급받는 제1 및 제2 전극들(102, 110)에 의해 제1 및 제2 전극들(102, 110)의 교차지점에는 서로 다른 크기의 전계가 인가될 수 있다.
액정층(106)은 제1 전극들(102)과 제2 전극들(110) 사이에 인가되는 전계에 의해 구동되어 액정렌즈(58)로 입사되는 광의 진행경로를 조정함으로써 액정렌즈(58)를 통해 출광되는 광량을 제어한다.
액정렌즈(58)의 제1 전극들(102)과 액정층(106) 사이에는 제1 배향막(104)이 더 형성될 수 있고, 액정층(106)과 제2 전극들(110) 사이에는 제2 배향막(108)이 더 형성될 수 있다. 제1 및 제2 배향막(104, 108)은 액정층(106)의 액정분자들을 원하는 방향으로 배열시키는 역할을 한다.
반사판(54)은 도광판(56)의 하측으로 입사되는 광을 반사시킨다. 다시 말하여, 반사판(54)은 도광판(56)으로부터 입사되는 광을 반사시켜 자신에게 입사되는 광이 다시 액정표시패널(60) 쪽으로 공급되도록 한다.
광학시트들(62)은 확산시트 및 프리즘시트를 포함한다. 확산시트는 도광판(56)으로부터 입사되는 광을 산란시켜 광이 골고루 분포되도록 한다. 프리즘시트는 산란된 광을 굴절 집광시켜 표면 휘도를 상승시킴과 아울러 광을 확산시켜 시야각을 넓혀주게 된다.
도 4a 및 도 4b는 광원(70)으로부터 입사되는 광의 진행경로를 나타내는 도면이다. 여기서, 액정층(106)은 수평 배열된 것을 예로 하며, 도 4a는 전계가 인가되지 않는 영역에서의 광의 진행경로를, 도 4b는 전계가 인가되는 영역에서의 광의 진행경로를 각각 도시하고 있다.
도 4a를 참조하면, 수평 배열된 액정층(106)에 전계가 인가되지 않는 경우, 액정분자들은 수평 배열 상태를 유지한다. 전반사될 수 있는 임계각보다 작은 각도(θ1)로 진행하는 제1 광빔(116)이 광원(70)으로부터 도광판(56) 및 액정렌즈(58)에 입사되면 액정렌즈(58)의 표면에서 외부로 출광된다. 반면, 전반사될 수 있는 임계각 이상의 각도(θ2)로 진행하는 제2 광빔(118)이 광원(70)으로부터 도광 판(56) 및 액정렌즈(58)에 입사되면 액정렌즈(58)의 표면에서 도광판(56)으로 전반사되고, 도광판(56) 내에서 진행각도가 변하여 액정렌즈(58)로 재입사된 후에 액정렌즈(58)를 투과한다. 즉, 액정렌즈(58)의 액정층(106)에 전계가 인가되지 않는 경우, 광원(70)으로부터 입사된 광 중 전반사될 수 있는 각도를 벗어나는 각도로 진행하는 광만이 액정렌즈(58)를 투과하여 액정표시패널로 입사된다.
도 4b를 참조하면, 수평 배열된 액정층(106)에 전계가 인가되는 경우, 액정분자들은 전계의 방향을 따라 수직 배열 상태를 가지게 된다. 제2 전극들(110)은 상술한 바와 같이 제2 간격(d2)만큼 서로 이격되어 있기 때문에, 제2 전극들(110)이 이격된 부분에 위치하는 액정분자들은 가까운 쪽에 위치하는 제2 전극(110) 방향으로 경사를 가지게 된다. 즉, 제2 전극들(110)의 이격 부분에 위치하는 액정분자들은 제1 전극(102)과 제2 전극(110) 사이에 배치된 액정분자들에 비해 경사지게 회전된다. 도면에는 도시되지 않았지만, 제1 전극들(102)이 이격된 부분에 위치하는 액정분자들은 가까운 쪽에 위치하는 제1 전극들(102) 방향으로 경사지게 회전한다. 이러한 액정층(106)의 구동에 의해 제1 전극들(102) 또는 제2 전극들(110) 사이를 통과하는 광의 진행경로는 제1 전극들(102) 또는 제2 전극들(110)이 형성된 부분을 통과하는 광의 진행경로와 다르게 된다. 이는 제1 전극들(102)과 제2 전극들(110)이 대향하는 위치에서 액정층(106)에 인가되는 전계와, 제1 전극들(102) 또는 제2 전극들(110)이 없는 위치에서 액정층(106)에 인가되는 전계가 다르기 때문이다.
도 4b에 도시된 바와 같이 전반사될 수 있는 임계각보다 작은 각도(θ1)를 가지는 제3 광빔(120)이 광원(70)으로부터 도광판(56) 및 액정렌즈(58)에 입사되면 액정렌즈(58)의 표면에서 외부로 출광된다. 또한, 전반사될 수 있는 임계각 이상의 각도(θ2)를 가지는 제4 광빔(122)이 광원(70)으로부터 도광판(56) 및 액정렌즈(58)에 입사되면 액정층(106)에 의해 진행경로가 조정됨으로써 액정렌즈(58) 표면에서 외부로 출광되게 된다. 즉, 액정렌즈(58)의 액정층(106)에 전계가 인가되는 경우, 광원(70)으로부터 입사된 광 중 전반사될 수 있는 각도를 벗어나는 각도로 진행하는 광이 액정렌즈(58)를 투과하여 액정표시패널로 입사됨과 아울러 전반사될 수 있는 각도로 진행하는 광도 그 진행경로가 조정되어 액정렌즈(58)를 투과하게 된다. 따라서, 액정렌즈(58)의 액정층(106)에 전계가 인가되는 경우, 전계가 인가되지 않는 경우에 비해 액정표시패널로 입사되는 광량이 많음을 알 수 있다.
이와 같이, 액정렌즈(58)는 광의 위상을 변조하는 렌즈의 역할을 한다. 렌즈는 위상의 변조 정도가 고정되지만, 액정렌즈(58)는 제1 및 제2 전극들(102, 110)에 공급되는 전압의 크기에 따라 전계의 크기가 결정됨으로써 광의 위상을 원하는 상태로 변조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상술한 바와 같이 액정렌즈(58)는 제1 및 제2 전극들(102, 110)이 서로 교차되는 구조를 가짐으로써 영역별로 전계의 크기가 조절되어 영역별 출광량 제어가 가능함에 따라 표시화상의 휘도를 부분적으로 제어할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도광판(56)과 액정렌즈(58)는 평평한 면이 서로 합착된 구조를 가지기 때문에, 굴절율에 있어서 거의 차이가 없다. 따라서, 광이 도광판(56)에서 액정렌즈(58)로 입사되거나 액정렌즈(58)에서 도광판(56)으로 입사 되는 경우 거의 굴절되지 않는다. 하지만, 액정렌즈(58)와 공기는 굴절율의 차이가 크기 때문에, 광이 액정렌즈(58) 표면에서 공기 중으로 출광되는 경우에는 굴절되게 된다.
도 5a 및 도 5b는 액정렌즈(58)의 기판(112)을 통해 출광되는 광에 있어서 영역별로 그 출광량이 제어되는 예를 도시하고 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 액정표장치의 백라이트 유닛은 일체화된 구조의 도광판 및 액정렌즈를 구비함으로써, 최소의 광원으로 구현될 수 있는 에지형 백라이트 유닛에서 표시화상의 휘도를 부분적으로 제어하여 표시화상의 화질을 향상시킬 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛은 광원 수를 줄여 소비전력을 줄일 수 있으며, 백라이트 유닛과 액정표시장치의 박형화를 실현할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (9)

  1. 액정표시패널에 광을 조사하는 액정표시장치의 백라이트 유닛에 있어서,
    상기 액정표시패널의 아래에 배치되고, 상기 액정표시패널에 대향하는 평평한 일면을 포함한 도광판;
    상기 도광판의 적어도 일측에 배치된 광원; 및
    상기 도광판과 상기 액정표시패널 사이에 배치된 액정렌즈를 구비하고,
    상기 액정렌즈는
    상기 도광판의 상기 평평한 일면 상에 형성되는 다수의 제1 전극,
    상기 도광판의 상기 평평한 일면에 대향하는 기판 상에 상기 제1 전극들과 교차되도록 형성되는 다수의 제2 전극, 및
    상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들 사이에 형성되는 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정렌즈는,
    상기 제1 전극과 상기 액정층 사이에 형성되는 제1 배향막; 및
    상기 액정층과 상기 제2 전극 사이에 형성되는 제2 배향막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판의 하부에 배치되는 반사판; 및
    상기 액정렌즈와 상기 액정표시패널 사이에 배치된 광학시트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극에 전압을 공급하는 전압 공급부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전압 공급부는 상기 제1 전극 각각에 서로 다른 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 전압 공급부는 상기 제2 전극 각각에 서로 다른 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전계에 의해 구동되어 상기 도광판으로부터 입사되는 광의 진행경로를 조정하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 대향하는 부분에 형성되는 전계는 상기 제 1 전극이 형성되지 않은 영역과 상기 제2 전극이 대향하는 부분에 형성되는 전계와 다른 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 대향하는 부분에 형성되는 전계는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 형성되지 않은 영역이 대향하는 부분에 형성되는 전계와 다른 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
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