KR101338113B1 - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하부커버의 양측에 위치하는 램프를 따라 형성되어 램프의 형상과 일치하고, 빛의 출사면에 형성된 굴절패턴을 통해 빛을 굴절시켜 전면(前面)에 위치하는 액정패널로 제공하는 광 경로변경수단을 구비한 액정표시장치에 관련된 것으로서, 적어도 일측에 구비되어 빛을 출사하는 램프와; 상기 램프를 따라 형성되어 램프의 형상과 일치하고, 빛의 입사면과 출사면 중 적어도 하나의 면에 굴절 패턴이 형성되어 빛을 굴절시키는 광 경로변경수단; 및 상기 광 경로변경수단의 전면에 위치하여 빛을 제공받는 액정패널을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

광 경로변경수단, 굴절률

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 더 자세하게는 하부커버의 양측에 위치하는 램프를 따라 형성되어 램프의 형상과 일치하고, 빛의 출사면에 형성된 굴절패턴을 통해 빛을 굴절시켜 전면(前面)에 위치하는 액정패널로 제공하는 광 경로변경수단을 구비한 액정표시장치에 관련된다.

21세기 정보화시대에 접어들면서 대량의 정보를 처리하고 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전하여 왔다. 최근 들어서는 특히 박형화, 경량화 및 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 액정표시장치가 개발되어 무려 1세기 동안 디스플레이 분야에 자리매김해 왔던 기존의 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하고 있는 추세에 있다.

일반적으로 액정표시장치는 액정의 분자구조가 가늘고 긴 형태로 배열해 있어 방향성을 갖는 광학적 이방성 및 액정이 전기장 내에 놓일 경우 그 크기에 따라 분자배열 방향이 변화되는 분극 성질을 띠고 있다. 이에 액정표시장치는 액정 층을 사이에 두고 서로 마주보는 면으로 각각 전계생성전극이 형성된 한 쌍의 투명 절연기판으로 이루어진 액정패널을 필수적인 구성요소로 하며, 이들 전계생성전극 사이 의 전기장 변화를 통해 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고 이때 변화되는 빛의 투과율을 이용하여 여러 가지 화상을 표시하게 된다.

그러나 액정패널은 자체 발광요소를 갖지 못한 수광형 소자인 이유로 인해 별도의 광원을 요구해야 하는 문제점 또한 없지 않다. 그래서 이를 보완하기 위하여 액정패널의 배면으로 형광램프를 구비한 백라이트장치(Back-Light Unit)를 마련하게 되고, 이를 통해 액정패널의 전면을 향해 빛을 조사시킴으로써 비로소 식별 가능한 휘도의 화상을 표시할 수 있게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 플레이트형(plate type) 액정표시장치의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 액정표시장치는 기본적으로 구조물 전체에 작용하는 힘의 균형을 유지토록 하기 위한 메인 서포트(main support; 30)를 중심으로 하여 상측에는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되는 액정패널(10)과, 상기 액정패널(10)의 측면에 각각 접속되어 이를 구동시키기 위한 게이트 및 데이터 구동부(미도시), 그리고 상기 액정패널(10)을 외부에서 보호하기 위한 상부커버(60)가 구비되며, 이와 더불어 그 하측에는 상기 액정패널(10)로 광을 제공하기 위한 백라이트장치와, 상기 백라이트장치가 구비되는 하부커버(50)로 구성된다.

좀더 구체적으로 말해, 상기 하부커버(50)상에는 서로 대응하는 양측으로 램프(43)가 각각 체결되어 있는 램프하우징(45)이 적재되고 있고, 상기 램프(43)로부터의 빛을 손실없이 전면(前面)의 액정패널(10)로 반사시키기 위한 반사판(47)이 부착되어 있다. 뿐만 아니라, 상기 반사판(47)이 부착된 하부커버(50)상에는 램 프(43)로부터의 빛을 안내하기 위한 도광판(41)이 적재되어 있으며, 또 상기 도광판(41)을 투과한 빛의 휘도를 개선하기 위한 확산시트(49a)와, 상기 확산시트(49a)를 투과하여 나온 빛의 정면 휘도를 높일 목적으로 사용하는 프리즘 시트(49b) 및 상기 프리즘 시트(49b)를 외부의 스크래치(scratch) 등으로부터 보호하기 위한 보호 시트(49c) 등을 포함하는 광학 시트(40)가 추가적으로 적재되어 있다.

그리고 이와 같이 구성된 백라이트장치상에는 그 백라이트장치의 4면 가장자리영역으로 사각테 형상의 메인 서포트(30)가 놓여 있다. 이를 통해 메인 서포트(30)는 앞서 언급한 바대로 액정표시장치의 구조물 전체에 작용하는 힘의 균형을 유지하게 된다.

또한, 상기 메인 서포트(30)상에는 도면에서와 같이 화상을 표현하기 위한 액정패널(10)이 적재되어 있다. 상기 액정패널(10)은 서로 대향하여 균일한 셀-갭(cell-gap)이 유지되도록 합착된 박막 트랜지스터 배열기판 및 컬러필터기판과, 그 두 기판 사이에 형성된 액정 층으로 구성되어 있다. 그리고, 상기 액정패널(10)의 양측에는 편광판(12)이 부착되어 있다.

이때 상기 액정패널(10)에는 게이트 구동부(미도시) 및 데이터 구동부(미도시)가 다양한 형태로 결합되어 액정패널(10)에 형성된 게이트 라인들 및 데이터 라인들에 주사신호와 화상정보를 공급함으로써 액정패널(10)의 화소들을 구동시키게 된다.

그리고 상기 액정패널(10)의 가장자리와 램프하우징(45)의 측면을 감싸는 상부커버(60)가 체결되어 있다.

상기의 구성에 있어서 보통 램프(43)로부터 제공되는 빛은 도광판(41)의 내부에서 전반사가 이루어지고, 상기 도광판(41)의 하측 면에 형성되어 있는 확산패턴을 통해 액정패널(10)의 전면을 향해 난반사가 이루어지게 된다.

이때, 상기 확산패턴의 형성방법으로는 스크린 인쇄(screen print)로서 광산란 잉크 패턴을 형성하는 방법, 상기 도광판(41)을 구성하기 위한 플라스틱 또는 수지 사출시 전사필름을 사용하거나 금형에 직접 요철면을 가공하여 사출하는 방법 및 사출된 아크릴판에 광산란 패턴을 직접 가공하는 방법 등이 있는데, 그 가운데 가장 널리 사용되는 방법이 스크린 인쇄를 통한 광산란 잉크 패턴을 형성하는 방법이다.

그러나, 상기 스크린 인쇄를 통한 광산란 잉크 패턴의 형성시 도광판 하측면에 인쇄되는 잉크의 양이 일정하지 않아 빛의 광 특성을 변화시킴으로써 도광판 불량을 발생시키고 있다. 물론 상기 도광판의 하측 면에 잉크를 인쇄하여 확산패턴을 형성하기 위하여는 그에 따른 제조 비용이 증가하게 된다.

게다가 종래에는 램프로부터 발광되는 빛을 액정패널의 전면으로 제공하기 위하여 필수적으로 도광판을 구비하게 되었는데, 그 도광판이 구비된다는 자체만으로도 액정표시장치의 무게가 증가하게 되고, 또 상기의 도광판을 제조하기 위한 제조비용도 적지 않게 된다.

본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 안출된 것으로서, 그 목적은 하부커버의 양측에 구비되는 램프의 일측에 구비되어 광 경로를 변경시키기 위한 광경로변경수단을 구비한 액정표시장치를 제공함에 있다.

상기의 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는 하부커버 내부의 적어도 일측에 구비되어 빛을 출사하는 램프; 상기 램프의 장축 방향을 따라 형성되어 상기 램프를 감싸는 램프하우징부 및 상기 램프하우징부의 일측에서 연장되며 상기 램프로부터 출사되는 빛의 진행방향과 수직한 입사면과 상기 입사면에 대응되어 곡면을 이루는 출사면이 형성된 광 경로변경부를 구비하고, 상기 램프로부터 출사된 빛을 상기 광 경로변경부의 상기 출사면을 통해 적어도 한번 굴절시켜 출사하는 광 경로변경수단; 및 상기 하부커버 상에 위치하며, 상기 광 경로변경수단으로부터 굴절되어 출사된 빛을 제공받는 액정패널을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기의 구성 결과, 본 발명은 광학조절계로서 램프의 형상과 일치되어 램프를 따라 형성된 광 경로변경수단을 사용하게 됨으로써 액정표시장치의 제조비용을 줄일 수 있고, 또 액정표시장치의 경량화도 기대할 수 있을 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기 구성과 관련해 구체적으로 살펴보고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 광학시트를 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 액정표시장치는 크게 하측에 위치하여 광을 제공하는 백라이트장치(140)와, 상기 백라이트장치(140)의 상측에 위치하여 빛을 제공받는 액정패널(160)로 구성되는데, 이때 백라이트장치(140)는 적어도 일측에 구비되어 광원의 역할을 하는 적어도 하나의 램프(145)와, 상기 일측 램프(145)를 따라 형성되어 램프(145)의 형상과 일치하고, 빛이 입사되는 수직한 면과 빛이 출사되는 볼록한 면을 통해 빛의 광 경로를 변경시켜 전면(前面)(혹은 상측)에 위치하는 액정패널(160)로 향하게 하는 광 경로변경수단(143)을 포함하여 구성된다.

여기에서, 상기 백라이트장치(140)는 알루미늄(Al) 혹은 전기아연도금강판(EGI) 등의 재질로 형성된 하부커버(100)상에 구비된다. 이때 하부커버(100)상에는 반사판(141)이 부착되어 있으며, 상기 반사판(141)이 부착된 하부커버(100)의 양측에는 상기 광 경로변경수단(143)을 고정하기 위한 홀(hole)이 추가적으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 하부커버(100)의 양측에는 투명도가 좋고 내열성을 가지며 공기의 굴절률보다 그 굴절률이 비교적 큰 폴리카보네이트(polycarbonate)와 같은 재질로 형성된 광 경로변경수단(143)이 구비되어 있다. 이때 상기 광 경로변경수단(143)은 예컨대 램프(145)의 장축방향을 따라 길게 형성되어 램프(145)를 내부에 포함하는 램프하우징부(143a)와, 상기 램프하우징부(143a)의 일측에서 연장되어 볼록한 곡면을 이루어 램프(145)로부터 제공된 빛이 출사될 때 그 출사되는 빛을 굴절시키는 광 경로변경부(143b), 그리고 상기 램프하우징부(143a)의 하측에 형성되 어 하부커버(100)의 홀에 체결되는 후크부(미도시)를 추가적으로 이루어 구성될 수 있다.

물론 상기 광 경로변경수단(143)의 일부인 광 경로변경부(143b)는 그 곡면의 곡률이 액정표시장치의 중소형 모델마다 서로 상이할 수 있지만, 보통 19인치 액정표시장치의 경우 PSWG(Panel Standardization Working Group) 규격에 따라 LCM(Liquid Crystal Module)의 두께가 최소 6mm로 제한되므로 이를 감안할 때 광 경로변경부(143b)의 곡률은 초기 설계시 고려되어야 할 것이다.

또한, 상기 광 경로변경수단(143)이 구비된 하부커버(100)의 상측에는 그 광 경로변경수단(143)을 통해 굴절된 빛과 하부커버(100)상에 부착된 반사판(141)으로부터 반사된 빛을 확산 및 집광시키는 광학 플레이트(147)가 적재되어 있다. 이에 좀더 덧붙이면, 상기 광학 플레이트(147)의 하측 면에는 광 경로변경수단(143)으로부터 굴절되어 입사되는 광을 고르게 퍼트리기 위한 광 회절패턴(148)(혹은 광 확산패턴)이 형성되어 있고, 또 그 상측 면에는 광학 플레이트(147)의 하측 면에 형성된 광 회절패턴(148)을 통해 확산된 광을 집광시키기 위한 광 집광패턴(149)이 형성되어 있다.

예컨대 상기 광학 플레이트(147)의 하측 면에 형성된 광 회절패턴(148)은 일종의 스크린 잉크를 인쇄한 도트 패턴일 수 있는데, 대략 램프(145) 및 광 경로변경수단(143)의 광 경로변경부(143b)가 각각 위치하는 가장자리부위의 제1영역에서부터 그 가운데 영역의 제2영역으로 갈수록 도트 패턴의 크기는 점차적으로 증가하여 형성되고, 또 상기 광 집광패턴(149)은 램프(145)의 장축방향으로 길게 연장된 프리즘 산 혹은 렌티큘러 렌즈(lenticular lens)로서 하측 면의 광 회절패턴(148)을 통해 확산된 빛을 집광하게 된다.

또한, 상기 광학 플레이트(147)상에는 그 광학 플레이트(147)의 광 집광패턴(149)을 투과한 후 집광되어 나온 빛의 광학적 특성을 보완하기 위한 프리즘시트 혹은 보호시트와 같은 광학 시트(미도시)가 부가적으로 적재될 수 있다.

이와 같이, 상기 광학 시트를 포함하는 백라이트장치(140)는 메인 서포트(150)의 하측에 구비되는데, 이때 메인 서포트(150)는 액정표시장치의 전체적인 힘의 균형을 유지하는 역할을 하게 된다.

그리고 상기 메인 서포트(150)상에는 게이트 및 데이터 PCB(Printed Circuit Board)와 같이 구동 회로부를 포함하는 액정패널(160)이 적재되어 있다. 여기에서, 게이트 및 데이터 PCB는 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package; TCP) 방식을 통해 액정패널(160)과 전기적으로 접속한다.

상기 액정패널(160)은 하부에 위치하는 TFT 어레이 기판과, 상기 어레이 기판의 상부에 위치하는 컬러필터기판 및 두 기판 사이에 주입되어 형성된 액정층으로 구성된다. 이때, TFT 어레이 기판상에는 스위칭 역할을 수행하는 TFT가 매트릭스 형태로 형성되고, 각각의 TFT의 게이트 전극에는 게이트 라인이 연결된다. 또 소스 전극에는 데이터 라인이 연결되며, 드레인 전극에는 화소전극이 형성된다. 그리고 컬러필터기판상에는 화상을 표시하기 위한 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러필터가 형성되고, 그 상측에는 공통전극이 형성되어 있다.

또한, 상부커버(170)는 상기 액정패널(160)의 4면 가장자리영역을 감싸는 동 시에 메인 서포트(150) 혹은 하부커버(100)와 체결된다.

도 4a는 도 2의 체결 단면도로서, LCM 내부에서의 광 경로 변화를 살펴본 도면이고, 도 4b는 도 4a의 광 분포도를 나타내는 도면이다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 하부커버(100)의 양측에 구비된 램프(145)로부터 출사된 빛(L1, L2, L3)은 광 경로변경수단(143)의 수직한 면, 즉 광 경로변경부(143b)의 입사면으로 입사될 때와, 상기 광 경로변경수단(143)의 입사면에 입사된 후 소정의 곡률을 갖는 곡면, 즉 광 경로변경부(143b)의 출사면에서 공기 중으로 출사될 때까지 2번에 걸쳐 굴절이 발생한다. 이때, 그 굴절각은 스넬의 법칙(Snell`s Law)에 따른다.

이와 관련해서는 아래의 식을 참조하여 살펴볼 것이다.

여기에서, n1은 공기의 굴절률, n2는 광 경로변경수단의 굴절률이다.

가령, 위의 <수학식 1>에서 광 경로변경수단(143)의 굴절률(n2)이 1.49라 가정하면, 공기의 굴절률(n1)은 1이므로 상기 램프(145)로부터 출사된 빛(L2)에 있어서 θ1이 90도일 때 θ2는 42.2도로 굴절된다. 또한, 42.2도로 굴절되어 다시 상기 광 경로변경수단(143)의 곡면에 입사된 빛(L2)은 광 경로변경수단(143)의 굴절률(n2)과 공기의 굴절률(n1)에 의하여 굴절되는데, 이때 광 경로변경수단(143)의 곡면, 즉 광 경로변경부(143b)의 출사면을 통해 출사되는 빛(L)의 굴절각은 광 경로변경수단(143)의 곡률에 의해 얼마든지 달라질 수 있다.

이와 같은 식으로, 도 4b에서와 같이 양측의 램프로부터 출사된 빛(L1, L2, L3)은 광 경로변경수단을 거치면서 램프가 배치되는 양측에서 그 빛이 집중(concentration)되고 가운데 영역으로 갈수록 빛의 집중도가 약하다는 것을 확인할 수 있다.

본 발명은 이와 같은 빛의 불균일성을 더욱 개선하기 위하여 상기 광 경로변경수단이 구비된 하부커버의 상측에 적재되어 있는 광학 플레이트의 상측 및 하측 면에 각각 광 회절패턴 및 광 집광패턴을 형성함으로써 빛의 균일도를 증가시키고 있다.

따라서 본 발명은 상기의 내용들에 근거해 볼 때, 도 5a 및 도 5b에서와 같이 광 경로변경수단(242, 342)의 형상을 적절히 변경함으로써 빛의 굴절각 및 빛의 분포도를 얼마든지 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 그 형상과 관련하여 특별히 한정하지는 않을 것이다.

또한, 상기의 광 경로변경수단(242, 342)은 램프(245, 345)를 내부에 포함하는 램프하우징(243, 343)의 일측에 체결된 후 하부커버의 양측에 구비될 수 있다. 그러나, 앞서서도 이미 설명한 바와 같이 상기 램프하우징(243, 343)은 광 경로변경수단(242, 342)과 동일 재질로 하여 일체로 형성될 수도 있을 것이다.

더 나아가서, 본 발명은 별도의 도면에 나타내지는 않았지만 L자형의 램프를 하부커버의 양측에 각각 구비하여 하부커버의 4면 가장자리영역으로 모두 램프가 위치하도록 할 수 있는데, 이와 같은 경우에는 전면(全面)의 램프로부터 빛이 출사된 후 광 경로변경수단을 통해 굴절되므로, 도 2에서와 같이 양측에 램프를 구비하 는 경우에 비하여 빛의 균일도를 더욱 증가시킬 수 있을 것이다.

이때 본 발명의 광 경로변경수단은 L자형 램프의 형상과 동일한 L자 형상을 이루도록 형성하는 것이 바람직하나, 일자형의 광 경로변경수단을 서로 결합하여 L자형의 광 경로변경수단을 얼마든지 형성할 수 있으므로 그것에 특별히 한정하지는 않을 것이다.

한편, 본 발명의 광 경로변경수단은 폴리카보네이트뿐만 아니라, 폴리에틸렌, EMC(Epoxy Molding Compound), 실리콘 및 에폭시 수지 등을 단독 혹은 합성한 후 사출 성형에 의해 얼마든지 형성될 수도 있는 것이므로 어느 한 특정 재질에 한정하지는 않을 것이다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 일부 단면도

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 분해 사시도

도 3은 도 2의 광학 플레이트의 배면을 나타내는 도면

도 4a는 도 3의 체결 단면도로서, 빛의 광 경로변화상태를 나타내는 도면

도 4b는 도 4a의 광 분포도를 나타내는 도면

도 5a는 본 발명의 제2실시예에 따른 광 경로변경수단을 나타내는 도면

도 5b는 본 발명의 제3실시예에 따른 광 경로변경수단을 나타내는 도면

Claims (9)

1. 하부커버 내부의 적어도 일측에 구비되어 빛을 출사하는 램프;

   상기 램프의 장축 방향을 따라 형성되어 상기 램프를 감싸는 램프하우징부 및 상기 램프하우징부의 일측에서 연장되며 상기 램프로부터 출사되는 빛의 진행방향과 수직한 입사면과 상기 입사면에 대응되어 곡면을 이루는 출사면이 형성된 광 경로변경부를 구비하고, 상기 램프로부터 출사된 빛을 상기 광 경로변경부의 상기 출사면을 통해 적어도 한번 굴절시켜 출사하는 광 경로변경수단; 및

   상기 하부커버 상에 위치하며, 상기 광 경로변경수단으로부터 굴절되어 출사된 빛을 제공받는 액정패널을 포함하여 구성되는 액정표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 광 경로변경수단은 상기 램프하우징부의 하측에 형성되어 상기 하부커버에 체결되는 후크부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 광 경로변경수단은 폴리카보네이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 광 경로변경수단의 굴절률은 공기의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 광 경로변경수단은 상기 램프가 "L자형"일 때, 동일한 L자형을 이루는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 광 경로변경수단과 상기 액정패널의 사이에 광학 플레이트가 추가적으로 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 광학 플레이트는,

   하측 면에 형성되어 빛을 확산시키는 광 회절패턴;

   상측 면에 형성되어 상기 광 회절패턴에 의하여 확산된 빛을 집광시키는 광 집광패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 광 회절패턴은 상기 램프에 근접하는 가장자리영역에서 가운데 영역으로 갈수록 그 크기가 점차적으로 증가하는 도트 패턴인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 광 집광패턴은 상기 램프의 장축방향을 따라 형성된 프리즘 산인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

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