KR101372849B1 - 콜리메이팅 도광판, 확산 유닛 및 이를 채용한 디스플레이장치 - Google Patents

Abstract

콜리메이팅 도광판, 확산 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치가 개시된다.

개시된 확산 유닛은 편광판; 및 상기 편광판의 일면에 공기층의 매개 없이 일체로 구비된 확산판;을 포함한다.

편광판과 확산판을 일체형으로 형성하여 해상도를 향상하고, 시야각을 넓게 확보한다. 그리고, 콜리메이팅된 광을 이용하여 액정의 그레이 스케일 반전을 제거하고 칼라 쉬프트 완화로 화질을 향상시킨다.

Description

콜리메이팅 도광판, 확산 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치{Collimating light guide plate, diffusing unit, and display apparatus employing the same}

본 발명은 광 투과율과 시야각 및 해상도를 향상시킨 콜리메이팅 도광판, 확산 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.

최근, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), DMB(Digital Multimedia Broadcasting), 노트북 등 휴대 기기의 보급이 확대됨에 따라 저전력, 뛰어난 야외 시인성을 만족시키는 디스플레이가 요구되고 있다. 이러한 휴대 기기 또는 일반 디스플레이 장치에서는 액정 패널을 채용하여 영상을 표시하는데, 액정 패널을 이용하는 경우 화면의 정면과 상하좌우 경사 방향으로 통과하는 빛의 경로 차에 의해 시야 각이 협소하게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 보상 필름을 사용하여 시야 각을 넓히고 있지만 경사 방향에서의 계조 반전 및 색 반전 등의 문제가 여전히 남는다.

예를 들어, 종래에 도광판에서 출광한 빔을 프리즘으로 콜리메이팅하는 구조가 알려져 있다. 하지만, 프리즘으로 콜리메이팅하는 경우 프리즘 자체의 구조적 한계 때문에 콜리메이션 정도에 한계가 있고, 그로 인해 해상도(resolution)에도 문제가 발생된다. 또한, 시야 각을 확보하기 위해 확산판을 구비하는데, 상기 확산판이 액정 패널의 상부 편광판 상부에 별도로 구비되고, 확산판과 상부 편광판 사이에 공기층이 마련되어 있다. 빛이 확산판과 상부 편광판을 통과할 때 상기 공기층이 또 하나의 계면으로 작용하여 투과율이 줄고, 외부에서의 빛이 확산판과 공기층에서 반사되어 외부광에 대해서 시인성이 저하되는 일 요인이 된다.

상기 문제점을 해결하기 위해 투과율과 해상도를 향상시킨 확산 유닛 및 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 시야각을 확대하고, 계조 반전과 색 반전의 문제가 개선된 확산 유닛 및 디스플레이 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 광을 콜리메이팅시켜 액정 패널에 입사시킴으로써 경사 입사각에 대한 위상차 발생 문제를 감소시킨 도광판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 편광판; 및 상기 편광판의 일면에 공기층의 매개 없이 일체로 구비된 확산판;을 포함하는 확산 유닛을 제공한다.

상기 확산판은 바인더에 비드가 일부 노출되도록 혼합되어 상기 편광판에 코팅될 수 있다.

상기 확산판은 바인더 내부에 비드가 잠긴 형태로 혼합되어 상기 편광판에 코팅될 수 있다.

상기 편광판은 제1 및 제2 TAC 층과, 상기 제1 및 제2 TAC 층 사이에 구비된 PVA 층을 포함하고, 상기 확산판은 상기 제2 TAC 층에 비드가 혼합되어 형성될 수 있다.

상기 편광판은 제1 및 제2 TAC 층과, 상기 제1 및 제2 TAC 층 사이에 구비된 PVA 층을 포함하고, 상기 확산판은 상기 제2 TAC 층과 PVA 층 사이에 확산 점착층 형태로 구비될 수 있다.

상기 비드는 서브 화소의 폭보다 작다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛으로부터 조사된 광 중 소정 편광의 광을 투과시키는 제1 편광판; 상기 제1 편광판을 통과한 광을 이용하여 영상을 형성하는 액정층; 상기 액정층을 투과한 광 중 소정 파장의 광을 투과시키는 칼라 필터; 상기 칼라 필터의 상부에 마련된 것으로, 제2 편광판과 상기 제2 편광판의 상면에 공기층의 매개 없이 일체로 구비된 확산판을 가지는 확산 유닛;을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.

상기 칼라 필터와 제2 편광판 사이에 투명 기판이 더 구비되고, 상기 투명 기판으로부터 상기 확산판까지의 전체 두께를 d, 서브 화소의 폭을 Ps, 상기 투명 기판 내부로 진행하는 광의 휘도 반치 입사각을 θ'라고 할 때, 상기 d는 다음을 만족하는 범위를 가진다.

<조건식>

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 도광판은, 하면에 광원으로부터 조사된 광의 광축에 대해 수직한 방향으로 배열된 제1 프리즘; 상면에 상기 제1 프리즘과 직교하는 방향으로 배열된 제2 프리즘을 포함하여 입사광을 콜리메이팅하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 확산 유닛과 이를 채용한 디스플레이 장치는 확산판을 편광판에 일체로 형성함으로써 해상도를 향상하고, 시야각을 넓게 확보한다. 그리고, 콜리메이팅된 광을 이용하여 액정의 그레이 스케일 반전을 제거하고 칼라 쉬프트 완화로 화질을 향상시킨다. 확산판 일체형 편광판을 이용하여 액정 패널의 박형화 및 저가격화가 가능하도록 하고, 또한, 외부광에 대한 반사 영향을 줄일 수 있어 야외에서의 색 재현성 등 야외 시인성을 개선할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콜리메이팅 도광판, 확산 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 도 1을 참조하면 광을 조사하는 백라이트 유닛(10)과, 상기 백라이트 유닛(10)으로부터 조명된 광을 이용하여 영상을 형성하기 위한 액정층(35), 상기 액정층(35)의 하부에 위치한 제1 편광판(31), 상기 액정층(35) 상부에 위치한 확산 유닛(50)을 포함한다.

상기 확산 유닛(50)은 상기 액정층(35)의 상부에 마련된 제2 편광판(52)과 상기 제2 편광판(52)의 일면에 공기층의 매개 없이 제2 편광판(52)과 일체로 구비된 확산판(55)을 포함한다. 상기 확산판(55)은 제2 편광판(52)의 표면에 광을 확산하기 위한 비드(bead)가 포함된 바인더(binder)를 코팅하여 형성될 수 있다. 본 발명에서는 제2 편광판(52)과 확산판(55)을 일체형으로 형성하여 제2 편광판(52)과 확산판(55) 사이에 계면을 없앰으로써 계면으로 인한 반사 광량을 줄인다. 또한, 본 발명은 액정층(35) 상부로부터 상기 확산판(55)까지의 두께와 디스플레이 장치 의 해상도(resolution)와의 상관관계를 알아내고, 이 두께를 본 발명에 따른 확산 유닛을 통해 줄임으로써 해상도를 향상한다. 상기 두께와 해상도와의 상관 관계에 대해서는 후술하기로 한다.

휴대용 단말기 또는 일반 디스플레이 장치에 사용되는 수광형 평판 디스플레이의 일종인 액정 표시 장치는 자체적인 발광 능력이 없기 때문에, 별도의 조명 광원이 요구된다. 액정 패널을 이용한 디스플레이 장치는 조명 광을 화소마다 투과율을 조절하여 영상을 형성한다. 이러한 조명 광원으로 액정 패널의 배면에는 광을 조명하는 백라이트 유닛(10)이 설치된다.

백라이트 유닛(10)은 광원의 배치 형태에 따라서 직하형(direct light type)과, 측광형(edge light type)으로 분류된다. 직하형은 액정 패널의 바로 아래에 설치된 램프가 광을 액정 패널에 직접 조사하는 방식이고, 측광형은 도광판을 통해 광을 액정 패널에 조사하는 방식이다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 직하형과 측광형 양쪽에 적용 가능하며 도 1에서는 측광형 백라이트 유닛의 예를 도시한 것이다. 상기 백라이트 유닛(10)은 광원(13)과 상기 광원(13)으로부터의 광을 상기 액정층(35)으로 향하도록 안내하는 도광판(15)을 포함한다. 상기 광원(13)으로는 LED(Light Emitting Diode)와 같은 점광원 또는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)과 같은 선광원이 사용될 수 있다. 상기 도광판(15)은 광을 큰 고도각을 가지고 출사되도록 하여 광 효율을 향상시키기 위해, 도광판(15)의 상면과 하면 중 적어도 한 면에 프리즘(17)을 형성할 수 있다.

상기 도광판(15)의 상부에는 역프리즘 시트(20)가 구비되어 상기 도광판(15) 으로부터 출사된 광이 화면의 정면으로 진행하도록 한다. 상기 역프리즘 시트(20)의 하면에는 프리즘(22)이 형성되어 있다.

상기 역프리즘 시트(20)의 상부에는 제1 편광판(31)과, 제1 투명 기판(33), 액정층(35)이 구비된다. 상기 액정층(35)의 상부에는 액정층(35)을 통과한 광 중 소정 파장의 칼라 광을 통과시키는 칼라필터(37)가 구비된다. 상기 액정층(35)은 화소마다 투과량을 조절하여 계조를 표현하며, 상기 칼라필터(37)는 각각 다른 칼라광을 투과시키는 복수의 서브 화소를 통해 칼라를 표시한다.

상기 칼라 필터(37) 상부에는 제2 투명기판(40)이 구비되고, 제2 투명기판(40) 위에 제2 편광판(52)과 확산판(55)이 일체로 형성된 확산 유닛(50)이 배치된다. 상기 확산판(55)은 제2 편광판(52) 위에 공기층의 매개 없이 밀착되어 구비된다.

제2 편광판(52)에 확산판(55)을 일체로 제작하는 방법에는 다양한 방법이 있을 수 있다. 예를 들어 도 2a에 도시된 바와 같이 실리카(Silica), PMMA(Poly methylmethaacrylate), PS(Polystyrene) 등과 같은 무기물 또는 유기물로 된 비드(83)를 바인더(82)에 혼합하여 편광판(81)의 표면에 코팅하고 열 또는 UV 등의 광을 조사하여 경화시켜 확산 유닛(80)을 제작할 수 있다. 이때, 비드(83)는 바인더(82) 표면에 랜덤한 높이 분포를 가질 수 있으며, 비드(83)는 동일한 사이즈(직경) 또는 다른 사이즈를 가지는 것들을 혼합하여 사용할 수 있다. 비드 사이즈(직경)는 화질의 해상도 저하를 방지하기 위해 서브 화소의 폭보다는 작은 것이 좋다.

또 다른 방식으로는 도 2b에 도시된 바와 같이 비드(87)를 바인더(86) 내부 에 잠긴 형태로 혼합하여 편광판(85)의 표면에 코팅하고 열 또는 UV 등의 광을 조사하여 경화시시킴으로써 확산 유닛(80)을 제작할 수 있다. 또는, 도 2c에 도시된 바와 같이 비드(93)가 바인더(92) 내부에 잠긴 형태로 혼합되어 있고, 바인더(92)가 접착력이 있는 물질로 구성되어 편광판(91) 표면에 접착하는 방식으로 확산 유닛(90)을 구현될 수 있다.

또는, 도 2d에 도시된 바와 같이 편광판은 예를 들어 제1 및 제2 TAC(Tri-acetyl-cellulose) 기판(96)(98)과, 그 사이에 마련된 PVA(Polyvinyl Alcohol)(97)층을 포함하고, 제2 TAC(98)의 제조 공정 단계에서 액체(solution) 상태의 TAC에 비드(99)를 혼합하여 제조하는 방식으로 확산 유닛(95)을 제작할 수 있다. 또는, 도 2e에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 TAC 기판(71)(74)을 포함하고, 제2 TAC 기판(74)과 PVA 층(72) 사이에 접착력이 있는 바인더에 비드가 내부에 잠긴 형태로 혼합되어 구성된 확산 점착층(73)을 구비하여 확산 유닛을 제작할 수 있다. 상기 제2 TAC 기판(74)과 PVA 층(72)을 상기 확산 점착층(73)을 이용하여 접합한다.

도 1에서는 바인더에 비드를 혼합하여 편광판(52)에 코팅한 확산판(55)을 포함한 확산 유닛(50)을 구비한 디스플레이 장치를 나타낸 것이다.

도 3은 확산 유닛(60)을 도 2b 또는 도 2c에 도시한 예와 같이 바인더 내부에 비드를 포함한 볼륨 스캐터링 타입(volume scattering type)으로 형성한 예를 도시한 것이다. 상기 확산 유닛(60)의 상부에는 외부광이 반사되어 시인성이 낮아지는 것을 방지하기 위해 반사 방지층(Anti Reflection layer)(70)이 더 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다. 상기 광원(13)에서 출사된 광은 도광판(15)에서 전반사 조건을 만족하는 광은 도광판 내부에서 반사되어 나아가고, 전반사 조건을 만족하지 않는 광은 도광판(15) 외부로 출사되어 액정층(35)을 조명한다. 도광판(15)의 상면과 하면 중 적어도 한 면에 프리즘(17)이 형성될 수 있으며, 상기 프리즘(17)은 광의 출사각 범위를 작게 하여 콜리메이팅시켜 주는 역할을 한다. 즉, 프리즘(17)에서 반사된 각은 큰 고도각을 가지고 출사된다. 그런 다음, 콜리메이팅된 광이 역프리즘 시트(20)을 통해 액정층(35)에 대해 수직 입사하도록 진행된다.

제1 편광판(31)에서 일 편광의 광이 투과되어 액정층(35)으로 입사되며, 액정층(35)에서는 상기 제1 및 제2 투명기판(33)(40)을 통해 인가되는 전압의 크기에 따라 광의 투과율을 조절한다. 액정층(35)은 TN(Twisted Nematic) 액정, VA(Vertical Alignment) 액정, 또는 ECB(Electrically Controlled Birefringence) 액정 등으로 구성될 수 있다. 액정층(35)에서 각 화소마다 입력된 신호에 따라 투과율이 조절된 광이 칼라 필터(37)에서 서브 화소별로 해당되는 칼라 광이 투과된다. 그리고, 확산 유닛(50)(60)에서 소정 편광의 광이 투과되어 확산됨으로써 넓은 시야 각을 확보할 수 있다.

본 발명에서 편광판과 확산판을 일체형으로 형성하는 것은 편광판과 확산판 사이의 계면을 줄여 외부로부터의 광이 반사되는 광량을 감소시킴으로써 외부 시인성을 높이기 위해서이다. 또 다른 이유로는 디스플레이 장치의 해상도를 높이기 위한 것이다. 해상도가 저하되는 것은 광이 액정층을 투과하여 특정 칼라의 서브 화 소를 투과한 광이 확산판에서 확산될 때 인접한 동일 칼라의 서브 화소에서 나오는 광과 겹쳐져서 화상을 구분할 수 없게 되기 때문이다. 따라서, 해상도는 광이 칼라필터를 통과한 후, 제2 투명 기판과 편광판, 확산판을 진행한 광의 수평 이동거리와 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다. 도 4는 제2 투명 기판과, 편광판, 확산판의 전체 두께와 광이 이들 판들을 통과하면서 이동된 수평 거리와의 관계를 알아보기 위해 제1 투명 기판(33)으로부터 확산 유닛(50)까지의 층 구조에서 광 경로를 개략적으로 나타낸 것이다. 액정층의 두께는 실제 디스플레이 장치에서 수 ㎛에 불과하여 광 경로에 미치는 영향이 미미하므로 생략하기로 한다. 칼라필터(37)는 예를 들어 제1 내지 제3 서브 화소(spx1)(spx2)(spx3)를 포함하는 화소(px)가 반복되어 배열되고, 제1 내지 제3 서브 화소(spx1)(spx2)(spx3)는 서로 다른 칼라 광을 투과시킨다. 각 서브 화소 사이에는 블랙 메트릭스(b)가 구비되어 있다. 여기서, 제2 투명 기판(40)의 두께를 dg, 제2 편광판(52)의 두께를 dp, 확산판(55)의 두께를 ds, 화소의 폭을 P, 서브 화소의 폭을 Ps라고 한다. 광(I)이 제1 투명 기판(33)을 통해 진행할 때, 제1 투명 기판(33)에 입사하는 광의 휘도 반치 입사각을 θ, 칼라 필터(37) 또는 제2 투명 기판(40)에 입사하는 광의 휘도 반치 입사각을 θ', 제2 투명 기판(40)과 확산 유닛(50)의 전체 두께를 d라고 한다. 이웃하는 동일 칼라를 위한 서브 화소를 통과한 광을 구분하기 위해서는 광의 수평 이동 거리(L)이 L<1.5Ps를 만족하여야 한다. 이동 거리(L)가 1.5Ps보다 크면 동일 칼라의 서브 화소를 통과한 광이 중첩되어 각각의 서브 화소를 통과하는 광량과 같거나 커지는 영역이 존재하게 되므로 각각의 서브 화소를 구별할 수 없게 된다. 여기서, L=dtanθ'이므 로, 제2 투명 기판(40)으로부터 확산 유닛(50)까지의 두께(d)는 다음 조건을 만족하여야 한다.

제2 유리 기판(40), 제2 편광판(52) 및 확산판(55)의 평균 굴절률을 n이라고 하면, 백라이트 유닛으로부터 제1 투명 기판(35)으로의 휘도 반치 입사각 θ와 굴절각 θ'는 nsinθ'=sinθ의 관계를 가진다. 여기서는, 확산 유닛과 투명 기판의 평균 굴절률을 1.5로 가정하고, θ=10도로 가정하면, θ'가 대략 6.6도이다. 그리고, 예를 들어 화소 사이즈 P=123㎛, 서브 화소 사이즈 Ps=41㎛일 때, 상기 수학식 1에 따르면, d<530㎛이다. 상기 확산 유닛(50)의 두께를 230㎛(dp=200㎛, ds=30㎛)로 하면, 제2 투명 기판(40)의 두께 dg는 300㎛ 이하가 되어야 한다. 본 발명에서는 확산 유닛(50)(60)을 편광판과 확산판 사이에 공기 층의 매개 없이 구성하므로 확산 유닛의 두께를 얇게 할 수 있다. 그러므로, 투명 기판과 확산 유닛의 전체 두께가 상기 수학식 1을 만족하도록 할 때, 확산 유닛의 두께가 얇아지는 만큼 투명 유리의 두께에 대한 선택의 폭이 넓어질 수 있다. 투명 유리를 얇게 제작하는 것은 어렵기도 하고, 비용도 많이 든다. 따라서, 본 발명에서는 수학식 1을 만족시키는 범위 내에서 가능한 투명 유리의 두께를 두껍게 하는 것이 제조 단가 절감 측면에서 유리할 수 있다.

도 5는 서브 화소에 대한 해상도를 그래프로 나타낸 것으로 가로축은 광의 수평 이동 거리를 나타내고, 세로축은 정규화된 광의 휘도를 나타낸다, 투명 기판 두께가 0.1mm일 때는 인접 서브 화소를 구별할 수 있으나, 투명 기판 두께가 0.4mm일 때에는 구별할 수 없다. 이는 투명 기판의 두께가 0.4mm일 때는 상기 수학식 1의 조건을 만족하지 않기 때문이다.

도 6a와 도 6b는 종래 TN LCD 및 투명 기판의 두께가 100㎛일 때, 본 발명의 콜리메이션 LCD의 그레이 스케일 반전(gray scale inversion) 정도를 비교한 그래프이다. 즉, 블랙, 화이트 및 그레이 스케일의 휘도 각 분포를 측정하여 계조 간에 휘도 반전 여부를 정량적으로 비교한 것이다. 도 6a를 참조하면, 종래 TN LCD의 경우 상하 방향의 계조 반전이 심한데, ±30도에서 계조 반전이 발생하고 있음을 보여 준다. (-) 고도각에서는 화이트 부근의 계조에서 반전이 일어나고, (+) 고도각에서는 블랙 부근의 계조에서 반전이 심하게 발생한다. 반면에, 도 6b를 참조하면 본 발명의 디스플레이 장치에서는 상하좌우 ±80도까지 계조 반전이 거의 일어나지 않고 선명한 영상을 구현할 수 있음을 알 수 있다.

도 7a와 도 7b는 종래 TN LCD 및 본 발명의 콜리메이션 LCD에서 특정 영상의 특정 측정 지점에 대한 색 좌표 그래프에서 각도별 칼라 쉬프트를 비교한 그래프이다. 도 7a를 참조하면 칼라 쉬프트가 △x=0.08, △y=0.21인데 비해, 도 7b를 참조하면 △x=0.05, △y=0.08 정도로 기존의 TN LCD에 비해 칼라 쉬프트가 완화되었음을 보여 준다.

도 8은 본 발명에 사용되는 백라이트 유닛(100)의 일 예를 도시한 것으로, 광원(101)(102)과, 라이트 가이드 바(Light Guide Bar)(105), 도광판(110)을 포함 한다. 상기 광원(101)(102)으로는 LED와 같은 점광원이 사용될 수 있으며, 상기 라이트 가이드 바(105)는 상기 광원(101)(102)으로부터 출사된 광을 콜리메이팅시켜 점광원을 선광원으로 변환하는 역할을 한다. 상기 광원(101)(102)은 라이트 가이드 바(105)의 양측에 구비되거나 어느 한쪽에 구비될 수 있다. 상기 라이트 가이드 바(105)는 광을 콜리메이팅시키기 위해 프리즘(107)을 구비한다. 상기 도광판(110)은 하면에 프리즘(113)을 구비한다. 상기 프리즘(113)은 라이트 가이드 바(105)로부터 출사된 광이 도광판에 입사하여 진행하는 도광판의 길이 방향의 광축 방향에 대해 수직한 방향으로 배열되어 있다.

도 9a 및 도 9b는 도광판(210)의 일측에 광원(200)이 구비된 예를 도시한 것으로, 상기 광원(200)은 LED와 같은 점광원으로 구성되고, 복수 개의 광원이 일정한 간격으로 배열되어 있다. 상기 도광판(210)은 하면에 상기 광원(200)으로부터 출사된 광의 광축 방향에 대해 평행한 방향으로 배열된 제1 프리즘(212)을 구비하고, 상면에 상기 제1 프리즘(212)과 직교하는 방향으로 배열된 제2 프리즘(215)을 포함한다. 상기 제1 프리즘(212)은 도광판을 진행하는 광의 광원 배치 방향 즉, 도광판의 폭 방향(x 방향)에 대해 콜리메이팅 역할을 하며, 상기 제2 프리즘(215)은 도광판 길이 방향의 광축 방향(y 방향)에 대해 콜리메이팅하는 역할을 각각 수행한다. 도 9b를 참조하면 상기 제2 프리즘(215)은 제1 및 제2 프리즘면(215a)(215b)을 포함하고, 도광판(210)의 수평면에 대해 제1 프리즘면(215a)의 기울기 각도를 α라고 하고, 제2 프리즘면(215b)의 기울기 각도를 β라고 한다. 제1 프리즘(212)은 프리즘각을 일정하게 유지하고, 제2 프리즘(215)은 도광판의 입광부에서 대광부까지 균일한 휘도를 달성하기 위해 위치별로 α, β의 크기를 다르게 형성할 수 있다. 예를 들어, α는 입광부에서 대광부로 갈수록 크기를 크게 하고, β는 입광부에서 대광부로 갈수록 작게 구성할 수 있다. 예시적으로 제1 프리즘(212)의 각도에 따른 영향을 살펴보기 위해 α=2도, β=45도이고, 제1 프리즘(212)의 프리즘 각이 각각 180도(평면), 150도, 120도, 90도일 때, 출사량과 콜리메이션 정도를 구해 보면 프리즘 각이 150도일 때 콜리메이션이 가장 좋게 나타났다.

다음 도 10a에 도시된 바와 같이 복수 개의 광원(250)이 구비되고, 상기 광원(250)으로부터 조사된 광을 콜리메이팅시키기 위한 도광판(260)이 구비될 수 있다. 상기 도광판(260)은 하면에 상기 광원(250)으로부터 조사된 광의 광축 방향에 대해 수직한 방향으로 배열된 제1 프리즘(262)과, 상기 광축 방향에 대해 평행한 방향으로 배열된 제2 프리즘(265)을 포함한다. 도 10b를 참조하면 상기 제1 프리즘(262)은 제1 및 제2 프리즘면(262a)(262b)을 포함하고, 도광판(260)의 수평면에 대해 제1 프리즘면(262a)의 기울기 각도를 α'라고 하고, 제2 프리즘면(262b)의 기울기 각도를 β'라고 한다. 제2 프리즘(265)은 프리즘각을 일정하게 유지하고, 제1 프리즘(262)은 위치별로 α', β'의 크기를 다르게 형성할 수 있다. 예시적으로 제2 프리즘(265)의 각도에 따른 영향을 살펴보기 위해 α'=2도, β'=45도이고, 제2 프리즘(265)의 프리즘각이 각각 180도(평면), 150도, 120도, 90도일 때, 출사량과 콜리메이션 정도를 구해 보면 프리즘각이 90도일 때 콜리메이션이 가장 좋게 나타났다.

본 발명에 따른 도광판에 의해 콜리메이팅된 광은 휘도 반치폭 각도가 ±15 도 범위 내에 있도록 설계가 가능하다. 이러한 각도로 콜리메이팅된 광은 도광판 길이 방향으로 큰 고도각을 가지고 출사하므로 기존에 상용으로 쓰이는 역프리즘 시트를 이용하여 정면 방향으로 광경로를 용이하게 변경할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 측광형 백라이트 유닛 뿐만 아니라 직하형 백라이트 유닛에도 적용 가능하며, 도 11 및 도 12는 직하형 백라이트 유닛을 구비한 예를 도시한 것이다.

도 11은 본 출원인이 출원한 특허출원번호 10-2006-0119125에 개시된 백라이트 유닛을 도시한 것이다. 도 11을 참조하면, 본 실시예의 백라이트 유닛(300)은 복수의 선광원(301)과, 선광원(301)에서 조사되는 광을 콜리메이팅하여 면조명하는 도광 유닛(320)과, 반사 부재(308)를 포함한다. 도광 유닛(320)은 선광원(301)이 수용되는 도광 몸체(321)와, 역프리즘 시트(323)와, 정프리즘 시트(325)를 구비한다.

상기 도광 몸체(321)와 역프리즘 시트(323)가 일체로 형성된다. 즉, 도광 몸체(321)의 굴절면(332)은 역프리즘 시트(323)의 패턴에 대해 상보적 형상으로 이루어져, 도광 몸체(321)와 역프리즘 시트(323)는 서로 맞물려 밀착되어 있다. 이와 같이 도광 몸체(321)에 역프리즘 시트(323)가 밀착 결합된 구조는, 예를 들어, 도광 몸체(321)의 굴절면(322)에 선형 정프리즘 패턴을 먼저 형성한 후 다이렉트 몰딩(direct molding) 공정으로 역프리즘 시트(323)를 형성함으로써 이루어질 수 있다. 이때, 도광 몸체(321)서 역프리즘 시트(323)로 광이 투과될 때, 광이 전반사되는 것을 방지하기 위해, 역프리즘 시트(323)의 굴절률은 도광 몸체(323)의 굴절률 보다 높은 것이 바람직하다.

본 실시예와 같이 도광 몸체(321)와 역프리즘 시트(323)가 일체로 형성함으로써, 도광 몸체(321)의 굴절면(322)에서 투과되는 광이 전반사되는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 조립되는 부품의 개수를 줄여 백라이트 유닛의 조립 공정을 보다 간단하게 할 수 있다.

다음, 도 12는 본 출원인이 출원한 특허출원번호 10-2007-0013812호에 개시된 백라이트 유닛을 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 적용한 예를 도시한 것이다. 도 12를 참조하면, 본 실시예의 백라이트 유닛(400)은 광원(405)과, 콜리메이터(420)를 포함한다. 상기 광원(405)의 둘레에는 광원(405)으로부터 출사된 광을 반사시켜 패널 쪽으로 보내기 위한 반사기(410)가 더 구비될 수 있다.

상기 콜리메이터(420)는 접합된 제1판상부재(421)와 제2판상부재(422)를 포함한다. 콜리메이터(420)는 다수의 광통과영역(423)과 이들 사이의 비(非)광통과영역(424)을 가진다. 광통과영역(423)은 제1판상부재(421)의 제1광통과영역(423a) 및 제2판상부재(422)의 제2광통과영역(423b)를 포함한다. 제1광통과영역(423a)과 제2광통과영역(423b)의 내면은 반사면(423a', 423b')을 이룬다. 비광통과영역(424)은 입사된 광을 재차 광원(405) 또는 반사기(410) 측으로 되반사시키도록 별도의 미러 또는 미러 구조를 가질 수 있다.

상기 제1광통과영역(423a)과 제2광통과영역(423b)은 광진행 방향으로 점차 확대되는 구조를 가지며, 따라서 상기 제1광통과영역(423a)과 제2광통과영역(423b)의 내면 즉 반사면(423a', 423b')은 광출사측을 향하여 기울어져 있다. 따라서, 제 1광통과영역(423a)을 통해 입사하는 광 중 비교적 입사각이 적은 광은 제2광통과영역(423b)을 통해 직접 출사하며, 입사각이 큰 일부 광은 제1광통과영역(423a)과 제2광통과영역(423b), 반사면(423a', 423b')에 일회 또는 그 이상 반사된 후 출사한다. 어떤 입사각의 광은 제1광통과영역(423a)의 반사면에 여러 번 반사된 후 제2광통과영역(423b)을 통해 출사한다.

상기와 같은 구조에 따르면, 콜리메이터(420)로부터 출사하는 광은 그로 입사하는 광에 비해 좁은 각도 범위로 출사하여 액정 패널로 입사한다. 광통광영역과 비광통광영역의 설계는 다양하게 이루어질 수 있음은 명백하다.

도 11 및 도 12에 도시된 구조에서 편광판 일체형 확산 유닛(60)은 도 3을 참조하여 설명한 것과 같으므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.

도 13a와 도 13b는 각각 종래와 같이 확산판과 편광판을 별도로 제작한 경우와 일체로 제작한 경우 야외광에 대한 명암비(CR: Contrast Ratio) 및 색재현성(CG:Color Gamut)을 비교하여 나타낸 것이다. 액정 디스플레이 장치는 암실에서 500:1에 가까운 명암비를 가진다고 하더라도 실제 외부광에 노출되면 외부광에 의해 표면에서 반사되는 광량이 증가하게 되어 명암비가 떨어지며, 백색광인 외부광이 표면에 반사되면서 칼라 필터를 통과한 칼라광과 혼색되어 RGB 색좌표가 좁아지게 되어 칼라 게멋(CG)이 좁아진다. 도 13a는 편광판 일체형 확산 유닛이 편광판 분리형에 비해 외부광에서의 CR 감소 비율이 적음을 보여준다. 도 13b는 일체형 확산 유닛이 편광판 분리형에 비해 외부광에서의 칼라 게멋(CG) 감소 비율이 적음을 보여준다.

이는 확산판을 편광판과 분리하여 구비하는 경우, 확산판과 편광판 사이에 공기층이 형성되고, 결과적으로 외부광에 의한 반사 계면 수가 증가하게 되어 외부광의 반사율이 증가하게 되어 편광판 일체형 확산 유닛에 비해 시인성이 떨어짐을 보여주는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 디스플레이 장치의 단면도이다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 확산 유닛의 여러 가지 실시예를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 디스플레이 장치의 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 상부 투명 기판과 확산 유닛의 전체 두께와 해상도의 관계식을 도출하기 위한 광경로 개념도를 나타낸 것이다.

도 5는 종래 디스플레이 장치 및 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 상부 투명 기판의 두께에 따라 영상의 해상도를 나타낸 것이다.

도 6a는 종래 디스플레이 장치에서 그레이 스케일 반전이 발생되는 것을 보인 것이다.

도 6b는 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 그레이 스케일 반전이 제거된 것을 보인 것이다.

도 7a 및 도 7b는 각각 종래 디스플레이 장치와, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서의 영상에 대한 색좌표 상의 칼라 쉬프트를 나타낸 것이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 디스플레이 장치에 채용되는 백라이트 유닛의 사시도이다.

도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 도광판의 사시도이다.

도 9b는 도 9a에 도시된 도광판의 단면도이다.

도 10a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판의 사시도이다.

도 10b는 도 10a에 도시된 도광판의 단면도이다.

도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 디스플레이 장치가 직하형 백라이트 유닛에 적용된 예를 도시한 것이다.

도 13a는 편광판이 일체형으로 형성된 확산 유닛이 적용된 디스플레이 장치와 편광판과 확산판이 분리되어 형성된 디스플레이 장치에 대해 각각 외부광에서의 CR의 변화를 나타낸 것이다.

도 13b는 편광판이 일체형으로 형성된 확산 유닛이 적용된 디스플레이 장치와 편광판과 확산판이 분리되어 형성된 디스플레이 장치에 대해 각각 외부광에서의 칼라 게멋의 변화를 비교하여 나타낸 것이다.

<도면 중 주요 부분에 대한 설명>

10,100...백라이트 유닛, 13,101,102...광원

15,110...도광판, 31,52...편광판

33,40...투명 기판, 35...액정층

55,65...확산판, 50,60...확산 유닛

Claims (20)

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5. 제1 TAC 층;

   상기 제1 TAC 층 위에 구비된 제2 TAC 층;

   상기 제1 및 제2 TAC 층 사이에 구비된 PVA 층;

   상기 제2 TAC 층 내부에 혼합된 비드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 확산 유닛.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 비드는 서브 화소의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 확산 유닛.
7. 백라이트 유닛;

   상기 백라이트 유닛으로부터 조사된 광 중 소정 편광의 광을 투과시키는 제1 편광판;

   상기 제1 편광판을 통과한 광을 이용하여 영상을 형성하는 액정층;

   상기 액정층을 투과한 광 중 소정 파장의 광을 투과시키는 칼라 필터;

   상기 칼라 필터의 상부에 마련된 확산 유닛;을 포함하고,

   상기 확산 유닛은, 제1 TAC 층, 상기 제1 TAC 층 위에 구비된 제2 TAC 층, 상기 제1 및 제2 TAC 층 사이에 구비된 PVA 층, 상기 제2 TAC 층 내부에 혼합된 비드를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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11. 제 7항에 있어서,

    상기 비드는 서브 화소의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
12. 제 7항에 있어서,

    상기 칼라 필터와 확산 유닛 사이에 투명 기판이 더 구비되고, 상기 투명 기판으로부터 상기 확산 유닛까지의 전체 두께를 d, 서브 화소의 폭을 Ps, 상기 투명 으로 진행는 광의 휘도 반치 입사각을 θ'라고 할 때, 상기 d는 다음을 만족하는 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.

    <조건식>

    
13. 제 7항에 있어서,

    상기 백라이트 유닛은 광원과 도광판을 포함하고, 상기 도광판에서 출사된 광의 휘도 반치폭 각도가 ±15도 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 도광판은 하면에 상기 광원으로부터 조사된 광의 광축에 대해 평행한 방향으로 배열된 제1 프리즘과, 상면에 상기 제1 프리즘과 직교하는 방향으로 배열된 제2 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
15. 제 13항에 있어서,

    상기 도광판은 하면에 상기 광원으로부터 조사된 광의 광축에 대해 수직한 방향으로 배열된 제1 프리즘과, 상면에 상기 제1 프리즘과 직교하는 방향으로 배열된 제2 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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