KR101395895B1 - 도광판 및 이를 구비한 백라이트 유닛 및 이를 포함한 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광효율이 우수하며 보다 얇은 두께를 가지는 도광판 및 이를 구비한 백라이트 유닛에 관한 것로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1편광을 갖는 빛과 제2편광을 갖는 빛에 대하여 서로 다른 굴절률을 가지는 재질로 이루어지며, 제1경계면을 가지는 어퍼레이어 및 제1편광의 빛과 제2편광의 빛에 대하여 동일한 굴절율을 가지는 재질로 이루어지고, 상기 제1경계면과 마주보는 어퍼레이어의 제2경계면에 밀착되게 배치되며, 상기 제2경계면과 마주보는 제3경계면이 형성된 바텀레이어를 포함하는 도광판이 개시된다.

Description

도광판 및 이를 구비한 백라이트 유닛 및 이를 포함한 액정 디스플레이 장치{Light Guide Plate and Back Light Unit having the Same and Liquid Crystal Display Device having the Same}
본 발명은 도광판에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는 광효율이 우수하며 보다 얇은 두께를 가지는 도광판 및 이를 구비한 백라이트 유닛 및 이를 포함한 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
액정표시장치 등의 수광형 평판 디스플레이 장치에는 별도로 백라이트 유닛과 같은 조명장치를 필요로 한다.
이러한 조명장치는 광원의 배치형태에 따라서 직하형과 측광형으로 분류되는데, 직하형은 광원이 액정 패널의 아래쪽에 설치되어 광을 직접 조사하는 방식이며, 측광형은 도광판의 측면에 광원이 배치되는 방식이다.
한편, 근래에 사용되는 액정표시장치는 광원에서 방출되는 전체광량의 약 50% 이하만을 화상을 형성하는 데 이용하고 있다.
이렇게 광효율이 낮은 이유는 빛이 도광판 및 도광판과 관련되어 배치되는 여러 광학필름을 거치면서 발생하는 광손실과 액정표시장치의 편광판에 기인한다.
액정표시장치는 전기장 여하에 따라 달라지는 액정 분자의 배열상태와 이에 입사하는 광의 편광방향에 따라 광이 통과되거나 차단되는 것을 이용하여 화상을 표현하는 장치이므로 편광판을 부착하여 일 방향으로 편광된 광만을 이용하게 된다.
한편, 빛은 어느 한 방향으로 진동하는 S파와 상기 S파와 직교하는 방향으로 진동하는 P파로 구분되는데, 상기 S파와 P파 중 어느 하나만이 편광판을 통과할 수 있으므로 이론적으로 광량의 50%만이 통과되는 것이다.
따라서, 액정표시장치에서 이용되는 빛은 광원에서 발광되는 전체광량의 50%미만으로 떨어지며, 결국 액정표시장치에서 충분한 밝기를 형성하기 위해서는 고광량의 광원을 사용해야 하며 이는 부품의 단가 및 전력소비량 및 부품의 수명과 발열문제등의 신뢰성 측면에서 약점이 되고 있다.
또한, 최근에 평판표시장치의 초박형화가 이루어지고 있는데, 이에 상기 백라이트 유닛의 두께 중 비교적 큰 두께 부분을 이루고 있는 도광판의 두께 또한 박형화해야 할 필요성이 대두되고 있다.
한국공개특허 10-2008-0072197
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 광효율을 보다 높이면서도 두께를 슬림화 할 수 있는 도광판을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1편광을 갖는 빛과 제2편광을 갖는 빛에 대하여 서로 다른 굴절률을 가지는 재질로 이루어지며, 제1경계면을 가지는 어퍼레이어 및 제1편광의 빛과 제2편광의 빛에 대하여 동일한 굴절율을 가지는 재질로 이루어지고, 상기 제1경계면과 마주보는 어퍼레이어의 제2경계면에 밀착되게 배치되며, 상기 제2경계면과 마주보는 제3경계면이 형성된 바텀레이어를 포함하는 도광판이 개시된다.
상기 제2경계면은 상기 제1경계면 및 제3경계면과 다른 기울기로 형성될 수 있다.
상기 제1경계면과 제3경계면은 상호 평행한 기울기를 가질 수 있다.
상기 바텀레이어는 상기 제1편광과 제2편광에 대해서 제1굴절율을 가지고, 상기 어퍼레이어는 상기 제1편광에 대해서 제2굴절율을 가지고 제2편광에 대해서 제1굴절율을 가질 수 있다.
상기 제2굴절율은 상기 제1굴절율보다 클 수 있다.
상기 제1굴절율과 제2굴절율의 차이는 0.1이상일 수 있다.
상기 어퍼레이어의 제1경계면상에 편광전환수단이 더 구비될 수 있다.
상기 제2경계면은, 광원이 위치된 일측으로부터 타측으로 갈수록 제1경계면과 가까워지도록 경사될 수 있다.
첫째, 이방성을 갖는 레이어와 등방성을 갖는 레이어의 경계면을 경사지게 형성함으로써 보다 간단한 구조로 출사면에 보다 균일하게 빛이 출사되는 도광판을 형성할 수 있다.
둘째, 편광전환수단이 구비되므로 어느 한 편광을 액정표시장치에서 필요로 하는 편광으로 변환시킬 수 있으므로 도광판이 박형화됨에도 불구하고 보다 높은 광효율을 구현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 도광판을 도시한 사시도;
도 2는 도 1의 단면도 이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예의 설명에서, 본 실시예에 따른 도광판은 액정표시장치에 빛을 제공하는 백라이트유닛에 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 점 또는 선 형태의 광원에서 출사되는 빛을 면형태로 변환시키는 역할을 하게 되는 도광판이 사용되는 경우라면 어디에도 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판을 도시한 사시도이다.
본 실시예에 따른 도광판(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 어퍼레이어(110)와 바텀레이어(120)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 어퍼레이어(110)는, 빛이 투과하는 재질로 이루어지며 입사된 빛의 제1편광(12)과 제2편광(14)에 대해서 서로 다른 굴절율을 가지는 이방성재질로 이루어지고, 입사된 빛이 전반사되거나 또는 도광판(100) 외부로 출사되는 제1경계면(102)을 가지도록 이루어진다.
한편, 빛은 어느 한 방향으로 진동하는 S파와, 상기 S파와 직교하는 방향으로 진동하는 P파로 구분될 수 있는데, 상기 제1편광(12)은 상기 S파와 P파중 어느 하나일 수 있으며, 상기 제2편광(14)은 상기 S파와 P파중 다른 하나일 수 있다. 또한, 상기 제1편광(12)은 상기 액정표시장치에서 사용하는 편광일 수 있다.
상기 바텀레이어(120)는, 입사된 빛의 제1편광(12)과 제2편광(14)에 대하여 동일한 굴절율을 가지는 등방성 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 어퍼레이어(110)의 상기 제1경계면(102)과 마주보는 면을 제2경계면(104)이라 칭하면, 상기 바텀레이어(120)는 상기 제2경계면(104)에 밀착되게 배치될 수 있다.
또한, 상기 바텀레이어(120)의 제2경계면(104)과 마주보는 측에 상기 제1편광(12)과 제2편광(14)이 상기 제2경계면(104)을 향하여 전반사되는 제3경계면(106)을 가질 수 있다. 상기 제3경계면(106)에는 반사를 위한 반사판(미도시)가 더 구비될 수도 있다.
그리고, 상기 어퍼레이어(110)와 바텀레이어(120)로 이루어진 도광판(100)의 일측에 광원(10)이 위치될 수 있다.
따라서, 상기 광원(10)으로부터 출사된 빛은 상기 도광판(100)의 일측면을 통해 도광판(100) 내로 입사될 수 있다.
한편, 상기 어퍼레이어(110)는 상기 제1편광(12)에 대해서 제2굴절율을 가지며 상기 제2편광(14)에 대해서는 상기 제2굴절율과 다른 굴절율인 제1굴절율을 가질 수 있다.
상기 바텀레이어(120)는 제1편광(12)과 제2편광(14)에 대해 동일한굴절률을 갖는 등방성 재질로 형성될 수 있다. 바텀레이어(120)의 굴절률은 상기 어퍼레이어(100)에서의 제1굴절률 및 제2굴절률 중 어느 하나와 동일한 값을 가질 수 있다. 본 실시예에서는 바텀레이어(120)의 굴절률이 제1굴절률인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
한편, 상기 제1굴절율과 제2굴절율의 차이는 0.1이상일 수 있고, 제2굴절율은 제1굴절율보다 높은 굴절율을 가질 수 있다. 본 실시예에서는 상기 제1굴절율은 1.5이며 제2굴절율은 1.67인 것을 예로 들어 설명하나 반드시 이에 한정된 것은 아니다.
또한, 본 실시예에서, 상기 제1경계면(102)과 제3경계면(106)은 상호 평행하며, 상기 제2경계면(104)은 상기 제1경계면(102) 및 제3경계면(106)과 다른 기울기로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 제1경계면(102) 내지 제3경계면(106)은 각각 일정한 기울기를 갖도록 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 제2경계면(104)은 상기 광원(10)이 위치된 일측으로부터 타측으로 갈수록 상기 제1경계면(102)과 가까워지도록 경사지게 이루어질 수 있다.
또한, 편광전환수단(130)이 상기 제1경계면(102)위에 형성될 수 있다. 상기 편광전환수단(130)은 입사되는 빛 중 적어도 일부를 다른 편광으로 전환시켜 반사시키는 구성요소이다. 예를 들어, 상기 제1경계면(102)으로 입사되는 제2편광(14)의 빛은 상기 편광전환수단(130)에 의해서 제1편광으로 변환된다.
상기 편광전환수단(130)은 위상차판 또는 각도변환판 등 알려진 다양한 방식의 편광전환수단이 적용될 수 있다. 예를 들어, 편광전환수단(130)으로 위상차판이 사용될 경우, 제2편광의 빛이 위상차판으로 입사되고, 위상차판의 상면에서 전반사되어 되돌아 나오면서 제1편광으로 변환된다.
상기와 같이 이루어진 본 실시예의 도광판은 도 2에 도시된 바와 같이 작용될 수 있다.
상기 광원(10)에서 출사되는 빛은 제1편광(12)과 제2편광(14)이 혼합된 상태로 상기 어퍼레이어(110)로 입사될 수 있다. 그리고, 상기 어퍼레이어(110)는 상기 제1편광(12)에 대해서 제2굴절율을 가지며 제2편광(14)에 대해서는 제1굴절율을 가지고 있으므로, 상기 어퍼레이어(110)에 입사된 빛 중 제1편광(12)과 제2편광(14)은 다른 기울기로 굴절되어 상기 제1편광(12)과 제2편광(14)이 분리된다.
상기 어퍼레이어(110)에서 분리된 제1편광(12)은 상기 제2경계면(104)을 거쳐 바텀레이어(120)로 입사된다. 이 때, 상기 바텀레이어(120)는 제1편광(12)에 대해서 제1굴절율을 가지고 있으므로 제2경계면(104)을 통과하는 제1편광(12)의 빛은 굴절률의 차이에 의해 굴절이 된다. 이 경우 굴절되는 정도는 제2경계면(104)으로의 입사각 및 제1굴절률과 제2굴절률의 차이에 따라 달라진다. 또한, 상기 바텀레이어(120)로 입사된 제1편광(12)은 상기 바텀레이어(120)의 하측면인 제3경계면(106)에서 상기 제2경계면(104)측으로 전반사 될 수 있다.
상기 바텀레이어(120) 내에서 제2경계면(104)을 향해 반사된 제1편광(12)은 상기 제2경계면(104)에서 재차 굴절되며, 전반사가 일어나는 각도보다 작은 각도로 상기 제1경계면(102)과 만나게 되어 상기 제1경계면(102)을 투과하여 상기 도광판(100) 외부로 출사된다.
물론, 상기 제1편광(12)중 전반사가 일어나는 임계각보다 큰 각도로 상기 제1경계면(102)을 만나는 빛은 상기 제1경계면(102)에서 전반사되어 전술한 과정을 반복하면서 다시 제1경계면(102)에 이르게 되고 그 중 전반사 임계각보다 작은 각도로 만나는 빛들이 도광판(100) 외부로 출사되는 과정을 반복할 수 있다.
한편, 상기 어퍼레이어(110)로 입사된 제2편광은 상기 어퍼레이어(110)와 바텀레이어(120)에서의 굴절율이 제1굴절율로 동일하므로, 상기 제2경계면(104)을 굴절없이 지나 상기 제3경계면(106)에서 전반사되고, 편광제1경계면(102)을 지나서 전환수단(130)을 통과한 후 편광전환수단(130) 상면에 전반사가 일어나는 임계각보다 큰 각도로 입사되어 다시 상기 제2경계면(104)을 향해 전반사 될 수 있다.
또한, 상기 제2편광(14)이 편광전환수단(130)과 공기(air)와의 경계면에서 전반사 될 때 상기 제2편광(14)은 상기 편광전환수단(130)에 의해서 제1편광(12)으로 변환될 수 있다.
상기 제1경계면(102)에서 전반사된 상기 제1편광(12)과 제2편광(14)이 섞인 빛은 상기 바텀레이어(120)로 진입될 때 상기 제2경계면(104)에서 분리될 수 있다.
즉, 상기 제1편광(12)은 상기 어퍼레이어(110)와 바텀레이어(120)의 굴절율 차이로 인해 상기 제2경계면(104)의 기울기 및 입사각과 굴절율 차이만큼 굴절된 후 상기 제3경계면(106)에서 반사되어 전술한 과정을 반복하여 제1경계면(102)에서 도광판(100) 외부로 출사될 수 있으며, 상기 제2편광(14)은 굴절율의 차이가 없으므로 굴절없이 직진하여 상기 제3경계면(106)에서 반사되면서 상기 편광전환수단(130)과 접촉하는 전술한 과정을 반복하면서 점차 제1편광(12)으로 전환 되어 도광판(100)의 외부로 출사될 수 있다.
따라서, 광원(10)에서 출사된 다양한 편광을 갖는 빚이 편광이 조절되어 상기 도광판(100)을 거치면서 어느 하나의 편광(ex:제1편광)으로 조절되어 출사되므로 광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 이방성체 재질인 어퍼레이어(110)의 성형이 단순하여 생산 용이할 수 있다.
또한, 도광판이 이방성체 층과 등방성체 층으로 단순히 두 층으로 이루어질 수 있어 도광판의 박형화에 유리할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 도광판(100)은 백라이트 유닛에 적용되어 백라이트 유닛을 보다 박형화 할 수 있으며, 또한 이러한 백라이트 유닛이 액정 디스플레이장치에 적용되어 액정 디스플레이장치를 보다 박형화 할 수 있다.이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 광원 12: 제1편광
14: 제2편광 100: 도광판
102: 제1경계면 104: 제2경계면
106: 제3경계면 110: 어퍼레이어
120: 바텀레이어 130: 편광전환수단

Claims (10)

  1. 제1편광을 갖는 빛과 제2편광을 갖는 빛에 대하여 서로 다른 굴절률을 가지는 재질로 이루어지며, 제1경계면을 가지는 어퍼레이어;
    제1편광의 빛과 제2편광의 빛에 대하여 동일한 굴절율을 가지는 재질로 이루어지고, 상기 제1경계면과 마주보는 어퍼레이어의 제2경계면에 밀착되게 배치되며, 상기 제2경계면과 마주보는 제3경계면이 형성되며, 상기 제2경계면은 상기 제1경계면 및 제3경계면과 다른 기울기로 형성되는 바텀레이어;
    를 포함하는 도광판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1경계면과 제3경계면은 상호 평행한 기울기를 가지는 도광판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 바텀레이어는 상기 제1편광과 제2편광에 대해서 제1굴절율을 가지고,
    상기 어퍼레이어는 상기 제1편광에 대해서 제2굴절율을 가지고 제2편광에 대해서 제1굴절율을 가지는 도광판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2굴절율은 상기 제1굴절율보다 큰 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1굴절율과 제2굴절율의 차이는 0.1 이상인 것을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 어퍼레이어의 제1경계면상에 편광전환수단이 더 구비되는 도광판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2경계면은,
    광원이 위치된 일측으로부터 타측으로 갈수록 제1경계면과 가까워지도록 경사진 도광판.
  9. 제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항의 도광판을 포함하는 백라이트 유닛.
  10. 제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항의 도광판을 포함하는 액정 디스플레이 장치.
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