KR101408256B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 액정패널에 공급되는 광의 휘도가 향상되고 광의 균일도가 향상된 액정표시장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 액정패널; 상기 액정패널의 하부에 배치되며, 액정패널에 광을 공급하는 광원; 상기 광원의 상부에 배치되며, 광원으로부터 방출되는 광을 확산시키고 집광시키는 확산판; 상기 확산판의 상부에 배치되며, 상기 확산판으로부터의 광을 확산시키는 확산시트; 및 상기 확산시트의 상부에 배치되며, 상기 확산시트로부터의 광을 집광시키는 프리즘 시트에 의해 달성된다. 그리고, 상기 확산판은, 공기와의 굴절률 차이에 의해 광원으로부터의 광을 확산시키는 제 1 영역과, 내부에 확산재가 형성되어 상기 제 1 영역으로부터의 광을 확산시키는 제 2 영역과, 상기 제 2 영역과의 굴절률 차이에 의해 상기 제 2 영역으로부터의 광을 집광시키는 제 3 영역과, 상기 제 3 영역의 상부에 형성되어 제 3 영역으로부터의 광을 집광시키는 집광 패턴을 포함하여 구성된다.
액정표시장치, 확산판

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 특히 광원으로부터 방출되어 액정패널에 공급되게 되는 광의 휘도를 향상시키고 광의 균일도를 향상시킬 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다
일반적으로 액정표시장치는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이에 따라 액정표시장치는 노트북 PC와 같은 휴대용 컴퓨터, 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기 등으로 널리 이용되고 있다.
통상적으로 액정표시장치는 매트릭스형태로 배열된 다수의 제어용 스위칭 소자에 인가되는 영상신호에 따라 광의 투과량이 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시하게 된다.
이러한 액정표시장치(Liquid Crystal Display)는 상부기판인 컬러필터(color filter) 기판과 하부기판인 박막트랜지스터 어레이(Thin film Transistor Array) 기판이 서로 대향하고 상기 두 기판 사이에는 액정층이 충진된 액정패널과, 상기 액정패널에 주사신호 및 화상정보를 공급하여 액정패널을 동작시키는 구동부를 포 함하여 구성된다.
이러한 액정표시장치는 스스로 빛을 내지 못하는 비발광 소자이므로, 화상을 구현하기 위해서는 액정패널에 광을 공급하는 광원을 필요로 하게 된다. 따라서, 액정표시장치에는 액정패널에 광을 공급하는 광원을 포함하는 백라이트 어셈블리(back light assembly)가 구비된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래의 일반적인 액정표시장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시한 바와 같이 종래의 일반적인 액정표시장치는, 액정패널(1)과, 상기 액정패널(1) 하부에 구비되어 액정패널(1)에 광을 공급하는 광원(2)과, 상기 광원(2)으로부터 방출되는 광을 확산시키는 확산판(3)과, 상기 확산판(3)으로부터 방출되는 광을 확산시키는 확산시트(4)와, 상기 확산시트(4)로부터 방출되는 광을 집광하는 프리즘시트(5)로 구성된다.
이와 같은 구성을 가지는 종래의 일반적인 액정표시장치에 있어서, 상기 확산판(3)은 내부에 전체적으로 다수의 비드(bead)가 형성되며, 상기 광원(2)으로부터 방출되는 광은 상기 비드의 내부를 통과하여 굴절되거나 또는 비드의 면에 반사되는 과정을 통해 진행 경로가 변환되어 넓게 확산된다.
즉, 상기 광원(2)으로부터 방출되어 확산판(3)의 배면을 통해 확산판(3)의 내부로 입사되는 광 중에 광원(2)의 상부에 대응되는 영역을 통해 입사하는 광의 양이 상기 광원(2)의 주변 영역의 상부에 대응되는 영역을 통해 입사하는 광의 양보다 상대적으로 많은데, 이러한 불균일한 광은 상기 확산판(3)의 내부의 비드에 의해 확산되므로, 확산판(3)의 상면을 통해 출사되는 광은 비교적 균일한 분포를 가진다.
도 1을 참조하면, 상기 확산판(3)의 상부에는 상기 확산판(3)의 상면을 통해 출사된 광을 더욱 확산시켜 균일한 평면광으로 변환하기 위하여 확산시트(4)가 구비된다.
그리고, 상기 확산시트(4)의 상부에는 프리즘시트(5)가 구비되는데, 이러한 프리즘시트(5)는 상기 확산판(3)의 상면을 통해 출사된 광을 집광시켜 액정패널(1)에 공급한다.
상기와 같은 구성을 가지는 액정표시장치에 구비된 상기 확산시트(4) 또는 프리즘시트(5)는 필름과 같은 극소의 두께를 가짐에 비하여 상기 확산판(3)은 상기 확산시트(4) 또는 프리즘시트(5)에 비하여 큰 두께를 가지므로, 상기 확산판(3)의 내부에 전체적으로 고루 분포된 비즈는 광원(2)으로부터 방출된 광을 효과적으로 확산하는 장점은 있지만, 상기 비드에서 산란되어 확산판(3)의 하부로 진행하거나 상기 비드의 면에 반사되어 확산판(3)의 하부로 진행하게 되는 광의 양이 많아 광효율이 저하되는 문제점이 있어왔다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 내부에 최소량의 확산재를 형성하되 확산과 집광이 이루어질 수 있는 구조의 확산판을 구비함으로써 액정패널에 공급되는 광의 휘도가 향상되고 광의 균일도가 향상된 액정표시장치에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치는, 액정패널; 상기 액정패널의 하부에 배치되며, 상기 액정패널에 광을 공급하는 광원; 상기 광원으로부터 방출되는 광을 확산 및 집광시키며, 상기 광원의 상부에 배치되어 광을 확산시키는 제1영역, 내부에 확산재가 형성되어 상기 제1영역의 광을 확산시키는 제2영역, 상기 제2영역의 광을 집광시키는 제3영역 및 상기 제3영역의 상부에 형성된 집광패턴을 구비하는 확산판; 상기 확산판의 상부에 배치되며, 상기 확산판으로부터의 광을 확산시키는 확산시트; 및 상기 확산시트의 상부에 배치되며, 상기 확산시트로부터의 광을 집광시키는 프리즘시트를 포함하고, 상기 확산판의 상기 제1영역 내지 상기 제3영역의 굴절률은 서로 상이하고, 상기 제3영역의 굴절률은 상기 제1영역의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치 는, 확산판의 하부의 확산패턴에 의해 광의 확산이 이루어지고 확산판의 내부를 이루는 영역 중에 최하위 층, 즉 제 1 영역에서는 외부 공기와의 굴절률 차이에 의해 광의 경로가 변환되어 확산이 이루어지므로, 확산을 목적으로 확산판의 내부에 형성된 확산재, 즉 비드의 양을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 광의 효율이 상승되어 액정패널에 고휘도의 광을 공급할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치는, 확산판 하부의 확산패턴 및 확산판 내부의 최하위 층과 중간 층, 즉 제 1 영역과 제 2 영역에 의해 광의 확산이 이루어지므로, 균일한 휘도 분포를 가지는 광을 액정패널에 공급할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치는, 확산판의 상부에 형성된 집광 패턴과 확산판 내부의 최상위 층, 즉 제 3 영역에 의해 광의 집광이 이루어지므로, 액정패널 화면의 정면 휘도를 높일 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치는, 액정패널(101); 상기 액정패널(101)의 하부에 배치되며, 액정패널(101)에 광을 공급하는 광원(102); 상기 광원(102)의 상부에 배치되며, 광원(102)으로부터 방출되는 광을 확산시키고 집광시키는 확산판(103); 상기 확산판(103)의 상부에 배치되며, 상기 확산판(103)으로부터의 광을 확산시키는 확산시트(104); 및 상기 확산시트(104)의 상부에 배치되며, 상기 확산시트(104)로부터의 광을 집광시키는 프리즘 시트(105)를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 확산판(103)은, 공기와의 굴절률 차이에 의해 광원(102)으로부터의 광을 확산시키는 제 1 영역(103a)과, 내부에 확산재(103f)가 형성되어 상기 제 1 영역(103a)으로부터의 광을 확산시키는 제 2 영역(103b)과, 상기 제 2 영역(103b)과의 굴절률 차이에 의해 상기 제 2 영역(103b)으로부터의 광을 집광시키는 제 3 영역(103c)과, 상기 제 3 영역(103c)의 상부에 형성되어 제 3 영역(103c)으로부터의 광을 집광시키는 집광 패턴(103e)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 확산판(103)의 하부에는 광원(102)의 상부에 대응되는 영역에서 광원(102)의 주변 영역의 상부에 대응되는 영역으로 갈수록 작게 형성되어 광원(102)으로부터의 광을 확산시키는 확산패턴(103d)이 형성된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치에 구비된 각 구성 요소에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 상기 액정패널(101)은 상부기판인 컬러필터 기판(101a)과 하부기판인 박막 트랜지스터 어레이 기판(101b)으로 구성되며, 상기 두 기판 사이에는 액정층(미도시)이 형성되어 있다.
상기 액정패널(101)의 하부에는 광원(102)이 배치되며, 액정패널(101)은 광원(102)으로부터 광을 공급받아 화면을 표시하게 된다.
도 2에는 상기 광원(102)이 외부전극 형광램프(EEFL : external electrode fluorescent lamp)인 것을 그 예로 하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 액정표시장치에 구비된 상기 광원(102)은 냉음극 형광램프(CCFL : cold cathode fluorescent lamp), 발광다이오드(LED : Light Emitting Diode) 등 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 예가 가능하다.
그리고, 도 2에는 상기 광원(102)이 액정패널(101)의 하부 전체에 다수 개가 구비되어 직하(flat) 타입을 이루는 것을 그 예로 하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 액정표시장치에 구비된 상기 광원(102)은 액정패널(101)의 하부 영역의 일측에 적어도 하나가 구비되어 에지(edge) 타입을 이루는 등 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 예가 가능하다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 광원(102)의 상부에는 광원(102)으로부터의 광을 확산시켜 확산시트(104)에 공급하는 확산판(103)이 배치된다.
상기 확산판(103)은 광을 확산시키는 제 1 영역(103a) 및 제 2 영역(103b)과, 광을 집광시키는 제 3 영역(103c)으로 구성되며, 상기 제 1 영역(103a)의 하부에는 확산패턴(103d)이 형성되고 제 3 영역(103c)의 상부에는 집광패턴(103e)이 형성된다.
즉, 상기 광원(102)으로부터 방출되어 확산판(103)의 내부로 입사되는 광 중에 광원(102)의 상부에 대응되는 영역을 통해 입사되는 광의 분포량은 광원(102)의 주변 영역의 상부에 대응되는 영역을 통해 입사되는 광의 분포량보다 많으므로, 확산판(103)의 내부로 입사되는 광은 그 휘도가 불균일하지만 확산판(103) 내부의 제 1, 제 2 영역(103a, 103b) 및 확산판(103) 하부의 확산패턴(103d)을 거치면서 확산 되고 확산판(103) 내부의 제 3 영역(103c) 및 확산판(103) 상부의 집광패턴(103e)을 거치면서 집광되어 균일한 분포를 가짐과 동시에 집광이 이루어진다. 여기서, 광원(102)의 주변 영역은, 도 2와 같이 다수의 광원(102)이 구비되었을 시에 광원(102)과 광원(102) 사이의 영역이다.
이와 같은 확산판(103)의 구성에 대한 상세한 설명은 후에 아래에서 하도록 한다.
도 2를 참조하면, 상기 확산판(103)의 상부에는 확산판(103)으로부터의 광을 더욱 균일한 휘도 분포의 면광원으로 확산시켜 프리즘시트(105)에 공급하는 확산시트(104)가 배치된다.
그리고, 상기 확산시트(104)의 상부에는 확산시트(104)로부터의 균일한 휘도 분포의 면광원을 집광시켜 액정패널(101)에 공급하는 프리즘시트(105)가 배치된다.
그리고, 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 액정표시장치에는 상기 광원(102)이 내부에 수납되고 상부에 확산판(103), 확산시트(104), 프리즘시트(105) 및 액정패널(101)이 배치되는 하부커버(106)가 구비된다.
그리고, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 하부커버(106)의 내부 바닥면에는 상기 광원(102)으로부터 방출된 광을 확산판(103)의 내부로 반사시키는 반사판(미도시)이 구비되어 광의 효율을 높일 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 상기 확산판(103)에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기에 언급한 바와 같이, 상기 확산판(103)은 외부 공기와의 굴절률 차이에 의해 광원(102)으로부터의 광을 확산시키는 제 1 영역(103a)과, 내부에 확산재(103f)가 형성되어 상기 제 1 영역(103a)으로부터의 광을 확산시키는 제 2 영역(103b)과, 상기 제 2 영역(103b)과의 굴절률 차이에 의해 상기 제 2 영역(103b)으로부터의 광을 집광시키는 제 3 영역(103c)으로 구성되며, 상기 제 1 영역(103a)의 하부에는 광원(102)으로부터 방출되는 광을 확산시키는 확산패턴(103d)이 형성되고, 상기 제 3 영역(103c)의 상부에는 광원(102)으로부터의 광을 집광시키는 집광패턴(103e)이 형성된다.
상기 확산판(103)의 제 1 영역(103a)과 제 3 영역(103c)과 집광패턴(103e)은 내부에 확산재와 같은 이물이 포함되지 않은 클리어(clear)한 상태를 이룬다.
상기 확산판(103)의 제 2 영역(103b)의 굴절률은 제 1 및 제 3 영역(103a, 103c)의 굴절률과는 상이하며, 상기 제 3 영역(103c)의 굴절률은 제 1 영역(103a)의 굴절률보다 크다.
그리고, 도 3에는 상기 확산판(103)의 제 2 영역(103b) 내부에 형성된 확산재(103f)는 제 2 영역(103b)의 굴절률과 동일하거나 제 2 영역(103b)의 굴절률보다 큰 굴절률을 가지는 물질로 형성된 비드(bead)인 것을 그 예로 하였다. 하지만, 상기 확산판(103)의 제 2 영역(103b) 내부에 형성된 확산재(103f)는 도 3에 도시된 바와 같은 비드(bead)인 것에 한정되는 것이 아니며, 상기 확산재(103f)는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 스틱(stick), 판(plate) 등 다양한 예가 가능하다.
이와 같이 상기 확산재(103f)가 비드(bead)를 비롯하여 스틱(stick) 또는 판(plate)인 경우에, 상기 확산재(103f)는 확산판(103)의 제 2 영역(103b) 내부에서 광의 산란을 유도하고 확산을 유도할 수 있는 정도의 사이즈로 설계되는 것이 바람직할 것이다.
그리고, 확산판(103)의 제 2 영역(103b) 내부에 형성된 상기 확산재(103f)는, 상기 제 2 영역(103b) 내에 제 2 영역(103b)과 다른 밀도를 가지는 영역을 마련하여 헤이즈(haze) 기능을 부여함으로써 마련될 수도 있다.
이와 같은 확산판(103)의 제 2 영역(103b)의 내부에 형성된 확산재(103f)는 광의 흡수율이 낮고 광의 투과율이 높은 재료로 형성되는 것이 바람직하며, 일 예로는 실리콘이 있다.
도 3을 참조하면, 상기 확산판(103)의 제 1 영역(103a)의 하부에 형성된 확산패턴(103d)은 광원(102)의 상부에 대응되는 영역에서 광원(102)의 주변 영역의 상부에 대응되는 영역으로 갈수록 작게 형성된다.
즉, 상기 확산판(103)의 하부에 형성된 확산패턴(103d)은 광원(102)의 상부에 대응되는 영역에 가장 크게 형성되고 광원(102)과 가장 먼 영역에 가장 작게 형성된다.
도 3에는 상기 광원(102)이 외부전극 형광램프인 것을 예로 하였으므로, 상기 확산패턴(103d)은 외부전극 형광램프의 길이 방향으로 나란히 형성되되 소정 간격을 가지는 다수의 막대 형상의 패턴으로 구성되며, 외부전극 형광램프의 상부에 대응되는 영역에 형성된 패턴의 폭이 가장 크고 외부전극 형광램프에서 멀어질수록 폭이 점점좁은 패턴을 이루는 것을 그 예로 하였다.
하지만, 본 발명에 따른 확산판(103)의 제 1 영역(103a)의 하부에 형성된 확산패턴(103d)은 상기와 같은 형상에 한정되는 것이 아니며, 상기 확산패턴(103d)은 광원(102)의 종류에 따라 다양한 변경이 가능하다. 즉, 상기 광원(102)이 발광다이오드인 경우에 상기 확산패턴(103d)은, 발광다이오드의 상부에 대응되는 영역에 형성된 중심 패턴과 상기 중심 패턴으로부터 소정 간격 이격되도록 형성된 액자 형상의 다수의 서브 패턴으로 구성되는 등 본 발명에 따른 확산판(103)의 제 1 영역(103a)의 하부에 형성된 확산패턴(103d)은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 예가 가능하다.
그리고, 도 3에는 상기 확산판(103)의 제 3 영역(103c)의 상부에 형성된 집광패턴(103e)이 프리즘 패턴인 것을 그 예로 하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 상기 집광패턴(103e)은 렌티큘러 렌즈, 마이크로 렌즈 등 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 예가 가능하다.
상기와 같은 구성을 가지는 확산판(103)을 거친 광은 확산패턴(103d)과 제 1 영역(103a)에서 확산이 이루어지고 제 2 영역(103b)에서 산란 및 확산이 이루어지며 제 3 영역(103c)과 집광패턴(103e)에서 집광이 이루어지므로, 충분한 확산 및 집광이 이루어지게 된다.
이에 따라, 광의 확산을 목적으로 확산판(103)의 내부에 형성되는 비드와 같은 확산재의 양을 최소화할 수 있어 광의 효율이 상승되므로, 액정패널(101)에 고휘도의 광을 공급할 수 있다.
그리고, 상술한 바와 같이 확산판(103)에서 충분한 확산이 이루어지므로, 균 일한 휘도 분포를 가지는 광을 액정패널(101)에 공급할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 확산판(103)에서 충분한 집광이 이루어지므로, 액정패널(101)의 정면 휘도를 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 일반적인 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 확산판의 일부와 광원을 확대하여 도시한 단면도.
**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**
101 : 액정패널 102 : 광원
103 : 확산판
103a : 제 1 영역 103b: 제 2 영역
103c : 제 3 영역 103d : 확산패턴
103e : 집광패턴 103f : 확산재
104 : 확산판 105 : 프리즘시트

Claims (9)

  1. 액정패널;
    상기 액정패널의 하부에 배치되며, 상기 액정패널에 광을 공급하는 광원;
    상기 광원으로부터 방출되는 광을 확산 및 집광시키며, 상기 광원의 상부에 배치되어 광을 확산시키는 제1영역, 내부에 확산재가 형성되어 상기 제1영역의 광을 확산시키는 제2영역, 상기 제2영역의 광을 집광시키는 제3영역 및 상기 제3영역의 상부에 형성된 집광패턴을 구비하는 확산판;
    상기 확산판의 상부에 배치되며, 상기 확산판으로부터의 광을 확산시키는 확산시트; 및
    상기 확산시트의 상부에 배치되며, 상기 확산시트로부터의 광을 집광시키는 프리즘시트를 포함하고,
    상기 확산판의 상기 제1영역 내지 상기 제3영역의 굴절률은 서로 상이하고, 상기 제3영역의 굴절률은 상기 제1영역의 굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2영역 내부의 상기 확산재는 상기 제2영역의 굴절률과 동일하거나 상기 제2영역의 굴절률보다 큰 굴절률을 가지는 물질로 형성된 비드(bead), 스틱(stick), 판(plate) 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2영역 내부의 상기 확산재는 상기 제2영역과 다른 밀도를 가지도록 형성되어 헤이즈(haze) 기능이 부여된 영역인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광패턴은 프리즘, 렌티큘러 렌즈, 마이크로 렌즈 중 선택된 어느 하나의 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산판의 하부에 형성되어 상기 광원으로부터의 광을 확산시키는 확산패턴을 더 포함하고,
    상기 확산패턴은 상기 광원의 상부에 대응되는 영역에서 상기 광원의 주변 영역의 상부에 대응되는 영역으로 갈수록 작게 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광원은 형광램프이며,
    상기 확산패턴은 상기 형광램프의 길이 방향으로 형성되며 소정 간격을 가지는 다수의 막대 형상의 패턴으로 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 광원은 발광다이오드이며,
    상기 확산패턴은 상기 발광다이오드의 상부에 대응되는 영역에 형성된 중심 패턴과, 상기 중심 패턴으로부터 소정 간격 이격되도록 형성된 액자 형상의 다수의 서브 패턴으로 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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