KR101408688B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 LED를 광원으로 사용하고 핫스팟 불량을 방지할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 도광판의 입광면의 일측으로 광가이드바와 콜리메이션필름 그리고 광가이드바의 길이방향의 일측에 위치하는 LED 어셈블리로 이루어지는 광원유닛을 구비하는 것이다.
이를 통해, 점광원의 LED를 이용함에도 선광원을 구현할 수 있어, 도광판 내부로 균일한 광이 입사되도록 할 수 있다.
따라서, 서로 이웃하는 LED의 사이영역에서 암부가 발생하게 되는 LED 얼룩(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, LED의 개수를 줄일 수 있어 재료비용 절감 및 LED 방열(放熱)에 따른 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 소비전력 또한 감소시킬 수 있으며, LED와 도광판 사이의 광학갭을 넓히지 않아도 됨으로써, 도광판 내부의 입광효율이 낮아지게 되는 문제점 또한 방지할 수 있다.

Description

액정표시장치{Liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 LED를 광원으로 사용하고 핫스팟 불량을 방지할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
동화상 표시에 유리하고 콘트라스트비(contrast ratio)가 큰 특징을 보여 TV, 모니터 등에 활발하게 이용되는 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD)는 액정의 광학적이방성(optical anisotropy)과 분극성질(polarization)에 의한 화상구현원리를 나타낸다.
이러한 액정표시장치는 나란한 두 기판(substrate) 사이로 액정층을 개재하여 합착시킨 액정패널(liquid crystal panel)을 필수 구성요소로 하며, 액정패널 내의 전기장으로 액정분자의 배열방향을 변화시켜 투과율 차이를 구현한다.
하지만 액정패널은 자체 발광요소를 갖추지 못한 관계로 투과율 차이를 화상으로 표시하기 위해서 별도의 광원을 요구하고, 이를 위해 액정패널 배면에는 광원(光源)이 내장된 백라이트(backlight)가 배치된다.
백라이트 유닛은 광원으로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp), 그리고 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED, 이하 LED라 함) 등을 사용한다.
이중에서 특히, LED는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 특징을 겸비하여 표시용 광원으로서 널리 이용되고 있는 추세이다.
한편, 일반적인 백라이트 유닛은 램프의 배열구조에 따라 직하형(Direct type) 방식과 에지형(Edge type) 방식으로 구분되는데, 에지형 방식은 하나 또는 한쌍의 광원이 도광판의 일측부와 두개 또는 두쌍의 광원이 도광판의 양측부 각각에 배치된 구조를 가지며, 직하형 방식은 수개의 광원이 액정패널의 하부에 배치된 구조이다.
여기서, 직하형 방식은 박형화에 한계가 있어, 화면의 두께보다는 밝기가 중요시되는 액정표시장치에서 주로 사용하고, 직하형 방식에 비해 경량 및 박형화가 가능한 에지형 방식은 노트북 PC나 모니터용 PC와 같은 두께가 중요시되는 액정표시장치에서 주로 사용된다.
도 1은 LED를 광원으로 사용한 일반적인 에지형 방식의 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 에지형 방식의 백라이트 유닛(20)을 포함하는 액정표시장치는 액정패널(10)과 백라이트 유닛(20), 그리고 서포트메인(30)과 커버버툼(50), 탑커버(40)로 구성된다.
액정패널(10)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로써 액정층을 사이에 두고 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(12, 14)으로 구성된다.
이의, 액정패널(10) 후방으로는 백라이트 유닛(20)이 구비된다.
백라이트 유닛(20)은 서포트메인(30)의 적어도 일측 가장자리 길이방향을 따라 배열되au, 다수의 LED(29a)와 LED(29a)가 실장되는 PCB(29b)로 이루어지는 LED 어셈블리(29)와, 커버버툼(50) 상에 안착되는 백색 또는 은색의 반사판(25)과, 이러한 반사판(25) 상에 안착되는 도광판(23) 그리고 이의 상부로 위치하는 광학시트(21)를 포함한다.
이러한 액정패널(10)과 백라이트 유닛(20)은 가장자리가 사각테 형상의 서포트메인(30)으로 둘려진 상태로 액정패널(10) 상면 가장자리를 두르는 탑커버(40) 그리고 백라이트 유닛(20) 배면을 덮는 커버버툼(50)이 각각 전후방에서 결합되어 서포트메인(30)을 매개로 일체화된다.
그리고 미설명부호 19a, 19b는 각각 액정패널(10)의 전 후면에 부착되어 광의 편광방향을 제어하는 편광판을 나타낸다.
이때, LED 어셈블리(29)가 도광판(23)의 일측부에 배치되어 도광판(23)을 이용하여 전체의 면으로 광을 분산하여 면광원을 액정패널(10)로 공급하게 된다.
한편, 일정 지향각을 갖는 LED(29a)의 경우 서로 이웃한 2 내지 3개의 LED(29a)로부터 발산된 광이 서로 중첩 및 혼합된 후 도광판(23) 내부로 입사되는데, 이때, LED(29a)의 개수가 작을 경우에는 도 2에 도시한 바와 같이, 도광판(23) 입광부에는 서로 이웃하는 LED(29a)의 사이영역에 광이 미치지 못하는 암부(A)가 발생하게 된다.
이로 인하여, LED 얼룩(mura) 현상이 발생하게 되고, 나아가 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하 문제를 야기시키게 된다.
이러한, 문제점을 방지하기 위해서는 LED(29a)의 개수를 늘려 서로 이웃하는 LED(29a)의 사이영역(P)을 줄여야 하나, LED(29a)의 개수를 늘리는 경우에는 재료비용 상승 및 방열(放熱) 문제 등을 야기하게 되고, 또한 액정표시장치의 소비전력을 증가시키게 되는 문제점을 야기하게 된다.
따라서, 이와 같은 문제점을 해결하고자, 백라이트 유닛(20)의 광학갭(optical gap) 또는 에어갭(air gap)이라 하는 폭 즉, LED(29a)과 도광판(23) 사이의 간격(B)을 넓혀, 암부(A)가 발생하는 것을 방지하고자 하는 시도가 나타나고 있다.
그러나, LED(29a)와 도광판(23) 사이의 간격(B)을 넓힐 경우, 도 3에 도시한 바와 같이, 도광판(23) 내부의 입광효율이 낮아지게 된다.
도 3에서 가로축은 LED(29a)와 도광판(23) 사이의 간격(B)을 나타내며, 세로축은 입광효율을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 광학갭, LED(29a)와 도광판(23) 사이의 간격(B)이 0일 경우 LED(29a)로부터 출사된 광이 도광판(23) 내부로 약 92% 입사되나, 암부(A)를 개선하기 위하여 LED(29a)와 도광판(23) 사이의 간격(B)을 증가시키면 약 14%의 입광 저하가 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광효율이 우수한 동시에 LED 무라(mura) 등의 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
이를 통해, 액정표시장치의 휘도 불균일에 의한 표시품질의 저하문제를 방지하고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 도광판과; 상기 도광판 입광면의 전방에 위치하며, 상기 도광판의 입광면의 길이에 대응하는 바(bar) 형상의 광가이드바(light guide bar)와, 상기 광가이드바의 길이방향의 일측에 위치하는 제 1 LED어레이와, 상기 도광판의 입광면과 상기 광가이드바의 출사면 사이에 개재되는 미세굴절패턴을 포함하는 광학유닛과; 상기 도광판 상부로 안착되는 액정패널을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
이때, 상기 미세굴절패턴은 상기 광가이드바를 향하는 베이스필름의 일면에 돌출 배열되며 상기 베이스필름의 타면에는 접착성 물질층이 구비되어, 상기 도광판의 입광면에 부착되며, 상기 미세굴절패턴은 상기 도광판의 입광면으로부터 상기 광가이드바를 향해 돌출 배열된다.
또한, 상기 미세굴절패턴은 산과 골이 반복되는 형태의 다수개의 프리즘 형태의 프리즘렌즈(prism lens)로 이루어지며, 미세굴절패턴의 길이방향에 60 ~ 90도 기울어져 형성되며, 상기 프리즘렌즈는 제 1 및 제 2 경사면으로 이루어지며, 상기 제 1 및 제 2 경사면은 상기 도광판의 입광면으로부터 30 ~ 70도 경사져 이루어진다.
그리고, 상기 광가이드바는 광을 투과시킬 수 있는 아크릴계 투명수지인 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethylmethacrylate : PMMA) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate : PC), 폴리스텔렌(polystyrene : PS), 폴리메타크릴스티렌(polymethacrylstyrene : MS) 계열 중 선택된 하나로 이루어지며, 상기 광가이드바는 상기 도광판의 입광면과 대응되는 출사면에 출광패턴이 형성된다.
또한, 상기 출광패턴은 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 중 적어도 하나의 형상을 가지며, 상기 광가이드바는 상기 도광판의 입광면과 대응되는 출사면과 상기 제 1 LED어레이와 대응되는 광가이드바 입광면을 제외한 상, 하 그리고 외측에 사이드반사판이 구비된다.
그리고, 상기 광가이드바의 길이방향의 타측에 제 2 LED어레이가 위치하며, 상기 제 1 및 제 2 LED어레이는 PCB 상에 적어도 하나의 LED가 실장된다.
이때, 상기 도광판의 배면에는 반사판이 위치한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 도광판의 입광면의 일측으로 광가이드바와 콜리메이션필름 그리고 광가이드바의 길이방향의 일측에 위치하는 LED 어셈블리로 이루어지는 광원유닛을 구비함으로써, 이를 통해, 점광원의 LED를 이용함에도 선광원을 구현할 수 있어, 도광판 내부로 균일한 광이 입사되도록 할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 서로 이웃하는 LED의 사이영역에서 암부가 발생하게 되는 LED 얼룩(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있어, 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, LED의 개수를 줄일 수 있어 재료비용 절감 및 LED 방열(放熱)에 따른 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 소비전력 또한 감소시킬 수 있는 효과가 있으며, LED와 도광판 사이의 광학갭을 넓히지 않아도 됨으로써, 도광판 내부의 입광효율이 낮아지게 되는 문제점 또한 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 LED를 광원으로 사용한 일반적인 에지형 방식의 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치의 단면도.
도 2는 도 1의 LED로부터 광이 출사되는 출사각을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 광학갭에 따라 도광판의 입광효율을 측정한 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 분해사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광학유닛과 도광판을 개략적으로 도시한 사시도.
도 6a은 도광판과 광학유닛을 개략적으로 도시한 평면도.
도 6b는 도 6a의 C를 확대 도시한 확대도.
도 7은 프리즘 형태의 미세굴절패턴에 의해 진행경로가 변경된 광의 출광분포를 나타낸 시뮬레이션 결과.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 입광부 근처의 휘도를 측정한 시뮬레이션 결과.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 평면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 분해사시도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치는 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120), 그리고 서포트메인(130), 커버버툼(150), 탑커버(140)로 구성된다.
먼저 액정패널(110)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서, 액정층을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(112, 114)을 포함한다.
이때, 능동행렬 방식이라는 전제 하에 비록 도면상에 명확하게 나타내지는 않았지만 통상 하부기판 또는 어레이기판이라 불리는 제 1 기판(112)의 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 화소(pixel)가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(thin film transistor : TFT)가 구비되어 각 화소에 형성된 투명 화소전극과 일대일 대응 연결되어 있다.
그리고 상부기판 또는 컬러필터기판이라 불리는 제 2 기판(114)의 내면으로는 각 화소에 대응되는 일례로 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러의 컬러필터(color filter) 및 이들 각각을 두르며 게이트라인과 데이터라인 그리고 박막트랜지스터 등의 비표시요소를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)가 구비된다. 또한, 이들을 덮는 투명 공통전극이 마련되어 있다.
이 같은 액정패널(110)의 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판 같은 연결부재(116)를 매개로 게이트 및 데이터 인쇄회로기판(117)이 연결되어 모듈화 과정에서 서포트메인(130) 측면 내지는 커버버툼(150)의 배면으로 젖혀 밀착된다.
아울러 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 액정패널(110)의 두 기판(112, 114)과 액정층의 경계부분에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 배향막이 개재되고, 그 사이로 충진되는 액정층의 누설을 방지하기 위해 양 기판(112, 114)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern)이 형성된다.
이때, 제 1 및 제 2 기판(112, 114)의 외면으로는 각각 편광판(미도시)이 부착된다.
이러한 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에는 광을 공급하는 백라이트 유닛(120)이 구비된다.
백라이트 유닛(120)은 광원유닛(200)과 광원유닛(200)에서 발생된 광을 가이드하는 도광판(123), 도광판(123)의 하부에 위치하며 백색 또는 은색으로 이루어지는 반사판(125)과, 도광판(123) 상부에 위치하여 광을 고품위로 가공하는 광학시트(121)로 이루어진다.
여기서, 광원유닛(200)은 도광판(123)의 도광판 입광면(123a, 도 5 참조)의 길이방향을 따라 배열되는 광가이드바(light guide bar : 220)와, 광가이드바(220)의 길이방향의 일측에 위치하며 광을 출사하는 LED 어셈블리(210) 그리고 광가이드바(220)와 도광판(123)의 도광판 입광면(123a, 도 5 참조) 사이에 개재되는 콜리메이션필름(collimation film : 230)으로 이루어진다.
LED 어셈블리(210)는 광가이드바(220)의 길이방향의 일측에 구비된 광가이드바 입광면(221a, 도 5 참조)에 대응하여 위치하며, LED(211)와 LED(211)가 실장되는 PCB(213)로 이루어진다.
광가이드바(220)는 LED 어셈블리(210)로부터 발광된 광을 도광판(123)의 도광판 입광면(123a, 도 5 참조)으로 골고루 분산시켜 전달하는 역할을 한다.
이때, LED 어셈블리(210)가 위치하는 일측을 제외한 광가이드바(220)의 외측으로는 광가이드바(220) 내부로 입사된 광이 모두 도광판(123)의 도광판 입광면(123a, 도 5 참조)을 향해 출사되도록 사이드반사판(240)이 구비된다.
콜리메이션필름(230)은 프리즘렌즈(prism lens)와 같은 미세굴절패턴(233, 도 5 참조)이 광가이드바(220)를 향해 돌출 형성된다.
따라서, 광가이드바(220)를 통해 도광판(123)의 도광판 입광면(123a, 도 5 참조)을 향해 출사된 광은 콜리메이션필름(230)에 의해 가이드되어 도광판(123)의 도광판 입광면(123a, 도 5 참조)을 통해 도광판(123) 내부로 균일하게 입사된다.
광가이드바(220)를 통해 출사되는 광이 입사되는 도광판(123)은 도광판(123) 내부로 입사된 광이 여러번의 전반사에 의해 도광판(123) 내를 진행하면서 도광판(123)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 액정패널(110)에 면광원을 제공한다.
이때, 도광판(123)은 균일한 면광원을 공급하기 위해 배면에 특정 모양의 패턴을 포함하는데, 패턴은 도광판(123) 내부로 입사된 광을 가이드하기 위하여, 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 등 다양하게 구성할 수 있다.
반사판(125)은 도광판(123)의 배면에 위치하여, 도광판(123)의 배면을 통과한 광을 액정패널(110) 쪽으로 반사시킴으로써 광의 휘도를 향상시킨다.
도광판(123) 상부의 다수의 광학시트(121)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트 등을 포함하며, 도광판(123)을 통과한 광을 확산 또는 집광하여 액정패널(110)로 보다 균일한 면광원이 입사 되도록 한다.
이러한 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)은 탑커버(140)와 서포트메인(130) 그리고 커버버툼(150)을 통해 모듈화 되는데, 탑커버(140)는 액정패널(110)의 상면 가장자리 및 측면을 덮도록 구성한다.
여기서, 탑커버(140)는 액정패널(110)의 상면 및 측면 가장자리를 덮도록 단면이"ㄱ"형태로 절곡된 사각테 형상으로, 탑커버(140)의 전면을 개구하여 액정패널(110)에서 구현되는 화상을 표시하도록 구성한다.
또한, 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)이 안착하여 액정표시장치 전체 기구물 조립에 기초가 되는 커버버툼(150)은 수평면과 이의 가장자리가 수직 절곡된 가장자리부로 이루어진다.
그리고, 이러한 커버버툼(150) 상에 안착되며 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)의 가장자리를 두르는 일 가장자리가 개구된 사각의 테 형상의 서포트메인(130)이 탑커버(140)와 커버버툼(150)과 결합된다.
이때, 탑커버(140)는 케이스탑 또는 탑케이스라 일컬어지기도 하고, 서포트메인(130)은 가이드패널 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(150)은 버텀커버 또는 하부커버라 일컬어지기도 한다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 광가이드바(220)와 콜리메이션필름(230) 그리고 광가이드바(220)의 길이방향의 일측에 위치하는 LED 어셈블리(210)로 광원유닛(200)을 구비함으로써, 점광원의 LED(211)를 이용함에도 선광원을 구현할 수 있어, 도광판(123) 내부로 균일한 광이 입사되도록 할 수 있다.
따라서, 도광판(123) 입광부에서 서로 이웃하는 LED(도 2의 29a)의 사이영역에서 LED(도 2의 29a)로부터 출사되는 광이 중첩 및 혼합되지 않는 암부(도 2의 A)가 발생하게 되는 LED 얼룩(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, LED(211)의 개수를 줄일 수 있어 재료비용 절감 및 LED(211) 방열(放熱)에 따른 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 소비전력 또한 감소시킬 수 있다.
또한, LED(211)와 도광판(123) 사이의 간격(도 2의 B)인 광학갭을 넓히지 않아도 됨으로써, 도광판(123) 내부의 입광효율이 낮아지게 되는 문제점 또한 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광학유닛과 도광판을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도시한 바와 같이, 도광판(123)의 도광판 입광면(123a)에 대응되어 위치하는 광학유닛(200)은 광가이드바(light guide bar : 220)와, 광가이드바(220)의 길이방향의 일측에 위치하며 광을 출사하는 LED 어셈블리(210) 그리고 광가이드바(220)와 도광판(123)의 도광판 입광면(123a) 사이에 개재되는 콜리메이션필름(collimation film : 230)으로 이루어진다.
LED 어셈블리(210)는 광가이드바(220)의 길이방향의 일측에 구비된 입광면(221a)에 대응하여 위치하며, LED(211)와 LED(211)가 실장되는 PCB(213)로 이루어진다. 여기서, LED(211)는 RGB의 색을 모두 발하거나 백색을 발하는 LED칩(미도시)을 포함하여 전방으로 백색광을 발한다.
광가이드바(220)는 LED 어셈블리(210)로부터 발광된 광을 도광판(123)의 도광판 입광면(123a)으로 골고루 분산시켜 전달하는 역할을 한다.
광가이드바(220)는 광을 투과시킬 수 있는 투과성 재료중의 하나인 아크릴계 투명수지인 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethylmethacrylate : PMMA)같은 플라스틱(plastic) 물질 또는 폴리카보네이트(polycarbonate : PC)계열, 폴리스텔렌(polystyrene : PS), 폴리메타크릴스티렌(polymethacrylstyrene : MS) 계열 중 선택된 하나로 제작될 수 있는데, 투명성, 내후성, 착색성이 우수하여 광이 투과할 때 광의 확산을 유도하는 PMMA가 가장 널리 이용되고 있다.
이러한 광가이드바(220)는 도광판(123)의 도광판 입광면(123a)의 길이에 대응되는 바(bar) 형상으로, LED 어셈블리(210)의 LED(211)와 대응되는 광가이드바 입광면(221a)과 이에 대응되는 반대측의 반입광면(221b) 그리고 광가이드바 입광면(221a)과 반입광면(221b)을 연결하며 도광판(123)의 도광판 입광면(123a)을 향해 광을 출사하는 출사면(223) 및 사이드반사판(240)과 대면되는 측면(225)들로 이루어진다.
그리고, 광가이드바(220)의 출사면(223)에는 특정 모양의 출광패턴(227)이 형성되는데, 출광패턴(227)은 광가이드바(220) 내부로 입사된 광을 광가이드바(220)의 출사면(223)을 통해 출사되도록 하기 위하여 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 등 다양하게 구성할 수 있다.
이러한 광가이드바(220)는 광가이드바(220)의 광가이드 입광면(221a)과 출사면(223)을 제외한 반입광면(221b)과 측면(225)이 사이드반사판(240)에 의해 가이드되는데, 이를 위해 사이드반사판(240)은 광가이드바(220)의 측면(225)들과 대응되는 제 1 내지 제 3 가이드부(241a, 241b, 241c)와, 광가이드바(220)의 반입광면(221b)과 대응되며, 제 1 내지 제 3 가이드부(241a, 241b, 241c)를 연결하는 제 4 가이드부(241d)로 이루어진다.
즉, 사이드반사판(240)은 백색 또는 은색으로 이루어지며, 광가이드바(220)를 향하는 내측이 개구된 상태로, 광가이드바(220)의 광가이드바 입광면(221a)을 제외한 상, 하 그리고 외측을 둘러, 광가이드바(220)의 보호와 더불어 광을 도광판(123) 방향으로 집중시키게 된다.
그리고, 이러한 광가이드바(220)의 출사면(223) 전방으로 위치하는 콜리메이션필름(230)은 PET 수지로 구성된 베이스필름(231)의 일면에 광을 굴절, 확산 및 산란시키기 위한 미세굴절패턴(233)이 형성되어 있다.
이때, 미세굴절패턴(233)이 형성된 일면의 반대측 타면에는 접착성 물질층(미도시)이 구비되어, 콜리메이션필름(230)은 접착성 물질층(미도시)을 통해 미세굴절패턴(233)이 광가이드바(220)를 향하도록 도광판(도 2의 123)의 입광면(123a)에 부착될 수 있다.
여기서, 베이스필름(231)은 폴리에틸렌 테리프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET)로 이루어짐이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않고 폴리에테르설폰(polyethersulphone:PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate:PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide:PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethyelenen napthalate:PEN), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide:PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate:CAP) 등으로 이루어질 수도 있다.
미세굴절패턴(233)은 광 경화성 수지, 일예로 아크릴 레진(acryl resin), 폴리우레탄(polyurethane), 불소수지(fluorine resin), 규소 수지(silicon resin), 에폭시 수지(epoxy resin) 등으로 이루어질 수 있다.
그리고 미세굴절패턴(233)은 베이스필름(231)의 길이방향에 60 ~ 90도 기울어진 방향으로 띠 모양으로 인접 배열됨으로써 산과 골이 반복되는 형태의 다수개의 프리즘 형태의 프리즘렌즈(prism lens)가 베이스필름(231)으로부터 돌출 배열된다.
그리고, 프리즘렌즈는 꼭지점으로부터 소정의 각도로 경사진 제 1 및 제 2 경사면(233a, 233b, 도 6b 참조)을 갖는다.
이때, 프리즘렌즈의 정점(頂点)을 이루는 모서리의 각(Θ1, 도 6b 참조)은 50 ~ 120도이다.
즉, 이때, 프리즘렌즈의 제 1 및 제 2 경사면(233a, 233b, 도 6b 참조)은 각각 베이스필름(231)으로부터 약 30 ~ 70도의 각(Θ2, 도 6b 참조)으로 경사지도록 형성하여, 제 1및 제 2 경사면(233a, 233b, 도 6b 참조)이 이루는 모서리의 각(Θ1, 도 6b 참조)이 50 ~ 120도를 이루도록 하는 것이다.
이러한 콜리메이션필름(230)은 광가이드바(220)를 통해 도광판(123)의 도광판 입광면(123a)을 향해 출사된 광을 도광판(123)의 도광판 입광면(123a)을 향해 가이드하는 역할을 한다.
즉, LED 어셈블리(210)의 LED(211)로부터 발광된 광은 광가이드바(220)의 광가이드바 입광면(221a)을 통해 광가이드바(220) 내부를 입사되고, 입사된 광은 광가이드바(220)의 출사면(223)을 통해 선광원으로 출광하게 된다.
이때, 광가이드바(220)로부터 출광된 광은 일정한 기울기를 가지며 출광되는데, 일정한 기울기를 갖는 광은 콜리메이션필름(230)을 통해 도광판(123)의 도광판 입광면(123a)을 향해 진행경로가 변경되어, 도광판(123) 내부로 균일하게 입사되게 된다.
이에 대해 도 6a ~ 6b를 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 6a은 도광판과 광학유닛을 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 6b는 도 6a의 C를 확대 도시한 확대도이다.
도시한 바와 같이, 도광판(123)의 도광판 입광면(123a)에 대응하여 순차적으로 콜리메이션필름(230)과 광가이드바(220)가 위치하며, 광가이드바(220)의 길이방향의 일측으로는 LED 어셈블리(210)가 위치한다. 이때, 사이드반사판(240)은 광가이드바(220)의 출사면(223)과 광가이드바 입광면(221a)을 제외한 상, 하 그리고 외측을 모두 둘러 형성된다.
따라서, LED 어셈블리(210)의 LED(211)로부터 광이 발광되면, LED(211)로부터 발광된 광은 광가이드바(220)의 광가이드바 입광면(221a)을 통해 광가이드바(220)의 내부로 입사되게 된다.
광가이드바(220)의 내부로 입사된 광은 여러 번의 전반사에 의해 광가이드바(220) 내를 진행하면서 광가이드바(220)의 길이방향을 따라 넓은 영역으로 골고루 퍼지게 되는데, 이때 일부 광은 광가이드바(220)의 출사면(223)에 형성된 출광패턴(227)에 의해 가이드되어 광가이드바(220)의 출사면(223)을 통해 광가이드바(220)의 외부로 출광하게 된다.
여기서, 광가이드바(220)는 사이드반사판(240)에 의해 출사면(223)과 광가이드바 입광면(221a)을 제외한 상, 하 그리고 외측을 감싸므로, 광가이드바(220)의 내부로 입사된 광은 모두 출사면(223)을 통해 도광판(123)을 향해 출광하게 된다.
이때, 광가이드바(220)의 길이방향의 일측에 위치하는 LED어셈블리(210)의 LED(211)로부터 발광된 광이 광가이드바(220)의 내부로 입사되어 광가이드바(220)의 출사면(223)을 통해 외부로 출광하게 되면, 광가이드바(220)의 외부로 출광하는 광은 광가이드바(220)를 기준으로 약 30도의 기울기(Θ3)를 가지며 출광하게 된다.
즉, 광가이드바(220)의 광의 전반사각은 40도 이상으로, 광이 출광패턴(227)에 의해 가이드되어 광가이드바(220)의 외부로 출광하게 되면, 대부분의 광은 진행방향에 치우져 출광하게 된다.
따라서, 광가이드바(220)의 내부로 광을 입사시키는 LED어셈블리(210)가 광가이드바(220)의 길이방향의 일측에 위치함으로써, 광가이드바(220)의 출사면(223)을 통해 출광하는 광은 광가이드바(220)를 기준으로 반입광면(221b)을 향해 30도의 기울기(Θ3)를 가지며 출광하게 된다.
이와 같이 30도의 기울기(Θ3)를 가지며 출광하는 광은 콜리메이션필름(230)의 약 45 ~ 60도의 각(Θ2)으로 경사지도록 형성된 제 1 및 제 2 경사면(233a, 233b)으로 이루어지는 프리즘 형태의 미세굴절패턴(233)에 의해 굴절되어, 광가이드바(220)에 수직한 방향으로 진행경로가 변경되게 된다.
따라서, 콜리메이션필름(230)을 투과하는 광은 도광판(123)의 도광판 입광면(123a)에 수직하게 도광판(123) 내부로 선광원으로 입사하게 함으로써, 도광판(123) 내부로 균일하게 광이 입사되도록 할 수 있다.
그리고, 도광판(123)은 내부로 입사된 광은 여러번의 전반사에 의해 도광판(123) 내를 진행하면서 도광판(123)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 액정패널(도 4의 110)에 균일한 면광원을 제공하게 된다.
도 7은 프리즘 형태의 미세굴절패턴에 의해 진행경로가 변경된 광의 출광분포를 나타낸 시뮬레이션 결과로, 하나의 프리즘 형태의 미세굴절패턴에 대응하여 광의 출광분포를 측정한 시뮬레이션 결과이다.
도 7을 참조하면, 미세굴절패턴(도 6b의 233)에 의해 진행경로가 변경된 광이 미세굴절패턴(도 6b의 233)의 중심부에 대응하여 균일한 휘도분포를 갖는 것을 확인할 수 있다.
즉, 광은 콜리메이션필름(도 6b의 230)의 미세굴절패턴(도 6b의 233)에 수직하게 진행경로가 변경되었음을 확인할 수 있다.
그리고 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 광가이드바(도 6b의 220)의 전방으로 콜리메이션필름(도 6b의 230)을 위치한 후, 도광판(도 6b의 123)의 입광부 근처의 휘도를 측정한 시뮬레이션 결과로, 도광판(도 6b의 123)의 입광부가 전반적으로 균일한 휘도를 갖는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 콜리메이션필름(도 6b의 230)을 투과하여 도광판(도 6b의 123)의 도광판 입광면(도 6b의 123a)으로 광이 균일하게 입사되었음을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명은 광가이드바(도 6b의 220)와 콜리메이션필름(도 6b의 230) 그리고 광가이드바(도 6b의 220)의 길이방향의 일측에 위치하는 LED 어셈블리(도 6b의 210)로 광원유닛(도 6b의 200)을 구비함으로써, 점광원의 LED(도 6b의 211)를 이용함에도 선광원을 구현할 수 있어, 도광판(도 6b의 123) 내부로 균일한 광이 입사되도록 할 수 있다.
따라서, 도광판(도 6b의 123) 입광부에서 서로 이웃하는 LED(도 2의 29a)의 사이영역에서 LED(도 2의 29a)로부터 출사되는 광이 중첩 및 혼합되지 않는 암부(도 2의 A)가 발생하게 되는 LED 얼룩(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이를 통해 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, LED(도 6b의 211)의 개수를 줄일 수 있어 재료비용 절감 및 LED(도 6b의 211) 방열(放熱)에 따른 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 소비전력 또한 감소시킬 수 있다.
또한, LED(도 6b의 211)와 도광판(도 6b의 123) 사이의 간격(도 2의 B)인 광학갭을 넓히지 않아도 됨으로써, 도광판(도 6b의 123) 내부의 입광효율이 낮아지게 되는 문제점 또한 방지할 수 있다.
한편, LED 어셈블리(도 6b의 210)는 도 9에 도시한 바와 같이 광가이드바(220)의 길이방향의 양측으로 제 1 및 제 2 LED 어셈블리(210a, 210b)로 구비될 수 있으며, 이때 사이드반사판(240)은 광가이드바(220)의 출사면(223)을 제외한 상, 하 그리고 외측만을 가이드하도록 형성될 수 있다.
이때, 미설명 부호인 211a, 211b 는 각각 LED를 나타내며, 213a, 213b는 LED가 실장되는 PCB를 나타낸다.
또한, 콜리메이션필름(도 6b의 230)을 삭제하고, 도광판(123)의 도광판 입광면(123a)에 광가이드바(220)를 향해 돌출 형성되도록 미세굴절패턴(123b)을 직접 형성할 수도 있는데, 이는 특정 형상을 성형하는데 이용되는 사출성형(injection molding)에 의해 제작할 수 있으며, 또는 레이저가공을 통해 형성할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 광가이드바(220)와 콜리메이션필름(230) 그리고 광가이드바(220)의 길이방향의 일측 또는 양측에 위치하는 LED 어셈블리(210a, 210b)로 이루어지는 광원유닛(200)을 구비함으로써, 점광원의 LED(211a, 211b)를 이용함에도 선광원을 구현할 수 있어, 도광판(123) 내부로 균일한 광이 입사되도록 할 수 있다.
따라서, 도광판(123) 입광부에서 서로 이웃하는 LED(도 2의 29a)의 사이영역에서 LED(도 2의 29a)로부터 출사되는 광이 중첩 및 혼합되지 않는 암부(도 2의 A)가 발생하게 되는 LED 얼룩(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이를 통해 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, LED(211a, 211b)의 개수를 줄일 수 있어 재료비용 절감 및 LED(211a, 211b) 방열(放熱)에 따른 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 소비전력 또한 감소시킬 수 있다.
또한, LED(211a, 211b)와 도광판(123) 사이의 간격(도 2의 B)인 광학갭을 넓히지 않아도 됨으로써, 도광판(123) 내부의 입광효율이 낮아지게 되는 문제점 또한 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
123 : 도광판(123a : 도광판 입광면)
200 : 광학유닛
210 : LED 어셈블리(211 : LED, 213 : PCB)
220 : 광가이드바(221a : 광가이드바 입광면, 221b : 반입광면, 223 : 출사면, 227 : 출광패턴)
230 : 콜리메이션필름(231 : 베이스필름, 233 : 미세굴절패턴)
240 : 사이드반사판

Claims (12)

  1. 도광판과;
    도광판 입광면의 전방에 위치하며, 상기 도광판의 입광면의 길이에 대응하는 바(bar) 형상의 광가이드바(light guide bar)와, 상기 광가이드바의 길이방향의 일측에 위치하는 제 1 LED어레이와, 상기 도광판의 입광면과 상기 광가이드바의 출사면 사이에 개재되는 미세굴절패턴을 포함하는 광학유닛과;
    상기 도광판 상부로 안착되는 액정패널
    을 포함하며, 상기 광가이드바는 상기 도광판의 입광면과 대응되는 출사면에 출광패턴이 형성되는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세굴절패턴은 상기 광가이드바를 향하는 베이스필름의 일면에 돌출 배열되며 상기 베이스필름의 타면에는 접착성 물질층이 구비되어, 상기 도광판의 입광면에 부착되는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세굴절패턴은 상기 도광판의 입광면으로부터 상기 광가이드바를 향해 돌출 배열되는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세굴절패턴은 산과 골이 반복되는 형태의 다수개의 프리즘 형태의 프리즘렌즈(prism lens)로 이루어지며, 미세굴절패턴의 길이방향에 60 ~ 90도 기울어져 형성되는 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프리즘렌즈는 제 1 및 제 2 경사면으로 이루어지며, 상기 제 1 및 제 2 경사면은 상기 도광판의 입광면으로부터 30 ~ 70도 경사져 이루어지는 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광가이드바는 광을 투과시킬 수 있는 아크릴계 투명수지인 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethylmethacrylate : PMMA) 또는 폴리카보네이트(polycarbonate : PC), 폴리스텔렌(polystyrene : PS), 폴리메타크릴스티렌(polymethacrylstyrene : MS) 계열 중 선택된 하나로 이루어지는 액정표시장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 출광패턴은 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 중 적어도 하나의 형상을 갖는 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광가이드바는 상기 도광판의 입광면과 대응되는 출사면과 상기 제 1 LED어레이와 대응되는 광가이드바 입광면을 제외한 상, 하 그리고 외측에 사이드반사판이 구비되는 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광가이드바의 길이방향의 타측에 제 2 LED어레이가 위치하는 액정표시장치.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 LED어레이는 PCB 상에 적어도 하나의 LED가 실장되는 액정표시장치.
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1 항에 있어서,
    상기 도광판의 배면에는 반사판이 위치하는 액정표시장치.
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