KR101763188B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 경량 및 박형의 직하형 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 액정패널의 하부에 배열되는 다수의 LED의 상부에 도광판을 위치시키며, 도광판의 하부면에 형성된 홈 내부로 LED를 삽입시키는 것이다.
이때, 홈의 상면에는 프리즘패턴이 형성되어 있다.
이를 통해, 백라이트 분할 구동을 구현할 수 있어, 콘트라스트비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있어, 보다 생동감 있는 영상을 구현할 수 있다.
또한, LED로부터 출사된 빛은 도광판 내부로 입사되어 넓은 영역으로 골고루 퍼지게 됨으로써, 실질적으로 백라이트 유닛 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있어, LED 무라(mura)가 발생되지 않는 경량 및 박형의 액정표시장치를 구현할 수 있다.

Description

액정표시장치{Liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 경량 및 박형의 직하형 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.
도 1은 LED를 광원으로 사용한 일반적인 직하형 방식의 백라이트를 포함하는 액정표시장치의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 제 1 및 제 2 기판(12, 14)으로 구성되는 액정패널(10)과 이의 후방으로 백라이트 유닛(20)이 구비된다.
여기서, 백라이트 유닛(20)은 반사판(22)을 포함하며, 이의 상부면에 다수의 LED(29a)가 나란하게 배열되고, 이들 LED(29a) 상부에는 확산판(24)과 광학시트(26)가 위치한다.
이때, 서로 이웃한 2 내지 3개의 LED(29a)로부터 발산된 빛이 서로 중첩 및 혼합된 후 액정패널(10)에 입사되어 면광원을 제공하게 된다.
이러한 백라이트 유닛(20)과 액정패널(10)은 탑커버(40)와 서포트메인(30) 그리고 커버버툼(50)을 통해 모듈화 되는데 즉, 액정패널(10) 및 백라이트 유닛(20)의 가장자리를 사각테 형상의 서포트메인(30)이 두른 상태로 액정패널(10) 전면 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.
이러한 직하형 방식의 백라이트 유닛(20)은 보다 생동감 있는 영상 표현을 위해 다수의 LED(29a)를 순차적으로 온/오프(on/off) 구동시켜, 액정패널(10)의 특정영역 별로 광을 공급하는 백라이트 분할 구동(local dimming) 방식을 구현할 수 있다.
이로 인하여, 밝은 영상을 더 밝게 해주거나 어두운 영상을 더 어둡게 해줌으로써 콘트라스트비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있어, 보다 생동감 있는 영상을 구현할 수 있다.
한편, 최근 액정표시장치는 휴대용 컴퓨터는 물론 데스크톱 컴퓨터 모니터 및 벽걸이형 텔레비전 등 그 사용영역이 점차 넓어지고 있는 추세로, 넓은 디스플레이 면적을 가지면서도 박형의 액정표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
따라서, 백라이트 유닛(20)의 광학갭(optical gap) 또는 에어갭(air gap)이라 하는 폭 즉, LED(29a)과 확산판(24) 사이의 간격(A)을 줄임으로써, 박형의 액정표시장치를 제공하려는 시도가 나타나고 있다.
그러나, 백라이트 유닛(20)의 가장 중요한 역할인 고품위의 면광원을 액정패널(10)에 공급하기 위해서는 이를 위한 여러 가지 광학적 설계가 고려되며, 그 중 하나가 LED(29a)과 확산판(24) 사이의 간격(A) 유지가 중요한 요소로 작용한다.
특히, 일정 지향각을 갖는 LED(29a)의 경우 서로 이웃한 2 내지 3개의 LED(29a)로부터 발산된 빛이 서로 중첩 및 혼합된 후 액정패널(10)에 입사되어 면광원을 제공하므로, LED(29a)와 확산판(24) 사이의 간격(A)이 작을 경우에는 LED(29a)에 대응하는 영역에서는 핫스팟(hot spot)이 발생하게 되고, LED(29a)와 이에 인접한 LED(29a) 사이에는 LED(29a)로부터 출사된 빛이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부가 발생하게 된다.
이로 인하여, LED 무라(mura) 현상이 발생하게 되고, 나아가 휘도 불균일에 따른 액정표시장치의 표시품질의 저하 문제를 야기시키게 된다.
따라서, 이러한 직하형 방식은 박형화에 한계가 있어, 화면의 두께보다는 밝기가 중요시되는 액정표시장치에서 주로 사용하고, 직하형 방식에 비해 박형화가 가능한 에지형 방식은 노트북 PC나 모니터용 PC와 같은 두께가 중요시되는 액정표시장치에서 주로 사용된다.
도 2는 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 배열되는 LED 어셈블리(29)와, 커버버툼(50) 상에 안착되는 백색 또는 은색의 반사판(22)과, 이러한 반사판(22) 상에 안착되는 도광판(23) 그리고 이의 상부로 위치하는 확산판(24)과 광학시트(26)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)는 LED(29a)이 LED PCB(printed circuit board : 29b, 이하, PCB라 함) 상에 일정간격 이격하여 실장되며, LED 어셈블리(29)부터 출사된 광은 도광판(23)의 입광면으로 입사된 후 그 내부에서 액정패널(10)을 향해 굴절되며, 반사판(22)에 의해 반사된 광과 함께 확산판(24)과 광학시트(26)를 통과하는 동안 보다 균일한 고품위의 면광원으로 가공되어 액정패널(10)로 공급된다.
그러나, 에지형 방식의 백라이트 유닛(20)을 포함하는 액정표시장치는 LED 어셈블리(29)가 도광판(23)의 일측부에 배치되어 도광판(23)을 이용하여 전체의 면으로 광을 분산하여 면광원을 액정패널(10)로 공급함으로써, 액정패널(10)의 특정영역 별로 광을 공급하기 매우 어렵다.
즉, 에지형 방식의 백라이트(20)는 백라이트 분할 구동 방식이 어려운 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 박형인 동시에 백라이트 분할 구동(local dimming)이 가능한 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
이를 통해, 콘트라스트비를 향상시키고 백라이트 유닛의 소비전력을 감소시키고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
또한, LED 무라(mura) 등의 문제점이 발생하는 것을 방지하는 것을 제 3 목적으로 하며, 액정표시장치의 휘도 불균일에 의한 표시품질의 저하문제를 방지하고자 하는 것을 제 4 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 액정패널과; 상기 액정패널의 배면에 일정간격 이격하여 배열되는 다수의 PCB와; 상기 다수의 PCB 상에 일정간격 이격하여 실장되는 다수의 LED와; 상기 다수의 LED가 통과하는 복수개의 관통홀이 구성된 반사판과; 상기 반사판 상에 위치하여, 하부면에 상기 관통홀을 통해 노출된 상기 다수의 LED가 삽입되는 홈이 형성된 도광판과; 상기 도광판 상부에 위치하는 광학시트를 포함하며, 상기 홈과 대응되는 상부면에는 반사시트가 위치하며, 상기 LED의 빛이 출사되는 전방에 위치하는 상기 홈의 상면에는 패턴이 형성되는 액정표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 패턴은 프리즘패턴, 피라미드패턴, 렌티큘러패턴 중 선택된 하나이며, 상기 프리즘패턴은 정점(頂点)을 이루는 모서리의 각(θ)이 43 ~ 48°를 이루며, 폭은 170 ~ 230㎛로 이루어지며, 높이는 130 ~ 150㎛로 이루어진다.
그리고, 상기 피라미드패턴의 폭은 270 ~ 330㎛로 이루어지며, 높이는 180 ~ 200㎛로 이루어지며, 상기 렌티큘러패턴의 폭은 170 ~ 230㎛로 이루어지며, 높이는 130 ~ 150㎛로 이루어진다.
또한, 상기 도광판은 하부면과 상기 하부면과 대응되며, 빛이 출사되는 상부면 그리고 상기 하부면과 상기 상부면을 연결하는 측면으로 이루어지며, 상기 홈은 상기 하부면에 상기 PCB의 위치 및 개수에 대응하여 형성되며, 상기 홈에 대응하는 상기 상부면에는 산란패턴이 형성된다.
여기서, 상기 하부면 중 상기 홈이 형성된 부분을 제외한 표면에는 배면패턴이 형성되며, 상기 홈의 바닥부의 폭은 상기 LED의 크기에 비해 0.5 ~ 3mm만큼 크며, 상기 LED로부터 출사된 빛은 상기 반사시트의 임계각 이상으로 입사될 경우 전반사되어 상기 도광판 내부로 입사된다.
그리고, 상기 LED로부터 출사된 빛은 상기 반사시트의 임계각 이하로 입사될 경우 상기 반사시트를 투과하여 출사되며, 상기 반사시트는 폴리에틸렌수지(PET) 기재의 베이스 하부에 백색의 폴리에스테르 필름(polyester film)이 적층된 구조로 이루어지며, 전면에 다수의 홀이 형성된다.
또한, 상기 반사시트는 알루미늄(Al)과 은(Ag)을 포함하는 반사물질이 상기 홈에 대응하는 상기 도광판의 상기 상부면에 코팅되어 이루어진다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 액정패널의 하부에 배열되는 다수의 LED의 상부에 도광판을 위치시키며, 도광판의 하부면에 형성된 홈 내부로 LED를 삽입시키며, 홈의 상면에는 프리즘패턴이 형성함으로써, 이를 통해, 백라이트 분할 구동을 구현할 수 있어, 콘트라스트비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있는 효과가 있어, 보다 생동감 있는 영상을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, LED로부터 출사된 빛은 도광판 내부로 입사되어 넓은 영역으로 골고루 퍼지게 됨으로써, 실질적으로 백라이트 유닛 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있어, LED 무라(mura)가 발생되지 않는 경량 및 박형의 액정표시장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 LED를 광원으로 사용한 일반적인 직하형 방식의 백라이트를 포함하는 액정표시장치의 단면도.
도 2는 LED를 광원으로 사용한 일반적인 에지형 방식의 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도.
도 4a ~ 4b는 LED 상부의 도광판의 유무에 의해 달라지는 빛의 지향각을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 개략적으로 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치가 모듈화된 모습을 개략적으로 도시한 단면도.
도 7a ~ 7d는 다양한 패턴의 모습을 개략적으로 도시한 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치(100)는 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120), 그리고 서포트메인(130)과 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) 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판 같은 연결부재(116)를 매개로 인쇄회로기판(118a, 118b)이 연결되어 모듈화 과정에서 서포트메인(130)의 측면 내지는 커버버툼(150) 배면으로 젖혀 밀착된다.
아울러 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 액정패널(110)의 두 기판(112, 114)과 액정층의 경계부분에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 상, 하부 배향막(미도시)이 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 상, 하부 편광판(미도시)이 부착된다.
이러한 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에는 빛을 공급하는 백라이트 유닛(120)이 구비된다.
백라이트 유닛(120)은 LED 어셈블리(129)와, LED 어셈블리(129) 상에 위치하는 도광판(200)과 확산판(124) 그리고 광학시트(126)를 포함한다.
앞서 전술한 LED 어셈블리(129)는 커버버툼(150)의 길이방향 내면을 따라 일정한 이격공간을 갖도록 배열되는 PCB(129b)와, 이들 각각에 실장되는 다수의 LED(129a)를 포함한다.
여기서, 다수의 LED(129a)는 각각 적(R), 녹(G), 청(B)의 색을 갖는 빛을 발하며, 이러한 다수개의 RGB LED(129a)를 한꺼번에 점등시킴으로써 색섞임에 의한 백색광을 구현할 수도 있으며, 각각의 LED(129a)가 RGB의 색을 모두 발하거나 백색을 발하는 LED칩(미도시)을 포함하여, 도광판(200)을 향하는 전방으로 백색광을 발한다.
백색광을 구현하는 LED(129a)는 청색 LED칩(미도시)과 황색형광체로 이루어질 수 있으며, 황색형광체는 530 ~ 570nm파장을 주파장으로 하는 세륨(Ce)이 도핑된 이트륨(Y) 알루미늄(Al) 가넷인 YAG:Ce(T3Al5O12:Ce)계열 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, LED칩(미도시)을 UVLED칩을 사용할 수도 있는데, UVLED칩을 사용할 경우 형광체(미도시)는 적(R), 녹(G), 청색(B)의 삼색의 형광체로 이루어지며, 적(R), 녹(G), 청색(B)의 형광체(미도시)의 배합비를 조절함으로써 발광색을 선택할 수 있다.
이때, 적색(R)의 형광체는 611nm 파장을 주파장으로 하는 산화이트륨(Y2O3)과 유로피움(EU)의 화합물로 이루어진 YOX(Y2O3:EU)계열 형광체이며, 녹색(G)의 형광체는 544nm 파장을 주파장으로 하는 인산(Po4)과 란탄(La)과 테르븀(Tb)의 화합물인 LAP(LaPo4:Ce,Tb)계열 형광체이며, 청색(B)의 형광체는 450nm 파장을 주파장으로 하는 바륨(Ba)과 마그네슘(Mg)과 산화알루미늄 계열의 물질과 유로피움(EU)의 화합물인 BAM blue(BaMgAl10O17:EU)계열 형광체를 사용하는 것이 바람직하다.
여기서 주파장이란 적(R), 녹(G), 청색(B) 각각에서 가장 높은 휘도를 발생하는 파장을 그 형광체의 주 파장이라고 한다.
그리고, 다수의 LED(129a)가 실장되는 PCB(129b)는 방열기능을 구비한 메탈코어인쇄회로기판(Metal Core Printed Circuit Board)으로, MCPCB(129b) 배면에는 방열판(미도시)을 마련하여 각각의 LED(129a)로부터 열을 전달받아 외부로 방출할 수 있도록 할 수 있다.
이러한 LED(129a)를 포함하는 백라이트 유닛(120)은 다수의 LED(129a)가 통과할 수 있는 복수개의 관통홀(123)이 구성되어 다수의 LED(129a)를 제외한 PCB(129b)와 커버버툼(150) 내면 전체를 덮는 백색 또는 은색의 반사판(122)을 포함한다.
특히, 본 발명의 백라이트 유닛(120)은 액정패널(110)의 하부에 다수의 LED(129a)가 배치되는 직하형 방식임에도, LED(129a)의 상부에 도광판(200)이 위치하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 도광판(200)의 하부면에는 도광판(200)의 길이방향을 따라 즉, LED 어셈블리(129)의 PCB(129b)의 길이에 대응하는 홈(210)이 형성되어 있는데, 홈(210)에는 PCB(129b) 상에 실장된 다수의 LED(129a)가 삽입된다.
이때, 도광판(200)의 홈(210)에 대응하는 상부면에는 반사시트(220)가 위치하는데, 반사시트(220)는 다수의 LED(129a)로부터 출사되는 빛을 가이드하는 역할을 한다.
따라서, 다수의 LED(129a)로부터 출사되는 빛 중 일부는 반사시트(220)를 투과하여 액정패널(110)을 향해 출사되며, 일부 빛은 반사시트(220)에 의해 반사되어 도광판(200) 내부로 입사된다.
특히, 본 발명의 도광판(200)은 LED(129a)의 빛의 출사되는 전방에 위치하는 홈(210)의 상면에 프리즘패턴(240)이 형성되어, LED(129a)로부터 출사되는 빛을 산란시키는 역할을 한다.
이를 통해, LED 무라(mura)가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 대해 차후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
이때, 도광판(200) 내부로 입사된 빛은 도광판(200) 내에서 전반사되어, 도광판(200) 내를 진행하여 도광판(200)의 넓은 영역으로 골고루 퍼지게 된다. 이에 대해 차후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
그리고 도광판(200) 상부로는 휘도의 균일도를 위한 확산판(124)과 광학시트(126)가 위치한다.
여기서, 광학시트(126)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트 등을 포함하며, DBEF(dual brightness enhancement film)라 불리는 반사형 편광필름 등 각종 기능성 시트가 포함될 수 있다.
따라서, 다수의 LED(129a)로부터 출사된 빛은 도광판(200)을 통해 면광원을 구현하고, 구현된 면광원은 확산판(124)과 광학시트(126)를 차례로 통과한 후 액정패널(110)로 입사되고, 이를 이용하여 액정패널(110)은 고휘도 화상을 외부로 표시하게 된다.
이때, 도광판(200)을 통해 다수의 LED(129a)에서 출사되는 빛의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있어, 확산판(124)과 LED(129a) 간의 이격거리를 최소화하더라도, 암부가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, LED(129a)와 확산판(124) 사이의 간격이 줄어들어도 LED(129a)에 대응하는 영역에서 핫스팟이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, LED 무라(mura)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
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 및 측면 가장자리를 덮도록 단면이 ㄱ형태로 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(100) 전체 기구물 조립에 기초가 되는 커버버툼(150)은 사각모양의 하나의 판 형상으로 커버버툼(150)의 서로 대향하는 양단 가장자리로 결합되는 한 쌍의 바(bar) 형태의 사이드서포트(128)를 포함하는데, 이를 제외한 커버버툼(150)의 나머지 두 가장자리는 이들과 높이를 같이하도록 비스듬하게 절곡 상승되어 그 내부로 백라이트 유닛(120)이 안착될 수 있는 소정공간을 형성한다.
이러한 커버버툼(150) 상에 안착되며 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)의 가장자리를 두르는 사각테 형상의 서포트메인(130)이 탑커버(140) 및 커버버툼(150)과 결합된다.
한편, 탑커버(140)는 케이스탑 또는 탑 케이스라 일컬어지기도 하고, 서포트메인(130)은 가이드패널 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(150)은 버텀커버라 일컬어지기도 한다.
이러한 본 발명의 액정표시장치(100)는 각 LED(129a) 별로 나뉘어 분할 구동을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 액정표시장치(100)는 보다 생동감 있는 영상 표현을 위해 LED 어셈블리(129)는 각각의 LED(129a)를 순차적으로 온/오프(on/off) 구동시키는 백라이트 분할 구동을 구현할 수 있다.
여기서, 백라이트 분할 구동은 화소가 응답하고 있는 동안 그 화소에 대응하는 영역을 소등시키고 응답이 완료된 후 영역을 점등시키는 구동방식으로, 각 영역은 각각 1 프레임에서 일정 시간 동안만 점등되고 나머지 시간 동안은 소등된다.
이렇게 각각의 LED(129a)를 통해 영역 별로 백라이트 분할 구동을 수행함으로써, 각 영역 별로 발광된 빛 만을 액정패널(110)의 특정영역에 공급함으로써, 액정패널(110)이 구현하는 영상을 밝은 영상을 더 밝게 해주거나 어두운 영상을 더 어둡게 해줌으로써 콘트라스트비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있어, 생동감 있는 영상을 구현할 수 있다.
또한, 영상에 맞는 밝기를 조정할 수 있어, 어두운 밝기를 갖는 영상은 어두운 밝기의 광을 갖도록 함으로써, 백라이트 유닛(120)의 소비전력을 감소시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 액정표시장치(100)는 LED(129a)의 상부에 도광판(200)을 구비함으로써, 실질적으로 백라이트 유닛(120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있어, 확산판(124)과 LED(129a) 간의 이격거리를 최소화하더라도, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 4a ~ 4b는 LED 상부의 도광판의 유무에 의해 달라지는 빛의 지향각을 나타낸 도면이다.
도 4a에 도시한 바와 같이, LED(129a) 상부에 도광판이 없을 경우에는 LED(129a)에서 발광된 빛은 공기 상으로 바로 출사된다. 이에 반해 도 4b에 도시한 바와 같이, LED(129a) 상부에 도광판(200)이 위치하며, LED(129a)가 도광판(200)의 하부면에 형성된 홈(210)에 삽입될 경우에는 LED(129a)의 전방으로 집중되는 빛은 도광판(200)의 반사시트(220)에 의해 전반사되어 도광판(200) 내부로 입사된다.
즉, L1으로 표시한 바와 같이, LED(129a) 로부터 나오는 빛 중 반사시트(220)에 임계각 이하로 입사할 경우에는 빛이 반사시트(220)를 투과하여 도광판(200)의 상부로 출사된다.
그리고, L2로 표시한 바와 같이 LED(129a)로부터 나오는 빛 중 일부는 직접 도광판(200) 내부로 입사되거나 또는 상부로 향한 빛 중 반사시트(220)에 임계각 이상으로 입사할 경우에는 전반사되어 도광판(200) 내부로 입사된다.
이렇게 도광판(200) 내부로 입사된 빛은 도광판(200) 내부에서 전반사되어 도광판(200) 내를 진행하여 도광판(200)의 넓은 영역으로 골고루 퍼지게 되어, L3로 표시한 바와 같이 도광판(200) 전면에 걸쳐 외부로 출사된다.
이에, 실질적으로 백라이트 유닛(도 3의 120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있다.
따라서, 확산판(도 3의 124)과 LED(129a) 간의 이격거리를 최소화하더라도, 암부가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, LED(129a)에 대응하는 영역에서 핫스팟이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, LED 무라(mura)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명은 LED(129a)의 빛이 출사되는 전방에 위치하는 홈(210)의 상면에 프리즘패턴(240)을 형성함으로써, LED(129a)로부터 출사되는 빛을 확산 및 산란시킴으로써, 따라서, 색섞임 공간을 더욱 증가시키게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도시한 바와 같이, 도광판(200)은 광을 투과시킬 수 있는 투과성 재료중의 하나인 아크릴계 투명수지인 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethylmethacrylate : PMMA)같은 플라스틱(plastic) 물질 또는 폴리카보네이트(polycarbonate : PC)계열에 의해 평면형태(flat type)로 제작된다.
여기서, PMMA는 아크릴수지로써 투명성, 내후성, 착색성이 우수하여 광이 투과할 때 광의 확산을 유도한다.
이러한 도광판(200)은 LED 어셈블리(도 3의 129)와 대응되는 하부면(200a)과 이에 대응되며 빛이 출사되는 상부면(200b) 그리고 하부면(200a)과 상부면(200b)을 연결하는 측면(200c)으로 이루어진다.
특히, 본 발명의 도광판(200)은 하부면(200a)에 도광판(200)의 길이방향을 따라 홈(210)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는데, 홈(210)은 커버버툼(도 3의 150) 상에 배열된 LED 어셈블리(도 3의 129)의 위치 및 개수와 대응된다.
즉, 도광판(200)의 하부면(200a)에 형성된 홈(210)은 LED 어셈블리(도 3의 129)의 PCB(도 3의 129b) 상에 실장된 다수의 LED(도 3의 129a)가 삽입된다.
여기서, 홈(210)의 폭(d1)은 LED(도 3의 129a)의 사이즈에 따라 다양하게 형성될 수 있는데, 홈(210)은 PCB(도 3의 129b) 상에 실장된 다수의 LED(도 3의 129a)들로부터 보다 많은 빛을 도광판(200) 내부로 입사시키기 위하여 홈(210)의 내측 면적이 LED(도 3의 129a)에 비해 넓게 형성하는 것이 바람직하다.
즉, LED(도 3의 129a)의 크기에 비해 0.5 ~ 3mm만큼 큰 크기를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 이의 홈(210)의 형상을 반구 형상, 다각형상 등 다양하게 구현할 수 있다.
특히, 본 발명의 도광판(200)의 LED(도 3의 129a)의 빛의 출사되는 전방에 위치하는 홈(210)의 상면에는 LED(도 3의 129a)로부터 출사되는 빛을 확산 및 산란시킬 수 있도록 프리즘패턴(240)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
프리즘패턴(240)은 홈(210)의 길이방향을 따라 다수의 산과 골이 반복된 형태로 이루어져, LED(도 3의 129a)로부터 출사되는 빛은 프리즘패턴(240)에 의해 더욱 확산 및 산란된다.
그리고, 홈(210)에 대응하는 도광판(200)의 상부면(200b)에는 LED(도 3의 129a)로부터 출사된 빛을 더욱 산란시킬 수 있도록 다양한 형태의 산란패턴(230a)이 형성되어 있다.
여기서, 산란패턴(230a)은 LED(도 3의 129a)로부터 출사되는 빛을 가이드하기 위하여, 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 등 다양하게 구성할 수 있으며, 이와 같은 산란패턴(230a)은 인쇄방식 또는 사출방식으로 형성된다.
또한, 본 발명의 도광판(200)은 산란패턴(230a)의 상부에 반사시트(220)가 위치하여, 다수의 LED(도 3의 129a)로부터 출사되는 빛을 가이드하는 역할을 한다. 즉, 반사시트(220)는 다수의 LED(도 3의 129a)로부터 출사된 빛을 전반사시켜, 빛이 도광판(200) 내부로 입사되도록 한다.
따라서, 다수의 LED(도 3의 129a)로부터 출사되는 빛 중 일부는 LED(도 3의 129a)의 전방에 위치하는 반사시트(220)에 의해 반사되어 도광판(200) 내부로 입사되고, 또한 일부 빛은 반사시트(220)를 투과하여 액정패널(도 3의 110)을 향해 출사된다.
이때, LED(도 3의 129a)로부터 출사된 빛이 모두 반사시트(220)에 의해 반사되는 것이 아니라, 일부 반사시트(220)에 임계각 이상으로 입사할 경우에만 전반사되어 도광판(200) 내부로 입사되며, 임계각 이하로 입사할 경우에는 빛이 반사시트(220)를 투과하여 액정패널(도 3의 110)을 향해 출사된다.
또한, LED(도 3의 129a)로부터 출사되는 일부 빛은 바로 도광판(200) 내부로 입사된다.
여기서, LED(도 3의 129a)로부터 출사되는 빛 중 90% 가 반사시트(220)에 의해 전반사되거나 도광판(200) 내부로 직접 입사되며, LED(도 3의 129a)로부터 출사된 빛 중 10%가 반사시트(220)를 투과하게 된다.
반사시트(220)는 폴리에틸렌수지(PET) 기재의 베이스 하부에 반사율이 높은 물질 예를들면 백색의 폴리에스테르 필름(polyester film)이 적층된 구조로 이루어지며 전면에 다수의 홀(미도시)이 형성되어, 일부 빛은 전반사시키거나 일부 빛은 투과시킬 수 있다.
또는 알루미늄(Al)과 은(Ag)을 포함하는 반사율이 뛰어난 반사물질이 홈(210)에 대응하는 도광판(200)의 상부면(200b)에 코팅되어 이루어질 수 있다.
그리고, 또한 도광판(200)의 하부면(200a) 중 홈(210)이 형성되어 있는 부분을 제외한 표면에는 도광판(200) 내부로 입사된 빛을 액정패널(도 3의 110) 방향으로 입사시키기 위한 특정 모양의 배면패턴(230b)이 형성된다. 즉, 도광판(200)의 하부면(200a)에 형성된 배면패턴(230b)과 상기 도광판(200)의 상부면(200b)에 형성된 산란패턴(230a)은 평면적으로 교대로, 다시 말해 번갈아 배열된다. 이때, 배면패턴(230b)의 폭은 인접한 산란패턴(230a) 사이 거리와 실질적으로 동일하다.
여기서, 배면패턴(230b)은 도광판(200) 내부로 입사된 빛을 가이드하기 위하여 형성되는데, 이러한 배면패턴(230b) 또한 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 등 다양하게 구성할 수 있으며, 이와 같은 배면패턴(230b)은 도광판(200)의 하부면(200a)에 인쇄방식 또는 사출방식으로 형성된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치가 모듈화된 모습을 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 7a ~ 7d는 다양한 패턴의 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
여기서, 도 6은 PCB(129b)의 길이방향에 수직하게 절단한 단면의 일부이다.
도시한 바와 같이, 커버버툼(150) 상에 다수의 PCB(129b)가 일정간격 이격하여 배열되며, 각각의 PCB(129b)에는 다수의 LED(129a)가 실장되어 LED 어셈블리(129)를 이루며, 이러한 LED 어셈블리(129)의 상부에는 LED(129a) 만을 노출시키도록 관통홀(123)이 구성된 반사판(122)이 덮여 있으며, 이 같은 반사판(122)의 상부에는 관통홀(123)을 통해 노출된 LED(129a)가 홈(210)에 삽입되도록 도광판(200)이 위치한다.
그리고, 도광판(200)의 상부에는 확산판(124)과 광학시트(126)가 적층되어 백라이트 유닛(도 3의 120)을 이루게 된다.
이러한 본 발명의 백라이트 유닛(도 3의 120)은 도광판(200)의 하부면(200a)에 LED(129a)가 삽입될 수 있는 홈(210)을 형성한 후, 홈(210) 내부로 LED(129a)를 삽입시킴으로써, LED(129a)로부터 출사된 빛은 도광판(200) 내부로 입사되어 넓은 영역으로 골고루 퍼지게 된다.
따라서, 실질적으로 백라이트 유닛(도 3의 120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있다.
이에, 본 발명의 액정표시장치(도 3의 100)는 경량 및 박형화를 위하여, LED(129a)와 확산판(124) 사이간격(A')을 줄일 경우에도 LED(129a)와 이에 인접한 LED(129a) 사이에 LED(129a)로부터 출사된 빛이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 또한, LED(129a)에 대응하는 영역에서 핫스팟이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이를 통해, LED 무라(mura)가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 도광판은 LED(도 3의 129a)의 빛의 출사되는 전방에 위치하는 홈(210)의 상면에는 LED(도 3의 129a)로부터 출사되는 빛을 확산 및 산란시킬 수 있도록 프리즘패턴(240)이 형성됨으로써, LED(도 3의 129a)로부터 출사되는 빛은 프리즘패턴(240)에 의해 더욱 확산 및 산란됨으로써, LED(129a)로부터 출사된 빛은 도광판(200) 내부로 보다 많이 입사되어 넓은 영역으로 골고루 퍼지게 된다.
여기서, 도 7a에 도시한 바와 같이 프리즘패턴(240)의 사이간격은 좁을수록 바람직한데, LED(도 3의 129a)의 사이즈가 2㎛일 때 프리즘패턴(240)의 폭(d2)은 170 ~ 230㎛로 형성하는 것이 바람직하며, 도광판(200)의 두께가 3m일 때 프리즘패턴(240)의 높이(h1)는 130 ~ 150㎛로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 프리즘패턴(240)의 정점(頂点)을 이루는 모서리의 각(θ)은 43 ~ 48°을 이루는 것이 바람직하다.
또한, 홈(210)의 상면에는 프리즘패턴(240) 외에도 도 7b에 도시한 바와 같이 피라미드패턴(250)이 형성될 수 있으며, LED(도 3의 129a)의 사이즈가 2㎛일 때 피라미드패턴(250)의 폭(d3)은 270 ~ 330㎛로 형성하는 것이 바람직하며, 이때, 도광판의 두께가 3m일 때 피라미드패턴(250)의 높이(h2)는 180 ~ 200㎛로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 7c와 도 7d에 도시한 바와 같이 렌티큘러패턴(260)으로도 형성될 수 있는데, LED(도 3의 129a)의 사이즈가 2㎛일 때 렌티큘러패턴(260)의 폭(d4)은 170 ~ 230㎛로 형성하는 것이 바람직하며, 도광판의 두께가 3m일 때 렌티큘러패턴(260)의 높이(h3)는 50 ~ 150㎛로 형성하는 것이 바람직하다.
패턴 ①영역의 휘도(cd/cm2) ②영역의 휘도(cd/cm2) ③ 영역의 휘도(cd/cm2)
패턴無 100.41 41.51 39.54
프리즘패턴 103.67 46.47 46.66
피라미드패턴 102.68 47.15 45.47
렌티큘러패턴1 100.96 46.11 42.41
렌티큘러패턴2 101.67 46.94 43.78
위의 표(1)은 도광판의 홈의 상면에 형성된 패턴에 따라 휘도값을 측정한 시뮬레이션결과로, 프리즘패턴은 도 7a에 도시한 프리즘패턴을 나타내며, 피라미드 패턴은 도 7b에 도시한 피라미드패턴을 나타내며, 렌티큘러렌즈1은 도 7c의 렌티큘러렌즈를 나타내며, 렌티큘러렌즈2는 도 7d의 렌티큘러렌즈를 나타낸다.
위의 표(1)을 참조하면, 도광판의 홈의 상면에 패턴이 없는 경우에 비해 패턴 형성될 때, 도광판 내부의 빛의 휘도가 더욱 높게 측정되는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 홈의 상면에 패턴이 형성됨으로써, 도광판의 내부로 입사되는 빛의 양이 증가하여 광효율이 증가하게 됨을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(도 3의 100)의 백라이트 유닛(도 3의 120)은 액정패널(도 3의 110)의 하부에 다수의 LED(129a)가 배치되는 직하형 방식으로, 백라이트 분할 구동을 구현할 수 있어, 콘트라스트비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있어, 보다 생동감 있는 영상을 구현할 수 있다.
또한, LED(129a)의 상부에 도광판(200)이 위치하며, 도광판(200)의 하부면(200a)에 LED(129a)가 삽입될 수 있으며, 상면에 프리즘패턴(240)이 형성된 홈(210)을 형성한 후, 홈(210)의 내부로 LED(129a)를 삽입시킴으로써, LED(129a)로부터 출사된 빛은 도광판(200) 내부로 입사되어 넓은 영역으로 골고루 퍼지게 된다.
이를 통해, 실질적으로 백라이트 유닛(도 3의 120) 내의 색섞임 공간이 증가되는 결과를 얻을 수 있어, 본 발명의 액정표시장치(도 3의 100)는 경량 및 박형화를 위하여, LED(129a)와 확산판(124) 사이간격(A')을 줄일 경우에도 LED(129a)와 이에 인접한 LED(129a) 사이에 LED(129a)로부터 출사된 빛이 서로 중첩 및 혼합되지 않는 암부가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, LED(129a)에 대응하는 영역에서 핫스팟이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이로 인하여, LED 무라(mura) 현상이 발생하는 것을 방지하게 되는 것이다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
122 : 반사판, 123 : 관통홀
124 : 확산판, 126 : 광학시트, 129 : LED 어셈블리(129a : LED, 129b : PCB)
150 : 커버버툼
200 : 도광판(200a : 하부면, 200b : 상부면), 210 : 홈, 220 : 반사시트
240 : 프리즘패턴

Claims (14)

  1. 액정패널과;
    상기 액정패널의 배면에 일정간격 이격하여 배열되는 다수의 PCB와;
    상기 다수의 PCB 상에 일정간격 이격하여 실장되는 다수의 LED와;
    상기 다수의 LED가 통과하는 복수개의 관통홀이 구성된 반사판과;
    상기 반사판 상에 위치하며, 하부면에 상기 관통홀을 통해 노출된 상기 다수의 LED가 삽입되는 홈과, 상기 LED의 빛이 출사되는 전방에 위치하는 상기 홈의 상면에 형성된 패턴과, 상기 홈에 대응하여 상부면에 형성된 산란패턴과, 상기 하부면 중 상기 홈이 형성된 부분을 제외한 표면에 형성된 배면패턴을 포함하는 도광판과;
    상기 도광판 상부에 위치하는 광학시트와;상기 홈에 대응하여 상기 광학시트와 상기 산란패턴 사이에 위치하는 반사시트를 포함하며, 상기 산란패턴과 상기 배면패턴은 평면적으로 교대로 배열되는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은 프리즘패턴, 피라미드패턴, 렌티큘러패턴 중 선택된 하나인 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 프리즘패턴은 정점(頂点)을 이루는 모서리의 각(θ)이 43 ~ 48°를 이루며, 폭은 170 ~ 230㎛로 이루어지며, 높이는 130 ~ 150㎛로 이루어지는 액정표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 피라미드패턴의 폭은 270 ~ 330㎛로 이루어지며, 높이는 180 ~ 200㎛로 이루어지는 액정표시장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌티큘러패턴의 폭은 170 ~ 230㎛로 이루어지며, 높이는 130 ~ 150㎛로 이루어지는 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판은 하부면과 상기 하부면과 대응되며, 빛이 출사되는 상부면 그리고 상기 하부면과 상기 상부면을 연결하는 측면으로 이루어지며, 상기 홈은 상기 하부면에 상기 PCB의 위치 및 개수에 대응하여 형성되는 액정표시장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈의 바닥부의 폭은 상기 LED의 크기에 비해 0.5 ~ 3mm만큼 큰 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED로부터 출사된 빛은 상기 반사시트의 임계각 이상으로 입사될 경우 전반사되어 상기 도광판 내부로 입사되는 액정표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED로부터 출사된 빛은 상기 반사시트의 임계각 이하로 입사될 경우 상기 반사시트를 투과하여 출사되는 액정표시장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사시트는 폴리에틸렌수지(PET) 기재의 베이스 하부에 백색의 폴리에스테르 필름(polyester film)이 적층된 구조로 이루어지며, 전면에 다수의 홀이 형성된 액정표시장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사시트는 알루미늄(Al)과 은(Ag)을 포함하는 반사물질이 상기 홈에 대응하는 상기 도광판의 상기 상부면에 코팅되어 이루어지는 액정표시장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 배면패턴의 폭은 인접한 상기 산란패턴 사이 거리와 동일한 액정표시장치.
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