KR102666768B1 - 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 특히 경량 및 박형을 구현하면서도 핫스팟과 같은 얼룩을 방지하여 화질이 개선될 수 있는 표시장치에 관한 것이다.
본 발명은 액정표시장치의 백라이트 유닛이 배면에 입체패턴렌즈와 각각의 입체패턴렌즈에 LED가 수용되는 수용홈이 구비된 글라스플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해, LED 상부에서 핫스팟과 같은 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 액정표시장치의 화질이 저하되는 문제점이 발생하는 것 또한 방지할 수 있다.
또한, LED 상부에서 핫스팟과 같은 얼룩이 발생하는 것을 방지하기 위하여 구비하여던 반사패턴시트와 반사시트(=반사패턴)의 구성을 생략할 수 있어, 이를 통해서 경량 및 박형을 구현할 수 있으며, 또한 공정비용 절감 및 조립의 편의성 또한 가져올 수 있다.

Description

표시장치{Liquid Crystal Display device}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 특히 경량 및 박형을 구현하면서도 핫스팟과 같은 얼룩을 방지하여 화질이 개선될 수 있는 표시장치에 관한 것이다.
최근 정보기술과 이동통신기술 등의 발전과 함께 정보를 시각적으로 표시해줄 수 있는 디스플레이 장치의 발전이 이루어지고 있으며, 디스플레이 장치는 크게 발광특성을 갖는 자체 발광형 디스플레이와 다른 외부의 요인으로 화상을 디스플레이할 수 있는 비발광형 디스플레이로 분류되고 있다.
자체 발광요소를 갖지 못하는 소자인 비발광형 디스플레이로는 LCD(Liquid Crystal Display)를 예로 들 수 있다.
따라서, 비발광형 디스플레이인 LCD는 별도의 광원을 요구하게 되는데, 배면에 광원을 구비한 백라이트 유닛(Backlight unit)이 마련되어 LCD 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 화상이 구현된다.
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 광원인 LED의 배열구조에 따라 사이드라이트형(side light type)과 직하라이트형(direct light type)으로 구분되는데, 사이드라이트형은 LED가 도광판의 일측면 또는 양측면에 배치되는 구조로, 도광판을 통해 LED로부터 조사되는 측광을 평면광으로 변환하여 액정패널에 조사하게 된다.
그리고 직하라이트형은 액정패널 하부에 다수의 LED가 배치되어 액정패널의 전면에 광을 직접적으로 조사하게 된다.
최근에는 소비자의 요구에 의하여 대면적화된 액정표시장치의 연구가 활발히 진행되고 있는 상태에서, 직하라이트형이 사이드라이트형에 비해 대면적화 액정표시장치에 더욱 적합하다.
또한, 직하라이트형은 액정패널에 조사되는 광의 균일도 및 휘도를 향상시킬 수 있고, 또한 로컬 디밍(local dimming) 구동을 구현할 수 있어 명암비가 개선되고 소비전력 절감의 효과를 얻을 수 있다.
그러나, 직하라이트형은 광원인 LED가 액정패널 하부에 배치되어 액정패널에 광을 직접적으로 조사하기 때문에, LED 상부에 핫스팟(hot spot)과 같은 얼룩(mura)이 발생하여 화질이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 경량 및 박형을 구현하면서도 핫스팟과 같은 얼룩을 방지하여 화질이 개선될 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 PCB 상에 다수의 LED가 실장된 LED어셈블리와, 상기 LED어셈블리 상부로 위치하며, 상기 각각의 LED가 실장되는 수용홈이 구비된 글라스플레이트와, 상기 글라스플레이트 상부로 위치하는 액정패널을 포함하며, 상기 글라스플레이트는 배면으로 상기 수용홈이 각각 구비되는 입체패턴렌즈가 돌출되는 표시장치를 제공한다.
이때, 상기 글라스플레이트는 지지층과, 상기 지지층의 배면으로부터 상기 입체패턴렌즈가 종방향과 횡방향으로 서로 인접 배열되도록 돌출되며, 상기 입체패턴렌즈는 상기 지지층의 배면에 정의되는 하부면과, 상기 하부면으로부터 서로 마주보는 방향으로 경사각도를 가지며 상향 돌출되는 4개 또는 6개의 측면과 상기 4개의 측면을 연결하는 수평면을 포함하며, 상기 수평면은 상기 하부면 보다 작은 면적을 갖는다.
그리고, 상기 수용홈의 폭(W)은 1.5LW W < P1(LW는 상기 LED의 길이, P1은 이웃하여 위치하는 상기 LED 간의 간격)을 만족하며, 상기 수용홈은 높이(H)와 상기 폭(W)의 비율이 2이다.
또한, 상기 입체패턴렌즈의 높이(D2)는 D2 = (P1/2)*tan(90°- ai) + LD(LD는 상기 LED의 높이, P1은 이웃하여 위치하는 상기 LED 간의 간격, ai는 상기 LED로부터 방출되는 광 중 전반사가 발생되지 않는 임계각)를 만족하며, 상기 경사각도는 Tan-1 (D2/P2) < a < 90°을 만족하며, Wt/P2(P2는 (P1 - LW) / 2, Wt는 상기 입체패턴렌즈의 상기 수용홈 주변의 수평면의 폭)가 0.2 ~ 0.45 이내의 범위를 만족한다.
또한, 상기 액정패널과 상기 글라스플레이트 사이로는 광학시트가 개재된다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 액정표시장치의 백라이트 유닛이 배면에 입체패턴렌즈와 각각의 입체패턴렌즈에 LED가 수용되는 수용홈이 구비된 글라스플레이트를 포함함에 따라, LED 상부에서 핫스팟과 같은 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 이를 통해, 액정표시장치의 화질이 저하되는 문제점이 발생하는 것 또한 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, LED 상부에서 핫스팟과 같은 얼룩이 발생하는 것을 방지하기 위하여 구비하던 반사패턴시트와 반사시트(=반사패턴)의 구성을 생략할 수 있어, 이를 통해서 경량 및 박형을 구현할 수 있는 효과가 있으며, 또한 공정비용 절감 및 조립의 편의성 또한 가져올 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 글라스플레이트의 개략적으로 도시한 배면 사시도.
도 3은 모듈화된 액정표시장치의 백라이트 유닛의 일부를 개략적으로 도시한 확대 단면도.
도 4는 글라스플레이트의 수용홈의 높이를 정의하는 그래프.
도 5a ~ 5b는 글라스플레이트의 수용홈의 높이와 수용홈의 폭의 비율에 따른 수용홈 중앙부에서의 출광량을 측정한 실험결과.
도 6a ~ 6d는 Wt/P2에 따른 화상을 나타낸 실험데이터.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 글라스플레이트로 광이 진행되는 경로를 개략적으로 도시한 개략도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 글라스플레이트의 또 다른 구성을 개략적으로 도시한 배면 사시도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치(100)는 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)으로 구성되는데, 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.
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(119a, 119b)이 부착된다.
이러한 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에는 광을 공급하는 백라이트 유닛(120)이 구비된다.
백라이트 유닛(120)은 LED 어셈블리(129)와, LED 어셈블리(129) 상에 위치하는 글라스플레이트(200)와 광학시트(121)를 포함한다.
LED어셈블리(129)는 판(plate) 또는 다수의 바(bar) 형상의 PCB(129b)와, 이들 각각에 실장되는 다수의 LED(129a)를 포함한다.
다수의 LED(129a)는 발광효율 및 휘도 향상을 위하여, 발광효율 및 휘도가 우수한 청색 LED칩을 포함하는 청색 LED(129a)를 사용하고, 형광체로서 '세륨이 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(YAG:Ce)', 즉 옐로우 형광체로 이루어진 청색 LED(129a)가 이용되고 있다.
LED(129a)로부터 방출된 청색광은 형광체를 투과하여 형광체에 의해 방출된 옐로우광과 혼합됨으로써, 글라스플레이트(200)를 향해 백색광을 발광하게 된다.
이러한 다수의 LED(129a)를 포함하는 LED어셈블리(129) 상부로는 글라스플레이트(200)와 광학시트(121)가 순차적으로 위치하게 되는데, 글라스플레이트(200)는 LED어셈블리(129)의 LED(129a)로부터 입사된 광을 백라이트 유닛(120)의 전체로 확산 및 가이드하는 구성으로, 글라스(glass) 재질로 이루어진다.
이러한 글라스플레이트(200)는 배면으로 균일한 면광원을 공급하기 위한 다수의 입체패턴렌즈(210)가 구비되며, 각각의 입체패턴렌즈(210)에는 LED어셈블리(129)의 각각의 LED(129a)가 수용되는 수용홈(220)이 구비된다. 글라스플레이트(200)의 입체패턴렌즈(210)와 수용홈(220)에 대해서는 추후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
글라스플레이트(200) 상부로 위치하는 광학시트(121)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트 등을 포함하며, DBEF(dual brightness enhancement film)라 불리는 반사형 편광필름 등 각종 기능성 시트가 포함될 수 있다.
확산시트는 글라스플레이트(200) 상부에 바로 위치하여, PET로 구성된 베이스필름과, 베이스필름 양면에 비드(bead) 등의 광확산성분을 포함하는 아크릴수지층으로 구성한다.
이러한 확산시트는 글라스플레이트(200)를 통해 입사된 광을 분산시키면서 집광시트 쪽으로 광이 진행하도록 광의 방향을 조절해주는 역할을 한다.
그리고, 집광시트에 의해 확산시트를 통과하여 확산된 광은 액정패널(110) 방향으로 집광되게 된다. 이에 따라 집광시트를 통과하는 광은 거의 대부분 액정패널(110)에 수직하게 진행되어 균일한 휘도 분포를 갖게 된다.
따라서, LED어셈블리(129)의 다수의 LED(129a)로부터 발광된 광은 글라스플레이트(200)와 광학시트(121)를 차례로 통과하는 과정에서 균일한 고품위의 광으로 가공되어, 액정패널(110)로 보다 균일한 면광원으로 입사되게 된다.
여기서 위와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛(120)은 직하라이트형 백라이트 유닛으로서 액정패널(110)의 영역별 로컬 디밍(local dimming)을 구현할 수 있어 명암비가 개선되고 소비전력 절감의 효과를 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(100)는 백라이트 유닛(120)이 배면에 입체패턴렌즈(210)와 각각의 입체패턴렌즈(210)에 LED(129a)가 수용되는 수용홈(220)이 구비된 글라스플레이트(200)를 포함함에 따라, LED(129a) 상부에서 핫스팟과 같은 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이를 통해, 액정표시장치(100)의 화질이 저하되는 문제점이 발생하는 것 또한 방지할 수 있다.
또한, LED(129a) 상부에서 핫스팟과 같은 얼룩이 발생하는 것을 방지하기 위하여 구비하던 반사패턴시트와 반사시트(=반사패턴)의 구성을 생략할 수 있어, 이를 통해서 경량 및 박형을 구현할 수 있으며, 또한 공정비용 절감 및 조립의 편의성 또한 가져올 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 글라스플레이트의 개략적으로 도시한 배면 사시도이며, 도 3은 모듈화된 액정표시장치의 백라이트 유닛의 일부를 개략적으로 도시한 확대 단면도이다.
도 4는 글라스플레이트의 수용홈의 높이를 정의하는 그래프이다.
도 5a ~ 5b는 글라스플레이트의 수용홈의 높이와 수용홈의 폭의 비율에 따른 수용홈 중앙부에서의 출광량을 측정한 실험결과이며, 도 6a ~ 6d는 Wt/P2에 따른 화상을 나타낸 실험데이터이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 글라스플레이트(200)는 LED어셈블리(129)의 LED(129a)로부터 입사되는 광을 백라이트 유닛(도 1의 120)의 전체로 확산 및 가이드하는 구성으로, 특히 글라스(glass) 재질로 제작되는 점에서 차별화된다.
즉, 일반적인 액정표시장치의 백라이트 유닛을 구성하는 부품 중 광원인 LED(129a)로부터 입사되는 광을 확산 및 가이드하기 위해 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate:PMMA), MS(methlystylene)수지, 폴리스티렌(polystyrene:PS), 폴리프로필렌(Polypropylene:PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate:PC) 등과 같은 광투과성 플라스틱 재료로 이루어지는 도광판을 널리 사용하고 있으나, 이러한 플라스틱 도광판은 광투과성은 높지만, 일정한 강성 유지 등을 위해서 도광판의 두께가 일정 이상이어야 하고, 플라스틱 도광판은 열팽창율 및 습기팽윤이 크다는 특징이 있다.
따라서, PMMA, PC, PS 등의 플라스틱 도광판이 사용되는 표시장치는 슬림화에 제약이 있고, 도광판과 LED와의 배치에 제약이 있거나 추가적인 지지구조가 필요한 등의 단점이 있었다.
이러한 플라스틱 도광판의 단점을 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에서는 백라이트 유닛(도 1의 120)에 사용되는 도광판을 대신하여, 글라스(Glass) 재질의 글라스플레이트(200)를 이용하여 LED(129a)로부터 입사된 광을 백라이트 유닛(도 1의 120)의 전체로 확산 및 가이드하는 것이다.
이러한 글라스플레이트(200)는 플라스틱 도광판에 비하여 강성이 뛰어나 두께를 얇게 할 수 있어서 표시장치(도 1의 100)의 슬림화에 유리하고, 열팽창 및 습기팽윤성이 낮아서 유리하다는 장점이 있다.
글라스플레이트(200)는 지지층(201)과, 지지층(201)의 배면으로부터 돌출되는 입체패턴층으로 이루어지는데, 입체패턴층은 다수의 입체패턴렌즈(210)로서 상부가 절단된 다수의 피라미드 형상의 입체패턴렌즈(210)가 지지층(201)의 배면으로부터 돌출 배열된다.
따라서, 다수의 입체패턴렌즈(210)는 지지층(201)의 배면에 정의되는 하부면(211)으로부터 상부로 진행될수록 면적이 줄어드는 형상으로 이루어진다.
즉, 각 입체패턴렌즈(210)는 지지층(201)의 배면에 정사각형의 하부면(211)이 정의되며, 이러한 정사각형의 하부면(211)으로부터 상향 돌출되는 4개의 측면(215)과, 하부면(211)과 평행하게 대면하며 4개의 측면(215)을 연결하는 수평면(213)으로 이루어진다.
이때, 4개의 측면(215)은 하부면(211)으로부터 서로 마주보는 방향으로 일정한 경사각도(a, 도 3 참조)를 이루며 상향 돌출됨에 따라, 4개의 측면(215)을 연결하는 수평면(213)은 하부면(215) 보다 작은 면적을 갖게 형성된다.
이러한 입체패턴렌즈(210)의 각 수평면(213)의 중심부에는 하부면(211)을 향해 오목한 수용홈(220)이 구비되게 된다.
수용홈(220)은 돔구조 형상으로 이루어질 수 있는데, 이러한 수용홈(220) 내부로 LED어셈블리(129)의 각 LED(129a)가 위치하게 된다.
이러한 다수의 입체패턴렌즈(210)는 지지층(201)의 배면으로부터 종방향과 횡방향으로 서로 인접 배열하며, 서로 이웃한 입체패턴렌즈(210) 사이는 빈 공간이 없도록 촘촘하게 배열한다.
이를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 글라스플레이트(200)는 광확산굴절영역(A)과 전반사영역(B)으로 나뉘어 정의되게 된다.
즉, 수용홈(220) 주변으로는 광확산굴절영역(A)이 정의되게 되며, 이웃하여 위치하는 입체패턴렌즈(210) 사이 주변으로는 전반사영역(B)이 정의되게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(도 1의 100)는 LED어셈블리(129)와 광학시트(도 1의 121) 사이로 별도의 반사패턴시트를 위치시킬 필요성이 없으며, 이와 같이 각 LED(129a) 사이로 반사시트(=반사패턴)을 구비하지 않더라도 LED(129a) 상부에서 핫스팟과 같은 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
이를 통해, 반사패턴시트와 반사시트(=반사판)의 구성을 생략할 수 있어, 경량 및 박형을 구현할 수 있으며, 또한 공정비용 절감 및 조립의 편의성 또한 갖게 된다.
이에 대해 아래 첨부한 도 3과 도 4를 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 3에 도시한 바와 같이, 글라스플레이트(200)의 각 입체패턴렌즈(210)의 수용홈(220) 내부로 LED어셈블리(도 1의 129)의 각각의 LED(129a)가 수용되게 되는데, 이때 수용홈(220)의 폭(W)은 아래 (수학식1)에 의해 정의된다.
(수학식 1)
1.5LW W < P1
위의 (수학식 1)에서 LW는 각 LED(129a)의 길이로, 1.5는 LED(129a)와 수용홈(220)과의 간섭이 없도록 LED(129a)의 위치에 따른 공차를 LED(129a) 길이의 1/2로 정의한 값이다.
즉, 1.5LW = LW + LW/2로 정의하였다.
W는 수용홈(220)의 폭을 의미하며, P1은 이웃하여 위치하는 LED(129a) 간의 간격을 의미한다.
여기서, 수용홈(220)은 레이저를 이용하여 형성할 수 있는데, 이와 같이 레이저를 이용하여 수용홈(220)을 형성하게 되면, 수용홈(220)은 포물면 형태의 일정 곡률의 형상을 갖게 된다.
따라서, 수용홈(220)은 돔구조 형상으로 이루어지게 되므로 수용홈(220)의 높이(H)는 첨부한 도 4와 같이 정의될 수 있는데, 즉, 수용홈(220)의 높이(H)는 수용홈(220)의 폭(W)과의 비율에 의해 정의될 수 있다. 아래 (표 1)은 수용홈(220)의 높이(H)와 수용홈(220)의 폭(W)의 비율에 따른 수용홈(220) 중앙부(C영역)에서의 출광량을 측정한 실험결과이다.
그리고, 도 5a ~ 5b는 수용홈(220)의 높이(H)와 수용홈(220)의 폭(W)의 비율에 따른 수용홈(220) 중앙부(C영역)에서의 출광량을 측정한 실험결과로, 첨부한 도 5a는 H/W의 비율이 1일때의 광 출사경로에 따른 출광량를 측정하였으며, 도 5b는 H/W의 비율이 2일때의 광 출사 경로에 따른 출광량를 측정하였다.
글라스플레이트 W H/W 수용홈 중앙부(C영역)에서의 출광량
1.5LW 1 34.6%
1.5 22.2%
2 14.1%
위의 (표 1)을 살펴보면, 수용홈(220)의 폭(W)이 1.5LW로 고정된 상태로 수용홈(220)의 폭(W)과 수용홈(220)의 높이(H)의 비율이 달라지게 됨에 따라 수용홈(220) 중앙부(C영역)에서의 광의 출광량 또한 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 여기서, LED(129a) 상부에서 핫스팟과 같은 얼룩이 발생하는 것을 방지하기 위해서는 LED(129a)가 수용되는 수용홈(220)의 중앙부(C영역)에서의 출광량은 15% 이하로 조절하는 것이 바람직하므로, 수용홈(220)의 폭(W)과 수용홈(220)의 높이(H)의 비율이 2를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 글라스플레이트(200)의 지지층(201)의 높이(D1)는 고정변수로 1mm로 이루어질 수 있으며, 이러한 지지층(201)의 배면으로부터 돌출되어 형성되는 입체패턴렌즈(210)의 높이(D2)는 아래 (수학식 2)에 의해 정의되도록 할 수 있다.
(수학식 2)
D2 = (P1/2)*tan(90°- ai) + LD
여기서 P1은 이웃하여 위치하는 LED(129a) 간의 간격을 의미하며, ai는 글라스플레이트(200)의 수용홈(220)에 수용된 LED(129a)로부터 방출되는 광 중 전반사가 발생되지 않는 임계각을 나타낸다.
그리고 LD는 LED(129a)의 높이를 나타낸다.
이러한 입체패턴렌즈(210)의 높이(D2)는 LED(129a)의 측면으로부터 출광되는 광을 수직하게 출사되도록 할 수 있으며, 또한 LED(129a)가 수용되는 수용홈(220)의 높이(H)보다 높게 형성되어, 수용홈(220)으로부터 굴절되는 광 또한 추가로 제어되도록 할 수 있다.
이때, 입체패턴렌즈(210)의 측면(215)의 경사각도(α)는 아래 (수학식 3)를 만족하도록 설계하는 것이 바람직하다.
(수학식 3)
Tan-1 (D2/P2) < a < 90°
여기서 P2는 (P1 - LW) / 2에 의해 정의될 수 있다.
또한, 경사각도(α)는 위의 (수학식 3)를 만족하는 범위 내에서, Wt/P2가 0.2 ~ 0.45 이내의 범위를 만족하도록 하는 것이 바람직하다.
이는 아래 (표 2)를 참조하여 확인할 수 있는데, (표 2)는 Wt/P2에 따라 수용홈(220) 주변부인 도면상에 정의한 D영역에서의 출광량을 측정한 실험결과이다.
글라스플레이트 Wt/P2 수용홈 주변부(D영역)에서의 출광량
0 38.1%
0.2 31.9%
0.45 22.6%
0.7 17.7%
1 13.2%
여기서 Wt는 입체패턴렌즈(210)의 수용홈(220) 주변의 수평면(213)의 폭을 나타내며, P2는 지지층(201)의 입체패턴렌즈(210)의 수용홈(220) 주변의 폭을 나타낸다. Wt/P2가 0일 경우에는 입체패턴렌즈(210)의 수평면(213)이 전혀 없음을 의미하게 되며, Wt/P2가 1일 경우에는 측면(215)이 지지층(201)으로부터 경사각도(α) 없이 수직 절곡되어 형성됨을 의미하게 된다.
이때, LED(129a)가 수용되는 수용홈(220)의 주변부(D영역)에서의 출광량은 25 ~ 35%로 조절하는 것이 바람직하므로, Wt/P2가 0.2 ~ 0.45 이내의 범위를 만족하도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 입체패턴렌즈(210)의 측면(215)의 경사각도(a)는 Wt/P2가 0.2 ~ 0.45 이내의 범위를 만족하는 내에서, (수학식 3)를 만족하도록 설계하는 것이 바람직하다.
여기서, 첨부한 도 6a ~ 6d는 Wt/P2에 따른 화상을 나타낸 실험데이터로, 도 6a는 Wt/P2가 0일 경우를 나타내며, 도 6b는 Wt/P2가 0.45일 때, 도 6c는 Wt/P2가 0.7 일때 그리고 도 6d는 Wt/P2가 1일때의 화상을 나타낸 실험데이터이다.
먼저 도 6a를 살펴보면, 입체패턴렌즈(210)의 측면(215)의 경사각도(a)가 Wt/P2를 0으로 설계하는 경우, LED(129a)가 위치하는 수용홈(220)의 중심부(C영역)의 휘도가 주변부(D영역)에 비해 낮아 LED(129a)의 상부로 핫스팟이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 6c와 도 6d를 살펴보면, 입체패턴렌즈(210)의 측면(215)의 경사각도(a)가 Wt/P2를 0.7 이상으로 설계하는 경우에는 LED(129a)가 위치하는 수용홈(220)의 중심부(C영역)에서만 휘도가 높게 측정되고 수용홈(220)의 주변부(D영역)에서는 휘도 저하에 의해 암부가 발생되어 암부 격자가 발생되는 것을 확인할 수 있다.
이에 반해, 도 6b를 살펴보면 입체패턴렌즈(210)의 측면(215)의 경사각도(a)가 Wt/P2를 0.45로 설계하는 경우에는 핫스팟이나 암부 격자가 발생되지 않고 전방으로 균일한 휘도가 측정되게 되며, 따라서 균일한 면광원을 구현하게 되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 입체패턴렌즈(210)의 측면(215)의 경사각도(a)는 Wt/P2가 0.2 ~ 0.45 이내의 범위를 만족하는 내에서, (수학식 3)를 만족하도록 설계하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 글라스플레이트(200)의 배면으로 (수학식 1)과 H/W의 비율이 2를 만족하는 폭(W)과 높이(H)를 갖는 수용홈(220)을 설계하고, 입체패턴렌즈(210)의 높이(D2)를 (수학식 2)을 만족하도록 설계하며, 또한 입체패턴렌즈(210)의 측면(215)의 경사각도(a)를 Wt/P2가 0.2 ~ 0.45 이내의 범위를 만족하는 내에서, (수학식 3)를 만족하도록 설계되는 입체패턴렌즈(210)를 형성함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(도 1의 100)는 LED(129a) 상부에서 핫스팟과 같은 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 이를 통해, 액정표시장치(도 1의 100)의 화질이 저하되는 문제점이 발생하는 것 또한 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 글라스플레이트로 광이 진행되는 경로를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(도 1의 100)는 백라이트 유닛(도 1의 120)의 광원인 LED어셈블리(도 1의 129) 상부로 글라스플레이트(200)를 위치시키고, 글라스플레이트(200)의 배면으로 형성되는 입체패턴렌즈(210)의 각 수용홈(220) 내부로 LED어셈블리(도 1의 129)의 LED(129a)가 각각 위치하도록 한다.
이때, 수용홈(220)은 앞서 전술한 (수학식 1)과 과 H/W의 비율이 2를 만족하도록 폭(W)과 높이(H)를 가지며, 입체패턴렌즈(210)의 높이(D2)는 (수학식 2)을 만족하며, 또한 입체패턴렌즈(210)의 측면(215)의 경사각도(a)는 Wt/P2가 0.2 ~ 0.45 범위를 만족하는 내에서, (수학식 3)를 만족한다.
따라서, 글라스플레이트(200)는 수용홈(220) 주변으로 광확산굴절영역(A)을 정의하게 되며, 또한 이웃하여 위치하는 입체패턴렌즈(210) 사이 주변으로는 전반사영역(B)을 정의하게 된다.
여기서, 수용홈(220) 주변의 광확산굴절영역(A)은 LED(129a) 로부터 방출되는 광 중 수직으로 출광되는 광(F1)을 확산시키게 된다.
즉, 글라스플레이트(200)의 수용홈(220) 내부로 위치하는 LED(129a)로부터 발광된 광(F1, F2)은 입체패턴렌즈(210) 내부로 입사되게 되고, 입체패턴렌즈(210) 내부로 입사된 광(F1, F2) 중 일부 광(F1)은 굴절없이 그대로 진행되어 수용홈(220) 중앙부(C영역)로 출광되게 된다.
이때, 굴절없이 그대로 입체패턴렌즈(210)의 전방으로 출사되는 광(F1)의 출광량은 약15% 이내이다.
그리고, 일부 광(F2)은 수용홈(220)의 경계에 의해 확산되어 굴절되게 되는데, 즉, 수용홈(220)의 경계에 임계각 이하로 입사되는 광(F2)은 수용홈(220)의 경계를 투과하는 과정에서 확산되어 굴절되게 된다.
따라서, 일부 광(F2)은 수용홈 주변부로 출광되게 되게 된다.
그리고, 수용홈(220)의 경계에 임계각 이상으로 입사되는 광(F3)은 전반사되어 입체패턴렌즈(210)의 측면(215)을 통해 전반사영역(B)의 입체패턴렌즈(210)의 전방으로 출사되게 되는데, 이웃하여 위치하는 입체패턴렌즈(210) 사이 주변으로 출사되게 된다.
이때, 수용홈(220)의 경계에 의해 확산 및 굴절되는 광과 전반사되는 광(F3)의 출광량은 약 50 ~ 70%가 된다.
따라서 입체패턴렌즈(210)의 수용홈(220) 중앙부(C)로 출광되는 광(F1, F2)과 이웃하여 위치하는 입체패턴렌즈(210) 사이 주변(D)으로 출광되는 광(F3)은 모두 균일한 휘도를 갖게 된다.
즉, LED(129a)로부터 출사된 광(F1, F2, F3) 중 입체패턴렌즈(210)의 중심부(C), 즉 수용홈(220) 중앙부(C)로 집중되는 광(F1, F2)은 수용홈(220) 주변부(D)와 이웃하여 위치하는 입체패턴렌즈(210) 사이 주변으로 분산되어 입체패턴렌즈(210)를 중심으로 좌, 우 휘도가 상승되게 되고 넓은 지향각을 갖게 되는 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(도 1의 100)는 백라이트 유닛(도 1의 120)이 배면에 입체패턴렌즈(210)와 각각의 입체패턴렌즈(210)에 LED(129a)가 수용되는 수용홈(220)이 구비된 글라스플레이트(200)를 포함함에 따라, LED(129a) 상부에서 핫스팟과 같은 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이를 통해, 액정표시장치(도 1의 100)의 화질이 저하되는 문제점이 발생하는 것 또한 방지할 수 있다.
또한, LED(129a) 상부에서 핫스팟과 같은 얼룩이 발생하는 것을 방지하기 위하여 구비하여던 반사패턴시트와 반사시트(=반사패턴)의 구성을 생략할 수 있어, 이를 통해서 경량 및 박형을 구현할 수 있으며, 또한 공정비용 절감 및 조립의 편의성 또한 가져올 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 글라스플레이트의 또 다른 구성을 개략적으로 도시한 배면 사시도이다.
도시한 바와 같이, 글라스플레이트(200)는 지지층(201)과, 지지층(201)의 배면으로부터 돌출되는 입체패턴층으로 이루어지는데, 입체패턴층은 지지층(201)의 배면에 육각형의 하부면(231)이 정의되며, 이러한 하부면(231)으로터 상향 돌출되는 6개의 측면(235)과, 하부면(231)과 평행하게 대면하며 6개의 측면(235)을 연결하는 수평면(233)으로 이루어지는 입체패턴렌즈(230)를 포함한다.
이때, 6개의 측면(235)은 하부면(231)으로부터 서로 마주보는 방향으로 일정각 경사를 이루며 상향 돌출됨에 따라, 6개의 측면(235)을 연결하는 수평면(233)은 하부면(231) 보다 작은 면적을 갖게 형성된다.
이러한 입체패턴렌즈(230)의 각 수평면(233)의 중심부에는 하부면(231)을 향해 오목한 수용홈(220)이 구비되며, 수용홈(220)은 돔구조 형상으로 이루어질 수 있는데, 이러한 수용홈(220) 내부로 LED어셈블리(도 3의 129)의 각 LED(도 7의 129a)가 위치하게 된다.
이러한 다수의 입체패턴렌즈(230)는 지지층(201)의 배면으로부터 종방향과 횡방향으로 서로 인접 배열하며, 서로 이웃한 입체패턴렌즈(230) 사이는 빈 공간이 없도록 촘촘하게 배열한다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
129 : LED 어셈블리(129a : LED, 129b : PCB)
200 : 글라스플레이트(201 : 지지층, 210 : 입체패턴렌즈, 220 : 수용홈)

Claims (11)

  1. PCB 상에 다수의 LED가 실장된 LED어셈블리와;
    상기 LED어셈블리 상부로 위치하며, 상기 각각의 LED가 실장되는 수용홈이 구비된 글라스 재질의 글라스플레이트와;
    상기 글라스플레이트 상부로 위치하는 액정패널
    을 포함하며,
    상기 글라스플레이트는 배면으로 상기 수용홈이 각각 구비되는 입체패턴렌즈가 돌출되고,
    상기 글라스플레이트는 지지층과, 상기 지지층의 배면으로부터 상기 입체패턴렌즈가 종방향과 횡방향으로 서로 인접 배열되도록 돌출되고,
    상기 입체패턴렌즈는 상기 지지층의 배면에 정의되는 하부면과, 상기 하부면으로부터 서로 마주보는 방향으로 경사각도를 가지며 상향 돌출되는 4개 또는 6개의 측면과 상기 4개 또는 6개의 의 측면을 연결하는 수평면을 포함하며, 상기 수평면은 상기 하부면 보다 작은 면적을 가지고,
    Wt/P2는 0.2 ~ 0.45인 되는 표시장치.
    P2 = (P1 - LW) /2;
    P1은 이웃하여 위치하는 상기 LED 간의 간격;
    LW는 상기 LED의 길이;
    Wt는 상기 입체패턴렌즈의 상기 수용홈 주변의 수평면의 폭을 나타냄.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용홈의 폭(W)은 1.5LW ≤ W < P1(LW는 상기 LED의 길이, P1은 이웃하여 위치하는 상기 LED 간의 간격)을 만족하는 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수용홈은 높이(H)와 상기 폭(W)의 비율이 2인 표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 입체패턴렌즈의 높이(D2)는 D2 = (P1/2)*tan(90°- ai) + LD(LD는 상기 LED의 높이, P1은 이웃하여 위치하는 상기 LED 간의 간격, ai는 상기 LED로부터 방출되는 광 중 전반사가 발생되지 않는 임계각)를 만족하는 표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사각도 (a) 는 Tan-1 (D2/P2) < a < 90°을 만족하는 표시장치.
    P2는 제 1항에서 정의된 것과 동일함.
    D2는 상기 입체패턴렌즈의 높이를 나타냄.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정패널과 상기 글라스플레이트 사이로는 광학시트가 개재되는 표시장치.
  9. PCB 상에 다수의 LED가 실장된 LED 어셈블리와;
    상기 LED 어셈블리 상부로 위치하며, 상기 각각의 LED가 실장되는 수용홈이 구비된 글라스 재질의 글라스플레이트와;
    상기 글라스플레이트 상부로 위치하는 액정패널을 포함하고,
    상기 글라스플레이트는 배면으로 상기 수용홈이 각각 구비되는 입체패턴렌즈가 돌출되며,
    상기 글라스플레이트는 지지층과, 상기 지지층의 배면으로부터 상기 입체패턴렌즈가 종방향과 횡방향으로 서로 인접 배열되도록 돌출되고,
    상기 입체패턴렌즈는 상기 지지층의 배면에 정의되는 하부면과, 상기 하부면으로부터 서로 마주보는 방향으로 경사각도를 가지며 상향 돌출되는 4개 또는 6개의 측면과 상기 4개 또는 6개 측면을 연결하는 수평면을 포함하고, 상기 수평면은 상기 하부면 보다 작은 면적을 가지고,
    상기 입체패턴렌즈의 높이(D2)는 하기 식 (2)를 만족하고,
    상기 경사각도(a)는 하기 식 (3)을 만족하며,
    Wt/P2는 0.2 ~ 0.45를 만족하는 표시장치.
    D2 = (P1/2)*tan(90°- ai) + LD (2)
    Tan-1 (D2/P2) < a < 90° (3)
    P1은 이웃하여 위치하는 상기 LED 간의 간격;
    LD는 상기 LED의 높이;
    ai는 상기 LED로부터 방출되는 광 중 전반사가 발생되지 않는 임계각;
    LW는 상기 LED의 길이;
    P2 = (P1 - LW) /2;
    Wt는 상기 입체패턴렌즈의 상기 수용홈 주변의 수평면의 폭을 나타냄.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 수용홈의 폭(W)은 하기 식 (1)을 만족하는 표시장치
    1.5LW ≤ W < P1 (1)
    LW는 상기 LED의 길이;
    P1은 이웃하여 위치하는 상기 LED 간의 간격을 나타냄.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 수용홈은 높이(H)와 상기 폭(W)의 비율이 2인 표시장치.
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