KR20000024963A - 백 라이트 유니트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백 라이트 유니트를 개시한다. 개시된 본 발명은, 램프 반사체(12)로 둘러싸인 형광 램프(1)의 측부에 도광판(20)이 배치되고, 도광판(20)의 하부에는 반사판(30)이, 상부에는 각종 광학판이 배치된다. 도광판(20)은 형광 램프(1)에 인접한 일측면의 하단에서 타측면 상단으로 이어지는 면이 빗변이 되는 직각삼각형이고, 반사판(30)도 도광판(20)과 대칭되는 직각삼각형이다. 도광판(20)과 반사판(30)의 각 빗변은 소정 틈새를 두고 이격배치되고, 각 빗변은 수평면(21,31)과 경사면(22,32)이 연속적으로 이어지는 단차진 형상을 이루며, 각 수평면(21,31)들과 경사면(22,32)들은 서로 평행하게 배치되면서 도광판(20)의 수평면(21) 중앙이 반사판(30)의 수평면(31)과 경사면(32) 연결선상에 위치하도록 절반씩 겹쳐지게 배열되고, 도광판(20)의 수평면(21)에는 입사면에 대해 광축이 45。의 위상차를 갖는 반파장판(40)이 부착되어서, 도광판(20)의 경사면(22)으로 입사된 횡파와 종파가 모두 포함된 광선 중 횡파는 경사면(22)에서 반사되고, 종파는 경사면(22)을 투과하여 반사판(30)의 경사면(32)에 의해 연직 상부로 반사되며, 반사판(30)의 경사면(32)에 의해 반사된 종파의 편광 방향이 반파장판(40)에 의해 횡파와 같은 편광 방향이 되도록 90。로 전환되므로써, 광효율이 100% 향상된다.

Description

백 라이트 유니트

본 발명은 백 라이트 유니트에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 백 라이트 유니트의 광원인 형광 램프의 빛을 액정 패널로 입사시키는 도광판과 반사판에 관한 것이다.

액정표시소자란 화상 표시 기구의 하나로써, 다른 화상 표시 기구인 씨알티(CRT)에 비해 경박단소형화 및 저소비전력을 실현할 수 있다는 장점이 있다. 이와 같은 액정표시소자는 씨알티와는 달리 스스로 빛을 내는 소자가 아니기 때문에 액정 화면 외에 광원을 필요로 하게 된다.

이러한 액정표시소자의 광원으로는 현재 형광램프(CCLF 또는 HCFL)가 사용되고 있으며, 상기 램프의 설치 위치에 따라 직하식 백 라이트 장치와 에지-라이트식 백 라이트 장치로 구분된다. 직하식 백 라이트 장치는 형광램프에서 발생된 빛을 확산판을 이용하여 균일화시킨 후, 이 빛을 액정패널에 입사시키는 구조이고, 에지-라이트식 백 라이트 장치는 형광램프의 빛을 도광판을 통해 액정패널에 입사시키는 구조로 되어 있는 바, 에지-라이트식 백 라이트 장치의 전형적인 한 예를 도 1을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

광원인 형광 램프(1)의 측면에 빛을 산란시켜 균일화시키는 도광판(2)이 부착,설치되어 있다. 형광 램프(1)는 램프 반사체(미도시)로 둘러싸여 있어서, 형광 램프(1)에서 발해진 빛은 직접, 또는 램프 반사체에 반사되어 도광판(2)으로 입사된다.

도광판(2)의 상면에는 확산판(4)이 배치되어 있으며, 하면에는 반사판(3)이 배치되어 있다. 확산판(4)은 액정 패널로 입사되는 빛의 균일도를 높여 주기 위한 것이고, 반사판(3)은 형광 램프(1)에서 발생된 빛의 외부 누출, 즉 도광판(2)의 하부로 빛이 누출되는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 확산판(4)의 상부에는 빛의 진행 경로를 전환시키고, 그 휘도를 도출하기 위한 한 쌍의 프리즘 상하판(6,5)이 배치되어 있다. 정전기 방지를 위한 ITO 전극판(7)이 프리즘 상판(6)상에 배치되어 있고, 프리즘판(5,6)의 형상 보호를 위해, ITO 전극판(7)상에 보호판(8)이 배치되어 있고, 액정 패널은 보호판(8) 상부에 소정 거리를 두고 이격배치되어 있다. 액정 패널은 편광판(9)과 액정이 봉입된 박막 트랜지스터(10) 및 검광판(11)으로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 백 라이트 유니트는, 형광 램프(1)에서 방사된 빛이 직접, 또는 램프 반사체에 의해 반사되어 도광판(2)으로 입사되고, 이어서 확산판(4)과 프리즘판(5,6)을 통해 액정 패널로 입사되어 소정의 화상이 형성되도록 한다.

보다 구체적으로, 형광 램프(1)에서 나온 빛은 반사판(3)에 의해 외부로의 누출이 방지된 채 도광판(2)으로 입사되어 고르게 산란되고, 이와 같이 산란된 빛은 도 2에 도시된 바와 같이, 확산판(4)에 의해 더욱 균일화된 후, 도 3와 같이 프리즘 상하판(6,6)을 통과하면서 일정각으로 진행 경로가 전환된다. 빛은 ITO 전극판(7)을 투과하여 보호판(8)을 지나 액정 패널의 편광판(9)으로 입사된다.

그런데, 편광판(9)으로 입사된 입사광은 P파와 S파가 모두 포함된 무편광빔이다. 따라서, 입사광의 P파와 S파 중 어느 한 파만이 편광판(9)과 검광판(11)을 통과할 수가 있게 된다.

구체적인 예를 들어서, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 편광판(9)은 그의 편광축 방향이 S파 방향이고, 검광판(11)은 반대로 P파 방향이다.

도 4a와 같이 박막 트랜지스터(10)가 '오프' 상태에서는, 입사광의 P파는 편광판(9)을 투과하지 못하고 S파만이 투과된다. S파는 액정에 의해 편광 방향이 90。로 전환되어서, 편광판(9)과 90。 위상차가 나게 배치된 검광판(11)을 투과하게 된다. 즉, 입사광중 S파만이 편광판(9)과 검광판(11)을 투과할 수가 있게 된다.

한편, 도 4b와 같이 박막 트랜지스터(10)가 '온' 상태에서는, 편광판(9)을 투과한 입사광의 S파는 편광 방향이 90。로 전환되지 않고 그대로 액정을 투과하게 되므로, 검광판(11)을 투과할 수가 없게 된다. 따라서, 입사광은 완전히 차폐되어진다.

이와 같이, 종래에는 입사광의 P파나 S파만이 편광판(9)과 검광판(11)을 투과할 수가 있으므로, 광효율이 50% 이하가 된다. 따라서, 광효율이 낮기 때문에, 원하는 화면의 밝기를 얻기 위해서는 2배 이상의 전력 소비가 필요하게 된다. 소비 전력이 증가되면 형광 램프(1)에서 발해지는 열도 2배로 증가되므로, 도광판(2)과 반사판(3) 및 확산판(4) 등이 쉽게 열화되어 주름지는 현상이 발생된다. 결과적으로, 화면 불량이 야기된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 광효율을 종래보다 2배 이상 증가시킬 수 있도록 하여, 소비 전력을 낮추고, 화면 불량을 방지할 수 있는 백 라이트 유니트를 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 종래의 백 라이트 유니트를 나타낸 단면도

도 2는 확산판에서 광 산란 특성을 나타낸 도면

도 3은 프리즘판의 광투과 특성을 나타낸 도면

도 4a 및 도 4b는 편광판과 검광판의 광투과 특성을 액정의 '온/오프' 상태에 따라 나타낸 도면

도 5는 본 발명에 따른 백 라이트 유니트를 나타낸 단면도

도 6은 본 발명의 주요부인 도광판과 반사판을 나타낸 도 5의 Ⅵ 부위의 확대 상세도

도 7은 도광판의 평면도

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

1 - 형광 램프 20 - 도광판

30 - 반사판 40 - 반파장판

21,31 - 수평면 22,32 - 경사면

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 백 라이트 유니트는 다음과 같은 구성을 갖는다.

도광판의 일측에 형광 램프가 배치되고, 형광 램프는 램프 반사체로 둘러싸인다. 도광판의 하부에는 반사판이 배치되고, 상부에는 확산판과 프리즘 상하판 등의 각종 광학판이 배치된다. 프리즘 상판에는 ITO 전극판이 배치되고, 그 상부에는 보호판이 배치된다.

도광판은 형광 램프가 배치된 측면이 높이가 되는 직각삼각형 형상을 갖는다. 반사판은 도광판에 대해 대칭되는 직각삼각형 형상을 갖는다. 도광판과 반사판의 대향하는 각 빗변은 소정 틈새를 두고 이격,배치되는데, 특히 각 빗변은 연속적으로 단차지게 형성된다. 단차지는 부분은 수평한 위치에 평행하게 배열되는 수평면과, 각 수평면을 연결하는 경사면으로 구성된다. 도광판의 수평면에 반파장판이 배치되어서, 반사판의 경사면에서 반사된 광의 편광 방향을 90。 전환시키게 된다.

한편, 도광판과 반사판의 각 수평면은 평행하고, 각 경사면도 평행하게 배치된다. 또한, 도광판의 수평면 중앙이 반사판의 수평면과 경사면 연결선상에 위치하도록, 도광판과 반사판의 각 수평면과 경사면은 절반씩 겹쳐지게 배열된다. 그리고, 각 판의 수평면과 경사면 길이는 형광 램프측에서 반대측으로 가면서 점진적으로 짧아지게 형성된다.

상기된 본 발명의 구성에 의하면, 도광판과 반사판에 형성된 수평면과 경사면 그리고 반파장판에 의해 입사광의 P파가 모두 S파로 전환되므로써, 광효율이 100%에 근접하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 백 라이트 유니트를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 주요부인 도광판과 반사판을 나타낸 도 5의 Ⅵ 부위의 확대 상세도이며, 도 7은 도광판의 평면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 도광판(20)의 좌측에 형광 램프(1)가 배치되고, 형광 램프(1)는 램프 반사체(12)로 둘러싸이게 된다. 반사판(30)이 도광판(20)의 하부에 배치되고, 도광판(20)의 상부로는 확산판(4), 프리즘 하판 및 상판(5,6), ITO 전극판(7), 및 보호판(8)이 순차적으로 배치된다. 편광판(9)과 박막 트랜지스터(10) 및 검광판(11)으로 구성된 액정 패널은 보호판(8) 상부에 소정 간격을 두고 이격배치된다.

도광판(20)은 형광 램프(1)에 인접하는 측면이 높이가 되는 직각삼각형이고, 반사판(30)도 도광판(20) 형상과 대칭되는 직각삼각형이다. 즉, 도광판(20)과 반사판(30)을 합치게 되면 직사각형이 된다. 도광판(20)과 반사판(30)의 각 빗변은 소정 틈새를 두고 이격배치되는데, 각 빗변은 연속적으로 단차지게 형성된다.

단차진 부분을 도 6을 참고로 하여 보다 상세히 설명한다. 도시된 바와 같이, 도광판(20)과 반사판(30)의 각 빗변은 수평면(21,31)과 경사면(22,32)이 연속적으로 연결된 형상으로 이루어진다. 도광판(20)과 반사판(30)의 각 수평면(21,31)들은 서로 평행하고, 또한 각 경사면(22,32)들도 평행하게 배치된다. 특히, 도광판(20)의 수평면(21) 중앙이 반사판(30)의 수평면(31)과 경사면(32) 연결선상의 연직 상부에 위치하게 된다. 즉, 도광판(20)과 반사판(30)의 각 수평면(21,31)과 경사면(22,32)은 서로 절반 정도씩 겹쳐지게 배열된다. 그리고, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 각 수평면(21,31)과 경사면(22,32)의 길이는 형광 램프(1)측으로부터 반대측으로 갈수록 점진적으로 짧아진다. 이는, 형광 램프(1)측에서 먼 부분에서 보다 많은 반사가 일어나게 하여, 전체적으로 광의 분포가 균일해지도록 하기 위함이다.

다시 도 6에서, 도광판(20)의 각 수평면(21)에는 반파장판(40:retardation plate)이 부착된다. 반파장판(40)은 입사면에 대해 광축이 45。 회전된 판으로서, 반사판(30)의 경사면(32)에서 반사된 광의 편광 방향을 90。 회전시키는 기능을 하게 된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 실시예의 동작을 도 6을 참고로 하여 상세히 설명한다.

형광 램프(1)에서 발해진 광은 직접 또는 램프 반사체(12)에 의해 반사되어 도광판(20)으로 입사된다. 이 입사광은 종파인 P파와 횡파인 S파가 모두 포함된 광선 a(P+S)와, 주로 S파인 광선 b로 구분할 수가 있다.

광선 a중 S파는 도광판(20)의 경사면(22)을 투과하지 못하고 반사되어, 이 반사된 광선 a(S')는 확산판(4)으로 입사된다. 그러나, 광선 a중 P파는 경사면(21)을 투과한 후, 반사판(30)의 경사면(32)에 의해 연직 상부로 반사된다. 이때, 광선 a(P)는 반파장판(40)을 지나면서 편광 방향이 90。 전환되어, S파인 광선 a(S'')로 확산판(4)에 입사된다. 따라서, 광선 a(P+S)가 광선 a(S')과 광선 a(S'')로 되어서, 2개의 S파로 변환되어진다.

이와 같이 모두 S파로 전환된 광선 a는 편광축이 S파 방향으로 되어 있는 편광판(9)을 광손실이 거의 없이 투과하게 된다. 편광판(9)을 투과한 광선 a는 박막 트랜지스터(10)의 '온' 또는 '오프' 상태에서 따라 차폐 또는 투과된다.

한편, 광선 b는 도광판(20)의 수평면(21)에서 전반사된 후, 다시 경사면(22)에서 전반사되어 확산판(4)으로 입사된다.

여기서, 도광판(20)의 굴절율을 1.5라 하면, 전반사각은 sin^-1(1/1.5) = 41.8。가 되므로, 이 전반사각보다 큰 각으로 입사한 모든 광선은 전반사된다. 즉, 거의 수평 상태로 입사되는 광선 b의 입사각이 상기 전반사각보다 크므로, 도광판(20)의 수평면(21)과 경사면(22) 모두에서 전반사되어 확산판(4)으로 입사된다. 반면에, 광선 a가 도광판(20)의 경사면(22)에서 전반사되지 않는 범위내에서, 경사면(22)의 경사각을 결정해주어야 된다.

상기된 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래에는 P파나 S파 중 어느 한 파만이 사용되었던 것이, 도광판(20)과 반사판(30)에 의해서 P파와 S파 모든 파가 사용되게 되므로써, 광효율이 종전 대비 100% 증가된다.

따라서, 원하는 화면의 밝기를 얻기 위한 소비 전력도 종전 대비 50% 절감된다. 또한, 소비 전력이 낮추어지게 되므로써, 형광 램프에서 발하지는 열도 낮아지게 되므로, 각종 판들이 고열에 의해 주름지는 것도 방지된다. 결과적으로 화질 상태가 양호해지게 된다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 램프 반사체로 둘러싸인 형광 램프의 측부에 도광판이 배치되고, 상기 도광판의 하부에는 반사판이, 상부에는 각종 광학판이 배치된 백 라이트 유니트에 있어서,

   상기 도광판은 형광 램프에 인접한 일측면의 하단에서 타측면 상단으로 이어지는 면이 빗변이 되는 직각삼각형이고, 상기 반사판은 도광판과 대칭되는 직각삼각형이며,

   상기 도광판과 반사판의 각 빗변은 소정 틈새를 두고 이격배치되고, 각 빗변은 수평면과 경사면이 연속적으로 이어지는 단차진 형상을 이루며, 상기 각 수평면들과 경사면들은 서로 평행하게 배치되면서 도광판의 수평면 중앙이 반사판의 수평면과 경사면 연결선상에 위치하도록 절반씩 겹쳐지게 배열되고, 상기 도광판의 수평면에는 입사면에 대해 광축이 45。의 위상차를 갖는 반파장판이 부착되어서,

   상기 도광판의 경사면으로 입사된 횡파와 종파가 모두 포함된 광선 중 횡파는 상기 경사면에서 반사되고, 종파는 경사면을 투과하여 상기 반사판의 경사면에 의해 연직 상부로 반사되며, 상기 반사판의 경사면에 의해 반사된 종파의 편광 방향이 상기 반파장판에 의해 횡파와 같은 편광 방향이 되도록 90。로 전환되는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유니트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 도광판과 반사판의 각 수평면과 경사면 길이는 형광 램프측에서 반대측을 갈수록 점진적으로 짧아지는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유니트.