KR20010015155A - 백 라이트를 갖는 디스플레이 스크린 - Google Patents

백 라이트를 갖는 디스플레이 스크린 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백 라이트를 갖는 디스플레이 스크린(1)을 기술하는데, 상기 백 라이트는 최소한의 광원(4)과 광학 가이드 판(2)을 포함한다. 빛 분포의 균일성은, 광학 가이드 판(2)의 측면(9)에 있는 반사 톱니(10)에, 그리고/또는 광학 가이드 판(2)의 뒷면(8)이나(또는) 앞면(7)에 수직인 수직 벽을 갖는 홈(11)들이 광선을 산란시킴으로서 달성된다. 수직 벽을 갖는 상기 홈(11)들은 또한, 디스플레이 스크린(1)의 백 라이트에 상기 빛의 결합(coupling-out)을 개선시킨다.

Description

백 라이트를 갖는 디스플레이 스크린{DISPLAY SCREEN WITH BACKLIGHT}
본 발명은 디스플레이 스크린, 특히 백 라이트(backlight)가 있는 액정 디스플레이 스크린에 관한 것으로, 상기 백 라이트는 하나 이상의 광원과, 디스플레이 스크린과 마주하는 앞면, 뒷면 및 측면들을 갖는 광학 가이드 판을 포함한다.
액정 디스플레이 스크린은 수동(passive) 디스플레이 시스템으로, 스스로 빛을 발하지 않는다. 상기 디스플레이 스크린은 빛이 액정 층을 통과하거나 통과하지 않는 원리에 기초한다. 이것은 이미지를 생성하기 위하여 외부 광원이 필요하다는 것을 의미한다. 반사형 액정 디스플레이 스크린에 있어서, 에워싼(ambient) 빛은 외부 광원으로 이용된다. 투과형 액정 디스플레이 스크린에 있어서, 인위적(artificial) 빛이 백 라이트 시스템에서 생성된다.
백 라이트 시스템은 배경(background)조명을 위한 빛을 공급하는 광원, 그리고 앞면과 뒷면과 다수의 측면들을 가지는 광학 가이드 판을 포함한다. 액정 디스플레이 스크린에 대한 배경 조명으로서 빛을 가이드 하기 위하여, 광원에 인접한 광학 가이드 판의 한 측면으로 상기 광원에서 생성된 빛이 들어오게 된다. 백 라이트 시스템의 다른 구성 성분(component)은, 뒷면으로부터 빠져나가는 광을 다시 광학 가이드 판 내로 반사하는 반사층과 광학 가이드 판 내에 있는 광 산란 요소(light-scattering elements)이다.
광원이 방출하는 광선이 광학 가이드 판에 들어가면, 빛은 일반적으로 광원의 세로 방향으로 진행하고, 이것은 앞면과 뒷면에서 반복되는 내부 전반사로 이뤄진다. 광선이 산란 물질에 입사하면, 내부 전반사의 조건은 방해받고, 세로 방향의 진행 경로는 중단된다. 빛의 일 부분은, 확실한 액정 디스플레이 스크린의 배경 조명을 위하여, 액정 디스플레이 스크린으로 산란된다.
광 분산에 대하여 서로 다른 원리들이 이용된다. 예를 들어, 앞면이나 뒷면에 노치(notches)가 있는 광학 가이드 판에 관해서는, 유럽 특허(EP 0 590 511 A1)에 공지됐다. 그리고, 소정의 크기를 가진 기포를 포함하는 광학 가이드 판에 관해서는, 일본 특허 초록(공보 번호 08248232A)에 기술됐다.
실제로, 앞면에 균일한(homogeneous) 조명이 일어나게 하는 방식으로, 상기 산란 구조물의 공간적(spatial) 배치를 결정하는 것이, 어렵다는 것은 증명됐다. 이것은 예를 들어 발광 다이오드 같이, 다소 미세한 형태(punctiform)의 광원을 사용할 때 특별히 적용된다. 균일한 분포(distribution)를 이루기 위해서, 다수의 발광 다이오드를 사용해야한다.
본 발명의 목적은 광 분포의 균일성을 개선하는 디스플레이 스크린에 대한 백 라이트 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 하나 이상의 광원과, 디스플레이 스크린과 마주하는 앞면과 뒷면과 측면들을 갖는 광학 가이드 판을 포함하는, 백 라이트를 가진 디스플레이 스크린에 의해서 해결되는데, 광학 가이드 판의 수직 구성성분에 따라 광원에서 방사된 광선을 반사시키고, 광학 가이드 판의 다른 구성 성분에 대하여 확산(diffuse) 산란시키기 위하여, 상기 광학 가이드 판은 하나 이상의 측면에 있는 반사 톱니부 그리고/또는 수직벽부를 갖는 홈들을 구비하는 것이 특징이다.
광학 가이드 판의 측면에 있는 톱니부나 홈들로 인해, 광선은 광학 가이드 판의 xy 평면에 무작위로(randomly) 분포되는 반면, z 성분은 반사하는 동안 유지된다. 그러므로 입사 광은 광학 가이드 판 전체에 균일하게 퍼진다(spread).
모든 측면을 따라 규칙적으로 반사 톱니 부를 제공하는 것이 바람직하다.
광학 가이드 판의 측면에서의 반사가 앞면 및 뒷면의 전반사 조건을 위배하지 않기 때문에, 빛은 광학 가이드 판 가장 자리(edges)에서의 반사로 광학 가이드 판 전체에 효과적으로 퍼질 수 있다.
앞면 그리고/또는 뒷면에 수직하게(perpendicularly) 홈을 제공하는 것이 바람직하다.
수직 벽을 갖는 홈은, 또한 광학 가이드 판에서 광의 균일한 분포를 개선시킨다. 상기 홈의 벽부에 광선이 입사하면, 빛은 홈의 옆면이나 홈의 상부 경계 면에서 전반사 되거나, 홈 안으로 굴절된다. 광선이 홈 안으로 굴절된 후에, 수직 측면을 통해 상기 홈을 빠져나갈 때, 광선의 z 성분은 유지되고, xy 방향은 굴절로 인해 변하게 된다. 상기 빛은 광학 가이드 판 전체에 균일하게 퍼진다.
홈이 광학 가이드 판을 완전히 또는 부분적으로 관통(penetrate)하는 것이 바람직하다.
홈에 의해서, 빛은 디스플레이 스크린의 방향으로 더 잘 결합(coupled out)될 수 있다. 광선이 상기 홈의 벽면에 입사되면, 빛은 홈의 옆면이나 상부 경계 면에서 전반사 되거나 홈 안으로 굴절된다. 광선이 홈의 상부 또는 하부 경계면을 통해 빠져 나온다면, 광선은 일반적으로 광학 가이드 판 밖으로 분산된다. 상기 효과의 크기와 연결된(coupled-out) 빛의 각도 분포(angle distribution)는 홈의 높이와 홈의 횡단면의 비(ratio)에 직접 따르고, 그렇기 때문에, 잘 제어될 수 있다.
산란 요소는 홈의 바닥에 있는 것이 바람직 할 수 있다.
광선의 추가 분포는 산란 요소에 의해 이뤄질 수 있다. 광선이 홈에 수직 측면을 통하여 옆면으로 입사할 때와, 광선이 산란 요소에 입사하면, 광선은 홈 상부 개구부(opening)를 통해 빠져 나오거나, 홈의 수직 측면을 통해 다시 광학 가이드 판에 도달하는 방식으로 산란될 수 있다. 빛이 광학 가이드 판에 입사하는 경우, 광선은 광학 가이드 판의 xy 면에 걸쳐 퍼지지만, 광학 가이드 판의 앞면과 뒷면에서의 전반사 조건은 유지된다.
본 발명은 또한, 광학 가이드 판이 앞면, 뒷면, 그리고 측면들을 가지고 있으며, 상기 광학 가이드 판이 하나 이상의 측면에 반사 톱니부를 갖고, 그리고/또는 수직 벽부를 갖는 홈들이 있다는 것에 관한 것이다.
하나 이상의 측면에 반사 톱니부 그리고/또는 수직 벽부를 갖는 홈들로 인해, 입사 광선은 광학 가이드 판의 수직 구성 성분에 따라 반사되고, 광학 가이드 판의 나머지 구성성분에 따라 넓게 산란된다. 광선은, 빛이 확실히 균일하게 분포되도록, 광학 가이드 판의 xy 면에 걸쳐 퍼진다.
본 발명의 상기 관점들과 다른 관점들은, 이후에 기술될 실시예를 참고로 하여 명료히 밝혀지게 될 것이다.
도 1은 백 라이트 시스템을 갖는 디스플레이 스크린의 수직 단면도.
도 2는 앞면과 뒷면에 수직인 홈(recesses)들 뿐만 아니라 측면에 톱니(indentations)가 있는 광학 가이드 판의 사시도.
도 3 앞면과 뒷면에 수직인 홈들뿐만 아니라 측면에 있는 톱니가 광학 가이드 판의 수평 단면도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 디스플레이 스크린 2: 광학 가이드 판(optical guide plate)
4: 광원(light source) 10: 반사 톱니부(indentations) 11: 홈(recess)
도 1은 백 라이트 시스템을 가진 디스플레이 스크린(1)을 도시하는데, 예를 들면, 액정 디스플레이 스크린이다. 백 라이트 시스템은 발광 다이오드나 냉 음극 램프(cold cathode lamp)등의 광원(4)과, 폴리메칠 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)같은 투명한 합성(synthetic) 물질로 제작된 광학 가이드 판(2)을 포함한다. 광학 가이드 판(2)은 디스플레이 스크린(1)과 마주하는 앞면(7)과 뒷면(8), 그리고 다수의 측면(9)을 가진다. 광원(4)에서 방사된 광선(5)은 광원(4)에 인접한 측면(9)을 경유해 광학 가이드 판(2)에 도달한다. 광학 가이드 판(2)의 측면(9)은 임의의 높이와 지름과 횡단면, 예를 들어 부채꼴과 같은 횡단면(cross-section of a sector of a circle)의 반사 톱니부(10)를 갖는다. 더욱이, 수직 벽부를 가지는 홈(11)은 앞면(7) 그리고/또는 뒷면(8)에 수직으로 광학 가이드 판(2)에 제공된다. 상기 홈들(11)은 예를 들어 구멍을 뚫어(punching) 제작되는데, 광학 가이드 판(2)을 완전히 관통하거나 완전히 관통하지 않을 수도 있다. 확산층(3)은 디스플레이 스크린(1)과 광학 가이드 판(2) 사이에 위치한다. 반사층(6)은 뒷면(8)아래 위치한다.
선택적으로, 산란 요소는 광학 가이드 판을 완전히 관통하지 않은 홈의 바닥에 제공될 수 있다. 상기 산란 요소는, 예를 들면, 투명하고(transparent), 최대 100 마이크로 미터 크기의 지름을 가지며, 폴리메칠 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)같은 투명한 합성(synthetic) 물질로 제작된 흡수되지 않는 패럿(non absorbing pellet)일 수 있다. 광학 가이드 판을 완전히 관통한 홈들은, 적어도 홈의 크기와 비슷한 반사층(6) 상의 면적이 분산하는 특징을 갖는다.
광원(4)으로서 냉 음극 램프를 사용하면, 광원(4)은 반사 실드(reflecting shield)가 추가로 제공될 수 있다.
도 2는 광학 가이드 판(2)의 앞면과 뒷면에 수직인 홈(11)과 광학 가이드 판(2)의 측면(9)에 톱니부(10)를 갖는 광학 가이드 판(2)을 도시한다. 반사 톱니부(10)는, 본 실시예에서, 측면(9)의 수직 물결 모양의 주름(vertical corrugation)에 따른 방식으로 형성되어 있다. 수직 벽부를 가지는 홈(11)은, 예를 들어, 원형이나 타원형이나 다이아몬드형이나 직사각형 횡단면과, 임의(arbitrary)의 지름을 가질 수 있다.
도 3은 광학 가이드 판(2)의 앞면과 뒷면에 수직인 수직 측면을 갖는 홈(11)과 광학 가이드 판(2)의 측면(9)에 톱니(10)를 갖는 광학 가이드 판(2)의 수직 횡단면도이다.
다시 말해서, 광학 가이드 판(2)은 광학 가이드 판(2)의 측면에 반사 톱니부(10)만을 갖거나, 또는 수직벽부를 갖는 뒷면(8) 그리고/또는 앞면(7)에 수직인 홈(11)을 갖도록 형성될 수 있다.
디스플레이 스크린(1)의 배경 조명은 다음과 같이 이루어진다. 광원(4)에서 방사된 광선(5)은 측면(9)을 경유해 광학 가이드 판(2)으로 입사되고, 앞면(7)과 뒷면(8)에서 반복되는 전반사 때문에, 광원(4)의 세로 길이 방향으로 진행한다. 광선(5)이 광학 가이드 판(2)의 측면(9)에 있는 반사 톱니(10)에 입사하면, 광선(5)은 광학 가이드 판(2)의 xy 면에 대해 임의로 분산되지만, 수직 구성 성분은 유지된다. 광선(5)이 홈(11)의 상기 벽부에 입사되면, 광선은 홈(11)의 상부 경계면이나 측면에서 전반사 되거나, 홈(11)안으로 굴절된다. 광선(5)이 수직 측면을 통해 홈(11)에서 나오면, 광선(5)의 z 성분은 유지되는 반면, 굴절로 인해 xy 방향은 변한다. 광선(5)이 홈(11)의 상부 또는 하부 경계면에 입사하고 빠져나갈 때, 광선(5)은 일반적으로 광학 가이드 판(2)의 밖으로 산란된다. 뒤쪽(backwardly)으로 빠져나가는 빛은 반사층(6)을 통해서 광학 가이드 판(2)으로 다시 반사된다.
산란 요소가 광학 가이드 판을 완전히 관통하지 않은 홈(11)의 바닥에 제공되면, 수직 측면을 통해 홈(11)의 측면에 입사하는 광선(5)은, 빛이 홈(11)의 수직 측면을 통해 광학 가이드 판(2)에 다시 도달하거나, 홈(11) 상부의 개부구를 통해 빠져나가도록, 산란 요소에 입사 시에 산란된다.
반사층(6)이, 광학 가이드 판(2)을 완전히 관통하는 홈(11)의 영역에서, 반사하고 분산되는 성질을 가질 때, 뒤쪽(backward)으로 빠져나기는 광선(5)은, 상기 광선이 광학 가이드 판에 다시 도달하거나 홈(11) 상부의 개구부를 통해 빠져나가는 식의 방법으로 반사된다.
디스플레이 스크린(1)의 배경 조명을 위한 빛은 또한, 예를 들어 흰색 자극 점(impressed dot of white color) 구조나, 앞면(7)이나 뒷면(8)의 표면 구조와, 적당한 톱니들에 의해, 결합(coupled out)될 수 있다.
디스플레이 스크린(1)의 확실한 배경 조명을 위하여, 상기 결합된(coupled out) 광선(5)은 확산층(3)을 통해 상기 디스플레이 스크린에 결국 도달한다.

Claims (6)

  1. 하나 이상의 광원(4)과, 디스플레이 스크린(1)을 마주하는 앞면(7), 뒷면(8) 및 측면들(9)을 가진 광학 가이드 판(2)을 포함하는 백 라이트를 가진 디스플레이 스크린(1)에 있어서,
    상기 광학 가이드 판의 수직 구성 성분에 따라 상기 광원(4)에서 방사된 광선(5)을 반사시키고, 상기 광학 가이드 판의 나머지 구성 성분에 대하여 확산 산란(diffuse scattering)시키기 위하여,
    상기 광학 가이드 판(2)은 하나 이상의 측면(9)에 있는 반사 톱니부(indentations)(10) 그리고/또는 수직 벽부(vertical walls)를 갖는 홈(recesses)(11)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 스크린.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 반사 톱니(10)가 모든 측면(9)을 따라 규칙적(regularly)으로 제공되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 스크린.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 홈(11)들이 상기 앞면 그리고/또는 상기 뒷면에 수직으로 제공되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 스크린.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 홈(11)들이 광학 가이드 판(2)을 부분적으로 또는 완전히 관통한 것을 특징으로 하는, 디스플레이 스크린.
  5. 제 1항에 있어서, 산란 요소(scattering elements)가 상기 홈(11)들의 바닥에 존재하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 스크린.
  6. 앞면(7), 뒷면(8), 그리고 측면(9)들을 가지는 광학 가이드 판에 있어서,
    하나 이상의 측면(9)에 반사 톱니부(10) 그리고/또는 수직 벽부를 갖는 홈(11)들을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 가이드 판.
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