KR20030097146A - 액정표시장치의 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 출사광을 액정패널의 수직방향으로 편향시킴으로써 광효율을 향상시킬 수 있는 액정표시장치의 백라이트 유닛에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛은 광원과, 광원으로부터의 광을 면광원으로 전환시키는 도광판과, 도광판 상에 형성되어 도광판으로부터의 광을 확산시킴과 아울러 광을 집광시키는 광학시트들과, 광학시트들 중 적어도 어느 하나의 광학시트는 서로 다른 굴절율을 가지는 적어도 두개의 물질이 액정표시장치의 광입사면에 대하여 경사지게 접합되는 베이스필름을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치의 백라이트 유닛{THE BACKLIGHT UNIT OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정표시장치의 백라이트 유닛에 관한 것으로, 특히 출사광을 액정패널의 수직방향으로 편향시킴으로써 광효율을 향상시킬 수 있는 액정표시장치의 백라이트 유닛에 관한 것이다.
통상적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display; 이하 "LCD"라 함)는 매트릭스 형태로 배열되어진 다수의 액정셀들과 이들 액정셀들 각각에 공급될 비디오 신호를 절환하기 위한 다수의 제어용 스위치들로 구성된 액정패널에 의해 백라이트 유닛(Back Light Unit)에서 공급되는 광의 투과량이 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시하게 된다.
도 1을 참조하면, 종래의 백라이트 유닛은 광을 발생시키는 램프(10)와, 램프(10)를 감싸는 형태로 설치되는 램프 하우징(14)과, 램프(10)로부터 입사되는 광을 평면광원으로 변환하는 도광판(12)과, 도광판(12)의 하부에 위치하여도광판(12)의 하면 및 측면으로 진행하는 광을 상면쪽으로 반사시키는 반사판(16)과, 도광판(12)을 경유한 광을 확산시키는 확산시트(Diffuser Sheet ; 18)와, 확산시트(18)를 경유한 광의 진행방향을 조절하는 제1 및 제2 프리즘시트(20, 22)와, 제2 프리즘시트(22) 상에 형성되는 보호필름(24)을 구비한다.
상기 백라이트 유닛 상에 도시되지 않은 액정패널이 위치하며, 액정패널은 백라이트 유닛으로부터 출사된 광의 투과율을 제어하여 화상을 구현한다.
백라이트 유닛에서 사용되는 램프(10)로는 주로 냉음극 형광램프가 사용되며, 램프(10)에서 발생된 광은 도광판(12)의 측면에 존재하는 입사면을 통해 도광판(12)에 입사된다.
램프 하우징(14)은 내면에 반사면이 있어 램프(10)로부터의 광을 도광판(12)의 입사면 쪽으로 반사시킨다.
도광판(12)은 경사진 배면과 수평인 출사면을 가지며 도광판(12)의 입사면과 출사면이 직각을 이루도록 제작된다. 도광판(12)의 배면에는 반사판(16)이 대면되도록 설치된다. 도광판(12)은 램프(10)로부터 입사된 광이 램프(10)와 거리가 먼 곳까지 광이 도달되도록 한다. 도광판(12)은 일반적으로 강도가 높아 쉽게 변형되거나 깨지지 않으며 투과율이 좋은 PMMA(Polymethylmethacry late)로 형성된다.
반사판(16)은 도광판(12)의 배면을 통해 자신에게 입사되는 광을 도광판(12) 쪽으로 재반사시킴으로써 광손실을 줄이는 역할을 한다. 램프(10)로부터의 광이 도광판(12)에 입사되면 경사면인 배면에서 소정 경사각으로 반사되어 출사면 쪽으로 균일하게 진행하게 된다. 이때, 도광판(12)의 하면 및 측면으로 진행한 광은반사판(16)에 반사되어 출사면 쪽으로 진행하게 된다.
도광판(12)의 출사면을 경유하여 출사된 광은 확산시트(18)에 의해 전영역으로 확산된다. 한편, 액정패널에 입사되는 광은 수직을 이룰 때 광효율이 커지게 된다. 이를 위해, 도광판(12)에서 출사된 광의 진행각도를 액정패널과 수직을 이루도록 제1 및 제2 프리즘시트(20, 22)를 적층한다.
보호필름(24)은 상기 제2 프리즘시트(22)의 표면을 보호하기 위해 사용되고 있으며, 광의 분포를 균일하게 하기 위해 광을 확산시키는 역할도 한다. 보호필름(24) 상에 액정패널이 위치하며, 보호필름(24)을 경유한 광은 액정패널 쪽으로 진행하게 된다.
이러한 백라이트 유닛의 구성요소 중에서 확산시트(18)는 도 2에 도시된 바와 같이 베이스필름(18b)과, 베이스필름(18b) 상에 코팅된 확산층(diffusing layer ; 18a)과, 베이스필름(18b) 아래에 코팅된 안티 블럭킹층(anti-blocking layer ; 18c)으로 구성된다.
베이스필름(18b)으로는 PE 계열, 예를 들어 PET와 같은 물질이 사용된다. 베이스필름(18b)은 확산층(18a)과 안티 블럭킹층(18c)을 고정시켜 줌과 아울러 광의 투과 경로를 제공하는 역할을 한다.
확산층(18a)과 안티 블럭킹층(18c) 내에는 비즈(Beads ; 19) 등의 광확산제가 분산된다. 여기서, 확산층(18a)은 분산된 비즈(19)의 크기가 균일하지 않으며 조밀도가 크기 때문에 하부에서 입사된 광을 확산시킨다. 반면에, 안티 블럭킹층(18c)은 비즈(19)의 크기가 균일하며 조밀도가 작기 때문에 광을 확산시키는 기능은 거의 없고, 하부에 위치되는 도광판(12) 또는 다른 시트들을 보호하며, 정전기에 의한 이물 흡착을 방지하는 역할을 한다.
또한, 백라이트 유닛의 구성요소 중 제1 프리즘(20)은 베이스필름(20b) 상에 산과 골을 가지는 다수의 프리즘(20a)으로 구성된다. 여기서, 베이스필름(20b)은 PE 계열의 물질, 예를 들면 PET로 형성된다. 제2 프리즘시트(22)는 제1 프리즘시트(20)와 동일한 구성을 가진다. 다만, 확산시트(18) 상에 배치될 때 제1 프리즘시트(20)와 제2 프리즘시트(22)의 프리즘 방향이 서로 직교되게끔 배치되는 것이 다를 뿐이다.
백라이트 유닛의 각 구성요소들로부터 액정패널 쪽으로 진행하는 광의 진행각도는 도 4와 같다. 여기서, x축은 광입사면과 출사면의 방향을 나타내며, z축은 액정패널에 입사하는 광의 광축을 나타낸다. 도 4에서 알수 있는 바와 같이, 도광판(12)으로부터 출사된 광은 액정패널의 입사면에 대하여 약 60 ~ 80°정도의 각을 가지게 된다. 이후, 도광판(12)을 경유한 광은 확산시트(18)를 경유하면서 액정패널의 입사면에 대하여 40 ~ 50°의 각도를 가지게끔 출사되며, 제1 및 제2 프리즘시트(20, 22)를 경유하면서 광의 출사각이 액정패널의 입사면에 대하여 수직을 이루게 된다.
그런데, 램프(10)에서 출사된 광은 백라이트 유닛의 도광판(12) 및 여러 광학시트들(18, 20, 22, 24)을 경유하면서 광효율이 떨어지게 된다.
이를 도 5를 참조하여 살펴보면, 특히 광효율이 확산시트(18)와 프리즘시트(20, 22)에서 사용되는 PET에 의하여 떨어지게 됨을 알 수 있다.
PET의 굴절율은 1.49 ~ 1.5 사이의 값이며, 공기의 굴절율은 1이다. PET와 공기의 굴절율이 다름에 따라 광경로가 바뀌게 된다. 굴절율이 다른 두 매질 사이에서의 광경로는 다음 수학식 1을 만족한다. 수학식 1은 스넬(Snell)의 법칙을 나타낸 것이다.
여기서, nPET및 n공기은 굴절율을 나타내며, θ는 광의 입사각을, θ'은 광의 굴절각을 나타낸다.
확산시트(18)의 경우에 있어서, PET에서 공기로 광이 진행할 때 PET의 굴절율(nPET)은 1.49이고, 공기의 굴절율(n공기)은 1이므로 PET와 공기의 경계면에서의 광입사각(θ)은 약 28.33°이며, 광의 출사각(굴절각)은 약 45°가 된다. 다시 말하면, 도 4에 나타난 바와 같이 액정패널에 광을 수직 입사시키기 위해서는 확산시트(18)에서의 출사각이 40 ~ 50°가 되어야 하며, 확산시트(18)로 입사되는 광입사각이 약 28.33°정도가 되어야 한다.
이와 같은 백라이트 유닛에서 출사된 광을 조정하여 화상을 구현하는 LCD는 대화면화, 경량화, 고품질화의 추세에 있으며 이러한 추세에 부응하여 LCD의 구성요소인 백라이트 유닛도 가벼우면서도 고휘도를 달성시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
LCD의 휘도를 향상시키기 위해서는 화상을 구현하는 액정패널에 입사되는 광량이 많아야 하는데, 백라이트 유닛의 구성요소들에 의해 액정패널의 외부로 손실되는 광량이 크기 때문에 원래의 램프(10)에서 출사되는 광의 약 10% 정도만이 액정패널로 입사된다. 이에 따라, 백라이트 유닛의 구성요소들에서 손실되는 광을 줄임으로써 광휘도를 향상시켜야할 필요성이 절실하다.
따라서, 본 발명의 목적은 출사광을 액정패널의 수직방향으로 편향시킴으로써 광효율을 향상시킬 수 있는 액정표시장치의 백라이트 유닛을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 액정표시장치의 백라이트 유닛을 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 확산시트를 나타내는 도면.
도 3은 도 1에 도시된 프리즘시트를 나타내는 도면.
도 4는 백라이트 유닛의 구성요소들을 경유하면서 광의 출사각의 변화를 나타내는 도면.
도 5는 PET에서의 광경로 변화를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 유닛을 나타내는 도면.
도 7은 도 6에 도시된 확산시트를 나타내는 도면.
도 8은 PET를 경유하는 광경로를 나타내는 도면.
도 9는 종래와 본 발명의 확산시트에서 PET를 경유하는 광경로를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 프리즘시트를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 다른 프리즘시트를 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10, 40 : 램프12, 42 : 도광판
14, 44 : 램프 하우징16, 46 : 반사판
18, 48 : 확산시트20, 22, 50, 52 : 프리즘시트
24 : 보호필름
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛은 광원과, 광원으로부터의 광을 면광원으로 전환시키는 도광판과, 도광판 상에 형성되어 도광판으로부터의 광을 확산시킴과 아울러 광을 집광시키는 광학시트들과, 광학시트들 중 적어도 어느 하나의 광학시트는 서로 다른 굴절율을 가지는 적어도 두개의 물질이 액정표시장치의 광입사면에 대하여 경사지게 접합되는 베이스필름을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 베이스필름은 PE 계열의 물질과, PE 계열 물질과 공기 굴절율 사이의 굴절율을 가지는 물질이 경사지게 접합되는 것을 특징으로 한다.
상기 PE 계열 물질은 PET인 것을 특징으로 한다.
상기 광학시트는 확산시트 및 프리즘시트 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 확산시트는 상기 베이스필름 상에 형성되어 광을 확산시키는 확산층과, 베이스필름 아래에 형성되어 도광판을 보호하는 안티 블럭킹층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘시트는 베이스필름 상에 다수의 프리즘을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 베이스필름 아래에 광을 확산시키는 확산층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 서로 다른 물질이 경사지는 각도는 상기 액정표시장치의 입사면에 대하여 약 1 ~ 5°사이인 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
도 6 내지 도 11을참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명 하기로 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛은 광을 발생시키는 램프(40)와, 램프(40)를 감싸는 형태로 설치되는 램프 하우징(44)과, 램프(40)로부터 입사되는 광을 평면광원으로 변환하는 도광판(42)과, 도광판(42)의 하부에 위치하여 도광판(42)의 하면 및 측면으로 진행하는 광을 상면쪽으로 반사시키는 반사판(46)과, 도광판(42)을 경유한 광을 확산시킴과 아울러 굴절율이 다른 물질이 경사지게 접합된 베이스필름을 가지는 확산시트(48)와,확산시트(48)를 경유한 광의 진행방향을 조절함과 아울러 굴절율이 다른 물질이 경사지게 접합된 베이스필름을 가지는 제1 및 제2 프리즘시트(50, 52)와, 제2 프리즘시트(52) 상에 형성되는 보호필름(54)을 구비한다.
램프(40)로는 주로 냉음극 형광램프가 사용되며, 램프(40)에서 발생된 광은 도광판(42)에 입사된다. 램프 하우징(44)은 램프(40)로부터의 광을 도광판(42) 쪽으로 반사시킨다. 도광판(42)은 램프(40)로부터 입사된 광이 면광원이 되도록 한다. 반사판(46)은 도광판(42)의 배면을 통해 자신에게 입사되는 광을 도광판(42) 쪽으로 재반사시킨다. 보호필름(54)은 제2 프리즘시트(52)의 표면을 보호하며, 보호필름(54) 상에는 액정패널이 위치한다.
확산시트(48)는 도 7에 도시된 바와 같이 액정패널의 입사면에서 소정 각도로 경사진 경사면(49)을 기준으로 굴절율이 다른 물질이 경사지게 접합된 베이스필름(48b)과, 베이스필름(48b) 상에 코팅된 확산층(48a)과, 베이스필름(48b) 아래에 코팅된 안티 블럭킹층(48c)으로 구성된다.
확산층(48a)과 안티 블럭킹층(48c) 내에는 비즈 등의 광확산제가 분산된다. 여기서, 확산층(48a)은 확산층(48a) 내에 크기가 균일하게 하지 않고 조밀도가 크도록 비즈를 분산시킴으로써 상기 도광판(42)으로부터의 광을 확산시킨다. 여기서, 분산된 비즈의 조밀도 및 크기에 따라 광확산율이 결정된다. 이에 반하여, 안티 블럭킹층(48c)은 안티 블럭킹층(48c) 내에 크기가 균일하고 조밀도가 작도록 비즈를 분산시킴으로써 광확산의 기능을 저하시키며 하부의 도광판(42) 또는 다른 시트들을 보호함과 아울러 정전기에 의한 이물 흡착을 방지하는 역할을 주로 하게 한다.
베이스필름(48b)은 액정패널의 광입사면에 대하여 소정 각도로 경사진 경사면(49)을 기준으로 경사면(49) 아래에는 PE 계열, 예를 들어 PET(56)가 위치하며, 경사면(49) 상에는 공기의 굴절율 이상이면서 PET(56)의 굴절율보다는 작은 굴절율을 가지는 물질(58)이 위치한다.
베이스필름(48b)을 서로 다른 굴절율을 가지는 물질을 경사지게 접착함으로써 광휘도를 높일 수 있는데, 도 8 및 도 9를 참조하여 이를 상세히 하면 다음과 같다.
도 8은 PET와 공기의 두 매질 간의 경계면에서 광이 PET에서 공기로 진행하는 경우, 광이 PET 매질 내에서 전반사되는 광경로를 보여준다. 여기서, PET와 공기의 제1 경계면(S1)은 기울임이 없는 평탄한 PET의 표면을 나타내며, 제2 경계면(S2)는 평편한 제1 경계면(S1)에 대하여 PET를 약 5°정도 기울였을 때의 경사면을 나타낸다. PET를 제1 경계면(S1)에서 제2 경계면(S2)으로 기울이면 기울어진 경계면의 각도만큼 PET의 경계면에서의 광입사각과 굴절각이 달라지게 된다.
예를 들어, 제1 경계면(S1)에서 입사되는 제1 광입사각()이 약 42.16°이면 제1 굴절각()은 90°가 되어 입사광이 PET 내부로 전반사된다. 그러나, 제1 경계면(S1)에서 제2 경계면(S2)으로 경사지게 하면 제2 광입사각()은 기울어진 경사각만큼 줄어든 약 37.16°이 됨과 아울러 제2 굴절각()은 64.16°가 된다. 다시 말하면, 제1 경계면(S1)에서는 입사된 광이 전반사되어 광손실이 따르게 되지만, 제2 경계면(S2)에서는 전반사되지 않고 전면 쪽으로 소정 광량을 진행시키게 된다.
이를 백라이트 유닛의 확산시트(48)에 적용하는 경우 PET를 도 9에서와 같이 액정패널의 입사면에 대하여 5°정도 기울이면 확산시트(48)에 입사되는 제1 광입사각()은 5°의 기울기만큼 입사각이 감소된 제2 광입사각()이 되며, 제1 광입사각()에 대한 제1 굴절각() 또한 5°감소된 제2 굴절각()이 된다. 예를 들어, 기울어진 제2 경계면(S2)의 경우에 있어서 확산시트(48)에 입사되는 광입사각이 23.33°이면 광출사각은 약 41.2°가 된다. 이처럼 PET를 제1 경계면(S1)에서 제2 경계면(S2)으로 경사지게 함으로써 확산시트(48)를 투과하는 광경로를 액정패널에 좀더 수직한 방향으로 상향 조정할 수 있게 된다.
확산시트(48)의 경사면(49) 상에 위치하는 물질(58)은 항상 PET의 굴절율과 공기의 굴절율 사이값에 해당하는 굴절율을 가진다. 통상적으로 광이 굴절율이 큰 매질에서 작은 매질로 진행하는 경우에는 광경로가 광축에서 멀어지게 되지만, 굴절율이 작은 매질에서 큰 매질로 진행하는 경우에는 광경로가 광축으로, 즉 수직 방향으로 진행하게 된다. 이에 따라, PET(56)에서 직접 공기 중으로 출사되는 광의 출사각보다는 PET(56)보다 작은 굴절율을 가지는 물질(58)에서 직접 공기 중으로 출사되는 광출사각이 수직방향으로 된다. 따라서, 궁극적으로 액정패널에 입사되는 광의 경로를 수직방향으로 편향시킴으로써 광휘도를 향상시킬 수 있게 된다. 이와 같이, 확산시트(48)의 PET를 경사지게 함으로써 광휘도를 높일 수 있으므로프리즘시트(50, 52)의 PET도 경사진 구조를 가지게 한다.
도 10을 참조하면, 제1 및 제2 프리즘시트(50, 52)는 베이스필름과, 베이스필름 상에 형성된 다수의 프리즘(64)을 구비한다. 프리즘시트(50, 52)의 베이스필름은 경사면(60)을 액정패널의 입사면에서 소정 각도로 경사진 경사면(60)을 기준으로 굴절율이 다른 물질이 경사지게 접합된다. 프리즘시트(50, 52)는 본 발명의 확산시트(48)와 동일하게 베이스필름인 PET를 경사지게 함으로써 프리즘시트(50, 52)를 투과하는 광경로를 액정패널에 좀더 수직한 방향으로 상향 조정함으로써 광휘도를 향상시킬 수 있다. 프리즘시트(50, 52)의 베이스필름은 확산시트(48)와 동일한 구조이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 도 11은 프리즘시트(50, 52)의 다른 예를 보여주는 도면으로 프리즘시트(50, 52)의 베이스필름 아래에 확산층(66)이 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛은 베이스필름의 PET를 경사지게 함으로써 광경로를 액정패널의 수직방향으로 편향시킬 수 있다. 여기서, PET는 확산시트와 프리즘시트에 둘다 사용되므로 경사진 PET를 확산시트와 프리즘시트에 적용할 수 있다. 이에 따라, 광휘도를 더욱 향상시킬 수 있다,
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (8)

  1. 광원과,
    상기 광원으로부터의 광을 면광원으로 전환시키는 도광판과,
    상기 도광판 상에 형성되어 상기 도광판으로부터의 광을 확산시킴과 아울러 광을 집광시키는 광학시트들과,
    상기 광학시트들 중 적어도 어느 하나의 광학시트는 서로 다른 굴절율을 가지는 적어도 두개의 물질이 액정표시장치의 광입사면에 대하여 경사지게 접합되는 베이스필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스필름은 PE 계열의 물질과,
    상기 PE 계열 물질과 공기 굴절율 사이의 굴절율을 가지는 물질이 경사지게 접합되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 PE 계열 물질은 PET인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학시트는 확산시트 및 프리즘시트 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 확산시트는 상기 베이스필름 상에 형성되어 광을 확산시키는 확산층과,
    상기 베이스필름 아래에 형성되어 상기 도광판을 보호하는 안티 블럭킹층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 프리즘시트는 상기 베이스필름 상에 다수의 프리즘을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 베이스필름 아래에 광을 확산시키는 확산층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 서로 다른 물질이 경사지는 각도는 상기 액정표시장치의 입사면에 대하여 약 1 ~ 5°사이인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유닛.
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