KR20050071882A - 백라이트 어셈블리와 이를 갖는 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

고휘도와 균일한 광의 발산을 위한 백라이트 어셈블리와 이를 갖는 액정 표시 장치가 개시된다. 백라이트 어셈블리는 다수의 램프와, 반사판을 포함한다. 반사판은 램프로부터 출사된 제1 광을 반사하는 기준 반사면과, 기준 반사면으로부터 연장된 제1 및 제2 경사 반사면에 의해 정의되어 램프로부터 출사된 제2 광을 반사하는 삼각산으로 구비한다. 삼각산의 높이는 2 내지 4㎜ 범위를 갖는 높이이고, 삼각산의 꼭지점 내각은 90 내지 130도 범위중 어느 하나의 각도이다. 이에 따라, 백라이트 어셈블리의 휘도를 최대화할 수 있다.

Description

백라이트 어셈블리와 이를 갖는 액정 표시 장치{BACKLIGHT ASSEMBLY, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING THE SAME}

본 발명은 백라이트 어셈블리와 이를 갖는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고휘도와 균일한 광의 발산을 위한 백라이트 어셈블리와 이를 갖는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 액정을 이용하여 영상을 디스플레이 하기 위한 평판 표시 장치의 하나이다. 이러한 액정 표시 장치의 대부분은 외부에서 들어오는 광의 양을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 장치이기 때문에 액정 패널에 광을 조사하는 별도의 광원, 즉 백라이트 어셈블리가 필요하다. 이러한 백라이트 어셈블리는 램프유닛이 설치되는 위치에 따라 에지타입과 직하 타입으로 구분된다.

상기 에지타입의 백라이트 어셈블리는 광을 안내하는 도광판의 측면에 램프유닛이 설치되는 것으로써, 램프유닛은 광을 발산하는 램프, 램프의 양단에 삽입되어 램프를 보호하는 램프 홀더 및 램프의 외주면을 감싸고 일측면이 도광판의 측면에 끼워져 램프에서 발산된 광을 도광판으로 반사시켜 주는 반사판을 구비한다.

상기한 에지타입은 주로 랩탑형 컴퓨터 및 데스크탑형 컴퓨터의 모니터와 같이 비교적 크기가 작은 액정 표시 장치에 적용되는 것으로, 광의 균일성이 좋고, 내구 수명이 길며, 액정 표시 장치의 박형화에 유리하다.

한편, 직하타입은 액정 표시 장치의 크기가 20인치 이상으로 대형화되기 시작하면서 중점적으로 개발되기 시작한 것으로, 확산판의 하부면에 복수의 램프를 일렬로 배열시켜 액정 패널의 전면으로 광을 직접 조광하는 것이다. 상기한 직하타입은 상기 에지타입에 비해 광의 이용 효율이 높기 때문에 고휘도를 요구하는 대화면 액정 표시 장치에 주로 사용된다.

한편, 최근 활발한 개발이 이루어지고 있는 LCD-TV 제품에서는 고휘도, 고해상도, 고색재현성, 높은 명암 대비비를 지속적으로 요구하고 있는 실정이다. 특히, 고해상도의 액정 패널은 저해상도의 것보다 개구율이 낮아 광 투과율이 떨어져 LCD-TV용 백라이트 어셈블리의 휘도 상승에 대한 요구가 커지고 있는 실정이다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 고휘도의 요건을 만족하기 위해 최적화된 반사판을 갖는 백라이트 어셈블리를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 백라이트 어셈블리를 갖는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 백라이트 어셈블리는, 다수의 램프; 및 상기 램프로부터 출사된 제1 광을 반사하는 기준 반사면과, 상기 기준 반사면으로부터 연장된 제1 및 제2 경사 반사면에 의해 정의되어 상기 램프로부터 출사된 제2 광을 반사하는 삼각산을 구비하는 반사판을 포함하고, 상기 삼각산의 높이는 2 내지 4㎜ 범위를 갖는 높이인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 액정 표시 장치는, 다수의 램프와, 상기 램프로부터 출사된 제1 광을 기준 반사면을 통해 반사하고, 상기 램프로부터 출사된 제2 광을 2 내지 4㎜ 범위의 높이를 갖는 삼각산을 통해 반사하는 반사판을 포함하는 백라이트 어셈블리; 및 상기 광을 이용하여 화상을 디스플레이하는 액정 패널을 포함한다.

이러한 백라이트 어셈블리와 이를 갖는 액정 표시 장치에 의하면, 기준 반사면과, 상기 기준 반사면으로부터 연장되면서 2 내지 4㎜ 범위의 높이를 갖는 삼각반사면을 구비하는 반사판을 형성하므로써, 직하형 백라이트 어셈블리의 휘도를 최대화할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 절단선 Ⅰ-Ⅰ'로 절단한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 패널(100), 몰드 프레임(200), 백라이트 어셈블리(300) 및 제1 수납용기(이하, 바텀 샤시)(400) 및 제2 수납용기(이하, 탑 샤시)(500)를 포함한다.

액정 패널(100)은 2개의 기판간에 형성된 액정을 포함하고, 백라이트 어셈블리(300)로부터 광을 받아 액정의 전기 광학적 성질에 의해 영상을 표시한다.

몰드 프레임(200)은 바닥면이 개구된 액자 형상을 갖고서, 액정 패널(100)의 가장자리를 지지하면서 액정 패널(100)을 수납한다.

백라이트 어셈블리(300)는 몰드 프레임(200) 아래에 위치하고, 램프유닛(310), 확산판(320), 확산시트(330) 및 반사판(340)을 포함하여, 균일한 광을 액정 패널(100)에 제공한다. 구체적으로, 램프유닛(310)은 확산판(320) 하부에 위치하여 광을 발생시키고, 확산판(320)과 확산 시트(330)는 램프유닛(310) 상부에 위치하여 상기 광을 균일한 휘도 분포를 가지는 광으로 변환하여 액정 패널(100)에 출사한다.

반사판(340)은 후술하는 도 3에서 설명하는 바와 같이, 기준 반사면과, 상기 기준 반사면으로부터 삼각산을 구비하고, 램프유닛(310) 아래에 위치하며, 확산판(320)으로 입사되지 못하는 광을 확산판(320)으로 반사한다. 도면상에서는 상기 램프유닛(310)이 서로 인접하는 삼각산의 꼭지점을 연결하는 가상 라인의 법선상에 배치되는 것을 도시하였다. 하지만, 상기 램프유닛(310)을 상기 삼각산의 꼭지점 위에 배치시킬 수도 있다.

바텀 샤시(400)는 다수의 측벽과 바닥면이 형성하는 수납공간을 가진다. 바텀 샤시(400)는 반사판(340)의 아래에 위치하며, 상기 수납공간에 반사판(340), 램프유닛(310)을 수납한다. 확산판(320) 및 확산 시트(330)는 바텀 샤시(400)의 측벽 에지에 형성된 단턱에 안착된다.

탑 샤시(500)는 바닥면이 개구된 직육면체 상자 형상을 가진다. 탑 샤시(500)는 액정 패널(100) 위에 위치하고, 액정 패널(100)의 유효 디스플레이 영역이 개구되도록 덮으면서 몰드 프레임(200) 및 바텀 샤시(400)와 결합하여 액정 패널(110)을 몰드 프레임(200)에 고정한다.

도 3은 상기한 도 1의 반사판을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 반사판(340)은 상기 램프유닛(310)으로부터 출사된 제1 광을 반사하는 기준 반사면(342)과, 상기 기준 반사면(342)으로부터 연장된 제1 및 제2 경사 반사면(344, 346)에 의해 정의되어 상기 램프유닛(310)으로부터 출사된 제2 광을 반사하는 삼각 반사면(또는 삼각산)(348)으로 구비한다.

상기 기준 반사면(342)은 상기 램프유닛(310)으로부터 출사된 제1 광을 반사하고, 상기 삼각산(348)은 상기 램프유닛(342)으로부터 출사된 제2 광을 반사한다. 또한, 상기 기준 반사면(342)은 상기 삼각산(348)에 의해 반사된 제3 광을 반사하고, 상기 삼각산(348)은 상기 기준 반사면(342)에 의해 반사된 제4 광을 반사한다.

상기 삼각산(348)의 높이(H)는 2 내지 4㎜ 범위를 갖고서, 상기 삼각산(348)의 꼭지점 내각(θ)은 90 내지 130도 범위중 어느 하나의 각도를 갖는다. 상기한 삼각산(348)의 높이(H)와 꼭지점 내각(θ)은 직하형 백라이트 어셈블리의 휘도 상승을 위해 최적화된 값들이다.

그러면, 상기 최적화된 값들의 산출 방식에 대해서 첨부하는 도면을 참조하여 설명한다. 구체적으로, 17인치(즉, 17*2.5399cm) 외부전극 형광램프(EEFL)를 채용하는 백라이트 기구 설계시 광시뮬레이션 상용소프트웨어인 ASAP 프로그램을 이용하여 최적화 해석을 위한 반응 표면법을 설명하고, 통계적 이론에 기초한 최적화 이론을 적용 및 구현하여 적은 시간과 비용으로 반사판의 형상 설계에 대해서 설명한다.

백라이트 어셈블리의 광학 시트는 확산판과, 상기 확산판 위에 적층된 확산필름(Diffuser), 프리즘 필름(Prism), 편광시트 등으로 이루어진다.

하지만, 본 발명에서는 확산판과 확산필름상에서의 휘도 특성을 목적 함수로 지정하여 모델을 단순화하여 해석 시간을 단축함과 함께 각각의 광학 시트상에서 발생할 수 있는 해석상의 오차를 최소화한다.

백라이트 어셈블리의 구조를 최적화하기 위한 설계 변수로는 삼각산의 꼭지점 내각(θ)과, 삼각산의 높이(H), 그리고 삼각산의 밑변이다. 그러나, 상기한 설계변수들은 서로 비독립적인 관계에 있으므로 크게 삼각산의 높이와 각도로 각각 축소되어 결국 2개의 설계 변수를 최적화한다.

해석 시간의 단축을 위해 몬테카를로(Mote-Carlo) 방법을 사용하고, 램프의 파장값은 550nm로 한정하여 수행한다. 또한, 램프로부터 출사되는 광은 일부는 직접 확산판에 도파되고, 일부는 반사판에 반사되므로 상기 반사판의 반사율은 0.93으로, 확산판의 투과율은 0.64로 부여한다.

또한, 본 발명에 사용되는 광의 수는 1,000,000개이며, 해석 시간을 최소화하기 위해 실제 백라이트 어셈블리에 채용되는 광학 시트를 제외한다.

최적화 해석을 위한 반응 표면법

반응 표면법을 이용한 최적화 과정은 도 4에 나타내었다.

우선, 몇 개의 실험점에서 목적 함수와 구속 조건을 산출함으로써 수집된 데이터에 반응 표면을 구축하는 것에 기초한 접근법이 요구된다. 반응면은 입-출력값의 연관성들을 보이게 하고, 최적값의 위치를 추정하며, 추가적인 함수값은 추정값을 향상시키는 역할을 수행한다.

상기한 반응 표면법은 확률적 과정을 이용한 목적 함수와 제약 조건의 최상 적합성에 바탕을 둔다. 새로운 실험점에서 목적함수의 값을 예측할 때, 원래 함수의 거동과 가장 많이 일치한 함수 값을 계산하는 것은 중요하다. 따라서, 이러한 후보 실험점을 찾기 위하여 하기하는 통계적 모델을 이용하는 방법을 이용한다.

통계적 모델

i 번째 실험점에서 실제 함수값을 로 나타낼 때, 단순 반응 표면 함수는 다음과 같은 식 (1)으로 나타낼 수 있다.

상기 식 (1)에 은 에 대한 함수이고, 는 미지수이며 은 평균이 0이고 분산이 인 정규분포를 따른다고 가정한다.

본 발명에서의 확률적 접근법에 있어서는, 오차들이 서로 독립하다고 여기지 않고, 오히려 그들의 연관성이 각 실험점들간의 거리의 관계로 지어진다. 따라서, 특이 가중식(special weighted distance formula)을 다음과 같은 식(2)으로 정의하였다.

이러한 거리 함수를 사용하여, 실험점 와 에서 오차 항들 간의 연관성(Correlation)을 다음과 같이 정의하였다.

이러한 연관성 항을 이용하여 회귀 모델식인 상기한 식 (1)은 다음과 같이 단순화된다.

여기서, m 은 통계적 과정에서 평균값이고 오차항들 사이의 연관성은 식 (2)과 (3)에 의해서 정해진다. 따라서. n개의 설계 변수에 대하여 근사 모델은 2n+2개의 파라미터들을 가지게 된다. 이러한 변수들은 우도 함수를 최대화하는 실험점들을 택함으로써 재평가된다. 여기서 사용되는 우도 함수(likelihood function)는 다음과 같다.

주어진 상호 파라미터들에 있어서, 우도 함수를 최대화하는 μ값과 S² 값이 다음과 같이 닫힌 형태에서 계산된다.

여기서, 이다.

전역최적화

전역 최적화는 공학 문제에서 빈번히 발생하는 문제다. 특히, 함수값의 계산 시간이 많이 드는 경우, 적은 량의 해석으로 정확한 해를 구할 수 있는 최적화 방법의 필요성이 요구된다. 목적함수가 설계 변수들에 대해 매우 비선형적일 때, 전역 최적 조건을 찾는데 있어서 약간의 주의가 요구된다.

본 발명에서는 국부 최소값을 제거할 목적으로, 국부 검색과 전역 검색의 균형을 맞추기 위하여 기대치 개선법(Maximization Expected Improvement)을 채택한다.

앞서 계산된 근사화 함수값 중에서 가장 작은 값을 라고 하면, 어떤 점에서 실험하기 전에, 실제 의 값은 확실하지 않다. 이러한 불확실성을 통계적 방법을 이용하여 근사화한다.

실험점 x에서의 개선치는 이다. 기대값 개선치 역시 다음과 같이 닫힌 형태의 식으로 표현될 수 있다.

여기서, Y는 실험점을 위치시키고자 하는 식 (7)을 최대화하여 최소값을 구하는 과정에서 일반적인 분지 한계법(Branch-and-Bound)을 이용한다.

최대 휘도를 위한 최적화 과정

본 발명에서는 다음과 같이 확산판상에서의 최대 휘도값의 역수를 목적함수로 취하여 최소화하는 과정을 수행한다. 여기서, W는 실제 해석상의 휘도값과 실험치의 휘도값 L(H,A)을 보정하기 위한 보정계수이다.

이 모델에 반응표면법을 사용하여 근사화하기 위하여 초기 반응표면은 약 12번의 선행해석을 수행하였다. 그 결과 초기 근사 모델이 이루어졌으며, 실제 해석값과 근사값의 차이는 도 5와 같다.

도 5는 예측값과 실제 해석값과의 차이를 설명하기 위한 도면이다.

또한, 여기서 나온 삼각산의 높이와 각도는 도 6에 나타나 있다.

도 6은 최적화 과정에 따른 각 변수에 대응하는 휘도값을 나타낸 표이다.

도 6에서 확인할 수 있듯이, 총 23번의 해석중 19번째에서 전역 최소화 값을 구하였고, 휘도가 최대화되는 설계 변수 값(삼각산의 꼭지점 내각과 높이)을 구하였다. 그 결과 반사판의 형상이 평면인 경우보다는 약 11% 휘도 상승이 이루어졌으며, 삼각형 형상이 있는 경우와 비교해도 도 7과 같이 약 6% 이상의 휘도 상승의 효과를 거둘 수 있다.

도 8은 해석치와 실험치의 비교 그래프이다.

도 8에서 보는 바와 같이, 초기에 수행된 해석결과 실험치와 유사한 결과를 보여주고 있으며, 최적화 결과 최종적으로 산출된 해석 휘도값은 OptimumSim으로 표기된 값이다. 그래프의 골(Concave)과 산(Convex)부분의 차는 심하지만 초기에 의도된 휘도 최대화의 목표치는 달성하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기준 반사면과, 상기 기준 반사면으로부터 연장되면서 2 내지 4㎜ 범위의 높이, 90 내지 130도 범위의 꼭지점 내각을 갖는 삼각산을 구비하는 반사판을 형성하므로써, 직하형 백라이트 어셈블리의 휘도를 최대화할 수 있다. 상기한 삼각산의 높이 및 내각의 설계는 17인치 외부전극 형광램프를 채용하는 백라이트 기구 설계시 반사판의 설계를 위하여 광시뮬레이션 상용소프트웨어인 ASAP 프로그램을 이용하여 광해석을 수행하고, 휘도값을 최대화하기 위하여 전역최적화법을 구현하여 보다 적은 비용과 시간으로 반사판에 대한 최적의 형상 설계를 도출하였다. 즉, 전역최적화법을 이용하여 해석상으로는 10% 휘도 상승 효과를 얻었으며, 실제 실험값과 비교하여 약 5%의 휘도 상승효과를 거둘 수 있었다.

물론, 향후에는 LCD 백라이트에 대한 광해석의 정확성을 높이고 광학적 연관성이 있는 많은 실장 부품에 대한 DB 구축에 대한 노력이 이루어져야 할 것이며, 이와 함께 전역 최적화법(GlobalOptimization)을 이용하여 CAE(Computer Aided Engineering)와 함께 확대 적용한다면 설계시 많은 시행 착오를 줄이는 효과를 거둘 것으로 기대된다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도이다.

도 2는 도 1의 절단선 Ⅰ-Ⅰ'로 절단한 단면도이다.

도 3은 상기한 도 1의 반사판을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 반응 표면법을 이용한 최적화 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5는 예측값과 실제 해석값과의 차이를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 최적화 과정에 따른 각 변수에 대응하는 휘도값을 나타낸 표이다.

도 7은 최적화 프로세서를 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 해석치와 실험치의 비교 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 액정 패널 200 : 몰드 프레임

300 : 백라이트 어셈블리 310 : 램프유닛

320 : 확산판 330 : 확산시트

340 : 반사판 342 : 기준 반사면

344, 346 : 경사 반사면 348 : 삼각산

400 : 바텀 샤시 500 : 탑 샤시

Claims (7)

1. 다수의 램프; 및

   상기 램프로부터 출사된 제1 광을 반사하는 기준 반사면과, 상기 기준 반사면으로부터 연장된 제1 및 제2 경사 반사면에 의해 정의되어 상기 램프로부터 출사된 제2 광을 반사하는 삼각산으로 구비하는 반사판을 포함하고,

   상기 삼각산의 높이는 2 내지 4㎜ 범위를 갖는 높이인 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 경사 반사면이 이루는 내각은 90 내지 130도 범위중 어느 하나의 내각인 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
3. 제1항에 있어서, 상기 기준 반사면은 상기 삼각산에 의해 반사된 제3 광을 반사하고, 상기 삼각산은 상기 기준 반사면에 의해 반사된 제4 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
4. 제1항에 있어서, 상기 램프는 서로 인접하는 삼각산의 꼭지점을 연결하는 가상 라인의 법선상에 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
5. 제1항에 있어서, 상기 램프는 상기 삼각산의 꼭지점 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
6. 다수의 램프와, 상기 램프로부터 출사된 제1 광을 기준 반사면을 통해 반사하고, 상기 램프로부터 출사된 제2 광을 2 내지 4㎜ 범위의 높이를 갖는 삼각산을 통해 반사하는 반사판을 포함하는 백라이트 어셈블리; 및

   상기 광을 이용하여 화상을 디스플레이하는 액정 패널을 포함하는 액정 표시 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 삼각산의 꼭지점 내각은 90 내지 130도 범위중 어느 하나의 각도인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.