KR20060063507A - 광학 시이트 및 그를 이용한 백 라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학 시이트 및 그를 이용한 백 라이트 유닛에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 광학 시이트는 다수의 광원들이 액정표시패널에 설치되는 백라이트 유닛에 있어서, 상기 광원으로부터의 광을 확산하는 확산층과, 상기 확산층의 제1 면 상에 형성되는 다수의 렌즈와; 이웃한 상기 렌즈들 사이의 경계부에 대응하는 상기 확산층의 제2 면 상에 형성되는 반사층을 구비한다.

Description

광학 시이트 및 그를 이용한 백 라이트 유닛{Optical Sheet And Back Light Unit Using The Same}
도 1은 종래의 액정표시장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'를 절단한 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ'를 절단한 단면을 나타낸 도면이다.
도 5a는 도 4에 도시된 광학부재를 상세히 나타낸 도면이다.
도 5b는 도 5a의 Ⅴ-Ⅴ'를 절단한 단면을 나타낸 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 광학부재의 확산 및 집광 특성을 나타내는 휘도 분포도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 부재의 광경로를 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2, 102 : 액정표시패널 8, 18, 108, 118 : 편광 시이트
10 : 광학 시이트 12 : 확산판
14, 114 : 반사판 34, 134 : 케이스
36, 136 : 램프 110 : 광학 부재
120 : 확산층 130 : 렌즈
140 : 반사층
본 발명은 백 라이트 유닛에 관한 것으로, 특히 고 휘도를 실현할 수 있는 백 라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display ; 이하 "LCD"라 함)는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이러한 추세에 따라, LCD는 사무자동화 기기, 오디오/비디오 기기 등에 이용되고 있다. 한편, LCD는 매트릭스 형태로 배열되어진 다수의 제어용 스위치들에 인가되는 영상신호에 따라 광빔의 투과량이 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시하게 된다.
이와 같은 LCD은 자발광 표시장치가 아니기 때문에 백 라이트(Back Light)와 같은 광원이 필요하게 된다. 이러한, LCD용 백 라이트는 직하형 방식과 에지형 방식 등이 있다. 에지형 방식은 평판 외곽에 램프를 설치한 것으로, 램프로부터 투명한 도광판을 이용하여 액정표시패널 전체의 면으로 빛이 입사된다. 직하형은 평면에 램프를 여러 개 배치한다. 그리고 램프와 액정표시패널 사이에 확산판을 설 치하여 액정표시패널과 램프 사이를 일정하게 유지한다. 한편, 램프의 형태에 따라 구분하면, 램프의 유리관 양 끝단에 전극을 삽입하여 전원을 공급하는 냉음극관("Cold Cathode Fluorescent Lamp: 이하 "CCFL")방식과, 램프의 유리관 양 끝단을 메탈재질로 감싸는 전극부에 전원을 공급하는 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lighting : 이하 "EEFL")방식이 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 LCD를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 LCD는 화상을 표시하기 위한 액정표시패널(2)과, 액정표시패널(2)에 균일한 광을 조사하기 위한 백 라이트 유닛을 구비한다.
액정표시패널(2)은 상부 및 하부기판의 사이에 액정셀들이 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열되고, 이 액정셀들 각각에 전계를 인가하기 위한 화소전극들과 공통전극이 마련되게 된다. 이러한 화소전극들 각각은 스위치 소자로 사용되는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)에 접속되게 된다. 화소전극은 박막 트랜지스터를 통해 공급되는 데이터신호에 따라 공통전극과 함께 액정셀을 구동하여 비디오신호에 해당하는 화상을 표시하게 된다.
백 라이트 유닛은 케이스(34)와, 케이스(34)의 전면에 적층되는 반사판(14)과, 반사판(14)의 상부에 위치하는 다수의 램프(36)와, 다수의 램프(36) 상부에 배치되는 확산판(12) 및 광학 시이트(10)를 구비한다.
케이스(34)는 다수의 램프들(36) 측면 및 배면으로 진행하는 가시광선을 전면, 즉 확산판(12) 쪽으로 반사시킴으로써 램프들(36)로부터 발생되는 광의 경로를 변환시킨다.
반사판(14)은 케이스(34)의 상면과 다수개의 램프(36)사이에 배치되어 램프들(36)로부터 발생된 광을 반사시켜 액정표시패널(2) 방향으로 조사되게 함으로써 광의 효율을 향상시킨다.
다수의 램프들(36) 각각은 유리관과, 유리관 내부에 있는 불활성기체들과, 유리관의 양 끝단부를 감싸는 메탈 재질의 음극부 및 양극부로 구성된다. 이러한 다수의 램프들(36)은 케이스(34) 상에 나란하게 배치된다.
확산판(12)은 다수의 램프들(36)에서 발산된 광을 액정표시패널로 진행하도록 하고, 넓은 범위의 각도에서 입사할 수 있게 한다.
광학 시이트들(10)은 확산판(12)으로부터 출사된 광의 시야각을 좁게 함으로써 액정표시장치의 정면 휘도를 향상시키고 소비전력을 줄일 수 있다.
이와 같은 구조를 가지는 종래의 액정표시장치는 편광판(8,18) 및 액정의 광투과율이 좋지 않아 고 휘도를 달성하는데 많은 문제점을 안고 있다. 이에 따라, 램프들(36)로부터 발생되는 광을 산란하여 확산성을 높이고, 광 집광성을 증대시켜 전체적으로 광 효율을 개선할 수 있는 광학 부재가 절실히 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 고 휘도를 달성할 수 있는 광학 시이트 및 그를 이용한 백 라이트 유닛을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 시이트는 다수의 광원들이 액정표시패널에 설치되는 백라이트 유닛에 있어서, 상기 광원으로부터의 광을 확산하는 확산층과, 상기 확산층의 제1 면 상에 형성되는 다수의 렌즈와; 이웃한 상기 렌즈들 사이의 경계부에 대응하는 상기 확산층의 제2 면 상에 형성되는 반사층을 구비한다.
상기 렌즈는 상기 확산층과 접촉되는 면이 원형, 타원형, 다각형 중 적어도 하나로 형성되고, 상기 접촉면에서 소정높이를 가지며 반 구형 및 반 타원 구형 중 적어도 하나로 형성된다.
상기 렌즈는 장축과 단축 및 높이비가 2.5~3.5 : 0.5~3.5 : 0.1~3.0으로 형성된다.
상기 반사층의 폭은 상기 렌즈 밑면의 1/2 이하로 형성되며, 상기 반사층의 두께는 상기 폭 이하로 형성된다.
상기 반사층의 재질은 니켈(Ni), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 산화알루미늄(Al2O3) 등의 금속성 반사물질 중 적어도 하나로 형성된다.
상기 확산층은 내부에 광을 확산하기 위한 다수의 비즈가 형성된다.
상기 렌즈는 마이크로 렌즈 어레이, 허니컴 렌즈 및 끊긴 렌티큘라 렌즈의 배열 중 적어도 하나로 형성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 백 라이트 유닛은 다수의 광원들이 액정표시장치에 설치되는 백 라이트 유닛에 있어서, 상기 확산층의 제1 면 상에 형성되는 다수 의 렌즈와; 이웃한 상기 렌즈들 사이의 경계부에 대응하는 상기 확산층의 제2 면 상에 형성되는 반사층을 구비한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치는 액정표시패널(102)과, 액정표시패널(102)에 광을 조사하는 백 라이트 유닛을 구비한다.
액정표시패널(102)은 상부 및 하부 유리기판의 사이에 액정셀들이 액티브 매트릭스(Active Matrix) 형태로 배열되게 되고 아울러 액정셀들 각각에는 비디오신호를 절환하기 위한 박막트랜지스터(Thin film Transistor)가 설치되어 있다. 이러한 액정표시패널(102)은 액정셀들 각각의 굴절율이 비디오신호에 따라 변화됨으로써 비디오신호에 해당하는 화상이 표시되게 된다. 이와 같은 액정표시패널(102)의 하부기판 상에는 박막트랜지스터에 구동신호를 인가하기 위한 드라이버 집적회로가 실장된 도시하지 않은 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package)가 부착된다. 또한, 액정표시패널(102)의 전면 및 배면에는 편광 시이트(108, 118)가 각각 설치된다. 여기서, 편광 시이트(108, 118)는 액정셀들에 의해 표시되는 화상의 시야각을 향상시키는 기능을 한다.
백 라이트 유닛은 외부 전원으로부터 전원을 공급받아 액정표시패널(102)에 광을 조사하는 다수개의 램프(136)와, 다수개의 램프(136)를 수납하는 케이스(134) 와, 램프(136)와 케이스(134) 사이에 설치되어 램프(136)로부터 발생된 광의 누설을 방지함과 아울러 반사시키는 반사판(114)과, 램프(136)로부터 발생되는 광을 확산시킴과 아울러 집광시키는 광학부재(110)를 구비한다.
다수의 램프(136)들 각각은 유리관과, 유리관 내부에 있는 불활성기체들과, 유리관의 양 끝단부에 설치되는 음극 및 양극으로 구성된다. 유리관 내부에는 불활성기체들이 충진되어 있으며, 유리관 내벽에는 형광체가 도포되어 있다. 이러한 다수의 램프들(136) 각각은 인버터로부터의 교류전압이 고압전극 및 저압전극에 인가되면, 저압전극으로부터 전자가 방출되어 유리관 내부의 불활성기체들과 충돌하여 기하급수적으로 전자의 양이 늘어나게 된다. 이후, 늘어난 전자들에 의해 유리관 내부에 전류가 흐르게 되고, 이러한 전자에 의해 불활성기체가 여기되면서 자외선이 방출된다. 이와 같은 방식으로 방출된 자외선은 유리관 내측벽에 도포된 발광성 형광체와 충돌하여 가시광선을 방출시킨다.
다수의 램프(136)를 수납하는 케이스(134)는 다수의 램프들(136)의 측면 및 배면으로 진행하는 가시광선을 전면, 즉 광학부재(110) 방향으로 반사시킴으로써 램프들(136)에서 발생되는 광의 경로를 변환시킨다. 이러한 케이스(134)에는 다수의 램프(136)가 일정한 간격을 유지하며 배열된다.
반사판(114)은 케이스(134)의 상면과 다수개의 램프(136)사이에 배치되어 램프들(136)로부터 발생된 광 중 액정표시패널(102)의 반대방향으로 조사되는 광의 경로를 변환시켜 액정표시패널(102) 방향으로 조사되게 함으로써 광의 효율을 향상시킨다.
광학 부재(110)는 램프(136)들로부터 출사된 광을 확산함과 아울러 광의 경로를 변환함으로써 액정표시패널(102)로 입사되는 광이 액정표시패널(102)로 직사될 수 있도록 조절함으로써 액정표시패널(102)의 정면 휘도를 향상시키게 된다. 이러한 광학 부재(110)에 대해서 도 5를 참조하여 상세히 살펴보기로 하자.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 부재(110)는 확산층(120)과, 확산층(120) 상에 형성되는 렌즈(130)와, 확산층(120)의 배면에 형성되는 반사층(140)을 구비한다.
확산층(120)은 다수의 램프들(136)에서 발산된 광을 액정표시패널(102)로 진행하도록 하고, 넓은 범위의 각도에서 입사할 수 있게 한다. 이러한 확산층(120)은 내부에는 다수의 비즈(Beads)가 형성되어 램프들(136)로부터 발생된 광을 확산시킴으로써, 확산층(120)의 표면으로부터 출사되는 광의 출사범위를 확장하게 된다. 이러한 확산층(120)의 재질로는 PMMA(Polymethylmethacrylate), 폴리 카보나이트(Polycarbonate), 메틸메타 아크릴레이트-스티렌 공중합체(MS 수지) 등의 광학수지 중 적어도 하나로 형성된다.
렌즈(130)는 확산층(120) 상에 접촉되는 면이 원형, 타원형 및 다각형 형태로 형성되며, 소정의 높이를 가지고 반 구형 및 반 타원 구형으로 신장된다. 이러한 다수개의 렌즈(130)는 확산층(120)상에 일정한 배열을 가지며 형성된다. 여기서, 렌즈(130)들의 배면은 원형, 타원형 및 다각형 형태, 특히, 육각형 형태를 가짐으로 확산층(120)의 전면을 빈 공간 없이 차지하게 된다. 렌즈(130)는 단면이 타원형으로 형성될 경우, 집광효과를 극대화하기 위하여 확산층(120)과 접촉되는 단면 타원형의 이심율은 0 ~ 0.94 내에서 형성되며, 단면으로부터 형성되는 타원구형의 형상은 장축과 단축 및 높이비가 2.5~3.5 : 0.5~3.5 : 0.1~3.0으로 형성되며 바람직하게는 3 : 1 : 0.3의 비율로 형성된다. 또한, 이 다수의 렌즈(130)는 마이크로 렌즈 어레이(Micro Lens Array : MLA)나, 허니컴(Honeycomb) 렌즈 및 끊긴 렌티큘라 렌즈 배열 등으로 형성되며, 확산층(120) 재질과 동일한 재질로 형성되어 확산층(120)과 일체화될 수 있다.
반사층(140)은 다수의 렌즈(130)들의 접촉영역에 대응됨과 아울러 확산층(120)의 배면에 스퍼터링공정 등을 이용하여 라인 형상으로 형성된다. 이러한 반사층(140)의 폭은 렌즈(130)의 가장자리로부터 렌즈(130)의 중심까지 이르는 거리 의 1/2이내로 형성되며, 바람직하게는 약 1/4 정도의 거리폭 이내로 형성된다. 높이는 반사층(140)의 폭 이하로 형성된다. 반사층(140)의 재료로는 니켈(Ni), 크롬(Cr), 알루미늄(AL), 산화알루미늄(Al2O3) 등의 금속성 반사물질 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
한편, 반사층(140)의 형성과정에 대하여 상세히 살펴보면, 먼저 스퍼터링 장치는 타깃부와 기판부를 각각 전원의 음극단과 양극단에 연결하고, 고주파를 발생시키면서 직류전원을 인가하면 전기장의 작용으로 타깃에서 전자가 발생하고 이 전자들은 양극단으로 가속된다. 이 때, 가속 전자들이 챔버에 공급된 불활성가스와 충돌하여 가스가 이온화된다. 불활성 가스의 양이온은 전기장의 작용으로 음극단에 연결된 타깃과 충돌하여 타깃 표면에서 타깃 원자들이 이탈되는 스퍼터링 현 상이 발생된다. 한편, 타깃에서 방출되어 양극단으로 가속되는 전자는 중성원자와 충돌하여 여기되고 이때 플라즈마가 발생한다. 플라즈마는 외부의 전위가 유지되고 전자가 계속 발생할 경우 유지된다. 이러한 스퍼터링 현상에 의하여 확산층(120)의 배면 전체에 반사층(140)을 형성하게 된다. 다음으로, 반사층(140)은 포토리소그라피(Photolithography)공정을 이용하여 렌즈(130)의 접촉영역과 대응되는 패턴이 형성되게 된다. 여기서, 반사층(140)에 형성되는 패턴의 포토리소그라피공정에 대해서 살펴보면, 먼저 반사층(140)에 감광성물질을 도포한다. 다음으로, 반사층(140)에 형성하고자 하는 패턴에 대응되는 마스크를 배치한 후, 자외선(UV)을 조사한다. 이후, 현상과정을 거쳐 노광부분을 제거한 후, 식각공정을 거쳐 반사층(140) 패턴을 완성하게 된다.
이와 같은 구조를 가지는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 부재(110)는 렌즈(130)의 배면이 원형, 타원형 및 다각형 형태 특히, 육각형 형태로 형성되는 반면에 상부형태는 소정 높이의 반 구형 및 반 타원 구형으로 형성됨으로 인하여, 확산층(120)의 전면과 접촉되는 렌즈(130)의 가장자리 영역은 렌즈(130)의 중앙부 영역에 비하여 그 두께가 얇게 형성된다. 이에 따라, 확산층(120)을 통과하여 렌즈(130)의 원형, 타원형 및 다각형 배면 가장자리 영역을 통과하는 광은 렌즈(130)의 중앙부 영역과 비교하여 상대적으로 광 확산 및 집광 특성이 달라지게 되어 도 6a에 도시된 바와 같은 확산 및 집광 특성의 분포를 가지게 된다. 반면에, 렌즈(130)들의 접촉영역에 대응되는 확산층(130)의 배면에 반사층(140)을 가지는 광학부재(110)는 렌즈(130)들의 접촉영역으로 조사되는 광을 반사시켜 리사이클 (Recycle)하게 됨으로, 도 6b에 도시된 바와 같이 약 30% 개선된 확산 및 집광 특성의 분포를 가지게 된다.
이러한 반사층(140)을 가지는 광학부재(110)의 광경로가 도 7에 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 부재(110)는 램프(136)로부터 발생된 광 중 렌즈(130)들의 접촉영역으로 입사되는 광을 반사층(140)을 이용하여 반사시키게 된다. 이 반사된 광은 확산층(120) 및 램프(136)의 배면에 배치된 반사판(114)에 의하여 리사이클 된다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 부재(110)는 램프(136)로부터 발생된 광의 확산 및 집광을 최적화 함으로써 액정표시패널(102)의 휘도를 개선할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 부재는 램프로부터 조사되는 광의 효율을 비약적으로 개선하여 액정표시장치의 고휘도를 달성할 수 있게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 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. 광원으로부터의 광을 확산하는 확산층과,
    상기 확산층의 제1 면 상에 형성되는 다수의 렌즈와;
    이웃한 상기 렌즈들 사이의 경계부에 대응하는 상기 확산층의 제2 면 상에 형성되는 반사층을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 시이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는
    상기 확산층과 접촉되는 면이 원형, 타원형, 다각형 중 적어도 하나로 형성되고, 상기 접촉면에서 소정높이를 가지며 반 구형 및 반 타원 구형 중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 시이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는
    장축과 단축 및 높이비가 2.5~3.5 : 0.5~3.5 : 0.1~3.0으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 시이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층의 폭은 상기 렌즈 밑면의 1/2 이하로 형성되며,
    상기 반사층의 두께는 상기 폭 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 시이트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사층의 재질은
    니켈(Ni), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 산화알루미늄(Al2O3) 등의 금속성 반사물질 중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 시이트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산층은
    내부에 광을 확산하기 위한 다수의 비즈가 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 시이트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는
    마이크로 렌즈 어레이, 허니컴 렌즈 및 끊긴 렌티큘라 렌즈의 배열 중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 시이트.
  8. 다수의 광원들이 액정표시장치에 설치되는 백 라이트 유닛에 있어서,
    상기 확산층의 제1 면 상에 형성되는 다수의 렌즈와;
    이웃한 상기 렌즈들 사이의 경계부에 대응하는 상기 확산층의 제2 면 상에 형성되는 반사층을 구비하는 것을 특징으로 하는 백 라이트 유닛.
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