KR20060089847A - 광섬유를 가진 도광판 및 이를 포함하는 액정표시장치의백라이트 유니트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광섬유를 삽입한 도광판을 사용하여, 백라이트 유니트의 광학효율을 증대시키는 액정표시장치의 백라이트 유니트에 관한 것이다. 본 발명에 따른 액정패널 배면에 배치되는 백라이트 유니트는, 적어도 하나 이상의 광원; 상기 광원에 대응하는 적어도 하나 이상의 입광측면과 상기 액정패널의 배면에 대응하는 출광평면을 포함하는 도광판을 구비하며, 상기 도광판의 내부에는 상기 입광측면으로부터 출광평면으로 연장된 다수개의 광섬유가 포함된다.

Description

광섬유를 가진 도광판 및 이를 포함하는 액정표시장치의 백라이트 유니트{Light guide panel having optical fiber and backlight unit including the light guide for use in LCD}

도 1은 종래 기술에 따른 액정표시장치의 분해 사시도를 나타낸 도면.

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 도광판 구조를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 백라이트 유니트를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 사용되는 일반적인 플라스틱 광섬유의 특성을 설명하기 위한 도면.

도 5a 내지 도 5c는 밴딩 조건에서 광섬유를 사용한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 단면을 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20: 램프 21: 램프 반사체

22: 도광판 23: 광섬유

본 발명은 액정표시장치의 백라이트 유니트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 광섬유를 삽입한 도광판을 사용하여, 백라이트 유니트의 발광효율을 증대시키는 액정표시장치의 백라이트 유니트에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는, 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 하부 유리기판과 컬러필터가 형성되어 있는 상부 유리기판 사이에 액정을 주입하고, 그 특성을 이용해 영상효과를 얻는 장치로서, 그 원리는 유리기판 안쪽의 투명한 전극관에 전압이 걸리면 그 사이에 있는 액정의 분자 운동 방향이 갈라져서 이것을 통과하는 빛의 양이 변함에 따라 영상이 구현되는 것이다.

이러한 액정표시장치는 수광장치로서, 그 배면에 휘도가 높고 균일한 광원을 제공받아 표시면 전체를 조명할 필요가 있다. 그러나, 예를 들어 휴대폰이나 노트북 등과 같은 중소형 액정표시장치의 경우 전지 등을 구동원으로 하기 때문에 상기 광원의 휘도를 높이는 것은 소비전력 등의 관점에서 한계가 있다.

한편, 고휘도의 백라이트 유니트의 설계에 있어서, 도광판에서의 광손실을 줄이는 방법으로, 예컨데, 도광판에 인쇄 또는 도트 패턴 형성 또는 하부에 반사시트를 배치하는 방법 등의 이용 또는, 각종 시트들의 효과적인 배치와 구조적으로 안정된 클램핑을 실시한다.

이하, 종래 액정표시장치의 백라이트 유니트의 구조를 도 1을 참조하여 살펴 보기로 한다.

도 1은 종래 액정표시장치의 분해 사시도를 나타낸 도면이다.

액정표시장치는, 데이터를 표시하는 액정 패널(11)과 상기 액정 패널 하부에 위치하고, 상기 액정 패널의 배면을 투사하는 백라이트 유니트로 크게 구성된다.

도시한 바와 같이, 상기 백라이트 유니트는, 광원으로 사용되는 램프(1), 상기 램프가 삽입되고 일측면이 개구되는 램프 반사체(8), 상기 램프 반사체의 개구된 측면에 상기 램프에서 조사된 빛을 액정 패널(11)의 배면에 균일하게 공급하는 도광판(2), 상기 도광판의 하부면에 램프(1)의 빛을 도광판(2)으로 재반사시키는 반사시트(3), 상기 도광판의 상부면에 위치하며, 도광판(2)에서 입사된 빛을 확산시키는 확산시트(4), 상기 확산시트의 상부면에 확산된 빛을 집광시켜 액정 패널(9)로 공급하는 수직 및 수평 프리즘 시트(5,6), 및 상기 수직 및 수평 프리즘 시트의 상부면에 상시 시트류를 보호하는 보호시트(7)로 이루어진다.

하지만, 이와 같은 종래의 액정표시장치는, 램프(1)로부터 생성되는 빛이 액정 패널(9)로 효율적으로 입사되지 못하는 문제점이 있다. 이를 도 2a를 참조하여 자세히 살펴보면, 램프(1)로부터 생성된 빛은 이면이 경사면으로 되어 있는 쇄기형 구조의 도광판(2)을 거쳐 상부에 위치한 액정 패널(도시안됨)로 전달되게 된다. 이 때, 도광판(2)에 입사된 빛 중 약 30% ~ 40% 정도가 액정패널로 전달되지 못하고 내부에서 소실되는 문제가 발생되어, 백라이트 유니트의 광학효율을 저하시켰다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 도 2b에 도시한 바와 같이, 도광판(2)의 구조 변경 즉, 내부에 특정 패턴(10)을 형성하여, 발광효율을 증대시키는 방법이 제 안 되었으나, 구조변경에 따른 비용문제가 발생하며, 광학효율 증대의 측면에서도 어느정도 한계가 있다.

따라서, 한국특허출원 제 1998-0028270(이하, 인용발명 1) 및 제 2001-0030222(이하, 인용발명 2) 등에서는 광학효율을 증가시키기 위해 광전달 매체인 도광판에 광섬유의 사용을 제안하고 있다.

인용발명 1에서는 도광판을 대신하여 광섬유들을 배열시키고, 광섬유 내부에서 전달되는 빛이 출광면 방형으로 광섬유에 형성된 슬릿을 통하여 출사되고 있다. 그러나, 상기 인용발명 1에서 광섬유로 전도된 빛이 슬릿을 통하여 출사하지 못하고 광섬유 내부에서 계속적으로 진행되면서 상쇄되여 광학효율이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 인용발명 2에서도 도광판에 하부면으로부터 상부면으로 연장된 광섬유를 포함하는데, 하부면에 배치된 광원으로부터 광섬유에 빛을 전달하여 상부면으로 출사시킨다. 그러나, 상기 인용발명 2에서는 하부에 광원을 설치하고 있으므로 백라이트 유니트의 두게가 증가하여 휴대폰이나 노트북 같이 슬림화를 요구하는 중소형 액정표시장치에서는 적용하기 힘든 문제점이 있다.

또한, 한국 특허출원 제 2003-08148에서는, 백라이트 유니트의 발광효율을 증대시키기 위해, 광섬유를 이용하는 방법을 제시하였다. 그러나, 제 2003-08148의 경우는, 램프와 도광판 사이의 빛의 전달 매개체로서 광섬유를 사용을 제안한 것으로써, 이는, 도광판 자체의 빛의 손실에 따른 발광효율 저하를 방지하는데 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은, 광원에서 생성된 빛을 액정 패널까지 전달시 전달효율을 증가시킬 수 있는 액정표시장치의 백라이트 유니트를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일면에 따라, 액정표시장치의 백라이트 유니트가 제공되며: 본 발명에 따른 액정패널 배면에 배치되는 백라이트 유니트는, 적어도 하나 이상의 광원; 상기 광원에 대응하는 적어도 하나 이상의 입광측면과 상기 액정패널의 배면에 대응하는 출광평면을 포함하는 도광판을 구비하며, 상기 도광판의 내부에는 상기 입광측면으로부터 출광평면으로 연장된 다수개의 광섬유가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에서, 상기 광섬유는, 코어와 클래드로 구성되며, 상기 코어는 굴절율 n1을 갖고 상기 클래드는 굴절율 n1 보다 낮은 굴절율 n2를 가지며, 상기 도광판의 광섬유를 제외한 영역은 굴절율 n2 보다 높은 굴절율 n3를 갖는다.

상기 구성에서, 상기 광섬유는 상기 도광판의 출광평면에서 광원으로부터 멀어질수록 조밀하게 배열된다.

(실시예)

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 백라이트 유니트를 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 액정표시장치의 백라이트 유니트는, 액정 패널(도시안됨)을 발광시키기 위한 빛을 제공하는 램프(20), 상기 램프가 삽입되고 일측면이 개구되는 램프 반사체(21) 및 램프(20)로부터 제공되는 빛을 상기 액정 패널의 배면에 균일하게 전달하기 위한 도광판(22)을 구비한다.

도광판(22)은, 램프(20)와 대응하는 측면 즉, 램프(20)로부터 제공되는 빛이 입사되는 적어도 하나 이상의 입광측면과, 액정 패널의 배면과 대응하는 평면 즉, 도광파(20)에 입사된 빛을 액정 패널의 배면으로 출사하는 출광평면을 포함하고, 상기 도광판(20)은, 그 내부에 입광측면으로부터 출광평면으로 연장된 다수의 광섬유(23)가 포함되어 있다. 따라서, 광섬유(23)의 입광면은 상기 램프(20)와 대응하게 위치하며, 출광면은 상기 액정 패널의 배면과 대응하게 위치함으로써, 광섬유로 입사된 빛을 효율적으로 상기 액정 패널로 전달한다. 여기서, 도광판(22)에 삽입된 광섬유(23)는, 전반사 원리를 이용한 빛 전달 매체로써, 백라이트 유니트의 발광효율을 효율적으로 증대시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 도광판(22)에서, 도광판(22)의 광섬유(23)가 없는 영역으로 입사되는 빛은 광섬유(23)표면에서 전반사되면서 도광판(22)의 출광평면으로 출사함으로써, 2차적으로 빛의 전달효율을 높일 수 있다.

다음, 상기한 바와 같은 광섬유 삽입에 따른 발광효율 증대를 광섬유의 특성을 나타내는 도면을 참고하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 사용되는 일반적인 플라스틱 광섬유를 포함하는 도광판의 광학특성을 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 플라스틱 광섬유는, 산업상 조명용 또는 통신용으로 사용되고 있는 일반적인 광섬유, 예를 들어, 고순도 아크릴 레진(PMMA)으로 된 코어(core) 층(30)과 특수 불소 폴리머(F-PMMA)로 만들어진 얇은 클래드(clad) 층(31)으로 구성된다. 이 때, 클래드 층(31)의 굴절율 n2는, 코아층(30)의 굴절율 n1 보다 낮으므로, 광섬유의 입광면으로 입사된 빛은 코아 층(30)와 클래드 층(31)의 접속면으로 전반사를 일으켜 출광면을 통해 출사된다. 이러한, 플라스틱 광섬유의 장점중의 하나는 광섬유의 단 면적 대비 코아 층(30)의 비율이 매우 큰것이다. 예컨데, 직경 1mm의 광섬유의 코아 층(30)의 직경이 0.98 mm, 클래드 층(31)의 직경이 0.98mm 인 경우, 광섬유의 단면적 대비 코아 층(30)의 비율은 98% 이다. 이는, 플라스틱 광섬유의 빛 전달 효율이 매우 높다는 것을 보여주는 것으로써, 수광각도 60°에서 빛을 받을 수 있고, 광섬유 단면의 거의 100% 를 빛의 이동 선로로 쓸 수 있다.

이러한 특성을 갖는 일반적인 플라스틱 광섬유는, 빛 전달효율이 가장 나쁜 360°밴딩(bending) 조건에서도 우수한 특성을 갖는다. 도 5a 내지 도 5c는 밴딩 조건에서 광섬유를 사용한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 선형굴절율(도 5a), 2차 굴절율(도 5b) 및 불연속 굴절율(도 5c)을 갖는, 각각의 광섬유에 대하여 360° 밴딩에서의 빛 전달효율을 시뮬레이션 한 것으로서, 각각 입사한 빛을 거의 100% 전달하는 것을 알 수 있다. 여기서, 시뮬레이션에 사용된 코아 층과 클래드 층의 굴절율 비율은 2:1이 다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 백라이트 유니트의 도광판(22)은 상기와 같은 우수한 빛 전달 특성을 가지는 광섬유를 포함하고 있으므로써, 발광효율을 증대시킬 수 있다.

도 4로 돌아가서, 상기 도광판(22)의 광섬유가 없는 영역(32)은, 산업상 액정표시장치의 도광판으로써 일반적으로 사용되며, 이는 아크릴 레진(PMMA)로 이루어져 있으면서, 광섬유 클래드(31)의 굴절율 n2 보다 높은 굴절율 n3를 갖는다. 따라서, 도광판(22)에서 광섬유가 없는 영역(32)의 입광측면으로 입사된 빛도 광섬유 표면에서 전반사를 일으켜 도광판(22)의 내부에서 이동하다가 출광표면을 통하여 출사하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유니트는, 액정표시장치의 적용처에 따라, 도광판 내부 광섬유의 배치를 달리할 수 있다. 다시 말해, 백라이트 유니트는, 액정표시장치의 사용처에 따라, 램프의 사용 갯수가 달라지며, 이 때, 도광판 내부에 삽입된 광섬유 또한, 램프의 갯수를 고려하여 배치된다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 단면을 나타낸 도면이다.

도 6a는 도 3의 A 방향으로 도광판의 입광측면을 도시한 도면으로써, 상기 도광판(22)의 입광측면에는 광섬유(23)가 동일한 간격으로 배열되어 있다.

도 6b는 도 3의 B 방향으로 도광판의 출광평면을 도시한 도면으로써, 노트북과 같이 하나의 램프에서 빛이 입사되는 도광판의 단면도이다.

도시한 바와 같이, 휴대폰이나 노트북과 같은 중소형 액정표시장치에 사용되는 도광판(22)은, 종래의 쇄기형 도광판과 같이 균일한 휘도를 갖기 위해 램프(20)와의 거리가 멀어질수록 광섬유가 조밀하게 분포된다.

도 6c는 TV나 모니터와 같이, 다수개의 램프에서 빛이 입사되는 도광판의 단면도이다.

도시한 바와 같이, TV나 모니터와 같이 대형 액정표시장치에 사용되는 도광판(22)은, 다수개의 램프(20)로부터 충분한 빛이 제공되므로, 다수의 광섬유(23)를 액정 패널의 배면과 대응하여 출광면이 향하도록 일정한 규칙을 가지고 배열되어, 액정 패널(도시안됨)에 빛을 균일하게 전달 할 수 있다.

도 6a 내지 6c에 도시한 본 발명에 따른 도광판에서 광서유 배열은 설명된 내용의 실시예로만 한정되는 것이 아니고, 도광판의 입광측면에서의 광섬유의 입광면에 대한 배열과 고광판의 출광평면에서의 광섬유의 출광면에 대한 배열은 휘도분포의 균일성을 갖도록 다양하게 변형할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 백라이트 유니트는, 도광판 내부에 전달특성이 우수한 광섬유를 포함함으로써, 도광판의 전달특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 밴딩구조를 갖는 광섬유를 이용하여 도광판의 입광측면으로부터 출광평면으로 광서유를 연장함으로써, 백라이트 유니트의 구께를 증가시키지 않고도 광섬유를 통한 광학효율의 증가를 도모할 수 있다. 뿐만 아니라, 도광판의 광섬유를 제외한 영역에서도 광섬유의 표면과의 굴절율 차이를 이용하여 광이 전달됨으로써 광학효율을 2차적으로 증가시킨다. 추가적으로, 도광판의 출광평면에서 광섬유의 배열을 이용하여 액정패널로 전달된는 광의 휘도분포를 고르게 조절할 수 있다.

본 발명의 상기한 바와 같은 구성에 따라, 백라이트 유니트의 도광판에 광섬유를 삽입함으로써, 백라이트 유니트의 발광효율을 증대시키고, 이에 따라, 액정표시장치의 소비전력을 감소시킬 수 있다.

본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

Claims (9)

1. 액정표시장치의 액정패널 배면에 배치되는 백라이트 유니트에 있어서,

   적어도 하나 이상의 광원;

   상기 광원에 대응하는 적어도 하나 이상의 입광측면과 상기 액정패널의 배면에 대응하는 출광평면을 포함하는 도광판을 구비하며,

   상기 도광판의 내부에는 상기 입광측면으로부터 출광평면으로 연장된 다수개의 광섬유가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유니트.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광섬유는,

   코어와 클래드로 구성되며, 상기 코어는 굴절율 n1을 갖고 상기 클래드는 굴절율 n1 보다 낮은 굴절율 n2를 가지며, 상기 도광판의 광섬유를 제외한 영역은 굴절율 n2 보다 높은 굴절율 n3를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유니트.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 광섬유는,

   상기 도광판의 출광평면에서 광원으로부터 멀어질수록 조밀하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유니트.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 광섬유는,

   상기 도광판의 출광평면에서 규칙성을 가지고 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유니트.
5. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광섬유는,

   상기 도광판의 입광측면에서 동일한 간격으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유니트.
6. 액정표시장치의 백라이트 유니트용 도광판에 있어서,

   광이 입사되는 적어도 하나 이상의 입광측면과 광이 출사되는 출광평면을 포함하고, 내부에는 상기 입광측면으로부터 출광평면으로 연장된 다수개의 광섬유가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유니트용 도광판.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 광섬유는,

   코어와 클래드로 구성되며, 상기 코어는 굴절율 n1을 갖고 상기 클래드는 굴절율 n1 보다 낮은 굴절율 n2를 가지며, 상기 도광판의 광섬유를 제외한 영역은 굴 절율 n2 보다 높은 굴절율 n3를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유니트용 도광판.
8. 제 6 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광섬유는,

   상기 도광판의 출광평면에서 광원으로부터 멀어질수록 조밀하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유니트용 도광판.
9. 제 6 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광섬유는,

   상기 도광판의 출광평면에서 규칙성을 가지고 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 백라이트 유니트용 도광판.

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