KR20060130999A - 개선된 도광판, 도광판을 개선한 백라이트 어셈블리 및이를 구비한 표시 장치 - Google Patents

개선된 도광판, 도광판을 개선한 백라이트 어셈블리 및이를 구비한 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개선된 도광판, 이를 구비하는 백라이트 어셈블리 및 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 도광판은, 도광판 몸체, 도광판 몸체의 일면에 적층되어 도광판을 통해 출사되는 광의 편광 성분을 변환시키는 편광 변환층, 및 편광 변환층 위에 적층된 편광 분리층을 포함한다.
도광판, 편광, 편광 변환층, 편광 분리층

Description

개선된 도광판, 도광판을 개선한 백라이트 어셈블리 및 이를 구비한 표시 장치 {IMPROVED LIGHT GUIDING PLATE, AND BACKLIGHT ASSEMBLY AND DISPLAY DEVICE PROVIDED WITH THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 백라이트 어셈블리의 결합 사시도이다.
도 3는 도 2의 AA선을 따라 자른 확대 단면도이다.
도 4는 도 3의 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 구비한 표시 장치의 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 표시 장치에 구비된 패널 유닛의 구동 블록도이다.
도 9는 패널 유닛의 한 화소에 대한 등가 회로도이다.
본 발명은 백라이트 어셈블리 및 이를 구비한 표시 장치에 관한 것으로, 더 욱 상세하게는 도광판을 개선한 백라이트 어셈블리 및 이를 구비한 표시 장치에 관한 것이다.
근래 들어오면서 급속하게 발전하고 있는 반도체 기술을 중심으로 하여, 소형 및 경량화되면서 성능이 더욱 향상된 액정표시장치의 수요가 폭발적으로 늘어나고 있다.
근래에 각광받고 있는 액정표시장치(liquid crystal display, LCD)는 소형화, 경량화 및 저전력 소비화 등의 이점을 가지고 있어서 기존의 브라운관(CRT, cathode ray tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로서 점차 주목받아 왔고, 현재는 디스플레이 장치가 필요한 거의 모든 정보처리기기에 장착되어 사용되고 있다.
일반적인 액정표시장치는 액정의 특정한 분자 배열에 전압을 인가하여 다른 분자배열로 변환시키고, 이러한 분자 배열에 의해 발광하는 액정셀의 복굴절성, 선광성, 2색성 및 광산란 특성 등의 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환하는 것으로서, 액정셀에 의한 광의 변조를 이용하여 정보를 표시하는 수광형 디스플레이 장치이다.
액정표시장치에는 액정표시패널을 사용하는 데, 광을 편광시키기 위하여 액정표시패널의 양면에 편광판을 부착한다. 편광판은 기설정된 방향의 편광만 통과시킨다. 편광은 P 편광과 S 편광으로 나눌 수 있다. P 편광은 격자 구조체의 형성 방향에 대하여 수직인 편광을 의미하며, S 편광은 격자 구조체의 형성 방향에 대하여 수평인 편광을 의미한다. 액정표시패널의 입사광 절반은 편광판에 의해 제 거되므로, 액정표시패널은 기설정된 방향의 편광만을 사용한다. 따라서 액정표시패널로 입사되는 광을 100% 사용할 수 없어서 광효율이 크게 저하되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 광학 시트를 변형하여 편광에 따른 광효율 저하를 개선하기 위한 연구가 행해져 왔다. 즉, 편광을 변환시킴으로써 광효율을 향상시킬 수 있도록 광학 시트를 변형하여 사용하였다. 그러나 다수의 광학 시트가 같이 조립되어 광학 시트간에 미세한 갭(gap)이 형성되므로, 편광 변환에 한계가 있었다. 즉, 미세한 갭으로 인하여 광이 복굴절되므로, 편광 변환이 잘 이루어지지 않았다. 따라서 편광 변환 기능을 가진 광학 시트를 사용하여도 미세한 갭으로 인하여 편광 변환 효율이 그다지 높지 못하였다.
또한, 두께가 얇은 다수의 광학 시트를 함께 조립하기가 여전히 어려운 문제점이 있었다. 따라서 액정표시장치의 생산 효율이 저하되었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 편광 변환 및 편광 분리가 가능한 도광판을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 전술한 도광판을 구비한 백라이트 어셈블리를 통해 편광 성분을 유효하게 이용함으로써 광효율을 크게 향상시키고자 한다.
그리고 본 발명은 전술한 백라이트 어셈블리를 구비한 표시 장치를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 도광판은, 도광판 몸체, 도광판 몸체의 일면에 적층되어 도광판을 통해 출사되는 광의 편광 성분을 변환시키는 편광 변환층, 그리고 편광 변환층 위에 적층된 편광 분리층을 포함한다.
편광 변환층은 광의 P 편광 성분을 S 편광 성분과 P 편광 성분의 합으로 변환시키는 것이 바람직하다.
편광 변환층은 광을 복굴절시킬 수 있다.
편광 변환층은 보상 필름(retardation film)인 것이 바람직하다.
보상 필름은 PET(poly ethylene terephthalate, 폴리에틸렌 테레프탈레이트) 및 PEN(poly ethylene naphthalate, 폴리에틸렌 나프탈레이트)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 도광판은, 도광판 몸체의 일면에 상호 이격되어 일방향으로 다수의 굴절 패턴이 돌출할 수 있다.
굴절 패턴의 높이는 5㎛ 내지 12㎛인 것이 바람직하다.
굴절 패턴의 꼭지각은 30°내지 70°인 것이 바람직하다.
다수의 굴절 패턴의 피치는 10㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
굴절 패턴의 높이는 편광 변환층의 두께보다 큰 것이 바람직하다.
광원과 다수의 굴절 패턴은 동일한 방향으로 뻗어 있을 수 있다.
편광 변환층은 방향에 따라 상이한 다수의 굴절률을 가지는 것이 바람직하다.
편광 분리층은 다수의 액정 고분자(liquid crystal polymer, LCP)를 포함하 는 것이 바람직하다.
편광 분리층은 S 편광만을 통과시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 도광판은 편광 분리층 위에 적층되어 편광 분리층을 보호하는 보호층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 백라이트 어셈블리는, 광을 공급하는 광원과, 광원으로부터 출사된 광을 가이드하는 도광판을 포함한다. 도광판은, 도광판 몸체, 도광판 몸체의 일면에 적층되어 도광판을 통해 출사되는 광의 편광 성분을 변환시키는 편광 변환층, 및 편광 변환층 위에 적층된 편광 분리층을 포함한다.
편광 변환층은 광의 P 편광 성분을 S 편광 성분과 P 편광 성분의 합으로 변환시키는 것이 바람직하다.
편광 변환층은 광을 복굴절시킬 수 있다.
편광 변환층은 보상 필름(retardation film)인 것이 바람직하다.
보상 필름은 PET(poly ethylene terephthalate, 폴리에틸렌 테레프탈레이트) 및 PEN(poly ethylene naphthalate, 폴리에틸렌 나프탈레이트)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 백라이트 어셈블리는, 도광판 몸체의 일면에 상호 이격되어 일방향으로 돌출한 다수의 굴절 패턴을 구비할 수 있다.
굴절 패턴의 높이는 5㎛ 내지 12㎛인 것이 바람직하다.
굴절 패턴의 꼭지각은 30°내지 70°인 것이 바람직하다.
다수의 굴절 패턴의 피치는 10㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
굴절 패턴의 높이는 편광 변환층의 두께보다 큰 것이 바람직하다.
광원과 다수의 굴절 패턴은 동일한 방향으로 뻗어 있을 수 있다.
편광 변환층은 방향에 따라 상이한 다수의 굴절률을 가지는 것이 바람직하다.
다수의 굴절률 중 제1 굴절률과 제2 굴절률의 차는 0.01 내지 0.50인 것이 바람직하다.
제1 굴절률은 1.0 내지 2.0일 수 있다.
제2 굴절률은 1.0 내지 2.5일 수 있다.
편광 분리층은 다수의 액정 고분자(liquid crystal polymer, LCP)를 포함하는 것이 바람직하다.
편광 분리층은 S 편광만을 통과시키는 것이 바람직하다.
도광판은 편광 분리층 위에 적층되어 편광 분리층을 보호하는 보호층을 더 포함할 수 있다.
도광판 몸체의 일면에 대향하는 타면에 다수의 프리즘이 형성될 수 있다.
광원은 램프일 수 있다.
광원은 발광 다이오드를 포함하는 선광원일 수 있다.
본 발명에 따른 표시 장치는, 화상을 표시하는 패널 유닛, 패널 유닛에 광을 공급하는 광원, 및 광원으로부터 출사된 광을 가이드하는 도광판을 포함한다. 도광판은, 도광판 몸체, 도광판 몸체의 일면에 적층되어 도광판을 통해 출사되는 광의 편광 성분을 변환시키는 편광 변환층, 및 편광 변환층 위에 적층된 편광 분리층 을 포함한다.
편광 변환층은 광의 P 편광 성분을 S 편광 성분과 P 편광 성분의 합으로 변환시킬 수 있다.
편광 변환층은 광을 복굴절시킬 수 있다.
편광 변환층은 보상 필름일 수 있다.
보상 필름은 PET 및 PEN으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 표시 장치는, 도광판 몸체의 일면에 상호 이격되어 일방향으로 돌출한 다수의 굴절 패턴을 구비하는 것이 바람직하다.
굴절 패턴의 높이는 5㎛ 내지 12㎛인 것이 바람직하다.
굴절 패턴의 꼭지각은 30°내지 70°인 것이 바람직하다.
다수의 굴절 패턴의 피치는 10㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
편광 변환층은 방향에 따라 상이한 다수의 굴절률을 가질 수 있다.
편광 분리층은 다수의 액정 고분자를 포함하는 것이 바람직하다.
패널 유닛은 액정표시패널일 수 있다.
패널 유닛은 도광판과 직접 대향할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 백라이트 어셈블리(70)를 분해하여 나타낸다. 도 1의 확대원에는 도광판(74)의 하부 에지를 확대하여 나타낸다.
도 1에 도시한 바와 같이, 백라이트 어셈블리(70)는 광원(77), 광원 커버(78), 도광판(74) 및 반사 시트(79) 등을 포함한다. 이외에 필요에 따라 다른 부 품을 포함할 수 있다. 이들 부품들은 바텀 섀시(bottom chassis)(75)에 수납된다. 백라이트 어셈블리(70)의 상부 및 하부에는 각각 상부 몰드 프레임(upper mold frame)(73) 및 하부 몰드 프레임(lower mold frame)(65)이 구비된다. 이들은 백라이트 어셈블리(70)를 고정한다.
광원(77)은 광을 출사한다. 도 1에는 광원(77)으로서 램프를 도시하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 다른 종류의 광원을 사용할 수도 있다.
광원(77)은 인버터(inverter)(미도시)와 전기 연결되어 구동 전압을 인가받는다. 인버터는 외부 전압을 일정 레벨로 변환하여 광원(77)에 공급함으로써 광원(77)을 구동한다.
광원 커버(78)는 광원(77)을 보호한다. 광원 커버(78)의 내부에는 광반사 물질이 도포되어 광원(77)으로부터 출사된 광의 손실을 최소화할 수 있다.
광원(77)으로부터 출사된 광은 도광판(74)으로 입사된다. 도광판(74)은 일반적으로 PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트, polymethyl methacrylate) 소재로 이루어진다. 이외에 다른 소재를 사용할 수도 있다. 도광판(74)으로 입사된 광은 균일하게 확산되어 상부 방향(z축 방향)으로 출사된다. 즉, 도광판(74)의 일면인 광출사면(74a)을 통하여 광을 출사한다. 도광판(74)으로 입사된 광 중 일부는 반사 시트(79)에 의해 반사되므로 광손실을 최소화할 수 있다.
도 1의 확대원에 도시한 바와 같이, 도광판(74)의 광출사면(74a)에 대향하는 타면(74b)에는 다수의 프리즘(741b)을 형성한다. 프리즘(741b)은 집광 효율을 향 상시킨다. 즉, 광원(77)으로부터 출사된 광을 모아서 광효율을 향상시킨다. 이를 위하여 프리즘(741b)을 광원(77)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 형성한다. 프리즘(741b)에는 연무(haze)를 형성할 수도 있다.
도 1에는 도광판(74)의 타면(74b)에 다수의 프리즘(741b)을 형성한 것으로 도시하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 프리즘(741b)을 형성하지 않을 수도 있다.
도 2에는 도 1에 도시한 백라이트 어셈블리(70)를 조립하여 나타낸다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상부 몰드 프레임(73)이 하부 몰드 프레임(65) 내부로 수납되어 백라이트 어셈블리(70)가 조립된다. 도광판(74)은 백라이트 어셈블리(70)의 외부로 노출되어 광을 출사한다.
도 3에는 도 2에 도시한 백라이트 어셈블리(70)를 AA선을 따라 자른 단면 일부를 나타낸다.
도 3에 도시한 도광판(74)은 도광판 몸체(741), 편광 변환층(743) 및 편광 분리층(745)을 포함한다. 필요에 따라 편광 분리층(745)을 보호하기 위하여 도광판(74)은 보호층(747)을 더 포함할 수 있다.
도광판 몸체(741)는 도광판을 이루는 주 구성 요소로서, PMMA 소재로 이루어진다. 이외에 다른 소재를 이용하여 도광판 몸체(741)를 형성할 수도 있다.
편광 변환층(743)은 도광판 몸체(741)의 일면에 적층된다. 편광 변환층(743)은 도광판(74)을 통해 출사되는 광의 편광 성분을 변환시킨다. 편광 편환층(743)은 방향에 따라 상이한 다수의 굴절률을 가진다. 즉, 편광 편환층(743)은 이 방성을 가진다.
다수의 굴절률 중 제1 굴절률과 제2 굴절률의 차는 0.01 내지 0.50인 것이 바람직하다. 제1 굴절률과 제2 굴절률의 차가 0.01 미만이면, 복굴절이 잘 일어나지 않아 광의 편광 성분을 변환하기 어렵다. 또한, 제1 굴절률과 제2 굴절률의 차가 0.50을 초과하면, 굴절률 차가 너무 커서 광의 손실이 커진다. 제1 굴절률은 1.0 내지 2.0인 것이 바람직하며, 제2 굴절률은 1.0 내지 2.5인 것이 바람직하다. 이러한 굴절률 범위에서 편광 변환 효율을 최대한으로 높일 수 있다.
편광 편환층(743)으로 입사된 광은 복굴절된다. 광이 복굴절되면서 편광 성분이 변환된다. 편광 변환층(743)으로는 보상 필름을 사용할 수 있다. 보상 필름은 PET 및 PEN으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지를 포함할 수 있다. 이러한 수지들은 이방성을 가지고 있으므로, 광을 복굴절시키는 데 유리하다.
편광 변환층(743)에서 편광 성분이 잘 변환되도록 도광판 몸체(741)의 일면에 다수의 굴절 패턴(7411)을 형성한다. 굴절 패턴(7411)은 상호 이격되어 일방향으로 돌출된다. 굴절 패턴(7411)은 광원과 동일한 방향으로 뻗어 있다. 광은 굴절 패턴(7411)에 입사되면서 여러 방향으로 복굴절된다. 따라서 편광 변환층(743)에서 편광 성분의 변환이 쉽게 이루어진다.
편광 분리층(745)은 편광 변환층(743) 위에 적층되어 기설정된 방향의 편광만을 분리시킨다. 즉, 기설정된 방향의 편광은 그대로 통과시키고, 나머지 편광은 전반사시킨다. 편광 분리층(745)은 광을 복굴절시켜서 편광을 쉽게 분리시킨다. 편광 분리층(745)은 이방성을 가지므로 편광을 쉽게 분리할 수 있다. 편광 분리층 (745)은 다수의 액정 고분자를 포함할 수 있으며, 액정 고분자를 이용하여 광을 쉽게 분리할 수 있다.
보호층(747)은 편광 분리층(745)위에 적층되어 편광 분리층(745)을 보호한다. 다수의 액정 고분자로 편광 분리층(745)을 형성하는 경우, 이를 고정하기 위하여 보호층(747)을 사용할 수 있다.
도 4는 도 3의 상부 부분을 확대한 도면으로서, 광의 진행 방향을 화살표로 나타낸다.
도 4에 도시한 굴절 패턴(7411)의 높이(h1)는 5㎛ 내지 12㎛인 것이 바람직하다. 굴절 패턴(7411)의 높이(h1)가 5㎛ 미만이면 광의 복굴절이 잘 일어나지 않는다. 따라서 편광 성분의 변환이 어렵다. 또한, 굴절 패턴(7411)의 높이(h2)가 12㎛를 초과하는 것은 도광판(74) 설계상 불가능하다.
굴절 패턴(7411)의 꼭지각(α)은 30°내지 70°인 것이 바람직하다. 굴절 패턴(7411)의 꼭지각(α)이 30°미만이면, 굴절 패턴(7411)에 광이 거의 각도차 없이 입사되므로, 광의 굴절이 미미하다. 굴절 패턴(7411)의 꼭지각(α)이 70°를 초과하면 광의 전반사가 일어나 도광판 몸체(741)를 빠져나가는 광의 양이 감소한다.
다수의 굴절 패턴(7411)의 피치(p)는 10㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하다. 굴절 패턴(7411)의 피치(p)가 10㎛ 미만이면, 굴절 패턴(7411)으로 인해 광이 지나치게 굴절되어 광 손실이 커진다. 또한, 굴절 패턴(7411)의 피치(p)가 100㎛를 초 과하면, 굴절 패턴(7411)으로 인한 광의 복굴절이 미미해진다. 한편, 피치(p)를 변화시킴으로써 휘도를 향상시킬 수도 있다.
굴절 패턴(7411)의 높이(h1)를 편광 변환층(745)의 높이(h2)보다 크게 형성한다. 따라서 굴절 패턴(7411)으로 인한 광의 복굴절 효과를 최대화할 수 있다. 편광 변환층(745)의 높이(h2)는 광파장의 0.25배 정도인 것이 바람직하다.
도 4에는 광의 진행 방향(L1)을 화살표로 나타낸다. 이와 같은 광의 진행 방향은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 광의 진행 방향을 다른 형태로 나타낼 수 있다. 또한, 반드시 굴절 패턴(7411)을 거치지 않더라도 편광 변환층(743) 및 편광 분리층(745)을 이용하여 기설정된 방향의 편광만을 출사시킬 수 있다.
도 4에는 도시하지 않았지만, 광원으로부터 출사된 광은 도광판(74)으로 입사된다. 도광판(74)으로 입사된 광은 도광판(74) 내부에서 확산된 후 상부 방향으로 진행한다. 도광판(74)의 광출사면에 대향하는 타면에는 다수의 프리즘이 형성되어 광을 모은후 광출사면으로 출사시킨다. 따라서 도 4에 도시한 방향으로 광(L1)이 진행한다.
광원으로부터 출사된 광(L1)은 도광판 몸체(741)를 거쳐서 편광 변환층(743)으로 입사된다. 편광 변환층(743)은 이방성을 가지므로, 편광 변환층(743)으로 입사된 광(L1)은 복굴절되면서 각각 광(L11) 및 광(L12)로 나누어진다. 광(L1)은 복굴 절되면서 위상차가 변하므로, 편광 성분의 변환이 이루어진다.
광(L11)은 S 편광 성분만을 가지므로 편광 변환층(743)을 그대로 통과하여 상부 방향으로 출사된다. 한편, 광(L12)은 P 편광 성분과 S 편광 성분을 가지는 데, 편광 변환층(743)내에서 굴절되면서 광의 편광 성분이 변환된다. 즉, 광의 P 편광 성분이 회전하여 S 편광 성분으로 되면서 편광 변환이 일어난다. 편광 변환이 일어나면서 광의 P 편광 성분이 점차적으로 P 편광 성분과 S 편광 성분의 합으로 변환된다.
편광 변환된 광 중에서 P 편광 성분을 가진 광(L122)은 편광 분리층(745)에서 전반사되어 다시 도광판(74) 내부로 입사된다. 한편, 편광 변환된 광 중에서 S 편광 성분을 가진 광(L121)은 편광 분리층(745)을 통과하여 상부로 출사된다. 이와 같이 편광 분리층(745)을 이용하여 S 편광 성분만을 상부로 출사시킨다.
전술한 바와 같이, P 편광 성분을 전부 S 편광 성분으로 변환한 후에 광을 출사한다. 따라서 종래에는 이용하지 않던 광의 편광 성분을 추출할 수 있으므로, 광효율이 크게 향상된다.
도 5에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 어셈블리(80)를 분해하여 나타낸다. 도 5에 도시한 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 어셈블리(80)의 구조는 본 발명의 제1 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 자세한 설명을 생략한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 어셈블리(80)에서는 광원으로서 발광 다이오드를 포함하는 선광원(87)을 사용한다. 금속 코어 인쇄회로기판(metal core printed circuit board, MCPCB)(873)상에 다수의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W)으로 이루어진 다수의 발광 다이오드(871)를 실장하여 선광원(87)을 형성한다. 선광원(87)은 다수의 발광 다이오드(871)를 사용하므로, 발열량이 적어서 상대적으로 수명이 길다.
한편, 도광판(74) 상부에 형성한 편광 변환층 및 편광 분리층을 보호하기 위하여 백라이트 어셈블리(80)는 보호 시트(72)를 더 포함할 수 있다. 보호 시트(72)는 외부 충격으로부터 도광판(74)을 보호하는 역할을 한다.
도 6에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 백라이트 어셈블리(90)를 분해하여 나타낸다. 도 6에 도시한 본 발명의 제3 실시예에 따른 백라이트 어셈블리(90)의 구조는 본 발명의 제1 실시예에 따른 백라이트 어셈블리의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 자세한 설명을 생략한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 백라이트 어셈블리(90)는 쐐기형으로서, 도광판(94)이 경사진 구조로 되어 있다. 광원(77)은 도광판(94)의 일측에만 구비되어 도광판(94)측으로 광을 출사한다.
도 6의 확대원에 도시한 바와 같이,도광판(94)의 광출사면(상부 확대원) 및 이에 대향하는 타면(하부 확대원)의 구조는 도 1에 도시한 도광판의 구조와 동일하다. 따라서 도광판(94)을 이용하여 광효율을 크게 향상시킬 수 있다.
도광판(94)의 하면에 다수의 프리즘(741b)을 형성하여 광을 모을 수 있다. 집광에 따른 광분포 그래프를 보면, 수평 방향 각도 분포의 반치폭이 83°이고, 수직 방향 각도 분포의 반치폭이 27°가 되어 수직 방향으로의 집광이 효율적으로 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 백라이트 어셈블리(70)를 구비한 표시 장치(100)를 나타낸다. 도 7에는 도 1에 도시한 백라이트 어셈블리(70)를 도시하였지만, 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 사용할 수도 있다.
패널 유닛(50)으로는 액정표시패널을 사용할 수 있다. 이는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
표시 장치(100)는 패널 유닛(50)과 백라이트 어셈블리(70)를 포함한다. 탑 섀시(top chassis)(60)를 이용하여 패널 유닛(50)을 백라이트 어셈블리(70)상에 안정적으로 고정한다. 패널 유닛 어셈블리(40)는 패널 유닛(50), 구동 IC 패키지(driver integrated circuit package, driver IC package)(41, 42) 및 인쇄회로기판(44)를 포함한다. 구동 IC 패키지로는 COF(chip on film, 칩 온 필름) 또는 TCP(tape carrier package, 테이프 캐리어 패키지) 등을 사용할 수 있다. 인쇄회로기판(44)은 탑 섀시(60)의 측면에 수납할 수 있다.
패널 유닛(50)은 다수의 TFT(thin film transistor, 박막 트랜지스터)로 이루어진 TFT 패널(51)과 TFT 패널(51) 상부에 위치하는 컬러필터패널(53) 및 이들 패널 사이에 주입되는 액정(미도시)을 포함한다. 컬러필터패널(53)의 상부와 TFT 패널(51)의 하부에는 편광판을 부착하여 패널 유닛(50)을 통과하는 광을 편광시킨 다.
TFT 패널(51)은 매트릭스상의 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 투명한 유리 기판이며, 소스 단자에는 데이터 라인이 연결되고, 게이트 단자에는 게이트 라인이 연결되어 있다. 그리고 드레인 단자에는 도전성 재질로서 투명한 ITO(indium tin oxide, 인듐 틴 옥사이드)로 이루어진 화소 전극이 형성된다.
전술한 패널 유닛(50)의 게이트 라인 및 데이터 라인에 각각 인쇄회로기판(44)으로부터 전기적인 신호를 입력하면 TFT의 게이트 단자와 소스 단자에 전기적인 신호가 입력되고, 이들 전기적인 신호의 입력에 따라 TFT는 턴 온 또는 턴 오프되어 화소 형성에 필요한 전기적인 신호가 드레인 단자로 출력된다.
한편, TFT 패널(51)에 대향하여 그 위에 컬러필터패널(53)이 배치되어 있다. 컬러필터패널(53)은 광이 통과하면서 소정의 색이 발현되는 색화소인 RGB 화소가 박막 공정에 의해 형성된 패널로서, 전면에 ITO로 이루어진 공통 전극이 도포되어 있다. TFT의 게이트 단자 및 소스 단자에 전원이 인가되어 박막 트랜지스터가 턴온되면, 화소 전극과 컬러필터패널의 공통 전극사이에는 전계가 형성된다. 이러한 전계에 의해 TFT 패널(51)과 컬러필터패널(53) 사이에 주입된 액정의 배열각이 변화되고 변화된 배열각에 따라서 광투과도가 변경되어 원하는 화소를 얻게 된다.
패널 유닛(50)의 외부로부터 영상 신호를 입력받아 게이트 라인과 데이터 라인에 각각 구동 신호를 인가하는 인쇄회로기판(44)은 패널 유닛(50)에 부착된 데이터 구동 IC 패키지(42)와 접속한다. 표시 장치(100)를 구동하기 위하여, 인쇄회로기판(44)은 데이터 구동 신호 및 게이트 구동 신호를 전송한다. 따라서 게이트 구 동 신호와 데이터 구동 신호를 각각의 구동 IC 패키지(41, 42)를 통해 패널 유닛(50)의 게이트 라인 및 데이터 라인에 인가한다. 백라이트 어셈블리(70)의 배면에는 컨트롤 보드(control board)(미도시)를 설치한다. 컨트롤 보드는 인쇄회로기판(44)과 접속하여 아날로그 데이터 신호를 디지털 데이터 신호로 변환한 다음 패널 유닛(50)에 공급한다.
이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여 패널 유닛(50)의 동작 원리에 대하여 좀더 상세하게 설명한다.
TFT 패널(51)은 다수의 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)을 포함하고, 컬러필터패널(53) 및 TFT 패널(51)은 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(pixel)를 포함한다.
표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)은 게이트 신호("주사 신호"라고도 함)를 전달하는 다수의 게이트선(G1-Gn)과 데이터 신호를 전달하는 데이터선(D1-Dm)을 포함한다. 게이트선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고 데이터선(D1-Dm)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.
각 화소는 표시 신호선(G1-Gn, D1-Dm)에 연결된 스위칭 소자(Q)와 이에 연결된 액정 축전기(liquid crystal capacitor)(CLC) 및 유지 축전기(storage capacitor)(CST)를 포함한다. 유지 축전기(CST)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
박막 트랜지스터 등 스위칭 소자(Q)는 TFT 패널(51)에 구비되어 있으며, 3단자 소자로서 그 제어 단자 및 입력 단자는 각각 게이트선(G1-Gn) 및 데이터선(D1-Dm)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 액정 축전기(CLC) 및 유지 축전기(CST)에 연결되어 있다.
액정 축전기(CLC)는 TFT 패널(51)의 화소 전극(190)과 컬러필터패널(53)의 공통 전극(270)을 두 단자로 하며 두 전극(190, 270) 사이의 액정층(3)은 유전체로서 기능한다. 화소 전극(190)은 스위칭 소자(Q)에 연결되며 공통 전극(270)은 컬러필터패널(53)의 전면에 형성되어 있고 공통 전압(Vcom)을 인가받는다. 이와는 달리, 공통 전극(270)이 TFT 패널(51)에 구비되는 경우도 있으며 이 때에는 두 전극(190, 270) 중 적어도 하나가 선형 또는 막대형으로 만들어질 수 있다.
액정 축전기(CLC)의 보조적인 역할을 하는 유지 축전기(CST)는 TFT 패널(51)에 구비된 별개의 신호선(도시하지 않음)과 화소 전극(190)이 절연체를 사이에 두고 중첩되어 이루어지며 이 별개의 신호선에는 공통 전압(Vcom) 따위의 정해진 전압이 인가된다. 그러나 유지 축전기(CST)는 화소 전극(190)이 절연체를 매개로 바로 위의 전단 게이트선과 중첩되어 이루어질 수 있다.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(미도시)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호, 예를 들면 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등을 제공 받는다. 신호 제어부(600)는 입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호를 기초로 영상 신호(R, G, B)를 패널 유닛(50)(도 7에 도시)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 게이트 제어 신호(CONT1) 및 데이터 제어 신호(CONT2) 등을 생성한 후, 신호 제어부(600)는 이어 게이트 제어 신호(CONT1)를 게이트 구동부(400)로 내보내고 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)는 데이터 구동부(500)로 내보낸다.
게이트 제어 신호(CONT1)는 게이트 온 전압(Von)의 출력 시작을 지시하는 주사 시작 신호(STV), 게이트 온 전압(Von)의 출력 시기 및 출력 전압을 제어하는 적어도 하나의 클록 신호 등을 포함한다.
데이터 제어 신호(CONT2)는 영상 데이터(DAT)의 전송 시작을 알리는 수평 동기 시작 신호(STH)와 데이터선(D1-Dm)에 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(LOAD), 공통 전압(Vcom)에 대한 데이터 전압의 극성(이하, 공통 전압에 대한 데이터 전압의 극성을 줄여 데이터 전압의 극성이라 함)을 반전시키는 반전 신호(RVS) 및 데이터 클록 신호(HCLK) 등을 포함한다.
신호 제어부(600)는 이들 제어 신호(CONT1, CONT2) 이외에도 백라이트 어셈블리(70)의 동작을 제어하기 위한 제어 신호나 클럭 신호 등을 백라이트 어셈블리(70)로 내보낼 수 있다.
데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터의 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라 한 행의 화소에 대한 영상 데이터(DAT)를 차례로 입력받아 시프트시키고, 계 조 전압 생성부(800)로부터의 계조 전압 중 각 영상 데이터(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 영상 데이터(DAT)를 해당 데이터 전압으로 변환한 후, 이를 해당 데이터선(D1-Dm)에 인가한다.
게이트 구동부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압(Von)을 게이트선(G1-Gn)에 인가하여 이 게이트선(G1-Gn)에 연결된 스위칭 소자(Q)를 턴온시키며, 이에 따라 데이터선(D1-Dm)에 인가된 데이터 전압이 턴온된 스위칭 소자(Q)를 통하여 해당 화소에 인가된다.
화소에 인가된 데이터 전압과 공통 전압(Vcom)의 차이는 액정 축전기(CLC)의 충전 전압, 즉 화소 전압으로서 나타난다. 액정 분자들은 화소 전압의 크기에 따라 그 배열을 달리한다.
1 수평 주기(또는 1H)[수평 동기 신호(Hsync)의 한 주기]가 지나면 데이터 구동부(500)와 게이트 구동부(400)는 다음 행의 화소에 대하여 동일한 동작을 반복한다. 이러한 방식으로, 한 프레임(frame) 동안 모든 게이트선(G1-Gn)에 대하여 차례로 게이트 온 전압(Von)을 인가하여 모든 화소에 데이터 전압을 인가한다. 한 프레임이 끝나면 다음 프레임이 시작되고 각 화소에 인가되는 데이터 전압의 극성이 이전 프레임에서의 극성과 반대가 되도록 데이터 구동부(500)에 인가되는 반전 신호(RVS)의 상태가 제어된다(프레임 반전). 이 때, 한 프레임 내에서도 반전 신호(RVS)의 특성에 따라 한 데이터선을 통하여 흐르는 데이터 전압의 극성이 바뀌거나 (행 반전, 도트 반전), 한 화소행에 인가되는 데이터 전압의 극성도 서로 다를 수 있다(열 반전, 도트 반전).
본 발명에 따른 백라이트 어셈블리에 구비된 도광판은 편광 변환층과 편광 분리층을 포함하므로, 사용하지 않던 편광을 100% 이용할 수 있어서 광효율이 크게 향상된다.
도광판 몸체의 일면에 다수의 굴절 패턴이 돌출하므로, 광의 복굴절이 더욱 용이하게 이루어진다. 따라서 편광 변환층에서의 편광 변환이 잘 이루어진다.
편광 변환층은 방향에 따라 상이한 다수의 굴절률을 가지므로, 편광 변환이 잘 이루어진다.
편광 분리층은 다수의 액정 고분자층을 포함하므로, S 편광만을 통과시켜서 광효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims (48)

  1. 도광판 몸체,
    상기 도광판 몸체의 일면에 적층되어 상기 도광판을 통해 출사되는 광의 편광 성분을 변환시키는 편광 변환층, 및
    상기 편광 변환층 위에 적층된 편광 분리층
    을 포함하는 도광판.
  2. 제1항에서,
    상기 편광 변환층은 광의 P 편광 성분을 S 편광 성분과 P 편광 성분의 합으로 변환시키는 도광판.
  3. 제1항에서,
    상기 편광 변환층은 광을 복굴절시키는 도광판.
  4. 제1항에서,
    상기 편광 변환층은 보상 필름(retardation film)인 도광판.
  5. 제4항에서,
    상기 보상 필름은 PET(poly ethylene terephthalate, 폴리에틸렌 테레프탈레 이트) 및 PEN(poly ethylene naphthalate, 폴리에틸렌 나프탈레이트)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지를 포함하는 도광판.
  6. 제1항에서,
    상기 도광판 몸체의 일면에 상호 이격되어 일방향으로 다수의 굴절 패턴이 돌출한 도광판.
  7. 제6항에서,
    상기 굴절 패턴의 높이는 5㎛ 내지 12㎛인 도광판.
  8. 제6항에서,
    상기 굴절 패턴의 꼭지각은 30°내지 70°인 도광판.
  9. 제6항에서,
    상기 다수의 굴절 패턴의 피치는 10㎛ 내지 100㎛인 도광판.
  10. 제6항에서,
    상기 굴절 패턴의 높이는 상기 편광 변환층의 두께보다 큰 도광판.
  11. 제1항에서,
    상기 편광 변환층은 방향에 따라 상이한 다수의 굴절률을 가지는 도광판.
  12. 제1항에서,
    상기 편광 분리층은 다수의 액정 고분자(liquid crystal polymer, LCP)를 포함하는 도광판.
  13. 제1항에서,
    상기 편광 분리층은 S 편광만을 통과시키는 도광판.
  14. 제1항에서,
    상기 편광 분리층 위에 적층되어 상기 편광 분리층을 보호하는 보호층을 더 포함하는 도광판.
  15. 광을 공급하는 광원, 및
    상기 광원으로부터 출사된 광을 가이드하는 도광판
    을 포함하고,
    상기 도광판은,
    도광판 몸체,
    상기 도광판 몸체의 일면에 적층되어 상기 도광판을 통해 출사되는 광의 편광 성분을 변환시키는 편광 변환층, 및
    상기 편광 변환층 위에 적층된 편광 분리층
    을 포함하는 백라이트 어셈블리(backlight assembly).
  16. 제15항에서,
    상기 편광 변환층은 광의 P 편광 성분을 S 편광 성분과 P 편광 성분의 합으로 변환시키는 백라이트 어셈블리.
  17. 제15항에서,
    상기 편광 변환층은 광을 복굴절시키는 백라이트 어셈블리.
  18. 제15항에서,
    상기 편광 변환층은 보상 필름인 백라이트 어셈블리.
  19. 제18항에서,
    상기 보상 필름은 PET 및 PEN으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지를 포함하는 백라이트 어셈블리.
  20. 제15항에서,
    상기 도광판 몸체의 일면에 상호 이격되어 일방향으로 다수의 굴절 패턴이 돌출한 백라이트 어셈블리.
  21. 제20항에서,
    상기 굴절 패턴의 높이는 5㎛ 내지 12㎛인 백라이트 어셈블리.
  22. 제20항에서,
    상기 굴절 패턴의 꼭지각은 30°내지 70°인 백라이트 어셈블리.
  23. 제20항에서,
    상기 다수의 굴절 패턴의 피치는 10㎛ 내지 100㎛인 백라이트 어셈블리.
  24. 제20항에서,
    상기 굴절 패턴의 높이는 상기 편광 변환층의 두께보다 큰 백라이트 어셈블리.
  25. 제20항에서,
    상기 광원과 상기 다수의 굴절 패턴은 동일한 방향으로 뻗어 있는 백라이트 어셈블리.
  26. 제15항에서,
    상기 편광 변환층은 방향에 따라 상이한 다수의 굴절률을 가지는 백라이트 어셈블리.
  27. 제26항에서,
    상기 다수의 굴절률 중 제1 굴절률과 제2 굴절률의 차는 0.01 내지 0.50인 백라이트 어셈블리.
  28. 제26항에서,
    상기 제1 굴절률은 1.0 내지 2.0인 백라이트 어셈블리.
  29. 제26항에서,
    상기 제2 굴절률은 1.0 내지 2.5인 백라이트 어셈블리.
  30. 제29항에서,
    상기 편광 분리층은 다수의 액정 고분자를 포함하는 백라이트 어셈블리.
  31. 제29항에서,
    상기 편광 분리층은 S 편광만을 통과시키는 백라이트 어셈블리.
  32. 제29항에서,
    상기 도광판은 상기 편광 분리층 위에 적층되어 상기 편광 분리층을 보호하 는 보호층을 더 포함하는 백라이트 어셈블리.
  33. 제29항에서,
    상기 도광판 몸체의 일면에 대향하는 타면에 다수의 프리즘이 형성된 백라이트 어셈블리.
  34. 제15항에서,
    상기 광원은 램프인 백라이트 어셈블리.
  35. 제15항에서,
    상기 광원은 발광 다이오드를 포함하는 선광원인 백라이트 어셈블리.
  36. 화상을 표시하는 패널 유닛,
    상기 패널 유닛에 광을 공급하는 광원, 및
    상기 광원으로부터 출사된 광을 가이드하는 도광판
    을 포함하는 표시 장치로서,
    상기 도광판은,
    도광판 몸체,
    상기 도광판 몸체의 일면에 적층되어 상기 도광판을 통해 출사되는 광의 편광 성분을 변환시키는 편광 변환층, 및
    상기 편광 변환층 위에 적층된 편광 분리층
    을 포함하는 표시 장치.
  37. 제36항에서,
    상기 편광 변환층은 광의 P 편광 성분을 S 편광 성분과 P 편광 성분의 합으로 변환시키는 표시 장치.
  38. 제36항에서,
    상기 편광 변환층은 광을 복굴절시키는 표시 장치.
  39. 제36항에서,
    상기 편광 변환층은 보상 필름인 표시 장치.
  40. 제39항에서,
    상기 보상 필름은 PET 및 PEN으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지를 포함하는 표시 장치.
  41. 제36항에서,
    상기 도광판 몸체의 일면에 상호 이격되어 일방향으로 돌출한 다수의 굴절 패턴을 구비하는 표시 장치.
  42. 제41항에서,
    상기 굴절 패턴의 높이는 5㎛ 내지 12㎛인 표시 장치.
  43. 제41항에서,
    상기 굴절 패턴의 꼭지각은 30°내지 70°인 표시 장치.
  44. 제41항에서,
    상기 다수의 굴절 패턴의 피치는 10㎛ 내지 100㎛인 표시 장치.
  45. 제36항에서,
    상기 편광 변환층은 방향에 따라 상이한 다수의 굴절률을 가지는 표시 장치.
  46. 제36항에서,
    상기 편광 분리층은 다수의 액정 고분자를 포함하는 표시 장치.
  47. 제36항에서,
    상기 패널 유닛은 액정표시패널인 표시 장치.
  48. 제36항에서,
    상기 패널 유닛은 상기 도광판과 직접 대향하는 표시 장치.
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