KR20070025650A - 도광판, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 액정표시장치 - Google Patents

도광판, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 액정표시장치 Download PDF

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KR20070025650A
KR20070025650A KR1020050082045A KR20050082045A KR20070025650A KR 20070025650 A KR20070025650 A KR 20070025650A KR 1020050082045 A KR1020050082045 A KR 1020050082045A KR 20050082045 A KR20050082045 A KR 20050082045A KR 20070025650 A KR20070025650 A KR 20070025650A
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장태석
최진성
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Abstract

휘도 특성을 향상시킬 수 있는 도광판, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 액정표시장치가 개시되어 있다. 도광판은 램프로부터의 광이 입사되는 입광부, 입광부보다 얇은 두께를 갖는 대광부, 입광부의 상변으로부터 수직하게 연장되어 대광부의 상변과 연결되는 출사부, 및 입광부의 하변으로부터 연장되어 대광부의 하변과 연결되며, 입광부와 평행한 다수의 제1 프리즘 패턴들을 가지며, 제1 프리즘 패턴들 사이는 출사부와 평행하게 형성된 반사부를 포함한다. 제1 프리즘 패턴은 제1 경사면, 제2 경사면, 및 제3 경사면을 포함한다. 제1 경사면과 제2 경사면은 출사부의 법선에 대하여 실질적으로 비대칭 구조를 갖는다. 이와 같은 도광판에 따르면, 수직 출사광의 휘도를 상승시키고, 사출성형의 전사성 및 휘도의 균일성을 향상시킬 수 있다.

Description

도광판, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 액정표시장치{LIGHT GUIDE PLATE , BACK LIGHT ASSEMBLY AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 나타낸 분해 사시도이며,
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 도광판의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 도광판의 반사부를 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 2의 A 부분을 확대한 확대도이다.
도 5는 도 4의 B부분을 확대한 확대도이다.
도 6은 제1 경사면의 제1 밑변과 제2 경사면의 제2 밑변의 비율에 따른 수직 출사각의 휘도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 7은 제1 경사면과 출사부의 법선이 이루는 내각의 변화에 따른 수직방향의 출사각 분포를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 5에 도시된 제1 프리즘 패턴의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 9는 제1 경사면의 제1 밑변과 제2 경사면의 제2 밑변의 비율에 따른 수직 출사각의 휘도 분포를 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 5에 도시된 제1 프리즘 패턴의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판을 나타낸 사시도이다.
도 12는 도 11의 C 부분을 확대한 확대도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 분해 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 백라이트 어셈블리 110 : 램프
120 : 반사 시트 200 : 도광판
210 : 입광부 220 : 대광부
230 : 출사부 240 : 반사부
250 : 제1 프리즘 패턴 252 : 제1 경사면
254 : 제2 경사면 256 : 제3 경사면
356 : 평탄면 560 : 제2 프리즘 패턴
600 : 액정표시장치 610 : 광학 시트
700 : 디스플레이 유닛 710 : 액정표시패널
720 : 구동 회로부
본 발명은 도광판, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휘도를 상승시키고, 휘도의 균일성을 향상시키며, 사출성형 의 전사성을 향상시킬 수 있는 도광판, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display Apparatus: LCD)는 이방성 굴절률, 이방성 유전율 등의 광학적, 전기적 특성을 갖는 액정(Liquid Crystal)을 이용하여 영상을 표시하는 표시 장치이다. 이러한 액정표시장치는 CRT, PDP 등의 다른 표시 장치에 비해 얇고 가벼우며, 낮은 구동전압 및 낮은 소비전력을 갖는 장점이 있어, 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다.
액정표시장치는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하, TFT) 기판, TFT 기판에 대향하는 컬러필터(Color Filter) 기판 및 상기 양 기판 사이에 개재되어 광의 투과율을 변경시키는 액정층으로 이루어진 액정표시패널(Liquid Crystal Display Panel)을 포함한다.
또한, 액정표시장치는 영상을 표시하기 위한 액정표시패널이 자체적으로 발광하지 못하는 비발광성 소자이기 때문에, 액정표시패널에 광을 공급하기 위한 백라이트 어셈블리를 필요로 한다.
종래의 백라이트 어셈블리는 광을 발생하는 램프, 측면에 배치된 램프로부터 입사되는 광의 경로를 액정표시패널 방향으로 가이드하기 위한 도광판(Light Guide Plate : LGP)을 포함한다.
도광판은 광이 입사되는 입광부와 입광부의 반대측인 대광부가 서로 동일한 두께를 갖는 평판형(Flat Type)과 입광부로부터 대광부로 갈수록 두께가 감소되는 쐐기형(Wedge Type)으로 구분된다.
최근 들어, 도광판의 변색을 방지하고 휘도를 향상시키기 위하여, 도광판의 하면에 인쇄 패턴 대신 프리즘 패턴을 형성하는 프리즘 도광판이 개발된 바 있다.
두께가 동일한 평판형 도광판의 경우, 도광판 내로 가이드되는 광은 항상 전반사 조건을 만족하므로, 프리즘 패턴에 의해서만 외부로 출사된다.
그러나, 쐐기형 도광판의 경우, 구조의 특성상 프리즘 패턴에 의해서만 광이 출사되지 않고, 도광판 내로 가이드되면서 전반사 조건을 만족하지 못하고 측면으로 출사되는 손실광이 대광부로 갈수록 심하게 발생되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명은 측면으로 출사되는 손실광을 감소시켜 휘도를 상승시키고, 휘도의 균일성 및 사출성형의 전사성을 향상시킬 수 있는 도광판을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 도광판을 갖는 백라이트 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기한 백라이트 어셈블리를 갖는 액정표시장치를 제공한다.
상술한 본 발명의 일 특징에 따른 도광판은 램프로부터의 광이 입사되는 입광부, 상기 입광부와 마주하며, 상기 입광부보다 얇은 두께를 갖는 대광부, 상기 입광부의 상변으로부터 수직하게 연장되어 상기 대광부의 상변과 연결되는 출사부, 및 상기 입광부의 하변으로부터 연장되어 상기 대광부의 하변과 연결되며, 상기 입광부와 평행한 다수의 제1 프리즘 패턴들을 가지며, 상기 제1 프리즘 패턴들 사이 는 상기 출사부와 평행하게 형성된 반사부를 포함한다. 각각의 상기 제1 프리즘 패턴은 상기 반사부로부터 상기 출사부 방향으로 경사지게 형성된 제1 경사면, 상기 제1 경사면으로부터 상기 반사부 방향으로 경사지게 형성된 제2 경사면, 및 상기 제2 경사면으로부터 상기 제1 경사면과 평행하게 연장되어 상기 반사부와 연결되는 제3 경사면을 포함한다. 이때, 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 상기 출사부의 법선에 대하여 실질적으로 비대칭 구조를 갖는다.
본 발명의 일 특징에 따른 백라이트 어셈블리는 광을 발생하는 램프, 상기 램프로부터 발생된 광의 경로를 가이드하는 도광판 및 상기 도광판의 하부에 배치되는 반사 시트를 포함한다. 상기 도광판은 램프로부터의 광이 입사되는 입광부, 상기 입광부와 마주하며, 상기 입광부보다 얇은 두께를 갖는 대광부, 상기 입광부의 상변으로부터 수직하게 연장되어 상기 대광부의 상변과 연결되는 출사부, 및 상기 입광부의 하변으로부터 연장되어 상기 대광부의 하변과 연결되며, 상기 입광부와 평행한 다수의 제1 프리즘 패턴들을 가지며, 상기 제1 프리즘 패턴들 사이는 상기 출사부와 평행하게 형성된 반사부를 포함한다. 각각의 상기 제1 프리즘 패턴은 상기 반사부로부터 상기 출사부 방향으로 경사지게 형성된 제1 경사면, 상기 제1 경사면으로부터 상기 반사부 방향으로 경사지게 형성된 제2 경사면, 및 상기 제2 경사면으로부터 상기 제1 경사면과 평행하게 연장되어 상기 반사부와 연결되는 제3 경사면을 포함한다. 이때, 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 상기 출사부의 법선에 대하여 실질적으로 비대칭 구조를 갖는다.
본 발명의 일 특징에 따른 액정표시장치는 백라이트 어셈블리 및 디스플레이 유닛을 포함한다. 상기 백라이트 어셈블리는 광을 발생하는 램프, 상기 램프로부터 발생된 광의 경로를 가이드하는 도광판 및 상기 도광판의 하부에 배치되는 반사 시트를 포함한다. 상기 도광판은 램프로부터의 광이 입사되는 입광부, 상기 입광부와 마주하며, 상기 입광부보다 얇은 두께를 갖는 대광부, 상기 입광부의 상변으로부터 수직하게 연장되어 상기 대광부의 상변과 연결되는 출사부, 및 상기 입광부의 하변으로부터 연장되어 상기 대광부의 하변과 연결되며, 상기 입광부와 평행한 다수의 제1 프리즘 패턴들을 가지며, 상기 제1 프리즘 패턴들 사이는 상기 출사부와 평행하게 형성된 반사부를 포함한다. 각각의 상기 제1 프리즘 패턴은 상기 반사부로부터 상기 출사부 방향으로 경사지게 형성된 제1 경사면, 상기 제1 경사면으로부터 상기 반사부 방향으로 경사지게 형성된 제2 경사면, 및 상기 제2 경사면으로부터 상기 제1 경사면과 평행하게 연장되어 상기 반사부와 연결되는 제3 경사면을 포함한다. 이때, 상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 상기 출사부의 법선에 대하여 실질적으로 비대칭 구조를 갖는다. 상기 디스플레이 유닛은 상기 백라이트 어셈블리로부터의 광을 이용하여 영상을 표시하는 액정표시패널 및 상기 액정표시패널을 구동하는 구동 회로부를 포함한다.
이러한 도광판, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 액정표시장치에 따르면, 쐐기형 도광판의 측면으로 출사되는 손실광을 감소시켜 휘도를 상승시키고, 휘도의 균일성 및 사출성형의 전사성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 나타낸 분해 사시도이며, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 도광판의 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 도광판의 반사부를 나타낸 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 어셈블리(100)는 광을 발생하는 램프(110), 램프(110)로부터 발생된 광의 경로를 가이드하는 도광판(200) 및 도광판(200)의 하부에 배치되는 반사 시트(120)를 포함한다.
램프(110)는 도광판(200)의 일 측부에 배치된다. 램프(110)는 외부의 인버터(미도시)로부터 인가되는 전원에 반응하여 광을 발생한다. 램프(110)는 일 예로, 가늘고 긴 원통 형상의 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL)로 이루어진다. 이와 달리, 램프(110)는 양 단부의 외면에 전극이 형성된 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL)로 이루어질 수 있다.
도시되지는 않았으나, 백라이트 어셈블리(100)는 램프(110)의 삼면을 감싸면서 램프(110)를 보호하는 램프 커버를 더 포함할 수 있다. 램프 커버는 반사율이 높은 재질로 이루어지거나, 또는 내면에 반사율이 높은 반사 물질이 코팅된 구조를 가지며, 램프(110)에서 발생된 광을 도광판(200) 측으로 반사시켜 광의 이용 효율을 향상시킨다.
도광판(200)은 램프(110)로부터 입사되는 광의 진행 경로를 가이드한다. 도광판(200)은 광의 가이드를 위하여 투명한 물질로 이루어진다. 일 예로, 도광판(200)은 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate : PMMA) 재질로 이루어 진다.
도광판(200)은 입광부(210), 대광부(220), 출사부(230) 및 반사부(240)를 포함한다. 램프(110)로부터 발생된 광은 입광부(210)를 통해 도광판(200) 내부로 입사된다. 대광부(220)는 입광부(210)와 마주하며, 입광부(210)보다 얇은 두께를 갖는다. 출사부(230)는 입광부(210)의 상변으로부터 수직하게 연장되어 대광부(220)의 상변과 연결된다. 반사부(240)는 입광부(210)의 하변으로부터 연장되어 대광부(220)의 하변과 연결된다. 따라서, 도광판(200)은 입광부(210)로부터 대광부(220) 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 쐐기 형상을 갖는다.
도광판(200)의 반사부(240)에는 다수의 제1 프리즘 패턴(250)들이 형성된다. 제1 프리즘 패턴(250)들은 도 3에 도시된 바와 같이, 입광부(210)와 평행하게 형성된 스트라이프(Stripe) 형상을 갖는다. 즉, 제1 프리즘 패턴(250)들은 램프(110)의 길이 방향과 평행한 방향으로 형성된다. 또한, 제1 프리즘 패턴(250)들은 일정한 간격으로 형성된다.
제1 프리즘 패턴(250)들 사이에 위치하는 반사부(240) 영역은 도광판(200) 내로 가이드되는 광이 항상 전반사 조건을 만족하도록 출사부(230)와 평행하게 형성된다. 즉, 제1 프리즘 패턴(250)들 사이에 위치하는 반사부(240) 영역은 입광부(210)와 수직하게 형성된다.
따라서, 입광부(210)를 통해 도광판(200) 내부로 입사된 광은 반사부(240)와 출사부(230)를 통해 전반사되다가 제1 프리즘 패턴(250)에 의해 반사 각도가 변경되어 출사부(230)를 통해 수직 출사된다.
제1 프리즘 패턴(250)들은 사출성형을 방식에 의해 반사부(240) 상에 전사된다. 이 외에도, 제1 프리즘 패턴(250)들은 스템핑(Stamping) 방식 등의 다양한 방식에 의하여 반사부(240) 상에 형성될 수 있다.
반사 시트(120)는 도광판(200)의 반사부(240) 측에 배치된다. 반사 시트(120)는 도광판(200)의 반사부(240)를 통해 외부로 누설되는 광을 반사시켜 다시 도광판(200)의 내부로 입사시킨다. 반사 시트(120)는 광 반사율이 높은 물질로 이루어진다. 예를 들어, 반사 시트(120)는 백색의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate : PET) 재질, 또는 백색의 폴리카보네이트(Polycarbonate : PC) 재질 등으로 이루어진다.
도 4는 도 2의 A 부분을 확대한 확대도이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 도광판(200)의 반사부(240)에는 제1 프리즘 패턴(250)들이 일정한 간격으로 형성되어 있으며, 제1 프리즘 패턴(250)들 사이에 위치하는 반사부(240) 영역은 출사부(230)와 평행하게 형성되어 있다.
램프(110)로부터 입광부(210)를 통해 도광판(200)으로 입사되는 광은 입광부(210)의 법선(NL1)을 기준으로 특정 임계각(α)을 벗어나지 않는 범위 내에서 도광판(200)의 내부로 진행된다. 상기 임계각(α)은 입광부(210)로 입사된 광이 도광판(200)의 내부로 진행될 때, 입광부(210)의 법선(NL1)을 기준으로 형성할 수 있는 최대 각도를 나타낸다.
상기 임계각(α)은 스넬의 법칙(Snell's law)을 나타내는 다음의 수학식 1을 통해 구할 수 있다.
n1×sinθ1 = n2×sinθ2
여기서, n1은 제1 매질의 굴절율이고, n2는 제2 매질의 굴절율이다. 또한, θ1은 입사면의 법선과 제 1 매질에서의 광이 이루는 각도이며, θ2는 입사면의 법선과 제 2 매질에서의 광이 이루는 각도이다.
상기 제2 매질이 상기 제1 매질보다 조밀한 매질이라고 가정하면, 상기 제2 매질의 굴절율 n2는 상기 제1 매질의 굴절율 n1보다 크다. 따라서, 상기 수학식 1을 만족시키기 위해서 상기 θ2는 상기 θ1보다 작게 된다.
따라서, 소한 매질인 상기 제1 매질에서 밀한 매질인 상기 제2 매질로 광이 진행하는 경우, 상기 θ1값이 증가함에 따라 상기 θ2값도 증가하게 되며, 상기 θ1값이 90°일 때에 대응하는 θ2값이 임계각(α)이 된다.
수학식 1에서, 상기 임계각(α)은 다음의 수학식 2와 같이 표현된다.
α= sin-1(n1/n2)
따라서, 상기 임계각(α)은 상기 제1 매질과 상기 제2 매질의 굴절율에 의해서 결정된다.
본 발명에서, 상기 제1 매질은 램프(110)와 도광판(200) 사이에 존재하는 공 기가 되며, 상기 제2 매질은 도광판(200)이 된다. 공기의 굴절율은 1이다. 도광판(200)이 예를 들어, 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate : 이하, PMMA라 칭함)인 경우, 굴절율은 1.49이다. 따라서, PMMA 도광판의 경우, 임계각(α)은 약 42.16°가 된다.
한편, 램프(110)로부터 도광판(200)의 입광부(210)에 도달된 광은 임계각(α) 범위 내에서 도광판(200) 내부로 진행된다. 도광판(200) 내부로 유입된 광은 반사부(240) 또는 출사부(230)에 도달된다. 이때, 반사부(240) 또는 출사부(230)에 도달된 광 중에서 도광판(200)의 전반사 조건을 만족하는 광은 도광판(200) 내부로 다시 반사되나, 전반사 조건을 만족하지 못하는 광은 도광판(200)의 외부로 출사된다.
즉, 반사부(240) 또는 출사부(230)에 도달되는 광 중에서, 출사부(230)의 법선을 기준으로 상기 임계각(α)보다 큰 각도로 도달되는 광은 도광판(200)의 내부로 다시 반사되나, 상기 임계각(α)보다 작은 각도로 도달되는 광은 도광판(200)의 외부로 출사된다.
제1 프리즘 패턴(250)들 사이에 위치하는 반사부(240) 영역은 출사부(230)와 평행하게 형성되기 때문에, 입광부(210)의 법선(NL1)을 기준으로 상기 임계각(α) 이하의 각도로 도달되는 광은 전반사된다. 반면, 반사부(240)에 도달되는 광 중에서 일부의 광은 제1 프리즘 패턴(250)들에 의하여 진행 각도가 변경되며, 이중 출사부(230)의 법선을 기준으로 상기 임계각(α) 이하의 각도로 출사부(230)에 도달되는 광은 외부로 출사된다.
따라서, 입광부(210)를 통해 도광판(200) 내부로 유입된 광은 출사부(230) 및 제1 프리즘 패턴(250)들 사이에 위치하는 반사부(240) 영역을 통해 전반사되다가 제1 프리즘 패턴(250)에 의해 반사 각도가 변경되어 출사부(230)를 통해 출사된다.
도 5는 도 4의 B부분을 확대한 확대도이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 도광판(200)의 반사부(240)에 형성된 제1 프리즘 패턴(250)은 도광판(200) 내에서 진행되는 광을 수직 방향으로 출사시키기 위하여, 기본적으로 단면이 삼각형 형상을 갖는 홈으로 이루어진다.
제1 프리즘 패턴(250)은 제1 경사면(252), 제1 경사면(252)과 연결된 제2 경사면(254) 및 제2 경사면(254)과 연결된 제3 경사면(256)으로 이루어진다.
제1 경사면(252)은 반사부(240)로부터 출사부(230) 방향으로 경사지게 형성된다. 제2 경사면(254)은 제1 경사면(252)으로부터 반사부(240) 방향으로 경사지게 형성된다. 제3 경사면(256)은 제2 경사면(254)으로부터 제1 경사면(252)과 평행하게 연장되어 반사부(240)와 연결된다.
제1 경사면(252)과 제2 경사면(254)은 출사부(230)의 법선(NL2)에 대하여 실질적으로 비대칭 구조를 갖는다. 구체적으로, 제1 경사면(252)의 제1 밑변(a)은 제2 경사면(254)의 제2 밑변(b)보다 크게 형성된다. 특히, 휘도의 상승을 위하여, 제1 밑변(a)과 제2 밑변(b)은 약 4 : 3의 비율로 형성된다.
도 6은 제1 경사면의 제1 밑변과 제2 경사면의 제2 밑변의 비율에 따른 수직 출사각의 휘도 분포를 나타낸 그래프이다. 도 6에서, G1은 제1 밑변(a)과 제2 밑 변(b)의 비율이 1 : 1인 경우이고, G2는 제1 밑변(a)과 제2 밑변(b)의 비율이 4 : 3인 경우이고, G3는 제1 밑변(a)과 제2 밑변(b)의 비율이 2 : 1인 경우이고, G4는 제1 밑변(a)과 제2 밑변(b)의 비율이 4 : 1인 경우의 수직 출사각의 휘도 분포를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 제1 밑변(a)과 제2 밑변(b)의 비율이 4 : 3인 경우에 수직 출사각의 휘도가 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 경사면(252)의 제1 밑변(a)과 제2 경사면(254)의 제2 밑변(b)의 비율을 약 4 : 3으로 형성함으로써, 도광판(200)의 출사부(230)를 통해 출사되는 광의 휘도를 향상시킬 수 있다.
도광판(200)은 입광부(210)에서 제1 두께(d1)를 가지고, 대광부(220)에서 제1 두께(d1)보다 얇은 제2 두께(d2)를 가지며, 제1 프리즘 패턴(250)들 사이에 위치하는 반사부(240) 영역은 출사부(230)와 평행한 구조를 갖는다. 따라서, 제1 프리즘 패턴(250)을 기준으로 이전단과 이후단의 두께 차이가 발생된다.
제1 프리즘 패턴(250)의 이전단과 이후단의 두께 차이에 해당하는 제3 경사면(256)의 제1 높이(h1)는 다음의 수학식 3에 의하여 구할 수 있다.
(d1-d2)/m
여기서, d1은 입광부(210)의 제1 두께이고, d2는 대광부(220)의 제2 두께이며, m은 반사부(240)의 스텝(Step) 수이다.
즉, 제3 경사면(256)의 제1 높이(h1)는 입광부(210)와 대광부(220)의 두께 차 및 반사부(240)의 스텝 수에 따라 결정된다.
도광판(200)으로 가장 많이 사용되는 PMMA 도광판의 경우, 약 42.16°의 임계각(α)을 갖는다. 예를 들어, PMMA 도광판의 입광부(210)로부터 대광부(220)까지의 길이가 약 213㎜이고, 제1 프리즘 패턴(250)간의 피치가 약 300㎛인 경우, 반사부(240)의 스텝 수는 710이 된다.
이때, PMMA 도광판의 입광부(210)의 제1 두께(d1)가 약 2.6㎜이고, 대광부(220)의 제2 두께(d2)가 약 0.7㎜인 경우, 두께 차는 약 1.9㎜가 된다. 따라서, 수학식 3에 의하여, 제3 경사면(256)의 제1 높이(h1)는 약 2.68㎛가 된다.
도광판(200)의 출사부(230)를 통해 출사되는 광의 출사각 분포는 제1 경사면(252)과 제2 경사면(254)이 이루는 내각에 따라 영향을 받는다. 이때, 제1 경사면(252)의 제1 밑변(a)과 제2 경사면(254)의 제2 밑변(b)은 서로 다른 크기를 갖기 때문에, 제1 경사면(252)과 출사부(230)의 법선(NL2)이 이루는 내각(β)과 제2 경사면(254)과 출사부(230)의 법선(NL2)이 이루는 내각은 서로 다른 크기를 갖는다.
수직 출사광의 분포를 상승시키기 위하여, 제1 경사면(252)과 출사부(230)의 법선(NL2)이 이루는 내각(β)은 약 34°~ 약 44°의 범위를 갖는다. 바람직하게, 제1 경사면(252)과 출사부(230)의 법선(NL2)이 이루는 내각(β)은 약 39°로 형성된다.
도 7은 제1 경사면과 출사부의 법선이 이루는 내각의 변화에 따른 수직방향의 출사각 분포를 나타낸 그래프이다. 도 7에서, G1은 제1 경사면(252)과 출사부(230)의 법선(NL2)이 이루는 내각(β)이 약 35°일 경우이고, G2는 제1 경사면(252)과 출사부(230)의 법선(NL2)이 이루는 내각(β)이 약 38°일 경우이고, G3는 제1 경사면(252)과 출사부(230)의 법선(NL2)이 이루는 내각(β)이 약 39°일 경우이고, G4는 제1 경사면(252)과 출사부(230)의 법선(NL2)이 이루는 내각(β)이 약 40°일 경우이고, G5는 제1 경사면(252)과 출사부(230)의 법선(NL2)이 이루는 내각(β)이 약 42°일 경우의 수직방향의 출사각 분포를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 제1 경사면(252)과 출사부(230)의 법선(NL2)이 이루는 내각(β)이 약 35°에서 약 40°로 갈수록 출사각의 분포가 수직에 가까워짐을 알 수 있다. 또한, 제1 경사면(252)과 출사부(230)의 법선(NL2)이 이루는 내각(β)이 약 40°이상에서는 출사광의 피크가 분리되는 것을 알 수 있다.
따라서, 제1 경사면(252)과 출사부(230)의 법선(NL2)이 이루는 내각(β)을 약 39°로 형성함으로써, 수직방향으로의 집광 효율을 최대로 향상시킬 수 있다.
도 8은 도 5에 도시된 제1 프리즘 패턴의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 제1 프리즘 패턴(350)은 제1 경사면(352), 제2 경사면(354), 평탄면(356) 및 제3 경사면(358)을 포함한다.
제1 경사면(352)은 반사부(240)로부터 출사부(230) 방향으로 경사지게 형성된다. 제2 경사면(354)은 제1 경사면(352)으로부터 반사부(240) 방향으로 경사지게 형성된다. 평탄면(356)은 제2 경사면(352)과 제3 경사면(358) 사이에서 출사부(230)와 평행하게 형성된다. 제3 경사면(358)은 평탄면(356)으로부터 제1 경사면(352)과 평행하게 연장되어 반사부(240)와 연결된다.
평탄면(356)은 제2 경사면(354)과 제3 경사면(358)의 사이에 형성되어 제1 프리즘 패턴(350)의 사출성형 시, 전사성을 향상시킨다.
제1 경사면(352)과 제2 경사면(354)은 출사부(230)의 법선(NL2)에 대하여 실질적으로 비대칭 구조를 갖는다. 구체적으로, 제1 경사면(352)의 제1 밑변(a)은 제2 경사면(354)의 제2 밑변(b)보다 크게 형성된다. 특히, 휘도의 상승을 위하여, 제1 밑변(a)과 제2 밑변(b)은 약 4 : 1의 비율로 형성된다.
도 9는 제1 경사면의 제1 밑변과 제2 경사면의 제2 밑변의 비율에 따른 수직 출사각의 휘도 분포를 나타낸 그래프이다. 도 9에서, G1은 제1 밑변(a)과 제2 밑변(b)의 비율이 1 : 1인 경우이고, G2는 제1 밑변(a)과 제2 밑변(b)의 비율이 4 : 3인 경우이고, G3는 제1 밑변(a)과 제2 밑변(b)의 비율이 2 : 1인 경우이고, G4는 제1 밑변(a)과 제2 밑변(b)의 비율이 4 : 1인 경우의 수직 출사각의 휘도 분포를 나타낸다. 여기서, 모든 경우에 있어서, 제2 밑변(b)과 평탄면(356)의 폭(c)의 합은 제1 밑변(a)과 동일하다.
도 9를 참조하면, 제1 밑변(a)과 제2 밑변(b)의 비율이 4 : 1인 경우에 수직 출사각의 휘도가 가장 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 경사면(352)의 제1 밑변(a)과 제2 경사면(354)의 제2 밑변(b)의 비율을 약 4 : 1로 형성함으로써, 제1 프리즘 패턴(350)의 전사성을 향상시킴과 동시에, 휘도를 향상시킬 수 있다. 이때, 평탄면(356)의 폭(c)은 제1 밑변(a)의 약 3/4이 된다.
도 10은 도 5에 도시된 제1 프리즘 패턴의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 10을 참조하면, 제1 프리즘 패턴(450)은 제1 경사면(452), 제2 경사면(454), 평탄면(456) 및 제3 경사면(458)을 포함한다.
제1 경사면(452)은 반사부(240)로부터 출사부(230) 방향으로 경사지게 형성된다. 제2 경사면(454)은 제1 경사면(452)으로부터 반사부(240) 방향으로 경사지게 형성된다. 평탄면(456)은 제2 경사면(452)과 제3 경사면(458) 사이에서 출사부(230)와 평행하게 형성된다. 제3 경사면(458)은 평탄면(456)으로부터 제1 경사면(452)과 평행하게 연장되어 반사부(240)와 연결된다.
제1 경사면(452)과 제2 경사면(454)은 출사부(230)의 법선(NL2)에 대하여 실질적으로 비대칭 구조를 갖는다. 구체적으로, 제1 경사면(452)의 제1 밑변(a)은 제2 경사면(454)의 제2 밑변(b)보다 크게 형성된다. 특히, 휘도의 상승을 위하여, 제1 밑변(a)과 제2 밑변(b)은 약 4 : 1의 비율로 형성된다.
평탄면(456)은 제3 경사면(358)을 통해 광 손실이 발생되는 것을 최대한 방지하기 위하여, 제1 프리즘 패턴(450)의 전사성에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 가능한 한 적은 폭을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 평탄면(456)은 폭(c)은 제1 밑변(a)의 약 1/4의 크기로 형성된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판을 나타낸 사시도이며, 도 12는 도 11의 C 부분을 확대한 확대도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판(500)은 램프(110)로부터의 광이 입사되는 입광부(510), 입광부(510)와 마주하며 입광부(510)보다 얇은 두께를 갖는 대광부(520), 입광부(510)의 상변으로부터 수직하게 연장되어 대광부(520)의 상변과 연결되는 출사부(530) 및 입광부(510)의 하변으로부터 연장되어 대광부(520)의 하변과 연결되는 반사부(540)를 포함한다. 따라서, 도광판(500)은 입광부(510)로부터 대광부(520) 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 쐐기 형상을 갖는다.
도광판(500)의 반사부(540)에는 입광부(510)와 평행하게 형성된 스트라이프 형상의 제1 프리즘 패턴(550)들이 형성된다. 또한, 제1 프리즘 패턴(550)들 사이에 위치하는 반사부(540) 영역은 도광판(500) 내로 가이드되는 광이 항상 전반사 조건을 만족하도록 출사부(530)와 평행하게 형성된다.
따라서, 입광부(510)를 통해 도광판(500) 내부로 유입된 광은 반사부(350)와 출사부(530)를 통해 전반사되다가 제1 프리즘 패턴(550)들에 의해 반사 각도가 변경되어 출사부(530)를 통해 출사된다.
제1 프리즘 패턴(550)들은 도 4 내지 도 10을 참조하여 설명된 바 있으므로, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도광판(500)의 출사부(530)에는 서로 연접하는 다수의 제2 프리즘 패턴(560)들이 형성된다. 제2 프리즘 패턴(560)들은 출사부(530)의 전면에 걸쳐 형성되며, 출사부(530)를 통해 출사되는 광의 진행 방향을 정면 방향으로 집광하여 정면 휘도를 향상시킨다.
제2 프리즘 패턴(560)들은 램프(110)의 길이 방향에 수직한 방향, 즉 입광부(510)와 수직한 방향으로 형성된다. 따라서, 제1 프리즘 패턴(550)들과 제2 프리즘 패턴(560)들은 서로 수직한 방향으로 형성된다.
제2 프리즘 패턴(560)들은 길이 방향에 수직한 단면이 실질적으로 삼각형 형상을 갖는다. 제2 프리즘 패턴(560)들의 꼭지각(θ)은 약 90°~ 약 130°의 범위 를 갖는다. 바람직하게, 제2 프리즘 패턴(560)들의 꼭지각(θ)은 약 110°로 형성된다. 제2 프리즘 패턴(560)들 간의 피치(P)는 약 50㎛ ~ 약 150㎛의 범위를 갖는다.
한편, 제2 프리즘 패턴(560)들의 상단, 즉 두 개의 경사면이 만나는 모서리 부분은 라운드진 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 제2 프리즘 패턴(560)들은 길이 방향에 수직한 단면이 실질적으로 반타원 또는 반원 형상을 가질 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치(600)는 광을 공급하는 백라이트 어셈블리(100) 및 백라이트 어셈블리(100)로부터 공급되는 광을 이용하여 영상을 표시하는 디스플레이 유닛(700)을 포함한다.
백라이트 어셈블리(100)는 광을 발생하는 램프(110), 램프(110)로부터 발생된 광의 경로를 가이드하는 도광판(200) 및 도광판(200)의 하부에 배치되는 반사 시트(120)를 포함한다. 백라이트 어셈블리(100)는 도 1 내지 도 12에 도시된 여러 실시예들 중에서 어느 하나의 구성을 가질 수 있다. 따라서, 그 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
디스플레이 유닛(700)은 백라이트 어셈블리(100)로부터 공급되는 광을 이용하여 영상을 표시하는 액정표시패널(710) 및 액정표시패널(710)을 구동하기 위한 구동 회로부(720)를 포함한다.
액정표시패널(710)은 제1 기판(712), 제1 기판(712)과 대향하여 결합되는 제 2 기판(714) 및 제1 기판(712)과 제2 기판(714) 사이에 개재된 액정층(미도시)을 포함한다.
제1 기판(712)은 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하, TFT라 칭함)가 매트릭스 형태로 형성된 TFT 기판이다. 일 예로, 제1 기판(712)은 광의 투과를 위하여 투명한 유리 재질로 이루어진다. 상기 TFT들의 소오스 단자 및 게이트 단자에는 각각 데이터 라인 및 게이트 라인이 연결되고, 드레인 단자에는 투명한 도전성 재질로 이루어진 화소 전극이 연결된다.
제2 기판(714)은 색을 구현하기 위한 RGB 화소가 박막 형태로 형성된 칼라필터 기판이다. 제2 기판(714)은 일 예로, 투명한 유리 재질로 이루어진다. 제2 기판(714)에는 투명한 도전성 재질로 이루어진 공통 전극이 형성된다.
이러한 구성을 갖는 액정표시패널(710)은 상기 TFT의 게이트 단자에 전원이 인가되어 TFT가 턴-온(Turn on)되면, 화소 전극과 공통 전극 사이에는 전계가 형성된다. 이러한 전계에 의해 제1 기판(712)과 제2 기판(714) 사이에 개재된 액정층의 액정 분자들의 배열이 변화되고, 액정 분자들의 배열 변화에 따라서 백라이트 어셈블리(100)로부터 공급되는 광의 투과도가 변경되어 원하는 계조의 영상을 표시하게 된다.
구동 회로부(720)는 액정표시패널(710)에 데이터 구동신호를 공급하는 데이터 인쇄회로기판(721), 액정표시패널(710)에 게이트 구동신호를 공급하는 게이트 인쇄회로기판(722), 데이터 인쇄회로기판(721)을 액정표시패널(710)에 연결하는 데이터 구동회로필름(723) 및 게이트 인쇄회로기판(723)을 액정표시패널(710)에 연결 하는 게이트 구동회로필름(724)을 포함한다.
데이터 구동회로필름(723) 및 게이트 구동회로필름(724)은 데이터 구동칩(725) 및 게이트 구동칩(726)을 구비한다. 데이터 구동회로필름(723) 및 게이트 구동회로필름(724)은 예를 들어, 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package : TCP) 또는 칩 온 필름(Chip On Film : COF)으로 이루어진다.
한편, 게이트 인쇄회로기판(722)은 액정표시패널(710) 및 게이트 구동회로필름(724)에 별도의 신호 배선을 형성함으로써, 제거되어질 수 있다.
액정표시장치(600)는 백라이트 어셈블리(100)와 액정표시패널(710) 사이에 배치되는 적어도 하나의 광학 시트(610)를 더 포함할 수 있다.
광학 시트(610)는 도광판(200)로부터 출사되는 광의 휘도 특성을 향상시킨다. 광학 시트(610)는 도광판(200)으로부터 출사되는 광을 확산시켜 휘도 균일도를 향상시키기 위한 확산 시트를 포함할 수 있다. 또한, 광학 시트(610)는 도광판(200)으로부터 출사되는 광을 정면 방향으로 집광시켜 광의 정면 휘도를 향상시키기 위한 프리즘 시트를 포함할 수 있다. 또한, 광학 시트(610)는 특정 조건을 만족하는 광은 투과시키고 나머지 광은 반사시키는 방식으로 광의 휘도를 증가시키는 반사편광시트를 포함할 수 있다. 이와 같이, 액정표시장치(600)에는 요구되어지는 휘도 특성에 따라 다양한 기능의 광학 시트가 추가되거나 또는 제거될 수 있다.
이와 같은 도광판, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 액정표시장치에 따르면, 쐐기형 도광판의 반사부에 비대칭 구조의 프리즘 패턴을 형성함으로써, 수직 출사 광의 휘도를 상승시키고, 사출성형의 전사성 및 휘도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (23)

  1. 램프로부터의 광이 입사되는 입광부;
    상기 입광부와 마주하며, 상기 입광부보다 얇은 두께를 갖는 대광부;
    상기 입광부의 상변으로부터 수직하게 연장되어 상기 대광부의 상변과 연결되는 출사부; 및
    상기 입광부의 하변으로부터 연장되어 상기 대광부의 하변과 연결되며, 상기 입광부와 평행한 다수의 제1 프리즘 패턴들을 가지며, 상기 제1 프리즘 패턴들 사이는 상기 출사부와 평행하게 형성된 반사부를 포함하며,
    각각의 상기 제1 프리즘 패턴은
    상기 반사부로부터 상기 출사부 방향으로 경사지게 형성된 제1 경사면,
    상기 제1 경사면으로부터 상기 반사부 방향으로 경사지게 형성된 제2 경사면, 및
    상기 제2 경사면으로부터 상기 제1 경사면과 평행하게 연장되어 상기 반사부와 연결되는 제3 경사면을 포함하며,
    상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 상기 출사부의 법선에 대하여 실질적으로 비대칭 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 도광판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 경사면의 제1 밑변은 상기 제2 경사면의 제2 밑변보다 큰 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 밑변과 상기 제2 밑변의 비는 4 : 3 인 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 밑변과 상기 제2 밑변의 비는 4 : 1 인 것을 특징으로 하는 도광판.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 경사면과 상기 제3 경사면 사이에 상기 출사부와 평행하게 형성된 평탄면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제5항에 있어서, 상기 평탄면의 폭은 상기 제1 밑변의 3/4 인 것을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제5항에 있어서, 상기 평탄면의 폭은 상기 제1 밑변의 1/4 인 것을 특징으로 하는 도광판.
  8. 제2항에 있어서, 상기 제3 경사면의 제1 높이(h1)는
    (d1-d2)/m
    인 것을 특징으로 하는 도광판.
    여기서, d1은 상기 입광부의 제1 두께이고, d2는 상기 대광부의 제2 두께이 며, m은 반사부의 스텝 수이다.
  9. 제2항에 있어서, 상기 제1 경사면과 상기 출사부의 법선이 이루는 내각은 34°~ 44°인 것을 특징으로 하는 도광판.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 경사면과 상기 출사부의 법선이 이루는 내각은 39°인 것을 특징으로 하는 도광판.
  11. 제1항에 있어서, 상기 출사부에는 서로 연접하는 다수의 제2 프리즘 패턴들이 형성된 것을 특징으로 하는 도광판.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 프리즘 패턴들은 상기 입광부와 수직한 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 도광판.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 프리즘 패턴의 꼭지각은 90°~ 130°인 것을 특징으로 하는 도광판.
  14. 광을 발생하는 램프;
    상기 램프로부터 발생된 광의 경로를 가이드하는 도광판; 및
    상기 도광판의 하부에 배치되는 반사 시트를 포함하며,
    상기 도광판은
    램프로부터의 광이 입사되는 입광부,
    상기 입광부와 마주하며, 상기 입광부보다 얇은 두께를 갖는 대광부,
    상기 입광부의 상변으로부터 수직하게 연장되어 상기 대광부의 상변과 연결되는 출사부, 및
    상기 입광부의 하변으로부터 연장되어 상기 대광부의 하변과 연결되며, 상기 입광부와 평행한 다수의 제1 프리즘 패턴들을 가지며, 상기 제1 프리즘 패턴들 사이는 상기 출사부와 평행하게 형성된 반사부를 포함하며,
    각각의 상기 제1 프리즘 패턴은
    상기 반사부로부터 상기 출사부 방향으로 경사지게 형성된 제1 경사면,
    상기 제1 경사면으로부터 상기 반사부 방향으로 경사지게 형성된 제2 경사면, 및
    상기 제2 경사면으로부터 상기 제1 경사면과 평행하게 연장되어 상기 반사부와 연결되는 제3 경사면을 포함하며,
    상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 상기 출사부의 법선에 대하여 실질적으로 비대칭 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 경사면의 제1 밑변은 상기 제2 경사면의 제2 밑변보다 큰 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 밑변과 상기 제2 밑변의 비는 4 : 1 인 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
  17. 제16항에 있어서, 상기 도광판은 상기 제2 경사면과 상기 제3 경사면 사이에 상기 출사부와 평행하게 형성된 평탄면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
  18. 제17항에 있어서, 상기 평탄면의 폭은 상기 제1 밑변의 1/4 인 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
  19. 제14항에 있어서, 상기 출사부에는 상기 입광부와 수직한 방향으로 다수의 제2 프리즘 패턴들이 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
  20. 광을 발생하는 램프, 상기 램프로부터 발생된 광의 경로를 가이드 하는 도광판 및 상기 도광판의 하부에 배치되는 반사 시트를 포함하는 백라이트 어셈블리; 및
    상기 백라이트 어셈블리로부터의 광을 이용하여 영상을 표시하는 액정표시패널 및 상기 액정표시패널을 구동하는 구동 회로부를 갖는 디스플레이 유닛을 포함하며,
    상기 도광판은
    램프로부터의 광이 입사되는 입광부,
    상기 입광부와 마주하며, 상기 입광부보다 얇은 두께를 갖는 대광부,
    상기 입광부의 상변으로부터 수직하게 연장되어 상기 대광부의 상변과 연결되는 출사부, 및
    상기 입광부의 하변으로부터 연장되어 상기 대광부의 하변과 연결되며, 상기 입광부와 평행한 다수의 제1 프리즘 패턴들을 가지며, 상기 제1 프리즘 패턴들 사이는 상기 출사부와 평행하게 형성된 반사부를 포함하며,
    각각의 상기 제1 프리즘 패턴은
    상기 반사부로부터 상기 출사부 방향으로 경사지게 형성된 제1 경사면,
    상기 제1 경사면으로부터 상기 반사부 방향으로 경사지게 형성된 제2 경사면, 및
    상기 제2 경사면으로부터 상기 제1 경사면과 평행하게 연장되어 상기 반사부와 연결되는 제3 경사면을 포함하며,
    상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 상기 출사부의 법선에 대하여 실질적으로 비대칭 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1 경사면의 제1 밑변과 상기 제2 경사면의 제2 밑변의 비는 4 : 1 인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 도광판은 상기 제2 경사면과 상기 제3 경사면 사이에 상기 출사부와 평행하게 형성된 평탄면을 더 포함하며, 상기 평탄면의 폭은 상기 제1 밑변의 1/4 인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  23. 제20항에 있어서, 상기 출광부에는 상기 입광부와 수직한 방향으로 다수의 제2 프리즘 패턴들이 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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