KR20070120482A

KR20070120482A - 광파이프를 이용한 면광원장치, 이를 구비한 백라이트 유닛및 액정표시장치

Info

Publication number: KR20070120482A
Application number: KR1020070126576A
Authority: KR
Inventors: 이원웅
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2007-12-24
Also published as: KR101054822B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 하나 이상의 광원, 광원에 인접하여 위치하는 하나 이상의 광파이프 및 광파이프 상에 위치하는 다수의 광학시트를 포함하며, 광파이프의 내면은 다수의 프리즘 형상으로 구조화될 수 있다.

액정표시장치, 백라이트 유닛, 면광원장치

Description

광파이프를 이용한 면광원장치, 이를 구비한 백라이트 유닛 및 액정표시장치{PLANAR LIGHT SOURCE USING A LIGHT PIPE, BACK LIGHT UNIT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING THE SAME}

본 발명은 평면 광을 제공할 수 있는 면광원장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 광파이프를 이용한 새로운 구조의 면광원장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 면광원장치를 구비한 백라이트 유닛 및 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)는, 인가 전압에 따른 액정의 광 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생되는 여러 가지 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 전자 소자이다.

액정표시장치는 소형화, 경량화, 저전력 소비화 등의 장점을 가지고 있어 종래에 널리 사용되던 CRT(Cathode Ray Tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로 주목을 받아왔고, 현재는 디스플레이 장치를 필요로 하는 거의 모든 정보 처리 기기에 장착되고 있는 실정이다.

이러한 액정표시장치는 일반적으로 특정한 분자 배열을 갖는 액정들로 이루 어진 액정층에 전계를 인가하여 액정들의 배열을 변화시키고, 이러한 액정들의 분자 배열의 변화에 의해 발생하는 액정들의 복굴절성, 선광성, 2색성 및 광산란 특정 등의 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환하는 것으로서, 액정에 의한 빛의 변조를 이용한 디스플레이 장치이다.

한편, 자체 발광원이 없는 수광형 소자인 액정표시장치는 소자의 화면 전체를 후면에서 조명할 수 있는 별도의 광원 장치가 필요한데, 이러한 액정표시장치용 조명 장치를 통상 백라이트 유닛(Back Light Unit)이라 한다.

종래의 백라이트 유닛에는 광을 발생하는 광원으로서 가늘고 긴 원통형의 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL)가 주로 사용되었으며, 냉음극 형광램프가 배치되는 방식에 따라 백라이트 유닛은 에지-라이트 방식(Edge-light method)과 직하 방식(Direct lighting method)으로 분류된다.

에지-라이트 방식은 광원으로부터 발생한 빛을 안내하는 도광판의 측면에 광원이 배치되는 방식으로서, 데스크 탑 컴퓨터나 노트북용 모니터와 같이 비교적 소형 액정표시장치에 적용된다. 이에 반해, 직하 방식은 20인치 이상의 중·대형 표시장치에 사용되기 위해 개발되었으며, 액정 패널의 하부에 다수의 광원 광원을 배열시켜 액정 패널의 전면을 직접 조명하는 방식이다.

도 1은 종래의 액정표시장치를 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 액정표시장치(30)는 액정 패널(20) 및 상기 액정 패널의 후면에 배치된 백라이트 유닛(10)을 포함한다.

본 발명을 이해하고 실시함에 있어서, 액정 패널(20)의 구체적인 구조는 중 요하지 않다. 따라서, 본 발명을 이해하기 위해 필요한 범위 내에서 액정 패널(20)의 기본 구조에 대해 설명하도록 한다.

액정 패널(20)은 일반적으로 한 쌍의 투명 기판, 상기 투명 기판들 사이에 개재된 액정층, 상기 투명 기판에 각각 형성되는 컬러 필터층, 블랙 매트릭스, 화소 전극, 공통 전극 및 TFT 어레이를 포함한다.

컬러 필터는 레드(R), 그린(G) 및 블루(B)에 해당하는 컬러 필터들을 포함하며, 빛이 인가되는 경우 레드, 그린 또는 블루의 색에 해당하는 이미지를 발생시킨다.

TFT 어레이는 스위칭 소자로서 화소 전극을 스위칭한다.

공통 전극 및 화소 전극은 외부에서 인가되는 소정 전압에 따라 액정층의 분자들의 배열을 변환시킨다.

액정층은 다수의 액정 분자들로 이루어져 있고, 상기 액정 분자들은 화소 전극과 공통 전극 사이에 발생된 전압차에 상응하여 배열을 변화시키고, 이에 의해, 백라이트 유닛으로부터 제공되는 빛은 액정층의 분자 배열의 변화에 상응하여 컬러 필터에 입사된다.

백라이트 유닛(10)은 광원부(12), 도광판(14), 반사 시트(16) 및 광학 시트(18)를 포함한다.

광원부(12)는 광원(12a) 및 광원 반사판(12b)을 포함한다.

광원(12a)으로서는 상술한 냉음극 형광램프 외에도 외부전극 형광램프(External Electrode Flourscent Lanm, EEFL)가 사용될 수 있다.

외부전극 형광램프는 휘도가 400nit 이상으로 냉음극 형광램프보다 60% 이상 뛰어나 고휘도를 필요로 하는 TV 등 TFT LCD의 응용분야를 더욱 확산시킬 수 있는 장점이 있으며, 전극이 램프 안에 있는 냉음극 형광램프와는 달리 전극이 외부에 있어 병렬로 작동하기에 유리, 램프간의 전압편차를 줄여 고른 휘도 구현이 가능하다.

광원(12a)은 광원 반사판(12b)의 내측에 수납된 상태에서, 도광판(16)의 일 측면에서 이와 나란히 배치된다.

광원 반사판(12b)은 광원(12a)의 외주면을 따라 배치되며, 광원(12a)으로부터 발생된 빛을 도광판(14)의 측면으로 반사시켜 도광판(14)으로 입사되는 빛의 효율을 향상시킨다.

광원부(12)와 인접하여 배치된 도광판(14)의 측면은 빛이 입사하기 위한 광 입사면이 되며, 상기 광 입사면을 통해 입사한 빛은 도광판(14)의 내부에서 균일화하게 혼합되어, 상기 광 입사면과 대략 수직 관계로 배치된 광 출사면을 통해 상부에 배치된 액정 패널(미도시) 방향으로 빛을 출사된다.

반사 시트(16)는 도광판(14)의 배면으로 출사된 빛을 다시 도광판(14) 쪽으로 반사시켜 광의 이용 효율을 향상시킨다.

광학 시트(18)는 확산 시트(18a), 프리즘 시트(18b) 및 보호 시트(18c) 등의 다수 매의 광학 필름을 포함할 수 있다.

도광판(14)을 통해 출사된 빛은 확산 시트(18a)에 입사되며, 확산시트(18a)는 입사하는 빛을 확산 또는 집광시켜 휘도를 균일하게 하고, 시야각을 넓혀준다.

한편, 확산 시트(18a)를 통과한 빛은 휘도가 급격히 떨어지게 되는데, 이를 보상하기 위해 프리즘 시트(18b)가 사용된다. 프리즘 시트(18b)는 확산 시트(18a)에서 출사된 빛을 굴절시켜 낮은 각도로 입사되는 빛을 정면 쪽으로 집중시키기 때문에 유효 시야각 범위에서 휘도를 상승시킨다.

보호 시트(18c)는 프리즘 시트(18b) 위에 위치하여 프리즘 시트(18b)의 흠집을 방지하고, 또 프리즘 시트(18b)에 의해 축소된 시야각을 소정의 범위 내에서 재확대시키는 기능을 한다.

위와 같은 구조의 에지-라이트형 백라이트 유닛에서는, 도광판(14)의 일 측면을 통해 입사되는 빛만을 이용하게 때문에 광 효율이 저하될 뿐만 아니라, 도광판(14) 자체에서도 광 손실이 상당히 발생한다는 문제점이 있다.

또한, 다수의 광원, 예를 들어 냉음극 형광램프 또는 외부전극 형광램프를 액정 패널의 직하부에 위치시키고 광원의 전면에는 확산판을 배치하고, 그 배면에는 반사 시트를 배치하여 구성된 직하형 백라이트 유닛도 이와 마찬가지로 확산판과 같은 광학 플레이트에서 광 손실이 발생하여 광 이용 효율이 낮아진다는 문제점을 가지고 있다.

또한, 다수의 광원을 상호 인접하여 배치하면, 액정표시장치의 제한된 공간 내에서 열 대류가 발생하여 그 상부에 배치된 광학 시트를 변형시키고, 나아가 액정표시장치의 표시 품질에 악영향을 미치게 되는 문제점도 지적된다.

또한, 이러한 종래의 백라이트 유닛에서는, 균일한 휘도를 얻기 위해 다수 매의 광학 필름이 필요하며, 이러한 광학 필름에서도 광 손실이 상당히 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 면의 형태로 빛을 직접 출사하는 면광원장치에 대한 개발이 진행되고 있으며, 이와 관련하여 평판형 형광램프(Flat Fluorescent Lamp : FEL), 발광 다이오드(LED), 또는 탄소나노튜브(Carbon nano tube : CNT)를 이용한 면광원장치가 미국특허 제6,771,330호, 미국특허출원 제2004-004757호, 미국특허 제6,514,113호 등에 개시되어 있다.

그러나 종래의 이러한 면광원장치는 전극을 형성하기 위한 격벽 및 방전 셀 형성하기 어렵고, 휘도의 균일도 및 소비 전력의 면에서 아직 개선되어야 할 사항이 많다.

따라서, 이러한 종래기술의 문제점들을 고려할 때, 종래의 면광원장치에 비해 제작이 용이하며, 광학 특성 및 소비 전력의 면에서도 양호한 면광원장치에 대한 개발의 필요성이 여전히 남아 있다.

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 면광원장치에 비해 제작이 용이한 면광원장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 종래의 백라이트 유닛에 비해 적은 수의 광원을 사용함으로써 소비 전력과 발열의 측면에서 유리한 면광원장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 표시장치의 대형화 및 박형화에 용이하게 대응할 수 있는 면광원장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 이러한 면광원장치를 구비한 백라이트 유닛 및 액정표시장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 광원은 발광 다이오드이되, 광파이프의 측면에 인접하여 배치될 수 있다.

또한, 광원은 냉음극 형광램프 또는 외부전극 형광램프이되, 광파이프의 내측에 삽입된 상태로 배치될 수 있다.

또한, 광파이프의 하부에 배치되며, 광파이프의 저면을 통해 출사되는 광을 반사시켜 다시 광파이프의 내부로 입력하는 반사 시트를 더 포함할 수 있다.

또한, 광파이프의 외면에 배치되며, 빛이 투과할 수 있는 수지로 이루어진 모재 및 모재에 분산되어 배치되며, 복수의 비드를 포함하는 확산층을 더 포함할 수 있다.

또한, 광파이프는 반사체를 더 포함할 수 있다.

또한, 반사체는 광파이프의 내측 또는 외측에 배치될 수 있다.

또한, 광파이프의 외면은 평평할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치는 액정 패널 및 액정 패널에 빛을 제공하는 백라이트 유닛을 포함하되, 백라이트 유닛은 하나 이상의 광원, 내면이 다수의 프리즘 형상으로 구조화된 하나 이상의 광파이프 및 광파이프 상에 위치하는 다수의 광학시트를 포함할 수 있다.

또한, 광파이프의 외면에 배치되며, 빛이 투과할 수 있는 수지로 이루어진 모재 및 모재에 분산되어 배치되며 복수의 비드를 포함하는 확산층을 더 포함할 수 있다.

또한, 광파이프의 외면은 평평할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 면광원장치는 하나 이상의 광원, 광원에 인접하여 위치하며 내면이 다수의 프리즘 형상으로 구조화된 하나 이상의 광파이프, 광파이프의 외면에 배치되는 확산층을 포함하며, 확산층은 빛이 투과할 수 있는 수지로 이루어진 모재 및 모재에 분산되어 배치되는 복수의 비드를 포함할 수 있다.

또한, 광파이프는 반사체를 더 포함할 수 있다.

또한, 광원은 냉음극 형광램프 또는 외부전극 형광램프이되,광파이프의 내측에 삽입된 상태로 배치될 수 있다.

또한, 광파이프는 외면이 평평할 수 있다.

본 발명은 점광원 또는 선형 광원에 광파이프를 조합한 비교적 간단한 구조로 면광원장치를 구현할 수 있기 때문에 종래에 비해 면광원장치를 보다 용이하게 제작할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 종래의 백라이트 유닛에 비해 적은 수의 광원을 사용함으로써 소비 전력의 측면에서 유리한 면광원장치를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 열을 발생시키는 광원이 광파이프의 내부에 수납된 구조이기 때문에 광원으로부터 발생하는 열은 광파이프의 내부에서 대류를 할 뿐이므로 광원에서 발생한 열이 광학 시트로 전달되는 것을 최대한 억제할 수 있기 때문에 광학 시트의 열적 변형이 완화될 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 광파이프는 사용되는 환경에 맞게 규격을 용이하게 변경할 수 있기 때문에 표시장치의 대형화 및 박형화에 능동적으로 대응할 수 있는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다. 다만, 이하의 도면에서 동일하거나 유사한 부분에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이며, 도 2b는 도 2a의 액정표시장치의 단면도이다.

우선, 도 2a 내지 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치(300)는, 외부에서 인가되는 디스플레이 정보를 포함하는 전기적 신호에 따라 소정의 영상을 표시하는 액정 패널(200) 및 액정 패널(200)을 조명하기 위해 상기 액정 패널의 후면에 배치된 백라이트 유닛(100)을 포함한다.

본 발명을 이해하고 이를 실시함에 있어서, 액정 패널(200)의 정확한 구조적 특성은 중요하지 않으며, 액정표시장치에 통상적으로 사용되는 어떠한 구조의 액정 패널에도 본 발명의 사상이 광범위하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 종래 기 술에 관한 설명에서 상세하게 기술한 액정 패널(도 1의 20)의 구조는 본 발명의 액정 패널(200)에 제한 없이 채용될 수 있다. 따라서, 액정 패널(200)의 구체적인 구조에 대해서는 여기서 반복하여 구체적으로 설명하지 않는다.

백라이트 유닛(100)은 액정 패널(200)의 후면에 위치하며, 액정 패널(200)에 빛, 예를 들어 백색광을 제공한다.

백라이트 유닛(100)은 액정 패널(200)의 가시면을 조명하기에 충분한 평면 광을 제공하는 면광원장치(110)와 상기 액정 패널과 면광원장치의 사이에 배치되어 상기 면광원장치에서 제공된 빛을 상기 액정 패널을 조명하기에 적합한 빛으로 변조하는 광학 시트(180)를 포함한다.

또한, 면광원장치(110)는 액정 패널(200)에 제공되는 빛을 발생시키기 위한 광원부(120), 상기 광원부에 인접하여 배치된 광파이프(140) 및 상기 광파이프의 하부에 배치된 반사 시트(160)를 포함한다.

광원부(120)은 소정의 파장을 갖는 빛을 발생시키는 복수의 광원(120a)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 광원(120a)은 발광 다이오드와 같은 점광원이 적어도 하나 이상 이용된다. 이때, 광원(120a)의 갯수는 조명하고자 하는 액정 패널(200)의 크기에 따라 적절하게 선택될 수 있다.

광원(120a)으로 사용 가능한 발광 다이오드에는 제한됨이 없으며, 하나의 백색 발광 다이오드를 사용하거나, 레드(R), 그린(G), 블루(B)의 색을 발생하는 3개의 발광 다이오드를 조합하여 사용하는 것도 가능하다.

또한, 광원부(120)는 인쇄회로기판(120b)상에 소정의 배열로 실장되며, 외부의 전원은 인쇄회로기판(120b)에 형성된 배선 패턴을 통해 광원(120a)과 전기적으로 연결된다.

본 발명의 일 실시예에서, 복수의 광원(120a)은 인쇄회로기판(120b)에 실장된 상태에서 후술하는 광파이프(140)의 양 측면에 적어도 각 광원(120a)의 발광부가 삽입되는 방식으로 상기 광 파이의 양 측면에 인접하여 배치된다. 따라서, 광원(120a)에서 발생한 빛은 광파이프(140)의 양 측면으로부터 그 내측으로 진행하게 된다.

또한, 광원부(120)는 광원(120a)이 실장된 인쇄회로기판(120b)를 수납하여 지지하기 위한 하우징(120c)을 포함한다. 하우징(120c)은 금속 또는 플라스틱의 재질로 제작될 수 있다.

바람직하게는, 인쇄회로기판(120b)이 삽입될 수 있는 홈이 내측에 형성된다. 또한, 하우징(120c)의 내벽은 광원(120a)으로부터 방사된 빛을 광파이프(140)의 측면으로 반사시킬 수 있도록 빛을 반사할 수 있는 물질로 코팅되는 것이 바람직하다.

광파이프(140)는 액정 패널(200)의 후면에 배치되며, 광원부(120)와 인접하여 배치된 양 측면이 광 입사면이 되고, 광학 시트(180)를 사이에 두고 액정 패널(200)과 대향하는 면은 빛이 방출되는 광 출사면이 된다. 상기 광 출사면은 빛을 액정 패널(200)의 가시면 전체에 균일하게 제공할 수 있도록 적어도 액정 패널(200)의 가시면의 면적과 동일하거나, 그 이상인 것이 바람직하다.

본 실시예에서, 광원부(120)가 광파이프(140)의 측면에 배치되지만, 광파이프(140)의 광 전송 능력이 우수하고, 그 내측에서 광 손실이 극히 적기 때문에, 냉음극 형광램프나 발광 다이오드와 같은 다수의 광원을 액정 패널의 후면에 다수 배치하여 액정 패널의 후면을 직접 조명하는 종래의 직하형 백라이트 유닛과 대등한 광 효율을 얻을 수 있다. 또한, 상대적으로 동일한 휘도를 얻기 위해 발광 다이오드의 사용 개수를 종래에 비해 현저히 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서, 광원부(120)는 광파이프(140)의 일 측면에만 배치될 수도 있다. 이와 같이, 광원부(120)가 광파이프(140)의 일 측면에만 배치되는 경우에는, 타 측면에 빛을 반사할 수 있는 반사 수단을 구비하여 광원(120a)으로부터 방사되어 광파이프(140)의 종단까지 전송되는 빛을 재사용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 나아가, 광파이프(140)로부터 방사되는 빛을 균일화하기 위해서는 광원(120a)과 인접하여 배치된 일측 종단으로부터 그 반대측의 타측 종단으로 갈수록 광파이프(140)의 단면적이 작아지는 테이퍼 형상으로 광파이프(140)를 설계하는 것이 바람직하다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 광파이프(140)의 구조에 대해 보다 상세히 설명한다.

또한, 도 2c는 도 2a의 선 A-A를 따라 절취한 상태의 단면도이며, 도 2d는 도 2c의 C 부분을 확대하여 도시한 부분 단면도이다.

도 2c 및 도 2d를 참조하면, 광파이프(140)는 투명 매질, 예를 들면 공기로 내부가 채워져 있으며, 그 단면이 타원 또는 직사각형인 속이 빈(중공의) 광 도파관이다. 광파이프(140)는 그 일 측면 또는 양 측면을 통해 입력된 빛을 그 길이 방 향으로 따라 전송하기에 적합한 구조를 갖는다.

본 발명의 일 실시예에서, 광파이프(140)의 내면(140b)은 다수의 미소 프리즘이 그 길이 방향을 따라 미세한 피치로 배열된 미소 프리즘 형상으로 구조화되어 있다. 광파이프(140)의 내면(140b)은 상기 광파이프에 입력된 빛이 입사되는 면이 된다. 각 프리즘은 도 2d에 도시된 바와 같이 대략 꼭지각이 90도인 이등변 삼각형의 구조를 갖는 것이 바람직하다.

광파이프(140)의 외면(140a)은 구조화되지 않은 매끈한 면으로서, 상기 외면의 적어도 일부는 상기 광파이프에 입력된 빛이 액정 패널(미도시)의 방향으로 출사되기 위한 광 출사면이 된다.

한편, 선택에 따라, 광파이프(140)의 외면(140a)이 구조화되고, 내면(140b)이 구조화되지 않을 수도 있다.

외면(140a)과 내면(140b)의 거리는 사용 환경에 따라 다양한 범위를 갖지만, 광 손실을 고려할 때, 50 ~ 300 ㎛ 사이의 값을 갖는 것이 바람직하다.

광파이프(140)의 재질은 광 투과율이 양호하고, 기계적 성질(특히 내충격성), 내열성 및 전기적 성질을 균형 있게 갖춘 열가소성 수지 물질인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 광파이프(140)는, 제한됨이 없이, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA)로 구성된다. 가장 바람직하게는, 광파이프(140)는 폴리메틸 메타크릴레이트로 구성된다. 폴리메틸 메타크릴레이트는 강도가 높아 잘 깨지지 않고 쉽게 변형되진 않는다. 또한, 가시광선 투과 율이 높아서 광원 소재로 적합하다.

본 발명의 일 실시예에서, 광파이프(140)는 사출 또는 압출과 같은 종래에 공지된 일반적인 플라스틱 성형법에 의해 제작될 수 있다. 본 기술분야에 숙달된 자(당업자)라면 보다 구체적인 설명이 없이도 이러한 성형법들을 이용하여 상기 언급된 물질로 본 발명의 광파이프(140)를 제작할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 광파이프(140)는 자외선 경화 수지(UV curing resin)를 폴리머 재질의 베이스 필름에 코팅하는 방법에 의해서도 제작될 수 있다.

좀더 구체적으로 설명하면, 우선, 마스터 상에 자외선 경화 수지(UV curing resin)를 코팅하여 베이스 필름의 표면을 압착하고, 여기에 자외선을 조사하여 미세 프리즘 패턴을 베이스 필름에 전사하여 일 면이 구조화된 광학 필름을 제작한다. 그 다음 적절한 열을 가한 상태에서, 구조화된 면이 내측을 향하도록 광학 필름을 말아서 상술한 구조의 광파이프(140)를 완성한다.

도 2a 및 도 2b를 다시 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원장치(110)는 광파이프(140)의 하부에 배치된 반사 시트(160)를 포함한다. 반사 시트(160)는 광파이프(140)의 저면을 통해 방출되는 빛을 반사시켜 다시 광파이프(140)로 입사시킴으로써 빛의 이용 효율을 향상시킨다.

본 발명의 일 실시예에서, 반사 시트(160)는 SUS, Brass, 알루미늄, PET 등으로 이루어진 시트 위에 은(Ag)을 입히고, 열이 미세하게 발생한다 해도 장시간 흡열로 인한 변형을 막기 위해 티타늄 코팅하여 제작될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에서, 반사 시트(160)는 PET와 같은 합성수지로 된 시트에 광을 산란시키기 위한 기포를 분산시켜 제작될 수 있다.

액정 패널(200)과 면광원장치(110)의 사이에는 광학 시트(180)가 배치되며, 상기 광학 시트는 확산 시트(180a), 프리즘 시트(180b) 및 보호 시트(180c)를 포함한다.

광파이프(140)의 광 출사면을 통해 출사된 빛은 확산 시트(180a)를 통과하며, 확산 시트(180a)는 입사하는 빛을 확산 또는 집광시켜 휘도를 균일하게 하고, 시야각을 넓혀준다.

한편, 확산 시트(180a)를 통과한 빛은 휘도가 급격히 떨어지게 되는데, 이를 보상하기 위해 프리즘 시트(180b)가 사용된다. 프리즘 시트(180b)는 확산 시트(180a)에서 출사된 빛을 굴절시켜 낮은 각도로 입사되는 빛이 정면 쪽으로 집중시키기 때문에 유효 시야각 범위에서 휘도가 상승하게 된다.

보호 시트(180c)는 프리즘 시트(180b) 위에 위치하여 프리즘 시트(180b)의 흠집을 방지하고, 또 프리즘 시트(180b)에 의해 축소된 시야각을 소정의 범위 내에서 재확대시키는 기능을 한다.

본 발명을 이해하고 이를 실시함에 있어서, 광학 시트(180)의 정확한 구조적, 물질적 특성은 중요하지 않으며, 백라이트 유닛에 통상적으로 사용되는 어떠한 구조 및 재료를 이용한 광학 시트를 채용하는 백라이트 유닛에도 본 발명의 사상이 광범위하게 적용될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원장치(110), 이를 포함하는 백라이 트 유닛(100) 및 액정표시장치(300)의 동작을 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

도 2b를 다시 참조하면, 광원들(120a)에 전원이 인가되면, 광원들(120a)에서 빛이 발생하고, 이 빛은 광파이프(140)의 양 측면을 통해 광파이프(140)의 내부로 입력된다.

광파이프(140)의 내부로 입력된 빛이 광파이프(140)와 상기 광파이프를 둘러싼 매체과의 굴절율의 비에 의해 사전에 결정된 임계각(θc) 이상으로 입사하면, 본 기술분야에 주지된 스넬의 법칙(Snell's Law)에 의한 전반사 조건에 의해 빛은 반사되어 다시 광파이프(140)의 내측에서 실질적으로 광파이프(140)의 길이 방향으로 진행한다. 이때, 광파이프(140)의 내측을 채우고 있는 매체는 공기이기 때문에 빛은 거의 손실 없이 광파이프(140)의 내측에서 도파될 수 있다.

한편, 상기 임계각(θc) 이하의 각도로 입사한 빛은 광파이프(140)의 외면을 통해 출사하게 된다. 여기서, 광파이프(140)의 저면으로 출사되는 빛은 상기 광파이프의 하부의 배치된 반사 시트(160)에서 반사되어 다시 광파이프(140)의 내측으로 다시 입력된다. 한편, 광파이프(140)의 상부면, 즉 광 출사면을 통해 출사되는 빛은 광파이프(140)의 상부에 배치된 광학 시트(180)에 입사하게 된다.

광파이프(140)의 광 출사면을 통해 출사된 빛은 확산 시트(180c)에 먼저 입사되며, 확산 시트(180c)는 입사하는 빛을 확산 또는 집광시켜 휘도를 균일하게 하고, 시야각을 넓혀준다.

확산 시트(180a)를 통과한 빛은 그 상부에 배치된 프리즘 시트(180b)에 입사하며, 프리즘 시트(180b)는 입사된 빛을 굴절시켜 낮은 각도로 입사되는 빛을 액정 패널(200)의 가시면으로 집중시킨다.

확산 시트(130b)를 통과한 빛은 그 상부에 배치된 보호 시트(130a)에 입사되고, 프리즘 시트(180b)에 의해 축소된 시야각은 소정의 범위 내에서 재확대되어 액정 패널(200)에 입사하게 된다.

액정 패널(200)은 외부에서 인가되는 영상 정보를 포함하는 전기적 신호에 따라 액정층의 분자 배열을 변화시켜 광 투과도를 제어함으로써 소정의 영상을 구현하게 된다.

이하, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명한다.

도 2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 일부분을 도시한 단면도이며, 도 2f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 일부분을 도시한 부분 사시도이다. 다만, 설명의 편의를 위해 전술한 실시예와 동일한 부분에 대해서는 도시를 생략하였다.

전술한 본 발명의 일 실시예에서는, 점광원 형태의 발광 다이오드를 광원(120a)으로 채용하였지만, 발광 다이오드 대신, 예를 들면, 냉음극 형광램프 또는 외부전극 형광램프를 광원으로 채용하는 것도 가능하다. 이때에는, 도 2e에 도시된 바와 같이, 다수의 광원(130)이 광파이프(140)의 내측에 그 길이 방향을 따라 삽입된 상태에서, 상호 인접하여 배치되어야 한다.

또한, 상술한 실시예들은 하나의 광파이프(140)를 이용하여 면광원장치(110)를 구성하는 경우를 제공하고 있으나, 선택에 따라, 도 2f에 도시한 바와 같은 상태로, 동일한 규격으로 제작된 다수의 광파이프(140)를 상호 밀착 배치하여 면광원 장치(110)를 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 각 광파이프(140)는 동일한 규격을 갖기 때문에 이들을 단순히 상호 밀착되게 배치하는 것만으로도 이들의 광학적 연결이 가능하다.

또한, 이러한 방식에 의해 표시 장치의 대형화에 능동적으로 대처할 수 있게 된다. 즉, 액정표시장치(미도시)의 크기에 따라 광파이프(140)를 종횡으로 배열하고 그 양 측면에 점광원을 이용한 광원부(도 2b의 120)를 배치하거나, 선형 광원(도 2e 의 130)을 광파이프(140)의 내측에 삽입 배치하는 방식으로 간단히 대면적의 면광원장치(110)를 구현할 수 있다.

도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이다. 또한, 도 3b는 도 3a의 선 B-B를 따라 절취한 상태의 단면도이며, 도 3c 및 도 3d는 도 3b의 D 부분을 확대하여 도시한 부분 단면도이다. 한편, 본 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 실시예들과 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 액정표시장치(400)는, 외부에서 인가되는 전기적 신호에 따라 소정의 영상을 표시하는 액정 패널(200) 및 상기 액정 패널을 조명하기 위해 상기 액정 패널의 후면에 배치된 백라이트 유닛(100)을 포함한다.

백라이트 유닛(100)은 액정 패널(200)의 가시면을 조명하기에 충분한 평면 광을 제공하는 면광원장치(110)와 상기 액정 패널과 면광원장치의 사이에 배치되며, 상기 면광원장치에서 제공된 빛을 상기 액정 패널을 조명하기에 적합한 빛으로 변조하는 광학 시트(180)를 포함한다.

면광원장치(110)는 액정 패널(200)에 제공되는 빛을 발생시키기 위한 광원 부(120), 상기 광원부에 인접하여 배치된 광파이프(140), 상기 광파이프의 외면에 배치된 확산층(142) 및 상기 광파이프의 내측에 배치된 반사체(144)를 포함한다.

광원부(120)는 소정의 파장을 갖는 빛을 발생시키는 복수의 광원(120a)과, 상기 광원이 실장되는 인쇄회로기판(120b) 및 이들을 수납하기 위한 하우징(120c)을 포함한다. 광원(120a)으로서는, 도 3a에 도시된 바와 같이 점광원 형태의 발광 다이오드가 사용될 수 있다. 점광원 형태의 발광 다이오드 대신, 냉음극형 형광램프 또는 외부전극 형광램프와 같은 선형 광원을 사용할 수 있음은 물론이다.

광파이프(140)는 액정 패널(200)의 후면에서 광원부(120)와 인접하여 배치되며, 광원부(120)와 인접하여 배치된 양 측면이 광 입사면이 되고, 광학 시트(180)를 사이에 두고 액정 패널(200)과 대향하는 면은 빛이 방출되는 광 출사면이된다.

본 실시예에서, 광파이프(140)의 내면은 다수의 선형 프리즘이 상호 인접하여 배치된 구조화된 면이고, 이에 반해 외면은 구조화되지 않는다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에서는, 광파이프(140)의 외면이 구조화되고, 내면이 구조화되지 않을 수도 있다.

광파이프(140)의 외면에는 확산층(142)이 배치되며, 상기 확산층은 광파이프(140)를 통해 입사한 빛을 외부로 출사시키고, 동시에 이를 산란시켜 광파이프(140)를 통해 출력되는 빛을 균일화한다.

도 3c 및 도 3d를 참조하면, 확산층(142)은 수지 재질의 모재(142b)와 상기 모재에 분산되어 배치된 복수의 비드(142a)를 포함한다.

모재(142b)로는 투명하며, 내열성과 기계적 특성이 우수한, 예를 들면, 폴리 아크릴레이트(Polyacrylate) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)와 같은 아크릴계 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

비드(142a)는 모재(142b)와 동종 또는 이종의 수지로 구성될 수 있다.

한편, 비드(142a)는 모재(142b)에 대해 25wt% 내지 35wt%로 포함되도록 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 모재에 대한 상기 비드의 중량비는 30wt%이다.

본 발명의 일 실시예에서, 비드(142a)의 크기 및 분포는 도 3c에 도시된 바와 같이 불규칙(random)하다. 다양한 크기의 비드들(142a)이 불규칙하게 모재(142b)에 분포되면 헤이즈(haze) 효과가 증가하기 때문에, 물리적 접촉 등에 의해 모재(142b)에 발생한 스크래치 등의 불량이 액정 패널(도 3a의 200)에 그대로 투영되는 것을 방지하는 효과가 크다.

본 발명의 다른 실시예에서, 복수의 비드(142b)는 실질적으로 동일한 크기를 가지며, 도 3d에 도시된 바와 같이 모재(132a) 내에 거의 일정하게 분산되어 분포된다. 이와 같이, 실질적으로 동일한 크기의 비드(142a)가 일정하게 모재(142b)에 분포되면 헤이즈(haze) 효과는 감소하지만 이에 반해 휘도가 상승하는 효과가 있다. 즉, 비드(142a)가 모재(142b)에 규칙적으로 분포되어 있을수록 헤이즈(haze) 효과는 감소하지만 휘도는 증가한다.

상술한 구조의 확산층(142)은 본 기술분야에서 종래에 공지된 다양한 방법을 통해 얻을 수 있다.

예를 들면, 확산층(142)은 액상 수지에 비드들을 분산시켜 고형화한 필름을 적정 온도로 가열한 상태에서 광파이프(140)의 외면에 압착하는 방법에 의해 얻을 수 있다. 또한, 비드들이 분산된 액상 수지를 일정한 두께로 광파이프(140)의 외면에 코팅하여 얻을 수도 있다.

도 3a 및 도 3b를 다시 참조하면, 광파이프(140)의 내측에는 반사체(144)가 배치된다.

반사체(144)는, 광파이프(140) 내측의 구조화된 면에 배치되며, 광원(120a)으로부터 직접 입사하거나, 또는 광파이프(140)에서 반사되어 입사된 빛을 반사시켜 빛이 광파이프(140)의 저면으로 출사하는 것을 방지함으로써 광 이용 효율을 향상시킨다.

또한, 반사체(144)는 광원(120a)으로부터 발생한 빛을 반사시켜 광파이프(140)의 광 출사면을 통해 외부로 방출되도록 한다. 즉, 반사체(144)는 반사된 빛이 임계각(θc) 이하로 광파이프(140)에 재입사되도록 하여 광파이프(140)의 외부로 출사되도록 하는 역할을 수행한다.

반사체(144)는 반사성이 높은 물질로 구성되며, 예를 들면 수지 표면에 알루미늄(Al)이나 은(Ag)과 같은 반사성이 우수한 금속 물질을 코팅하여 얻을 수 있다.

액정 패널(200)과 면광원장치(110)의 사이에는 확산 시트(180a), 프리즘 시트(180b) 및 보호 시트(180c)로 구성된 광학 시트(180)가 배치된다.

이하, 본 발명의 상기 실시예에 따른 액정표시장치(400)의 동작을 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 다만, 광파이프(140)의 굴절율이 그 외면에 배치된 확산층(142)의 굴절율에 비해 큰 경우를 예를 들어 설명한다.

도 3a를 다시 참조하면, 광파이프(140)의 양 측면에 배치된 광원(120a)에서 발생한 빛은 광파이프(140)의 양 측면을 통해 광파이프(140)의 내부로 입력된다.

광파이프(140)의 내부로 입력된 빛이 광파이프(140)와 확산층(142)의 경계면에 상기 광학 필름과 확산층의 굴절율의 비에 의해 사전에 결정된 임계각(θc) 이상으로 입사하면, 전반사 조건을 만족하여 빛은 전반사되어 다시 광파이프(140)의 내측에서 실질적으로 그 길이 방향으로 진행한다. 이때, 광파이프(140)의 내측에 있는 매체는 공기이기 때문에 빛은 거의 손실 없이 광파이프(140)의 내측에서 도파될 수 있다.

광파이프(140)의 내측으로 진행된 빛의 일부는 반사체(144)의 표면에서 반사되어, 광파이프(140)와 확산층(142)의 경계면에 입사하게 되는데, 이때, 입사각이 상기 임계각(θc) 이하이면, 빛은 광파이프(140)의 외부로 출력되어 확산층(142)에 입력된다.

여기서, 확산층(142)에 입력된 빛은 확산층(142)의 내부에 분산된 비드들(도 3a 및 3b의 142a)에 의해 산란되면서 균일화되어, 그 상부에 배치된 광학 시트(180)에 입력된다.

확산층(142)을 통과한 빛은 먼저 확산 시트(180a)에 입력되는데, 상기 확산 시트는 빛을 확산 또는 집광시켜 휘도를 균일하게 하고, 시야각을 넓혀준다.

프리즘 시트(130b)를 통과한 빛은 그 상부에 배치된 보호 시트(130a)에 입사되고, 프리즘 시트(180b)에 의해 축소된 시야각은 소정의 범위 내에서 재확대되어 액정 패널(200)에 입사하게 된다.

액정 패널(200)은 외부에서 인가되는 영상 정보를 포함하는 전기적 신호에 따라 각 픽셀의 액정층의 분자 배열을 조절하여 각 픽셀에서의 광 투과도를 제어함으로써 소정의 영상을 구현하게 된다.

전술한 실시예에서, 확산층(142)은 광파이프(140)의 외면을 완전히 둘러싸도록 배치되며, 반사체(144)는 광파이프(140)의 내측에 배치된 구조로 되어 있지만, 확산층(142) 및 반사체(144)의 구조는 본 기술분야에 숙달된 자에 의해 다양하게 변형할 수 있을 것이다. 이하, 확산층(142) 및 반사체(144)의 구조에 대한 몇 가지 변형 예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 도 3b의 확산층 및 반사체에 대한 다른 실시예들을 설명하기 위한 단면도들이다. 다만, 도 3b에 도시된 확산층(142) 및 반사체(144)와의 구조상의 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.

도 4a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서, 확산층(142)은 광파이프(140)의 외면을 완전히 둘러싸도록 배치되며, 반사체(144)는 도시된 바와 같이, 확산층(142)의 저면에 배치될 수 있다.

도 4b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 확산층(142)과 반사체(144)는 모두 광파이프(140)의 외면의 어느 일부 영역에만 배치될 수 있다. 이때, 광파이프(140)를 통해 방사되는 빛을 확산시키기 위한 확산층(142)은 액정 패 널(미도시)이 위치하는 쪽으로 배치되며, 광파이프(140)를 통해 출사된 빛을 반사시켜 재입사시키 위한 반사체(144)는 확산층(142)과 대향하여 광파이프(140)의 저면에 배치되는 것이 중요하다.

도 4c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에서, 확산층(142)은 광파이프(140)의 외면을 완전히 둘러싸도록 배치되며, 반사체(144)는 광파이프(140)의 내부에 배치될 수 있다. 다만, 이 경우, 반사체(144)가 배치되는 광파이프(140)의 내면의 일부 영역에는 미세 프리즘 형상과 같은 구조물이 없다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 종래의 액정표시장치를 도시한 사시도이다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이다.

도 2b는 도 2a의 액정표시장치의 단면도이다.

도 2c는 도 2b의 선 A-A를 따라 절취한 상태의 단면도이다.

도 2d는 도 2c의 C 부분을 확대하여 도시한 부분 단면도이다.

도 2e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 일부분을 도시한 단면도이다.

도 2f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 일부분을 도시한 부분 사시도이다.

도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이다.

도 3b는 도 3a의 선 B-B를 따라 절취한 상태의 단면도이다.

도 3c 및 도 3d는 도 3b의 D 부분을 확대하여 도시한 부분 단면도이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 도 3b의 확산층 및 반사체에 대한 다른 실시예들을 설명하기 위한 단면도들이다.

Claims

하나 이상의 광원;

상기 광원에 인접하여 위치하는 하나 이상의 광파이프; 및

상기 광파이프 상에 위치하는 다수의 광학시트;

를 포함하며, 상기 광파이프의 내면은 다수의 프리즘 형상으로 구조화된 백라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 광원은 발광 다이오드이되, 상기 광파이프의 측면에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 광원은 냉음극 형광램프 또는 외부전극 형광램프이되, 상기 광파이프의 내측에 삽입된 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 광파이프의 하부에 배치되며, 상기 광파이프의 저면을 통해 출사되는 광을 반사시켜 다시 광파이프의 내부로 입력하는 반사 시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 광파이프의 외면에 배치되며, 빛이 투과할 수 있는 수지로 이루어진 모재; 및

상기 모재에 분산되어 배치되며, 복수의 비드;

를 포함하는 확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 5 항에 있어서,

상기 광파이프는 반사체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 6 항에 있어서,

상기 반사체는 상기 광파이프의 내측 또는 외측에 배치된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 광파이프의 외면은 평평한 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛
액정 패널; 및

상기 액정 패널에 빛을 제공하는 백라이트 유닛;을 포함하되,

상기 백라이트 유닛은,

하나 이상의 광원;

내면이 다수의 프리즘 형상으로 구조화된 하나 이상의 광파이프; 및

상기 광파이프 상에 위치하는 다수의 광학시트;

를 포함하는 액정표시장치.
제 9 항에 있어서,

상기 광원은 발광 다이오드이되, 상기 광파이프의 측면에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 9 항에 있어서,

상기 광원은 냉음극 형광램프 또는 외부전극 형광램프이되, 상기 광파이프의 내측에 삽입된 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 9 항에 있어서,

상기 광파이프의 하부에 배치되며, 상기 광파이프의 저면을 통해 출사되는 광을 반사시켜 다시 광파이프의 내부로 입력하는 반사 시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 9 항에 있어서,

상기 광파이프의 외면에 배치되며, 빛이 투과할 수 있는 수지로 이루어진 모 재; 및

상기 모재에 분산되어 배치되며, 복수의 비드;

를 포함하는 확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 9 항에 있어서,

상기 광파이프의 외면은 평평한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
하나 이상의 광원;

상기 광원에 인접하여 위치하며, 내면이 다수의 프리즘 형상으로 구조화된 하나 이상의 광파이프;

상기 광파이프의 외면에 배치되는 확산층;

을 포함하며, 상기 확산층은 빛이 투과할 수 있는 수지로 이루어진 모재 및 상기 모재에 분산되어 배치되는 복수의 비드를 포함하는 면광원장치.
제 15 항에 있어서,

상기 광파이프는 반사체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
제 15 항에 있어서,

상기 반사체는 상기 광파이프의 내측 또는 외측에 배치된 것을 특징으로 하는 면광원장치.
제 15 항에 있어서,

상기 광원은 발광 다이오드이되, 상기 광파이프의 측면에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
제 15 항에 있어서,

상기 광원은 냉음극 형광램프 또는 외부전극 형광램프이되, 상기 광파이프의 내측에 삽입된 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
제 15 항에 있어서,

상기 광파이프는 외면이 평평한 것을 특징으로 하는 면광원장치.