KR20080051941A - 액정표시장치용 도광판 및 이를 이용한 액정표시장치 - Google Patents

액정표시장치용 도광판 및 이를 이용한 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치용 도광판(Light Guide Plate : LGP) 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 도광판의 휘도불균일 현상과 특정위치에서 고정적으로 나타나는 휘선을 제거하여 보다 균일한 면광원을 구현할 수 있는 액정표시장치용 도광판 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 도광판의 하부면 또는 상부면에 상기 도광판의 입광부에서부터 멀어질수록 그 폭과 깊이가 늘어나게 되는 프리즘패턴을 구성하는 것으로, 휘도불균일 현상과 특정위치에서 나타나는 휘선이 제거된 상태로 보다 균일한 면광원을 얻을 수 있는 장점이 있다.
이로써 보다 개선된 화상구현이 가능하다.
도광판, 입광부, 휘선

Description

액정표시장치용 도광판 및 이를 이용한 액정표시장치{Light guide plate and liquid crystal display device using the same}
도 1은 일반적인 프리즘 도광판을 사용하는 에지방식 직관형 램프의 백라이트 유닛에 대한 분해 사시도.
도 2는 도 1의 도광판 내부로 입사된 빛의 특성을 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에지형 백라이트 유닛에 대한 분해 사시도.
도 4a ~ 4b는 도 3의 프리즘패턴을 개략적으로 도시한 평면도와 측면도.
도 5a ~ 5b는 입체패턴의 존재 여부에 따른 도광판의 휘도균일도를 시뮬레이션하여 나타낸 측정 결과.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
102 : 반사시트 104 : 도광판(120 : 입광부, 122 : 타측면)
106 : 집광시트 108 : 보호시트
110 : 램프 112 : 램프가이드
114 : 입체패턴
본 발명은 액정표시장치용 도광판(Light Guide Plate : LGP) 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 도광판의 휘도불균일 현상과 특정위치에서 고정적으로 나타나는 휘선을 제거하여 보다 균일한 면광원을 구현할 수 있는 액정표시장치용 도광판 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적인 액정표시장치의 화상구현원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는 것으로, 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 이방성과 전기장 내에 놓일 경우 그 크기에 따라 분자배열의 방향이 변화되는 분극성질을 띤다. 이에 액정표시장치는 액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 면으로 각각 전계생성전극이 형성된 한 쌍의 투명절연기판으로 이루어진 액정패널을 필수적인 구성요소로 하며, 각 전계생성전극 사이의 전기장 변화를 통해서 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고 이때 변화되는 빛의 투과율을 이용하여 여러 가지 화상을 표시한다.
상기 액정패널은 자체 발광요소를 갖지 못하는 소자이므로 별도의 광원을 요구하게 된다. 이에 따라, 배면으로는 형광램프를 구비한 백라이트 유닛(Backlight unit)이 마련되어 액정패널 전면을 향해 빛을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 휘도의 화상이 구현된다.
상기 백라이트 유닛은 크게 구분해서 직하방식과 에지방식으로 구분되는데, 상기 직하 방식은 광원이 액정패널의 하단부에 위치하여, 액정패널 전면에 직접 빛을 입사시키는 방식으로 주로 EL(Electro luminescence)이 사용되는데, 상기 방식은 소비전력이 높고, 단가가 비싸며 두께가 두꺼운 단점이 있다.
이에 비해 상기 에지방식은 액정패널의 일측면 또는 양측면에 광원을 두어 도광판, 반사판에 빛을 입사시키는 방식으로 냉음극관형광램프(Cold cathode flurescent lamp : CCFL)가 주로 사용되며, 박형으로 무게가 가볍고 소비전력이 낮아 현재 널리 사용되고 있는 실정이다.
도 1은 일반적인 프리즘 도광판을 사용하는 에지형의 백라이트 유닛에 대한 분해 사시도이며, 도 2는 도 1의 도광판 내부로 입사된 빛의 특성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 광원인 램프(10)와, 상기 램프(10)에서 입사된 빛을 면광원으로 바꿔 액정패널(미도시) 내로 입사시키며, 하부면에 빛의 휘도를 높이기 위한 프리즘 패턴(prism pattern)이 구성된 도광판(4)과, 상기 도광판(4)의 상부에 위치하며, 상기 도광판(4)의 하부면에 구성된 프리즘 패턴과 수직하는 프리즘 패턴이 구성된 집광시트(6)와, 상기 집광시트(6)의 표면을 보호하기 위한 보호시트(8)를 차례대로 적층하여 구성한다.
이때, 상기 도광판(4)의 하부면으로 빠져 나가는 빛을 반사시키기 위한 반사판(2)이 더욱 구성되며, 램프(10)로부터 발한 빛이 도광판(4)의 입광부(도 2의 20)로 집중되도록, 상기 도광판(4)의 입광부(도 2의 20)와 마주보는 내측을 제외한 램프(10)의 상하외측을 감싸 길이방향으로 가이드하는 램프가이드(12)가 구성된다.
따라서, 상기 램프(10)가 도광판(4)의 입광부(도 2의 20) 길이방향을 따라 배열되어, 상기 램프(10)에서 발산되는 빛(도 2의 F)이 상기 도광판(4)의 입광부(도 2의 20)를 통해 상기 도광판(4) 내부로 입사되면, 상기 입사된 빛(도 2의 F)은 도 2에 도시한 바와 같이, 여러번의 전반사에 의해 도광판(4) 내를 진행하면서 도광판(4)의 넓은 영역으로 고르게 퍼지면서 상기 도광판(4) 상부에 개재되는 집광시트(6)와 보호시트(8)를 거쳐 액정패널(미도시)에 면광원을 제공하게 된다.
이때, 도광판(4)은 입광부(20)로부터 입사된 빛(F)을 액정패널(미도시) 방향으로 굴절시키는 역할을 하며, 이를 위해 액정패널(미도시)을 향하는 도광판(4) 상부면은 수평하고, 이와 대면된 하부면은 램프(10)에서 멀어질수록 점차 액정패널(미도시)에 가까워지는 경사면을 이룬다. 따라서 도광판(4)의 두께는 램프(10)를 향하는 입광부(20)로부터 이와 마주보는 타 측면(22)으로 갈수록 점차 줄어든다.
따라서 도광판(4) 내부의 광량분포는 입광부(20)로부터 점차 줄어드는 양상을 나타내며, 이로 인해 도광판(4)의 상부면으로 출사되는 광량 또한 상대적으로 입광부(20)측으로 집중되어, 해당 부분이 그 외의 부분보다 밝은 휘도불균일 현상을 야기한다.
또한, 도광판(4)은 특정위치에서 상대적으로 밝은 띠 형상의 휘선이 발생된다. 즉, 램프(10)의 빛(F)이 도광판(4) 입광부(20)를 통과하는 과정 중에 상기 입광부(20)의 상하 모서리(24)에서 특정방향으로 굴절되어 반사시트(2) 내지는 도광판(4)의 배면을 통해 반사되는데, 이들 특정경로의 빛(F2)에 의해 도광판(4)의 상부면 일측 가장자리로는 도광판(4)의 입광부(20) 두께에 비례한 수 개의 밝은 휘선 이 나타난다.
즉, 일예로 도광판(4) 입광부(20)의 두께가 10mm 라면, 상기 휘선은 도광판(4) 입광부(20)에서부터 10mm 그리고, 20mm 멀어진 위치에 각각 나타나는 것이다.
그리고 이러한 휘선은 도광판(4)의 입광부(20)와 마주보는 타 측면(22)에서도 나타나는데, 이는 도광판(4) 내부로 입사된 빛(F2)의 일부는 타 측면(22)의 상하 모서리(26)에서 특정방향으로 반사 및 굴절되고, 이로 인해 도광판(4)의 타측 가장자리에도 도광판(4)의 측면(22) 두께에 비례하여 휘선이 나타나게 된다.
이 같은 휘도불균일과 특정위치에서의 휘선발생은 표시화면에 반영되어 화상의 질을 떨어뜨리는 원인이 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 휘도불균일을 해소하고, 특정위치에서 고정적으로 나타나는 휘선을 감소 또는 제거하여 보다 균일한 면광원을 구현하고자 하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 빛이 입사되는 입광부 및 이와 대면된 측면과 빛이 출사되는 윗면 및 이와 대면된 저면이 구비되며, 상기 윗면 및 저면 중 선택된 일면에 상기 입광부로부터 이에 대면된 측면으로 갈수록 폭과 깊이가 증가하는 프리즘패턴을 포함하는 액정표시장치용 도광판을 제공한다.
상기 도광판은 윗면은 수평하고, 상기 저면은 상기 입광부로부터 멀어질수록 점차 상승되는 경사를 이루며, 상기 프리즘패턴의 폭과 깊이는 약 1:2의 비율이다.
또한, 상기 프리즘패턴이 도광판의 윗면에 형성될 경우, 상기 도광판의 저면에 미세한 도트 패턴이 인쇄된다.
또한, 본 발명은 반사판과; 상기 반사판 상부에 안착되며, 윗면 또는 저면 중 선택된 일면에 그 폭과 깊이가 점차 증가하는 프리즘패턴이 형성된 도광판과; 상기 도광판 일 측면을 따라 배열되는 형광램프와; 상기 도광판 상에 안착되는 다수의 광학시트를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
상기 도광판은 빛이 입사되는 입광부 및 이와 대면된 측면과 빛이 출사되는 윗면 및 이와 대면된 저면으로 구성되며, 상기 윗면은 수평하고, 상기 저면은 상기 입광부로부터 멀어질수록 점차 상승되는 경사를 이루며, 상기 프리즘패턴의 폭과 깊이는 약 1:2의 비율이다.
또한, 상기 프리즘패턴이 도광판의 윗면에 형성될 경우, 상기 도광판의 저면에 미세한 도트 패턴이 인쇄되게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에지형 백라이트 유닛에 대한 분해 사시도이다.
도시한 바와 같이, 광원인 램프(110)와, 상기 램프(110)에서 입사된 빛을 면광원으로 바꿔 액정패널(미도시) 내로 입사시키며, 하부면에 빛의 휘도를 높이기 위한 프리즘패턴(114)이 구성된 도광판(104)과, 상기 도광판(104)의 상부에 위치하며, 상기 도광판(104)의 하부면에 구성된 프리즘패턴(114)과 수직하는 프리즘패턴이 구성된 집광시트(106)와, 상기 집광시트(106)의 표면을 보호하기 위한 보호시트(108)를 차례대로 적층하여 구성한다.
이때, 상기 도광판(104)의 하부면으로 빠져 나가는 빛을 반사시키기 위한 반사판(102)이 더욱 구성된다.
그 외 램프(110)로부터 발한 빛이 도광판(104)의 입광부(120)로 집중되도록, 상기 도광판(104)의 입광부(120)와 마주보는 내측을 제외한 램프(110)의 상하외측을 감싸 길이방향으로 가이드하는 램프가이드(112)가 구성되며, 상기 보호시트(108)는 상기 집광시트(106)의 표면을 보호하는 역할과 함께, 빛의 분포를 균일하게 하기 위해 빛을 확산시키는 확산성질을 가질 수 있다.
따라서, 상기 램프(110)가 도광판(104)의 입광부(120) 길이방향을 따라 배열되어, 상기 램프(110)에서 발산되는 빛(미도시)이 상기 도광판(104)의 입광부(120)를 통해 상기 도광판(104) 내부로 입사되면, 상기 입사된 빛(미도시)은 여러번의 전반사에 의해 도광판(104) 내를 진행하면서 도광판(104)의 넓은 영역으로 고르게 퍼지면서 상기 도광판(104) 상부에 개재되는 집광시트(106)와 보호시트(108)를 거쳐 액정패널(미도시)에 면광원을 제공하게 된다.
이때, 도광판(104)은 반사시트(102)와 마주보는 하부면이 램프(110)에서 멀어질수록 비스듬하게 상승하여 점차로 두께가 줄어드는 플레이트 형태를 띠며, 이 같은 하부면에는 다수의 프리즘패턴(114)이 램프(110)와 교차하는 방향으로 열을 지어 구성된다.
이러한, 프리즘패턴(114)은 상기 도광판(104)의 입광부(120)에서 멀어질수록 폭과 깊이가 증가하는 형태인 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기 램프(110)로부터 출사된 빛 중에서 도광판(104) 입광부(120)의 상하 모서리(도 2의 22) 부분을 통과한 빛(도 2의 F2)은 특정방향으로 굴절된 후 반사시트(102) 내지는 도광판(104) 저면에 의해 반사되어 휘선의 형태로 나타나지만, 본 발명에 따른 도광판(104)은 도광판(104)의 하부면에 상기 도광판(104)의 입광부(120)에서 멀어질수록 폭과 깊이가 증가하는 프리즘패턴(114)을 구성하여 빛(미도시)을 산란시키게 되므로, 해당 위치의 휘도를 다소 낮춤과 동시에 빛을 산란시켜 도광판(104) 전면적에 걸쳐 보다 균일한 면 광원이 출사되도록 한다.
이러한, 상기 프리즘패턴(114)은 도면에 나타나지 않았지만, 도광판(104) 상부면에도 형성될 수 있으며, 이러한 프리즘패턴(114)의 구체적인 위치 및 형태는 다양하게 선택될 수 있다.
이때, 상기 도광판의 입광부에서부터 점차 증가하는 폭과 깊이를 갖는 프리즘패턴을 상기 도광판 상부면에 형성할 경우, 상기 도광판 하부면에는 미세한 도트 패턴과 같은 각종 패턴이 인쇄된다.
여기서, 상기 도광판(104)의 입광부(120)에서부터 점차 그 폭과 깊이가 늘어나도록 구성되는 프리즘패턴(114)에 대해 도 4a ~ 4b를 참조하여 좀더 자세히 설명하도록 하겠다.
도 4a ~ 4b는 프리즘패턴을 개략적으로 도시한 평면도와 측면도이다.
도시한 바와 같이, 상기 도광판(104)의 하부면에 구성된 프리즘패턴(114)은 상기 도광판(104) 내부의 광량분포에 따라, 램프(도 3의 110)로부터 멀어질수록 산란율이 커지고, 램프(도 3의 110)에 가까워질수록 산란율이 작아지는 것이 바람직하기 때문에, 상기 도광판(104)의 입광부(도 3의 120)에서부터 멀어질수록 그 폭(D)과 깊이(H)가 늘어나는 형태로 구성한다.
즉, 도광판(도 3의 104)의 입광부(도 3의 120)에 가장 가까운 프리즘패턴(114)의 폭이 D1이라면, 프리즘패턴(114)의 중반에서의 폭은 상기 D1 보다 큰 D2의 폭을 갖게 되며, 상기 도광판(도 3의 104)의 입광부(도 3의 120)에서 가장 먼 프리즘패턴(114)의 끝부분에서는 D2의 폭보다 큰 D3의 폭을 갖도록 구성함으로써, 프리즘패턴(114)의 폭이 입광부(도 3의 120)에서 멀어질수록 점차 커지도록 구성하는 것이다. (D1< D2 < D3)
또한, 프리즘패턴(114)의 깊이 역시, 초기의 깊이인 H1에 비해 H2의 깊이가 크며, H2에 비해 H3의 깊이가 커지는 것이다. (H1 < H2 < H3)
이때, 상기 폭(D1, D2, D3)과 깊이(H1, H2, H3)에서 각각 서로 대응되는 폭(D1, D2, D3)과 깊이(H1, H2, H3)는 약 1 : 2의 비율로 구성하는 것이 가장 바람직한데 즉, 현재 12.1inch의 노트북에 사용되고 있는 도광판(104)을 일예로 하면, 상기 도광판(104)의 입광부(도 3의 120)에서 가장 먼 프리즘패턴(114)의 폭(D3)은 약 100㎛로 구성하고, 이에 깊이(H3)는 약 50㎛의 깊이를 갖도록 구성하는 것이다.
따라서, 이러한 프리즘패턴(114)의 폭(D1, D2, D3)과 깊이(H1, H2, H3)에 따른 비율(1 : 2)을 적용하여 원하는 폭(D1, D2, D3)과 높이(H1, H2, H3)를 조절하여 사용할 수 있다.
이렇듯, 도광판(104)의 하부면에 상기 도광판(104)의 입광부(120)에서부터 점차 그 폭(D1, D2, D3)과 깊이(H1, H2, H3)가 늘어나는 프리즘패턴(114)을 구성함으로써, 상기 도광판(104)은 프리즘이 구성된 도광판(도 1의 4)과 동일한 집광효과를 가질 수 있는 동시에, 상기 도광판(104)의 입광부(도 3의 120)에 집중되었던 휘도를 균일하게 할 수 있게 된다.
이는, 특정위치에서 나타났었던 휘선 또한 제거하게 된다.
도 5a ~ 5b는 프리즘패턴의 존재 여부에 따른 도광판의 휘도균일도를 시뮬레이션하여 나타낸 측정 결과이다.
도 5a는 일반적인 프리즘도광판을 사용하였을 경우의 시뮬레이션 결과로써, 도광판의 입광부 주위인 B영역에서 휘선과 핫 스팟(hot spot)이 관찰되는 것을 알 수 있다.
특히, 도광판의 각 포인트의 휘도를 측정한 그래프를 보면 1000nits ~ 8000nits(C) 사이에서 다양한 휘도가 측정되어, 휘도 균일도가 상당히 나쁘다는 것을 알 수 있다.
반면에, 도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 도광판의 입광부에서부터 그 폭과 깊이가 늘어나게 되는 프리즘패턴을 구성하였을 경우의 시뮬레이션 결과로써, 전체적으로 균일한 색과 균일한 밝기를 갖는 것을 볼 수 있는데 특히, 휘선과 핫 스팟(hot spot)이 관찰되지 않는 것을 볼 수 있다.
특히, 도광판의 휘도가 1000nits ~ 2000nits 사이로 밀집되어 휘도균일도가 우수하다는 것을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 도광판(104)의 하부면 또는 상부면에 상기 도광판(104)의 입광부(도 3의 120)에서부터 멀어질수록 그 폭(D)과 깊이(H)가 늘어나게 되는 프리즘패턴(114)을 구성함으로써, 상기 도광판(104)은 프리즘이 구성된 도광판(도 1의 4)과 동일한 집광효과를 가질 수 있는 동시에, 상기 도광판(104)의 입광부(도 3의 120)에 집중되었던 휘도를 균일하게 할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 도광판을 사용할 경우에 휘도불균일 현상과 특정위치에서 나타나는 휘선이 제거된 상태로 보다 균일한 면광원을 얻을 수 있는 효과가 있다.
이로써 보다 개선된 화상구현이 가능한 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 빛이 입사되는 입광부 및 이와 대면된 측면과 빛이 출사되는 윗면 및 이와 대면된 저면이 구비되며, 상기 윗면 및 저면 중 선택된 일면에 상기 입광부로부터 이에 대면된 측면으로 갈수록 폭과 깊이가 증가하는 프리즘패턴
    을 포함하는 액정표시장치용 도광판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 윗면은 수평하고, 상기 저면은 상기 입광부로부터 멀어질수록 점차 상승되는 경사를 이루는 액정표시장치용 도광판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘패턴의 폭과 깊이는 약 1:2의 비율인 액정표시장치용 도광판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘패턴이 도광판의 윗면에 형성될 경우, 상기 도광판의 저면에 미세한 도트 패턴이 인쇄되는 액정표시장치용 도광판.
  5. 반사판과;
    상기 반사판 상부에 안착되며, 윗면 또는 저면 중 선택된 일면에 그 폭과 깊이가 점차 증가하는 프리즘패턴이 형성된 도광판과;
    상기 도광판 일 측면을 따라 배열되는 형광램프와;
    상기 도광판 상에 안착되는 다수의 광학시트
    를 포함하는 액정표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 도광판은 빛이 입사되는 입광부 및 이와 대면된 측면과 빛이 출사되는 윗면 및 이와 대면된 저면으로 구성되며, 상기 윗면은 수평하고, 상기 저면은 상기 입광부로부터 멀어질수록 점차 상승되는 경사를 이루는 액정표시장치용.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 프리즘패턴의 폭과 깊이는 약 1:2의 비율인 액정표시장치용.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 프리즘패턴이 도광판의 윗면에 형성될 경우, 상기 도광판의 저면에 미세한 도트 패턴이 인쇄되는 액정표시장치용.
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