KR20080086700A - 백라이트 유닛의 확산판 - Google Patents

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KR20080086700A
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최종현
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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 백라이트 유닛에 적용되는 확산판에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은, 프리즘 패턴(prism pattern)을 이중으로 적용하여 백라이트 유닛의 휘도와 균일도를 향상시킬 수 있는 백라이트 유닛의 확산판을 제공하는 것이다. 이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 확산판은, 평평한 투명 기판; 상기 투명 기판의 상부면에 형성된 제1 프리즘 패턴; 및 상기 투명 기판의 하부면에 형성된 제2 프리즘 패턴을 포함한다.

Description

백라이트 유닛의 확산판{DIFFUSER PLATE OF A BACK-LIGHT UNIT}
도 1은 일반적인 직하형 백라이트 유닛의 일실시예 구성도.
도 2는 종래의 확산판을 적용한 백라이트 유닛의 시뮬레이션 결과를 나타낸 예시도.
도 3 및 도 4는 종래의 직하형 백라이트 유닛에 적용되는 확산판의 다양한 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 확산판을 적용한 백라이트 유닛의 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 확산판의 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 확산판을 적용한 백라이트 유닛의 시뮬레이션 결과를 나타낸 예시도.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 확산판의 다양한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10, 110 : 커버 보텀 20, 120 : 반사판
30, 300 : 램프 40, 140 : 확산판
90, 190 : 광학시트부 141 : 제1 프리즘 패턴
142 : 제2 프리즘 패턴 143 : 투명 기판
본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display device)의 확산판에 관한 것으로서, 특히 액정표시장치의 백라이트 유닛에 적용되는 확산판에 관한 것이다.
최근 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리하여 표시하는 디스플레이(display) 산업이 급속도로 발전해왔다.
이로 인해, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등 수요자의 다양한 요구를 충족시킬 수 있는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD device)가 개발되었고, 현재, 기존의 브라운관(Cathode-Ray Tube : CRT)을 대체하는 차세대 디스플레이(display) 장치로 각광받고 있다.
일반적으로 액정표시장치는 크게 사용자에게 보여지는 화상을 디스플레이하는 액정패널과, 화상의 휘도를 증가시키기 위한 백라이트 유닛(Back Light Unit)으로 구분될 수 있다.
액정패널은 각각의 일면에 전계생성 전극이 형성된 하부기판과 상부기판이 마주보도록 대향하게 배열된 후, 그 사이로 액정층이 개재된 구조를 가진다. 상기 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과, 인위적으로 전기장을 인가할 경우 배열방향이 변하는 분극성질을 가지고 있다. 한편, 상기 액정패널은 상, 하부기판 및 이들 각각에 설치된 전계생성 전극 사이로 개재되는 액정에 전기장을 인가하여 액정의 배열방향을 변화시키고, 이때 변화되는 빛의 굴절률로 화상을 표현한다. 그러나, 액정패널로만 구현되는 화상의 휘도는 매우 낮아 사용자가 식별하기 어렵다. 따라서 액정패널 배면으로는 다수의 광원을 포함하는 백라이트 유닛이 구비되어 액정패널로 빛을 공급하고, 이를 통해 비로소 사용자가 식별 가능한 화상이 디스플레이된다.
백라이트 유닛은 일반적으로 광원의 배열방식에 따라 에지형과 직하형으로 구분될 수 있다. 에지형 백라이트 유닛은 액정표시장치의 일측 가장자리에 광원을 설치하고, 그 광원으로부터 입사되는 빛을 도광판과 다수의 광학시트를 통해 액정표시패널에 조사하며, 직하형 백라이트 유닛 유닛은 액정표시장치의 바로 아래에 다수의 광원을 배치하고, 그 광원들로부터 입사되는 빛을 확산판와 다수의 광학시트를 통해 액정패널에 조사한다.
도 1은 일반적인 직하형 백라이트 유닛의 일실시예 구성도이다.
일반적인 직하형 백라이트 유닛은 도 1에 도시된 바와 같이, 금속 또는 합성수지 재질로 이루어진 판 상의 커버 보텀(Cover Bottom)(10), 커버 보텀 상에 안착되며 백색 또는 은색을 띠는 금속재질로 이루어진 판 상의 반사판(reflector)(20), 반사판 상에 다수가 평행하게 배열되는 램프(30) 및 다수의 램프 상단에 안착되는 광학시트부(90)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 광학시트부(90)는 상기 램프의 수직 상단에 상기 램프와 소정의 간격을 두고 안착되는 확산판(40), 상기 확산판 상단에 안착되는 확산 시트(50), 상기 확 산 시트 상단에 안착되는 프리즘 시트(60) 및 상기 프리즘 시트 상단에 안착되는 확산시트(70) 등을 포함하여 구성되어 있다. 그러나, 상기 광학시트부(90)가 상기한 바와 같은 종류의 시트들(50, 60, 70) 및 구조로만 배치되는 것은 아니며, 다양한 형태의 시트들이 다양한 조합으로 배치될 수 있다.
그러나, 상기 확산판(40)은 상기 램프(30)로부터 발산된 빛을 확산시키는 한편, 상기 시트들(50, 60, 70)을 지지하는 것으로서, 상기 램프(30)와 소정의 거리를 두고 배치되어야 하는 구성요소이다.
한편, 광학시트부(90)의 상단에는 별도의 공정을 통해 제조되는 액정패널(미도시)이 안착되며, 상기 액정패널이 탑프레임(top frame)(미도시) 등을 통해 직하형 백라이트 유닛에 결합됨으로써, 액정표시장치가 완성된다.
상기한 바와 같이, 종래의 직하형 백라이트 유닛은 편평한 반사판의 표면으로부터 수mm의 갭을 두어 다수의 램프를 병렬로 연결하고 있으며, 상기 여러 개의 램프는 고휘도를 구현하지만 램프가 선 광원이기 때문에 램프 무늬 발생을 방지하기 위하여 추가적으로 확산판(diffuser plate)을 적용하고 있다.
도 2는 종래의 확산판을 적용한 백라이트 유닛의 시뮬레이션 결과를 나타낸 예시도로서, 휘도 및 웨버가 불량함을 나타내고 있다.
일반적으로 웨버(Weber) 값이 작을수록 균일도가 우수한 것으로 판단되며, 1.4% 이하를 균일도 스펙(spec)으로 보고 있다. 그러나, 도면에 도시된 바와 같이 종래의 확산판을 적용한 백라이트 유닛은 웨버(Weber) 값이 3.00%로서 균일도가 불량함을 알 수 있으며, 휘도 역시 작은 값임을 알 수 있다(상기 시뮬레이션 결과는 모든 시트를 제거하고 확산판만을 적용한 결과임).
도 3 및 도 4는 종래의 직하형 백라이트 유닛에 적용되는 확산판의 다양한 예시도이다.
상기한 바와 같이 확산판(40)은 직하형 백라이트 유닛에서 램프에 의한 무늬 발생을 방지하기 위해 램프(30)로부터 발산된 빛을 확산시키는 기능을 수행하기 위한 것으로서, 종래의 확산판은 도 3에 도시된 바와 같이 사출 시 수 마이크로 단위의 확산물질(41)을 투여함으로써 확산기능을 증대시키거나, 도 4에 도시된 바와 같이 램프 무늬를 상쇄하기 위해 램프 패턴을 따라 패턴(42)을 새긴 형태로 이용되고 있다.
그러나, 도 3 및 도 4에 도시된 종래의 확산판은 휘도 상승의 목적보다는 주로 램프 무늬를 상쇄함으로써 백라이트의 균일도를 개선하기 위한 목적으로 사용되고 있는 것으로서, 상기와 같은 종래의 확산판으로는, 휘도 및 균일도를 모두 향상시킬 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 프리즘 패턴(prism pattern)을 이중으로 적용하여 백라이트 유닛의 휘도와 균일도를 향상시킬 수 있는 백라이트 유닛의 확산판을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 확산판은, 평평한 투명 기판; 상기 투명 기판의 상부면에 형성된 제1 프리즘 패턴; 및 상기 투명 기판의 하부면에 형성된 제2 프리즘 패턴을 포함한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예의 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.
도 5는 본 발명에 따른 확산판을 적용한 백라이트 유닛의 예시도이다.
즉, 본 발명에 따른 확산판을 적용한 백라이트 유닛은, 금속 또는 합성수지 재질로 이루어진 판 상의 커버 보텀(Cover Bottom)(110), 커버 보텀 상에 안착되며 백색 또는 은색을 띠는 금속재질로 이루어진 판 상의 반사판(reflector)(120), 반사판 상에 다수가 평행하게 배열되는 램프(300) 및 다수의 램프 상에 안착되는 광학시트부(190)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 광학시트부(190)는 상기 램프(300)의 수직 상단에 안착되며, 양쪽면에 프리즘 패턴(산)이 형성되어 있는 확산판(140), 상기 확산판 상단에 안착되는 확산 시트(150), 상기 확산 시트 상단에 안착되는 프리즘 시트(160) 및 상기 프리즘 시트 상단에 안착되는 확산시트(170) 등을 포함하여 구성되어 있다. 그러나, 상기 광학시트부(190)가 상기한 바와 같은 종류의 시트들(150, 160, 170) 및 구조로만 배치되는 것은 아니며, 다양한 형태의 시트들이 상기 확산판(140) 상단에 다양한 조합으로 배치될 수 있다.
그러나, 상기 확산판(140)은 상기 램프(300)로부터 발산된 빛을 확산시키는 한편, 상기 시트들(150, 160, 170)을 지지하는 것으로서, 상기 램프(300)와 소정의 거리를 두고 배치되어야 하는 구성요소이다.
또한, 상기 확산판(140)의 양쪽 면에는 상기한 바와 같이 프리즘 패턴(산)이 형성되어 있어서, 상기 램프로부터 출사된 빛의 많은 양이 상기 확산판(140)을 거치면서 상기 확산판(140)에 대하여 수직방향으로 통과하게 되므로, 상기 광학 시트부(190) 상단에 놓여지는 액정패널의 휘도 및 균일도가 향상된다.
도 6은 본 발명에 따른 확산판의 사시도로서, 도 5의 확산판(140)의 사시도를 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 확산판(140)은 투명 기판(Substrate)(143)의 양쪽 면 위에 프리즘 패턴(141, 142)이 형성된 것으로서, 자체 지지력을 가지기 위해 약 1mm ~ 2mm 정도의 두께를 가지며, 상기 투명 기판(143)의 상부면에 형성된 제1 프리즘 패턴(산)(141) 및 상기 투명 기판(143)의 하부면에 형성된 제2 프리즘 패턴(산)(142)의 형성 방향은 램프(300)의 길이 방향과 수평으로 배치된다.
본 발명에 따른 확산판(140)을 적용한 백라이트 유닛의 휘도 및 균일도가 향상될 수 있는 이유는, 램프(300)에서 출사된 빛이 처음으로 지나는 레이어(Layer)가 프리즘 패턴이 양쪽면에 형성되어 있는 상기 확산판(140)이기 때문이다.
즉, 램프에서 출사한 빛이 처음 지나가는 확산판(140)에 프리즘 패턴이 형성되어 있으면, 램프에서 비스듬하게 출사한 빛은 상기 확산판(140)의 제1 및 제2 프리즘 패턴(141, 142)에 의해 수직방향으로 세워진 상태로 상기 확산판(140)을 통과 하게 되고, 램프의 수직상단으로 출사하는 빛은 상기 제1 및 제2 프리즘 패턴(141, 412)에 의해 전반사되어 램프방향으로 되돌아 간 후, 다시 반사판(120)에 의해 반사되어 상기 확산판(140)으로 재입사되므로, 확산판(140)을 통과하는 빛의 양이 극대화될 수 있으며, 이를 통해 광학시트부 상단의 휘도 및 균일도가 증대된다.
즉, 제1 및 제2 프리즘 패턴(141, 142)이 형성되어져 있는 확산판(140)에 의해, 램프의 수직 상단의 휘도는 줄어들고, 램프 수직 상단의 좌우측 휘도는 향상될 수 있으므로, 전체적으로 백라이트 유닛의 휘도 및 균일도가 향상될 수 있다.
부연하여 설명하면, 본 발명은 종래의 확산판 구조에 이중 구조의 프리즘 패턴(141, 142)을 형성함으로써 직하형 백라이트에서 균일도 저하에 영향을 미치는 램프 무늬를 상쇄할 뿐만 아니라 백라이트 유닛의 휘도를 상승시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다. 상부면에 형성된 제1 프리즘 패턴(141)은 투명 기판(143)의 표면에 대하여 융기된(범프(bump)) 형태로 형성되며, 하부면에 형성된 제2 프리즘 패턴(142)은 상기 투명 기판(143)의 표면에 대하여 움푹파인(홀 타입(hole type)) 형태로 형성될 수 있다. 투명 기판(substate)(143)은 PMMA, PC, Acryl 등의 투명 플라스틱(plastic) 계열은 모두 가능하다. 또한, 상기 프리즘 패턴(141, 412)은 상기 투명 기판(143) 위에 스탬프(stamp)를 이용하여 직접 형성될 수 있으며, 또는 금형에 의한 사출 방법과 기계적 가공법인 V-cutting 등의 방법으로 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 확산판을 적용한 백라이트 유닛의 시뮬레이션 결과를 나타낸 예시도로서, 휘도 및 웨버가 향상되었음을 알 수 있다.
즉, 도 7은 본 발명에 따른 확산판을 적용한 백라이트 유닛을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 것으로서, 도 4에 도시된 종래의 확산판을 적용한 백라이트 유닛을 시뮬레이션한 결과와 비교해 볼 때, 휘도 상승면에서 탁월한 효과를 보이고 있음을 알 수 있으며, 균일도에서도 종래와 비교해 볼 때 개선되었음을 알 수 있다.
상기한 바와 같이, 균일도를 나타내는 웨버(Weber) 값은 작을수록 균일도가 우수하고, 일반적으로 1.4% 이하를 균일도 스펙(spec)으로 보고 있음을 고려해 볼 때, 본 발명이 적용된 백라이트 유닛은 웨버가 2.74%로서, 도 4에서의 3.00%보다 향상되어 있다(상기 시뮬레이션 결과는 모든 시트를 제거하고 확산판만을 적용한 결과임).
한편, 아래의 [표 1]은 종래의 확산판을 적용한 백라이트 유닛의 실측값과 시뮬레이션 결과를 비교하고 있고, 본 발명에 따른 확산판을 적용한 백라이트 유닛의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있으며, 이를 통해 본 발명이 적용된 백라이트 유닛의 휘도 및 균일도가 향상되었음을 알 수 있다.
구분 실측값 시뮬레이션(Simulation)
휘도(1P) 균일도 휘도(1P) 균일도
종래의 확산판 적용 5339 nit 2.90 % 5165 nit 3.00 %
본 발명의 확산판 적용 7435 nit 2.74 %
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 확산판의 다양한 단면도이다.
즉, 본 발명에 따른 상기 확산판(prism plate)(140)은 평평한 투명 기판(substrate)(143), 상기 투명 기판(143)의 상부면에 형성된 제1 프리즘 패턴(산)(141) 및 상기 투명 기판(143)의 하부면에 형성된 제2 프리즘 패턴(산)(142)으로 구성된다.
상기 제1 및 제2 프리즘 패턴(141, 412)은 도 8에 도시된 바와 같이 삼각형 형상의 패턴(산)으로 형성될 수 있으며, 또는 도 9에 도시된 바와 같이 소정의 곡률로 라운드진 형상의 패턴(산)으로 형성될 수도 있다. 또한, 하나의 확산판(140) 내에서 상기 제1 및 제2 프리즘 패턴(141, 142)의 형상이 동일할 필요는 없으며, 따라서, 제1 프리즘 패턴(또는 제2 프리즘 패턴)은 삼각형 형상의 패턴(산)으로, 제2 프리즘 패턴(또는 제1 프리즘 패턴)은 라운드진 형상의 패턴(산)으로 형성될 수도 있다.
상기 투명 기판(143)의 두께(t)는 자체 지지력을 가질 수 있는 1~3mm 정도가 바람직하고, 제1 및 제2 프리즘(prism)(141, 142)의 피치(Pitch)(p)는 50~200㎛ 까지 넓은 범위에서 유효하며, 상기 프리즘 패턴의 각도(θ)는 120도~ 160도 범위가 바람직하다. 또한, 프리즘(prism) 패턴의 꼭지점의 곡률반경이 P/10 ≤ R < P인 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구조에서 상기 확산판은 빛의 정면 되돌림 효과와 휘도 균일도 향상을 동시에 얻을 수 있다. 상기한 바와 같은 각 부분의 수치범위는 아래의 [표 2]와 같다.
Figure 112007023201931-PAT00001
상술된 바와 같은 본 발명에 따른 확산판은, 램프에서 출사된 빛이 처음으로 지나는 위치에 프리즘 패턴을 이중으로 배치함으로써 램프의 수직 방향 휘도를 줄이고 램프의 주변 휘도를 높여, 전체적으로 백라이트 유닛의 휘도를 높이면서도, 균일도를 향상시킬 수 있다는 우수한 효과가 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (10)

  1. 백라이트 유닛의 램프 상단에 안착되는 확산판에 있어서,
    평평한 투명 기판;
    상기 투명 기판의 상부면에 형성된 제1 프리즘 패턴; 및
    상기 투명 기판의 하부면에 형성된 제2 프리즘 패턴을 포함하는 확산판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 프리즘 패턴 및 제2 프리즘 패턴의 패턴(산) 형성 방향은 상기 램프의 길이 방향과 수평한 것을 특징으로 하는 확산판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 프리즘 패턴은 상기 투명 기판의 표면에 대하여 융기된(bump) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 확산판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 프리즘 패턴은 상기 투명 기판(143)의 표면에 대하여 움푹파인(hole type) 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 확산판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 기판은 투명한 플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는 확산판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 프리즘 패턴의 피치(Pitch)는 50~200㎛ 범위 내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 확산판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 프리즘 패턴의 각도(θ)는 120도~ 160도 범위 내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 확산판.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 프리즘 패턴의 꼭지점의 곡률 반경(R)의 크기는, 피치(P)/10 내지 피치(P)인 것을 특징으로 하는 확산판.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 프리즘 패턴은,
    상기 투명 기판 위에 바로 형성되는 스탬프(stamp) 방법, 금형에 의해 형성되는 사출 방법, 기계적 가공법에 의해 형성되는 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 확산판.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리즘 패턴들은, 삼각형 형상의 패턴 또는 라운드진 형상의 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 확산판.
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