KR20090005259A - 도광판 - Google Patents

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KR20090005259A
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황인선
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신택선
윤병서
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 도광판과 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 무아레 현상을 방지할 수 있는 도광판과 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명은 광학 패턴 피치를 픽셀 피치의 1/자연수 또는 자연수 배로 형성하여 액정 표시 패널의 무아레 현상을 방지할 수 있는 도광판과 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
도광판, 백라이트 유닛, 액정 표시 장치, 무아레, 광학 패턴, 피치

Description

도광판{LIGHT GUIDE PLATE}
본 발명은 도광판과 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 무아레 현상을 방지할 수 있는 도광판과 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근 음극선관 표시 장치(Cathode Ray Tube; CRT)를 대신하여 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel; PDP) 등의 평판 표시 장치가 빠르게 발전하고 있다. 이와 같은 평판 표시 장치 중에서, 액정 표시 장치는 플라즈마 표시장치 등과는 달리 자체 발광을 가지지 못하는 구조로서, 광원을 필요로 한다. 따라서, 액정 표시 장치는 화면표시 방식에 따라 여러 방식의 광원을 구비할 수 있으며, 예를 들면 광원을 구비한 백라이트 유닛을 액정 표시 패널 후면에 배치한다. 또한, 이러한 백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 에지형 타입과 직하형 타입으로 구분될 수 있으며, 에지형 타입의 경우 광원에서 방출된 광을 면광원으로 조절하기 위한 도광판을 구비하고 도광판의 측면에 광원을 위치시킨다.
이때, 종래 기술에 따른 도광판은 점광원 또는 선광원을 면광원으로 효과적 으로 조절하기 위해 산란광학 패턴을 형성하며, 액정 표시 패널에 대향하는 방향 즉, 도광판의 하부로 광이 출사되는 것을 최소화하기 위해 도광판의 하부면에 광학 패턴을 형성한다. 하지만 이와 같이 도광판의 하부면에 광을 반사시키기 위한 광학 패턴을 형성할 경우 액정 표시 패널에 나뭇결무늬 같은 광 얼룩인 무아레(Moire) 현상이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 무아레 현상을 제거할 수 있는 도광판과 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 베이스판과, 상기 베이스판의 일면에 액정 표시 패널의 픽셀 피치와 주기가 대응되도록 형성된 다수개의 광학 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판을 제공한다. 상기 광학 패턴은 베이스판의 길이 방향과 교차 또는 평행한 라인 형태일 수 있다. 상기 광학 패턴의 간격은 픽셀 피치의 1/n배 또는 n배 간격으로 형성되며, 상기 n은 자연수인 것이 바람직하다. 또한, 상기 광학 패턴은 베이스판의 두께 방향 단면이 라운드 형상 또는 다각 형상일 수 있다. 또한, 상기 광학 패턴은 메인 광학 패턴과, 상기 메인 광학 패턴에서 연장된 서브 광학 패턴을 포함하고, 상기 메인 광학 패턴의 크기가 서브 광학 패턴보다 클 수 있다.
상기 베이스판은 입광부와 대광부의 두께가 같은 플레이트 형상 또는 입광부보다 대광부의 두께가 얇은 쐐기 형상일 수 있으며, 상기 광학 패턴의 간격은 500㎛이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 베이스판 및 상기 베이스판의 일면에 액정 표시 패널의 픽셀 피치와 주기가 대응되도록 형성된 다수개의 광학 패턴을 포함하는 도광판과, 상기 도광판의 측면에 구비된 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛을 제공한다. 이때, 상기 광학 패턴의 간격은 픽셀 피치의 1/n배 또는 n배 간격으로 형성되며, 상기 n은 자연수인 것이 바람직하다. 상기 도광판에서 방출된 광의 품질을 개선하기 위한 광학 시트를 더 포함할 수 있으며, 상기 광원은 램프 또는 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 베이스판 및 상기 베이스판의 일면에 상기 액정 표시 패널의 픽셀 피치와 주기가 대응되도록 형성된 다수개의 광학 패턴을 포함하는 도광판 및 상기 도광판의 측면에 구비된 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치를 제공한다. 이때, 상기 광학 패턴의 간격은 픽셀 피치의 1/n배 또는 n배 간격으로 형성되며, 상기 n은 자연수인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 광학 패턴 피치를 픽셀 피치의 1/자연수 또는 자연수 배로 형성하여 액정 표시 패널의 무아레 현상을 방지할 수 있는 도광판과 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 개략 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 선 A-A에서 취한 개략 단면도이고, 도 3은 본 발명의 변형예에 따른 도광판의 개략 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 설명하기 위한 개념도이고, 도 5 내지 도 10은 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 시뮬레이션한 그래프이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 액정 표시 패널(2100)과, 상기 액정 표시 패널(2100)과 접속된 액정 표시 패널 구동부(2230)와, 일면에 광학 패턴(512)이 형성된 도광판(500)을 구비한 백라이트 유닛(1000)을 포함한다.
상기 액정 표시 패널(2100)은 화상을 표시하기 위한 것으로서, 박막 트랜지스터 기판(2100b)과 상기 박막 트랜지스터 기판(2100b) 상에 합착된 컬러 필터 기판(2100a)을 포함한다.
상기 박막 트랜지스터 기판(2100b)은 매트릭스 형태의 복수의 화소 영역이 정의되고, 상기 화소 영역 내에 마련된 박막 트랜지스터와 화소 전극을 포함하는 투광성의 절연 기판인 것이 바람직하다. 이때, 상기 박막 트랜지스터와 화소 전극을 형성하기 위한 절연 기판으로는 도면에서와 같이 직사각형 형상의 유리 기판을 사용하는 것이 효과적이다. 이때, 상기 박막 트랜지스터 기판(2100b)은 컬러 필터 기판(2100a)과 중첩되며 화상이 표시되는 표시영역과, 컬러 필터 기판(2100a)과 합착될 때 외부로 노출된 비표시영역으로 구분될 수 있다.
상기 박막 트랜지스터들의 소스 단자는 일 방향으로 뻗은 데이터 라인에 접 속되고, 게이트 단자는 상기 일 방향과 교차하는 타 방향으로 뻗은 게이트 라인에 연결된다. 드레인 단자는 상기 화소 영역의 일부에 마련된 투명한 도전성 재질인 화소 전극과 접속된다. 이때, 투명 도전성 재질로는 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)를 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 박막 트랜지스터 기판(2100b)은 게이트 라인과 데이터 라인에 전기적 신호를 인가하면 박막 트랜지스터가 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off)되어 데이터 라인의 전기적 신호 즉, 화소 형성에 필요한 전기적 신호를 화소 전극에 인가한다.
상기 컬러 필터 기판(2100a)은 박막 트랜지스터 기판(2100b)과 대응하는 화소 영역이 정의되고, 화소 영역 내에 마련된 컬러 필터와 공통 전극을 포함하는 투광성의 절연 기판인 것이 바람직하다.
상기 컬러 필터와 공통 전극은 상기 화소 전극에 대응하여 복수의 화소 영역 내에 마련되는 것이 바람직하고, 상기 공통 전극은 상기 컬러 필터 기판(2100a) 전면에 마련되는 것이 효과적이다. 더욱이 상기 컬러 필터 기판(2100a)에는 빛샘을 방지하기 위한 블랙 매트릭스 광학 패턴이 마련되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 공통 전극에는 공통 전압이 인가된다.
상기한 구조를 갖는 액정 표시 패널(2100)은 박막 트랜지스터 기판(2100b)의 박막 트랜지스터를 턴온시켜 화소 형성에 필요한 전기적 신호를 화소 전극에 인가하고, 컬러 필터 기판(2100a)의 공통 전극에 공통 전압을 인가하면 화소 전극과 공 통 전극 사이에 전계가 형성된다. 이러한 전계에 의해 상기 액정층의 배열이 변화하고, 변화된 배열에 따라 광투과도가 변경되어 목표로 하는 화상을 표시하게 된다.
상기 액정 표시 패널 구동부(2230)는 상기 액정 표시 패널(2100)을 구동하기 위한 것으로서, 상기 액정 표시 패널(2100)과 연성 인쇄 회로 기판(2220)에 의해 전기적으로 연결될 수 있으며 다양한 회로 부품(2230b)이 기판(2230a)에 실장된 인쇄 회로 기판 조립체(Printed Board Assembly; PBA)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 액정 표시 패널 구동부(2230)는 액정 표시 패널(2100)에 형성된 게이트 구동부(미도시) 및 데이터 구동부(미도시)를 제어하기 위한 전기 신호를 생성하고, 외부로부터 입력된 디지털 데이터 신호를 제어하는 타이밍 콘트롤러(T-Con), 서로 다른 종류의 전압을 발생시키기 위한 DC-DC 컨버터 회로, 데이터 구동부의 그레이 스케일을 전압 출력하기 위한 감마(gamma) 표준 전압 발생기 등이 실장될 수 있다.
상기 백라이트 유닛(1000)은 상기 액정 표시 패널(2100)에 광을 공급하기 위한 것으로서, 광원을 포함하는 광원 유닛(200)과, 상기 광원에서 방출된 광의 품질을 개선하기 위한 도광판(500) 및 광학 시트(300)를 포함한다.
상기 광원 유닛(200)은 광을 생성하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 광원인 램프(210)와 상기 램프(210)에서 방출된 광을 일 방향으로 반사시키기 위한 램프 커버(220)를 포함한다. 물론, 상기 광원으로 선광원인 램프(210) 대신 점광원인 발광 다이오드를 사용할 수도 있다.
상기 램프(210)는 주로 냉음극 형광램프를 사용하며, 상기 램프(210)는 유리 관과, 유리관 내부에 포함된 불활성 기체들과, 유리관의 양단부 또는 일단부에 설치되는 음전극 및 양전극으로 구성된다. 이때, 유리관 내벽에는 형광체가 도포되어 있다. 상기 램프(210)의 개수는 요구되는 휘도에 따라 결정하는 것이 바람직하다.
상기 발광 다이오드는 p-n 접합구조를 가지는 화합물 반도체 적층구조로서 소수 캐리어(전자 또는 정공)들의 재결합에 의하여 발광되는 현상을 이용한 발광칩과, 상기 발광칩을 실장하기 위한 베이스 부재와, 상기 발광칩에 외부 전원을 인가하기 위한 외부전원 입력부재를 포함할 수 있다.
상기 도광판(500)은 광원(210) 즉, 램프(210) 또는 발광 다이오드의 점광원 또는 선광원을 면광원으로 조절하기 위한 것으로서, 베이스판(510)과 상기 베이스판(510)의 일면에 형성된 광학 패턴(512)을 포함한다. 또한, 상기 광원에서 방출되는 광은 도광판(500)의 측면으로 입사되어 상부로 방출된다. 본 실시예에서는 소정 두께를 갖는 직사각형의 베이스판(510)을 예로 하여 설명하기로 한다.
상기 베이스판(510)은 통상 일정한 굴절률을 갖는 투명한 재질, 예를 들어, 아크릴 수지인 PMMA(Poly Methy Methacrylate), 폴리올레핀 또는 폴리카보네이트 등을 사용할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 상기 베이스판(510)은 광이 입사되는 입광부(515a)보다 입광부(515a)의 대향측인 대광부(515b)의 두께가 얇은 쐐기 형상이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 상기 베이스판(510)은 입광부(515a)와 대광부(515b)의 두께가 동일한 플레이트 형상일 수도 있다.
상기 광학 패턴(512)은 광원에서 상기 베이스판(510)의 입광면을 통해 입사 된 광을 베이스판(510)의 상부로 출사시키기 위한 것으로서, 출광면의 대향면인 베이스판(510)의 하부면에 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 상기 광학 패턴(512)을 삼각 형상으로 형성하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 광학 패턴(512)을 라운드 형상으로 형성할 수도 있으며, 도 3(c)에 도시된 바와 같이 상기 광학 패턴(512)은 메인 광학 패턴(512a)과 상기 메인 광학 패턴(512a)보다 크기가 작은 서브 광학 패턴(512b)을 포함할 수도 있다. 즉, 상기 광학 패턴(512)은 삼각 광학 패턴을 포함하는 다각형상 광학 패턴 또는 라운드 광학 패턴일 수 있다. 또한, 상기 광학 패턴(512)은 도광판(500)의 길이 방향과 평행 또는 교차하도록 형성하여 상기 광원에서 방출된 광과 광학 패턴(512)의 길이 방향이 교차, 예를 들면, 수직하도록 형성하는 것이 광의 반사에 있어서 효과적이다. 즉, 상기 광원이 평면도를 기준으로 도광판(500)의 길이 방향 측면에 위치될 경우 상기 광학 패턴(512)은 도광판(500)의 길이 방향과 평행하도록 형성되며, 상기 광원이 도광판(500)의 길이 방향과 수직한 측면에 위치될 경우 상기 광학 패턴(512)은 도광판(500)의 길이 방향과 교차되도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예에 따른 상기 광학 패턴(512)은 다수개가 라인 형상으로 소정 간격 이격되어 형성되며, 도 4에 도시된 바와 같이 이러한 광학 패턴 피치(D2)는 액정 표시 패널(2100)의 픽셀 피치(D1)와 대응되도록 한다. 이때, 상기 광학 패턴 피치(D2)는 일 광학 패턴(512)의 피크와 근접한 타 광학 패턴(512)의 피크 간의 간격이며, 상기 픽셀 피치(D1)는 적색, 녹색, 청색 서브 픽셀(2120a, 2120b, 2120c)을 포함하는 픽 셀(2120)의 가로 또는 세로 길이로 정의한다. 물론, 상기 픽셀 피치(D1)의 가로 길이와 세로 길이는 동일하거나 혹은 다를 수 있다.
또한, 광학 패턴 피치(D2)의 주기가 픽셀 피치(D1)와 대응되도록 한다. 즉, 광학 패턴 피치(D2)의 주기가 픽셀 피치(D1) 주기의 1/자연수 또는 자연수가 되도록 하여 무아레 현상을 방지한다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 무아레 특성을 도 5 내지 도 10을 참조하여 설명하기로 한다. 도 5(a)와 도 6(a), 도 7(a), 도 8(a), 도 9(a), 도 10(a)는 픽셀 피치를 나타내는 그래프로서, x축은 ㎛단위의 픽셀 피치를 나타내며, y축은 임의의 상수이다. 또한, 도 5(b)와 도 6(b), 도 7(b), 도 8(b), 도 9(b), 도 10(b)는 광학 패턴 피치를 나타내는 그래프로서, x축은 ㎛단위의 광학 패턴 피치를 나타내며, 도 5(c)와 도 6(c), 도 7(c), 도 8(c), 도 9(c), 도 10(c)는 픽셀 피치와 광학 패턴 피치 그래프를 병합하여 나타낸 그래프로서, x축이 ㎛단위의 픽셀 피치와 광학 패턴 피치의 곱을 나타낸다. 이때, 상기 도 5(b)와 도 6(b), 도 7(b), 도 8(b), 도 9(b), 도 10(b)와 도 5(c)와 도 6(c), 도 7(c), 도 8(c), 도 9(c), 도 10(c)의 y축 역시 임의의 상수를 나타낸다. 또한, 도 5(d)와 도 6(d), 도 7(d), 도 8(d), 도 9(d), 도 10(d)는 무아레 특성을 나타낸 그래프로서, x축은 시간이며 y축은 광량을 나타낸다.
도 5 내지 도 10을 참조하면, 도 5와 같이 픽셀 피치(D1)가 237㎛일 때 광학 패턴 피치(D2)를 픽셀 피치(D1)의 1배인 237㎛로 형성하였을 경우와 도 6과 같이 픽셀 피치(D1)가 237㎛일 때 광학 패턴 피치(D2)를 픽셀 피치(D1)의 1/2배인 118.5㎛로 형성하였을 경우 무아레 현상이 발생되지 않는 것을 볼 수 있다. 또한, 도 7과 같이 픽셀 피치(D1)가 237㎛일 때 광학 패턴 피치(D2)를 픽셀 피치(D1)의 1/3배인 79㎛로 형성하였을 경우와 도 8과 같이 픽셀 피치(D1)가 237㎛일 때 광학 패턴 피치(D2)를 픽셀 피치(D1)의 1/4배인 59.25㎛로 형성하였을 경우 역시 무아레 현상이 발생되지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 도 9와 같이 픽셀 피치(D1)가 237㎛일 때 광학 패턴 피치(D2)를 픽셀 피치(D1)의 2배인 474㎛로 형성하였을 경우 역시 무아레 현상이 발생되지 않는다. 즉, 광학 패턴 피치(D2)를 픽셀 피치(D1)의 1/자연수 또는 자연수 배로 형성하여 광학 패턴 피치(D2)의 최고값 또는 최저값을 픽셀 피치(D1)와 일치시킬 경우 무아레 현상이 발생되지 않는 것을 알 수 있다.
하지만, 도 10과 같이 픽셀 피치(D1)가 237㎛일 때 광학 패턴 피치(D2)를 픽셀 피치(D1)의 1/자연수 또는 자연수 배가 아닌 픽셀 피치(D1)의 약 1.68배인 400㎛로 형성할 경우 무아레 현상이 발생되는 것을 알 수 있다.
한편, 상기 광학 패턴 피치(D2)는 500㎛이상일 경우 사용자가 광학 패턴(512)을 시인할 수 있으므로, 광학 패턴 피치(D2)는 500㎛이하로 형성하여 광학 패턴(512)을 사용자가 인식하지 못하도록 하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 광학 패턴 피치(D2)를 픽셀 피치(D1)의 1/자연수 또는 자연수 배로 형성하여 액정 표시 패널(2100)에서 무아레 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 광학 시트(300)는 광원에서 출사된 광의 휘도 분포를 균일하게 하고 품질을 개선하기 위한 것으로서, 입사되는 광들 중에서 경사지게 입사되는 광을 수직하게 출사시키기 위한 프리즘 시트(330)와 상기 도광판(500)의 하부로 출사되는 광을 도광판(500) 내로 반사시키기 위한 반사 시트(340) 및 상기 액정 표시 패널(2100)에 의해 프리즘 시트(330)가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호 시트(320)를 포함할 수 있다. 이때, 본 실시예에 따른 상기 광학 시트(300)는 한 장의 프리즘 시트(330)와 두 장의 보호 시트(320)를 포함할 수 있다. 물론, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 상기와 같은 프리즘 시트(330)와 반사 시트(340) 및 보호 시트(320) 외에 도광판(500)으로부터 입사된 광을 넓은 범위에서 균일한 분포를 가지도록 광을 확산시키는 확산 시트(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 개략 분해 사시도.
도 2는 도 1의 선 A-A에서 취한 개략 단면도.
도 3은 본 발명의 변형예에 따른 도광판의 개략 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 설명하기 위한 개념도.
도 5 내지 도 10은 본 발명에 따른 액정 표시 장치를 시뮬레이션한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
500: 도광판 510: 베이스판
512: 광학 패턴 515a: 입광부
515b: 대광부 2100: 액정 표시 패널
2120a: 적색 서브 픽셀 2120b: 녹색 서브 픽셀
2120c: 청색 서브 픽셀 2120: 픽셀
D1: 픽셀 피치 D2: 광학 패턴 피치

Claims (1)

  1. 베이스판과,
    상기 베이스판의 일면에 액정 표시 패널의 픽셀 피치와 주기가 대응되도록 형성된 다수개의 광학 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101429486B1 (ko) * 2012-10-19 2014-08-13 희성전자 주식회사 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치

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