KR20090058369A - 선택 반사투과형 편광시트 및 이를 포함하는액정표시장치용 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 액정표시장치용 백라이트 유닛에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 액정표시장치용 백라이트 유닛에 광학적 등방성물질층과 광학적 이방성물질층으로 이루어지며, 이의 경계면에 패턴이 형성된 선택 반사투과형 편광시트를 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 선택 반사투과형 편광시트를 통해 일부 빛은 투과시키며 나머지 빛은 반사시키게 되고, 반사된 빛은 다시 선택 반사투과형 편광시트를 투과하고 나머지 빛은 또 다시 반사되어 빛의 재생이 끊임없이 반복되도록 함으로써 액정표시장치의 광손실을 최소화 할 수 있다.
또한, 선택 반사투과형 편광시트의 패턴을 통해 빛의 집광효과를 향상시킬 수 있다.
선택 반사투과형 편광시트, DBEF, 백라이트 유닛, 액정표시장치

Description

선택 반사투과형 편광시트 및 이를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛{Selectivity transflective polarizing sheet and backlight unit for LCD including the same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 액정표시장치용 백라이트 유닛에 관한 것이다.
최근 정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device : FPD)로서 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel device : PDP), 전기발광표시장치(electroluminescence display device : ELD), 전계방출표시장치(field emission display device : FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(cathode ray tube : CRT)을 빠르게 대체하며 각광받고 있다.
이중에서도 액정표시장치는 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트 비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있는데, 상기 액정표시장치는 자체 발광요소를 갖지 못하는 소자로 별도의 광원을 요구하게 된다.
이에 따라, 배면으로는 램프를 구비한 백라이트 유닛(backlight unit)이 마련되어 액정패널 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 휘도의 화상이 구현된다.
이때, 일반적인 백라이트는 빛을 발하는 광원의 위치에 따라 측광형(side type)과 직하형(direct type)으로 구분된다. 측광형은 액정패널에 대해 이의 후방의 일측면으로부터 출사된 광원의 빛을 별도의 도광판으로 굴절시켜 액정패널로 입사시키며, 직하형은 액정패널 배면으로 복수개의 광원을 직접 배치시켜 빛을 입사시킨다.
도 1은 일반적인 측광형 백라이트 유닛을 이용하는 액정표시장치모듈의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치모듈은 액정패널(10)과 백라이트 유닛(20), 그리고 서포트메인(30)과 커버버툼(50), 탑커버(40)로 구성된다.
액정패널(10)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로써 액정층을 사이에 두고 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(12, 14)으로 구성된다. 이러한 액정패널(10)의 서로 인접한 두 가장자리를 따라서는 연결부재(미도시)를 매개로 인쇄회로기판(미도시)이 각각 연결된다.
이의, 액정패널(10) 후방으로는 백라이트 유닛(20)이 구비된다.
백라이트 유닛(20)은 서포트메인(30)의 적어도 일측 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 램프(24)와, 커버버툼(50) 상에 안착되는 백색 또는 은색의 반사판(22)과, 이러한 반사판(22) 상에 안착되는 도광판(26) 그리고 이의 상부로 개재되는 다수의 광학시트(29)를 포함한다.
이때, 램프가이드(28)가 더욱 구비되어 램프(24)를 가이드한다.
이러한 액정패널(10)과 백라이트 유닛(20)은 가장자리가 사각테 형상의 서포트메인(30)으로 둘려진 상태로 액정패널(10) 상면 가장자리를 두르는 탑커버(40) 그리고 백라이트 유닛(20) 배면을 덮는 커버버툼(50)이 각각 전후방에서 결합되어 서포트메인(30)을 매개로 일체화된다.
이에 따라 램프(24)로부터 발한 빛은 램프가이드(28)에 의해 도광판(26)으로 입사된 후 액정패널(10) 방향으로 굴절되고, 다수의 광학시트(29)를 통과하는 동안 균일 휘도의 고품위로 가공되어 액정패널(10)에 입사되어, 이로써 액정패널(10)은 외부로 화상을 표시하게 된다.
한편, 액정패널(10)의 액정은 빛의 편광자(polarizer) 역할을 겸하며, 이에 따라 액정패널(10)의 양면에는 각각 특정 빛만을 선택적으로 투과시키는 편광필름이 부착된다.
즉, 첨부된 도 2a ~ 2b는 각각 액정패널(10)을 투과하는 빛(F)의 특성을 살펴보기 위한 모식도로서, 액정층을 사이에 두고 대면된 제 1 및 제 2 기판(12, 14) 그리고 제 1 및 제 2 기판(12, 14) 외면으로 각각 부착되는 제 1 및 제 2 편광필름(19a, 19b)을 도시하였다.
여기서, 액정분자(16)의 동작모드에는 여러 가지가 있지만, 본 발명에서는 TN모드(Twist Nematic : TN) 액정표시장치를 예로 들어 설명하도록 하겠다.
따라서, 제 1 및 제 2 편광판(19a, 19b)은 편광축이 서로 직교하는 방향을 나타낸다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 액정표시장치에 전압을 인가하지 않았을 때, 백라이트 유닛(도 1의 20)으로부터 자연광에 가까운 산란광을 공급하면, 빛(F1, F2)은 제 1 편광필름(19a)에 의해 이의 편광축과 나란한 선형편광(F1) 만이 투과되고 나머지 빛(F2)들은 흡수되며, 제 1 편광필름(19a)을 투과한 빛(F1)들은 액정층을 통과하는 동안 액정분자(16)의 방위각을 따라 90° 회전됨으로써, 제 2 편광필름(19b)을 투과하여 화이트(white)를 표시한다.
그리고 도 2b에 도시한 바와 같이, 액정표시장치에 전압을 인가하게 되면 전압에 의해 전계가 형성되어, 액정분자(16)의 장축이 양 기판(12, 14)에 대해 수직하게 배열된다.
따라서, 백라이트 유닛(도 1의 20)으로부터 공급된 빛(F1, F2)은 제 1 편광필름(19a)을 투과한 다음 액정층을 그대로 통과하게 되고, 액정층을 통과한 빛(F1)은 편광축이 제 1 편광필름(19a)의 편광축과 90°틀어진 제 2 편광필름(19b)을 투과하지 못하여 블랙(black)을 표시한다.
그러나, 이렇듯 백라이트 유닛(도 1의 20)으로부터 출사된 산란광(F1, F2) 중 일부 빛(F2)이 제 1 편광필름(19a)을 투과하지 못하고 흡수되어 손실되는데, 이는 백라이트 유닛(도 1의 20)으로부터 출사된 빛의 50%에 해당한다.
또한, 제 1 및 제 2 기판(12, 14)을 비롯한 액정층을 통과하는 과정 중에 흡수 및 반사되어 또 다시 일부가 손실되므로, 휘도 면에서 매우 취약한 단점을 나타내게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광손실을 최소화하여 액정표시장치의 광효율을 향상시키고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
이로 인하여, 고휘도의 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반사판과; 상기 반사판 상에 배열되는 램프와; 상기 램프 상부에 위치하는 다수의 광학시트를 포함하며, 상기 다수의 광학시트는 광학적 등방성물질층과, 상기 광학적 등방성물질층 상부에 위치하는 광학적 이방성물질층과, 상기 광학적 등방성물질층과 상기 광학적 이방성물질층 사이에 경계면을 이루는 패턴으로 이루어진 선택 반사투과형 편광시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛을 제공한다.
상기 패턴은 프리즘 산, 렌티큘러 렌즈, 네가티브 렌티큘러 렌즈 형태가 반복 배열되는 것을 특징으로 하며, 상기 패턴은 산과 골이 반복되어 배열되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 패턴은 이웃하는 패턴과 높이가 다르며, 이러한 높이가 다른 두 패턴이 반복 배열되는 것을 특징으로 하며, 상기 패턴의 높이는 0 ~ 50㎛인 것을 특징으로 하며, 상기 패턴의 간격은 0 ~ 50㎛인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 선택 반사투과형 편광시트로 입사되는 빛 중 일부 빛은 투과되고, 나머지 빛은 반사되는 것을 특징으로 하며, 상기 반사되는 나머지 빛은 상기 반사판에 의해 반사되어 상기 선택 반사투과형 편광시트로 재입사되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 선택 반사투과형 편광시트를 투과하는 빛은 상기 패턴에 의해 일부 빛은 집광되며, 나머지 빛은 반사되는 것을 특징으로 하며, 상기 반사된 나머지 빛은 상기 반사판에 의해 반사되어 상기 선택 반사투과형 편광시트로 재입사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수의 광학시트 하부에 도광판을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 도광판을 향해 내측이 개구된 상태로 상기 램프의 상하외측을 가이드하는 램프하우징을 더욱 포함하며, 상기 다수의 광학시트는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 광학적 등방성물질층과; 상기 광학적 등방성물질층 상부에 위치하는 광학적 이방성물질층과; 상기 광학적 등방성물질층과 상기 광학적 이방성물질층 사이에 경계면을 이루는 패턴을 포함하며, 상기 광학적 등방성물질층과 상기 광학적 이방성물질층을 통해 특정 빛은 투과되고 나머지는 반시시키는 것을 특 징으로 하는 선택 반사투과형 편광시트를 제공한다.
이때, 상기 패턴은 제 1 및 제 2 경사면으로 이루어진 프리즘 산 형태가 반복 배열되어, 횡단면이 산과 골이 반복되는 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 및 제 2 경사면 사이의 간격은 0 ~ 50㎛인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 골의 높낮이가 다른 것을 특징으로 하며, 상기 패턴은 이웃하는 패턴과 높이가 다르며, 이러한 두 패턴이 반복 배열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴의 높이는 0 ~ 50㎛인 것을 특징으로 하며, 상기 패턴은 돔(dome) 형상의 렌티큘러 렌즈 형태가 반복 배열되는 것을 특징으로 하며, 상기 패턴은 네가티브(negative) 렌티큘러 렌즈 형태가 반복 배열되는 것을 특징으로 한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 광학적 등방성물질층과 광학적 이방성물질층으로 이루어지며, 이의 경계면에 패턴이 형성된 선택 반사투과형 편광시트를 구성함으로써, 일부 빛은 투과시키며 나머지 빛은 반사시키게 되고, 반사된 빛은 다시 선택 반사투과형 편광시트를 투과하고 또 다시 나머지 빛은 또 다시 반사되어 빛의 재생이 끊임없이 반복되도록 함으로써 액정표시장치의 광손실을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 선택 반사투과형 편광시트의 패턴을 통해 빛의 집광효과를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치모듈의 분해 사시도를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치모듈은 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120), 그리고 서포트메인(130)과 커버버툼(150), 탑커버(140)로 구성된다.
먼저, 액정패널(110)에 대해서 이의 일부 분해사시도인 도 4를 함께 참조하여 좀더 자세히 살펴보면, 하부기판 또는 어레이기판(array substrate)이라 불리는 제 1 기판(112)의 일면에는 복수개의 데이터라인(212)과 게이트라인(216)이 종횡 교차하여 화소(P)를 정의한다. 이들 두 라인의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 투명 화소전극(220)과 일대일 대응 접속된다.
또한 액정층(216)을 사이에 두고 이와 마주보는 제 2 기판(114)은 상부기판 또는 컬러필터기판(color filter substrate)이라 불리는데, 이의 일면에는 제 1 기판(112)의 데이터라인(212)과 게이트라인(216) 그리고 박막트랜지스터(T) 등의 비표시 요소를 가리면서 화소전극(220) 만을 노출시키도록 화소영역(P)을 두르는 격자 형상의 블랙매트릭스(232)가 구성된다.
또한, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열되는 일례로 R(red), G(green), B(blue) 컬러필터(234) 그리고 이들 모두를 덮는 투명 공통전극(236)을 포함한다.
제 1 제 2 기판(112, 114)의 각각 외면으로는 특정 빛만을 선택적으로 투과시키는 편광판(119a, 119b)이 부착된다.
아울러 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 이들 두 기판(112, 114)과 액정층(216)의 경계부분에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 상, 하부 배향막이 개재되고, 그 사이로 충진되는 액정층(216)의 누설을 방지하기 위해 양 기판(112, 114)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern)이 형성된다.
그리고 이중 제 1 기판(112)은 제 2 기판(114) 보다 큰 사이즈를 가지고 있어 이들의 합착 시 제 1 기판(112)의 일측 가장자리가 외부로 노출되는데, 여기에는 각각 다수의 데이터라인(212)과 연결된 복수개의 데이터패드(214) 그리고 다수의 게이트라인(216)과 연결된 복수개의 게이트패드(미도시)가 위치한다.
그리고 이들 복수개의 데이터패드(214)와 게이트패드(미도시)는 각각 테이프케리어패키지(tape carrier package : TCP) 같은 연결부재(116)를 매개로 외부의 인쇄회로기판(118a, 118b)과 연결되는데, 인쇄회로기판(118a, 118b)에는 컴퓨터 등의 외부장치에서 입력된 각종 신호정보를 일차적으로 가공하여 화상표현에 필요한 신호전압을 공급하는 타이밍콘트롤러, 감마전압생성부 등이 실장되고, 연결부재(116)에는 각각 인쇄회로기판(118a, 118b)으로부터 전달된 신호전압을 통해서 액정패널(110)의 데이터라인(212)으로 전달되는 화상신호 및 게이트라인(216)으로 전달되며 박막트랜지스터(T)의 온/오프신호가 포함된 주사신호를 생성 및 출력하는 데이터 및 게이트드라이버IC가 실장되어 있다.
따라서, 액정패널(110)은 게이트라인(216)으로 주사 전달된 박막트랜지스 터(T)의 온/오프 신호에 의해 각 게이트라인(216) 별 선택된 박막트랜지스터(T)가 온(on) 되면 해당 화소전극(220)으로 데이터라인(212)의 화상신호가 전달되고, 이로 인해 발생되는 화소전극(220)과 공통전극(236) 사이의 전기장에 의해 액정분자의 배열방향이 변화되어 투과율의 차이를 나타낸다.
이 같은 인쇄회로기판(118a, 118b)은 모듈화 과정에서 서포트메인(130)의 측면 내지는 커버버툼(150) 배면으로 젖혀 밀착된다.
아울러 본 발명에 따른 액정표시장치모듈에는 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트 유닛(120)이 구비된다.
백라이트 유닛(120)은 서포트메인(130)의 적어도 일 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 램프(124)와, 반사판(122)과, 이러한 반사판(122) 상에 안착되는 도광판(126) 그리고 이의 상부로 개재되는 다수의 광학시트(129)를 포함한다.
이러한 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)은 탑커버(140)와 서포트메인(130) 그리고 커버버툼(150)을 통해 모듈화 되는데, 탑커버(140)는 액정패널(110)의 상면 및 측면 가장자리를 덮도록 단면이 "ㄱ" 형태로 절곡된 사각테 형상으로, 탑커버(140)의 전면을 개구하여 액정패널(110)에서 구현되는 화상을 표시하도록 구성한다.
또한, 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)이 안착하여 액정표시장치모듈 전체 기구물 조립에 기초가 되는 커버버툼(150)은 사각모양의 하나의 판 형상으로 이의 일측 가장자리가 소정높이 수직 절곡하여 구성한다.
이때, 커버버툼(150)의 소정높이 수직 절곡된 일측 가장자리의 단면 형상은 내면이 개구된 ㄷ자 형상으로 구성하여 이의 내부로 형광램프(124) 및 이의 외측을 감싸는 램프가이드(128)가 길이방향을 따라 실장되도록 한다.
이러한 커버버툼(150) 상에 안착되며 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)의 가장자리를 두르는 사각테 형상의 서포트메인(130)이 탑커버(140) 및 커버버툼(150)과 결합된다.
한편, 액정표시장치는 백라이트 유닛(120)의 다수의 광학시트(129)를 통해 광효율을 향상사킬 수 있는데, 이에 대하여 아래 도 5를 참조하여 좀 더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 5는 도 3의 백라이트 유닛에 대한 분해 사시도이다.
도시한 바와 같이, 백라이트 유닛(120)은 커버버툼(도3의 150) 상에 안착되는 백색 또는 은색의 반사판(122)과, 이의 일측 가자자리 길이방향을 따라 배열되는 광원인 램프(124)와, 램프(124)와 동일평면에 위치하며 반사판(122) 상에 안착되어 적어도 일 측면이 램프(124)와 대면되는 도광판(126) 그리고, 도광판(126) 상부에 안착되는 다수의 광학시트(129)로 이루어진다.
또한, 램프(124)를 가이드 하는 램프가이드(128)가 더욱 구비되는데, 램프가이드(128)는 도광판(126)을 향하는 내측이 개구된 상태로 램프(124)의 상하 그리고 외측을 둘러, 램프(124)의 보호와 더불어 빛을 도광판(126) 방향으로 집중시키게 된다.
이때, 램프(124)는 광원으로서, 음극전극형광램프(cold cathode fluorescent lamp)나 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp)와 같은 형광램프가 이용될 수 있다. 또는, 이러한 형광램프 이외에 발광다이오드 램프(light-emitting diode lamp)가 램프(124)로 이용될 수도 있으며, 발광다이오드 램프를 사용할 경우 램프가이드(128)는 삭제될 수 있다.
이때, 반사판(122)은 도광판(126)의 배면에 위치하여, 도광판(126)의 배면을 통과한 빛을 액정패널(110) 쪽으로 반사시킴으로써 빛의 휘도를 향상시킨다.
또한, 도광판(126)은 램프(124)로부터 입사된 빛을 여러 번의 전반사에 의해 도광판(126) 내를 진행하면서 도광판(126)의 넓은 영역으로 골고루 퍼지도록 하여 액정패널(110)에 면광원을 제공한다.
이때, 도광판(126)은 반사판(122)과 마주보는 하부면이 램프(124)에서 멀어질수록 비스듬하게 상승하여 점차로 두께가 줄어드는 판 형태를 띠며, 이 같은 하부면에는 균일한 면광원을 공급하기 위해 특정 모양의 패턴을 포함할 수 있는데, 본 발명에서는 빛의 휘도를 높이기 위한 다수의 프리즘패턴이 램프(124)와 교차하는 방향으로 열을 지어 구성된 도광판(126)을 일예로 설명하도록 하겠다.
도광판(126) 상부의 다수의 광학시트(129)는 도광판(126)을 통과한 빛을 확산 또는 집광하여 액정패널(110)로 보다 균일한 면광원을 입사시키기 위하여, 확산시트(129a)와 도광판(126)의 하부면에 구성된 프리즘패턴과 수직하는 프리즘패턴이 구성된 적어도 하나의 집광시트(129b)를 포함한다.
이때, 집광능력을 향상시킴으로써 휘도를 향상시키기 위해 2장 이상의 집광시트(129b)를 겹쳐 사용하여 집광할 수도 있다.
또한, 집광시트(129b) 상부에는 이른바 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)라 불리는 선택 반사투과형 편광시트(300)가 안착되는데, 선택 반사투과형 편광시트(300)는 제 1 편광판(도 4의 119a)을 통과하지 못한 선형편광을 재생시켜 광효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 선택 반사투과형 편광시트(300)는 입사된 빛 중 일부 빛은 투과시키며 나머지 빛은 반사시키게 되는데, 반사된 빛은 도광판(126) 하부에 위치하는 반사판(122)에 의해 산란광으로 재생되며, 이의 산란광 중 일부 빛은 다시 선택 반사투과형 편광시트(300)를 투과하고 나머지 빛은 또 다시 반사됨으로써, 빛의 재생이 끊임없이 반복된다.
특히 본 발명의 실시예 따른 선택 반사투과형 편광시트(300)는 빛의 편광 외에도 빛을 집광할 수 있는데, 이에 대하여 도 6a ~ 6b를 참조하여 선택 반사투과형 편광시트(300)에 대해 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 6a ~ 6b는 본 발명의 실시예에 따른 선택 반사투과형 편광시트의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 선택 반사투과형 편광시트(300)는 광학적 등방성물질층(굴절율이 n0)(312)과 광학적 이방성물질층(굴절율이 n'p, n's)(314)의 이중층으로 이루어지며, 이의 경계면은 일정한 형태가 반복 배열되는 패턴(310)을 가진다.
여기서, n'p는 제 1 편광판(도 4의 119a)의 편광축과 평행한 방향으로의 굴 절율이며, n's는 제 1 편광판(도 4의 119a)의 편광축과 수직한 방향으로의 굴절율이다.
이때, 광학적 등방성물질층(312)은 빛의 편광 여하에 따라 일정한 굴절율(n0 = 1.0 ~ 1.60)을 가지며 이층(312)을 통해 빛의 편광분리가 이루어진다.
그리고 광학적 이방성물질층(314)은 빛의 편광에 따라 다른 굴절율(n'p = 1.0 ~ 1.60, n's = 1.5 ~ 1.8)을 갖는데 즉, 빛의 편광 방향에 따라 상이한 굴절율을 갖는다. 이러한 광학적 이방성물질층(314)은 PET(poly ethylene terephthalate)나 PEN(poly ethylene naphthalate)과 같은 고분자 시트를 일축으로 연신하여 형성할 수 있다.
따라서, 광학적 이방성물질층(314)은 일정방향의 편광축을 갖게 된다.
이로 인하여, 광학적 등방성물질층(312)과 광학적 이방성물질층(314)을 통해 선택 반사투과형 편광시트(300)는 입사된 빛 중 특정파장의 빛만을 반사시키는 선택반사 특성을 가진다.
즉, 램프(도 5의 124)로부터 출사되어 확산시트(도 5의 129a)와 집광시트(도 5의 129b)를 투과한 빛이 선택 반사투과형 편광시트(300)로 입사되면, 빛은 광학적 등방성물질층(312)을 지나 광학적 이방성물질층(314)에 입사될 때, 일부 빛은 광학적 등방성물질층(312)과 광학적 이방성물질층(314)의 경계면에 형성된 패턴(310)에 의해 산란되어 일부 빛(F1)은 상부로 향하게 되나, 나머지 빛(F2)들은 광학적 이방성물질층(314) 내에서 굴절하다가, 광학적 이방성물질층(314)에 의해 전반사되어 하부로 반사된다.
여기서, 하부로 반사된 빛(F2)은 반사판(도 5의 122)에 의해 반사되는 과정에서 산란광으로 재생되며, 이의 산란광 중 일부 빛은 다시 선택 반사투과형 편광시트(300)를 투과하고 나머지 빛은 또 다시 반사됨으로써, 빛의 재생이 끊임없이 반복된다.
그 결과 선택 반사투과형 편광시트(300)를 이용하면 광손실을 최소화 할 수 있다.
이때, 도면에는 편의상 램프(도 5의 124)로부터 출사된 빛 중에서 제 1 및 제 2 편광판(도 4의 119a, 119b)에 수직 및 수평의 편광성분만을 나타내었는데, 이를 토대로 하면 선택 반사투과형 편광시트(300)의 외부로 투과되는 빛은 선택 반사투과형 편광시트(300)의 광학적 이방성물질층(314)의 편광축 방향과 나란한 선형편광에 국한되고, 액정패널(도 3의 110)로 입사되는 빛 또한 광학적 이방성물질층(314)의 편광축 방향과 나란한 선형편광을 나타낸다.
특히, 본 발명의 선택 반사투과형 편광시트(300)는 빛을 편광하는 역할 외에도 액정패널(도 3의 110)을 향해 빛을 집광할 수 있으며 보다 광손실을 최소화 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이는, 광학적 등방성물질층(312)과 광학적 이방성물질층(314)의 경계면을 이루는 패턴(310)에 의해 가능한데, 패턴(310)은 일정한 형태가 반복 배열됨으로써 크게 반사와 집광 두 가지 광특성을 나타낼 수 있다.
즉, 도 6b에 도시한 바와 같이 패턴(310)은 프리즘 산 형태로 광학적 등방성 물질층(312)과 광학적 이방성물질층(314)의 경계면을 이루게 되는데, 이러한 프리즘 산 형태에 패턴(310)은 꼭지점으로부터 소정의 각도로 경사진 제 1 및 제 2 경사면을 갖는다.
이러한 다수개의 프리즘 산 형태의 패턴(310)은 띠 모양으로 인접 배열됨으로써 그 횡단면이 산과 골이 반복되는 형태를 띤다.
따라서, 이러한 패턴(310)에 의해서 선택 반사투과형 편광시트(300)로 입사된 빛은 전반사영역(B)과 집광영역(A)으로 분리되어 입사된다.
이에 대하여 좀더 자세히 살펴보면, 선택 반사투과형 편광시트(300)로 입사되는 빛이 선택 반사투과형 편광시트(300)의 하부면에 대해 수직인 선과 5°정도 기울어져 입사된다는 전제로, 집광영역(A)으로 입사된 빛은 프리즘 산 형태의 패턴(310)에 의한 굴절을 통해 액정패널(도 3의 110) 방향으로 집광되어 실질적으로 휘도를 향상시키게 된다.
또한, 전반사영역(B)으로 입사된 빛은 패턴(310)의 표면에서의 전반사에 의해 다시 하측방향으로 반사되고, 하측방향으로 반사된 빛은 반사판(도 5의 122) 등에 의해 반사되어 선택 반사투과형 편광시트(300)로 재공급되고, 이러한 빛의 순환을 통해서 광손실을 최소화하게 된다.
이때, 패턴(310)의 프리즘 산의 제 1 및 제 2 경사면은 각각 선택 반사투과형 편광시트(300)의 상면으로부터 약 45 ~ 50° 경사지도록 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 서로 이웃하는 프리즘 산 형태 패턴(310)의 높이(h1, h2)를 달리 구성 하여, 높이가 낮은 패턴(h1)을 지나치게 되는 일부 빛은 높이가 낮은 패턴(h1)에 바로 이웃한 높이가 높은 패턴(h2)에 의해 굴절되도록 한다.
여기서, 패턴(310)의 높이(h1, h2)는 0 ~ 50㎛인 것이 바람직하다.
그리고, 프리즘 산 형태의 패턴(310)의 간격 즉, 제 1 및 제 2 경사면 사이의 간격(p1, p2)을 좁게 할수록 빛의 굴절에 의한 집광효과를 더욱 가져올 수 있는데, 0 ~ 50㎛내의 간격을 갖도록 하는 것이 바람직하며, 서로 높이가 다른 이웃한 패턴(310)의 간격은 위의 범위내에서 선택 반사투과형 편광시트(300)의 두께, 굴절율 및 원하는 출사광의 각 분포에 따라 달리 설정할 수 있다.
이때, 패턴(310)의 크기와 간격을 작게 할수록 그리고 규직적으로 반복되는 패턴(310)에 의해 선택 반사투과형 편광시트(300)로 입사되는 빛의 굴절효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
이러한 패턴(310)은 다양한 형태를 가질 수 있는데, 도 7a ~ 7c를 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 7a ~ 7c는 본 발명의 실시예에 따른 선택 반사투과형 편광시트의 패턴의 다양한 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
이때, 앞서 전술한 도 6a ~ 6b의 설명에서 동일한 구조에 대해서는 동일한 식별부호를 부여하여 중복된 설명을 생략하고 차이점만을 살펴보도록 하겠다.
도시한 바와 같이, 선택 반사투과형 편광시트(300)는 광학적 등방성물질층(312)과 광학적 이방성물질층(314)으로 이루어지며, 이의 경계면은 일정한 형태가 반복 배열되는 패턴(310)이 구성된다.
이때, 도 7a에 도시한 바와 같이 패턴(310)은 돔(dome)형의 렌티큘러 렌즈 형태의 패턴(310) 다수개가 열을 지어 배열된다. 이러한 다수개의 렌티큘러 렌즈형태의 패턴(310)은 띠 모양으로 인접 배열됨으로써 그 횡단면이 산과 골이 반복되는 형태를 띤다.
이러한, 렌티큘러 렌즈 형태의 패턴(310)은 앞서 설명한 프리즘 산 형태의 패턴(310)과 같이 선택 반사투과형 편광시트(300)로 입사된 빛이 전반사영역과 집광영역으로 분리되어 입사되도록 한다.
따라서, 집광영역으로 입사된 빛은 렌티큘러 렌즈 형태의 패턴(310)에 의한 굴절을 통해 액정패널(도 3의 110) 방향으로 집광되어 실질적으로 휘도를 향상시키게 되며, 전반사영역으로 입사된 빛은 패턴(310)의 표면에서의 전반사에 의해 다시 하측방향으로 반사되고, 하측방향으로 반사된 빛은 반사판(도 5의 122)에 의해 반사되어 선택 반사투과형 편광시트(300)로 재공급되고, 이러한 빛의 순환을 통해서 광손실을 최소화하게 된다.
이때, 서로 이웃하는 패턴(310)의 높이 즉, 렌티큘러 렌즈의 곡률의 높이(h1, h2)를 달리 구성하여, 높이가 낮은 패턴(h1)을 지나치게 되는 일부 빛은 높이가 낮은 패턴(h1)에 바로 이웃한 높이가 높은 패턴(h2)에 의해 굴절되도록 한다.
여기서, 패턴(310)의 높이(h1, h2)는 0 ~ 50㎛인 것이 바람직하다.
또한, 렌티큘러 렌즈 형태 패턴(310)의 곡률 반경(p1, p2)을 좁게 할수록 빛의 굴절에 의한 집광효과를 더욱 가져올 수 있는데, 0 ~ 50㎛내의 간격을 갖도록 하는 것이 바람직하며, 서로 높이가 다른 이웃한 패턴의 간격은 위의 범위내에서 선택 반사투과형 편광시트(300)의 두께, 굴절율 및 원하는 출사광의 각 분포에 따라 달리 설정할 수 있다.
또한, 도 7b에 도시한 바와 같이 렌티큘러 렌즈 형태의 패턴(310)을 거꾸로 형성하는 것도 가능한데, 이는 네가티브(negative) 렌티큘러 렌즈 형태의 패턴(310)이라 할 수 있다.
네가티브 렌티큘러 렌즈 형태 패턴(310)의 간격(P1, P2) 및 높이(h1, h2) 등은 앞서 설명한 렌티큘러 렌즈 형태 패턴(310)과 동일하다.
도 7c의 패턴은 도 6에 도시한 바와 같은 프리즘 산 형태로, 적어도 높이가 서로 다른 세 개의 프리즘 산 형태의 패턴(310)이 서로 이웃하여 반복 배열되는 것을 특징으로 한다.
즉, 임의의 프리즘 산 패턴(310)을 패턴i라 하며, 이의 양측으로 각각 이웃한 프리즘 산 패턴(310)을 각각 패턴(i-1), 패턴(i+1)이라 하면, 패턴i의 프리즘 산의 높이가 hi라면, 패턴(i-1)의 프리즘 산의 높이는 (hi-1)이며, 패턴(i+1)의 프리즘 산의 높이는 (hi+1)을 갖도록 형성한다. 이때, 패턴i의 프리즘 산의 높이는 0 ~ 50㎛인 것이 바람직하다.
또한, 패턴i의 제 1 및 제 2 경사면 사이의 간격(P1, P2, P3)도 프리즘 산의 높이(hi, (hi-1), (hi+1))에 따라 각각 다르게 형성할 수 있는데 이때, 패턴(310)의 간격(P1, P2, P3)을 좁게 할수록 빛의 굴절에 의한 집광효과를 더욱 가져올 수 있다.
한편, 도 7c에서는 패턴(310)의 골부분의 높낮이를 선택 반사투과형 편광시트(300) 내에서 동일선상에 위치하도록 구성하였으나 이는 달리 구성할 수도 있다.
또한, 이렇듯 적어도 높이가 서로 다른 세 개의 패턴(310)을 서로 이웃하여 반복 배열하는 것은 렌티큘러 렌즈 형태 패턴 또는 네가티브 렌티큘러 렌즈 형태의 패턴 모두 적용가능하다.
따라서, 이러한 선택 반사투과형 편광시트(300)를 통해 일부 빛은 투과시키며 나머지 빛은 반사시키게 되고, 반사된 빛은 다시 선택 반사투과형 편광시트(300)를 투과하고 나머지 빛은 또 다시 반사되어 빛의 재생이 끊임없이 반복됨으로써, 기존의 제 1 편광필름(도 2a의 19a)에 의해 빛이 흡수됨으로써 발생되었던 광손실을 최소화 할 수 있다.
또한, 선택 반사투과형 편광시트(300)의 패턴(310)을 통해 빛의 집광효과를 향상시킬 수 있다.
여기서, 다시 도 3을 참조하면, 램프(124)에서 발산되는 빛이 도광판(126)의 측면을 통해 도광판(126) 내부로 입사되면, 입사된 빛은 여러번의 전반사에 의해 도광판(126) 내를 진행하면서 도광판(126)의 전역으로 고르게 퍼지면서 도광판(126) 상부에 개재되는 확산시트(도 5의 129a)와 집광시트(도 5의 129b) 그리고 선택 반사투과형 편광시트(300)를 거쳐 광손실이 적고 집광된 빛을 통해 액정패널(110)에 면광원을 제공하게 된다.
그리고, 액정패널(110)로 입사된 빛은, 액정패널(110)을 통과하는 과정에서 액정패널(110)의 하부에 부착된 제 1 편광판(도 4의 119a)의 편광축과 나란한 빛은 제 1 편광판(도 4의 119a)을 지나 액정패널(110)의 액정층(도 4의 216)을 통과하게 되고 이때, 액정층(도 4의 216)을 통과하면서 빛은 제 1 편광판(도 4의 119a)의 편광축에 대해 90° 틀어진 방향의 선편광이 된 후, 제 2 편광판(도 4의 119b)의 편광층을 그대로 통과하게 됨으로써 화상이 구현된다.
한편, 이상의 설명 및 첨부된 도면에 있어서 램프(124)가 서포트메인(130)의 내측 길이방향을 따라 배열되는 에지(edge)형 방식을 나타내었지만, 반사판(122)의 상부 전면으로 램프(124)를 다수개 나란하게 배열하는 직하(direct)형도 가능하며, 이와 같이 직하형의 경우에는 도광판(126)은 생략될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 일반적인 측광형 백라이트 유닛을 이용하는 액정표시장치모듈의 단면도.
도 2a ~ 2b는 각각 액정패널을 투과하는 빛의 특성을 살펴보기 위한 모식도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치모듈을 도시한 분해사시도.
도 4는 액정패널에 대해서 이의 일부를 도시한 분해사시도.
도 5는 도 3의 백라이트 유닛에 대한 분해 사시도.
도 6a ~ 6b는 본 발명의 실시예에 따른 선택 반사투과형 편광시트의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 7a ~ 7c는 본 발명의 실시예에 따른 선택 반사투과형 편광시트의 패턴의 다양한 구조를 개략적으로 도시한 도면.

Claims (20)

  1. 반사판과;
    상기 반사판 상에 배열되는 램프와;
    상기 램프 상부에 위치하는 다수의 광학시트
    를 포함하며, 상기 다수의 광학시트는 광학적 등방성물질층과, 상기 광학적 등방성물질층 상부에 위치하는 광학적 이방성물질층과, 상기 광학적 등방성물질층과 상기 광학적 이방성물질층 사이에 경계면을 이루는 패턴으로 이루어진 선택 반사투과형 편광시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴은 프리즘 산, 렌티큘러 렌즈, 네가티브 렌티큘러 렌즈 형태가 반복 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 패턴은 산과 골이 반복되어 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 패턴은 이웃하는 패턴과 높이가 다르며, 이러한 높이가 다른 두 패턴이 반복 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 패턴의 높이는 0 ~ 50㎛인 것을 특징으로 하며, 상기 패턴의 간격은 0 ~ 50㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택 반사투과형 편광시트로 입사되는 빛 중 일부 빛은 투과되고, 나머지 빛은 반사되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사되는 나머지 빛은 상기 반사판에 의해 반사되어 상기 선택 반사투과형 편광시트로 재입사되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택 반사투과형 편광시트를 투과하는 빛은 상기 패턴에 의해 일부 빛은 집광되며, 나머지 빛은 반사되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반사된 나머지 빛은 상기 반사판에 의해 반사되어 상기 선택 반사투과형 편광시트로 재입사되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 광학시트 하부에 도광판을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 도광판을 향해 내측이 개구된 상태로 상기 램프의 상하외측을 가이드하는 램프하우징을 더욱 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 광학시트는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  13. 광학적 등방성물질층과;
    상기 광학적 등방성물질층 상부에 위치하는 광학적 이방성물질층과;
    상기 광학적 등방성물질층과 상기 광학적 이방성물질층 사이에 경계면을 이루는 패턴
    을 포함하며, 상기 광학적 등방성물질층과 상기 광학적 이방성물질층을 통해 특정 빛은 투과되고 나머지는 반시시키는 것을 특징으로 하는 선택 반사투과형 편광시트.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 패턴은 제 1 및 제 2 경사면으로 이루어진 프리즘 산 형태가 반복 배열되어, 횡단면이 산과 골이 반복되는 것을 특징으로 하는 선택 반사투과형 편광시트.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 경사면 사이의 간격은 0 ~ 50㎛인 것을 특징으로 하는 선택 반사투과형 편광시트.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 골의 높낮이가 다른 것을 특징으로 하는 선택 반사투과형 편광시트.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 패턴은 이웃하는 패턴과 높이가 다르며, 이러한 두 패턴이 반복 배열되는 것을 특징으로 하는 선택 반사투과형 편광시트.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 패턴의 높이는 0 ~ 50㎛인 것을 특징으로 하는 선택 반사투과형 편광시트.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 패턴은 돔(dome) 형상의 렌티큘러 렌즈 형태가 반복 배열되는 것을 특징으로 하는 선택 반사투과형 편광시트.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 패턴은 네가티브(negative) 렌티큘러 렌즈 형태가 반복 배열되는 것을 특징으로 하는 선택 반사투과형 편광시트.
KR1020070125115A 2007-12-04 2007-12-04 선택 반사투과형 편광시트 및 이를 포함하는액정표시장치용 백라이트 유닛 KR20090058369A (ko)

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