KR20120108479A - Backlight unit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정표시장치(LCD;Liquid Crystal Display)의 백라이트 유닛(BLU;Backlight Unit)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액정표시장치의 광효율을 향상할 수 있는 백라이트 유닛에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a backlight unit (BLU) of a liquid crystal display (LCD), and more particularly, to a backlight unit capable of improving light efficiency of a liquid crystal display (LCD).
일반적으로 액정표시장치(LCD;Liquid Crystal Display)는 인가전압에 따른 액정의 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생되는 여러 가지 전기적인 정보를 화상정보로 변환시키는 액정패널과 상기 액정패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛으로 구성된다.In general, a liquid crystal display (LCD) uses a change in the transmittance of a liquid crystal according to an applied voltage to convert light into various pieces of electrical information generated by various devices into image information and light to the liquid crystal panel. It consists of a backlight unit for supplying.
도 1a에는 종래 직하형 액정 디스플레이 장치의 일례를 나타낸 단면도가 도시되어 있다.1A is a cross-sectional view showing an example of a conventional direct type liquid crystal display device.
도면을 참조하면, 종래 LCD(Liquid Crystal Display)는, 빛의 투과도를 조절하여 광 밸브 역할을 하는 액정픽셀(23)이 들어 있는 액정패널(20)과, 이 액정패널(20)에 빛을 공급하는 백라이트유닛(10)을 구비한다.Referring to the drawings, a conventional liquid crystal display (LCD) includes a
상기 백라이트유닛(10)은 CCFL(Cold Cathode Fluorescence Lamp;11a), 혹은 EEFL(External Electrode Fluorescence Lamp), 혹은 백색광 LED(Light Emitting Diode), 혹은 R, G, B의 삼색을 내는 LED 등이 포함되는 광원어셈블리(11) 부분과, 상기 광원에서 나오는 광을 광원 아래에 위치한 반사체(11b)에서 반사시키거나 골고루 혼합하여 다수의 액정픽셀(23)로 뿌려주는 광 시트들로 구성되어 있다. 여기서 R, G, B는 각각 Red, Green, Blue의 약자이고, 이후에는 별도의 표시 없이도 R, G, B는 적색, 녹색, 청색을 의미한다.The
상기 광 시트는, 기본적으로 확산판(12), 확산시트(13), 집광시트(14), 반사형 편광시트(15), 그리고 보호필름(16) 등으로 구성되어 시야각과 휘도를 적절하게 조정한다.The light sheet is basically composed of a
도 1b는 측면형 백라이트 유닛을 채택하는 액정표시장치를 나타낸다. 측면형 백라이트 유닛의 경우, 광도파로(17)와, 상기 광도파로(17)의 측면에 배치되는 CCFL 또는 LED(11-1)의 광원을 포함한다. 상기 직하형과 마찬가지로 상기 광도파로(17)와 액정패널(20) 사이에는 확산시트(13), 집광시트(14), 반사형 편광시트(15), 보호필름(16)이 배치되고, 상기 광도파로(17)의 하부면에는 산란패턴(18)과 반사필름(19)가 구비되어, 광의 균일도와 휘도를 향상시킨다.1B illustrates a liquid crystal display device employing a side type backlight unit. In the case of the side type backlight unit, the
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 액정패널(20)은, 후면 유리기판(22), 전면 유리기판(25), 후면 유리기판(22)과 전면 유리기판(25) 사이에 설치되는 다수의 액정픽셀(23), 전면 유리기판(25)의 내부에 설치되는 R, G, B 컬러필터(24), 후면 유리기판(22)에 부착되는 편광시트A(21), 전면 유리기판(25)에 부착되는 편광시트B(26) 등이 주요한 광학적 역할을 담당한다. 각각의 액정픽셀(23)은, R, G, B 3색의 영상을 구현하는 R, G, B 액정하위픽셀로 구성되며, 각각의 R, G, B 액정하위픽셀 전면부에는 R, G, B 광을 투과시키는 R, G, B 컬러필터(24; 24a, 24b, 24c)가 설치되어 있다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
또한, 서로 이웃한 컬러필터(24) 사이의 경계선에는 블랙 매트릭스(Black matrix; 24d)가 설치되어 있어서 서로 이웃한 하위픽셀 사이의 색 혼신(Color crosstalk)을 제거하는 역할을 한다.In addition, a black matrix (24d) is provided at the boundary line between
위와 같은 종래의 LCD에서 컬러 영상을 구현하는 방법은, 화소의 최소단위가 되는 하나의 액정픽셀 속에 R, G, B 3색의 영상을 구현하는 R, G, B 액정하위픽셀을 설치하고, 각각의 액정하위픽셀 전면부에 R, G, B 컬러필터를 설치하며, 백라이트유닛은 액정패널 전체에 걸쳐서 균일한 백색광을 뿌려주는데, 상기 백색광이 각각의 하위픽셀 별로 R, G, B 광만 통과하도록 함으로써 컬러 영상이 이루어진다.In the conventional LCD as described above, a method of implementing a color image includes installing R, G, and B liquid crystal subpixels that implement an image of three colors R, G, and B in one liquid crystal pixel that is the minimum unit of the pixel. R, G, B color filters are installed on the front side of the liquid crystal subpixel of the backlight unit, and the backlight unit scatters uniform white light over the entire liquid crystal panel, by passing only the R, G, and B light for each subpixel. Color image is made.
종래의 LCD에서는 백라이트유닛(10)에서 나오는 백색광의 파워가 액정픽셀(23)의 앞과 뒤에 설치되어 있는 편광시트(21, 26), 컬러필터(24), 그리고 액정픽셀(23)의 개구율에 의해서 대부분 소실되고 약 5%에서 10% 사이의 광만이 LCD 밖으로 빠져나오기 때문에 LCD의 광 에너지 효율은 상당히 낮은 문제점이 있었다. 따라서, LCD의 광 에너지 효율 개선은 LCD의 경쟁력 강화와 에너지 절약에 중요한 과제이다. LCD의 광 에너지 손실은 편광시트(21, 26)에서 약 50%, 액정픽셀(23)의 개구율에서 약 30% ~ 50%, 컬러필터(24)에서 약 70%에 달하여 전체적으로 약 90% 이상의 광 손실이 발생하여 LCD의 높은 전력 소모를 유발한다. 특히, 컬러필터(24)는 컬러 영상을 구현하는 핵심 소자이지만, 흡수로 인한 많은 광 손실을 유발하는 문제점이 있었다.In conventional LCDs, the power of white light emitted from the
상기 컬러필터(24)는 컬러 영상을 구현하는 핵심적인 소자이지만, 백색광이 컬러필터(24)를 통과하면서 약 30%는 투과되고, 약 70%는 흡수되어 손실되기 때문에 LCD에서 발생하는 광 에너지의 손실 중에서 가장 많은 부분을 차지한다.The
그러한 문제점 때문에 LCD의 광 에너지 효율을 증대시키기 위하여 개발되고 있는 기술 중의 하나가 FSC(Field Sequential Color) 기술이다. 이 기술은 광 에너지 손실에 큰 부분을 차지하고 있는 컬러필터를 없애기 위해서 고안된 것으로서, R, G, B 3색의 LED를 백라이트의 광원으로 사용하고, 화면 영상 신호를 R, G, B 3색의 영상 신호로 분리한 후, R-LED를 켜는 동안에는 R 영상 신호를 액정패널에 보내고, G-LED를 켜는 동안에는 G 영상 신호를 액정패널에 보내며, B-LED를 켜는 동안에는 B 영상 신호를 액정패널에 순차적으로 빠른 속도로 뿌려줌으로써 관찰자가 컬러 영상을 느끼도록 하는 기술이다.Because of such a problem, one of the technologies being developed to increase the optical energy efficiency of the LCD is the FSC (Field Sequential Color) technology. This technology is designed to eliminate the color filter which occupies a large part of the optical energy loss. It uses R, G, and B three-color LEDs as the light source for the backlight, and the screen image signal is a three-color image of R, G, and B colors. After separating into signals, R video signal is sent to the liquid crystal panel while the R-LED is turned on, G video signal is sent to the liquid crystal panel while the G-LED is turned on, and B video signal is sequentially sent to the liquid crystal panel while the B-LED is turned on. It is a technology that allows the viewer to feel the color image by spraying at a high speed.
상기 FSC LCD 기술은 액정하위픽셀이 불필요하고, 광투과 효율이 크게 개선되는 장점에 의하여 많은 연구를 통하여 상당한 기술의 진보를 달성하고 있지만, 기본의 일반 LCD에 비하여 영상을 조절하는 회로의 속도가 약 6배 정도 되어야 하고, 깜빡임(Flickering), 움직이는 영상의 색분리현상(Color Break-Up) 등의 문제가 있어서 아직 실용화되지 못하는 문제점이 있다.The FSC LCD technology has achieved considerable advances through many studies due to the need for no liquid crystal subpixels and greatly improved light transmission efficiency, but the speed of a circuit for controlling an image is weaker than that of a basic LCD. It should be about 6 times, and there are problems such as flickering and color break-up of moving images.
상기의 문제점을 보완하기 위하여 본 발명의 출원인은 "컬러필터 없는 액정표시장치"(등록번호 10-0962302)를 출원하였으나, 상기 컬러필터 없는 액정표시장치는 컬러필터를 제거함으로써 광 투과 효율을 향상시키고자 실린더 형상(Cylindrical Shape)을 가지는 광도파로를 도입하였으나, 이러한 실린더 형상을 갖는 광도파로는 제작이 용이하지 못한 문제점이 있었다. 또한, 매우 좁은 폭은 갖는 프리즘형 광분기 구조 등 광학적 구조가 너무 복잡해서 실용성이 떨어지고 실제로 적용이 어렵다는 문제점도 갖고 있었다.In order to solve the above problems, the applicant of the present invention has applied for a "liquid crystal display without color filter" (Registration No. 10-0962302), but the liquid crystal display without color filter improves light transmission efficiency by removing the color filter. An optical waveguide having a cylindrical shape (Cylindrical Shape) has been introduced, but an optical waveguide having such a cylindrical shape has a problem in that it is not easy to manufacture. In addition, the optical structure such as a prism type optical branch structure having a very narrow width is too complicated to have practical problems, and also has a problem in that application is difficult.
본 발명은 제작이 쉽고 구조가 간단하면서 효율적으로 내부 전반사 효과에 의해서 광을 유도하는 광도파로 또는 박막형 자발광원을 사용하고, 상기 광도파로의 상부에 평행광을 만들어주는 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트를 설치하여 광 투과 효율을 향상시키며, 또한 반사형 편광필름을 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트와 광도파로 어레이 사이에 설치하여 광 에너지 효율을 향상시키는 액정표시장치의 백라이트 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention uses an optical waveguide or a thin film type self-luminous source that induces light by the total internal reflection effect, which is easy to manufacture and simple in structure, and efficiently, and installs a first lenticular lens array sheet to create parallel light on the upper part of the optical waveguide. Accordingly, an object of the present invention is to provide a backlight unit of a liquid crystal display device which improves light transmission efficiency by installing a reflective polarizing film between a first lenticular lens array sheet and an optical waveguide array.
본 발명의 일 측면에 의하면, 3색의 광에 각각 대응하는 복수의 액정하위픽셀을 포함하는 액정패널의 하부에 배치되어 3색 광을 조사하는 것으로서, 컬러영상을 구현하기 위하여 3색의 광을 각각 조사하는 복수의 3색 광원; 상기 액정패널 속에 설치된 복수의 액정하위픽셀에 각각 대응하도록 설치되어, 상기 3색 광원으로부터 조사된 3색의 광을 내부전반사를 통해 유도하면서 상기 복수의 액정하위픽셀 쪽으로 수직 분기하도록 서로 나란하게 배치된 복수의 광도파로가 구비된 광도파로 어레이; 및 상기 광도파로 어레이의 상부와 상기 액정패널 사이에 배치되어 상기 3색 광원에서 조사된 3색의 광을 각각 평행광으로 변환하는 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.According to an aspect of the present invention, disposed below the liquid crystal panel including a plurality of liquid crystal subpixels respectively corresponding to the three colors of light to irradiate three colors of light, three colors of light to implement a color image A plurality of three color light sources each irradiated; Installed to correspond to the plurality of liquid crystal subpixels installed in the liquid crystal panel, and arranged side by side to vertically branch toward the plurality of liquid crystal subpixels while guiding the three colors of light emitted from the three color light sources through the internal reflection. An optical waveguide array having a plurality of optical waveguides; And a first lenticular lens array sheet disposed between an upper portion of the optical waveguide array and the liquid crystal panel and converting three colors of light emitted from the three color light sources into parallel light.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 3색의 광에 각각 대응하는 복수의 액정하위픽셀을 포함하는 액정패널의 하부에 배치되어 3색 광을 조사하는 것으로서, 상기 액정패널 속에 설치된 복수의 액정하위픽셀에 각각 대응하도록 설치되어, 3색 광을 상기 복수의 액정하위픽셀 쪽으로 조사하도록 서로 나란하게 배치된 복수의 3색 자발광원을 구비하는 3색 자발광원 어레이; 및 상기 3색 자발광원 어레이 상부와 상기 액정패널 사이에 배치되어 상기 3색 자발광원에서 조사된 3색의 광을 각각 평행광으로 변환하는 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트를 포함하는 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.According to yet another aspect of the present invention, a plurality of liquid crystals disposed in the liquid crystal panel are disposed below the liquid crystal panel including a plurality of liquid crystal subpixels respectively corresponding to three colors of light, and irradiate three colors of light. A three-color self-emitting source array having a plurality of three-color self-emitting sources disposed to be parallel to each other so as to correspond to the lower pixels, and to emit three-color light toward the plurality of liquid crystal sub-pixels; And a first lenticular lens array sheet disposed between the three-color self-emitting source array and the liquid crystal panel and converting three colors of light emitted from the three-color self-emissive light source into parallel light. have.
본 발명에 따른 백라이트 유닛은 다음과 같은 효과를 가진다.The backlight unit according to the present invention has the following effects.
첫째, 적색, 녹색, 청색의 3색 광원에 각각 대응하는 광도파로를 이용하여 적색, 녹색, 청색에 각각 대응하는 액정하위픽셀에 직접 적색, 녹색, 청색의 광을 뿌려주는 백라이트 유닛을 통하여 액정표시장치의 광 투과 효율을 향상시킬 수 있다.First, the liquid crystal display is provided through a backlight unit that directly sprays red, green, and blue light to the liquid crystal subpixels corresponding to red, green, and blue colors, respectively, using optical waveguides corresponding to the red, green, and blue light sources. The light transmission efficiency of the device can be improved.
둘째, 간단한 구조의 광도파로와 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트를 사용함으로 인하여 제작이 용이하고, 또한 액정패널과 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트 사이에 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트를 구비함으로 인하여 R, G, B 액정하위픽셀 속으로 적색, 녹색, 청색의 구별된 집광이 잘 이루어질 수 있다.Second, it is easy to manufacture by using the optical waveguide and the first lenticular lens array sheet of a simple structure, and R, G, B by providing a second lenticular lens array sheet between the liquid crystal panel and the first lenticular lens array sheet Differentiated condensation of red, green, and blue can be achieved into the liquid crystal subpixel.
셋째, R, G, B LED와 R, G, B 광혼합기를 사용함으로써 균일하고 안정된 적색, 녹색, 청색 광을 공급함으로써 안정되면서 높은 화질을 달성할 수 있다.Third, by using the R, G, B LED and the R, G, B light mixer, it is possible to achieve stable and high image quality by supplying uniform and stable red, green, and blue light.
넷째, 3색 광원으로 LED 대신에 R, G, B OLED 또는 R, G, B 양자점(Quantum Dot)과 같은 자발광원을 사용함으로써 광원의 구조를 단순화하고, 액정표시장치의 장점과 자발광원의 장점을 모두 살림으로써 높은 효율과 화질을 달성할 수 있다.Fourth, by using self-emitting sources such as R, G, B OLED or R, G, B quantum dots instead of LEDs as a three-color light source, the structure of the light source is simplified, and the advantages of the liquid crystal display device and the advantages of the self-emitting source By utilizing all of these, high efficiency and image quality can be achieved.
다섯째, 반사형 편광필름을 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트와 광도파로 어레이 사이에 배치함으로 인하여 편광효율을 향상시킬 수 있어 액정표시장치의 광 효율을 추가로 향상시킬 수 있다.Fifth, the polarization efficiency may be improved by disposing the reflective polarizing film between the first lenticular lens array sheet and the optical waveguide array, thereby further improving the light efficiency of the liquid crystal display device.
여섯째, R, G, B 액정하위픽셀에 각각 R, G, B 광을 공급하기 때문에 R, G, B 컬러필터를 제거할 수 있으며, 컬러 크로스토크(Crosstalk)를 줄이고 화질을 안정화시키기 위해 컬러필터를 제거하지 않고 유지할 수 있다.Sixth, R, G, and B color filters are supplied to the R, G, and B liquid crystal subpixels, respectively, so that the R, G, and B color filters can be removed, and the color filter can be stabilized to reduce color crosstalk and stabilize image quality. You can keep it without removing it.
도 1a는 종래 직하형 액정 표시 장치의 일 예를 나타낸 구조도이다.
도 1b는 종래 측면형 백라이트 유닛을 채택하는 액정표시장치의 일 예를 나타낸 구조도이다.
도 2는 일반적인 컬러필터의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 3a는 본 발명의 제1실시 예에 따른 백라이트 유닛이 적용된 액정표시장치를 도시한 구조도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 백라이트 유닛의 구조를 도시한 사시도이다.
도 4a는 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트의 하면에 슬릿시트가 일체로 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4b는 슬릿시트가 광도파로의 상부에 일체로 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4c는 슬릿시트가 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트와 광도파로 어레이 사이에 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 3색 광원, 광섬유 어레이, 광혼합기 및 광도파로 어레이의 배치를 도시한 배치도이다.
도 6은 도 3에 도시된 광섬유 출력단이 광섬유 고정자에 의해 고정되는 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 3에 도시된 3색 광원, 광섬유 어레이, 광혼합기 및 광도파로 어레이의 광학적 연결상태를 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제1실시 예에 따른 백라이트 유닛에 반사형 편광필름이 적용된 액정표시장치를 도시한 구조도이다.
도 9는 도 8의 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트로 광이 통과하는 원리를 도시한 원리도이다.
도 10은 도 8의 액정표시장치를 도시한 측단면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 도 8에 도시된 광도파로의 실시 예들을 각각 도시한 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제2실시 예에 따른 백라이트 유닛이 적용된 액정표시장치를 도시한 구조도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 의해 3색 광원이 지역분할 되어진 상태를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 의해 검출된 결과를 도시한 도면이다.1A is a structural diagram illustrating an example of a conventional direct type liquid crystal display.
1B is a structural diagram showing an example of a liquid crystal display device employing a conventional side type backlight unit.
2 is a plan view showing the structure of a general color filter.
3A is a structural diagram illustrating a liquid crystal display device to which a backlight unit according to a first embodiment of the present invention is applied.
3B is a perspective view illustrating a structure of the backlight unit illustrated in FIG. 3A.
4A is a perspective view illustrating a state in which a slit sheet is integrally installed on a lower surface of the first lenticular lens array sheet.
4B is a perspective view showing a state in which the slit sheet is integrally installed on the upper part of the optical waveguide.
4C is a perspective view illustrating a slit sheet provided between the first lenticular lens array sheet and the optical waveguide array.
FIG. 5 is a layout view showing the arrangement of the three-color light source, the optical fiber array, the optical mixer, and the optical waveguide array shown in FIG. 3.
6 is a view showing a state in which the optical fiber output terminal shown in Figure 3 is fixed by the optical fiber stator.
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating an optical connection state of the three-color light source, the optical fiber array, the optical mixer, and the optical waveguide array shown in FIG. 3.
8 is a structural diagram illustrating a liquid crystal display device to which a reflective polarizing film is applied to a backlight unit according to a first embodiment of the present invention.
9 is a principle diagram illustrating a principle of light passing through the first lenticular lens array sheet of FIG. 8.
FIG. 10 is a side cross-sectional view of the liquid crystal display of FIG. 8.
11A to 11C are perspective views illustrating embodiments of the optical waveguide shown in FIG. 8, respectively.
12 is a structural diagram illustrating a liquid crystal display device to which a backlight unit according to a second embodiment of the present invention is applied.
FIG. 13 is a diagram illustrating a state in which three color light sources are regionally divided according to an embodiment of the present invention.
14 is a diagram illustrating a result detected by an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 백라이트 유닛을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a backlight unit according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3 내지 도 11c를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛(300)이 적용된 액정표시장치는, 3색 광원(310)과, 광도파로 어레이(100)와, 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)를 포함한다.3 to 11C, the liquid crystal display device to which the
상기 백라이트 유닛(300)은 3색 광원(310)에 각각 대응하는 복수의 액정하위픽셀(210)을 포함하는 액정패널(200)의 하부에 배치되어 상기 3색 광원(310)으로부터 조사되는 3색의 광을 상기 액정패널(200)로 조사하는 역할을 한다. The
여기서 상기 3색의 광은, 통상적으로 컬러 영상을 구현하기 위한 적색(R;Red), 녹색(G;Green), 청색(B;Blue)을 의미한다. 그러나 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(Yellow)도 컬러 영상구현이 가능하므로, 상기 3색의 광은 시안, 마젠타, 옐로우일 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 상기 3색의 광은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)인 경우를 예시적으로 설명하도록 하며, 이는 본 발명의 권리범위를 좁히는 것으로 해석되지 않아야 한다.Here, the three colors of light generally mean red (R; red), green (G; green), and blue (B; blue) for implementing a color image. However, since cyan, magenta, and yellow can also implement color images, the three colors of light may be cyan, magenta, and yellow. However, hereinafter, for convenience of description, the three colors of light will be described as red (R), green (G), and blue (B) by way of example, which is not to be interpreted as narrowing the scope of the present invention. Should not.
상기 백라이트 유닛(300)의 상부에 배치되는 상기 액정패널(200)은 적색, 녹색, 청색의 3색 광(R,G,B)에 각각 대응하는 다수의 액정하위픽셀(210;210R,210G,210B)과 편광필름(240,250) 및 확산시트(260)를 포함한다.The
상기 액정패널(200)의 하부에 배치되는 상기 백라이트 유닛(300)은, 빛의 3원색을 구성하는 적색, 녹색, 청색의 3색 광(R,G,B)을 각각 조사하는 복수의 3색 광원(310;310R,310G,310B)을 포함한다. 이러한 3색 광원(310)으로는 각각 적색, 녹색, 청색의 광을 방출하는 LED 발광소자(LED;Light Emitting Diode)를 사용하거나, 또는 백색 LED에서 나오는 백색광을 회절격자와 같은 분광소자를 사용하여 분광하여 적색, 녹색, 청색의 광으로 분해하여 얻을 수도 있다. 또는, 상기 3색 광원(310)은 유기발광소자(OLED;Organic Light Emitting Diode), 또는 양자점(Quantum Dot)을 사용할 수도 있다.The
상기 광도파로 어레이(100)는 서로 나란하게 배치되는 복수의 광도파로(110;110R,110G,110B)를 포함한다. 상기 각 광도파로(110;110R,110G,110B)는 상기 액정패널(200) 속에 설치된 복수의 R,G,B 액정하위픽셀(210)에 각각 대응하도록 설치되어 상기 3색 광원(310)으로부터 조사된 3색의 광(R,G,B)을 각 색에 대응하는 액정하위픽셀(210) 쪽으로 각각 분기하는 광분기구조를 포함한다.The
상기 광도파로 어레이(100)의 상부와 상기 액정패널(200) 사이에는 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)가 배치되며, 상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)는 상기 3색 광원(310)에서 조사된 3색 광(R,G,B)을 각각 평행광으로 변환시키는 역할을 한다.A first lenticular
도 3과 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)는 반사차광층(410)과, 슬릿(420)과, 투명기판(430)과, 렌티큘러렌즈 어레이(440)를 포함한다.As shown in FIGS. 3 and 4C, the first lenticular
상기 반사차광층(410)은 상기 광도파로(110)에서 유도되는 광을 차단 또는 반사시키는 역할을 하고, 상기 슬릿(420)은 상기 광도파로(110)에서 유되되는 광을 통과시키며, 상기 투명기판(430)은 상기 슬릿(420)을 통과한 광을 상부로 전달하는 역할을 한다.The reflective
상기 렌티큘러렌즈 어레이(440)는 상기 슬릿(420)과 상기 투명기판(430)을 통과한 광을 굴절시켜 상기 액정패널(200)에 수직방향으로 전달하는 역할을 수행한다. 상기 렌티큘러렌즈 어레이(440)에 의해서 발생하는 평행광의 평행도는 상기 슬릿(420)의 폭 W를 상기 렌티큘러렌즈 어레이(440)의 초점거리 f로 나눈 값에 비례하며, 와 같이 주어진다. 따라서 슬릿의 폭 W가 작을수록 평행도가 우수해진다. 여기서, n은 상기 투명기판(430)과 상기 렌티큘러렌즈 어레이(440)의 굴절율이다. 상기 렌티큘러렌즈 어레이(440)의 초점거리 f는 상기 슬릿(420)의 상을 상기 액정하위픽셀(210)에 맺도록 설계될 수 있다.The
상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)에는 이웃한 액정하위픽셀 사이에서 서로 다른 색의 광의 섞이는 색혼신(Color Crosstalk)을 최소화하기 위하여 상기 렌티큘러렌즈(440) 사이에 복수의 차광벽(450)을 추가로 설치할 수 있다. 이 차광벽(450)이 설치되면, 이웃한 액정하위픽셀 사이의 색혼신이 거의 제거됨으로써 액정패널에서 컬러필터를 제거하여 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있다는 장점이 부각된다. 상기 차광벽(450)은 서로 이웃한 렌티큘러렌즈(440) 사이에 면에 수직한 방향으로 렌티큘러렌즈(440)와 나란한 길이방향으로 설치된다.The first lenticular
액정하위픽셀(210R,210G,210B)을 통과한 광은 전면유리기판(925) 외부에 부착된 편광필름(250)을 통과한 후, 확산시트(260)에 의하여 확산되어 적절한 휘도와 시야각을 형성하게 된다. 상기 확산시트(260)는 대표적으로 마이크로 렌즈 어레이 시트, 마이크로 렌티큘러렌즈 어레이 시트, 또는 비드가 포함된 투명 수지가 코팅된 시트 등을 사용하여 제작될 수 있다. 또는 표면에 산란패턴이나 그루브(Groove) 등이 설치되어 광을 확산할 수 있으며, 기타 광을 확산할 수 있는 기능이 포함된 광학시트는 가능하다.The light passing through the liquid crystal subpixels 210R, 210G, and 210B passes through the
도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 반사차광층(410)은 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)의 하면에 설치되거나, 또는 도 4b에 도시된 바와 같이 광도파로(110)의 상면에 일체형으로 설치될 수 있으며, 도 4c에 도시된 바와 같이 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)와 광도파로 어레이(100) 사이에 별도로 슬릿(470)을 구비한 슬릿시트(480) 형태로 설치될 수 있으며, 도 4a 내지 도 4c에서 설명된 반사차광층(410)은 모두 광학적 성능에서 동일하다. 상기 반사차광층(410)이 상기 슬릿시트(480) 속에 설치될 경우, 상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)의 하면과 상기 광도파로(110) 상면에는 어떠한 슬릿(420)이나 반사차광층(410)이 형성될 필요가 없다. 상기 슬릿시트(480)는 광도파로 어레이(100)와 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)의 렌티큘러렌즈 어레이(440)와 동일한 간격으로 나란하게 형성된 빛이 통과하는 슬릿(470)과 빛을 반사 또는 차단하는 반사면(460)으로 구성된다.As shown in FIG. 4A, the reflective
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 백라이트 유닛(300)은 다수의 3색광원(310)으로부터 나오는 적색, 녹색, 청색의 3색 광(R,G,B)을 내부 전반사와 광의 진행 효과에 의해 각 색별로 균일하게 혼합하여 각 색별로 각각의 R, G, B 광도파로(110) 쪽으로 균등하게 분배하는 다수의 광혼합기(600)를 더 구비할 수 있다. 이러한 광혼합기(600)는 투명한 재질로 제작되며, 원통형, 사각기둥형, 다각기둥형 구조 등 내부 전반사에 의해서 광을 균일하게 혼합하는 구조를 가질 수 있다. 상기 광혼합기(600)는 개개의 LED의 밝기차이와 파장차이 등을 평균화함으로써 안정되고 우수한 화질을 구현하는데 적용될 수 있으며, 또한 소수의 LED를 사용하여 다수의 액정하위픽셀(210)을 조명하는 데에도 유리하다.As shown in FIG. 5, the
또한, 상기 액정표시장치는, 광섬유어레이(500)를 더 구비할 수 있다. 이러한 광섬유어레이(500)는 다수의 광섬유(510;510R,510G,510B)를 포함한다. 각 광섬유(510;510R,510G,510B)는 3색 광원(310)으로부터 조사된 적색, 녹색, 청색의 3색 광(R,G,B)을 각 색에 대응하여 상기 광도파로어레이(100; 도 3 참조)의 각 광도파로(110;110R,110G,110B)에 전달한다.In addition, the liquid crystal display device may further include an optical fiber array 500. The optical fiber array 500 includes a plurality of optical fibers 510 (510R, 510G, 510B). Each of the
상기 광혼합기(600)는 상기 광섬유어레이(500)의 광섬유(510;510R,510G,510B)의 입구단과 상기 3색 광원(310) 사이에 설치되는 것이 바람직하다. 이렇게 설치된 광혼합기(600;600R,600G,600B)는 다수의 3색광원(310)으로부터 나오는 적색, 녹색, 청색의 광(R,G,B)을 각 색별로 균일하게 혼합하여 상기 다수의 광섬유(510) 쪽으로 균등하게 분배하는 역할을 수행한다. 그리고, 광입력 효율을 높이기 위해서 광혼합기(600)의 광입력면(640)과 광출력면(650)은 무반사 코팅처리가 될 수 있다.The
상기 광혼합기(600)의 광출력면 앞에 배치되는 광섬유(510)는 1차원, 즉 한 줄로 배열되거나, 또는 두 줄이나 세줄 이상 2차원적으로 배열될 수 있다. 또한, 광의 손실을 최소화하기 위하여 최대한 광섬유(510)는 서로 가까이 근접하도록 배치하여야 한다. The
상기 광섬유(510)는 도시되지는 않았지만 1개의 입력단과 다수의 출력단을 갖는 분기형 광섬유일 수 있다. 하나의 광섬유(510)를 분기하여 다수의 광섬유로 나눌 경우 광혼합기(600)의 광출력면 앞에 배치되는 광섬유의 직경은 광도파로(110)의 폭보다 커질 수도 있다. 다만, 이 경우에도 다수로 분기되어 광도파로(110) 속으로 광을 넣는 광섬유(510)의 끝단의 직경은 광 결합의 손실을 줄이기 위해서 반드시 광도파로(110)의 입력단의 폭보다 작아야 결합 효율을 높일 수 있다. 광섬유를 분기하는 방법은 하나의 입력단을 갖는 광섬유로부터 가지를 나누어 다수의 출력단을 갖는 형태가 가능하고, 다수의 출력단에서 나오는 광의 세기는 모두 동일하여야 한다.Although not shown, the
상기 백라이트 유닛(300)은, 상기 광도파로어레이(100)의 광도파로(110), 3색광원(310) 및 광섬유어레이(500)의 광섬유(510)를 설치하기 위하여, 후면판(700)을 더 구비할 수 있다. 상기 후면판(700)은 그 상면에 상기 광도파로어레이(100)의 광도파로(110) 및 광섬유어레이(500)의 광섬유(510)를 고정시키고, 그 배면이나 측면에 상기 3색광원(310)과 광혼합기(600)가 배치되도록 하며, 상기 3색광원(310) 및 상기 광혼합기(600)와 상기 광도파로(110) 사이는 광섬유(510)가 광학적으로 연결하여 광을 공급한다.The
도 5에서는 광도파로어레이(100)와 광도파로(110) 및 백라이트 유닛(300)이 도시되어 있지 않으며, 상기 도시되지 않은 광도파로 어레이(100)와 광도파로(110) 및 백라이트 유닛(300)은 도 3을 참조하는 것이 바람직하겠다.In FIG. 5, the
도 6을 참고하면, 후면판(700)은 광섬유고정자(710)를 구비하여 상기 광섬유어레이(500)의 광섬유(510) 출구단을 광도파로(110; 도 3 참조)입구에서 고정시키도록 한다. 이를 위해 상기 후면판(700)의 상부에는 복수개의 광섬유고정자(710)가 구비된다. 상기 광섬유고정자(710)의 구조는 사각형이나 삼각형 등이 가능하며, 어느 것이나 광섬유(510)가 흔들리지 않도록 안정적으로 광섬유(510)를 고정시킬 수 있으면 된다.Referring to FIG. 6, the
지금까지 상술된 본 발명의 제1실시 예에 따른 백라이트 유닛(300)이 적용된 액정표시장치의 작용에 대해 도 7을 참조하여 설명하도록 한다. 여기서, 상기 3색광원(310)으로는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 LED가 사용될 수 있는데, 각각 서로 다른 색의 LED를 이용하여 구현하는 원리가 동일하므로, 설명의 편의를 위해 적색(R) LED에서 나오는 적색 광을 이용해서 본 발명의 제1실시 예에 따른 작용을 설명하도록 한다.The operation of the liquid crystal display device to which the
상기 후면판(700)의 하부에 설치된 다수의 R-LED(310R)에서 나오는 적색 광은 광혼합기(600)의 광입력면(640)으로 들어가서 골고루 혼합된 후 광출력면(650)으로 나와서 다수의 R-광섬유(510R) 속으로 들어간다. 이때, 상기 광혼합기(600)를 사용함으로써 광섬유(510) 속으로 들어가는 광을 균일하게 배분할 수 있으며, 각각의 LED가 갖는 밝기차이, 파장차이, 수명변화차이 등의 광학적 특성의 차이를 평균화함으로써 광학적 성능을 개선할 수 있다.The red light from the plurality of R-
상기 R-광섬유(510R) 속에서 내부 전반사에 의하여 유도되는 적색광은 후면판(700)의 상부에 설치된 R-광도파로(110R) 속으로 들어가고, 다시 R-광도파로(110R) 속에서 내부 전반사에 의해서 유도되는 적색광은 R-광도파로(110R) 내부의 광분기구조(115)에 의해 수직으로 분기되어서 액정패널(200)의 다수의 R-액정하위픽셀(210R) 속으로 입사한다.The red light induced by total internal reflection in the R-
같은 방법으로, G-LED(310G)에서 나오는 광은 G-광혼합기(600G)에서 혼합된 후, G-광섬유(510G)를 거쳐 G-광도파로(110G) 속으로 유도되어 G-액정하위픽셀(210G) 속으로 입사하고, B-LED(310B)에서 나온 광도 동일한 과정을 거쳐 B-액정하위픽셀(210B)로 입사한다.In the same way, the light from the G-
이와 같이, R, G, B-LED(310R,310G,310B)에서 나온 적색, 녹색, 청색광은, 도 7에 도시된 바와 같이 각각 순서대로 광혼합기(600), R, G, B-광섬유(510R,510G,510B), R, G, B-광도파로(110R,110G,110B)를 순차적으로 거쳐 R, G, B-액정하위픽셀(210R,210G,210B)로 입사하여 컬러영상을 구현할 수 있다. 또한, R, G, B-광도파로(110R,110G,110B)에서 분기된 광이 직접 R, G, B-액정하위픽셀(210R,210G,210B)로 들어가므로 종래에 필요로 하던 확산시트, 프리즘 시트 등의 여러 광 시트들도 필요 없게 된다.As described above, the red, green, and blue light emitted from the R, G, and B-
도 7에서는 액정패널(200)과 다수의 액정하위픽셀(210;201R,210G,210B)가 도시되어 있지 않으며, 상기 도시되지 않은 액정패널(200)과 다수의 액정하위픽셀(210;201R,210G,210B)은 도 3을 참조하는 것이 바람직하겠다.In FIG. 7, the
도 8 내지 도 11c를 참조하면, 본 발명의 제1실시 예에 따른 백라이트(300)이 적용된 액정표시장치에 반사형 편광필름(800)이 더 구비된다.8 to 11C, the reflective
도 8은 본 발명의 제1실시 예에 따른 백라이트 유닛(300)이 적용된 액정표시장치에 반사형 편광필름(800)이 더 구비된 상태를 나타낸 구조도이다. 다만, 여기서 도 3 내지 도 7에 나타낸 참조 부호와 동일한 참조 부호는 동일한 구성을 갖고 동일한 작용을 하는 동일부재를 나타내므로, 반복적인 설명은 생략하기로 한다.8 is a structural diagram showing a state in which the reflective
상기 백라이트 유닛(300)은 광효율을 향상시키기 위한 반사형 편광필름(800)을 더 구비할 수 있다. 여기서, 상기 백라이트 유닛(300)은 상기 반사형 편광필름(800)과 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트(900)를 둘 다 구비하거나, 둘 중에 하나만 구비할 수 있다. 또한, 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트(900)는 액정패널(200)의 후면 유리기판(900)에 부착된 편광필름(240)에 부착되어 제작되거나, 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)와 일체형으로 제작될 수도 있다.The
상기 반사형 편광필름(800)은 상기 광도파로어레이(100)의 광도파로(110)와 상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400) 사이에 구비되어 백라이트유닛(300)의 광효율을 향상시키는 역할을 한다. 상기 반사형 편광필름(800)은 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)와 광도파로(110) 사이에 별도로 설치되거나, 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)의 하면에 일체형으로 설치되거나, 상기 광도파로(110)의 상면에 일체형으로 설치될 수 있으며, 모든 경우에 있어서 광학적 성능은 거의 유사하다. 또한 상기 반사형 편광필름(800)은 반사차광층(410)이나 슬릿시트(480)와 일체로 설치될 수 있다. The reflective
상기 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트(900)는 상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)의 성능을 보강하고, 광을 액정하위픽셀(210) 속으로 집광하여 효율을 증대시키는 역할을 한다. 상기 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트(900)에 포함되는 각 렌티큘러렌즈(910)는 광도파로(110R,110G,110B) 및 액정하위픽셀(210)과 동일한 간격으로 배치된다. 상기 각 렌티큘러렌즈(910)는 볼록한 형상을 가지며, 상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)의 렌티큘러렌즈(440) 상면에 설치된다. 또한, 상기 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트(900)는 액정패널(200)의 후면 유리기판(922)에 부착된 편광필름(240)에 부착될 수 있다.The second lenticular
상기 광도파로어레이(100)는 각 색에 대응하는 광의 분기를 위하여 광도파로기판(120)을 더 구비할 수 있다. 이러한 광도파로기판(120)은 각 광도파로(110)의 하부에 배치된다.The
상기 광도파로기판(120)은 상기 후면판(700) 표면의 거칠기나 광학적 특성이 광의 도파에 부적절한 경우에 대비하여 각 광도파로(110)를 구성하는 재질보다 광학적 굴절률이 높고 표면의 평면도가 우수한 유전체 물질이나, 가시광 영역에서 반사율이 높은 알루미늄, 은, 구리, 금 등의 금속 혹은 금속 박막이나, 가시광 반사율이 높은 다층박막으로 만들어지는 것이 바람직하다.The
이하, 상기 반사형 편광필름(800)이 추가 설치된 백라이트 유닛(300)이 적용된 액정표시장치에 대한 작용을 설명하도록 한다. 여기서도, 본 발명의 제1실시 예에서 설명된 내용과 중복되는 내용의 반복적인 설명은 생략하기로 한다. 또한, 설명의 편의를 위해 적색(R) LED에서 나오는 적색광을 이용해서 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation of the liquid crystal display device to which the
도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, R-광섬유(510R)를 따라 유도되어 온 적색광(R)은 후면판(700)의 상부에 설치된 R-광도파로(110R) 속으로 전달되고, R-광도파로(110R) 속으로 내부전반사에 의하여 유도되는 적색광(R)은 R-광도파로(110R)의 내부에 설치된 광분기구조(115)에 의하여 일부 분기되어 상부에 형성된 반사형 편광필름(800)과 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)을 통과하여 R-액정하위픽셀(210R) 속으로 들어간다.As illustrated in FIGS. 9 to 10, the red light R guided along the R-
상기 R-광섬유(510R) 내를 진행하는 비편광된 광(p, s)은 상기 광도파로 내부의 광분기구조(115)에서 산란되어 상부로 진행하나, 상기 반사형 편광필름(800)에서 액정패널(200)의 편광필름(240)의 투과편광축과 일치하는 p 편광은 투과하고, 상기 투과편광축과 수직한 s 편광은 반사한다. 상기 반사형 편광필름(800)를 통과한 p 편광은 상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(900)의 하면에서 상기 슬릿(420)을 통과하여 상부의 렌티큘러 렌즈 어레이(440)에 의해서 평행광이 되며, 상기 슬릿(420)의 폭(W)이 좁을수록 평행성은 우수해진다. 반사된 s 편광은 광도파로(110) 내부에서 진행하면서 편광이 변화하여 p 편광이 되면 반사형 편광필름(800)을 통과하여 액정하위픽셀(210)로 진행하게 된다.Non-polarized light (p, s) that proceeds in the R-optical fiber (510R) is scattered in the
상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)의 반사차광층(410)에 부딪친 광은 편광상태와 관계없이 모두 반사하여 다시 상기 R-광도파로(110R) 속으로 되돌아와서 리사이클링(Recycling)하면서 슬릿으로 진행하게 되고 다시 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)로 진행하게 되어 광효율이 높아지게 된다.The light hitting the reflective
상기 반사차광층(410)은 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)의 하면에 설치되거나, 또는 광도파로(110)의 상면에 일체형으로 설치되거나, 또는 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트와 광도파로어레이 사이에 별도로 슬릿을 구비한 슬릿시트(480) 형태로 설치될 수도 있으며, 모두 광학적 성능은 동일하다.The reflective
한편, 액정하위픽셀(210R,210G,210B)을 통과한 광은 전면유리기판(925) 외부에 부착된 편광필름(250)를 통과한 후 확산시트(260)에 의하여 확산되어 적절한 휘도와 시야각을 형성하게 된다. 상기 확산시트(260)는 대표적으로 마이크로 렌즈 어레이 시트, 마이크로 렌티큘러렌즈 어레이 시트, 또는 비드가 포함된 투명 수지가 코팅된 시트 등을 사용하여 제작될 수 있다. 또는 표면에 산란패턴이나 그루브 등이 설치되어 광을 확산할 수 있으며, 기타 광을 확산할 수 있는 기능이 포함된 광학시트는 가능하다. Meanwhile, the light passing through the liquid crystal subpixels 210R, 210G, and 210B passes through the
도 10을 참조하면, 광섬유(510)에서 나온 광이 광도파로(110) 속으로 입사한 후 광도파로(110) 내부에 설치된 광분기구조(115)에 의하여 광이 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400) 방향으로 분리하는 원리를 나타낸다. 상기 광도파로(110)의 하면에 설치되는 광분기구조(115)는 마이크로 실린드리컬 구조, 마이크로렌즈 구조, 프리즘 구조, 그루브(Groove) 구조, 또는 산란 패턴 등의 마이크로 광구조물을 설치함으로써 광도파로(110) 내부를 진행하는 광이 상기 마이크로 광분기구조(115)에 의하여 산란되어 광이 상부로 분기된다. 이때 마이크로 광분기구조(115)의 밀도를 광의 진행방향을 따라 증가시킴으로써 상부로 분기되는 광이 광도파로(110)를 따라서 균일하게 할 수 있다.Referring to FIG. 10, after the light emitted from the
도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 광도파로(110)의 단면구조는 광의 내부 전반사 효과에 의해서 광을 광도파로 내부에서 유도할 수 있는 구조여야 하며, 입광부의 단면이 사각 구조(110;도 11a 참조), 반구형 구조(110';도 11b 참조), 사다리꼴 구조(110";도 11c 참조)와 같은 것들이 가능하다. 11A to 11C, the cross-sectional structure of the
이하, 본 발명의 제2실시 예에 따른 백라이트 유닛(300)이 적용된 액정표시장치에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a liquid crystal display device to which the
도 12는 본 발명의 제2실시 예에 따른 백라이트 유닛(300)을 나타낸 구조도이다. 다만, 여기에서도 도 3 내지 도 11에 나타낸 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성과 동일한 작용을 하는 동일부재를 나타내므로, 반복적인 설명은 생략하도록 한다.12 is a structural diagram illustrating a
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시 예에 따른 백라이트 유닛(300)은, 3색 자발광원 어레이(150)와, 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)를 포함한다. 아울러, 반사형 편광필름(800)과, 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트(900)를 선택적으로 더 구비할 수 있다.As shown in FIG. 12, the
상기 백라이트 유닛(300)의 상부에 설치되는 액정패널(200)은 3색의 광(R,G,B)에 각각 대응하는 다수의 액정하위픽셀(210;210R,210G,210B)을 포함한다.The
상기 백라이트유닛(300)은 상기 액정패널(200)의 하부에 배치되며, 3색의 광(R,G,B)을 조사하는 다수의 3색 자발광원(150;150R,150G,150B)을 포함한다. 이러한 3색 자발광원(150)으로는 적색, 녹색, 청색의 유기발광소자(OLED;Organic Light Emitting Diode,150), 또는 적색, 녹색, 청색의 양자점(Quantum Dot)을 사용할 수 있다. 양자점 자발광원은 직경 약 10 나노미터의 반도체 결정(예; CdS, CdSe, ZnS 등)으로서, 바깥층에 폴리머가 코팅될 수도 있으며, 반도체 결정의 직경의 크기에 따라서 적색, 녹색, 청색 등의 파장의 빛을 발생할 수 있어서 OLED와 함께 본 발명의 3색 자발광원으로 사용할 수 있다.The
상기 3색의 자발광원 어레이(150;150R,150G,150B)는 상기 다수의 액정하위픽셀(210;210R,210G,210B)과 동일한 간격으로 설치되며, 상기 3색의 자발광원 어레이(150)는 후면판(700)의 상부에 구비된다. The three color self-emitting source arrays 150 (150R, 150G, 150B) are installed at the same interval as the plurality of liquid crystal subpixels (210; 210R, 210G, 210B), and the three color self-emitting
상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)는 반사차광층(410)과, 슬릿(420)과, 투명기판(430)과, 렌티큘러 렌즈 어레이(440)로 이루어지고, 상기 반사차광층(410) 이 구비됨으로 인하여 이웃하는 픽셀 사이의 색혼신을 방지할 수 있게 된다. 렌티큘러렌즈(440) 사이에 차광벽(450)이 추가되면 색혼신이 거의 없어져서 컬러필터를 제가하는 것이 가능하게 된다. 또한, 상기 반사차광층(410)은 별도의 슬릿시트(480)로 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)와 3색 자발광원 어레이(150) 사이에 설치되거나, 또는 상기 3색 자발광원(150)의 상면에 일체형으로 설치될 수도 있다. 상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)는 본 발명의 제1실시 예에서 설명되었으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The first lenticular
상기 액정패널(200) 내부에 설치되는 R,G,B 컬러필터(920)는 제거될 수도 있지만, 화면의 안정성과 색혼신을 최소화하기 위하여 그대로 둘 수도 있다. 즉, 상기 컬러필터(920)는 필수적으로 구비되는 것은 아니며, 선택적으로 구비될 수 있다.The R, G, and
또한, 3색의 광(R,G,B)을 상기 액정하위픽셀(210;210R,210G,210B)과 컬러필터(920) 속으로 집광하여 효율을 더 향상시키는 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트(900)을 선택적으로 추가 설치 가능하다.The second lenticular
상기 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트(900)는 상기 액정패널(200)과 상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400) 사이에 설치되고, 상기 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트(900)는 상기 액정패널(200)의 액정하위픽셀(210)에 대응하도록 배치된 복수의 렌티큘러렌즈(910)을 포함한다. 상기 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트(900) 역시 본 발명의 제1실시 예에서 설명되었으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The second lenticular
상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)와 상기 3색 자발광원 어레이(150)의 3색 자발광원(150R,150G,150B) 사이에는 광효율을 향상시키기 위한 반사형 편광필름(800)이 배치될 수 있으며, 상기 반사형 편광필름(800)은 상기 반사차광층(410) 또는 상기 슬릿시트(480)와 일체로 형성될 수 있다.The reflective
도 13은 상기한 3색 자발광원의 평면 배치도를 나타낸다. 상기 후면판(700)의 상부에 다수의 3색 자발광원(150)이 구비됨으로 인하여 구획단위로 ON/OFF 전원을 인가하는 지역분할구동 기술(Local Dimming Technology)을 적용시킬 수 있으며, 지역분할구동을 함으로 인하여 콘트라스트를 높이고, 전력소모를 추가로 줄이는 것이 가능하다. 도 13에 도시된 바와 같이, 지역분할 구동의 단위는 블록(990) 단위로 구동하며, 블록의 최소 단위는 하나의 선형 자발광원까지 가능하다. 블록(990)의 단위가 작을수록 더욱 우수한 화질의 구현이 가능하다.Fig. 13 shows a planar layout view of the three-color self-luminous sources. Since a plurality of three-color self-emitting
따라서 3색에 각각 대응하는 자발광원을 이용하여 3색에 각각 대응하는 액정하위픽셀(210)에 3색의 광을 뿌려줌으로써 광에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400)를 사용함으로 인하여 집광이 용이하며, 액정패널(200)과 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트(400) 사이에 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트(900)를 구비함으로 인하여 광효율을 추가로 향상시킬 수 있다. 또한, 자발광원을 3색 광원으로 사용함으로써 제1실시예에서 적용된 광섬유 어레이(510)와 광혼합기(600) 등의 광학 부품을 제거하여 더욱 간단하면서도 효율적인 백라이트 유닛(300)의 제작이 가능하다.Therefore, the light energy efficiency can be greatly improved by spraying three colors of light onto the
LED를 대신하여 대안적으로 자발광원 어레이(150)의 자발광원(150R,150G,150B)을 3색 광원으로 사용하는 제2실시 예에서는 다수의 LED를 광원으로 채택할 때 나타나는 개별적 LED 사이의 광학적 특성 편차가 없고, 또한 액정패널(200)이 없이 직접 OLED를 화소로 사용하는 AMOLED(Active-Matrix OLED) 디스플레이에서 각 픽셀마다 필요로 하는 다수의 박막형 트랜지스터(TFT;Thin Film Transistor)가 불필요하다는 장점이 부각된다.In the second embodiment in which the self-
도 14는 본 발명의 타당성을 증명하기 위하여 시행된 광학 시뮬레이션의 결과를 나타내며, 액정하위픽셀(210)이 위치한 지점에서 R,G,B 액정하위픽셀(210R,210G.210B)과 동일한 간격으로 나란히 R,G,B 라인이 형성되어 R,G,B 액정하위픽셀(210R,210G.210B) 속으로 R,G,B 광이 입사함을 보여주며, 본 출원의 고효율성이 타당함을 나타내고 있다.
FIG. 14 shows the results of an optical simulation conducted to prove the validity of the present invention, and is parallel to the R, G, B liquid crystal subpixels 210R, 210G. 210B at the point where the
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
100 : 광도파로 어레이 110 : 광도파로
200 : 액정패널 210 : 액정하위픽셀
300 : 백라이트유닛 310 : 3색광원
400 : 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트 410 : 반사차광층
420 : 슬릿 430 : 투명기판
440 : 렌티큘러렌즈 어레이 450 : 차광벽
480 : 슬릿시트 500 : 광섬유 어레이
510 : 광섬유 600 : 광혼합기
700 : 후면판 710 : 광섬유 고정자
800 : 반사형 편광필름 900 : 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트
910 : 렌티큘러렌즈100: optical waveguide array 110: optical waveguide
200: liquid crystal panel 210: liquid crystal subpixel
300: backlight unit 310: three-color light source
400: first lenticular lens array sheet 410: reflective light shielding layer
420: slit 430: transparent substrate
440
480: slit sheet 500: optical fiber array
510: optical fiber 600: optical mixer
700: rear panel 710: optical fiber stator
800: reflective polarizing film 900: second lenticular lens array sheet
910: Lenticular Lens
Claims (25)
컬러영상을 구현하기 위하여 3색의 광을 각각 조사하는 복수의 3색 광원;
상기 액정패널 속에 설치된 복수의 액정하위픽셀에 각각 대응하도록 설치되어, 상기 3색 광원으로부터 조사된 3색의 광을 내부전반사를 통해 유도하면서 상기 복수의 액정하위픽셀 쪽으로 수직 분기하도록 서로 나란하게 배치된 복수의 광도파로가 구비된 광도파로 어레이; 및
상기 광도파로 어레이의 상부와 상기 액정패널 사이에 배치되어 상기 3색 광원에서 조사된 3색의 광을 각각 평행광으로 변환하는 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트를 포함하는 백라이트 유닛.
It is disposed under the liquid crystal panel including a plurality of liquid crystal subpixels respectively corresponding to three colors of light to irradiate three colors of light,
A plurality of three-color light source for irradiating three colors of light to implement a color image;
Installed to correspond to the plurality of liquid crystal subpixels installed in the liquid crystal panel, and arranged side by side to vertically branch toward the plurality of liquid crystal subpixels while guiding the three colors of light emitted from the three color light sources through the internal reflection. An optical waveguide array having a plurality of optical waveguides; And
And a first lenticular lens array sheet disposed between an upper portion of the optical waveguide array and the liquid crystal panel to convert light of three colors irradiated from the three color light sources into parallel light.
상기 3색 광원은,
빛의 3원색을 구성하는 적색, 녹색, 청색을 각각 방출하는 적색, 녹색, 청색의 LED(Light Emitting Diode),
백색 LED에서 나오는 백색광을 분광소자를 이용하여 분광하여 얻어지는 적색, 녹색, 청색의 광,
적색, 녹색, 청색을 각각 방출하는 적색, 녹색, 청색 OLED(Organic Light Emitting Diode) 및
적색, 녹색, 청색을 각각 방출하는 양자점(Quantum Dot) 중 선택된 어느 하나인 백라이트 유닛.
The method according to claim 1,
The three color light source,
Red, green, and blue light emitting diodes (LEDs) emitting red, green, and blue, respectively, constituting the three primary colors of light,
Red, green, and blue light obtained by spectroscopic white light emitted from a white LED using a spectroscopic element,
Red, green, and blue organic light emitting diodes (OLEDs) emitting red, green, and blue, respectively;
The backlight unit is any one selected from quantum dots emitting red, green, and blue, respectively.
상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트는,
상기 광도파로에서 분기되는 광을 반사 또는 통과시키는 슬릿이 형성된 반사차광층과,
상기 슬릿을 통과한 광을 상부로 전달하는 투명기판과,
상기 슬릿과 상기 투명기판을 통과한 광을 굴절시켜 상기 액정패널로 전달하는 복수의 렌티큘러렌즈를 구비한 렌티큘러 렌즈 어레이를 포함하는 백라이트 유닛.
The method according to claim 1,
The first lenticular lens array sheet,
A reflective light shielding layer having slits for reflecting or passing the light branched from the optical waveguide;
A transparent substrate for transmitting the light passing through the slit to the top;
And a lenticular lens array having a plurality of lenticular lenses that refract light passing through the slit and the transparent substrate to be transmitted to the liquid crystal panel.
상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트는,
서로 이웃하는 상기 렌티큘러렌즈 및 액정하위픽셀 사이의 색혼신을 제거하기 위하여 상기 복수의 렌티큘러렌즈 사이에 수직방향으로 각각 배치된 복수의 차광벽을 더 포함하는 백라이트 유닛.
The method according to claim 3,
The first lenticular lens array sheet,
And a plurality of light blocking walls respectively disposed in a vertical direction between the plurality of lenticular lenses to remove color interference between the lenticular lens and the liquid crystal subpixels adjacent to each other.
상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트와 상기 광도파로 어레이 사이에 배치되어 광을 선택적으로 반사시키거나 통과시키는 슬릿시트를 더 포함하는 백라이트 유닛.
The method according to claim 1,
And a slit sheet disposed between the first lenticular lens array sheet and the optical waveguide array to selectively reflect or pass light.
상기 광도파로 어레이는,
상기 복수의 광도파로 상면에 배치되어 광을 선택적으로 반사시키거나 통과시키는 슬릿을 더 포함하는 백라이트 유닛.
The method according to claim 1,
The optical waveguide array,
And a slit disposed on an upper surface of the plurality of optical waveguides to selectively reflect or pass light.
상기 각 광도파로는,
입광부의 단면이 사각형, 반구형, 타원형 및 사다리꼴 중 선택된 하나의 형상이고,
길이방향은 직선 형태인 백라이트 유닛.
The method according to claim 1,
Each optical waveguide,
The cross section of the light incident portion is a shape selected from one of rectangular, hemispherical, elliptical and trapezoidal,
The backlight unit is a straight line in the longitudinal direction.
상기 3색 광원으로부터 조사된 3색의 광을 각 색에 대응하여 상기 광도파로 어레이의 각 광도파로에 전달하는 복수의 광섬유를 구비한 광섬유 어레이를 더 포함하는 백라이트 유닛.
The method according to claim 1,
And a plurality of optical fiber arrays having a plurality of optical fibers for transmitting the three colors of light emitted from the three color light sources to the respective optical waveguides of the optical waveguide array in correspondence with each color.
상기 각 광섬유는 1개의 입력단과 복수의 출력단을 갖는 분기형으로 이루어진 백라이트 유닛.
The method according to claim 8,
Each of the optical fibers has a branch type having a single input terminal and a plurality of output terminals.
상기 각 광섬유 입구단에 설치되어, 상기 복수의 3색 광원으로부터 각각 조사되는 3색의 광을 각 색별로 균일하게 혼합하여 상기 각 광섬유 쪽으로 균등하게 분배하는 복수의 광혼합기와,
상면에 상기 광섬유 어레이의 각 광섬유 및 상기 광도파로 어레이가 고정되는 후면판을 더 포함하는 백라이트 유닛.
The method according to claim 8,
A plurality of light mixers installed at each of the optical fiber inlet ends and uniformly mixing the three colors of light irradiated from the plurality of three color light sources for each color to distribute the light evenly toward the respective optical fibers;
And a backplane having a top surface fixed to each optical fiber of the optical fiber array and the optical waveguide array.
상기 광혼합기는 원통형, 사각기둥형 및 다각기둥형 중 선택된 하나의 형상인 백라이트 유닛.
The method of claim 10,
The light mixer is a backlight unit of the selected shape of the cylindrical, rectangular columnar and polygonal columnar.
상기 후면판은,
상기 광섬유 어레이의 각 광섬유의 출구단을 고정하는 복수의 광섬유 고정자가 더 구비되는 백라이트 유닛.
The method of claim 10,
The backplane,
And a plurality of optical fiber stators for fixing an exit end of each optical fiber of the optical fiber array.
상기 광도파로 어레이와 상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트 사이에 배치되어 광효율을 향상시키기 위한 반사형 편광필름을 더 포함하는 백라이트 유닛.
The method according to claim 1,
And a reflective polarizing film disposed between the optical waveguide array and the first lenticular lens array sheet to improve light efficiency.
상기 반사형 편광필름은 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트 또는 광도파로 어레이와 일체인 백라이트 유닛.
The method according to claim 13,
The reflective polarizing film is integrated with the first lenticular lens array sheet or the optical waveguide array backlight unit.
상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트와 상기 액정패널 사이에 설치되고, 상기 액정하위픽셀에 대응하도록 배치된 복수의 렌티큘러렌즈를 포함하며, 상기 액정하위픽셀로 집광이 용이하도록 하는 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트를 더 포함하는 백라이트 유닛.
The method according to any one of claims 1 to 14,
A second lenticular lens array sheet disposed between the first lenticular lens array sheet and the liquid crystal panel, the second lenticular lens array sheet including a plurality of lenticular lenses disposed to correspond to the liquid crystal subpixels, and easily condensing to the liquid crystal subpixels. Further comprising a backlight unit.
상기 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트는,
상기 액정패널 또는 상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트와 일체인 백라이트 유닛.
The method according to claim 15,
The second lenticular lens array sheet,
And a backlight unit integrated with the liquid crystal panel or the first lenticular lens array sheet.
상기 액정패널 속에 설치된 복수의 액정하위픽셀에 각각 대응하도록 설치되어, 3색 광을 상기 복수의 액정하위픽셀 쪽으로 조사하도록 서로 나란하게 배치된 복수의 3색 자발광원을 구비하는 3색 자발광원 어레이; 및
상기 3색 자발광원 어레이 상부와 상기 액정패널 사이에 배치되어 상기 3색 자발광원에서 조사된 3색의 광을 각각 평행광으로 변환하는 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트를 포함하는 백라이트 유닛.
It is disposed under the liquid crystal panel including a plurality of liquid crystal subpixels respectively corresponding to three colors of light to irradiate three colors of light,
A three-color self-emitting source array having a plurality of three-color self-luminous sources arranged in parallel with each other so as to correspond to the plurality of liquid crystal subpixels provided in the liquid crystal panel, and arranged in parallel with each other to radiate three-color light toward the plurality of liquid crystal subpixels; And
And a first lenticular lens array sheet disposed between the three-color self-emitting source array and the liquid crystal panel to convert three colors of light emitted from the three-color self-emitting source into parallel light.
상기 3색 자발광원은,
각각 적색, 녹색, 청색을 방출하는 OLED 또는
각각 적색, 녹색, 청색을 방출하는 양자점(Quantum Dot) 중 선택된 어느 하나인 백라이트 유닛.
18. The method of claim 17,
The three-color self-luminous source,
OLEDs emitting red, green, and blue, respectively
The backlight unit is any one selected from quantum dots emitting red, green, and blue, respectively.
상기 액정패널과 상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트 사이에 설치되고, 상기 액정하위픽셀에 대응하도록 배치된 복수의 렌티큘러렌즈를 포함하며, 상기 액정하위픽셀로 집광이 용이하도록 하는 제2렌티큘러렌즈 어레이 시트를 더 포함하는 백라이트 유닛.
18. The method of claim 17,
A second lenticular lens array sheet disposed between the liquid crystal panel and the first lenticular lens array sheet, the second lenticular lens array sheet including a plurality of lenticular lenses disposed to correspond to the liquid crystal subpixels, and easily condensing to the liquid crystal subpixels. Further comprising a backlight unit.
상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트는,
상기 3색 자발광원에서 조사된 광을 반사 또는 통과시키는 슬릿이 형성된 반사차광층과,
상기 슬릿을 통과한 광을 상부로 전달하는 투명기판과,
상기 슬릿과 상기 투명기판을 통과한 광을 굴절시켜 상기 액정패널로 전달하는 복수의 렌티큘러렌즈를 구비한 렌티큘러 렌즈 어레이를 포함하는 백라이트 유닛.
18. The method of claim 17,
The first lenticular lens array sheet,
A reflection light shielding layer formed with a slit for reflecting or passing the light emitted from the three color light emitting sources;
A transparent substrate for transmitting the light passing through the slit to the top;
And a lenticular lens array having a plurality of lenticular lenses that refract light passing through the slit and the transparent substrate to be transmitted to the liquid crystal panel.
상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트는,
서로 이웃하는 상기 렌티큘러렌즈 및 액정하위픽셀 사이의 색혼신을 제거하기 위하여 상기 복수의 렌티큘러렌즈 사이에 수직방향으로 각각 배치된 복수의 차광벽을 더 포함하는 백라이트 유닛.
The method of claim 20,
The first lenticular lens array sheet,
And a plurality of light blocking walls respectively disposed in a vertical direction between the plurality of lenticular lenses to remove color interference between the lenticular lens and the liquid crystal subpixels adjacent to each other.
상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트와 상기 3색 자발광원 어레이 사이에 배치되어 광을 선택적으로 반사시키거나 통과시키는 슬릿시트를 더 포함하는 백라이트 유닛.
18. The method of claim 17,
And a slit sheet disposed between the first lenticular lens array sheet and the tricolor self-luminous source array to selectively reflect or pass light.
상기 제1렌티큘러렌즈 어레이 시트와 상기 3색 자발광원 어레이 사이에 배치되어 광효율을 향상시키기 위한 반사형 편광필름을 더 포함하는 백라이트 유닛.
18. The method of claim 17,
And a reflective polarizing film disposed between the first lenticular lens array sheet and the three-color self-emitting source array to improve light efficiency.
상기 반사형 편광필름은 상기 반사차광층 또는 상기 슬릿시트와 일체인 백라이트 유닛.
24. The method of claim 23,
The reflective polarizing film is integral with the reflective light blocking layer or the slit sheet.
상기 3색 자발광원 어레이는,
상기 복수의 3색 자발광원 상면에 배치되어 광을 선택적으로 반사시키거나 통과시키는 슬릿을 더 포함하는 백라이트 유닛.18. The method of claim 17,
The three-color self-emitting source array,
And a slit disposed on the plurality of three-color self-luminous sources to selectively reflect or pass light.
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