KR20170143352A - 액정표시장치 - Google Patents

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KR20170143352A
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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 고휘도를 구현하는 동시에 경량 및 박형의 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 백라이트 유닛에 제 2 확산층을 포함하는 1장의 집광시트와 도광판의 상, 하부면에 제 1집광층과 하면출광패턴을 구비하고, 반사판에는 제 1 확산층과 저굴절층을 더욱 구비하는 것이다.
이를 통해, 도광판 상부로 다수의 광학시트를 개재하지 않아도, 도광판 내부로 입사된 광을 균일하게 고품위의 면광원으로 가공하여 액정패널로 제공하게 된다. 따라서, 여러장의 광학시트에 의해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있어 고휘도의 면광원을 액정패널로 제공할 수 있다.
또한, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있으며, 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시키게 된다.　

Description

액정표시장치{Liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 고휘도를 구현하는 동시에 경량 및 박형의 액정표시장치에 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 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있는데, 액정표시장치는 자체 발광요소를 갖지 못하는 소자로 별도의 광원을 요구하게 된다.
이에 따라, 액정패널의 배면으로는 광원을 구비한 백라이트 유닛(backlight unit)이 마련되어 액정패널 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 휘도의 화상이 구현된다.
한편, 일반적인 백라이트 유닛은 광원의 배열구조에 따라 사이드라이트(side light)방식과 직하형(direct type)방식으로 구분되는데, 사이드라이트방식은 하나 또는 한쌍의 광원이 도광판의 일측부에 배치되는 구조를 가지거나, 두개 또는 두쌍의 광원이 도광판의 양측부 각각에 배치된 구조를 가지며, 직하형방식은 수개의 광원이 광학시트의 하부에 배치된 구조를 갖는다.
여기서, 사이드라이트방식은 직하형방식에 비해 제작이 용이하며, 직하형에 비해 박형으로 무게가 가볍고 소비전력이 낮은 이점을 갖는다.
도 1은 일반적인 사이드라이트방식 백라이트 유닛을 이용하는 액정표시장치의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 액정패널(10)과 백라이트 유닛(20), 그리고 가이드패널(30)과 커버버툼(50), 케이스탑(40)으로 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.
이때, 액정패널(10)의 제 1 제 2 기판(12, 14)의 각 외면으로는 특정 광만을 선택적으로 투과시키는 편광판(19a, 19b)이 부착된다.
그리고, 액정패널(10) 후방으로는 가이드패널(30)의 적어도 일측 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 LED 어셈블리(29)와, 커버버툼(50) 상에 안착되는 백색 또는 은색의 반사판(25)과, 이러한 반사판(25) 상에 안착되는 도광판(23) 그리고 이의 상부로 개재되는 광학시트(21)를 포함하는 백라이트 유닛(20)이 구비된다.
여기서, LED 어셈블리(29)는 다수의 LED(29a)와 다수의 LED(29a)가 실장되는 PCB(29b)로 이루어진다.
이러한 액정패널(10)과 백라이트 유닛(20)은 가장자리가 사각테 형상의 가이드패널(30)로 둘려진 상태로 액정패널(10) 상면 가장자리를 두르는 케이스탑(40) 그리고 백라이트 유닛(20) 배면을 덮는 커버버툼(50)이 각각 전후방에서 결합되어 가이드패널(30)을 매개로 일체화된다.
따라서 LED어셈블리(29)로부터 발한 광은 도광판(23)으로 입사된 후 액정패널(10) 방향으로 면광원으로 출광하게 되고, 광학시트(21)를 통과하는 동안 균일 휘도의 고품위로 가공되어 액정패널(10)에 입사되어, 이로써 액정패널(10)은 외부로 화상을 표시하게 된다.
한편, 실질적으로 광을 공급하는 다수의 LED(29a)를 포함하는 LED어셈블리(29)가 도광판(23)의 일측에만 위치함에 따라, 도광판(23)으로부터는 전방으로 보다 LED어셈블리(29)가 위치하는 반대측 방향을 향해 더욱 많은 양의 광이 출광하게 된다.
따라서, 도광판(23)의 전방으로 많은 양의 광이 출광되어 액정패널(10)로 많은 양의 광이 입사되도록 하기 위하여, 도광판(23) 상부로는 적어도 3장의 집광시트와 확산시트 등을 포함하는 여러장의 광학시트(21)가 개재되는 구성이 필수적이다.
그러나, 이와 같이 여러장의 광학시트(21)를 도광판(23) 상부로 위치시킬 경우, 도광판(23)의 전방으로 많은 양의 광이 출광되도록 할 수는 있으나, 도광판(23)의 전방으로 위치하는 광학시트(21)에 의해 광효율이 낮아지게 되는 문제점을 야기하게 된다.
즉, LED 어셈블리(29)의 LED(29a)로부터 출광되는 광량이 100%일 경우 도광판(23)을 통과한 광이 집광시트와 확산시트의 여러장의 광학시트(21)를 통과하는 광양은 50%에도 미치지 못한다.
이는 도광판(23)을 통과한 광이 여러장의 광학시트(21)를 투과하는 과정에서, 여러장의 광학시트(21)에 의해 많은 양의 광이 흡수되거나 소멸되어 손실되기 때문이다.
또한, 여러장의 광학시트(21)를 사용함으로써 최근 요구되어지고 있는 액정표시장치의 박형 및 경량을 저해하게 되며, 액정표시장치의 모듈화 공정에 있어서 작업 공정시간이 증가되어 공정의 효율성이 저하되는 문제점 또한 야기하게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광효율이 향상된 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 하며, 이를 통해 고휘도의 액정표시장치를 제공하고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
또한, 액정표시장치의 경량 및 박형을 구현하는 동시에 액정표시장치의 모듈화과정에서 조립시간 단축 및 재료비용을 절감하고자 하는 것을 제 3 목적으로 한다.
전술한 바와 같이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 액정패널과, 상기 액정패널의 하부에 위치하며, 상기 액정패널의 배면과 대응되는 상부면에 제 1 집광층이 구비되며, 하부면에 하면출광패턴이 구비된 도광판과, 상기 도광판의 하부에 위치하며, 상기 도광판의 하부면으로부터 순차적으로 제 1 확산층, 저굴절층, 반사층이 구비되는 반사판과, 상기 도광판의 상부에 위치하며, 상부면으로 제 2 집광층이 구비되며, 하부면으로 제 2 확산층이 구비되는 집광시트와, 상기 도광판의 입광면을 따라 배열되는 LED 어셈블리를 포함하며, 상기 하면출광패턴은 상기 도광판 내부로 입사된 광 중 일부 광을 상기 반사판을 향해 출사되도록 하는 액정표시장치를 제공한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 백라이트 유닛에 제 2 확산층을 포함하는 1장의 집광시트와 도광판의 상, 하부면에 제 1집광층과 하면출광패턴을 구비하고, 반사판에는 제 1 확산층과 저굴절층을 더욱 구비함으로써, 도광판 상부로 다수의 광학시트를 개재하지 않아도, 도광판 내부로 입사된 광을 균일하게 고품위의 면광원으로 가공하여 액정패널로 제공하는 효과를 갖는다.
이를 통해, 여러장의 광학시트에 의해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있어 고휘도의 면광원을 액정패널로 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있는 효과가 있으며, 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 사이드라이트방식 백라이트 유닛을 이용하는 액정표시장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 백라이트 유닛에 대한 분해 사시도.
도 4a ~ 4c는 하면출광패턴을 개략적으로 도시한 사시도.
도 5는 도 3의 단면을 개략적으로 도시한 단면도.
도 6a ~ 6b는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛의 휘도를 비교 측정한 시뮬레이션 결과.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 크게 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120), 그리고 가이드패널(130), 케이스탑(140), 커버버툼(150)으로 구성된다.
이때, 설명의 편의를 위해 도면상의 방향을 정의하면, 액정패널(110)의 표시면이 전방을 향한다는 전제 하에 백라이트 유닛(120)은 액정패널(110)의 후방에 배치되고, 이들의 외곽을 사각테 형상의 가이드패널(130)이 두른 상태로 액정패널(110)의 전방으로는 케이스탑(140)이 위치하며 백라이트 유닛(120)의 배면으로는 커버버툼(150)이 위치하여, 전후방에서 결합되어 일체화된다.
이들 각각에 대해 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
먼저, 액정패널(110)은 액정표시장치의 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서, 서로 대면 합착된 제 1 기판(112) 및 제 2 기판(114)과, 이의 사이에 개재되는 액정층(미도시)을 포함한다.
도면상에 나타나지는 않았지만 하부기판 또는 어레이기판이라 불리는 제 1 기판(112)의 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 화소(pixel)가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(thin film transistor : TFT)가 구비되어 각 화소에 형성된 투명 화소전극과 일대일 대응 연결되어 있다.
그리고 상부기판 또는 컬러필터기판이라 불리는 제 2 기판(114)의 내면으로는 각 화소에 대응되는 일예로 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러의 컬러필터(color filter) 및 이들 각각을 두르며 게이트라인과 데이터라인 그리고 박막트랜지스터 등을 가리는 블랙매트릭스(black matrix)가 구비된다.
또한, 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러의 컬러필터 및 블랙매트릭스를 덮는 투명 공통전극이 마련되어 있다.
그리고 제 1 및 제 2 기판(112, 114)과 액정층(미도시)의 경계부분에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 상, 하부 배향막(미도시)이 개재되고, 제 1 및 제 2 기판(112, 114) 사이로 충진되는 액정층(미도시)의 누설을 방지하기 위해 양 기판(112, 114)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern : 미도시)이 형성된다.
또한 제 1 및 제 2 기판(112, 114)의 외면으로는 특정 광 만을 선택적으로 투과시키는 편광판(119a, 119b, 도 5 참조)이 각각 부착된다.
이 같은 액정패널(110)의 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판이나 테이프케리어패키지(tape carrier package : TCP)와 같은 연결부재(116)를 매개로 인쇄회로기판(117)이 연결되어 모듈화 과정에서 커버버툼(150) 배면으로 젖혀 밀착된다.
따라서, 액정패널(110)은 게이트라인으로 주사 전달된 박막트랜지스터의 온/오프(on/off) 신호에 의해 각 게이트라인 별로 선택된 박막트랜지스터가 온(on) 되면 해당 화소전극으로 데이터라인의 화상신호가 전달되고, 이로 인해 발생되는 화소전극과 공통전극 사이의 전기장에 의해 액정분자의 배열방향이 변화되어 투과율의 차이를 나타낸다.
그리고 본 발명에 따른 액정표시장치에는 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에서 광을 공급하는 백라이트 유닛(120)이 구비된다.
백라이트 유닛(120)으로부터 구현되는 고휘도의 면광원은 액정패널(110)로 제공되어, 액정패널(110)은 화상을 표시하게 된다.
백라이트 유닛(120)은 커버버툼(150)의 길이방향의 적어도 일 가장자리를 따라 배열되는 LED어셈블리(129)와, 반사판(400)과, 이러한 반사판(400) 상에 안착되는 도광판(300), 그리고 도광판(300) 상부로 위치하는 광학시트(200)를 포함한다.
LED 어셈블리(129)는 백라이트 유닛(120)의 광원으로서, 다수개의 LED(129a)와, 다수개의 LED(129a)가 일정 간격 이격하여 장착되는 PCB(129b)를 포함한다.
이러한 다수의 LED(129a)로부터 출사되는 광이 입사되는 도광판(300)은 상부면(311a, 도 3 참조)에 제 1 집광층(313)을 포함하며 하부면(311b, 도 3 참조)에는 하면출광패턴(315)을 포함함으로써, LED(129a)로부터 입사된 광을 여러번의 전반사에 의해 도광판(300) 내부를 진행하도록 하여 광이 도광판(300) 내부로 고르게 퍼지도록 하는 동시에 일부 광을 도광판(300)의 하부에 위치하는 반사판(400)을 향해 출사되도록 한다.
그리고, 반사판(400)은 제 1 확산층(413, 도 3 참조)과 저굴절층(415, 도 3 참조)이 더욱 구비되어, 도광판(300)의 하부면(311b, 도 3 참조)을 통과한 광을 액정패널(110) 쪽으로 반사시킴으로써 액정패널(110)로 고휘도의 면광원을 제공하게 된다.
이때, 도광판(300) 상부의 광학시트는 제 2 확산층(205, 도 3 참조)을 포함하는 1장의 집광시트(200)로만 이루어지는데, 도광판(300)의 제 1 집광층(313)과 함께 도광판(300)을 통과한 광을 집광하여 액정패널(110)로 보다 고휘도의 면광원을 제공하게 된다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 백라이트 유닛(120)이 LED 어셈블리(129)와 도광판(300), 반사판(400) 그리고 1장의 집광시트(200)만으로 이루어진다.
이를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛(120)은 액정패널(110)로 고휘도의 면광원을 제공하면서도, 여러장의 광학시트(도 1의 21)가 구비됨에 따라 광 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 액정표시장치의 경량 및 박형을 구현할 수 있으며, 동시에 액정표시장치의 모듈화과정에서 조립시간 단축 및 재료비용 또한 절감할 수 있다.
이에 대해 추후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
이러한 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)은 케이스탑(140)과 가이드패널(130) 그리고 커버버툼(150)을 통해 모듈화된다.
여기서, 케이스탑(140)은 액정패널(110)의 상면 및 측면 가장자리를 덮도록 단면이“ㄱ”형태로 절곡된 사각테 형상으로, 케이스탑(140)의 전면을 개구하여 액정패널(110)에서 구현되는 화상을 표시하도록 구성한다.
또한, 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)이 안착하여 액정표시장치 전체 기구물 조립에 기초가 되는 커버버툼(150)은 사각모양의 하나의 판 형상으로 이의 가장자리가 소정높이 수직 절곡하여 구성한다.
이러한 커버버툼(150) 상에 안착되며 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)의 가장자리를 두르는 사각테 형상의 가이드패널(130)이 케이스탑(140) 및 커버버툼(150)과 결합된다.
이때, 케이스탑(140)은 탑커버 또는 탑케이스라 일컬어지기도 하고, 가이드패널(130)은 서포트메인 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(150)은 버텀커버 또는 하부커버라 일컬어지기도 한다.
한편, 최근 경량 및 박형의 액정표시장치를 구현하고자 케이스탑(140)과 커버버툼(150)을 삭제하고, 접착성테이프(미도시)와 가이드패널(130)을 통해 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)을 모듈화할 수도 있다. 이를 통해, 경량 및 박형을 구현할 수 있으면서도 재료비용 또한 절감할 수 있다.
전술한 본 발명의 액정표시장치는 백라이트 유닛(120)은 제 2 확산층(205, 도 3 참조)을 포함하는 1장의 집광시트(200)와 도광판(300)의 상, 하부면(311a, 311b, 도 3 참조)에 제 1집광층(313)과 하면출광패턴(315)을 구비하고, 반사판(400)에는 제 1 확산층(413, 도 3 참조)과 저굴절층(415, 도 3 참조)을 더욱 구비함으로써, 고휘도의 균일한 면광원을 액정패널(110)로 제공하게 된다.
즉, 본 발명의 액정표시장치는 도광판(300) 상부로 다수의 광학시트(도 1의 21)를 개재하지 않아도, 도광판(300) 내부로 입사된 광을 균일하게 고품위의 면광원으로 가공하여 액정패널(110)로 제공하게 된다.
이를 통해, 여러장의 광학시트(도 1의 21)에 의해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있어 고휘도의 면광원을 액정패널로 제공할 수 있다.
또한, 백라이트 유닛(120)의 구성요소가 많아 액정표시장치의 경량 및 박형을 저해하거나, 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간이 증가되어 공정의 효율성이 저하되었던 기존에 비해, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있으며, 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시키게 된다.　
즉, 본 발명은 효율적이면서도 성능이 우수한 백라이트 유닛(120)을 제공할 수 있다.
도 3은 도 2의 백라이트 유닛에 대한 분해 사시도이며, 도 4a ~ 4c는 하면출광패턴을 개략적으로 도시한 사시도이다.
그리고, 도 5는 도 3의 단면을 개략적으로 도시한 단면도로, 액정표시장치의 광의 진행과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 백라이트 유닛(120)은 커버버툼(도 2의 150) 상에 안착되는 백색 또는 은색의 반사판(400)과, 이의 일측 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 광원인 LED 어셈블리(129)와 반사판(400) 상에 안착되는 도광판(300) 그리고 도광판(300) 상부로 위치하는 1장의 집광시트(200)로 이루어진다.
LED 어셈블리(129)는 도광판(300)의 입광면(311c)과 대면하도록 도광판(300)의 일측에 위치하며, 이러한 LED 어셈블리(129)는 다수개의 LED(129a)와, 다수개의 LED(129a)가 일정 간격 이격하여 장착되는 PCB(129b)를 포함한다.　　　
이때, 다수의 LED(129a)는 도광판(300)의 입광면(311c)을 향하는 전방으로 각각 적(R), 녹(G), 청(B)의 색을 갖는 광을 발하며, 이러한 다수개의 RGB LED(129a)를 한꺼번에 점등시킴으로써 색섞임에 의한 백색광을 구현할 수 있다.
특히, 최근에는 발광효율 및 휘도 향상을 위하여, 발광효율 및 휘도가 우수한 청색 LED칩을 포함하는 청색 LED(129a)를 사용하고, 형광체로서 '세륨이 도핑된 이트륨 알루미늄 가넷(YAG:Ce)', 즉 옐로우 형광체로 이루어진 청색 LED(129a)가 이용되고 있다.
이러한, LED(129a)로부터 방출된 청색광은 형광체를 투과하여 형광체에 의해 방출된 옐로우광과 혼합됨으로써, 백색광을 구현하게 된다.
그리고, LED 어셈블리(129) 이외에도 음극전극형광램프(cold cathode fluorescent lamp)나 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp)와 같은 형광램프가 이용될 수 있다.
다수의 LED(129a)로부터 출사되는 광이 입사되는 도광판(300)은 LED(129a)로부터 입사된 광이 여러번의 전반사에 의해 도광판(300) 내를 진행하면서 도광판(300)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 액정패널(도 2의 110)에 면광원을 제공한다.
이에, 도광판(300)은 광을 투과시킬 수 있는 투과성 재료중의 하나인 아크릴계 투명수지인 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethylmethacrylate : PMMA)같은 플라스틱(plastic) 물질 또는 폴리카보네이트(polycarbonate : PC)계열에 의해 평면형태(flat type)로 제작된다.
이러한 도광판(300)은 투명성, 내후성, 착색성이 우수하여 광이 투과할 때 광의 확산을 유도한다.
이러한 도광판(300)은 LED 어셈블리(129)와 대응되는 입광면(311c)과 이에 대응되는 반대측의 반입광면(311d) 그리고 입광면(311c)과 반입광면(311d)을 연결하며 광이 출사되는 상부면(311a) 및 반사판(400)과 대면된 하부면(311b) 그리고 서로 마주보는 양 측면(311e, 311f)으로 이루어진다.
그리고, 도광판(300)의 상부면(311a)에는 광의 집광을 위한 제 1 집광층(313)이 구비되는데, 제 1 집광층(313)은 도면상으로 정의한 제 1 방향(X)의 도광판(300)의 길이방향에 수직한 방향을 가로지르는 방향을 따라 인접 배열됨으로써 횡단면으로 산과 골이 반복되는 띠 형상의 다수개의 프리즘산(313a)이 돌출 배열된다.
이를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 도광판(300)은 도광판(300)의 상부면(311a)으로 출사되는 빛을 집광시키게 된다.
또한, 도광판(300)의 하부면(311b)에는 하면출광패턴(315)이 구비되는데, 하면출광패턴(315)은 도광판(300) 내부로 입사된 광을 여러번의 전반사에 의해 도광판(300) 내부를 진행하도록 하여 광이 도광판(300) 내부로 고르게 퍼지도록 하는 동시에 일부 광을 도광판(300)의 하부에 위치하는 반사판(400)을 향해 출사되도록 한다.
하면출광패턴(315)은 도 4a에 도시한 바와 같이 반구(hemi sphere)형상으로 하부면(311b)으로부터 돌출되어 이루어지는데, 반구형상의 하면출광패턴(315)은 도광판(300)의 하부면(311b)에 양각형상으로 다수개가 일정간격 이격되어 분포 배치된다.
이때 반구형상의 하면출광패턴(315)은 10 ~ 500㎛의 지름(w)을 갖도록 형성되며, 하면출광패턴(315)의 높이(h)는 지름(w):높이(h) = 1: (0.5±10%)를 만족하도록 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 하면출광패턴(315)은 100㎛의 지름(w)을 갖도록 형성될 수 있는데, 이때 하면출광패턴(315)의 높이(h)는 50㎛를 갖도록 형성되는 것이다.
또한, 하면출광패턴(315)은 도 4b에 도시한 바와 같이, 단면이 역사다리꼴 형상으로 이루어져, 역사다리꼴 형상을 360°회전시킨 기둥형상이 하부면(311b)으로 돌출되어 이루어질 수 있다.
이때 단면이 역사다리꼴 형상인 하면출광패턴(315)은 10 ~ 500㎛의 지름(w)을 갖도록 형성되며, 높이(h)는 지름(w):높이(h) = 1: (0.7±10%)를 만족하도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 도 4c에 도시한 바와 같이, 하프프리즘(half prism) 형상으로 하부면(311b)으로부터 돌출되어 이루어질 수 있는데, 하프프리즘 형상의 하면출광패턴(315)은 10 ~ 500㎛의 지름(w)을 갖도록 형성되며, 높이(h)는 지름(w):높이(h) = 1: (0.58±10%)를 만족하도록 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 하프프리즘 형상의 하면출광패턴(315)은 장변의 제 1 경사면(315a)이 LED 어셈블리(129)를 향하는 일 방향을 향하도록 형성되며, 단변의 제 2 경사면(315b)은 이의 반대측인 타 방향을 향하도록 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 하프프리즘 형상의 하면출광패턴(315)의 장변의 제 1 경사면(315a)과 도광판(300)의 하부면(311b)이 이루는 각(a1)은 30(±10)도를 이루며, 단변의 제 2 경사면(315b)과 도광판(300)의 하부면(311b)이 이루는 각(a2)은 75(±10)도를 이루도록 형성하는 것이 바람직하다.
따라서, 도광판(300) 내부로 입사된 광은 도광판(300) 하부면(311b)에 구비되는 하면출광패턴(315)을 통해 여러번의 전반사에 의해 도광판(300) 내부를 진행하여 도광판(300) 내부로 고르게 퍼지는 동시에, 일부 광은 도광판(300)의 하부면(315b)을 통해 출사되게 된다.
이때, 도광판(300)의 하부로 출사하는 광은 도광판(300)의 하부에 위치하는 반사판(400)에 의해 반사되어 도광판(300)의 전방으로 다시 출사됨으로써, 광의 휘도를 향상시킨다.
이를 위해 반사판(400)에는 제 1 확산층(413)과 저굴절층(415)이 더욱 구비된다.
여기서, 반사판(400)의 구조에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 반사판(400)은 도광판(300)의 하부면(311b)으로 출사되는 광을 반사시키는 반사층(411)과, 광을 확산시키는 제 1 확산층(413) 그리고 반사층(411)과 제 1 확산층(413) 사이로 개재되어 광을 보다 확산시키는 저굴절층(415)을 포함한다.
반사층(411)은 백색 불투명 합성수지로 구성되는데 즉, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate : PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 아크릴수지(polymethly methacrylate : PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리올레핀(polyolefine), 셀룰로스 아세테이트(cellulose acetate), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride) 등의 합성수지에 산화티탄(TiO2), 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 탄산납(PbCO3), 황산바륨(BaSO4), 탄산칼슘(CaCO3), 산화알루미늄(Al2O3) 등의 백색안료가 배합되어 구성된다.
이러한 반사층(411)은 광반사성을 갖게 되므로, 도광판(300)의 하부면(311b)을 통과한 광은 실질적으로 반사층(411)에 의해 반사되어 도광판(300)의 전방으로 출사되게 된다.
반사층(411) 상부로 위치하는 제 1 확산층(413)은 비드(bead) 또는 파이버(fiber) 등의 광확산성분을 포함하는데, 광확산성분은 광을 분산시킴으로써 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지하게 된다.
이를 통해, 제 1 확산층(413)은 입사된 광을 굴절 및 산란시킴으로써 광을 확산시키며, 반사층(411)에 의해 반사된 광을 확산시키는 동시에 균일한 광으로 도광판(300)의 전방으로 출사시키는 역할을 한다.
이때, 비드 또는 파이버 등의 광확산성분은 바인더 수지에 포함하여 구성하는데, 여기서 바인더 수지로는, 투명성이 높아 광투과율이 우수하고 점도 조절이 용이한 것으로, 일예로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate : PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 아크릴수지(polymethly methacrylate : PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리올레핀(polyolefine), 셀룰로스 아세테이트(celluloseacetate), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride) 등으로 이루어질 수 있다.
또한, 제 1 확산층(413)은 도면상으로 도시하지는 않았지만 비드 또는 파이버 등의 광확산성분 외에 미세패턴을 구비하여 광의 산란각을 조절하여, 광을 확산시키는 동시에 균일한 광으로 가공시킬 수도 있다.
미세패턴은 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern) 등 다양하게 구성할 수 있으며, 홀로그램 패턴(hologram pattern)을 사용하여 간섭패턴에 의해 입사된 광을 이와 비대칭적인 방향으로 굴절시킴으로써 집광된 광이 좀더 경사진 각도로 확산되도록 할 수 있다.
이로써, 제 1 확산층(413)을 통해 광을 분산시켜 광이 부분적으로 밀집되는 것을 방지하게 된다.
저굴절층(415)의 굴절율은 1.0 ~ 1.4로, 1.5 이상의 굴절율을 갖는 제 1 확산층(413)에 비해 낮은 굴절율을 갖는데, 제 1 확산층(413)으로 입사된 광은 제 1 확산층(413)과 저굴절층(415)의 경계면에서 스넬의 법칙(snell's law)에 의해 광의 굴절이 발생하게 되고, 이러한 굴절은 입사각에 비해 굴절각이 크게 형성되므로 굴절된 광을 반사 또는 산란시키게 되므로, 저굴절층(415)은 제 1 확산층(413)으로 입사된 광을 보다 확산시키게 된다.
저굴절층(415)에서 확산된 광은 반사층(411)에 의해 반사되는 과정에서 확산반사되므로, 반사판(400)의 총 반사율 또한 향상시키게 된다.
즉, 제 1 확산층(413) - 저굴절층(415) - 반사층(411)의 경로를 반복하는 광은 각각의 매질의 경계에서 굴절되어 확산 또는 반사되게 되며, 확산된 광은 확산반사되므로, 반사판(400)의 총 반사율이 향상되는 것이다.
그리고 도광판(300) 상부로 위치하는 집광시트(200)는 지지층(201)과, 지지층(201) 상부로 띠 모양으로 인접 배열됨으로써 산과 골이 반복되는 형태의 다수개의 프리즘산(203a)이 열을 지어 지지층(201)으로부터 돌출 배열되는 제 2 집광층(203)을 포함하며, 지지층(201)의 하부로는 제 2 확산층(205)이 구비된다.
이때, 제 2 집광층(203)에 위치하는 프리즘산(203a)은 도면상으로 정의한 제 2 방향(Y)을 따라 집광시트(200)의 길이방향을 가로지르는 방향으로 돌출 배열되어, 도광판(300)의 제 1 집광층(313)에 위치하는 프리즘산(313a)과 서로 수직하게 엇갈리도록 배열된다.
그리고, 지지층(201)의 하부에 위치하는 제 2 확산층(205)은 비드(bead) 등의 광확산성분을 포함하여 구성하거나, 비드를 포함하지 않고 제 2 확산층(205)에 미세패턴을 형성하여 구성할 수도 있다.
제 2 확산층(205)은 광을 분산시킴으로써 광의 부분적인 밀집으로 인한 얼룩이 발생되지 않도록 하며, 제 2 집광층(203)으로 광이 진행하도록 광의 진행방향을 조절해주는 역할을 하게 된다.
이러한 집광시트(200)는 도광판(300)을 통과한 광을 확산 및 집광하여 액정패널(도 2의 110)로 균일하게 가공된 고휘도의 면광원을 입사시키게 된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 광의 진행과정에 대해 좀더 자세히 살펴보면, LED 어셈블리(129)의 다수의 LED(129a)로부터 출사된 광은 도광판(300)의 입광면(311c)을 통해 도광판(300) 내부로 입사되는데, 도광판(300) 내부로 입사된 광은 도광판(300) 내에서 여러 번의 전반사 되어 도광판(300) 내를 진행하면서 도광판(300)의 넓은 영역으로 골고루 퍼지게 된다.
이때, 도광판(300) 내에서 여러 번 전반사 되어 도광판(300) 내를 진행하는 광 중 일부 광은 도광판(300)의 상부면(311a)을 통해 도광판(300)의 전방으로 출사되게 되는데, 도광판(300)의 전방으로 출사되는 광은 도광판(300)의 상부면(311a)에 위치하는 제 1 집광층(313)의 프리즘산(313a)에 의해 1차 집광된 상태로 도광판(300) 상부로 위치하는 집광시트(200)를 투과하게 된다.
집광시트(200)를 투과하는 광은 집광시트(200)의 하부에 위치하는 제 2 확산층(205)을 통해 일부 확산된 후, 제 2 집광층(203)의 프리즘산(203a)을 통해 2차 집광되어, 고품위의 균일한 면광원으로 가공하여 액정패널(도 2의 110)로 제공되게 된다.
그리고, 도광판(300) 내에서 여러 번 전반사되어 도광판(300) 내를 진행하는 광 중 일부 광은 도광판(300)의 하부면(311b)에 형성된 음각형상의 하면출광패턴(315)에 의해 굴절되어 도광판(300)의 하부면(311b)을 통해 도광판(300)의 하부에 위치하는 반사판(400)을 향해 출사된다.
그리고, 도광판(300)의 하부로 출사된 광은 도광판(300)의 하부에 위치하는 반사판(400)의 제 1 확산층(413)에 의해 확산되어 반사판(400)의 저굴절층(415)으로 입사되게 되고, 저굴절층(415)으로 입사된 광은 저굴절층(415)의 하부로 위치하는 반사층(411)에 의해 반사되는 과정에서 보다 확산되어 도광판(300)을 향해 반사되게 된다.
따라서, 도광판(300)을 향해 반사된 광은 도광판(300)을 투과하는 과정에서, 도광판(300)의 상부면(311a)에 위치하는 제 1 집광층(313)의 프리즘산(313a)에 의해 1차 집광된 상태로 도광판(300) 상부로 위치하는 집광시트(200)를 투과하게 된다.
그리고 집광시트(200)를 투과하는 광은 집광시트(200)의 하부에 위치하는 제 2 확산층(205)을 통해 일부 확산된 후, 제 2 집광층(203)의 프리즘산(203a)을 통해 집광되어, 고휘도의 균일한 면광원으로 가공하여, 액정패널(도 2의 110)로 제공되게 된다.
즉, 도광판(300)의 상부면(311a)과 하부면(311b)으로 출사되는 광은 모두 고휘도의 균일한 면광원으로 가공되어 액정패널(도 2의 110)로 제공되는 것이다.
특히, 본 발명의 액정표시장치는 도광판(300) 상부로 다수의 광학시트(도 1의 21)를 개재하지 않아도, 도광판(300) 내부로 입사된 광을 도광판(300)의 전방을 향해 출사되도록 하여, 고품위의 균일한 면광원으로 가공하여 액정패널(도 2의 110)로 제공하게 된다.
이를 통해, 도광판(300) 상부에 여러장의 광학시트(도 1의 21)를 위치시키지 않아도 되므로, 여러장의 광학시트(도 1의 21)에 의해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고휘도의 광량을 액정패널(도 2의 110)로 제공할 수 있다.
또한, 백라이트 유닛(120)의 구성요소가 많아 액정표시장치의 경량 및 박형을 저해하거나, 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간이 증가되어 공정의 효율성이 저하되었던 기존에 비해, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있으며, 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시키게 된다.　
도 6a ~ 6b는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛의 휘도를 비교 측정한 시뮬레이션 결과이다.
설명에 앞서 도 6a는 LED어셈블리(도 1의 29), 반사판(도 1의 25), 도광판(도 1의 23) 그리고 도광판(도 1의 23) 상부로 1장의 확산시트와 2장의 집광시트를 포함하는 광학시트(도 1의 21)가 위치하는 일반적인 백라이트 유닛(도 1의 20)의 구성을 갖는다.
여기서, 도 6a와 도 6b를 비교하면, 백라이트 유닛을 투과하는 광의 휘도의 프로파일이 유사함을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛(도 3의 120)은 LED어셈블리(도 5의 129), 반사판(도 5의 400)과, 도광판(도 5의 300) 그리고 1장의 집광시트(도 5의 200)로만 이루어짐에도, 3장의 광학시트(도 1의 21)가 위치하는 일반적인 백라이트 유닛(도 1의 20)과 동일한 휘도의 프로파일을 구현할 수 있는 것이다.
특히, 도 6b의 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛(도 3의 120)의 정면 휘도가 더욱 높게 측정되는 것을 확인할 수 있는데, 이는 곧, 본원발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛(도 3의 120)이 보다 고휘도의 고품위로 가공된 광을 액정패널(도 3의 110)로 공급할 수 있음을 의미하는 것이다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 제 2 확산층(도 5의 205)을 포함하는 1장의 집광시트(도 5의 200)와 도광판(도 5의 300)의 상, 하부면(도 5의 311a, 311b)에 제 1집광층(도 5의 313)과 하면출광패턴(도 5의 315)을 구비하고, 반사판(도 5의 400)에는 제 1 확산층(도 5의 413)과 저굴절층(도 5의 415)을 더욱 구비함으로써, 고휘도의 균일한 면광원을 액정패널(도 2의 110)로 제공하게 된다.
이를 통해, 여러장의 광학시트(도 1의 21)에 의해 광손실이 발생하는 것을 방지할 수 있어 고휘도의 면광원을 액정패널(도 2의 110)로 제공할 수 있다.
또한, 백라이트 유닛(도 3의 120)의 구성요소가 많아 액정표시장치의 경량 및 박형을 저해하거나, 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간이 증가되어 공정의 효율성이 저하되었던 기존에 비해, 경량 및 박형의 액정표시장치를 제공할 수 있으며, 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시키게 된다.　
즉, 본 발명은 효율적이면서도 성능이 우수한 백라이트 유닛(도 3의 120)을 제공할 수 있는 것이다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
120 : 백라이트 유닛
129 : LED어셈블리(129a : LED, 129b : PCB)
200 : 집광시트(201 : 지지층, 203 : 제 2 집광층, 205 : 제 2 확산층)
300 : 도광판(311a, 311b : 상, 하부면, 311c: 입광면, 313 : 제 1 집광층, 315 : 하면출광패턴)
400 : 반사판(411 : 반사층, 413 : 제 1 확산층, 415 : 저굴절층)

Claims (11)

  1. 액정패널과;
    상기 액정패널의 하부에 위치하며, 상기 액정패널의 배면과 대응되는 상부면에 제 1 집광층이 구비되며, 하부면에 하면출광패턴이 구비된 도광판과;
    상기 도광판의 하부에 위치하며, 상기 도광판의 하부면으로부터 순차적으로 제 1 확산층, 저굴절층, 반사층이 구비되는 반사판과;
    상기 도광판의 상부에 위치하며, 상부면으로 제 2 집광층이 구비되며, 하부면으로 제 2 확산층이 구비되는 집광시트와;
    상기 도광판의 입광면을 따라 배열되는 LED 어셈블리
    를 포함하며, 상기 하면출광패턴은 상기 도광판 내부로 입사된 광 중 일부 광을 상기 반사판을 향해 출사되도록 하는 액정표시장치.
  2. 제 2 항에 있어서,
    상기 저굴절층은 상기 제 1 확산층에 비해 낮은 굴절율을 갖는 액정표시장치.
  3. 제 3 항에 있어서,
    상기 저굴절층은 1.0 ~ 1.4의 굴절율을 갖는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하면출광패턴은 반구(hemi sphere)형상으로 상기 하부면으로부터 돌출되며, 높이는 지름:높이 = 1: (0.5±10%)인 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하면출광패턴은 단면이 역사다리꼴 형상으로 이루어져, 역사다리꼴 형상을 360°회전시킨 기둥형상으로 상기 하부면으로부터 돌출되며, 높이는 지름:높이 = 1: (0.7±10%)인 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하면출광패턴은 하프프리즘(half prism) 형상으로 상기 하부면으로부터 돌출되며, 높이는 지름:높이 = 1: (0.58±10%)인 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하프프리즘 형상의 하면출광패턴은 장변의 제 1 경사면이 상기 LED 어셈블리를 향하는 일 방향을 향하도록 형성되며, 단변의 제 2 경사면은 상기 일 방향의 반대측인 타 방향을 향하는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 경사면과 상기 하부면이 이루는 각은 30(±10)도이며,
    상기 제 2 경사면과 상기 하부면이 이루는 각은 75(±10)도인 액정표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 집광층은 서로 직교하는 길이방향을 따라 산과 골이 반복되는 띠 형상으로 이루어지는 액정표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 확산층은 비드(bead) 또는 파이버(fiber)를 포함하는 광확산성분을 포함하거나, 미세패턴이 구비되는 액정표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정패널의 가장자리를 두르는 가이드패널과 상기 가이드패널과 밀착되어 구성되는 커버버툼 그리고 상기 액정패널 가장자리를 테두리하며 상기 가이드패널 및 커버버툼에 조립 결합되는 케이스탑을 포함하는 액정표시장치.
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