WO2011162483A2 - 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛 - Google Patents

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light
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강승곤
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Definitions

  • the present invention relates to an LCD backlight unit, and more particularly, through an active diffusion plate stacked on one surface of a light guide plate, a transmission mode for passing incident light as it is and a reflection (or scattering) mode for inhibiting transmission of incident light are implemented.
  • An LCD backlight unit having a switching function for selectively switching according to a video screen.
  • LCD liquid crystal display
  • a typical liquid crystal display module includes a pair of transparent substrates having electrodes formed thereon, a plurality of liquid crystal cells injected between the pair of transparent substrates and arranged in a matrix, and for converting video signals to be supplied to each of the liquid crystal cells. It consists of a structure including a liquid crystal panel consisting of a plurality of control switches.
  • the liquid crystal display module since the liquid crystal display module does not emit light by the liquid crystal panel itself, the liquid crystal display module further includes a back light unit to visually recognize an image displayed on the liquid crystal panel. By controlling the liquid crystal cell of the liquid crystal panel to control the transmission amount of light supplied from the backlight unit, a desired image is displayed on the screen.
  • the backlight unit is classified into an edge type and a direct type according to the position of the light source.
  • a light source is disposed on a vertical lower side of a rear surface of a liquid crystal panel
  • a diffuser plate is provided on a front surface of the light source
  • a reflecting plate is disposed on a rear surface thereof to irradiate light to the liquid crystal panel.
  • the edge type backlight unit is currently widely used in such a way that a light source is positioned below the side of the liquid crystal panel so that light incident from the light source is converted into a surface light source by the light guide plate and irradiated onto the liquid crystal panel.
  • a conventional edge type backlight unit for LCD includes a light source 1 for generating light, a light guide plate 3 for converting light incident from the light source 1 into a surface light source, and a bottom surface of the light guide plate 3. And a reflecting plate 2 for reflecting the light traveling toward the side toward the liquid crystal panel 8, a first diffuser plate 4 for diffusing the light via the light guide plate 3, and a first and second adjusting direction of the light.
  • the second prism sheets 5 and 6 and the second diffusion plate 7 which assures the light passing through the second prism sheet 6 are configured to receive light generated from the light source 1 in front of the liquid crystal panel 8. Incident uniformly over.
  • the conventional LCD backlight unit is configured to perform only a passive function of simply generating light and guiding a path to be irradiated to the liquid crystal panel, so that some of the light from the light source or the light guide plate is transmitted, and some is scattered (or reflected). There was a limitation that the function could not perform.
  • the conventional LCD backlight unit using a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) as a light source has no choice but to emit light of the same brightness throughout the entire liquid crystal panel, so that the brightness of the light irradiated from the backlight is displayed.
  • CCFL cold cathode fluorescent lamp
  • Local dimming technology that selectively adjusts accordingly to maximize the contrast ratio effect, and scanning technology that removes the afterimage of a moving image by displaying the image by controlling the blinking of the irradiated light could not be implemented.
  • the present invention has been made to overcome the technical limitations of the conventional backlight unit as described above, an object of the present invention, through the active diffusion plate provided on one side of the light guide plate, part of the light emitted from the light source, some scattering and part
  • An LCD backlight unit having a switching function capable of actively controlling reflection and implementing a local dimming technique and a scanning function, which has not been possible with a conventional backlight unit, is provided.
  • An LCD backlight unit having a switching function according to the present invention for achieving the above object is provided in the back of the liquid crystal panel of the liquid crystal display module, the backlight unit for supplying light, the light source for generating light, and is radiated from the light source
  • the active diffusion plate may include a first transparent substrate having a first transparent electrode, a liquid crystal capsule layer formed by laminating a liquid crystal capsule and a binder on the first transparent electrode, and stacked on the liquid crystal capsule layer.
  • a second transparent substrate having a patterned transparent electrode wherein the active diffusion pad selectively drives the liquid crystal capsule by controlling power applied to the first transparent electrode and the second transparent electrode. It is characterized by controlling the selective transmission of the light supplied to the liquid crystal panel side by changing the liquid crystal array.
  • the LCD backlight unit having a switching function it is possible to selectively adjust and control the brightness and blink of the light emitted from the backlight unit according to the image implemented through the liquid crystal panel local dimming (maximizing contrast effect) ( Local Dimming technology and Scanning technology to remove afterimages of moving images can be implemented, which greatly improves the image quality of the liquid crystal display and has an excellent effect of enabling 3D multi-view. .
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a liquid crystal display module having an edge type backlight unit for a conventional LCD.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display module having an LCD backlight unit having a switching function according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a part of a backlight unit including an active diffuser plate according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a part of a configuration of a backlight unit including an active diffusion plate according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a part of a backlight unit including an active diffusion plate according to a third embodiment of the present invention.
  • active diffusion plate 110 first transparent substrate
  • first transparent electrode 120 second transparent substrate
  • nematic liquid crystal 132 nematic liquid crystal capsule
  • Binder 140 cholesteric liquid crystal capsule layer
  • cholesteric liquid crystal 142 cholesteric liquid crystal capsule
  • first liquid crystal capsule layer 151 siting cholesteric liquid crystal
  • second liquid crystal capsule layer 156 preferential cholesteric liquid crystal
  • An LCD backlight unit having a switching function according to the present invention is a conventional backlight through a backlight unit configuration including an active diffuser plate 100 that selectively drives a plurality of liquid crystal capsules to control partial transmission, partial scattering and partial reflection of light. It presents technical features that enable local dimming technology and scanning capabilities that were not possible with the unit.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display module having an LCD backlight unit having a switching function according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the LCD backlight unit having a switching function according to the present invention is provided on the back of the liquid crystal panel 8 of the liquid crystal display module, the light source 10 for generating light in detail, and the light source Via the light guide plate 30 which converts the light incident from 10 into the surface light source, the reflecting plate 20 which reflects the light which advances below the light guide plate 30 to the liquid crystal panel 8 side, and the light guide plate 30 Active diffusion plate 100 for selectively transmitting incident light, and prism sheet 40 for inducing a path of light to pass through the active diffusion plate 100 into a predetermined region of the liquid crystal panel 8. And 50 and a diffuser plate 60 for diffusing light through the prism sheets 40 and 50, and may include a protective film instead of the diffuser plate 60.
  • the light source 10 may employ a laser light source for generating a laser, a light emitting diode (LED), or a cold cathode fluorescent lamp (CCFL).
  • the light source 10 is configured as an edge type backlight unit, the light source is a liquid crystal panel. Although not shown in the figure, the light source is positioned below the vertical side of the rear surface of the liquid crystal panel 8, although not shown in the figure.
  • the light guide plate 30 is composed of an emission surface horizontal to the liquid crystal panel 8, an inclined back surface, and an entrance surface formed at right angles to the emission surface, and a light source 10 is disposed on one side to enter the light source 10. The beneficiation to be converted to surface light.
  • a reflecting plate 20 is provided on the rear surface of the light guide plate 30 so that the reflecting plate 20 reflects light traveling to the rear surface of the light guide plate 30 toward the liquid crystal panel 8 side (the exit surface side). It serves to reduce.
  • the prism sheet corresponds to a means for guiding a path of light that penetrates the active diffusion plate 100 and enters the liquid crystal panel 8.
  • two prism sheets namely, the vertical angle of the light emitted from the active diffusion plate 100 are perpendicular to the liquid crystal panel 8.
  • the first prism sheet 40 and the second prism sheet 50 are laminated.
  • the first prism sheet 40 and the second prism sheet 50 have a plurality of triangular rod shapes having peaks and valleys.
  • the first prism sheet 40 forms a horizontal arrangement direction
  • the second prism sheet 50 forms a vertical arrangement direction and is disposed to be orthogonal to each other.
  • the light incident from the active diffuser plate 100 passes through the first prism sheet 40 and the second prism sheet 50 in order to enter the traveling path perpendicularly to a predetermined region of the upper liquid crystal panel 8.
  • the light guided and emitted from the second prism sheet 50 and propagated perpendicularly to the liquid crystal panel 8 is separated by the diffusion plate 60 interposed between the liquid crystal panel 8 and the second prism sheet 50. After diffusion, the light is finally incident to the liquid crystal panel 8.
  • the light generated from the light source 10 is incident into the light guide plate 30 through the incident surface provided on the side surface of the light guide plate 30, the light is reflected by the inclined back surface and the reflector plate 20 and then the exit surface is reflected. It enters into the active diffusion plate 100 via.
  • the active diffusion plate 100 is provided with a first transparent substrate 110 having a first transparent electrode 115 formed on one surface thereof and opposed to the first transparent substrate 110.
  • Liquid crystals interposed between the first transparent substrate 110 and the second transparent substrate 120 by mixing the second transparent substrate 120, the second transparent electrode 125 is formed on the opposite surface, the liquid crystal capsule and the binder It is configured to include a capsule layer.
  • the active diffusion plate 100 of the present invention forms a liquid crystal droplet (Droplet) and then mixed with a polymer binder (binder) to produce a liquid crystal in the form of a capsule and a transparent electrode (115, 125) each formed a first transparent substrate It is manufactured in the form of a polymer liquid crystal film laminated between the 110 and the second transparent substrate 120, and has a very thin and light feature.
  • a polymer binder binder
  • the first transparent substrate 110 and the second transparent substrate 120 may be formed of a glass substrate made of glass material, as well as a thin plastic substrate having elastic flexibility.
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PES polyether sulfone
  • PAR polyarylate
  • PC polycarbonate
  • PET polyethylene terephthalate
  • a transparent electrode thin film is formed by a vapor deposition method or the like.
  • the transparent electrodes 115 and 125 are formed using indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), or transparent conductive polymers.
  • the liquid crystal capsule constituting the liquid crystal capsule layer is a transmission mode for passing incident light as it is by changing the liquid crystal array structure according to the power source 80 applied to the transparent electrodes 115 and 125 and a reflection (or scattering) mode for inhibiting the transmission of the incident light. It should be possible to implement a switching function to switch the mutually, in view of this point, the liquid crystal capsule of the present invention can use nematic, smectic, cholesteric and chiral smectic liquid crystal, but preferably nematic liquid crystal and cole It is good to manufacture using a rasteric liquid crystal. In some cases, a certain amount of dichroic dye may be added to the liquid crystal as the core material in order to improve contrast characteristics.
  • the backlight unit of the present invention exits from the light guide plate 30 through a switching function of the active diffuser plate 100 so as to be irradiated with a difference in light brightness for each liquid crystal panel region according to an image screen to be implemented. It overcomes the technical limitations of the conventional backlight unit that performs only a passive function of irradiating the entire liquid crystal panel by diffusing light and inducing a path.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a part of a backlight unit including an active diffusion plate according to a first embodiment of the present invention.
  • the active diffusion plate according to the first embodiment of the present invention is composed of a polymer liquid crystal film form employing the nematic liquid crystal capsule 132, preferably the liquid crystal capsule layer 130 of the active diffusion plate
  • the plurality of liquid crystal capsules 132 contained therein are best configured to be arranged in a monolayer structure on the first transparent substrate 110. This is because, when the liquid crystal capsule layer is configured in the mono-layer form, it is possible to implement selective reflection of incident light while ensuring high transmittance upon selective transmission of incident light and also minimizing the thickness of the active diffusion plate.
  • the term "monolayer structure" used in the present invention will be defined.
  • the monolayer structure of the present invention does not mean that each one of the liquid crystal molecules are arranged in a single molecule layer, but means a structure in which one liquid crystal capsule in which a plurality of liquid crystals are collected is arranged in the same form as a single molecule layer. That is, if the liquid crystal capsule is arranged in a single layer between the first transparent substrate and the second transparent substrate when the first transparent substrate and the second transparent substrate are interposed between the first transparent substrate and the second transparent substrate.
  • the liquid crystal capsule layer has a monolayer structure as described above, it is impossible or extremely difficult to fabricate all liquid crystal capsules to form a 100% single layer over the entire liquid crystal capsule layer.
  • the monolayer structure refers to a state in which the liquid crystal capsules are arranged in a single layer structure in an area of at least 50% or more and preferably in an area of 70% or more with respect to the total area of the liquid crystal capsule layer stacked on the first transparent substrate. It is defined as meaning.
  • the active diffusion plate of the present invention is manufactured through a liquid crystal capsule 132 manufacturing step, a liquid crystal capsule layer 130 forming step, and a liquid crystal capsule rearrangement step.
  • the liquid crystal capsule 132 having a diameter of 10 to 50 ⁇ m by using a complex coacervation method, a membrane emulsification method, an in-situ polymerization method, etc. 132).
  • the nematic liquid crystal 131 was used as the liquid crystal used to manufacture the liquid crystal capsule 132.
  • the manufactured liquid crystal capsule 132 may further include a dichroic dye 133 and a chiral dopant in addition to the nematic liquid crystal 131 described above.
  • the liquid crystal capsule 132 printed on the first transparent substrate 110 of the present invention is an emulsification process for forming a droplet of a liquid crystal, which is a core material, an encapsulation process by coservation, and gelation of the capsule outer wall. It is manufactured through the process, the capsule outer wall curing process and the aging process.
  • the emulsification process is a process of forming a droplet of a liquid crystal, which is a core material, using a high speed homogenizer or a membrane emulsifier in an aqueous solution containing an emulsifier.
  • the emulsifiers include gelatin, gum arabic, and albumin. It is preferable to use at least one selected from natural emulsifiers such as alginate and casein, and synthetic emulsifiers such as polyurethane, polyacrylic acid, polyethylene, and amine, but is not necessarily limited thereto.
  • the emulsifiers used in the present invention used gelatin (Type-A, Sigma-Aldrich) and Arabian gum (Arabia Gum, Fluka), specifically, a liquid crystal (600g) in which dichroic dye was dissolved in 360g of 10% arabic gum solution.
  • a high speed homogenizer homogenizer
  • S-428, M-483, M-412 Mitsubishi Fine Chemical
  • the encapsulation process by the co-servation is a process of forming a coarse hydrate of a water-soluble polymer (gelatin, gum arabic) through the pH control of the aqueous solution, and forming the capsule outer wall through a combination of gelatin and gum arabic.
  • the embodiment of the present invention was adjusted pH using citric acid or glacial acetic acid. Specifically, 240 g of 10% gelatin aqueous solution and 600 g of pure water are added, and after adding a primary gelatin aqueous solution to adjust the pH to 4.5 using citric acid, the mixture is moved to a general stirrer, and 120 g of the 10% gelatin aqueous solution and 240 g of pure water are further added. The co-servation is complete by slowly adding the solution and adjusting the pH to 4.4 using citric acid.
  • Co-ablation is a phase separation phenomenon in a colloidal system, and refers to a phenomenon in which a colloidal material is separated into two systems, a colloidal rich layer and a colloidal pore layer by precipitation or aggregation of colloidal materials.
  • gelatin and gum agglomerates agglomerated with opposite charges at a pH of about 4.4, which is a co-servation phenomenon.
  • the gelatinization becomes positive (+) and the gum is a negative charge (-), so that the hydrophilic colloids having opposite charges are entangled with each other by electrostatic force to form the outer wall of the liquid crystal capsule 132. Done.
  • the gelation process is a process of gelling the outer wall of the capsule through the temperature change, the embodiment of the present invention after cooling the temperature at a cooling rate of about 0.2 °C / min from 40 °C to 20 °C, when reaching 20 °C Up to 10 ° C. was quenched at a cooling rate of about 0.5 ° C./min.
  • the liquid crystal capsule 132 at a low temperature due to quenching to increase the rotation speed of the stirrer to agitate.
  • the outer wall curing process is a step of curing the capsule outer wall by adding a curing agent, the curing agent cross-reacts the amino group of gelatin with glutaraldehyde or formaldehyde to cure the capsule to produce a complete microcapsules.
  • the capsule outer wall hardening process was performed by slowly administering 4 g of glutaraldehyde.
  • the liquid crystal capsule 132 obtained through the above-described manufacturing process requires washing and filtration, and in the case of washing, pure water, isopropyl alcohol, ethylene glycol, and the like are performed.
  • the liquid crystal capsule filtration process obtains only a liquid crystal capsule having a desired size, and can be achieved through a filter paper or a membrane as a process for removing impurities involved in the liquid crystal capsule manufacturing process.
  • the liquid crystal capsule 132 which has been cleaned and filtered, should be laminated and fixed on one surface of the first transparent substrate 110, which can be achieved through the binder 133. That is, the liquid crystal capsule 132 is mixed with the transparent binder 133 at a constant ratio and then printed and fixed on one surface of the first transparent substrate 110.
  • the mixing ratio of the liquid crystal capsule 132 and the binder 133 is preferably configured to be mixed in a 1: 1 ratio
  • the binder 133 used may be polyvinyl alcohol, gelatin, formalin solcinone resin, poly At least one transparent polymer material selected from urethane resin, acrylic acid resin, melamine, methacrylic acid resin, formaldehyde resin, fluorine resin and polyvinylpyrrolidone is used.
  • a defoaming process is performed to remove bubbles contained in the binder 133 in the mixing process before printing the paste in which the liquid crystal capsule 132 and the binder 133 are mixed on the first transparent substrate 110.
  • the liquid crystal capsule 132 mixed with the binder 133 is printed on the substrate to form the liquid crystal capsule layer 130.
  • first transparent electrode 115 and the second transparent electrode 125 are formed on one surface of the first transparent substrate 110 and the second transparent substrate 120 of the present invention, respectively, the first transparent substrate 110
  • first transparent electrode 115 and the second transparent electrode 125 Patterning is needed to ensure that the) has a uniform shape and is formed regularly.
  • the active diffusion plate 100 of the present invention generates a change in the liquid crystal array differentially by selectively driving the plurality of liquid crystal capsules 132 by controlling the power source 80 applied to the transparent electrode 115 and 125 patterns. Selective transmission of incident light is realized.
  • the method of printing the paste in which the liquid crystal capsule 132 and the binder 133 are mixed on the first transparent substrate 110 having the first transparent electrode 115 pattern formed thereon is selected from screen printing, stencil printing, and offset printing. It can be achieved by one method, and the coating method can be achieved by any one method selected from gravure coating, knife coating, roll coating, die coating, and reverse coating.
  • the liquid crystal capsule layer 130 is formed. Formation is complete.
  • the liquid crystal capsule layer 130 which has proceeded to the above-described process, has a structure of the liquid crystal capsule layer 130 in which a plurality of liquid crystal capsules 132 contained therein are randomly arranged in the binder 133 and overlapped or stacked on each other.
  • the active diffusion plate 100 of the present invention further includes a liquid crystal capsule rearrangement step to make the liquid crystal capsule layer 130 having a multi-layer random arrangement structure as a mono-layer structure as described above.
  • the monolayer liquid crystal capsule layer 130 is a plurality of liquid crystal capsules 132 mixed with the binder 133 as shown in FIG. 3 are arranged in a single layer structure on the first transparent substrate 110 without overlapping each other. It refers to the form in close contact.
  • the monolayer structure of the liquid crystal capsule 132 is achieved through the following manufacturing method. That is, after printing / coating the liquid crystal capsule layer 130 on one surface of the first transparent substrate 110 through the above-described forming of the liquid crystal capsule layer 130, the first liquid crystal capsule layer 130 is laminated The transparent substrate 110 is mechanically vibrated repeatedly.
  • the particles of the liquid crystal capsule 132 mixed with the binder 133 are lowered in the direction of gravity, and the vibration of the first transparent substrate 110 is reduced. If repeated repeatedly, the falling liquid crystal capsule 132 particles are pressed into the gaps between the liquid crystal capsules 132 that are already in close contact with each other on the first transparent substrate 110, and gradually form a monolayer. Aligned.
  • the lowering and rearrangement of the liquid crystal capsule 132 described above is achieved by applying mechanical repetitive vibration to the liquid crystal capsule 132 having a higher specific gravity than the binder 133 and the volume and gravity formed by each capsule particle itself. Will be.
  • the repeated vibration is reciprocated to the left and right in the plane direction of the first transparent substrate 110.
  • the "plane direction” refers to a direction parallel to one surface of the first transparent substrate 110 on which the first transparent electrode 115 is formed.
  • the active diffusion plate 100 having the nematic liquid crystal capsule layer 130 manufactured through the above-described process implements a switching function through control of the power supply 80 applied to the transparent electrodes 115 and 125 patterns.
  • the selective light transmission operation by the switching function will be described in detail.
  • the liquid crystal capsule 132 positioned above the transparent electrode pattern region (the left region of FIG. 3) which is in an off state because the power supply 80 is not applied, has nema inside thereof. Since the tick liquid crystals 131 ′ are present in a random arrangement, the light incident from the light guide plate 30 causes scattering due to a difference in refractive index, resulting in a significant decrease in transmittance, thereby darkening the brightness of light irradiated onto the liquid crystal panel. .
  • the liquid crystal capsule 132 positioned above the transparent electrode pattern region (the right region of FIG. 3) in which the power supply 80 is applied to the on-state is turned on by the nematic liquid crystals 131. (80) Since light is rearranged in a direction parallel to the electric field by an external electric field generated by the application, the light incident from the light guide plate 30 is transmitted without being scattered and is incident directly to the liquid crystal panel.
  • the backlight unit according to the first embodiment of the present invention has a liquid crystal array structure according to the power source 80 to which the active diffusion plate 100 including the nematic liquid crystal capsule layer 130 is applied to the transparent electrode.
  • the switching operation of switching between the transmission mode for passing incident light as it is and the scattering mode for obstructing transmission of incident light by changing the difference can be performed by the area, and the brightness of the light emitted from the backlight is changed according to the image screen. This is a very useful technique that enables local dimming technology to be selectively adjusted to maximize the contrast effect.
  • the liquid crystal capsule layer 130 of the active diffusion plate 100 of the present invention is preferably composed of a mono-layer array structure because it has the following advantages. That is, as each of the plurality of liquid crystal capsules 132 is closely disposed on a single layer, the voids between the capsule particles are minimized, which acts as an element capable of reducing the thickness of the active diffusion plate 100. In addition, when a plurality of liquid crystal capsules 132 contained in the liquid crystal capsule layer 130 of the active diffusion plate 100 are randomly arranged in the binder 133 and overlap each other or exist in a stacked state, the transmission is intended to be transmitted. There is an advantage that can prevent the problem of the light transmittance to fall due to the unintended scattering phenomenon of light.
  • the liquid crystal applied to the nematic liquid crystal capsule 132 has a refractive index anisotropy ( ⁇ n) It is preferable to use a liquid crystal larger than 0.2. The reason is that the larger the refractive index anisotropy of the liquid crystal is at least 0.2 or greater, the larger the difference in refractive index between the binder 133 and the liquid crystal increases, so that the light scattering effect is increased, which is bright light (i.e., transmitted light) and dark light (i.e., scattered light). This is because it is advantageous to realize a clear image quality by maximizing the contrast ratio effect.
  • the light guide plate 30 and the first and second transparent substrates 110 and 120 match the refractive index.
  • the light guide plate 30 and the first and second transparent substrates 110 and 120 have a difference in refractive index within ⁇ 0.01. This is to increase the light utilization efficiency by minimizing the total reflection effect of the light.
  • the light guide plate 30 typically uses a PMM (PolyMethly MethAcrylate) material. Since the refractive index of the PMMA corresponds to 1.49, the first and second transparent substrates 120 may have a material having a refractive index of 1.48 to 1.50. It is advantageous to constitute with.
  • the active diffusion plate 100 of the present invention is attached on the light guide plate 30 through the transparent adhesive 70, as described above, the transparent adhesive 70 interposed between the first transparent substrate and the light guide plate 30 has a refractive index of the light guide plate. And matching the refractive index to have the same refractive index or the refractive index between the refractive index of the first transparent substrate is advantageous to maximize the light utilization efficiency.
  • the scattering property is important, but the inherent function of the backlight unit, that is, the binder used in the liquid crystal capsule layer 130 because the transmission characteristic is more important. It is important to configure such that the refractive index of (133) and the uniaxial refractive index of the liquid crystal are almost similar (preferably within ⁇ 0.01).
  • the plunger diffusion plate according to the second embodiment forms a liquid crystal droplet and then mixes the liquid crystal 141 with the polymer binder 143 in a capsule form 142.
  • a polymer liquid crystal film laminated between the first transparent substrate 110 and the second transparent substrate 120 on which the transparent electrodes 115 and 125 are patterned, respectively, and the liquid crystal capsule 142 has a monolayer structure. It is configured to have.
  • the difference is that the liquid crystal capsule layer 140 made of cholesteric liquid crystal 141 instead of the nematic liquid crystal 131.
  • FIG. 5 (a) a planar in which a spiral axis is perpendicular to a cell surface and causes selective reflection with respect to incident light ( As shown in the planar state and FIG. 5 (b), the spiral axis is almost parallel to the cell surface, and the focal conic state in which incident light is scattered and scattered and transmitted is shown in FIG. 5 (c).
  • the spiral structure is unwound and the liquid crystal director is directed to the electric field and exhibits three states of homeotropic states that almost completely transmit incident light.
  • the planar state (a) and the focal conic state (b) maintain a bi-stable state even when no voltage is applied. Therefore, the alignment state of the cholesteric liquid crystal 141 is not uniquely determined with respect to the voltage applied to the liquid crystal layer, and when the planar state is the initial state, the planar state, the focal conic state, and the homeo are accompanied by an increase in the applied voltage. It changes in the order of the tropic state, and when the focal conic state is the initial state, it changes in the order of the focal conic state homeotropic state with the applied voltage. On the other hand, when the voltage applied to the liquid crystal layer falls to zero, the planar state and the focalconic state remain intact, and the homeotropic state changes to the planar state. In other words, the three states may transition to each other according to the magnitude of the applied pulse voltage.
  • the prosthetic diffuser according to the second embodiment of the present invention has a cholesteric conversion in which a planar state, a focal conic state and a homeotropic state are switched according to an applied voltage.
  • the characteristics of the liquid crystal 141 are used to implement selective transmission and reflection of incident light.
  • the transparent electrode pattern region in the off state because the power supply 80 is not applied (FIG. 4). Since the cholesteric liquid crystal 141 ′ inside the liquid crystal capsule 142 ′ positioned above the left region of the liquid crystal capsule 141 ′ is in a planar state, light incident from the light guide plate 30 is reflected and is active. It does not pass through the diffusion plate 100.
  • the liquid crystal capsule 142 positioned above the transparent electrode pattern region (the right region of FIG. 4) in which the power supply 80 is applied is turned on. Since the light is rearranged to a homeotropic state by an external electric field generated by the application of the power supply 80, the light incident from the light guide plate 30 is transmitted through the light guide plate instead of being scattered (reflected). .
  • the cholesteric liquid crystal capsule positioned on another transparent electrode region by adjusting the voltage applied to the transparent electrode pad is made into a focal conic state, the light incident from the light guide plate 30 is transmitted in a scattered form. As the light irradiated onto the liquid crystal panel is reduced in brightness, the light is incident on the liquid crystal panel.
  • an active diffusion plate 100 including a cholesteric liquid crystal capsule layer 140 is arranged in accordance with a power supply 80 applied to a transparent electrode.
  • a power supply 80 applied to a transparent electrode.
  • the cholesteric liquid crystal also determines the wavelength? Of the reflected light depending on the intrinsic pitch p of the liquid crystal by the selective reflection characteristic.
  • the pitch of the cholesteric liquid crystal is well controlled to ensure excellent reflection characteristics in the off state. It is necessary to maximize the wavelength region ⁇ of the reflected light.
  • the light guide plate 30, the first transparent substrate 110, the second transparent substrate 120, and the transparent adhesive 70 according to the second embodiment also have a refractive index difference within ⁇ 0.01. It is advantageous in light utilization efficiency to configure the material with matching refractive indices.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a part of a backlight unit including an active diffusion plate according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • the cholesteric liquid crystals 151 and 156 in which the liquid crystal molecules have a spiral structure divide the incident light into right polarized light and left circular polarized light, and twist the spiral to reflect the circularly polarized light component corresponding to the direction and transmit the remaining light.
  • the active diffusion plate 100 made of the cholesteric liquid crystal capsule layer of the monolayer structure according to the second embodiment of the liquid crystal capsule layer 140 is left-lined (Left- Since only one of the handed or right-handed light is reflected, the reflection function is deteriorated, and thus it is difficult to realize the best sharpness.
  • the transmission characteristic is also important, but the reflection characteristic is more important. It may also be laminated in two layers.
  • the active diffusion plate according to the third embodiment of the present invention includes a liquid crystal capsule 152 of the left cholesteric liquid crystal 151 mixed with a binder 153. ) And a second liquid crystal capsule layer 155 formed by mixing the liquid crystal capsule 157 of the preferential cholesteric liquid crystal 156 with the binder 158 are laminated on the first liquid crystal capsule layer 150. It is characterized by consisting of a liquid crystal capsule layer forming a multi-layer structure.
  • the active diffusion plate 100 according to the third embodiment basically has the same configuration as the above-described first and second embodiments, and further includes a second liquid crystal capsule layer 155. Therefore, since the first liquid crystal capsule layer 150 of the third embodiment can be manufactured by the same method as the liquid crystal capsule layer (FIG. 4; 140) of the second embodiment, hereinafter, the first liquid crystal capsule layer 150 is formed on the first liquid crystal capsule layer 150.
  • the second liquid crystal capsule layer 155 formed as a laminate will be described.
  • the second liquid crystal capsule layer 155 of the third embodiment is provided on one surface of the first liquid crystal capsule layer 150 in a stacked manner. Specifically, the first liquid crystal capsule 152 is manufactured, mixed with the binder 153, coated and printed on the first transparent substrate 110, and then subjected to a sufficient drying process to form the first liquid crystal capsule layer 150. After obtaining another liquid crystal capsule layer 155 in the same manner again.
  • the first liquid crystal capsule layer 150 is formed by applying the left cholesteric liquid crystal 151
  • the second liquid crystal capsule layer 155 to which the preferential cholesteric liquid crystal 156 is applied is stacked thereon. To form.
  • the liquid crystal capsule 157 ' since the cholesteric liquid crystals 151' and 156 'are in a planar state, the light incident from the light guide plate 30 is reflected to prevent the liquid crystal capsule 157' from passing through the active diffusion plate.
  • the light incident to the active diffusion plate 100 of the third embodiment is through the first reflection by the first liquid crystal capsule 152 'and the second reflection by the second liquid crystal capsule layer 157'. There will be two total reflections.
  • the active diffusion plate 100 has a multilayer structure composed of a first linear liquid crystal capsule layer 150 and a preferential second liquid crystal capsule layer 155 to satisfy the selective reflection condition.
  • a multilayer structure composed of a first linear liquid crystal capsule layer 150 and a preferential second liquid crystal capsule layer 155 to satisfy the selective reflection condition.
  • the backlight unit according to a preferred embodiment of the present invention has been described and illustrated an edge-type backlight unit, the technical main configuration and spirit of the present invention can be applied to the direct backlight unit as it is to achieve the same purpose.
  • the active diffusion plate is configured using nematic liquid crystal and cholesteric liquid crystal, but this selects the best liquid crystal for achieving the object of the present invention.
  • the description and illustration are just described, for example, the same purpose can be achieved even if the active diffusion plate is configured using other types of liquid crystals such as smectic liquid crystals and chiral smectic liquid crystals.

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Abstract

본 발명은 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 본 발명의 목적은 광원으로부터 출사되는 광의 일부 투과, 일부 산란 및 일부 반사를 능동적으로 제어할 수 있어 종래 백라이트 유닛으로는 불가능했던 로컬 디밍(Local Dimming) 기술 및 스캐닝(Scanning) 기능을 구현할 수 있는 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛을 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛은 광을 발생하는 광원과, 상기 광원으로부터 진행하는 광을 상기 액정패널 측으로 반사시키는 반사판과, 조사되는 광이 상기 액정패널의 일정 영역 내로 입사되도록 광의 진행 경로를 안내하는 프리즘 시트, 및 상기 반사판과 상기 프리즘 시트 사이에 개재되어, 입사되는 광의 선택적 투과를 제어하는 능동 확산판을 포함한다. 또한, 상기 능동 확산판은 투명전극이 패턴닝 형성되어 있는 제1 투명기판과, 액정캡슐과 바인더가 혼합되어 상기 제1 투명기판의 일면 상에 인쇄 적층된 액정캡슐층, 및 상기 액정캡슐층의 일면 상에 적층되며 투명전극이 패턴닝 형성되어 있는 제2 투명기판을 포함하도록 구성되어, 상기 투명전극 패턴에 인가되는 전원의 제어를 통해 상기 다수의 액정캡슐을 선택적으로 구동하여 액정배열을 변화시킴으로써 입사광의 선택적 투과를 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛
본 발명은 엘시디 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도광판의 일면에 적층 구비된 능동 확산판을 통해, 입사광을 그대로 통과시키는 투과 모드와 입사광의 투과를 저해하는 반사(내지 산란) 모드를 구현되는 영상 화면에 따라 선택적으로 전환하는 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛에 관한 것이다.
최근 디스플레이 장치의 활발한 개발 및 발전으로 인해, 종래 CRT형 표시장치를 대체하는 다양한 표시장치 장치가 보급되고 있는 실정이며, 그 중에서도 액정표시장치(LCD)는 가볍고 박형이 가능하면서 소비 전력이 적으며 화면 떨림이 없어 눈의 피로를 덜 초래하고 선명도가 우수한 장점들로 인해 현재 가장 널리 이용되고 있는 표시장치에 해당한다.
통상의 액정 디스플레이 모듈은 전극이 형성된 한 쌍의 투명 기판과, 상기 한 쌍의 투명 기판 사이에 주입되어 매트릭스 형태로 배열되는 다수의 액정셀과, 상기 액정셀 각각에 공급될 비디오 신호를 전환하기 위한 다수의 제어용 스위치로 이루어진 액정패널을 포함하는 구조로 이루어져 있다.
이러한 액정 디스플레이 모듈은 액정패널 스스로 빛을 내지 못하므로 액정패널에 표시되는 영상을 시각적으로 인식할 수 있도록 백라이트 유닛(Back Light Unit)을 추가로 구비한다. 액정패널의 액정셀을 제어하여 백라이트 유닛에서 공급되는 광의 투과량이 조절함으로써 화면에 목적하는 화상을 표시하게 된다.
백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라서 크게 에지(edge)형과 직하형으로 구분된다. 직하형 백라이트 유닛은 광원이 액정패널 배면의 수직 하부에 위치하고 광원 전면에 확산판이 구비되고 배면에 반사판을 배치하여 광을 액정패널에 조사하는 방식이다. 에지형 백라이트 유닛은 광원이 액정패널의 측면 하부에 위치하여 광원으로부터 입사되는 광이 도광판에 의해 면광원으로 변환되어 액정패널에 조사되는 방식으로 현재 널리 이용되고 있는 형태이다.
도 1은 종래 LCD용 에지(edge)형 백라이트 유닛을 갖는 액정 디스플레이 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래 LCD용 에지형 백라이트 유닛은 광을 발생하는 광원(1)과, 광원(1)으로부터 입사되는 광을 면광원으로 변환하는 도광판(3)과, 도광판(3)의 하면 및 측면으로 진행하는 광을 액정패널(8) 쪽으로 반사시키는 반사판(2)과, 도광판(3)을 경유한 광을 확산시키는 제1 확산판(4)과, 광의 진행방향을 조절하는 제1 및 제2 프리즘 시트(5,6)와, 제2 프리즘 시트(6)를 경유한 광을 확신시키는 제2 확산판(7)으로 구성되어 광원(1)에서 발생된 광을 액정패널(8) 전면에 걸쳐 균일하게 입사시킨다.
이러한 종래 엘시디 백라이트 유닛은 단순히 광을 발생시키고 경로를 안내하여 액정패널로 조사해 주는 수동적인 기능만을 수행하도록 구성된 바, 광원 내지 도광판으로부터 나오는 빛 중 일부는 투과시키고, 일부는 산란(또는 반사)시키는 스위칭 기능은 수행할 수 없는 한계가 있었다.
이에 따라, 통상적으로 냉음극형광 램프(CCFL)를 광원으로 사용하고 있는 종래 LCD 백라이트 유닛은 액정패널 전체에 걸쳐 일괄적으로 동일한 밝기의 빛을 내보낼 수 밖에 없기 때문에, 백라이트로부터 조사되는 광의 밝기를 영상에 따라 선택적으로 조절하여 명암비 효과를 극대화하는 로컬 디밍(Local Dimming) 기술과 조사되는 광의 점멸을 제어하여 화상을 표시함으로써 움직이는 영상의 잔상을 제거하는 스캐닝(Scanning) 기술을 구현할 수 없었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 백라이트 유닛의 기술적 한계를 극복하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 도광판의 일면에 적층 구비된 능동 확산판을 통해, 광원으로부터 출사되는 광의 일부 투과, 일부 산란 및 일부 반사를 능동적으로 제어할 수 있어 종래 백라이트 유닛으로는 불가능했던 로컬 디밍(Local Dimming) 기술 및 스캐닝(Scanning) 기능을 구현할 수 있는 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛은 액정 디스플레이 모듈의 액정패널 배면에 구비되어 광을 공급하는 백라이트 유닛에 있어서, 광을 발생하는 광원과, 상기 광원으로부터 방사되는 광을 상기 액정패널 측으로 반사시키는 반사판과, 조사되는 광이 상기 액정패널과 수직으로 입사되도록 광의 진행 경로를 안내하는 프리즘 시트와, 상기 반사판과 상기 프리즘 시트 사이에 개재되어 입사되는 광의 선택적 투과를 제어하는 능동 확산판을 포함한다. 또한, 상기 능동 확산판은 제1 투명전극이 구비된 제1 투명기판과, 상기 제1 투명전극 상부에 액정캡슐과 바인더가 혼합되어 적층 형성되는 액정캡슐층과, 상기 액정캡슐층 상부에 적층되며, 패터닝 형성된 투명전극을 갖는 제2 투명기판을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 능동 확산팍은 상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명 전극에 인가되는 전원을 제어하여 상기 액정캡슐을 선택적으로 구동하여 액정배열을 변화시킴으로써 상기 액정패널 측으로 공급되는 광의 선택적 투과를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛에 의하면, 액정패널을 통해 구현되는 영상에 따라 백라이트 유닛으로부터 출사되는 광의 밝기 및 점멸을 선택적으로 조절 및 제어할 수 있어 명암비 효과를 극대화하는 로컬 디밍(Local Dimming) 기술과 움직이는 영상의 잔상을 제거하는 스캐닝(Scanning) 기술을 구현할 수 있어 액정표시장치의 화질을 크게 향상시킬 수 있으며 또한 3D 멀티 뷰(Multi-View)의 구현이 가능해지는 탁월한 효과가 있다.
도 1은 종래 LCD용 에지(edge)형 백라이트 유닛을 갖는 액정 디스플레이 모듈을 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛을 갖는 액정 디스플레이 모듈을 개략적으로 도시한 단면 구성도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 능동 확산판을 포함하는 백라이트 유닛의 일부 구성을 개략적으로 도시한 단면 구성도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 능동 확산판을 포함하는 백라이트 유닛의 일부 구성을 개략적으로 도시한 단면 구성도.
도 5 (a),(b) 및 (c)는 콜레스테릭 액정의 배열 상태를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 능동 확산판을 포함하는 백라이트 유닛의 일부 구성을 개략적으로 도시한 단면 구성도.
[부호의 설명]
10: 광원 20: 반사판
30: 도광판 40: 제1 프리즘 시트
50: 제2 프리즘 시트 60: 확산판
70: 투명 점착제 80: 전원
100: 능동 확산판 110: 제1 투명기판
115: 제1 투명전극 120: 제2 투명기판
125: 제2 투명전극 130: 네마틱 액정캡슐층
131: 네마틱 액정 132: 네마틱 액정캡슐
133,143,153,158: 바인더 140: 콜레스테릭 액정캡슐층
141: 콜레스테릭 액정 142: 콜레스테릭 액정캡슐
150: 제1 액정캡슐층 151: 좌선성 콜레스테릭 액정
152: 좌선성 콜레스테릭 액정캡슐
155: 제2 액정캡슐층 156: 우선성 콜레스테릭 액정
157: 우선성 콜레스테릭 액정캡슐
본 발명에 따른 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛은 다수의 액정캡슐을 선택적으로 구동하여 광의 일부 투과, 일부 산란 및 일부 반사를 제어하는 능동 확산판(100)을 포함하는 백라이트 유닛 구성을 통해 종래 백라이트 유닛으로는 불가능했던 로컬 디밍(Local Dimming) 기술과 스캐닝(Scanning) 기능을 가능토록 하는 기술적 특징을 제시한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛을 갖는 액정 디스플레이 모듈을 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛은 액정 디스플레이 모듈의 액정패널(8)의 배면 상에 구비되며, 세부적으로는 광을 발생시키는 광원(10)과, 상기 광원(10)으로부터 입사되는 광을 면광원으로 변환하는 도광판(30)과, 도광판(30)의 하측으로 진행하는 광을 액정패널(8) 측으로 반사시키는 반사판(20)과, 도광판(30)을 경유하여 입사되는 광을 선택적 투과하도록 제어하는 능동 확산판(100)과, 능동 확산판(100)을 경유한 광이 액정패널(8)의 일정 영역 내로 입사되도록 광의 진행 경로를 유도하는 프리즘 시트(40,50)와, 프리즘 시트(40,50)를 경유한 광을 확산시키는 확산판(60)을 포함하도록 구성되며, 상기 확산판(60) 대신 보호필름을 구비할 수도 있다.
광원(10)은 레이저를 발생시키는 레이저 광원, 발광다이오드(LED) 또는 냉음극형광 램프(CCFL)를 채용할 수 있으며, 도 2와 같이 에지(edge)형 백라이트 유닛으로 구성할 경우 광원은 액정패널(8)의 측면 하부(도광판 측면)에 위치하게 되고, 도면에는 도시하지 않았으나 직하형 백라이트 유닛으로 구성한다면 광원이 액정패널(8) 배면의 수직 하부에 위치하게 된다.
도광판(30)은 액정패널(8)에 수평한 출사면과, 경사진 배면과, 출사면에 직각을 이루는 입사면으로 구성되고 일측면에는 광원(10)이 배치되어 상기 광원(10)으로부터 입사되는 선광을 면광으로 전환시킨다. 또한, 도광판(30)의 배면에는 반사판(20)이 대향 구비되는데, 반사판(20)은 도광판(30)의 배면으로 진행하는 광을 액정패널(8) 측(출사면 측)으로 반사시킴으로써 광손실을 줄여주는 역할을 한다.
프리즘 시트는 능동 확산판(100)을 투과하여 액정패널(8)로 입사되는 광의 경로를 유도하기 위한 수단에 해당한다. 액정패널(8)에 입사되는 광은 수직을 이룰 때 광효율이 커지게 되는데, 이를 위해 능동 확산판(100)에서 출사된 광의 진행각도를 액정패널(8)과 수직을 이루도록 두 매의 프리즘 시트 즉, 제1 프리즘 시트(40)와 제2 프리즘 시트(50)를 적층 구비하는 것이 바람직하다. 제1 프리즘 시트(40)와 제2 프리즘 시트(50)는 산과 골을 가지는 다수의 삼각 막대 형태로 이루어져 있다. 또한, 제1 프리즘 시트(40)는 수평 배열 방향을 이루고 제2 프리즘 시트(50)는 수직 배열 방향을 이루며 상호 직교되도록 배치된다. 따라서, 능동 확산판(100)으로부터 입사되는 광은 제1 프리즘 시트(40)와 제2 프리즘 시트(50)를 차례로 거치면서 상부의 액정패널(8)의 일정 영역에 수직으로 입사되도록 진행 경로를 안내받고, 제2 프리즘 시트(50)로부터 출사되어 액정패널(8)로 수직하게 진행하는 광은 액정패널(8)과 제2 프리즘 시트(50) 사이에 개재된 확산판(60)에 의해 2차적으로 확산된 후 액정패널(8)로 최종 입사된다.
전술한 바와 같이, 광원(10)으로부터 발생된 빛이 도광판(30)의 측면에 구비된 입사면을 통해 도광판(30) 내로 입사되면 경사진 배면과 반사판(20)에 의해 반사된 후 출사면을 경유하여 능동 확산판(100)으로 입사된다.
본 발명에 따른 능동 확산판(100)은 도 3을 참조하면 일면에 제1 투명전극(115)이 형성되어 있는 제1 투명기판(110)과, 상기 제1 투명기판(110)과 대향 구비되고 대향면에 제2 투명전극(125)이 형성되어 있는 제2 투명기판(120)과, 액정캡슐과 바인더가 혼합되어 제1 투명기판(110)과 제2 투명기판(120) 사이에 개재되는 액정캡슐층을 포함하도록 구성된다.
즉, 본 발명의 능동 확산판(100)은 액정 드롭렛(Droplet)을 형성한 후 고분자 바인더(binder)와 혼합함으로써 액정을 캡슐형태로 제조하고 이를 투명전극(115,125)이 각각 형성된 제1 투명기판(110)과 제2 투명기판(120) 사이에 적층시킨 고분자 액정 필름 형태로 제작되어 매우 얇고 가벼운 특징을 갖고 있다.
제1 투명기판(110) 및 제2 투명기판(120)은 글래스(Glass) 소재의 유리 기판은 물론, 탄성변형 가능한 유연성을 지닌 얇은 플라스틱 기판으로 구성할 수 있다.
상기 플라스틱 기판의 소재로는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정하지는 않는다.
제1 투명기판(110)과 제2 투명기판(120)의 각 일면에는 투명전극 박막이 기상 증착법 등에 의해 형성된다. 상기 투명전극(115,125)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 투명한 도전성 폴리머류 등을 이용하여 형성한다.
액정캡슐층을 구성하는 액정캡슐은 상기 투명전극(115,125)에 인가되는 전원(80)에 따라 액정배열 구조를 변화시킴으로써 입사광을 그대로 통과시키는 투과 모드와 입사광의 투과를 저해하는 반사(내지 산란) 모드를 상호 전환하는 스위칭 기능을 구현할 수 있어야 하며, 이러한 점을 고려할 때 본 발명의 액정캡슐은 네마틱, 스멕틱, 콜레스터릭 및 카이랄스멕틱 액정을 사용할 수 있으나 바람직하게는 네마틱 액정과 콜레스터릭 액정을 사용하여 제조하는 것이 좋다. 그리고 경우에 따라서는 대조비(Contrast) 특성을 개선하기 위해 코어물질인 액정에 일정량의 이색성 염료를 첨가할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 백라이트 유닛은 구현되는 영상 화면에 따라 액정패널 영역별로 광 밝기의 차등을 두고 조사될 수 있도록 하는 능동 확산판(100)의 스위칭 기능을 통해, 도광판(30)으로부터 나오는 빛을 확산시키고 경로를 유도하여 액정패널 전체에 일괄적으로 조사해 주는 수동적인 기능만을 수행하는 종래 백라이트 유닛의 기술적 한계를 극복하고 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 능동 확산판(100)의 다양한 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 능동 확산판을 포함하는 백라이트 유닛의 일부 구성을 개략적으로 도시한 단면 구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 능동 확산판은 네마틱 액정캡슐(132)을 채용한 고분자 액정 필름 형태로 구성되되, 바람직하게는 능동 확산판의 액정캡슐층(130) 내부에 함유된 다수의 액정캡슐(132)은 제1 투명기판(110) 상에 모노레이어(Monolayer) 구조로 배열되도록 구성하는 것이 최선이다. 이는, 모노레이어 형태로 액정캡슐층을 구성할 경우 입사광의 선택적 반사를 구현할 수 있으면서도 입사광의 선택적 투과 시에는 높은 투과율을 보장할 수 있고 또한 능동 확산판의 두께를 최소화할 수 있기 때문이다.
참고로, 본 발명에서 사용하는 용어 "모노레이어 구조"에 대해 정의하기로 한다. 본 발명의 모노레이어 구조는 액정 분자 하나 하나가 일분자층으로 배열된 것을 의미하는 것이 아니라, 다수의 액정이 모여 형성된 액정캡슐 하나 하나가 일분자층과 같은 형태로 배열되어 있는 구조를 의미한다. 즉, 액정캡슐층이 개재되어 있는 제1 투명기판과 제2 투명기판을 수직 방향으로 절단하였을 때 제1 투명기판과 제2 투명기판 사이에 액정캡슐이 단일층으로 배열되어 있다면 이는 모노레이어 구조에 해당한다. 그러나, 이처럼 액정캡슐층이 모노레이어 구조를 갖도록 실제작하면 액정캡슐층 전체 영역에 걸쳐 모든 액정캡슐이 100% 단일층을 형성하도록 제작하는 것은 불가능하거나 대단히 어렵다. 따라서, 본 발명에서 모노레이어 구조라함은 제1 투명기판 상부에 적층된 액정캡슐층의 전체 면적 대비 적어도 50% 이상의 면적에서 바람직하게는 70% 이상의 면적에서 액정캡슐이 단일층 구조로 배열된 상태를 의미하는 것으로 정의하기로 한다.
본 발명의 능동 확산판은 액정캡슐(132) 제조단계와, 액정캡슐층(130) 형성단계와, 액정캡슐 재배치 단계를 통해 제조된다.
먼저, 액정캡슐(132) 제조 단계를 설명하면, 복합상분리법(Complex Coacervation), 멤브레인(Membrane) 유화법, 동시 중합법(In-situ Polymerization) 등을 이용하여 10 ~ 50㎛ 지름의 액정캡슐(132)을 제조하는 단계이다.
액정캡슐(132) 제조에 사용되는 액정으로는 네마틱 액정(131)을 사용하였다. 또한 제조되는 액정캡슐(132)은 상술한 네마틱 액정(131) 이외에 이색성 염료(Dichroic dye: 133) 및 카이랄 도펀트(Chiral dopant)를 더 포함할 수 있다.
세부적으로, 본 발명의 제1 투명기판(110)에 인쇄되는 액정캡슐(132)은 코어물질인 액정의 드롭렛(Droplet)을 형성시키는 유화공정, 코아서베이션에 의한 캡슐화 공정, 캡슐외벽의 겔화공정, 캡슐외벽 경화공정 및 숙성공정을 통해 제조된다.
유화공정은 유화제를 포함하는 수용액에 고속균질교반기(Homegenizer)나 멤브레인(Membrane) 유화장치를 이용하여 코어물질인 액정의 드롭렛(Droplet)을 형성시키는 공정으로서, 유화제로는 젤라틴, 아라비아검, 알부민, 알기네이트, 카제인과 같은 천연 유화제 내지 폴리우레탄, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌, 아민과 같은 합성 유화제 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용한 유화제는 젤라틴(Type-A, Sigma-Aldrich)과 아라비아 검(Arabia Gum, Fluka)을 사용하였고, 구체적으로 10% 아라비아검 수용액 360g에 이색성 염료를 녹인 액정(600g)을 한방울씩 떨어뜨리며 고속균질교반기 (Homogenizer)를 이용해 회전속도(rpm)를 6,500/7,500/8,500 순으로 높여가며 10여분 간 유화시켰다. 또한, 액정에 도핑된 이색성 염료로는 S-428, M-483, M-412(Mitsui Fine Chemical)를 사용하였다.
상술한 유화공정이 완료되면, 코아서베이션에 의한 캡슐화 공정으로 넘어간다. 코아서베이션에 의한 캡슐화 공정은 수용액의 pH 조절을 통해 수용성 고분자(젤라틴, 아라비아고무)의 코아서베이트를 형성하고, 젤라틴과 아라비아고무의 결합을 통한 캡슐 외벽을 형성하는 공정이다.
본 발명의 실시예는 구연산 또는 빙초산을 사용하여 pH를 조절하였다. 구체적으로, 10% 젤라틴 수용액 240g과 순수 600g을 투입하고 구연산을 이용하여 pH를 4.5로 조절하는 1차 젤라틴 수용액 첨가 단계를 거친 후, 일반 교반기로 이동하여 10% 젤라틴 수용액 120g과 순수 240g을 추가로 천천히 투입하고 구연산을 이용하여 pH를 4.4로 조절함으로써 코아서베이션이 완료된다.
코아서베이션은 콜로이드 계에서의 상분리 현상으로서, 콜로이드 물질의 침전이나 응집으로 콜로이드 리치(rich)층과 콜로이드 푸어(poor)층의 2가지 계로 분리되는 현상을 말한다. 본 발명에서는 젤라틴과 아라비아검이 pH 4.4 정도에서 서로 반대의 전하를 띠고 응집하게 되는데 이것이 코아서베이션 현상이다. 이처럼 코아서베이션 현상이 일어나면, 젤라틴은 양전하(+)를 띄게되고 아라비아검은 음전하(-)를 띄게 되어 서로 반대전하를 띄는 친수성 콜로이드가 정전기력에 의해 서로 엉겨붙으면서 액정캡슐(132)의 외벽을 형성하게 된다.
상술한 코아서베이션에 의한 액정 캡슐화 공정이 완료되면, 겔화공정으로 넘어간다. 겔화공정은 온도변화를 통해 캡슐 외벽의 겔화를 진행하는 공정으로서, 본 발명의 실시예는 온도를 40℃에서 20℃ 까지는 약 0.2℃/분의 냉각속도로 서냉시킨 후, 20℃에 도달하게 되면 10℃ 까지는 약 0.5℃/분의 냉각속도로 급냉시켰다. 또한, 급냉에 따른 저온에서 액정캡슐(132)이 뭉치지 않도록 교반기의 회전수를 높여서 교반해 준다.
겔화공정이 완료되면, 캡슐 외벽 경화공정으로 진입한다. 외벽 경화공정은 경화제를 첨가하여 캡슐 외벽을 경화시키는 단계로서, 상기 경화제는 글루타르알데하이드 또는 포름알데하이드를 사용하여 젤라틴의 아미노기와 가교반응시켜 캡슐을 경화시키면 완전한 마이크로캡슐이 제조된다. 본 발명의 실시예는 4g의 글루타르알데하이드를 천천히 투여함으로써 캡슐 외벽 경화공정을 진행하였다.
캡슐 외벽 경화공정을 거쳐 완전한 액정캡슐(132)의 제조가 완료되면, 약 1시간 정도 교반 후 실온에 방치하여 서서히 실온까지 온도를 올려준 후에 볼밀로 이동하여 약 24시간 정도 숙성함으로써 안정된 액정캡슐(132)을 최종 수득하게 된다.
상술한 제조 정을 통해 수득된 액정캡슐(132)은 세정 및 여과가 필요한데, 세정의 경우는 순수, 이소프로필알코올, 에틸렌 글리콜 등을 사용하여 수행한다. 액정캡슐 여과공정은 원하는 사이즈를 갖춘 액정캡슐만을 획득하고, 액정캡슐 제조 공정에서 개입된 불순물을 제거하기 위한 공정으로서 여과지 또는 멤브레인 (Membrane)을 통해 달성가능하다.
세정 및 여과를 완료한 액정캡슐(132)은 제1 투명기판(110)의 일면 상에 적층 고정되어야 하는데, 이는 바인더(133)를 통해 달성가능하다. 즉, 투명한 재질의 바인더(133)에 액정캡슐(132)을 일정한 비율로 혼합시킨 후 상기 제1 투명기판(110)의 일면에 인쇄하여 고정시킨다.
구체적으로, 액정캡슐(132)과 바인더(133)의 혼합 비율은 1:1 비율로 혼합되도록 구성하는 것이 바람직하며, 사용되는 바인더(133)로는 폴리비닐알코올, 젤라틴, 포르말린레졸시농 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴산 수지, 멜라민, 메타크릴산 수지, 포름알데히드 수지, 불소계 수지 및 폴리비닐피롤리돈에서 선택된 적어도 어느 하나의 투명한 고분자 물질을 사용한다.
또한, 액정캡슐(132)과 바인더(133)가 혼합된 페이스트를 제1 투명기판(110)에 인쇄하기 전에 상기 혼합과정에서 바인더(133)에 포함된 기포를 제거하는 탈포 과정이 행해진다.
상술한 공정이 모두 완료되면 바인더(133)가 혼합된 액정캡슐(132)을 기판상에 인쇄하여 액정캡슐층(130)을 형성하게 된다.
또한, 본 발명의 제1 투명기판(110)과 제2 투명기판(120)의 일면에는 제1 투명전극(115)과 제2 투명전극(125)이 각각 형성되어 있는데, 제1 투명기판(110)과 제2 투명기판(120) 사이에 개재된 다수의 액정캡슐(132)을 선택적으로 구동하여 광의 일부 투과 및 일부 산란을 제어하기 위해서는 이러한 제1 투명전극(115)과 제2 투명전극(125)이 일정한 모양을 갖고 규칙적으로 형성되도록 하는 패터닝이 필요하다.
본 발명의 능동 확산판(100)은 이처럼 투명전극(115,125) 패턴에 인가되는 전원(80)을 조절하여 다수의 액정캡슐(132)을 선택적으로 구동함으로써 액정배열의 변화를 차별적으로 발생시키고 이를 통해 입사광의 선택적 투과를 구현하게 된다.
제1 투명전극(115) 패턴이 형성되어 있는 제1 투명기판(110) 위에 액정캡슐(132)과 바인더(133)가 혼합된 페이스트를 인쇄하는 방법은 스크린 인쇄, 스텐실 프린팅, 오프셋 인쇄 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 통해 달성가능하며, 코팅방법으로는 그라비아 코팅, 나이프 코팅, 롤코팅, 다이코팅, 리버스 코팅 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 통해 달성가능하다.
상술한 바와 같이, 액정캡슐(132)과 바인더(133)가 혼합된 페이스트를 제1 투명기판(110)의 제1 투명전극(115) 상에 인쇄하는 공정이 완료되면 액정캡슐층(130)의 형성이 완료된다.
그러나, 전술한 공정까지 진행된 액정캡슐층(130)은 이에 함유된 다수의 액정캡슐(132)이 바인더(133) 내부에서 무작위 배열되어 캡슐 상호 간에 중첩되거나 적층되어 있는 액정캡슐층(130) 구조를 갖는다.
본 발명의 능동 확산판(100)은 상기와 같이 복층의 무작위 배열 구조를 갖는 액정캡슐층(130)을 모노레이어(Mono-layer) 구조로 만들어 주기 위해 액정캡슐 재배치 단계를 더 포함한다.
상기 모노레이어 구조의 액정캡슐층(130)이란 도 3과 같이 바인더(133)와 혼합되어 있는 다수의 액정캡슐(132) 각각이 상호 적층 중복되지 않고 제1 투명기판(110) 위에 단층 구조로 배열되며 밀착되어 있는 형태를 지칭한다.
이러한 액정캡슐(132)의 모노레이어 구조는 다음과 같은 제조 방법을 통해 달성된다. 즉, 전술한 액정캡슐층(130) 형성단계를 통해 제1 투명기판(110)의 일면 상에 액정캡슐층(130)을 인쇄/코팅한 후, 상기 액정캡슐층(130)이 적층된 제1 투명기판(110)을 기계적으로 반복 진동시키는 것이다.
이처럼 제1 투명기판(110)의 기계적 진동을 실시하면, 바인더(133)와 섞여 상부에 위치하고 있는 액정캡슐(132) 입자들은 중력 방향으로 하강하게 되고, 이러한 제1 투명기판(110)의 진동을 지속적으로 반복 실시하면 하강하는 액정캡슐(132) 입자는 제1 투명기판(110) 상에 이미 밀착 배치되어 있는 액정캡슐(132)들 사이의 간극에 압입되며 점차 모노레이어 형태를 이루고 있는 배치 구조로 정렬된다. 상술한 액정캡슐(132)의 하강 및 재배치는 바인더(133)에 비해 비중이 높은 액정캡슐(132)의 물성과 각 캡슐 입자 자체가 형성하는 부피 그리고 중력을 활용하여 이에 기계적 반복 진동을 가해줌으로써 달성되는 것이다.
또한, 제1 투명기판(110)의 반복 진동에 의한 액정캡슐(132)의 하강 및 간극 삽입 동작을 더욱 효과적으로 달성하기 위해서는 상기 반복 진동은 제1 투명기판(110)의 면 방향으로 좌우 왕복하도록 실시하는 것이 바람직하다. 참고로, 상기 "면 방향"이란 제1 투명전극(115)이 형성된 제1 투명기판(110)의 일면에 평행한 방향을 지칭한다.
전술한 바와 같은 공정을 통해 제작된 네마틱 액정캡슐층(130)을 갖는 능동 확산판(100)은 투명전극(115,125) 패턴에 인가되는 전원(80)의 제어를 통해 스위칭 기능을 구현하게 된다. 이하에서는 이러한 스위칭 기능에 의한 선택적 광 투과 동작에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전원(80)이 인가되지 않아 오프(Off) 상태에 있는 투명전극 패턴 영역(도3의 좌측 영역)의 상부에 위치하는 액정캡슐(132)은 그 내부에 있는 네마틱 액정(131')들이 무작위 배열 상태로 존재하기 때문에 도광판(30)으로부터 입사된 광은 굴절률 차이로 인해 산란 현상이 야기되어 투과율이 현저히 떨어지게 되고 이에 따라 액정패널에 조사되는 광의 밝기가 어두워지게 된다.
반대로, 전원(80)이 인가되어 온(On) 상태에 있는 투명전극 패턴 영역(도3의 우측 영역)의 상부에 위치하는 액정캡슐(132)은 그 내부에 있는 네마틱 액정(131)들이 전원(80) 인가에 의해 발생되는 외부 전기장에 의해 전기장에 평행한 방향으로 재배열되기 때문에 도광판(30)으로부터 입사된 광은 산란되지 않고 바로 투과되어 액정패널로 입사하게 된다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 백라이트 유닛은 네마틱 액정캡슐층(130)을 포함하는 능동 확산판(100)이 투명전극에 인가되는 전원(80)에 따라 액정배열 구조를 변화시킴으로써 입사광을 그대로 통과시키는 투과 모드와 입사광의 투과를 방해하는 산란모드를 상호 전환하는 스위칭 동작을 영역별로 차등을 두고 수행할 수 있는 바, 백라이트로부터 조사되는 광의 밝기를 영상 화면에 따라 영역별로 선택적으로 조절하여 명암비 효과를 극대화하는 로컬 디밍(Local Dimming) 기술을 구현할 수 있게 되는 매우 유용한 기술이다.
또한, 본 발명의 능동 확산판(100)의 액정캡슐층(130)은 바람직하게는 모노레이어 배열 구조로 구성하는데 이는 다음과 같은 장점이 있기 때문이다. 즉, 다수의 액정캡슐(132) 각각이 단층 상에 상호 밀착 배치됨에 따라 캡슐 입자간 공극이 최소화되고, 이는 능동 확산판(100)의 두께를 감소시킬 수 있는 요소로 작용한다. 또한, 능동 확산판(100)의 액정캡슐층(130)에 함유된 다수의 액정캡슐(132)이 바인더(133) 내부에서 무작위 배열되어 캡슐 상호 간에 중첩되거나 적층 상태로 존재하게 되면 투과를 의도한 광이 의도하지 않은 산란 현상을 겪게 되어 광투과도가 떨어지게 되는 문제점을 방지할 수 있는 이점이 있다.
전술한 바와 같이, 능동 확산판(100)의 액정캡슐층(130)을 네마틱 액정캡슐(132)로 구성할 경우, 네마틱 액정캡슐(132)에 적용되는 액정은 굴절률 이방성(△n)이 0.2 이상으로 큰 액정을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 액정의 굴절률 이방성이 적어도 0.2 이상으로 크면 클수록 바인더(133)와 액정 간의 굴절률 차이가 커져서 빛의 산란효과가 증가하고 이는 밝은 광(즉, 투과 광)과 어두운 광(즉, 산란 광)에 의한 명암비 효과를 극대화하여 선명한 화질 영상을 구현함에 유리하기 때문이다.
또한, 도광판(30)과 제1 및 제2 투명기판(110,120)은 굴절률을 매칭시키는 것이 바람직한데 구체적으로는 ±0.01 이내의 굴절률 차를 갖도록 구성하는 것이 좋다. 이는 광의 전반사 효과를 최소화하여 광이용 효율을 증대시키기 위함이다. 예컨데, 도광판(30)은 통상적으로 PMMA(PolyMethly MethAcrylate) 소재를 사용하는데, 이러한 PMMA의 굴절률은 1.49에 해당하기 때문에 상기 경우 제1 및 제2 투명기판(120)은 1.48 내지 1.50 의 굴절률을 갖는 소재로 구성하는 것이 유리하다.
또한, 본 발명의 능동 확산판(100)은 투명 점착제(70)를 통해 도광판(30) 상에 부착되는데 이처럼 제1 투명기판과 도광판(30) 사이에 개재되는 투명 점착제(70)는 도광판의 굴절률과 제1 투명기판의 굴절률 사이의 굴절률을 갖거나 또는 동일한 굴절률을 갖도록 굴절률을 매칭시켜 주는 것이 광이용 효율 극대화에 유리하다.
또한, 네마틱 액정캡슐(132)을 적용한 능동 확산판(100)의 경우에는 산란 특성도 중요하지만 백라이트 유닛의 고유의 기능 즉, 투과 특성이 더 중요하기 때문에 액정캡슐층(130)에 사용되는 바인더(133)의 굴절률과 액정의 단축방향 굴절률이 거의 유사(바람직하게는 ±0.01 이내)하도록 구성하는 것이 중요하다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 능동 확산판을 포함하는 백라이트 유닛의 일부 구성을 개략적으로 도시한 단면 구성도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 능독 확산판은 전술한 제1 실시예와 마찬가지로 액정 드롭렛(Droplet)을 형성한 후 고분자 바인더(binder; 143)와 혼합함으로써 액정(141)을 캡슐형태(142)로 제조하고 이를 투명전극(115,125)이 각각 패턴 형성된 제1 투명기판(110)과 제2 투명기판(120) 사이에 적층시킨 고분자 액정 필름 형태로 제작하고, 액정캡슐(142)은 모노레이어 구조를 갖도록 구성된다. 다만, 네마틱 액정(131)대신 콜레스테릭 액정(141)으로 이루어진 액정캡슐층(140)으로 구성된 것을 차이점으로 한다.
따라서, 이하에서는 제1 실시예와 대비되는 차이점만을 들어 제2 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
정(+) 유전 이방성을 가지는 콜레스테릭 액정(141)은 도 5(a)에 도시한 바와 같이, 나선축이 셀(cell) 표면에 수직으로 되고, 입사광에 대하여 선택 반사 현상을 일으키는 플래너(planar) 상태와 도 5(b)에 나타나듯이 나선축이 거의 셀(cell) 표면과 평행하고, 입사광이 산란되며 흩어지는 형태로 투과시키는 포칼코닉(focal conic) 상태 및 도 5(c)에 도시한 바와 같이 나선 구조가 풀리고 액정 디렉터 (director)가 전계 방향을 향하고 입사광을 거의 완전히 투과시키는 호메오트로픽( homeotropic) 상태의 세 개의 상태를 나타낸다.
상기 세 개의 상태 중 플래너 상태(a)와 포칼코닉 상태(b)는 전압을 인가하지 않은 상태에서도 쌍 안정 상태를 유지한다. 따라서 콜레스테릭 액정(141)의 배향 상태는 액상 결정층에 인가되는 전압에 대하여 일의적으로 정해지지 않고 플래너 상태가 초기 상태인 경우에는 인가 전압의 증가에 수반하여 플래너 상태, 포칼코닉 상태, 호메오트로픽 상태의 순서로 변화하고, 포칼코닉 상태가 초기 상태인 경우에는 인가 전압에 수반하여 포칼코닉 상태 호메오트로픽 상태의 순서로 변화한다. 한편, 액상 결정층에 인가되는 전압이 제로(zero)로 떨어지면, 플래너 상태와 포칼코닉 상태는 그대로 상태를 유지하고, 호메오트로픽 상태는 플래너 상태로 변화한다. 즉, 인가하는 펄스(pulse) 전압의 크기에 따라서 상기 3개의 상태는 서로 천이시킬 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 능독 확산판은 전술한 바와 같이, 인가되는 전압에 따라 플래너(planar) 상태, 포칼코닉(focal conic) 상태 및 호메오트로픽 (homeotropic) 간의 전환이 이루어지는 콜레스테릭 액정(141)의 특성을 이용하여 입사광의 선택적 투과 및 반사를 구현한다.
도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 능동 확산판(100)의 선택적 광투과 동작을 살펴보면, 전원(80)이 인가되지 않아 오프(Off) 상태에 있는 투명전극 패턴 영역(도4의 좌측 영역)의 상부에 위치하는 액정캡슐(142')은 그 내부에 있는 콜레스테릭 액정(141')은 플래너(planar) 상태를 이루고 있기 때문에 도광판(30)으로부터 입사된 광은 반사되어 능동 확산판(100)을 통과하지 못하게 된다.
반대로, 전원(80)이 인가되어 온(On) 상태에 있는 투명전극 패턴 영역(도4의 우측 영역)의 상부에 위치하는 액정캡슐(142)은 그 내부에 있는 콜레스테릭 액정(141)들이 전원(80) 인가에 의해 발생되는 외부 전기장에 의해 호메오트로픽 (homeotropic) 상태로 재배열되기 때문에 도광판(30)으로부터 입사된 광은 산란(내지 반사)되지 않고 바로 투과되어 액정패널로 입사하게 된다.
또한, 투명전극 패에 인가되는 전압을 조절하여 또 다른 투명전극 영역 상에 위치한 콜레스테릭 액정캡슐은 포칼코닉(focal conic) 상태로 만들어 준다면 도광판(30)으로부터 입사된 광은 흩어지는 형태로 투과하게 되는 바 액정패널에 조사되는 광은 그 밝기가 저하되어 액정패널에 입사하게 된다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛은 콜레스테릭 액정캡슐층(140)을 포함하는 능동 확산판(100)이 투명전극에 인가되는 전원(80)에 따라 액정배열 상태를 변환시킴으로써 각 영역별로 입사광의 투과, 반사 및 산란을 임의 조절할 수 있는 바, 백라이트로부터 조사되는 광의 밝기를 영상에 따라 선택적으로 조절하여 명암비 효과를 극대화하는 로컬 디밍(Local Dimming) 기술과 조사되는 광의 점멸을 제어하여 화상을 표시함으로써 움직이는 영상의 잔상을 제거하는 스캐닝(Scanning) 기술을 구현할 수 있게 된다.
일반적으로, 콜레스테릭 액정은 선택반사 특성에 의해 액정의 고유한 피치(p)에 따라 반사하는 빛의 파장(λ)도 결정된다. 그런데 백라이트 유닛의 광원에서 나오는 빛은 가시광선 전파장 영역(400 ~ 700nm)에 해당되기 때문에 오프 (Off) 상태에서 우수한 반사특성을 확보하기 위해서는 콜레스테릭 액정의 피치(△p)를 잘 조절하여 반사되는 빛의 파장영역(△λ)을 최대한 넓혀주는 것이 필요하다.
또한, 제2 실시예에 따른 능동 확산판(100) 역시 도광판(30), 제1 투명기판(110), 제2 투명기판(120) 및 투명 점착제(70)는 ±0.01 이내의 굴절률 차를 갖도록 굴절률이 매칭되는 소재로 구성하는 것이 광 이용 효율 상 유리하다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 능동 확산판을 포함하는 백라이트 유닛의 일부 구성을 개략적으로 도시한 단면 구성도이다. 액정 분자가 나선 구조를 가지는 콜레스테릭 액정(151,156)은 입사한 빛을 우원 편광과 좌원 편광으로 나누고, 나선으로 비틀고 방향에 일치하는 원편광 성분을 브래그 반사하고, 나머지 빛을 투과시키는 선택 반사 현상을 일으킨다. 이러한 콜레스테릭 액정(151,156)의 물성으로 인해, 제2 실시예에 따른 모노레이어 구조의 콜레스테릭 액정캡슐층으로 이루어진 능동 확산판(100)은 액정캡슐층(140)이 좌선성 (Left-handed) 또는 우선성(Right-handed) 중 어느 하나의 빛만을 반사하게 되어 반사 기능이 저하되고, 이에 따라 최선의 선명도를 구현하기 힘든 단점이 있다.
즉, 콜레스테릭 액정캡슐층을 적용한 능동 확산판의 경우에는 투과 특성도 중요하지만 반사 특성이 더 중요하기 때문에 이러한 반사 특성을 개선하기 위해서는 후술할 제3 실시예와 같이 콜레스테릭 액정캡슐층을 두 층으로 적층 형성할 수도 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 능동 확산판은 좌선성 콜레스테릭 액정(151)의 액정캡슐(152)이 바인더(153)와 혼합되어 이루어진 제1 액정캡슐층(150)과, 우선성 콜레스테릭 액정(156)의 액정캡슐(157)이 바인더(158)와 혼합되어 이루어진 제2 액정캡슐층(155)이 상기 제1 액정캡슐층(150) 상에 적층 형성되어 다층 구조를 이루고 있는 액정캡슐층으로 구성된 것을 주요 특징으로 한다.
제3 실시예에 따른 능동 확산판(100)은 기본적으로 전술한 제1 및 제2 실시예와 동일한 구성을 갖되, 제2 액정캡슐층(155)이 추가로 더 구비되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 제3 실시예의 제1 액정캡슐층(150)은 제2 실시예의 액정캡슐층(도 4; 140)과 동일한 방법을 통해 제조 가능하므로, 이하에서는 상기 제1 액정캡슐층(150) 상에 적층 형성되는 제2 액정캡슐층(155)에 대하여 설명하기로한다.
제3 실시예의 제2 액정캡슐층(155)은 제1 액정캡슐층(150)의 일면 상에 적층 방식으로 구비된다. 구체적으로는, 제1 액정캡슐(152)을 제조하여 바인더(153)와 혼합하고 이를 제1 투명기판(110) 상에 도포 인쇄한 후 충분한 건조 공정을 거침으로써 제1 액정캡슐층(150)을 수득한 후 그 위에 다시 동일한 방식으로 또 하나의 액정캡슐층(155)을 형성하는 것이다.
즉, 제1 액정캡슐층(150)은 좌선성 콜레스테릭 액정(151)을 적용하여 형성하였다면, 그 위에는 우선성 콜레스테릭 액정(156)을 적용한 또 하나의 액정캡슐층(155)을 적층 형성하는 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전원(80)이 인가되지 않아 오프(Off) 상태에 있는 투명전극 패턴 영역(도6의 좌측 영역)의 상부에 위치하는 제1 액정캡슐(152')과 제2 액정캡슐(157')은 그 내부에 있는 콜레스테릭 액정(151',156')이 플래너(planar) 상태를 이루고 있기 때문에 도광판(30)으로부터 입사된 광은 반사되어 능동 확산판을 통과하지 못하게 되며, 구체적으로는 제3 실시예의 능동 확산판(100)으로 입사되는 광은 제1 액정캡슐(152')에 의한 제1 반사와 제2 액정캡슐층(157')에 의한 제2 반사를 통해 총 두 번의 반사를 일으키게 된다.
즉, 제3 실시예에 따른 능동 확산판(100)은 좌선성의 제1 액정캡슐층(150)과 우선성의 제2 액정캡슐층(155)으로 구성된 다층 구조를 갖는 바, 선택 반사 조건을 충족시키는 파장영역의 입사광에 대해 좌선편광 빛(제1 반사광)과 우선편광 빛(제2 반사광)을 모두 반사시켜줌에 따라 콜레스테릭 액정캡슐을 적용한 능동 확산판(100)의 반사 특성을 대폭 향상시켜줄 수 있게 된다.
상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
예컨데, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백라이트 유닛은 에지(edge)형 백라이트 유닛을 설명 및 도시하였으나, 본 발명의 기술적 주요 구성 및 사상은 직하형 백라이트 유닛에도 그대로 적용하여 동일한 목적을 달성할 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1 내지 제3 실시예에서는 네마틱 액정 및 콜레스테릭 액정을 사용하여 능동 확산판을 구성하였으나, 이는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 최선의 액정을 선택하여 설명 및 도시한 것에 불과하며 예컨데 스멕틱 액정, 카이랄스멕틱 액정과 같은 다른 종류의 액정을 사용하여 능동 확산판을 구성하여도 동일한 목적을 달성할 수 있음은 물론이다.
이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 액정 디스플레이 모듈의 액정패널 배면에 구비되어 광을 공급하는 백라이트 유닛에 있어서,
    광을 발생하는 광원;
    상기 광원으로부터 방사되는 광을 상기 액정패널 측으로 반사시키는 반사판;
    조사되는 광이 상기 액정패널과 수직으로 입사되도록 광의 진행 경로를 안내하는 프리즘 시트; 및
    상기 반사판과 상기 프리즘 시트 사이에 개재되어, 입사되는 광의 선택적 투과를 제어하는 능동 확산판을 포함하고,
    상기 능동 확산판은
    제1 투명전극이 구비된 제1 투명기판;
    상기 제1 투명전극 상부에 액정캡슐과 바인더가 혼합되어 적층 형성되는 액정캡슐층; 및
    상기 액정캡슐층 상부에 적층되며, 패터닝 형성된 투명전극을 갖는 제2 투명기판을 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명 전극에 인가되는 전원을 제어하여 상기 액정캡슐을 선택적으로 구동하여 액정배열을 변화시킴으로써 상기 액정패널 측으로 공급되는 광의 선택적 투과를 조절하는 것을 특징으로 하는 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 반사판과 상기 능동 확산판 사이에 구비되어 상기 광원으로부터 입사되는 광을 면광원으로 변환하는 도광판과,
    상기 도광판 상면에 도포되어 상기 능동 확산판을 결합하고, 상기 도광판의 굴절률과 상기 제1 투명기판의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 투명 점착제를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 액정캡슐에 사용된 액정은 네마틱 또는 콜레스테릭 액정인 것을 특징으로 하는 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 액정캡슐층의 전체 면적 대비 적어도 50% 이상은 상기 액정캡슐이 상기 투명전극 상에 모노레이어 구조로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 액정캡슐층은
    좌선성 콜레스테릭 액정캡슐로 이루어진 제1 액정캡슐층; 및
    상기 제1 액정캡슐층 상에 적층 형성되는 우선성 콜레스테릭 액정캡슐로 이루어진 제2 액정캡슐층을 포함하는 다층 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 네마틱 액정은 굴절률 이방성(△n)이 0.2 이상인 것을 특징으로 하는 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 액정캡슐층에 사용되는 바인더의 굴절률과 네마틱 액정의 단축방향 굴절률 차는 ±0.01 이내인 것을 특징으로 하는 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 액정캡슐은 이색성 염료(Dichroic dye)를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 스위칭 기능을 구비한 엘시디 백라이트 유닛.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 엘시디 백라이트 유닛을 포함하는 액정 디스플레이 모듈.
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