KR100860730B1 - 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직하형 백라이트 유닛의 소비전력을 감소시키고 광원의 수명을 연장시킬 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은,

흡수편광막을 포함하는 액정표시장치에 사용되는 직하형 백라이트 유닛에 있어서, 다수의 R,G,B LED 광원; 그 LED 광원에서 발생되는 G 및 B 파장대역의 랜덤편광 중 적어도 하나의 랜덤편광은 선택 반사시키고 R 파장대역의 랜덤편광은 투과시키는 반사편광막; 및 이러한 반사편광막의 상에 위치되며, 그 반사편광막을 투과한 G 또는 B 파장대역의 원편광은 어느 일 방향의 직선편광으로 전환하여 투과시키고, R 파장대역의 원편광은 여러 방향의 직선편광으로 전환하여 투과시켜 흡수편광막으로 출사시키는 위상지연층;을 포함하며,

그 흡수편광막을 통과한 R,G,B 광의 조합에 의해 백색광이 출사되도록 적어도 하나의 LED 광원에 입력되는 전류의 세기가 나머지 다른 LED 광원에 입력되는 전류의 세기보다 작은 것을 특징으로 한다.

발광다이오드(LED), 액정표시장치, 반사편광막, 원편광, 직선편광, 백라이트 유닛

Description

백라이트 유닛 및 이를 포함하는 액정표시장치{BACKLIGHT UNIT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING THE SAME}

본 발명은 액정표시장치(LCD:liquid crystal display)에 사용되는 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 특히 발광다이오드(LED:light emitting diode)를 광원으로 이용하는 직하형 백라이트 유닛의 소비전력을 감소시키고 LED 광원의 수명을 연장시킬 수 있는 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.

최근 액정표시장치(LCD)는 소형인 휴대폰, 전자계산기뿐만 아니라 대면적의 컴퓨터 모니터, TV 등 다양한 분야에서 널리 이용되고 있다. 이러한 액정표시장치는 그 자체에서 빛을 발생하지 못하는 수광형 소자이므로 화면 전체를 후면에서 조명할 수 있는 별도의 광원 장치가 필수적으로 요구된다. 이를 위하여 액정표시장치는 액정 패널 외에 광원 장치로서 백라이트 유닛(backlight unit)을 더 포함하여 구성된다.

백라이트 유닛에는 액정 패널의 하단 측면에 설치된 광원에서 발생되는 빛을 도광판, 반사판, 광학시트, 반사편광자, 흡수편광자 등에 의해 액정 패널로 입사시키는 에지형(edge-lighting) 방식과, 도광판을 사용하지 않는 대신에 액정 패널의 하단에 배치된 확산판의 후면에 다수의 광원을 배치하여 그 광원에서 나오는 빛을 직접 액정 패널로 입사시키는 직하형(direct-lighting) 방식이 있다.

종래에는 백라이트 유닛은 냉음극 형광램프(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp)나 외부전극 형광램프(EEFL:External Electrode Fluorescent Lamp) 등을 조명용 광원으로 사용하였다. 그러나 이러한 종래의 광원들은 플라즈마의 가스 압력이 변화함에 따라 수명이 짧아지고, 플라즈마 방전에 필요한 고전압을 얻기 위한 인버터가 필요하다는 문제점이 있다. 또한 종래의 광원들은 전력소비 효율이 좋지 못하여 과다한 전력이 소모가 된다는 문제점이 있었다.

이러한 종래의 문제점을 해소하기 위해 발광다이오드(LED)를 이용한 백라이트 유닛이 사용되고 있다. LED는 반도체 재료와 불순물의 종류에 따라 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 등의 빛을 발생할 수 있고, 이들 R,G,B LED의 조합으로 백색광을 발생시킬 수도 있다. LED는 종래의 광원에 비해 소형이고 수명이 길며, 에너지 효율이 높고 동작전압이 낮다는 장점이 있다.

LED를 광원으로 사용하는 직하형 백라이트 유닛의 경우, 반사판을 이용하여 하면 또는 측면으로 발산하는 빛을 상측으로 빛의 경로를 바꿔 액정 패널에 조명을 제공한다. 그러나, LED의 경우 통상적으로 동일한 전류 입력시 적색(R) LED보다 녹색(G) 및 청색(B) LED의 수명이 짧기 때문에(수명:R LED > G LED > B LED), 이러한 LED를 장시간 사용하는 경우 적색(R)에 비해 녹색(G)과 청색(B)의 발광효율이 떨어 져 제품의 품질이 저하되는 문제점이 있다. 이 경우, 액정표시장치에서 수명이 빨리 끝나는 녹색(G) 또는 청색(B) LED를 교체해야 하는 번거로움이 있다.

이에 해당 기술분야에서는 LED 광원을 이용한 백라이트 유닛에서 LED의 사용 수명을 연장하면서도 이에 따른 소비 전력을 감소시킬 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, LED를 광원으로 이용하는 직하형 백라이트 유닛에서 LED 광원의 수명을 연장하면서, 동시에 소비 전력을 감소시킬 수 있는 백라이트 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이러한 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

직선편광은 그대로 투과시키고 원편광은 일부는 흡수하고 나머지는 투과시키는 흡수편광막을 포함하는 액정표시장치에 사용되는 직하형 백라이트 유닛에 있어서,

다수의 R,G,B LED 광원; 그 LED 광원에서 발생되는 G 및 B 파장대역의 랜덤편광 중 적어도 하나의 랜덤편광은 선택 반사시키고 R 파장대역의 랜덤편광은 투과시키는 반사편광막; 및 이러한 반사편광막의 상에 위치되며, 그 반사편광막을 투과한 G 또는 B 파장대역의 원편광은 어느 일 방향의 직선편광으로 전환하여 투과시키고 R 파장대역의 원편광은 여러 방향의 직선편광으로 전환하여 투과시켜 상기 흡수편광막으로 출사시키는 위상지연층; 을 포함하며,

상기 흡수편광막을 통과한 R,G,B 광의 조합에 의해 백색광이 출사되도록 적어도 하나의 LED 광원에 입력되는 전류의 세기가 나머지 다른 LED 광원에 입력되는 전류의 세기보다 작은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 흡수편광막을 투과한 R,G,B 광 세기의 비가 상기 R,G,B LED 광원에서 발생되는 R,G,B 광 세기의 비와 동일한 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 예에서, R LED 광원에 입력되는 전류의 세기보다 G 및 B LED 광원에 입력되는 전류의 세기가 작은 것이 바람직하다.

이때, 보다 바람직하게는 G LED 광원에 입력되는 전류의 세기보다 B LED 광원에 입력되는 전류의 세기가 작은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에서, 이러한 위상지연층에 의해 전환된 여러 방향의 R 직선편광은 상기 전환된 G 또는 B 직선편광의 방향과 동일한 방향의 R 직선편광을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 다수의 R,G,B LED 광원은 각각 R,G,B LED 광원이 한 세트로 이루어지고 다수의 세트로 배치된 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기한 본 발명의 백라이트 유닛은,

상기 R,G,B LED 광원으로부터 출사되는 광을 확산하는 확산판; 및 상기 확산판에 의해 확산된 광을 집광시켜 상기 반사편광막으로 출사시키는 광학시트층을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 광학시트층의 상부 및 하부 중 어느 하나에, 상기 광학시트층의 광학 미세구조체와 서로 교차하는 광학 미세구조체를 갖는 또 다른 광학시트층을 추가로 포함할 수도 있다.

이때, 상기 광학시트층을 이루는 각 광학 미세구조체는 그 단면 투영시 삼각형, 원호형, 사각형 중 하나의 단면을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사편광막은 G 파장대역의 원편광을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정층 또는 B 파장대역의 원편광을 선택 반사시키는 콜레스테릭 액정층 중 적어도 1개 이상의 콜레스테릭 액정층으로 구성된 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 예에서, 상기 반사편광막은 G 및 B 파장대의 원편광을 선택 반사시키도록 하부에서 상부로 가면서 장파장 또는 단파장 피치를 갖는 하나의 콜레스테릭 액정층을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기한 실시 예들에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 액정표 시장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 백라이트 유닛에 사용되는 LED 광원의 수명을 연장할 수 있고, 나아가 LED 광원의 교체 없이 장시간 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 액정표시장치에서 고휘도를 유지하면서도 백라이트 유닛의 LED 광원에 입력되는 전류의 세기를 감소시켜 소비전력을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 백라이트 유닛을 구현함에 있어서 G,B 파장대역의 선택 반사 특성을 갖는 반사편광막을 이용하기 때문에, R,G,B 파장대역의 선택 반사 특성을 갖는 반사편광막을 모두 필요로 하는 종래기술보다 제조 공정이 간소화되고 제조원가 측면에서도 더 유리하다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 액정표시장치에 통상적으로 사용되는 어떠한 구조에도 본 발명의 사상이 광범위하게 적용될 수 있다. 따라서 이하에서 기술되는 백라이트 유닛은 액정표시장치에 사용되는 소자의 기본적인 구조로서 본 발명을 설명하기 위한 예시로서 제공된다.

나아가, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트 유닛(100)은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 광을 발생하는 다수의 R,G,B LED 광원(110), 다수의 광원(110)의 상부에 배치되며, 광원(110)에서 발생되는 광 중에서 녹색(G) 또는 청색(B) 파장대역의 랜덤편광 중 적어도 하나의 랜덤편광은 선택적으로 반사시키고 적색(R) 파장대역의 랜덤편광은 투과시키는 반사편광막(120)과, 이러한 반사편광막(120) 상에 위치되고 그 반사편광막(120)을 투과한 녹색(G) 또는 청색(B) 파장대역의 원편광은 어느 일 방향의 직선편광으로 전환하여 투과시키며 적색(R) 파장대역의 원편광은 여러 방향의 직선편광으로 전환하여 투과시키는 위상지연층(130)을 포함한다. 여기서, 랜덤편광은 우원편광과 좌원편광을 모두 포함하는 광이며, LED 광원(110)에서 발생되는 랜덤편광은 반사편광막(120)을 투과시 어느 한 방향의 원편광, 즉 좌원편광 또는 우원편광 중 어느 한 방향의 원편광만이 투과된다. 따라서 반사편광막(120)을 투과한 후의 광은 어느 한 방향의 원편광이 된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 이와 같이 구성된 본 발명의 백라이트 유닛(100)은 흡수편광막(140)을 포함하는 액정표시장치(LCD)에 적용되며, 백라이트 유닛(100)에서 출사되는 광은 흡수편광막(140)으로 입사된다. 이러한 흡수편광막(140)은 상기한 위상지연층(130) 상에 위치되며 그 위상지연층(130)을 투과한 광 중에서 어느 일 방향의 직선편광은 그대로 투과시키고, 원편광은 일부(상기 어 느 일 방향의 직선편광)는 투과시키고 나머지 다른 방향의 직선편광은 흡수한다. 예를 들어, 통상적으로 액정표시장치에 사용되는 흡수편광막(140)은 직선편광은 그대로 투과시키고 원편광은 50%만 투과시키고 나머지는 흡수하게 된다. 이러한 광 흡수 및 투과 비율은 조정될 수 있다.

LED 광원(110)은 R,G,B 파장대역의 광을 발생시킨다. 본 발명의 LED 광원(110)은 백라이트 유닛(100)의 하부에 배치되어 상방으로 R,G,B 광을 출사한다. 이와 같이 발광되는 광의 파장은 LED를 구성하는 반도체에 첨가되는 불순물의 종류에 따라 다르게 설정할 수 있다. 예를 들어, 인화갈륨인 경우 아연 및 산소 원자가 관여하는 발광은 적색(R)이고, 질소 원가가 관여하는 발광은 녹색(G)이다. 이러한 R,G,B 광의 조합에 의해 백색광을 구현할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 이러한 LED 광원(110)은 R,G,B LED 광원이 하나의 세트로 구현되어 다수의 세트가 백라이트 유닛(100)의 하부에 배치되는 것이 바람직하다.

액정표시장치에서 색상을 최적으로 표현하기 위해서는 흡수편광막(140)을 투과하여 상부의 액정패널(미도시)로 입사되는 R,G,B 광의 조합에 의한 백색광이 최적으로 발현하는 것이 중요하다. 이를 위해서는 이론적으로는 R,G,B 광의 세기가 상호 동일한 비율로 조합되는 것이 이상적이다. 따라서, 이론적으로는 백라이트 유닛(100)에서 출사되어 흡수편광막(140)을 통과한 후의 R,G,B 광의 세기가 1:1:1인 것이 이상적이다. 그러나, 실제로 이러한 R,G,B 광 세기의 비율은 구현하기가 어렵 다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 액정표시장치에서 색상을 적절히 표현할 수 있을 정도로 백색광을 발현하기 위한 R,G,B 광 세기의 조합이면 족하다. 이러한 백색광의 정도는 액정표시장치의 환경에 따라 다양하게 설정될 수 있을 것이다.

이를 위하여 본 발명의 실시 예에서는 상기한 흡수편광막(140)을 투과한 R,G,B 광의 조합에 의해 백색광이 출사되도록 적어도 하나의 LED 광원에 입력되는 전류의 세기가 나머지 다른 LED 광원에 입력되는 전류의 세기보다 작은 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 R LED 광원에 입력되는 전류의 세기가 G 또는 B LED 광원(110)에 입력되는 전류의 세기보다 작도록 한다. 또한, 더 나아가 G LED 광원에 입력되는 전류의 세기보다 B LED 광원에 입력되는 세기를 더 작은 것이 바람직하다. 이에 대해서는 도 3에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

반사편광막(120)은 R,G,B LED 광원(110)에서 발생되는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광 중에서 녹색(G) 또는 청색(B) 파장대역의 랜덤편광 중 적어도 하나 이상의 랜덤편광을 선택적으로 반사시킨다. 보다 상세하게는 R,G,B LED 광원(110)에서 발생되는 광은 R,G,B 파장대역의 랜덤편광이다. 이러한 랜덤편광은 좌원편광과 우원편광으로 이루어진다. 이때 반사편광막(120)은 이러한 랜덤편광 중 어느 한 방향의 랜덤편광은 반사시키고, 다른 방향의 랜덤편광은 투과시킨다. 이와 같이 선택적으로 반사된 어느 한 방향의 랜덤편광은 LED 광원(110)의 하부에 배치된 반사판(111)에 의해 다시 반사되면서 다른 방향의 랜덤편광으로 전환되어 상기 반사편광막(120)을 투과하게 된다.

따라서, 본 발명의 반사편광막(120)은 G 또는 B 파장대역의 랜덤편광 중 적어도 하나의 랜덤편광에 대하여 어느 한 방향의 랜덤편광은 선택적으로 반사시키고 다른 방향의 랜덤편광은 투과시킨다. 반사된 랜덤편광은 반사판(111)에 의해 다른 방향의 랜덤편광으로 전환되어 다시 반사편광막(120)으로 입사되고, 위의 과정들을 반복한다. 그리고 R 파장대역의 랜덤편광(좌원편광과 우원편광을 포함)은 그대로 투과시킨다. 이와 같이, 본 발명에 따른 반사편광막(120)을 투과한 R,G,B 광 중에서 G 또는 B 중 적어도 하나의 파장대역의 광은 동일한 방향을 갖는 좌원편광 또는 우원편광 중 어느 하나이고, R 파장대역의 광은 좌원편광과 우원편광을 포함하는 랜덤편광이다. 다시 말하면, 본 발명의 일 실시 예에서는 R,G,B 광 중에서 R 파장대역의 광은 랜덤편광이고 G 및 B 파장대역의 광은 우원편광 또는 좌원편광 중 어느 하나일 수 있고, 또한, 본 발명의 다른 실시 예에서는 R 및 G 파장대역의 광은 랜덤편광이고 B 파장대역의 광은 우원편광 또는 좌원편광 중 어느 하나일 수도 있으며, 나아가 본 발명의 또 다른 실시 예에서는 R 및 B 파장대역의 광은 랜덤편광이고 G 파장대역의 광은 우원편광 또는 좌원편광 중 어느 하나일 수도 있다.

본 발명의 반사편광막(120)은 가시광선 파장대역을 선택적으로 반사시키는 콜레스테릭(cholesteric) 액정층을 포함한다. 이러한 콜레스테릭 액정층은 경화성 네마틱 액정 물질과 경화성 카이럴(chiral) 물질의 혼합으로 이루어져 있으며, 이 두 물질의 혼합비에 따라 콜레스테릭 액정층의 선택 반사 파장대역을 조절할 수 있다. 예를 들어, 콜레스테릭 액정층의 선택 반사 파장대역 중심파장이 각각 460~480 ㎚, 530~550㎚ 및 590~650㎚가 되도록 경화성 네마틱 액정 물질과 경화성 카이럴 물질의 혼합비를 조절하면, 3개의 콜레스테릭 액정층만을 적층하여도 가시광선 영역을 효율적으로 모두 커버할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 반사편광막(120)은 녹색(G) 파장대역의 광을 선택적으로 반사하는 콜레스테릭 액정층 또는 청색(B) 파장대역의 광을 선택적으로 반사하는 콜레스테릭 액정층 중 적어도 하나 이상을 적층하여 형성할 수 있다. 이러한 적어도 하나 이상의 콜레스테릭 액정층의 적층순서는 선택 반사 파장대역과 무관하므로, 그 적층순서에 특별한 제한은 없다. 일반적으로 네마틱 액정 물질과 카이럴 물질을 혼합하여 콜레스테릭 액정층을 형성할 때, 혼합되는 카이럴 액정 물질의 함량이 높을수록 반사편광막(120)에서의 선택 반사의 파장대역이 단파장 대역으로, 카이럴 액정 물질의 함량이 낮을수록 선택 반사의 파장대역이 장파장 대역으로 이동된다.

본 발명의 일 실시 예에서 경화성 네마틱 액정 물질과 경화성 카이럴 물질은 네마틱 액정을 나타내는 메소젠기를 포함하는 액정물질이면 모두 사용이 가능하다. 또한 카이럴 물질은 통상의 네마틱 액정에 카이럴 탄소를 갖는 물질이면 가능하며, 특정한 물질에 제한되지는 않는다. 여기서, 경화성이란 열경화 또는 광경화가 가능한 반응성기를 분자구조 내에 갖는 물질이면 모두 가능하다. 예를 들면, 열경화의 경우, 비닐기, 아크릴기, 메타크릴기 등의 비닐기를 포함하거나, 축합중합가능한 다양한 반응성기를 가지는 단량체들의 조합을 이용할 수도 있다. 그리고 광경화가 가능한 것으로는 비닐기, 아크릴기, 아릴기 등의 자외선에 의해 가교가능한 반응성기를 이용할 수 있다. 나아가 경화시에는 개시제 등을 이용할 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예로서, 본 발명의 반사편광막(120)은 하나의 콜레스테릭 액정층으로 이루어질 수 있다. 즉, 하나의 콜레스테릭 액정층은 녹색(G) 파장대역의 광 또는 청색(B) 파장대역의 광 중 적어도 하나 이상의 광을 각각 선택적으로 반사시킬 수 있도록 그 하부에서 상부로 갈수록 장파장 또는 단파장 피치를 갖는 하나의 콜레스테릭 액정층을 포함함으로써 서로 다른 선택 반사 파장대역을 설정할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 경화성 네마틱 액정 물질과 경화성 카이럴 물질을 특정 비율로 혼합하여 반사편광막(120)에서 녹색(G) 또는 청색(B) 중 적어도 하나의 파장대역의 원편광을 선택 반사시킬 수 있도록 한다.

위상지연층(130)은 반사편광막(120) 상에 적층되며 그 반사편광막(120)을 투과한 어느 한 방향의 원편광을 직선편광으로 전환하여 출사시키도록 이루어진다. 특히 본 발명에 따른 위상지연층(130)은 반사편광막(120)을 투과한 G 또는 B 중 적어도 하나의 파장대역의 원편광은 어느 일 방향의 직선편광으로 전환하여 투과시키고, R 파장대의 원편광은 여러 방향을 갖는 직선편광으로 전환하여 투과시키도록 이루어진다. 따라서, 위상지연층(130)을 투과한 G 또는 B 파장대역의 광은 어느 한 방향의 직선편광이고, R 파장대역의 광은 여러 방향의 직선편광이 된다. 이때, 여러 방향의 직선편광은 상기한 어느 일 방향을 포함하고 동시에 다른 방향도 포함하는 것이다. 이로써 이후의 흡수편광막(140)에서는 R,G,B 광 중에서 위의 어느 일 방향의 R,G,B 직선편광만 투과시키고, 나머지 여러 다른 방향의 R 직선편광은 흡수하게 된다. 이러한 위상지연층(130)은 종래의 위상차판과 같은 역할을 수행함으로써 반사편광막(120)을 투과한 원편광을 직선편광으로 바꾸는 역할을 한다. 예를 들어, 본 발명의 위상지연층(130)은 반사편광막(120)을 투과한 원편광을 λ/4 위상지연시켜 직선편광으로 전환하여 출사시킨다.

본 발명의 실시 예에서 위상지연층(130)은 λ/4 위상지연을 위하여 다양한 재료를 이용할 수 있다. 예를 들어 연신된 고분자 필름을 이용할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 연신된 고분자 필름은 그 성분이나 구조가 특별히 한정되지 않지만 열가소성 고분자를 포함하는 것이 바람직하다. 열가소성 고분자는 단독으로 사용해도 되고, 두 종류 이상을 병용해서 사용해도 된다. 열가소성 고분자로는 예를 들어 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리노르보르네계 폴리머, 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 리아크릴로니트릴, 폴리술폰, 폴리알릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리메타크릴산에스테르, 폴리아크릴산에스테르, 셀룰로오스에스테르 및 이들의 공중합체 등을 이용할 수 있다. 또는 본 발명에서는 위상지연층(130)으로서 네마틱 액정층을 이용할 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 백라이트 유닛(100)에서 출사되는 직선편광이 상부의 흡수편광막(140)으로 입사되는 경우, 흡수편광막(140)은 위상지연층(130)을 투과한 G 또는 B 중 적어도 하나의 파장대역의 직선편광은 투과시키고, R 파장대역의 원편광의 경우 어느 특정한 방향의 직선편광만 투과시키고 나머지 다른 방향의 직선편광은 흡수하도록 이루어진다. 예를 들어, R 파장대역의 원편광 중에서 50%는 흡수하고 나머지는 투과시킨다. 따라서, 이러한 흡수편광막(140)을 투과한 후에, G 또는 B 파장대역의 직선편광은 광세기가 그대로 유지되지만 R 파장대역의 원편광은 흡수편광막(140)에 입사될 때보다 그 광세기가 저하된다(위의 일례에서는 50%가 저하됨). 이와 같이, 본 발명에서는 흡수편광막(140)을 투과한 R,G,B 파장대역의 광 중에서 R 파장대역의 광의 세기가 상대적으로 저하되면 액정표시장치에서 백색광이 최적으로 발현되기 어렵게 된다. 본 발명은 이러한 백색광의 최적 발현을 위해 R,G,B 광의 세기를 적절히 조절하여 R,G,B 광의 조합을 최적으로 하도록 한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 백라이트 유닛(200)은 도 1에서 기술한 백라이트 유닛(100)에서 LED 광원(110) 상에 위치되고 LED 광원(110)으로부터 발생되는 광을 확산하는 확산판(150) 및 확산판(150)에 의해 확산된 광을 집광시켜 반사편광막(120)으로 출사시키는 광학시트층(160)을 추가로 포함하여 구성된다.

확산판(150)은 다수의 R,G,B LED 광원(110)에서 발생되는 광을 확산시키는 역할을 한다. 이로써 확산판(150)을 투과한 광은 전체적으로 고르게 확산되어 상방으로 출사된다. 이러한 확산판(150)은 베이스 필름의 하부에 다수의 비드(beads)를 함유한 수지층을 도포함으로써 구현될 수 있다. 즉, 비드에 의해 광이 임의의 방향으로 출사됨으로써 광 확산이 일어난다.

광학시트층(160)은 확산판(150) 상에 위치되며 확산판(150)에 의해 확산된 광을 집광하여 상방으로 출사되도록 함으로써 휘도를 높이도록 한다. 도면에는 미도시 되었으나, 본 발명의 광학시트층(160)은 2개가 상하로 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 이와 같이 상하로 이루어진 광학시트층(160)을 이루는 개개의 패턴은 서로 수직으로 교차하는 것이 바람직하다. 이로써 수직 및 수평으로 시야각을 확보할 수 있다. 또한, 광학시트층(160)을 이루는 개개의 광학 미세구조체는 그 단면 투영시 삼각형, 원호형, 사각형 중 하나의 단면을 갖는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 백라이트 유닛에서의 광세기 변화를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트 유닛(100)에서는 다수의 R,G,B LED 광원(110)에서 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 파장대역의 광을 발생한다. 이들 광은 상부의 반사편광막(120)으로 입사된다. 이때, 입사되는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광은 모두 랜덤편광으로서 좌원편광과 우원편광을 포함한다. 이와 같이 반사편광막(120)으로 입사되는 R,G,B 광은 바람직하게는 백색광을 발생시키기에 적절한 비율로 조합되어 있다. 본 발명에서는 일례로서, 백색광을 발생시키기 위한 조건을 R,G,B 광 세기의 비가 I_R:I_G:I_B인 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 예를 들어, I_R:I_G:I_B는 1:1:1일 수 있으며, 다른 비율로도 백색광을 발생시킬 수 있음은 물론이다.

반사편광막(120)은 R,G,B 파장대역의 랜덤편광 중에서 R 파장대역의 랜덤편광은 그대로 투과시키고, G 또는 B 중 적어도 하나의 파장대역의 랜덤편광은 선택적으로 반사시킨다. 보다 구체적으로는 G 또는 B 파장대역의 랜덤편광 중에서 좌원편광(또는 우원편광)은 반사시키고 그와 반대 방향인 우원편광(또는 좌원편광)은 투과시킨다. 이때, 반사된 좌원편광(또는 우원편광)은 하부의 반사판(111)에 의해 반사되면서 다시 랜덤편광(우원편광과 좌원편광을 포함)으로 전환되고 이는 다시 반사편광막(120)으로 입사되어 위와 동일한 원리로 투과 및 반사가 반복해서 일어난다. 최종적으로 반사편광막(120)을 투과한 R 파장대역의 광은 랜덤편광이고 G 또는 B 파장대역의 광은 원편광(좌원편광 또는 우원편광 중 하나)이 된다.

이때, R,G,B LED 광원(110)에서 발생되는 R,G,B 광 세기의 비가 I_R:I_G:I_B이라고 가정하면, R,G,B 광이 모두 반사편광막(120)을 투과하므로 반사편광막(120)을 투과한 후의 R,G,B 광 세기의 비율도 역시 I_R:I_G:I_B가 된다. 그러나, 반사편광막(120)을 투과한 R 파장대역의 원편광은 좌원편광과 우원편광을 모두 포함하지만, G 또는 B 파장대역의 원편광은 좌원편광과 우원편광 중 하나만 포함한다.

위상지연층(130)은 G 또는 B 중 적어도 하나의 파장대역의 원편광은 어느 일 방향의 직선편광으로 전환하여 투과시키고 R 파장대역의 원편광은 위의 어느 일 방향을 포함한 여러 방향의 직선편광으로 전환하여 투과시킨다. 보다 상세하게는 R 파장대역의 원편광은 좌원편광과 우원편광을 모두 포함하므로 여러 방향의 직선편광으로 전환하여 투과시키고, G 또는 B 파장대역의 원편광은 좌원편광과 우원편광 중 어느 하나의 원편광만을 포함하므로 어느 일 방향의 직선편광으로 전환하여 투과시킨다. 위상지연층(130)에서도 R,G,B 파장대역의 광이 모두 투과하게 되어 이들의 광세기의 비는 역시 I_R:I_G:I_B이 된다.

그런데, 위상지연층(130)을 투과한 R 파장대역의 광은 여러 방향의 직선편광이고 G 또는 B 파장대의 광은 어느 일 방향의 직선편광이다. 따라서 흡수편광막(140)은 위상지연층(130)을 투과한 G 또는 B 파장대역의 직선편광은 그대로 투과시키고, R 파장대역의 원편광은 일부(G 또는 B 직선편광과 그 방향이 일치하는 직선편광)는 투과시키고 나머지(G 또는 B 직선편광과 그 방향이 다른 직선편광)는 흡수한다. 따라서 본 발명의 실시 예에서, 이와 같이 G 또는 B 파장대역의 광은 그대로 투과되어 광세기가 유지되지만, R 파장대역의 광은 일부가 흡수되어 광세기는 줄어든다. 예를 들어, 흡수편광막(140)이 50%의 광을 흡수하는 경우, R 파장대역의 광은 50%만 투과하게 된다. 이 경우, 흡수편광막(140)을 투과한 R,G,B 파장대역의 광은 그 광세기의 비가 I_R/2:I_G:I_B이 된다. 이와 같은 광세기 비의 변화는 전체적인 색상 재현에서 문제가 발생될 수 있다.

본 발명의 발명자들은 이러한 광세기의 변화에 주목하여 광세기의 비를 실질적으로 동일하게 하기 위한 다양한 실험을 반복하여 실시하였다. 본 발명자들은 위와 같은 조건에서 R,G,B 광세기의 비를 백색광을 발생시키기 위한 조건인 I_R:I_G:I_B로 하기 위하여 R 광의 광세기에 비하여 G 또는 B 광의 광세기를 줄이는 것을 고려하였다. 이를 위하여 본 발명자들은 LED 광원에서 발생되는 광의 세기와 LED 광원에 입력되는 전류의 세기의 관계를 통해 이를 해결할 수 있었다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, LED 광원에 입력되는 전류의 세기와 광세기는 비례관계가 있다. 즉 LED 광원에 입력되는 전류가 증가할수록(I1->I2), LED 광원의 광세기는 증가하며(T1->T2), 이러한 광세기는 일정한 전류에서 포화된다. 일반적으로, LED 광원을 켜기 위한 전압은 LED 컬러, 휘도 등에 따라 다소 차이가 있다. 통상 LED의 구동전압은 1.8~5V가 필요하다. 또한 광세기가 작을수록 그 LED의 사용수명은 증가한다. 예를 들어, 도면에서 A와 B에서의 수명을 비교하면, 광세기가 상대적으로 높은 A의 경우, 사용 수명이 50,000 시간인데 반해, 광세기가 상대적으로 낮은 B의 경우, 사용 수명이 80,000 시간으로 증가한다. 이는 통상적인 LED에 적용된다.

따라서, R,G,B LED 광원(110)에서 G,B LED 광원에 입력되는 전류의 세기를 상대적으로 줄임으로써 광세기는 줄어들지만 I_R/2:I_G:I_B의 광세기비를 I_R/2:I_G/2:I_B/2로, 즉 I_R:I_G:I_B로 맞출 수 있다.

이를 위하여 R LED 광원에 입력되는 전류의 세기보다 G 또는 B 중 적어도 하나의 LED 광원으로 입력되는 전류의 세기가 더 작은 것이 바람직하다. 또한, B LED 광원은 G LED 광원보다 그 수명이 짧은 것을 고려하여 B LED 광원에 입력되는 전류의 세기가 G LED 광원에 입력되는 전류의 세기보다 상대적으로 더 작게 할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 흡수편광막(140)을 통과한 R,G,B 광의 조합에 의해 미리 설정된 백색광이 출사되도록 적어도 하나의 LED 광원(110)에 입력되는 전류의 세기가 나머지 다른 LED 광원(110)에 입력되는 전류의 세기보다 작은 것이 바람직하며, 특히 R LED 광원에 입력되는 전류의 세기보다 G 또는 B 중 적어도 하나의 LED 광원에 입력되는 전류의 세기를 줄임으로써 G 또는 B 광의 세기를 줄여 R,G,B 광의 광세기비를 최적의 백색광 발생을 위한 비율인 I_R:I_G:I_B로 한다. 이로써, 액정표시장치에서 색상 및 휘도 문제를 해결함과 동시에, 이로써 종래에 비해 LED의 사용수명도 증가시킬 수 있다. 또한 사용 전류의 세기를 줄임으로써 전체적으로 LED 광원의 소비전력을 감소시킬 수도 있다.

더 나아가, 본 발명에 따른 반사편광막(120)은 종래와 같이 R,G,B 파장대역의 선택 반사를 위한 R,G,B 3매의 콜레스테릭 액정층을 구비하지 않고, G 또는 B 파장대역의 선택 반사를 위한 G 또는 B 중 적어도 하나의 콜레스테릭 액정층만을 구비함으로써 제조 공정 및 생산 원가에서도 이점이 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에서는 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 반사 편광막(120) 및 위상지연층(130) 상에 광학시트층(170)을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 광학시트층(170)은 그 상방 표면에 미세한 마이크로 구조체의 패턴이 형성되어 위상지연층(130)을 투과한 광을 집광하여 상방으로 출사시킨다. 이러한 광학시트층(170)은 광의 통과시 야기하는 산란현상을 효과적으로 억제할 수 있어 액정표시장치에서 휘도를 개선할 수 있다. 한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에서 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 반사편광막(120) 및 위상지연층(130)의 하부에 또 다른 광학시트층(180)을 더 포함할 수도 있다. 이러한 광학시트층(180)은 위의 기능과 동일하다. 나아가, 도면에는 미도시 되었으나, 반사편광막(120)의 하부 및 위상지연층(130)의 상부에 동시에 각각 광학시트층을 더 포함할 수도 있다.

이들 광학시트층(170,180)을 이루는 개개의 광학 미세구조체는 그 단면형상이 삼각형, 원호형, 사각형, 다각형 등으로 다양하게 형성될 수 있다. 이들 패턴은 바람직하게는 프리즘 형상을 갖는다.

도 6은 본 발명에 따른 백라이트 유닛에서 LED 광원에서 발생된 R,G,B 광세기의 비와 흡수편광막을 투과한 R,G,B 광 세기의 비를 나타낸 그래프이다.

도 6(a)을 참조하면, R,G,B LED 광원(110)에서 발생된 R,G,B 랜덤편광의 광세기는 I_R:I_G:I_B(도면에는 일례로 1:1:1로 도시됨)로 나타난다. 도 6(b)는 종래기술에서 흡수편광막을 투과한 R,G,B 광세기의 비를 나타내고 있으며, 도 6(c)는 본 발명에 따른 흡수편광막을 투과한 R,G,B 광세기의 비를 나타내고 있다. 도 6(b)에서 는 흡수편광막을 투과한 R,G,B 광의 광세기비는 I_R/2:I_G:I_B임을 알 수 있다. 이 경우 R 광의 세기가 G,B 광의 세기에 비해 상대적으로 작기 때문에 백색광의 재현 측면에서 품질이 저하된다.

그러나, 도 6(c)에서는 G,B LED 광원으로 입력되는 전류를 줄임으로써, 비록 흡수편광막을 투과한 R,G,B 광의 세기는 1/2로 감소(X->Y)하였으나, R,G,B 광세기의 비는 I_R:I_G:I_B의 비율임을 알 수 있다. 이는 최초 R,G,B LED 광원(110)에서 백색광을 발생시키기 위해 출사되는 R,G,B 광의 세기인 I_R:I_G:I_B의 비율과 동일하게 됨으로써 백색광 표현이 우수하게 되어 색상 재현에서 R,G,B 색상의 불균형을 해소할 수 있다.

도 6(a-c)에서는 G 및 B 광의 세기를 줄임으로써 I_R:I_G:I_B의 광세기비를 구현하여 백색광을 재현하는 것을 도시하고 있으나, 본 발명의 다른 실시 예들에서는 G 또는 B 중 적어도 하나의 광의 세기를 줄임으로써 I_R:I_G:I_B의 광세기비를 구현하여 백색광을 재현할 수도 있음은 상기에서 설명하였다.

이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개 량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

디스플레이 분야에서 LCD의 사용 범위가 확대되고 있으며 고휘도, 고화질의 LCD 제품이 등장하고 있다. 이러한 LCD는 수광소자이므로 별도의 광원이 필요하다. LED는 기존의 광원(예:형광램프)에 비해 소형이고 수명이 길며, 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋다는 점에서 최근 LCD의 광원으로 각광받고 있다. 그러나, 통상적으로 R,G,B LED 광원에서 G 또는 B 중 적어도 하나의 LED 광원이 수명이 짧기 때문에 장시간 사용시 광원을 교체해야 하는 번거로움이 있다.

이에 본 발명에 의하면 LED 광원의 수명을 연장하면서 소비 전력을 줄일 수 있으므로 향후 LCD 장치에 유용하게 이용될 수 있을 것이다. 나아가 본 발명에 따른 백라이트 유닛을 LCD에 적용함에 있어 G 또는 B 중 적어도 하나의 파장대역의 선택 반사 특성을 갖는 반사편광막을 구현하기 때문에, 종래의 R,G,B 파장대의 선택 반사 특성을 갖는 반사편광막보다 제조원가 측면에서 더 유리하므로 향후 LCD 장치에 보다 유리하게 적용될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 백라이트 유닛에서의 광세기 변화를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 LED 광원에 전류의 세기와 LED 광의 세기의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 백라이트 유닛에서 LED 광원에서 발생된 R,G,B 광 세기의 비와 흡수편광막을 투과한 R,G,B 광 세기의 비를 나타낸 그래프이다.

Claims (12)

1. 특정한 방향의 직선편광은 투과시키고 나머지 광은 흡수하는 흡수편광막을 포함한 액정표시장치에 사용되는 직하형 백라이트 유닛에 있어서,

   다수의 R,G,B LED 광원;

   상기 LED 광원에서 발생되는 G 및 B 파장대역의 랜덤편광 중 적어도 하나의 랜덤편광은 선택 반사시키고 R 파장대역의 랜덤편광은 투과시키는 반사편광막; 및

   상기 반사편광막의 상에 위치되며, 상기 반사편광막을 투과한 G 또는 B 파장대역의 원편광은 어느 일 방향의 직선편광으로 전환하여 투과시키고 R 파장대역의 원편광은 여러 방향의 직선편광으로 전환하여 투과시켜 상기 흡수편광막으로 출사시키는 위상지연층; 을 포함하며,

   상기 흡수편광막을 통과한 R,G,B 광의 조합에 의해 백색광이 출사되도록 적어도 하나의 LED 광원에 입력되는 전류의 세기가 나머지 다른 LED 광원에 입력되는 전류의 세기보다 작은 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
2. 제1항에 있어서,

   상기 흡수편광막을 투과한 R,G,B 광 세기의 비가 상기 R,G,B LED 광원에서 발생되는 R,G,B 광 세기의 비와 동일한 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
3. 제1항에 있어서,

   R LED 광원에 입력되는 전류의 세기보다 G 및 B LED 광원에 입력되는 전류의 세기가 작은 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
4. 제3항에 있어서,

   G LED 광원에 입력되는 전류의 세기보다 B LED 광원에 입력되는 전류의 세기가 작은 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
5. 제1항에 있어서,

   상기 위상지연층에 의해 전환된 여러 방향의 R 직선편광은 상기 전환된 G 또는 B 직선편광의 방향과 동일한 방향의 R 직선편광을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
6. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 R,G,B LED 광원은 각각 R,G,B LED 광원이 한 세트로 이루어지고 다수의 세트로 배치된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
7. 제1항에 있어서,

   상기 R,G,B LED 광원으로부터 출사되는 광을 확산하는 확산판; 및

   상기 확산판에 의해 확산된 광을 집광시켜 상기 반사편광막으로 출사시키는 광학시트층; 을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
8. 제7항에 있어서,

   상기 광학시트층의 상부 및 하부 중 어느 하나에, 상기 광학시트층의 광학 미세구조체와 서로 교차하는 광학 미세구조체를 갖는 또 다른 광학시트층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
9. 제7항에 있어서,

   상기 광학시트층을 이루는 각 광학 미세구조체는 그 단면 투영시 삼각형, 원호형, 사각형 중 하나의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
10. 제1항에 있어서, 상기 반사편광막은,

    G 파장대의 원편광을 선택 반사하는 콜레스테릭 액정층 또는 B 파장대의 원편광을 선택 반사시키는 콜레스테릭 액정층 중 적어도 1개 이상의 콜레스테릭 액정층으로 구성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
11. 제1항에 있어서, 상기 반사편광막은,

    G 및 B 파장대의 원편광을 선택 반사시키도록 하부에서 상부로 가면서 장파장 또는 단파장 피치를 갖는 하나의 콜레스테릭 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
12. 제1항 내지 제11항 중 선택된 어느 한 항에 기재된 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치.

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