[정리 노트] 1. 백라이트 기술 개요 (백라이트 광학 설계 이론 및 실습, 주병운 교수님 저서)

** 참고 자료 및 출처
- Light tools를 활용한 백라이트 광학 설계 이론 및 실습 (주병운 교수님)

 

 

 

LCD(Liquid crystal display)는 비자발광 디스플레이 소자이기 때문에 액정 패널 후면에 면광원 형태의 조명이 필요

 

 

백라이트 종류

 

1. 엣지형 백라이트 (Edge-lit)

  : 도광판(light guide plate)이라는 투명 아크릴 판 사용. 초박형 디스플레이 모듈에 사용 가능

   1-1. 쐐기형 (Wedge type)

   1-2. 평판형 (Flat type)

 

 

* 도광현상 : 광판 측면에서 광이 입사되어 도광판 하면의 광학 패턴(Optical texture)에 의해 출광되는, 굴절율이 큰 매질과 작은 매질 사이에 존재하는 프레넬 계면에서의 빛의 전반사(TIR; Total Internal Reflection) 현상으로 설명 가능. (도광판 굴절율이 1.49 일 때 전반사 임계각은 42.2˚)

 

 

* 엣지형 백라이트 광학계의 역할

항목	역할
도광판	주변부 광원을 도광하여 면발광시킴 > 도광판 하면의 미세 광학 패턴으로 면발광의 균일도 및 출사 광량, 출사각 등을 제어 > 프리즘 도광판이 인쇄 도광판보다 휘도가 우수할 수 있지만 가격 측면에서도 고려해야.. > CO2 레이저 도광판, UV 임프린팅 공법의 도광판 등 Patterning 기술이 많음
DBEFD	편광 recycling 필름. 추가적인 휘도 상승(1~2%)을 위해 사용.  > 패널 투과율 상승 효과 (액정패널의 편광 필름의 입사광축과 평행한 편광 성분만 통과 시킴)
확산 필름	기능1. 인쇄 도트를 가려줌 기능2. 도광판 출광 프로파일을 Gaussian 형태로 바꿔 프리즘 시트의 집광 효율을 상승 시킴
프리즘 필름	확산 시트 상의 출광 프로파일을 집광시킴
반사 필름	확산 반사 시킴

* 확산 필름 및 프리즘 필름으로 인하여 도광판 상의 정면 휘도 대비 2.5~2.7배 정면 휘도 상승

 

 

 

2. 직하형 백라이트 (Direct-lit)

  : 광원이 디스플레이 면에 존재하여 도광판 대신 '광확산판'이 사용됨

   (램프 무라를 가리기 위함. CCFL의 경우 선광원 형태로, LED의 경우 점광원 형태의 램프 무라가 시인됨)

 

 

** 광확산판은 광확산필름의 차이

 

1. 광확산판 : 입사광을 체적산란(Volumetric scattering of light) 시킴. 

                 체적 산란에서는 확산체 기재 두께에 대해 진행하는 광은 전방, 후방으로 산란됨.

                 기재와 확산제의 광학굴절율 차이, 확산제 크기 및 기하 형태, 농도, 기재 두께 등의 영향

2. 광확산필름 : 필름 표면에서의 표면 산란

 

 

>> 조도 균일화를 위해서는 광확산필름 여러 장보다 광확산판 한 장이 나음

 

 

 

 

 

 

백라이트에 따른 디스플레이 화질 특성

 

 

1. 디스플레이 밝기를 결정

 : 백라이트 밝기를 증가 시키기 위해서는 아래 두 가지의 방법이 있음

  1) 프리즘 필름으로 정면 방향으로 집광하거나

  2) 편광 리싸이클을 이용하여 LC 패널의 하판 편광자의 편광축 방향의 편광 성분 증가를 유도

 

2. 백라이트 집광성이 명암비에 영향을 줌

 : 패널 투과율을 향상하고 백라이트의 '휘도 향상 집광 필름'을 '확산 필름'으로 대체할 경우

  재료비는 낮아지나 명암비 역시 저하될 수 있음

 

3. 직하형 LED로 백라이트의 로컬 디밍 기술을 이용

 : 명암비 증가 및 소비전력 절감 효과

 

4. 백라이트 발광색은 LCD 색 재현성에 영향을 줌

 : 컬러 필터의 영향 외에 LED 광원에 따라 LCD의 색 재현성이 달라짐.

  RGB LED광원은 색재현성이 높은 대신 WLED는 CCFL과 비슷한 72% 정도의 색재현성을 보인다.

 

5. LED 개수에 따른 영향

 : 재료비 감소를 위해 LED를 너무 많이 줄이면 광원 사이의 거리가 증가하면서 핫스팟(hot spot)이 발생함.

  LED 패키지 광학 설계 및 백라이트 기구 설계, 도광판 텍스처 설계 등의 기술이 필요

 

6. 픽셀 모아레 발생

  : 집광 필름의 프리즘 피치와 액정 패널의 RGB 픽셀 주기성에 의한 픽셀 모아레 발생 가능.