최근 확산기능과 집광기능을 동시에 가지는 복합필름에 대한 관심이 커지고 있다. 본 시뮬레이션연구에서는 복합필름으로 주목 받고 있는 렌티큘라 렌즈필름의 광학구조를 최적화하고 이를 기존의 백라이트가 보이는 광학 성능과 비교하였다. 보다 정확한 시뮬레이션의 수행을 위해 시험적으로 제작된 렌티큘라 렌즈필름이 보이는 휘도의 시야각 분포를 측정하였고 이 실험 결과를 재현할 수 있는 시뮬레이션 조건, 특히 도광판의 산란 패턴이 가지는 쌍방향 산란분포함수의 수학적 모델을 확보하였다. 이에 근거해서 시뮬레이션을 수행한 결과 렌티큘라 렌즈의 종횡비가 1.25, 굴절률이 1.65인 조건에서 이 필름의 집광성능이 최대가 됨을 확인하였다. 최적화된 렌티큘라 렌즈필름이 1매 포함된 백라이트 모델은 프리즘필름이 1매 포함된 기존의 백라이트에 비해 집광성능이 현저히 떨어졌지만 렌티큘라 렌즈필름 2매를 직교해서 적용하게 되면 프리즘필름 1매가 가지는 집광 성능과 비슷한 성능을 달성함과 동시에 부드러운 시야각 특성의 구현에 기여할 수 있다는 점을 확인하였다.
본 논문에서는 단일칩 마이크로컨트롤러를 이용하여 구현한 간단한 디지털 LCD 백라이트 인버터를 보고한다. 제안한 인버터는 냉음극형광램프(CCFL)의 점화전압을 감소시키고 전류스파이크를 제거함으로써 점화특성을 향상시켜 CCFL의 수명을 연장시킨다. 이것은 소프트스타팅 기법을 적용한 디지털 디밍제어 알고리즘을 단일칩 마이크로 컨트롤러에 구현함으로써 달성하였다. 인버터의 전력구조는 풀브리지 공진형 회로를 이용하였다. 간략한 해석 결과에 따른 설계 예를 제시하였고, 이에 근거하여 구현된 프로토타입의 실험결과는 이론적 해석과 설명이 정확하게 일치함을 보였다. 전체 시스템의 효율은 약 85%였으며, 디밍제어 동작 시에 CCFL의 점화는 전류스파이크가 없이 이루어졌고 점화전압은 기존의 구조에 비해 약 30% 정도 감소하였다.
본 논문에서는 위상천이 풀브리지 인버터를 이용한 새로운 LCD CCFL 백라이트 전자식 안정기를 제안한다. 제안한 전자식 안정기는 소프트스타팅이 적용된 새로운 형태의 디지털 디밍제어를 이용하여 CCFL의 점화전압을 감소시키고 전류스파이크를 제거함으로써, CCFL의 점화 특성을 향상 시키며 나아가 CCFL의 수명을 연장시킨다. 이를 위하여 본 논문은 제안한 전자식 안정기의 풀브리지 인버터 토폴로지를 간략하게 분석하고 여기에 적용된 새로운 디지털 디밍제어 알고리즘을 간단하게 설명한다. 그리고 본 논문은 프로토타입 회로의 설계예를 보이고 단일칩 마이크로컨트롤러 상에 소프트웨어적으로 구현되는 디지털 디밍제어의 구현 방식을 설명한다. 이것은 실제 프로토타입 전자식 안정기로 구현되었으며, 그 실험 결과를 통하여 제안한 전자식 안정기가 정확하게 동작함을 보였다. 제안한 전자식 안정기 프로토타입의 디지털 디밍제어 동작 시의 점화전압은 기존의 전자식 안정기와 비교하여 약 30[%] 정도 감소되었으며 어떠한 전류스파이크도 나타나지 않았다.
향후 화면 사이즈나 용도에 따라 OLED가 LCD와 계속 경쟁할 것으로 예상이 된다. 특히 소형에서부터 대형디스플레이까지 널리 적용되고 있는 LCD는 향후 디스플레이 기기의 주력 기술로서 여전히 지위를 유지할 것으로 예상된다. 백라이트를 위시하여 LCD에 소요되는 기술은 거의 성숙 단계로 접어든 상태로, 획기적인 기술이 나올 여지는 적어 보인다. 향후 기술개발의 주요 포인트는 국소적인 점광원을 균일한 면광원으로 바꾸어주는 LED용 렌즈와 도광판 패턴에 집중될 것이다. 현재 크기의 한계는 이미 극복된 것으로 판단되는 가운데 LCD도 두께의 한계만 극복한다면 향후에도 화면의 크기에 관계없이 디스플레이의 주력으로서 역할을 다할 것으로 예상이 된다.
최근 LED TV로 각광받고 있는 대형 LCD TV용 LED(Light Emitting Diode, 고체발광다이오드) 백라이트에 사용되는 도광판의 광구조를 최적화하여 LED에 의해 발생하는 휘점을 제거하고 조도균일도를 향상시키기 위한 시뮬레이션 연구를 진행하였다. 시뮬레이션 모델로 설정된 엣지형 백라이트는 LCD TV용으로 사용될 수 있는 두께 3 mm의 도광판, 측면에 배치된 세 개의 백색 LED와 램프 커버, 도광판의 하면에 배치된 반사 필름으로 구성되어 있다. 일반적인 엣지형 백라이트용 도광판과 같이 도광판의 입광면에 패턴이 형성되어 있지 않은 경우에는 도광판 상면의 조도균일도가 입광면과 LED 사이의 거리에 민감하게 의존하였다. 입광면과 LED 사이의 거리가 커질수록 조도균일도는 개선되다가 일정 거리 이상이 되면 개선이 둔화되는 경향성을 보였다. 반면에 도광판의 입광면에 렌티큘라(lenticular) 렌즈 배열이나 톱니모양(Serration)과 같은 미세 굴절 패턴을 형성하는 경우 LED가 입광면에 거의 붙어 있는 경우에도 패턴이 없는 경우에 비해 우수한 조도균일도를 보인다는 것을 알 수 있었고 조도균일도가 LED와 입광면 사이의 거리에 의존하는 정도가 줄어든다는 점도 확인하였다. 동일조건에서는 톱니모양 패턴이 렌티큘라 렌즈에 비해 우수한 조도균일도를 나타내었고 굴절률의 변화를 통해 추가적인 균일도 개선 효과를 얻을 수 있음도 확인하였다. 따라서 도광판의 입광면에 굴절 기능을 가지는 미세 패턴을 형성하고 그 광구조를 최적화하는 것은 LED에 의한 휘점 형성을 억제하고 LCD 측면의 비발광영역(베젤)을 줄이는데 있어서 매우 효과적인 방법이 될 수 있다는 것을 확인하였다.
EL (Electro-Luminescence)란 전계발광소자로서 반도체, 주로 형광체에 전계를 인가할 때 아무런 열 발생 없이 발광하는 현상을 말한다. EL 발광현상은 형광물질에 고전기 장이 인가되었을 때, 고전기장에 의해 전자를 가속되고 가속된 전자가 발광중심이라 불리는 Light-emitting Center의 전자를 충돌 여기 시키고 이렇게 여기 된 전자가 다시 바닥상태로 완화될 때, 빛이 발생하는 현상을 일컫는다. 이러한 효과를 이용하여 여러 가지 디바이스에 응용이 되고 있고, 특히 TN, STN LCD의 백라이트로서 각광을 받았으나, 휴대폰 LCD의 컬러화로 인해 그 수요가 급격히 감소하였으나, 현재는 휴대폰의 키패드의 백 라이트로서 LED와 경쟁을 하고 있다. EL만이 가지는 여러 가지 장점으로 인해 광고용 등에 특히 많이 응용이 되고 있다. 또한 캐나다의 iFire사(社)와 같은 회사에서는 무기 EL을 이용하여 디스플레이로서도 활용을 하고 있어 그 응용 가능성이 매우 크다.
외부전극 형광램프를 광원으로 하는 백라이트의 저항$(R_L)$과 전기용량(C), 그리고 인버터의 트랜스포머 인덕턴스(L)로 구성된 회로를 분석하였다. 램프의 저항과 전기용량은 램프에 흐르는 전류와 전압의 위상차 및 Q-V 그래프에서 결정된다. 32인치용 EEFL 램프 하나의 저항 값은 $66\;k\Omega$이고 전기용량은 21.61 pF이다. 20 개의 EEFL을 병렬 연결한 백라이트의 저항은 $3.3\;k\Omega$이고 전기용량은 402.1 pF이다. 램프 및 트랜스포머 회로에서 임피던스 매칭 주파수는 2 차 코일의 인덕턴스 $L_2$와 결합계수 k로 나타내며, $\omega_M=1/\sqrt{L_2C(1-k^2)}$ 이다. 램프 시스템의 전류와 전압은 임피던스 매칭 주파수에서 최대값을 갖는다. 이러한 해석 해의 결과는 실험 결과와 잘 일치한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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