몇년 전만 해도 선망의 대상이 되었던 LCD 모니터가 이젠 그다지 신기하지도 않은 시대가 되어버렸습니다. 조금만 주위를 살펴봐도 LCD 모니터를 볼 수 있지요. 또한 LCD 모니터에 대한 사용자들의 지식도 점점 늘어 이제는 ‘어느 회사 LCD 모니터는 어떻다’ 라던가 더 나아가서 ‘어느 회사 패널을 채용한 모니터들은 이런 특징이 있다더라’ 하는 수준까지 올라왔습니다.

그래서, 오늘은 그 LCD를 조금 더 파헤쳐 보기로 하겠습니다. 크게 LCD는 백라이트 유닛(이하 BLU)과 액정 패널로 나눌 수 있습니다. LCD의 특성상 자체 발광이 불가능하기 때문에 뒤에서 비쳐주는 광원이 필요하게 되지요. 이 광원을 BLU라고 합니다. 그리고 그 위에 얹혀지는 것이 액정 패널 부분이 되겠지요. 액정 패널은 각 셀을 트랜지스터의 원리에 의해 들어온 신호에 따라 열고 닫음으로 해서 BLU에서 투사되는 빛을 컨트롤 하게 됩니다. 이렇게 해서 최종 화면이 사용자의 눈앞에 보여지게 되는 것이죠.

액정 패널은 다음 기회로 미루고 오늘은 BLU에 대해서 더 파헤쳐 보도록 하겠습니다.

BLU(BackLight Unit)
BLU는 실제 광원이 되는 형광 램프로부터 밝기가 균일한 평면광을 만드는 것입니다. 광원으로 사용되는 형광램프가 면광원이 아니기 때문에 이를 전체가 균일하면서도 밝게 만드는 것이 관건이지요.

이는 길가에 있는 간판을 보면 쉽게 이해가 될 겁니다. 뒤쪽에 형광등을 넣어 만든 간판은 형광등 부분은 밝고 다른 부분은 어두워 어느 위치에 형광등이 위치한다는 것을 겉에서 보고도 알 수 있지요.

우리가 사용하는 LCD모니터에 이런 현상이 벌어진다면?
아마 모두 반품해버리던가 아니면, 실제로 판매하기 어렵겠지요. 더불어 LCD가 아무리 저전력이라고는 하지만 나날이 고휘도 수요가 늘어나면서 광효율을 향상 시키는 것도 중요한 포인트 입니다. 그리고 슬림화를 위해서는 두께 또한 고려해야 할 부분입니다.
참고로 현재 나와 있는 LCD 패널들은 형광 램프의 밝기를 100이라고 볼 때 사용자의 눈으로 오는 빛은 고작 5% 내외에 불과 합니다. 쉽게 계산해서 최대 휘도 300cd/㎡ 짜리 모니터 뒤에는 6000cd/㎡ 의 광원이 숨어 있답니다.

자 사설을 그만 줄이고 실제 BLU의 구조와 각 기능을 살펴보겠습니다.

BLU (Back Light Unit)	BLU 간략도

실제 BLU 공장에서 LCD 패널공장으로 출하 될 때는 좌측 상단과 같은 형태로 출하됩니다. 저 넓은 판에서 균일한 빛을 공급하는 것이죠.  좀더 복잡한 구조를 보겠습니다. 우측 상단에 있는 그림은 BLU의 단면도 입니다. 겉보기에는 간단해 보이는데, 단면도를 살펴보니, 보호시트, 프리즘시트(수평/수직), 확산시트, 도광판, 반사시트, 램프, 램프커버 등 여러 부품이 모여서 하나의 BLU를 구성합니다. 자, 그럼  차근차근 하나씩 역할을 살펴보도록 하겠습니다.

1) 램프 (Lamp unit)

최초로 빛을 발산하는 부분이 되겠습니다.
다양한 램프가 있지만, 일반적으로 LCD 패널에서 사용하는 램프는 CCFL(Cold Cathode Fluorescence Lamp : 냉 음극 형광램프)를 사용합니다. 우리가 집에서 사용하는 형광등과 유사하지만 열을 발산하지 않는 다는 것이 다른 특징이겠지요. CCFL은 전력소모가 적고, 매우 밝은 백색광을 제공한다는 것이 장점입니다. 조명으로 사용하는 형광등(천장을 한번 올려다보는 노력을 기울여주세요~^^)을 매우 날씬하게(직경 2mm 정도) 만들었다고 생각하시면 되겠습니다. 

2) 도광판 (Light Guide Panel)

위에서 설명한 CCFL은 보통 패널의 가장자리에 위치합니다. (단, LCDTV의 경우는 직접 패널 뒤쪽에 위치하기도 합니다. 이런 방식을 직하형 방식이라고 합니다.) 이로 인해 빛이 전면적에 걸쳐 균일하게 투과하지 않고 가장자리가 더 밝은 경향을 띄게 되지요. 이를 전면으로 균일하게 투과시키기 위해 도광판을 사용합니다. 도광판의 재질은 보통 투명 아크릴 수지로 강도가 높아 깨지거나 변형이 적으며, 가볍고 가시광선 투과율이 높은 것이 특징입니다.

도광판 옆면의 램프가 도광판을 통해 전면에 균일하게 투사시켜주는 역할을 하게 되는 것이지요. 실제로 BLU를 분해해서 도광판 측면에 램프를 대고 켜보면 도광판 표면이 균일하게 밝은 것이 아니라 빛이 양 끝단으로 집중되는 것을 볼 수 있었습니다. 도광판이 램프의 빛을 반대편으로 유도하는 것이죠. 중앙이 어둡게 보이다니… 헉~

그래서 아래의 그림과 같이, 도광판 전체가 빛을 균일하게 표현하기 위해 뒷면에 특별한 처리를 하게 됩니다. 빛의 난반사를 유도하기 위해서지요. 물론 CCFL로 부터의 거리 등을 고려해서 설계된 모양대로 패턴 처리를 합니다. 패턴처리를 하고 나면 양 끝단만 밝았던 도광판이 전면에서 균일한 빛을 발하게 됩니다. 최근에는 이러한 패턴처리를 기존의 인쇄 방식이 아니라 직접 레이저로 스캐닝을 하는 무인쇄 도광판 기술이 개발되어 효과를 거두고 있다고 합니다.

일반적으로 모니터의 경우는 CCFL을 상하에 배치하여 도광판의 전체 두께가 균일한 Flat Type을 사용하지만 노트북 처럼 전력소모에 민감한 제품에 들어가는 BLU에는 CCFL을 한쪽면에만 배치하기 때문에 한쪽의 두께가 더 두껍고 다른쪽으로 갈수록 얇아 지는 Taper Type의 도광판을 사용한다는 것도 알아 주세요.

좌측의 CCFL에서 나온 빛은 빨간색 화살표처럼 뒤 반사판에 반사되어 도광판내에서 이동하거나 일부는 표면으로 반사됩니다. 만일 도광판 뒤쪽에 패턴이 없다면, 이 빛은 반대쪽 가장자리에 가장 많이 도달하여 중앙보다 주변이 어두워지는 기현상(?)을 초래하게 되지요. 이를 위해 도광판 뒤쪽에 패턴 처리(그림의 보라색 부분)를 하게 되면 빛의 난반사를 유도하여 전면에 걸쳐 고르게 빛을 투과 시킬수 있습니다.

3)반사시트 (Reflector Sheet)

반사시트는 도광판의 뒤쪽에 위치하여 CCFL로 부터 오는 빛을 전면으로 반사시키는 역할을 합니다. 반사율을 높이기 위해 SUS, Brass, 알루미늄, PET 등의 기본재질 위에 은(silver)을 입히고, 열이 미세하게 발생한다 해도 장시간 흡열로 인한 변형을 막기 위해 티타늄 코팅을 합니다.

4)확산시트 (Diffuser Sheet)

확산시트는 도광판을 통해서 나온 빛을 균일하게 해주는 역할을 합니다. 아무리 패턴처리를 잘 했다고 하여도 그것만으론 부족하기 때문이지요. 이 확산 시트를 통하게 되면 도광판을 통해 나온 빛을 확산하여 프리즘 시트와 패널 방향으로 전달해 휘도를 균일하게 하고, 시야각을 넓히며 도광판의 패턴을 숨기는 역할을 합니다. 확산시트를 사용하지 않으면, 도광판에 인쇄된 패턴 모양이 비치게 되어 LCD 패널 장착 후 에도 격자무늬 패턴이 보일 수 있습니다. 

4)프리즘시트 (Prism Sheet)

확산시트를 지나면서 수평, 수직 양방향으로 확산이 일어나 휘도가 급격히 떨어지게 되는 빛을 굴절, 집광시켜 휘도를 높이기  위해서 프리즘 시트를 사용합니다.  프리즘 시트의 단면을 살펴보면 산모양의 단면을 갖는 미세한 골을 갖고 있습니다. 보통 프리즘 시트는 수평, 수직 두 장을 한 세트로 사용합니다만 최근에는 한 장의 프리즘 시트만으로 처리하기도 합니다. 이제 프리즘 시트를 통과한 빛은 약 70도의 시야각을 가지면서 휘도 또한 개선됩니다.

5)보호시트 (Protector Sheet)

보호시트는 프리즘 시트 위에 위치하는 것으로 프리즘 시트의 흠집을 방지하고, 수직, 수평 한 세트의 프리즘 시트 사용시 발생하는 모아레 현상을 방지하기 위해 사용합니다. 또한 프리즘 시트에 의해 좁아진 시야각을 넓혀주는 기능도 하지요. 하지만 최근에는 프리즘 시트의 기능이 많이 향상되어 별도의 보호시트를 사용하지 않는 추세라고 합니다

6) 프레임 (Mold Frame / Housing)

BLU의 각 부품을 고정하여 일체형 부품인 Back Light Unit으로 만들어주는 케이스의 역할을 하게됩니다. 물론 이 위에 액정 패널이 조립되기 때문에 0.2mm 수준으로 오차관리를 합니다.

7) 커버 (Back Cover / Lamp Cover)

BLU의 고정된 Unit을 보호하며 강도유지 및 지지의 역할을 합니다.

이제 BLU가 뭔지 감이 좀 오시나요?
이 강좌를 읽고도 BLU를 액정 뒤에서 불을 밝히는 형광등 이라고 설명하신다면.. 섭섭합니다. -.-;

간단히 정리를 해보면, LCD 모듈은 2개의 얇은 유리판 사이에 액정(Liquid Crystal)을 주입해 전원을 공급, 액정의 배열을 변화시켜 명암을 조절하고 이 부분에 빛을 통과시켜 영상을 표시하는 디스플레이입니다. 그런데 이 액정 패널은 스스로 빛을 내지 못하기 때문에 뒤쪽에서 빛을 발생시키는 Unit이 필요한데 이 기능을 담당하는 것이 바로 BLU입니다.  BLU의 상세한 구조는 .. 기억나지 않으신다면, 다시 앞에서부터 읽어 보세요. ^^

자료제공 : 나노하이텍