KR20050107281A

KR20050107281A - 도광판의 유사 프리즘 구조체

Info

Publication number: KR20050107281A
Application number: KR1020040083021A
Authority: KR
Inventors: 미야시타 가즈히로; 유-핑 류; 카오-팡 충
Original assignee: 에이스. 티 코포레이션
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2005-11-11
Also published as: TWI245931B; JP4384547B2; JP2005322606A; US20050248961A1; TW200537128A; US7134778B2

Abstract

본 발명은 프리즘막, 확산막, 반사막 등의 광막을 경제적으로 사용하도록 도광판의 유사 프리즘 구조체를 제공한다. 본 발명은 종래의 LCD 백라이트 모듈의 번잡한 구조체를 간단하게 한다. 백라이트 모듈를 제조하는 재료와 제조 시간의 비용을 효율적으로 감소시킬 수 있다.

종래의 LCD 백라이트 모듈과 비교하면, 도광판의 광 출사면으로부터 광을 전체적으로, 연속적으로 그리고 균일하게 출사한다. 종래의 백라이트 모듈에서는 그 조명으로 인해 다량의 에너지가 공통 전극 및 블랙 매트릭스 등의 LCD 기판의 불투명 부분에서 낭비된다.

본 발명의 도광판의 유사 프리즘 구조체는 광이 특정 지점으로부터 출사되게 하고, 작은 각도로 제한되어 대응하는 각 LCD 기판의 개구로 향하게 하여, 에너지를 효율적으로 사용할 수 있고, 휘도를 상승시킬 수 있으며, 디스플레이의 품질을 촉진시킬 수 있고, 전기 에너지 소비를 저하시킬 수 있으며, 배터리 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

도광판의 유사 프리즘 구조체{RESEMBLING PRISMATIC STRUCTURE OF LIGHT GUIDE PLATE}

본 발명은 도광판에 관한 것으로, 구체적으로는 복수 개의 유사 삼각 프리즘(resembling triangular prism)을 갖는 도광(light guide)에 관한 것이다.

본 발명은 광에너지의 낭비를 해결하고, 불균일하며 선택적인 다중의 특정 위치들로부터의 출사광을 생성하기 위해 도광판의 유사 프리즘 구조체를 제공한다. 출사광의 빔은 또한 제어된 다중의 평행한 입사광에 의해 LCD 기판의 개구로 향하는 특정 방향으로 집중될 수도 있다. 본 발명은 종래의 LCD 백라이트 모듈의 다양한 구조체를 간단하게 한다.

일반적으로, 백라이트 모듈은 도광판, 확산막 및 반사막을 구비한다. 균일하게 출사하는 광을 얻기 위하여, 종래의 LCD 백라이트 모듈은 광학 효과를 갖는 막들을 이용한다. 상기 막들은 프리즘막, 확산막, 반사막 등을 포함한다. 광 에너지는 이들 막들 사이에서 굴절과 반사를 반복하는 프로세스들에서 손실되고 광이 방사되는 LCD의 불투명 부분의 방사로 낭비된다.

미국 특허 제 5917664호에 예시된 바와 같이, 모듈이 프리즘 어레이에 의해 형성되지만, 그 목적은 시야각을 바꾸는 동안 특정 각도를 가로지를 때 휘도의 급격한 변화를 방지하기 위한 것이다.

또한, 도 9a와 9b에 도시된 바와 같이, 대만 특허 공보 제463957호의 "다중 초점 반사 패턴을 갖는 도광판(light guide plate having multi-focused reflecting pattern)"은 도광판의 출사면의 대향면에 복수 개의 다중 초점 반사 패턴들을 갖는다. 각 패턴은 중심에 둥근 면을 갖고, 복수 개의 환형 둥근 면은 상기 둥근 면과 중심이 같다. 도광판의 각 패턴에 의해 입사광은 상방으로 반사되어 평면형 광원을 형성한다. 이 종래 기술은 평면형 광원의 휘도가 다중 초점 반사경의 여러 방향 반사에 의해 균일하게 분포된다.

백라이트 모듈의 종래 기술들은 주로 광을 균일하게 출사하는 데 중점을 두고 있다. 그러나, 미국 특허 제6356391호에 도시된 바와 같이, 모듈이 또한 프리즘 어레이에 의해 형성되고, 그 목적은 연속적이고 전체가 균일하게 출사하는 광을 얻기 위한 것이다.

도 10a와 10b에 도시된 바와 같이, 대만 특허 공보 제538285호의 "평면형 광원(plane-type light source)"은 오목 렌즈(11n) 또는 볼록 렌즈(11p)의 여러 방향 굴절을 이용하여 측방향 입사면 근처의 출사면이 충분한 휘도를 갖게 한다.

도 11a, 11b, 12a 및 12b에 도시된 바와 같이, 이 종래 기술은 또한 입사광을 제외하고 도광판의 출사면과 측면의 대향면에 오목 거울(12p)과 볼록 거울(12n)의 상이한 분포 집중을 갖는다.

오목 및 볼록 거울들의 반사 여러 방향에 의해서 그리고 휘도가 불충분하기 쉬운 도광판의 주변부에서 반사 거울들의 집중도가 높을 수록, 평면형 광원의 출사 방향과 휘도의 균일성을 달성할 수 있다. 본 발명의 기술 사상은 이 종래 기술과 구별된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 대만 특허 공보 제560621호의 "국부적 광 투과 백라이트를 갖는 LCD(LCD having localized-light-transmitting backlight)"는 LCD(f)의 바닥 상의 반사층(51)에 복수 개의 광로(52)를 갖고, 광로(52)에 대응하는 광 초점부(61)를 갖는 마이크로 프리즘 어레이식 광막(g)을 LCD(f)와 도광판(h) 사이에 구비하고 있다. 집중된 후에 인공광(L5)은 반사층(51)의 광로(52)를 통해 LCD(f)로 투과된다. 전체 출력은 반사층(51)으로부터 고도로 반사된 자연광(L4)과 마이크로 프리즘 어레이식 광막(g)에 의해 강화된 인공광(L5)의 조합된 효과에서 나오며, LCD의 전체 광 출력이 향상된다.

광 초점부(61)의 기능이 강할수록, 더욱 많은 인공광(L5)이 광로(52)를 통해 투과되고, 보다 적은 비율의 영역이 광로(52)에 의해 점유되며, 이에 따라 더 큰 비율의 영역이 반사에 이용되고, 반사된 자연광(L4)이 더 많이 이용될 수 있다. 이 구조에 따르면, LCD(f)의 광 출력이 촉진될 수 있고, LCD(f)의 자연광(L4)에 대한 대비가 증가될 수 있다.

이 종래 기술은 광로(52)를 포함하는 반사층(51)과 광 초점부(61)를 포함하는 마이크로 프리즘 어레이식 광막(g)을 특징으로 한다.

출사된 인공광(L5)이 그 청구 범위의 발표에 따른 특정 지점을 향하게 되지만, 광 초점부(61)를 포함하는 마이크로 프리즘 어레이식 광막(g)의 중요한 구조체 및 대응하는 그 파라미터는 전혀 개시되어 있지 않다.

가장 중요한 본 발명은 그 특징 및 대응하는 파라미터를 비롯하여 그 광학 프로세스은 물론 마이크로구조체도 개시하고 있다.

본 발명은 광에너지의 낭비를 해결하고 광에너지를 경제적으로 사용하는 도광판의 유사 프리즘 구조체를 제공한다. 일반적으로, 백라이트 모듈은 도광판, 확산막 및 반사막을 구비한다. 균일하게 출사하는 광을 얻기 위하여, 종래의 LCD 백라이트 모듈은 광학 효과를 갖는 막들을 이용한다. 이들 막들은 프리즘막, 확산막, 반사막 등을 포함한다. 광 에너지는 이들 막들 사이에서 굴절과 반사를 반복하는 프로세스들에서 손실되고 광이 방사되는 LCD의 불투명 부분의 방사로 낭비된다. 본 발명은 불균일하며 선택적인 다중의 특정 지점으로부터 출사광을 생성하였다. 출사광의 빔은 또한 제어된 다중의 평행한 입사광에 의해 LCD 기판의 개구로 향하는 특정 방향으로 집중될 수도 있다. 본 발명은 종래의 LCD 백라이트 모듈의 잡다한 구조체를 간단하게 한다.

본 발명의 주목적은 도광판의 유사 프리즘 구조체를 제공하는 것이다. 광원은 일반적이거나 제어된 다중의 평행한 입사 광원일 수 있다. 상기 광은 도광판에 진입하여 모사 프리즘 구조체에 의해 특정 방향으로 안내된다.

본 발명의 다른 목적은 불균일하며 선택적인 다중의 특정 지점으로부터 출사광을 제공하는 것이다. 출사광의 빔은 또한 제어된 다중의 평행한 입사광에 의해 LCD 기판의 개구로 향하는 특정 방향으로 집중될 수도 있다. 휘도가 강화될 수 있어 LCD의 품질이 더 양호하게 된다. 광에너지를 효율적으로 사용할 수 있으므로, 배터리의 수명 시간이 길어지게 된다.

본 발명의 또 다른 목적은 단순한 구조의 LCD 백라이트 모듈을 제공하는 것이다. 백라이트 모듈을 제조하는 재료와 제조 시간의 비용을 효율적으로 저감시킬 수 있다.

도 1에 있어서, 유사 프리즘 구조체(13)는 둔각 삼각형으로 순서대로 배치되고, D는 프리즘 베이스(14)의 길이이다. 상기 길이 D는 LCD 기판의 개구(20)의 반대측에 있다. 유사 프리즘 구조체(13)로부터 반사 및 굴절하는 전체 광은 LCD 기판의 개구(20)를 향해 출사된다. 이것은 광에너지가 효율적으로 사용될 수 있게 해준다. 휘도가 강화되어 LCD의 품질이 보다 양호해진다.

도 2와 도 6a에는, 다양한 광학 프로세스들 중의 하나가 도시되어 있다. 광원(10)으로부터의 광은 도광판(11)으로 진입하고 도광판(11)은 각도(θ)를 갖는 입사광(12)을 생성한다. 각도 θ를 갖는 상기 입사광(12)은 프리즘의 베이스(14)로부터 유사 프리즘 구조체로 진입한다. [도광판(11)과 유사 프리즘 구조체(13) 재료의 굴절률은 n1이다.] 입사광(12)은 제1 전체 반사(16)를 행한다. [베이스(14)와 프리즘의 경사부(15) 사이의 협각은 θ₁이다.] 제1 전체 반사(16)의 광은 프리즘의 측면(17)에서 제2 전체 반사(18)를 행한다. [프리즘의 베이스(14)의 연장부와 프리즘의 측면(17) 사이의 외측 각도는 θ₂이다.] 최종적으로, 광은 출사되어 프리즘의 경사부(15)와 충전층(21) 사이에서 굴절한다. 굴절 및 출사광(19)의 방향은 거의 수직으로 LCD 기판의 개구(20)를 향한다. 충전층(21) 재료의 굴절률(n2)은 굴절률 n1과 유사하다. 충전층(21)의 재료는 막, 충전액 및 공기일 수 있다. 협각 θ₁과 외측 각도 θ₂는 제조 프로세스에 의해 조절될 수 있다.

도 6b를 참조하면, 도광판(11)의 광 입사측의 대향측은 반사 슬라이스를 고착시킨 삼각형의 끼인 평면 또는 수직 평면에 대해서 설계된다. 반사 슬라이스를 고착시킨 이 끼인 평면은 도광판(11)과 평행한 직선광이 대향측 밖으로 출사되는 것을 방지한다(θ≒0°). 직선광은 전체적으로 반사 슬라이스를 고착시킨 끼인 평면 상에서 반사되어 다시 도광판(11)으로 향할 수 있다. 도광판(11)의 광 출사측의 대향측이 반사 슬라이스 상에 고착되면, 도광판(11) 밖으로 굴절하는 작은 광의 손실을 감소시킬 것이다. 도 3을 참조하면, 가변 각도를 갖는 광은 유사 프리즘 구조체(13)로 입사한다.

하기의 표 1은 도 1의 실시예를 나타내고 있다. 각 실시예에 제안된 그들의 특정한 수치값은 오직 본 발명의 일부이고, 그 값의 범위는 본 발명의 청구범위를 제한할 수 없다.

도 4를 참조하면, 유사 프리즘 구조체(13)는 배치가 평행하고 거리가 서로 동일한 긴 삼각형 피라미드로 쉽게 제조될 수 있다. 도 5를 참조하면, 유사 프리즘 구조체(13)는 배치가 어레이인 연결된 삼각형 피라미드로 제조될 수 있다. 모든 삼각형 피라미드의 폭은 LCD 기판의 개구(20)와 합치한다. 본 발명의 구조는, 예컨대 확산막, 반사막 등의 잡다한 광막을 간단하게 한다. 본 발명의 백라이트 모듈은 삼각 프리즘이 도광판에 새겨져 있는 일체 또는 프리즘 막과 도광판이 함께 고착된 두 부재로 제조될 수 있다. 백라이트 모듈의 재료 비용과 제조 프로세스의 시간을 효율적으로 조절하고 감소시킬 수 있다.

도 8a를 참조하면, 도광판(11)은 이중 에지식 프리즘 구조체를 가질 수 있다. 2방향 출사광을 갖는 도광판(11)을 제조할 수 있다. 이중 에지식 프리즘 구조체를 갖는 도광판의 2개의 측면에 하나의 LCD 스크린을 개별적으로 추가하면, 이중 스크린의 기능을 가지게 된다. 도 8b를 참조하면, 이중 에지식 프리즘 구조체를 갖는 도광판(11)의 광로와 반사 슬라이스를 고착시킨 삼각형 끼인 평면이 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 대형 LCD 패널의 이중 광원이 도시되어 있다. LCD 패널의 크기가 크면, 단일 광원의 광이 LCD 패널에 걸쳐 퍼지기에 충분하지 않다. 광원(10)은 도광판(11)의 2개의 측면에 개별적으로 설정되고 유사 프리즘 구조체의 삼각형 피라미드는 도광판(11)의 폭의 중심을 향해 배치된다. 이것은 광 투과가 충분하지 않은 문제를 해결할 수 있다.

광원에 있어서, 본 발명은 일반적인 제어되지 않은 분산광 또는 제어된 다중의 평행한 광을 이용할 수 있다. 광원의 임의의 지점으로부터의 광은 도광판의 광 입사측으로 진입한다. 모든 광은 전체적으로 반사된 다음 굴절되어 도광판의 유사 프리즘 구조체를 통해 출사된다. 유사 삼각 프리즘의 특별히 설계된 각도는 광이 LCD 기판의 개구를 향해 출사되게 한다. 출사광의 중심선은 LCD 기판의 인접한 개구 사이의 거리 이하이다.

일반적인 제어되지 않은 분산광은 도광판에 의해 유사 삼각 프리즘으로 안내되고 LCD 기판의 개구를 향해 출사된다. 제어된 다중의 평행한 광은 도광판에 의해 유사 삼각 프리즘으로 안내되어 LCD 기판의 개구를 향해 수직으로 출사된다.

본 발명의 목적은 다량의 에너지가 공통 전극과 블랙 매트릭스 등의 LCD 기판의 조명 불투명 부분에서 낭비되는 종래의 백라이트 모듈의 문제를 해결하고 특정한 지점으로부터 LCD 기판의 개구를 향해 광선을 불균일하게 출사하는 종류의 백라이트 모듈을 제공하는 것이다.

논리학적 추론, 수학적 연산 또는 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 본 발명의 사상으로부터 유도된 임의의 개별적인 수치값과, 임의의 등가 변형 또는 수정은 본 발명의 청구 범위 내에 있다. 전술한 실시예들은 본 발명의 일부일 뿐으로, 본 발명의 청구 범위는 그들 실시예로 제한되지 않는다.

본 발명에 따르면, 다량의 에너지가 공통 전극과 블랙 매트릭스 등의 LCD 기판의 조명 불투명 부분에서 낭비되는 종래의 백라이트 모듈의 문제를 해결하고 특정한 지점으로부터 LCD 기판의 개구를 향해 광선을 불균일하게 출사하는 종류의 백라이트 모듈을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 구조체를 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 광학 프로세스를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 다양한 광학 프로세스를 도시한 도면.

도 4는 평행하고 길며 삼각형인 피라미드를 도시한 것으로서, 여기서, 거리는 각 본 발명과 동일한 도면.

도 5는 배치가 본 발명의 어레이인 연결된 삼각형 피라미드를 도시한 도면.

도 6a은 본 발명의 전체 구조체를 도시한 도면.

도 6b는 본 발명의 삼각형의 반사 구조체를 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 대형 LCD 패널의 이중 광원을 도시한 도면.

도 8a는 본 발명의 이중 에지식 프리즘 구조체를 도시한 도면.

도 8b는 본 발명의 삼각형 반사 구조체를 갖는 이중 에지식 프리즘 구조체에서의 광학 프로세스를 도시한 도면.

도 9a 및 도 9b는 대만 특허 공보 제463957호의 "다중 초점 반사 패턴을 갖는 도광판"의 대표도.

도 10a 및 도 10b는 대만 특허 공보 제538285호의 "평면형 광원"의 제1 대표도.

도 11a 및 도 11b는 대만 특허 공보 제538285호의 "평면형 광원"의 제2 대표도.

도 12a 및 도 12b는 대만 특허 공보 제538285호의 "평면형 광원"의 제3 대표도.

도 13은 대만 특허 공보 제560621호의 "국부적 광 투과 백라이트를 갖는 LCD"의 대표도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 광원 12: 입사광

13: 유사 프리즘 구조체 19: 출사광

21: 충전층

Claims

광을 도광판으로 안내하는 데 사용되는 측면과, 광을 출사하는 데 사용되는 전면 및 광을 반사하는 데 사용되는 기단면의 3개의 측부를 갖는 도광판과;

상기 도광판의 전면에 배치된 복수 개의 유사 삼각 프리즘들을 구비하고, 상기 유사 삼각 프리즘들은 측면과 기단면을 구비하며,

상기 측면과 기단면 사이의 협각은 90도 이상인 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 빔이 수직의 제어되지 않은 분산광이거나 제어된 다중의 평행한 광인 광원 디바이스를 구비하고, 상기 광원의 임의의 지점으로부터의 빔은 도광판의 측면으로 진입하여 도광판에 의해 유사 삼각 프리즘으로 안내되고, 빔은 전체가 유사 삼각 프리즘을 가로질러 반사되어 유사 삼각 프리즘에 의해 특정 배향으로 안내되며, 유사 삼각 프리즘의 특정 배향으로부터 출사된 빔은 도광판의 특정 지점으로부터 출사된 빔과 식별될 수 있는 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 상기 복수 개의 유사 삼각 프리즘은 배치가 평행하고 거리가 서로 동일한 긴 삼각형 피라미드로 이루어지는 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 복수 개의 유사 삼각 프리즘은 배치가 어레이인 연결된 삼각형 피라미드로 이루어지는 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 상기 도광판과 유사 삼각 프리즘은 삼각 프리즘이 도광판에 새겨진 전체가 되도록 제조되는 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 상기 도광판과 유사 삼각 프리즘은 두 부재로 제조되어서 함께 고착된 것인 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 상기 유사 프리즘 구조체는 다중 구조의 백라이트 모듈이 단일 구조의 백라이트 모듈이 되게 하는 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 유사 삼각 프리즘의 베이스 폭은 LCD 기판의 인접한 개구의 거리 이하이고, LCD 기판의 개구 위치와 합치하는 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 도광판의 광반사 기단면은 광택면인 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 모든 광은 일반적인 제어되지 않은 분산광이거나 또는 제어된 다중의 평행한 광으로서, 전체적으로 유사 삼각 프리즘에 반사 및 굴절되어 LCD 기판의 개구로 출사되는 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 유사 삼각 프리즘의 측면과 기단면에 속하는 협각이 90°보다 크고 형태가 둔각 삼각형인 유사 삼각 프리즘은 입사광을 전체적으로 반사되어 LCD 기판의 개구로 출사되게 하는 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제11항에 있어서, 프리즘의 베이스와 경사부 사이의 협각은 θ₁이고, 프리즘의 베이스의 연장부와 프리즘의 측면 사이의 외측 각도는 θ₂이며, 상기 각도(θ₁과 θ₂)는 제조 프로세스에 의해 조절될 수 있고 출사광이 LCD 기판의 개구를 향하게 하고, 출사광의 중심선을 만드는 설계 각도는 LCD 기판의 인접한 개구 사이의 거리 이하인 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제12항에 있어서, LCD 패널의 크기는 각도(θ₁과 θ₂)를 유지하기 위하여 크고, 광원은 도광판의 2개의 측면에 개별적으로 설정되며 유사 프리즘 구조체의 삼각형 피라미드는 도광판 폭의 중심을 향해 배치되어, 광의 투과가 충분하지 않은 문제를 해결할 수 있는 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 상기 유사 삼각 프리즘과 LCD 스크린 사이에는 충전층이 있고, 충전층의 굴절률은 유사 삼각 프리즘의 굴절률과 유사한 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 도광판의 광 입사면의 대향측은 반사 슬라이스를 고착시킨 삼각형의 끼인 평면 또는 수직 평면에 대해서 설계되고, 반사 슬라이스를 고착시키는 이들 평면들은 도광판과 평행한 직선광이 대향측에서 출사되는 것을 방지하고(입사광의 각도 θ≒0°), 직선광은 전체적으로 반사 슬라이스를 고착시킨 끼인 평면 상에서 반사되어 다시 도광판으로 향할 수 있는 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 도광판의 광 출사면의 대향측은 반사 슬라이스 상에 고착되고, 도광면으로부터 굴절 및 반사되는 작은 광의 손실을 감소시키는 도광판의 유사 프리즘 구조체.
제1항에 있어서, 상기 도광판은 이중 에지식 프리즘 구조체를 갖고, 도광판은 2방향 출사광을 가지며, 이중 에지식 프리즘 구조체를 갖는 도광판의 2개의 측면에 하나의 LCD 스크린을 개별적으로 추가하면, 이중 스크린의 기능을 가질 수 있는 도광판의 유사 프리즘 구조체.