KR20110012222A - 측면 조광형 백라이트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도광판의 상하면에 꼭지각이 둥근 프리즘 형상과 오목 렌즈 형상의 광 패턴이 형성되어 상측으로 출사되는 빛의 외관을 개선시킬 수 있는 측면 조광형 백라이트 장치에 관한 것으로, 도광판의 일측에 다수개의 발광다이오드 광원이 배열되고, 상기 도광판의 상측에는 빛을 집광 및 분산시키기 위한 프리즘 시트를 포함하는 측면 조광형 백라이트 장치에 있어서, 상기 도광판의 상면에는 상기 광원으로부터 입사되는 빛을 분산 및 집광하여 상측으로 출사시키기 위하여, 꼭지점이 둥근 형상의 프리즘 패턴이 대광부 방향으로 형성되고, 도광판 내측으로 오목한 반구 형상의 렌즈 패턴이 입광부에서 대광부측으로 갈수록 밀하게 형성되며, 상기 도광판의 하면에는 상기 광원으로부터 입사되는 빛을 분산 및 집광하여 상측으로 출사시키기 위하여, 꼭지점이 둥근 형상의 프리즘 패턴이 대광부 방향으로 형성되고, 도광판 내측으로 오목한 반구 형상의 렌즈 패턴이 균일한 밀도로 형성되어, 도광판 상측으로 출사되는 빛의 특성을 개선하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

백라이트, 측면형, 도광판, 광패턴, 무아레, 핫스팟

Description

측면 조광형 백라이트 장치{EDGE LIGHTING BACK LIGHT UNIT}

본 발명은 측면 조광형 백라이트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도광판의 상하면에 꼭지각이 둥근 프리즘 형상과 오목 렌즈 형상의 광 패턴이 형성되어 상측으로 출사되는 빛의 외관을 개선시킬 수 있는 측면 조광형 백라이트 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치(Liquid Crystal Display, 이하 'LCD'라 함)는 저전력을 이용하여 구동이 가능하고 선명한 색 재현 능력을 가지는 장점이 있어 평판표시장치로 널리 사용되고 있다. 그러나 LCD는 CRT나 PDP와는 달리 디스플레이 패널 자체가 직접 빛을 발하지 못하는 비발광 소자로서 LCD 패널의 배면에서 빛을 패널로 조사(照射)하기 위해 형광램프 등을 이용한 백라이트 장치(Backlight unit)가 별도로 요구된다.

액정표시장치에 사용되는 백라이트(Back Light)는 광원을 배치하는 방식에 따라 정면 조광형(또는 직하형)과 측면 조광형(또는 에지형)으로 구분된다. 직하형 방식(Direct-lighting)은 평판에 광원을 배치하는 것으로, 광원의 형상이 액정패널에 나타나므로 광원과 액정 사이의 공간을 충분히 확보하여 유지시켜주어야 하고, 전체적으로 균일한 광량 분포를 위해 광산란 수단을 별도로 설치해야 하므로 박형화에 한계가 있다. 에지형 방식(Edge-lighting)은 평판의 외곽에 광원을 설치한 후 도광판(Light Guide Pannel)을 이용하여 전체면으로 빛을 분산시키는 것으로, 휘도가 낮은 문제점이 있으며 도광판에 대한 고도의 광학적 가공기술이 요구된다.

이때 백라이트(Back light)장치의 광원으로는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등의 형광램프나 LED(Light Emitting Diode)소자, EL(Electro Luminescence)소자 등이 주로 사용된다.

일반적인 측면 조광형 백라이트 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 발광다이오드(이하 'LED'라 함) 광원(1)에서 출사되는 점광원의 빛을 산란시켜 면광원으로 전환시키는 도광판(2)의 상측에 빛을 굴절 및 집광시켜 휘도를 향상시키는 프리즘 시트(3)가 적층되는 구조를 이루며, 도광판(2)의 하측에는 상측으로 빛을 반사시키기 위한 반사판(4)이 구비된다. 통상, 도광판(2)의 일측에 다수개의 LED(1) 모듈이 배열되는데, 도광판(2)은 빛이 입사되는 입광부 측은 두께가 두꺼우며, 반대편인 대광부 측으로 갈수록 얇아지는 쐐기 형상으로 형성된다. 또한, 상측으로 출사되는 빛의 특성을 개선시키 위하여 도광판의 하면에는 입광부에서 대광부 방향으로 다수개의 프리즘 패턴(5)이 형성되고, 상면에는 도트 패턴(6)이 불규칙하게 형성된다.

종래의 기술에 따른 도광판을 이용한 빛의 경로를 도 2를 참고하여 살펴보 며, LED(1)에서 출사되는 점광원의 빛은 도광판(2)을 통과하면서 전반사에 의해 면광원으로 전환되는데, 도광판(2) 하면의 프리즘 패턴(5)에 의해 좌우 집광이 강하게 나타나 반사되는 빛이 상면의 도트 패턴(6)에 의해 전반사 조건이 파괴되고, 도광판(2) 상측으로 출사되는 빛이 프리즘 시트(3)의 패턴(7)에 의한 굴절로 인하여 특정 부위가 밝게 빛나는 핫 스팟(hot spot) 현상이 발생한다.

이러한 핫 스팟은 백라이트 장치에 대한 제품의 신뢰성을 떨어뜨리게 되고, 핫 스팟을 방지하기 위하여 프리즘 시트의 상측에 별도의 광학 시트가 구비될 수 있으나, 이 경우 백라이트 장치의 전체적인 두께가 두꺼워져 슬림화에 한계가 있으며, 제품의 조립성이 복잡해지는 문제점이 있다.

종래의 기술에 따른 측면 조광형 백라이트 장치는 우수한 광 특성을 실현하기 위하여 도광판의 상측에 다수의 프리즘 시트와 확산 시트들이 구비되어야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 측면 조광형 백라이트 장치에 있어서, 도광판의 상하면에 빛을 효율적으로 집광, 분산 및 확산시킬 수 있는 프리즘 형상과 오목 렌즈 형상의 광 패턴들이 형성되어, 상측에 적층되는 확산 시트를 제거하여 두께를 슬림화할 수 있으며, 동시에 핫 스팟이나 무아레 현상을 제거하여 우수한 광 특성을 나타낼 수 있는 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 도광판의 일측에 다수개의 발광다이오드 광원이 배열되고, 상기 도광판의 상측에는 빛을 집광 및 분산시키기 위한 프리즘 시트를 포함하는 측면 조광형 백라이트 장치에 있어서, 상기 도광판의 상면에는 상기 광원으로부터 입사되는 빛을 분산 및 집광하여 상측으로 출사시키기 위하여, 꼭지점이 둥근 형상의 프리즘 패턴이 대광부 방향으로 형성되고, 도광판 내측으로 오목한 반구 형상의 렌즈 패턴이 입광부에서 대광부측으로 갈수록 밀하게 형성되며, 상기 도광판의 하면에는 상기 광원으로부터 입사되는 빛을 분산 및 집광 하여 상측으로 출사시키기 위하여, 꼭지점이 둥근 형상의 프리즘 패턴이 대광부 방향으로 형성되고, 도광판 내측으로 오목한 반구 형상의 렌즈 패턴이 균일한 밀도로 형성되어, 도광판 상측으로 출사되는 빛의 특성을 개선하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 있어서, 도광판 상면의 상기 프리즘 패턴은 간격(P1)이 20㎛ 내지 50㎛ 이고, 꼭지점의 각도(α1)가 80°내지 140°이며, 곡률 반경(R1)이 10㎛ 내지 30㎛ 가 되도록 연속적으로 형성되고, 도광판 하면의 상기 프리즘 패턴은 간격(P2)이 45㎛ 내지 90㎛ 이고, 꼭지점의 각도(α2)가 80°내지 140°이며, 곡률 반경(R2)이 15㎛ 내지 40㎛ 가 되도록 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 있어서, 도광판 상면의 상기 렌즈 패턴은 직경(S1)이 상면의 상기 프리즘 패턴 간격(P1) 이하이고, 깊이(D1)가 0.5㎛ 내지 3㎛ 가 되도록 형성되며, 도광판 하면의 상기 렌즈 패턴은 직경(S2)이 하면의 상기 프리즘 패턴 간격(P2) 이하이고, 깊이(D2)가 0.5㎛ 내지 3㎛ 가 되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 측면 조광형 백라이트장치는 도광판의 상하면에 빛을 효율적으로 집광, 분산 및 확산시킬 수 있는 광 패턴들이 형성되어, 별도의 확산 시트가 없어도 핫 스팟이나 무아레 현상을 제거하여 우수한 광 특성을 나타낼 수 있다.

또한, 도광판의 상측에 적층되는 확산 시트를 제거할 수 있어, 구조가 간단 하면서 조립의 효율성과 백라이트 장치의 슬림화를 도모할 수 있다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 측면 조광형 백라이트 장치는 LED에서 출사되는 점광원의 빛을 산란시켜 면광원으로 전환시키는 도광판이 구비되고, 상기 도광판의 하측에는 상측으로 빛을 반사시키기 위한 반사판이 배치되며, 상기 도광판의 상측에는 도광판에서 출사되는 빛을 집광 및 분산시키기 위한 프리즘 시트가 적층되는 구조를 이룬다. 또한, 상기 구성들은 외부 하우징을 구성하는 커버버텀과 가이드 버텀에 의하여 체결된다. 상기와 같은 구성의 측면 조광형 백라이트 장치에 있어서, 상기 LED와 프리즘 시트, 반사판, 커버버텀, 가이드 버텀 등에 대한 구성은 일반적인 공지 기술이 적용되는 구성으로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 나타낸 평면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 나타낸 저면도이다.

도 3을 참조하면, 측면 조광형 백라이트 장치의 도광판(20)은 육면체 형상으로 입광부에서 대광부 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 쐐기 형상으로 형성된다. 여기서 입광부는 빛이 입사되는 면을 말하고, 대광부는 반대측 면을 말한다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 도광판은 상면과 하면에는 각각 프리즘 형상의 광 패턴(21,23; 이하 '프리즘 패턴'이라 함)과 도광판 내측으로 오목한 반구형 렌즈 형상의 광 패턴(22,24; 이하 '렌즈 패턴'이라 함)이 동시에 형성된다.

일반적으로 LED를 광원으로 하는 측면 조광형 백라이트 장치는 도광판의 입광부 측근에 다수의 LED 어레이가 배열되고, 도광판의 재질상 입광부 측에서 강한 LED 빛이 입사되어 상면으로 출사되는 경우 입광부 부근의 도광판 상면에는 연속적이고 규칙적인 프리즘 패턴에 의해 특정 부위에 빛이 집중되는 핫 스팟이나 물결 무늬와 같은 무아레 현상이 발생한다. 이러한 핫 스팟(Hot spot)이나 무아레(Moire) 현상은 백라이트 장치에서 광 특성을 떨어뜨리게 되므로, 도광판의 상측에는 다수의 확산 시트들이 구비되어야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 도광판(20)의 상하면에 형성되는 상기 프리즘 패턴(21,23)과 렌즈 패턴(22,24)에 의해 도광판 내부의 빛이 전반사, 산란 및 확산되면서 핫 스팟이나 무아레 현상을 방지할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 도광판의 상하면에 형성되는 프리즘 패턴(21,23)은 LED 어레이의 수직 방향인 도광판(20)의 입광부에서 대광부 방향의 길이로 다수개 형성되며, 이웃하는 패턴은 서로 연속적이며, 산을 이루는 꼭지각이 둥근 형상으로 형성된다.

또한, 상기 프리즘 패턴(21,23)과 동시에 형성되는 렌즈 패턴(22,24)은 도광판의 상하면에 대하여 도광판 내부로 오목한 형상의 반구형으로 다수개가 불규칙(random)하게 형성된다. 이때, 도광판 상면의 렌즈 패턴(22)은 입광부에서 대광부로 갈수록 점점 밀하게 형성되고, 하면의 렌즈 패턴(24)은 전체면에 대하여 균일한 밀도로 형성된다. 이는 대광부로 갈수록 빛의 양이 줄어들게 되므로, 도광판 상면의 렌즈 패턴(22)은 전체 면에 대하여 균일한 집광 및 분산 효과를 나타낼 수 있도록 대광부으로 갈수록 밀하게 형성되는 것이다.

이하에서는 도광판의 상하면에 형성되는 상기 프리즘 패턴(21,23)과 렌즈 패턴(22,24)의 상세한 구조에 대하여 살펴보기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 상하면 프리즘 패턴의 상세 구조를 나타낸 정단면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 상면 렌즈 패턴의 상세 구조를 나타낸 확대도이며, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 하면 렌즈 패턴의 상세 구조를 나타낸 확대도이다.

먼저 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 프리즘 패턴을 살펴보면, 도광판 상면의 프리즘 패턴(21)은 산을 이루는 꼭지각이 둥근 형상으로 다수개가 형성된다. 이때, 상기 프리즘 패턴(21)은 20㎛ 내지 50㎛ 사이의 간격(P1)으로 연속적으로 형성되고, 꼭지점의 연장되는 각도(α1)는 80°내지 140°사이를 이루며, 둥근 형상의 꼭지점에 대한 곡률 반경(R1)은 10㎛ 내지 30㎛ 사이를 이루는 것이 바람직하다.

그리고 도광판 하면의 프리즘 패턴(23)도 산을 이루는 꼭지각이 둥근 형상으 로 다수개가 형성된다. 이때, 상기 프리즘 패턴(23)은 45㎛ 내지 90㎛ 사이의 간격(P2)으로 연속적으로 형성되고, 꼭지점의 연장되는 각도(α2)는 80°내지 140°사이를 이루며, 둥근 형상의 꼭지점에 대한 곡률 반경(R2)은 15㎛ 내지 40㎛ 사이를 이루는 것이 바람직하다.

일반적으로 도광판에 형성되는 상기 프리즘 패턴은 패턴 사이의 간격이나 꼭지점의 각도, 곡률 반경의 크기에 따라 외부로 출사되는 광의 특성이 달라지는 바, 상기와 같은 범위의 구성에 의하여 핫 스팟 현상이 제거될 수 있으며, 또한, 후술하는 렌즈 패턴과 함께 우수한 광 특성을 나타낼 수 있게 된다.

한편, 도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈 패턴을 살펴보면, 도광판 상면의 렌즈 패턴(22)은 프리즘 패턴(21)이 형성되는 도광판(20)의 상면에 불규칙적으로 다수개가 형성된다. 이때, 도광판 내측으로 오목한 렌즈 패턴(22)의 직경(S1)은 상기 프리즘 패턴(21)의 간격(P1)보다는 크지 않아야 하며, 깊이(D1)는 0.5㎛ 내지 3㎛ 사이에서 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 도광판 하면의 렌즈 패턴(24)도 직경(S2)이 도광판 하면의 상기 프리즘 패턴(23)의 간격(P2)보다는 크지 않아야 하며, 깊이(D2)가 0.5㎛ 내지 3㎛ 사이에서 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구조의 프리즘 패턴(21,23)과 렌즈 패턴(22,24)에 의해 핫 스팟이나 무아레 무늬와 같은 현상이 나타나지 않아 우수한 광 특성을 나타낼 수 있으며, 별도의 확산 시트가 요구되지 않으므로 더욱 슬림화된 백라이트 장치를 제공할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 이용한 백라이트 장치의 광 경로를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, LED(10)에서 출사되는 점광원의 빛은 도광판(20)의 입광부로 입사되어 도광판(20) 내부를 통과하면서 전반사에 의해 면광원으로 전환되는데, 도광판(20)의 상하부 프리즘 패턴(21,23)에 의해 좌우 방향의 집광과 동시에 상하부 렌즈 패턴(22,24)에 의해 전후 방향의 분산되어 핫 스팟 현상을 방지할 수 있다.

도 10 및 도 11은 종래의 기술에 따른 백라이트 장치와 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 광 특성을 나타낸 도면이다.

여기서 도 10a 및 도 11a는 시뮬레이션에 의한 광 해석 결과를 나타낸 사진이며, 도 10b 및 도 11b는 실제 도광판을 이용한 광 해석 결과를 나타낸 사진이다. 또한, 종래의 기술에 따른 도광판은 상측에 볼록 렌즈 형상의 광 패턴이 형성되고, 하측에는 프리즘 패턴이 형성되었으며, 본 발명의 기술에 따른 도광판은 상부 프리즘 패턴(21)의 간격(P1)이 50㎛, 꼭지각(α1)이 100°, 곡률반경(R1)이 30㎛이고, 하부 프리즘 패턴(23)의 간격(P2)이 80㎛, 꼭지각(α2)이 100°, 곡률반경(R2)이 40㎛이며, 상부 렌즈 패턴(22)의 직경(S1)이 30㎛, 깊이(D1)가 1㎛이고, 하부 렌즈 패턴(24)의 직경(S2)이 50㎛, 깊이(D2)가 1㎛가 되도록 형성하였다. 또한, 도광판의 상측에는 1장의 프리즘 시트를 적층하여 측정한 결과이다.

종래의 기술에 따른 도광판의 광 특성은 도 10a에 도시된 바와 같이, 가상 해성에 의할 때 도광판의 입광부 부근에서 특정 부위가 밝게 빛나게 되는 핫 스팟 이 발생하게 되며, 도 10b에 도시된 바와 같이 실제 도광판을 이용 이를 채용한 백라이트 장치에서도 이러한 핫 스팟이 외부로 그대로 나타나게 된다.

그러나 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 광 특성은 도 11a에 도시된 바와 같이, 도광판의 입광부 부위에서 핫 스팟이 현저하게 줄어들었으며, 도 11b에 도시된 바와 같이, 이를 채용한 백라이트 장치에서는 균일한 휘도의 빛이 출사됨을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 도광판은 상하면의 프리즘 패턴(21,23)과 렌즈 패턴(22,24)에 의해 입광부로 입사되는 빛이 리사이클링(recycling)되어 대광부로 유도되면서 핫 스팟 현상을 개선시키게 되는 것이다.

따라서, 상기와 같은 구성의 도광판(20)이 적용된 측면 조광형 백라이트 장치는 상측에 적층되는 확산 시트를 제거하면서도 우수한 광 특성을 나타낼 수 있어, 구조의 간단화, 조립의 효율성, 장치의 슬림화와 같은 효과를 나타낸다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

도 1은 측면 조광형 백라이트 장치의 분리 사시도,

도 2는 종래의 기술에 따른 도광판에 대한 광 경로를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 나타낸 사시도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 나타낸 평면도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 나타낸 저면도,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 상세 구조를 나타낸 정단면도,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 상측 구조를 나타낸 확대도,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 하측 구조를 나타낸 확대도,

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 도광판에 대한 광 경로를 나타낸 도면,

도 10a 및 10b는 종래의 기술에 따른 백라이트 장치의 광 특성을 나타낸 도면,

도 11a 및 11b는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 광 특성을 나타낸 도면,

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : LED(광원) 20 : 도광판

21 : 상부 프리즘 패턴 22 : 상부 렌즈 패턴

23 : 하부 프리즘 패턴 24 : 하부 렌즈 패턴

Claims (3)

1. 도광판의 일측에 다수개의 발광다이오드 광원이 배열되고, 상기 도광판의 상측에는 빛을 집광 및 분산시키기 위한 프리즘 시트를 포함하는 측면 조광형 백라이트 장치에 있어서,

   상기 도광판의 상면에는 상기 광원으로부터 입사되는 빛을 분산 및 집광하여 상측으로 출사시키기 위하여, 꼭지점이 둥근 형상의 프리즘 패턴이 대광부 방향으로 형성되고, 도광판 내측으로 오목한 반구 형상의 렌즈 패턴이 입광부에서 대광부측으로 갈수록 밀하게 형성되며,

   상기 도광판의 하면에는 상기 광원으로부터 입사되는 빛을 분산 및 집광하여 상측으로 출사시키기 위하여, 꼭지점이 둥근 형상의 프리즘 패턴이 대광부 방향으로 형성되고, 도광판 내측으로 오목한 반구 형상의 렌즈 패턴이 균일한 밀도로 형성되어,

   도광판 상측으로 출사되는 빛의 특성을 개선하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 측면 조광형 백라이트 장치.
2. 제1항에 있어서,

   도광판 상면의 상기 프리즘 패턴은 간격(P1)이 20㎛ 내지 50㎛ 이고, 꼭지점의 각도(α1)가 80°내지 140°이며, 곡률 반경(R1)이 10㎛ 내지 30㎛ 가 되도록 연속적으로 형성되고,

   도광판 하면의 상기 프리즘 패턴은 간격(P2)이 45㎛ 내지 90㎛ 이고, 꼭지점의 각도(α2)가 80°내지 140°이며, 곡률 반경(R2)이 15㎛ 내지 40㎛ 가 되도록 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 측면 조광형 백라이트 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   도광판 상면의 상기 렌즈 패턴은 직경(S1)이 상면의 상기 프리즘 패턴 간격(P1) 이하이고, 깊이(D1)가 0.5㎛ 내지 3㎛ 가 되도록 형성되며,

   도광판 하면의 상기 렌즈 패턴은 직경(S2)이 하면의 상기 프리즘 패턴 간격(P2) 이하이고, 깊이(D2)가 0.5㎛ 내지 3㎛ 가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 측면 조광형 백라이트 장치.

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