KR100303240B1 - 전반사층과 패턴에 의한 엘씨디 백라이트용 도광판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 액정 표시장치 조명용으로 사용되는 슈퍼-트위스티드-네마틱 액정표시장치(STN LCD) 또는 박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT LCD)등에 후방 조명용으로 사용되는 면광원(面光源) 장치에 관한 것으로, 도광판 상단부에 인쇄 및 금형식각 또는 가공에 의해 타원 반구형의 패턴을 다수 형성하고, 그 도광판의 하단부에는 전반사층을 형성하여, 출광하는 빛의 방향성을 수직 성분화하고 빛의 손실을 최소화하여 고휘도 및 휘도 균일도를 구현하는 효과가 있는 전반사층과 패턴에 의한 LCD 백라이트용 도광판에 관한 것이다.

Description

전반사층과 패턴에 의한 엘씨디 백라이트용 도광판{Prism Light Guide Panel for LCD Back Light Using Total Reflection Layer and Patterns}

본 발명은 각종 액정 표시장치 조명용으로 사용되는 슈퍼-트위스티드-네마틱 액정 표시장치(STN LCD) 또는 박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT LCD)등에 후방 조명용으로 사용되는 면광원(面光源) 장치에 관한 것으로 특히, 규칙 및 불규칙한 광산란 패턴을 가진 도광판에 관한 것이다.

현재 여러가지 박형 표시장치들이 등장하여 범용화된 평판형 표시장치들 중에서도 LCD는 액정TV, 노트북컴퓨터 및 자동항법장치등의 모니터로서 널리 사용되고 있다.

그러나, LCD는 자체 발광을 하지 못하는 특성을 가지고 있는 관계로 면광원 공급장치인 백라이트가 필요하게 되고 이는 소형형광등의 선광원을 도광판이라는 전환매체를 통하여 면광원으로 전환시켜 빛을 판의 수직방향으로 전환해주는 구조로 구성되어 있다.

도광판은 전기한 바와 같이 선광원을 면광원으로 변환시켜주는 전환매체로서 백라이트를 구성하고 있는 중요한 부품중의 하나이다.

이는 광투명도가 우수한 아크릴 수지로 만들어진 평판 및 쐐기형 판의 하단부에 광을 산란, 반사시킬 수 있는 패턴을 일정한 간격의 크기로 규칙 또는 불규칙하게 배열하여 광원에서 입사한 빛이 도광판에 형성된 패턴에 부딪쳐 산란 및 반사를 통하여 판의 수직방향으로 빛의 방향이 전환되는 원리를 이용한 것으로 패턴 모양은 원형, 사각형, 육각형등 그 종류가 다양하다.

통상적으로 사용되는 패턴의 형성방법으로는 광산란 잉크를 스크린 인쇄법을 통하여 도광판의 하부에 형성시키는 방법이 최근까지 가장 널리 사용되고 있으며, 근자에 들어서는 금형면에 패턴을 직접가공하여 사출하는 방법이 소개되고 있다.

도광판의 하부에 형성된 패턴은 도 6의 도시와 같이 형광등의 광원에서 입사된 빛이 도광판 하부의 패턴과 부딪치며 산란,반사하여 도광판 상부로 면광원 상태의 빛이 발하도록 한 것이다.

일반적으로 소형형광등의 선광원을 면광원으로 전환시켜 주는 원리는 거리에 따른 패턴의 면적비를 n차 함수로 구성, 적용하여 광원에서 거리가 멀어짐에 따라 일정 비율로 패턴의 면적비를 증가시켜 이에 따른 산란 및 반사의 양도 상대적으로 증가되도록 하여 소형 형광등에서 멀리 떨어진 부위에서도 광원부위에서와 거의 동등한 빛을 발하도록하여 전체적으로 균일한 면광원을 얻을 수 있게 하는 원리이다.

그러나, 전기한 바와 같은 도광판 하부의 인쇄법은 도광판의 하단부 즉, 패턴 형성 부위에서 일부의 빛이 산란 및 반사되어 판에 수직방향으로 전환됨에 의해 광도가 상대적으로 약하게 출광되고, 그 나머지 일부의 빛은 패턴형성부위와 그 밖의 부위로 빛이 투과되어 반사판에서 반사됨에 따라 도광판 내부로 재입사되는 구조를 갖고 있다.

이는 도광판 하단부의 계면 및 반사판에서의 손실을 증가시키는 구조로 되어 있기 때문에 입사된 광량을 그대로 손실없이 도광판 상부로 출광시켜 고휘도를 구현하는 방법으로는 적합하지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 제거코져, 기존의 도광판 하단부에 산란 및 반사 패턴을 적용시켜 일정한 휘도 및 휘도균일도를 구현하는 방법이 아닌 도광판 상단부에 인쇄 및 금형식각 또는 가공에 의해 타원 반구형의 패턴을 형성하여 출광하는 빛의 방향성을 수직 성분화하고 빛의 손실을 최소화하여 고휘도 및 휘도 균일도를 구현하고자 한 것이다.

이는 도광판 상단부로 전파되는 빛의 효율을 높이기 위해 도광판의 하단부에 빛의 투과를 막기 위한 전반사 물질을 코팅하여 상단부에서 투광성이 우수한 잉ㅡ로 패턴을 형성하거나 금형 식각 또는 가공 패턴을 형성하는 방법으로 임계각의 범위를 변화시키므로서 도광판의 외부로 출광되는 빛의 수직성분을 증가시켜 고휘도를 실현할 수 있는 LCD 백라이트용 도광판을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 백라이트의 구성도

도 2는 본 발명에 의한 패턴의 광경로 도식도

도 3은 본 발명 패턴에 의한 빛의 임계각 경로 도식도

도 4는 본 발명 도광판 패턴의 크기에 따른 평면형상도

도 5a는 본 발명 도광판의 규칙적인 패턴의 평면형상도

도 5b는 본 발명 도광판의 불규칙적인 패턴의 평면형상도

도 6은 종래 도광판의 광경로 도식도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 도광판2 :광원

3 : 확산시트4 : 프리즘시트

5 : 보호시트6,6' : 패턴

7 : 전반사층8 : 램프 반사판

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면에 의해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 전반사층과 패턴이 형성된 상태의 도광판의 단면도이다.

판상의 도광판(1)과 광원(2)및 램프 반사판(8)이 고정되며, 도광판(1)의 상부에 확산시트(3), 프리즘시트(4), 보호 시트(5)가 부착되는 LCD 백라이트용 도광판(1)에 있어서,

도광판(1)의 상단부에 다수의 타원반구형 패턴(6)(6')을 돌출되게 형성하고 그 저면에는 전반사층(7)을 코팅하여 되는 것으로서,

타원반구형의 패턴(6)(6')은 그 타원반구의 비율을 단축반지름 1에 대하여 장축반지름이 1.50 ~ 3.00이하가 되는 것이 가장 적합하다.이러한 패턴을 형성한 이유는 장축 반지름이 단축 반지름과 같거나 작으면, 도광판 내부에서 반사되어 진행하는 임계각 범위보다 큰 빛들이 패턴 표면에서 도광판 외부로 출광이 된다 하여도 공기와의 굴절율 차이에 의해 수직 성분의 출광을 기대하기가 어려우며, 각도상 대부분 도광판 상단부로 재입사 또는 반사될 수도 있기 때문이다.즉, 패턴의 주변 표면이 도광판의 표면과 수직에 가까울수록 임계각 이상의 범위로 진행하는 빛들이 수직성분화가 유리하기 때문에 상기 장축과 단축의 비율을 가지는 타원반구의 장축을 수직방향으로 배치하는 것이 바람직하며, 상기 타원반구으 비율은 패턴을 형성하는 모재의 가공성을 고려하여 본 발명의 발명자가 구해낸 수치이다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 작용을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 도광판의 단면도로서, 광원(2)과 도광판(1), 각종시트류와의 광학적 연관성을 보여주고 있는 것으로서, 광원(2)과 램프 반사판(8)에서 반사되어 도광판(1)내로 입사된 빛이 패턴(6)(6')에서 산란 및 반사되어 도광판(1) 상단부로 출광될 때 빛이 시트(3)(4)(5)와의 구성에 의해 어떤 경로로 이동되는 지를 보여주고 있다.

도 2는 전반사 투광성 도광판의 광경로 도식도로 광원(1)과 램프 반사판(8)에서 반사된 빛이 도광판(1) 내부로 입사하여 전반사 물질이 도포된 도광판(1) 하단부에서 전량 전반사되어 도광판(1) 상단부로 이동한 빛은 상단부의 투광성 패턴(6)(6')에 의해 변화된 임계각에 따라 도광판(1) 외부로 출광된 빛이확산시트(3), 프리즘 시트(4) 및 보호시트(5)와의 구성에 의해 어떤 경로로 이동하여 고휘도를 구현하는지를 보여주고 있다.

도 3은 전반사 투광성 도광판(1)의 임계각 범위내로 출광되는 빛의 경로를 나타낸 도식도로서 각도에 따른 수직성분의 근접정도를 보여준다.

도 4 및 도 5는 전반사 투광성 도광판(1)의 휘도 및 휘도균일도를 위한 패턴 형성의 크기 및 배열로서 규칙 및 불규칙의 배열을 갖고 있다.

본 발명은 백라이트에 이용되는 도광판(1)의 하단부를 전반사 물질로 전면 코팅한 전반사층(7)을 형성하므로서 빛의 손실을 최소화하고, 도광판(1)의 상단부에는 단축과 장축이 일정한 비율을 갖는 타원 반구형의 패턴(6)(6')을 투명 잉크로 형성하거나 반타원형의 금형 식각 또는 가공에 의해 형성하는 방법으로 임계각을 조절하여 도광판(1) 상단부로 출광되는 빛을 도광판(1)에 수직방향으로 전환시켜 고휘도를 실현함에 따라 백라이트의 특성을 향상시키는데 그 목적을 두고 있다.

LCD용 백라이트에 사용되는 확산시트(3), 프리즘 시트(4) 및 보호시트(5)는 통상적으로 도광판(1)위에 놓여져 수직방향의 광량을 증가시키는 역할을 하고 있다.

따라서, 본 발명은 기존의 도광판의 문제점인 도광판(1) 하단부의 패턴에 의한 산란광의 광도저하 및 도광판(1)의 하단부로 유출되어 반사판에서 재반사되는 빛의 손실을 최소화하여 수직광의 효율을 극대화시켜 고휘도를 구현하고자 하는 것으로, 도광판(1) 하단부에 전반사 물질을 전면 코팅한 전반사층(7)을 형성하여 하단부로 유출되는 빛을 전면차단하고 입사된 모든 빛이 손실없이 상단부로 전파되게 하면 입사된 빛이 도광판(1) 내에서 손실없이 전반사를 일으키며 진행하게 되는데, 이 전반사되는 빛을 상단부의 임계각 조절에 의해 도광판에 대해 수직근접 방향으로 출광시키고자 하는 것이다.

임계각 조절방법으로는 도광판(1)과 굴절률이 같거나 유사한 투광성 잉크로 일정한 곡률을 가진 타원 반구형 및 타원 반구형에 가까운 패턴(6)(6')을 형성하거나 또는 동형의 금형 식각 및 가공 패턴(6)(6')을 형성하는 방법으로 도광판(1)에 수직하게 출광될 수 있도록 전환될 수 있는 곡률을 형성하여 주면 패턴(6)(6')이 형성된 부위에서 전반사가 일어나지 않고 투과되어 수직에 근접한 방향으로 빛이 출광되게 된다.

이는 LCD에 사용되는 측면 광원 즉, 광원(2)의 도광판(1) 뿐만 아니라 2개 이상의 광원을 가진 평판형 도광판(1)에도 적용될 뿐만 아니라 도광판을 필요로 하는 모든 면발광장치에 응용이 가능한 것으로, 상기와 같은 패턴(6)(6')을 형성하는 방법으로는 스크린 인쇄법을 통하여 우수한 잉크로 형성하는 방법과 금형 식각 또는 가공 패턴을 형성하여 사출 성형하는 방법이 있다.

특히, 금형 식각 또는 가공에 의한 패턴의 형성방법은 LCD 모니터와 같은 대형의 도광판을 필요로 하는 분야에서는 부적합하므로 스크린 인쇄법에 의해 대형ㅇ의 본 발명도광판을 형성하므로서 고휘도를 얻을 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은 도광판(1) 상단부에 형성된 패턴(6)(6')의 크기를 광원으로부터 멀어질수록 점차 커지게 하므로서 출광되는 량을 조절하거나, 광원으로부터 점차 멀어질수록 그 패턴(6)(6')의 간격을 조밀하게 할 수도 있으며, 불규칙하게 배열하되 광원으로 멀어질수록 그 분포도를 밀집되게 하여 출광되는 빛의 양에 따라 다양한 방법에 의해 조절할 수 있는 것이다.

또, 패턴(6)(6')에 의해 출광된 빛의 방향은 임계각의 범위에 따라 다소 차이가 있기는 하지만 임계각의 범위를 전후한 모든 각의 빛이 수직에 근접하게 출광되므로 고휘도의 구현이 가능하게 됨은 물론 도광판(1) 상단부의 패턴(6)(6')에 의해 출광되어지는 구조를 갖고 있으므로 출광되는 빛의 분포상 휘도균일도 제어가 용이한 것이다.

이상과 같은 본 발명 전반사층과 패턴에 의한 LCD 백라이트용 도광판은 출광하는 빛의 방향성을 수직 성분화하고 빛의 손실을 최소화하여 고휘도 및 휘도균일도를 구현하는 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 도광판(1)의 측부에 광원(2) 및 램프반사판(8)이 결합되고, 도광판(1)의 상부에는 확산시트(3), 프리즘시트(4), 보호시트(5)가 부착되는 LCD 백라이트용 도광판에 있어서,

   도광판(1)의 상단부에 다수의 타원 반구형 패턴(6)(6')을 돌출되게 형성하고 그 저면에는 전반사층(7)을 코팅하여 됨을 특징으로 하는 전반사층과 패턴에 의한 LCD 백라이트용 도광판.
2. 제 1항에 있어서, 타원 반구형의 패턴(6)(6')은 그 타원반구의 비율을 단축반지름 1에 대하여 장축반지름이 1.50 ~ 3.00이하가 되게 함을 특징으로 하는 전반사층과 패턴에 의한 LCD 백라이트용 도광판.
3. 제 1항에 있어서, 패턴(6)(6')의 크기를 광원(2)으로부터 멀어질수록 점차 커지게 함을 특징으로 하는 전반사층과 패턴에 의한 LCD 백라이트용 도광판.
4. 제 1항에 있어서, 패턴(6)과 패턴(6')의 간격을 광원(2)으로부터 멀어질수록 점차 조밀하게 배열함을 특징으로 하는 전반사층과 패턴에 의한 LCD 백라이트용 도광판.
5. 제 1항에 있어서, 패턴(6)(6')의 배열을 불규칙하게 형성하되, 광원(2)으로부터 멀어질수록 점차 그 분포도가 밀집되게 함을 특징으로 하는 전반사층과 패턴에 의한 LCD 백라이트용 도광판.