KR100518670B1 - Optical film with micro conic lens array and back-light unit using thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로 원뿔렌즈 어레이가 형성된 광학시트와 마이크로 볼록렌즈 어레이가 형성된 도광판을 사용하여 백라이트 유닛을 구성함으로써 기존 산란자형 백라이트 유닛의 시야각 및 균일도에 대한 장점 및 직반사형 백라이트 유닛의 고휘도의 장점을 동시에 만족시킬 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.The present invention provides a backlight unit using an optical sheet on which a micro conical lens array is formed and a light guide plate on which a micro convex lens array is formed, thereby providing advantages of viewing angle and uniformity of a conventional scatterer type backlight unit and high brightness of a direct reflection type backlight unit. It relates to an invention so as to satisfy at the same time.

본 발명의 일 특징에 따른 광학시트는 소정의 두께를 갖는 투명 판재 위에 상호 인접하여 배열된 다수의 마이크로 원뿔렌즈가 미리 정해진 형태로 양각되어 이루어진다.In the optical sheet according to an aspect of the present invention, a plurality of microconical lenses arranged adjacent to each other on a transparent plate having a predetermined thickness is embossed in a predetermined form.

본 발명의 다른 특징에 따른 백라이트 유닛은 광원; 상기 광원이 일측면에 배치되고, 소정의 두께를 갖는 투명 판재 위에 미리 정해진 꼭지점 반경을 가지면서 상호 인접하여 배열된 다수의 마이크로 볼록렌즈가 소정의 형태로 양각되어 이루어져서 상기 광원으로부터 입사된 광속을 상면으로 출사시키는 도광판 및 소정의 두께를 갖는 투명 판재 위에 상호 인접하여 배열된 다수의 마이크로 원뿔렌즈가 미리 정해진 형태로 양각되어 이루어지며, 상기 도광판의 상부에 상기 마이크로 원뿔렌즈가 상기 마이크로 볼록렌즈를 향하도록 배치되어 상기 도광판으로부터 입사되는 광속을 상면으로 출사시키는 광학시트를 포함하여 이루어진다.According to another aspect of the present invention, a backlight unit includes a light source; The light source is disposed on one side, and a plurality of micro-convex lenses arranged adjacent to each other while having a predetermined vertex radius on a transparent plate having a predetermined thickness are embossed in a predetermined shape to image the light beam incident from the light source. A plurality of micro-conical lenses arranged adjacent to each other on the light guide plate and the transparent plate having a predetermined thickness is embossed in a predetermined shape, so that the micro-conical lens on the light guide plate toward the micro convex lens. And an optical sheet disposed to emit light beams incident from the light guide plate to an upper surface thereof.

Description

마이크로 원뿔렌즈 어레이가 형성된 광학시트 및 이를 사용한 백라이트 유닛{optical film with micro conic lens array and back-light unit using thereof}Optical film with micro conic lens array and back-light unit using equivalent}

본 발명은 광학시트 및 이를 사용하는 백라이트 유닛에 관한 것으로, 특히 마이크로 원뿔렌즈 어레이가 형성된 광학시트 및 이러한 광학시트를 마이크로 볼록렌즈 어레이가 형성된 도광판과 함께 사용하여 구성한 백라이트 유닛에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical sheet and a backlight unit using the same, and more particularly, to an optical sheet having a microconical lens array and a backlight unit using the optical sheet together with a light guide plate having a microconvex lens array.

백라이트 유닛은 비자가방전(Non-self emission)인 액상표시소자(Liquid Crystal Display)의 주 표시영역(Active Area)으로 빛을 효과적으로 전달하는 면광원체를 뜻한다.The backlight unit refers to a surface light source that effectively transmits light to an active area of a liquid crystal display, which is a non-self emission.

도 1은 일반적인 백라이트 유닛의 전체 구조를 개략적으로 보인 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 백라이트 유닛(100)에 사용되는 광원(130)으로는 선광원과 점광원이 주로 사용되는데, 이 중에서 선광원으로는 방전램프의 일종인 냉음극선관 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL)가 주로 사용되고, 점광원으로는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)가 주로 사용된다.1 is a schematic cross-sectional view of a general structure of a backlight unit. As shown in FIG. 1, a linear light source and a point light source are mainly used as the light source 130 used in the general backlight unit 100, and among these, a cold cathode ray tube fluorescent lamp which is a kind of a discharge lamp is used. Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL) is mainly used, and a light emitting diode (LED) is mainly used as a point light source.

백라이트 유닛(100)의 가장 중요한 핵심 부품인 도광판(120)은 도광판(120) 내로 입사된 광원(130)으로부터의 광속(Flux)들을 도광판(120) 하면(패턴삽입 면) 혹은 상면(광속 출사면)에 삽입된 산란자 등을 이용하여 면광원 형태의 광속으로 변환한 후, 액상표시소자의 표시영역 전체에 면광원 형태의 광속을 효과적으로 제공하는 역할을 한다.The light guide plate 120, which is the most important core component of the backlight unit 100, has the light fluxes 120 emitted from the light source 130 incident into the light guide plate 120 when the light guide plate 120 is disposed (pattern insertion surface) or the top surface (beam output surface). After converting into a light flux in the form of a surface light source by using a scattering element or the like inserted in the), it serves to effectively provide the light flux in the form of a surface light source to the entire display area of the liquid crystal display device.

한편 도광판(120) 상면으로 출사된 광속들은 스넬의 법칙(Snell's Law)에 의해 출사각이 결정되는데, 일반적으로 도광판(120) 매질의 굴절률이 공기의 굴절률 보다 큰 경우, 도광판(120) 상면으로부터 출사하는 광속의 주각은 상면의 법선과 이루는 각이 80도 이상의 큰 출사각을 갖는다. 이는 도광판(120) 매질의 굴절율과 공기의 굴절률 비에 따른 임계각 경계조건의 결과이다.On the other hand, the luminous flux emitted to the upper surface of the light guide plate 120 is determined by Snell's Law. In general, when the refractive index of the medium of the light guide plate 120 is greater than that of air, the light exits from the upper surface of the light guide plate 120. The main angle of the luminous flux has a large exit angle of 80 degrees or more with the normal of the upper surface. This is a result of the critical angle boundary condition according to the ratio of the refractive index of the light guide plate 120 to the refractive index of air.

그러나 액상표시소자에 필요한 출사각은 출사광속의 주각이 도광판(120) 상면의 법선의 방향과 평행하고 유효시야각(반치각 - Full Width Half Maximum - FWHM)이 30도 정도 되어야 하므로, 도광판(120) 상면에서 출사하는 큰 각의 광속을 법선 방향으로 집광시킬 수 있는 부가적 기능이 요구된다. 이에 집광용 광학시트들이 도광판(120)과 함께 사용되었는데, 백라이트 유닛(100) 내에서 적층되는 집광용 광학시트의 순서와 특성은 도광판(120)의 구조가 하면 산란자 형태인 경우 도광판(120) 상면으로부터 확산필름(Diffuser film)(150), 2장의 밝기향상필름(Brightness Enhancement Film; BEF)(160),(170)으로 구성되며, 이외에도 집광필름 간의 들뜸 현상으로 인하여 생기는 모아레 무늬(Moire Pattern) 제거를 위한 2차 확산 필름(미도시)이 추가되기도 한다.However, the emission angle required for the liquid crystal display device requires that the main angle of the emission light beam is parallel to the direction of the normal of the upper surface of the light guide plate 120, and the effective viewing angle (full width half maximum-FWHM) should be about 30 degrees. An additional function is required to condense a large angle of light emitted from the upper surface in the normal direction. Therefore, the optical sheets for condensing were used together with the light guide plate 120, and the order and characteristics of the optical sheets for condensing stacked in the backlight unit 100 are light guide plates 120 when the structure of the light guide plate 120 is in the form of scatterers. Diffuser film 150 from the top surface, two Brightness Enhancement Film (BEF) (160, 170), in addition, Moire pattern (Moire Pattern) generated by the lifting phenomenon between the light collecting film Secondary diffusion films (not shown) may be added for removal.

도 1에서 참조 번호 110은 도광판(120)의 하부에 배치되어 도광판(120)의 저면으로부터 출사되는 광을 반사시켜서 도광판(120)으로 재입사시키는 반사시트를 나타내고, 180은 상측 밝기향상필름(170)의 상부에 배치되어 밝기향상필름(170)의 손상을 방지하는 보호시트를 나타내며, 140은 광원(130)에서 발생된 광을 반사시켜 도광판(120)으로 출사시키는 리플렉터를 나타낸다.In FIG. 1, reference numeral 110 denotes a reflective sheet disposed under the light guide plate 120 to reflect light emitted from the bottom of the light guide plate 120 and re-enter the light guide plate 120, and 180 denotes an upper brightness enhancing film 170. The protection sheet is disposed on the upper side of the panel to prevent damage to the brightness enhancement film 170, and 140 denotes a reflector reflecting light generated from the light source 130 and outputting the light to the light guide plate 120.

이러한 구조를 갖는 종래 백라이트 유닛의 장점으로는 상기 언급된 모든 집광용 광학시트를 사용할 때 개인 휴대용 표시소자로서의 충분한 시야각 확보가 가능하다는 점을 들 수가 있고, 단점으로는 도광판에서 출사하는 총광속량 대비 50% 정도의 비교적 낮은 광 이용율 및 전체 광학시트의 가격이 전체 백라이트 유닛의 제작비의 30%에 이를 정도로 재정적 비용부담이 비교적 크다는 점을 들 수가 있다.The advantage of the conventional backlight unit having such a structure is that it is possible to secure a sufficient viewing angle as a personal portable display element when using all of the above-mentioned light collecting optical sheets, the disadvantage is that compared to the total amount of light emitted from the light guide plate 50 The relatively low light utilization rate of about% and the cost of the entire optical sheet amount to 30% of the total manufacturing cost of the backlight unit, which is a relatively high financial cost.

그리고 이러한 종래 기술의 단점인 집광용 광학시트 사용에 따른 낮은 광 이용률 및 비용부담을 보완하기 위하여 도광판 상면 또는 하면에 'V'자 형태의 패턴을 삽입한 새로운 백라이트 유닛이 개발되고 있다. 이 기술은 도광판 내로 입사하는 광속을 직반사하여 도광판 상면으로 출사하는 광속의 출사각을 법선과 평행 혹은 근접하게 함으로써 종래의 낮은 광 이용율을 보완하여 중심출사 광속량을 증가시키는 장점이 있으나, 유효시야각 확보에 있어서의 종래의 집광용 광학시트는 산란 효과에서는 광특성이 유효하지만 직반사 효과에서는 부적절하므로 'V'자 형태의 패턴이 삽입된 도광판 전용의 집광용 광학시트를 제작해야 한다는 것과, 출사광속이 도광판 상면의 법선과 평행 혹은 근접하므로 유효시야각 확보를 위하여 흩어짐 혹은 퍼짐(HAZE)이 큰 확산용 광학시트의 사용이 불가피하다는 단점이 있다.In order to compensate for the low light utilization rate and the cost burden of using the light collecting optical sheet, which is a disadvantage of the prior art, a new backlight unit having a 'V' shaped pattern is inserted into the upper or lower surface of the LGP. This technology has the advantage of increasing the center output luminous flux by compensating the conventional low light utilization rate by directly reflecting the luminous flux incident into the LGP and making the emission angle of the luminous flux emitted to the upper surface of the LGP parallel or normal. The conventional light collecting optical sheet for securing is effective in the scattering effect, but inadequate in the direct reflection effect, so it is necessary to manufacture the light collecting plate dedicated light guide plate in which the 'V' shaped pattern is inserted. Since it is parallel to or close to the normal of the upper surface of the light guide plate, there is a disadvantage in that it is inevitable to use a diffusion optical sheet having a large scattering or spreading (HAZE) to secure an effective viewing angle.

결국 'V'자 형태의 패턴이 삽입된 도광판을 이용하는 백라이트 유닛은 전용 집광용 광학시트 제작에 대한 비용부담으로 종래의 백라이트 유닛 기술과 비교하여 볼 때 비용적인 이득이 없으며, 유효시야각 확보를 위한 퍼짐각이 큰 확산용 광학시트의 사용으로 종래의 기술과 비교하여 광특성에 대한 이득 또한 없다는 문제점이 있었다.As a result, the backlight unit using the light guide plate inserted with the 'V' shaped pattern has no cost benefit compared to the conventional backlight unit technology due to the cost of manufacturing a dedicated optical sheet for condensing, and spreads to secure an effective viewing angle. The use of a large-angle diffusion optical sheet has a problem in that there is also no gain in optical properties compared with the prior art.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 마이크로 원뿔렌즈 어레이가 형성된 광학시트와 마이크로 볼록렌즈 어레이가 형성된 도광판을 사용하여 백라이트 유닛을 구성함으로써 기존 산란자형 백라이트 유닛의 시야각 및 균일도에 대한 장점 및 직반사형 백라이트 유닛의 고휘도의 장점을 동시에 만족시킬 수 있도록 함을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has an advantage of viewing angle and uniformity of an existing scatterer-type backlight unit by constructing a backlight unit using an optical sheet on which a micro conical lens array is formed and a light guide plate on which a micro convex lens array is formed. And it aims to be able to simultaneously satisfy the advantages of the high brightness of the direct reflection type backlight unit.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따른 광학시트는 소정의 두께를 갖는 투명 판재 위에 상호 인접하여 배열된 다수의 마이크로 원뿔렌즈가 미리 정해진 형태로 양각되어 이루어진다.Optical sheet according to an aspect of the present invention for achieving the above object is made of a plurality of micro-conical lenses arranged adjacent to each other on a transparent plate having a predetermined thickness embossed in a predetermined form.

본 발명의 다른 특징에 따른 백라이트 유닛은 광원; 상기 광원이 일측면에 배치되고, 소정의 두께를 갖는 투명 판재 위에 미리 정해진 꼭지점 반경을 가지면서 상호 인접하여 배열된 다수의 마이크로 볼록렌즈가 소정의 형태로 양각되어 이루어져서 상기 광원으로부터 입사된 광속을 상면으로 출사시키는 도광판 및 소정의 두께를 갖는 투명 판재 위에 상호 인접하여 배열된 다수의 마이크로 원뿔렌즈가 미리 정해진 형태로 양각되어 이루어지며, 상기 도광판의 상부에 상기 마이크로 원뿔렌즈가 상기 마이크로 볼록렌즈를 향하도록 배치되어 상기 도광판으로부터 입사되는 광속을 상면으로 출사시키는 광학시트를 포함하여 이루어진다.According to another aspect of the present invention, a backlight unit includes a light source; The light source is disposed on one side, and a plurality of micro-convex lenses arranged adjacent to each other while having a predetermined vertex radius on a transparent plate having a predetermined thickness are embossed in a predetermined shape to image the light beam incident from the light source. A plurality of micro-conical lenses arranged adjacent to each other on the light guide plate and the transparent plate having a predetermined thickness is embossed in a predetermined shape, so that the micro-conical lens on the light guide plate toward the micro convex lens. And an optical sheet disposed to emit light beams incident from the light guide plate to an upper surface thereof.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광학시트 및 이를 사용하는 백라이트 유닛에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, an optical sheet and a backlight unit using the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a, 도 2b 및 도 2c는 각각 본 발명의 백라이트 유닛에서 도광판의 일 실시예에 따른 구조를 보인 평면도, 단면도 및 사시도이고, 도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 백라이트 유닛에서 도광판의 다른 실시예에 따른 구조를 보인 평면도 및 단면도이다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛에 사용되는 도광판(200),(210)은 소정의 두께를 갖는 투명 판재 위에 상호 인접하여 배열된 다수의 마이크로 볼록렌즈(Micro Convex Lens)가 소정의 형태로 양각되어 이루어질 수 있는데, 그 재질로는 예를 들어 폴리카보네이트(Polycarbonate), 고순도 아크릴 수지의 일종인 PMMA(Poly Methylmethacrylate) 등이 사용될 수 있다.2A, 2B, and 2C are plan, cross-sectional, and perspective views, respectively, of a structure according to an embodiment of a light guide plate in the backlight unit of the present invention, and FIGS. 3A and 3B are different implementations of the light guide plate in the backlight unit of the present invention, respectively. A plan view and a cross-sectional view showing a structure according to an example. As shown in FIGS. 2 and 3, the light guide plates 200 and 210 used in the backlight unit according to the exemplary embodiment of the present invention are arranged in a plurality of micro-convex arranged adjacent to each other on a transparent plate having a predetermined thickness. The lens (Micro Convex Lens) may be embossed in a predetermined form, for example, polycarbonate (Polycarbonate), PMMA (Poly Methylmethacrylate) which is a kind of high-purity acrylic resin may be used.

전술한 구성에서, 각각의 마이크로 볼록렌즈는 다양한 꼭지점 반경(vertex radius)을 가질 수 있는데, 정확한 반구 형태의 경우의 꼭지점 반경을 r이라 할 때 그 꼭지점 반경이 r보다 큰 경우에는 반구보다 덜 볼록한 형태가 될 것이며 작은 경우에는 반구보다 더 볼록한 형태가 될 것이다. 이러한 마이크로 볼록렌즈 어레이(202),(212) 제작에는 마이크로 머시닝(Micro Machining) 및 MEMS(Micro Electro Mechanical System)기술이 사용된다.In the above configuration, each micro-convex lens can have a variety of vertex radius, which is less convex than the hemisphere if the vertex radius of r for the exact hemispherical shape is greater than r. If small, it will be more convex than the hemisphere. Micromachining (Micro Machining) and Micro Electro Mechanical System (MEMS) technologies are used to fabricate the micro convex lens arrays 202 and 212.

한편, 마이크로 볼록렌즈 어레이의 대표적인 형태로는 도 2a에 도시한 바와 같이 상하좌우에 인접한 4개의 마이크로 볼록렌즈의 중심점을 연결한 선이 정사각형을 이루는 형태(이하 '4각 볼록렌즈 어레이'라 한다)(202)나 도 3a에 도시한 바와 같이 평행사변형을 이루는 형태, 즉 인접한 3개의 마이크로 볼록렌즈의 중심점을 연결한 선이 정삼각형을 이루는 형태(이하 '3각 볼록렌즈 어레이'라 한다)(212) 등이 있을 수 있다. 각각의 마이크로 볼록렌즈의 간격은 함께 사용되는 광학시트의 구조나 재질(굴절율) 등에 따라 적절하게 정해질 수 있다.Meanwhile, as a representative form of the micro convex lens array, a line connecting the center points of four micro convex lenses adjacent to the top, bottom, left and right as shown in FIG. 2A forms a square (hereinafter referred to as a 'four-convex lens array'). As shown in FIG. 2A and FIG. 3A, a parallelogram is formed, that is, a line connecting center points of three adjacent microconvex lenses forms an equilateral triangle (hereinafter referred to as a 'triangle convex lens array'). And the like. The spacing of each micro-convex lens can be appropriately determined according to the structure, material (refractive index), etc. of the optical sheet used together.

도 4a 및 도 4b는 각각 4각 볼록렌즈 어레이 및 3각 볼록렌즈 어레이를 갖는 도광판의 충진율을 설명하기 위한 도면이다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 4각 볼록렌즈 어레이(202)에서 한 변의 길이가 하나의 마이크로 볼록렌즈의 지름(2r)의 2배(L)인 정사각형에서 마이크로 볼록렌즈가 채워지지 않은 빈자리의 면적을 A라 할 때, A와 A의 총면적()은 각각 아래의 수학식 1 및 2와 같고, 이에 따라 충진율()은 아래의 수학식 3과 같이 된다. 한편, 도 4b에 도시한 바와 같이 3각 볼록렌즈 어레이(212)에서 한 변의 길이가 하나의 마이크로 볼록렌즈의 지름(2r)의 2배(L)인 정사각형에서 마이크로 볼록렌즈가 채워지지 않은 빈자리의 면적을 라 할 때, 의 총면적()은 각각 아래의 수학식 4 및 5와 같고, 이에 따라 충진율()은 아래의 수학식 6과 같이 된다.4A and 4B are diagrams for describing a filling factor of a light guide plate having a quadrangular convex lens array and a triangular convex lens array, respectively. As shown in Fig. 4A, the area of the unoccupied space in which the microconvex lens is not filled in the square in which the length of one side of the quadrangular convex lens array 202 is twice the diameter (2r) of one microconvex lens is L. When A is the total area of A and A ( ) Are the same as Equations 1 and 2, respectively, and accordingly, ) Is as shown in Equation 3 below. Meanwhile, as shown in FIG. 4B, in the triangular convex lens array 212, the length of one side is twice as large as the diameter 2r of one micro convex lens (L). Area When we say Wow Total area of ( ) Are the same as Equations 4 and 5, respectively, and accordingly, ) Is as shown in Equation 6 below.

위의 수학식 3 및 6에서 알 수 있는 바와 같이, 도 3a의 배열 형태를 갖는 도광판(210)이 도 2a의 배열 형태를 갖는 도광판(200)보다 큰 충진율을 갖기 때문에, 즉 동일 면적에서 빈자리가 차지하는 부분이 작기 때문에 광출사 이득이 더 높게 된다.As can be seen in the above equations 3 and 6, since the light guide plate 210 having the arrangement of FIG. 3A has a larger filling rate than the light guide plate 200 having the arrangement of FIG. The smaller portion occupies the higher the light output gain.

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 각각 본 발명의 백라이트 유닛에서 도광판 상부에 배치되는 광학시트의 일 실시예에 따른 구조를 보인 평면도, 단면도 및 사시도이고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 백라이트 유닛에서 도광판 상부에 배치되는 광학시트의 다른 실시예에 따른 구조를 보인 평면도 및 단면도이다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학시트는 소정의 두께를 갖는 투명 판재 위에 상호 인접하여 배열된 다수의 마이크로 원뿔렌즈(Micro Conic Lens)가 소정의 형태로 양각되어 이루어질 수 있는데, 그 재질로는 예를 들어 고순도 아크릴 수지의 일종인 PMMA(Poly Methylmethacrylate) 등이 사용될 수 있다.5A, 5B and 5C are plan, cross-sectional and perspective views showing a structure according to an embodiment of the optical sheet disposed on the light guide plate in the backlight unit of the present invention, respectively, and FIGS. 6A and 6B are the backlight unit of the present invention. A plan view and a cross-sectional view showing a structure according to another embodiment of an optical sheet disposed on the light guide plate in FIG. 5 and 6, the optical sheet according to an embodiment of the present invention has a plurality of micro-conical lens (Micro Conic Lens) arranged adjacent to each other on a transparent plate having a predetermined thickness in a predetermined form It may be embossed, the material may be, for example, PMMA (Poly Methylmethacrylate), which is a kind of high-purity acrylic resin.

전술한 구성에서, 각각의 마이크로 원뿔렌즈의 높이, 밑변의 반경과 꼭지각 및 상호간의 간격은 함께 사용되는 도광판의 구조나 재질(굴절율) 등에 따라 적절하게 정해질 수 있을 것인바, 밑변의 반경은 도광판의 마이크로 볼록렌즈의 반경 이하로 되는 것이 바람직하다. 이러한 마이크로 원뿔렌즈 어레이(300),(310) 제작에는 마이크로 머시닝 및 MEMS 기술이 사용된다.In the above-described configuration, the height of each micro-conical lens, the radius of the base and the corner angle, and the distance between each other may be appropriately determined according to the structure or material (refractive index) of the light guide plate used together, and the radius of the base of the light guide plate It is preferable to be equal to or less than the radius of the micro convex lens of. Micro-machining and MEMS techniques are used to fabricate the micro-conical lens arrays 300 and 310.

한편, 마이크로 원뿔렌즈 어레이의 대표적인 형태로는 도 5a에 도시한 바와 같이 상하좌우에 인접한 4개의 마이크로 원뿔렌즈의 중심점을 연결한 선이 정사각형을 이루는 형태(이하 '4각 마이크로 원뿔렌즈 어레이'라 한다)(300)나 도 6a에 도시한 바와 같이 평행사변형을 이루는 형태, 즉 인접한 3개의 마이크로 원뿔렌즈의 중심점을 연결한 선이 정삼각형을 이루는 형태(이하 '3각 마이크로 원뿔렌즈 어레이'라 한다)(310) 등이 있을 수 있다.Meanwhile, as a representative form of the micro-cone lens array, as shown in FIG. 5A, a line connecting the center points of four micro-cone lenses adjacent to the top, bottom, left, and right sides forms a square (hereinafter, referred to as a 'quadron micro cone array'. As shown in (300) or FIG. 6A, a parallelogram is formed, that is, a line connecting the center points of three adjacent microconical lenses forms an equilateral triangle (hereinafter referred to as a `` triangular microconical lens array '') ( 310) and the like.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 전체적인 구조를 개략적으로 보인 단면도인바, 4각 볼록렌즈 어레이(202)를 갖는 도광판(200)과 4각 원뿔렌즈 어레이(302)를 갖는 광학시트(300)를 채택하여 구성한 예를 도이고 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 전체적인 구조는 본 발명에 따른 마이크로 볼록렌즈 어레이(202)가 형성된 도광판(200)의 일측에 LED와 같은 점광원 또는 CCFL과 같은 선광원 등으로 구현되는 광원(130)이 배치되고, 도광판(200)의 상측에는 마이크로 원뿔렌즈 어레이(302)가 형성된 광학시트(300)가 배치되어 이루어지는데, 이 때 마이크로 원뿔렌즈 어레이(302)가 도광판(200)의 마이크로 볼록렌즈 어레이(202)에 면접하도록 도치된 채로 배치된다. 도광판(200)의 하측에는 도광판(200)의 저면에서 출사한 광속을 반사시켜 도광판(200) 내부로 재입사시키는 반사시트(110)가 배치되게 된다. 도면에서 미설명 부호 140은 광원(130)에서 발생된 광속을 반사시켜 도광판(200)의 측면으로 입사시키는 리플렉터를 나타내고, 180은 광학시트(300)를 보호하기 위한 보호시트를 나타낸다. 이와 같이 본 발명에서는 종래에서와 같은 확산필름이나 밝기향상필름 등을 사용하지 않더라도 종래의 백라이트 유닛의 성능보다 우수한 휘도 및 균일도를 갖는다.7 is a cross-sectional view schematically showing the overall structure of a backlight unit according to an embodiment of the present invention, an optical sheet having a light guide plate 200 having a quadrangular convex lens array 202 and a quadrangular conical lens array 302. The example which employ | adopted and comprised 300 is shown. As shown in FIG. 7, the overall structure of the backlight unit according to the embodiment of the present invention includes a point light source such as an LED or a CCFL on one side of the light guide plate 200 on which the micro convex lens array 202 is formed. The light source 130 implemented by the same linear light source is disposed, and the optical sheet 300 on which the microconical lens array 302 is formed is disposed on the light guide plate 200. In this case, the microconical lens array 302 is disposed. ) Is inverted to interview the micro convex lens array 202 of the light guide plate 200. A reflecting sheet 110 is disposed below the light guide plate 200 to reflect the light beam emitted from the bottom surface of the light guide plate 200 and re-inject into the light guide plate 200. In the drawing, reference numeral 140 denotes a reflector reflecting the light beam generated by the light source 130 and incident on the side surface of the light guide plate 200, and 180 denotes a protective sheet for protecting the optical sheet 300. As described above, the present invention has excellent brightness and uniformity than the performance of the conventional backlight unit even without using a diffusion film or brightness enhancement film as in the prior art.

한편 도시하지는 않았지만, 도광판(200)의 저면에는 도광판(200)의 전체 면적에 걸쳐서 광속이 균일하게 출사될 수 있도록 하는 광분산 패턴이 형성될 수 있는데, 이러한 광분산 패턴은 산란자(Dot Scattering) 형태로 표면이 거칠고 지름이 소정 80 - 120[㎛] 정도인 반구형 양각, 즉 도광판(200)의 저면에서 외측으로 돌출된 패턴이나 직반사형 구조의 일종인 'V' 자 형태의 양각 또는 음각 패턴이 될 수 있다. 이외에도, 광원(130)에 면접하는 도광판(200)의 측면, 즉 입광면에도 미세 패턴이 형성되는 것이 바람직한데, 이러한 미세 패턴은 예를 들어 톱니(Serration) 형태의 패턴으로 구현될 수 있으며 이 경우에 그 홈의 내각과 배열주기에 따라 광을 집속 또는 분산시키게 된다.Although not shown, a light scattering pattern may be formed on the bottom of the light guide plate 200 so that the light beam may be uniformly radiated over the entire area of the light guide plate 200. The light scattering pattern may be scattered. Hemispherical relief having rough surface and a predetermined diameter of about 80-120 [㎛], that is, a pattern protruding outward from the bottom of the light guide plate 200 or a 'V' shaped relief or intaglio pattern which is a kind of a direct reflection structure. This can be In addition, it is preferable that a fine pattern is formed on the side surface of the light guide plate 200, which is in contact with the light source 130, that is, the light incident surface, and the fine pattern may be implemented as, for example, a serrated pattern. The light is focused or dispersed according to the cabinet's internal angle and arrangement period.

도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 백라이트 유닛에서 도광판과 광학시트 간의 정렬 상태를 설명하기 위한 도인 바, 개개의 마이크로 볼록렌즈 및 마이크로 원뿔렌즈의 밑변의 반경이 동일하여 마이크로 원뿔렌즈의 꼭지점이 마이크로 볼록렌즈가 채워지지 않은 빈자리의 정중앙에 정렬된 예를 보이고 있다. 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이, 4각 볼록렌즈 어레이(202)를 갖는 도광판을 채택한 경우에는 4각 원뿔렌즈 어레이(302)를 갖는 광학시트를 사용하는 것이 바람직하며, 3각 볼록렌즈 어레이(212)를 갖는 도광판을 채택한 경우에는 3각 원뿔렌즈 어레이(312)를 갖는 광학시트를 사용하는 것이 바람직하다.8A and 8B are diagrams for explaining the alignment between the light guide plate and the optical sheet in the backlight unit of the present invention, respectively, in which the corners of the individual micro-convex and micro-conical lenses have the same radius, so The example shows that the convex lens is aligned in the center of the empty space. As shown in Figs. 8A and 8B, when the light guide plate having the four-convex lens array 202 is adopted, it is preferable to use an optical sheet having the four-conical lens array 302, and the three-convex lens array In the case where the light guide plate having 212 is adopted, it is preferable to use an optical sheet having a triangular conical lens array 312.

도 9a 및 도 9b는 각각 도 8a 및 도 8b에 도시한 정렬 상태에서 광학시트의 위치이동 허용 범위를 설명하기 위한 도이다. 도 9a 및 도 9b에서 수직축을 Y축이라 하고 수평축을 X축이라 할 때, 4각 볼록렌즈 어레이(202)를 갖는 도광판에 대한 광학시트의 위치이동 허용 범위는 상기 빈자리의 정중앙을 중심으로 각각의 축방향으로 이 될 수 있다. 3각 볼록렌즈 어레이(212)를 갖는 도광판에 대한 광학시트의 위치이동 허용 범위는 도 9b에 도시한 바와 같이 상기 빈자리의 정중앙을 중심으로 Y축 방향으로는 이 될 수 있고, X축 방향으로는 가 될 수 있다.9A and 9B are views for explaining the position shifting allowance range of the optical sheet in the alignment state shown in FIGS. 8A and 8B, respectively. In FIGS. 9A and 9B, when the vertical axis is referred to as the Y axis and the horizontal axis is referred to as the X axis, the allowable range of position shift of the optical sheet with respect to the light guide plate having the quadrangular convex lens array 202 is respectively defined around the center of the vacant seat. Axially This can be The position shifting range of the optical sheet with respect to the light guide plate having the triangular convex lens array 212 is in the Y-axis direction with respect to the center of the vacant seat as shown in FIG. 9B. In the X-axis direction Can be

도 10은 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛에서 도광판과 광학시트에서의 광출사 패턴을 설명하기 위한 도인 바, 4각 볼록렌즈 어레이(202)를 갖는 도광판과 4각 원뿔렌즈 어레이(302)를 갖는 광학시트를 채택한 경우의 예를 보이고 있다. 도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 도광판(200)의 경우에 도광판 매질 내에서 도광판 상면으로 입사하는 광속의 입사각이 마이크로 볼록렌즈의 법선과 이루는 각은 마이크로 볼록렌즈가 형성되어 있지 않은 평면의 경우보다 작은 입사각을 가지므로, 출사하는 광속의 주각은 ±30~35도 정도로 작아지게 된다. 이는 결과적으로 종래의 기술이 적용된 백라이트 유닛의 광출사 특성 및 유효시야각 범위와 같으므로 종래의 광학시트를 사용하지 않아도 된다는 결론에 도달한다. 그러나 출사형태는 주각이 ±30~35도 부근이면서 원형띠를 이루고 있어 중심 출사광량이 낮다는 단점이 있는데, 함께 사용되는 광학시트의 마이크로 원뿔렌즈 어레이(302)의 특성상 원뿔렌즈로 입사하는 광속의 형태가 원형띠를 이루면서 수렴하고, 입사방향이 원뿔렌즈의 원뿔의 꼭지점에서 바닥 밑면을 향하여 입사하는 경우 원뿔렌즈의 밑면을 투과하여 출사하는 출사광의 형태는 원형면이 된다. 따라서 이러한 원뿔렌즈의 특성을 이용하여 도광판 상면에서 출사하는 ±30~35도 정도의 원형띠 형태의 출사 광속을 마이크로 원뿔렌즈 어레이(302)를 통과시켜 액상표시소자로 입사하는 최종 광속의 형태를 원형면으로 만들어 중심출사광량을 증가시키고, 유효시야각을 동시에 가지는 이득을 얻는 것이 가능해진다.FIG. 10 is a view illustrating a light exit pattern of a light guide plate and an optical sheet in a backlight unit according to an exemplary embodiment of the present invention; a light guide plate and a quadrangular conical lens array having a four-convex convex lens array 202; An example in which an optical sheet having 302 is adopted is shown. As shown in FIG. 10, in the light guide plate 200 of the present invention, the angle of incidence of the light beams incident on the light guide plate upper surface in the light guide plate medium and the normal line of the micro convex lens is a plane in which the micro convex lens is not formed. Since the angle of incidence is smaller than that in the case, the circumferential angle of the emitted light beam becomes small as ± 30 to 35 degrees. This results in the same light emission characteristics and effective viewing angle range of the backlight unit to which the prior art is applied, thus leading to the conclusion that the conventional optical sheet does not need to be used. However, the emission form has a disadvantage that the central output light amount is low due to a circular band having a circumference of ± 30 to 35 degrees, and due to the characteristics of the micro-cone lens array 302 of the optical sheet used together, When the shape converges in a circular band, and the incident direction is incident from the vertex of the cone of the cone toward the bottom, the shape of the outgoing light transmitted through the bottom of the cone lens is a circular plane. Therefore, by using the characteristics of the conical lens, the circular beam-shaped exiting light beam emitted from the upper surface of the light guide plate passes through the micro-cone lens array 302 to form a final light beam incident on the liquid crystal display device. It is possible to increase the center emission light amount by making a plane and to obtain a gain having an effective viewing angle at the same time.

이와 같이 광학시트로부터의 광속의 출사각은 광학시트의 상면에 대한 법선과 평행, 즉 법선과 0도의 각도를 갖는 것이 바람직한데, 이 경우에 광속의 마이크로 원뿔렌즈 원뿔면에서의 굴절각( )은 그 법선에 대해 아래의 수학식 7과 같이 정해질 수 있다.As such, the exit angle of the luminous flux from the optical sheet is preferably parallel to the normal to the upper surface of the optical sheet, that is, the angle of the normal to 0 degrees. In this case, the refractive angle at the conical surface of the microconical lens of the luminous flux ( ) May be determined as in Equation 7 below.

여기에서, 는 각각 공기 및 마이크로 원뿔렌즈의 굴절률을 나타내고, 은 마이크로 원뿔렌즈 원뿔면의 법선에 대한 광속의 입사각을 나타내며, 는 마이크로 원뿔렌즈 꼭지각의 증감분을 나타낸다. 전술한 수학식 7에서 알 수 있듯이 광학시트의 매질의 종류(굴절률)와 마이크로 원뿔렌즈 꼭지각 및 마이크로 원뿔렌즈의 원뿔면을 통한 입사각을 적절히 조합하여 조정함으로써 광학시트로부터의 광속의 출사각을 광학시트의 상면에 대한 법선과 평행하게 유지시킬 수가 있다. 더욱이 마이크로 원뿔렌즈의 원뿔면을 통한 입사각()은 또한 마이크로 볼록렌즈의 매질의 종류(굴절률)와 그 꼭지점 반경에 따라 달라지게 된다. 나아가 도광판과 광학시트 사이의 거리에 따라 중심 출사각이 0도가 되는 면적이 달라지게 된다.From here, and Are the refractive indices of the air and micro-conical lenses, respectively. Denotes the angle of incidence of the light beam with respect to the normal of the microconical cone surface, Denotes the increment of the microcone vertex angle. As can be seen from Equation (7), by adjusting the type of refractive index of the optical sheet and the angle of incidence of the micro-cone lens and the angle of incidence through the conical surface of the micro-cone lens, the output angle of the light beam from the optical sheet is adjusted. It can be kept parallel to the normal to the top surface. Furthermore, the angle of incidence through the conical surface of the micro ) Also depends on the type (refractive index) of the medium of the microconvex lens and its vertex radius. Furthermore, the area where the center exit angle is 0 degrees depends on the distance between the light guide plate and the optical sheet.

본 발명의 광학시트 및 이를 사용하는 백라이트 유닛은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.The optical sheet of the present invention and the backlight unit using the same are not limited to the above-described embodiments and may be modified in various ways within the scope of the technical idea of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 백라이트 유닛에 따르면, 한 장의 도광판과 한 장의 광학시트를 사용하면서도 기존 산란자 패턴형 백라이트 유닛이 갖는 시야각과 균일도에 대한 장점 및 직반사형 백라이트 유닛이 갖는 고휘도의 장점을 동시에 만족시킬 수가 있기 때문에 백라이트 유닛의 전체적인 두께를 감소시킬 수가 있고, 그 제조비용을 절감시킬 수가 있다.As described above, according to the backlight unit of the present invention, while using one light guide plate and one optical sheet, advantages of the viewing angle and uniformity of the existing scatterer pattern type backlight unit and advantages of high brightness of the direct reflection type backlight unit Can be satisfied at the same time, the overall thickness of the backlight unit can be reduced, and the manufacturing cost thereof can be reduced.

도 1은 일반적인 백라이트 유닛의 전체 구조를 개략적으로 보인 단면도,1 is a cross-sectional view schematically showing the overall structure of a general backlight unit;

도 2a, 도 2b 및 도 2c는 각각 본 발명의 백라이트 유닛에서 도광판의 일 실시예에 따른 구조를 보인 평면도, 단면도 및 사시도,2A, 2B and 2C are a plan view, a cross-sectional view and a perspective view respectively showing a structure according to an embodiment of a light guide plate in the backlight unit of the present invention;

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 백라이트 유닛에서 도광판의 다른 실시예에 따른 구조를 보인 평면도 및 단면도,3A and 3B are a plan view and a sectional view showing a structure according to another embodiment of a light guide plate in the backlight unit of the present invention, respectively;

도 4a 및 도 4b는 각각 도 2a 및 도 3a에 도시한 도광판의 충진율의 설명하기 위한 도면,4A and 4B are diagrams for explaining the filling rate of the light guide plate shown in FIGS. 2A and 3A, respectively;

도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 백라이트 유닛에서 도광판 상부에 배치되는 광학시트의 일 실시예에 따른 구조를 보인 평면도, 단면도 및 사시도,5A, 5B, and 5C are plan views, cross-sectional views, and perspective views illustrating a structure according to an embodiment of an optical sheet disposed on an upper light guide plate of the backlight unit of the present invention;

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 백라이트 유닛에서 도광판 상부에 배치되는 광학시트의 다른 실시예에 따른 구조를 보인 평면도 및 단면도,6A and 6B are a plan view and a cross-sectional view showing a structure according to another embodiment of an optical sheet disposed on the light guide plate in the backlight unit of the present invention;

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛의 전체적인 구조를 개략적으로 보인 단면도,7 is a cross-sectional view schematically showing the overall structure of a backlight unit according to an embodiment of the present invention;

도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 백라이트 유닛에서 도광판과 광학시트 간의 정렬 상태를 설명하기 위한 도,8A and 8B are views for explaining an alignment state between the light guide plate and the optical sheet in the backlight unit of the present invention, respectively;

도 9a 및 도 9b는 각각 도 8a 및 도 8b에 도시한 정렬 상태에서 광학시트의 위치이동 허용 범위를 설명하기 위한 도,9A and 9B are views for explaining the position shift allowance range of the optical sheet in the alignment state shown in Figs. 8A and 8B, respectively;

도 10은 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛에서 도광판과 광학시트에서의 광출사 패턴을 설명하기 위한 도이다.10 is a view for explaining a light emission pattern of the light guide plate and the optical sheet in the backlight unit according to an embodiment of the present invention.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***

100: 백라이트 유니트, 110: 반사시트,100: backlight unit, 110: reflective sheet,

120: 도광판, 130: 광원,120: light guide plate, 130: light source,

140: 리플렉터, 150: 확산필름,140: reflector, 150: diffusion film,

160: 하측 밝기향상필름, 170: 상측 밝기향상필름,160: lower brightness film, 170: upper brightness film,

180: 보호시트, 200, 210: 도광판,180: protective sheet, 200, 210: light guide plate,

202, 212: 마이크로 볼록렌즈 어레이, 300, 310: 광학시트,202, 212: micro convex lens array, 300, 310: optical sheet,

302, 312: 마이크로 원뿔렌즈 어레이302, 312: micro-conical lens array

Claims (8)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 광원;Light source; 상기 광원이 일측면에 배치되고, 소정의 두께를 갖는 투명 판재 위에 미리 정해진 꼭지점 반경을 가지면서 상호 인접하여 배열된 다수의 마이크로 볼록렌즈가 소정의 형태로 양각되어 이루어져서 상기 광원으로부터 입사된 광속을 상면으로 출사시키는 도광판 및The light source is disposed on one side, and a plurality of micro-convex lenses arranged adjacent to each other while having a predetermined vertex radius on a transparent plate having a predetermined thickness are embossed in a predetermined shape to image the light beam incident from the light source. Light guide plate and 소정의 두께를 갖는 투명 판재 위에 상호 인접하여 배열된 다수의 마이크로 원뿔렌즈가 미리 정해진 형태로 양각되어 이루어지며, 상기 도광판의 상부에 상기 마이크로 원뿔렌즈가 상기 마이크로 볼록렌즈를 향하도록 배치되어 상기 도광판으로부터 입사되는 광속을 상면으로 출사시키는 광학시트를 포함하여 이루어진 백라이트 유닛.A plurality of micro-conical lenses arranged adjacent to each other on a transparent plate having a predetermined thickness is embossed in a predetermined form, the micro-conical lens is disposed on the light guide plate to face the micro convex lens from the light guide plate A backlight unit comprising an optical sheet for emitting the incident light beam to the upper surface. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 마이크로 원뿔렌즈의 밑변의 반경은 상기 마이크로 볼록렌즈의 밑변의 반경 이하인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.And a radius of the bottom side of the micro conical lens is equal to or less than a radius of the bottom side of the micro convex lens. 제 5 항에 있어서, 상기 마이크로 볼록렌즈는 상하좌우에 인접한 4개의 상기 마이크로 볼록렌즈의 중심점을 연결한 선이 정사각형을 이루도록 배열되고,The method of claim 5, wherein the micro-convex lenses are arranged such that a line connecting the center points of the four micro-convex lenses adjacent to the top, bottom, left and right forms a square, 상기 마이크로 원뿔렌즈는 상하좌우에 인접한 4개의 상기 마이크로 원뿔렌즈의 중심점을 연결한 선이 정사각형을 이루도록 배열된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.And the micro-conical lens is arranged such that a line connecting the center points of the four micro-cone lenses adjacent to each other in the top, bottom, left and right forms a square. 제 5 항에 있어서, 상기 마이크로 볼록렌즈는 상하좌우에 인접한 4개의 상기 마이크로 볼록렌즈의 중심점을 연결한 선이 평행사각형을 이루도록 배열되고,The method of claim 5, wherein the micro-convex lenses are arranged such that a line connecting the center points of the four micro-convex lenses adjacent to the top, bottom, left and right forms a parallel rectangle, 상기 마이크로 원뿔렌즈는 상하좌우에 인접한 4개의 상기 마이크로 원뿔렌즈의 중심점을 연결한 선이 평행사변형을 이루도록 배열된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.And the micro-conical lens is arranged such that a line connecting center points of the four micro-cone lenses adjacent to each other vertically, horizontally, and quadrangularly forms a parallelogram. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 4 to 7, 상기 도광판의 저면과 상기 광원과 면한 입광면에는 소정의 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.And a predetermined pattern is formed on a bottom surface of the light guide plate and a light incident surface facing the light source.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20000077369A (en) * 1999-05-24 2000-12-26 가마이 고로 Polarizing element and optical element
KR20040024725A (en) * 2002-09-16 2004-03-22 주식회사 미뉴타텍 Optical Film and its Manufacturing Method and Back-light Unit For Liquid Crystal Display Using the Same

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