KR100634554B1 - Backlight unit - Google Patents
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Abstract
개시된 백라이트 유닛은, 광을 방사하는 점광원과, 점광원을 중심으로 하는 동심원 형상으로 형성된 홀로그램패턴을 구비하는 도광판을 포함한다. 이와 같은 구성에 의하면, 홀로그램패턴에 입사되는 광의 입사방위각을 일정하게 할 수 있어 도광판의 출광면으로 방출되는 출사광의 효율을 높일 수 있으며, 출광면에서 균일한 휘도를 얻을 수 있다.The disclosed backlight unit includes a light guide plate having a point light source for emitting light and a hologram pattern formed in a concentric circle shape centering on the point light source. According to such a structure, the incident azimuth angle of the light incident on the hologram pattern can be made constant, so that the efficiency of the emitted light emitted to the light exiting surface of the light guide plate can be improved, and uniform brightness can be obtained on the light exiting surface.
Description
도 1은 점광원을 사용하는 종래의 가장자리 발광형 백라이트 유닛의 개략적인 사시도.1 is a schematic perspective view of a conventional edge-emitting backlight unit using a point light source.
도 2는 도 1에 도시된 가장자리 발광형 백라이트 유닛의 단면도.2 is a cross-sectional view of the edge-emitting backlight unit shown in FIG.
도 3은 LED의 방사각을 보여주는 그래프.3 is a graph showing the radiation angle of the LED.
도 4는 도 1에 도시된 종래의 백라이트 유닛에 의한 출광분포를 보여주는 도면.4 is a view showing the light distribution by the conventional backlight unit shown in FIG.
도 5는 도 1에 도시된 종래의 백라이트 유닛에 의한 출광면에서의 정면휘도를 보여주는 그래프.FIG. 5 is a graph showing the front luminance at the light exit surface of the conventional backlight unit shown in FIG. 1; FIG.
도 6은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 일 실시예를 도시한 사시도.6 is a perspective view showing an embodiment of a backlight unit according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 다른 실시예를 도시한 평면도. 7 is a plan view showing another embodiment of the backlight unit according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
110,210......도광판 111,211.....입광면110,210 ... light guide plate 111,211 .....
112,212......출광면 120,220......LED112,212 ...... Emitting surface 120,220 ...... LED
130,230......홀로그램패턴 150, 250......확산부재130, 230
본 발명은 백라이트(backlight) 유닛에 관한 것이다.The present invention relates to a backlight unit.
액정표시장치와 같은 수광형 평판 표시소자는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고 외부로부터 빛이 입사되어 화상을 형성하므로 어두운 곳에서는 화상을 관찰할 수 없다. 따라서, 수광형 평판 표시소자의 배면에는 백라이트 유닛(back light unit)이 설치되어 빛을 조사한다. 백라이트 유닛은 수광형 평판 표시소자 외에도 조명간판 등과 같은 면광원장치에도 사용되고 있다.A light-receiving flat panel display device such as a liquid crystal display itself cannot emit an image to form an image, but light is incident from the outside to form an image, so that the image cannot be observed in a dark place. Therefore, a back light unit is installed on the back of the light receiving flat panel display to emit light. In addition to the light receiving flat panel display device, the backlight unit is used in surface light source devices such as lighting signs.
백라이트 유닛은 광원의 배치형태에 따라서, 직하발광형(direct light type)과, 가장자리 발광형(edge light type)으로 분류된다. 가장자리 발광형은 광원으로서 선광원과 점광원을 사용할 수 있다. 대표적인 선광원으로서는 양 단부의 전극이 관내에 설치되는 냉음극 형광램프(CCFL: cold cathode fluorescent lamp)가 있고, 점광원으로서는 발광다이오드(LED: light emitting diode)가 있다. CCFL은 강한 백색광을 방출할 수 있고 고휘도와 고균일도를 얻을 수 있으며 대면적화 설계가 가능하다는 장점이 있지만, 고주파 교류신호에 의해 작동되고 작동온도범위가 좁다는 단점이 있다. LED는 휘도와 균일도 면에서 CCFL에 비해 성능이 떨어지나, 직류신호 의해 작동되고 수명이 길며 작동온도범위가 넓다. 또, 박형화가 가능하다는 장점을 가진다. The backlight unit is classified into a direct light type and an edge light type according to the arrangement of the light sources. The edge emitting type can use a line light source and a point light source as a light source. Representative line light sources include cold cathode fluorescent lamps (CCFLs) in which electrodes at both ends are installed in a tube, and light emitting diodes (LEDs) as point light sources. CCFLs have the advantage of being able to emit strong white light, achieve high brightness and high uniformity, and allow for large-area designs, but they are operated by high frequency AC signals and have a narrow operating temperature range. LEDs have lower performance than CCFLs in terms of brightness and uniformity, but are driven by direct current signals, have a long lifetime and a wide operating temperature range. In addition, it has the advantage that the thickness can be reduced.
도 1은 점광원을 사용하는 종래의 가장자리 발광형 백라이트 유닛의 개략적인 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 가장자리 발광형 백라이트 유닛의 단면도이다. 도 1을 보면, 도광판(10)의 좌측 가장자리(11)에 점광원으로서 3개의 LED(20) 가 설치된다. 도광판(10)의 저면에는 LED(20)로부터 입사된 광을 출광면(12)으로 방출시키기 위한 홀로그램패턴(30)이 형성되어 있다. 도면에 도시되지는 않았지만 도광판(10)의 상방에는 도광판(10)으로부터 나오는 광을 확산시키는 확산판(미도시)과 확산되어 나오는 광을 정면으로 모아주는 프리즘판(미도시)이 더 구비된다.1 is a schematic perspective view of a conventional edge-emitting backlight unit using a point light source, Figure 2 is a cross-sectional view of the edge-emitting backlight unit shown in FIG. Referring to FIG. 1, three
LED(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 ±90도 범위로 광을 방사한다. LED(20)에서 방출된 광은 가장자리(11)를 통하여 도광판(10)으로 입사되어 홀로그램패턴(30)에 입사된다. 홀로그램패턴(30)은 광축(21)에 직각방향으로 형성된 회절격자구조로서 입사된 광을 면광으로 변환시켜 도광판(10)의 상면인 출광면(12)으로 방출시킨다. 홀로그램패턴(30)은 광이 홀로그램패턴(30)과 90°각도로 입사되는 경우에 가장 높은 효율로 광을 방출할 수 있다. 또한, 홀로그램패턴으로 입사되는 광의 입사방위각분포가 작을수록 출광면(12)에서의 균일한 휘도를 얻을 수 있다. 출광면(12)의 휘도가 균일하지 않으면 화면이 얼룩져 보인다. 약 1 센티미터(cm)정도의 좁은 범위에서는 0.9 정도의 휘도변화가 얼룩으로 감지되나, 화면의 중앙부에서 선단부까지 완만하게 휘도변화가 있을 경우에는 0.8정도일지라도 휘도 얼룩은 감지되지 않는다. 따라서, 0.8 이상의 휘도균일도가 요구되며 양질의 화질을 얻기 위해서는 0.9 이상의 휘도균일도가 요구된다.
도 4는 도 1에 도시된 종래의 백라이트 유닛에 의한 출광분포를 보여주는 도면으로서, 도광판(10)을 LED(20)가 설치된 가장자리(11)로부터 차례대로 입광부(40), 중앙부(50), 대광부(60)의 3영역으로 나누어 출광면(12)으로 방출되는 광의 출광분포가 도시되어 있다. 도 4를 보면, 입광부(40)에 비해 중앙부(50)와 대광부 (60)에서 넓은 출광분포를 가진다. 4 is a view showing the light distribution by the conventional backlight unit shown in FIG. 1, in which the
도 5는 도 1에 도시된 가장자리 발광형 백라이트 유닛에 의한 출광면(12)에서의 휘도를 보여주는 그래프이다. 세로축은 휘도를 표시하며, 가로축은 출광면(12)에서의 광출사각을 반치각(FWHM: forward half maximum)으로서 표시한 것이다. 3개의 곡선(C1, C2, C3)은 좌측으로부터 각각 입광부(40), 중앙부(50), 대광부(60)의 휘도를 나타내는 것이다. 도 5를 보면, 입광부(40)의 휘도가 중앙부(50)와 대광부(60)의 휘도보다 더 크다는 것을 알 수 있다. 반치각 또한 입광부(40)에서는 20°/20°이나 중앙부(50)와 대광부(60)에서는 20°/35°로 더 넓게 나타난다. 20°/35°에서 앞의 20°과 뒤의 35°는 각각 도 3에서 X방향과 Y방향의 반치각을 표시한 것이다.FIG. 5 is a graph showing luminance at the
이처럼 휘도가 불균일한 것은, 홀로그램패턴(30)에 입사되는 광의 입사방위각의 분포가 입광부(40), 중앙부(50), 대광부(60)에서 각각 달라서, 홀로그램패턴(30)에 의한 광방출효율과 출사광의 출사방위각분포가 세 영역에서 각각 달라지기 때문이다.The uneven brightness is such that the distribution of the incident azimuth angle of the light incident on the
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 도광판 내부에서 광이 일정한 각도로 홀로그램패턴으로 입사될 수 있도록 개선된 백라이트 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an improved backlight unit to allow light to be incident in a hologram pattern at a predetermined angle inside the light guide plate.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백라이트 유닛은, 광을 방사하는 점 광원; 상기 점광원을 중심으로 하는 동심원상으로 형성된 홀로그램패턴을 구비하는 도광판;을 포함한다. The backlight unit of the present invention for achieving the above object, the point light source for emitting light; It includes; a light guide plate having a hologram pattern formed in a concentric shape around the point light source.
상기 홀로그램패턴은 상기 도광판의 바닥면 또는 그와 마주보는 상측면 중 적어도 어느 한 면에 형성되는 것이 바람직하다.The hologram pattern may be formed on at least one of the bottom surface of the light guide plate or an upper side facing the light guide plate.
상기 점광원은 상기 도광판의 모퉁이에 설치될 수 있으며, 상기 도광판의 가장자리에 설치되는 것도 가능하다.The point light source may be installed at a corner of the light guide plate, or may be installed at an edge of the light guide plate.
이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 6은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 일 실시예를 도시한 평면도이다.6 is a plan view illustrating an embodiment of a backlight unit according to the present invention.
도 6을 보면, 도광판(110)의 모퉁이에 점광원으로서 LED(120)가 설치된다. Referring to FIG. 6, the
도광판(110)은 광을 투과시킬 수 있는 투광성 재료로 제작되는데, 주로 굴절률이 1.49, 비중이 1.19 정도인 아크릴계 투명수지(PMMA)가 사용되며, 경량화를 위해 비중이 1.0인 올레핀계 투명성수지가 사용되기도 한다. 도광판(110)의 두께는 보통 2∼3mm 정도이며, 중량을 줄이기 위해 광이 입사되는 가장자리로부터 멀어질수록 두께가 점점 얇아지는 쐐기형을 사용할 수도 있다. 도광판(110)의 크기는 출광면(112)쪽에 설치되는 화상표시장치(미도시), 예를 들면 LCD(liquid crystal display)의 크기에 좌우된다. The
LED(120)는 점광원의 일예로서 도 3에 도시된 바와 같이 광축을 중심으로 ±90도 범위로 광을 방출한다. 이 때, 광의 세기의 최대값(Imax)의 절반에 해당되는 세기(Imax/2)의 광이 방출되는 각도를 반치각이라 하며, LED의 경우에는 보통 반치 각이 약 ±45도 정도가 된다. LED(120)는 예를 들면, 1칩2LED(1-chip-2-LED)타입 또는 2칩1LED(2-chip-1-LED)타입을 사용할 수 있으며, 요구되는 밝기에 따라 적절한 LED를 사용할 수 있다.
LED(120)는 도광판(110)의 모퉁이에 설치된다. 이 때, 모퉁이는 도 6에 도시된 바와 같이 모따기(chamfering)하고, LED(120)는 이에 의해 형성된 입광면(111)으로 광을 입사할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다. The
도광판(110)에는 홀로그램패턴(130)이 형성된다. 홀로그램패턴(130)은 LED(120)로부터 방사되어 도광판(110)에 입사된 광을 회절시켜 출광면(112)으로 방출시키는 회절격자(diffraction grating)로서 LED(120)를 중심으로 하는 동심원을 이루면서 도광판(110)의 바닥면에 형성된다. 도면에 도시되지는 않았지만, 홀로그램패턴(130)의 하측에는 홀로그램패턴(130)에 의해 회절된 광을 상방으로 반사시키는 반사판이 더 구비된다. 회절격자는 주기가 2㎛ 이하인 것이 바람직하며, 예를 들면, 주기 0.4㎛, 깊이 0.2㎛ 정도로 형성될 수 있다. 주기는 동심원간의 간격을 말한다. 회절격자의 주기와 깊이는 상기한 값에 한정되는 것은 아니며, 출광면(112)에서의 출광분포를 균일하게 하기 위해 적절히 조절될 수 있다. 홀로그램패턴(130)은 바닥면과 마주보는 상면에 형성되는 것도 가능하다.The
도 7은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 다른 실시예를 도시한 평면도이다. 도 7을 보면, LED(120)가 도광판(110)의 좌측 가장자리(113)에 설치되어 있다. LED(120)는 우측, 상하측 가장자리에도 설치될 수도 있다. 홀로그램패턴(130)은 상술한 바와 같이 회결격자로서, LED(120)를 중심으로 하는 동심원을 이루면서 도광 판(110)의 바닥면 및/또는 바닥면과 마주보는 상면에 형성된다. LED(120)와 도광판(110)과의 사이에는 LED(120)로부터 방사된 광을 확산시키는 확산부재(150)가 더 구비될 수 있다. 확산부재(150)는 예를 오목렌즈를 사용할 수 있으며, LED(120)로부터 방사된 광을 확산시켜 최대한 도광판(110)의 가장자리(113) 전역으로 광이 입사될 수 있도록 한다.7 is a plan view showing another embodiment of a backlight unit according to the present invention. Referring to FIG. 7, the
이제, 상술한 실시예들에 의한 작용효과를 설명한다.Now, the effects by the above-described embodiments will be described.
LED(120)로부터 방사된 광은 입광면(111)을 통하여 도광판(110)으로 입사되어 방사형으로 진행된다. 도광판(110) 내에서 광은 홀로그램패턴(130)에 위해 회절되고 다시 반사판(미도시)에 의해 반사되어 출광면(112)으로 방출된다. 도광판(110)의 상방에는 도면에는 도시되지 않았지만 출광면(112)으로부터 나오는 광이 균일한 강도로 방출되도록 확산시키는 확산판이 더 구비되며, 확산판을 통과한 광은 그 상방에 위치되는 예를 들면, 액정표시장치(미도시)와 같은 평판표시장치로 입사된다.The light emitted from the
홀로그램패턴(130)은 광이 홀로그램패턴(130)과 90도의 각도를 이루면서 입사될 때 가장 높은 효율로 회절시켜 방출한다. 상술한 실시예들에서 홀로그램패턴(130)은 LED(120)를 중심으로 동심원 형상으로 형성되어 있어, 도광판(110) 내의 임의의 점에서 홀로그램패턴(130)에 입사되는 광의 입사방위각(A)은 거의 90도로서 일정하다. 따라서, 홀로그램패턴(130)은 최대의 효율로 광을 회절시켜 출광면(112)으로 방출할 수 있다. 또한, 출광면(112)으로 방출되는 광의 출사방위각도 출광면(112)에 대해 80도 이상, 바람직하게는 거의 90도를 이루며 일정하게 되므로, 출사 되는 광의 강도를 용이하게 조절할 수 있고, 출광면(112)에서의 휘도를 균일하게 할 수 있다.The
도 1에 도시된 종래의 백라이트 유닛은 출광면(12)에서 방출된 광을 확산시키는 확산판(미도시)과, 확산되어 나오는 광을 정면으로 모아주는 프리즘판(미도시)을 더 구비하는 것이 보통이다. 프리즘판은 보통 두 장이 사용되며, 각 프리즘판은 상호 직교하는 프리즘패턴이 형성되어 있다. 하지만 상술한 실시예들에 따르면, 출광면(112)으로 방출되는 광이 거의 90도에 가까운 각도로 방출되므로 광을 정면으로 모아주는 프리즘판을 더 구비할 필요가 없다. 따라서, 광이 LED(120)로부터 방사되어 평판표시장치까지 도달하는 과정에서 통과되는 매질의 수를 줄일 수 있다. 이렇게 되면, 각 매질로 흡수되는 광량이 줄어들어 광이용 효율을 높일 수 있다.The conventional backlight unit illustrated in FIG. 1 further includes a diffuser plate (not shown) for diffusing the light emitted from the
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 백라이트 유닛에 의하면, 홀로그램패턴에 입사되는 광의 입사방위각을 일정하게 할 수 있어 출광면으로 방출되는 출사광의 효율을 높일 수 있으며, 출사광의 출사방위각분포를 균일하게 할 수 있어 출광면에서 균일한 휘도를 얻을 수 있다.As described above, according to the backlight unit according to the present invention, the incidence azimuth angle of the light incident on the hologram pattern can be made constant, so that the efficiency of the outgoing light emitted to the outgoing surface can be improved, and the outgoing azimuth angle distribution of the outgoing light can be made uniform. As a result, uniform luminance can be obtained from the light emitting surface.
본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.It is to be understood that the invention is not limited to that described above and illustrated in the drawings, and that more modifications and variations are possible within the scope of the following claims.
Claims (6)
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