KR100662626B1 - 피라미드형의 렌즈렛을 갖는 프리즘수단을 구비한백라이트유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수광형 평판 표시장치를 위한 백라이트유닛에 관한 것으로, 특히 본 발명은 광원의 빛을 굴절시키고 집광시켜 평판표시장치 표면에서 휘도를 상승시키는 역할을 하는 프리즘수단를 이루는 렌즈렛(lenslet)의 형상을 피라미드 형태로 하고. 이를 피라미드형 렌즈렛을 도광판에 형성하거나 별도의 시트에 형성하여 종래 백라이트유닛에서와 같이 둘 이상의 프리즘시트를 사용하지 않아도 휘도의 상승과 균일성을 보장하며 모아레(moire) 현상이 없는 백라이트유닛에 관한 것이다.

본 발명에 따른 피라미드형의 렌즈렛을 갖는 프리즘수단을 구비한 백라이트유닛은 광원; 상상기 광원에서 나오는 빛을 안내하도록 일면에 망점패턴이 형성되어 있는 도광판; 상기 도광판 후면에 구비된 반사수단; 상기 도광판을 거쳐 전방 투사된 빛을 산란시켜 상기 도광판 표면 전체에 고르게 빛을 확산시키는 확산수단; 및 상기 광원에서 조사된 빛을 굴절시키고 집광시켜 휘도 향상에 기여하기 위하여 피라미드 형상의 렌즈렛이 연속적으로 배열된 프리즘수단을 포함하여 이루어진다.

백라이트유닛, 광원, LED, 도광판, 프리즘, 렌즈어레이, 확산수단, 일체, 휘도, 렌즈렛

Description

피라미드형의 렌즈렛을 갖는 프리즘수단을 구비한 백라이트유닛{BACK LIGHT UNIT EQUIPPED WITH PRISM MEANS HAVING PYRAMIDAL LENSLET}

도 1은 본 발명에 따른 백라이트유닛의 분해사시도,

도 2는 본 발명에 따른 백라이트유닛의 프리즘시트와 관련된 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 광원 20: 베젤

30: 반사시트 40: 프레임

41: 결합홈 43: FPCB

50: 도광판 60: 확산시트

70: 프리즘시트 80: 커튼테이프

U: 백라이트유닛

본 발명은 수광형 평판 표시장치를 위한 백라이트유닛에 관한 것으로,

특히 본 발명은 광원의 빛을 굴절시키고 집광시켜 평판표시장치 표면에서 휘도를 상승시키는 역할을 하는 프리즘수단를 이루는 렌즈렛(lenslet)의 형상을 피라미드 형태로 하고. 이를 피라미드형 렌즈렛을 도광판에 형성하거나 별도의 시트에 형성하여 종래 백라이트유닛에서와 같이 둘 이상의 프리즘시트를 사용하지 않아도 휘도의 상승과 균일성을 보장하며 모아레(moire) 현상이 없는 백라이트유닛에 관한 것이다.

통상적으로 LCD와 같은 수광형 평판 표시장치 또는 라이트박스(Light Box) 등은 2개의 얇은 유리판 사이에 고체와 액체의 중간 성질을 가진 액정(Liquid Crystal)을 주입해 전원공급시 액정분자의 배열을 변화시킴으로써 명암을 발생시켜 영상을 표시하는 디스플레이로, PDP, FED, 유기 ELD 등과는 달리 그 자체가 비발광형(수광소자)이기 때문에 별도의 광원이 없으면 사용이 불가능하므로, 화면 전체를 균일한 밝기로 유지할 수 있는 면광원 형태의 백라이트유닛을 필요로 한다.

종래 일반적인 백라이트유닛(Backlight Unit, 배면광원장치)의 핵심 구성요소는 냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorecent Lamp) 또는 LED와 같이 휘도 및 색도를 결정하는 광원, 상기 광원에서 발생되는 빛의 효율성을 높이기 위한 반사판, 그리고 상기 반사판으로부터 받은 선형광을 영상 표시면 전체에 면광원 형태로 만들어 주기 위해 PMMA 수지계의 투명 아크릴판 배면에 특수 설계한 망점 패턴(Pattern)이 가공된 도광판(LGP; Light Guide Plate)이다. 그리고 상기 3대 요소( 광원, Reflector, LGP)에 의해 만들어진 면광원은 도광판의 상부에 구비된 확산시트에 의하여 빛이 효율적으로 집광 확산된다. 또 상기 확산시트 상면에는 집광효율을 증대시키기 위하여 별도의 프리즘시트가 구비될 수 있다.

종래 프리즘시트는 단면이 삼각형인 장방형 렌즈렛이 다수 형성된 것을 많이 사용하고 있으며, 하나의 프리즘시트만으로는 원하는 휘도 품질을 얻을 수 없어, 둘 이상의 프리즘시트를 사용하며, 특히 상기 장방형 렌즈렛이 상호 직교하도록 프리즘시트를 배열하여 사용하는 것이 일반적이었다.

그러나 이렇게 둘 이상의 프리즘시트를 사용할 경우 초래되는 단가상승의 문제와 보다 박형화된 표시장치 구현을 방해한다는 문제를 갖는다.

이에 본 발명은 광원의 빛을 굴절시키고 집광시켜 평판표시장치 표면에서 휘도를 상승시키는 역할을 하는 프리즘수단를 이루는 렌즈렛(lenslet)의 형상을 피라미드 형태로 하고. 이를 피라미드형 렌즈렛을 도광판에 형성하거나 별도의 시트에 형성하여 하나의 프리즘수단만으로도 원하는 휘도 품질과 모아레 현상 방지를 달성할 수 있으며, 상기 렌즈렛이 이루는 종방향 및 횡방향 경계선이 가상의 수직선 및 수평선으로부터 일정 각도 이탈하도록 함으로써 보다 완벽한 휘도 품질 구현이 가능하도록 한 백라이트유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 피라미드형의 렌즈렛을 갖는 프리즘수단을 구비한 백라이트유닛은 광원; 상상기 광원에서 나오는 빛을 안내하도록 일면에 망점패턴이 형성되어 있는 도광판; 상기 도광판 후면에 구비된 반사수단; 상기 도광판을 거쳐 전방 투사된 빛을 산란시켜 상기 도광판 표면 전체에 고르게 빛을 확산시키는 확산수단; 및 상기 광원에서 조사된 빛을 굴절시키고 집광시켜 휘도 향상에 기여하기 위하여 피라미드 형상의 렌즈렛이 연속적으로 배열된 프리즘수단을 포함하여 이루어진다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 백라이트유닛으로서 휴대전화의 표시창에 적용되는 예를 나타낸 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 백라이트유닛(U)은 광원, 특히 사이드 뷰 타입(Side View Type)의 LED 광원(10)이 장착되어 있고 FPCB(flexible printed circuit board)(43)가 구비된 프레임(40)의 일측에 반사시트(30)와 베젤(bezel)(20)이 차례로 적층 결합되어 있고, 상기 프레임(40)의 타측에는 도광판(50), 광확산기능(光擴散幾能)을 갖는 확산시트(60), 휘도균일성 보장과 모아레현상 방지를 위한 프리즘수단, 그리고 상기 광원(10)에서 조사되는 빛의 범위를 한정하는 커튼테이프(80)로 이루어져 있다.

상기 프리즘수단은 사출을 통하여 도광판의 망점패턴 형성면 이면에 형성되거나(미도시 됨), 별도의 프리즘시트(70)에 롤러 가공을 통하여 피라미드 형상의 렌즈렛을 가공한 것일 수 있다.

상기 광원(10)으로써 LED는 소형이고 효율적으로 선명한 색의 빛을 발광할 수 있으며, 반도체소자이기 때문에 소실 염려가 없고, 초기구동특성 및 내진성이 뛰어나고, ON/OFF 점등의 반복에 강하다는 특성을 가짐으로써 각광받고 있다.

상기 베젤(20)은 백라이트유닛을 보호하는 역할을 하며, 상기 반사시트(30)는 상기 도광판(50) 후면으로 빠져나오는 빛을 다시 반사시켜 도광판(50)으로 돌려보내는 역할을 한다.

상기 도광판(50)은 일면에 인쇄, 에칭, 사출 또는 레이져 가공에 의하여 미세한 망점패턴이 형성되어 있으며, 투명한 아크릴(또는 폴리카보네이트(polycarbonate)) 패널을 이용해 LED로부터 발산되는 빛을 받아들이고 이 아크릴 표면에 형성된 일정 망점 Pattern을 통해 화면 전영역에 걸쳐 빛을 균일하게 분포시켜준다.

상기 확산시트(60)는 광원의 빛을 산란시켜 도광판(50) 표면 전반에 걸쳐 골고루 퍼지게 하는 역할을 하며, PET 등의 소래로 이루어진 필름에 수지비드(resinous bead) 등으로 이루어지고 바인더가 혼합된 광확산제를 도포하거나, 상기 필름의 일면을 엠보싱 가공처리하여 미세한 요철을 형성한 것일 수 있다.

상기 백라이트유닛(U)에서 상기 반사시트(30), 도광판(50), 확산시트(60), 그리고 프리즘시트(70)의 적층 순서는 도시된 일반적인 형태 외에도 다양하게 변형 될 수 있다.

또 상기 도광판(50)과 상기 반사시트(30), 그리고 상기 확산시트(60)와 상기 프리즘시트(70) 등은 일체로 성형된 것일 수 있으며, 이러한 이유로 본 명세서의 청구범위에서는 “시트” 개념을 포괄하는 “반사수단” 및 “확산수단”이라는 용어를 사용하였다.

상기 프리즘시트에 확산기능을 도입하는 것은 수지비드(resinous bead) 등으로 이루어지고 바인더가 혼합된 광확산제가 상기 프리즘시트에 도포하거나, 상기 프리즘시트의 일면을 엠보싱 가공처리하여 미세한 요철을 형성하여 제조될 수 있다.

도시되지는 않았으나 본 발명에 따른 프리즘 수단이 도광판(50)에 형성될 경우에는 망점패턴 형성면 이면에 한 번에 또는 두 번 이상의 사출공정을 거쳐 피라미드형 렛즈렛을 가공할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프리즘 수단을 별도의 프리즘시트(70)를 통하여 구현할 경우에는 피라미드 형상의 렌즈렛(70A)은 시트를 피라미드형상이 가공된 롤러 사이로 통과시킴으로써 형성할 수 있다.(도 2에서 렌즈렛은 실제로는 아주 미세한 렌즈렛을 300배 이상 확대촬영한 것과 같이 과장되게 표현되어 있다)

프리즘수단의 렛즈렛 가공은 프리즘수단이 구현되는 부재와 부재의 소재, 목적 등에 따라 보다 정밀하고 제어 가능하며 원가경쟁력의 확보를 위한 가공법을 선 택하는 것이 바람직하다.

상기 프리즘시트(70)는 가시광역대에서 투명하고 백라이트유닛에 장착했을 때 밀착이 잘될 수 있도록 유연해야하며, 재질로는 폴리카보네이트, 폴리에스테르, PMMA, PVC, Acryl계 폴리머 등을 이용하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 따른 백라이트유닛의 핵심은 프리즘수단을 특징을 프리즘시트로 구현되었을 경우를 위주로 설명한다. 다만 이러한 특징들은 다른 부재에 구현된 프리즘수단에도 동일하게 적용될 수 있다.

상기 프리즘시트의 렌즈렛이 이루는 횡방향 경계선 및 종방향 경계선은 바람직하기로는 각각 가상의 수직선 및 가상의 수평선에서 0 내지 20도(다르게 표현하여 가상의 수평선 및 수직선을 기준으로는 90 내지 110도 이탈), 보다 바람직하기로는 4 내지 5도(다르게 표현하여 가상의 수평선 및 수직선에 대하여 94도 내지 95도 이탈) 벗어나 있는 좋다.

이는 종래 프리즘시트의 렌즈렛 단면이 삼각형 형상을 취하고 있을 경우 최대 휘도는 증가하나 수직 및 수평 시야각에 따라 매우 가파른 휘도 변동을 초래하는 문제점, 즉 표시장치를 시야각이 0°인 위치에서 바라볼 때는 고휘도의 선명한 화상을 볼 수 있지만 시야각이 커질수록 휘도가 현저히 떨어지는 문제점과 모아레 현상이 발생되는 문제점을 해결하기 위한 것이다.

특히 단면이 삼각형인 수직방향 렌즈렛을 갖는 하나의 프리즘만을 사용한 백 라이트유닛을 채용한 평판표시장치에서는 프리즘에 대한 수직 시야각에 따른 기복과 변동으로 인하여 모아레 현상을 상쇄시키기에 충분하지 않으며, 백라이트유닛(U)에 장착되는 LCD와 프리즘이 갖는 주파수 차이에 의하여 상기 LCD 판넬과 프리즘간의 간섭에 의하여 상당한 모아레 현상이 발생하며, 이를 해결하기 위하여 또 하나의 프리즘을 더 도입하고 각 프리즘의 렌즈렛이 수직 교차하도록 배열하여 모아레 현상 감소와 향상된 휘도품질(고도성과 균일성)을 얻고자 했음으로 불구하고 원하는 정도의 휘도품질을 얻을 수 없었다.

구체적으로 모아레 현상은 종래 사용된 두 프리즘이 동일한 주파수를 가질 때 발생되며, 이 모아레 현상을 제거하기 위하여는 두 프리즘의 공간주파수를 달리하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 다른 공간주파수를 가지기 위해서는 양 프리즘 표면의 해상도를 달리하는 것이 바람직하고, 그 방법으로는 단위 인치당 렌즈렛의 수를 달리하거나, 단위 인치당 렌즈렛의 높이를 달리하는 것이 바람직하다.

따라서 두 프리즘의 공간주파수가 정수배가 되면, 주파수의 중첩(보강현상)이 발생되고 이 보강현상으로 인하여 모아레 현상이 발생되므로 두 프리즘의 공간주파수는 비정수배가 되어야 한다.

본 발명의 발명자에 의한 반복된 실험의 결과 이러한 모아레 현상은 본 발명에서와 같이 피라미드 형상의 렌즈렛의 반복 형성, 특히 렌즈렛의 종방향 및 횡방향 경계선이 가상의 수직선 및 수평선에서 일정 각도 이탈하도록 하여 해결할 수 있는 것으로 밝혀졌는데, 이러한 피라미드형 렌즈렛을 갖는 상기 프리즘시트(70)를 사용할 경우 백라이트유닛의 시야각이 증가하며 이 증가된 시야각에 따른 휘도가 증가되며, 모아레 현상은 두 프리즘의 렌즈렛의 피치와 단위 인치당 렌즈렛의 수를 선택함에 의하여 모아레 패턴들을 감소시키거나 제거시킬 수 있는 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 피라미드형 렌즈렛을 갖는 백라이트유닛에 LCD를 장착시켰을 경우에는 비정수배의 공간주파수로 인하여 어느 정도의 가시적 밴드 효과나 모아레 효과가 축을 벗어난 상태에서 발생된다.

특히 상기 프리즘시트의 렌즈렛을 비대칭 형태로 할 경우 보다 우수한 휘도 품질을 얻을 수 있다.

아울러 본 발명은 종래 두 프리즘을 사용하는 경우에 비하여 제조원가 절감과 표시장치의 박형화에 일조할 수 있어 바람직하다.

도 2에서 상기 프리즘시트(70)의 테두리에는 단면이 반원형태인 돌기(실제로는 미세)로 이루어진 세레이션(serration)부(70B)가 형성되어 있어 굴절 및 집광효율이 보다 향상될 수 있을 것으로 기대된다.

필요에 따라 본 발명에 따른 백라이트유닛에서는 종래 일반적인 프리즘시트를 추가적으로 도입하거나 본 발명에 따른 동형태 또는 이형태의 프리즘시트를 둘 이상 사용할 수 있다.

또 상기 프리즘시트(70)의 가장자리에는 돌기(71a)가 형성되고, 이를 수용하 는 프레임(40)에는 상기 돌기(71a)를 수용하도록 하는 결합홈(41)이 형성되어 있어 상기 도광판 및 상기 프리즘시트(70)가 프레임(40)에 보다 쉽게 정위치에 장착되도록 하면서도 장착 후 프리즘시트의 요동을 방지할 수 있는 효과가 있다.

나아가 상기 도광판(50) 및 상기 확산시트(60)에도 돌기(51a)(61a)가 형성되어 있어 프레임(40) 장착시 정위치에 배열되도록 하는데 있어 편리성을 제공하고 이후 요동방지효과를 얻을 수 있다는 장점을 제공할 수 있으며, 아울러 도시되지는 않았으나 상기 반사시트(30)에도 돌기가 형성될 수 있고 상기 프레임(40)에도 상기 반사시트의 돌기를 위한 결합홈이 형성될 수 있다.

도 1에서 상기 돌기들(51a)(61a)(71a)은 각 부재의 테두리 3면에 각각 두 개씩 형성되어 있으나 다양한 형성위치와 돌기 형상, 그리고 돌기수로 변형될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 피라미드형의 렌즈렛을 갖는 프리즘수단을 구비한 백라이트유닛은 광원의 빛을 굴절시키고 집광시켜 평판표시장치 표면에서 휘도를 상승시키는 역할을 하는 프리즘수단의 렌즈렛이 피라미드 형태를 갖도록 하여 하나의 프리즘수단만으로도 원하는 휘도 품질과 모아레 현상 방지를 달성할 수 있으며, 상기 렌즈렛이 이루는 종방향 및 횡방향 경계선이 가상의 수직선 및 수평선으로부터 일정 각도 이탈하도록 함으로써 보다 완벽한 휘도 품질 구현이 가능하다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 백라이트유닛을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 광원;

   상기 광원에서 나오는 빛을 안내하도록 일면에 망점패턴이 형성되어 있는 도광판;

   상기 도광판 후면에 구비된 반사수단;

   상기 도광판을 거쳐 전방 투사된 빛을 산란시켜 상기 도광판 표면 전체에 고르게 빛을 확산시키는 확산수단; 및

   상기 광원에서 조사된 빛을 굴절시키고 집광시켜 휘도 향상에 기여하기 위하여 피라미드 형상의 렌즈렛이 연속적으로 배열된 프리즘수단을 포함하여 이루어지되,

   상기 프리즘수단은 상기 도광판의 망점패턴 형성면 이면에 형성되어 있는 별도의 프리즘시트이며,

   상기 렌즈렛이 이루는 횡방향 경계선 및 종방향 경계선은 각각 가상의 수직선 및 가상의 수평선에서 4 내지 5도 벗어나 있고,

   상기 프리즘수단을 이루는 부재의 테두리에는 돌기가 형성되어 있고, 백라이트유닛의 구성요소들을 수용하는 프레임에는 상기 돌기를 위한 결합홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프리즘수단을 구비한 백라이트유닛.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 프리즘수단의 렌즈렛은 비대칭 형태인 것을 특징으로 하는 피라미드형의 렌즈렛을 갖는 프리즘수단을 구비한 백라이트유닛.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 광원에서 조사되는 빛의 범위를 한정하기 위한 커튼테이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피라미드형의 렌즈렛을 갖는 프리즘수단을 구비한 백라이트유닛.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 프리즘수단의 렌즈렛는 사출성형된 것임을 특징으로 하는 피라미드형의 렌즈렛을 갖는 프리즘수단을 구비한 백라이트유닛.
9. 삭제

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