KR100781699B1 - 백라이트용 도광유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백라이트용 도광유닛에 관한 것으로, 특히 도광판을 적용하지 않은 구성에서 램프의 개수를 줄이고, 보다 균일한 광의 분포 및 개선된 시야각을 갖도록 한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 광을 생성하는 발광 소스와; 발광 소스가 결합되어 내부로 광을 수광하며, 수광된 광의 각도를 변화시켜 외부로 출사하고, 상호 간격을 유지하며 다수 배열된 가이드 렌즈와; 상기 다수의 가이드 렌즈 사이에 위치되며, 가이드 렌즈의 측면에서 출사된 광을 수광하여 반사하는 다수의 반사 렌즈를 포함하여 구성되며, 상기 가이드 렌즈의 광이 출사되는 외면이 다각의 면으로 형성되도록 구성하고, 가이드 렌즈와 반사 렌즈에 의해 광이 출사되는 전방에 광 특성변화수단을 설치하여 구성된다.
그루우브, 전반사, 휘도, 균일, 안내

Description

백라이트용 도광유닛{Light Guide unit for backlight}
도 1은 본 발명에 따른 백라이트용 도광유닛을 보여주는 부분 사시도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 가이드 렌즈를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 반사 렌즈를 보여주는 단면도이다.
도 4는 전체적인 광 경로를 보여주는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 도광유닛의 휘도(Lux)의 분포를 설명하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 도광유닛의 휘도(Nit)의 분포를 설명하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 도광유닛의 시야각 상태를 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 몰드 프레임 12: 반사시트
20: 발광 소스 30: 가이드 렌즈
31: 제 1 면 32: 제 2 면
33: 제 3 면 34: 제 4 면
35, 41: 이면 36, 42: 그루우브
40: 반사 렌즈 50: 확산판
60: 확산시트 70: 프리즘 시트
80: 기능성 시트
본 발명은 백라이트용 도광유닛에 관한 것으로, 특히 도광판을 적용하지 않은 구성에서 램프의 개수를 줄이고, 보다 균일한 광의 분포 및 개선된 시야각을 갖도록 한 것이다.
정보화 사회에서 표시장치의 개발은 눈부시게 발전하고 있으며 그 역할도 중요시되고 있다. 특히, 편평형 디스플레이로 각광받는 액정표시장치는 자체 발광을 하지 못하기 때문에 백라이트 유닛(backlight unit)이 필요하며, 액정표시장치의 성능은 액정표시장치 자체만이 아니라 사용하는 백라이트 유닛의 성능에 의존하는 바가 크다.
이러한, 백라이트 유닛은 크게 도광판, 광학필름, 램프 어셈블리(lamp assembly) 및 몰드 프레임(mold frame)으로 구성되는데, 이와 같은 액정표시장치는 백라이트 유닛의 램프 위치에 따라 직하 방식과 에지 방식으로 구분된다.
에지 방식의 백라이트 유닛에서는 램프 어셈블리가 도광판의 측면에 설치되며, 광을 발산하는 램프와, 도광판에 대향하는 측면이 개구되도록 램프를 감싸서 램프에서 발산된 광을 도광판으로 반사시켜 주는 램프 반사판으로 구성된다.
그러나, 에지 방식에서는 광원으로부터의 광선을 효율적으로 이용하는데 한계가 있는바, 광선의 효율을 높이기 위한 리플렉터(reflector) 방향으로 출사되는 광선의 손실률이 높아서 원하는 효율의 광선을 출사시키기 위해서는 고전력이 필요 하다.
또한, 에지방식에서는 액정표시장치의 크기를 줄이는데 한계가 있다. 즉, 램프 어셈블리가 도광판 측면에 설치되므로 도광판 측면에 램프 삽입 공간이 필요하다.
또한, 액정표시장치의 박형화를 실현하기 위해서는 램프의 관경이나 도광판의 두께를 줄여야 하는데, 현재로서는 액정표시장치의 휘도와 광의 균일도가 저하되는 문제로 더 이상 램프의 직경을 줄일 수 없고, 도광판의 두께는 광의 효율을 향상시키기 위해서 램프 직경보다 작아질 수 없기 때문에 액정표시장치를 박형화할 수 없다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 직하 방식의 백라이트 유닛이 제시되었으나, 직하 방식에서는 휘도를 증가시키고 휘도의 균일성을 확보하기 위하여 다수개의 램프를 조밀하게 배열하여 구성될 수 밖에 없으며, 이에 따라 소비전력이 증가한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위해 발명한 것으로서, 직하 방식의 백라이트 구성에서 램프의 개수를 줄인 백라이트용 도광유닛을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 균일한 휘도분포를 갖는 백라이트용 도광유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 개선된 시야각을 갖는 백라이트용 도광유닛을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 광을 생성하는 발광 소스와; 발광 소스가 결합되어 내부로 광을 수광하며, 수광된 광의 각도를 변화시켜 외부로 출사하고, 상호 간격을 유지하며 다수 배열된 가이드 렌즈와; 상기 다수의 가이드 렌즈 사이에 위치되며, 가이드 렌즈의 측면에서 출사된 광을 수광하여 반사하는 다수의 반사 렌즈를 포함하여 구성된다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상기 가이드 렌즈가 광이 출사되는 외면이 다각의 면으로 형성되어 구성되며, 바람직하게, 상기 다각의 면은 가이드 렌즈가 설치된 면과 수직된 선상을 기준하여 제 1 면 내지 제 4 면으로 연접하여 형성된다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상기 가이드 렌즈와 반사 렌즈에 의해 광이 출사되는 방향의 전방에 설치되어 광의 출사특성을 변화시키는 광 특성변화수단을 포함하여 구성된다.
이 때, 상기 가이드 렌즈와 반사 렌즈가 배열된 면에는 광을 반사시키기 위한 반사층이 형성되고, 바람직한 구성으로, 상기 광 특성변화수단은 출사되는 광을 확산시키는 확산판과, 확산판을 통과한 광을 재확산하고 집광하는 기능성시트를 포함하여 구성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대해 구체적 으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 백라이트용 도광유닛을 보여주는 부분 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명은 종래의 도광유닛과 기본적으로 다르게 도광판을 이용하지 않는 구조를 갖는다. 대신에 발광 소스(20)를 구비한 가이드 렌즈(guide lens; 30)와 반사 렌즈(reflect lens; 40)를 교번하여 배치한 구조를 갖는다.
가이드 렌즈(30)는 발광 소스(20)로부터 출사되는 광의 일부를 측면으로 출사하도록 안내하는 기능을 하며, 반사 렌즈(40)는 가이드 렌즈(30)의 측면으로부터 출사된 광을 전면으로 반사하는 기능을 한다.
가이드 렌즈(30)와 반사 렌즈(40)는 투명재질의 몸체로 이루어지며, 일 예로, 몸체의 재질은 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC)나 폴리 메틸메타크릴레이트계 수지(Poly methylmethacrylate, PMMA)가 이용될 수 있다.
일 예로, 가이드 렌즈(30)와 반사 렌즈(40)는 5mm의 높이와 350mm의 길이를 가질 수 있다.
또한, 발광 소스(20)로는 냉음극형광램프(CCFL)나 발광다이오드(LED) 어레이가 이용될 수 있다.
이 때, 상기 발광다이오드 어레이는 칩 형태의 구성이 가이드 렌즈(30)의 길이방향을 따라 다수 배열되어 결합된 것으로, 가이드 렌즈(30)의 길이와 대응되는 칩 형태로 발광다이오드가 제작될 경우 단수의 것만이 결합될 수 있다.
보다 구체적인 구성으로, 상기 가이드 렌즈(30)와 반사 렌즈(40)는 몰드 프레임(10) 위에 교대로 설치되어 고정되고, 몰드 프레임(10)에 대향하여 가이드 렌 즈(30)와 반사 렌즈(40)를 덮도록 광 특성변화수단인 확산판(50)과, 기능성시트(80)가 적층되어 설치된다.
여기서, 상기 확산판(50)은 가이드 렌즈(30)와 반사 렌즈(40)에 의해 출사되는 광이 확산될 수 있도록 한 부재이며, 상기 기능성시트(80)는 확산판(50)을 통과한 광을 재차 확산시키는 확산시트(60)와, 확산시트(60)에 의해 확산된 광을 집광하는 프리즘 시트(70)로 구성된다.
상기 확산시트(60)와 프리즘 시트(70)는 도면에서와 같이 단수로 적용되며, 보다 바람직한 실시구성으로 다수가 구비되어 적층 구성될 수 있다.
또한, 상기 가이드 렌즈(30)와 반사 렌즈(40)가 배열되어 설치되는 몰드프레임(10)의 상면에는 몰드프레임(10) 측으로 출사되는 광을 반사시켜, 몰드프레임(10)에 의해 광이 소멸되지 않도록 하기 위한 반사층인 반사시트(12)가 설치된다.
상기 반사층은 반사시트(12)를 대신하여 몰드프레임(10)의 상면에 반사도료가 인쇄(도포)되어 구성될 수 있다.
상기 구성에서 가이드 렌즈(30)와 반사 렌즈(40)는 몰드 프레임(10)과 결합되는 이면(35)이 몰드 프레임(10)의 상면과 대응되는 형태로 형성되며, 이 때, 몰드프레임(10) 상에 결합돌기 또는 홈의 형태가 형성되면 이와 결합되기 위한 이면(35)에 결함홈 또는 결합돌기 등이 형성되어 상호 대응결합되는 구성을 갖도록 한다.
도 2는 본 발명에 적용되는 가이드 렌즈를 보여주는 단면도이다.
상기한 바와 같이, 가이드 렌즈(30)는 발광 소스(20)로부터 출사되는 광을 전방으로 출사시키며, 일부의 광을 측면으로 출사하도록 안내하도록 구성된다.
상기 발광 소스(20)가 가이드 렌즈(30)에 결합되기 위한 구성으로, 상기 가이드 렌즈(30)의 이면(35)에는 발광 소스(20)를 수납하기 위한 그루우브(36)가 형성되며, 이 그루우브(36)는 이면(35) 측이 개방된 "U" 형태를 갖도록 형성된다.
이와 같은 U형 그루우브(36)의 깊이는 적어도 발광 소스(20)의 높이보다 크고, 바람직하게 U형 그루우브(36)의 중심은 가이드 렌즈(30)의 폭 방향 중심과 일치한다.
또한, 가이드 렌즈(30)의 이면(35)을 제외한 전면은 다각의 면이 형성되도록 하여 출사되는 광의 출사각도를 변화시키게 되는데, 이와 같은 다각의 면은 발광 소스(20)를 기준하여 양측으로 대층되는 형태를 갖도록 구성된다.
보다 구체적으로, 상기 다각의 면은 발광 소스(20)의 중심을 통과하는 수직선상으로부터 양쪽 폭 방향으로 제 1 면 내지 제 4 면(31, 32, 33, 34)이 상호 연접되며 특정의 각도 단위로 형성되어 제 4 면이 이면(35)과 연결된다.
상기 특정의 각도는, 제 1 면(31)이 상기 수직선상으로부터 45도 이하의 각도(각 a)로 연장되고, 제 2 면(32)은 제 1 면(31)에 대해 120도 내지 180도 사이의 각도(각 b)를 유지하며, 제 3 면(33)은 제 2 면(32)에 대해 90도 내지 150도 사이의 각도(각 c)를 이루고, 제 4 면(34)은 제 3 면(33)에 대해 120도 내지 180도 사이의 각도(각 d)를 유지하며 형성된다.
이와 같은 구조를 갖는 가이드 렌즈(30)에서 광이 출사되는 상태를 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 발광 소스(20)로부터 출사하는 광 B1은 제 1 면(31)과 제 2 면(32)에서 순차적으로 전반사를 일으켜 가이드 렌즈(30)의 측면으로 출사된다.
또한, 광 B2는 제 3 면(33)을 통하여 출사되고, 광 B3은 제 4 면(34)을 통하여 출사되며, 광 B4는 이면(35)을 출사한 직후 반사시트(12)로부터 반사되어 제 4 면(34)을 통하여 출사된다.
여기서, 제 1 면 내지 제 4 면의 각도제한은 제 1 면과 제 2 면의 경우 광 B1이 반사되기 위한 최적의 각도를 제시하며, 제 3 면과 제 4 면은 제 1 면, 제 2 면에서 전반사된 광 B1이 반사 렌즈(40) 측으로 진행되고 광 B2 내지 광 B3가 반사 렌즈(40) 측 또는 확산판(50) 측으로 출사되는 효율이 최적화되기 위한 각도를 제시한다.
도 3은 본 발명에 적용되는 반사 렌즈를 보여주는 단면도이다.
상기한 바와 같이, 반사 렌즈(40)는 가이드 렌즈(30)의 측면으로부터 출사된 광을 전면으로 반사하는 기능을 한다.
이를 위해, 반사 렌즈(40)는 이면(41)에 광을 반사하기 위한 그루우브(42)가 형성되고, 상기 그루우브(42)는 이면(41)에 개구가 형성된 "V" 형태로 형성되고 그 내각(각 e)이 70도 내지 130도 사이의 각도를 유지하도록 구성된다.
특히, 상기 이면(41)은 도면 상 평면으로 된 직선구간이 존재하지 않는 형태로 도시되었지만, 몰드 프레임(10)과의 결합력을 부여하기 위해 "V" 형태 양측으로 평면구간을 형성할 수 있으며, 바람직하게 상기 내각은 V형 그루우브(42)의 중심에 서 양측이 35도 내지 75도 사이의 각도를 유지하도록 하여 양측의 가이드 렌즈(30)에서 출사된 광의 반사량이 균일하도록 구성된다.
이러한 구성에 의하면, 인접한 가이드 렌즈(30)로부터 측면으로 출사된 광은 반사 렌즈(40)에 의해 전면으로 출사되거나, 측면으로 진행하게 되는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 광 B6은 V형 그루우브(42)에서 반사되어 전면으로 출사되고, 광 B5는 반사 렌즈(40)의 표면에서 전반사되어 측면으로 출사한다.
또한, 도시되지는 않았지만 반사 렌즈(40)를 통과하여 측면으로 출사된 광 B5는 인접한 가이드 렌즈(30)에 의해 반사되어 전면으로 출사된다.
도 4는 전체적인 광 경로를 보여주는 설명도이다.
광 A는 전반사 조건에 의해 출사된 광을 나타내고, 광 B는 발광 소스(20)로부터 전면으로 직접 출사되어 확산에 의해 분리되는 광을 보여주며, 광 C는 발광 소스(20)를 직접 향하는 광이고, 광 D는 반사 렌즈(40)에 의해 출사되는 광을 나타낸다.
이와 같이, 내부 전반사 과정을 거치는 광선은 대부분 광원에서 가까운 부분을 통해서 출사되며, 일반 반사에 의해서 출사된 광선은 반사 렌즈(40)에 의해서 반사되어 출광된다.
또한, 발광 소스(20)와 반사 렌즈(40) 사이의 공간은 하부에 존재하는 반사시트(12)에 의해서 전체적으로 광선이 분포될 수 있으며, 확산시트(60), 프리즘 시트(70)에 의해서 균일성을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 도광유닛의 휘도(Lux)의 분포를 설명하는 그래프이다.
이 그래프는 도광유닛으로부터 대략 30cm 정도 떨어진 상부에서 측정한 휘도값으로서, 본 발명의 도광유닛을 적용함으로써 수직방향과 수평방향에 있어서 전체에 걸쳐 균일한 휘도 분포를 나타냄을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 도광유닛의 휘도(Nit)의 분포를 설명하는 그래프이다.
이 그래프는 도광유닛으로부터 대략 3 내지 5m 정도 떨어진 거리에서 측정한 휘도값으로서, 중심 휘도가 높게 나타남을 알 수 있다.
또한, 도 7은 본 발명의 도광유닛의 시야각 상태를 보여주는 그래프이다.
도시된 바와 같이, 프리즘 시트나 시야각 보상필름을 이용하지 않은 상태에서도 대략 좌우 약 165도 정도의 시야각을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 도광유닛은 전면에 걸쳐 휘도분포가 균일하고, 우수한 시야각 특성을 보임을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 실시예에 국한되어서는 안 되며, 이하에 서술되는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 램프 삽입홈으로부터 방출되는 광을 프리즘 그루우브에서 대부분 전반사시킴으로서 램프 삽입홈에 인접한 상부에서의 휘도 집중을 억제할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 프리즘 그루우브에서 반사된 광을 도광판의 몸체 양단부로 보낼 수 있 어 휘도의 균일화를 이룰 수 있고, 이와 함께 전체적인 광효율을 증가시킬 수 있다는 이점이 있다.

Claims (22)

  1. 광을 생성하는 발광 소스와;
    발광 소스가 결합되어 내부로 광을 수광하며, 수광된 광의 각도를 변화시켜 외부로 출사하고, 상호 간격을 유지하며 다수 배열된 가이드 렌즈와;
    상기 다수의 가이드 렌즈 사이에 위치되며, 가이드 렌즈의 측면에서 출사된 광을 수광하여 반사하는 다수의 반사 렌즈를 포함하고,
    상기 가이드 렌즈의 광이 출사되는 외면이 다각의 면으로 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드렌즈는
    설치될 지점에 대면하여 결합되기 위해 설치될 지점의 형태와 대응되는 이면이 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드렌즈는
    다각의 면이 발광소스를 기준하여 양측으로 대칭형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 다각의 면은
    가이드 렌즈가 설치된 면과 수직된 선상을 기준하여 제 1 면 내지 제 4 면으로 연접하여 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 면은
    상기 수직된 선상으로부터 45도 이하의 각도를 유지하며 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 면과 연접한 제 2 면은
    제 1 면에 대해 120도 내지 180도 사이의 각도를 유지하며 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 면과 연접한 제 3 면은
    상기 제 2 면에 대해 90도 내지 150도 사이의 각도를 유지하며 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 3 면과 연접한 제 4 면은
    제 3 면에 대해 120도 내지 180도 사이의 각도를 유지하며 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드렌즈는
    발광 소스를 내장하기 위해 발광소스가 투입되기 위해 내측으로 함몰된 그루우브가 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 가이드렌즈는
    발광 소스가 투입되는 그루우브가 외면이 개방된 "U" 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 반사렌즈는
    설치될 지점에 대면하여 결합되기 위해 설치될 지점의 형태와 대응되는 이면이 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 반사렌즈는
    이면으로부터 함몰되어 가이드렌즈에서 출사된 광을 반사시키기 위한 그루우브가 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 그루우브는
    이면 측으로 개방된 "V" 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 그루우브는
    이면과 수직된 선상을 중심으로 하여 양측이 각각 35도 내지 75도 사이의 각도를 유지하며 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  16. 제 1 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 발광 소스는 냉음극형광램프인 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  17. 제 1 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 발광 소스는 발광다이오드인 것을 특징으로 하는 백라이트용 도광유닛.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
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