KR100790498B1

KR100790498B1 - 측면 조광형 백라이트 장치

Info

Publication number: KR100790498B1
Application number: KR1020060099252A
Authority: KR
Inventors: 여수완
Original assignee: 희성전자 주식회사
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2008-01-02

Abstract

본 발명은 도광판의 상하면과 프리즘 시트에는 다양한 형상의 집광 패턴이 형성되어, 도광판에서는 상측 수직으로 집광된 빛이, 프리즘 시트에서는 수평으로 집광된 빛이 방출되도록 하는 측면 조광형 백라이트 장치에 관한 것으로, 웨지 형상으로, 하면에는 상기 웨지 각의 법선면을 기준으로 70°내지 89°의 각도를 이루는 프리즘 패턴이 램프와 평행하게 형성되며, 상면에는 마루의 내각이 80°내지 110°의 각도로 연속적으로 이루어지고, 마루의 곡률반경이 0 내지 15㎛의 반경을 이루는 프리즘 패턴이 램프와 수직으로 형성되는 도광판;과 상면에는 상기 도광판의 램프와 평행하게 프리즘 패턴이 형성되고, 상기 도광판의 상측에 적층되는 프리즘 시트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 도광판으로부터 상측으로 출광되는 빛을 수직으로 집광하여 백라이트 장치의 휘도를 높일 수 있으며, 기존의 프리즘 시트 2매를 1매로 대체함으로써 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 특히 시야각을 좁혀 개인 사생활을 보호하기 위한 NBPC 디스플레이 장치에 용이하게 적용될 수 있다.

액정표시장치, 백라이트, 도광판, 프리즘 시트, 프리즘 패턴

Description

측면 조광형 백라이트 장치{Edge type Backlight unit}

도 1은 종래의 기술에 따른 측면 조광형 백라이트 장치의 구조를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 도광판과 프리즘 시트의 구조를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도광판 하면의 변형된 프리즘 패턴을 상세히 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도광판 상면의 수직 프리즘 패턴을 상세히 나타낸 단면도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프리즘 시트 상면의 수평 프리즘 패턴을 상세히 나타낸 단면도,

도 6a 내지 6c는 본 발명의 실시예에 따른 프리즘 시트의 프리즘 패턴에 따른 광 출사 경로를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 프리즘 시트의 프리즘 패턴에 따른 빛의 세기를 나타낸 도면,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 시야각에 따른 빛의 세기를 나타낸 도면.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 도광판 20 : 프리즘 시트

12,13,21 : 프리즘 패턴

본 발명은 백라이트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도광판의 상하면과 프리즘 시트에는 다양한 형상의 집광 패턴이 형성되어, 도광판에서는 상측 수직으로 집광된 빛이, 프리즘 시트에서는 수평으로 집광된 빛이 방출되도록 하는 측면 조광형 백라이트 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치의 백라이트(Back light) 장치는 광원으로 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등의 원통형 형광램프나 LED(Light Emitting Diode)소자, EL(Electro Luminescence)소자 등이 주로 사용되고, 광원이 배치되는 방식에 따라 측면 조광형(Edge-lighting)과 직하 조광형(Direct-lighting) 백라이트 장치로 구분된다. 통상, 측면 조광형 백라이트 장치는 비교적 얇은 두께로 인하여 노트북이나 컴퓨터 모니터용 LCD에 주로 사용되고, 직하 조광형 백라이트 장치는 높은 광효율에 의해 TV 등과 같은 대화면을 목적으로 하는 LCD에 주로 이용된다.

종래의 측면 조광형 백라이트 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 선광원의 빛을 산란시켜 면광원으로 전환시키는 도광판(2)의 측면에 광원인 형광램프(6)가 위치하고, 형광램프(6)는 램프 반사체(7)로 싸여 있어 형광램프(6)에서 발하는 빛이 직접 또는 램프 반사체(7)에 반사되어 도광판(2)으로 입사되도록 구성된다. 그리고 도광판(2)의 하측에는 반사판(1)이 위치하고 있고, 도광판(2)의 상측에는 도광판(2)으로부터 나오는 빛을 산란시켜 휘도를 균일화하는 확산시트(3)와, 확산된 빛을 굴절 및 집광시켜 휘도를 향상시키는 프리즘시트(4), 보호시트(5) 등의 각종 시트류가 위치한다. 프리즘시트(4)는 수직 프리즘시트(4-1)와 수평 프리즘시트(4-2)로 구분되어 2개가 중첩되어 사용된다.

이러한 구조의 측면 조광형 백라이트 장치는 형광램프(6)에서 발하는 빛이 도광판(2)의 측면 입사면으로 입광되고, 도광판(2)에서는 선광원으로 입광된 형광램프의 빛을 산란 및 균일화시켜 면광원으로 전환시키며, 반사판(1)은 도광판(2)에서 하측으로 향하는 빛을 다시 도광판(2)의 상측으로 반사시켜 광효율을 증가시킨다. 도광판(2)의 상측에 위치하는 확산시트(3)는 도광판(2)으로부터 나오는 빛을 산란시켜 휘도 및 외관을 양호하게 만들고, 프리즘시트(4)는 확산된 빛을 굴절 및 집광시켜 휘도를 향상시킨다.

그러나 최근 액정표시장치는 지속적으로 선명한 화질을 위해 고해상도가 진행되어 단위 면적당 화소수의 증가를 불러오고 있으며, 이는 개구율이 낮아져 투과율의 저하를 초래하여 액정표시장치의 휘도를 떨어뜨리게 된다. 따라서, 액정표시장치에는 더 높은 휘도를 낼 수 있는 백라이트 장치가 요구되고 있다.

또한, NBPC(Note Book Personal Computer)에 적용되는 액정표시장치의 경우, 시야각을 좁혀 사생활을 보호하기 위해서는 광이 정면으로 방출되어야 하지만, 종래에는 이를 위해 LCF(Light Control Film) 등을 이용한 별도의 광조절 필름을 사용하여 출광되는 빛의 방향을 조절하였다. 그러나 이러한 광조절 필름은 고가의 필름으로 백라이트의 제조 비용을 상승시키게 되는 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 측면 조광형 백라이트 장치에 있어서, 도광판으로부터 상측으로 출광되는 빛을 수직으로 집광시킬 수 있으며, 도광판 상측으로 출광되는 빛을 집광시킬 수 있는 프리즘 시트가 적층되어 빛은 상측 정면으로 집광시킴으로써, 별도의 광조절 필름이 필요하지 않아 저렴하고 간단한 공정으로 제조할 수 있는 측면 조광형 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 측면 조광형 백라이트 장치에 있어서, 웨지 형상으로, 하면에는 상기 웨지 각의 법선면을 기준으로 70°내지 89°의 각도(α₁)를 이루는 프리즘 패턴이 램프와 평행하게 형성되며, 상면에는 마루의 내각(α₂)이 80°내지 110°의 각도를 이루고, 마루의 곡률반경(R₂)이 0 내지 15㎛의 반경을 이루는 프리즘 패턴이 램프와 수직으로 형성되는 도광판;과 상면에는 상기 도광판의 입사면과 평행하게 프리즘 패턴이 형성되고, 상기 도광판의 상측에 적층되는 프리즘 시트;를 포함하여 구성되어, 상측 정면으로 평행한 빛이 출광되도록 하는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 있어서, 상기 프리즘 시트의 프리즘 패턴은 마루의 내각(α₃)이 33°내지 37°의 각도를 이루고, 마루의 곡률반경(R₃)이 0 내지 6㎛의 반경을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 도광판 및 프리즘 시트가 적층된 구조를 나타낸 도면이고, 도 3은 도광판의 하면에 형성된 프리즘 패턴을 상세히 나타낸 확대 단면도이고, 도 4는 도광판의 상면에 형성된 프리즘 패턴을 상세히 나타낸 확대 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 측면 조광형 백라이트 장치는 기본적으로 도광판(10)의 상측에 프리즘 시트(20)가 적층되는 구조를 이루며, 도면에는 도시되지 않았지만, 도광판의 입사면 측에 구비되는 형광램프 광원과 램프 반사체, 도광판의 하측에 구비되는 반사판 등을 포함하여 구성된다. 여기서 상기 형광램프와 램프 반사체, 반사판 등에 대한 구성은 측면 조광형 백라이트 장치의 일반 적인 구성으로 상세한 설명은 생략하며, 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 도광판(10) 및 도광판 상측에 적층되는 프리즘 시트(20)의 상세한 구조에 대해서 살펴본다.

전술한 도광판(10)은 입사면으로 들어오는 선광원의 빛을 산란 및 전반사를 이용하여 면광원으로 전환시켜 상측으로 출광시키는 것으로, 일반적으로 입사면(11a)에서 반입사면(11b) 방향으로 갈수록 두께가 얇아지는 웨지 형상(Wedge type)을 이루고 있다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 도광판은 입광된 빛을 상측으로 효율적으로 반사시키기 위하여 하면에 도 3에 도시된 바와 같이 프리즘 패턴(13)이 형성되어 있다. 이러한 프리즘 패턴(13)은 도광판(10)의 입사면(11a)과 반입사면(11b)에 대하여 평행하게 형성되고, 입사면(11a)에서 반입사면(11b)으로 갈수록 패턴의 간격이 좁아지도록 형성되며, 일측의 사면은 길고 타측의 사면은 짧은 형상으로 변형된 프리즘 패턴을 이룬다. 즉, 입사면 측의 사면(13a)은 길게 형성되고 반입사면 측의 사면(13b)은 거의 수직으로 짧게 형성되는 것으로, 이 경우 입사면 측의 사면(13a)은 도광판의 웨지 각(α)의 법선에 대하여 70°내지 89°의 각도(α₁)를 이루도록 형성된다.

또한, 도광판(10)의 상면에는 입광되는 빛을 좌우측으로 효율적으로 집광시켜 상측으로 균일한 빛을 출광시키기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같은 수직 프리즘 패턴(12)이 형성된다. 이러한 수직 프리즘 패턴(12)은 도광판의 입사면(11a)에 대하여 수직을 이루면서 반입사면(11b) 방향으로 형성되며, 수직 프리즘 패턴(12)의 마루(꼭지점)의 내각(α₂)은 80°내지 110°의 각도로 형성된다. 또한, 수직 프리즘 패턴(12)의 마루는 라운딩되어 형성될 수 있는 것으로, 이 경우 곡률 반경(R₂)은 0 내지 15㎛의 반경으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구조의 도광판에 의하여 입사면에서 입광되는 빛은 도광판 내에서 효율적으로 전반사 및 굴절되어 상측으로 출광되게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 프리즘 시트의 상세 구조를 나타낸 단면도 이고, 도 6a 내지 6c는 프리즘 패턴에 형성된 곡률에 따른 빛의 출광 상태를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 7은 프리즘 패턴에 형성된 곡률에 따른 빛의 세기(휘도) 나타낸 그래프이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프리즘 시트(20)는 상술한 도광판(10)의 상측에 적층되는 것으로, 도광판(10)으로부터 방출되는 빛을 백라이트 장치의 상측으로 나란히 방출되도록 집광시키기 위한 것으로, 시트의 상면에는 도광판(10)의 입사면(11a)과 평행한 방향의 수평 프리즘 패턴(21)이 형성된다.

이러한 프리즘 패턴(21)은 마루(꼭지점)의 내각(α₃)이 33°내지 37°의 각도를 이루고, 마루의 곡률반경(R₃)이 0 내지 6㎛의 반경을 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 곡률반경이 커질수록 프리즘 시트(20)는 집광 효율이 떨어져 백라이트의 휘도가 떨어지게 된다.

즉, 도 6a 내지 6c에 도시된 바와 같이, 프리즘 시트(20)의 마루의 곡률반경 이 R₃=0일 때(즉, 꼭지점만으로 이루어질 때)는 도 6a와 같이, 외측으로 휘어지는 빛이 없이 거의 모든 빛이 시트의 수직 상측으로 출광된다. 하지만, 곡률반경이 점점 커질수록 마루 부분에서의 빛은 라운딩 부분에 의해 조금씩 외측으로 휘어지게 되어 상측 수직으로 출광되는 빛이 점점 줄어들게 된다.

도 7은 프리즘 시트에 형성된 프리즘 패턴에 대한 곡률 반경에 따른 빛의 세기를 나타낸 것으로, 여기서 프리즘 패턴의 피치(P₃)는 25㎛일 때의 각 곡률 반경에 대한 빛의 세기를 나타낸 그래프이다.

도시된 바와 같이, 곡률반경(R₃)이 0 내지 6㎛ 일 때 까지는 상측으로 출광되는 빛의 밝기가 약 600cd 정도를 유지하고 있었으나, 7㎛ 이상에서는 빛의 밝기가 급격히 감소하게 됨을 알 수 있다. 또한, 상기 실험은 프리즘 패턴의 피치(마루와 마루 사이의 간격)가 25㎛ 일 때를 기준으로 한 것으로, 도시되지는 않았지만 상기 피치(P₃)가 길어질수록 곡률반경(R₃)도 비례하여 커질 수 있음을 알 수 있었다.

상기와 같은 구조의 도광판(10)과 프리즘 시트(20)에 의해 백라이트 상측으로 방출되는 빛은 집광되어 나란하게 방출된다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치에 있어서, 시야각에 따라 상측으로 출광되는 빛의 세기를 나타낸 그래프이다.

도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 백라이트 장치에 대한 빛의 세기(①)를 살펴보면, 전체적으로 넓은 시야각을 보이고 있으며 약 280cd(half angle)를 기 준으로 할 때 좌우 약 18°의 시야각이 형성되지만, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치에 대한 빛의 세기(②)를 살펴보면, 전체적으로 좁은 시야각으로 약 300cd(half angle)를 기준으로 할 때 좌우 약 8°의 시야각이 형성된다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 경우 종래의 기술에 따른 백라이트 장치에 비하여 시야각을 20°이상 좁힐 수 있으며, 이러한 실험 결과를 살펴볼 때, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 경우 종래의 기술에 따른 백라이트 장치에 비하여 백라이트 장치의 상측으로 높은 휘도의 빛이 집중되어 방출되고 있음을 알 수 있다.

이상에서 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 기술적 사상이 허용되는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경되어 실시될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 백라이트 장치의 경우 도광판으로부터 상측 전면(前面)으로 출광되는 빛을 수직으로 집광하여 백라이트 장치의 휘도를 높일 수 있으며, 별도의 광조절 필름이 필요하지 않아 저렴하고 간단한 공정으로 제조할 수 있으며, 특히 시야각을 좁혀 개인 사생활을 보호하기 위한 NBPC 디스플레이 장치에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 도광판의 상면에 수직 프리즘 패턴을 형성하여 종래의 수직 프리즘 시트를 제거하면서도 종래보다 우수한 광 특성을 얻을 수 있다.

Claims

측면 조광형 백라이트 장치에 있어서,

웨지 형상으로, 하면에는 상기 웨지 각의 법선면을 기준으로 70°내지 89°의 각도(α₁)를 이루는 프리즘 패턴이 램프와 평행하게 형성되며, 상면에는 마루의 내각(α₂)이 80°내지 110°의 각도를 이루고, 마루의 곡률반경(R₂)이 0 내지 15㎛의 반경을 이루는 프리즘 패턴이 램프와 수직으로 형성되는 도광판;과

상면에는 상기 도광판의 램프와 평행하게 프리즘 패턴이 형성되고, 상기 도광판의 상측에 적층되는 프리즘 시트;를 포함하여 구성되어,

상측 정면으로 평행한 빛이 출광되도록 하는 것을 특징으로 하는 측면 조광형 백라이트 장치.
제1항에 있어서, 상기 프리즘 시트의 프리즘 패턴은 마루의 내각(α₃)이 33°내지 37°의 각도를 이루고, 마루의 곡률반경(R₃)이 0 내지 6㎛의 반경을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 측면 조광형 백라이트 장치.