KR100790692B1 - Ｌｅｄ 백라이트 장치의 도광판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED 백라이트 장치의 도광판에 관한 것이다. 이 도광판은 평판 모양의 도광판으로서, 한 쌍의 마주보는 넓은 면; 및 상기 도광판의 두께가 되는 폭으로 상기 넓은 면들 사이에 형성된 좁은 면을 포함한다. 상기 좁은 면은 상기 LED 광원을 향한 부분에 입사면이 형성되고, 상기 넓은 면 중의 하나는 상기 LED 광원에서 입사된 빛을 방출하는 출사면이 되며, 상기 입사면에는 복수의 타원 기둥 형태의 홈이 두께 방향으로 음각된다. 이왁 같이 입사면에 복수의 타원 기둥 형태의 홈을 두께 방향으로 음각함으로써 빛의 입사각을 넓힐 수 있다.

백라이트, LED, 도광판, 음각, 명암 분포, 몰드

Description

ＬＥＤ 백라이트 장치의 도광판{LIGHT GUIDE PLATE IN USE WITH LED BACKLIGHT UNIT}

도 1은 일반적인 백라이트 장치의 측면도이다.

도 2는 종래기술의 도광판 입사면에서의 입사각을 보여주는 평면도이다.

도 3은 도 2의 도광판 입사면에서의 빛의 입사 경로를 상세히 보여주는 평면도이다.

도 4는 종래기술의 개선된 도광판 입사면에서의 빛의 입사 경로를 보여주는 평면도이다.

도 5는 종래기술의 다른 개선된 도광판 입사면 형상을 보여주는 평면도이다.

도 6은 도 5의 도광판 제조에 사용되는 몰드의 일부를 보여주는 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 도광판의 입사면을 보여주는 평면도이다.

도 8은 도 7의 도광판의 사시도이다.

도 9는 도 7의 도광판 입사면을 형상을 설명하는 개념도이다.

도 10은 본 발명에 따른 도광판 입사면에서의 빛의 입사 경로를 보여주는 평면도이다.

도 11은 본 발명의 도광판 제조에 사용되는 몰드의 일부를 보여주는 단면도 이다.

도 12는 종래기술의 도광판의 입사면 부근에서의 광량 분포를 보여주는 그래프이다.

도 13은 본 발명에 따른 도광판의 입사면 부근에서의 광량 분포를 보여주는 그래프이다.

도 14는 종래기술의 도광판의 입사면 부근에서의 밝은 부분과 암부 분포를 보여주는 도면이다.

도 15는 본 발명에 따른 도광판의 입사면 부근에서의 밝은 부분과 암부 분포를 보여주는 도면이다.

도 16은 본 발명의 도광판의 변형례의 평면도이다.

<도면의 주요 부분의 부호의 설명>

100, 200: 도광판 106, 206: 타원 모양 홈

108: 첨부 130, 230: LED 광원

208: 홈의 밑면 F: 초점

본 발명은 LED 백라이트 장치의 도광판에 관한 것이며, 더 구체적으로는 입 사면에 복수의 타원 기둥 형태의 홈을 두께 방향으로 음각함으로써 빛의 입사각을 넓힐 수 있도록 구성된 LED 백라이트 장치의 도광판에 관한 것이다.

휴대 전화와 PDA(Persnal Digital Assistant) 등의 소형 LCD는 백라이트 장치의 광원으로 측면형 발광다이오드 즉 LED(Light Emitting Diode)를 사용한다. 이와 같은 측면형 LED는 통상 도 1에 도시한 것과 같이 백라이트 장치에 장착된다.

도 1을 참조하면, 백라이트 장치(10)는 기판(12) 상에 평판 모양의 도광판(20)이 배치되고 이 도광판(20)의 측면에는 복수의 측면형 LED(30)(하나만 도시)가 어레이 형태로 배치된다. LED(30)에서 도광판(20) 안으로 입사된 빛(L)은 도광판(20)의 밑면에 제공된 미세한 반사 패턴(22)과 반사 시트(도시 생략)에 의해 상부로 반사되어 도광판(20)에서 출사된 다음 도광판(20) 상부의 LCD 패널(40)에 백라이트를 제공하게 된다.

이와 같은 백라이트 장치(10)는 LED(30)로부터 도광판(20)으로 빛이 입사될 때 도 2에 평면도로 도시한 것과 같은 문제가 발견된다.

즉 도 2에 도시한 것과 같이, LED(30)에서 방출된 빛(L)은 도광판(20)에 입사될 때 스넬의 법칙에 따라 매질의 굴절률 차이에 의해 일정 각도(θ)만큼 도광판(20) 쪽으로 굴절된다. 즉 빛(L)은 α1의 지향각(beam angle)으로 LED(30)에서 방출되더라도 실제는 그보다 작은 α2의 입사각으로 도광판(20)에 입사된다. 이와 같은 빛(L)의 입사 형상이 도 3에 도시되어 있다.

따라서 각각의 LED(30)에 도광판(20) 안으로 입사된 빛(L)들이 서로 혼합하 는 혼합 구간의 길이(ℓ)가 길어지는 문제가 있다. 또, 도광판(20) 입사면의 위의 길이(ℓ)에 해당하는 영역에는 핫 스팟(Hot spot)이라고 하는 밝은 부분(H)과 암부(D)가 교대로 존재하게 된다. 밝은 부분(H)은 LED(30)에 면한 위치에 형성되고 암부(D)는 그 사이사이에 형성된다.

이와 같이 교대로 형성된 밝은 부분(H)과 암부(D)는 도광판에서 불필요하므로 가능한 제거해야 한다. 또한, 불가피하더라도 그 길이(ℓ)를 가능한 줄여야 한다. 이를 위해서는 도광판에 입사되는 빛의 각도 즉 입사각을 늘려야 한다.

이와 같은 목적으로 도 4에 도시한 것과 같이 도광판의 측면에 돌기를 형성하는 기술이 제안되었다.

즉 도광판(20A)의 측면에 프리즘 형태의 미세 돌기(24)를 다수 형성하면, 빛(L)은 광원의 초점(F)에서 방출되는 지향각(α1)과 실질적으로 동일한 입사각(α3)으로 도광판(20A) 안으로 입사하게 된다. 따라서 광원에서 방출되는 지향각(α1)이 동일한 경우, 빛(L)은 도 2와 3의 경우에 비해 넓은 입사각(α3)으로 도광판에 입사하게 된다. 그 결과, 도 2에서 제기되는 문제를 줄일 수 있다.

또, 도 5에 도시한 것과 같이 도광판(20B)의 측면에 반원주 형태의 미세 돌기(26)를 형성하는 것도 가능하다. 이렇게 해도 도 4에서와 마찬가지의 이점을 얻을 수 있다.

하지만, 도 4와 5의 구성은 여전히 아래와 같은 문제를 일으킨다.

도광판은 일반적으로 몰드에 투명한 수지를 사출하여 성형하고 있다. 예컨대 도 5에 도시한 것과 같은 도광판(20B)을 제조하려면, 도 6에 도시한 것과 같이 도광판(20B) 형상이 음각된 몰드(50)를 사용한다.

몰드(50)의 내면에는 도 5의 도광판(20B)의 돌기(26)에 해당하는 음각 돌기(52)가 형성되는데, 이 음각 돌기(52)의 말단(54)은 뾰족하여 제조가 어렵고 또 제조하더라도 쉽게 손상된다.

또, 몰드(50) 안쪽에 수지를 채워 도광판을 성형한 뒤에 몰드(50)를 도광판에서 용이하게 분해할 수 있도록 몰드(50) 내면에는 이형제를 바르는데, 음각 돌기(52)의 말단(54)이 뾰족하면 이형제가 말단(54)에는 불충분하게 도포되거나 거의 도포되지 않는 일이 생긴다. 그렇게 되면, 말단(54)에서 수지가 몰드(50)의 돌기(52)와 직접 접촉하게 되고 나중에 몰드(50)를 분해할 때 수지로 된 도광판이 몰드(50)의 돌기(52)에 들러붙어 쉽게 떨어지지 않게 된다. 또, 떨어질 때의 충격으로 도광판의 일부가 깨어지는 등의 불량이 발생하기 쉽다.

이러한 문제는 도 4에 도시한 도광판(20A)의 경우에도 동일하게 발생한다. 즉 도광판(20A, 20B)을 성형하기 위한 몰드(50) 내면의 돌기(52)에 첨부가 있기에 그에 따른 성형의 어려움과 성형 불량이 발생하는 것이다.

이와 같은 문제를 피하기 위해, 투명한 수지 평판의 측면에 위의 돌기(24, 26)를 깎아 내어 전술한 도광판(20A, 20B)을 얻을 수도 있으나 이는 작업성이 떨어진다.

따라서 도광판의 측면에 미세 돌기를 형성하면서도 전술한 성형성 문제를 극복할 수 있는 새로운 기술이 요구된다.

따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 입사면에 복수의 타원 기둥 형태의 홈을 두께 방향으로 음각함으로써 빛의 입사각을 넓힐 수 있도록 구성된 LED 백라이트 장치의 도광판을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 도광판 입사면의 홈을 둥글게 형성하고 이들 홈 사이에 첨부를 돌출하게 형성함으로써, 도광판을 성형하기 위한 몰드 제조 작업이 용이할 뿐만 아니라 몰드를 사용하여 용이하고 안정적으로 제조될 수 있는 도광판을 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 LED를 광원으로 하는 백라이트 장치에 설치되는 평판 모양의 도광판으로서, 한 쌍의 마주보는 넓은 면; 및 상기 도광판의 두께가 되는 폭으로 상기 넓은 면들 사이에 형성된 좁은 면을 포함하며, 상기 좁은 면은 상기 LED 광원을 향한 부분에 입사면이 형성되고, 상기 넓은 면 중의 하나는 상기 LED 광원에서 입사된 빛을 방출하는 출사면이 되며, 상기 입사면에는 복수의 타원 기둥 형태의 홈이 두께 방향으로 음각된 도광판을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 도광판에 있어서, 상기 음각된 타원 기둥은 해당하는 수의 타원을 서로 부분적으로 겹쳐지도록 상기 도광판 출사면의 두께 방향으로 연장한 형태이면 바람직하다.

이때, 상기 타원의 겹쳐지는 부분은 상기 타원 기둥 사이에 입사면으로부터 외측으로 연장한 첨부를 형성할 수 있다. 또, 상기 타원의 겹쳐지는 부분의 폭은 상기 타원 폭의 10 내지 30%일 수 있다. 한편, 상기 타원은 장축과 단축의 비가 1.5:1 내지 3:1, 바람직하게는 1.8:1 내지 2.2:1일 수 있다. 또, 상기 타원은 장축이 2 내지 6mm, 단축이 1 내지 3mm일 수 있다.

전술한 도광판에 있어서, 상기 타원 기둥은 상기 입사면으로 만입된 타원의 장축 방향 단부가 상기 입사면과 나란한 평면으로 형성될 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.

도 7은 본 발명에 따른 도광판의 입사면을 보여주는 평면도이고, 도 8은 도 7의 도광판의 사시도이다.

도 7과 8에 도시한 도광판(100)은 LED를 광원으로 백라이트 장치에 사용되는 것으로서, 그 배치 상태는 도 1에서 전술한 것과 실질적으로 동일하다.

도광판(100)은 평판 모양의 부재로서, 투명한 유리로, 플라스틱 아크릴, 또는 PMMA(Polymethylmethacrylate)로 제조된다.

도광판(100)은 한 쌍의 마주보는 넓은 면 즉 상하면(102)과 이들 넓은 면(102) 사이에 도광판의 두께가 되는 폭으로 형성된 좁은 면 즉 측면(104)을 포함한 다. 측벽(104) 중에서 LED 광원(130)에 마주한 면 즉 도광판 선단(100a) 쪽의 일면은 입사면이 되고, 이 입사면에는 도 8에 도시한 형태의 복수의 홈(106)이 형성되어 있다. 홈(106)은 타원 기둥 형태로서, 도광판(100)의 입사면(104a)에 두께 방향으로 음각되어 있다.

홈(106)의 평면 형태는 타원의 일부가 되는데 이는 도 9에 명확히 도시되어 있다. 홈(106)은 도광판(100)의 입사면에 복수의 타원을 서로 부분적으로 겹쳐지도록 두께 방향으로 형성한 타원 기둥 음각 형태로 형성된다.

도 9에서, 각각의 홈(106)의 타원은 그 장축을 y, 단축을 x라 할 때 서로 겹쳐지는 길이(d)는 전체 단축의 10 내지 30%가 좋으며, 더 좋게는 20% 부근이다.

또, 장축(y)과 단축(x)의 비는 1.5:1 내지 3:1이 바람직하며, 더 바람직하게는 1.8:1 내지 2.2:1이다.

각각의 타원이 겹치는 길이(d) 및 장축(y)과 단축(x) 간의 비를 이와 같이 정하는 것은 광원으로부터 도광판(100)에 입사하는 빛의 입사 각도를 최적화하기 위함이다.

이를 본 발명에 따른 도광판 입사면에서의 빛의 입사 경로를 보여주는 평면도인 도 10을 참조하여 더 설명한다.

즉 LED 광원의 초점(F)에서 발생한 빛(L)은 미리 정해진 각도로 도광판(100)의 입사면에 도달하고 전술한 홈(106)에 의해 굴절되면서 도광판(100) 안으로 진입한다. 이 때의 입사 경로는 도 4를 참조하여 설명한 것과 유사하다. 즉 홈(106)에 의해 빛(L)은 지향각 그대로 또는 지향각보다 넓은 각도로 도광판(100) 안으로 입사하게 된다.

이 경우, 홈(106)의 폭 즉 위에서 설명한 타원의 단축(x)이 너무 크면 이와 같은 홈의 굴절 효과가 작다. 또, 홈(106)의 폭이 너무 작으면 홈(106) 사이의 첨부(108)에서 산란 또는 반사가 많아져 도광판(100) 안으로 진입하는 빛의 양이 감소할 수 있다. 따라서 이와 같은 특성을 고려하여 홈(106)이 되는 타원의 겹치는 길이(d), 장축(y) 및 단축(x)의 각 비율을 정하게 되며, 그 최적의 비율은 전술한 바와 같다.

이와 같은 본 발명의 도광판(100)에 넓은 지향각으로 입사된 빛(L)은 도 1에서 설명한 것과 같은 과정을 통해 도광판(100)의 출사면을 통해 상부의 LCD 패널에 백라이트를 제공하게 된다. 이때 출사면은 본 실시예에서는 상하면(102) 중에서 상면이 된다.

이하 도 11을 참조하여 본 발명의 도광판(100)의 장점을 설명한다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 도광판(100) 제조에 사용되는 몰드(150)의 일부가 단면도로 도시되어 있다.

몰드(150)의 내면에는 본 발명의 도광판(100)의 홈(106)에 대응하는 돌기(152)가 형성되어 있다. 이 돌기(152)는 볼록한 형태이고 돌기(152)들 사이의 골(154)이 홈(106)의 첨부(108)에 해당한다.

이와 같이 몰드(150)를 형성하면 다음과 같은 장점을 갖게 된다.

몰드에 투명한 수지를 사출하여 도광판을 성형할 때, 몰드 돌기(152)의 말단 이 도 11에서와 같이 완만하므로 몰드 돌기(152)의 제조가 쉽고 또 손상되지 않는다. 또, 몰드(150) 안쪽에 수지를 채워 도광판을 성형한 뒤에 몰드(150)를 도광판에서 용이하게 분해할 수 있도록 몰드(150) 내면에 이형제를 바르는데, 몰드 돌기(152)의 말단이 완만하므로 이형제가 말단에도 충분히 발라질 수 있다. 이렇게 되면, 몰드(150)와 도광판이 되는 수지가 서로 접촉하지 않게 되고, 수지가 경화한 후에 몰드(150)를 분해할 때 아무런 문제가 없다. 따라서 도 6과 같은 형태의 몰드를 사용하는 종래기술에서 제기되는 문제를 모두 해결할 수 있다.

이하 도 12와 13을 참조하여 종래기술의 도광판과 본 발명의 도광판의 입사면 부근의 광량 분포를 살펴본다.

도 12는 6 개의 LED 광원을 도 2에 도시한 종래기술 도광판의 입사면에 배치하고 도광판 입사면 부근의 광량 분포를 관찰한 것이다. 이때 도광판의 폭은 80mm였으며, 각각의 LED 광원은 5w의 출력을 갖는 것을 사용하였다. 도 12에서, 도광판의 입사면 쪽에는 LED 광원에 해당하는 6개의 높은 피크가 관찰되었다.

도 13은 6개의 LED 광원을 본 발명의 도광판의 입사면에 배치하고 도광판 입사면 부근의 광량 분포를 관찰한 것이다. 이때 도광판의 폭은 80mm였으며, 각각의 LED 광원은 5w의 출력을 갖는 것을 사용하였다. 도 13에서, 가장 좌측의 도광판 입사면 쪽에 상대적으로 높은 피크가 관찰되었지만 전체적으로 균일한 광량 분포를 확인할 수 있었다.

따라서 본 발명의 도광판이 종래기술의 도광판에 비해 입사면 쪽에서 균일한 광량 분포를 갖는 것을 알 수 있다.

이어 도 14와 15를 참조하여 종래기술의 도광판과 본 발명의 도광판에서 입사면 부근의 명암 분포를 관찰하였다. 이때 사용한 도광판과 LED 광원은 도 12 및 13에서와 동일하다.

도 14에서, 종래기술의 도광판(20)에는 밝은 부분(H)과 암부(D)가 교대로 관찰되었는데, 밝은 부분(H)은 LED 광원과 직접 마주한 부분임을 알 수 있다.

한편, 도 15에서, 본 발명의 도광판(100)은 밝은 부분과 암부가 거의 구별되지 않음을 알 수 있다. 즉 도광판(100)의 선단(100a) 쪽의 입사면 부근에서 전체적으로 균일한 명암 분포를 보이고 있음을 알 수 있다.

이와 같은 실험을 통해 본 발명의 도광판은 암부를 실질적으로 제거하고 그에 따라 혼합 구간을 감소시키는 것을 알 수 있다. 이 혼합 구간의 축소는 백라이트의 소형화에 매우 중요한 인자임을 고려할 때 본 발명의 장점을 명확히 이해할 수 있다.

도 16은 본 발명의 도광판의 변형례의 평면도이다.

도 16을 참조하면, 도광판(200)은 홈(206)의 밑면(208)이 평탄한 것을 제외하고는 도 7의 도광판(100)과 동일하다. 따라서 동일한 구성요소에는 100씩 증가한 도면부호를 부여하고 그 설명은 생략한다. 이때, 전체 밑면(208)의 연장면은 동일 평면이 됨이 바람직하고, 도광판 선단(200a) 쪽의 입사면과 나란하면 바람직하다.

전술한 것과 같이, 본 발명의 LED 백라이트 장치의 도광판은 입사면에 복수의 타원 기둥 형태의 홈을 두께 방향으로 음각함으로써 빛의 입사각을 넓힐 수 있도록 구성된다. 또, 홈을 둥글게 형성하고 이들 홈 사이에 첨부를 돌출하게 형성함으로써 도광판을 성형하기 위한 몰드 제조 작업이 용이할 뿐만 아니라 몰드를 사용한 도광판 제조 역시 용이하고 안정적으로 수행할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (8)

1. LED를 광원으로 하는 백라이트 장치에 설치되는 평판 모양의 도광판으로서,

   한 쌍의 마주보는 넓은 면; 및

   상기 도광판의 두께에 해당하고 상기 넓은 면들 사이에 형성된 좁은 면을 포함하고,

   상기 좁은 면은 상기 LED 광원을 향한 부분에 입사면이 형성되며, 상기 넓은 면 중의 하나는 상기 LED 광원에서 입사된 빛을 방출하는 출사면이 되며, 상기 입사면에는 복수의 타원 기둥 형태의 홈이 두께 방향으로 음각 되어, 상기 음각된 타원 기둥 각각은 상기 타원 폭의 10% 내지 30%로 겹쳐지도록 상기 도광판 출사면의 두께 방향으로 연장한 형태인 것을 특징으로 하는 도광판.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 타원의 겹쳐지는 부분은 상기 타원 기둥 사이에 입사면으로부터 외측으로 연장한 첨부를 형성하는 것을 특징으로 하는 도광판.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 타원은 장축과 단축의 비가 1.5:1 내지 3:1인 것을 특징으로 하는 도광판.
6. 제5항에 있어서, 상기 타원은 장축과 단축의 비가 1.8:1 내지 2.2:1인 것을 특징으로 하는 도광판.
7. 제5항에 있어서, 상기 타원은 장축이 2 내지 6mm, 단축이 1 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 도광판.
8. 제1항에 있어서, 상기 타원 기둥은 상기 입사면으로 만입된 타원의 장축 방향 단부가 상기 입사면과 나란한 평면으로 형성된 것을 특징으로 하는 도광판.

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