KR100885983B1

KR100885983B1 - 하향 발광형 백라이트 시스템

Info

Publication number: KR100885983B1
Application number: KR1020070119536A
Authority: KR
Inventors: 소병훈; 양동현; 이현경
Original assignee: 에스맥 (주)
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2009-02-26

Abstract

본 발명은 초박형 키패드에 사용하는 백라이트로서, 적은 개수의 광원으로 더 높은 밝기를 제공하는 하향 발광형 백라이트 시스템의 구조에 관한 것이다. 본 발명이 이루고자하는 목적은 초박형 키패드에서 고른 면발광 분포를 갖는 백라이트 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 하향 발광형 백라이트 시스템은 가요성 회로 기판과, 상기 가요성 회로 기판의 상부에 배치된 돔형 키 스위치와, 상기 가요성 회로 기판 및 상기 돔형 키 스위치를 덮는 광학필름과, 상기 가요성 회로 기판에 위의 일측부 배치되고, 상기 가요성 회로 기판의 일측부를 상부로 굽어서 상기 광학필름과 마주보도록 배치된 광원을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 초박형 키패드에서 고른 발광분포를 확보하는 효율이 좋은 백라이트 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 적은 개수의 광원을 사용함으로써 제조 단가를 절감하는 경제적 효과를 기대할 수 있다.

하향 발광, 백라이트 시스템, 초박형 백라이트, 직하형, 에지형

Description

하향 발광형 백라이트 시스템 {Downward Emitting Type Backlight System}

본 발명은 문자 및 숫자를 입력하는 키패드용 백라이트(Backlight) 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 초박형 키패드에 사용하는 백라이트로서, 적은 개수의 광원으로 더 높은 밝기를 제공하는 백라이트 시스템의 구조에 관한 것이다.

정보통신 기술이 휴대용으로 발전하면서, 언제 어디서나 정보통신 기기를 사용할 수 있도록 각종 편의 기구들이 개발되고 있다. 특히, 휴대폰 및 PDA와 같은 기기들은, 장소 및 시간에 구애받지 않고 정보를 검색, 처리, 저장, 및 전달을 하는데 아주 유용하게 사용하고 있는 대표적인 현대 전자기기 중 하나이다. 정보를 처리하기 위해서는 가장 먼저 정보를 입력해야 하는데, 이 정보 입력 작업에 주로 사용하는 수단은 바로 키 보드(Key Board)나 키 패드(Key Pad)이다. 키 보드나 키 패드는 이미 오래전에 개발되어 널리 사용하고 있는 것으로서, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

휴대폰, PDA, 노트북 등 휴대용 정보통신 관련 제품들은, 시간적, 장소적 구애를 받지 않고, 사용할 수 있는 휴대용 장치로서, 어두운 환경에서도 쉽게 키패드를 사용할 수 있어야 한다. 키 보드나 키 패드를 어두운 환경에서도 쉽게 사용할 수 있도록 하기 위해, 많은 방법이 제안, 개발, 적용되고 있다. 그 중에서도 가장 손쉬우며, 심미적으로도 효과가 있는 것으로, 키 보드나 키 패드에 직접 백라이트를 설치하는 방법이 있다. 특히, 휴대폰과 같이 휴대성을 더욱 높이기 위해 초 박형으로 개발되고 있는 휴대용 정보통신 제품군의 경우, 1cm도 채 되지 않는 얇은 키 패드 내부에 백라이트 시스템을 구비하여야 하는 것으로, 이에 대한 개발도 많이 진전되고 있는 상황이다.

현재 초박형 키 패드에 적용되고 있는 백라이트 시스템을 살펴보면 다음과 같다. 도 1은 LCD와 같은 제품에서 흔히 사용하고 있는 백라이트 시스템 중에서 직하형 백라이트 시스템을 응용하여, 키패드에 적용한 상향 발광형 백라이트 시스템을 나타내는 평면도이다. 상향 발광형 백라이트 시스템은 키 패드의 군데 군데에 (휴대폰의 경우 적어도 4개 이상) 광원인 LED(Light Emitting Diode)를 설치하고, 그 위에 광학필름을 설치하여 LED에서 나온 빛을 최대한 넓게 퍼트리면서, 상부로 반사시키는 방법을 사용한다. 도 2는 상향 발광형 백라이트 시스템을 적용한 키 패드의 구조를 나타내는 단면도로서 도 1의 절단선 A-A'로 자른 단면을 확대하여 나타낸 것이다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 상향 발광형 백라이트 시스템을 살펴보면 다음과 같다. 키 패드(10)의 각 키의 위치에 해당하는 부위에 돔형 키 스위치(11)를 구비한, 가요성 PCB(Flexible Printed Circuit Board: 혹은 FPCB)(1)을 구비한다. 일반적으로, 돔형 키 스위치(11)로 외부 이물질이 침투하는 것을 방지할 목적으로 보호필름(3)을 돔형 키 스위치(11)가 형성된 FPCB(1) 위에 전면 배치하는 것이 보통이다. 상기 돔형 키 스위치(11)들 사이의 적당한 위치에 LED(7a)를 설치한 다. 상기 FPCB(1), 돔형 키 스위치(11) 및 LED(7a)위에 광학필름(50)을 설치한다. 상기 광학필름(50)은 빛을 균일하게 분포시키면서 상부 면 쪽으로 향하게 하는 도광필름(51)과 상기 도광필름(51) 상부에 놓여서 빛을 넓은 면적으로 퍼트리는 성질을 갖는 확산필름(53)이 적층된 구조를 갖는다. 즉, LED(7a)에서 방사된 빛은 도광필름(51) 내부에서 측면 방향으로 퍼지면서 대부분이 상부면 방향으로 전달되고, 도광필름(51)을 나온 빛은 확산필름(9)에 의해 가급적 넓은 면적으로 퍼지면서 면발광을 한다. 도 2에 나타난 화살표는 LED(7a)에서 방사된 빛이 진행하는 광 경로를 나타낸다. 이때, 상기 도광필름(51) 하면에서 전반사되지 않고 아래쪽으로 굴절되어 빠져나가는 광을 다시 상면으로 되돌리기 위해서는 상기 보호필름(3)에 반사층(Reflecting Layer)를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 결국, LED(7a)에서 방사된 빛은 거의 모두 상면, 즉 키 패드를 바라보는 사용자의 시각을 향해 진행한다. 그러나, 그림에서 보는 바와 같이, 휴대폰의 키 패드와 같이 초박형 구조에서는, LED(7a)와 도광필름(51)이 직접 맞붙어 있음으로 하여, LED(7a)에서 방사된 거의 모든 빛들은 직접적으로 상면으로 방사되고 도광필름(51) 내부에서 전반사 조건을 만족하는 일부 빛들만이 측면으로 전달된다. 따라서, 키 패드의 전면에서 보았을 때, LED(7a)가 설치된 부분은 더 밝고 그렇지 않은 부분은 좀더 어두워 밝기가 균일하지 않은 품질의 문제점이 있다. 이를 극복하기 위해서는 더 많은 LED들을 배치하여야 하는데, 이는 제품의 단가가 상승하는 문제와 구조가 복잡해지는 문제가 발생한다.

하여, 적은 개수의 LED로 균일한 밝기분포를 갖는 양질의 백라이트 시스템을 위하여, 박형 LCD 분야에서 많이 사용하고 있는 에지형(Edge Type) 백라이트 시스템을 응용한, 측면 발광형 백라이트 시스템이 개발되어 사용중에 있다. 도 3은 측면 발광형 백라이트 시스템을 적용한 키 패드의 구조를 나타내는 평면도이다. 측면 발광형 백라이트 시스템은 키 패드의 일측면에 LED를 설치하고, 여기서 방사된 빛을 광학필름을 통해 수평 방향으로 산란시키면서, 키 패드가 설치되는 상면으로 빛을 굴절 및 반사시키는 방법을 사용한다. 도 4는 측면 발광형 백라이트 시스템을 적용한 키 패드의 구조를 나타내는 단면도로서 도 3의 절단선 B-B'로 자른 단면을 확대하여 나타낸 것이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 측면 발광형 백라이트 시스템을 살펴보면 다음과 같다. 키 패드(10)용 FPCB(1)의 일측부에 광원인 LED(7b)가 설치된다. 상기 FPCB(1) 위에는 다수개의 키 스위치 특히, 돔형 키 스위치(11)가 형성된다. 상기 돔형 키 스위치(11)를 포함하는 FPCB(1) 위에 백라이트 시스템의 광학필름(50)이 놓인다. 4에서 화살표는 측면 발광형 백라이트 시스템에서 광원인 LED(7b)에서 방사된 빛이 전달되는 경로를 나타낸다. 측면에 설치된 LED(7b)에서 방사된 빛은 광학필름(50)의 측면으로 입사되고, 상기 광학필름(50)의 성질에 의해 확산, 반사되면서 측면 방향으로 넓게 퍼지고, 결국 상부면 방향으로 유도되어 나온다. 이때, LED(7b)와 광학필름(50) 접합부에서 LED(7b)의 빛이 손실 없이 광학필름(50)으로 입사되도록 하기 위해, LED(7b)와 광학필름(50)을 차광 필름(Light Shielding Film)(13)으로 감싸는 것이 바람직하다. 특히, 차광 필름(13)의 내부는 반사층(Reflecting Layer)를 구비하여 거의 모든 빛들이 광학필름(50)의 측면으로 입사되도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 측면 발광형 백라이트 시스템은 종이 형태로 제작되어 전면에서 빛을 발하는 아주 값비싼 발광시트(Emitting Light Sheet: 혹은 EL-Sheet)를 대체하기 위해 개발된 측면도 있다. 그러나, 측면 발광형 백라이트에 사용하는 LED는 상향 발광형(직하형) 백라이트에 사용하는 LED보다 적어도 8배 이상 가격이 비싸다. 하여, 두 개정도 측면 발광형 LED를 사용하더라도, 4개~6개의 상면 발광형 LED를 사용하는 것보다 훨씬 제조 단가가 높아지게 된다.

이상에서 살펴보았듯이, 초박형 키패드에서 사용하는 백라이트 시스템은 저렴한 제조단가로 고른 발광분포를 제공하도록 하는 것이 무엇보다도 중요하다. 상면 발광형의 경우에는 제조 단가는 줄일 수 있으나, 고른 발광분포를 얻기 위해서는 단가 절감에 한계가 있으며, 측면 발광형의 경우에는, 고른 발광분포를 얻을 수는 있으나, 가격의 문제로 단가 절감은 무척 어려운 현실이다.

따라서, 본 발명이 이루고자하는 목적은 고른 면발광 분포를 갖는 백라이트 시스템을 제공하는 것이다. 또 다른, 본 발명의 목적은, 저렴한 LED를 사용하고, 더욱이 더 적은 개수의 LED를 사용함으로써 제조 단가를 최대한 줄인 백라이트 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 하향 발광형 백라이트 시스템은 가요성 회로 기판과, 상기 가요성 회로 기판의 상부에 배치된 돔형 키 스위치와, 상기 가요성 회로 기판 및 상기 돔형 키 스위치를 덮는 광학필름과, 상기 가요성 회로 기판에 위의 일측부 배치되고, 상기 가요성 회로 기판의 일측부를 상부로 굽어서 상기 광학필름과 마주보도록 배치된 광원을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 의한 하향 발광형 백라이트 시스템은 회로기판과, 상기 회로 기판 표면을 덮는 광학필름과, 발광면이 상기 광학필름과 마주보도록 배치된 광원을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단에 의한 본 발명은 초박형 키패드에서 고른 발광분포를 확보하는 효율이 좋은 백라이트 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 적은 개수의 광원을 사용함으로써 제조 단가를 절감하는 경제적 효과를 기대할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 단위당 가격이 저렴한 일반 LED를 광원으로 사용하여, 특수 LED를 사용하지 않고도 고른 발광분포를 확보하여, 고효율의 백라이트 시스템을 저렴한 가격에 제조하는 효과를 얻을 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 의한 하향 발광형 백라이트 시스템에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명에 의한 하향 발광형 백라이트 시스템을 적용한 키 패드의 구조를 나타내는 평면도이다. 그리고, 도 6은 본 발명에 의한 하향 발광형 백라이트 시스템을 적용한 키 패드의 구조를 나타내는 단면도로서 도 5의 절단선 C-C'로 자른 단면을 확대하여 나타낸 것이다. 키 패드(100)용 FPCB(101)의 각 키 위치에 해당하는 부위에 돔형 키 스위치(111)가 배치되어 있다. 상기 FPCB(101)의 일측부에는 광원인 LED(107)가 실장 된다. 여기서, LED(107)가 실장 된 FPCB(101)를 상부로 구부려서, LED(107)의 발광면(109)이 하면을 향하도록 배치한다. 그리고, 상기 LED(107)의 발광면(109)과 마주보는 FPCB(101)의 상부 표면에 상기 돔형 키 스위치(111)를 포함한 모든 표면을 덮도록 광학필름(150)을 배치한다. 이때, 상기 LED(107)의 발광면(109)는 광학필름(150)의 상부 표면과 접촉하도록 배치하는 것이 광원이 LED(107)에서 방사되는 빛을 누설 없이 광학필름(150)으로 보낼 수 있다. 더 바람직하게는, LED(107)과 FPCB(101)의 끝 부분을 모두 감싸면서 광학필름(150)과 밀착하는 차광필름(113)을 더 구비하여 LED(107)에서 나오는 빛을 모두 광학필름(150)으로 입사되도록 하는 것이 바람직하다. 도 7은 본 발명에 적용한 광학필름의 구조를 나타내는 단면도이다. 이 광학필름(150)은 반사필름(Reflection Film)(155), 확산필름(Diffusion Film)(153), 도광필름(Light Guide Film)(151) 그리고 보호필름(Protection Film)(157)들이 적층된 구조를 갖는다. 도광필름(151)은 측면 방향에서 입사하는 빛을 받아들여 도광필름(151) 전면에 걸쳐 빛이 균일하게 분포시킨다. 균일분포의 효율을 높이기 위해 도광필름(151)의 하면에는 산란성 잉크로 도트 패턴을 구비할 수도 있다. 또한, 'V'자 홈-패턴을 형성하여, 광을 수직 상부방향으로 올려주는 역할을 하기도 한다. 확산필름(153)은 도광필름(151) 상부에 위치하여, 도광필름(151)에서 나오는 빛을 넓은 면적으로 퍼트린다. 반사필름(155)은 도광필름(151)의 하면에 위치하여 도광필름(151)의 하면에서 전반사 조건을 만족시키지 못하고 굴절되어 나오는 빛들을 다시 도광필름(151) 안쪽으로 되돌려 보낸다. 또한, 제일 상부에는 보호필름(157)이 배치되는데, 이는 그 하부에 놓이는 광학필름들의 표면에 긁힘을 방지하고, 이물질이 키 패드 내부로 침투하는 것을 방지한다. 도 8을 참조하여, 본 발명에 의한 하면 발광형 백라이트 시스템에서 광 경로를 설명하면 다음과 같다. 광원인 LED(107)에서 방사된 빛은 LED(107)과 마주 접하고 있는 보호필름(57)을 통해 확산필름(53)으로 입사된다. 입사된 빛은 확산필름(53)에서 1차로 확산된다(①). 1차 확산된 광들은 제각기 다른 경로로 도광필름(51)에 입사되어 주로 하면 방향으로 진행하여 도광필름(51)을 빠져 나가려 한다. 이 때, 도광필름(51)의 하면에 위치한 반사필름(55)에 의해 반사되어 1차 확산된 광들은 모두 다시 도광필름(51)으로 재 입사된다(②). 재 입사된 빛들은 상면을 향해 도광필름(51) 내부를 통과하여 확산필름(53)으로 들어간다. 이렇게 확산필름(153)으로 들어간 빛들은 여기서 2차 확산하면서, 상면으로 빠져나와 백라이트의 기능을 한다(③). 여기서, 반사필름(55)에 의해 반사된 빛들 중, 도광필름(51)의 상면에서 전반사 조건을 만족하는 빛들은 다시 도광필름(51) 내부로 반사된다(④). 이와 같이 ①, ②, ③ 및 ④와 같이 빛이 확산, 반사, 전반사 하면서 빛은 넓은 면적으로 퍼져나가고, 결국 상면 방향으로 유도되어 나오게 된다. 즉, 상향 발광형과 비교하면 다음과 같은 큰 차이가 있다. 상향 발광형에서는 광원에서 나온 대부분의 빛이 직접 상면 방향으로 방출되고, 도광필름(153)의 출사면에서 전반사 조건을 만족시키는 적은 양의 빛들만이 측면 방향으로 퍼진다. 즉, 점발광을 면발광으로 전환함에 있어, 빛의 면적 균일도가 좋지 못하다. 반면에, 본 발명인 하향 발광형에서는 광원에서 나오는 빛이 아래로 향하면서 확산필름(153)에서 1차 확산되고, 1차로 도광필름(151)을 거치고, 다시 반사필름(155)에서 반사되어 2차로 도광필름(151)을 거친다. 그 후, 다시 확산필름(153)에서 2차로 확산 된다. 즉, 처음 광원을 떠난 빛의 광경로의 길이가 2배로 늘어남과 동시에 확산필름(153)과 도광필름(151)을 두 번씩 통과하면서, 빛은 시작부터 더욱 넓게 퍼지면서 진행한다. 하여, LED(107)를 떠난 빛은 많은 양이 측면 방향으로 확산, 유도된다.

그 결과, 점발광을 면발광으로 전환함에 있어, 빛의 면적 균일도가 크게 향 상되는 결과를 얻을 수 있다. 또한, 적은 개수의 LED, 특히 값비싼 측면 발광형이 아닌 저렴한 일반 LED를 사용하여, 제조 단가도 종래의 어떤 기술에 비해 현저하게 절감하는 경제적 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 하향 발광형 백라이트 시스템은 일반형 LED를 사용하여도 광을 효율적으로 측면으로 확산시킬 수 있는 장점이 있다. 그럼으로써, 본 발명은 적은 개수의 광원으로도 넓은 면적의 키 패드에 고르게 빛을 분포시킬 수 있는 장점이 있다. 하여, 휴대폰의 경우, 단지 두 개의 일반 LED 광원을 키 패드의 일측에 설치하여도, 전체 키 패드에 고른 밝기 분포를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 하향 발광형 백라이트 시스템은, 적은 제조 단가로 고효율의 백라이트를 구현할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 휴대폰과 같이 초박형 키 패드에서 광의 면분포를 고르게하기 위한 제품에 적용하면 더욱 높은 효율을 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 상향 발광형(직하형) 백라이트 시스템을 적용한 키패드를 나타내는 평면도.

도 2는 종래 기술에 의한 상향 발광형 백라이트 시스템을 적용한 키 패드의 단면 구조를 보여주는 도 1의 절단선 A-A'로 자른 단면도.

도 3은 종래 기술에 의한 측면 발광형 백라이트 시스템을 적용한 키 패드의 구조를 나타내는 평면도.

도 4는 종래 기술에 의한 측면 발광형 백라이트 시스템을 적용한 키 패드의 단면 구조를 보여주는 도 3의 절단선 B-B'로 자른 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 하향 발광형 백라이트 시스템을 적용한 키 패드의 구조를 나타내는 평면도

도 6은 본 발명에 의한 하향 발광형 백라이트 시스템을 적용한 키 패드의 단면 구조를 보여주는 도 5의 절단선 C-C'로 자른 단면도.

도 7은 본 발명에 적용한 광학필름의 구조를 나타내는 단면도.

도 8은 본 발명에 의한 하면 발광형 백라이트 시스템에서 광 경로를 나타내는 단면도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 101: 가요성 회로 기판 11, 111: 돔형 스위치

7a, 7b, 107: LED 109: LED의 발광면

10, 100: 키 패드 13, 113: 차단필름

50, 150: 광학필름 51, 151: 도광필름

53, 153: 확산필름 155: 반사필름

157: 보호필름

Claims

가요성 회로 기판과;

상기 가요성 회로 기판의 상부에 배치된 돔형 키 스위치와;

상기 가요성 회로 기판 및 상기 돔형 키 스위치를 덮는 광학필름과;

상기 가요성 회로 기판에 위의 일측부 배치되고, 상기 가요성 회로 기판의 일측부를 상부로 굽어서 상기 광학필름의 상부면을 향해 광을 입사하도록 배치된 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 하향 발광형 백라이트 시스템.
회로기판과;

상기 회로 기판 표면을 덮는 광학필름과;

상기 광학필름의 상부면으로 광을 입사하도록 배치된 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 하향 발광형 백라이트 시스템.
제 2항에 있어서,

상기 회로기판은 가요성 회로 기판으로서, 상기 광원이 설치된 상기 가요성 회로 기판 영역을 위 방향으로 구부려 상기 광원이 상기 광학필름과 마주보도록 배치된 것을 특징으로 하는 하향 발광형 백라이트 시스템.
제 2항에 있어서,

상기 광학필름은 반사필름, 도광필름, 확산필름 및 보호필름이 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 하향 발광형 백라이트 시스템.
제 2항에 있어서,

상기 회로 기판과 상기 광학필름 사이에는 다수의 키 패드용 돔형 스위치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 하향 발광형 백라이트 시스템.