KR100983280B1 - Back light unit - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로 특히, 광원이 균일하게 분포될 수 있도록 하는 백라이트 유닛에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 백라이트 유닛에 있어서, LED가 장착되는 회로 기판과; 상기 회로 기판 상측에 위치하는 확산판과; 상기 회로 기판과 확산판 사이에 위치하며, 상면 및 하면에 각각 상기 LED에서 발광된 빛을 상기 확산판에 균일하게 도달하도록 하는 상면 패턴 및 하면 패턴이 형성된 도광판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a backlight unit, and more particularly, to a backlight unit that allows a light source to be uniformly distributed. The present invention, the backlight unit, the circuit board on which the LED is mounted; A diffusion plate located above the circuit board; The light guide plate may be disposed between the circuit board and the diffuser plate, and includes a light guide plate having a top pattern and a bottom pattern formed on the top and bottom surfaces thereof to uniformly reach the light emitted from the LED.

백라이트, LCD, LED, 확산판, 도광판. Backlight, LCD, LED, diffuser, light guide plate.

Description

백라이트 유닛 {Back light unit}Back light unit

본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로 특히, 광원이 균일하게 분포될 수 있도록 하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.The present invention relates to a backlight unit, and more particularly, to a backlight unit that allows a light source to be uniformly distributed.

발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화 된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다.Light Emitting Diodes (LEDs) are well-known semiconductor light emitting devices that convert current into light.In 1962, red LEDs using GaAsP compound semiconductors were commercialized, along with GaP: N series green LEDs. It has been used as a light source for display images of electronic devices, including.

이러한 LED에 의해 방출되는 광의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 광의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다. The wavelength of light emitted by such LEDs depends on the semiconductor material used to make the LEDs. This is because the wavelength of the emitted light depends on the band-gap of the semiconductor material, which represents the energy difference between the valence band electrons and the conduction band electrons.

질화 갈륨 화합물 반도체(Gallium Nitride: GaN)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(0.8 ~ 6.2eV)을 가지고 있어, LED를 포함한 고출력 전자부품 소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다. Gallium nitride compound semiconductors (Gallium Nitride (GaN)) have high thermal stability and wide bandgap (0.8 to 6.2 eV), which has attracted much attention in the development of high-power electronic components including LEDs.

이에 대한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들(인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.One reason for this is that GaN can be combined with other elements (indium (In), aluminum (Al), etc.) to produce semiconductor layers that emit green, blue and white light.

이와 같이 방출 파장을 조절할 수 있기 때문에 특정 장치 특성에 맞추어 재료의 특징들에 맞출 수 있다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다. In this way, the emission wavelength can be adjusted to match the material's characteristics to specific device characteristics. For example, GaN can be used to create white LEDs that can replace incandescent and blue LEDs that are beneficial for optical recording.

이렇게 백색 발광이 가능하므로, 조명에 이용될 수 있고, 그중 하나의 예는 액정표시장치의 백라이트 유닛에 이용하는 것이다.Since white light can be emitted, it can be used for illumination, and one example thereof is used for a backlight unit of a liquid crystal display device.

수광형 평판 디스플레이의 일종인 액정표시장치(Liquid Crystal Display;LCD)는 자체적인 발광 능력이 없으므로, 외부로부터의 조사된 조명광을 선택적으로 투과시킴에 의하여 화상을 형성한다. 이를 위하여 액정표시장치의 배면에는 광을 조명하는 광원부가 필요하며 이를 백라이트 유닛(Back Light Unit; BLU)이라고 한다.Liquid crystal display (LCD), which is a kind of light-receiving flat panel display, does not have its own light emitting capability, and thus forms an image by selectively transmitting illumination light emitted from the outside. To this end, a light source unit for illuminating light is required on the back of the liquid crystal display, which is called a backlight unit (BLU).

이러한 액정표시장치의 백라이트 유닛은 기판에 다수의 백색 LED를 배치하고, 이러한 백색 LED에서 발광되는 빛이 균일하게 확산되도록 한다. The backlight unit of the liquid crystal display device arranges a plurality of white LEDs on a substrate, and uniformly diffuses the light emitted from the white LEDs.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 얇은 두께를 가지는 백라이트 유닛에 있어서, 광이 균일하게 분포될 수 있도록 하는 백라이트 유닛을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a backlight unit in which a light is uniformly distributed in a backlight unit having a thin thickness.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 백라이트 유닛에 있어서, LED가 장착되는 회로 기판과; 상기 회로 기판 상측에 위치하는 확산판과; 상기 회로 기판과 확산판 사이에 위치하며, 상면 및 하면에 각각 상기 LED에서 발광된 빛을 상기 확산판에 균일하게 도달하도록 하는 상면 패턴 및 하면 패턴이 형성된 도광판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.As a first aspect for achieving the above technical problem, the present invention provides a backlight unit comprising: a circuit board on which an LED is mounted; A diffusion plate located above the circuit board; The light guide plate may be disposed between the circuit board and the diffuser plate, and includes a light guide plate having a top pattern and a bottom pattern formed on the top and bottom surfaces thereof to uniformly reach the light emitted from the LED.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 백라이트 유닛에 있어서, 제1판과, 상기 제1판 상에 위치하는 제2판으로 이루어지는 다수의 광학 셀과; 상기 광학 셀의 제1판 상에 장착되는 광원과; 상기 광학 셀 내에 위치하며, 상면 및/또는 하면에 상기 광원의 위치를 중심으로 하는 적어도 둘 이상의 동심원 또는 동심 다각형 패턴이 형성된 도광판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.As a second aspect for achieving the above technical problem, the present invention provides a backlight unit comprising: a plurality of optical cells comprising a first plate and a second plate positioned on the first plate; A light source mounted on the first plate of the optical cell; And a light guide plate positioned in the optical cell and having at least two concentric or concentric polygonal patterns formed on the top and / or bottom of the light source.

본 발명은 LED를 이용한 직하형 LED 백라이트 유닛에서 높은 광 효율을 유지하면서 얇은 두께에서 균일한 백라이트 광원을 제공할 수 있다. 또한 고가의 광학 필름 사용을 줄여 백라이트의 제작 비용을 절감할 수 있고, 같은 조건에서 광 효율 을 향상시킬 수 있으며, LED의 사용 개수를 줄일 수 있어 열적인 저항이 감소되고 재료비가 절감될 수 있는 효과가 있는 것이다.The present invention can provide a uniform backlight light source at a thin thickness while maintaining high light efficiency in the direct type LED backlight unit using the LED. In addition, the use of expensive optical film can reduce the manufacturing cost of the backlight, improve the light efficiency under the same conditions, and reduce the number of LEDs used, thereby reducing thermal resistance and reducing material costs. There is.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention allows for various modifications and variations, specific embodiments thereof are illustrated by way of example in the drawings and will be described in detail below. However, it is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed, but rather the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 표면과 같은 구성 요소의 일부가 '내부(inner)'라고 표현된다면 이것은 그 요소의 다른 부분들 보다도 소자의 외측으로부터 더 멀리 있다는 것을 의미한다고 이해할 수 있을 것이다. When an element such as a layer, region or substrate is referred to as being on another component "on", it will be understood that it may be directly on another element or there may be an intermediate element in between. . If a part of a component, such as a surface, is expressed as 'inner', it will be understood that this means that it is farther from the outside of the device than other parts of the element.

이러한 용어들은 도면들에서 묘사된 방향에 더하여 소자의 다른 방향들을 포함하려는 의도라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 마지막으로 '직접(directly)'라는 용어는 중간에 개입되는 어떠한 요소가 없다는 것을 의미한다. 여기에서 사용되는 바와 같이 '및/또는'이라는 용어는 기록된 관련 항목 중의 하나 또는 그 이상의 어느 조합 및 모든 조합을 포함한다.It will be understood that these terms are intended to include other directions of the device in addition to the direction depicted in the figures. Finally, the term 'directly' means that there is no element in between. As used herein, the term 'and / or' includes any and all combinations of one or more of the recorded related items.

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또 는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다. Although the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, components, regions, layers, and / or regions, such elements, components, regions, layers, and / or regions It will be understood that they should not be limited by these terms.

백라이트 모듈은 LCD 패널의 뒷면에 위치 한 조명 장치로서 대형크기의 화면에는 가는 관 형태의 냉음극관(CCFL)을 광원으로 이용한 제품이 있고 중, 소형 기기를 중심으로 발광 다이오드(light emitting diode; LED)를 광원으로 한 백라이트 제품이 있다. The backlight module is a lighting device located on the back of the LCD panel. On the large size screen, there is a product using a thin tube-type cold cathode tube (CCFL) as a light source, and a light emitting diode (LED) mainly for medium and small devices. There is a backlight product with the light source.

LCD TV의 두께가 얇아지는 추세에 맞춰 백라이트 모듈도 박형화가 가속되고 있는데, 이를 구형하기 위해서는 LC panel 을 비롯한 광학 모듈 부품(필름 및 기구 등)들의 박형화가 동반되어야 한다. As the thickness of LCD TVs is getting thinner, the thickness of backlight modules is accelerating. To achieve this, the thickness of optical module components (film and instruments, etc.) must be accompanied by LC panels.

백색 LED를 이용한 백라이트 모듈은 CCFL보다 훨씬 넓은 색재현 범위를 보여 주어 NTSC 색재현 범위 사양의 85%를 수준이며, 수명에 있어서도 훨씬 더 길다. 또한 LED는 기본적으로 임펄스 구동이 가능하여, 기존의 LCD TV에서는 재현하기 힘든 CRT TV에서 볼 수 있는 보다 역동적인 섬광 장면 등을 재현할 수 있어 동화상 화질 향상에도 도움을 준다. Backlight modules using white LEDs have a much wider color gamut than CCFLs, accounting for 85% of the NTSC color gamut specification and much longer in life. In addition, the LED is basically impulse-driven, it can help to improve the video quality by reproducing more dynamic flash scenes that can be seen on CRT TV, which is difficult to reproduce in conventional LCD TV.

LED를 이용한 백라이트의 구조는 액정 패널의 배면으로부터 간접적으로 조사하는 방식(Edge-lit)과, 액정 패널의 배후에 복수의 광원을 배치하고 액정 패널의 배면을 직접 조사하는 직하형 방식이 알려져 있다. Background Art [0002] The structure of a backlight using LEDs is known as a method of indirectly irradiating from the back of the liquid crystal panel (Edge-lit) and a direct type of directly disposing a plurality of light sources behind the liquid crystal panel and directly irradiating the back of the liquid crystal panel.

이 중에서, 직하형 방식은 광원으로부터 출사된 광이 도광판 등을 경유하지 않고 액정 패널의 배면을 직접 조사하기 때문에, 광의 이용 효율이 높고, 고휘도의 액정 표시 장치에 이용될 수 있다. 따라서, 직하형 방식은 고휘도가 요구되는 LCD TV, 퍼스널 컴퓨터(PC)의 액정 디스플레이 등의 대형 액정 표시 장치의 백라이트 장치로 사용될 수 있다.Among these, the direct type light emits light directly from the back of the liquid crystal panel without passing through the light guide plate, so that the utilization efficiency of the light is high and can be used for a high brightness liquid crystal display device. Therefore, the direct type method can be used as a backlight device of a large liquid crystal display device such as an LCD TV, a liquid crystal display of a personal computer (PC), which requires high brightness.

본 발명은 이 중 직하형 방식 도광판 기술을 이용한 박형 LCD TV 용 백라이트에 관한 것이다. 본 발명은 기존의 LED를 이용한 LCD TV용 LED 백라이트 구조에 있어서 두께가 기존 LED 백라이트는 광 확산 및 색 섞임을 개선하기 위하여 그 두께가 50mm 이내로 설계되어 있으나 광 이용 효율이 낮아지는 단점이 있다. The present invention relates to a backlight for a thin LCD TV using a direct light guide plate technology. In the present invention, in the LED backlight structure for LCD TV using the conventional LED, the thickness of the existing LED backlight is designed to be less than 50mm in order to improve light diffusion and color mixing, but the light utilization efficiency is lowered.

그러나 이와 같은 백라이트는 슬림(slim)화 하는 것이 바람직하며, 특히, 두께 15mm 이내의 백라이트에서 LED 광을 효과적으로 확산시켜 균일한 백라이트 광원을 제공하는 것이 유리하다.However, such a backlight is preferably slimmed, and particularly, it is advantageous to provide a uniform backlight light source by effectively diffusing the LED light in the backlight within 15mm thickness.

직하형 방식의 백라이트 구조의 일례는 도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이, 베이스 반사판(1) 상에 회로기판(2)이 위치하고, 이 회로기판(2) 상에는 다수의 LED(3)가 배열된다.As an example of the direct-type backlight structure, as shown in FIGS. 1 and 2, a circuit board 2 is positioned on a base reflector 1, and a plurality of LEDs 3 are arranged on the circuit board 2. do.

이러한 LED(3) 배열 상에는 투명판(4)이 위치하고, 이 투명판(4)과 일정 거리를 두고 확산판(5) 및 광학 필름(6, 7)이 위치하게 된다.The transparent plate 4 is positioned on the LED 3 array, and the diffusion plate 5 and the optical films 6 and 7 are positioned at a predetermined distance from the transparent plate 4.

이와 같은 백라이트를 제작함에 있어 LED(3)의 개수를 많이 사용할수록 균일한 광원을 구현할 수 있으나, 양산 적용 시에는 그 관리, 제작 공정 및 비용에 있어 불리할 수 있다. 또한 그 가격이 현재 냉음극관(CCFL) 대비 2 내지 3배 수준으로 LED(3)의 개수가 많을수록 백라이트의 제조 원가가 상승하게 되므로 보다 적은 개수의 LED(3)를 사용하여 균일한 광원을 구현하는 것이 유리하다.In manufacturing such a backlight, the more the number of the LEDs 3 is used, the more uniform the light source can be realized, but in mass production, it may be disadvantageous in terms of management, manufacturing process, and cost. In addition, since the price is 2 to 3 times higher than the current cold cathode tube (CCFL), as the number of LEDs 3 increases, the manufacturing cost of the backlight increases, thereby implementing a uniform light source using a smaller number of LEDs 3. It is advantageous.

이때, 광학 필름 중 BEF(bright enhancement film; 6) 또는 프리즘 시트(prism sheet) 및 DBEF(dual bright enhancement film; 7)는 고가의 필름으로서, 동일한 기능을 수행하거나 광 이용 효율을 증대하는 광학계를 개발하면 이러한 필름의 사용을 줄이거나 제거할 수 있다.At this time, BEF (bright enhancement film) 6 or prism sheet (prism sheet) and DBEF (dual bright enhancement film) 7 of the optical film is an expensive film, to develop an optical system that performs the same function or increases the light utilization efficiency This can reduce or eliminate the use of such films.

이하, 상술한 특징을 갖는 얇은 두께의 백라이트 모듈을 구현하기 위하여 LED의 출사광의 광 경로를 제어하는 패턴 및 도광판 입광면 설계 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of designing a light guide plate and a light guide plate for controlling the light path of the light emitted from the LED in order to implement a thin backlight module having the above-described characteristics will be described.

도 3 및 도 4에서는 얇은 두께의 백라이트를 설계하기 위한 착안점을 나타내고 있으며, 예를 들어, LED가 위치하는 면에서 확산판까지의 거리를 도광 경로라 정의한다면, 두께 10 mm의 도광 경로에서 넓은 면적(4 인치 이상)을 균일하게 조사하기 위한 착안점을 나타내고 있다. 3 and 4 illustrate a focus point for designing a thin backlight, for example, if the distance from the surface where the LED is located to the diffuser is defined as the light guide path, a large area in the light guide path having a thickness of 10 mm is shown. The focus point for irradiating (4 inches or more) uniformly is shown.

즉, 도 3에서는 두께 20 mm의 도광 경로에서의 출사광에 대한 정보가 나타나 있고, 이를 변경하여 두께 10 mm의 도광 경로에서 넓은 면적(4 인치 이상)을 균일하게 조사하기 위해서는 광이 출력되는 확산판 상의 휘도 분포를 도 4와 같은 상태로 변경할 필요가 있다.That is, in FIG. 3, information on the outgoing light in the light guiding path having a thickness of 20 mm is shown. In order to uniformly irradiate a large area (4 inches or more) in the light guiding path having a thickness of 10 mm by changing the diffusion, light is output. It is necessary to change the luminance distribution on the plate to the state as shown in FIG.

이를 위하여, 먼저, 도 5a 및 도 5b와 같은 두께 20 mm의 도광판에 대하여 LED 출사광에 대한 정보를 입력하여 20mm 높이인 도광 경로의 백라이트 유닛의 광출력 면에서 균일한 광 분포를 가지도록 결합(in-coupling) 면을 설계하고, 이를 도 6a 및 도 6b와 같은 높이 10 mm의 도광 경로를 가지는 백라이트 유닛에 적용할 수 있도록 한다. 이러한 면은 비구면 혹은 구면 등의 다양한 형상을 취할 수가 있다.To this end, first, the information about the LED output light is input to a light guide plate having a thickness of 20 mm, as shown in FIGS. An in-coupling surface is designed and applied to a backlight unit having a light guiding path having a height of 10 mm as shown in FIGS. 6A and 6B. Such a surface can take various shapes such as aspherical surface or spherical surface.

도 7a 및 도 7b는 두께 20 mm인 도광 경로의 높이에 따른 각 영역에서의 광 분포를 나타내고 있으며, 균일한 광 분포를 나타내고 있다. 이와 같은 20 mm 두께의 도광 경로의 출광면에서의 균일한 광 분포를 도 8a 및 도 8b와 같은 두께 10 mm의 도광 경로에서도 균일한 광분포를 가지기 위한 것이 목표이다.7A and 7B show light distribution in each region along the height of the light guide path having a thickness of 20 mm, and show a uniform light distribution. The goal is to have a uniform light distribution on the light-emitting surface of the light guide path having a thickness of 20 mm, even in the light guide path having a thickness of 10 mm as shown in FIGS. 8A and 8B.

이와 같이, 20 mm 두께의 출광면에서의 균일한 광 분포를 두께 10 mm의 도광 경로의 출광면에서도 균일한 광분포를 가지게 하기 위해서는, 도광판(30)을 구성하고, 이 도광판(30) 내의 전반사 영역을 스넬(Snell)의 굴절법칙으로부터 계산하여 전반사 되어 도광판(30) 내로 재반사되는 광을 도광판(30) 출사면으로 균일하게 출사시키는 구조 설계가 필요하며, 이와 같은 구조의 일례는 도 9에서 도시하는 바와 같다.In this way, in order to have a uniform light distribution on the light exit surface of the 20 mm thickness, the light guide plate 30 is configured to have a uniform light distribution on the light exit surface of the light guide path having a thickness of 10 mm. A structure design is required in which the area is calculated from Snell's law of refraction and totally reflected and re-reflected into the light guide plate 30 uniformly to the light guide plate 30 exit surface. An example of such a structure is illustrated in FIG. 9. As shown.

여기서 LED(20)는 백색 LED 일 수 있고, 적색, 녹색, 및 청색 LED의 조합일 수도 있다. 또한, LED 외에 다른 광원을 이용하는 것도 가능함은 물론이다.Here, the LED 20 may be a white LED or a combination of red, green, and blue LEDs. In addition, it is of course possible to use other light sources in addition to the LED.

이와 같이, LED(20)에서 출사된 출사면에서 균일한 광분포를 가지도록 하는 구조 설계에 의하여 제시되는 백라이트 유닛의 일례는, LED(20)가 배열되는 회로 기판(10)과 확산판(40) 사이에 광분포를 고르게 하기 위한 광학 모듈로서, 도광판(30)을 위치시키는 구성이다.As such, one example of the backlight unit presented by the structural design to have a uniform light distribution on the exit surface emitted from the LED 20 includes a circuit board 10 and a diffusion plate 40 on which the LEDs 20 are arranged. As an optical module for evenly distributing light between the light guides, the light guide plate 30 is positioned.

이러한 도광판(30)은 하면에는 하면 패턴(31)과, LED(20) 상에 위치하는 공간부(32)가 위치할 수 있고, 상면에는 상면 패턴(33)이 위치할 수 있다. 백라이트 유닛의 크기 또는 두께 등에 따라, 이러한 하면 패턴(31), 공간부(32), 및 상면 패턴(33) 중 어느 하나는 생략될 수도 있고, 그 형상을 달리할 수도 있다. 이때, LED(20) 상의 공간부(32)는 음각의 렌즈 형상일 수 있다.The light guide plate 30 may have a lower surface pattern 31 and a space part 32 positioned on the LED 20, and an upper surface pattern 33 on the upper surface of the light guide plate 30. Depending on the size or thickness of the backlight unit, any one of the lower surface pattern 31, the space part 32, and the upper surface pattern 33 may be omitted or may have a different shape. In this case, the space 32 on the LED 20 may have a negative lens shape.

이와 같은 광분포를 고르게 하기 위한 도광판(30)의 최적 설계를 위하여, 먼저 도 10 및 도 11에서와 같이, 도광판(30) 하면의 패턴을 먼저 고려할 수 있다.For optimal design of the light guide plate 30 to evenly distribute the light distribution, first, as shown in FIGS. 10 and 11, the pattern of the bottom surface of the light guide plate 30 may be considered first.

이러한 하면 패턴(31)의 실시 예로, LED(20)가 위치하는 부분을 중심으로 동심원을 이루는 다수의 원형의 패턴일 수 있으며, 이러한 패턴의 단면은 도시하는 바와 같이, 삼각형의 음각 형상일 수 있다. 또한, 이러한 하면 패턴(31)의 다른 예로는 프레스넬 렌즈와 같은 프레스넬 패턴(fresnel pattern)을 취할 수 있다. For example, the lower surface pattern 31 may be a plurality of circular patterns forming a concentric circle around the portion where the LED 20 is located. The cross-section of the pattern may be a triangular intaglio shape, as shown. . In addition, another example of such a lower surface pattern 31 may take a Fresnel pattern such as a Fresnel lens.

또한, 이러한 하면 패턴(31)은 경우에 따라서는 원형이 아닌, 동심을 갖는 다수의 다각형 패턴을 가질 수도 있다. 즉, LED(20)의 위치를 중심으로 하는 정사각형, 정육각형, 정팔각형 등의 다수의 정다각형으로 형성되는 패턴일 수 있다.In addition, the lower surface pattern 31 may have a plurality of concentric polygonal patterns, in some cases, not circular. That is, the pattern may be formed of a plurality of regular polygons such as a square, a regular hexagon, a regular octagon, and the like with respect to the position of the LED 20.

이와 같이 도광판(30)을 설계한다면 하면 패턴(31)으로부터 반사된 빛이 수직으로 출사되므로 고가의 필름(BEF)을 제거하는 것이 가능하다. If the light guide plate 30 is designed as described above, since the light reflected from the lower surface pattern 31 is emitted vertically, it is possible to remove the expensive film BEF.

이때, 도 10 및 도 11에서와 같이, 도광판(30) 내에서 전반사에 의하여 하면으로 향하는 광들을 출사면(수직 방향)으로 방향 전환을 시켜주기 위하여 도광판(30) 하면에 입사되는 각각의 광 경로를 예측하여 하면 패턴(31)의 각도를 조정할 수 있다.In this case, as shown in FIGS. 10 and 11, the respective light paths incident on the lower surface of the light guide plate 30 in order to redirect the light toward the lower surface by total reflection in the light guide plate 30 to the exit surface (vertical direction). By predicting the angle of the pattern 31 can be adjusted.

도 11에서, α는 수학식 1과 같이 정의되고, 여기서 θs는 출사면에서 광의 입사각에 해당한다. 그리고 θi를 θs/2라 한다면 α = θs/2에 해당한다. 즉, 프레스넬 패턴에 적용하는 경우의 예를 든다면, 이 프레스넬 패턴의 단위 경사각 α는 LED 광의 입사각의 반에 해당할 때 균일한 광출력에 있어 유리하다.In Fig. 11, α is defined as in Equation 1, where θ s corresponds to the incident angle of light at the emission surface. And if θ i is θ s / 2, it corresponds to α = θ s / 2. That is, for example, when applied to the Fresnel pattern, the unit inclination angle α of the Fresnel pattern is advantageous in uniform light output when it corresponds to half of the incident angle of the LED light.

따라서, 상술한 하면 패턴(31)을 이루는 각 단위 패턴의 경사각은 상술한 조건을 만족하도록 위치에 따라 점차 변할 수 있고, 경우에 따라서는 모두 동일한 경사각을 가질 수도 있다.Therefore, the inclination angle of each unit pattern constituting the lower surface pattern 31 may be gradually changed depending on the position to satisfy the above-described conditions, and in some cases, all of the inclination angles may have the same inclination angle.

Figure 112008009441695-pat00001
Figure 112008009441695-pat00001

이와 같이, 도광판(30)은 하나의 LED(20) 위치에 하나의 블록으로 위치할 수 있으며, 이러한 단위 블록이 각 LED(20) 위치마다 배치될 수 있다. 이러한 도광판(30)은 투명 수지를 이용할 수 있으며, PMMA 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지 등이 이용될 수 있다. 그러나 이러한 수지에 제한되지 아니하며, 투명한 수지라면 모두 이용될 수 있음은 물론이다.As such, the light guide plate 30 may be positioned as one block at one LED 20 location, and the unit block may be disposed at each LED 20 location. The light guide plate 30 may use a transparent resin, and a PMMA resin, an acrylic resin, an epoxy resin, or the like may be used. However, it is not limited to these resins, and any transparent resin can be used as a matter of course.

도광판(30) 내에서 전반사에 의하여 하면으로 도달된 광들은 하면 패턴(31)에 의하여 도광판 상면으로 수직 출사하게 된다. 그러나, 도 12 및 도 13에서 도시하는 바와 같이, 전반사가 시작되는 영역의 시작점과 처음으로 전반사되어 하면에서 수직으로 올라오는 광 사이의 거리 차이 d tanθ만큼은 광이 도달하지 않는 그늘 지역(shadow region)이 발생하게 된다. Light reaching the bottom surface by total reflection in the light guide plate 30 is vertically emitted to the top surface of the light guide plate by the bottom surface pattern 31. However, as shown in FIGS. 12 and 13, a shadow region in which light does not reach the distance difference d tan θ between the starting point of the region at which total reflection begins and the light rising vertically from the lower surface after being totally reflected for the first time is shown. This will occur.

이러한 그늘 지역을 제거하기 위하여, 도 14 및 도 15에서와 같이, 도광판(30)의 상면 패턴(33)의 분포를 조절할 수 있다. 즉, 상면 패턴(33)은 상술한 하면 패턴(31)과 같이, 다수의 동심원 또는 동심 다각형 패턴, 또는 프레스넬 패턴을 이용할 수 있고, 그늘 지역이 발생하지 않도록 하는 상면 패턴(33)의 분포는 도 15와 같은 과정에서 결정될 수 있다.In order to remove such a shade area, as shown in FIGS. 14 and 15, the distribution of the upper surface pattern 33 of the light guide plate 30 may be adjusted. That is, the upper surface pattern 33 may use a plurality of concentric circles, concentric polygonal patterns, or Fresnel patterns, as in the lower surface pattern 31 described above, and the distribution of the upper surface pattern 33 for preventing the shadow area from occurring It may be determined in the same process as in FIG. 15.

도 15에서, β는 수학식 2와 같고, 그리고 θc를 π/4라 한다면 β = π/4 - θr에 해당한다. 여기서 θr은 LED로부터 광이 방출되는 출사각이다. 즉, 상면 패턴(33)의 프레스넬 패턴의 단위 경사각 β는 π/4에서 LED의 출사각(θr)을 뺀 값이다.In Fig. 15, β is equal to Equation 2, and corresponds to β = π / 4-θ r if θ c is π / 4. Where r is the exit angle at which light is emitted from the LED. That is, the unit inclination angle β of the Fresnel pattern of the upper surface pattern 33 is a value obtained by subtracting the emission angle θ r of the LED from π / 4.

Figure 112008009441695-pat00002
Figure 112008009441695-pat00002

이와 같이, 도 16a와 같은 패턴이 없는 상태의 광 패턴은, 상면 패턴(33)을 이용하여 광들을 그늘 지역에서 재분포시키면, 도 16b와 같이 균일한 광 분포를 얻을 수가 있다.As described above, in the light pattern without the pattern as shown in FIG. 16A, when the light is redistributed in the shade region using the upper surface pattern 33, a uniform light distribution can be obtained as shown in FIG. 16B.

이하, 도광판(30)을 이용한 경우, 상면 패턴(33)과 하면 패턴(31)을 이용한 경우의 광 분포에 대하여 시뮬레이션을 실시한 결과를 설명한다.Hereinafter, the result of having simulated the light distribution when the upper surface pattern 33 and the lower surface pattern 31 is used when the light guide plate 30 is used is demonstrated.

도 17a 내지 도 17c는 도광판에 패턴을 형성하지 않은 상태를 나타내고 있다. 이와 같이 패턴을 형성하지 않고 LED와 확산판을 결합한 경우, 기하학적 구조는 도 17a와 같고, 이때의 광 방출면은 도 17b 및 도 17c와 같은 상태가 된다. 도시하는 바와 같이, 광원(LED) 측에 광이 집중되어 있는 것을 알 수 있다.17A to 17C show a state in which a pattern is not formed on the light guide plate. In this case, when the LED and the diffusion plate are combined without forming a pattern, the geometry is as shown in FIG. 17A, and the light emitting surface at this time is in a state as shown in FIGS. 17B and 17C. As shown, it can be seen that light is concentrated on the light source LED side.

이때, 도 18a에서와 같이, 도광판에 하면 패턴을 형성한 경우에 광 패턴은 도 18b 및 도 18c와 같은 분포가 된다. 즉, 도 17a 내지 도 17c의 경우보다 주변으로 퍼진 광들이 존재함을 알 수 있다.In this case, as shown in FIG. 18A, when the lower surface pattern is formed on the light guide plate, the light pattern is distributed as shown in FIGS. 18B and 18C. That is, it can be seen that there are lights spread to the surroundings than in the case of FIGS. 17A to 17C.

도 19a에서와 같이, 상면 패턴 및 하면 패턴을 모두 적용한 경우의 광 패턴은, 도 19b 및 도 19c와 같이, 상대적으로 매우 균일한 광 분포가 이루어짐을 알 수 있다.As shown in FIG. 19A, it can be seen that the light pattern in the case of applying both the upper surface pattern and the lower surface pattern has a relatively very uniform light distribution as shown in FIGS. 19B and 19C.

이와 같은 도광판을 이용한 백라이트 유닛(100)의 일례는 도 20a와 같다. 도 20a는 백라이트 유닛(100)의 일부를 나타내고 있으며, 이러한 백라이트 유닛(100)은 다수의 광학 셀(A)로 이루어진다. An example of the backlight unit 100 using such a light guide plate is illustrated in FIG. 20A. 20A shows a part of the backlight unit 100, which is composed of a plurality of optical cells A. As shown in FIG.

이러한 광학 셀은 도 20b에서와 같이, 하나의 광원(20)이 위치하는 특정 공간을 이루게 되며, 도 20c에서와 같이, 이러한 하나의 광학 셀에는 하나의 도광판(30)이 블럭화되어 위치하게 된다. 도 20c에서는 광원(20) 상에 있는 도광판(30)에 상면 패턴(33)이 형성된 상태를 도시하고 있다. 이러한 상면 패턴(33)은 프레스넬 패턴을 이룰 수 있으며, 이때, 광원(20) 상측에 이러한 프레스넬 패턴의 중심(34)이 위치하게 된다.As shown in FIG. 20B, the optical cell forms a specific space in which one light source 20 is located. As shown in FIG. 20C, one light guide plate 30 is blocked and positioned in one optical cell. In FIG. 20C, the top pattern 33 is formed on the light guide plate 30 on the light source 20. The upper surface pattern 33 may form a Fresnel pattern. In this case, the center 34 of the Fresnel pattern is positioned above the light source 20.

도 21에서는 이러한 백라이트 유닛의 구체적인 예를 나타내고 있다. 즉, 반사판(50) 상에 회로 기판(10)이 위치하고, 이 회로 기판(10) 상에는 특정 거리를 두고 확산판(40)이 위치하게 된다. 이러한 회로 기판(10)과 확산판(40)은 광학 셀을 이루게 되며, 경우에 따라 확산판(40)은 투명판으로 대치될 수도 있다.21 illustrates a specific example of such a backlight unit. That is, the circuit board 10 is positioned on the reflecting plate 50, and the diffusion plate 40 is positioned at a specific distance on the circuit board 10. The circuit board 10 and the diffusion plate 40 form an optical cell, and in some cases, the diffusion plate 40 may be replaced with a transparent plate.

도 21에서는 광원(20)이 두 개인 두 개의 광학 셀이 나타나 있다. 이러한 광학 셀에는 상술한 도광판(30)이 위치하게 되며, 이러한 도광판(30)에는 하면 패 턴(31) 및 렌즈 형상의 공간부(32) 등이 위치하게 된다.In FIG. 21 two optical cells with two light sources 20 are shown. The light guide plate 30 described above is positioned in the optical cell, and the lower surface pattern 31 and the lens-shaped space 32 are positioned in the light guide plate 30.

확산판(40) 상에는 광학 필름(60, 70)이 위치할 수 있으며, 상술한 도광판(30)의 기능에 의하여 이러한 광학 필름의 수를 감하거나 제거할 수 있다. 이러한 도 21에서는 총 두께가 15 mm 이하인 백라이트 유닛의 구현이 가능함을 나타내고 있다.Optical films 60 and 70 may be positioned on the diffusion plate 40, and the number of such optical films may be reduced or eliminated by the function of the light guide plate 30 described above. 21 illustrates that a backlight unit having a total thickness of 15 mm or less can be implemented.

도 22a 및 도 22b는 각각 광원(20)으로 하나의 LED를 이용한 경우의 도광판이 없을 때의 광출력면과 이 그래프를 나타내고 있으며, 도 23a 및 도 23b는 각각 광원(20)으로 하나의 LED를 이용한 경우, 도광판을 이용한 경우의 광출력면과 그래프를 나타내고 있다.22A and 22B show the light output surface and the graph when there is no light guide plate when one LED is used as the light source 20, respectively. FIGS. 23A and 23B show one LED as the light source 20, respectively. When used, the light output surface and the graph in the case of using the light guide plate are shown.

이하, 이러한 백라이트 유닛을 가로 세로 2개(2 × 2)의 광학 셀을 이루는 예를 시뮬레이션과 실제 측정한 결과를 설명한다.Hereinafter, the results of simulation and actual measurement of an example in which two backlight units (2 × 2) optical cells are formed in the backlight unit will be described.

도 24a 내지 도 24c는 시뮬레이션 상의 이미지를 나타내고 있다. 즉, 도 24a와 같은 도광판을 이용한 2 × 2의 광학 셀을 이용한 광출력면은 도 24b와 같은 상태를 이루고, 이때의 위치에 대한 광출력의 그래프는 도 24c와 같다.24A-24C show images on a simulation. That is, the light output surface using the optical cell of 2 × 2 using the light guide plate as shown in FIG. 24a is in the same state as in FIG.

이러한 시뮬레이션을 이용한 실제 2 × 2의 광학 셀을 가지는 백라이트 유닛의 모습은 도 25a와 같다. 이러한 백라이트 유닛의 광출력면은 도 25b와 같고, 이때의 광출력의 그래프는 도 25c와 같다.25A illustrates a backlight unit having an actual 2 × 2 optical cell using such a simulation. The light output surface of the backlight unit is shown in FIG. 25B, and the graph of the light output at this time is shown in FIG. 25C.

도시하는 바와 같이, 시뮬레이션과 실제 적용한 실시예는 대략적으로 일치하며, 충분히 이용 가능한 결과를 제시하고 있음을 알 수 있다. As shown, it can be seen that the simulation and the practically applied examples are roughly identical and present sufficiently available results.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로 서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.The above embodiment is an example for explaining the technical idea of the present invention in detail, and the present invention is not limited to the above embodiment, various modifications are possible, and various embodiments of the technical idea are all of the present invention. Naturally, it belongs to the scope of protection.

도 1 및 도 2는 직하형 방식의 백라이트 유닛 구조의 일례를 나타내는 사시도 및 단면도이다.1 and 2 are a perspective view and a cross-sectional view showing an example of the structure of the backlight unit of the direct type.

도 3 및 도 4에서는 얇은 두께의 백라이트 유닛을 설계하기 위한 착안점을 나타내는 개략도이다.3 and 4 are schematic diagrams illustrating an interest point for designing a thin backlight unit.

도 5a 내지 도 8b는 얇은 두께의 백라이트 유닛을 설계하기 위한 과정을 나타내는 개략도이다.5A to 8B are schematic diagrams illustrating a process for designing a thin thickness backlight unit.

도 9는 본 발명의 백라이트 유닛의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.9 is a cross-sectional view illustrating an embodiment of a backlight unit of the present invention.

도 10 내지 도 15는 백라이트유닛 의 도광판 설계를 나타내는 개략도이다.10 to 15 are schematic views showing the light guide plate design of the backlight unit.

도 16a 및 도 16b는 광출력면의 개선을 나타내는 개략도이다.16A and 16B are schematic views showing the improvement of the light output surface.

도 17a 내지 도 19c는 도광판을 이용한 여러 실시예와 광출력을 나타내는 개략도이다.17A to 19C are schematic diagrams showing various embodiments and light output using light guide plates.

도 20a 내지 도 20c는 도광판이 적용된 백라이트 유닛의 예를 나타내는 도이다.20A to 20C are diagrams illustrating an example of a backlight unit to which a light guide plate is applied.

도 21은 본 발명의 백라이트 유닛의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.21 is a cross-sectional view showing another embodiment of the backlight unit of the present invention.

도 22a 및 도 22b는 각각 광원으로 하나의 LED를 이용한 경우의 도광판이 없을 때의 광출력면과 이 그래프를 나타내는 도이다.22A and 22B are diagrams showing the light output surface and the graph when there is no light guide plate when one LED is used as the light source, respectively.

도 23a 및 도 23b는 각각 광원으로 하나의 LED를 이용한 경우의 도광판을 이용한 경우의 광출력면과 그래프를 나타내는 도이다.23A and 23B are diagrams showing a light output surface and a graph when a light guide plate is used when one LED is used as a light source, respectively.

도 24a 내지 도 24c는 2 × 2의 광학 셀을 이용한 시뮬레이션 상의 이미지이 다.24A-C are images in a simulation using 2 × 2 optical cells.

도 25a 내지 도 25c는 2 × 2의 광학 셀을 이용한 실제 사진 및 데이터를 나타내는 도이다.25A to 25C are diagrams showing actual photographs and data using optical cells of 2x2.

Claims (12)

백라이트 유닛에 있어서,In the backlight unit, LED가 장착되는 회로 기판과;A circuit board on which an LED is mounted; 상기 회로 기판 상측에 위치하는 확산판과;A diffusion plate located above the circuit board; 상기 회로 기판과 확산판 사이에 위치하며, 상기 LED에서 발광된 빛을 상기 확산판에 균일하게 도달하도록 하는 패턴이 적어도 하면에 형성된 도광판을 포함하여 구성되고,Located between the circuit board and the diffusion plate, a pattern for uniformly reaching the light emitted from the LED to the diffusion plate comprises a light guide plate formed on at least a lower surface, 상기 하면에 형성된 패턴은 상기 LED 위치를 중심으로 하는 프레스넬 렌즈 패턴이고, 상기 프레스넬 렌즈 패턴의 단위 경사각은 상기 LED 광의 도광판 상면으로의 입사각의 반에 해당하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.The pattern formed on the bottom surface is a Fresnel lens pattern centered on the LED position, the unit inclination angle of the Fresnel lens pattern is set to correspond to half of the angle of incidence of the LED light to the upper surface of the light guide plate. 제 1항에 있어서, 상기 도광판은, 투명 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.The backlight unit of claim 1, wherein the light guide plate is formed of a transparent resin. 삭제delete 삭제delete 백라이트 유닛에 있어서,In the backlight unit, LED가 장착되는 회로 기판과;A circuit board on which an LED is mounted; 상기 회로 기판 상측에 위치하는 확산판과;A diffusion plate located above the circuit board; 상기 회로 기판과 확산판 사이에 위치하며, 상기 LED에서 발광된 빛을 상기 확산판에 균일하게 도달하도록 하는 패턴이 적어도 상면에 형성된 도광판을 포함하여 구성되고,Located between the circuit board and the diffusion plate, a pattern for uniformly reaching the light emitted from the LED to the diffusion plate comprises a light guide plate formed on at least an upper surface, 상기 상면에 형성된 패턴은 상기 LED 위치를 중심으로 하는 프레스넬 렌즈 패턴이며, 상기 프레스넬 렌즈 패턴의 단위 경사각은, π/4에서 상기 LED로부터 광이 방출되는 출사각을 뺀 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.The pattern formed on the upper surface is a Fresnel lens pattern centered on the LED position, and the unit inclination angle of the Fresnel lens pattern is set to π / 4 minus the emission angle at which light is emitted from the LED. Backlight unit. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 도광판은, 상기 LED 위치당 하나의 도광판이 블록화되어 위치하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.The backlight unit of claim 1, wherein the light guide plate is positioned by blocking one light guide plate per LED position. 제 1항에 있어서, 상기 도광판은, 상기 LED 상측의 위치에 공간부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.The backlight unit of claim 1, wherein the light guide plate further includes a space portion at a position above the LED. 제 8항에 있어서, 상기 공간부는 렌즈 형상인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.The backlight unit of claim 8, wherein the space part has a lens shape. 백라이트 유닛에 있어서,In the backlight unit, 제1판과, 상기 제1판 상에 위치하는 제2판으로 이루어지는 다수의 광학 셀과;A plurality of optical cells comprising a first plate and a second plate positioned on the first plate; 상기 광학 셀의 제1판 상에 장착되는 광원과;A light source mounted on the first plate of the optical cell; 상기 광학 셀 내에 위치하며, 상면 및 하면에 상기 광원의 위치를 중심으로 하는 패턴을 가지는 도광판을 포함하여 구성되고,Located in the optical cell, and comprises a light guide plate on the upper and lower surfaces having a pattern centered on the position of the light source, 상기 도광판의 패턴은 상기 광원의 위치를 중심으로 하는 프레스넬 렌즈 패턴이며, The pattern of the light guide plate is a Fresnel lens pattern centered on the position of the light source, 상기 상면에 위치한 프레스넬 렌즈 패턴의 단위 경사각이, π/4에서 상기 광원으로부터 광이 방출되는 출사각을 뺀 값으로 설정되는 조건 및 상기 하면에 위치한 프레스넬 렌즈 패턴의 단위 경사각은 상기 LED 광의 도광판 상면으로의 입사각의 반에 해당하도록 설정되는 조건 중 적어도 어느 하나를 만족하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.The unit inclination angle of the Fresnel lens pattern located on the upper surface is set to a value obtained by subtracting the emission angle at which light is emitted from the light source at π / 4, and the unit inclination angle of the Fresnel lens pattern located on the bottom surface is the light guide plate of the LED light. And at least one of conditions set to correspond to half of an incident angle to an upper surface. 제 10항에 있어서, 상기 제1판은, 회로 기판인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.The backlight unit of claim 10, wherein the first plate is a circuit board. 제 10항에 있어서, 상기 제2판은, 확산판 또는 투명판인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.The backlight unit of claim 10, wherein the second plate is a diffusion plate or a transparent plate.
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