KR101001239B1 - 볼록면들을 구비하는 하부면을 갖는 도광판 및 그것을채택하는 백라이트 패널 - Google Patents

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Abstract

볼록면들을 구비하는 하부면을 갖는 도광판 및 그것을 채택하는 백라이트 패널이 개시된다. 상기 도광판은 복수개의 볼록면들을 갖는 하부면 및 상부면을 포함한다. 또한, 상기 도광판은 상기 볼록면들에 발광 다이오드들을 수용하기 위한 수용홈들을 갖는다. 이에 따라, 도광판의 측면 반사 코팅을 생략할 수 있으며, 도광판 내에서 광경로를 상대적으로 단축시킬 수 있다.
백라이트 패널, 도광판, 발광 다이오드

Description

볼록면들을 구비하는 하부면을 갖는 도광판 및 그것을 채택하는 백라이트 패널{LIGHT GUIDE HAVING A LOWER SURFACE WITH CONVEX SURFACES AND A BACKLIGHT PANEL EMPLOYING THE SAME}
본 발명은 도광판 및 그것을 채택하는 백라이트 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 측면 방출 발광 다이오드들을 광원으로 사용하면서 측면 반사 코팅을 생략하기 위해 볼록면들을 구비하는 하부면을 갖는 도광판 및 그것을 채택하는 백라이트 패널에 관한 것이다.
액정 디스플레이(liquid crystal display)와 같은 수동 디스플레이 장치는 주위의 태양광 또는 실내 광을 반사하거나 흡수하여 이미지를 구현할 수 있다. 따라서, 디스플레이되는 이미지를 보기 위해, 주위의 태양광 또는 실내 광이 요구된다. 그러나, 주위의 태양광 또는 실내 광의 강도가 디스플레이 패널을 조명하기에 충분하지 않을 경우 디스플레이되는 이미지를 볼 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제점에 대한 대안으로 디스플레이 패널을 백라이팅하기 위한 백라이트 패널이 일반적으로 채택된다.
일반적으로, 백라이트 패널은 백열 램프, 형광 램프 또는 발광 다이오 드(LED)와 같은 광원과 도광판을 포함한다. 광원에서 방출된 광이 도광판에 입사되어 균일한 광으로 혼합된 후, 상기 LCD 패널을 조명함으로써 이미지가 구현된다. 상기 광원들 중 LED는 색재현성이 우수하여 백라이트 광원으로 종종 사용되며, 환경친화적이어서 앞으로 그 사용이 더욱 증가할 것으로 기대된다.
한편, 도광판과 LED를 결합하는 방식에 있어서, 도광판의 측면에 LED를 결합하는 방식이 많이 사용되고 있다. 이 방식은 주로 상향으로 광을 방출하는 LED들을 도광판의 일측면 또는 양측면에 탑재하는 방식이다. 그러나, 이러한 결합방식은 다수의 발광 다이오드들을 요구하기 때문에 비효율적이다. 또한, 상향으로 광을 방출하는 발광 다이오드의 광출력 패턴은 소정의 폭을 갖기 때문에, 도광판의 폭이 감소할 수록, 상기 발광 다이오드와 도광판의 결합 효율이 떨어진다. 즉, 상기 발광 다이오드에서 방출된 광에서 상기 도광판에 입사되는 광의 비율이 감소한다.
위의 문제점들을 해결하기 위한 발광 다이오드 및 렌즈가 미국특허 제6,679,621호에 “측면 방출 LED 및 렌즈(side emitting LED and lens)"라는 제목으로 웨스트 등(West et al.)에 의해 개시된 바 있다.
도 1은 상기 미국특허 제6,679,621호에 개시된 측면 방출 발광 다이오드(30)를 사용하는 도광판(42)을 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 상기 측면 방출 발광 다이오드(30)를 탑재한 상기 도광판(42)의 부분단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 측면 방출 LED(30)는 본체(32), 발광 다이오드 다이(도시하지 않음) 및 렌즈(34)를 포함한다. 상기 발광 다이오드 다이는 상기 본체(32) 상부면에 탑재된다. 상기 렌즈(34)는 상기 본체(32)에 결합되어 상기 발 광 다이오드 다이의 상부에 위치한다.
상기 렌즈(34)는 상기 발광 다이오드 다이에서 방출된 광을 렌즈의 중심축에 대해 수직 방향으로 방출시키도록 설계된다. 따라서, 상기 발광 다이오드 다이에서 방출된 광은 상기 렌즈(34)를 통해 측면으로 방출된다.
상기 발광 다이오드(30)들은 도광판(42)의 내부에 탑재된다. 상기 발광 다이오드(30)들을 탑재하기 위해, 상기 도광판(42)의 하부면에 수용홈들(46)이 형성된다. 한편, 광이 상기 도광판(42)의 측면을 통해 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해, 상기 도광판(42)의 측면에 반사 코팅(44)이 형성된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 발광 다이오드(30)에서 방출된 광은 상기 렌즈(34)의 측면으로 방출되어 상기 도광판(42)에 입사된다.
상기 미국특허 제6,679,621호에 따르면, 측면 방출 발광 다이오드(30)를 채택하여, 발광 다이오드(30)들의 수를 감소시킬 수 있으며, 발광 다이오드(30)와 도광판(42)의 결합효율을 증가시킬 수 있다. 그러나, 광이 상기 도광판(42)의 측면을 통해 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해 측면 반사 코팅(44)이 요구된다. 이러한 반사 코팅(44)에 대한 요구는 도광판(42)의 제조 공정 수를 증가시키며, 결과적으로 제조 비용을 증가시킨다.
또한, 상기 도광판(42)은 상부면과 하부면이 평평하며, 서로 평행하다. 그리고, 상기 발광 다이오드(30)는 주로 상기 렌즈(34)의 중심축에 수직 방향으로 광을 방출한다. 상기 발광 다이오드(30)에서 방출된 광의 대부분은 상기 도광판(42)의 상부면과 하부면 사이에서 이들 면과 평행하게 진행하므로, 도광판(42)의 밖으로 출사할 때 까지 도광판(42) 내에서 진행하는 광경로가 길다. 따라서, 도광판 내에서의 광손실이 증가할 수 있다.
이에 더하여, 상기 도광판(42)의 두께는 상기 발광 다이오드(30), 특히 상기 렌즈(34)의 높이에 의존한다. 따라서, 상기 렌즈(34)가 한계 크기인 경우, 상기 도광판(42)의 두께를 감소시킬 수 없다. 이는 도광판(42)의 경량화를 제한한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 광이 도광판의 측면으로 방출되는 것을 방지하면서, 측면 반사 코팅을 생략할 수 있는 도광판을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 발광 다이오드에서 방출된 광의 경로를 단축시킬 수 있는 도광판을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 한계 크기의 발광 다이오드를 사용하면서 종래기술에 비해 무게를 감소시킬 수 있는 도광판을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 앞의 도광판을 채택하는 백라이트 패널을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여, 본 발명은 볼록면들을 구비하는 하부면을 갖는 도광판 및 그것을 채택하는 백라이트 패널을 제공한다. 본 발명의 일 태양에 따른 상기 도광판은 상부면, 볼록면들을 갖는 하부면, 및 상기 볼록면들에 발광 다이오드(LED)들을 수용하기 위한 수용홈들을 포함한다. 이에 따라, 도광판을 경량화할 수 있으며, 발광 다이오드에서 방출된 광의 경로가 단축된다.
상기 볼록면들은 일방향으로 연속일 수 있다. 또한, 상기 볼록면들은 2차원적으로 정렬될 수 있다.
상기 상부면 및 상기 하부면은 서로 교차하여 양측 모서리들을 형성할 수 있 다. 그 결과, 도광판의 양측면이 제거되므로, 양측면을 통해 외부로 광이 방출되는 것을 방지할 수 있어, 측면 반사 코팅을 생략할 수 있다.
한편, 상기 상부면은 오목면일 수 있다. 따라서, 상기 도광판에서 출사되는 광의 분포를 제어할 수 있다.
또한, 상기 도광판은 상기 볼록면들에 리지(ridge) 또는 반사컵과 같은 복수개의 변형부들(deformities)을 포함할 수 있다. 상기 변형부들은 발광 다이오드에서 방출된 광을 상기 도광판의 상부면으로 반사시킨다.
본 발명의 다른 태양에 따른 상기 백라이트 패널은 적어도 하나의 발광 다이오드 어레이 및 도광판을 포함한다. 상기 도광판은 상부면, 볼록면들을 갖는 하부면, 및 상기 하부면에 발광 다이오드(LED)들을 수용하기 위한 수용홈들을 포함한다. 상기 발광 다이오드 어레이는 상기 수용홈들에 삽입되어 탑재된다.
상기 상부면 및 상기 하부면은 서로 교차하여 양측 모서리들을 형성할 수 있다. 그 결과, 도광판의 양측면이 제거되므로, 양측면을 통해 외부로 광이 방출되는 것을 방지할 수 있어, 측면 반사 코팅을 생략할 수 있다.
한편, 상기 상부면은 오목면일 수 있다. 따라서, 상기 도광판에서 출사되는 광의 분포를 제어할 수 있다.
또한, 상기 도광판은 상기 볼록면들에 리지(ridge) 또는 반사컵과 같은 복수개의 변형부들(deformity)을 포함할 수 있다. 상기 변형부들은 발광 다이오드에서 방출된 광을 상기 도광판의 상부면으로 반사시킨다.
이에 더하여, 상기 발광 다이오드 어레이는 인쇄회로기판 및 상기 인쇄회로 기판 상에 탑재된 측면 방출 발광 다이오드들을 포함한다. 이때, 상기 측면 방출 발광 다이오드들이 상기 수용홈들에 삽입된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 측면 반사 코팅을 생략할 수 있으며, 발광 다이오드에서 방출된 광의 경로를 단축시킬 수 있는 도광판 및 백라이트 패널을 제공할 수 있다. 또한, 종래기술에 비해 무게를 감소시킬 수 있는 도광판 및 백라이트 패널을 제공할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판(10) 및 백라이트 패널을 설명하기 위한 평면도이고, 도 4 및 도 5는 각각 도 3의 절단선 I-I' 및 II-II'를 따라 취해진 단면도들이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 도광판(10)은 서로 마주보는 상부면(11) 및 하부면(13)을 포함한다. 상기 상부면(11)은, 도 4에 도시한 바와 같이 평면일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 오목면일 수 있다. 상기 상부면(11)의 형상에 따라 상기 도광판(10)에서 출사되는 광의 분포를 제어할 수 있다.
상기 하부면(13)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 도광판(10)의 일 방향을 따라 연속된 볼록면들(13a, 13b, 13c)로 이루어진다. 상기 연속된 볼록면들(13a, 13b, 13c)은 상기 일 방향에 수직 방향으로 서로 평행하게 위치한다. 여기서, 상기 볼록면들(13a, 13b, 13c)은 상기 볼록면들(13a, 13b, 13c)이 서로 만나는 선들에 비해 면들(13a, 13b, 13c)이 상기 상부면(11)에서 더 멀리 떨어져 위치하는 것을 의미한다. 따라서, 상기 볼록면들(13a, 13b, 13c) 각각은 아래로 볼록이거나 위로 볼록일 수 있다. 또한, 상기 볼록면들(13a, 13b, 13c) 각각의 최하부는 평면일 수 있다. 이에 따라, 하부면이 평면인 종래기술에 비해 도광판의 부피를 줄일 수 있어 경량화가 가능하다.
한편, 상기 하부면(13)과 상기 상부면(11)은 측면에 의해 연결될 수 있다. 그러나, 상기 일 방향에 수직한 양 측면은 높이가 낮을 수록 좋다. 바람직하게는, 상기 하부면(13)과 상기 상부면(11)이 서로 교차하여 양측 모서리들을 형성하게 하여, 상기 도광판(10)의 양측면을 제거할 수 있다. 그 결과, 상기 양측면에 형성될 측면 반사 코팅을 생략할 수 있다.
상기 볼록면들(13a, 13b, 13c)에 발광 다이오드들를 수용하기 위한 수용홈들(15)이 마련된다. 상기 수용홈들(15)은 탑재될 발광 다이오드의 수 및 배열에 맞게 위치한다. 한편, 상기 수용홈들(15)은 상기 도광판(10)을 관통하는 관통홀들일 수 있다. 상기 수용홈들(15)이 상기 볼록면들(13a, 13b, 13c)에 형성되므로, 상기 수용홈들(15)을 충분한 높이로 제공할 수 있다.
또한, 상기 하부면(13)에 광을 반사하기 위한 반사층(17)이 위치할 수 있다. 상기 반사층(17)은 유전층 및 반사물질층으로 구성될 수 있다. 상기 반사층(17) 및 그것을 형성하는 방법은 미국특허 제6,705,739호에 "디스플레이 장치를 위한 백라이트 모듈(backlight module for a display apparatus)"이라는 제목으로 쿠오(Kuo)에 의해 개시된 바 있다.
상기 반사층(17) 대신에, 상기 하부면(13) 아래에 반사판(도시하지 않음)이 위치할 수 있다. 상기 반사판은 상기 하부면(13)과 동일하게 굴곡진 면을 갖는 것이 바람직하다.
상기 도광판(10)에 발광 다이오드 어레이들(20)이 삽입되어 장착된다. 상기 발광 다이오드 어레이들(20)은 각각 인쇄회로기판(21) 및 상기 인쇄회로기판(21) 상에 탑재된 발광 다이오드들(23)을 포함한다. 상기 발광 다이오드들(23)은 상기 인쇄회로기판(20) 상에 탑재되어 상기 인쇄회로기판(21)에 전기적으로 연결된다.
이때, 상기 발광 다이오드들(20)은 상기 인쇄회로기판(21)에 인쇄된 회로에 의해 모두 직렬로 연결될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
한편, 상기 발광 다이오드들(23)은 화이트색 LED들로 구성되거나 레드색, 블루색, 그린색 발광 다이오드들로 구성될 수 있다. 또는 상기 발광 다이오드들(23)은 레드색, 블루색, 그린색 LED들 및 화이트색 LED들로 구성될 수 있다.
상기 발광 다이오드들(23)은 발광 다이오드 다이와 렌즈를 포함하며, 상기 렌즈의 중심축에 수직 방향으로 광을 방출하는 측면 방출 발광 다이오드들이다. 이때, 발광 다이오드들(23)에 방출되는 광은 상기 렌즈의 형상에 따라 양측면 또는 방사형으로 방출될 수 있다. 상기 광이 양측면으로 방출될 때, 상기 발광 다이오드 어레이(20)는 상기 일방향에 수직하게 장착되는 것이 바람직하며, 이때 상기 광은 상기 발광 다이오드들(23)로부터 상기 일방향에 평행하게 방출된다. 한편, 상기 발광 다이오드들(23)에서 방출된 광은 상기 도광판(10)에 입사되고, 상기 상부면(11) 또는 하부면(13)에서 반사된 후, 상기 상부면(11)을 통해 상기 도광판(10)의 상부로 출사된다. 이때, 상기 볼록면들(13a, 13b, 13c)이 상기 발광 다이오드들(20)의 양측면을 둘러싸므로, 상기 발광 다이오드들(23)에서 방출된 광은 상기 볼록면들상기 볼록면들(13a, 13b, 13c)에서 대부분 반사된다. 따라서, 상기 발광 다이오드들(23)에서 방출된 후 상기 하부면(13)에 도달하는 광경로가 종래의 평평한 하부면에 비해 상대적으로 단축된다.
한편, 상기 도광판(10)의 상부에는 디퓨져(diffuser, 도시하지 않음)가 위치할 수 있다. 상기 디퓨져는 상기 도광판(10)에서 출사된 광을 균일하게 혼합한다.
상기 디퓨져는 상기 도광판(10)의 상부면(11)에 형성될 수 있다. 즉, 상기 도광판(10)의 상부면은 확산면일 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판 및 백라이트 패널을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 백라이트 패널은, 앞에서 설명한 바와 같이, 도광판(10) 및 발광 다이오드 어레이(20)를 포함한다. 또한, 상기 도광판(10)은 볼록면들(13a, 13b, 13c)이 연속된 하부면(13) 및 상부면(11)을 포함하며, 상기 볼록면들(13a, 13b, 13c)에 형성된 수용홈들(15)을 포함한다. 다만, 상기 하부면(13)에 리지(ridge)들 또는 반사컵들과 같은 복수개의 변형부들(19)이 마련된다.
상기 리지들 및 다른 변형부들(19)에 대한 예는 미국특허 제6,672,734호, 제6,712,481호, 제6,768,525호 등에 개시된 바 있다. 또한, 반사컵들에 대한 예는 미국특허 제6,808,281호에 "오목 구조를 갖는 백라이트 모듈(backlight module having concave structure)"이라는 제목으로 호(Ho)에 의해 개시된 바 있다.
상기 변형부들(19)을 형성하므로써, 발광 다이오드들(23)에서 방출된 후 상기 도광판(10)의 하부면(13)에서 반사된 광의 방향을 제어할 수 있으며, 상기 하부면(13)에서 반사된 후 상기 상부면(11)을 통해 바로 출사될 수 있어 광경로를 단축시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도광판(30) 및 백라이트 패널을 설명하기 위한 평면도이다. 여기서, 점선들은 상기 도광판(30)의 상부면 아래에 위치하는 것을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 도광판(30)은 앞에서 설명한 바와 같이, 상부면, 볼록면들(33)을 갖는 하부면 및 상기 볼록면들에 발광 다이오드를 수용하기 위한 수용홈들(35)을 포함한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 상부면은 오목면일 수 있으며, 상기 볼록면들(33)에는 변형부들이 형성될 수 있다. 다만, 상기 볼록면들(33)은 2차원적으로 정렬된다. 상기 볼록면들(33)이 정렬되는 방식은 다양할 수 있으며, 예컨대 직교 행렬 또는 벌집 모양 등일 수 있다.
발광 다이오드들(43)을 탑재한 발광 다이오드 어레이들(40)이 상기 도광판(30) 하부에 장착된다. 이때, 상기 발광 다이오드들(43)이 각각 상기 수용홈 들(35) 내에 수용된다.
본 실시예에 따르면, 상기 발광 다이오드들(43)이 상기 볼록면들(33)에 의해 서로 이격된다. 따라서, 측면의 모든 방향으로 광을 방출하는 발광 다이오드를 사용하여 백라이팅을 할때, 앞의 실시예들에 비해 광 추출 효율이 증가된다.
도 1 및 도 2는 각각 종래의 도광판을 설명하기 위한 사시도 및 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판 및 백라이트 패널을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4 및 도 5는 도 3의 절단선 I-I' 및 II-II'를 따라 취해진 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판 및 백라이트 패널을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도광판 및 백라이트 패널을 설명하기 위한 평면도이다.

Claims (4)

  1. 디스플레이 패널의 배면에 위치하여 디스플레이 패널을 백라이팅하기 위한 백라이트 패널에 있어서,
    상기 디스플레이 패널의 배면을 마주보게 배치되어 상기 디스플레이 패널의 배면으로 광을 출사하는 상부면, 2차원적으로 정렬된 복수개의 볼록면들을 갖는 하부면, 및 상기 볼록면들에 발광 다이오드(LED)들을 수용하기 위한 수용홈들을 포함하는 도광판; 및
    상기 수용홈들에 삽입되고, 각각 발광 다이오드 다이와 상기 발광 다이오드 다이를 덮는 렌즈를 갖는 발광 다이오드들을 포함하고,
    상기 발광 다이오드들은 상기 렌즈를 통해 상기 렌즈의 중심축에 대해 수직 방향으로 광을 방출하는 측면 방출 발광 다이오드들인 백라이트 패널.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 상부면과 하부면은 서로 교차하여 상기 도광판의 양측 모서리들을 형성하는 백라이트 패널.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 다이오드들은 블루색 발광 다이오드, 그린색 발광 다이오드, 레드색 발광 다이오드 및 화이트색 발광 다이오드를 포함하는 백라이트 패널.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 다이오드들은 적어도 하나의 인쇄회로기판 상에 탑재되어 적어도 하나의 발광 다이오드 어레이를 형성하는 백라이트 패널.
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