KR101010805B1

KR101010805B1 - 도광 부재, 면광원 장치 및 표시 장치

Info

Publication number: KR101010805B1
Application number: KR1020087018318A
Authority: KR
Inventors: 슈이찌 나이조; 슈지 고미; 다께오 와따나베
Original assignee: 쇼와 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2011-01-25
Also published as: US7942546B2; CN101346583A; TWI422918B; CN101346583B; WO2007074933A1; US20090225530A1; TW200730963A; EP1969282A1; KR20080083017A

Abstract

복수의 광원을 이용한 색혼합에 의해 백색을 얻을 때 발색 불균일을 저감할 수 있고 추가로 휘도 불균일도 저감할 수 있는 도광 부재, 면광원 장치, 및 표시 장치를 제공한다. 도광 부재(1)의 뒷면 측에서, 예를 들어 RGB와 같은 복수 색상의 LED 광원(5R, 5G, 5B)의 상방 위치에 원주형 돌출부(4)를 형성하고, 이 돌출부의 직상 위치에 원추형 오목부(3)를 배치하였다. LED 광원(5R, 5G, 5B)으로부터의 각 색상의 광은 돌출부(4)에서 혼합되고 이후 오목부(3)에서 반사되며, 도광부(2)에서 수평 방향으로 전파된다.

광원, 도광부, 돌출부, 오목부, 반사부, 표시부

Description

도광 부재, 면광원 장치 및 표시 장치{LIGHT GUIDE MEMBER, FLAT LIGHT SOURCE DEVICE, AND DISPLAY DEVICE}

본 발명은, 예를 들어 액정 디스플레이의 백라이트로 사용되는 면광원(flat light source) 장치용의 도광 부재, 이를 이용한 면광원 장치, 및 상기 면광원 장치를 구비한 표시 장치에 관한 것이다.

근년에, 발광 다이오드 소자는 발광 효율이 현저하게 향상되었으며, 조명에의 응용이 진행되고 있다. 특히, 액정 디스플레이의 백라이트로서 발광 다이오드 소자를 사용했을 경우에는, 양호한 색재현성과 고속 응답성을 실현할 수 있어 고품위 화질의 달성이 기대되고 있다.

종래에, 액정 디스플레이의 백라이트의 주류는, 박형화, 저소비 전력화를 위해 광원으로서 냉음극관을 섀시의 엣지면에 배치하는 소위 엣지 라이트(edge light)형의 것이었다. 그러나, 근년에는 액정 디스플레이의 대형화 요구가 증가되어, 엣지 라이트 형에서는 휘도의 향상 및 휘도의 균일성(uniformity) 향상에 있어서 한계가 있다. 따라서, 대형 액정 디스플레이용으로서 직하형(direct lighting type) 라이트의 채용이 검토되고 있다.

도12는 액정 디스플레이에 사용되는 종래의 직하형 면광원 장치의 구조를 나 타낸 단면도이다[TECHNO－FRONTIER SYMPOSIUM 2005, 열설계·대책 기술 심포지엄, 발행일：2005년 4월 20일(사단법인 일본 능률 협회), Session G3: 방열 설치의 최신 설계 사례 I(pp. G3-3-1 내지 G3-3-4) 등]. 이 면광원 장치(101)는 액정 패널(21)의 바로 아래에 배치된다. 상기 면광원 장치(101)에는, 발광 다이오드 소자를 이용한 LED 광원(5)이 섀시(12)의 저면에 어레이 패턴으로 배열되어 있다. 섀시(12)의 저면 및 측면은 반사 시트(13)로 덮여있다. 또한, LED 광원(5)의 상방에는, LED 광원(5)으로부터 통상 1 내지 5cm의 범위에, 확산 시트(14)와 프리즘 시트(15)가 배치되어 있다.

LED 광원(5)으로부터 발광이 이루어지는 경우에, 출사된 광은 직접 또는 반사 시트(13)에 의해 반사되어 확산 시트(14)로 향한다. 이 광은 이후 확산 시트(14)내에서 난반사되고, 프리즘 시트(15)를 통과함으로써 수직 방향으로 기울어진다. 이후 광은 액정 패널(21)에 입사된다. 다른 LED 광원(5)으로부터 출사된 광은 다른 LED 광원(5)과 확산 시트(14) 사이의 공간에서 혼합된다. 이 혼합은 확산 시트(14)내에서의 난반사에 의해 촉진되며, 이로 인해 휘도와 색도가 균일화된다. 더욱이, LED 광원(5)의 직상 부분에서의 휘도는 다른 부분의 그것에 비해 높다. 따라서, LED 광원(5)의 직상 부분에서의 확산 시트(14)의 확산도를 증가시킴으로써 휘도의 균일성을 더 향상시킬 수 있고, 그로인해 전체 액정 패널(21)의 휘도의 균일성을 향상시킬 수 있다.

종래의 면광원 장치에서는, 전술한 바와 같이 휘도 및 색도를 균일화시키기 위해 확산 시트를 설치하고 추가로 이 확산 시트를 LED 광원으로부터 이격 배치하 고 있다. 그러나, RGB와 같은 여러 색상의 LED 광원을 사용하여 색혼합(color mixture)이 이루어지는 경우에는, 색혼합이 충분하지 않고, 색 불균일(unevenness)이 발견될 수 있다. 또한, LED 광원의 직상 부분에서의 휘도가 높아진다고 하는 문제가 있다.

따라서, 휘도 불균일 등을 저감하기 위해서, LED 광원(5)의 바로 위에서 확산 시트(14)의 확산도를 증가시킴으로써 LED 광원(5)의 직상 부분의 휘도를 저하시키거나, 일부 경우에는 액정 패널(21) 전체의 휘도의 균일성을 향상시키기 위한 소위 라이팅 커튼(lighting curtain)을 LED 광원의 직상부에 설치하여 LED 광원 직상부의 휘도를 저하시키고 있다. 그러나, 이러한 수단은 빛의 이용 효율의 저하를 초래하고 있다.

더욱이, 확산 시트를 LED 광원으로부터 이격 배치하는 경우, 색도 불균일과 휘도 불균일을 저감할 수 있지만, 이 방법은 백라이트의 두께의 증대를 초래하여, 평판(flat panel) 디스플레이에 있어서는 바람직하지 않다.

색도와 휘도의 균일화를 달성하는 한편으로 면광원 장치가 두꺼워지지 않도록 하기 위해서는, 도광판을 사용하여, 선형 광원 또는 도트형 광원으로부터 출사되는 광을 도광판 내에 가두어 전파시켜서 도광판의 전방으로 균일한 빛을 출사시키는 것이 효과적이다(일본 특허공보 제3151830호).

전술한 직하형의 면광원 장치에서, 색도와 휘도의 균일화를 달성하는 한편으로 면광원 장치가 두꺼워지지 않도록 하기 위해서는, 복수의 LED 광원이 배치된 기판의 전방에 LED 광원과 대향하는 도광판을 배치하고 필요에 따라 도광판의 뒷면 측에 반사층을 배치함으로써, LED 광원으로부터 출사되어 뒷면으로 이동한 광을 도광판 내에서 전파시킨 후에 도광판의 앞면으로부터 빛을 취출하는 것이 효과적이다.

그러나, 이러한 도광판을 사용한 경우에도, RGB 등의 복수 색의 LED 광원을 사용한 경우에는, 색도 불균일이 생길 수 있다. 또한, LED 광원의 직상 위치에서의 도광판의 휘도가 더 높아지며, 휘도 불균일이 충분히 해소될 수 없다.

휘도 불균일을 해소하기에 효과적인 기술로서, 일본 특허공개공보 제2003-8081호, 일본 특허공개공보 제2003-8068호, 및 일본 특허공개공보 제2004-133391호는 LED 광원으로부터 출사되는 빛의 방향을 수평 방향으로 변화시키기 위한 렌즈를 개시하고 있다. 도13a에 도시하듯이, 이 렌즈(31)는 상면에 깔때기 형상의 오목부(32)를 가지며 외주에 톱니형부(33)를 구비한다. 렌즈(31)의 아래에 배치된 LED 광원(5)으로부터 출사된 빛은, 깔때기 형상부(32)와 톱니형부(33)에서 반사 및 굴절되며, 이로 인해 빛의 조사 영역이 수평 방향으로 넓어지고 LED 광원(5)의 직상 위치에서의 휘도 증대가 억제된다.

렌즈(31)가 LED 광원(5)으로부터의 빛의 대부분을 수평 방향으로 안내할 수 있지만, 렌즈의 형상이 복잡해진다. 한편, 도13b에 도시하듯이, 원주형(cylindrical) 기판의 상면에 원추형 오목부(42)가 형성된 렌즈(41)는 렌즈 형상이 간소하지만, LED 광원(5)으로부터 출사된 빛의 일부가 원주의 측면(43)에서 반사되어 렌즈를 통해서 상방으로 빠져나간다. 렌즈를 통해서 상방으로 빠져나가는 빛은 색도 불균일의 요인이 될 가능성이 있다.

본 발명의 목적은, RGB와 같은 복수 색상의 LED 광원이 사용되는 경우에, 면광원 장치의 색 불균일을 저감할 수 있는 도광 부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 광원의 직상 부분에서의 높은 휘도에 의해 초래되는 면광원 장치의 휘도 불균일을 저감할 수 있는 도광 부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, RGB와 같은 복수 색상의 광원이 사용되는 경우에, 발광의 색 불균일이 저감된 면광원 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 광원의 직상 부분에서의 높은 휘도에 의해 초래되는 면광원 장치의 휘도 불균일이 저감된 면광원 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 전술한 면광원 장치를 구비한 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 이하의 형태(1) 내지 (10)에 기술된 바와 같다.

(1) 뒷면 측에 배치된 광원으로부터 출사된 빛을 내부에서 전파시키고 앞면에서 외부로 빛을 출사하기 위한 도광 부재이며,

광원으로부터 출사된 빛을 수평 방향으로 전파시키기 위한 반사면이 되는 앞면 및 뒷면을 가지는 도광부, 및

상기 도광부의 뒷면으로부터 하방으로 돌출되고, 서로 다른 색상을 발생시키는 복수의 광원이 그 하부에 배치되는 돌출부를 포함하고,

상기 돌출부는 도광부와 일체로 형성되며,

상기 돌출부는 복수의 광원으로부터 그 내부에 조사되는 빛의 색혼합을 향상시키고,

상기 도광부는, 복수의 광원으로부터 출사되고 돌출부에서 혼합된 빛을 수평 방향으로 전파시키는 것을 특징으로 하는 도광 부재.

(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 돌출부는 원주 형상이며, 상기 도광부에는 원추형 오목부가 돌출부 바로 위의 앞면 위치에 배치되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 도광 부재.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 하나의 돌출부가 제공되는 것을 특징으로 하는 도광 부재.

(4) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 복수의 돌출부가 제공되는 것을 특징으로 하는 도광 부재.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 돌출부의 측면에 반사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 부재.

(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 오목부의 오목면에 반사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도광 부재.

(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나의 도광 부재, 및

서로 다른 색상을 발생시키며 상기 도광 부재의 돌출부의 하방에 배치되는 복수의 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.

(8) 상기 (2)의 도광 부재, 및

서로 다른 색상을 발생시키며 상기 도광 부재의 돌출부의 하방에 배치되는 복수의 광원을 포함하며,

상기 돌출부는 측면에서 상기 복수의 광원으로부터 출사된 빛의 일부를 반사시켜 오목부로 안내하고,

상기 오목부는, 돌출부에서 반사된 빛과, 상기 복수의 광원으로부터 직접 입사되는 빛을 반사시켜 도광부 내에서 수평 방향으로 전파시키는 것을 특징으로 하는 면광원 장치.

(9) 상기 (7) 또는 (8)의 면광원 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.

(10) 상기 (9)에 있어서, 표시부가 액정 패널인 것을 특징으로 하는 표시 장치.

상기 (1)의 발명에 있어서, 광원이 그 "하방"에 배치되는 돌출부는, 도2에 도시하듯이 광원이 돌출부의 바로 아래에 돌출부 하면으로부터 이격되어 배치되는 형태, 및 도6에 도시하듯이 광원이 돌출부의 바닥부에 배치(매립)되는 형태를 둘다 망라하고 있다. 광원이 돌출부의 "하방"에 배치된다는 표현은 이들 양자의 형태에 적용될 수 있다. 후자의 경우에는, 도광 부재, 및 돌출부에 일체화된 광원 중에서, 광원을 제외한 부분이 도광 부재이다.

본 발명의 도광 부재는, RGB와 같은 복수 색상의 LED 광원을 이용하는 경우에, 면광원 장치의 발광 색상 불균일성을 저감할 수 있다.

본 발명의 도광 부재는, 광원의 직상 부분에서 높은 휘도에 의해 초래되는 면광원 장치의 휘도 불균일성을 저감할 수 있다.

본 발명의 면광원 장치는 색도 및 휘도의 균일성이 양호하다.

본 발명의 표시 장치는, 전술한 면광원 장치를 백라이트로 사용하는 액정 디스플레이와 같은 표시 장치이며, 따라서 고화질이 얻어진다.

도1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 액정 표시 장치의 일 예의 전체 구성을 나타내는 도면이다.

도2는 본 발명의 도광 부재의 일 예를 도시하는 단면도이다.

도3은 도1의 도광 부재를 도시하는 평면도이다.

도4는 본 발명의 도광 부재 내의 광원으로부터 출사되는 빛의 진로를 설명하는 단면도이다.

도5는 본 발명의 도광 부재의 다른 예를 도시하는 단면도이다.

도6은 본 발명의 도광 부재의 다른 예를 도시하는 단면도이다.

도7은 본 발명의 일 예에 있어서의 면광원 장치의 광원 및 도광 부재의 배치를 도시하는 일부 평면도이다.

도8은 본 발명의 도광 부재의 다른 예를 도시하는 단면도이다.

도9는 도8의 도광 부재를 도시하는 평면도이다.

도10은 본 발명의 도광 부재의 다른 예를 도시하는 평면도이다.

도11은 본 발명의 일 예에서의 면광원 장치의 전체 구조를 도시하는 단면도이다.

도12는 액정 디스플레이에 사용되는 종래의 직하형 면광원 장치의 구조를 도시하는 단면도이다.

도13a 및 도13b는 LED 광원으로부터 출사되는 빛의 방향을 수평 방향으로 변경하기 위한 렌즈를 도시하는 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 액정 표시 장치의 일 예의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시예가 적용되는 액정 표시 장치는, 직하형의 면광원 장치(백라이트)(50)로서, 발광부를 수용하는 백라이트 프레임(섀시)(51)과, 발광원으로서 고체상 발광 소자인 발광 다이오드(LED)(53)가 복수개 배열된 기판으로서의 LED 기판(장착 기판)(52)을 포함하고 있다.

또한, 백라이트 장치(50)는, LED 기판(장착 기판)(52) 상에, 백라이트 프레임(섀시)(51) 내에 수용되는 본 발명의 특징인 도광 부재(54)를 포함하고 있다.

도12에 도시된 종래의 직하형 백라이트 장치와의 차이점은, 발광 다이오드와 확산 시트 사이의 공간에 도광 부재가 개재하는 점이며, 이로인해 백라이트의 두께를 증가시키지 않고도, 발광 다이오드와 확산 시트 사이의 간격을 축소시킬 수 있다.

도광 부재 상에는, 광학 보상 시트의 적층체로서, 전체 면을 균일한 밝기로 만들기 위해 빛을 확산 및 산란시키는 확산 시트(55)와 전방으로의 집광 효과를 발휘하는 회절격자(grating) 필름인 프리즘 시트(56, 57)가 구비되고 있다.

또한, 액정 표시 모듈(60)로서, 2장의 유리 기판 사이에 액정이 샌드위치되 는 액정 패널(61)과, 광파의 진동을 특정 방향으로 제한하기 위한 편광판(편광 필터)(62, 63)이 구비되고 있다.

추가로, 액정 표시 장치에는, 예를 들어 구동용 LSI(도시되지 않음)와 같은 주변 부재가 배치된다.

액정 패널(61)은, 도면에 도시하지 않은 각종 구성요소를 포함하여 구성되어 있다. 예를 들면, 2장의 유리 기판 상에 또는 그 사이에, 도시하지 않은 표시 전극, 박막 트랜지스터(TFT：Thin Film Transistor)와 같은 능동 소자, 액정, 스페이서, 밀봉제, 배향막, 공통 전극, 보호막, 칼라 필터 등을 포함하고 있다.

도2는 본 발명의 도광 부재의 일 실시예를 도시하는 단면도이며, 도3은 그 평면도이다. 이들 도면에 도시하듯이, 도광 부재(1)는 적색 LED 광원(5R), 녹색 LED 광원(5G), 및 청색 LED 광원(5B)으로부터의 빛을 수평 방향으로 전파시키기 위한 반사면이 되는 앞면 및 뒷면을 가지는 도광부(2)를 구비하고 있다.

도광 부재(2)의 뒷면에는, LED 광원(5R, 5G, 5B)이 그 직하에 배치되는 원주 형 돌출부(4)가 돌출 형성되어 있다.

돌출부(4)의 직상 위치에서 앞면에는 원추형 오목부(3)가 형성되어 있다.

도4는 본 발명의 도광 부재 내에서 광원으로부터 출사된 빛의 진로를 설명하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, LED 광원(5R, 5B, 5G)로부터 출사된 각 색광의 일부는 원주형 돌출부(4)의 측면에서 반사되고, 그 반사광은 오목부(3)로 이동한다. 이 반사광 중에서, 오목부(3)의 오목면에의 입사 각도가 전반사각보다 작은 각도로 입사된 빛은, 오목부(3)에서 반사되어 도광부(2) 내를 수평 방향으로 안내 된다.

LED 광원(5R, 5B, 5G)으로부터 출사되어 돌출부(4)로 이동한 빛 중에서, 수직 방향 및 그 근방 방향의 빛은 오목부(3)에 직접 입사된다. 원추형 오목부(3)는, LED 광원(5R, 5B, 5G)으로부터 직접 입사된 빛의 전부 또는 대부분이 전반사되어 도광부(2) 내에서 수평 방향으로 안내되도록, 경사각α로 형성된다. 따라서, LED 광원(5R, 5B, 5G)으로부터 오목부(3)에 직접 입사된 빛의 대부분은 오목부(3)에서 반사되고 도광부(5) 내에서 수평 방향으로 안내된다.

전술한 바와 같이, 원주형 돌출부(4)와 원추형 오목부(3)의 작용에 의해, 돌출부(4)의 직하에 배치된 LED 광원(5R, 5G, 5B)으로부터의 빛은, 그 일부가 도광부(2) 내에서 수평 방향으로 안내된다. 도광부(2)에서 안내되는 빛은 그 내부에서 전파되며, 도광부(2)의 뒷면에 예를 들면 미세한 요철 구조물에 의해 만들어지거나 반사 잉크로 도트 형상을 그림으로써 만들어지는 반사부를 형성함으로써, 도광부(2)의 앞면에서 외부로 출사된다.

따라서, LED 광원(5R, 5G, 5B)으로부터 출사되는 빛을, 도광 부재(1)를 통과시켜 외부로 추출함으로써, LED 광원(5R, 5G, 5B)의 직상 위치에서의 휘도 증대가 억제되고, 면광원 장치로부터 출사되는 빛의 휘도의 균일성이 향상될 수 있다. 특히, LED 광원(5R, 5B, 5G)의 직상 위치에 오목부(3)를 형성하고, 이 광원으로부터의 빛을 수평 방향으로 반사시키고 있으므로, 광원 직상 위치에서의 고 휘도에 의해 초래되는 휘도 불균일을 대폭 억제할 수 있다.

본 실시예에서는, 돌출부(4)를 제공하고 이 돌출부(4)의 바로 아래에 3색의 LED 광원(5R, 5G, 5B)을 배치했으므로, LED 광원(5R, 5G, 5B)으로부터 출사되어 돌출부(4)로 이동한 각 색광의 일부는, 돌출부(4)의 측면에서 반사 경로에서 상방 이동한다. 돌출부(4)의 측면에서의 반사를 반복함으로써 색혼합이 촉진되고, 색혼합 된 빛이 도광부(2) 내에서 수평 방향으로 전파된다. 따라서, 색 불균일이 적은 빛이 도광 부재의 앞면으로부터 추출될 수 있으므로, 면광원 장치로부터 출사되는 빛의 색도의 균일성을 높일 수 있다.

도5는 본 발명의 도광 부재의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다. 도면에 도시하듯이, 도광 부재(1)에 있어서, 도광부(2)의 오목부(3)는 원추에 유사한 형상이지만, 그 반사면은 중심부를 향해서 각도가 점차 커지게 되는 곡면이다. 본 발명에 있어서, 원추 형상은 이러한 형상도 포함한다.

도6은 본 발명의 도광 부재의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다. 도시한 바와 같이, 도광 부재(1)에 있어서, 원주형 돌출부(4)의 저부에는 LED 광원(5R, 5G, 5B)이 매립되어 있다. 이러한 도광 부재(1)는, 예를 들어, LED 광원(5R, 5G, 5B)이 설치된 기판 위에, 열경화성 수지, 광경화성 수지, 열가소성 수지와 같은 재료를 사용하여 도광 부재(1)를 일체화시킴으로써, 제작될 수 있다. 보다 구체적으로는, LED 베어 칩(bare chip)에 전류를 공급하기 위한 회로가 형성된 기판과, 반사경, 및 기판에 장착된 R, G, B의 각 LED 베어 칩을 구비한 패키지에 대해서, 돌출부의 저부에 LED 베어 칩이 합체되도록, 에폭시 수지와 같은 접착제를 이용한 접착 또는 일체 성형 등의 방법으로 도광 부재를 일체화하여 제작할 수 있다.

도7은 본 발명의 일 실시예에서의 면광원 장치의 광원 및 도광 부재의 배치 를 도시하는 일부 평면도이고, 도11은 전체 구조를 도시하는 단면도이다. 도7에 도시하듯이, 이 면광원 장치에는, 도2 내지 도6의 각 실시예에 도시하듯이 하나의 돌출부(4)를 구비한 복수의 도광 부재(1)가, 3개의 LED 광원(5R, 5B, 5G)을 1단위로 배치하는 LED 광원에서의 1단위의 LED 광원(5R, 5B, 5G)의 직상 위치에 돌출부(4)가 배치되도록 규칙적으로 배열되어 있다.

도11에 도시하듯이, 본 실시예의 면광원 장치(11)는 액정 패널(21)의 직하에 배치된다. 면광원 장치(11)에는, LED 광원(5)이 섀시(12)의 저면에 어레이 패턴으로 배치된다. 더욱이, 섀시(12)의 저면과 측면은 반사 시트(13)로 덮여 있다. 또한, LED 광원(5)의 상방에는, LED 광원(5)으로부터 예를 들면 1 내지 5cm의 거리를 이격하여, 확산 시트(14) 및 프리즘 시트(15)가 배치되고 있다.

LED 광원(5)으로부터 빛이 발생되는 경우에, 출사된 빛은, 그 위에 배치된 도광 부재(1) 내를 수평 방향으로 전파되어 외부로 출사된다. 이후, 빛은 확산 시트(4)를 향해서 직접 이동하거나, 또는 반사 시트(13)에 의해 반사되어 확산 시트(14)를 향해 이동한다. 빛은 LED 광원과 확산 시트(14) 사이의 공간에서 혼합된다. 이 혼합은 이후 확산 시트(14) 내에서의 난반사에 의해 촉진되고, 이로 인해 색도 및 휘도가 균일화된다. 확산 시트(14) 내에서 난반사된 빛은, 프리즘 시트(15)를 통과함으로써 수직 방향으로 경사지며, 이후 액정 패널(21)에 입사한다.

도8은 본 발명의 도광 부재의 다른 실시예를 도시하는 단면도이고, 도9는 그 평면도이다. 이들 도면에 도시하듯이, 도광 부재(1)는 직선적으로 배열된 복수의 돌출부(4)를 포함하고 있다.

도광부(2)의 앞면에 있어서 복수의 돌출부(4) 각각의 직상 위치에는 원추형 오목부(3)가 형성되어 있다. 복수의 돌출부(4) 각각의 직하에는 LED 광원(5R, 5G, 5B)이 배치된다.

도4에 도시하듯이, 도광 부재(1)에 있어서, LED 광원(5R, 5G, 5B)으로부터 출사된 빛의 일부는 돌출부(4)의 측면에서 반사되어 오목부(3)에 입사되고, LED 광원(5R, 5G, 5B)으로부터 출사된 빛의 일부는 돌출부(4)로 이동하여 오목부(3)에 직접 입사된다. 상기 빛의 일부는 오목부(3)에서 전반사각보다 작은 각도로 반사되고, 도광부(2) 내에서 수평 방향으로 안내된다.

전술했듯이, 원주형 돌출부(4)와 원추형 오목부(3)의 작용에 의해, 돌출부(4)의 직하에 배치된 LED 광원(5R, 5G, 5B)으로부터의 빛은 도광부(2) 내에서 수평 방향으로 안내된다. 도광부(2) 내에서 안내되는 빛은 도광부 내를 전파되고, 도광부(2)의 앞면에서 외부로 출사된다.

따라서, LED 광원(5R, 5G, 5B)로부터의 빛을, 도광 부재(1)를 통과시켜 외부로 추출함으로써, LED 광원(5R, 5G, 5B)의 직상 위치에서의 휘도가 높아지는 것이 억제되고, 면광원 장치로부터 출사되는 빛의 휘도의 균일성을 높일 수가 있다. 특히, LED 광원(5R, 5B, 5G)의 직상 위치에 오목부(3)를 형성하고, 이 광원으로부터의 빛을 수평 방향으로 반사시키고 있으므로, 광원 직상의 위치에서의 고휘도에 의해 초래되는 휘도 불균일을 대폭 억제할 수 있다.

본 실시예에서는, 돌출부(4)를 형성하고 그 바로 아래에 3색의 LED 광원(5R, 5G, 5B)을 배치하도록 했으므로, LED 광원(5R, 5G, 5B)으로부터 출사되어 돌출 부(4)로 이동한 각 색광의 일부는, 돌출부(4)의 측면에서의 반사 경로에서 상방으로 이동한다. 이로 인해, 색혼합이 촉진되고, 색혼합된 빛이 도광부(2) 내를 수평 방향으로 전파하게 된다. 따라서, 색 불균일이 적은 빛을 도광 부재의 앞면으로부터 추출할 수 있으므로, 면광원 장치로부터 출사되는 빛의 색도 균일성을 높일 수 있다.

본 실시예에서는 복수의 돌출부(4)를 직선적으로 배열했지만, 도10의 평면도에 도시하듯이 복수의 돌출부(4)를 어레이 방식으로 배열할 수도 있다.

이하, 본 발명의 도광 부재 및 면광원 장치에 대해 더 상세히 설명한다.

본 발명의 도광 부재는, 빛을 전파시킬 수 있는 수지, 유리 및 그 복합물로 만들어진 판 형상 부재이다. 도광부의 두께는 예를 들어 0.1 내지 50mm이고, 바람직하게는 1 내지 30mm이다.

본 발명에서, 원추형 오목부는, 원주형 돌출부의 측면에서 반사되어 오목부에 입사된 빛의 일부와 돌출부로 이동하여 오목부로 직접 입사된 빛의 일부가 도광부의 방향으로 전반사되는 형상으로 형성된다. 오목부가 이러한 작용을 갖는 경우에, 오목부의 형상은 엄밀히 원추 형상일 필요가 없으며, 예를 들면 도5에 도시하듯이 오목부(3)의 면이 곡면을 이룰 수도 있다.

원주형 돌출부는 그 중심축이 원추형 오목부의 중심축과 거의 일치하도록 형성되고, 또한 광원으로부터 출사되고 돌출부의 측면에서 반사된 빛의 일부가 오목부에 대해서 전반사각보다 작은 각도로 입사되어 도광부의 방향으로 전반사되도록 형성된다. 일반적으로, 돌출부의 직경은 원추형 오목부의 맨 앞면에서의 직경과 거의 동일하거나 그보다 작다.

원주형 돌출부의 측면에는, 광원으로부터 돌출부 내에 입사된 빛을 반사하기 위한 반사층이 형성될 수 있다. 반사부를 형성함으로써, 돌출부 내에 입사한 빛의 일부가 외부로 빠져나가는 것이 방지되고, 그로인해 도광부에 입사되는 빛의 양을 높일 수 있다.

또한, 원추형 오목부의 오목면에는, 광원으로부터 돌출부를 통해서 직접 오목면에 도달하거나 또는 돌출부의 측면에서 반사된 후 오목면에 도달한 빛을 반사시키기 위한 반사부가 제공될 수 있다. 반사부를 형성함으로써, 상기 빛은 오목부로부터 외부로 빠져나가는 것이 방지되고, 그로인해 도광부 내에서의 수평 방향으로의 광 전파를 향상시킬 수 있다.

상기 반사부로서는, 백색 페인트가 코팅되거나, 또는 인쇄에 의해 형성된 백색층 및 알루미늄 증착에 의해 형성된 금속 광택층이 거론된다.

본 발명의 면광원 장치는, 특정 피치로 배치되는 복수의 광원, 및 이들 복수의 광원과 대향하고 상기 돌출부가 발광색이 다른 복수의 광원의 상방 위치에 배치된 단수 또는 복수의 도광 부재를 포함하고 있다.

상기 복수의 광원은 기판에 배치되며, 도광 부재는 광원을 사이에 두고 기판의 전방에 배치된다. 도광 부재의 뒷면에는 필요에 따라 반사 부재가 배치된다.

도광 부재의 돌출부에 대응하는 각 광원의 배치 위치는, 각 광원으로부터 돌출부로 이동한 빛의 일부가 돌출부의 측면에서 반사되고 각 광원으로부터의 빛의 일부가 오목부에서의 반사에 의해 도광부 내를 수평 방향으로 전파되는 경우에, 특 별히 한정되지 않는다. 그러나, 돌출부 내에서 충분한 색혼합을 실시하기 위해서는, 돌출부 저면의 주변에 가까운 위치에 각 색상의 광원을 복수개 균등하게 배치하는 것이 바람직하다.

광원으로서는, 예를 들어 수백㎛ 내지 1mm 크기의 발광 다이오드 소자가 사용될 수 있다. 발광 다이오드 소자를 이용한 LED 광원의 구체적인 형태로는, 베어 칩 형태, 발광 다이오드 소자가 패키지에 장착된 형태, 발광 다이오드 소자가 렌즈 기능을 갖는 부재와 일체화된 형태 등을 들 수 있다.

LED 광원을 기판에 배치하는 방식으로는, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 발광 다이오드 소자를 기판 상에 배치하고 이러한 삼원색의 색혼합에 의해 백색을 발광시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 실시예에서 예시한 것처럼, 하나의 돌출부의 하부에 RBG의 각 광원을 배치하는 것이 바람직하다.

면광원 장치가 백색 조명용인 경우, 다른 LED 광원으로부터 발광된 빛과의 색혼합에 의해 백색광을 발광시키기 위해 노랑색 및 오렌지색과 같은 소위 중간색의 LED 광원이 사용될 수도 있다. 각 색상의 발광 다이오드 소자를 반드시 하나씩으로 할 필요는 없다. 이들 발광 다이오드소자를 R, G, B의 삼원색으로 구성하는 경우, 각각 다른 색상의 발광 다이오드 소자를 하나씩 이용할 수도 있고, 예를 들어 R을 1개, G를 2개, B를 1개와 같이 색상에 따라 사용하는 광원 수를 적당히 달리 할 수도 있다.

LED 광원의 배치 간격은 특별히 한정되지 않지만, 간격이 좁을수록 색혼합은 통상 좋아진다.

LED 광원이 배치되는 기판으로는, 예를 들면, LED 광원에 전류를 공급하기 위한 회로가 형성된 기판, 또는 회로 기판과 방열 기판의 적층체를 들 수 있다. 회로 기판 상의 전극 패드에는, LED 광원의 음극과 양극이 전기적으로 접속된다. 회로 기판을 얻는 방법으로는, 예를 들어 유리 에폭시 기판과 같은 절연성 수지 기판에 동박을 접합하고 동박을 회로 패턴으로 에칭하는 방법을 들 수 있다.

방열 기판은 알루미늄, 구리, 스테인레스 스틸과 같은 금속, 질화 알루미늄과 같은 세라믹스 등의 고열전도율 재료로 만들어진 기판이다. 회로 기판의 뒷면에 방열 기판을 접합함으로써, 발광 다이오드 소자로부터 발생되는 열을 방열시킨다.

LED 광원을 기판 상에 고정하는 방법으로는, 예를 들어, 회로 기판에서의 LED 광원이 장착되는 부분에 관통 구멍을 형성하고 이 관통 구멍으로부터 노출된 방열 기판 상에 은페이스트나 열전도성 실리콘을 사용하여 LED 광원을 접합하는 방법, 및 납 솔더(lead solder)나 금-주석 공정(eutectic) 솔더와 같은 금속을 열적으로 용해시키고 베어 칩의 양극 및 음극과 회로 기판의 전극 패드를 범프를 개입시킨 페이스다운(facedown) 본딩에 의해 접속하는 방법 등의 열저항이 작은 접속 수단을 이용해 접속하는 방법을 들 수 있다.

도광 부재의 뒷면에 배치되는 반사부로는, 예를 들어, 도광 부재의 뒷면에 접합된 백색 반사 시트, 도광 부재의 뒷면에 인쇄된 백색 페인트의 막, 및 회로 기판 상에 형성된 백색 반사층(레지스터) 등을 들 수 있다.

또한, 도광 부재의 돌출부에 대해서는, 회로 기판, 반사경, 및 회로 기판에 장착된 각 색상의 광원이 구비된 패키지가 돌출부와 일체화될 수 있다.

기판에 배치된 LED 광원의 도광 부재보다 한층 더 전방에는, 휘도 불균일 및 색도 불균일을 저하시키기 위해 필요에 따라 거리를 두고서, 도11에 도시하듯이 확산 시트를 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 저면 및 측면이 반사 시트로 커버되는 섀시의 저면에 광원이 배치되고, 케이스의 상면 측에 확산 시트가 배치된다.

본 발명에 있어서, 도광 부재의 앞면과 뒷면에는 휘도의 균일성을 향상시키기 위해 필요에 따라 광산란 도트(dot)가 형성될 수 있다. 광산란 도트는 산란성 잉크를 도트 인쇄하거나 혹은 도광 부재와 일체 성형함으로써 형성될 수 있다.

본 발명의 표시 장치는 전술한 면광원 장치를 포함하고 있다. 통상적으로, 상기 표시 장치의 표시부는 액정 패널이며, 면광원 장치는 도11에 도시된 바와 같이 액정 패널의 뒷면에 백라이트로서 배치된다.

실시예

이하, 구체적인 실시예에 의해 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않는다.

[실시예1]

18mm 두께의 아크릴판(상품명 SUMIPEX: Sumitomo Chemical Co., Ltd.에 의해 제조됨)을 밀링 머신을 사용하여 절삭 가공함으로써, 한 변이 50mm인 두께 12mm의 정방형 도광부와, 직경 6mm, 높이 6mm의 원주상 돌출부, 및 직경 14mm, 경사각 60도의 원추형 오목부를 갖는 도4에 도시된 바와 같은 도광 부재를 제작하였다.

다음으로, 한 변이 13mm인 정방형의 기판에 LED를 장착할 수 있는 동배선(copper wiring) 패턴이 형성되고 반사경이 6mm의 바닥면 직경, 6mm의 상면 직경, 0.5mm의 높이로 형성되는 패키지 내에, 0.5 W급의 적색 LED 칩 및 1 W급의 청색 및 녹색 LED 칩을, 대략 정삼각형의 정점 위치가 되도록 1.5mm 간격으로 장착/배치한 LED 패키지를 제작하였다.

반사경의 재질은 백색 GENESTAR(등록상표, KURARAY CO., LTD.에 의해 제조된 백색 타입의 고내열성 폴리아미드 수지)이며, LED 칩을 밀봉하기 위해 LED 칩에는 에폭시 수지(상품명 NLD－SL－1101: SANYU REC CO., LTD.에 의해 제조됨)를 충진하였다.

다음으로, 상기 도광 부재를, 돌출부의 저면의 주변이 반사경의 상면의 주변에 일치하도록 LED 패키지에 접착하였다. 접합면의 접착제로서 실온 경화형의 에폭시 접착제(상품명 Alardyte: SHOWA HIGHPOLYMER CO., LTD.에 의해 제조됨)를 사용하였다.

[실시예2]

실시예1과 같은 크기를 갖고, 돌출부의 하면에 직경 4mm의 원주형 카운터 보링 구멍을 갖는 도광 부재를, 에폭시 수지(상품명 NLD－SL－1101: SANYU REC CO. LTD.에 의해 제조됨)를 이용한 금형 성형으로 제작하였다.

더욱이, 반사경과 에폭시 수지 밀봉이 없다는 점 외에는 실시예1과 같은 LED 패키지를 제작하였다.

상기 에폭시 수지를 도광 부재의 돌출부의 원주형 카운터 보링 구멍에 충진 하였으며, 도광 부재를 적, 녹, 청의 각 LED 칩이 원주형 카운터 보링 구멍에 배치되도록 LED 패키지에 접합하였다. 도광 부재를 LED 패키지와 일체화시키기 위해 100℃에서 2시간, 그리고 이어서 130℃에서 3시간 동안 가열 경화시켰다.

[실시예3]

실시예1의 돌출부의 측면에 백색 반사층을 형성한 것 외에는, 실시예1과 마찬가지로 도광 부재가 구비된 LED 패키지를 제작하였다. 백색 반사층은, 안료 페인트[상품명 아크릴릭 라커 스프레이(Acrylic lacquer spray) 백색 타입 제품번호 01: Nippon Paint Home Products Co., Ltd.에 의해 제조됨]를 약 100㎛의 두께로 코팅함으로써 형성되었다.

[비교예1]

실시예1의 돌출부가 없이 오목부만 구비하는 도광 부재를 이용한 것 외에는 실시예1과 동일하게, 도광 부재가 구비된 LED 패키지를 제작하였다. 도광 부재는, 오목부의 중심축이 LED 패키지의 중심축과 일치하도록 LED 패키지에 접합되었다. 접합면의 접착제로서 실온 경화형의 에폭시 접착제(상품명 Alardyte: SHOWA HIGHPOLYMER CO., LTD.에 의해 제조됨)를 사용하였다.

실시예1 내지 3 및 비교예1에서 제작된 도광 부재 부착 LED 패키지를, 저면이 가로 60mm×세로 60mm, 깊이 40mm이며 앞면이 개구된 알루미늄제 섀시에 배치, 고정하였다. 개구부 이외의 섀시의 내면에는, 백색 반사 필름[상품명 Lumirror 60L(등록상표): Toray Industries, Inc.에 의해 제조됨]을 상호 접합한 반사부를 형성하였다.

더욱이, 알루미늄제 섀시의 개구부 앞면에는 두께 1mm의 확산 시트(폴리카보네이트, 상품명 PC9391－50HL: TEIJIN CHEMICALS LTD.에 의해 제조됨)를 고정하여 면광원 장치를 제작하였다.

다음으로, LED 칩에, 180mA(적색), 250mA(녹색), 90mA(청색)의 전류를 인가하여, 확산 시트상의 전체 평균 휘도와 색도 좌표를 색채도계(상품명 CS1000: Konica Minolta, Inc.에 의해 제조됨)로 측정하였다. 또한, 확산 시트 상에서 렌즈 중심 위치의 법선에 상당하는 점으로부터 대각선 상에서 3mm 간격으로 각 지점을 측정한 경우에, 각 점의 휘도의 분산{[(최대 휘도-최소 휘도)/평균 휘도]×100%)}, 및 색도 좌표의 분산(색도 좌표 X, Y 각각의 최대치와 최소치의 차이)도 측정했다. 측정 결과를 표1에 나타낸다.

	평균 휘도 (cd/㎡)	휘도 분산 (%)	평균 색도 (X,Y)	색도 분산 (△X,△Y)
실시예1	2200	45	(0.29, 0.29)	(0.012, 0.012)
실시예2	2800	35	(0.29, 0.29)	(0.015, 0.014)
실시예3	2700	42	(0.30, 0.31)	(0.019, 0.018)
비교예1	1900	51	(0.30, 0.32)	(0.019, 0.019)

실시예1 내지 3은, 모두 비교예 1에 비해 전체 휘도가 높고 휘도 분산이 작은 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 특히, 실시예2에서 휘도 분산의 저감 효과가 큰 것을 알 수 있다.

Claims

뒷면 측에 배치된 광원으로부터 출사된 빛을 내부에서 전파시키고 앞면에서 외부로 빛을 출사하기 위한 도광 부재이며,

광원으로부터 출사된 빛을 수평 방향으로 전파시키기 위한 반사면이 되는 앞면 및 뒷면을 가지는 도광부와,

상기 도광부의 뒷면으로부터 하방으로 돌출되고, 서로 다른 색상을 발생시키는 복수의 광원이 그 하부에 배치되는 돌출부를 포함하고,

상기 돌출부는 상기 도광부와 일체로 형성되며,

상기 돌출부는, 원주 형상이며, 상기 복수의 광원으로부터 그 내부에 조사되는 빛의 색혼합을 향상시키고, 복수의 돌출부가 직선 형상 또는 어레이 형상으로 배열되고,

상기 도광부는, 복수의 광원으로부터 출사되고 돌출부에서 혼합된 빛을 수평 방향으로 전파시키고, 상기 도광부에는 원추형 오목부가 돌출부 바로 위의 앞면 위치에 겹쳐서 배치되도록 제공되는 도광 부재.
삭제
제1항에 있어서,

상기 도광부의 앞면 또는 뒷면에 반사부가 설치되어 있는 도광 부재.
제1항에 있어서,

상기 돌출부의 측면에 반사부를 더 포함하는 도광 부재.
제1항에 있어서,

상기 오목부의 오목면에 반사부를 더 포함하는 도광 부재.
제1항 또는 제3항에 기재된 도광 부재와,

서로 다른 색상을 발생시키며 상기 도광 부재의 돌출부의 하방에 배치되는 복수의 광원을 포함하는 면광원 장치.
제6항에 있어서,

상기 돌출부가, 그 측면에서 상기 복수의 광원으로부터 출사된 빛의 일부를 반사시켜 오목부로 안내하고,

상기 오목부는, 돌출부에서 반사된 빛과, 상기 복수의 광원으로부터 직접 입사되는 빛을 반사시켜 도광부 내에서 수평 방향으로 전파시키는 면광원 장치.
제6항에 기재된 면광원 장치를 포함하는 표시 장치.
제8항에 있어서,

표시부가 액정 패널인 표시 장치.
삭제