KR101264323B1 - Plane light emitting back light unit and lamp using point light source - Google Patents
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Abstract
점광원을 이용한 면발광 백라이트 유닛 및 면발광 램프가 제공된다. 본 발명은 LCD패널로 빛을 조사하는 점광원, 상기 LCD패널과 상기 점광원 사이에 형성된 투광성 재질의 광가이드판,상기 광가이드판의 상부 및 하부 중 적어도 일부에 형성된 광방출수단 및 차광패턴을 포함하고,상기 광가이드판은 광원입력부, 상부내부전반사면, 광가이드판 상부면, 마개를 포함하며, 상기 광원입력부는 상기 광가이드판의 하부에 형성되어 상기 광원 입력부의 상부로 향하는 빛은 상기 상부내부전반사면으로 굴절시키고 ,상기 광원 입력부의 측면으로 향하는 빛은 상기 내부전반사면으로 굴절시켜 상기 광가이드판에서 내부 전반사를 발생 시키고, 상기 마개는 투광성 재질로 상기 상부내부전반사면 상부에 형성되어 상기 상부내부전반사면의 모양과 일치하는 것을 특징으로 한다.A surface emitting backlight unit and a surface emitting lamp using a point light source are provided. The present invention provides a point light source for irradiating light to the LCD panel, a light guide plate of a translucent material formed between the LCD panel and the point light source, the light emitting means and the light shielding pattern formed on at least part of the upper and lower portions of the light guide plate The light guide plate includes a light source input unit, an upper internal reflection surface, an optical guide plate upper surface, and a stopper, wherein the light source input unit is formed under the light guide plate, and the light directed toward the top of the light source input unit is Refractive to the upper internal reflection surface, the light directed toward the side of the light source input unit is refracted to the internal reflection surface to generate total internal reflection in the light guide plate, the stopper is formed on the upper internal reflection surface of the transmissive material It is characterized in that it coincides with the shape of the upper internal reflection surface.
Description
본 발명은 점광원을 이용한 면발광 백라이트 유닛 및 면발광 램프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광다이오드와 같은 점광원의 빛을 광가이드판의 내부에 전반사되도록 굴절 및 반사시키고 이를 전방으로 고르게 분산 방출하는 면발광 백라이트 유닛 및 면발광 램프에 관한 것이다.The present invention relates to a surface emitting backlight unit and a surface emitting lamp using a point light source, and more particularly, refracting and reflecting the light of a point light source such as a light emitting diode to be totally reflected inside the light guide plate and dispersing it evenly forward. It relates to a surface emitting backlight unit and a surface emitting lamp.
최근 들어 LED(Light Emitting Diode)나 LD(Laser Diode)와 같은 반도체 발광소자가 실/내외 조명장치나 디스플레이장치의 백라이트 용으로 널리 사용되고 있다. 상기 LED나 LD는 전력 대비 발광 효율이 높아 전력 소비를 절감할 수 있고, 다양한 색상의 조명을 제공할 수 있는 등의 장점이 있는 반면, 점광원이 갖는 구조적 특성으로 인해 광 조사각이 좁은 단점이 있기 때문에, 넓은 영역에 대하여 고른 광도의 빛을 제공하기 위해서는 광확산판과 같은 별도의 수단을 필요로 한다.Recently, semiconductor light emitting devices such as LED (Light Emitting Diode) and LD (Laser Diode) have been widely used for backlight of indoor / outdoor lighting devices or display devices. The LED or LD has a high luminous efficiency compared to electric power, which can reduce power consumption and provide illumination of various colors, whereas the light emission angle is narrow due to the structural characteristics of the point light source. Therefore, in order to provide light of uniform brightness over a wide area, a separate means such as a light diffusion plate is required.
예를 들어, 액정표시장치(LCD)는 액정패널 자체가 빛을 발하지 않기 때문에 후방에 빛을 제공하는 백라이트 유닛을 구비하게 되는데, 이 백라이트 유닛의 광원으로 종래에는 CCFL(Cold cathode flourescent lamp)이 주로 사용되었으나, 최근에는 화질과 에너지 효율을 높일 수 있는 소자로서 LED가 각광받고 있다. For example, a liquid crystal display (LCD) includes a backlight unit that provides light to the rear side because the liquid crystal panel itself does not emit light. As a light source of the backlight unit, a conventional cold cathode flourescent lamp (CCFL) is mainly used. In recent years, LEDs have been in the spotlight as devices capable of improving image quality and energy efficiency.
현재 사용되는 LED 백라이트 유닛은 에지형(edge emitting)과 직하형(direct illumination)의 두 가지 타입으로 크게 구분된다. Currently used LED backlight units are largely divided into two types: edge emitting and direct illumination.
에지형은 도광판의 가장 자리에 LED를 설치하여 도광판에 빛을 입사시키는 것으로, 입사된 광선들이 내부 전반사를 통해 도광판 전체로 확산되다가 돌기 형태의 추출점이나 요철된 산란 무늬를 만나면 도광판의 수직방향 전방으로 방출되어 확산된 빛을 제공하는 구조를 갖는다. 이러한 에지형 구조는 도광판에서 나오는 빛의 세기를 균일하게 만들기 쉬울 뿐 아니라 백라이트 유닛의 두께를 얇게 만들 수 있는 장점이 있다. In the edge type, the LED is installed at the edge of the light guide plate to inject light into the light guide plate. When the incident light rays are diffused through the total internal reflection to the entire light guide plate, and meet the projection-shaped extraction point or the uneven scattering pattern, the light guide plate is vertically forward. It has a structure that is emitted to provide diffused light. Such an edge type structure not only makes it easy to uniformize the light intensity emitted from the light guide plate, but also has an advantage of making the thickness of the backlight unit thin.
그러나, 화면이 대형화됨에 따라 LED가 설치되는 도광판의 각 변부 길이에 대해 화면의 면적은 제곱에 비례하여 증가되므로, 에지형 백라이트 유닛은 각 광원의 요구 광량이 증가되어 고휘도의 엘이디가 요구되며, 빛 도달 거리가 증가되는 만큼 엘이디의 휘도 뿐 아니라 도광판의 성능 개선 또한 요구되어 제조비용 및 공정 난이도 면에서 불리해지는 문제가 있다. However, as the size of the screen increases, the area of the screen increases in proportion to the square for each side length of the light guide plate on which the LED is installed. Therefore, the edge type backlight unit requires a high brightness LED because the required amount of light of each light source is increased. As the distance to reach is increased, not only the brightness of the LED but also the performance improvement of the light guide plate are required, which is disadvantageous in terms of manufacturing cost and process difficulty.
이에 반하여 직하형(direct type)은 LED를 액정 후방에 2차원으로 배열하고 확산판을 사용하여 각 LED의 빛을 분산시킴으로써 균일한 빛을 제공하는 것으로, LED의 분산 배치를 통해 보다 용이하게 양호한 화질의 대형 화면을 구현할 수 있어 TV와 같이 대형화 추세에 있는 디스플레이장치에 있어서는 에지형보다 상당히 유리한 장점을 갖는다. In contrast, the direct type provides uniform light by arranging the LEDs in two dimensions behind the liquid crystal and dispersing the light of each LED using a diffuser plate. It is possible to implement a large screen of the display device in the trend of larger size, such as TV has a significant advantage over the edge type.
그러나, LED와 같은 점광원은 광 조사 중심과 멀어질수록, 즉 출사각이 커질수록 빛의 세기가 급격히 약해지는 불균일한 광분포를 갖기 때문에, 직하형 백라이트 유닛은 확산판을 사용해도 LED와 가까운 점을 중심으로 밝은 점이 생기는 현상(hot spot)이 발생하고, 이를 제거하기 위한 확산판 개선이나 다른 광학 요소의 구비가 요구된다. 또한, 제한된 광 조사각으로 인해 요구되는 면적을 비추기 위해서는 액정과 LED 간에 충분한 공간이 확보되어야 하므로 백라이트 유닛과 액정표시장치의 두께가 증가될 수밖에 없는 단점이 있다. However, since point light sources such as LEDs have a non-uniform light distribution that is far from the center of light irradiation, i.e., a larger emission angle, the intensity of the light rapidly decreases, the direct backlight unit is close to the LED even when using a diffuser plate. Hot spots occur around the point, which requires diffusion plate improvement or the provision of other optical elements to remove it. In addition, in order to illuminate the required area due to the limited light irradiation angle, sufficient space must be secured between the liquid crystal and the LED, so that the thickness of the backlight unit and the liquid crystal display device must be increased.
그리고, 상기와 같은 백라이트 유닛에 적용 시 발생되는 점광원의 광분포 문제는 조명용 램프에 점광원을 사용할 경우에도 동일하게 발생된다.In addition, the light distribution problem of the point light source generated when applied to the backlight unit as described above occurs even when the point light source is used in the lighting lamp.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발광다이오드와 같은 점광원을 직하형으로 배치하여 대형 디스플레이장치에 대해서도 우수한 화질 구현이 가능한 동시에 점광원과 근거리에서도 양호한 빛 분산 효과를 구현하는 광가이드판을 구비하여 디스플레이장치의 두께를 감소시키면서도 화질을 더욱 향상시킬 수 있는 점광원을 이용한 면발광 백라이트 유닛을 제공하는 것에 목적이 있다. 또한, 본 발명은 점광원의 빛을 광가이드판을 통해 균일하게 확산 방출하여 넓은 영역에 대하여 고른 조명 효과를 구현할 수 있도록 한 점광원을 이용한 면발광 램프를 제공하는 것에 다른 목적이 있다. The present invention is to solve the problems described above, by providing a point light source such as a light emitting diode in a direct type to implement a good image quality for a large display device and at the same time a good light dispersion effect even in the point light source and a short distance It is an object of the present invention to provide a surface emitting backlight unit using a point light source capable of further improving image quality while reducing the thickness of a display device by providing a guide plate. In addition, another object of the present invention is to provide a surface light emitting lamp using a point light source to uniformly diffuse and emit light of a point light source through a light guide plate to realize an even lighting effect over a wide area.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 면발광 백라이트 유닛은, LCD패널로 빛을 조사하는 점광원,상기 LCD패널과 상기 점광원 사이에 형성된 투광성 재질의 광가이드판,상기 광가이드판의 상부 및 하부 중 적어도 일부에 형성된 광방출수단 및 차광패턴을 포함하고, 상기 광가이드판은 광원입력부, 상부내부전반사면, 내부전반사면, 마개를 포함하며, 상기 광원입력부는 상기 광가이드판의 하부에 형성되어 상기 광원 입력부의 상부로 향하는 빛은 상기 상부내부전반사면으로 굴절시키고 ,상기 광원 입력부의 측면으로 향하는 빛은 상기 내부전반사면으로 굴절시켜 상기 광가이드판에서 내부 전반사를 발생 시키고, 상기 마개는 투광성 재질로 상기 상부내부전반사면 상부에 형성되어 상기 상부내부전반사면의 모양과 일치할 수 있다. 그리고 상기 광원 입력부는, 상기 광가이드판의 하부에 오목하게 들어가도록 형성할수 있다. 또한, 상기 상부내부전반사면은, 상기 광가이드판의 상부에 원뿔 형태로 오목하게 들어가도록 형성되며,상기 광원 입력부에서 굴절된 빛을 상기 내부전반사면으로 반사하도록 할수 있다. 그리고 상기 상부내부전반사면의 원뿔은 꼭지각이 80도에서 100도 사이에 있는 것을 특징으로 할수 있다. 또한, 상기 마개는,원뿔 모양인 것을 특징으로 할수 있다. 그리고 상기 광원입력부의 상부 면은 상기 점광원에서 나오는 빛의 발산각을 줄이기 위해 구면 또는 곡면인 것을 특징으로 할수 있다. 또한 상기 광방출수단은, 흰색 산란페인트, 유색 산란페인트, 형광체, 양자점 형광체, 표면 요철중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a surface light emitting unit including a point light source for irradiating light to an LCD panel, an optical guide plate formed between the LCD panel and the point light source, and the light guide. And a light emitting means and a light shielding pattern formed on at least part of an upper portion and a lower portion of the plate, wherein the light guide plate includes a light source input unit, an upper internal reflection surface, an internal reflection surface, and a stopper, and the light source input unit is the light guide plate. Light formed at the lower portion of the light source input portion to the upper portion is refracted to the upper internal reflection surface, light directed toward the side of the light source input portion is refracted to the internal reflection surface to generate total internal reflection in the light guide plate, The stopper may be formed of a light transmissive material on the upper internal reflection surface to match the shape of the upper internal reflection surface. The light source input unit may be formed to be recessed in the lower portion of the light guide plate. In addition, the upper internal reflection surface is formed to concave in the shape of a cone on the upper portion of the light guide plate, it is possible to reflect the light refracted by the light source input to the internal reflection surface. And the cone of the upper internal reflection surface may be characterized in that the vertex angle is between 80 degrees and 100 degrees. In addition, the stopper may be characterized by having a conical shape. The upper surface of the light source input unit may be a spherical surface or a curved surface to reduce the divergence angle of the light emitted from the point light source. The light emitting means may include at least one of white scattering paint, colored scattering paint, phosphor, quantum dot phosphor, and surface irregularities.
한편 다른 실시예에 따른 광가이드 판에 있어서,상기 광가이드 판의 제1 표면에 형성된 콘 형상의 제1 요홈,상기 제1 표면에 대향되는 제2 표면에서, 상기 제1 요홈에 대응되는 위치에 형성된 제2 요홈을 포함하며, 상기 제2 요홈은 상기 제2 표면에서의 개구보다 작은 면적의 바닥면을 가지는 것을 특징으로 할수 있다.그리고 상기 제2 요홈의 개구는 상기 제1 요홈의 개구보다 작은 면적을 가지는 것을 특징으로 할수 있다. 또한 상기 제2 요홈의 바닥면은, 상기 제2 표면 방향으로 볼록한 곡선면인 것을 특징으로 할수 있다. 그리고 상기 제1 요홈에 배치되는 마개;를 더 포함하는 것을 특징으로 할수 있다. On the other hand, in the optical guide plate according to another embodiment, a cone-shaped first groove formed on the first surface of the optical guide plate, the second surface opposite to the first surface, in a position corresponding to the first groove And a second groove formed, wherein the second groove has a bottom surface of an area smaller than the opening in the second surface. The opening of the second groove is smaller than the opening of the first groove. It may be characterized by having an area. The bottom surface of the second recess may be a curved surface convex in the second surface direction. And it may be characterized in that it further comprises a stopper disposed in the first groove.
한편 또 다른 실시예에 따른 면발광 백라이트 유닛에 있어서, 점광원, 상기 점광원의 일측에 배치된 광가이드판, 상기 광가이드판의 제1 표면 상에 형성된 차광 패턴, 상기 광가이드판의 제2 표면 상에 형성된 적어도 하나의 광방출 수단을 포함하고, 상기 광가이드 판은, 상기 제1 표면에 형성된 콘 형상의 제1 요홈, 상기 제2 표면에서 상기 제1 요홈에 대응되는 위치에 형성되며, 상기 제2 표면에서의 개구보다 작은 면적의 바닥면을 가지는 제2 요홈, 상기 제1 요홈에 배치되는 마개를 포함하는 것을 특징으로 할수 있다. 그리고 상기 제2 요홈의 개구는 상기 제1 요홈의 개구보다 작은 면적을 가지는 것을 특징으로 할수 있다. 또한 상기 제2 요홈의 바닥면은, 상기 제2 표면 방향으로 볼록한 곡선면인 것을 특징으로 할수 있다.Meanwhile, in a surface light emitting unit according to another embodiment, a point light source, a light guide plate disposed on one side of the point light source, a light shielding pattern formed on a first surface of the light guide plate, and a second of the light guide plate At least one light emitting means formed on a surface, wherein the light guide plate is formed at a position corresponding to the first groove on the second surface, the first groove having a cone shape formed on the first surface, And a stopper disposed in the first groove and the second groove having a bottom surface of an area smaller than the opening in the second surface. The opening of the second recess may have a smaller area than the opening of the first recess. The bottom surface of the second recess may be a curved surface convex in the second surface direction.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 점광원을 이용한 면발광 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 전반사에 의한 빛의 가이딩을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이웃 LED에서 LED 주변 광학계로 진입하는 광선의 경로를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 다른 실시예에 따른 점광원을 이용한 면발광 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 5는 점광원을 이용한 면발광 백라이트 유닛의 원뿔 마개가 없는 경우에 상부내부전반사면 주위로 새어 나오는 빛의 세기를 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면 이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 점광원을 이용한 면발광 백라이트 유닛의 원뿔 마개가 있는 경우에 원뿔 마개 주위로 새어 나오는 빛의 세기를 시뮬레이션한 결과를 도시한 것이다.
도 7는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 점광원을 이용한 면발광 백라이트 유닛의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a surface emitting backlight unit using a point light source according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view for explaining guiding of light by total internal reflection according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a path of a light beam entering a LED peripheral optical system from a neighboring LED according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a surface emitting backlight unit using a point light source according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a result of simulating the intensity of light leaking around the upper internal reflection surface when there is no conical stopper of the surface emitting backlight unit using the point light source.
FIG. 6 illustrates a result of simulating the intensity of light leaking around a cone stopper when there is a cone stopper of a surface emitting backlight unit using a point light source according to an embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view of a surface emitting backlight unit using a point light source according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the present invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 점광원을 이용한 면발광 백라이트 유닛의 단면을 도시한 것이다. 1 is a cross-sectional view of a surface emitting backlight unit using a point light source according to an embodiment of the present invention.
도1은 점광원으로서 LED를 구비한 것을 예시한 것으로, 회로기판에 소정 간격으로 설치된 복수의 LED 점광원(101), 광가이드판(103), 광발출수단(107), 차광패턴(108)으로 이루어진다.FIG. 1 illustrates an example in which an LED is provided as a point light source, and includes a plurality of LED
상기 점광원(101)은 에지형 타입과 같이 도광판의 외측단 부분에 설치되지 않고, 직하형 타입과 같이 상기 광가이드판(103)의 후방에 등 간격을 이루어 1차원 또는 2차원 배열된다. The
상기 광가이드판(103)은 투광성이 높은 합성수지 소재로 이루어진 것이 성형성이나 비용 면에서 바람직하며, 특히 본 발명에서 요구되는 빛의 회절 및 내부 전반사 효과를 구비하기 위하여 굴절률이 1.3 이상의 것이 바람직하다. 아래 실시예에서는 광가이드판(103)으로서 현재 많이 사용되는 PMMA를 가정하였며, 굴절률은 1.5를 사용하기로 한다.The
상기 광가이드판(103)은 상부에는 콘 형상의 요홈형태의 상부내부전반사면(105), 광가이드판상부면(109), 원뿔마개(106)로 구성된다. 광가이드판(103)의 하부에는 상부의 상부내부전반사면(105)에 대응되는 위치에 광원입력부(104)가 배치되고, 광가이드판하부면(110)을 포함한다. 상기 광원입력부(104)의 개구(도1의 DD'을 직경으로 하는 면적)는 상기 상부내부전반사면(105)의 개구(도1의 EE'를 직경으로 하는 면적)보다 작은 면적을 갖는다. 또한 상기 광원입력부(104)의 개구는 바닥면(도1의 CC'를 직경으로 하는 면적)의 면적보다 크다. 상기 광원입력부(104)는 점광원(101)의 광조사 범위에 따라 적정 크기를 갖는다. 상기 광원입력부(104)는 두 부분으로 나뉘어지며, 도1에서 CC' 에 해당하는 상부면과 CD 또는 C'D' 에 해당하는 측면으로 나뉘어진다. 이 두 부분은 주로 LED와 같은 점광원(101)에서 나오는 빛을 굴절하여 광가이드판(103)으로 입사시키는 역할을 하고 있다. OC는 평면에 수직인 OB와 약 45도에 위치하고 있으며 CD또한 DD'과 45도를 이루고 있다. 점광원에서 나온 빛은 각도에 따라 광원입력부(104) 상부면을 통과하는 빛과 측면을 통과하는 두 부분으로 나뉘어진다. 입력부(104) 상부면을 통과하는 빛은 굴절되어 상부내부전반사면(105)과 만나게되고 수직선 OB와의 각도가 28도 이내로 줄어든다. The
도 2에는 이러한 광선도를 자세히 나타내고 있다. 상부내부전반사면(105)는 원뿔 모양(콘 형상의 요홈 형태)으로 들어간 모양을 하고 있으며 도1에서 원뿔의 가장자리 선 AE가 OB와 45도를 이루고 있다. 광원 입력부(104) 상부면에서 굴절한 광선은 수직선 OB에 대하여 0도에서 28도의 각도를 가지고 있으므로 광가이드판(103)의 수평면 DD'에 대하여 0도에서 28도의 각도를 가지고 반사하게 된다. 도 2에서 볼 수 있듯이 이 광선들은 상부내부전반사면(105) 및 광가이드판 상부면(109)을 만나서 모두 전반사 모드로 들어가며 광가이드판을 따라서 수평으로 이동한다. 광원입력부(104)의 측면 CD로 들어간 빛은 입사각이 0도에서 45도 사이로 굴절되면 0도에서 28도의 각도를 가지므로 굴절 후에 광가이드판(104)의 수평면 DD'과 45도에서 17도의 각도를 이루게 된다. 이 또한 내부 전반사 조건을 만족하기 때문에 모두 전반사 모드로 들어가며 광가이드판을 따라서 수평으로 이동한다. 여기서 CD는 BO와 45도의 각도를 이루고 있는데, 이것은 O에 위치한 점광원에서 나온 빛이 보통 작은 면적의 Lambertion 광원이기 때문에 45도에서 가장 작은 반사율을 내기 위해 기울인 것이다. 만약 CD가 BO와 사이각이 0도 이면 표면에서 상당량의 반사가 일어나게 된다. Lambertion 광원은 45도에서 가장 높은 에너지를 발산하기 때문에 이 각도에서 반사율을 줄이는 것이 광원의 진입 효율을 높이는데 기여한다. CD와 BO의 사이각은 따라서 30-60 도 정도가 적당하다. 또는 CD 선이 중심이 O에 있는 원의 일부인 경우도 표면 반사를 줄일 수 있는 구조이다. 이러한 방식으로 점광원에서 나온 빛은 광원입력부(104), 상부내부전반사면(105), 광가이드판 상부면(109)를 거치며 모두 광가이드판(103)에 수평으로 가이딩되어 이동한다. 여기서 점광원은 LED와 같이 광원입력부(104)의 크기에 비하여 작은 면광원을 포함한다.2 shows such a light diagram in detail. The upper
점광원(101)에서 출발한 빛이 광가이드판에서 수평으로 가이딩되면 빠져나오지 못하는데 이것을 추출하기 위해서는 광방출수단(107)을 필요로 한다. 광방출수단(107)은 광가이드판(103) 안에 내부 전반사에 의해 갇힌 빛을 외부로 추출하기 위한 수단으로 흰색 페인트나 요철 패턴으로 만들 수 있다. 흰색 페인트에 빛이 입사하면 산란 현상에 의해서 사방으로 흩어지고 그 중 일부 빛은 내부 전반사 하지 않고 광가이드판(103)을 빠져나가게 된다. 흰색 페인트가 아닌 색깔이 있는 페인트를 사용하면 광가이드판(103)의 위치에 따라 색을 조절할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어 파란색이나 초록색, 빨간색 페인트를 패턴으로 인쇄하면 광 추출이 됨과 동시에 패턴이 있는 부분의 색깔을 조절할 수 있다. 안료를 포함하는 페인트 이외에도 형광체를 바인더와 섞어 패턴을 인쇄하면 짧은 파장을 흡수하여 긴 파장 빛으로 변화시킴으로써 안료에 비하여 에너지 손실이 적으면서도 색깔을 변화할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어 점광원이 청색 LED이거나 색온도가 높은 LED일 경우 YAG 형광체를 포함하는 광방출수단(107)을 사용하면 광 추출도 되면서 노란색을 강화시키므로 좀 더 자연스런 백색을 구현할 수 있다. 양자점 형광체를 사용할 경우에는 색 순도가 높아져 백라이트 유닛의 색재현성을 높일 수 있는 장점이 있다. 이렇게 광방출수단(107)의 다양한 재질에 따라 광도파로는 국부적으로 색깔을 조절할 수 있으므로 면발광 램프 설계에 있어 더 많은 자유도를 제공한다. 마지막으로, 요철 패턴 또한 내부 전반사 조건을 교란함으로 인해 광가이드판 바깥으로 빛을 내보내는 역할을 한다. When the light starting from the point
원뿔마개(106)는 상부내부전반사면(105)와 같은 모양으로 되어 있으며 이 두 부분 사이에 공기층을 포함하도록 하여 상부내부전반사면(105)이 내부 전반사가 일어나도록 한다. 원뿔 마개의 주요한 기능은 이웃하는 점광원에서 가이딩되는 빛이 상부내부전반사면(105)에 도착할 경우 이를 원뿔마개(106) 의 상부면으로 올려주어 내부 전반사를 일으켜서 마치 상부내부전반사면(105)이 없이 평평한 광가이드판으로 만들어진 것과 같은 효과를 낸다. 원뿔 마개(106)가 없으면 상부내부전반사면(105)를 통해 빛이 나오므로 주변에 비하여 매우 밝은 hot spot을 얻게 된다. 도 3에는 이웃하는 점광원에서 오는 광선들이 원뿔 마개를 통하여 반사하는 모습을 보여주고 있다. 이웃에서 오는 광선들 중에 아래로 향하는 광선들은 주로 상부내부전반사면(105)에서 반사하거나 기판(102)에서 반사하여 다시 가이딩되고, 일부는 광원입력부(104) 주위로 빠져나오게 된다. 이렇게 방출되는 빛은 차광패턴(108)을 사용하여 방출광의 균일도를 제어한다. 차광패턴은 보통 산란 페인트나 반사 패턴을 사용하여 투과하는 빛의 세기를 조절하는 역할을 한다. 또한 기판(102)은 반사판이거나 잡광을 막기 위해서 흡수 페인트가 칠해진 판일 수 있다.The
도 1에서 광원입력부(104)와 상부내부전반사면(105)의 크기를 예를 들어 계산해 보면 다음과 같다. 점광원의 직경을 0.5 mm 라고 하고 OB의 길이를 1 mm 로 하면, BC의 길이는 1 mm 이다. 따라서 광원입력부(104)의 반지름인 OD는 2 mm 이다. 광가이드판(103)의 두께를 5 mm라고 할 때, CE는 OB와 28도를 이루고 있으므로 EE'은 6.2 mm 이다. 상부내부전반사면(105)의 원뿔 밑면 반지름은 3.12 mm 이고 높이는 3.12 mm가 된다.In FIG. 1, for example, the sizes of the light
광가이드판(103)의 두께를 줄이기 위해서는 상부 원뿔의 반지름을 줄여야 하고 이를 위해서는 광입력부(104) 상부면을 통과하는 광선의 굴절각을 줄여야 한다. 이를 위해서는 광입력부(104) 상부면을 평면으로 하는 대신 렌즈 모양으로 하면 각도를 줄일 수 있다. In order to reduce the thickness of the
도 4는 본 발명에 다른 실시예에 따른 점광원을 이용한 면발광 백라이트 유닛의 단면도이다. 도4에 있어서 점광원(201), 기판(202), 광가이드판(203), 원뿔마개(206), 광방출수단(207), 차광패턴(208), 광가이드판상부면(209)는 도1에 기재된 설명과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 4 is a cross-sectional view of a surface emitting backlight unit using a point light source according to another embodiment of the present invention. In FIG. 4, the point
도4에서 광원입력부(204)의 상부의 곡률 반경이 1.25 mm인 렌즈 곡면을 사용하면 굴절각은 28도에서 14도로 감소한다. 도 4에서 광가이드판(203)의 두께를 예를 들어 계산해 보면 다음과 같다. 점광원(201)에서 광원입력부(204) 제일 높은 지점까지의 거리를 1.0 mm 로 하면 렌즈 반지름은 1.0 mm이고 광원 입력부(204)의 반지름은 2.0 mm가 된다. 렌즈를 통과한 굴절광선이 수직에서 14도의 각도를 이루기 때문에 광 가이드판(103)의 두께를 3.0 mm로 줄일 수 있다. 이때 상부내부전반사면(205)의 원뿔 밑면 반지름은 1.5 mm이고, 높이도 1.5 mm 이므로 원뿔 꼭지점이 렌즈와 만나지 않고, 광가이드판(203)의 두께를 더 줄일 여지가 있다.In FIG. 4, when the lens curved surface having the radius of curvature of the upper portion of the light
도 5와 도 6에는 원뿔 마개가 없는 구조와 원뿔 마개가 있는 구조에서 상부로 새어 나오는 빛의 세기를 계산한 결과이다. 원뿔 마개가 없는 구조에서 조도가 원뿔 마개가 있는 구조에 비하여 2 ~ 3배의 빛이 더 새어 나오는 것을 볼 수 있다. 이것은 원뿔 마개가 있는 구조가 좀 더 균일한 휘도의 조명을 만들 수 있다는 것을 보여주고 있다. 원뿔 마개가 있는 구조의 중심에서 매우 밝은 점이 보이는 데 이것은 차광 패턴을 사용하여 가리면 없앨 수 있다.5 and 6 show the results of calculating the intensity of light leaking upward from the structure without the cone plug and the structure with the cone plug. In the structure without the conical stopper, roughness of 2 ~ 3 times more light can be seen than the structure with the conical stopper. This shows that the structure with the cone stopper can produce more uniform illumination. Very bright spots are visible at the center of the conical stopper structure, which can be eliminated by using a shading pattern.
도 7에는 광가이드판의 광원 입력부는 도4에 나온 실시예와 같고 원뿔형 상부내부전반사면 대신에 반사형 회절 격자(306)를 이용한 예를 보이고 있다. 회절 격자(306)의 주기를 조절하면 입력광 L1에 대하여 0차 회절광(L2), +/-1차 회절광(L3, L4)을 얻을 수 있다. 이때 회절 격자(306)의 높이를 파장의 1/4로 만들면 0차 회절광은 사라지므로 +/1 1차 회절광만 전파하여 내부 전반사 모드로 들어가게 할 수 있다. 예를 들어 1차 회절광과 0차 회절광 사이의 각도를 60도로 하려면 다음 식을 만족하면 된다. In FIG. 7, the light source input unit of the light guide plate is the same as the embodiment shown in FIG. 4, and an example of using the
파장을 450 nm 로 한다면 회절 격자(306)의 주기는 346 nm 이다. 0차 회절 무늬를 소멸하기 위한 회절 격자(306)의 높이는 76 nm 근처이다. 반사형 회절 격자(306)는 투과형 회절 격자에 비하여 격자의 높이가 절반만 되도 0차 회절 무늬를 소멸할 수 있기 때문에 회절 격자(306) 제작이 훨씬 용이하다. 또한 반사형 회절 격자(306)는 투과형 회절 격자와 달리 격자의 요철 부분이 광가이드판(303) 안쪽을 향하고, 반대편은 금속으로 코팅되어 있기 때문에 기계적 강도가 우수하고 먼지가 광가이드판 표면에 있어도 기능의 손상을 받지 않는 장점이 있다. 회절 격자는 일반적으로 파장에 따라 다른 회절 특성을 가지는데 점광원이 백색광원일 경우에는 1차 회절광의 각도를 충분히 크게 하면 가시광선의 상당 부분을 내부 전반사 모드로 들어가게 만들 수 있다. 다른 파장 빛들이 분리된다고 해도 광가이드판(303) 내부에서 서로 섞이게 되기 때문에 균일한 색깔을 얻을 수 있다. 이러한 문제점을 원천적으로 해결하기 위해서는 청색 LED와 같은 단색 광원(301)을 사용하고 광추출 패턴(307)에 형광체를 사용하여 백색을 구현할 수 있다. 보통 회절 격자는 평행한 직선으로 이루어져 있지만, 여기서 사용하는 회절 격자는 동심원 모양의 원형 또는 타원 모양일 경우 광가이드판(303)에서 모든 방향으로 균일한 조도를 구현할 수 있다.If the wavelength is 450 nm, the period of the
그리고, 전술한 실시예에서는 본 발명이 디스플레이장치의 백라이트 유닛에 적용된 것을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니며, 상기 점광원(101)의 빛을 광가이드판(103)을 통해 확산 방출하여 넓은 영역에 대해 고른 광도의 조명을 제공하는 면발광 램프에 적용될 수 있다. In the above-described embodiment, the present invention has been exemplarily applied to the backlight unit of the display device. However, the present invention is not limited thereto, and the light of the point
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면, 점광원의 빛을 굴절하고 반사시켜 광가이드판 내부에 전반사되도록 입사시키고 다수의 광추출부를 통해 전방으로 균일하게 분산 방출되도록 함으로써, 직하형 광원 배치 방식과 에지형 광원 배치 방식의 장점을 동시에 구비하여 고품질의 도광판 및 고휘도의 점광원을 사용하지 않으면서, 또한 보다 적은 수량의 점광원을 사용하면서도 균일한 광도를 구현하는 대형 디스플레이장치용 백라이트 유닛을 제공할 수 있으며, 광가이드판과 점광원 사이의 거리가 짧아도 광가이드판으로 빛을 가이딩하는 효과가 동일하게 발생되어 디스플레이장치의 두께를 줄일 수 있는 효과가 있다. According to the present invention as described above, by directing and refracting the light of the point light source to be totally reflected inside the light guide plate, and uniformly distributed emission forward through a plurality of light extraction, direct light source arrangement and edge type By providing the advantages of the light source arrangement method at the same time, it is possible to provide a backlight unit for a large display device without using a high-quality light guide plate and a high brightness point light source and realizing uniform brightness while using a smaller number of point light sources. In addition, even if the distance between the light guide plate and the point light source is short, the effect of guiding light with the light guide plate is generated the same, thereby reducing the thickness of the display device.
또한, 점광원의 빛을 광가이드판을 통해 균일하게 확산 방출하여 넓은 영역에 대하여 고른 광도의 빛을 조사하는 고품질의 조명용 램프를 제공할 수 있는 효과가 있다. In addition, there is an effect that can provide a high-quality illumination lamp for irradiating light of uniform brightness over a wide area by uniformly diffused emission of the point light source through the light guide plate.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.
101 : 점광원 102 : 기판
103 : 광가이드판 104 : 광원입력부
105 : 상부내부전반사면 106 : 원뿔마개
107 : 광방출수단 108 : 차광패턴
109 : 광가이드판상부면
201 : 점광원 202 : 기판
203 : 광가이드판 204 : 광원입력부
205 : 상부내부전반사면 206 : 원뿔마개
207 : 광방출수단 208 : 차광패턴
209 : 광가이드판상부면
301 : 점광원 302 : 기판
303 : 광가이드판 304 : 광원입력부
306 : 회절격자
307 : 광방출수단 308 : 차광패턴
309 : 광가이드판상부면101: point light source 102: substrate
103: light guide plate 104: light source input unit
105: upper internal reflection surface 106: conical stopper
107: light emitting means 108: shading pattern
109: light guide plate upper surface
201: point light source 202: substrate
203: light guide plate 204: light source input unit
205: upper internal reflection surface 206: conical stopper
207: light emitting means 208: light shielding pattern
209: light guide plate upper surface
301: point light source 302: substrate
303: light guide plate 304: light source input unit
306: diffraction grating
307: light emitting means 308: light shielding pattern
309: light guide plate upper surface
Claims (19)
상기 LCD패널과 상기 점광원 사이에 형성된 투광성 재질의 광가이드판;및
상기 광가이드판의 상부 및 하부 중 적어도 일부에 형성된 광방출수단 및 차광패턴;을 포함하고,
상기 광가이드판은 광원입력부, 상부내부전반사면, 광가이드판 상부면, 마개를 포함하며,
상기 광원입력부는 상기 광가이드판의 하부에 형성되어 상기 광원 입력부의 상부로 향하는 빛은 상기 상부내부전반사면으로 굴절시키고 ,상기 광원 입력부의 측면으로 향하는 빛은 상기 광가이드판 상부면으로 굴절시켜 상기 광가이드판에서 내부 전반사를 발생 시키고,
상기 마개는 투광성 재질로 상기 상부내부전반사면 상부에 형성되어 상기 상부내부전반사면의 모양과 일치하는 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.Point light source for irradiating light with the LCD panel;
An optical guide plate of a translucent material formed between the LCD panel and the point light source; and
And light emitting means and light blocking patterns formed on at least some of the upper and lower portions of the light guide plate.
The optical guide plate includes a light source input unit, an upper internal reflection surface, an upper surface of the optical guide plate, and a plug.
The light source input unit is formed under the light guide plate so that light directed to the upper portion of the light source input unit is refracted to the upper internal reflection surface, and light directed toward the side of the light source input unit is refracted to the upper surface of the light guide plate. In the light guide plate to generate total internal reflection,
The plug is formed of a light transmissive material on the upper internal reflection surface, the surface of the light emitting backlight unit, characterized in that the same as the shape of the upper internal reflection surface.
상기 광원 입력부는,
상기 광가이드판의 하부에 오목하게 들어가도록 형성되는것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.The method of claim 1,
The light source input unit,
Surface-emitting backlight unit, characterized in that formed to be recessed in the lower portion of the light guide plate.
상기 상부내부전반사면은,
상기 광가이드판의 상부에 원뿔 형태로 오목하게 들어가도록 형성되며,
상기 광원 입력부에서 굴절된 빛을 상기 광가이드판상부면으로 반사하는 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.The method of claim 1,
The upper internal total reflection surface,
Is formed to concave in the shape of a cone on the upper portion of the light guide plate,
And a light refracted by the light source input unit to reflect the light guide plate upper surface.
상기 상부내부전반사면의 원뿔은 꼭지각이 80도에서 100도 사이에 있는 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.The method of claim 3,
The cone of the upper internal reflection surface is a surface-emitting backlight unit, characterized in that the vertex angle is between 80 degrees and 100 degrees.
상기 마개는,
원뿔 모양인 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.The method of claim 1,
Wherein the stopper
Surface-emitting backlight unit, characterized in that the conical shape.
상기 광원입력부의 상부 면은 상기 점광원에서 나오는 빛의 발산각을 줄이기 위해 구면 또는 곡면인 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.The method according to any one of claims 1 to 5,
The upper surface of the light source input unit is a surface light emitting unit, characterized in that the spherical or curved surface to reduce the divergence angle of the light emitted from the point light source.
상기 광방출수단은,
흰색 산란페인트, 유색 산란페인트, 형광체, 양자점 형광체, 표면 요철중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.The method of claim 1,
The light emitting means,
A surface emitting backlight unit comprising at least one of white scattering paint, colored scattering paint, phosphor, quantum dot phosphor, and surface irregularities.
상기 광가이드 판의 제1 표면에 형성된 콘 형상의 제1 요홈;및
상기 제1 표면에 대향되는 제2 표면에서, 상기 제1 요홈에 대응되는 위치에 형성된 제2 요홈;을 포함하며,
상기 제2 요홈은 상기 제2 표면에서의 개구보다 작은 면적의 바닥면을 가지며,
상기 제2 요홈의 바닥면은, 상기 제2 표면 방향으로 볼록한 곡선면인 것을 특징으로 하는 광가이드 판.In the light guide plate,
Cone-shaped first grooves formed on the first surface of the optical guide plate; And
And a second groove formed at a position corresponding to the first groove at a second surface opposite to the first surface.
The second recess has a bottom surface of an area smaller than an opening in the second surface,
The bottom surface of the said 2nd groove is a curved guide surface which convex toward the said 2nd surface direction.
상기 제2 요홈의 개구는 상기 제1 요홈의 개구보다 작은 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 광가이드 판.9. The method of claim 8,
And the opening of the second groove has a smaller area than the opening of the first groove.
상기 제1 요홈에 배치되는 마개;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광가이드 판.10. The method according to claim 8 or 9,
And a stopper disposed in the first recess.
점광원;
상기 점광원의 일측에 배치된 광가이드판;
상기 광가이드판의 제1 표면 상에 형성된 적어도 하나의 차광 패턴; 및,
상기 광가이드판의 제2 표면 상에 형성된 적어도 하나의 광방출 수단;을 포함하고,
상기 광가이드 판은,
상기 제1 표면에 형성된 콘 형상의 제1 요홈;
상기 제2 표면에서 상기 제1 요홈에 대응되는 위치에 형성되며, 상기 제2 표면에서의 개구보다 작은 면적의 바닥면을 가지는 제2 요홈; 및,
상기 제1 요홈에 배치되는 마개;를 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.In the surface emitting backlight unit,
Point light source;
An optical guide plate disposed on one side of the point light source;
At least one light blocking pattern formed on the first surface of the light guide plate; And
At least one light emitting means formed on the second surface of the light guide plate;
The optical guide plate,
A first groove having a cone shape formed on the first surface;
A second groove formed at a position corresponding to the first groove on the second surface and having a bottom surface of an area smaller than an opening in the second surface; And
And a stopper disposed in the first groove.
상기 제2 요홈의 개구는 상기 제1 요홈의 개구보다 작은 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.The method of claim 12,
And the opening of the second recess has a smaller area than the opening of the first recess.
상기 제2 요홈의 바닥면은, 상기 제2 표면 방향으로 볼록한 곡선면인 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.The method of claim 13,
The bottom surface of the second recess is a surface light emitting unit, characterized in that the curved surface convex in the second surface direction.
점광원;
상기 점광원의 일측에 배치된 광가이드판;
상기 광가이드판의 제1 표면 상에 형성된 적어도 하나의 차광 패턴; 및,
상기 광가이드판의 제2 표면 상에 형성된 적어도 하나의 광방출 수단;을 포함하고,
상기 광가이드 판은,
상기 제1 표면에 형성된 회절 격자;
상기 제2 표면에서 상기 회절 격자에 대응되는 위치에 형성되며, 상기 제2 표면에서의 개구보다 작은 면적의 바닥면을 가지는 제2 요홈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.In the surface emitting backlight unit,
Point light source;
An optical guide plate disposed on one side of the point light source;
At least one light blocking pattern formed on the first surface of the light guide plate; And
At least one light emitting means formed on the second surface of the light guide plate;
The optical guide plate,
A diffraction grating formed on the first surface;
And a second groove formed at a position corresponding to the diffraction grating on the second surface, the second groove having a bottom surface of an area smaller than the opening on the second surface.
상기 제2 요홈의 바닥면은, 상기 제2 표면 방향으로 볼록한 곡선면인 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.16. The method of claim 15,
The bottom surface of the second recess is a surface light emitting unit, characterized in that the curved surface convex in the second surface direction.
상기 광방출수단은,
흰색 산란페인트, 유색 산란페인트, 형광체, 양자점 형광체, 표면 요철중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.16. The method of claim 15,
The light emitting means,
A surface emitting backlight unit comprising at least one of white scattering paint, colored scattering paint, phosphor, quantum dot phosphor, and surface irregularities.
상기 회절 격자는,
동심원 모양의 원형 또는 타원 모양인 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.16. The method of claim 15,
The diffraction grating,
Surface-emitting backlight unit, characterized in that the concentric circular or oval shape.
상기 회절 격자는, 반사형 회절 격자인 것을 특징으로 하는 면발광 백라이트 유닛.
16. The method of claim 15,
And the diffraction grating is a reflective diffraction grating.
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