KR101449951B1 - 시야각을 개선한 백라이트 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도광판과 프리즘 시트의 구조를 개선하여 넓은 광 시야각을 확보할 수 있는 측면 조광형 백라이트 장치에 관한 것으로, 일 측의 경사면과 타 측의 다각형 또는 곡면 형상의 반사면을 가지며, 빛의 진행 방향에 수직으로 다수개 형성되는 하면 반사 패턴을 갖는 도광판; 상기 도광판의 일 측부에 배치되어 상기 도광판 내부로 다수의 점광원의 빛을 입사시키는 LED 어레이; 및 일 측의 굴절면과 타 측의 다각형 또는 곡면 형상의 반사면을 가지며, 빛의 진행 방향에 수직으로 다수개 형성되는 하향 프리즘 패턴을 갖는 프리즘 시트;를 포함한다.

Description

시야각을 개선한 백라이트 장치{Backlight Unit with Improved Viewing Angle}
본 발명은 백라이트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도광판과 프리즘 시트의 구조를 개선하여 넓은 광 시야각을 확보할 수 있는 측면 조광형 백라이트 장치에 관한 것이다.
백라이트 장치는 액정표시장치와 같은 디스플레이 장치의 화상을 실현하기 위한 조명장치를 말하며, 백라이트 장치의 광원으로는 최근 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)가 각광을 받고 있다. 이러한 백라이트 장치는 광원의 위치에 따라 직하형(Direct Lighting type) 또는 측면형(Edge Lighting type) 백라이트 장치로 구분된다. 직하형 백라이트 장치는 하부의 광원에서 광학 시트를 통하여 액정 패널에 직접 빛을 비추어 조명하는 방식이며, 측면형 백라이트 장치는 도광판의 측부에서 광원이 배치되어 도광판과 광학 시트를 통하여 간접적으로 빛을 비추어 조명하는 방식이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 측면형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타내 분해 사시도이며, 도 2는 도 1의 백라이트 장치에 대한 빛의 출사 경로를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 측면형 백라이트 장치는 사각 판상의 도광판(10) 일 측에 LED 어레이(20)가 배치되고, 도광판(10)의 상측에는 프리즘 시트(30)가 적층되는 구조를 이룬다.
여기서 도광판(10)은 LED 어레이(20)로부터 다수의 점광원의 빛을 받아들여 내부 전반사를 통하여 면광원으로 전환시킨 후 상측으로 출사시키는 광 전환 소자이다. 이러한 도광판(10)은 광 특성을 제어하기 위하여 하면에 광 패턴(11)이 형성된다. 또한, LED 어레이(20)는 소정의 회로가 인쇄된 기판(21) 상에 다수의 LED 패키지(22)가 실장되어 도광판(10) 내부로 빛을 입사시키는 백라이트 장치의 광원 기능을 한다. 또한, 프리즘 시트(30)는 도광판으로부터 출사되는 빛을 집광시킴과 동시에 출사각을 수직 방향으로 변화시켜 휘도를 향상시키는 기능을 한다. 이러한 프리즘 시트(30)는 상면 또는 하면에 프리즘 패턴(31)이 형성된다.
한편, 종래의 기술에 따른 백라이트 장치에서는 도광판(10)의 하면에 빛의 진행 방향과 수직한 방향으로 쐐기 형상의 광 패턴(11)이 형성되고, 프리즘 시트(30)의 하면에 빛의 진행 방향과 수직한 방향으로 하향 프리즘 패턴(31)이 형성된다. 이러한 구조의 백라이트 장치에서는, 도광판(10)에서 출사되는 빛은 수직 방향을 기준으로 소정의 출사각을 가지고, 프리즘 시트(30)를 통과하면서 출사각이 변경된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 도광판(10) 상면으로 출사되는 빛은 광 패턴(11)에 의하여 수직을 기준으로 약 74°의 주 출사각(α1)을 가지며, 통상 64° 내지 84°범위(74°±10°)의 출사각으로 출사된다. 또한, 도광판(10)에서 출사된 빛은 프리즘 시트(30)를 통과하면서 프리즘 패턴(31)에 의하여 1차 굴절과 2차 반사되어 수직을 기준으로 약 0°의 주 출사각을 가지며, 대부분의 빛은 통상 ±10°의 반치각(α2) 범위 내에서 출사된다.
이러한 백라이트 장치의 출사각 및 반치각은 도광판(10)의 하면에 형성된 광 패턴(11)과 프리즘 시트(30)의 하향 프리즘 패턴(31)에 의하여 제어가 된다. 그러나 종래의 기술에 따른 백라이트 장치는 도광판(10)의 광 패턴(11)과 프리즘 시트(30)의 하향 프리즘 패턴(31)이 단순한 쐐기 또는 프리즘 형상으로 구성되어, 출사각과 반치각(즉, 시야각)의 폭넓은 제어가 어려운 점이 있다. 즉, 종래의 기술에 따른 백라이트 장치에서는 별도의 확산 시트를 구비하지 않아 구조가 간단하고 높은 휘도를 나타내는 장점이 있지만, 좁은 시야각을 갖는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 도광판과 프리즘 시트에 형성되는 패턴의 구조를 개선함으로써, 확산 시트를 제거하더라도 광 특성이 저하되지 않는 측면형 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 도광판과 프리즘 시트에 형성된 패턴의 구조를 개선하여 폭 넓은 시야각을 나타낼 수 있는 백라이트 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백라이트 장치는, 일 측의 경사면과 타 측의 다각형 또는 곡면 형상의 반사면을 가지며, 빛의 진행 방향에 수직으로 다수개 형성되는 하면 반사 패턴을 갖는 도광판; 상기 도광판의 일 측부에 배치되어 상기 도광판 내부로 다수의 점광원의 빛을 입사시키는 LED 어레이; 및 일 측의 굴절면과 타 측의 다각형 또는 곡면 형상의 반사면을 가지며, 빛의 진행 방향에 수직으로 다수개 형성되는 하향 프리즘 패턴을 갖는 프리즘 시트;를 포함한다.
여기서, 상기 반사 패턴의 반사면은 하측으로 볼록한 형상을 이루며, 경사각 변화량이 광원으로부터 멀어질수록 증가하고, 수평 경사각이 1°내지 25°의 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 프리즘 패턴의 반사면은 상측으로 오목한 형상을 이루며, 경사각 변화량이 광원으로부터 멀어질수록 감소하고, 상기 프리즘 패턴의 굴절면은 수직 경사각이 상기 도광판의 주 출사각(α3)에 대하여 (90°-α3)±10°범위로 형성되며, 상기 프리즘 패턴의 반사면은 수직 경사각이 30°내지 40°의 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도광판은 빛의 진행 방향과 나란하게 다수개 형성되는 상면 집광 패턴을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 도광판과 프리즘 시트에 형성되는 패턴에 의하여 별도의 확산 시트를 구비하지 않아도 광 특성이 저하되지 않으며, 높은 휘도와 함께 폭 넓은 시야각을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 분해 사시도,
도 2는 도 1의 백라이트 장치에 대한 빛의 출사 경로를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 분해 사시도,
도 4는 도 3의 주요부인 도광판의 반사 패턴의 다양한 구조를 나타낸 확대 저면도,
도 5는 도 3의 주요부인 도광판의 반사 패턴을 상세히 나타낸 확대도,
도 6은 도 3의 주요부인 집광 패턴의 다양한 예를 나타낸 확대 단면도,
도 7은 도 3의 주요부인 프리즘 시트의 프리즘 패턴을 상세히 나타낸 확대도,
도 8은 도 3의 백라이트 장치에 대한 빛의 출사 경로를 나타낸 도면, 및
도 9는 도 3의 주요부인 도광판의 변형 예를 나타낸 사시도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 측면형 백라이트 장치는, 도광판(100), 도광판(100)의 측부에 배치되는 LED 어레이(200) 및 도광판(100)의 상측에 배치되는 프리즘 시트(300)를 포함한다. 이러한 도광판(100), LED 어레이(200) 및 프리즘 시트(300)는 커버버텀(미도시)에 안착되고, 커버버텀의 상측에서 커버버텀에 체결되는 가이드 패널(미도시)에 의하여 안정적으로 고정된다. 또한, 도광판(100)의 하부에는 반사시트(미도시)가 더 배치될 수 있다.
여기서, 도광판(100)은 LED 어레이(200)로부터 입사되는 다수의 점광원의 빛을 내부 전반사를 통하여 면광원으로 전환시켜 상측으로 출사시킨다. 이러한 도광판(100)은 사각의 판 상을 이루는 투명 아크릴 계열의 수지가 사용될 수 있으며, 일 예로 PMMA 패널로 구성된다. 또한, 도광판(100)의 하면과 상면에는 출사되는 빛의 출사각을 제어하기 위한 반사 패턴(110)과 집광 패턴(120)이 형성된다.
LED 어레이(200)는 기판(210) 상에 다수의 LED 패키지(220)가 일정한 간격으로 실장되어 어레이 형태로 구성된다. 기판(210)은 소정의 길이를 가지며, LED 패키지(220)를 구동시키기 위한 회로 패턴이 인쇄된다. LED 패키지(220)는 백라이트 장치의 광원으로 일 면의 윈도우 영역으로 빛을 출사시켜 도광판(100) 내부로 입사되도록 한다. 이러한 LED 패키지(220)는 탑 뷰(top view) 방식 또는 사이드 뷰(side view) 방식으로 윈도우 영역이 형성될 수 있다.
프리즘 시트(300)는 도광판(100)의 상부에 적층되어 도광판(100)에서 출사되는 면광원의 빛을 집광시키고 동시에 빛의 진행 방향을 제어함으로써 백라이트 장치의 광 특성을 개선시키는 기능을 한다. 이러한 프리즘 시트(300)는 투명 아크릴 수지를 이용한 시트 또는 필름으로 구성될 수 있으며, 하면에는 광 특성을 제어하기 위한 프리즘 패턴(310)이 형성된다.
이러한 구조의 백라이트 장치는 LED 어레이(200)로부터의 빛이 도광판(100)과 프리즘 시트(300)를 통과하면서, 도광판(100)의 반사 패턴(110)과 프리즘 시트(300)의 프리즘 패턴(310)에 의하여 높은 집광과 함께 넓은 시야각을 제공할 수 있도록 출사각이 제어된다.
도 4는 도 3의 주요부인 도광판의 반사 패턴의 다양한 구조를 나타낸 상세 저면도이고, 도 5는 도 3의 주요부인 도광판의 반사 패턴을 상세히 나타낸 확대도로서, A 부분의 확대도이고, 도 6은 도 3의 주요부인 집광 패턴의 다양한 예를 나타낸 확대 단면도로서, C-C 방향의 단면도이다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 도광판(100) 하면의 반사 패턴(110)은 프리즘 형상을 이루거나 렌즈 형상을 이룰 수 있다. 즉, (a)와 같은 프리즘 형상의 반사 패턴(110)은 빛의 진행 방향(y 방향)에 대한 수직 방향(x 방향)의 프리즘 형상을 이루며, 입광면 측과 반대 측은 소정의 경사각을 갖는 사면을 이룬다. 또한, (b)와 같이 렌즈 형상의 반사 패턴(110)은 소정의 간격을 이루는 반구의 렌즈 형상으로 다수개 형성되며, 각 렌즈 형상은 입광면 측과 반대 측은 소정의 경사각을 갖는 사면을 이룬다. 이러한 반사 패턴(110)은 프리즘 시트(300)의 프리즘 패턴(310)과 함께 상측으로 출사되는 빛의 집광 효율을 향상시키는 기능을 한다.
이를 더욱 구체적으로 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이, 도광판(100) 하면의 반사 패턴(110)은 빛의 진행 방향(y 방향)에 대하여 일 측은 사면을 이루고 타 측은 다각형 또는 곡면 형상을 이룬다. 즉, 반사 패턴(110)은 입광면 측의 경사면(110a)과 반대 측의 반사면(110b)을 가지며, 빛의 진행 방향에 수직 방향인 입광면에 나란한 방향(x 방향)으로 소정의 간격으로 다수개 형성된다. 또한, 반사 패턴(110)은 광원으로부터 멀어질수록 패턴 사이의 간격(P)은 짧아지도록 형성되며, 이때, 가장 큰 간격을 갖는 입광면 측의 첫 번째 패턴과 두 번째 패턴 사이의 간격은 액정패널(미도시)의 픽셀(pixel) 크기보다는 작은 간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 반사 패턴(120) 사이의 간격이 액정패널의 픽셀과 동일하거나 크게 형성되는 경우 패턴에 의하여 액정패널 외부에서 무아레(Moire)가 관찰될 수 있기 때문이다.
또한, 반사 패턴(110)의 반사면(110b)은 (a)와 같이 다각형 형상을 이루거나 (b)와 같이 곡면 형상을 이룰 수 있다. 이때, 각 반사면(110b)은 하측으로 볼록한 형상으로 소정의 각도 또는 곡률을 가지며, 광원으로부터의 거리에 따라 각도의 변화량 또는 곡률의 변화량을 달리한다. 반사 패턴(110)의 반사면(110b)은 입광면 측의 경사면(110a)에 연결되는 위치에서는 작은 각도 또는 완만한 곡선을 갖고, 반대 측의 도광판 하면에 연결되는 위치로 갈수록 상대적으로 큰 각도 또는 곡률로 변화된다. 즉, 반사 패턴(110)의 반사면(110b)은 각 위치에서의 경사각 변화량이 광원으로부터 멀어질수록 증가하게 된다. 이때, 반사면(110b)은 입광면 측의 가장 완만한 경사각(θ1)은 1°이상으로 형성되고, 반대 측의 가장 급격한 경사각(θ2)은 25°이하로 형성되어야 한다. 반사면(110b)의 경사각이 1°미만으로 형성되는 경우 출사각의 제어가 어렵게 되며, 25°를 초과하는 경우 반사가 원활하게 이루어지지 않게 된다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 도광판(100) 상면의 집광 패턴(120)은 단면이 꼭지각이 둥근 프리즘 형상을 이루거나(a), 원형 또는 타원형의 라운드 형상을 이루거나(b), 사다리꼴과 같은 다각형 형상을 이룰 수 있다(c). 이러한 집광 패턴(120)은 도광판 내부에서 전반사 되는 빛이 대광면 방향으로 멀리 진행될 수 있도록 유도하며, 도광판(100) 상면으로 출사되는 빛이 진행 방향에 대하여 좌우(x 방향) 넓은 폭으로 확산될 수 있도록 유도한다.
도 7은 도 3의 주요부인 프리즘 시트의 프리즘 패턴을 상세히 나타낸 확대도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 프리즘 시트(300) 하면의 하향 프리즘 패턴(310)도 빛의 진행 방향(y 방향)에 대하여 일 측은 사면을 이루고 타 측은 다각형 또는 곡면 형상을 이룬다. 즉, 하향 프리즘 패턴(310)은 광원 측의 굴절면(310a)과 반대 측의 반사면(310b)으로 형성되며, 빛의 진행 방향에 수직인 방향(x 방향)으로 연속적으로 다수개 형성된다. 또한, 프리즘 패턴(310)의 반사면(310b)은 상측으로 오목한 형상으로 소정의 각도와 곡률을 가지며, 광원으로부터의 거리에 따라 곡률을 달리한다.
또한, 프리즘 패턴(310)의 반사면(310b)은 (a)와 같이 다각형 형상을 이루거나 (b)와 같이 곡면 형상을 이룰 수 있다. 이때, 반사면(310b)은 상측으로 오목한 형상으로 소정의 각도 또는 곡률을 가지며, 광원으로부터의 거리에 따라 각도의 변화량 또는 곡률의 변화량을 달리한다. 즉, 프리즘 패턴(310)의 반사면(310b)은 일 측의 굴절면(310a)에 연결되는 위치에서는 큰 각도와 곡률로 급격한 곡선을 갖고, 타 측의 이웃하는 프리즘 패턴의 굴절면으로 갈수록 상대적으로 작은 각도 또는 곡률로 변화된다. 즉, 프리즘 패턴(310)의 반사면(310b)은 각 위치에서의 접선의 경사각 변화량이 광원으로부터 멀어질수록 감소하게 된다.
이때, 굴절면(310a)은 수직 방향에 대한 경사각(θ3)이 도광판(100)에서 출사되는 빛의 주 출사각(도 8의 α3참조)에 대하여 (90°-α3)±10°범위로 형성된다. 또한, 반사면(310b)은 굴절면 측의 가장 급격한 수직 방향에 대한 경사각(θ4)이 30°이상으로 형성되고, 타 측의 가장 완만한 수직 방향에 대한 경사각(θ5)이 40°이하로 형성된다. 굴절면(310a)과 반사면(310b)의 상기와 같은 수직 경사각의 범위에서 도광판(100)으로부터 입사되는 빛이 굴절 및 반사되어, 높은 휘도와 함께 폭 넓은 시야각을 나타낼 수 있다.
도 8은 도 3의 백라이트 장치에 대한 빛의 출사 경로를 나타낸 도면이다.
본 발명의 측면형 백라이트 장치는 LED 어레이(200)에서 출사되는 빛이 전반사를 반복하면서 도광판(100) 내부로 분산되어 상면의 출광면으로 출사된다. 이때, 도광판(100) 내부에서 전반사되는 빛은 하면의 반사 패턴(110)에 의하여 출사각이 제어된다. 본 발명의 도광판(100)에서는 반사 패턴(110)에 의하여 상측으로 출사되는 빛은 대략 60° 내지 70°의 주 출사각(α3)을 가지며, 반사면(110b)에 의하여 대부분의 빛은 α3±20°의 출사각 범위 내에서 출사되도록 유도된다.
이러한 출사각으로 도광판(100)에서 출사되는 빛은 다시 프리즘 시트(300)를 통과하면서 집광되는데, 프리즘 패턴(310)에 의하여 1차 굴절 및 2차 반사가 이루어진다. 즉, 도시된 바와 같이, 프리즘 시트(300) 내부로 입사되는 빛은 프리즘 패턴(310)의 굴절면(310a)을 통과하면서 1차 굴절되고, 반사면(310b)에서 2차 반사되어 상측으로 집광된다. 이때, 프리즘 시트(300) 상면으로 출사되는 빛은 1차 굴절과 2차 반사를 거치면서 수직 방향에 대하여 0°의 주 출사각을 가지며, 대부분의 빛은 주 출사각에 대하여 ±20°의 반치각(α4) 범위 내에서 출사되도록 유도된다.

구 분		 종래 본 발명
일반 하향 프리즘 곡면 반사면을 갖는 하향 프리즘
단일 광 패턴 곡면 반사면을 갖는 반사 패턴



Intensity Map
Figure 112013053614715-pat00001
Figure 112013053614715-pat00002
반치각 상하 ±11°(22°) +19°~ -21°(40°)
좌우 ±24°(48°) ±27°(54°)
한편, 종래 및 본 발명에 따른 백라이트 장치의 광 특성은 [표 1]에서 알 수 있다. 먼저, 종래의 백라이트 장치에서 출사되는 빛은 상하 반치각이 대략 ±11°(즉, 상하 시야각은 22°)이고, 좌우 반치각이 대략 ±24°(즉, 좌우 시야각은 48°)로서, 좁은 시야각을 나타내고 있다. 그러나 본 발명의 백라이트 장치에서 출사되는 빛은 상하 반치각이 대략 +19°내지 -21°(즉, 상하 시야각은 40°)이고, 좌우 반치각이 대략 ±27°(즉, 좌우 시야각은 54°)로서, 종래에 비하여 약 2배의 넓은 상하 시야각을 나타내고 있다. 즉, 본 발명의 백라이트 장치에서는 종래에 비하여 동일한 수준의 휘도를 나타내면서도, 상대적으로 넓은 시야각을 제공하는 것을 알 수 있으며, 이는 위 [표 1]에서의 Intensity Map을 통해서도 확인할 수 있다.
도 9는 도 3의 주요부인 도광판의 변형 예를 나타낸 사시도이다. 본 발명의 도광판에서는 상면에 빛의 진행 방향과 나란한 방향의 집광 패턴(120)이 다수개 형성된다. 이러한 집광 패턴(120)은 도 3에서와 같이 꼭지각이 둥근 양각의 프리즘 형상으로 형성될 수 있으나, 도 9에서와 같이 하측으로 오목한 음각의 'V' 형상으로 형성될 수도 있다. 이때, 홈의 단부는 도 8에서와 라운드 형상을 이루거나, 다각형 형상을 이룰 수 있다.
살펴본 바와 같이, 측면형 본 발명의 백라이트 장치는 도광판 하면의 반사 패턴과 프리즘 시트의 하향 프리즘 패턴에 의하여 광 출사각이 제어되어, 고집광과 광시야각의 특성을 동시에 나타낼 수 있다.
이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100 : 도광판
110 : 반사 패턴 120 : 집광 패턴
110a : 경사면 110b : 반사면
200 : LED 어레이
300 : 프리즘 시트 310 : 프리즘 패턴
310a : 굴절면 310b : 반사면

Claims (5)

  1. 일 측의 경사면과 타 측의 다각형 또는 곡면 형상의 볼록한 반사면을 가지며, 빛의 진행 방향에 수직으로 다수개 형성되는 하면 반사 패턴을 갖는 도광판;
    상기 도광판의 일 측부에 배치되어 상기 도광판 내부로 다수의 점광원의 빛을 입사시키는 LED 어레이; 및
    일 측의 굴절면과 타 측의 다각형 또는 곡면 형상의 오목한 반사면을 가지며, 빛의 진행 방향에 수직으로 다수개 형성되는 하향 프리즘 패턴을 갖는 프리즘 시트;를 포함하되,
    상기 도광판은,
    상기 반사 패턴의 반사면이 1°내지 25°범위의 수평 경사각으로 형성되면서 경사각 변화량이 광원으로부터 멀어질수록 증가하고,
    상기 프리즘 시트는,
    상기 프리즘 패턴의 굴절면이 상기 도광판의 주 출사각(α3)에 대하여 (90°-α3)±10°범위의 수직 경사각으로 형성되고,
    상기 프리즘 패턴의 반사면이 30°내지 40°범위의 수직 경사각으로 형성되면서 경사각 변화량이 광원으로부터 멀어질수록 감소하는 것을 특징으로 하는 측면형 백라이트 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 도광판은,
    빛의 진행 방향과 나란하게 다수개 형성되는 상면 집광 패턴을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 측면형 백라이트 장치.
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