KR101633007B1 - 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도광판의 상면에 출사되는 빛의 손실을 최소화하여 휘도를 개선하는 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치에 관한 것으로, 본 발명은 적어도 일 측면의 입광면과 상면의 출광면을 갖는 사각 판상의 도광판에 있어서, 상기 출광면에는 입광면에서 대광면으로 향하는 프리즘 형상의 제1집광패턴;이 형성되고, 상기 제1집광패턴의 경사면에는 출사되는 빛의 경로를 상측으로 굴절시키기 위한 사각 뿔 형상의 제2집광패턴;이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 도광판은, 사이드 로브 현상에 의하여 프리즘 패턴의 경사면에서 저각도로 출사되는 빛의 경로를 다시 상측으로 변화시킴으로써, 광 손실을 최소화하고 광 효율이 향상된 고휘도의 도광판 구현이 가능해진다.

Description

도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치{Light Guide Plate and Backlight unit having the Same}

본 발명은 백라이트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도광판의 상면에 출사되는 빛의 손실을 최소화하여 휘도를 개선하는 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치에 관한 것이다.

액정표시장치(Liquid Crystal Display, 이하 'LCD'라 함)는 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인해 이동형 평판표시장치로 많이 사용되고 있다. 그러나 LCD는 그 자체에서 빛을 발하지 못하여 고품질의 화상을 실현하기 위해서는 별도의 백라이트 장치(Backlight unit)가 구비된다. 일반적으로 백라이트 장치는 빛이 입사되는 방식에 측면형(Edge-lighting)과 직하형(Direct-lighting) 백라이트 장치로 구분된다. 측면형 백라이트 장치는 도광판의 측부에서 광원이 배치되어 도광판과 광학 시트를 통하여 간접적으로 빛을 비추어 조명하는 방식이며, 직하형 백라이트 장치는 하부의 광원에서 광학 시트를 통하여 액정 패널에 직접 빛을 비추어 조명하는 방식이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 측면형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 도광판 상면으로 출사되는 빛에 대한 광 경로를 나타낸 광 추적도이다.

측면형 백라이트 장치는 판 상의 도광판(10) 일 측부에 LED 어레이(20)가 배치되고, 도광판(10)의 하측에는 반사판(30)이 배치되며, 도광판(10)의 상측에 프리즘 시트(40)와 확산 시트(50)가 배치된다. 상기 구성들은 미 도시된 커버버텀 내부에 수납되고, 커버버텀에 체결되는 가이드 패널에 의하여 고정되어 백라이트 장치를 구성한다. 이러한 백라이트 장치는 도광판(10)의 측부 입광면으로 입사되는 빛이 경계면을 따라 전반사를 반복하면서 도광판(10) 내부에서 산란되어 수평의 상부 출광면으로 면광원의 형태로 출사된다.

여기서, 도광판(10)은 점광원 또는 선광원의 빛을 받아들여 면광원으로 출사시키는 광 전환 소자이다. 또한, 프리즘 시트(40)는 도광판(10)에서 출사된 빛이 수직 방향의 상측으로 진행하도록 빛을 집광하며, 확산 시트(50)는 출사되는 균일도를 향상시키기 위하여 빛을 산란시킨다.

한편, 최근에는 도광판에서 출사되는 빛의 휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 도광판의 상면과 하면에는 다양한 형상의 광학 패턴이 형성된 선행문헌들이 개시되어 있다. 일 예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 도광판(10)의 상면에는 프리즘 패턴(11)이 형성되어, 도광판(10) 내부에서 전반사되는 빛을 도광판 자체에서 빛의 집광을 직접 유도할 수 있다. 이러한 프리즘 패턴(11)에 의하여 도광판 상부에 적층되는 프리즘 시트 등의 광 제어 시트 수를 줄여 백라이트 장치의 슬림화를 도모하고 있다.

그러나 종래의 기술에 따른 백라이트 장치에서는 도광판 상면에 형성되는 프리즘 패턴에 의하여 상측으로 출사되는 빛을 집광시키는 효과를 나타내고 있으나, 도광판 내부에서 출사되는 모든 빛을 상측으로 집광시키지는 못하고 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 프리즘 패턴의 표면으로 출사되는 빛에 있어서, 일부의 빛(A)은 상측으로 경로가 변경되어 집광되지만, 일부의 빛(B,C)은 측면 또는 하측 방향으로 경로가 변경된다.

이와 같이 도광판의 상면에 형성되는 프리즘 패턴은 도광판 내부에서 출사되는 빛의 경로를 상측으로 변화시켜 중앙 영역에서의 휘도를 향상시킬 수 있지만, 종래의 기술에서와 같이 단순한 삼각 형상의 프리즘 패턴만이 형성되는 경우 프리즘 형상의 특성상 사이드 로브(Side Lobe) 현상에 의하여 저각도로 강하게 출사되는 빛(B,C)이 발생한다. 이러한 사이드 로브 현상에 의한 빛은 휘도 향상에 기여하지 못하고 손실되는 문제점이 있다.

선행문헌 : 국내공개특허 10-2014-0052133(2014.05.07.공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 상면에 프리즘 패턴이 형성되는 도광판에 대하여 사이드 로브 현상에 의하여 프리즘 패턴의 경사면에서 저각도로 출사되는 빛의 경로를 상측 방향으로 변경시켜 광 손실을 방지하여 휘도를 향상시킬 수 있는 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 적어도 일 측면의 입광면과 상면의 출광면을 갖는 사각 판상의 도광판에 있어서, 상기 출광면에는 입광면에서 대광면으로 향하는 프리즘 형상의 제1집광패턴;이 형성되고, 상기 제1집광패턴의 경사면에는 출사되는 빛의 경로를 상측으로 굴절시키기 위한 다각 뿔 형상의 제2집광패턴;이 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제2집광패턴은 사각 뿔 형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2집광패턴은 상기 제1집광패턴의 경사면 하면으로 갈수록 크기가 증가하거나 밀도가 증가하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 백라이트 장치는 상기와 같은 구성의 도광판; 상기 도광판의 입광면에 배치되는 LED 어레이; 상기 도광판의 하부에 배치되는 반사 시트; 및 상기 도광판의 상부에 배치되는 광학 시트;를 포함한다.

상기와 같은 구성의 도광판은, 사이드 로브 현상에 의하여 프리즘 패턴의 경사면에서 저각도로 출사되는 빛의 경로를 다시 상측으로 변화시킴으로써, 광 손실을 최소화하고 광 효율이 향상된 고휘도의 도광판 구현이 가능해진다.

도 1은 종래의 기술에 따른 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 분해 사시도,
도 2는 도 1의 주요부인 도광판 상면으로 출사되는 빛의 광 경로를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 분해 사시도,
도 4는 도 3의 주요부인 도광판 상면의 광 패턴을 개략적으로 나타낸 확대도,
도 5는 도 3의 주요부인 도광판 상면으로 출사되는 빛의 광 경로를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 상면에 형성된 광 패턴의 제1변형예를 나타낸 확대도, 및
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 상면에 형성된 광 패턴의 제2변형예를 나타낸 확대도이다.

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 사시도이고, 도 4는 도 3의 주요부인 도광판 상면의 광 패턴을 개략적으로 나타낸 확대도이며, 도 5는 도 3의 주요부인 도광판 상면으로 출사되는 빛의 광 경로를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 백라이트 장치는 도광판(100), 도광판(100)의 측부에 배치되는 LED 어레이(200), 도광판(100)의 하측에 배치되는 반사 시트(300) 및 도광판(100)의 상측에 적층되는 프리즘 시트(400)와 확산 시트(500)를 포함한다. 이러한 도광판(100), LED 어레이(200), 반사 시트(300), 프리즘 시트(400) 및 확산 시트(500)는 커버버텀(미도시)에 안착되고, 커버버텀의 상측에서 커버버텀에 체결되는 가이드 패널(미도시)에 의하여 안정적으로 고정된다.

여기서, 도광판(100)은 LED 어레이(200)로부터 입사되는 다수의 점광원의 빛을 내부 전반사를 통하여 면광원으로 전환시켜 상측으로 출사시킨다. 이를 위한 도광판(100)은 광원이 배치되는 적어도 어느 일 측면의 입광면을 구성하고, 면광원의 빛이 출사되는 상면이 출광면을 구성한다. 즉, LED 어레이(200)에서 출사되는 빛은 도광판(100)의 입광면으로 입사되고, 입사된 빛은 내부 전반사를 통하여 판 상의 도광판 내부 전체 공간으로 산란 및 분산되면서 출광면을 통하여 면광원으로 출사된다. 이러한 도광판(100)은 소정의 굴절율을 갖는 투명 아크릴 계열의 수지로 구성되며, 일 예로 PMMA(Polymethylmethacrylate), PS(Poly stylene), MS(Meta stylene) 또는 PC(Polycarbonate) 등의 수지가 이용될 수 있다

본 발명에서의 도광판(100)은 점광원 또는 선광원의 빛을 면광원으로 전환시키는 광 전환 소자로 기능함과 동시에 출사되는 빛을 상측으로 집광시키는 광 제어 소자로서 복합적인 기능을 한다. 이를 위한 도광판(100)은 출광면에 프리즘 형상의 제1집광패턴(110)이 형성되고, 제1집광패턴(110)의 경사면에는 다각뿔 형상의 제2집광패턴(120)이 형성된다. 이러한 집광패턴들(110,120)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

LED 어레이(200)는 기판 상에 다수의 LED 패키지가 일정한 간격으로 실장되어 어레이 형태로 구성된다. 기판은 소정의 길이를 가지며, LED 패키지를 구동시키기 위한 회로 패턴이 인쇄된다. LED 패키지는 백라이트 장치의 광원으로 일 면의 윈도우 영역으로 빛을 출사시켜 도광판(100) 내부로 입사되도록 한다.

반사 시트(300)는 광 반사율이 우수한 재질의 시트 또는 필름 형태로 구성되며, 도광판(100)의 하면으로 누설되는 빛을 도광판으로 반사시켜 휘도를 향상시킨다. 프리즘 시트(400)는 도광판(100)의 상부에 적층되어 도광판(100)에서 출사되는 면광원의 빛을 집광시키는 동시에 빛의 진행 방향을 제어하고, 확산 시트(500)는 프리즘 시트(400)를 통과한 빛을 산란시켜 빛의 균일도를 향상시킨다. 프리즘 시트(400)와 확산 시트(500)는 최종적으로 출사되는 빛의 휘도와 균일도를 향상시키기 위한 광 제어 시트로서, 도광판(100)의 상측에 필수적으로 구비된다.

상기와 같은 도광판(100), LED 어레이(200), 반사 시트(300), 프리즘 시트(400) 및 확산 시트(500)는 커버버텀 내부에 순차적으로 안착되고, 커버버텀에 체결되는 가이드 패널에 의하여 고정되면서 백라이트 장치를 구성한다.

한편, 본 발명의 백라이트 장치에 있어서, 도광판(100)은 출광면에 휘도 향상을 위한 제1집광패턴(110)과 제2집광패턴(120)이 형성된다. 즉, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 도광판(100)의 상면 출광면에는 프리즘 형상의 제1집광패턴(110)이 형성되고, 제1집광패턴(110)의 양 측 경사면에는 다각뿔 형상의 미세한 제2집광패턴(120)이 형성된다.

여기서, 프리즘 형상의 제1집광패턴(110)은 도광판(100)의 입광면에서 대광면을 향하는 방향 즉, 빛의 진행 방향으로 형성되며 다수의 프리즘 패턴이 연속 또는 불연속적으로 형성된다. 이때, 제1집광패턴(110)은 프리즘의 꼭지각이 라운드 형상을 이루거나 전체 단면이 곡면 형상을 이룰 수 있다.

또한, 제2집광패턴(120)은 소정의 직경과 높이를 갖는 다각뿔 형상을 이루며, 제1집광패턴(110)의 양 경사면에서 미세한 패턴으로 형성된다. 특히 본 발명에서의 제2집광패턴(120)은 사각뿔 형상(즉, 피라미드 형상)을 이루며, 이때, 서로 대향하는 한 쌍의 출광면(120a,120b)은 제1집광패턴(110)의 꼭지각 모서리와 나란한 방향을 이루도록 형성된다. 이러한 사각뿔 형상의 다수의 제2집광패턴(120)은 연속 또는 불연속적으로 형성될 수 있다.

이와 같은 제2집광패턴(120)에 의하여 도광판(100)에서 출사되는 빛은, 고각도로 출사되는 빛(A')뿐만아니라 저각도로 출사되는 빛(B',C')도 상측으로 굴절되어, 저각도의 빛에 대한 광 손실을 최소화하여 휘도를 향상시킬 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상대적으로 저각도로 출사되는 빛(B',C')은 제2집광패턴(120)의 외측 경계면(즉, 도면에서의 우측 경계면)을 통과하면서 상측으로 굴절되어 출사된다. 따라서, 본 발명에서는 사각뿔 형상의 제2집광패턴(120)에 의하여 도광판(100) 출광면에서는 프리즘 형상의 특성상 나타나는 저각도의 빛에 대한 사이드 로브 현상을 최소화함으로써, 도광판(100)은 고휘도를 나타낼 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 상면에 형성된 광 패턴의 다양한 변형예를 나타낸 확대도이다.

도 6의 실시예에 따른 제2집광패턴(120)은 제1집광패턴(110)의 경사면 위치에 따라 각 패턴의 크기를 달리한다. 즉, 도시된 바와 같이, 제1집광패턴(110)의 상측 경사면에는 상대적으로 작은 크기의 사각뿔 패턴이 형성되고, 경사면의 하측으로 갈수록 크기가 점차 증가하도록 형성된다.

그리고, 도 7의 실시예에 따른 제2집광패턴(120)은 제1집광패턴(110)의 경사면 위치에 따라 각 패턴의 크기는 동일하지만 패턴의 밀도를 달리한다. 즉, 도시된 바와 같이, 제1집광패턴(110)의 상측 경사면에는 사각뿔 패턴이 상대적으로 소한 밀도로 형성되고, 경사면의 하측으로 갈수록 밀도가 점차 증가하도록 형성된다.

일반적으로 프리즘 패턴에 의하여 나타나는 사이드 로브 현상에 의한 광 손실은 저각도로 출사되는 빛에 의하여 주로 발생되므로, 프리즘의 경사면의 하측 영역으로 갈수록 두드러지게 나타난다. 따라서, 도 6 및 도 7에서와 같이 제1집광패턴의 경사면에 형성되는 제2집광패턴의 크기나 밀도를 달리함으로써, 광 특성을 효율적으로 개선할 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 : 제1집광패턴 120 : 제2집광패턴
200 : LED 어레이
300 : 반사 시트
400 : 프리즘 시트
500 : 확산 시트

Claims (5)

1. 적어도 일 측면의 입광면과 상면의 출광면을 갖는 백라이트 장치용 도광판에 있어서,
   상기 출광면에는 입광면에서 대광면으로 향하는 프리즘 형상의 제1집광패턴;이 형성되고,
   상기 제1집광패턴의 경사면에는 상기 제1집광패턴에서 출사되는 빛의 경로를 상측으로 굴절시키기 위하여 서로 대향하는 한 쌍의 면은 상기 제1집광패턴의 꼭지각 모서리와 나란한 방향을 이루는 다각 뿔 형상의 제2집광패턴;이 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치용 도광판.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2집광패턴은,
   사각 뿔 형상인 것을 특징으로 하는 백라이트 장치용 도광판.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2집광패턴은,
   상기 제1집광패턴의 경사면 하면으로 갈수록 패턴의 크기가 증가하거나 밀도가 증가하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치용 도광판.
4. 삭제
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 도광판;
   상기 도광판의 입광면에 배치되는 LED 어레이;
   상기 도광판의 하부에 배치되는 반사 시트; 및
   상기 도광판의 상부에 배치되는 광학 시트;를 포함하는 백라이트 장치.
   

Images