KR101677742B1 - 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서로 다른 굴절율을 갖는 두 종류의 수지로 이루어져 광 전환 효율을 향상시키는 도광판 및 이를 구비하는 측면형 백라이트 장치에 관한 것으로, 본 발명은 측면의 입광면으로 입사되는 빛을 면광원으로 전환시켜 상측의 출광면으로 출사시키는 백라이트 장치의 도광판에 있어서, 빛이 입사되는 입광면을 포함하는 제1플레이트; 상기 제1플레이트와 일체로 형성되며, 상기 입광면에 대향되는 반입광면을 포함하는 제2플레이트;로 이루어지되, 상기 제1플레이트와 제2플레이트는 서로 다른 굴절율을 갖는 수지로 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성의 본 발명은 좁은 지향각으로 도광판 내부로 입사되는 빛도 도광판 내부에서 굴절되어 전반사가 이루어짐으로써, 도광판 내부로 입사되는 빛에 대하여 높은 광 전환 효율을 나타낼 수 있다.

Description

도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치{Light Guide Plate and Backlight unit having the Same}
본 발명은 백라이트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 다른 굴절율을 갖는 두 종류의 수지가 경사의 경계면을 갖도록 일체형을 이루어 광 전환 효율을 향상시키는 도광판 및 이를 구비하는 측면형 백라이트 장치에 관한 것이다.
평면 디스플레이 장치인 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device, 이하, 'LCD'라 함)는 다른 표시장치와는 달리 그 자체에서 빛을 발하지 못하여, 화상을 실현하기 위해서는 반드시 별도의 외부 광원을 필요로 한다. 따라서 LCD는 액정패널 외에 외부 광원으로 백라이트 장치를 더 포함하며, 백라이트 장치가 액정패널로 고휘도의 면광원을 균일하게 공급함으로써 고품질의 화상을 구현하게 된다.
이와 같이 백라이트 장치는 LCD와 같은 디스플레이 장치의 화상을 실현하기 위한 조명장치를 말하며, 광원의 위치에 따라 직하형(Direct Lighting type) 또는 측면형(Edge Lighting type) 백라이트 장치로 구분된다. 직하형 백라이트 장치는 하부의 광원에서 확산판과 광학시트를 통하여 액정패널에 직접 빛을 비추어 조명하는 방식이며, 측면형 백라이트 장치는 측부의 광원에서 도광판과 광학시트를 통하여 액정패널에 간접적으로 빛을 비추어 조명하는 방식이다. 이러한 백라이트 장치의 광원으로는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 장점을 갖는 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)가 주로 이용되고 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 측면형 백라이트 장치를 나타낸 결합 단면도이고, 도 2는 도 1의 백라이트 장치에 대한 도광판의 광 진행 특성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 측면형 백라이트 장치는 커버버텀(11), 커버버텀 내부에 안착되는 반사시트(12), 반사시트 상에 안착되는 도광판(13), 도광판 일 측에 배치되는 광원모듈(14), 도광판 상부에 적층되는 광학시트(15) 및 커버버텀 가장자리를 따라 체결되는 가이드 패널(16)로 구성된다. 여기서, 광원모듈(14)은 다수의 점광원의 빛을 도광판(13)의 측면 입광면을 통하여 도광판 내부로 제공하여 측면형 백라이트 장치를 구성하게 된다. 또한, 도광판(13) 내부로 입사된 점광원의 빛은 도광판 내부를 통과하면서 도광판(13)의 상면과 하면에서 전반사되고, 이러한 전반사를 반복하는 과정에서 면광원으로 전환되어 상면의 출광면으로 출사된다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 백라이트 장치의 광원인 LED(14a)는 도광판(13)의 입광부 중심에 배치되어 입광면(13a)에 대하여 수직으로 점광원의 빛을 제공한다. 도광판(13) 내부로 입사되는 점광원의 빛은 직진성으로 인하여 수평 방향에 대하여 대략 ±5°의 지향각 범위 내에서 최대 광속(Max Intensity)으로 분포되어 진행한다. 도광판(13)의 중심 영역에서 수평에 가까운 좁은 지향각으로 진행하는 빛(즉, 직광(直光))은 상면과 하면에서 전반사되지 못하고 반입광면(13b)으로 그대로 진행하고, 결국 반입광면(13b)을 통하여 외부로 누설된다.
따라서, 측면형 백라이트 장치는 광 효율을 향상시키기 위하여 도광판(13)의 반입광면(13b)으로 누설되는 빛을 차단할 필요가 있으며, 이러한 방안으로 종래의 백라이트 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 도광판(13)의 반입광면(13b)에 반사부재(3c)를 부착하여 광 손실을 방지하고 있다. 이러한 반사부재(13c)는 도광판 내부에서 전반사되지 못하고 반입광면(13b)으로 누설되는 빛을 도광판 내부로 재입사시켜 출광면으로 출사되도록 함으로써, 도광판의 광 전환 효율을 향상시키고, 백라이트 장치의 휘도를 향상시키는 효과를 나타낸다. 그러나, 이러한 종래의 측면형 백라이트 장치는 광 누설을 방지하기 위하여 별도의 반사부재를 구비하여야 하므로, 부품 추가에 따른 백라이트 장치의 제조 비용 상승을 초래하고, 반사부재의 부착으로 제조 공정이 복잡해지는 문제점을 발생시킨다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 도광판 내부로 좁은 지향각으로 입사되는 빛의 진행 방향을 변경시켜 전반사가 이루어질 수 있도록 유도함으로써, 도광판 내부로 입사되는 빛의 누설을 방지하고, 면광원으로의 광 전환 효율을 향상시킬 수 있는 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 구조가 간단하면서도 저렴한 비용으로 광 전환 효율을 향상시킬 수 있는 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 측면의 입광면으로 입사되는 빛을 면광원으로 전환시켜 상측의 출광면으로 출사시키는 백라이트 장치의 도광판에 있어서, 빛이 입사되는 입광면을 포함하는 제1플레이트; 상기 제1플레이트와 일체로 형성되며, 상기 입광면에 대향되는 반입광면을 포함하는 제2플레이트;로 이루어지되, 상기 제1플레이트와 제2플레이트는 서로 다른 굴절율을 갖는 수지가 경계면을 이루면서 일체형으로 접합되어, 상기 경계면을 통과하는 빛을 굴절시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 경계면은 경사형, 쐐기형 및 곡면형 중 어느 하나의 형상을 이룰 수 있으며, 반입광면보다 입광면에 더 가까운 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백라이트 장치는 내부에 수납공간을 형성하는 커버버텀; 상기 커버버텀 내부에 안착되는 상기와 같은 구성의 도광판; 상기 도광판의 측부에 배치되어 상기 도광판 내부로 빛을 제공하는 광원; 및 상기 도광판 상부에 적층되는 광학시트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 좁은 지향각으로 도광판 내부로 입사되는 직진 성분의 빛도 도광판 내부의 경계면에서 굴절되어 전반사가 이루어짐으로써, 도광판 내부로 입사되는 빛에 대하여 높은 광 전환 효율을 나타낸다.
또한, 본 발명은 서로 다른 굴절율을 갖는 수지를 성형하여 도광판을 제조함으로써, 간단한 구조와 저렴한 비용으로 광 전환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 측면형 백라이트 장치를 나타낸 결합 단면도,
도 2는 도 1의 백라이트 장치에 대한 도광판의 광 진행 특성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 측면형 백라이트 장치를 나타낸 결합 단면도,
도 4는 도 3의 백라이트 장치에 대한 도광판의 광 진행 특성을 나타낸 단면도, 및
도 5는 도 4의 주요부인 도광판의 다양한 접합 구조를 나타낸 단면도이다.
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 측면형 백라이트 장치를 나타낸 결합 단면도이고, 도 4는 도 3의 백라이트 장치에 대한 도광판의 광 진행 특성을 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 백라이트 장치는 커버버텀(100), 커버버텀 내부에 안착되는 반사시트(200), 반사시트 상에 안착되는 도광판(300), 도광판 측부의 광원부에 배치되는 광원모듈(400), 도광판 상측에 적층되는 광학시트(500) 및 광학시트의 상측에서 커버버텀에 체결되면서 각 부품을 고정시키는 가이드 패널(600)로 구성된다.
여기서, 커버버텀(100)은 상측이 개방된 육면체 형상의 하우징으로, 사각 판상의 바닥면 가장자리를 따라 상측으로 절곡되는 수직 측벽이 형성되며, 내부에는 각 부품들이 수납되기 위한 수납공간이 형성된다. 반사시트(200)는 도광판 하부에 배치되어 도광판(300) 하측으로 누설되는 빛을 도광판(300) 내부로 재입사시켜 백라이트 장치의 휘도를 향상시키며, 광 반사율이 우수한 시트 또는 필름으로 구성된다. 광원모듈(400)은 기판(410) 상에 다수의 LED 패키지(420)가 일정 간격으로 실장되어, 점광원의 빛을 도광판(300) 내부로 제공한다. LED 패키지(420)는 탑 뷰(top view) 또는 사이드 뷰(side view) 방식의 패키지가 적용되며, 광원모듈(400)은 LED 패키지(420)의 출광면이 도광판(300)을 향하도록 배치된다. 광학시트(500)는 도광판(300)에서 출사되는 면광원의 빛에 대한 출사각, 휘도 및 균일도 등과 같은 광 특성을 개선시킨다. 또한, 광학시트(500)는 프리즘 시트 및 확산 시트를 포함하며, 다양한 기능을 갖는 복수의 시트로 구성된다. 가이드 패널(600)은 도광판(300)의 가장자리를 감싸면서 커버버텀(100)에 체결되어 커버버텀(100) 내부에 수납되는 반사시트(200), 도광판(300), 광원모듈(400) 및 광학시트(500)를 고정시킨다. 또한, 가이드 패널(600)은 중앙이 개방되는 사각의 프레임 형상을 이룬다.
상기와 같은 커버버텀(100), 반사시트(200), 광원모듈(400), 광학시트(500) 및 가이드 패널(600)은 측면형 백라이트 장치를 구성하는 공지의 기술이 적용될 수 있으며, 이하에서는 도광판(300)에 대하여 살펴본다.
본 발명의 백라이트 장치를 구성하는 도광판(300)은 광원모듈(400)로부터 다수의 점광원의 빛을 입력받아 내부 전반사를 통하여 면광원으로 전환시켜 상측으로 출사시키는 광 전환 소자이다. 이러한 도광판(300)은 소정의 굴절율을 갖는 투명 아크릴 계열의 수지로 구성되며, 일 예로 PMMA(Polymethylmethacrylate), PS(Poly stylene), MS(Meta stylene) 또는 PC(Polycarbonate) 등의 수지로 구성될 수 있다. 특히, 본 발명의 도광판(300)은 입광부 영역의 제1플레이트(310)와 반입광부 영역의 제2플레이트(320)로 구분된다.
도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 살펴보면, 도광판(300)은 소정의 두께를 갖는 사각 플레이트(plate) 형상을 이루며, 입광면(300a)을 포함하는 제1플레이트(310)와 반입광면(300b)을 포함하는 제2플레이트(320)로 구분된다. 여기서, 입광면(300a)은 광원모듈(400)이 배치되는 측면을 말하고, 반입광면(300b)은 입광면에 대향되는 반대측면을 말한다. 이때, 제1플레이트(310)와 제2플레이트(320)는 서로 다른 굴절율을 갖는 이종의 수지로 구성된다. 즉, 제1플레이트(310)와 제2플레이트(320)는 PMMA, PS, MS 또는 PC 등의 투명 수지로 구성될 수 있으며, 일 예로 제1플레이트(310)가 PMMA 수지로 구성되는 경우 제2플레이트(320)는 제1플레이트(310)와 다른 종류인 PC 수지로 구성된다.
이와 같이 본 발명의 도광판(300)은 제1플레이트(310)와 제2플레이트(320)가 서로 다른 이종의 수지로 구성됨으로써, 제1플레이트(310)와 제2플레이트(320)의 접합면에는 경계면(330)이 형성된다. 따라서, 본 발명의 도광판(300)은 내부의 경계면(330)을 중심으로 양 측의 수지가 서로 다른 굴절율을 나타내므로, 도광판(300) 내부를 통과하는 빛은 경계면(330)에서 굴절이 이루어진다.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이 경계면(330)은 입광면(300a)에서 반입광면(300b)을 향하여 수평 방향으로 진행하는 빛(즉, 지향각 ±5°이내로 진행하는 빛)이 굴절될 수 있도록 소정의 경사면으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 경계면(330)은 도광판(300) 전체 길이에 대하여 반입광면(300b)보다 입광면(300a)에 더 가까운 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도광판(300)은 입광면(300a)과 반입광면(300b) 사이의 전체 길이에서 제1플레이트(310)의 길이(L1)가 제2플레이트(320)의 길이(L2)보다 짧게 형성된다. 이와 같이 경계면(330)이 입광면(300a) 측에 더 가까운 위치에 형성됨으로써, 도광판(300) 내부로 입사되는 빛은 초기에 굴절이 유도되어 넓은 영역에서 전반사가 이루어질 수 있다.
도 5a 내지 5d는 도 4의 주요부인 도광판의 다양한 접합 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 도광판(300)은 빛을 굴절시키기 위한 경계면(330)이 다양한 형상을 이룰 수 있다. 이종의 수지로 이루어진 제1플레이트(310)와 제2플레이트(320)가 접합되는 경계면(330)은 도 5a와 같이 단순한 경사면을 이루거나, 도 5b와 같이 곡률을 갖는 경사면을 이루거나, 도 5c와 같이 쐐기 형상의 경사면을 이루거나, 도 5d와 같이 변곡점을 갖는 곡면 형상의 경사면을 이룰 수 있다. 또한, 경계면(330)은 도시되지는 않았지만 다수의 절곡부를 갖는 다단계의 경사면을 이룰 수 있는 것으로, 좁은 지향각의 수평 방향으로 진행하는 빛을 굴절시킬 수 있는 다양한 형상으로 경사를 이룰 수 있다.
또한, 상기와 같은 형상의 경계면(330)은 경사 또는 곡면 방향이 입광면을 향하거나 반입광면을 향하도록 형성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 도광판(300)은 서로 다른 굴절율을 갖는 이종 수지의 경계면(330)에서 좁은 지향각의 수평 방향으로 진행하는 빛을 굴절 및 분산시킴으로써, 반입광면(300b)으로 누설되는 빛을 최소로 할 수 있다.
한편, 본 발명에서와 같이 이종의 수지로 구성되는 도광판은 이중사출로 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 도광판(300)은 PMMA 수지를 이용하여 제1플레이트(310)를 성형한 후, 성형된 제1플레이트(320)를 인서트물(insert object)로 하고 PC 수지를 주입하여 제2플레이트(320)를 성형하는 과정으로 제조할 수 있다. 이때, 제1플레이트(310)가 PC 수지로 구성되고, 제2플레이트(320)가 PMMA 수지로 구성될 수도 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 : 커버버텀 200 : 반사시트
300 : 도광판 310 : 제1플레이트
320 : 제2플레이트 330 : 경계면
400 : 광원모듈 500 : 광학시트
600 : 가이드 패널

Claims (4)

  1. 측면의 입광면으로 입사되는 빛을 면광원으로 전환시켜 상측의 출광면으로 출사시키는 백라이트 장치의 도광판에 있어서,
    빛이 입사되는 일 측면의 입광면, 빛이 출사되는 상면의 출광면 및 상기 입광면에 대향하는 타 측면의 접합면을 포함하는 제1플레이트;와
    상기 입광면에 대향되는 일 측면의 반입광면, 빛이 출사되는 상면의 출광면 및 상기 반입광면에 대향하는 타 측면의 접합면을 포함하는 제2플레이트;로 이루어지되,
    서로 다른 굴절율을 갖는 상기 제1플레이트와 제2플레이트는 상면의 각 출광면이 연결되도록 타 측면의 각 접합면이 서로 접합되어 일체형을 이루고,
    상기 입광면과 반입광면 사이에는 경사를 갖는 상하 방향의 경계면을 형성하며,
    상기 경계면은 상기 제2플레이트의 반입광면보다 상기 제1플레이트의 입광면에 더 가까운 위치에 형성되어,
    상기 제1플레이트의 입광면으로 입사된 빛이 상기 경계면을 통과하면서 상면 또는 하면으로 굴절되어 상기 제2플레이트의 반입광면으로 진행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치의 도광판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경계면은,
    쐐기형 또는 곡면형을 이루는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치의 도광판.
  3. 삭제
  4. 내부에 수납공간을 형성하는 커버버텀;
    상기 커버버텀 내부에 안착되는 상기 제1항 또는 제2항의 도광판;
    상기 도광판의 측부에 배치되어 상기 도광판 내부로 빛을 제공하는 광원; 및
    상기 도광판 상부에 적층되는 광학시트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.


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