KR20010001633A

KR20010001633A - 면광원장치

Info

Publication number: KR20010001633A
Application number: KR1019990020991A
Authority: KR
Inventors: 이종훈; 박철; 이시형
Original assignee: 구본준; 엘지.필립스 엘시디 주식회사; 론 위라하디락사
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2001-01-05
Also published as: KR100323827B1; US6611303B1

Abstract

본 발명은 면광원장치에 관련된 것으로써, 면광원장치의 한 구성요소인 집광판의 프리즘 단위군의 구조를 개량하고, 그 집광판과 확산판 등을 도광판 위에 적절히 배치하여 면광원장치의 광효율을 극대화하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적 달성을 위한 면광원장치 1은 도광판 40과, 상기 도광판의 한 측면에 형성되는 램프 10과, 상기 램프를 감싸는 형태로 상기 도광판의 단부와 고정되고 반사판 15a가 형성된 램프홀더 15와, 상기 도광판의 배면에 형성되는 반사판 50과, 상기 도광판의 전면에 형성되는 확산판 30과, 상기 확산판 위에 광의 도파방향 쪽으로는 타원형의 곡면을 갖고, 그 타원형의 곡면 반대 쪽에는 평면의 경사면을 갖되, 평면의 경사면의 꼭지각이 약 20°로 형성된 프리즘 단위군 133을 갖는 집광판 120으로 구성된다.

Description

면광원장치 {Backlight device}

본 발명은 퍼스널컴퓨터 모빌컴퓨터 등의 휴대형 정보통신기기 게임기나 시뮬레이션 기기 등에 이용되는 액정표시장치의 면광원장치에 관련된 것으로써, 특히 고휘도를 갖는 면광원장치에 관련된 것이다.

도 1에서와 같이 종래의 면광원장치 1은 도광판 40의 에지부에 대략 U자형의 램프홀더 15의 내부에 고정된 램프 10이 배치되고, U자형의 램프홀더 입구는 도광판 40의 에지부를 끼워서 고정되어 있다.

도광판 40의 배면 쪽에는 반사판 50이 배치되고, 도광판 40의 전면 쪽에는 집광판 20이 배치되고, 집광판 20의 위에는 확산판 30이 배치된다. 상기 램프홀더 15의 내측에 형성된 반사판 15a와 도광판 40의 배면에 형성되는 반사판 50은 램프 10에서 발산되는 빛을 반사시켜 도광판의 전면 쪽으로 광을 유도한다.

상기와 같이 구성되는 면광원장치는 다양한 구조가 종래 기술로써 제안되어 있는데 그 예로는 일본 특개평6-118246 등이 있다.

상기 종래기술의 집광판 20에는 복수개의 프리즘 단위군 33이 형성되어 있고, 이 프리즘 단위군은 도광판 40으로 부터 나온 광에 지향성(집광성)을 갖게하는 기능을 한다.

상기 프리즘 단위군 33은 도 1에서와 같이 반타원형의 형상으로 구성되거나, 도 2a, 도 2b의 직각삼각형 형상, 도 2c의 도움형상 등으로 구성된다.

상기와 같이 도광판 40 위에 집광판 20을 구성하므로써, 광원인 램프 10에서 발산하는 광이 도광판 40을 통과한 후, 산란 되지 않고 일정한 지향성을 갖도록 프리즘 단위군 33에서 효율적으로 집광되어 확산판 30쪽으로 발산되게 된다.

상기와 같이 구성되는 집광판에 있어서도 한 예로 도 2a에서와 같이 집광판에 입사한 광의 일부가 집광판의 내부에서 전반사되어 아래로 진행하게 된다. 상기와 같이 아래로 반사되어 내려갔다가 다시 위로 반사되어 올라오는 광은 집광판의 수직방향에 대하여 큰 굴절각을 이루면서 위로 진행하게 된다.

즉, 종래의 집광판에 상기와 같은 형상을 갖는 프리즘 단위군 33을 형성하더라도 집광손실은 발생하게 된다. 또한 상기 집광판을 광의 효율을 증대시키는 CLC(Cholesteric Liquid Crystal) 편광판과 사용할 경우 색변이와 광효율을 저하시킨다. 콜레스테릭(Cholesteric) 상태에서는 액정의 방향벡터가 나선구조를 형성한다. 좌원 편광의 빛이 액정의 방향벡터의 나선이 시계방향으로 꼬인 라이트헨드드( right handed) CLC층에 수직 입사했을 때 브래그(Bragg) 반사조건을 만족하는 파장의 빛은 반사시킨다. 이 원리를 이용하면 흡수형 타입 편광판에서 손실되는 빛을 CLC 편광판을 사용할 경우 재생해서 이용할 수 있기 때문에 광효율을 획기적으로 증가시킬 수 있다.

칼라필터도 CLC를 사용하면 역시 광효율이 증가된다. 그런데 입사각이 20도이상이면 투과된 빛은 원편광이 아닌 타원편광이고 파장도 수직입사될 때 투과된 빛의 파장과 다른 파장의 빛이 투과되어 색변이와 편광효율이 저하된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 기존의 집광판의 집광손실을 보상하기 위하여 종래 구조의 프리즘 단위군의 구조를 개량하여 구성하고, 집광판의 재질을 굴절율이 큰 것으로 대체하여 광의 투과각을 집광판의 수직방향에 가깝게 한다.

따라서, 본 발명은 집광판의 프리즘의 단위군의 구조를 개량하고, 그 집광판과 확산판을 도광판 위에 적절히 배치하여 광의 집광효울을 최대로 하므로써, 면광원장치의 광효율을 극대화하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명의 집광판에 형성되는 프리즘 단위군의 구조는 도파방향 쪽으로는 타원형의 곡면을 형성하고, 반대방향으로는 평면을 갖는 경사면을 형성하되 꼭지각을 20°이하가 되도록 한다. 상기와 같이 프리즘 단위군에는 도파방향쪽에 타원형의 곡면, 그 반대면에 평면을 갖는 경사면을 구성하므로써 도파방향으로 진행하여 위로 올라온 광에 대하여 아래로 반사시키지 않고 모두 위로 굴절시킬 수 있고, 따라서 광의 집광효율은 그만 큼 높아진다.

집광효율을 극대화 하기 위하여 프리즘 단위군의 형상이 다른 집광판을 2장 중첩하여 구성하고, 그 위에 CLC 편광판을 구성하는 구조로 형성할 수 있다.

도 1은 종래의 면광원장치의 구성을 나타내는 단면도이고,

도 2a, 도 2b, 도 2c는 종래 면광원장치의 프리즘 단위군의 형상 예를 나타내는 단면도이고,

도 3은 본 발명의 면광원장치의 한 구성 예를 나타내는 단면도이고,

도 4는 본 발명의 면광원장치의 다른 구성 예를 나타내는 단면도이고,

도 5a, 도 5b는 본 발명의 도광판의 구성 예를 나타내는 평면도이고,

도 6은 본 발명의 프리즘 단위군의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 - 면광원장치 10 - 램프

15 - 램프홀더 20,120,220 - 집광판

30 - 확산판 33, 133 - 프리즘 단위군

50 - 반사판 60 - 홀 도트

65 - V자 홈 70 - CLC 편광판

80 - λ/4플레이트

본 발명의 면광원장치는 측면쪽에서 입사되는 광을 면광으로 바꾸어 방사시키는 도광판과, 적어도 상기 도광판의 한 측면에 형성되는 램프와, 상기 램프를 감싸는 형태로 상기 도광판의 단부와 고정되고, 상기 램프의 광을 상기 도광판 쪽으로 반사시키는 수단이 형성된 램프홀더와, 상기 도광판의 배면에 형성되는 반사판과, 상기 도광판의 전면에 적어도 제1집광판이 구비되는 면광원장치에 있어서,

상기 제1집광판의 프리즘 단위군은 광의 도파방향 쪽으로는 타원형의 곡면을, 그 타원형의 곡면 반대 쪽에는 평면의 경사면을 구비하고, 그 평면의 경사면이 이루는 꼭지각은 20°이하가 되도록 구성한다. 상기 제1집광판과 상기 도광판 사이에는 확산판이 개재된다.

본 발명의 또 다른 구조는 상기 제1집광판 위에는 도움형의 프리즘 단위군을 갖는 제2집광판이 구비되고, 상기 제2집광판 위에는 CLC 편광판이 구비되고, 상기 CLC 편광판 위에는 λ/4플레이트가 구비된다.

이하 도 3, 도 4, 도 5a, 도 5b, 도 6을 참고하여 본 발명의 기술적 구성 및 작용에 대하여 상세히 설명한다.

면광원장치 1은 광원으로 기능하는 램프 10을 갖고 있다. 램프 10에서 발산하는 광은 램프홀더 15의 내측에 구비되어 있는 반사판 15a에 반사되어 측면으로 부터 도광판 40에 입사된다.

도광판 40의 배면에는 반사판 50이 배치되고, 도광판의 전면에는 확산판 30이 배치된다. 상기 확산판 30 위에는 광의 도파방향(A방향)으로 타원의 곡면을 형성하고, 광의 도파방향의 반대 방향으로는 평면의 경사면을 형성하는 프리즘 단위군 133을 구비하는 플라스틱 집광판 120을 배치한다. 상기 집광판의 프리즘 단위군의 평면의 경사면의 꼭지각 θ는 20°이하로 형성한다.

상기 집광판의 굴절율은 1.55, 상기 확산판의 굴절율은 1정도인 것을 사용한다.

상기 프리즘 단위군 133에서 광이 굴절되는 원리를 더 상세히 설명하면 먼저, 집광판 133에 광이 굴절되었을 때, 반구형의 곡면 쪽으로 입사한 광은 입사한 방향보다 왼쪽 방향으로 굴절되어 위로 진행하게 된다. 이것은 플라스틱 물질로 만들어진 집광판의 굴절율이 공기보다 크기 때문이며 굴절율의 차이가 클수록 더욱더 광의 진행방향은 왼쪽으로 크게 굴절되어 집광판과 수직방향으로 진행한다. 즉, 곡면의 법선 B1,B2,B3를 기준으로 하여 법선의 오른 쪽으로 입사되는 광은 법선을 기준으로 왼쪽으로 꺽여 굴절된다. 따라서 반구형의 곡면에 입사되는 광은 항상 광의 진행방향의 왼쪽으로 꺽여 집광판과 대략 수직방향으로 진행하게 된다.

그리고, 곡면의 반대쪽에 형성되어 있는 경사면쪽에 입사되는 광은 대략 집광판의 수직방향에 대하여 20°이하이고 이정도의 각도이면 하면에서 도파방향으로 진행하면서 올라오는 광에 대하여 반사없이 모두 집광판 표면위로 굴절시켜 통과 시킬 수 있다. 따라서 종래의 구조보다 더 확실하게 광의 손실을 막을 수 있으므로 그만큼 집광효율은 높아진다.

상기 집광효율을 높이기 위하여 프리즘 단위군 133의 경사면 꼭지각을 20도 이하로 형성하는 이유는 도 6의 구조를 참고하면 더 쉽게 이해할 수 있다.

상기 도 6의 구조에서 확산판 30의 굴절율 n은 1, 집광판 120의 굴절율 n은 1.55, i₀는 광선 88이 확산판의 평면에 대하여 수직방향으로 진행할 때의 확산판에 입사되는 광의 입사각도, r₀는 집광판에 의한 광의 굴절각도, i₁은 집광판에 의해 굴절된 광이 프리즘 단위군의 경사면의 법선과 이루는 광의 각도, r₁은 상기 프리즘 단위군의 경사면에서 굴절된 광이 프리즘 단위군의 경사면의 법선과 이루는 광의 각도, θ는 프리즘 단위군의 경사면의 각도를 나타낸다.

상기 구조에서 sin i₀/ 1.55= sin r₀, θ+π/2-r₀+π/2-i₁=π, r₁-i₁+π/2-r₀=π/2 식을 구할 수 있으므로 즉, sin^-1(sin i₁×1.55)-i₁+ π/2-sin^-1(sin I₀/1.55)=π/2 식을 구할 수 있으므로 i₀가 70°일 때 광선 88이 확산판 30의 평면에 대하여 수직방향으로 진행한다고 가정하면 i₁은 약 38.7°가 얻어지고 θ는 76°가 얻어진다.

따라서, 프리즘 단위군의 경사면의 꼭지각은 90°- 76°= 14°가 된다.

즉, 도 6의 구조에서는 확산판의 굴절율이 1이고, 집광판의 굴절률이 1.55일 때 프리즘 단위군의 경사면의 꼭지각은 14°가 가장 이상적이지만 약 20°까지는 우수한 광의 집광효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 면광원장치 1의 또 다른 구조는 도광판 40의 전면에 직접 광의 도파방향으로 타원의 곡면이 형성되고, 광의 도파방향의 반대 방향으로는 평면의 경사면이 형성된 프리즘 단위군 133을 구비한 플라스틱 집광판 120을 배치하고, 그 플라스틱 집광판 120 위에 도움형(광의 도파방향과 그 반대방향에 타원의 곡면이 형성되어 이루어진는 형태)의 프리즘 단위군이 형성되 집광판 220을 배치한다.

상기 집광판 220 위에는 CLC 편광판 70과 λ/4의 플레이트 80을 적층하여 배치한다.

상기 CLC 편광판 70은 집광판을 통과한 광을 CLC의 선택반사 특성에 의해 특정파장의 원편광만 투과하도록 작용하고, 상기 λ/4의 플레이트 80은 상기 CLC 편광판 70을 통과한 원편광을 λ/4만큼 위상을 변화시켜 선편광상태로 만들어 준다.

또, 본 발명의 도광판에는 광의 휘도분포를 균일하게 하기 위하여 배면에 음각 또는 양각된 도트 60(본 발명에서는 음각된 홀도트로 구성) 을 구성하거나, 줄 모양의 음각 또는 양각패턴 65(본 발명에서는 음각된 V자 홈으로 구성)를 구성할 수 있다.

집광판의 프리즘 단위군이 타원형의 곡면과 평면의 경사면을 갖도록하고 그 평면의 경사면이 이루는 꼭지각을 대략 20°이하가 되도록 구성하므로써, 집광판을 통과하는 광의 집광도를 최대로할 수 있고, 광의 휘도를 높일 수 있다.

또, 상기와 같은 프리즘 단위군을 갖는 집광판 외에 도움형상의 프리즘 단위군을 갖는 집광판을 적층하고, 그 위에 CLC 편광판과 λ/4의 플레이트를 적층하여 구성하므로써, 광의 집광도 및 휘도 특성 등을 향상할 수 있다.

Claims

측면쪽에서 입사되는 광을 면광으로 바꾸어 방사시키는 도광판과,

적어도 상기 도광판의 한 측면에 형성되는 램프와,

상기 램프를 감싸는 형태로 상기 도광판의 단부와 고정되고, 상기 램프의 광을 상기 도광판 쪽으로 반사시키는 수단이 형성된 램프홀더와,

상기 도광판의 배면에 형성되는 반사판과,

상기 도광판의 전면에 적어도 제1집광판이 구비되는 면광원장치에 있어서,

상기 제1집광판에는 광의 도파방향 쪽으로는 타원형의 곡면을 갖고, 그 타원형의 곡면 반대 쪽에는 평면의 경사면을 갖도록 프리즘 단위군을 구비하고 있는 것을 특징으로하는 면광원장치.
제1항에 있어서,

상기 프리즘 단위군의 평면의 경사면이 이루는 꼭지각은 20°이하를 이루고 있는 것을 특징으로하는 면광원장치.
제1항에 있어서,

상기 제1집광판과 상기 도광판 사이에는 확산판이 개재되는 것을 특징으로하는 면광원장치.
제1항에 있어서,

상기 제1집광판 위에는 제2집광판이 구비되고, 상기 제2집광판 위에는 CLC 편광판이 구비되고, 상기 CLC 편광판 위에는 λ/4플레이트가 구비되는 것을 특징으로하는 면광원장치.
제4항에 있어서,

상기 제2집광판에는 광의 도파방향 쪽과 그 반대쪽에 타원형의 곡면을 갖도록 프리즘 단위군을 구비하고 있는 것을 특징으로하는 면광원장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 상기 도광판의 한면에 광의 휘도분포를 균일하게 하는 수단이 음각 또는 양각되어 구비되는 것을 특징으로하는 면광원장치.