KR20030061153A - Light guide panels having lenticular lenses and Backlight apparatus using thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정표시장치의 백라이트에 사용되는 도광판 및 이를 이용한 백라이트 장치에 관한 것으로, 구체적으로 점광원을 광원으로 사용하는 백라이트 장치 내에 사용되는 도광판의 일측에 웨이브 형상의 렌티큘러(lenticular) 렌즈를 형성함으로써, 백라이트 장치에서의 사각(死角)을 최소화하고 휘도균일도를 향상시킬 수 있는 도광판의 구조와 이러한 도광판을 구비한 백라이트 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a light guide plate used for a backlight of a liquid crystal display device and a backlight device using the same. Specifically, by forming a wave-shaped lenticular lens on one side of the light guide plate used in a backlight device using a point light source as a light source. The present invention relates to a structure of a light guide plate capable of minimizing blind spots in a backlight device and improving luminance uniformity, and a backlight device having such a light guide plate.
일반적으로 액정표시장치는 크게 TFT기판(102a)과 칼라필터기판(102b) 및 두 기판(102a, 102b)사이에 봉입되어 있는 액정(도시하지 않음)으로 이루어진 액정패널(102)과, 상기 액정패널의 후면에 위치하여 액정패널(102)로 빛을 제공하는 백라이트부로 구성된다(도 1 참조).Generally, a liquid crystal display device includes a liquid crystal panel 102 including a liquid crystal panel (not shown) enclosed between a TFT substrate 102a and a color filter substrate 102b and two substrates 102a and 102b. It is composed of a backlight unit located at the rear of the liquid crystal panel 102 to provide light (see FIG. 1).
상기 백라이트부는 빛을 발하는 광원(104)과, 상기 광원(104)에서 나온 빛이 입사되는 도광판(105)과, 상기 도광판(105) 후면에 위치하여 도광판(105) 전면으로 빛을 반사하는 반사판(106)과, 상기 도광판(105)에서 나온 빛을 안정적으로 액정패널(102)로 보내는 역할을 하는 광학필름판(107)으로 이루어져 있다.The backlight unit includes a light source 104 that emits light, a light guide plate 105 through which light emitted from the light source 104 is incident, and a reflection plate positioned at a rear surface of the light guide plate 105 to reflect light to the front surface of the light guide plate 105 ( 106 and an optical film plate 107 which serves to stably transmit the light emitted from the light guide plate 105 to the liquid crystal panel 102.
또한, 상기 액정패널(102)과 백라이트부는 몰드프레임(101)과 탑 섀시(103)에 의하여 감싸져서 고정된다.In addition, the liquid crystal panel 102 and the backlight unit are wrapped and fixed by the mold frame 101 and the top chassis 103.
한편, 상기 광원(104)은 도광판 일측면에 평행하게 위치하는데 일반적으로 도면에 도시된 바와 같이 냉음극관 램프로 이루어진 선(線)광원이 사용된다.On the other hand, the light source 104 is located in parallel to one side of the light guide plate, a line light source consisting of a cold cathode tube lamp is generally used as shown in the figure.
그런데, 최근에는 휴대전화나 PDA(Personal Digital Assistants; 개인정보단말기)와 같은 개인용 정보통신 단말기에서 액정표시장치를 이용하는 경우가 많은데, 휴대용이라는 장비의 특성상 이러한 휴대용 개인 정보통신 단말기에 사용되는액정표시장치에 장착되는 백라이트 시스템은 더욱 얇고, 경량이며 전력 소비가 적은 것이 선호된다. 따라서, 이러한 휴대용 개인 정보통신 단말기에 장착되는 액정표시장치의 백라이트 시스템에서는 냉음극관 램프와 같은 선광원보다는 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED) 칩과 같은 점(點)광원이 더욱 선호된다.Recently, however, a liquid crystal display device is often used in a personal information communication terminal such as a mobile phone or a personal digital assistant (PDA). Due to the characteristics of a portable device, a liquid crystal display device used in such a portable personal information communication terminal is used. The backlight system mounted on the thinner, lighter and lower power consumption is preferred. Therefore, in a backlight system of a liquid crystal display device mounted on such a portable personal information communication terminal, a point light source such as a light emitting diode (LED) chip is more preferred than a line light source such as a cold cathode tube lamp.
한편, 표시장치에서의 디스플레이 특성상 표시장치의 화면 내에서 화질의 균일도는 매우 중요하다. 액정표시장치에서 화질의 균일도는 결국 백라이트 장치의 휘도균일도가 좌우하게 된다. 그런데, 다음에서 살펴보는 바와 같이, 종래의 점광원을 이용한 백라이트 장치에서는 어두운 부분, 즉 사각(死角)이 상당 부분 존재하게 되는 한계가 있다.On the other hand, the uniformity of the image quality within the screen of the display device is very important due to the display characteristics of the display device. The uniformity of the image quality in the liquid crystal display device eventually determines the luminance uniformity of the backlight device. However, as will be described below, in the conventional backlight device using a point light source, there is a limit in which a dark part, that is, a substantial part of the blind spot exists.
도 2a 및 2b에는 각각 종래기술에 따른 백라이트 장치의 점광원 배열 형태 및 그에 따른 도광판의 빛 입사 형태가 개략적인 평면도로 도시되어 있다.2A and 2B are schematic plan views showing the point light source arrangement of the backlight device according to the related art and the light incident form of the light guide plate, respectively.
점광원(202)에서 나온 빛은 소정의 입사 각도 범위(θ)를 가지고 도광판(201)으로 입사되어 궁극적으로 액정패널(도시하지 않음)로 향하게 된다. 여기서, 액정표시장치의 빛 효율 및 표시특성은 상기와 같은 광원의 도광판 입사효율과 밀접한 관계를 맺기 때문에 광원에서 나온 빛이 도광판 전체에 균일하게 입사되는 것이 중요하다.Light emitted from the point light source 202 is incident on the light guide plate 201 with a predetermined angle of incidence θ and ultimately directed to a liquid crystal panel (not shown). Here, since the light efficiency and the display characteristics of the liquid crystal display are closely related to the light guide plate incident efficiency of the light source, it is important that the light emitted from the light source is uniformly incident on the entire light guide plate.
그러나, 종래기술에 따른 백라이트 장치에서 한 개의 점광원을 사용하는 경우, 도 2a에 도시한 바와 같이, 그 점광원(202)은 도광판(201)의 일측면에 접하여 중앙에 위치하게 되는데, 점광원으로부터의 빛 입사 각도 범위(θ)로 인하여 중앙에 위치한 상기 점광원(202)의 좌우에는 빛이 미치지 않아 어두운 상태로 남아 있는 영역, 즉 사각(203)이 필연적으로 존재하게 된다. 상기 점광원(201)에서 나온 빛이 상기 도광판(201)에 입사되는 각도를 표현하면 다음과 같다.However, when using a single point light source in the backlight device according to the prior art, as shown in Figure 2a, the point light source 202 is located in the center in contact with one side of the light guide plate 201, the point light source Due to the light incidence angle range θ from the left and right of the point light source 202 located in the center, there is an inevitable presence of a region, ie, a blind spot 203, in which the light remains dark. When the light emitted from the point light source 201 is expressed to the light guide plate 201 is expressed as follows.
여기서, θ는 점광원에서 나온 빛이 도광판 내에서 진행하는 각도 범위를 말하며, n은 도광판의 굴절률이다. 일반적으로 도광판의 재료로 사용되는 PMMA(Polymethyl methacrylate) 재질의 도광판의 경우 굴절률은 1.49 이며, 그에 따른 진행 각도 범위(θ)는 84.31°이다.Here, θ refers to the angle range in which the light from the point light source proceeds in the light guide plate, and n is the refractive index of the light guide plate. In general, a light guide plate made of PMMA (Polymethyl methacrylate) material used as a material of the light guide plate has a refractive index of 1.49, and a traveling angle range (θ) thereof is 84.31 °.
따라서, 광원, 즉 점광원 좌우로 각각 약 48°정도의 영역에 어두운 사각(203)이 존재하게 된다. 이와 같은 사각은 액정표시장치의 표시품질을 저하시킬 뿐만 아니라 휘도균일도를 떨어지게 하여 결국 액정표시장치의 기능을 저하시킨다.Therefore, dark squares 203 exist in the light source, i.e., the area of about 48 ° to the left and right of the point light source. Such blind spots not only lower the display quality of the liquid crystal display device but also lower the luminance uniformity, thereby degrading the function of the liquid crystal display device.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 도 2b에서와 같이, 보다 많은 수의 점광원(202a, 202b)을 도광판(201) 측면에 배치할 수 있으나, 이 경우에도 역시 점광원(202a, 202b) 사이의 어두운 사각(204)이 생길 수밖에 없다. 비록 도광판(201)의 하면에 소정의 형상이나 패턴을 형성하여 사각의 어두움을 다소 개선시킬 수는 있으나 만족할 만한 결과를 얻기 어렵다. 또한, 더 많은 수의 점광원을 배치하는 방법을 고려할 수도 있으나, 점광원의 수가 증가하게 되면 비용이 함께 증가할 뿐만 아니라 소비 전력 역시 증가하기 때문에 적절한 해결방법이 되지 못한다.In order to solve this problem, as shown in FIG. There is bound to be a blind spot (204). Although it is possible to form a predetermined shape or pattern on the lower surface of the light guide plate 201 to slightly improve the darkness of the blind spots, it is difficult to obtain satisfactory results. In addition, although a method of arranging a larger number of point light sources may be considered, an increase in the number of point light sources may not only increase costs but also increase power consumption, and thus may not be a proper solution.
본 출원인은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 백라이트 장치에 있어서 점광원의 배열 구조에 관한 발명(특허출원번호 제2001-53343호)과 렌티큘러 렌즈를 구비한 도광판 및 이를 이용한 백라이트 장치에 관한 발명(특허출원번호 제2001-74335호)을 기 출원한 바 있으며, 이에 더해 본 명세서에 기술되는 발명을 제안함으로써 또 다른 해결책을 제시하고자 한다.The present applicant has a method for solving the above problems, the invention regarding the arrangement structure of the point light source in the backlight device (Patent Application No. 2001-53343) and the light guide plate having a lenticular lens and the invention related to the backlight device using the same (Patent Application No. 2001-74335) has already been filed, and in addition, by suggesting the invention described herein, another solution is proposed.
본 발명은 점광원을 광원으로 사용하는 백라이트 구조에서 존재하는 상기와 같은 문제점을 해결하고자 개발된 것으로서, 본 발명은 백라이트 장치의 도광판의 구조 자체를 변경함으로써 사각(死角)의 최소화 및 휘도균일도를 향상시킬 수 있는 도광판을 제공하고자 한다.The present invention was developed to solve the above problems in the backlight structure using a point light source as a light source, the present invention is to change the structure of the light guide plate of the backlight device itself to minimize the blind spot and improve the luminance uniformity. To provide a light guide plate that can be made.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도.1 is an exploded perspective view of a general liquid crystal display device.
도 2a 및 도 2b는 각각 종래 기술에 따른 백라이트 장치의 점광원 배열 형태 및 그에 따른 도광판의 빛 입사 형태를 개략적으로 도시한 평면도.2A and 2B are plan views schematically illustrating a point light source arrangement form of a backlight device according to the related art and a light incidence form of a light guide plate according to the related art;
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 도광판 구조를 개략적으로 나타낸 평면도.3A is a plan view schematically illustrating a light guide plate structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3b는 도 3a를 입체적으로 도시한 사시도.FIG. 3B is a perspective view showing three-dimensionally FIG. 3A;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도광판에 빛이 입사되어 도광판 내부로 산란되는 것을 개념적으로 도시한 것.Figure 4 conceptually illustrates that light is incident on the light guide plate according to the embodiment of the present invention and scattered into the light guide plate.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
301 : 도광판 302 : 점광원301: light guide plate 302: point light source
303 : 렌티큘러 렌즈(lenticular lens)303: lenticular lens
상기한 목적을 달성하기 위해서는 본 발명에서는 점광원을 광원으로 사용하는 액정표시장치의 백라이트 장치에 구비된 도광판으로서, 상기 광원으로부터의 빛이 입사되는 도광판의 입광면에 웨이브 형상의 렌티큘러(lenticular) 렌즈가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치의 도광판이 제공된다.In order to achieve the above object, in the present invention, a light guide plate provided in a backlight device of a liquid crystal display device using a point light source as a light source, the wave-shaped lenticular lens on the light incident surface of the light guide plate to which the light from the light source is incident There is provided a light guide plate of a backlight device, characterized in that is formed.
본 발명에 있어서, 상기 도광판의 입광면에 형성된 웨이브 형상의 렌티큘러 렌즈는 도광판의 입광면 전체에 걸쳐 연속적으로 형성된다. 상기 웨이브 형상은사인(sine)파 형상을 가지도록 형성될 수 있다.In the present invention, the wave-shaped lenticular lens formed on the light incident surface of the light guide plate is continuously formed over the light incident surface of the light guide plate. The wave shape may be formed to have a sine wave shape.
이와 같이 입광면에 렌티큘러 렌즈가 형성된 본 발명의 도광판은, 점광원에서 나온 빛이 렌티큘러 렌즈를 통하여 입사되어 도광판에 조사됨으로써 도광판 내부에 균일한 휘도를 제공할 수 있으며, 그에 따라 종래의 도광판에서 문제가 되었던 사각을 최소화할 수 있게 된다.As described above, the light guide plate of the present invention having a lenticular lens formed on a light incident surface has a light emitted from a point light source through the lenticular lens and is irradiated to the light guide plate, thereby providing uniform luminance inside the light guide plate, thereby causing problems in the conventional light guide plate. It is possible to minimize the blind spots.
아울러, 본 발명에서는 액정표시장치에 사용되는 백라이트 장치로서, 위와 같이 렌티큘러 렌즈가 형성된 도광판을 구비한 백라이트 장치가 제공된다.In addition, the present invention provides a backlight device having a light guide plate on which a lenticular lens is formed as a backlight device used in a liquid crystal display device.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 도광판을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the light guide plate of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 도광판 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 3b는 도 3a를 입체적으로 도시한 사시도이다.3A is a plan view schematically illustrating a light guide plate structure according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a perspective view three-dimensionally showing FIG. 3A.
도면에 도시한 바와 같이, 도광판(301)의 일측면에 점광원(302)이 배치되는데, 본 발명에 따른 도광판(301)에서는 상기 점광원(302)으로부터 나온 빛이 입사되는 도광판(301)의 입광면에 웨이브(wave) 형상의 렌티큘러 렌즈(303)가 형성되어 있다(도 3a 및 도 3b 참조). 구체적으로 상기 렌티큘러 렌즈(303)의 웨이브는 사인(sine) 곡선에 따라 형성될 수 있다(도 3b 참조). 그러나, 본 발명에 있어서, 상기 웨이브의 형상은 반드시 사인 곡선에 한정되지 아니하며, 다양한 형태를 가질 수 있다.As shown in the figure, a point light source 302 is disposed on one side of the light guide plate 301. In the light guide plate 301 according to the present invention, the light from the point light source 302 is incident of the light guide plate 301. A wave-shaped lenticular lens 303 is formed on the light incident surface (see FIGS. 3A and 3B). In detail, the wave of the lenticular lens 303 may be formed according to a sine curve (see FIG. 3B). However, in the present invention, the shape of the wave is not necessarily limited to a sinusoidal curve, and may have various forms.
본 발명에서는 도광판(301)의 입광면이 상기와 같이 웨이브 형상을 가진 렌티큘러 렌즈(303)로 구성되어 있기 때문에, 광원(302)으로부터 나온 빛이 상기 웨이브로 입사하게 되면 웨이브의 경사면에 의하여 빛이 굴절하게 되어 도광판의 내부로 고르게 퍼져가게 되므로 도광판에 형성되는 사각 부분을 상당히 축소시킬 수 있게 된다. 이러한 효과는 도광판에 빛이 입사되어 도광판 내부로 산란되는 것을 개념적으로 도시한 도 4로부터도 확인할 수 있다. 렌티큘러 렌즈(303)를 통하여 굴절된 빛은 도광판(301)의 하부에 형성된 소정의 패턴에 따라 도광판(301)의 발광면으로 출사된다.In the present invention, since the light incident surface of the light guide plate 301 is composed of the lenticular lens 303 having a wave shape as described above, when the light from the light source 302 is incident on the wave, the light is emitted by the inclined surface of the wave. Since it is refracted to spread evenly into the light guide plate, the rectangular part formed in the light guide plate can be significantly reduced. This effect can also be confirmed from FIG. 4 conceptually showing that light is incident on the light guide plate and scattered into the light guide plate. Light refracted through the lenticular lens 303 is emitted to the light emitting surface of the light guide plate 301 according to a predetermined pattern formed under the light guide plate 301.
한편, 이상과 같은 본 발명의 위와 같은 실시예에 의해서도 불가피하게 존재하는 사각은 도광판의 패턴 설계 등을 이용하여 보완할 수 있는데, 본 발명의 도광판에서는 종래의 경우보다 사각범위가 줄어들었기 때문에 패턴 설계를 더욱 용이하게 실시할 수 있다.On the other hand, the squares inevitably exist by the above embodiments of the present invention can be compensated by using the pattern design of the light guide plate, etc. In the light guide plate of the present invention because the rectangular range is reduced than in the conventional case, the pattern design Can be carried out more easily.
이상과 같은 본 발명의 도광판 및 이를 이용한 백라이트 장치는 도광판의 입광면에 요철의 웨이브 형상을 갖는 렌티큘러 렌즈를 형성함으로써 점광원에서 나온 빛이 도광판으로 들어갈 때 생기는 국부적인 어두움을 완화하여 휘도의 균일도를 향상시킬 뿐만 아니라, 이와 같이 함으로써 도광판에서의 어두운 부분이 차지하는 면적을 상당 부분 줄일 수 있다.The light guide plate and the backlight device using the same according to the present invention form a lenticular lens having a wave shape of irregularities on the light incident surface of the light guide plate to mitigate local darkness caused by light entering a light guide plate to reduce uniformity of luminance. In addition to improving, the area occupied by the dark portion in the light guide plate can be substantially reduced.
따라서, 도광판의 패턴 설계를 보다 용이하게 수행할 수 있고, 그에 따라 이러한 도광판을 백라이트 장치에 장착하여 액정표시장치를 구성함으로써 액정표시장치의 휘도균일도를 높일 수 있는 장점이 있다.Therefore, the pattern design of the light guide plate can be more easily performed, and thus, the brightness uniformity of the liquid crystal display device can be increased by mounting the light guide plate to the backlight device to configure the liquid crystal display device.
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