KR20030093882A - Light Guide Plate, Manufacturing Method thereof, and Surface Light Source Employing the Light Guide Plate - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A light guide panel, a method for fabricating the same, and a surface light source device using the same are provided to reduce the light loss and transmit light from a primary light source uniformly and efficiently, thereby obtaining sufficient luminance without using any additional prism sheets. CONSTITUTION: A light guide panel is in a concave shape and includes predetermined lenses formed on a surface in the longitudinal direction by extrusion for inducing the light scattering, wherein the central part has a thickness in the range of 1/3-1/4 of both ends. The light guide panel has a thickness of about 4-12mm, a horizontal error of ±0.5, a pitch interval of 0.3-1mm, and a depth of valley parts is less than 1/2 of the pitch interval.

Description

도광판, 그 제조 방법, 및 이를 채용하는 면광원장치{Light Guide Plate, Manufacturing Method thereof, and Surface Light Source Employing the Light Guide Plate}A light guide plate, a method of manufacturing the same, and a surface light source device employing the same.

본 발명은 광학기기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 예컨대 액정표시장치와 같이 면광원이 필요한 화상표시장치에 사용하기 위한 도광판에 관한 것이다. 아울러, 본 발명은 이와 같은 도광판을 채용하는 면광원장치 및 화상표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical device, and more particularly, to a light guide plate for use in an image display device requiring a surface light source such as a liquid crystal display device. In addition, the present invention relates to a surface light source device and an image display device employing such a light guide plate.

현재 여러 종류의 박형 표시장치들이 사용되고 있는데, 본 출원이 행해지는 시점에서 이러한 박형 표시장치의 주류를 이루고 있는 것은 액정표시장치(LCD)라 할 수 있다. LCD는 박형의 벽걸이형 텔레비전, 노트북 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터용 모니터, 항법 장치, PDA, 휴대형 전화기, 게임기에 이르기까지 다양한 장치에 응용이 이루어지고 있다. 이와 같은 액정표시장치의 표시소자를 구성하는 액정은 스스로 발광하지 못하고, 인가되는 전기신호에 따라 단순히 빛을 투과시키거나 차단하는 기능을 수행할 뿐이다. 따라서, 액정패널에 정보를 표시하기 위해서는 액정패널을 후방에서 조명하기 위한 면발광장치 소위 백라이트가 액정표시장치 내에 별도로 마련되어야만 한다. 이와 같은 백라이트는 빛의 휘도를 높이고 고른 평면 광원을 형성하여 액정패널을 균일하게 조사할 뿐만 아니라 전력 소모가 적은 것이 바람직한데, 특히 전력 소비의 문제는 이동형 장치에서 매우 중요하다고 할 수 있다.Currently, various types of thin display devices are used. The liquid crystal display (LCD) is the mainstream of such thin display devices at the time of the present application. LCDs are being applied to a variety of devices ranging from thin wall-mounted televisions, notebook computers, desktop computer monitors, navigation devices, PDAs, portable telephones, and game machines. The liquid crystal constituting the display element of the liquid crystal display device does not emit light by itself, and merely performs a function of transmitting or blocking light according to an applied electric signal. Therefore, in order to display information on the liquid crystal panel, a surface light emitting device so-called backlight for illuminating the liquid crystal panel from the rear side must be separately provided in the liquid crystal display device. Such a backlight is preferable to not only uniformly irradiate the liquid crystal panel by increasing the brightness of the light and to form an even flat light source, but also to reduce power consumption. In particular, the problem of power consumption is very important in a mobile device.

도 1a는 종래의 백라이트의 일 예의 구조를 보여준다. 도시된 백라이트는 램프(10), 도광판(14), 확산시트(16)와, 2장의 프리즘(18, 20) 및 보호시트(22)를 포함한다. 램프(10)로는 통상 수은 냉음극형광램프(CCFL:Cold Cathode FlorescentLamp)와 같은 형광램프가 사용된다. 도광판(14)은 램프(10)로부터의 빛을 상방으로 고르게 유도하는 역할을 한다. 확산시트(16)는 빛을 산란시켜 광휘도를 균일화하는 역할을 하며, 프리즘(18, 20)은 상하좌우로 빛을 굴절시켜 집광하여 휘도를 향상시킨다. 보호시트(22)는 프리즘의 산과 산 사이의 홈에 먼지 등 이물질이 묻지 않도록 보호하고 스크래치가 생기는 것을 방지하게 된다. 한편, 램프(10) 주위에는 도광판(14)으로 광선이 입사되는 효율을 높이면서 램프(10)를 보호하는 램프 커버(12)가 설치된다. 도광판(14)의 하방에는 도광판(14)에서 하방으로 출사되는 빛을 반사시켜 광효율을 향상시키는 반사시트(24)가 설치된다. 이와 같은 각 부재는 프레임(26)에 수용되어 LCD 기판에 고정된다.1A shows an example structure of a conventional backlight. The illustrated backlight includes a lamp 10, a light guide plate 14, a diffusion sheet 16, two prisms 18 and 20, and a protective sheet 22. As the lamp 10, a fluorescent lamp such as a mercury cold cathode fluorescent lamp (CCFL: Cold Cathode Florescent Lamp) is usually used. The light guide plate 14 serves to guide the light from the lamp 10 evenly upward. The diffusion sheet 16 serves to uniform light intensity by scattering light, and the prisms 18 and 20 condense light by condensing the light up, down, left, and right to improve luminance. The protective sheet 22 protects the grooves between the acid of the prism and the foreign matter such as dust and prevents scratches. On the other hand, the lamp cover 12 is installed around the lamp 10 to protect the lamp 10 while increasing the efficiency of the light incident on the light guide plate 14. Below the light guide plate 14, a reflection sheet 24 is installed to reflect light emitted downward from the light guide plate 14 to improve light efficiency. Each such member is accommodated in the frame 26 and fixed to the LCD substrate.

도 1b에 도시된 바와 같이, 도광판(14)의 배면에는 일정한 모양의 산란패턴이 주기적인 배열을 이루고 있다. 램프(10)로부터 발원되어 도광판(14)에 입사된 빛은 도광판(14)의 상부면 즉 출사면과 배면에서 반사되면서 말단을 향해 진행하게 된다. 산란패턴에 도달할 때마다 빛은 산란되며, 이에 따라 진행경로가 변경되어 전반사 임계각보다 작은 입사각을 획득한 빛은 출사면을 투과하여 상방으로 진행하게 된다. 그리고, 이 빛은 확산시트(16)에 의해 추가적으로 산란됨으로써 빛이 위치에 관계없이 균일화될 수 있게 된다.As shown in FIG. 1B, a scattering pattern having a predetermined shape forms a periodic arrangement on the rear surface of the light guide plate 14. Light emitted from the lamp 10 and incident on the light guide plate 14 is reflected from the upper surface of the light guide plate 14, that is, the emission surface and the rear surface, and proceeds toward the end. Each time the scattering pattern is reached, light is scattered. As a result, the traveling path is changed so that light having an incident angle smaller than the total reflection critical angle passes upward through the emission surface. This light is further scattered by the diffusion sheet 16 so that the light can be uniformed regardless of the position.

도 2a는 도광판에 형성되는 산란패턴의 일 예를 보여준다. 산란패턴은 원형, 사각형 또는 육각형 등의 모양으로 되어 있으며 주기적인 배열을 이루게 된다. 통상, 이러한 패턴은 스크린 인쇄나 사출, 전사필름 또는 금형 패턴을 가공 제작하거나 아크릴판에 패턴을 직접 가공하는 방법 등에 의해 형성된다. 한편, 도 2a에서 주기적으로 배열된 각 모양은 도 2b와 같이 미세한 모양의 배열이 될 수도 있다.2A shows an example of a scattering pattern formed on the light guide plate. Scattering patterns are circular, square or hexagonal in shape and form a periodic array. Usually, such a pattern is formed by screen printing, injection molding, transfer film or die pattern processing, or by directly processing the pattern on an acrylic plate. Meanwhile, each shape periodically arranged in FIG. 2A may be a fine shape arrangement as shown in FIG. 2B.

도 1b에 도시된 도광판은 입사면에서 반대측의 말단면으로 갈수록 두께가 얇아지는 쐐기형으로 되어 있다. 그렇지만, 도 3a에 도시된 백라이트에 있어서와 같이 도광판이 평판 형태로 제작될 수도 있다. 다른 한편으로, 대형 표시장치에 있어서는 도 3b에 도시된 바와 같이 광원이 도광판 배면 후방에 설치되는 직하형 백라이트도 사용되고 있다. 일반적으로, 도 1a에 도시된 바와 같이 도광판이 쐐기형으로 되어 있는 측하형 백라이트는 노트북컴퓨터와 같이 소비전력 감소가 중요한 휴대형 기기에 널리 사용되고, 도 3a와 같이 평판형 도광판을 채용하는 측하형 백라이트는 모니터나 텔레비전에 주로 사용된다. 한편, 도 3b와 같이 배면에서 빛이 조사되는 직하형 백라이트는 전력소비량이 덜 중요한 19인치 이상의 대형 장치에 주로 사용되고 있다.The light guide plate illustrated in FIG. 1B has a wedge shape in which the thickness becomes thinner from the incident surface to the opposite end surface. However, the light guide plate may be manufactured in the form of a flat plate as in the backlight shown in FIG. 3A. On the other hand, in a large display device, as shown in FIG. 3B, a direct type backlight in which a light source is provided behind the light guide plate is also used. Generally, as shown in FIG. 1A, the side backlight having a wedge-shaped light guide plate is widely used in a portable device in which power consumption is important, such as a notebook computer, and the side backlight employing a flat light guide plate as shown in FIG. 3A. Mainly used for monitors and televisions. On the other hand, as shown in FIG. 3b, the direct type backlight which is irradiated with light from the back is mainly used in a large 19-inch or larger device in which power consumption is less important.

이와 같은 종래의 백라이트에 있어서, 광원에서 발원된 빛 중 상당 부분은 액정패널과 같은 피조사체에 이르지 못하고 손실된다. 특히, 측하형 백라이트에 있어서, 광원에서 발원된 빛 중 30% 이상은 램프 커버에 의해 손실되고, 10% 이상은 도광판에서 손실되는 것으로 알려져 있다. 도광판에서의 광손실의 대부분은 빛이 도광판 경계를 투과하여 외부로 유출되는 현상에 기인한다. 이러한 광손실은 앞에서 설명한 프리즘의 사용을 불가피하게 하고 있다. 백라이트의 부품 중 가장 고가인 것이 프리즘임을 고려할 때, 결국 램프 커버와 도광판에서의 광손실은 백라이트의 제조원가 및 가격을 크게 높이는 원인이 된다고 할 수 있다. 아울러, 프리즘의 사용은 백라이트의 부품 수를 증가시켜 조립 공정을 복잡하게 하고 불량율을 높인다는 문제점도 초래하게 된다.In such a conventional backlight, a large part of the light emitted from the light source is lost to the irradiated object such as the liquid crystal panel. In particular, in the side-down backlight, at least 30% of the light emitted from the light source is lost by the lamp cover, and at least 10% is known to be lost in the light guide plate. Most of the light loss in the light guide plate is due to the phenomenon that light penetrates the light guide plate boundary and flows out. This loss of light makes the use of the prism described earlier inevitable. Considering that prism is the most expensive component of the backlight, it can be said that the light loss in the lamp cover and the light guide plate causes a large increase in the manufacturing cost and price of the backlight. In addition, the use of a prism increases the number of parts of the backlight, which leads to a problem of complicated assembly process and high failure rate.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가볍고 얇으며 빛의 손실을 억제하여 광효율을 높일 수 있고, 면광원장치의 부품 수가 감소될 수 있도록 하여 면광원장치의 생산원가를 낮출 수 있게 해주는 도광판을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.The present invention is to solve the above-described problems, light, thin and light suppression to increase the light efficiency by suppressing the loss of light, to reduce the number of parts of the surface light source device to reduce the production cost of the surface light source device To provide a technical problem.

본 발명은 이와 같은 도광판을 제조하는 방법을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing such a light guide plate.

본 발명은 이와 같은 도광판을 채용함으로써 부품 수가 감소되어 조립 공정이 단순화되며 생산원가를 낮은 면광원장치를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.According to the present invention, it is another technical problem to provide a surface light source device in which the number of parts is reduced and the assembly process is simplified and the production cost is low by employing such a light guide plate.

도 1a는 종래의 백라이트의 일 예의 분해사시도.1A is an exploded perspective view of an example of a conventional backlight.

도 1b는 도 1a의 백라이트의 동작 원리를 설명하기 위한 도면.1B is a view for explaining the principle of operation of the backlight of FIG.

도 2a 및 도 2b는 도광판에 형성되는 산란패턴의 예를 보여주는 도면.2A and 2B illustrate examples of scattering patterns formed on the light guide plate.

도 3a는 종래의 백라이트의 다른 예를 보여주는 도면.3A shows another example of a conventional backlight.

도 3b는 종래의 백라이트의 또 다른 예를 보여주는 도면.3b shows another example of a conventional backlight;

도 4는 본 발명에 의한 도광판의 일 실시예의 사시도.4 is a perspective view of one embodiment of a light guide plate according to the present invention;

도 5는 도 4의 도광판의 정면도.5 is a front view of the light guide plate of FIG. 4.

도 6은 도 4의 도광판을 채용하는 백라이트의 일 실시예를 개략적으로 보여주는 도면.FIG. 6 is a schematic illustration of one embodiment of a backlight employing the light guide plate of FIG. 4; FIG.

도 7은 도 6의 백라이트에 있어서 도광판 내부에서의 빛 진행 과정을 설명하기 위한 도면.FIG. 7 is a view for explaining a light propagation process inside a light guide plate in the backlight of FIG. 6; FIG.

도 8은 본 발명에 의한 도광판의 다른 실시예의 정면도.8 is a front view of another embodiment of a light guide plate according to the present invention;

도 9는 본 발명에 의한 도광판의 또 다른 실시예의 정면도.9 is a front view of another embodiment of a light guide plate according to the present invention.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 도광판은 평판의 PMMA 수지판 밑면에 길이 방향의 원형 또는 규칙적인 일정한 렌즈를 형성하여 측면부에서 입사된 광원이 손실되지 않으며 렌즈의 집광 굴절의 원리를 이용 교차 반사하며 직진하는 효과로 휘도를 상승시키고 이전에 사용하던 부품을 줄여 광의 효율을 증가시키며 직하형 도광판에 적용하여 후면 광원부의 광원을 최대한 활용하도록 구성되어 지는 도광판을 제공한다.The light guide plate of the present invention for achieving the above technical problem forms a circular or regular constant lens in the longitudinal direction on the bottom surface of the PMMA resin plate of the plate so that the light source incident from the side portion is not lost and cross reflection using the principle of condensing refraction of the lens In addition, it increases the brightness by the effect of going straight, reduces the components used previously to increase the efficiency of light and provides a light guide plate configured to make the most of the light source of the rear light source by applying to the direct light guide plate.

상세하게는 표면에 일정한 렌즈를 형성하고 가공하여 입사된 빛의 손실을 최소화하며 단순한 구조로 빛의 휘도를 높이고 고른 평면 광원을 형성하여 균일한 밝기가 가능하게 하는 백라이트의 도광판을 제공한다.In detail, it provides a light guide plate of a backlight to form a uniform lens on the surface to minimize the loss of incident light, and to increase the brightness of the light with a simple structure and to form a flat planar light source to enable uniform brightness.

본 발명의 도광판은 빛의 손실을 최대한 억제 하여 효율적으로 사용하고 고비용의 부품을 줄이며 저렴한 비용으로 대량 생산을 할 수 있다.The light guide plate of the present invention can minimize the loss of light to be used efficiently, reduce the cost of the components and can be mass-produced at low cost.

본 발명은 종래의 도광판과 는 다른 오목한 형상을 가지며 일정한 길이 방향으로 렌즈 또는 형상을 pmma 수지로 압출 형성하여 가공된 표면에 의한 빛의 산란을 유도하여 균일한 평면 도출을 가능하게 한다.The present invention has a concave shape different from that of a conventional light guide plate and extrudes a lens or shape with pmma resin in a predetermined length direction to induce scattering of light by the processed surface, thereby enabling uniform flat derivation.

이때의 도광판의 두께는 중심 부와 양쪽 끝 단면의 두께는 1/3~1/4 정도 이며 필요에 따른 값을 적절하게 취한다At this time, the thickness of the light guide plate is about 1/3 to 1/4 of the thickness of the center and both end sections.

만들고자 하는 도광판은 아크릴 수지의 일종인 PMMA 수지를 이용하며, 두께는 4~12mm 정도 수평오차 +- 0.5이내, 피치간격 0.3~1mm.The light guide plate to be made uses PMMA resin, which is a kind of acrylic resin, and its thickness is within 4 ~ 12mm horizontal error within + -0.5, pitch interval 0.3 ~ 1mm.

골의 깊이-통상 피치 간격의 1/2을 넘지 않으나 특별한 경우 더 깊을 수 있다Depth of the goal--typically less than half the pitch interval, but may be deeper in special cases

이와 같이, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, the embodiments described above are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

상술한 바와 같이, 본 발명의 도광판은 가볍고 얇으면서 광손실이 감소되며,이에 따라 일차광원으로부터의 빛을 보다 효율적으로 그리고 균일하게 피조사체에 전달해준다. 따라서, 기존의 면광원장치에서와 달리 별도의 프리즘 시트를 사용하지 않고서도 충분한 휘도를 얻는 것이 가능해진다. 이처럼 면광원장치에 프리즘 시트를 채용하지 않게 되는 경우, 면광원장치 및 표시장치의 생산원가 및 가격이 크게 낮아질 수 있다. 더욱이 면광원장치의 부품 수가 감소되고 조립이 간단해짐에 따라 생산원가는 더욱 낮아지게 된다. 이와 같이, 본 발명은 도광판에서의 광손실을 억제하여 광효율을 높이는 것은 물론, 표시장치가 좋은 화질을 구현하여 제품의 품질을 높아지도록 하며 전력 소비를 감소시킨다는 효과가 있다.As described above, the light guide plate of the present invention is light and thin, and light loss is reduced, thereby transmitting light from the primary light source to the target object more efficiently and uniformly. Therefore, unlike conventional surface light source devices, it is possible to obtain sufficient luminance without using a separate prism sheet. As such, when the prism sheet is not adopted as the surface light source device, the production cost and price of the surface light source device and the display device may be significantly lowered. Moreover, as the number of parts of the surface light source device is reduced and assembly is simplified, the production cost is further lowered. As described above, the present invention suppresses the light loss in the light guide plate to increase the light efficiency, as well as to improve the quality of the product by reducing the power consumption.

한편, 이상의 설명은 LCD의 예를 중심으로 설명하였으나 본 발명의 도광판은 이에 한정되지 않고 여타의 평면표시장치와 광고판 등에도 적용할 수 있다.On the other hand, the above description has been described centering on the example of the LCD, but the light guide plate of the present invention is not limited thereto, and may be applied to other flat panel display devices and advertisement boards.

Claims (2)

도광판.Light guide plate. 표시장치의 면광원장치.Surface light source device of display device.
KR1020020031773A 2002-06-05 2002-06-05 Light Guide Plate, Manufacturing Method thereof, and Surface Light Source Employing the Light Guide Plate KR20030093882A (en)

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