KR20040005215A - 씨트를 모두 제거한 후면 광원용 도광판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LCD용 후면 광원용 장치에 관한 것으로 기타의 광학 씨트를 모두 제거하여 도광판 하나만으로 기존의 모든 기능을 다할 수 있게 한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 도광판의 LCD 반대면에 빛의 경로를 바꿀 수 있는 패턴을 만들고 이 패턴의 위에 도광판보다 굴절률이 적은 물질로 코팅을 한 다음 고반사 코팅을 하여, 도광판에 입사한 빛이 도광판과 저굴절물질 코팅층의 경계면에서 전반사하면서 진행하다가 패턴이 있는 영역에 이르면 저 굴절 층을 투과한 후 고반사 코팅면에서 반사하여 바로 LCD를 향해가도록 한 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

대표도에서는 도트패턴형 도광판과 프리즘 패턴형 도광판에 관하여 표기하였으나 본 발명은 다른 구조를 가지고 있는 모든 종류의 도광판에 응용할 수 있다.

Description

씨트를 모두 제거한 후면 광원용 도광판{Dream Light Guide Pannel}

본 발명은 LCD 후면 광원용 장치에 관한 것으로 도광판의 LCD 반대면에 빛의 경로를 바꿀 수 있는 패턴을 만들고 이 패턴의 위에 도광판보다 굴절률이 적은 물질로 코팅을 한 다음 고반사 코팅을 하여, 도광판에 입사한 빛이 도광판과 저굴절물질 코팅층의 경계면에서 전반사하면서 진행하다가 패턴이 있는 영역에 이르면 저 굴절 층을 투과한 후 고반사 코팅면에서 반사하여 바로 LCD를 향해가도록 한 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

후면광원용 장치의 일반적인 경우는 광원의 빛을 안내하는 도광판이 있고, 도광판의 밑면에는 일정한 형상을 가지고 있는 패턴이 있어서 도광판을 따라 진행하는 빛의 일부가 패턴의 형상에 따라 도광판으로부터 탈출할 수 있도록 되어있다. 후면광원용 장치는 도광판이외에도 도광판의 패턴면 쪽에 반사씨트, 그 반대쪽에 확산씨트,수직방향프리즘 씨트와 수평방향 프리즘 씨트로 구성되어있다. 패턴이 에칭타입인 경우 도광판의 빛은 패턴부에서 산란하여 일부는 반사씨트로 향해가고 일부는 확산씨트 쪽으로 향해간다. 반사씨트로 향한 빛은 반사되어 다시 도광판으로 돌아오고, 확산씨트로 향해간 빛은 대광부쪽으로 누워있는 분포를 가지고 있어 확산씨트가 이를 사방으로 분산시키고 두장의 프리즘 씨트가 각각 수직과 수평방향으로 이를 모아주는 구실을 한다. 일반적인 후면광원용 장치에서는 빛은 굴절률의 차이가 큰 층들을 여러번 반복하여 통과하므로 심각할 정도로 흡수된다. 일례로 확산씨트와 두 장의 프리즘씨트는 법선방향의 빛에 대하여 단지 57%만 투과한다. 도광판으로부터 입사하는 빛은 씨트의 법선을 기준으로 대체로 40도 방향에서 입사하므로 그 투과율은 30%에도 미치지 못한다. 따라서 기존의 후면광원용 장치로는 휘도를 향상시키는데 있어 구조적 한계를 가지고 있다. 또 씨트 네장으로 이루어진 구조는 부품이 많아 가격 상승의 요인이다.

상기한 문제점을 해결하기위하여 본 발명은 도광판의 패턴면에 도광판보다 굴절률이 적은 물질로 박막 코팅층을 형성하고 그 위에 고반사코팅을 하여, 도광판의 내부에서 진행하던 빛 중 저굴절 물질 코팅층에 대하여 임계각 이상의 각을 가진 빛이 패턴 영역과 만나지 않는 한 전반사를 통해 진행하도록 하고 패턴영역과 만나면 여러 복잡한 경로를 거치지 않고 바로 LCD로 향해 수직으로 가도록한 것을 특징으로 하는 구조를 갖는다. 이를 통해 본 발명은 도광판 내부를 진행하는 빛이 전반사 아닌 방식의 반사를 하는 것을 최대한 억제하고, 씨트를 제거하여 굴절률 차이가 큰 층들을 반복적으로 통과 하면서 발생하는 흡수의 문제를 해결하여 휘도를 향상시키는 것과 구성 부품의 요소를 줄여 가격을 저렴하게 하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1은 일명 도트 패턴형 도광판에 본 발명의 원리를 적용하는 경우, 빛의 경로를 나타내기위한 예시단면도

도 2는 일명 프리즘 패턴형 도광판에 본 발명의 원리를 적용하는 경우, 빛의 경로를 나타내기위한 예시단면도

<도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명>

계면1 : 공기와 도광판(도의 예시에서 PMMA)의 경계면

계면2 : 도광판과 저굴절물질층(도의 예시에서 MgF2)의 경계면

계면3 : 저굴절물질층과 반사층의 경계면

1 : 광원 2 : 도광판

3 : 저굴절물질층 4 : 반사층

5 : 도광판의 내부에서 진행하다 저굴절물질층을 투과한 후 반사층에서 반사하여 도광판을 탈출하는 빛

이하 첨부된 도면에 의해 자세히 설명하면 다음과 같다.

도광판의 재질이 PMMA(n=1.491)일 경우 광원 1로부터 도광판 2로 입사하는 빛은 스넬의 법칙에 의해 입광면의 법선에 대하여 42.12도의 내부에 있다. 즉 a는 42.12도보다 작거나 같다. 따라서 각 b는 47.88도보다 크거나 같다.

계면1에서의 전반사각은 42.12도이다. 그런데 각 b의 범위가 47.88도보다 크므로 모든 빛은 전반사하고 계면1을 통하여 빠져나가는 빛은 없다.

도에서 도광판에 코팅된 저굴절 물질이 MgF2(n=1.38)인 경우 계면2에서의 전반사각은 67.75도이다.

다음으로 광원이 LED인 경우 대부분의 빛은 a가 0도인 부근에 몰려있다. 즉 b가 90도인 부근에 몰려있다.

대부분의 빛은 도광판의 내부에서 계면1과 계면2에서 전반사하며 진행하다가 도 1의 계면2에서 도트패턴 영역 또는 도 2의 계면2에서 경사면에 부딪히면 계면2를 투과하고, 투과한 빛은 계면3에서 반사하여 그 진행방향이 LCD를 향할 수 있도록 현저히 바뀐다.

결론적으로 도광판 내부의 내부를 진행하는 빛은 도 1에서 도트가 있는 영역 또는 도 2의 계면2에서 완사면과 경사면중 경사면에서의 반사를 통해서만 도광판의 외부로 빠져나갈 수 있다. 도 1의 도트형태 또는 도 2의 경사면의 각은 반사하여 도광판을 빠져나가는 빛이 LCD를 향하여 바로 수직으로 갈 수 있도록 조정되어있다.

따라서 도 1과 도 2의 구조를 가진 도광판은 일명 확산 씨트 및 프리즘 씨트의 도움을 받지 않고도 광선의 방향을 원하는 방향으로 유도할 수 있다.

이는 도 1과 도 2에서 저굴절 물질층을 두지 않고 바로 반사층을 형성하도록 한 경우에도 같은 효과를 얻을 수 있다. 그러나 이 경우 계면2에서의 반사는 전반사가 아닌 일반 반사에 의하여 이루어진다. 이때 반사도가 아주 좋다고 하더라도 도광판의 특성상 빛은 내부에서 수 십 번의 반사가 이루어지므로 흡수에 의한 광 손실이 심각할 수밖에 없다. 도광판과 반사층의 사이에 저굴절물질층을 두는 것은 이런 문제를 해결하고자 하는 것이 목적이다.

전반사 방식에 의한 반사는 휘도 저하가 거의 없는 반사이다. 일반적인 후면광원용 장치에서 빛은 전반사와 일반 반사를 수없이 반복한다. 그러나 본 발명 내에서 빛의 경로를 보면 대부분의 빛은 전반사가 아닌 방식의 반사는 반사 코팅 계면3에서 단 한번 일어날 뿐이다. 또 일반적인 후면광원용 장치와 달리 씨트가 하나도 없어 굴절률의 차이가 큰 층들을 반복적으로 통과하면서 발생하는 흡수의 문제도 없다. 본 발명은 도광판의 내부에서 진행하던 빛이 LCD에 도달할 때까지 휘도저하가 있는 방식에의한 방향제어를 획기적으로 억제하였다. 따라서 일반적인 방식의 후면과원용 장치보다 좋은 휘도특성을 얻을 수 있다.

본 발명품에서는 LCD의 반대쪽으로 빠져나오는 빛은없다. 따라서 반사씨트는 불필요하다. 또 도광판에서 LCD쪽으로 나오는 빛은 이미 최적의 방향으로 정렬되어있는 상태이므로 확산씨트 및 프리즘씨트도 필요하지 않다.

Claims (1)

1. 도광판의 일면에 도광판보다 굴절률이 적은 물질로 얇은 층을 만들고 그 위에 고반사 기능을 가진 물질로 반사층을 형성한 구조를 갖는 도광판