KR20040063384A

KR20040063384A - 백라이트 유닛

Info

Publication number: KR20040063384A
Application number: KR1020030000780A
Authority: KR
Inventors: 민지홍; 최환영; 이문규; 이수미; 김진환; 최진승
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2004-07-14
Also published as: KR100499140B1; CN1517759A; JP3944170B2; CN100432787C; US20040130880A1; US6979095B2; JP2004213025A

Abstract

개시된 백라이트 유닛은, 홀로그램패턴이 형성된 도광판과, 도광판의 가장자리로 광을 투사하는 적어도 하나의 점광원과, 광을 그대로 투과시키는 투광영역과 톱니형상의 블레이즈 패턴이 형성된 블레이즈영역과 삼각프리즘 패턴이 형성된 프리즘영역을 구비하는 굴절부재;를 포함하며, 점광원으로부터 방출된 광을 확산시켜 굴절부재로 입사시키는 확산부재를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해 도광판으로 입사되는 광의 방위각을 줄임으로써 홀로그램패턴의 효율과 출광면의 휘도균일도를 향상시킬 수 있다.

Description

백라이트 유닛{Backlight unit}

본 발명은 백라이트(backlight) 유닛에 관한 것으로서, 특히 도광판(LGP: light guide panel)과 점광원을 사용하는 가장자리 발광형 백라이트 유닛에 관한 것이다.

통상적으로 평판 디스플레이(flat display)는 크게 발광형과, 수광형으로 분류한다. 수광형 평판 디스플레이의 예로서 액정표시장치(liquid crystal display)를 들 수 있는데, 액정표시장치는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고 외부로부터 빛이 입사되어 화상을 형성하므로 어두운 곳에서는 화상을 관찰할 수 없다. 따라서, 액정표시장치의 배면에는 백라이트 유닛(back light unit)이 설치되어 빛을 조사한다. 백라이트 유닛은 액정표시장치와 같은 수광형 디스플레이 외에도 조명간판등과 같은 면광원장치에도 사용되고 있다.

백라이트 유닛은 광원의 배치형태에 따라서, 액정표시장치의 바로 아래에 설치된 다수의 램프가 빛을 액정패널에 직접 조사하는 직하발광형(direct light type)과, 도광판(LGP: light guide panel)의 가장자리쪽에 설치된 램프가 빛을 조사하여 액정패널에 전달하는 가장자리 발광형(edge light type)으로 분류된다.

가장자리 발광형은 광원으로서 선광원과 점광원을 사용할 수 있다. 대표적인 선광원으로서는 양 단부의 전극이 관내에 설치되는 냉음극 형광램프(CCFL: cold cathode fluorescent lamp)가 있고, 점광원으로서는 발광다이오드(LED: light emitting diode)가 있다. CCFL은 강한 백색광을 방출할 수 있고 고휘도와 고균일도를 얻을 수 있으며 대면적화 설계가 가능하다는 장점이 있지만, 고주파 교류신호에 의해 작동되고 작동온도범위가 좁다는 단점이 있다. LED는 휘도와 균일도 면에서 CCFL에 비해 성능이 떨어지나, 직류신호 의해 작동되고 수명이 길며 작동온도범위가 넓다. 또, 박형화가 가능하다는 장점을 가진다.

도광판은 가장자리 발광형 백라이트 유닛에 사용되는 것으로서 선광원 또는점광원으로부터 가장자리를 통하여 입사된 광을 면광으로 변환하여 수직방향으로 출광시킨다. 도광판에는 광원으로부터 입사된 광을 면광으로 변환시키기 위해 산란패턴이나 홀로그램패턴이 인쇄방식 또는 기계가공방식에 의해 형성되어 있다.

도 1은 점광원을 사용하는 종래의 가장자리 발광형 백라이트 유닛의 개략적인 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 가장자리 발광형 백라이트 유닛의 단면도이다. 도 1을 보면, 도광판(10)의 좌측 가장자리(11)에 점광원으로서 3개의 LED(20)가 설치된다. 도광판(10)의 저면에는 LED(20)로부터 입사된 광을 출광면(12)으로 방출시키기 위한 홀로그램패턴(30)이 형성되어 있다.

LED(20)는 도광판(10)의 가장자리(11)를 향하여 광을 방출한다. LED(20)는 점광원이므로 도 3에 도시된 바와 같이 광축을 중심으로 방위각 ±90도 범위로 광을 방출하게 된다. 이 때, 광의 세기의 최대값(Imax)의 절반에 해당되는 세기(Imax/2)의 광이 방출되는 방위각을 반치각이라 한다. LED의 경우에는 보통 반치각이 약 ±45도 정도가 된다.

LED(20)에서 방출된 광은 가장자리(11)를 통하여 도광판(10)으로 입사되어 홀로그램패턴(30)에 입사된다. 홀로그램패턴(30)은 회절격자구조로서 입사된 광을 면광으로 변환시켜 도광판(10)의 상면인 출광면(12)으로 방출시킨다. 홀로그램패턴(30)은 일정한 방향성을 가지고 형성되어 있는데, 광이 홀로그램패턴(30)과 약 90°각도로 입사되는 경우에 가장 높은 효율로 광을 방출할 수 있다. 또한, 홀로그램패턴으로 입사되는 광의 입사방위각분포가 작을수록 출광면(12)에서의 균일한 휘도를 얻을 수 있다. 출광면(12)의 휘도가 균일하지 않으면화면이 얼룩져 보인다. 약 1 센티미터(cm)정도의 좁은 범위에서는 0.9 정도의 휘도변화가 얼룩으로 감지되나, 화면의 중앙부에서 선단부까지 완만하게 휘도변화가 있을 경우에는 0.8정도일지라도 휘도 얼룩은 감지되지 않는다. 따라서, 0.8 이상의 휘도균일도가 요구되며 양질의 화질을 얻기 위해서는 0.9 이상의 휘도균일도가 요구된다.

도 4는 도 1에 도시된 종래의 백라이트 유닛에 의한 출광분포를 보여주는 도면으로서, 도광판(10)을 LED(20)가 설치된 가장자리(11)로부터 차례대로 입광부(40), 중앙부(50), 대광부(60)의 3영역으로 나누어 출광면(12)으로 방출되는 광의 출광분포가 도시되어 있다. 도 4를 보면, 입광부(40)에 비해 중앙부(50)와 대광부(60)에서 넓은 출광분포를 가진다.

도 5는 도 1에 도시된 가장자리 발광형 백라이트 유닛에 의한 출광면(12)에서의 휘도를 보여주는 그래프이다. 세로축은 휘도를 표시하며, 가로축은 출광면(12)에서의 광출사각을 반치각(FWHM: forward half maximum)으로서 표시한 것이다. 3개의 곡선(C1, C2, C3)은 좌측으로부터 각각 입광부(40), 중앙부(50), 대광부(60)의 휘도를 나타내는 것이다. 도 5를 보면, 입광부(40)의 휘도가 중앙부(50)와 대광부(60)의 휘도보다 더 크다는 것을 알 수 있다. 반치각 또한 입광부(40)에서는 20°/20°이나 중앙부(50)와 대광부(60)에서는 20°/35°로 더 넓게 나타난다. 20°/35°에서 앞의 20°과 뒤의 35°는 각각 도 4에서 X방향과 Y방향의 반치각을 표시한 것이다.

이처럼 휘도가 불균일한 것은, 중앙부(50)나 대광부(60)에서홀로그램패턴(30)에 입사되는 광의 입사방위각의 분포가 입광부(40)에서의 그것보다 크기 때문이다. 즉, LED(20)에서 멀리 떨어진 중앙부(50)와 대광부(60)에서는 도 2에 도시된 바와 같이 여러 번의 반사과정을 거치면서 다양한 입사방위각을 가진 광이 홀로그램패턴(30)으로 입사되기 때문이다. 이러한 휘도의 불균일성은 LED(20)로부터 방출되어 도광판으로 입사되는 입사방위각이 클수록 더 심해진다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 점광원으로부터 도광판으로 입사되는 광의 방위각을 좁혀줌으로써 출광면의 휘도 균일성을 향상시킬 수 있도록 개선된 가장자리 발광형 백라이트 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 점광원을 사용하는 종래의 가장자리 발광형 백라이트 유닛의 개략적인 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 가장자리 발광형 백라이트 유닛의 단면도.

도 3은 LED의 방사각을 보여주는 그래프.

도 4는 도 1에 도시된 종래의 백라이트 유닛에 의한 출광분포를 보여주는 도면.

도 5는 도 1에 도시된 종래의 백라이트 유닛에 의한 출광면에서의 정면휘도를 보여주는 그래프.

도 6은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 제1실시예를 도시한 개략적인 사시도.

도 7은 도 6에 도시된 굴절부재를 상세히 도시한 평면도.

도 8은 삼각프리즘 패턴의 꼭지각과 출광면에서의 출광분포와의 관계를 도시한 그래프.

도 9는 블레이즈 패턴의 꼭지각 및 투광영역의 폭과 출광면에서의 출광분포와의 관계를 도시한 그래프.

도 10은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 다른 실시예를 도시한 평면도.

도 11은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 또 다른 실시예를 도시한 평면도.

도 12와 도 13은 도 1에 도시된 종래의 백라이트 유닛에 의한 입광부와 대광부에서의 휘도측정결과를 각각 도시한 그래프.

도 14와 도 15는 도 6과 도 10 및 도 11에 도시된 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 실시예들에 의한 입광부와 대광부에서의 휘도측정결과를 각각 도시한 그래프.

도 16는 도 10에 도시된 실시예에 의한 도광판 내에서의 광량을 보여주는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110......도광판 112......출광면

120......LED 121......광축

130......홀로그램 패턴 200......굴절부재

210......투광영역 220......블레이즈 영역

230......프리즘 영역 240......오목렌즈

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백라이트 유닛은, 홀로그램패턴이 형성된 도광판; 상기 도광판의 가장자리로 광을 투사하는 적어도 하나의 점광원; 상기 점광원과 상기 도광판 사이에 개재되어 상기 도광판으로 입사되는 광의 방위각을 줄이는 것으로서, 각 점광원의 광축으로부터, 광을 그대로 투과시키는 투광영역과, 상기 광축쪽 일면이 상기 광축과 나란한 톱니형상의 블레이즈 패턴이 형성된 블레이즈영역과, 삼각프리즘 패턴이 형성된 프리즘영역을 구비하는 굴절부재;를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 의한 백라이트 유닛은, 홀로그램패턴이 형성된 도광판; 상기 도광판의 가장자리로 광을 투사하는 적어도 하나의 점광원; 상기 점광원으로부터 방출된 광을 확산시키는 확산부재; 상기 확산부재와 상기 도광판 사이에 개재되어 상기 도광판으로 입사되는 광의 방위각을 줄이는 굴절부재;를 포함한다.

상기 투광영역은 상기 굴절부재 내에서의 방위각이 약 ±9°범위 내지는 ±16 °범위까지의 광을 통과시키도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 삼각프리즘패턴의 경사면이 상기 광축에 직각인 선과 이루는 각도는 상기 프리즘영역을 통과하는 광의 최대방위각보다 큰 것이 바람직하다.

상기 블레이즈패턴의 경사면이 상기 굴절부재의 출사면과 이루는 각도는 상기 블레이즈 영역을 통과하는 광의 최대 방위각 보다 큰 것이 바람직하다.

상기 굴절부재의 굴절률은 상기 도광판의 굴절률과 같거나 그보다 큰 것이 바람직하다.

상기 확산부재는, 상기 굴절부재의 입사면에 오목한 곡면을 형성함으로써 상기 굴절부재와 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 일 실시예를 도시한 사시도이다.

도 6을 보면, 도광판(110)의 좌측 가장자리(111)에 점광원으로서 3개의 LED(120)가 설치되며, 도광판(110)과 LED(120) 사이에는 굴절부재(200)가 설치된다. LED(120)와 굴절부재(200), 굴절부재(200)와 도광판(110) 사이에는 예를 들면, 공기와 같이 굴절부재(200)나 도광판(110)보다 굴절률이 작은 매질이 개재된다.

도광판(110)은 광을 투과시킬 수 있는 투광성 재료로 제작되는데, 주로 굴절률이 1.49, 비중이 1.19 정도인 아크릴계 투명수지(PMMA)가 사용되며, 경량화를 위해 비중이 1.0인 올레핀계 투명성수지가 사용되기도 한다. 도광판(110)의 두께는 보통 2∼3mm 정도이며, 중량을 줄이기 위해 광이 입사되는 가장자리로부터 멀어질수록 두께가 점점 얇아지는 쐐기형을 사용할 수도 있다. 도광판(110)의 크기는 출광면(112)쪽에 설치되는 화상표시장치(미도시), 예를 들면 LCD(liquid crystal display)의 크기에 좌우된다. 도광판(110)에는 홀로그램패턴(130)이 형성되어 있으다. 도면에 도시되지는 않았지만, 출광면(112)의 상측에는 광을 확산시키는 확산판이 설치될 수 있다.

홀로그램패턴(130)은 도광판(110)의 가장자리(111)를 통해 입사된 광을 회절시켜 출광면(112)으로 방출시키는 것으로서, 도 6에서는 도광판(110)의 저면에 마련된다. 홀로그램패턴(130)은 주기가 2㎛ 이하의 회절격자(diffraction grating)가 반복 배열된 것이다. 홀로그램패턴(130)은 예를 들면, 주기 0.4㎛, 깊이 0.2㎛ 정도의 회절격자를 반복 배열함으로써 형성될 수 있다. 홀로그램패턴(130)의 하방에는 도면에 도시되지는 않았지만 광을 상방으로 반사시키는 반사부재가 설치될 수 있다. 광이 약 90도 각도로 홀로그램패턴(130)으로 입사될 때 가장 높은 효율로 광을 방출할 수 있으며, 홀로그램패턴(130)으로 입사되는 광의 방위각분포가 균일하면 출광면(112)에서의 휘도가 균일하게 된다.

LED(120)는 점광원의 일예로서 도 3에 도시된 바와 같이 광축을 중심으로 방위각 ±90도 범위로 광을 방출한다. 이 때, 광의 세기의 최대값(Imax)의 절반에 해당되는 세기(Imax/2)의 광이 방출되는 각도를 반치각이라 하며, LED의 경우에는 보통 반치각이 약 ±45도 정도가 된다. 본 실시예에서는 도광판(110)의 좌측 가장자리(111)쪽에 3개의 LED(120)를 설치하였으나, LED(120)의 개수는 도광판(110)의 크기와 요구되는 휘도에 의존하므로 더 많은 LED(120)를 설치할 수도 있다. 또한, 도광판(110)의 좌측 가장자리(111)뿐 아니라 우측, 상하측 가장자리에도 설치할 수 있다.

굴절부재(200)는 LED(120)로부터 방출되어 도광판(110)으로 입사되는 광을 광축(121) 쪽으로 굴절시켜 도광판(110) 내에서의 광의 방위각을 줄이기 위한 것이다. 굴절부재(200)는 각 LED(120)의 광축(121) 부근의 광을 그대로 투과시키는 투광영역(210)과, 톱니형상의 블레이즈 패턴이 형성된 블레이즈영역(220)과, 삼각프리즘 패턴이 형성된 프리즘영역(230)을 구비한다. 굴절부재(200)는 도광판(110)과 같은 재질을 사용할 수 있으며, 경우에 따라서는 굴절률이 도광판(110)보다 크거나 또는 작은 재질을 사용할 수 있다. 굴절부재(200)는 아크릴계 투명수지(PMMA)나 올레핀계 투명수지등을 절삭가공하거나 또는 사출성형함으로써 제작될 수 있다.

도 7은 도 6에 도시된 굴절부재를 상세히 도시한 평면도이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 굴절부재(200)는 굴절률 약 1.49인 PMMA를 사용한 것으로서 두께, 즉 입사면(201)과 출사면(202)과의 거리(L1)는 5mm이다. LED(120)는 입사면(201)으로부터 약간 이격되게 설치된다.

광축(121)으로부터 거리 D1까지는 투광영역(210)으로서, 도 7에 도시된 바와 같이 출사면(202)에 프리즘 패턴과 블레이즈 패턴을 형성하지 않음으로써 형성될 수 있으며, 도면에 도시되지는 않았지만 굴절부재(200)를 광축(121)으로부터 소정의 폭만큼 잘라냄으로써 형성될 수도 있다.

D1부터 D2까지는 하나의 LED로부터 방사된 광만이 입사되고 인접되는 다른 LED에서 방출된 광은 입사되지 않는 블레이즈 영역(220)이다. 따라서, 블레이즈 영역(220)에는 제1면(221)은 광축(121)과 나란하고 제2면(222)은 광축(121)과 소정의 각도를 이루는 톱니형상의 블레이즈 패턴이 반복 배열되어 있다. 또, 제1면(221)은 광축(121) 쪽에 위치되어야 한다. 블레이즈 패턴의 피치(P2)는 본 실시예에서는 50㎛으로 설정하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 생산성과 출광면(112)에서의 출광분포를 고려하여 적절히 선정한다.

본 실시예에서는 D2를 약 3.6mm로 설정하였다. LED(120)는 굴절부재(220)의 입사면(202)과 예를 들면 0.05mm 정도 이격되게 설치될 수 있다. 이 거리에 의한 영향을 무시하면, PMMA의 굴절률이 약 1.49이므로 굴절부재(200)로 입사된 광은 최대 약 42°의 방위각을 가진다. 입사면(201)과 출사면(202)과의 거리(L1)가 5mm이므로 D2를 3.6mm로 설정하면, 블레이즈 영역(220)에는 최대방위각이 약 36°인 광이 입사된다.

블레이즈영역(220)을 통과하면서 광이 광축(121) 쪽으로 굴절되어 방위각이 줄어들기 위해서는, 블레이즈 패턴의 제2면(222)이 광축(121)과 직각인 선과 이루는 각도(A)는 적어도 블레이즈 영역(220)을 통과하는 광의 최대 방위각보다 큰 것이 바람직하다. 본 실시예의 경우에는 약 36°보다 큰 것이 바람직하다. 다만, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 출광면(112)에서의 총광량과 단위입체각당의 광량 및 반치각을 고려하여 결정되는 것이 바람직하다.

D2부터 인접된 다른 LED의 블레이즈 영역과의 경계까지는 프리즘영역(230)이 형성된다. 프리즘영역(230)은 인접되는 다른 LED의 영향을 함께 받는 영역으로서, 꼭지를 중심으로 양쪽 경사면(231)(232)이 굴절면이 될 수 있도록 삼각프리즘 패턴이 반복 배열된 영역이다. 삼각프리즘 패턴의 피치는 본 실시예에서는 50㎛으로 설정하였으나, 이에 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 삼각프리즘 패턴의 피치는 생산성과 출광면(112)에서의 출광분포를 고려하여 적절히 선정한다. 프리즘영역(230)을 통과하면서 광이 광축(121) 쪽으로 굴절되어 방위각이 줄어들기 위해서는 삼각프리즘패턴의 양쪽 경사면(231)(232)이 광축(121)에 직각인 선과 이루는 각도(B)는 프리즘영역(230)으로 입사되는 광의 최대방위각보다 큰 것이 바람직하다. 다만, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 출광면(112)에서의 총광량과 단위입체각당의 광량 및 반치각을 고려하여 결정되는 것이 바람직하다.

또, 블레이즈영역(220)은 인접되는 다른 LED()의 영향을 받지 않는 영역이므로 D2는 도광판(110)의 출광면(112)에서의 총광량과 단위입체각당의 광량 및 반치각과 함께 LED(120) 간의 간격과 굴절부재(200)의 굴절률을 고려하여 결정된다. 총광량과 단위입체각당의 광량은 큰 것이, 반치각은 작은 것이 바람직하다.

도 8은 삼각프리즘 패턴의 꼭지각과 출광면에서의 출광분포와의 관계를 도시한 그래프로서, 삼각프리즘 패턴의 피치(P1)를 50㎛로 하고 밑변과 꼭지와의 거리(d1)를 변화시키면서 출광면에서의 광량(flux), 단위입체각당 광량 및 반치각을 측정한 것이다. 휘도를 향상시키기 위해서는 광량과 단위입체각당 광량값은 큰 것이 좋으며, 반치각은 작을수록 좋다.

도 8에서 보면, 광량은 d1이 20㎛에서 약 90㎛인 영역에서 거의 변화가 없다. 반치각은 d1이 커질수록 작아져서 약 50㎛정도부터 최저가 되며, 단위입체각당 광량은 약 60㎛이상에서 최대가 됨을 알 수 있다. 본 실험에 의하면, 밑변과 꼭지와의 거리(d1)는 약 60㎛∼100㎛정도일 때 출광면()에서 최적의 출광분포를 얻을 수 있다. 이를 각도로 환산하면 꼭지각은 약 28∼45°정도가 되며, 양쪽 경사면이 광축에 직각인 선과 이루는 각도(B)는 약 67.5∼76°된다. 상술한 꼭지각의 범위는 실험에 의해 선정될 수 있는 최적값의 일 예로서의 의미를 가지며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 9는 블레이즈 패턴의 꼭지각 및 투광영역의 폭과 출광면에서의 출광분포와의 관계를 도시한 그래프로서, 블레이즈 패턴의 피치(P2)를 약 50㎛로 하고 밑변과 꼭지와의 거리(d2)와 투광영역(210)의 폭(D1)을 변화시키면서 단위입체각당 광량을 측정한 것이다. P:P1=50/d1=25는 블레이즈 패턴 대신에 피치(P1)가 50㎛, 밑변과 꼭지의 거리(d1)가 25㎛인 삼각프리즘 패턴을 형성한 경우이며, B:P2=50/d2=50은 피치(P2)가 50㎛, 밑변과 꼭지의 거리(d2)가 50㎛인 블레이즈 패턴이 형성된 블레이즈 영역(220)을 구비하는 경우를 말한다.

도 9를 보면, B:P2=50/d2=50과 B"P2=50/d2=60인 경우에 투광영역(210)의 폭(D1)에 관계없이 P:P1=50/d1=25보다 단위입체각당 광량값이 더 크고, B:P2=50/d2=25와 B:P2=50/d2=12.5인 경우에는 P:P1=50/d1=25보다 단위입체각당 광량값이 더 작다. d2는 블레이즈 패턴을 형성하지 않고 프리즘 패턴을 형성한 경우보다 단위입체각당의 광량값이 더 큰 범위내에서 선정되는 것이 바람직하다.

또, 투광영역(220)의 폭(D1)은 단위입체각당의 광량이 최대가 되도록 결정되는 것이 바람직하므로 도 9를 참조하면 광축(121)으로부터 약 0.8∼1.4mm 정도로 선정할 수 있다. 이를 광축(121)으로부터의 각도로 환산하면, 약 9∼16°까지가 된다.

도 10은 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 다른 실시예를 도시한 것이다.

도 10을 보면, 굴절부재(300)의 입사면(201)에 오목렌즈(240)가 형성되어 있다, 오목렌즈(240)는 광을 확산시키는 확산부재의 일 예로서, LED(120)로부터 방출되어 오목렌즈(240)로 입사된 광은 방위각이 커지게 된다. 본 실시예의 확산부재는 굴절부재(300)와 일체로 형성된 것이나, 도 6에서 LED(120)와 굴절부재(200)와의 사이에 별도의 오목렌즈를 설치하는 것도 가능하다. 하지만, 광이 다수의 매질을 통과하면 광투과율이 저하될 수 있으므로 본 실시예에서와 같이 굴절부재(300)와 일체로 형성하는 것이 더 바람직하다. LED(120)는 오목렌즈(240)의 곡면의 중심보다 안쪽에 위치되는 것이 바람직하다. 오목렌즈(240)의 곡률반경은 도광판(110)의 출광면(112)에서의 총광량과 단위입체각당의 광량을 고려하여 적절히 선정될 수 있다.

오목렌즈(240)를 채용하지 않은 경우, 굴절부재(200) 내부에서 광의 방위각은 굴절부재(200)의 굴절률이 1.49일 때 최대 약 42°정도가 된다. 이 각도는 LED(120)에서 방출된 방위각 90°의 광이 굴절부재로 입사된 경우이다. 하지만, 굴절부재(200)와 LED(120)는 약간 이격되어 있으므로 실제로 굴절부재(200) 내부에서 광의 최대방위각은 42°보다는 작다. 오목렌즈(240)를 채용한 경우에는굴절부재(300)로 입사될 때 광이 확산되므로 오목렌즈(240)의 곡률과 LED(120)의 설치위치에 따라 굴절부재(300) 내부에서 광의 방위각은 42°보다 커질 수 있다. 이 광이 굴절부재(300)의 출사면(202)에 형성된 투광영역(210), 블레이즈영역(220) 및 프리즘영역(230)을 통과하면서 방위각이 줄어들어 도광판(110)으로 입사된다.

상술한 실시예들에서는 굴절부재를 별도로 제작하여 LED와 도광판 사이에 설치하였으나, 본 발명에 따른 백라이트 유닛의 또 다른 실시예를 도시한 도 11에 도시된 바와 같이 도광판(400)에 굴절부재(200)를 포함시켜 일체로 제작하는 것도 가능하다. 또한, 확산부재의 일 예로서 오목렌즈(240)도 도광판(400)과 일체로 제작될 수 있다.

이제, 상술한 실시예에 따른 작용효과를 설명한다.

LED(120)에서 방출된 광은 입사면(201)을 통하여 굴절부재(200)로 입사된다. 굴절부재(200) 내부에서의 광의 방위각은 굴절부재(200)의 굴절률이 1.49일 때 최대 약 ±42°정도가 된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 오목렌즈(240)를 채용한 경우에는 굴절부재(300)로 입사될 때 광이 확산되므로 굴절부재(300) 내부에서 광의 방위각은 42°보다 커질 수 있다.

이 중에서 방위각이 ±9° 내지는 ±16°까지의 광은 투광영역(210)을 통하여 그대로 도광판(110)으로 입사된다. 물론 출사면(202)을 통과할 때 굴절부재(200)(300)와 공기와의 굴절률의 차이로 인해 방위각이 증가하지만 도광판(110)으로 입사될 때 다시 방위각이 같은 크기만큼 작아진다. 따라서, 투광영역(210)을 통과한 광의 도광판(110) 내에서의 방위각은 굴절부재(200)(300) 내에서의 방위각과 같다.

블레이즈 영역(220)은 인접되는 다른 LED로부터 방사된 광은 입사되지 않는 영역으로서, 상술한 바와 같이 제1면(221)이 광축(121)과 나란하게 형성되어 있고, 제2면(222)이 광축(121)과 소정의 각도를 이루고 있다. 따라서, 제2면(222)만이 굴절면으로서 작용된다. 프리즘영역(230)은 인접되는 다른 LED로부터 방사된 광도 입사되는 영역으로서, 경사면(231)(232)가 모두 굴절면으로서 작용된다.

블레이즈영역(220)과 프리즘영역(230)을 통과한 광은 방위각이 작아진다. 광이 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 진행될 때에는 입사각보다 출사각이 더 커진다. 따라서, 블레이즈 패턴의 제2면(222)과 프리즘 패턴의 경사면(231)(232)을 통과한 광은 광축(121) 쪽으로 굴절되어 방위각이 작아진다. 이 광은 다시 도광판(110)으로 입사되는데, 이 때에는 굴절률이 작은 매질에서 큰 매질로 진행된다. 도광판(110)의 가장자리(111)는 광축(121)과 직각이므로 방위각이 다시 줄어든다.

이처럼 도광판(110)으로 입사된 광의 방위각이 작아지면, 광이 90°에 가까운 각도로 홀로그램패턴(130)으로 입사되므로 홀로그램패턴(130)이 높은 효율로 광을 방출할 수 있다. 또, 홀로그램패턴(130)으로 입사되는 광의 입사방위각분포가 균일해지므로 출광면(112)으로 방출되는 광의 출사방위각분포도 균일하게 된다. 따라서, 출광면(112)에서의 휘도균일도가 향상된다.

도 12와 도 13은 도 1에 도시된 종래의 백라이트 유닛에 의한 입광부와 대광부에서의 휘도측정결과를 각각 도시한 그래프이며. 도 14와 15는 도 6에 도시된 본발명에 따른 백라이트 유닛의 일 실시예에 의한 입광부와 대광부에서의 휘도측정결과를 각각 도시한 그래프이다. 도 12 내지 도 15는 도광판의 출광면에 확산판(미도시)을 설치하고 이를 통과한 광의 휘도를 측정한 것이다.

도 12와 도 13을 보면, 대광부의 휘도분포가 입광부의 휘도분포보다 넓게 나타나 있다. 하지만, 도 14와 도 15를 보면, 입광부와 대광부의 휘도분포의 차이가 많이 줄어들었음을 알 수 있다. 이는, 굴절부재(200)(300)를 이용하여 도광판(110)에 입사되는 광의 방위각을 줄여줌으로써, 홀로그램패턴(130)에 입사되는 광의 입사방위각분포가 입광부와 대광부에서 거의 동일하게 되었음을 의미한다.

LED(120) 사이의 중간영역은 어두운 영역(dark zone)이 발생될 수 있다. 도 16는 도 10에 도시된 실시예에서와 같이 확산부재를 채용한 경우 도광판(110) 내에서의 광량을 보여주는 그래프이다. 도 16을 보면, 오목렌즈(240)에 의해 광이 확산되어 굴절부재(300) 내에서의 광의 방위각이 커짐으로써 LED(120) 사이에 참조부호 C로 표시된 바와 같이 밝은 영역이 나타난다. 따라서, 굴절부재(300)에 입사되는 광을 오목렌즈(240)와 같은 확산부재로 확산시키면 어두운 영역의 발생을 방지하거나 최소화할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 백라이트 유닛에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 도광판으로 입사되는 광의 입사방위각분포를 작게 함으로써 출광면으로 광을 방출시키는 홀로그램패턴의 효율을 향상시킬 수 있다.

둘째, 출광면으로 방출되는 광의 세기 분포가 균일하게 되어 출광면의 휘도균일도가 향상된다.

셋째, 확산부재를 채용함으로써 점광원 사이의 어두운 영역을 방지하거나 최소화할 수 있다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims

홀로그램패턴이 형성된 도광판;

상기 도광판의 가장자리로 광을 투사하는 적어도 하나의 점광원;

상기 점광원과 상기 도광판 사이에 개재되어 상기 도광판으로 입사되는 광의 방위각을 줄이는 것으로서, 각 점광원의 광축으로부터, 광을 그대로 투과시키는 투광영역과, 상기 광축쪽 일면이 상기 광축과 나란한 톱니형상의 블레이즈 패턴이 형성된 블레이즈영역과, 삼각프리즘 패턴이 형성된 프리즘영역을 구비하는 굴절부재;를 포함하는 백라이트 유닛.
제1항에 있어서,

상기 투광영역은 상기 굴절부재 내에서의 방위각이 약 ±9°범위 내지는 ±16 °범위까지의 광을 통과시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제1항에 있어서,

상기 삼각프리즘 패턴의 경사면이 상기 광축에 직각인 선과 이루는 각도는 상기 프리즘영역을 통과하는 광의 최대방위각보다 큰 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제1항에 있어서,

상기 삼각프리즘패턴의 꼭지각은 약 28∼45 °인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제1항에 있어서,

상기 프리즘영역의 삼각프리즘패턴의 피치는 약 50㎛인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제1항에 있어서,

상기 블레이즈패턴의 경사면이 상기 굴절부재의 출사면과 이루는 각도는 상기 블레이즈 영역을 통과하는 광의 최대 방위각 보다 큰 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제1항에 있어서,

상기 블레이즈패턴의 피치는 약 50㎛인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제1항에 있어서,

상기 굴절부재의 굴절률은 상기 도광판의 굴절률과 같거나 그보다 큰 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제1항에 있어서,

상기 굴절부재는 상기 도광판과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제1항에 있어서,

상기 점광원으로부터 방출되어 상기 굴절부재로 입사되는 광을 확산시키는 확산부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제10항에 있어서,

상기 확산부재는, 상기 굴절부재의 입사면에 오목한 곡면을 형성함으로써 상기 굴절부재와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
홀로그램패턴이 형성된 도광판;

상기 도광판의 가장자리로 광을 투사하는 적어도 하나의 점광원;

상기 점광원으로부터 방출된 광을 확산시키는 확산부재;

상기 확산부재와 상기 도광판 사이에 개재되어 상기 도광판으로 입사되는 광의 방위각을 줄이는 굴절부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제12항에 있어서,

상기 굴절부재는,

각 점광원의 광축으로부터, 광을 그대로 투과시키는 투광영역과, 상기 광축쪽 일면이 상기 광축과 나란한 톱니형상의 블레이즈 패턴이 형성된 블레이즈영역과, 삼각프리즘 패턴이 형성된 프리즘영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제13항에 있어서,

상기 투광영역은 상기 굴절부재 내에서의 방위각이 약 ±9°범위 내지는 ±16 °범위의 광을 통과시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제13항에 있어서,

상기 삼각프리즘 패턴의 경사면이 상기 광축에 직각인 선과 이루는 각도는 상기 프리즘영역을 통과하는 광의 최대방위각보다 큰 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제13항에 있어서,

상기 삼각프리즘패턴의 꼭지각은 약 28∼45 °인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제13항에 있어서,

상기 프리즘영역의 삼각프리즘패턴의 피치는 약 50㎛인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제13항에 있어서,

상기 블레이즈패턴의 경사면이 상기 굴절부재의 출사면과 이루는 각도는 상기 블레이즈 영역을 통과하는 광의 최대 방위각 보다 큰 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제13항에 있어서,

상기 블레이즈패턴의 피치는 약 50㎛인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제13항에 있어서,

상기 굴절부재의 굴절률은 상기 도광판의 굴절률과 같거나 그보다 큰 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제13항에 있어서,

상기 굴절부재는 상기 도광판과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 확산부재는, 상기 굴절부재의 입사면에 오목한 곡면을 형성함으로써 상기 굴절부재와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.