KR20050049594A - 깊이 구배를 갖는 도광판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도광판 전체면에 대한 휘도값을 균일하게 하여 광효율을 높임과 동시에 광편차를 최소화하는 깊이 구배를 갖는 도광판에 관한 것이다. 이를 실현하기 위한 본 발명은 광원(10)에서 가까운 도광판(50)의 최내주에 가까울수록 패턴(51)의 단면적이 작게 형성되고 광원(10)에서 먼 도광판(50)의 최외주에 가까울수록 패턴(51)의 단면적이 크게 형성되어 일측 수평 방향으로 깊이 구배를 갖는 육면체형 음각패턴이 배열되고, 각 패턴(51)의 깊이는 도광판(50)으로부터 동일한 수직 거리를 갖는 각각의 단위영역으로부터 도출되는 광의 휘도값 또는 반사율을 근거로 하여 광편차를 최소화할 수 있도록 산출되는 것을 특징으로 한다.

Description

깊이 구배를 갖는 도광판{LIGHT GUIDE PANEL WITH DEPTH SLOPE}

본 발명은 깊이 구배를 갖는 도광판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액정표시장치의 도광판에 있어서, 광원에서 가까운 도광판의 최내주에 가까울수록 패턴의 단면적이 작게 형성되고 광원에서 먼 도광판의 최외주에 가까울수록 패턴의 단면적이 크게 형성되어 일측 수평 방향으로 깊이 구배를 갖는 육면체형 음각패턴이 배열되고, 각 패턴의 깊이는 도광판으로부터 동일한 수직 거리를 갖는 각각의 단위영역으로부터 도출되는 광의 휘도값 또는 반사율을 근거로 하여 광편차를 최소화할 수 있도록 산출되는 것을 특징으로 하는 깊이 구배를 갖는 도광판에 관한 것이다.

액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display)는 자체적으로 빛을 발하지 못하는 수광소자이기 때문에 화면 전체에 균일한 밝기를 유지할 수 있는 배면광원 형태의 백라이트 유니트가 필요하다. 일반적으로 액정표시장치에 사용되는 백라이트 유니트(BLU: Back Light Unit)는 빛을 발광하는 광원이 투광 가능한 아크릴 계열의 재질로 제작되는 도광판(LGP: Light Guide Panel)의 일측에 설치되고, 도광판은 광원의 빛의 경로 및 산란을 유도하기 위하여 일측 표면에 소정의 패턴을 형성하여 구성된다.

도 1은 종래 기술에 따른 백라이트 유니트(BLU)의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 액정표시장치는 광원(10), 차광판(20), 프리즘시트(30, 30'), 확산시트(40), 도광판(50), 반사시트(60), 몰드프레임(70) 등으로 구성된다.

광원(10)은 LED 등의 형광램프로써 도광판(50)의 측단부에 위치되어 도광판(50)의 측단면으로 빛을 방사한다. 반사시트(60)는 도광판(50)의 후방으로 누설되는 빛을 전면으로 반사시키기 위하여 도광판(50)의 후면에 적층되어 있으며, 확산시트(40)는 도광판(50)의 전면부에 적층되어 일정한 패턴(51)을 갖는 도광판(50)의 전면에서 방사되는 빛을 확산시켜 패턴(51)이 보이지 않도록 한다.

도광판(50)은 패턴(51)을 다수개 형성하어 측면의 광원(10)에서 발광된 빛이 도광판(50)의 전면으로 균일하게 굴절 산란 반사되도록 함으로써 배면부로 빛이 새는 것을 방지하여 광효율을 높이고, 측면의 광원(10)에서 발생되는 점광원 또는 선형광원을 액정표시장치 패널에 고르게 전달하기 위해서 면형의 광원으로 변환시킨다. 즉, 도광판(50)의 측면으로 입사된 빛은 도광판(50) 속을 직진하다가 도광판(50)의 일측 표면에 형성된 패턴(51)에 의해 도광판(50)의 상단부로 진행방향이 바뀌게 된다. 이 때, 도광판(50)에 입사된 빛의 일부는 도광판(50) 끝부분까지 계속 진행되고, 다른 일부는 빛이 진행하는 도중에 도광판(50)을 벗어나서 도광판(50)의 표면 바깥으로 퍼져나간다. 그 외, 빛의 굴절을 이용하여 증폭시키기 위한 프리즘시트(30, 30'), 외부에서 빛이 유입되는 것을 막기 위한 차광판(20), 전면부가 개방된 박스형태로 형성되어 전술된 구성요소를 파지하여 고정하는 몰드프레임(70) 등이 구비된다.

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 도광판(LGP)의 평면도 및 단면도이다.

도 1과 같은 종래 액정표시장치에서는 광원(10)이 일측면에 형성되므로 도광판(50)의 전체면 가운데 광원(10)으로부터 가까운 쪽으로부터 도출되는 광이 광원(10)으로부터 먼 쪽으로부터 도출되는 광에 비해 휘도값이 커지게 된다. 즉, 도광판(50) 전체면으로부터 출사되는 광의 휘도값이 균일하지 못하여 디스플레이에 문제가 생기게 된다는 것이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 도 2a에 도시된 바와 같이, 광원으로부터의 거리에 따라 패턴(51)의 이격거리 내지는 배열밀도를 조절하는 방식이 제안되었다. 즉, 도광판(50)으로 광의 입사거리가 길어 입사되는 광량이 상대적으로 적은 지점일수록(x 방향으로 진행할수록) 패턴(51)간의 거리가 짧아지게 하거나 패턴(51)의 개수가 많아지도록 설계하여 도출되는 광의 휘도가 도광판(50) 도출면에 대해 전체적으로 균일한 분포를 이루도록 하는 것이다. 종래 방식의 경우, 도광판(50)에서 도출되는 광의 휘도값이 패턴(51)의 이격거리 내지 배열밀도를 조절함으로써 변화되므로, 도 2b에 도시된 바와 같이 패턴 깊이는 광원(10)과의 거리에 무관하게 일정한 값을 갖게 된다.

그러나, 도광판(50) 전체면에 대해서 균일한 휘도값을 가진 광이 도출되도록 하기 위해 패턴(51)의 이격거리 내지 배열밀도를 조절하는 종래 방식의 경우, 광원(10)에서 가까운 지점과 광원(10)에서 멀리 떨어져 있는 지점간의 각 지점에서 도출되는 빛의 광편차를 조절하는 것이 매우 어렵다는 문제점이 있었다.

이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 선출원 등록된 등록실용신안공보 제20-0326708호 '백라이트 유니트의 도광판'에서 광원으로부터의 거리가 멀어질수록 점진적으로 반경과 깊이가 크고 깊게 형성되는 돗트형 홈을 유도발광부로 구성하는 도광판이 공개된 바 있다. 그러나, 도트(Dot) 형태의 패턴인 돗트형 홈은 수평면 상에서는 반원형이고, 수직단면 상에서는 V형인 홈이 도광판의 내측 방향으로 형성되도록 한 것으로, 그 가공과정에서 휘도편차의 최소화 이전에 광반사 구조체의 역할을 하는 도트의 형성각도 내지 기울기, 깊이, 크기, 형태 등 너무 많은 요소를 고려하여야 한다는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 문제점은 가공과정의 부담을 가중시켜 생산성 저하나 양산의 어려움, 불량률 증가 등의 문제점으로 확대될 여지가 많았다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 광원에서 가까운 지점과 광원에서 멀리 떨어져 있는 지점 간의 휘도값을 균일하게 하여 광효율을 높임과 동시에, 광편차를 최소화할 수 있는 깊이 구배를 갖는 도광판을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광원에서 조사되는 광의 이용률을 높여 전력 소비를 최소화하고, 이를 적용해 같은 소비전력과 수명조건 하에서 액정표시장치의 휘도가 높아지도록 함으로써 보다 고화질의 액정표시장치를 갖게 하는 깊이 구배를 갖는 도광판을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 막대(Bar) 형태의 육면체형 음각패턴을 형성시킴으로써, 도트 형태의 패턴에 비해 패턴 가공과정을 용이하게 함은 물론 광원에 대한 패턴의 밀도 변화 및 깊이 구배 변화를 용이하여 하여 광효율을 극대화하는 작업을 쉽게 하는 깊이 구배를 갖는 도광판을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 깊이 구배를 갖는 도광판은 광원에서 가까운 도광판의 최내주에 가까울수록 패턴의 단면적이 작게 형성되고 광원(10)에서 먼 도광판(50)의 최외주에 가까울수록 패턴의 단면적이 크게 형성되어 일측 수평 방향으로 깊이 구배를 갖는 육면체형 음각패턴이 배열되고, 각 패턴의 깊이는 도광판으로부터 동일한 수직 거리를 갖는 각각의 단위영역으로부터 도출되는 광의 휘도값 또는 반사율을 근거로 하여 광편차를 최소화할 수 있도록 산출되는 것을 특징으로 한다.

이하에서 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.

도 3a는 본 발명에 따른 깊이 구배를 갖는 도광판의 평면도이다.

도광판(50)은 광 투과성이 좋은 폴리메타아크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 시클로올레핀 공중합체(COC) 등의 아크릴 계열의 재질로 제작되며, 도광판(50)의 일측 표면에 레이저 커팅(Laser Cutting), 에칭(Etching), 브이그루브 커팅(V-Groove Cutting), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방식을 적용하여 패턴(51)을 형성한다.

이 때, 패턴(51)은 막대(Bar) 형태의 육면체형 음각패턴으로 형성시킴으로써 패턴 가공과정을 용이하게 함은 물론 광원에 대한 패턴(51)의 밀도 내지 깊이 구배를 용이하게 변화시킬 수 있게 한다. 기존의 쐐기형 도광판에 이용되던 도트(Dot) 형태의 패턴을 가진 도광판의 경우에는 휘도편차의 최소화 이전에 광반사 구조체의 역할을 하는 도트의 형성각도 내지 기울기, 깊이, 크기, 형태 등 도트 형상을 가공하기 위해 많은 요소들을 반영하여야 하는 문제점이 있었다. 예를 들어, 도트가 70°∼80°의 기울기를 갖고 커팅되어야 하는 경우 형성되는 모든 도트의 기울기 편차를 최소화하여야 함은 물론, 밀도나 깊이가 변경되는 경우 광편차를 최소화하기 위해 가공과정의 어려움이 더욱 가중되는 결과가 발생하였다.

그러나, 본 발명의 경우에는 종래 도트 형태의 방식과는 차별적으로 막대 형태의 육면체형 음각패턴을 형성시키므로 기울기 편차에 대한 부담이 경미하고 밀도나 깊이가 변경되는 경우에도 도트 형태의 패턴(51)에 비해 가공과정의 어려움이나 광편차 계산과정에서의 수고가 덜하다는 장점을 갖는다. 또한, 종래에는 도트의 형성각도 내지 기울기, 깊이, 크기, 형태 등을 제어하여야 하는 가공과정의 어려움으로 인해 도트 형태의 패턴 가공시 패턴과 패턴 간의 광편차를 최소화하는 작업이 매우 어려운 반면, 본 발명에서는 패턴 단면적의 증가를 비교적 쉽게 수치화할 수 있어 광편차 최소화 작업이 쉽고 이로 인해 광효율을 증가시킬 수 있다.

본 발명은 도광판(50)에 패턴(51)을 구성함에 있어 패턴(51)의 깊이가 일정 정도의 기울기를 갖고 형성되도록 하는 점에 그 특징이 있다 할 것이므로, 도 3a에 나타난 도광판(50)의 평면도는 종래 기술인 도 2a와 동일한 형상으로 도시된다.

도 3b는 본 발명에 따른 깊이 구배를 갖는 도광판의 단면도이다.

도 3b를 참조하면, 도광판(50)의 일측 표면에 각각의 깊이가 일정한 기울기를 갖도록 패턴(51)들이 형성된다. 광원(10)에서 멀어질수록 패턴(51)의 깊이가 커지게 되면, 이로 인해 도광판(50) 속으로 입사되는 빛이 부딪혀 반사될 수 있는 패턴(51)의 단면적이 커지게 되어 반사율이 상승하고 반사율 상승을 통해 도광판(50) 전면으로 도출되는 빛의 휘도값 역시 상승하게 된다.

광원(10)으로부터 입사되는 광이 도광판(50) 내에서 진행한 거리에 따라 균등하게 단위영역을 나누고 각 단위영역으로부터 빛이 반사되는 정도를 산출하면, 도광판(50)으로부터 도출되는 광의 휘도값 분포를 알 수 있다. 본 발명에 따른 도광판(50)은 광원(10)에서 멀어질수록 깊이가 깊어지도록 하여 일측 수평 방향(x 방향)으로 깊이 구배를 갖는 패턴(51)을 형성하고, 각 패턴(51)의 깊이는 도광판(50)으로부터 동일한 수직 거리를 갖는 각각의 단위영역으로부터 도출되는 광의 휘도값 또는 반사율을 근거로 하여 광편차를 최소화할 수 있도록 산출한다. 종래 방식의 경우에는 광원(10)에 대한 거리와 패턴 길이의 함수를 이용하여 광편차를 제어하였다. 그러나, 본 발명에 따라 패턴(51) 형성시 깊이 구배를 이용하게 되면 광원(10)에 대한 거리와 패턴 길이의 함수는 물론 패턴 깊이의 함수를 이용하여 광편차를 제어할 수 있으므로, 광의 휘도값 변화에 영향을 미치는 보다 많은 요소를 조절함으로써 광원과의 거리에 대한 영향을 최소화하게 되어 보다 정밀하게 광의 휘도값을 제어할 수 있고 각 지점에서 도출되는 빛의 광편차를 최소화할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 종래 기술과 본 발명에 따른 깊이 구배를 갖는 도광판의 작용을 비교하여 본 발명을 실시함에 따른 광편차 제어 및 광효율 상승을 설명하기 위한 도면이다. 편의상, 도 4a 및 도 4b에서는 LED 등의 광원(10)에서 3개의 광선(Light Ray)이 조사된다고 가정한다.

도 4a는 종래 기술에 따른 도광판(LGP)에 입사된 광선의 진행방향을 나타낸 도면이고, 도 4b는 본 발명에 따른 깊이 구배를 갖는 도광판(LGP)에 입사된 광선의 진행방향을 나타낸 도면이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 경우 도광판(50)으로 입사된 일부 광선은 광원(10) 근처에 있는 패턴(51)에 의해 굴절되고, 패턴(51)의 패턴 깊이보다 낮은 위치로 도광판(50)에 입사되는 다른 일부 광선들은 마지막 패턴(51)까지 도달하지 못한 채로 도광판(50) 끝부분까지 계속 진행되어 도광판(50)을 통과함으로써, 광효율에 악영향을 초래하였다.

본 발명에 따른 도광판(50)은 일측 방향(x 방향)을 기준으로 광원(10)에서 멀어질수록 패턴 깊이를 깊게 형성하여, 종래 기술에서 도광판(50) 끝부분까지 계속 진행되어 광효율에 악영향을 미치던 일부 광선들을 굴절시켜 다시 이용하도록 한다. 즉, 광원(10)에서 멀리 형성되는 패턴(51)일수록 패턴(51)의 단면적을 넓힘으로써, 도광판(50)에 입사된 후 굴절되는 광량을 늘리고 광원(10)과의 거리 차에 따른 광편차를 최소화하는 것이다. 따라서, 광의 이용률이 높아져 광효율이 개선됨은 물론 광편차를 보다 용이하게 제어할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 광효율 개선 효과에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 광효율은 도광판(50)의 일측 표면에 구비되는 패턴(51)의 단면적과 비례한다. 다시 말하면, 패턴(51)의 단면적이 커질수록 광효율이 증가하게 되고 패턴(51)의 단면적이 작아질수록 광효율이 감소하게 된다. 그러므로, 광원(10)에서 가까운 도광판(50)의 최내주에 가까울수록 패턴(51)의 단면적을 작게 형성하고 광원(10)에서 먼 도광판(50)의 최외주에 가까울수록 패턴(51)의 단면적을 크게 형성시킴으로써 일측 수평 방향으로 깊이 구배를 갖는 패턴(51)이 배열되도록 하면 광의 이용률을 높여 광효율을 상승시킬 수 있다. 예를 들어, 최내주에 위치하는 패턴(51)의 단면적을 1이라 가정하고, 최외주에 위치하는 패턴(51)의 단면적을 3이라 가정하게 되면 종래의 광효율 대비 약 3배의 광효율 증가를 가져올 수 있는 것이다.

상기 본 발명은 당업자의 요구에 따라 기본 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 광원에서 가까운 지점과 광원에서 멀리 떨어져 있는 지점 간의 광효율을 극대화함과 동시에 광편차를 최소화할 수 있는 깊이 구배를 갖는 도광판이 제공되는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 광의 휘도값 변화에 영향을 미치는 보다 많은 요소를 조절함으로써 광원과의 거리에 대한 영향을 최소화하게 되어 정밀하게 광의 휘도값을 제어할 수 있고 각 지점에서 도출되는 빛의 광편차를 최소화할 수 있는 깊이 구배를 갖는 도광판이 제공되는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 광원에서 조사되는 광의 이용률을 높여 전력 소비를 최소화하고, 같은 소비전력과 수명조건 하에서 액정표시장치의 휘도가 높아지도록 하는 깊이 구배를 갖는 도광판이 제공되는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 도트 형태의 패턴에 비해 패턴 가공과정을 용이하게 함은 물론 광원에 대한 패턴 밀도 변화 및 깊이 구배 변화를 용이하여 하여 광효율을 극대화하는 작업을 쉽게 하는 깊이 구배를 갖는 도광판이 제공되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 백라이트 유니트(BLU)의 분해사시도.

도 2a는 종래 기술에 따른 도광판(LGP)의 평면도.

도 2b는 종래 기술에 따른 도광판(LGP)의 단면도.

도 3a는 본 발명에 따른 깊이 구배를 갖는 도광판(LGP)의 평면도.

도 3b는 본 발명에 따른 깊이 구배를 갖는 도광판(LGP)의 단면도.

도 4a는 종래 기술에 따른 도광판(LGP)에 입사된 광선의 진행방향을 나타낸 도면.

도 4b는 본 발명에 따른 깊이 구배를 갖는 도광판(LGP)에 입사된 광선의 진행방향을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 광원 20: 차광판

30: 프리즘시트(H) 30': 프리즘시트(V)

40: 확산시트 50: 도광판 51: 패턴(51)

60: 반사시트 70: 몰드프레임

Claims (3)

1. 액정표시장치의 도광판(50)에 있어서,

   광원(10)에서 가까운 도광판(50)의 최내주에 가까울수록 패턴(51)의 단면적이 작게 형성되고 광원(10)에서 먼 도광판(50)의 최외주에 가까울수록 패턴(51)의 단면적이 크게 형성되어 일측 수평 방향으로 깊이 구배를 갖는 육면체형 음각패턴이 배열되고, 각 패턴(51)의 깊이는 도광판(50)으로부터 동일한 수직 거리를 갖는 각각의 단위영역으로부터 도출되는 광의 휘도값 또는 반사율을 근거로 하여 광편차를 최소화할 수 있도록 산출되는 것을 특징으로 하는 깊이 구배를 갖는 도광판.
2. 제1항에 있어서,

   상기 깊이 구배를 산출하기 위한 광의 휘도값 또는 반사율은 광원(10)에 대한 거리, 패턴 길이 및 패턴 깊이의 함수로 산출되어지는 것을 특징으로 하는 깊이 구배를 갖는 도광판.
3. 제1항에 있어서,

   상기 도광판(50)은 폴리메타아크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 시클로올레핀 공중합체(COC) 중 적어도 어느 하나의 것으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 깊이 구배를 갖는 도광판.