KR20060039878A - 원추형 패턴이 구비된 도광판 및 그 도광판과 점광원을이용한 측면 발광형 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 도광판은, 측면에 배치된 점광원으로부터 입사된 광을 균일하게 분산시켜 LCD 패널로 향하게 하는 것으로서, 도광판에는 그 단면이 원형인 원추형 패턴이 반복적으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 측면 발광형 백라이트 유닛은, 점광원과, 그 측면에 점광원이 구비되고 점광원으로부터 입사된 광을 균일하게 분산시켜 LCD 패널로 유도하는 도광판을 포함하고, LCD 패널에 대하여 평행한 도광판의 일면에는 그 단면이 원형인 원추형 패턴이 반복적으로 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 점광원으로부터 도광판으로 입사되는 광을 도광판 전면에 대하여 균일하게 분포시킬 수 있다.

액정표시장치, 백라이트 유닛, 도광판, 고휘도

Description

원추형 패턴이 구비된 도광판 및 그 도광판과 점광원을 이용한 측면 발광형 백라이트 유닛{Light guide panel with cone type pattern and Edge light type back light unit using the same and point light source}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도광판을 도시한 평면도.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선의 단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원추형 패턴에 의한 광경로를 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 도광판 상에 레이저 빔을 조사하여 구비되는 패턴의 형상을 개략적으로 도시한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 도광판 상의 패턴과 레이저 빔의 관계를 개략적으로 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

100..도광판 110..원추형 패턴 200..점광원

300..확산시트 400..프리즘시트 500..반사시트

본 발명은 측면 발광형 백라이트 유닛과 도광판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 점광원을 사용하여 측면 발광형 백라이트 유닛과 이에 채용되는 원추형의 패턴이 구비된 도광판에 관한 것이다.

일반적으로, 노트북, 데스크탑 컴퓨터, 액정 텔레비전과 같은 표시장치에 이용되고 있는 LCD는 다른 화상표시기구인 CRT에 비해 경박단소화 및 저소비전력을 실현할 수 있는 장점이 있으므로 그 수요가 증가하고 있다. 그러나 LCD 등은 CRT 등과 달리 스스로 빛을 내는 소자가 아니라 수광소자이므로 액정 화면 외에 백라이트 유닛을 필요로 한다. 따라서, LCD 패널 전체를 균일한 밝기로 유지할 수 있는 면광원 형태의 백라이트가 필요하다. 백라이트는, 광원의 설치 위치에 따라 직하 발광형과 측면 발광형으로 구분된다. 직하 발광형은 상대적으로 휘도가 높기 때문에 TV 등 대형 백라이트 유닛에 적용되어 왔고, 측면발광형은 백라이트 유닛의 두께는 얇지만 상대적으로 휘도가 낮기 때문에 24인치 이하의 PC용 모니터 등 중소형 백라이트 유닛에 적용되어 왔다.

또한, 광원으로는 선 광원인 냉음극형광등(CCFL;Cold cathod flourescent lamp)과, 점 광원인 발광 다이오드(LED;Light emitting diode)가 주로 사용된다.

냉음극형광등은, 램프 내부에 도포되어 있는 형광 물질을 자극하여 자외선을 가시광선으로 변환함으로써 빛을 발산시킨다. 이러한 냉음극형광등은 강한 백색광을 방출하여 도광판 전체 면에 대하여 균일한 휘도를 구현할 수 있고, 대면적화 설계가 가능하다. 그러나 대형화에 따른 냉음극형광등의 길이에 따른 불균일성, 즉 냉음극형광등의 길이가 길어질수록 형광등의 방전부, 중간부 및 양극부의 휘도가 불균일해지는 한계점이 있다. 또한, 냉음극형광등은 수명이 상대적으로 짧으며, 고색재현성 및 고연색성을 구현하는데 문제점이 있다.

LED는 직하 발광형 방식에 채용될 경우, 많은 양이 필요하므로 원가가 지나치게 높아질 뿐 아니라, 측면 발광형일 때에 비해 전력 소비가 심하고 고발열 등의 문제점이 있다. 또한, LED가 측면 발광형 방식에 채용될 경우, 직하 발광형에 비해 원가 절감의 효과는 있으나 고휘도 구현이 어려워 대형 화면에 사용할 수 없다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 점광원을 사용하여 선광원-직하발광 방식 이상의 휘도를 구현함과 동시에 적은 수의 점광원을 사용함으로써 원가 및 소비 전력을 낮출 수 있는 점광원을 이용한 측면 발광형 백라이트 유닛과 이에 채용되는 도광판을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도광판은, 측면에 배치된 점광원으로부터 입사된 광을 균일하게 분산시켜 LCD 패널로 향하게 하는 측면 발광형 백라이트 유 닛에 채용되는 것으로서, 상기 도광판에는 그 가로 단면이 원형인 원추형 패턴이 반복적으로 배열된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 원추형 패턴의 가로 단면 길이(L)와 상기 단면에 수직한 원추형 패턴의 길이축에 따른 높이(h)의 비율은 7~13:1~3이다.

바람직하게, 상기 원추형 패턴은 레이저 빔에 의해 도광판의 일면에 패터닝 된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측면 발광형 백라이트 유닛은, 점광원과, 그 측면에 상기 점광원이 구비되고 점광원으로부터 입사된 광을 균일하게 분산시켜 LCD 패널로 유도하는 도광판을 포함하고, 상기 LCD 패널에 대하여 평행한 상기 도광판의 일면에는 그 단면이 원형인 원추형 패턴이 반복적으로 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 원추형 패턴의 패턴 길이(L)와 상기 단면에 수직한 원추형 패턴의 길이축에 따른 높이(h)의 비율은 7~13:1~3이다.

바람직하게, 상기 원추형 패턴은 레이저 빔에 의해 도광판의 일면에 패터닝 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한 다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도광판의 형상을 개략적으로 도시한 저면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 도광판은 그 일면에 소정 형태의 패턴이 반복적으로 배열된 패턴부를 구비한다.

상기 도광판(100)은, 점광원을 이용하는 측면 발광형 백라이트 유닛에 채용되는 것으로서, 도광판(100)의 측면에 배치된 광원으로부터 도광판(100)으로 입사되는 광을 균일하게 분산시켜 LCD 패널(미도시)로 광을 유도한다. 구체적으로, 상기 도광판(100)은, 그 측면에 배치될 점광원과 인접하는 입사면(120)과 입사면(120)에 수직한 방향의 상,하부에 각각 배면(130) 및 출사면(140)을 구비한다. 따라서, 상기 점광원으로부터 입사면(120)을 통해 입사된 광은 도광판(100) 내에서 굴절된 후 출사면(140)을 통해 LCD패널로 유도된다. 이때, 상기 광을 분산시켜 균일한 휘도를 형성하고 전체 화면의 밝기를 고르게 분포시키기 위해 레이저를 이용하여 도광판(100)상에 소정 배열의 패턴을 구비한다.

레이저를 이용하는 가공 방식은, 종래의 인쇄 방식 또는 V-노치(V-notch)를 형성하는 절삭에 의한 방식에 비해 도광판의 휘도를 상승시킨다. 즉, 인쇄 방식은 잉크에 의해 광을 산란시키기 때문에 광의 손실이 크다. 또한, V-cut방식으로 가공 된 패턴은 레이저 가공 방식과 같이 음각형상을 가지므로, 인쇄 방식에 의한 양각 패턴에 비해 보다 효율적으로 광을 도광할 수 있다. 따라서, V-cut방식은 인쇄 방식에 비해 휘도가 높으나, V형 커터를 이용하여 도광판 면에 대하여 직접적으로 기계적인 절삭을 가하기 때문에 가공면의 거칠기가 심하며 이에 따라 광 손실이 크다. 이에 비해 레이저 가공 방식은, 가공면이 거울 또는 렌즈의 표면과 같이 매끄러워 표면에서 발생하는 광의 손실을 최소화 할 수 있다. 또한, 대형 패널에서 요구하는 휘도 조건을 충족시키는데 유리하다.

이에 따라, 본 실시예에서는, 레이저 가공 방식을 이용하여 상기 도광판(100)의 일면에 가로 단면이 실질적으로 원형인 복수의 원추형 패턴(110)을 구비한다.

점광원으로부터 방출된 광은, 점광원의 특성에 따라 점으로부터 넓게 퍼지기 때문에 점광원 앞에서는 명부(bright area)가 발생하나 인접한 점광원 사이에서는 암부(dark area)가 발생한다. 따라서, 상기한 암부를 감소시키는 것이 중요하다. 도 1의 확대부에 도시된 바와 같이, 도광판(100)의 일면에 구비된 패턴의 형상이 실질적으로 원형이면, 도광판(100)으로 입사된 광이 원형의 패턴(110)에 의해 균일하게 분산된다. 즉, 원의 접선에 수직한 방향으로 광이 확산됨에 따라 암부 발생을 효율적으로 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 원추형 패턴(110)의 세로 단면은 사다리꼴 형상이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도광판(100)으로 입사된 광(1)은 사다리꼴 단면에 의해 전반사 및 굴절되어 도광판(100)에 수직한 방향으로 출사된다. 구체적으로, 광원(미도시)으로 부터 방출된 광(1)은 도광판(100)을 향해 직선상으로 진행되고, 도광판(100) 내부로 입사된 광(1)은 원추형 패턴(110)의 경사면을 향해 진행된다. 여기서, 광(1)은 경사면에 의해 도광판(100)에 대하여 수직한 방향으로 전반사되거나 또는 경사면에 의해 굴절된 후 원추형 패턴(110)내에서 광경로가 변화된다. 또한, 도광판(100) 외부로 소실된 광(1)은 도광판(100) 하부에 배치되는 반사시트(500)에 의해 원추형 패턴(110) 내부로 반사되고 패턴 내에서 굴절된 후 상기 도광판(100)에 대하여 수직한 방향으로 진행된다. 이에 따라, 도광판(100)으로 입사된 광을 손실없이 LCD패널을 향해 집광시킬 수 있다.

한편, 상기 원추형 패턴(110)의 가로 단면 길이(L)와, 단면에 수직한 원추형 패턴(110)의 길이축에 따른 높이, 즉 세로 단면 길이(h)의 비율은, L:h=7~13:1~3인 것이 바람직하다. 일반적으로 도광판은, PMMA(Poly methyl metharylate acrylate) 재질로 이루어진다. 이러한 PMMA 재질의 도광판을 레이저로 가공하면 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(10)이 조사되는 도광판(100)의 열접점부(111)에서는 열확산이 발생되어 도광판(100)에 조사되는 레이저 빔(300)의 사이즈(B)에 비해 열접점부(111)의 길이(L)가 증가된다. 이에 따라 도광판(100)에 패터닝된 패턴의 단면은 사다리꼴 형상이 된다. 여기서, 레이저 빔(10)의 주사 경로와 도광판(100)의 표면이 수직 또는 수직에 가까울 경우, 레이저 빔(100)의 사이즈(B)와 패터닝된 패턴의 높이(h)와 레이저 빔(100)이 조사된 접점부(111)의 선폭(W)에 의해 각도 θ가 결정된다. 일반적인 광학 조건을 고려했을 때, 각도 θ는 25°내지 50°가 바람직하다. 최상의 광학 조건에 따른 각도(θ)를 고려하여 상술한 관계를 비례식으로 표현하면 하기 수학식 1과 같다.

W : h = 1 : 0.1 ~ 0.3

그리고, 상기 접점부(111)의 선폭(W)을 형성시키는 레이저 빔(10)은 도 5에 도시된 바와 같이, 도광판의 일면에 연속적으로 조사된다. 그러면, 레이저 빔(10)의 직선 경로를 따라 레이저 빔(10)이 중첩되는 부위는 레이저에 의한 열에너지로 인해 음각 부위가 확대되어 실질적으로 원형에 가까운 패턴(110)이 음각된다. 상술한 바와 같이 형성된 원추형 패턴의 최대 단면 길이(L)와, 조사된 레이저 빔의 접점부 선폭(W)과, 레이저 빔(10)에 의해 음각된 원추형 패턴(110)의 길이축에 따른 높이(h)의 관계는 하기 수학식 2와 같다.

W : h : L = 1 : 0.1~0.3 : 0.7~1.3

따라서, 상기 수학식 2에 따라 설계된 패턴(110)을 도광판(100)에 구비함으로써, 도광판(100)으로 입사된 광은 원추형 패턴(110)의 접선상 분산에 의해 고르게 확산된다. 또한, 원추형 패턴(110)의 세로 단면이 사다리꼴 형태를 가지므로 상술한 바와 같이 도광판에 수직한 방향으로 최적의 집광 효과를 갖는다.

상술한 원추형 패턴(110)은 도광판(100)상에 격자형태로 배열되는 것으로 도시되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 도광판(100)의 전체 면에 고르게 광이 분포되어 명부, 암부간 밝기의 편차가 감소되도록 원추형 패턴(110) 사이의 간격, 또는 배치 방법을 적절하게 조절한다. 예컨대, 점광원으로부터 입사된 빔 이 퍼짐으로써 상대적으로 밝은 명부에는 원추형 패턴(110)의 피치를 크게 하고, 점광원 사이의 암부에는 원추형 패턴(110)의 피치를 작게한다. 즉, 암부에는 명부에 비해 상대적으로 조밀하게 원추형 패턴(110)을 배치한다.

다음으로, 본 발명에 따른 도광판이 구비된 백라이트 유닛에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측면 발광형 백라이트 유닛의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 측면 발광형 백라이트 유닛은, 점광원(200)과, 점광원(200)으로부터 입사된 광을 균일하게 분산시켜 LCD 패널(미도시)로 유도하는 도광판(100)과, 도광판(100) 상부에 구비된 확산시트(300) 및 프리즘 시트(400)와, 도광판(100) 하부에 구비된 반사시트(500)를 구비한다.

상기 점광원(200)은, 도광판(100)의 측면에 배치되어 도광판(100)으로 광을 입사시킨다. 이러한 점광원(200)으로 1개 내지 복수개의 LED(Light emitting diode)가 채용된다. 본 실시예에서 점광원(200)인 LED가 3개 채용되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 도광판(100)은, 전술한 실시예와 동일한 것으로 동일한 참조 부호는 동일한 구성에 해당되므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 확산시트(300)는, 도광판(100)의 상부에 배치되고 도광판(100)으로부터 방출되는 불규칙적인 광을 균일하게 확산시킨다. 확산시트(300)를 통과한 광은 확산시트(300) 상부의 프리즘 시트(400)에 의해 집속된다. 이에 따라, LCD패널 방향으로 균일한 휘도의 광을 전달한다. 본 실시예에서는, 도광판(100) 상부에 확산시 트(300) 및 프리즘시트(400)를 한 개씩 구비하는 것으로 도시하였으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 광의 확산 또는 휘도를 개선하기 위해 필요에 따라 선택되어 적절하게 조합될 수 있다.

상기 반사시트(500)는, 도광판(100)의 하부에 배치되고 도광판(100)으로부터 방출된 광을 도광판(100)으로 재입사시킨다. 도광판(100)에서 LCD 패널로 방출되는 광의 일부는 출사면(140)의 반대면으로 방출되어 광손실을 유발하므로 반사시트(500)는 이러한 광손실을 감소시키는 역할을 한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 레이저를 이용하여 도광판에 원추형 패턴을 복수개 구비함으로써, 점광원으로부터 도광판으로 입사되는 광을 도광판 전면에 대하여 균일하게 분포시키고, 도광판에 수직한 방향에 대하여 효과적으로 광을 집속시킬 수 있다. 따라서 점광원을 이용하는 측면 발광형 백라이트 유닛에서도 고휘도를 구현할 수 있고, 측면 발광형 백라이트 유닛을 대형 액정표시장치에 적용할 수 있다.

또한, 직하 발광형 방식의 경우에 비해 점광원을 도광판의 측면에 배치함으로써 사용되는 점광원의 개수가 현저히 줄어든다. 이에 따라, 원가 절감의 효과가 있으며 직하 발광형에 비하여 백라이트 전체 두께를 감소시킬 수 있다.

또한, 점광원으로부터 입사된 광을 효율적으로 확산 및 분산시킴에 따라 도광판 상에 배치되는 각종 시트의 종류 및 개수에 관계없이 광의 휘도를 개선시킬 수 있다.

Claims (13)

1. 측면에 배치된 점광원으로부터 입사된 광을 균일하게 분산시켜 LCD 패널로 향하게 하는 측면 발광형 백라이트 유닛의 도광판에 있어서,

   상기 도광판에는 그 가로 단면이 원형인 원추형 패턴이 반복적으로 배열된 것을 특징으로 하는 도광판.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 원추형 패턴의 가로 단면 길이(L)와 상기 단면에 수직한 원추형 패턴의 길이축에 따른 높이(h)의 비율이, L:h=7~13:1~3인 것을 특징으로 하는 도광판.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 원추형 패턴은 레이저 빔에 의해 도광판의 일면에 패터닝 되는 것을 특징으로 하는 도광판.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 도광판의 일면에 조사되는 레이저 빔의 스팟(spot) 사이즈에 대응되어 도광판의 일면에 패터닝되는 선폭(W)과, 상기 원추형 패턴의 최대 단면 길이(L)의 비율이, W:L=1:0.7~1.3인 것을 특징으로 하는 도광판.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 도광판의 암부(dark area)에 배열된 원추형 패턴의 피치는, 상기 도광판의 명부(bright area)에 배열된 원추형 패턴의 피치에 비해 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 도광판.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 점광원은, LED(Light emitting diode)인 것을 특징으로 하는 도광판.
7. 점광원과, 그 측면에 상기 점광원이 구비되고 점광원으로부터 입사된 광을 균일하게 분산시켜 LCD 패널로 유도하는 도광판을 포함하는 측면 발광형 백라이트 유닛에 있어서,

   상기 LCD 패널에 대하여 평행한 상기 도광판의 일면에는 그 가로 단면이 원형인 원추형 패턴이 반복적으로 구비된 것을 특징으로 하는 측면 발광형 백라이트 유닛.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 원추형 패턴의 가로 단면 길이(L)와 상기 단면에 수직한 원추형 패턴의 길이축에 따른 높이(h)의 비율이, L:h=7~13:1~3인 것을 특징으로 하는 측면 발광형 백라이트 유닛.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 원추형 패턴은 레이저 빔에 의해 도광판의 일면에 패터닝 되는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 백라이트 유닛.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,

    상기 도광판의 일면에 조사되는 레이저 빔의 스팟(spot) 사이즈에 대응되어 도광판의 일면에 패터닝되는 선폭(W)과, 상기 원추형 패턴의 최대 단면 길이(L)의 비율이, W:L=1:0.7~1.3인 것을 특징으로 하는 측면 발광형 백라이트 유닛.
11. 제 7항에 있어서,

    상기 도광판의 암부(dark area)에 배열된 원추형 패턴의 피치는, 상기 도광판의 명부(bright area)에 배열된 원추형 패턴의 피치에 비해 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 측면 발광형 백라이트 유닛.
12. 제 7항에 있어서,

    상기 점광원은, LED(Light emitting diode)인 것을 특징으로 하는 측면 발광형 백라이트 유닛.
13. 제 7항에 있어서,

    상기 도광판 상부에 구비되어 도광판으로부터 출사된 광을 확산시키는 확산 시트 및 상기 확산시트 상부에 구비되어 확산시트를 통과한 광을 집속(focusing)시키는 프리즘시트를 구비하는 것을 특징으로 하는 측면 발광형 백라이트 유닛.

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