KR20060122310A - 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛 - Google Patents

확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수광형 평판 표시장치를 위한 백라이트유닛에 관한 것으로, 특히 본 발명은 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성되어 있어 제조단가를 낮출 수 있으면서도 높은 휘도를 보장하며 모아레 현상이 없는 백라이트유닛에 관한 것이다.
본 발명에 따른 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛은 광원; 상기 광원에서 나오는 빛을 안내하는 도광판; 상기 도광판 후면에 구비된 반사수단; 상기 광원에서 조사된 빛을 굴절시키고 집광시켜 휘도 향상에 기여하는 프리즘시트를 포함하는 렌즈어레이부; 및 상기 렌즈어레이부의 프리즘시트에 일체로 형성되어 있어 상기 광원에서 투사된 빛을 산란시켜 상기 도광판 표면 전체에 고르게 빛을 확산시키는 확산수단을 포함하여 이루어진다.
백라이트유닛, 광원, LED, 도광판, 프리즘, 렌즈어레이, 확산수단, 일체, 렌즈렛, 휘도

Description

확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛{BACK LIGHT UNIT EQUIPPED WITH UNITED PRISM SHEET WITH DIFFUSER}
도 1은 본 발명에 따른 백라이트유닛의 분해사시도,
도 2는 본 발명에 따른 백라이트유닛의 렌즈어레이부와 관련된 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 광원 20: 베젤
30: 반사시트 40: 프레임
41: 결합홈 43: FPCB
50: 도광판 60: 렌즈어레이부
61,63: 프리즘시트 70: 커튼테이프
U: 백라이트유닛
본 발명은 수광형 평판 표시장치를 위한 백라이트유닛에 관한 것으로,
특히 본 발명은 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성되어 있어 제조단가를 낮출 수 있으면서도 높은 휘도를 보장하며 모아레(moire) 현상이 없는 백라이트유닛에 관한 것이다.
통상적으로 LCD와 같은 수광형 평판 표시장치 또는 라이트박스(Light Box) 등은 2개의 얇은 유리판 사이에 고체와 액체의 중간 성질을 가진 액정(Liquid Crystal)을 주입해 전원공급시 액정분자의 배열을 변화시킴으로써 명암을 발생시켜 영상을 표시하는 디스플레이로, PDP, FED, 유기 ELD 등과는 달리 그 자체가 비발광형(수광소자)이기 때문에 별도의 광원이 없으면 사용이 불가능하므로, 화면 전체를 균일한 밝기로 유지할 수 있는 면광원 형태의 백라이트유닛을 필요로 한다.
종래 일반적인 백라이트유닛(Backlight Unit, 배면광원장치)의 핵심 구성요소는 냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorecent Lamp) 또는 LED와 같이 휘도 및 색도를 결정하는 광원, 상기 광원에서 발생되는 빛의 효율성을 높이기 위한 반사판, 그리고 상기 반사판으로부터 받은 선형광을 영상 표시면 전체에 면광원 형태로 만들어 주기 위해 PMMA 수지계의 투명 아크릴판 배면에 특수 설계한 망점 패턴(Pattern)이 가공된 도광판(LGP; Light Guide Plate)이다. 그리고 상기 3대 요소(광원, Reflector, LGP)에 의해 만들어진 면광원은 도광판의 상부에 구비된 확산시트에 의하여 빛이 효율적으로 집광 확산된다. 또 상기 확산시트 상면에는 집광효율을 증대시키기 위하여 별도의 프리즘시트가 구비될 수 있다.
종래 광원에서 투사되는 빛이 도광판 표면 전반에 걸쳐 골고루 퍼지도록 하기 위하여 사용되는 확산시트은 수지비드(resinous bead) 등의 광확산제를 합성수지 시트의 표면에 분산하여 광확산층(Light Diffusing Layer)을 도포하여 제조하거나, 합성수지 시트의 성형시 미세한 엠보싱(embossing) 가공에 의하여 표면에 다수의 요철을 형성하여 제조하는 것이 일반적이다.
이러한 확산시트의 주된 기능은 투과되는 광선을 확산시키는 것인데, 광확산기능(光擴散幾能)은 출사 광선의 극대점 방향을 법선 방향으로 더 변화시키는 변각기능(變角幾能)에 의하여 증가되지만, 필연적으로 변각기능의 증가는 법선 방향에서의 출광량 감소로 귀결되고 결국, 백라이트유닛을 사용하는 액정표시장치의 휘도(luminance)가 그에 상응하게 감소되는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기와 같이 종래 백라이트유닛을 구성하는 확산시트를 프리즘시트와 통합함으로써 제조원가를 절감하면서도, 문제되는 휘도 저하와 모아레 현상 등을 방지하기 위하여 단면이 삼각형인 장방형 렌즈렛(lenslet)이 반복 형성된 프리즘시트를 둘 이상 채용하고 상기 렌즈렛이 가상의 수직선 또는 수평선에서 일정 각도 벗어나도록 배열하여 높은 휘도 보장과 모아레 현상 방지를 달성할 수 있도록 한 백라이트유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛은 광원; 상기 광원에서 나오는 빛을 안내하는 도광판; 상기 도광판 후면에 구비된 반사수단; 상기 광원에서 조사된 빛을 굴절시키고 집광시켜 휘도 향상에 기여하는 프리즘시트를 포함하는 렌즈어레이부; 및 상기 렌즈어레이부의 프리즘시트에 일체로 형성되어 있어 상기 광원에서 투사된 빛을 산란시켜 상기 도광판 표면 전체에 고르게 빛을 확산시키는 확산수단을 포함하여 이루어진다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 백라이트유닛으로서 휴대전화의 표시창에 적용되는 예를 나타낸 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 백라이트유닛(U)은 광원, 특히 사이드 뷰 타입(Side View Type)의 LED 광원(10)이 장착되어 있고 FPCB(flexible printed circuit board)(43)가 구비된 프레임(40)의 일측에 반사시트(30)와 베젤(bezel)(20)이 차례로 적층 결합되어 있고, 상기 프레임(40)의 타측에는 도광판(50), 두 프리즘시트(61)(63)로 이루어진 렌즈어레이부(60), 그리고 상기 광원(10)에서 조사되는 빛의 범위를 한정하는 커튼테이프(70)로 이루어져 있다.
광원으로써 LED는 소형이고 효율적으로 선명한 색의 광을 발광할 수 있으며, 반도체소자이기 때문에 소실 염려가 없고, 초기구동특성 및 내진성이 뛰어나고, ON/OFF 점등의 반복에 강하다는 특성을 가짐으로써 각광받고 있다.
상기 베젤(20)은 백라이트유닛을 보호하는 역할을 하며, 상기 반사시트(30) 는 상기 도광판(50) 후면으로 빠져나오는 빛을 다시 반사시켜 도광판(50)으로 돌려보내는 역할을 한다.
본 발명의 핵심으로서 확산수단은 상기 프리즘시트 중 어느 하나, 바람직하기로는 도광판(50)과 보다 가까이 있는 제1프리즘시트(61)에 구비되어 있는 것이 좋다.
상기 백라이트유닛에서 상기 반사시트(30), 그리고 상기 렌즈어레이부(60)를 이루는 프리즘시트(61)(63)의 적층 순서는 도시된 일반적인 형태 외에도 다양하게 변형될 수 있다.
또 상기 도광판(50)과 상기 반사시트(30), 상기 도광판과 상기 프리즘시트, 그리고 상기 제1 및 제2 프리즘시트(61)(63)는 일체로 성형된 것일 수 있으며, 이러한 이유로 본 명세서의 청구범위에서는 “시트” 개념을 포괄하는 “반사수단” 및 “확산수단”이라는 용어를 사용하였다.
도 1에서 본 발명에 따른 백라이트유닛(U)의 구조를 살펴보면, 상기 도광판(50)은 투명한 아크릴(또는 폴리카보네이트(polycarbonate)) 패널을 이용해 LED로부터 발산되는 빛을 받아들이고 이 아크릴 표면에 형성된 일정 망점 Pattern을 통해 화면 전영역에 걸쳐 빛을 균일하게 분포시켜준다.
또 상기 렌즈어레이부(60)는 상기 광원(10)의 빛을 굴절시키고 집광시켜 LCD 표면에서 휘도를 상승시키는 역할을 하며, 제1프리즘시트(61)와 제2프리즘시트(63) 로 이루어진다.
상기 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)는 가시광역대에서 투명하고 백라이트유닛에 장착했을 때 밀착이 잘될 수 있도록 유연해야하며, 재질로는 폴리카보네이트, 폴리에스테르, PMMA, PVC, Acryl계 폴리머 등을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 렌즈어레이부(60)의 프리즘시트, 특히 제1프리즘시트(61)에는 상기 도광판(50)을 거쳐 조사되는 광원의 빛을 산란시켜 도광판(50) 표면 전반에 걸쳐 골고루 퍼지게 하는 역할을 하는 확산수단(diffuser)이 일체로 형성되어 있다.
확산수단과 제1프리즘시트(61)의 일체화 방식은 수지비드(resinous bead) 등으로 이루어지고 바인더가 혼합된 광확산제가 상기 프리즘시트에 도포된 것이거나, 상기 프리즘시트의 일면을 엠보싱 가공처리(예: 사출성형)하여 미세한 요철을 형성한 것일 수 있다.
상업적으로 구입 가능한 상기 광확산제는 폴리메틸메타크릴레이트 단분산 광확산제 25(평균입경 10㎛ ; 상품명 MX-1000, 일본 소켄사 제품), 폴리메틸메타크릴레이트 단분산 광확산제 25(평균입경 10㎛ ; MX-2000, 일본 소켄사 제품), 폴리메틸메타크릴레이트 다분산 광확산제 15(평균입경 30㎛ ; MBX-30, 일본 세키스이사 제품) 등이 있다.
상기 확산수단에 의한 휘도 저하 문제 또는 모아레 현상을 해결하기 위하여 본 발명에서는 특정 구성의 렌즈어레부이부(60)를 제안한다.
이를 상세히 살펴보면, 상기 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)의 표면에는 다수개의 렌즈렛(lenslet)이 형성되어 있는데, 그 렌즈렛 형상은 도 2(실제로는 아주 미세한 렌즈렛을 300배 이상 확대촬영한 것과 같이 과장되게 표현하였다)에 도시된 바와 같이 단면이 삼각형인 장방형 돌기인 것이 제조의 간편성과 빛의 굴절 및 집광 효율 향상을 위하여 바람직하다.
상기 렌즈렛의 단면이 삼각형 형상을 취하고 있을 경우에는 최대 휘도는 증가하나 수직 및 수평 시야각에 따라 매우 가파른 휘도 변동을 초래하는 문제점, 즉 표시장치를 시야각이 0°인 위치에서 바라볼 때는 고휘도의 선명한 화상을 볼 수 있지만 시야각이 커질수록 휘도가 현저히 떨어지는 문제점과 모아레 현상이 발생되는 문제점이 있는 것으로 알려져 있다.
특히 단면이 삼각형인 수직방향 렌즈렛을 갖는 상기 도 2의 제1프리즘시트(61)만을 사용한 백라이트유닛을 채용한 평판표시장치에서는 제1프리즘시트에 대한 수직 시야각에 따른 기복과 변동으로 인하여 모아레 현상을 상쇄시키기에 충분하지 않았으며, 백라이트유닛(U)에 장착되는 LCD와 제1프리즘시트(61)가 갖는 주파수 차이에 의하여 상기 LCD 판넬과 제1프리즘시트(61)간의 간섭에 의하여 상당한 모아레 현상이 발생하게 된다.
그러나 본 발명의 발명자에 의한 반복된 실험의 결과 이러한 모아레 현상은 본 발명에서와 같이 제2프리즘시트(63)를 개재시킴으로써 해결될 수 있는 것으로 밝혀졌는데, 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)을 조합시킬 경우 시야각이 증가하며 이 증가된 시야각에 따른 휘도가 증가되며, 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)를 조합시켰을 때 발생하는 모아레 현상은 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)의 렌즈렛의 피치와 단위 인치당 렌즈렛의 수를 선택함에 의하여 모아레 패턴들을 감소시키거나 제거시킬 수 있는 것으로 나타났다.
구체적으로 모아레 현상은 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)가 동일한 주파수를 가질 때 발생되며, 이 모아레 현상을 제거하기 위하여는 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)의 공간주파수를 달리하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 다른 공간주파수를 가지기 위해서는 양 프리즘시트(61)(63) 표면의 해상도를 달리하는 것이 바람직하고, 그 방법으로는 단위 인치당 렌즈렛의 수를 달리하거나, 단위 인치당 렌즈렛의 높이를 달리하는 것이 바람직하다.
그러므로 상기 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)의 공간주파수가 정수배가 되면, 주파수의 중첩(보강현상)이 발생되고 이 보강현상으로 인하여 모아레 현상이 발생되므로 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)의 공간주파수는 비정수배가 되어야 한다.
상기와 같이 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)를 비정수배의 공간주파수를 가지게 하여도 본 발명의 실시예인 백라이트유닛(U)에 LCD를 장착시켰을 경우에는 어느 정도의 가시적 밴드 효과나 모아레 효과가 축을 벗어난 상태에서 발생된다.
따라서 상기 가시적 밴드 효과나 모아레 효과를 제거하기 위하여 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)를 가상의 수평선을 기준으로 일정 기준만큼 회전시켜야 하는데, 그 회전각도는 상기 제1프리즘시트(61)의 렌즈렛이 가상의 수직선에서 0 내지 20도 벗어나 있는 것이 바람직하고, 상기 제2프리즘시트(63)의 렌즈렛은 가상의 수평선에 대하여 0 내지 20도(가상의 수직선을 기준으로는 90 내지 110도 이탈) 벗어나 있는 것이 바람직하다.
가장 바람직한 이탈각도는 제1프리즘시트(61)의 경우에는 가상 수직선에 대하여 4 내지 5도, 제2프리즘시트(63)의 경우에는 가상의 수직선에 대하여 94도 내지 95도 회전시키는 것이다.
상기와 같이 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)의 렌즈렛의 배열 각도를 수직선 및 수평선에서 벗어난 형태로 배치함으로써 제1프리즘시트(61)의 경우에는 수직축에 4도 내지 5도, 제2프리즘시트(63)의 경우에는 수평축에 대하여 4도 내지 5도 비스듬히 회전되어 휘도의 단계적인 변화에 대하여 확산효과를 제공하여 준다.
이때 상기 프리즘시트(61)(63)는 동일한 각도, 피치, 높이를 갖는 렌즈렛이 형성된 것을 렌즈렛이 상호 교차하도록 배열함으로써 서로 다른 형태의 렌즈렛이 형성된 프리즘시트를 사용하는 경우에 비하여 제조원가를 절감할 수 있어 바람직하다.
도 2에서 상기 제2프리즘시트(63)의 테두리에는 단면이 반원형태인 돌기(실 제로는 미세)로 이루어진 세레이션(serration)부(63A)가 형성되어 있어 굴절 및 집광효율이 보다 향상될 수 있고, 상기 세레이션부는 제1프리즘시트(61)의 테두리에도 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에서는 도시하지는 않았지만 상기 렌즈어레이부(60)에 렌즈렛이 구비되고 수평으로 설치되는 제3프리즘시트와 렌즈렛이 구비되고 제3프리즘시트와 수직 회전되어 설치되는 제4프리즘시트를 더 장착하게 하는 것도 바람직하다. 상기와 같이 표면에 렌즈렛이 형성된 프리즘시트의 수를 늘리면 휘도가 높아짐과 더불어 휘도가 균일하게 된다.
또한, 제1프리즘시트 내지 제4프리즘시트 역시 앞서 상술한 바와 같이 모아레 현상을 제거하기 위하여 다른 주파수를 가지게 하여야 하고, 다른 주파수가 비정수배가 되도록 하여야 한다.
또 상기 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)의 가장자리에는 돌기(61a,63a)가 형성되고, 이를 수용하는 프레임(40)에는 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)의 돌기(61a,63a)를 수용하도록 하는 결합홈(41)이 형성되어 있어 제1프리즘시트(61) 및 제2프리즘시트(63)가 프레임(40)에 보다 쉽게 정위치에 장착되도록 하면서도 장착 후 프리즘시트의 요동을 방지할 수 있는 효과가 있다.
나아가 상기 도광판(50)에도 돌기(51a)가 형성되어 있어 프레임(40) 장착시 정위치에 배열되도록 하는데 있어 편리성을 제공하고 이후 요동방지효과를 얻을 수 있다는 장점을 제공할 수 있으며, 아울러 도시되지는 않았으나 상기 반사시트(30)에도 돌기가 형성될 수 있고 상기 프레임(40)에도 상기 반사시트의 돌기를 위한 결합홈이 형성될 수 있다.
도 1에서 상기 돌기들(51a)(61a,63a)은 각 부재의 테두리 3면에 각각 두 개씩 형성되어 있으나 다양한 형성위치와 돌기 형상, 그리고 돌기 수로 변형될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛은 확산시트를 프리즘시트와 통합함으로써 제조원가를 절감하면서도, 문제되는 휘도 저하와 모아레 현상 등을 방지하기 위하여 단면이 삼각형인 장방형 렌즈렛(lenslet)이 반복 형성된 프리즘시트를 둘 이상 채용하고 상기 렌즈렛이 가상의 수직선 또는 수평선에서 일정 각도 벗어나도록 배열하여 높은 휘도 보장과 모아레 현상 방지를 달성할 수 있도록 하였다.
이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 백라이트유닛을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 광원;
    상기 광원에서 나오는 빛을 안내하는 도광판;
    상기 도광판 후면에 구비된 반사수단;
    상기 광원에서 조사된 빛을 굴절시키고 집광시켜 휘도 향상에 기여하는 프리즘시트를 포함하는 렌즈어레이부; 및
    상기 렌즈어레이부의 프리즘시트에 일체로 형성되어 있어 상기 광원에서 투사된 빛을 산란시켜 상기 도광판 표면 전체에 고르게 빛을 확산시키는 확산수단을 포함하여 이루어진 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈어레이부는
    단면이 삼각형인 렌즈렛이 종방향으로 다수 형성된 제1프리즘시트와, 단면이 삼각형인 렌즈렛이 횡방향으로 다수 형성된 제2프리즘시트를 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광원에서 조사되는 빛의 범위를 한정하기 위한 커튼테이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1프리즘시트의 단위높이 당 렌즈렛 수는 상기 제2프리즘시트의 단위높이 당 렌즈렛 수 보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1프리즘시트의 렌즈렛은 가상의 수직선에서 0 내지 20도 벗어나 있고,
    상기 제2프리즘시트의 렌즈렛은 가상의 수평선에서 0 내지 20도 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1프리즘시트 및 제2프리즘시트의 렌즈렛은 각각 가상의 수직선 및 수평선에서 4 내지 5도 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산수단은
    바인더가 혼합된 확산제가 상기 프리즘시트에 도포된 것임을 특징으로 하는 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산수단은
    상기 프리즘시트의 일면을 엠보싱 가공처리한 것임을 특징으로 하는 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈어레이부를 이루는 프리즘시트에는 테두리에 돌기가 형성되어 있고,
    백라이트유닛의 구성요소들을 수용하는 프레임에는 상기 돌기를 위한 결합홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 확산수단과 프리즘시트가 일체로 형성된 백라이트유닛.
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