KR20080018330A - 측면형 백라이트 장치의 도광판 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도광판의 하면에는 실린더 형상의 비구면 렌즈 패턴이 형성되고, 상면에는 내부 전반사되어 진행되는 빛을 집광시킬 수 있는 패턴이 형성되어 상측으로 방출되는 빛의 휘도와 균일도를 향상시킬 수 있는 측면형 백라이트 장치의 도광판 구조에 관한 것으로, 상기 도광판의 하면에 비구면 형태의 실린더형 렌즈 패턴(semi-cylindrical lens pattern)이 입사면과 수직한 방향으로 연속 또는 불연속으로 형성되고, 상기 도광판의 상면에는 상측으로 돌출된 마이크로 렌즈 패턴(micro lens pattern)이 입사면에서 반입사면 방향으로 밀도가 높아지도록 배열되고, 입사면의 좌우측에는 전체적으로 삼각 형태 또는 사각 형태로 밀하게 배열되도록 형성되어, 도광판의 상측으로 출광되는 빛의 균일도를 향상시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 의하면 도광판의 상면과 하면에 각각 마이크로 렌즈 패턴과 비구면 형태의 실린더형 렌즈 패턴이 다양한 형상으로 형성되어, 도광판 상측으로 방출되는 빛의 휘도와 균일도를 향상시킴으로써, 우수한 품질의 백라이트 장치 및 액정표시장치를 제조할 수 있다.
액정표시장치, 백라이트, 도광판, 마이크로렌즈, 프리즘패턴

Description

측면형 백라이트 장치의 도광판 구조{LGP structure of edge-type Backlight unit}
도 1은 측면형 백라이트 장치의 일반적인 구조를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 도광판 구조를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 도광판 구조를 나타낸 평면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도광판 상면의 마이크로 렌즈 패턴을 나타낸 상세도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도광판 하면의 실린더형 렌즈 패턴을 나타낸 상세도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도광판 하면의 실린더형 렌즈의 비구면 형태 패턴을 설명하기 위한 도면,
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 투광 경로를 나타낸 단면도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 도광판
110a : 입사면 110b : 반입사면
10 : 마이크로렌즈 패턴 20 : 실린더형렌즈 패턴
본 발명은 액정표시장치용 백라이트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도광판의 하면에는 실린더 형상의 비구면 렌즈 패턴이 형성되고, 상면에는 내부 전반사되어 진행되는 빛을 집광시킬 수 있는 패턴이 형성되어 상측으로 방출되는 빛의 휘도와 균일도를 향상시킬 수 있는 측면형 백라이트 장치의 도광판 구조에 관한 것이다.
최근 정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 증가되고 있으며, 이에 따라 LCD(Liquid Crystal Display)나 PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등의 여러 가지 평판형 표시 장치가 연구 개발되어 활용되고 있다. 여기서 LCD는 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인해 이동형 평판 표시 장치로 많이 사용되고 있으며, 특히 노트북이나 컴퓨터 모니터, 텔레비젼 모니터 등으로 다양하게 사용되고 있다.
그러나 LCD는 그 자체에서 빛을 발하지 못하여 고품질의 화상을 실현하기 위해서는 별도의 외부 광원을 필요로 한다. 따라서 이러한 LCD의 구조는 액정표시패 널 외에 상기 액정표시패널의 광원으로 백라이트 장치를 더 포함하여 구성되어, 백라이트 장치가 액정표시패널로 고휘도의 광원을 균일하게 공급함으로써 고품질의 화상을 구현하게 된다.
일반적으로, 액정표시장치의 백라이트(Back light) 장치는 광원으로 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등의 원통형 형광램프나 LED(Light Emitting Diode)소자 EL(Electro Luminescence)소자 등이 주로 사용되며, 광원이 배치되는 방식에 따라 측면형(Edge-lighting)과 직하형(Direct-lighting) 백라이트 장치로 구분된다.
측면형 백라이트 장치는 비교적 얇은 두께로 인하여 휴대용 통신 기기 등의 박형화를 목적으로 하는 LCD에 주로 사용되며, 직하형 백라이트 장치는 높은 광효율에 의해 노트북이나 TV 모니터 등의 대화면을 목적으로 하는 LCD에 주로 이용된다.
측면형 백라이트 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 선광원의 빛을 면광원으로 전환시키는 도광판(11)의 측면에 광원인 형광램프(12)가 위치하고, 형광램프(12)는 램프반사체(13)로 싸여 있어 형광램프(12)에서 발하는 빛은 직접 또는 램프반사체(13)에 반사되어 도광판(11)으로 입사되도록 구성된다. 그리고 도광판(11)의 하측에는 반사판(14)이 위치하고, 도광판의 상측에는 프리즘 시트와 보호 시트(15)가 위치한다.
이러한 구조의 측면형 백라이트 장치는 형광램프(12)에서 발하는 빛이 도광 판(11)의 측면 입사면으로 입사되고, 도광판(11)에서는 선광원으로 입사된 형광램프의 빛을 내부 전반사 및 굴절을 통하여 균일화시켜 면광원으로 전환시키며, 하측으로 출사되는 빛을 반사판(14)에 의해 도광판(11)의 상측으로 반사시키게 된다. 도광판(11)의 상측에 위치하는 하향 프리즘 시트와 보호시트(15)는 휘도와 균일도 등의 광특성을 향상시키기 위해 빛을 다시 집광, 확산시켜 상측에 위치하는 액정표시패널(미도시)로 방출함으로써, 백라이트로서 작용을 하게 된다.
여기서 도광판은 형광램프에서 입사되는 선광원의 빛을 내부 전반사 및 굴절 등으로 분산시켜 면광원으로 전환시키기 위한 것으로, 백라이트 장치의 주요한 구성요소이다. 특히 액정표시장치에 있어서, 백라이트 장치의 전면(상측)으로 방출되는 빛은 높은 휘도 외에도 높은 균일도가 요구되는 것으로, 이를 위하여 도광판의 상면 전체에 걸쳐 균일한 빛이 방출되어야 한다. 그러나 백라이트 장치에 있어서의 도광판은 입사면 일측에 광원이 배치되어 도광판의 상면 전체에 대하여 균일한 빛을 방출하기 어려운 문제점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 측면형 백라이트 장치의 도광판에 있어서, 도광판의 상면과 하면에 각각 다양한 형상마이크로렌즈 패턴 및 실리더 형상의 비구면 렌즈 패턴이 형성되어, 상측으로 방출되는 빛의 휘도와 균일도를 향상시켜 우수한 품질의 액정표시장치를 제조할 수 있는 백라이트 장치의 도광판 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 측면형 백라이트 장치의 도광판 구조에 있어서, 상기 도광판의 하면에 비구면 형태의 실린더형 렌즈 패턴(semi-cylindrical lens pattern)이 입사면과 수직한 방향으로 형성되어, 도광판의 좌우측으로 발산되는 빛을 집광시켜 휘도를 향상시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 있어서, 상기 실린더형 렌즈 패턴은 광축에서 수직방향으로의 거리(W2)가 20㎛≤W2≤100㎛이고, 렌즈의 정점 사이의 거리(P2)가 1W2≤P2≤4W2 이며, 정점의 곡률반경(R2)이 0.5W2≤R2≤1.5W2 로, 연속 혹은 불연속으로 형성되고, 상기 실린더형 렌즈 패턴은 코닉 상수(K, conic constant)가 K≤-0.5 로 형성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 있어서, 상기 도광판의 상면에 상측으로 돌출된 마이크로 렌즈 패턴(micro lens pattern)이 입사면에서 반입사면 방향으로 밀도가 높아지도록 배열되고, 입사면의 좌우측에는 전체적으로 삼각 형태 또는 사각 형태로 밀하게 배열되도록 형성되어, 도광판의 상측으로 출광되는 빛의 균일도를 향상시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로 렌즈 패턴은 곡률 반경(R)이 5㎛≤R≤100㎛ 이고, 높이(D)는 0.5㎛≤D≤50㎛ 로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 도광판을 나타낸 사시도이고, 도 3은 상측 평면도이다.
도면을 참조하면, 측면형 백라이트 장치의 도광판(100)은 일측면이 입사면(110a)을 이루며, 입사면(110a)에서 반입사면(110b)으로 갈수록 두께가 얇아지는 육면체 형상을 이룬다.
이러한 구조의 도광판의 작용에 대해 살펴보면, 입사면(110a) 측에는 형광램프 등의 광원(미도시)이 배치되어, 형광램프의 선광원이 입사면(110a)을 통해 도광판(100) 내부로 입사된다. 입사된 빛은 도광판 내부에서 내부 전반사 및 굴절을 통하여 도광판(100)의 상측으로 방출되며, 이 경우 도광판(100)을 통해 방출되는 빛은 면광원을 이루게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 도광판(100)은 도시된 바와 같이 상면에 마이크로 렌즈 패턴(10, micro lens pattern)과 도광판(100)의 하면에 실린더형 렌즈 패턴(20, semi-cylindrical lens pattern)이 각각 형성된다.
여기서 도광판(100) 상면의 마이크로 렌즈 패턴(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 입사면(110a)에서 반입사면(110b) 방향으로 소한 밀도에서 밀한 밀도로 밀도가 점차 높아지도록 형성되고, 입사면(110a)의 좌우측 코너 부분('A')에도 전체적으로 삼각 또는 사각 형태를 이루도록 밀도가 높게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 도광판(100) 하면의 실린더형 렌즈 패턴(20)은 입사면(110a)에 대해 수직으로 입사면(110a)에서 반입사면(110b) 방향으로 형성되며, 단면은 비구면의 쌍곡면 및 긴 타원면 형상을 이루는 것으로, 바람직하게는 반실린더형 렌즈 패턴(semi-cylindrical lens pattern)을 이룬다.
이러한 도광판 상하면에 형성된 마이크로 렌즈 패턴(10) 및 실린더형 렌즈 패턴(20)은 도광판 내부에서 내부 전반사 및 굴절을 통하여 진행되는 빛을 효율적으로 집광 및 분산시켜 빛의 휘도를 더욱 높이고 균일하게 하여 상측으로 방출되도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 다양한 패턴에 대해 도 4 내지 도 6을 참조하여 이하에서 더욱 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도광판 상면의 마이크로 렌즈 패턴을 나타낸 상세도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 도광판 하면의 실린더형 렌즈 패턴을 나타낸 상세도이다.
도 4를 참조하면, 도광판 상면에 형성되는 마이크로 렌즈 패턴(10)은 도광판의 출광부인 상면에 형성되는 것으로, 구면의 볼록 렌즈 형상으로 상측으로 돌출되도록 형성된다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 렌즈 패턴(10)은 우수한 상면 유도 효과로 빛의 균일도를 향상시킬 수 있도록, 렌즈 구면의 곡률 반경(R)은 5㎛ 이상 100㎛ 이하(5㎛≤R≤100㎛)로 형성되며, 도광판 상면으로부터의 구면 정점의 높이(D)는 0.5㎛ 이상 50㎛ 이하(0.5㎛≤D≤50㎛)로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 구조의 마이크로 렌즈 패턴(10)은 도 3에 도시된 바와 같이, 도광판의 상면에서 입사면(110a) 및 반입사면(110b)에 대하여 밀도를 달리하도록 형성되어 전체 도광판의 상측으로는 균일한 빛이 방출되게 된다.
도 5를 참조하면, 도광판 하면에 형성되는 실린더형 렌즈 패턴(20)은 도광판의 반출광부인 하면에 형성되는 것으로, 입사면(110a)에서 반입사면(110b) 방향으로 단면이 비구면 형태의 실린더형으로 형성된다. 이러한 실린더형 렌즈 패턴은 도광판의 입사면으로부터 입사되어 좌우측으로 분산되는 빛을 집광하여 상측으로 출광시키기 위하여 형성되는 패턴이다.
이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 실린더형 렌즈 패턴(20)의 단면을 살펴보면, 입사되는 광축에서 수직 방향으로의 거리 즉, 렌즈 패턴의 직경(W2)이 20㎛ 내지 100㎛가 되고(20㎛≤W2≤100㎛), 렌즈 패턴의 정점 사이의 거리(P)는 렌즈 패턴의 직경(W2)에 대하여 W2 내지 4W2 사이가 되도록 하여(1W2≤P2≤4W2), 연속 혹은 불연속적으로 형성되도록 한다. 또한, 렌즈 패턴(20)의 정점의 곡률반경(R2)은 렌즈 패턴의 직경(W2)에 대하여 W2 내지 1.5W2 로 형성되도록 하는 것이 바람직하다(0.5W2≤R2≤1.5W2).
한편, 이러한 실린더형 렌즈 패턴(20)은 비구면 형태를 이루는 것으로, 이 경우 비구면 렌즈의 코닉 상수(K, conic constant)는 -0.5 이하(K≤-0.5)로 형성되도록 한다. 비구면 렌즈에 대한 코닉 상수 및 비구면 계수는 다음의 [수학식1]과 같은 비구면 방정식에 의해 산출된다.
Figure 112006060408570-PAT00001
(여기서 Dn은 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 거리, Wn/2은 광축에 수직 방향으로의 거리, R은 렌즈의 정점에서의 곡률 반경, K는 코닉 상수, A,B,C,D는 비구면 계수를 각각 나타낸다.)
이 때, 비구면 렌즈의 코닉 상수 K에 따라 렌즈 패턴의 형상은 도 6에 도시된 바와 같이 다양한 형상을 나타내게 된다. 즉, 코닉 상수의 값이 K>0 일 경우 납작한 타원면 형태가 되고, K=0 일 때는 구면 형태, -1<K<0 일 경우 긴 타원면 형태, K=-1 일 경우 포물면 형태, K<-1 일 경우 쌍곡면 형태가 된다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 비구면 형태의 실린더형 렌즈 패턴은 코닉 상수 K를 -0.5 이하(K≤-0.5)로 하여 긴 타원면 혹은 쌍곡면으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 투광 경로를 나타낸 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 도광판의 입사면으로 입사되는 빛은 도광판 내부 에서 전반사 되어 상측으로 방출되며, 이 경우 도광판의 상측에 형성된 마이크로 렌즈 패턴(10)에 의해 입사면(110a)에서 반입사면(110b)으로 갈수록 상측으로 방출되는 빛의 밀도가 좁아지게 되어 도광판 상측으로는 전체적인 균일한 빛이 방출되게 된다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이 도광판 내부로 입사되어 내부 전반사 되는 수평 성분의 빛은 실린더형 랜즈 패턴(20)에 의해 굴절되어 기존의 프리즘 패턴에 비하여 작은 발산각(θ≥θ')을 가지게 됨으로써, 방출되는 빛에 의한 도광판 상측의 휘도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 기술적 사상이 허용되는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경되어 실시될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 측면형 백라이트 장치의 도광판은 상면과 하면에 각각 마이크로 렌즈 패턴과 비구면 형태의 실린더형 렌즈 패턴이 다양한 형상으로 형성되어, 도광판 상측으로 방출되는 빛의 휘도와 균일도를 향상시킴으로써, 우수한 품질의 백라이트 장치 및 액정표시장치를 제조할 수 있다.

Claims (5)

  1. 측면형 백라이트 장치의 도광판 구조에 있어서,
    상기 도광판의 하면에 비구면 형태의 실린더형 렌즈 패턴(semi-cylindrical lens pattern)이 입사면과 수직한 방향으로 형성되어, 도광판의 좌우측으로 발산되는 빛을 집광시켜 휘도를 향상시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치의 도광판 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실린더형 렌즈 패턴은 광축에서 수직방향으로의 거리(W2)가 20㎛≤W2≤100㎛이고, 렌즈의 정점 사이의 거리(P2)가 1W2≤P2≤4W2 이며, 정점의 곡률반경(R2)이 0.5W2≤R2≤1.5W2 로, 연속 혹은 불연속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치의 도광판 구조.
  3. 제2항에 있어서, 상기 실린더형 렌즈 패턴은 코닉 상수(K, conic constant)가 K≤-0.5 로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치의 도광판 구조.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도광판의 상면에 상측으로 돌출된 마이크로 렌즈 패턴(micro lens pattern)이 입사면에서 반입사면 방향으로 밀도가 높아지도록 배열되고, 입사면의 좌우측에는 전체적으로 삼각 형태 또는 사 각 형태로 밀하게 배열되도록 형성되어, 도광판의 상측으로 출광되는 빛의 균일도를 향상시킬 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치의 도광판 구조.
  5. 제4항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 패턴은 곡률 반경(R)이 5㎛≤R1≤100㎛ 이고, 높이(D)는 0.5㎛≤D1≤50㎛ 로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치의 도광판 구조.
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