KR20080046313A - Lgp structure of edge-type backlight unit - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 측면형 백라이트 장치의 일반적인 구조를 나타낸 도면,1 is a view showing a general structure of a side type backlight device,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측면형 백라이트 장치의 도광판 구조를 나타낸 사시도,2 is a perspective view showing a light guide plate structure of a side type backlight device according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈 패턴을 나타낸 저면도,3 is a bottom view showing a microlens pattern according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈 패턴을 나타낸 상세도,4 is a detailed view showing a microlens pattern according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실린더렌즈 패턴을 나타낸 평면도,5 is a plan view showing a cylinder lens pattern according to an embodiment of the present invention,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실린더렌즈 패턴을 나타낸 상세도,6 is a detailed view showing a cylinder lens pattern according to an embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실린더렌즈의 비구면 형태 패턴을 설명하기 위한 도면,7 is a view for explaining the aspherical shape pattern of the cylinder lens according to the embodiment of the present invention;
도 8은 종래의 기술에 따른 도광판의 광경로를 나타낸 도면,8 is a view showing an optical path of a light guide plate according to the prior art;
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 광경로를 나타낸 도면.9 is a view showing an optical path of a light guide plate according to an embodiment of the present invention.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **
10 : 도광판 10: light guide plate
11a : 입사면 11b : 반입사면11a:
20 : 마이크로렌즈 패턴 30 : 비구면 실린더렌즈 패턴20: microlens pattern 30: aspherical cylinder lens pattern
R,RS : 곡률반경R, R S : radius of curvature
본 발명은 액정표시장치용 백라이트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도광판의 하면에 마이크로렌즈 패턴이 형성되고, 상면에는 비구면 실린더렌즈 패턴이 형성되어 상측으로 고휘도의 빛을 균일하게 출사시킬 수 있는 측면형 백라이트 장치의 도광판 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a backlight device for a liquid crystal display device, and more particularly, a microlens pattern is formed on a lower surface of a light guide plate, and an aspherical cylinder lens pattern is formed on an upper surface thereof so as to uniformly emit high brightness light to the upper side. It relates to a light guide plate structure of a type backlight device.
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.Recently, as the information society develops, the demand for display devices is increasing in various forms. Accordingly, liquid crystal display (LCD), plasma display panel (PDP), electro luminescent display (ELD), and vacuum fluorescent display (VFD) Various flat panel display devices have been researched and developed. Here, LCD is widely used as a mobile flat panel display device because of its excellent image quality, light weight, thinness, and low power consumption, and is particularly used as a laptop, computer monitor, and TV monitor.
그러나 LCD는 그 자체에서 빛을 발하지 못하여 고품질의 화상을 실현하기 위해서는 별도의 외부 광원을 필요로 한다. 따라서 이러한 LCD의 구조는 액정표시패널 외에 상기 액정표시패널의 광원으로 백라이트 장치를 더 포함하여 구성되어, 백 라이트 장치가 액정표시패널로 고휘도의 광원을 균일하게 공급함으로써 고품질의 화상을 구현하게 된다.However, LCDs do not emit light by themselves and require a separate external light source to realize high quality images. Therefore, the LCD structure further includes a backlight device as a light source of the liquid crystal display panel in addition to the liquid crystal display panel, so that the backlight device uniformly supplies a high brightness light source to the liquid crystal display panel to realize a high quality image.
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.In general, a backlight device of a liquid crystal display is a cylindrical light source such as a Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL), a Hot Cathode Fluorescent Lamp (HCFL), an External Electrode Fluorescent Lamp (EEFL), or a Light Emitting Diode (LED). EL (Electro Luminescence) devices are mainly used, and are classified into edge-lighting and direct-lighting backlight devices according to the way light sources are arranged.
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. Due to its relatively thin thickness, the side backlight device is mainly used for LCDs for thinning of portable communication devices, and the direct type backlight device is mainly used for LCDs for large screens such as notebooks and TV monitors due to its high light efficiency. do.
측면형 백라이트 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 선광원의 빛을 면광원으로 전환시키는 도광판(1)의 측면에 광원인 형광램프(2)가 위치하고, 형광램프(2)는 램프반사체(3)로 싸여 있어 형광램프(2)에서 발하는 빛은 직접 또는 램프반사체(3)에 반사되어 도광판(1)으로 입사되도록 구성된다. 그리고 도광판(1)의 하측에는 반사판(4)이 위치하고, 도광판의 상측에는 광학 시트(5)와 보호 시트(6)가 위치한다.As shown in FIG. 1, in the side backlight device, a
이러한 구조의 측면형 백라이트 장치는 형광램프(2)에서 발하는 빛이 도광판(1)의 측면 입사면으로 입사되고, 도광판(1)에서는 선광원으로 입사된 형광램프의 빛을 내부 전반사 및 굴절을 통하여 균일화시켜 면광원으로 전환시키며, 하측으 로 출사되는 빛을 반사판(4)에 의해 도광판(1)의 상측으로 반사시키게 된다. 도광판(1)의 상측에는 확산 시트, 하향 프리즘 시트, 상향 프리즘 시트 등의 광학 시트(5)와 보호 시트(6)가 적층되어, 도광판에서 출사되는 빛을 다시 확산 및 집광시켜 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.In the side type backlight device having such a structure, light emitted from the
특히 최근의 액정표시장치에 있어서, 백라이트 장치의 전면(상측)으로 방출되는 빛은 높은 휘도와 균일도가 높고, 슬림화되는 경향에 의해 두께가 얇은 백라이트 장치가 요구되고 있다. 그러나 종래의 기술에 의한 도광판 및 백라이트 장치에서는 도광판의 상측에 확산 시트를 포함한 다양한 종류의 광학 시트가 적층된 구조를 이룬다. 이 경우 많은 광학 시트들에 의해 백라이트 장치의 전체적인 두께가 두꺼워지고 결과적으로 액정표시장치가 두꺼워지는 문제점이 발생한다.In particular, in the recent liquid crystal display devices, a backlight device having a thin thickness is required due to a high luminance and uniformity of light emitted to the front surface (upper side) of the backlight device, and a slimness. However, the light guide plate and the backlight device according to the related art have a structure in which various kinds of optical sheets including a diffusion sheet are stacked on the light guide plate. In this case, a problem arises in that the overall thickness of the backlight device is increased by many optical sheets, and consequently, the liquid crystal display device is thick.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 도광판의 상하면에 광 패턴이 각각 형성되어, 입사면으로부터 입사되는 선광원의 빛을 효율적으로 반사 및 굴절시켜 상측으로 출사되도록 함으로써, 빛의 휘도와 균일도를 향상시키고, 상측에 적층되는 확산 시트를 제거하여 백라이트 장치의 두께를 더욱 얇게 할 수 있는 측면형 백라이트 장치의 도광판 구조를 제공하는 것을 목적 으로 한다.The present invention is proposed to solve the above problems, the light pattern is formed on the upper and lower surfaces of the light guide plate, respectively, by efficiently reflecting and refracting the light of the line light source incident from the incident surface to be emitted to the upper side, An object of the present invention is to provide a light guide plate structure of a side type backlight device that can improve the brightness and uniformity of the light emitting device, and can reduce the thickness of the backlight device by removing the diffusion sheet stacked on the upper side.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 선광원의 빛을 면광원으로 전환시켜 출사시키는 측면형 백라이트 장치의 도광판 구조에 있어서, 상기 도광판의 하면에는 마이크로렌즈 패턴이 입사면으로부터 반입사면으로 소한 밀도에서 밀한 밀도로 양각 또는 음각으로 형성되고, 상면에는 비구면 실린더렌즈 패턴이 입사면과 수직하게 입사면에서 반입사면으로 형성되어, 선광원으로부터 도광판으로 입사되는 빛을 집광시켜 상측으로 균일하게 출사시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is in the light guide plate structure of the side-type backlight device for converting the light of the line light source to the surface light source, the density of the microlens pattern on the lower surface of the light guide plate from the incident surface to the incident surface It is embossed or engraved with dense density at, and the aspherical cylinder lens pattern is formed on the upper surface as the incident surface from the incident surface perpendicular to the incident surface, so as to condense the light incident from the light source to the light guide plate and to emit it uniformly upward. It is characterized in that the configuration.
전술한 구성에 있어서, 상기 도광판 하면의 비구면 마이크로렌즈 패턴은 곡률반경(RM)이 5㎛≤RM≤50㎛ 이고, 높이(H)가 0.5㎛≤H≤20㎛ 으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In the above-described configuration, the aspherical microlens pattern of the lower surface of the light guide plate has a curvature radius R M of 5 μm ≦ R M ≦ 50 μm and a height H of 0.5 μm ≦ H ≦ 20 μm. do.
전술한 구성에 있어서, 상기 도광판 상면의 실린더렌즈 패턴은 패턴의 폭(W)이 20㎛≤W≤100㎛ 이고, 렌즈의 정점 사이의 거리(P)가 폭에 대하여 1W≤P≤4W 이며, 곡률 반경(RS)이 패턴의 폭(W)에 대하여 0.5W≤RS≤1.5W 로, 연속 또는 불연속으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In the above-described configuration, the cylindrical lens pattern on the upper surface of the light guide plate has a width W of 20 µm ≤ W ≤ 100 µm, and a distance P between vertices of the lens is 1 W ≤ P ≤ 4 W with respect to the width, The radius of curvature R S is 0.5W ≦ R S ≦ 1.5W with respect to the width W of the pattern, characterized in that it is formed continuously or discontinuously.
또한, 상기 실린더렌즈 패턴은 코닉 상수(K, conic constant)가 K≤-0.5 로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the cylindrical lens pattern is characterized in that the conic constant (K, conic constant) is formed K≤-0.5.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 도광판 구조를 나타낸 도면이고, 도 3 및 도 4는 도광판의 하측 구조를 나타낸 도면이며, 도 5 및 도 6은 도광판의 상측 구조를 나타낸 도면이다.2 is a view illustrating a light guide plate structure of a backlight device according to an exemplary embodiment of the present invention, FIGS. 3 and 4 are views illustrating a lower structure of a light guide plate, and FIGS. 5 and 6 are views illustrating an upper structure of a light guide plate.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 측면형 백라이트 장치의 도광판(100)은 일측면은 입사면(11a)을 이루며, 입사면(11a)에서 반입사면(11b)으로 갈수록 두께가 얇아지는 육면체 형상을 이룬다.Referring to FIG. 2, one side of the light guide plate 100 of the side type backlight device according to the embodiment of the present invention forms an
이러한 구조의 도광판의 작용에 대해 살펴보면, 입사면(11a) 측에는 형광램프 등의 광원(미도시)이 배치되어, 형광램프의 선광원이 입사면(11a)을 통해 도광판(10) 내부로 입사된다. 입사된 빛은 도광판 내부에서 내부 전반사 및 굴절을 통하여 도광판(10)의 상측으로 균일하게 출사되며, 이 경우 도광판(10)을 통해 출사되는 빛은 면광원을 이루게 된다.Referring to the operation of the light guide plate having such a structure, a light source (not shown) such as a fluorescent lamp is disposed on the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 도광판(10)은 도시된 바와 같이, 하면에 마이크로렌즈 패턴(20, micro lens pattern)과 상면에 비구면 실린더랜즈 패턴(30, semi-cylindrical lens pattern)의 광유도 패턴이 각각 형성된다.On the other hand, the
이를 구체적으로 살펴보면, 전술한 도광판(10) 하면의 마이크로렌즈 패턴(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 입사면(11a)에서 반입사면(11b) 방향으로 갈수록 소한 밀도에서 밀한 밀도로 밀도가 점차 높아지도록 형성된다.Specifically, as shown in FIG. 3, the
또한 이러한 마이크로렌즈 패턴(20)은 도 4에 도시된 바와 같이, 곡률 반경(R)이 5㎛ 내지 50㎛ 로 형성되고, 높이(H)가 0.5㎛ 내지 20㎛ 로 형성되는 것이 바람직하며, 이 경우 도광판(10)의 하면에서 양각(가) 또는 음각(나)의 형상으로 형성될 수 있다.In addition, as shown in FIG. 4, the
전술한 도광판(10) 상면의 실린더렌즈 패턴(30)은 도 5에 도시된 바와 같이, 입사면(11a)의 광원과 수직 방향으로 입사면(11a)에서 반입사면(11b) 방향으로 형성되며, 단면은 비구면의 쌍곡면 및 긴 타원면 형상을 이루는 것으로, 바람직하게는 반실린더형 렌즈 패턴(semi-cylindrical lens pattern)을 이룬다. 이러한 실린더렌즈 패턴(30)은 도광판의 입사면(11a)으로부터 입사되어 좌우측으로 분산되는 빛을 집광하여 상측으로 출광시키기 위하여 형성되는 패턴이다.As shown in FIG. 5, the above-described
이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 비구면 실린더렌즈 패턴(30)의 단면을 도 6을 참조하여 살펴보면, 입사되는 광축에서 수직 방향으로의 거리 즉, 렌즈 패턴(30)의 직경(W)이 20㎛ 내지 100㎛가 되고, 렌즈 패턴(30)의 정점 사이의 거리(P)는 렌즈 패턴의 직경(W)에 대하여 W 내지 4W 사이가 되도록 하여, 연속 혹은 불연속적으로 형성되도록 한다. 또한, 실린더렌즈 패턴(30)의 정점의 곡률 반경(RS)은 렌즈 패턴(30)의 직경(W)에 대하여 0.5W 내지 1.5W 로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.To this end, looking at the cross section of the aspherical
한편, 이러한 실린더렌즈 패턴(30)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.On the other hand, the
(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.)Where D n is the distance from the lens vertex to the optical axis direction, W n / 2 is the distance from the lens axis perpendicular to the optical axis, R is the radius of curvature at the lens vertex, K is the conic constant, A, B, C, D Denotes aspherical coefficients respectively.)
이 때, 비구면 렌즈의 코닉 상수 K에 따라 렌즈 패턴의 형상은 도 7에 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.At this time, the shape of the lens pattern according to the conic constant K of the aspherical lens has a variety of shapes as shown in FIG. In other words, if the value of the Koenic constant is K> 0, it becomes a flat ellipsoid, if K = 0, it is spherical, if -1 <K <0, it is a long ellipsoid, if K = -1, it is a parabolic, K <-
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.Therefore, the aspherical cylindrical lens pattern according to the embodiment of the present invention is preferably formed as a long ellipsoid or hyperbolic surface with a conic constant K of -0.5 or less (K≤-0.5).
상기와 같은 구조에 의해 도광판(10)의 입사면(11a)으로 입사된 빛은 하면의 마이크로렌즈 패턴(20)에 의해 상측으로 균일하게 집광시키고, 상면의 비구면 실린 더렌즈 패턴(30)에 의해 다시 집광되어 상측으로 출사됨으로써, 고휘도의 빛을 출사시키게 된다.The light incident on the
도 8 및 도 9는 종래의 일반적인 도광판과 본 발명의 실시예에 따른 도광판에 의한 광 경로를 나타낸 도면이다.8 and 9 are views illustrating a light path by a conventional light guide plate and a light guide plate according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 종래의 일반적인 도광판(1)은 하면에 에칭 패턴(20')의 광 패턴이 형성된다. 이러한 구조의 도광판(1)에서의 광경로를 살펴보면, 입사면(11a)으로 입사된 선광원의 빛은 도광판 하면의 에칭 패턴(20')에 의해 도광판 상면으로 전반사 및 굴절된다. 이 때 도광판 상면을 통과하여 내부에서 상측 외부로 출사되는 빛은 다시 수직 법선으로부터 소정의 각도(θE)로 굴절되어 출사되게 되며, 굴절 각도(θE)는 약 55°이상으로 현저히 누워서 출사된다. 또한 입사면(11a)측에서 바라보는 광경로도 마찬가지로 수직으로 출사되지 못하고, 좌우측 방향으로 굴절되어 출사된다. 이러한 굴절에 의해 도광판 상측에서는 법선 방향으로의 빛이 효율적으로 집중되지 못하여 휘도가 떨어지게 되어, 별도의 확산 시트가 적층되어야 한다. Referring to FIG. 7, the light pattern of the
한편, 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도광판(10)의 광경로를 살펴보면, 입사면(11a)으로 입사된 선광원의 빛은 도광판(10) 하면의 마이크로렌즈 패턴(20)에 의해 도광판(10) 상측으로 전반사 및 굴절된다. 이 때 도광판(10) 상면에는 비구면 실린더렌즈 패턴(30)이 형성되어 있으므로, 마이크로렌즈 패턴(20)에 의해 집광된 빛은 상면의 비구면 실린더렌즈 패턴(30)에 다시 한 번 집광되어 상측으로 출사된다. 이 경우 도광판(10) 상측으로 출사되는 빛은 약 46°정도(θS)의 각도로 굴절되어 출사되어, 종래의 도광판과 비교하여 법선으로부터 작은 발산각(θE > θS)을 가지게 됨으로써, 출사되는 빛에 의한 도광판 상측의 휘도를 향상시킬 수 있다.On the other hand, referring to Figure 8, looking at the optical path of the
즉, 본 발명의 실시예에 따른 도광판(10)은 하면의 마이크로렌즈 패턴(20)에 의해 집광된 빛이 상면의 비구면 실린더렌즈 패턴(30)에 의해 다시 집광됨으로써, 휘도의 이중 상승효과를 가지며. 이로 인하여 도광판 상측에는 별도의 확산 시트가 요구되지 않는 것이다.That is, in the
여기서 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도광판 구조에 의하면, 도광판 상측으로 출사되는 빛의 광경로는 도광판 상측의 법선으로부터 40°내지 50°로 굴절되어 종래의 도광판에 비하여 빛이 상측으로 효율적으로 집광되며, 이와 함께 입사면측에서의 좌우측 방향에 대해서도 효율적으로 집광된다.According to the light guide plate structure according to various embodiments of the present invention, the light path of the light emitted to the upper light guide plate is refracted by 40 ° to 50 ° from the normal on the light guide plate upper side than the conventional light guide plate, the light is efficiently focused upward In addition, the light is condensed efficiently in the left and right directions on the incident surface side.
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.Although the present invention has been described in detail through specific embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes may be made by those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention. It may be changed and implemented.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 도광판의 상하면에 비구면 실린더렌즈 패턴과 마이크로렌즈 패턴이 각각 형성되어, 입사면으로부터 입사되는 선광원의 빛을 효율적으로 집광시켜 상측으로 출사되도록 함으로써, 빛의 휘도와 균일도를 향상시킬 수 있고, 이로 인하여 종래에 도광판의 상측에 적층되는 확산 시트를 제거할 수 있어, 백라이트 장치의 두께를 더욱 얇게 할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, aspherical cylinder lens patterns and microlens patterns are formed on the upper and lower surfaces of the light guide plate, respectively, to efficiently condense the light of the line light source incident from the incident surface and to emit the light toward the upper side, thereby providing brightness and uniformity of light. In this case, the diffusion sheet, which is conventionally laminated on the light guide plate, can be removed, thereby making the thickness of the backlight device thinner.
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