KR20090124751A - 점광원을 사용하는 면광원 장치 및 그를 이용한 기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 점광원을 사용하는 면광원 장치 및 그를 이용한 기기에 관한 것으로, 도광판 아랫면으로 빠져나오는 빛을 다시 반사시켜 상기 도광판 내로 돌려보내는 반사판과; 상기 반사판의 상부에 위치하며, 광원으로부터 발산되는 빛을 하면에 형성된 일정 면적과 모양을 가진 확산패턴을 통해 화면 전 영역에 걸쳐 빛을 균일하게 분포시키는 도광판; 및 상기 도광판의 상부에 위치하며, 상기 도광판에서 나오는 빛을 굴절, 집광시켜 백라이트 표면에서 휘도를 상승시키는 프리즘 시트;를 포함하며, 상기 도광판의 확산패턴에서 도6b의 확산패턴을 단면에서 볼 때 X축과 이루는 양쪽 기울기의 각도, 즉 도6b의 α각도는 한쪽이 30도에서 70도 사이이고, 도6b의 β각도는 45도에서 90도 사이이며, 도6b의 Ф의 각도는 30-90도 이고, 상기 광원과 가까운 부분은 상기 확산패턴의 장축 길이방향과 X축과의 각도(θ)를 0도에서 ±80도 사이로 형성하고, 상기 광원과의 거리가 먼 쪽은 상기 확산패턴의 장축 길이방향과 X축과의 각도(θ)를 0도에 가깝게 형성하되, 상기 광원과 가까운 부분은 상기 광원과의 거리가 먼 쪽에 비해 상기 확산패턴의 밀도를 적게 하고, 상기 광원에서 광원과 가까운 부분은 상기 광원과의 거리가 먼쪽에 비해 X축과의 각도(θ)의 각도의 절대치를 크게 형성함으로써, 휘선 및 암부 발생을 효과적으로 제어할 수 있다.

점광원, 면광원, 백라이트, 도광판, 확산패턴, 휘선, 암부

Description

점광원을 사용하는 면광원 장치 및 그를 이용한 기기{SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE USING POINT SOURCE OF LIGHT AND DEVICE USING THEREOF}

본 발명은 점광원을 사용하는 면광원 장치 및 그를 이용한 기기에 관한 것으로, 특히 화상 표시장치의 백라이트 유닛 등으로 이용하는 점광원을 사용하는 면광원 장치 및 그를 이용한 기기에 관한 것이다.

일반적으로, 면광원 장치는 액정표시소자 또는 광고용 액자 등으로 이용되고 있다. 액정표시소자 등은 자체적으로 발광하지못해 외부의 발광 장치를 이용해야 표시소자로서의 역할을 할 수 있다. 따라서 백라이트 유닛의 면발광 장치를 필요로 한다.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 백라이트유닛의 면광원 장치의 구조를 나타내고 있다.

종래의 백라이트유닛의 면 광원 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 복합집광시트(1), 도광판(2), 광원(3), 반사시트(4), 프리즘시트(5), 확산시트(6), 확산패 턴(7)(8), 발광부(11) 등을 포함하고 있다. 여기서, 도면부호 9 및 10은 광의 진행 방향을 나타내고 있다.

도 1a는 광 산란성이 적고 광의 지향성이 우수한 백라이트 유닛의 단면도이고, 도 1b는 광의 산란성이 우수하나 광의 로스가 많은 백라이트유닛의 단면도이다.

도 1c는 도 1a에서 일반적으로 사용되는 도광판에서의 확산패턴의 배치 형태이다. 배치형태는 부채꼴 모양으로 빛의 진행 방향과 직각으로 확산 패턴을 배치한다. 여기서 화살표(10)는 빛이 진행되는 방향이다. 발광부(11)를 중심으로 하는 가상의 동심원 형상을 한 원호의 위에 다수의 확산패턴이 이산(離散)적으로 배치되어있다.

도 1d는 도 1b에서 일반적으로 사용하는 도광판의 확산패턴 배치형태로 램덤하게 배치하며, 이때 확산패턴의 밀도는 광원에서 가까운 부분은 밀도가 적고 멀어질수록 밀도가 큰 형태이다. 도 1c에서도 확산패턴의 배치밀도는 광원에서 가까운 쪽은 밀도가 적고, 먼 쪽은 밀도가 크다.

도 2를 참조하면, 광원(3)에서 도광판(2)으로 입사하여 입사된 도광판(2)의 상하면을 통해 전반사를 반복하다가 확산패턴(7)에 반사된 광(光) 중 도광판(2)의 출사면(2a)의 임계각보다도 작은 입사각으로 입사하면, 출사면(2a)을 통하여 도광판(2)의 상면으로 출사된다.

도 2b는 확산패턴에 입사된 광이 확산패턴(7)에 반사되어 입사된 광의 방향과 같은 방향으로 진행되고, 도 2c는 입사된 방향과 관계없이 산란되어 진다. 따라 서 도 2b와 같이 지향성이 큰 확산패턴(7)으로 배치되어 있고, 광의 진행방향과 직각으로 배치된 것으로 이루어진 도광판(2)은 광원과 광원 사이에 암부와 광원의 세기가 큰 방향에서는 휘선(써치), 얼룩, 암부 등이 발생한다. 1개의 광원으로 이루어진 도광판(2)도 광원 광도 분포에 따라서 역시 휘선과 얼룩, 암부 등이 발생하는 문제점이 있다.

그러나, 도 2c와 같은 타원형 또는 원형과 같은 패턴은 광이 확산패턴에 의해 산란되어 광의 지향성이 없어 휘선, 얼룩, 암부 등의 발생은 적으나, 산란에 의한 광의 로스로 전체적인 휘도의 감소가 크다. 도 2b 외에 확산패턴(7)의 단면이 반원통형, 사다리꼴 형태와 같은 확산패턴도 지향성이 있어 역시 휘선이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 확산패턴의 장축방향의 각도를 램덤하게 하여 휘선 및 암부 발생을 효과적으로 제어할 수 있는 점광원을 사용하는 면광원 장치 및 그를 이용한 기기를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 점광원을 사용하는 면광원 장치는, 도광판 아랫면으로 빠져나오는 빛을 다시 반사시켜 상기 도광판 내로 돌려보내는 반사판과; 상기 반사판의 상부에 위치하며, 광원으로부터 발산되는 빛을 하면에 형성된 일정 면적과 모양을 가진 확산패턴을 통해 화면 전 영역에 걸쳐 빛을 균일하게 분포시키는 도광판; 및 상기 도광판의 상부에 위치하며, 상기 도광판에서 나오는 빛을 굴절, 집광시켜 백라이트 표면에서 휘도를 상승시키는 프리즘 시트;를 포함한다. 상기 도광판의 확산패턴에서 도6d의 확산패턴을 단면에서 볼 때 도6d에서 삼각형 내각의 한쪽의 각도를 이루는 α각도는 한쪽이 30도에서 70도 사이이고, 삼각형 내각의 다른쪽 각도 6d 의 β각도는 45도에서 90도 사이이며, 6d에서 사다리꼴의 밑변 각도 인 Ф의 각도는 30-90도이고, 상기 광원과 가까운 부분은 상기 확산패턴의 장축 길이방향과 X축과의 각도(θ)를 0도에서 ±80도 사이로 형성하고, 상기 광원과의 거리가 먼 쪽의 확산 패턴은 확산패턴의 장축 길이방향과 X축과의 각도(θ)를 0도에 가깝게 형성하되, 상기 광원과 가까운 부분은 상기 광원과의 거리가 먼 쪽에 비해 상기 확산패턴의 밀도를 적게 하고, 상기 광원에서 광원과 가까운 부분은 상기 광원과의 거리가 먼쪽에 비해 X축과의 각도 (θ)의 각도의 절대치를 크게 형성함으로써, 휘선 및 암부 발생을 효과적으로 제어할 수 있으며 도6b와 도6c는 다른 형태의 확산 패턴의 형태를 보여주고 있다.

또한 상기 확산패턴은 단면이 대칭 또는 비대칭의 삼각형 형태, 사다리꼴 형태, 다각형 형태, 반원 형태, 피라미드 형태 중 하나로 오목하게 형성한 것을 특징으로 한다.

상기 면광원 장치는 상기 도광판의 상부에 단면이 대칭 또는 비대칭의 삼각형, 사다리꼴, 반 원통형, 원형, 타원형 중 하나로 오목 또는 볼록하게 형성한 확산패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 면광원 장치는 상기 확산패턴의 전면에 원형 또는 타원형과 같은 보조 확산패턴을 구성하거나 또는 상기 확산패턴의 광의 입사 부분에 보조패턴을 구성하여 휘선과 암부를 개선하는 것을 특징으로 한다.

상기 보조패턴은 광의 산란 효과가 좋은 원형 또는 타원형을 사용하며, 오목하게 들어가거나 볼록하게 나오도록 형성한 것을 특징으로 한다.

상기 보조패턴의 깊이는 얼룩 상태에 따라 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 확산패턴을 단면에서 볼 때 X축과 이루는 양쪽 기울기의 각도(α)는 한쪽이 30도에서 70도 사이이고, 다른 쪽(β)이 45도에서 90도 사이인 것을 특징으로 한다.

상기 도광판은 폴리카보네이트 수지 또는 아크릴 수지로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 광원은 1개 또는 복수 개로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 광원과 상기 도광판 면이 인접한 광 입사면은 렌즈나 프리즘같이 요철로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고 프리즘 시트가 수직방향의 프리즘 시트와 수평방향의 프리즘 시트로 구성하는 경우, 상부 프리즘 시트 형상이 하부에 위치한 프리즘 시트 형상의 반대 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 일반 프리즘 시트는 수직방향의 프리즘 시트, 수평방향의 프리즘 시트를 2장 겹쳐 사용하거나 또는 이 중에서 1장만 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사판은 표면에 은(Ag)을 도금하거나 증착한 것을 특징으로 한다.

상기 도광판은 사출 성형 공정으로 형성하고, 상기 확산패턴은 스탬퍼 또는 직가공 금형 방법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 확산패턴은 자외선 경화수지를 이용하여 스탬퍼로 가압 및 경화시켜 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 면광원 장치는 상기 프리즘 시트와 상기 도광판 사이에 확산 시트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 면광원 장치를 이용한 기기는 특허청구범위 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 면광원 장치를 이용한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 점광원을 사용하는 면광원 장치 및 그를 이용한 기기에 의하면, 점광원을 사용하는 면광원 장치에 사용되는 도광판의 확산 패턴에 있어서, 광산란 효과가 좋은 패턴은 휘선 및 암부 조절이 용이하나, 불규칙한 광산란에 의해 광 로스가 많아 전체적인 휘도가 감소한다. 전체적인 휘도를 증가시키기 위해 단면이 삼각형, 직사각형, 원통형 같은 형태는 광의 지향성이 우수하고, 산란 효과는 작아 전체적인 휘도를 증가시킬 수 있으나, 휘선 및 암부가 크게 발생하는 문제점이 있어 이를 해결하는 방법으로 확산패턴의 장축방향의 각도를 램덤하게 하여 휘선 및 암부 발생을 효과적으로 제어할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 더 상세히 설명하기로 한다.

실시 예

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 백라이트 유닛의 구조를 도시한 분해도이고, 도 4는 그 개략 단면도이다.

상기 백라이트 유닛은 도 3과 같이, 반사판(21), 광원(22), 도광판(23), 프리즘시트(24) 등으로 이루어져 있다. 상기 도광판(23)은 주로 폴리카보네이트 수지 또는 아크릴 수지 등으로 이루어져 있고, 상기 도광판(23)의 아래쪽 면에는 확산패턴이 배치되어 있다.

상기 광원(22)은 1개 또는 다수로 이루어져 있다. 상기 광원(22)과 상기 도광판(23)이 인접한 부분은 광 입사면으로 렌즈나 프리즘 같은 요철로 이루어져 있다.

상기 도광판(23) 상부에 위치한 상기 프리즘시트(24)는 상부 프리즘 형상이 하부에 위치한 프리즘 시트 형상의 반대 형태로 이루어져 있고, 일반 프리즘 시트는 수직 프리즘 시트와 수평 프리즘 시트를 2장 겹쳐 사용하거나 1장만으로도 사용할 수 있다.

상기 반사판(21)은 표면에 은(Ag)을 도금하거나 증착하여 경면(鏡面) 가공하여 상기 도광판(23)의 하단에 배치한다.

상기 도광판(23)의 하부에 형성되어 있는 확산패턴(26)은 스탬퍼 또는 직가공 금형 등으로 만들 수 있고, 상기 도광판(23)은 사출방법으로 제작할 수 있다. 또 다른 방법은 자외선 경화 수지를 이용하여 상기 도광판(23) 하단에 스탬퍼를 이용하여 가압 및 경화시켜 형성할 수도 있다.

도 5를 참조하면, 상기 도광판(23)의 하부에 형성되어있는 확산패턴(26)은 상기 광원(22)과 가까운 부분 즉, 입광부는 밀도가 적고 장축 길이방향과 X축과의 +, - 각도(θ)의 크기는 크고, 상기 광원(22)과의 거리가 먼 쪽은 상기 확산패턴(26)의 밀도가 많고, 장축 길이방향과 X축과의 +, - 각도(θ)의 크기는 적거나, 0도로 배치되어 있다. 입광부쪽의 광원과 광원 사이 부분은 밀도를 크게 하여 암부 를 제거한다.

도 6을 참조하면, 확산패턴(26)은 상기 도광판(23)의 하단에 대칭 또는 비대칭 단면 삼각형(도 6a)으로 오목하게 형성하거나, 사다리꼴 형태(도 6b), 다각형 형태 또는 반원 형태(도 6c)로 오목하게 형성한다. 그리고, 피라미드 형태(도 6d)로 오목하게 형성할 수도 있다. 장축이 라운드 된 형태도 사용할 수 있다.

이러한 상기 확산패턴(26)은 모두 광의 진행 방향(도 1c)은 휘도가 높고, 그의 좌우 쪽은 휘도가 작은 현상 휘선과 임부 즉, 얼룩이 발생한다. 원형과 같은 확산패턴(26)은 광의 산란이 커서 휘선과 암부는 좋으나, 휘도가 떨어지는 문제점이 있다.

휘선과 암부를 개선하고 전체적인 휘도를 높이기 위해, 상기 확산패턴(26) 전면에 원형, 타원형과 같은 보조 확산패턴(도 6e)과 상기 확산패턴(26)의 광의 입사 부분에 보조 패턴(도 6f)을 이용하여 휘선과 암부를 개선하는 기술이 있으나, 근본적인 문제점을 해결하지 못했다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 상기 확산패턴(26)을 도 5의 도면부호 27과 같이, 장축 길이방향과 X축과의 +, - 각도(θ)로 램덤하게 각도를 변경시키고, 이때의 램덤 각도의 최대각도는 X축 방향에서는 최대각도는 같고, 광원부에서 Y축 방향(장축 방향)으로 멀수록 단계적으로 각도를 점점 작게 하여 광원부에서의 최대각도(θ)는 ±90도에서 30도 사이가 적당하고, Y축의 끝 부분에서의 각도(θ)는 0도, 또는 0도와 가까운 각도가 적당하다. Y축 방향으로의 각도 변화는 그림8과 같이 변화시킨다. 장축방향의 각도(θ)는 확산패턴의 형태에 따른 휘선과 암부, 얼룩 정도 에 따라 변화시키며. 또 다른 방법은 Y축 방향에 따라 일정한 각도(θ)를 가지고, 계단식으로 각도를 점점 작게 하는 것으로, 광원부에서 멀어지면 멀어질수록 각도를 적게 한다. 광원부에서 가장 먼 쪽은 각도(θ)는 0도 또는 0도에 가까운 각도로 변경한다. 광원부에서의 각도(θ)는 ±90도에서 30도가 적당하다. 이때의 단계적 각도변경은 0.1도에서 20도 사이가 적당하며, 단계별 각도가 작으면 직가공 방식에서 가공시 시간이 증가하고, 각도가 크면 클수록 세밀하게 얼룩 등을 콘트롤 하기가 어렵다.

직가공이 아닌 포토레지스터(PHOTO RESIST)를 이용하여 패턴을 제작할 경우에는 단계적 변경각도의 크기는 0.1도 이하로 해도 무방하다.

Y축 방향에서의 각도(θ)는 도광판 두께, 도광판의 굴절률, 광원의 방사각도, 광원의 배치 등에 따라 변경한다. 광원부에 가까운 쪽의 확산패턴의 각도(θ)는 크면 클수록 휘선과 암부, 얼룩 등이 감소하나, 평균 휘도가 감소한다.

도 7의 확산패턴의 단면도의 각도 α는 30도에서 70도가 적당하나, 더욱 휘도를 증가시키기 위한 각도α는 40도에서 60도 사이가 좋다. 이때의 장축 길이는 일정한 사이즈도 좋고, 일정하지 않은 사이즈도 좋다.

도 7의 확산패턴(26)의 양쪽 옆의 각도 β는 45도에서 90도가 유리하며, 더욱 좋게는 45도에서 85도가 유리하다. 이 각도가 90도에 가까우면 가까울수록 사출시 성형 일그러짐 불량이 발생할 수 있기 때문에 각도가 적은 쪽이 유리하나, 각도가 작으면 작을수록 휘도가 감소하는 문제점이 있다.

백라이트 유닛에서의 도광판(23) 내로 입사된 광의 거동을 살펴보면, 도 7a 및 도 7b는 상기 도광판(23)의 단면도로 입사된 광은 상기 도광판(23)의 상면과 하면을 반복하여 에너지가 소멸 될 때까지 Y축, X축으로 이동하며, 확산패턴과 만나 반사되는 일부의 광은 도광판(23)의 상부로 출사된다.

도 7a의 출사각도 Ψ는 Y축과 Z축 사이의 출사 각이고, 도 8의 출사각도 ω는 X축과 Z축과의 출사 각이다.

본 발명에 의한 실시 예 중에서 도광판(23)의 확산패턴(26) 중 얼룩에 있어서 우수한 특성을 가지고있는 타원형 확산패턴에 확산시트, 수직 프리즘시트, 수평 프리즘시트를 모두 사용한 제품에 대한 출사된 광의 지향 각 △Ψ, △ω특성은 도 9a 및 도 9b이다.

도 9a는 출사각도 ω의 휘도 상대 강도를 나타낸 것이고, 도 9b는 출사각도 Ψ의 휘도 상대 강도를 나타낸 것이다. 여기서, 반치각을 광의 강도가 가장 큰 값의 50%지점의 각도를 반치각이라 정의하고, 각도 폭을 반치 폭이라 정의한다. 그리고, 얼룩의 발생은 급격한 휘도 변화가 발생시 발생한다. 도 9에서, 반치각 △Ψ는 55도이고, 반치각 △ω는 60도이다.

반치각 △Ψ과 반치각 △ω의 차이는 5도이고, 시야각별로 급격한 휘도 변화가 없어 얼룩 면이나 휘선 등에서 아주 양호한 특성을 가진다. 시야각 측면에서도 시야각을 ±15도 각도 폭을 30도로 편의상 구분하면 이 각도 내에서 급격한 휘도 변화가 발생하지 않는다. 따라서 좌우상하 편차가 적어 시인성이 우수하다.

도 10은 도 6a의 확산 패턴(26)에서 단면이 비대칭이고, 도 7b에서 α, β 각도를 50도, 80으로 하여 상기 확산 패턴(26)을 장축 방향의 각도를 랜덤하게 변 경하면서 배치한 도광판(23)에 대한 출사각도 ω, 출사각도 Ψ 특성을 나타낸 것이다. 반치각 △Ψ는 40도이고, 반치각 △ω는 130도이다.

반치각 △Ψ과 반치각 △ω의 차이는 90도로 상하좌우 휘도 편차가 크고, 시야각 ±15도 범위 내에서도 휘도 편차가 커서 도광판 자체만으로는 얼룩이 발생함을 알 수 있다. 그러나, 도 11는 종래와 같이 확산 패턴의 Y축 방향의 각도(θ)를 변경하지 않았을 경우에 발생하는 휘선과 암부 또는 얼룩등이 이 개선되지 아니함을 알 수 있다. 그러나, 도광판(23) 상부로 출사된 광의 지향 각 즉, 도 7a의 반치각 △Ψ(상하 즉, y축과 z축 각도)는 확산 패턴(26)의 장축 방향의 각도 도 5의 ±θ(11)를 램덤하게 변경하여도 도 10에서와 같이 상당히 좁은 지향 각 특성을 갖는장점이 있다.

도 14는 수직 프리즘 시트를 1장을 사용한 경우의 각도에 따른 강도 그래프이다. 출사각도 Ψ방향에서의 반치 폭은 75이다. 출사각도 ω는 X축과 Z축과의 출사각으로 도 13에서 보면 반치폭은 80도이다. 따라서 출사각도 Ψ와 출사각도 ω이 반치폭의 각도 차이가 5도로 프리즘시트(수직 방향)를 사용하여 휘도 증대와 얼룩, 암부를 개선 시킬 수 있다.

휘도를 더 높이고 얼룩을 더 개선하려면 프리즘 시트(수직 방향), 프리즘 시트(수평 방향) 2장을 사용하면, 도 16에서와 같이 모두 개선 효과를 얻을 수 있다. 여기서 출사각도 Ψ방향에서의 반치폭은 50이고, 출사각도 ω는 X축과 Z축과의 출사 각으로 도 15에서 보면 반치폭은 60도이다. 따라서 출사각도 Ψ와 출사각도 ω이 반치폭의 각도 차이가 10도이고, 시야각 ±15도 범위 내에서 급격한 휘도 편차 가 프리즘 1장보다 더 적게 발생하여 휘선, 암부, 얼룩이 양호함을 알 수 있다. 물론, 휘도는 프리즘 2장을 사용하여 더 향상된다. 이런 유사한 특성은 도 7b에서 α 각도가 50도, β 각도가 30 내지 70도 사이에 있는 확산 패턴의 경우에서도 나타난다.

도 6e와 같이, 2종류의 확산패턴(메인 확산패턴, 보조 확산패턴)을 사용한 경우, 2종류의 확산패턴은 메인(main) 패턴과 보조 패턴으로 이루어져 있으며, 이때 휘도를 결정하는 것은 메인 패턴이고, 보조 패턴은 얼룩감소와 휘선 감소 등으로 사용된다. 이때, 메인 확산 패턴은 장축 길이방향과 X축과의 각도 θ 를 메인 패턴만 있는 경우에서와 같이, 0도에서 최대 90도 범위 내에서 램덤하게 변경하여 배치한다. 휘선, 암부, 얼룩이 적은 경우는 최대 90보다 적은 각도를 사용한다.

상기 보조 패턴은 광의 산란 효과가 좋은 원형 또는 타원형 등을 사용한다. 이때, 오목하게 들어가거나, 볼록하게 나올 수 있다. 상기 보조 패턴의 깊이가 크면 클수록 광의 산란 효과가 크다. 여기서는 메인 패턴과 보조 패턴을 사용하는데 있어서 메인 패턴의 장축 방향의 각도를 램덤하게 변경하고 일정한 각도를 y축 방향에 따라 점차적으로 감소시키면서 보조 패턴을 사용하는 경우이다. 상기 보조 패턴은 하나 또는 다수의 개수를 메인 패턴 1개에 결합할 수 있다. 그리고, 메인 패턴과 관계없이 램덤하게 배치하는 경우도 해당된다.

도 18은 도광판에 프리즘 시트를 사용하지 않은 것으로, 출사각도 Ψ방향에서의 반치폭은 85도이다. 2종류의 확산패턴은 메인 패턴이 보조 패턴으로 이루어져 있다. ω는 X축과 Z축과의 출사 각으로, 도 17에서 보면 반치폭은 120이다. 따라서 출사각도 Ψ와 출사각도 ω이 반치폭의 각도 차이가 35도로 상하좌우 휘도 편차가 발생한다. 도 10보다는 시야각 범위 내에서 급격한 휘도 변화가 적게 발생한다. 따라서 보조확산패턴을 사용하지 않은 도 10보다는 휘선, 얼룩, 암부 등을 제어하는 데 유리하다. 그러나 보조패턴 사용으로 전체적인 휘도는 감소한다.

도 20은 도광판 프리즘 시트(수직 방향)를 사용한 것으로, 출사각도 Ψ방향에서의 반치폭은 80도이다. ω는 X축과 Z축과의 출사각으로, 도 19에서 보면 반치폭은 80이다. 따라서 출사각도 Ψ와 출사각도 ω이 반치폭의 각도 차이가 0도가 발생하여 휘선, 얼룩, 암부 등이 대폭 감소한 것을 알 수 있다. 그러나 출사각도 Ψ와 출사각도 ω이 반치폭의 각도 차이가 0도로 아주 우수하나, 보조패턴을 사용할 경우가 휘선, 얼룩, 암부 등 면에서 사용하지 않은 것보다 유리함을 알 수 있다.

도 22은 도광판 프리즘 시트를 2장 사용한 것으로, 출사각도 Ψ방향에서의 반치폭은 50도이다. ω는 X축과 Z축과의 출사각으로 반치폭은 56이다. 따라서 출사각도 Ψ와 출사각도 ω이 반치폭의 각도 차이가 6도가 발생하고, 출사각도 ω의 대칭성이 가장 우수하므로 휘도, 얼룩, 암부면에서 보조패턴을 사용할 경우가 우수함을 알 수 있다.

이러한 확산패턴에 확산시트를 도광판에 사용할 경우 광의 산란이 크게 이루어져 출사각도 △Ψ와 출사각도 △ω가 넓어져 휘선, 얼룩, 암부 등이 개선되나 휘도가 감소함을 알 수 있다.

위와 같은 도광판의 하부에 언급된 확산패턴이 있는 도광판에서 휘도를 더욱 증가시키고, 휘선, 얼룩, 암부 등을 개선하기 위해서는 도광판 상부에 램프와 연직 방향으로 단면이 반원통형 또는 반타원형 형태의 패턴을 배치시킨다. 이때의 단면 패턴이 삼각형, 사다리꼴, 다각형 형태의 패턴이어도 무방하다. 이러한 패턴이 오목하게 들어가거나, 볼록하게 나올 수도 있다. 이와 같이, 도광판의 상부에 단면이 오목 또는 볼록 형태의 패턴을 배치하면 Y축 방향과 Z축 방향에서의 시인특성(visual direction)을 이와 같은 패턴을 배치하지 않았을 경우보다 개선 시킬 수 있다. 그러나, 램프와 연직 방향에서 램프가 위치하고 있는 방향으로 휘도가 증가하여 휘선과 같은 시인 특성이 떨어지는 문제가 아직 존재하므로 이러한 문제점을 개선시키기 위해서는 휘도가 증가한 부분의 패턴의 피치를 크게 즉 밀도를 작게 하여 휘도의 균일도를 좋게 할 수 있다. 도광판의 상부에 프리즘 시트를 추가하여 휘도를 증가시키거나, 시인 특성 즉, 휘선, 암부, 얼룩 등을 개선할 수 있다.

도 28은 도광판 하부에는 이와 같은 확산패턴을 위치시키고 상부에는 단면이 반원통형 또는 반타원형 같은 패턴을 오목 또는 볼록하게 한 도광판에서 각도별 상대휘도를 나타내고 있으며, 수평방향에서는 양호한 시인특성이 있으나, 수직방향에서는 시야각(각도폭 30도)내에서 광의 손실(loss)이 많음을 알수 있다. 그러나 프리즘(V) 시트를 상부에 추가하면 도 29와 같이 수직 방향에서도 시인성이 양호한 특성을 갖는 것을 알 수 있다.

도 30은 도광판 하부에는 위와 같은 확산패턴을 위치하고 상부에는 단면이 삼각형 또는 사다리꼴형 같은 패턴을 오목 또는 볼록하게 한 도광판에서 각도별 상대휘도이며, 시인성이 우수함을 알 수 있다. 여기에 프리즘(V) 시트를 추가한 도 31은 시인성이 더 향상되고 휘도가 증가한다.

도광판 하부에는 위와 같은 확산패턴을 위치하고, 도광판 상부에 단면이 반원통형 또는 반타원형, 삼각형, 사다리꼴, 다각형 형태의 패턴을 위치하고, 프리즘시트(V), 프리즘시트(H) 2장을 추가하면 아주 우수한 시인 특성을 가진다.

물론, 확산 시트도 추가하면 더욱 좋은 시인 특성을 가지나, 휘도는 광의 확산으로 감소한다.

도광판에 확산패턴이 배치되어 있는 스탬퍼 제작 방법은 웨이퍼, 유리 등의 기판에 감광제를 도포한 후 패턴이 새겨진 마스크와 기판과 일치한 후 마스크와 기판을 함께 기울인 각도로 1차 노광한 후 다시 반대로 기울인 각도로 노광하며, 2차로 마스크와 기판을 평행하게 한 후 노광한다. 그리고 현상한 후 니켈을 도금한 후 기판을 식각 또는 박리하여 스탬퍼를 제작한다.

도 7a의 α각도를 구현하려면 도 23에서 1차 노광시 α 각도는 90-α이고, 도 7a의 β각도를 구현하려면 도 24에서 2차 노광시 β 각도는 90-β이다. 도 25는 1차 노광에서 자외선이 입사되는 방향이고, 도 26은 2차 노광시 자외선이 들어가 1차, 2차 노광 후 최종적으로 노광이 안 된 부분을 현상시에 제거되는 것을 나타낸다. 그 위에 니켈을 도금하여 스탬퍼를 제작한다.

또 다른 방법은, 다이아몬드로 확산패턴을 제작한 후 상기 다이아몬드를 사용하여 기판 위에 확산패턴의 X, Y좌표와 장축 방향의 각도대로 다이아몬드를 눌러서 확산패턴과 같은 홈을 만든다. 그리고 이 기판에 니켈을 이용하여 도금한 후 기판을 박리하여 스탬퍼를 제작하는 방법과 플라스틱 수지를 입혀 기판에서 분리하는 방법이 있다. 이렇게 만든 스탬퍼를 금형에 부착하여 사출하여 도광판을 제작한다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함되는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 백라이트 유닛의 면광원 장치의 구조를 나타낸 것으로,

도 1a는 광 산란성이 적고 광의 지향성이 우수한 백라이트 유닛의 단면도이고,

도 1b는 광 산란성이 우수하나 광의 로스가 많은 백라이트 유닛의 단면도이고,

도 1c는 도 1a에서 일반적으로 사용되는 도광판에서의 확산패턴의 배치 형태를 나타낸 도면이고,

도 1d는 도 1b에서 일반적으로 사용되는 도광판에서의 확산패턴의 배치 형태를 나타낸 도면이다.

도 2a는 광원에서 도광판으로 입사된 광이 도광판의 상하면을 통해 전반사를 반복하다가 확산패턴에 반사된 광 중에서 도광판의 출사면의 임계각보다도 작은 입사각으로 입사하면 출사면을 통하여 도광판의 상면으로 출사되는 모습을 나타낸 도면이고,

도 2b는 확산패턴에 입사된 광이 확산패턴에 반사되어 입사된 광의 방향과 같은 방향으로 진행되는 모습을 나타낸 도면이고,

도 2c는 입사된 방향과 관계없이 산란되는 모습을 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 백라이트 유닛의 구조를 도시한 분해도 및 그 개략 단면도이다.

도 5는 확산패턴의 장축 길이방향과 X축과의 각도를 나타낸 도면

도 6은 확산패턴의 형상을 예로서 나타낸 도면으로서,

도 6a는 확산패턴이 대칭 또는 비대칭 단면 삼각형 형상으로 오목하게 형성된 모양을 나타낸 것이고,

도 6b는 확산패턴이 사다리꼴 형상으로 오목하게 형성된 모양을 나타낸 것이고,

도 6c는 확산패턴이 다각형 형태 또는 반원 형상으로 오목하게 형성된 모양을 나타낸 것이고,

도 6d는 확산패턴이 피라미드 형상으로 오목하게 형성된 모양을 나타낸 것이고,

도 6e는 확산패턴의 전면에 원형, 타원형 같은 보조 확산패턴이 형성된 모양을 나타낸 것이고,

도 6f는 확산패턴의 광 입사 부분에 보조패턴을 이용한 모양을 나타낸 것이다.

도 7 및 도 8은 도광판 내로 입사된 광의 출사 방향 및 각도를 나타낸 도면

도 9a 및 도 9b는 도광판의 확산패턴에서 출사된 광의 지향각 △Ψ, △ω 특성을 나타낸 그래프

도 10은 도 6a의 확산패턴에서 단면이 비대칭이고, 도 7b에서 α,β각도를 50도, 80도로 하여 확산패턴을 장축방향의 각도를 램덤하게 변경하면서 배치한 도광판에 대한 출사 각도(ω,Ψ) 특성을 나타낸 그래프

도 11 내지 도 22는 본 발명에 의한 휘도 상대 강도를 실험한 결과를 나타낸 그래프

도 23 내지 도 27은 도광판에 확산패턴이 배치되는 스탬퍼를 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면

도 28 내지 도 31은 본 발명에 의한 휘도 상대 강도를 실험한 결과를 나타낸 그래프

[ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ]

21 : 반사판 22 : 광원

23 : 도광판 24 : 프리즘시트

26 : 확산패턴

Claims (18)

1. 점광원을 사용하는 면광원 장치에 있어서,

   도광판 아랫면으로 빠져나오는 빛을 다시 반사시켜 상기 도광판 내로 돌려보내는 반사판과;

   상기 반사판의 상부에 위치하며, 광원으로부터 발산되는 빛을 하면에 형성된 일정 면적과 모양을 가진 확산패턴을 통해 화면 전 영역에 걸쳐 빛을 균일하게 분포시키는 도광판; 및

   상기 도광판의 상부에 위치하며, 상기 도광판에서 나오는 빛을 굴절, 집광시켜 백라이트 표면에서 휘도를 상승시키는 프리즘 시트;를 포함하며,

   상기 확산패턴은:

   상기 확산패턴을 단면에서 볼 때 X축과 이루는 양쪽 기울기의 각도는 한쪽이 30도에서 70도 사이이고 다른 쪽이 45도에서 90도 사이이며, 상기 광원과 가까운 부분은 상기 확산패턴의 장축 길이방향과 X축과의 각도(θ)를 0도에서 ±80도 사이로 형성하고, 상기 광원과의 거리가 먼 쪽은 상기 확산패턴의 장축 길이방향과 X축과의 각도(θ)를 0도에 가깝게 형성하되, 상기 광원과 가까운 부분은 상기 광원과의 거리가 먼 쪽에 비해 상기 확산패턴의 밀도를 적게 형성한 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 확산패턴은:

   단면이 대칭 또는 비대칭의 삼각형 형태, 사다리꼴 형태, 다각형 형태, 반원 형태, 피라미드 형태 중 하나로 오목하게 형성한 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 면광원 장치는:

   상기 도광판의 상부에 단면이 대칭 또는 비대칭의 삼각형, 사다리꼴, 반 원통형, 원형, 타원형 중 하나로 오목 또는 볼록하게 형성한 확산패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 면광원 장치는:

   상기 확산패턴의 전면에 원형 또는 타원형과 같은 보조 확산패턴을 구성하거나 또는 상기 확산패턴의 광의 입사 부분에 보조패턴을 구성하여 휘선과 암부를 개선하는 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 보조패턴은 광의 산란 효과가 좋은 원형 또는 타원형을 사용하며, 오목하게 들어가거나 볼록하게 나오도록 형성한 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조패턴의 깊이는 얼룩 상태에 따라 조절하는 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 확산패턴을 단면에서 볼 때 X축과 이루는 양쪽 기울기의 각도는:

   한쪽이 40도에서 60도 사이이고, 다른 쪽이 45도에서 85도 사이인 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 도광판은 폴리카보네이트 수지 또는 아크릴 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 광원은 1개 또는 복수 개로 이루어진 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 광원과 상기 도광판 면이 인접한 광 입사면은 렌즈나 프리즘같이 요철로 이루어진 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 프리즘 시트는 프리즘 형상이 상부에 위치한 일반 프리즘 시트 또는 프리즘 형상이 하부에 위치한 역프리즘 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 일반 프리즘 시트는 수직방향의 프리즘 시트, 수평방향의 프리즘 시트를 2장 겹쳐 사용하거나 또는 이 중에서 1장만 사용하는 것을 특징으로 하는 점광 원을 사용하는 면광원 장치.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 반사판은 표면에 은(Ag)을 도금하거나 증착한 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 도광판은 사출 성형 공정으로 형성하고,

    상기 확산패턴은 스탬퍼 또는 직가공 금형 방법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 확산패턴은 자외선 경화수지를 이용하여 스탬퍼로 가압 및 경화시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 면광원 장치는:

    상기 프리즘 시트와 상기 도광판 사이에 확산 시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점광원을 사용하는 면광원 장치.
17. 제 1 항 내지 제 16 항에 기재된 면광원 장치를 이용한 것을 특징으로 하는 기기.
18. 제 1 항에서 도광판의 상부에 단면이 삼각형 형태의 프리즘, 반 원통형 형태의 프리즘, 사다리꼴 형태의 프리즘을 구비한 것을 특징으로 하는 기기.

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