KR20090132205A - 측면형 백라이트 장치의 도광판 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백라이트의 도광판 하면에 복합 Lens Pattern(CLP)을 형성하고 상면에는 상측 프리즘패턴을 형성하여 Hot Spot을 개선하고, 마이크로 렌즈에 의하여 확산되는 광을 집광시켜 화면품질이 우수하고 고휘도를 갖는 백라이트 장치의 도광판 구조에 관한 것으로, 도광판 하측에 마이크로 렌즈와 프리즘패턴으로 형성된 복합 Lens Pattern(CLP)이 입광면에서 반입광면으로 밀도를 다르게 하여 음각으로 형성되고 도광판의 상측에 높이가 순차적으로 다르게 형성된 상측 프리즘패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 측면형 백라이트 장치의 도광판은 하면의 복합 Lens Pattern(CLP)과 상면의 상측 프리즘패턴에 의하여 빛을 집광시켜 집광효과를 높이고 휘도를 상승시켜 기존의 확산시트 및 집광 시트의 4매로 구성되는 백라이트 구조에서 집광시트 1매의 생략이 가능하도록 하여 가격 경쟁력 면에서 우수한 백라이트 장치를 제공할 수 있다.
백라이트, 도광판, 복합 Lens Pattern(CLP), MLA

Description

측면형 백라이트 장치의 도광판 구조{LGP structure of edge-type Backlight unit}
본 발명은 백라이트 장치에 관한 것으로 더욱 자세하게는 백라이트 장치의 도광판 하면에 복합 Lens Pattern(CLP)을 형성하고 상면에 상측 프리즘패턴을 형성한 백라이트 장치의 도광판 구조에 관한 것이다.
최근 정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 증가되고 있으며, 이 중 LCD는 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인해 이동형 평판 표시 장치로 많이 사용되고 있다.
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, 백라이트 장치가 액정표시패널로 고휘도의 광원을 균일하게 공급함으로써 고품질의 화상을 구현하게 된다.
이러한 백라이트는 광원의 방출 방향에 따라 광원이 배치되는 방식에 따라 측면형(Edge-lighting)과 직하형(Direct-lighting) 백라이트 장치로 구분되고, 이 중 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 일반적으로 선광원의 빛을 산란시켜 면광원으로 전환시키는 도광판의 측면에 광원인 형광램프가 위치하고, 형광램프는 램프반사체로 싸여 있어 형광램프에서 발하는 빛은 직접 또는 램프반사체에 반사되어 도광판으로 입사되도록 구성된다. 그리고 도광판의 하측에는 반사판이 위치하고, 도광판의 상측에는 확산시트와 프리즘시트, 보호시트 등의 각종 시트류가 위치한다.
상기 백라이트의 구성요소 중 도광판은 형광램프에서 입사되는 선광원의 빛을 산란 및 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 입광부 일측에 광원이 배치되어 도광판의 상면 전체에 대하여 균일한 빛을 방출하기 어려운 문제점이 존재하였다.
이를 개선하기 위하여 본 발명자는 등록 특허 제 10-0826946호에서 도광판의 하면에는 입광면에서 반입광면으로 프리즘 형상의 광산란 패턴이 형성되고, 상기 도광판의 상면에는 마이크로 렌즈 형상의 광산란 패턴이 입광면에서 반입광면으로 밀도가 다르게 형성되어, 도광판 상측으로 균일한 광이 발산되도록 하는 것을 특징으로 하는 측면형 백라이트 장치의 도광판 구조를 개시한바 있다.
그러나 상기 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 하측에 미세한 음각 렌즈 패턴의 적용을 확산된 광을 상측 특정각도로 균일하게 발산시켜 화면품의를 향상시키고 전반사 및 굴절효과로 광을 확산시켜 화면 품질이 개선되는 장점이 있으나 LED칩(20)에서 방출된 빛이 마이크로 렌즈에 의하여 도광판 외부로 방출되는 시야각이 법선면(P)를 기준으로 상하 시야각(θv1)은 43°이고 좌우 시야각(θH1)은 37°로 넓어 집광효과가 감소하여 휘도가 저하되는 문제가 있다.
이는 백라이트 유닛이 필수적으로 장착되는 LCD 제품에서 고휘도와 저cost가 필수적 과제임을 감안할 때 심각한 문제임이 아닐 수 없으며, 이에 본 발명자는 오랜 실험과 연구 끝에 본 발명을 고안하게 되었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자가 고안한 것으로서 백라이트의 도광판 하면에 복합 Lens Pattern(CLP)가 음각으로 형성되고 상면에는 상측프리즘패턴이 형성되어 Hot Spot을 개선하고 확산되는 광을 집광시켜 화면품질이 우수하고 고휘도 및 가격 경쟁력이 우수한 백라이트 장치의 도광판 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 측면 조광형 백라이트의 도광판 구조에 있어서, 도광판 하측에 복합 Lens Pattern(CLP)을 입광면에서 반입광면으로 밀도를 다르게 하여 음각으로 형성하고 랜덤하게 배열한 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 있어서, 복합 Lens Pattern(CLP)는 마이크로 렌즈의 상면에 프리즘패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 있어서, 복합 Lens Pattern(CLP)중 마이크로 렌즈(MLA)는 곡률반경(R)은 15㎛≤R≤45㎛로, 깊이(H1)는 2㎛≤ H1 ≤20㎛로 형성되고, 상기 하측 프리즘은 각도(θ)는 90˚≤θ≤150°로 깊이(H2)는 H1/4≤ H2≤ H1/2로 패턴된 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 있어서, 도광판의 상측에 높이를 순차적으로 다르게 형성한 삼각형상의 상측 프리즘패턴을 형성하여 Wet Out 현상을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 있어서, 상측 프리즘 패턴은 골과 마루로 형성된 제1 내지 3 패턴으로 이루어지며, 상기 제1패턴의 마루의 각도(θp)는 110˚≤ θp≤155˚로 형성되고 넓이(W1)는 20㎛≤ W1≤80㎛로 형성되며, 제 2패턴의 넓이(W2)는 W1/3≤ W2≤ W1/2,로 형성되고, 제 3패턴의 넓이(W3)는 W2/3≤ W3≤ W2/2로 형성되며, 상기 제1 내지 3 패턴은 순차적으로 반복하여 연속적으로 형성을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 측면형 백라이트 장치의 도광판은 프리즘패턴에 의하여 빛을 집광시키고 상측 프리즘패턴에 의하여 추가적으로 집광시켜 고휘도의 백라이트를 구현하며, 상측 프리즘패턴에 의하여 프리즘패턴과 프리즘시트에서 발생하는 Wet Out 현상이 방지되는 효과가 있다.
또한, 기존의 확산시트 및 집광 시트의 4매 구조에서 복합 Lens Pattern(CLP)에 의한 집광효과로 집광시트를 1매의 생략이 가능하여 화면 품질이 우수하면서도 가격 경쟁면에서 우수한 효과가 인정된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트의 도광판 구조의 사시도이다.
도면을 참조하면, 측면형 백라이트 장치의 도광판(100)은 일측면은 입광 면(100a)을 이루며, 입광면(100a)과 반입광면(100b)은 두께가 동일한 육면체 형상을 이루나 이에 한정되지 않고 입광면(100a)에서 반입광면(100b)으로 갈수록 두께가 얇아지는 육면체 형상도 가능하다.
이러한 구조의 도광판(100)의 작용에 대해 살펴보면, 입광면(100a) 측에는 형광램프 등의 광원(미도시)이 배치되어, 형광램프의 선광원이 입광면을 통해 도광판 내부로 입광된다. 입광된 빛은 도광판(100) 내부에서 산란 빛 전반사되어 도광판의 상측으로 방출되며, 이 경우 도광판(100)을 통해 방출되는 빛은 면광원을 이루게 된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트의 도광판 구조에 형성되는 복합 Lens Pattern(CLP)에 대한 사시도,저면도,측면도 및 우측면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트의 도광판 구조에 형성된 복합 Lens Pattern(CLP)의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트의 도광판 구조에 형성되는 복합 Lens Pattern(CLP)이 형성된 도광판의 저면도이다.
상기 복합 Lens Pattern(CLP)(110)는 반구 형태의 마이크로 렌즈(111)에 삼각형상의 프리즘패턴(112)이 형성되어 이루어진다.
상기 마이크로 렌즈(Micro lens array:MLA)(111)는 반구형으로 이루어지며 곡률반경(R)은 15㎛≤R≤45㎛이고 깊이(H1)는 2㎛≤ H1 ≤20㎛로 형성되어 도광판(100) 내부에서 산란 및 전반사 되는 빛을 더욱 균일하게 하여 상측으로 방출되도록 함으로써, 방출되는 빛의 균일도를 향상시키는 역활을 한다.
상기 프리즘패턴(112)은 상기 마이크로 렌즈(111)의 상면에 각도(θ)는 90˚≤θ≤150로 깊이(H2)는 H1/4≤ H2≤ H1/2로 패턴되어 종래 마이크로 렌즈(111)에 의하여 균일하게 방출되는 빛을 집광시키는 기능을 하는 것과 달리 빛을 균일하게 하면서도 빛을 집광시키는 기능까지 수행하도록 구성되어 있다.
이러한 구조의 복합 Lens Pattern(CLP)(110)는 도광판(100)의 하면에서 상면으로 볼록하게 음각으로 랜덤하게 형성되며, 입광면(110a) 및 반입광면(100b)에 대하여 밀도를 달리하도록 형성된다. 바람직하게는 입광면(100a)에서 반입광면(100b)으로 갈수록 밀도가 높아지도록 구성한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 Lens Pattern(CLP)이 형성된 도광판 구조의 측면도 및 BB'방향에서 본 단면도이다.
도시된 바와 같이 복합 Lens Pattern(CLP)(110)가 도광판 하면에 연속적으로 배치되어 LED칩(20)에서 방출된 빛은 직접 또는 전반사되어 복합 Lens Pattern(CLP)(110)에 입사되게 되고, 복합 Lens Pattern(CLP)(110)에 의하여 굴절되어 도광판(100)의 상면으로 이동하게 되며 이때 도광판(100)에 수직한 법선(P)을 기준으로 상하 시야각(θv2)은 37°이고, 좌우 시야각(θH2)은 29° 지점으로 종래 발명의 시야각보다 도광판(100)에서 방출된 빛이 중앙에 집광되어 휘도가 개선되도록 구성되어 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 도광판의 상측에 형성된 프리즘패턴의 단면도이고,도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 Lens Pattern(CLP)이 형성된 도광판 구 조의 측면도 및 CC'방향에서 본 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 도광판(100) 상면에 높이가 상이한 마루(120a)와 골(120b)이 형성된 삼각형상의 상측 프리즘 패턴(120)이 순차적으로 연속적으로 형성될 수 있다. 이러한 삼각형상의 상측 프리즘 패턴(120)에 의하여 도광판 상측의 프리즘 패턴(120)과 프리즘 시트(미도시) 사이에서 발생하는 Wet-Out 현상을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
더욱 자세하게는 상기 상측 프리즘패턴(120)은 골(120b)과 마루(120a)로 형성된 제1 내지 3 패턴(121)(122)(123)으로 이루어지며, 상기 제1패턴(121)의 마루(120a)의 각도(θp)는 110˚≤ θp≤155˚로 형성되고, 넓이(W1)는 20㎛≤ W1≤80㎛로 형성되며, 제 2패턴(122)의 넓이(W2)는 W1/3≤ W2≤ W1/2,로 형성되고, 제 3패턴(123)의 넓이(W3)는 W2/3≤ W3≤ W2/2로 형성되며 상기와 같은 제1 내지 3 패턴(121)(122)(123)은 순차적으로 반복하여 연속적으로 형성되는 것이 바람직하다.
도시된 바와 같이 복합 Lens Pattern(CLP)(110)가 도광판(100) 하면에 연속적으로 배치되고 도광판(100)의 상면에는 상측 프리즘시트(120)가 연속적으로 배치되어 구성된다.
따라서, LED칩(20)에서 방출되는 빛은 직접 또는 전반사되어 복합 Lens Pattern(CLP)(110)에 입사되고 도광판(100) 상면으로 방출되게 되면서 상기 언급한 바와 같이 집광효과를 갖게 된다.
이후 도광판(100) 상면에 형성된 상측 프리즘패턴(120)에 의하여 공기와의 매질차이에 의하여 다시 굴절되어 외부로 방출되게 되는바 이때 상측 프리즘패턴(120)에 의하여 빛은 더욱 중앙으로 집중되는바 이렇게 방출된 빛의 시야각은 법선면(P)를 기준으로 상하 시야각(θv3)은 34° 이며, 좌우 시야각(θH3)은 11°로 종래 발명에 비하여 도광판(100)에서 방출되는 빛이 중앙으로 집광하도록 구성되어 휘도를 개선하도록 구성되어 있다.
이때 상측 프리즘패턴(120)은 복합 Lens Pattern(CLP)(110)에 의하여 집광된 빛을 재차 집광시키는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하며, 특히 좌우 시야각을 큰 폭으로 집광시킴으로서 추가적인 휘도 상승효과를 가져오도록 구성됨에 특징이 있다.
표 1은 도광판에 마이크로 렌즈만을 형성한 백라이트와 복합 Lens Pattern(CLP)를 형성한 백라이크 및 도광판의 하면에는 복합 Lens Pattern(CLP)를 형성하고 도광판 상면에 상측 프리즘 패턴을 형성한 백라이트의 시야각에 따른 평균휘도와 최대휘도의 위치 및 반치각에 대하여 비교 분석한 표이다.
Figure 112008044297277-PAT00001
상기 표1에 나타난 바와 같이 종래 도광판(100) 하부에 마이크로 렌즈(MLA)(111)만이 형성된 백라이트(T1)의 상하(좌우) 시야각에 따른 평균휘도,최대 휘도위치, 반치각에 비하여 도광판(100) 하면에 복합 Lens Pattern(CLP)(110)가 형성된 백라이트(T2)의 상하(좌우)시야각에 따른 평균휘도는 108.1%(108.1%)로 증가하고 최대휘도의 위치는 37°(32°)로 중앙에 집광되며 반치각은 43°(142°)로 줄어들었음을 알 수 있다.
또한, 도광판(100) 하부에 복합 Lens Pattern(CLP)(110)가 형성되고 상면에는 상측 프리즘패턴(120)이 형성된 백라이트(T3)의 상하(좌우)시야각에 따른 평균휘도는 118.9%(118.9%)로 증가하고 최대휘도의 위치는 34°(20°)로 중앙 집광되며, 반치각은 42°(117°)로 줄어들었음을 알 수 있다.
상기 표1에 의할 때 도광판(100) 하부에 복합 Lens Pattern(CLP)(110)가 구성되어 빛의 집광효과가 증가하고 휘도가 상승함을 알 수 있으며 추가적으로 도광판(100) 상면에 상측 프리즘 패턴(120)에 의하여 더욱 집광효과가 뛰어나게 되며 특히 좌우 시야각의 반치각이 현저하게 축소되었음을 알 수 있다.
도 9는 도광판에 마이크로렌즈, 복합 Lens Pattern(CLP),복합 Lens Pattern(CLP)와 상측 프리즘 패턴이 형성된 백라이트의 시야각의 수직,수평 배광곡선을 나타낸 그래프이다.
상기 그래프를 참조하여 먼저 수직배광곡선을 살펴보면 마이크로 렌즈(111)가 형성된 백라이트(G1)의 수직 배광곡선은 약 50°에서 최대량을 나타내는 반면 복합 Lens Pattern(CLP)(110)가 형성된 백라이트(G2)의 수직배광곡선은 약 45°에서 최대량을 나타내며, 복합 Lens Pattern(CLP)(110)와 상측 프리즘패턴(120)이 형성된 백라이트(G3)의 수직배광곡선은 약 35°에서 최대량을 갖는바 상기 그래프에 의할때 G1 < G2 < G3 순으로 도광판의 중앙 부분에 빛의 방출량이 많아 집광효과가 뛰어남을 알 수 있다.
또한 수평 배광곡선을 살펴보면 수평방향의 중심은 0°를 기준으로 마이크로 렌즈(111)가 형성된 백라이트(G1)의 수평 배광곡선은 60%의 방출량을 나타내는 반면 복합 Lens Pattern(CLP)(110)가 형성된 백라이트(G2)의 수직배광곡선은 80%의 방출량을 나타내며, 복합 Lens Pattern(CLP)(110)와 상측 프리즘패턴(120)이 형성된 백라이트(G3)의 수직배광곡선은 약 100%의 방출량을 갖는바 상기 그래프에 의할때 G1 < G2 < G3 순으로 도광판(100)의 중앙 부분에 빛의 방출량이 많아 휘도가 개선되고 집광효과가 뛰어남을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조로 설명하였으나, 본 권리는 상기 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
도 1은 종래 발명의 도광판 구조의 측면도 및 AA'방향에서 본 단면도
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트의 도광판 구조의 사시도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트의 도광판 구조에 형성되는 복합 Lens Pattern(CLP)에 대한 사시도,저면도,측면도 및 우측면도
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트의 도광판 구조에 형성된 복합 Lens Pattern(CLP)의 단면도
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트의 도광판 구조에 형성되는 복합 Lens Pattern(CLP)이 형성된 도광판의 저면도
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 Lens Pattern(CLP)이 형성된 도광판 구조의 측면도 및 BB'방향에서 본 단면도
도 7은 본 발명의 실시 예에 도광판의 상측에 형성된 프리즘패턴의 단면도
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 Lens Pattern(CLP)이 형성된 도광판 구조의 측면도 및 CC'방향에서 본 단면도
도 9는 도광판에 마이크로렌즈, 복합 Lens Pattern(CLP),복합 Lens Pattern(CLP)와 상측 프리즘 패턴이 형성된 백라이트의 시야각의 수직,수평 배광곡선을 나타낸 그래프
**도면의 주요부호에 대한 설명**
100: 도광판 110:복합 Lens Pattern(CLP)
111:마이크로 렌즈 112:프리즘패턴
120:상측 프리즘패턴

Claims (5)

  1. 측면 조광형 백라이트의 도광판 구조에 있어서,
    상기 도광판(100) 하측에 복합 Lens Pattern(CLP)(110)가 입광면(100a)에서 반입광면(100b)으로 밀도를 다르게 하여 음각으로 형성되고 랜덤하게 배열된 것을 특징으로 하는 백라이트의 도광판 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복합 Lens Pattern(CLP)(110)는 마이크로 렌즈(111)의 상면에 프리즘패턴(112)이 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 도광판 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복합 Lens Pattern(CLP)(110)중 마이크로 렌즈(111)는 곡률반경(R)은 15㎛≤R≤45㎛로, 깊이(H1)는 2㎛≤ H1 ≤20㎛로 형성되고, 상기 프리즘패턴(112)은 각도(θ)는 90˚≤θ≤150°로, 깊이(H2)는 H1/4≤ H2≤ H1/2로 패턴된 것을 특징으로 하는 백라이트의 도광판 구조.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광판(100)의 상측에 높이가 순차적으로 다르게 형성된 삼각형상의 상 측 프리즘패턴(120)이 형성되어 Wet Out 현상이 방지되도록 구성된 것을 특징으로 하는 백라이트 도광판 구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상측 프리즘 패턴(120)은 마루(120a)와 골(120b)로 형성된 제1 내지 3 패턴(121)(122)(123)으로 이루어지며, 상기 제1패턴(121)의 마루(120a)의 각도(θp)는 110˚≤ θp≤155˚로 형성되고 넓이(W1)는 20㎛≤ W1≤80㎛로 형성되며, 제 2패턴(122)의 넓이(W2)는 W1/3≤ W2≤ W1/2,로 형성되고, 제 3패턴(123)의 넓이(W3)는 W2/3≤ W3≤ W2/2로 형성되며, 상기 제1 내지 3 패턴(121)(122)(123)은 순차적으로 반복하여 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 도광판 구조
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