KR20120026217A - Ｓａｇ 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도광판의 측면에 형성된 광원; 및 상기 도광판의 하면에 형성된 복수의 패턴을 포함하되, 상기 복수의 패턴은 상기 광원으로부터 멀어질수록 Sag가 증가하는 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛에 관한 것이다. 이에 의해 도광판에 형성된 패턴의 Sag를 조절함으로써, 백라이트유닛에서 방출되는 광효율을 개선시키고 균일도를 유지할 수 있다. 또한, 패턴을 Sga를 조절함에 따라 패턴 배열의 수를 증가시켜 (fill factor향상) 하여 광효율 및 균일도를 더욱 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 기존의 화이트 닷 패턴의 제조방법에 비해 시간 및 비용에 있어서 더욱 효율적으로 제조할 수 있다.

Description

ＳＡＧ 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛{BACK LIGHT UNIT HAVING SAG CONTROL PATTERNS}
본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 도광판에 형성된 패턴의 Sag를 조절함으로써, 백라이트 유닛에서 방출되는 광효율을 개선하고 균일도를 유지할 수 있는 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛에 관한 것이다.
백라이트(backlight)는 LCD 뒤에서 빛을 내는 발광체 부분이다. 소형 디스플레이에서 가독성을 높이기 위해서, 또는 컴퓨터 디스플레이나 LCD 텔레비젼에서 CRT와 같이 빛을 내기 위해 사용된다.
한 때 백라이트는 노트북 컴퓨터나 모니터에 쓰이는 LCD 부품 가운데 제조가 비교적 쉽기 때문에 저기술(low-tech) 제품으로 여겨졌다. 그러나 중요성이 높아져 현재는 LCD 시장의 성장을 좌우하는 주된 요인 가운데 하나가 되었다. 백라이트의 품질이 좋을수록 영상의 품질과 색 재현성을 비약적으로 향상시킬 가능성을 지니고 있으므로 백라이트는 LCD-TV의 발전 열쇠를 쥐고 있는 존재라고 할 수 있다. 백라이트의 종류는 CCFL(냉음극 형광램프) EEFL(외부전극 형광램프) LED(발광 다이오드), FFL(평판형 형광램프) 등이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 에지형 백라이트 유닛의 단면도이다. 종래기술에 따른 에지형 백라이트 유닛에 있어서, 광원 (110)에서 나오는 빛은 도광판 (140)을 통해 전반사하며 진행한다. 전반사의 조건은 스넬의 법칙(snell's raw)에 따라 매질과 공기층의 굴절률에 의해 임계각이 정해지며 이 각도 이내의 빛은 임계각을 넘어서게 하는 기구물에 부딪히지 않은 이상 에너지 손실을 최소화하며 진행하게 된다. 인쇄도광판의 경우 화이트 닷 패턴 (white dot pattern) (130)을 이용하여 산란, 투과가 일어나게 된다.
이러한 화이트 닷 패턴 (130)을 제조하는 공정은 사출성형, 인쇄방식, 레이저 가공방식, 및 스탬핑 방식 등이 있다. 사출성형 방식은 인쇄대비 공정이 간단하나 양산성이 떨어지고 휨, 수출불량의 문제점이 있다. 인쇄방식은 개발 리드 타임 및 제작 기간이 짧고 재형성이 우수하나, 제작공정이 복잡하고 부가설비가 많으며, 대량 불량이 발생할 수 있다. 또한, 레이저 가공 방식은 재발 리드 타임 및 제작기간이 짧으나, 열로 인한 크레이터(분화구)가 발생하고, 광효율이 (인쇄방식과 동등한 수준)이 감소한다. 스탬핑 방식은 재현성이 우수하며, 양산성이 높고, 공정이 간단하나, 모델 변경시 전체 개발 기간이 길어진다.
특히, 화이트 닷 패턴의 경우, 광손실이 발생하고 필 팩터 (fill factor)의 한계가 존재하여 빛을 최적화되게 사용하진 못한다. 여기서 필 팩터란 화이트 닷 패턴이 배열되는 공간의 밀집도를 의미한다. 이러한 화이트 닷 패턴은 일정거리를 서로 유지하여야 하기 때문에, 개수를 늘리는데 한계가 있다. 한편, 빛을 외부로 방출하는 각도와 빛이 나오는 면적을 조절하기 위해서는 충분한 개수의 화이트 닷 패턴이 필요하나, 전술한 필 팩터의 한계로 인해 빛의 각도 및 면적을 최적으로 조절하지 못한다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 백라이트 유닛에 있어서, 화이트 닷 패턴의 제조방법의 단점을 제거하고, 필 팩터를 한계를 극복함으로써, 광효율과 균일도를 손쉽게 조절할 수 있는 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛을 제공하는 데 있다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛의 구조는, 도광판의 측면에 형성된 광원; 및 상기 도광판의 하면에 형성된 복수의 패턴을 포함하되, 상기 복수의 패턴은 상기 광원으로부터 멀어질수록 Sag가 증가하도록 구성된다.
여기서, 상기 패턴은 오목 패턴인 것이 광효율 및 균일도 측면에서 바람직하며, 이 경우, 상기 복수의 패턴은 동일한 직경을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 패턴은 균일하게 배열되어 필 팩터를 높일 수 있다.
또한, 상기 광원은 복수이며 상기 도광판의 측면 중 두 개 이상에 형성될 수도 있다.
그리고 상기 패턴의 형상은 마이크로 렌즈, 프리즘, 피라미드, 렌티큘러 중 하나 이상으로 구성될 수 있다.
한편, Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛은 상기 도광판의 위, 아래에 각각 형성된 확산층 및 반사층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의해, 도광판에 형성된 패턴의 Sag를 조절함으로써, 백라이트유닛에서 방출되는 광효율을 개선시키고 균일도를 유지할 수 있다. 또한, 패턴을 Sga를 조절함에 따라 패턴 배열의 수를 증가시켜 (fill factor향상) 하여 광효율 및 균일도를 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 기존의 화이트 닷 패턴의 제조방법에 비해 시간 및 비용에 있어서 더욱 효율적으로 제조할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 에지형 백라이트 유닛의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛에 형성된 패턴의 형상을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛의 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛의 광학적 기능을 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛의 광 특성을 나타내는 그래프.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 일 실시형태에 따른 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 따른 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛에 형성된 패턴의 형상을 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트 유닛에 형성된 패턴 예를 들어, 마이크로 렌즈, 프리즘, 피라미드, 렌티큘러과 같은 패턴을 이용하여 도광판을 진행하는 광의 반사 각도 및 반사범위를 조절하는 원리이다. 여기서 상기 패턴은 도광판의 설계목적에 따라 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며 본 명세서에서는 마이크로 렌즈를 사용한 것에 대해 설명한다.
마이크로 렌즈 시트(어레이, 필름)는 마이크로 미터 단위의 매우 작은 렌즈가 규칙적으로 배열된 시트(얇은 판)형태를 말한다. 본 발명은 상기 시트를 도광판으로 사용함으로써, 도광판에 마이크로 렌즈 패턴이 형성된다. 특히, 마이크로 렌즈의 형태를 정의할 때 사용하는 용어인 Sag는 도 2에 도시된 바와 같이,
Sag = 높이 (h)/직경 (D)
으로 규정된다. 세부적으로는 도광판에 성형하는 마이크로 렌즈 어레이에서 렌즈의 주기는 동일하게 진행하되 렌즈의 크기, 즉 Sag를 조절하여 빛의 출사각과 균일도를 동시에 제어할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 이하 도 3과 함께 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 도광판 (140)에 형성된 마이크로 렌즈 (145)의 패턴은 광원 (110)으로부터 멀어질수록 Sag가 증가함을 볼 수 있다. 즉, 마이크로 렌즈 (145)의 직경 (D)은 동일하되, 높이 (h)가 광원 (110)으로부터 멀어질수록 증가하여 Sag의 비가 증가하는 것이다. 여기서 직경 (D)은 5㎛ 내지 3㎜ 중 임의의 하나의 수치로 고정하고 광원으로부터 멀어질수록 Sag를 0.05 내지 0.5 범위에서 증가시키는 것이 바람직하나 반드시 이 범위에 한정하는 것은 아니며, 도광판 (140)의 두께와 면적에 따라 설계변경이 가능하다. 이러한 형태는 도광판 (140)을 통해 방출되는 빛의 균일도를 유지하기 위해 필수적일 뿐만 아니라, 배광 분포를 조절하기에도 용이하다.
또한, 도광판 (140)에 형성된 마이크로 렌즈 (145)의 패턴은 양각 패턴과 음각 패턴 모두 구현이 가능하나, 음각 (hole) 형태의 마이크로 렌즈 (145) 패턴이 휘도 (광효율 또는 총광량으로 표현할 수 있음) 및 균일도 측면에서 더욱 우수한 성능을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛의 평면도이다. 도 4를 참조하면 (a)는 마이크로 렌즈 (145) 패턴의 배열이 균일하지 않은 구조를 나타낸다. 상세하게는 광원 (110)와 가까운 부분은 밀도가 작으며, 멀어질수록 밀도가 높아진다. 한편, (b)는 마이크로 렌즈 (145) 패턴을 도광판 (140) 전체에 균일하게 배열하고 광원 (110)에서 멀어질수록 Sag가 증가하도록 조절된 형태이다. 이러한 형태는 (a)와 동일한 균일도를 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 광효율을 증가시킬 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛의 광학적 기능을 나타내는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 광원 (110)으로부터 방출된 빛이 도광판 (140)에 있는 마이크로 렌즈 (145) 에 의해 진행하는 광 경로의 변화를 나타낸다. 도광판 (140)을 진행하는 빛은 마이크로 렌즈 (145)에 부딪히게 되면 두 가지 기능이 이루어진다. 하나는 마이크로 렌즈 (145)를 통과한 빛이 바닥에 위치한 반사층 (120)에 닿게 되어 다시 마이크로 렌즈 (145) 면으로 통과되는 순간, 임계각을 벗어나게 되고 확산층 (150)을 통해 방출된다. 다른 경로는 마이크로 렌즈 (145)에 닿는 빛이 마이크로 렌즈 (145) 면에서 반사 (직반사) 되어 바로 임계각을 벗어나게 되며, 바로 임계각을 벗어나는 빛들은 도광판 (140)의 상면으로 나오게 된다.
이와 같은 빛의 진행 원리는 마이크로 렌즈 (145)의 Sag를 조절함으로써 구현될 수 있다. 즉, 마이크로 렌즈 (145)의 Sag를 광원(110)으로부터 멀어질수록 증가시킴으로써 빛이 나오는 면적과 각도를 조절하여 균일도 및 광효율을 동시에 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛의 광 특성을 나타내는 그래프이다. 도 6을 참조하면, (a)는 종래 기술에 따라 도광판에 화이트 닷 패턴 및 확산 시트가 형성된 백라이트 유닛의 광 특성이다. 또한, (b)는 본 발명에 따라 도광판에 마이크로 렌즈 (145) 패턴이 형성된 백라이트 유닛의 광 특성이며, (c)는 본 발명에 따라 도광판에 마이크로 렌즈 (145) 패턴 및 확산 시트 (150)가 형성된 백라이트 유닛의 광 특성을 나타낸다.
우선 배광분포를 살펴보면, (a) (b) (c) 각각 조금씩 다른 배광 분포를 보인다. 여기서 녹색 및 적색 라인은, 아래로 빛이 비추는 방향을 동서남북으로 나누는 경우, 녹색은 남북 방향, 적색은 동서 방향으로 설명할 수 있다. 이와 같은 배광분포는 (b)에서 넓어졌다가 (c)에서 좁아지며, 마이크로 렌즈 (145)의 Sag 조절을 통해 그 폭을 더 조절할 수 있다. 또한, 균일도를 살펴보면 (a) (b) (c) 모두 양호함을 보여준다. 그러나 (a)에서는 총광량이 58%로써 광효율이 매우 저조함을 나타낸다. 반면에 본원발명의 (b) (c)는 각각 77%와 74%로써 광효율 면에서 매우 개선되었음을 알 수 있다. 또한, 시야각에 있어서도 (a)에 비해 더 넓은 시야 각도를 확보할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 광원 120: 반사층
130: 화이트 닷 패턴 140: 반사층
145: 마이크로 렌즈 150: 확산층

Claims (7)

  1. 도광판의 측면에 형성된 광원; 및
    상기 도광판의 하면에 형성된 복수의 패턴을 포함하되, 상기 복수의 패턴은 상기 광원으로부터 멀어질수록 Sag가 증가하는 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴은 오목 패턴인 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수의 패턴은 동일한 직경을 가지는 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 복수의 패턴은 균일하게 배열된 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광원은 복수이며 상기 도광판의 측면 중 두 개 이상에 형성된 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 패턴의 형상은 마이크로 렌즈, 프리즘, 피라미드, 렌티큘러 중 하나 이상으로 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛은,
    상기 도광판의 위, 아래에 각각 형성된 확산층 및 반사층을 더 포함하는 Sag 조절 패턴이 형성된 백라이트 유닛.
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