KR20150072915A - 광학 시트 및 이를 이용한 면광원장치 - Google Patents

광학 시트 및 이를 이용한 면광원장치 Download PDF

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KR20150072915A
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김상천
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Abstract

본 발명은 광학 시트 및 이를 이용한 면광원장치에 관한 것으로, 입사하는 광이 통과하는 광투과부 및 상기 광투과부의 일면에 형성되어 광원으로부터 상기 광투과부를 향하여 입사하는 광의 반사율을 제어하는 반사막을 포함하고,상기 반사막은, 상기 광투과부의 일면에 일정한 간격으로 형성되어, 광의 입사각도(θ)가 작을수록 반사율이 높도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 시트 및 이를 이용한 면광원장치가 제공될 수 있다.

Description

광학 시트 및 이를 이용한 면광원장치{OPTICAL SHEET AND SURFACE LIGHT SOURCE DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 광학 시트 및 이를 이용한 면광원장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입사각도에 따른 반사율을 조절하는 광학 시트 및 이를 이용한 면광원장치에 관한 것이다.
액정디스플레이(이하,“LCD”라 함)는 초박형으로 제작이 가능한 저소비전력, 저발열 및 고선명의 화상출력 장치로서, 최근 산업 각 분야의 화상표시 장치로 각광받고 있다. 그러나 이러한 액정디스플레이는 다른 평판 디스플레이 방식과는 달리 액정 자체가 비발광 소재이므로 광원이 필요하며 광원으로부터 나오는 빛을 균일하게 확산시키고 또 광의 효율을 높이기 위하여 여러 종류의 광학 시트들이 사용되고 있다. 이러한 장치 전체를 백라이트 유닛(backlight unit)이라 한다.
상기 백라이트 유닛은 측면 라이트 방식 및 배면 라이트 방식 등이 있는데, 측면 라이트 방식은 주로 소형인 노트북이나 모니터용에 사용되며 광원인 램프가 화면의 측면에 수납되도록 되어 있어 이 광을 전면으로 유도하기 위하여 도광판이 사용된다. 유도된 광을 다시 확산 균일화시키고 집광시키기 위해 도광판 위에 다수의 광학 시트가 사용된다.
반면에, 배면 라이트 방식은 주로 화면이 넓은 TV에 사용되는 방식으로 높은 밝기를 위해 다수의 램프가 화면의 배면에 수납되어 있다. 도광판을 사용하는 측면 라이트 방식과는 달리, 배면 라이트 방식은 배면에 램프가 위치하고 있어 도광판 대신에 곧바로 광을 균일하게 확산시키는 역할을 하는 확산판이 사용된다.
도 10은 종래의 배면 라이트 방식에 의한 면광원장치(200)의 일 예를 도시한 것인데, 배면 라이트 방식에 대해 보다 구체적으로 살펴보면, 광원(130)으로부터 방출되는 광은 렌즈(120)를 통하여 점광원인 광원(130)의 빛을 확산시켜 광원(130)을 은폐하여 균일화하고 그 위에 위치하는 광학 플레이트(110)는 광원의 빛을 이차 확산시켜 더욱 균일하게 한다.
종래의 렌즈(120)는 굴절, 계면 반사 및 산란 등의 물리적 현상으로 인하여, 점광원(130)으로부터 나온 빛을 면광원으로 전환하는 기능을 수행한다. 따라서 렌즈(120)는 빛의 휘도 균일도를 이루면서 광원(130)의 위치를 가려주는 은폐 역할을 수행한다.
상기 광학 플레이트(110)는 빛을 골고루 확산시키는 기능을 수행하며, 일반적으로 기재시트의 적어도 일면에 광확산 입자와 수지로 이루어진 조성물이 도포되어 형성된 광확산층과, 이면에는 블로킹 방지층이 형성된 구조로 이루어진다. 이때, 광학 플레이트(110)에서 광의 출사각이 적정 유효각도를 가지는 입사각이 되어 고휘도를 구현할 수 있도록 광확산층의 표면상에 입자형상을 최적화하고자 시도되어 왔다. 이때, 상기 광학 플레이트(110)에 의해 반사된 빛은 반사시트(150)에 의해 다시 반사되어 광학 플레이트(110)를 통과할 수 있도록 되어 있다.
한편, 최근에는 LED를 사용한 면광원은 백라이트 유닛이나 조명에서 널리 개발되어 사용되고 있다. 특히, 면광원의 몇 가지 특징 중에 얇으면서 고효율을 달성할 수 있는 구조가 요구되고 있다. 즉, 얇은 두께의 면광원에서는 렌즈와 같은 광학부품을 사용하였을 때 배열(align)에 민감한 문제점이 있었다.
본 발명의 일 목적은 입사각도에 따른 광의 반사율을 제어하는 광학 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 광학 시트를 이용하는 얇은 두께를 갖는 면광원장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 입사하는 광이 통과하는 광투과부 및 상기 광투과부의 일면에 형성되어 광원으로부터 상기 광투과부를 향하여 입사하는 광의 반사율을 제어하는 반사막을 포함하고,상기 반사막은, 상기 광투과부의 일면에 일정한 간격으로 형성되어, 광의 입사각도(θ)가 작을수록 반사율이 높도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 시트가 제공될 수 있다.
상기 광투과부의 타면에는 광원을 향하여 볼록하게 돌출되는 다수의 단위렌즈를 가지며, 상기 단위렌즈는 인접한 단위렌즈와 서로 중첩되도록 형성될 수 있다.
상기 반사막은 상기 각각의 단위렌즈의 중심과 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
상기 광투과부의 타면에는 반사막이 형성되어 상기 광투과부로 입사되는 광을 조절할 수 있으며, 상기 반사막의 하부는 요철이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 인쇄회로기판에 전기적으로 연결되는 다수의 점광원과, 상기 점광원을 향하도록 배치되어 입사하는 광의 반사율을 제어하는 광학 시트와, 상기 광학 시트 상부에 구비되어 상기 광학 시트를 통과한 광을 더욱 균일하게 확산시키는 광학 플레이트 및 상기 다수의 점광원 사이에 배치되는 반사시트를 포함하는 면광원장치가 제공될 수 있다.
상기 광학 시트는, 입사하는 광이 통과하는 광투과부와, 상기 광투과부의 일면에 형성되어 점광원으로부터 상기 광투과부를 향하여 입사하는 광의 반사율을 제어하는 반사막 및 상기 광투과부의 타면에 형성되어 상기 점광원을 향하여 볼록하게 돌출되는 다수의 단위렌즈를 포함하고, 상기 반사막은 상기 광투과부의 일면에 일정한 간격으로 형성되고, 상기 단위렌즈는 인접한 단위렌즈와 서로 중첩되도록 형성될 수 있다.
상기 인쇄회로기판과 상기 광학 시트 사이의 거리(H)는 상기 광원 사이의 간격(P)보다 작도록 형성될 수 있다.
상기 광학 시트는 메탈막(metal membrane), 화이트 잉크(white ink) 또는 반사시트 패턴 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 광학 플레이트는 확산판(diffuser plate)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 입사각도에 따른 반사율을 조절할 수 있고, 이를 이용하여 얇은 두께를 갖는 면광원장치를 제조할 수 있다.
또한, 구조가 간단하여 배치에 민감하지 않은 면광원장치를 제공할 수 있으며, 렌즈와 같은 개별적인 광학부품을 정밀하게 배열하지 않고 시트형태로 올려놓는 구조이므로 구조적으로 간단하며 부품수도 많이 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 면광원장치의 일부 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트의 정면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광의 입사각도에 따른 광학 시트에서의 집광되는 형상을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서의 입사각도에 따른 투과율 및 반사율의 그래프.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에서의 광학 시트의 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서의 반사막의 다양한 패턴.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트의 유무에 따른 차이를 설명하기 위한 도면.
도 10은 종래의 면광원장치의 단면도.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따르는 광학 시트 및 면광원장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트(200)의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트(200)의 정면도인데, 이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트(200)에 대하여 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트(200)는 입사하는 광이 통과하는 광투과부(220) 및 상기 광투과부(220)의 일면에 형성되어 광원으로부터 상기 광투과부(220)를 향하여 입사하는 광의 반사율을 제어하는 반사막(210)을 포함한다.
상기 반사막(210)은 상기 광투과부(220)의 일면에 일정한 간격으로 형성되어 일정한 패턴(pattern)을 이루며, 광의 입사각도(θ)가 작을수록 반사율이 높도록 한다.
일반적으로 광의 입사각도(θ)가 작을수록 투과율이 높은데, 이런 경우에는 빛의 세기가 균일하지 않아 점광원(130)의 바로 위에 위치하는 부분에서는 보다 더 밝게 보여 점광원(130)의 위치가 보이게 된다. 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 현상을 방지하기 위하여 일정한 패턴을 갖는 반사막(210)을 구비한다.
상기 반사막(210)의 하부는 요철(211)이 형성될 수 있는데, 광이 광학 시트(200)와 점광원(130) 사이의 공간에서 균일하게 밝도록 하기 위함이다.
상기 광투과부(220)는 유리 재질의 플레이트 형상인데, 상기 광투과부(220)의 타면에는 광원을 향하여 볼록하게 돌출되는 다수의 단위렌즈(230)를 가지며, 상기 단위렌즈(230)는 인접한 단위렌즈(230)와 서로 중첩되도록 형성된다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 단위렌즈(230)가 인접한 다른 단위렌즈(230)와 겹쳐지지 않은 부분이 없도록 촘촘히 형성된다. 도 3을 참조하면, 상기 반사막(210)은 상기 각각의 단위렌즈(230)의 중심과 대응되는 위치에 각각 배치된다.
이에 의해 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 단위렌즈(230)를 통해 입사되는 광이 이에 대응되는 반사막(210)에 수렴하게 된다. 이후, 광투과부(220)를 통하여 반사된다. 상기와 같이 상기 광투과부(220)의 타면에는 반사막(210)이 형성되어 상기 광투과부(220)로 입사되는 광의 방향을 조절할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광의 입사각도(θ)에 따른 광학 시트(200)에서의 집광되는 형상을 설명하기 위한 도면인데, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 광투과부(220)를 향하여 수직으로 입사하는 광(I1)은 입사하는 단위렌즈(230)에 대응되는 반사막(210)에 수렴되는 것을 알 수 있다. 반면, 도 5는 광투과부(220)를 향하여 비스듬하게 입사하는 광(I2)의 진행하는 모습을 도시한 것인데, 비스듬하게 입사하는 광(I2)은 대부분 광학 시트(200)는 통과하여 진행한다.
즉, 상기 광학 시트(200)를 향하여 수직으로 입사하는 광(I1)은 대부분 반사되는 반면, 비스듬하게 입사하는 광(I2)은 반사하는 비율보다 투과하는 비율이 더 높다. 따라서 수직으로 입사하는 광(I1)의 세기를 작게 하고, 비스듬하게 입사하는 광(I2)의 세기는 거의 그대로 유지하도록 함으로써 상기 광학 시트(200) 상측에서는 빛의 세기가 균일하게 되는 것이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트(200)의 입사각도(θ)에 따른 투과율의 그래프이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트(200)의 입사각도(θ)에 따른 반사율의 그래프이다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 입사각도(θ)가 커질수록 투과율은 높아지고, 반사율은 낮아지는 것을 알 수 있다. 이는 일반적인 경향과는 반대이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에서의 광학 시트(200)의 단면도인데, 도 7을 참조하면, 광투과부(220)를 사이에 두고 양면에 반사막(211,212) 패턴이 형성된 것을 알 수 있다. 즉, 상기 광투과부(220)의 밑면에 형성되는 반사막(212)은 광투과부(220)로 입사하는 것을 차단시키고, 광투과부(220)의 상면에 형성되는 반사막(211)은 광투과부(220)로 입사하는 빛 중 수직으로 입사하는 광(I1)을 반사시키고, 비스듬하게 입사하는 광(I2)은 투과시킴으로써 광학 시트(200)를 통과하는 빛이 균일하도록 하였다.
본 발명의 일 실시예에서의 반사막(210)의 패턴은 원하는 조명 형상에 따라 달라질 수 있는데, 도 8a에서는 중앙에 큰 원이 있고, 그 주변에 작은 원들이 큰 원을 중심으로 주변에 배치되면서 큰 원과 동심원을 이루도록 형성된 것을 도시한 것이고, 도 8b에서는 불가사리 형상의 반사막(210)을 도시한 것이다. 이들은 일 실시예에 불과하므로 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상술한 광학 시트(200)를 이용한 점광원장치(100)가 제공될 수 있는데, 점광원장치(100)는 인쇄회로기판(140)에 전기적으로 연결되는 다수의 점광원(130)과, 상기 점광원(130)을 향하도록 배치되어 입사하는 광의 반사율을 제어하는 광학 시트(200)와, 상기 광학 시트(200) 상부에 구비되어 상기 광학 시트(200)를 통과한 광을 이차적으로 균일하게 확산시키는 광학 플레이트(110), 및 상기 다수의 점광원(130) 사이에 배치되는 반사시트(150)를 포함하여 이루어진다.
상기 인쇄회로기판(140)의 상면과 상기 광학 시트(200)의 하면 사이의 거리(H)는 작도록 형성될수록 유리한데, 이는 면광원장치(100)의 두께를 보다 얇도록 형성하기 위함이다.
도 10은 종래의 면광원장치(100)의 단면도인데, 균일한 빛의 분산을 위하여 점광원(130) 상부에 렌즈(120)를 사용하였다. 인쇄회로기판(140)의 상면에서부터 광학 시트(200)의 하면까지의 거리를 H라 하고, 점광원(130) 사이의 간격을 P라고 할 때, 렌즈(120)를 사용하지 않는 경우에는 일반적으로 (P/H)≤1의 관계를 만족하게 된다. 만약, (P/H)가 1이라면, 점광원(130) 사이의 간격(P)이 커지면 점광원장치(100)의 두께(H)가 증가하게 된다. 이를 해결하기 위하여 렌즈(120)를 도입하였는데, 렌즈(120)를 도입하게 되면 (P/H)값이 3~7정도가 되어 면광원장치(100)의 두께가 다소 얇아질 수 있다.
상기와 같이 렌즈(120)를 사용하여 점광원(130)에서 나온 빛의 각도를 조절하여 면광원으로서의 균일성(uniformity)을 확보할 수 있게 된다. 그러나, 렌즈(120)를 사용하게 되면 조립시에 배열(align)에 매우 민감하게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 점광원(130)은 그대로 둔 채 광학 플레이트(110)에 입사되는 빛을 균일하게 하였다.
이때, 상기 반사막(210)은 메탈막(metal membrane), 화이트 잉크(white ink) 또는 반사시트 패턴 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 광학 플레이트(110)는 일 예로 확산판(diffuser plate)일 수 있다. 상기 확산판은 빛을 균일하게 분산시키는 기능을 한다.
도 9a는 본 발명의 광학 시트(200)를 사용하지 않고, H가 5mm이고, P가 20mm인 경우의 면광원장치(100)의 상부에서 바라본 모습이고, 도 9b는 동일한 조건에서 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트(200)를 사용한 경우의 면광원장치(100)의 상부에서 바라본 모습이다. 도 9a에서는 점광원(130)이 명확하게 보이는 반면, 도 9b에서는 점광원(130)의 위치가 불분명하고 광이 균일하게 혼합된 것을 알 수 있다.
또한, 도 9c는 본 발명의 광학 시트(200)를 사용하지 않고, H가 5mm이고, P가 30mm인 경우의 면광원장치(100)의 상부에서 바라본 모습이고, 도 9d는 동일한 조건에서 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트(200)를 사용한 경우의 면광원장치(100)의 상부에서 바라본 모습이다. 도 9c에서는 점광원(130)이 명확하게 보이는 반면, 도 9d에서는 점광원(130)의 위치가 불분명하고 광이 균일하게 혼합된 것을 알 수 있다. 한편, 도 9b에서는 도 9d에서보다 더 균일하게 광이 혼합된 것을 알 수 있는데, 이는 점광원(130) 사이의 간격이 좁을수록 인접한 점광원(130)의 영향을 받아 보다 더 균일도를 갖는 것으로 보인다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 인쇄회로기판과 상기 광학 시트 사이의 거리(H)는 상기 광원 사이의 간격(P)보다 작도록 형성함으로써 면광원장치(100)의 두께를 최소화할 수 있다.
이상에서 설명한 광학 시트 및 이를 이용한 면광원장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 입사하는 광이 통과하는 광투과부; 및
    상기 광투과부의 일면에 형성되어 광원으로부터 상기 광투과부를 향하여 입사하는 광의 반사율을 제어하는 반사막을 포함하고,
    상기 반사막은,
    상기 광투과부의 일면에 일정한 간격으로 형성되어, 광의 입사각도(θ)가 작을수록 반사율이 높도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광투과부의 타면에는 광원을 향하여 볼록하게 돌출되는 다수의 단위렌즈를 가지며, 상기 단위렌즈는 인접한 단위렌즈와 서로 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사막은 상기 각각의 단위렌즈의 중심과 대응되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광투과부의 타면에는 반사막이 형성되어 상기 광투과부로 입사되는 광을 조절하는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사막의 하부는 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  6. 인쇄회로기판에 전기적으로 연결되는 다수의 점광원;
    상기 점광원을 향하도록 배치되어 입사하는 광의 반사율을 제어하는 광학 시트;
    상기 광학 시트 상부에 구비되어 상기 광학 시트를 통과한 광을 더욱 균일하게 확산시키는 광학 플레이트; 및
    상기 다수의 점광원 사이에 배치되는 반사시트를 포함하는 면광원장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광학 시트는,
    입사하는 광이 통과하는 광투과부;
    상기 광투과부의 일면에 형성되어 점광원으로부터 상기 광투과부를 향하여 입사하는 광의 반사율을 제어하는 반사막; 및
    상기 광투과부의 타면에 형성되어 상기 점광원을 향하여 볼록하게 돌출되는 다수의 단위렌즈를 포함하고,
    상기 반사막은 상기 광투과부의 일면에 일정한 간격으로 형성되고, 상기 단위렌즈는 인접한 단위렌즈와 서로 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판과 상기 광학 시트 사이의 거리(H)는 상기 광원 사이의 간격(P)보다 작도록 형성되는 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 광학 시트는 메탈막(metal membrane), 화이트 잉크(white ink) 또는 반사시트 패턴 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 면광원장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 광학 플레이트는 확산판(diffuser plate)인 것을 특징으로 하는 면광원장치.
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KR20220008059A (ko) * 2020-07-13 2022-01-20 씨엘에스코리아(주) 직하형 백라이트 유닛

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