KR20150110896A - 백라이트 장치용 확산판 및 이를 구비하는 직하형 백라이트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광다이오드를 광원으로 하며, 확산판의 전체 면을 통하여 높은 휘도의 빛이 균일하게 출사되도록 하는 직하형 백라이트 장치에 관한 것으로, 본 발명은, 기판 상의 복수의 점광원이 일정 간격으로 배치되고, 광 특성을 개선하기 위하여 복수의 점광원 상측에 배치되는 광학 플레이트에 있어서, 상기 광학 플레이트는 투광성의 플레이트로서, 상면 또는 하면의 적어도 일면에는 상기 점광원에서 출사되는 빛을 하측으로 반사시키기 위한 반사 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 LED 광원과 확산판 사이의 간격을 줄이더라도 휘도 특성을 유지할 수 있어 백라이트 장치의 두께를 줄이는 효과를 나타낸다.

Description

광학 플레이트 및 이를 구비하는 직하형 백라이트 장치{Optical Plate and Backlight Assembly having the Same}

본 발명은 백라이트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광다이오드를 광원으로 하며, 확산판의 전체 면을 통하여 높은 휘도의 빛이 균일하게 출사되도록 하는 직하형 백라이트 장치에 관한 것이다.

액정표시장치에 사용되는 백라이트 장치(Back Light Unit)는 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하, 'LED' 라함) 광원을 배치하는 방식에 따라 직하형 또는 측면형 백라이트 장치로 구분된다. 직하형(Direct-lighting)은 평판의 확산판 하측에 LED 광원을 배치하는 것으로, 높은 휘도를 나타내고, 대면적의 백라이트 장치 구현이 용이하지만, 광원과 확산판 사이에 일정한 공간이 확보되어야 하므로 백라이트 장치의 슬림화에 한계를 나타낸다. 측면형(Edge-lighting)은 평판의 도광판(Light Guide Pannel) 측면에 광원을 배치한 후 도광판을 이용하여 전체 면으로 빛을 분산시키는 것으로, 백라이트 장치의 슬림화에 유리하지만, 측면에서 빛이 입사되어 휘도가 낮은 문제점이 있으며 도광판에 대한 고도의 광학적 가공기술이 요구된다.

도 1은 종래의 기술에 따른 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 종단면도이고, 도 2는 도 1의 백라이트 장치에 대한 광 특성을 나타낸 평면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 일반적인 직하형 백라이트 장치는 기판(11) 상에 복수의 LED 광원(12)이 실장되고, LED 광원(12)의 상측에는 확산판(13)이 배치되며, 확산판(13)의 상측에는 프리즘 시트(14)가 적층된다. 또한, LED 광원(12)의 상측에는 LED 광원(12)에서 출사되는 빛을 확산시키기 위한 확산 렌즈(15)가 더 구비될 수 있다.

이러한 구성은 사각 판상의 커버버텀(미도시) 내부에 안착되어, 상부에서 커버버텀에 체결되는 가이드 패널(미도시)에 의하여 조립이 이루어진다. 여기서, 확산판(13)과 프리즘 시트(14)를 LED 광원에서 출사되는 빛에 대한 휘도와 균일도 특성을 제어하기 위한 광 제어 부재의 일 예로서, 휘도 향상 필름이나 확산 필름 등 다양한 종류의 광 제어 부재가 포함될 수 있다.

이러한 구조의 직하형 백라이트 장치는 기판 상에 LED 광원(12)이 일정 간격으로 제한없이 실장될 수 있어 백라이트 장치의 대형화에 유리하며, 복수의 LED 광원에서 출사되는 빛이 상측으로 직접 출사되므로 높은 휘도를 나타내는 장점이 있다. 그러나, 직하형 백라이트 장치는 LED 광원(12)에서 출사되는 빛이 직접 확산판(13)을 통과하여 출사되므로, 도 2에 도시된 바와 같이 LED의 점광원 형상이 외부로 그대로 시인되는 문제점이 있다. 이러한 핫 스팟(hot spot) 문제는 광학 시트의 수를 줄이는 구조에서는 더욱 심각하게 나타나고 있다. 이를 해결하기 위한 직하형 백라이트 장치는 LED 광원(12)과 확산판(13) 사이에 충분한 간격(L1)이 확보되어야 한다. LED 광원(12)과 확산판(13) 사이에 넓은 간격을 확보하는 경우, 백라이트 장치의 전체적인 두께가 두꺼워지는 다른 문제점이 발생하게 된다.

이와 같이 직하형 백라이트 장치에서는 핫 스팟을 제거하여 휘도 편차를 개선함과 동시에 백라이트 장치의 두께를 슬림화하는 것이 주요 해결 과제가 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 광 특성을 저하를 방지하면서도 광학 시트의 수를 줄여 제조 비용을 절감할 수 있는 구조의 직하형 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 광원과 광학 플레이트 사이의 간격을 줄이더라도 광원의 형상이 외부로 시인되지 않도록 함으로써, 휘도 편차를 개선함과 동시에 백라이트 장치의 두께를 줄일 수 있는 직하형 백라이트 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판 상의 복수의 점광원이 일정 간격으로 배치되고, 광 특성을 개선하기 위하여 복수의 점광원 상측에 배치되는 광학 플레이트에 있어서, 상기 광학 플레이트는 투광성의 플레이트로서, 상면 또는 하면의 적어도 일면에는 상기 점광원에서 출사되는 빛을 하측으로 반사시키기 위한 반사 패턴이 형성되어, 동일한 수의 LED 광원이 사용되는 직하형 백라이트 장치에 대하여 LED 광원과의 거리를 줄일 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 반사 패턴은 반사 잉크가 원형이나 다각형 형상의 도트 패턴으로 인쇄되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반사 패턴은 상기 점광원이 위치하는 수직 축을 중심으로 점광원으로부터 거리가 멀수록 직경이 작아지거나 밀도가 감소하도록 형성되며, 상기 반사 패턴이 상기 광학 플레이트의 상면과 하면에 모두 형성되는 경우 상면의 반사 패턴은 점광원의 위치에 무관하게 균일한 직경과 밀도로 형성될 수 있다.

또한, 상기 반사 패턴은 LED 광원의 수직 축을 중심으로 전체적으로 원형 또는 다각형 형상으로 분포하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 직하형 백라이트 장치는, 기판; 상기 기판 상에 복수개 실장되는 LED 광원; 및 복수의 상기 LED 광원의 상측에 배치되는 상기와 같은 구성의 광학 플레이트;를 포함한다.

본 발명은 확산판과 프리즘 시트 만으로도 우수한 광 특성을 나타낼 수 있어, 백라이트 장치의 제조 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 LED 광원과 확산판 사이의 간격을 줄이더라도 휘도 특성을 유지할 수 있어 백라이트 장치의 두께를 줄이는 효과를 나타낸다.

도 1은 종래의 기술에 따른 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 종단면도,
도 2는 도 1의 백라이트 장치에 대한 광 특성을 나타낸 평면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 종단면도,
도 4는 도 3의 백라이트 장치를 나타낸 평면도,
도 5는 도 3의 주요부인 광학 플레이트를 상세히 나타낸 부분 종단면도,
도 6은 도 5의 주요부인 반사 패턴의 다양한 분포 형상을 나타낸 부분 배면도,
도 7은 도 5의 주요부인 반사 패턴의 다양한 형상을 나타낸 부분 배면도,
도 8은 종래 및 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 장치에 대한 광 특성을 비교한 평면도, 및
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 종단면도이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 종단면도이고, 도 4는 도 3의 백라이트 장치를 나타낸 평면도이다.

이들 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 백라이트 장치는 기판(100), 기판 상에 복수개 실장되는 LED 광원(200), LED 광원이 노출되는 홀이 형성되어 기판 상면에 부착되는 반사 시트(300), 각 LED 광원(200)을 덮으면서 기판에 체결되는 확산 렌즈(400), 복수의 LED 광원(200)의 상측에 배치되는 확산판(500) 및 확산판(500)의 상측에 적층되는 프리즘 시트(600)를 포함한다. 이러한 구조의 직하형 백라이트 장치는 복수의 LED 광원(200)과 확산판(500) 사이에 광 산란 공간(A)이 확보되며, LED 광원(200)에서 출사되는 빛은 광 산란 공간(A)에서 균일하게 분포되어 확산판(500)과 프리즘 시트(600)를 통하여 상측으로 출사된다.

여기서, 기판(100)은 LED 광원(200)을 발광시키기 위한 소정의 회로가 인쇄되며, PCB 또는 FPCB와 같은 회로기판으로 구성될 수 있다. LED 광원(200)은 백라이트 장치의 광원을 구성하는 탑뷰 방식의 LED 패키지로서, 기판(100) 상에서 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격으로 복수개 실장된다. 반사 시트(300)는 광 반사율이 우수한 필름형태로 구성될 수 있으며, 기판의 상면에 적층되어 하측으로 누설되는 빛을 차단하고 광 산란 공간(A)에 분포되는 빛을 상측으로 반사시켜 백라이트 장치의 휘도를 향상시킨다. 확산 렌즈(400)는 탑뷰 방식의 LED 광원(200)에서 출사되는 빛의 지향각을 넓히기 위한 구성으로, 각 LED 광원을 덮도록 기판에 체결된다.

확산판(500)과 프리즘 시트(600)는 상측으로 출사되는 빛의 휘도와 휘도의 균일도를 향상시키기 위한 광 제어 부재이다. 확산판(500)은 LED 광원(200)에서 출사된 빛을 확산시켜 균일도를 향상시키고, 프리즘 시트(600)는 상측으로 출사되는 빛을 집광시켜 휘도를 향상시킨다. 특히, 본 발명에서의 확산판(500)은 도시된 바와 같이 하면에 반사 패턴(510)이 형성된다.

LED 광원(200)은 탑뷰 방식으로 소정의 지향각을 가지면서 상측으로 점광원의 빛을 출사한다. 백라이트 상측으로 출사되는 빛은 확산판(500)과 프리즘 시트(600)를 통과하면서 균일한 휘도 빛으로 출사되도록 제어된다. 그러나, LED 광원(200)과 확산판(500)의 간격이 좁아지는 경우 점광원의 특성상 LED 광원이 배치되는 영역에서는 주위보다 밝게 빛나는 핫 스팟이 발생한다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 확산판(500) 하면에는 반사 패턴(510)이 형성된다.

도 3에 도시된 바와 같이, LED 광원(200)에서 출사되는 일부의 빛은 일부는 반사 패턴이 형성되지 않은 영역에서 확산판(500)을 그대로 통과하지만, 다른 일부의 빛은 반사 패턴(510)에 의하여 하측으로 반사된다. 반사 패턴(510)에 반사된 빛은 반사시트에서 다시 반사되어 상측으로 진행하며, 이들 빛 중 일부는 확산판(500)을 통과하여 출사되고, 나머지는 다시 반사 패턴(510)에 의하여 하측으로 반사된다. 즉, LED 광원(200)에서 출사되는 빛은 확산판(500)의 반사 패턴(510)과 반사 시트(300)에 의하여 반사를 반복하는 과정에서 광 산란 공간(A)의 전체 영역에서 고르게 분포되면서 확산판(500)을 통하여 균일한 휘도로 출사된다.

이러한 반사 패턴(510)은 광 반사 안료를 수지에 분산시킨 반사 잉크를 확산판(500)의 표면에 스프레이 분사시키거나 스크린 프린팅하는 방법으로 형성할 수 있다. 이때, 반사 패턴(510)은 도 4에 도시된 바와 같이 소정의 직경을 갖는 도트 패턴으로 형성될 수 있으며, 도트 패턴은 다양한 형상을 이룰 수 있다.

도 5는 도 3의 주요부인 광학 플레이트를 상세히 나타낸 부분 종단면도이고, 도 6은 도 5의 주요부인 반사 패턴의 다양한 분포 형상을 나타낸 부분 배면도이며, 도 7은 도 5의 주요부인 반사 패턴의 다양한 형상을 나타낸 부분 배면도이다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 도트 형상의 반사 패턴(510)은 LED 광원(200)이 위치하는 수직 방향을 축을 중심으로 LED 광원으로부터의 거리에 따라 직경이나 밀도를 달리하면서 형성된다. 즉, 도 5의 (a)와 같이 반사 패턴(510)은, LED 광원(200)이 위치하는 수직 방향의 중심부에서는 큰 직경으로 형성되고, LED 광원(200)으로부터 멀어질수록 작은 직경으로 형성된다. 또한, 도 5의 (b)와 같이, 반사 패턴(510)은 LED 광원(200)이 위치하는 수직 방향의 중심부에서는 상대적으로 높은 밀도로 형성되고, LED 광원(200)으로부터 멀어질수록 밀도가 감소하도록 형성된다. 이러한 반사 패턴(510)의 분포에 의하여 LED 광원(200)이 위치하는 영역에서는 광 반사율을 높여 투과되는 광량을 감소시키고, LED 광원(200)으로부터 먼 영역에서는 광 반사율을 낮추어 투과되는 광량을 증가시켜, 전체적으로 균일한 광량이 출사되도록 한다.

그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 확산판(500)에 형성되는 반사 패턴(510)의 전체적인 분포는 LED 광원(200)이나 확산렌즈(400)의 형상에 따라 다양한 분포 형상을 이룬다. 즉, 본 발명에 따른 반사 패턴(510)의 분포는 도 6의 (a)와 같이 원 형상을 이루거나, 도 6의 (b)와 같이 사각 형상을 이루거나, 도 6의 (c)와 같이 육각 형상을 이룰 수 있다.

일반적으로 LED 광원(200) 및 확산 렌즈(400)에서 출사되는 빛은 원형의 배광 분포를 형성한다. 이 경우 가로 또는 세로 방향으로 인접하는 LED 광원(200) 사이는 짧은 거리로 인하여 광량이 중첩되어 휘도가 상승하고, 대각선 방향으로 인접하는 LED 광원(200) 사이는 긴 거리로 인하여 광량이 부족하여 휘도가 저하되어, 휘도의 불균형을 초래한다. 이때, 확산판(500)에 원형, 사각형 또는 육각형 등의 다양한 형상으로 반사패턴(510)의 밀도 및 배치를 달리 설계하여, 확산판(500) 상측으로 출사되는 빛이 LED 광원(200)과 LED 광원(200) 사이의 거리 변화에도 균일한 배광 분포를 갖도록 한다. 이와 같이 LED 광원(200) 간격이 변화되는 배치에서 출사되는 빛을 확산판(500)에 형성되는 다양한 형태의 반사패턴(510)에 의해 균일하게 제어되는 배광분포는 가로 및 세로 방향으로 복수개 배치되는 광원 배치 구조에 있어서, 가로 또는 세로 방향과 대각선 방향에서의 광량 중첩이나 광량 부족을 발생시키지 않으므로, 더욱 균일한 휘도 분포를 나타내도록 한다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 확산판(500)에 형성되는 반사 패턴(510)은 다양한 형상을 이룬다. 즉, 도 7의 (a)와 같이 원형의 도트 패턴으로 형성되거나, 도 7의 (b)와 같이 사각형의 도트 패턴으로 형성되거나, 도 7의 (c)와 같이 육각형의 도트 패턴으로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 있어서, 확산판(500)의 하면에 반사 패턴(510)이 형성되는 구성을 예시하였으나, 확산판(500)의 상면에 반사 패턴(510)이 형성되는 구성도 가능하다.

도 8은 종래 및 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 장치에 대한 광 특성을 비교한 평면도이다. 도 8에서는 동일한 휘도의 LED 광원을 사용하고, LED 광원으로부터 10cm 이격된 위치에 종래 및 본 발명에 따른 확산판을 배치하여, 확산판 상측으로 출사되는 빛에 대한 광 특성을 비교하였다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 확산판에서는 4개의 점광원에 대한 핫 스팟이 선명하게 인식되지만, 본 발명에 따른 확산판에서는 핫 스팟이 거의 인식되지 않음을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 반사 패턴(510)에 의하여 LED 광원(200)가 확산판(500) 사이의 간격을 좁히더라도 확산판 상측으로는 균일한 빛을 제공할 수 있다. 일반적으로 종래와 같이 반사 패턴(510)이 형성되지 않은 직하형 백라이트 장치에서는 기판(LED 광원)과 확산판 사이에 대략 25cm 내외의 간격(도 1의 L1)이 확보되어야 핫 스팟이 인식되지 않지만, 본 발명에서와 같이 반사 패턴이 형성되는 직하형 백라이트 장치에서는 기판(LED 광원)과 확산판 사이의 간격(도 3의 L2)이 대략 10cm 내외로 가까워지더라도 핫 스팟이 인식되지 않으므로, 백라이트 장치를 더욱 슬림화할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 종단면도이다. 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에서는 확산판(500)의 양 면에 반사 패턴(510)이 형성된다. 즉, 본 발명에서는 반사 패턴(510)이 확산판의 어느 일 면에 형성되거나 양 면에 모두 형성되는 구성도 가능하다.

확산판(500)의 상면과 하면에 형성되는 반사 패턴(510)은 모두 LED 광원(200)의 수직 축을 중심으로 점광원으로부터 거리가 멀수록 직경이 작아지거나 밀도가 감소하도록 형성될 수 있으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 확산판(500) 상면의 반사 패턴(510)은 LED 광원(200)의 위치에 무관하게 동일한 직경과 밀도로 형성된다. 즉, 확산판(500) 상면의 반사 패턴(510)은 전체적으로 균일하게 형성되어, 상면으로 더욱 균일한 빛이 출사되도록 한다. 즉, 도시된 바와 같이 확산판 내부로 입사된 빛은 상면의 반사 패턴(510)과 하면의 반사 패턴(510)에 의하여 확산판 내부에서 전반사되며, 반복적으로 전반사되는 과정에서 빛은 더욱 균일하게 분포되어 상면으로 출사된다.

한편, 본 발명의 실시예에 있어서, 확산판에 반사 패턴이 형성되는 구성을 예시하였으나, 확산판은 직하형 백라이트 장치에서 광 특성을 향상시키고자 하는 광학 플레이트로서, 반사 패턴은 확산판뿐만 아니라 다양한 종류의 광학 플레이트에 형성되는 구성도 가능하다.

이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100 : 기판
200 : LED 광원
300 : 반사 시트
400 : 확산 렌즈
500 : 확산판 510 : 반사 패턴
600 : 프리즘 시트

Claims (6)

1. 기판 상의 복수의 점광원이 일정 간격으로 배치되고, 광 특성을 개선하기 위하여 복수의 점광원 상측에 배치되는 광학 플레이트에 있어서,
   상기 광학 플레이트는 투광성의 플레이트로서, 상면 또는 하면의 적어도 일면에는 상기 점광원에서 출사되는 빛을 하측으로 반사시키기 위한 반사 패턴이 형성되어, 동일한 수의 LED 광원이 사용되는 직하형 백라이트 장치에 대하여 LED 광원과의 거리를 줄일 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 플레이트.
2. 제1항에 있어서, 상기 반사 패턴은,
   반사 잉크가 원형이나 다각형 형상의 도트 패턴으로 인쇄되는 것을 특징으로 하는 광학 플레이트.
3. 제2항에 있어서, 상기 반사 패턴은,
   상기 점광원이 위치하는 수직 축을 중심으로 점광원으로부터 거리가 멀수록 직경이 작아지거나 밀도가 감소하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 플레이트.
4. 제3항에 있어서,
   상기 반사 패턴이 상기 광학 플레이트의 상면과 하면에 모두 형성되는 경우,
   상면의 반사 패턴은 점광원의 위치에 무관하게 균일한 직경과 밀도로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 플레이트.
5. 제1항에 있어서, 상기 반사 패턴은,
   LED 광원의 수직 축을 중심으로 전체적으로 원형 또는 다각형 형상으로 분포하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 플레이트.
6. 기판;
   상기 기판 상에 복수개 실장되는 LED 광원; 및
   복수의 상기 LED 광원의 상측에 배치되며, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항으로 구성되는 광학 플레이트;를 포함하는 직하형 백라이트 장치.
   

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