KR20190031364A - 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광다이오드를 광원으로 채용하는 면광원 장치에 대하여 입광부 영역의 외관을 개선하는 백라이트 장치에 관한 것으로, 적어도 일 측면이 입광면을 형성하고, 상면은 출광면을 형성하며, 하면은 반사면을 형성하는 사각 플레이트 형상의 도광판에 있어서, 상기 출광면에 형성되어 도광판 내부의 빛의 진행 방향을 상기 입광면에 대한 수직 방향으로 유도하는 광 유도 패턴;과, 상기 입광면에 형성되어 광원모듈에서 입사되는 빛을 수평 방향으로 확산시키되, 다각 형상을 이루는 수직 방향 홈이 소정 간격으로 형성되는 광 확산 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치{Light guide plate and backlight unit having the same}

본 발명은 디스플레이 장치용 백라이트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광다이오드를 광원으로 채용하는 면광원 장치에 대하여 입광부 영역의 외관을 개선하는 백라이트 장치에 관한 것이다.

디스플레이 장치인 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device, 이하, 'LCD'라 함)는 다른 표시장치와는 달리 그 자체에서 빛을 발하지 못하여, 고품질의 화상을 실현하기 위해서는 반드시 별도의 외부 광원을 필요로 한다. 따라서 LCD는 액정패널 외에 광원으로 백라이트 장치를 더 포함하며, 백라이트 장치가 액정패널로 고휘도의 광원을 균일하게 공급함으로써 화상을 구현하게 된다.

이와 같이 백라이트 장치는 LCD와 같은 디스플레이 장치의 화상을 실현하기 위한 조명장치를 말하며, 광원의 위치에 따라 직하형(Direct Lighting type) 또는 측면형(Edge Lighting type) 백라이트 장치로 구분된다. 직하형 백라이트 장치는 하부의 광원에서 확산판과 광학시트를 통하여 액정 패널에 직접 빛을 비추어 조명하는 방식이며, 측면형 백라이트 장치는 도광판의 측부에 광원이 배치되어 도광판과 광학시트를 통하여 간접적으로 빛을 비추어 조명하는 방식이다. 백라이트 장치의 광원으로는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 장점을 갖는 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)가 주로 이용되고 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 측면형 백라이트 장치의 광원부 구조를 개략적으로 나타낸 결합 단면도이고, 도 2는 도 1의 백라이트 장치에 대한 광 출사 특성을 나타낸 평면도이며, 도 3은 도 1의 주요부인 도광판을 나타낸 사시도이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 백라이트 장치는 사각 판상의 커버버텀(10), 커버버텀 내부에 안착되는 반사시트(20), 반사시트 상에 안착되는 도광판(30), 도광판 측부에 배치되는 광원모듈(40), 도광판 상부에 적층되는 광학시트(50) 및 커버버텀 가장자리를 따라 체결되는 가이드 패널(60)을 포함한다. 여기서, 광원모듈(40)은 사각 형상의 커버버텀(10) 수납공간 일측에 배치되고, 다수의 점광원의 빛을 도광판(30)의 측면 입광면을 통하여 도광판 내부로 제공하여 측면형 백라이트 장치를 구성하게 된다.

또한, 광원모듈(40)은 소정의 회로가 인쇄된 기판(41) 상에 다수의 LED 패키지(42)가 일정 간격으로 실장되며, 각 LED 패키지(42)는 일정한 지향각의 빛을 점광원 형태로 출사시킨다. 이러한 점광원에 의하여 입광부 영역에서 출사되는 백라이트 장치의 광 특성은 도 2에 도시된 바와 같이, LED 패키지(42)가 배치된 위치에서는 높은 휘도의 명부 영역(A)으로 나타나지만, LED 패키지(42)가 배치되지 않은 위치(즉, LED 패키지 사이)에서는 상대적으로 낮은 휘도의 암부 영역(B)으로 나타난다.

이와 같은 명부와 암부의 차이는 외부에서 핫 스팟(Hot spot)으로 관찰되어 백라이트 장치의 외관을 저해하는 요인이 된다. 핫 스팟 문제는 최근 높은 휘도를 나타내는 LED 패키지(14b) 개발과 적은 수의 LED 패키지(14b) 사용에 따른 LED 패키지 사이의 간격(p) 증가로 인하여 더욱 심각해지고 있다.

이러한 문제를 해소하기 위하여 도광판 표면에 다양한 형상의 패턴을 적용한 백라이트 장치가 소개되고 있으며, 일 예로, 도광판의 입광면에 필름 또는 자외선 임프린팅 방식을 이용한 세레이션(serration) 패턴(33)이 적용되고 있다. 상기 세레이션 패턴(33)은 양각 또는 음각의 원형 또는 프리즘 형상의 패턴이 입광면에 대하여 수직 방향으로 형성된다. 세레이션 패턴(33)은 입광면을 통하여 입사되는 빛을 확산시켜 도광판의 광원부 영역에서 명부와 암부의 차이를 해소하는 효과를 나타낼 수 있다.

그러나 상기 세레이션 패턴(33)은 출광면이 평면 형상을 이루는 경우에는 휘도 편차를 개선하는 효과를 나타내지만, 출광면에 렌티큘러 패턴(31)과 같은 다른 광학 패턴이 형성되는 경우에는 광원부 영역에서 출광면으로 출사되는 빛이 양 패턴에 모두 간섭되어 대략 45°방향의 핫 스팟(이하, 이를 '45°앵글 스팟'이라 함)을 발생시킨다. 최근 도광판은 출광면에 빛의 진행을 유도하는 렌티큘러 패턴이 형성되고, 하면에 빛을 산란 및 난반사시키기 위한 도트 패턴이 형성되는 것이 일반적이다. 따라서 이와 같이 출광면에 특정 패턴이 형성되는 도광판에서 종래의 기술에 따른 세레이션 패턴이 적용되는 경우 오히려 45°앵글 스팟이 발생되어 광 특성을 저하시키는 문제점이 지속적으로 제기되어 왔다.

한국공개특허 10-2013-0118160호 한국공개특허 10-2011-0092850호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 점광원에 의한 광원부 영역에서의 명부와 암부 차이를 최소로 하여 외관을 개선하는 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 출광면에 렌티큘러 패턴이 형성되는 도광판에 대하여 입광면의 세레이션 패턴과 출광면의 렌티큘러 패턴의 간섭으로 발생되는 45°앵글 스팟을 방지할 수 있는 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 적어도 일 측면이 입광면을 형성하고, 상면은 출광면을 형성하며, 하면은 반사면을 형성하는 사각 플레이트 형상의 도광판에 있어서, 상기 출광면에 형성되어 도광판 내부의 빛의 진행 방향을 상기 입광면에 대한 수직 방향으로 유도하는 광 유도 패턴;과, 상기 입광면에 형성되어 광원모듈에서 입사되는 빛을 수평 방향으로 확산시키되, 다각 형상을 이루는 수직 방향 홈이 소정 간격으로 형성되는 광 확산 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 광 유도 패턴은 상기 렌티큘러 패턴인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광 확산 패턴은 3 앵글 구조의 홈 형상을 이루고, 상기 입광면을 기준으로 꺾어지는 제1 면이 형성하는 제1 내각은 70°내지 90°이고, 상기 제1 면을 기준으로 꺾이는 제2 면이 형성하는 제2 내각은 130°내지 140°이며, 상기 제2 면을 기준으로 꺾이는 제3 면이 형성하는 제3 내각은 150°내지 170°인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광 확산 패턴은 패턴의 폭(A)에 대한 패턴 사이의 간격(B)은 5A 내지 20A 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백라이트 장치는, 내부에 수납공간을 형성하는 커버버텀; 적어도 일 측면이 입광면을 형성하고 상면이 출광면을 형성하는 사각 플레이트 형상으로, 상기 출광면에는 다수의 렌티큘러 패턴이 상기 입광면과 수직하는 방향으로 형성되고, 상기 입광면에는 다각 홈 형상의 다수의 광 확산 패턴이 상하 수직 방향으로 형성되는 도광판; 상기 도광판의 입광면 측부에 배치되어 상기 도광판 내부로 빛을 제공하는 광원; 및 상기 도광판 상부에 적층되는 광학시트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 도광판 및 백라이트 장치는 도광판의 입광면에 형성되는 광 확산 패턴의 폭, 깊이, 간격과 구체적인 형상을 제어함으로써, 출광면에 형성되는 광 유도 패턴과의 간섭을 방지하고, 양호한 광 특성을 나타낼 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 측면형 백라이트 장치의 광원부를 나타낸 단면도,
도 2는 도 1의 백라이트 장치에 대한 광 출사 특성을 나타낸 평면도,
도 3은 도 1의 주요부인 도광판을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 도광판을 나타낸 사시도,
도 5는 도 4의 도광판의 주요부인 입광면을 상세히 나타낸 확대 평면도,
도 6은 도 5의 광 확산 패턴을 상세히 나타낸 확대 평면도,
도 7은 종래 및 본 발명에 따른 도광판의 광 특성을 나타낸 평면도,
도 8은 도광판의 입광면에 형성되는 광 확산 패턴의 다양한 예를 나타낸 확대 평면도이다.

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 4는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치의 도광판을 나타낸 사시도이고, 도 5 및 도 6은 도 4의 도광판의 주요부인 입광면과 광 확산 패턴을 상세히 나타낸 확대 평면도이며, 도 7은 종래 및 본 발명에 따른 도광판의 광 특성을 나타낸 평면도이다.

먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도광판(100)은 사각 플레이트 형상을 이루며, 일 측면은 광원모듈의 빛이 입사되는 입광면을 형성하고, 상면은 면광원의 빛이 출사되는 출광면을 형성하며, 하면은 누설되는 빛이 도광판 내부로 재입사되는 반사면을 형성한다. 또한, 상기 도광판(100)은 소정의 굴절율을 갖는 투명 아크릴 계열의 수지로 구성되며, 일 예로 PMMA(Polymethylmethacrylate), PS(Poly styrene), MS(Meta styrene) 또는 PC(Polycarbonate) 등의 수지로 구성된다

상기와 같은 구성의 도광판(100)은 커버버텀 내부에 안착되고, 커버버텀 내부의 도광판 입광면 측에는 광원모듈이 배치되어 백라이트 장치를 구성한다(도 1 참고). 백라이트 장치를 구성하는 도광판(100)은 광원모듈로부터 다수의 점광원의 빛을 입력받아 내부 전반사를 통하여 면광원으로 전환시켜 상측으로 출사시키는 백라이트 장치의 광 전환 소자로 기능한다.

또한, 상기 도광판(100)은 출광면에 렌티큘러 형상의 광 유도 패턴(110)이 형성된다. 광 유도 패턴(110)은 입광면으로 입사되는 빛을 비광원부 영역(즉, 입광면에 대하여 수직 방향)으로 진행하도록 유도하여 도광판 내부의 전체 영역에 빛이 고르게 분포되도록 한다. 상기 광 유도 패턴(110)은 입광면에 수직인 길이 방향으로 형성되고, 소정의 내경과 곡률을 갖는 볼록한 렌티큘러 패턴이 광원 배치 방향을 따라 연속 또는 불연속으로 다수개 형성된다.

또한, 상기 도광판(100)은 반사면에 도트 형상의 광 산란 패턴(120)이 형성된다. 광 산란 패턴(120)은 도광판 하면에서 전반사되는 빛을 산란 및 난반사시켜 도광판 내부의 전체 영역에 빛이 고르게 분포되도록 한다. 상기 광 산란 패턴(120)은 광원부에서 멀어질수록 밀도와 크기를 달리할 수 있으며, 도트 형상과 프리즘 형상이 혼합된 복합 형상을 이룰 수도 있다.

또한, 본 발명의 도광판(100)은 입광면에 광 확산 패턴(130)이 형성된다. 상기 광 확산 패턴(130)은 다각 형상의 음각 패턴이 출광면과 반사면을 연결하는 수직 방향으로 형성된다. 광 확산 패턴(130)은 소정의 간격을 이루면서 입광면의 길이 방향(수평 방향)을 따라 다수개 형성된다. 또한, 광 확산 패턴(130)은 도광판(100)의 입광면 표면에 직접 형성된다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 광 확산 패턴(130)은 적어도 3 부분의 내각(θ1,θ2,θ3)을 갖는 다각 형상을 이루며, 입광면에 대하여 소정의 폭(A)과 깊이(D)를 갖고 다수개가 소정의 간격(B)으로 형성된다. 즉, 도광판(100)의 입광면은 오목한 형상의 광 확산 패턴과 함께 평면인 각 패턴 사이의 경면이 반복되는 구조를 이룬다.

이때, 광 확산 패턴(130)의 폭(A)은 대략 50 내지 100㎛ 이고, 깊이(D)는 대략 10 내지 35㎛이며, 이웃하는 패턴 사이의 간격(B)은 패턴 폭(A)에 비하여 대략 5 내지 20배(즉, 5A ≤ B ≤ 20A)의 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 광 확산 패턴(130)의 폭, 깊이 및 간격이 상기 범위를 벗어나는 경우 출광면의 광 유도 패턴(110)과 간섭되어 45°앵글 스팟이 나타나 외관을 저해시키게 된다.

또한, 상기 광 확산 패턴(130)은 적어도 3 앵글 구조의 다각 형상을 이루되, 입광면을 기준으로 꺾이는 제1 면(131)이 형성하는 제1 내각(θ1)은 70°내지 90°이고, 제1 면(131)을 기준으로 꺾이는 제2 면(132)이 형성하는 제2 내각(θ2)은 130°내지 140°이며, 제2 면(132)을 기준으로 꺾이는 제3 면(133)이 형성하는 제3 내각(θ3)은 150°내지 170°인 것이 바람직하다. 다각 형상의 각 면이 형성하는 내각이 상기 범위를 벗어나는 경우 명부와 암부 사이의 휘도 편차가 증가하거나 45°앵글 스팟이 나타나 외관을 해치게 된다.

도 7의 (a)는 종래의 기술에 따라 폭 50㎛, 깊이 25㎛ 및 간격이 50㎛인 반원형의 세레이션 패턴에 대한 도광판 상면에서의 광 특성을 도시하였고, (b)는 본 발명에 따라 폭 100㎛, 깊이 35㎛ 및 간격이 1100㎛이고, 제1 내각은 80°, 제2 내각은 135° 및 제3 내각은 160°인 다각 형상의 광 확산 패턴에 대한 도광판 상면에서의 광 특성을 도시하였다. 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 세레이션 패턴에서는 45°앵글 스팟이 선명하게 인식되는 핫 스팟이 관찰되지만, 본 발명에 따른 다각 형상의 광 확산 패턴(130)이 형성된 도광판은, 45°앵글 스팟이 현저히 감소되어 외관이 개선되었음을 확인할 수 있다.

[ 실험예1 ]

도 8은 도광판의 입광면에 형성되는 광 확산 패턴의 다양한 예를 나타낸 확대 평면도이고, 실험예1에서는 다양한 앵글 구조를 갖는 광 확산 패턴에 대한 광 특성을 실험하였다.

도시된 바와 같이, 광 확산 패턴(130)은 (a)와 같이 제1 내각을 갖는 1차 앵글 구조를 이루거나, (b)와 같이 제1 내각 및 제2 내각을 갖는 2차 앵글 구조를 이루거나, (c)와 같이 제1 내각 내지 제3 내각을 갖는 3차 앵글 구조를 이룰 수 있다.

각 앵글 구조에서 내각의 크기에 따른 광 특성을 실험하여 [표 1] 내지 [표 3]에 나타내었다.

제1내각	35°	70°	80°
외관
확산효과	거의 없음	-	현저하게 나타남

[표 1]은 1차 앵글 구조의 광 확산 패턴에 대하여 제1 내각(θ1)의 크기에 따른 광 확산 효과를 나타내었다. 상기 [표 1]에서 알 수 있는 바와 같이, 1차 앵글 구조에서 제1 내각(θ1)이 35°내외로 작을 경우 확산 효과가 거의 나타나지 않고, 70° 내지 80°와 같이 증가할수록 광 확산 효과는 현저하게 나타난다. 다만, 이 경우 광 확산 효과와 함께 45°앵글 스팟도 선명하게 인식된다.

제2내각	120°	130°	140°	150°
외관
명암비	59%	71%	68%	65%

[표 2]는 2차 앵글 구조에 대한 광 확산 패턴으로 제1 내각(θ1)을 80°로 하였을 때 제2 내각(θ2)의 크기에 따른 광 확산 효과 및 45°앵글 스팟 효과(명부와 암부의 차이)를 나타내었다. 상기 [표 2]에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 내각(θ2)이 130° 내지 140°일 때 우수한 광 확산 효과를 나타내면서 45°앵글 스팟 효과가 제거되어 명부 영역에 대한 암부 영역의 휘도 비율(명암비)이 각각 71% 및 68%로 높아 명부와 암부의 휘도 편차가 현저히 개선되지만, 제2 내각(θ2)이 120° 내외에서는 암부 영역의 휘도 비율이 59%로 낮아져 휘도 편차가 증가하고, 150°내외에서도 휘도 편차가 증가함과 동시에 45°앵글 스팟 효과도 증가되어 외관 특성이 저하된다.

제3내각	150°	160°	170°
외관
확산효과	65%	81%	75%

[표 3]은 3차 앵글 구조에 대한 광 확산 패턴으로 제1 내각(θ1)을 80°로 하고, 제2 내각(θ2)을 135°로 하였을 때, 제3 내각(θ3)의 크기에 따른 광 확산 효과 및 45°앵글 스팟 효과를 나타내었다. 상기 [표 3]에서 알 수 있는 바와 같이, 제3 내각(θ3)이 160°일 때 45°앵글 스팟이 거의 나타나지 않으면서 명부에 대한 암부의 휘도 비율도 81%로 가장 높게 나타나 휘도 편차도 최소가 되며, 제3 내각(θ3)이 150°내지 170°사이에서 대체로 양호한 광 특성이 나타나고 있다.

[ 실험예2 ]

실험예1에서는 도광판(100)의 입광면에 대하여 광 확산 패턴(130)의 폭(A)과 패턴 사이의 간격(B)의 비율에 따란 광 특성을 실험하였다. 본 발명의 도광판(100)은 입광면에 대하여 광 확산 패턴(130)의 폭(A)과 패턴 사이의 간격(B)의 비율에 따라 상이한 광 특성을 나타낸다.

A:B	1:5	1:10	1:15	1:20
외관
명암비	68%	82%	79%	77%

[표 4]는 광 확산 패턴(130)의 폭(A) 100㎛, 깊이(D) 35㎛ 인 도광판에 대하여 패턴 사이의 간격에 따른 광 특성을 나타내었다. 이때, 광 확산 패턴(130)은 3차 앵글 구조로서 제1 내각(θ1)은 80°, 제2 내각(θ2)은 135° 및 제3 내각(θ3)은 160°로 하였다. 상기 [표 4]에서 알 수 있는 바와 같이, 광 확산 패턴(130)의 폭(A)과 간격(B)의 비가 대략 1:10 내지 1:15 사이에서 45°앵글 스팟이 거의 나타나지 않고, 대략 1:5 또는 1:20부터 45°앵글 스팟이 조금씩 나타난다. 또한, 명부에 대한 암부의 휘도 비율은 1:10 에서 81.6%로 가장 높게 나타나고 1:20 까지는 77.4% 이상으로 비교적 높아 휘도 편차가 거의 나타나지 않고, 1:5 부터 67.6%로 줄어들면서 휘도 편차가 나타나기 시작한다. 따라서, 광 확산 패턴(130)은 이웃하는 패턴 사이의 간격(B)이 패턴 폭(A)에 대비 대략 5 내지 20배로 형성될 때 양호한 광 특성을 나타낸다.

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 : 도광판
110 : 광 유도 패턴
120 : 광 산란 패턴
130 : 광 확산 패턴

Claims (5)

1. 적어도 일 측면이 입광면을 형성하고, 상면은 출광면을 형성하며, 하면은 반사면을 형성하는 사각 플레이트 형상의 도광판에 있어서,
   상기 출광면에 형성되어 도광판 내부의 빛의 진행 방향을 상기 입광면에 대한 수직 방향으로 유도하는 광 유도 패턴;과,
   상기 입광면에 형성되어 광원모듈에서 입사되는 빛을 수평 방향으로 확산시키되, 다각 형상을 이루는 수직 방향 홈이 소정 간격으로 형성되는 광 확산 패턴;을 포함하는 도광판.
2. 제1항에 있어서, 상기 광 유도 패턴은,
   상기 렌티큘러 패턴인 것을 특징으로 하는 도광판.
3. 제2항에 있어서, 상기 광 확산 패턴은,
   3 앵글 구조의 홈 형상을 이루고,
   상기 입광면을 기준으로 꺾이는 제1 면이 형성하는 제1 내각은 70°내지 90°이고, 상기 제1 면을 기준으로 꺾이는 제2 면이 형성하는 제2 내각은 130°내지 140°이며, 상기 제2 면을 기준으로 꺾이는 제3 면이 형성하는 제3 내각은 150°내지 170°인 것을 특징으로 하는 도광판.
4. 제3항에 있어서, 상기 광 확산 패턴은,
   패턴의 폭(A)에 대한 패턴 사이의 간격(B)은 5A 내지 20A 인 것을 특징으로 하는 도광판.
5. 내부에 수납공간을 형성하는 커버버텀;
   적어도 일 측면이 입광면을 형성하고 상면이 출광면을 형성하는 사각 플레이트 형상으로, 상기 출광면에는 다수의 렌티큘러 패턴이 상기 입광면과 수직하는 방향으로 형성되고, 상기 입광면에는 다각 홈 형상의 다수의 광 확산 패턴이 상하 수직 방향으로 형성되는 도광판;
   상기 도광판의 입광면 측부에 배치되어 상기 도광판 내부로 빛을 제공하는 광원; 및
   상기 도광판 상부에 적층되는 광학시트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
   

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