KR20200113061A - 디스플레이용 백라이트 장치 - Google Patents

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KR20200113061A
KR20200113061A KR1020190031945A KR20190031945A KR20200113061A KR 20200113061 A KR20200113061 A KR 20200113061A KR 1020190031945 A KR1020190031945 A KR 1020190031945A KR 20190031945 A KR20190031945 A KR 20190031945A KR 20200113061 A KR20200113061 A KR 20200113061A
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김기정
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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치용 백라이트 장치에 관한 것으로, 기판 상에 다수의 광원이 실장되어 상부로 빛을 출사하는 광원 모듈, 상기 광원을 덮으면서 상기 기판에 결합되어 상기 광원의 빛을 투과시키는 투명 소재의 도광부, 상기 광원의 위치에 대응하는 위치에서 상기 도광부 상면의 음각 캐비티에 충진되거나 코팅되어 상기 광원의 수직 성분의 빛을 경사 방향으로 반사시키는 제 1 입체 패턴, 및, 상기 기판과 상기 도광부 사이에 개입되어 상기 제 1 입체 패턴에서 반사되는 빛을 반사시켜 상기 도광부 상면으로 출사시키는 반사시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디스플레이용 백라이트 장치{Backlight unit for display device}
본 발명은 디스플레이용 백라이트 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디스플레이 장치는 영상 신호를 전달받아 표시하는 장치로, TV나 모니터 등이 이에 속하며, 영상을 표시하기 위한 수단으로 액정표시장치(LCD : Liquid Crystal Display Device), 유기발광장치(OLED : Organic Light Emitting Display), 플라즈마표시장치(PDP : Plasma Display Panel) 등 다양한 장치가 이용되고 있다.
LCD는 다른 표시장치와는 달리 그 자체에서 빛을 발하지 못하여, 고품질의 화상을 실현하기 위해서는 반드시 별도의 외부 광원을 필요로 한다. 따라서 LCD는 액정패널 외에 면광원의 백라이트 유닛을 더 포함하여, 백라이트 유닛이 액정패널로 고휘도의 광원을 균일하게 공급함으로써 화상을 구현하게 된다. 이와 같이 백라이트 유닛은 LCD와 같은 디스플레이 장치의 화상을 실현하기 위한 면조명 장치를 말하며, 광원이 배치되는 위치에 따라 직하형(Direct Lighting type) 또는 측면형(Edge Lighting type) 백라이트 유닛으로 구분된다. 백라이트 유닛의 광원으로는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 장점을 갖는 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)가 주로 이용되고 있다.
도 1은 종래의 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도이다.
직하형 백라이트 장치는 기판(11) 상에 다수의 LED 소자(12)가 실장되고, LED 소자(12)와 이격되는 상부에 투광 부재(13)가 배치되며, 투광 부재(13)의 하면에는 LED 소자(12)에 대응하는 위치에 반사 패턴(14)이 형성된다. 반사 패턴(14)은 다양한 소재의 반사 물질이 투광 부재(13)에 인쇄되어 형성되거나, 투광 부재(13) 표면이 반사 기능을 갖도록 패터닝 되어 형성될 수 있다.
이러한 종래의 직하형 백라이트 장치는 반사 패턴이 단순한 평면 구조를 이루고 있어 가우시안(Gaussian) 형태의 반사 특성을 갖는다. 즉, LED 소자에서 출사되는 빛은 반사 패턴(14)에 의하여 하측으로 반사되고, 하측으로 반사된 빛은 다시 반사시트(15)에 의하여 상측으로 반사되면서, 상하측 방향으로 반사를 무한 반복한다. 이때, 반사 패턴 및 반사시트는 약 92%의 반사율을 가지는데, 빛이 매회 반사되는 과정에서 약8%의 광 손실이 발생되므로, 반사 횟수가 많을수록 광 손실이 증가한다. 따라서 종래의 백라이트 장치는 단순한 평면 구조의 반사 패턴에 의하여 빛이 반사 횟수가 많아지므로, 높은 광 손실율을 갖는 문제점이 있다.
또한, 종래의 백라이트 장치는 슬림형 백라이트 장치를 구현하기 위해서 LED 소자와 반사 패턴 사이의 광학 거리(OD)를 좁히는 경우 반사 패턴의 크기나 밀도가 증가되어야 하므로, 광 손실율이 더욱 증가하는 문제점이 있다.
한국공개특허 10-2017-0066974호(2017.06.15.출원공개, 광 확산판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 직하형 백라이팅 구조에 있어서 반사 패턴의 의하여 광 균일도를 향상시키면서 광 손실을 최소로 할 수 있는 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 광 손실을 나타내지 않으면서 슬림형에 유리한 백라이트 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백라이트 장치는, 기판 상에 다수의 광원이 실장되어 상부로 빛을 출사하는 광원 모듈, 상기 광원을 덮으면서 상기 기판에 결합되어 상기 광원의 빛을 투과시키는 투명 소재의 도광부, 상기 광원의 위치에 대응하는 위치에서 상기 도광부 상면의 음각 캐비티에 충진되거나 코팅되어 상기 광원의 수직 성분의 빛을 경사 방향으로 반사시키는 제 1 입체 패턴, 및, 상기 기판과 상기 도광부 사이에 개입되어 상기 제 1 입체 패턴에서 반사되는 빛을 반사시켜 상기 도광부 상면으로 출사시키는 반사시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 입체 패턴은, 경사 구조의 반사면을 갖는 역원뿔 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사면은, 제 1 경사를 갖는 제 1 반사면과, 상기 제 1 경사와 다른 제 2 경사를 갖는 제 2 반사면을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사면은, 곡면 형상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원 사이에서 상기 도광부 하면의 음각 캐비티에 충진되거나 코팅되어 상기 제 1 입체 패턴에서 반사되는 빛을 반사시키는 제 2 입체 패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 입체 패턴과 상기 제 2 입체 패턴은, 상하 방향에 대하여 서로 대치되는 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 도광부 상면에 형성되는 광 확산층;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광 확산층은, 상면에 형성되는 광 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 도광부 상면의 반사 패턴이 3D 입체 형상을 이룸으로써, 반사 패턴과 반사 시트 사이의 광 반사를 최소로 하여 반사에 따른 광 손실을 최소로 하면서 광 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도.
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.
후술되는, 본 실시예의 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시예에 관련하여 다른 실시예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이, 면적 및 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 본 실시예의 설명에 있어서, 내, 외, 상, 하 등과 같은 표현은 서로 상대적인 위치나 방향 등을 나타내는 것으로 그 기술적 의미가 반드시 사전적 의미에 구속되지는 않는다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예의 백라이트 장치는 기판(110) 상에 다수의 LED 소자(120)가 실장되는 광원 모듈(100), LED 소자(120)를 밀봉하면서 기판(110) 상에 소정의 두께로 형성되는 도광부(200), 기판(110)과 도광부(200) 사이에 개입되는 반사시트(300) 및 도광부(200) 상면에 형성되는 입체 패턴(400)을 포함한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 백라이트 장치는 도광부(200) 상부에 배치되는 광학시트를 더 포함하고, 광학시트 상부에 액정패널이 배치되어 디스플레이 장치를 구성한다.
상기와 같은 구성의 백라이트 유닛은 LED 소자(120)에서 출사되는 점광원의 빛이 도광부(200) 내부를 통과하면서 확산 및 산란되고, 상부의 입체 패턴(400)에 의하여 하측의 사선 방향으로 반사되며, 다시 하측의 반사시트(300)에서 반사되는 과정을 반복하면서 전체적으로 균일한 면광원의 빛으로 전환되어 도광부(200) 상면의 출광면(200a)으로 출사된다.
구체적으로 살펴보면, LED 모듈(100)은 백라이트 장치의 광원으로, 기판(110) 상에 LED 소자(120)가 가로, 세로, 대각선 또는 임의의 방향으로 소정 간격을 이루면서 다수개 실장된다. 기판(110)은 소정의 회로가 인쇄되고, LED 소자(120)는 상측으로 빛을 발하는 탑 뷰(top view) 방식의 소자로 구성된다. 각 LED 소자(120)에서 출사되는 빛은 도광부(200) 내부로 입사된다.
도광부(200)는 LED 소자(120)를 밀봉하면서 LED 소자(120)의 빛을 흡수하고, 흡수한 빛을 도광부(200)의 전체 영역으로 확산시킨 후 상면으로 출사되도록 유도한다. 도광부(200)는 광원 모듈(100)을 인서트 물로 하는 사출 성형(injection molding)이나, 디스펜싱 몰딩(dispensing molding) 또는 핫 멜트 몰딩(hot melt molding) 등의 공정으로 광원 모듈(100)과 일체형으로 형성될 수 있다. 따라서 LED 소자(120)에서 출사되는 빛은 에어층을 거치지 않고 직접 도광부(200)로 입사됨으로써, 굴절율 차이에 따른 에어층에서의 광 손실도 방지할 수 있다.
또한, 도광부(200)는 내부에서 빛 손실을 최소로 하도록 고투명도를 갖는 소재로 구성되며, 일 예로, Glass, Sapphire, PMMA, PUA, PET, PI, PO, PVC, PC, PE, PP, PS, Si, SiOx, Al, Al2Ox, ZnO, POE, EVA, 에폭시 중 어느 하나 이상을 포함하는 투명 소재로 구성될 수 있다(x는 임의의 자연수).
반사시트(300)는 기판(110)과 도광부(200) 사이 즉, 기판(110) 상면에 배치되며, 도광부(200) 내부에 분포되거나 입체 패턴(400)에서 하측으로 반사되는 빛을 다시 상측으로 반사시켜 도광부 상면의 출광면(200a)으로 출사되도록 한다. 반사시트(300)는 고반사율을 갖는 시트 또는 필름이 기판(110) 상면에 결합되거나 고반사율을 갖는 물질이 기판(110) 상면에 코팅되어 형성될 수도 있다.
입체 패턴(400)은 LED 소자(120)에서 수직 상측으로 출사되는 빛을 측면으로 반사시켜 도광부(200)의 전체 영역에서 균일한 휘도의 빛이 출사되도록 한다. 입체 패턴(400)은 도광부(200) 상면에 형성되고, LED 소자(120)의 위치에 대응하는 위치에서 도광부(200)에 결합되어 형성된다. 즉, 입체 패턴(400)은 각 LED 소자(120)와 1:1로 대응하는 위치에서 LED 소자(120)의 수직 상부에 위치하도록 형성되며, 도광부(200)의 상면에 가로, 세로, 대각선 또는 임의 방향으로 소정 간격을 이루면서 다수개 형성된다. 입체 패턴(400)은 고반사율을 갖는 물질이 도광부(200) 상면에 코팅되어 형성될 수 있다.
또한, 입체 패턴(400)은 3D 구조의 입체 형상을 이루어 경사 구조의 반사면(410)을 가지며, 이를 위한 입체 패턴(400)은 종단면이 역원뿔 형상을 이루는 것이 바람직하다. 여기서 역원뿔 형상이란 빛이 측면 경사 방향으로 반사될 수 있도록 하측으로 갈수록 상대적으로 직경이 좁아지는 형상을 말하고, 꼭지각은 소정의 곡률을 갖는 라운드 형상을 이룰 수 있으며, 반구형이나 반타원형을 포함한다. 또한, 입체 패턴(400)은 횡단면이 원형, 사각형, 다각형 등 다양한 형상을 이룰 수 있다.
이러한 입체 패턴(400)은 도광부(200) 상면이 오목하게 음각된 캐비티(cavity, 210) 내에 광반사 물질이 충진되어 형성될 수 있다. 입체 패턴(400)을 구성하는 광 반사 물질은 Ag, Tio2, ZnO, Si, SiO2, Al2O3, Al 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 입체 패턴(400)은, 도 2a와 같이 캐비티(210) 내부의 모든 영역에 광 반사 물질이 충진되거나, 도 2b와 같이 표면을 따라 코팅되어 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성의 입체 패턴(400)을 갖는 백라이트 장치는 LED 소자(120)에서 수직 상측으로 출사되는 빛(L1)이 입체 패턴(400)의 반사면(410)에서 경사 방향으로 반사된 후(L2) 반사시트(300)에서 다시 반사되어 입체 패턴(400) 사이의 출광면(200a)으로 출사된다(L3). 따라서 본 실시예의 백라이트 장치는 LED 소자(120)에서 수직 상측으로 출사되는 빛이 반사되는 과정을 최소로 하여 출사되도록 함으로써, 반사 과정에서 나타나는 광 손실을 최소로 한다. 또한, 본 실시예의 백라이트 장치는 두께가 얇아지더라도 반사에 의한 광 손실이 나타나지 않으므로, 백라이트 장치의 슬림화에 유리하면서 높은 휘도를 나타낼 수 있다. 본 실시예의 백라이트 장치는 LED 소자(120)와 입체 패턴(400)은 0.05mm 내지 20mm의 간격을 이룰 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도이다. 본 실시예의 백라이트 유닛은 입체 패턴(400)이 다단 구조를 이루고, 도광부(200) 상면에 광 확산층(500)이 더 형성되는 것을 특징으로 하며, 광원 모듈(100), 도광부(200) 및 반사시트(300)에 대한 구성은 제 1 실시예와 동일하여 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예의 입체 패턴(400)은 소정의 경사를 갖는 제 1 반사면(410)과, 제 1 반사면(410)의 경사와 다른 경사를 갖는 제 2 반사면(420)을 포함한다. 이때, 제 2 반사면(420)은 제 1 반사면(410)에서 연장되고, 본 실시예에서는 2 단의 반사면(410,420)을 갖는 입체 패턴(400)을 예시하였으나 3단 이상의 다단 구조를 이룰 수 있으며, 반사면(410,420)이 곡면 형상을 이룰 수도 있다. 이와 같이 서로 다른 경사의 다수의 반사면(410,420)을 갖는 입체 패턴(400)은 LED 소자(120)의 빛을 다양한 각도로 반사시켜 출광면으로 출사되는 빛의 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 광 확산층(500)은 입체 패턴(400)을 포함하는 도광부(200) 상면에 소정의 두께로 형성되며, 도광부(200)에서 출사되는 빛을 확산시켜 더욱 균일한 빛이 출사되도록 한다. 광 확산층(500)은 광 확산제가 혼합된 투명 수지가 도광부(200) 상면에 코팅되어 형성될 수 있다.
또한, 광 확산층(500)은 도 3b와 같이 상면에 광 패턴(510)을 형성할 수 있다. 광 패턴(510)은 출사되는 빛의 출사각을 제어하며, 도트 형상, 프리즘 형상, 렌티큘러 형상 등 다양한 형상을 이룰 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도이다. 본 실시예의 백라이트 장치는 입체 패턴(400)이 LED 소자(120) 사이에서 도광부(200) 하면에 더 형성된다. 즉, 도시된 바와 같이, 백라이트 장치는 도광부(200) 상면의 제 1 입체 패턴(400-1)과 도광부(200) 하면의 제 2 입체 패턴(400-2)을 포함한다. 제 1 입체 패턴(400-1)은 LED 소자(120)의 수직 상부에서 도광부(200) 상면에 형성되고, 제 2 입체 패턴(400-2)은 LED 소자 사이에서 도광부(200) 하면에 형성된다. 이때, 제 1 입체 패턴(400-1)과 제 2 입체 패턴(400-2)은 상하 방향으로 서로 대칭되는 형상을 이룰 수 있다.
상기와 같은 구성의 백라이트 장치는 LED 소자(120)에서 수직 상측으로 출사되는 빛은 제 1 입체 패턴(400-1)에서 경사를 이루면서 하측으로 반사되고, 반사된 빛의 일부는 제 2 입체 패턴(400-2)에 의하여 경사를 이루면서 상측으로 반사된 후, 도광부(200) 상면의 출광면(200a)을 통하여 출사된다. 따라서 본 실시예의 백라이트 장치는 LED 소자(120)에서 출사되는 빛이 도광부(200)의 상하면 양면에서 경사 방향으로 반사되므로, 빛의 반사 회수를 더욱 줄여 광 손실을 줄일 수 있으며, 더욱 균일한 빛이 출사되도록 한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
100 : 광원 모듈
110 : 기판 120 : LED 소자
200 : 도광부
300 : 반사시트
400 : 입체 패턴
410, 420 : 반사면
500 : 광 확산층
510 : 광 패턴

Claims (8)

  1. 기판 상에 다수의 광원이 실장되어 상부로 빛을 출사하는 광원 모듈;
    상기 광원을 덮으면서 상기 기판에 결합되어 상기 광원의 빛을 투과시키는 투명 소재의 도광부;
    상기 광원의 위치에 대응하는 위치에서 상기 도광부 상면의 음각 캐비티에 충진되거나 코팅되어 상기 광원의 수직 성분의 빛을 경사 방향으로 반사시키는 제 1 입체 패턴; 및
    상기 기판과 상기 도광부 사이에 개입되어 상기 제 1 입체 패턴에서 반사되는 빛을 반사시켜 상기 도광부 상면으로 출사시키는 반사시트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 입체 패턴은,
    경사 구조의 반사면을 갖는 역원뿔 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 반사면은,
    제 1 경사를 갖는 제 1 반사면과, 상기 제 1 경사와 다른 제 2 경사를 갖는 제 2 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 반사면은,
    곡면 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원 사이에서 상기 도광부 하면의 음각 캐비티에 충진되거나 코팅되어 상기 제 1 입체 패턴에서 반사되는 빛을 반사시키는 제 2 입체 패턴;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 입체 패턴과 상기 제 2 입체 패턴은, 상하 방향에 대하여 서로 대치되는 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광부 상면에 형성되는 광 확산층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 광 확산층은,
    상면에 형성되는 광 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치.
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