KR20200133087A - 천공 반사부재를 갖는 백라이트 장치 - Google Patents

천공 반사부재를 갖는 백라이트 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디스플레이 패널로 균일한 면광원의 빛을 제공하는 직하형 백라이트 장치에 관한 것으로, 본 실시예의 백라이트 장치는, 기판 상에 다수의 광원이 소정 간격으로 실장되는 광원모듈, 상기 광원을 노출시키면서 상기 기판 상에 배치되는 반사시트, 상기 광원모듈과 이격된 상부에 배치되는 확산판, 및, 상기 광원과 상기 확산판 사이에 배치되고, 상면과 하면에는 반사층이 형성되면서 상하부를 관통하는 다수의 투광 홀이 천공되는 반사부재를 포함한다.

Description

천공 반사부재를 갖는 백라이트 장치{Backlight unit having hole pattern reflect sheet}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이 패널로 균일한 면광원의 빛을 제공하는 직하형 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 장치를 더 포함하고, 백라이트 장치가 액정패널로 고휘도의 광원을 균일하게 공급함으로써 양질의 화상을 구현하게 된다. 이와 같이 백라이트 장치는 LCD와 같은 디스플레이 장치의 화상을 실현하기 위한 면조명 장치를 말하며, 광원이 배치되는 위치에 따라 직하형(Direct Lighting type) 또는 측면형(Edge Lighting type) 백라이트 장치로 구분된다. 백라이트 장치의 광원으로는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 장점을 갖는 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)가 주로 이용되고 있다.
직하형 백라이트 장치는 다수의 LED 광원이 상측을 향하도록 배열되고, LED 광원과 소정의 간격을 이루면서 확산판 및 광학 시트가 배치되며, LED 광원의 빛이 확산판 및 광학 시트를 통하여 직접 상측으로 출사된다. 이러한 직하형 백라이트 장치는 LED 광원의 배열 면적에 제한이 없어 대화면의 백라이트 장치에 유리하다.
반면, 직하형 백라이트 장치는 LED의 특성상 점광원에 의한 핫 스팟(Hot spot)을 해결하기 위하여, LED 광원과 확산판 사이에 광 믹싱이 충분히 이루어지도록 하는 최소한의 광학 거리(Optical Distance : OD)를 확보하여야 하므로, 슬림화에 불리한 단점이 있다. 직하형 백라이트 장치에 있어서, 핫 스팟에 의한 문제를 해결하기 위하여 다양한 기술이 제시되고 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이, 종래의 백라이트 장치는 기판(11) 상에 다수의 LED 소자(12)가 실장되고, 하면에 반사패턴(14)이 형성된 확산판(13)이 LED 소자(12)와 소정 간격을 이루면서 상부에 배치된다. 기판(11) 상에는 LED 소자(12)를 노출시키면서 반사시트(16)가 구비되고, 확산판(13) 상부에 광학 시트(17)가 배치된다.
이러한 백라이트 장치는 LED 소자(12)에서 출사된 빛이 반사패턴(14)에 의하여 하측으로 반사되고, 다시 반사시트(16)에 의하여 상측으로 반사되는 과정을 반복하면서 반사패턴(14) 사이의 투광 홀(15)을 통하여 확산판(13) 상면으로 출사된다. 이때, 빛이 강한 LED 소자(12)의 수직 상부는 반사패턴(14)이 높은 밀도로 형성되고, 빛이 상대적으로 약한 LED 소자(12)로부터 이격된 위치에서는 반사패턴(14)이 상대적으로 낮은 밀도로 형성된다. 따라서 반사패턴(14)을 갖는 백라이트 장치는 두께가 얇아지더라도 균일한 휘도를 제공할 수 있다.
그러나 종래의 백라이트 장치는, 확산판에 직접 반사패턴을 형성하는 구성으로 확산판의 표면 경도에 따라 반사패턴이 불균일하게 인쇄되어, 광 균일도를 정밀하게 제어하기가 어려운 단점이 있다. 또한, 종래의 백라이트 장치는 반사패턴에 의해서만 광 균일도가 제어되므로, 광 균일도 제어에 한계를 갖고 결국 백라이트 장치나 디스플레이 장치의 슬림화에도 한계가 있다.
한국공개특허 10-2009-0044058호(2009.05.07.출원공개)
본 과제는, LED 소자에서 출사되는 빛의 확산 구조를 개선하여 균일한 광 특성을 제공하면서 백라이트 장치 또는 디스플레이 장치를 더욱 슬림화하는데 있다.
또한, 본 과제는, LED 소자에서 출사된 빛이 서로 다른 기능의 각 반사층에서 충분히 확산된 후 확산판을 통과하도록 하여 광 균일도를 더욱 향상시키는 것이다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 실시예의 백라이트 장치는, 기판 상에 다수의 광원이 소정 간격으로 실장되는 광원모듈, 상기 광원을 노출시키면서 상기 기판 상에 배치되는 반사시트, 상기 광원모듈과 이격된 상부에 배치되는 확산판, 및, 상기 광원과 상기 확산판 사이에 배치되고, 상면과 하면에는 반사층이 형성되면서 상하부를 관통하는 다수의 투광 홀이 천공되는 반사부재를 포함한다.
여기서, 상기 반사층은, 상기 반사부재 하면에 형성되어 상기 반사부재 하부 공간에 분포하는 빛을 정반사시키는 제 1 반사층과, 상기 반사부재 상면에 형성되어 상기 반사부재 상부 공간에 분포하는 빛을 난반사시키는 제 2 반사층으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 1 반사층은 상기 반사부재 표면이 경면 처리된 경면층으로 구성되고, 상기 제 2 반사층은 상기 반사부재 표면에 광확산 물질이 코팅된 코팅층으로 구성되거나 패턴 형상이 가공된 패턴층으로 구성될 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 상기 광원은, 상면 및 측면 출광면을 포함하는 다면 발광 소자로 구성될 수 있고, 상면 출광면에는 반사체가 결합될 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 상기 반사층은, 상기 광원으로부터 멀어질수록 상기 투광 홀에 비하여 면적이 상대적으로 줄어들도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 실시예는 광원에서 출사되는 빛은 반사체에 의하여 넓은 지향각으로 확산되어 점광원에 의한 스팟 현상을 최소로 할 수 있다.
또한, 본 실시예는 광원과 확산판 사이에서 반사부재의 하부와 상부의 2차에 걸쳐 광 확산이 이루어져 광 균일도가 더욱 향상된다.
도 1은 종래의 기술에 따른 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 본 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도,
도 3은 도 2의 주요부인 LED 소자를 나타낸 확대도,
도 4는 도 2의 주요부인 반사부재를 나타낸 확대도
도 5는 본 실시예의 백라이트 장치의 광 진행 경로를 나타낸 개념도.
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, 상, 하, 전, 후 등과 같은 표현은 상대적인 위치나 방향을 나타내는 것으로, 기술적 의의가 사전적 의미에 구속되는 것은 아니라 할 것이다.
도 2는 본 과제의 실시예에 따른 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2의 주요부인 LED 소자를 나타낸 확대도이며, 도 4는 도 2의 주요부인 반사부재를 나타낸 확대도이고, 도 5는 본 실시예의 백라이트 장치의 광 진행 경로를 나타낸 개념도이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 실시예의 백라이트 장치는, 기판(110) 상에 다수의 LED 소자(120)가 실장되어 광원모듈(100)을 구성하고, 광원모듈(100)의 기판(110) 상에는 LED 소자(120)를 노출시키면서 반사시트(200)가 배치된다. 또한, 광원모듈(100) 상부에는 LED 소자(120)와 소정 간격 이격되어 확산판(300)이 배치되며, 확산판(300) 상부에는 광학시트(400)가 적층된다. 또한, 광원모듈(100)과 확산판(300) 사이에는 각각 LED 소자(120) 및 확산판(300)과 간격을 이루면서 반사부재(500)가 배치된다. 또한, 본 실시예의 백라이트 장치는 광학시트(400) 상부에 액정패널(미도시)이 배치되어 디스플레이 장치를 구성한다.
구체적으로 살펴보면, 광원모듈(100)은 기판(110) 상에 다수의 LED 소자(120)가 실장되어 구성된다. 기판(110)은 LED 소자(120)를 구동시키기 위한 소정의 회로가 인쇄되고, 인쇄회로기판(PCB)이나 플렉시블 인쇄회로기판(FPCB) 등으로 구성될 수 있다. LED 소자(120)는 백라이트 장치의 발광원으로, 기판(110) 상에서 소정의 간격을 이루면서 가로, 세로 및 임의의 방향으로 다수 개 실장된다.
LED 소자(120)는 상측 및 측면의 출광면(121,122)을 통하여 빛을 출사하는 다면 발광 소자로 구성된다. 일 예로, LED 소자(120)는 5면 발광 소자로 구성될 수 있으며, 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 소자에서 출사되는 빛이 높은 균일도를 가질 수 있도록 상면 출광면(121)에는 반사체(130)가 결합될 수 있다. 반사체(130)는 수직 출광면으로 출사되는 빛의 일부를 측면 출광면(122)으로 반사시켜 LED 소자(120)의 광 확산성을 증대시킨다. 본 실시예의 LED 소자(120)는 약 140˚이상의 출사각을 갖고, 반사체(130)는 상면으로 출사되는 수직 광의 적어도 30% 이상을 반사하도록 구성된다.
또한, LED 소자(120)는 하나 또는 그 이상의 수 개의 소자가 하나의 단위로 블록화될 수 있으며, 각 블록 단위로 발광이 이루어지도록 구성될 수 있다. 따라서, 광원모듈(100)은 다수의 단위 블록이 개별 발광되어 로컬 디밍을 구현할 수도 있다.
반사시트(200)는 기판(110) 표면에 배치되며, 하부로 진행하는 빛을 상측으로 반사시켜 휘도를 향상시키는 기능을 한다. 반사시트(200)는 고반사율을 갖는 시트 또는 필름이 기판(110) 상면에 결합되거나 고반사율을 갖는 물질이 기판(110) 상면에 코팅되어 형성될 수도 있다.
확산판(300)은 LED 소자(120)의 빛을 흡수하고, 흡수한 빛을 확산판(300) 내부의 전체 영역으로 확산시킨 후 상면으로 출사되도록 유도한다. 확산판(300)은 LED 소자(120)로부터 소정 간격 이격되도록 배치된다.
확산판(300)은 내부에서 광 손실을 최소로 하도록 고투명도를 갖는 수지 소재의 플레이트로 구성되며, 일 예로, PS, PC, PMMA, PE, PET, PP, MMA-styrene 중 어느 하나 이상을 포함하는 투명 소재로 구성될 수 있다. 확산판(300)은 고투명도를 갖는 소재라면 그 종류에 한정되지 않는다.
또한, 확산판(300)은 내부로 입사되는 빛이 효율적으로 확산되도록 하는 광 확산재를 포함할 수 있다. 광 확산재는 확산판(300)이 소정의 광 투과율을 갖도록 하여 휘도를 저하시키지 않는 농도로 혼합된다.
광학시트(400)는 확산판(300)에서 출사되는 빛을 집광 및 확산시켜 휘도와 휘도의 균일도를 개선한다. 이를 위한 광학시트(400)는 확산시트 또는 프리즘 시트를 포함할 수 있다.
반사부재(500)는 LED 소자(120)와 확산판(300) 사이에 개입되어 LED 소자(120)에서 출사되는 빛을 1차 확산시키고, 반사부재(500)를 통과한 빛을 2차 확산시킨다. 따라서 LED 소자(120)에서 출사되는 빛은 반사부재(500) 하면에서 1차 확산되어 반사부재(500)를 통과하고, 반사부재(500)를 통과한 빛은 반사부재(500) 상면에서 2차 확산되면서 확산판(300)을 통과한다. 이를 위한 반사부재(500)는 빛을 반사시키는 반사층(510,520)이 상면과 하면의 표면에 형성되고, 빛을 통과하기 위한 다수의 투광 홀(530)이 반사부재(500)를 관통하도록 형성된다.
반사부재(500)는 투명 또는 반투명 소재의 시트 또는 필름으로 구성될 수 있으며, 일 예로, PET, PC 등의 시트로 구성될 수 있다. 반사층(510,520)과 투광 홀(530)은 광원으로부터의 거리에 따라 밀도를 달리하며 형성되는 것이 바람직하다. 즉, LED 소자(120)의 수직 상부에서는 반사층(510,520)이 투광 홀(530)에 비하여 상대적으로 넓은 면적으로 분포되고, LED 소자(120)로부터 멀어질수록 투광 홀(530)이 반사층(510,520)에 비하여 상대적으로 넓은 면적으로 분포된다. 이는 반사부재(500) 하부 공간에 분포되는 빛의 밀도를 고려하여 LED 소자(120)의 위치와 무관하게 반사부재(500) 상부로 균일한 밀도의 빛을 통과시키기 위함이다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 반사층(510,520)은 반사부재(500) 하면의 제 1 반사층(510)과 반사부재(500) 상면의 제 2 반사층(520)으로 구성된다. 제 1 반사층(510)은 반사부재(500) 하부 공간에 분포하는 빛 즉, LED 소자(120)에서 출사되는 빛을 정반사시켜 반사부재(500) 하부에서 빛의 확산을 촉진한다. 제 2 반사층(520)은 반사부재(500) 하부 공간에 분포하는 빛 즉, 반사부재(500)와 확산판(300) 사이에 분포되는 빛을 난반사시켜 투광 홀(530)에 의하여 나타나는 패턴을 차폐하여 광 균일도를 향상시킨다. 여기서, 정반사란 입사되는 빛을 입사각과 동일한 각도의 타측 방향으로 반사시키는 것을 말하고, 난반사라 입사되는 빛을 입사각과 무관하게 임의의 방향으로 반사시키는 것을 말한다.
이를 위하여 제 1 반사층(510)과 제 2 반사층(520)은 서로 다른 기능의 반사 소재로 구성되며, 제 1 반사층(510)은 상대적으로 정반사에 유리한 소재로 구성되고, 제 2 반사층(520)은 상대적으로 난반사에 유리한 소재로 구성된다.
정반사를 위한 제 1 반사층(510)은 경면 재질을 사용하여 빛을 반사시키도록 구성된다. 즉, 제 1 반사층(510)은 반사부재(500) 표면이 경면 처리된 경면층으로 구성된다. 이를 위한 제 1 반사층(510)은 반사부재(500) 표면에 코팅액으로 경면처리하거나, PET, PS, PC 등의 필름을 부착하여 광택도를 상승시켜 정반사 효과를 갖도록 한다. 또한, 제 1 반사층(510)은 반사부재(500) 표면에 Ag, Al 등의 반사율이 우수한 반사체를 증착하거나 반사체 필름을 부착하여 형성될 수 있다.
난반사를 위한 제 2 반사층(520)은 광 확산 부재를 사용하여 빛을 반사시키도록 구성된다. 이를 위한 제 2 반사층(520)은 표면에 PMMA, PBMA, TiO2, Nylon6, Nylon12 등의 광 확산 입자가 포함된 잉크가 코팅되어 형성될 수 있다. 광 확산 입자는 빛의 입사각과 무관하게 임의의 방향으로 빛을 반사시켜 전체적으로 빛의 균일도를 향상시킨다. 또한, 제 2 반사층(520)은 반사부재(500) 표면에 형성되는 광 확산 패턴으로 구성될 수 있으며, 패광 확산 패턴은 렌티큘러, 프리즘, 피라미드 등 다양한 형상을 이룰 수 있다. 즉, 제 2 반사층(520)은 반사부재(500) 표면이 코팅 처리된 코팅층으로 구성되거나, 패턴 가공된 패턴 층으로 구성될 수 있다.
따라서 본 실시예의 반사부재(500)는 제 1 반사층(510)에 의하여 광 확산성이 증대되고, 제 2 반사층(520)에 의하여 투광 홀(530)이 차폐되어 광 균일도가 증대된 양 질의 면광원을 제공할 수 있다.
투광 홀(530)은 제 1 반사층(510) 및 제 2 반사층(520)이 형성된 반사부재(500)가 LED 소자(120)의 거리에 따라 큰 직경을 갖도록 천공되어 형성될 수 있다.
이러한 반사부재(500)는 시트 처짐 등이 발생되지 않도록 가이드 보스(540)에 의하여 고정될 수 있다.
상기와 같은 구성의 백라이트 장치는 출사 지향각이 넓은 LED 소자(120)와 상면과 하면에서 반사 특성을 달리하는 반사부재(500)에 의하여 확산판(300)으로 균일도가 향상된 빛을 제공함으로써, 확산판을 통하여 휘도 손상이 나타나지 않으면서 균일도가 더욱 향상된 면광원의 빛이 출사된다.
도 5를 참조하여 구체적으로 살펴보면, LED 소자(120)에서 상면 출광면으로 출사되는 일부의 빛(L1)은 반사부재(500) 하면의 제 1 반사층(510)에 의하여 반사되면서 측면으로 확산되고, 제 1 반사층(510) 및 반사시트(200)에 의하여 반사를 반복하면서 투광 홀(530)을 통하여 확산판(300)으로 진행한다. 또한, LED 소자(120)에서 상면 출광면의 반사체(130)에서 반사되어 측면으로 출사되는 빛(L2)은 반사시트(200)에 의하여 반사된 후, 반사부재(500) 하면의 제 1 반사층(510) 사이에서 반사를 반복하면서 투광 홀(530)을 통하여 확산판(300)으로 진행한다.
그리고 반사부재(500)를 통과한 빛은 확산판(300)과 반사부재(500) 사이에서 제 2 반사층(520)에 의하여 난반사 또는 산란되는 과정을 반복하면서 확산판을 통과하여 출사된다. 따라서, 확산판(300)과 반사부재(500) 사이의 공간에서 난반사 및 산란되는 빛은 투광 홀(530)에서 시인될 수 있는 패턴을 차단하여 광 균일도를 더욱 향상시키게 된다.
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 : 광원모듈
110 : 기판 120 : LED 소자
200 : 반사시트
300 : 확산판
400 : 광학시트
500 : 반사부재
510 : 제 1 반사층 520 : 제 2 반사층
530 : 투광 홀

Claims (5)

  1. 기판 상에 다수의 광원이 소정 간격으로 실장되는 광원모듈;
    상기 광원을 노출시키면서 상기 기판 상에 배치되는 반사시트;
    상기 광원모듈과 이격된 상부에 배치되는 확산판; 및
    상기 광원과 상기 확산판 사이에 배치되고, 상면과 하면에는 반사층이 형성되면서, 상하부를 관통하는 다수의 투광 홀이 천공되는 반사부재;를 포함하는, 백라이트 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사층은,
    상기 반사부재 하면에 형성되어 상기 반사부재 하부 공간에 분포하는 빛을 정반사시키는 제 1 반사층과, 상기 반사부재 상면에 형성되어 상기 반사부재 상부 공간에 분포하는 빛을 난반사시키는 제 2 반사층으로 이루어지는, 백라이트 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 반사층은 상기 반사부재 표면이 경면 처리된 경면층으로 구성되고,
    상기 제 2 반사층은 상기 반사부재 표면에 광확산 물질이 코팅된 코팅층으로 구성되거나, 패턴 형상이 가공된 패턴층으로 구성되는, 백라이트 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은,
    상면 및 측면 출광면을 포함하는 다면 발광 소자로 구성되고, 상면 출광면에는 반사체가 결합되는, 백라이트 장치
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사층은,
    상기 광원으로부터 멀어질수록 상기 투광 홀에 비하여 면적이 상대적으로 줄어들도록 구성되는, 백라이트 장치.
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