TWI716100B - 具有光徑控制功能的擴散板及背光裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明關於具有控制從LED點光源射出的光的路徑的功能的擴散板和背光裝置。本實施例的背光裝置包括：光源模組，在基板上安裝有多個光源，用於向上部射出光；擴散板，在透明材料的板的內部分散有光散射材料，從而一邊覆蓋上述光源，一邊與上述基板相結合；以及立體圖案，在上述擴散板的上部面形成凹陷形狀的空腔，並在上述空腔的內部填充光反射物質而成。

Description

具有光徑控制功能的擴散板及背光裝置
本發明關於顯示裝置，更詳細地，關於具有控制從LED點光源射出的光的路徑的功能的擴散板和背光裝置。
一般情況下，顯示裝置作為接收影像訊號來進行顯示的裝置，包括電視機(TV)或顯示器，而作為用於顯示影像的機構，正在利用液晶顯示裝置(LCD：Liquid Crystal Display Device)、有機發光裝置(OLED：Organic Light Emitting Display)、電漿顯示裝置(PDP：Plasma Display Panel)等多種裝置。
不同於其他顯示裝置，液晶顯示裝置(LCD)其本身無法進行發光，因而如果想要顯示高品質的圖像，就必須設置額外的外部光源。因此，液晶顯示裝置除了液晶板之外，還包括面光源的背光裝置，使得背光裝置向液晶面板均勻地供給高亮度的光源，從而體現優質的圖像。像這樣，背光裝置是指液晶顯示裝置之類的用於實現顯示裝置的圖像的表面照明裝置，並且，根據配置光源的位置，分為直接照明類型(Direct Lighting type)或邊緣照明類型(Edge Lighting type)背光裝置。作為背光裝置的光源，主要使用具有小型、低耗電、高可靠性等優點的發光二極體(Light Emitting Diode，以下稱之為“LED”)。
在直接照明類型背光裝置中，多個LED光源以朝向上側的方式排列，並與LED光源留有規定的間隔配置擴散板及光學片，LED光源的光通過擴散板及光學片直接向上側射出。這種直接照明類型背光裝置不限制LED光源的排列面積，因而有利於大畫面的背光裝置。
相反，直接照明類型背光裝置為了解決LED特性上基於點光源 的熱點(Hot spot)，需要在LED光源和擴散板之間確保最小限度的光徑(Optical Distance：OD)，以便實現充分的光混合，因此，存在不利於超薄化的缺點。在直接照明類型背光裝置中，為了解決基於熱點的問題而提出多種技術。
圖1及圖2為表示先前技術的直接照明類型背光裝置的主要結構的剖視圖。
如圖1所示，先前技術的背光裝置在基板11上安裝多個LED光源12，LED光源12被內部混合有光散射材料13a的擴散板13密封，在擴散板13的上部配置有光學片14，在基板11和擴散板13之間配置有反射片15。在這種背光裝置中，從LED光源12射出的光在擴散板13內因光散射材料13a而反復進行散射或反射，並向透明樹脂材料的擴散板13的整個區域擴散，並向擴散板13的上部面射出不出現熱點的均勻亮度的光。
像這樣，先前技術的背光裝置為了在透明樹脂材料的擴散板13阻斷熱點而需要混合5%以上的高濃度的光散射材料13a，但在因光散射材料13a而進行散射或反射的過程中消滅大量的光，從而使擴散板呈現出非常低的透光率。
一般情況下，當在透明樹脂材料的擴散板混合5%濃度的光散射材料時，擴散板呈現出約56%的低透光率。因此，先前技術的背光裝置因基於光散射材料的低透射率而降低亮度，因此，有必要將基於光散射材料的光損耗最小化。
另一方面，參照圖2，在基於先前技術的其他技術的背光裝置中，在下部面形成有反射圖案13b的擴散板13與LED光源12形成規定間隔，並配置於上部。在這種背光裝置中，從LED光源12射出的光一邊反復進行藉助簡單的平面結構的反射圖案13b向下側反射並重新藉助反射片15來向上側反射的過程，一邊向擴散板13的上部面射出。即，從LED光源12 射出的光在反射圖案13b及反射片15之間反復進行無限反射。
一般情況下，反射圖案13b和反射片15具有約92%的反射率，而在每次反射光的過程中，發生約8%的光損耗，因此，反射越反復，光損耗越增加。因此，圖2的背光裝置具有因在反射圖案和反射片之間出現的無限反射引起的高的光損耗而降低亮度的問題。
[先前技術文獻] [專利文獻]
1.韓國公開專利10-2011-0042478號(2011年04月27日申請公開，背光模組及具有其的液晶顯示裝置)。
2.韓國公開專利10-2017-0066974號(2017年06月15日申請公開，光擴散板及包括其的顯示裝置)。
本發明的目的在於，提供可以減少分散於擴散板的內部的光散射材料的濃度，從而將基於光散射材料的光損耗最小化，並提高亮度的擴散板和背光裝置。
並且，本發明的目的在於，提供可以改善反射圖案的結構，使得基於無限反射的光損耗最小化，並提高亮度的擴散板和背光裝置。
並且，本發明的目的在於，提供可以組合光散射材料和反射圖案，來使光損耗最小化，並提高亮度的擴散板和背光裝置。
用於實現如上所述的目的的本實施例在配置於多個光源的上部，用於擴散上述光源的光的背光裝置的擴散板中，在透明材料的板的內部分散有光散射材料，並包括立體圖案，上述立體圖案在與下部的上述光源以1：1的比例相對應的位置的上述板的上部面形成凹陷形狀的空腔，並 在上述空腔的內部填充光反射物質而成，從上述光源射出的光通過上述光散射材料及上述立體圖案來得到擴散。
並且，分散有上述光散射材料的上述板的透光率可以為65%至90%。
並且，在上述立體圖案中，下部面可具有曲面或傾斜結構的反射面。
並且，在上述立體圖案中，上述反射面可具有不對稱結構。
並且，在本實施例的擴散板中，還可以在上述板的上部面形成有折射率大於上述板的透明樹脂層。
並且，上述透明樹脂層可包括形成於上部面的光圖案層。
並且，用於實現如上所述的目的的本實施例的背光裝置包括：光源模組，在基板上安裝有多個光源，用於向上部射出光；擴散板，在透明材料的板的內部分散有光散射材料，從而一邊覆蓋上述光源，一邊與上述基板相結合；以及立體圖案，在上述擴散板的上部面形成凹陷形狀的空腔，並在上述空腔的內部填充光反射物質而成，從上述光源射出的光通過上述光散射材料及上述立體圖案來得到擴散並射出。
並且，上述擴散板可結合在上述基板上，以便密封上述光源。
並且，本實施例的背光裝置還可以包括反射片，上述反射片介於上述基板和上述擴散板之間。
本實施例的擴散板和背光裝置可將在擴散板的內部出現的光損耗最小化，來提高亮度，並且，控制擴散板的內部的光的行進方向，從而可以呈現出均勻的亮度。
並且，本實施例的擴散板和背光裝置可以組合光散射材料的濃度和立體圖案來控制光徑，從而可以製作更超薄的背光裝置。
11:基板
12:LED光源
13:擴散板
13a:光散射材料
13b:反射圖案
14:光學片
15:反射片
100:光源模組
110:基板
120:LED元件
200:擴散板
210:光散射材料
300:反射片
400:立體圖案
410:反射面
500:光學片
600:透明樹脂層
610:光圖案
圖1為表示先前技術的直接照明類型背光裝置的剖視圖。
圖2為表示基於現有的其他技術的直接照明類型背光裝置的剖視圖。
圖3為表示本發明的第一實施例的直接照明類型背光裝置的剖視圖。
圖4為表示本發明的第二實施例的直接照明類型背光裝置的剖視圖。
圖5為表示本發明的第三實施例的直接照明類型背光裝置的剖視圖。
圖6為表示本發明的第四實施例的直接照明類型背光裝置的剖視圖。
本發明及通過實施本發明來實現的技術問題將通過以下所述的多個較佳的實施例來變得明確。參照以下所附的圖式來詳細觀察本發明的較佳的實施例。
後述的本實施例的差異應被理解為互不排斥的事項。即，需要理解的是，在不脫離本發明的技術思想及範圍的情況下，所記載的特徵形狀、結構及特性可以涉及一實施例來體現為其他實施例，各個所公開的實施例內的個別結構要素的位置或配置可以發生變更，並且，在圖式中，類似的元件符號在多個方面指稱相同或類似的功能，長度、面積、厚度等以及其形態可以為了便於說明而以誇張的方式表達。
圖3為表示本發明的第一實施例的直接照明類型背光裝置的剖視圖。
參照圖3，本實施例的背光裝置包括：光源模組100，在基板 110上安裝有多個LED元件120；擴散板200，對LED元件120進行密封，並在基板110上以規定的厚度形成；反射片300，介於基板110和擴散板200之間；立體圖案400，形成於擴散板200的上部面；以及光學片500，配置於擴散板的上部。並且，本實施例的背光裝置在光學片500的上部配置液晶面板(未圖示)來構成顯示裝置。
在如上結構的背光裝置中，從LED元件120射出的點光源的光一邊經由擴散板200的內部，一邊進行擴散及散射，並且，因上部的立體圖案400而向側面或下側的斜線方向反射，在擴散板200的內部分布為整體均勻的面光源的光，並向上部面射出。
具體觀察如下，光源模組100作為背光裝置的光源，在基板110上，LED元件120向橫向、豎向、對角線或任意方向以形成規定間隔的方式安裝多個。在基板110印刷有規定的電路，LED元件120由向上側發光的頂視圖(top view)方式的元件或包括上側出光面的多面發光元件構成。從各LED元件120射出的光向擴散板200的內部入射。
擴散板200一邊密封LED元件120，一邊吸收LED元件120的光，並在向擴散板200的整個區域擴散所吸收的光後，引導向上部面射出。擴散板200由高透明度的樹脂材料的板構成，使得內部的光損耗最小化，作為一例，可以由包含PS、PC、PMMA、PE、PET、PP、MMA-styrene中的一種以上的透明材料構成。擴散板200只要是具有高透明度的材料，其種類不受限制。
擴散板200可通過使用光源模組100作為插入物的注塑成型(injection molding)或點膠成型(dispensing molding)或熱熔成型(hot melt molding)等製程來與光源模組100形成為一體型。因此，從LED元件120射出的光可以不經由空氣層而直接向擴散板200入射，從而還可以防止由折射率的差異引起的空氣層中的光損耗。
擴散板200包括用於散射及反射向內部入射的光的光散射材料210。光散射材料210以使擴散板200具有規定的透光率的濃度混合，在本實施例中，擴散板200以透光率為65%至90%的方式混合光散射材料210。在擴散板200的透光率小於65%的情況下，亮度降低，在擴散板200的透光率大於90%的情況下，亮度的均勻度降低。
反射片300配置於基板110和擴散板200之間，即，基板110的上部面，並向上側反射在光散射材料210得到散射及反射或在立體圖案400得到反射的光來向擴散板200的上部面進行射出。反射片300可以由高反射率的薄片或膜與基板110的上部面相結合或具有高反射率的物質塗敷於基板110的上部面來形成。
立體圖案400向側面擴散從LED元件120向垂直上側射出或在光散射材料210散射及反射的光，從而使光均勻地分布於擴散板200的整個區域。立體圖案400在與LED元件120的位置相對應的位置與擴散板200的上部面相結合。即，立體圖案400與各LED元件120以1：1的比例相對應，並形成於垂直中心軸一致的位置。立體圖案400的直徑大於LED元件120的出光面，以便可以遮住LED元件120的出光面。
並且，立體圖案400可呈3D結構的立體形狀來具有曲面結構的反射面410，而用於此的立體圖案400的縱向剖面可呈半球形或半橢圓形。
這種立體圖案400可以在擴散板200的上部面以凹陷的方式形成凹版的空腔(cavity)內填充光反射物質來形成。構成立體圖案400的光反射物質可以由包含TiO2、CaCO3、ZnS、Si、Ag，Al、SiO2、BaSO4、Al2O3中的一種以上的單獨或混合物構成。
並且，立體圖案400可以在空腔的內部的所有區域填滿光反射物質，或者可以沿著表面塗敷而成。此時，立體圖案400的反射率可以為60%至90%。在立體圖案400的反射率小於60%的情況下，可發生熱點，在 立體圖案400的反射率為90%以上的情況下，反而可能因立體圖案400而發生暗部。
光學片500控制從擴散板200射出的光的行進方向。用於此的光學片500可以包括擴散片或稜鏡片。
在如上所述構成的背光裝置中，從LED元件120射出的光藉助光散射材料210來得到散射或反射，尤其，向垂直上側射出的光因立體圖案400而向側面或傾斜方向反射後，在反射片300中重新得到反射或直接向擴散板200的上部面射出。因此，在本實施例的背光裝置中，從LED元件120射出的光因立體圖案400而得到擴散，因此，可以減少光散射材料210的濃度來減少基於光散射材料210的光損耗。並且，背光裝置使得從LED元件120射出的光在立體圖案400和反射片300之間得到反射的過程最小化來射出，從而使在反射過程出現的光損耗也實現最小化。
圖4至圖6為表示本目的的多種實施例的直接照明類型背光裝置的剖視圖。
首先，在圖4的實施例的背光裝置中，立體圖案400呈倒錐體或倒金字塔形狀，並具有傾斜結構的反射面410。其中，倒錐體或倒金字塔形狀是指越靠近下側，直徑越變窄，使得光能夠向側面傾斜方向反射的形狀，頂角可以形成具有規定曲率的彎曲形狀。因此，立體圖案400的橫截面可呈圓形或四邊形。並且，立體圖案400的橫截面可呈形成多邊形等多種形狀的多面體結構，並且，其形狀不收限制。
並且，立體圖案400可呈楔子形狀、網紋形狀、不對稱形狀。即，立體圖案400以具有不對稱結構的反射面410的方式構成，從而在擴散板的內部更均勻地分散光。
並且，圖5的實施例的背光裝置在擴散板200的上部面還形成有透明樹脂層600。透明樹脂層600以規定的厚度形成於包括立體圖案400的 擴散板200的上部面，並重新擴散從擴散板200射出的光來射出更均勻的光。透明樹脂層600由折射率大於擴散板的透明樹脂材料構成，以防止在與擴散板200之間的邊界面發生全反射現象。
並且，如圖6所示，可在透明樹脂層600的上部面形成光圖案610。光圖案610作為用於強化所射出的光的擴散性的結構，可呈點形狀、金字塔形狀、網紋形狀等多種形狀。
表1為對本實施例的背光裝置的光特性進行實驗的結果。在本實驗中，針對使用未混合光散射材料的透明樹脂，且在上部面形成有平面結構的反射圖案的擴散板(比較例，Reference)、在透明樹脂中以具有59%的透光率的方式混合光散射材料，且在上部面形成有倒金字塔形狀的立體圖案的擴散板(實驗例2)、在透明樹脂中以具有70%的透光率的方式混合光散射材料，且在上部面形成有倒金字塔形狀的立體圖案的擴散板(實驗例3)分別在包括擴散片和一對稜鏡片的光學片的上部測定光特性，並示出了其結果。
Figure 108132257-A0305-02-0011-1
參照上述表1，與完全沒有混合光散射材料的擴散板相比，以具有59%的透光率的方式混合有光散射材料，並在上部面形成有立體圖案的擴散板(實施例1)可以確認出現了20.3%的亮度提高，而且亮度的均勻度也得到4.1%的改善。並且，在具有70%的透光率的擴散板(實施例2)的情況下，也出現20.4%的亮度提高和3.1%的均勻度改善效果。因此，本實施例的擴散板及背光裝置可以改善光散射材料的濃度和光損耗，並且， 具有高透光率的擴散板可以與立體圖案相組合來同時改善亮度及高度的均勻度。
如上所述，雖然示出本發明的例示性的實施例進行了說明，但本發明所屬技術領域的普通技術人員可以實施多種變形和其他實施例。這種變形和其他實施例均被發明要求保護範圍所考慮和包含，從而視為不脫離本發明的真正的宗旨和範圍。
100:光源模組
110:基板
120:LED元件
200:擴散板
210:光散射材料
300:反射片
400:立體圖案
410:反射面
500:光學片

Claims (9)

  1. 一種具有光控制功能的擴散板，其為配置於多個光源的上部，用於擴散所述光源的光的背光裝置的擴散板，所述具有光控制功能的擴散板的特徵在於，在透明材料的板的內部分散有光散射材料；包括立體圖案，所述立體圖案在與下部的所述光源以1：1的比例相對應的位置的所述板的上部面形成凹陷形狀的空腔，並在所述空腔的內部填充光反射物質而成；從所述光源射出的光通過所述光散射材料及所述立體圖案來得到擴散。
  2. 如請求項1所述之具有光控制功能的擴散板，其中，分散有所述光散射材料的所述板的透光率為65%至90%。
  3. 如請求項1所述之具有光控制功能的擴散板，其中，在所述立體圖案中，下部面具有曲面或傾斜結構的反射面。
  4. 如請求項3所述之具有光控制功能的擴散板，其中，在所述立體圖案中，所述反射面具有不對稱結構。
  5. 如請求項1所述之具有光控制功能的擴散板，其中，在所述板的上部面還形成有折射率大於所述板的透明樹脂層。
  6. 如請求項5所述之具有光控制功能的擴散板，其中，所述透明樹脂層包括形成於上部面的光圖案層。
  7. 一種背光裝置，包括：光源模組，在基板上安裝有多個光源，用於向上部射出光；擴散板，在透明材料的板的內部分散有光散射材料，從而一邊覆蓋所述光源，一邊與所述基板相結合；以及立體圖案，在所述擴散板的上部面形成凹陷形狀的空腔， 並在所述空腔的內部填充光反射物質而成；從所述光源射出的光通過所述光散射材料及所述立體圖案來得到擴散並射出。
  8. 如請求項7所述之背光裝置，其中，所述擴散板結合在所述基板上，以便密封所述光源。
  9. 如請求項7所述之背光裝置，其還包括反射片，所述反射片介於所述基板和所述擴散板之間。
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