CN111856814A - 具有光径控制功能的扩散板及背光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有控制从LED点光源射出的光的路径的功能的扩散板和背光装置，本实施例的背光装置包括：光源模块，在基板上安装有多个光源，用于向上部射出光；扩散板，在透明材料的板的内部分散有光散射材料，从而一边覆盖上述光源，一边与上述基板相结合；以及立体图案，在上述扩散板的上部面形成凹陷形状的空腔，并在上述空腔的内部填充光反射物质而成。
Description
技术领域
本发明涉及显示装置，更详细地，涉及具有控制从LED点光源射出的光的路径的功能的扩散板和背光装置。
背景技术
一般情况下，显示装置作为接收影像信号来进行显示的装置，包括电视机(TV)或显示器，而作为用于显示影像的机构，正在利用液晶显示装置(LCD：Liquid CrystalDisplay Device)、有机发光装置(OLED：Organic Light Emitting Display)、等离子显示装置(PDP：Plasma Display Panel)等多种装置。
不同于其他显示装置，液晶显示装置(LCD)其本身无法进行发光，因而如果想要显示高品质的图像，就必须设置额外的外部光源。因此，液晶显示装置除了液晶板之外，还包括面光源的背光装置，使得背光装置向液晶面板均匀地供给高亮度的光源，从而体现优质的图像。像这样，背光装置是指液晶显示装置之类的用于实现显示装置的图像的表面照明装置，并且，根据配置光源的位置，分为直接照明类型(Direct Lighting type)或边缘照明类型(Edge Lighting type)背光装置。作为背光装置的光源，主要使用具有小型、低耗电、高可靠性等优点的发光二极管(Light Emitting Diode，以下称之为“LED”)。
在直接照明类型背光装置中，多个LED光源以朝向上侧的方式排列，并与LED光源留有规定的间隔配置扩散板及光学片，LED光源的光通过扩散板及光学片直接向上侧射出。这种直接照明类型背光装置不限制LED光源的排列面积，因而有利于大画面的背光装置。
相反，直接照明类型背光装置为了解决LED特性上基于点光源的热点(Hot spot)，需要在LED光源和扩散板之间确保最小限度的光径(Optical Distance：OD)，以便实现充分的光混合，因此，存在不利于超薄化的缺点。在直接照明类型背光装置中，为了解决基于热点的问题而提出多种技术。
图1及图2为表示现有的直接照明类型背光装置的主要结构的剖视图。
如图1所示，现有技术的背光装置在基板11上安装多个LED光源12，LED光源12被内部混合有光散射材料13a的扩散板13密封，在扩散板13的上部配置有光学片14，在基板11和扩散板13之间配置有反射片15。在这种背光装置中，从LED光源12射出的光在扩散板13内因光散射材料13a而反复进行散射或反射，并向透明树脂材料的扩散板13的整个区域扩散，并向扩散板13的上部面射出不出现热点的均匀亮度的光。
像这样，现有的背光装置为了在透明树脂材料的扩散板200阻断热点而需要混合5％以上的高浓度的光散射材料13a，但在因光散射材料13a而进行散射或反射的过程中消灭大量的光，从而使扩散板呈现出非常低的透光率。
一般情况下，当在透明树脂材料的扩散板混合5％浓度的光散射材料时，扩散板呈现出约56％的低透光率。因此，现有的背光装置因基于光散射材料的低透射率而降低亮度，因此，有必要将基于光散射材料的光损耗最小化。
另一方面，参照图2，在基于现有的其他技术的背光装置中，在下部面形成有反射图案13b的扩散板13与LED光源12形成规定间隔，并配置于上部。在这种背光装置中，从LED光源12射出的光一边反复进行借助简单的平面结构的反射图案13b向下侧反射并重新借助反射片15来向上侧反射的过程，一边向扩散板13的上部面射出。即，从LED光源12射出的光在反射图案13b及反射片15之间反复进行无限反射。
一般情况下，反射图案13b和反射片15具有约92％的反射率，而在每次反射光的过程中，发生约8％的光损耗，因此，反射越反复，光损耗越增加。因此，图2的背光装置具有因在反射图案和反射片之间出现的无限反射引起的高的光损耗而降低亮度的问题。
(现有技术文献)
(专利文献)
韩国公开专利10-2011-0042478号(2011年04月27日申请公开，背光模块及具有其的液晶显示装置)
韩国公开专利10-2017-0066974号(2017年06月15日申请公开，光扩散板及包括其的显示装置)
发明内容
所要解决的问题
本发明的目的在于，提供可以减少分散于扩散板的内部的光散射材料的浓度，从而将基于光散射材料的光损耗最小化，并提高亮度的扩散板和背光装置。
并且，本发明的目的在于，提供可以改善反射图案的结构，使得基于无限反射的光损耗最小化，并提高亮度的扩散板和背光装置。
并且，本发明的目的在于，提供可以组合光散射材料和反射图案，来使光损耗最小化，并提高亮度的扩散板和背光装置。
解决问题的手段
用于实现如上所述的目的的本实施例在配置于多个光源的上部，用于扩散上述光源的光的背光装置的扩散板中，在透明材料的板的内部分散有光散射材料，并包括立体图案，上述立体图案在与下部的上述光源以1:1的比例相对应的位置的上述板的上部面形成凹陷形状的空腔，并在上述空腔的内部填充光反射物质而成，从上述光源射出的光通过上述光散射材料及上述立体图案来得到扩散。
并且，分散有上述光散射材料的上述板的透光率可以为65％至90％。
并且，在上述立体图案中，下部面可具有曲面或倾斜结构的反射面。
并且，在上述立体图案中，上述反射面可具有不对称结构。
并且，在本实施例的扩散板中，还可以在上述板的上部面形成有折射率大于上述板的透明树脂层。
并且，上述透明树脂层可包括形成于上部面的光图案层。
并且，用于实现如上所述的目的的本实施例的背光装置包括：光源模块，在基板上安装有多个光源，用于向上部射出光；扩散板，在透明材料的板的内部分散有光散射材料，从而一边覆盖上述光源，一边与上述基板相结合；以及立体图案，在上述扩散板的上部面形成凹陷形状的空腔，并在上述空腔的内部填充光反射物质而成，从上述光源射出的光通过上述光散射材料及上述立体图案来得到扩散并射出。
并且，上述扩散板可结合在上述基板上，以便密封上述光源。
并且，本实施例的背光装置还可以包括反射片，上述反射片介于上述基板和上述扩散板之间。
发明的效果
本实施例的扩散板和背光装置可将在扩散板的内部出现的光损耗最小化，来提高亮度，并且，控制扩散板的内部的光的行进方向，从而可以呈现出均匀的亮度。
并且，本实施例的扩散板和背光装置可以组合光散射材料的浓度和立体图案来控制光径，从而可以制作更超薄的背光装置。
附图说明
图1为表示现有技术的直接照明类型背光装置的剖视图，
图2为表示基于现有的其他技术的直接照明类型背光装置的剖视图，
图3为表示本发明的第一实施例的直接照明类型背光装置的剖视图，
图4为表示本发明的第二实施例的直接照明类型背光装置的剖视图，
图5为表示本发明的第三实施例的直接照明类型背光装置的剖视图，
图6为表示本发明的第四实施例的直接照明类型背光装置的剖视图。
附图标记的说明
100：LED模块；110：基板；120：LED元件；200：扩散板；
210：光散射材料；300：反射片；400：立体图案；410：反射面；
500：光学片；600：透明树脂层；610：光图案
具体实施方式
本发明及通过实施本发明来实现的技术问题将通过以下所述的多个优选的实施例来变得明确。参照以下所附的附图来详细观察本发明的优选的实施例。
后述的本实施例的差异应被理解为互不排斥的事项。即，需要理解的是，在不脱离本发明的技术思想及范围的情况下，所记载的特征形状、结构及特性可以涉及一实施例来体现为其他实施例，各个所公开的实施例内的个别结构要素的位置或配置可以发生变更，并且，在附图中，类似的附图标记在多个方面指称相同或类似的功能，长度、面积、厚度等以及其形态可以为了便于说明而以夸张的方式表达。
图3为表示本发明的第一实施例的直接照明类型背光装置的剖视图。
参照图3，本实施例的背光装置包括：光源模块100，在基板110上安装有多个LED元件120；扩散板200，对LED元件120进行密封，并在基板110上以规定的厚度形成；反射片300，介于基板110和扩散板200之间；立体图案400，形成于扩散板200的上部面；以及光学片500，配置于扩散板的上部。并且，本实施例的背光装置在光学片500的上部配置液晶面板(未图示)来构成显示装置。
在如上结构的背光装置中，从LED元件120射出的点光源的光一边经由扩散板200的内部，一边进行扩散及散射，并且，因上部的立体图案400而向侧面或下侧的斜线方向反射，在扩散板200的内部分布为整体均匀的面光源的光，并向上部面射出。
具体观察如下，LED模块100作为背光装置的光源，在基板110上，LED元件120向横向、竖向、对角线或任意方向以形成规定间隔的方式安装多个。在基板110印刷有规定的电路，LED元件120由向上侧发光的顶视图(top view)方式的元件或包括上侧出光面的多面发光元件构成。从各LED元件120射出的光向扩散板200的内部入射。
扩散板200一边密封LED元件120，一边吸收LED元件120的光，并在向扩散板200的整个区域扩散所吸收的光后，引导向上部面射出。扩散板200由高透明度的树脂材料的板构成，使得内部的光损耗最小化，作为一例，可以由包含PS、PC、PMMA、PE、PET、PP、MMA-styrene中的一种以上的透明材料构成。扩散板200只要是具有高透明度的材料，其种类不受限制。
扩散板200可通过使用光源模块100作为***物的注塑成型(injection molding)或点胶成型(dispensing molding)或热熔成型(hot melt molding)等工序来与光源模块100形成为一体型。因此，从LED元件120射出的光可以不经由空气层而直接向扩散板200入射，从而还可以防止由折射率的差异引起的空气层中的光损耗。
扩散板200包括用于散射及反射向内部入射的光的光散射材料210。光散射材料210以使扩散板200具有规定的透光率的浓度混合，在本实施例中，扩散板200以透光率为65％至90％的方式混合光散射材料210。在扩散板200的透光率小于65％的情况下，亮度降低，在扩散板200的透光率大于90％的情况下，亮度的均匀度降低。
反射片300配置于基板110和扩散板200之间，即，基板110的上部面，并向上侧反射在光散射材料210得到散射及反射或在立体图案400得到反射的光来向扩散板200的上部面进行射出。反射片300可以由高反射率的薄片或膜与基板110的上部面相结合或具有高反射率的物质涂敷于基板110的上部面来形成。
立体图案400向侧面扩散从LED元件120向垂直上侧射出或在光散射材料210散射及反射的光，从而使光均匀地分布于扩散板200的整个区域。立体图案400在与LED元件120的位置相对应的位置与扩散板200的上部面相结合。即，立体图案400与各LED元件120以1:1的比例相对应，并形成于垂直中心轴一致的位置。立体图案400的直径大于LED元件120的出光面，以便可以遮住LED元件120的出光面。
并且，立体图案400可呈3D结构的立体形状来具有曲面结构的反射面410，而用于此的立体图案400的纵向剖面可呈半球形或半椭圆形。
这种立体图案400可以在扩散板200的上部面以凹陷的方式形成凹版的空腔(cavity)内填充光反射物质来形成。构成立体图案400的光反射物质可以由包含TiO2、CaCO3、ZnS、Si、Ag，Al、SiO2、BaSO4、Al2O3中的一种以上的单独或混合物构成。
并且，立体图案400可以在空腔的内部的所有区域填充光反射物质，或者可以沿着表面涂敷而成。此时，立体图案400的反射率可以为60％至90％。在立体图案400的反射率小于60％的情况下，可发生热点，在立体图案400的反射率为90％以上的情况下，反而可能因立体图案400而发生暗部。
光学片500控制从扩散板200射出的光的行进方向。用于此的光学片500可以包括扩散片或棱镜片。
在如上所述构成的背光装置中，从LED元件120射出的光借助光散射材料210来得到散射或反射，尤其，向垂直上侧射出的光因立体图案400而向侧面或倾斜方向反射后，在反射片300中重新得到反射或直接向扩散板200的上部面射出。因此，在本实施例的背光装置中，从LED元件120射出的光因立体图案400而得到扩散，因此，可以减少光散射材料210的浓度来减少基于光散射材料210的光损耗。并且，背光装置使得从LED元件120射出的光在立体图案400和反射片300之间得到反射的过程最小化来射出，从而使在反射过程出现的光损耗也实现最小化。
图4至图6为表示本目的的多种实施例的直接照明类型背光装置的剖视图。
首先，在图4的实施例的背光装置中，立体图案400呈倒锥体或倒金字塔形状，并具有倾斜结构的反射面410。其中，倒锥体或倒金字塔形状是指越靠近下侧，直径越变窄，使得光能够向侧面倾斜方向反射的形状，顶角可以形成具有规定曲率的弯曲形状。因此，立体图案400的横截面可呈圆形或四边形。并且，立体图案400的横截面可呈形成多边形等多种形状的多面体结构，并且，其形状不收限制。
并且，立体图案400可呈楔子形状、网纹形状、不对称形状。即，立体图案400以具有不对称结构的反射面410的方式构成，从而在扩散板的内部更均匀地分散光。
并且，图5的实施例的背光装置在扩散板200的上部面还形成有透明树脂层600。透明树脂层600以规定的厚度形成于包括立体图案400的扩散板200的上部面，并重新扩散从扩散板200射出的光来射出更均匀的光。透明树脂层600由折射率大于扩散板的透明树脂材料构成，以防止在与扩散板200之间的边界面发生全反射现象。
并且，如图6所示，可在透明树脂层600的上部面形成光图案610。光图案610作为用于强化所射出的光的扩散性的结构，可呈点形状、金字塔形状、网纹形状等多种形状。
表1为对本实施例的背光装置的光特性进行实验的结果。在本实验中，针对使用未混合光散射材料的透明树脂，且在上部面形成有平面结构的反射图案的扩散板(比较例，Reference)、在透明树脂中以具有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状的立体图案的扩散板(实验例2)、在透明树脂中以具有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状的立体图案的扩散板(实验例3)分别在包括扩散片和一对棱镜片的光学片的上部测定光特性，并示出了其结果。
表1
参照上述表1，与完全没有混合光散射材料的扩散板相比，以具有59％的透光率的方式混合有光散射材料，并在上部面形成有立体图案的扩散板(实施例1)可以确认出现了20.3％的亮度提高，而且亮度的均匀度也得到4.1％的改善。并且，在具有70％的透光率的扩散板(实施例2)的情况下，也出现20.4％的亮度提高和3.1％的均匀度改善效果。因此，本实施例的扩散板及背光装置可以改善光散射材料的浓度和光损耗，并且，具有高透光率的扩散板可以与立体图案相组合来同时改善亮度及高度的均匀度。
如上所述，虽然示出本发明的例示性的实施例进行了说明，但本发明所属技术领域的普通技术人员可以实施多种变形和其他实施例。这种变形和其他实施例均被发明要求保护范围所考虑和包含，从而视为不脱离本发明的真正的宗旨和范围。
Claims (9)
1.一种具有光控制功能的扩散板，其为配置于多个光源的上部，用于扩散上述光源的光的背光装置的扩散板，上述具有光控制功能的扩散板的特征在于，
在透明材料的板的内部分散有光散射材料，
包括立体图案，上述立体图案在与下部的上述光源以1:1的比例相对应的位置的上述板的上部面形成凹陷形状的空腔，并在上述空腔的内部填充光反射物质而成，
从上述光源射出的光通过上述光散射材料及上述立体图案来得到扩散。
2.根据权利要求1所述的具有光控制功能的扩散板，其特征在于，分散有上述光散射材料的上述板的透光率为65％至90％。
3.根据权利要求1所述的具有光控制功能的扩散板，其特征在于，在上述立体图案中，下部面具有曲面或倾斜结构的反射面。
4.根据权利要求1所述的具有光控制功能的扩散板，其特征在于，在上述立体图案中，上述反射面具有不对称结构。
5.根据权利要求1所述的具有光控制功能的扩散板，其特征在于，在上述板的上部面还形成有折射率大于上述板的透明树脂层。
6.根据权利要求5所述的具有光控制功能的扩散板，其特征在于，上述透明树脂层包括形成于上部面的光图案层。
7.一种背光装置，其特征在于，
包括：
光源模块，在基板上安装有多个光源，用于向上部射出光；
扩散板，在透明材料的板的内部分散有光散射材料，从而一边覆盖上述光源，一边与上述基板相结合；以及
立体图案，在上述扩散板的上部面形成凹陷形状的空腔，并在上述空腔的内部填充光反射物质而成，
从上述光源射出的光通过上述光散射材料及上述立体图案来得到扩散并射出。
8.根据权利要求7所述的背光装置，其特征在于，上述扩散板结合在上述基板上，以便密封上述光源。
9.根据权利要求7所述的背光装置，其特征在于，还包括反射片，上述反射片介于上述基板和上述扩散板之间。
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