KR100781350B1

KR100781350B1 - 고휘도 백라이트장치

Info

Publication number: KR100781350B1
Application number: KR1020050129355A
Authority: KR
Inventors: 이재운
Original assignee: 주식회사 바다테크
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-11-30
Also published as: KR20070067890A

Abstract

본 발명은 고휘도 백라이트장치에 관한 것으로, 소정의 전압 펄스에 의해 가시광을 출력하는 광원체(11)를 일측부에 형성한 광원부(10)와, 상기 광원부(10)에서 발생되는 측부 가시광을 전면에 일정한 휘도로 반사되는 각도의 경사로 설치되는 반사판(21)을 가시광이 출광되는 측부에 형성한 반사부(20)와, 상기 반사부(20)의 전면에 반사판(21)에서 반사되어 출광되는 표시판(31)을 형성하되, 표시판(31)의 후면으로 반사판(21)에서 반사된 가시광의 입사각에 따라 표시판(31)에 수직방향으로 지향하는 휘도의 각도로 돌출 형성한 굴절돌기(33)를 복수로 형성한 표시프리즘(32)을 일체로 형성한 표시부(30)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

발광체, 평판렌즈, 반사프리즘, 표시프리즘, 굴절돌기

Description

고휘도 백라이트장치 {High Brightness Back Light Device}

도 1은 일반적인 브이형 반사부를 가진 직하형 백라이트장치를 나타내는 구성도.

도 2는 일반적인 곡선형 반사부를 가진 직하형 백라이트장치를 나타내는 구성도.

도 3은 일반적인 평면형 반사부를 가진 직하형 백라이트장치를 나타내는 구성도.

도 4는 일반적인 인쇄방식의 도광판형 백라이트장치를 나타내는 구성도.

도 5는 일반적인 브이컷 방식의 도광판형 백라이트장치를 나타내는 구성도.

도 6은 일반적인 브이컷 방식의 도광판을 경사상태로 형성한 백라이트장치를 나타내는 구성도.

도 7은 종래기술의 백라이트 장치를 나타내는 사시도.

도 8은 종래기술의 백라이트 장치의 주요부부을 나타내는 일부 절개 단면도.

도 9는 본 발명에 따른 고휘도 백라이트장치에 실시예 1을 나타내는 구성도.

도 10은 본 발명에 따른 고휘도 백라이트장치의 실시예 2를 나타내는 구성도.

도 11은 본 발명에 따른 고휘도 백라이트장치의 실시예 3을 나타내는 구성도.

도 12는 본 발명에 따른 고휘도 백라이트장치의 실시예 4를 나타내는 구성도.

도 13은 본 발명에 따른 고휘도 백라이트장치의 실시예 5를 나타내는 구성도.

도 14는 본 발명에 따른 고휘도 백라이트장치의 실시예 6을 나타내는 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 백라이트 10 : 광원부

11 : 광원체 12 : 평판렌즈

13 : 광원체렌즈 20 : 반사부

21 : 반사판 22 : 반사프리즘

23 : 굴절돌기 30 : 표시부

31 : 표시판 32 : 표시프리즘

33 : 굴절돌기 A : 임의의 수평면

B : 임의수평면 C : 굴절각도

C2 : 임계각 N1 : 공기굴절률

N2 : 재료굴절률 R : 발광각도

R0 : 반사광각도 R1 : 반사각도

R2 : 굴절각도 R3 : 전반사각도

R4 : 출광굴절각도 α : 입사각

β : 출광각 θ1 : 입사광사이각

θ2 : 투과광사이각 φ1 : 굴절광사이각

φ2 : 반사광사이각 φ3 : 출광각사이각

δ : 반사사이각

본 발명은 고휘도 백라이트장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Device)의 백라이트장치에 있어서, 광원체에서 발광된 가시광을 반사하는 반사판과 출광된 가시광을 표시하는 표시판에 선택적으로 일체로 가시광이 수직방향을 지향하여 휘도를 균일화시키는 각도로 돌출된 굴절돌기를 복수로 형성한 프리즘을 형성하여 도광판이 없이도 휘도의 균일성을 향상하는 고휘도 백라이트장치에 관한 것이다.

일반적으로, 인가전압에 따른 액정의 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생되는 여러 가지 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 전자 소자에 일환으로 사용되는 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Device)는 동작 전압이 낮아 소비 전력이 적고, 휴대용으로 쓰일 수 있어 손목시계, 컴퓨터 등에 널리 쓰이고 있는 평판 디스플레이의 일종이다.

상기와 같은 액정표시장치는 산업계 뿐만 아니라 각 가정에도 보급되고 용도에 맞춰 다양화와 확대를 지속하고 있으며, 박형, 저가, 저소비 전력구동으로 집적회로와의 정합성도 좋으므로, 랩 톱 컴퓨터(lap top computer)나 포켓 컴퓨터(pocket computer)의 표시 외에 차량 적재용, 칼라텔레비전 화상용으로 휴대가 간편한 박형으로 용도에 따라 형태와 크기를 다양하게 생산할 수 있으므로 그 용도가 급속하게 확대되고 있다.

정보화 사회에서의 표시 디바이스(device)로서의 액정 표시 장치의 개발은 눈부신 발전을 하고 있으며, 그 역할도 중요하게 되고 있다. 그러나, 액정표시 장치는 자 체 발광하지 못하므로 일반적으로 사용되고 있는 투과형 타입에서는 백라이트가 필요하기 때문에 액정표시 장치 자체만이 아니라, 사용하는 백라이트의 성능에 의존하는 바가 크다.

또한, 유도등과 광고등과 같이 밝은 휘도로 외부에 표시되는 장소에서도 백라이트의 성능에 의존하고 있다.

일반적으로 백라이트는 주로 형광 램프를 사용하며, 형광 램프는 구조적으로 직관 현광 램프와 플랫 형광 램프가 있으며, 직관 형광 램프에는 조명 방식에 따라 반사판 방식과 도광체 방식이 있다.

또한, 형광 램프에는 방전 전극에 따라 열음극과 냉음극이 있으며, 냉음극 형광램프는 열음극 형광 램프와 비교하여 수명이 길지만 발광 효율이나 휘도에서 떨어진다. 최근에는 수명의 중요성이 강조되어 냉음극의 사용이 증가되고 있다.

특히, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 기기의 액정표시장치에 있어서, 액정을 이용한 화면 표시 장치의 백라이트 장치는 필수의 광학 장치이며, 특히 CRT(Cathode Ray Tube)등과 대등한 화면 표시를 위해서는 디스플레이 장치의 휘도, 균일성, 칼라 등이 중요한 변수로 작용하고 있다.

상기와 같이, 중요한 변수로 작용하는 일반적인 백라이트 장치 중에 반사판 방식의 백라이트 장치를 도 1 내지 도 3에서 살펴보면 다음과 같다.

표시부(3a)의 내측으로 발광체(2)를 형성하고 후면에 형성된 반사부(8)에서 발광되는 발광체(2)를 반사하여 전면의 표시부(3a)로 발광하도록 형성하는 것으로, 도 1은 브이형 반사부와 도 2는 곡선형 반사부 및 도 3은 평면 형태의 반사부를 형성한 다.

따라서, 발광체의 가시광을 반사부로 반사시켜 표시부로 조사하는 것으로, 표시부의 크기에 따라 광원과 반사부가 일정한 간격을 유지하여야 함으로써, 부피가 증대하고 광원에서 직접 조사되는 직하형태로 발광체가 설치된 중앙에 빛이 집중 반사되고 발광체의 주변부에서 휘도가 떨어지는 휘도의 불균등화 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

이에, 최근에는 측면에 발광체를 형성하여 도광판을 통하여 표시부로 조사하는 도광체 방식에 백라이트 장치를 개시한 바, 이를 도 4 내지 도 6을 참조하면서 살펴보면 다음과 같다.

일측으로, 발광체(2)를 형성하고 발광체(2)의 빛을 내부로 조사하도록 도광체(4)를 연결형성하여 도광체(4) 내부에서 굴절되는 발광체(2)의 빛을 후면에서 산란시켜 전면에 표시부(3a)에 균등하게 조사하도록 패턴부(4a)를 형성하여 구성한다.

상기 패턴부(4a)는 도 5에서 도시한 바와 같이 브이형 홈이 복수로 형성시킨 산란부(4b)를 형성하여 산란효율을 증대시키도록 한다.

또한, 상기 산란부(4b)가 형성된 도광체(4)의 후부를 도 6에서 도시한 바와 같이, 일정한 각도로 경사지도록 형성하여 산란효율을 향상시키도록 한다.

상기와 같이, 측부로 발광체를 형성하여 평면과 가까운 형태의 액정표시장치를 형성함으로써, 산업용 및 일반용으로 사용범위를 확대시키고 제품의 폭을 대폭 축소시켰으나, 발광체에서 발생된 빛을 일차적으로 도광체의 내부에 입사되어 후면에 형성된 패턴 및 복수의 홈으로 형성된 산란부로 산란시켜 빛을 조사되어 도광체의 내부에서 발광체의 가시광이 입사와 산란 등의 과정을 거치면서 약화되어 휘도가 낮으며 가시광의 산란이 도광체 재료의 투과율에 따라 변형이 생김에 따라 균일한 분포를 얻기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 상기 측부로 발광체를 형성한 도광체형태의 액정표시장치는 빛이 굴절되는 도광체의 후면에 패턴과 홈과 같은 산란부를 형성하여 굴절과 산란이 같은 장소에서 발생함에 따라 가시광의 출광 경로의 예측이 불가능하고 혼선된 출광경로에 따라 표시부에 수직방향의 직진성을 고려하기 어려움에 따라 휘도의 편향성이 증대되어 펄스값에 따른 정확한 가시광의 조사가 어려워 액정화면 구성이 어렵고 질이 저하되며, 일정한 경사면을 형성하여 보상한다 하여도 한계가 있으므로, 휘도의 균일한 분포를 기대하기 어렵다.

그리고, 상기 측부로 발광체를 형성한 도광체형태의 액정표시장치는 도광체의 하부에 패턴을 부착하거나 복수의 홈을 가공하고 경사면을 형성하여 가시광을 산란시키는 것으로 이차가공에 따른 공정의 증설로 비용이 발생하고 생산성이 감소되는 문제점이 있었다.

이와 같은, 도광판을 이용한 종래기술의 백라이트를 도 7 및 도 8을 참조하면서 살펴보면 다음과 같다.

전압의 펄스를 발생하는 구동부(1)와, 상기 구동부(1)이 출력단에 연결되어 인가되는 펄스에 따라 방전하여 광을 발생하는 발광체(2)과, 상기 발광체(2)을 둘러싸고 있는 경판(3)과, 상기 발광체(2)에서 발생되는 빛을 이동시키고 빛을 난반사시키기 위한 도트 패턴(41)이 형성되어 있는 도광판(4)과, 상기 경판(3)을 도광판(4) 과 연결시키기 위한 양면 테이프(5)와, 상기 도광판(4)의 도트패턴(41)을 통과하지 않은 빛을 반사시키는 반사판(8)과, 상기 도광판(4)의 도트 패턴(41)을 통해 난반사된 빛을 확산시키는 확산판(6)과, 상기 확산판(6)을 통해 확산되는 빛을 집광하여 출력하는 프리즘(7)과, 상기 냉음극관(2)에서 발생하는 빛이 도광판(4)으로 입력되는 부분에 장착되어 빛의 일부를 흡수 반사시키는 블랙 테이프(9)로 이루어진다.

상기 구동부(1)를 통해 소정의 전압 펄스가 발광체(2)으로 인가되면 방전이 이루어져 발광체(2)에서 가시광을 발생하게 된다. 상기 발광체(2)을 통해 발생된 빛은 첨부한 제2도에 도시되어 있듯이 도광판(4)으로 입사하여 이동하게 된다.

상기 발광체(2)에서 발생되어 도광판(4)으로 입사하는 빛이 도트패턴(41)에 접촉되면, 가시광이 난반사되어 도광판(4)을 통하여 확산판(6)으로 입사된다.

상기 확산판(6)으로 입사된 빛은 1차 확산된 후 프리즘(7)을 통하여 집광되어 면광원을 형성하게 된다.

이와 같은, 종래기술의 백라이트장치는 발광체에서 발생된 빛을 도광체의 내부를 통과하여 후부에 형성된 도트패턴에서 일차 난반사하고 전면에 형성된 확산판과 프리즘을 통해서 난반사된 빛을 확산 및 집광하여 외부로 표시하는 것으로 빛이 통과하는 난반사와 확산 및 집광 등의 복잡한 과정을 거쳐서 표시됨에 따라 발광체에서 발생된 가시광의 휘도가 낮아지는 문제점이 있었다.

또한, 종래기술의 백라이트장치는 발광체에서 입사되는 빛을 일부 흡수 반사 시켜 휘도의 균등성을 향상시키도록 형성하였으나, 입사각을 변위시키는데 흡수와 반사 에 의한 소극적인 방법으로 변위함에 따라 휘도의 균등성이 향상되는 정도가 미비한 문제점이 있었다.

아울러, 종래기술의 백라이트장치는 발광체의 일측으로 하부에 도트패턴이 형성된 도광판을 형성하고, 도광판의 전면으로 난반사된 빛을 확산시키는 확산판을 형성하며, 확산판의 전면으로 확산된 빛을 집광하는 프리즘을 형성하여 빛을 조사하는 것으로 난반사에 따른 입사각과 도광판의 투사율에 따라 통과하는 빛의 투사각도와, 확산판의 확산 각도 및 프리즘을 통과하는 집광 각도를 모두 고려하여 백라이트장치를 형성하여야 함에 따라 제작과 조립이 어려워 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

이와 같은, 문제점을 해결하고자 안출된 본 발명의 주목적은 측부에 형성된 광원체에 가시광을 표시부 전지역에 균등하게 조사하도록 일정한 각도의 프리즘을 일체로 형성하여 도광판이 없이도 출광효율을 증대시켜 생산성을 향상시키는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 측부로 형성된 광원체의 일측으로 렌즈를 형성하여 광원체의 광원을 집광시켜 공급함에 따라 반사의 간격을 축소시켜 제품의 두께를 대폭 감소시킴에 따라 소비자 원하는 초박형의 양질의 제품을 제공하는데 있다.

아울러, 본 발명의 또 다른 목적은 광원체에서 발생된 가시광이 프리즘을 통과하여 출광되는 출광경로를 추적하여 최적화된 출광경로에 따라 반사되는 프리즘을 형성함으로써, 발광체의 가시광에 휘도를 효과적을 향상시키는데 있다.

이와 같은, 목적을 달성하고자 안출된 본 발명의 고휘도 백라이트장치는 소정의 전압 펄스에 의해 가시광을 출력하는 광원체를 일측부에 형성한 광원부와, 상기 광원부에서 발생되는 측부 가시광을 전면에 일정한 휘도로 반사되는 각도의 경사로 설치되는 반사판을 가시광이 출광되는 측부에 형성한 반사부와, 상기 반사부의 전면에 반사판에서 반사되어 출광되는 표시판을 형성하되, 표시판의 후면으로 반사판에서 반사된 가시광의 입사각에 따라 표시판에 수직방향으로 지향하는 휘도의 각도로 돌출 형성한 굴절돌기를 복수로 형성한 표시프리즘을 일체로 형성한 표시부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광원부는 광원체에서 가시광이 출광되는 측부로 일정한 굴절률을 가지는 평판렌즈를 형성하여 광원체에서 출광되는 가시광이 일차적으로 평판렌즈에서 굴절되어 반사부로 출광되도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 광원부는 광원체의 일측으로 일정한 굴절률을 가지는 광원체렌즈를 부착하여 광원체에서 발생되는 가시광을 출광측으로 부착된 광원체렌즈를 투과하여 반사부로 출광되도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 표시부의 표시프리즘에 반사된 가시광을 굴절하도록 형성된 굴절돌기의 내각을 반사부에서 반사된 가시광의 입사각에 따라 0~90도로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반사부는 광원체에서 출광된 가시광을 반사하는 일정한 경사로 형성된 반사판의 전면에 가시광의 입사각에 따라 표시부에 직진하는 휘도의 각도로 돌출 형성한 굴절돌기를 복수로 형성한 반사프리즘을 일체로 형성하여 평판 형상으로 전면에 형성된 표시부의 표시판으로휘도분포가 균일한 가시광을 반사하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

삭제

그리고, 상기 반사부는 반사프리즘에 반사된 가시광을 굴절하도록 형성된 굴절돌기의 내각을 광원체에서 출광된 가시광의 입사각에 따라 0~90도로 형성하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 발광부의 발광체의 임의수평면을 기준으로 가시광의 발광각도와 수직각도인 90에서 반사프리즘의 굴절돌기에 굴절각의 법선과 반사사이각을 뺀 값을 두배로 하여 더한 값이 표시부에 반사되는 반사광각도를 계산하여 굴절돌기로 입사되어 출광하는 가시광의 경로에 따라 각도를 제어하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 구성된 본 발명의 고휘도 백라이트장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 살펴보면 다음과 같다.

도 9는 본 발명에 따른 고휘도 백라이트장치에 실시예 1을 나타내는 구성도이고, 도 10은 본 발명에 따른 고휘도 백라이트장치의 실시예 2를 나타내는 구성도이며, 도 11은 본 발명에 따른 고휘도 백라이트장치의 실시예 3을 나타내는 구성도이고, 도 12는 본 발명에 따른 고휘도 백라이트장치의 실시예 4를 나타내는 구성도이며, 도 13은 본 발명에 따른 고휘도 백라이트장치의 실시예 5를 나타내는 구성도이고, 도 14는 본 발명에 따른 고휘도 백라이트장치의 실시예 6을 나타내는 구성도이다.

도 9 내지 도 14에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 고휘도 백라이트장치(1)는 가시광을 출력하는 광원체(11)를 측부에 형성한 광원부(10)와, 상기 광원부(10)의 가시 광을 반사하도록 측부의 후면에 형성된 반사부(20)와, 상기 반사부(20)의 전면으로 반사된 가시광을 표시하는 표시부(30)를 포함하여 구성한다.

상기 광원부(10)는 소정의 전압 펄스에 의해 가시광을 출력하는 광원체(11)를 일측부에 형성하도록 구성한다.

이때, 소정의 전압 펄스는 일반적인 광원은 길이에 따라 600~2000V의 전압이 필요하고, 반도체 소자를 사용하는 경우에는 3~10V정도의 전압펄스가 소요된다.
여기서, 상기 광원부(10)는 광원체(11)에서 가시광이 출광되는 측부로 일정한 굴절률을 가지는 평판렌즈(12)를 형성하여 광원체(11)에서 출광되는 가시광이 일차적으로 평판렌즈(12)에서 굴절되어 반사부(20)로 출광되도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 광원부(10)는 광원체(11)의 일측으로 일정한 굴절률을 가지는 광원체렌즈(13)를 부착하여 광원체(11)에서 발생되는 가시광을 출광측으로 부착된 광원체렌즈(13)를 투과하여 반사부(20)로 출광되도록 구성할 수도 있다.

상기 반사부(20)는 광원부(10)에서 발생되는 측부 가시광을 전면에 일정한 휘도로 반사되는 각도의 경사로 설치되는 반사판(21)을 가시광이 출광되는 측부에 형성하도록 구성한다.

여기서, 상기 반사부(20)는 광원체(11)에서 출광된 가시광을 반사하는 일정한 경사로 형성된 반사판(21)의 전면에 가시광의 입사각에 따라 표시부(30)에 직진하는 휘도의 각도로 돌출 형성한 굴절돌기(23)를 복수로 형성한 반사프리즘(22)을 일체로 형성하여 평판 형상으로 전면에 형성된 표시부(30)의 표시판(31)으로 직진하는 휘도분포가 균일한 가시광을 반사하도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 반사부(20)는 반사프리즘(22)에 반사된 가시광을 굴절하도록 형성된 굴절돌기(23)의 내각을 광원체(11)에서 출광된 가시광의 입사각에 따라 0~90도로 형 성하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 발광부(10)의 발광체(11)의 임의수평면(B)을 기준으로 가시광의 발광각도(R)와 수직각도인 90에서 반사프리즘(22)의 굴절돌기(23)에 굴절각(C)의 법선과 반사사이각(δ)을 뺀 값을 두배로 하여 더한 값이 표시부(30)에 반사되는 반사광각도(R0)를 계산하여 굴절돌기(23)로 입사되어 출광하는 가시광의 경로에 따라 각도를 제어하도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 표시부(30)는 반사부(20)의 전면에 반사판(21)에서 반사되어 출광되는 표시판(31)을 형성하되, 표시판(31)의 후면으로 반사판(21)에서 반사된 가시광의 입사각에 따라 표시판(31)에 직진하는 휘도의 각도로 돌출 형성한 굴절돌기(33)를 복수로 형성한 표시프리즘(32)을 일체로 형성하도록 구성한다.

여기서, 상기 표시부(30)의 표시프리즘(32)에 반사된 가시광을 굴절하도록 형성된 굴절돌기(33)의 내각을 반사부(20)에서 반사된 가시광의 입사각에 따라 0~90도로 형성하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 반사부(20)에서 임의의 수평면(A)를 기준으로 반사되어 입사되는 반사각도(R1)은 공기굴절률(N1)과 굴절돌기(33)의 재료굴절률(N2)에 의해 굴절되는 굴절각도(R2)는 반사각도(R1)와 경사진 굴절돌기(33)의 입사면의 법선과의 입사광사이각(θ1)은 절대각도(A)에서 굴절돌기(33)의 입사측 입사각(α)을 뺀 값으로, 이 입사광사이각(θ1)의 사인값과 공기굴절률(N1)을 곱한값과 재료굴절률(N2)과 굴절돌기(33)의 입사면 법선과 투과되는 가시광의 투과광사이각(θ2)의 사인값을 곱한값이 같으므로, 계산에 의해 투과광사이각(θ2)을 구하고, 절대각도(A)가 입사각 (α)보다 크거나 같으면 굴절각도는 입사각(α)에 투과광사이각(θ2)을 더한 값이고, 절대각도(A)가 입사각보다 작으면 입사각(α)에 투과광사이각(θ2)을 뺀 값으로 굴절각도(R2)를 산정하며, 굴절돌기(33)의 출광되는 출광각(β)과 굴절각도(R2)를 더한 광면의 법선과 투과되어 굴절되는 굴절광사이각(φ1)이 굴절돌기(33)의 재질에 임계각(C2)보다 크면 굴절광사이각(φ1)과 굴절돌기(33)의 출광면의 법선과 반사되어 진행되는 가시광의 반사광사이각(φ2)이 같으므로, 전반사각도(R3)는 직각인 90에서 출광각(β)과 굴절각도(R2)를 뺀 값을 두배로 한 값을 굴절각도(R2)와 더하여 산정하고, 굴절광사이각(φ1)이 굴절돌기의 재질에 임계각(C2)보다 작으면 굴절광사이각(φ1)의 사인값과 재료의 굴절률(N2)을 곱한값과 공기굴절률(N1)과 굴절돌기(33)의 출광면의 법선과 출광면에 굴절되어 출광되는 가시광의 각도인 출광사이각(φ3)의 사인값을 곱한 값이 같으므로, 계산으로 산출한 출광사이각(φ3)에 출광각(β)을 뺀 값을 출광굴절각도(R4)로 계산하여 굴절돌기(33)로 입사되어 출광하는 가시광의 경로에 따라 각도를 제어하도록 구성하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 구성된 본 발명의 고휘도 백라이트장치을 다양한 실시예를 통하여 살펴보면 다음과 같다.

도 9에서 도시한 바와 같이, 표시부(30)의 후면에 일체로 복수에 굴절돌기(33)가 형성된 표시프리즘(32)을 통하여 광원체(11)의 가시광을 출광할 경우에, 광원체(11)에서 발산되는 빛을 표 1을 통하여 살펴보면 다음과 같다.

표 1에서 수평선을 기준으로 광원체(11)에서 발산되는 가시광의 각도에 범위를 후면부를 B라고 하고 전면부를 A라고 정의한다.

상기와 같이, 발산되는 광원체(11)를 측부로 형성하여 발광하면 후면에 전체로 균등하게 가시광이 출광되도록 일정한 각도로 경사지게 반사판(21)을 설치하여 광원체(11)에서 발생된 가시광을 일정한 휘도로 표시프리즘(32)과 일체로 형성된 표시부(30)에 반사시킨다.

이렇게, 발광체(11)에서 발생되는 가시광을 경사진 반사부(20)를 통하여 복수의 굴절돌기(33)가 형성된 표시프리즘(32)을 통과하여 수평방향으로 지향하도록 입사되는 각도에서 굴절하여 표시부(30) 전체에서 수평방향으로 가시광을 굴절하여 출광한다. 이를 표 2를 통하여 살펴보면 다음과 같다.

상기 표 2에서 보는 바와 같이 반사판(21)으로부터 입사되어 표시부(30)와 일체로 형성된 표시프리즘(32)의 굴절돌기(33)에서 굴절되어 수평방향을 지향하도록 빛의 방향을 제어하여 표시부(30)에 출광되는 빛을 휘도를 효율화 할 수 있다.

이렇게, 출광되는 가시광의 입사각도에 따른 광선의 경로를 계산하는 식을 살펴보면 다음과 같다.

표 3에서 보는 바와 같이, 임의의 수평선을 기준으로 반시계방향을 양의 각도로 한 수평면(A)과 반사판(21)에서 반사되어 입사되는 반사각도(R1)는 공기굴절률(N1)과 굴절돌기(33)의 재료굴절률(N2)에 의해 굴절각도(R2)로 굴절된다.

상기 굴절되는 굴절각도(R2)를 계산하면 다음과 같다.
먼저, 굴절돌기(33)에 입사되는 반사각도(R1)와 경사진 굴절돌기(33)의 가시광 입사면의 법선과의 입사광사이각(θ1)은 굴절돌기(33)의 중앙 수직선을 기준으로 굴절돌기(33)의 입사측 입사각(α)을 빼서 입사광사이각(θ1)을 구한다.

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θ1=R1-α
상기 입사광사이각(θ1)의 사인(Sin)값과 공기굴절률(N1)을 곱한값과 재료굴절률(N2)과 굴절돌기(33)의 입사면을 통과한 후에 굴절돌기(33)의 내부로 투과되는 가시광과 입사면의 법선과의 사이각인 투과광사이각(θ2)의 사인(Sin)값을 곱한값이 같으므로, 계산에 의해 투과광사이각(θ2)을 구한다.
N1 Sin θ1 = N2 Sin θ2 → θ2 = Sin ^-1(N1/N2 Sin θ1)

이렇게, 투과광사이각(θ2)을 구한 상태로 절대각도인 반사각도(R1)가 입사각(α)보다 크거나 같으면 굴절각도는 입사각(α)에 투과광사이각(θ2)을 더한 값이고, 절대각도인 반사각도(R1)가 입사각(α)보다 작으면 입사각(α)에 투과광사이각(θ2)을 뺀 값으로 굴절각도(R2)를 산정한다.
R1 ≥ α 이면 R2 = α+ θ2
R1 ＜ α 이면 R2 = α- θ2

이와 같이 굴절각도(R2)를 산정한 후에 굴절돌기(33)의 수직면을 중심으로 가시광이 굴절되어 출광되는 출광각(β)과 굴절각도(R2)를 더하여 굴절돌기(33)에 가시광선이 출광되는 출광면의 법선과 발광체(11)에서 발광되어 반사판(21)으로 반사된 가시광이 굴절돌기(33)를 통하여 투과되어 굴절되는 굴절광사이각(φ1)을 구한다.

φ1 = R2 + β
상기와 같이, 굴절광사이각(φ1)이 굴절돌기(33)의 재질에 임계각(C2)보다 큰 경우에는 표 3에서 보는 바와 같이, 굴절광사이각(φ1)과 굴절돌기(33)의 출광면의 법선과 반사되어 진행되는 가시광의 반사광사이각(φ2)이 같으므로, 전반사각도(R3)는 직각인 90에서 출광각(β)과 굴절각도(R2)를 뺀 값을 두배로 한 값을 굴절각도(R2)와 더하여 산정한다.
C2 ＜ φ1
φ2 = φ1
R3 = R2 + 2[90- β - R2]

이와 같은 전반사각도(R3)는 수직방향인 90도가 되는 것이 바람직함에 따라 전반사각도(R3)를 90도로 만들기 위해서 굴절돌기(33)의 입사각(α)과 출광각(β)을 조절하여 휘도의 수직성을 향상시킨다.

또한, 굴절광사이각이 굴절돌기의 재질에 임계각(C2)보다 작은 경우는 표 4를 참조하면서 살펴보면 다음과 같다.

상기 표 4에서 살펴본 바와 같이, 굴절광사이각(φ1)의 사인값과 재료의 굴절률(N2)을 곱한값과 공기굴절률(N1)과 굴절돌기(33)의 출광면의 법선과 출광면에 굴절되어 출광되는 가시광의 각도인 출광사이각(φ3)의 사인값을 곱한 값이 같으므로 출광사이각(φ3)을 산출한다.
C2 ≥ φ1
φ1 = β + R2
N2 Sin φ1 = N1 Sin φ3 → φ3 = Sin^-1(N2/N1 Sin φ1)

이렇게, 산출된 출광사이각(φ3)에 수직면을 중심으로 굴절돌기(33)의 출광면 각도인 출광각(β)을 뺀 값을 출광굴절각도(R4)로 계산함에 따라, 굴절돌기(33)에 발광체(11)에서 반사판(21)을 통하여 입사되는 가시광의 모든 빛의 경로를 계산하여 표시부(30)에 방출되는 빛의 각도를 제어함에 따라 고휘도를 실현한다.
R4 = φ3 - β
도 12에서 도시한 바와 같이, 표시부(30)를 평판으로 형성하고 발광체(11)에서 발광되는 가시광을 전면으로 균등하게 반사하도록 발광체(11)에서 거리가 떨어지면 간격이 좁아지도록 경사진 반사판(20)의 전면에 일체로 복수의 굴절돌기(23)를 형성한 반사프리즘(22)을 통하여 수직방향을 지향하도록 표시부(30)로 가시광을 반사하여 출광하는 경우에, 광원체에서 발산되는 표 5을 통하여 살펴보면 다음과 같다.

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표 5에서 살펴본 바와 같이, 수평선을 기준으로 반시계 방향을 양의 기호 형성한 임의수평면(B)에서 발광체(11)에서 발광되는 가시광의 발광각도(R)와 직각인 90에서 반사프리즘(22)의 굴절돌기(23)에 굴절각(C)의 법선과 반사사이각(δ)을 뺀 값을 두배로 하여 더한 값이 표시부(30)에 반사되는 반사광각도(R0)로 산정된다.
R0 = R + 2(90- δ)

상기 반사광각도(R0)는 90도를 이루는 것이 가장 바람직함으로써, 발광각도(R)와의 상관관계에 따라 굴절각(C)을 구하여 휘도의 직진성을 향상시킨 굴절각(C)을 가지는 복수의 굴절돌기(23)를 구비한 반사프리즘(22)을 반사판(21)에 일체로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 도 10, 도 11, 도 13 및 도 14에서 도시한 바와 같이, 광원체(11)의 출광측에 평판렌즈(32)와 광원체(11)에 직접 부착되는 광원체렌즈(33)를 부착하여 광원체(11)의 가시광 분포에 따라 표시프리즘(32)과 반사프리즘(22)에 도달하는 가시광의 차이를 광원에 특성을 변형시켜 원하는 각도와 세기의 가시광을 반사부(20)와 표시부(30)에 출광하여 출광효율을 향상시키도록 한다.
상기와 같이, 출광각도를 조절하여 표시부에 출광되는 가시광의 경로를 90도로 출사되게 함으로써, 동일광원에서 발생되는 휘도보다 향상된 휘도를 발현하여 고휘도를 실현한다.

따라서, 본 발명의 고휘도 백라이트장치(1)는 도광체가 없이 측면에서 발광체(11)로 출광되는 가시광을 광원의 특성과 백라이트장치(1)의 크기에 따라 평판렌즈(12)와 광원체렌즈(13)로 세기와 각도를 조절하면서 공급하면 반사부(20)나 표시부(30)에 가시광의 경로를 계산하여 수직으로 가시광이 향하도록 굴절시키는 복수의 굴절돌기(23, 33)를 형성한 반사프리즘(22)과 표시프리즘(33)을 각각 형성하여 발광체(11)에서 발생된 가시광을 수직방향으로 표시부(30)로 표시함에 따라 가시광 분포을 균일화하여 고휘도의 표시장치를 제공한다.

이와 같이, 구성된 본 발명의 고휘도 백라이트장치는 측부에 펄스값에 따라 빛을 발산하는 발광체를 형성하고, 발광체에서 발산되는 빛의 반사범위를 확대하도록 일정한 각도로 경사지게 반사판을 형성하며, 반사판에서 반사된 빛의 입사각도에 따 라 표시부에서 광원을 직진화 시키는 각도로 표시부의 후면에 굴절돌기를 복수로 형성한 표시프리즘을 일체로 형성하는 것으로, 광원에서 발생한 빛을 경사진 반사판으로 표시부에 균등하게 반사시키고 표시부와 일체로 형성된 표시프리즘으로 수직방향으로 지향시켜 휘도의 분포를 균일화함에 따라 도광판 없이도 고휘도의 표시장치를 제공함으로써, 장치의 폭이 감소되어 범용성이 증대되고 원료비를 감소시키면서 출광효율을 증대시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 고휘도 백라이트장치는 빛을 발산하는 발광체의 일측으로 렌즈를 장착하여 발광체의 빛이 렌즈를 통과하면서 일정비율로 굴절시켜 반사판의 경사도의 조정이 가능함에 따라 표시부 전체로 빛이 도달하면서도 반사판의 간격을 축소시켜 장치의 폭을 대폭 감소시킴에 따라 범용성을 확대하는 효과를 제공한다.

그리고, 본 발명의 고휘도 백라이트장치는 측부에 형성된 발광체에서 발생된 빛을 반사시키도록 일정한 경사로 형성된 반사판의 전면으로 광원에서 발생된 빛의 입사각에 따라 수직방향으로 지향 반사시키는 각도로 복수의 굴절돌기가 형성된 반사프리즘을 일체로 형성하여 수광된 빛을 반사부에서 바로 굴절시켜 표시부로 휘도분포가 균일하게 반사시킴으로써 출광효율을 증대시키는 효과를 제공한다.

아울러, 본 발명의 고휘도 백라이트장치는 표시부에 형성된 표시프리즘과 반사부에 형성된 반사프리즘에 반사되거나 굴절되는 가시광의 출광경로를 모두 계산하여 최적의 출광경로에 따른 각 굴절돌기를 최적의 각도와 크기 및 수량으로 형성하여 발광체의 가시광을 정확하게 수직방향이 되도록 최적화 시켜 회도효율을 향상시키는데 있다.

Claims

소정의 전압 펄스에 의해 가시광을 출력하는 광원체(11)를 일측부에 형성하고, 광원체(11)에서 가시광이 출광되는 측부로 굴절률이 균일하도록 평판렌즈(12)를 형성하여 광원체(11)에서 출광되는 가시광이 일차적으로 평판렌즈(12)에서 굴절되어 출광되도록 형성한 광원부(10)와,

상기 광원부(10)에서 발생되는 측부 가시광을 전면에 일정한 휘도로 반사되는 각도의 경사로 설치되는 반사판(21)을 가시광이 출광되는 측부에 형성한 반사부(20)와,

상기 반사부(20)의 전면에 반사판(21)에서 반사되어 출광되는 표시판(31)을 형성하되, 표시판(31)의 후면으로 반사판(21)에서 반사된 가시광의 입사각에 따라 표시판(31)에 휘도가 수직방향을 향하는 각도가 되도록 돌출 형성한 굴절돌기(33)를 복수로 형성한 표시프리즘(32)을 일체로 형성한 표시부(30)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 고휘도 백라이트장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 광원부(10)는 광원체(11)의 일측으로 굴절률이 균일한 광원체렌즈(13)를 부착하여 광원체(11)에서 발생되는 가시광을 출광측으로 부착된 광원체렌즈(13)를 투과하여 반사부(20)로 출광되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고휘도 백라이트장치.
제 1항에 있어서,

상기 표시부(30)의 표시프리즘(32)에 반사된 가시광을 굴절하도록 형성된 굴절돌기(33)의 내각을 반사부(20)에서 반사된 가시광의 입사각에 따라 0~90도로 형성하는 것을 특징으로 하는 고휘도 백라이트장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 반사부(20)는 광원체(11)에서 출광된 가시광을 반사하는 일정한 경사로 형성된 반사판(21)의 전면에 가시광의 입사각에 따라 표시부(30)에 휘도가 직진하는 각도로 돌출 형성한 굴절돌기(23)를 복수로 형성한 반사프리즘(22)을 일체로 형성하여 평판 형상으로 전면에 형성된 표시부(30)의 표시판(31)으로 수직방향으로 지향하는 휘도분포가 균일한 가시광을 반사하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고휘도 백라이트장치.
제 1항 또는 제 6항에 있어서,

상기 반사부(20)는 반사프리즘(22)에 반사된 가시광을 굴절하도록 형성된 굴절돌기(23)의 내각을 광원체(11)에서 출광된 가시광의 입사각에 따라 0~90도로 형성하는 것을 특징으로 하는 고휘도 백라이트장치.
제 1항 또는 제 6항에 있어서,

상기 발광부(10)의 발광체(11)의 임의수평면(B)을 기준으로 가시광의 발광각도(R)와 수직각도인 90에서 반사프리즘(22)의 굴절돌기(23)에 굴절각(C)의 법선과 반사사이각(δ)을 뺀 값을 두배로 하여 더한 값이 표시부(30)에 반사되는 반사광각도(R0)를 계산하여 굴절돌기(23)로 입사되어 출광하는 가시광의 경로에 따라 각도를 제어하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고휘도 백라이트장치.