KR100862667B1 - 고출력 도광판, 이를 채용한 백라이트 유닛 및 디스플레이 - Google Patents

고출력 도광판, 이를 채용한 백라이트 유닛 및 디스플레이 Download PDF

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Abstract

고출력 도광판과 이를 채용한 백라이트 유닛 및 디스플레이가 개시된다. 개시된 도광판은 적어도 하나의 광원으로부터 광이 입사되는 입사면과 입사면에 대향되는 대광면과 광이 출사되는 출사면을 가지는 제1층과, 제1층위에 형성되는 것으로 프리즘이 반복배열된 출사유닛이 마련된 제2층과, 제2층위에 형성되는 것으로, 이방성물질로 형성된 제3층을 포함하며, 제2층에 형성되어 제1층을 통과한 광의 일부를 제1층으로 다시 전반사시키는 것으로, 광원에서 멀어질수록 전반사되는 광량을 점차 감소시키는 다수의 광분포조절부를 구비한다.

Description

고출력 도광판, 이를 채용한 백라이트 유닛 및 디스플레이{High output light guide panel, backlight unit and display employing the high output lightguide panel}
도 1은 종래의 측광형 백라이트 유닛에 채용된 도광판을 나타낸 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 도광판의 상부 출사광 각분포를 나타낸 도면,
도 3은 도 1에 도시된 도광판의 수직 출사광각분포을 나타낸 그래프,
도 4는 도 1에 도시된 도광판의 출광분포를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 도광판을 나타낸 단면도,
도 6a 내지 도 6c 는 도 1에 도시된 광분포조절부의 다양한 단명형상들을 도시한 단면도,
도 7 내지 도 9는 도 1에 도시된 광분포조절부의 다양한 배치형태를 도시한 평면도,
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 도광판을 나타낸 단면도,
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 도광판을 나타낸 단면도,
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 도광판을 나타낸 단면도,
도 13은 본 발명의 제5실시예에 따른 도광판을 나타낸 단면도,
도 14는 본 발명의 제6실시예에 따른 도광판을 나타낸 단면도이고,
도 15는 본 발명의 제1실시예에 따른 도광판을 채용한 디스플레이를 나타낸 단면도,
도 16은 본 발명의 제5실시예에 따른 도광판을 채용한 디스플레이를 나타낸 단면도,
도 17은 도 5에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 도광판의 상부출사광량을 나타난 도면,
도 18은 도 5에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 도광판의 수직 출사량을 나타낸 그래프,
도 19는 도 5에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 도광판의 출광분포를 나타낸 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100,101...광원 110...제1층
110a...입사면 110b...대광면
110c...출사면 110d...가운데면
111...반사판 112...편광변환판
120...제2층 121...출사유닛
130...제3층 130a...상부면
140,240...광분포조절부 160...백라이트 유닛
161...확산판 162...제1프리즘시트
163...제2프리즘시트 170...디스플레이패널
본 발명은 상부출사광의 누광을 최소화하고 도광판의 전면에 고르게 광분포를 가지는 고출력의 도광판, 이를 채용한 백라이트유닛 및 디스플레이에 관한 것이다.
노트북, 데스크탑 컴퓨터, LCD-TV, 이동통신단말기 등에 사용되는 수광형 평판 디스플레이의 일종인 액정 표시 장치는 자체적인 발광 능력이 없으므로, 외부로부터 조사된 조명광을 선택적으로 투과시킴으로써 화상을 형성한다. 이를 위하여 액정 표시 장치의 배면에는 광을 조명하는 백라이트 유닛이 설치된다.
백라이트 유닛은 광원의 배치 형태에 따라서 직하형(direct light type)과, 측광형(edge light type)으로 분류된다. 직하형은 액정 패널의 바로 아래에 설치된 램프가 광을 액정 패널에 직접 조사하는 방식이다.
직하형은 광원을 넓은 면적에 자유롭고 효과적으로 배치할 수 있기 때문에 LCD TV와 같은 30인치 이상의 대형 디스플레이에 적합하고, 측광형은 광원이 도광판의 측면이라는 제한된 위치에 배치되므로 모니터나 휴대폰에 채용되는 중소형 디스플레이에 적합하다.
도 1은 종래의 측광형 백라이트 유닛에 채용된 도광판을 나타낸 것으로, 광원(10)과, 등방성 물질로 형성된 제1층(15), 상기 제1층(15)의 상부에 형성된 제2층(18) 및 이방성 물질로 형성된 제3층(25)을 포함한다. 상기 제1층(15)은 광 원(10)으로부터 광이 입사되는 입광면(15a)과, 상기 입광면(15a)에 대면하는 대광면(15b)을 포함한다.
상기 제2층(18)은 프리즘각(θ)을 구비한 프리즘 어레이(20)를 가지는 접착제층으로 되어 있고, 제3층(25)은 입사광의 편광 방향에 따라 다른 굴절률을 가지는 복굴절층이다.
도 2는 도 1에 도시된 도광판의 상부 출사광 각분포를 나타낸 것이고, 도 3은 도 1에 도시된 도광판의 수직 출사광각분포의 단면을 나타낸 것이고, 도 4는 도 1에 도시된 도광판의 출광분포를 나타낸 것으로, 이때 출사되는 광은 모두 동일한 평면이다.
도 2를 참조하면, 도광판의 상부 출사광 각분포를 보면, 출사되는 광의 대부분이 도광판에서 상부로 수직 출사되는 것을 알 수 있다.
도 3을 참조하면, A는 도 1에서의 X방향에 따른 출사광 각분포를 나타내며, B는 Y방향에 따른 출사광 각분포를 나타낸다. A를 참조하면, 대광면(15a)쪽으로 출사되는 광이 거의 없고, 수직방향으로의 출사광량이 큼을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 도광판의 출광분포를 보면 광원(10)에 인접한 입광면(15a)쪽에 대부분의 광이 출사되는 것을 알 수 있다.
따라서, 연속프리즘형상을 가지는 프리즘어레이를 구비하는 도광판은 도광판 상부를 큰각으로 출광하는 누광없이 수직방향으로 출광하는 광분포를 가지는 장점이 있지만, 도광판을 출광하는 광이 대부분 입광면(15a)쪽에서만 출사됨으로써 광분포가 균일하지 못하다.
본 발명은 상기 문제점을 감안한 것으로, 도광판의 상부를 출광하는 광의 누광은 최소화하면서 도광판의 전면적에 걸쳐 고르게 출광될 수 있도록 조절하는 광분포조절부를 구비하는 고출력 도광판 및 이를 채용한 백라이트유닛 및 디스플레이를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 도광판은 적어도 하나의 광원으로부터 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면에 대향되는 대광면과, 광이 출사되는 출사면을 가지는 제1층;
상기 제1층위에 형성되는 것으로, 프리즘이 반복배열된 출사유닛이 마련된 제2층;과
상기 제2층위에 형성되는 것으로, 이방성물질로 형성된 제3층;을 포함하며,
상기 제2층에 형성되어 상기 제1층을 통과한 광의 일부를 상기 제1층으로 다시 전반사시키는 것으로, 상기 광원에서 멀어질수록 전반사되는 광량을 점차 감소시키는 다수의 광분포조절부;를 구비한다.
본 발명에 따르면, 상기 다수의 광분포조절부는 상기 제1층의 출사면에 형성되어 있다.
본 발명에 따르면, 상기 다수의 광분포조절부는 상기 제2층 내부에 형성되어 있다.
본 발명에 따르면, 상기 다수의 광분포조절부가 상기 제2층의 전체표면적에 대하여 차지하는 면적은 상기 입사면으로부터 상기 대광면 쪽으로 갈수록 점차 줄어든다.
본 발명에 따르면, 상기 다수의 광분포조절부는 상기 입사면에 평행인 방향을 따라 소정간격으로 배치되어 있으며, 상기 입사면으로부터 상기 대광면쪽으로 갈수록 간격이 점차 넓어지도록 배치되어 있다.
본 발명에 따르면, 상기 다수의 광분포조절부의 단면은 사각형상, 다각형상, 삼각형상 및 원호형상 중 어느 하나로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 상기 광분포조절부는 상기 제1층의 굴절률보다 작은 물질로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 상기 광분포조절부는 공기층(air-gap)으로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 상기 다수의 광분포조절부가 상기 제2층의 전체표면적에 대하여 차지하는 면적은 상기 입사면 및 대광면으로부터 상기 제2층의 중앙부 쪽으로 갈수록 점차 줄어든다.
본 발명에 따르면, 상기 다수의 광분포조절부는
상기 입사면에 평행인 방향을 따라 소정간격으로 배치되어 있으며,
상기 입사면 및 대광면으로부터 상기 제2층의 중앙부쪽으로 갈수록 간격이 점차 넓어지도록 배치되어 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 적어도 하나의 광원으로부터 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면에 대향되는 대광면과, 광이 출사되는 출사면을 가지는 제1층;
상기 제1층위에 형성되는 것으로, 이방성물질로 형성된 제2층;
상기 제2층위에 형성되는 것으로, 프리즘이 반복 배열된 출사유닛이 마련된 제3층;과, 상기 제1층의 하면에 마련된 편광전환부;를 포함하며,
상기 제3층에 형성되어 상기 제2층을 통과한 광의 일부를 상기 제2층으로 다시 전반사시키는 것으로, 상기 광원에서 멀어질수록 전반사되는 광량을 점차 감소시키는 다수의 광분포조절부;를 구비한다.
상기 다수의 광분포조절부는 상기 제2층의 상면에 형성되어 있다.
본 발명에 따르면, 상기 다수의 광분포조절부는 상기 제3층 내부에 형성되어 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 디스플레이에 광을 조사하기 위한 백라이트 유닛으로서,
적어도 하나의 광원;
상기 광원으로부터 입사된 광을 안내하는 도광판;
상기 도광판의 상방에 위치되어 출사광을 집광시키는 프리즘 시트;를 포함하고,
상기 도광판은
광원으로부터 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면에 대향되는 대광면과, 광이 출사되는 출사면을 가지는 제1층;
상기 제1층위에 형성되는 것으로, 프리즘이 반복배열된 출사유닛이 마련된 제2층;과
상기 제2층위에 형성되는 것으로, 이방성물질로 형성된 제3층;을 포함하며,
상기 제2층에 형성되어 상기 제1층을 통과한 광의 일부를 상기 제1층으로 다시 전반사시키는 것으로, 상기 광원에서 멀어질수록 전반사되는 광량을 점차 감소시키는 다수의 광분포조절부;를 구비한다.
본 발명의 다른 특징에 따른, 디스플레이에 광을 조사하기 위한 백라이트 유닛으로서,
적어도 하나의 광원;
상기 광원으로부터 입사된 광을 안내하는 도광판;
상기 도광판의 상방에 위치되어 출사광을 집광시키는 프리즘 시트;를 포함하고,
상기 도광판은
광원으로부터 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면에 대향되는 대광면과, 광이 출사되는 출사면을 가지는 제1층;
상기 제1층위에 형성되는 것으로, 이방성물질로 형성된 제2층;
상기 제2층위에 형성되는 것으로, 프리즘이 반복 배열된 출사유닛이 마련된 제3층;과
상기 제1층의 하면에 마련된 편광전환부;를 포함하며,
상기 제3층에 형성되어 상기 제2층을 통과한 광의 일부를 상기 제2층으로 다시 전반사시키는 것으로, 상기 광원에서 멀어질수록 전반사되는 광량을 점차 감소시키는 다수의 광분포조절부;를 구비한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 디스플레이는 적어도 하나의 광원;
상기 광원으로부터 입사된 광을 안내하는 도광판;
상기 도광판의 상방에 위치되어 출사광을 집광시키는 프리즘 시트;를 포함하고,
상기 도광판은 광원으로부터 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면에 대향되는 대광면과, 광이 출사되는 출사면을 가지는 제1층, 상기 제1층위에 형성되는 것으로, 프리즘이 반복배열된 출사유닛이 마련된 제2층과, 상기 제2층위에 형성되는 것으로, 이방성물질로 형성된 제3층;을 포함하며, 상기 제2층에 형성되어 상기 제1층을 통과한 광의 일부를 상기 제1층으로 다시 전반사시키는 것으로, 상기 광원에서 멀어질수록 전반사되는 광량을 점차 감소시키는 다수의 광분포조절부;를 구비하는 백라이트 유닛과,
상기 백라이트 유닛으로부터 조사된 광을 이용하여 영상을 형성하기 위한 디스플레이 패널을 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 도광판을 나타낸 단면도이고, 도 6a 내지 도 6c 는 도 1에 도시된 광분포조절부의 다양한 단면형상들을 도시한 단면도이고, 도 7 내지 도 9는 도 5에 도시된 광분포조절부의 다양한 배치형태를 도시한 평면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 도광판은 광원(100)으로부터 출사된 광을 안내하는 제1층(110)과, 상기 제1층(110)위에 형성된 제2층(120), 이방성물질로 형성된 제3층(130) 및 상기 제2층(120)에 형성되어 출사되는 광을 균일하게 분포시키는 복수의 광분포조절부(140)를 포함한다.
상기 제1층(110)은 상기 광원(100)으로부터 광이 입사되는 입사면(110a), 상기 입사면(110a)에 대향되는 대광면(110b) 및 광이 출사되는 상부면(110c)을 포함한다. 상기 제1층(110)의 하부에는 상기 제1층(110)의 하부쪽으로 진행하는 광을 반사키는 반사판(111)이 마련되어 있다. 또한, 상기 제1층(110)과 반사판(111)의 사이 또는 상기 제1층(110)의 하면에 무용광을 유용광으로 변환시키는 편광변환판(112)이 마련되어 있는데, 상기 편광변환판(112)은 필수적인 것으로 아니면 선택적으로 채용될 수 있는 것이다.
상기 제2층(120)에는 볼록하게 형성된 프리즘이 연속하여 반복 배열된 출사유닛(121)이 마련되어 있다. 상기 제2층(120)은 상기 제1층(110)과 제3층(130)을 접합시키는 접착층 역할을 한다. 상기 제1층(110)과 제2층(120)은 등방성물질로 굴절률이 거의 유사하다. 예를 들어, 상기 제1층(110)은 굴절률이 1.49인 PMMA로 형성되고, 상기 제2층(120)은 굴절률이 1.5인 레진으로 형성될 수 있다. 상기 제1층(110)과 제2층(120)의 굴절율이 동일한 같은 물질로 일체로 형성될 수도 있다.
상기 제3층(130)은 이방성 물질로 형성되어, 입사광의 편광방향에 따라 상이한 굴절특성을 갖는다. 즉, 제1편광의 광에 대해서는 제1굴절률을 가지고, 제2편광의 광에 대해서는 제2굴절률을 가지는 복굴절 특성을 가진다. 예를 들어, P편광의 광에 대해서는 상기 제1층(110)과 제2층(120)의 굴절률과 거의 같은 제1굴절 률을 가지고, S편광에 대해서는 상기 제1층(110)과 제2층(120)의 굴절률보다 상대적으로 큰 제2굴절률을 가진다. 이로 인하여, P 편광은 각층의 경계에서 굴절률의 차이를 느끼지 못하고 상기 제1층(110), 제2층(120) 및 제3층(130)을 그대로 진행하게 된다. 가장 이상적인 경우는, 상기 제1층(110), 제2층(120) 및 제3층(130)의 제1굴절률이 동일하고, 제2굴절률만이 상대적으로 큰 경우로서, 이때 P 편광은 상기 제1층(110), 제2층(120) 및 제3층(130)을 하나의 동일물질처럼 진행하는 것이다.
상기 복수의 광분포조절부(140)는 본 발명의 특징에 해당하는 것으로, 상기 제1층(110)의 출사면(110c)의 상측에 상기 제2층(120)과의 경계면상에 마련되어 있다. 상기 복수의 광분포조절부(140)의 배열은 상기 광원(100)에 가까운 곳(입사면)으로부터 상기 광원(100)으로부터 가장 멀리 떨어진 곳(대광면)쪽으로 갈수록(X방향), 상기 제2층(120)의 전체표면적에 대하여 상기 광분포조절부(140)의 면적이 차지하는 비율이 점점 작아지도록 되어 있다. 즉, 상기 광원(100)에 가까운 곳에서는 광을 상기 제1층(110)의 하부 쪽으로 더 많이 전반사시키고, 상기 광원(100)으로부터 멀어질수록 광을 점점 적게 전반사시키는 것이 바람직하다.
이를 구현하기 위하여, 도 8을 참조하면, 상기 복수의 광분포조절부(140)는 상기 광원(100)에 평행하게 마련되어 있으며, 상기 광원(100)으로부터 멀어질수록 그 폭(W)이 점점 감소된다. 또한, 상기 광원(100)으로부터 멀어질수록 상기 복수의 광분포조절부(140)사이의 간격(P)은 점차 넓어진다.
도 9를 참조하면, 상기 복수의 광분포조절부(140)는 상기 광원(100)에 평행 하게(Y방향) 복수개가 서로 소정간격 이격되어 배치되어 있고, 상기 광분포조절부(140)의 폭(W) 및 상기 광분포조절부(140)사이의 간격(P)의 조정은 도 8에 도시된 것과 동일하다.
도 10을 참조하면, 도 9에 도시된 상기 복수의 광분포조절부의 배치와 동일하며, 단지 평면형상이 원형으로 도 9의 직사각형과 상이할 뿐이다.
이처럼 상기 광분포조절부(140)의 폭(W) 및 상기 광분포조절부(140)사이의 간격(P)을 조정함으로써, 상기 광분포조절부(140)의 면적이 상기 제2층(120)의 전체표면적에 대하여 차지하는 비율을 조절하는 것이다.
상기 광분포조절부(140)의 단면은 도 5에는 사각형형상으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 도 7a에 도시된 다각형형상(141), 도 7b에 도시된 삼각형형상(142), 도 7c에 도시된 원호형상(143)도 적용 가능하다.
상기 광분포조절부(140)는 상기 제1층(110)으로부터 출사된 광을 상기 제1층(110)의 하면 쪽으로 전반사 시키므로, 상기 광분포조절부(140)의 굴절율은 상기 제1층(110)의 굴절률보다 작게 하여 전반사조건을 만족시켜야 한다. 상기 광분포조절부(140)는 공기층(air-gap)으로 형성될 수 있다. 공기의 굴절률은 1이므로, 일반적으로 상기 제1층(110)에 사용되는 물질의 굴절률이 공기의 굴절률보다 크므로 이와 같은 조건을 만족시킨다.
상기와 같이 광분포조절부(140)를 구비하는 도광판의 작용을 설명하면 다음과 같다.
상기 광원(100)에서 출사된 광은 상기 제1층(110)에 입사되어 상기 대광 면(110b)방향으로 진행하게 된다. 상기 제1층(110)의 하방으로 향한 광은 상기 제1층(110)의 하면에서 전반사되거나 또는 상기 반사판(111)에서 반사되어 상부로 향한다.
상기 제1층(110)의 상방으로 향한 광 중 일부는 상기 광분포조절부(140)에서 전반사되어 다시 상기 제1층(110)의 하방으로 향하며, 나머지는 상기 제2층(120)을 굴절 투과한다. 상기에서 설명한 상기 광분포조절부(140)의 배치 특성으로 인하여, 상기 광원(100)으로부터 인접한 부분에서 광의 전반사가 많이 이루어진다. 따라서, 상기 광원(100)으로부터 방사된 광 중 많은 양이 상기 대광면(110b)쪽으로 전달되게 된다.
상기 제2층(120)으로 입사된 광은 상기 출사유닛(121)을 통과하여 상기 제3층(130)으로 입사한다. 상기 제3층(130)은 이방성물질로 이루어져 있어, 편광방향에 따라 굴절특성이 달라져 진행경로가 달라진다. 제1편광의 광(Is)에 대한 제1굴절률(ne)이 제2편광의 광(Ip)에 대한 제2굴절률(no)과 상기 제2층(120)의 굴절률보다 클 때, 제1편광의 광(Is)과 제2편광의 광(Ip)은 상기 제3층(130)에서 분리되어 진행된다. 제1편광의 광(Is)은 상기 제2층(120)과 제3층(130)의 굴절률차에 의해 상기 출사유닛(121)에서 상기 제3층(130)의 상부면(103a)을 수직에 가까운 각도로 출사하는 반면, 제2편광의 광(Ip)은 상기 제2층(120)과 제3층(130)의 굴절률차가 없어서 상기 출사유닛(121)을 경로변경없이 투과하여 상기 제3층(130)의 상부면(103a) 에 임계각보다 큰 각도로 입사되어 전반사된다.
상기 제3층(130)의 상부면(130a)에서 전반사되어 하방으로 향한 제2편광의 광(Ip)은 상기 제3층(130), 제2층(120) 및 제1층(110)의 굴절률 차가 적기 때문에, 상기 광분포조절부(140)에 부딪히지 않는 한 대부분의 광이 굴절투과하여 제1층(110)으로 돌아온다.
반면에, 하방으로 향하는 제2편광의 광(Ip)은 상기 광분포조절부(140)의 상부에 부딪혀 다시 상기 출사유닛(121)쪽으로 진행하는데, 이방성물질로 이루어진 상기 제3층(130)을 다시 지나면서 이방성물질을 통과하는 시간이 길어지게 되어 일부 편광전환이 발생한다. 이처럼 편광전환된 광 중 상기 출사유닛(121)에서 굴절률 차를 느끼는 편광(Is)은 상기 제3층(130)의 상부면(130a)을 수직에 가까운 각도로 출사하여 수직출사량을 증가시키며, 그렇지 않은 광(Ip)은 상기 상부면(130a)에서 반사되어 하방으로 향한다.
결국, 상기 광분포조절부(140)는 상기 광원(100)으로부터 방사된 광을 상기 대광면(110b)쪽으로 반사시켜 보냄으로써 도광판의 전체에 걸쳐 출광분포를 고르게 하는 작용과, 상기 제3층(130)의 상부면(130a)으로부터 반사되어 하방으로 향하는 광을 다시 상부면(130a)으로 반사시켜 일부 광을 상부면(130a)을 통하여 출사시킴으로써 출사광량을 증가시키는 작용을 한다. 그러므로, 별도의 편광변환수단을 구비하지 않아도 상기 광분포조절부(140)를 이용하여 광의 편광전환을 유도하여 광효율을 증가시킬 수 있다. 다만, 상기 광분포조절부(140)와 상기 편광전환판(도1의 112)을 함께 사용하면 광효율을 극대화 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 도광판을 나타낸 단면도이다. 도 10을 참조하면, 상기 광분포조절부(140)의 설치위치를 제외하고 나머지 구성은 도 5에 도시된 것과 동일하다. 상기 광분포조절부(140)는 상기 제2층(120)내에 위치되어 있다. 상기 제1층(110)과 제2층(120)은 굴절율이 유사하므로 도 5처럼 상기 제1층(110)과 제2층(120)의 경계 상에 위치하지 않더라도 그 기능을 수행하는데 영향을 받지 않는다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 도광판을 나타낸 단면도이다. 도 11를 참조하면, 도광판은 도 5에 도시된 제1실시예에 따른 도광판과는 광원(101)이 더 구비되어 있고, 광분포조절부(240)의 구성이 다르다.
제1광원(100)과 제2광원(101)은 상기 제1층(110)의 양측에 각각 마련되어 있고, 상기 광분포조절부(240)는 상기 제1층(110)의 가운데면(110d)을 중심으로 서로 대칭되게 배치되어 있다. 상기 제1광원(100)에 인접한 면을 제1입사면(110a)이라 하고, 상기 제2광원(101)에 인접한 광원을 제2입사면(10b,도5의 대광면에 대응한다)이라 할 때, 상기 제1입사면(110a)으로부터 가운데면(110d)으로 갈수록 그리고 상기 제2입사면(110b)으로부터 가운데면(110d)으로 갈수록 상기 제2층(120)의 전체표면적에 대하여 상기 광분포조절부(240)의 면적이 차지하는 비율이 점점 작아지도록 되어 있다. 이는 도 5에 도시된 상기 광분포조절부(140)의 배치와 동일하다.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 도광판을 나타낸 단면도이다. 도 12를 참조하면, 도광판은 도 11에 도시된 제3실시예에 따른 도광판과는 상기 광분포조절 부(240)의 설치위치를 제외하고는 동일하다. 상기 광분포조절부(240)는 상기 제2층(120)내에 설치되어 있다. 이는 상기 제1층(110)과 제2층(120)은 굴절률이 유사하므로 도 11처럼 상기 제1층(110)과 제2층(120)의 경계 상에 위치하지 않더라도 그 기능을 수행하는데 영향을 받지 않는다.
도 13은 본 발명의 제5실시예에 따른 도광판을 나타낸 단면도이다. 도 13을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 도광판은 광원(200)으로부터 출사된 광을 안내하는 제1층(210)과, 상기 제1층(210)위에 이방성물질로 형성된 제2층(220), 상기 제2층(220)위에 형성된 제3층(230) 및 상기 제3층(230)에 형성되어 출사되는 광을 균일하게 분포시키는 복수의 광분포조절부(340)를 포함한다.
상기 제1층(210)은 상기 광원(200)으로부터 광이 입사되는 입사면(210a), 상기 입사면(210a)에 대향되는 대광면(210b)을 포함한다. 상기 제1층(210)의 하부에는 상기 제1층(210)의 하부쪽으로 진행하는 광을 반사키는 반사판(211)이 마련되어 있다. 또한, 상기 제1층(210)과 반사판(211)의 사이에는 무용광을 유용광으로 변환시키는 편광변환판(212)이 마련되어 있다. 상기 광원(200)과 제1층(210)의 사이에는 상기 광원(200)으로부터 방사된 광을 평행광으로 만드는 콜리메이터(201)가 마련되어 있다.
상기 제3층(230)에는 볼록하게 형성된 프리즘이 연속하여 반복 배열된 출사유닛(221)이 마련되어 있다.
상기 광분포조절부(340)는 상기 제2층(220)의 상부, 즉 상기 제3층(230)과의 경계면에 배치되어 있다.
상기 광분포조절부(340)의 형상 및 배치는 도 5에 도시된 제1실시예에 구성이 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 14는 본 발명의 제6실시예에 따른 도광판을 나타낸 단면도이다. 도 14를 참조하면, 도광판의 구성은 도 13에 도시된 제5실시예에 따른 도광판과 동일하며, 다만, 상기 광분포조절부(340)가 상기 제3층(230)내에 마련되어 있다.
도 15는 본 발명의 제1실시예에 따른 도광판을 채용한 디스플레이를 나타낸 단면도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명에 따른 디스플레이는 백라이트 유닛(160)과, 상기 백라이트 유닛(160)으로부터 조사된 광을 이용하여 영상을 형성하기 위한 디스플레이 패널(170)을 포함한다. 상기 백라이트 유닛(160)은 광원(100)과, 상기 광원(100)으로부터 조사된 광을 상기 디스플레이 패널(170)쪽으로 향하도록 안내하기 위한 도광판(150)을 구비한다. 상기 도광판(150)은 상기에서 설명한 바와 같이 구성되며, 동일한 작용 효과를 가지므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 도광판(150)과 상기 디스플레이 패널(170) 사이에는 광을 확산시키기 위한 확산판(161)과, 광의 진행 경로를 보정하기 위한 제1프리즘 시트(162)와, 제2프리즘시트(163)가 배치된다. 상기 제1프리즘시트(162)와 제2프리즘시트(163)는 서로 직교하도록 배열되어, 상기 확산판(161)에서 나오는 광을 굴절 및 집광시켜서 광의 방향성을 향상시킴으로써 밝기를 크게 하고, 광의 입사각을 줄이는 역할을 수행한다. 상기 도광판(150)과 디스플레이 패널(170) 사이에 사용되는 시트 및 부품 들은 편광보존을 할 수 있는 기능이 있을 경우 더 좋은 성능을 얻을 수 있다. 또한, 필요에 따라서 상기 확산판(116) 및 제1프리즘시트(161)와 제2프리즘시트(163)은 일부 또는 전체가 사용되지 않을 수도 있다.
상기 디스플레이 패널(170)은 예를 들어 액정패널로 구성될 수 있다. 액정 패널은 특정 편광방향의 광만을 유용광으로 이용한다. 한편, 상기 제1층(110)과 반사판(111) 사이에 편광 변환판(도 5의 112)을 더 구비할 수 있다.
도 16은 본 발명의 제5실시예에 따른 도광판을 채용한 디스플레이를 나타낸 단면도이다.
도 16을 참조하면, 디스플레이는 백라이트유닛(260)과 상기 백라이트유닛(260)으로부터 조사된 광을 이용하여 영상을 형성하기 위한 디스플레이 패널(270)을 포함한다. 상기 백라이트유닛(260)은 광원(200)과, 상기 광원(200)으로부터 조사된 광을 상기 디스플레이 패널(270)쪽으로 향하도록 안내하기 위한 도광판(250)을 구비한다. 상기 도광판(250)은 도 13에 도시된 제5실시예에 따른 도광판과 동일한 구성과 작용을 가진다. 도 16의 도면부호 중 도 15와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 것이므로 여기서는 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 상기 제1층(210)과 상기 반사판(211)의 사이에는 편광변환판(212)을 더 구비하여 광효율을 증대시킬 수 있다.
도 17은 도 5에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 도광판의 상부출사광량을 나타낸 것이고, 도 18은 도 5에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 도광판의 수직 출사량을 나타낸 것이고, 도 19는 도 5에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 도광판의 출광분포를 나타낸 것이다.
도 17을 참조하면, 도광판의 상부출사광분포를 보면, 출사되는 광의 대부분이 도광판의 중앙으로 출사되는 것을 알 수 있다.
도 18을 참조하면, A는 도 5에서의 X방향에 따른 출사광 각분포를 나타내며, B는 Y방향에 따른 출사광 각분포를 나타낸다. A를 참조하면, 대광면(110b)쪽으로 출사되는 광이 거의 없고, 수직방향으로의 출사광량이 도 3에 도시된 것보다 큼을 알 수 있다. 수직방향의 출사광량이 많게 함으로써 광효율을 증가시킬 수 있다.
도 19를 참조하면, 도광판의 출광분포를 보면 도광판의 전체에 걸쳐 고르게 광이 출광되는 것을 알 수 있다. 이는 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 다른 상기 광분포조절부(140)를 사용하지 않는 경우와 비교하면 그 차이를 확실하게 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 광분포조절부를 사용함으로써 도광판의 전체에 걸쳐 균일한 분포로 광이 출광되는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 도광판은
첫째, 광분포조절부를 구비하여 광원으로부터 방사된 광 중 일부를 경로 변경시켜 도광판 전체에 걸쳐 광이 출사되도록 함으로써 출사 광분포 균일도를 조절할 수 있으며,
둘째, 광분포조절부는 도광판을 출사하지 못하고 그 내부로 반사된 광을 다시 도광판 상부로 반사시킴으로써 광의 일부를 편광전환시킴으로써 출사 광효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (39)

  1. 적어도 하나의 광원으로부터 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면에 대향되는 대광면과, 광이 출사되는 출사면을 가지는 제1층;
    상기 제1층위에 형성되는 것으로, 프리즘이 반복배열된 출사유닛이 마련된 제2층;과
    상기 제2층위에 형성되는 것으로, 이방성물질로 형성된 제3층;을 포함하며,
    상기 제2층에 형성되어 상기 제1층을 통과한 광의 일부를 상기 제1층으로 다시 전반사시키는 것으로, 상기 광원에서 멀어질수록 전반사되는 광량을 점차 감소시키는 다수의 광분포조절부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는 상기 제1층의 출사면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는 상기 제2층 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부가 상기 제2층의 전체표면적에 대하여 차지하는 면적은 상기 입사면으로부터 상기 대광면 쪽으로 갈수록 점차 줄어드는 것을 특징으로 하는 도광판.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는
    상기 입사면에 평행인 방향을 따라 소정간격으로 배치되어 있으며,
    상기 입사면으로부터 상기 대광면쪽으로 갈수록 간격이 점차 넓어지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부의 단면은 사각형상, 다각형상, 삼각형상 및 원호형상 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 광분포조절부는 상기 제1층의 굴절률보다 작은 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 도광판.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 광분포조절부는 공기층(air-gap)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 도 광판.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부가 상기 제2층의 전체표면적에 대하여 차지하는 면적은 상기 입사면 및 대광면으로부터 상기 제2층의 중앙부 쪽으로 갈수록 점차 줄어드는 것을 특징으로 하는 도광판.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는
    상기 입사면에 평행인 방향을 따라 소정간격으로 배치되어 있으며,
    상기 입사면 및 대광면으로부터 상기 제2층의 중앙부쪽으로 갈수록 간격이 점차 넓어지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  11. 적어도 하나의 광원으로부터 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면에 대향되는 대광면과, 광이 출사되는 출사면을 가지는 제1층;
    상기 제1층위에 형성되는 것으로, 이방성물질로 형성된 제2층;
    상기 제2층위에 형성되는 것으로, 프리즘이 반복 배열된 출사유닛이 마련된 제3층;과
    상기 제1층의 하면에 마련된 편광전환부;를 포함하며,
    상기 제3층에 형성되어 상기 제2층을 통과한 광의 일부를 상기 제2층으로 다 시 전반사시키는 것으로, 상기 광원에서 멀어질수록 전반사되는 광량을 점차 감소시키는 다수의 광분포조절부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는 상기 제2층의 상면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는 상기 제3층 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부가 상기 제3층의 전체표면적에 대하여 차지하는 면적은 상기 입사면으로부터 상기 대광면 쪽으로 갈수록 점차 줄어드는 것을 특징으로 하는 도광판.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는
    상기 입사면에 평행인 방향을 따라 소정간격으로 배치되어 있으며,
    상기 입사면으로부터 상기 대광면쪽으로 갈수록 간격이 점차 넓어지도록 배 치되어 있는 것을 특징으로 하는 도광판.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부의 단면은 사각형상, 다각형상, 삼각형상 및 원호형상 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 도광판.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 광분포조절부는 상기 제2층의 굴절률보다 작은 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 도광판.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 광분포조절부는 공기층(air-gap)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 도광판.
  19. 디스플레이에 광을 조사하기 위한 백라이트 유닛으로서,
    적어도 하나의 광원;
    상기 광원으로부터 입사된 광을 안내하는 도광판;
    상기 도광판의 상방에 위치되어 출사광을 집광시키는 프리즘 시트;를 포함하고,
    상기 도광판은
    광원으로부터 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면에 대향되는 대광면과, 광이 출사되는 출사면을 가지는 제1층;
    상기 제1층위에 형성되는 것으로, 프리즘이 반복배열된 출사유닛이 마련된 제2층;과
    상기 제2층위에 형성되는 것으로, 이방성물질로 형성된 제3층;을 포함하며,
    상기 제2층에 형성되어 상기 제1층을 통과한 광의 일부를 상기 제1층으로 다시 전반사시키는 것으로, 상기 광원에서 멀어질수록 전반사되는 광량을 점차 감소시키는 다수의 광분포조절부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는 상기 제1층의 출사면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는 상기 제2층 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  22. 제 20항 또는 제 21항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부가 상기 제2층의 전체표면적에 대하여 차지하는 면적은 상기 입사면으로부터 상기 대광면 쪽으로 갈수록 점차 줄어드는 것을 특징으 로 하는 백라이트 유닛.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는
    상기 입사면에 평행인 방향을 따라 소정간격으로 배치되어 있으며,
    상기 입사면으로부터 상기 대광면쪽으로 갈수록 간격이 점차 넓어지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  24. 제 19항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부의 단면은 사각형상, 다각형상, 삼각형상 및 원호형상 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  25. 제 19항에 있어서,
    상기 광분포조절부는 상기 제1층의 굴절률보다 작은 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 광분포조절부는 공기층(air-gap)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  27. 제 19항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부가 상기 제2층의 전체표면적에 대하여 차지하는 면적은 상기 입사면 및 대광면으로부터 상기 제2층의 중앙부 쪽으로 갈수록 점차 줄어드는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는
    상기 입사면에 평행인 방향을 따라 소정간격으로 배치되어 있으며,
    상기 입사면 및 대광면으로부터 상기 제2층의 중앙부쪽으로 갈수록 간격이 점차 넓어지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  29. 디스플레이에 광을 조사하기 위한 백라이트 유닛으로서,
    적어도 하나의 광원;
    상기 광원으로부터 입사된 광을 안내하는 도광판;
    상기 도광판의 상방에 위치되어 출사광을 집광시키는 프리즘 시트;를 포함하고,
    상기 도광판은
    광원으로부터 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면에 대향되는 대광면과, 광이 출사되는 출사면을 가지는 제1층;
    상기 제1층위에 형성되는 것으로, 이방성물질로 형성된 제2층;
    상기 제2층위에 형성되는 것으로, 프리즘이 반복 배열된 출사유닛이 마련된 제3층;과
    상기 제1층의 하면에 마련된 편광전환부;를 포함하며,
    상기 제3층에 형성되어 상기 제2층을 통과한 광의 일부를 상기 제2층으로 다시 전반사시키는 것으로, 상기 광원에서 멀어질수록 전반사되는 광량을 점차 감소시키는 다수의 광분포조절부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는 상기 제2층의 상면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  31. 제 29항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는 상기 제3층 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  32. 제 30항 또는 제 31항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부가 상기 제3층의 전체표면적에 대하여 차지하는 면적은 상기 입사면으로부터 상기 대광면 쪽으로 갈수록 점차 줄어드는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  33. 제 29항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부는
    상기 입사면에 평행인 방향을 따라 소정간격으로 배치되어 있으며,
    상기 입사면으로부터 상기 대광면쪽으로 갈수록 간격이 점차 넓어지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  34. 제 29항에 있어서,
    상기 다수의 광분포조절부의 단면은 사각형상, 다각형상, 삼각형상 및 원호형상 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  35. 제 29항에 있어서,
    상기 광분포조절부는 상기 제2층의 굴절률보다 작은 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 광분포조절부는 공기층(air-gap)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  37. 제 33항에 따른 백라이트 유닛;과
    상기 백라이트 유닛으로부터 조사된 광을 이용하여 영상을 형성하기 위한 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  38. 제 25항 내지 28항 중 어느 한 항에 따른 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛으로부터 조사된 광을 이용하여 영상을 형성하기 위한 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  39. 제 34항 내지 36항 중 어느 한 항에 따른 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛으로부터 조사된 광을 이용하여 영상을 형성하기 위한 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
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