KR100879948B1 - 마이크로 사각형 렌즈 패턴을 이용한 측면 조광형 백라이트장치 - Google Patents

마이크로 사각형 렌즈 패턴을 이용한 측면 조광형 백라이트장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도광판의 하면에 마이크로 사각형 렌즈 패턴(MICRO RECTANGULAR LENS PATTERN)을 형성하여 광휘도 및 화면 품질을 향상시킨 측면 조광형 백라이트 장치를 개시한다. 본 발명의 장치는 선광원과, 상기 선광원의 측면에 위치하여 상기 선광원으로부터 입사된 빛을 면광원으로 변환하여 상측으로 출사하는 도광판과, 상기 도광판의 아래에 위치하여 상기 도광판의 후방으로 입사되는 빛을 전방으로 반사하는 반사판과, 상기 도광판의 출사면 위에 위치하는 프리즘 시트를 포함하는 측면 조광형 백라이트 장치에 있어서, 상기 도광판의 하면에는 마이크로 사각형 렌즈 패턴이 상기 선광원이 입사되는 입사면으로부터 반 입사면 방향으로 밀도를 다르게 하여 랜덤하게 양각 혹은 음각으로 형성 및 배열되어 있다. 따라서 본 발명은 집광된 광을 상측으로 균일하게 발산시켜 확산 시트가 불필요하고, 마이크로 사각형 렌즈 패턴의 배열을 랜덤하게 함으로써 간섭무늬 발생을 억제할 수 있다. 또한 본 발명은 산란이 아닌 전반사 및 굴절을 이용함으로써 산란을 이용한 화면보다 화면품질을 개선할 수 있다.
백라이트, 도광판, 마이크로 사각형 렌즈 패턴, 프리즘 패턴

Description

마이크로 사각형 렌즈 패턴을 이용한 측면 조광형 백라이트 장치{ EDGE TYPE BACKLIGHT UNIT OF USING MICRO RECTANGULAR LENS PATTERN }
도 1은 종래기술에 따른 측면 조광형 백라이트의 전체 구조를 나타낸 단면도,
도 2는 종래기술에 따른 도광판을 나타낸 단면도,
도 3a는 본 발명에 따른 측면 조광형 백라이트의 도광판 하면을 나타낸 사시도,
도 3b는 도 3a에 도시된 도광판 하면 패턴의 평면도,
도 3c는 도 3a에 도시된 도광판 하면 패턴의 측면도,
도 3d는 도 3a에 도시된 도광판 하면 패턴을 설명하기 위한 도면,
도 4a는 본 발명에 따른 측면 조광형 백라이트 장치의 도광판 상면을 나타낸 사시도,
도 4b는 도 4a에 도시된 도광판 상면의 패턴을 설명하기 위한 도면,
도 4c는 도 4a에 도시된 도광판 상면의 다양한 패턴 예들을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 도광판의 하측 패턴에 의한 광선경로를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 도광판의 하측 및 상측 패턴에 의한 광선경로를 도시 한 도면,
도 7은 하면의 패턴에 따른 도광판(LGP)의 좌우 시야각을 비교 도시한 그래프,
도 8은 하면의 패턴에 따른 도광판(LGP) 상하 시야각을 비교 도시한 그래프.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
1: 반사판 2,20: 도광판
3: 확산판 4: 프리즘시트
5: 보호시트 6: 광원
7: 광원 반사체 20d: 도광판 하면
20u: 도광판 상면 20i: 입사면
20r: 반입사면 22: 마이크로 사각형 렌즈 패턴
24: 프리즘 패턴
본 발명은 백라이트 장치(BACKLIGHT UNIT)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도광판의 하면에 마이크로 사각형 렌즈 패턴(MICRO RECTANGULAR LENS PATTERN)을 형성하여 광휘도 및 화면 품질을 향상시킨 측면 조광형 백라이트 장치에 관한 것이 다.
일반적으로, 액정표시장치의 백라이트(Back light) 장치는 광원으로 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등의 원통형 형광램프나 LED(Light Emitting Diode)소자, EL(Electro Luminescence)소자 등이 주로 사용되고, 광원이 배치되는 방식에 따라 측면 조광형(Edge-lighting)과 직하 조광형(Direct-lighting) 백라이트 장치로 구분된다. 통상, 측면 조광형 백라이트 장치는 비교적 얇은 두께로 인하여 노트북이나 컴퓨터 모니터용 LCD에 주로 사용되고, 직하 조광형 백라이트 장치는 높은 광효율에 의해 TV 등과 같은 대화면을 목적으로 하는 LCD에 주로 이용된다.
종래의 측면 조광형 백라이트 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 선광원의 빛을 산란시켜 면광원으로 전환시키는 도광판(2)의 측면에 선광원인 형광램프(6)가 위치하고, 형광램프(6)는 램프 반사체(7)로 싸여 있어 형광램프(6)에서 발하는 빛이 직접 또는 램프 반사체(7)에 반사되어 도광판(2)으로 입사되도록 구성된다. 그리고 도광판(2)의 하측에는 반사판(1)이 위치하고 있고, 도광판(2)의 상측에는 도광판(2)으로부터 나오는 빛을 산란시켜 휘도를 균일화하는 확산시트(3)와, 확산된 빛을 굴절 및 집광시켜 휘도를 향상시키는 프리즘시트(4), 보호시트(5) 등의 각종 시트류가 위치한다. 프리즘시트(4)는 수직 프리즘시트(4-1)와 수평 프리즘시트(4-2)로 구분되어 2개가 중첩되어 사용된다.
이러한 구조의 측면 조광형 백라이트 장치는 형광램프(6)에서 발하는 빛이 도광판(2)의 측면 입사면으로 입광되고, 도광판(2)에서는 선광원으로 입광된 형광램프의 빛을 산란 및 균일화시켜 면광원으로 전환시키며, 반사판(1)은 도광판(2)에서 하측으로 향하는 빛을 다시 도광판(2)의 상측으로 반사시켜 광효율을 증가시킨다. 도광판(2)의 상측에 위치하는 확산시트(3)는 도광판(2)으로부터 나오는 빛을 산란시켜 휘도 및 외관을 양호하게 만들고, 프리즘시트(4)는 확산된 빛을 굴절 및 집광시켜 휘도를 향상시킨다.
그러나 이러한 종래의 측면 조광형 백라이트 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 도광판(2)의 하면에 형성된 에칭(Etching)이나 프린트(Printed)방식의 패턴으로 인해 광이 산란되어 도광판 상측으로 출사됨으로써 집광효과가 저하되는 문제점이 있다. 즉, 종래의 도광판(2)은 도 2에 도시된 바와 같이, 출사 지향각이 법선방향에서 현저히 누워서 넓게 퍼진 형태로 출사됨으로써 상측 프리즘 시트에 법선방향으로의 집광효과가 저하되고, 하측의 대형 에칭 패턴으로 확산시트가 필요한 문제점이 있다. 도 2를 살펴보면, 에칭 패턴에 의한 광선의 수직방향 각도(θV1)는 법선에 대해 약 55°정도이고, 수평방향 각도(θH1)는 대략 55°정도로 크게 누워 산란되는 것을 알 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 도광판의 하면에 에칭이나 프린트 패턴이 아닌 마이크로 사각형 렌즈 패 턴(Micro Rectangular Lens Pattern: MRL)을 형성하여 광휘도 및 화면 품질을 향상시킨 측면 조광형 백라이트 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 선광원과, 상기 선광원의 측면에 위치하여 상기 선광원으로부터 입사된 빛을 면광원으로 변환하여 상측으로 출사하는 도광판과, 상기 도광판의 아래에 위치하여 상기 도광판의 후방으로 입사되는 빛을 전방으로 반사하는 반사판과,상기 도광판의 출사면 위에 위치하는 프리즘 시트를 포함하는 측면 조광형 백라이트 장치에 있어서,
상기 도광판의 하면에는 마이크로 사각형 렌즈 패턴이 상기 선광원이 입사되는 입사면으로부터 반 입사면 방향으로 밀도를 다르게 하여 랜덤하게 양각 혹은 음각으로 형성 및 배열되어 광휘도와 화면품질을 향상시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
상기 도광판의 상면에는 일반적인 프리즘 패턴이나 산에만 곡률을 형성한 프리즘 패턴, 불연속 음각 프리즘 패턴, 불연속 양각 프리즘 패턴, 산에 곡률을 형성한 불연속 양각 프리즘 패턴, 혹은 산이 평탄한 불연속 양각 프리즘 패턴 중 어느 한 형상의 프리즘 패턴이 양각 혹은 음각으로 형성되어 상기 마이크로 사각형 렌즈 패턴에 의해 하측에서 집광되어 상측으로 출사되는 광을 추가적으로 집광시키도록 된 것이다.
또한 상기 마이크로 사각형 렌즈 패턴은 가로(H) 및 세로(V)가 20㎛ 내지 100㎛의 크기를 가지고, 깊이(혹은 높이)(D)가 가로 크기의 1/4(H/4)이며, 곡률반경(R)이 가로 크기의 1/4 내지 1/2 크기를 갖고, 상기 프리즘 패턴은, 프리즘 패턴의 산의 각도(θT) 혹은 골의 각도(θB)는 120°내지 160°이고, 넓이(W)는 10㎛ 내지 60㎛이며, 프리즘의 산 또는 골의 곡률(RT, RB)이 넓이의 1/2 이하이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 3a는 본 발명에 따른 측면 조광형 백라이트의 도광판 하면을 나타낸 사시도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 도광판 하면 패턴의 평면도이며, 도 3c는 도 3a에 도시된 도광판 하면 패턴의 측면도, 도 3d는 도 3a에 도시된 도광판 하면 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 측면 조광형 백라이트의 도광판 하면(20d)에는 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 마이크로 사각형 렌즈패턴(MRL: 22)이 입사면(20i)으로부터 반입사면(20r) 방향으로 밀도를 다르게 함과 아울러 랜덤하게 배열되어 백라이트 유니트의 광휘도 및 화면품질을 향상시키도록 되어 있다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 마이크로 사각형 렌즈 패턴(22)은 입사면(20i) 근처에서는 소한 밀도로 랜덤하게 배열되어 있고 반입사면(20r)으로 갈수록 점차 밀한 밀도로 랜덤하게 배열되어 측면 광원(6)으로부터 멀어짐에 따라 휘도가 저하되더라도 상면(20u)으로 균일한 광을 출사시킬 수 있도록 되어 있다. 또한 본 발명에 따른 도광판(20)은 마이크로 사각형 렌즈 패턴(22)이 랜덤하게 배열되어 규칙적인 패턴에 의해 생성되는 간섭무늬를 억제할 수 있고, 마이크로 사각형 렌즈 패턴(22)이 도광판의 하면(20d)에 양각으로 돌출되거나 음각으로 오목하게 형성될 수 있으며, 마이크로 사각형 렌즈 패턴(22)의 평면상의 크기는 가로(H) 및 세로(V)가 20㎛≤H 또는 V≤100㎛의 크기를 가지며, 깊이(혹은 높이)(D)는 가로 크기의 1/4(H/4)이고, 곡률반경(R)은 H/4≤R≤H/2의 크기를 갖는다.
도 4a는 본 발명에 따른 측면 조광형 백라이트 장치의 도광판 상면을 나타낸 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 도광판 상면의 패턴을 설명하기 위한 도면이며, 도 4c는 도 4a에 도시된 도광판 상면의 다양한 패턴 예들을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 측면 조광형 백라이트 장치의 도광판 상면(20u)에는 도 4a에 도시된 바와 같이 입사면(20i)에 수직으로 프리즘 패턴(24)이 균일하게 형성되어 하측에서 마이크로 사각형 렌즈 패턴(22)에 의하여 상측으로 출사되는 광을 추가적으로 집광시키도록 되어 있다.
도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 도광판의 상면(20u)에 프리즘 패턴(24)이 양각 또는 음각으로 연속되게 배열되어 있는데, 프리즘 패턴의 산의 각도(θT) 혹은 골의 각도(θB)는 120°내지 160°이고, 넓이(W)는 10㎛ 내지 60㎛이며, 프리즘의 산 또는 골의 곡률(RT, RB)이 넓이(W)의 1/2 이하이다.
이러한 프리즘 패턴(24)의 형상은 도 4c에 도시된 바와 같이 매우 다양한 형상의 변형예들이 가능한데, (가)는 일반적인 프리즘 패턴의 예이고, (나)는 산에 만 곡률을 형성한 프리즘 패턴의 예이며, (다)는 불연속 음각 프리즘 패턴의 예이고, (라)는 불연속 양각 프리즘 패턴의 예이며, (마)는 산에 곡률을 형성한 불연속 양각 프리즘 패턴의 예이고, (바)는 산이 평탄한 불연속 양각 프리즘 패턴의 예이다.
도 5는 본 발명에 따른 도광판의 하측 패턴에 의한 광선경로를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 도광판의 하측 및 상측 패턴에 의한 광선경로를 도시한 도면이다.
이와 같이 본 발명에 따라 도광판의 하면(20d)에 마이크로 사각형 렌즈 패턴(22)이 형성된 구조에서 측면의 광원(6)으로부터 입사된 광의 경로는 도 5에 도시된 바와 같이, 마이크로 사각형 렌즈 패턴(22)에 의해 반사되어 상측으로 출사되는 광선의 수직방향 각도(θV2)가 법선에 대해 약 44°정도이고, 수평방향 각도(θH2)도 대략 44°정도인 것을 알 수 있다.
또한 본 발명에 따라 도광판의 하면에 마이크로 사각형 렌즈 패턴이 형성되고, 상면에 프리즘 패턴이 형성된 구조에서 측면의 광원(6)으로부터 입사된 광의 경로는 도 6에 도시된 바와 같이, 마이크로 사각형 렌즈 패턴(22)에 의해 반사되어 상측으로 향하고 상측의 프리즘 패턴(24)을 거쳐 출사되는 광선의 수직방향 각도(θV3)가 법선에 대해 약 46°정도이고, 수평방향 각도(θH3)도 대략 20°정도인 것을 알 수 있다.
도 7은 하면의 패턴에 따른 도광판(LGP)의 좌우 시야각을 비교 도시한 그래 프이고, 도 8은 하면의 패턴에 따른 도광판(LGP) 상하 시야각을 비교 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, K1 그래프는 종래 에칭에 따른 패턴의 도광판(LGP) 좌우 시야각 특성을 나타내는 그래프이고, K2는 본 발명에 따라 도광판 하면(20d)에 마이크로 사각형 렌즈 패턴(22)을 형성한 경우의 LGP 좌우 시야각 특성을 나타내는 그래프이며, K3는 본 발명에 따라 도광판 하면(20d)에 마이크로 사각형 렌즈 패턴(22)을 형성하고 도광판의 상면(20u)에 프리즘 패턴(24)을 형성한 경우의 LGP 좌우 시야각 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, G1 그래프는 종래 에칭에 따른 패턴의 LGP 상하 시야각 특성을 나타내는 그래프이고, G2는 본 발명에 따라 도광판 하면(20d)에 마이크로 사각형 렌즈 패턴(22)을 형성한 경우의 LGP 상하 시야각 특성을 나타내는 그래프이며, G3는 본 발명에 따라 도광판 하면(20d)에 마이크로 사각형 렌즈 패턴(22)을 형성하고 도광판 상면(20u)에 프리즘 패턴(24)을 형성한 경우의 LGP 상하 시야각 특성을 나타내는 그래프이다.
도시된 그래프 특성에 따르면, 본 발명에 따른 패턴(22,24)이 형성된 도광판의 시야각 특성이 종래의 에칭 패턴에 따른 도광판의 시야각 특성보다 개선된 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 기술적 사상이 허용되는 범위 내에서 본 발명 이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경되어 실시될 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명은 도광판의 하측에 미세한 마이크로 사각형 렌즈 패턴을 적용함으로써 집광된 광을 상측으로 균일하게 발산시켜 확산 시트가 불필요하고, 마이크로 사각형 렌즈 패턴의 배열을 랜덤하게 함으로써 간섭무늬 발생을 억제할 수 있다. 또한 본 발명은 산란이 아닌 전반사 및 굴절을 이용함으로써 산란을 이용한 화면보다 화면품질을 개선할 수 있고, 하측 마이크로 사각형 렌즈 패턴에서 1차 집광된 광을 상측의 프리즘 패턴에서 좌우로 다시 한번 집광시켜줌으로써 이중으로 휘도를 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 선광원과, 상기 선광원의 측면에 위치하여 상기 선광원으로부터 입사된 빛을 면광원으로 변환하여 상측으로 출사하는 도광판과, 상기 도광판의 아래에 위치하여 상기 도광판의 후방으로 입사되는 빛을 전방으로 반사하는 반사판과,상기 도광판의 출사면 위에 위치하는 프리즘 시트를 포함하는 측면 조광형 백라이트 장치에 있어서,
    상기 도광판의 하면에는
    가로(H) 및 세로(V)가 20㎛ 내지 100㎛의 크기를 가지고, 깊이(혹은 높이)(D)가 가로 크기의 1/4(H/4)이며, 곡률반경(R)이 가로 크기의 1/4 내지 1/2 크기를 갖는 마이크로 사각형 렌즈 패턴이 상기 선광원이 입사되는 입사면으로부터 반 입사면 방향으로 밀도를 다르게 하여 랜덤하게 양각 혹은 음각으로 형성되어 배열되고,
    상기 도광판의 상면에는
    프리즘 패턴이나 산에만 곡률을 형성한 프리즘 패턴, 불연속 음각 프리즘 패턴, 불연속 양각 프리즘 패턴, 산에 곡률을 형성한 불연속 양각 프리즘 패턴, 혹은 산이 평탄한 불연속 양각 프리즘 패턴 중 어느 한 형상의 프리즘 패턴이 입사면과 수직으로 형성됨과 아울러 상기 프리즘 패턴은 산의 각도(θT) 혹은 골의 각도(θB)가 120°내지 160°이고, 넓이(W)는 10㎛ 내지 60㎛이며, 프리즘의 산 또는 골의 곡률(RT, RB)이 넓이의 1/4 내지 1/2로 되어 상기 마이크로 사각형 렌즈 패턴에 의해 하측에서 집광되어 상측으로 출사되는 광을 추가적으로 집광시킴으로써
    광휘도와 화면품질을 향상시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 측면 조광형 백라이트 장치.
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