KR20190014194A - 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 사출에 의한 내부 굴절면을 가져 광 추출 효율을 향상시키는 도광판과 이를 구비하는 백라이트 장치에 관한 것으로, 본 발명의 도광판은, 상면에 광학 패턴이 형성되는 제1 플레이트;와, 상기 광학 패턴이 형성된 상기 제1 플레이트의 상면에 일체로 형성되는 제2 플레이트;로 이루어지되, 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트가 접합된 플레이트의 일 측면은 빛이 입사되는 입광면을 형성하고, 상기 제1 플레이트의 하면은 반사면을 형성하며, 상기 제2 플레이트의 상면은 출광면을 형성하고, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트가 접합되는 상기 광학 패턴의 접합면은 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 내부를 진행하는 빛의 경로를 상기 출광면으로 변경시키는 굴절면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치{Light guide plate and backlight unit having the same}

본 발명은 백라이트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이중 사출에 의한 내부 굴절면을 가져 광 추출 효율을 향상시키는 도광판과 이를 구비하는 백라이트 장치에 관한 것이다.

평면 디스플레이 장치인 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device, 이하, 'LCD'라 함)는 다른 표시장치와는 달리 그 자체에서 빛을 발하지 못하여, 고품질의 화상을 실현하기 위해서는 반드시 별도의 외부 광원을 필요로 한다. 따라서 LCD는 액정패널 외에 광원으로 백라이트 장치를 더 포함하여, 백라이트 장치가 액정패널로 고휘도의 광원을 균일하게 공급함으로써 화상을 구현하게 된다.

이와 같이 백라이트 장치는 LCD와 같은 디스플레이 장치의 화상을 실현하기 위한 조명장치를 말하며, 광원의 위치에 따라 직하형(Direct Lighting type) 또는 측면형(Edge Lighting type) 백라이트 장치로 구분된다. 직하형 백라이트 장치는 하부의 광원에서 광학 시트를 통하여 액정패널에 직접 빛을 비추어 조명하는 방식으로 대화면의 백라이트 장치 구현에 유리하고, 측면형 백라이트 장치는 도광판의 측부에 광원이 배치되어 도광판과 광학 시트를 통하여 간접적으로 빛을 비추어 조명하는 방식으로 슬림한 백라이트 장치 구현에 유리하다. 백라이트 장치의 광원으로는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 장점을 갖는 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)가 주로 이용되고 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 측면형 백라이트 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 측면형 백라이트 장치는 커버버텀(11), 커버버텀 내부에 안착되는 반사시트(12), 반사시트 상에 안착되는 도광판(13), 도광판 일 측에 배치되는 광원모듈(14), 도광판 상부에 적층되는 광학시트(15) 및 커버버텀 가장자리를 따라 체결되는 가이드 패널(16)을 포함한다. 여기서, 광원모듈(14)이 다수의 점광원의 빛을 도광판(13)의 측면 입광면을 통하여 도광판 내부로 제공하고, 도광판 내부의 빛은 상부의 출광면을 통하여 면광원으로 출사됨으로써, 측면형 백라이트 장치를 구성하게 된다.

상기 광원모듈(14)로부터 도광판(13) 내부로 입사된 점광원의 빛은 도광판 내부를 통과하면서 도광판(13)의 상면과 하면에서 전반사되고, 전반사를 반복하는 과정에서 면광원으로 전환되어 상면의 출광면으로 출사된다. 이때, 도광판(13) 내부에서 전반사되는 빛 중 일부는 출광면으로 출사되어 백라이팅에 기여하지만, 일부는 전반사 과정에서 열로 전환되어 도광판 내부에서 소멸된다.

이와 같이 종래의 도광판(13)은 내부에서 광 손실이 발생하며, 도광판(13)의 이와 같은 광 손실을 방지하기 위하여 하면에는 빛의 산란이나 난반사를 유도하기 위한 광 산란 패턴(13a)들이 형성된다. 또한, 한국공개특허 10-2011-0065116호에는 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 상면에 광 추출 패턴이 형성된 도광판도 소개되어 있다.

이와 같이 종래의 기술에 따른 백라이트 장치에서는 도광판 내부에서 전반사되는 빛의 출광 효율을 향상시키기 위하여 도광판 표면 즉, 하면과 상면에 다양한 형상의 광 추출 패턴들이 형성된다. 이러한 광 추출 패턴들은 광 출사 효율을 다소 향상시킬 수 있으나, 표면에서 전반사되는 빛에 대해서만 산란 또는 난반사를 유도하므로, 실제로 내부의 중앙 영역에서 소멸되는 빛은 출사시키지 못하여 광 추출에 한계를 나타내고 있으며, 저전력으로 고휘도가 요구되는 사양에는 만족스럽게 적용되지 못하고 있는 실정이다.

한국공개특허 10-2011-0065116호(2011.06.15.출원공개, 고휘도 특성을 갖는 도광판)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 도광판 내부에서 전반사되는 빛의 출광 효율을 향상시켜 고휘도의 백라이트 장치를 구현할 수 있는 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 도광판은, 상면에 광학 패턴이 형성되는 제1 플레이트;와, 상기 광학 패턴이 형성된 상기 제1 플레이트의 상면에 일체로 형성되는 제2 플레이트;로 이루어지되, 상기 제1 플레이트와 제2 플레이트가 접합된 플레이트의 일 측면은 빛이 입사되는 입광면을 형성하고, 상기 제1 플레이트의 하면은 반사면을 형성하며, 상기 제2 플레이트의 상면은 출광면을 형성하고, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트가 접합되는 상기 광학 패턴의 접합면은 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 내부를 진행하는 빛의 경로를 상기 출광면으로 변경시키는 굴절면을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광학 패턴은 볼록한 돔 형상 또는 피라미드 형상의 패턴을 이루는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 서로 다른 굴절율을 갖는 수지로 구성되고, 이중 사출 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백라이트 장치는, 내부에 수납공간을 형성하는 커버버텀; 상기 커버버텀 내부에 안착되는 상기와 같은 구성의 도광판; 상기 도광판의 측부에 배치되어 상기 도광판 내부로 빛을 제공하는 광원; 및 상기 도광판 상부에 적층되는 광학시트;를 포함한다.

본 발명은 도광판이 상하측 플레이트의 이중 사출 구조를 이루고, 그 사이에 광 추출 패턴이 형성되어, 플레이트 내부를 진행하는 빛에 대한 광 추출 효율이 향상되어 고휘도의 백라이트 장치 구현에 유리한 효과를 나타낸다.

도 1은 종래의 기술에 따른 측면형 백라이트 장치를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측면형 백라이트 장치를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 광 진행 경로를 나타낸 단면도,
도 4는 도 3의 주요부인 도광판의 광학 패턴을 도시한 분리 사시도,
도 5는 광학 패턴의 다른 예를 나타낸 확대도이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 본 발명의 설명에 있어서, 상, 하, 제1, 제2 등과 같은 표현을 서로 상대적인 위치나 방향을 나타내는 것으로, 발명의 구성이 그 사전적인 의미에 반드시 구속되는 것을 아니라 할 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 측면형 백라이트 장치를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도광판의 광 진행 경로를 나타낸 단면도이다.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치는 커버버텀(100), 커버버텀 내부에 안착되는 반사시트(200), 반사시트 상에 안착되는 도광판(300), 도광판 측부의 광원부에 배치되는 광원모듈(400), 도광판 상측에 적층되는 광학시트(500) 및 광학시트의 상측에서 커버버텀에 체결되면서 각 부품을 고정시키는 가이드 패널(600)을 포함할 수 있다.

상기 커버버텀(100)은 상측이 개방된 육면체 형상의 하우징으로, 사각 판상의 바닥면 가장자리를 따라 상측으로 절곡되는 수직 측벽이 형성되며, 내부에는 각 부품들이 수납되기 위한 수납공간이 형성된다.

상기 반사시트(200)는 도광판 하부에 배치되어 도광판(300) 하측으로 누설되는 빛을 도광판(300) 내부로 재입사시켜 백라이트 장치의 휘도를 향상시키며, 광 반사율이 우수한 시트 또는 필름으로 구성된다.

상기 광원모듈(400)은 기판(410) 상에 다수의 LED 패키지(420)가 일정 간격으로 실장되어, 점광원의 빛을 도광판(300) 내부로 제공한다. LED 패키지(420)는 탑 뷰(top view) 또는 사이드 뷰(side view) 방식의 패키지가 적용되며, 광원모듈(400)은 LED 패키지(420)의 출광면이 도광판(300)을 향하도록 배치된다.

상기 광학시트(500)는 도광판(300)에서 출사되는 면광원의 빛에 대한 출사각, 휘도 및 균일도 등과 같은 광 특성을 개선시킨다. 또한, 광학시트(500)는 프리즘 시트 및 확산 시트를 포함하며, 다양한 기능을 갖는 복수의 시트로 구성된다.

상기 가이드 패널(600)은 도광판(300)의 가장자리를 감싸면서 커버버텀(100)에 체결되어 커버버텀(100) 내부에 수납되는 반사시트(200), 도광판(300), 광원모듈(400) 및 광학시트(500)를 고정시킨다. 또한, 가이드 패널(600)은 중앙이 개방되는 사각의 프레임 형상을 이룬다.

상기 커버버텀(100), 반사시트(200), 광원모듈(400), 광학시트(500) 및 가이드 패널(600)은 측면형 백라이트 장치를 구성하는 공지의 기술이 적용될 수 있고, 상기 커버버텀(100)과 가이드 패널(600)은 액정패널 일체형의 디스플레이 장치에서는 백 커버나 미들 프레임으로 구성될 수 있으며, 이하에서는 도광판(300)에 대하여 상세히 살펴본다.

본 발명의 백라이트 장치를 구성하는 도광판(300)은 광원모듈(400)로부터 다수의 점광원의 빛을 입력받아 내부 전반사를 통하여 면광원으로 전환시켜 상측으로 출사시키는 광 전환 소자이다. 이러한 도광판(300)은 소정의 굴절율을 갖는 투명 아크릴 계열의 수지로 구성되며, 일 예로 PMMA(Polymethylmethacrylate), PS(Poly stylene), MS(Meta stylene) 또는 PC(Polycarbonate) 등의 수지로 구성될 수 있다. 특히, 본 발명의 도광판(300)은 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)가 상하로 결합되는 접합 구조를 이룬다.

도 3을 참조하여 구체적으로 살펴보면, 도광판(300)은 소정의 두께를 갖는 사각 플레이트(plate) 형상의 제1 플레이트(310)와 제1 플레이트(310)의 상면에서 일체로 형성되는 제2 플레이트(320)로 구성되며, 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)가 결합된 플레이트의 일측면은 광원모듈(400)의 빛이 입사되는 입광면(300a)을 형성하고, 제1 플레이트(310)의 하면은 반사면(300b)을 형성하며, 제2 플레이트(320)의 상면은 출광면(300c)을 형성한다.

특히, 상기 도광판(300)은 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)가 접하는 내부에 광 경로를 변경시키는 요철 형상의 굴절면(340)을 형성한다. 상기 굴절면(340)은 광학 패턴(330)이 형성된 제1 플레이트(310)의 상면에 제2 플레이트(320)가 일체로 접합되면서 형성된다. 이와 같은 이중 구조의 도광판(300)은 일면에 광학 패턴(330)이 형성된 수지 플레이트를 인서트 물로 하여 다른 수지를 사출 성형하는 이중 사출 공정으로 제조될 수 있다. 이때, 하면에 광학 패턴이 형성된 수지 플레이트를 인서트 물로 하여 제조되는 것도 가능할 것이다.

상기와 같은 구성의 도광판(300)은 일측의 입광면(300a)을 통하여 입사되는 빛이 제1 플레이트(310)의 하면 및 제2 플레이트(320)의 상면에서 전반사가 이루어지면서 일부가 상면의 출광면(300c)으로 출사된다. 또한, 도광판(300)은 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)의 접합면에서 요철 구조의 굴절면(340)을 형성하므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(320) 내부에서 전반사가 반복되는 빛은 상기 굴절면(340)에서 진행 방향이 변경되면서 출광면(300c)을 통하여 출사된다. 이때, 제1 플레이트(310)의 반사면에는 광 산란 패턴(350)들이 형성되어 제1 플레이트 내부의 빛을 산란 및 난반사시킨다. 따라서, 제1 플레이트(310) 및 제2 플레이트(310) 내부로 진행하는 빛은 굴절면(340)에 의하여 상측의 출광면(300c) 방향으로 출광되어 내부에서의 광 손실을 최소로 할 수 있다.

또한, 상기 도광판(300)은 제1 플레이트(310)와 제2 플레이트(320)가 서로 다른 재질의 수지로 구성될 수 있다. 이때, 반사면(300b)을 갖는 제1 플레이트(310)가 출광면(300c)을 갖는 제2 플레이트(320)에 비하여 큰 굴절율을 갖는 것이 바람직하며, 제1 플레이트(310)에서 제2 플레이트(320)로 진행하는 빛이 쉽게 굴절되어 출광 효율이 더욱 향상될 수 있다.

도 4는 도 3의 주요부인 도광판의 광학 패턴을 도시한 분리 사시도이고, 도 5는 광학 패턴의 다른 예를 나타낸 확대도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 제1 플레이트(310) 상면에 형성되는 광학 패턴(330)은 볼록한 돔 형상을 이룰 수 있으며, 평면이 사각 형상을 이루면서 가로 및 세로 방향으로 연속되어 형성된다. 이때 제1 플레이트(310) 상면에서 인서트 사출되는 제2 플레이트(320)는 광학 패턴(330)에 대응하는 오목한 형상의 패턴이 형성되며, 이들이 접하면서 빛의 진행 방향을 변경시키는 굴절면(340)을 형성한다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 광학 패턴(330)은 피라미드 형상을 이룰 수 있으며, 사각 피라미드 형상이 가로 및 세로 방향으로 연속되어 형성된다. 상기 광학 패턴(330)은 돔 형상 또는 피라미드 형상 외에도 양각 또는 음각의 다양한 형상을 이룰 수 있을 것이다.

이하에서, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 도광판에 대한 광 특성을 살펴본다. [표 1]은 종래의 기술에 따른 도광판(비교예)과 본 발명의 실시예에 따른 이중 사출 도광판(실시예1 내지 실시예3)의 광 특성을 대비하여 나타낸 것으로, 본 발명의 이중 사출 도광판은 각각 굴절면에 광학 패턴이 형성되지 않은 도광판에 대한 광 특성(실시예1), 굴절면에 피라미드 형상의 광학 패턴이 형성된 도광판에 대한 광 특성(실시예2), 굴절면이 돔 형상의 광학 패턴이 형성된 도광판에 대한 광 특성(실시예3)을 각각 나타내었다.

	비교예	실시예1	실시예2	실시예3
	경계선 없음	광학패턴 없음	피라미드 형상	돔 형상
광분포
출광효율	Ref	15% 감소	55% 상승	60% 상승

위 [표 1]에서 알 수 있는 바와 같이 이중 사출 구조의 도광판에서 굴절면에 광학 패턴이 형성되지 않는 경우에는(실시예1) 오히려 단일 구조의 도광판에 비하여 출광 효율이 약 15% 정도 감소됨을 확인할 수 있다. 그러나 굴절면에 피라미드 형상의 광학 패턴이 형성되는 경우 단일 구조의 도광판에 비하여 출광 효율이 약 55% 상승하고(실시예2), 돔 형상의 광학 패턴이 형성되는 경우 출광 효율이 약 60% 상승함을 확인할 수 있다. 또한, 이러한 출광 효율의 상승은 도광판의 광 분포도에서도 시각적으로도 확인할 수 있다.

살펴본 바와 같이, 도광판이 상하측의 이중 사출 구조를 이루면서 그 접합면에 광학 패턴이 형성될 때, 출광 효율이 크게 상승됨을 알 수 있다.

이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

100 : 커버버텀
200 : 반사시트
300 : 도광판
310 : 제1 플레이트 320 : 제2 플레이트
330 : 광학 패턴 340 : 굴절면
400 : 광원모듈
500 : 광학시트
600 : 가이드 패널

Claims (5)

1. 상면에 광학 패턴이 형성되는 제1 플레이트;와,
   상기 광학 패턴이 형성된 상기 제1 플레이트의 상면에 일체로 형성되는 제2 플레이트;로 이루어지되,
   상기 제1 플레이트와 제2 플레이트가 접합된 플레이트의 일 측면은 빛이 입사되는 입광면을 형성하고, 상기 제1 플레이트의 하면은 반사면을 형성하며, 상기 제2 플레이트의 상면은 출광면을 형성하고,
   상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트가 접합되는 상기 광학 패턴의 접합면은 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 내부를 진행하는 빛의 경로를 상기 출광면으로 변경시키는 굴절면을 형성하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치의 도광판.
2. 제1항에 있어서, 상기 광학 패턴은,
   볼록한 돔 형상 또는 피라미드 형상의 패턴을 이루는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치의 도광판.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트는,
   서로 다른 굴절율을 갖는 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치의 도광판.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트는,
   이중 사출 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치의 도광판.
5. 내부에 수납공간을 형성하는 커버버텀;
   상기 커버버텀 내부에 안착되는 상기 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 도광판;
   상기 도광판의 측부에 배치되어 상기 도광판 내부로 빛을 제공하는 광원; 및
   상기 도광판 상부에 적층되는 광학시트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
   

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