KR20200113062A - 디스플레이용 백라이트 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디스플레이용 백라이트 장치에 관한 것으로, 기판 상에 다수의 광원이 실장되어 상부로 빛을 출사하는 광원 모듈, 상기 광원을 밀봉하면서 상기 기판에 결합되어 상기 광원의 빛을 추출하여 투과시키는 투명 소재의 제 1 도광부, 상기 광원의 위치에 대응하는 위치에서 상기 제 1 도광부 상면에 형성되어 상기 광원의 수직 성분의 빛을 경사 방향으로 반사시키는 다수의 반사 패턴, 및, 상기 기판과 상기 제 1 도광부 사이에 개입되어 상기 반사 패턴에서 반사되는 빛을 반사시켜 상기 도광부 상면으로 출사시키는 반사시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 디스플레이용 백라이트 장치에 관한 것이다.
일반적으로 디스플레이 장치는 영상 신호를 전달받아 표시하는 장치로, TV나 모니터 등이 이에 속하며, 영상을 표시하기 위한 수단으로 액정표시장치(LCD : Liquid Crystal Display Device), 유기발광장치(OLED : Organic Light Emitting Display), 플라즈마표시장치(PDP : Plasma Display Panel) 등 다양한 장치가 이용되고 있다.
LCD는 다른 표시장치와는 달리 그 자체에서 빛을 발하지 못하여, 고품질의 화상을 실현하기 위해서는 반드시 별도의 외부 광원을 필요로 한다. 따라서 LCD는 액정패널 외에 면광원의 백라이트 유닛을 더 포함하여, 백라이트 유닛이 액정패널로 고휘도의 광원을 균일하게 공급함으로써 화상을 구현하게 된다. 이와 같이 백라이트 유닛은 LCD와 같은 디스플레이 장치의 화상을 실현하기 위한 면조명 장치를 말하며, 광원이 배치되는 위치에 따라 직하형(Direct Lighting type) 또는 측면형(Edge Lighting type) 백라이트 유닛으로 구분된다. 백라이트 유닛의 광원으로는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성 등의 장점을 갖는 발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 'LED'라 함)가 주로 이용되고 있다.
도 1은 종래의 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이, 직하형 백라이트 장치는 기판(11) 상에 다수의 LED 소자(12)가 실장되고, LED 소자(12)와 이격되는 상부에 투광 부재(13)가 배치되며, 투광 부재(13)의 하면에는 LED 소자(12)에 대응하는 위치에 반사 패턴(14)이 형성된다. 반사 패턴(14)은 다양한 소재의 반사 물질이 투광 부재(13)에 인쇄되어 형성되거나, 투광 부재(13) 표면이 반사 기능을 갖도록 패터닝 되어 형성될 수 있다. 또한, LED 소자(12)의 상부에는 확산 렌즈(15)가 기판(11)에 결합되어 배치된다.
여기서 투광 부재(13)는 약 1.65의 굴절율을 갖는 투명 소재로 구성되고, 확산 렌즈(15)는 약 1.5의 굴절율을 갖는 투명 소재로 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성의 백라이트 장치는 LED 소자(12)에서 출사되는 점광원의 빛이 확산 렌즈(15)를 통과하면서 1차 확산되고, 투광 부재(13)를 통과하여 상측으로 출사된다. 또한, LED 소자(12)에서 수직에 가까운 상측 방향으로 출사되는 빛은 반사 패턴(14)에 의하여 하측으로 반사되고, 하측으로 반사된 빛은 다시 반사시트(16)에 의하여 상측으로 반사된다. 따라서 LED 소자(12)에서 출사된 빛은 상하측 방향으로 반사를 반복하는 과정에서 투광 부재(13)를 통하여 상측으로 출사되고, 백라이트 장치는 전체적으로 균일한 휘도를 갖는 면광원의 빛을 제공한다.
한편, 종래의 백라이트 장치는 LED 소자(12)와 투광 부재(13) 사이에 에어층(A)이 개입되고, LED 소자(12)에서 출사되는 빛이 서로 다른 굴절율을 갖는 이종 소재의 영역을 통과하면서 출사된다. LED 소자(12)의 빛은 굴절율을 달리하는 이종 소재를 통과할 때, 그 경계면에서 굴절율 차이에 따른 전반사가 발생한다. 이러한 전반사는 광 손실을 초래하여 광 추출 효율을 저하시킨다.
즉, 종래의 백라이트 장치에 있어서 빛의 진행 경로를 구체적으로 살펴보면, 빛은 약 1.8의 굴절율(n1)을 갖는 LED 소자(12)에서 출사된 후, 약 1.0의 굴절율(n)을 갖는 제 1 에어층(A), 약 1.5의 굴절율(n2)을 갖는 확산 렌즈(15), 약 1.0의 굴절율(n)을 갖는 제 2 에어층(A), 약 1.65의 굴절율(n3)을 갖는 투광 부재(13) 및 약 1.0의 굴절율(n)을 갖는 제 2 에어층(A)으로 순차적으로 진행한다. 따라서, 종래의 백라이트 장치는 굴절율을 달리하는 이종 소재가 만나는 다수의 경계면을 통과하므로, 고굴절율 소재와 저굴절율 소재가 이어지는 경계면에서 전반사에 의한 광 손실이 발생하고, 결국, 광 추출 효율에 한계를 나타내는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, LED 소자에서 출사되는 빛의 경로를 따라 에어층을 제거함으로써, 굴절율을 달리하는 이종 소재를 통과하는 과정에서 나타나는 전반사 및 광 손실을 최소로 하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 디스플레이용 백라이트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 백라이트 장치는, 기판 상에 다수의 광원이 실장되어 상부로 빛을 출사하는 광원 모듈, 상기 광원을 밀봉하면서 상기 기판에 결합되어 상기 광원의 빛을 추출하여 투과시키는 투명 소재의 제 1 도광부, 상기 광원의 위치에 대응하는 위치에서 상기 제 1 도광부 상면에 형성되어 상기 광원의 수직 성분의 빛을 경사 방향으로 반사시키는 다수의 반사 패턴, 및, 상기 기판과 상기 제 1 도광부 사이에 개입되어 상기 반사 패턴에서 반사되는 빛을 반사시켜 상기 도광부 상면으로 출사시키는 반사시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 백라이트 장치는, 상기 반사 패턴을 덮으면서 상기 제 1 도광부 상면에 형성되는 제 2 도광부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 제 1 도광부는, 상기 광원의 굴절율보다 작은 굴절율을 갖는 투명 소재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 반사 패턴은, 경사 구조의 반사면을 갖는 입체 형상을 이루어 수직 성분의 빛을 경사 방향으로 반사시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 반사 패턴은 상기 제 1 도광부 상면의 음각 캐비티에 충진되거나 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 도광부가 LED 소자를 밀봉하여 빛의 경로를 따라 에어층이 형성되지 않음으로써, 굴절율을 달리하는 이종 소재를 통과하는 과정에서 나타나는 빛의 전반사와 광 손실을 최소로 하여 광 추출 효율이 향상된다.
또한, 본 발명은 반사 패턴이 3D 입체 구조로 형성되어, LED 소자에서 출사되는 빛이 반사되는 과정을 최소로 하여 광 손실을 줄임으로써, 광 추출 효율이 향상된다.
도 1은 종래의 직하형 백라이트 장치의 주요 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 장치를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 백라이트 장치를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백라이트 장치를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 장치를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 백라이트 장치를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백라이트 장치를 나타낸 단면도.
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.
후술되는, 본 실시예의 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시예에 관련하여 다른 실시예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이, 면적 및 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 본 실시예의 설명에 있어서, 제 1, 제 2, 내, 외, 상, 하 등과 같은 표현은 서로 상대적인 순서나 위치, 방향 등을 나타내는 것으로 그 기술적 의미가 반드시 사전적 의미에 구속되지는 않는다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 제 1 실시예의 백라이트 장치는 기판(110) 상에 다수의 LED 소자(120)가 실장되는 광원 모듈(100), LED 소자(120)를 밀봉하면서 기판(110) 상에 소정의 두께로 형성되는 도광부(200), 기판(110)과 도광부(200) 사이에 개입되는 반사시트(300) 및 도광부(200) 상면에 형성되는 반사 패턴(400)을 포함한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 백라이트 장치는 도광부(200) 상부에 배치되는 광학시트를 더 포함하고, 광학시트 상부에 액정패널이 배치되어 디스플레이 장치를 구성한다.
상기와 같은 구성의 백라이트 유닛은 LED 소자(120)에서 출사되는 점광원의 빛이 도광부(200) 내부를 통과하면서 확산 및 산란되고, 상부의 반사 패턴(400)에 의하여 하측으로 반사되며, 다시 반사시트(300)에서 반사되는 과정을 반복하면서 전체적으로 균일한 면광원의 빛으로 전환되어 도광부(200) 상면의 출광면(200a)으로 출사된다.
구체적으로 살펴보면, LED 모듈(100)은 백라이트 장치의 광원으로, 기판(110) 상에 LED 소자(120)가 가로, 세로, 대각선 또는 임의의 방향으로 소정 간격을 이루면서 다수개 실장된다. 기판(110)은 소정의 회로가 인쇄되고, LED 소자(120)는 상측으로 빛을 발하는 탑 뷰(top view) 방식의 소자로 구성된다. 각 LED 소자(120)에서 출사되는 빛은 도광부(200) 내부로 입사된다.
도광부(200)는 LED 소자(120)를 밀봉하면서 LED 소자(120)의 빛을 추출하고, 추출한 빛을 도광부(200)의 전체 영역으로 확산시킨 후 상면으로 출사되도록 유도한다. 도광부(200)는 광원 모듈(100)을 인서트 물로 하는 사출 성형(injection molding)이나, 디스펜싱 몰딩(dispensing molding) 또는 핫 멜트 몰딩(hot melt molding) 등의 공정으로 광원 모듈(100)과 일체형으로 형성될 수 있다. 따라서 LED 소자(120)에서 출사되는 빛은 에어층을 거치지 않고 도광부(200)로 직접 입사됨으로써, 굴절율 차이에 따른 광 손실을 방지할 수 있다.
또한, 도광부(200)는 내부에서 광 손실을 최소로 하도록 고투명도를 갖는 소재로 구성되며, 일 예로, Glass, Sapphire, PMMA, PUA, PET, PI, PO, PVC, PC, PE, PP, PS, Si, SiOx, Al, Al2Ox, ZnO, POE, EVA, 에폭시 중 어느 하나 이상을 포함하는 투명 소재로 구성될 수 있다(x는 임의의 자연수). 또한, 도광부(200)는 LED 소자(120)의 굴절율보다 작은 굴절율을 갖는 투명 소재로 구성되며, 본 실시예의 도광부(200)는 1.33 내지 1.7의 굴절율을 갖도록 구성된다.
반사시트(300)는 기판(110)과 도광부(200) 사이 즉, 기판(110) 상면에 배치되며, 반사 패턴(400)에서 하측으로 반사되는 빛을 다시 상측으로 반사시켜 도광부(200) 상면의 출광면(200a)으로 출사되도록 한다. 반사시트(300)는 고반사율을 갖는 시트 또는 필름이 기판(110) 상면에 결합되거나 고반사율을 갖는 물질이 기판(110) 상면에 코팅되어 형성될 수도 있다.
반사 패턴(400)은 LED 소자(120) 상측에서 점광원에 의한 핫 스팟(hot spot)을 차단하고, LED 소자(120)에서 수직 상측으로 출사되는 빛을 반사시켜 도광부(200)의 전체 영역에서 균일한 휘도의 빛이 출사되도록 한다. 반사 패턴(400)은 LED 소자(120)의 위치에 대응하는 위치에서 도광부(200) 상면에 형성된다. 즉, 반사 패턴(400)은 각 LED 소자(120)와 1:1로 대응하는 위치에서 LED 소자(120)의 수직 상부에 위치하도록 형성되며, 도광부(200)의 상면에서 가로, 세로, 대각선 또는 임의 방향으로 소정 간격을 이루면서 다수개 형성된다.
반사 패턴(400)은 고반사율을 갖는 물질이 도광부(200) 상면에 코팅되어 형성될 수 있다. 반사 패턴(400)을 구성하는 광 반사 물질은 Ag, Tio2, ZnO, Si, SiO2, Al2O3, Al 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 LED 소자(120)에서 출사되는 빛이 에어층(도 1의 'A' 참고)을 통하지 않고 직접 도광부(200)로 입사되어 LED 소자(120)와 에어층 사이의 굴절율 차이에 따른 광 손실이 나타나지 않는다. 또한, 도광부(200)로 입사된 빛이 반사 패턴(400)에 의하여 반사되는 과정에서 도광부(200)와 에어층(도 1의 'A')을 통하지 않고 직접 반사시트(300)에 반사되어 도광부(200)와 에어층 사이에서도 굴절율 차이에 따른 광 손실이 나타나지 않는다. 따라서 본 발명의 백라이트 장치는 LED 소자(120)에서 출사된 빛의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 백라이트 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 제 2 실시예의 백라이트 장치는 도광부(200)가 LED 소자(120)를 밀봉하면서 상면에 반사 패턴(400)을 형성하는 제 1 도광부(210)와, 제 1 도광부(210) 상면에서 반사 패턴(400)을 보호하는 제 2 도광부(220)로 구성되고, 광원 모듈(100)과 반사시트(300)는 제 1 실시예와 동일한 구성을 이룬다.
제 1 도광부(210)는 LED 소자(120)를 밀봉하면서 LED 소자(120)의 빛을 추출하고, 추출한 빛을 제 1 도광부(210)의 전체 영역으로 1차 확산시킨 후 상면으로 출사되도록 유도한다. 제 1 도광부(210)는 광원 모듈(100)을 인서트 물로 하는 사출 성형이나, 디스펜싱 몰딩 또는 핫 멜트 몰딩(hot melt molding) 등의 공정으로 광원 모듈(100)과 일체형으로 형성될 수 있다. 따라서 LED 소자(120)에서 출사되는 빛은 에어층을 거치지 않고 직접 제 1 도광부(210)로 입사됨으로써, 굴절율 차이에 따른 에어층에서의 광 손실을 방지한다.
또한, 제 1 도광부(210)는 LED 소자(120)의 굴절율보다 작은 굴절율을 갖는 투명 소재로 구성되며, 본 실시예의 제 1 도광부(210)는 1.33 내지 1.7의 굴절율을 갖는다.
제 2 도광부(220)는 제 1 도광부(210) 상면에서 소정의 두께를 가지면서 제 1 도광부(210)와 일체로 형성된다. 제 2 도광부(220)는 반사 패턴(400)을 밀봉하여 보호하면서, 제 1 도광부(210)를 통과하여 상측으로 진행하는 빛을 2차 확산시켜 상면의 출광면(200a)으로 더욱 균일한 빛이 출사되도록 한다.
제 1 도광부(210) 및 제 2 도광부(220)는 고투명도를 갖는 소재로 구성되며, 일 예로, Glass, Sapphire, PMMA, PUA, PET, PI, PO, PVC, PC, PE, PP, PS, Si, SiOx, Al, Al2Ox, ZnO, POE, EVA, 에폭시 중 어느 하나 이상을 포함하는 투명 소재로 구성될 수 있다(x는 임의의 자연수).
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백라이트 장치를 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 제 3 실시예에 따른 백라이트 장치는 반사 패턴(400)이 입체 구조를 이루고, 광원 모듈(100), 도광부(200) 및 반사시트(300)는 제 1 실시예 또는 제 2 실시예와 동일한 구성을 이룬다.
본 실시예의 반사 패턴(400)은 LED 소자(120)에서 수직 상측으로 출사되는 빛을 측면으로 반사시켜 도광부(200)의 전체 영역에 균일하게 분포되도록 한다. 반사 패턴(400)은 3D 구조의 입체 형상을 이루고, 경사 구조의 반사면(410)을 가진다. 이를 위한 반사 패턴(400)은 종단면이 역원뿔 형상을 이루는 것이 바람직하다. 여기서 역원뿔 형상이란 빛이 측면 경사 방향으로 반사될 수 있도록 하측으로 갈수록 상대적으로 직경이 좁아지는 형상을 말하고, 꼭지각은 소정의 곡률을 갖는 라운드 형상을 이룰 수 있으며, 반구형 또는 반타원형을 포함한다. 또한, 반사 패턴(400)은 횡단면이 원형, 사각형, 다각형 등 다양한 형상을 이룰 수 있다.
이러한 반사 패턴(400)은 도광부(200) 상면이 오목하게 음각된 캐비티(cavity) 내에 광반사 물질이 충진되어 형성될 수 있다. 반사 패턴(400)은, 캐비티 내부의 모든 영역에 광 반사 물질이 충진되거나, 캐비티 표면을 따라 코팅되어 형성될 수 있다.
입체 구조의 반사 패턴(400)을 갖는 백라이트 장치는 LED 소자(120)에서 수직 상측으로 출사되는 빛(L1)이 반사 패턴(400)의 반사면(410)에서 경사 방향으로 반사된 후(L2) 반사시트(300)에서 다시 반사되어 반사 패턴(400) 사이의 출광면(200a)으로 출사된다(L3). 따라서 본 실시예의 백라이트 장치는 LED 소자(120)에서 수직 상측으로 출사되는 빛이 반사되는 과정을 최소로 하여 출사되도록 함으로써, 반사 과정에서 나타나는 광 손실을 최소로 한다.
또한, 본 실시예의 백라이트 장치는 두께가 얇아지더라도 반사에 의한 광 손실이 나타나지 않으므로, 백라이트 장치의 슬림화에 유리하면서 높은 휘도를 나타낼 수 있다. 본 실시예의 백라이트 장치는 LED 소자(120)와 반사 패턴(400)은 0.05mm 내지 20mm의 간격을 이룰 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
100 : 광원 모듈
110 : 기판 120 : LED 소자
200 : 도광부
210 : 제 1 도광부 220 : 제 2 도광부
300 : 반사시트
400 : 입체 패턴 410 : 반사면
110 : 기판 120 : LED 소자
200 : 도광부
210 : 제 1 도광부 220 : 제 2 도광부
300 : 반사시트
400 : 입체 패턴 410 : 반사면
Claims (5)
- 기판 상에 다수의 광원이 실장되어 상부로 빛을 출사하는 광원 모듈;
상기 광원을 밀봉하면서 상기 기판에 결합되어 상기 광원의 빛을 추출하여 투과시키는 투명 소재의 제 1 도광부;
상기 광원의 위치에 대응하는 위치에서 상기 제 1 도광부 상면에 형성되어 상기 광원의 수직 성분의 빛을 경사 방향으로 반사시키는 다수의 반사 패턴; 및
상기 기판과 상기 제 1 도광부 사이에 개입되어 상기 반사 패턴에서 반사되는 빛을 반사시켜 상기 도광부 상면으로 출사시키는 반사시트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 반사 패턴을 덮으면서 상기 제 1 도광부 상면에 형성되는 제 2 도광부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 도광부는,
상기 광원의 굴절율보다 작은 굴절율을 갖는 투명 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 반사 패턴은,
경사 구조의 반사면을 갖는 입체 형상을 이루어 수직 성분의 빛을 경사 방향으로 반사시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치. - 제 4 항에 있어서, 상기 반사 패턴은,
상기 제 1 도광부 상면의 음각 캐비티에 충진되거나 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 백라이트 장치.
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