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KR100668314B1 - 백라이트 유니트 - Google Patents

백라이트 유니트 Download PDF

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KR100668314B1
KR100668314B1 KR1020040095902A KR20040095902A KR100668314B1 KR 100668314 B1 KR100668314 B1 KR 100668314B1 KR 1020040095902 A KR1020040095902 A KR 1020040095902A KR 20040095902 A KR20040095902 A KR 20040095902A KR 100668314 B1 KR100668314 B1 KR 100668314B1
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light incident
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이문규
민지홍
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삼성전자주식회사
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Abstract

입광부 구조가 개선된 가장자리 발광형 백라이트 유니트가 개시되어 있다.
이 개시된 백라이트 유니트는 광을 조사하는 적어도 하나의 광원과; 일 측면으로 입사된 광의 진행을 가이드하는 도광판과; 도광판의 일 측면에 대해 경사지게 돌출 형성되는 것으로서, 광이 입사되는 제1 및 제2입광면을 가지는 입광부와; 제1 및 제2입광면 각각에 마주하게 배치되는 것으로, 광원에서 조사된 광이 제1 및 제2입광면 각각으로 입사되도록 가이드하는 제1 및 제2가이드부재;를 포함하는 것으로, 제1 및 제2입광면 각각과 제1 및 제2가이드부재 각각의 사이에 에어 갭이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

백라이트 유니트{Back light unit}
도 1은 종래의 LED 광원을 사용하는 가장자리 발광형 백라이트 유니트를 보인 개략적인 사시도.
도 2는 도 1의 단면도.
도 3은 LED의 방사각을 보여주는 그래프.
도 4는 도 1에 도시된 종래 백라이트 유니트에 의한 출광분포를 보여주는 도면.
도 5는 도 1에 도시된 종래 백라이트 유니트의 출광면에서의 정면휘도를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 백라이트 유니트를 보인 사시도.
도 7은 도 6의 일 부분을 분리하여 보인 사시도.
도 8은 도 6의 일 부분을 분리하여 보인 평면도.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 백라이트 유니트를 보인 부분 사시도.
도 10은 도 9의 평면도.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 백라이트 유니트를 보인 부분 사시도.
도 12는 도 11의 평면도.
도 13a 내지 도 13d 각각은 비교예와 제1 내지 제3실시예에 따른 백라이트유 니트의 콜리메이팅 성능을 보인 도면.
도 14a 및 도 14b 각각은 비교예와 제3실시예에 따른 백라이트 유니트의 균일도를 보인 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
50, 150, 250...광원 60, 160, 260...도광판
65, 165, 265...입광부 65a, 165a, 265a....제1입광면
65b, 165b, 265b...제2입광면 71...제1가이드부재
75...제2가이드부재 91, 95...반사부재
170, 270...가이드부 80, 180, 280...에어 갭
191, 291...제1반사부재 195, 295...제2반사부재
본 발명은 가장자리 발광형 백라이트 유니트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원에서 출사된 빔의 입사각을 좁힐 수 있도록 입광부 구조가 개선된 백라이트 유니트에 관한 것이다.
통상적으로 수광형 평판 디스플레이의 일종인 액정표시장치는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고, 외부로부터 빛이 입사되어 화상을 형성한다. 이를 위하여 액정표시장치의 배면에는 백라이트 유니트가 설치되어 광을 조사한다. 이 백라이트 유니트는 액정표시장치 뿐만 아니라 조명간판 등과 같은 면광원장치에도 사용된다.
백라이트 유니트는 광원의 배치형태에 따라서 직하발광형(direct light type)과, 가장자리 발광형(edge light type)을 분류된다. 직하발광형은 액정패널의 바로 아래에 설치된 램프가 광을 액정패널에 직접 조사하는 방식이다. 가장자리 발광형은 도광판(LGP: Light Guide Panel)의 가장자리 쪽에 설치된 램프가 광을 조사하고, 이 조사된 광을 도광판을 통하여 액정패널에 전달하는 방식이다.
가장자리 발광형은 광원으로서 선광원과 점광원을 사용할 수 있다. 대표적인 선광원으로는 양 단부의 전극이 관내에 설치되는 냉음극 형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)가 있다. 그리고, 점광원으로는 발광다이오드(LED: light emitting diode)가 있다.
CCFL은 강한 백색광을 방출할 수 있고 고휘도와 고균일도를 얻을 수 있으며 대면적화 설계가 가능하다는 장점이 있다. 하지만, 이 CCFL은 고주파 교류신호에 의해 작동되고 작동온도범위가 좁다는 단점이 있다. LED는 휘도와 균일도 면에서 CCFL에 비해 성능이 떨어진다. 하지만, 이 LED는 직류신호 의해 작동되고 수명이 길며 작동온도범위가 넓고, 박형화가 가능하다는 장점을 가진다.
도광판은 가장자리 발광형 백라이트 유니트에 사용되는 것으로서, 광원으로부터 가장자리를 통하여 입사된 광을 면광으로 변환하여 수직방향으로 출광 시킨다. 도광판에는 광원으로부터 입사된 광을 면광으로 변환시키기 위해 산란패턴이나 홀로그램패턴이 인쇄방식 또는 기계가공방식에 의해 형성되어 있다.
도 1은 점광원을 사용하는 종래의 가장자리 발광형 백라이트 유니트의 개략 적인 사시도이며, 도 2는 도 1의 단면도이다. 그리고, 도 3은 LED의 방사각을 보여주는 그래프이다.
도면들을 참조하면, 도광판(10)의 일측 가장자리(11)에 점광원으로서 3개의 LED(20)가 설치된다. 도광판(10)의 저면에는 LED(20)로부터 입사된 광을 출광면(12)으로 방출시키기 위한 홀로그램패턴(30)이 형성되어 있다. 상기 LED(20)는 도광판(10)의 가장자리(11)를 향하여 광을 방출한다. 이 LED(20)는 점광원이므로 도 3에 도시된 바와 같이 광축을 중심으로 방위각 ±90도 범위로 광을 방출하게 된다. 이 때, 광의 세기의 최대값(Imax)의 절반에 해당되는 세기의 광이 방출되는 방위각을 반치각이라 한다. LED의 경우에는 보통 반치각이 약 ±45°정도가 된다.
LED(20)에서 방출된 광은 가장자리(11)를 통하여 도광판(10)으로 입사된다. 상기 홀로그램패턴(30)은 회절격자 구조로서 입사된 광을 면광으로 변환시켜 도광판(10)의 상면인 출광면(12)으로 방출시킨다. 홀로그램 패턴(30)은 일정한 방향성을 가지고 형성되어 있다.
또한, 홀로그램패턴으로 입사되는 광의 입사 방위각 분포가 작을수록 출광면(12)에서의 균일한 휘도를 얻을 수 있다. 출광면(12)의 휘도가 균일하지 않으면 화면이 얼룩져 보인다. 약 1cm 정도의 좁은 범위에서는 0.9 정도의 휘도 변화가 얼룩으로 감지되나, 화면의 중앙부에서 선단부까지 완만하게 휘도 변화가 있을 경우에는 0.8 정도일지라도 휘도 얼룩은 감지되지 않는다. 따라서, 적어도 0.8 이상의 휘도 균일도가 요구되며, 보다 양질의 화질을 얻기 위해서는 0.9 이상의 휘도 균일도가 요구된다.
도 4는 도 1의 평면도로서, 도광판(10)의 출광면(12)을 통하여 출광되는 광의 분포를 나타낸 것이다. 도면을 참조하면, 출광면(12)은 LED(20)가 설치된 가장자리(11)로부터 차례대로 입광부(12a), 중앙부(12b), 대광부(12c)의 3영역으로 구분된다. 이때, 각 영역(12a)(12b)(12c)으로부터 방출되는 광의 출광분포는 도시된 바와 같다. 즉, 입광부(12a)에 비해 중앙부(12b)와 대광부(12c)에서 넓은 출광분포를 가진다.
도 5는 도 4의 각 영역에서의 출광되는 광의 휘도를 나타낸 그래프이다. 여기서, 세로축은 휘도를 나타내고, 가로축은 광출사각을 반치각(FWHM: forward half maximum)으로서 표시한 것이다. 3개의 곡선(C1, C2, C3) 각각은 입광부(12a), 중앙부(12b), 대광부(12c)의 휘도를 나타내는 것이다. 도면을 살펴보면, 입광부(12a)의 휘도가 중앙부(12b)와 대광부(12c)의 휘도보다 더 크다는 것을 알 수 있다. 또한, 반치각을 살펴보면, 입광부(12a)에서는 20°/20°이나 중앙부(12b)와 대광부(12c)에서는 20°/35°로 더 커짐을 알 수 있다. 여기서, 반치각의 표시에 있어서, "/" 앞의 값과 뒤의 값 각각은 도 4에서 X방향 반치각과 Y방향의 반치각을 표시한 것이다.
이처럼 각 영역에서 휘도의 차이를 보이는 것은 중앙부(12b)나 대광부(12c)에서 홀로그램패턴(30)에 입사되는 광의 입사 방위각의 분포가 입광부(12a)에서의 그것보다 크기 때문이다. 즉, LED(20)에서 멀리 떨어진 중앙부(12b)와 대광부(12c)에서는 도 2에 도시된 바와 같이 여러 번의 반사과정을 거치면서 다양한 입사방위각을 가진 광이 홀로그램패턴(30)으로 입사되기 때문이다. 이러한 휘도의 불균일성 은 LED(20)로부터 방출되어 도광판(10)으로 입사되는 입사 방위각이 클수록 더 심해진다.
따라서, 본 발명은 상기한 점들을 감안하여 안출된 것으로, 광원으로부터 도광판으로 입사되는 광의 방위각을 좁혀 줌으로써 출광면의 휘도 균일성을 향상시킬 수 있도록 된 구조의 가장자리 발광형 백라이트 유니트를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 백라이트 유니트는, 광을 조사하는 적어도 하나의 광원과; 일 측면으로 입사된 광의 진행을 가이드하는 도광판과; 상기 도광판의 일 측면에 대해 경사지게 돌출 형성되는 것으로서, 광이 입사되는 제1 및 제2입광면을 가지는 입광부와; 상기 제1 및 제2입광면 각각에 마주하게 배치되는 것으로서, 상기 광원에서 조사된 광이 상기 제1 및 제2입광면 각각으로 입사되도록 가이드하는 제1 및 제2가이드부재;를 포함하는 것으로, 상기 제1 및 제2입광면 각각과 상기 제1 및 제2가이드부재 각각의 사이에 에어 갭이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 백라이트 유니트는, 광을 조사하는 적어도 하나의 광원과; 일 측면으로 입사된 광의 진행을 가이드하는 도광판과; 상기 도광판의 일 측면에 대해 경사지게 돌출 형성되는 것으로서, 소정 간격 이격 배치된 제1 및 제2입광면을 가지는 입광부와; 상기 제1입광면과 상기 제2입광면 사이의 공간을 통하여 입광부에 일체로 형성됨과 아울러 상기 제1 및 제2입광면 각각에 대해 소정 에어 갭 만큼 이격 배치된 상태로 마주하게 배치되는 것으로, 상기 광원에서 조사된 광이 상기 도광판으로 입사되도록 가이드하는 가이드부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 백라이트 유니트는, 광을 조사하는 적어도 하나의 광원과; 일 측면으로 입사된 광의 진행을 가이드하는 도광판과; 상기 도광판의 일 측면에 대해 경사지게 돌출 형성되는 것으로서, 소정 간격 이격 배치된 제1 및 제2입사면을 가지는 입광부와; 입광부에 일체로 형성됨과 아울러 상기 제1 및 제2입광면 각각에 대해 이격된 상태로 마주하게 배치되는 것으로, 상기 광원에서 조사된 광이 상기 도광판으로 입사되도록 가이드하는 가이드부와; 상기 가이드부의 외측에 형성된 제1반사부와, 상기 제1 및 제2입광면 각각과 상기 가이드부 사이의 간격 외측에 위치된 제2반사부를 각각 구비한 제1 및 제2반사부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백라이트 유니트를 상세히 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 백라이트 유니트를 보인 사시도이고, 도 7 및 도 8 각각은 도 6의 일 부분을 분리하여 보인 사시도 및 평면도이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 백라이트 유니트는 적어도 하나의 광원(50)과, 일 측면으로 입사된 광의 진행을 가이드하는 도광판(60)과, 이 도광판(60)의 측면에 마련되는 입광부(65) 및 입광부(65)와 광원(50) 사이에 마련 되는 제1 및 제2가이드부재(71)(75)를 포함한다.
상기 광원(50)은 LED와 같은 점광원 또는 CCFL과 같은 선광원으로 구성되는 것으로, 상기 도광판(60)의 일 측면으로 광을 조사한다. 도 6은 상기 광원(50)으로 점광원인 LED를 3개 채용한 경우를 예로 들어 나타낸 것이다. 이 경우 상기 LED 각각에 대응되게 상기 광원(50), 입광부(65) 및 제1 및 제2가이드부재(71)(75)가 마련된다. 상기 LED는 광축을 중심으로 방위각 ±90°범위로 광을 방출한다. 이 때, LED는 도 3에 도시된 바와 같이, 반치각이 대략 ±45° 정도가 된다.
본 실시예에서는 도광판(60)의 일측에 3개의 광원(50)을 설치한 구조를 예로 들어 나타내었으나, 이는 예시적인 것에 불과한 것으로 다른 개수로 설정하는 것도 가능하다. 즉, 상기 광원(50)의 개수는 도광판(60)의 크기 및 요구되는 휘도에 의존하는 것으로, 그 필요에 따라 3개 이상 또는 그 보다 작은 개수를 구비할 수 있다.
상기 도광판(60)은 그 일측면(60a)으로 입사된 광의 진행을 가이드하는 것으로, 입사광을 투과시킬 수 있는 투명재질로 구성된다. 이 도광판(60)은 주로 굴절률이 1.49, 비중이 1.19 정도인 아크릴계 투명수지(예컨대, 폴리메틸메타아크릴레이트 : PMMA) 또는 경량화를 위해 비중이 1.0인 올레핀계 투명성수지가 사용된다. 이 도광판(60)은 대략 2 내지 3 mm 정도의 두께를 가지는 평판 구조로 된 것이 바람직하다. 한편, 도광판(60)은 입사측으로부터 멀어질수록 두께가 점점 얇아지는 테이퍼 구조로 구성되는 것도 가능하다. 이 도광판(60)의 출광면의 크기는 채용되는 화상표시소자의 평면 크기에 좌우된다.
이 도광판(60)의 저면에는 측면에서 입사된 광이 그 출광면으로 향하도록 입사광을 회절 시키는 홀로그램패턴(61)이 형성될 수 있다. 이 홀로그램패턴(61)은 주기가 2㎛ 이하의 회절격자가 반복 배열된 것이다. 예를 들어, 홀로그램패턴(61)은 주기 0.4㎛, 깊이 0.2㎛ 정도의 회절격자가 반복 배열된 구조를 가질 수 있다. 이 홀로그램패턴(61)의 하방에는 광을 상방으로 반사시키는 반사부재(미도시)가 설치되는 것도 가능하다. 여기서, 상기 홀로그램패턴(61)으로 입사되는 광의 방위각이 작을수록 그리고, 방위각 분포가 균일하면 할수록, 도광판(60)의 출광면에서의 광 휘도가 균일하게 된다.
상기 입광부(65) 및 상기 제1 및 제2가이드부재(71)(75)는 상기 광원(50)으로부터 조사되어 도광판(60)으로 입사되는 광을 집속시켜 도광판(60) 내에서 광의 방위각이 줄어들도록 한다. 이 입광부(65)는 도광판(60)과 동일한 굴절률을 가지는 동일 재질로 구성된다. 보다 바람직하게는 도시된 바와 같이 상기 도광판(60)과 일체로 형성된다.
이를 위하여, 상기 입광부(65)는 상기 도광판(60)의 광이 입사되는 측면(60a)에 대해 경사지게 돌출 형성되는 것으로, 제1 및 제2입광면(65a)(65b)을 가진다. 여기서, 상기 입광부(65)가 형성된 상기 도광판(60)의 일 측면(60a)에서 연장된 선분 A와 상기 제1 및 제2입광면(65a)(65b) 각각의 사잇각 θ1은 대략 21°의 각을 가지는 것이 바람직하다. 이는 상기 제1 및 제2가이드부재(71)(75)에 의해 반사된 광의 진행방향을 고려하여 설정되는 것으로, 상기 입광부(65)를 통하여 입사된 광이 집속되도록 하기 위한 것이다.
상기 제1 및 제2가이드부재(71)(75) 각각은 상기 제1 및 제2입광면(65a)(65b)에 마주하게 배치되는 것으로, 상기 광원(50)에서 조사된 광이 상기 제1 및 제2입광면(65a)(65b) 각각으로 입사되도록 가이드한다. 여기서, 상기 제1가이드부재(71)와 상기 제1입광면(65a) 사이 및, 상기 제2가이드부재(75)와 상기 제2입광면(65b) 사이에는 에어 갭(80)이 형성되어 있다. 이 에어 갭(80)은 제1가이드부재(71)와 제1입광면(65a) 및, 제2가이드부재(75)와 제2입광면(65b)을 별도의 접착재 사용없이 상호 마주하게 접촉시킨 경우, 마주하는 두 부재 사이의 경계면에 형성되는 갭을 의미한다. 이와 같이 에어 갭(80)을 형성한 경우, 상기 제1 및 제2가이드부재(71)(75)의 굴절률이 상기 에어 갭(80) 내의 공기의 굴절률 보다 크다. 그러므로, 제1 및 제2가이드부재(71)(75) 내부에서 상기 에어 갭(80)과 마주하는 면으로 입사되는 광에 있어서 임계각 θc 보다 큰 각도로 입사된 광은 전반사된다. 이를 이용하여 광의 진행방향을 가이드 할 수 있다.
상기 제1 및 제2가이드부재(71)(75) 각각은 광원(50)이 마주하게 설치되는 입사면(71a)(75a), 반사면(73)(77) 및 출광면(71b)(75b)을 포함하는 것으로, 상기 출광면(71c)(75c) 각각이 상기 제1 및 제2입광면(65a)(65b)에 마주하게 배치된다. 상기 광원(50)에서 조사된 광은 상기 입사면(71a)(75a)을 통하여 상기 제1 및 제2가이드부재(71)(75)의 내부로 입사된다. 상기 반사면(73)(77)은 입사광이 상기 제1 및 제2입광면(65a)(65b) 쪽으로 진행하도록 입사광을 반사시킨다. 상기 출광면 (71b)(75b)은 상기 입사면(71a)(75a)으로부터 직접 입사된 광을 반사시키고, 상기 반사면(73)(77)을 경유하여 입사된 광을 상기 입광부(65) 쪽으로 출사시킨다.
상기 반사면(73)(77)은 상호 소정 간격 이격된 상태로 마주하게 배치되는 상부반사면(73a)(77a) 및 하부반사면(73b)(77b)과, 상기 출광면(71b)(75b)에 대해 경사지게 배치된 배면 반사면(73c)(77c)을 포함한다.
이 상부 반사면(73a)(77a) 각각과 하부 반사면(73b)(77b) 각각의 사이 간격은 상기 도광판(60)의 두께와 실질상 동일하다. 상기 배면 반사면(73c)(77c) 각각은 상기 입광면(71a)(75a) 각각와 일측이 접하며, 상기 출광면(71b)(75b) 각각과 타측이 접하게 배치된다.
여기서, 상기 배면 반사면(73c)(77c)의 외주에는 반사부재(91)(95)가 더 구비된 것이 바람직하다. 상기 반사부재(91)(95)는 상기 제1 및 제2가이드부재(71)(75) 각각의 내부에서 입사된 광을 반사시킨다. 이와 같이 반사부재(91)(95)를 더 구비함으로써, 상기 제1 및 제2가이드부재(71)(75) 내에서 상기 배면 반사면(73c)(77c) 쪽으로 입사된 광의 입사각에 관계없이 상기 입광부(65) 쪽으로 전반사시킬 수 있다. 이를 위하여, 배면 반사면(73c)(77c) 각각과 상기 출광면(73a)(77a)의 사잇각 θ2는 대략 21°의 각을 가지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 사잇각 θ1과 θ2는 그 각도를 설정함에 있어서, 주어진 값 미만의 각도로 설정한 경우는 도광판(60)으로 향하는 광이 발산되므로, 광 방사각을 좁히는데 방해가 된다. 그리고, 사잇각 θ1과 θ2의 설정에 있어서 주어진 값 보다 큰 각도로 설정한 경우는 배면 반사면(73c)(77c)에서 반사된 광이 상기 광원(50) 쪽으로 되반사되어 광효율이 저하되는 문제점을 초래할 수 있다.
도 9 및 도 10 각각은 본 발명의 제2실시예에 따른 백라이트 유니트의 요부를 발췌하여 보인 사시도 및 평면도이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 백라이트 유니트는 적어도 하나의 광원(150)과, 일 측면으로 입사된 광의 진행을 가이드하는 도광판(160)과, 이 도광판(160)의 측면에 마련되는 입광부(165) 및 입광부(165)와 광원(150) 사이에 마련되는 가이드부(170)를 포함한다.
상기 광원(150)은 LED와 같은 점광원 또는 CCFL과 같은 선광원으로 구성되는 것으로, 상기 도광판(60)의 일 측면으로 광을 조사한다. 그리고 도광판(160)은 입사광의 진행을 가이드한다. 여기서, 상기 광원(150) 및 도광판(160) 각각은 앞서 설명된 제1실시예에 따른 광원(도 7의 50) 및 도광판(도 7의 60) 각각과 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 도광판(160)의 저면에는 측면에서 입사된 광이 그 출광면으로 향하도록 입사광을 회절 시키는 홀로그램패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
상기 입광부(165) 및 상기 가이드부(170)는 상기 광원(150)으로부터 조사되어 도광판(160)으로 입사되는 광을 집속시켜, 도광판(160) 내에서 광의 방위각이 줄어들도록 한다.
이를 위하여, 상기 입광부(165)는 상기 도광판(160)의 광이 입사되는 일 측에 대해 경사지게 돌출 형성되는 것으로, 소정 간격 이격 배치된 제1 및 제2입광면 (165a)(165b)을 가진다. 여기서, 상기 입광부(165)가 형성된 상기 도광판(160)의 일 측면에서 연장된 선분 B와 상기 제1 및 제2입광면(165a)(165b) 각각의 사잇각 θ3은 대략 32°의 각을 가지는 것이 바람직하다. 이는 상기 가이드부(170)에 의해 반사된 광의 진행방향을 고려하여 설정되는 것으로, 상기 입광부(165)를 통하여 입사된 광이 집속되도록 하기 위한 것이다.
상기 가이드부(170)는 상기 제1입광면(165a)과 상기 제2입광면(165b) 사이의 공간(165c)을 통하여 입광부(165)에 일체로 형성된다. 또한, 상기 가이드부(170)는 상기 제1 및 제2입광면(165a)(165b) 각각에 대해 소정 에어 갭(180) 만큼 이격 배치된 상태로 마주하게 배치된다. 이와 같이 구성된 가이드부(170)는 상기 광원(150)에서 조사된 광이 상기 제1 및 제2입광면(165a)(165b) 각각으로 입사되도록 가이드한다. 상기 에어 갭(180)은 상기 가이드부(170)와 제1 및 제2입광면(165a)(165b)를 별도의 접착재 사용없이 상호 마주하게 접촉시킨 경우, 마주하는 두 부재 사이의 경계면에 형성되는 갭을 의미한다. 이와 같이 에어 갭(180)을 형성한 경우, 상기 가이드부재(170)의 굴절률이 상기 에어 갭(180) 내의 공기의 굴절률 보다 크다. 그러므로, 가이드부재(170) 내부에서 상기 에어 갭(180)과 마주하는 면으로 입사되는 광에 있어서 임계각 보다 큰 각도로 입사된 광은 전반사된다. 이와 같이 임계각 이상의 각도로 입사된 광을 반사시킴으로써, 광 이용효율을 높일 수 있다.
상기 가이드부(170)는 광원(150)이 마주하게 설치되는 제1 및 제2입사면 (171a)(171b), 반사면(173) 및 제1 및 제2출광면(175a)(175b)을 포함하는 것으로, 상기 제1 및 제2출광면(175a)(175b) 각각이 상기 제1 및 제2입광면(165a)(165b)에 마주하게 배치된다. 상기 광원(150)에서 조사된 광은 상기 제1 및 제2입사면(171a)(171b)을 통하여 상기 가이드부(170)의 내부로 입사된다. 상기 반사면(173)은 입사광이 상기 제1 및 제2입광면(165a)(165b) 쪽으로 진행하도록 입사광을 반사시킨다. 상기 제1 및 제2출광면(175a)(175b)은 상기 제1 및 제2입사면(171a)(171b)으로부터 직접 입사된 광을 반사시키고, 상기 반사면(173)을 경유하여 입사된 광을 상기 입광부(165) 쪽으로 출사시킨다. 즉, 상기 제1 및 제2입사면(171a)(171b)로부터 직접 입사된 광은 상기 제1 및 제2출광면(175a)(175b) 각각에 대해 임계각 보다 큰 각도로 입사되는 것으로, 상기 에어 갭(180)의 굴절률과 상기 가이드부(170)의 굴절률 차이에 의해 상기 제1 및 제2출광면(175a)(175b)에서 전반사된다.
상기 반사면(173)은 상호 소정 간격 이격된 상태로 마주하게 배치되는 상부반사면(173a) 및 하부반사면(173b)과, 상기 출광면(175a)(175b)에 대해 경사지게 배치된 제1 및 제2배면 반사면(173c)(173d)을 포함한다.
이 상부 반사면(173a)과 하부 반사면(173b)의 사이 간격은 상기 도광판(160)의 두께와 실질상 동일하다. 상기 제1 및 제2배면 반사면(173c)(173d) 각각은 상기 제1 및 제2입광면(171a)(171b) 각각과 일측이 접하며, 상기 제1 및 제2출광면(175a)(175b) 각각과 타측이 접하게 배치된다.
여기서, 상기 제1 및 제2배면 반사면(173c)(173d) 각각의 외주에 형성되어 상기 가이드부(170)의 내부에서 입사된 광을 반사시키는 제1 및 제2반사부재 (191)(195)가 더 구비된 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1배면 반사면(173c)과 상기 제1출광면(175a)의 사잇각 및, 상기 제2배면 반사면(173d)과 상기 제2출광면(175b)의 사잇각을 θ4라 할 때, 사잇각 θ4는 대략 19°인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 사잇각 θ3과 θ4는 그 각도를 설정함에 있어서, 설정 값을 크게 벗어난 경우, 도광판(160)에 입사되는 광이 발산되거나 제1 및 제2배면 반사면(173c)(173d)에서 반사된 광이 상기 광원(150) 쪽으로 되반사되는 문제점이 초래될 수 있다.
도 11 및 도 12 각각은 본 발명의 제3실시예에 따른 백라이트 유니트의 요부를 발췌하여 보인 사시도 및 평면도이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 백라이트 유니트는 적어도 하나의 광원(250)과, 일 측면으로 입사된 광의 진행을 가이드하는 도광판(260)과, 이 도광판(260)의 측면에 마련되는 입광부(265)와, 입광부(265)와 광원(250) 사이에 마련되는 가이드부(270) 및 상기 가이드부(270)와 입광부(265) 주변에 마련된 제1 및 제2반사부재(291)(295)를 포함한다. 상기 광원(250) 및 도광판(260) 각각은 앞서 설명된 제1실시예에 따른 광원(도 7의 50) 및 도광판(도 7의 60) 각각과 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 입광부(265) 및 상기 가이드부(270)는 상기 광원(250)으로부터 조사되어 도광판(260)으로 입사되는 광을 집속시켜, 도광판(260) 내에서 광의 방위각이 줄어들도록 한다.
이를 위하여, 상기 입광부(265)는 상기 도광판(260)의 광이 입사되는 일 측에 대해 경사지게 돌출 형성되는 것으로, 소정 간격 이격 배치된 제1 및 제2입광면(265a)(265b)을 가진다. 여기서, 상기 입광부(265)가 형성된 상기 도광판(260)의 일 측면에서 연장된 선분 C와 상기 제1 및 제2입광면(265a)(265b) 각각의 사잇각 θ5는 대략 20°의 각을 가지는 것이 바람직하다. 이는 상기 가이드부(270)에 의해 반사된 광의 진행방향을 고려하여 설정되는 것으로, 상기 입광부(265)를 통하여 입사된 광이 집속되도록 하기 위한 것이다.
상기 가이드부(270)는 상기 제1입광면(265a)과 상기 제2입광면(265b) 사이의 공간(265c)을 통하여 입광부(265)에 일체로 형성된다. 또한, 상기 가이드부(270)는 상기 제1 및 제2입광면(265a)(265b) 각각에 대해 소정 간격 이격 배치되며, 이격된 공간에 에어 갭(280)이 형성된다. 이와 같이 구성된 가이드부(270)는 상기 광원(250)에서 조사된 광이 상기 제1 및 제2입광면(265a)(265b) 각각으로 입사되도록 가이드한다. 여기서, 상기 도광판(260)과 상기 가이드부(270)를 일체로 제작하고자 하는 경우 에어 갭(280)의 형성이 용이하도록 하기 위하여, 상기 에어 갭(280)은 도시된 바와 같이 충분히 이격되어 있다.
상기 가이드부(270)는 광원(250)이 마주하게 설치되는 제1 및 제2입사면(271a)(271b), 반사면(273), 출광면(275a)(275b) 및 제1 및 제2지지면(277a)(277b)을 포함하는 것으로, 상기 출광면(275a)(275b) 각각이 상기 제1 및 제2입광면 (265a)(265b)에 소정 간격 이격된 상태로 마주하게 배치된다. 상기 광원(250)에서 조사된 광은 상기 입사면(271a)(271b)을 통하여 상기 가이드부(270)의 내부로 입사된다. 상기 반사면(273)은 입사광이 상기 제1 및 제2입광면(265a)(265b) 쪽으로 진행하도록, 입사광의 진행 경로를 변환한다.
상기 제1 및 제2출광면(275a)(275b)은 상기 제1 및 제2입사면(271a)(271b)으로부터 직접 입사된 광을 반사시키고, 상기 반사면(273)을 경유하여 입사된 광을 상기 입광부(265) 쪽으로 출사시킨다. 즉, 상기 제1 및 제2입사면(271a)(271b)으로 부터 직접 입사된 광은 상기 제1 및 제2출광면(275a)(275b)에 대해 임계각 보다 큰 각도로 입사되는 것으로, 상기 에어 갭(280)의 굴절률과 상기 가이드부(270)의 굴절률 차이에 의해 상기 제1 및 제2출광면(275a)(275b)에서 전반사된다.
상기 제1 및 제2지지면(277a)(277b)은 상기 제1 및 제2입사면(271a)(271b) 각각에 평행을 이루도록 배치되며, 상기 제1 및 제2입광면(265a)(265b)의 단부와 상기 제1 및 제2출광면(275a)(275b) 각각의 단부를 연결한다.
상기 반사면(273)은 상호 소정 간격 이격된 상태로 마주하게 배치되는 상부반사면(273a) 및 하부반사면(273b)과, 상기 제1 및 제2출광면(275a)(275b)에 대해 경사지게 배치된 제1 및 제2배면 반사면(273c)(273d)을 포함한다.
상기 제1 및 제2배면 반사면(273c)(273d) 각각은 상기 제1 및 제2입광면(271a)(271b) 각각와 일측이 접하며, 상기 제1 및 제2출광면(275a)(275b) 각각과 타측이 접하게 배치된다. 여기서, 상기 제1배면 반사면(273c)과 상기 제1출광면(275a)의 사잇각 및, 상기 제2배면 반사면(273d)과 상기 제2출광면(275b)의 사잇각 을 θ6라 할 때, 사잇각 θ6은 대략 22°인 것이 바람직하다.
또한, 선분 C에 직교하는 선분 D와 상기 제1입사면(271a) 사이의 사잇각과 상기 선분 D와 상기 제1지지면(277a) 사이의 사잇각은 동일한 것으로, θ7으로 나타낼 때, 사잇각 θ7은 대략 42°인 것이 바람직하다. 즉, 상기 제1입사면(271a)과 상기 제2입사면(271b)의 사잇각은 각 θ7의 2배이므로, 대략 84°이다.
상기 제1 및 제2반사부재(291)(295) 각각은 상기 가이드부재의 외측 즉, 상기 제1 및 제2배면 반사면(273c)(273d) 각각의 외측에 형성된 제1반사부(291a)(295a)와, 상기 에어 갭(280)의 외측에 위치된 제2반사부(291b)(295b)를 포함한다. 이 제1 및 제2반사부재(291)(295)는 상기 상기 가이드부(270)의 내부에서 입사된 광과, 상기 에어 갭(280)을 통과하는 광이 소정 방사각 범위를 벗어나는 것을 방지한다.
여기서, 선분 C에 직교하는 선분 E와 상기 제2반사부 사이의 사잇각을 θ8이라 할 때, 이 사잇각 θ8은 대략 24°인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 사잇각 θ5, θ6, θ7, θ8은 도광판(260)에 입사되는 광의 방사각이 후술하는 도 13d에 나타낸 바와 같이 좁아지도록 할 것과, 광원(250)에서 조명된 광이 되반사되지 않도록 설정된 것이다.
도 13a 내지 도 13d 각각은 비교예와 제1 내지 제3실시예에 따른 백라이트유니트의 콜리메이팅 성능을 보인 도면이다.
도면을 참조하면, 백라이트 유니트에서 조명된 광의 단면 형상을 살펴 볼 때, 비교예에 따른 백라이트 유니트의 경우는 수평 방향의 폭(W)과 수직 방향의 폭이 유사한 원형상의 빔 프로파일을 가짐을 알 수 있다.
한편, 제1 내지 제3실시예에 따른 백라이트 유니트의 경우는 수평 방향의 폭이 수직 방향의 폭에 비하여 좁아짐을 알 수 있다. 즉, 그 각각의 폭 W1, W2, W 3은 비교예에 따른 수평방향 폭 W에 비하여 좁은 폭을 가진다. 그러므로, 도광판을 걸쳐 디스플레이로 조사된 광의 콜리메이팅 성능이 개선되어 도광판을 투과하는 광의 방위각을 좁힐 수 있다.
도 14a 및 도 14b 각각은 비교예와 제3실시예에 따른 백라이트 유니트의 균일도를 보인 그래프이다. 여기서, 도면은 세 개의 광원 및 입광부를 구비한 경우를 예로 들어 나타낸 것이다.
도 14a를 살펴보면, 각 광원에서 조명된 광은 가우시안 분포를 가지며, 각 광 프로파일 사이의 경계인 영역 E에서 광의 세기가 현저히 저하됨을 알 수 있다.
반면, 도 14b를 살펴보면, 본 발명의 제3실시예에 따른 백라이트 유니트를 통하여 조명되는 광은 경계 영역 F에서 빔의 세기가 감소하는 현상은 있으나, 비교예에 비하여 광의 세기가 크므로, 전체적으로 광의 균일도가 향상됨을 알 수 있다.
영역 을 구비한 경우를 예로 들어 나타낸 것으로서
상기한 바와 같이, 도광판(60)으로 입사된 광의 방위각이 작아지면, 광이 90°에 가까운 각도로 홀로그램패턴(61)에 입사되므로, 높은 효율로 광을 방출 할 수 있다. 그리고 홀로그램패턴(61)으로 입사되는 광의 입사 방위각 분포가 균일해지므로 도광판(60)에서 방출되는 광의 출사방위각 분포도 균일하게 되어 휘도 균일도가 향상된다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 백라이트 유니트는 도광판에 입사되는 광의 방위각 분포를 작게함으로써, 디스플레이소자로 방출되는 광의 효율을 높일 수 있다. 그리고, 방출되는 광의 세기 분포가 균일하게 되어 출광면의 휘도균일도를 향상시킬 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위 내에서 정해져야만 할 것이다.

Claims (19)

  1. 광을 조사하는 적어도 하나의 광원과;
    일 측면으로 입사된 광의 진행을 가이드하는 도광판과;
    상기 도광판의 일 측면에 대해 경사지게 돌출 형성되는 것으로서, 광이 입사되는 제1 및 제2입광면을 가지는 입광부와;
    상기 제1 및 제2입광면 각각에 마주하게 배치되는 것으로, 상기 광원에서 조사된 광이 상기 제1 및 제2입광면 각각으로 입사되도록 가이드하는 제1 및 제2가이 드부재;를 포함하는 것으로, 상기 제1 및 제2입광면 각각과 상기 제1 및 제2가이드부재 각각의 사이에 에어 갭이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입광부가 형성된 상기 도광판의 측면에서 연장된 선분과 상기 제1 및 제2입광면 각각의 사잇각은 21°인 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2가이드부재 각각은,
    상기 광원에서 조사된 광이 입사되는 입사면과;
    입사광이 상기 제1 또는 제2입광면 쪽으로 향하도록 그 진행 경로를 변환하는 반사면과;
    상기 제1 및 제2입광면 각각에 마주하게 배치되는 것으로, 상기 입사면으로부터 직접 입사된 광을 반사시키고, 상기 반사면을 경유하여 입사된 광을 상기 입광부 쪽으로 출사시키는 출광면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반사면은,
    상호 소정 간격 이격된 상태로 마주하게 배치되는 상부 및 하부 반사면과;
    상기 출광면에 대해 경사지게 배치된 배면 반사면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배면 반사면의 외주에 형성되어 상기 제1 및 제2가이드부재 각각의 내부에서 입사된 광을 반사시키는 반사부재가 더 구비된 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 배면 반사면과 상기 출광면의 사잇각은 21°인 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  7. 광을 조사하는 적어도 하나의 광원과;
    일 측면으로 입사된 광의 진행을 가이드하는 도광판과;
    상기 도광판의 일 측면에 대해 경사지게 돌출 형성되는 것으로서, 소정 간격 이격 배치된 제1 및 제2입광면을 가지는 입광부와;
    상기 제1입광면과 상기 제2입광면 사이의 공간을 통하여 입광부에 일체로 형성됨과 아울러 상기 제1 및 제2입광면 각각에 대해 소정 에어 갭 만큼 이격 배치된 상태로 마주하게 배치되는 것으로, 상기 광원에서 조사된 광이 상기 도광판으로 입사되도록 가이드하는 가이드부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 입광부가 형성된 상기 도광판의 측면에서 연장된 선분과 상기 제1 및 제2입광면 각각의 사잇각은 32°인 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 가이드부는,
    상기 광원에서 조사된 광이 입사되는 제1 및 제2입사면과;
    상기 입사광이 상기 제1 또는 제2입광면 쪽으로 향하도록 그 진행 경로를 변환하는 반사면과;
    상기 제1 및 제2입광면 각각에 대해 소정 에어 갭 만큼 이격 배치된 상태로 마주하게 배치되는 것으로, 상기 제1 또는 제2입사면으로부터 직접 입사된 광을 반사시키고 상기 반사면을 경유하여 입사된 광을 상기 입광부 쪽으로 출사시키는 제1 및 제2출광면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반사면은,
    상호 소정 간격 이격된 상태로 마주하게 배치되는 상부 및 하부 반사면과;
    상기 제1 및 제2출광면 각각에 대해 경사지게 배치된 제1 및 제2배면 반사면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2배면 반사면 각각의 외주에 형성되어 상기 가이드부의 내부에서 입사된 광을 반사시키는 제1 및 제2반사부재가 더 구비된 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1배면 반사면과 상기 제1출광면 사잇각 및, 상기 제2배면 반사면과 상기 제2출광면의 사잇각은 19°인 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  13. 광을 조사하는 적어도 하나의 광원과;
    일 측면으로 입사된 광의 진행을 가이드하는 도광판과;
    상기 도광판의 일 측면에 대해 경사지게 돌출 형성되는 것으로서, 소정 간격 이격 배치된 제1 및 제2입광면을 가지는 입광부와;
    입광부에 일체로 형성됨과 아울러 상기 제1 및 제2입광면 각각에 대해 이격된 상태로 마주하게 배치되는 것으로, 상기 광원에서 조사된 광이 상기 도광판으로 입사되도록 가이드하는 가이드부와;
    상기 가이드부의 외측에 형성된 제1반사부와, 상기 제1 및 제2입광면 각각과 상기 가이드부 사이의 간격 외측에 위치된 제2반사부를 각각 구비한 제1 및 제2반사부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 입광부가 형성된 상기 도광판의 측면에서 연장된 선분과 상기 제1 및 제2입광면 각각의 사잇각은 20°인 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  15. 제13항에 있어서, 상기 입광부가 형성된 상기 도광판의 측면에 직교하는 선분과 상기 제1반사면 사잇각은 24°인 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가이드부는,
    상기 광원에서 조사된 광이 입사되는 제1 및 제2입사면과;
    입사광이 상기 제1 또는 제2입광면 쪽으로 향하도록 그 진행 경로를 변환하는 반사면과;
    상기 제1 및 제2입광면 각각에 대해 소정 간격 만큼 이격된 상태로 마주하게 배치되는 것으로, 상기 제1 및 제2입사면으로부터 직접 입사된 광을 반사시키고 상기 반사면을 경유하여 입사된 광을 상기 입광부 쪽으로 출사시키는 제1 및 제2출광면과;
    상기 제1 및 제2입사면 각각에 평행을 이루도록 배치되며, 상기 제1 및 제2입광면 각각의 단부와 상기 제1 및 제2출광면 각각의 단부를 연결하는 제1 및 제2지지면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  17. 제16항에 있어서, 상기 반사면은,
    상호 소정 간격 이격된 상태로 마주하게 배치되는 상부 및 하부 반사면과;
    상기 제1 및 제2출광면 각각에 대해 경사지게 배치된 제1 및 제2배면 반사면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1배면 반사면과 상기 제1출광면 사잇각 및, 상기 제2배면 반사면과 상기 제2출광면의 사잇각은 22°인 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1입사면과 상기 제2입사면 사잇각은 84°인 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
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