Korean Journal of Optics and Photonics (한국광학회지)

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Optimization of Optical Structure of Lightguide Panel for Uniformity Improvement of Edge-lit Backlight

엣지형 LED 백라이트의 균일도 향상을 위한 도광판의 광구조 최적화

  • 이정호 (한림대학교 전자물리학과) ;
  • 남기봉 (한림대학교 전자물리학과) ;
  • 고재현 (한림대학교 전자물리학과) ;
  • 김중현 (삼성전자(주), LCD 총괄)
  • Received : 2010.01.29
  • Accepted : 2010.03.18
  • Published : 2010.04.25
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Abstract

Optical simulation methods were applied to the edge-lit LED backlight for LCD TV applications in order to optimize the optical structure of the light guide plate(LGP), and thus to improve the uniformity properties by removing the bright spots caused by LED's. The edge-lit LED backlight consisted of three white LED's with a lamp cover, a light guide plate, and a reflection film. When there was no pattern on the entrance side surface of the LGP, the illuminance uniformity was sensitively dependent on the distance d between the LED and the entrance surface. The illuminance uniformity increased with d but its increasing rate slowed down when d was beyond ~ 1.5 mm. When micro-patterns such as a lenticular lens array (LLA) or a serration pattern were formed on the entrance surface, the illuminance uniformity was improved substantially even for the case of very small d. At the same simulation condition, the lightguide with serration pattern showed a better uniformity than that with LLA pattern. Additional improvement could be achieved by changing the refractive index of the micro-patterns. These results suggest that using micro-patterns is a very effective way to reduce the bright spots due to their refracting function for the concentrated incident rays onto the LGP.

최근 LED TV로 각광받고 있는 대형 LCD TV용 LED(Light Emitting Diode, 고체발광다이오드) 백라이트에 사용되는 도광판의 광구조를 최적화하여 LED에 의해 발생하는 휘점을 제거하고 조도균일도를 향상시키기 위한 시뮬레이션 연구를 진행하였다. 시뮬레이션 모델로 설정된 엣지형 백라이트는 LCD TV용으로 사용될 수 있는 두께 3 mm의 도광판, 측면에 배치된 세 개의 백색 LED와 램프 커버, 도광판의 하면에 배치된 반사 필름으로 구성되어 있다. 일반적인 엣지형 백라이트용 도광판과 같이 도광판의 입광면에 패턴이 형성되어 있지 않은 경우에는 도광판 상면의 조도균일도가 입광면과 LED 사이의 거리에 민감하게 의존하였다. 입광면과 LED 사이의 거리가 커질수록 조도균일도는 개선되다가 일정 거리 이상이 되면 개선이 둔화되는 경향성을 보였다. 반면에 도광판의 입광면에 렌티큘라(lenticular) 렌즈 배열이나 톱니모양(Serration)과 같은 미세 굴절 패턴을 형성하는 경우 LED가 입광면에 거의 붙어 있는 경우에도 패턴이 없는 경우에 비해 우수한 조도균일도를 보인다는 것을 알 수 있었고 조도균일도가 LED와 입광면 사이의 거리에 의존하는 정도가 줄어든다는 점도 확인하였다. 동일조건에서는 톱니모양 패턴이 렌티큘라 렌즈에 비해 우수한 조도균일도를 나타내었고 굴절률의 변화를 통해 추가적인 균일도 개선 효과를 얻을 수 있음도 확인하였다. 따라서 도광판의 입광면에 굴절 기능을 가지는 미세 패턴을 형성하고 그 광구조를 최적화하는 것은 LED에 의한 휘점 형성을 억제하고 LCD 측면의 비발광영역(베젤)을 줄이는데 있어서 매우 효과적인 방법이 될 수 있다는 것을 확인하였다.

Keywords

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