KR101463898B1 - 백라이트 장치용 복합 도광판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프리즘 시트나 확산 시트와 같은 별도의 광학 시트가 구비되지 않아 두께를 슬림화할 수 있는 백라이트 장치의 도광판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 복합 도광판은, 상면에는 프리즘 패턴이 형성되고, 하면에는 광 반사 패턴이 형성되어, 측면에서 입사되는 빛을 면광원으로 전환시켜 상면으로 출사하는 도광층; 및 상기 도광층 수지보다 작은 굴절율을 갖는 수지가 상기 도광층 상에 도포되며, 상면에는 광 확산 패턴이 형성되는 확산층;을 포함하고, (a) 상면에 프리즘 패턴이 형성되도록 도광 수지를 사출하는 단계; (b) 상기 도광 수지 상면에 상기 도광 수지보다 작은 굴절율을 갖는 확산 수지를 도포하는 단계; (c) 상기 확산 수지의 상면에 광 확산 패턴을 형성하는 단계; 및 (d) 광 확산 패턴이 형성된 상기 확산 수지를 경화하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

백라이트 장치용 복합 도광판 및 그 제조방법{Light Guide Plate for Backlight unit and Manufacturing Method of the same}
본 발명은 도광판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프리즘 시트나 확산 시트와 같은 별도의 광학 시트가 구비되지 않아 두께를 슬림화할 수 있는 백라이트 장치의 도광판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display, 이하 'LCD'라 함)는 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점으로 인해 이동형 평판표시장치로 많이 사용되고 있다. 그러나 LCD는 그 자체에서 빛을 발하지 못하여 고품질의 화상을 실현하기 위해서는 별도의 백라이트 장치(Backlight unit)가 구비된다. 일반적으로 백라이트 장치는 빛이 입사되는 방식에 측면형(Edge-lighting)과 직하형(Direct-lighting) 백라이트 장치로 구분되며, 측면형 백라이트 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 도광판의 측면에 광원이 배치되는 구조를 이룬다.
도면을 참고하면, 측면형 백라이트 장치는 판 상의 도광판(10) 일 측부에 LED 광원(20)이 배치되고, 도광판(10)의 하측에는 반사판(30)이 배치되며, 도광판(10)의 상측에 프리즘 시트(40)와 확산 시트(50)가 배치된다. 상기 구성들은 미 도시된 커버버텀에 안착되어 가이드 패널의 결합으로 조립되어 백라이트 장치를 구성한다. 이러한 백라이트 장치는 도광판(10)의 측부 입광면으로 입사되는 빛이 경계면을 따라 전반사를 반복하면서 도광판(10) 내부에서 산란되어 수평의 상부 출광면으로 면광원의 형태로 출사된다.
여기서, 도광판(10)은 점광원 또는 선광원의 빛을 받아들여 면광원으로 출사시키는 광 전환 소자이다. 프리즘 시트(40)는 도광판(10)에서 출사된 빛이 수직 방향의 상측으로 진행하도록 빛을 집광하며, 확산 시트(50)는 출사되는 균일도를 향상시키기 위하여 빛을 산란시킨다. 즉, 프리즘 시트(40)와 확산 시트(50)는 최종적으로 출사되는 빛의 휘도와 균일도를 향상시키기 위한 광 제어 부재로서, 도광판(10)의 상측에 필수적으로 구비된다.
이와 같이 프리즘 시트(40)와 확산 시트(50)는 백라이트 장치의 휘도와 휘도의 균일도와 관련된 광 특성을 크게 향상시키는 장점이 있다. 그러나 프리즘 시트(40)와 확산 시트(50)는 도광판(10)과는 소정의 간격을 확보하면서 배치되어야 하므로 백라이트 장치의 두께에 걸림돌이 되어, 종래의 기술에 따른 백라이트 장치는 두께를 슬림화하는데 한계를 나타내는 문제점이 있다.
한편, 최근에는 도광판에서 자체에서 출사되는 빛의 휘도와 균일도를 향상시키기 위하여 하면과 상면에는 다양한 형상의 광학 패턴이 형성된 도광판이 제시되고 있다. 일 예로, 도 1의 선행문헌과 같이, 도광판(10)의 하면에 렌티큘러 패턴(11)이 형성되고, 상면에는 프리즘 패턴(12)이 형성되어, 도광판(10) 내부에서 전반사되는 빛의 산란 및 집광을 유도할 수 있다. 여기서 렌티큘러 패턴(11)과 프리즘 패턴(12)은 투명 필름을 매개로 도광판(10)에 접합된다. 이러한 광학 패턴을 갖는 도광판(10)은 광학 패턴을 갖지 않는 도광판에 비하여 광 특성이 다소 개선되지만, 개선 효과는 크지 않아 도광판(10)의 상측에는 별도의 프리즘 시트(40)와 확산 시트(50)가 구비되어야 한다.
[선행문헌] 국내공개특허 10-2011-0134297호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 점광원 또는 선광원을 면광원으로 전환시키는 광 전환 소자에 빛의 집광과 확산 기능을 부여하여, 별도의 프리즘 시트와 확산 시트가 요구되지 않는 구조의 복합 도광판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 프리즘 시트와 확산 시트를 제거함으로써, 두께를 더욱 얇게 할 수 있는 백라이트 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합 도광판은, 상면에는 프리즘 패턴이 형성되고, 하면에는 광 반사 패턴이 형성되어, 측면에서 입사되는 빛을 면광원으로 전환시켜 상면으로 출사하는 도광층; 및 상기 도광층 수지보다 작은 굴절율을 갖는 수지가 상기 도광층 상에 도포되며, 상면에는 광 확산 패턴이 형성되는 확산층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 프리즘 패턴은 단면이 다각형을 이룰 수 있다.
또한, 상기와 같은 복합 도광판의 제조 방법은, (a) 상면에 프리즘 패턴이 형성되도록 도광 수지를 사출하는 단계; (b) 상기 도광 수지 상면에 상기 도광 수지보다 작은 굴절율을 갖는 확산 수지를 도포하는 단계; (c) 상기 확산 수지의 상면에 광 확산 패턴을 형성하는 단계; 및 (d) 광 확산 패턴이 형성된 상기 확산 수지를 경화하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 복합 도광판의 제조 방법은, (a-1) 상기 도광 수지의 하면에 레이저 가공 또는 펀칭 가공으로 광 반사 패턴을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 복합 도광판은, 점광원 또는 선광원을 면광원으로 전환시키는 광 전환 소자에 집광과 확산 기능이 부여됨으로써, 별도의 프리즘 시트와 확산 시트가 요구되지 않고, 백라이트 장치의 구조를 단순화하고, 백라이트 장치의 두께를 더욱 얇게 할 수 있는 효과를 나타낸다.
도 1은 종래의 기술에 따른 백라이트 장치를 나타낸 분해 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치를 나타내 분해 사시도,
도 3은 도 2의 주요부인 도광판을 상세히 나타낸 확대도,
도 4는 도 3의 주요부인 프리즘 패턴의 다양한 변형 예를 나타낸 확대도, 및
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 제조하는 과정을 나타낸 공정도이다.
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.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 장치를 나타내 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 주요부인 도광판을 상세히 나타낸 확대도이며, 도 4는 도 3의 프리즘 패턴의 다양한 변형 예를 나타낸 확대도이다. 먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 백라이트 장치는 복합 도광판(100)의 일 측에 LED 광원(200)이 배치되고, 도광판(100)의 하측에는 반사판(300)이 배치되는 구조로서, 프리즘 시트(도 1의 40 참조)나 확산 시트(도 1의 50 참조)와 같은 광학 시트가 요구되지 않는 구조를 특징으로 한다.
여기서, 도광판(100)은 적어도 어느 일 측면의 입광면에서 입사되는 점광원 또는 선광원의 빛을 면광원으로 전환시켜 상측의 출광면으로 출사키시는 광 전환 소자이다. 즉, LED 광원(200)에서 출사되는 빛은 도광판(100)의 입광면으로 입사되고, 입사된 빛은 내부 전반사를 통하여 판 상의 도광판 내부 전체 공간으로 산란 및 분산되면서 출광면을 통하여 면광원으로 출사된다. 이러한 도광판(100)은 소정의 굴절율을 갖는 투명 수지로 구성된다. 특히, 본 발명에서의 도광판(100)은 점광원 또는 선광원의 빛을 면광원으로 전환시킴과 동시에 출사되는 빛을 집광 및 확산시키는 광 제어 소자로서 복합적인 기능을 한다.
LED 광원(200)은 백라이트 장치의 광원으로, 소정의 회로가 인쇄된 기판 상에 다수의 LED가 일정 간격으로 실장되어 LED 어레이를 구성한다. 이러한 LED 광원(200)은 도광판(100)의 일 측부 또는 서로 대향하는 양 측부에 배치되어 도광판(100) 내부로 다수의 점광원의 빛을 입사시킨다.
반사판(300)은 도광판(100) 하부로 출사되는 빛을 도광판(100) 내부로 반사시켜 빛의 누설을 방지한다. 이러한 반사판(300)은 광 반사율이 우수한 시트 또는 필름으로 구성되여, 도광판(100)의 하측에 배치된다.
상기와 같은 복합 도광판(100), LED 광원(200) 및 반사판(300)은 커버버텀(미도시) 내부에 안착되어, 가이드 패널(미도시)이 커버버텀과 체결되면서 백라이트 장치를 구성한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 복합 도광판(100)은 광 전환, 집광 및 확산 기능을 동시에 수행한다. 이를 위하여, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 복합 도광판(100)은 도광층(110)과 도광층(110) 상면의 형성되는 확산층(120)의 다층 구조를 이룬다.
여기서, 도광층(110)은 LED 광원(200)에서 출사되는 다수의 점광원의 빛을 입광면을 통하여 받아들이고, 입사된 빛이 내부 전반사를 통하여 도광층 내부의 전체 공간으로 분포되도록 한다. 도광층(110) 내부를 진행하는 빛은 전반사되는 과정을 통하여 상면의 전체면으로 고르게 출사된다. 이러한 도광층(110)은 투명 재질의 수지로서, 일 예로 PMMA(Polymethylmethacrylate), PS(Poly stylene), MS(Meta stylene) 또는 PC(Polycarbonate) 등의 수지가 이용될 수 있다. 또한, 도광층(110)은 상기와 같은 투명 수지를 이용하여 사출 성형으로 제조될 수 있다.
특히, 본 발명의 도광층(110)은 하면에는 도트 패턴(111)이 형성되고, 상면에는 프리즘 패턴(112)이 형성된다.
하면의 도트 패턴(111)은 광 반사 패턴으로서, 도광층(110) 하면의 경계면에서의 빛을 반사시켜 누설을 방지하고 동시에 경계면에서 반사되는 빛을 분산시켜 도광층 내부로 고르게 분포될 수 있도록 한다. 이러한 도트 패턴(111)은 도광층(110)의 사출 성형시 금형 장치에 미리 형성된 패턴에 의하여 형성될 수 있으며, 미세한 도트 패턴(111)은 레이저(Laser) 가공이나 펀칭 프레스(Punching Press) 등의 공정으로 형성될 수 있다.
상면의 프리즘 패턴(112)은 집광 패턴으로서, 도광층 상면으로 출사되는 빛이 수직 방향으로 출사될 수 있도록 광 출사각을 제어한다. 도광층 내부에서 상면의 출광면을 통과하는 빛은 프리즘 패턴에 의하여 출사각이 수직 방향으로 굴절된다. 도광층(110) 내부에서 외부로 출사되는 빛은 내외부의 굴절률 차이에 의하여 굴절되는데, 프리즘 패턴(112)은 출사되는 빛이 수직 방향으로 굴절되도록 유도하여 빛을 집광한다. 이러한 프리즘 패턴(112)은 도광층(110)의 사출 성형으로 형성될 수 있으며, 다양한 형상을 이룰 수 있다. 즉, 프리즘 패턴(112)은 도 2 또는 도 3에서와 같이 단면이 삼각 형상을 이룰 수 있으며, 도 4에서와 같이 사각 또는 오각과 같은 다각 형상을 이룰 수 있다. 또한, 다각 형상의 프리즘 경사면은 볼록하거나 오목한 경사각으로 형성될 수 있다.
확산층(120)은 도광층(110)에서 출사된 빛을 확산시켜 확산층(120)의 전체 면에 대하여 균일한 빛이 출사되도록 한다. 프리즘 패턴(112)을 통과한 빛은 특정 영역에 빛이 집중되거나 빛이 존재하지 않는 명부(Hot spot)와 암부(Dark spot)가 발생할 수 있는데, 확산층(120)은 내부를 통과하는 빛을 확산시켜 명부와 암부를 제거한다. 이를 위하여 확산층(120)의 상면에는 광 확산 패턴(121)이 형성된다. 이러한 확산층(120)은 투명 재질의 UV 잉크나 UV 수지가 도광층(110) 상에 도포되어 형성된다. 또한, 광 확산 패턴(121)은 엠보 형상, 도트 형상, 피라미드 형상 등 다양한 형상을 이룰 수 있으며, 소정의 패턴이 형성된 스탬퍼(Stamper)를 이용한 스탬핑 공정으로 형성될 수 있다.
도 2를 참조하여, 상기와 같은 복합 도광판(100)에 대한 광 출사 경로를 살펴보면, 도광층(110) 내부로 입사된 빛은 경계면에서 전반사를 반복한다. 이때, 하면 경계면에서의 광 반사 패턴인 도트 패턴(111)에 의하여 반사된 빛은 상면의 프리즘 패턴(112)을 통과하면서 확산층(120)으로 입사된다. 이때, 도광층(110)과 확산층(120)은 서로 다른 굴절율을 가지는데, 도광층(110)은 1.4 내지 1.6의 굴절율을 갖는 투명 수지로 구성되고, 확산층(120)은 1.2 내지 1.3의 굴절율을 갖는 UV 수지로 구성된다. 이러한 굴절율 차이에 의하여 프리즘 패턴(112)을 통과하는 빛은 수직 방향으로 방향이 전환되어 확산층(120)으로 입사된다. 확산층(120)을 통과하면서 외부로 출사되는 빛은 다시 광 확산 패턴(121)에 의하여 확산되어 최종적으로 균일한 빛이 출사된다.
상기와 같은 도광판(100) 구조에서는 도광층(110) 상면에 형성된 프리즘 패턴(112)이 종래의 프리즘 시트(도 1의 40 참조)를 대체하고, 광 확산 패턴(121)이 형성된 확산층(120)이 확산 시트(도 1의 50 참조)를 대체한다. 따라서, 본 발명의 복합 도광판(100) 구조에서는 별도의 프리즘 시트와 확산 시트가 구비되지 않더라도 높은 휘도와 균일도를 갖는 빛이 출사될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도광판을 제조하는 과정을 나타낸 공정도이다. 본 발명의 복합 도광판(100)은 투명 수지를 사출 성형하여 도광층(110)을 제조한 후, 도광층 상면에 UV 수지를 도포하여 확산층을 형성하는 과정으로 이루어진다.
구체적으로 살펴보면, 먼저, 사출 금형기(미도시)를 이용하여 도광층(110)을 사출 성형한다. 이때, (a)에 도시된 바와 같이 도광층(110)의 상면에 프리즘 패턴(112)이 형성되도록 금형기에는 미리 소정의 패턴이 형성되어야 한다. 사출된 도광판(100)의 배면에 도트 패턴(111)을 형성한다. 도트 패턴(111)은 레이저(Laser) 가공이나 펀칭 프레스(Punching Press) 가공으로 형성할 수 있다. 도광층(110) 형성 후, (b)와 같이 액상의 UV 수지(120')를 도광층(110) 상면에 소정의 두께로 도포한다. 그리고, (c)와 같이 소정의 패턴이 형성된 스탬퍼(400)를 이용한 스탬핑 공정으로 UV 수지 상면에 광 확산 패턴(121)을 형성한다. 최종적으로 광 확산 패턴(121)이 형성된 UV 수지를 UV 조사기(500)를 이용하여 경화시켜 확산층(120)을 형성한다.
상기와 같은 과정으로 제조된 복합 도광판(100)은, 광 전환, 집광 및 광 확산 기능을 포함하는 복합적인 기능을 나타내어 별도의 광 제어 시트를 요구하지 않는다. 따라서, 백라이트 장치의 조립시 부품 수를 줄여 제조 비용을 절감하고, 조립 공정을 단순화시킬 수 있으며, 두께를 더욱 얇게 할 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 : 도광판 200 : LED 광원
300 : 반사판
110 : 도광층 120 : 확산층
111 : 도트 패턴 112 : 프리즘 패턴
121 : 광 확산 패턴

Claims (4)

  1. 상면에는 광 출사각을 제어하는 프리즘 패턴이 형성되고, 하면에는 광 반사 패턴이 형성되어, 측면에서 입사되는 빛을 면광원으로 전환시켜 상면의 상기 프리즘 패턴을 통하여 출사시키는 도광층; 및
    상기 도광층 수지보다 작은 굴절율을 갖는 수지가 상기 도광층의 프리즘 패턴 상에 도포되어 형성되며, 상면에는 광 확산 패턴이 형성되어 상기 도광층에서 출사된 빛을 확산시키는 확산층;으로 구성되어,
    별도의 프리즘 시트와 확산 시트가 요구되지 않는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치용 복합 도광판.
  2. 삭제
  3. (a) 상면에 프리즘 패턴이 형성되도록 도광 수지를 사출하는 단계;
    (a-1) 상기 도광 수지의 하면에 레이저 가공 또는 펀칭 가공으로 광 반사 패턴을 형성하는 단계;
    (b) 상기 도광 수지 상면에 상기 도광 수지보다 작은 굴절율을 갖는 확산 수지를 도포하는 단계;
    (c) 상기 확산 수지의 상면에 광 확산 패턴을 형성하는 단계; 및
    (d) 광 확산 패턴이 형성된 상기 확산 수지를 경화하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치용 복합 도광판 제조방법.
  4. 삭제
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