KR100776714B1 - 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프리즘을 갖는 도광판에서 프리즘층과 기본층의 사이에 계면을 형성하여 굴절면의 수를 증가시킴으로써 휘도를 상승시키고, 이에 따라 일부 휘도보강용 시트를 제거하고도 고휘도를 구현할 수 있도록 한 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판에 관한 것이다.

본 발명의 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판은 기본층 및 상기 기본층의 상부에 상기 기본층과 계면을 형성하도록 적층된 프리즘층을 포함하여 이루어지되, 상기 프리즘층의 절대굴절률은 상기 기본층의 절대굴절률보다 크게 이루어진다.

전술한 구성에서, 상기 기본층은 PMMA로 구현되고, 상기 프리즘층은 유기 올리고머 조성물로 구현되는 것이 바람직하고, 그 두께는 5-100[㎛]가 될 수 있다.

백라이트, 도광판, 프리즘, 계면

Description

프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판 및 그 제조방법{Light guide plate for back-light with prism interface and the manufacturing method thereof}

도 1은 일반적인 백라이트 유니트의 구조를 설명하기 위한 개략 단면도,

도 2는 종래 백라이트 유니트용 도광판의 제조방법을 설명하기 위한 도,

도 3은 종래 백라이트 유니트용 도광판의 광출사 패턴을 설명하기 위한 도,

도 4는 본 발명의 백라이트 유니트용 도광판의 구조 및 그 광출사 패턴을 설명하기 위한 도,

도 5는 본 발명의 백라이트 유니트용 도광판 구조에 있어, 시야각에 따른 광학 이득 예상치를 컴퓨터로 산출하여 얻어진 그래프,

도 6은 본 발명의 백라이트 유니트용 도광판의 제조방법을 설명하기 위한 도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 백라이트 유니트, 11: 반사판,

12: 도광판, 13: 광원,

14: 리플렉터, 15: 확산시트,

16, 17: 수직 및 수평 프리즘시트, 18: 보호시트,

20: 도광판, 20a: 기본층,

20b: 프리증층, 30: 상부 금형,

31: 프리즘형상 코어, 32: 유압원,

33: 유압로, 34: 하부 금형,

35: 원료 공급원, 36: 원료 주입로,

40: 원료 공급원, 41: 원료 공급로,

42: 밸브, 43: 혼합조,

44: 재료 저장소, 45: 재료 공급로,

46: 밸브, 47: 컨베이어,

48: 코터, 49: 가압 작업판,

50: 프레스, 51: 자외선 램프,

60: 도광판, 61: 기본층,

62: 프리즘층, 63: 계면

본 발명은 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 프리즘층을 갖는 도광판에서 프리즘층과 기본층의 사이에 계면을 형성하여 굴절면을 증가시킨 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 액정표시장치(Liquid Crystal Display device; LCD)는 액정으로 광의 투과율을 조절하여 영상을 디스플레이하는 소자를 말한다. 따라서 이러한 액정표시장치는 액정을 제어하는 액정제어장치와 액정제어장치의 하부에서 액정제어장치에 광을 공급하는 백라이트 유니트를 필요로 한다.

도 1은 일반적인 백라이트 유니트의 구조를 설명하기 위한 개략 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 백라이트 유니트(10)는 LED나 방전램프의 일종인 냉음극선관 램프(CCFL) 등으로 이루어지는 광원(13), 일측면 또는 양측면에 설치된 광원(13)에서 발생된 광을 안내하여 균일한 면광원으로 만드는 도광판(12), 도광판(12)의 하부에 배치되어 도광판(12)의 저면으로부터 출사되는 광을 반사시켜서 도광판(12)으로 재입사시키는 반사판(11), 도광판(12)의 상부에 배치되며 광의 균일성을 증가시키기 위해 도광판(12)으로부터 출사되는 광을 골고루 확산시키는 확산시트(15), 확산시트(15)의 상부에 배치되어 확산시트(15)를 통과한 광을 집광시켜 휘도를 향상시키는 프리즘시트(16),(17) 및 프리즘시트(17)의 상부에 배치되 어 프리즘시트(17)의 손상을 방지하는 보호시트(18)로 이루어질 수 있다. 전술한 구성에서, 두 장의 프리즘시트(16),(17)는 그 프리즘패턴이 서로 직교하도록 배치되게 된다. 물론 경우에 따라서는 한 장의 프리즘시트만을 사용할 수도 있을 것이다. 도면에서 미설명 부호 14는 광원(13)에서 발생된 광을 반사시켜 도광판(12)으로 출사시키는 리플렉터를 나타낸다.

도 2는 종래 백라이트 유니트용 도광판의 제조방법을 설명하기 위한 도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 종래 백라이트 유니트용 도광판의 제조방법은 내부에 프리즘 패턴이 형성되어 있는 프리즘형상 코어(31)가 구비되어 있는 상부 금형(30)과 도광판(20)의 기본층(20a)이 성형될 공간이 형성되어 있는 하부금형(34)을 유압로(33)를 통해 유압원(32)으로부터의 유압을 공급하여 밀착시킨 상태에서, 이렇게 형성된 공간에 원료 주입로(36)를 통해 원료 공급원(35)에 저장되어 있는 도광판 사출재료를 투입하고, 일정 시간 경과후에 상부 금형(30)과 하부 금형(34)을 분리시켜서 도광판(20)을 제조하게 된다. 그러나 이러한 종래의 도광판 제조방법에 따르면, 고온의 도광판 사출재료를 금형(30),(34) 내부에 주입하는 동안에 금형(30),(34)이 고온의 사출재료의 열을 흡수하여 사출재료가 온도가 떨어지게 되고, 이로 인해 프리즘형상 코어(31)에 의해 형성된 프리즘 패턴이 도 2에서 확대하여 도시한 바와 같이 완전하지 못하여 프리즘 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

도 3은 종래 백라이트 유니트용 도광판의 광출사 패턴을 설명하기 위한 도로서, 3각 프리즘층을 갖는 도광판을 예시하고 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 종래 백라이트 유니트용 도광판(20)에는 집광효율을 증가시키기 위해 기본층(20a) 위에 3각 프리즘층(20b)이 형성되어 있는데, 도 2에서 설명한 바와 같이 사출 성형에 의해 제조되기 때문에 기본층(20a)과 프리즘층(20b) 사이에 어떠한 계면도 존재하지 않게 되고 이에 따라 기본층(20a)과 프리즘층(20b)은 동일한 재료로 동일한 굴절률을 갖게 된다.

한편, 이러한 종래의 도광판(20)에서는 광원(13)에서 방출되어 도광판(20)에 입사하는 대부분의 광선의 입사각(α1)은 도광판(20)의 저면에 대한 수직 법선에 대하여 전반사를 일으키는 전반사 임계각(약 42°) 이상이 되게 된다. 여기에서 중심파장이 555[㎚]인 광선에 대해 1.49의 굴절률을 갖는 PMMA(Polymethyl Metacrylate)로 제조된 도광판(20)의 경우에 광선이 저면에 대한 수직 법선에 대하여 42°(α1)로 입사하면 도광판(20)의 기본층(20a)의 저면에서 전반사가 일어나고, 또 다시 프리즘층(20b)의 프리즘면에 의해 굴절되어 도광판 외부로 출사되게 된다. 이 때 이러한 출사광은 도광판(20)의 기본층(20a)의 저면의 법선에 대하여 약 40.5°라는 큰 출사각(α2)을 갖게 되는데, 이에 따라 휘도를 상승시키는데 기여하기 힘들고, 이러한 문제점으로 인하여 적어도 한 장 이상의 프리즘 시트를 추가로 사용해야 하기 때문에 백라이트 전체적으로 두께가 두꺼워질 뿐만 아니라 제조비용 또한 상승하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 프리즘을 갖는 도광판에서 프리즘층과 기본층의 사이에 계면을 형성하여 굴절면의 수를 증가시킴으로써 휘도를 상승시키고, 이에 따라 일부 휘도보강용 시트를 제거하고도 고휘도 를 구현할 수 있도록 한 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판과 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 프리즘층에 형성되는 프리즘면의 형상을 균일하고 정확하게 형성할 수 있도록 한 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판의 제조방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판은 기본층 및 상기 기본층의 상부에 상기 기본층과 계면을 형성하도록 적층된 프리즘층을 포함하여 이루어지되, 상기 프리즘층의 절대굴절률은 상기 기본층의 절대굴절률보다 크게 이루어진다.

전술한 구성에서, 상기 기본층은 PMMA로 구현되고, 상기 프리즘층은 유기 올리고머 조성물로 구현되는 것이 바람직하고, 그 두께는 5-100[㎛], 바람직하게는 10-50[㎛]가 될 수 있다.

한편 본 발명의 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판의 제조방법은 감광성 수지 조성물을 준비하는 단계; 미리 준비된 도광판의 기본층 위에 상기 감광성 수지 조성물을 도포하는 단계; 코터를 사용하여 상기 도포된 수지 조성물을 소정의 두께로 일정하게 평탄화시키는 단계 및 평탄화된 상기 감광성 수지 조성물을 프리즘 패턴이 형성된 프레스로 가압하여 프리즘층을 형성함과 동시에 자외선을 조사하여 상기 수지 조성물을 경화시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

전술한 구성에서, 상기 감광성 수지 조성물은 가교 결합이 가능한 액상의 유기 올리고머 조성물을 포함하여 이루어질 수 있고, 더욱이 상기 감광성 수지 조성 물은 상기 유기 올리고머 조성물 대비 0.05% 내지 10%의 중량비를 갖는 광개시제를 포함하여 이루어질 수 있으며, 그 두께는 5-100[㎛], 10-50[㎛]가 될 수 있다.

나아가 상기 자외선은 상기 기본층의 하측에서 조사되는 것이 바람직하며, 그 파장은 250-450[㎚]가 될 수 있다. 상기 기본층은 PMMA인 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 백라이트 유니트용 도광판의 구조 및 광출사 패턴을 설명하기 위한 도로서, 3각 프리즘층을 갖는 도광판을 예시하고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 백라이트 유니트용 도광판(60)은 두께가 얇고 투명한 직육면체 형상의 판재로 이루어진 기본층(61) 위에 3각 프리즘층(62)이 코팅되어 이루어지며, 이에 따라 기본층(61)과 3각 프리즘층(62)의 코팅 접합면 사이에는 계면(63)이 존재하게 된다. 여기에서

기본층 하부면은 종래 공지된 바와 같이 인쇄된 도트 및 반구 형상의 패턴으로 추가 형성됨으로써, 광출사 효율을 보다 증대시킬 수 있다.

3각 프리즘층(62)의 굴절률은 기본층(61)의 굴절률보다 커야 하는데, 기본층(61)은 예를 들어 PMMA나 PC로 구현될 수 있고, 3각 프리즘층(62)은 예를 들어 유기 올리고머(Oligomer) 조성물로 구현될 수 있다. 나아가, 프리즘층(62)은 너무 두꺼운 경우에 제품 적용시 육안으로 프리즘 패턴이 식별되고 빛의 분산에 의한 색번짐(무지개 현상)이 발생하여 외관상 치명적인 손상을 가져오는 폐단이 있기 때 문에 5-100[㎛] 사이, 바람직하게는 10-50[㎛] 사이의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 광원(13)에서 방출되어 도광판(60)에 입사하는 대부분의 광선의 입사각(α1)은 도광판(60)의 저면에 대한 수직 법선에 대하여 전반사를 일으키는 전반사 임계각(약 42°) 이상이 되게 된다. 여기에서 중심파장이 555[㎚]인 광선에 대해 기본층(61)이 1.49의 굴절률을 갖는 PMMA(Polymethyl Metacrylate)로 제조되고 프리즘층(62)이 1.57의 굴절률을 갖는 유기 올리고머 조성물로 형성된 경우에 광선이 저면에 대한 수직 법선에 대하여 42°(α1)로 입사하면 도광판(60)의 기본층(61)의 저면에서 전반사가 일어난다. 이렇게 전반사된 광선은 이후에 추가로 형성된 계면(63)에 의해 제1차 굴절되어 기본층(61)의 저면에 대한 법선에 대해 39.7°의 각도로 계면(63)으로부터 출사되고, 다시 프리즘층(62)의 프리즘 일면에 의해 2차 굴절되어 종래의 도광판(20)과 비교할 때 기본층(61)의 저면에 대한 법선에 대해 36.7°라는 작은 각도(α3)로 출사되게 되고, 이에 따라 종래의 도광판(20)에 비해 휘도를 상승시키는 효과가 커지게 된다.

아래의 표 1은 종래 및 본 발명에 따른 백라이트 유니트용 도광판에 다양한 구성요소를 결합하여 측정한 평균 휘도값과 그 상대값을 보인 표이다.

	결합된 구성요소(광원 방향 기준)	평균휘도 (cd/㎡)	상대값
종 래	도광판 및 반사판	201	1
	도광판, 반사판 및 확산판	528	2.63
	도광판, 반사판, 확산판 및 (수직)프리즘시트	1481	7.39
	도광판, 반사판, 확산판 및 (수평)프리즘시트	1667	8.29
본 발 명	(수직)도광판 및 반사판	651	3.24
	(수직)도광판, 반사판 및 확산판	989	4.92
	(수직)도광판, 반사판, 확산판 및 (수직)프리즘시트	1747	8.69
	(수직)도광판, 반사판, 확산판 및 (수평)프리즘시트	2057	10.23
	(수평)도광판 및 반사판	1482	7.37
	(수평)도광판, 반사판 및 확산판	1548	7.70
	(수평)도광판, 반사판, 확산판 및 (수직)프리즘시트	2055	10.22
	(수평)도광판, 반사판, 확산판 및 (수평)프리즘시트	2237	11.13

위의 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 도광판(60)에 따르면 종래의 도광판(20)을 사용한 경우에 대해 모든 동일한 조건에서 평균 휘도가 상승하였음을 알 수가 있다.

도 5는 본 발명의 백라이트 유니트용 도광판 구조에 있어, 시야각에 따른 광학 이득 예상치를 컴퓨터로 산출하여 얻어진 그래프이다.

여기에서, 광확이득은 기존의 도광판의 축상에 휘도값에 대한 본 발명의 도광판의 휘도값을 비율로 정의한 것이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명인 백라이트 유니트용 도광판의 경우는 수직 축상에서 약 ±30도의 각도 내에서 종래의 도광판에 비해 탁월한 고휘도를 가지며, 이 중심 시야각을 포함한 대부분의 시야각에서 종래의 도광판에 비해 대략 1.25배의 이득을 갖음을 알 수가 있다.

도 6은 본 발명의 백라이트 유니트용 도광판의 제조방법을 설명하기 위한 도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 백라이트 유니트용 도광판을 제조함에 있어서는 원료 공급원(40)으로부터 원료 공급로(41)를 통해 공급되는 적어도 하나 이상의 프리즘층 원료를 혼합조(43)에서 골고루 혼합하고, 이렇게 혼합되어 만들어진 프리즘층 재료를 재료 저장소(44)에 저장한다. 그런데 프리즘층을 형성하게 될 재료는 가교 결합이 가능한 액상의 유기 올리고머 조성물로 구현되는 것이 바람직하고, 기본층(61)의 재질, 예를 들어 PMMA보다 경화 이후에 굴절률이 커야 하며(약 1.54 이상이며, 바람직하게는 1.57 이상임), 점착력도 우수해야 한다. 나아가 전술한 프리즘층 원료에는 중합 반응을 위해 올리고머 조성물 및 상기 올리고머 조성물 대비 약 0.05% 내지 10%의 중량비를 갖는 광개시제가 포함될 수 있다.

다음 공정으로 미리 제조되어 컨베이어(47)를 통해 이송되는 기본층(61) 위에 이렇게 저장된 프리즘층 재료, 즉 광개시제가 포함된 감광성 수지 조성물을 재료 공급로(45)를 통하여 도포함과 동시에 코터(48)에 의해 이렇게 도포된 프리즘층 재료를 기본층(61) 위에 평탄화시키게 된다. 이 때 프리즘층(62)의 두께는 코터(48)의 높이에 따라 달라질 수 있는데, 전술한 바와 같이 5-100[㎛] 사이, 바람직하게는 10-50[㎛] 사이의 두께를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 다음으로 전술한 공정을 거친 도광판(60)의 중간 제조물은 가압 작업판(49)으로 이송된 후에 프리즘 패턴이 형성되어 있는 프레스(50)에 의해 그 프리즘층(62)이 가압되는데, 이와 동시에 가압 작업판(49)의 하측에서 자외선 램프(51)에 의해 소정의 파장, 예를 들어 250-450[㎚]의 파장을 갖는 자외선을 소정 시간동안 조사하여 프리즘층(62)을 경화시키게 된다. 이를 위해 가압 작업판(49)은 투명 강화유리 또는 투명 강화플라스틱 등으로 구현되는 것이 바람직하다.

도면에서 미설명 부호 42 및 45는 각각 밸브를 나타낸다.

본 발명의 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판 및 그 제조방법은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있을 것이다. 예를 들어, 전술한 실시예에서는 프리즘층으로 3각 프리즘층을 예로 들어 설명을 진행하였지만, 이에 국한되는 것은 아니고 그 이상의 다각 프리즘층에 대해서도 본 발명이 적용될 수 있을 것이다.

전술한 바와 같은 본 발명의 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판 및 그 제조방법에 따르면, 프리즘층을 갖는 도광판에서 프리즘층과 기본층의 사이에 계면을 형성하여 굴절면을 증가시킴으로써 휘도를 증가시키고, 이에 따라 일부 휘도보강용 시트를 제거하고도 고휘도를 구현할 수 있는 효과가 발휘된다. 나아가, 프리즘층을 보다 정확하고 균일하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

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4. PMMA로 구현된 기본층 및 1.54 이상의 굴절률을 갖는 유기 올리고머 조성물로 구현되고 3각 단면을 갖는 다수의 프리즘열로 이루어져서 상기 기본층의 상부에 상기 기본층과 계면을 형성하도록 적층된 프리즘층을 포함하되, 상기 프리즘층의 두께는 5-100[μm]인 것을 특징으로 하는 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판.
5. PMMA로 구현된 기본층 및 1.54 이상의 굴절률을 갖는 유기 올리고머 조성물로 구현되고 3각 단면을 갖는 다수의 프리즘열로 이루어져서 상기 기본층의 상부에 상기 기본층과 계면을 형성하도록 적층된 프리즘층을 포함하되, 상기 프리즘층의 두께는 10-50[μm]인 것을 특징으로 하는 프리즘 계면을 갖는 백라이트 유니트용 도광판
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