KR100824508B1 - 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도광판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정 부피를 갖는 도광판의 체적 내부에 산란체 또는 산란패턴을 광원에 대하여 경사지거나 상이한 밀도를 갖도록 형성시켜 종래의 도광판에 비하여 매우 향상된 도광판의 밝기와 밝기분포를 갖는 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판에 관한 것이다.
본 발명은 하부로부터 반사필름, 도광판, 확산필름, 프리즘필름 및 상기 도광판의 측면에 장착되는 광원을 포함하는 백라이트 유닛용 도광판에 있어서, 상기 도광판은 내부에 상기 광원과 인접한 밑면의 모서리에서 일정 기울기를 갖도록 레이저로 가공되는 30㎛ 내지 70㎛의 직경을 갖는 점적들로 경사진 산란패턴부가 형성되고, 상기 산란패턴부는, 중앙부가 하측으로 만곡되거나, 상기 광원에 인접한 입사부의 좌우 끝단과 경사면이 기울기가 각각 상이하도록 예각으로 절곡되거나, 저면에 산란패턴이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
도광판, 산란패턴, 반사필름, 레이저, 확산필름, 프리즘필름, 백라이트

Description

체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판{LIGHT GUIDE PANEL WITH INNER LASER PATTERN}
도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 의한 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판들의 구조도,
도 2a 내지 도 2e는 도 1a 내지 도 1e에 의한 도광판의 밝기 및 밝기분포의 측정결과,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예들에 의한 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판들의 밝기 및 밝기분포의 측정결과 비교그래프,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시 예들에 의한 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판의 실물사진,
도 5는 본 발명에 의한 레이저 3차원 조각시스템의 개략적인 구성도,
도 6은 본 발명에 의한 레이저 3차원 조각의 가공 메커니즘을 설명하기 위한 구조도,
도 7은 종래의 일반적인 백라이트 유닛의 개략적인 구조도,
도 8a 및 도 8b는 종래의 일반적인 도광판의 구조도와 및 밝기 및 밝기분포 측정결과.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10, 20: 도광판 11, 12, 13, 14, 15, 21: 산란패턴부
22: 반사필름 23: 확산필름
24: 수평 프리즘필름 25: 수직 프리즘필름
26: 광원 30: 컴퓨터
31: 제어부 32: 냉각부
33: 야그레이저 34: 보정렌즈부
35: 셔터부 36: 포커싱렌즈
37: XY이동 및 도광판고정대
본 발명은 도광판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정 부피를 갖는 도광판의 체적 내부에 산란체 또는 산란패턴을 광원에 대하여 경사지거나 상이한 밀도를 갖도록 형성시켜 종래의 도광판에 비하여 매우 향상된 도광판의 밝기와 밝기분포를 갖는 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판에 관한 것이다.
일반적인 액정디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display)는 저전력 소비, 낮은 무게 및 높은 밝기분포 등의 특성으로 컴퓨터 및 TV의 모니터, 휴대폰과 같은 이동형 통신단말기의 스크린 등과 같은 다양한 응용분야를 갖는 가장 전망이 밝은 디스플레이 중 하나이다. 그러나, 이러한 액정디스플레이는 영상 및 정보의 표시를 위하여 스스로 발광하지 못하고 영상 및 정보를 형상화하는 액정패널(Liquid Crystal Panel)의 뒤쪽에 면발광체인 백라이트 유닛(BLU, Back Light Unit)을 배치하여 영상 및 정보를 사용자에게 전달한다.
이러한 백라이트 유닛은 도 7에 도시된 바와 같이, 도광판(LGP, Light Guide Panel)과, 광원(26), 반사필름(22), 확산필름(23) 및 프리즘필름(24, 25)으로 구성되어 있다. 상기 광원(26)에서 방출된 빛은 도광판(20)의 측면에서 일정한 각도로 확산하면서 입사되어 빛이 도광판(20)의 내부로 전달되는 동안 도 8a에 도시된 바와 같이, 도광판(20)의 배면의 표면에 형성되어 있는 산란체 및 패턴의 산란패턴부(21)에 의해 여러 방향으로 산란하게 된다.
상기 광원(26)은 일반적으로 점발광을 하는 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)와 선발광을 하는 냉음극형광램프(CCFL, Cold Cathode Fluorescent Lamp)를 사용한다. 그리고 상기 반사필름(22)은 백라이트유닛의 하단부에 위치하여 광원(26)으로부터 도광판(20)에 입사되어 반사되는 빛을 도광판(20)의 상단부로 반사시키는 역할을 하며, 확산필름(23)은 투과되는 빛을 확산시켜 빛의 분포를 균일하게 하는 기능을 한다. 또한 상기 프리즘필름(24, 25)은 여러 방향으로 확산되는 빛 중 일정한 방향의 빛을 모아 액정디스플레이의 밝기를 증가시키는 역할을 한다. 도광판에 입사되는 빛은 도광판의 내부에서 스넬의 법칙에 따라 일부는 도광판의 경계면에서 반사되고 일부는 경계면을 투과하며 일부는 흡수된다.
따라서, 도광판은 백라이트 유닛 전체의 밝기 및 밝기분포의 균일도를 결정하는 매우 중요한 역할을 한다.
상기와 같은 일반적인 도광판은 도 8a에 도시된 바와 같이, 배면 표면에 산 란체 및 패턴이 형성되는 산란패턴부(21)를 형성하는 제작방법이 적용되고 있으며, 그 방법으로는 인쇄방식, 사출방식 및 노광방식 등이 적용되고 있으나 일반적으로 복잡한 전, 후처리 공정을 필요로 하고 있다.
이에 제품의 변경에 따른 소요기간과 비용을 줄이기 위하여 레이저가공을 포함한 다양한 표면패턴 제작 방법이 연구되고 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 도광판의 표면에 산란패턴을 형성시키는 경우에는 빛의 밝기의 증가 및 밝기분포의 균일성의 증가에 한계가 있는 문제점이 있다. 또한, 더욱 얇고 더욱 밝으며 더욱 가벼운 액정디스플레이의 필요에 따라, 점 또는 선광원을 면광원으로 바꾸어주는 도광판의 효율 개선이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 일정한 부피를 갖는 도광판의 체적 내부에 레이저를 이용하여 산란체 또는 산란패턴의 산란패턴부를 광원에 대하여 경사지거나 상이한 밀도를 갖도록 형성시켜 매우 향상된 도광판의 밝기와 밝기분포를 갖는 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판을 제공하는 것이다.
본 발명은 하부로부터 반사필름, 도광판, 확산필름, 프리즘필름 및 상기 도광판의 측면에 장착되는 광원을 포함하는 백라이트 유닛용 도광판에 있어서, 상기 도광판은 상기 광원과 인접한 밑면의 모서리에서 일정 기울기를 갖도록 레이저로 가공되는 30㎛ 내지 70㎛의 직경을 갖는 점적들로 경사진 산란패턴부가 형성된 것 을 특징으로 한다.
이때 상기 산란패턴부는, 상기 광원에서 멀어질수록 상기 점적의 밀도가 증가되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 산란패턴부는, 중앙부가 하측으로 만곡된 것이 바람직하다.
한편, 상기 산란패턴부는, 상기 광원에 인접한 입사부의 좌우 끝단과 경사면이 기울기가 각각 상이하도록 예각으로 절곡되고, 상기 도광판은 저면에 산란패턴이 더 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판을 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 의한 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판들의 구조도이고, 도 2a 내지 도 2e는 도 1a 내지 도 1e에 의한 도광판의 밝기 및 밝기분포의 측정결과이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예들에 의한 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판들의 밝기 및 밝기분포의 측정결과 비교그래프이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시 예들에 의한 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판의 실물사진이며, 도 5는 본 발명에 의한 레이저 3차원 조각 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 6은 본 발명에 의한 레이저 3차원 조각의 가공 메커니즘을 설명하기 위한 구조도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판은, 상기 도 1a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 일정 부피를 갖는 도광판(10) 과, 상기 도광판(10)의 체적 내부에 경사지게 형성된 산란패턴부를 포함하여 구성된다.
이때 상기 산란패턴부는 30㎛ 내지 70㎛의 직경을 갖는 점적으로 다양하게 형성할 수 있다. 다시 말해, 상기 도 1a에 도시된 바와 같이, 선형적으로 경사진 산란패턴부(11)와, 상기 도 1b에 도시된 바와 같이, 중앙부가 하측으로 만곡된 곡선형 산란패턴부(12)와, 상기 곡선형 산란패턴부(12)에서 광원에서 멀어질수록 밀도를 증가시킨 밀도조절형 곡선산란패턴부(13)가 도 1c에 도시되어 있고, 도 1d 및 도 1e에는 상기 경사진 산란패턴부(11)에서 입사부의 좌우 끝단 및 경사각을 각각 달리하도록 다수회 절곡된 복합산란패턴부(14, 15) 등으로 형성할 수 있다.
상기와 같은 산란패턴부는 레이저 3차원 조각법으로 형성할 수 있다. 이러한 레이저 3차원 조각법은 투명한 재료에 문자 또는 형상을 나타내기 위하여 미세하게 홈을 만드는 것으로 레이저가 조사되는 부분의 일부를 증발시킴으로써 미세한 홈을 남겨 문자나 형상을 기록하는 것이다.
다시 말해 기록하려고 하는 원도의 패턴을 판독하고, 그 신호를 레이저 출력으로 변환하여 재료에 조사하여 조각하는 방식으로 높은 피크출력이 얻어지는 Q스위치 레이저가 사용되고 있다. 또한, 레이저 조각법은 표면에 이물질이 잔류하지 않고 표면을 연마할 필요가 없으며 2차원과 3차원의 변화가 용이해서 물질의 표면에 영향을 미치지 않은 상태에서 내부에 고품질의 조각을 형성할 수 있다.
상기와 같은 레이저 3차원 조각을 위한 시스템은 상기 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 시스템을 모니터링하고 제어하기 위한 컴퓨터(30)와, 기계적인 제어 를 위한 제어부(31)와, 냉각부(32)와, 야그레이저(33)와, 보정렌즈부(34)와, 셔터부(35)와, 포커싱렌즈(36) 및 XY이동 및 도광판고정대(37)를 포함하여 구성된다.
본 발명에서는 상기 야그레이저(33)는 Q-스위치 제2고조파 Nd:YAG 레이저(LOTIS TII사의 LA-2136-E4)로 파장은 532 nm, 최대 펄스 에너지는 30 mJ이며 50 μm의 점적을 갖는다. 또한 상기와 같이 다양한 형태의 산란패턴부를 형성하기 위하여 펄스에너지는 15 ~ 16mJ, Q-스위치 펄스 반복율(f)은 50㎐로, 점적은 50 μm로 설정하였다. 또한, 레이저 빔을 통한 표면의 손상이 없이 도광판의 내부를 가공하기 위하여 보정렌즈부(output telescope, 34)를 통하여 레이저 빔을 확대시킨 후 포커싱렌즈(focusing lens, 36)로 빔의 초점을 조절하여 XY 이동 및 도광판고정대(37) 위의 도광판을 안착시켜 도광판의 내부를 가공한다.
한편, 본 발명에서는 도광판으로 크리스탈과 PMMA(Poly methyl methacrylate)를 사용하였다.
따라서, 포커싱된 높은 세기의 펄스 레이저 빔을 불연속적으로 흡수시킴으로서 매질 내부에 초미세 균열을 발생시켜 가공면을 형성하며, 크리스탈의 경우 이러한 가공면은 백색 포인트로 시각화될 수 있으며, 추가적인 전후처리 공정 없이도 도광판 내부에 매우 미세한 홈으로 구성된 패턴을 가공할 수 있다.
상기와 같이 구성된 레이저 3차원 조각 시스템을 상기와 같은 다양한 산란패턴부를 형성하고, 산란패턴부가 형성된 각각의 도광판의 밝기와 밝기분포를 측정하였다.
먼저, 측정을 위한 광원은 3.5 cd(칸델라), 방사각 120°의 특성을 갖는 LED 를 10mm 간격으로 3개를 도 4a 및 도 4b와 같이 제작된 도광판에 입사하여, 가공된 샘플의 밝기와 밝기분포의 측정을 면휘도 측정기(Radiant Imaging사의 Imaging Colorimeter)를 사용하여 측정하였으며 동 측정기는 0.005 ～ 1010 cd/m2 범위의 측정이 가능하며 ± 3% 이내의 오차범위와 16 비트의 CCD로 구성되어 있다.
또한, 실험에 사용된 도광판의 재질은 현재 도광판 재료로 광범위하게 사용되고 있는 투명한 PMMA로서 굴절율 1.49, 투과율 0.93을 갖는다. 도광판의 크기는 50 × 40 × 5 mm (길이×폭×두께)이며 도광판 내부에 일정 크기의 영역(38 × 38 × 4 mm)을 지정하여 패턴을 입힌 마킹영역으로 지정하였다. 가공된 도광판에는 광학적 특성을 갖는 필름 등을 일체 붙이지 않았으며 도광판에 입사된 빛은 단지 도광판의 경계면과 내부에 가공된 산란체 및 패턴에 의해 영향을 받는다.
측정실험은 첫 번째로 패턴 구조의 변화에 대한 특성 분석으로 기존의 도광판 표면에 가공된 패턴과 본 발명이 적용된 도광판 내부에 패턴을 가지는 도광판의 밝기와 밝기분포의 특성을 비교분석 하였다.
다시 말해, 상기 도 1a의 선형적으로 경사진 산란패턴부(11)와, 상기 도 1b의 중앙부가 하측으로 만곡된 곡선형 산란패턴부(12)와, 도 1c의 곡선형 산란패턴부(12)에서 광원에서 멀어질수록 밀도를 증가시킨 밀도조절형 곡선산란패턴부(13)를 실험하였다.
실험결과는 각각 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같다. 즉, 상기 도 2a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명은 종래의 도광판인 도 8b에 비하여(표면에 위치한 패턴을 갖는 도광판) 내부에 경사를 둔 패턴을 갖는 도광판이 일반적으로 효율이 향상됨을 볼 수 있다. 다시 말해, 제작된 도광판의 밝기 및 밝기분포에 대하여 표면패턴과 비교하였을 때 선형적으로 경사진 산란패턴부(11)의 경우 밝기와 밝기분포가 각각 75%, 14% 증가하였으며, 만곡된 곡선형 산란패턴부(12)의 경우 각각 43%, 37% 증가됨을 볼 수 있다. 밝기의 증가는 패턴이 도광판의 표면에 위치하는 것보다는 내부에 위치하는 경우에 있어서 빛의 전파경로에 산란체 및 패턴의 산란패턴부(11, 12)가 있기 때문에 더 많은 빛을 산란시키기 때문인 것으로 판단되며 밝기분포의 증가는 도광판의 뒤쪽으로 갈수록 전파되는 빛의 양이 작아지나 도광판 상면부와 산란체 및 패턴의 산란패턴부(11, 12)가 더욱 가까워져 도광판 내부의 빛의 흡수도가 낮아지기 때문인 것으로 판단된다.
한편, 도 2c와 같이, 도광판의 표면에 위치한 패턴(도 8b)보다는 내부에 경사를 둔 패턴에 있어서 일반적으로 밝기 및 밝기분포가 향상됨을 볼 수 있었으며 밀도의 변화를 통해 보정이 필요한 부분의 밝기를 충분히 보정할 수 있음을 알 수 있다. 다시 말해, 도광판의 뒷부분으로 갈수록 밝기가 줄어드는 것을 감소시키기 위해 입사부에서는 요소의 밀도를 줄이고 안쪽으로 들어갈수록 요소의 밀도를 높인 것이다.
또한, 도 2d 및 도 2e는 밝기분포의 제어를 위해 가장 기본적이고 패턴의 변화가 용이한 선형적으로 경사진 산란패턴부(11)와 만곡된 곡선형 산란패턴부(12)의 미소 형상을 변화시킨 패턴을 나타내고 있다.
다시 말해, 상기 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 상기 선형적으로 경사진 산 란패턴부(11)와 만곡된 곡선형 산란패턴부(12)의 경우에는 입사부의 좌우 끝단 및 내부 뒷부분에서 많은 불균일한 분포가 있었으나, 상기 도 2d 및 도 2e의 보정을 통하여 이러한 불균일한 분포가 상당부분 제거되어 밝기분포가 개선됨을 알 수 있다. 또한 보정을 통하여 도광판 입사부의 밝기 대비 뒷부분의 밝기의 차이가 많이 감소함을 알 수 있다.
위의 결과로부터 평균적인 밝기는 감소되지만 밝기분포의 균일성이 증가함을 알 수 있다. 또한, 밀도조절만을 통하여 밝기분포를 제어했던 기존의 표면패턴을 갖는 도광판보다는 추가적으로 패턴의 형상 조절을 통하여서도 밝기의 분포를 효과적으로 제어할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 표면패턴이 가공된 종래의 도광판보다는 선형적으로 경사진 산란패턴부(11)가 가공된 도광판이 밝기 및 밝기분포에 있어서 각각 약 40%의 효율증가가 있음을 알게 되었고, 또한 패턴의 밀도 조절만을 통하여 밝기의 분포를 제어해 왔던 기존의 표면패턴 도광판 제작방법에 추가하여 내부패턴을 갖는 도광판의 경우 패턴의 형상조절을 통하여 밝기의 분포를 조절할 수 있음을 알게 되었다. 또한 본 발명에 의한 도광판에 백라이트 유닛을 구성하는 다양한 종류의 광학적 필름, 즉 반사필름, 확산필름, 프리즘필름 등이 추가될 경우 그 효율 증대는 더욱 커질 것이다.
또한, 상기 도 1a 내지 도 1e에 도시된 도광판(20)의 배면에 종래와 같이 산란패턴을 더 형성시켜 밝기 및 밝기분포의 균일성을 더욱 향상시킬 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 레이저 3차원 조각법에 의하여 체적 내부에 산란패턴부를 갖는 도광판은 표면패턴을 갖는 기존의 도광판보다 더 좋은 효율성을 있게 된다. 즉, 더 적은 에너지 소비로 높은 효율의 밝기와 밝기분포를 갖는 도광판의 제작이 가능하여, 시장의 요구가 다양하게 변화되어 감에 따라 다품종 소량의 도광판 생산에 있어서 레이저 3차원 조각법을 통한 패턴의 가공은 간단하게 레이저가공 파라미터만을 변경시킴으로써 손쉽게 다양한 패턴의 도광판 제작이 가능하므로, 시장경쟁력을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 하부로부터 반사필름, 도광판, 확산필름, 프리즘필름 및 상기 도광판의 측면에 장착되는 광원을 포함하는 백라이트 유닛용 도광판에 있어서,
    상기 도광판은 내부에 상기 광원과 인접한 밑면의 모서리에서 일정 기울기를 갖도록 레이저로 가공되는 30㎛ 내지 70㎛의 직경을 갖는 점적들로 경사진 산란패턴부가 형성되고,
    상기 산란패턴부는, 중앙부가 하측으로 만곡된 것을 특징으로 하는 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판.
  4. 하부로부터 반사필름, 도광판, 확산필름, 프리즘필름 및 상기 도광판의 측면에 장착되는 광원을 포함하는 백라이트 유닛용 도광판에 있어서,
    상기 도광판은 내부에 상기 광원과 인접한 밑면의 모서리에서 일정 기울기를 갖도록 레이저로 가공되는 30㎛ 내지 70㎛의 직경을 갖는 점적들로 경사진 산란패턴부가 형성되고,
    상기 산란패턴부는, 상기 광원에 인접한 입사부의 좌우 끝단과 경사면이 기울기가 각각 상이하도록 예각으로 절곡된 것을 특징으로 하는 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판.
  5. 하부로부터 반사필름, 도광판, 확산필름, 프리즘필름 및 상기 도광판의 측면에 장착되는 광원을 포함하는 백라이트 유닛용 도광판에 있어서,
    상기 도광판은 내부에 상기 광원과 인접한 밑면의 모서리에서 일정 기울기를 갖도록 레이저로 가공되는 30㎛ 내지 70㎛의 직경을 갖는 점적들로 경사진 산란패턴부가 형성되고,
    상기 도광판은 저면에 산란패턴이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 도광판은 저면에 산란패턴이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 도광판은 저면에 산란패턴이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 체적 내부에 레이저 패턴이 형성된 도광판.
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