KR100830936B1 - 도광판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부로 입사된 광의 반사와 굴절을 이용하기 때문에 광손실이 적어 빛의 이용효율을 극대화시킬 수 있는 도광판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은, 출사면인 상기 도광판의 상부면에 형성된 연속 프리즘 산 형태의 프리즘 패턴과, 상기 도광판의 하부면에 형성된 불연속 커팅 패턴을 포함하는 압출성형 도광판 및 그 제조방법을 제공한다.

프리즘, 도광판, 백라이트

Description

도광판의 제조방법{manufacturing method of light guide plate}

도 1은 일반적인 액정표시장치의 백라이트 유닛을 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도광판을 적용한 백라이트 유닛의 단면도이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 도광판의 구조를 나타낸 도면이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 도광판 가공장치를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

110, 210: 형광램프 120, 220, 350: 도광판

140, 240: 반사판 150: 확산판

160: 프리즘 시트 170, 270: DBEF

221: 프리즘 패턴 222: 하부 패턴

223: 도광판 본체

본 발명은 도광판에 관한 것으로, 상세하게는 내부로 입사된 광의 반사와 굴절을 이용하기 때문에 광손실이 적어 빛의 이용효율을 극대화시킬 수 있는 도광판및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근, 사회가 점차 정보화되어감에 따라 화면에 정보를 나타내는 디스플레이장치기술은, 아날로그 방식의 CRT(Cathode Ray Tube)에서 개개의 화소를 독립적으로 제어하는 디지털 방식의 액정표시장치(Liquid Crystal Display)로 기술이 변하고 있으며, 점차 다양한 형태와 구동방식을 갖는 액정표시장치들로 시장이 급속히 대체되고 있는 실정이다.

일반적으로 CRT가 자체에서 빛을 발광하여 화면을 구성하는 것과 달리, 액정표시장치는 스스로 빛을 발광하지 못하고 전계가 가해지면 수직 또는 수평으로 배열하여 하부에서 인가되는 빛의 통과와 차단을 결정하여 화면을 형성하는 수광소자이므로, 화면이 형성되는 액정패널의 하부에는 액정패널로 빛을 제공하기 위한 백라이트가 반드시 필요하다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 백라이트 유닛(100)을 나타낸 단면도로서, 이러한 백라이트 유닛(100)은 형광램프(110), 램프커버(115), 도광판(120), 확산물질(130), 반사판(140), 확산판(150), 프리즘시트(160), DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)(170)로 구성된다. 이때, 상기 백라이트 유닛은 형광램프(110)로부터 입사되는 선광을 면광으로 바꾸고, 상기 면광이 액정표시패널(미도시)에 입사되도록 하는 장치이다.

백라이트 유닛의 한 구성요소인 도광판(120)은 형광램프(110)에서 방출된 빛을 내부로 입사시켜 상부로 전면에 고른 면광이 출사되도록 하는 웨이브가이드(Wave Guide)로서의 역할을 담당하고 있다.

도광판(120)의 하부면에는 확산물질(130)이 도트 형태로 도포되며, 여기서는 도트의 면적이 균일하나, 도광판(120)의 상부에서의 균일한 면광원을 얻기 위해 도트의 면적이 단계적으로 커지는 형태도 있다.

도광판(120) 후단에 설치되는 반사판(140)은 형광램프(110)에서 출사된 빛이 도광판(120) 내부로 입사되도록 하며, 확산판(150)은 균일한 도트 패턴이 도포된 도광판(120) 상부에 설치되어 시야각(viewing Angle)에 따라 균일한 휘도를 얻을 수 있도록 한다.

프리즘 시트(160)는 확산판(150) 상부로 투과되어 방사되는 광의 정면 휘도를 높이기 위한 것으로서, 특정 각도의 광만 투과되도록 하고 나머지 각도로 입사되는 빛은 내부 전반사가 일어나 프리즘 시트(160) 하부로 다시 되돌아가도록 하며, 상기한 바와 같이 되돌아가는 광은 도광판(120) 하부에 부착된 반사판(140)에 의해 반사된다.

상기 프리즘 시트(160)의 상부에는 상기 프리즘 시트에서 출사된 빛의 손실을 줄이는 역할을 하는 DBEF(170)가 구비되며, 형광램프(110)의 측면에는 상기 램프를 감싸서 보호하는 램프 커버(115)가 구비된다.

이상에서 백라이트 유닛의 구성요소를 설명하였는데, 상기 백라이트 유닛에서 가장 중요한 기술적인 사항 중의 하나가 측면에서 선형으로 입사된 선광을 전면 에 고르게 면광으로 출사시키기 위한 도광판의 제조기술이며, 상기 도광판(120)은 일반적으로 사출성형 방법에 의해 형성된다.

즉, 금형장치에 PMMA(polymethylmethacrylate) 등의 성형수지를 주입하여 경화시킨 후, 사이즈에 맞게 절단하고 경면처리하여 완성한다.

그러나, 상기 사출성형 방법에 따라 TV 크기의 대형 디스플레이 패널을 생산하고자 하면, 이에 따라 도광판을 생산하는 금형장치의 크기도 커져야 하는 문제점이 있다.

또한, 기존 노트북 용 도광판의 경우에는 두께가 4mm이하여서 사출성형 방법으로도 가능하나, 모니터용, TV 용 등의 중/대형 디스플레이에 적용되는 도광판은 4mm이상이어서 사출성형 방법에 의한 생산은 한계를 지니고 있다.

또한, 확산물질의 인쇄방식은 도트 패턴에 의해 빛을 확산시키므로, 빛의 이용효율이 매우 낮아 확산에 의한 광손실의 우려가 있다.

또한, 출사된 광은 확산형태의 광이 출사되므로, 정면휘도를 높여주기 위한 프리즘 시트 및 패턴이 보이지 않게 하기 위하여 헤이즈(HAZE)가 높은 확산판이 반드시 필요하게 되는 단점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 상부의 프리즘 패턴 및 하부의 불연속 커팅 패턴을 형성하여 입사광을 반사 및 집광하기 때문에 별도의 프리즘 시트를 필요로 하지 않을 뿐만 아니라 빛의 이용효율을 극대화시키는 도광판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 도광판이 상부의 프리즘 패턴 및 하부의 불연속 커팅 패턴을 통해 내부로 입사된 광의 반사와 굴절을 이용하기 때문에 광손실이 적어 빛의 이용효율을 극대화시킬 수 있는 백라이트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면, 압출성형 도광판에 있어서, 출사면인 상기 도광판의 상부면에 형성된 연속 프리즘 산 형태의 프리즘 패턴과, 상기 도광판의 하부면에 형성된 불연속 커팅 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 바람직한 실시예는, 램프와, 상기 램프를 보호하는 램프 커버와, 출사면인 상부면에 형성된 연속 프리즘 산 형태의 프리즘 패턴과, 하부면에 형성된 불연속 커팅 패턴을 포함하는 압출성형 도광판을 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 압출 성형 도광판의 제조방법에 있어서, 출사면인 상기 도광판의 상부면에 연속 프리즘 산을 형성하는 프리즘 패턴 형성 단계와, 상기 도광판의 하부면에 불연속 커팅 패턴을 형성하는 하부 패턴 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 프리즘 패턴 형성 단계는, 상기 도광판의 상부면을 롤러가 밀면서 상기 상부면을 소프트닝시키는 단계와, 상기 소프트닝되는 순간에 상기 롤러가 상기 상부면에 선접촉하여 상기 프리즘 산을 형성하는 단계와, 상기 선접촉을 벗어난 후에 형성된 상기 프리즘 산을 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 불연속 커팅 패턴은, 인쇄방식, 음각 커팅 방식, 또는 도트 성형 방식 중의 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

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이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명되는데, 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 도광판(220)을 적용한 백라이트 유닛(200)의 단면도이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 도광판(220)을 적용한 백라이트 유닛(200)은, 형광램프(210), 램프커버(215), 도광판(220), 반사판(240), DBEF(270)로 구성된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 도광판(200)은, 도광판 본체(223), 상기 도광판 본체 상부면에 연속 패턴 형상으로 형성된 프리즘 패턴(221)과, 상기 도광판 본체의 하부면에 불연속 패턴 형상으로 형성된 하부 패턴(222)을 포함한다.

여기서, 도광판 본체(223)는 형광램프(210)에서 방출된 빛을 내부로 입사시 켜 상부로 전면에 고른 면광이 출사되도록 하는 웨이브가이드(Wave Guide)로서의 역할을 담당하고 있다.

또한, 상부에 형성된 프리즘 패턴(221)은 종전 프리즘 시트와 같이, 도광판 본체(223)에 입사된 좌우 광을 중앙으로 집광시키는 역할을 수행하며, 하부에 형성된 하부 패턴(222)은 형광램프(210)에서 입사된 빛을 균일하게 분산시키는 역할을 수행한다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 도광판(220)은, 상기 도광판 본체(223) 내부로 입사된 광을 프리즘 패턴(221) 및 하부 패턴(222)을 통해 수직으로 반사시키고(reflection), 상기 수직 반사된 광을 프리즘 패턴(221)을 통해 굴절시킨다(refraction).

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 도광판(220)은 내부로 입사된 광의 반사와 굴절을 이용하기 때문에 광손실이 적어 빛의 이용효율이 매우 높다.

또한, 상부에 형성된 프리즘 패턴(221)과 같은 도광판 패턴으로 광을 집광하기 때문에 별도의 프리즘 시트가 필요 없다.

또한, DBEF 필름(270)을 크로스(cross)하여 집광한 것과 동일한 효과를 나타내기 때문에 집광효과를 극대화할 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 도광판(220)의 구조를 나타낸 도면이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 도광판(220)은, 램프에서 방출된 빛을 내부로 입사시켜 상부로 전면에 고른 면광이 출사되도록 하는 도광판 본체(223)와, 상기 도광판 본체(223)의 상부에 형성되는 프리즘 패턴(221)과, 상기 도광판 본체(223)의 하부에 형성되는 하부 패턴(222)을 구비한다.

도 3b는 프리즘 패턴(221)을 나타낸 도면으로서, 상기 프리즘 패턴(221)은 연속 프리즘 산 형태로 도광판에 입사된 좌우 빛을 중앙으로 집광시킨다.

특히, 프리즘 패턴(221)은 ∧모양(산모양)의 프리즘 산이 연속적으로 형성된 형태이다.

따라서, 프리즘 패턴(221)의 패턴 형상은 연속 프리즘 산 형태로 도광판에 일체로 형성되므로, 별도의 프리즘 시트를 필요로 하지 않는다.

도 3c는 하부 패턴(222)을 나타낸 도면으로서, 상기 하부 패턴(222)은 소정 간격을 두고 ∧모양(V자 홈 모양)의 커팅 패턴(cutting pattern)이 불연속적으로 형성된 형태이다.

또한, 상기 하부 패턴은 음각 커팅 방식에 의해 구현된 예를 설명하고 있으나, 인쇄 방식 또는 도트 성형 방식에 의해서도 구현될 수 있다.

또한, 하부 불연속 커팅 패턴의 모양은 ∧모양 외에도 기존의 도트(dot) 패턴 형상 등 다양하게 형성할 수 있다.

이처럼 하부 패턴(222)의 패턴 형상은 불연속 커팅 패턴 형태로 램프로부터 도광판에 입사된 광을 균일하게 분산시킨다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 도광판의 가공장치(300)를 나타낸 도면으로, 상기 도광판의 가공장치(300)를 통해 도광판(350)의 제조과정을 살펴본다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 도광판의 제조과정은, 크게, 도광판 본체를 형성하고 나서 상기 도광판의 상부면에 연속 프리즘 산을 형성하는 프리즘 패턴 형성 단계와, 상기 도광판의 하부면에 불연속 하부 패턴을 형성하는 하부 패턴 형성 단계로 구성된다.

여기서, 상기 도광판(350)은 4mm 이하의 기존 노트북용 도광판 뿐만아니라, 그 두께가 4mm 이상의 중대형 LCD 패널용(모니터, LCD TV용 등) 도광판도 적용될 수 있다.

또한, 상기 도광판(350)은 사출성형이 아닌 압출성형에 의해 제조되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 불연속 하부 패턴은, 인쇄방식, 음각 커팅 방식, 또는 도트 성형 방식 중의 어느 하나에 의해 형성될 수 있다.

또한, 상기 불연속 하부 패턴 형성 시기는 상기 프리즘 패턴 형성 전 또는 형성 후 모두 가능하다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 도광판의 제조과정 중 프리즘 패턴 형성 과정에 대해 자세히 설명한다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 도광판의 가공장치(300)는, 가공대상인 도광판(350)을 적재하는 로더(342)와, 상기 로더(342) 상의 도광판(350)에 선접촉하여 상기 도광판(350)의 일면에 연속 프리즘 산을 형성하는 롤러(330)를 구비한다.

또한, 상기 롤러(330)의 내부에 삽입되어 발생된 열을 상기 롤러(330)의 표면에 전달하는 히터(335)를 구비한다.

일반적으로 상기 히터(335)는 전원공급장치(미도시)와 연결되어 전기적으로 가열되는데, 상기 롤러(330)의 회전시 상기 히터(335)의 일측에 연결된 전선이 꼬이는 것을 방지하기 위해 상기 히터와 전선의 결합부분에 슬립링(332)을 연결한다.

또한, 상기 롤러(330)는 양측면에 형성된 제1 및 제2 블럭(333)(334)과 연결되고, 상기 제1 및 제2 블럭(333)(334)는 그 상부에 형성되는 제1 및 제2 스크류 잭(Screw Jack)(321)(322)과 연결되어 지지된다.

또한, 제1 및 제2 스크류 잭(321)(322) 상호간은 커플링(323)에 의해 연결되는데, 상기 커플링은 상기 제1 및 제2 스크류 잭(321)(322)에 의해 지지되는 롤러(330)를 수평상태에서 균형을 유지시켜준다.

또한, 제1 스크류 잭(321)은 제1 서버모터(310)와 연결되는데, 상기 제1 서버모터(310)는 제1 및 제2 스크류 잭(321)(322)에 동력을 전달하여 상기 제1 및 제2 스크류 잭(321)(322)에 의해 지지되는 상기 롤러(330)를 수직방향으로 이동시킨다.

또한, 도광판(350)이 적재되는 로더(342)의 하부에는 제2 서버모터(340)가 구비되는데, 상기 제2 서보모터(340)는 인라인 레일(343)을 따라 상기 로더(342)를 수평방향으로 이동시킨다.

이와 같이 구성된 도광판 가공장치(300)를 이용하여 본 발명의 일실시예에 따른 도광판의 제조과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 가공대상인 도광판(350)이 로더(342)에 적재된다(S110).

이후, 제2 서보모터(340)의 구동에 의해 로더(342)가 인라인을 따라 수평방 향으로 이동하여 프리즘 도광판 가공장치가 설치된 가공위치에 정지한다(S120).

이후, 제1 서버모터(310)의 구동에 의해 제1 스크류 잭(321) 및 제2 스크류 잭(322)이 스크류 축(미도시)을 따라 하강함에 따라 상기 제1 및 제2 스크류 잭(321)(322)에 지지되는 롤러(330)도 하강하면서 로더(342)에 적재된 도광판(350)과 접하게 된다(S130).

즉, 제1 서버모터(310)와 연결된 제1 스크류 잭(321)은 상기 제1 서보모터(310)의 회전운동을 수직방향 운동으로 전환시키는데, 상기 제1 스크류 잭(321)에 전달된 에너지는 커플링(323)을 통해 제2 스크류 잭(322)에도 전달된다.

따라서, 제1 스크류 잭(321) 및 제2 스크류 잭(332)이 스크류 축을 따라 승하강하면서 롤러(330)의 상하 운동을 조절한다.

이후, 상기 로더(343)를 소정 위치까지 전진이동시키면서, 상기 로더와 랙피니언 연결상태인 롤러(330)를 1회전시켜, 상기 롤러(330)가 접하는 도광판(350)의 일면에 프리즘 산(도 3b 참조)을 형성한다(S140).

여기서, 상기 프리즘 산 형성시, 상기 롤러(330)가 금속재질이므로 열전도에 의해 가열된 롤러(330)가 그 하부에 접하는 도광판(350)의 접촉면을 밀면서 도광판을 순간적으로 소프트닝(softening) 시킨다. 이때, 상기 도광판의 접촉면이 소프트닝 되어 있으므로, 상기 롤러(330)의 표면에 형성된 도금판을 통해 상기 도광판(350)에 손쉽게 프리즘 산을 형성할 수 있다.

즉, 일반적으로 도광판은 아크릴 수지 또는 PMMA로 경도가 높으나, 소정 온도 상태에서 녹아서 소프트닝 상태가 된다. 따라서, 소정온도로 가열된 롤러(330) 가 접촉한 도광판을 밀면서 순간적으로 상기 도광판의 접촉면에 선접촉하게 되어, 상기 도광판의 접촉면을 녹이게 된다.

상기 소프트닝 온도는 상기 도광판의 재질에 따라 다르나 통상적으로 100~200℃ 정도에 해당된다.

또한, 상기 도금판(미도시)은 ∧모양(산모양)을 여러개 연속적으로 연결하는 형태로서, 상기 롤러(330)의 도금판이 소프트닝된 도광판에 프리즘 산을 형성하게 된다.

이후, 상기 로더(343)가 원위치로 후진하면서, 상기 롤러(330)를 승강시키면, 프리즘 산이 형성된 도광판과 가열된 롤러(330)가 이격되면서, 상기 도광판은 냉각되고 상기 도광판에 형성된 프리즘 산은 경화된다(S150).

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 도광판은, 상기 롤러가 접한 도광판의 일면을 1회전 밀면서 소프트닝시키고, 소프트닝 된 선접촉 순간에 프리즘 산을 형성하고, 선접촉을 벗어난 후에는 상기 프리즘 산을 경화시키는 방식이다.

따라서, 본 발명은 상기의 실시예에 국한되는 것은 아니며 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 설계 변경이나 회피설계를 한다 하여도 본 발명의 범위 안에 있다 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은, 도광판 본체 내부로 입사된 광을 프리즘 패턴 및 하부 패턴을 통해 수직으로 반사시키고, 상기 수직 반사된 광을 프리즘 패턴을 통해 굴절시키는 도광판 및 그 제조방법을 제공한다.

이와 같이, 도광판이 내부로 입사된 광의 반사와 굴절을 이용하기 때문에 광손실이 적어 빛의 이용효율이 매우 높다.

또한, 프리즘 패턴과 같은 도광판 패턴으로 광을 집광하기 때문에 별도의 프리즘 시트가 필요 없다.

또한, DBEF 필름을 크로스(cross)하여 집광한 것과 동일한 효과를 나타내기 때문에 집광효과를 극대화할 수 있다.

Claims (9)

1. 압출 성형 도광판의 제조방법에 있어서,

   출사면인 상기 도광판의 상부면을 롤러가 밀면서 상기 상부면을 소프트닝시키는 제1단계와, 상기 소프트닝되는 순간에 상기 롤러가 상기 상부면에 선접촉하여 프리즘 산을 형성하는 제2단계와, 상기 선접촉을 벗어난 후에 형성된 상기 프리즘 산을 경화시키는 제3단계를 포함하여 상기 상부면에 연속 프리즘 산을 형성하는 프리즘 패턴 형성 단계와;

   상기 도광판의 하부면에 불연속 커팅 패턴을 형성하는 하부 패턴 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 불연속 커팅 패턴은, 인쇄방식, 음각 커팅 방식, 또는 도트 성형 방식 중의 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 도광판의 제조방법.
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