KR100862553B1 - 휘도 향상 시트의 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휘도 향상 시트의 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시간과 비용을 절감하고 대량 생산을 가능케 하는 휘도 향상 시트의 제조 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 휘도 향상 시트의 제조 장치는, 렌즈 지지부 상에 광경화성 수지를 도포하는 레진 공급부, 상기 광경화성 수지의 표면에 복수 개의 렌즈 유닛들을 양각으로 형성하는 렌즈 형상 제조부, 및 상기 복수 개의 렌즈 유닛들이 양각으로 형성된 광경화성 수지에 광을 조사하여 경화시키는 광 조사부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 휘도 향상 시트의 제조 방법은, 렌즈 지지부 상에 광경화성 수지를 도포하는 단계, 상기 광경화성 수지가 도포된 렌즈 지지부를 복수 개의 렌즈 유닛들이 음각으로 형성된 롤러에 통과시켜 상기 복수 개의 렌즈 유닛들이 양각으로 형성된 렌즈 형상부를 형성하는 단계, 및 상기 광경화성 수지를 경화시킬 수 있는 광을 조사하여 상기 렌즈 형상부를 경화시키는 단계를 포함하되, 상기 복수 개의 렌즈 유닛들은 동일한 형상을 가지고 서로 외접하면서 상기 렌즈 지지부 상에서 행과 열을 이루어 플라이-아이-렌즈(fly-eye-lens)를 형성하는 것을 특징으로 한다.
휘도 향상 시트, 플라이-아이-렌즈

Description

휘도 향상 시트의 제조 장치 및 방법{APPARATUS OF MANUFACTURING BRIGHTNESS ENHANCING SHEET AND METHOD OF THE SAME}
도 1은 종래의 백라이트 유닛에 사용되는 프리즘 시트의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라이-아이-렌즈를 이용한 휘도 향상 시트의 사시도이다.
도 4a는 도 3의 휘도 향상 시트의 평면도이다.
도 4b는 도 3의 휘도 향상 시트의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휘도 향상 시트의 제조 장치 및 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 롤러의 몰딩 공정을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 휘도 향상 시트의 렌즈 형상부의 제조방법을 도시한 사시도이다.
본 발명은 휘도 향상 시트의 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시간과 비용을 절감하고 대량 생산을 가능케 하는 휘도 향상 시트의 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 소자(Liquid Crystal Display device, 이하 "LCD 소자"라 함)는, 인가 전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생되는 여러 가지 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 전자 소자이다.
LCD 소자는 각종 정보의 표시 소자이면서도 자체 발광원이 없기 때문에, 그 후면에 광원을 두어 상기 LCD 소자의 화면 전체를 균일하게 밝혀주는 별도의 장치를 필요로 하는데, 이때 빛을 제공해 주는 장치가 백라이트 유닛(Back Light Unit)이다.
도 1은 종래의 백라이트 유닛에 사용되는 프리즘 시트의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 프리즘 시트(10)는 프리즘 지지부(12)와 프리즘 지지부(12) 상의 전면에 걸쳐 나란히 형성된 복수의 프리즘 형상부(14)를 포함한다. 프리즘 형상부(14)는 제 1 면(18) 및 제 2 면(17)으로 이루어진 측면부를 구비하며, 정면에서 보아 대략 이등변 삼각형의 형상을 이룬다. 상기 제 1 면(18)과 제 2 면(17)은 90°의 각도를 이루는 것이 일반적이지만 선택에 따라 달리 구성할 수도 있다.
복수의 프리즘 형상부(14)가 프리즘 지지부(12)에 연속하여 형성되어 골(16)과 피크(15)가 교대로 형성된다. 이렇게 구성된 프리즘 시트(10)는 프리즘 지지 부(12)로 입사된 빛을 프리즘 형상부(14)를 거치면서 굴절시킨다. 이에 따라 낮은 각도로 입사되는 빛이 정면 쪽으로 집중되어 유효 시야각 범위에서 휘도가 높아진다.
그러나 이러한 종래의 프리즘 시트(10)의 프리즘 형상부(14)는 그 측면부가 평평하여 입사된 광을 일 방향으로만 굴절시키기 때문에 이차원적으로 광을 굴절시키는 데에는 적합하지 않다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 광의 굴절 성능을 향상시킬 수 있는 휘도 향상 시트를 제조함에 있어, 종래에 비해 간단한 방법으로 시트를 제조할 수 있는 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 제조 과정에서의 시간 및 비용을 감소시키고 대량 생산이 가능한 휘도 향상 시트의 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 휘도 향상 시트의 제조 장치는, 렌즈 지지부 상에 광경화성 수지를 도포하는 레진 공급부, 상기 광경화성 수지의 표면에 복수 개의 렌즈 유닛들을 양각으로 형성하는 렌즈 형상 제조부, 및 상기 복수 개의 렌즈 유닛들이 양각으로 형성된 광경화성 수지에 광을 조사하여 경화시키는 광 조사부를 포함하되, 상기 복수 개의 렌즈 유닛들은 동일한 형상을 가지고 서로 외접하면서 상기 렌즈 지지부 상에서 행과 열을 이루어 플라이-아이-렌즈(fly-eye-lens)를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 휘도 향상 시트의 제조 방법은, 렌즈 지지부 상에 광경화성 수지를 도포하는 단계, 상기 광경화성 수지가 도포된 렌즈 지지부를 복수 개의 렌즈 유닛들이 음각으로 형성된 롤러에 통과시켜 상기 복수 개의 렌즈 유닛들이 양각으로 형성된 렌즈 형상부를 형성하는 단계, 및 상기 광경화성 수지를 경화시킬 수 있는 광을 조사하여 상기 렌즈 형상부를 경화시키는 단계를 포함하되, 상기 렌즈 형상부는, 플라이-아이-렌즈(fly-eye-lens) 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 휘도 향상 시트의 제조 장치 및 방법에 의해 종래 기술과 비교하여 비교적 간단한 방법으로 광의 굴절 성능을 향상시킬 수 있는 휘도 향상 시트를 제조할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 휘도 향상 시트의 제조 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 구성을 도시한 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라이-아이-렌즈를 이용한 휘도 향상 시트의 사시도이고, 도 4a는 도 3의 휘도 향상 시트의 평면도이며, 도 4b는 도 3의 휘도 향상 시트의 정면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 액정표시소자(100)는, 외부에서 인가되는 구동 신호와 데이터 신호에 따라 화상을 디스플레이하는 액정 패널(110) 및 액정 패널(110)을 조명하기 위해 상기 액정 패널의 후면에 배치된 백라이트 유닛(120)을 포함한다.
백라이트 유닛(120)은 액정 패널(110)의 후면에 위치하며, 액정 패널(110)에 빛, 예를 들어 백색광을 제공한다.
백라이트 유닛(120)은 광원, 예를 들어, 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp,이하 "CCFL"이라 함)의 설치 방법에 따라 램프가 액정패널의 아래에 위치하는 직하방식과 램프가 도광판의 측면에 위치하는 에지-라이트 방식(edge-light method)이 있다.
도 2의 백라이트 유닛(100)은 에지-라이트 방식(edge-light method)의 백라이트 유닛으로, 광원부(122), 도광판(124), 반사 시트(126) 및 광학 필름(128)을 포함한다.
광원부(122)는 하나 이상의 광원(122a) 및 광원 반사판(122b)을 포함한다.
광원(122a)은 소정 파장을 가지는 빛을 발생시킨다.
광원(122a)으로부터 발생된 빛은 도광판(124)을 통해 입사하게 되는데, 광원 반사판(122b)은 광원(122a)으로부터 발생된 빛을 도광판(124) 측으로 반사시켜 도광판(124)으로 입사되는 빛의 효율을 향상시킨다.
반사 시트(126)는 광원(122a)에서 발생하여 상기 도광판(124)의 배면으로 진행하는 빛 중 상기 도광판(124)에 입사되지 않는 빛을 다시 상기 도광판(124) 쪽으로 반사시킨다. 상기 도광판(124)은 빛이 액정 패널(110) 쪽으로 진행되도록 한다.
광학필름(128)은 확산 시트(128a), 휘도 향상 시트(128b) 및 보호 시트(128c)를 포함한다.
도광판(124)으로부터 액정 패널(110) 쪽으로 출사되는 빛은 확산 시트(128a)를 통과하게 되는데, 확산 시트(128a)는 도광판(124)으로부터 입사된 빛을 분산시켜 빛이 부분적으로 밀집되는 것을 방지하고 휘도를 균일하게 한다.
확산 시트(128a)를 통과한 빛은 휘도가 급격히 떨어지게 되는데, 이를 방지하기 위해 휘도 향상 시트(128b)가 사용된다.
본 발명의 휘도 향상 시트(128b)는 플라이-아이-렌즈(fly-eye-lens)를 이용하는데 특징이 있다.
플라이-아이-렌즈는 광의 빔 모양(beam shape)을 조정하기 위하여 주로 사용되는 것으로서, 평행광 품질(quality)을 상승시킬 수 있기 때문에 프로젝트용 부품으로 사용될 경우 화면의 밝기를 균일하게 하는 기능을 가지게 된다. 최근에는 프로젝션 TV와 백라이트 유닛에서 기존의 프리즘 시트를 대체하기 위한 수단으로서 그 수요가 점차 증가하고 있다.
더욱 상세하게는, 도 3을 참조하면, 휘도 향상 시트(128b)는 렌즈 지지부(210) 및 렌즈 지지부(210) 상의 전면에 형성된 복수의 렌즈 유닛(220a)들을 포함하는 렌즈 형상부(220)를 포함한다.
렌즈 유닛(220a)은 반구형의 형상을 가지고 렌즈 지지부(210) 상에서 양각되어 돌출되어 있으며, 이러한 렌즈 유닛(220a) 복수 개가 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 서로 외접하면서 행과 열을 형성하며 렌즈 지지부(210) 상에 배열된다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 렌즈 유닛(220a)은 평면도에서 원형의 형상을 가지나, 반드시 원형일 필요는 없고 타원형의 형상을 가질 수도 있다.
이와 같은 복수 개의 렌즈 유닛(220a)에 의해 휘도 향상 시트(128b)를 통과하는 광은 이차원적으로 굴절하게 되어 광 성능을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 휘도 향상 시트의 제조 장치 및 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 휘도 향상 시트의 제조 장치는 레진 공급부(300), 렌즈 형상 제조부(310) 및 광 조사부(320)를 포함한다.
먼저, 렌즈 지지부(210)는 롤 형태로 말려 있는 상태에서 회전하며 그 일단이 제조 장치의 내부에 연속적으로 공급된다.
렌즈 지지부(210)는 광학 필름으로서, 바람직하게는 투명하고 유연성이 있으며 가공성이 우수한 열가소성 폴리머 필름으로 이루어진다.
렌즈 지지부(210)가 상기 제조장치 내로 공급되면, 레진 공급부(300)에서는 렌즈 지지부(210)에 소정 두께로 광 경화성 수지(222)를 도포한다.
레진 공급부(300)에서 소정 양의 광 경화성 수지(222)를 렌즈 지지부(210) 상에 공급하면, 상기 렌즈 지지부(210)의 표면에 광 경화성 수지(222)가 분산되어 일정한 두께로 도포되도록 제어된다.
계속하여, 광 경화성 수지(222)가 도포된 렌즈 지지부(210)는 렌즈 형상 제조부(310)로 이동한다.
렌즈 형상 제조부(310)는 일정 방향으로 회전하는 롤러(312) 및 롤러(312)를 상부에 고정시키는 고정부(314)를 포함한다.
롤러(312)의 길이 방향 원통 외면에는 복수 개의 홈들이 음각으로 형성되어 있으며, 롤러(312)의 회전축 양단은 고정부(314)에 의해 상부에 고정된다.
도 6은 도 5의 롤러의 몰딩 공정을 도시한 사시도이다.
도 6을 참조하면, 롤러(312)는, 롤러(312)를 길이 방향 축으로 회전시키는 롤러 회전부(316) 및 일정한 주기를 가지고 상하 진동하며 롤러(312)의 회전하는 외면에 접촉하는 바이트(bite, 318)를 이용하여 형성된다.
먼저, 롤러 회전부(316)는 구동 동력에 의해 롤러(312)를 길이 방향 축으로 일정 속도로 회전시킨다. 바이트(318)는 롤러(312)의 길이 방향 일단, 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 좌단에 위치한 상태로 일정한 주기로 상하 운동을 시작한다. 여기서 바이트(318)의 상하 운동 폭은 롤러(312)에 형성하고자 하는 렌즈 유닛의 홈(220b)의 두께에 따라 달라진다.
바이트(318)의 롤러(312)에 접촉하는 일단의 단면은 여러 형상을 가질 수 있으나, 플라이-아이-렌즈를 형성하기 위한 일 실시예에 따르면 상기 단면은 원형 또는 타원형을 갖는다.
바이트(318)가 상하 진동 중 최저점에 이를 때, 롤러(312)의 외면에는 바이트(318)의 접촉하는 일단에 상응하는 홈(220b)이 형성된다. 바이트(318)는 일정 주기로 상하 진동을 하고, 롤러(312)는 일정 속도로 회전을 하므로, 롤러(312) 외면에는 복수 개의 홈(220b)들이 롤러(312) 둘레에 반복적으로 형성된다.
이어서, 롤러(312) 외면을 따라 한 개 줄의 홈(220b)들이 모두 형성되면, 바이트(318)는 일정 길이만큼 우측으로 이동한다. 이러한 과정이 반복됨으로써, 롤러(312)의 외면에는 홈(220b)들이 일정한 패턴으로 형성될 수 있다.
한편, 바이트(318)의 상하 진동 주파수는 롤러(312) 외면에 형성되는 홈(220b)의 형상에 영향을 미친다. 주파수가 낮을수록 바이트(318)가 롤러(312) 외면에 접촉하는 시간이 증가하므로 형성되는 홈(220b)은 긴 타원형의 형상을 가지게 된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 바이트(318)의 상하 진동 주파수는 1 kHz 내지 50 kHz, 더욱 바람직하게는 5 kHz 내지 20 kHz 범위 내이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기와 같이 하나의 바이트(318)가 롤러(312)의 길이방향을 따라 좌우로 이동하는 것이 아니라, 복수 개의 바이트(318)들이 롤러(312)의 길이방향으로 일렬로 배열되어 동시에 롤러(312)에 홈(220b)을 형성할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 휘도 향상 시트의 렌즈 형상부의 제조방법을 도시한 사시도이다.
도 7을 참조하면, 광 경화성 수지(222)가 도포된 렌즈 지지부(210)가 일정 방향으로 회전하는 롤러(312)를 통과하면, 광 경화성 수지(222)의 표면에는 롤러(312)에 형성된 홈(220b)의 형상에 대응하여 양각의 렌즈 유닛(220a)들이 형성된 렌즈 형상부(220)가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 개별 렌즈 유닛(220a)은 반구형 또는 타원 반구형의 형상을 가지며, 복수 개의 렌즈 유닛(220a)들이 서로 외접하면서 상기 렌즈 지지부 상에서 행과 열을 이루어 플라이-아이-렌즈(fly-eye-lens)를 형성한다.
렌즈 유닛(220a)의 크기가 커질수록 집광 능력은 향상되지만 완성된 시트의 두께가 증가하는 문제가 발생하므로 렌즈 유닛(220a)은 적정한 크기를 가질 필요가 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 렌즈 유닛(220a)의 직경 또는 장축은 1 ㎛ 내지 1 mm, 더욱 바람직하게는 수 ㎛ 내지 수 백 ㎛ 범위 내이다.
다시 도 5를 참조하면, 렌즈 형상 제조부(310)를 통과한 광 경화성 수 지(222)에는 복수 개의 렌즈 유닛(220a)을 포함하는 렌즈 형상부(220)가 형성된다.
이어서, 복수 개의 렌즈 유닛(220a)들이 형성된 렌즈 형상부(220)는 광 조사부(320)로 이동한다.
광 조사부(320)에서는 광 경화성 수지(222)를 경화시킬 수 있는 광, 예를 들어 자외선(UV)을 일정 시간 광 경화성 수지(222)에 조사하여, 렌즈 형상부(220)를 경화시킨다.
이와 같이 렌즈 지지부(210) 상에 플라이-아이-렌즈 형상의 렌즈 형상부(220)가 형성된 휘도 향상 시트(128b)는 선택적으로 상부 및 하부 표면에 보호 필름(330a 및 330b)이 씌워지는 단계를 더 거친 후, 휘도 향상 시트 권취롤에 감겨짐으로써 제조 공정이 완료된다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명에 따른 휘도 향상 시트의 제조 장치 및 방법에 의하면, 종래에 비해 간단한 방법으로 광의 굴절 성능을 향상시킬 수 있는 휘도 향상 시트를 제조할 수 있다.
또한 몰딩 방식에 의해 휘도 향상 시트를 제조함으로써, 제조 과정에서의 시 간 및 비용을 감소시키고 대량 생산이 가능하다.
본 발명에 따른 제조 장치 및 방법으로 제조된 휘도 향상 시트는 입사된 광을 이차원적으로 굴절시키기 때문에 종래의 휘도 향상 시트에 비해 향상된 이차원적인 광학적 성능을 갖게 된다.

Claims (12)

  1. 렌즈 지지부 상에 광경화성 수지를 도포하는 레진 공급부;
    상기 광경화성 수지의 표면에 복수 개의 렌즈 유닛들을 양각으로 형성하는 렌즈 형상 제조부; 및
    상기 복수 개의 렌즈 유닛들이 양각으로 형성된 광경화성 수지를 경화시키는 광 조사부를 포함하되,
    상기 복수 개의 렌즈 유닛들은 동일한 형상을 가지고 서로 외접하면서 상기 렌즈 지지부 상에서 행과 열을 이루어 플라이-아이-렌즈(fly-eye-lens)를 형성하는 것을 특징으로 하는 휘도 향상 시트의 제조 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제조 장치는 롤러 형성부를 더 포함하되, 상기 롤러 형성부는,
    원통형 롤러를 길이 방향 축으로 회전시키는 롤러 회전부; 및
    일정한 주파수를 가지고 상하 진동하며 상기 원통형 롤러의 회전하는 외면에 접촉하여 상기 복수 개의 렌즈 유닛들을 음각으로 형성하는 바이트(bite)를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘도 향상 시트의 제조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주파수는 1 kHz 내지 50 kHz 범위 내인 것을 특징으로 하는 휘도 향상 시트의 제조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 유닛은 직경 또는 장축이 1 ㎛ 내지 1 mm 범위 내인 반구형 또는 타원 반구형인 것을 특징으로 하는 휘도 향상 시트의 제조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 조사부를 통과하여 경화된 휘도 향상 시트 상에 보호 필름을 부착하는 보호 필름 부착부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휘도 향상 시트의 제조 장치.
  7. (a) 렌즈 지지부 상에 광경화성 수지를 도포하는 단계;
    (b) 상기 광경화성 수지 상에 복수 개의 렌즈 유닛들이 음각으로 형성된 롤러를 통과시켜 렌즈 형상부를 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 광경화성 수지에 광을 조사하여 상기 렌즈 형상부를 경화시키는 단계를 포함하되,
    상기 렌즈 형상부는, 플라이-아이-렌즈(fly-eye-lens) 형상인 것을 특징으로 하는 휘도 향상 시트의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    (b-1) 원통형 롤러를 길이 방향 축으로 회전시키는 단계; 및
    (b-2) 일정한 주파수를 가지고 상하 진동하는 바이트(bite)가 상기 원통형 롤러의 회전하는 외면에 접촉하며 상기 원통형 롤러의 외면에 상기 복수 개의 렌즈 유닛들을 음각으로 형성하여 상기 롤러를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휘도 향상 시트의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 주파수는 1 kHz 내지 50 kHz 범위 내인 것을 특징으로 하는 휘도 향상 시트의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 렌즈 유닛은 직경 또는 장축이 1 ㎛ 내지 1 mm 범위 내인 반구형 또는 타원 반구형인 것을 특징으로 하는 휘도 향상 시트의 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 단계 (c)를 거친 휘도 향상 시트 상에 보호 필름을 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휘도 향상 시트의 제조 방법.
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