KR100881332B1 - 도광판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선광원 또는 점광원을 광원으로 사용하는 도광판의 바닥면에서 정반사하는 반사 패턴을 가지는 고휘도 도광판을 제공하기 위한 것으로서, 또한 같은 반사 방법의 도광판 바를 별도 사용하여 점광원을 균일한 면광원으로 변화 출사시켜 이를 광원으로 도광판에 입사하여, 더욱 균등한 고휘도 액정표시장치를 제공한다.
도광판, 정반사, 경사면, V형 돌출

Description

도광판{LIGHT GUIDE PANEL}
도 1은 종래의 백라이트 유닛의 분해도,
도 2 내지 도 4는 도광판에서의 빛의 성질을 설명하기 위한 도면
도 5는 빛의 굴절에 관한 도면,
도 6은 도광판 내에 입사되는 빛의 굴절을 3차원으로 해석한 것,
도 8 내지 도 11은 본 발명의 정반사 이론을 설명하기 위한 도면들,
도 12는 본 발명의 반사패턴에 대한 기본 이론을 설명하기 위한 도면들,
도 13 내지 도 21은 본 발명에 의한 각종 실시례들을 설명한 도면들.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 도광판 110 : 상부면
120 : 바닥면 121 : V형 돌출부
122 : 정반사용 경사면
200 : 도광판 바
본 발명은 도광판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원으로부터 입사되는 빛의 반사효율 및 반사각을 개선한 고휘도의 도광판에 관한 것이다.
일반적으로 도광판은 선광원 또는 점광원에서 출발한 빛을 면광원으로 전환시키는 과정에서 빛의 양과 질(광의 출사시 분산각도, 직접투과광, 확산반사광)을 결정하는 중요한 요소로 알려져 있다. 예컨데 도광판은 액정디스플레이(Liquid Crystal Display : 이하 "LCD"라고 한다.), 평판디스플레이(Flat Panel Display)에 적용되는 백라이트 유닛(Back Light Unit)을 구성하는 핵심요소이다.
백라이트 유닛을 구성하는 방식은 광원의 위치에 따라 크게 광투과면 바로 아래에 광원을 위치시켜 면발광이 가능하도록 한 직하방식과, 도광판의 측면에 광원을 위치시켜 도광판의 바닥면에서 확산반사 및 정반사하여 면 발광하게 하는 두가지 방식으로 구분될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 측면 광원에 의한 백라이트 유닛의 개략적인 구성도이다.
백라이트 유닛은 프리즘시트(2,3), 확산시트(4), 반사시트(7), 측면에 위치하는 광원(5), 광원 카바(6), 도광판(8)으로 구성된다. 도 1에서 부호 1은 보호시트이다.
일반적인 도광판(8)은 광투과율이 좋은 아크릴 수지, 폴리카보네이트 등을 이용하여 광원에서 발산되는 광을 받아들여 바닥면의 인쇄 또는 요철 가공 등에 의하여 확산 반사하여 광의 경로를 도광판 상부면(즉, 출사면)으로 출사시켜 면광원을 구성하게 된다.
반사시트(7)는 바닥면 아래로 빠져 나오는 빛을 다시 반사시켜 도광판(8) 내로 돌려보내는 기능을 수행한다.
확산시트(4)는 도광판(8) 전면에서 투과되어 나오는 빛을 확산시켜 도광판 전면에 골고루 퍼지도록 하는 기능을 일차적으로 담당한다.
확산시트(4)에서 골고루 퍼져 나오는 빛을 프리즘시트(2,3)에서 평판디스플레이의 목적에 맞게 빛을 굴절 및 집광하여 백라이트 표면에서 최종적으로 균일한 각도와 휘도로 빛이 발산될 수 있도록 한다.
도광판 제조 기술은 크게 두가지이며, 하나는 바닥면에 반사재질의 무늬를 갖는 스크린 인쇄 방식과, 다른 하나는 미세한 거칠기를 갖는 요철을 주는 V형 홈 컷팅 방식이다.
스크린 인쇄 방식은 오래된 방식으로 생산비가 낮으며 대량 생산할 수 있는 장점으로 인하여 현재까지도 발전하여 사용되는 기법이다. 단점으로는 도광판 휘도를 높이기에는 한계가 있다는 점이다. 최근 별도 필름에 반사소재를 인쇄, 부식, 엠보싱 효과를 주어 도광판 밑면에 접착시켜 휘도를 높이고 균일하게 하는 발전은 이루었지만 V형 홈 컷팅만큼의 휘도를 높이지는 못하였다.
V형 홈 컷팅 방식은 삭각의 깊이, 각도 배열, 컷팅 방식에 따라 상당한 발전 과 효율이 향상되었으며, 특히 컷팅 방식은 다이아몬드 날 컷팅에서 레이저 컷팅으로 발전되면서 깊이, 배열의 정확성, 미세한 입자 등이 가능하여 확산반사의 효율을 극대화하였다.
그러나 이와 같은 종래 기술의 도광판은 고휘도에 대한 욕구를 여전히 만족시키지 못하고 있는 실정이다.
종래 기술에서 고휘도를 구현할 수 없는 근본적인 문제점 중 하나는 종래 기술의 도광판은 바닥 반사패턴에서 확산반사되어진 광 중에서 일부분만 도광판 상부면으로 투과되어 면광원으로 활용되기 때문이다. 여기서 일부분이란 램프광원 전체 부분에서 손실되고 남은 약 60%정도로 알려져 있다. 손실되어진 광량은 대략적으로 다음과 같다.
(1) 아크릴의 광투과율에 따른 흡수, 소멸, 전반사 및 빛의 이론으로 설명되지 않는 미세한 양
(2) 광원카바에서 잔류하는 양
(3) 도광판에 입사되어진 광 중에서 수평 및 수평에 가까운 각도로 입사되어진 광(이하 "수평광"이라 칭한다.)(아크릴의 굴절율 1.49의 영향으로 공기중에서 아크릴에 빛이 입사될 때 임계각 42.1° 내에서 입사하게 되고 그 빛은 수평방향으로 상당히 많이 굴절하게 된다.)
(4) 도광판의 바닥면에서 정반사보다 확산 반사가 대부분인 관계로 확산 반사에 의한 빛에너지 감소량
(5) 반사 패턴면에 늦게 도달하거나 도달되지 않고 도광판 내에서 연속적 반 사로 빛 에너지가 소멸되는 양.
(6) 도광판에서 출사된 빛이 액정표시장치에 사용되기 위하여 확산시트 및 프리즘시트를 거쳐 집광되기까지의 손실
상기와 같은 빛의 손실 중 바닥면에서 확산반사에 의하여 소실되는 빛의 양이 많은 부분을 차지하며, 또한 확산반사된 빛 중 면광원으로 활용되지 못하고 소멸되는 양이 많은 구조적인 문제점을 안고 있다.
도 2 및 도 3은 종래의 도광판(8)의 바닥면에 마련된 반사패턴(S)에 의하여 빛이 도광판(8) 내부에서 확산반사되는 상태를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 바닥면에서 확산반사하여 상부면으로 출사를 유도하는 과정에서 많은 양의 빛이 출사되지 못하고 재반사되어 급격히 빛에너지를 잃어버린다. 사람의 눈으로는 반사패턴이 밝게 인지되고 있으나 실제로는 확산된 빛의 수직방향으로 84.2°(42.1° + 42.1°) 이내의 각을 갖는 빛만 출사되고 그 이외의 각을 가지는 빛은 아크릴의 굴절률로 인하여 도광판(8) 내에 잔류하여 재반사되어 다른 반사패턴에서 또다시 확산반사되며, 이 과정을 되풀이하면서 빛 에너지가 급격히 감소하게 된다.
한편 수직방향으로 84.2° 이내의 각으로 출사된 빛 중에서 도광판 상부면에 수직한 수직선을 중심으로 좌우 20°, 즉 내부각이 40°이내의 각을 유지하는 빛만이 강한 에너지를 가지며, 나머지 출사되는 빛 중에서 내부각이 40°~84.2°를 유지하는 빛은 약한 에너지를 가져 유용하게 활용되지 못한다.
이러한 현상의 검증은 매우 손쉽게 수행될 수 있다.
즉 도 4에 나타낸 바와 같이, 바닥면에 짧은 1자형의 V자형 홈 컷팅(G) 후 단일 적색 직선광을 주사하여 컷팅부(G) 상층에서 육안 또는 백색판(W)으로 확인하면 약 40°이내로 출사된 빛만이 투영되고, 그 이상의 각을 가지는 빛은 강도가 약하거나, 또는 도광판의 수평각도 가까이 출시되거나, 많은 양이 도광판 내에 재반사되어 면광원으로 사용되지 못하는 것을 확인할 수 있다.
또한 종래의 도광판(8)은 반사패턴 하부로도 확산반사됨으로써 반사시트(7)에서 재반사되어 도광판에 입사되는 과정에서 많은 손실이 발생하는 문제점이 있다. 이는 반사시트의 유무, 반사시트의 종류에 따라 상부층 밝기가 다르게 측정되는 것 등으로 충분히 확인될 수 있는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 도광판 내부에서 확산반사를 방지하고 이에 따른 빛에너지 소멸에 의한 손실이 최소한으로 이루어지도록, 입사된 빛을 도광판의 상부면(출사면)으로 수직 또는 수직에 가깝게 정반사시킴으로써 최대한 많은 양의 빛을 출사시킬 수 있고 높은 빛 에너지를 갖는 고휘도, 고효율 도광판을 구현하는 것을 목적으로 한다.
즉 종래의 미세한 거칠기를 갖는 V형 홈 등과 같이 확산반사를 유도하기 보다는 오히려 정반사가 일어나도록 반사 구조를 변화시켜 도광판 내부로 입사되는 광을 최대한 정반사시키도록 하는 것이다.
그리고 점광원의 사용시 본 발명의 도광판을 별도의 도광판 바로 활용하여 점광원을 선광원 및 면광원으로 변화시켜 광원으로 사용하는 균일한 고휘도 도광판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 입사되는 광원에 대하여 직각방향으로 형성되는 정반사용 경사면이 도광판의 바닥면에 광원의 입사 방향을 따라 복수로 형성되는 것을 특징으로 한다.
정반사용 경사면이란, 난반사를 최대한 억제하며 정반사를 최대화할 수 있도록 처리된 경사면을 말하며, 본 발명에서는, 적어도 일면에 정반사용 경사면이 형성된 V형 돌출부와, 45°의 기울기를 가지는 정반사용 경사면에 의하여 구현된다.
상기 및 이하에서 도광판의 의미는 좁은 의미의 도광판은 물론이며, 넓은 의미로서 도광판 바로 활용되는 도광판, 혹은 도광판에 도광판 바가 부착된 도광판 조립체를 의미하기도 한다. 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 기술자라면 도광판, 도광판 바, 도광판 조립체 어느 것이나 본 발명의 기본적인 개념을 적용함에 있어 아무런 문제가 없을 것으로 이해된다.
먼저 본 발명에서는 상술한 바와 같이 도광판의 구조를 변경하여 고휘도를 달성하는데 그 목적이 있으므로, 이를 위하여 기존의 도광판과 관련되어 알려진 빛 에 관한 이론들을 먼저 설명하기로 한다.
광원에서 출발하여 도광판(100, 아크릴) 내부로 입사되는 광의 입사각(θ1)과 굴절각(θ2)은 도 5와 같은 관계를 가지게 된다.
이때 매질 n1은 공기의 굴절율(1)이며, n2는 아크릴의 굴절율(1.49)이다.
그리고 이때의 상대굴절율은 1.49/1이다.
물론 아크릴 내에서 공기중으로 출사될 때의 굴절각은 상대굴절율이 1/1.49이므로, 입사각과 굴절각의 관계는 도 5의 표와 반대로 나타난다.
여기서 공기중에서 아크릴 내부로 입사될 때, 입사각이 90°이면 이때 아크릴은 임계각 42.1°가 된다.(이하에서는 경우에 따라 42.1°를 42°로 표기하기도 한다.)
그리고 입사각이 73.5°이상인 경우 굴절각이 40°이상으로 되며, 이러한 입사각을 가지는 빛의 유효성분은 극히 미미하므로 이하에서는 경우에 따라 무시하기로 한다.
도 6의 (a)와 같이 측면광원에서 출발한 빛은 도광판(아크릴) 내부로 입사되는 순간 아크릴의 굴절율에 의하여 x축, y축, z축의 3성분의 방향성을 가지는 굴절이 발생하게 된다.
한편, 상기 및 하기에서 특별한 언급이 없다면 빛의 입사방향이란 도 6과 같은 경우에서 x방향을 호칭하는 것이다.
이를 다시 도 6의 (b),(c),(d)와 같이 xz단면, xy단면, yz단면으로 나누어 살펴본다. 각 도면의 우측에 표시된 그래프는 굴절각에 따른 광 벡터량 분포도이다.
도 6의 (b)에서 xz단면의 경우 입사광은 0°~ 90° 모두 진입할 수 있지만, 전반사 영향으로 각의 크기에 따라 진입량의 차이가 나고, 0°에서 90°로 갈수록 진입량이 적어지게 된다. 그리고 아크릴 내부로 진입된 빛은 아크릴의 굴절율에 의하여 0°~ 42.1°이내의 각을 가지게 된다.
한편, 이와 같이 아크릴 내부로 진입된 빛이 도광판의 상부면으로 출사될 경우 출사시 각은 도광판의 상부면에 수직인 법선에 대하여 47.9°~90°가 되며, 이는 모두 아크릴 임계각 42.1°보다 크므로, 외부로 출사될 수 없고 모두 전반사된다.
이러한 점은 반사패턴이 없는 투명한 도광판 한면에서만 광원을 조사할 경우 상하부면으로는 전혀 출사되는 빛이 없고 광원의 반대편으로 모두 빠져나가는 것을 보더라도 쉽게 알 수 있다.
도 6의 (c), (d)에서 xy단면, yz단면측에서 보면 모든 빛이 42.1°이내의 각을 가지므로 모두 출사될 수 있는 각도를 가진다. 하지만 이 빛 자체로는 xz단면의 성질을 동시에 가지므로 모든 빛이 측면 상,하면 어느쪽으로도 출사되지 못하고 광원 반대편으로 빠져나가게 된다.
따라서 도 6에서 확인되는 바와 같이 도광판 내의 빛은 아래와 같이 일정한 패턴을 가지고 움직임을 알 수 있다.
1) 도광판 내에 입사된 빛은 0°-임계각(42.1°) 이내의 각을 가지고 진행한다.
2) 도광판 내에 입사된 빛은 0°에서 가까울수록 빛의 에너지가 높아진다.
3) 도광판 내에 입사된 빛은 임계각에서 가까울수록 빛의 에너지가 낮아진다.
이하 본 발명의 기본 원리들을 설명한다.
상기와 같은 패턴을 가지는 빛의 진행을 이용하여 바닥면에 가장 좋은 반사각을 가지는 V형 돌출부를 형성하고, V형 돌출부의 표면 혹은 바닥면 전체에 정반사 처리(정반사용 반사코팅막 처리)를 행함으로써 빛의 정반사를 유도하여 고휘도의 도광판을 구현할 수 있다.
먼저 정반사 처리(정반사용 반사코팅막 처리)를 설명한다.
종래의 인쇄 도트 방식이나 V형 홈 컷팅 구조에서의 확산반사나 반사시트 등과 같이 그 매질 자체가 발광하는 것은 그만큼 빛의 손실이 발생하게 된다. 이러한 손실을 없애기 위하여는 도달한 빛 자체를 그대로 정반사하여야 하며, 이를 위하여 거울면 및 반사코팅막 처리가 유용한 방법이다.
이러한 정반사 처리는 도달한 빛의 전부를 정반사하도록 유도하게 된다. 즉, 정반사용 경사면에 입사된는 빛이 임계각보다 큰 입사각을 가지는 경우에도, 굴절되거나 투과되거나 혹은 난반사됨 없이 모두 정반사되도록 하기 위한 것이다.
따라서 본 발명에서 구현되는 V형 돌출부의 표면(또는 도광판의 바닥면의 표 면 전체)에 정반사 처리(정반사용 반사코팅막 처리)를 행하게 되며, 이러한 정반사 처리 방법은 일반적인 거울면 처리 기법인 진공증착법에 의한 알루미늄 증착, 질산은 증착 방법이나 크롬 도금, 백색 반사코팅막 등 여러가지 방법으로 가능할 것이다.
반사코팅막 처리에는 정반사용 반사코팅막 처리와 난반사용 반사코팅막 처리가 알려져 있으며, 본 발명에 적용되는 기술은 정반사용 반사코팅막 처리에 관한 것이다.
도 7은 선광원이 도광판에 입사되어 0°~ 42°의 각으로 굴절된 후 V형 돌출부에서 반사되는 상태를 보이고 있다.
정반사가 발생할 경우 정반사용 경사면에 대하여 빛의 입사각과 빛의 반사각은 서로 동일하게 된다.
도 7의 (a),(b),(c)에서 확인되는 바와 같이 정중앙이 수직으로 반사되도록 V형 돌출부를 구성하기 위하여는 V형 돌출부가 이루는 내각이 111°이어야 하며, 전체 광원이 출사 가능한 V형 돌출부의 내각은 90°~132°이다.
도 7에서 정반사용 경사면에 입사되는 빛은 점선 형태의 화살표이며, 정반사용 경사면에서 반사되는 빛은 실선 형태의 화살표이다.
또한 본 실시례에서 V형 돌출부는 도광판의 상부면에 수직인 법선에 대하여 동일한 각도로 벌려진 형태를 이룬다고 가정하였다. 이는 도광판의 양측면에 광원이 위치할 경우 V형 돌출부는 두개의 정반사용 경사면에 의하여 형성되며, 이때 두개의 정반사용 경사면은 도광판의 상부면에 수직인 법선에 대하여 동일한 기울기를 가질 것이기 때문이다.
그러나 만일 도광판의 일측면에만 광원이 위치할 경우 광원을 정반사하기 위하여 필요한 정반사용 경사면은 오직 하나뿐이다. 즉 V형 돌출부는 기본적으로 두개의 경사면에 의하여 형성되지만, 이때 정반사용 경사면으로서의 의미가 있는 경사면은 오직 한 개의 면이 된다. 그리고 이때 그 정반사용 경사면은 도광판의 상부면에 대하여 수직인 법선에 대하여 일정의 기울기가 필요하게 되며, 도 7에 적용될 경우 그 기울기는 45°~66°이다. 이때 정반사용 경사면으로 활용되지 않는 경사면은 정반사용 경사면으로 활용되는 경사면과 다른 각도를 가질 수 있다.
도 8은 광폭이 130°(즉, 130°앵글)인 점광원이 도광판에 입사될 때의 V형 돌출부에서의 반사각을 보이고 있다.
점광원은 대체적으로 광폭 130°가 주로 사용되며, 광폭이 130°일때 도광판에 입사되는 광폭은 수평을 기준으로 상부로 65°, 하부로 65°까지의 폭으로 도광판에 입사되며, 이때 발생하는 굴절각은 도 5의 관계에 의하여 -37.5°~0°(수평)~37.5°이다. 이때 상부로 굴절되는 -37.5°~0°의 빛은 상부면에서 전반사되어 다시 0°~37.5°의 빛으로 방향을 바꾸므로, 결과적으로 모든 빛이 도광판 내에서 0°~37.5°의 방향을 가지면서 바닥면을 향하게된다.
따라서 광폭 130°의 점광원은 도광판 내에서 굴절각 0°~37.5°이며, 도 8의 (a), (b), (c)에서 확인되는 바와 같이, 정중앙이 수직으로 반사되도록 V형 돌출부를 구성하기 위하여는 V형 돌출부의 내각이 108.75°이며, 전체 광원이 출사 가능한 V형 돌출부의 내각은 85.5°~132°이다.
물론 이 경우에도 V형 돌출부 중 오직 하나의 경사면만이 정반사용 경사면으로서 의미가 있을 경우에는, 정반사용 경사면이 도광판 상부면에 수직한 법선에 대하여 42.75°~66°의 기울기를 가지는 경우에 전체 광원의 출사가 가능하게 된다.
한편, 수평광인 점광원(광폭이 약0°~10°)일 때 도광판에 입사되어 발생하는 굴절각은 도 5의 관계에 의하여 거의 0°(즉, 수평)이다. 이때 0°의 굴절각을 수직으로 반사하는 V형 돌출부의 내각은 90°이다. 그러나 수평광이 입사될 경우 도 9의 (a)와 같은 V형 돌출부는 필요가 없으며, 이러한 경우에는 도 9의 (b)와 같은 45°의 기울기를 가지는 정반사용 경사면으로 충분하다. 즉 45°의 정반사용 경사면이 계단형태로 돌출높이만큼씩 높아지며, 정반사용 경사면에 대한 입사각(45°)이 도광판의 임계각(42.1°)보다 크므로, 정반사용 경사면의 표면(또는 도광판의 바닥면 전체)에 아무런 정반사용 반사코팅막 처리를 하지 않은 경우에도 모든 빛이 정반사되어 상부면(출사면)으로 수직 출사된다.
도광판에서 출사된 빛은 액정표시장치의 입사면 편광시트에 입사된 후 액정표시장치 내부의 모든 구조를 통과한다. 이때 액정표시장치에 유효하게 입사될 수 있는 광폭은 편광시트, 액정, 액정구동장치, 노광인쇄 등의 발전으로 점진적으로 그 효율성이 상승하였다. 최근 도광판 상부 출사면에 프리즘을 성형한 프리즘 도광판 및 프리즘 시트의 경우 약 90°프리즘 각을 주로 사용하며, 이때 최대 집광 출 사각은 약 45°가 된다.
최대 출사각 45°에 적합한 V형 돌출부의 내각은, 도 10에 도시된 바와 같이, 118.3°이다.
도광판의 두께는 날이 갈수록 빛의 효율성, 완제품 디자인 면에서 유리한 더욱더 얇은 두께를 요구한다.
예컨데,0.4mm두께의 2인치 도광판에 광폭 130°의 점광원을 광원으로 사용할 때 108.75°의 내각을 가진 V형 돌출부에서 에너지가 강한 빛의 출사폭은 약 0.14mm이다.(도 11의 (a) 참조) 이때 균일한 면광원을 만들려면 그 강한 빛의 출사폭이 2회 이상 중복되는 것이 바람직하다. 이를 위하여 V형 돌출부의 간격(피치) 0.07mm, 도광판 길이 45mm일 때 V형 돌출부의 개수 약 640개, 최소돌출높이 약 0.006mm, 최대돌출높이 약 0.020mm, 최대돌출높이와 최소돌출높이의 차이 0.014mm, V형 돌출부 각각의 평균 높이 차이 약 0.000022mm가 된다. 이러한 사양은 10nm 단위의 높이 축 가공 정도를 요구하는 금형이므로, 금형 제작 및 양산 과정에서 어려운 작업이 될 수 있다.
그러므로 액정표시장치의 최대 집광 출사각(예건데 약 45°)까지 활용하는 것이 바람직할 것이다. 도 11의 (b)는 최대 집광 출사각을 이용하는 도광판을 도시한 것이다. 이때 에너지가 강한 빛의 출사 분포 또한 좀더 넓고 고르게 분포시킬 수 있어 면광원의 균일도가 함께 좋아질 수 있다.
그러므로 빛 에너지를 최대한 활용하고 균일한 면광원을 만들 수 있는 V형 돌출부의 내각은 100°~120°가 적당하며, 상업용 디스플레이 판넬, 조명장치 및 건축용 조명에서는 V형 돌출부의 내각은 보다 넓게 적용될 수 있을 것이다.
V형 돌출부의 내각이 100°~120°인 것은, V형 돌출부에서 오직 하나의 경사면만이 정반사용 경사면으로 사용될 때, 그 정반사용 경사면은 도광판의 상부면에 수직인 법선에 대하여 50°~60°의 기울기를 가지는 것과 동일하다.
도 11의 (a) 및 (b)에서 상부의 그래프는 빛이 출사되는 지점에서의 출사광의 빛 에너지를 그래프화한 것이다.
앞서 설명한 바와 같이 수평광원에서는 V형 돌출부를 이용할 필요없이, 45°의 정반사용 경사면이 계단형으로 형성되는 것만으로도 충분하다.
다음은 정반사용 경사면의 패턴에 관하여 설명한다.
먼저 스크린 인쇄 방법은 20여년간 사용하면서 패턴에 관하여 많은 발전이 있었다.
모든 도광판의 패턴 구조의 원리는 스크린 인쇄 도트 방식의 패턴 원리와 같다.
즉, 도광판 패턴에는 2가지 역할이 있다. 그 하나는 인쇄부분 즉 도트와 같이 확산반사하여 출사시키는 역할과 다른 하나는 무인쇄부분으로 정반사하는 역할로, 후자의 역할은 광원에서 먼쪽의 도트에 빛을 보내어 그 먼쪽의 도트에서 확산반사하여 출사시키도록 하는 것이다.
그라테이션 에칭 방식 또한 같은 원리로 인쇄와 무인쇄 역할 부분이 미세하게 분포되어 있는 같은 원리이다.
도트 패턴은 같은 X축(도 6참조) 상에서 광에서 멀어질 수록 도트가 점점 커져가며, Y축(도 6참조)으로는 같은 크기의 도트로 배열되어 있다.
본 발명의 패턴은 이 도트 패턴 구조와 흡사하다.
도 12의 (a)는 종래의 도트 패턴의 모식도이며, 도 12의 (b)는 본 발명에 의한 V형 돌출부의 패턴을 도시한 것이다.
도 12의 (a)에서 a-b는 입광부이며 또한 확산반사하여 출사시키는 부분이며, b-c는 정반사하여 뒤로 보내는 부분이다.
도 12의 (b)에서 e-f는 입광부이며, f-i는 정반사하여 출사시키는 부분이며, f-g는 정반사하여 뒤로 보내는 부분이다.
a-b와 e-f, b-c와 f-g는 단면상 크기는 다르지만, 평면상(xy면)으로는 a-b 각 도트 면적의 합과 e-f 면적은 같고, b-c와 f-g의 면적이 같다. 결론적으로 도광판 내의 도트 전체 면적의 합(도 12의 a-b구간의 면적의 합)과 V형 돌출부의 면적(도 12의 e-f 구간의 면적)의 합은 일치한다. 그러므로 두 패턴은 모양만 다를 뿐 패턴 원리나 그 기능이 동일하다.
두 패턴 구조를 비교하면, 도트 패턴에서는 확산 반사되어 입광량에 비하여 출사량이 매우 적으며 출사후의 빛 에너지 및 출사 각도가 좋지 않다. 반면 V형 돌출부의 패턴에서는 입광량 전부가 정반사되어 수직방향각도로 높은 빛 에너지를 가지며 출사된다.
또한 도트에서는 스크린 망점 크기(5/100 mm)정도의 정밀성 밖에 구현할 수 없지만, V형 돌출부에서는 10nm정도의 정밀한 패턴을 구현하며 면광원의 균일성과 빛의 활용성이 높은 고휘도 도광판을 제공할 수 있다.
이하 본 발명에 의한 실시례들을 설명한다.
- 제1실시례(도 13 참조)
두께가 균일한 도광판(100)에서 소정의 내각을 가지는 V형 돌출부(121)가 바닥면(120)에 복수로 형성된다. 하나의 V형 돌출부(121)는 입사되는 광원에 대하여 직각방향(즉 도 6의 y방향)으로 동일한 형태, 즉 동일한 단면을 가지면서 형성된다. 또한 V형 돌출부(121)는 광원의 입사 방향을 따라 복수로 마련된다. 이때 각각의 V형 돌출부(121)는 모두 동일한 내각을 가진다.
광원이 위치한 면, 즉 입광면(130) 가까이 위치한 V형 돌출부(121)의 크기(즉, 본 실시례의 경우 하부로 돌출된 높이)는 작으며, 바닥면(120)에서 V형 돌출부(121)가 형성되지 않은 면의 간격(즉, V형 돌출부간의 간격)은 넓다. 그리고 광원에서 멀어질수록 V형 돌출부(121)의 돌출 높이는 더욱 커지며, 바닥면(120)에서 V형 돌출부(121)가 형성되지 않은 면의 간격(즉, V형 돌출부간의 간격)은 좁아진다.
즉, 도 13의 (a)와 같이 양측면에 광원이 위치할 경우 양측의 입광면(130)으로부터 작은 돌출 높이를 가진 V형 돌출부(121)가 형성된 후 중앙부로 갈수록 높은 돌출 높이를 가진 V형 돌출부(121)가 형성되며, 중앙을 중심으로 대칭을 이루게 된다.
도 13의 (b)와 같이 일측면에 광원이 위치할 경우 일측의 입광면(130)으로부터 작은 돌출 높이를 가진 V형 돌출부(121)가 형성된 후 입광면(130)의 반대편으로 향할 수록 높은 돌출 높이를 가진 V형 돌출부(121)가 형성된다.
이때 V형 돌출부(121)의 간격이 좁을수록 정밀한 정반사 패턴이 이루어지며 균일한 면광원을 만들 수 있다.
한편, 광원의 입사방향을 따라 발생하는 인접한 돌출부간의 크기 차이는 광원에서 멀어질수록 더욱 증가한다. 따라서 상기 V형 돌출부의 세개의 꼭지점을 인접하는 V형 돌출부의 대응하는 세개의 꼭지점과 각각 연결하는 것을 반복하면, 등비례로 증가하는 직선이 아니고 광원에서 멀어질 수록 그 증가량이 증가하는 비구면 2차 곡선이 확인될 수 있다.
- 제2실시례(도 14 참조)
제1실시례에서 V형 돌출부(121)의 끝부분의 높이를 같게 하여 같은 평면상(즉, 수평면)에 놓이게 되면 도광판(100) 내부에서 돌출 높이의 차이만큼의 계단이 형성된다. 즉, 도광판(100)의 바닥면(120)은 광원의 입사방향을 따라 계단 형태로 형성되며, V형 돌출부(121)는 각각의 계단의 시작부위 혹은 끝부위에 형성되는 것이다. 이러한 실시례는 계단의 높이만큼 수평광을 활용할 수 있어 휘도가 증가한다.
- 제3실시례(도 15 참조)
제2실시례에서 입광면(130) 측에서는 V형 돌출부(121)의 한쪽 경사면에 별도의 높이를 작게 첨가하고, 광원에서 멀어질수록 V형 돌출부(121)의 한쪽 경사면에 별도의 높이를 더욱 크게 첨가하여 높이고, V형 돌출부(121)의 아래 꼭지점을 첨가된 높이만큼 위로 높인 것이다. 이는 첨가된 높이만큼 제2실시례보다 수평광을 활용할 수 있어 휘도가 더욱 증가한다.
- 제4실시례(도 16 참조)
제1실시례에서 1개의 V형 돌출부(121)를 같은 돌출각을 가지는 여러개의 분할 V형 돌출부(121a)로 나누어 도 16과 같이 실시할 수 있다. 이는 여러개로 나누어진 분할 V형 돌출부(121a)의 합은 하나의 본래의 V형 돌출부(121)의 입광부 면적과 같으므로 기본적으로 입광량과 반사량은 같다.
하나의 V형 돌출부(121)가 분할된 분할 V형 돌출부(121a)는 하나의 V형 돌출부(121)에 비하여 더욱 균일한 면광원을 얻을 수 있다.
- 제5실시례(도 17 참조)
도 17과 같이 여러개의 V형 돌출부(121)의 크기 및 그 돌출각이 동일하게 실시할 수 있다.
이때 입광면(130)측에서의 V형 돌출부(121)간의 간격은 넓고, 광원에서 멀어질수록 V형 돌출부(121)간의 간격은 좁게 형성된다.
이와 같이 패턴을 구성하면 금형 제작 과정이 간단하게 되며, V형 돌출 부(121)의 간격이 좁은 정밀한 패턴으로서 균일한 면광원을 얻을 수 있다.
- 제6실시례(도 18 참조)
본 실시례에서는 도광판(100)의 바닥면(120) 자체가 경사지도록 하였다. 즉, 도광판(100)의 바닥면(120)이 광원의 입사방향을 따라 높이가 상승하는 경사진 바닥면(120)이다.
따라서 입광면(130)에서 가까운 곳은 도광판(100)의 두께가 두껍고 입광면(130)에서 멀어질수록 도광판(100)의 두께가 얇은 형태를 가진다.
이는 제1실시례 내지 제5실시례의 바닥면(120)과 상부면(110)이 평행한 도광판(100)과는 상이한 것이다.
도 18의 (a), (b)는 일측에 광원이 위치한 쐐기 형태이며, 도 18의 (c)는 양측에 광원이 위치하여 중앙부로 갈수록 두께가 얇아지는 나비형이 된다.
이와 같이 바닥면(120) 자체에 경사를 둔 후 그 바닥면(120)에 다시 V형 돌출부(121)를 상기의 실시례들을 참조하여 실시하였다.
도 18의 (a)는 제1실시례(도 13)의 개념이 적용된 것이며, 도 18의 (b), (c)는 제5실시례(도 17)의 개념이 적용된 것이다.
이러한 형태들은 수평광이 일부 활용되어 휘도가 증가할 수 있다. 물론 제3실시례(도 15)와 비교하여 수평광 활용율은 낮지만, 정밀한 패턴으로 균일한 출사량을 얻을 수 있다.
- 제7실시례(도 19 참조)
제1실시례 내지 제6실시례에서의 V형 돌출부가 형성되는 도광판의 경우, V형 돌출부의 표면만, 혹은 도광판의 바닥면 전체(V형 돌출부 포함)가 정반사 처리(정반사용 반사코팅막 처리)가 되어야 한다.
그러나 수평 또는 수평에 가까운 광을 광원으로 사용하는 도광판에서는 V형 돌출부 없이 45°의 기울기를 가지는 정반사용 경사면(122)이 계단형태로 형성되는 것이 효율적이다. 이때 45°의 기울기를 가지는 정반사용 경사면(122)의 표면에는 반사코팅막 처리가 불필요하다.
도 19의 (a)는 입광면(130) 측에서는 낮게, 광원에서 멀어질수록 높아지는 45°의 정반사용 경사면(122)이 계단형으로 형성된 것이며, 도 19의 (b)는 같은 크기의 정반사용 경사면(122)이 입광면(130) 측에서는 그 간격이 넓고 광원에서 멀어질수록 정반사용 경사면(122)간의 간격이 좁아지도록 한 것이다.
즉, 도광판(100)의 바닥면(120)이 광원의 입사방향을 따라 계단형태로 상승하며, 정반사용 경사면(122)은 각각의 계단의 시작부위 혹은 끝부위마다 형성된다.
- 제8실시례(도 20 참조)
2개 이하의 점광원을 사용하는 소형 도광판에서 균일한 입사 면광원으로 활용되기 위하여 제1실시례 내지 제7실시례의 패턴을 이용하여 도광판 바(200)를 별도 제작하여 도 20과 같이 도광판(100)에 장착하여, 도광판 바(200)에서 균일한 면광원을 만들어 도광판(100)에 입사시킬 수 있다. 즉 본 발명의 개념이 도광판 바(200)에 적용된 것이다.
이는 점광원 사용시 광원 자체의 활용도를 높이며, 입사면에 프리즘을 형성시킨 도광판에서 생길 수 있는 휘선을 없앤 균일한 면광원을 만들 수 있으며, 또한 도광판 바를 사용함으로써 xy 단면에서 정반사 집광되어 확산 프리즘 시트가 필요없는 고휘도 고효율 도광판으로서, 액정표시장치에 균일한 면광원을 제공할 수 있다.
- 제9실시례(도 21 참조)
도 20에서 수평광 점광원을 2개 이하로 사용하는 소형 도광판에서는 제8실시례와 같이 도광판 바를 별도로 장착하지 않고, 입광 끝단부에 제7실시례의 패턴을 실시하여 도광판 바와 도광판을 일체로 형성하여 실시한다.
결과적으로 본 실시례의 경우 도광판(100)의 측면(140)에도 정반사용 경사면이 형성된 것이다.
상기의 실시례는 본 발명의 바람직한 실시례일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상은 당업자에 의하여 다양하게 변형 내지 조정되어 실시될 수 있다. 이러한 변형 내지 조정이 본 발명의 기술적 사상을 이용한다면 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
상기와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 확산반사를 이용하지 않고 정반사를 이용함으로써 고휘도와 액정표시장치의 고효율성을 달성할 수 있으며, 반사시트, 확산시트 및 프리즘 시트가 불필요하게 되어 부품의 간소화와 조립비의 절감으로 생산단가가 매우 낮으며, 적은 부품을 사용하여 조립성이 단순 양호하게 된다.
또한 그 조립 구조 혹은 모듈구조가 단순하게 되어 조립 후 최종적인 전체 두께가 얇아짐으로 제품의 디자인성이 우수하다.
또한 균일한 면광원으로 액정표시장치에서 고선명 화질을 구현할 수 있으며, 고휘도에 따른 광원의 절감으로 소비전력이 절감되어 휴대성 제품의 사용시간이 늘어날 수 있다.
또한 광원 대비 출사 광량이 대폭 증가하고 출사각을 임의로 조정할 수 있으므로 상업용 디스플레이 판넬, 건축용 조명, 조명기기 등의 다양한 광원으로 활용할 수 있다.

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 입사되는 광원에 대하여 직각방향으로 형성되는 정반사용 경사면이 도광판의 바닥면에 광원의 입사 방향을 따라 복수로 형성되며, 상기 정반사용 경사면은 상기 도광판의 바닥면에 형성되는 V형 돌출부의 양면 중 한면 이상이며, 상기 복수의 V형 돌출부는 모두 동일한 내각을 가지며, 상기 V형 돌출부의 표면은 정반사 처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 V형 돌출부의 정반사용 경사면은 상기 도광판의 상부면에 수직인 법선에 대하여 50°~60° 사이의 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 정반사 처리는 정반사용 반사코팅막 처리인 것을 특징으로 하는 도광 판.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 정반사 처리는 상기 도광판의 바닥면 전체에 대하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 V형 돌출부는 광원에서 멀어질수록 그 크기가 커지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제 6 항에 있어서,
    광원의 입사 방향을 따라 발생하는 상기 V형 돌출부간의 크기 차이는 광원에서 멀어질수록 더욱 증가하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 도광판의 바닥면은 광원의 입사 방향을 따라 계단 형태로 형성되며, 상기 V형 돌출부는 각 계단의 시작부위마다 형성되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  9. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 V형 돌출부간의 간격은 광원에서 멀어질수록 좁아지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  10. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 도광판의 바닥면은 광원의 입사 방향을 따라 높이가 상승하는 경사 바닥면인 것을 특징으로 하는 도광판.
  11. 입사되는 광원에 대하여 직각방향으로 형성되는 정반사용 경사면이 도광판의 바닥면에 광원의 입사 방향을 따라 복수로 형성되며, 상기 정반사용 경사면은 광원의 입사방향에 대하여 45°의 기울기를 가지는 정반사용 경사면이며, 상기 도광판의 바닥면은 광원의 입사 방향을 따라 계단 형태로 형성되며, 상기 정반사용 경사면은 적어도 각 계단의 시작부위마다 형성되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 정반사용 경사면은 광원에서 멀어질수록 그 크기가 커지는 것을 특징으 로 하는 도광판.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 정반사용 경사면간의 간격은 광원에서 멀어질수록 좁아지는 것을 특징으로 하는 도광판.
  14. 제 2 항에 있어서, 상기 도광판은 도광판 바로 이용되는 것을 특징으로 하는 도광판.
  15. 도광판에 있어서, 입사되는 광원에 대하여 직각방향으로 형성되는 정반사용 경사면이 도광판의 측면에 광원의 입사 방향을 따라 복수로 형성되며, 상기 정반사용 경사면은 광원의 입사방향에 대하여 45°의 기울기를 가지는 정반사용 경사면이며, 상기 도광판의 측면은 광원의 입사 방향을 따라 계단 형태로 형성되며, 상기 정반사용 경사면은 적어도 각 계단의 시작부위마다 형성되는 것을 특징으로 하는 도광판.
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