KR101020121B1 - 백라이트 도광판과 그 제조장치 및 운용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 HDTV 및 3D TV용 직사각형 도광판의 단변을 정삭 가공하여 많은 빛을 입사하도록 하고 장변은 황삭 가공하여 내부에서의 산란이 원활하도록 하는 것으로 도광판 측면을 가공하는 스크레이퍼와 다이아몬드 툴의 수명을 연장하고 도광판의 생산성을 높이는 백라이트 도광판과 그 제조장치 및 운용방법에 관한 것으로 특히, 제어부의 제어신호에 의하여 동일한 크기와 형상으로 재단되어 정렬된 상기 다수의 도광판을 단위 각도로 좌회전과 우회전하고 구동부의 구동력에 의하여 이동하는 정렬부, 정렬부가 클램핑한 도광판의 측면을 빛의 투과와 반사가 용이하도록 연삭 가공하는 연삭부, 정렬부가 클램핑한 도광판의 단변에 산란패턴을 스크레이퍼로 가공하는 패턴가공부, 정렬부가 클램핑한 도광판의 측면에 다수의 홀과 홈을 엔드밀부로 가공하는 고정홈가공부 및 정렬부에 클램핑된 도광판의 클램핑 상태를 해제하고 배출하는 배출부를 포함하는 구성의 특징에 의하여, 길이가 짧은 단변을 정삭하고 길이가 긴 장변은 황삭 가공하므로 천연 다이아몬드를 사용한 연삭 가공용 툴의 수명을 연장하고 제조원가를 낮추며, 생산시간과 불량 발생률을 줄이고 생산성을 높이며, 도광판에 더 많은 량의 빛을 입사시키므로 표시되는 신호의 휘도와 선명도를 높이고 유효면적을 확대하는 효과가 있다.

Description

백라이트 도광판과 그 제조장치 및 운용방법{A backlight unit and manufacturing apparatus of backlight unit and operating method thereof}

본 발명은 엘시디 표시장치의 에지형 도광판에 관한 것으로 보다 상세하게는 HDTV 및 3D TV용 직사각형 도광판의 단변을 정삭 가공하여 많은 빛을 입사하도록 하고 장변은 황삭 가공하여 내부에서의 산란이 원활하도록 하는 것으로 도광판 측면을 가공하는 스크레이퍼와 다이아몬드 툴의 수명을 연장하고 도광판의 생산성을 높이는 백라이트 도광판과 그 제조장치 및 운용방법에 관한 것이다.

인류가 정보의 습득 및 전달에 사용하는 수단은 시각, 청각, 후각, 촉각, 느낌 등이 있을 수 있고, 이 중에서도 일반적으로 시각 정보가 비교적 가장 많은 정보를 가장 빠른 시간에 전달한다.

또한, 종이, 나무, 가죽 등에 문자, 그림, 기호를 이용하여 시각정보를 표시하는 수동적 표시방식과, 브라운관 또는 평판형 엘시디 표시장치 등을 이용하여 다양한 색상의 빛과 동영상으로 시각 정보를 표시하는 능동적 표시방식이 있을 수 있다.

능동적인 표시장치에는 일례로, 브라운관 표시장치, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT) 기술 등을 응용하는 평판 디스플레이(Flat Panel Display: FPD) 방식의 엘시디(LCD: liquid crystal display) 표시장치 등이 있다.

브라운관 표시장치는 정보의 표시를 위한 제어회로가 비교적 간단하고 휘도를 밝게 할 수 있는 장점이 있으나 무게가 많이 나가고 부피가 크며 전력소모가 커 이동이 어려운 문제가 있다.

엘시디 표시장치는 정보를 표시하기 위한 제어회로의 구성이 비교적 복잡하고 휘도가 낮으나 기술의 발전 및 지속적인 개발에 의하여 점차 개선되고 있으며 또한 비교적 전력소모가 작고 부피가 작으며 무게가 가벼워 벽걸이 및 이동용으로 사용하기 편리한 장점이 있다.

이러한 엘시디 표시장치는 고체와 액체의 중간상태인 결정(crystal)이면서 3 차원적으로 결정의 방향성을 제어하는 액체결정 또는 액정(liquid crystal)을 이용하여 빛의 반사와 투광을 제어하므로 시각적인 정보를 표시한다.

또한, 엘시디 표시장치는 각각의 화소(pixel)를 구성하는 액정을 디지털 방식으로 제어하므로 보다 명확하고 선명한 영상정보를 제공하며, 정보의 표시면적을 비교적 크게 넓힐 수 있고 화질이 우수하며 무게, 부피 및 소비전력 등을 획기적으로 줄이는 동시에 이동성 및 휴대성이 매우 우수한 장점이 있다.

그러나 엘시디 표시장치는 자체적으로 빛을 발생하여 출력하는 브라운관 표시장치와 달리 자체적으로 빛을 발생하지 못하므로, 빛이 없는 곳에서 사용하기 위하여 광원을 별도로 구비하여야 한다.

여기서 광원을 표시장치의 정보가 표시되는 앞면 쪽에 배치하여 빛을 공급하는 반사방식과, 뒷면 쪽에 배치하여 빛을 공급하는 투과방식 및 이러한 반사방식과 투과방식을 혼합한 하이브리드 방식이 있다.

이와 같은 투과방식에 사용되는 광원 공급 장치를 백라이트 유닛(Back Light Unit: BLU)이라 하고, 반사방식에 사용되는 광원 공급 장치를 프론트 라이트 유닛(Front Light Unit: FLU)이라 한다.

또한, 백라이트 유닛(BLU)은 광원의 배치방식에 의하여 다시 직하형(direct lighting)과 측면형(edge lighting)으로 구분된다.

일반적인 광원은 점(point) 광원이며 다수의 점광원을 일렬로 배치하는 경우 선(line) 광원이 되고, 다수의 선광원을 인접한 상태로 연속 배치하는 경우 면(face) 광원이 된다.

엘시디 표시장치는 면광원을 필요로 하고 특히, 투과방식 엘시디 표시장치에서는 정보가 표시되는 넓은 면적에서 면광원이 균일한 휘도(brightness)로 발광하도록 하기 위하여 광원의 빛을 고르게 산란시키는 확산판 또는 도광판(이하, ‘도광판’이라 한다.) 구조를 필요로 한다.

이하의 설명에서 엘시디 표시장치는 도광판이 사용되는 하나의 예시이고, 다양한 전기 및 전자적 표시장치 분야에 적용할 수 있다.

직하형 백라이트 유닛은 도광판의 아래 면에 다수의 광원을 배치하여 면광원을 만들고 도광판에서 균일한 휘도로 산란시켜 액정판에 입사시키는 구조이며, 측면형(이하, ‘에지형’이라고 한다.) 백라이트 유닛은 측면(edge) 일렬 배치된 다수의 광원으로부터 입사된 빛을 도광판에서 균일하게 산란시키므로 면광원으로 변환한 후에 액정판에 입사시키는 구조이다.

즉, 백라이트 유닛 장치는 광원, 도광판, 반사판을 포함하는 것이 일반적인 구조이다.

에지형 백라이트 유닛 장치는 도광판의 측면에 광원을 배치하므로 비교적 두께가 얇은 구조적 특징이 있고, 휴대용 장비 등과 같이 소형, 경량 및 박형을 요구하는 장비에서 주로 사용하며, 직하형 백라이트 장치는 도광판의 밑면에 광원을 배치하므로 비교적 두께가 두꺼워지나 광효율이 우수하여 표시되는 화상의 품질을 높이고 TV용 모니터 등과 같이 대형 화면을 요구하는 장비에서 주로 사용한다.

이러한 에지형 백라이트와 직하형 백라이트가 포함되는 도광판은 광원으로부터 입사된 빛의 굴절, 정반사, 난반사, 회절이 반복되도록 하므로 도광판의 전체 표면에서 고르게 산란하고 면광원으로 변환하도록 하는 소정 형상의 광학적(optical) 산란패턴(scattering pattern)을 구비하는 것이 일반적이다.

일반적으로 도광판의 측면(에지)에 일례로, 수지(resin), 비드(bead) 및 접착제가 혼합된 잉크를 이용하여 스크린 인쇄(screen print)하므로 광학적 산란패턴을 구성하는 방법이 있다.

이러한 인쇄방법은 잉크에 혼합된 수지와 비드의 입자 상태 및 혼합되는 접착제의 용량 차이 또는 도광판의 표면 상태 등에 의하여 동일한 문양의 산란패턴을 균일하게 반복 인쇄하기 어렵고 불량이 비교적 매우 많이 발생한다.

또한, 광학적 산란패턴의 문양이 복잡한 경우 잉크가 퍼지거나 중첩되면서 패턴의 문양이 흐트러지므로 완성된 상태에서 균일한 휘도의 면광원으로 변환하기 어렵고, 시간이 지나면서 인쇄된 광학적 산란패턴의 일부가 분리되어 도광판으로서의 수명을 단축하는 등의 문제가 있다.

이러한 문제를 일부 개선하기 위하여 화학적 부식, 레이저 또는 기계적 가공 등으로 요철을 형성 또는 성형(이하, ‘가공’이라 한다.)하는 기술이 주목받고 있으나, 화학적 부식과 레이저 가공 기술은 요철의 깊이 등을 정밀하게 제어하기 어렵고 공정이 비교적 복잡하며 생산비용이 많이 소요되는 등의 문제가 있다.

그러므로 가공 기술 중에서도 스크레이퍼(scraper) 가공기를 이용하여 도광판의 측면인 에지에 산란패턴의 요철 문양을 기계적으로 직접 가공하는 기술이 집중 개발되고 있다.

브라운관을 사용하는 TV의 가로:세로 화면 길이의 비율은 4:3 이고, 고선명(고화질) 디지털 방식 HDTV 화면의 경우는 16:9 의 비율로 구성된다.

그리고 35 밀리미터(mm) 필름으로 상영하는 영화관의 스크린은 가로:세로의 측면 길이 비율이 1.85:1 로 이루어지는 것이 일반적이다.

종래 기술에서의 2 차원(2 D) 영상을 표시하는 표준 TV용 엘시디의 에지형 백라이트 장치는 도광판의 측면 중에서 길이가 긴 부분에 광원을 배치하여 많은 량의 빛이 입사되도록 하였다.

도광판에서 광원이 배치되어 빛을 입사하는 측면(edge)에는 많은 량의 빛이 넓은 입사각으로 일정하게 입사하도록 하기 위하여 경면과 산란패턴을 정밀하게 가공한다.

그리고 빛이 입사되지 않는 측면(edge)에도 입사된 빛이 내부에서 난반사, 정반사, 회절 등이 잘 이루어지도록 경면과 산란패턴을 동일하게 가공한다.

빛의 입사 각도를 크고 일정하게 하는 산란패턴은 스크레이퍼에 의하여 가공되며, 스크레이퍼는 설계된 패턴을 정밀하고 정확하게 가공하면서 수명을 늘리기 위하여 끝단 부분에 다이아몬드(diamond)의 미세한 가루를 포함시키므로 비교적 가격이 비싸다.

한편, 경면은 표면이 거울과 같이 매끄러운 것을 의미하며, 도광판의 표면을 연삭하여 이루어지고, 이러한 경면의 연삭에는 천연 다이아몬드를 사용하므로 경면을 연삭하는 가공용 툴(tool)의 가격이 비싸다.

또한, 경면의 가공 품질을 높이고 정밀하게 가공하기 위하여 가공속도 및 가공시간을 최적의 상태로 유지하므로 생산의 시간과 비용이 비교적 많이 소요되는 문제가 있다.

2 D TV에 사용되는 에지형 도광판은 측면을 통하여 많은 양의 빛이 입사되도록 하기 위해서 길이가 긴 부분에 광원을 배치하고, 광원이 배치된 부분에 산란패턴과 경면은 매우 정밀하게 가공한다.

그러므로 도광판의 길이가 긴 측면에 산란패턴을 가공하는 과정에서 스크레이퍼의 마모가 심하게 발생하고 또한 경면으로 연삭하는 연삭 가공용 툴(tool)의 소모가 심하며 전체적인 가공 시간이 많이 소요되고 불량률이 증가하며 생산성이 낮아지는 문제가 있다.

따라서 도광판에 더 많은 량의 빛을 입사하면서도 제조시간을 단축시켜 생산성을 높이며 스크레이퍼와 연삭 가공용 툴의 소모를 줄이어 제조비용을 낮추는 기술을 개발할 필요가 있다.

본 발명은 종래 기술에 의한 문제점 및 필요성을 해소하기 위한 것으로 에지형 도광판에 있어서 단변을 정삭하여 정밀한 경면으로 가공하고 장변은 황삭하므로 천연 다이아몬드로 구성되는 연삭 가공용 툴의 수명을 연장하고 제조원가를 낮추는 백라이트 도광판과 그 제조장치 및 운용방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

그리고 본 발명은 에지형 도광판의 단변을 정밀한 경면으로 정삭하고 산란패턴을 가공하여 빛의 입사각을 넓히므로 광원의 개수를 줄일 수 있는 백라이트 도광판과 그 제조장치 및 운용방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 본 발명은 도광판의 단변을 가공시간이 많이 소요되는 높은 정밀도의 경면으로 정삭하고, 장변은 절반 이하의 가공시간이 소요되는 황삭하므로 전체적인 제조시간을 단축하여 생산성을 높이는 백라이트 도광판과 그 제조장치 및 운용방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

한편, 본 발명은 표준형과 대비하여 가로의 길이가 세로의 길이보다 더 긴 고선명 디지털 방식 엘시디 HDTV 및 3D TV의 에지형 도광판에 더 많은 량의 빛을 입사시키는 백라이트 도광판과 그 제조장치 및 운용방법을 제공하는 것이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 선명도가 요구되는 TV용 백라이트 도광판의 제조장치에 있어서, 제어부의 제어신호에 의하여 동일한 크기와 형상으로 재단되어 정렬된 상기 다수의 도광판을 단위 각도로 좌회전과 우회전하고 구동부의 구동력에 의하여 이동하는 정렬부와, 정렬부가 클램핑한 도광판의 측면을 빛의 투과와 반사가 용이하도록 연삭 가공하는 연삭부와, 정렬부가 클램핑한 도광판의 단변에 산란패턴을 스크레이퍼로 가공하는 패턴가공부와, 정렬부가 클램핑한 도광판의 측면에 다수의 홀과 홈을 엔드밀부로 가공하는 고정홈가공부 및 정렬부에 클램핑된 도광판의 클램핑 상태를 해제하고 배출하는 배출부를 포함하는 구성으로 이루어지는 백라이트 도광판의 제조장치를 제시한다.

바람직하게, 연삭부는 도광판이 TV에 장착 후 작동시 광원의 빛을 입사하는 하나 이상의 측면을 정밀한 경면으로 정삭하기 위한 2 단계 이상의 가공공정을 적용하는 구성으로 이루어진다.

그리고 정렬부는, 도광판을 두께 기준으로 150 내지 300 밀리미터 범위에서 다수를 적재하고 회전과 고정하는 턴테이블과, 턴테이블에 적재된 다수의 도광판을 압착하여 고정하는 클램프와, 턴테이블의 하부에 구비되고 제어부의 제어신호에 의하여 90 도 각도 단위로 좌회전과 우회전하고 고정하는 스텝모터 및 턴테이블, 클램프, 스텝모터를 구비하고 구동부의 구동력에 의하여 레일 위를 이동하는 캐리어부를 포함하여 이루어진다.

여기서 연삭부는, 도광판의 어느 일 측면을 정삭하는 제1연삭부 및 도광판의 다른 일 측면을 황삭하는 제2연삭부를 포함하여 이루어진다.

한편, 제1연삭부는 도광판의 단변에 접촉하고 제어신호에 의하여 천연 다이아몬드를 사용한 12 개 스텝으로 정삭 가공하는 연마부와, 연마부를 제어신호에 의하여 12 개 스텝의 해당 속도로 회전 구동하는 스핀들모터 및 연마부와 스핀들모터를 고정하고 제어신호에 의하여 전후 방향으로 이동하는 제1선반을 포함하여 이루어진다.

또한, 제2연삭부는 도광판의 장변에 접촉하고 제어신호에 의하여 황삭 가공하는 연마부와, 연마부를 제어신호에 의하여 회전 구동하는 스핀들모터 및 연마부와 스핀들모터를 고정하고 제어신호에 의하여 전후 방향으로 이동하는 제2선반을 포함하여 이루어진다.

한편, 패턴가공부는 제어부의 제어신호에 의하여 전후 방향으로 이동하는 제3선반과, 제3선반에 고정되고 제어신호에 의하여 회전구동력을 발생하는 스핀들모터와, 스핀들모터의 회전구동력에 의하여 도광판의 단변에 삼각기둥 형상의 브이 자 홈에 의한 산란패턴을 가공하는 스크레이퍼를 포함하여 이루어진다.

여기서 스크레이퍼는, 세레이션 금형, 롤러형 금형, 평판형 금형 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진다.

한편, 스크레이퍼는 브이(V)자 홈을 0.01 내지 0.15 밀리미터 범위의 깊이로 가공하고 홈의 각도는 100 도 내지 145 도의 범위로 가공하며 홈의 간격은 0.2 내지 1.2 밀리미터 범위로 가공하는 구성으로 이루어진다.

또한, 고정홈가공부는 제어부의 제어신호에 의하여 도광판의 장변에 접촉하고 지정된 위치에 지정된 크기의 홈과 홀을 가공하는 엔드밀부 및 엔드밀부를 제어부의 제어신호에 의하여 전후와 상하 방향으로 이동하는 제4선반을 포함하여 이루어진다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 의하여 제조되는 백라이트 도광판을 제시한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 백라이트 도광판 제조장치의 제어부에 의하여 재단된 다수의 도광판이 정렬되고 안착된 정렬부를 제어하여 도광판을 압착상태로 고정하도록 클램핑하는 제 1 단계와, 제어부에 의하여 구동모터를 제어하고 정렬부를 제1연삭부의 위치로 이동하며 도광판의 단변을 정밀한 경면으로 정삭 가공하는 제 2 단계와, 정렬부를 제2연삭부의 위치로 이동하고 도광판의 장변을 황삭 가공하는 제 3 단계 및 정렬부를 패턴가공부의 위치로 이동하고 도광판의 단변에 스크레이퍼를 접촉하여 산란패턴을 가공하는 제 4 단계를 포함하여 이루어지는 백라이트 도광판 제조장치의 운용방법을 제시한다.

바람직하게, 제어부에 의하여 산란패턴이 가공된 정렬부를 고정홈가공부의 위치로 이동하고 도광판의 장변에 다수의 고정용 홀과 홈을 엔드밀부로 각각 가공하는 제 5 단계 및 정렬부를 배출부의 위치로 이동하고 도광판의 클램핑 상태를 해제하는 제 6 단계를 더 포함하여 이루어진다.

그리고 2 단계는, 제1연삭부를 구성하는 연마부의 회전속도, 도광판의 연삭을 중지하여 열을 식히는 냉각시간, 도광판의 연삭을 진행하는 연마시간, 연마재의 입자 굵기와 농도를 다르게 하는 것 중에서 어느 하나 이상을 포함하여 정밀한 경면을 정삭하는 12 스텝의 공정이 포함되어 이루어진다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 의하여 제조되는 백라이트 도광판을 제시한다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 에지형 도광판의 길이가 짧은 단변을 정삭하고 길이가 긴 장변은 황삭 가공하므로 천연 다이아몬드를 사용한 연삭가공용 툴의 수명을 연장하고 제조원가를 낮추는 산업적 이용효과가 있다.

또한, 상기와 같은 구성의 본 발명은 HDTV 및 3 D TV 용 도광판의 측면 중에서 길이가 짧은 단변을 12 개 스텝에 의한 공정으로 정삭하여 정밀도 높은 경면으로 가공하고, 길이가 긴 장변은 황삭하여 일반 가공면으로 가공하므로 생산시간 및 제조비용이 적게 소요되고 불량 발생률이 줄어들어 생산성을 높이는 사용상 편리한 효과가 있다.

한편, 상기와 같은 구성의 본 발명은 에지형 도광판의 단변에 입사각이 넓은 산란패턴을 가공하여 백라이트 유닛에서 가격 비중이 가장 큰 엘이디 광원의 숫자를 줄이는 산업적 이용효과가 있다.

그리고 상기와 같은 구성의 본 발명은 에지형 도광판의 단변에 산란패턴을 가공하므로 스크레이퍼의 수명을 연장하며 제조원가를 낮추고 제조시간을 줄여 생산성을 높이는 산업적 이용효과가 있다.

한편, 상기와 같은 구성의 본 발명은 가로와 세로의 비율이 큰 고선명 디지털 방식 엘시디 HDTV 및 3 D TV 용 도광판에 더 많은 량의 빛을 입사시키므로 표시되는 신호의 휘도와 선명도를 높이고 유효면적을 확대하는 사용상 편리한 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 에지형 백라이트 도광판의 기능 설명 도시도,
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 3 D TV용 도광판의 가로와 세로 길이 비율과 광원의 배치상태 설명을 위한 도시도,
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 에지형 백라이트 도광판의 구성 도시도,
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 에지형 백라이트 도광판 제조장치의 구성 도시도,
도 5 는 도 4 의 일 실시 예에 의한 패턴가공부의 기능과 구성을 설명하기 위한 A 부분의 확대 사시도,
도 6 은 도 5 의 다른 일 실시 예에 의한 패턴가공부의 기능과 구성을 설명하기 위한 확대 사시도,
그리고
도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 에지형 백라이트 도광판 제조장치의 운용방법 순서도 이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명과 도면 도시는 생략한다.

정보에는 시각정보, 청각정보, 후각정보, 촉각정보 등으로 구분할 수 있으며, 시각정보를 표시하는 장치에는 CRT와 같이 자체적으로 발광하는 발광성 표시장치와 LCD와 같이 자체적으로 발광하지 못하고 외부의 빛을 이용하는 비발광성 표시장치로 구분할 수 있다.

비발광성 표시장치는 외부에서 빛을 공급하는 백라이트 장치(backlight unit: BLU)가 필요하며, 백라이트 장치는 측면에서 빛을 공급하여 면광원으로 변환하는 에지형과, 바닥면 전체에서 빛을 공급하여 면광원으로 공급하는 직하형으로 구분할 수 있다.

유효면적(유효화면)은 에지형 백라이트 장치에서 입사한 빛이 면광원으로 변환되어 LCD 표시장치에 공급되므로 사용자가 시각정보를 유효하게 식별할 수 있도록 하는 영역이다.

광학적 패턴 또는 광학패턴(optical pattern)은 다양한 문양의 산란패턴에 의하여 빛을 굴절, 회절, 반사시키므로 빛의 진행경로를 변경 및 제어하는 패턴이다.

산란패턴(scattering pattern)은 광학패턴을 이용하여 빛이 원하는 영역 또는 부분에서 균일 또는 불균일하게 산란되도록 하는 패턴인 것으로 이하에서 설명한다.

스크레이퍼(scraper)는 선택된 문양의 요철 형상을 기계적으로 깎아내는 가공 수단이고, 스크레이핑(scraping)은 스크레이퍼로 가공하는 상태로 설명한다.

일반적으로 빛은 직진성이 있으며 도광판에 입사된 빛은 입사된 각도에 의하여 내부에서 굴절, 회절, 정반사, 난반사를 반복하면서 산란의 범위 또는 유효면적의 영역이 결정된다.

도광판에 광원으로부터 입사되는 빛의 최대 입사각도는 약 32 도를 형성하는 것이 일반적이다.

일반적으로 도광판에서 면광원으로 출사하는 유효면적을 넓게 형성하기 위하여 빛의 입사각도를 크게(넓게) 하고 많은 광원을 구비하므로 전체 무게가 늘어나며 생산과 제조 시간, 원가가 상승하고 불량 발생률과 장애 요인이 증가한다.

에지형 백라이트 도광판에 입사하는 빛의 입사각도가 작거나 내부 산란 상태가 고르지 못한 경우, 출사하는 면광원의 휘도가 균일하지 못하여 밝고 어두운 부분이 형성되고 표시장치에 표시되는 화상정보의 품질이 낮아진다.

특히, 3 차원(3D) 및 고선명 디지털 방식 HDTV의 도광판은 더 높은 휘도를 발생하기 위하여 더 많은 양의 빛을 도광판에 입사하여야 하지만 길이가 긴 장변 하나를 통하여 입사할 수 있는 빛의 양은 제한된다.

일반적으로 표면이 매끈하게 균일하게 고른 상태를 평평, 편평, 평편, 평탄 등과 같이 기록하고 동일한 의미로 사용하고 있으나 이하의 본 발명에서는 평편(flatness)으로 통일하여 기록하기로 한다.

연삭은 물체의 표면을 가공하는 것으로 면삭(이하, ‘연삭’이라 한다.)으로도 호칭하며, 가공된 면의 정밀도에 의하여 황삭(rough grinding), 정삭(사상, finishing), 초사상(superfinishing)으로 구분한다.

일반적으로 황삭은 가공물의 표면을 1 마이크로미터(um) Ra 이상의 표면 거칠기로 가공하고, 정삭은 약 0.5 내지 0.2 마이크로미터 Ra의 표면 거칠기로 가공하며, 초사상은 약 0.2 내지 0.02 마이크로미터 Ra 이하의 표면 거칠기로 가공한다.

연삭에 의한 표면 거칠기는 한국의 표준규격인 KS-B-0161-99에 정의된 것으로, 가공물의 표면에서 최저점과 최고점의 높이 차이를 수치로 표시하는 것으로 수치가 높을수록 표면이 거칠면서 표면 조도가 나쁘고, 수치가 낮을수록 정밀도가 높으면서 표면 조도가 우수하다.

본 발명에서는 정삭과 황삭으로만 구분하여 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 에지형 백라이트 도광판의 기능 설명 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 에지형 백라이트 도광판(10)은 광원(20), 반사판(30), 도광판(40), 하측반사부(50), 프리즘판(60), 보호판(70), 경면부(45)를 포함하여 이루어지는 구성이다.

광원(20)은 발광다이오드(LED: light emitting diode) 등으로 이루어지고, 도광판(40)의 일 측면인 경면부(45)를 따라 소정의 간격으로 일렬 배치하며 해당 제어신호에 의하여 발광하므로 경면부(45)를 통하여 도광판(40)에 빛을 입사시킨다.

첨부된 도면은 가로 변의 길이가 긴 직사각에 의한 4 각 형상 도광판(40)의 일 측면에 광원(20)을 구비한 것으로 도시하고 있으나, 하나 이상의 측면에 광원을 구비할 수 있고, 광원으로 와트(W)급 엘이디를 사용한다.

여기서 경면(鏡面)부(45)를 ‘입광(入光)부’라고도 하며, 문맥에 따라 필요한 경우에 혼용하기로 한다. 경면의 상태는 정밀하게 연삭 또는 연마(이하, ‘연삭’이라 한다.)되어 거울과 같이 표면에 요철이 없고 매우 평편(flatness)한 상태이다.

반사판(30)은 광원(20)으로부터 발광된 빛이 외부로 누설되지 않고 도광판의 일 측면인 경면부(45)에 모두 입사하도록 반사 및 집광한다.

즉, 광원(20)으로부터 발생된 빛은 경면부(45)에 직접 입사하거나 반사판(50)에 의하여 반사 및 집광되어 도광판(40)의 경면부(45)로 모두 입사한다.

도광판(40)은 일 측면(edge)인 경면부(45)에 설치된 광원(20)으로부터 점(point) 광원 또는 선(line) 광원으로 입사된 빛을 내부에서 전반사, 난반사, 굴절 및 회절 등을 반복하여 균일한 휘도의 면(face) 광원으로 변환시킨 후에 상면 및 하면으로 출사하며, 면광원으로 출사하는 영역을 유효면적이라고 한다.

도광판(40)은 일반적으로 투명성이 뛰어나고 내후성이 양호하며 경도가 높고 성형성과 표면 광택성이 우수한 아크릴 수지(PMMA: Poly-Methyl-Methacrylate, 폴리 메틸 메타크릴레이트)를 사용하며, 이러한 PMMA는 물, 약산에 잘 견디나 알칼리성에 침해되고 유기용제에 용해되며 충격에 약한 동시에 섭씨 100 도에서 변형할 수 있는 등의 특성이 있다.

이때 경면부(45)는 광원(20)이 생성한 많은 량의 빛이 반사되지 않고 도광판(40)의 내부로 입사되도록 하는 기능을 한다.

하측반사부(50)는 도광판(40)의 하면에 위치하고 하면으로 출사된 면광원의 빛을 반사시켜 다시 도광판(40)의 하면으로 입사시킨다. 즉 도광판(40)은 하면으로 면광원을 출사하지 못하고 상면으로만 면광원을 출사한다.

프리즘판(60)은 도광판(40)의 상면에 위치하고, 상면으로 출사된 면광원의 휘도와 균일성을 향상시키기 위하여 입사된 면광원을 부분적으로 집광 및 다시 확산(산란)하여 보호판(70)이 위치한 방향으로 출사한다.

보호판(70)은 프리즘판(60)의 상면에 위치하여 외부로부터 인가되는 물리적인 충격 등을 완충하므로 프리즘판(60) 및 도광판(40)을 보호한다.

여기서 프리즘판(60)과 보호판(70)은 도광판(40)에 일체(一體)로 구성될 수도 있다.

이러한 구성은 광원(20)으로부터 발생된 빛이 경면부(45)를 통하여 도광판(40)의 내부로 입사하고, 도광판(40)의 내부에서는 입사한 빛을 정반사, 난반사, 회절, 굴절의 반복에 의하여 면광원으로 산란하며, 면광원을 지정된 상면으로 출사하므로 비발광성 표시장치인 LCD의 백라이트로 사용한다.

도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 3 D TV용 도광판의 가로와 세로 길이 비율과 광원의 배치상태 설명을 위한 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 3 차원(3 D)의 입체 영상을 표시하는 3 D TV와 고화질의 영상을 표시하는 고선명 HDTV(high definition television)의 표시부는 가로와 세로의 길이 비율이 16 대 9 이다. 참고로, 브라운관을 사용하는 일반 TV는 가로와 세로의 길이 비율이 4 대 3 이다.

본 발명의 설명에서 도광판의 길이가 긴 측면을 장변, 길이가 짧은 측면을 단변으로 기재하기로 한다.

또한, TV를 벽걸이형으로 개발하면서 표시부는 점차 대형화하고 면적도 상대적으로 넓어지고 있으며, 특히 3 D TV 및 고선명 HDTV의 경우는 가로 방향의 길이가 더 길어 면적은 더욱 넓어지고 있다.

그러므로 벽걸이형 HDTV, 3 D TV 등에 사용되는 도광판에서 균일하고 더 높은 휘도의 면광원이 출사되도록 하는 기술을 개발하여야 하며, 본 발명의 중요한 기술적 사상 중에 하나이다.

그리고 엘이디 기술의 발달에 의하여 매우 높은 휘도의 백색광을 출력하는 와트(W)급 엘이디가 개발되고 이러한 와트급 엘이디를 도광판의 광원으로 사용할 수 있게 되었다.

한편, 3D TV 및 고선명 HDTV의 표시부는 가로의 길이가 상대적으로 길고 전체적으로 휘도를 균일하게 높이기 위하여 길이가 상대적으로 짧은 단변에 와트급 엘이디의 광원을 배치하는 것이 비교적 바람직하다.

도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 에지형 백라이트 도광판의 구성 도시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 도광판(100)은 본체부(110), 경면부(120), 출광부(130), 광원(140)을 포함한다.

본체부(110)는 아크릴 수지(PMMA)로 이루어지고 두께는 1 내지 4 밀리미터(mm) 범위 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지며, 3 밀리미터의 균일한 두께로 이루어지는 것이 비교적 바람직하다.

본체부(110)는 세로 방향으로 길이가 짧은 단변(112)을 형성하고 가로 방향으로 길이가 긴 장변(114)을 형성하는 직사각 형상이다.

본 발명은 양쪽의 단변(112)을 정삭한 경면으로 가공하고 양쪽의 장변을 황삭 가공한 후에 단변(112)에만 광학적인 산란패턴(122)을 가공한다.

즉, 단변(112)의 경면부(120)는 높은 정밀도로 정삭 가공하는 것이 바람직하고, 장변(114)은 일반의 보통 정밀도로 황삭 가공하는 것이 바람직하다.

경면부(120)를 정삭 가공하여 높은 정밀도로 평편하게 유지하기 위하여서는 천연 다이아몬드가 포함된 연삭 가공용 툴을 사용하며, 가공속도가 포함되는 최적의 가공조건을 유지한 상태에서 충분한 가공시간을 할당하여야 하므로 비교적 제조시간과 제조비용이 많이 소요되고 불량 발생률에 의하여 생산성이 낮아진다.

한편, 일반의 보통 정밀도로 황삭 가공하는 경우는 연삭 가공용 툴에 천연 다이아몬드를 사용하지 않으므로 제조비용을 낮추고 가공시간을 빠르게 진행할 수 있으므로 생산성을 높일 수 있다.

본 발명의 도광판(100)은 정삭된 각각의 단변(112)에 산란패턴(122)을 가공하고 다수의 광원(140)을 각각 배치한다.

도광판(100)의 양쪽 단변(112)은 산란패턴(122)에 의하여 광원(140)의 빛을 넓은 각도로 입사하므로, 많은 량의 빛을 입사하고 내부에서 전반사, 난반사, 굴절, 회절을 반복하므로 균일하고 높은 휘도의 면광원으로 변환하여 출광부(130)로 출사한다.

산란패턴(122)은 삼각기둥 형상의 V 자 홈으로 가공하고, 홈의 깊이(ℓ1)는 0.01 내지 0.15 밀리미터(mm) 범위의 깊이로 가공하며, V 자 홈의 각도(Θ, angle)는 100 도 내지 145 도 범위에서 선택된 어느 하나의 각도로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고 V 자 홈과 인접한 V 자 홈과의 간격(pitch, ℓ2)은 0.2 내지 1.2 밀리미터 범위로 가공하는 것이 비교적 바람직하다.

본 발명은 광원(140)으로부터 최대 52 도의 넓은 범위로 발산(radiation)하는 빛을 모두 입사하도록 산란패턴(122)의 V 자 홈 각도(Θ)를 130 도로 가공하는 것이 비교적 바람직하다.

각 단변(112)을 형성하는 경면부(120)의 전면에는 다수 광원(140)을 일렬 배치한다. 이때, 일렬 배치된 각 광원(140)의 간격(ℓ3)은 8 밀리미터(mm)로 균일하게 유지한다.

경면부(120)에서 각 광원(140)과 대응하는 영역은 많은 빛을 입사하여 밝은 명부(124)이고, 광원(140)과 대응하지 않는 영역은 거리 차이에 의하여 점차 적은 양의 빛을 입사하므로 어두운 부분인 암부(126)가 된다.

즉, 산란패턴(122)을 형성하는 V 자 홈의 깊이(ℓ1)를 0.01 밀리미터로 가공하는 경우에 광원(140)으로부터 약 52 도 범위에서 발생한 빛을 입사하므로, 본체부(110) 내부에서 빛이 산란하는 범위는 더욱 확장되어 유효부(134)의 넓이를 크게 넓히는 것으로 확인된다.

빛이 큰 입사각도에 의하여 비스듬하게 입사되는 경우, 물체의 매질 경계면에서 반사가 잘 일어나고 이러한 반사에 의하여 정반사, 난반사, 회절, 굴절이 계속 반복되므로 산란이 커지며 확산범위가 확대되고, 산란이 확대될수록 전체적으로 균일한 휘도의 면광원으로 변환한다.

본 발명은 임계 입사각의 범위가 52 도이고, 임계 입사각의 범위가 클수록 광원(140)의 숫자를 줄일 수 있으며, 본체부(110) 내부에서의 전반사, 난반사, 회절, 굴절이 잘 이루어지고 반복되어 산란 범위가 확대되므로 면광원의 유효부(134) 넓이가 넓어진다.

동일한 조건의 경면에서 산란패턴(122)을 가공하지 않는 경우, 최대 임계 입사각은 약 32 도가 일반적인 것으로 확인되고, 광원(140)으로부터 발생한 빛은 약 32 도 범위에 포함되는 빛이 경면부(120)를 통하여 입사하는 것으로 확인된다.

본 발명은 임계 입사각의 범위가 약 52 도로 커서 광원(140)의 숫자를 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.

즉, 본 발명은 광원(140)의 숫자를 절반으로 줄이면서도 더 많은 량의 빛을 입사할 수 있는 장점이 있다.

그러므로 본 발명은 도광판(100)의 구성 부품 수를 줄이고 생산 및 제조 시간과 비용을 줄이며, 완성된 제품이 운용 중에 고장을 발생할 수 있는 장애요인을 줄여 제품의 신뢰도가 높아지고, 소비자의 선호도가 증가하여 대량 생산할 수 있는 등의 기회가 주어지는 장점이 있다.

출광부(130)는 경면부(120)를 통하여 입사된 빛이 본체부(110)의 내부에서 전반사, 난반사, 회절 및 굴절을 계속 반복하면서 균일하고 높은 휘도의 면광원으로 변환되어 출사하는 영역이다.

여기서 출광부(130)는 출사하는 면광원의 빛이 고르게 산란(확산)되어 출광되도록 하는 출광패턴(132)을 포함한다.

첨부된 도면에서의 출광패턴(132)은 V 자 홈의 패턴으로 가공하는 것이 바람직하고, 매우 다양한 모양의 패턴 중에서 어느 하나 이상의 패턴이 선택되어 가공될 수도 있다.

유효부(134)는 엘시디(LCD) 표시장치가 화면정보를 유효한 휘도(brightness)로 표시하고 사용자가 용이하게 인식할 수 있는 충분한 휘도의 면광원이 출사되는 영역이다.

유효부(134)는 엘시디 표시장치에서 정보를 표시하는 유효면적 또는 유효화면의 영역이 된다.

광원(140)은 휘도가 높은 와트급 발광다이오드(LED)로 이루어지고 도면에 도시하지 않은 해당 제어부의 제어신호에 의하여 빛을 발생하며, 발생된 빛은 양쪽 단변(112)에 정삭 가공된 경면부(120) 및 산란패턴(122)을 통하여 본체부(110)의 내부에 각각 입사한다.

본 발명은 산란패턴(122)을 형성하는 V 자 홈의 구성에 의하여 양쪽 단변(112)으로 각각 입사하는 빛의 입사각 즉, 임계 입사각이 크고, 입사된 빛은 내부에서 큰 각도로 전반사, 난반사, 회절 및 굴절하여 균일하고 높은 휘도로 산란하므로 빛의 확산 영역이 넓어지며 유효부(134)의 면적을 크게 하는 장점이 있다.

따라서 동일한 크기의 도광판(100)을 사용하는 경우 유효부(134)의 넓이를 넓히고, 유효화면의 넓이가 동일한 경우에는 제품의 무게를 상대적으로 가볍게 하여 신뢰도를 높이는 장점이 있다.

한편, 입사되는 빛의 산란 각도를 크게 하므로 광원으로 사용되는 엘이디(LED)의 숫자를 줄이면서도 더 많은 량의 빛을 입사하고, 생산시간과 제조비용을 줄여 제조원가를 절감하며 고장 발생 요인을 줄이는 등의 장점이 있다.

또한, 고선명 HDTV와 같이 가로 방향으로 길이가 길고 면적이 넓은 표시부의 양쪽 단변(112)에 구비된 소수의 광원을 이용하여 충분한 량의 빛을 입사하므로 휘도를 높이는 장점이 있다.

도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 백라이트 도광판 제조장치의 기능 구성도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 백라이트 도광판 제조 장치(200)는 선반부(202), 레일부(204), 구동모터(210), 정렬부(220), 제1연삭부(230), 제2연삭부(240), 패턴가공부(250), 고정홈가공부(260) 및 배출부(270)를 포함하는 구성이다.

선반부(202)는 전체적으로 가로 방향의 직사각형 형상으로 이루어지고 폭의 중간 위치에 복수의 레일부(204)를 평행하게 구비한다.

구동모터(210)는 선반부(202)의 일측 끝단에 고정되고 도면에 도시하지 않은 제어부의 해당 제어신호에 의하여 회전 구동력을 발생한다.

정렬부(220)는 턴테이블(222), 클램프(224), 스텝모터(226) 및 캐리어부(228)를 포함하는 구성이다.

캐리어부(228)는 턴테이블(222), 클램프(224), 스텝모터(226)를 내부에 장착하고 있는 바깥의 프레임이고, 레일부(204)의 위에 구비되며 구동모터(210)의 회전 구동력에 의하여 도면에서의 좌우 방향으로 직선 이동한다.

턴테이블(222)은 소정 크기로 재단된 다수의 도광판(100)을 적재하는 것으로 클램프(224)와의 사이에 150 내지 300 밀리미터 범위의 적재 공간을 확보한다. 즉, 도광판(100)의 두께가 3 밀리미터이고 250 밀리미터의 적재 공간이 허용되는 경우 약 84 장의 도광판(100)을 한꺼번에 적재 및 정렬할 수 있다. 여기서 2.5 밀리미터 두께의 도광판(100)인 경우에는 한번에 100 장을 적재할 수 있다.

클램프(224)는 상하 방향으로 이동하여 적재공간에 적재된 도광판(100)을 고정 상태로 클램핑(clamping)하며, 제어부의 해당 제어신호에 의하여 구동한다.

스텝모터(226)는 회전축에 턴테이블(222)을 고정하고 제어부의 해당 제어신호에 의하여 90 도의 단위 각도로 좌회전 또는 우회전한다. 이때, 턴테이블(222)과 클램프(224) 사이에 다수의 도광판(100)이 적재 및 정렬되고 클램핑되어 고정되는 경우는 턴테이블(222)의 회전과 함께 적재된 도광판(100), 클램프(224)가 모두 함께 회전한다.

이하, 정렬부(220)는 턴테이블(222)과 클램프(224) 사이에 약 250 밀리미터의 적재 공간이 확보되고, 약 3 밀리미터 두께의 도광판(100)이 약 84 장 적재 및 정렬된 것으로 설명한다.

제1연삭부(230)는 천연 다이아몬드를 사용한 연삭 가공용 툴을 구비한 제1연마부(232), 제어부의 해당 제어신호에 의하여 12 개 스텝 중에서 순차적으로 선택된 어느 하나의 스텝으로 제1연마부(232)를 회전하도록 구동력을 발생하는 제1스핀들모터(234), 제1연마부(232)와 제1스핀들모터(234)를 고정하고 제어부의 제어신호에 의하여 화살표 방향에 의한 전후 방향으로 직선 이동하는 제 1 선반(236)을 포함하는 구성이다.

즉, 제1연삭부(230)는 천연 다이아몬드를 사용한 연삭 가공용 툴을 12 개 구비하고, 각 툴은 서로 다른 조건으로 연삭하므로 도광판의 단변을 정삭하여 정밀한 경면으로 가공한다.

또한, 제1연삭부(230)는 레일부(204)를 기준으로 양측에 구비되거나 어느 한쪽에 구비될 수 있고, 첨부된 도면에서는 양측에 각각 구비되는 것으로 도시하고 있다.

제어부의 제어에 의하여 구동모터(210)가 구동하므로 정렬부(220)가 제1연삭부(230)의 위치로 이동하면, 제1연마부(232)가 회전하여 도광판(100)의 길이가 짧은 측면인 단변(112)을 12 개 스텝으로 순차 연마하므로 매우 정밀한 경면을 연마하는 정삭 가공공정을 처리한다.

이러한 12 개 스텝에 의한 각 연마공정은 제1연마부(232)의 회전속도, 도광판의 단변 연삭을 중지하여 열을 식히는 냉각시간, 도광판의 단변 정삭을 위하여 연삭을 진행하는 연마시간, 연마재의 사용량 및 입자의 굵기와 농도를 다르게 하는 것 중에서 어느 하나 이상을 포함한다.

그러므로 12 개 스텝은 각각 상이한 가공조건의 천연 다이아몬드가 구비된 연삭 가공용 툴과 각각 상이한 가공환경에서 도광판의 단변을 정삭하므로 정밀한 경면으로 가공한다.

제2연삭부(240)는 천연 다이아몬드를 사용하지 않고 일반적인 구성의 연삭 가공용 툴을 구비한 제2연마부(242), 제어부의 해당 제어신호에 의하여 제2연마부(242)가 회전하는 구동력을 발생하는 제2스핀들모터(244), 제2연마부(242)와 제2스핀들모터(244)를 고정하고 제어부의 제어신호에 의하여 전후 방향으로 직선 이동하는 제 2 선반(246)을 포함하는 구성이다.

또한, 제2연삭부(240)는 레일부(204)를 기준으로 양측에 구비되거나 어느 일측에 구비될 수 있다.

제어부의 제어에 의하여 구동모터(210)를 구동하므로 정렬부(220)가 제2연삭부(240)의 위치로 이동하면, 제2연마부(242)가 회전하여 도광판(100)의 측면인 장변(114)을 황삭 가공한다.

길이가 길고 가공의 정밀도가 중요하지 않은 장변(114)은 황삭 가공하여 가공시간을 크게 줄이므로 전체적인 제조시간도 줄이게 된다.

즉, 제1연삭부(230)는 가공할 길이가 짧은 단변(112)을 정밀도가 높은 경면으로 정삭 가공하는데 있어서, 천연 다이아몬드를 사용하여 가격이 비싼 12 개의 연삭 가공용 툴을 이용한 12 개 스텝의 공정으로 정삭한다.

제2연삭부(240)는 가공할 길이가 긴 장변(114)을 천연 다이아몬드를 사용하지 않는 일반적인 연삭 가공용 툴을 이용하여 빠르게 황삭 가공하므로 에지형 백라이트 도광판의 전체 제조시간과 제조원가를 줄인다.

장변(114)의 황삭 가공이 완성된 상태에서 제어부의 제어에 의하여 정렬부(220)는 패턴가공부(250)의 위치로 직선 이동한다.

패턴가공부(250)는 제 3 선반(252), 스핀들모터(254), 스크레이퍼(256)를 포함하는 구성이고 레일부(204)를 기준으로 양측 또는 어느 일측에 구비될 수 있다. 첨부된 도면에서는 양측에 구비하는 것으로 도시하고 있다.

제 3 선반(252)은 제어부의 제어신호에 의하여 선반부(202)에서 도면에 표시된 화살표 방향의 전후 방향으로 직선 이동하고, 스핀들모터(254)는 제 3 선반(252)의 상부에 구비되어 회전 구동력을 제공하며, 스크레이퍼(256)는 스핀들모터(254)의 회전축이 발생하는 회전 구동력에 의하여 화살표 방향에 의한 상하로 직선이동하면서 도광판(100)의 단변(112)에 V 자 홈 모양을 하는 삼각기둥 형상을 스크레이핑하여 가공한다.

스크레이퍼(256)는 세레이션 금형, 롤러형 금형(257), 평판형 금형(258) 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.

평판형 금형으로 이루어지는 경우에는 피스톤 실린더(259)의 구동력에 의하여 구동되어야 하고, 첨부된 도 6 을 참조하여 이하에서 상세히 다시 설명하기로 한다.

이러한 삼각기둥 형상이 소정 간격으로 연속되어 가공된 형상을 세레이션(serration) 패턴이라고 하지만, 본 발명에서는 산란패턴이라고 하기로 한다.

고정홈가공부(260)는 엔드밀(end-mil)부(262)와 제 4 선반(264)을 포함하는 구성이고 레일부(204)를 기준으로 양측 또는 어느 일측에 구비될 수 있다. 첨부된 도면에서는 양측에 구비하는 것으로 도시하고 있다.

엔드밀부(262)는 다수의 드릴 또는 커터를 구비하고 다수의 홈 또는 홀을 동시 가공한다. 홈은 도광판(100)을 해당 프레임(frame)에 고정하기 위한 것이고, 홀은 나사로 체결하기 위한 것으로 형상 가공 공정으로 분류할 수 있다.

제 4 선반(264)은 일측에 엔드밀부(262)를 고정하고 제어부의 제어신호에 의하여 화살표 방향에 의한 상하로 직선 이동시키는 동시에 선반부(202)에서 화살표 방향에 의한 전후로 직선 이동한다.

제어부는 정렬부(220)에 정렬된 도광판(100)의 단변(112)을 정삭한 후에 브이(V) 자 홈에 의한 산란패턴을 가공하고, 장변(114)은 황삭 가공한 후에 필요한 다수의 홀과 홈을 가공한다.

제어부는 다시 정렬부(220)를 배출부(270)의 위치로 이동하도록 제어한다.

제어부는 배출부(270)에 위치한 정렬부(220)를 해당 제어신호로 제어하여 클램프(224)를 상측 방향으로 이동하므로 고정된 도광판(100)의 클램핑 상태를 해제한다.

이때, 다수의 도광판(100)을 정렬부(220)로부터 배출하고 각각의 도광판(100)으로 분리하는 등의 작업이 별도로 진행될 수도 있다.

본 발명의 도광판 제조장치로 제조된 도광판은 직사각 형상 중에서 길이가 짧은 양쪽의 단변(112)을 통하여 광원(140)으로부터 발생하는 빛을 54 도의 넓은 범위로 입사한다.

따라서 본 발명에 의한 도광판 제조장치는 유효면적이 넓고 휘도가 충분하며 균일한 면광원으로 변환하는 HDTV 및 3D TV용 도광판을 제조하는 장점이 있다.

도 5 는 도 4 의 일 실시 예에 의한 패턴가공부의 기능과 구성을 설명하기 위한 A 부분의 확대 사시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 턴테이블(222)과 클램프(224) 사이에 다수의 도광판(100)이 클램핑되어 고정된 상태로 적재되어 있다.

도광판(100)의 단변(112)에는 경면부(120)가 구성되고, 화살표가 지시하는 상하 방향으로 직선 이동하는 스크레이퍼(256)를 밀착 상태로 구동하여 브이(V) 자 홈을 파므로(digging) 삼각기둥 모양의 홈으로 이루어지는 산란패턴(122)을 가공한다.

산란패턴(122)의 가공은 세레이션 금형으로 이루어지는 스크레이퍼(256)를 도광판(100)에 밀착시키는 힘의 세기와 상하로 이동하는 속도 등을 적절하게 조절하여 가공하는 것이 바람직하다.

스크레이퍼(256)를 이용하여 도광판(100)의 단변(112)에 가공되는 삼각기둥 모양의 브이(V) 자 홈은 세레이션 패턴이라고도 하지만 본 발명의 설명에서는 산란패턴(122)이라고 하기로 한다.

도 6 은 도 5 의 다른 일 실시 예에 의한 패턴가공부의 기능과 구성을 설명하기 위한 확대 사시도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, 턴테이블(222)과 클램프(224) 사이에 다수의 도광판(100)이 적재되고 클램핑 상태로 고정되어 있다.

도광판의 일 측 단변(112)에 브이(V) 자 홈의 산란패턴을 가공하는 롤러형 금형(257)이 다른 일 실시 예로 도시되고, 반대 측 단변(112)에는 산란패턴을 가공하는 평판형 금형(258)이 또 다른 일 실시 예로 도시되어 있다.

롤러형 금형(257)은 상하 이동하는 해당 선반에 의하여 구동하고, 평판형 금형(258)은 단변(112)의 표면과 수직 방향으로 이동하는 피스톤 실린더(259)에 의하여 구동한다.

롤러형 금형(257)과 평판형 금형(258)은 V 자 홈 형상의 산란패턴(122)을 찍는(stamping) 방식으로 가공한다. 여기서 산란패턴(122)이 명확하고 정밀하게 가공되도록 하기 위하여 찍는 과정을 중복할 수 있다.

본 발명에 의한 스크레이퍼(256), 롤러형 금형(257), 평판형 금형(258)은 도면에서의 선택된 좌우 방향으로 미세하게 이동하여 산란패턴을 반복 가공하므로 더욱 정밀한 산란패턴을 가공할 수 있다.

도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 에지형 백라이트 도광판 제조장치의 운용방법 순서도 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면, PMMA 아크릴 수지로 이루어진 3 밀리미터 두께의 도광판 원재료를 고선명 HDTV 또는 3D TV에 사용할 도광판의 크기로 재단한다.

재단된 각각의 HDTV용 도광판은 가로와 세로의 길이 비율이 16 대 9 이므로 가로로 긴 직사각 형상을 하며, 다수의 도광판을 직사각 형상이 일치하도록 정렬하여 도광판 제조장치의 정렬부에 적재 및 안착하고, 해당 제어부의 제어에 의하여 정렬된 도광판이 움직이지 않도록 고정하는 클램핑 처리한다(S310).

정렬부는 제어부의 해당 제어신호에 의하여 도광판의 단변을 정면으로 향하도록 소정의 단위 각도로 좌회전 또는 우회전하고, 제어부의 해당 제어신호에 의하여 구동모터가 구동하므로 제1연삭부의 위치로 이동한다. 여기서 소정의 단위 각도는 90 도로 단위화하는 것이 바람직하다.

제어부는 구동모터를 제어하여 정렬부를 제1연삭부의 위치로 이동시키고 제1선반을 구동시켜 적재된 도광판의 단변에 연마부를 접촉하도록 하며 스핀들모터를 회전 구동시켜 천연 다이아몬드를 구비한 연삭 가공용 툴(tool)을 구동하므로 정밀한 경면을 정삭 가공한다(S320).

단변을 정밀한 경면으로 연삭(연마)하는 정삭 과정은 12 개 스텝으로 진행되며, 각 스텝은 연마부의 회전속도, 도광판의 단변 연삭을 중지하여 열을 식히는 냉각시간, 도광판의 단변 연삭을 진행하는 연마시간, 연마재의 입자 굵기와 농도 등을 각각 다르게 하는 것 중에서 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

이러한 각 스텝은 도광판의 품질, 주변 환경 및 생산 물량 등을 고려하여 최선의 조건을 선택할 수 있다.

한편, 제어부는 구동모터를 제어하여 정렬부를 제2연삭부의 위치로 이동하고 도광판의 장변을 황삭 가공하기 위하여 좌회전 또는 우회전하도록 제어한다.

제2연삭부는 제어부의 해당 제어신호에 의하여 장변을 일반적인 보통 가공면으로 신속하게 황삭 가공한다(S330). 황삭 가공은 4 개의 스텝으로 구성될 수 있다.

장변은 길이가 길어 12 개 스텝으로 이루어지는 정삭 가공을 하는 경우 많은 시간과 비용이 소요되지만, 본 발명에서는 광원이 배치되지 않는 장변을 4 개 스텝으로 이루어지는 황삭 가공한다.

따라서 장변의 황삭 가공에 의하여 제조시간을 단축하고 도광판 전체의 제조시간을 단축하며, 제조비용을 줄이고 생산성을 높이며 불량률을 낮추는 장점이 있다.

또한, 장변을 황삭 가공하는 연삭 가공용 툴은 천연 다이아몬드를 사용하지 않으므로 제조원가를 줄이는 장점이 있다.

한편, 제어부는 구동모터를 제어하여 정렬부를 패턴가공부의 위치로 이동시킨다.

패턴가공부는 제어부의 해당 제어신호에 의하여 스크레이퍼를 도광판의 단변에 일정한 힘으로 밀착한 상태에서 정밀하게 이동시키므로 산란패턴을 정밀하게 가공한다(S340).

스크레이퍼를 구성하는 금형에는 세레이션 금형, 롤러형 금형, 평판형 금형이 포함되고, 금형의 구동에는 제1선반 또는 피스톤 실린더 등이 사용되며, 롤러형 금형과 피스톤 실린더에 의하여 구동되는 평판형 금형은 산란패턴을 찍는 방식으로 가공한다.

여기서 가공되는 산란패턴의 정밀성과 정확성을 높이기 위하여 반복 및 중복 가공할 수 있다.

제어부는 구동모터를 제어하여 정렬부를 고정홈가공부의 위치로 이동시키고, 고정홈가공부를 제어하여 각 도광판의 해당 측면에 다수의 고정용 홀과 홈을 가공한다(S350).

도광판의 장변에 가공되는 다수의 고정용 홀과 홈은 도광판을 해당 프레임에 고정시키고, 엘시디로 이루어지는 표시부의 에지형 백라이트 도광판으로 조립될 수 있도록 한다.

제어부는 구동모터를 제어하여 정렬부를 배출부의 위치로 이동하고 클램프를 회전시켜 적재된 도광판의 클램핑 상태를 해제하므로 도광판 제조장치로부터 가공이 완료된 도광판을 배출되도록 한다(S360).

이러한 구성의 본 발명은 가로의 길이가 길어지고 상대적으로 넓이가 넓어진 고선명 HDTV에 사용되는 도광판의 단변을 정밀한 경면으로 정삭 가공한 후에 산란패턴을 가공하므로 도광판의 생산시간을 줄이고 제조비용을 낮추며 생산성을 높이는 장점이 있다.

한편, 장변은 천연 다이아몬드를 사용하지 않는 일반 연삭 가공용 툴로 빠르게 황삭 가공한 후에 홀과 홈을 가공하므로 제조비용을 줄이고 불량률을 낮추는 장점이 있다.

그리고 본 발명의 구성은 도광판의 양쪽 단변을 통하여 광원의 빛을 입사하므로 고선명 HDTV에 표시되는 화상의 휘도와 선명도를 충분하게 높이고 유효면적이 넓은 면광원으로 변환하여 출사하는 장점이 있다.

또한, 종래에는 도광판을 경면을 정삭 가공하기 위하여 도광판을 시스템에 적치하고 정렬하여 가공한 후에 해체하여 창고에 적치하고, 다시 산란패턴 가공을 위하여 시스템에 적치 및 정렬하여 가공한 후에 해체하여 창고에 적치하는 과정을 반복하였다.

본 발명에서는 하나의 시스템에서 경면을 정삭한 후에 연속하여 산란패턴을 가공하므로 도광판의 적치와 해체를 반복하기 위한 작업자가 줄어들고, 반제품 및 완제품 도광판의 적치를 위한 창고 면적과 관리비용을 줄이며, 도광판을 적치, 해체, 적치를 반복하면서 칩 등의 이물질이 도광판에 유입되지 않고 긁힘 및 찍힘 등이 발생하지 않아 불량률을 줄이며, 생산시간을 단축하여 생산성이 향상되는 동시에 제조비용을 줄이는 등의 장점이 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 도광판 110 : 본체부
112 : 단변 114 : 장변
120 : 경면부 122 : 산란패턴
124 : 명부 126 : 암부
130 : 출광부 132 : 출광패턴
134 : 유효부 140 : 광원
200 : 도광판 제조장치 202 : 선반부
204 : 레일부 210 : 구동모터
220 : 정렬부 222 : 턴테이블
224 : 클램프 226 : 스텝모터
228 : 캐리어부 230 : 제1연삭부
232, 242 : 연마부 234, 244, 254 : 스핀들모터
236 : 제1선반 246 : 제2선반
240 : 제2연삭부 250 : 패턴가공부
252 : 제3선반 256 : 스크레이퍼
257 : 롤러형 금형 258 : 평판형 금형
259 : 피스톤 실린더 260 : 고정홈가공부
262 : 엔드밀부 264 : 제4선반
270 : 배출부

Claims (15)

1. 선명도가 요구되는 TV용 백라이트 도광판의 제조장치에 있어서,
   제어부의 제어신호에 의하여 동일한 크기와 형상으로 재단되어 정렬된 상기 다수의 도광판을 단위 각도로 좌회전과 우회전하고 구동부의 구동력에 의하여 이동하는 정렬부;
   상기 정렬부가 클램핑한 도광판의 측면을 빛의 투과와 반사가 용이하도록 연삭 가공하는 연삭부;
   상기 정렬부가 클램핑한 도광판의 단변에 산란패턴을 스크레이퍼로 가공하는 패턴가공부;
   상기 정렬부가 클램핑한 도광판의 측면에 다수의 홀과 홈을 엔드밀부로 가공하는 고정홈가공부; 및
   상기 정렬부에 클램핑된 도광판의 클램핑 상태를 해제하고 배출하는 배출부; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 백라이트 도광판의 제조장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 연삭부는,
   상기 도광판의 어느 일 측면을 정삭하는 제1연삭부; 및
   상기 도광판의 다른 일 측면을 황삭하는 제2연삭부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 백라이트 도광판의 제조장치.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1연삭부는,
   상기 도광판의 단변에 접촉하고 제어신호에 의하여 다이아몬드를 사용하고 정삭 가공하는 연마부;
   상기 연마부를 제어신호에 의하여 회전 구동하는 스핀들모터; 및
   상기 연마부와 스핀들모터를 고정하고 제어신호에 의하여 전후 방향으로 이동하는 제1선반; 을 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 백라이트 도광판의 제조장치.
   
6. 제 4 항에 있어서, 상기 제2연삭부는,
   상기 도광판의 장변에 접촉하고 제어신호에 의하여 황삭 가공하는 연마부;
   상기 연마부를 제어신호에 의하여 회전 구동하는 스핀들모터; 및
   상기 연마부와 스핀들모터를 고정하고 제어신호에 의하여 전후 방향으로 이동하는 제2선반; 을 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 백라이트 도광판의 제조장치.
   
7. 제 1 항에 있어서, 상기 패턴가공부는,
   상기 제어부의 제어신호에 의하여 전후 방향으로 이동하는 제3선반;
   상기 제3선반에 고정되고 상기 제어신호에 의하여 회전구동력을 발생하는 스핀들모터;
   상기 스핀들모터의 회전구동력에 의하여 상기 도광판의 단변에 삼각기둥 형상의 브이 자 홈에 의한 산란패턴을 가공하는 스크레이퍼; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 백라이트 도광판의 제조장치.
   
8. 제 7 항에 있어서, 상기 스크레이퍼는,
   세레이션 금형, 롤러형 금형, 평판형 금형 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 구성을 특징으로 하는 백라이트 도광판의 제조장치.
   
9. 제 8 항에 있어서, 상기 스크레이퍼는,
   브이(V)자 홈을 0.01 내지 0.15 밀리미터 범위의 깊이로 가공하고 상기 홈의 각도는 100 도 내지 145 도의 범위로 가공하며 상기 홈의 간격은 0.2 내지 1.2 밀리미터 범위로 가공하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 도광판의 제조장치.
   
10. 제 1 항에 있어서, 상기 고정홈가공부는,
    상기 제어부의 제어신호에 의하여 상기 도광판의 장변에 접촉하고 지정된 위치에 지정된 크기의 홈과 홀을 가공하는 엔드밀부; 및
    상기 엔드밀부를 상기 제어부의 제어신호에 의하여 전후와 상하 방향으로 이동하는 제4선반; 을 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 백라이트 도광판의 제조장치.
    
11. 삭제
12. 백라이트 도광판 제조장치의 제어부에 의하여 재단된 다수의 도광판이 정렬되고 안착된 정렬부를 제어하여 상기 도광판을 압착상태로 고정하도록 클램핑하는 제 1 단계;
    상기 제어부에 의하여 구동모터를 제어하고 상기 정렬부를 제1연삭부의 위치로 이동하며 상기 도광판의 단변을 정밀한 경면으로 정삭 가공하는 제 2 단계;
    상기 정렬부를 제2연삭부의 위치로 이동하고 상기 도광판의 장변을 황삭 가공하는 제 3 단계; 및
    상기 정렬부를 패턴가공부의 위치로 이동하고 상기 도광판의 단변에 스크레이퍼를 접촉하여 산란패턴을 가공하는 제 4 단계; 를 포함하여 이루어지는 백라이트 도광판 제조장치의 운용방법.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부에 의하여 상기 산란패턴이 가공된 정렬부를 고정홈가공부의 위치로 이동하고 상기 도광판의 장변에 다수의 고정용 홀과 홈을 엔드밀부로 각각 가공하는 제 5 단계; 및
    상기 정렬부를 배출부의 위치로 이동하고 상기 도광판의 클램핑 상태를 해제하는 제 6 단계; 를 더 포함하여 이루어지는 백라이트 도광판 제조장치의 운용방법.
    
14. 제 12 항에 있어서, 상기 2 단계는,
    상기 제1연삭부를 구성하는 연마부의 회전속도, 상기 도광판의 연삭을 중지하여 열을 식히는 냉각시간, 상기 도광판의 연삭을 진행하는 연마시간, 연마재의 입자 굵기와 농도를 다르게 하는 것 중에서 어느 하나 이상을 포함하여 경면으로 정삭하는 공정이 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 도광판 제조장치의 운용방법.
    
    
15. 삭제

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