KR101208402B1

KR101208402B1 - 도광판 및 이를 포함하는 백라이트 유닛

Info

Publication number: KR101208402B1
Application number: KR1020110102664A
Authority: KR
Inventors: 이명원; 금중한; 송인규; 장태명; 공석한
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2012-12-05

Abstract

본 발명은 도광판 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 반구형 음각 패턴이 도광판을 좌우로 이등분하는 선으로부터 수학식 1에 의한 간격으로 좌우로 각각 배열된 다수의 패턴 라인을 하면에 포함함으로써, 출사되는 광의 균일도가 높은 도광판 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.

Description

도광판 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 {LIGHT GUIDING PLATE AND BACKLIGHT UNIT COMPRISING THE SAME}

본 발명은 출사되는 광의 균일도가 개선된 도광판 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.

액정표시장치는 평판표시장치의 일종으로, 액정의 광학적 특성을 이용하여 화상을 디스플레이하는 장치이다. 이와 같은 액정표시장치는 외부 신호에 따라 화상을 표시하는 액정표시패널 및 상기 액정표시패널로 광을 제공하는 면광원 장치(백라이트 유닛)를 포함한다.

면광원 장치는 광원의 위치에 따라 직하 방식과 엣지 방식으로 구분되는데, 직하 방식은 소비전력이 높고 액정표시장치의 두께를 증가시키는 단점이 있어 최근에는 엣지 방식이 주로 사용된다.

엣지 방식의 면광원 장치의 경우 도광판의 측면으로부터 입사된 광을 상면으로 균일하게 출력할 필요가 있으며, 이를 위한 다양한 방법들이 연구되어 왔다.

이와 관련하여, 한국공개특허 제2009-0112406호는 하부에 고랑 형상의 오목부와 상부에 프리즘 패턴을 구비한 도광판을 제안하고 있으나, 면광원의 균일도를 개선하는 데는 여전히 부족한 문제점이 있었다.

특허문헌 1: 한국 공개특허공보 2009-0112406

본 발명은 출사되는 광의 균일도가 높은 도광판을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 도광판을 구비한 백라이트 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

1. 반구형 음각 패턴이 도광판을 좌우로 이등분하는 선으로부터 하기 수학식 1에 의한 간격으로 좌우로 각각 배열된 다수의 패턴 라인을 하면에 포함하는 도광판:

(식 중, x는 상기 선을 기준으로 선에서 멀어지는 방향의 좌우 패턴 순번, D_x는 상기 선과 x번째 패턴의 간격, 1Χ10^-6mm≤a≤3Χ10^-6mm, 2Χ10^-18mm≤b≤1Χ10^-17mm, 1.3mm≤c≤1.8 mm임).

2. 위 1에 있어서, 위 패턴의 음각된 깊이는 0.01 내지 0.03 mm인 도광판.

3. 위 1에 있어서, 위 패턴의 지름은 0.05 내지 0.2 mm인 도광판.

4. 위 1에 있어서, 위 패턴 라인 간의 간격은 0.3 내지 0.6 mm인 도광판.

5. 위 1에 있어서, 상면에 광산란 패턴을 갖는 도광판.

6. 위 5에 있어서, 위 광산란 패턴은 패턴의 단면 모양이 원의 일부인 도광판.

7. 위 1 내지 6 중 어느 한 항의 도광판을 구비하는 백라이트 유닛.

8. 위 7에 있어서, 위 도광판의 측면에 발광 다이오드(LED), 유기발광 다이오드(OLED), 열음극관 및 냉음극관으로 이루어진 군에서 선택된 광원이 추가로 포함된 백라이트 유닛.

9. 위 7에 있어서, 위 도광판의 하면에 반사 시트를 구비하는 백라이트 유닛.

10. 위 7의 백라이트 유닛을 구비하는 액정표시장치.

본 발명의 도광판은 하면에 음각 패턴을 구비함으로써 그 계면에서의 반사와 굴절을 통해 출사되는 광의 균일도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 음각 패턴이 특정한 간격으로 배열됨으로써 광원에서 입사된 광을 균일도 70% 이상으로 균일하게 출사할 수 있다.

본 발명의 도광판은 상면의 광산란 수단을 구비함으로써 출사되는 광의 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 도광판의 일 구현예의 개략적인 하부 평면도이다.
도 2는 본 발명의 도광판의 하부 음각 패턴의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 백라이트 유닛의 일 구현예의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 시험예1의 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 시험예1의 위치별 조도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 시험예2의 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 시험예2의 위치별 조도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 시험예3의 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 시험예3의 위치별 조도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 시험예4의 균일도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 시험예4의 위치별 조도를 나타낸 그래프이다.

본 발명은, 반구형 음각 패턴이 도광판을 좌우로 이등분하는 선으로부터 하기 수학식 1에 의한 간격으로 좌우로 각각 배열된 다수의 패턴 라인을 하면에 포함함으로써, 출사되는 광의 균일도가 높은 도광판 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 일 구현예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 도광판(100)의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다.

본 발명의 도광판(100)의 하면에는 다수의 반구형 음각 패턴(110)이 배열된다. 상기 패턴(110)은 도광판을 좌우로 이등분하는 선(가상의 선으로서, 가로 윗변과 가로 밑변 각각의 중점을 연결하는 중심선)으로부터 하기 수학식 1에 의한 간격으로 각각 좌우 수평방향으로 배열된 다수의 패턴 라인을 형성하는 것이 특징이다:

[수학식 1]

(식 중, x는 상기 선을 기준으로 선에서 멀어지는 방향의 좌우 패턴 순번, D_x는 상기 선과 x번째 패턴의 간격, 1Χ10^-6mm≤a≤3Χ10^-6mm, 2Χ10^-18mm≤b≤1Χ10^-17mm, 1.3mm≤c≤1.8 mm임)

본 발명의 도광판(100)의 하면 음각 패턴(110)은 상기 중심선(A-A')을 기준으로 좌우 수평방향으로 특정한 간격으로 배열되므로 좌우대칭형이 된다. 이하에서는 도 1에 도시된 바와 같이 우분면을 기준으로 설명한다.

위 수학식 1에 따르면, D_x는 상기 중심선과 x번째 패턴(110)과의 간격을 나타내므로, D₁은 중심선과 1 번째 패턴과의 간격을 나타내며, D₂는 중심선와 2 번째 패턴과의 간격을 나타낸다. D_x의 값은 위 수학식 1에 따라 정해지는데, 수학식 1은 2차 함수식이다. 따라서, 하면 패턴(110)은 중심선으로부터 멀어질수록 그 간격이 더 커지게 된다.

본 발명의 도광판(100)은 하면에 음각 패턴(110)을 구비함으로써 그 계면에서의 반사와 굴절을 통해 출사되는 광의 균일도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 패턴(110)이 특정한 2차 함수적으로 배열됨으로써 광의 균일도를 현저하게 높일 수 있다.

위 수학식 1에서 계수인 a, b, c는 전술한 범위의 값을 가지며, 상기 범위를 벗어날 경우 도광판에서 출사되는 광의 균일도가 현저하게 떨어진다.

본 발명에 따른 하면 음각 패턴(110)은 도 2에 도시된 바와 같이, 반구형으로 음각된 패턴이다. 반구형 음각 패턴은 도광판으로 입사된 광이 그 계면에서 반사 및 굴절을 하게 되어 균일한 광 산란에 기여한다.

패턴(110)의 음각된 깊이(111)는 도광판 하면의 평면부에서 음각 패턴의 가장 깊은 곳까지의 거리로 정의된다. 본 발명에 따른 음각된 깊이(111)의 바람직한 범위는 0.01 내지 0.03 mm일 수 있다. 깊이(111)가 0.01mm 미만이면 출사하는 광(光)이 도광판 중앙부에 집중되어 균일도가 저하되고, 0.03mm 초과이면 출사하는 광이 도광판의 측면부에 집중되어 균일도가 저하될 수 있다.

본 발명에 따른 음각 패턴(110)의 지름(112)은 0.05 내지 0.2 mm인 것이 바람직하다. 지름(112)이 0.05mm 미만이면 조도가 저하될 수 있고, 0.2mm 초과이면 조도가 지나치게 증가될 수 있다.

본 발명의 도광판은 음각 패턴(110)이 형성하는 패턴 라인이 다수 존재하는 하면을 구비한다. 상기 패턴 라인 간의 간격(120)은 출사되는 광의 균일도를 저하시키지 않는 범위 내에서 적절한 간격을 가질 수 있다. 예를 들어 0.3 내지 0.6 mm일 수 있으며, 상기 범위에서 우수한 광의 균일도를 가질 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 도광판(100)의 하면의 패턴 배열은 중심선(A-A')을 기준으로 좌우가 대칭되므로 좌분면도 우분면과 동일한 방식으로 패턴(110)이 배열된다.

본 발명의 도광판(100)은 상면에 광산란 패턴(130)을 가질 수 있다. 이러한 광산란 패턴(130)을 통해 도광판의 상면을 통해 출사되는 광의 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다. 광산란 패턴(130)의 단면 모양은 원의 일부가 바람직하며, 예컨대 반원형, 반타원형 등의 렌즈 형상(렌티큘러 형상)을 이룰 수 있다.

본 발명의 도광판(100)의 베이스 수지는 본 기술분야에서 사용되는 재료라면 모두 사용될 수 있다. 예컨대 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴계 공중합 수지, 스티렌계 수지, 스티렌-아크릴로니트릴계 수지 및 폴리카보네이트 수지 중 선택되는 1종 이상의 수지를 베이스 수지로 이용할 수 있다. 도광판(100)은 베이스 수지 외에 자외선 흡수제, 블루잉제, 산화방지제, 이형제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 도광판(100)은 통상적인 도광판과 마찬가지로, 하면과 상면 중 어느 한 곳에 기능성층(미도시)을 추가로 포함할 수 있다. 기능성층의 베이스 수지는 기재층인 도광판(100)의 베이스 수지로 예시한 수지를 사용할 수 있으며, 도광판(100)의 베이스 수지와 같은 것을 사용할 수도 있으나, 다른 것을 사용할 수도 있다. 이와 같은 기능성층 내부에는 자외선 흡수제, 열안정제, 산화방지제, 대전방지제, 형광증백제, 이형제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

도광판(100)의 제조방법은 특별히 제한되지 않으며, 압출 성형, 진공 성형, 열 프레스 성형, 압출 성형, 필름 적층법, 용제 접착법, 표면 코팅법, 자외선 경화법, 열 경화법 등 다양한 방법을 사용할 수 있다. 다만, 이 중 제조상 용이성을 고려하면 압출성형 내지 자외선 경화법이 바람직하며, 제작 비용 및 생산성을 고려하면 압출 성형이 바람직하다.

본 발명의 도광판(100)은 광원 등과 함께 백라이트 유닛을 구성할 수 있다. 광원에서 출사된 광은 도광판(100)의 측면으로 입사된다. 광원은 측면의 옆 쪽에 위치할 수도 있고 다른 곳에 위치할 수도 있다. 광원이 도광판의 측면에 대향하여 위치하는 엣지형 백라이트 유닛이 바람직하나, 별도의 반사 수단이 도광판의 측면으로 적절히 광을 입사시킬 수 있다면 광원이 다른 곳에 위치하여도 무방하다. 광원은 예컨대 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 열음극관, 냉음극관 등을 제한 없이 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 도광판(100)이 포함된 엣지형 백라이트 유닛을 예시한 것이다. 도 3에는 광원(200)이 2개 도시되어 있으나 1개 또는 2개를 넘는 복수 개 구비되어 있을 수도 있다.

도광판(100)의 하면에는 반사 시트(300)가 추가로 구비될 수 있다. 반사 시트(300)는 도광판(100)의 하부로 출사되는 광을 반사시켜 도광판(100) 내부로 재입사시키기 위한 것으로서, 본 기술분야에서 사용되는 일반적인 반사 시트(300)가 제한 없이 사용될 수 있다.

한편, 도광판(100)의 상면에는 필요에 따라 확산 시트, 마이크로 렌즈 시트, 프리즘 시트, 휘도향상(DBEF) 시트, 보호 시트 등이 더 포함될 수 있다.

본 발명의 도광판(100)은 디스플레이 장치의 일 구성요소로서 포함될 수 있다. 상기 디스플레이 장치는 화상을 표시하기 위하여 별도의 면 광원이 필요한 장치이면 특별히 한정되지 아니하며, 예를 들어 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display) 등이 될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 도광판(100)은 일반적인 조명 장치에 면 광원을 공급하기 위한 일 구성요소로도 사용될 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 기술하나 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1-2 및 비교예 1-2

PMMA로 제조된 도광판을 제조하였으며, 하기 표 1에 기재된 구성으로 도광판 하면 음각 패턴을 형성하였다.

구분	수학식 1의 a, b, c	수직방향 간격	패턴 음각 깊이	패턴의 지름
실시예 1	a=3Χ10^-6 mm b=2Χ10^-18 mm c=1.4 mm	0.3 mm	0.02mm	0.1mm
실시예 2	a=2Χ10^-6 mm b=3Χ10^-18 mm c=1.6 mm	0.3 mm	0.02 mm	0.1 mm
비교예 1	a=5Χ10^-6 mm b=5Χ10^-18 mm c=1.0 mm	0.3 mm	0.02 mm	0.1 mm
비교예 2	a=4Χ10^-6 mm b=3Χ10^-18 mm c=1.2 mm	0.3 mm	0.02 mm	0.1 mm

시험예 1

상기 제조된 도광판 측면에 LED 500만개로 이루어진 광원을 배치하고 LED 광출사각 120°, LED 광세기 35 lumen의 조건으로 도광판에서 출사되는 광의 균일도 및 도광판의 중심선을 기준으로 수평방향 위치별 조도를 측정하였으며, 그 결과를 도 4(균일도) 및 도 5(위치별 조도)에 도시하였다.

도 4를 참고하면, 실시예들의 도광판은 균일도가 70% 이상으로 우수하지만, 비교예들의 도광판은 70% 미만이어서 상용화에 부적합한 것을 알 수 있다.

도 5를 참고하면, 실시예들의 도광판은 어느 위치나 조도가 유사하지만, 비교예들의 도광판은 중앙부의 조도가 높아 균일도가 낮음을 알 수 있다.

실시예 3-5

PMMA로 제조된 도광판을 제조하였으며, 하기 표 2에 기재된 구성으로 도광판의 하면 음각 패턴을 형성하였다.

구분	수학식 1의 a, b, c	수직방향 간격	패턴 음각 깊이	패턴의 지름
실시예 3	a=3Χ10^-6 mm b=2Χ10^-18 mm c=1.4 mm	0.3 mm	0.02 mm	0.1mm
실시예 4	a=3Χ10^-6 mm b=2Χ10^-18 mm c=1.4 mm	0.4 mm	0.02 mm	0.1mm
실시예 5	a=3Χ10^-6 mm b=2Χ10^-18 mm c=1.4 mm	0.5 mm	0.02 mm	0.1mm

시험예 2

상기 제조된 도광판 측면에 LED 500만개로 이루어진 광원을 배치하고 LED 광출사각 120°, LED 광세기 35 lumen의 조건으로 도광판에서 출사되는 광의 균일도 및 도광판의 중심선을 기준으로 수평방향 위치별 조도를 측정하였으며, 그 결과를 도 6(균일도) 및 도 7(위치별 조도)에 도시하였다.

도 6을 참고하면, 실시예들의 도광판은 모두 균일도가 70% 이상으로 우수한 것을 알 수 있으며, 도 7을 참고하면, 실시예들의 도광판은 어느 위치나 조도가 유사하여 균일도가 높음을 알 수 있다.

실시예 6-9

PMMA로 제조된 도광판을 제조하였으며, 하기 표 3에 기재된 구성으로 도광판의 하면 음각 패턴을 형성하였다.

구분	수학식 1의 a, b, c	수직방향 간격	패턴 음각 깊이	패턴의 지름
실시예 6	a=3Χ10^-6 mm b=2Χ10^-18 mm c=1.4 mm	0.3 mm	0.02 mm	0.09 mm
실시예 7	a=3Χ10^-6 mm b=2Χ10^-18 mm c=1.4 mm	0.3 mm	0.02 mm	0.10 mm
실시예 8	a=3Χ10^-6 mm b=2Χ10^-18 mm c=1.4 mm	0.3 mm	0.02 mm	0.11 mm
실시예 9	a=3Χ10^-6 mm b=2Χ10^-18 mm c=1.4 mm	0.3 mm	0.02 mm	0.12 mm

시험예 3

상기 제조된 도광판 측면에 LED 500만개로 이루어진 광원을 배치하고 LED 광출사각 120°, LED 광세기 35 lumen의 조건으로 도광판에서 출사되는 광의 균일도 및 도광판의 중심선을 기준으로 수평방향 위치별 조도를 측정하였으며, 그 결과를 도 8(균일도) 및 도 9(위치별 조도)에 도시하였다.

도 8을 참고하면, 실시예들의 도광판은 모두 균일도가 70% 이상으로 우수한 것을 알 수 있으며, 도 9를 참고하면, 실시예들의 도광판은 어느 위치나 조도가 유사하여 균일도가 높음을 알 수 있다.

실시예 10-12

PMMA로 제조된 도광판을 제조하였으며, 하기 표 4에 기재된 구성으로 도광판 하면 음각 패턴을 형성하였다.

구분	수학식 1의 a, b, c	수직방향 간격	패턴 음각 깊이	패턴의 지름
실시예 10	a=3Χ10^-6 mm b=2Χ10^-18 mm c=1.4 mm	0.3 mm	0.015 mm	0.1 mm
실시예 11	a=3Χ10^-6 mm b=2Χ10^-18 mm c=1.4 mm	0.3 mm	0.020 mm	0.1 mm
실시예 12	a=3Χ10^-6 mm b=2Χ10^-18 mm c=1.4 mm	0.3 mm	0.025 mm	0.1 mm

시험예 4

상기 제조된 도광판 측면에 LED 500만개로 이루어진 광원을 배치하고 LED 광출사각 120°, LED 광세기 35 lumen의 조건으로 도광판에서 출사되는 광의 균일도 및 도광판의 중심선을 기준으로 수평방향 위치별 조도를 측정하였으며, 그 결과를 도 10(균일도) 및 도 11(위치별 조도)에 도시하였다.

도 10을 참고하면, 실시예들의 도광판은 모두 균일도가 70% 이상으로 우수한 것을 알 수 있으며, 도 11을 참고하면, 실시예들의 도광판은 어느 위치나 조도가 유사하여 균일도가 높음을 알 수 있다.

Claims

반구형 음각 패턴 라인이 도광판을 좌우로 이등분하는 선으로부터 하기 수학식 1에 의한 간격으로 좌우로 각각 배열되고,
상기 패턴 라인 내의 패턴들은 서로 동일 간격을 두고 배열된,
다수의 패턴 라인을 하면에 포함하는 도광판:
[수학식 1]

(식 중, x는 상기 선을 기준으로 선에서 멀어지는 방향의 좌우 패턴 라인 순번, D_x는 상기 선과 x번째 패턴 라인의 간격, 1×10^-6mm≤a≤3×10^-6mm, 2×10^-18mm≤b≤1×10^-17mm, 1.3mm≤c≤1.8 mm임).
청구항 1에 있어서, 상기 패턴의 음각된 깊이는 0.01 내지 0.03 mm인 도광판.
청구항 1에 있어서, 상기 패턴의 지름은 0.05 내지 0.2 mm인 도광판.
청구항 1에 있어서, 상기 패턴 라인 간의 간격은 0.3 내지 0.6 mm인 도광판.
청구항 1에 있어서, 상면에 광산란 패턴을 갖는 도광판.
청구항 5에 있어서, 상기 광산란 패턴은 패턴의 단면 모양이 원의 일부인 도광판.
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항의 도광판을 구비하는 백라이트 유닛.
청구항 7에 있어서, 상기 도광판의 측면에 발광 다이오드(LED), 유기발광 다이오드(OLED), 열음극관 및 냉음극관으로 이루어진 군에서 선택된 광원이 추가로 포함된 백라이트 유닛.
청구항 7에 있어서, 상기 도광판의 하면에 반사 시트를 구비하는 백라이트 유닛.
청구항 7의 백라이트 유닛을 구비하는 액정표시장치.