KR101208403B1 - 도광판 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 - Google Patents

도광판 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 Download PDF

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최정민
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Abstract

본 발명은 도광판 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상단 꼭지점 부분이 호의 형태를 갖는 프리즘 패턴을 상면에 포함하는 도광판으로서, 상기 프리즘의 수직 단면의 하단 밑변 길이(P)는 50 내지 100 ㎛이고, 상기 프리즘의 상단 호의 부채꼴 중심각(θ)은 2°내지 95°이고, 상기 프리즘의 수직 단면의 하부 내각(A)은 30° 내지 50°임으로써, 출사되는 광의 직진성 및 휘도가 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 도광판 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 출사되는 광의 직진성 및 휘도가 개선된 도광판 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
종래 CRT 모니터가 주종을 이루던 화상 표시 장치는 최근 그 기술이 비약적으로 발전하여 LCD, OLED, 전자종이 등 더 넓고 가벼우며 심지어 구부릴 수도 있는 화상 표시 장치들이 속속 소개되고 있다. 더욱이, 화상 표시 장치의 연구가 활발하게 이루어짐에 따라 대면적의 화상 표시 장치가 경쟁적으로 개발되고 있는 실정이다.
다만, 화상 표시 장치의 개발 방향은 화면의 확장에 있었으나, 최근에는 화면의 확장은 인간의 시야를 초과할 정도의 면적까지 가능하게 되어 그 한계에 도달하였으며, 그에 따라 해상도, 명암비, 색재현성 등의 화질 개선에 연구의 초점이 맞추어지고 있다.
이러한 화질 개선에 있어서 최근 소개된 기술 중 화면 분할 구동(로컬 디밍, local dimming)은 백라이트 유닛을 다수의 영역으로 구분하고, 휘도(밝기)를 영상 신호와 연계해 영상의 검은 색 부분에 해당되는 광원의 휘도를 저하시키고, 밝은 부분의 휘도를 높여서 명암비를 대폭 개선함과 동시에 선명도를 높이는 기술이다.
이러한 화면 분할 구동이 효과적으로 구현되기 위해서는 광원으로부터 나오는 광을 높은 휘도로 균일하면서도 직진성이 있도록 출사시키는 도광판이 필요하다.
이와 관련하여, 한국공개특허공보 제2011-50270호는 하부에 레이저 음각 패턴 및 상부에 프리즘 패턴을 구비한 도광판을 제안하고 있으나, 면광원의 직진성을 개선하는 데는 여전히 부족한 문제점이 있다.
특허문헌 1: 한국 공개특허공보 2011-50270
본 발명은 출사되는 광의 직진성 및 휘도가 높은 도광판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 도광판을 구비한 백라이트 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 상단 꼭지점 부분이 호의 형태를 갖는 프리즘 패턴을 상면에 포함하는 도광판으로서,
상기 프리즘의 수직 단면의 하단 밑변 길이(P)는 50 내지 100 ㎛이고,
상기 프리즘의 수직 단면의 상단 호의 부채꼴 중심각(θ)은 2°내지 95 °이고,
상기 프리즘의 수직 단면의 하부 내각(A)은 30 °내지 50°인 도광판.
2. 위 1에 있어서, 상기 프리즘의 수직 단면의 하단 밑변 길이(P)는 60 내지 80 ㎛인 도광판.
3. 위 1에 있어서, 상기 프리즘의 수직 단면의 상단 호의 부채꼴 중심각(θ)은 15°내지 70°인 도광판.
4. 위 1에 있어서, 상기 프리즘의 수직 단면의 하부 내각(A)은 35° 내지 50°인 도광판.
5. 위 1에 있어서, 하면에 광산란 패턴을 갖는 도광판.
6. 위 5에 있어서, 상기 광산란 패턴은 음각 또는 양각된 패턴인 도광판.
7. 위 1 내지 6 중 어느 한 항의 도광판을 구비하는 백라이트 유닛.
8. 위 7의 백라이트 유닛을 구비하는 화상 표시 장치.
본 발명의 도광판은 상면에 라운드형 프리즘 패턴을 구비함으로써 출사되는 광의 직진성을 향상시켜 화면 분할 구동을 구현하는데 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 도광판을 구비한 화면 표시 장치는 핫스팟이 존재하지 않는 광의 균일한 출사가 가능하다.
본 발명의 도광판을 구비한 화면 표시 장치는 화면 분할 구동의 구현 효과가 우수하여 명암비 및 선명도가 우수한 화면의 표시가 가능하다.
도 1은 본 발명의 도광판의 라운드 프리즘 일 구현예의 개략적인 수직 단면도이다.
도 2는 본 발명의 백라이트 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 백라이트 유닛의 일 구현예의 개략적인 수직 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 직진성 평가방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 시험예1의 위치별 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 시험예1의 직진성 및 평균휘도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 시험예2의 위치별 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 시험예2의 직진성 및 평균휘도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 시험예3의 위치별 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 시험예3의 직진성 및 평균휘도를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 상단 꼭지점 부분이 호의 형태를 갖는 프리즘 패턴을 상면에 포함하는 도광판으로서, 상기 프리즘의 수직 단면의 하단 밑변 길이(P)는 50 내지 100 ㎛이고, 상기 프리즘의 상단 호의 부채꼴 중심각(θ)은 2°내지 95°이고, 상기 프리즘의 수직 단면의 하부 내각(A)은 30° 내지 50°임으로써, 출사되는 광의 직진성 및 휘도가 높은 도광판 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 도광판은, 상단 꼭지점 부분이 호의 형태를 갖는 프리즘(이하 "라운드 프리즘"이라고 함) 패턴을 상면에 포함한다.
보다 상세하게는, 본 발명의 도광판은, 라운드 프리즘 패턴의 수직 단면의 하단 밑변 길이(P)는 50 내지 100 ㎛이고, 상기 프리즘의 수직 단면의 상단 호의 부채꼴 중심각(θ)은 2°내지 95°이고, 상기 프리즘의 수직 단면의 하부 내각(A)은 30° 내지 50°이다.
본 발명에 따른 라운드 프리즘 패턴의 일 구현예의 수직 단면의 개략적인 형태를 도 1에 도시하였다. 도 1에 도시된 라운드 프리즘 패턴의 수직 단면은 좌우 대칭인 형태로서, 프리즘의 상단 꼭지점 부분이 호의 형태를 갖는다.
본 발명의 라운드 프리즘 패턴의 수직 단면의 하단 밑변 길이(P)는 50 내지 100 ㎛이며, 바람직하게는 60 내지 80 ㎛이다. 하단 밑변 길이가 50 ㎛ 미만이거나 100 ㎛ 초과이면 도광판에서 출사되는 광의 직진성 및 휘도가 저하된다.
또한, 본 발명의 라운드 프리즘 패턴의 수직 단면의 상단 호의 부채꼴 중심각(θ)은 2°내지 95°이며, 바람직하게는 15°내지 70°이다. 호의 부채꼴 중심각(θ)이 2°미만이거나 95°초과이면 도광판에서 출사되는 광의 직진성 및 휘도가 저하된다.
본 발명에 있어서, 하부 내각라운드 프리즘 패턴의 수직 단면의 하부 내각(A)은 30° 내지 50°의 값을 가지며, 바람직하게는, 35° 내지 50°의 값을 갖는다. 라운드 프리즘 패턴의 수직 단면의 하부 내각(A)이 상기 범위를 벗어나면 도광판에서 출사되는 광의 직진성 및 휘도가 저하되는 문제가 있다.
본 발명에 있어서, 라운드 프리즘의 수직 단면의 하단 밑변 길이(P), 라운드 프리즘의 호의 부채꼴 중심각(θ), 라운드 프리즘 패턴의 수직 단면의 하부 내각(A) 모두가 전술한 특정한 범위에 해당될 경우, 도광판으로부터 출사되는 광의 직진성 및 휘도를 동시에 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예를 도시한 도 1을 참고하면, 본 발명에 있어서 라운드 프리즘의 상단 호를 포함하는 원의 중심(원점(O))은, 전술한 3개의 파라미터가 전술한 특정한 범위에 해당하는 값을 갖는 범위라면 하단 밑변 위 또는 라운드 프리즘의 외부에 위치할 수 있다. 그에 따라 라운드 프리즘의 상단 호를 포함하는 부채꼴의 반지름(R)은 다양한 값을 가질 수 있다.
이와 더불어, 선택적으로 본 발명의 도광판은 하면에 광산란 패턴을 가질 수 있다(도 3 참고). 이러한 광산란 패턴을 통해 도광판의 상면을 통해 출사되는 광의 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다. 광산란 패턴의 형태는 당분야에서 광산란 패턴으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 도광판에 음각 또는 양각된 패턴이 적용될 수 있으며, 패턴의 구체적인 형태로는, 렌즈형, 렌티큘러형, 프리즘형, 다각형 등 일 수 있으며, 렌티큘러형은 그 단면의 형태가 예컨대 반원형, 반타원형 등을 가질 수 있다. 또한, 이들 광산란패턴은 연속적 또는 소정의 간격으로 배치될 수도 있으며, 광원으로부터 멀어짐에 따라 산란패턴밀도가 증가되거나, 일정하게 위치할 수도 있다.
본 발명의 도광판의 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. 도광판은 베이스 수지 외에 자외선 흡수제, 블루잉제, 산화방지제, 이형제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 도광판은 통상적인 도광판과 마찬가지로, 하면과 상면 중 어느 한 곳에 기능성층을 추가로 포함하거나, 도광판에 기능성을 부여할 수 있다. 기능성층의 베이스 수지는 기재층인 도광판의 베이스 수지로 예시한 수지를 사용할 수 있으며, 도광판의 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 있으며, 베이스 수지에 이들 기능성 물질을 포함시킬 수도 있다.
도광판의 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 도광판은 광원 등과 함께 백라이트 유닛을 구성할 수 있다. 광원에서 출사된 광은 도광판의 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.
본 발명에 따른 백라이트 유닛에 있어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 광원(200)이 도광판(100)의 측면에 위치할 경우에, 도광판(100) 상부의 라운드 프리즘 패턴(130)의 방향은 그 길이방향으로 양 말단에 광원(200)이 위치하도록 배치되거나, 상기 방향과는 수직인 위치에 광원(200)이 위치하도록 배치될 수 있다. 바람직하게는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 라운드 프리즘 패턴(130)의 방향이 그 길이방향으로 양 말단에 광원(200)이 위치하도록 배치되는 것이 핫스팟을 감소시키고 출사되는 광의 균일성 측면에서 유리하다. 또한, 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 화상 표시 장치의 일 구성요소로서 포함될 수 있다. 상기 화상 표시 장치는 화상을 표시하기 위하여 별도의 면광원이 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 면광원을 공급하기 위한 일 구성요소로도 사용될 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 기술하나 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1-6: 밑변 변화
PMMA(굴절률: 1.49)로 제조된 도광판을 제조하였으며, 도광판 상면에 하기 표 1에 기재된 구성을 갖는 라운드 프리즘 패턴을 형성하였다.
구분 밑변 길이
(P, ㎛)		 부채꼴 중심각
(θ, °)		 하부 내각
(A, °)
실시예 1 50 3.4 40
실시예 2 60 19.2 40
실시예 3 70 30.9 40
실시예 4 80 66.3 40
실시예 5 90 82.1 40
실시예 6 100 91.3 40
시험예 1
상기 제조된 도광판 측면에 LED Ray 1,000만개로 이루어진 광원을 배치하고 LED 광출사각 120°, LED 광세기 35 lumen의 조건으로 도광판에서 출사되는 광의 직진성 및 상대휘도를 측정하였다.
직진성은 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, N번째 블록의 LED 광원들(각 블록은 LED 광원을 8-12개 포함함)을 켜고(on) 다른 블록들의 광원들은 모두 끈(off) 경우에, 도광판에서 N 번째 블록의 광원을 잇는 직선부에서 나오는 광의 휘도에 대하여 N+3번째 블록의 광원을 잇는 직선부에서 나오는 광의 휘도의 비로 평가하였다. 상기 비율이 작을수록 광의 직진성은 우수하다. 휘도는 휘도계(모델명: BM-7, 일본 TOPCON사)를 사용하여 휘도를 측정하였다.
상기 측정 결과를 하기 표 2 및 도 5(위치별 휘도)와 도 6(직진성 및 평균휘도)에 도시하였다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
직진성(%) 18.7 18.8 15.9 17.0 18.1 19.5
평균휘도(nit) 880 926 951 937 869 880
상기 표 2 및 도 5를 참고하면, 실시예들의 도광판을 출사하는 광은 광원 부근에서 휘도가 현저하게 상승하거나 직진성이 우수한 것을 알 수 있으며, 상기 표 2 및 도 6을 참고하면, 실시예들의 도광판을 출사하는 광은 직진성 및 평균휘도가 우수함을 알 수 있다.
실시예 7-11: 하부 내각 변화
PMMA(굴절률: 1.49)로 제조된 도광판을 제조하였으며, 도광판 상면에 하기 표 3에 기재된 구성을 갖는 라운드 프리즘 패턴을 형성하였다.
구분 밑변 길이
(P, ㎛)		 부채꼴 중심각
(θ, °)		 하부 내각
(A, °)
실시예 7 70 2.5 30
실시예 8 70 16.5 35
실시예 9 70 30.9 40
실시예 10 70 43.2 45
실시예 11 70 54.4 50
시험예 2
상기 제조된 도광판 측면에 LED Ray 1,000만개로 이루어진 광원을 배치하고 LED 광출사각 120°, LED 광세기 35 lumen의 조건으로 도광판에서 출사되는 광의 직진성 및 상대휘도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4 및 도 7(위치별 휘도)과 도 8(직진성 및 평균휘도)에 도시하였다.
구분 실시예7 실시예8 실시예9 실시예10 실시예11
직진성(%) 23.9 18.3 15.9 14.2 12.5
평균휘도(nit) 949 927 951 927 948
상기 표 4 및 도 7를 참고하면, 실시예들의 도광판을 출사하는 광은 광원 부근에서 휘도가 현저하게 상승하여 직진성이 우수한 것을 알 수 있으며, 상기 표 6 및 도 8을 참고하면, 실시예들의 도광판을 출사하는 광은 직진성 및 평균휘도가 우수함을 알 수 있다.
시험예 3: 패턴 단면 변화
도광판 상면에 아무런 패턴을 형성하지 않은 경우(plat), 렌즈형 패턴을 형성한 경우(Lens), 프리즘형 패턴을 형성한 경우(prism)에 대해 각각 PMMA(굴절률: 1.49)로 제조된 도광판을 제조하였으며, 상기 도광판들에 대해 실시예 3의 도광판과 광의 직진성 및 상대휘도를 비교 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 5 및 도 9(위치별 휘도)와 도 10(직진성 및 평균휘도)에 도시하였다.
프리즘형의 경우에는 상단의 꼭지점이 예각을 이루는 점을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 제조하였으며, 렌즈형의 경우는 그 높이가 20㎛이고, 밑면이 지름이 40㎛인 원으로서 이러한 렌즈가 라인을 형성한 패턴인 점을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 제조하였다.
구분 실시예 3 plat Lens Prism
직진성(%) 15.9 66.2 64.8 25.5
평균휘도(nit) 951 938 227 894
상기 표 5 및 도 9를 참고하면, 실시예 3은 도광판을 출사하는 광은 광원 부근에서 휘도가 현저하게 상승하여 직진성이 우수한 것을 알 수 있으나, 다른 도광판들은 위치별 휘도 차이가 크지 않음을 알 수 있다. 특히 plat형의 경우와 렌즈형의 경우는 직진성이 매우 좋지 않음을 알 수 있다. 상기 표 5 및 도 10을 참고하면, 실시예 3은 직진성 및 휘도가 모두 우수하지만, 프리즘형은 본 발명보다 직진성 및 휘도가 모두 좋지 않고, 렌즈형 및 plat형의 도광판은 직진성 및 휘도가 가장 좋지 않음을 알 수 있다.

Claims (8)

  1. 상단 꼭지점 부분이 호의 형태를 갖는 프리즘 패턴을 상면에 포함하는 도광판으로서,
    상기 프리즘의 수직 단면의 하단 밑변 길이(P)는 50 내지 100 ㎛이고,
    상기 프리즘의 수직 단면의 상단 호의 부채꼴 중심각(θ)은 2°내지 95°이고,
    상기 프리즘의 수직 단면의 하부 내각(A)은 30° 내지 50°이며,
    상기 프리즘의 수직 단면의 상단 호의 양 끝점에서 상기 프리즘의 수직 단면의 하단 밑변의 양 끝점을 각각 잇는 선이 직선인,
    도광판.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 프리즘의 수직 단면의 하단 밑변 길이(P)는 60 내지 80 ㎛인 도광판.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 프리즘의 수직 단면의 상단 호의 부채꼴 중심각(θ)은 15°내지 70°인 도광판.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 프리즘의 수직 단면의 하부 내각(A)은 35°내지 50°인 도광판.
  5. 청구항 1에 있어서, 하면에 광산란 패턴을 갖는 도광판.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 광산란 패턴은 음각 또는 양각된 패턴인 도광판.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항의 도광판을 구비하는 백라이트 유닛.
  8. 청구항 7의 백라이트 유닛을 구비하는 화상 표시 장치.
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