KR101331447B1 - 도광판 - Google Patents

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KR101331447B1
KR101331447B1 KR1020120060125A KR20120060125A KR101331447B1 KR 101331447 B1 KR101331447 B1 KR 101331447B1 KR 1020120060125 A KR1020120060125 A KR 1020120060125A KR 20120060125 A KR20120060125 A KR 20120060125A KR 101331447 B1 KR101331447 B1 KR 101331447B1
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하수용
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레이젠 주식회사
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Abstract

본 발명은 도광판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크기에 상관없이 제작된 후 제품의 사양에 맞게 재단되더라도 광의 균일도를 일정하게 유지할 수 있으므로 범용성이 뛰어나고, 고휘도로 광을 방출시킴으로써 광 이용 효율을 높일 수 있는 도광판에 관한 것이다.

Description

도광판 {Light Guide Plate}
본 발명은 도광판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크기에 상관없이 제작된 후 제품의 사양에 맞게 재단되더라도 광의 균일도를 일정하게 유지할 수 있으므로 범용성이 뛰어나고, 고휘도로 광을 방출시킴으로써 광 이용 효율을 높일 수 있는 프리 패턴(Free-Pattern) 도광판에 관한 것이다.
도광판은 방출된 광을 손실을 최소화하여 전달하기 위해 사용되는 부재로서 일반적으로 LCD(Liquid Crystal Display)의 백라이트에 널리 사용되고 있다.
백라이트가 면 광원인 형광램프에서 LED로 대체되고 있으며, 제조 단가를 낮추기 위해 LED 개수 대비 높은 휘도로 광을 방출시키기 위해서 도광판의 역할에 대한 중요성이 커지고 있다.
일반적으로 도광판은 휘도를 높이고 광을 난반사 시켜 균일하게 광을 방출시키기 위해 표면에 도트, 프리즘과 같은 패턴이 형성된다.
그러나, 종래의 도광판은 제품의 크기에 따라 최적의 광학 설계가 필요하고, 이에 따라 제품의 크기에 따라 도트나 프리즘의 패턴 설계가 변경되어야 하므로 범용성이 떨어지는 문제가 있었다.
또한, 종래의 도광판은 상부로 균일도가 높게 광을 방출할 수 없으며, 광 손실로 인해 휘도가 떨어지는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 크기에 상관없이 제작된 후 제품의 사양에 맞게 재단되더라도 광의 균일도를 일정하게 유지할 수 있으므로 범용성이 뛰어나고, 고휘도로 광을 방출시킴으로써 광 이용 효율을 높일 수 있는 프리 패턴 도광판을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 도광판은 베이스 도광판 상에 양각으로 패턴이 형성된 도광판으로서, 상기 패턴은 수직 방향과 수평 방향으로 배치되는 제 1 유닛 패턴과 상기 제 1 유닛 패턴이 연결된 내부에 경사방향으로 배치되는 제 2 유닛 패턴과 상기 제 1 유닛 패턴과 제 2 유닛 패턴이 결합된 사이 공간에 삼각 형상의 비 패턴 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제 1 유닛 패턴은 4개가 결합되어 정사각형의 소 클러스터를 형성하고, 상기 소 클러스터는 4개의 제 2 유닛 패턴이 X자 형태로 맞물려 결합되어 형성되고, 상기 소 클러스터 4개가 결합하여 단위 클러스터를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 소 클러스터 중심부에는 광을 균일하게 도파시켜 출사시키는 소 집광 영역(A)이 형성되고, 상기 단위 클러스터 중심부에는 단위 집광 영역(B)이 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 소 집광 영역(A)과 단위 집광 영역(B)은 영역 중심으로 갈수록 높이가 감소하는 렌즈 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소 집광 영역(A)과 단위 집광 영역(B)은 영역 중심부를 교차하는 프리즘 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 소 집광 영역(A)은 제 2 유닛 패턴이 인접하는 각 꼭지점이 연결되는 X 형태의 렌티큘러 혹은 프리즘이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단위 집광 영역(B)은 제 1 및 2 유닛 패턴이 인접하는 각 꼭지점이 연결되어, 가상의 원 중심을 지나가는 8개의 지름선이 형성되는 형태로 렌티큘러 혹은 프리즘이 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 단위 클러스터 중 비 패턴 영역의 면적은 상기 단위 클러스터 면적의 5 ~ 15% 범위로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유닛 패턴의 너비(폭)는 0.3 ~ 1mm, 높이는 0.024 ~ 1mm로 형성하고, 상기 너비와 높이의 비는 1: 1 ~ 1:0.8 범위로 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 도광판은 사출, 압출, 다이캐스팅 방식 중 선택된 어느 하나의 방식에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 도광판은 단위 클러스터 영역 내에 4개의 소 클러스터 영역이 형성되고, 각 소 클러스터 영역의 소 집광 영역(A)에 의해 1차적으로 광 균일도를 높이고, 상기 단위 클러스터 영역의 단위 집광 영역(B)에 의해 2차적으로 광 균일도를 높일 수 있으므로 광 균일도를 최대화할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.
또한, 상기 소 집광 영역(A)과 단위 집광 영역(B)의 균일한 광 확산 및 도파를 통해 고휘도로 광을 방출시킬 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도광판의 패턴을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 패턴에 대한 단위 클러스터에 대한 상세 확대도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴의 사양에 따른 광 추출 효율을 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제 1 및 2 유닛 패턴의 형상과 단면을 도시한 것이고, 도 5는 유닛 패턴의 상세 구성도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위 집광 영역(B)의 광 경로를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 소 집광 영역(A)과 단위 집광 영역(B)이 렌즈 형태로 형성된 것을 도시한 단위 클러스터에 대한 상세 확대도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 소 집광 영역(A)과 단위 집광 영역(B)에 렌티큘러 혹은 프리즘이 형성된 것을 단위 클러스터에 대한 상세 확대도이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도광판의 패턴을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 패턴에 대한 단위 클러스터에 대한 상세 확대도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 도광판은 베이스 기판 상에 양각 또는 음각으로 패턴이 형성되어 있으며, 상기 패턴은 직사각형 형상의 유닛 패턴이 연속적으로 배치되고, 상기 유닛 패턴의 결합에 의해 상기 유닛 패턴 사이에 음각으로 삼각 형상의 비 패턴 영역이 형성된다..
상기 유닛 패턴은 수직 방향과 수평 방향으로 배치되는 제 1 유닛 패턴(10)과 상기 제 1 유닛 패턴 내부에 경사방향으로 배치되는 제 2 유닛 패턴(20)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제 1 유닛 패턴(10)은 4개가 결합되어 정사각형의 소 클러스터를 형성하고, 상기 소 클러스터는 4개의 제 2 유닛 패턴(20)이 X자 형태로 맞물려 결합되어 형성된다.
그리고 상기 소 클러스터에는 삼각형 형상의 비 패턴 영역(30)이 4개가 포함된다.
상기 유닛 패턴의 너비와 높이, 비 패턴 영역(30)의 형상과 크기는 입사된 광의 균일도 및 휘도에 중요한 영향을 미치게 되므로 최적화된 설계가 필요하다.
상기 유닛 패턴의 너비와 높이는 하부에서 출사된 광을 상부로 균일하게 전달하기 위해 너비가 높이에 비해 클거나 낮을 경우 국부적인 영역에 광이 집중되는 광 스폿(SPOT) 문제가 발생할 수 있으므로, 유닛 패턴의 너비(폭)는 0.3 ~ 1mm, 높이는 0.025 ~ 1mm로 형성되고, 패턴의 너비와 높이의 비는 1: 1 ~ 1:0.8로 설계하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 4개의 소 클러스터가 결합되어 단위 클러스터를 형성하게 된다. 상기 단위 클러스터는 삼각형 형상의 비 패턴 영역(30)이 16개가 포함되게 되며, 각 비 패턴 영역(30)은 입사되는 광의 균일도 및 휘도에 영향을 미치고, 상기 비 패턴 영역(30)의 면적이 지나치게 크면 휘도의 균일성을 확보할 수 없으며, 지나치게 작으면 휘도의 손실 발생으로 전체 휘도가 저하될 수 있으므로 최적 설계가 필요하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴의 사양에 따른 광 추출 효율을 비교한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 패턴 유닛의 높이는 55um로 설계하였으며, 단위 클러스터의 크기와 비 패턴 영역의 크기에 따라 3개의 케이스(CASE 1 내지 3)에 대해 광 시뮬레이션을 통해 효과를 검증하였다.
CASE 1 CASE 2 CASE 3 CASE 4
단위 클러스터 면적 51.84 ㎟
(7.2x7.2)		 38.1924 ㎟
(6.18x6.18)		 6.8324 ㎟
(5.18x5.18)		 26.8324 ㎟
(5.18x5.18)
비 패턴 영역 면적 23.088 ㎟
(1.85x1.56x1/2x16)		 6.656 ㎟
(1.3x0.64x1/2x16)		 .4336 ㎟
(0.78x0.39x1/2x16)		 1.792 ㎟
(0.7x0.32x1/2x16)
비패턴 영역 면적비 44. 5% 17.4% 9% 6.7%
그 결과, CASE 3의 광 효율이 가장 훌륭한 것으로 확인되었으며, CASE 3은 단위 클러스터의 면적을 26.83mm2(5.08 x 5.08)으로 하고, 비 패턴 영역의 면적을 2.4336mm2(0.78 x 0.39 x 1/2 x 16)으로 설계한 경우 광 효율이 가장 높은 것으로 확인되었다.
결국, 본 발명에 따른 도광판의 패턴은 단위 클러스터의 면적과 단위 클러스터 내의 비 패턴 영역의 면적에 따라 광의 균일도와 휘도에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다.
단위 클러스터 영역 내에서 비 패턴 영역의 면적은 비 패턴 영역의 면적이 작아질수록 광 효율이 증가하며, 전체 단위 클러스터 영역의 1/10 정도(CASE 3, 9%)일때 광 효율이 가장 높게 나타났지만, 면적비가 6.7%( CASE 4)로 작아지는 경우 오히려 광 효율이 떨어지므로 비 패턴 영역은 단위 클러스터 영역의 면적의 5 ~ 15%가 되도록 설계하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 비 패턴 영역(30)은 삼각 형상으로 형성되되, 소 클러스터에 형성되는 4개의 비 패턴 영역(30)이 2개가 쌍으로 수직, 수평 방향으로 대향되는 형태로 형성되는 연속 패턴 타입으로 설계되므로 도광판의 크기에 상관없이 자유롭게 재단되어 사용할 수 있으므로 범용성이 매우 뛰어난 탁월한 효과가 발생한다.
또한, 단위 클러스터의 대각선 방향의 제 2 유닛 패턴들에 의해 내부에 4쌍의 비 패턴 영역(30)의 가상 연결선이 마름모 형태를 이루기 때문에 도광판을 수직, 수평 방향 뿐만 아니라, 대각선 방향으로 재단하더라도 균일한 휘도를 유지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단위 클러스터에 대한 상세 확대도이고, 도 5는 도 4의 유닛 패턴의 상세 구성도이다.도 4 및 5를 참조하면, 상기 제 1 유닛 패턴(10)은 몸통부(110) 양단의 결합부(120)가 모두 45도 각도를 가지도록 형성되고, 제 2 유닛 패턴(20)은 제 1 유닛 패턴(10)과 결합되는 결합부의 각도는 45도 각도로 형성되지만, 제 2 유닛 패턴(20)과 결합되는 결합부의 각도는 90도 각도로 형성된다.상기 제 1 유닛 패턴(10)이 4개가 결합되어 정사각형의 소 클러스터를 형성하고, 상기 소 클러스터 중심부에는 4개의 제 2 유닛 패턴(20)이 X자 형태로 맞물려 결합되어 소 집광 영역(A)이 형성된다.
상기 소 집광 영역(A)은 제 2 유닛 패턴의 결합부(220)가 맞물려 결합되고, 상기 제 2 유닛 패턴의 결합부(220)는 90도의 각도를 가지므로 4개의 제 2 유닛 패턴(20)이 맞물려서 오목렌즈 형태의 소 집광 영역(A)을 형성하게 된다.
상기 소 집광 영역(A)의 중심은 높이가 감소되도록 경사진 형태 또는 곡선 형태를 가지게 된다.
따라서, 하부에서 입사된 광은 오목렌즈와 같이 상기 소 집광 영역(A)을 통해 광이 확산되어 상기 소 클러스터 영역 상부로 균일하게 도파시켜 광을 출사하게 된다.
상기 단위 집광 영역(B)은 4개의 제 1 유닛 패턴(10)과 4개의 제 2 유닛 패턴(20)의 결합부가 결합되어 형성되는 영역으로, 각 유닛 패턴의 결합부가 45도 각도를 가지게되고, 맞물려 결합되므로 결합부 둘레를 연결하면 하나의 원이 형성된다.
상기 단위 집광 영역(B)은 상기 원의 중심으로 갈수록 경사를 가지면서 높이가 낮아지는 오목렌즈 형태로 형성되고, 이로 인해 도 6과 같이 하부로부터 입사된 광을 효과적으로 확산시켜 광의 균일도를 높일 수 있다.
즉, 하나의 단위 클러스터에는 4개의 소 집광 영역(A)과 1개의 단위 집광 영역(B)을 포함하게 되고, 상기 4개의 소 집광 영역(A)이 각 소 클러스터 영역 상을 균일하게 광을 출사시킴과 동시에 상기 1개의 단위 집광 영역(B)이 단위 클러스터 영역 상을 균일하게 광을 도파 및 출사시키게 되므로 광 출사 효율을 최대화할 수 있는 탁월한 효과를 가진다.
상기 실시예는 각 유닛 패턴의 양단부가 다른 유닛 패턴과 퍼즐 형태로 결합되어 소 집광 영역(A)와 단위 집광 영역(B)이 형성되는 것에 관한 것이지만, 도 1과 같이 패턴을 형성한 후 상기 소 집광 영역(A)와 단위 집광 영역(B)를 도 7과 같이 오목 렌즈 형태로 가공하여 형성될 수도 있다.
또한, 도 8과 같이 도 1과 같이 패턴을 형성한 후 상기 소 집광 영역(A)과 단위 집광 영역(B) 상에 프리즘 혹은 렌티큘러를 형성하여 고휘도의 균일한 광 방출을 가능하게 구성할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1과 같이 패턴이 형성되면, 소 집광 영역(A)은 제 2 유닛 패턴(20)이 인접하는 4개의 꼭지점 중 대각선 방향으로 잇는 선에 대하여 프리즘혹은 렌티큘러를 형성한다. 그리고 단위 집광 영역(B) 역시 제 1 유닛 패턴(10)과 2 유닛 패턴(20)이 인접하는 8개의 꼭지점 중 원의 중심을 지나가는 선에 대하여 프리즘 혹은 렌티큘러를 형성한다.
이에 따라 도 8과 같은 프리즘 혹은 렌티큘러가 형성된 소 집광 영역(A) 및 단위 집광 영역(B)이 형성된다.
즉, 상기 렌티큘러 혹은 프리즘이 형성된 소 집광 영역(A)과 단위 집광 영역(B)의 평면도는 도 4의 실시예와 단면도는 상이하지만, 평면도와 동일하게 형성된다. 이하, 상기와 같은 본 발명에 따른 도광판의 제조 방법에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 도광판은 롤 패턴 전사 방식과 사출 성형, 다이캐스팅 방식에 의해 제조될 수 있다.
롤 패턴 전사 방식에 의해 제조되는 경우 먼저, 롤러 외주연에 본 발명에 따른 패턴이 양각 및 음각으로 형성된 스탬퍼를 부착하거나, 상리 롤러 외주연에 직접 패턴을 형성시켜 롤을 준비한다.
상기와 같이 준비된 롤에 PMMA와 같은 합성 수지로 제조된 베이스 도광판을 압출시켜 도광판 표면에 패턴을 형성하게 된다.
또한, 사출 성형 방식에 의해 제조하는 경우 본 발명에 따른 패턴이 음각으로 형성된 스탬퍼 금형을 준비한 후 상기 스탬퍼 금형에 합성 수지를 주입한 후 사출하여 패턴이 형성된 도광판이 제조될 수 있다.
다이캐스팅 방식에 의해 제조되는 경우 본 발명에 따른 패턴이 양각, 음각으로 형성된 스탬퍼 금형을 준비한 후 상기 스탬퍼에 액상 합성 수지를 주입한 후 압착하여 패턴이 형성된 도광판이 제조될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 제 1 유닛 패턴 20 : 제 2 유닛 패턴
30 : 비 패턴 영역
A : 소 집광 영역 B : 단위 집광 영역

Claims (10)

  1. 베이스 도광판 상에 양각 또는 음각으로 패턴이 형성된 도광판으로서;
    상기 패턴은
    수직 방향과 수평 방향으로 배치되는 제 1 유닛 패턴과;
    상기 제 1 유닛 패턴이 연결된 내부에 경사방향으로 배치되는 제 2 유닛 패턴과;
    상기 제 1 유닛 패턴과 제 2 유닛 패턴이 결합된 사이 공간에 삼각 형상의 비 패턴 영역을 포함하고;
    상기 제 1 유닛 패턴은
    4개가 결합되어 정사각형의 소 클러스터를 형성하고,
    상기 소 클러스터는 4개의 제 2 유닛 패턴이 X자 형태로 맞물려 결합되어 형성되고;
    상기 소 클러스터 4개가 결합하여 단위 클러스터를 형성하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소 클러스터 중심부에는 소 집광 영역(A)이 형성되고;
    상기 단위 클러스터 중심부에는 단위 집광 영역(B)이 형성된 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 소 집광 영역(A)과 단위 집광 영역(B)은
    영역 중심으로 갈수록 높이가 감소하는 렌즈 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 도광판.,
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 소 집광 영역(A)과 제 단위 집광 영역(B)은
    영역 중심부를 교차하는 렌티큘러 또는 프리즘 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 소 집광 영역(A)은
    제 2 유닛 패턴이 인접하는 각 꼭지점이 연결되는 X 형태의 렌티큘러 또는 프리즘이 형성된 것을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 단위 집광 영역(B)은
    제 1 및 2 유닛 패턴이 인접하는 각 꼭지점이 연결되어, 가상의 원 중심을 지나가는 8개의 지름선이 형성되는 형태로 렌티큘러 또는 프리즘이 형성된 것을 특징으로 하는 도광판.

  8. 제 1항에 있어서,
    상기 단위 클러스터 중 비 패턴 영역의 면적은 상기 단위 클러스터 면적의 5 ~ 15% 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 도광판.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 유닛 패턴의 너비(폭)는 0.3 ~ 1mm, 높이는 0.024 ~ 1mm로 형성하고, 상기 너비와 높이의 비는 1: 1 ~ 1:0.8 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 도광판.
  10. 제 1항, 제3항 내지 제9항 중 선택된 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 도광판은
    사출, 압출, 다이캐스팅 방식 중 선택된 어느 하나의 방식에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 도광판.
KR1020120060125A 2012-06-05 2012-06-05 도광판 KR101331447B1 (ko)

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