KR101895968B1

KR101895968B1 - 도광판, 이를 포함하는 백라이트 유닛, 이를 포함하는 전자 기기전자 기기

Info

Publication number: KR101895968B1
Application number: KR1020160021814A
Authority: KR
Inventors: 심용식
Original assignee: 주식회사 지앤아이솔루션
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2018-10-04
Also published as: KR20170099570A

Abstract

본 발명은 도광판에 나노입자를 분산시켜 단파장 대역의 광을 효과적으로 산란시킴으로써, 출사되는 광의 황색화 또는 적색화를 방지할 수 있는 도광판, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 전자 기기를 제공한다.
일 실시예에 따른 광원에서 발생된 광을 가이드하는 도광판은, 상기 발생된 광이 입사되는 입광면; 상기 입광면과 마주보는 대광면; 상기 입광면 및 상기 대광면과 수직하며, 상기 입사된 광이 반사되는 반사면; 상기 반사면과 마주보며, 상기 입사된 광이 출사되는 출광면; 및 상기 입광면, 상기 대광면, 상기 반사면 및 상기 출광면에 둘러싸인 내부에 분산되어 상기 입사된 광을 산란시키는 산란 입자;를 포함한다.

Description

도광판, 이를 포함하는 백라이트 유닛, 이를 포함하는 전자 기기전자 기기 {LIGHT GUIDE PANEL, BACKLIGHT UNIT HAVING THE SAME AND ELETRONIC DEVICE HAVING THE SAME}

개시된 발명은 광원으로부터 발생된 광을 디스플레이 패널로 가이드하는 도광판, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 전자 기기전자 기기에 관한 것이다.

TV, 모니터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 워치 등과 같이 디스플레이를 갖는 전자 기기는 LCD(Liquid Crystal Display) 패널, LED(Light Emission Display) 패널, OLED(Organic Light Emission Display) 패널, PDP(Plasma Display Panel), CRT(Cathode Ray Tube) 패널 등 다양한 방식의 디스플레이 패널을 채용할 수 있다.

이 중에서, LCD 패널, LED 패널 등과 같이 스스로 발광할 수 없는 디스플레이 패널은 광을 공급해주는 광원이 필요하다.

도광판은 디스플레이 패널에 광을 공급해 주는 백라이트 유닛의 구성요소로서, 광원으로부터 공급되는 광을 투명판재에 도광시켜 빛을 전판에 균일하게 퍼트려주는 역할을 한다.

최근에는 전자 기기의 슬림화를 구현하기 위해, 구성요소들의 두께를 줄이기 위한 노력이 수반되고 있다. 여기서, 백라이트 유닛의 구성요소인 도광판이 얇아지게 되면 입광된 빛이 도광되면서 많은 반사를 거치게 되고, 파장에 따른 전반사각도의 차이로 인해 장파장의 빛이 먼저 출광되고 단파장의 빛은 대광면 쪽으로 빠져나가려는 경향을 가지게 된다. 따라서 출광된 광은 황색화(yellowish)되거나 또는 적색화(reddish)될 수 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0005293호 US2011-0103095A1

본 발명은 도광판에 나노입자를 분산시켜 단파장 대역의 광을 효과적으로 산란시킴으로써, 출사되는 광의 황색화 또는 적색화를 방지할 수 있는 도광판, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 전자 기기를 제공한다.

입사되는 입광면; 상기 입광면과 마주보는 대광면; 상기 입광면 및 상기 대광면과 수직하며, 상기 입사된 광이 반사되는 반사면; 상기 반사면과 마주보며, 상기 입사된 광이 출사되는 출광면; 및 상기 입광면, 상기 대광면, 상기 반사면 및 상기 출광면에 둘러싸인 내부에 분산되어 상기 입사된 광을 산란시키는 산란 입자;를 포함한다.

상기 산란 입자는, 레일리 산란(Rayleigh scattering)을 일으키는 나노 입자를 포함할 수 있다.

상기 도광판은, 자외선 경화 수지를 포함할 수 있다.

상기 산란 입자는, 5nm 이상 100nm 이하의 직경을 가질 수 있다.

상기 산란 입자는, 청색 파장 대역의 광을 산란시킬 수 있다.
상기 산란 입자는, 5% 이상 30 % 이하의 농도로 분산되고, 상기 농도는 부피를 기준으로 한 농도일 수 있다.

삭제

상기 자외선 경화 수지는, 에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate) 계 수지, 폴리에스테르 아크릴레이트(polyester acrylate)계 수지, 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate)계 수지, 폴리 부타디엔 아크릴레이트(polybutadiene acrylate)계 수지, 실리콘 아크릴레이트(silicon acrylate)계 수지 및 알킬 아크릴레이트(alkyl acrylate)계 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 광원; 및 상기 광원에서 발생된 광을 가이드하는 도광판을 포함하고, 상기 도광판은, 내부에 분산되어 상기 광원으로부터 입사된 광을 산란시키는 산란 입자를 포함한다.

상기 도광판은, 자외선 경화 수지를 포함할 수 있다.

삭제

일 실시예에 따른 전자 기기는, 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함하고, 상기 백라이트 유닛은, 광을 발생시키는 광원; 및 상기 발생된 광을 가이드하고, 내부에 상기 광원으로부터 입사된 광을 산란시키는 산란 입자가 분산된 도광판;을 포함한다.

상기 도광판은, 자외선 경화 수지를 포함할 수 있다.

상기 산란 입자는, 청색 파장 대역의 광을 산란시킬 수 있다.

상기 산란 입자는, 5% 이상 30 % 이하의 농도로 분산될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 도광판, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 전자 기기에 의하면, 도광판에 나노입자를 분산시켜 단파장 대역의 광을 효과적으로 산란시킴으로써, 출사되는 광의 황색화 또는 적색화를 방지할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 전자 기기의 예시 중 스마트폰의 외관을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자 기기에 포함되는 디스플레이 패널의 내부 구조를 나타낸 측면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 분해한 분해 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 백라이트 유닛 내부에서의 출광 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도광판을 측면에서 바라본 도면이다.
도 6 및 도 7은 도광판 내부에서 광이 이동하는 경로를 나타낸 도면이다.
도 8은 레일리 산란을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 산란 입자가 분산된 도광판의 단면도이다.
도 10은 산란 입자의 반경에 따른 산란 방사조도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 산란 입자의 크기와 레일리 산란 비율 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 12는 산란 입자의 농도와 투과율 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

일 실시예에 따른 전자 기기는 TV, 모니터 등과 같은 전자 기기 중 하나일 수도 있고, 스마트 폰, 태블릿 PC, 스마트 워치 등과 같이 디스플레이 기능을 갖는 휴대용 단말 중 하나일 수도 있다. 전자 기기의 종류에 대해서는 제한을 두지 않는바, 디스플레이를 포함하여 영상을 표시할 수 있는 기기이면 일 실시예에 따른 전자 기기가 될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 전자 기기의 예시 중 스마트 폰전자 기기의 외관을 나타낸 도면이고, 도 2는 일 실시예에 따른 전자 기기에 포함되는 디스플레이 패널의 내부 구조를 나타내는 측면도이다.

도 1을 참조하면, 전자 기기(1)는 외관을 형성하고 전자 기기(1)를 구성하는 각종 구성요소들을 수용하거나 지지하는 본체(20)를 포함할 수 있다.

본체(20)의 전면에는 영상을 표시하는 디스플레이 패널(30)이 배치되고, 도 3에 도시된 바와 같이 디스플레이 패널(30)의 후면에는 광을 공급하는 백라이트 유닛(10)이 배치된다. 본 발명의 실시예에서는 영상이 표시되는 방향을 전방으로, 그 반대 방향을 후방으로 정의하기로 한다.

본체(20)의 일 영역에는 사용자로부터 제어명령을 입력받기 위한 입력부(21)와 음향을 출력하기 위한 스피커(23)가 마련될 수 있다. 입력부(21)는 버튼, 터치 패드, 다이얼 또는 조그셔틀(jogshuttle) 등의 형태로 구현될 수 있으며, 터치 패드 형태의 입력부(21)가 디스플레이 패널(30)의 전면에 배치되어 터치 스크린을 형성하는 것도 가능하다.

디스플레이 패널(30)은 액정 디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display) 패널과같이 자체적으로 발광하지 않는 디스플레이 패널로 구현될 수 있다.

도 2를 참조하면, 백라이트 유닛(10)으로부터 공급되는 광(L)은 디스플레이 패널(30)의 후면 편광판(31a)으로 입사되고, 후면 편광판(31a)은 입사된 광(L)을 편광시켜 편광 축과 동일한 방향으로 진동하는 광만을 후면 기판(32a)에 전달할 수 있다.

후면 기판(32a)에는 다수 개의 게이트 라인(미도시), 데이터 라인(미도시), 스위칭 소자(미도시) 및 후면 전극(33a)이 설치될 수 있고, 후면 전극(33a)은 화소 전극일 수 있고, 전면 전극(33b)은 공통 전극일 수 있다. 후면 기판(32a)은 PMMA나 유리와 같은 투명한 소재로 이루어질 수 있다.

후면 기판(32a)의 전방에는 전면 편광판(31b)이 배치되고 전면 편광판(31b)의 후면에는 전면 전극(33b)이 설치될 수 있다. 전면 전극(33b)은 공통 전극일 수 있다.

게이트 라인은 행 방향으로 배치되어 게이트 신호를 전달하고, 데이터 라인은 열 방향으로 배치되어 데이터 신호를 전달한다. 후면 전극(33a)은 게이트 라인과 데이터 라인에 연결될 수 있다.

스위칭 소자는 박막 트랜지스터(TFT)로 구현될 수 있으며, 게이트 라인과 데이터 라인의 교차점에 형성된다. 박막 트랜지스터의 소스 전극이 데이터 라인에 접속되고, 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 게이트 라인에 접속되며, 박막 트랜지스터의 드레인 전극은 후면 전극(33a)과 캐패시터에 접속된다.

게이트 라인과 데이터 라인은 인듐산화주석(Indium Tin Oxide: ITO) 또는 인듐산화아연(Indium Zinc Oxide: IZO) 등의 물질로 구성될 수 있다.

게이트 라인으로 주사 신호가 공급되면 박막 트랜지스터가 온(ON)되어 데이터 라인으로부터 공급되는 데이터 신호를 후면 전극(33a)으로 공급한다.

후면 기판(32a)과 전면 편광판(31b) 사이에는 액정층(34)이 채워질 수 있다. 전면 전극(33b)에 소정의 전압이 인가되면 전면 전극(33b)과 후면 전극(33a) 사이에 전계가 형성되고, 형성된 전계에 의해 액정층(34)을 구성하는 액정 분자의 배열이 조절된다.

액정의 배열에 따라, 액정층(34)에 입사된 광의 진동 방향이 바뀔 수도 있고, 유지될 수도 있다. 예를 들어, 후면 편광판(31a)이 수직 편광판이고, 전면 편광판(31b)이 수평 편광판이며, 액정 분자가 나선형으로 배열된 경우, 후면 편광판(31a)을 통과하여 수직 방향으로 편광된 광은 액정층(34)을 통과하면서 수평 방향으로 편광된다. 수평 방향으로 편광된 광은 전면 편광판(31b)을 통과하여 전면 편광판(31b)의 전면에 배치된 컬러 필터층(35)에 입사될 수 있다.

일 예로, 컬러 필터층(35)은 특정 영역의 파장을 흡수 또는 투과시키는 염료나 안료로 구성될 수 있다. 컬러 필터층(35)은 청색은 투과시키고 청색 이외의 색은 흡수하는 청색 필터, 녹색은 투과시키고 녹색 이외의 색은 흡수하는 녹색 필터 및 적색은 투과시키고 적색 이외의 색은 흡수하는 적색 필터로 구성될 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 백라이트 유닛을 분해한 분해 사시도이며, 도 4는 일 실시예에 따른 백라이트 유닛 내부에서의 출광 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 디스플레이 패널(30)의 후방에 배치되는 백라이트 유닛(10)은 광을 발생시키는 광원(11), 광원(11)으로부터 발생된 광의 경로를 가이드하는 도광판(100) 및 도광판(100)의 후방에 배치되는 반사 시트(13)를 포함한다. 광원(11)은 도광판(100)의 일 측에 배치된다.

백라이트 유닛은 광원이 디스플레이 패널의 측면에 위치하는 엣지형 백라이트 유닛(edge type BLU)과 광원이 디스플레이 패널의 후방에 위치하는 직하형 백라이트 유닛(direct type BLU)로 구분할 수 있다. 당해 실시예에서는 광원이 디스플레이 패널의 측면에 위치하는 엣지형 백라이트 유닛을 적용하는 것으로 한다.

일 예로, 광원(11)은 적어도 하나의 발광 다이오드로 이루어질 수 있다. 또는, 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL)로 이루어지거나, 양 단부의 외면에 전극이 형성된 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL)로 이루어질 수도 있다.

도광판(100)은 측면으로부터 입사되는 광의 진행 방향을 변경하여 전면을 향하여 광을 출사한다. 광의 진행 방향을 변경하기 위하여 도광판(100)의 전면 또는 후면에는 미세한 산란 패턴이 형성될 수 있다.

일 예로, 도광판(100)의 전면에는 복수의 볼록한 줄무늬가 형성될 수 있으며, 도광판(100)의 후면에는 복수의 도트(dot)가 형성될 수 있다. 또한, 도광판(100)의 전면을 향하여 균일한 광이 출사되도록 볼록한 줄무늬의 크기 및 간격이 조절될 수 있으며, 도트의 크기 및 간격이 조절될 수 있다.

또한, 도광판(100) 전면의 볼록한 줄무늬는 인쇄 기법을 통하여 양각으로 형성될 수 있으며, 도광판(100) 후면의 도트는 레이저를 이용하여 음각으로 형성될 수 있다.

도광판(100) 내부로 입사된 광 가운데 일부는 도광판(100)의 후면에 형성된 도트에 의하여 산란되어 도광판(100)의 전면으로 출사될 수 있으며, 다른 일부는 도광판(100)의 후면에 마련된 반사 시트(13)에 의하여 도광판(100) 내부로 반사된다. 또한, 반사된 일부의 광은 도광판(100)의 중심부까지 이동할 수 있으며, 도광판(100)의 중심부에서 산란되어 도광판(100)의 전면으로 출사될 수 있다.

이처럼, 도광판(100) 내부에서 발생되는 광의 굴절, 반사 및 산란에 의하여 도광판(100)은 전면으로 균일한 광을 출사할 수 있다.

이와 같은 도광판(100)은 투명하고 강도가 좋은 PMMA 또는 PC 등을 채용할 수 있다. 또한, 도광판(100)은 자외선 경화 수지로 이루어질 수 있다.

반사 시트(13)는 앞서 설명한 도광판(100)의 후면에 마련되며, 도광판(100)의 내부에서 도광판(100)의 후면을 향하는 광 가운데 일부를 도광판(100) 내부로 반사시킨다.

반사 시트(13)는 모재(base materials)에 반사율이 높은 물질을 코팅하여 제조될 수 있다. 예를 들어, PET(polyethylene terephthalate, PET) 등의 모재 상에 고반사율을 갖는 폴리머(polymer)를 코팅함으로써 반사 시트(13)를 제조할 수 있다.

또한, 백라이트 유닛(10)의 전면에는 광학 부재(50)가 배치될 수 있다. 광학 부재는 전자 기기(1)의 시야각을 넓히고 전자 기기(1)의 휘도를 증가시키기 위하여 광을 굴절 또는 산란시킨다.

광학 부재는 확산 시트(51), 프리즘 시트(53) 및 보호 시트(55)를 포함할 수 있다.

확산 시트(51)는 백 라이트 유닛(10)으로부터 출사된 광을 면을 따라 확산시켜 전자 기기(1)의 화면 전체적으로 색상 및 밝기가 균일하게 보이도록 한다. 도광판(100)으로부터 출사되는 광은 도광판(100) 전면에 형성된 패턴을 거쳐 출사되므로 도광판(100)으로부터 출사되는 광에서 도광판(100) 전면에 형성된 패턴이 시인될 수 있다.

도광판(100)으로부터 출사되는 광에서 도광판(100) 전면에 형성된 패턴이 시인되는 것을 방지하기 위하여 확산 시트(51)는 도광판(100)으로부터 출사되는 광을 출사 방향과 수직한 방향으로 확산시켜 전체 면의 밝기를 균일하게 유지시킨다.

확산 시트(51)를 통과한 광은 확산 시트(51)의 면과 수직한 방향으로 확산됨으로써 휘도가 급격히 감소한다. 프리즘 시트(53)는 확산 시트(51)에 의하여 확산된 광을 굴절 또는 집광시킴으로써 휘도를 증가시킨다.

또한, 프리즘 시트(53)는 삼각 프리즘 형상의 프리즘 패턴을 포함하고, 이 프리즘 패턴은 복수 개가 인접 배열되어 복수 개의 띠 모양을 이룬다. 즉, 프리즘 패턴은 산과 골이 반복되는 패턴으로 열을 지어 디스플레이 패널(30)을 향하여 돌출되어 형성된다.

또한, 프리즘 시트(53)는 수직 프리즘 시트(53a)와 수평 프리즘 시트(53b)로 나누어 구현되는 것도 가능하다.

도광판(100)은 광원(11)으로부터 입사되는 광의 진행 경로를 가이드한다. 최종적으로, 도광판(100)은 그 좌측 또는 우측에 배치된 광원(11)으로부터 입사된 광의 진행 경로를 도광판(100)의 전방으로 변경함으로써, 광원(11)에서 발생된 광이 디스플레이 패널(30)로 출사될 수 있도록 한다.

보호 시트(55)는 백 라이트 유닛(10)에 포함된 각종 구성 부품을 외부의 충격이나 이물질의 유입으로부터 보호한다. 또한, 보호 시트(55)는 스크래치가 발생하기 쉬운 프리즘 시트(53)를 보호할 수 있다.

도 5는 도광판을 측면에서 바라본 도면이다.

도 5를 참조하면, 광원(11)에서 발생된 광은 입광면(110)을 통해 도광판(100) 내부로 입사된다. 대광면(120)는 입광면(110)의 반대편에 마주하며, 출사면(130)는 입광면(110)의 상변으로부터 수직하게 연장되어 대광면(120)의 상변과 연결된다. 반사면(140)는 입광면(110)의 하변으로부터 연장되어 대광면(120)의 하변과 연결된다.

즉, 직육면체 형상의 도광판(100)의 6면 중에서 광원(11)이 배치된 면은 입광면(110)이 되고, 입광면(110)와 마주보는 면은 대광면(120)이 되며, 입광면(110) 및 대광면(120)과 수직하며 전방에 위치하는 면은 출사면(130)이 되고, 입광면(110) 및 대광면(120)과 수직하고 후방에 위치하면서 출사면(130)과 마주보는 면은 반사면(140)이 된다.

그리고, 입광면(110), 대광면(120), 출사면(130) 및 반사면(140)으로 둘러싸인 내부(150)를 통해 광이 진행하면서 반사 및 출사되어 디스플레이 패널(30)에 광이 공급된다.

전술한 바와 같이, 도광판(100)의 반사면(140)에는 복수의 산란 패턴이 형성된다. 복수의 산란 패턴 사이에 위치하는 반사면(140) 영역은 도광판(100) 내로 가이드되는 광이 대부분 전반사 조건을 만족하도록 출사면(130)과 거의 평행하게 형성된다.

따라서, 입광면(110)을 통해 도광판(100) 내부로 입사된 광은 반사면(140)와 출사면(130)를 통해 전반사되고 반사면(140)에 형성된 산란 패턴에 의해 반사 각도가 변경되어 출사면(130)을 통해 출사된다.

도 6 및 도 7은 도광판 내부에서 광이 이동하는 경로를 나타낸 도면이다.

도 6과 도 7을 함께 참조하면, 광원(11)으로부터 발생된 광(L)이 두께 t의도광판(100)에 45도의 각도로 입사되는 경우에, 일정 거리(D)까지 광(L)이 전달되는 동안 출사면(130)과 반사면(140)에 M회 충돌하면, 도광판(100)의 두께가 그 절반인 t/2로 줄어드는 경우에는 광(L)이 출사면(130)과 반사면(140)에 2M회 충돌하게 된다. 단, 광로(P)는 Mt√2로 동일하다.

즉, 도광판(100)의 두께가 얇아지게 되면, 일정한 거리(D)까지 전달되는 광의 경로의 길이는 차이가 없으나, 도광판(100)의 면에 반사되는 횟수는 증가하게 된다. 당해 예시와 같이, 두께가 두 배 얇아지면 면과의 충돌은 두 배 증가한다.

즉, 도광판(100)의 두께가 얇아지면 광이 가이드되면서 많은 반사를 거치게 되고, 파장에 따른 전반사 각도의 차이로 인해 장파장의 광이 먼저 출광되고 단파장의 광은 대광면(120)으로 빠져나가려는 경향을 갖게 된다. 따라서, 출광된 빛은 황색화 또는 적색화되고, 대광면(120)으로 빠져나가는 광은 청색을 띄게 된다.

일 실시예에 따른 도광판(100)은 그 두께를 얇게 구현하면서도 단파장의 광이 대광면(120)로 빠져나가지 않고 출사면(130)을 통해 출사될 수 있도록, 내부(150)에 산란 입자를 분산시켜 단파장의 광을 효과적으로 산란시킬 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 8은 레일리 산란을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 산란 입자가 분산된 도광판의 단면도이다.

레일리(Rayleigh) 산란은 전자기파가 그 파장보다 매우 작은 크기의 입자에 의해 산란되는 현상으로, 단파장 대역이 장파장 대역보다 더 많이 산란된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 광(L)이 그의 파장보다 작은 크기의 입자(P)를 만날 경우, 광(L)은 모든 방향으로 산란된다.

레일리 산란 계수(R)은 아래 [수학식 1]에 의해 정의될 수 있다.

여기서, α는 비례상수를 나타내고, c는 입자의 농도를 나타내며, d는 입자의크기를 나타내고, λ는 광의 파장을 나타내며, n은 굴절률을 나타낸다. 여기서, 입자의 농도는 부피를 기준으로 한 농도일 수 있다.

상기 [수학식 1]을 참조하면, 레일리 산란의 강도는 광의 파장의 4제곱에 반비례하는바, 파장이 길어질수록 산란되는 광의 강도가 급격히 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 레일리 산란은 단파장 대역의 광에 대해 효과적으로 나타나는바, 단파장 대역인 청색광이 장파장 대역의 광보다 더 효과적으로 산란될 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 도광판(100)의 내부(150)에는 레일리 산란을 일으킬 수 있는 산란 입자(160)가 분산되어 있다. 산란 입자(160)의 예시로, 폴리머-무기물 나노하이브리드 물질을 사용할 수 있다. 이를 위해, 폴리머와, 높은 반사 계수(refractive index)를 갖는 무기 산란 입자를 결합시킬 수 있다. 예를 들어, TiO₂, Cds, ZnO, ZnS, ZrO₂, SnO2 및 PbS^9-13 의 물질 중 적어도 하나의 산란 입자를 사용할 수 있다. 다만, 상기 물질들은 예시에 불과하며, 도광판(100)에 분산되는 산란 입자(160)의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.

산란 입자의 크기나 농도는 각 전자 기기(1)의 특성 또는 설계 사항에 맞게 최적화시킬 수 있다. 도광판(100) 내부에 분산되는 산란 입자(160)의 크기와 농도를 최적화시키면 도파 특성이 강한 단파장 광을 출광시킬 수 있고, 이를 통해 불균일 출광에 의한 색 불균일 문제를 해결할 수 있다. 여기서, 산란 입자의 농도는 부피를 기준으로 한 농도일 수 있다.

도 10은 산란 입자의 반경에 따른 산란 방사조도를 나타낸 그래프이고, 도 11은 산란 입자의 크기와 레일리 산란 비율 사이의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 12는 산란 입자의 농도와 투과율 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 11의 그래프에서 R은 레일리 산란 비율(Rayleigh scattering ratio)을 나타내는 지표이다.

도광판(100)은 무색 투명해야한다는 점을 고려하여, 산란 입자(160)의 크기는 산란 대상인 광의 파장(λ)에 대해 4분의 1 이하의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 산란 입자(160)는 100nm 이하의 크기를 가질 수 있다. 여기서, 산란 입자(160)의 크기는 직경(diameter)을 기준으로 한다.

또한, 도 10을 참조하면, 산란 입자(160)의 크기가 약 5nm 이상이 되면 산란 방사조도(scattered irradiance)가 증가하기 시작하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 효율적인 산란을 위해 산란 입자(160)는 5nm 이상 100nm 이하의 크기를 가질 수 있다.

또한, 도 11을 참조하면, 레일리 산란이 주된 산란 조건이 될 수 있도록 산란 입자(160)는 40nm 이하의 크기를 가질 수 있다. 즉, 산란 입자(160)는 5nm 이상 40nm 이하의 크기를 가질 수 있다. 이 경우, 산란 입자(160)에 의한 단파장 광의 산란을 제어하기가 더 용이해진다.

도 12의 그래프는 TiO₂ 가 0 %, 2.7 %, 5.3 %, 10 %, 17.6 %, 30 %의 농도를 갖는 각각의 TiO₂-polymer 산란 입자에 대해 파장 별 투과율을 나타낸 그래프이다. 여기서, 농도는 부피를 기준으로 한 Vol.% 일 수 있다.

도 12의 그래프를 참조하면, TiO₂의 농도가 30% 이상이 되면, 최대 투과율이 80% 정도로 떨어지고 그 이하의 농도에서는 최대 투과율이 90 내지 100% 정도로 유지되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 산란 입자(160)의 농도는30 % 이하로 조절할 수 있다. 예를 들어, 산란 입자(160)의 농도는 5% 이상 30 % 이하로 조절할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 도광판(100)은 자외선 경화 수지로 이루어질 수 있다. 자외선 경화 수지는 자외선 조사에 의해 중합 경화되는 수지로서, 자외선이 조사되면 수지에 포함된 광 개시제가 자외선 에너지를 받아 중합 반응을 개시하고, 수지의 주 성분인 모노머(monomer)와 올리고머(oligomer)를 순간적으로 중합 반응시킬 수 있다. 광 개시제는 중합 반응을 일으킬 수 있는 라디칼(radical)로 이루어질 수 있다.

분자량이 작은 모노머나 올리고머는 액체 상태로 존재하다가 중합이 이루어져 분자량이 매우 큰 고체 상태의 폴리머로 바뀌게 된다. 이러한 자외선 경화 수지는 점도가 낮기 때문에 산란 입자(160)를 효과적으로 분산시킬 수 있다.

도광판(100)을 구성하는 자외선 경화 수지에 사용되는 올리고머는 에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate)계 올리고머, 폴리에스테르 아크릴레이트(polyester acrylate)계 올리고머, 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate)계 올리고머, 폴리 부타디엔 아크릴레이트(polybutadiene acrylate)계 올리고머, 실리콘 아크릴레이트(silicon acrylate)계 올리고머, 알킬 아크릴레이트(alkyl acrylate)계 올리고머 등의 다양한 올리고머 중에서 선택될 수 있다.

이러한 올리고머가 자외선 경화에 의해 중합되어 폴리머가 되면 에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate)계 수지, 폴리에스테르 아크릴레이트(polyester acrylate)계 수지, 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate)계 수지, 폴리 부타디엔 아크릴레이트(polybutadiene acrylate)계 수지, 실리콘 아크릴레이트(silicon acrylate)계 수지, 알킬 아크릴레이트(alkyl acrylate)계 수지가 된다.

전술한 실시예에 따른 도광판, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 전자 기기에 의하면, 도광판에 산란 입자를 분산시킴으로써 청색 파장대역과 같은 단파장의 광을 효과적으로 산란시켜 출사되게 함으로써, 도광판이 박형화되더라도 이로 인한 불균일 출광 문제를 해결할 수 있다.

또한, 도광판을 점도가 낮은 자외선 경화 수지를 이용하여 제조함으로써, 산란 입자를 도광판에 효과적으로 분산시킬 수 있다.

1: 전자 기기
10: 백라이트 유닛
30: 디스플레이 패널
50: 광학부재
100: 도광판
110: 입광면
120: 대광면
130: 출사면
140: 반사면
150: 내부
160: 산란 입자

Claims

광원에서 발생된 광을 가이드하는 도광판에 있어서,
상기 발생된 광이 입사되는 입광면;
상기 입광면과 마주보는 대광면;
상기 입광면 및 상기 대광면과 수직하며, 상기 입사된 광이 반사되는 반사면;
상기 반사면과 마주보며, 상기 입사된 광이 출사되는 출광면; 및
상기 입광면, 상기 대광면, 상기 반사면 및 상기 출광면에 둘러싸인 내부 영역을 포함하고,
상기 내부 영역은,
상기 입사된 광을 산란시켜 단파장 광이 상기 대광면을 통해 출사되는 것을 방지하는 산란 입자를 포함하고,
상기 산란 입자는
상기 내부 영역에 분산되어 있고, 수학식
에 기초하여 결정된 입자 크기를 갖고, 여기서, 상기 R은 산란 계수를 나타내고, 상기 α는 비례상수를 나타내고, 상기 c는 상기 산란 입자의 농도를 나타내고, 상기 d는 상기 입자 크기를 나타내고, 상기 λ는 광의 파장을 나타내고, 상기 n은 굴절률을 나타내고,
상기 입자 크기는,
상기 수학식에 의해 15nm 이상 40nm 이하의 직경을 갖고,
상기 산란 입자는,
5% 이상 30% 이하인 부피를 기준으로 한 농도로 분산되는, 도광판.
제 1 항에 있어서,
상기 산란 입자는,
레일리 산란(Rayleigh scattering)을 일으키는 나노 입자를 포함하는 도광판.
제 1 항에 있어서,
상기 도광판은,
자외선 경화 수지를 포함하는 도광판.
삭제
제 2 항에 있어서,
상기 산란 입자는,
청색 파장 대역의 광을 산란시키는 도광판.
삭제
제 3 항에 있어서,
상기 자외선 경화 수지는,
에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate) 계 수지, 폴리에스테르 아크릴레이트(polyester acrylate)계 수지, 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate)계 수지, 폴리 부타디엔 아크릴레이트(polybutadiene acrylate)계 수지, 실리콘 아크릴레이트(silicon acrylate)계 수지 및 알킬 아크릴레이트(alkyl acrylate)계 수지 중 적어도 하나를 포함하는 도광판.
광원; 및
상기 광원에서 발생된 광을 가이드하는 도광판을 포함하고,
상기 도광판은,
내부에 분산되어 상기 광원으로부터 입사된 광을 산란시켜 단파장 광이 상기 도광판의 대광면을 통해 출사되는 것을 방지하는 산란 입자를 내부 영역에 포함하고,
상기 산란 입자는
상기 내부 영역에 분산되어 있고, 수학식
에 기초하여 결정된 입자 크기를 갖고, 여기서, 상기 R은 산란 계수를 나타내고, 상기 α는 비례상수를 나타내고, 상기 c는 상기 산란 입자의 농도를 나타내고, 상기 d는 상기 입자 크기를 나타내고, 상기 λ는 광의 파장을 나타내고, 상기 n은 굴절률을 나타내고,
상기 입자 크기는,
상기 수학식에 의해 15nm 이상 40nm 이하의 직경을 갖고,
상기 산란 입자는,
5% 이상 30% 이하인 부피를 기준으로 한 농도로 분산되는
백라이트 유닛.
제 8 항에 있어서,
상기 산란 입자는,
레일리 산란(Rayleigh scattering)을 일으키는 나노 입자를 포함하는 백라이트 유닛.
제 8 항에 있어서,
상기 도광판은,
자외선 경화 수지를 포함하는 백라이트 유닛.
삭제
제 9 항에 있어서,
상기 산란 입자는,
청색 파장 대역의 광을 산란시키는 백라이트 유닛.
삭제
제 10 항에 있어서,
상기 자외선 경화 수지는,
에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate) 계 수지, 폴리에스테르 아크릴레이트(polyester acrylate)계 수지, 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate)계 수지, 폴리 부타디엔 아크릴레이트(polybutadiene acrylate)계 수지, 실리콘 아크릴레이트(silicon acrylate)계 수지 및 알킬 아크릴레이트(alkyl acrylate)계 수지 중 적어도 하나를 포함하는 백라이트 유닛.
디스플레이 패널; 및
상기 디스플레이 패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함하고,
상기 백라이트 유닛은,
광을 발생시키는 광원; 및
상기 발생된 광을 가이드하는 내부 영역을 포함하는 도광판;을 포함하고,
상기 내부 영역은,
상기 입사된 광을 산란시켜 단파장 광이 상기 도광판의 대광면을 통해 출사되는 것을 방지하는 산란 입자를 포함하고,
상기 산란 입자는,
상기 내부 영역에 분산되어 있고, 수학식
에 기초하여 결정된 입자 크기를 갖고, 여기서, 상기 R은 산란 계수를 나타내고, 상기 α는 비례상수를 나타내고, 상기 c는 상기 산란 입자의 농도를 나타내고, 상기 d는 상기 입자 크기를 나타내고, 상기 λ는 광의 파장을 나타내고, 상기 n은 굴절률을 나타내고
상기 입자 크기는,
상기 수학식에 의해 15nm 이상 40nm 이하의 직경을 갖고,
상기 산란 입자는,
5% 이상 30% 이하인 부피를 기준으로 한 농도로 분산되는, 전자 기기.
제 15 항에 있어서,
상기 산란 입자는,
레일리 산란(Rayleigh scattering)을 일으키는 나노 입자를 포함하는 전자 기기.
제 15 항에 있어서,
상기 도광판은,
자외선 경화 수지를 포함하는 전자 기기.
삭제
제 16 항에 있어서,
상기 산란 입자는,
청색 파장 대역의 광을 산란시키는 전자 기기.
삭제