KR102350686B1 - 도광패턴용 잉크 조성물 및 그를 이용한 도광판과 백라이트 유닛 - Google Patents

도광패턴용 잉크 조성물 및 그를 이용한 도광판과 백라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도광패턴용 잉크 조성물 및 그를 이용한 도광판과 백라이트 유닛에 관한 것으로서, PMMA에 비하여 굴절율이 큰 폴리스티렌(PS) 확산 비드와, 청색계열의 광을 녹색계열의 광으로 변환하는 녹색 광변환 비드 중 하나 이상을 포함하는 도광패턴용 잉크 조성물을 이용함으로써, 출력되는 백색광의 강도를 증가시켜 도광판 및 백라이트 유닛의 고휘도 구현이 가능하다.

Description

도광패턴용 잉크 조성물 및 그를 이용한 도광판과 백라이트 유닛 {Ink Composition for Light Guiding Pattern and Light Guide Plate and Backlight Unit using the same}
본 발명은 표시장치에 사용되는 도광패턴용 잉크 조성물 및 그를 이용한 도광판과 백라이트 유닛, 더 구체적으로는 고굴절 확산 비드와 광변환 비드를 포함하는 도광판용 잉크와 그를 사용한 백라이트 유닛용 도광판 등에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기전계발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Diode Display Device)와 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.
이러한 표시장치 중 액정 표시장치(LCD)는 화소영역 각각을 온(on)/오프(off) 제어하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하는 표시패널과, 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 구동부와, 표시패널로 광을 제공하는 백라이트 유닛(Back Light Unit; BLU) 등을 포함하여 구성되며, 화소 영역에 구비된 화소(Pixel; PXL) 전극 및 공통 전압(Vcom) 전극 사이에 인가되는 전계에 따라 액정층의 배열 상태가 조절되고 그에 따라 광의 투과도가 조절되어 화상이 표시되는 장치이다.
이러한 액정 표시장치의 경우에는 외부에서 광을 제공하는 백라이트 장치가 있어야 하며, 이러한 백라이트 유닛은 광원과, 도광판, 반사판, 상부 시트 등의 서브 유닛들을 포함할 수 있으며, 표시장치의 측면 및 후면을 지지하기 위한 지지구조로서의 1 이상의 프레임(Frame) 또는 샤시(Chassis)를 포함할 수 있다.
이러한 백라이트 유닛을 구성하는 부품 중에서 도광판은 광원으로부터의 광을 표시장치 전체에 균일하게 도광시키기 위하여 사용되는 판상 부재로서, 광의 균일한 분포 등을 위하여 판상 부재의 일면 이상에 일정한 도트 패턴 형상의 도광패턴이 형성될 수 있다.
이러한 도트 패턴은 도광판의 일면에 인쇄 또는 임프린팅되어 형성되며, 도트 패턴 형성을 위하여 일정한 조성물인 도광패턴용 잉크가 사용된다.
도광패턴은 도광판 내부로 전반사되는 광을 확산시켜 도광판 일면으로의 입사각을 작게함으로써, 광이 도광판을 벗어나 표시패널측으로 출사되는 기능을 한다.
이러한 도광패턴 제작을 위한 잉크는 도광판에 대한 부착성을 조정할 수 있는 바인더(Binder)와, 용매, 첨가제 이외에 광을 산란(확산)을 시킬 수 있는 광확산 비드 또는 광확산 입자를 포함하는 조성물일 수 있다.
한편, 표시장치의 백라이트 유닛에 사용되는 도광판은 도광패턴의 형상 이외에도 그를 형성하는 도광패턴용 잉크의 물성에 따라 광확산 성능 등에 영향을 미치므로, 도광판의 광학적 성능을 향상시키기 위하여 도광패턴용 잉크 조성물이 여러 방면으로 개발되고 있다.
본 발명은 이러한 점에 착안한 것으로서, 도광판의 광효율 및 휘도를 향상시킬 수 있는 도광패턴용 잉크 재료를 새롭게 제안한다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 표시장치의 백라이트 유닛에 사용되는 도광판의 도광패턴용 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고굴절율을 가지는 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 재료의 확산 비드(Bead)를 포함하는 도광패턴용 잉크를 이용함으로써, 광의 확산 또는 산란을 증가시켜 고휘도 구현이 가능한 도광판 및 그를 이용한 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 청색영역의 광을 녹색광 파장대역의 광으로 변환하는 광변환 비드를 포함하는 도광패턴용 잉크를 이용함으로써, 출력되는 백색광의 강도를 증가시켜 고휘도 구현이 가능한 도광판 및 그를 이용한 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 재료의 20μm 이하 크기를 가지는 확산 비드(Bead)와, 약420~470nm의 파장대역의 광을 520~560nm 파장대역의 광으로 변환하는 약20 μm 이하 크기를 가지는 광변환 비드를 약1~30중량% 함유한 도광패턴용 잉크를 이용함으로써, 출력되는 백색광의 강도를 증가시켜 고휘도 구현이 가능한 도광판 및 그를 이용한 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는, 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드 1~30중량%와, 청색계열 파장대역의 광을 흡수하여 녹색계열 파장대역의 광을 방출하는 녹색 광변환 비드 1~30중량%와, 바인더로서의 아크릴레이트 수지 20~25중량%, 및 용제 45~55중량%를 포함하는 도광패턴용 잉크 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는 표시장치용 백라이트 유닛에 사용되는 도광판으로서, 상기 도광판의 일면에는 다수의 도광패턴이 배치되며, 상기 도광패턴은 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드 1~30중량%과, 청색계열 파장대역의 광을 흡수하여 녹색계열 파장대역의 광을 방출하는 녹색 광변환 비드 1~30중량%과, 바인더로서의 아크릴레이트 수지 20~25중량%과, 용제 45~55중량%를 포함하는 잉크 조성물로 구성되는 백라이트 유닛용 도광판을 제공한다.
본 발명의 또다른 실시예에 의하면, 광원부와; 상기 광원부로부터의 광을 확산하기 위하여 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드 1~30중량%과, 청색계열 파장대역의 광을 흡수하여 녹색계열 파장대역의 광을 방출하는 녹색 광변환 비드 1~30중량%과, 바인더로서의 아크릴레이트 수지 20~25중량%과, 용제 45~55중량%를 포함하는 잉크 조성물로 구성된 다수의 도광패턴을 일면에 포함하는 도광판과; 상기 도광판 하부에 배치되어 광을 표시패널측으로 반사하는 반사판;을 포함하는 표시장치용 백라이트 유닛을 제공한다.
아래에서 설명할 본 발명의 실시예에 의하면, 고굴절율을 가지는 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 재료의 확산 비드(Bead)를 포함하는 도광패턴용 잉크를 이용함으로써, 광의 확산 또는 산란을 증가시켜 도광판의 고휘도 구현이 가능한 효과가 있다.
또한, 청색영역의 광을 녹색광 파장대역의 광으로 변환하는 광변환 비드를 포함하는 도광패턴용 잉크를 이용함으로써, 출력되는 백색광의 강도를 증가시켜 도광판 및 백라이트 유닛의 고휘도 구현이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 도광패턴용 잉크에 포함되는 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드 및 광변환 비드의 크기 및 조성비를 최적화함으로써, 도광패턴의 코팅 신뢰성 및 색재현 등에 영향을 최소화하면서도 도광판 및 그를 이용한 백라이트 유닛이 기존에 비하여 약30% 이상 휘도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 표시장치의 입광부측 단면도를 도시한다.
도 2는 일반적인 도트형 도광패턴을 가지는 도광판의 평면 및 단면 형상과, 그러한 도광패턴에 따른 광분산 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 도광패턴용 잉크에 포함된 비드가 표시된 도광패턴의 확대 단면도와, PS 확산 비드 및 녹색 광변환 비드의 크기를 표시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 잉크로 형성된 도광패턴을 가지는 도광판 및 그를 포함하는 백라이트 유닛의 확대 단면도와, 기존의 도광판와의 휘도 비교 실험 결과를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 잉크에 포함된 PS 확산 비드에 의한 광경로와, 휘도 향상 원리 및 그 실험결과를 도시한다.
도 6은 일반적인 광원의 광속(Flux)와 색매칭 함수(Color Matching Function; y)에 따른 휘도(Y) 산출 원리를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 잉크에 포함된 녹색 광변환 비드에 의한 휘도 향상 원리를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 표시장치의 입광부측 단면도를 도시한다
본 발명이 적용될 수 있는 표시장치는 액정 표시패널 등의 표시패널(140)과 그 하부에 배치되어 표시패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛(120)을 포함하며, 백라이트 유닛(120)을 지지하고 표시장치의 후면 전체에 걸쳐 연장되는 금속 또는 플라스틱 재질의 커버 버텀(Cover Bottom; 110)을 포함할 수 있다.
또한, 표시장치는 커버 버텀과 고정되어 백라이트 유닛(120)과 표시패널(140)을 연결하는 구조인 플라스틱 재질의 가이드 패널(Guide Panel; 130)이 추가로 구비될 수 있으며, 가이드 패널(130)의 상면 일부에는 양면 테이프가 부착되고 그 상부에 표시패널(140)이 배치됨으로써 표시패널이 고정 장착될 수 있다.
또한, 표시장치는 최외곽에 배치된 커버 버텀 및 가이드 패널의 측면부를 덮고 표시패널의 전면 일부까지 절곡 연장되어 표시패널의 전면 가장자리를 보호하는 케이스 탑(Case Top; 150)이 추가로 포함될 수 있다.
이러한 케이스 탑(150)은 표시장치의 측면 부분을 둘러싸서 표시패널(140)의 전방부 일부 영역까지 확장됨으로써 표시패널을 보호함과 동시에 커버 버텀 후방에 배치되는 표시장치 구동을 위한 인쇄회로기판(PCB)인 시스템 보드부를 표시패널과 연결하기 위한 연결 회로인 칩-온-필름(Chip-On-Film; COF) 회로부를 보호하는 기능 등을 수행한다.
표시패널(140)은 액정 표시패널인 경우에는 다시 다수의 게이트 라인과 데이터 라인 및 그 교차 영역에 정의되는 픽셀(Pixel)과, 각 픽셀에서의 광투과도를 조절하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 표시장치는 각각 표시패널(140 )에 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛(120 )을 포함하며, 백라이트 유닛은 광원의 배치 및 광의 전달 형태에 따라서 엣지형(Edge-Type) 또는 직하형(Direct-Type) 등으로 구분될 수 있다.
도 1에 도시된 백라이트 유닛은 엣지형 백라이트 유닛으로서, LED 등의 광원(128)과 광원을 고정하기 위한 홀더 및 광원 구동 회로 등을 포함하는 광원 모듈(127)과, 광을 패널 영역 전체로 확산시키기 위한 도광판(124; Light Guide Plate)과, 빛을 표시패널 방향으로 반사하기 위한 반사판(122)과, 도광판 상부에 배치되어 휘도 향상, 광의 확산 및 보호 등의 용도로 배치되는 1 이상의 광학필름 또는 시트(126) 등과 같은 서브 유닛들을 포함할 수 있다.
이러한 표시장치는 표시패널과 표시패널을 구동하기 위한 구동부를 포함하는 액정 모듈(Liquid Crystal Module; LCM)과 같은 협의의 표시장치는 물론, 그러한 LCM을 포함하는 완제품인 노트북 컴퓨터, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 스마트폰 또는 전자패드와 같은 모바일 전자장치 등과 같은 세트 전자 장치 또는 세트 장치까지도 포함하는 개념이다.
즉, 본 명세서에서의 표시장치는 LCM과 같은 협의의 디스플레이 장치는 물론, 그를 포함하는 응용제품인 세트 장치까지 포함하는 의미로 사용한다.
한편, 표시장치에 사용되는 백라이트 유닛의 구성요소 중에서 도광판(124)은 광원으로부터의 광을 표시장치 전체 면적으로 고르게 전파시키는 기능을 하는 평판 부재로서, 광의 전파나 표시패널로의 광의 집광 등을 위하여 도광판의 양면 중 하나 이상에는 특정한 도광패턴이 형성될 수 있다.
이러한 도광패턴은 표시패널측으로 출사되는 광의 집광성을 향상시키거나 광이 표시패널 전체로 균일하게 전파되도록 하는 것으로서, 원형 등의 도트패턴이나, 특정한 단면 형상을 가지면서 일방향으로 길게 형성되는 단면 패턴 등을 포함할 수 있다.
도 2는 일반적인 도트형 도광패턴을 가지는 도광판의 평면 및 단면 형상과, 그러한 도광패턴에 따른 광분산 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서와 같이, 백라이트 유닛에 포함된 도광판(200)의 일면, 더 구체적으로 반사판에 접하는 면에는 도 2의 (a)와 같이 수백 μm 크기를 가지는 원형 도트 패턴(210)이 형성되어 있다.
이러한 도트 패턴(210)은 도광판 일면 전체에 걸쳐 일정한 분포방식에 따라서 분포되며, 인쇄 타입 또는 임프린팅 방식에 의하여 형성된다.
이러한 도트 패턴(210)은 도광판(200)이 사출 또는 압출된 이후에 일정한 조성물로 구성된 잉크를 이용하여 도광판의 일면에 인쇄 또는 임프린팅된다.
이와 같이, 도광패턴 또는 도트패턴(210)을 형성하기 위하여 사용되는 잉크를 도광패턴용 잉크 조성물이라 정의할 수 있으며, 도광패턴용 잉크 조성물은 인쇄 도막막을 형성시킴과 동시에 도광판에 대한 부착성을 조정할 수 있는 아크릴레이트기를 가지는 아크릴 공중합체와, 광을 산란(확산)을 시킬 수 있는 폴리메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate:PMMA) 비드와, 잉크의 점도 및 실크스크린 작업성을 조정하기 위한 용매 또는 용제 등을 일정한 중량 %에 따라 포함하여 구성될 수 있다.
예를 들면, 일반적인 도광패턴용 잉크 조성물의 일 예로서, 폴리메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate: PMMA) 비드 약25~35 wt%(중량%), 바인더로서의 변형 아크릴 수지(Modified Acrylate) 약 20~25wt%, 용매(Cellusolve)로서의 디아베이직 에스터(Diabasic Ester) 약45~55wt%, 첨가제 약 0.5~1.0wt% 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 잉크 조성물로 도광판의 일면에 형성되는 도광패턴(210)은 광원으로부터 전달되어 도광판 내부에서 전반사되는 광 중 일부를 산란 또는 굴절시켜 전반사되지 않고 도광판 외부로 출사시키는 기능을 한다.
즉, 도 2의 (b)와 같이, 광원으로부터의 광(L) 중 도광패턴(210)에서 굴절된 제1굴절광(L1')이 42도 이하의 입사각 θ로 도광판의 경계면으로 입사되고, 결과적으로 출광각 θ'로 도광판 외부로 출사되어 백라이트광으로 사용되는 것이다.
본 명세서에서 도광판 표면을 벗어나는 출사광의 출광각은 도광판의 법선방향과 출사광이 이루는 각도로 정의한다.
더 구체적으로 설명하면, 도 2의 (b)와 같이, LED로부터의 광 중 일부(L1)가 위와 같은 잉크 조성물로 형성된 도광패턴(210)으로 입사되며, 도광패턴으로 입사된 광은 도광패턴에 포함된 PMMA 확산 비드(212)에 의하여 확산된다.
PMMA 확산 비드(212)에 의해 확산된 광 중 일부광(L1')은 도광판의 타측면을 향하며, 이 때 도광판의 법선 기준으로 42도 이하의 입사각(θ)으로 도광판 상면에 입사되는 광은 도광판 내부로 전반사되지 않고, 입사각보다 큰 출광각을 가지면서 도광판 외부로 출사(L1")하여 백라이트 광원으로 사용된다.
한편, LED로부터의 광 중에서 도광패턴으로 향하지 않는 광(L2)은 도광판의 일면에서 전반사되어 도광판 내부에서 진행하게 된다.
이와 같이, 도광패턴 형성에 사용된 잉크에는 일정한 굴절율을 가지는 확산 비드가 사용되며, 이러한 확산비드에 의하여 전반사되던 광을 확산/산란시켜 전반사를 이기고 외부로 출사되는 것이다.
지금까지 도광패턴용 잉크 조성물에 포함되는 확산 비드 또는 확산 입자의 재료로는 도광판과 동등한 재료인 폴리메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate: PMMA)가 사용되었다.
이에 본 발명의 실시예에서는 도광패턴용 잉크 조성물에 포함되는 확산 비드의 재료로서, 기존의 PMMA 보다 굴절율이 더 큰 폴리스티렌(Poly Styrene; PS)를 사용함으로써, 확산 비드에서의 광확산 성능을 향상시켜 결과적으로 고휘도의 도광판을 제공할 수 있도록 한다.
또한, 일반적으로 광휘도는 파장대별 광원의 광속(Flux; C(λ))과 색매칭 함수(Color Matching Function;
Figure 112015090191460-pat00001
)로 결정되는데, 일반적으로 백색광원의 광속은 녹색광에서 아주 약한 반면, 녹색광인 경우 색매칭 함수(Color Matching Function;
Figure 112015090191460-pat00002
) 값이 가장 큰점을 고려하여, 결과적으로 본 발명에서는 청색 주변의 광을 흡수하여 녹색광 대역의 광을 출사하는 녹색 광변환 비드를 도광패턴용 잉크에 포함시킴으로써 최종적인 도광판 휘도를 향상시킬 수 있는 기술을 제안한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 도광패턴용 잉크에 포함된 비드가 표시된 도광패턴의 확대 단면도와, PS 확산 비드 및 녹색 광변환 비드의 크기를 표시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 잉크로 형성된 도광패턴을 가지는 도광판 및 그를 포함하는 백라이트 유닛의 확대 단면도와, 기존의 도광판와의 휘도 비교 실험 결과를 도시한다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 도광패턴용 잉크 조성물은 약1.59 이상의 광굴절율을 가지는 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드와, 청색계열 파장대역의 광을 흡수하여 녹색계열 파장대역의 광을 방출하는 녹색 광변환 비드를 포함하여 구성된다.
더 구체적으로는, 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드 1~30중량%와, 청색계열 파장대역의 광을 흡수하여 녹색계열 파장대역의 광을 방출하는 녹색 광변환 비드 1~30중량%와, 바인더로서의 아크릴레이트 수지 20~25중량%와, 용제 45~55중량% 등으로 구성되는 도광패턴용 잉크 조성물을 제공한다.
본 실시예에 사용되는 폴리스티렌(PS) 확산 비드를 구성하는 폴리스티렌 스티렌의 라디칼 중합으로 얻어지는 비결정성의 고분자 물질로서, 무색 투명한 열가소성 수지를 의미한다.
이러한 폴리스티렌은 스티롤 수지라고 표현될 수도 있으며, 끓는점이 약145℃로서 비교적 낮지만, 약품에 잘 침식되지 않으며, 전기 절연성을 가지는 특성이 있다.
특히, 본 실시예에 사용되는 폴리스티렌 수지는 플라스틱 중에서 가장 높은 편에 속하는 약1.59의 광굴절율을 가지므로, 후술할 바와 같이, 도광패턴용 잉크로 사용된 경우 도광패턴에서의 광확산 및 광산란 특성을 향상시켜서 결과적으로 도광판의 고휘도에 기여할 수 있다.
이와 같이, 도광패턴용 잉크 조성물의 확산비드로서 기존의 PMMA 비드 대신 폴리스티렌(PS) 확산비드를 사용하게 되면, PS 재료의 고굴절율 특성으로 인하여 PMMA 비드에 비하여 광확산 및 광산란 특성이 증가되고, 결과적으로 도광패턴이 더 많은 광을 전반사로부터 이탈시켜 도광판 외부로 출사시켜 고휘도 도광판을 구현할 수 있게 된다.
이와 같은 PS 확산 비드를 사용한 경우의 효과에 대해서는, 아래에서 도 5를 참고로 더 상세하게 설명한다.
한편, 본 실시예에 의하면, 폴리스티렌 재료료 구성되는 PS 확산비드(312)는 약 1~20μm의 크기(d1)를 가지는 것이 바람직하다.
PS 확산 비드(312)의 크기가 1μm 이하인 경우에는 도광패턴의 충분한 광확산 성능을 확보할 수 없고, PS 확산 비드의 크기가 20μm 이상인 경우에는 잉크가 도광판에 흡착되는 코팅성능이 떨어질 뿐 아니라, 확산비드가 일정한 입자로서 시인될 우려가 있고, 인쇄 또는 임프린팅(Imprinting)된 도광패턴의 신뢰성을 열화시킬 수 있다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 잉크 조성물에 포함되는 PS 확산 비드의 크기(d1)를 1~20μm로 함으로써, 잉크에 포함된 입자가 시인되지 않으면서, 도광패턴의 코팅 신뢰성을 확보하고, 기존의 PMMA 비드 대비 광확산 성능을 향상시켜, 결과적으로 도광판 및 백라이트 유닛의 고휘도를 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에 의한 도광패턴용 잉크 조성물에 포함되는 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산 비드의 조성비는 1~30중량% 범위일 수 있지만, 약25~30중량%인 것이 바람직하다.
PS 확산비드의 조성비가 30중량%를 초과하는 경우에는 확산 비드의 크기가 큰 경우와 마찬가지로 잉크의 도광판 흡착성 및 코팅 신뢰성이 약해지고, 확산비드가 시인될 우려가 있으므로, 약30중량% 이하인 것이 바람직하다.
그러나, PS 확산비드의 조성비가 너무 작은 경우에는 도광패턴의 충분한 광확산 성능을 확보할 수 없게 되므로, 약25중량 % 이상의 조성비를 가지는 것이 바람직하다.
이와 같이, PS 확산 비드의 조성비를 1~30중량%, 바람직하게는 25~30중량%로 함으로써, 잉크에 포함된 확산비드가 시인되지 않으면서도, 도광패턴의 코팅 신뢰성을 확보하고, 기존의 PMMA 비드 대비 광확산 성능을 향상시켜, 결과적으로 도광판 및 백라이트 유닛의 고휘도를 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에 의한 청색계열 파장대역의 광을 흡수하여 녹색계열 파장대역의 광을 방출하는 녹색 광변환 비드(314)를 약1~30중량% 포함한다.
더 구체적으로, 본 실시예에 의한 도광패턴용 잉크 조성물에 포함되는 녹색 광변환 비드(314)는 420~470nm의 주흡수 파장대역과 520~560nm의 주발광 파장대역을 가질 수 있으며, 주흡수 파장피크 또는 주흡수 파장평균값은 약450nm이고 주방출 파장피크 또는 주방출 파장평균값은 약540nm일 수 있다.
본 실시예에 사용되는 녹색 광변환 비드(314)는 녹색 형광체로 표현될 수도 있으며, 규산염계 녹색 형광체, 알루민산염계 녹색 형광체, 질화물계 녹색 형광체, 황산염계 녹색 형광체, 옥시-질화물계 녹색 형광체, 옥시-황산염계 녹색 형광체, 가넷(garnet) 재료, 일반조성이 A3Si(OD)5인 규산염계 녹색 형광체(여기서, Si는 규소, O는 산소, A는 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca)을 포함하며, D는 염소(Cl), 불소(F), 질소(N) 또는 황(S)을 포함한다), 일반조성이 A2Si(OD)4인 규산염계 녹색 형광체(여기서, A는 Sr, Ba, Mg 또는 Ca를 포함하며, D는 Cl, F, N 또는 S를 포함한다), 또는 화학식이 M1-xEuxAlyO[1+3y/2]인 알루민산염 녹색 형광체(여기서 M은 Ba, Sr, Ca, Mg, Mn, Zn, Cu, Cd, Sm 또는 툴륨(Tm)을 포함하는 2가 금속 중의 적어도 하나이다) 등이 사용될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 실시예에 사용될 수 있는 녹색 광변환 비드의 재료로는 (Bax, Sry, Caz)2SiO4:Eu (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)와 같은 실리케이트 계열, (Bax, Sry, Caz)Ga2S4:Eu (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)와 같은 티오갈레이트 계열 또는 (Bax, Sry, Caz)Al2S4:Eu (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1)와 같은 티오알루미네이트 계열 등의 녹색 형광 물질을 포함할 수 있으며, 더 구체적으로, Sr2SiO4:Eu, Ba2SiO4:Eu, Ca2SiO4:Eu, SrGa2S4:Eu, BaGa2S4:Eu, CaGa2S4:Eu, Sr2Ga2S5:Eu, SrAl2S4:Eu, BaAl2S4:Eu, Sr2Al2S5:Eu, SiAlON:Eu, CaSc2O4:Ce 중에서 선택될 수도 있을 것이다.
본 실시예에 의한 도광패턴용 잉크 조성물에 포함되는 녹색 광변환 비드를 구성하는 재료는 전술한 재료들에 한정되는 것은 아니며, 약420~470nm의 청색계열의 광을 흡수하여 약520~560nm의 녹색 계열을 광을 방출하는 한 다른 광변환 재료가 사용될 수 있을 것이다.
이상의 녹색 광변환 비드에 의하여, 백라이트 유닛으로부터의 백색광 중에서 휘도에 영향을 미치는 색매칭 함수(Color Matching Function;
Figure 112015090191460-pat00003
) 값이 작은 블루 계열의 광을 색매칭 함수(Color Matching Function;
Figure 112015090191460-pat00004
) 값이 큰 녹색 계열의 광으로 변환하여 출력함으로써, 결과적으로 백색광의 유지하면서도 전체적인 출력 휘도를 향상시킬 수 있게 된다.
이와 같이, 도광패턴용 잉크 조성물에 녹색 광변환 비드(314)를 사용한 경우의 효과에 대해서는, 아래에서 도 6 및 도 7을 참고로 더 상세하게 설명한다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 도광패턴용 잉크 조성물에 포함되는 녹색 광변환 비드(314) 역시 PS 확산 비드(312)와 유사하게 약 1~20μm의 크기(d2)를 가지는 것이 바람직하다.
PS 확산 비드(312)의 경우와 유사하게, 녹색 광변환 비드(314)의 크기가 1μm 이하인 경우에는 원하는 광변환 특성을 확보할 수 없고, 녹색 광변환 비드(314)의 크기가 20μm 이상인 경우에는 잉크가 도광판에 흡착되는 코팅성능이 떨어질 뿐 아니라, 확산비드가 일정한 입자로서 시인될 우려가 있고, 인쇄 또는 임프린팅(Imprinting)된 도광패턴의 신뢰성을 열화시킬 수 있다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 잉크 조성물에 포함되는 녹색 광변환 비드의 크기(d2)를 1~20μm로 함으로써, 잉크에 포함된 입자가 시인되지 않고 도광패턴의 코팅 신뢰성을 확보하면서도, 광원으로부터의 백색광 중에서 휘도향상에 기여하는 정도가 큰 녹색 광을 증가시켜 도광판 및 백라이트 유닛의 고휘도를 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에 의한 도광패턴용 잉크 조성물에 포함되는 녹색 광변환 비드의 조성비는 1~30중량% 범위일 수 있지만, 약1~10중량%인 것이 바람직하다.
녹색 광변환 비드의 조성비가 30중량%를 초과하는 경우에는 확산 비드의 크기가 큰 경우와 마찬가지로 잉크의 도광판 흡착성 및 코팅 신뢰성이 약해지고, 녹색 광변환 비드가 시인될 우려가 있으므로, 약30중량% 이하인 것이 바람직하다.
특히, 녹색 광변환 비드의 조성비가 약30중량%를 초과하는 경우에는 광변환 이후 백색광에 포함된 녹색계열광의 비율이 너무 커져서, 순수 화이트보다는 녹색광에 가까운 백색광이 출력되는 문제가 발생될 수 있다.
한편, 녹색 광변환 비드의 조성비가 너무 작은 경우에는 청색광으로부터 녹색광으로의 광변환 성능을 충분히 확보할 수 없게 되므로, 약1중량 % 이상의 조성비를 가지는 것이 바람직하다.
이와 같이, 녹색 광변환 비드의 조성비를 1~30중량%, 바람직하게는 1~10중량%로 함으로써, 잉크에 포함된 녹색 광변환 비드가 시인되지 않게 하고 백색광의 색변화를 방지하면서도, 도광패턴의 코팅 신뢰성을 확보함과 동시에 결과적으로 도광판 및 백라이트 유닛의 고휘도를 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에 의한 도광패턴용 잉크 조성물은, 전술한 PS 확산비드와 녹색 광변환 비드 이외에, 상기 입자들을 결착시키고 잉크의 도광판 흡착성을 확보하기 위한 바인더(binder)와, 용제 또는 용매와, 각종 첨가제 등을 더 포함할 수 있다.
바인더(Binder)는 인쇄 도막막을 형성시킴과 동시에 도광판에 대한 부착성을 조정할 수 있는 아크릴레이트기를 가지는 아크릴 공중합체가 사용될 수 있으며, 본 실시예에서는 광굴절률이 약1.47인 변형 아크릴레이트 수지(Modified Acrylate Resin)이 사용되었다.
바인더는 열경화 또는 UV 경화특성을 가지며, 이러한 바인더의 재료로는 메틸메타아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸메타아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 스틸렌, 아크릴산으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 화합물로 합성한 중합체일 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
이러한 바인더 재료의 적정 조성비는 약20~25wt%일 수 있으며, 25wt% 이상이면 고휘도 잉크의 점도 조정이 어렵고 인쇄 시 미세패턴 제판의 판막힘 현상이 발생하게 되고, 20wt% 이하이면 미세패턴의 도트 형상이 퍼져 원하는 미세패턴용 도트 형태의 도광판을 얻기 힘들 수 있다.
용제 또는 용매는 도광패턴용 잉크 조성물의 전체적인 점도와 관련되고, 도광판에 도광패턴을 인쇄 또는 임프린팅할 때의 작업성을 조정하기 위하여 사용되는 것으로서, 저비점 용제로는 벤젠, 톨루엔, 키실렌, 메틸이소부틸카비톨, 이소부틸아세테이트, 노르말부틸아세테이트, 메틸이소부틸 케톤, 에틸셀로솔브, 메틸셀로솔브 등이 사용될 수 있고, 중비점 용제로는 솔벤트, 에틸헥실아세테이트, 메톡시부틸아세테이트, 시클로헥실아세테이트, 부틸셀로솔브, 부틸셀로솔브아세테이트, 셀로솔브아세테이트, 메틸 카비톨, 시클로헥산논 등이 사용될 수 있다.
또한, 디메틸에테르, 부틸카비톨, 디메틸글루타레이트, 디메틸석시네이트, 이소프론, 카비톨아세테이트, 에틸헥실글리콜, 부틸카비톨아세테이트, 에틸카비톨, 헥실셀로솔브 등과 같은 고비점 용제가 사용될 수도 있다.
이러한 용제 또는 용매의 조성비는 약45~55중량%인 것이 바람직하며, 55wt% 잉크의 점도가 낮아져 도광패턴의 퍼짐 현상이 발생할 수 있고, 50wt% 이하이면 상대적으로 점도가 높아져 인쇄 또는 임프린팅 과정에서 제판의 판막힘 현상이 발생할 우려가 있다.
기타, 본 실시예에 의한 도광패턴용 잉크 조성물에 포함되는 기타 첨가제로는, 조성 재료의 적절한 분산 또는 점성 조정을 위한 분산제, 잉크 도막의 레벨링성(도막균일성)을 향상을 위한 레벨링제, 잉크 인쇄 시 발생 될 수 있는 기포의 파괴 및 기포생성억제를 위한 소포제, 색상 변화를 방지하기 위한 변색제 등이 포함될 수 있다.
이러한 기타 첨가제는 일반적으로 도광패턴용 잉크 조성물에 사용되는 재료가 사용될 수 있으며, 첨가제의 조성비는 약0.5~1.0wt%일 수 있다.
예를 들면, 분산제는 실리카, 비드와 친화력이 우수한 블록화된 공중합수지 계열의 첨가제를 사용하는 것이 바람직하며, 원하는 입도까지 분산할 수 있는 조제로 극성 산에스테르와 장쇄 폴리아미노 아마이드 염 용액인 디스퍼비와케이-101, 저분자량 산성 폴리에스테르와 불포화 폴리아민 아마이드 염 용액인 안티테라-유 등이 사용될 수 있다.
레벨링제로는 실리콘 또는 불소화합물 계통의 플루로라드 에프씨-430, 이베크릴 350, BYK-330 등이 사용될 수 있고, 소포제로는 실리콘이 함유된 아크릴 중합물 계통의 플로렌 AC-901, 비실리콘 계통의 BYK-051, BYK-052, BYK-066, BYK-088 및 모다 플로우 등이 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 잉크로 형성된 도광패턴을 가지는 도광판 및 그를 포함하는 백라이트 유닛의 확대 단면도와, 기존의 도광판와의 휘도 비교 실험 결과를 도시한다.
도 4와 같이, 본 실시예에 의한 백라이트 유닛은 LED와 같은 개별 광원(410)을 포함하는 광원부와, 광원부로부터의 광을 확산하기 위한 도광패턴(310)이 일면에 형성된 도광판(300)과, 도광판 하부에 배치되어 광을 표시패널측으로 반사하는 반사판(420) 등을 포함하여 구성되며, 도광패턴(310)은 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드 1~30중량%과, 청색계열 파장대역의 광을 흡수하여 녹색계열 파장대역의 광을 방출하는 녹색 광변환 비드 1~30중량%과, 바인더로서의 아크릴레이트 수지 20~25중량%과, 용제 45~55중량%를 포함하는 잉크 조성물로 형성된다.
또한, 본 실시예에 의한 백라이트 유닛은 도광판 상부에 배치되어, 도광판으로부터 출사되는 광의 특성을 변화시키는 1 이상의 광학시트(430)을 추가로 포함할 수 있다.
본 실시예에 의한 백라이트 유닛에 포함되는 광원부는 LED 등과 같은 개별 광원(또는 광원소자 또는 광원칩; 410)과, 그 개별 광원을 지지하는 광원홀더 또는 광원모듈(미도시)로 구성될 수 있다. 또한 개별 광원의 구동을 위한 LED 구동 회로가 포함될 수 있으며 이 경우에는 광원모듈은 광원 PCB 등과 같은 다른 용어로 표현될 수 있다.
광원부에 포함되는 개별 광원(410)은 발광 다이오드(LED) 또는 발광 다이오드 스트립 등이 사용될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니며, 표시패널에 필요한 광을 제공할 수 있는 한 모든 형태의 광원이 사용될 수 있을 것이다.
본 실시예에 의한 도광판(300)은 전술한 잉크 조성물로 형성되는 도광패턴(310)이 일면에 다수 형성된 판상 광학부재로서, 일반적으로 플라스틱 시트로부터 다이 커팅되거나, 압출되거나, 사출 성형된 직사각형의 투명한 플라스틱(clear plastic) 시트로 형성될 수 있다.
발광 다이오드 어레이 등과 같은 광원으로부터의 광은 도광판의 가장자리로 출사되어 도광판 내부에서 전반사되면서 표시패널의 배면을 가로질러 확산되며, 도광판의 평탄한 상면을 통해 출사되는 광이 표시패널의 백라이트로서 기능한다.
이러한 도광판(300)을 구성하는 재료로는, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate: PMMA), MS(methlystylene)수지, 폴리스티렌(polystyrene:PS), 폴리프로필렌(Polypropylene:PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 및 폴리카보네이트(polycarbonate:PC), 글래스(Glass) 등이 될 수 있다.
폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate: PMMA) 재료는 약90%의 광투과율과 약1.49~1.50의 굴절율을 가지며, 폴리카보네이트(Poly Carbonate; PC) 재료는 약 86~89%의 광투과율과 약1.57 이상의 굴절률을 가진다.
또한, 폴리에테르 술폰(Poly Ether Sulfone; PES) 재료는 약73%의 광투과율과 약1.65의 굴절율을 가지며, 메타크릴레이트스티렌(Methacrylate Styrene; MS) 재료는 약 90%의 광투과율과 약1.5677의 굴절률을 가진다. 또한, 글래스(Glass)는 약1.89이상의 굴절율을 가진다
특히, 본 발명의 일실시예에서는 도광패턴(310)에 포함되는 확산비드가 굴절률이 약1.59인 폴리스티렌(PS) 재료로 구성되므로, 도광판(300)의 재료로는 PS 확산비드보다 낮은 약1.49의 굴절률을 가지는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate: PMMA)를 이용하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 도광판(300)의 주재료로서 도광패턴용 잉크 조성물에 포함된 PS 확산 비드의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는 PMMA를 사용함으로써, 도광패턴(310)에서 확산된 광이 도광판의 타측 표면으로 입사되는 입사각을 감소시키고 도광판을 이탈하는 광이 도광판의 법선 방향에 가깝도록 하여, 결과적으로 도광판의 휘도를 증가시키는 효과가 있다.
반사판(420)은 도광판(300)의 배면, 즉 본 실시에에 의한 도광패턴(310)이 형성된 측면에 위치하여, 도광판의 배면을 통과한 광을 표시패널(미도시) 쪽으로 반사시킴으로써 광의 휘도를 향상시키는 기능을 한다.
도광판(300) 상부에 배치되는 광학시트부(430)는 집광시트, 확산시트, 반사형 편광필름 등에서 선택되는 1 이상의 개별 광학시트들로 구성될 수 있다.
광학시트부(430)를 구성하는 개별 광학시트의 예로는 집광 기능을 하는 집광시트 또는 프리즘 시트(Prism Sheet; PS)와, 광을 확산시키는 확산시트(Diffusing Sheet; DS)와, 이중 휘도 향상필름(dual brightness enhancement film; DBEF) 또는 APF(Advanced Polarizer Film)라 불리는 휘도 향상을 위한 반사형 편광필름 등 각종 기능성 시트 등이 포함될 수 있으나, 그에 한정되는 것은 아니다.
통상적으로, 광학시트부를 구성하는 기능성 개별 시트 중에서 집광시트 또는 프리즘 시트(Prism Sheet; PS)는 투명필름 형태의 시트에 일정한 집광 패턴 등이 포함됨으로써, 입사되는 광을 일정한 방향으로 모아주는 집광 기능을 한다.
한편, 광을 확산시키는 확산시트(Diffusing Sheet; DS)는 입사되는 광을 여러 방향으로 확산시키는 기능을 하는 광학시트로서, 투명필름 형태의 시트에 일정한 확산패턴 또는 확산입자 등을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 반사형 편광필름은 여러 방향으로 진동하면서 입사되는 자연광중 한쪽 방향으로 진동하는 빛만 투과시키고 다른 방향으로 진동하는 빛은 반사하는 광학 필름으로서, DBEF(dual brightness enhancement film; DBEF)라 불리는 휘도 향상 필름을 포함하는 개념이다.
도시하지는 않았지만, 도광판의 상측에는 표시패널이 배치된다.
표시패널이 액정 표시패널인 경우에는 다시 다수의 게이트 라인과 데이터 라인 및 그 교차 영역에 정의되는 픽셀(Pixel)과, 각 픽셀에서의 광투과도를 조절하기 위한 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하여 구성될 수 있다.
물론, 본 실시예에 의한 백라이트 유닛이 적용될 수 있는 표시패널은 이러한 액정표시패널에 한정되는 것은 아니며, 플라즈마 디스플레이 등과 같은 표시장치는 물론이고, 후면에서 백라이트 유닛에 의한 광을 제공받아 영상을 표시하는 모든 형태의 표시패널을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "표시장치"라는 용어는 표시패널과 표시패널을 구동하기 위한 구동부를 포함하는 액정 모듈(Liquid Crystal Module; LCM)과 같은 협의의 표시장치는 물론, 그러한 LCM을 포함하는 완제품인 노트북 컴퓨터, 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 스마트폰 또는 전자패드와 같은 모바일 전자장치 등과 같은 세트 전자 장치 또는 세트 장치까지도 포함하는 개념으로 사용한다.
즉, 본 명세서에서의 표시장치는 LCM과 같은 협의의 디스플레이 장치는 물론, 그를 포함하는 응용제품인 세트 장치까지 포함하는 의미로 사용한다.
한편, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 광원(410)으로부터 출사된 광 R 중에서 일부는 본 실시예에 의한 잉크 조성물로 형성된 도광패턴(310)으로 입사된다.
도광패턴(310)으로 입사된 광은 PS 확산 비드(312)에서 산란 또는 확산되고 그 중 일부의 광 R1이 도광판의 타측 표면 방향으로 42도보다 낮은 θ의 입사각으로 진행하여, 결과적으로 출광각 θ'로 도광판 상부로 출사된다(R1').
이러한 광경로에 따르면, 본 실시예에 의한 고굴절률의 PS 확산 비드(312)를 사용하는 경우에는 기존의 PMMA 확산비드에 비하여 입사광의 확산성이 커지고, 결과적으로 도광판의 상면으로의 입사각(도 4의 θ)이 42도 이하여서 도광판 외부로 출사될 수 있는 광의 비율이 증가된다.
또한, 본 실시예에 의한 고굴절률의 PS 확산 비드(312)에 의한 광굴절 정도가 더 커지게 되므로, 도광판 외부로 출사되는 출광각(도 4의 θ')이 감소하여 도광판의 법선에 가깝도록 출사되므로, 도광판의 휘도를 증가시킬 수 있게 된다.
구체적인 실험결과, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 PS 확산비드(312)를 포함하는 잉크 조성물로 형성된 도광패턴을 이용하는 경우에는 기존의 PMMA 확산 비드를 사용한 경우에 비하여 약30% 이상 휘도가 증가됨을 확인하였다.
또한, 도광패턴(310)으로 입사된 광은 PS 확산 비드(312)에서 확산됨과 동시에, 녹색 광변환 비드(314)에서 청색계열의 광이 녹색계열의 광으로 변환된다.
녹색 광변환 비드(314)에 의하여 520~560nm 파장대역의 광속(Flux)이 증가되고, 그에 따라 도광판 외부로 출사되는 광 R1'의 휘도가 증가된다. 이러한 효과에 대해서는 아래에서 도 6을 참고로 더 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 잉크에 포함된 PS 확산 비드에 의한 광경로와, 휘도 향상 원리 및 그 실험결과를 도시한다.
도 5는 본 실시예에 의한 도광패턴용 잉크 조성물의 광학 특성을 시험한 결과로서, 250μm 두께를 가지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET) 필름층(510) 일면에 본 실시예에 의한 PS 비드를 포함하는 잉크 조성물층(520)을 형성하고, 여러 입사각(AOI)를 가지는 광을 PET 필름층(510)에 투사한 후, 이등방 반사광(Bidirectional Reflection Distribution Function; BRDF)과 이등방 투과광(Bidirectional Transmission Distribution Function; BTDF)의 광분포(Contour Chart)와 광프로파일을 측정한 결과이다.
도 5의 실험에서는 대조군으로서 기존과 같이 굴절률 1.49이고 직경 약4~7μm의 PMMA 비드를 포함하는 잉크 조성물을 사용하였으며, 본 실시예에 대한 잉크 조성물에는 굴절률이 1.59이고 직경 약4~7μm인 구형 PS 비드를 사용하였다.
실험결과, 도 5의 (b)와 같이 기존의 PMMA 비드를 사용한 대조군에 비하여, 본 실시예에 의한 PS 확산 비드를 사용하는 경우, 입사각(AOI)이 각각 40, 50, 60도인 투사광에 대하여 이등방 투과광(Bidirectional Transmission Distribution Function; BTDF)의 광분포(Contour Chart)가 더 넓고, 광프로파일 역시 더 넓게 되는 것을 알 수 있다.
즉, 본 실시예에 의한 PS 확산 비드를 사용하는 경우, 이등방 투과광(Bidirectional Transmission Distribution Function; BTDF)의 광프로파일은 기존 PMMA 비드를 사용하는 경우와 비교할 때, 최대 피크의 세기는 유사하지만, 반치폭(Full Width at Half Maximum; FWHM; 최대 휘도대비 1/2되는 지점의 스펙트럼 폭)이 증가됨을 알 수 있다.
따라서, 최대 휘도는 유사하지만, 반치폭이 증가함으로써 전체적인 광휘도를 증가하는 것이다.
이러한 결과로서, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 PS 확산비드(312)를 포함하는 잉크 조성물로 형성된 도광패턴을 이용하는 경우에는 기존의 PMMA 확산 비드를 사용한 경우에 비하여 약130%의 휘도를 구현할 수 있는 것으로 나타났다.
도 6은 일반적인 광원의 광속(Flux)와 색매칭 함수(Color Matching Function; y)에 따른 휘도(Y) 산출 원리를 도시하며, 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 잉크에 포함된 녹색 광변환 비드에 의한 휘도 향상 원리를 도시하는 도면이다.
도6및 아래 수학식 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 백색광의 휘도(Y)는 백색광에 포함된 광의 주파수대역별 광속(Flux)인 C(λ)와 각 파장대역별 색매칭 함수(Color Matching Function;
Figure 112015090191460-pat00005
) 또는 색좌표값(
Figure 112015090191460-pat00006
)의 적분값으로 결정된다.
Figure 112015090191460-pat00007
그런데, 색매칭 함수(Color Matching Function;
Figure 112015090191460-pat00008
) 또는 색좌표값(
Figure 112015090191460-pat00009
)는 약550 nm 부근에서 가장 큰 값을 가지면서 정규분포에 가까운 값의 분포를 가지는 반면, 주파수 대역별 광속(Flux)인 C(λ)는 550nm 부근에서 가장 작은 것을 알 수 있다.
따라서, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 일반적인 백색광의 휘도(Y)는 약600nm 부근에서 가장 큰 값을 가지지만, 550nm 부근에서는 비교적 작은 값을 가진다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 도광패턴용 잉크 조성물에 포함되는 녹색 광변환 비드는 백색광에 포함된 약420~470nm파장대역을 가지는 청색계열의 광을 흡수하여 약520~560nm 파장대역 광을 방출한다.
따라서, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 기존의 주파수 대역별 광속(Flux; C(λ)) 분포 중에서 약420~470nm파장대역의 A 영역의 광속이 감소하고, 약520~560nm 파장대역의 B 영역의 광속이 증가된다.
따라서, 수학식 1에 의하여 도 7의 (b)와 같은 색매칭 함수(Color Matching Function;
Figure 112015090191460-pat00010
)와 적분되어 산출된 총 휘도의 분포는 도 7의 (c)와 같이 기존의 총 휘도 분포에 비하여 약520~560nm 파장대역의 B 영역의 휘도가 증가한다.
물론, 약420~470nm파장대역의 A 영역의 휘도는 감소하지만 그 영역의 색매칭함수값(
Figure 112015090191460-pat00011
)이 작아서 휘도 감소분은 작은 반면, 약520~560nm 파장대역의 B 영역의 색매칭함수값(
Figure 112015090191460-pat00012
)은 크기 때문에 녹색 광변환 비드의 광변환에 따른 휘도 증가분이 더 크게 되는 것이다.
결과적으로, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 일반적인 백색광의 총 휘도(Y)에 비하여 본 실시예에 의한 녹색 광변환 비드를 포함한 잉크 조성물을 통과한 백색광의 총 휘도가 증가하게 되며, 이로써 본 실시예에서 요구하는 도광판의 고휘도를 구현할 수 있게 되는 것이다.
이상 설명한 실시예와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 기존의 PMMA에 비하여 굴절율이 큰 폴리스티렌(PS) 확산 비드와, 청색계열의 광을 녹색계열의 광으로 변환하는 녹색 광변환 비드 중 하나 이상을 포함하는 도광패턴용 잉크 조성물을 이용함으로써, 출력되는 백색광의 강도를 증가시켜 도광판 및 백라이트 유닛의 고휘도 구현이 가능하다는 효과가 있다.
특히, 도광패턴용 잉크에 포함되는 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드 및 광변환 비드의 크기 및 조성비를 최적화함으로써, 도광패턴의 코팅 신뢰성 및 색재현 등에 영향을 최소화하면서도 도광판 및 그를 이용한 백라이트 유닛이 기존에 비하여 약30% 이상 휘도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
300 : 도광판 310 : 도광패턴
312 : 폴리스티렌(PS) 확산 비드 314 : 녹색 광변환 비드
410 : 광원 420 : 반사판
430 : 광학시트부

Claims (13)

  1. 도광패턴용 잉크 조성물로서,
    폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드 1~30중량%;
    청색계열 파장대역의 광을 흡수하여 녹색계열 파장대역의 광을 방출하는 녹색 광변환 비드 1~30중량%;
    바인더로서의 아크릴레이트 수지 20~25중량%;
    용제 45~55중량%;
    를 포함하는 도광패턴용 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드는 1.59 이상의 광굴절률을 가지고, 상기 녹색 광변환 비드는 420~470nm의 주흡수 파장대역과 520~560nm의 주발광 파장대역을 가지는 도광패턴용 잉크 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 PS 확산비드 및 상기 녹색 광변환 비드는 1~20μm의 크기를 가지는 도광패턴용 잉크 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산 비드의 조성비는 25~30중량%이고, 상기 녹색 광변환 비드의 조성비는 1~10중량%인 도광패턴용 잉크 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    조성 재료의 분산 또는 점성 조정을 위한 분산제, 잉크 도막의 레벨링성(도막균일성)을 향상을 위한 레벨링제, 잉크 인쇄 시 발생 될 수 있는 기포의 파괴 및 기포생성억제를 위한 소포제, 색상 변화를 방지하기 위한 변색제 중 하나 이상의 첨가제를 0.5~1.0wt% 더 포함하는 도광패턴용 잉크 조성물.
  6. 표시장치용 백라이트 유닛에 사용되는 도광판으로서,
    상기 도광판의 일면에는 다수의 도광패턴이 배치되며, 상기 도광패턴은 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드 1~30중량%과, 청색계열 파장대역의 광을 흡수하여 녹색계열 파장대역의 광을 방출하는 녹색 광변환 비드 1~30중량%과, 바인더로서의 아크릴레이트 수지 20~25중량%과, 용제 45~55중량%를 포함하는 잉크 조성물로 구성되는 백라이트 유닛용 도광판.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드는 1.59 이상의 광굴절률을 가지고, 상기 녹색 광변환 비드는 420~470nm의 주흡수 파장대역과 520~560nm의 주발광 파장대역을 가지는 백라이트 유닛용 도광판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 PS 확산비드 및 상기 녹색 광변환 비드는 1~20μm의 크기를 가지는 백라이트 유닛용 도광판.
  9. 제8항에 있어서,
    폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산 비드의 조성비는 25~30중량%이고, 상기 녹색 광변환 비드의 조성비는 1~10중량%인 백라이트 유닛용 도광판.
  10. 광원부;
    상기 광원부로부터의 광을 확산하기 위하여 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드 1~30중량%과, 청색계열 파장대역의 광을 흡수하여 녹색계열 파장대역의 광을 방출하는 녹색 광변환 비드 1~30중량%과, 바인더로서의 아크릴레이트 수지 20~25중량%과, 용제 45~55중량%를 포함하는 잉크 조성물로 구성된 다수의 도광패턴을 일면에 포함하는 도광판;
    상기 도광판 하부에 배치되어 광을 표시패널측으로 반사하는 반사판;
    을 포함하는 표시장치용 백라이트 유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산비드는 1.59 이상의 광굴절률을 가지고, 상기 녹색 광변환 비드는 420~470nm의 주흡수 파장대역과 520~560nm의 주발광 파장대역을 가지는 표시장치용 백라이트 유닛.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 PS 확산비드 및 상기 녹색 광변환 비드는 1~20μm의 크기를 가지는 표시장치용 백라이트 유닛.
  13. 제12항에 있어서,
    폴리스티렌(Poly Styrene; PS) 확산 비드의 조성비는 25~30중량%이고, 상기 녹색 광변환 비드의 조성비는 1~10중량%인 표시장치용 백라이트 유닛.
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