KR20000010144A - 엘씨디용 백라이트 유닛의 도트 패턴 제작방법 - Google Patents

엘씨디용 백라이트 유닛의 도트 패턴 제작방법 Download PDF

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Abstract

개시된 본 발명은 LCD용 백라이트 유닛의 도광판 하부면에 확산물질이 도트 형상으로 도포될 때 균일한 면광원을 얻을 수 있도록 도트 면적를 결정하여 도트 패턴을 제작하기 위한 LCD용 백라이트 유닛의 도트 패턴 제작방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 도트 패턴 제작 방법은, 먼저 도광판의 길이를 임의의 위치로 분할, 절단하고, 절단면의 내부 광세기를 측정하여 내부 광세기 감쇄계수인 α를 측정하며, 다음으로 도광판 하단부에 확산물질을 전체적으로 도포한 후 도광판의 길이를 임의의 위치로 분할, 절단하고, 절단면의 내부 광세기를 측정하여 확산물질에 의한 내부 광세기 감쇄계수인 α'를 측정하는데, 이때 측정된 α, α'를 이용하여 확산물질이 도광판 하단면에 도트 형태로 도포되어 있을 때 도광판 상부로 출사되는 각각의 광세기들이 같아지도록 컴퓨터 시물레이션 프로그램을 이용하여 도광판 하단면에 도포되는 도트의 면적를 결정하는 것이다.
따라서, 본 발명은 도광판 내부 광세기 감쇄계수와 확산물질에 의한 도광판 내부 광세기 감쇄계수를 이용하여 확산물질이 도트 형태로 도광판 하단면에 도포되는 경우 도광판 상부로 출사되는 각각의 광세기들이 같기 위한 도트의 면적을 컴퓨터 시물레이션 프로그램에 의해 얻을 수 있으므로 14인치의 도광판 상부에서 균일한 면광원을 얻기 위해 하부에 도포될 도트 패턴을 최적화하여 설계 및 제작할 수 있다는 효과를 제공하는데 있다.

Description

엘씨디용 백라이트 유닛의 도트 패턴 제작방법
본 발명은 LCD용 백라이트 유닛의 도트 패턴 제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LCD용 백라이트 유닛의 도광판 하부면에 확산물질이 도트 형상으로 도포될 때 균일한 면광원을 얻을 수 있도록 도트 면적를 결정하여 도트 패턴을 제작하기 위한 LCD용 백라이트 유닛의 도트 패턴 제작방법에 관한 것이다.
일반적으로 대부분의 AV와 데이터 통신 장치에는 CRT(Cathode Ray Tube)가 사용되어 왔다. 그러나 CRT는 전자 방출과 전자빔의 각도 조절을 위해서 고전압이 필요하게 되며, 특히 CRT의 크기와 무게를 줄일 수 없다는 문제점을 안고 있다.
그래서, CRT의 단점을 보완하기 위해 경량화, 저 전압 및 저 소비전력을 위한 평판 표시 소자(Flat Panel Display)기술이 개발중에 있으며, 상술한 평판표시소자는 사용되는 물질에 따라 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display), LED(Light Emitting Diode), EL(Electroluminescent), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Flourescent Display), DMD(Digital Micromirror Device) 등으로 분류할 수 있다.
상술한 평판 표시 소자의 기본적인 원리에 대해서 설명하면 디스플레이의 화소(pixel)에서 빛을 제어하는데, 빛을 제어하는 첫째 방법은 각각의 화소에서 빛을 발생할 수 있도록 하는 것으로 능동 디스플레이라 하며, 예를 들면 LED 등이 있다.
빛을 제어하는 둘째 방법은 빛을 자체적으로 발생하지 않고, 디스플레이에 의해 반사되거나 투과하는 빛의 양을 조절하는 것으로, 수동 디스플레이라고 하며, 예를 들면 LCD 등이 있다.
이때, LCD 등과 같은 수동 디스플레이의 후면 또는 측면에 빛을 발생시키는 장치가 꼭 구비되어 한다.
한편, LCD의 빛을 발생시키는 장치의 방식에는 반사형, 투과형 방식 및 두 가지 방식이 조합된 방식이 있다. 이때 투과형 방식에서 사용되는 광원장치를 백라이트 유닛(Backlight Unit)이라 한다. 백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 직하방식(Top-Down Method)과 옆면 조명 방식(Edge Illumination System)이 있다.
도 1 은 통상적인 백라이트 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 형광램프(10), 도광판(20), 확산물질(30), 반사판(40), 확산판(50) 및 프리즘 시트(60)등으로 구성되어 있으며, 도 1의 백라이트 유닛은 종래 기술과 본 발명에서 동일한 부호를 같게 되며, 백라이트 유닛의 구성을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
형광램프(10)는 전압이 인가되면 형광램프(10)내에 존재하는 잔류전자들은 양극으로 이동하고, 이동중인 잔류전자가 아르곤(Ar)과 충돌하여 아르곤이 여기되어 양이온이 증식하고, 증식된 양이온이 음극에 충돌하여 2차 전자를 방출한다.
상술한 것과 같이 방출된 2차 전자가 관내를 흘러서 방전을 개시하게 되면 방전에 의한 전자의 흐름이 수은증기와 충돌, 전리하여 자외선과 가시광이 방출되고, 방출된 자외선이 램프 내벽에 도포된 형광체를 여기시켜 가시광을 방출하여 빛을 발하게 된다.
도광판(20)은 상술한 형광램프(10)에서 방사된 빛을 내부로 입사시켜 상부로 면광원이 출사되도록 하는 웨이브 가이드(Wave-Guide)로서, 광투과력이 우수한 PMMA(PolyMethylMethAcrylate) 수지가 사용된다.
상술한 도광판(20)의 광입사 효율에 관계하는 요소로는 도광판 두께 대 램프 직경, 도광판과 램프 사이 거리, 램프 반사판의 형태등이 있으며, 일반적으로 형광램프(10)를 도광판(20) 중심보다 두께 방향으로 비껴 놓으므로서 광입사 효율이 높아지게 된다.
LCD용 백라이트 유닛의 도광판(20)은 인쇄방식의 도광판, V-cut 방식의 도광판 및 산란 도광판 등이 있다.
확산물질(30)은 Si02, 입자와 PMMA, 솔벤트(Solvent)등으로 이루어진다. 이때 상술한 Si02입자는 광확산용으로 사용되고, 다공질 입자 구조를 가진다. 또한 PMMA는 Si02입자를 도광판(20) 하부면에 부착시키기 위해 사용된다.
상술한 확산물질(30)은 도트 형태로 도광판 하부면에 도포되며, 도광판(20) 상부에서의 균일한 면광원을 얻기 위해 도트의 면적이 단계적으로 커진다. 즉, 형광램프(20)에서 가까운 쪽은 단위면적당 도트가 차지하는 면적율을 작고, 형광램프(20)에서 먼쪽은 단위 면적당 도트가 차지하는 면적율을 크다.
이때 도트의 모양은 여러 가지 형태가 있을 수 있으며, 단위면적당 도트의 면적율이 동일하면 도트의 모양에 상관없이 도광판 상부에서 같은 밝기의 효과를 얻을 수 있다.
반사판(40)은 도광판(20) 후단에 설치되어 형광램프(10)에서 출사된 빛이 도광판(20) 내부로 입사되도록 한다.
확산판(50)은 도트 패턴이 도포된 도광판(20) 상부에 설치되어 시야각(Viewing Angle)에 따라 균일한 휘도를 얻도록 하는데, 확산판(50)의 재질로는 PET나 PC(PolyCarbonate) 수지를 사용하며, 확산판(50)의 상부에는 확산 역할을 하는 입자 코팅층이 있다.
프리즘 시트(60)는 상술한 확산판(50) 상부로 투과되어 방사되는 광의 정면 휘도를 높이기 위한 것으로서, 상술한 프리즘 시트(60)는 특정 각도의 광만 투과되도록 하고, 나머지 각도로 입사된 빛은 내부 전반사가 일어나 프리즘 시트(60) 하부로 다시 되돌아 간다. 상술한 것과 같이 되돌아가는 광은 도광판(20) 하부에 부착된 반사판(40)에 의해 반사된다.
도 2 는 종래 기술에 따라 도트의 면적이 단계적으로 변화되어 구성된 필름을 여러개의 영역으로 분할하여 도트 패턴 인쇄에 최적합한 필름의 영역을 찾는 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 도트의 면적이 단계적으로 변화된 필름을 준비(S200)하고, 준비된 필름을 여러 영역으로 분할 한 다음 그 중 한 영역을 선택(S210)한 후 선택된 영역에 해당되는 필름을 이용하여 스크린을 제작(S220)한다.
상술한 것과 같이 스크린 제작(S220)이 완료되면 제작된 스크린을 이용하여 도광판 인쇄를 하고, 광측정(S230)을 하여 도광판(20) 상부로 투과되어 방사되는 빛의 세기를 측정하게 되는 것이다.
상술한 것과 같이 도광판(20) 상부로 투과되어 방사되는 빛의 세기가 균일한지의 여부를 판단(S240)하게 된다. 판단 결과, 도광판 상부에서 방사되는 빛의 세기가 균일한 경우 선택된 필름 영역을 이용하여 도광판(20)용 도트 패턴으로 사용(S250)하며, 판단 결과 도광판 상부에서 방사되는 빛의 세기가 균일하지 않는 경우 분할된 필름의 영역 중 다른 영역을 선택하는 단계(S210)하여 상술한 과정을 반복 수행한다.
그러나, 종래 기술에서와 같이 LCD용 백라이트 유닛에서 균일한 면광원을 얻기 위한 최적의 도트 패턴을 찾기 위해 많은 시간이 소요되고, 경험적으로 얻어진 지식이기 때문에 도트 패턴 설계에 대한 기초 이론이 존재하지 않으며, 인쇄 방식에만 적용이 가능하고, V-cut 방식이나 산란 도광판 방식에서는 적용이 불가능할 뿐만이 아니라 특정한 부위의 밝기 개선에는 적용하기 어렵다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 LCD용 백라이트 유닛의 도광판 하단에 확산물질이 도트 형상으로 도포될 때 균일한 면광원을 얻을 수 있도록 적당한 도트 면적를 결정하여 도트 패턴을 제작하기 위한 LCD용 백라이트 유닛의 도트 패턴 제작방법을 제공함에 있다.
도 1 은 통상적인 백라이트 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 2 는 종래 기술에 따라 도트의 면적이 단계적으로 변화되어 구성된 필름을 여러개의 영역으로 분할하여 도트 패턴 인쇄에 최적합한 필름의 영역을 찾는 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도,
도 3 은 본 발명에 따라 도광판 자체에 의한 내부 광세기 감쇄계수와 확산물질에 의한 내부 광세기 감쇄계수를 이용하여 균일한 면광원을 얻기위한 도트 패턴을 찾는 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도,
도 4 는 본 발명에 의해 확산물질이 도광판 하단면에 도트 형태로 도포되었을 경우 도광판의 내부 광세기 변화를 도시한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호설명*
10 : 형광램프 20 : 도광판
30 : 확산물질 40 : 반사판
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 LCD용 백라이트 유닛에 있어서, 본 발명에 의한 도트 패턴 제작 방법은, 먼저 도광판의 길이를 임의의 위치로 분할, 절단하고, 절단면의 내부 광세기를 측정하여 내부 광세기 감쇄계수인 α를 측정하며, 다음으로 도광판 하단부에 확산물질을 전체적으로 도포한 후 도광판의 길이를 임의의 위치로 분할, 절단하고, 절단면의 내부 광세기를 측정하여 확산물질에 의한 내부 광세기 감쇄계수인 α'를 측정하는데, 이때 측정된 α, α'를 이용하여 확산물질이 도광판 하단면에 도트 형태로 도포되어 있을 때 도광판 상부로 출사되는 각각의 광세기들이 같아지도록 컴퓨터 시물레이션 프로그램을 이용하여 도광판 하단면에 도포되는 도트의 면적를 결정하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
도 3 은 본 발명에 따라 도광판 자체에 의한 내부 광세기 감쇄계수와 확산물질에 의한 내부 광세기 감쇄계수를 이용하여 균일한 면광원을 얻기위한 도트 패턴을 찾는 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 도광판(20)의 길이를 임의의 위치로 분할, 절단(S310)하고, 상술한 분할, 절단된 도광판(20)의 면에서 조도를 측정(S320)한다.
상술한 단계(S320)를 수행한 후 도광판 길이에 따른 내부 조도 감소 곡선을 산출(S330)하고, 산출에 의해 얻어진 곡선에 따라 도광판 내부의 광세기 감쇄 계수 α를 산출(S340)한다.
상술한 단계(S300)를 좀더 상세히 설명하면, 형광램프(10)에서 출사한 광이 도광판(20) 내부로 진행해 나갈 때 도광판 내부의 산란손실에 의해 내부 광세기는 감소한다.
예를들어 도광판(20) 양 측면과 하면에 반사판(40)을 부착하여 산란에 의해 외부로 출사되는 빛을 상부로 출사되도록 하는 것을 가정할 경우 초기 광세기가 Io인 빛이 단면적이 1㎟인 도광판(20) 내부로 입사되고, 도광판의 길이가 ΔX이고, 단면적이 1㎟인 영역으로 광세기 I가 입사할 때 ΔX를 통과하고 난 뒤의 광세기는 ΔX와 I에 비례할 것이다. 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
[수학식 1]
상술한 수학식에 의한면 도광판(20) 길이 X와 도광판(20) 끝면에서의 광세기 Ix를 측정하면 입사광세기 Io와 내부 광세기 감쇄계수 α를 알 수 있다.
단계(S300)에서 도광판(20) 내부의 광세기 감쇄 계수 α를 산출한 후 확산물질(30)을 도광판(20) 하부에 전체적으로 인쇄한 후 도광판(20)을 임의의 길이로 분할, 절단(S410)한다.
상술한 단계(S410)에서 확산물질(30)이 도포된 도광판(20)의 분할, 절단된 각각의 절단면에서 조도를 측정(S420)한 후 도광판(20) 길이에 따른 내부 조도 감소 곡선을 산출(S430)한다.
상술한 단계(S430)에서 산출에 의해 얻어진 곡선에 따라 도광판 내부의 광세기 감쇄 계수 α'를 산출(S440)한다.
상술한 단계(S400)를 좀더 상세히 설명하면, 도광판 하부가 확산물질(30)에 의해 도포된 경우 형광램프(10)에서 출사한 광이 도광판(20) 내부로 진행해 나갈 때 도광판 자체에 의한 산란과 확산물질에 의한 산란들에 의해 내부 광세기는 감소한다.
다음 수학식은 도광판(20)의 ΔX만큼의 영역 안에 확산물질이 도포 되어 있을 때 내부 광세기변화를 구하기 위한 수학식이다.
[수학식 2]
상술한 식에서 α는 도광판 자체 산란에 의한 내부 광세기 감쇄계수이고, α'은 확산물질(30)의 산란에 의한 내부 광세기 감쇄계수이다. 즉, 상술한 식에 의한 확산물질이 전체적으로 도포된 길이 X인 도광판 끝면에서 광세기 Ix를 측정하면 α'를 구할 수 있다.
한편, Io와 α는 상술한 [수학식 1]에서 얻어진 값이므로 [수학식 1][수학식 2]에 의하면 내부 광세기는 지수 함수적으로 감소함을 알 수 있으며, 도광판 하부에 확산물질이 없을 때보다 있을때가 기울기가 더욱 커짐을 알 수 있다.
상술한 단계(S300) 및 단계(S400)에서 얻어진 α, α'를 조건식에 대입하여 도광판(20) 상부에서 균일한 광세기를 얻기 위한 도트의 면적를 결정(S500)한다.
도 4 는 본 발명에 적용된 것으로 확산물질이 도트 형태로 있을 때의 내부 광세기 변화를 도시한 도면으로서, 도 3에 의해 설명된 균일한 면광원을 얻기 위한 도트 패턴을 찾는 방법을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도면 도 4에 도시된 바와 같이, 도광판 밑면에 확산물질(30)이 도트 형태로 여러개 도포 되었을 때 상술한 방법을 적용하면 각각의 도트에 의해서 도광판(20) 상부로 출사되는 광세기를 구할 수 있다.
즉, 도광판(20) 하부에 확산물질을 도트 형태로 도포할 때 초기에 형광램프(10)에서 Io의 빛이 도광판(20) 내부로 입사될 때 0∼5㎜까지는 밑면에 확산물질(30)이 없기 때문에서 [수학식 1]과 같이 내부 광세기는 exp(-αx)의 함수로 감소한다. 따라서 길이 5㎜인 지점에서의 내부 광세기는 Ioexp(-5α)와 같다.
그러나, 도광판 길이가 5∼5＋d1㎜인 영역에서는 확산물질이 존재하므로 [수학식 2]에서와 같이 exp(-(α＋α')x)의 함수로 감소한다. 따라서 길이 5＋d1㎜인 지점에서의 내부 광세기는 [Ioexp(-5α)]exp(-d1(α＋α')]와 같다.
그 다음 영역인 5＋d1∼6㎜까지는 확산물질(30)이 없기 때문에 내부 광세기는 exp(-αx)의 함수로 감소한다. 상술한 것과 같은 방법으로 모든 위치에서의 내부 광세기를 구할 수 있다.
도광판 자체에 의한 산란이나 확산물질에 의한 산란등에 의해 도광판 상부로 출사되는 광세기는 직접적으로 측정할 수 없기 때문에 도광판 끝면에서 광세기를 측정하여 간접적으로 구할 수 있다. 첨부 도면 도 4에 도시된 바와 같이 도트가 도포되어 있는 영역 처음과 끝면에서의 광세기 차는 도트에 의해서 도광판 상부로 출사되는 광세기 Idk'이다.
점 A에서의 광세기 Id1'는 5㎜인 지점에서의 내부 광세기이고, 점 B에서의 광세기 Id2'는 확산물질이 없을 때 5＋d1㎜인 지점에서의 재부 광세기이며, 점 C에서의 광세기 Id3'는 확산물질이 있을 경우와 같은 지점에서의 내부 광세기이다.
즉 점 A와 점 B에서의 광세기 차는 5∼5＋d1㎜인 영역을 광이 진행하면서 내부 산란에 의해 도광판 상부로 출사되는 광세기 값에 해당되는 것이다.
이에 반해 점 A와 점 C에서의 광세기 차는 동일한 영역을 광이 진행하면서 내부 산란과 확산물질(30)에 의한 산란들에 의해 도광판(20) 상부로 출사되는 광세기이다. 따라서, 점 C와 점 B에서의 광세기 차는 첫 번째 도트의 산란 효과에 의해 도광판 상부로 출사되는 광세기 Idk'에 해당된다.
상술한 광세기 Idk'를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.
[수학식 3]
그리하여 dk까지 구해지는데, 여기서 dk은0∼1㎜ 사이의 값을 가진다.
도광판 상부에서 균일한 면광원을 얻기 위해서는 상술한 Idk값이 모든 도트 들에 대해서 같아야 한다. 이는 다음과 같은 방법으로 구할 수 있는데, 첫 번째 도트에 의해서 도광판 상부로 출사되는 광세기 Id1'은 실험치 Io, α, α'과 d1만 주어지면 구할 수 있다.
이때 d1값은 0∼1㎜ 사이의 값으로 정해 주어야 한다. 두 번째 도트의 길이인 d2값을 0에서부터 +0.0001㎜씩 증가시키면서 Id2'식에 대입해서 Id1'=Id2'이 될 때 d2값을 선택한다.
이 때의 d2값이 균일한 면광원을 얻기 위한 두 번째 도트의 길이가 되며, 그 다음의 도트에 대해서도 상술한 방법으로 구하게 되면 도광판 상부로 출사되는 광세기가 같아지기 위한 dk값을 모두 구할 수 있으며, 상술한 모든 산출값은 컴퓨터 시물레이션 프로그램을 이용해서 얻을 수 있다.
따라서, 상술한 것과 같이 본 발명은 도광판 내부 광세기 감쇄계수와 확산물질에 의한 도광판 내부 광세기 감쇄계수를 이용하여 확산물질이 도트 형태로 도광판 하단면에 도포되는 경우 도광판 상부로 출사되는 각각의 광세기들이 같기 위한 도트의 면적을 컴퓨터 시물레이션 프로그램에 의해 얻을 수 있으므로 14인치의 도광판 상부에서 균일한 면광원을 얻기 위해 하부에 도포될 도트 패턴을 최적화하여 설계 및 제작할 수 있다는 효과를 제공하는데 있다.

Claims (5)

  1. 도광판의 길이를 소정의 길이만큼 분할, 절단하여 절단면의 조도를 측정하여 도광판 내부의 광세기 감쇄 계수 α를 산출하는 제 1 광세기 감쇄 계수 산출단계;
    도광판 하부면에 확산물질을 도포한 후 소정의 길이만큼 분할, 절단하여 절단면의 조도를 측정하여 확산물질이 도포된 도광판 내부의 광세기 감쇄 계수를 α'를 산출하는 제 2 광세기 감쇄 계수 산출단계;
    상기 제 1, 2 광세기 감쇄 계수단계에서 산출된 α, α'를 조건식에 대입하여 도광판 상부에서 균일한 광세기를 얻기 위한 도트의 면적를 결정하는 도트 면적 결정단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 LCD용 백라이트 유닛의 도트 패턴 제작방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광세기 감쇄 계수단계는;
    도광판의 길이를 임의의 위치로 분할, 절단하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계에서 분할, 절단된 도광판의 면에서 조도를 측정하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계를 수행한 후 도광판 길이에 따른 내부 조도 감소 곡선을 산출하는 제 3 단계; 및
    상기 제 3 단계에서 산출에 의해 얻어진 곡선에 따라 도광판 내부의 광세기 감쇄 계수 α를 산출하는 제 4 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 LCD용 백라이트 유닛의 도트 패턴 제작방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 광세기 감쇄 계수단계는;
    상기 제 1 광세기 감쇄 계수단계에서 도광판 내부의 광세기 감쇄 계수 α를 산출한 후 확산물질을 도광판 하부에 전체적으로 인쇄한 후 도광판을 임의의 길이로 분할, 절단하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계에서 확산물질이 도포된 도광판의 분할, 절단된 각각의 절단면에서 조도를 측정하는 제 2 단계;
    제 2 단계 수행 후 도광판 길이에 따른 내부 조도 감소 곡선을 산출하는 제 3 단계;
    상기 제 3 단계에서 산출에 의해 얻어진 곡선에 따라 도광판 내부의 광세기 감쇄 계수 α'를 산출하는 제 4 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 LCD용 백라이트 유닛의 도트 패턴 제작방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 3 단계에서 도광판 길이에 따른 내부 조도 감소 곡선은 다음 수학식에 의해 얻어짐을 특징으로 하는 LCD용 백라이트 유닛의 도트 패턴 제작방법.
    [수학식]
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 3 단계에서 도광판 길이에 따른 내부 조도 감소 곡선은 다음 수학식에 의해 얻어짐을 특징으로 하는 LCD용 백라이트 유닛의 도트 패턴 제작방법.
    [수학식]
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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