KR200434117Y1 - 휘도가 강화된 확산 및 집광 시트 - Google Patents

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Abstract

본 고안의 휘도가 강화된 확산 및 집광 시트는 투명 기판과, 이 투명 기판의 제1평면에 배열되어 적치되는 다수의 집광 유니트와, 제1표면의 반대편의 투명 기판의 제2평면에 적치되는 광확산층을 포함한다. 각각의 집광 유니트는 최소한 하나의 경사면과 하나의 곡면을 포함한다. 집광 유니트는 빛이 곡면에서 굴절된 후에 경사면에서 반사되도록 하거나 경사면에서 반사된 후에 곡면에서 굴절되도록 구성되어, 다양한 각도에서의 휘도 비균일도 문제를 개선하며, 특정 각도에서의 광 손실(과도한 광 집중) 문제를 개선한다.
광확산 시트, 집광 시트, 휘도, 백라이트 모듈, 균일도, 집광 유니트.

Description

휘도가 강화된 확산 및 집광 시트{Diffusion and light-converging sheet with brightness enhancement}
도 1은 종래의 집광 시트를 보여주는 도면,
도 2는 종래의 다른 집광 시트를 보여주는 도면,
도 3은 종래의 측광 타입의 백라이트 모듈의 단면을 보여주는 도면,
도 4는 종래의 다른 측광 타입의 역프리즘 백라이트 모듈의 단면을
보여주는 도면,
도 5는 본 고안의 제1실시예에 따른 일부 확대된 단면 상세도와 함께
집광 시트를 보여주는 사시도,
도 6은 본 고안의 제2실시예에 따른 집광 유니트를 보여주는 사시도,
도 7은 본 고안의 제3실시예에 따른 집광 유니트를 보여주는 사시도,
도 8은 본 고안의 제4실시예에 따른 집광 유니트를 보여주는 사시도,
도 9는 본 고안의 제5실시예에 따른 집광 유니트를 보여주는 사시도,
도 10은 본 고안의 제6실시예에 따른 집광 유니트의 부분 단면도,
도 11은 본 고안의 제7실시예에 따른 집광 유니트의 부분 단면도,
도 12는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 확산 집광 시트를
보여주는 사시도,
도 13은 종래 제품과 본 고안에 따라 제작된 제품의
휘도 곡선(수직 시야각도에 대한)을 비교한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
5 : 집광 시트 51a : 상부면
51b : 하부면 52 : 집광 유니트
본 고안은 집광 시트에 관한 것으로, 특히 일반적으로 백라이트 모듈에서 사용되는 것으로써, 더 나은 휘도 분포와 시야각을 갖는 확산 및 집광 시트에 관한 것이다.
도 1은 미국 특허번호 제5,626,800호에서는 "휘도 증강 필름 내에 존재하는 홈 첨단부의 변형을 방지하는 방법"으로 명칭된 종래의 집광 시트를 보여주고 있으며, 집광 시트(1)는 기판(11)과, 이 기판(11)의 표면에 적치된 다수의 프리즘 열(12)을 포함한다. 각 프리즘 열(12)은 제1표면(12a)과 제2표면(12b)을 포함한다. 제1표면(12a)과 제2표면(12b) 모두는 곡면이 아닌 평면이기 때문에, 프리즘 열(12)은 2차원 집광이 아닌 1차원 집광만이 이루어질 수 있다. 프리즘 열(12)의 집광에 담긴 원리는 프리즘 열(12)에서 발생되는 광 굴절력이다. 그러나, 광도의 최대값은 특정 각도에서 발생된다.
실질적 광학장치에서는 과도한 광-집중(light-concentration)과 같은 비효율적으로 큰 광손실이나 시야각에 따른 광 비균일도의 결점이 발생한다.
도 2는 미국 특허번호 제6,277,471호(관련된 대응 대만 특허공개 번호 제533987호)에서는 "휘도 증강 필름"으로 명칭된 종래의 집광 시트를 보여주고 있으며, 파형 집광 시트(2)는 기판(21)과 파형 스트립층(22)을 포함한다. 파형 스트립층(22)은 파형 그레인(221)의 배열을 포함한다. 파형 그레인(221)은 집광 유니트(222)의 배열로 이루어진다. 각 집광 유니트(222)는 제1곡면(223)과 제2곡면(224)을 포함한다. 제1곡면(223)과 제2곡면(224)은 바닥의 경계선(225)에서 시작하여 파형 그레인(221)의 상부면을 향하여 완만하게 경사를 갖는다. 각 경계선(225)은 인접한 두 개의 집광 유니트 사이에 위치하며, 복수의 경계선(225)은 일련의 좁은 골을 형성한다. 제1곡면(223)과 제2곡면(224)의 곡률에 따라 빛의 굴절이 이루어지며, 따라서 통상적인 것은 2차원 집광 기능을 갖는다. 그러나, 도 1에 도시된 것과 유사하게, 집광 유니트(222)에 담긴 원리는 그 내부에서 굴절이 발생하는 것이다. 이는 여전히 광도의 최대값은 특정 각도에서 발생된다. 실질적 광학장치에서는 과도한 광-집중(light-concentration)과 같은 비효율적으로 큰 광손실이나 시야각에 따른 광 불균일도의 결점이 발생한다.
도 3에 도시된 것과 같은 측광 타입 백라이트 모듈과 같은 종래의 백라이트 모듈에서는, 냉음극 형광램프(CCFL)(31)에서 백색광이 조사되고, 이 백색광은 반사갓(32)에 의해 도광판(LGP)(33)으로 반사된다. 반사 프린트 스크린(34)과 바닥면의 백색 반사 시트(35)를 통과한 백색광은 수직 방향으로 나간다. 다음으로, 하부 확산 시트(36)를 경유한 후에 빛은 확산되어 균일한 평면광이 된다. 이 평면광은 집광 시트(37)로 들어가 집광이 이루어진다. 그리고, 상부 확산 시트(38)에 의해 보다 집속된 빛은 추가로 확산되어 보다 휘도가 증강된 평면광원을 얻게 된다. 이러한 구조에서는 확산 시트와 별도의 집광 시트가 요구된다.
도 4에 도시된 것과 같은 측광 타입의 역프리즘(revese prism) 백라이트 모듈과 같은 다른 종래의 백라이트 모듈에서는, 냉음극관(CCFL)(31)에서 백색광이 조사되고, 이 백색광은 반사갓(32)에 의해 도광판(LGP)(41)으로 반사된다. 역프리즘 구조(42)와 특별한 반사 시트(43)를 통과한 백색광은 수직 방향으로 나간다. 다음으로, 역프리즘 구조물(42)의 축 방향과 수직한 역프리즘 시트(44)가 광확산 및 집광에 사용된다. 상부 확산 시트(38)는 확산 효과를 추가로 높이는 기능을 한다. 도면에서 알 수 있듯이, 확산 시트와 별도의 집광 시트가 요구된다.
상술한 것과 같은 종래의 집광 시트는 광확산 기능을 하지 않는다는 것을 알 수 있다. 따라서, 통상의 백라이트 모듈 설계에서, 빛이 집광 시트로 들어가기 전에 빛을 미리 확산시키기 위하여 하부 확산 시트가 집광 시트의 하부에 필요하다. 또한, 종래의 역프리즘 백라이트 모듈에서는, 비록 역프리즘 시트가 빛을 확산시킬 수는 있으나, 평면광을 증강시키기 위하여 여전히 확산 시트가 필요하다. 따라서, 이러한 백라이트 모듈의 전방 휘도 이득에 있어서 하나의 확산 시트 또는 집광 시트(역프리즘 시트)만을 사용하는 것은 충분하지가 않다.
본 고안의 목적은 보다 향상된 휘도 분포와 시야각을 갖는 집광 시트를 제공하고, 시야각 변화에 따른 광 비균일도를 개선한 집광 시트를 제공하고자 하는 것이다.
본 고안의 다른 목적은 특정 각도에서의 과도한 광 집중을 개선하여 집광 효율을 개선하는 집광 시트를 제공하고자 한다.
본 고안의 또 다른 목적은 광학 특성을 개선하는 모아레 현상(Moire phenomenon)을 제거할 수 있는 집광 시트를 제공하고자 한다.
본 고안의 또 다른 목적은 2차원 집광 효과를 갖는 집광 시트를 제공하고자 한다.
본 고안의 또 다른 목적은 단일 확산 시트와 단일 집광 시트의 기능을 하나로 통합하여 전체 단가를 낮출 수 있는 확산 및 집광 시트를 제공하고자 한다.
본 고안의 또 다른 목적은 입사광의 방향을 변경할 수 있으며 또한 단일 역프리즘 시트와 단일 확산 시트의 기능을 하나로 통합할 수 있는 확산 및 집광 시트를 제공하고자 한다.
본 고안의 일 측면에 따른 집광 시트는, 제1평면과, 이 제1평면의 반대에 제2평면을 포함하는 투명 기판과; 상기 투명 기판의 제1평면에 도포되는 다수의 집광 유니트를 포함하되, 상기 각각의 집광 유니트는 제3평면과 제4평면을 포함하되, 상기 제3평면은 제1경사면과, 이 제1경사면과 경계에서 인접한 제1곡면을 포함하며, 상기 제1경사면과 상기 제1곡면은 인접한 경계에서 제1교차선을 형성하며, 상기 제1경사면은 상기 제4평면과 인접하여 능선을 형성하며, 상기 제1경사면은 상기 제1평면과 인접하여 제1경계선을 형성하며, 상기 제4평면은 제1평면과 인접하여 제2경계선을 형성하여, 상기 집광 유니트는 선택적으로 제1곡면에서 굴절된 후에 제1경사면에서 빛이 반사되도록 하거나 제1경사면에서 반사된 후에 제1곡면에서 굴절되도록 배치된다.
본 고안의 또 다른 측면에 따른 상기 집광 시트는, 상기 제4평면은, 제2경사면과, 이 제2경사면과 경계에서 인접한 제2곡면을 포함하며, 상기 제2경사면과 상기 제2곡면은 인접한 경계에서 제2교차선을 형성하며, 상기 제2경사면은 상기 제3평면과 상기 능선을 형성하며, 상기 제2곡면은 상기 제1평면과 인접하여 상기 제2경계선을 형성하여, 상기 집광 유니트는 선택적으로 제2곡면에서 굴절된 후에 제2경사면에서 빛이 반사되도록 하거나 제2경사면에서 반사된 후에 제2곡면에서 굴절되도록 배치된다.
본 고안의 또 다른 측면에 따른 확산 및 집광 시트는 상기 집광 시트에 있어, 상기 기판의 제2평면에 광확산층이 추가로 구비되는 것이다.
이러한 본 고안의 목적과 장점은 다양한 도면에서 예시하고 있는 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명을 이해한 당업자에게 명확하게 이해될 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 고안의 제1실시예에 따른 집광 시트(5)는 기판(51)과, 다수의 집광 유니트(52)를 포함한다. 기판(51)은 상부면(51a)과 하부면(51b)을 포함하며, 빛의 투과가 가능하다. 집광 유니트(52)는 미세구조의 배열 형태이며, 각 집광 유니트는 상부면(51a)에 적치되어 최소한 다른 하나의 집광 유니트와 인접한다. 각 집광 유니트(52)는 제1경사면(52a) 및 제2경사면(52b)과, 이 제1경사면(52a) 및 제2경사면(52b)과 각각 인접한 제1곡면(52c) 및 제2곡면(52d)을 갖는다. 제1경사면(52a)과 제1곡면(52c)이 하나의 측면을 형성하며, 제2경사면(52b)과 제2곡면(52d)이 또 다른 측면을 형성한다. 제1경사면(52a)과 제2경사면(52b)이 상부로 연장되어 만나 능선(53)을 형성한다. 제1경사면(52a)은 아래로 연장되어 교차선(54)에서 제1곡면(52c)과 인접한다. 제1곡면(52c)과 제2곡면(52d)은 각각 아래로 연장되어 경계선(56)(57)에서 상부면(51a)과 닿는다.
본 실시예에서 각 집광 유니트(52)는 동일한 높이(H)를 갖는 것으로, 즉 능선(53)에서 상부면(51a)까지의 수직 높이는 모두 동일하다. 또한, 각 집광 유니 트(52)는 동일한 폭(W)을 갖는 것으로, 즉 모든 집광 유니트(52)에 대한 경계선(56)(57) 사이의 수평 거리는 모두 동일하다. 능선(53), 교차선(54)(55) 및 경계선(56)(57)은 모두 직선이다. 제1,2경사면(52a)(52b)의 경사각과 제1,2곡면(52c)(52d)의 곡률(R)은, 빛이 기판(51)의 적절한 위치를 통해서 집광 유니트(52)로 들어가게 되면, 빛이 제1곡면(52c)과 제2곡면(52d) 위치에서 굴절이 이루어진 후에 제1경사면(52a)과 제2경사면(52b) 위치에서 반사가 이루어질 수 있는 배치를 갖는다. 이러한 방식으로, 광 휘도는 종래의 방식과 비교하여 보다 넓은 시야 각도에 대하여 보다 균일하다.
도 6은 도 5와는 다른 본 고안의 제2실시예를 보여주고 있으며, 능선(53)은 좁은 골과 수직 방향의 봉우리를 갖는 곡선이다. 각 집광유니트(52)에 대한 축 방향의 단면 높이(H)는 다른 집광유니트(52)에 대응하여 달라진다. 예를 들어, 단면 A에서의 높이는 H1이며, 단면 B에서의 높이는 H2로써 높이 차가 D이다. 이러한 높이 변화는 각 집광 유니트(52)의 축 방향을 따라서 제1경사면(52a)과 제2경사면(52b)의 곡률이 변화함을 의미한다. 이런 곡률 변화는 입사광에 대하여 2차원 굴절 효과를 만든다. 따라서, 도 5의 실시예와 관련된 효과에 부가하여 도 6의 실시예에서는 원하는 집광 효율을 탁월하게 높일 수 있다.
도 7은 도 5와는 다른 본 고안의 제3실시예를 보여주고 있으며, 교차선(54)(55)은 좁은 골과 수평 방향의 봉우리를 갖는 곡선이다. 따라서, 각 집광 유 니트(52)에서 한 쌍의 교차선(54)(55) 사이의 폭(Wp)이 달라진다. 예를 들어, 단면 A에서의 폭은 Wp1이며, 단면 B에서의 폭은 Wp2이다. 이러한 폭의 변화는 각 집광 유니트(52)의 축 방향을 따라서 제1경사면(52a)과 제2경사면(52b)의 곡률이 달라짐을 의미한다. 이런 곡률 변화는 입사광에 대하여 2차원 굴절 효과를 만든다. 따라서, 도 5의 실시예와 관련된 효과에 부가하여 도 7의 실시예에서는 원하는 집광 효율을 탁월하게 높일 수가 있다.
도 8은 도 6과는 다른 본 고안의 제4실시예를 보여주고 있으며, 인접한 두 개의 집광 유니트(52)는 높이차 D를 갖는다. 예를 들어, 단면 A에서, 인접한 두 개의 집광 유니트(52)의 높이는 각각 H1과 H2이며, 높이차가 D이다. 이러한 높이차는 낮은 편의 집광 유니트(52)에서의 고각(high-angle) 손실광이 추가의 굴절 작용이 이루어지도록 인접한 높은 측의 집광 유니트(52)로 유도한다. 손실광의 재순환은 종래의 방식과 비교하여 전반적으로 집광 효율을 보다 높일 수가 있다.
도 9는 도 8과는 다른 본 고안의 제5실시예를 보여주고 있으며, 인접한 두 개의 집광 유니트(52)는 높이차 D를 갖는다. 이러한 높이차 D는 인접한 두 개의 집광 유니트 사이에서 변화한다. 예를 들어, 단면 A에서 가장 좌측에서 인접한 두 개의 집광 유니트 사이의 높이 차이는 D이며, 또한 가장 좌측에서의 집광 유니트의 단면 A와 단면 B 사이의 높이 차이도 D이다. 도 7과 유사하게, 도 9에서의 교차선(54)(55)은 좁은 골과 수평 방향의 봉우리를 갖는 곡선이다. 이러한 높이차는 각 집광 유니트(52)의 축 방향을 따라서 제1경사면(52a)과 제2경사면(52b)의 곡률 변화를 의미한다. 이런 곡률 변화는 입사광에 대하여 2차원 굴절 효과를 만든다. 또한, 모아레 현상(Moire phenomenon)을 방지하여 전반적으로 집광 시트의 집광 효율을 높인다.
상기의 실시예에서는 기판(51)의 수직한 축에 대하여 대칭을 갖는 반복된 구조의 집광 유니트(52)를 설명하고 있으나, 비대칭적인 형태도 가능하다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 고안의 제6실시예에 의한 비대칭 구조의 집광 유니트는, 경사면(1002), 곡면(1003), 기판(1001) 및 수직판(1004)을 포함한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 고안의 제7실시예에 의한 비대칭 구조를 갖는 집광 유니트는 제1경사면(1101), 곡면(1102) 및 제2경사면(1103)을 포함한다.
또한, 선택적으로는 직선 경계선(56)(57)이 곡선으로 있을 수 있다.
상술한 바와 같은 집광 시트는, 예를 들어 다음의 과정을 통해 제작될 수 있다.
1. 먼저 CNC 선반, 화학적 에칭, 또는 레이저 각인기(laser engraving)를 이용하여 몰드를 제작한다. 몰드는 집광 유니트의 광학적 미세구조를 찍어낼 수 있는 미세구조를 갖는다.
2. PET 또는 PMMA 박막 위에 자외선 경화성 투명 폴리머를 롤러 기술을 이용 하여 도포한다. 다음으로, PET 또는 PMMA 박막과 함께 투명 폴리머를 1공정에서 얻은 몰드로 가압하여 비경화 미세구조가 형성되도록 한다.
3. 투명 폴리머에 자외선을 조사하여 중합/경화 반응을 만들어 본 고안의 집광 시트를 만든다.
다른 방법으로는, 통합 성형방법을 이용하여 상술한 것과 같은 집광 시트를 제작할 수가 있다.
도 12에서 본 고안의 확산 및 집광 시트(12)는 투명 기판(1201), 다수의 집광 유니트(1202)와 광확산층(1203)을 포함하되, 투명 기판(1201)과 다수의 집광 유니트(1202)는 도 5 내지 도 11에서 설명된 것들이 제공될 수가 있다. 광확산층(1203)은 주지의 코팅 방법을 이용하여 투명 기판 위에 형성될 수 있다. 광확산층(1203)은 입사광을 확산시키는 기능을 한다. 빛이 광확산층(1203)을 지남에 따라서, 광확산층(1203)에 의한 확산 효과에 의해서 균일하게 산란된 평면 광원이 형성되어 집광을 위하여 집광 유니트(1202)로 들어간다. 또는, 빛이 집광 유니트(1202)를 통해 들어감에 따라, 집광 유니트(1202)의 집광 작용과 광확산층(1203)에서의 확산 작용에 의해 균일하게 산란된 평면 광원을 얻는다. 따라서, 평면 광원의 정면 휘도가 향상된다.
다음의 [표 1]은 본 고안에 따라 제조된 제품과 종래 제품을 비교하여 보여준다. A는 통합 확산층을 포함하는 도 12의 확산 집광 시트에 해당하는 것이며, B 는 도 5의 집광 시트에 해당하는 것으로 별도의 확산층이 사용되었다. BEF-II는 통상의 집광 시트와 통상의 확산 시트를 사용한 것이다. 각 제품의 재질은 PET/PMMA이다.
[표 1]
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[표 1]로부터 제품 A, B는 높은 휘도 이득과 함께 50% 휘도에 대한 수직 및 수평 가시 각도가 큰 것을 보여준다.
도 13은 제품 A, B와 종래 제품인 BEF-II에 대하여 시야각에 대한 실질 휘도 곡선을 보여준다.
도 13으로부터 다음을 알 수가 있다.
1. 제품 BEF-II의 휘도는 시야각이 30°에서 급격히 저하되며, 시야각이 약 40°에서는 높은 광손실 현상이 발생한다. 따라서, 휘도 곡선이 이 각도에서 위로 올라간다.
2. 제품 A는 통합 확산판을 가지며, 각 각도에서의 휘도는 통상의 집광 시트보다 최소한 10% 정도 높다.
3. 0°인 정면에서의 제품 B의 휘도는 종래의 BEF-II와 큰 차이가 없다. 그러나, 30°에서 40°사이에서의 감소율은 종래의 제품 BEF-II와 비교하여 완만하다.
비록 본 고안은 바람직한 실시예만으로 설명하였으나, 이러한 실시예만으로 한정하여 해석될 수는 없는 것이며, 이러한 실시예로부터 당업자에게 명확한 다양한 교체나 변경이 있을 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 고안의 진정한 기술적 사상과 기술적 범위에 포함되는 모든 교체나 변형을 포함하고자 하는 것이다.
이상과 같은 본 고안의 휘도가 강화된 확산 및 집광 시트는, 보다 향상된 휘도 분포와 시야각을 갖는 집광 시트를 제공하고, 시야각 변화에 따른 광 비균일도를 개선하는 효과가 있다.
또한, 본 고안에서는 특정 각도에서의 과도한 광 집중을 개선하여 집광 효율을 개선하며, 모아레 현상(Moire phenomenon)을 제거하여 광학 특성을 개선할 수 있다.
또한, 본 고안에서는 단일 확산 시트와 단일 집광 시트의 기능을 하나로 통 합할 수 있으며, 입사광의 방향을 변경할 수 있으며 또한 단일 역프리즘 시트와 단일 확산 시트의 기능을 하나로 통합하여 제품 단가를 저감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 제1평면과, 이 제1평면의 반대에 제2평면을 포함하는 투명 기판과;
    상기 투명 기판의 제1평면에 도포되는 다수의 집광 유니트를 포함하되,
    상기 각각의 집광 유니트는 제3평면과 제4평면을 포함하되,
    상기 제3평면은 제1경사면과, 이 제1경사면과 경계에서 인접한 제1곡면을 포함하며,
    상기 제1경사면과 상기 제1곡면은 인접한 경계에서 제1교차선을 형성하며, 상기 제1경사면은 상기 제4평면과 인접하여 능선을 형성하며, 상기 제1경사면은 상기 제1평면과 인접하여 제1경계선을 형성하며,
    상기 제4평면은 제1평면과 인접하여 제2경계선을 형성하여,
    상기 집광 유니트는 선택적으로 제1곡면에서 굴절된 후에 제1경사면에서 빛이 반사되도록 하거나 제1경사면에서 반사된 후에 제1곡면에서 굴절되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 집광 시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제4평면은 상기 제1평면에 수직한 것을 특징으로 하는 집광 시트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제4평면은,
    제2경사면과, 이 제2경사면과 경계에서 인접한 제2곡면을 포함하며,
    상기 제2경사면과 상기 제2곡면은 인접한 경계에서 제2교차선을 형성하며,
    상기 제2경사면은 상기 제3평면과 상기 능선을 형성하며,
    상기 제2곡면은 상기 제1평면과 인접하여 상기 제2경계선을 형성하여,
    상기 집광 유니트는 선택적으로 제2곡면에서 굴절된 후에 제2경사면에서 빛이 반사되도록 하거나 제2경사면에서 반사된 후에 제2곡면에서 굴절되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 집광 시트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 능선, 제1교차선과, 제1경계선 및 제2경계선은 각각 직선 또는 곡선인 것을 특징으로 하는 집광 시트.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2교차선은 직선 또는 곡선인 것을 특징으로 하는 집광 시트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 능선은 상기 제1평면과 일정 높이 사이를 두되, 이 높이는 고정되거나 변화하는 것을 특징으로 하는 집광 시트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 의한 집광 시트에 있어, 상기 기판의 제2평면에 광확산층이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 확산 및 집광 시트.
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