KR20120078618A - 도광판 및 백라이트 유닛 어셈블리 - Google Patents

도광판 및 백라이트 유닛 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정 디스플레이 장치의 에지형 백라이트 유닛에 적용되는 도광판에 관한 것으로, 특히 치수 및 휨 안정성이 향상된 도광판에 관한 것이다.

Description

도광판 및 백라이트 유닛 어셈블리 {Light Guide Plate and Backlight Unit Assembly}
본 발명은 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display)에 사용되는 도광판과 이를 포함하는 백라이트 유닛 어셈블리에 관한 것이다.
산업 사회가 고도의 정보화 시대로 발전함에 따라 다양한 정보를 표시 및 전달하기 위한 매체로서 전자 디스플레이 장치의 중요성은 나날이 증대되고 있다. 특히, 액정 디스플레이 장치(LCD)의 경우, 액정과 반도체 기술이 복합된 기술 집약적 장치로서 얇고, 가벼우며 소비 전력이 낮은 장점으로 인해, 그 구조 및 제조 기술이 연구 개발되어 왔고, 다양한 영역에서 사용 되어지고 있다.
이러한 액정 디스플레이(LCD) 장치는 액정 자체가 발광을 할 수 없기 때문에 장치의 후면에 별도의 광원을 설치하여 색상 및 화면을 구현한다.
상기 발광 장치로는 백라이트 유닛(BLU)이 널리 사용되고 있으며, 최근 액정 디스플레이 장치의 두께를 줄여나가는 추세에 따라 기존에 사용되던 냉음극형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp) 대신 LED(Light Emitting Diode)의 사용이 급격한 증가를 이루고 있다. 또한, LED(Light Emitting Diode)는 수은을 사용하지 않으며, 색 재현성이 뛰어난 장점을 가지고 있다.
백라이트 유닛 전면에 LED 가 분포되어 있는 직하형에 비해 LED 가 측면에 분포되어 있는 에지형 BLU 는 소비 전력 및 제품 두께에서 장점을 갖고 있으며 적용 범위가 늘어나고 있다.
에지형 BLU에는 측면에서 발생하는 광원을 전면으로 내보낼 수 있는 도광판이 사용된다. 광원에서 발생한 빛은 도광판 측면으로부터 도광판 내부로 입사되어 전면으로 출사된다. 이러한 방식에서는 도광판을 통과하는 빛의 경로가 비교적 길어 광 손실이 많아지기 때문에 이 현상을 방지하기 위해 투과율이 높은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Polymethyl methacrylate) 계열의 원료가 주로 사용된다. 그러나 폴리메틸메타크릴레이트는 구조상 수분에 취약하며, 폴리메틸메타크릴레이트가 적용된 도광판은 고온 고습한 환경에서 휨 및 치수의 안정성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 수분에 취약한 폴리메틸메타크릴레이트의 구조적 단점을 극복하기 위해 내흡수율이 뛰어난 수지를 도입하여 휨 안정성 및 치수 안정성이 향상된 도광판을 제공하고자 한다.
이에 본 발명은 바람직한 제1 구현예로서, 기재층; 및 상기 기재층의 일면에 기재층보다 수분흡수율이 낮은 저면층을 포함하는 도광판을 제공하고자 한다.
상기 구현예에 의한 기재층은 폴리메틸메타크릴레이트 수지로 제조된 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 저면층은 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴계 수지, 올레핀계 수지, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 선택된 수지로 제조된 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 저면층은 유리섬유를 0.1~10중량% 포함하는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 유리섬유는 한 방향으로 긴 형태를 가지며, 방향성을 가지는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 저면층은 두께가 1~300㎛인 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 도광판은 저면층이 형성되지 않은 기재층의 일면에 다수의 입체구조가 배열된 구조층을 추가로 포함하는 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 구조층은 자외선 경화성 수지 또는 열경화성 수지로 제조된 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 구조층의 입체구조는 높이가 25~300㎛인 것일 수 있다.
상기 구현예에 의한 구조층의 입체구조는 피치가 100~500㎛인 것일 수 있다.
본 발명은 또한 바람직한 제2 구현예로서, 상기 도광판을 포함하는 백라이트 유닛 어셈블리를 제공한다.
본 발명에 따르면, 수분흡수율이 상이한 수지 및 방향성을 가지는 유리 섬유를 도광판에 도입함으로써 고온고습한 환경에서도 도광판 전체의 휨 및 치수 안정성을 향상시킬 수 있다. 특히, 저면층에 유리섬유를 도입하여 옆면에서 입사되는 빛을 전면으로 산란시켜 휘도 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 의한 도광판의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 의한 도광판에서 유리섬유과 배열된 형태를 나타낸 것이다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 기재층; 및 상기 기재층의 일면에 기재층보다 수분흡수율이 낮은 저면층을 포함하는 도광판에 관한 것으로, 특히, 저면층에 유리섬유를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 도광판은 일반적으로 도광판의 원료가 되는 폴리메틸메타크릴레이트가 고온 고습한 환경에서 휨 안정성 및 치수 안정성이 떨어지는 단점을 해결하기 위하여, 내흡수율이 뛰어난 수지 및 유리섬유를 도광판에 도입한 것을 특징으로 한다.
기재층은 폴리메틸메타크릴레이트 수지로 제조될 수 있으며, 폴리메틸메타크릴레이트 수지가 고온 고습 환경에 취약한 단점을 보완하기 위하여, 기재층의 적어도 일면에 기재층에 비해 수분흡수율이 낮은 저면층이 형성될 수 있다.
저면층은 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴계 수지, 올레핀계 수지, 이들의 공중합체 및 혼합물 중 선택된 수지로 제조될 수 있으며, 상기 올레핀계 수지는 사이클로올레핀폴리머(COP) 또는 사이클로올레핀코폴리머(COC)일 수 있다. 기재층의 폴리메틸메타크릴레이트의 수분 흡수율은 0.03% 이며, 저면층에 사용되는 수지의 수분 흡수율은 0.03% 미만일 수 있다.
또한, 저면층은 두께가 1~300㎛인 것일 수 있으며, 이는 백라이트 유닛에서 LED 램프의 위치에 따라 변동이 가능하다. LED 램프에서 나오는 빛은 기재층을 통해 광경로를 형성하는데, 저면층의 두께가 1㎛ 미만이면 저면층의 수분흡수 기능이 저하되고 저면층의 두께가 300㎛를 초과하면 빛이 저면층을 통해 지나갈 경우, 광손실이 생길 수 있다.
또한, 저면층에는 유리섬유가 함유될 수 있으며, 상기 유리섬유는 도광판의 하부에서 상부로 빛을 산란시키며, 열이나 수분에 의한 도광판의 휨과 치수 변형 현상을 방지하는 역할을 한다.
상기 유리섬유의 함량은 0.1 ~ 10% 중량부일 수 있으며, 0.1% 중량부 미만이면 휨과 치수 변형 현상 방지 효과가 미미하고, 10% 중량부 초과이면 유리 섬유에 의한 빛의 산란 정도가 심해져 전면으로 출사되는 광량을 감소시켜, 휘도를 저하하는 결과를 가져올 수 있다.
또한, 유리섬유는 한 방향으로 긴 형태를 가지며, 방향성을 가지는 것일 수 있다. 구체적으로는, 유리섬유는 원기둥, 다각기둥 형태일 수 있으며, 압출 시, 압출 방향으로 유리 섬유가 배열될 수 있으며, 이 때, 유리섬유는 광원에 대해 수직으로 배열될 수 있다(도 2).
이와 같은 저면층을 형성하기 위해서는 기재층을 먼저 형성한 후에 상기 저면층을 형성하는 수지를 도포하여 제조할 수도 있고, 기재층 또는 기재층과 후술하는 구조층을 압출 형성할 때 저면층을 형성하는 수지를 함께 공압출함으로써 제조할 수도 있다.
유리섬유는 저면층을 형성하는 수지와 혼련한 후, 압출하여 chip 형태로 제조 후, 기재층과 공압출 할 수 있으며, 기재층의 일면에 저면층 수지와 혼합하여 도포할 수 있다.
이와 같이 저면층을 형성하는 수지로는 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체, 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴계 수지, 올레핀계 수지, 이들의 공중합체 및 혼합물 중 선택될 수 있다.
구조층은 기재층에서 저면층이 형성되지 않은 일면에 형성될 수 있으며, 구조층에는 다수의 입체구조가 배열되어 있다. 또한, 구조층은 자외선 경화성 수지 또는 열경화성 수지로 제조될 수 있다.
본 발명의 도광판에 있어서, 구조층에 배열된 입체구조의 형상은 피크점을 통과하는 수직 방향의 중심선을 기준으로 대칭되는 구조인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 입체구조는 높이가 25㎛ ~ 300㎛, 피치가 100㎛ ~ 500㎛인 것일 수 있다. 도광판은 옆면에서 시작한 빛이 도광판의 내부를 경로로 하여 지나다가 도광판의 전면으로 출사되는 과정을 거치는데, 하면에 램프가 있는 직하형에 대비하여 빛의 산란이 크며, 전면으로 출사되지 못하고 소실되는 광량이 상대적으로 많은 특성이 있다. 빛이 출사되는 방향에 존재하는 패턴은 빛의 직진성을 향상시켜서 휘도의 증가를 가져오므로, 상기에 규정한 높이 및 피치를 가지는 입체구조는 패턴을 통한 직진성이 증가하는 장점이 있다.
이와 같은 구조층은 기재층과 공압출되어 형성된 것일 수 있다. 즉, 기재층 및 구조층을 구성하는 용융된 베이스 수지가 패턴롤러를 통과하면서 공압출되어 형성된 것일 수 있다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 기재층(10) 및 구조층(30)이 층의 구분이 없이 한 종류의 수지로 간단하게 제조될 수 있다. 압출시 온도는 베이스 수지에 따라 다르나, 200 ~ 300℃에서 압출되는 것이 바람직하다. 이 때 상기 베이스 수지는 폴리메틸메타크릴레이트 수지를 주로 사용할 수 있다.
이와 같이 제조된 도광판을 백라이트 유닛 어셈블리에 적용할 경우 고온 고습한 환경에서도 구조적으로 안정한 백라이트 유닛 어셈블리를 구현할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
기재층으로 폴리메틸메타크릴레이트 수지를 이용하고, 저면층으로 메틸메타크릴레이트-스타이렌 공중합체를 이용하여 공압출하였다. 기재층의 두께는 3mm로 하였으며, 저면층은 두께를 100㎛로 하여, 도광판을 제조하였다. 이때, 메틸메타크릴레이트-스타이렌 공중합체에서 메틸메타크릴레이트의 중량비율을 75인 것을 사용하였다.
<실시예 2>
메틸메타크릴레이트-스타이렌 공중합체에서 메틸메타크릴레이트의 중량비율을 60인 것을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 도광판을 제조하였다.
<실시예 3>
메틸메타크릴레이트-스타이렌 공중합체에서 메틸메타크릴레이트의 중량비율을 30인 것을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 도광판을 제조하였다.
<실시예 4>
저면층의 두께를 200㎛로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 도광판을 제조하였다.
<실시예 5>
저면층의 두께를 300㎛로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 도광판을 제조하였다.
<실시예 6>
기재층으로 폴리메틸메타크릴레이트 수지를 이용하고, 저면층으로 폴리카보네이트 수지를 이용하여 공압출하여 도광판을 제조하였다. 기재층의 두께는 3mm로 하였으며, 저면층은 두께를 100㎛로 하였다.
<실시예 7>
저면층으로 폴리스티렌 수지를 이용한 것을 제외하고 실시예 6과 동일한 방법으로 도광판을 제조하였다.
<실시예 8> 내지 <실시예 14>
표 2 에 기재된 유리섬유 함량에 따라 저면층 형성시 메틸메타크릴레이트-스타이렌 공중합체와 유리섬유를 공압출하는 것을 제외하고 실시예 1 내지 실시예 7과 동일한 방법으로 각각 도광판을 제조하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1과 동일한 방법을 도광판을 제조하나, 층 간의 구분 없이 모두 폴리메틸메타크릴레이트 수지를 이용하여 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 7과 동일한 방법으로 도광판을 제조하나, 층 간의 구분 없이 모두 폴리메틸메타크릴레이트 수지를 이용하여 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 준비된 도광판에 대하여 다음과 같은 방법으로 물성평가를 실시하였으며, 그 결과는 표 2와 같다.
(1) 수분흡수율
실시예 및 비교예에서의 도광판을 ASTM D570 시험 방법을 통하여 측정하였다. 50℃에서 24시간 동안 오븐에서 건조하여 무게를 측정한 후, 23℃의 수분에 하루 함침한다. 건조 후 무게와 수분에 함침 후의 무게 비율로 수분 흡수율을 측정하였다.
(2) 휨 변형량 측정 (휨 발생 정도)
실시예 및 비교예에서의 도광판을 50℃, 80%RH, 96hr 하에 보관하여 휨 발생 정도를 측정하였다. Solartron社의 변위 측정기를 이용하여 휨 발생 정도를 측정하였으며, 휨 발생 정도는 표 1과 같이 5단계로 나누어 구분하였다.
휨 발생 수준 휨 발생량
0 0 이상 0.5mm 미만
1 0.5mm 이상 2.0mm 미만
2 2.0mm 이상 4.0mm 미만
3 4.0mm 이상 6.0mm 미만
4 6.0mm 이상

실시예 및 비교예에서의 도광판을 42인치 액정디스플레이 패널용 백라이트 유닛에 장착하고 휘도계(TOPCON사, BM-7)를 사용하여 측정하였으며, 임의로 17지점에서의 휘도를 측정한 후, 평균값을 구하였다. 휘도는 측정시마다 변하므로 비교예 1의 휘도를 100으로 하여 상대값을 비교하였다.
구분 유리섬유 함량
(중량%)		 수분흡수율(%) 휨 발생 정도 휘도(cd/m2)
실시예1 - 0.28 3 100
실시예2 - 0.26 3 99
실시예3 - 0.24 2 98
실시예4 - 0.27 2 99
실시예5 - 0.26 2 98
실시예6 - 0.23 1 95
실시예7 - 0.20 1 93
실시예8 5 0.27 2 100
실시예9 5 0.25 2 98
실시예10 5 0.23 1 95
실시예11 6 0.26 1 98
실시예12 7 0.25 1 96
실시예13 4 0.22 1 91
실시예14 3 0.19 0 90
비교예1 - 0.30 4 100
비교예2 5 0.30 4 103

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 수분흡수율이 낮은 아크릴 계열의 공중합체를 저면층에 이용한 실시예는 도광판 전체의 수분흡수율이 낮아지며, 휨 발생 정도가 감소함을 알 수 있다. 또한, 휘도 면에서도 동등 수준의 효과를 내는 것을 알 수 있다.
그러나, 도광판 전체를 폴리메틸메타크릴레이트 수지로 제조한 비교예 1의 도광판은 수분흡수율과 휨 발생 정도가 상대적으로 높은 것으로 나타났다.
또한, 첨가한 유리섬유에 의해, 도광판이 휨에 더욱 안정적인 것을 확인할 수 있었다.
결국, 수분흡수율이 낮은 수지를 도광판에 도입할 경우 고온 고습한 환경에서 도광판 전체의 휨 및 치수 안정성이 향상될 것임을 알 수 있다.
10: 기재층, 20: 저면층, 30: 구조층, 40: 광원, 50: 유리섬유

Claims (11)

  1. 기재층; 및 상기 기재층의 일면에 기재층보다 수분흡수율이 낮은 저면층을 포함하는 도광판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재층은 폴리메틸메타크릴레이트 수지로 제조된 것임을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저면층은 폴리카보네이트 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴계 수지, 올레핀계 수지, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 선택된 수지로 제조된 것임을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저면층은 유리섬유를 0.1~10중량% 포함하는 것임을 특징으로 하는 도광판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유리섬유는 한 방향으로 긴 형태를 가지며, 방향성을 가지는 것임을 특징으로 하는 도광판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 저면층은 두께가 1~300㎛인 것임을 특징으로 하는 도광판.
  7. 제1항에 있어서,
    저면층이 형성되지 않은 기재층의 일면에 다수의 입체구조가 배열된 구조층을 추가로 포함하는 도광판.
  8. 제7항에 있어서,
    구조층은 자외선 경화성 수지 또는 열경화성 수지로 제조된 것임을 특징으로 하는 도광판.
  9. 제7항에 있어서,
    구조층의 입체구조는 높이가 25~300㎛인 것임을 특징으로 하는 도광판.
  10. 제7항에 있어서,
    구조층의 입체구조는 피치가 100~500㎛인 것임을 특징으로 하는 도광판.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 도광판을 포함하는 백라이트 유닛 어셈블리.
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