KR20130118160A - 액정표시장치용 세레이션 도광판 및 이를 이용한 백라이트 유닛 - Google Patents

액정표시장치용 세레이션 도광판 및 이를 이용한 백라이트 유닛 Download PDF

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KR20130118160A
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Abstract

본 발명은 액정표시장치용 세레이션 도광판 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형 도광판으로의 적용이 쉽고, 높은 패턴 전사율과 자유로운 세레이션 패턴을 구현할 수 있으며, 핫 스팟 현상을 개선할 수 있는 액정표시장치용 세레이션 도광판 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 액정표시장치용 세레이션 도광판은 일정 축을 따라 배치된 광원으로부터 광이 입사되는 입사면, 상기 입사되는 광이 출사되는 출사면 및 상기 출사면과 마주보는 배면을 포함하는 도광판에 있어서, 상기 입사면은 톱니 모양의 세레이션 패턴이 형성된 것이고, 특히 상기 세레이션 패턴은 자외선 임프린트 방식으로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치용 세레이션 도광판 및 이를 이용한 백라이트 유닛{SERRATION LIGHT GUIDE PLATE FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND BACK LIGHT UNIT USING THE SAME}
본 발명은 액정표시장치용 세레이션 도광판 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형 도광판으로의 적용이 쉽고, 높은 패턴 전사율과 자유로운 세레이션 패턴을 구현할 수 있으며, 핫 스팟 현상을 개선할 수 있는 액정표시장치용 세레이션 도광판 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치의 액정패널은 자체 발광하지 않고 백라이트 유닛(Back Light Unit, 이하 "BLU")에서 발생한 광을 차단시키거나 통과시키는 방법으로 영상정보를 표시하므로, 액정표시장치는 반드시 광원이 필요하며 액정패널 뒤에 위치하고 있는 백라이트 유닛이 면광원으로서 사용되고 있다.
종래의 LCD 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 나타낸 도면인 도 1에 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛은 광원(1), 반사판(2), 도광판(3), 확산필름(4), 제1프리즘시트(5), 제2프리즘시트(6) 및 보호 시트(7)로 구성된다. LED 광원(1)에서 출사되는 직선 형태의 광은 도광판(3)을 거치면서 면광원 형태로 바뀌어 액정 모듈로 출사된다.
이러한 BLU에 사용되는 광원은 LED(Light Emitting Diode) 및 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL)가 있는데, 예전에는 CCFL이 주로 사용되었으나 최근에는 박형화, 친환경화 및 저전력화의 요구에 따라 LED의 사용이 증가하고 있다.
종래의 CCFL의 경우 도광판 측면으로부터 CCFL램프 광원 형태가 선으로 나타났으나, LED의 경우에는 이와는 달리 LED 칩(Package)을 Array함에 따라, 선이 아닌 점으로 나타나게 된다. 이러한 LED 칩간의 간격으로 인해 명부와 암부가 발생하게 된다. 이러한 명부와 암부가 발생하는 것을 '핫 스팟(Hot Spot) 현상'이라 칭한다(도 6a 참고).
이러한 핫 스팟 현상을 방지 또는 제거하기 위한 많은 시도가 있다. 그 예로서 한국 공개특허공보 제2011-0064711호 및 제2010-0051298호 등이 있다.
한편, 현재 디스플레이 제품의 원가를 절감해야 하는 요구에 따라, 백라이트 유닛의 LED 칩 갯수를 줄여야 하는 상황이며, LED 칩 개수가 줄게 됨에 따라 그리고 핫 스팟(Hot Spot) 현상의 수준이 올라감에 따라 개선이 필요한 상황이다. 이를 위해 현재 상용화되어 있는 기술은 금형코어에 일정한 톱니모양의 세레이션 패턴(Serration pattern)을 가공하여 사출시 도광판 입광면에 세레이션 패턴을 전사시키는 방식이 있다.
그러나 TV와 같은 대형의 도광판의 경우 사출의 한계가 있으므로 위와 같은 방식으로는 제작할 수 없다. 따라서 대형의 도광판의 경우에는 새로운 공정의 세레이션 패턴 가공이 필요한 실정이다.
이에 본 발명은 세레이션 패턴을 금형-사출 방식이 아닌 UV 임프린트 방식으로 가공함에 따라 대형 도광판으로의 적용 및 높은 패턴 전사율 및 자유로운 세레이션 패턴의 구현을 하고자 고안되었다.
한국 공개특허공보 제2011-0064711호 한국 공개특허공보 제2010-0051298호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 대형 도광판으로의 적용이 쉽고, 높은 패턴 전사율과 자유로운 세레이션 패턴을 구현할 수 있으며, 핫 스팟 현상을 개선할 수 있는액정표시장치용 세레이션 도광판 및 이를 이용한 백라이트 유닛을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.
상기 목적은, 일정 축을 따라 배치된 광원으로부터 광이 입사되는 입사면, 상기 입사되는 광이 출사되는 출사면 및 상기 출사면과 마주보는 배면을 포함하는 도광판에 있어서, 상기 입사면은 톱니 모양의 세레이션 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 세레이션 도광판에 의해 달성된다.
여기서, 상기 세레이션 패턴은 자외선 경화성 수지로 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 세레이션 패턴은 자외선 임프린트 방식으로 형성되되, 임프린팅시 자외선의 광량을 100mJ 내지 1000mJ로 조사한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 세레이션 패턴의 깊이는 5㎛ 내지 50㎛이고 피치는 10㎛ 내지 50㎛인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 출사면은 렌티큘러 패턴, 프리즘 패턴 또는 경면이 형성되고, 상기 배면은 도트 또는 도트프리즘 형태의 원형 또는 다각형의 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 출사면에 형성되는 렌티큘러 패턴의 피치는 50㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 렌티큘러 패턴의 방향은 광원으로부터 빛의 진행 방향과 나란한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 배면에 형성된 상기 도트의 밀도는 광원에서 멀어질수록 높아지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 배면에 형성된 상기 도트의 직경은 50㎛ 내지 1000㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 목적은, 상기 액정표시장치용 세레이션 도광판과 상기 도광판의 입사면 일측에 구비된 광원 및 상기 도광판의 출사면 상부에 적층되는 확산기능을 갖는 보호필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 대형 도광판으로의 적용이 쉽고, 높은 패턴 전사율과 자유로운 세레이션 패턴을 구현할 수 있으며, 핫 스팟 현상을 개선할 수 있는 등의 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시태양에 따르는 액정표시장치용 세레이션 도광판의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시태양에 따르는 액정표시장치용 세레이션 도광판의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시태양에 따르는 액정표시장치용 세레이션 도광판의 사시도이다.
도 4는 복수의 도광판을 적층시킨 상태로 세레이션 패턴을 가공하는 것을 나타낸 도면이다.
도 5은 종래의 LCD 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 6a는 본 발명의 비교예 1에 따른 세레이션 패턴가공하지 않은 도광판의 핫 스팟의 정도를 나타내는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 실시예 1에 따른 세레이션 패턴가공한 도광판의 핫 스팟의 정도를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시태양에 따르는 액정표시장치용 세레이션 도광판의 사시도로서 출사면에 렌티큘러 패턴이 형성되고 배면에 도트 형태의 원형 패턴이 형성된 것을 보여주고 있다. 본 발명에 따른 액정표시장치용 세레이션 도광판은 일정 축을 따라 배치된 광원(200)으로부터 광이 입사되는 입사면(110), 상기 입사되는 광이 출사되는 출사면(120) 및 상기 출사면과 마주보는 배면(130)을 포함하는 도광판(100)에 있어서, 상기 입사면(110)은 톱니 모양의 세레이션 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 도광판(100)의 배면(130)에는 도트 또는 도트프리즘 형태의 패턴이 새겨진 복수 단위셀이 분산배치될 수도 있다. 이 때, 도트의 모양은 원형 또는 다각형이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 다른 실시태양에 따르는 액정표시장치용 세레이션 도광판의 측면도이다. 도 1과 구성이 유사하지만 배면(130)에 마이크로 프리즘 패턴(140)이 새겨진 복수의 단위 셀이 분산 배치된 것을 보여주고 있다.
이러한 도광판(100)은 광원(200)에서 출발하여 입사면(110)을 통하여 상기 도광판 내부로 입사된 빛을 반사, 굴절, 회절 등의 작용을 통하여 출사면(120) 방향으로 광의 경로를 변경시키는 기능을 하는 것으로서, 그 재질로서는 가시광선 투과율이 크고, 강도가 높으면서도 변형과 깨짐이 적은 고분자 소재가 사용된다. 이 목적으로 사용되는 고분자로서는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴 수지, 폴리카보네이트, 사이클릭 올레핀 코폴리머(COC, Cyclic Olefin Copolymer) 등이 있으며, 이들 중 아크릴 수지가 바람직하며, 특히 폴리메틸메타크릴레이트(Poly Methyl Methacrylate, 이하 PMMA)가 바람직하다.
또한 도 3은 본 발명의 또 다른 실시태양에 따르는 액정표시장치용 세레이션 도광판의 사시도로서 도광판(100)의 입사면(110)에 세레이션 패턴이 구현된 것을 나타내는 모식도이다. 도 3에는 출사면이 경면 형태인 것을 보여주고 있다. 상기 출사면은 렌티큘러 패턴, 프리즘 패턴 또는 경면 형태가 될 수 있다.
한편, 복수의 도광판을 적층시킨 상태로 세레이션 패턴을 가공하는 것을 나타낸 도면인 도 4로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 출사면(120)이 경면 형태인 복수개의 도광판(100)을 적층시킨 상태로 세레이션 패턴을 형성하는 공정을 나타내고 있다. 이는 도광판의 측면을 가공하는 것이기 때문에 도 4와 같이 복수개의 도광판을 나란히 적재된 상태에서 가공할 수 있게 되는 것이다.
상기 세레이션 패턴의 가공시 사용되는 방식은 세레이션 패턴이 가공된 소프트몰드로 자외선-임프린트 방식으로 하는 것이 바람직하다.
또한 상기 세레이션 패턴의 깊이는 5㎛ 내지 50㎛이고 피치는 10㎛ 내지 50㎛인 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 상기 세레이션 패턴의 깊이는 20㎛이고 피치는 30㎛인 것이다. 또한 상기 세레이션 패턴의 깊이와 피치는 일정하면서 연속적인 것이 좋다. 상기 세레이션의 깊이는 5㎛ 미만일 경우 구현하기가 힘들며, 50㎛ 초과할 경우에는 성능이 떨어지고, 상기 세레이션 피치 또한 10㎛ 미만일 경우 구현하기가 힘들며 50㎛ 초과할 경우에는 성능이 떨어지는 문제점이 있기 때문에 상기 범위로 하는 것이 바람직하다.
한편, LED 광원의 빛은 직진성이 높아 광원과 광원 사이 밝기의 명암차이와 경계가 극명하게 나타난다. 이 명암 차이는 밝은 부분과 어두운 부분이 존재하지만 광원인 LED가 점광원에 기인하여 밝은 부분을 표현해 핫 스팟이라 부른다.
이를 보완하기 위해 광이 입사되는 면에 세레이션 패터닝을 필요로 한다. 본 발명에 따른 패턴은 세레이션의 입체적 패턴 형상을 이용해서 도광판 내부로 입사된 광을 입광면 세레이션 패턴에서 난반사 수를 증가시켜 핫 스팟을 최소화할 수 있다.
또한 본 발명에서 기술적 핵심인 세레이션 패터닝 공정은 20~30㎛ 수준의 미세 입체패턴(세레이션)을 소프트몰드를 이용해 자외선 (수백 mJ의 광량)-임프린트 방식(공정)으로 전사시킨다. 바람직하게는 임프린팅시 자외선의 광량을 100mJ 내지 1000mJ로 조사하는 것이다. 상기 자외선 광량을 100mJ 미만으로 조사할 경우 자외선 수지의 미경화가 발생하고 1000mJ을 초과할 경우 과경화로 인한 부작용이 있다. 여기서 소프트몰드는 톱니모양의 세레이션 패턴을 Hard Mold(금형 Roll)로 제작하여, 이를 이용해 PET 필름에 자외선 경화성 수지를 압착-경화를 통하여 전사시켜 제작한다.
따라서 광이 진행되는 방향으로 정면에서 보면, 도광판 하면은 도트 또는 도트프리즘 형태의 패턴 형상이고, 도광판 상면은 경면 또는 프리즘과 같이 집광기능을 하는 프리즘 또는 렌티큘러 형상이며, 상기 도광판의 입광면(측면)은 톱니모양의 일정한 세레이션 패턴이 상하 방향으로 일정하게 배열되어 있다.
또한 본 발명에 따른 액정표시장치용 세레이션 도광판의 하면의 도트 패턴은 광원에서 멀어질수록 그 개수가 많은 것(밀도가 높은 것)을 특징으로 하는데, 이는 광이 도광판 끝까지 고르게 출광되도록 설계하기 위한 것이다. 상기 배면에 형성된 상기 도트의 직경은 50㎛ 내지 1000㎛인 것이 좋다. 상기 도트의 직경을 50㎛ 미만으로는 구현하기 힘들고, 1000㎛를 초과할 경우에는 제품상 도트형태가 그대로 투과되어 보이는 시인성 문제로 인하여 적용이 힘들기 때문이다.
또한 상기 출사면에 형성되는 렌티큘러 패턴의 피치는 50㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 하고, 상기 렌티큘러의 방향은 광원으로부터 빛의 진행 방향과 나란한 것을 특징으로 한다. 상기 렌티큘러 패턴은 피치 및 깊이가 일정하며, 연속적인 것이 좋다.
또한 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 상기 액정표시장치용 세레이션 도광판과 상기 도광판의 입사면 일측에 구비된 광원 및 상기 도광판의 출사면 상부에 적층되는 확산기능을 갖는 보호필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
1. 도광판용 플레이트 제작
폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 원료로 하여 두께 3mm, 가로 20m, 세로 20cm의 폴리메틸메타크릴레이트 플레이트를 압출 공법으로 제작하였다. 플레이트의 상면은 일정한 방향으로 렌티큘러 패턴이 형성되어 있으며, 상기 렌티큘러 패턴은 피치 300㎛, 높이 55㎛의 형상으로 제작하였다.
2. 도트 패턴 형성 및 도광판 제작
준비된 플레이트의 배면 측에 도트 패턴 형성을 위해 자외선 경화수지를 패턴이 새겨진 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 재질의 소프트몰드 표면(패턴 면)에 수십 마이크로미터 두께로 도포한 후, 전사시킬 도광판 배면과 롤을 이용하여 압착시키고, 자외선(UV)을 100~1000mJ의 광량으로 조사하여 수지를 경화시킴(UV 임프린팅)으로써, 도트패턴을 갖는 도광판을 제작하였다.
상기 소프트몰드는 포토레지스트 마스크에 도트패턴을 설계 및 출력-노광-현상을 통하여 제작하고, 이를 미리 준비한 꼭지각 80도의 프리즘 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 원단(면)과 흡착하여, 자외선 수지로 조사시켜, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름에 도트 프리즘 형태의 패턴몰드를 제작하였다. 상기 도광판 제작시의 도트패턴 형성은 상용화된 공법(인쇄 또는 레이저)으로 진행해도 무방하다.
3. 경면가공 및 입광면 세레이션(serration) 패턴 가공
준비된 도광판을 정치수에 맞게 4면 경면가공을 진행하며, 입광면에는 세레이션 패턴(깊이 20㎛, 피치30㎛)이 가공된 마스터 표면(소프트몰드)에 롤을 이용하여 압착시키고, UV 임프린팅을 통하여 패터닝을 하였다. 도광판의 입광면(측면)을 임프린팅함에 따라, 두께3mm의 도광판을 10장 적층시킨 상태로 임프린팅하여 패턴을 전사하였다(도 4). UV 임프린팅시의 공정은 상기 "2. 도트 패턴 형성 및 도광판 제작"에서의 공법과 동일하다.
[실시예 2]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 도광판을 제조하되, 세레이션 패턴의 피치를 50㎛로 하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 도광판을 제조하되, 세레이션 패턴의 피치를 100㎛로 하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에 따라 제작한 도광판을 사용하되, 기존의 세레이션 패터닝을 하지 않은 도광판을 사용하였다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따른 도광판을 사용하여 핫 스팟의 수준을 비교하여 그 결과를 다음 표 1과 도 6a 및 도 6b에 나타내었다.
세레이션 패턴
피치 없음 30㎛ 50㎛ 100㎛
핫 스팟 수준(높이) 20mm 2~3mm 5mm 10mm
상기 표 1, 도 6a 및 도 6b에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 실시예 1과 비교예 1의 핫 스팟 정도를 비교하여 보았을 때, 핫 스팟에 대하여 실시예 1(도 6b)의 세레이션 패턴가공에 따른 핫 스팟의 정도가 세레이션 패턴 가공을 하지 않은 비교예 1(도 6a)에 비해 훨씬 감소한 것을 확인할 수 있었다.
또한 상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 세레이션 패턴의 피치는 가능한 작은 것이 핫 스팟 감소에 효과적인 것으로 확인할 수 있었다.
본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 액정표시장치용 세레이션 도광판은 LED 개수를 줄여 가는 시장동향에 따라 핫 스팟(Hot Spot)의 제어와 개선도 필수적인 것으로서, BLU 및 이를 포함하는 LCD에 사용 가능하고, 그 외 조명용 장치 등 LED 광원을 사용하는 장치에서의 핫 스팟 제어, 외관 개선을 목적으로 다양하게 사용될 수 있다.
1 : 광원 2 : 반사판
3 : 도광판 4 : 확산필름
5 : 제1프리즘시트 6 : 제2프리즘시트
7 : 보호 시트 100 : 도광판
110 : 입사면 120 : 출사면
130 : 배면 140 : 마이크로 프리즘 패턴
200 : 광원

Claims (10)

  1. 액정표시장치용 세레이션 도광판에 있어서,
    일정 축을 따라 배치된 광원으로부터 광이 입사되는 입사면, 상기 입사되는 광이 출사되는 출사면 및 상기 출사면과 마주보는 배면을 포함하는 도광판에 있어서,
    상기 입사면은 톱니 모양의 세레이션 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는, 액정표시장치용 세레이션 도광판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세레이션 패턴은 자외선 경화성 수지로 형성된 것을 특징으로 하는, 액정표시장치용 세레이션 도광판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세레이션 패턴은 자외선 임프린트 방식으로 형성되되, 임프린팅시 자외선의 광량을 100mJ 내지 1000mJ로 조사한 것을 특징으로 하는, 액정표시장치용 세레이션 도광판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세레이션 패턴의 깊이는 5㎛ 내지 50㎛이고 피치는 10㎛ 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는, 액정표시장치용 세레이션 도광판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 출사면은 렌티큘러 패턴, 프리즘 패턴 또는 경면이 형성되고, 상기 배면은 도트 또는 도트프리즘 형태의 원형 또는 다각형의 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는, 액정표시장치용 세레이션 도광판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 출사면에 형성되는 렌티큘러 패턴의 피치는 50㎛ 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는, 액정표시장치용 세레이션 도광판.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 렌티큘러 패턴의 방향은 광원으로부터 빛의 진행 방향과 나란한 것을 특징으로 하는, 액정표시장치용 세레이션 도광판.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 배면에 형성된 상기 도트의 밀도는 광원에서 멀어질수록 높아지는 것을 특징으로 하는, 액정표시장치용 세레이션 도광판.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배면에 형성된 상기 도트의 직경은 50㎛ 내지 1000㎛인 것을 특징으로 하는, 액정표시장치용 세레이션 도광판.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 액정표시장치용 세레이션 도광판과 상기 도광판의 입사면 일측에 구비된 광원 및 상기 도광판의 출사면 상부에 적층되는 확산기능을 갖는 보호필름을 포함하는 것을 특징으로 하는, 백라이트 유닛.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170047980A (ko) * 2015-10-26 2017-05-08 엘지디스플레이 주식회사 백라이트 유닛과 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 전자 장치
KR20190031364A (ko) 2017-09-15 2019-03-26 희성전자 주식회사 도광판 및 이를 구비하는 백라이트 장치
US10310168B2 (en) 2014-10-07 2019-06-04 Samsung Display Co., Ltd. Light guide plate, backlight unit having the same, display apparatus having the same, and method of manufacturing the same

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