KR20140074763A - 쌍곡선 패턴형 프리즘 시트 - Google Patents

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Abstract

쌍곡선 패턴형 프리즘 시트를 제공한다.
본 발명은 도광판으로부터 경사지게 입사되는 광의 진행경로를 수직방향으로 굴절시키는 프리즘 시트에 있어서, 위로 볼록한 곡면을 갖는 곡선 프리즘 패턴을 기재층의 상부면에 서로 인접하도록 반복적으로 돌출형성한 패턴층 ; 을 포함하고, 상기 곡선 프리즘 패턴의 단면은 (x2/a2)- (y2/b2)= -1 (단, a＞0) 으로 이루어지는 쌍곡선중 어느 하나의 곡선으로 형성된다.

Description

쌍곡선 패턴형 프리즘 시트{Hyperbolic Curve Pattern Type Prism Sheet}
본 발명은 쌍곡선 단면의 패턴을 갖는 프리즘 시트에 관한 것으로, 더욱 상세히는 직압출 가공시 롤의 외주면에 형성된 패턴의 요홈에 폴리머수지가 공기저항없이 채워지도록 하여 인각율을 높이고 광휘도를 향상시킬 수 있는 쌍곡선 패턴형 프리즘 시트에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치의 백라이트(Back light) 장치는 광원으로 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등의 형광램프나 LED(Light Emitting Diode)소자, EL(Electro Luminescence)소자 등이 주로 사용되고, 광원이 배치되는 방식에 따라 측면 조광형(Edge-lighting)과 직하 조광형(Direct-lighting) 백라이트 장치로 구분된다.
통상, 측면 조광형 백라이트 장치는 비교적 얇은 두께로 인하여 노트북이나 컴퓨터 모니터용 LCD에 주로 사용되고, 직하 조광형 백라이트 장치는 높은 광효율에 의해 TV 등과 같은 대화면을 목적으로 하는 LCD에 주로 이용된다.
종래의 측면 조광형 백라이트 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 전원인가시 빛을 발생시키는 선광원 및 점광원을 포함하는 광원(11), 도광판(12), 반사판(13) 및 다수의 시트가 적층된 광학 시트체(14)로 구성된다.
상기 도광판(12)은 상기 광원(11)과 동일 평면상에 구비되어 상기 광원(11)로부터 발생된 광을 전방으로 조사되도록 광 경로를 조절하여 주는 광가이드부재이다.
상기 반사판(13)은 도광판(12)의 배면을 통해 자신에게 입사되는 광을 도광판(12) 쪽으로 재반사시킴으로써 광손실을 줄이는 역할을 하는 반사부재이다.
상기 광학시트체(14)는 상기 도광판(12)의 상측에 구비되어 상기 도광판(12)으로부터 출사된 광을 제어하여 광을 직선 방향으로 조사되도록 하여 휘도를 증가시켜 준다.
이러한 광학시트체(14)는 제1 확산시트(14a), 제1 및 제2 프리즘 시트(14b,14c)) 및 제2 확산시트(14d)의 순서로 적층되어 형성된다.
상기 도광판(12)과 제1 프리즘 시트(14b) 사이에 설치된 제1확산 시트(14a)는 도광판(12)으로부터 입사되는 광을 분산시키는 역할을 하며, 상기 제1 및 제2 프리즘 시트(14b,14c)는 상기 도광판(2)으로부터 경사지게 입사되는 광의 진행경로를 표시면에 대하여 수직으로 변경시키게 된다.
여기서, 상기 제1 및 제2 프리즘 시트(14b,14c)는 평면을 이루는 배면과 삼각 프리즘 패턴이 반복적으로 배열된 전면을 가지며, 이러한 제1 및 제2 프리즘 시트에 형성된 삼각 프리즘 패턴은 상호 직교되는 방향으로 배열된다.
상기 제1 프리즘 시트(14b)는 삼각 프리즘 패턴이 전후방향으로 배열되어 입사광을 전후방향에서 집광하게 되며, 상기 제2 프리즘 시트(14c)는 삼각 프리즘 패턴이 좌우방향으로 배열되어 입사광을 좌우방향에서 집광하게 된다.
이에 따라, 상기 제1확산시트상에 적층되는 제1 및 제2 프리즘 시트(14b,14c)에 의해 확산시트로부터 경사지게 입사되는 광의 진행방향이 수직으로 변환되는 것이다.
한편, 상기 프리즘 시트를 제조하는 가공방식은 기계적으로 가공한 패턴 마스터를 직접 몰드로 사용하는 직접 가공방식과, 패턴 마스터를 모재(Mother)로 하여 전해도금한 금속피막을 몰드로 사용하는 스탬퍼(Stamper) 가공방식 및 압출기에서 용융된 폴리머를 패턴롤에 접촉시켜 직압출 가공방식으로 분류할 수 있다.
이러한 가공방식 중 직압출 가공방식은 상기의 직접 가공방식과 스탬퍼 가공방식과는 달리 필름 위에 패턴을 인각하지 않고 압출기에서 용융된 폴리머 수지를 제1롤과 외주면에 패턴이 형성된 제2롤사이를 통과시켜 시트의 생산과 동시에 패턴을 성형하는 방법이다.
그러나, 직압출 가공방식으로서 삼각단면의 프리즘 패턴 또는 반구단면의 프리즘 패턴을 성형하는 경우, 패턴이 형성된 롤과 폴리머수지의 접촉에 의해서 패턴을 형성하는 과정에서 패턴과 폴리머수지사이에 존재하는 공기저항으로 인하여 인각효율이 저하되고, 이로 인해 발생되는 제품불량으로 인한 제품수율이 저하되는 문제점이 있었다.
즉, 직압출가공시 폴리머 수지가 롤의 외부면에 형성된 패턴의 삼각단면 요홈내로 진입되어 채워지는 과정에서 요홈의 산부위 정상까지 채워지지 못하여 인각률이 패턴의 80%로 떨어뜨리고, 이러한 인각률 저하는 휘도를 저하시키는 주요 원인으로 작용하는 것이다.
(특허문헌 1) KR10-2011-0005458 A
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 직압출 가공시 롤의 외주면에 형성된 패턴의 요홈에 폴리머수지가 공기저항없이 채워지도록 하여 인각율을 높이고 광휘도를 향상시킬 수 있는 쌍곡선 패턴형 프리즘 시트를 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 도광판으로부터 경사지게 입사되는 광의 진행경로를 수직방향으로 굴절시키는 프리즘 시트에 있어서, 위로 볼록한 곡면을 갖는 곡선 프리즘 패턴을 기재층의 상부면에 서로 인접하도록 반복적으로 돌출형성한 패턴층 ; 을 포함하고, 상기 곡선 프리즘 패턴의 단면은 (x2/a2)- (y2/b2)= -1 (단, a＞0) 으로 이루어지는 쌍곡선중 어느 하나의 곡선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 쌍곡선 패턴형 프리즘 시트를 제공한다.
바람직하게, 상기 기재층과 곡선 프리즘 패턴의 곡선면에 근접하는 점근선에 의해서 형성되는 내각은 50 내지 60도 로 형성된다.
더욱 바람직하게, 상기 내각은 54도로 형성된다.
더욱 바람직하게, 상기 내각은 상기 쌍곡선의 점근선이 이루는 점근선각과 동일한 크기로 이루어진다.
또한, 본 발명은 광원; 상기 광원으로부터의 광을 가이드하기 위한 도광판; 및 상기 도광판 상부에 배치되며, 위로 볼록한 곡면을 갖는 곡선 프리즘 패턴을 기재층의 상부면에 서로 인접하도록 반복적으로 돌출형성한 패턴층을 포함하고, 상기 곡선 프리즘 패턴의 단면은 (x2/a2) - (y2/b2)= -1 (단, a＞0) 으로 이루어지는 쌍곡선중 어느 하나의 곡선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛을 제공한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
쌍곡선 방정식으로 이루어지는 쌍곡선 중 어느 하나의 곡선단면으로 이루어지는 곡선 프리즘 패턴을 반복적으로 위로 볼록하게 돌출형성한 패턴층을 기재층의 상부면에 구비하는 프리즘 시트를 도광판 상부에 구비함으로써 직압출시 가공시 롤의 외주면에 형성된 패턴의 요홈에 폴리머 수지가 공기저항없이 채워지도록 하여 패턴 인각율을 높이고, 수직 출사량을 높일 수 있기 때문에 제품수율을 높일 수 있으며, 광휘도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 백라이트 유닛을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프리즘 패턴을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프리즘 패턴을 채용한 백라이트 유닛을 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프리즘 패턴에 적용되는 쌍곡선 및 점근선을 이해하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프리즘 패턴이 채용되는 백라이트 유닛의 도광판에서의 광출사량을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명과 비교예에서 광이 프리즘 패턴을 통과하는 상태를 도시한 모식도이다.
도 7a는 프리즘 패턴의 단면에 따른 휘도변화를 도시한 것이다.
도 7b는 프리즘 패턴의 단면에 따른 광출사 분포를 도시한 것이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 프리즘 시트(100)는 도 2에 도시한 바와 같이, 전원인가시 빛을 발생하는 광원(140)에 인접하는 도광판(150)으로부터 경사지게 입사되는 광의 진행경로를 수직방향으로 굴절시킬 수 있도록 기재층(110)과 패턴층(120)을 포함한다.
상기 기재층(110)은 위로 볼록한 곡면을 갖는 곡선 프리즘 패턴(127)이 일정주기로 반복하여 형성된 패턴층(120)을 구비하는 하부층이다.
상기 패턴층(120)은 상기 곡선 프리즘 패턴(127)의 단면이 (x2/a2)- (y2/b2)= -1 (단, a＞0) 으로 이루어지는 쌍곡선중 어느 하나의 곡선으로 형성되고, 이러한 곡선 프리즘 패턴(127)이 기재층의 상부면에 서로 인접하여 돌출형성되도록 구비되는 상부층이다.
상기 기재층(110)에 형성되는 패턴층(120)의 곡선 프리즘 패턴(127)은 UV 수지 인각법을 이용하여 형성되며, 이러한 프리즘시트(100)의 소재는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌 및 폴리에폭시로 이루어진 군 중에서 어느 하나를 선택하여 제조되지만 이에 한정되는 것은 아니며 다른 소재의 수지재로 이루어질 수 있다.
이러한 프리즘 시트 및 곡선 프리즘 패턴을 형성하는데 필요한 광학 레진의 굴절률은 1.50 ~ 1.70 범위가 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
여기서, 도 4a에 도시한 바와 같이, 쌍곡선은 평면위의 두정점 F 와 F'으로부터의 거리의 차가 일정한 점(P(x,y) 전체의 집합으로 이루어지는 곡선이며, 쌍곡선의 그래프는 x축,y축 및 원점에 대하여 각각 대칭을 이룬다.
즉, 쌍곡선은 두 초점이 F(0,c), F'(0,-c)으로 y축에 있을 때, 두 초점 F(0,c), F'(0,-c) 에서의 거리의 차가 2b(c > b > 0) 인 점(P)의 좌표(x,y)이라고 하면, (x2/a2)- (y2/b2)= -1 (단, a＞0) 의 방정식으로 그려지는 곡선이다.
그리고, 본 발명의 곡선 프리즘 패턴(127)의 단면은 상기 방정식에 의해서 그려지는 쌍곡선 중 위로 볼록한 곡선단면을 갖는 것이다.
또한, 상기 방정식에 따른 쌍곡선은 도 4b에 도시한 바와 같이 두 직선 y= (b/a)x 와 y = -(b/a)x 에 한없이 가까워지며, 이러한 직선을 쌍곡선의 점근선이라 한다.
한편, 상기 곡선 프리즘 패턴(127)의 입사면을 형성하는 곡선은 수평한 기재층(110)에 대하여 점근선각이 이루는 54도 이루어지는 것이 바람직하다.
이는 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 도광판(120)을 통해 출사되는 광의 출사각이 74도일 경우, 가장 많은 광량이 출사됨을 알 수 있기 때문에, 곡선면을 통한 수직출사를 위하여 상기 기재층(110)과 곡선 프리즘 패턴(127)의 곡선면에 근접하는 점근선에 의해서 형성되는 내각은 50 내지 60도 로 설정하는 것이 바람직하며, 높은 광휘도를 얻기 위해서는 54도로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 내각은 상기 쌍곡선의 점근선이 이루는 점근선각과 대략 동일한 크기로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 기재층(110)의 상부면에 위로 볼록하게 돌출형성되는 곡선 프리즘 패턴(127)은 서로 인접하여 배열되는 있는 규칙적인 패턴으로 구비될 수 있으며, 상기 기재층(110)으로부터 정점에 이르는 수직한 높이가 서로 다른 곡선 프리즘 패턴(127)이 교번하여 배열될 수 있다.
이러한 곡선 프리즘 패턴(127)의 높이는 대략 30 내지 200 ㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 정점은 곡선이면서 기재층(110)에 접하는 외부면이 직선 단면을 갖는 프리즘 패턴의 경우, 상기 도광판으로부터 대략 74도로 경사지게 입사되는 광은 직선면을 투과하여 경사지게 출사되는 반면에 도 6b에 도시한 바와 같이, 정점은 곡선이면서 기재층(110)에 접하는 외부면이 쌍곡선의 곡선단면을 갖는 프리즘 패턴의 경우, 상기 도광판으로부터 대략 74도로 경사지게 입사되는 광은 곡선면을 투과하여 수직광으로 출사되어 광휘도를 높일 수 있는 것이다.
그리고, 상기 패턴층(120)을 (x2/a2)- (y2/b2)= -1 (단, a＞0) 으로 이루어지는 쌍곡선중 어느 하나의 곡선으로 형성되는 단면을 갖는 곡선 프리즘 패턴(127)으로 이루어짐으로써, 직압출가공시 폴리머 수지가 롤의 외부면에 형성된 패턴의 요홈내로 진입되어 채워지는 과정에서 요홈의 산부위 정상까지 채워지게 됨으로써 패턴의 인각율을 종래 대비 80% 이상으로 높일 수 있고, 인각률 상승에 의하여 휘도를 높일 수 있는 것이다.
상기한 구성을 갖는 프리즘 시트(100)를 채용한 백라이트 유닛(1000)은 도 3에 도시한 바와 같이, 전원인가시 광을 발생하는 광원(140)와, 상기 광원(140)으로부터 발생된 광을 상기 프리즘시트측으로 가이드하는 도광판(150)와, 광원(140)으로부터 발생된 광을 도광판(150)측으로 반사시키기 위해 광원(140)을 감싸도록 설치된 하우징(145), 상기 도광판(150)의 하부에 설치되어 도광판의 하부면으로부터 새어나오는 광을 반사시키는 반사 시트(160)와, 상기 도광판(150)의 상부에 설치되어 도광판(150)을 통해 출사되는 광을 균일하게 확산시키는 확산 시트(160)와, 상기 확산 시트(155)의 상부에 설치되어 이를 통과하면서 확산된 광을 집광시키며 기재층(110)의 상부면에 곡선 프리즘 패턴(127)이 반복적으로 형성된 패턴층(120)이 형성된 프리즘 시트(100) 및 상기 프리즘 시트(100)의 상부에 설치되어 프리즘 시트(100)를 보호하는 보호 시트(130)를 포함하여 구성된다.
상기 광원(140)은 전극이 관내에 설치되는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL)를 사용하거나 발광 다이오드(light emitting diode; LED)를 사용할 수 있다.
상기 도광판(150)은 상기 광원(140)으로부터 조사된 광을 면 광원으로 변환시키는 것으로, 통상 아크릴 수지인 PMMA(PolyMethyMethacrylate), 폴리올레핀 또는 폴리카보네이트와 같은 일정한 굴절율을 갖는 투명한 재질로 제조한다.
상기 반사 시트(160)는 상기 도광판(150)의 하부에 설치되어 도광판(150)의 하부면으로 새어나오는 광을 프리즘 시트측으로 반사시켜 광이용 효율을 향상시킨다.
상기 확산 시트(155)는 상기 광원(140)으로부터 도광판(150)을 통해 입사된 광을 액정 표시 패널(미도시)의 정면으로 향하게 하고, 넓은 범위에서 균일한 분포를 가지도록 광을 확산시켜 액정 표시 패널에 조사하게 한다. 이러한 확산시트(155)로는 양면에 소정의 광 확산용 부재가 코팅된 투명 수지로 구성된 필름을 사용하는 것이 바람직하다
한편, 상기 프리즘 시트(110)는 상기 확산 시트(155)로부터 출사되어 입사되는 광들 중에서 경사지게 입사되는 광을 수직으로 출사되게 변화시키는 역할을 하며, 이는 액정 표시 패널로 입사되는 광이 액정 표시 패널과 수직을 이룰 때 광 효율이 커지기 때문이다.
도 7a는 프리즘 패턴의 단면에 따른 휘도변화를 도시한 것이고, 도 7b는 프리즘의 단면에 따른 광출사 분포를 도시한 것이다.
도 7a 와 도 7b 에서, 본 발명의 프리즘 시트에서 얻어지는 휘도 및 시야각이 삼각단면상의 프리즘 패턴을 종래와, 직선형 외부면을 갖는 비교예에 비하여 상대적으로 높아지는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
100 : 프리즘 시트 110 : 기재층
120 : 패턴층 127 : 곡선 프리즘 패턴
130 : 보호시트
140 : 광원 150 : 도광판
155 : 확산시트 160 : 반사시트

Claims (5)

  1. 도광판으로부터 경사지게 입사되는 광의 진행경로를 수직방향으로 굴절시키는 프리즘 시트에 있어서,
    위로 볼록한 곡면을 갖는 곡선 프리즘 패턴을 기재층의 상부면에 서로 인접하도록 반복적으로 돌출형성한 패턴층 ; 을 포함하고,
    상기 곡선 프리즘 패턴의 단면은 (x2/a2)- (y2/b2)= -1 (단, a＞0) 으로 이루어지는 쌍곡선중 어느 하나의 곡선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 쌍곡선 패턴형 프리즘 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재층과 곡선 프리즘 패턴의 곡선면에 근접하는 점근선에 의해서 형성되는 내각은 50 내지 60도 로 형성되는 것을 특징으로 하는 쌍곡선 패턴형 프리즘 시트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내각은 54도 로 형성되는 것을 특징으로 하는 쌍곡선 패턴형 프리즘 시트.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 내각은 상기 쌍곡선의 점근선이 이루는 점근선각과 동일한 크기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 쌍곡선 패턴형 프리즘 시트.
  5. 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 가이드하기 위한 도광판; 및
    상기 도광판 상부에 배치되며, 위로 볼록한 곡면을 갖는 곡선 프리즘 패턴을 기재층의 상부면에 서로 인접하도록 반복적으로 돌출형성한 패턴층을 포함하고,
    상기 곡선 프리즘 패턴의 단면은 (x2/a2) - (y2/b2)= -1 (단, a＞0) 으로 이루어지는 쌍곡선중 어느 하나의 곡선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
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