KR20150144719A - 면광원 커버 제조방법 및 이로부터 제조된 평판 조명장치 - Google Patents

면광원 커버 제조방법 및 이로부터 제조된 평판 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도광층; 도광층의 일면에 적층되는 확산층; 도광층의 타면에 구비되는 반사판; 및 광원 모듈;을 포함하는 평판 조명장치로서, 상기 광원 모듈은 도광층과 반사판의 경계선을 기준으로 높이가 도광층보다 낮도록 구비되는 것인 평판 조명장치에 관한 것이다.

Description

면광원 커버 제조방법 및 이로부터 제조된 평판 조명장치{Manufacturing method of surface light cover and surface light device therefrom}
본 발명은 면광원 커버 제조방법 및 이로부터 제조된 평판 조명장치에 관한 것이다. 상세하게 본 발명은 도광층과 확산층을 공압출함과 동시에 광원 모듈을 특정 위치로 구비함으로써 빛의 산란을 억제하고, 대면적의 도광판에서도 면 전체에 걸쳐 고르게 빛을 분산할 수 있는 면광원 커버 제조방법 및 평판 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치(liquid crystal display, LCD)는 다양한 분야에 널리 사용되는 대표적인 디스플레이 장치이다. 이러한 액정 표시장치는 비발광형 장치이므로, 빛을 발생시키기 위한 조명장치가 요구된다. 이 조명장치는 액정표시장치의 크기와 광효율을 결정하는 중요한 요소이며, 다양한 광학적 부재의 어셈블리로 이루어진다.
일반적으로 조명장치는 직관등(형광등 형상), 벌브, 그리고 평판형으로 나눌 수 있다. 이 중 평판형은 광원 모듈의 위치에 따라 면광원 커버의 배면에 위치하는 직하형과, 면광원 커버의 측면에 위치하는 엣지형(edge)으로 구분된다.
직하형은 광원 모듈이 면광원 커버의 배면에 위치하여 광의 진행방향과 일치하며, 광의 강한 직진성에 의한 눈부심을 가리기 위해 확산판을 면광원 커버에 더 구비하여 눈부심을 제어한다. 그런데 확산판이 광을 충분히 가려주지 못하면 빛을 발산하는 광원 모듈의 모양이 보이게 된다. 이를 핫스팟(hotspot)이라 하는데 이 핫스팟이 보이지 않게 하려면 확산판의 흐림도(haze)가 매우 높거나 확산판과 광원 모듈의 거리를 충분히 이격시켜야 한다. 또는 광원 모듈의 간격을 가급적 좁혀 이격 거리를 줄일 수 있다.
반면 엣지형은 LED TV의 백라이트와 같은 원리로 구현된다. 즉 도 1의 (a)와 같이 도광층(100), 확산판(200), 반사판(300) 및 광원 모듈(400)이 구비될 때, 상기 광원 모듈은 도광판(100)의 측면에 위치하게 되는데, 1면, 2면 또는 4면에 위치하는 식으로 구성된다. 백라이트 원리를 채용하였기 때문에 엣지형은 패터닝이 형성된 도광판과 패턴 및 빛을 확산시키기 위한 확산판으로 구성된다. 엣지형은 직하형에 비해 광원 모듈의 개수도 줄일 수 있으며, 이격 거리를 띄울 필요가 없기 때문에 직하형 대비 훨씬 얇은 두께의 조명장치를 제조할 수 있어 디자인 측면에서도 우위에 있으며, 무엇보다 측면 광원 모듈의 수를 조정하거나 1면에 배치할 수 있어 직하형 대비 제조원가가 크게 낮다는 장점이 있다.
하지만, 이와 같은 장점에도 불구하고 엣지형 조명장치를 만들기 위해서는 반드시 도광판과 확산판을 따로 사용해야 하고, 조명장치의 모양이나 규격에 따라 도광판에 패턴을 설계해서 스크린 인쇄나 레이저로 패터닝을 해야 하는 단계가 추가로 필요하다. 또한 확산판을 겹쳐 놓아야 하기 때문에 도광판과 확산판의 마찰에 의한 갈림 현상으로 표면 스크래치에 의한 불량 발생이 생겨나기도 하는 등 제조공정이 직하형 대비 어려운 점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 도광판과 확산판을 하나의 시트 형태로 공압출한 복합 기능판에 대한 특허들이 다수 있다(일본 공개특허 2010-266611, 2011-170254, 대한민국 공개특허 10-2008-0000053, 대한민국 등록특허 10-1137790 등). 상기 특허들은 대부분 도광층과 확산층의 이중층 구조를 가지고 있으면서 확산층에 산란제를 다수 함유함으로써 도광과 확산을 동시에 이루도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.
그러나 상기 선행기술들을 이용하여 제작된 제품도 없을뿐더러, 모방 제조하려던 시도도 모두 상용화하는데 실패하였다. 그 이유는 인용발명은 모두 도광층과 확산층의 계면에 존재하는 산란제에 의해 입광부부터 빛의 산란이 크게 일어나게 되며, 이로 인해 도광판의 중간 부분이 어두워지는 결과를 얻게 된다. 이러한 빛의 산란의 도광판에 패턴을 적용해서 중간 부분 이후까지 빛을 인가하는 기존의 패터닝 방식으로도 해결할 수 없다. 즉 도광판의 도입 목적을 달성할 수 없게 된다. 이를 조금이나마 환화하기 위해 확산층에 포함되는 산란제의 양을 줄이거나 수지와의 굴절율 차이가 작은 입자를 포함하기도 하나, 이 경우 확산층이 배면 패턴을 은폐하는 것이 불가능하여 확산층으로서의 기능을 달성할 수 없다.
따라서 입광부에서 발생하는 빛의 산란을 줄이면서도 대면적의 도광판에 효율적으로 빛을 전달하여 면 전체에 걸쳐 고르게 빛을 분산할 수 있는 조명장치의 개발이 강력히 요구되고 있다.
일본 공개특허 2010-266611 (2010년 11월 25일) 일본 공개특허 2011-170254 (2011년 09월 01일) 대한민국 공개특허 10-2008-0000053 (2009년 06월 18일) 대한민국 등록특허 10-1137790 (2012년 04월 12일)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 대면적의 도광판에서도 빛의 산란 없이 효과적으로 빛을 분산할 수 있는 평판 조명장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 패턴을 형성하지 않고, 확산판 제조 공정을 생략하여 공정 및 제조비용을 줄일 수 있는 면광원 커버 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 면광원 커버 제조방법 및 이로부터 제조된 평판 조명장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태는 도광층; 상기 도광층 상에 접하며, 공압출에 의해 적층된 확산층; 및 상기 도광층에 광을 조사하는 광원모듈;을 포함하는 평판 조명장치로, 상기 광원 모듈은 상기 도광층과 확산층의 계면보다 낮은 위치에 구비되는 평판 조명장치에 관한 것이다. 도광층과 광원모듈의 구비 위치를 식으로서 설명하면 하기 식 1과 같다.
[식 1]
0.2d1 ≤ d2 ≤ 0.95d1
(상기 식 1에서 d1은 도광층의 높이이고, d2는 광원 모듈의 높이이다.)
본 발명은 상기 도광층 또는 확산층을 구성하는 수지 100 중량부에 대하여 산란입자 0.001 내지 2 중량부를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 도광층 및 확산층은 투명성 수지를 포함하여 이루어질 수 있으며, 상세하게는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 공중합체에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
본 발명에서 상기 산란입자는 유기 및 무기입자일 수 있으며, 상세하게는 아크릴계, 스티렌계, 우레탄계, 멜라민계, 벤조구아나민계, 에폭시계, 실리콘, 실리카, 글래스, 산화 티탄, 불화 마그네슘, 산화 지르코늄, 알루미나, 산화 세륨, 산화 하프늄, 오산화 니오브, 오산화 탄탈, 산화 인듐, 산화 주석, 산화 인듐 주석, 산화 아연, 규소, 황아연, 탄산칼슘, 황산바륨, 실리콘 나이트라이드 및 알루미늄 나이트라이드에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 또한 평균입경이 2 내지 30㎛일 수 있다.
본 발명에서 상기 도광층은 두께가 0.01 내지 5㎜일 수 있으며, 상기 확산층은 두께가 1 내지 1,000㎛일 수 있다.
본 발명의 다른 양태는
a) 투명성 수지를 포함하는 펠렛을 제조하는 단계;
b) 상기 펠렛을 2층 이상의 시트로 공압출하는 단계; 및
c) 상기 연신된 시트를 절단, 경면가공하는 단계;
를 포함하는 면광원 커버 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 상기 펠렛을 구성하는 투명성 수지 100 중량부에 대하여 산란입자 0.001 내지 2 중량부를 더 포함할 수도 있으며, 상기 투명성 수지 100 중량부에 대하여 티타늄, 구리, 니켈, 금, 크롬, 탄탈늄, 백금, 주석, 은, 인, 알루미늄, 인듐, 팔라듐, 코발트, 실리콘, 게르마늄, 하프늄, 루테늄 및 철에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 충전제 1 내지 20 중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 면광원 커버 제조방법은 투명성 수지를 포함하는 확산층용 펠렛, 투명성 수지 및 산란입자를 포함하는 도광층용 펠렛 및 투명성 수지 및 충전제를 포함하는 반사층용 펠렛을 각각 제조한 후, 3층의 시트로 공압출하여 하나의 시트 형태로 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 면광원 커버 제조방법 및 이로부터 제조된 평판 조명장치는 기존의 기술에 비해 확산판 및 패턴을 구비할 필요가 없어 공정 및 제조비용을 단축할 수 있으며 패턴 형성 시 발생할 수 있는 불량을 크게 줄일 수 있다. 또한 광원 모듈의 위치를 특정 범위로 고정함으로써, 입광부에서 발생할 수 있는 빛의 산란을 최소화하고, 대면적의 면광원 커버에서도 빛의 산란 없이 중간 부분까지 효과적으로 빛을 분산 및 도광할 수 있다.
도 1은 선행기술 및 본 발명의 일 양태에 따라 제조된 엣지형 평판 조명장치의 단면을 도시한 것으로, (a)는 선행기술에 따라 제조된 조명장치, (b) 및 (c)는 본 발명에 따라 제조된 조명장치를 도시한 것이다.
도 2는 선행기술을 통해 제조된 조명장치의 도광 상태 및 핫스팟(hotspot)을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 조명장치의 도광 상태를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 조명장치의 휘도 측정 위치를 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 실시예 및 비교예를 통해 제조된 면광원 커버의 휘도를 도시한 것이다.
이하 도면 및 구체예를 포함하여 본 발명에 따른 면광원 커버 제조방법 및 이로부터 제조된 평판 조명장치를 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 구체예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
본 발명에서 용어 “경계선”은 다른 기재가 없는 한 도광층을 측면에서 바라볼 때, 도광층과 그 일면 또는 타면에 적층되는 확산층 또는 반사층이 이루는 계면이거나, 도광층의 측면에서 바라보았을 때 도광층의 일면 또는 타면이 형성하는 가상의 선으로 연장한 것을 뜻한다.
본 발명의 평판 조명장치에서 사용되는 용어 “일면”, “타면”, “측면”은 다른 기재가 없는 한 모두 직육면체의 도광층을 기준으로 결정되는 것으로, “일면”은 도광층에서 확산층이 적층된 면을 의미하며, “타면”은 “일면”과 대향되어 형성된 면을 의미한다. “측면”은 일면과 타면을 제외한 나머지 네 개 면을 의미한다.
본 발명에서 구성 요소의 구비위치는 반사판을 중심으로 반사판의 상부(上部)에 도광층이 위치하며, 도광층의 상부, 즉, 반사판과 대향되는 일면에 확산층이 적층된다. 또한 광원모듈은 도광층의 측면에 위치하며, 높이 방향은 반사판에서 확산층으로의 방향을 뜻한다.
본 발명에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 다른 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아닌 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한 본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 광학부재는 액정표시장치(LCD)뿐 아니라 전기영동 표시장치 등의 모든 수광형 표시장치에 적용될 수 있다.
본 발명자들은 기존의 엣지형 조명장치는 반드시 도광판과 확산판을 따로 구비해야 하고, 조명장치의 모양이나 규격에 따라 도광판에 패턴을 설계해서 스크린 인쇄나 레이저로 패터닝을 해야 하는 단계를 추가하여야 하며, 결정적으로 도광층과 확산층을 공압출하여 형성하는 경우 빛의 산란에 따른 휘도가 불균일하고 광이 제대로 출사되지 않는 암부(dark area)가 발생하는 문제점을 인지하고 이를 해결하기 위해 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 도광판의 측면에 구비되는 광원 모듈의 위치를 조절함으로써 확산층과 도광층을 동시에 공압출하여 형성하였음에도 빛의 산란이 최소화하고, 대면적의 도광판에서도 빛의 산란 없이 효과적으로 빛을 분산하여 도광판 전체에 걸쳐 균일한 휘도를 갖는 것을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명에 따른 평판 조명장치는 도광층; 상기 도광층 상에 접하며, 공압출에 의해 적층된 확산층; 및 상기 도광층에 광을 조사하는 광원모듈;을 포함하며, 상기 광원 모듈은 상기 도광층과 확산층의 계면보다 낮은 위치에 구비되는 것을 특징으로 한다. 또한 경우에 따라 도광층 중 확산층과 접하지 않는 일면에 반사판을 더 구비할 수도 있다.
본 발명에서 상기 발광소자를 포함하는 광원 모듈은 형태 및 종류를 한정하지 않으나, 특정 위치를 만족하는 것이 좋다. 도 1의 (b) 내지 (d)는 본 발명의 바람직한 일예에 따른 평판 조명장치를 도시하고 있다. 상기 광원 모듈(400)은 상기 도광층(100)에 측면에 위치할 수 있는데, 도광층(100)과 확산층(110)이 이루는 계면(경계선)을 기준으로 낮은 위치에 구비되는 것이 중요하다. 다시 말하면 광원 모듈의 아래 면을 도광판의 타면이 이루는 경계선과 일치시켰을 때 광원 모듈의 윗면이 도광판 일면이 이루는 경계선에 못 미치도록 구성하는 것이 좋다. 도면을 통해 이를 나타내면 도 1의 (b)와 같이 도광층의 높이(d1)가 광원 모듈의 높이(d2)보다 낮은 것이 좋다.
일반적으로 공압출을 통해 도광층과 확산층을 이중층 구조로 형성하면 도광판과 확산판의 갈림 현상이 발생하지 않으나, 도광층과 확산층의 계면 상에 산란제, 산란입자의 존재에 의해 광원 모듈에서 출발한 빛이 도광층에 도달하는 입광부부터 빛의 산란이 크게 발생하게 된다. 도광층 내에서 빛의 도광거리가 100㎜ 이하인 소면적인 경우 입광부에서 발생하는 빛의 산란에도 불구하고 빛의 도광 거리가 짧아 비교적 균일하게 확산층으로 빛이 출사될 수 있다. 그러나 도광거리 300㎜ 이상의 대면적인 경우 입광부에서 빛의 산란이 증가하면 도광층 내부에서 빛이 충분히 전달되지 않아 결과적으로 입광부에서 안쪽으로 갈수록 빛의 출사량이 급격히 줄어들게 된다. 본 발명에 따른 평판 조명장치는 상기와 같이 광원 모듈의 위치를 도광층과 확산층의 계면보다 낮은 위치에 구비함으로써 빛의 초기 산란을 크게 줄일 수 있으며, 광원 모듈의 전방으로 빛을 효과적으로 전개할 수 있다.
상기 도광층과 광원 모듈의 높이차를 더욱 상세히 하면 하기 식 1을 만족하는 것이 좋다.
[식 1]
0.2d1 ≤ d2 ≤ 0.95d1
(상기 식 1에서 d1은 도광층의 높이이고, d2는 광원 모듈의 높이이다.)
즉, 도 1에서 (b) 내지 (d)와 같이 도광층과 반사판이 이루는 경계선을 기준으로 광원 모듈의 아래면을 도광판의 하단과 일치시켰을 때, 광원 모듈의 높이는 도광층의 높이보다 작은 것이 바람직하다. 상기 d2의 범위로 더욱 바람직하게는 0.5d1 내지 0.9d1인 것이 좋으며, 가장 바람직하게는 0.6d1 내지 0.8d1인 것이 좋다. d2가 상기 범위 미만인 경우 도광층으로 출사되는 빛의 양 자체가 줄어들어 도광판에서 출사되는 빛의 양이 전체적으로 줄어들어 휘도가 줄어들 수 있으며, d2가 상기 범위 초과인 경우 도광층과 확산층 계면에 존재하는 산란제에 의한 빛의 산란이 발생하여 확산판으로의 출사량이 줄어들 수 있으며, 결국 300㎜ 이상의 도광거리를 갖는 시중 제품을 제조할 수 없다.
또한 본 발명에 따른 상기 도광층 또는 확산층은 수지 100 중량부에 대하여 산란입자 0.001 내지 2 중량부를 더 포함할 수 있으며, 또는 여기에 도광층의 타면에 반사판을 더 구비한 면광원 커버를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 평판 조명장치에서 면광원 커버는 도광층과 확산층을 포함하는 2층 이상의 다층 시트를 의미한다.
본 발명에서 상기 광원 모듈은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 형태 및 구성에 한정하지 않는다. 일예로 인쇄회로기판(printed circuit board, PBC) 및 PBC에 부착되는 발광소자를 포함할 수 있다. 상기 발광소자는 하나 또는 둘 이상의 복수 개일 수 있으며, 배치 간격 또한 자유롭게 정할 수 있다.
본 발명에서 상기 발광소자는 형태 및 종류에 한정하지 않으며, 예를 들어 LED(light emitting diode), LD(laser diode), OLED(organic light emitting diode) 등에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 바람직하게는 LED칩을 사용하는 것이 좋다.
본 발명에서 상기 광원 모듈(400)은 출사되는 광이 소실되지 않고 도광층(100)으로 입사될 수 있도록 도광층과의 거리를 조절할 수 있다. 즉 도면에서는 광원 모듈과 도광층 사이의 공간이 이격되어 있는 것으로 묘사되었으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 광원 모듈과 도광층은 서로 밀착하여 배치할 수 있다.
본 발명에서 도광층(100)은 광원 모듈에서 조사되는 광이 도광층의 상면으로 출사되도록 가이드하는 역할을 수행하며, 입사광을 투과시킬 수 있는 투명성 수지로 구성될 수 있다.
본 발명에서 상기 투명성 수지의 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상을 사용하여도 무방하다.
광원 모듈에서 출사된 광은 도광층 내로 입사된 후, 도광층의 상면과 하면 사이에서 전반사를 반복하면서 도광층 내부를 도광할 수 있다. 그러다 전반사 또는 확산되어 확산층(110)이 형성된 일면 방향으로 출사할 수 있다.
상기 확산층(110)은 광원 모듈에서 출사되는 광을 혼합, 확산하기 위한 것으로 도광층의 일면에 적층된 형태일 수 있다. 상기 확산층은 도광층과 동일 또는 상이한 투명성 수지를 사용할 수 있으며, 확산층과 도광층이 포함하는 투명성 수지는 서로 상용성이 있는 것을 사용하는 것이 좋다. 상용성이 없는 수지를 도광층과 확산층으로 사용할 경우, 사용 조건에 따라 계면이 벌어져 불량이 발생할 수 있다.
또한 본 발명에서 한정하는 것은 아니나, 형광체, 확산제를 더 포함할 수 있으며, 미세한 패턴을 더 형성할 수도 있다. 이는 도광층에서 출사한 빛의 진행을 돕는 전방산란을 유도하여 광원 모듈을 통한 초기 산란을 줄여주고, 도광판 내부로 빛을 전진시킬 수 있다. 또한 광의 색변환이나 선명도 등을 조절할 수도 있다.
본 발명에서 형광체, 확산제는 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서 종류에 한정하지 않으며, 일예로 대한민국 공개특허 2014-0108229, 2014-0107065, 2014-0106708 등에 기재된 형광체나, 유리 비즈, 실리카 입자, 수산화알루미늄 입자, 탄산칼슘 입자, 탄산바륨 입자, 산화티탄 입자 등의 무기 입자; 가교 스티렌 수지 입자, 가교 아크릴 수지 입자, 가교 실리콘 수지 입자 등의 유기 입자; 무기 분말-아크릴 수지 입자 등의 무기-유기 입자 등의 확산제를 사용할 수 있다.
본 발명에서 반사판(300)은 도광층의 타면에 구비되며, 도광층의 내부를 도광하는 광을 도광층의 일면 방향으로 반사시킬 수 있다. 즉, 상기 광원 모듈에서 출사하여 상기 도광층으로 입사하였으나, 확산층을 향하지 않는 광을 반사시켜 상기 확산층을 향하게 한다. 이로 인해 상기 광원 모듈에서 방출된 광의 손실을 줄여 광효율을 향상시킬 수 있다.
상기 반사판(300)은 상기 도광층과 대략 일치하는 크기 및 형태를 가지도록 형성될 수 있다. 상기 반사판은 상기 도광층과 같이 사각판형으로 형성될 수 있다. 또한 도광층의 재질, 굴절율 등에 따라 자유롭게 이격 거리를 조절할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
상기 반사판(300)은 폴리에스테르계 수지 등의 베이스 수지에 충전제(filler)를 분산, 함유시킨 백색의 시트 또는 베이스 수지로 형성되는 필름의 표면에 상기 필러와 동일 또는 상이한 물질을 증착할 수 있다. 또는 베이스 수지 없이 필러와 동일 또는 상이한 재질로만 이루어질 수 있다.
본 발명에서 상기 충전제의 종류를 한정하는 것은 아니며, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다. 상기 충전제는 베이스 수지 내부에서 나노 크기의 미세 입자이거나, 표면에 증착될 수 있으며, 본 발명이 이를 제한하는 것은 아니다.
또한 본 발명에 따른 평판 조명장치는 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 도광층, 확산층 또는 도광층과 확산층 모두에 산란입자(130)를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 산란입자는 도광층 또는 확산층을 구성하는 투명성 수지와의 굴절율(refractive index) 차이를 이용하여 빛을 산란시키는 역할을 수행하며, 상기 목적 이외에 투명성 수지와의 상용성 및 분산성이 우수한 것이라면 유기계 또는 무기계를 사용하여도 무방하다. 또한 상기 입자의 형상 또한 제한하지 않으며, 구형, 다면체 또는 무정형이어도 무방하다.
본 발명에서 상기 유기계 산란입자로 예를 들면, 아크릴 수지, 스티렌 수지, 우레탄 수지, 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지, 에폭시 수지 등의 유기계 소재로 이루어진 입자를 들 수 있다.
상기 무기계 산란입자로 예를 들면, 실리콘, 실리카, 글래스, 산화티탄, 불화마그네슘, 산화지르코늄, 알루미나, 산화세륨, 산화하프늄, 오산화니오브, 오산화탄탈, 산화인듐, 산화주석, 산화인듐주석, 산화아연, 규소, 황아연, 탄산칼슘, 황산바륨, 실리콘 나이트라이드 및 알루미늄 나이트라이드에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
산란입자로 더욱 상세하게는 일본촉매(NIPPON SHOKUBAI)사제의 벤조구아나민ㆍ포름알데히드 축합물(에포스타 M30: 굴절률 1.66), 멜라민ㆍ포름알데히드 축합물(EPOSTAR, 굴절률 1.66), 폴리(메틸메타크릴레이트)계 가교물(EPOSTAR MX, 굴절률 1.49), 세키스이 화성(SEKISUI CHEM.)사제의 가교 폴리(메타크릴산 메틸)(MBX, 굴절률 1.49), 가교 폴리스티렌(SBX, 굴절률 1.59), 소켄(Soken) 화학사에의 폴리스테렌 수지계 비드(KSR-3, 굴절률 1.59), 토시바 실리콘(TOSHIBA SILICON)사제의 실리콘 수지(toss pearl, 굴절률 1.43), 토레이(TORAY)사제의 에폭시 수지(Toray pearl, 굴절률 1.59), 간즈(Ganz)사제의 폴리스티렌계 비드(GS-0459S-6, 굴절률 1.59) 또는 선진 화학사제의 폴리스티렌계 비드(HR-59-40, 굴절률 1.59) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 산란입자는 평균 입경이 2 내지 30㎛일 수 있다. 2㎛ 미만인 경우 광산란 효과가 너무 커져 입광부에서 빛의 산란이 커져 빛의 도광거리가 크게 감소할 수 있으며, 30㎛ 초과인 경우 광확산 또는 광산란 효과가 저하될 우려가 있다. 또한 첨가량은 도광층 또는 확산층을 구성하는 수지 100 중량부에 대하여 0.001 내지 2 중량부 포함될 수 있다. 0.001 중량부 미만 첨가되는 경우 광산란 효과가 적어 휘도가 저하될 수 있으며, 2.0 중량부 초과 첨가되는 경우 산란 효과가 커져 입광부에서 산란이 증가하여 빛의 도광거리가 크게 감소할 수 있다.
본 발명에 따른 도광층은 두께가 0.01 내지 5㎜일 수 있다. 도광층의 두께가 0.01㎜ 미만인 경우 도광판 물성이 크게 저하되어 제품 활용이 어려울 수 있으며, 5㎜ 초과인 경우 도광판의 가격이 크게 증가할 수 있다. 또한 확산층은 두께가 1 내지 1,000㎛일 수 있다. 1㎛ 미만인 경우 빛의 산란이 크게 감소 할 수 있으며, 1,000㎛ 초과인 경우 빛의 산란이 크게 증가하여 입광부의 빛산란 증가로 인해 도광거리가 크게 감소 할 수 있다.
본 발명에 따른 도광층, 확산층 또는 반사판은 상기 물질 이외에도 기타 색소, 산화방지제, 광안정제, 적외선 흡수제, 자외선 흡수제, 항산화제, 계면 활성제, 대전 방지제, 난연제, 활제, 중금속 불활성제, 투명화제, 조핵제, 결정화제, 상용화제 등의 각종 첨가제를 사용할 수 있다. 본 발명에서 각종 첨가제의 함유량은 한정하지 않으나 각 층에 포함되는 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부 첨가되는 것이 바람직하다.
또한 도 1을 통해 도시된 평판 조명장치는 확산층, 도광층, 반사판 및 광원 모듈만을 도시하고 있으나, 필요에 따라 지지부, 테두리, 쿠션 등의 하우징이 더 포함될 수 있으며, 본 발명이 상기 구성을 모두 포함할 수 있음은 물론이다.
본 발명에서 상기 면광원 커버는 하기와 같은 제조방법을 통해 제조될 수 있다.
a) 투명성 수지를 포함하는 펠렛을 제조하는 단계;
b) 상기 펠렛을 2층 이상의 시트로 공압출하는 단계; 및
c) 상기 연신된 시트를 절단, 경면가공하는 단계;
본 발명에서 상기 a) 단계는 일반적인 압출기를 사용하여 펠렛화할 수 있다. 이때 투명성 수지에 산란입자를 더 포함할 수 있으며, 상기 산란입자는 도광층, 확산층 또는 도광층 및 확산층을 구성할 투명성 수지 모두에 포함될 수 있다. 또한 상기 산란입자 이외에도 각종 첨가제를 더 포함하여도 무방하다.
펠렛을 제조한 후, 상기와 같이 압출기를 통해 도광층 및 확산층을 형성하도록 2층 이상으로 공압출한다. 필름을 형성하기 위한 수지의 압출은 일반적인 방법을 사용할 수 있으며, 상기 도광층을 구성하는 수지를 토출하는 제 1 압출기와 상기 확산층을 토출하는 제 2 압출기의 토출비는 도광층 및 확산층의 두께비 및 광원 모듈의 크기에 따라 자유롭게 조절할 수 있으며, 바람직하게는 1 : 10 내지 1 : 30 일 수 있다.
압출된 시트는 크기에 맞추어 절단하고 경면가공을 진행한다. 본 발명에서 상기 경면가공은 광원 모듈을 통해 도광층으로 광이 입사할 때, 가능하면 많은 양의 빛을 그대로 받아들여 전면으로 전환되는 빛의 양을 증가시키도록 하는 공정으로, 표면의 조도를 최소화하여 평탄화시킬 수 있다.
본 발명에서 경면가공 진행 시 시트 표면의 산술 평균 거칠기(Ra)는 5㎛ 이하, 바람직하게는 0.1 내지 5㎛일 수 있다 0.1㎛ 미만의 경우 입광 효율이 저하될 수 있으며, 5.㎛ 초과인 경우에도 입광 효율이 저하될 수 있다.
또한 본 발명에서는 빛이 입사하는 도광판의 측면부에 입광 효율을 좀 더 증가시키기 위해 세레이션(serration)과 같은 패턴을 입광부에 만드는 것도 가능하다. 이는 도입되는 전체 광량의 일부를 손해 보더라도 균일도를 향상시켜 화질을 개선하기 위한 것이다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본원발명이 하기 실시예 및 비교예에 의해 제한되는 것은 아니다.
하기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 시편의 물성 측정방법 및 측정장비는 다음과 같다.
(휘도)
23인치 모니터용 Back Light Unit(BLU, LG 디스플레이) 및 면조명(FPLEW40123-GDW-M, 솔라루체)의 LED에 연결한 후, 포터블 휘도계(LU-LX1128SD, ECEFast)를 이용하여 휘도를 측정하였고, 적분구(HAAS-1200, EVERFINE)를 이용하여 색온도 및 효율을 측정하였다. 이때 휘도는 측정 위치별로 1 내지 9 구간으로 나누어 측정한 후 3개 구간의 평균으로 구하였다(A = ①,②,③, B = ④,⑤,⑥, C = ⑦,⑧,⑨).
(실시예 1)
먼저 확산층용 펠렛의 경우 폴리메틸메타크릴레이트 수지(메틸 메타아크릴레이트:메틸 아크릴레이트 97/3 공중합체, LG MMA HP202, 분자량 120,000) 100 중량부에 대하여 표 1에 기재된 양의 산란입자(SMX-12R, SKEKISUI) 및 산화방지제(Irgnox 1010, Basf) 0.1 중량부를 밴버리 믹서로 혼합 후 이축 압출기(32Φ, L/D 36, SM PLATEK)을 이용하여 실린더 온도 230℃ 에서 혼련 후 펠렛화 하였다.
도광층용 펠렛은 HP202에 제작된 Master Batch를 표 1에 기재된 함량을 투입한 후, 밴버리 믹서로 혼합(Dry mixing) 하였다. 이때 Master Batch의 경우 HP202 100 중량부에 대하여 0.1 중량부의 광산란제(SBX-8, SKEKISUI) 및 산화방지제(Irgnox 1010) 0.1 중량부를 밴버리 믹서로 혼합 후 이축 압출기(32Φ, L/D 36, SM PLATEK)을 이용하여 실린더 온도 230℃ 에서 혼련 후 펠렛화 하였다.
상기 제조된 도광층용 펠렛을 시트 압출기의 중심 공급 블록(50Φ, L/D 34, 한국 이엠)에 공급하여 도광층을 형성하고 확산층용 펠렛은 보조 공급 블록(30Φ, L/D 32, 한국 이엠)에 공급하여 확산층을 한쪽면에 형성하도록 하였다. 이때 가공조건은 실린더 온도 240℃, 3개의 Roll 온도를 각각 115/108/95℃, 다이온도 230℃ 로 하였으며, 제조된 시편은 폭 350㎜, 길이 65㎜, 두께 3㎜(Skin층 두께 100㎛) 의 복합 도광판을 제조하였다. 이때 d2(광원 모듈의 높이)는 0.67d1(d1은 도광층의 높이)이었으며, 제조된 도광판의 휘도를 측정하여 표 1 및 도 4 내지 5에 기재하였다.
(실시예 2)
도광층에 포함되는 마스터배치의 함량을 표 1과 같이 달리한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시편의 물성을 측정하여 표 1 및 도 4 내지 5에 기재하였다.
(비교예 1)
확산층만을 형성하였으며, 광원모듈의 높이를 0.67d1(d1은 확산층의 높이)로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시편의 물성을 측정하여 표 1 및 도 4 내지 5에 기재하였다.
(비교예 2)
광원 모듈의 높이를 도광층과 동일하게 형성(d2 = d1)한 것을 제외하고 비교예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시편의 물성을 측정하여 표 1 및 도 4 내지 5에 기재하였다.
(비교예 3)
광원 모듈의 높이를 도광층과 동일하게 형성한 것을 제외하고 실시예 2와 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시편의 물성을 측정하여 표 1 및 도 4 내지 5에 기재하였다.
(비교예 4)
확산층에 포함되는 산란입자의 함량을 4.0 중량부로 하였으며, 확산층의 두께를 400㎛으로 한 것을 제외하고 비교예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시편의 물성을 측정하여 표 1 및 도 4 내지 5에 기재하였다.
(비교예 5)
도광층용 마스터배치에 포함되는 산란입자의 평균입경이 0.5㎛인 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시편의 물성을 측정하여 표 1 및 도 4 내지 5에 기재하였다.
(비교예 6)
도광층용 마스터배치에 포함되는 산란입자의 평균입경이 30㎛인 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시편의 물성을 측정하여 표 1 및 도 4 내지 5에 기재하였다.
(비교예 7)
광원 모듈의 높이(d2)를 1.2d1로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시편의 물성을 측정하여 표 1 및 도 4 내지 5에 기재하였다.
[표 1]
Figure pat00001
[표 2]
Figure pat00002
상기 실시예 1, 2와 같이 본원발명에 따라 제조된 도광판은 높은 평균휘도를 보이면서도 측정 위치에 따른 휘도 차이가 거의 없어 균일도가 우수한 것을 알 수 있다. 이에 반해 확산층만 형성하였거나(비교예 1), 광원모듈의 높이가 본원발명과 동일하거나(비교예 2, 3), 산란입자의 물성이 본원발명과 차이가 있는 경우(비교예 4 내지 7), 본원발명에 비해 휘도가 낮거나 균일도가 크게 떨어지는 것을 알 수 있다.
또한 표 2와 같이 본원발명에 따라 제조된 도광판은 색온도가 5,000k 이상으로 제품으로 적용하기에 우수한 수치를 보이며, 특히 실시예 2는 6,000k 이상의 색온도를 가져 라이트 박스(light box)로 사용하기 적합한 것을 알 수 있다. 또한 효율 측면에서도 모두 70 lm/W 이상의 수치를 보여 광효율 또한 우수한 것을 알 수 있다.
이상으로 본 발명을 실시예 및 비교예를 통해 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 도광층
110 : 확산층
120 : 산란입자
200 : 확산판
300 : 반사판
400 : 광원 모듈

Claims (13)

  1. 도광층;
    상기 도광층 상에 접하며, 공압출에 의해 적층된 확산층; 및
    상기 도광층에 광을 조사하는 광원모듈;을 포함하는 평판 조명장치로, 상기 광원 모듈은 상기 도광층과 확산층의 계면보다 낮은 위치에 구비되는 평판 조명장치.
  2. 제 1항에 대하여,
    상기 도광층 또는 확산층을 구성하는 수지 100 중량부에 대하여 산란입자 0.001 내지 2 중량부를 더 포함하는 것인 평판 조명장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 평판 조명장치는 하기 식 1을 만족하는 것인 평판 조명장치.
    [식 1]
    0.2d1 ≤ d2 ≤ 0.95d1
    (상기 식 1에서 d1은 도광층의 높이이고, d2는 광원 모듈의 높이이다.)
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 도광층 및 확산층은 투명성 수지를 포함하여 이루어진 것인 평판 조명장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 투명성 수지는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 공중합체에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 수지로 이루어진 평판 조명장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 산란입자는 아크릴계, 스티렌계, 우레탄계, 멜라민계, 벤조구아나민계, 에폭시계, 실리콘, 실리카, 글래스, 산화티탄, 불화마그네슘, 산화지르코늄, 알루미나, 산화세륨, 산화하프늄, 오산화니오브, 오산화탄탈, 산화인듐, 산화주석, 산화인듐주석, 산화아연, 규소, 황아연, 탄산칼슘, 황산바륨, 실리콘 나이트라이드 및 알루미늄 나이트라이드에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 평판 조명장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 산란입자는 평균입경이 2 내지 30㎛인 평판 조명장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 도광층은 두께가 0.01 내지 5㎜인 평판 조명장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 확산층은 두께가 1 내지 1,000㎛인 평판 조명장치.
  10. a) 투명성 수지를 포함하는 펠렛을 제조하는 단계;
    b) 상기 펠렛을 2층 이상의 시트로 공압출하는 단계; 및
    c) 상기 연신된 시트를 절단, 경면가공하는 단계;
    를 포함하는 면광원 커버 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 펠렛은 투명성 수지 100 중량부에 대하여 산란입자 0.001 내지 2 중량부를 더 포함하는 것인 면광원 커버 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 펠렛은 투명성 수지 100 중량부에 대하여 티타늄, 구리, 니켈, 금, 크롬, 탄탈늄, 백금, 주석, 은, 인, 알루미늄, 인듐, 팔라듐, 코발트, 실리콘, 게르마늄, 하프늄, 루테늄 및 철에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 충전제 1 내지 20 중량부를 더 포함하는 것인 면광원 커버 제조방법.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 제조방법은 투명성 수지를 포함하는 확산층용 펠렛; 투명성 수지 및 산란입자를 포함하는 도광층용 펠렛;을 각각 제조한 후 3층의 시트로 공압출한 것인 면광원 커버 제조방법.
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