KR20020060550A - 도광판 구조 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도광판 구조 및 이 구조에 의해 제작 된 백라이트 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 도광판 구조는 발광다이오드를 광원으로 이용하는 도광판에 있어서 빛의 균일한 분포를 위하여 도광판의 일측에 빛을 반사하는 복수개의 반사구가 형성되어 있고, 반사구의 측면은 금속 경면 코팅이 되어 있으며 빛의 진행하는 부분은 빛의 굴절 확산을 위해 쐐기형 홈이 형성 되어 있는 것이다.

Description

도광판 구조 및 제조방법{Structure of light guide plate and fabrication methods}

도광판은 액정 디스플레이의 면광원 장치인 배면 광원으로 사용이 되는 백라이트 유닛의 핵심부품으로서 액정 디스플레이의 배면에서 광을 균일하게 분산하여 투과할 수 있도록 하는 장치이다.

통상적으로 TFT LCD를 사용하는 노트북이나 모니터는 형광램프와 도광판을 이용한 백라이트 유닛을 사용한다.

도 1 에 나타나듯이 도광판(1)의 일측에는 길이 방향의 형광램프(3)가 위치하여 있다. 형광램프에서 나온 빛(3, 4)은 길이방향으로 균일성을 가지기 때문에 도광판 내부를 진행을 하면서 면적에 따른 균일한 광의 분포를 생성한다.

그러나 최근 통신 기술의 발전으로 소형 액정 디스플레이를 사용하여야 하는 경우가 증가 하는데 이때에는 소형의 백라이트 유닛이 사용되어야 한다. 따라서 길이방향의 형광 램프는 크기 때문에 사용이 어렵고 발광 다이오드인 LED를 통상 많이 사용을 한다.

도 2 에 나타난 바와 같이 도광판(11)의 한쪽 모서리에 설치된 발광다이오드(12)에 전압을 인가하여(13) 광을 발생하면 광은(14) 도광판의 내부로 진행을 한다. 그러나 발광다이오드의 방향이나 위치에 따라 도광판 내부의 위치가 다를 때(15, 16) 빛의 밝기에 영향이 온다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 발광다이오드를 광원으로 이용할 경우 광의 균일한 확산을 위해 다양한 구조가 제안 되었다.

미국 특허 US06079838에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 발광다이오드에 대해 곡면의 반사면을 가진 도광판을 제작하였다. 그러나 기본적으로 점광원인 발광다이오드의 구조를 탈피하기 어렵고 광의 균일한 확산을 구현하기에 용이치 않다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는 한 점의 주변에서 빛이 나오는 발광다이오드를 형광램프와 같이 선광원으로 변환하고 이를 다시 도광판의 내부로 진입하게 하여 형광램프를 사용한 것 과 같은 균일한 광의 분포를 재현하기 위한 것이다.

도 1 은 형광 램프를 광원으로 이용한 종래의 도광판 구조

도 2 는 발광다이오드를 광원으로 이용한 도광판 빛 확산도

도 3 은 본 발명에 따른 광 반사구가 형성이 된 도광판 구조도

도 4 는 광 반사구가 형성이 된 도광판 빛 의 진행도

도 5 는 광 반사구의 하단 반사면과 도광판 측면에 반사된 광의 진행 경로도

도 6 은 광 반사구의 하단 반사면과 도광판 측면 반사면과 광 반사구의 측면 반사면에 반사된 광의 진행 경로도

도 7 은 광 반사구의 하단 반사면과 도광판 측면반사면과 도광판 끝단 반사면에 반사된 광의 진행 경로도

도 8 은 본 발명에 따른 도광판 구조 사시도

도 9 은 본 발명에 따른 도광판 구조 평면도

도 10는 평면 구조에서의 광의 진행 경로도

도 11 은 본 발명에 따른 도광판 단면 위치도

도 12 은 단면 구조도

도 13 는 단면 구조에서의 전반사 광의 진행 경로도

도 14 은 단면구조에서의 광의 굴절 진행 경로도

도 15 는 본 발명에 따른 발광다이오드 광원과 반사구의 대향 구조도

도 16 은 대향 구조에서의 광의 진행 경로도

도 17 은 금속 판을 이용한 도광판 제작도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

72 : 도광판 광 확산 홈

73 : 도광판 반사구

74 : 도광판 반사구 경면 반사면

76 : 도광판 측면 경면 반사면

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 면광원 장치용 도광판의 구조로서 도 3에 나타난 것과 같이 도광판의 일측에 반사구를 형성한 것이다. 도 3 에 나타난 것과 같이 도광판(21)의 한쪽에는 발광다이오드(22)를 설치하고 광원에 대해 종으로 도광판을 관통하는 구멍인 광 반사구(23)를 복수개 설치하고 광원의 대향면에는 도광판 끝단 반사면을 형성한 것이다.

보통 이러한 도광판의 재질은 PMMA와 같은 아크릴 수지 이거나 PC와 같은 투명 고분자 재료를 사용하는 것으로서 통상적인 플라스틱을 녹여서 금형으로 찍어내는 사출형법을 사용하여 만든다.

투명 고분자 재료는 굴절률이 1.3-1.6 사이 정도 이며 이때 공기의 굴절률인 1 과 비교하여 높은 굴절률을 가지므로 투명 고분자 내부를 진행하는 빛은 공기와 접촉하는 면에서 특정 각도 이하에서는 공기 측으로 휘어 나가지 않고 도로 투명 고분자 내부로 진행하는 광의 전반사 특성을 가진다. 도광판의 원리가 광의 전반사 원리를 이용하여 광의 한쪽에서 모두 빠져 나가지 않고 전반사를 통해 도광판의 끝까지 진행하면서 빛이 균일하게 외부로 빠져나가는 특성을 이용한 것이다.

이러한 구조를 도광판의 필요로 하는 도광판의 밝기에 따라 각 면에 복수개 설치 할 수도 있다.

도 4 에는 광원으로 부터의 광의 진행 경로를 도시한 것이다. 광원으로서는 발광다이오드를 이용하였다. 발광다이오드(32)로부터 나온 빛의 일부분(34)은 각도에 따라 바로 도광판(31)내부로 진입을 한다. 또 다른 광은 광 반사구(33)의 측면 반사면(35)에 부딪쳐서 전반사 각도 이내이면 각도를 바꿔서 도광판 내부로 진행을 한다.(36) 이때 측면 반사면이라고 함은 광 반사구의 면중에서 광이 오는 방향을마주 보거나(35) 반대 방향에 있는 면을 측면 반사면이라고 한다.

도 5 에는 광 반사구의 하단 반사면과 도광판 측면에 반사된 광의 진행 경로도를 나타낸 것이다. 도광판을 관통하게 형성이 된 광 반사구(43)의 하단 반사면(45)은 발광다이오드가 지향하는 방향에 대하여 종으로 된 도광판의 측면(47)과 대향하는 측면을 지칭한다. 이때 발광다이오드(42)로부터 발산된 빛의 일부는 각도에 따라 광 반사구의 하단 반사면에 입사하고(46) 이때 전반사 각도 이내이면 다시 반사되어 도광판의 측면 반사면(47)로 입사하고 이때도 역시 전반사 각도에 의해 반사되어(48) 도광판(41) 내부로 진행을 한다(49).

도 6 은 발광다이오드(52)로부터 나온 광(55)이 광 반사구(53)의 하단 반사면(54)과 도광판 측면에 반사된 광이 다시 광 반사구의 측면 반사면(56)에서 반사되어 도광판(51) 내부를 진행하는 광의 진행 경로도(57)를 나타낸 것이다. 이때 도 5 에 도시 된 경우와 같이 광 반사구의 측면 반사면에서 반사되지 않고 진행하는 광(49)의 경우와 도 6 에 도시된 경우와 같이 측면 반사면(56)에서 반사된 광(57)은 서로 다른 광 경로를 가지게 되어 광의 균일한 분포를 가능하게 한다.

도 7 은 발광다이오드(62)로부터 나온 광이 광 반사구의 하단 반사면(63)과 도광판 측면 반사면에 반사된 광이 다시 광 반사구의 측면 반사면(64)에서 반사되어 도광판(61) 내부를 진행하며 광원과 반대편 끝까지 진행하는 광의 진행 경로도(66)를 나타낸 것이다. 이때 도광판 끝단 반사면(65)에서 반사되어 다시 도광판 내부로 진행을 한다.

도 8 은 광의 반사를 일어나게 하기 위해 도광판 측면 반사면과 광반사구의내면을 금속 박막 코팅을 하여 거울과 같이 빛을 반사할 수 있는 경면 반사면을 형성한 것이다. 동시에 도광판의 밑면도 코팅이 되게 하여 광이 밑으로 나가는 손실을 막을 수 있도록 하였다. 금속 박막 코팅 방법은 열 승화법이나 E-Beam Evaporation 번, 스퍼터링 방법등 종래의 반도체 제조공정에 사용 되는 금속 박막 형성법을 이용할 수 있다. 금속 재료로서는 컴팩트 디스크에 사용이 되는 금 박막이나, 알루미늄 박막을 이용한다. 도 8 에 나타난 것과 같이 도광판(71)에는 광의 확산을 위해 통상적으로 도광판에 형성이 되는 광 확산 홈(72)과 본 발명에 따른 도광판을 관통하는 구멍인 광 반사구(73)과 발광다이오드 지지부(78)과 발광다이오드(79)로 구성이 되어 있다. 또한 광반사구(73)의 내면(74)와 도광판 측면 반사면(76)과 도광판의 밑면(77)과 도광판 상면 일부(75)를 금속 박막 코팅을 통한 거울과 같은 경면을 제작하였다.

상기의 광 확산 홈은 광의 확산 굴절을 다양하게 하기 위한 광 굴절확산부이다.

도 9 는 도 8 의 도광판 구조의 평면도 이다. 도광판(81)에는 광 확산 홈(82)과 본 발명에 따른 도광판을 관통하는 구멍인 광 반사구(83)과 발광다이오드 지지부(86)과 발광다이오드(87)로 구성이 되어 있다. 또한 광반사구(83)의 안쪽 내면(84)와 도광판 측면 반사면(84)과 도광판의 끝단 반사면(88)을 금속 박막 코팅을 통하여 광이 반사되는 거울과 같은 경면을 제작하였다.

광반사구가 도광판을 완전히 관통하지 않고 한쪽 면은 막혀 있더라도 금속 코팅이 가능하고 일부의 광을 반사하도록 하여 위와 같은 기능을 하게 할 수도 있다.

도 10 은 도 8 의 도광판 구조 평면도에서 광의 진행 경로도 이다.

발광다이오드(92)에서 나온 광의 일부는 각도에 따라 도광판(91) 내부로 바로 진행을 하고(93) 일부는 광 반사구의 하단 반사면(94)에서 반사하고(95) 다시 도광판의 측면 반사면에서 반사를 하여 도광판 내부로 진행을 한다.(97) 또한 일부는 다시 광 반사구의 측면 반사면(98)에서 반사를 하여 각도를 바꿔서 도광판 내부로 진행을 한다.(99)또한 일부의 빛은 끝 까지 진행을 하여 도광판의 끝단 반사면(101)에서 반사를 하여 도광판 내부로 진행을 한다.(102)

도 11 은 도광판의 단면을 도시하기 위한 방향이 나와 있다.

도광판(111)을 화살표 방향(112)로 자른 단면도가 도 12 에 나와 있다.

도 12 에는 도광판의 단면 구조로서 도광판(121)에 형성이 된 광 확산 홈(122)과 광이 전반사를 하는 전반사 표면(123)과 상면 일부 금속 코팅면(124)과 금속 코팅이 된 측면 반사면(125)과 금속 코팅이 된 도광판 밑면(126)이 나타나 있다. 상면 일부 금속 코팅면(124)은 발광다이오드에서 나온 빛이 도광판에의 한쪽 끝에서 과다하게 외부로 굴절하여 나가는 것을 막아주어 도광판 내부로 진행하게 하는 역할을 한다.

도 13 은 도광판의 단면 구조에서 전반사 광의 진행 경로도를 나타낸 것이다. 도광판(131)의 전반사 표면(132)에 전반사가 되는 각도로 입사가 된 각은 전반사 표면에서 전반사를 하고 도광판 밑면에서는 금속 코팅을 통한 경면 반사를 하여 도광판 내부를 진행을 한다.(134)

도 14 에는 도광판(141)의 광확산 홈(142)에 입사된 빛이 입사각도에 따라 굴절이 되어 공기중으로 진행을 하는 광경로이다.(143) 이와 같이 광확산홈의 위치에 따라 광이 외부로 일정 부분씩 굴절이 되어 진행함으로서 도광판 전체적으로 균일한 광의 분포를 나타낼 수 있다.

광 확산 홈의 구조는 본 발명에서는 일자형의 홈을 예로 들었지만 돌출형 그루브나 사각이나 원형의 도트 형태의 구조를 배열하는 것도 가능하다. 이러한 구조가 광 굴절확산부로서의 역할을 한다.

도 15 에는 본 발명에 따른 광반사구의 또 다른 응용례를 나타낸 구조이다.

도광판(151)에는 광 확산 홈(151)가 형성이 되어 있고 또한 도광판을 관통하는 광 반사구(153)이 형성이 되어 있다. 또한 광반사구의 내면(154)은 금속 박막 코팅이 되어 있다. 광 반사구의 구조는 광원을 바라보는 방향이 곡면을 이루어 입사된 광이 넓은 각도로 퍼지게 하는 구조이다.

또한 광이 입사되는 좌우 측면(155)은 반사형 렌즈 역할을 하도록 곡면을 이루고 있으며 도광판의 곡면 측면 반사면(156)은 금속 코팅이 되어 있다. 또한 광반사구와 대향되는 방향에 발광다이오드(158)와 집광렌즈(159)가 발광다이오드지지부(157)에에 고정이 되어 설치되어 있다.

도 16 에는 도 15의 구조에 의한 광의 진행 방향을 나타낸 것이다. 발광다이오드 광원(162)로부터 나온 빛은 집광렌즈(163)에 의해 초점이 맞추어 지며 이 광은 광반사구(164)의 곡면반사면(165)에 입사가 되고 다시 곡면반사면(165)에서 반사가 된 빛은 도광판의 곡면 측면 반사면(166)에서 반사가 되어 도광판(161) 내부로 진행을 한다.(167)

도 17 에는 반사판과 광반사구의 반사면을 금속 박판으로 제작하여 삽입한 경우이다.

광반사구의 내면과 도광판 측면 반사면과 도광판의 밑면과 도광판 상면 일부가 광 반사가 일어나야 하므로 여기에 금속 박판을 조립하여 광 반사가 일어나도록 하는 효과를 낼 수 있다.

도광판(171)의 하면에는 스테인레스나 구리나 알루미늄등의 금속 박판을 이용한 금속 박판 반사판(172)을 조립(173)하여 광의 반사가 가능하도록 한 것이다.

또한 도광판의 광 반사구(174)에도 광 반사구의 형상에 따라 광 반사구에 삽입이 가능한 금속 박판 반사판(175)을 삽입(176)하여 조립함으로서 박막코팅을 하지 않고도 광 반사의 역할을 하도록 하였다.

금속 박판의 두께는 0.05 밀리미터에서 0.3 밀리미터 사이의 것이 적합하며 용도에 따라서 이 외의 것도 사용 가능하다.

광의 반사 효율을 올리기 위하여 금속 박판의 표면에 금 도금이나 크롬 도금을 하기도 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 광 반사구를 이용하여 도광판을 제작함으로서 발광다이오드를 이용하였을 때에 광이 균일하게 도광판 내부로 분포가 될 수 있도록 하는 장점이 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (7)

1. 광 굴절확산부와 광원에 대해 종으로 배열이 되며 도광판을 관통하는 구멍인 복수개의 광 반사구와 발광다이오드 지지부로 구성이 된 것을 특징으로 하는 도광판
2. 1항에 있어서, 광반사구의 내면과 도광판 측면 반사면과 도광판의 밑면과 도광판 상면 일부가 금속 박막 코팅이 된 것을 특징으로 하는 도광판
3. 1항에 있어서, 광반사구의 내면과 도광판 측면 반사면과 도광판의 밑면과 도광판 상면 일부에 금속 박판을 조립과 삽입한 것을 특징으로 하는 도광판
4. 광 굴절확산부와 광원과 대향되는 방향에 형성이 되며 도광판을 관통하는 구멍으로 된 광 반사구와 도광판 곡면 측면 반사면과 광반사구와 대향되는 방향에 발광다이오드 지지부로 구성이 된 것을 특징으로 하는 도광판
5. 4항에 있어서 도광판 곡면 측면반사면과 광반사구 내면은 금속 박막 코팅이 되어 있는 것을 특징으로하는 도광판
6. 4항에 있어서 발광다이오드 지지부에는 발광다이오드와 집광 렌즈가 설치된것을 특징으로 하는 도광판
7. 4항에 있어서 발광다이오드에 대향되는 광반사구 면은 곡면 반사면 인것을 특징으로 하는 도광판