KR101738072B1 - 도광모듈, 이의 제조 방법 및 이를 갖는 백라이트 어셈블리 - Google Patents

Abstract

도광모듈, 상기 도광모듈의 제조방법 및 상기 도광모듈을 갖는 백라이트 어셈블리에서, 상기 도광모듈은 도광판 및 박막층을 포함한다. 상기 도광판은 광이 입사되는 입광면 및 상기 입사된 광을 출사하는 출광면을 포함한다. 상기 박막층은 상기 도광판 상에 형성된다. 상기 박막층은 상기 도광판과 접촉하는 면의 맞은편 면에 요철 패턴이 형성된다. 이와 같이, 도광판의 입광면에 요철 패턴을 가지는 박막층을 형성함으로써 상기 도광판으로 입사되는 광의 반사율을 감소시킬 수 있다. 또한 반사율의 감소에 따라서 상기 도광판을 투과하는 광의 광량을 증가시킴으로써 전체적인 광의 투과율을 높일 수 있다.

Description

도광모듈, 이의 제조 방법 및 이를 갖는 백라이트 어셈블리{LIGHT GUIDE MODULE, METHOD OF MANUFACTURING THEREOF AND BACKLIGHT ASSEMBLY HAVING THE SAME}

본 발명은 도광모듈, 이의 제조방법 및 이를 갖는 백라이트 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도광판의 입광부 표면에서의 광 반사를 감소시킨 도광모듈, 이의 제조방법 및 이를 갖는 백라이트 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 영상을 표시하는 액정표시패널 및 상기 액정표시패널에 광을 공급하는 백라이트 어셈블리를 포함한다.

상기 백라이트 어셈블리는 다양한 종류의 광원을 이용하여 광을 발생한다. 특히, 상기 액정표시장치가 이동통신 단말기, 디지털 카메라 또는 멀티 미디어 플레이어와 같은 소형 전자 장치에 사용될 경우에 상기 백라이트 어셈블리는 광원으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)들을 주로 사용한다.

상기 백라이트 어셈블리는 상기 발광 다이오드들이 입광면에 배치된 도광판을 더 포함한다. 상기 도광판은 구체적으로, 상기 발광 다이오드로부터의 광을 가이드하여 상기 광을 평면적으로 출사시킨다. 이때, 상기 발광 다이오드들은 상기 도광판의 면적에 따라 다양한 개수가 배치될 수 있다.

최근 들어, 상기 백라이트 어셈블리는 박형화, 소형화 및 원가 절감의 추세에 따라, 상기 도광판의 두께를 줄이고 동시에 상기 발광 다이오드들의 개수도 감소시키고 있다.

그러나, 상기 방안에 따라, 얇아진 도광판에 의해 상기 도광판의 모서리 외부로 누설되는 광 또는 상기 도광판에 의해 반사되는 광에 의해서 전반적인 광 누설이 증가되고, 이에 따라 휘도가 감소되는 문제점이 발생한다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 광의 반사를 감소시켜 광효율을 향상시킨 도광모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 도광모듈의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 도광모듈을 갖는 백라이트 어셈블리를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 도광모듈은 도광판 및 상기 도광판 상에 형성된 박막층을 포함한다. 상기 도광판은 광이 입사되는 입광면 및 상기 입사된 광을 출사하는 출광면을 포함한다. 상기 박막층은 상기 도광판과 접촉하는 면의 맞은편 면에 요철 패턴이 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 박막층의 평균 굴절률은 1.22 내지 1.23이고, 상기 박막층의 두께는 약 110nm 내지 약 170nm일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 요철의 단면은 싸인(sine) 그래프의 형태를 가지고, 상기 요철 패턴은 약 200nm 내지 약300nm 주기일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 박막층은 상기 입광면에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 박막층은 상기 입광면 및 상기 출광면에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 출광면은 상기 입광면으로부터 연장되며, 상기 입광면과 실질적으로 수직일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 박막층은 콜로이드 실리카(Colloidal Silica)를 포함하여 광 경화가 가능할 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 실시예에 따른 도광모듈의 제조 방법에 있어서, 도광판의 일면에 박막을 코팅한다. 상기 코팅된 박막상에 형성하고자 하는 요철 패턴에 대응되는 패턴이 형성된 몰드(Mold)를 압축한다. 상기 압축된 박막을 광 경화시키고, 이후 상기 광 경화가 완료되면 상기 몰드를 분리하여 도광모듈을 제조한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도광판의 입광면이 동일한 방향을 향하도록 복수의 도광판들을 정렬하고, 상기 정렬된 복수의 도광판들의 입광면들에 동시에 박막을 코팅함으로써, 상기 도광판의 입광면에 박막을 코팅할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 박막을 코팅하는 면은 광이 입사되는 도광판의 입광면 및 상기 광이 출사되는 도광판의 출광면일 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리는 광원, 도광판, 상기 도광판 상에 형성되는 박막층 및 수납판을 포함한다. 상기 도광판은 상기 광원에 인접하여, 상기 광이 입사되는 입광면 및 상기 입사된 광을 출사하는 출광면을 포함한다. 상기 박막층은 상기 도광판과 접촉하는 면의 맞은편 면에 요철 패턴이 형성된다. 상기 수납판은 상기 도광판 하부에 배치된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원은 복수의 발광 다이오드들을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원은 상기 도광판의 측면에 위치할 수 있다.

상기한 본 발명에 의하면, 도광판으로부터 반사되는 광을 감소시키고 이에 따라 도광판의 광 투과율을 향상시킴으로써, 도광판에서 출사되는 광량을 증가시켜 영상의 표시 품질을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 도광모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 반사광의 간섭현상을 설명하기 위하여 도 2의 I-I'을 따라 절단한 단면의 일부를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2의 도광모듈에서 입사광에 대한 반사율을 종래의 도광판과 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 2의 제1 박막층을 I-I'로 절단하여 확대한 확대 단면도이다.
도 6은 도 2의 도광모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 도 6의 제조 방법에서 도광판의 입광면에 박막을 코팅하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 8a 내지 8c는 도 2의 도광모듈의 제조 방법을 순서대로 도시한 모식도이다.
도 9는 도 7의 제조 방법에서 복수의 도광판들을 정렬하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 나타낸 분해 사시도이다.
도 11은 도 10의 도광모듈을 나타낸 분해 사시도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 나타낸 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 도광모듈을 나타낸 분해 사시도이다. 도 3은 반사광의 간섭현상을 설명하기 위하여 도 2의 I-I'을 따라 절단한 단면의 일부를 도시한 단면도이다.

도 1내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 어셈블리는 광원(300), 도광판(100) 및 상기 도광판의 입광면에 형성된 제1 박막층(200)을 포함하는 도광모듈(10) 및 수납용기(400)를 포함한다. 본 실시예에 의한 백라이트 어셈블리는 광학 시트류(500)를 더 포함할 수 있다.

상기 광원(300)은 반도체 특성을 이용하여 외부의 구동 전원을 통해 광을 발생하는 복수의 발광 다이오드들로 이루어진다. 상기 발광 다이오드는 일방향을 따라 지향성을 갖는 점 형태의 광을 발생한다. 즉, 상기 발광 다이오드는 임의의 점으로부터 대략적으로 퍼지는 광을 발생한다. 상기 백라이트 어셈블리는 상기 발광 다이오드들의 일면에 전기적으로 연결되어 구동 전원을 인가하는 광원구동필름(미도시)을 더 포함할 수 있다.

상기 도광판(100)은 점광원 광학 분포 또는 선광원 광학 분포를 갖는 입사광(11)을 면광원 광학 분포를 갖는 출사광(12)으로 변경시킨다. 상기 도광판은 입광면(110) 및 출광면(120)을 포함한다. 상기 입광면(110)은 상기 도광판의 일측에 형성되며 상기 입사광이 입사된다. 상기 입광면(110)에는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)(300)가 배치된다. 이때, 상기 발광 다이오드는 복수 개가 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 발광 다이오드들은 일렬로 배치된다. 상기 출광면(120)은 상기 입광면(110)의 상변으로부터 수직하게 연장되며 상기 출사광을 출사한다.

상기 입광면에는 제1 박막층(200)이 형성된다. 상기 제1 박막층은 광원과 마주보는 면에 요철 패턴(210)을 가진다.

상기 수납용기(400)는 사각 프레임 형상을 갖는다. 상기 수납용기의 지정된 위치에는 상기 광원(300) 및 도광모듈이 수납되고 고정된다.

상기 광학 시트류(500)는 상기 출광면(120) 상부에 배치된다. 상기 광학 시트류는 상기 출광면을 통해 출사되는 광의 휘도 특성을 향상시킨다.

이하에서는 상기 도광모듈(10)에 대해서 상세히 설명한다.

상기 도광모듈(10)은 상기 도광판(100) 및 상기 도광판의 입광면에 형성된 제1 박막층(200)을 포함한다.

상기 도광판의 입광면에는 제1 박막층(200)이 형성된다. 본 실시예에서 상기 제1 박막층은 콜로이드 실리카(Colloidal Silica) 재질로 이루어진다. 상기 제1 박막층은 일반적으로 공기의 굴절률(n_air)보다는 크고 상기 도광판(100)의 굴절률(n_L) 보다는 작은 굴절률(n_R)을 가진다. 상기 공기의 굴절률 n_air=1 이고, 상기 도광판의 일반적인 굴절률은 약 n_L=1.4 내지 약 n_L=1.5이다. 예를 들어, 상기 도광판이 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate)인 경우, 굴절률은 약 1.49이다.

상기 도광판의 입광면(110)에 제1 박막층(200)이 형성된 경우, 입사광의 입사 패턴은 상기 제1 박막층이 없는 경우와 비교해서 다른 형태를 가진다.

구체적으로, 상기 광원으로부터 입사된 광은 서로 다른 굴절률을 가지는 매질을 통과하게 되므로, 광은 굴절하여 입사하나 일부는 반사하게 된다. 즉, 상기 입사광(11)은 상기 제1 박막층(200)에서 굴절되어 입사되며 일부는 반사된다. 또한 상기 제1 박막층(200)으로 입사된 광은 상기 도광판의 입광면(110)에서 다시 굴절되어 입사되며 또한 그 일부는 반사된다.

상기 제1 박막층(200)에서 반사된 광(R1)과 상기 도광판의 입광면(110)에서 반사된 광(R2)은 그 위상 및 주기에 따라 서로 중첩되어 간섭되거나 보강된다. 상기 중첩과정에서 상기 반사된 광들이 서로 반대의 위상을 가진 채로 중첩하여 간섭되는 경우에는 상기 중첩된 반사광들(R1, R2)은 소멸하게 된다. 따라서 서로 다른 굴절률을 가지는 매질 사이에 하나의 박막층이 형성된 경우, 광의 입사에 따른 반사광을 서로 간섭시킴으로써 전체적인 입사광의 반사율을 줄일 수 있다. 이러한 광 반사율의 감소는 투과되는 광량의 증가를 가져오게 된다. 또한 이러한 광 반사율의 감소는 상기 반사광이 상기 광원으로부터의 새로운 입사광들과의 연쇄적인 간섭 현상을 줄이게 되고, 이에 따라 전체적으로 상기 입사광(11)의 도광판(100)으로의 투과율이 상승하게 된다. 하기의 식들을 이용하여 반사광을 최소화시키기 위한 상기 박막층의 굴절률을 구할 수 있다.

광이 서로 다른 굴절률을 가지는 매질을 통과하는 경우, 경계면에서 반사되는 광의 반사계수(A)(Reflection coefficient)는 하기의 식으로 구해진다.

[수학식 1]

광이 공기로부터 도광판으로 입사된다면, n₀는 공기의 굴절률이고 n₁은 도광판의 굴절률이다.

광은 굴절률이 더 큰 매질로 입사되는 경우, 그 반사광은 입사광과 정반대의 위상을 가지게 된다. 본원발명과 같이 광이 순차적으로 굴절률이 더 큰 세 개의 매질(공기, 제1 박막층, 도광판) 사이를 통과하는 경우, 각 경계면에서 반사된 광이 서로 간섭하여 반사율이 최소가 되기 위한 세 매질의 굴절률간의 관계식은 다음과 같다. 이를 위해서, 광의 파장을 λ라 하면, 상기 제1 박막층의 두께는 λ/4로 정한다.

[수학식 2]

여기서 n_air는 공기의 굴절률이고, n_L은 도광판의 굴절률이며, n_R은 제1 박막층의 굴절률이다.

상기에서 입사광의 파장(λ)을 가시광 영역의 중간 파장인 약 550nm로 정한다. 공기의 굴절률은 1이고, 도광판의 일반적인 굴절률을 1.49라고 하면, 상기 수학식 2에 의해서 상기 반사광의 간섭이 일어나는 상기 제1 박막층의 n_R 값을 구할 수 있다. 상기 수학식 2를 만족하는 상기 제1 박막층의 굴절률(n_R)은 약 1.225이다.

따라서 상기 제1 박막층의 굴절률이 1.225를 만족하는 경우, 상기 반사광의 간섭효과를 극대화할 수 있는 바, 입사광의 반사율을 감소시킬 수 있고, 또한 도광판의 입광 효율을 극대화할 수 있다.

본 실시예에서 상기 제1 박막층에서 반사되는 광의 반사계수를 A1이라 하고, 상기 도광판에서 반사되는 광의 반사계수를 A2라고 하자. 상기 제1 박막층의 굴절률을 1.225라 하면, 상기 수학식 1로부터, A1=0.101123, A2=0.097605임을 구할 수 있다. 광의 반사량에 해당되는 반사 밀도(I)(reflected intensity)는 다음의 식으로 구할 수 있다.

[수학식 3]

본 실시예에서와 같이 제1 박막층이 형성된 경우, 각각의 반사광은 입사광과 반대의 위상을 가지게 되어 그 반사계수는 음의 값을 가지게 되고, 각 경계면에서 반사되어 간섭되는 반사량을 제외한 전체 반사량은 다음의 식으로 구할 수 있다.

[수학식 4]

상기 수학식 4를 이용하여 구한 반사량(I_tot)은 0.0000123이다. 즉 0.00123％의 반사율을 가진다. 반면에 상기 제1 박막층이 없는 종래의 도광판에서 수학식 1과 수학식 3을 이용하여 구한 반사량은 0.038725이다. 즉 3.87％의 반사율을 가진다. 즉, 본 실시예에서의 반사율은 상기 제1 박막층이 없는 경우와 비교하여 약 3.8％ 향상된 결과를 가진다. 다음의 표는 상기에서 구한 반사율을 비교한 것이다.

상기의 값들을 이용하여 상기 제1 박막층을 통과하는 광의 투과율을 구할 수 있다. 투과되는 전체의 광량을 1이라 하면 광의 투과율은 1에서 상기 반사량을 제함으로써 구할 수 있다. 제1 박막층이 없는 경우의 투과율은 1에서 상기 반사량 0.038725를 제함으로써 구할 수 있다. 즉, 제1 박막층이 없는 경우의 투과량은 약 0.9613으로, 투과율은 약 96.13％이다. 본 실시예에서 제1 박막층이 형성된 경우의 광의 투과율은 상기에서 구한 I_tot 값을 1에서 제함으로써 구할 수 있다. 식은 다음과 같다.

[수학식 5]

상기 수학식 5로부터 구한 본 실시예에서의 광의 투과량은 약 0.998로, 투과율은 약 99.8％이다. 따라서 본 실시예에 따른 광의 투과율은 종래의 약 96％에서 약 99％ 정도로 증가했음을 알 수 있다. 이는 상기 제1 박막층의 두께가 λ/4를 만족하고, 또한 제1 박막층의 굴절률이 1.225를 만족하는 경우에 해당되는 결과값이다. 만일 간섭의 효과가 없다고 가정한다면, 상기 제1 박막층이 형성된 경우의 광 투과율은 일반적으로 다음의 식으로 구할 수 있다.

[수학식 6]

수학식 6으로부터 구한 광의 투과량은 약 0.9803이다. 즉, 약 98.03％의 광 투과율을 가지게 된다. 이 경우에도 제1 박막층이 없는 경우에 비해 광 투과율이 향상됨을 알 수 있다. 그러나 본 실시예에서는 각 반사량이 서로 감쇄되어 전체 반사율이 최소가 되는 바, 수학식 5의 결과값으로 확인한 바와 같이 광의 투과율도 그 만큼 향상된다. 따라서 상기 제1 박막층은 그 두께가 λ/4이고, 그 굴절률이 1.225를 만족하는 경우에 최대의 광 투과율을 가진다. 다음의 표는 상기에서 구한 투과율을 비교한 것이다.

이하에서는 상기 제1 박막층의 굴절률을 약 1.225로 만들기 위한 방법에 대해서 설명한다.

일반적으로 콜로이드 실리카 재질의 경우 굴절률은 약 1.4 정도이다. 다만, 박막층의 입광 표면에 요철 패턴을 형성하는 경우 광의 굴절 패턴을 변경시킴으로서 상기 박막층의 평균 굴절률을 조절할 수 있다. 따라서, 상기 제1 박막층의 일면에 일정한 요철 패턴을 형성하여 평균 굴절률을 감소시켜 상기 1.225 값에 근접하도록 할 수 있다.

이러한 효과를 달성하기 위해 본 실시예에 따른 도광모듈에서 제1 박막층(200)은 광원과 마주보는 면에 요철 패턴(210)을 가진다. 상기 제1 박막층은 상기 요철 패턴(210)에 의해서 평균적인 굴절률이 감소한다. 즉. 상기 요철 패턴에 의한 상기 제1 박막층의 평균 굴절률(n_eff)은 요철 패턴이 형성되지 않은 상기 제1 박막층의 굴절률(n_R)보다 작다. 상기 평균 굴절률(n_eff)은 상기에서 검토한 바와 같이 1.225 인 경우가 바람직하다. 이는 1％ 정도의 오차 범위 내에서 허용이 가능하며, 예를 들면, 상기 평균 굴절률(n_eff)은 약 1.213 내지 약 1.237 의 범위를 만족하도록 형성될 수 있다. 상기 요철 패턴(210)은 일정한 돌출 형상을 가지며, 상기의 일정한 돌출 형상은 입사광에 대해서 상기 제1 박막층의 평균 굴절률을 감소시킨다. 평균 굴절률이 감소된 상기의 제1 박막층에 의해서 입사된 광의 반사량이 감소하고, 이에 따라 도광판 내부로 입사되는 광량을 증가시킴으로써 전체적인 광의 투과율을 높인다. 즉 입광효율이 향상된다.

본 실시예에서, 상기 제1 박막층은 콜로이드 실리카 재질로 형성된다. 다만 상기 제1 박막층의 제조 과정에서 광 경화 과정을 거치게 되는바, 상기 재질은 광경화가 가능한 콜로이드 실리카이다. 예를 들어, 상기 제1 박막층은 아크릴산염(acrylate)이 포함된 콜로이드 실리카(SiO₂)일 수 있으며, 대표적으로 아크릴산 올리고머(Acrylate Oligomer), 메타크릴산 알릴(Ally Methacrylate) 및 아크릴산 에스테르(Acrylate Ester)가 포함된 콜로이드 실리카일 수 있다. 상기와 같이 상기 제1 박막층이 콜로이드 실리카로 형성된 경우, 일반적인 굴절률은 약 1.4에 해당된다. 또한 상기에서 제1 박막층의 두께는 λ/4로 정의하였는바, 가시광을 기준으로 하여 상기 제1 박막층의 두께는 약 110nm 내지 약 170nm의 값을 가진다. 상기와 같은 제1 박막층의 조건에서 평균 굴절률 1.225를 얻기 위한 요철 패턴의 주기는 다음의 식으로 구할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 박막층의 요철 패턴은 싸인(sine) 그래프의 굴곡 형태를 가진다고 가정한다.

[수학식 7]

여기서 A는 싸인 패턴의 주기이고, λ는 광의 파장, θ0는 입사광의 입사각이며, Φ는 입사광의 방위각이다. 또한 n₀는 공기의 굴절률, n_R은 박막층의 굴절률이다.

제1 박막층의 요철 패턴이 싸인(sine) 그래프의 굴곡 형태를 가지는 경우, 상기 수학식 7로부터 상기 제1 박막층의 평균 굴절률이 1.225에 근접하기 위한 상기 요철 패턴의 주기는 약 200nm 내지 약 300nm에 해당된다.

상기에서는 식의 단순화를 위해 요철의 패턴을 싸인 그래프의 형태로 가정하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 요철의 패턴이 변경되는 경우에도 적절하게 요철 패턴의 주기를 조절하여 상기의 평균 굴절률을 조절할 수 있다.

상기와 같이 상기 요철 패턴(210)을 그 주기가 약 200nm 내지 약300nm가 되도록 형성하면, 이에 따라 상기 제1 박막층의 평균 굴절률은 약 1.225에 근접하게 된다.

본 실시예에서는 상기 요철 패턴(210)을 가지는 박막층(200)에 의해 상기 도광판으로 입사되는 광의 반사량이 감소하고, 이에 따라 도광판 내부로 입사되는 광량을 증가시킴으로써 전체적인 광의 투과율을 높인다. 즉 입광효율이 향상되어 백라이트 어셈블리의 휘도 특성을 향상시킬 수 있다.

도 4는 도 2의 도광모듈에서 입사광에 대한 반사율을 종래의 도광판과 비교하여 나타낸 그래프이다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 박막층이 형성된 도광판의 경우가 상기 제1 박막층이 없는 도광판보다 광 반사율이 향상되었음을 알 수 있다. 본 실시예에 따른 요철 패턴을 가지는 제1 박막층이 형성된 경우에, 입사광의 반사율은 가시광의 영역에 해당되는 파장범위에 포함되는 약 400nm 내지 약 600nm 구간에서 상기 박막층이 없는 경우보다 약 3％ 내지 약 4％ 정도 낮음을 알 수 있다. 이에 따라 광 투과율 또한 상기에서 검토한 바와 같이 박막층이 없는 경우보다 약 3.8％ 정도 향상됨을 알 수 있다.

도 5는 도 2의 제1 박막층을 I-I'로 절단하여 확대한 확대 단면도이다.

도 2및 도 5를 참조하면, 상기 제1 박막층(200)의 요철 패턴(210)은 돌출부의 높이가 서로 동일한 규칙적인 형상을 가진다. 예를 들면, 상기 요철 패턴의 단면은 싸인(sine) 그래프의 형상을 가진다. 상기 제1 박막층은 상기 요철 패턴(210)에 의해서 평균적인 굴절률이 감소한다. 즉. 상기 요철 패턴에 의한 상기 제1 박막층의 평균 굴절률(n_eff)은 요철 패턴이 형성되지 않은 상기 제1 박막층의 굴절률(n_R)보다 작다. 상기 평균 굴절률(n_eff)은 1.225 인 경우가 바람직하다. 이는 1％정도의 오차 범위 내에서 형성이 가능하며, 예를 들면, 상기 평균 굴절률(n_eff)은 약 1.213 내지 약 1.237 의 범위를 만족하도록 형성될 수 있다.

그러나 상기 요철 패턴이 돌출부의 높이가 서로 동일한 규칙적인 형상에 한정되는 것은 아니다. 이는 높이가 서로 다른 반구 형상 또는 타원의 형상을 가질 수 있으며, 이에 따라 상기 요철 패턴의 주기를 변경하여 평균 굴절률을 적절하게 조절할 수 있다.

도 6은 도 2의 도광모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 7은 도 6의 제조 방법에서 도광판의 입광면에 박막을 코팅하는 단계를 설명하기 위한 순서도이다. 도 8a 내지 8c는 도 2의 도광모듈의 제조 방법을 순서대로 도시한 모식도이다. 도 9는 도 7의 제조 방법에서 복수의 도광판들을 정렬하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.

도 6및 도 8을 참조하면, 도광판의 일면이 상부를 향하도록 상기 도광판을 배치하고, 상기 입광면 상에 박막층 재료를 코팅한다(S10). 상기 박막층 재료로는 광경화가 가능한 콜로이드 실리카를 사용한다. 예를 들어, 상기 제1 박막층은 아크릴산염(acrylate)이 포함된 콜로이드 실리카일 수 있으며, 대표적으로 아크릴산 올리고머(Acrylate Oligomer), 메타크릴산 알릴(Ally Methacrylate) 및 아크릴산 에스테르(Acrylate Ester)가 포함된 콜로이드 실리카일 수 있다.

일정한 요철 패턴에 대응되는 패턴을 가지는 몰드(Mold)(30)를 준비한다. 상기의 요철 패턴(210)은 200nm 내지 300nm 의 주기를 가지는 돌출부의 형상을 가진다. 상기 돌출부의 단면은 싸인 그래프의 형태를 가진다. 상기 몰드를 상기 코팅된 박막층 재료 상부에서 압축한다(S20).

상기 압축된 박막층(200)은 약 100nm 내지 약 170nm의 두께를 가지도록 형성된다. 상기와 같이 몰드로 압축된 상태에서 광 경화를 진행한다(S30). 광 경화가 진행됨에 따라 상기 코팅된 박막층(200)은 상기 몰드의 패턴에 대응되는 형상으로 경화된다.

상기 광 경화가 완료되면, 상기 몰드(30)를 제거한다. 상기 몰드가 제거된 이후에, 상기 도광판의 두께에 대응되도록 상기 박막층(200)을 절단하고, 상기 도광판(100)을 분리한다(S40).

이와 같이 광경화 과정을 이용함으로써 도광판 상에 일정한 요철 패턴을 가지는 박막층을 형성할 수 있다.

상기에서 박막층이 형성되는 도광판의 일면이 상기 도광판의 입광면인 경우에는, 상기 도광판의 입광면에 박막층을 형성하는 단계에서 복수의 도광판들을 정렬하는 단계가 더 포함될 수 있다.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 도광판(100)을 출광면 방향으로 평행하도록 일정 수량을 정렬한다. 상기 정렬시에는 상기 도광판들의 입광면들이 동일한 방향을 향하도록 정렬한다.

상기 도광판들의 입광면(110)이 상부를 향하도록 상기 도광판들을 배치하고(S11), 상기 입광면들 상에 박막층 재료를 코팅한다(S12). 상기 박막층 재료를 코팅(S12)한 이후의 과정은 도 6 및 도 8을 참조하여 설명한 도광판의 일면에 박막층을 형성하는 과정(S20 내지 S40)과 동일하므로 생략한다.

이와 같이 다수의 도광판에 대해서 광경화 과정을 이용하여 일정한 요철 패턴을 가지는 박막층을 형성함으로써, 일회의 과정만으로 다수의 도광모듈을 제조할 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리를 나타낸 분해 사시도이다. 도 11은 도 10의 도광모듈을 나타낸 분해 사시도이다.

도 1, 도 2, 도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 어셈블리는 광원(300), 도광모듈(20) 및 수납용기(400)를 포함한다. 상기 도광모듈(20)은 도광판(100), 상기 도광판의 입광면에 형성된 제1 박막층(200) 및 상기 도광판의 출광면에 형성된 제2 박막층(220)을 포함한다. 본 실시예에 의한 백라이트 어셈블리는 광학 시트류(500)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 제2 박막층이 도광판의 출광면에 형성된다는 것을 제외하면 도 1을 참조하여 설명한 실시예의 백라이트 어셈블리와 동일하므로, 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.

상기 도광판은 입광면(110) 및 출광면(120)을 포함한다. 상기 입광면은 상기 도광판의 일측에 형성된다. 상기 출광면은 상기 입광면의 상변으로부터 수직하게 연장된다. 즉, 상기 출광면은 상기 도광판의 상면을 의미하며, 표시 패널(미도시)이 배치되는 방향을 향한다. 상기 입광면으로 입사된 광은 상기 도광판을 거치면서 상기 출광면으로 출사된다.

상기 도광판의 입광면에는 제1 박막층(200)이 형성된다. 상기 도광판의 출광면(120) 상부에는 제2 박막층(220)이 형성된다. 상기 제2 박막층은 도 2를 참조하여 설명한 도광모듈의 제1 박막층과 실질적으로 동일한 바, 중복되는 설명은 이를 생략한다.

도 2를 참조하여 설명한 도광모듈의 입광면과 마찬가지로, 상기 도광판으로부터 광이 출사되는 경우, 상기 도광판의 출광면에서 반사된 광과 상기 제2 박막층의 상면에서 반사된 광은 그 위상 및 주기에 따라 서로 중첩되어 간섭되거나 보강된다. 광의 출사에 따른 반사광을 서로 간섭시킴으로써 전체적인 출사광의 반사율을 줄일 수 있다. 이러한 광 반사율의 감소로 인해 광 투과율이 증가하게 되고, 또한 상기 반사광이 상기 도광판으로부터의 새로운 출사광들과의 연쇄적인 간섭 현상을 줄이게 되어, 이에 따라 전체적으로 상기 출사광의 투과율이 상승하게 된다.

상기 제2 박막층(220)의 경우에는, 상기 제1 박막층(200)과 비교하여 투과하는 광의 방향이 반대가 된다. 즉 도광판으로부터 제1 박막층을 거쳐 도광판의 외부로 출사되는 경우이므로, 상기 수학식 1로부터 구해지는 A 값은 상기 제1 박막층과 비교하여 음의 값이 된다. 그러나 이후에 구해지는 반사율과 투과율은 모두 A² 값을 이용하는 바, 그 결과값은 동일하게 된다. 따라서 광의 투과율에 있어서 상기 제1 박막층과 동일한 효과를 기대할 수 있다.

상기 제2 박막층(220)은 도광판과 접촉하는 면의 맞은편 면상에 요철 패턴(230)을 가진다. 상기 제2 박막층의 평균 굴절률(neff)은 상기에서 검토한 바와 같이 1.225 인 경우가 바람직하다. 이는 1％정도의 오차 범위 내에서 허용이 가능하며, 예를 들면, 상기 평균 굴절률(n_eff)은 약 1.213 내지 약 1.237 의 범위를 만족하도록 형성될 수 있다. 상기 요철 패턴은 일정한 돌출 형상을 가지며, 예를 들면, 상기 요철의 단면은 싸인(sine) 그래프의 형태를 가질 수 있다. 상기의 돌출 형상은 출사광에 대해서 상기 제2 박막층의 평균 굴절률을 감소시킨다. 평균 굴절률이 감소된 상기의 제2 박막층에 의해서 상기 도광판으로부터 출사된 광의 반사율이 감소하고, 이에 따라 도광판 외부로 출사되는 광량을 증가시킴으로써 전체적인 광의 투과율을 높인다. 즉 출광효율이 향상된다.

따라서 입광면에서와 마찬가지로 출광면에서도 투과율을 높이는 효과를 가지는 바, 출광면에 형성하는 경우에도 상기 출광면으로 출사되는 광의 광량을 증가시킬 수 있다. 즉, 전체적인 광효율을 향상시켜 출광면으로 출사되는 광의 휘도를 증가시킬 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 요철 패턴을 가지는 제1 및 제2 박막층들(200, 220)에 의해 상기 도광판으로 입사되거나 또는 도광판으로부터 출사되는 광의 반사량이 감소하고, 이에 따라 상기 도광판을 투과하는 광의 광량을 증가시킴으로써 전체적인 광의 투과율을 높인다. 즉 광의 투과효율이 향상되어 백라이트 어셈블리의 휘도 특성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 도광판의 입광면에 요철 패턴을 가지는 박막층을 형성함으로써 상기 도광판으로 입사되는 광의 반사율을 감소시킬 수 있다. 또한 반사율의 감소에 따라서 상기 도광판을 투과하는 광의 광량을 증가시킴으로써 전체적인 광의 투과율을 높일 수 있다. 광의 투과효율이 향상됨에 따라 백라이트 어셈블리의 휘도 특성을 향상시킬 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10, 20 : 도광모듈 100 : 도광판
110 : 입광면 120 : 출광면
200 : 제1 박막층 210, 230 : 요철 패턴
220 : 제2 박막층 300 : 광원
400 : 수납판 500 : 광학 시트류

Claims (19)

1. 광이 입사되는 입광면 및 상기 입사된 광을 출사하는 출광면을 포함하는 도광판; 및
   상기 도광판 상에 형성되며, 상기 도광판과 접촉하는 면의 맞은편 면에 요철 패턴이 형성된 박막층을 포함하고,
   상기 요철의 단면은 싸인(sine) 그래프의 형태를 가지고, 아래 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 도광모듈.
   [수학식]
   

   

   
   (여기서 A는 상기 요철의 단면의 싸인 그래프의 주기이고, λ는 상기 입사된 입사광의 파장, θ0는 상기 입사광의 입사각이며, Φ는 상기 입사광의 방위각임. 또한 n0는 공기의 굴절률, nR은 상기 박막층의 굴절률임)
2. 제1항에 있어서, 상기 요철 패턴은 200nm 내지 300nm 주기인 것을 특징으로 하는 도광모듈.
3. 제2항에 있어서, 상기 박막층의 평균 굴절률은 1.22 내지 1.23이고, 상기 박막층의 두께는 110nm 내지 170nm인 것을 특징으로 하는 도광모듈.
4. 제2항에 있어서, 상기 박막층은 상기 입광면에 형성되는 것을 특징으로 하는 도광모듈.
5. 제2항에 있어서, 상기 박막층은 상기 입광면 및 상기 출광면에 형성되는 것을 특징으로 하는 도광모듈.
6. 제5항에 있어서, 상기 출광면은 상기 입광면으로부터 연장되며, 상기 입광면과 수직인 것을 특징으로 하는 도광모듈.
7. 제2항에 있어서, 상기 박막층은 콜로이드 실리카(Colloidal Silica)를 포함하여 광 경화가 가능한 것을 특징으로 하는 도광모듈.
8. 도광판의 일 면에 박막을 코팅하는 단계;
   상기 코팅된 박막상에 형성하고자 하는 요철 패턴에 대응되는 패턴이 형성된 몰드(Mold)를 압축하는 단계;
   상기 압축된 박막을 광 경화시키는 단계; 및
   상기 몰드를 상기 박막으로부터 분리하는 단계를 포함하고,
   상기 요철의 단면은 싸인(sine) 그래프의 형태를 가지고, 아래 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 도광모듈의 제조 방법.
   [수학식]
   

   

   
   (여기서 A는 상기 요철의 단면의 싸인 그래프의 주기이고, λ는 입사된 입사광의 파장, θ0는 상기 입사광의 입사각이며, Φ는 상기 입사광의 방위각임. 또한 n0는 공기의 굴절률, nR은 상기 박막의 굴절률임)
9. 제8항에 있어서, 상기 박막을 코팅하는 면은 광이 입사되는 도광판의 입광면인 것을 특징으로 하며,
   상기 도광판의 입광면에 박막을 코팅하는 단계는,
   상기 입광면이 동일한 방향을 향하도록 복수의 도광판들을 정렬하는 단계; 및
   상기 정렬된 복수의 도광판들의 입광면들에 동시에 박막을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광모듈의 제조 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 박막을 코팅하는 면은 광이 입사되는 도광판의 입광면 및 상기 광이 출사되는 도광판의 출광면인 것을 특징으로 하는 도광모듈의 제조 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 출광면은 상기 입광면으로부터 연장되며, 상기 입광면과 수직인 것을 특징으로 하는 도광모듈의 제조 방법.
12. 광원;
    상기 광원에 인접하여, 광이 입사되는 입광면 및 상기 입사된 광을 출사하는 출광면을 포함하는 도광판;
    상기 도광판 상에 형성되며, 상기 도광판과 접촉하는 면의 맞은편 면에 요철 패턴이 형성된 박막층; 및
    상기 도광판 하부에 배치되어 상기 광원, 도광판 및 박막층을 수납하는 수납용기를 포함하고,
    상기 요철의 단면은 싸인(sine) 그래프의 형태를 가지고, 아래 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
    [수학식]
    

    

    
    (여기서 A는 상기 요철의 단면의 싸인 그래프의 주기이고, λ는 상기 입사된 입사광의 파장, θ0는 상기 입사광의 입사각이며, Φ는 상기 입사광의 방위각임. 또한 n0는 공기의 굴절률, nR은 상기 박막층의 굴절률임)
13. 제12항에 있어서, 상기 요철 패턴은 200nm 내지 300nm 주기인 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
14. 제13항에 있어서, 상기 박막층의 평균 굴절률은 1.22 내지 1.23이고, 상기 박막층의 두께는 110nm 내지 170nm인 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
15. 제12항에 있어서, 상기 광원은 복수의 발광 다이오드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
16. 제15항에 있어서, 상기 광원은 상기 도광판의 측면에 위치한 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
17. 제13항에 있어서, 상기 박막층은 상기 입광면에 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
18. 제13항에 있어서, 상기 박막층은 상기 입광면 및 상기 출광면에 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
19. 제18항에 있어서, 상기 출광면은 상기 입광면으로부터 연장되며, 상기 입광면과 수직인 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.

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