KR100804586B1 - 확산 시트 및 백라이트용 광학시트모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 확산시트 및 백라이트용 광학시트모듈에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 액정표시장치의 한쪽에 마련되는 백라이트(광원)의 빛을 일축 방향으로만 확산시켜 확산된 빛을 모아주기 위한 프리즘 시트의 일부를 생략하거나 간소화 할 수 있는 확산시트 및 백라이트용 광학시트모듈에 관한 것이다. 광학시트모듈을 간소화하기 위해 본 발명의 확산시트는 투광성 기재 시트와, 상기 투광성 기재 시트상에 마련되어 광원의 빛을 확산시키는 확산층을 포함하되, 상기 확산층에는 상기 빛이 한 방향으로 확산되도록 다수의 막대 형태의 투광성 바를 배열한다. 이를 통해 본 발명은 광학시트모듈을 간소화하고 슬림하게 할 수 있고 액정표시장치의 휘도를 향상시킬 뿐만 아니라 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

확산시트, 프리즘시트

Description

확산 시트 및 백라이트용 광학시트모듈{Diffuser and Optical sheet module for back-light}

도 1은 종래 기술에 따른 백라이트용 광학시트모듈을 개략적으로 나타내는 사시도,

도 2는 종래 기술에 따른 확산시트를 통과하는 빛의 분산을 개략적으로 나타내는 단면도,

도 3은 종래 기술에 따른 확산시트를 통과하는 빛의 경로를 개략적으로 나타내는 도면,

도 4는 광학시트모듈의 프리즘 시트를 통과하는 빛의 경로를 개략적으로 나타내는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 백라이트용 광학시트모듈의 일실시예를 개략적으로 나타내는 사시도,

도 6는 본 발명에 따른 확산시트의 일실시예를 개략적으로 나타내는 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 일실시예인 확산시트를 통과하는 빛의 경로를 개략적으로 나타내는 도면,

도 8은 본 발명에 따른 일실시예인 백라이트용 광학시트모듈을 통과하는 빛의 경로를 개략적으로 나타내는 도면,

도 9는 본 발명에 따른 확산시트의 투광성 바에 입사하는 빛의 변화 벡터를 개략적으로 나타내는 도면,

도 10은 본 발명에 따른 일실시예인 확산시트의 투광성 바에 입사하는 빛을 x-y평면에 개략적으로 나타내는 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광학시트모듈 2 : 광원

3 : 도광판 4 : 확산시트

4a : 기재시트 4b : 확산층

4c : 투명수지기둥 5 : 수평방향 프리즘 시트

본 발명은 확산시트 및 백라이트용 광학시트모듈에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 액정표시장치의 한쪽에 마련되는 백라이트(광원)의 빛을 일축 방향으로만 확산시켜 확산된 빛을 모아주기 위한 프리즘 시트의 일부를 생략하거나 간소화 할 수 있는 확산시트 및 백라이트용 광학시트모듈에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 전기적 신호에 의해 분자의 배열이 변하면서 빛의 투과율의 차이를 보이는 액정(Liquid Crystal)을 이용하여 정보를 표시하는 장 치로 자체적으로는 발광이 안 되는 수동소자이다. 이러한 액정표시장치는 전극이 형성된 두장의 기판과 그사이에 주입된 액정층으로 이루어진 액정표시패널(Liquid Crystal Display : LCD)이 구비된다. 액정표시패널에 정보를 표시하기 위해 액정표시패널의 전극에 전압을 인가하여 액정층의 분자를 재배열하고 그에 따라 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 달리하여 액정표시패널에 화상을 표시하게 된다.

액정층은 자체적으로 발광하는 소자가 아니라 인가되는 전원에 의해 분자배열이 액체상태 또는 고체상태로 변하고 그에 따라 빛의 투과율이 달라질 뿐이다. 따라서 외부에서 들어오는 빛의 투과율을 조절하는 수동소자인 액정표시패널을 이용하여 화상정보를 표시하기 때문에 액정표시패널에 소정의 화상정보가 형성되기 위해서는 액정표시패널로 빛을 조사하기 위한 별도의 광원인 백라이트가 필요하게 된다.

액정표시패널에 소정의 화상정보를 표시하기 위해서는 액정표시패널 전체로 균일하게 빛이 조사되도록 하는 것이 필요한데 통상 액정표시패널의 한쪽 측면에 광원을 마련하고 여러 종류의 투광성 시트를 적층하여 액정표시패널 전체로 빛이 고르게 분산되도록 하는 광학시트모듈을 액정표시패널의 아래에 위치하도록 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 백라이트용 광학시트모듈을 개략적으로 나타내는 사시도인데 도시된 바와 같이 액정표시패널의 일측에 마련된 광원(120)의 입사된 빛을 전반사의 원리를 통해 뽑아내 액정표시패널 쪽으로 조사되도록 일정패턴이 형성된 도광판(110)과, 도광판(110)에서 나오는 빛의 조도를 균일하게 하고 빛의 방향을 적당한 각도까지 수정하기 위해 구형상의 투명수지로 이루어진 확산층을 포함 하여 사방으로 빛을 분산시키는 확산시트(130)와, 너무 분산된 빛을 상하방향 및 좌우방향으로 모아 빛이 액정표시패널에 수직으로 조사하도록 하는 수직방향 프리즘시트(140) 및 수평방향 프리즘시트(150)를 포함하여 이루어진다.

도 2는 종래 기술에 따른 확산시트를 통과하는 빛의 분산을 개략적으로 나타내는 단면도인데 확산시트(130)에는 구형상의 투명수지(131)로 이루어진 확산층이 포함된다. 도광판(110)에서 나온 빛은 구형상의 투명수지(131)로 이루어진 확산층을 통과하면서 도 3과 같이 xz평면 및 yz평면으로 대략 분산각 30°정도로 분산된다. 이렇게 분산된 빛은 수직방향 프리즘시트(140) 및 수평방향 프리즘시트(150)를 통과하면서 빛의 방향이 대략 90°로 수정되어 액정표시패널로 입사하게 된다.

광원(120)에서 도광판(110)으로 입사한 빛은 도광판(110)에 형성된 패턴에 따라 임계각 이하가 되면 도광판(110)을 빠져나가므로 도광판(110)을 나온 빛은 도광판(110)쪽으로 기울어진 방향을 갖는다. 따라서 프리즘시트에서 수정되는 빛의 방향에는 한계가 있기 때문에 도광판(110)쪽으로 기울어진 상태에서는 프리즘시트를 통과하더라도 액정표시패널에 90°로 입사하도록 그 방향이 수정되지 않는다.

도 4를 참조하면 프리즘시트의 굴절률이 1.491일 때 대략 65°로 프리즘시트에 입사할 때 액정표시패널에 90°로 입사하도록 빛의 방향이 수정된다. 따라서 도광판(110)에서 나오는 빛을 일정각도 만큼 변경하여 프리즘시트에 적당한 각도로 입사할 수 있도록 하는 확산시트(130)가 필요하게 된다.

하지만 종래에는 확산시트(130)를 통과하면 사방으로 빛을 분산되기 때문에 수정이 필요한 방향뿐만 아니라 수정이 필요 없는 방향의 빛도 넓게 퍼지게 되어 이러한 빛을 모아주기 위한 별도의 프리즘시트를 마련하여야 하므로 제조원가 및 광학시트모듈의 두께가 커지고 액정표시패널의 휘도가 낮아지는 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액정표시장치의 일 측에 마련되는 백라이트(광원)의 빛을 한쪽 방향으로만 확산시켜 확산된 빛을 모아주기 위한 프리즘 시트의 일부를 생략하거나 간소화 할 수 있는 확산시트 및 백라이트용 광학시트모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 확산시트는 투광성 기재 시트와, 상기 투광성 기재 시트상에 마련되어 광원의 빛을 확산시키는 확산층을 포함하되, 상기 확산층에는 상기 빛이 한 방향으로 확산되도록 다수의 막대 형태의 투광성 바를 배열한다.

또한, 상기 투광성 바는 빛이 확산되는 방향에 대략 수직이 되는 방향으로 배열되는 것이 특징으로 한다.

또한, 상기 투광성 바는 다양한 길이를 갖는 원기둥 또는 다각 기둥의 형태를 갖는 것이 특징으로 한다.

또한, 전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 백라이트용 광학시트모듈은 광원에서 나온 빛을 산란시켜 균일화하는 도광판과, 상기 도광판을 통과한 빛을 한 방향으로 확산되도록 일표면에 다수의 막대형태의 바가 정렬되어 있는 확산시트와, 상기 확산시트에서 확산된 빛을 집광하는 프리즘 시트를 포함한다.

또한, 상기 확산시트는 투광성 기재시트와 다수의 막대 형태의 투광성 바가 배열되는 확산층을 포함하여 이루어지는 것이 특징으로 한다.

또한, 상기 투광성 바는 다양한 길이를 갖는 원기둥 또는 다각기둥의 형태를 갖고, 빛이 확산되는 방향에 대략 수직이 되는 방향으로 정열되는 것이 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 막대 형상은 확산시트의 일표면에 일정한 방향으로 스크래치가 형성되는 것이 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 막대 형상은 확산시트의 일표면에 일정한 방향으로 요철을 형성하는 것이 특징으로 한다.

또한, 상기 일정한 방향의 스크래치 또는 요철은 상기 빛이 확산되는 방향과 대략 수직인 것이 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 백라이트용 광학시트모듈의 일실시예를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 일실시예인 백라이트용 광학시트모듈은 일측에 마련되는 광원(2)과 광원(2)의 빛을 고르게 분포시키는 일정한 패턴이 형성되는 도광판(3)과 도광판(3)에서 나온 빛을 한쪽방향으로 분 산시키는 확산시트(4)와 분산된 빛을 모아주고 빛이 대략 90°로 액정표시패널에 입사하도록 빛의 방향을 수정하는 수평방향 프리즘시트(5)를 포함하여 이루어진다.

액정표시패널의 일측에 마련되는 광원(2)은 선광원 또는 점광원이 될 수 있으나 도 5에는 선광원을 일예로 도시하였다. 광원(2)은 일예로 형광램프의 형태로 구성할 수 있으나 최근 저전력 슬림형태의 LED가 백라이트용 광원으로 많이 이용되고 있다. 액정표시패널에 화상정보를 표시하기 위해 복수의 광원을 이용할 수도 있으나 크기가 크지 않은 휴대폰, PDA 등에 사용되는 액정표시장치에는 백라이트로 단일 광원을 채용하고 도광판(3)을 이용하여 광원의 빛을 액정표시패널 전체에 빛을 고르게 분산시킨다.

도광판(3)은 일정한 굴절률을 가진 투광성 재질로 이루어지는데 일정 패턴의 굴곡부가 도광판(3)의 일면에 형성된다. 도광판(3)은 공기보다 높은 굴절률을 갖기 때문에 일정 패턴의 굴곡부가 없는 경우 임계각 이하로 입사된 빛은 전반사를 통해 입사된 반대방향으로 전달되게 된다. 하지만 도광판(3)에 형성된 일정 패턴에 의해 임계각이 변함에 따라 입사된 빛이 중간에 도광판(3)의 일면으로 나오게 된다. 이를 통해 일측에 마련된 광원의 빛이 전체적으로 고르게 분포되게 되는데 도광판(3)에서 나오는 빛은 임계각의 변화에 의해 그 중간에 도광판(3)밖으로 나오기 때문에 빛이 진행하는 방향과 비슷한 방향을 갖게 된다. 따라서 방향을 적절하게 수정하기 위한 구성이 필요함은 앞서 언급한 바와 같다.

확산시트(4)는 상기한 바와 같이 도광판(3)에서 나온 빛이 적절한 각도로 프리즘시트에 입사하도록 방향을 수정하고 균일한 조도를 위해 마련된다. 본 발명에 따른 일실시예인 확산시트(4)는 원통형상의 투명수지기둥(4c)으로 이루어진 확산층(4b)을 포함하여 기둥과 평행한 방향으로는 빛이 분산되지 않고 기둥에 수직인 방향의 빛만 적절한 각도로 분산된다. 즉, 도 5의 y축방향으로는 빛이 분산되고 x축방향으로는 빛이 분산되지 않는다.

이를 도 9와 도 10을 참조하여 설명하면 빛이 y축방향으로 입사하면 그 단면이 원통형상으로 입사면과 출사면이 평행이 아니므로 빛의 경로가 굴절률이 큰쪽으로 변경되어 빛이 분산되게 된다. 반면 x축방향으로 입사하는 빛은 도 10에 도시된 바와 같이 입사면과 출사면이 평행을 이루므로 입사할 때 굴절된 빛이 출사할 때 다시 굴절되어 경로상의 차이가 있을 뿐 빛이 분산되지는 않는다. 이는 유리창을 통과하는 빛을 생각하면 쉽게 알 수 있는데 유리를 통과하더라도 빛이 휘어지거나 하지 않기 때문에 유리창 밖의 풍경이 일그러지거나 변형되지 않는다.

따라서 본 발명과 같이 확산시트(4)를 통과하는 빛은 한쪽방향으로만 분산되고 다른 방향으로는 분산되지 않기 때문에 사방으로 분산되어 별도의 프리즘시트가 필요했던 종래와는 달리 프리즘시트를 생략하거나 간소화 할 수 있는 효과가 있다.

즉, 도광판(3)을 나온 빛은 전반사의 임계각을 넘는 빛이 출사되므로 빛이 진행하던 방향으로 기울어지는 상태 즉, 도광판과 대략 평행인 방향으로 쏠린 상태에서 출사되고 다른 방향으로는 프리즘시트에 적절하게 입사할 수 있는 각도로 출사되므로 종래와 같이 사방으로 빛을 분산시킬 필요는 없는 것이다.

확산시트(4)에 마련되는 확산층(4b)은 도 5 및 도 6에 일실시예로 도시된 원통기둥형상으로 한정되는 것이 아니라 한쪽 방향으로는 입사면과 출사면이 평행하 지 않은 형상이면 된다. 따라서 원통 형상뿐만 아니라 다각기둥의 형상도 빛을 한쪽방향으로만 분산시키는 효과가 있다.

또한, 확산층(4b)에 포함되는 원통형상의 투명수지기둥(4c)의 길이가 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 모두 일정할 필요는 없다. 즉, 투명수지기둥(4c)는 한쪽방향으로 평행하게 배열되면 될 뿐이지 반드시 같은 길이로 되어 줄을 맞추어 배열될 필요는 없다. 따라서 이러한 확산층(4b)은 도시된 바와 같이 투명수지기둥(4c)을 투명수지 재질의 기재시트(4a)에 점착제 등 결착수지를 이용하여 결착시킬 수도 있고 결착방식이 아니라 미리 한 표면에 기둥형상의 요철이 있는 금형을 제작하고 이를 통해 일체형의 확산시트(4)를 제작할 수도 있다. 또한, 투명수지재질의 판 모양의 시트에 날카로운 도구를 이용하여 특정한 깊이로 한쪽 면 또는 양쪽 면에 스크래치를 주어 한쪽방향으로만 확산되는 확산시트(4)를 제작할 수도 있다.

확산시트(4)를 통과한 빛은 한쪽 방향으로 분산되어 도 7과 같이 x축방향으로는 분산되지 않고 y축방향으로만 빛이 분산되어 종래 x축방향으로 분산되는 빛을 모아주기 위해 별도의 프리즘시트를 마련해야 했던 것과는 달리 이런 프리즘시트를 생략하여 두께를 줄이고 휘도를 높일 수 있는 효과가 있다.

즉, 도광판(3)에서 빠져나온 빛은 대략 18°정도의 분산각을 가지고 있으므로 x축 방향으로는 분산되지 않고 y축으로는 분산각이 대략 30°정도로 분산됨을 알 수 있다.

확산시트(4)를 통과한 빛은 수평방향 프리즘시트(5)로 입사하는데 확산시 트(4)를 통과하면서 프리즘시트(5)에서 대략 90°로 출사되어 액정표시패널로 입사되도록 하기위해 적절한 각도로 수정된다. 일예로 도 4에 도시된 바와 같이 프리즘시트의 굴절률이 1.491인 경우 약 65°로 입사할 때 굴절되어 약 90° 정도로 출사되게 된다. 수평방향 프리즘시트(5)는 이렇게 빛의 경로를 수정할 뿐만 아니라 분산된 빛을 모아주는 기능도 수행하게 된다. 따라서 확산시트를 통해 한쪽 방향으로 분산된 빛은 수평방향 프리즘시트(5)를 통과하여 적당한 분산각을 갖도록 모아진다. 이는 도 8에 도시된 바와 같은데 x축방향으로는 확산시트를 통과하더라도 빛이 분산되지 않고 도광판(3)에서 나올 때의 분산각인 대략 18°를 유지하고 있고 y축방향으로는 수평방향 프리즘시트(5)를 통과한 후 적당한 분산각인 18°로 모아진 걸 볼 수 있다.

본 발명에 따른 백라이트용 광학시트모듈(1)의 일실시예는 광원(2)의 빛이 수직방향 프리즘시트를 생략한 상태에서도 광학시트모듈(1)을 통과하면서 빛이 대략 90°로 액정표시패널로 입사하게 되어 휘도가 향상되고 제품을 슬림하게 할 수 있음을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허 청구 범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 입사하는 빛을 한쪽 방향으로만 분산시켜 불필요하게 분산된 빛을 모아주는 별도의 구성을 생략하거나 간소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 액정표시장치에 포함되는 광학시트모듈의 두께를 줄여 슬림하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 빛이 통과하는 시트의 개수를 줄여 액정표시장치의 휘도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 불필요하게 분산된 빛을 모아주는 별도의 구성을 생략할 수 있게 되어 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 투광성 기재 시트와,

   상기 투광성 기재 시트상에 마련되어 광원의 빛을 확산시키는 확산층을 포함하되, 상기 확산층은 상기 빛이 한 방향으로 확산되도록 다수의 막대 형태의 투광성 바가 배열되는 것이 특징인 확산시트
2. 제1항에 있어서,

   상기 투광성 바는 빛이 확산되는 방향에 대략 수직이 되는 방향으로 배열되는 것이 특징인 확산시트
3. 제2항에 있어서,

   상기 투광성 바는 다양한 길이를 갖는 원기둥 또는 다각 기둥의 형태를 갖는 것이 특징인 확산시트
4. 광원에서 나온 빛을 산란시켜 균일화 하는 도광판과,

   상기 도광판을 통과한 빛을 한방향으로 확산되도록 일표면에 다수의 막대형 태의 바가 정렬되어 있는 확산시트와,

   상기 확산시트에서 확산된 빛을 집광하는 프리즘 시트를 포함하는 백라이트용 광학시트모듈
5. 제4항에 있어서,

   상기 확산시트는 투광성 기재시트와 다수의 막대 형태의 투광성 바가 배열되는 확산층을 포함하여 이루어지는 것이 특징인 백라이트용 광학시트모듈
6. 제5항에 있어서,

   상기 투광성 바는 다양한 길이를 갖는 원기둥 또는 다각기둥의 형태를 갖고, 빛이 확산되는 방향에 대략 수직이 되는 방향으로 정열되는 것이 특징인 백라이트용 광학시트모듈
7. 제4항에 있어서,

   상기 다수의 막대 형상은 확산시트의 일표면에 일정한 방향으로 스크래치를 통해 형성되는 것이 특징인 백라이트용 광학시트모듈
8. 제4항에 있어서,

   상기 다수의 막대 형상은 확산시트의 일표면에 일정한 방향으로 요철을 형성하는 것이 특징인 백라이트용 광학시트모듈
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,

   상기 일정한 방향의 스크래치 또는 요철은 상기 빛이 확산되는 방향과 대략 수직인 것이 특징인 백라이트용 광학시트모듈

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