KR101045261B1 - 정면휘도 및 광확산성이 개선된 광학필름, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치 - Google Patents

정면휘도 및 광확산성이 개선된 광학필름, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

광학필름, 상기 광학필름을 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비하는 액정표시장치가 개시된다. 개시된 광학필름은 투명기판, 상기 투명기판의 일면에 배치된 복수개의 프리즘들 및 상기 프리즘들 사이의 골에 배치된 적어도 하나의 광확산부를 포함한다.

Description

정면휘도 및 광확산성이 개선된 광학필름, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치{Optical film with improved brightness in the frontal direction and light diffusing, back light unit having the optical film and liquid crystal display device having the back light unit}
광학필름, 상기 광학필름을 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비하는 액정표시장치가 개시된다. 보다 상세하게는 복수개의 프리즘 및 상기 프리즘 사이의 골에 배치된 적어도 하나의 광확산부를 포함하는 광학필름, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치가 개시된다.
도광판은 일반적으로 투명한 플라스틱 판 및 상기 판의 일면에 도트 형태로 인쇄된 반사잉크를 포함한다. 이러한 도광판에 인쇄된 반사잉크의 도트 크기를 줄이는 데에는 일정한 한계가 있으므로, 상기 도광판을 채용한 액정표시장치를 시청할 경우, 일반적인 사용자의 거리에서는 반사잉크의 도트가 두드러지게 시인되는 문제점이 있다. 따라서, 종래에는 상기 도광판 상에 확산시트를 추가로 배치하여 반사잉크의 도트가 시인되지 않도록 하고, 아울러 상기 확산시트 상에 프리즘시트를 추가로 배치하여 정면휘도를 높여 광원으로부터 출사되는 빛을 효율적으로 사용하였다. 또한, 상기 프리즘시트의 끝부분을 보호하기 위해 상기 프리즘시트 상에 확산 기능을 갖는 보호시트를 추가로 배치하기도 하였다.
또한, 반사잉크 도트를 인쇄하지 않고 표면에 수㎛ 이하의 미세한 요철을 각인하여 만든 도광판이 개발되어 사용되고 있기도 하다.
한편, 도광판 상에 확산시트를 배치하지 않고 프리즘 패턴의 면이 도광판 쪽을 향하도록 하여 휘도를 향상시킬 수 있는 역프리즘시트 기술도 개발되었다. 그러나, 이러한 역프리즘시트를 액정표시장치에 단독으로 사용하는 경우에는 도광판 상의 불균일한 패턴이 시인되는 문제점이 있어, 이를 방지하기 위하여 역프리즘시트를 별도의 확산시트와 함께 사용하거나, 또는 역프리즘시트의 반대면에 비드를 바인더와 함께 코팅하여 확산성을 부여하는 경우도 있다.
또한, 사각뿔 형태의 패턴을 갖는 프리즘시트도 개발되었는데, 이러한 프리즘시트는 별도의 확산시트를 사용하지 않아도 될 만큼 확산성은 우수하지만, 정면휘도는 역프리즘시트 보다 높지 않은 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 복수개의 프리즘들 및 상기 프리즘들 사이의 골에 배치된 적어도 하나의 광확산부를 포함하는 광학필름을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는 상기 광학필름을 채용한 백라이트 유니트를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
투명기판;
상기 투명기판의 일면에 배치된 복수개의 프리즘들; 및
상기 프리즘들 사이의 골에 배치된 적어도 하나의 광확산부를 포함하는 광학필름을 제공한다.
상기 광확산부의 높이(h)는 상기 프리즘의 피치(p)의 0.05~0.55배일 수 있다.
상기 광확산부 각각은 일단면 모양이 다각형, 부채꼴형 또는 적어도 하나의 곡선 모서리를 갖는 변형된 다각형일 수 있다.
상기 광확산부 각각은 다각뿔, 원뿔 또는 적어도 하나의 곡면을 갖는 입체 형상일 수 있다.
상기 광학필름은 일단면 모양이 서로 다른 2종 이상의 광확산부들이 길이방향을 따라 교대로 배치된 것일 수 있다.
상기 광확산부는 상기 프리즘의 길이방향을 따라 불연속적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
광원;
상기 광원으로부터 발광되는 빛을 안내하는 도광판; 및
상기 도광판 상에 배치된 상기 광학필름을 구비하고,
상기 광학필름은 이에 포함된 프리즘이 상기 도광판과 마주보도록 배치된 백라이트 유니트를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은,
상기 백라이트 유니트를 채용한 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 복수개의 프리즘 및 상기 프리즘 사이의 골에 배치된 적어도 하나의 광확산부를 포함함으로써 정면휘도 및 광확산성이 높은 광학필름, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치가 제공될 수 있다.
이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광학필름 및 상기 광학필름을 구비한 백라이트 유니트에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학필름을 구비하는 엣지형 백라이트 유니트를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유니트(100)는 광원(110), 상기 광원(110)으로부터 발광되는 빛(화살표)을 안내하는 도광판(130), 및 도광판(130)의 상부에 배치된 광학필름(140)를 구비한다. 이러한 백라이트 유니트(100)는 광원(110) 외부에 배치된 광원 커버(120)를 구비하며, 도광판(130)의 하부에 배치된 반사시트(미도시)를 추가로 구비할 수도 있다.
또한, 여기에서는 비록 도시되지 않았지만, 상기 백라이트 유니트(100) 상에 액정표시패널과 반사방지층 등이 차례로 적층되어 액정표시장치를 구성하게 된다.
광원(110)은 빛을 발생시키는 것으로, 선광원 램프, CCFL 또는 LED 등 다양한 광원들이 사용될 수 있다.
도광판(130)은 광원(110)에서 발생된 빛(화살표)을 광학필름(140)으로 안내하는 역할을 수행한다.
광학필름(140)은 투명기판(141), 복수개의 프리즘들(142) 및 적어도 하나의 광확산부(143)를 포함한다.
투명기판(141)은 폴리에스테르 수지 등의 재질로 형성되어 이에 입사되는 광을 투과시키는 역할을 수행한다.
프리즘들(142)은 투명기판(141)의 일면, 즉 도광판(130)쪽 면에 배치되어 도광판(130)으로부터 입사되는 광을 액정표시장치(미도시)의 액정표시패널(미도시)의 평면으로 집광시키는 역할을 수행한다. 프리즘들(142)은 광경화형 수지 또는 열경 화성 수지로 형성될 수 있다. 이러한 프리즘들(142)의 굴절률은 1.45 내지 1.65일 수 있다. 상기 프리즘들(142)의 굴절률이 1.45 내지 1.65인 경우에는 제조가 용이하고 고휘도를 유지할 수 있다.
광확산부(143)는 프리즘들(142) 사이의 골에 배치된다. 이러한 광확산부(143)는 프리즘(142)과 동일하거나, 또는 유사한 재질로 형성될 수 있다.
상기 광확산부(143)는 도광판(130)에 인쇄된 반사잉크 도트 또는 도광판(130)에 각인된 미세 요철의 패턴이 관찰자에게 시인되는 현상을 감소시켜 상기 백라이트 유니트(100)를 채용한 액정표시장치(미도시)의 화상의 품질을 높여주는 역할을 수행한다. 따라서, 이러한 광확산부(143)를 포함하는 광학필름(140)은 별도의 확산시트를 구비하지 않아도 되므로, 경제적일 뿐만 아니라 박막화가 가능하다. 또한, 이러한 광확산부(143)와 프리즘(142)은 투명기판(141)의 일면에 각각 배치되어 투명기판(141)과 함께 일체로 광학필름(140)을 구성하기 때문에 광학필름(140)의 제조시 작업성을 좋게 하고 제조공정을 간단하게 하여 제조비용을 절감시킬 뿐만 아니라, wet-out 현상 등 2 이상의 광학필름들을 겹쳐 사용할 경우 발생하는 광학필름들 간의 계면 현상이 발생할 여지를 원천적으로 배제할 수 있다.
이하, 광학필름(140)의 구체적인 구성, 작용 및 효과를 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 광학필름에 구비된 프리즘 및 광확산부에서 투과 및 반사하는 빛의 진행경로를 도시한 단면도이다.
먼저, 광확산부(143)의 높이(h)와 프리즘 피치(p) 사이의 관계를 설명한다.
도 2를 참조하면, 도광판(도 1의 130)으로부터 출사된 L1 등의 빛은 프리즘(142)의 입사면 중 ℓ부분으로만 입사되므로, ℓ부분을 제외한 나머지 입사면은 빛을 원하는 방향으로 진행시키는데 도움이 되지 않는다. 또한, ℓ부분으로 입사한 빛은 프리즘(142)의 입사면에서 굴절되어 출사면의 m부분으로 입사되는데, 앞에서와 마찬가지로 m부분을 제외한 나머지 출사면도 빛을 원하는 방향으로 진행시키는데 도움이 되지 않는다. 따라서, ℓ 또는 m부분을 제외한 나머지 부분에 배치된 광확산부(143)는 광학필름(140)의 정면휘도를 높게 유지하면서도 광확산성을 개선할 수 있는데, 이에 대하여는 후술하기로 한다.
한편, 빛(L1)이 θ0의 각도로 광학필름(140)에 입사될때 ℓ, m은 각각 하기 식과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112009026128125-pat00001
Figure 112009026128125-pat00002
상기 식에서, n은 프리즘(142)의 굴절률을 의미한다.
θ3=θ0+θ2이므로 ℓ과 m은 모두 프리즘(142)의 피치(p), 빛(L1)의 입사각 (θ0), 프리즘(142)의 꼭지각(θ1), 프리즘(142)의 입사면의 각도(θ2) 및 프리즘(142)의 굴절률(n)에 의존한다.
도광판(130)으로부터 나온 빛(L1)의 입사각(θ0)은 일반적으로 5~20˚이지만, 도광판(130)의 설계를 적절히 변경함으로써 상기 입사각(θ0)을 5~10˚로 조절할 수도 있다.
또한, 프리즘(142)의 꼭지각(θ1)은 60~90˚일 수 있고, 프리즘(142)의 입사면의 각도(θ2)는 45~60˚일 수 있다. 프리즘(142)의 굴절률(n)은 전술한 바와 같이 1.45~1.65일 수 있다. 이 경우, 상기 식들에 의해 ℓ과 m의 범위를 계산하면, ℓ은 프리즘(142)의 피치(p)의 0.1~0.38배일 수 있고, m은 프리즘의 굴절률(n)이 1.45일 경우 프리즘(142)의 피치(p)의 0.14~0.70배이고, 프리즘의 굴절률(n)이 1.65일 경우 프리즘(142)의 피치(p)의 0.16~0.82배일 수 있다.
m이 ℓ보다 길기 때문에, m의 범위를 벗어나도록 광확산부(143)를 형성하면 휘도에 미치는 영향을 최소화 하면서 확산성을 부여할 수 있다.
프리즘(142)의 꼭지각(θ1)이 90˚일 때에는 프리즘(142)의 한쪽 경사면의 길이가 프리즘 피치(p)의 약 0.7배이므로 입사각(θ0)이 20˚를 넘어가면 m이 프리즘(142)의 한쪽 경사면을 완전히 포함할 수 있다. 물론, 입사각(θ0)이 작아지면 m은 프리즘(142)의 한쪽 경사면의 일부분으로 한정된다. 그런데, 꼭지각(θ1)이 60˚ 인 경우에는 프리즘(142)의 한쪽 경사면의 길이가 프리즘 피치(p)의 1.0배가 되고, 이 경우 프리즘의 굴절률(n)이 1.45이면 상기 식에 따라 m은 빛(L1)이 입사하는 각도(θ0)가 20˚일 경우 프리즘 피치(p)의 0.73배이고, 15˚일 경우에는 프리즘 피치(p)의 0.55배이며, 10˚일 경우에는 프리즘 피치(p)의 0.38배가 된다.
전술한 바와 같이, m 이외의 부분에 광확산부(143)를 형성할 수 있는데, 꼭지각(θ1)이 60˚일 경우 프리즘(142)의 높이는 프리즘 피치(p)의 (√3)/2배에 해당하고, 프리즘의 굴절률(n)이 1.45일 경우에 프리즘(142)의 높이 중 m에 대응되는 높이를 제외한 부분의 높이를 계산하면, 상기 높이는 입사각(θ0)이 20˚, 15˚, 10˚일 때 각각 프리즘 피치(p)의 0.22배, 0.38배, 0.53배가 된다. 따라서, 도광판(130)에서 출사된 빛(L1)이 프리즘(142)에 입사하는 최대각도(θ0)를 10˚내지 20˚로 구성할 경우에 프리즘의 굴절률(n) 등을 감안하여 형성할 수 있는 광확산부(143)의 높이(h)는 프리즘 피치(p)의 0.20 내지 0.55배일 수 있다. 또한 광확산부(143)의 높이(h)가 프리즘 피치(p)의 0.20배 보다 작은 경우도 가능하지만, 상기 높이(h)가 프리즘(142)의 피치(p)의 0.05배 미만이면 확산 효과가 미미하다. 또한, 상기 높이(h)가 프리즘(142)의 피치(p)의 0.55배를 초과하면 정면휘도가 낮아진다. 따라서, 광확산부(143)의 높이(h)는 프리즘 피치(p)의 0.05 내지 0.55배가 적당하다.
한편, 광확산부(143)의 배치로 인해 ℓ 또는 m부분이 축소되는 것은 아니므 로 프리즘(142)의 본래 기능은 전혀 감소되지 않는다. 따라서, 광학필름(140)는 높은 정면휘도를 나타낼 수 있다.
이하, 광확산부(143)에 의해 광학필름(140)의 광확산성이 개선되는 원리를 설명하면 다음과 같다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 프리즘(142)의 길이방향과 나란한 어느 한 직선을 따라 투명기판(141)의 평활면에 수직한 방향으로 다수의 빛들(L2~L6 등)이 입사된다고 가정한다. 또한 이 경우, 서로 다른 형상을 갖는 5개 이상의 광확산부들(143)이 프리즘(142)의 길이방향을 따라 교대로 배치되어 있다고 가정한다.
광확산부들(143)에 입사되는 빛들(L2~L6)은 광확산부들(143) 각각의 형상 차이로 인해 입사각이 각기 달라질 수 있고, 이에 따라 상기 빛들(L2~L6)의 출사 각도 각기 달라질 수 있어 결과적으로 광확산성이 증가될 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 다양한 실시예들에 따른 광학필름을 도시한 단면도이다.
이하, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 부재 또는 동일한 부재의 부분을 가리킨다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 광확산부(143) 각각은 일단면 모양이 다각형, 부채꼴형 또는 적어도 하나의 곡선 모서리를 갖는 변형된 다각형일 수 있다.
또한, 이러한 광확산부(143) 각각은, 예를 들어, 다각뿔, 원뿔 또는 적어도 하나의 곡면을 갖는 입체 형상일 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2의 프리즘(142)은 일단면 모양이 좌우 대칭인데 반하여, 도 3a 내지 도 3d의 프리즘들(142)은 일단면 모양이 좌우 비대칭이다. 빛이 프리즘(142)의 양쪽 방향으로 입사하는 경우에는 프리즘(142)의 일단면 모양이 좌우 대칭인 것이 정면휘도 향상에 바람직하고, 빛이 프리즘(142)의 한쪽 방향으로만 입사하는 경우에는 프리즘(142)의 일단면 모양이 좌우 비대칭인 것이 정면휘도 향상에 바람직하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학필름에서 프리즘 및 광확산부를 발췌하여 도시한 투시 사시도이다.
도 4를 참조하면, 광확산부(143)가 프리즘(142)의 길이방향을 따라 불연속적으로 배치되어 있다. 도 4에는 동일한 형상을 갖는 다수의 광확산부들(143)이 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 형상을 갖는 2이상의 광확산부들(143)이 프리즘(142)의 길이방향을 따라 교대로 불연속적으로 배치될 수도 있다. 또한, 서로 동일하거나 다른 형상을 갖는 2이상의 광확산부들(143)이 프리즘(142)의 길이방향을 따라 연속적으로 배치될 수도 있다.
이상에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학필름을 구비하는 엣지형 백라이트 유니트를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 광학필름에 구비된 프리즘 및 광확산부에서 투과 및 반사하는 빛의 진행경로를 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 다른 다양한 실시예들에 따른 광학필름을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학필름에서 프리즘 및 광확산부를 발췌하여 도시한 투시 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 백라이트 유니트 110: 광원
120: 광원 커버 130: 도광판
140: 광학필름 141: 투명기판
142: 프리즘 143: 광확산부
h: 광확산부의 높이 p: 프리즘의 피치
L1~L6: 빛

Claims (8)

  1. 광원;
    상기 광원으로부터 발광되는 빛을 안내하는 도광판; 및
    상기 도광판 상에 배치된 광학필름을 구비하고,
    상기 광학필름은 투명기판; 상기 투명기판의 일면에 배치된 복수개의 프리즘들; 및 상기 프리즘들 사이의 골에 배치된 적어도 하나의 광확산부를 포함하고,
    상기 광학필름에 포함된 프리즘은 상기 도광판과 마주보도록 배치된 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광확산부의 높이(h)는 상기 프리즘의 피치(p)의 0.05~0.55배인 백라이트 유니트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광확산부 각각은 일단면 모양이 다각형, 부채꼴형 또는 적어도 하나의 곡선 모서리를 갖는 변형된 다각형인 백라이트 유니트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광확산부 각각은 다각뿔, 원뿔 또는 적어도 하나의 곡면을 갖는 입체 형상인 백라이트 유니트.
  5. 제3항에 있어서, 일단면 모양이 서로 다른 2종 이상의 광확산부들이 상기 프리즘의 길이방향을 따라 교대로 배치된 백라이트 유니트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광확산부는 상기 프리즘의 길이방향을 따라 불연속적으로 배치된 백라이트 유니트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 프리즘의 일단면 모양은 좌우 비대칭인 것을 특징으로 하는 백라이트 유니트.
  8. 제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 따른 백라이트 유니트를 채용한 액정표시장치.
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