KR101050217B1 - 광구조체를 가진 확산판 일체형 집광시트 및 그를 구비한 액정표시장치 - Google Patents

광구조체를 가진 확산판 일체형 집광시트 및 그를 구비한 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광구조체를 가진 확산판 일체형 집광시트에 관한 것이다.
본 발명의 확산판 일체형 집광시트는 빛을 확산시키는 확산판과 빛을 모아주는 복합시트를 합지한 구조로서, 유효각도에서 입사되는 입사광뿐만 아니라, 유효하지 않은 각도에서 입사되는 입사광의 집광효율을 증진시키기 위한 복합시트 내 렌즈 구조를 특정하고, 상기 복합시트를 확산판과 합지하면서 형성된 공기층에 의해 광의 재귀반사효과를 극대화하여, 광의 집광효율 및 은폐성을 개선한다. 또한, 본 발명의 확산판 일체형 집광시트는 좌우 시야각뿐만 아니라, 상하 시야각을 넓혀 시야각간의 차이를 줄이고, 바람직한 시야각 범위를 제어할 수 있다. 이에, 본 발명의 확산판 일체형 집광시트는 고휘도를 구현하면서 백라이트 유닛에 장착되는 광학 필름 류의 수를 줄일 수 있으므로, 이를 구비한 액정표시장치 모듈의 슬림화 및 제조공정의 단순화를 통해, 제조단가를 낮출 수 있다.
집광시트, 복합시트, 패턴 확산판, 재귀반사

Description

광구조체를 가진 확산판 일체형 집광시트 및 그를 구비한 액정표시장치{CONDENSING SHEET COMBINDED BY DIFFUSION PLATE HAVING LIGHT-RECEIVING STRUCTURE AND LCD HAVING THE SAME}
본 발명은 광구조체를 가진 확산판 일체형 집광시트 및 그를 구비한 액정표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빛을 확산시키는 확산판과 빛을 모아주는 복합시트가 합지된 구조로서, 상기 복합시트 중, 출광부에 해당되는 렌즈의 하단부가 삼각형 단면의 다각뿔 또는 원뿔 형상을 가지고, 렌즈의 중앙부에 평면, 타원형 또는 반구 형상으로 렌즈 구조를 변형함으로써 집광효율을 최적화하고, 복합시트가 확산판과 합지되면서 형성된 공기층에 의해 광의 집광효율 및 은폐성을 극대화시킬 뿐만 아니라 좌우, 상하 시야각 차이를 없앨 수 있는 고휘도 및 고기능성의 확산판 일체형 집광시트 및 그를 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.
액정디스플레이(이하,“LCD”라 함)는 초박형으로 제작이 가능한 저소비전력, 저발열 및 고선명의 화상출력 장치로서, 최근 산업 각 분야의 화상표시 장치로 각광받고 있다. 그러나 이러한 액정디스플레이는 다른 평판 디스플레이 방식과는 달리 액정 자체가 비발광 소재이므로 광원이 필요하며 광원으로부터 나오는 빛을 균일하 게 확산시키고 또 광의 효율을 높이기 위하여 여러 종류의 광학 시트들이 사용되고 있다. 이러한 장치 전체를 백라이트 유닛(이하, BLU라 함)이라 한다.
상기 BLU는 측면 라이트 방식 및 배면 라이트 방식 등이 있는데, 측면 라이트 방식은 주로 소형인 노트북이나 모니터용에 사용되며 광원인 램프가 화면의 측면에 수납되도록 되어 있어 이 광을 전면으로 유도하기 위하여 도광판이 사용된다. 유도된 광을 다시 확산 균일화시키고 집광시키기 위해 도광판 위에 다수의 광학 시트가 사용된다.
반면에, 배면 라이트 방식은 주로 화면이 넓은 TV에 사용되는 방식으로 높은 밝기를 위해 다수의 램프가 화면의 배면에 수납되어 있다. 도광판을 사용하는 측면 라이트 방식과는 달리, 배면 라이트 방식은 배면에 램프가 위치하고 있어 도광판 대신에 곧바로 광을 균일하게 확산시키는 역할을 하는 확산판이 사용된다. 이후, 적층되는 광학시트(100)는 거의 동일하며, 통상적인 구성은 상기 도광판 또는 확산판(40) 상에, 확산시트(30), 프리즘시트(20) 및 보호필름(미도시)이 순차 적층된다[도 6].
배면 라이트 방식 BLU에 대해 더욱 상세히 설명하자면, 광원으로부터 방출되는 광은 확산판을 통하여 선광원인 광원의 빛을 확산시켜 램프를 은폐하여 균일화하고 그 위에 위치하는 확산필름은 광원의 빛을 이차 확산시켜 더욱 균일하게 하는 동시에 그 상부에 있는 프리즘의 유효입사각으로 광을 집광시켜 프리즘의 역할을 보조한다.
프리즘시트는 확산필름을 통과한 유효입사각의 광을 수직광으로 집광시키며 유효하 지 않는 광은 재귀반사을 통하여 다시 수직으로 집광시킨다. 종래의 광확산판은 압출에 의한 일정 두께(주로 1 내지 2mm)를 가지는 판으로서, 전 두께에 걸쳐 수지와 굴절율이 다른 확산제가 분산되어 제조됨에 따라, 굴절, 계면 반사 및 산란 등의 물리적 현상으로 인하여, 광원램프로부터 나온 선광원을 면광원으로 전환하는 기능을 수행한다. 따라서 광확산판은 빛의 휘도 균일도를 이루면서 램프의 휘선을 가려주는 은폐성 역할을 수행하는 동시에 광확산판은 여러 광학 필름류에 대한 지지체 역할을 한다.
상기 광확산판 상에 위치한 광 확산시트는 빛을 골고루 확산시키는 기능을 수행하며, 일반적으로 기재시트의 적어도 일면에 광확산 입자와 수지로 이루어진 조성물이 도포되어 형성된 광확산층과, 이면에는 블로킹 방지층이 형성된 구조로 이루어진다. 이때, 확산시트에서 광의 출사각이 프리즘시트에 적정 유효각도를 가지는 입사각이 되어 고휘도를 구현할 수 있도록 광확산층의 표면상에 입자형상을 최적화하고자 시도되어 왔다.
또한, 프리즘시트는 기재시트상에 삼각형 단면형상을 갖는 선형 프리즘 렌즈 구조로 형성되어, 2차 휘도 상승을 위한 집광효율이 극대화되도록 한다.
최근 BLU는 광확산판으로부터 나온 빛을 전면으로 다량 모아줄 수 있도록 집광효율을 높이고자, 확산시트 2장을 적층 시키는 방법, 패턴확산판 상에 확산시트 및 프리즘시트를 적층한 후, 상기 확산시트 및 프리즘시트를 재적층하고 보호필름을 적층하는 방법 또는 패턴확산판 상에 패턴압출시트, 프리즘시트 및 보호필름을 적층하는 방법이 시도되어 왔다. 그러나, 다층의 재료를 구비함에 따라 단가가 인상되 고 생산성이 저하되는 문제점이 발생되고 있다.
따라서, 최근에는 생산 공정을 보다 간단하게 하기 위하여 사용되는 광학 필름 류의 적용을 줄이기 위한 시도가 이루어지고 있는데, 광확산판 위에 프리즘시트를 접착하여 사용하거나, 광확산판 위에 프리즘 문양을 만들어 사용하는 경우가 시도된 바 있다. 그러나 이러한 경우 비용이나 생산성 면에서 유리할 수 있으나, 휘도의 증가 측면은 기대에 훨씬 못 미치는 문제가 있다.
이에, 본 발명자들은 휘도를 향상시키기 위한 광학 필름류들의 적용을 최소화하면서도 집광효율을 향상시켜 휘도를 충분히 높일 수 있는 광학시트를 얻고자 노력한 결과, 유효각도에서 입사되는 입사광뿐만 아니라, 유효하지 않은 각도에서 입사되는 입사광의 집광효율을 극대화시킬 수 있도록 렌즈 구조를 특정하고, 좌우 시야각뿐만 아니라, 상하 시야각까지 넓힐 수 있는 고휘도 및 고기능성의 확산판 일체형 집광시트를 제공함으로써, 백라이트 유닛에 장착되는 광학 필름 류의 수를 줄일 수 있는 고휘도 및 고기능성을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 광의 확산효과를 극대화시킨 광구조체를 가진 확산판과 빛을 집광하는 복합시트가 합지된 확산판 일체형 집광시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 입사광의 집광효율을 최적화하기 위하여 복합시트 중 출광부의 렌즈 구조를 특정하고, 바람직한 좌우 및 상하 시야각의 제어가 가능한 확산판 일체형 집광시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고휘도를 구현하면서 백라이트 유닛에 장착되는 광학 필름 류의 수를 줄여, 액정표시장치 모듈의 슬림화가 가능한 액정표시장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 복합시트(1) 및 확산판(2)이 합지된 구조의 확산판 일체형 집광시트(10)를 제공한다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 투명기재(12)의 제1면에 단위 렌즈가 상호 인접하여 연속적으로 배열된 복수개의 렌즈로 이루어진 출광부(16)가 형성되고, 상기 출광부가 형성된 투명기재(12)면의 반대면을 제2면이라 할 때, 제1면에 배열된 렌즈와 렌즈가 서로 맞닿는 접점과 대향(對向)하는 제2면의 위치에 돌출부(13)가 형성되고 상기 돌출부(13) 면에 반사층(14)이 형성된 입광부로 이루어진 복합시트(1); 및 광구조체(21)를 가지는 확산판(2);이 합지된 구조의 확산판 일체형 집광시트(10)를 제공한다.
이에, 본 발명의 확산판 일체형 집광시트(10)는 집광효율 및 상하 좌우 방향의 시야각 차이를 없앨 수 있는 바람직한 렌즈 형상을 구현하는 것을 특징으로 하며, 더욱 구체적으로는 상기 단위 렌즈(11)의 하단부(11b)가 삼각형 단면의 다각뿔 또는 원뿔 형태이며, 상기 렌즈 하단부(11a)를 제외한 렌즈 중앙부는 평면, 타원형 또는 반구형으로 형성된 것이다.
본 발명의 확산판 일체형 집광시트(10)는 상기 복수개의 렌즈가 단위 구조체상에서 불규칙 배열로 형성될 수 있다.
또한, 상기 단위 렌즈(11)가 연속적으로 배열된 복수개의 렌즈로 형성된 단위 구조체가 2층 이상 적층된 구조를 포함한다.
본 발명의 합지된 집광시트(10)의 구조에서, 상기 복합시트(1)의 단위 렌즈(11) 당, 확산판(2)의 광구조체(21)가 3 내지 5개가 포함된 구조이며, 확산판의 광구조체는 반구 패턴의 렌즈 구조를 가진다.
본 발명의 확산판 일체형 집광시트(10)의 특징은 상기 복합시트(1)의 단위 렌즈(11) 당, 확산판의 상부에 광구조체(21)를 도입하여 상부 복합시트로의 광경로를 최적화하여 휘도향상을 도모하고, 복합시트(1)와 확산판(2)이 합지되면서 형성된 공기층(22)에 의해, 광의 재귀반사효율을 높일 수 있도록 설계되었다.
이때, 단위 렌즈(11)부의 폭(width, w) 길이는 50 내지 250㎛이고, 단위 렌즈(11)부의 높이(height, h)는 상기 렌즈부의 폭 길이에 대하여, 25 내지 200%가 바람직하다.
본 발명의 복합시트(1)는 복수개의 렌즈부로 이루어진 출광부(16)의 구조가 상기 렌즈 하단부(11b)가 삼각형 단면의 다각뿔 또는 원뿔 형태를 가지고, 렌즈의 중앙부(11a)에 평면, 타원형 또는 반구형 구조로 인하여, 유효각도에서 입사되는 입사광뿐만 아니라, 유효하지 않은 각도에서 입사되는 입사광까지 집광되도록 한다. 또한 홈부(25)를 조절함으로써 좌우 시야각 및 상하 시야각을 조절할 수 있다.
이때, 복합시트(1) 내 단위 렌즈 하단부(11b)는 단위 렌즈부의 높이(h) 길이에 대하여, 20 내지 80%이며, 더욱 바람직하게는 50 내지 80% 이내로 형성되는 것이다.
또한, 본 발명의 복합시트(1)는 입광부의 하면에 반사층(14)을 형성함으로써, 집광효율을 높이도록 하며, 이때, 복합시트의 반사층의 두께는 5 내지 50㎛이다.
또한, 입광부의 돌출부(13) 깊이(depth)는 5 내지 50㎛이다.
본 발명의 복합시트의 반사층(14)은 반사물질이 첨가된 수지로 형성되거나, 착색안료 또는 염료에서 선택되는 1종 이상과 반사물질이 첨가된 수지로 형성된다.
이때, 사용되는 수지는 자외선 경화형수지, 전자선 경화형수지 및 열경화형 수지로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나가 사용될 수 있으며, 반사물질로는 TiO2, BaSO4, Al(OH)3, Al2O3, CaCO3, ZnO 및 ZnS 등의 무기 입자나 아크릴 또는 그 유도체로 형성된 입자, 폴리스티렌 입자, 실리콘 입자, 멜라민 수지 입자 등의 유기입자에서 선택되는 1종 이상을 사용한다.
이에, 본 발명은 상기 광구조체(21)를 가지는 확산판 일체형 집광시트(10)를 구비함으로써, 고휘도 및 액정표시장치 모듈의 슬림화를 구현한 백라이트 어셈블리를 제공하고, 상기 백라이트 어셈블리를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명에 따라, 빛을 확산시키는 확산판(2)에 광구조체(21)를 도입함으로써, 상부 복합시트(1)로 유효각의 입사광을 최대로 하여 광경로를 최적화하고, 상기 광 확산판(2)와 빛을 모아주는 복합시트(1)가 합지되면서 형성된 공기층(22)에 의해, 광의 재귀반사효율을 증진하여 광의 집광효율 및 은폐성을 극대화할 수 있는 고휘도의 집광시트(10)를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 고휘도의 복합시트(1) 중, 홈부(25)를 조절함으로써, 좌우 시야각뿐만 아니라 상하 시야각을 넓힐 수 있고, 그 범위를 조절할 수 있다.
본 발명의 확산판 일체형 집광시트는 백라이트 유닛에 장착되는 광학 필름류의 수 를 줄일 수 있으므로, 이를 포함한 백라이트 어셈블리 및 액정표시장치 모듈을 슬림화하고 제조단가를 낮출 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 복합시트(1); 및 광구조체(21)를 가지는 확산판(2);이 합지된 구조의 집광시트(10)를 제공한다. 더욱 구체적으로는 본 발명의 집광시트의 일구성인 복합시트(1)의 구조가 투명기재(12)의 제1면에 단위 렌즈가 상호 인접하여 연속적으로 배열된 복수개의 렌즈로 이루어진 출광부(16);가 형성되고, 상기 출광부가 형성된 투명기재(12)면의 반대면을 제2면이라 할 때, 제1면에 배열된 렌즈와 렌즈가 서로 맞닿는 접점과 대향(對向)하는 제2면의 위치에 돌출부(13)가 형성되고 상기 돌출부(13) 면에 반사층(14)이 형성된 입광부;로 이루어진다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 확산판 일체형 집광시트(10)는 상기 복합시트의 단위 렌즈(11) 당, 확산판(2)의 광구조체(21)가 3 내지 5개가 포함된 구조이며, 확산판(2)의 광구조체(21)는 반구 패턴의 렌즈구조를 가진다.
이때, 광 입사되는 방향으로부터 확산층 및 투명층으로 이루어진 확산판(2)은 상기 투명층상에 반구 패턴의 렌즈형상의 광구조체(21) 배열을 가짐으로써, 확산층의 기본 역할인 빛 확산뿐만 아니라, 램프를 은폐하는 역할을 한다. 또한, 투명층은 상부의 반구 렌즈에 초점거리를 제공함으로써 램프의 상을 분리하여 결과적으로 은폐성을 증가시킨다. 최종적으로 확산판(2)의 광구조체(21)인 반구 렌즈는 하부 확산층에 의해 무작위로 확산된 빛을 집광시켜 상부 복합시트로의 광경로를 최적화하여 궁극적으로는 집광시트의 광효율을 극대화한다. 즉, 본 발명의 집광시트 구조는 극대화된 휘도상승 효과를 기대할 수 있다.
상기 확산판(2)의 반구 패턴의 렌즈형상의 광구조체(21)가 복합시트(1)의 단위 렌즈(11)부와 합지될 때, 단위 렌즈 당, 적어도 3개 이상의 렌즈가 합지되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3 내지 5개이다. 이때, 상기 렌즈가 3개 미만인 경우, 광경로의 최적화 효과가 미흡하여 바람직하지 않고, 5개를 초과하면, 광경로의 최적화 효율은 향상되나, 생산공정이 까다로워 비용이나 생산성이 저하된다.
상기 확산판(2)의 반구 패턴의 렌즈 높이(23)가 높을수록 복합시트(1)와 확산판(2)이 합지되면서 공기층(22) 형성에 유리하다. 이에, 바람직한 반구 패턴의 렌즈의 높이는 30 내지 50㎛이다. 또한, 반구 패턴의 렌즈의 폭(24)은 상부 복합시트(1)의 단위 렌즈(11)부의 폭 대비 20 내지 30%가 바람직하며, 압출성형공정 공정에 의해 제작된다.
또한, 복합시트(1)의 단위 렌즈(11)의 폭(width, w) 길이는 50 내지 250㎛이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 50 내지 200㎛, 더욱 더 바람직하게는 150㎛이하인 것이다. 이때, 폭이 50㎛미만이면, 반사층(14) 패턴 구현이 어렵고, 250㎛를 초과하면, 모아레 현상이 발생하기 쉽고, 화상에 패턴이 보이게 되어 바람직하지 않다.
또한, 복합시트(1)의 단위 렌즈(11)부의 높이(height, h)는 상기 단위 렌즈(11)부의 폭 길이에 대하여, 25 내지 200%가 바람직하다. 이때, 25% 미만이면, 광의 집광성이 저하되고, 200%를 초과하면, 광의 전반사량 증가로 오히려 휘도가 감소하여 바람직하지 않다.
또한, 상기 확산판(2)의 반구 패턴의 렌즈형상의 광구조체(21)와 복합시트(1)가 합지되는 수단은 접착제를 이용하여 접착제층(15)을 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 집광시트의 특징은 상기 복합시트(1)의 단위 렌즈(11) 당, 광구조체(21)를 가지는 확산판(2)과 합지되면서 별도의 공기층(22)이 형성됨으로써, 확산판(2)에서 충분히 확산된 빛이 공기로 이루어져 상대적으로 저밀도인 공기층(22)을 통과한 후에, 복합시트(1)의 출광부(16)에 형성된 상대적으로 고밀도인 다각뿔 또는 반구 렌즈부로 이동하게 되면서, 렌즈의 고유기능인 광의 재귀반사와 광굴절에 의하여 빛이 전면부로 효과적으로 모아지므로 휘도가 향상된다.
따라서, 빛을 확산시키는 확산판(2)과 빛을 모아주는 복합시트(1) 사이에 공기층(22)을 형성함으로써, 백라이트 유닛에 장착되는 광학 필름류의 수를 줄일 수 있으면서도, 종래의 광확산판과 프리즘시트를 별도로 구비하고 있는 경우와 동등 또는 그 이상으로 휘도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 확산판 일체형 집광시트(10) 중, 복합시트(1)는 복수개의 렌즈로 이루어진 출광부(16)의 구조가 상기 렌즈 하단부(11b)가 삼각형 단면의 다각뿔 또는 원뿔 형태를 가지고, 상기 렌즈 하단부를 제외한 렌즈 중앙부(11a)는 평면, 타원형 또는 반구형 구조를 동시에 구비함으로써, 유효각도에서 입사되는 입사광뿐만 아니라, 유효하지 않은 각도에서 입사되는 입사광까지 집광되도록 설계된 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명은 단위 렌즈(11)의 하단부(11b)를 삼각형 단면의 다각뿔 또는 원뿔 형태로 하고, 상기 렌즈 하단부를 제외한 렌즈 중앙부(11a)를 평면, 타원형 또는 반구 형상으로 변형함으로써, 매질에 의한 광흡수를 최대한 억제하여 휘도 향상을 구현한다.
도 2는 본 발명의 확산판 일체형 집광 시트 중, 출광부(16)의 바람직한 제1실시형태로서, 단위 렌즈(11) 하단부(11b)가 삼각형 단면의 다각뿔이고, 렌즈 중앙부(11a)는 평면 형상을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 확산판 일체형 집광 시트 중, 출광부(16)의 바람직한 제2실시형태로서, 단위 렌즈 하단부(11b)가 원뿔 형태이고, 렌즈 중앙부(11a)가 평면 형상을 가진 구조이다.
도 4는 본 발명의 확산판 일체형 집광 시트 중, 출광부(16)의 바람직한 제3실시형태로서, 단위 렌즈 하단부(11b)가 원뿔 형태이고, 렌즈 중앙부(11a)가 반구 형상이며, 복수개의 렌즈구조는 단위 구조체상에서 불규칙 배열로 형성할 수 있다. 특히, 렌즈로 이루어진 단위 구조체가 불규칙하게 배열함으로써, 입사되는 광의 모아레 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 확산판 일체형 집광시트(10)는 복합시트(1) 내 단위 렌즈가 연속적으로 배열된 복수개의 렌즈로 형성된, 2층 이상이 적층되는 단위 구조체로 형성될 수 있다[도 5].
이러한 렌즈 구조로 인하여, 종래 삼각형 단면형상을 갖는 프리즘시트가 시야각의 조정이 어렵고, 입사광 중 유효하지 않은 방향에서 입사된 광의 경우, 사이드 로브(Side Lobe)를 발생시킴에 따라 집광효율이 저하되는 문제를 해소할 수 있다.
본 발명의 단위 렌즈 하단부(11b)라 함은 복합시트(1)의 단위 렌즈의 높이(h) 대비, 20 내지 80%이며, 더욱 바람직하게는 50 내지 80% 지점에 해당된다. 이때, 렌즈의 하단부(11b)가 단위 렌즈의 높이(h) 대비 20%를 못 미치면, 집광효율이 떨어지므로, 종래 렌티큘라 렌즈가 유효하지 않은 각도에서 입사되는 입사광이 낮은 집광효율을 보이는 문제점이 여전히 해소되지 않는다.
본 발명의 단위 렌즈(11)부에서 상기 삼각형 단면의 다각뿔 또는 원뿔 형태로 이루어진 렌즈 하단부(11b)를 제외한 부분을 렌즈 중앙부(11a)라 하며, 유효각도에서 입사되는 입사광 내지 수직각에 가깝게 입사된 광의 집광을 최적화하기 위한 구조로서, 렌즈 중앙부(11a)는 평면, 타원형 또는 반구 형상으로 제조한다.
통상적인 프리즘시트는 수직광 영역으로 입사되는 광의 경우, 전반사에 의해 램프쪽으로 반사되며 그 빛은 램프 방향으로 진행하는 도중 광학 시트나 확산판 및 최종적으로 반사시트까지 진행하는 도중 공기와의 계면에서 다시 확산 반사되어 프리즘으로 되돌아가 집광된다. 즉, 재귀반사에 의한 휘도 향상을 구현한다. 그러나, 이러한 경우 매질을 통과하는 광로가 길어져 광학시트나 판을 구성하는 매질에 의한 흡수로 인해 휘도 감소가 불가피하다.
또한, 본 발명의 확산판 일체형 집광시트(10)의 또 다른 구조적 특징은 고휘도 복합시트(1) 중, 상기 투명기재(12)의 제2면상에 상기 제1면상에 배열된 렌즈와 렌즈가 서로 맞닿는 접점과 대향하는 위치에 돌출부(13)가 형성되고, 상기 돌출부(13) 상에 반사층(14)이 형성된 구조로서, 임의의 돌출부(13)와 바로 이웃하는 돌출부간에 홈부(25)가 형성되고 동일한 방식으로 연속 배열된다.
이때, 돌출부(13)의 깊이(depth)는 5 내지 50㎛이며, 5㎛ 미만이면, 반사층의 코팅이 홈부를 오염시켜 휘도 향상 성능을 감소시키고, 50㎛를 초과하면, 설계된 광경로가 50㎛ 높이의 수직벽을 통과하면서 본래 경로를 이탈하여 바람직하지 않다.
또한, 상기 돌출부(13)와 이웃하는 돌출부간의 간격 즉, 홈부(25)의 길이는 이 단위 렌즈(11)의 폭의 길이에 대하여, 30 내지 90% 범위 이내로 배열되도록 설치된다. 이때, 30%를 못 미치는 좁은 간격으로 배열하면, 수직광과 그에 가까운 광만이 렌즈 중앙부(11a) 즉 평면, 타원형 또는 반구형 렌즈에 의해 집광되므로 렌즈 하단부(11b)의 삼각형 단면의 다각뿔 형상 또는 원뿔 형상에 의한 집광이 일어나지 않게 된다. 반면에, 90% 초과하는 범위로 넓게 배열되면, 돌출부(13) 상의 반사층(14)의 면적이 좁아 수평광의 성분이 홈부를 통과하게 되어 렌즈 하단부(11b)의 삼각형 단면의 다각뿔 형상 또는 원뿔 형상이나 중앙부(11a)의 평면, 타원형 또는 반구형 렌즈에 의한 집광이 일어날 수 없다. 즉, 반사광에 의한 리사이클링 효과가 저하된다.
본 발명은 반사층(14)의 도입으로 입사각이 집광에 최적화되도록 하며, 반사층(14)의 바람직한 두께는 5 내지 50㎛이다. 이때, 5㎛미만이면, 반사층(14)의 두께가 얇기 때문에, 유효각에서 벗어난 각도에서 입사되는 입사광이 반사층에 의해 리사이클링되지 않고 측방향으로 진행하므로, 반사 광량이 적고 상대적으로 투과하는 빛이 커짐에 따라, 리사이클링 및 은폐력이 작아지게 된다. 따라서, 유효각도로 전환되어 재사용될 수 있는 광량이 적고, 반사층(14)을 투과하여 유효각도 이외의 각도로 투과되는 광이 생기므로, 유효한 시야각 외로 광의 손실이 발생한다. 반면에, 50㎛를 초과하면, 생산성이 떨어지는 문제가 있다.
이에, 돌출부(13) 상에 형성된 반사층(14)에 의하여, 유효각에서 벗어난 각도에서 입사되는 입사광까지 리사이클되게 함으로써, 광손실을 최소화하고 반사체의 반사율 및 은폐력을 향상시켜 입광부의 광효율을 극대화할 수 있다.
본 발명의 반사층(14)는 반사물질이 자외선 경화형 수지, 전자선 경화형 수지 및 열 경화형 수지 중 선택된 수지에 첨가되어 형성된다.
상기 반사물질은 당 기술분야에 알려진 물질이 제한되지 않고 사용될 수 있으나 바람직하게는, TiO2, BaSO4, Al(OH)3, Al2O3, CaCO3, ZnO 및 ZnS 무기 입자나 아크릴 또는 그 유도체로 형성된 입자, 폴리스티렌 입자, 실리콘 입자, 멜라민 수지 입자 등의 유기입자에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이다. 더욱 바람직하게는 백색의 반사용 안료를 사용하는 것으로, 가장 바람직하게는 TiO2를 사용한다.
상기 반사물질로는 은(silver)입자 및 알루미늄 입자를 사용할 수 있다. 이때, 반사물질은 20 내지 80중량%가 수지에 첨가되는 것으로서, 20중량% 미만이면, 반사효율이 미비하고, 반사물질로서 사용되는 반사용 안료가 80중량%를 초과하여 과량 사용되면, 잘 분산되지 않아 안료의 뭉침현상 등으로 균일한 인쇄가 어렵다.
또한, 본 발명의 반사층(14)은 콘트라스트 등 광학특성을 향상시키기 위해 착색 안료와 염료 중 선택된 1종 이상을 반사물질이 혼합된 수지에 더 첨가할 수 있다. 이때, 추가로 첨가될 수 있는 착색 안료로는 적색, 황색, 녹색, 청색, 자색, 및 흑색 등의 유색 안료를 사용하는 것이며, 상기 안료와 염료로 인하여, 반사 또는 여러 가지의 원하는 색상을 구현할 수 있으며, 염료는 물에 녹는 성질이 있는 것이 안료와 다른 특징이다.
반사물질이 첨가된 수지, 또는 반사물질 및 상기 추가의 첨가물질이 첨가된 수지의 점도는 1,000∼6,000cps가 바람직하다.
또한, 본 발명의 확산판(2)상에 합지된 복합시트(1)는 출광부(16)의 렌즈구조가 하단부(11b)에는 삼각형 단면의 다각뿔 또는 원뿔 형상을 가지고, 렌즈의 중앙부(11a)에 평면, 타원형 또는 반구 형상에서 선택되는 구조를 구비한다. 따라서, 종래 삼각형 단면형상을 갖는 프리즘시트가 시야각의 조정이 어렵고, 입사광 중 유효하지 않은 방향에서 입사된 광의 경우, 사이드 로브(Side Lobe)를 발생시키는 문제점을 근본적으로 해소함에 따라, 유효각도에서 입사되는 입사광뿐만 아니라, 유효하지 않은 각도에서 입사되는 입사광의 집광효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 확산판 일체형 집광시트(10)는 홈부(25)를 조절함으로써, 좌우 시야각에 비해 상하 시야각이 좁은 문제점을 근본적으로 해소할 수 있다.
본 발명의 확산판 일체형 집광시트(10)는 빛을 확산시키는 확산판(2)과 빛을 모아주는 복합시트(1) 사이에 공기층(22)을 형성함으로써, 백라이트 유닛에 장착되는 광학 필름류의 수를 줄일 수 있으면서도, 종래의 광확산판과 프리즘시트를 별도로 구비하고 있는 경우와 동등 또는 그 이상으로 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 확산판 일체형 집광시트(10)는 복합시트(1)를 광구조체(21)가 도입된 확산판(2)과 합지하면서 형성된 공기층(22)에 의해 광의 재귀반사효과를 극대화하여, 광의 집광효율 및 은폐성을 개선한다.
나아가, 본 발명의 확산판 일체형 집광시트(10)는 고휘도를 구현하면서 백라이트 유닛에 장착되는 광학 필름류의 수를 줄일 수 있으므로, 액정표시장치 모듈의 슬림화 및 제조공정의 단순화를 통해, 제조단가를 낮출 수 있다.
이에, 본 발명은 상기 광구조체를 가지는 확산판 일체형 집광시트(10)를 구비함으로써, 고휘도 및 액정표시장치 모듈의 슬림화를 구현한 백라이트 어셈블리를 제공하고, 상기 백라이트 어셈블리를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1∼2>
단계 1: 확산패턴이 형성된 일체형 복합시트 제조
고투명 폴리에스테르필름(도레이새한 주식회사 XG533-100㎛)을 기재시트로 사용하고, 하기 표 1에 기재된 바와 같이 양면에 패턴을 설계한 후, 자외선 경화성형방법으로 복합시트(1)를 제조하였다.
이때, 실시예 1에서 렌즈 하단부는 삼각형 단면의 사각뿔 형태이고, 렌즈 중앙부는 평면 형상이며, 이때, 렌즈 하단부 및 중앙부의 길이는 표 1에 기재된 바와 같다[도 1].
또한, 실시예 2의 렌즈 하단부는 원뿔 형태에, 렌즈 중앙부는 평면 형상으로 이루어지며, 이때, 렌즈 하단부 및 중앙부의 길이는 표 1에 기재된 바와 같다[도 2].
Figure 112008089762598-pat00001
단계 2: 광구조체를 가진 확산판 제조
폴리카보네이트 수지를 사용하여 공압출 기법으로 총 2.0mm 두께 중 100㎛의 두께로 하단부에 확산제로 입경 2㎛의 실리콘 수지 비드 1 중량부를 사용하여 확산판(2)을 제조하였다. 상단부의 반구형의 패턴(2)각롤 표면을 가공하여 압출시 전사되도록 제조하였다.
단계 3: 합지공정
단계 1의 복합시트(1)와 단계 2에서 제조된 렌티큘라 렌즈로 이루어진 확산판(2)을 접착제를 이용하여 합지하였다.
<실험예 1> 광학특성 측정
1. 휘도 측정
상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 집광시트로로서, 복합시트와 확산판이 합지하여 공기층이 존재하도록 한 제품(A), 본 발명의 실시예 1에서 제조된 복합시트를 공기층이 존재하지 않도록 합지한 제품(B) 및 합지하지 않고 단순히 올려만 놓은 제품(C)에 대하여, 휘도를 측정하여 하기 표 2에 기재하였다.
상기 휘도 측정은 32" 직하형 백라이트 유니트를 이용하여 휘도를 측정하였으며, 상기 집광시트(10)를 재단하여 탑콘사의 BM-7 측정기를 이용하여 측정각도 5도, BM-7과 백라이크 유니트와의 간격을 25cm로 하여 가로 세로 등간격을 4분할하여 그 교차점인 9개 지점의 휘도를 9회 반복 측정하여 휘도 평균값으로 휘도를 대표하였다. 비교를 위하여, 레퍼런스로 현재 광학시트의 표준 구성으로 동일한 광확산판, 확산시트, 프리즘, 보호시트를 차례로 적층하여 동일한 방법으로 휘도를 측정하였다.
Figure 112008089762598-pat00002
상기 결과로부터, 공기층이 전혀 없는 경우, 리사클링 기능이 현저히 약화되어 가장 낮은 휘도 결과를 확인하였다. 또한, 본 발명의 실시예 1과 실시예 2에서 제조된 집광시트는 그 구조 상, 홈부의 크기가 커질수록 휘도가 저하되는 것을 확인하였다.
2. 시야각 측정
실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 광구조체를 가진 확산판 일체형 집광시트의 시야각을 측정하기 위하여 하기와 같이 수행하였다.
각도계(Goniometer)에 부착된 BM-7를 이용하여 32" 직하형 백라이트 유니트에 집광시트를 적층한 후, 수직 방향을 기준으로 1도 간격으로 시야각에 따른 휘도 분포를 측정하였다. 수직 방향의 휘도 값의 절반 값 지점의 각으로 시야각을 대표하였다.
상기 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 집광시트로서, 복합시트와 확산판이 합지하여 공기층이 존재하도록 한 제품(A)과 비교를 위하여 레퍼런스로 현재 광학시트의 표준 구성으로 동일한 광확산판, 확산시트, 프리즘, 보호시트를 차례로 적층하여 동일한 방법으로 시야각을 측정하였다.
Figure 112008089762598-pat00003
상기 표 3의 결과로부터, 본 발명의 실시예 1 및 2에서 제조된 집광시트는상하 시야각 및 좌우 시야각이 동일한 결과를 보임으로써, 종래 확산시트에서 좌우 시야각에 비하여, 상하 시야각이 좁은 문제점을 해소하였다.
또한, 본 발명의 집광시트는 홈부(25)를 조절함으로써 좌우, 상하 시야각의 범위를 조절할 수 있다.
본 발명은 종래의 렌티큘라 렌즈구조로부터, 렌즈의 하단부에 삼각형 단면의 다각뿔 또는 원뿔 형상 및 렌즈의 중앙부에 평면, 타원형 또는 반구 형상으로 렌즈 구조를 변형함으로써, 유효각도에서 입사되는 입사광뿐만 아니라, 유효하지 않은 각 도에서 입사되는 입사광의 집광효율을 최적화하고, 본 발명의 집광시트의 구조 상, 입광부 측의 홈부를 조절함으로써, 좌우 시야각뿐 만 아니라, 상하 시야각까지 넓히고, 그 각도 범위를 조절할 수 있는 고기능성의 집광시트를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 확산판 일체형 집광시트는 빛을 확산시키는 확산판과 빛을 모아주는 복합시트를 합지하여 공기층을 형성함으로써, 광의 재귀반사효율을 증진하여 광의 집광효율 및 은폐성을 극대화할 수 있는 고휘도를 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명의 고휘도 및 고기능성을 구현하는 확산판 일체형 집광시트는 백라이트 유닛에 장착되는 광학 필름류의 수를 줄일 수 있으므로, 이를 포함한 백라이트 어셈블리 및 액정표시장치 모듈을 슬림화하고 제조단가를 낮출 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 기술되었지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 본 발명의 확산판 일체형 집광 시트의 모식도이고,
도 2는 본 발명의 확산판 일체형 집광 시트 중, 출광부의 단위 렌즈에 대한 바람직한 제1실시형태의 모식도이고,
도 3은 본 발명의 확산판 일체형 집광 시트 중, 출광부의 단위 렌즈에 대한 바람직한 제2실시형태의 모식도이고,
도 4는 본 발명의 확산판 일체형 집광 시트 중, 출광부의 단위 렌즈에 대한 바람직한 제3실시형태의 모식도이고,
도 5는 본 발명의 확산판 일체형 집광 시트 중, 출광부의 단위 렌즈에 대한 바람직한 제4실시형태의 모식도이고,
도 6은 종래 백라이트 유닛의 광학시트를 도시한 것이다.

Claims (17)

1) 투명기재의 제1면상에 단위 렌즈가 연속적으로 배열된 복수개의 렌즈로 이루어진 출광부와 상기 출광부가 형성된 투명기재면의 반대면인 제2면상에 상기 제1면상에 배열된 렌즈와 렌즈가 서로 맞닿는 접점과 대향하는 위치에 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부 면에 반사층이 형성된 입광부로 이루어진 복합시트; 및
2) 광구조체를 가지는 확산판;이 합지된 구조의 확산판 일체형 집광시트이며, 상기 단위 렌즈의 하단부가 삼각형 단면의 다각뿔 또는 원뿔 형태이며, 상기 렌즈 하단부를 제외한 렌즈 중앙부는 평면, 타원형 또는 반구형인 것을 특징으로 하는 확산판 일체형 집광시트.
제1항에 있어서, 상기 복수개의 렌즈가 단위 구조체상에서 불규칙 배열로 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 확산판 일체형 집광시트.
제1항에 있어서, 상기 단위 렌즈가 연속적으로 배열된 복수개의 렌즈로 형성된 단위 구조체가 2층 이상 적층된 것을 특징으로 하는 상기 확산판 일체형 집광시트.
제1항에 있어서, 복합시트의 단위 렌즈당, 확산판의 광구조체가 3 내지 5개가 포함된 것을 특징으로 하는 상기 확산판 일체형 집광시트.
제4항에 있어서, 상기 확산판의 광구조체가 반구 패턴의 렌즈 형상인 것을 특징으로 하는 상기 확산판 일체형 집광시트.
제1항에 있어서, 복합시트의 단위 렌즈당, 광구조체를 가지는 확산판이 합지되면서 공기층이 형성된 것을 특징으로 하는 상기 확산판 일체형 집광시트.
제1항에 있어서, 복합시트 내 단위 렌즈의 폭(width) 길이가 50 내지 250㎛인 것을 특징으로 하는 상기 확산판 일체형 집광 시트.
제1항에 있어서, 복합시트 내 단위 렌즈의 높이(height)가 단위 렌즈의 폭(width) 길이에 대하여, 25 내지 200%인 것을 특징으로 하는 상기 확산판 일체형 집광 시트.
제1항에 있어서, 상기 단위 렌즈의 하단부가 단위 렌즈의 높이(height)의 길이에 대하여, 20 내지 80% 이내로 형성된 것을 특징으로 하는 상기 확산판 일체형 집광 시트.
제1항에 있어서, 상기 돌출부의 깊이(depth)가 5 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 상기 확산판 일체형 집광 시트.
제1항에 있어서, 상기 돌출부와 바로 이웃하는 돌출부간에 형성된 홈부가 상기 단위 렌즈의 폭 길이에 대하여, 30 내지 90%인 것을 특징으로 하는 상기 확산판 일체 형 집광 시트.
제1항에 있어서, 상기 반사층이 반사물질이 첨가된 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 상기 확산판 일체형 집광 시트.
제12항에 있어서, 상기 반사층이 착색안료 또는 염료에서 선택되는 1종 이상과 반사물질이 첨가된 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 집광시트.
제12항에 있어서, 상기 수지가 자외선 경화형수지, 전자선 경화형수지 및 열경화형 수지로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기 확산판 일체형 집광 시트.
제12항에 있어서, 상기 반사물질이 TiO2, BaSO4, Al(OH)3, Al2O3, CaCO3, ZnO 및 ZnS로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기입자 또는 아크릴 또는 그 유도체로 형성된 입자, 폴리스티렌 입자, 실리콘 입자 및 멜라민 수지 입자로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 유기입자인 것을 특징으로 하는 상기 확산판 일체형 집광 시트.
제1항의 확산판 일체형 집광 시트 및
상기 확산판 일체형 집광 시트를 향해 빛을 조사하는 광원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.
제1항의 확산판 일체형 집광시트를 구비한 백라이트 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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