KR101127100B1 - 광시야각 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

빛을 효율적으로 집광하여 높은 정면 휘도를 제공하는 집광 필름을 포함하는 백라이트 유닛과 광시야각용 확산 필름을 포함하는 액정 표시 장치에 관하여 개시한다.

본 발명은 균일한 면광을 발생시키는 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛에 적층되는 액정패널을 포함하는 액정표시장치에 있어서, 상기 백라이트 유닛은 빛이 출사되는 면에 복수의 마이크로 렌즈, 복수의 크로스 렌티큘러 렌즈, 복수의 렌티큘러 렌즈 중의 어느 하나로 구성되는 제1광학부재를 형성하고, 빛이 입사되는 면에 반사층을 형성한 고집광 필름을 구비하고, 상기 액정패널은 양면에 편광판이 부착된 액정필름의 상부에 배치되며, 빛이 입사되는 면에 복수의 마이크로 렌즈, 복수의 크로스 렌티큘러 렌즈, 복수의 렌티큘러 렌즈 중의 어느 하나로 구성되는 제2광학부재를 형성하고, 빛이 출사되는 면에 흡광층을 형성한 확산필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 광시야각 액정표시장치를 제공한다.

이러한 본 발명은 액정의 구조와 무관하게 광시야각을 제공하며 시야 방향에서의 색변화를 최소화하여 고품질의 화상을 표시할 수 있는 효과를 가져온다.

액정 표시 장치, 광시야각, 확산 필름, 집광 필름, 마이크로렌즈

Description

광시야각 액정표시장치 {Liquid crystal display device having wide view angle}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 백라이트 유닛에 빛을 효율적으로 집광하는 집광필름을 구비하고, 액정패널에 시야각을 확대할 수 있는 확산 필름을 구비하여, 정면휘도를 향상시킴과 동시에 넓은 시야각을 제공하는 광시야각 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정은 그 분자가 이방성을 가지고 있고, 그 분자로 이루어진 액정셀이나 필름의 이방성이 액정분자들의 분포 및 기판에 대해 기울어진 각도(tilt angle)의 분포정도에 의해 바뀌는 성질을 가지고 있다. 또한, 이러한 특성은 액정으로 이루어진 셀이나 필름을 보는 각도에 따라 빛의 편광성을 변화시키는 중요한 요인이 된다.

이러한 액정의 고유특성으로 인해 액정표시장치의 구동시 상하,좌우 시야각에 따라 휘도 및 콘트라스트 비(contrast ratio)의 변화가 유발되었고 이는 액정표 시장치의 가장 큰 단점이 되어왔다. 이러한 단점을 보완하기 위해 액정셀이 가지는 시야각에 따른 이방성 분포를 보상해 줄 보상필름(compensate film)을 붙이는 방법이 고안되었다.

도 1은 종래의 액정표시장치의 구조를 나타낸 분리단면도이다.

도시된 바와 같이, 액정표시장치 크게 액정패널과(10) 백라이트 유닛(20)으로 구성되어 있다. 액정패널(10)은 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어 전계의 인가에 의해 빛의 투과율을 조절하는 액정필름(11)과, 액정필름(11)의 양면에 부착되어 백라이트 유닛(20)으로부터 나오는 빛을 편광된 빛으로 바꾸어 주기 위한 편광판 (13)과, 상기 편광판(13)과 액정필름(11)의 사이에 부착되어 액정셀이 가지는 시야각에 따른 이방선 분포를 보상해주는 보상필름(12)으로 구성된다.

백라이트 유닛(20)은 광원 역할을 하는 램프(21), 반사판(22), 확산판(23), 확산필름(24), 프리즘시트(25), 휘도향상시트(26)로 구성된다.

램프(21)는 다수개가 구비되어 빛을 방출하는 것으로, 그 구체적인 구성은 냉음극형광램프(CCFL :Cold Cathode Florescent Lamp)나, LED(Light Emitting Diode)을 사용한다.

반사판(22)은 램프(21) 하면에 배치되어 램프(21)로부터 방출된 빛을 반사시키는 역할을 수행하며, 프리즘시트(25)나 편광판(11)으로부터 반사되어진 빛을 재반사 시켜 광효율을 향상시키는 역할을 수행한다.

확산판(23)은 램프(21) 상면에 배치되어, 램프(21)로부터 방출된 빛을 확산 시켜서 램프(21)의 휘선이 보이지 않도록 하는 역할을 한다. 빛을 확산시키기 위해 확산판(23) 내에 수 마이크로의 크기를 가지는 비드(Bead)가 사용되어 진다.

확산판(23)을 통과한 빛은 모든 방향에서 거의 균일한 휘도를 가지는 램버시안(Lambertian) 형태가 되어지며, 이렇게 넓게 퍼진 빛을 원하는 방향으로 집광시키기 위해서 광학시트(25)가 구비되고, 광학시트(25)의 위에는 휘도향상시트(26)가 구비된다.

액정패널(10)에 구비되는 보상필름(12)은 액정셀과는 가능한 반대의 이방성 분포를 가짐으로써 셀과 합지하여 사용시 시야각에 따른 빛의 지연(retardation)차이를 없애도록 제작된다.

일반적으로 보상필름(12)은 고분자 필름에 의해 투과광에 대한 위상차의 변화를 끼치게 되며 필름이 일정한 방향으로 신장 처리되어 분자의 이방성 유도에 의해 복굴절성을 가지게 된다. 보상 필름이 실제 적용되는 예로, 액정이 90도 꼬여있는 TN 모드의 경우에는 discotic 필름을 상,하 기판에 부착하여 시야각 보상을 하게 되고, 액정이 수직으로 서 있는 VA모드의 경우에도 대각 방향의 시야각 보상을 위해 A-plate, C-plate를 조합한 보상 필름을 적용하여 시야각 보상을 하고 있다.

본 발명은 액정의 구조와 무관하게 광시야각을 제공하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제공을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 특히 반사층이 포함된 집광 필름의 적용으로 외광하에서의 야외 시인성 확보가 가능하며, 시야 방향에서의 색변화를 감소시킬 수 있는 액정 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 균일한 면광을 발생시키는 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛에 적층되는 액정패널을 포함하는 액정표시장치에 있어서, 상기 백라이트 유닛은 빛이 출사되는 면에 복수의 마이크로 렌즈, 복수의 크로스 렌티큘러 렌즈, 복수의 렌티큘러 렌즈 중의 어느 하나로 구성되는 제1광학부재를 형성하고, 빛이 입사되는 면에 반사층을 형성한 고집광 필름을 구비하고, 상기 액정패널은 양면에 편광판이 부착된 액정필름의 상부에 배치되며, 빛이 입사되는 면에 복수의 마이크로 렌즈, 복수의 크로스 렌티큘러 렌즈, 복수의 렌티큘러 렌즈 중의 어느 하나로 구성되는 제2광학부재를 형성하고, 빛이 출사되는 면에 흡광층을 형성한 확산필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 광시야각 액정표시장치를 제공한다.

본 발명은 액정의 구조와 무관하게 광시야각을 제공하며 시양 방향에서의 색변화를 최소화하여 고품질의 화상을 표시할 수 있는 광시야각 액정표시장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 특히 반사층이 포함된 집광필름을 구비하여 야.외의 외광하에서 시인성 확보가 가능한 효과를 가져온다.

아울러, 종래 액정 표시 장치에 필수적으로 사용되던 고가의 보상필름을 제거함으로써 원가를 절감할 수 있는 효과도 가져온다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 확산시트의 실시예를 설명한다.

이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

한편, 설명의 편의상 종래 발명과 구성 및 작용이 동일한 부분은 동일한 부호 또는 명칭을 사용한다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 나타낸 분리단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는 액정패널(10)에 보상필름을 구비하지 않는다. 보상필름은 시야각을 보상하기 위해 사용되는 것이나 색변화를 가져올 수 있는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명의 액정패널은 보상필름을 대신하여 양면에 편광판(13)이 부착된 액정필름(11)의 상부에 확산필름(15)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

백라이트 유닛(20)을 살펴보면, 확산필름(24)과 휘도향상필름(26)의 사이에 고집광 필름(27)이 배치된다.

고집광 필름(27)은 확산필름(24)에서 균일하게 확산되어 출사되는 빛을 수직방향으로 집광하여 중앙휘도를 향상시키기 위한 것으로, 빛이 출사되는 면에 볼록렌즈 형태의 제1광학부재가 형성된다.

제1광학부재는 복수의 마이크로 렌즈, 복수의 크로스 렌티큘러 렌즈, 복수의 렌티큘러 렌즈 중의 어느 하나로 구성된다.

도 10은 제1광학부재의 종류를 나타낸 사시도이다.

도면의 좌측에서부터,(a) 마이크로 렌즈, (b)크로스 렌티큘러 렌즈, (c)렌티큘러 렌즈를 나타낸다.

제1광학부재는 저각도로 출사되는 빛을 굴절시켜 중앙휘도를 향상시키게 된다.

고집광 필름(27)에 형성되는 제1광학부재는 고 집광 및 야외 시인성 확보를 위해 도시된 바와 같이, 개별 광학부재의 가장자리 부분에 대응되는 위치에 반사층(27a)을 형성한다. 반사층은(27a)의 마이크로 렌즈의 가장자리 부분에만 형성되며, 중심부에는 개구부(27b)가 형성된다.

반사층은 다양한 형태로 형성될 수 있다.

도 11은 반사층의 형태를 나타낸 평면도이다.

(d)는 마이크로 렌즈 또는 크로스 렌티큘러 렌즈의 형태의 대응하여 중심에 원형의 개구부를 형성한 그물망 형태로 형성된 반사층을 나타낸 것이고,

(e)마이크로 렌즈 또는 크로스 렌티큘러 렌즈의 형태의 대응하여 중심에 사각형 형태의 개구부를 형성한 그물망 형태로 형성된 반사층을 나타낸 것이고,

(f)는 렌티큘러 렌즈에 대응하여 렌티큘러 렌즈의 가장자리(양측의 높이 낮은 부분)를 따라 평행선 형태로 형성된 반사층을 나타낸 것이다.

이러한 형태 이외에도 렌즈의 중심부(높이가 높은 부분, 광학적으로 집광되는 부분)를 제외한 영역에 형성되는 다른 형태로도 형성할 수 있다.

다음으로 액정패널의 상부에 배치되는 확산필름에 대하여 살펴본다.

상기 확산필름(15)은 액정필름(11)을 통과한 빛을 확산시켜 좌우, 상하 시야각을 확보하기 위한 것으로, 빛이 입사되는 면인 내측면에 볼록렌즈 형태의 제2광학부재가 형성된다.

제2광학부재는 제1광학부재와 마찬가지로 복수의 마이크로 렌즈, 복수의 크로스 렌티큘러 렌즈, 복수의 렌티큘러 렌즈 중의 어느 하나로 구성된다.

제2광학부재가 형성된 확산필름(15)은 가장 위쪽에 배치되어 액정필름(11)을 통과한 후 출사되는 빛을 확산시킴으로써 보상필름을 대신하여 시야각을 확보해준다.

확산필름(15)에 형성되는 제2광학부재는 개별 렌즈의 가장자리 부분에 대응되는 위치에 흡광층(15a)을 형성한다. 흡광층(15a)은 렌즈의 가장자리 부분에만 형성되며, 중심부에는 개구부(15b)가 형성된다.

흡광층(15a)도 반사층(27a)과 마찬가지로 시인되지 않도록 100㎛ 이하의 폭(w)으로 형성되는 것이 바람직하며, 반사층(27a)과 마찬가지로 다양한 형태로 형성될 수 있다.

광학부재의 반경(크로스 렌티큘러 렌즈 또는 렌티큘러 렌즈의 경우 폭의 1/2)은 시인성 관점에서 문제가 되지 않으나 반사층(27a)의 폭과 개구부(27b)의 비율을 고려하면 50~200㎛ 것이 바람직하다. 또한 확산효과를 최적화하기 위한 마이크로렌즈의 높이/반지름의 비는 1이 되도록 제작하면 이상적이나, 실제 제작시 재료, 공정을 고려하여 0.8~1.2 범위인 것이 바람직하다.

백라이트 유닛(20)에 배치되는 고집광 필름(27)의 제1광학부재와 액정패널(10)에 배치되는 확산 필름(15)의 제2광학부재는 렌즈는 서로 마주보게 형성되며, 각각의 마이크로 렌즈의 중심이 일치하도록 정렬되는 것이 바람직하다.

또한, 제1광학부재와 제2광학부재가 모두 렌티큘러 렌즈로 구성되는 경우에는 제1광학부재의 렌티큘러 렌즈와 제2광학부재의 렌티큘러 렌즈의 길이 방향이 서로 직교하도록 배치되는 것이 바람직하다.

렌티큘러 렌즈의 경우 렌즈의 길이 방향과 평행이 방향과 직각인 방향의 시야각 차이가 발생하기 때문에, 이를 보상하기 위해서 서로 직교하도록 배치하는 것이 바람직하다.

고집광 필름(27)의 제1광학부재에서 집광한 빛이 확산필름(15)의 제1광학부재의 중심을 통과하도록 함으로써 효과적인 확산이 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

이와 같이, 백라이트 유닛에 구비되는 고집광 필름(27)과, 액정 패널 상부에 구비되는 확산필름(15)에 의해 보상필름의 적용 없이, 광시야각을 달성하고, 색변화가 적으며, 휘도 손실이 없는 고품위의 액정 표시 장치의 구성이 가능하다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 나타낸 분리단면도이다.

제 2 실시예는 제 1 실시예의 백라이트 유닛(20)에서 확산필름(24)을 삭제한 형태를 나타낸 것이다.

액정패널(10)에 최상부에 배치되는 확산필름(15)이 충분한 확산효과를 가져오는 경우에는 제 2 실시예와 마찬가지로 백라이트 유닛(20)에서 확산필름(24)을 삭제할 수 있고, 확산필름(24)의 삭제로 인하여 원가절감의 효과를 가져올 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 나타낸 분리단 면도이다.

제 1 실시예와 제 2 실시예는 백라이트 유닛의 최상부에 고가의 휘도향상필름(DBEF)(26)을 구비하고 있으나, 고집광 필름(27)만으로 충분한 중앙휘도를 확보할 수 있는 경우에는 제 3 실시예와 같이 휘도향상필름(26)을 삭제할 수 있다.

제 3 실시예와 같이, 백라이트 유닛(20)이 확산판(23)과 고집광 필름(27) 만으로 구성되면, 장치의 박형화 경량화 원가절감에 큰 효과를 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 고집광 필름의 다른 실시예를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈의 표면을 확대한 사진이며, 도 9는 반사층의 기능을 설명하기 위한 개념도이다.

도 5를 참조하면, 고집광 필름(50)의 빛이 입사되는 배면에 빛을 투과시키는 개구부(55)를 구비하는 반사층(54)을 형성할 수 있다.

반사층(54)은 반사율 90% 이상의 금속층으로 형성되며, 개구부(55)는 마이크로 렌즈의 중심부에 형성된다.

개구부(55)는 광학부재 렌즈 면적의 20~90% 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

도 6은 개구부의 비율에 따른 집광특성을 나타낸 도표이다.

도 6은 광학부재가 마이크로 렌즈로 구성되는 경우를 나타낸 것으로, 집광 특성 확보를 위해 개구부는 렌즈 면적의 20~90% 크기로 형성하는 것이 바람직하다.

집광 특성이 좋아지면 정면 휘도는 증가하고, 시야각은 줄어드는 반면, 집광 특성이 낮아지면 정면 휘도는 감소하고, 시야각은 늘어나는 관계에 있으므로, 액정 패널의 성능을 고려한 적절한 수치의 결정이 필요하다.

이러한 개구부의 면적에 따른 광학특성은 확산필름에도 동일하게 적용된다.

도 7은 종래의 액정표시장치의 그레이별 수직 시야각 특성을 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명에 따른 액정표시장치의 그레이별 수직 시야각 특성을 나타낸 그래프이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 고집광 필름과 확산필름이 적용되어 종래의 액정표시장치에 비하여 반치각 및 그레이 인버전(gray inversion)이 개선됨을 알 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 액정표시장치의 흡광층과 반사층의 기능을 설명하기 위한 개념도이다.

액정 표시 장치가 실외에서 사용되는 경우 혹은 실내에서 강한 외부광원 아래에서 사용되는 경우가 있다. 이러한 경우에는 외광에 의해서 시인성이 저해되는 문제점이 발생하게 되는데, 도 9에 도시된 바와 같이, 외광의 일부는 확산필름(15)의 전면에 형성된 흡광층에서 흡수되고, 흡광층에 흡수되지 않고 개구부를 통과한 광도, 고집광 필름(27)의 배면에 형성된 반사층에서 반사된 후 액정필름을 통과하여 다시 출사되기 때문에 외광하에서의 시인성이 향상되는 효과를 가져온다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실 시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도 1은 종래의 액정표시장치의 구조를 나타낸 분리단면도,

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 나타낸 분리단면도,

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 나타낸 분리단면도,

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 나타낸 분리단면도,

도 5는 본 발명에 따른 고집광 필름의 다른 실시예를 나타낸 단면도,

도 6은 개구부의 비율에 따른 집광특성을 나타낸 도표,

도 7은 종래의 액정표시장치의 그레이별 수직 시야각 특성을 나타낸 그래프,

도 8은 본 발명에 따른 액정표시장치의 그레이별 수직 시야각 특성을 나타낸 그래프,

도 9는 본 발명에 따른 액정표시장치의 흡광층과 반사층의 기능을 설명하기 위한 개념도,

도 10은 제1광학부재의 종류를 나타낸 사시도,

도 11은 반사층의 형태를 나타낸 평면도임.

Claims (11)

1. 균일한 면광을 발생시키는 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛에 적층되는 액정패널을 포함하는 액정표시장치에 있어서,

   상기 백라이트 유닛은 빛이 출사되는 면에 복수의 렌티큘러 렌즈로 구성되는 제1광학부재를 형성하고, 빛이 입사되는 면에 반사층을 형성한 고집광 필름을 구비하고,

   상기 액정패널은 양면에 편광판이 부착된 액정필름의 상부에 배치되며, 빛이 입사되는 면에 복수의 렌티큘러 렌즈로 구성되는 제2광학부재를 형성하고, 빛이 출사되는 면에 흡광층을 형성한 확산필름을 구비하며,

   상기 제1광학부재의 렌티큘러 렌즈와 상기 제2광학부재의 렌티큘러 렌즈가 직교하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 광시야각 액정표시장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사층 및 흡광층은 그물망 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 광시야각 액정표시장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사층 및 흡광층은 복수의 평행선 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 광시야각 액정표시장치.
5. 균일한 면광을 발생시키는 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛에 적층되는 액정패널을 포함하는 액정표시장치에 있어서,

   상기 백라이트 유닛은 빛이 출사되는 면에 복수의 마이크로 렌즈로 구성되는 제1광학부재를 형성하고, 빛이 입사되는 면에 반사층을 형성한 고집광 필름을 구비하고,

   상기 액정패널은 양면에 편광판이 부착된 액정필름의 상부에 배치되며, 빛이 입사되는 면에 복수의 마이크로 렌즈로 구성되는 제2광학부재를 형성하고, 빛이 출사되는 면에 흡광층을 형성한 확산필름을 구비하며,

   상기 반사층 및 상기 흡광층은 마이크로 렌즈의 중심부 20~90% 영역에 해당하는 개구부를 이외의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 광시야각 액정표시장치.
6. 균일한 면광을 발생시키는 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛에 적층되는 액정패널을 포함하는 액정표시장치에 있어서,

   상기 백라이트 유닛은 빛이 출사되는 면에 복수의 크로스 렌티큘러 렌즈로 구성되는 제1광학부재를 형성하고, 빛이 입사되는 면에 반사층을 형성한 고집광 필름을 구비하고,

   상기 액정패널은 양면에 편광판이 부착된 액정필름의 상부에 배치되며, 빛이 입사되는 면에 복수의 크로스 렌티큘러 렌즈로 구성되는 제2광학부재를 형성하고, 빛이 출사되는 면에 흡광층을 형성한 확산필름을 구비하며,

   상기 반사층 및 상기 흡광층은 크로스 렌티큘러 렌즈의 중심부 20~90% 영역에 해당하는 개구부를 이외의 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 광시야각 액정표시장치.
7. 제 3 항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 반사층 및 상기 흡광층의 폭은 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 광시야각 액정표시장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 백라이트 유닛은 광원과, 확산판과, 상기 고집광 필름이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 광시야각 액정표시장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 백라이트 유닛은 상기 고집광 필름의 상부에 휘도향상필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광시야각 액정표시장치.
10. 제 5 항에 있어서,

    상기 마이크로 렌즈는 반지름(R)과 높이(H)의 비(R/H)가 0.8 ~ 1.2 범위인 것을 특징으로 하는 광시야각 액정표시장치.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 제1광학부재와, 상기 제2광학부재는 동종의 렌즈로 구성되며, 동일한 렌즈 배열을 가지고 정렬되는 것을 특징으로 하는 광시야각 액정표시장치.

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