KR101266541B1

KR101266541B1 - 집광효율이 개선된 광학필름, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치

Info

Publication number: KR101266541B1
Application number: KR1020090037685A
Authority: KR
Inventors: 김진범; 윤기철; 박상천; 김근영
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2013-05-23
Also published as: KR20100118798A

Abstract

광학필름, 상기 광학필름을 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비하는 액정표시장치가 개시된다. 개시된 광학필름은, 투명기판 및 상기 투명기판의 일면에 배치된 복수개의 프리즘들을 포함하고, 상기 각각의 프리즘들은 적어도 4개의 프리즘면을 갖는다.

Description

집광효율이 개선된 광학필름, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치{Optical film with improved concentration efficiency, 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 각기 적어도 4개의 프리즘면을 갖는 복수개의 프리즘을 구비하는 광학필름, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치가 개시된다.

영상을 표시하는 표시장치에는 표시기능을 향상시키기 위해 다양한 기능의 광학필름들이 사용된다. 그러나 확산필름 및 집광필름 등의 광학필름들을 여러 장 조합하여 사용하는 경우에는 작업성이 저하될 뿐 아니라, 생산 공정 단계가 증가함에 따른 생산성 저하와 그로 인한 제조비용 상승을 초래하게 되며, 광학적으로도 광학필름간 계면에서 일어나는 현상(예를 들어, wet-out 현상)으로 인해 표시장치 구동시 화상의 품질이 저하되는 문제가 발생하기도 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 빛의 확산과 집광기능이 있는 복합기 능을 갖는 광학필름들이 다수 개발되었다. 그러나, 이러한 종래의 광학필름들은 제조하기가 어려워 생산단가가 높거나, 그 설계 자유도가 낮아 출사되는 빛의 진행 각도를 제어하기 어려운 등의 단점을 가지고 있어 활용이 매우 제한적이었다.

본 발명의 일 구현예는 각기 적어도 4개의 프리즘면을 갖는 복수개의 프리즘을 구비하는 광학필름을 제공한다.

본 발명의 다른 구현예는 상기 광학필름을 채용한 백라이트 유니트를 제공한다.

본 발명의 또 다른 구현예는 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면은,

투명기판; 및

상기 투명기판의 일면에 배치된 복수개의 프리즘들을 포함하고,

상기 각각의 프리즘들은 적어도 4개의 프리즘면을 갖는 광학필름을 제공한다.

상기 각각의 프리즘들은 일단면 모양이 n각형이고, n은 5 이상의 자연수일 수 있다.

상기 각 프리즘면이 상기 투명기판의 평활면과 나란한 면과 이루는 각도(θ₁, θ₂, ….θ_n-1)는 하기 조건을 만족할 수 있다:

θ_i ≠ θ_j.

여기서, i ≠ j이고, 1≤i(또는 j)≤n-1이며, n은 5 이상의 자연수이다.

상기 광학필름은 상기 투명기판의 타면에 배치된 확산 패턴을 추가로 포함할 수 있다.

상기 프리즘들의 평균 굴절률(n)은 1.40 내지 1.65일 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 구현예에 의하면, 각기 적어도 4개의 프리즘면을 갖는 복수개의 프리즘을 구비함으로써 집광효율이 높고 백라이트 유니트 및/또는 액정표시장치에 채용될 경우 이들의 정면휘도를 향상시킬 수 있는 광학필름이 제공될 수 있다.

이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 광학필름 및 상기 광학필름을 구비한 백라이트 유니트에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 광학필름을 구비하는 엣지형 백라이트 유니트를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 백라이트 유니트(100)는 광원(110), 상기 광원(110)으로부터 발광되는 빛을 안내하는 도광판(130), 및 도광판(130)의 상부에 배치되는 광학필름(140)를 구비한다. 이러한 백라이트 유니트(100)는 광원(110) 외부에 배치된 광원 커버(120)를 포함하며, 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 빛을 광학필름(140)으로 안내하는 역할을 수행한다.

광학필름(140)은 투명기판(141), 복수개의 프리즘들(142) 및 선택적으로 확산 패턴(143)을 포함한다. 여기서, 상기 각각의 프리즘들(142)은 적어도 4개의 프리즘면(도 2 및 도 3의 1, 2, 3, 4)을 갖는다. 이와 같이 각기 적어도 4개의 프리즘면을 갖는 프리즘들(142)을 구비함으로써, 상기 광학필름(140)은 프리즘(142)에 입사된 빛이 이를 투과하여 출사될 때 출사되는 빛의 진행각도를 효과적으로 제어하여 집광효율을 증가시킬 수 있어서 상기 광학필름(140)을 채용한 백라이트 유니트(100) 및/또는 액정표시장치(미도시)의 정면휘도를 향상시킬 수 있는데, 이에 관하여는 후술하기로 한다. 여기서, 프리즘면이란 프리즘(142)에 형성된 면들 중 빛 이 입사되거나 반사되는 주면(main faces)을 의미한다.

투명기판(141)은 폴리에스테르 수지 등의 재질로 형성되어 이에 입사되는 광을 투과시키는 역할을 수행한다.

프리즘(142)은 투명기판(141)의 일면, 즉 도광판(130)쪽 면에 배치되어 도광판(130)으로부터 입사되는 광을 액정표시패널(미도시)의 평면으로 집광시키는 역할을 수행한다. 프리즘(142)은 광경화형 수지 또는 열경화성 수지로 형성될 수 있다. 본 구현예에서, 각각의 프리즘들(142)은 일단면 모양이 오각형이지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, n각형(n은 6 이상의 자연수)의 일단면 모양을 가질 수도 있다. 이러한 프리즘들(142)의 평균 굴절률(n)은 1.40 내지 1.65일 수 있다. 상기 평균 굴절률(n)이 1.40 미만이면 빛을 모아주는 효과가 크지 않아 집광효율이 떨어져서 바람직하지 않고, 1.65를 초과하게 되면 빛의 경로가 과도하게 변경되어 시야각이 지나치게 좁아질 수 있으므로 바람직하지 않다.

확산 패턴(143)은 투명기판(141)의 타면에 배치될 수 있다. 이러한 확산 패턴(143)은 프리즘(142)의 패턴이 관찰자에게 시인되는 현상을 감소시켜 화상의 품질을 높여주는 역할을 수행한다. 이러한 확산 패턴(143)과 프리즘(142)은 투명기판(141)의 일면 및 타면에 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 배제한다. 한편, 이러한 확산 패턴(143)은 선택에 의하여 생략될 수 도 있다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 광학필름(140)을 이용하여 도광판(130)으로부터 광학필름(140) 쪽으로 진행하는 빛을 원하는 방향으로 집광시키는 원리에 관하여 상세히 설명한다.

빛이 굴절률이 다른 두 매질 사이를 통과할 때, 한쪽 매질의 굴절률이 N1, 다른 쪽 매질의 굴절률이 N2, 상기 두 매질들 사이의 경계면의 법선과 입사되는 빛의 진행방향이 이루는 각도(입사각) 및 출사되는 빛의 진행방향이 이루는 각도(출사각)가 각각 θ1 및 θ2라고 하면, 각 매질의 굴절률들(N1, N2)과 입사각(θ1) 및 출사각(θ2) 사이에는 하기 식과 같은 관계가 성립한다.

도 1의 도광판(130)으로부터 광학필름(140)쪽으로 진행하는 빛을 정면 또는 사용자가 원하는 방향으로 모으기 위해 프리즘(142)을 사용하며, 이 경우 집광원리는 빛이 굴절률이 다른 매질을 통과할 때 그 진행방향이 상기 식에서와 같이 바뀌는 것을 이용하는 것이다. 도 1에서와 같이 도광판(130)과 마주보는 면(하면)에 프리즘(142)이 형성되어 있는 광학필름(140)도 전술한 집광원리를 이용하여 빛의 진행방향을 바꾼다. 그러나, 이와 같이 프리즘(142)이 도광판(130)과 마주보도록 배치된 경우에는 도광판(130)으로부터 프리즘(142) 쪽으로 진행하는 빛의 진행방향이 프리즘(142)의 모양에 맞도록 정교하게 제어되어 프리즘(142)에 입사될 경우에만 높은 정면휘도를 얻을 수 있다. 본 구현예에 따른 광학필름(140)은 상기 문제를 해 결하여 높은 정면휘도를 얻을 수 있는 것으로서, 이에 관하여는 도 2 및 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 도 1의 광학필름에 구비된 프리즘에서 투과 및 반사하는 빛의 진행경로를 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, A와 같은 경로로 진행하는 빛은 프리즘면(2)에서 굴절되고 프리즘면(3)에서 반사되어 정면(광학필름의 평활면과 수직인 방향)으로 출사될 수 있고, B와 같은 경로로 진행하는 빛은 프리즘면(2)에서 굴절되고 프리즘면(4)에서 반사되어 정면으로 출사될 수 있다. 이와 동일한 원리로 C와 같은 경로로 진행하는 빛도 정면으로 출사될 수 있다. 즉, 상기 프리즘(142)을 채용할 경우 광학필름(140)은 다양한 각도로 프리즘(142)에 입사된 빛의 출사각을 효과적으로 제어하여 상기 빛이 정면으로 출사될 수 있도록 하기 때문에 높은 집광효율(즉, 정면휘도)을 얻을 수 있다.

한편, 도 2에 도시되어 있는 2개의 프리즘(142) 중 왼쪽 프리즘(142)이 생략된 경우를 가정하여 보면, A'와 같은 경로로 진행하는 빛은 프리즘면(1)에서 굴절되고 프리즘면(4)에서 반사되어 정면이 아닌 다른 방향으로 출사되게 된다. 그러나, 실제로는 왼쪽 프리즘(142)이 엄연히 존재하므로 A"와 같은 경로로 진행하는 빛은 프리즘면(2')에서 굴절되어 진행경로가 형성되기 때문에 최종적으로는 정면으로 출사된다. 이와 같이, 복수개의 프리즘들(142)은 서로 상호작용하여 빛의 집광효율을 증가시킬 수 있다.

다른 한편, 프리즘면(3,4)과 같이 1차 굴절된 빛이 반사되는 면의 각도를 조 절할 경우 빛의 진행경로는 정면으로만 제한되지 않고 설계자의 의도에 따라 다양하게 조절될 수 있기 때문에 설계자유도가 증가할 수 있다.

도 3은 도 1의 광학필름에 구비된 각 프리즘면이 상기 광학필름의 평활면과 나란한 면과 이루는 각도를 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 각 프리즘면(1, 2, 3, 4)이 투명기판(141)의 평활면과 나란한 면(도 3의 점선들)과 이루는 각도(θ₁, θ₂, θ₁, θ₂)는 하기 조건을 만족할 수 있다:

θ_i ≠ θ_j.

여기서, i ≠ j이고, 1≤i(또는 j)≤4이다.

이 식을 일반화한 것으로서, 일단면 모양이 n각형인 프리즘에 대한 식은 다음과 같다.

θ_i ≠ θ_j.

도 4는 종래의 광학필름에 구비된 프리즘에서 투과 및 반사하는 빛의 진행경로를 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 종래기술에 따른 광학필름(미도시)에 구비된 프리즘(42)은 2개의 프리즘면(11, 12)을 구비한다. 이 경우, A와 같은 경로로 진행하는 빛은 정면으로 출사될 수 있으나 B나 C와 같은 경로로 진행하는 빛은 정면으로 출사될 수 없어 집광효율이 떨어진다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하지만, 이는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

두께가 188㎛인 투명한 PET필름의 일면에 굴절율이 1.52인 UV광경화 수지를 사용하여 도 3과 같은 구조의 프리즘 패턴을 형성하여 광학필름을 제조하였다. 이때, θ₁ = 103°, θ₂ = 140°, θ₃ = 58°, θ₄ = 110°이었고, 프리즘의 높이는 50㎛이었다. 상기 제조된 광학필름을 프리즘 패턴이 도광판과 마주보도록 백라이트 유니트(대영ONE社, 154W1-L01)에 장착하여 TOPCON社의 SR3를 사용하여 정면휘도를 측정하였다. 상기 측정된 정면휘도는 3,300cd/m²이었다.

비교예 1

기존의 제품인 MRC사의 역프리즘(M268Y)을 상기 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 백라이트 유니트에 장착하여 정면휘도를 측정하였다. 상기 측정된 정면휘도는 3,090cd/m²이었다.

따라서, 실시예 1의 백라이트 유니트는 비교예 1의 백라이트 유니트에 비해정면휘도가 약 7% 증가한 것으로 나타났다.

이상에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 2, 2', 3, 4: 프리즘면 42, 142: 프리즘

100: 백라이트 유니트 110: 광원

120: 광원 커버 130: 도광판

140: 광학필름 141: 투명기판

143: 확산패턴 A, A', A", B, C: 빛의 진행경로

Claims

투명기판; 및

상기 투명기판의 일면에 배치된 복수개의 프리즘들을 포함하고,

상기 각각의 프리즘들은 적어도 4개의 프리즘면을 가지며,

상기 투명기판의 타면에 배치된 확산 패턴을 추가로 포함하고,

상기 프리즘의 배열 방향과 상기 확산 패턴의 배열 방향은 동일하고,

상기 프리즘면은 서로 인접하는 제1프리즘면과 제2프리즘면을 포함하고,

상기 제1프리즘면은 상기 제2프리즘면보다 상기 프리즘의 산에 더 인접해 있고,

상기 투명기판에 대해 수직 방향인 선과 상기 제1프리즘면이 이루는 각은 상기 투명기판에 대해 수직 방향인 선과 상기 제2프리즘면이 이루는 각보다 큰 것을 특징으로 하는 광학필름.
제1항에 있어서,

상기 각각의 프리즘들은 일단면 모양이 n각형이고, n은 5 이상의 자연수인 광학필름.
제1항에 있어서,

상기 각 프리즘면이 상기 투명기판의 평활면과 나란한 면과 이루는 각도(θ₁, θ₂, ….θ_n-1)가 하기 조건을 만족하는 광학필름:

θ_i ≠ θ_j.

여기서, i ≠ j이고, 1≤i(또는 j)≤n-1이며, n은 5 이상의 자연수이다.
삭제
제1항에 있어서,

상기 프리즘들의 평균 굴절률(n)은 1.40 내지 1.65인 광학필름.
광원;

상기 광원으로부터 발광되는 빛을 안내하는 도광판; 및

상기 도광판 상에 배치된 제1항 내지 제3항, 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 광학필름을 구비하고,

상기 광학필름은 이에 포함된 프리즘이 상기 도광판과 마주보도록 배치된 백라이트 유니트.
제6항에 따른 백라이트 유니트를 채용한 액정표시장치.