KR101279961B1 - 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산과 확산부를 갖는 프리즘시트, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트유니트를 구비한 액정표시장치 - Google Patents

길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산과 확산부를 갖는 프리즘시트, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트유니트를 구비한 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산과 확산부를 갖는 프리즘 시트, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치가 개시된다. 개시된 프리즘 시트는, 투명기판과, 상기 투명기판 상에 배치된 것으로 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산, 및 상기 프리즘 산과 이와 인접한 다른 프리즘 산 사이의 그루브상에 배치된 확산부를 구비하고, 상기 길이방향 웨이브 패턴은 상기 프리즘 산의 높이가 길이에 따라 연속적으로 변화하도록 형상화된 프리즘 시트 것을 특징으로 한다.
따라서, 개시된 프리즘 시트는 높은 집광 효과를 나타내면서도 넓은 시야각을 확보할 수 있고, 이를 채용한 백라이트 유니트는 박형화가 가능하고 제조공정이 단순화되어 제조비용을 절감할 수 있으며, 상기 백라이트 유니트를 채용한 액정표시장치는 wet-out 현상과 모아레 현상을 방지할 수 있다.

Description

길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산과 확산부를 갖는 프리즘 시트, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치{Prism sheet having lengthwise wave patterned prisms and convex diffusers, back light unit having the prism sheet and liquid crystal display device having the back light unit}
본 발명은 프리즘 시트, 상기 프리즘 시트를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비하는 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산 및 확산부를 구비함으로써 높은 집광 효과를 나타내면서도 넓은 시야각을 확보할 수 있는 프리즘 시트와, 상기 프리즘 시트를 채용함으로써 박형화가 가능하고 제조공정이 단순화되어 제조비용을 절감할 수 있는 백라이트 유니트 및 상기 백라이트 유니트를 구비함으로써 wet-out 현상과 모아레 현상을 방지할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
최근, 박형화, 소형화 및 저소비전력화 등이 요망되는 노트북 컴퓨터, 텔레비전 또는 휴대전화 등에 사용되는 평판 표시장치(Flat panel display device)로서, 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel: PDP), 전계방출 디스플레이 장치(field emission display device: FED), 박막 트랜지스터 액정표시장치(thin film transistor liquid crystal display device: TFT-LCD) 등이 개발되었고, 이들 중 색 재현성이 우수하고 박형인 액정표시장치가 가장 활발히 연구되고 있다.
상기 평판 표시장치 중 PDP 및 FED는 자체적으로 발광할 수 있으나, 액정표시장치는 그 자체로는 발광체가 아니기 때문에, 보조적으로 보조광원인 백라이트 유니트를 이용하여 광을 조사함으로써 화상 표시가 가능하게 되어 있다. 상기 백라이트 유니트는 광을 조사하되, 화면 전체를 균일하게 조사해야 한다는 요구에 부응하도록, 엣지형 또는 직하형이라고 불리는 면광원의 구조를 가진다.
도 1은 엣지형 광원을 갖는 종래기술에 따른 백라이트 유니트를 도시한 분리 사시도이다.
도 1을 참조하면, 엣지형 광원을 갖는 종래기술에 따른 백라이트 유니트(10)는, 광원(11), 상기 광원(11)으로부터 발광되는 광을 안내하는 도광판(12), 도광판(12)의 하부에 배치되는 반사시트(13), 도광판(12)의 상부에 배치되는 확산시트(14), 확산시트(14)의 상부에 배치되는 프리즘 시트(15), 및 프리즘 시트(15)의 상부에 배치되는 보호시트(16)를 포함한다. 또한, 백라이트 유니트의 광원(11) 외부에는 광원 커버(11a)가 배치되어 있다. 또한, 여기에서는 비록 도시되지 않았지만, 상기 백라이트 유니트(10) 상에 액정표시패널과 반사방지층이 차례로 적층되어 액정표시장치를 구성하게 된다. 보다 구체적으로는, 상기 액정표시패널의 상하 양면에 각 1장씩 2장의 편광판이 더 배치되게 된다.
광원(11)은 광을 발생시키는 것으로, 선광원 램프 또는 면광원 램프, CCFL 또는 LED 등 다양한 광원들이 사용될 수 있다.
도광판(12)은 광원(11)에서 발생된 광을 확산시트(14)로 가이드하는 것으로서, 직하형 광원을 채택하는 경우에는 생략 가능하다.
반사시트(13)는 광원(11)에서 발생된 광을 반사시켜 확산시트(14)의 방향으로 공급하는 역할을 수행한다.
확산시트(14)는 도광판(12)을 통해 입사되는 광을 확산 및 산란시켜 프리즘 시트(15)로 공급하는 역할을 수행한다.
프리즘 시트(15)는 확산시트(14)를 통해 입사되는 광을 굴절시켜 액정표시패널(미도시)의 평면에 집광시키는 역할을 수행한다. 프리즘 시트는 높은 집광 효율, 넓은 시야각, 모아레 현상 방지, 다른 필름과의 광학적 결합(wet out) 방지 등 다양한 설계 목표에 따라 프리즘 산의 형태 및 산 경사면의 각도 등 다양한 설계치의 변형 및 조합들이 가능하며, 상업적으로 적용되고 있다. 도 1은, 그 중, 각각 상부면에 스트라이프 형태로 배열된 삼각형 모양의 프리즘 산이 형성되어 있는 2장의 프리즘 시트(15a, 15b)가 서로 직각으로 교차되게 배치된 형태로 사용된 경우를 예시한 것이다.
상기와 같이 프리즘 시트 사용시, 2장의 프리즘 시트를 프리즘 산의 배열 방향이 서로 90°의 각도로 교차되도록 중첩되게 배치하는 이유는 모든 방향에서 들어오는 입사광을 중심방향으로 더욱 집중시키기 위한 것이다. 그러나, 이와 같이 2장의 프리즘 시트를 사용함으로써, 중심방향의 정면 휘도는 증가하지만, 1장의 프리즘을 사용한 경우보다 시야각이 정면을 기준으로 약±10°씩 감소하여 결과적으 로 약 20°만큼 시야각이 줄어드는 문제점이 있다.
상기와 같이 프리즘 시트(15)에 의한 시야각 축소의 문제를 해결하고 프리즘 시트(15)를 보호하기 위한 방안으로서, 보호시트(16)가 프리즘 시트(15)의 상부에 배치되는 것이 필수적이다. 즉, 이러한 보호시트(16)는 프리즘 시트(15)를 보호하고 아울러 프리즘 시트(15)에 의해 집광된 광을 다시 확산시켜 시야각을 넓혀주는 역할을 수행한다. 이와 같이 보호시트(16)를 필수적으로 추가함으로써 백라이트 유니트의 제조시 박층화가 곤란하고, 제조공정이 복잡해지며, 제조비용이 증가하는 등의 문제점이 발생하게 된다.
또한, 상기와 같은 구성을 갖는 종래기술에 따른 백라이트 유니트는, 프리즘 산이 일정한 방향의 스트라이프 형상으로 배치되어 프리즘 산 패턴이 액정표시패널의 RGB 패턴과 중첩됨으로써 모아레 현상이 발생하는 문제점이 있다.
또한 이 경우, 프리즘 시트(15)의 프리즘 산의 모양이 스트라이프 형상으로 패턴화되어 있어서 각각의 프리즘 시트(15a, 15b)가 인접한 시트(15b, 16)와 접촉하는 표면적이 증가하게 되고, 이로 인해 wet-out 현상이 발생하는 문제점이 있다. 여기서, wet-out 현상이란 두개의 표면이 서로 광학적으로 접촉하여 하나의 필름으로부터 다음 필름으로 광이 전달될 때 굴절율에 있어서의 변화가 제거되는 경우에 일어나는 현상으로서, 관찰자가 스크린 화상이 얼룩덜룩하며 수시로 변화하는 외관을 갖는 것으로 인식하게 되는 현상을 말한다. 이러한 wet-out 현상은 특히, 프리즘 시트(15)와 같이 광학적 효과를 위해 입체화된 표면(즉, 프리즘 산)을 갖는 필름을 사용하는 경우에 문제가 된다.
이하, 도 2를 참조하여 도 1의 프리즘 시트(15b)와 보호시트(16) 사이에서 발생하는 wet-out 현상에 관하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 2를 참조하면, 프리즘 시트(15b)의 상부표면(S)은 표면 접촉부(C)에서 보호시트(16)와 광학적으로 접촉한다. 광(L1)이 표면 접촉부(C)가 아닌 부분, 즉 공기층(A)을 통과하는 경우에는 이러한 광(L1)은 프리즘 시트(15b)와 공기층(A) 사이의 계면에서 굴절된다. 그러나 표면 접촉부(C)에서 광학적 접촉이 일어나게 되면, 광(L2)이 거의 굴절되지 않고 표면 접촉부(C)를 통과하게 된다. 만약, 프리즘 시트(15b)와 보호시트(16)의 굴절율이 동일한 경우에는 표면 접촉부(C)를 통과하는 광(L2)의 굴절 효과가 무시될 수 있다. 이와 같이 공기층(A)을 통과한 광(L1)과 표면 접촉부(C)를 통과한 광(L1)이 굴절 효과상의 차이로 인해 서로 다른 방향으로 출사되므로 관찰자들은 표면 접촉부(C)의 투과특성이 주위영역(즉, 공기층(A))과 다른 것으로 인식하게 되고, 결과적으로 그 부분(C)을 비정상 또는 결함이 있는 부분으로 인식하게 된다.
본 발명은 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산 및 확산부를 구비함으로써 높은 집광 효과를 유지하면서도 넓은 시야각을 확보할 수 있는 프리즘 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 프리즘 시트를 채용함으로써 박형화가 가능하고 제조공정이 단순화되어 제조비용을 절감할 수 있는 백라이트 유니트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 백라이트 유니트를 구비함으로써 wet-out 현상 및 모아레 현상을 방지할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
투명기판;
상기 투명기판 상에 배치된 것으로 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산; 및
상기 프리즘 산과 이와 인접한 다른 프리즘 산 사이의 그루브상에 배치된 확산부;를 구비하고,
상기 길이방향 웨이브 패턴은 상기 프리즘 산의 높이가 길이에 따라 연속적으로 변화하도록 형상화된 프리즘 시트를 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 확산부가 상기 프리즘 산의 돌출 방향과 같은 방향으로 돌출된 볼록 형상을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 확산부의 최고 높이가 상기 프리즘 산의 최고 높이 보다 낮다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 확산부가 상기 프리즘 산의 오목영역 부근에 배치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 프리즘 산이 삼각형 형상의 단면을 가진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 프리즘 산은 밑변의 길이가 25㎛ 내지 1mm이고, 높이가 5 내지 600㎛이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 프리즘 산은 꼭지각이 60 내지 115°이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 프리즘 산이 아치 형상의 단면을 가진다.
또한 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 상기 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 프리즘 시트를 구비하는 백라이트 유니트를 제공한다.
또한 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 상기 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 백라이트 유니트를 구비하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산 및 확산부를 구비함으로써 시야각을 넓힐 수 있는 프리즘 시트가 제공될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 프리즘 시트를 채용함으로써 박형화가 가능하 고 제조공정이 단순화되어 제조비용을 절감할 수 있는 백라이트 유니트가 제공될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 백라이트 유니트를 구비함으로써 wet-out 현상 및 모아레 현상을 방지할 수 있는 액정표시장치가 제공될 수 있다.
이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프리즘 시트에 관하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 프리즘 시트를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 프리즘 시트와 이에 적층된 다른 광학필름을 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 프리즘 시트(25)는 투명기판(25a), 프리즘 산(25b), 및 확산부(25c)를 구비한다.
투명기판(25a)은 폴리에스테르 수지 등의 재질로 형성되어 이에 입사되는 광을 투과시키는 역할을 수행한다.
프리즘 산(25b)은 투명기판(25a)상에 배치되어 투명기판(25a)을 통해 입사되는 광을 액정표시패널(미도시)의 평면으로 집광시키는 역할을 수행한다. 프리즘 산(25a)은 투명기판(25a)과 같은 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서, 프리즘 산(25b)은 길이방향 웨이브 패턴(lengthwise wave pattern)을 갖도록 형상화된다. 구체적으로, 상기 길이방향 웨이브 패턴은 프리즘 산(25b)의 높이가 길이에 따라 연속적으로 변화하도록 형상화된다. 이 경우, 상기 웨이브 패턴의 반복 주기는 특별히 한정되지 않으며, 프리즘 시트(25)의 재질, 크기, 및 두께 등에 의해 다양하게 변화될 수 있다. 이와 같이 프리즘 산(25b)을 형상화함으로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 프리즘 시트(25)상에 적층되는 다른 광학필름(30)과 프리즘 산(25b)과의 접촉 표면적을 줄여 wet-out 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 관하여는 나중에 보다 상세히 설명하기로 한다.
또한, 상기 프리즘 산(25b)은 삼각형 형상의 단면을 가지는 것이 바람직하며, 그 밑변의 길이가 25㎛ 내지 1mm이고, 높이가 5 내지 600㎛이며, 꼭지각이 60 내지 115°이다. 상기 프리즘 산의 단면의 형상, 크기 및 꼭지각이 상기 범위를 벗어나면 정면 휘도가 저하되고 시야각이 좁아져서 바람직하지 않다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 프리즘 산(25b)은 사각형, 오각형, 아치 형상 등 다른 다양한 형상의 단면을 가질 수 있다.
확산부(25c)는 인접한 두 프리즘 산(25b) 사이의 그루브(g)상, 구체적으로는 인접한 두 프리즘 산 사이의 골상에 배치되는 것으로 투명기판(25a)을 통해 입사된 광의 일부를 확산시켜 시야각을 넓혀주는 역할을 수행한다. 따라서, 이러한 확산부(25c)를 구비한 프리즘 시트(25)는 높은 집광 효과를 나타내면서도 넓은 시야각을 확보할 수 있다. 이에 관하여는 나중에 보다 상세히 설명하기로 한다.
또한 프리즘 시트(25)가 확산부(25c)를 구비함으로써 도 1의 보호시트(16)가 가지는 확산 기능을 대신할 수 있으므로, 이를 채용하는 백라이트 유니트(미도시)는 보호시트(16)를 구비하지 않아도 무방하다. 따라서, 이러한 프리즘 시트(25)를 채용한 백라이트 유니트 및 액정표시장치(미도시)는 박형화가 가능하고 제조공정이 단순화됨으로써 제조비용을 절감할 수 있다. 다만 이 경우, 프리즘 시트(25)를 보호하기 위한 방안으로서, 보호 기능만을 갖는 보호시트를 운반이나 보관 중에 백라이트 유니트의 프리즘 시트상에 부착하였다가 상기 백라이트 유니트를 액정표시장치에 장착할 때 제거할 수는 있을 것이다.
또한, 확산부(25c)는 투명기판(25a)의 그루브(g)상에 프리즘 산(25b)의 돌출방향과 같은 방향으로 돌출된 볼록 형상을 갖는다. 구체적으로, 확산부(25c)는 프리즘 산의 길이방향과 수직한 방향으로부터 관찰될 때, 아치 형상의 단면을 가지는 것이 바람직하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 확산부(25c)는 그 최고 높이(h25c,max)가 프리즘 산(25b)의 최고 높이(h25b,max) 보다 낮은 것이 바람직하다. 그렇지 않으면, 확산부(25c)의 표면이 프리즘 시트(25)에 적층되는 다른 광학필름의 표면과 접촉됨으로써, 추가로 wet-out 현상이 발생할 수 있기 때문이다.
또한, 확산부(25c)는 프리즘 산(25b)의 오목영역(V, 즉 골짜기) 부근에 배치되는 것이 바람직하다. 그렇지 않고 다른 위치에 배치하게 되면, 인접한 프리즘 산(25b)의 높이로 인해 배치공간이 좁아져서 제조가 용이하지 않으며, 확산부(25c)의 크기도 지나치게 작아지는 문제점이 있기 때문이다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 확산부(25c)는 투명기판(25a)상의 그루브(g) 위의 다른 다양한 위치에 배치될 수 있다.
또한, 확산부(25c)은 투명기판(25a)과 같은 재질로 형성되는 것이 바람직하 나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 도 4를 참조하여 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산(25b)이 wet-out을 방지하는 원리와, 확산부(25c)가 넓은 시야각을 확보하는 원리에 관하여 상세히 설명한다.
먼저, wet-out 방지에 관하여 설명한다. 도 4를 참조하면, 프리즘 시트(25b)의 상부표면(S)은 표면 접촉부(C)에서 광학필름(30)과 광학적으로 접촉한다. 여기서, 광학필름(30)은 편광판(미도시)에 포함된 필름일 수 있다.
본 실시예에서는 프리즘 산(25b)이 전술한 바와 같이 길이에 따라 높이가 연속적으로 변화하도록 길이방향 웨이브 패턴으로 형상화되어 있어서 프리즘 산(25b)의 표면(S) 중 표면 접촉부(C)가 비접촉부(즉, C를 제외한 나머지 S부)에 비해 매우 작다. 따라서, 대부분의 광(L3)은 상기 비접촉부로부터 출사된 후 프리즘 시트(25b)와 공기층(A) 사이의 계면에서 굴절되어 공기층(A)을 거쳐 광학필름(30)으로 입사된다. 반면에, 나머지 소량의 광(L4)은 거의 굴절되지 않은 상태로 표면 접촉부(C)를 통과하여 광학필름(30)으로 입사되지만, 그 양이 매우 적어서 관찰자들이 표면 접촉부(C)의 투과특성이 주위영역(즉, 공기층(A))과 다른 것으로 인식하지 않게 되고, 결과적으로 그 부분(C)을 비정상 또는 결함이 있는 부분으로 인식하지 않게 된다. 또한, 프리즘 산(25b)이 길이방향 웨이브 패턴으로 형상화됨으로써 액정표시패널(미도시)의 RGB 패턴과의 광학적 중첩이 감소하거나 배제되어 모아레 현상이 감소하거나 방지되는 효과도 얻을 수 있다.
다음에, 넓은 시야각 확보에 관하여 설명한다. 확산부(25c)로 입사된 광(L5, L6)은 볼록 형상의 확산부(25c) 표면에서 굴절되어 확산되게 된다. 이로 인해 프리즘 산(25b)에 의한 집광 효과가 부분적으로 상쇄됨으로써, 프리즘 산(25b)에 의해 시야각이 지나치게 좁아지는 현상을 방지할 수 있게 된다.
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 엣지형의 광원을 갖는 종래기술에 따른 백라이트 유니트를 도시한 분리 사시도이다.
도 2는 도 1의 상부 프리즘 시트와 이에 적층된 보호시트를 발췌하여 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 프리즘 시트를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 프리즘 시트와 이에 적층된 다른 광학필름을 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 백라이트 유니트 11: 광원
12: 도광판 13: 반사시트
14: 확산시트 15, 25: 프리즘 시트
16: 보호시트 25a: 투명기판
25b: 프리즘 산 25c: 확산부
30: 광학필름 L1, L2, L3, L4: 광
A: 공기층 V: 프리즘 산의 오목영역

Claims (10)

  1. 투명기판;
    상기 투명기판 상에 배치된 것으로 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산; 및
    상기 프리즘 산과 이와 인접한 다른 프리즘 산 사이의 그루브상에 배치된 확산부;를 구비하고,
    상기 확산부는 인접한 상기 두 프리즘 산 사이의 골 상에 형성되고, 상기 프리즘 산의 돌출 방향과 같은 방향으로 돌출된 볼록 형상이며,
    상기 길이방향 웨이브 패턴은 상기 프리즘 산의 높이가 길이에 따라 연속적으로 변화하도록 형상화된 프리즘 시트.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 확산부의 최고 높이가 상기 프리즘 산의 최고 높이 보다 낮은 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 확산부가 상기 프리즘 산의 오목영역 부근에 배치되는 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 산이 삼각형 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프리즘 산은 밑변의 길이가 25㎛ 내지 1mm이고, 높이가 5 내지 600㎛인 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 프리즘 산은 꼭지각이 60 내지 115°인 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 산이 아치 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  9. 제1항, 및 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 프리즘 시트를 구비하는 백라이트 유니트.
  10. 제9항에 따른 백라이트 유니트를 구비하는 액정표시장치.
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