KR101925867B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 액정표시장치는 휘도를 향상시키기 위해 휘도 향상 필름을 적용한 액정표시장치에 있어, 상부 프리즘시트(prism sheet)의 배면에 헤이즈(haze) 처리를 하는 한편 프리즘 패턴에 상하 단차를 형성함으로써 3매의 광학시트로 뉴턴 링(Newton's ring)과 스펙트럼 뮤라(spectrum mura)를 개선하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휘도 향상 필름을 적용한 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 화소들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 그 화소들의 광투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시장치이다.
따라서, 액정표시장치에는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되는 액정패널과 상기 화소들을 구동하기 위한 구동부가 구비된다.
상기 액정패널은 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이의 셀 갭 내에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.
이때, 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판이 합착된 액정패널에는 공통전극과 화소전극이 형성되어 상기 액정층에 전계를 인가한다.
따라서, 상기 공통전극에 전압이 인가된 상태에서 상기 화소전극에 인가되는 데이터신호의 전압을 제어하게 되면, 상기 액정층의 액정은 상기 공통전극과 화소전극 사이의 전계에 따라 유전 이방성에 의해 회전함으로써 화소별로 빛을 투과시키거나 차단시켜 문자나 화상을 표시하게 된다.
이때, 상기 액정표시장치는 자체적으로 발광하지 못하고 외부에서 들어오는 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 소자이기 때문에 액정패널에 빛을 조사하기 위한 별도의 장치, 즉 백라이트 유닛(backlight unit)이 요구된다.
이하, 도면을 참조하여 일반적인 액정표시장치에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 액정패널(10), 상기 화소들을 구동하기 위한 구동부(15, 16), 상기 액정패널(10)의 후면에 설치되어 액정패널(10)의 전면에 걸쳐 빛을 방출하는 백라이트 유닛 및 상기 액정패널(10)과 백라이트 유닛을 수납하여 고정시키는 패널 가이드(panel guide)(45)로 구성된다.
이때, 도시하지 않았지만, 상기 액정패널(10)은 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 컬러필터 기판과 어레이 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이의 셀 갭에 형성된 액정층으로 이루어져 있다.
상기 컬러필터 기판과 어레이 기판이 합착된 액정패널(10)에는 공통전극과 화소전극이 형성되어 상기 액정층에 전계를 인가하며, 상기 공통전극에 전압이 인가된 상태에서 상기 화소전극에 인가되는 데이터신호의 전압을 제어하게 되면, 상기 액정층의 액정은 상기 공통전극과 화소전극 사이의 전계에 따라 유전 이방성에 의해 회전함으로써 화소별로 빛을 투과시키거나 차단시켜 문자나 화상을 표시하게 된다.
그리고, 상기 화소전극에 인가되는 데이터신호의 전압을 화소별로 제어하기 위해서 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)와 같은 스위칭소자가 화소들에 개별적으로 구비된다.
이와 같이 구성된 상기 액정패널(10)의 외측에는 각각 상, 하부 편광판(미도시)이 부착되어 있으며, 상기 하부 편광판은 상기 백라이트 유닛을 경유한 빛을 편광 시키며, 상기 상부 편광판은 상기 액정패널(10)을 경유한 빛을 편광 시킨다.
상기 백라이트 유닛을 구체적으로 설명하면, 도광판(light guide plate)(42)의 일측에 빛을 발생시키는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 어셈블리(30)가 설치되어 있으며, 상기 도광판(42)의 배면에는 반사판(41)이 설치되어 있다.
이때, 상기 LED 어셈블리(30)는 LED 어레이(31)와 상기 LED 어레이(31)를 구동하는 LED 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)(미도시)이 부착되는 LED 하우징(housing)(32)으로 이루어진다.
상기 LED 어레이(31)에서 발광된 빛은 투명한 재질의 상기 도광판(42) 측면으로 입사되고, 상기 도광판(42)의 배면에 배치된 상기 반사판(41)은 상기 도광판(42)의 배면으로 투과되는 빛을 도광판(42) 상면의 광학시트(43)들 쪽으로 반사시켜 빛의 손실을 줄이고 균일도를 향상시키게 된다.
이와 같이 구성된 백라이트 유닛의 상부에는 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판으로 이루어진 액정패널(10)이 패널 가이드(45)를 통해 안착되며, 이러한 액정패널(10)과 패널 가이드(45) 및 백라이트 유닛은 나사(screw)를 통해 하부의 커버 바텀(cover bottom)(50)과 상부의 케이스 탑(case top)(60)에 의해 서로 결합되어 액정표시장치를 구성하게 된다.
현재 노트북이나 모바일 기기의 표시장치의 경우에는 3매의 광학시트가 사용이 되고 있으나, 휘도 향상을 위해 APCF(Advanced Polarizing Collimation Film)와 같은 휘도 향상 필름이 적용될 경우 4매의 광학시트가 필요하여 비용절감 및 표시장치의 슬림(slim)화에 장애가 되고 있다. 이는 기존과 같이 3매의 광학시트만을 사용하는 경우 뉴턴 링(Newton's ring)과 스펙트럼 뮤라(spectrum mura)와 같은 불량을 해결하지 못하기 때문이다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 휘도 향상 필름을 적용한 경우에 3매의 광학시트만으로 뉴턴 링(Newton's ring)과 스펙트럼 뮤라(spectrum mura)를 개선한 액정표시장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정표시장치는 액정패널의 외측에 부착된 상, 하부 편광판, 상기 하부 편광판의 하측에 부착된 휘도 향상 필름, 상기 액정패널의 일측 하부에 설치된 광원, 상기 광원의 출광 방향에 설치된 도광판 및 상기 휘도 향상 필름과 상기 도광판 사이에 배치되며, 위에서 차례대로 상부 프리즘시트와 하부 프리즘시트 및 하부 확산시트로 이루어진 광학시트를 포함하며, 상기 상부 프리즘시트는, 하측에 헤이즈 층을 구비하는 동시에 상측에 다수의 프리즘 패턴을 구비하며, 각각의 프리즘 패턴 상부에 상하 단차가 교대로 형성될 수 있다.
이때, 상기 휘도 향상 필름은 APCF(Advanced Polarizing Collimation Film)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 휘도 향상 필름은 제 1 열가소성 수지와 제 2 열가소성 수지가 교대로 적층된 다층 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 상부 프리즘시트의 베이스 필름은 연신에 의한 배향각이 0°인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 헤이즈 층의 헤이즈는 20 ~ 25%를 가지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 헤이즈 층은 상기 상부 프리즘시트의 베이스 필름 하측에 비드 코팅(bead coating)이나 매트(Matte) 처리를 통해 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 프리즘시트의 프리즘 패턴은 상부에 ±2㎛의 상하 단차를 가지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 상부 프리즘시트의 프리즘 패턴은 1.54 ~ 1.56의 굴절률을 가지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 상부 프리즘시트의 프리즘 패턴은 48 ~ 52㎛의 피치를 가지며, 그 꼭지각은 88 ~ 92°의 각을 가지는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치는 상부 프리즘시트(prism sheet)의 배면에 헤이즈(haze) 처리를 하는 한편 프리즘 패턴에 상하 단차를 형성함으로써 휘도 향상 필름을 적용한 경우에도 3매의 광학시트만으로 뉴턴 링과 스펙트럼 뮤라를 개선할 수 있게 된다. 이에 따라 백라이트 유닛의 두께를 감소시킬 수 있어 표시장치의 슬림화에 기여하는 한편 광학시트의 수 절감을 통해 비용이 감소되는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 분해사시도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 일부 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 3은 상기 도 2에 도시된 휘도 향상 필름을 적용한 액정표시장치에 있어, 휘도가 향상되는 원리를 개략적으로 나타내는 예시도.
도 4는 상기 도 2에 도시된 휘도 향상 필름을 적용한 액정표시장치에 있어, 휘도 향상 필름의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 5a 및 도 5b는 뉴턴 링 및 스펙트럼 뮤라 현상이 발생한 액정패널의 외관 상태를 예를 들어 나타내는 사진.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 일부 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 7a 및 도 7b는 상기 도 6에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 상부 프리즘시트의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 8은 상기 도 6에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 상부 프리즘시트의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 9a 내지 도 9d는 상부 프리즘시트의 배면에 헤이즈 처리를 한 경우에 있어, 헤이즈의 정도에 따라 액정패널의 외관 상태를 비교하여 나타내는 사진.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 뉴턴 링 및 스펙트럼 뮤라 현상이 개선된 액정패널의 외관 상태를 예를 들어 나타내는 사진.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 일부 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 액정패널(110), 상기 액정패널(110)의 후면에 설치되어 액정패널(110)의 전면에 걸쳐 빛을 방출하는 백라이트 유닛 및 상기 액정패널(110)과 백라이트 유닛을 수납하여 고정시키는 패널 가이드(미도시)로 구성된다.
이때, 자세히 도시하지 않았지만, 상기 액정패널(110)은 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 컬러필터 기판과 어레이 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이의 셀 갭에 형성된 액정층으로 구성된다.
상기 컬러필터 기판은 적(red), 녹(green) 및 청(blue)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터로 구성된 컬러필터와 상기 서브-컬러필터 사이를 구분하고 액정층을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스, 그리고 상기 액정층에 전압을 인가하는 투명한 공통전극으로 이루어져 있다.
또한, 상기 어레이 기판은 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인과 데이터라인, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터 및 상기 화소영역 위에 형성된 화소전극으로 이루어져 있다. 이때, 횡전계(In Plane Switching; IPS) 방식의 액정표시장치의 경우에는 상기 컬러필터 기판 대신에 상기 어레이 기판에 공통전극을 형성하게 된다.
이와 같이 구성된 상기 액정패널(110)의 외측에는 각각 상, 하부 편광판(111, 101)이 부착되어 있으며, 상기 하부 편광판(101)은 상기 백라이트 유닛을 경유한 빛을 편광 시키며, 상기 상부 편광판(111)은 상기 액정패널(110)을 경유한 빛을 편광 시킨다.
이때, 상기 본 발명의 하부 편광판(101)은 하측에 APCF(Advanced Polarizing Collimation Film)와 같은 휘도 향상 필름(170)이 부착되어 있어 백라이트 유닛으로부터 입사되는 빛의 효율을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 백라이트 유닛을 구체적으로 설명하면, 커버 바텀(미도시) 위에 반사판(141)이 설치되는 한편, 상기 반사판(141)의 적어도 일측 상에 빛을 발생시키는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 어레이(미도시)가 설치되어 있으며, 상기 LED 어레이의 출광 방향으로는 상기 LED 어레이에서 발생된 빛을 액정패널(110) 방향으로 출사시키는 도광판(142)이 설치된다.
이때, 도시하지 않았지만, 상기 LED 어셈블리는 다수의 LED 어레이와 상기 LED 어레이를 구동하는 LED 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)이 부착되는 LED 하우징으로 이루어질 수 있다.
상기 LED 어레이에서 발광된 빛은 투명한 재질의 상기 도광판(142) 측면으로 입사되고, 상기 도광판(142)의 배면에 배치된 상기 반사판(141)은 상기 도광판(142)의 배면으로 투과되는 빛을 도광판(142) 상면의 광학시트(143)들 쪽으로 반사시켜 빛의 손실을 줄이고 균일도를 향상시키게 된다.
이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학시트(143)들은 전술한 휘도 향상 필름(170)을 적용함에 따라 상, 하부 확산시트(143d, 143a)와 상, 하부 프리즘시트(143c, 143b)의 총 4매의 시트를 포함하며, 보호시트가 추가될 수 있다.
상기 하부 확산시트(143a)는 상기 도광판(142)으로부터 입사되는 빛을 분산시킴으로써, 빛이 부분적으로 밀집되어 액정패널(110)에 표시되는 화상에 얼룩이 발생되는 것을 방지하며, 도광판(142)으로부터 입사되는 빛의 각도를 수직하게 굴절시킨다.
그리고, 상기 상, 하부 프리즘시트(143c, 143b)는 상기 하부 확산시트(143a)로부터 입사되는 빛을 집광하여 액정패널(110)의 전면에 균일하게 분포되도록 한다.
그리고, 상기 보호시트는 먼지나 긁힘에 민감한 광학시트(143)들을 보호하고, 백라이트 유닛을 운반하는 경우에 광학시트(143)들의 유동을 방지하는 역할을 한다.
도시하지 않았지만, 이와 같이 구성된 백라이트 유닛의 상부에는 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판으로 이루어진 액정패널(110)이 패널 가이드를 통해 안착되며, 이러한 액정패널(110)과 패널 가이드 및 백라이트 유닛은 나사(screw)와 같은 다수의 체결수단을 통해 하부의 커버 바텀과 상부의 케이스 탑에 의해 서로 결합되어 액정표시장치를 구성하게 된다.
도 3은 상기 도 2에 도시된 휘도 향상 필름을 적용한 액정표시장치에 있어, 휘도가 향상되는 원리를 개략적으로 나타내는 예시도이다.
또한, 도 4는 상기 도 2에 도시된 휘도 향상 필름을 적용한 액정표시장치에 있어, 휘도 향상 필름의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
상기 도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 액정패널(110)은 하부 편광판(101)의 하측에 휘도 향상 필름(170)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 편광판(101)은 상부 편광판(111)과 동일하게 자연광 또는 편광을 직선 편광으로 변환하는 광학수단으로 입사되는 광을 직교하는 2개의 편광 성분으로 분리하여, 일방의 편광 성분을 투과시키고 타방의 편광 성분을 흡수, 반사 및/또는 산란시키는 기능을 갖는다.
상기 하부 편광판(101)의 두께는 특별히 제한되지 않고, 박막, 필름, 시트의 일반적인 개념을 포함한다.
상기 하부 편광판(101)은 단층의 편광 기능을 갖는 층(편광자)이어도 되고, 복수의 층으로 이루어지는 적층체이어도 된다. 상기 편광판이 적층체인 경우, 그 구성으로는 예를 들어, (a) 편광자(101a)와 보호층(101b, 101c)을 포함하는 적층체, (b) 편광자와 보호층과 표면 처리층을 포함하는 적층체, (c) 2층 이상의 편광자를 포함하는 적층체 등을 들 수 있다.
상기 편광자(101a)는 임의의 적절한 것을 채용할 수 있으며, 예를 들어 요오드를 함유하는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA)계 수지를 주성분으로 한다. 상기 편광자(101a)는 요오드를 함유하는 PVA계 수지를 주성분으로 하는 고분자 필름을 연신하여 얻을 수 있으며, 상기 PVA계 수지는 비닐에스테르(vinyl ester)계 모노머를 중합하여 얻어지는 비닐에스테르계 중합체를 비누화함으로써 얻을 수 있다.
상기 보호층(101b, 101c)은 상기 편광자(101a)의 양측에 배치되며, 상기 편광자(101a)가 수축이나 팽창하는 것을 방지하거나 자외선에 의한 열화를 방지하는 역할을 한다.
그리고, 실용적으로는 상기 액정패널(110)과 하부 편광판(101) 사이에는 양자를 부착시키기 위한 제 1 접착층(180a)이 배치될 수 있으며, 상기 하부 편광판(101)과 휘도 향상 필름(170) 사이에는 양자를 부착시키기 위한 제 2 접착층(180b)이 배치될 수 있다.
상기 휘도 향상 필름(170)은 입사하는 빛을 직교하는 2개의 편광 성분으로 분리하여 일방의 편광 성분을 투과시키고 타방의 편광 성분을 반사시켜 빛을 재활용(recycle)시킴으로써 최종 액정표시장치에서 나오는 빛의 효율을 향상시키는 기능을 갖는다.
일반 편광판의 경우 P-편광된 빛은 액정패널에 투과되지만 S-편광된 빛은 흡수된다. 그러나, 상기 휘도 향상 필름(170)을 사용하면 P-편광된 빛은 액정패널(110)에 투과되며, S-편광된 빛은 백라이트 유닛(140) 쪽으로 반사되어 확산 또는 산란에 의해 비편광 되어 재활용되게 된다.
상기 휘도 향상 필름(170)은 수백 층 이상의 제 1 열가소성 수지(170a)와 제 2 열가소성 수지(170b)가 교대로 적층된 다층 구조로 이루어지는데, 상기 제 1 열가소성 수지(170a)로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET)계 수지, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate; PTT)계 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate; PBT)계 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate; PEN)계 수지, 폴리부틸렌 나프탈레이트(Polybutylene Naphthalate; PBN)계 수지, 또는 이들의 혼합물을 함유할 수 있다. 또한, 상기 제 2 열가소성 수지(170b)로는 폴리스티렌(polystyrene)계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA)계 수지, 폴리스티렌 글리시딜 메타크릴레이트계 수지, coPEN, 또는 이것들의 혼합물을 포함할 수 있다.
이러한 휘도 향상 필름을 하부 편광판의 하측에 적용하는 경우, 전술한 바와 같이 뉴턴 링 및 스펙트럼 뮤라 현상을 방지하기 위해 광학시트로 하부 확산시트와 상, 하부 프리즘시트뿐만 아니라 상부 확산시트가 추가됨에 따라 총 4매의 시트가 필요하게 된다. 이는 기존의 하부 확산시트와 상, 하부 프리즘시트의 3매의 광학시트만으로는 발생하는 뉴턴 링 및 스펙트럼 뮤라 현상을 해결하지 못하기 때문이다.
도 5a 및 도 5b는 뉴턴 링 및 스펙트럼 뮤라 현상이 발생한 액정패널의 외관(Front of Screen; FOS) 상태를 예를 들어 나타내는 사진이다.
이때, 외관 상태는 상대적인 수치인 1수준에서 5수준으로 구분하여 나타낼 수 있으며, 2수준 내지 5수준은 뉴턴 링이나 스펙트럼 뮤라가 발생하여 표시품위가 저하된 불량상태를 의미한다.
상기 도면들을 참조하면, 휘도 향상 필름을 적용한 액정표시장치에 있어, 기존의 3매의 광학시트만을 사용한 경우 기름 띠와 유사한 형태의 얼룩인 뉴턴 링 및 분광현상인 스펙트럼 뮤라가 발생한 것을 알 수 있다(FOS 측정 결과 5수준).
참고로, 뉴턴 링이란 평면유리 위에 곡률반지름이 큰(몇 m 이상) 평(平)볼록렌즈의 볼록면을 대고, 위쪽에서 거의 수직으로 빛을 조사(照射)하여 반사광 또는 투과광을 관측하면, 접촉점을 중심으로 나타나는 여러 개의 동심원(同心圓) 무늬이다. 이것은 평면유리와 평볼록렌즈의 볼록면 사이에 얇은 공기층이 있기 때문에 생기는 빛의 간섭무늬이며, 보통의 빛에서는 빛깔을 띠어 아롱져 보이나, 단색광(單色光)을 조사하면 명암(明暗)이 뚜렷한 무늬가 보이는데, 투과광에서는 명암이 완전히 반대가 된다. 또한, 유리가 완전한 평면이면 무늬도 완전한 동심원이 된다.
이와 같이 뉴턴 링은 일부 반사로 인한 빛이 매질에 의해 서로 다른 경로로 진행할 시 경로 차에 의한 보강 간섭으로 발생하는 링 타입의 무늬이며, 광학시트를 통과하여 출광 되는 빛이 편광판, 글라스 등의 매질에 일부 반사되어 광학시트에 재입사 되면서 둘로 나누어진 다음 서로 다른 경로로 진행한 후 다시 만났을 때 진행한 경로의 차이에 의해 다양한 간섭이 발생하게 된다. 이때, 분리된 후 다시 만나는 두 빛이 만나는 점에서 같은 위상을 가지면 보강 간섭, 서로 다른 위상을 가지면 상쇄 간섭이 된다.
스펙트럼 뮤라는 빛이 프리즘을 통과하면 그 경계 면에서 각 파장에 따른 굴절각의 차이로 무지개 빛을 띠며 분광되는데, 집광 영역에서는 빛의 분산은 있지만 그 양이 적어 흰색으로 인식하지만 사이드 로브(side lobe) 영역에서는 프리즘시트 내부의 전반사로 광 경로가 길어짐에 따라 분광 각이 커지며 무지개 빛의 띠로 인식되게 된다.
한편, 휘도 향상 필름을 적용한 액정표시장치에 있어, 총 4매의 광학시트를 적용하는 경우 전술한 뉴턴 링 및 스펙트럼 뮤라 현상을 해결할 수는 있으나, 백라이트 유닛의 두께를 감소시키는 표시장치의 슬림화에는 적극적으로 대응하지 못하게 된다. 즉, 액정표시장치의 두께를 감소시키기 위해서는 백라이트 유닛의 두께가 감소되어야 하는데, 백라이트 유닛의 두께를 감소시키기 위해서는 도광판과 LED 두께의 감소뿐만 아니라 광학시트의 수를 감소시켜야 한다.
이에 따라 본 발명의 제 2 실시예에서는 상부 프리즘시트의 배면에 헤이즈 처리를 하는 한편 프리즘 패턴에 상하 단차를 형성함으로써 휘도 향상 필름을 적용한 경우에도 3매의 광학시트만으로 뉴턴 링과 스펙트럼 뮤라를 개선할 수 있게 되는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 일부 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치는 광학시트의 구조를 제외하고는 전술한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치와 실질적으로 동일한 구성요소로 이루어져 있다.
즉, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 액정패널(210), 상기 액정패널(210)의 후면에 설치되어 액정패널(210)의 전면에 걸쳐 빛을 방출하는 백라이트 유닛 및 상기 액정패널(210)과 백라이트 유닛을 수납하여 고정시키는 패널 가이드(미도시)로 구성된다.
이때, 자세히 도시하지 않았지만, 상기 액정패널(210)은 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 컬러필터 기판과 어레이 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이의 셀 갭에 형성된 액정층으로 구성된다.
상기 컬러필터 기판은 적, 녹 및 청의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터로 구성된 컬러필터와 상기 서브-컬러필터 사이를 구분하고 액정층을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스, 그리고 상기 액정층에 전압을 인가하는 투명한 공통전극으로 이루어져 있다.
또한, 상기 어레이 기판은 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인과 데이터라인, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터 및 상기 화소영역 위에 형성된 화소전극으로 이루어져 있다. 이때, 횡전계 방식의 액정표시장치의 경우에는 상기 컬러필터 기판 대신에 상기 어레이 기판에 공통전극을 형성하게 된다.
이와 같이 구성된 상기 액정패널(210)의 외측에는 각각 상, 하부 편광판(211, 201)이 부착되어 있으며, 상기 하부 편광판(201)은 상기 백라이트 유닛을 경유한 빛을 편광 시키며, 상기 상부 편광판(211)은 상기 액정패널(210)을 경유한 빛을 편광 시킨다.
이때, 상기 본 발명의 하부 편광판(201)은 하측에 APCF와 같은 휘도 향상 필름(270)이 부착되어 있어 백라이트 유닛으로부터 입사되는 빛의 효율을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 백라이트 유닛을 구체적으로 설명하면, 커버 바텀(미도시) 위에 반사판(241)이 설치되는 한편, 상기 반사판(241)의 적어도 일측 상에 빛을 발생시키는 LED 어레이(미도시)가 설치되어 있으며, 상기 LED 어레이의 출광 방향으로는 상기 LED 어레이에서 발생된 빛을 액정패널(210) 방향으로 출사시키는 도광판(242)이 설치된다.
이때, 도시하지 않았지만, 상기 LED 어셈블리는 다수의 LED 어레이와 상기 LED 어레이를 구동하는 LED 인쇄회로기판이 부착되는 LED 하우징으로 이루어질 수 있다.
상기 LED 어레이에서 발광된 빛은 투명한 재질의 상기 도광판(242) 측면으로 입사되고, 상기 도광판(242)의 배면에 배치된 상기 반사판(241)은 상기 도광판(242)의 배면으로 투과되는 빛을 도광판(242) 상면의 광학시트(243)들 쪽으로 반사시켜 빛의 손실을 줄이고 균일도를 향상시키게 된다.
이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학시트(243)들은 전술한 본 발명의 제 1 실시예의 경우와는 달리 하부 확산시트(243a)와 상, 하부 프리즘시트(243c, 243b)의 총 3매의 시트를 포함하며, 보호시트가 추가될 수 있다.
상기 하부 확산시트(243a)는 상기 도광판(242)으로부터 입사되는 빛을 분산시킴으로써, 빛이 부분적으로 밀집되어 액정패널(210)에 표시되는 화상에 얼룩이 발생되는 것을 방지하며, 도광판(242)으로부터 입사되는 빛의 각도를 수직하게 굴절시킨다.
그리고, 상기 상, 하부 프리즘시트(243c, 243b)는 상기 하부 확산시트(243a)로부터 입사되는 빛을 집광하여 액정패널(210)의 전면에 균일하게 분포되도록 한다.
그리고, 상기 보호시트는 먼지나 긁힘에 민감한 광학시트(243)들을 보호하고, 백라이트 유닛을 운반하는 경우에 광학시트(243)들의 유동을 방지하는 역할을 한다.
도시하지 않았지만, 이와 같이 구성된 백라이트 유닛의 상부에는 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판으로 이루어진 액정패널(210)이 패널 가이드를 통해 안착되며, 이러한 액정패널(210)과 패널 가이드 및 백라이트 유닛은 나사와 같은 다수의 체결수단을 통해 하부의 커버 바텀과 상부의 케이스 탑에 의해 서로 결합되어 액정표시장치를 구성하게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 액정패널(210)은 하부 편광판(201)의 하측에 휘도 향상 필름(270)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 하부 편광판(201)은 상부 편광판(211)과 동일하게 자연광 또는 편광을 직선 편광으로 변환하는 광학수단으로 입사되는 광을 직교하는 2개의 편광 성분으로 분리하여, 일방의 편광 성분을 투과시키고 타방의 편광 성분을 흡수, 반사 및/또는 산란시키는 기능을 갖는다.
상기 하부 편광판(201)의 두께는 특별히 제한되지 않고, 박막, 필름, 시트의 일반적인 개념을 포함한다.
자세히 도시하지 않았지만, 상기 하부 편광판(201)은 단층의 편광 기능을 갖는 층(편광자)이어도 되고, 복수의 층으로 이루어지는 적층체이어도 된다. 상기 편광판이 적층체인 경우, 그 구성으로는 예를 들어, (a) 편광자와 보호층을 포함하는 적층체, (b) 편광자와 보호층과 표면 처리층을 포함하는 적층체, (c) 2층 이상의 편광자를 포함하는 적층체 등을 들 수 있다.
상기 편광자는 임의의 적절한 것을 채용할 수 있으며, 예를 들어 요오드를 함유하는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA)계 수지를 주성분으로 한다. 상기 편광자는 요오드를 함유하는 PVA계 수지를 주성분으로 하는 고분자 필름을 연신하여 얻을 수 있으며, 상기 PVA계 수지는 비닐에스테르계 모노머를 중합하여 얻어지는 비닐에스테르계 중합체를 비누화함으로써 얻을 수 있다.
상기 보호층은 상기 편광자의 양측에 배치되며, 상기 편광자가 수축이나 팽창하는 것을 방지하거나 자외선에 의한 열화를 방지하는 역할을 한다.
그리고, 실용적으로는 상기 액정패널(210)과 하부 편광판(201) 사이에는 양자를 부착시키기 위한 제 1 접착층(미도시)이 배치될 수 있으며, 상기 하부 편광판(201)과 휘도 향상 필름(270) 사이에는 양자를 부착시키기 위한 제 2 접착층(미도시)이 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 휘도 향상 필름(270)은 수백 층 이상의 제 1 열가소성 수지와 제 2 열가소성 수지가 교대로 적층된 다층 구조로 이루어지는데, 상기 제 1 열가소성 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET)계 수지, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(Polytrimethylene Terephthalate; PTT)계 수지, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate; PBT)계 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate; PEN)계 수지, 폴리부틸렌 나프탈레이트(Polybutylene Naphthalate; PBN)계 수지, 또는 이들의 혼합물을 함유할 수 있다. 또한, 상기 제 2 열가소성 수지로는 폴리스티렌(polystyrene)계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA)계 수지, 폴리스티렌 글리시딜 메타크릴레이트계 수지, coPEN, 또는 이것들의 혼합물을 포함할 수 있다.
이러한 휘도 향상 필름(270)을 하부 편광판(201)의 하측에 적용하는 경우, 전술한 바와 같이 뉴턴 링 및 스펙트럼 뮤라 현상을 방지하기 위해 광학시트로 하부 확산시트(243a)와 상, 하부 프리즘시트(243c, 243b)뿐만 아니라 상부 확산시트가 추가되어야 한다.
그러나, 본 발명의 제 2 실시예의 경우에는 상부 프리즘시트(243c)의 배면에 헤이즈 처리를 하는 한편 프리즘 패턴에 상하 단차를 형성함으로써 휘도 향상 필름(270)을 적용한 경우에도 3매의 광학시트(243)만으로 뉴턴 링과 스펙트럼 뮤라를 개선할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 7a 및 도 7b는 상기 도 6에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 상부 프리즘시트의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 이때, 상기 도 7b는 상기 도 7a에 도시된 상부 프리즘시트를 하나의 프리즘 패턴에 대해 정면에서 후면방향으로 절단한 단면을 개략적으로 나타내고 있다.
또한, 도 8은 상기 도 6에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 상부 프리즘시트의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
우선, 하부 편광판의 하측에 휘도 향상 필름이 적용된 경우에 있어, 상부 확산시트 삭제 시 발생하는 뉴턴 링과 스펙트럼 뮤라 불량을 개선하기 위해 상부 프리즘시트의 베이스 필름(243c-1)의 연신에 의한 배향각을 수평한(horizontal) 방향으로 유지한다.
왜냐하면, 상기 상부 프리즘시트의 베이스 필름(243c-1)의 배향각에 따라 뉴턴 링의 수준차이가 발생하는데, 배향각이 -30°, 30° 및 0°인 경우 FOS 측정 결과는 각각 5수준, 5수준 및 3수준으로 측정되었기 때문이다.
이때, 전술한 바와 같이 외관 상태는 상대적인 수치인 1수준에서 5수준으로 구분하여 나타낼 수 있으며, 2수준 내지 5수준은 뉴턴 링이나 스펙트럼 뮤라가 발생하여 표시품위가 저하된 불량상태를 의미한다.
이처럼 상부 프리즘시트의 베이스 필름(243c-1)의 연신에 의한 배향각을 0°로 유지한 상태에서 추가로 뉴턴 링과 스펙트럼 뮤라 불량을 개선하기 위해 상기 상부 프리즘시트의 베이스 필름(243c-1) 하측에 비드 코팅(bead coating)이나 매트(Matte) 처리를 통해 헤이즈 층(243c-2)을 형성한다.
참고로, 도 9a 내지 도 9d는 상부 프리즘시트의 배면에 헤이즈 처리를 한 경우에 있어, 헤이즈의 정도에 따라 액정패널의 외관 상태를 비교하여 나타내는 사진이다.
이때, 상기 도 9a 내지 도 9d는 헤이즈를 각각 3%, 13%, 20% 및 30% 처리한 경우의 액정패널의 외관 상태를 비교하여 나타내고 있다.
상기 도면들을 참조하면, 헤이즈를 3 ~ 11%, 13 ~ 18%, 20 ~ 25% 및 28 ~ 31% 처리한 경우 FOS 측정 결과는 각각 5수준, 4수준, 2수준 및 1.5수준으로 측정되었다.
그리고, 상기 헤이즈를 3 ~ 11%, 13 ~ 18%, 20 ~ 25% 및 28 ~ 31% 처리한 경우 휘도 결과는 4매의 광학시트를 사용한 경우를 100%로 보았을 때, 각각 103.0%, 101.2%, 97.7% 및 93.3%로 측정되었다.
이 경우 헤이즈를 28 ~ 31%로 유지하면 외관 상태가 개선되나 휘도 저하가 비교적 큼에 따라 헤이즈는 20 ~ 25%로 유지한 상태에서 프리즘 패턴(243c-3)에 상하 단차(d)를 ±2㎛로 형성하게 된다.
이러한 상하 단차(d)는 상기 프리즘 패턴(243c-3)의 상부에 교대로 형성됨에 따라 물결모양의 헤이즈가 추가되는 효과를 얻을 수 있다.
이때, 상기 상부 프리즘시트의 프리즘 패턴(243c-3)은 1.54 ~ 1.56, 바람직하게는 1.55의 굴절률을 가질 수 있다.
상기 상부 프리즘시트의 프리즘 패턴(243c-3)은 48 ~ 52㎛의 피치(pitch)를 가질 수 있으며, 그 꼭지각은 88 ~ 92°의 각을 가질 수 있다.
참고로, 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 상부 프리즘시트의 배면에 헤이즈 처리를 하는 동시에 프리즘 패턴에 상하 단차를 형성한 경우의 뉴턴 링 및 스펙트럼 뮤라 현상이 개선된 액정패널의 외관 상태를 예를 들어 나타내는 사진이다.
상기 도면을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예의 경우에는 휘도 향상 필름을 적용하더라도 기존의 4매의 광학시트만을 사용한 경우와 동등하게 FOS 측정 결과가 1수준으로 측정되어 뉴턴 링과 스펙트럼 뮤라가 개선된 것을 알 수 있다.
또한, 휘도 결과는 4매의 광학시트를 사용한 경우를 100%로 보았을 때, 96.6%로 측정되어 양호한 수준임을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 액정표시장치는 상부 프리즘시트의 배면에 헤이즈 처리를 하는 한편 프리즘 패턴에 상하 단차를 형성함으로써 휘도 향상 필름을 적용한 경우에도 3매의 광학시트만으로 뉴턴 링과 스펙트럼 뮤라를 개선할 수 있게 된다. 이에 따라 백라이트 유닛의 두께를 감소시킬 수 있어 표시장치의 슬림화에 기여하는 한편 광학시트의 수 절감을 통해 비용이 감소되게 된다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
101,201, 111,211 : 편광판 110,210 : 액정패널
141,241 : 반사판 142,242 : 도광판
143,243 : 광학시트 143a,243a, 143d : 확산시트
143b,243b, 143c,243c : 프리즘시트
170,270 : 휘도 향상 필름 243c-1 : 베이스 필름
243c-2 : 헤이즈 층 243c-3 : 프리즘 패턴

Claims (9)

  1. 액정패널의 외측에 부착된 상, 하부 편광판;
    상기 하부 편광판의 하측에 부착된 휘도 향상 필름;
    상기 액정패널의 일측 하부에 설치된 광원;
    상기 광원의 출광 방향에 설치된 도광판; 및
    상기 휘도 향상 필름과 상기 도광판 사이에 배치되며, 위에서 차례대로 상부 프리즘시트와 하부 프리즘시트 및 하부 확산시트로 이루어진 광학시트를 포함하며,
    상기 상부 프리즘시트는, 하측에 헤이즈 층을 구비하는 동시에 상측에 다수의 프리즘 패턴을 구비하며, 각각의 프리즘 패턴 상부에 상하 단차가 교대로 형성되어 있는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 휘도 향상 필름은 APCF(Advanced Polarizing Collimation Film)을 포함하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 휘도 향상 필름은 제 1 열가소성 수지와 제 2 열가소성 수지가 교대로 적층된 다층 구조로 이루어진 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 프리즘시트는 상기 헤이즈 층과 상기 다수의 프리즘 패턴 사이에 베이스 필름을 구비하고, 상기 베이스 필름은 연신에 의한 배향각이 0°인 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 헤이즈 층은 20 ~ 25%의 헤이즈를 가지는 액정표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 헤이즈 층은 상기 베이스 필름 하측에 비드 코팅(bead coating)이나 매트(Matte) 처리를 통해 구비되는 액정표시장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 프리즘 패턴은 그 상부에 ±2㎛의 상하 단차를 가지는 액정표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 프리즘 패턴은 1.54 ~ 1.56의 굴절률을 가지는 액정표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 프리즘 패턴은 48 ~ 52㎛의 피치를 가지며, 그 꼭지각은 88 ~ 92°의 각을 가지는 액정표시장치.
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