KR102020837B1 - 백라이트 유닛 및 표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따르면 역 프리즘 시트를 사용하는 엣지(edge) 타입의 백라이트 유닛에 있어서 역 프리즘 시트 상부에 투과율 향상 필름을 배치시키고 상기 역 프리즘 시트의 투과축과 상기 투과율 향상 필름의 투과축을 조절하여 상기 투과율 향상 필름으로부터 출사되는 광이 액정 패널의 배면의 편광판의 투과측에 근접하도록 하여 상기 액정 패널을 통과하는 광의 비율의 증가, 즉 투과율을 증가시켜 광 손실을 최소화하고 백점에 대한 시인성을 감소시킨다.
Description
본 발명은 백라이트 유닛 및 표시장치에 관한 발명이다.
액정표시장치 (Liquid Crystal Display)는 소형뿐만 아니라 대형 디스플레이 시장에서 큰 비중을 차지하는 것으로 2개의 얇은 유리기판 사이에 액정을 주입한 액정 패널에 전원 공급 시 액정 분자 배열의 변화에 따른 명암을 발생시켜 영상을 표시하는 장치이다.
액정표시장치의 핵심재료 중 하나인 액정의 구동방식에 따라 TN, IPS, VA의 세 가지 종류로 나누어지게 된다. 가장 먼저 상용화된 TN(Twisted Nematic)의 경우, 액정 패널 내에 쌀알 모양의 액정 소자가 비틀어져 있고, 액정이 수평상태에 있다가 전원이 공급되면 수직 상태로 움직임을 가지게 된다. TN 방식은 가장 단순한 구조를 갖고 있고 응답속도가 좋은 장점이 있으나 시야각에서 제한이 있는 단점이 있다. 이를 개선하기 위해 개발된 것이 IPS(In-Plane Switching)와 VA(Vertical Alignment) 이다. IPS 방식의 경우 액정이 수평으로 배열되어 있는 반면, VA 방식은 액정의 분자가 수직으로 배열되어 있다. IPS 방식의 경우 수평방향으로 있던 액정분자를 자기장을 이용하여 옆으로 회전을 시키는 방식이다. IPS 방식은 투과율 균일도가 우수하고 광학 필름을 사용하지 않고도 광 시야각을 얻을 수 있기 때문에 18인치 급 이상의 전문/ 고급 액정표시장치에서 많이 사용될 수 있다. 그러나 다른 방식에 비하여 빛 샘 현상이 커 명암비가 낮은 단점이 있다.
한편 VA 방식은 전원이 들어오지 않은 경우 액정분자가 수직으로 있다가 전원이 들어오면 액정 분자가 수평으로 구동하는 방식으로 구동되고, 명암비가 좋은 장점이 있다. 그라나 다른 방식들에 비하여 응답 속도가 낮은 단점이 있다.
상기 액정표시장치는 유기발광 표시장치(Organic light-emitting display device) 등과는 달리 그 자체가 비 발광형이기 때문에 배면 광원인 백라이트 유닛의 사용이 필수적이다. 상기 백라이트 유닛은 액정 패널의 전 영역에 걸쳐 균일한 빛을 제공하는 역할을 한다. 백라이트 유닛은 광원부의 위치에 따라 에지형과 직하형으로 구분된다. 에지형은 광원이 도광판의 측면에 배치되는 구조로, 주로 랩탑형 및 노트북 컴퓨터와 같이 비교적 크기가 작은 액정표시장치에 적용된다. 이러한 에지형 백라이트 유닛은 광의 균일성이 좋고, 내구 수명이 길며, 액정표시장치의 박형화에 유리하다. 에지형 백라이트 유닛은 빛을 발생하는 광원과, 광원을 감싸는 광원커버, 빛의 특성을 개선시키기 위한 광학시트를 포함한다.
전술한 바와 같이 액정표시장치에는 필수적으로 백라이트가 사용된다. 상기 백라이트에는 다양한 광학 시트가 사용된다. 상기 광학 시트들 중에서는 휘도를 향상 시키기 위한 용도로 사용되는 광학 시트는 상기 백라이트에서 출사되는 광의 방향을 면에 수직인 방향으로 만들어주는 역할을 한다. 특히나 노트북이나 개인용으로 사용되는 액정표시장치의 모니터 등에서는 광의 수직화가 중요하다. 왜냐하면 상기 모니터 등을 사용하는 사용자는 수직으로 나오는 광만을 주로 보기 때문이다. 뿐만 아니라 상기 액정표시장치 내에 포함된 액정 패널의 배면에는 일반적으로 편광판이 부착될 수 있고, 상기 백라이트로부터 출사된 광이 상기 편광판의 투과축에 일치할수록 상기 백라이트로부터 출사된 광이 상기 액정 패널에 많이 흡수될 수 있고 이는 곧 휘도 향상이라는 효과와 직결될 수 있다. 그런데 도광판으로부터 광들이 출사될 때는 스넬의 법칙에 따라 빛이 상당히 눕혀진 각도로 나올 수 있고 이는 휘도 향상이 저하 및 화질 저하의 문제를 야기하는 원인이 될 수 있다.
한편 백라이트 유닛에서 사용되는 휘도 향상을 위한 광학 시트로는 프리즘 시트가 많이 사용되고 있다. 일반적으로 2매의 프리즘 시트를 사용할 수 있다. 하지만 최근에는 역프리즘 시트가 많이 사용되고 있다. 상기 역 프리즘 시트는 적은 매수의 프리즘 시트만으로도 2매 이상의 프리즘 시트를 사용한 효과 이상의 휘도를 구현할 수 있기 때문이다. 이러한 역 프리즘 시트를 사용하면 액정 패널에 장착되는 고가의 반사편광필름 등을 제거할 수 있고 이는 곧 제품의 가격 경쟁력 강화라는 효과를 가져왔다. 그리하여 상기 역 프리즘 시트를 사용한 백라이트 개발이 많이 노력이 있었으나 예상과는 달리 상기 역 프리즘 시트를 사용한 백라이트 개발의 확대가 쉽게 이루어지지 않았다. 그 이유는 상기 역 프리즘 시트를 사용한 백라이트는 양산 시 광학 특성의 유지 관리가 어렵기 때문이다. 구체적으로 백라이트에 사용되는 도광판과 상기 도광판 상부에 배치되는 역 프리즘 시트 및 상기 역 프리즘 시트 상부에 배치되는 액정 패널과의 관계에서 광학적 매칭을 제대로 이루기 어려웠기 때문이다.
역 프리즘 시트를 사용하는 엣지(edge) 타입의 백라이트 유닛에 있어서 역 프리즘 시트 상부에 투과율 향상 필름을 배치시키고 상기 역 프리즘 시트의 투과축과 상기 투과율 향상 필름의 투과축을 조절하여 광 손실을 최소화하고 백점에 대한 시인성을 감소시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은 광원; 상기 광원으로부터 출사된 빛을 액정에 인도하는 도광판; 상기 도광판 상부에 배치되고 기본층과 형상층을 포함하는 프리즘 시트; 및 상기 프리즘 시트 상부에 배치된 투과율 향상 시트를 포함하고, 상기 프리즘 시트의 투과축과 상기 투과율 향상 시트의 투과축은 서로 10도~20도의 각을 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은 제1 항에 있어서, 상기 프리즘 시트의, 형상층은 도광판을 향하고, 기본층은 상기 투과율 향상 시트를 향하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은 상기 도광판으로부터 출사되는 빛의 각이 법선을 기준으로 72도~78도를 이루고, 상기 형상층에 포함된 패턴에서 마주보는 두 선분이 이루는 각이 68도의 각도를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은 상기 기본층과 상기 투과율 향상 시트는 서로 일체화된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은 상기 기본층과 상기 투과율 향상 시트 사이에 공기층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은 상기 프리즘 시트의 투과축과 상기 투과율 향상 시트의 투과축은 서로 15도의 각을 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은 상기 투과율 향상 시트는 폴리에스테르 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은 상기 역 프리즘 시트와 상기 도광판 사이에 보호 시트가 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은 상기 투과율 향상 시트 상면, 기본층 상면 및 형상층 상면 중 적어도 어느 하나에 헤이즈 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 광원; 상기 광원으로부터 출사된 빛을 액정에 인도하는 도광판; 상기 도광판 상부에 배치되고 기본층과 형상층을 포함하는 역 프리즘 시트; 및 상기 기본층 상부에 배치된 투과율 향상 시트를 포함하고, 상기 역 프리즘 시트의 투과축과 상기 투과율 향상 시트의 투과축은 서로 10도~20도의 각을 이루는 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛 상부에 배치되는 액정 패널; 및 상기 액정 패널의 배면에 배치된 편광판을 포함하고, 상기 액정 패널의 하부 배향막과 상기 편광판의 투과축이 서로 수직인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 상기 도광판으로부터 출사되는 빛의 각이 법선을 기준으로 72도~78도를 이루고, 상기 형상층에 포함된 패턴에서 마주보는 두 선분이 이루는 각이 68도의 각도를 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면 역 프리즘 시트를 사용하는 엣지(edge) 타입의 백라이트 유닛에 있어서 역 프리즘 시트 상부에 투과율 향상 필름을 배치시키고 상기 역 프리즘 시트의 투과축과 상기 투과율 향상 필름의 투과축을 조절하여 상기 투과율 향상 필름으로부터 출사되는 광이 액정 패널의 배면의 편광판의 투과측에 근접하도록 하여 상기 액정 패널을 통과하는 광의 비율의 증가, 즉 투과율을 증가시켜 광 손실을 최소화하고 백점에 대한 시인성을 감소시킨다.
도 1은 역 프리즘 시트를 도식적으로 표현한 도면.
도2는 역 프리즘 시트와 도광판을 투과하는 빛의 경로를 나타낸 도면.
도3A, 3B는 실험에 사용되는 액정 패널에 있어서 휘도 측정 영역을 나타낸 도면.
도4는 O 모드 액정 패널에서 광손실이 일어나는 현상을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 도면.
도 7은 역 프리즘 시트와 투과율 향상 시트의 편광축을 나타낸 도면.
도 8은 폴리에스테르 필름의 연신을 나타낸 도면.
도 9는 연신된 폴리에스테르 필름의 편광성을 나타낸 도면.
도 10은 역 프리즘 시트 및 투과율 향상 시트의 연신축의 각도를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 휘도와 빛의 투과율을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면.
도2는 역 프리즘 시트와 도광판을 투과하는 빛의 경로를 나타낸 도면.
도3A, 3B는 실험에 사용되는 액정 패널에 있어서 휘도 측정 영역을 나타낸 도면.
도4는 O 모드 액정 패널에서 광손실이 일어나는 현상을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 도면.
도 7은 역 프리즘 시트와 투과율 향상 시트의 편광축을 나타낸 도면.
도 8은 폴리에스테르 필름의 연신을 나타낸 도면.
도 9는 연신된 폴리에스테르 필름의 편광성을 나타낸 도면.
도 10은 역 프리즘 시트 및 투과율 향상 시트의 연신축의 각도를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 휘도와 빛의 투과율을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 백라이트 유닛을 포함하는 표시장치의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명에 따른 실시예를 살펴보기 전에 빛의 편광에 대해서 살펴보면 다음과 같다.
액정 디스플레이는 액정의 셔터(shutter)에 의하여 광을 통과시키거나 차단시키는 것이 기본 원리이다. 액정 셔터는 특정의 진동 방향 광만을 통과시키는 편광판과 액정의 배열 방향을 정해주는 배향막과 액정 배열을 변화시키는데 필요한 전압을 가하기 위한 투명전극 등을 겹쳐 만든 2 장의 기판 모듈(module)사이에 액정 재료를 봉입해서 만들 수 있다. 상기 액정 패널의 셔터에서의 편광판의 작용을 살펴보기 위해 우선 광의 성질을 살펴본다.
광은 진행방향과 직각으로 진동하고 있는 전자파이다. 따라서 실제로 모든 진동 방향의 광이 뒤엉켜 있다고 볼 수 있다. 편광판은 여러 진동방향으로 섞여 있는 광 중에서 특정 방향의 광만을 통과시킬 수 있다. 따라서 광을 이 편광판에 통과시키면 편광판의 편광방향과 동일한 방향의 광만을 취해 낼 수 있기 된다. 결국 광의 진동 방향과 편광판 방향이 일치하면 광은 통과하게 된다. 또 광의 진동 방향과 편광판 방향이 다르게 되면 광은 통과할 수 없다. 편광판과 광의 진동 방향이 90도, 즉 직각으로 차이가 나면 광은 완전히 차단된다. 따라서 편광판을 2장 겹쳐 볼 경우 2장이 동일 방향이면 광이 통과해 밝게 보이지만, 직각으로 되면 광은 차단되어 검게 보이게 된다.
편광판은 편광막을 중앙으로 하고 양면에 보호 필름 또는 지지 필름을 밀착 시킨 구조로 되어 있다. 상기 편광판은 PVA(Poly Vinyle Alcohol)막 등에 요소를 흡착시켜 그것을 길게 잡아당겨 만들 수 있다. 이렇게 하면 요소 분자는 잡아당긴 방향으로 줄을 서게 되고, PVA막은 요소에 수직 방향의 진동 광만을 투과할 수 있게 된다. 따라서 편광판을 통과한 광은 편광막의 방향만의 광으로 될 수 있다.
배향막의 작용을 살펴보면, 유기 기판상에 도포하여 형성된 배향막(박막)은 폴리이미드(polyimide)라 부르는 고분자 수지로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 배향막을 헝겊 등으로 일정 방향으로 문지르면 배향막으로 되는 일종의 홈을 형성할 수 있다. 이러한 공정을 러빙(Rubbing)이라 부른다.
상기 배향막에 형성된 홈을 따라 액정 분자가 줄을 서게 된다. 액정 분자는 자연 상태에서는 분자의 장축(긴축) 방향이 아주 낮은 규칙성을 갖고 배열되어 있다. 액정의 광의 투과율의 효율을 높이기 위해서는 일정 방향으로보다 규칙적인 방향으로 액정 분자의 줄을 세울 필요가 있다. 그래서 우선 전극에 전압을 가하지 않은 상태에서 액정 패널에 봉입한 액정 분자의 방향성을 정해둘 필요가 있다. 상기 배향막은 이 목적을 달성하기 위해 도입한 것으로 유리 기판상에 박막으로 일정 방향의 홈이 새겨져 있다. 액정 분자는 이 홈에 접촉하면 유리 기판의 박막홈에 따라 액정 분자는 정렬하게 된다. 이것을 액정의 배향이라고 부르며 이러한 홈이 새겨진 박막을 배향막이라고 부를 수 있다. 또한 상기 배향막에는 액정 분자가 90도 회전하면서 배치될 수 있다. 상/하판의 홈 방향을 서로 90도 되게 한 뒤 배향막 사이에 액정을 넣으면 액정의 상층은 상층 홈 방향에 따라 배치되고 액정의 하층은 하층 홈방향으로 배치되며, 상기 상/하판 사이에서는 액정이 나선을 그리는 것과 같이 조금씩 방향을 바꾸면서 회전 배열할 수 있다. 그리고 광은 액정 분자의 배열 방향에 따라 90도 회전하면서 전진할 수 있다. 즉 상하층의 90도 뒤틀린 액정층을 통과하는 광의 진동 방향도 분자 배열에 따라 90도 회전하면서 진행할 수 있다.
빛은 물체에서 반사되거나 산란될 때 각 편광방향에 따라 반사나 산란이 되는 정도가 달라져서 편광상태가 변할 수 있다. 또한 빛의 진행 속도가 그 편광상태에 따라서 달라지는 물질이 있고 이러한 물질을 복굴절체라고 하고 이러한 현상을 복굴절이라고 한다. 보통의 광원에서 출사되는 빛은 일정하지 않은 방향으로 편광된 빛이 무수히 모여 있다고 볼 수 있고 이러한 빛은 도광판과 편광판을 거치면서 특정한 방향으로 편광된 성분의 빛만 남게 된다.
상기 편광판은 특정한 방향으로의 선형 편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 광학기구로써 선형 편광의 빛을 선택적으로 흡수하거나 굴절시켜 그 방향에 수직한 선형편광만을 통과시킬 수 있다. 예로 편광판의 편광축이 y방향인 경우 편광되지 않은 빛이 상기 편광판을 통과하는 경우 y 방향으로 선형 편광된 빛이 출사된다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.
도 1은 역 프리즘 시트를 도식적으로 표현한 도면이다.
도 1을 참조하면, 역 프리즘 시트(10)는 기본층(1)과 상기 기본층(1)의 일 면에 형성된 형상층(2)을 구비하고 있다. 이처럼 상기 형상층(2)은 삼각형 형상으로 상기 기본층(1)의 일 면에 형성될 수 있다. 상기 형상층(2)은 도광판(3)과 마주하게 되고 상기 형상층(2)이 형성되지 않은 기본층(1)의 타 면에는 액정 패널(미도시)이 배치될 수 있다. 이와 같이 형상층(2)이 도광판(3)과 마주하는 경우에 이를 역 프리즘 시트(10)라고 할 수 있고 상기 형상층(2)이 액정 패널과 마주하는 경우에는 일반적으로 많이 사용된 정 프리즘 시트가 될 수 있다.
상기 역 프리즘 시트는 굴절률이 1.52 ~ 1.62인 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 재질은 자외선 경화(UV curing)가 가능하도록 하는 재질로서, 우레탄 아크릴레이트(Urethane acrylate), 에폭시 아크릴레이트(epoxy acrylate)와 같은 모노(mono-) 혹은 디(di-) 아크릴레이트(acrylate)계와 폴리에스터(polyester), 폴리식록산(polysiloxane), 폴리에테르(polyether)와 같은 폴리올레핀 (polyolefin)계 혼합물 등이 될 수 있다. 또는 상기 기본층(1)과 형상층(2)을 구분하여 상기 기본층(1)은 폴리에스테르(polyester) 재질로 이루어질 수 있고, 상기 형상층(2)은 아크릴계 수지 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도2는 역 프리즘 시트와 도광판을 투과하는 빛의 경로를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 역 프리즘 시트(10)에서 65도에서 85도 정도의 각도(θ1) 기울어져 입사하는 광들이 출사되는 방향을 살펴보면, 눕혀진 방향으로의 손실 없이 모든 광들이 수직화가 잘 일어남을 확인할 수 있다. 일반적인 정 프리즘 시트의 경우와는 달리 역 프리즘 시트(10)의 경우에는 도광판(3)과의 조합이 중요하다고 볼 수 있다. 역 프리즘 시트(10)를 사용하는 본 발명의 경우에 사용되는 도광판(3)은 출사되는 빛이 70도 근방, 구체적으로 상기 도광판(3)과 수직한 법선을 기준으로 72도에서 78도의 각도를 가지고 기울어지는 기능을 가질 필요가 있다.
한편 상기 역 프리즘 시트(10)의 형상층(2)의 각도 또한 상기 도광판(3)과의 관계로부터 적절한 값이 정해질 필요가 있고 상기 도광판(3)으로부터 출사되는 빛이 법선으로부터 65~85도의 각도(θ1)를 가지는 경우에 형상층의 각도(θ2)는 50도~80도 사이의 각을 가질 수 있고 바람직하게는 68도의 각도를 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로 형상층에 포함된 삼각형 형상의 패턴 각각에서 마주보는 두 선분이 이루는 각이 68도가 될 수 있다. 이렇게 상기 도광판(3)의 각도(θ1)와 상기 역 프리즘 시(10)의 형상층(2)의 각도(θ2)가 상기 제시된 값으로 매칭되는 경우 광의 수직화가 잘 일어나는 효과를 가질 수 있다.
상기 도광판(3)으로부터 출사되는 광은 수학식1의 스넬의 법칙을 사용하여 도광판(3)에서 나오는 빛의 굴절각을 계산할 수 있다.
여기서 n1은 도광판(3)의 굴절률이고, n2는 공기의 굴절률이고, a(θ)는 도광판(3) 박으로 출사되는 굴절각이며, θ 는 입사각으로 정의될 수 있다. 따라서 상기 도광판(3)의 굴절률과 공기의 굴절률 및 도광판(3) 밖으로 출사되는 굴절각을 조절하여 상기 도광판(3)으로부터 출사되는 빛의 각을 원하는 각도로 조정할 수 있다. 조정하는 구체적인 방법으로는 상기 도광판(3)의 배면에 패턴을 형성하는 방법이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 표1을 참조하여 역 프리즘 시트(10)를 사용한 백라이트 유닛(100) 및 상기 백라이트 유닛(100)이 구비된 액정 표시장치의 액정 패널(200) 모드에 따른 휘도와 투과율에 관한 실험을 나타내었다.
도3A, 3B는 실험에 사용되는 액정 패널에 있어서 휘도 측정 영역을 나타낸 도면이다.
도3A, 3B를 참조하면, 도3A는 액정 패널(200)의 가운데 영역에서 5 포인트(Point)의 영역을 지정하여 상기 5 포인트 지점의 휘도의 평균치를 측정한 것이고 도3B는 액정 패널(200)의 전 영역에서 17 포인트의 영역을 지정하여 상기 17 포인트 지점의 휘도의 평균치를 측정한 것이다.
실험에서 사용되는 액정 패널(200)은 두 가지 모드를 가진다. 첫번째는 Extra Ordinary Mode로써 E 모드 액정 패널과 Ordinary Mode로써 O모드 액정 패널이 사용되었다. E 모드는 하부 배향막과 액정 패널의 배면에 배치되는 편광판인 하부 편광판의 투과축과 일치는 경우를 의미하고 O 모드는 하부 배향막과 하부 편광판의 투과축이 수직인 경우를 의미한다. 그리고 상기 액정 패널의 상면에 배치되는 편광판은 상부 편광판으로 그 투과축이 하부 편광판의 투과축과 수직할 수 있다. 이때, E 모드인 경우에는 상부 편광판의 투과축은 상부 배향막의 배향축과 서로 수직할 수 있으며, O 모드인 경우에는 상부 편광판의 투과축은 상부 배향막의 배향축과 서로 평행할 수 있다.
표1에 따르면, E 모드의 액정 패널의 휘도를 살펴보면 5P기준으로 194 cd/sr/㎡(또는 nit)이되고 17P 기준에서는 거의 동일한 수치인 194 cd/sr/㎡가 됨을 알 수 있다. 그리고 액정 패널이 없는 경우 상기 액정 패널의 각 포인트 영역과 대응되는 백라이트 영역에서의 휘도를 측정한 결과는 5P에서 6294 cd/sr/㎡이고 17P에서 6228 cd/sr/㎡의 휘도가 됨을 알 수 있다. 이 경우 투과율인 백라이트 상의 휘도와 E 모드 액정 패널 상의 휘도의 비는 3.11%가 된다는 것을 알 수 있다.
O 모드의 액정 패널의 휘도를 살펴보면 5P기준으로 160 cd/sr/㎡이되고 17P 기준에서는 거의 동일한 수치인 159 cd/sr/㎡가 됨을 알 수 있다. 그리고 액정 패널이 없는 경우 상기 액정 패널의 각 포인트 영역과 대응되는 백라이트 영역에서의 휘도를 측정한 결과는 5P에서 6406 cd/sr/㎡이고 17P에서 6222 cd/sr/㎡의 휘도가 됨을 알 수 있다. 이 경우 투과율인 백라이트 상의 휘도와 E 모드 액정 패널 상의 휘도의 비는 2.55%가 된다는 것을 알 수 있다.
이처럼 액정 패널의 모드에 따라서 투과율의 차이가 나타나는 것을 알 수 있다.
도 4는 O 모드 액정 패널에서 광손실이 일어나는 현상을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하여 O 모드 액정 패널(200)에서 광손실이 일어나는 현상을 살펴보면, 도 4과 같은 적층 구조를 가진 액정표시장치에서 백라이트 유닛(100) 밖으로 출사되는 광은 편광 성분 중에서 P파의 세기가 강할 수 있다. 그리고 수평 구조의 백라이트 유닛(100)에서 출광되는 주 광량이 P파 성분들은 액정 패널(200)의 하측의 편광판(300)의 투과축 방향과 수직이 되므로 O 모드 액정 패널(200)을 투과하지 못하여 액정 패널(200)상으로 빛의 투과율이 저하되므로 상기 백라이트 유닛(100)에서 출광되는 빛의 위상을 변화시킬 필요가 있다.
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은 역 프리즘 시트(10), 도광판(3) 및 투과율 향상 시트(4)를 포함할 수 있다.
상기 역 프리즘 시트(10) 상부면에 투과율 향상 시트(4)가 배치될 수 있다. 상기 투과율 향상 시트(4)는 상기 역 프리즘 시트(10)의 기본층(1)의 상부면에 합지되어 일체화 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 상기 역 프리즘 시트(10) 상부면에 접착 없이 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 백라이트 유닛은 역 프리즘 시트(10), 도광판(3), 투과율 향상 시트(4) 및 공기층(5)을 포함할 수 있다.
상기 투과율 향상 시트(4)가 상기 역 프리즘 시트(10) 상부면에 접착되지 않고 배치되는 경우에는 상기 역 프리즘 시트(10) 상부면과 투과율 향상 시트(4) 사이에 공기층(5)이 형성될 수 있다. 상기 공기층(5)은 빛의 확산 효과를 가져올 수 있고 이 경우 각 시트 사이에 원치 않은 이물의 시인 정도를 감소시키는 효과를 가질 수 있다. 상기 투과율 향상 시트(4)는 폴리에스테르로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 역 프리즘 시트와 투과율 향상 시트의 편광축을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 역프리즘 시트(10) 및 투과율 향상 시트(4)는 특정한 주 편광축을 가질 수 있다. 상기 투과율 향상 시트(4)는 폴리에스테르 필름으로 이루어질 수 있고, 상기 폴리에스테르 필름의 제1 방향으로 연신하는 경우 상기 연신 방향인 제1 방향으로 진동하는 빛은 흡수하고 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 진동하는 빛은 투과시킬 수 있다. 상기 역프리즘 시트(10) 및 투과율 향상 시트(4) 각 각의 주 편광축이 서로 이루는 각도에 따라서 도6 에서 도시된 바와 같이 백라이트 유닛(100)에서 출광되는 주 광량이 P파 성분들의 위상이 변화될 수 있다. 상기 백라이트 유닛(100)에서 출광되는 주 광량이 P파 성분들의 위상이 변화되어 O 모드 액정 패널(200)의 투과측에 근접하게 되어 결과적으로 상기 O 모드 액정 패널(200)을 통화하는 빛의 증가로 인해 투과율 향상이라는 효과와 이에 따른 휘도 향상의 효과를 얻을 수 있다.
도 8은 폴리에스테르 필름의 연신을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 폴리에스테르 필름(400)의 연신에 의하여 특정한 주 편광축을 가지는 역 프리즘 시트 및 투과율 향상 필름을 만들 수 있다. 상기 폴리에스테르 필름(400)의 편광(배향) 무늬(401)를 가질 수 있고 화살표에 따른 연신 진행 방향에 따라서 편광 형태(형상)(402)가 나타날 수 있다. 상기 폴리에스테르 필름(400) 연신 과정 중에 발생되는 복굴절 성질에 의하여 땅콩 형상(402)의 편광축이 생성되며 도면 8과 같은 편광 무늬(402)를 가질 수 있다.
도 9는 연신된 폴리에스테르 필름의 편광성을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면 연신된 폴리에스테르 필름(400)은 도 9와 같은 편광성을 가질 수 있고 이러한 특정한 주 편광축을 가지는 필름을 이용하여 출사되는 광의 위상을 변화 시킬 수 있다.
이에 대한 구체적인 효과를 표2에 나타난 실험 데이터를 통해서 설명한다.
표2를 참조하면, 액정 패널이 배치되지 않은 상태에서 백라이트 유닛(100)으로부터 방출되는 빛의 휘도가 9000 cd/sr/㎡이 되도록 조절을 하고 상기 백라이트 유닛(100) 상부에 E 모드의 액정 패널 및 O 모드의 액정 패널을 배치시키고 상기 액정 패널들(200)을 통과하는 빛의 휘도를 측정하였다. 이 때 상기 휘도는 5포인트(point) 영역에 대한 휘도를 측정한 값이다. E 모드의 액정 패널의 경우 휘도가 306 cd/sr/㎡이 되는 것을 확인 할 수 있고, O 모드의 액정 패널의 경우 휘도가 252 cd/sr/㎡가 되는 것을 확인 할 수 있다. 상기 검토한 바와 같이 o모드의 액정 패널의 경우 E 모드의 액정 패널보다 낮은 휘도를 보임을 알 수 있다. 그리고 E 모드의 액정 패널의 투과율은 3.4%가 되고, O 모드의 액정 패널의 경우 투과율은 2. 8%가 됨을 확인 할 수 있다. 수치에서 확인 할 수 있듯이 o 모드의 액정 패널의 경우 투과율이 더 낮아지는 것을 알 수 있다.
표 3을 참조하여 백라이트 유닛(100)에 포함된 역 프리즘 시트(10) 상부에 투과율 향상 시트(4)를 부착한 경우 O 모드 액정 패널을 통과하는 빛의 투과율을 측정하였다. 투과율 향상 시트(4) 부착 전에 O 모드의 액정 패널의 휘도는 252 cd/sr/㎡가 되고, 투과율 향상 시트(4)를 포함한 백라이트 유닛(100) 상에 배치된 O 모드의 액정 패널의 휘도는 279 cd/sr/㎡가 되는 것을 알 수 있다. 그리고 각각의 투과율을 비교해 보면 투과율 향상 시트(4) 부착 전 투과율은 2.8%가 됨에 반하여 투과율 향상 시트(4)를 부착한 경우에는 3.1%의 투과율을 보임을 알 수 있다. 따라서 투과율 향상 시트(4)의 부착으로 인하여 휘도는 10.7%가 상승하였고 투과율은 0.3%가 향상된 우수한 효과를 확인할 수 있다. E 모드의 액정 패널과 비교를 해보아도 액정 패널 상의 휘도와 투과율의 차이가 크지 않다는 것을 확인할 수 있고, E 모드 액정 패널을 사용해야 하는 제약에서 벗어나 E 및 O 모드 액정 패널 어느 것을 이용할 수 있다는 효과를 가질 수 있다.
상기 표 3을 통해서 살펴본 바와 같은 효과는 단순히 역 프리즘 시트(10)의 상부에 투과율 향상 시트(4)를 배치하는 것에서 나아가 상기 역 프리즘 시트(10)의 주 편광축과 상기 투과율 향상 시트(4)의 투과율의 주 편광축의 각도를 조절하는 것이 중요하다.
도 10은 역 프리즘 시트 및 투과율 향상 시트의 연신축의 각도를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 휘도와 빛의 투과율을 나타낸 도면이다.
도 10 및 11을 참조하면, 도면에 표시된 실선인 땅콩 형상을 지나는 선이 역 프리즘 시트(10)의 주 연신축(흡수축, 편광축과 수직인 축)이 되고, 점선으로된 땅콩 형상을 지나는 점선이 투과율 향상 시트(4)의 주 연신축이 될 수 있다. 이 경우 역 프리즘 시트(10) 상부에 투과율 향상 시트(4)를 적층한 후 0도에서 180도 회전하는 경우 O 모드 액정 패널의 구동시 도 11에서 나타난 바와 같이 투과율이 약 0.49% 상승되고, 휘도가 약 10% 정도 상승되는 지점을 확인할 수 있다. 상기 역 프리즘 시트(10)의 연신축의 각도가 0도라고 가정하면 투과율 향상 시트(4)의 연신축의 각도가 10도 에서 20도 이내에서 최대의 효율을 가질 수 있고 특히 15도에서 최대의 효과가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 15도의 각도는 상기 역 프리즘 시트(10)의 연신축과 상기 투과율 향상 시트(4)의 연신축이 이루는 각도로 설명하였으나 이와 달리 상기 역 프리즘 시트(10)의 투과축과 상기 투과율 향상 시트(4)의 투과축이 이루는 각도가 15도가 될 수도 있다. 연신축과 투과축은 수직 할 수 있으므로 연신축 또는 투과축 어느 것을 기준으로 해도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면이다.
도 12을 참조하면, 본 발명에 따른 표시장치의 백라이트 유닛(100)은 투과율 향상 시트(4), 역 프리즘 시트(10), 보호 시트(6) 및 도광판(3)을 포함할 수 있다.
역 프리즘 시트(10)와 도광판(3) 사이에는 보호 시트(6)가 배치될 수 있다. 상기 보호 시트(6)는 상기 역 프리즘 시트(10)의 형상층(2)이 상기 도광판(3)의 상면에 접촉되고 이로 인하여 상기 형상층(2)의 형상이 변경되는 등의 파손을 방지할 수 있도록 버퍼(Buffer)역할을 할 수 있다.
한편 상기 보호 시트(6)는 폴리에스테르 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 역 프리즘 시트(10)의 형상층(2)을 보호할 수 있도록 버퍼 역할을 할 수 있는 재질이라면 어떠한 것도 가능하다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면이다.
도 13를 참조하면, 본 발명에 따른 표시장치의 백라이트 유닛(100)에서 역 프리즘 시트(10)의 기본층(1) 상면에 헤이즈(Haze) 패턴(7)이 처리될 수 있다. 상기 헤이즈 패턴(7)은 상기 투과율 향상 시트(4) 상면에 형성될 수도 있고, 상기 역 프리즘 시트(10)의 형상층(2) 상면에 형성될 수 도 있다. 상기 형상층(2)의 상면은 상기 기본층(1)과 마주하는 면이다. 상기 헤이즈 패턴(7)은 빛을 확산시키는 역할을 할 수 있고, 빛의 확산에 따른 각종 시트들 사이에 개재된 이물에 의한 시인성을 낮추는 효과를 가질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
1. 기본층
2. 형상층
3. 도광판
4. 투과율 향상 시트
5. 공기층
6. 보호 시트
7. 헤이즈 패턴
10. 역 프리즘 시트
100. 백라이트 유닛
200. 액정 패널
300. 하부 편광판
400. 폴리에스테르 필름
401. 편광 무늬
402. 편광 형태
2. 형상층
3. 도광판
4. 투과율 향상 시트
5. 공기층
6. 보호 시트
7. 헤이즈 패턴
10. 역 프리즘 시트
100. 백라이트 유닛
200. 액정 패널
300. 하부 편광판
400. 폴리에스테르 필름
401. 편광 무늬
402. 편광 형태
Claims (11)
- 광원;
상기 광원으로부터 출사된 빛을 액정에 인도하는 도광판;
상기 도광판 상부에 배치되고 기본층과 형상층을 포함하는 역 프리즘 시트; 및
상기 역 프리즘 시트의 투과축과 10도~20도의 각을 이루는 투과축을 가지고 상기 역 프리즘 시트 상부에 배치된 투과율 향상 시트를 포함하고,
상기 역 프리즘 시트와 상기 투과율 향상 시트 각각은 연신을 통해 각각의 투과축을 가지는 백라이트 유닛.
- 제1 항에 있어서,
상기 프리즘 시트의,
형상층은 도광판을 향하고,
기본층은 상기 투과율 향상 시트를 향하는 백라이트 유닛.
- 제2 항에 있어서,
상기 도광판으로부터 출사되는 빛의 각이 법선을 기준으로 72도~78도를 이루고,
상기 형상층에 포함된 패턴에서 마주보는 두 선분이 이루는 각이 68도의 각도를 가지는 백라이트 유닛.
- 제2 항에 있어서,
상기 기본층과 상기 투과율 향상 시트는 서로 일체화된 백라이트 유닛.
- 제2 항에 있어서,
상기 기본층과 상기 투과율 향상 시트 사이에 공기층이 형성되는 백라이트 유닛. - 제1 항에 있어서,
상기 프리즘 시트의 투과축과 상기 투과율 향상 시트의 투과축은 서로 15도의 각을 이루는 백라이트 유닛.
- 제1 항에 있어서,
상기 투과율 향상 시트는 폴리에스테르 재질로 이루어진 백라이트 유닛.
- 제2 항에 있어서,
상기 역 프리즘 시트와 상기 도광판 사이에 보호 시트가 배치된 백라이트 유닛.
- 제 2항에 있어서,
상기 투과율 향상 시트 상면, 기본층 상면 및 형상층 상면 중 적어도 어느 하나에 헤이즈 패턴이 형성된 백라이트 유닛.
- 광원;
상기 광원으로부터 출사된 빛을 액정에 인도하는 도광판;
상기 도광판 상부에 배치되고 기본층과 형상층을 포함하는 역 프리즘 시트; 및
상기 역 프리즘 시트의 투과축과 10도~20도의 각을 이루는 투과축을 가지고 상기 기본층 상부에 배치된 투과율 향상 시트를 포함하고,
상기 역 프리즘 시트와 상기 투과율 향상 시트 각각은 연신을 통해 각각의 투과축을 가지는 백라이트 유닛;
상기 백라이트 유닛 상부에 배치되는 액정 패널; 및
상기 액정 패널의 배면에 배치된 편광판을 포함하고,
상기 액정 패널의 하부 배향막과 상기 편광판의 투과축이 서로 수직인 표시장치.
- 제10 항에 있어서,
상기 도광판으로부터 출사되는 빛의 각이 법선을 기준으로 72도~78도를 이루고,
상기 형상층에 포함된 패턴에서 마주보는 두 선분이 이루는 각이 68도의 각도를 가지는 표시장치.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |