KR102047232B1 - 확산용 도광필름, 백라이트부 및 이를 구비한 액정표시소자 - Google Patents

확산용 도광필름, 백라이트부 및 이를 구비한 액정표시소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백라이트부의 두께를 감소시킬 수 있는 도광필름에 관한 것으로, 적어도 일측의 입광면을 통해 광원으로부터 입사되는 광을 전파하는 베이스필름; 상기 베이스필름 하면에 형성된 패턴; 상기 베이스필름 상면에 형성되고 내부에 비드가 산포된 확산층; 및 상기 베이스필름의 입광면 측에 형성되어 입광면을 광원의 발광영역과 대응시키는 웨지부로 구성된다.

Description

확산용 도광필름, 백라이트부 및 이를 구비한 액정표시소자{DIFFUSING LIGHT GUIDE FILM, BACKLIGHT UNIT, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING THEREOF}
본 발명은 백라이트부 및 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 확산용 도광필름을 구비함으로써 두께를 슬림화할 수 있는 백라이트 및 이를 구비한 액정표시소자에 관한 것이다.
근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되었지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현, 대면적 화면의 실현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 주로 각광을 받고 있다.
상기 액정표시소자는 투과형 표시소자로서, 액정분자의 굴절률 이방성에 의해 액정층을 투과하는 광의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 화면상에 표시한다. 따라서, 액정표시소자에서는 화상의 표시를 위해 액정층을 투과하는 광원인 백라이트부(back light unit)가 설치된다. 일반적으로 백라이트분는 크게 2종류로 구분될 수 있다.
첫째는 램프가 액정패널의 측면에 설치되어 액정층에 광을 제공하는 측면형 백라이트부이고 둘째는 램프가 액정패널의 하부에서 직접 광을 제공하는 직하형 백라이트부이다.
측면형 백라이트부는 액정패널의 측면에 설치되어 반사판과 도광판을 통해 액정층을 광을 공급할 수 있다. 따라서, 두께를 얇게 할 수 있게 되므로, 얇은 두께의 표시장치가 요구되는 노트북 등에 주로 사용된다.
직하형 백라이트부는 램프로부터 발광된 광이 직접 액정층에 공급되므로 대면적의 액정패널에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 고휘도가 가능하기 때문에, 근래 LCD TV용 액정패널을 제작하는데 주로 사용되고 있다.
도 1은 에지형 백라이트부가 구비된 액정표시소자(liquid crystal display device)의 구조를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 액정표시소자(1)는 크게 액정패널(liquid crystal display panel;3)과 상기 액정패널(3)의 후면에 설치되어 상기 액정패널(3)에 광을 공급하는 백라이트부(10)로 이루어진다. 액정패널(3)은 실제 화상이 구현되는 곳으로, 유리와 같은 투명한 제1기판(3a) 및 제2기판(3b)과 제1기판(3a) 및 제2기판(3b) 사이의 형성된 액정층(도면표시하지 않음)으로 이루어진다. 특히, 도면에는 도시하지 않았지만, 제1기판(3a)은 박막트랜지스터(thin film transistor)와 같은 구동소자 및 화소전극이 형성되는 TFT기판이고 제2기판(3b)은 컬러필터층(color filter layer)이 형성되는 컬러필터기판이다. 또한, 상기 제1기판(3a)의 측면에는 구동회로부(5)가 구비되어 제1기판(3a)에 형성된 박막트랜지스터와 화소전극에 각각 신호를 인가한다.
백라이트부(10)는 실제 광을 방출하는 램프(12), 상기 램프(12)으로부터 방출되는 광을 액정패널(3) 쪽으로 안내하는 도광판(Light Guide Panel;13), 상기 램프(11)로부터 방출되는 광을 도광판(13)으로 반사하여 광효율을 향상시키는 반사판(reflector;17), 상기 도광판(13)의 상부에 배치되어 상기 도광판(13)을 통해 인도되는 광을 확산시키는 확산판(22)과, 확산판(22)에 의해 확산된 광을 집광하여 광의 효율을 향상시키는 2매의 프리즘시트(26,28)로 구성된다.
상기한 구조와 같은 백라이트부(10)에서 도광판(13)의 양측면에 설치된 램프(12)에서 발광된 광은 도광판(13)의 측면을 통해 도광판(13)에 입사되며, 입사된 광은 도광판(13)에 상면에 확산판(22) 및 프리즘시트(26,28)에 의해 광효율이 향상된 후 액정패널(3)로 입사된다. 상기 도광판(13)으로부터 출사된 광은 확산판(22)에 의해 확산된 후 프리즘시트(26,28)에 의해 정면으로 그 진행방향이 변경되어 출력된다.
도 2는 상기 구조의 액정표시소자를 구체적으로 나타낸 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 액정표시소자(1)는 액정패널(3)과 백라이트부(10로 구성된다. 상기 백라이트부(10)는 액정패널(3)의 하부에 위치하여 액정패널(3)에 광을 공급한다.
백라이트부(10)는 램프로 이루어진 광원(12), 상기 광원(12)을 수납하는 하우징(13), 측면이 상기 광원(12)과 접하도록 상기 액정패널(3)의 하부에 배치되어 측면을 통해 입력되는 광을 상기 액정패널(3)에 공급하는 도광판(13), 상기 도광판(13)의 하부에 배치되어 도광판(13)의 하부로 입사되는 광을 액정패널(3)로 반사시키는 반사판(17), 상기 액정패널(3)과 도광판(13) 사이에 배치되어 도광판(13)에 의해 인도되는 광을 확산시키는 확산판(22)과, 상기 확산판(22)과 액정패널(3) 사이에 배치되고 프리즘이 일방향을 따라 복수개 배열되어 확산판(22)에서 확산된 광을 정면으로 굴절시키는 제1프리즘시트(26), 상기 제1프리즘시트(26) 위에 배치되고 프리즘이 상기 제1프리즘시트(26)의 프리즘과는 수직 방향으로 배열되어 상기 제1프리즘시트(26)에서 굴절된 광을 다시 굴절시키는 제2프리즘시트(28)로 구성된다.
상기 확산판(22)은 입력되는 광을 확산시켜 광을 균일하게 되도록 하며, 상기 제1프리즘시트(26)와 제2프리즘(28)은 그 프리즘이 서로 수직으로 배열되어, 입력되는 광을 x축방향 및 y축방향에서 정면측으로 굴절시켜 광의 정면으로, 즉 액정패널(3)의 표면과 수직으로 입력되도록 한다.
그러나, 근래 박형의 액정표시소자에 대한 요구가 증가하고 있지만, 상기와 같은 구조의 백라이트부를 채용하는 경우, 백라이트부가 도광판(13), 확산판(22), 제1프리즘시트(26) 및 제2프리즘시트(28)과 같은 광학소재로 이루어지며, 이들 광학소재는 백라이트부의 필수 구성요소이므로, 백라이트부의 두께를 감소시키는 데에는 한계가 있었으며, 따라서 액정표시소자의 박형화가 불가능하게 된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 위한 것으로, 얇은 도광필름을 사용하여 광원으로부터 발광된 광을 액정패널로 인도하고 도광필름 상면에 확산층을 형성하고 확산판을 제거함으로써 백라이트부 및 액정표시소자의 두께를 감소시킬 수 있는 확산용 도광필름와 이를 구비한 백라이트부 및 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 도광필름은 적어도 일측의 입광면을 통해 광원으로부터 입사되는 광을 전파하는 베이스필름; 상기 베이스필름 하면에 형성된 패턴; 상기 베이스필름 상면에 형성되고 내부에 비드가 산포된 확산층; 및 상기 베이스필름의 입광면 측에 형성되어 입광면을 광원의 발광영역과 대응시키는 웨지부로 구성된다.
상기 비드는 2-5㎛의 직격으로 이루어며, 확산층은 굴절률이 1.56-1.61인 아크릴계수지로 이루어진다. 이때, 베이스필름의 두께는 0.23mm이고 웨지부의 입광면의 두께는 0.40mm이다.
또한, 본 발명에 따른 백라이트부는 광을 발광하는 광원; 베이스필름, 상기 베이스필름 하면에 형성된 패턴, 상기 베이스필름 상면에 형성되고 내부에 비드가 산포된 확산층으로 구성되어 광원으로부터 발광되어 입력된 광을 전파하고 출력되는 광을 확산시키는 도광필름; 및 상기 도광필름 상부에 배치된 적어도 하나의 프리즘시트로 구성된다.
본 발명에서는 도광판 대신 얇은 두께의 도광필름을 사용하여 광원에서 발광된 광을 액정패널로 인도하므로, 전체적인 백라이트부 및 액정표시소자의 두께를 감소시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 도광필름의 상부에 비드가 산포된 확산층을 형성하여 도광필름으로부터 출사되는 광을 확산시키므로, 별도의 확산판이 필요없게 되어 백라이트부 및 액정표시소자의 두께를 더욱 감소시킬 수 있게 된다.
그리고, 본 발명에서는 도광필름의 입광면에 웨지부를 형성하여 입광면을 면적을 증가시킬 수 있게 되므로, 저가의 대구경 LED와 같은 다양한 크기의 광원을 사용할 수 있게 되어, 제조비용을 감소할 수 있게 된다.
도 1은 종래 액정표시소자의 단면도.
도 2는 종래 액정표시소자의 분해사시도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 도광필름의 구조를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 도광필름의 구조를 나타내는 도면.
도 5a-도 5c는 본 발명에 따른 도광필름의 제조공정을 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 액정표시소자의 분해 사시도.
도 7a 및 도 7b는 각각 종래 백라이트부 및 본 발명에 따른 백라이트부를 개략적으로 나타내는 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
백라이트부 및 액정표시소자의 두께를 감소시키는 가장 좋은 방법은 백라이트부의 두께의 가장 많은 부분을 차지하는 도광판의 두께를 감소시키는 것이다. 그러나, 도광판은 주로 금형에 의한 사출성형에 의해 형성되므로, 두께를 감소시키는데 한계가 있었다. 현재, 사출성형에 의해서 약 0.4mm 이상의 두께의 도광판을 제작할 수 있으며, 그 이하의 두께로는 제작하기 힘들다고 알려져 있다.
물론, 도광판의 두께를 0.4mm 이하로 더 얇게 형성할 수는 있지만, 이 경우 금형을 제작하는데 고가의 비용이 소모되므로, 제조비용이 증가하게 되며, 도광판의 두께를 정밀하게 조절하기가 힘들었다. 더욱이, 얇은 두께의 도광판을 제작하기 위해서는 특수 제작된 고가의 금형을 사용해야 하므로, 제조비용이 증가한다는 문제도 있었다.
본 발명에서는 광원에서 발광된 광을 인도하는 수단으로서, 종래에 사용하던 두꺼운 판(plate)형상의 도광판을 사용하는 대신, 얇은 필름(film)형태로 이루어진 도광필름(light guide film)을 사용한다. 도광판은 사출성형에 의해 제작된 판(plate)형상이므로, 두께를 감소시키는데 한계가 있었지만, 도광필름은 얇은 필름형태로 제작되기 때문에, 얇게 두께가 가능하게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 얇은 두께의 도광필름을 사용함에 따라 백라이트부 및 액정표시소자의 두께를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 고가의 금형을 사용하지 않고 저가의 필름을 사용하므로 제조비용을 감소시킬 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 도광필름(130)을 나타내는 단면도이다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 도광필름(130)은 사각형상으로 형성되며, 액정표시소자의 액정패널과 실질적으로 동일한 크기로 형성되어 액정패널에 광을 인도한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 도광필름(130)은 광이 입사되어 광을 인도하는 베이스필름(131)과, 상기 베이스필름(131)의 하면에 형성되어 베이스필름(131)에서 인도되어 하면을 통해 출력되는 광을 산란시키는 패턴(133)과, 상기 베이스필름(131) 위에 형성되어 베이스필름(131)의 상면을 통해 출사되는 광을 확산시키는 확산층(135)과, 상기 확산층(135)에 산포되어 베이스필름(131)으로부터 출사되는 광을 산란시키는 비드(136)로 구성된다.
상기 베이스필름(131)은 광투과성 물질로 형성되는데, 예를 들면 폴리카보네이트, PVC(Polyvinyl Chloride), 폴리프로필렌, PE(Polyetylene), PET(Polyetylene Terephthalate), 아크릴계 폴리머 등으로 형성될 수 있다. 상기 베이스필름(131)은 종래 도광판 보다 얇은 두께로 형성될 수 있는데, 본 발명에서는 0.30mm 이하, 0.23mm 두께의 베이스필름을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 패턴(133)은 열경화성 수지나 감광성 수지와 같은 수지재질로 형성될 수 있다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 패턴(133)은 반구형상, 삼각형상, 다각형상과 같은 다양한 형상으로 형성되어 베이스필름(131)의 하면 전체에 걸쳐 형성된다. 이때, 상기 패턴(133)의 밀도는 제작되는 도광필름(130)의 크기, 두께 및 형상, 도광필름(130)으로 입력되는 광의 세기 등의 요인에 의해 결정된다.
상기 패턴(133)은 베이스필름(131) 전체에 걸쳐 균일하게 형성될 수도 있지만, 산란효율을 향상시키기 위해, 광이 입사되는 입광면 근처 영역과 다른 영역에 다른 밀도를 갖도록 형성할 수도 있을 것이다.
확산층(135)은 1.56-1.61의 고굴절율을 갖는 투명한 아크릴계 수지로 형성되며, 확산층(135)에는 복수의 비드(136)가 산포된다. 상기 확산층(135)은 수㎛-수십㎛로 형성되어, 도광필름(130)으로부터 출사되는 광이 확산층(135)의 굴절률과 공기의 굴절률 차이로 인해 굴절되어 출력된다.
상기 비드(136)는 다양한 직경의 비드가 확산층(135)에 산포되어, 베이스필름(131)을 통해 출사되는 광을 확산시킨다. 이때, 확산층(135)에는 2-5㎛의 직격을 갖는 다양한 크기의 비드(136)가 혼재되어 있으며, 상기 비드(136)의 재질로는 아크릴 레진, 아크릴 폴리머, CaCO3(Calcium carbonate), BaSO4, 실리카,Calcium Phospate, TiO2, SiO2, CaCo3, SnO2, Mb2O5, ZnO2, MgF2, CeO2, Al2O3,HfO2, Na3LaF6 및 LaF6의 산란제 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기와 같은 구조의 도광필름(130)에서는 도광필름(130)의 일측면 또는 양측면을 통해 광이 입사되며, 입사된 광은 베이스필름(131)을 통해 전파하게 된다. 이때, 베이스필름(131)을 전파하는 광은 베이스필름(131)의 상면 및 하면으로 입사되며, 이 광중에서 임계값 이상의 각도로 입사된 광은 베이스필름(131)의 상하면에서 반사되어 베이스필름(131)을 통해 전파하며, 임계값 이하로 입사된 광은 베이스필름(131)의 상하면을 통해 출사된다.
일반적으로 백라이트부에서는 도광필름(130)의 하면에는 반사판이 배치되므로, 상기 도광필름(130)의 하면을 통해 출사되어 산란된 광은 반사판에 의해 반사되고 다시 도광필름(130)의 하면을 통해 도광판(130)의 내부로 입력된 후, 도광필름(130)의 상면을 통해 출사된다.
베이스필름(131)의 상면을 통해 출사된 광은 확산층(135)이 고굴절 수지 및 비드(136)에 의해 확산된 후 출력되어, 그 상부의 액정패널(도면표시하지 않음)으로 공급된다.
상기와 같이, 본 발명에서는 베이스필름(131)의 하면에 패턴(133)을 형성하여 확산필름(130)을 형성한다. 종래 금형에 의해 제작되던 도광판은 그 두께가 최소 0.4mm 이상인 반면에, 확산필름(130)은 0.3mm. 이하로 제작할 수 있기 때문에 종래 도광판에 비해 백라이트부의 두께를 감소할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에의 도광필름(130)의 상면에 비드(136)가 산포된 확산층(135)이 형성되므로, 도광필름(130)으로부터 출사되는 광이 상기 확산층(135)에 의해 충분히 확산된 상태로 출력된다. 즉, 본 발명에서는 도광필름(130)으로부터 출사된 광이 확산되어 액정패널에 균일한 휘도의 광을 공급한다. 따라서, 본 발명의 백라이트부에서는 광을 확산시켜 액정패널에 균일한 휘도의 광을 공급하기 위한 별도의 확산판이 필요없게 되므로, 확산판의 두께 만큼 백라이트부 및 액정표시소자의 두께를 감소할 수 있게 될 뿐만 아니라 확산판을 조립하는 공정이 필요없게 되어 신속한 백라이트부 및 액정표시소자 조립이 가능하게 된다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 도광필름(130)을 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 도광필름(130)은 제1영역 및 제2영역으로 이루어지며, 광이 입사되어 광을 인도하는 베이스필름(131)과, 상기 도광필름(130)의 제1영역에 베이스필름(131)을 삼각형상으로 접어 접착제에 의해 부착하여 형성한 웨지부(137)와, 상기 베이스필름(131)의 하면과 웨지부(137)의 표면에 형성되어 베이스필름(131)의 입광면을 통해 입사되는 광 및 베이스필름(131)의 하면을 통해 출사되는 광을 산란시키는 패턴(133)과, 상기 베이스필름(131)의 제2영역 위에 형성되어 베이스필름(131)으로부터 출광되는 광을 확산시키는 확산층(135)과, 상기 확산층(135)에 산포되어 입사되는 광을 산란시키는 비드(136)로 구성된다.
상기 베이스필름(131)은 광투과성 물질로 형성되는데, 예를 들면 폴리카보네이트, PVC(Polyvinyl Chloride), 폴리프로필렌, PE(Polyetylene), PET(Polyetylene Terephthalate), 아크릴계 폴리머 등으로 형성될 수 있다. 상기 베이스필름(131)은 0.30mm 이하, 바람직하게는 0.23mm 두께의 베이스필름을 사용하는 것이 바람직하다.
웨지부(137)는 도광필름(130)의 일측 단부에 형성되는데, 베이스필름(131)을 접은 후, 접힌 베이스필름(131) 사이에 접착층(138)을 형성하여 접힌 베이스필름(131)을 접착함으로써 형성된다. 상기 웨지부(137)의 두께는 대략 베이스필름(131)의 2배 정도, 예를 들면 약 0.60mm 이하, 바람직하게는 0.46mm이 하로 형성될 수 있다.
이 실시예의 도광필름(130)에 상기 웨지부(137)를 형성하는 이유는 다음과 같다.
도 3에 도시된 제1실시예의 도광필름의 경우, 두께가 대략 0.23mm 정도로 형성되므로, 측면에 LED나 형광램프와 같은 광원(112)이 배치되는 경우, 도광필름(130)의 측면, 즉 입광면을 통해 광이 모두 입사되기 위해서는 광원의 출광영역 역시 대략 0.23mm의 높이 또는 폭을 가져야만 한다. 광원의 출광영역의 폭 또는 높이가 도광필름(130)의 입광면 보다 큰 경우, 광원으로부터 출사된 광이 모두 입광면을 통해 도광필름(130)으로 입사되지 않고 일부의 광이 도광필름(130)의 상부나 하부로 출광되는데, 이와 같이 도광필름(130) 이외의 영역으로 출광된 광은 백라이트이 광효율 저하의 중요한 원인이 될 뿐만 아니라 액정표시소자로 제작했을 때 도광필름(130)을 통하지 않고 액정패널에 광이 공급되어 액정패널에 빛샘이 발생하는 원인이 된다.
그러나, 본 발명과 같이 도광필름(130)에 웨지부(137)를 형성하는 경우, 광원의 출광영역의 폭 또는 높이가 도광필름(130)의 웨지부(137)에 형성되는 입광면과 거의 동일하게 되므로(즉, 광원의 출광영역이 도광필름(130)의 웨지부(137)의 입광면과 거의 일치하므로), 광원(112)으로부터 발광된 광이 모두 웨지부(137)의 입광면을 통해 도광필름(130) 내부에 입력된다. 따라서, 광효율이 향상되고 광누설을 방지할 수 있게 된다.
이러한 웨지부(137)의 두께는 다양한 크기로 형성할 수 있다. 즉, 채택되는 광원 및 광원의 크기에 따라 다양하게 형성할 수 있다. 예를 들어, LED를 광원으로 사용하는 경우와 형광램프를 사용하는 경우에 따라 웨지부(137)의 두께를 다양하게 조절할 수 있으며, 동일한 종류의 광원인 경우에도 광원의 크기에 따라 웨지부(137)의 두께를 조절할 수 있게 된다.
일반적으로 도광판을 사용하던 종래의 액정표시소자의 경우, 도광판의 두께가 약 0.40mm이고 LED의 발광영역이 상기 도광판의 입광면과 거의 동일하며, 본 발명의 웨지부(137)의 입광면도 LED의 발광영역과 거의 동일하므로, 본 발명의 웨지부(137)의 두께 역시 0.40m로 형성하는 것이 바람직하다.
물론, 상기 웨지부(137)의 두께(또는 입광면이 두께)는 광원의 크기에 따라 달라지며, 이러한 상기 웨지부(137)의 두께는 접착층(138)의 두께를 조절함으로써 조절할 수도 있고 접히는 베이스필름(131)의 층의 개수에 의해 조절할 수도 있을 것이다.
한편, 상기 웨지부(137)의 표면, 즉 입광면에는 패턴(133)이 형성되어, 상기 입광면을 통해 입력되는 광을 입광면에서 산란시켜 광이 도광필름(130) 전체에 걸쳐 균일하게 전파되도록 함과 동시에 입광면과 광원 사이로 광이 누설되는 것을 방지한다.
도면에서는 상기 웨지부(137)가 도광필름(130)의 일단부에만 형성되어 있지만, 대면적 액정표시소자에 적용되는 백라이트부와 같이 광원이 도광필름(130)의 양측면에 배치되는 경우 상기 웨지부(137)도 도광필름(130)의 양측면에 형성되어 도광필름(130)의 양측의 입광면을 광원과 일치시킨다.
상기 패턴(133)은 열경화성 수지나 감광성 수지와 같은 수지재질로 형성될 수 있다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 패턴(133)은 반구형상 또는 삼각형상으로 형성되어 베이스필름(131)의 하면 전체에 걸쳐 형성된다.
확산층(135)은 1.56-1.61의 고굴절율을 갖는 투명한 아크릴계 수지로 형성되며, 확산층(135)에는 복수의 비드(136)가 산포된다. 상기 확산층(135)은 수㎛-수십㎛로 형성되어, 도광필름(130)으로부터 출사되는 광이 확산층(135)의 굴절률과 공기의 굴절률 차이로 인해 굴절되어 출력된다. 또한, 비드는 2-5㎛의 직격을 갖는 다양한 크기로 형성되어 도광필름(130)으로부터 출력되는 광을 확산시킨다.
도면에서는 상기 확산층(135)이 도광필름(130)의 제2영역, 즉 웨지부(137)를 제외한 영역에만 형성되지만, 상기 확산층(135)은 웨지부(137)의 상면에도 형성될 수 있다.
도 5a-도 5c는 상기와 같은 구조의 도광필름(130)을 제작하는 공정을 나타내는 도면이다. 이때, 도면에서는 도 4에 도시된 제2실시예의 도광필름(130)의 제작공정을 나타낸다.
우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 반구형이나 삼각형상 또는 다각형상의 홈이 전체에 걸쳐 형성된 하판(142) 및 상판(143)으로 구성된 핫프레스(hot press)의 하판(142)의 홈을 열경화성 수지에 의해 채운 후, 폴리카보네이트, PVC(Polyvinyl Chloride), 폴리프로필렌, PE(Polyetylene), PET(Polyetylene Terephthalate), 아크릴계 폴리머 등으로 이루어진 필름원단(131a)을 상기 핫프레스의 하판(142) 위에 위치시킨 후, 하판(142)과 상판(143)을 압착하여 하판(142)의 홀내부에 충진된 열경화성 수지(133a)를 상기 필름원단(131a)의 하면에 전사하여 패턴(133)을 형성한다.
이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 핫프레스의 하판(142) 및 상판(143)에는 전열선 등이 설치되어 하판(142) 및 상판(143)이 고온으로 유지되므로, 하판(142) 및 상판(143)의 열압착에 의해 열경화성 수지가 필름원단(131a)에 전사된다.
상기 핫프레스의 하판(142) 및 상판(143)의 면적은 채용되는 액정표시소자의 크기에 따라 달라진다. 또한, 필름원단(131)은 두루마기 형상으로 감겨 있기 때문에, 핫프레스에 의해 필름원단(131)의 일정 영역 하면에 패턴(133)을 형성 후에는 상기 패턴(133)이 형성된 영역을 절단하여 패턴(133)이 형성된 베이스필름(131)을 형성한다.
그 후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 아크릴 레진, 아크릴 폴리머, CaCO3(Calcium carbonate), BaSO4, 실리카,Calcium Phospate, TiO2, SiO2, CaCo3, SnO2, Mb2O5, ZnO2, MgF2, CeO2, Al2O3,HfO2, Na3LaF6 및 LaF6의 산란제 중 어느 하나로 이루어진 2-5㎛의 비드(135)를 1.56-1.61의 굴절율을 갖는 투명한 아크릴계 수지에 혼합한 후 제단된 베이스필름(131)의 상면의 일부 영역에 도포하고 경화하여 확산층(135)을 형성한다. 이때, 상기 확산층(135)은 열을 인가하여 경화될 수도 있고 자외선과 같은 광을 조사하여 경화될 수도 있을 것이다.
이어서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 베이스필름(131)의 단부 근처에 일정 두께의 접착층(138)을 형성하고 상기 접착층(138)을 감싸도록 베이스필름(131)을 접은 후, 상기 접착층(138)을 경화하여 웨지부(137)를 형성한다. 이때, 상기 접착층(135)은 열을 인가하여 경화될 수도 있고 자외선과 같은 광을 조사하여 경화될 수도 있을 것이다.
이때, 접착층(138)의 두께를 조절하여 상기 웨지부(137)의 두께를 조절할 수도 있고 접히는 베이스필름(131)의 개수를 조절하여 웨지부(137)의 두께를 조절할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 도광판 대신에 얇은 두께의 필름형상의 도광필름을 형성하므로, 백라이트부의 두께를 감소할 수 있게 된다. 더욱이, 본 발명에서는 도광필름의 상면에 확산층을 형성하므로, 별도의 확산판이 필요없게 되므로, 백라이트부의 두께를 더욱 감소할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 도광필름의 입광면에 웨지부를 형성하여 입광면의 면적과 광원의 출광면적을 일치시킴으로써 광의 누설에 의한 광효율 저하를 방지할 수 있게 되며, 저가의 광원을 사용할 수 있게 된다.
이하에서는 상기와 같은 도광필름이 적용된 액정표시소자를 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 분해사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시소자(101)는 액정패널(103)과 백라이트부(110)로 구성된다. 상기 백라이트부(110)는 액정패널(103)의 하부에 위치하여 액정패널(103)에 광을 공급한다.
백라이트부(110)는 LED(112), 상기 LED(112)가 실장되는 LED기판(113), 측면이 상기 LED(112)와 접하도록 상기 액정패널(103)의 하부에 배치되어 측면을 통해 입력되는 광을 상기 액정패널(103)에 공급하는 도광필름(130), 상기 도광필름(130)의 하부에 배치되어 도광필름(130)의 하부로 입사되는 광을 액정패널(103)로 반사시키는 반사판(117), 상기 도광필름(130)의 상부에 배치되고 프리즘이 일방향을 따라 복수개 배열되어 도광필름(130)에서 출사된 광을 정면으로 전반사시키는 제1프리즘시트(126), 상기 제1프리즘시트(126) 위에 배치되고 프리즘이 상기 제1프리즘시트(126)의 프리즘과는 수직 방향으로 배열되어 상기 제1프리즘시트(126)에서 굴절된 광을 굴절시키는 제2프리즘시트(128)로 구성된다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 액정패널(103)은 제1기판과 제2기판 및 그 사이의 액정층(도면표시하지 않음)으로 이루어진다. 상기 제1기판에는 복수의 게이트라인 및 데이터라인이 매트릭스형상으로 배열되어 복수의 화소영역을 정의하며, 각각의 화소영역에는 박막트랜지스터 및 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 화소전극이 형성된다. 상기 게이트라인과 데이터라인의 단부에는 게이트패드와 데이터패드가 형성되어 상기 게이트라인과 데이터라인을 외부의 구동소자와 연결시킴으로써 상기 게이트라인 및 데이터라인을 통해 외부의 신호가 입력된다.
또한, 상기 박막트랜지스터는 게이트라인과 접속되어 상기 게이트라인을 통해 외부로부터 주사신호가 입력되는 게이트전극과, 상기 게이트전극의 상부에 형성된 게이트절연층, 상기 게이트절연층 위에 형성되어 게이트전극에 주사신호가 입력됨에 따라 활성화되어 채널을 형성하는 반도체층, 상기 반도체층 위에 형성되어 주사신호에 의해 반도체층에 채널이 형성됨에 따라 상기 데이터라인을 통해 입력되는 화상신호를 상기 화소전극에 인가하는 소스전극 및 드레인전극으로 이루어진다.
제2기판에는 게이트라인이나 데이터라인, 박막트랜지스터의 형성영역과 같이 실제 화상이 구현되지 않는 화상비표시영역에 형성되어 이 화상비표시영역으로 광이 투과하여 화질을 저하하는 것을 방지하는 블랙매트릭스(black matrix;246)와, 상기 화소내에 형성되어 실제 화상을 구현하는 R(Red), G(Green), B(Blue)의 서브컬러필터층으로 이루어진 컬러필터층이 형성된다.
상기와 같이, 구성된 제1기판 및 제2기판 사이에 액정층이 형성되어 액정패널(103)이 형성되는 것이다.
광원(112)으로는 주로 LED가 사용된다. 상기 LED(112)는 LED기판(113)의 길이방향을 따라 설정 간격을 두고 복수개 배치되어 광을 발광한다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 LED기판(113)에는 다양한 금속배선이 형성되고 LED(112)와 금속배선이 전기적으로 연결되어 외부의 신호가 상기 LED(112)로 인가됨으로써 LED(112)가 발광하게 된다.
LED에서 발광된 광이 액정패널로 공급될 때 단색광이 직접 공급되는 것이 아니라 백색광이 공급되는데, 상기 발광소자에서 발광하는 단색광을 백색광으로 만들기 위해 단색광 발광소자와 형광체를 사용하거나, 적외선파장대의 발광소자와 형광체를 사용하거나, 적(R),녹(G),청(B)색의 발광소자에서 발광하는 단색광을 혼합한다. 즉, LED를 백라이트부의 광원(112)으로서 사용하는 경우, 복수의 LED를 도광필름(130)의 측면에 배치하여 도광필름(130)에 백색광 또는 단색광을 입력시킨다.
한편, 상기 광원으로는 LED 뿐만 아니라 CCFL(cold cathod fluorescent lamp)나 EEFL(external eletrode fluorescent lamp)와 같은 형광램프를 사용할 수 있다. 이와 같은 형광램프를 광원하는 사용하는 경우, 내면이 반사층으로 도포된 램프하우징이 배치되어 상기 형광램프가 램프하우징내에 배치된다.
도광필름(130)은 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스필름(131)의 하면에 패턴(133)을 형성하고 상면에 비드(136)가 산포된 확산층(135)이 형성된 구조로 이루어진다. 이때, 상기 도광필름(130)은 약 0.3mm 이하, 바람직하게는 약 0.23mm의 두께로 형성되어, 입광면이 LED(112)의 발광영역과 정렬된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 도광필름(130)의 일측 단부 또는 양측 단부에는 웨지부가 형성될 수도 있다.
상기 제1프리즘시트(126)와 제2프리즘(128)의 프리즘은 서로 수직으로 배열되어, 입력되는 광을 정면측으로 굴절시켜 광의 정면 휘도를 향상시킨다. 이때, 도면에 도시된 바와 같이, 제1프리즘시트(126)와 제2프리즘(128)의 프리즘은 서로 다른 방향, 즉 x-방향 및 y-방향으로 수직으로 배열되기 때문에, 입사되는 광의 x-방향 및 y-방향으로 굴절시켜 광이 액정패널(103)에 수직으로 입사되도록 한다.
제1프리즘시트(126) 및 제2프리즘시트(128)는 주로 폴리에스테르(PET), PMMA(Polymethyl-Methacrylate), PC(Poly Carbonate) 등으로 이루어진 베이스필름상에 굴절률이 1.5 이상인 자외선 경화 수지나 PC 등의 물질로 규칙적인 프리즘을 형성하여 입사되는 광을 굴절시켜 광의 진행방향을 정면방향으로 반사 및 굴절시킨다. 이때, 프리즘은 단면이 산과 같은 삼각형 형상으로 이루어지고 프리즘은 상기 베이스필름 상의 전면에 걸쳐서 일측에서 타측으로 연장된 대략 이등변 삼각형상이 복수개 배열된다.
도면에서는 상기 제1프리즘시트(126) 및 제2프리즘시트(128)의 프리즘을 삼각형상으로 도시하였지만, 상기 프리즘이 삼각형상으로만 형성되는 것은 아니다. 상기 프리즘은 입사되는 광을 반사 및 굴절시키기 위한 것이므로, 입사되는 광을 반사 및 굴절시킬 수 있는 어떤 형상도 가능할 것이다. 즉, 반구형상, 사각형상이나 피라미드와 같은 다각형상, 렌즈형상 등과 같이 다양한 형상이 가능할 것이다. 이러한 의미에서 프리즘이란 용어는 적합하지 않을 수도 있다. 그러나, 이러한 용어의 사용은 설명의 편의를 위한 것으로, 특정한 형태를 의미하는 것은 아니다. 따라서, 상세한 설명에서 사용되는 프리즘이란 용어는 특정 형태를 나타내는 것이 아니라 입사되는 광을 반사시키고 굴절시키는 제1프리즘시트(126) 및 제2프리즘시트(128)에 형성된 특정형상의 형태를 의미하는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시소자는 도광판 대신 도광필름을 적용함으로써 백라이트부의 두께를 감소할 수 있으며, 더욱이 확산판을 제거할 수 있기 때문에, 백라이트부의 두께를 더욱 감소할 수 있게 된다.
도 7a 및 도 7b는 각각 도광판 및 확산판이 구비된 종래 백라이트부의 구조를 간략하게 나타내는 도면이고 도 7b는 도광필름이 구비된 본 발명에 따른 백라이트부의 구조를 간략하게 나타내는 도면으로, 이하에서는 종래 백라이트부와 본 발명에 따른 백라이트부의 구조를 비교하여 설명한다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 종래 백라이트부는 반사판, 상기 반사판 위에 배치된 도광판, 도광판 위에 배치된 확산판, 확산판 위에 배치된 제1프리즘시트 및 제2프리즘시트로 구성된다. 이때 반사판의 두께는 0.065mm, 도광판의 두께는 0.40mm, 확산판의 두께는 0.053mm, 제1프리즘시트의 두께는 0.065mm, 제2프리즘시트의 무게는 0.07mm로서, 백라이트부 전체의 두께(T1)은 0.653mm가 된다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 백라이트부는 반사판, 상기 반사판 위에 배치된 도광필름, 도광판 위에 배치된 제1프리즘시트 및 제2프리즘시트로 구성된다. 이때 반사판의 두께는 0.065mm, 도광필름의 두께는 0.23mm, 제1프리즘시트의 두께는 0.065mm, 제2프리즘시트의 무게는 0.07mm로서, 백라이트부 전체의 두께(T2)은 0.430mm가 된다.
도 7a에 도시된 종래 백라이트부의 두께(T1)와 도 7b에 도시된 본 발명에 따른 백라이트부의 두께(T2)를 비교하며, 종래 백라이트부의 두께(T1)가 0.653mm인 반면에, 본 발명에 따른 백라이트부의 두께(T1)는 0.430mm으로서, 종래에 비해 0.223mm가 감소하였다. 즉, 본 발명의 백라이트부는 종래 백라이트부에 비하여 약 34%의 두께가 감소하였다.
상술한 설명에서는 액정패널과 백라이트부를 특정 구조로 설명하고 있지만 이는 설명의 편의를 위한 것이지 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 다시 말해서, 본 발명의 다른 예나 변형예는 본 발명의 기본적인 개념을 이용한 액정표시소자는 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 사람이라면 누구나 용이하게 창안할 수 있을 것이다.
130 : 도광필름 131 : 베이스필름
133 : 패턴 135 : 확산층
136 : 비드 137 : 웨지부
138 : 접착층

Claims (20)

  1. 적어도 일측의 입광면을 통해 광원으로부터 입사되는 광을 전파하는 베이스필름;
    상기 베이스필름 하면에 형성된 패턴;
    상기 베이스필름 상면에 형성되고 내부에 비드가 산포된 확산층; 및
    상기 베이스필름의 입광면 측에 접착층을 감싸도록 상기 베이스필름이 접혀져 형성되어 상기 광원으로부터 입사되는 광을 베이스필름으로 전파하는 웨지부로 구성되며,
    상기 베이스필름의 상기 접착층을 감싸도록 접혀지는 영역의 두께는 상기 베이스필름의 상기 확산층 하부에 위치하는 영역의 두께 보다 작은 도광필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비드는 2-5㎛의 직격으로 이루어진 것을 특징으로 하는 도광필름.
  3. 제1항에 있어서, 상기 확산층은 굴절률이 1.56-1.61인 아크릴계수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도광필름.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 베이스필름의 두께는 0.3mm 이하인 것을 특징으로 하는 도광필름.
  6. 제5항에 있어서, 상기 베이스필름의 두께는 0.23mm인 것을 특징으로 하는 도광필름.
  7. 제1항에 있어서, 상기 웨지부의 입광면의 두께는 0.40mm인 것을 특징으로 하는 도광필름.
  8. 광을 발광하는 광원;
    베이스필름, 상기 베이스필름 하면에 형성된 패턴, 상기 베이스필름 상면에 형성되고 내부에 비드가 산포된 확산층, 상기 베이스필름의 입광면 측에 접착층을 감싸도록 상기 베이스필름이 접혀져 형성되어 상기 광원으로부터 입사되는 광을 베이스필름으로 전파하는 웨지부로 구성되어, 광원으로부터 발광되어 입력된 광을 전파하고 출력되는 광을 확산시키는 도광필름; 및
    상기 도광필름 상부에 배치된 적어도 하나의 프리즘시트로 구성되며,
    상기 베이스필름의 상기 접착층을 감싸도록 접혀지는 영역의 두께는 상기 베이스필름의 상기 확산층 하부에 위치하는 영역의 두께 보다 작은 백라이트부.
  9. 제8항에 있어서, 상기 광원은 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트부.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서, 상기 도광필름 하부에 배치되어 도광필름의 하면을 통해 출사되는 광을 다시 도광필름으로 반사시키는 반사판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트부.
  13. 화상이 표시되는 액정패널;
    광을 발광하는 광원; 및
    베이스필름, 상기 베이스필름 하면에 형성된 패턴, 상기 베이스필름 상면에 형성되고 내부에 비드가 산포된 확산층, 상기 베이스필름의 입광면 측에 접착층을 감싸도록 상기 베이스필름이 접혀져 형성되어 상기 광원으로부터 입사되는 광을 베이스필름으로 전파하는 웨지부로 구성되어 광원으로부터 발광되어 입력된 광을 전파하고 출력되는 광을 확산하여 액정패널에 공급하는 도광필름으로 구성되며,
    상기 베이스필름의 상기 접착층을 감싸도록 접혀지는 영역의 두께는 상기 베이스필름의 상기 확산층 하부에 위치하는 영역의 두께 보다 작은 액정표시소자.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서, 상기 패턴은 상기 웨지부의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 도광필름.
  17. 제1항에 있어서, 상기 패턴은 상기 웨지부의 입광면에 형성되는 것을 특징으로 하는 도광필름.
  18. 제1항에 있어서, 상기 웨지부의 두께는 상기 접착층의 두께를 조절하여 조절하는 것을 특징으로 하는 도광필름.
  19. 제1항에 있어서, 상기 베이스필름은 복수의 층으로 구성된 것을 특징으로 하는 도광필름.
  20. 제19항에 있어서, 상기 웨지부의 두께는 상기 베이스필름의 개수를 조절하여 조절하는 것을 특징으로 하는 도광필름.

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