KR20010043659A

KR20010043659A - 백라이트 시스템

Info

Publication number: KR20010043659A
Application number: KR1020007012856A
Authority: KR
Inventors: 박억병; 김종훈; 이훈선; 이연근; 유정수
Original assignee: 성재갑; 주식회사 엘지화학
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-05-25
Also published as: EP1082638A4; KR100422938B1; US6364497B1; EP1082638A1; TW594071B; JP2002540557A; WO2000057241A1

Abstract

액정 표시장치, 광고수단, 또는 조명을 포함한 표시장치용 백라이트 시스템은, 하나 또는 그 이상의 광원, 도광판, 광 반사필름, 비등방성 광 확산필름, 및 집광필름을 포함한다. 광원은 소정 방향으로 도광판의 하나 또는 그 이상의 측면에 배열된다. 광 반사필름은 도광판의 하부에 배열된다. 비등방성 광 확산필름은 도광판의 상부에 배열된다. 비등방성 광 확산필름은 방향에 따라 다른 확산 성질을 가진다. 집광필름은 상면과 편평한 하면을 가진다. 집광필름의 상면은 소정 방향으로 연장된 렌티큘러 층을 포함한다. 집광필름은 다수개의 선형 프리즘을 가진다. 집광필름의 상부에는 반사형 편광판을 배열할 수 있다.

Description

백라이트 시스템 {A BACKLIGHT SYSTEM}

일반적으로, 백라이트 시스템은 도광판, 도광판의 하나 이상의 측면에 배열되고 하나 이상의 광 반사 램프 하우징을 구비한 하나 이상의 광원, 도광판의 하부에 위치하는 광 반사필름 등을 포함한다. 도광판을 통과한 빛 자체를 표시장치에 그대로 사용하기에는 그 출사모양이 부적합하다. 따라서, 빛의 출사모양을 개선시키는 것이 필요하다. 이러한 이유로, 도광판과 함께 다수의 광학 필름을 사용한다. 그러나, 그러한 목적으로 너무 많은 개수의 광학 필름을 사용하면 그 구조가 복잡해지고 생산 단가가 상승한다. 도 10은 비교적 많은 수의 광학 필름을 사용한 미국 특허 4,542,449를 기본으로 한 백라이트 시스템을 적용한 액정 표시장치의 분해 사시도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 이 백라이트 시스템은 광원(1), 광 반사 램프 하우징(2), 도광판(3) 및 광 반사필름(4)을 포함한다. 광 반사 램프 하우징(2)을 구비한 광원(1)은 도광판(3)의 한 측면에 배열되고, 도광판(3)의 상부에는 확산필름(5), 제1집광필름(6), 제2집광필름(7) 및 액정 패널(8)이 순차적으로 배열되어있다. 도광판(3)의 상면 또는 하면에는 소정 패턴(미도시)이 형성되어 있다. 제1 및 제2 집광필름(6,7)의 상면에는 각각이 직각 이등변 삼각형인 다수개의 프리즘을 가지는 렌티큘러층(9)이 각각 형성되어 있다. 두 집광필름(6, 7)은 그 상면에 형성된 각각의 렌티큘러층(9)의 세로 방향이 서로 수직하도록 배열되어 있다. 이러한 백라이트 시스템은 많은 수의 광학 필름을 사용하기 때문에, 조립 공정을 복잡하게 하고, 또한 생산 단가를 상승시킨다.

도 10에 도시된 바와 같은 백라이트 시스템을 이용한 표시장치의 휘도를 증가시키기 위하여, 제2 집광필름(7)의 상부에 반사형 편광판(미도시)을 추가로 배열할 수도 있다. 반사형 편광판의 상부에 액정 패널(8)을 배열할 경우에는, 흡수형 편광판(미도시)을 그 사이에 추가로 배열할 수도 있다. 콜레스테릭 액정(CLC) 편광판 또는 Minnesota Mining and Manufacturing사(社)의 DBEF^(R)반사형 편광판으로서 사용될 수 있다. CLC 편광판은 입사되는 빛의 두 개의 원형 편광 성분 중 하나의 원형 편광 성분은 반사시키고 다른 하나의 원형 편광 성분은 투과시키는 광학 특성을 가진다. 사용된 액정 패널의 광학 특성에 따라, CLC 편광판을 투과된 빛의 원형 편광 성분은 λ/4 위상차 판을 이용하여 직선 편광 성분으로 바꿀 필요가 있다. 반면에 DBEF^(R)는 입사되는 빛의 두 개의 직선 편광 성분 중 하나의 직선 편광 성분을 반사시키고, 다른 하나의 직선 편광 성분을 투과시키는 광학 특성을 가진다. 이러한 반사형 편광판을 백라이트 시스템에 적용하면, 백라이트 시스템 내부에서의 광 흡수가 전혀 없을 경우, 반사형 편광판을 사용하지 않은 백라이트 시스템에 비해 100% 향상된 휘도를 얻는 것이 이론적으로 가능하다. 그러나, 반사형 편광판을 가진 종래의 백라이트 시스템에서는 실제로 얻은 휘도 상승률이 기대치보다 훨씬 낮다. 예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같은 두 개의 집광필름을 가지는 백라이트 시스템을 이용한 휴대형 컴퓨터에서는 휘도 상승률이 25-30 %에 불과하다. 이것은 종래 기술에 의한 백라이트 시스템이 복잡한 구성으로 이루어져 있기 때문이며, 따라서 상당량의 빛이 소실되는 반면에 백라이트 시스템의 많은 광학적 구성요소을 통해 재순환된다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 광학 필름의 개수를 줄인 간단한 구조로 제작하여 가격 경쟁력을 향상시킨 백라이트 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 반사형 편광판을 이용하여 휘도의 상승폭을 증대시킬 수 있는 백라이트 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 목적 및 이외의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시장치용 백라이트 시스템은, 하나 이상의 광원, 도광판, 광 반사필름, 비등방성 광 확산필름(ADF) 및 집광필름을 포함한다. 하나 이상의 광 반사 램프 하우징을 가지는 하나 이상의 광원은 도광판의 하나 이상의 측면에 배열된다. 도광판은 투명한 절연물질로 만들어진다. 광 반사필름은 도광판 하부에 배열된다. ADF는 도광판의 상부에 배열되고, 투명한 절연물질로 만들어진다. ADF는 확산 정도가 방향에 따라 다른 성질을 가진다. 집광필름은 ADF의 상부에 배열되고, 투명한 절연물질로 만들어진다. 집광필름의 일면은 편팡하고 ADF에 대면한다. 집광필름의 타면에는 다수개의 프리즘을 가지고 소정 방향으로 연장된 렌티큘러층이 포함된다. 렌티큘러층의 단면은 일련의 삼각형으로 이루어져 있다. 집광필름의 상부에는 반사형 편광판을 추가로 배열할 수 있다.

ADF와 대면하는 도광판의 일면에는 소정 방향으로 연장된 렌티큘러층이 포함되고, 광 반사필름과 대면하는 도광판의 다른 일면에는 소정 패턴이 포함된다. 패턴의 국부 밀도는 광원(21)으로부터 멀수록 더 커진다. 렌티큘러층은 다수개의 프리즘을 가지며, 따라서 렌티큘러층의 단면은 일련의 삼각형이며, 특히 일련의 이등변 삼각형으로 이루어진다. 각각의 프리즘은 정점과 정점각(ξ)을 가진다. 프리즘의 정점각(ξ)은 70°내지 110°의 범위에 있으며, 특히 90°인 것이 바람직하다. 프리즘의 정점간 거리는 100 ㎛ 이내이다. 도광판 렌티큘러층의 세로방향은 광원의 배열 방향에 대해 70°내지 110°의 각도관계에 있다.

ADF는 주축(major axis)과 부축(minor axis)을 가진다. 주축과 부축은 각각 ADF로부터 나오는 빛에 의해 형성되는 스크린 이미지의 장축과 단축에 해당된다. ADF의 장축 방향은 광원의 배열 방향에 대해 70°내지 110°의 각도 관계에 있다. ADF의 단축 방향은 광원의 배열 방향에 대해 -20°내지 +20°의 각도 관계에 있다. 특히, 장축이 광원의 배열 방향에 수직하고, 단축이 광원의 배열 방향에 평행하도록, ADF가 배열되는 것이 바람직하다. ADF는 2 또는 그 이상의 비등방성 비율(Ω/ω)을 가지는데, 여기서 Ω는 집속된 광이 ADF에 수직하게 비출 때, 주축을 따라서 확산된 빛의 세기가 최대의 절반일 때의 전체 폭(full width half a maximum : FWHM)임을 가리키는 각도이고, ω는 부축을 따라서 확산된 빛의 세기가 FWHM임을 가리키는 각도이다. 각도 Ω는 30°또는 그 이상인 것이 바람직하다. ADF로서는, 홀로그램 기법으로 제작된 홀로그래픽 광 확산필름이 바람직하다.

집광필름의 표면에 포함된 렌티큘러층의 세로 방향은 광원의 배열 방향과 -20°내지 +20°의 각도 관계에 있다. 특히, 렌티큘러층의 세로 방향이 광원의 배열 방향과 평행한 것이 바람직하다. 집광필름의 일면에 포함된 렌티큘러층의 각각의 프리즘의 정점은 이웃하는 프리즘의 정점과 70 ㎛ 또는 그 이하의 거리에 있다. 광원으로부터 먼 프리즘의 첫 번째 경사면과 집광필름의 편평한 면이 이루는 각 α는 40°내지 90°범위에 있고, 반면에 광원에 가까운 프리즘의 두 번째 경사면과 집광필름의 편평한 면이 이루는 각 β는 40°내지 60°범위에 있다.

본 발명은 액정 표시장치, 광고수단, 또는 조명을 포함한 표시장치용 백라이트 시스템에 관한 것으로, 특히 고휘도를 구현한 표시장치용 백라이트 시스템에 관한 것이다.

동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 도면부호가 나타난 도면을 함께 고려하여 다음의 상세한 설명을 참조하면, 발명을 더욱 완전하게 이해하고 발명의 장점을 더 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1A는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 백라이트 시스템을 적용한 액정 표시장치의 분해 사시도이다;

도 1B는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 백라이트 시스템을 적용한 액정 표시장치의 분해 사시도이다;

도 2A는 도광판의 yz-면 단면도이다;

도 2B는 도광판의 하면에 형성된 소정패턴을 도시한 도면이다;

도 3A는 광 확산필름의 광학 특성을 측정하는 방법을 도시한 도면이다;

도 3B는 도 3A에 도시된 스크린의 사시도이다;

도 4A는 집광필름의 xz-면 단면도이다;

도 4B는 집광필름에 형성된 삼각형 프리즘의 xz-면 단면도이다;

도 5A는 도 1A의 (a)위치에서 측정된 수직 시야각에 따른 휘도변화를 나타낸 그래프이다;

도 5B는 도 1A의 (a)위치에서 측정된 수평 시야각에 따른 휘도변화를 나타낸 그래프이다;

도 6A는 도 1A의 (b)위치에서 측정된 수직 시야각에 따른 휘도변화를 나타낸 그래프이다;

도 6B는 도 1A의 (b)위치에서 측정된 수평 시야각에 따른 휘도변화를 나타낸 그래프이다;

도 7A는 도 1A의 (c)위치에서 측정된 수직 시야각에 따른 휘도변화를 나타낸 그래프이다;

도 7B는 도 1A의 (c)위치에서 측정된 수평 시야각에 따른 휘도변화를 나타낸 그래프이다;

도 7C는 도 1A의 (c)위치에서 측정된 수직 시야각에 따른 다른 휘도변화를 나타낸 그래프이다;

도 8A는 도 1A의 (c)위치에서 측정된 수직 시야각에 따른 또 다른 휘도변화를 나타낸 그래프이다;

도 8B는 도 1A의 (c)위치에서 측정된 수평 시야각에 따른 다른 휘도변화를 나타낸 그래프이다;

도 9는 휘도 측정 위치를 도시한 도1A, 1B 및 10에 도시된 백라이트 시스템의 상면도이다;

도 10은 종래 기술에 따른 백라이트 시스템을 적용한 액정 표시장치의 분해 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1A는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 백라이트 시스템을 적용한 액정 표시장치의 분해 사시도이다. 도 1A에 도시된 바와 같이, 이 액정 표시장치는 백라이트 시스템에 추가로 액정 패널(26)을 포함한다. 백라이트 시스템은 광원(21), 도광판(22), 광 반사필름(23), ADF(24) 및 집광필름(25)를 포함한다. 광원(21)은 도광판(22)의 한 측면에 위치하고, 광 반사필름(23)은 도광판(22)의 하부에 위치한다. 도광판(22)의 상부에는 ADF(24)와 집광필름(25)이 차례로 배열된다. 또다른 광원(미도시)이 도광판(22)의 반대측면에 배열될 수도 있다.

본 발명에 따른 백라이트 시스템을 적용한 액정 표시장치의 휘도를 향상시키기 위하여, 도 1B에 도시된 바와 같이 집광필름(25)의 상부에 반사형 편광판(30)을 추가로 배열한다. 도 1B는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 백라이트 시스템을 적용한 액정 표시장치의 분해 사시도이다. 반사형 편광판(30)이 집광필름(25)의 상부에 배열되면, 더 높은 콘트라스트 비를 얻기 위해 흡수형 편광판(미도시)을 반사형 편광판(30)과 액정 패널(26) 사이에 배열할 수 있다. 도 1A 및 도 1B에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 백라이트 시스템과 그 백라이트 시스템을 적용한 액정 표시장치에 대한 더욱 상세한 설명은 다음과 같다.

광원(21)은 도광판(22)의 측면을 따라 배열된 램프(27)와 광 반사 램프 하우징(28)으로 이루어진다. 광원(21)은 도 1A에 도시된 좌표계의 y축 방향으로 배열된다. 이 때 좌표계는 이후 첨부된 도면들에 일관되게 적용될 것이다. 도광판(22)의 상면에는 소정 방향으로 연장된 렌티큘러층(29)이 형성되어 있다. 렌티큘러층(29)은 다수의 선형 프리즘을 가지고 있으며, 따라서 렌티큘러층(29)의 단면은 일련의 삼각형, 특히 일련의 이등변 삼각형이다. 렌티큘러층(29)의 세로 방향은 광원(21)의 배열 방향에 대해 70°내지 110°의 각도 관계를 가진다. 바람직하게는, 렌트큘러층(29)의 세로방향이 광원(21)의 배열방향에 수직이다.

도 2A는 도광판(22)의 yz-면 확대 단면도이다. 도 2A에 도시된 바와 같이, 각각의 프리즘은 정점과, 정점으로부터 경사진 두 면을 가지고 있다. 이웃하는 두 정점간의 거리, 즉 피치(P1)는 100 ㎛ 또는 그 이하이고, 두 경사면 사이의 정점각(ξ)은 70°내지 110°의 범위에 있다. 특히, 정점각(ξ)은 90°인 것이 바람직하다.

도광판(22)의 하면에는 평탄부(32)와 함께 소정의 패턴(31)이 형성되어 있다. 패턴(31)의 분포는 도 2B에 도시되어 있다. 패턴(31)의 국부밀도는 광원(21)에 가까운 위치보다 먼 위치에서 더 커진다. 이것은 도광판(22)의 전면적에 걸쳐서 더욱 균일한 휘도를 얻을 수 있도록 해준다.

패턴(31)을 형성하는 방법으로는 샌드-블라스팅(sand-blasting) 방법, 또는 미국 특허 5,776,636에 기초한 스탬핑(stamping) 방법, 에칭(etching) 방법, 프린팅(printing) 방법, 또는 다이아몬드 바이트나 레이저를 이용한 직접 가공(direct engraving) 방법 등이 있다. 패턴(31)의 구체적인 형상은 패턴(31)의 가공 방법에 크게 의존한다. 예를 들어, 샌드-블라스팅 방법을 이용하면 패턴(31)이 무정형으로 형성된다. 에칭 방법이나 직접 가공 방법을 이용하면, 패턴(31)은 다수개의 미세한 렌즈나 미세한 요철부 모양으로 형성된다. 본 발명의 범위는 패턴(31)을 형성하는 가공방법에 한정되지 않는다. 패턴을 형성하는 다른 가공 방법에 관한 실험결과는 도 7A∼도 8B를 참조하여 후술한다.

도광판(22)은 투명한 절연물질로 만들어져 있으며, 특히 고분자 수지가 좋다. 예를 들면 poly(methyl methacrylate)(PMMA)가 도광판(22)의 재질로 사용될 수 있다.

본 발명에서, 도광판(22)의 상부에는 ADF(24)가 배열된다.

ADF(24)는 조각 방법, 에칭 방법, 스탬핑 방법, 또는 홀로그램 기법을 이용하여 제작될 수 있다. 예를 들면, 미국 특허 5,473,454는 미세한 구를 이용하여 ADF를 제작하는 방법을 보여준다. 이와는 대조적으로, 홀로그래피 기법을 이용하여 제작된 홀로그래픽 광 확산필름은 방향에 따라 확산정도를 독립적으로 조절할 수 있는 장점을 가지고 있다.(Physical Optics Corporation의 1998년 7월 1일자 Light Shaping Diffuser Technical Data Sheet를 보라) 바람직한 실시에에서는, 이러한 홀로그래픽 광 확산필름이 ADF(24)로서 사용된다.

광 확산필름이 등방성인지 혹은 비등방성인지는, 집속된 광이 필름에 수직하게 비출 때 스크린을 관찰함으로써 판단할 수 있다. 도 3A에 도시된 바와 같이, 광 확산필름(34)으로부터 나오는 확산된 광은 스크린에 투사되어 이미지를 만든다. 스크린(35)에 형성된 이미지는 광 확산필름(34)의 종류에 따라 원형 또는 타원형을 나타낸다. 스크린 이미지가 원형이면, 그 광 확산필름(34)은 등방성이다. 반면에, 스크린 이미지가 타원형이면, 그 광 확산필름(34)은 비등방성이다.

도 3B에는 본 발명에서 사용된 ADF(24)에 의한 스크린 이미지가 도시되어 있다. 도 3B에 도시된 바와 같이, ADF(24)의 주축은 스크린(35)에 형성된 이미지의 장축(36)에 해당되고, 반면에 ADF(24)의 부축은 스크린 이미지의 단축(37)에 해당된다. 스크린 이미지는 타원형 이미지의 중심에서 가장 밝고 타원의 가장자리로 갈수록 그 밝기가 점점 약해진다. ADF(24)는 소정의 비등방성 비율을 가진다. ADF(24)의 비등방성 비율은 Ω/ω로 표현된다. 등방성 광 확산필름의 경우, Ω/ω=1이다.

ADF(24)의 비등방성 비율 Ω/ω은 2 또는 그 이상인 것이 바람직하다. 특히, Ω가 30°또는 그 이상이면 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 ADF(24)가 어떻게 배열되는지가 매우 중요하다. ADF(24)의 주축 방향과 광원(21)의 배열 방향 사이의 각은 70°내지 110°의 범위에 있다. ADF(24)의 부축 방향과 광원(21)의 배열 방향 사이의 각은 -20°내지 +20°의 범위에 있다. ADF(24)의 주축 방향은 광원(21)의 배열 방향에 수직인 반면에, ADF(24)의 부축 방향은 광원(21)의 배열 방향에 평행한 것이 바람직하다.

ADF(24)의 상부에 배열된 집광필름(25)의 단면도가 도 4A에 도시되어 있다. 집광필름(25)은 하면이 편평하고, 상면에 소정 방향으로 연장된 렌티큘러층(38)을 가지고 있다. 렌티큘러층(38)은 다수의 선형 프리즘으로 이루어져 있다. 각각의 프리즘은 정점과 정점으로부터 경사진 두 개의 면을 가지고 있다. 이웃하는 두 프리즘의 정점간 거리, 즉 피치(P2)는 70 ㎛ 또는 그 이하이다. 렌티큘러층(38)의 세로 방향과 광원(21)의 배열 방향 사이의 각은 -20°내지 +20°의 범위에 있다. 렌티큘러층의 세로 방향은 광원(21)의 배열 방향에 평행한 것이 바람직하다.

광원(21)으로부터 먼 프리즘의 경사면과 집광필름(25)의 하면 사이의 각 α는 40°내지 60°의 범위에 있고, 광원(21)과 가까운 프리즘의 경사면과 집광필름(25)의 하면 사이의 각 β는 40°내지 90°의 범위에 있다. 이는 도광판(22)을 통과한 빛의 휘도피크가 좌표계의 z축과 이루는 각이 대략 60°내지 80°의 범위에 있기 때문이며(아래의 예 1을 보라), 반면에 ADF(24)를 통과한 빛의 휘도피크가 z축과 이루는 각은 대략 30°내지 40°의 범위에 있기 때문이다(아래의 예 2를 보라). ADF(24)를 통과하여 집광필름(25)으로 입사되는 빛은 xz-면에서 z축에 대하여 비대칭적이며, 따라서 α와 β는 독립적으로 정해져야한다.

α는 다음과 같이 정해진다.

도 4B에 도시된 바와 같이, 굴절률이 n인 집광필름(25)의 하면으로 수직에 대해 θ_p의 각으로 입사된 빛이, 경사면의 수직에 대해 θ_p'의 각으로 광원(21)으로부터 먼 프리즘의 경사면(40)을 통과하여 나온다면(경로 1), 각 θ_p'는 다음과 같은 수학식 1을 만족한다.

[수학식 1]

sin θ_p' = n sin{α- sin^-1(sinθ_p/n)}

이 빛이 액정 패널(26)의 수직으로 나오기 위해서는 각 θ_p'는 다음과 같은 수학식 2를 만족해야 한다.

[수학식 2]

θ_p' = α

θ_p에, ADF(24)을 통과한 빛이 좌표계의 xz-면 상에서 최대 휘도를 나타내는 각도를 대입할 때, 각 α는 수학식 1 및 2를 동시에 만족하는 것으로 구해진다. 이는 다음의 수학식 3과 같이 표현된다.

[수학식 3]

sin α= n sin{α- sin^-1(sinθ_p/n)}

한편, β는 다음과 같이 정해진다.

β= α라고 가정하라. 도 4B에 도시된 바와 같이, 굴절률이 n인 집광필름(25)의 하면으로 수직에 대해 θ_p의 각으로 입사된 빛이, 광원(21)에 가까운 프리즘의 경사면(39)을 통과하여 나온다면(경로 2), 그 빛은 경사면(39)에서 전반사를 겪고 광원으로부터 먼 프리즘의 경사면(40)을 통해 나가며, 대부분 액정 패널(26)의 수직으로부터 빗나가게 된다. 즉, 이러한 빛은 액정 표시장치의 정면 휘도에 기여하지 못한다. 따라서, 경사면(39)의 기울기(tanβ)를 그 빛이 프리즘 내부에서 진행하는 방향과 일치하도록 조절해주어야 한다. 이것은 다음의 수학식 4와 같이 표현된다.

[수학식 4]

tan β= cot{sin^-1(sinθ_p/n)}

상기한 바와 같은 각 α와 β를 정하는 방법 이외에도 반사와 굴절에 관한 프레넬 관계식(Fresnel's equation)을 고려해야 한다. 백라이트 시스템을 이용한 표시장치는 적절한 휘도와 시야각 특성을 확보해야 하기 때문에, 모든 α와 β에 대해서 광 추적법 등의 적당한 방법을 이용하여 최적화시켜야 한다.

본 발명의 바람직한 다른 실시예에서는, 도 1B에 도시된 바와 같이, 집광필름(25)의 상부에 반사형 편광판(30)을 추가로 배열할 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 도 1B는 본 발명에 따른 백라이트 시스템을 적용한 액정 표시장치의 분해 사시도이다. 반사형 편광판(30)과 액정 패널(26) 사이에는 더 높은 콘트라스트 비를 얻기 위해 흡수형 편광판(미도시)을 배열할 수도 있다.

CLC 편광판은 λ/4 위상차 판과 함께 반사형 편광판(30)으로서 사용되어야 한다. 그러면, CLC 편광판은 집광필름(25)과 대면하는 반면에, λ/4 위상차 판은 흡수형 편광판 또는 액정 패널(26)과 대면한다. 최대의 휘도를 얻기 위해서는, CLC 편광판 또는 DBEF^(R)의 편광 축을 흡수형 편광판의 편광 축과 일치시켜야 한다.

다음의 예는 본 발명을 더욱 잘 나타낸다.

예 1 : 도광판으로부터 출사된 빛의 궤적

도광판(22)의 상면으로부터 출사된 빛의 궤적은 도 1A의 (a)위치에서 관측되었다. 도광판(22)의 하면에 형성된 패턴(31)은 샌드-블라스팅 방법에 의해 가공되었다. 도광판(22)의 상면에 형성된 렌트큘러층(29)의 각 프리즘의 정점각(ξ)은 90°이었다. 광 반사필름(23)으로는 Tsujiden Co., Ltd의 RF-188을 사용하였다.

12V의 직류 정전압을 인버터에 가하고 인버터에서 나온 고주파 교류를 램프에 흘려주었다. 예 1을 포함한 모든 실험에서, 램프와 전력소비는 동일한 것으로 유지되었다. 휘도는 Topcon사의 BM-7 장치로 측정되었다.

도 5A는 램프에 수직한 면에서 시야각 θ에 따른 휘도변화를 나타낸 그래프이다. 도 5B는 램프에 평행한 면에서 시야각 θ에 따른 휘도변화를 나타낸 그래프이다. 이들 도면에서, θ= 0°는 도광판에 수직인 방향을 가리키고, θ ＞ 0°은 +z축과 +x축(또는 +y축)에 의해 형성된 면에서 휘도를 측정하였음을 가리키며, θ ＜ 0°은 +z축과 -x축(또는 -y축)에 의해 형성된 면에서 휘도를 측정하였음을 가리킨다. 만약 램프(27)가 관찰자의 관점에서 액정 표시장치의 하부 가장자리에 선형으로 위치하면, 도 5A에 도시된 그래프는 수직 시야각에 따른 휘도 변화를 나타낸다. 마찬가지로, 도 5B에 도시된 그래프는 수평 시야각에 따른 휘도 변화를 나타낸다. 다음의 실험결과는 이러한 정의에 따라 서술될 것이다.

휘도값은, 수직방향에서 시야각이 60°내지 80°의 범위에 있을 때 가장 높았다. 이러한 결과는 도광판 하면의 가공 방법으로서 샌드-블라스팅이 아닌 다른 방법을 사용한 경우에도 유사하게 얻어진다.

예 2 : ADF로부터 출사된 빛의 궤적

ADF(24)의 상면으로부터 출사된 빛의 궤적은 도 1A의 (b) 위치에서 관측되었다. 예 1에서 사용된 백라이트 시스템의 모든 구성요소를 가지고, ADF(24)로서는 Ω= 95°이고 ω= 25°(Ω/ω= 3.8)인 Physical Optics Corporation의 홀로그래픽 광 확산필름을 사용하였다.

도 6A는 수직 시야각에 따른 휘도 변화를 나타내는 그래프이다. 도 6B는 수평 시야각에 따른 휘도 변화를 나타내는 그래프이다. 도광판(22)으로부터 출사된 빛의 궤적은, 도 5A에 도시된 바와 같이, 수직 방향에서 +67°일 때 최대 휘도값을 보인 반면에, ADF(24)로부터 출사된 빛의 궤적은 도 6A에 도시된 바와 같이, +36°에서 최대값을 보였다. 그러므로, 최대 휘도를 보이는 각은 수직에 가깝도록 이동한다는 것을 알 수 있었다. 도 7B에 도시된 수평 시야각에 따른 휘도 변화 모양은, 정면 휘도가 증가된 것을 제외하면 도 5B에 도시된 휘도 변화 모양과 거의 동일하다.

ADF(24)의 비등방성 비율(Ω/ω)은 시야각에 따른 휘도에 많은 영향을 미친다. 예를 들면, 등방성 비율이 작은 ADF를 사용하면, 수평 방향으로 많은 양의 빛이 불필요하게 확산되어 집광필름 설비에서의 백라이트 시스템의 전반적인 휘도가 감소된다.

예 3 : 집광필름으로부터 출사된 빛의 궤적

집광필름(25)으로부터 출사된 빛의 궤적은 도 1A의 (c) 위치에서 관측되었다. 예 2에서 사용된 백라이트 시스템의 모든 구성요소를 가지고, 집광필름은 α= 45°이고 β= 45°인 것을 사용하였다. 그 결과는 각각 수직 및 수평 시야각에 따른 휘도 변화를 보여주는 도 7A 및 7B에 도시된 그래프에 나타나있다. 이 그래프로부터 수직 방향으로 최대 휘도를 보이는 각은 거의 수직인 방향으로 이동됨을 알 수 있다.

ADF로서 Ω= 60°이고 ω= 1°(Ω/ω= 60)인 것을 사용하면, 그 결과는 수직 시야각에 따른 휘도 변화를 보여주는 도 7C에 도시된 그래프와 같다. 도 7C에 도시된 그래프로부터, 수직 방향으로 최대 휘도값을 보이는 각은, 도 7A에 도시된 그래프에서처럼, 거의 수직한 방향으로 이동됨을 알 수 있다.

예 4 : 도광판의 패턴 가공법의 영향

앞에서 언급한 바와 같이, 예 1∼3에서 사용된 도광판의 하면은 샌드-블라스팅 방법에 의해 제작되었다. 그러나, 이번에는 도광판의 하면을 에칭 방법을 사용하여 소정의 패턴을 가지도록 가공하였다. 이 패턴은 각각의 직경이 120 ㎛이고 높이가 30 ㎛인 다수의 미세한 볼록렌즈로 이루어져 있었다. 도광판(22)의 상면에 형성된 렌티큘러층(29)를 포함하여 백라이트 시스템의 다른 구성요소는 예 3에서 사용된 것과 같았다.

집광필름(25)로부터 출사된 빛의 궤적은 예 3에서와 마찬가지로 도 1A의 (c) 위치에서 관측되었다. 그 결과는 각각 수직 및 수평 시야각에 따른 휘도 변화를 보여주는 도 8A 및 8B에 나타나있다. 도 8A 및 8B에 도시된 시야각에 따른 휘도 변화를 도 7A 및 7B와 비교하면, 각각 거의 동일함을 알 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 도광판(22) 하면의 특정한 패턴 가공방법으로 한정되지 않는다.

예 5 : 본 발명에 따른 백라이트 시스템과 종래 기술에 따른 백라이트 시스템 사이의 광학적 특성 비교.

본 발명에 따른 백라이트 시스템의 광학적 특성을 종래 기술에 따른 백라이트 시스템의 광학적 특성과 비교하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.

도 10에 도시된 바와 같은 종래 기술에 따른 백라이트 시스템에서는, Tsujiden Co., Ltd의 RF-188을 광 반사필름(4)으로 사용하였다. 도광판(3)은 에칭 방법으로 준비하여, 도광판(3)의 상면은 편평하고 도광판의 하면은 다수의 미세한 볼록렌즈를 구비한 패턴을 가지도록 하였다. 각각의 볼록렌즈는 직경이 100 ㎛이고 높이가 30 ㎛이었다. 확산필름(5)으로는 등방성 광 확산필름인 Keiwa사의 BS-01을 사용하였다. 광 확산필름의 상부에는, 집광필름(6,7)으로서 Minnesota Mining and Manufacturing사의 두 BEF^(R)를 미국 특허 4,542,499에 기초한 방법으로 배열하였다. 제 2 집광필름(7)의 상부에 흡수형 편광판을 위치시켰다. 도 9에 도시된 바와 같이 백라이트 시스템 상의 점1, 점2, 점3, 점4 및 점5의 다섯 위치에서 각각 휘도를 측정하고, 평균 휘도값(L_ave)을 얻었다. 그 평균 휘도값(L_ave)은 510 cd/m²이었다.

한편, 도 1A에 도시된 백라이트 시스템에서, 광 반사필름(23)으로서 은이 증착된 필름을 사용하였다. 도광판(22)의 하면은 다수개의 미세한 볼록 렌즈로 된 패턴을 가지도록 에칭 방법을 이용하여 가공되었다. 각각의 볼록 렌즈는 직경이 100 ㎛이고 높이가 30 ㎛ 이었다. 도광판(22)의 상면은, 단면이 다수의 이등변 삼각형인 선형 프리즘을 구비한 렌티큘러층을 가지도록 가공되었다. 각각의 프리즘의 정점각은 90°이었다. ADF(24)로는 Ω= 95°이고 ω= 25°(Ω/ω= 3.8)인 홀로그래픽 광 확산필름을 사용하였다. ADF(24)의 상부에는 α=45°이고 β=45°인 집광필름(25)을 위치시켰다. 집광필름(25)의 상부에는 흡수형 편광판을 위치시켰다. 앞에서 언급한 점 1, 2, 3, 4 및 5에서 휘도값을 측정하고, 평균 휘도값(L_ave)을 얻었다. 그 평균 휘도값(L_ave)은 520 cd/m²이었다.

상기한 바와 같은 실험 결과로부터, 더 적은 개수의 광학 필름으로 동일하거나 더 높은 휘도값을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 그러므로, 본 발명에 의한 기술에서는 백라이트 시스템 제조공정이 보다 더 단순화될 수 있고, 가격 경쟁력이 향상된 백라이트 시스템을 얻을 수 있다.

예 6 : 반사형 편광판의 적용

도 1B에 도시된 반사형 편광판(30)을 적용한 경우 휘도 상승 효과를 알아보기 위하여, 다음과 같은 실험을 수행하였다.

예 5에서와 마찬가지로 종래 기술에 따른 백라이트 시스템을 준비하였다. 흡수형 편광판 하부에 λ/4 위상차 판과 함께 CLC 편광판을 그 광 투과 축이 흡수형 편광판의 광 투과 축과 일치하도록 배열하였다. 앞에서 언급한 점 1, 2, 3, 4 및 5에서 휘도값을 측정하고, 평균 휘도값(L_ave)을 얻었다. 평균 휘도값(L_ave)은 664 cd/m²이었다. 이 값을 어떠한 CLC 편광판도 사용하지 않은 종래 기술에 따른 백라이트 시스템과 비교하면, CLC 편광판을 장착함으로 인한 휘도 상승률이 30%임을 알 수 있다.

한편, 예 5에서와 마찬가지로 본 발명에 따른 백라이트 시스템을 준비하였다. 흡수형 편광판 하부에, λ/4 위상차 판과 함께 CLC 편광판을, 그 광 투과 축이 흡수형 편광판의 광 투과 축과 일치하도록 배열하였다. 앞에서 언급한 점 1, 2, 3, 4 및 5에서 휘도값을 측정하고, 평균 휘도값(L_ave)을 얻었다. 평균 휘도값(L_ave)은 726 cd/m²이었다. 이 값을 어떠한 CLC 편광판도 사용하지 않은 본 발명에 따른 백라이트 시스템과 비교하면, CLC 편광판을 장착함으로 인한 휘도 상승률이 40%임을 알 수 있다.

이러한 실험결과는, CLC 편광판을 적용하면 본 발명에 따른 백라이트 시스템은 종래 기술에 따른 백라이트 시스템과 비교하여 표시장치에서 보다 더 높은 휘도 특성을 구현하는데 기여할 수 있음을 보여준다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 백라이트 시스템에서는 보다 더 적은 개수의 광학 필름을 사용하여 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있으며, 결과적으로 생산 공정을 단순화하고 생산성을 향상시킨다. 또한, 반사형 편광판을 장착한 백라이트 시스템은 표시장치 분야에서 더 높은 휘도 특성을 구현하는데 기여할 수 있다. 또한, 백라이트 시스템은 광고 수단 또는 조명 장치에 사용될 수도 있다.

본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 설명하였는데, 이러한 기술은 해당 분야에서 후술할 청구항과 같은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 수정되고 치환될 수 있다.

Claims

투명한 절연물질로 만들어진 도광판;

적어도 하나의 램프 및 광 반사 램프 하우징을 포함하고, 상기 도광판의 측면에 배열된 적어도 하나의 광원;

상기 도광판의 하부에 배열된 광 반사필름;

투명한 절연물질로 만들어지고, 상기 도광판의 상부에 배열되며, 방향에 따라 다른 광 확산 성질을 가지는 비등방성 광 확산필름; 및

투명한 절연물질로 만들어지고, 상면과 편평한 하면을 가지며, 상기 편평한 하면은 상기 비등방성 광 확산필름에 대면하고, 상기 상면은 소정 방향으로 연장된 렌티큘러 층을 포함하며, 상기 렌티큘러층은 각각의 단면이 삼각형 형상인 선형 프리즘을 다수개 가지고, 각각의 프리즘은 정점과 상기 정점으로부터 경사진 첫 번째 면과 두 번째 면을 가지며, 상기 두 번째 경사면이 상기 첫 번째 경사면보다 상기 광원에 더 가까운 집광필름

을 포함하는 백라이트 시스템.
제1항에 있어서,

상기 백라이트 시스템은, 상기 집광필름의 상부에 배열된 반사형 편광판을 더 포함하는 백라이트 시스템.
제1항에 있어서,

상기 도광판은, 소정 방향으로 연장된 렌티큘러층을 포함하는 상면과, 소정 패턴을 포함하는 하면을 가지는 백라이트 시스템.
제3항에 있어서,

상기 도광판의 상면에 포함된 렌티큘러층은, 단면이 삼각형 형상인 선형 프리즘을 다수개 가지는 백라이트 시스템.
제3항에 있어서,

상기 도광판의 상면에 포함된 렌티큘러층은, 단면이 이등변 삼각형 형상인 선형 프리즘을 다수개 가지는 백라이트 시스템.
제5항에 있어서,

상기 각각의 프리즘은, 정점과 정점각(ξ)를 가지고, 상기 프리즘의 정점각(ξ)은 70°내지 110°인 백라이트 시스템.
제3항에 있어서,

상기 렌티큘러층의 세로방향은, 상기 광원의 배열방향에 대해 70°내지 110°의 각도관계를 가지는 백라이트 시스템.
제4항에 있어서,

상기 각각의 프리즘은 정점을 가지고, 상기 각각의 프리즘의 정점은 이웃하는 프리즘의 정점으로부터 100 ㎛ 이하의 거리에 위치하는 백라이트 시스템.
제3항에 있어서,

상기 렌티큘러 층을 가지는 도광판의 상면은 상기 비등방성 광 확산필름에 대면하고, 상기 패턴을 가지는 도광판의 하면은 상기 광 반사필름에 대면하는 백라이트 시스템.
제1항에 있어서,

상기 비등방성 광 확산필름은 주축과 부축을 가지고, 상기 비등방성 광 확산필름의 주축은 상기 광원의 배열 방향에 대해 70°내지 110°의 각도 관계를 가지며, 상기 비등방성 광 확산필름의 부축은 상기 광원의 배열 방향에 대해 -20°내지 +20°의 각도 관계를 가지는 백라이트 시스템.
제1항에 있어서,

상기 비등방성 광 확산필름은 적어도 2의 비등방성 비율을 가지는 백라이트 시스템.
제1항에 있어서,

상기 비등방성 광 확산필름의 각 Ω는 적어도 30°인 백라이트 시스템.
제1항에 있어서,

상기 비등방성 광 확산필름은 홀로그래피에 의해 제작된 홀로그래픽 광 확산필름인 백라이트 시스템.
제1항에 있어서,

상기 집광필름의 상면에 포함된 렌티큘러 층의 세로 방향은 상기 광원의 배열 방향에 대해 -20°내지 +20°의 각도 관계를 가지는 백라이트 시스템.
제1항에 있어서,

상기 집광필름의 상면에 포함된 렌티큘러 층의 각각의 프리즘의 정점은 이웃하는 프리즘의 정점으로부터 70 ㎛ 이하의 거리에 위치하는 백라이트 시스템.
제1항에 있어서,

상기 집광필름의 상면에 포함된 렌티큘러 층의 각각의 프리즘의 첫 번째 경사면과 상기 집광필름의 편평한 하면 사이의 각 α는 40°내지 60°의 범위에 있고, 상기 집광필름의 상면에 포함된 렌티큘러 층의 각각의 프리즘의 두 번째 경사면과 상기 집광필름의 편평한 하면 사이의 각 β는 40°내지 90°의 범위에 있는 백라이트 시스템.
투명한 절연물질로 만들어진 도광판;

적어도 하나의 램프 및 광 반사 램프 하우징을 포함하고, 상기 도광판의 측면에 배열된 적어도 하나의 광원;

상기 도광판의 하부에 배열된 광 반사필름;

투명한 절연물질로 만들어지고, 상기 도광판의 상부에 배열되며, 방향에 따라 다른 광 확산 성질을 가지는 비등방성 광 확산필름; 및

투명한 절연물질로 만들어지고, 상면과 편평한 하면을 가지며, 상기 편평한 하면은 상기 비등방성 광 확산필름에 대면하고, 상기 상면은 소정 방향으로 연장된 렌티큘러 층을 포함하며, 상기 렌티큘러층은 각각의 단면이 삼각형 형상인 선형 프리즘을 다수개 가지고, 각각의 프리즘은 정점과 상기 정점으로부터 경사진 첫 번째 면과 두 번째 면을 가지며, 상기 첫 번째 경사면이 상기 두 번째 경사면보다 상기 광원으로부터 더 먼 집광필름;

을 포함하고;

상기 도광판의 상면은 소정 방향으로 연장된 렌트큘러 층을 포함하고, 상기 도광판의 하면은 소정 패턴을 포함하며, 상기 렌티큘러 층의 세로 방향은 상기 광원의 배열 방향에 수직이고;

상기 비등방성 광 확산필름은 주축과 부축을 가지고, 상기 비등방성 광 확산필름의 주축은 상기 광원의 배열 방향에 수직이며, 상기 광 확산필름의 부축은 상기 광원의 배열 방향에 평행하고;

상기 집광필름의 상면에 포함된 렌티큘러 층의 세로 방향은 상기 광원의 배열 방향에 수직인 백라이트 시스템.
제17항에 있어서,

상기 백라이트 시스템은, 상기 집광필름의 상부에 배열된 반사형 편광판을 더 포함하는 백라이트 시스템.
적어도 하나의 램프 및 광 반사 램프 하우징을 포함하는 적어도 하나의 광원, 제1면에 형성된 소정의 패턴과 제2면에 형성된 프리즘에 기초한 렌티큘러 층을 구비한 도광판, 광 반사필름, 주축과 부축을 가지는 비등방성 광 확산필름, 및 편평한 면과 프리즘에 기초한 렌티큘러 층이 형성된 면을 구비한 집광필름을 가지는 백라이트 시스템을 제조하는 방법에 있어서,

도광판의 측면에 광원을 배열하는 단계;

상기 도광판의 렌티큘러 층의 세로 방향이 상기 광원의 배열 방향에 수직하도록, 상기 광 반사필름의 상부에 상기 도광판을 배열하는 단계;

상기 비등방성 광 확산필름의 주축이 상기 광원의 배열 방향에 수직하고, 상기 비등방성 광 확산필름의 부축이 상기 광원의 배열 방향에 평행하도록, 상기 도광판의 상부에 상기 비등방성 광 확산필름을 배열하는 단계; 및

상기 집광필름의 편평한 면이 상기 비등방성 광 확산필름에 대면하고 상기 집광필름의 렌티큘러 층의 세로 방향이 상기 광원의 배열 방향에 평행하도록, 상기 비등방성 광 확산필름의 상부에 상기 집광필름을 배열하는 단계

를 포함하는 백라이트 시스템 제조방법.
제19항에 있어서,

상기 제조방법은, 상기 집광필름의 상부에 반사형 편광판을 배열하는 단계를 더 포함하는 백라이트 시스템 제조방법.
백라이트 시스템을 가지는 액정 표시장치에 있어서,

투명한 절연물질로 만들어진 도광판;

적어도 하나의 램프 및 광 반사 램프 하우징을 포함하고, 상기 도광판의 측면에 배열된 적어도 하나의 광원;

상기 도광판의 하부에 배열된 광 반사필름;

투명한 절연물질로 만들어지고, 상기 도광판의 상부에 배열되며, 방향에 따라 다른 광 확산 성질을 가지는 비등방성 광 확산필름; 및

투명한 절연물질로 만들어지고, 상면과 편평한 하면을 가지며, 상기 편평한 하면은 상기 비등방성 광 확산필름에 대면하고, 상기 상면은 소정 방향으로 연장된 렌티큘러 층을 포함하며, 상기 렌티큘러층은 각각의 단면이 삼각형 형상인 선형 프리즘을 다수개 가지고, 각각의 프리즘은 정점과 상기 정점으로부터 경사진 첫 번째 면과 두 번째 면을 가지며, 상기 첫 번째 경사면이 상기 두 번째 경사면보다 상기 광원으로부터 더 먼 집광필름

을 포함하는 백라이트 시스템을 가지는 액정 표시장치.
제21항에 있어서,

상기 백라이트 시스템은 상기 집광필름의 상부에 배열된 반사형 편광판을 더 포함하는 액정 표시장치.
백라이트 시스템을 가지는 액정 표시장치에 있어서,

투명한 절연물질로 만들어진 도광판;

적어도 하나의 램프 및 광 반사 램프 하우징을 포함하고, 상기 도광판의 측면에 배열된 적어도 하나의 광원;

상기 도광판의 하부에 배열된 광 반사필름;

투명한 절연물질로 만들어지고, 상기 도광판의 상부에 배열되며, 방향에 따라 다른 광 확산 성질을 가지는 비등방성 광 확산필름; 및

투명한 절연물질로 만들어지고, 상면과 편평한 하면을 가지며, 상기 편평한 하면은 상기 비등방성 광 확산필름에 대면하고, 상기 상면은 소정 방향으로 연장된 렌티큘러 층을 포함하며, 상기 렌티큘러층은 각각의 단면이 삼각형 형상인 선형 프리즘을 다수개 가지고, 각각의 프리즘은 정점과 상기 정점으로부터 경사진 첫 번째 면과 두 번째 면을 가지며, 상기 첫 번째 경사면이 상기 두 번째 경사면보다 상기 광원으로부터 더 먼 집광필름;

을 포함하고;

상기 도광판의 상면은 소정 방향으로 연장된 렌트큘러 층을 포함하고, 상기 도광판의 하면은 소정 패턴을 포함하며, 상기 렌티큘러 층의 세로 방향은 상기 광원의 배열 방향에 수직이고;

상기 비등방성 광 확산필름은 주축과 부축을 가지고, 상기 비등방성 광 확산필름의 주축은 상기 광원의 배열 방향에 수직이며, 상기 광 확산필름의 부축은 상기 광원의 배열 방향에 평행하고;

상기 집광필름의 상면에 포함된 렌티큘러 층의 세로 방향은 상기 광원의 배열 방향에 수직인

백라이트 시스템을 가지는 액정 표시장치.
제23항에 있어서,

상기 백라이트 시스템은 상기 집광필름의 상부에 배열된 반사형 편광판을 더 포함하는 액정 표시장치.