KR20010077835A - 집광 필름 - Google Patents

Abstract

여러가지 방향에서 입사하는 빛을 가능한 한 일정한 방향으로 모아 출사할 수 있는 동시에, 1장으로 이용할 수 있는 집광 필름을 제공하고는 것을 목적으로 한다. 투명수지제의 필름 베이스(8a)와, 이 필름 베이스(8a)의 표면에 연속적으로 배치된 꼭지각 102°∼115°의 정삼각추로 구성된 프리즘부(8b)로 이루어진다.

Description

집광 필름{light-collective film}

본 발명은, 한쪽 측의 여러가지 방향에서 입사한 빛이, 다른쪽 측으로부터 출사할 때에, 그 출사광을 모을 수 있는 집광 필름에 관한 것이다.

액정 디스플레이용의 백라이트의 집광판으로서, 수지제의 집광 필름을 사용하고 있다.

도 8은, 액정 디스플레이 유니트(6)의 단면도이다. 양쪽 옆에 설치된 2개의 백라이트(2, 2) 사이에, 그 빛을 평면 형태로 확대하는 도광판(3)을 설치하고, 그 위에 확산 필름(4)을 설치하고 있다. 이 확산 필름(4)은, 도광판(3)으로부터의 빛을 전체 방향으로 확산시키는 것이다. 그 위에 상기 집광 필름(1)을 2장 포개고, 다시 그 위에 액정패널(5)을 겹치고 있다.

이와 같은 액정 디스플레이 유니트(6)에 있어서, 백라이트(2)로부터 액정패널(5)에 직교하는 방향으로 입사하는 광량이 많으면 많을수록, 디스플레이의 표시를 확실하게 볼 수 있다. 백라이트(2)의 빛이 강하면 그만큼, 디스플레이 표시가 명확하지만, 백라이트(2)의 광량을 많게 하기 위해서는, 광원의 소비 전력을 크게 하지 않으면 안된다. 이를 위해서는, 전원이 커진다. 그러나, 전원을 크게 하면, 그 만큼 비용이 많이 들어버리는 동시에, 액정 디스플레이 유니트(6) 전체가 대형화하여 버린다.

따라서, 상기한 백라이트(2)가 발생하는 광량이 같더라도, 가능한한 많은 빛이 액정패널(5)에 직교하여 입사하도록, 상기 집광 시이트(1)에 의해, 다른 방향으로 향하는 빛을 정면에 모이도록 하고 있다. 디스플레이는 정면에서 보는 경우가 많기 때문에, 양쪽 옆으로 확산되는 빛을 적게 하고, 정면으로 향하는 빛을 많게 하면, 표시를 분명하게 볼 수 있기 때문이다.

상기한 집광 필름(1)은, 도 9 및 도 10과 같이 평탄한 필름 베이스(1a) 상에, 삼각 기둥(7)을 x방향으로 다수 연속하여 나란하게 세운 프리즘부(1b)로 이루어진다.

이 집광 필름(1)은, 필름 베이스(1a)에서 입사한 빛 A, B를 집광하여 출사시키는 기능을 갖는데, 그 기능을 이하에서 간단히 설명한다. 이때, 집광이란, 여러가지 방향에서 입사한 빛을 일정한 방향으로 가지런히 하여 출사시키는 것을 말한다. 예를 들면, 도 9에 모델적으로 나타낸 것과 같이, 집광 필름(1)에 입사각 α1, α2로 입사한 빛 A, B는, 출사광 A', B'로서 출사할 때에는, 어느쪽도 그 방향이 가까워져 출사되는 것이다. 특히, 여기에서는, 액정 패널에 대해, 큰 입사각으로 옆에서 입사된 빛을 정면으로 향하는, 즉, 직선 L의 방향으로 바꿔 출사하는 것을 집광이라 한다.

상기한 집광 필름(1)의 프리즘부(1b)는, 도 10에 나타낸 것과 같이, 삼각 기둥(7)이 연속하여 구성되어 있다. 그 때문에, 평탄한 필름 베이스(1a)에서 입사한 빛이 출사하는 면은, 상기한 삼각 기둥(7)의 측면(7a, 7b)이 연속된 요철면이다. 따라서, 이 집광 필름(1)의 프리즘부(1b)의 표면에서는, 평탄한 필름 베이스(1a)에서의 입사광과는 다른 방향의 빛이 출사되는 것이다. 그 출사광의 방향은, 입사 각도에 의해서도 다르지만, 상기 측면 7a 및 7b 중에서 어느쪽의 면에서 굴절하는가에 의해서도 다르다.

한편, 상기한 집광 필름(1)의 삼각 기둥(7)은, 축방향 y를 평행하게 하여 배치되어 있기 때문에, 그 축방향 y에 평행한 빛은 집광할 수 없다. 따라서, 2장의 집광 필름(1)을, 각각의 축방향 y가 직교하도록 포개는 것에 의해서 x, y 방향의 빛을 집광하도록 하고 있다.

상기한 것과 같이, 종래의 집광 필름(1)은, 1장으로서는 x, y 방향의 빛을 집광할 수 없다. 그 때문에, 2장의 필름을 겹쳐 사용하지 않으면 안되었다. 따라서, 집광 필름 부분의 두께가 커져, 액정 디스플레이 유니트(6) 전체의 두께도 커져 버렸다.

본 발명의 목적은, 여러가지 방향에서 입사하는 빛을, 가능한 한 일정한 방향에 모아 출사할 수 있는 동시에, 1장으로 이용할 수 있는 집광 필름을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예의 집광 필름의 단면도,

도 2는 실시예의 집광 필름의 프리즘부의 부분 확대도,

도 3은 실시예의 집광 필름의 평면도,

도 4는 폴리카보네이트제의 집광 필름의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프,

도 5는 아크릴제의 집광 필름의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프,

도 6은 재귀성 반사의 메카니즘의 설명도,

도 7은 사각추를 사용한 프리즘부의 평면도,

도 8은 종래예의 액정 디스플레이 유니트의 단면도,

도 9는 종래예의 집광 필름의 단면도,

도 10은 종래예의 집광 필름의 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

8 : 집광 필름 8a : 필름 베이스

8b : 프리즘부 9 : 정삼각추

제 1 발명은, 투명수지제의 필름 베이스와, 이 필름 베이스의 표면에 연속적으로 배치된 꼭지각 102°∼115°의 정삼각추로 이루어진 점에 특징을 갖는다.

제 2 발명은, 상기한 제 1 발명을 전제로 하여, 정삼각추의 밑변이 10㎛∼50㎛인 점에 특징을 갖는다.

제 3 발명은, 투명수지로서 굴절율 1.52∼1.62의 수지를 사용하고, 정삼각추의 꼭지각이 102°∼115°인 점에 특징을 갖는다.

제 4 발명은, 투명수지로서 굴절율 1.45∼1.52의 수지를 사용하고, 정삼각추의 꼭지각이 105°∼116°인 점에 특징을 갖는다.

이때, 상기한 투명수지로서는, 폴리카보네이트, 아크릴, PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 등을 고려할 수 있다.

(실시예)

도 1∼도 3은, 본 발명의 실시예의 집광 필름(8)을 나타낸 것이다.

이 집광 필름(8)도, 투명한 수지제로, 평탄한 필름 베이스(8a)와, 프리즘부(8b)로 이루어진다.

상기한 프리즘부(8b)는, 도 2 및 도 3과 같이, 정삼각추(9)를 연속적으로 배치하여 구성되어 있다. 상기한 정삼각추(9)를 연속적으로 배치하면, 도 2에 나타낸 것과 같이, 1개의 정삼각추(9)와 인접한 정삼각추(9)는, 접촉하는 변에 대해 선대칭이 된다. 결국, 상기한 프리즘부(8b)는, 1개의 정삼각추(9)의 측면(9a, 9b, 9c)과, 이들의 각 측면을 180°회전시킨 측면(9a', 9b', 9c')을 반복하여 나란하게 한 것으로 된다.

그리고, 입사각 α로 필름 베이스(8a)에 입사한 빛 A는, 정삼각추(9)의 측면(9a, 9b, 9c, 9a', 9b', 9c')에서 굴절되어 출사각 β의 출사광 A'으로서 출사한다(도 1 참조). 이때, 상기한 출사각 β는, 필름 베이스(8a)에 직교하는 직선 L을 기준으로 하는 것이다.

이 출사각β을 가능한한 작게 하고, 출사각 β=0°방향으로 빛을 가까이 하는 것이 가능하면, 집광율이 높아진다.

따라서, 상기한 집광 시이트(9)의 집광율을 높이기 위해서, 상기한 프리즘부(9b)의 정삼각추(9)의 꼭지각 θ의 바람직한 값을 시뮬레이션을 행하여 결정하였다.

단, 상기한 실시예와 같이, 정삼각추(9)를 나란하게 한 집광 필름(8)에 있어서, 꼭지각 θ=90°인 경우에는, 3개의 측면 전부에 반사된 빛은, 재귀성 반사를 하는 것으로 알려져 있다. 재귀성 반사란, 입사광의 광원을 향해 반사광이 되돌아가는 것이다.

상기한 재귀성 반사의 메카니즘을, 도 6을 사용하여 간단히 설명한다.

도 6에 나타낸 직교하는 x, y, z축이, 삼각추(9)의 능선에 대응한다. 따라서, 원점이 꼭지점이며, xy 평면, yz 평면, zx 평면이 각 측면이다.

먼저, 제 1 면인 zx 평면으로 반사하는 입사광을 벡터 C1(X, Y, Z)으로 하면, 반사광은 C2(X, -Y, Z)이다. 이 C2(X, -Y, Z)가, xy 평면에서 반사하면, 반사광은, C3(X, -Y, -Z)가 된다. 다음에, 이것이, 제 3 면인 yz 평면에서 반사하면, 그 반사광은 C4(-X, -Y, -Z)가 된다. 즉, 입사광 C1과 반사광 C4는, 180°반전된 벡터이다.

이와 같이, 꼭지각 90°인 경우에는, 재귀성 반사를 하기 때문에, 삼각추(9)의 각 측면으로부터 외부로 출사하는 광량이 적어지게 되는 것이 예상된다. 따라서, 꼭지각 θ에 대해서는, 90°이외의 점에서, 적정값을 구하는 것으로 하였다.

시뮬레이션에서는, 굴절율 1.586의 폴리카보네이트제 집광 필름(9)에 입사한 빛이, 어떤 방향에서 출사하는가를 산출하였다. 단, 이 시뮬레이션은, 상기한 정삼각추(9)의 저면으로부터 입사한 빛이, 어느 1개의 측면(9a, 9b, 9c)에 입사하여, 반사 또는 필름 바깥으로 출사하는 경우를 고려하고 있다. 집광 필름(8) 내부에 입사한 빛이, 복수의 측면 사이에서 반사를 반복하는 것과 같은 경우는 포함되어 있지 않다. 이때, 입사광량은 입사각에 관계없이 일정한 것으로 한다.

상기한 삼각추(9)의 꼭지각 θ을 변수로 하고, 측면으로부터 출사하는 출사광의 평균 출사 각도를 구하여, 그 결과를 도 4의 그래프에 나타내었다.

도 4의 그래프로부터 알 수 있는 것과 같이, 폴리카보네이트제의 집광 필름의 경우, 삼각추(9)의 꼭지각 θ가, 102°∼115°의 범위에서, 평균 출사 각도가 작아진다는 것을 알 수 있었다. 평균 출사 각도가 작다는 것은, 이 집광 필름을 액정 디스플레이 유니트에 사용하였을 때에, 액정패널의 정면을 향해 출사되는 빛이 많다고 하는 것이다. 결국, 집광율이 높아지는 꼭지각은, θ= 102°∼115°이다.

또한, 재질을, 굴절율 1.49의 아크릴로 바꿔서, 동일한 시뮬레이션을 행하였다. 그 결과를 도 5의 그래프에 나타내었다.

도 5와 같이, 아크릴제의 집광 필름의 경우, 정삼각추(9)의 꼭지각은, θ = 105∼116°가 바람직하다는 것을 알 수 있었다.

이때, 상기한 정삼각추(9)의 크기로서는, 밑변이 10㎛∼50㎛m이 바람직하다.50㎛보다 큰 경우에는, 굴절면인 측면의 수가 적어져 버릴 뿐만 아니라, 집광 필름의 두께가 두껍게 되어 버린다. 또한, 정삼각추(9)에 결함이 있는 경우에, 그것의 영향이 커져 버린다.

반대로, 10㎛보다 작은 경우에는, 빛의 파장과 간섭되어 버려, 생각하였던 것과 같은 집광효과를 얻을 수 없다는 것이 예상되기 때문이다.

상기한 실시예와 같이, 정삼각추(9)를 나란하게 구성한 집광 필름(8)은, 1장으로 모든 방향으로부터의 빛을 집광할 수 있다. 따라서, 종래예와 같이, 2장의 필름을 겹치는 경우와 비교하여, 전체의 두께를 얇게 할 수 있다.

또한, 적당한 꼭지각 θ를 선택하면, 집광율을 높일 수 있어, 액정 디스플레이 유니트의 백라이트(2)의 광량을 크게 하지 않더라도, 명확한 표시를 할 수 있다.

이와 같이 백라이트용의 전원을 크게 하지 않아도 충분하기 때문에, 그 만큼 비용절감을 할 수 있는 동시에, 장치 전체를 소형화할 수 있다.

또한, 상기한 정삼각추(9)로 바꾸어, 사각추를 사용하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 그것의 집광율은, 상기한 실시예에는 비할 수 없다.

왜냐하면, 도 7에 나타낸 것과 같이, 사각추(10)를 나란히 세운 경우에는, 4개의 측면(10a, 10b, 10c, 10d)이 반복하여 나란히 서게 된다. 즉, 다른 각도의 4면이 입사광을 모아 집광하는 것이다.

이것에 대해, 상기한 실시예에서는, 도 3에 나타낸 것과 같이, 다른 각도의 6면(9a, 9b, 9c, 9a', 9b', 9c')가 연속적으로 배치되어 있다. 즉, 도 7의사각추(10)를 사용한 것보다도, 정삼각추(9)로 구성한 본 발명의 집광 필름 쪽이, 많은 각도로부터의 입사광을 집광할 수 있는 것이다.

더구나, 종래예와 같이, 2장의 집광 필름(1)을, 삼각 기둥(7)의 축방향을 직교시켜 사용한 경우나, 도 7과 같이 사각추(10)를 사용한 경우에는, 집광 필름 상의 라인과 액정의 라인이, 함께 직교하는 직선이기 때문에, 양자가 일치하여 모아레가 발생하는 경우도 있었다. 그러나, 본 발명의 집광 필름에서는, 집광 필름(8) 상의 라인이 직교하고 있지 않기 때문에, 액정의 라인과 일치하여 모아레가 발생하는 것과 같은 경우도 없다.

제 1∼제 4 발명에 따르면, 여러가지 방향에서 입사하는 빛을, 작은 출사각 방향으로 모을 수 있다. 더구나, 1장의 집광 필름으로 충분하기 때문에, 이것을 사용한 유니트를 얇게 할 수 있다.

그리고, 본 발명의 집광 필름을 액정 디스플레이 유니트에 사용하면, 백라이트의 전원을 작게 할 수 있다. 따라서, 액정 디스플레이 유니트의 비용 절감과 소형화를 실현할 수 있다. 또한, 집광 필름 상의 라인이 액정의 라인과 일치하여, 모아레를 일으키는 경우도 없다.

Claims (4)

1. 투명수지제의 필름 베이스와, 이 필름 베이스의 표면에 연속적으로 배치된 꼭지각 102°∼116°의 정삼각추로 이루어진 것을 특징으로 하는 집광 필름.
2. 제 1 항에 있어서,

   정삼각추의 밑변이 10㎛∼50㎛인 것을 특징으로 하는 집광 필름.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   투명수지로서 굴절율 1.52∼1.62의 수지를 사용하고, 정삼각추의 꼭지각이 102°∼115°인 것을 특징으로 하는 집광 필름.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   투명수지로서 굴절율 1.45∼1.52의 수지를 사용하고, 정삼각추의 꼭지각이 105°∼116°인 것을 특징으로 하는 집광 필름.