KR20070109134A - 프리즘 시트, 이를 구비한 백라이트 유닛 및 액정표시장치 - Google Patents

프리즘 시트, 이를 구비한 백라이트 유닛 및 액정표시장치 Download PDF

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KR20070109134A
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Abstract

본 발명은 열적, 기계적으로 안정하며, 모아레 패턴의 발생이 없는 프리즘 시트를 제공한다. 본 발명의 프리즘 시트는 광원에서 제공하는 빛이 투과할 수 있는 수지로 이루어진 모재 및 상기 모재에 분산되어 배치되며 상기 모재로 입력된 빛을 산란시킬 수 있는 복수의 확산 입자를 포함하는 보호층, 상기 보호층의 일면에 배치되며, 상기 보호층에서 출력된 빛이 입력되는 베이스 필름 및 상기 베이스 필름의 일면에서 어느 일 방향을 따라 상호 인접하여 평행하게 배열된 복수의 선형 프리즘을 포함하며, 상기 선형 프리즘의 축 방향에 대한 수직 단면은 삼각형인 것을 특징으로 한다.
액정표시장치, 백라이트 유닛, 프리즘 시트

Description

프리즘 시트, 이를 구비한 백라이트 유닛 및 액정표시장치{PRISM SHEET, BACK LIGHT UNIT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING THE SAME}
도 1은 액정 패널의 후면 조명용 백라이트 유닛의 일 예를 도시한 사시도로서, 에지-라이트형 백라이트 유닛을 도시하고 있다.
도 2는 도 1의 선 I-I'을 따라 절취한 프리즘 시트의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 도 3의 액정 패널의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5a는 도 3의 프리즘 시트의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 프리즘 시트의 횡단면도이다.
도 6a는 도 3의 백라이트 유닛의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 프리즘 시트들을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 7은 백라이트 유닛의 몇 가지 샘플들에 대한 시야각에 따른 휘도의 변화를 모의 실험한 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명은 휘도가 우수하고 반면에 모아레(moire)가 거의 없는 액정표시장치 에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 액정표시장치의 휘도를 향상시키고 반면에 모아레는 제거할 수 있는 개선된 구조의 프리즘 시트 및 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)는, 인가 전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생되는 여러 가지 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 전자 소자이다.
액정표시장치는 소형화, 경량화, 저전력 소비화 등의 장점을 가지고 있어 종래에 널리 사용되던 CRT(Cathode Ray Tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로 주목을 받아왔고, 현재는 디스플레이 장치를 필요로 하는 거의 모든 정보 처리 기기에 장착되고 있는 실정이다.
이러한 액정표시장치는 일반적으로 특정한 분자배열을 갖는 액정에 전압을 인가하여 다른 분자배열로 변화시키고, 이러한 분자배열의 변화에 의해 발생하는 액정의 복굴절성, 선광성, 2색성 및 광산란 특정 등의 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환하는 것으로서, 액정에 의한 빛의 변조를 이용한 디스플레이 장치이다.
자체 발광원이 없는 수광형 소자인 액정표시장치는 소자의 화면 전체를 후면에서 조명할 수 있는 별도의 광원 장치가 필요한데, 이러한 액정표시장치용 조명 장치를 통상 백라이트 유닛(Back Light Unit)이라 한다.
일반적으로 백라이트 유닛은 발광 광원가 배치되는 방식에 따라 에지-라이트 방식(Edge-light method)과 직하 방식(Direct lighting)으로 구별한다.
에지-라이트 방식은 발광 광원로부터 발생한 빛을 안내하는 도광판의 측면에 발광 광원이 배치되는 방식으로서, 데스크 탑 컴퓨터나 노트북용 모니터와 같이 비 교적 소형 액정표시장치에 적용되는 것으로서, 빛의 균일성이 좋고, 내구성이 우수하며, 장치의 박형화에 유리하다. 이에 반해, 직하 방식은 20인치 이상의 중·대형 표시장치에 사용되기 위해 개발되었으며, 액정 패널의 하부에 복수의 광원을 배열시켜 액정 패널의 전면을 직접 조명하는 방식이다.
도 1은 액정 패널의 후면 조명용 백라이트 유닛의 일 예를 도시한 사시도로서, 에지-라이트형 백라이트 유닛을 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 백라이트 유닛(10)은 광원부(1), 도광판(3), 반사 시트(2) 및 복수의 광학 시트(4, 5 및 6)를 포함한다.
광원부(1)는 광원(1a) 및 광원 반사판(1b)을 포함한다.
광원(1a)으로서는 소정의 파장의 빛을 발생시킬 수 있는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL)나 외부전극 형광램프(External Electrode Flourscent Lanm, EEFL)가 사용될 수 있다.
EEFL은 휘도가 400nit 이상으로 CCFL보다 60% 이상 뛰어나 고휘도를 필요로 하는 TV 등 TFT LCD의 응용분야를 더욱 확산시킬 수 있는 장점이 있으며, 전극이 램프 안에 있는 CCFL과는 달리 전극이 외부에 있어 병렬로 작동하기에 유리, 램프 간의 전압편차를 줄여 고른 휘도 구현이 가능하다.
광원(1a)은 광원 반사판(1b)의 내측에 수납된 상태에서, 도광판(3)의 일 측면 또는 양 측면에 배치된 광 입사면을 따라 배치된다.
광원 반사판(1b)은 광원(1a)의 외주면을 따라 배치되며, 광원(1a)으로부터 발생된 빛을 도광판(3) 측으로 반사시켜 도광판(3)으로 입사되는 빛의 효율을 향상 시킨다.
도광판(3)은 측면에 배치된 광 입사면을 통해 입사하는 빛을 균일화하고, 상기 광 입사면과 대략 수직 관계로 배치된 광 출사면을 통해 상부에 배치된 액정 패널(미도시) 방향으로 빛을 방출한다.
반사 시트(2)는 도광판(3)의 배면으로 출사된 빛을 다시 도광판(3) 쪽으로 반사시켜 광효율을 향상시킨다.
광학 시트(4, 5 및 6)는 확산 시트(4), 프리즘 시트(5) 및 보호 시트(6)를 포함할 수 있다.
도광판(3)의 광 출사면에서 출사된 빛은 확산 시트(4)에 입사되며, 확산시트(4)는 입사하는 빛을 확산 또는 집광시켜 휘도를 균일하게 하고, 시야각을 넓혀준다.
한편, 확산 시트(4)를 통과한 빛은 휘도가 급격히 떨어지게 되는데, 이를 보상하기 위해 프리즘 시트(5)가 사용된다. 프리즘 시트(5)는 확산 시트(4)에서 출사된 빛을 굴절시켜 낮은 각도로 입사되는 빛을 정면 쪽으로 집중시키기 때문에 유효 시야각 범위에서 휘도를 상승시킨다.
도 2는 도 1의 I-I' 선을 따라 절취한 프리즘 시트의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 프리즘 시트(5)는 베이스 필름(10), 상기 베이스 필름 상에 배치된 프리즘 베이스(11) 및 상기 프리즘 베이스 상에 배치된 복수의 프리즘(12)으로 이루어진다.
프리즘 시트(5)는 확산 시트(도 1의 4)에서 출력되어 프리즘 베이스(11)로 입력된 빛의 일부를 전반사시켜 도광판(3)으로 보내 재사용하고, 일부는 프리즘(12)을 거치면서 이를 굴절시켜 액정 패널(미도시)이 위치한 정면 쪽으로 집중되도록 함으로써 유효 시야각 범위에서 휘도를 향상시킨다.
도 1을 다시 참조하면, 프리즘 시트(5)의 상부에는 보호 시트(6)가 위치하며, 보호 시트(6)는 프리즘 시트(5)의 흠집을 방지하고, 또 프리즘 시트(5)에 의해 축소된 시야각을 소정의 범위 내에서 재확대시키는 기능을 한다.
그런데, 일반적으로 액정 패널은 정보의 표시를 위해 다수의 트랜지스터 및 전극 소자들의 반복된 패턴을 포함하며, 이러한 액정 패널의 패턴은 액정 패널을 조명하는 백라이트 유닛에 구비되는 광학 장치들의 다른 패턴들과 함께 모아레 패턴을 발생시킨다. 이러한 모아레 패턴은 외부에서 시각적으로 인식되기 때문에 액정표시장치의 표시 품질을 저하하는 일 요인으로 지적되었다. 따라서, 모아레가 없는 액정표시장치의 개발에 대한 요구가 있다.
이러한 모아레 패턴의 문제를 해결하기 위해, 미국특허 제 6,091,547 호(3M Innovative Properties Company)는 프리즘의 피치가 30㎛ 이하인 휘도 제어 필름을 개시하고 있다. 그러나, 프리즘의 피치가 30㎛ 이하일 경우, 상대적으로 휘도가 저하될 뿐만 아니라, 제조공정의 관점에서도 바람직하지 못하다. 나아가, 열적, 기계적 특성의 관점에서도 바람직하지 못하다.
본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 고휘도로 발광하며, 모아레 패턴을 발생시키지 않는 백라이트 유닛 및 이를 구비한 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 광원에서 제공된 빛을 액정 패널의 가시면에 집광시킬 수 있는 능력, 즉 집광 효율이 우수하며, 모아레 패턴을 발생시키지 않는 프리즘 시트를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은 내열성 및 기계적 강도가 우수한 프리즘 시트를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 일 태양에 있어서, 본 발명은 액정 패널을 조명하기 위한 백라이트 유닛을 제공한다. 상기 백라이트 유닛은, 액정 패널을 조명하기 위한 빛을 제공하는 적어도 하나 이상의 광원과 상기 액정 패널의 후면에 인접하여 배치되며, 상기 광원에서 제공된 빛을 입력받아 상기 액정 패널의 가시면에 집광시키기 위한 프리즘 시트를 포함한다.
여기서, 프리즘 시트는 광원에서 제공하는 빛이 투과할 수 있는 수지로 이루어진 모재 및 상기 모재에 분산되어 배치되며 모재로 입력된 빛을 산란시킬 수 있는 복수의 확산 입자를 포함하는 보호층, 상기 보호층의 일면에 배치되며, 상기 보호층에서 출력된 빛이 입력되는 베이스 필름 및 상기 베이스 필름의 일면에서 어느 일 방향을 따라 상호 인접하여 평행하게 배열된 복수의 선형 프리즘을 포함한다. 이때, 상기 선형 프리즘의 축 방향에 대한 수직 단면은 삼각형인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양에 있어서, 본 발명은, 외부에서 인가되는 전기적 신호 에 따라 액정층의 배향을 제어하고 후방에서 제공되는 빛을 이용하여 이미지를 표현하기 위한 액정 패널과 상기 액정 패널을 후방에서 조명하기 위한 백라이트 유닛을 포함한다. 상기 백라이트 유닛은, 액정 패널을 조명하기 위한 빛을 제공하는 적어도 하나 이상의 광원과 상기 광원에서 제공된 빛을 상기 액정 패널의 가시면에 집광시키기 위한 프리즘 시트를 포함한다.
여기서, 프리즘 시트는 상기 광원에서 제공하는 빛이 투과할 수 있는 수지로 이루어진 모재 및 상기 모재에 분산되어 배치되며 상기 모재로 입력된 빛을 산란시킬 수 있는 복수의 확산 입자를 포함하는 보호층, 상기 보호층의 일면에 배치되며, 상기 보호층에서 출력된 빛이 입력되는 베이스 필름 및 상기 베이스 필름의 일면에서 어느 일 방향을 따라 상호 인접하여 평행하게 배열된 복수의 선형 프리즘을 포함한다. 이때, 상기 선형 프리즘의 축 방향에 대한 수직 단면은 삼각형인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 태양에 있어서, 본 발명은 액정표시장치 및 백라이트 유닛에 구비되는 프리즘 시트를 제공한다. 본 발명의 프리즘 시트는, 광원에서 제공하는 빛이 투과할 수 있는 수지로 이루어진 모재 및 상기 모재에 분산되어 배치되며 상기 모재로 입력된 빛을 산란시킬 수 있는 복수의 확산 입자를 포함하는 보호층, 상기 보호층의 일면에 배치되며, 상기 보호층에서 출력된 빛이 입력되는 베이스 필름 및 상기 베이스 필름의 일면에서 어느 일 방향을 따라 상호 인접하여 평행하게 배열된 복수의 선형 프리즘을 포함한다. 이때, 상기 선형 프리즘의 축 방향에 대한 수직 단면은 삼각형인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치(100)를 도시한 단면도이다. 또한, 도 4는 도 3의 액정 패널(110)의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 액정표시장치(100)는 외부에서 인가되는 구동 신호와 데이터 신호에 따라 화상을 디스플레이하는 액정 패널(110) 및 액정 패널(110)을 조명하기 위해 상기 액정 패널의 후면에 배치된 백라이트 유닛(120)을 포함한다.
본 발명을 이해하고 이를 실시함에 있어서, 액정 패널(110)의 정확한 구조적 특성은 중요하지 않으며, 액정표시장치에 통상적으로 사용되는 어떠한 구조의 액정 패널에도 본 발명의 사상이 광범위하게 적용될 수 있다. 따라서 이하에서 기술되는 액정 패널(110)의 구조는 단지 본 발명의 이해를 위한 예시로서 제공되는 것이다.
액정 패널(110)은 하부 기판(111a) 및 상부 기판(111b), 컬러 필터(112), 블랙 매트릭스(117), 화소 전극(114), 공통 전극(115), 액정층(116) 및 TFT 어레이(113)를 포함하며, 액정 패널(110)의 양면에는 한 쌍의 편광 필름(118a, 118b)이 배치된다.
컬러 필터(112)는 레드(R), 그린(G) 및 블루(B)에 해당하는 컬러 필터들을 포함하며, 빛이 인가되는 경우 레드, 그린 또는 블루의 색에 해당하는 이미지를 발생시킨다.
TFT 어레이(113)는 스위칭 소자로서 화소 전극(114)을 스위칭한다.
공통 전극(115) 및 화소 전극(114)은 외부에서 인가되는 소정 전압에 따라 액정층(116)의 분자들의 배열을 변환시킨다.
액정층(116)은 복수의 액정 분자들로 이루어져 있고, 상기 액정 분자들은 화소 전극(114)과 공통 전극(115) 사이에 발생된 전압차에 상응하여 배열을 변화시키고, 이에 의해, 백라이트 유닛(120)으로부터 제공되는 빛은 액정층(116)의 분자 배열의 변화에 상응하여 컬러 필터(112)에 입사된다.
백라이트 유닛(120)은 액정 패널(110)의 후면에 위치하며, 액정 패널(110)에 빛, 예를 들어 백색광을 제공한다.
백라이트 유닛(120)은 액정 패널(110)을 조명하기 위한 광을 제공하는 광원(150), 광원(150)의 외측에 배치된 광원 반사판(160), 광원(150)으로부터 제공되는 빛을 입력받아 액정 패널(110)에 제공하기 위한 도광판(170) 및 도광판(170)과 액정 패널(110)의 사이에 배치된 광학 시트(130)를 포함한다. 본 실시예에 있어서, 백라이트 유닛(120)은 광원(150)이 도광판(170)의 양 측면에 배치되는 에지-라이트 방식(edge-light method)으로 구동된다.
본 실시예에서, 광원(150)에는 소정의 파장의 빛, 예를 들면 백색광을 발생시키는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL)나 외부전극 형광램프(External Electrode Flourscent Lanm, EEFL)와 같은 선형 광원이 사용된다. 그러나, 광원(150)에는 위와 같은 선형 광원만이 사용되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 실시예에서, 광원(150)은 발광 다이오드(LED)와 같은 점광원 을 사용할 수 있다. 이때, 광원(150)으로 사용되는 발광 다이오드의 갯수는 조명하고자 하는 액정 패널(110)의 크기에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 또한, 광원(150)으로 사용되는 발광 다이오드에는 제한됨이 없으며, 하나의 백색 발광 다이오드를 사용하거나, 레드(R), 그린(G), 블루(B)의 색을 발생하는 3개의 발광 다이오드를 조합하여 사용하는 것도 가능하다.
광원(150)의 외측에는 광원 반사판(160)이 배치된다. 광원 반사판(160)은 금속 또는 플라스틱의 재질로 제작될 수 있으며, 광원(150)으로부터 방사된 빛을 도광판(170)의 측면으로 반사시킬 수 있도록 빛을 반사할 수 있는 물질로 내벽을 코팅할 수 있다.
광원(150)에서 발생한 빛은 도광판(170)의 측면, 즉 광 입사면을 통해 도광판(170)에 입사하게 되는데, 광원 반사판(160)은 광원(150)으로부터 발생한 빛을 도광판(170) 측으로 반사시켜 도광판(170)에 입사되는 빛의 효율을 향상시킨다.
도광판(170)은 그 측면에 배치된 광 입사면을 통해 입사된 빛을 내부 전반사의 원리를 이용하여 그 상부에 배치된 액정 패널(110)의 가시면(viewing plane)에 실질적으로 평행한 방향으로 전송하면서 이를 균일화하는 역할을 한다. 도광판(170)의 전면은 액정 패널(110)이 배치된 방향으로 빛이 출사되기 위한 광 출사면이 된다.
도광판(170)에 입사된 빛이 액정 패널(110)의 방향으로 출사되기 위해서는 도광판(110)의 내부에서 전반사를 난반사로 만들어야 한다. 이를 위해 상기 광 출사면에 대향하는 도광판(170)의 이면에는 백색 잉크를 프린팅하는 도트 인쇄(dot- printing)에 의해 도시된 바와 같은 광 산란 패턴(171)이 형성될 수 있다.
한편, 인쇄 공정을 거치지 않는 무인쇄 도광판을 이용할 수도 있다. 미국특허 제6,123,431호는 도광판의 표면에 그루브를 형성하여 광 산란 패턴을 형성한 무인쇄 도광판이 개시하고 있으며, 미국특허 제5,881,201호는 도광판 내에 기본 수지와 굴절율이 다른 무기물이나 유기물 입자를 분산시켜 도광판 내에서 굴절율차에 의한 산란 기능을 가지게 함으로써 확산판 기능까지 겸하고 있는 무인쇄 도광판이 개시하고 있다. 이들 문헌의 내용은 참고로서 여기에 포함된다.
도광판(170)은 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly methyl Methacrylate; PMMA)와 같은 투명 아크릴 수지로 구성될 수 있다.
반사 시트(180)는 도광판(170)의 저면에 배치되며 도광판(170)의 저면으로 출사되는 빛을 반사시켜 도광판(170)으로 재입사시키는 역할을 한다.
반사 시트(180)는 SUS, Brass, 알루미늄, PET 등으로 이루어진 시트 위에 은(Ag)을 입히고, 열이 미세하게 발생한다 해도 장시간 흡열로 인한 변형을 막기 위해 티타늄 코팅하여 제작될 수 있다.
또한, 반사 시트(180)는 PET와 같은 합성수지로 된 시트에 광을 산란시키기 위한 기포를 분산시켜 제작될 수도 있다.
백라이트 유닛(120)은 도광판(170)과 액정 패널(110)의 사이에 배치되는 적어도 하나 이상의 광학 시트(130)를 포함한다. 광학 시트(130)는 도광판(170)으로부터 출사된 빛이 액정 패널(110)의 가시면에 유효하게 입사하도록 하여 휘도를 향상시키고, 액정 패널(110)에 입사되는 빛을 균일하게 하여 가시면의 전면이 균일한 휘도 분포를 갖도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 광학 시트(130)는 확산 시트(130a), 프리즘 시트(130b) 및 보호 시트(130c)로 이루어진 3매의 광학 시트를 포함한다.
확산 시트(130a)는 도광판(170)의 상부에서 광 출사면과 평행하게 배치되며, 도광판(170)에서 출사되는 빛을 산란시켜 액정 패널(110)의 가시면의 전체에 걸쳐 휘도를 균일하게 한다. 확산 시트(130a)는 빛을 산란시킬 수 있는 복수의 확산 입자(bead)가 불규칙하게 분포되어 있으며, 높은 헤이즈(haze) 효과와 높은 투과도(transmittance)를 특징으로 하는 보호층을 포함하며, 도광판(170)으로부터 출사되는 빛을 확산 및 집광시켜 휘도를 균일하게 한다. 또한, 빛을 그 상부에 배치된 후술하는 프리즘 시트(130b)의 방향으로 전달하여 시야각을 넓히고 도광판(170)에 형성된 패턴을 은폐시키는 기능을 한다.
본 발명을 이해하고 이를 실시함에 있어서, 확산 시트(130a)의 정확한 구조적, 물질적 특성은 중요하지 않으며, 백라이트 유닛에 통상적으로 사용되는 어떠한 구조 및 재료를 이용한 확산 시트(130a)에도 본 발명의 사상이 광범위하게 적용될 수 있다.
확산 시트(130a)의 상부에는 광 효율 및 휘도를 향상시키기 위한 프리즘 시트(130b)가 배치된다. 이하, 본 발명의 프리즘 시트(130b)의 바람직할 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 5a는 도 3의 프리즘 시트의 일 실시예를 도시한 사시도이며, 도 5b는 도 5a의 프리즘 시트의 횡단면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘 시트(130b)는 보호층(131), 베이스 필름(132), 상기 베이스 필름의 상부에 배치된 기저부(133) 및 상기 기저부에 배치된 복수의 프리즘(134)을 포함한다.
보호층(131)은 프리즘 시트(130b)의 내열 특성을 향상시키고, 그 하부에 배치된 도광판(도 3의 170)으로부터 진행되는 빛을 확산시켜 빛을 균일하게 한다.
상세하게는, 보호층(131)은 수지계 모재(131a)와 상기 모재에 분산된 복수의 확산 입자(131b)를 포함한다.
모재(131a)에 사용되는 수지는 투명하며, 내열성과 기계적 특성이 우수한 아크릴계 수지를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 아크릴계 수지는 폴리아크릴레이트(Polyacrylate) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)이다.
확산 입자(131b)는 모재(131a)와 동종 또는 이종의 수지를 사용하여 제작된 예를 들어 비드(bead)로 구성될 수 있으며, 모재(131a)에 대해 25wt% 내지 35wt%로 포함되도록 하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 상기 모재에 대한 상기 확산 입자의 중량비는 30wt%이다.
본 실시예에서, 확산 입자(131b)의 크기는 실질적으로 동일하며, 모재(131b) 내에서의 분포도 규칙적이다. 실질적으로 동일한 크기의 확산 입자(131b)가 규칙적으로 모재(131a)에 분포되면 헤이즈(haze) 효과는 감소하지만 이에 반해 휘도가 상승하는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서, 다양한 크기의 확산 입자(131b)가 불규칙하게 모재(131a)에 분포될 수도 있다. 이 경우, 헤이즈(haze) 효과가 증가하기 때 문에, 물리적 접촉 등에 의해 모재(131a)의 저면이나 그 하부에 배치되는 확산 시트(도 3의 130a)에 발생한 스크래치 등의 불량이 액정 패널(도 3의 110)에 그대로 투영되는 것을 방지하는 효과는 더 커진다.
또한, 보호층(131)은 광원(도 3의 150)에서 발생하는 열에 의해 프리즘 시트(130b)가 변형되는 것을 방지한다. 즉, 내열성이 강한 모재(131a)에 의해 프리즘 시트(130b)에 주름이 생기지 않으며, 고온에서 프리즘 시트(130b)가 변형되더라도 상온 상태에서 다시 원상태의 프리즘 시트(130b)의 형상으로 돌아오는 복원력이 좋다.
또한, 보호층(131)은 외부의 충격이나 기타 물리적인 힘에 의해 프리즘 시트(130b)에 흠집이 생기는 것을 막아주는 역할도 한다.
확산 입자(131b)를 포함하는 보호층(131)의 두께는 그 상부에 배치되는 베이스 필름(132), 기저부(133) 및 프리즘(134)의 두께에 따라 비교적 넓은 범위의 값을 가질 것이다. 그러나, 일반적으로, 보호층(131)의 두께는 2㎛ ~ 10㎛이다. 바람직하게는, 보호층(131)의 두께는 2㎛ ~ 5㎛이다. 가장 바람직하게는, 보호층의 두께는 3㎛이다.
여기서, 베이스 필름(132), 기저부(133) 및 프리즘(134)의 두께와 보호층(131)의 두께가 반드시 비례하는 것은 아니다. 예를 들어, 베이스 필름(132) 및 프리즘(134)의 두께가 충분히 클 경우, 자체 내열 특성으로 인해 보호층(131)을 얇게 설계하여도 무방하기 때문이다.
베이스 필름(132)은 그 상부에 배치되는 프리즘(134)을 지지하며, 보호 층(131)으로부터 출력된 빛이 입력되는 광 입력면(132a) 및 상기 광 입력면과 대향 배치되며 입력된 광이 출력되기 위한 광 출력면(132b)을 포함한다.
광 입력면(132a)과 광 출력면(132b) 사이의 거리, 즉 베이스 필름(132)의 두께에는 제한됨이 없으며, 당해 기술분야에서 숙달된 자라면 프리즘 시트(130b)가 사용되는 환경을 고려하여 능히 적절한 범위의 값을 선택할 수 있을 것이다. 하지만, 일반적으로 베이스 필름(132)의 두께는 30㎛ ~ 60㎛ 사이의 값을 갖는다. 바람직하게는, 베이스 필름(132)의 두께는 45㎛ ~ 55㎛ 사이의 값을 갖는다.
한편, 베이스 필름(132)은 시트의 형태로 제작되며, 투과율이 좋고, 기계적 성질(특히 내충격성), 내열성 및 전기적 성질을 균형 있게 갖춘 열가소성 수지, 예를 들면, 제한됨이 없이 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET) 또는 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC)와 같은 물질을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 헤이즈 효과를 향상시키기 위해서는, 베이스 필름(132)과 보호층(131)의 모재(131b)는 굴절율이 서로 다른 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
베이스 필름(132)의 상부에는 복수의 프리즘(134)이 상호 인접하여 일 방향으로 평행하게 배열되며, 이들 프리즘(134)과 베이스 필름(132)의 사이에는 기저부(133)가 위치한다.
기저부(133)는 프리즘(134) 형상의 제작의 용이성을 도모하고, 프리즘(134) 형상의 구조적 안정성을 위해 마련되는 것으로서, 선택에 따라 기저부(133) 없이도 프리즘 시트(130b)를 구성하는 것도 가능하다.
프리즘(134)의 축 방향(Y)에 대한 각 프리즘(134)의 수직 단면의 형상은 도 5b에 도시된 바와 같이 삼각형으로서 실질적으로 동일하다. 프리즘(134)의 수직 단면은 바람직하게는 부등변 삼각형 또는 이등변 삼각형이다.
휘도의 관점에서 보면, 프리즘(134)은 각(a)이 90°이고, 각(b)와 각(c)의 크기가 동일한 이등변 삼각형이 바람직하지만, 시야각의 관점에서는, 각(a)이 90°이상이고, 각(b)와 각(c)가 서로 다른 크기를 갖는 부등변 삼각형이 바람직하다. 즉, 고휘도가 중요한 경우에는, 프리즘(134)의 각(a)이 90°인 이등변 삼각형이 되도록 설계하는 것이 바람직하며, 시야각을 확대시키고자 하는 경우에는, 각(a)이 90°이상인 부등변 삼각형이 되도록 설계하는 것이 바람직하다.
한편, 휘도는 프리즘(134)의 형상뿐만 아니라, 프리즘(134)의 피치(t)에도 의존한다. 일반적으로, 프리즘(134)의 피치(t)가 클수록 휘도는 향상되지만, 이에 비례하여 모아레 패턴이 선명해지는 문제가 있다. 따라서, 고휘도를 유지하면서도, 모아레가 발생하지 않는 범위의 값을 설정하는 것은 표시 품위의 관점에서 매우 중요하다.
고휘도를 유지하면서도, 모아레가 발생하지 않기 위한 프리즘(134)의 피치(t)는 32㎛ ~ 38㎛이다. 바람직하게는, 프리즘(134)의 피치(t)는 34㎛ ~ 36㎛이다. 가장 바람직하게는, 프리즘(134)의 피치(t)는 35㎛이다.
프리즘(134)은 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET) 또는 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC)와 같은 열가소성 수지로 구성될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(120)에서 프리즘 시트(130b)의 상부에는 보호 시트(130c)가 배치된다. 보호 시트(130c)는 프리즘 시트(130b)의 프리즘 패턴이 액정 패널(110)과 직접 접촉하여 발생하는 불량, 예를 들면 스크래치를 방지하고, 프리즘 시트(130b)에 의해 좁혀진 시야각을 일정 범위에서 퍼지게 하는 역할을 한다.
보호 시트(130c)는 낮은 헤이즈(haze)와 높은 투과도(transmittance)를 특징으로 하는 보호층을 포함하며, 프리즘 시트(130b)로부터 출사되는 강한 빛을 액정 패널(110)에 최적으로 확산시킨다.
본 발명을 이해하고 이를 실시함에 있어서, 보호 시트(130c)의 정확한 구조적, 물질적 특성은 중요하지 않으며, 백라이트 유닛에 통상적으로 사용되는 어떠한 구조 및 재료를 이용한 보호 시트(130c)에도 본 발명의 사상이 광범위하게 적용될 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 실시예에서 제공된 백라이트 유닛(120)의 구조에 의해 제한되지 않는다. 즉, 상기 실시예에서, 액정 패널(100)을 후면에서 조명하기 위한 백라이트 유닛(120)은 광원(150)에서 발생하는 빛이 도광판(170)의 일 측면 또는 양 측면을 통해 액정 패널(110)에 제공되는 에지-라이트 방식이지만, 아래에 설명하는 바와 같은 직하형 백라이트 유닛에도 본 발명의 기술사상은 적용될 수 있다. 이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛에 대해 설명한다.
도 6a는 도 3의 백라이트 유닛(120)의 다른 실시예를 도시한 단면도이며, 도 6b는 도 6a의 프리즘 시트들(130b1, 130b2)을 확대하여 도시한 단면도이다. 다만, 도 3의 백라이트 유닛(120)과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 반복하여 상세히 설명하지 않는다.
도 6a를 참조하면, 백라이트 유닛(220)은 복수의 광원(150), 반사 시트(180), 상기 광원과 반사 시트가 수납되는 하부 섀시(bottom chassis; 190), 상기 광원의 상부에 배치되는 확산판(140) 및 광학 시트(130)를 포함한다.
광원(150)으로서는 도 3의 백라이트 유닛(120)과 관련하여 언급한 냉음극 형광램프(CCFL)나 외부전극 형광램프(EEFL)와 같은 선형 광원을 사용할 수 있다.
또한, 인쇄회로기판(미도시)에 발광 다이오드와 같은 복수의 점광원을 배열한 면 광원을 사용할 수 있음은 물론이다.
광원(150)의 하부에는 반사 시트(180)가 위치하며, 반사 시트(180)는 광원(150)에서 방사된 빛을 액정 패널(미도시)이 위치한 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율을 향상시킨다.
상술한 광원(150)과 반사 시트(180)는 하부 섀시(190)에 수납된다.
광원(150)에서 발생한 빛은 광원(150)의 상부에 배치된 확산판(140)에 입사한다. 확산판(140)은 예를 들어 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)와 같은 투명 아크릴 재질로 구성되며 내부에 비드와 같은 확산제를 함유하고 있어 광원(150)에서 방사되는 빛을 그 전면에 위치한 액정 패널의 방향으로 향하게 하고, 넓은 각도에서 입사할 수 있도록 한다.
확산판(140)의 상부에는 광학 시트(130)가 배치되며, 상기 광학 시트는 확산 시트(130a), 프리즘 시트(130b1, 130b2) 및 보호 시트(130c)를 포함한다.
확산판(140)을 통과한 빛은 확산 시트(130a)에 입사되며, 확산시트(130a)는 입사하는 빛을 산란시켜 액정 패널의 가시면의 전체에 걸쳐 휘도를 균일하고 시야각을 넓혀준다.
확산 시트(130a)의 상부에는 광 효율 및 휘도를 향상시키기 위한 한 쌍의 프리즘 시트(130b)가 배치되며, 상기 프리즘 시트들은 확산 시트(130a)에서 감소된 휘도를 보상하는 역할을 한다. 프리즘 시트(130b)는 확산시트(130a)에서 출사된 빛을 굴절시켜 낮은 각도로 입사되는 빛이 정면 쪽으로 집중시키기 때문에 유효 시야각 범위에서 휘도가 상승하게 된다.
본 실시예에서는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 프리즘(134)의 축이 서로 엇갈리도록 조합된 한 쌍의 동일 또는 유사한 구조의 프리즘 시트(130b1, 130b2)가 사용된다. 본 실시예에서와 같이, 프리즘 시트(130b1, 130b2)를 조합하여 사용하면, 휘도가 더 향상될 수 있는 장점이 있다. 바람직하게는, 프리즘 시트들(130b1, 130b2)은 이들의 프리즘(134)의 축이 서로 직교하도록 조합된다.
확산 시트(130a)의 상부에는 보호 시트(130c)가 배치되며, 상기 보호 시트는 프리즘 시트(130b)의 흠집을 방지하고, 또 프리즘 시트(130b)에 의해 축소된 시야각을 소정의 범위 내에서 재확대시키는 기능을 한다.
도 7은 백라이트 유닛의 몇 가지 샘플들에 대한 시야각에 따른 휘도의 변화를 모의 실험한 결과를 나타낸 도면이다.
상기 모의 실험의 대상 샘플들은 발광 다이오드 3개를 사용하는 전형적인 모바일 디스플레이용 백라이트 유닛이다.
모의 실험 조건으로서, 각 샘플들은 서로 다른 구조를 갖는 프리즘 시트와, 엘지전자 주식회사에서 상업적으로 입수할 수 있는 모델명 Ets-D7(헤이즈 65.82%, 투과도 89.61%)의 확산 시트를 구비한다.
또한, 프리즘 시트는 보호층의 구비 여부와 프리즘의 피치 및 보호층 내의 확산 입자의 크기를 기준으로 구분하고, 서로 동일한 구조를 갖는 한 쌍의 프리즘 시트를 이들의 프리즘 축들이 서로 직교하도록 배치한 상태에서 시야각의 변화에 따른 샘플들의 휘도의 변화를 측정하였다.
이들 중에서 모아레 패턴이 발생하지 않는 샘플들의 결과에 대해서만 도 7에 도시하였다.
곡선 31, 32 및 33은 프리즘의 피치가 각각 30㎛, 24㎛, 35㎛이며, 보호층(131)이 없는 종래의 프리즘 시트를 구비한 샘플들에 대한 모의 실험 결과이다.
이에 비해, 곡선 34는 프리즘의 피치가 35㎛이며, 보호층의 확산 입자의 크기가 3㎛인 프리즘 시트, 곡선 35는 프리즘의 피치가 35㎛이며, 보호층의 확산 입자의 크기가 5㎛인 프리즘 시트, 곡선 36은 프리즘의 피치가 35㎛이며, 보호층의 확산 입자의 크기가 8㎛인 프리즘 시트, 그리고 곡선 37은 프리즘의 피치가 35㎛이며, 보호층의 확산 입자의 크기가 10㎛인 프리즘 시트를 구비한 샘플들에 대한 모의 실험 결과이다.
곡선 34로 알 수 있는 바와 같이, 프리즘의 피치가 35㎛이고 확산 입자의 크기가 3㎛일 때, 곡선 31, 32 및 33으로 나타난 종래의 프리즘 시트들에 비해 휘도 가 높고, 시야각 특성도 오히려 더 양호함을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 휘도를 희생하지 않으면서도 모아레 패턴의 문제를 해결할 수 있다는 점을 확인할 수 있다.
나머지 곡선 35 내지 37과 종래 기술에 관한 곡선 31, 32 및 33을 비교하면, 종래의 프리즘 시트들이 가시면 중앙에서의 휘도가 약간 높으나, 시야각 특성은 거의 대등함을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명은 프리즘의 피치를 30㎛ 이하로 구성하는 종래기술에 비해, 제조가 용이하고 기계적 강도가 우수하다는 장점이 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명에 의하면, 고휘도가 휘도로 발광하며, 모아레 패턴도 발생하지 않는 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 의하면, 광원에서 제공된 빛을 액정 패널의 가시면에 집광시킬 수 있는 능력, 즉 집광 효율이 우수하며, 모아레 패턴을 발생시키지 않는 프리즘 시트를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 내열성 및 기계적 강도가 우수한 광학 시트를 얻을 수 있다.

Claims (21)

  1. 액정 패널을 조명하기 위한 백라이트 유닛에 있어서,
    상기 액정 패널을 조명하기 위한 빛을 제공하는 적어도 하나 이상의 광원; 및
    상기 액정 패널의 후면에 인접하여 배치되며, 상기 광원에서 제공된 빛을 입력받아 상기 액정 패널의 가시면에 집광시키기 위한 프리즘 시트를 포함하되,
    상기 프리즘 시트는,
    상기 광원에서 제공하는 빛이 투과할 수 있는 수지로 이루어진 모재; 및
    상기 모재에 분산되어 배치되며 상기 모재로 입력된 빛을 산란시킬 수 있는 복수의 확산 입자를 포함하는 보호층;
    상기 보호층의 일면에 배치되며, 상기 보호층에서 출력된 빛이 입력되는 베이스 필름; 및
    상기 베이스 필름의 일면에서 어느 일 방향을 따라 상호 인접하여 평행하게 배열된 복수의 선형 프리즘을 포함하되, 상기 선형 프리즘의 축 방향에 대한 수직 단면은 삼각형인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원에 인접하여 배치되며, 상기 광원부로부터의 빛이 입사되는 광 입사면; 및
    상기 프리즘 시트의 후면에 실질적으로 평행하게 배치되며, 상기 광 입사면을 통하여 입사된 빛이 출사되는 광 출사면을 구비한 도광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 프리즘 시트는, 상기 복수의 선형 프리즘과 상기 베이스 필름의 사이에 배치된 기저층을 더 포함하는 백라이트 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 복수의 선형 프리즘의 피치는 32㎛ ~ 38㎛인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 복수의 확산 입자는 2㎛ ~ 10㎛의 크기를 갖는 복수의 비드로 이루어진 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 복수의 비드는 실질적으로 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 선형 프리즘의 축 방향에 대한 수직 단면은 부등변 삼각형 또는 이등변 삼각형인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은 두 개의 프리즘 시 트를 포함하되, 선형 프리즘의 축 방향이 서로 엇갈리도록 배치된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  9. 외부에서 인가되는 전기적 신호에 따라 액정층의 배향을 제어하고 후방에서 제공되는 빛을 이용하여 이미지를 표현하기 위한 액정 패널; 및
    상기 액정 패널을 후방에서 조명하기 위한 백라이트 유닛을 포함하되,
    상기 백라이트 유닛은,
    상기 액정 패널을 조명하기 위한 빛을 제공하는 적어도 하나 이상의 광원; 및
    상기 광원에서 제공된 빛을 상기 액정 패널의 가시면에 집광시키기 위한 프리즘 시트를 포함하며,
    상기 프리즘 시트는,
    상기 광원에서 제공하는 빛이 투과할 수 있는 수지로 이루어진 모재; 및
    상기 모재에 분산되어 배치되며 상기 모재로 입력된 빛을 산란시킬 수 있는 복수의 확산 입자를 포함하는 보호층;
    상기 보호층의 일면에 배치되며, 상기 보호층에서 출력된 빛이 입력되는 베이스 필름; 및
    상기 베이스 필름의 일면에서 어느 일 방향을 따라 상호 인접하여 평행하게 배열된 복수의 선형 프리즘을 포함하되, 상기 선형 프리즘의 축 방향에 대한 수직 단면은 삼각형인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은,
    상기 광원에 인접하여 배치되며, 상기 광원으로부터의 빛이 입사되는 광 입사면; 및
    상기 프리즘 시트의 후면과 실질적으로 평행하게 배치되며, 상기 광 입사면을 통하여 입사된 빛이 출사되는 광 출사면을 포함하는 도광판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 복수의 선형 프리즘의 피치는 32㎛ ~ 38㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 복수의 확산 입자는 2㎛ ~ 10㎛의 크기를 갖는 복수의 비드로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 복수의 비드는 실질적으로 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 선형 프리즘의 축 방향에 대한 수직 단면은 부등변 삼각형 또는 이등변 삼각형인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  15. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은 두 개의 프리즘 시트를 포함하되, 선형 프리즘의 축 방향이 서로 엇갈리도록 배치된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  16. 광원에서 제공하는 빛이 투과할 수 있는 수지로 이루어진 모재; 및
    상기 모재에 분산되어 배치되며 상기 모재로 입력된 빛을 산란시킬 수 있는 복수의 확산 입자를 포함하는 보호층;
    상기 보호층의 일면에 배치되며, 상기 보호층에서 출력된 빛이 입력되는 베이스 필름; 및
    상기 베이스 필름의 일면에서 어느 일 방향을 따라 상호 인접하여 평행하게 배열된 복수의 선형 프리즘을 포함하되, 상기 선형 프리즘의 축 방향에 대한 수직 단면은 삼각형인 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 프리즘 시트는, 상기 복수의 선형 프리즘과 상기 베이스 필름의 사이에 배치된 기저층을 더 포함하는 프리즘 시트.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 복수의 선형 프리즘의 피치는 32㎛ ~ 38㎛인 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 복수의 확산 입자는 2㎛ ~ 10㎛의 크기를 갖는 보 수의 비드로 이루어진 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 복수의 비드는 실질적으로 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
  21. 제 16 항에 있어서, 상기 선형 프리즘의 축 방향에 대한 수직 단면은 부등변 삼각형 또는 이등변 삼각형인 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
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