KR20080010947A - 광학부재와 이를 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학부재와 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광학부재는 콜레스테릭액정을 포함하며 입사되는 빛을 반사편광시키는 액정층과; 상기 액정층의 제1면 상에 위치하며 복수의 렌즈 패턴이 형성되어 있는 집광층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 집광과 휘도향상을 동시에 얻을 수 있는 광학필름이 제공된다.

Description

광학부재와 이를 포함하는 액정표시장치{OPTICAL MEMBER AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 광학부재의 단면도이고,
도 3은 도 2의 ‘A’부분의 확대도이고,
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 광학부재에서 액정층을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 광학부재에서 빛의 흐름을 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학부재의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 광학부재의 단면도이다.
* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *
310 : 제1확산층 330 : 액정층
350 : 1/4위상차 필름 370 : 제2확산층
390 : 집광층 391 : 렌즈 패턴
본 발명은, 광학부재와 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 액정표시패널과 백라이트 유닛을 포함한다. 액정표시패널은 박막트랜지스터 기판, 대향 기판 및 이들 기판 사이에 위치하는 액정층을 포함한다. 액정표시패널은 비발광소자이기 때문에 박막트랜지스터 기판의 후면에 위치하는 백라이트 유닛으로부터 빛을 공급받는다. 백라이트 유닛에서 조사된 빛은 액정의 배열상태에 따라 투과량이 조정된다.
백라이트 유닛에서 발생된 빛은 복수의 광학필름을 거쳐 액정표시패널에 공급된다. 광학필름을 빛을 확산 또는/그리고 집광하며, 빛의 정면휘도를 증가시키기도 한다.
그런데 광학필름이 복수 개 사용되어 제조원가가 상승되고 조립이 불편한 문제가 있다. 특히 집광을 위해 사용하는 프리즘 필름 및 효율향상을 위해 사용되는 반사편광필름은 매우 고가이기 때문에 제조원가 상승이 크다.
따라서 본 발명의 목적은, 집광과 휘도향상을 동시에 얻을 수 있는 광학부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 집광과 휘도향상을 동시에 얻을 수 있는 광학부재를 포함하는 액정표시장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적은 콜레스테릭액정을 포함하며 입사되는 빛을 반사편광시키는 액정층과; 상기 액정층의 제1면 상에 위치하며 복수의 렌즈 패턴이 형성되어 있는 집광층을 포함하는 광학부재에 의해 달성된다.
상기 액정층과 상기 집광층 사이에 형성되어 있는 1/4위상차 필름층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 액정층의 제2면 상에 위치하는 제1확산층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 집광층의 헤이즈 값은 60% 내지 95%인 것이 바람직하다.
상기 집광층의 헤이즈 값은 상기 제1확산층의 헤이즈 값보다 큰 것이 바람직하다.
상기 렌즈 패턴의 지름은 10㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
상기 1/4위상차 필름층과 상기 집광층 사이에 형성되어 있는 제2확산층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2확산층과 상기 집광층은 동일한 재질로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 제2확산층은 폴리카보네이트를 포함하며 상기 집광층은 아크릴 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 액정층과 상기 제1확산층 사이 및 상기 액정층과 상기 집광층 사이에 형성되어 있는 자외선 경화 접착층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 액정층은 제1서브액정층, 제2서브액정층 및 제3서브액정층을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1서브액정층은 청색광을 반사하고, 상기 제2서브액정층은 녹색광을 반사하며, 상기 제3서브액정층은 적색광을 반사하는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 다른 목적은 액정표시패널과; 상기 액정표시패널에 빛을 공급하는 광원과; 상기 액정표시패널과 상기 광원 사이에 위치하며, 콜레스테릭액정을 포함하는 액정층과; 상기 액정필름의 상기 액정표시패널을 향한 제1면 상에 위치하며 복수의 렌즈 패턴이 형성되어 있는 집광층을 포함하는 광학부재를 포함하는 액정표시장치에 의하여 달성된다.
상기 광학부재는 상기 액정층과 상기 집광층 사이에 형성되어 있는 1/4위상차 필름층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 액정층의 제2면 상에 위치하는 확산층을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 집광층의 헤이즈 값은 상기 확산층의 헤이즈 값보다 큰 것이 바람직하다.
상기 액정층은 제1서브액정층, 제2서브액정층 및 제3서브액정층을 포함하며, 상기 제1서브액정층은 청색광을 반사하고, 상기 제2서브액정층은 녹색광을 반사하며, 상기 제3서브액정층은 적색광을 반사하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본발명을 더욱 상세히 설명하겠다.
도 1는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치의 개략단면도이다. 도 1 에서는 백라이트 유닛(200, 300, 400)을 직하형으로 나타내었으나, 본 발명에 따른 광학부재(300)는 에지형 백라이트 유닛에도 사용될 수 있다.
액정표시장치(1)는 액정패널(100), 액정패널(100)의 배면에 위치한 광원(200), 광원(200)의 하부에 위치한 반사판(400) 및 액정패널(100)과 광원(200) 사이에 위치한 광학부재(300)를 포함한다.
광원(200)에서 발생한 빛은 광학부재(300)에서 확산/집광되어 액정패널(100)로 공급된다. 광학부재(300)는 광원(200)에서 입사된 빛 중 일부는 다시 반사시킨다.
광학부재(300)에서 반사된 빛과 광원(200)에서 하부방향으로 출사된 빛은 반사판(400)에서 반사되어 다시 광학부재(300)로 입사된다.
도 2를 참조하여 광학부재(300)를 자세히 설명한다.
광학부재(300)는 광원(200)과 마주하고 있는 제1확산층(310), 액정표시패널(100)과 마주하고 있는 집광층(390), 그리고 제1확산층(310)과 집광층(390) 사이에 위치하는 액정층(330), 1/4위상차 필름(350) 및 제2확산층(370)을 포함한다. 광학부재(300)는 이 밖에 접착층(320, 340, 360, 380)을 포함한다.
제1확산층(310)은 폴리카보네이트, 폴리술폰계, 폴리메틸메타아크릴레이트계, 폴리스틸렌계, 폴리비닐클로라이드계, 폴리비닐알코올계, 폴리노르보넨계 수지 등으로 이루어질 수 있으며, 이 중 폴리카보네이트로 이루어지는 것이 바람직하다.
제1확산층(310)은 확산기능을 도모하기 위하여 확산제(311)을 포함하며, 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 확산제(311)로는 탈크(실리콘, 마그네슘) 확산제, 실리콘 확산제, 탄산칼슘 확산제를 배합하거나 단독으로 사용할 수 있다. 또한 대전 방지 특성을 향상시키기 위해 양이온 계열의 계면활성제를 함유할 수 있다. 확산제(311) 및 계면활성제의 함량은 합하여 0.01중량% 내지 40중량%일 수 있다.
제1확산층(310)이 폴리카보네이트로 이루어지는 경우, 제1확산층(310)은 유리전이온도(약 300 내지 330℃)에서 (유리전이온도 + 180)℃까지의 온도에서 압출성형하여 형성할 수 있으며, 이 때 100 내지 140℃의 냉각롤을 사용할 수 있다. 압출성형을 통해 제조되는 제1확산층(310)의 두께는 약 34㎛ 정도일 수 있다.
폴리카보네이트로 이루어진 제1확산층(310)은 뒤틀리는(WARP) 불량이 잘 발생하지 않아 균일한 휘도분포를 제공할 수 있다. 제1확산층(310)은 광학부재(300)와 광원(200) 사이에 다른 광학판/광학필름이 위치할 경우, 이들과의 밀착방지 및 긁힘 방지 기능을 수행한다. 필요에 따라 제1확산층(310)의 하부면은 요철처리될 수 있다.
제1확산층(310)의 헤이즈(HAZE)는 1% 내지 20%일 수 있다. 헤이즈가 20%보다 크면 입사되는 빛이 표면에서 산란되어 많은 양이 손실되는 문제가 있다.
액정층(330)은 제1확산층(310)과 접착층(320)을 통해 접착되어 있다.
액정층(330)은 도 3에서와 같이 복수의 서브 액정층(332, 334, 336)과 복수의 베이스필름(331, 333, 335)을 포함한다.
각 서브 액정층(332, 334, 336)은 도 4와 같은 콜레스테릭 액정을 포함하고 있다. 콜레스테릭 액정은 꼬임축(CHIRAL AXIS)이 액정패널(100)에 수직방향으로 정렬되어 있으면 피치(p)에 해당하는 빛은 강하게 반사하고 다른 파장의 빛은 그대로 통과시킨다.
각 서브 액정층(332, 334, 336)에 위치한 콜레스테릭 액정은 각각 적색광(640nm 내지 670nm), 녹색광(530nm 내지 570nm) 및 청색광(430nm 내지 460nm)의 피치를 가지고 있다. 반사되는 빛의 파장이 충분히 넓어서 가시광선 영역을 모두 덮을 수 있다면, 액정층(330)은 특별한 파장에 대한 원편광자가 아닌 백색광에 대한 원편광자가 된다.
서브 액정층(332, 334, 336)의 두께가 어느 정도 이상이 되면 반사율이 50%가 되어 빛을 정확히 50:50으로 투과와 반사로 나눌 수 있다. 일반적으로 각 서브 액정층(332, 334, 336)의 두께가 피치의 10배정도가 되면 50%의 반사율을 얻을 수 있다. 따라서 각 서브 액정층(332, 334, 336)은 해당하는 콜레스테릭 액정 피치의 약 8배 내지 12배의 두께를 가질 수 있다.
액정층(330)에서 반사된 빛은 액정의 꼬임 방향(CHIRALITY)에 따라서 우원편광(RIGHT HANDED CIRCULAR POLARIZATION)일 수도 있고 좌원편광(LEFT HANDED CIRCULAR POLARIZATION)일 수도 있다. 즉 액정이 우원(RIGHT HANDED)구조이면 우원편광된 빛이 반사가 되고, 반대로 좌원구조(LEFT HANDED)이면 좌원편광된 빛이 반사가 된다. 반사가 되지 않고 투과된 빛은 반사된 빛과 반대의 편광을 갖게 된다.
액정층(330)에서 투과된 빛은 1/4위상차 필름(350)을 통해 선편광으로 변환되며, 반사된 빛은 반사판(400) 등에서 반사되어 다시 액정층(330)으로 재회수된 다.
베이스 필름(331, 333, 335)은 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어질 수 있다. 도시하지는 않았지만 베이스 필름(331, 333, 335)과 서브 액정층(332, 334, 336) 사이에는 접착층이 위치할 수 있다.
1/4위상차 필름(350)은 액정층(330)을 통과한 원편광을 선편광으로 변환시킨다.
제2확산층(370)은 제1확산층(310)과 유사한 구성을 가지면 설명은 반복하지 않는다. 제2확산층(370)은 확산제(371)를 포함한다.
집광층(390)은 제2확산층(370)에서 출사된 빛의 정면휘도를 향상시키는 역할을 한다. 집광층(390)에는 복수의 렌즈 패턴(391)이 형성되어 있다 렌즈 패턴(391)은 반구형태를 가지고 있으며 직경(d1)은 10 내지 100㎛일 수 있다.
집광층(390)은 별도로 제조된 후 제2확산층(370)에 접착층(380)을 이용하여 부착될 수 있다. 다른 실시예로 집광층(390)은 제2확산층(370) 상에 아크릴 수지를 도포한 후, 렌즈 패턴을 형성한 후 경화시켜 형성될 수 있는데, 이 경우에는 접착층(380)은 형성되지 않는다.
렌즈 패턴(391)의 헤이즈는 60% 내지 95%일 수 있다 헤이즈가 60%보다 작으면 화면 수직방향으로 집광하는 집광효율이 저하되며, 95%보다 크면 렌즈 패턴(391) 내의 광손실이 증가하여 휘도가 저하된다.
집광층(390)의 재질로는 폴리 아크릴레이트 계열, 폴리 카보네이트 계열, 폴리 술폰계열, 폴리아크릴레이트 계열, 폴리스틸렌계, 폴리비닐클로라이드계 폴리비닐알코올계, 폴리노르보넨계열, 폴리에스테르 계열의 단일 성분 또는 이들의 공중합체 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 광학부재에서 빛의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
광원(200)에서 발생된 빛은 제1확산층(310)으로 입사한다. 제1확산층(310)에 입사한 빛은 확산제(311) 등과 부딪쳐 확산되어 액정층(330)에 균일하게 입사한다.
액정층(330)에 입사한 빛은 각 서브 액정층(332, 334, 336)에서 우원편광(또는 좌원편광) 빛 만이 통과하고 좌원편광(또는 우원편광) 빛은 반사된다. 각 서브 액정층(332, 334, 336)에서 반사되는 빛의 색상은 상이한데, 예를 들어 서브 액정층(332)에서는 적색광이 반사되고, 서브 액정층(334)에서는 녹색광이 반사되고, 서브 액정층(336)에서는 청색광이 반사될 수 있다.
반사된 빛은 반사판(400)에서 반사되어 다시 광학부재(300)로 리사이클링된다.
액정층(330)을 통과한 원편광된 빛은 1/4위상차 필름(350)을 통과하면서 다시 선편광으로 변환된다.
선편광으로 변환된 빛은 제2확산층(370)에서 확산제(371)에 의해 확산되고, 집광층(390)에서 집광되어 액정패널(100)로 공급된다. 집광층(390)에 있는 렌즈패턴(391)은 입사된 빛의 출사각을 변화시켜 정면휘도를 향상시킨다.
이상 설명한 제1실시예에 따른 광학부재(300)는 확산층(310, 370)에 의한 확산, 액정층(330)에 의한 효율향상 및 집광층(390)에 의한 정면휘도 향상을 동시에 수행한다. 따라서 광효율이 증가하며 액정표시장치(1)의 구성이 간단해진다.
제1실시예에 따른 광학부재(300)의 휘도특성 시험결과는 다음과 같다.
시험에서는 다양한 광학필름(광학부재)에 대해 암실에서 필름만 교체하여 5개 지점 또는 13개 지점의 휘도를 관찰하였다.
종래 반사편광 필름(3 M사 제품)의 휘도를 100%로 한 경우, 액정층(330) 만으로는 102.5%의 휘도를 얻을 수 있다. 한편 반사편광필름과 렌즈패턴이 같이 사용되는 경우에는 110.7%의 휘도를 얻을 수 있다. 반면 본 발명과 같이 액정층(330)과 렌즈패턴(391)이 형성되어 있는 집광층(390)을 같이 사용하는 경우에는 112.3%의 휘도를 얻을 수 있었다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학부재의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
제1롤(510)에는 액정층(330)과 1/4위상차 필름(350)의 복합필름이 장착되어 있으며, 제2롤(520)에는 접착층(320, 360)을 형성하는 자외선 경화 접착제가 장착 되어 있다. 제3롤(530)에는 제1확산층(310)과 제2확산층(370)을 형성하는 확산필름이 장착되어 있다.
제1롤(510)에서 분배되는 복합필름은 제2롤(520)을 통과하면서 양 면에 자외선 경화 접착제가 도포된다. 이어 제3롤(530)을 통과하면 복합필름의 양편에 확산필름이 부착된다. 이 후 자외선 경화 접착제는 자외선 광원부(540)를 통과하면서 경화된다. 자외선 경화 접착제는 자외선 조사에 의해 가교반응을 일으키며 광학 가교제가 항구적으로 접착되어 전면적에 걸쳐 휘도 얼룩발생이 억제된다.
자외선 경화 접착제로는 아크릴계 자외선 경화형 수지로 아크릴레이트계, 에폭시 아크릴레이트계, 폴리에스테르 아크릴레이트계, 우레탄 아크릴레이트계 등의 광중합성 모노머 또는 올리고머와 아세토페논계, 벤조페논계, 티오크산톤계 등의 광중합개시제를 사용할 수 있다.
설명하지 않은 집광층(390)은 별도로 부착되거나 확산필름에 부착된 상태로 제3롤(530)에 공급될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 광학부재의 단면도이다.
제2실시예에 따르면 광학부재(300)는 제2확산층(370)이 별도로 마련되어 있지 않으며, 집광층(390)이 확산기능을 같이 수행한다. 집광층(390)에는 확산제(392)가 분산되어 있다. 제2실시예의 집광층(390)은 폴리카보네이트층 압출성형 시 렌즈 패턴을 형성하여 마련될 수 있다.
비록 본발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 본발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 집광과 휘도향상을 동시에 얻을 수 있는 광학부재가 제공된다.
또한 집광과 휘도향상을 동시에 얻을 수 있는 광학부재를 포함하는 액정표시장치가 제공된다.

Claims (17)

  1. 콜레스테릭액정을 포함하며 입사되는 빛을 반사편광시키는 액정층과;
    상기 액정층의 제1면 상에 위치하며 복수의 렌즈 패턴이 형성되어 있는 집광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 액정층과 상기 집광층 사이에 형성되어 있는 1/4위상차 필름층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액정층의 제2면 상에 위치하는 제1확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 집광층의 헤이즈 값은 60% 내지 95%인 것을 특징으로 하는 광학부재.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 집광층의 헤이즈 값은 상기 제1확산층의 헤이즈 값보다 큰 것을 특징으로 하는 광학부재.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 렌즈 패턴의 지름은 10㎛ 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 광학부재.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 1/4위상차 필름층과 상기 집광층 사이에 형성되어 있는 제2확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2확산층과 상기 집광층은 동일한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학부재.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2확산층은 폴리카보네이트를 포함하며 상기 집광층은 아크릴 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 액정층과 상기 제1확산층 사이 및 상기 액정층과 상기 집광층 사이에 상기 집광층 사이에 형성되어 있는 자외선 경화 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액정층은 제1서브액정층, 제2서브액정층 및 제3서브액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1서브액정층은 청색광을 반사하고, 상기 제2서브액정층은 녹색광을 반사하며, 상기 제3서브액정층은 적색광을 반사하는 것을 특징으로 하는 광학부재.
  13. 액정표시패널과;
    상기 액정표시패널에 빛을 공급하는 광원과;
    상기 액정표시패널과 상기 광원 사이에 위치하며, 콜레스테릭액정을 포함하는 액정층과; 상기 액정필름의 상기 액정표시패널을 향한 제1면 상에 위치하며 복수의 렌즈 패턴이 형성되어 있는 집광층을 포함하는 광학부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광학부재는 상기 액정층과 상기 집광층 사이에 형성되어 있는 1/4위상차 필름층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 액정층의 제2면 상에 위치하는 확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 집광층의 헤이즈 값은 상기 확산층의 헤이즈 값보다 큰 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 액정층은 제1서브액정층, 제2서브액정층 및 제3서브액정층을 포함하며,
    상기 제1서브액정층은 청색광을 반사하고, 상기 제2서브액정층은 녹색광을 반사하며, 상기 제3서브액정층은 적색광을 반사하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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