KR20090046809A - 광학결함 차단구조를 갖는 휘도향상기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화질에 미치는 구조적 결함의 영향은 낮추면서도 휘도는 개선하는 구조면을 갖는 (지지층으로 지지되기도 하는) 광학기판을 갖춘 휘도향상 필름에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 제조과정이나 취급과정에서 생겨 눈에 띄이는 광학결함을 광학기판에 형성된 구조적 불규칙부로 가릴 수 있다. 이런 구조적 불규칙부에 의한 광학효과로 광학적 결함들을 혼합하면, 영상에서 광학결함이 눈에 덜 띄이고 효과적으로 가릴 수 있다.

Description

광학결함 차단구조를 갖는 휘도향상기판{LUMINANCE ENHANCEMENT OPTICAL SUBSTRATES WITH OPTICAL DEFECT MASKING STRUCTURES}
본 발명은 구조적 표면을 갖는 광학기판에 관한 것으로, 구체적으로는 휘도향상을 위한 광학기판, 더 구체적으로는 평판형 광원을 갖춘 평판 디스플레이에 사용하는 휘도향상기판에 관한 것이다.
평판 디스플레이 기술은 TV, 컴퓨터, 휴대장치(예; 휴대폰, PDA 등)에 적용된다. LCD도 일종의 평판 디스플레이로서, 화소 배열을 갖는 LC(액정) 모듈을 이용해 영상을 처리한다. 백라이트 LCD에서, 휘도(광)향상 필름에 프리즘 구조를 적용하여 디스플레이에 수직인 광축을 따라 빛을 조사함으로써, 사용자에게 보이는 빛의 휘도를 개선하는 한편 원하는 휘도를 얻는데 전력을 덜 사용한다.
지금까지는 휘도향상 필름에서 빛이 나가는 출사면에 프리즘 형상의 홈이나 렌티큘러 렌즈(lenticular lens)나 피라미드가 평행하게 형성되어 있어서, 필름과 공기와의 경계면에서 필름의 빛이 꺽이는 각도를 변화시키고 필름의 다른쪽 표면에서 빛을 비스듬하게 입사하여 필름 출사면에 대해 좀더 직각으로 빛을 재배향한다. 휘도향상 필름으로 빛이 들어가는 입사면은 매끈하고 백라이트 모듈에서 이곳으로 빛이 들어간다.
지금까지는 휘도향상 필름을 지지층과 구조층의 2개 층으로 구성했다. 도 1은 종래의 휘도향상 필름의 단면구조를 보여준다. 휘도향상 필름(100)은 PET(폴리에틸렌 테페프탈레이트; polyethylene terephthalate)로 된 지지층(102)과 아크릴의 프리즘 구조로 된 구조층(104)의 2개 층으로 이루어지는데, 구조층은 빛을 재배향하는 기능을 한다.
휘도향상필름(100)에서, 구조층(104) 형성을 위해 아크릴층에 프리즘 구조를 형성하기 전에 지지층(102)에 재료(아크릴이나 폴리카보네이트)를 한 층으로 접착한 뒤에야 구조면을 형성한다. 구조층(104)의 프리즘 구조는 여러가지 기술을 이용해 형성되는데, 예를 들면 경질공구를 사용한 마이크로머시닝(micromachining)을 사용해 프리즘 구조를 성형하기 위한 원판 몰드를 만들 수 있다. 이런 경질공구로는 CNC(Computer Numeric Control) 머신(예; 선반, 밀링머신, 조형기 등)에 설치된 초소형 다이아몬드 공구는 물론, 기존의 STS(Slow Tool Servo)와 FTS(Fast Tool Servo)도 있다. 미국특허 6,581,286에서는 나사가공법을 이용해 광학필름에 홈을 형성하는데 FTS 기술을 적용한 예를 들고 있다. 경질공구를 머신에 설치하여 기다란 프리즘을 평면에 다수 형성한다. 기판을 핫엠보싱(hot embossing) 가공하여 프리즘 구조를 형성하거나, 프리즘구조를 형성하는 재료를 자외선 경화시키거나 열경화시켜 프리즘구조를 형성하는데 몰드를 사용하기도 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 구조층(104)의 프리즘의 계곡(106) 바닥면이 지지층(102)의 표면에 있지 않고, 지지층 표면에서 d 만큼 떨어져 아크릴로 채워져 있다. 일반적으로, d를 계곡바닥두께라 하고 그 크기는 0.3~3㎛ 정도이다. 바닥두께 를 얻으려면 경화과정중에 여러 요인들을 조절하여 구조면을 형성해야 한다. 제조과정에서의 태생적인 한계 때문에 계곡바닥두께 d를 일정하게 하기가 상당히 어렵다고 한다. 미국특허 11/637,802에서는 휘도향상 필름의 불균일부인 광학결함이 구조층의 계곡바닥두께가 일정치 않은데서 기인한다고 한다. 이런 현상은 기존의 휘도향상필름에서 쉽게 볼 수 있는데, 이 필름을 통해 투사된 평판형 광원에서 어두운 그림자나 선이 반복적으로 보인다.
제조조건이나 환경상태나 취급과정의 영향을 받는 제조과정중에 생긴 광학결함의 결과 구조층의 몇군데 위치에서는 계곡바닥두께가 전혀 없을 수도 있고, 이곳에서는 지지층 위에 수지가 없어 지지층이 노출된다. 이런 위치 때문에 표시된 영상에 광학적 모양이 생기고, 이 모양이 육안에는 백색점이나 백색선 형태로 보인다. 이 모양은 주변부와의 높은 콘트라스트 때문에 쉽게 보인다. 예를 들어, 도 1의 백색선 결함(108)은 양쪽 프리즘 사이에 계곡바닥두께가 없는 폭 5㎛, 길이 620㎛ 정도의 틈새로서, 몰드를 이용한 복제과정에서 생긴다. 또, 백색점 결함(109)은 계곡을 따라 계곡바닥두께가 없는 구멍으로서, 몰드에서 구조층을 박리할 때 몰드 표면에 아크릴 수지가 들러붙어 생긴다. 구멍이 일렬로 배열되어 영상에서는 백색선 결함으로 보이는 결함도 있다.
한편, 부주의한 취급으로 프리즘의 정상이나 계곡이나 패시트(facet; 프리즘 양쪽 면)에 흠집이나 홈과 같은 파손이 있을 수도 있다. 다른 물리적 조건이나 구조적 결함에 의해 지지층이 노출되거나 프리즘의 계곡이나 정상이나 패시트가 균열되거나 홈이 생길 수도 있고, 몰딩과정중에 유입된 이물질을 구조층에서 떼어낼 때 생기기도 한다.
화질을 개선하려면 휘도향상 광학기판의 외관을 향상시켜야 한다. 독립된 결함은 아무리 작아도 눈에 쉽게 띄인다. 광학결함을 극복하는 여러 방법이 있는데, 한가지 방법은 청정실에서 극도의 주의를 기울여 제조하는 방법이 있지만, 이 방법에서는 수율은 떨어지고 제작비는 크게 증가한다. 디스플레이에 디퓨저를 배치하는 방법도 있는데, 디퓨저는 매트 모양의 구조를 가져 많은 결함을 가리므로 생산성은 높이지만, 사용되는 부품이 많으며 디스플레이의 부피와 무게를 증가시킨다.
따라서, 휘도를 개선하면서도 영상의 화질에 미치는 구조적 결함의 영향은 낮추는 광학기판이 필요하다.
발명의 요약
본 발명은 화질에 미치는 구조적 결함의 영향은 낮추면서도 휘도는 개선하는 구조면을 갖는 (지지층으로 지지되기도 하는) 광학기판을 갖춘 휘도향상 필름에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 제조과정이나 취급과정에서 생겨 눈에 띄이는 광학결함을 광학기판에 형성된 구조적 불규칙부로 가릴 수 있다. 이런 구조적 불규칙부에 의한 광학효과로 광학적 결함들을 혼합하면, 영상에서 광학결함이 눈에 덜 띄이고 효과적으로 가릴 수 있다.
본 발명은, 광학기판을 포함하는 휘도향상 기판에 있어서:광학기판의 한쪽면은 빛이 들어가는 평탄한 입사면이고, 그 반대쪽 면은 빛이 나가는 출사면이며, 출사면에 구조적 불규칙부들이 분포되어 있어서, 광학기판에 생긴 구조적 결함때문에 사용자가 인식할 수 있는 광학결함들을 불규칙부들로 가릴 수 있는 휘도향상 기판을 제공한다.
본 발명에 있어서, 출사면에 패시트(facet)로 이루어진 프리즘 구조가 형성되고, 불규칙부들의 구조는 패시트가 아니면서 평탄한 평면부이다. 이때, 구조적 결함이 출사면의 평면부를 포함하고, 불규칙부의 구조는 구조적 결함과 같은 구조인 것이 좋다. 또는, 프리즘 구조가 정상과 계곡을 갖고 있으며, 불규칙부의 구조가 평탄한 계곡 바닥면이거나 정상 평탄면이다. 이 경우, 광학기판의 입사면을 지지층으로 지지하고, 평탄한 계곡 바닥면인 불규칙부가 (a) 지지층을 노출시키는 입사면의 개구부이거나 (b) 지지층 위로 계곡 바닥두께를 갖는 평탄한 계곡바닥면인 것이 바람직하다. 또는, 구조적 결함이 평탄한 계곡 바닥면이나 정상 평탄면일 수도 있는데, 이 경우 광학기판의 입사면을 지지층으로 지지하고, 평탄한 계곡 바닥면인 불규칙부가 (a) 지지층을 노출시키는 입사면의 개구부이거나 (b) 지지층 위로 계곡 바닥두께를 갖는 평탄한 계곡바닥면인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 전술한 불규칙부가 구조적 결함과 같은 구조를 가질 수도 있는데, 이 경우 출사면에 패시트(facet)로 이루어진 프리즘 구조가 형성되고 불규칙부들의 구조는 패시트가 아니면서 평탄한 평면부인 것이 좋다.
본 발명에 있어서, 불규칙부들이 규칙적으로나 불규칙적으로 광학기판에 분포될 수 있다. 또, 불규칙부의 구조가 상기 구조적 결함, 패시트가 아닌 평면부 또는 이들의 조합과 같은 구조일 수 있는데, 이 경우 광학기판의 입사면을 지지층으로 지지하는 것이 좋다.
또, 본 발명에서, 출사면에 패스트로 이루어진 프리즘 구조가 형성되고, 이런 프리즘 구조는 비슷한 프리즘 여러개가 출사면에 분포되어 이루어질 수도 있다. 이 경우, 프리즘이 종축선을 중심으로 대칭인 직사각형 형상을 갖는 것이 좋다.
본 발명은 또한, 영상에 맞추어 빛을 내는 디스플레이 모듈; 및 청구항 제1항의 휘도향상 기판;을 포함하는 평판 디스플레이도 제공한다.
본 발명은 또한, 이런 평판 디스플레이; 및 평판 디스플레이에 영상을 조사하되, 영상데이터에 맞게 영상을 조사하는 컨트롤러;를 포함하는 전자장치도 제공한다.
본 발명은 또한, 평판 디스플레이에 표현된 영상의 휘도를 향상시키는 방법에 있어서: 영상에 맞게 빛을 내는 디스플레이 모듈을 제공하는 단계; 및 제1항의 휘도향상 기판을 제공하는 단계; 입사면으로 빛을 받고 출사면에서 빛을 발산하여, 출사면에서 영상의 휘도를 향상시키는 단계;를 포함하는 방법도 제공한다.
본 발명은 또한, 휘도향상 기판을 제조하는 방법에 있어서: 청구항 제1항과 같은 구조를 갖는 광학기판을 형성하는 단계를 포함하는 방법도 제공한다. 이 방법에서, 광학기판을 몰딩 과정으로 형성하고, 입사면에 대응하는 몰드 표면에 구조적 불규칙부가 형성된 몰드를 사용함으로써, 몰딩과정중에 형성된 광학기판에 구조적 불규칙부를 형성하는 것이 좋다. 이 경우, 광학기판의 몰딩과정에서나 이후의 취급과정에서 생기는 구조적 결함이 예상되는 몰드 부위에 구조적 불규칙부를 형성한다. 이때, 구조적 불규칙부들이 광학기판의 단위면적당 예상되는 결함에 관련하여 구조적 불규칙부에 관련된 요인들을 고려한 몰드에 성형되고, 관련 요인으로는 (a) 불규칙부의 갯수, 치수, 크기, 형상, 타잎 및 이들의 조합과 같은 물리적 속성, (b) 불규칙부의 커버리지(예; 면적, 분포패턴, 불규칙부의 타잎의 혼합/조합); (c) 예측되는 구조적 결함에 대한 불규칙부와 물리적속성과 커버리지의 관계; 및 (d) 일반인의 눈으로 영상에서 인식할 수 있는 결함과 불규칙부의 콘트라스트와 해상도; 몰딩과정이나 이후의 취급과정중에 예상되거나 생기는 작은 광학결함을 가리도록 출사면에 구조적 불규칙부들이 존재하고, 이렇게 광학결함을 가리지 못할 정도로 불규칙부들이 존재하면, 최종 휘도향상 기판이나 휘도향상 기판을 설치한 LCD 패널에서 광학결함이 육안으로 보인다.
도 1은 종래의 휘도향상 필름의 사시도;
도 2는 본 발명에 따른 광학기판을 갖춘 LCD의 분해사시도;
도 3은 본 발명의 일례에 따른 광학기판의 구조적 출사면을 보여주는 사시도;
도 4A는 본 발명의 다른 예에 따른 광학기판의 출사면을 보여주는 사시도;
도 4B는 도 4A의 4B-4B선 단면도;
도 5는 본 발명의 또다른 예의 광학기판의 출사면을 보여주는 단면도;
도 6~7은 본 발명의 다른 예에 따른 광학기판의 출사면의 평면도;
도 8은 본 발명의 광학기판을 채택한 LCD 패널을 갖춘 전자장치의 개략도.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 2는 평판 디스플레이의 일례를 보여준다. 백라이트 LCD(10)는 LC 모듈(12), 평면광원형 백라이트 모듈(14), 및 LC 모듈(12)과 백라이트 모듈(14) 사이의 다수의 광학필름을 포함한다. LC 모듈(12)은 2장의 투명기판 사이에 끼인 액정들과, 2차원 화소배열을 정의하는 제어회로를 구비한다. 백라이트 모듈(14)은 평면형으로 빛을 분산시키는데, 도 2에서 보듯이 도광판(18) 옆에 선형 광원(16)이 배치되어 평면을 따라 빛이 퍼지는 형태를 취한다. 선형 광원(16)의 빛이 도광판(18)의 가장자리를 통해 도광판 안으로 향하도록 반사경(20)을 배치한다. 도광판은 쐐기 형태를 갖고 LC 모듈(12) 반대쪽 바닥면에 반사면이나 산란면을 형성한 것으로, LC 모듈(12)을 향한 평탄한 윗면에서 빛이 분포되는 구조이다. 도광판(18)의 표면에서 빛을 확산시키기 위해 확산필름(22,24)을 위아래로 배치한다. 또, 본 발명에 따른 구조를 갖져 빛이 수직으로 나오도록 하는 광학필름을 표면 광학기판으로 더 배치할 수 있다. 도시된 실시예에서는 본 발명에 따라 2개의 광학기판(26,28)을 배치하되, 2개 광학기판의 프리즘 구조가 서로 직교하도록 배치한다. 이런 광학필름(26,28)을 당 분야에서는 휘도향상필름, 광변향필름, 확산필름이라고도 한다. 이런 광학필름들을 통해 LC 모듈(12)로 진입한 빛은 LC 모듈(12)의 표면에 균일하게 분산되어 수직 광도가 비교적 강력해진다. 본 발명에 따른 광학기판을 LCD에 응용할 수도 있어, 예를 들어 TV, 노트북 컴퓨터, 모니터, 휴대폰, PDA 등에 적용할 수 있다.
도 3에 의하면, 본 발명의 휘도향상필름(26)은 지지층(31)에 광학기판(30)을 붙인 것이다. 도 3은 광학기판(30)의 일부를 개략적으로 보여준다. 광학기판의 입 사면(32)은 매끈하고 평탄하며, 출사면(34)은 프리즘 구조를 가져 기다랗고 동일한 프리즘블록(35)이 나란히 배치되어 있다. 프리즘블록(35)은, 후술하는 바와 같이, 인접한 것들끼리 서로 연결되어 있다. 프리즘블록(35)은 실제로는 각각의 블록을 조립한 것이 아니라 하나의 일체형 구조이므로 결합면은 없다.
본 발명의 일 실시예에서, 출사면(34)과 입사면(32)은 기판 전체에 걸쳐 서로 평행하고 백라이트 모듈의 도광판처럼 쐐기형 구조나 오목하거나 볼록한 구조를 취하지 않는다. 도 3에서는 지지층(31)의 두께가 일정하게 표현되어 있지만, 일정하지 않을 수도 있다. 도 3의 끝 부분을 확대하면 도 1의 구조와 비슷할 수 있지만, 후술하는 바와 같이 결함(40)이나 불규칙부(42)가 전혀 없다는 점에서 차이가 있다.
프리즘블록(35) 각각의 2개의 기다란 패시트(33; facet)가 만나 정상(36)을 이루고, 프리즘블록(35) 사이의 2 패시트(35)가 만나 계곡(37)을 이룬다. 이들 패시트(33)는 휘도의 개선을 위한 굴절과 반사를 할 수 있도록 입사면(32)에 대해 기울어져 있다. 패스트(33)는 비패스트와 구분된다. 비패스트란 입사면(32)에 평행한 z방향의 평탄부라 할 수 있고(뒤에 설명), 프리즘 구조의 패시트를 구성하지 않으며, 제작중에나 취급중에 생기거나 의도적으로 불규칙부를 만들어 원래의 구조적 결함에서 기인하는 광학적 결함을 가릴 수도 있는데, 이에 대해서는 뒤에 더 자세히 설명한다.
이하에서는 x, y, z의 직교좌표를 채택하여 설명한다. 도 3에서와 같이, x축은 정상과 계곡을 지나 측면 방향을 향하고, y축은 x축에 직교하여 프리즘블록(35) 의 길이방향으로 기판(30) 평면 방향이다. 프리즘블록은 규칙적이거나 불규칙적인데, 이에 대해서는 미국특허출원 11/450,145에 자세히 설명되어 있다. 도시된 실시예에서는 규칙적이다. 입사면(32)은 x-y 평면에 있다. 직사각형의 광학기판에서는 x축과 y축이 각각 기판(30)의 직교하는 변을 따라간다. z축은 x-y 축에 직교한다. 프리즘블록(35)의 끝에 있는 변들은 도 3과 같이 x-z 평면에 놓인다. y축을 따라 여러곳에서 취한 단면이 프리즘블록(35)의 횡단면이다. 또, x-y 평면은 수평이고 z 방향은 수직방향이다. 이하, 기판(30)과 지지층(31) 사이의 경계면에서 z 방향으로 측정한 길이를 정상과 계곡 사이의 높이라 한다. 정상(36)과 계곡(37)의 각도를 각각 정상과 계곡의 꼭지각이라 하고 y 방향을 따라 임의의 위치에서 x-z 평면의 횡단면을 기준으로 한다.
또, 모든 프리즘블록(35)이 서로 모양도 비슷하고 y 방향으로 단면이 일정한 것으로 도시되었다. 정상의 꼭지각도 서로 70도 내지 100도로 비슷하고, 계곡의 꼭지각도 70도 내지 110도로 서로 비슷하다. 도시된 단면은 x-z 평면에 있고, 정상과 계곡의 꼭지각은 제조문제상 라운드 처리했다. 계곡(37)의 높이는 x 방향을 따라 변하지만, y 방향으로도 변할 수 있다. 프리즘블록의 구조는 미국특허출원 11/450,145 및 11/635,802에 소개된 것과 같다.
광학기판(30)의 계곡(37) 아래에는 (도 1과 비슷하게) 두께 d의 박막층이 있어서, 지지층(31)의 표면 위로 계곡의 바닥두께를 형성하지만, 단 이곳의 구조결함(40)은 제작과정이나 취급과정에서 생기고 불규칙부(42)는 본 발명에 의해 의도적으로 형성된 것이다. 계곡의 바닥두께는 종방향이나 횡방으로 변해 0~D(예; 0.3~10 ㎛)의 두께를 갖지만, 결함(40)과 불규칙부(42)는 광학기판(30)의 재질을 덮지 않고 지지층(31)을 노출시킨다. 도 3의 실시예에서, 계곡(37)의 높이인 바닥두께는 일정하게 D이지만, 결함(40)과 불규칙부(42)는 그렇지 않다. 도 3에는 결함(40)과 불규칙부(42)가 몇개만 도시되어 있지만, 그 갯수나 형상과 크기는 사용자가 인식할 수 있는 광학결함을 충분히 가릴 수 있을 정도로 할 수 있다.
결함(40)은 의도치 않았고 독립적이고 임의적으로 광학기판의 프리즘 구조에 생성된 평탄부로서, 패시트와는 다르고 제작과정중이나 취급중에 생긴다. 예를 들어, 지지층 위에 계곡이나 정상을 따라 평탄면 형태로 생기거나, 광학기판의 입사면(32)에 개구부 형태로 생겨 지지층을 노출시킬 수도 있다. 이런 결함(40)의 형상과 크기는 다양하여 기다란 형상이나 점 형상을 취할 수 있다. 결함은 인접 프리즘블록 사이의 계곡을 따라 형성되어 인접 패시트 사이에 평평한 표면을 형성할 수도 있고, 입사면(32)에 개구부를 형성하거나, 계곡을 관통하는 구멍을 형성할 수도 있다. 결함의 특징상, 광학기판(30)과 휘도향상필름(26)에 있는 실제 결함(40)은 위에 언급한 다양한 형태의 조합을 이룰 수도 있는데, 보통 제작과정이나 취급과정에서 생긴다. 이들 결함(40)은 몰딩중에 생기거나, 형틀을 개방할 때 생기거나 마모나 마찰로 생길 수 있다.
본 발명에 따르면, 광학기판(30)내 구조적 결함으로 생긴 광학적 결함을 광학기판(30)에 구조적 불규칙부를 분산시켜 효과적으로 가릴 수 있는데, 구조적 결함은 일종의 예측 가능한 것이다. 일례로, 불규칙부(42)는 예측되는 결함부로서, 결함(40)과 비슷한 형태를 갖는다. 예컨대 일종의 평탄부(예; 평탄한 계곡바닥면, 평탄한 정상, 하부 지지층을 노출시키는 구멍 등)를 의도적으로 유도해 결함(40)을 가려 불규칙부를 갖는 원래의 결함 돌출부를 흐트릴 수 있다. 불규칙부(42)가 반드시 원래 결함(40)과 같은 형상이나 갯수일 필요는 없지만 이들 결함을 가릴 정도의 충분한 물성은 공유해야 한다. 예를 들어, 광학기판(30)에서 하부 지지층(31)을 노출시키는 개구부(예; 구멍이나 틈새)나 평탄한 계곡이나 정상도 비슷한 형상의 계곡이나 정상이나 구멍으로 가려질 수 있다. 형성된 불규칙부는 광학기판에 규칙적으로나 불규칙적으로 분산될 수 있다.
의도적으로 광학기판(30)에 만든 불규칙부(42)는 각종 형태의 패시트가 아닌 평탄부를 포함하는데, 예를 들면 다양한 형상과 크기로 입사면(32)에 형성된 개구부(예; 기다란 틈새나 원형이나 타원형의 구멍 등), 평탄한 계곡이나 정상이 있다. 비패시트 평탄 불규칙부(42)는 인접 프리즘블록 사이의 계곡을 따라 된다. 이런 불규칙부의 x방향의 폭은 0.5~200㎛ 정도이고 y 방향의 길이는 1.0㎛ 내지 500mm 정도이다. 이런 불규칙부는 규칙적으로나 불규칙적으로 광학기판에 분포된다.
도 4는 다른 불규칙부(42)를 보여주는데, 이 불규칙부는 인접 프리즘블록(35) 사이의 계곡을 따라 좁고 평탄하고 긴 띠 형태를 취한다. 여기서는 설명의 편의상 결함(40)은 표시하지 않았다. 평탄한 계곡 바닥면의 폭은 계곡을 따라 일정하고, 다른 계곡들의 폭은 동일하다. 계곡의 폭은 계곡마다 다를 수 있다. 또, 도 5와 같이 계곡의 폭과 형상이 다를 수도 있다.
도 5는 다른 불규칙부(42)의 단면도이다. 평평한 계곡 바닥면을 이루는 불규칙부(42)가 프리즘블록(35) n개마다 하나씩 분배되는데, n은 기판을 따라 변할 수 있다. 특히, 도 5A에서는 특정 폭을 갖는 계곡 바닥면의 불규칙부(42)가 프리즘블록(35) 3개마다 하나씩 배치된다. 계곡(37)의 두께는 D이다. 도 5B에서는 불규칙부(42)가 프리즘블록(35) 2~3개마다 하나씩 배치되고, 계곡(37)의 두께는 0으로서 계곡 바닥이 입사면(32)이나 지지층(31) 윗면과 일치한다.
위의 각각의 예에서는 한가지 불규칙부(42)가 일정하게 분포되어 있지만, 2가지 이상의 불규칙부를 조합할 수도 있고, 이 경우 규칙적이나 불규칙적으로 배열할 수 있다.
도 5C는 또다른 불규칙부(42)를 보여주기 위해 광학기판(30)의 y방향의 단면도로서, 각각의 계곡(37a~c)의 바닥 두께는 모두 다르다. 불규칙부(42a)는 특정 바닥두께를 갖는 계곡(37d)에 형성된 평탄부이다. 불규칙부(42b)는 2개 프리즘블록(35) 사이에서 계곡(37e)에 형성된 개구부로 이루어진 평탄부이다. 이런 개구부의 측벽은 계곡을 관통한다. 불규칙부(42c~d)는 각각 폭이 다른 계곡(37f~g)의 바닥면이다. 도 5C에 도시된 배열은 기판 표면에서 가변적이거나 반복적이다. 예를 들어, 폭은 1.5~200㎛이고, 배열이 200㎛ 내지 200mm의 범위에서 반복되거나 아닐 수 있다.
본 발명의 다른 특징은 출사면은 2차원이나 3차원적으로 변하면서 프리즘 구조가 불규칙적이고 입사면은 매끈하고 평평한 광학기판에 불규칙부를 형성하는데 있다. 일례로, 출사면과 입사면이 기판 전체에서 서로 평행하여, 쐐기형이나 오목하거나 볼록한 기판을 형성하지 않는다고 하자. 출사면의 불규칙적 프리즘 구조상 프리즘블록들을 나란히 배열하여 정상과 계곡을 형성한다. 기다란 불규칙 프리즘블 록의 패시트는 계곡과 정상 사이에 형성된다. 이런 가변적인 프리즘 구조는 다음과 같은 구조적 특징을 갖는다. 테이퍼 형태를 갖거나 폭이 좁아졌다 넓어지거나, 정상 높이가 변할 수 있다. 인접 정상, 인접 계곡 또는 인접 정상과 계곡이 일정 갯수의 프리즘블록 범위내에서 평행하지 않을 수도 있다. 인접 정상, 인접 계곡 또는 인접 정상과 계곡이 규칙적이나 불규칙적으로 평행했다가 아닐 수도 있다. 마찬가지로, 평행하지 않은 정상, 계곡 또는 정상과 계곡이 규칙적으로나 불규칙적으로 모였다가 벌어졌다가 할 수도 있다. 모든 정상이나 계곡이 동일 평면상에 놓이거나 아닐 수도 있다. 길이 방향을 따라 정상과 계곡을 가로질러 취한 단면이 일정치 않을 수도 있다. 정상 사이나 계곡 사이나 정상과 계곡 사이의 피치가 규칙적으로나 불규칙적으로 프리즘블록을 따라 가변적일 수도 있다.
출사면의 불규칙적인 프리즘 구조는 불규칙한 프리즘블록이 나란히 배열된 것일 수 있고, 이때 각각의 불규칙적 프리즘브록 여러개를 잇대어서 기다란 1열의 프리즘블록을 만들 수 있다. 일례로, 한쪽 프리즘블록의 소형 단부를 다른 프리즘 블록의 소형 단부에 연결하고, 한쪽 프리즘블록의 대형 단부는 다른 프리즘블록의 대형 단부에 연결할 수 있다. 이때는 정상과 정상, 계곡과 계곡 또는 정상과 계곡이 서로 평행하지 않다. 이런 프리즘블록의 정상과 계곡의 구조적 특징은 전술한 것과는 다를 수 있다. 인접 불규칙 프리즘블록들이 동일 길이를 갖는 불규칙 단면을 갖거나, 다른 길이를 갖는 임의의 불규칙 단면을 가질 수 있다. 한편, 각각의 프리즘블록의 패시트가 평면이거나 곡면(오목/볼록)일 수도 있다.
이런 광학기판의 구조가 미국특허출원 11/450,145에 소개되었다.
도 6~7은 이상의 특징 일부를 갖는 프리즘블록의 정상과 계곡의 평면도이다. 설명의 편의상 결함(40)은 표시하지 않았다. 도 6의 경우, 불규칙 프리즘블록들을 지그재그 형태로 배열한다. 도 7에서는 불규칙 프리즘블록들을 곡선형으로 배열한다. 도 6, 7은 휘도향상필름(26)의 광학기판(30)의 평면도로, 프리즘블록(35)의 정상(36)과 계곡(37)이 서로 평행하지 않다. 계곡(37)이나 정상(36)의 일부는 기판내에서 동일 수평면에 있지 않을 수 있으며, 한 열의 프리즘블록의 패시트가 다른 열의 프리즘블록의 패시트와 교차하기도 하며, 프리즘블록의 폭에 따라서는 패시트의 교차선의 입사면(32) 부터의 높이가 서로 다를 수도 있다. 도 6~7의 경우, 한쪽 프리즘블록(35)이 다른 프리즘블록(35)과 종횡 양쪽 방향으로 교차하기도 한다.
도 7의 경우, 하나 이상의 프리즘블록(35)의 정상(36)이나 계곡(37)이나 패시트(33)가 광학기판(30)에서 곡선(볼록/오목), 구체적으로는 웨이브 형태이다. 웨이브형 프리즘블록의 정상(36)의 꼭지각은 y 방향 단면인 x-z 평면에서 일정하거나 아닐 수 있다. 양쪽 패시트 모두 곡면형이 아니고 한쪽 패시트(33)는 곡면형이고 다른쪽 패시트(33)는 평면형일 수도 있다. 다른쪽 정상(36)은 다른 곡선을 그릴 수 있어 한가지 곡률의 단면을 취하거나, 규칙적이나 불규칙적으로 여러 곡률의 단면들을 취할 수도 있다. 도 7과 같이, 인접 프리즘블록들이 다른 곡선형이거나 웨이브형 정상을 갖거나, 패시트가 규칙적이나 불규칙적으로 여러 곡률의 단면을 가질 수 있다.
도 6~7에서, 평면 불규칙부(42)는 평면형 계곡 바닥면 형태로서 인접 프리즘블록들(35) 사이에 기다랗고 좁은 틈새에 형성된다. 프리즘블록(35)은 구간별로 길 이, 높이 및 곡률이 같거나 다를 수 있고, 양단부의 크기도 같거나 다를 수 있다. 이들 불규칙부(42)의 형상은 프리즘블록의 길이, 높이, 곡률 및 크기에 따라 변한다.
불규칙부들은 일렬로 분포된 것으로 보이지만, 규칙적으로나 불규칙적으로 다르게 분포될 수도 있다. 앞에서 설명한 여러가지 특징들을 조합할 수 있다.
본 발명에 따라 광학기판의 상대적 크기를 일례로 설명한다. 정상 높이는 10~200㎛, 계곡 높이(바닥 두께)는 0.3~10㎛, 지지층(31)의 두께는 25~1000㎛이다. 이상의 치수는 마이크로 구조임을 보여주기 위한 것이다. 예를 들면, 광학기판의 전체 크기는 폭과 길이 모두 2mm에서 10m 사이에서 변할 수 있는데, 예컨대 휴대폰의 평판 디스플레이나 TV 모니터의 대형 평판 디스플레이에 적용할 수 있다. 광학기판 표면의 프리즘블록의 크기가 반드시 전체 광학기판 크기에 맞춰 변할 필요는 없다.
이런 불규칙부의 광학적 결함 마스크 효과는 다음 요인들(예; 예상되는 결함과 관련해 광학기판의 단위면적당 평면부)에 의해 좌우된다: (a) 물리적 속성(예; 갯수, 치수, 사이즈, 형상, 타잎); (b) 불규칙부의 커버리지(예; 면적, 분포패턴, 불규칙부의 타잎의 혼합/조합); (c) 예측되는 구조적 결함에 대한 불규칙부와 물리적속성과 커버리지의 관계; 및 (d) 일반인의 눈으로 인식할 수 있는 (결함(40)이나 불규칙부(42)와 같은) 특징부의 콘트라스트와 해상도. 따라서, 광학기판에 고의로 불규칙부를 형성할 때 이런 요인들을 고려한다. (d) 항목과 관련해서는, 계곡 바닥면의 평면부로서의 결함과 같은 특징부의 주변에 대한 콘트라스트에 의해 육안으로 이런 특징부를 인식할 수 있다(예; 백색점). 또, 불규칙부가 충분하여 불규칙부를 골고루 균일하게 인식할 정도로 골고루 분산시키면 독립 결함부의 돌출을 줄일 수 있다. 또, 2개 특징부 사이의 간격이 육안 해상도보다 더 가까우면, 육안으로는 이들 특징부를 별개로 인식할 수 없을 것이다. 따라서, 불규칙부의 간격이 작을수록 혼합된 영상 모양을 만들어 결함을 가리거나 줄일 수 있다.
불규칙부를 분산시키는 목적은 출사면 전체에 불규칙부를 적절히 분배하여, 육안으로 보았을 때 표면 전체가 매끈하게 보이도록 하기 위해서이다. 불규칙부는 하나씩 별도로 보일리가 없는데, 이는 불규칙부가 너무 작아 불규칙부가 있는 부분과 없는 부분 사이의 해상도나 콘트라스트와 관련해 볼 때 시청자의 눈으로는 인식할 수 없기 때문이다. 각각의 불규칙부의 크기와 x 방향이나 y 방향으로의 불규칙부의 간격도 이런 목적으로 정해진다. 제조과정이나 차후의 취급과정중에 생기거나 예상되는 작은 광학적 결함을 충분히 가릴 정도로 불규칙부가 존재해야 하는데, 그렇지 않으면 휘도향상필름에 이런 결함이 보이거나, 또는 LCD 패널에 장착했을 때 이런 결함이 사람의 눈에 보일 수도 있다.
예를 들어, 폭 9㎛, 길이 15~40㎛ 정도의 흠집 여러개가 나란히 생겨 500㎛(10 프리즘)의 백색선 결함으로 나타날 경우, 이를 폭 5㎛, 길이 60~100㎛의 평면부들을 분산시켜 가릴 수 있다. 모든 흠집 결함들을 불규칙부와 함께 혼합해 혼합 영상을 제공하면, 이 영상은 화질이 좀더 균일한 것으로 보일 수 있다.
광학기판은 아크릴과 같은 투명재료로 만들어진다. 지지층(31)의 재료는 주로 PET를 사용하지만, 광학기판과 같은 투명재료를 사용해도 되고, 상대적으로 얇 은 광학기판(30)을 구조적으로 보강하기만 하면 된다. 광학기판(30)은 두루마리 형태로 말 수 있을 정도로 유연할 수 있고, 이를 별도의 지지층(31) 위에 놓고 붙인다. 지지층의 두께는 25~1000㎛ 정도이지만 경우에 따라서는 더 얇거나 더 두꺼울 수도 있다. 지지력 문제로 광학기판이 클수록 지지층은 두껍고 광학기판이 작을수록 지지층은 얇은 것이 일반적이지만, 반드시 그런 것은 아니다.
광학기판(30)에 생긴 불규칙부들은 미세구조를 형성하기 위한 종래 기술로 형성될 수도 있다. 예컨대, 전술한 불규칙부가 형성된 프리즘에 몰드를 형성하기 위해 경질공구를 사용하는 마이크로머시닝 기술을 포함한 여러가지 처리기술로 본 발명의 광학기판의 표면을 만들 수 있다. 이런 경질공구로는 CNC(Computer Numeric Control) 머신(예; 선반, 밀링머신, 조형기 등)에 설치된 초소형 다이아몬드 공구는 물론, 기존의 STS(Slow Tool Servo)와 FTS(Fast Tool Servo)도 있다. 미국특허 6,581,286에서는 나사가공법을 이용해 광학필름에 홈을 형성하는데 FTS 기술을 적용한 예를 들고 있다. 이런 머신들은 불규칙부를 형성하기 위해 조금씩 공구들을 움직이면서 프리즘을 만드는 것을 돕는 수단을 구비하고 있어 여러 높이의 평면 불규칙부들을 만들 수 있다. 기존의 STS나 FTS는 몰드에서 이런 불규칙부를 만들기 위해 진동을 주기 위한 초음파 진동장치를 구비할 수도 있다. 자유도 상승과 관련해 몰드에 표면을 형성하는데 이런 장치들을 사용하면, 3차원적으로 변하는 규칙적이거나 불규칙적인 프리즘과 평면부들을 광학기판에 형성할 수 있다.
원판으로 직접 광학기판을 성형하거나 전기성형하여 원판을 복제할 수도 있는데, 이런 복제품은 광학기판을 성형하는데 사용된다. 기판을 핫엠보싱(hot embossing) 가공하여 프리즘 구조를 형성하거나, 프리즘구조를 형성하는 재료를 자외선 경화시키거나 열경화시켜 프리즘구조를 형성하는데 몰드를 사용하기도 한다. 이런 몰드는 사출성형법으로 광학기판을 만드는데에도 이용된다. 기판이나 코팅재는 유기, 무기 또는 하이브리드 광투과 물질이고 현탁확산 굴절변형 입자들을 포함하기도 한다.
이상 별도의 지지층(31)으로 지지된 광학기판(30)을 예로 들어 설명했지만, 이는 어디까지나 예를 든 것일 뿐이고, 지지층(31) 없이 광학기판에 지지부가 일체로 형성된 것도 본 발명의 범위에 포함된다. 이런 지지부는 지지층(31)과 같은 특징을 갖는다.
본 발명의 광학기판은 프리즘 구조의 출사면을 포함하고, 출사면에 불규칙부가 형성되어 휘도를 향상시키고 다른 광학적 결함을 가리는데, 특히 LCD에 적용했을 때 그렇다. 본 발명의 광학기판을 사용한 LCD는 여러 전자장치에 응용된다. 도 8에 도시된 바와 같이, PDM, 휴대폰, 텔레비젼, 모니터, 휴대용 컴퓨터, 냉장고와 같은 전자장치(110)에 본 발명의 LCD(10)를 설치한다. LCD(10)는 지금까지 설명한 광학기판을 갖추고 있다. 이런 전자장치(110)는 적당한 하우징, 사용자 입력 인터페이스(116; 키보드, 키, 버튼 등), LCD(10)의 영상데이터 흐름을 조절하는 컨트롤러(112)를 포함하는데, 컨트롤러의 예로는 프로세서, AD 컨버터, 메모리, 데이터 저장장치 등이 있다. 전자장치(110)는 배터리나 외부전원 연결잭(114)과 같은 전원도 구비하는데, 이런 요소는 당 분야에 잘 알려진 것이다.

Claims (21)

  1. 광학기판을 포함하는 휘도향상 기판에 있어서:
    광학기판의 한쪽면은 빛이 들어가는 평탄한 입사면이고, 그 반대쪽 면은 빛이 나가는 출사면이며, 출사면에 구조적 불규칙부들이 분포되어 있어서, 광학기판에 생긴 구조적 결함때문에 사용자가 인식할 수 있는 광학결함들을 상기 불규칙부들로 가릴 수 있는 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 출사면에 패시트(facet)로 이루어진 프리즘 구조가 형성되고, 상기 불규칙부들의 구조는 패시트가 아니면서 평탄한 평면부인 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구조적 결함이 출사면의 평면부를 포함하고, 상기 불규칙부의 구조는 구조적 결함과 같은 구조인 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  4. 제2항에 있어서, 상기 프리즘 구조가 정상과 계곡을 갖고 있으며, 상기 불규칙부의 구조가 평탄한 계곡 바닥면이거나 정상 평탄면인 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  5. 제4항에 있어서, 광학기판의 입사면을 지지층으로 지지하고, 평탄한 계곡 바 닥면인 불규칙부가 (a) 지지층을 노출시키는 입사면의 개구부이거나 (b) 지지층 위로 계곡 바닥두께를 갖는 평탄한 계곡바닥면인 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  6. 제4항에 있어서, 상기 구조적 결함이 평탄한 계곡 바닥면이나 정상 평탄면인 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  7. 제6항에 있어서, 광학기판의 입사면을 지지층으로 지지하고, 평탄한 계곡 바닥면인 불규칙부가 (a) 지지층을 노출시키는 입사면의 개구부이거나 (b) 지지층 위로 계곡 바닥두께를 갖는 평탄한 계곡바닥면인 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 불규칙부가 구조적 결함과 같은 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 출사면에 패시트(facet)로 이루어진 프리즘 구조가 형성되고, 상기 불규칙부들의 구조는 패시트가 아니면서 평탄한 평면부인 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  10. 제1항에 있어서, 상기 불규칙부들이 규칙적으로나 불규칙적으로 광학기판에 분포된 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  11. 제1항에 있어서, 상기 불규칙부의 구조가 상기 구조적 결함, 패시트가 아닌 평면부 또는 이들의 조합과 같은 구조인 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  12. 제11항에 있어서, 광학기판의 입사면을 지지층으로 지지하는 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  13. 제1항에 있어서, 상기 출사면에 패스트로 이루어진 프리즘 구조가 형성되고, 이런 프리즘 구조는 비슷한 프리즘 여러개가 출사면에 분포되어 이루어진 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  14. 제13항에 있어서, 상기 프리즘이 종축선을 중심으로 대칭인 직사각형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 휘도향상 기판.
  15. 영상에 맞추어 빛을 내는 디스플레이 모듈; 및
    제1항의 휘도향상 기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이.
  16. 제15항의 평판 디스플레이; 및
    상기 평판 디스플레이에 영상을 조사하되, 영상데이터에 맞게 영상을 조사하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  17. 평판 디스플레이에 표현된 영상의 휘도를 향상시키는 방법에 있어서:
    영상에 맞게 빛을 내는 디스플레이 모듈을 제공하는 단계; 및
    제1항의 휘도향상 기판을 제공하는 단계;
    입사면으로 빛을 받고 출사면에서 빛을 발산하여, 출사면에서 영상의 휘도를 향상시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 휘도향상 기판을 제조하는 방법에 있어서:
    제1항과 같은 구조를 갖는 광학기판을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 광학기판을 몰딩 과정으로 형성하고, 입사면에 대응하는 몰드 표면에 구조적 불규칙부가 형성된 몰드를 사용함으로써, 몰딩과정중에 형성된 광학기판에 구조적 불규칙부를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 광학기판의 몰딩과정에서나 이후의 취급과정에서 생기는 구조적 결함이 예상되는 몰드 부위에 상기 구조적 불규칙부를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 구조적 불규칙부들이 광학기판의 단위면적당 예상되는 결함에 관련하여 구조적 불규칙부에 관련된 요인들을 고려한 몰드에 성형되고, 관련 요인으로는 (a) 불규칙부의 갯수, 치수, 크기, 형상, 타잎 및 이들의 조합과 같은 물리적 속성, (b) 불규칙부의 커버리지(예; 면적, 분포패턴, 불규칙부의 타잎의 혼합/조합); (c) 예측되는 구조적 결함에 대한 불규칙부와 물리적속성과 커버리지의 관계; 및 (d) 일반인의 눈으로 영상에서 인식할 수 있는 결함과 불규칙부의 콘트라스트와 해상도가 있으며;
    몰딩과정이나 이후의 취급과정중에 예상되거나 생기는 작은 광학결함을 가리도록 출사면에 구조적 불규칙부들이 존재하고, 이렇게 광학결함을 가리지 못할 정도로 불규칙부들이 존재하면, 최종 휘도향상 기판이나 휘도향상 기판을 설치한 LCD 패널에서 광학결함이 육안으로 보이는 것을 특징으로 하는 방법.
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