KR20090086759A

KR20090086759A - 정면 휘도가 개선된 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산을갖는 프리즘 시트, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치

Info

Publication number: KR20090086759A
Application number: KR1020080012210A
Authority: KR
Inventors: 윤기철; 안지수; 강상미; 변길석; 김성중
Original assignee: 삼성정밀화학 주식회사
Priority date: 2008-02-11
Filing date: 2008-02-11
Publication date: 2009-08-14
Also published as: CN101546000A; JP2013178572A; TW200949304A; JP2009187011A

Abstract

정면 휘도가 개선된 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산을 갖는 프리즘 시트, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치가 개시된다. 개시된 프리즘 시트는, 투명기판 및 상기 투명기판 상에 배치된 것으로 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산을 구비하고, 상기 길이방향 웨이브 패턴은 상기 프리즘 산의 높이가 길이에 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 변화하도록 형상화되고, 상기 길이방향 웨이브 패턴의 반복 주기는 상기 프리즘 산의 평균 높이의 50 내지 100배인 것을 특징으로 한다.

따라서, 개시된 프리즘 시트는 생산 수율을 향상시킬 수 있고, 이를 채용한 백라이트 유니트와 액정표시장치는 정면 휘도가 개선되고 침윤 현상과 모아레 현상을 방지할 수 있다.

Description

정면 휘도가 개선된 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산을 갖는 프리즘 시트, 이를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비한 액정표시장치{Prism sheet having lengthwise wave patterned prisms with improved front brightness, back light unit having the prism sheet, and liquid crystal display device having the back light unit}

본 발명은 프리즘 시트, 상기 프리즘 시트를 채용한 백라이트 유니트, 및 상기 백라이트 유니트를 구비하는 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소정의 반복주기를 갖는 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산을 구비함으로써 생산수율을 증가시킬 수 있는 프리즘 시트와, 상기 프리즘 시트를 채용함으로써 정면 휘도가 개선되고 침윤 현상과 모아레 현상을 방지할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.

최근, 박형화, 소형화 및 저소비전력화 등이 요망되는 노트북 컴퓨터, 텔레비전 또는 휴대전화 등에 사용되는 평판 표시장치(Flat panel display device)로서, 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel: PDP), 전계방출 디스플레이 장치(field emission display device: FED), 박막 트랜지스터 액정표시장치(thin film transistor liquid crystal display device: TFT-LCD) 등이 개발되었고, 이들 중 색 재현성이 우수하고 박형인 액정표시장치가 가장 활발히 연구되고 있다.

상기 평판 표시장치 중 PDP 및 FED는 자체적으로 발광할 수 있으나, 액정표시장치는 그 자체로는 발광체가 아니기 때문에, 보조광원인 백라이트 유니트를 이용하여 광을 조사함으로써 화상 표시가 가능하도록 되어 있다. 상기 백라이트 유니트는 광을 조사하되, 화면 전체를 균일하게 조사해야 한다는 요구에 부응하도록, 엣지형 또는 직하형이라고 불리는 면광원의 구조를 가진다.

도 1은 엣지형 광원을 갖는 종래기술에 따른 백라이트 유니트를 도시한 분리 사시도이다.

도 1을 참조하면, 엣지형 광원을 갖는 종래기술에 따른 백라이트 유니트(10)는, 광원(11), 상기 광원(11)으로부터 발광되는 광을 안내하는 도광판(12), 도광판(12)의 하부에 배치되는 반사시트(13), 도광판(12)의 상부에 배치되는 확산시트(14), 확산시트(14)의 상부에 배치되는 프리즘 시트(15), 및 프리즘 시트(15)의 상부에 배치되는 보호시트(16)를 포함한다. 또한, 백라이트 유니트의 광원(11) 외부에는 광원 커버(11a)가 배치되어 있다. 또한, 여기에서는 비록 도시되지 않았지만, 상기 백라이트 유니트(10) 상에 액정표시패널과 반사방지층이 차례로 적층되어 액정표시장치를 구성하게 된다. 또한, 상기 액정표시패널의 상하 양면에 각 1장씩 2장의 편광판이 더 배치되게 된다.

광원(11)은 광을 발생시키는 것으로, 선광원 램프 또는 면광원 램프, CCFL 또는 LED 등 다양한 광원들이 사용될 수 있다.

도광판(12)은 광원(11)에서 발생된 광을 확산시트(14)로 가이드하는 것으로서, 직하형 광원을 채택하는 경우에는 생략 가능하다.

반사시트(13)는 광원(11)에서 발생된 광을 반사시켜 확산시트(14)의 방향으로 공급하는 역할을 수행한다.

확산시트(14)는 도광판(12)을 통해 입사되는 광을 확산 및 산란시켜 프리즘 시트(15)로 공급하는 역할을 수행한다.

프리즘 시트(15)는 확산시트(14)를 통해 입사되는 광을 굴절시켜 액정표시패널(미도시)의 평면에 집광시키는 역할을 수행한다. 프리즘 시트는 높은 집광 효율, 넓은 시야각, 모아레 현상 방지, 다른 필름과의 광학적 결합(wet out) 방지 등 다양한 설계 목표에 따라 프리즘 산의 형태 및 산 경사면의 각도 등 다양한 설계치의 변형 및 조합들이 가능하며, 상업적으로 적용되고 있다. 도 1은, 그 중, 각각 상부면에 스트라이프 형태로 배열된 삼각형 모양의 프리즘 산이 형성되어 있는 2장의 프리즘 시트(15a, 15b)가 서로 직각으로 교차되게 배치된 형태로 사용된 경우를 예시한 것이다.

한편, 프리즘 시트(15)를 보호하기 위한 방안으로서, 보호시트(16)가 프리즘 시트(15)의 상부에 배치되는 것이 필수적이다.

그런데, 상기와 같은 구성을 갖는 프리즘 시트(15)는 제조시 표면이 손상되거나 그 내외부에 이물질이 혼입되는 등의 이유로 인해 불량이 되는 경우가 많다. 이와 같이 프리즘 시트(15)에 불량이 발생할 경우에, 사용자는 액정표시장치의 화질이 나쁘다는 느낌을 받게 되기 때문에 불량이 발생한 프리즘 시트(15)는 확인후 폐기되어야 한다. 이는 결국, 프리즘 시트(15)의 생산수율을 낮추는 원인이 된다.

또한, 상기와 같은 구성을 갖는 종래기술에 따른 백라이트 유니트는, 프리즘 산이 일정한 방향의 스트라이프 형상으로 배치되어 프리즘 산 패턴이 액정표시패널의 RGB 패턴과 중첩됨으로써 모아레 현상이 발생하는 문제점이 있다.

또한 이 경우, 프리즘 시트(15)의 프리즘 산의 모양이 스트라이프 형상으로 패턴화되어 있어서 각각의 프리즘 시트(15a, 15b)가 인접한 시트(15b, 16)와 접촉하는 표면적이 증가하게 되고, 이로 인해 침윤(wet-out) 현상이 발생하는 문제점이 있다. 여기서, 침윤 현상이란 두개의 표면이 서로 광학적으로 접촉하여 하나의 필름으로부터 다음 필름으로 광이 전달될 때 굴절율에 있어서의 변화가 제거되는 경우에 일어나는 현상으로서, 관찰자가 스크린 화상이 얼룩덜룩하며 수시로 변화하는 외관을 갖는 것으로 인식하게 되는 현상을 말한다. 이러한 침윤 현상은 특히, 프리즘 시트(15)와 같이 광학적 효과를 위해 입체화된 표면(즉, 프리즘 산)을 갖는 필름을 사용하는 경우에 문제가 된다.

본 발명은 소정의 반복주기를 갖는 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘을 구비함으로써 생산수율을 증가시킬 수 있는 프리즘 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 프리즘 시트를 채용한 백라이트 유니트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 백라이트 유니트를 구비함으로써 정면 휘도 가 향상되고 침윤 현상과 모아레 현상이 방지된 액정표시장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,

투명기판; 및

상기 투명기판 상에 배치된 것으로 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산을 구비하고,

상기 길이방향 웨이브 패턴은 상기 프리즘 산의 높이가 길이에 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 변화하도록 형상화되고,

상기 길이방향 웨이브 패턴의 반복 주기는 상기 프리즘 산의 평균 높이의 50 내지 100배인 프리즘 시트를 제공한다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 프리즘 산이 삼각형 형상의 단면을 가진다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 프리즘 산은 밑변의 길이가 25㎛ 내지 1mm이고, 높이가 5 내지 600㎛이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 프리즘 산은 꼭지각이 60 내지 115˚이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 프리즘 산이 아치 형상의 단면을 가진다.

또한 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 상기 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 프리즘 시트를 구비하는 백라이트 유니트를 제공한다.

또한 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 상기 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 백라이트 유니트를 구비하는 액정표시장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 소정의 반복주기를 갖는 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘을 구비함으로써 생산수율을 증가시킬 수 있는 프리즘 시트가 제공될 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 상기 프리즘 시트를 채용한 백라이트 유니트가 제공될 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 상기 백라이트 유니트를 구비함으로써 정면 휘도가 향상되고 침윤 현상과 모아레 현상이 방지된 액정표시장치가 제공될 수 있다.

이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프리즘 시트에 관하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 프리즘 시트를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 프리즘 시트와 이에 적층된 다른 광학필름을 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 프리즘 시트(25)는 투명기판(25a) 및 프리즘 산(25b)을 구비한다.

투명기판(25a)은 폴리에스테르 수지 등의 재질로 형성되어 이에 입사되는 광을 투과시키는 역할을 수행한다.

프리즘 산(25b)은 투명기판(25a)상에 배치되어 투명기판(25a)을 통해 입사되는 광을 액정표시패널(미도시)의 평면으로 집광시키는 역할을 수행한다. 프리즘 산(25b)은 투명기판(25a)과 같은 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서, 프리즘 산(25b)은 길이방향 웨이브 패턴(lengthwise wave pattern)을 갖도록 형상화된다. 구체적으로, 상기 길이방향 웨이브 패턴은 프리즘 산(25b)의 높이가 길이에 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 변화하도록 형상화된다. 이와 같이 프리즘 산(25b)을 형상화함으로써, 도 3에 도시된 바와 같이, 프리즘 시트(25)상에 적층되는 다른 광학필름(30)과 프리즘 산(25b)과의 접촉 표면적을 줄여 이물질의 혼입, 접촉에 의한 스크래치(scratch), 및 사용자의 불량 시인성을 줄여 제품의 불량률을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 침윤 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이에 관하여는 나중에 보다 상세히 설명하기로 한다.

그러나, 상기와 같이 프리즘 산(25b)의 높이를 변화시킬 경우 프리즘 시트(25)에 입사된 광이 프리즘 산(25b)의 정상부를 통과하여 출광될 때, 그 출광 위치가 다변화됨으로써 프리즘 시트(25)의 정면으로 집광되는 광량이 줄어들게 된다. 이로 인해, 상기와 같은 구성을 갖는 프리즘 시트(25)를 채용한 액정표시패널은 정면 휘도가 감소되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서, 프리즘 산(25b)은, 그 웨이브 패턴이 프리즘 산(25b)의 평균 높이(h_25b,avg)의 50 내지 100배인 반복 주기(RP)를 갖도록 형성된다. 이와 같이 프리즘 산(25b) 웨이브 패턴의 반복 주기(RP)를 한정하게 되면 프리즘 산(25b)의 웨이브 패턴으로 인한 전술한 정면 휘도 감소 효과를 어 느 정도 줄일 수 있다. 즉, 프리즘 산(25b) 웨이브 패턴의 반복 주기(RP)가 50이상이 되면 그렇지 않은 경우에 비해 출광되는 광의 방향이 규칙적으로 정면을 향하게 되므로 이러한 프리즘 시트(25)를 채용한 액정표시장치의 정면 휘도가 증가하게 된다. 그러나, 상기 반복 주기(RP)가 100을 초과하게 되면 프리즘 시트(15a, 15b)가 인접한 시트(15b, 16)와 접촉하는 표면적이 증가하게 되고, 이로 인해 침윤(wet-out) 현상이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 상기 프리즘 산(25b)은 삼각형 형상의 단면을 가지는 것이 바람직하며, 그 밑변의 길이가 25㎛ 내지 1mm이고, 높이가 5 내지 600㎛이며, 꼭지각이 60 내지 115˚이다. 여기서, 밑변이란 프리즘 산(25b)의 두께방향 단면에 있어서 투명기판(25a)의 평면과 접하는 프리즘 산(25b)의 한 변을 의미하고, 꼭지각이란 프리즘 산(25b)의 두께방향 단면에 있어서 상기 밑변과 마주보는 프리즘 산(25b)의 각을 의미한다. 프리즘 산(25)의 단면 형상, 크기 및 꼭지각이 상기 범위를 벗어나면 정면 휘도가 저하되고 시야각이 좁아져서 바람직하지 않다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 프리즘 산(25b)은 사각형, 오각형, 아치 형상 등 다른 다양한 형상의 단면을 가질 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산(25b)이 생산 수율을 증가시키고 침윤 현상을 방지하는 원리에 관하여 상세히 설명한다.

도 3을 참조하면, 프리즘 시트(25)의 상부표면(S)은 표면 접촉부(C)에서 광학필름(30)과 광학적으로 접촉한다. 여기서, 광학필름(30)은 편광판(미도시)에 포함된 필름일 수 있다.

본 실시예에서는 프리즘 산(25b)이 전술한 바와 같이 길이에 따라 높이가 연속적으로 또는 불연속적으로 변화하도록 길이방향 웨이브 패턴으로 형상화되어 있어서 프리즘 산(25b)의 표면(S) 중 표면 접촉부(C)가 비접촉부(즉, C를 제외한 S부)에 비해 매우 작다. 따라서, 대부분의 광(L1)은 상기 비접촉부로부터 출광된 후 프리즘 시트(25)와 공기층(A) 사이의 계면에서 굴절되어 공기층(A)을 거쳐 광학필름(30)으로 입사된다. 반면에, 나머지 소량의 광(L2)은 거의 굴절되지 않은 상태로 표면 접촉부(C)를 통과하여 광학필름(30)으로 입사되지만, 그 양이 매우 적어서 관찰자들이 표면 접촉부(C)의 투과특성이 주위영역(즉, 공기층(A))과 다른 것으로 인식하지 않게 되고, 결과적으로 그 부분(C)을 비정상 또는 결함이 있는 부분으로 인식하지 않게 된다. 또한, 프리즘 산(25b)이 길이방향 웨이브 패턴으로 형상화됨으로써 액정표시패널(미도시)의 RGB 패턴과의 광학적 중첩이 감소하거나 배제되어 모아레 현상이 감소하거나 방지되는 효과도 얻을 수 있다.

아울러, 표면 접촉부(C)가 비접촉부에 비해 매우 적기 때문에 표면 접촉부(C)로의 이물질의 혼입량이 감소할 뿐만 아니라 표면 접촉부(C)에서 발생하는 스크래치도 감소하여 제품 불량률이 전체적으로 감소하게 된다. 또한, 프리즘 산(25b)의 높이가 다양하게 변화하기 때문에 출광 위치가 다변화되어 사용자는 제품 불량이 있더라도 이를 명확하게 시인하지 못하게 되고, 이는 결과적으로 불량 제품을 폐기 처분하지 않고도 그대로 사용할 수 있게 하여 제품 불량률을 낮추는 요인이 된다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로 만 한정되는 것은 아니다.

실시예

도 2와 유사한 구성을 갖는 프리즘 시트에 대하여 하기와 같이 시뮬레이션 테스트를 수행함으로써 길이방향 웨이브 패턴의 반복 주기에 따른 정면 휘도의 변화를 조사하여 도 4에 나타내었다.

(사용한 시뮬레이션 소프트웨어)

컴퓨터 시뮬레이션을 위한 소프트웨어로서 Optical Research Association 사의 LightTools 6.0을 사용하였다.

(시뮬레이션 파라미터)

● Number of Ray: 3,000,000 Rays

● Ray Power Threshold: 0.001

● Source Total Power: 1 lumen

● Angular distribution of Source: Lambertian

(대상 프리즘 시트)

● 가로 x 세로: 12.7cm x 8.89cm

● 프리즘 산의 높이: 24.5~26.5㎛

● 프리즘 산의 밑변의 길이: 49~53㎛

● 길이방향 웨이브 패턴의 반복 주기: 1,000㎛, 1,500㎛

● 투명기판의 굴절율: 1.667

● 프리즘 산의 굴절율: 1.48~1.62의 범위에서 조절됨(Increment: 0.03)

● Reference: 3M사의 Vikuiti BEF III 10T-22-DIAG

도 4를 참조하면, 길이방향 웨이브 패턴의 반복 주기가 1,000㎛(프리즘 산의 평균 높이: 25㎛, 상기 평균 높이의 40배)에서 1,500㎛(상기 평균 높이의 60배)로 상승함에 따라 정면 휘도가 상승하였다는 사실을 알 수 있다. 구체적으로, 상기 반복주기가 프리즘 산의 평균 높이의 40배에서 60배로 증가했을 때, 정면 휘도는 약 1.5% 증가한 것으로 나타났다.

이상에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 엣지형의 광원을 갖는 종래기술에 따른 백라이트 유니트를 도시한 분리 사시도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 프리즘 시트를 도시한 사시도이다.

도 3은 도 2의 프리즘 시트와 이에 적층된 다른 광학필름을 도시한 단면도이다.

도 4는 도 2와 유사한 구성을 갖는 프리즘 시트에 대하여 시뮬레이션 테스트를 수행함으로써, 길이방향 웨이브 패턴의 반복 주기에 따른 정면 휘도의 변화를 조사한 결과를 막대 그래프로 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 백라이트 유니트 11: 광원

12: 도광판 13: 반사시트

14: 확산시트 15, 25: 프리즘 시트

16: 보호시트 25a: 투명기판

25b: 프리즘 산 25c: 확산부

30: 광학필름 L1, L2: 광

RP: 프리즘 산 웨이브 패턴의 반복 주기

A: 공기층

Claims

투명기판; 및

상기 투명기판 상에 배치된 것으로 길이방향 웨이브 패턴의 프리즘 산을 구비하고,

상기 길이방향 웨이브 패턴은 상기 프리즘 산의 높이가 길이에 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 변화하도록 형상화되고,

상기 길이방향 웨이브 패턴의 반복 주기는 상기 프리즘 산의 평균 높이의 50 내지 100배인 프리즘 시트.
제1항에 있어서,

상기 프리즘 산이 삼각형 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
제2항에 있어서,

상기 프리즘 산은 밑변의 길이가 25㎛ 내지 1mm이고, 높이가 5 내지 600㎛인 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
제2항에 있어서,

상기 프리즘 산은 꼭지각이 60 내지 115˚인 것을 특징으로 하는 프리즘 시 트.
제1항에 있어서,

상기 프리즘 산이 아치 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 프리즘 시트를 구비하는 백라이트 유니트.
제6항에 따른 백라이트 유니트를 구비하는 액정표시장치.