KR20090126531A

KR20090126531A - 광학 필름, 상기 광학 필름을 구비한 백라이트 유닛, 및상기 백라이트 유닛을 구비한 ｌｃｄ 장치

Info

Publication number: KR20090126531A
Application number: KR1020080052667A
Authority: KR
Inventors: 김영찬; 민지홍; 권진혁; 이문규; 이종훈
Original assignee: 삼성전자주식회사; 영남대학교 산학협력단
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-12-09
Also published as: KR101541279B1

Abstract

본 발명은, 광투과 가능한 물질로 이루어진 베이스층; 상기 베이스층의 일 측면에 배열된 복수의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이층; 상기 마이크로 렌즈 어레이층과 이격되게 형성된, 상기 베이스층으로 입사되는 광을 반사하는 광반사층; 상기 마이크로 렌즈 어레이층과 마주보는 광반사층의 일 측면에 형성된, 광을 흡수하는 광흡수층; 및, 상기 복수의 마이크로 렌즈 각각의 초점 위치에 상기 광반사층 및 광흡수층을 관통하여 형성된 광투과부;를 구비한 광학 필름과, 상기 광학 필름을 구비한 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛을 구비한 LCD 장치를 제공한다.

Description

광학 필름, 상기 광학 필름을 구비한 백라이트 유닛, 및 상기 백라이트 유닛을 구비한 ＬＣＤ 장치{Optical film, back light unit including the optical film, and liguid crystal display apparatus including the back light unit}

본 발명은 평판 디스플레이 장치에 사용되는 백라이트 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집광도가 개선된 광학 필름과, 상기 광학 필름을 구비한 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛을 구비한 LCD 장치에 관한 것이다.

평판 디스플레이 장치에는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하는 발광형 장치와 외부로부터 빛을 받아 화상을 형성하는 수광형 장치가 있다. 예컨대, LCD(liquid crystal display) 장치는 수광형 평판 디스플레이 장치이다. 따라서, LCD 장치는 별도의 광원, 예컨대, 백라이트 유닛과 같은 조명장치를 필요로 한다.

이러한 백라이트 유닛은 광원을 LCD 패널의 배면에 두어 LCD 패널 전면(全面)을 직접 조광하는 직하형(direct type)과 LCD 패널의 일 측면 또는 양 측면에 광원을 배치하고 도광판이나 반사판 등에 의해 빛을 반사하여 확산하는 에지형(edge type)이 있다. 직하형은 광원을 넓은 면적에 자유롭고 효과적으로 배치할 수 있기 때문에 LCD TV와 같은 대형 디스플레이에, 에지형은 광원이 도광판의 측면 이라는 제한된 위치에 배치되나 부피를 감소시킬 수 있으므로 모니터나 휴대폰에 채용되는 중소형 디스플레이에 주로 사용된다.

LCD 패널의 액정 모드 가운데 예컨대 TN 모드의 액정은 높은 수율(收率)과 낮은 제작 비용으로 광범위하게 사용되고 있으나, 상대적으로 좁은 시야각을 갖는 것이 단점으로 지적되고 있다. 이렇게 상대적으로 좁은 시야각 문제를 완화하기 위하여 예컨대 와이드 뷰 필름(wide view film) 등의 광학 필름을 사용하기도 한다. 최근에는 LCD 패널의 전방에 광확산판을 두어 LCD 패널을 투과한 광을 확산시키는 소위 콜리메이션 LCD(Collimation LCD) 도 연구되고 있는데, 상기 콜리메이션 LCD는 백라이트 유닛으로부터 LCD 패널로 입사하는 광의 경로를 일정하게 하는, 즉 광을 집광(collimation)시켜 LCD 패널로 입사시키는 것이 중요하다.

본 발명은 집광도(集光度)가 향상된 광학 필름과, 상기 광학 필름을 구비한 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛을 구비한 LCD 장치를 제공한다.

본 발명은, 광투과 가능한 물질로 이루어진 베이스층; 상기 베이스층의 일 측면에 배열된 복수의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이층; 상기 마이크로 렌즈 어레이층과 이격되게 형성된, 상기 베이스층으로 입사되는 광을 반사하는 광반사층; 상기 마이크로 렌즈 어레이층과 마주보는 광반사층의 일 측면에 형성된, 광을 흡수하는 광흡수층; 및, 상기 복수의 마이크로 렌즈 각각의 초점 위치 에 상기 광반사층 및 광흡수층을 관통하여 형성된 광투과부;를 구비한 광학 필름을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 베이스층의 일 측면에서 상기 광투과부까지의 거리를 T, 상기 마이크로 렌즈의 두께를 h, 및 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반경을 r이라 하면, T + h = 3r 일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 렌즈 어레이층의 임의의 일 마이크로 렌즈 주변에 6개의 마이크로 렌즈(13)가 등간격으로 배열될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사층으로 입사하는 광의 입사각과 상기 반사층에서 반사되는 광의 반사각이 서로 같지 않도록, 상기 반사층의 표면이 곡면 또는 불규칙적일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광흡수층과 광반사층은 상기 마이크로 렌즈 어레이층이 형성된 상기 베이스층의 일 측면과 반대되는 측면에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광흡수층, 광반사층, 및 광투과부는 상기 베이스층 내부에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광투과부는 상기 광반사층 및 광흡수층을 관통하는 광투과공일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광투과부는 일 방향 편광은 투과시키고, 다른 방향 편광은 반사시키는 반사형 편광층을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은, 발광(發光)하는 적어도 하나의 광원; 상기 광원의 전방에 배치된, 상기 광학 필름; 및, 상기 광원의 후방에 배치된, 상기 후방으로 향하는 광을 전방으로 향하도록 반사하는 광반사면;을 구비한 백라이트 유닛과, 이를 구비한 LCD 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 상기 광원과 상기 광학 필름 사이에 광확산판(optical diffuser)을 더 구비할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광학 필름과, 상기 광학 필름을 구비한 백라이트 유닛과, 상기 백라이트 유닛을 구비한 LCD 장치를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 필름의 단면도이고, 도 2는 도 1의 광학 필름의 평면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 필름(10A)은 광투과 가능한 물질로 이루어진 필름(film) 형태의 베이스층(11)과, 상기 베이스층(11)의 일 측면에 배열된 복수의 마이크로 렌즈(13)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이층(12)과, 상기 마이크로 렌즈 어레이층(12)과 이격되게 형성되고 상기 베이스층(11)으로 입사되는 광을 반사하는 광반사층(15A)과, 상기 마이크로 렌즈 어레이층(12)과 마주보는 광반사층(15A)의 일 측면에 형성되고 광을 흡수하기 위한 광흡수층(17A)을 구비한다. 또한, 상기 복수의 마이크로 렌즈(13)의 초점 위치에 상기 광반사층(15A) 및 광흡수층(17A)을 관통하여 형성된 광투과부를 구비한다. 상기 광투과부는 상기 광반사층(15A)과 광흡수층(17A)을 관통하는 광투과공(18)이다.

상기 복수의 마이크로 렌즈(13)는 LCD 패널(70, 도 7 참조)을 향하여 광이 출사되는 상기 베이스층(11)의 전면(前面)에 부착된다. 상기 마이크로 렌즈(13)는 상기 베이스층(11) 배면(背面)의 광투과공(18)을 통하여 베이스층(11)에 입사되고, 상기 베이스층(11)의 전면(前面)을 통하여 전방(前方)으로 투사되는 광의 경로를 베이스층(11)이 형성하는 평면에 수직한 방향으로 집광(collimating)한다.

도 2를 참조하면, 광학 필름(10A)을 통한 집광도를 높이기 위하여 상기 복수의 마이크로 렌즈(13)들은 베이스층(11)의 전면(前面)에 최대한 촘촘하게 밀착 배치된다. 따라서, 임의의 일 마이크로 렌즈(13) 주변에 6개의 마이크로 렌즈(13)가 같은 간격으로 배열된다. 상기 광투과공(18)은 각 마이크로 렌즈(13)의 초점이 위치하는 중앙부에 형성된다. 각 마이크로 렌즈(13)와 이에 대응하는 광투과공(18) 사이의 거리 관계는 다음의 수학식 1과 같다.

T + h = 3r

여기서, T는 마이크로 렌즈(13)가 부착된 베이스층(11)의 일 측면에서 광투과공(18)까지의 거리를 의미하고, h는 상기 마이크로 렌즈(13)의 두께를 의미하며, r은 상기 마이크로 렌즈(13)의 곡률 반경을 의미한다.

상기 베이스층(11)은 광 투과성이 좋은 투명한 폴리머(polymer)로 이루어질 수 있고, 상기 마이크로 렌즈(13)는 유리 또는 PMMA(polymethly methacrylate) 와 같은 폴리머 계열 물질로 이루어질 수 있다.

상기 광흡수층(17A)과 광반사층(15A)은 예컨대, 마이크로 렌즈 어레이층(12) 이 형성된 베이스층(11)의 전면(前面)과 반대되는 배면(背面)에 박막(薄膜) 형태로 차례로 코팅(coating)하는 방법 등에 의해 형성된다. 도 1에 도시된 실시예에서 마이크로 렌즈(13)가 부착된 베이스층(11)의 일 측면에서 광투과공(18)까지의 거리 T는 베이스층(11)의 두께와 일치한다.

도 7은 도 1의 광학 필름을 구비한 LCD 장치의 분해 단면도이다.

도 7을 참조하면, 상기 LCD 장치(100)는 도 1의 광학 필름(10A)을 구비한 백라이트 유닛(back light unit, 50A)과, 상기 백라이트 유닛(50A)의 전방(前方)에 배치된 LCD 패널(70)을 구비한다. 상기 백라이트 유닛(50A)은 복수의 광원(52)과, 상기 광원(52)의 전방(前方)에 배치된 광학 필름(10A)과, 상기 광원(52)의 후방에 배치된 광반사면(55)과, 상기 광원(52)과 광학 필름(10A) 사이에 배치된 제1 광확산판(optical diffuser, 57)을 구비한다.

상기 광원(52)은 예컨대, LED(Light Emitting Diode) 또는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)을 포함하여 광(光)을 발(發)한다. 상기 광반사면(55)은 광원(52)의 후방으로 향하는 광을 전방으로 향하도록 반사하는 것으로, 예컨대 반사 필름을 포함할 수 있다. 상기 제1 광확산판(57)은 광원(52)으로부터 출사된 광이 광학 필름(10A)에 고르게 분산되어 입사되도록 광을 확산시켜주는 것으로, 광의 부분적인 집중으로 초래되는 소위 '핫 스폿(hot spot)'을 억제하여 준다.

상기 LCD 패널(70)은 예컨대 TN 모드 액정이 주입된 액정층(61)과, 상기 액정층(61)의 후방에 배치되고 일 방향의 편광을 투과시키는 후방 편광판(64)과, 상기 액정층(61)의 전방에 배치되고 상기 후방 편광판(64)을 통해 투과 가능한 편광 과 다른 일 방향의 편광을 투과시키는 전방 편광판(63)을 구비한다. 또한, 상기 LCD 장치(100)는 상기 LCD 패널(70)의 전방에 제2 광확산판(66)을 구비한다. 상기 제2 광확산판(66)은 LCD 패널(70)을 투과한 광의 경로를 확산시켜 시야각을 확장시킨다.

또한, 상기 백라이트 유닛(50A)에서 출사된 광의 진행 방향이 LCD 패널(70)에 직교하면 LCD 장치(100)의 명암비(contrast ratio)가 커지고, 시야각도 확장될 수 있다. 도 1을 다시 참조하면, 광원(52, 도 7 참조)의 발광(發光)으로 인해 광투과공(18) 중앙의 마이크로 렌즈(13) 초점을 거치면서 광투과공(18)으로 입사한 광(La1)은 베이스층(11)에 의해 굴절되어 상기 광투과공(18)과 짝을 이루는 마이크로 렌즈(13)로 진행하고, 상기 마이크로 렌즈(13)에 의해 집광(集光)되어 베이스층(11)이 형성하는 평면에 직교하는 방향으로 투사된다.

한편, 광투과공(18) 중앙의 마이크로 렌즈(13) 초점을 벗어난 경로를 따라 광투과공(18)으로 진입한 광(La2)은 베이스층(11)에 의해 굴절되어 광이 입사된 광투과공(18)과 짝을 이루는 마이크로 렌즈(13)로 진행하지 못하고 그에 인접한 다른 마이크로 렌즈(13)로 진행하고, 상기 마이크로 렌즈(13)에 의해 전반사(全般事)되어 광흡수층(17A)에 흡수(吸收)된다. 만약 광흡수층(17A)이 없다면 상기 전반사된 광이 광반사층(15A)에 다시 반사되어 베이스층(11)이 형성하는 평면에 직교하지 않고 사선 방향으로 투사될 수 있다. 이렇게 전방(前方)을 향한 사선 방향으로 투사되는 광은 백라이트 유닛(50A, 도 7 참조)의 집광도를 열화시킨다.

또 한편, 광원(52, 도 7 참조)의 발광(發光)으로 인해 광반사층(15A)으로 진 행하는 광(La3)은 상기 광반사층(15A)에 의해 반사되고 광원(52, 도 7 참조) 후방에 배치된 광반사면(55)에 의해 또 반사되어 다시 광학 필름(10A)으로 향한다. 이를 광의 '리사이클링(recycling)'이라고도 한다. 리사이클된 광은 광투과공(15A) 중앙의 마이크로 렌즈(13) 초점으로 입사하거나(La1 참조), 광투과공(15A)의 중앙에서 벗어난 영역으로 입사하거나(La2 참조), 광반사층(15A)에서 반사된다(La3 참조). 이 과정들은 이미 상술되었으므로 중복된 설명은 생략한다.

발명자는 도 1에 도시된 본 발명의 광학 필름(10A)과, 도 1에 도시된 광학 필름(10A)에서 광흡수층(17A)이 제거된 광학 필름의 성능을 비교하는 시뮬레이션(simulation)을 수행하였다. 이 시뮬레이션에서 광학 필름의 마이크로 렌즈(13, 도 1 참조)는 곡률 반경(r, 도 1 참조)이 0.1mm, 높이(h, 도 1 참조)가 0.01mm 로 가정하였고, 베이스층(11, 도 1 참조)의 두께(T, 도 1 참조)는 0.2mm, 광투과공(18, 도 1 참조)은 원형이며 그 반경은 0.1mm로 가정하였다.

광흡수층(17A)의 광흡수율은 100%로 가정하였고, 광반사층(15A)의 광반사율은 87% 및 95%의 두 종류로 가정하였다. 아래는 이 시뮬레이션 결과를 정리한 표이다.

구분	광학필름 투과전	비교 대상 광학필름(광흡수층 X, 광반사층 O) 투과후		본 발명 광학필름(광흡수층 O, 광반사층 O) 투과후
광반사율	-	87%	95%	87%	95%
광분포	±90°	±18°	±16°	±13.5°	±13.5°
조도	350[lm]	250[lm]	250[lm]	93[lm]	110[lm]
휘도	3500[nit]	6500[nit]	7000[nit]	5800[nit]	6400[nit]
유효광량	-	66%	68%	92%	92%

광학 필름 투과 전의 광은 조도 350[lm], 휘도 3500[nit], 광분포 ±90°의 Lambertian 광분포를 갖는다. 이러한 광이 광반사율 87%인 광반사층만 갖고 광흡수층은 갖지 않는 광학 필름을 투과하면 조도 250[lm], 휘도 6500[nit], 광분포 ±18°의 광특성을 갖게 되고, 광반사율 95%인 광반사층만 갖고 광흡수층은 갖지 않는 광학 필름을 투과하면 조도 250[lm], 휘도 7000[nit], 광분포 ±16°의 광특성을 갖게 된다. 이때, 총 출사광량 대비 반치폭(full width at half maximum) 내의 출사광량을 의미하는 유효광량은 각각 66%와 68% 이다. 이 결과는 총 출사광량의 약 1/3이 광학 필름이 형성하는 평면에 대해 직교하는 방향, 즉 정면 방향으로 출사되지 않고 광학 필름의 측면으로 출사되어 집광도와 명암비(contrast ratio)가 열화될 수 있음을 알려 준다.

이에 반하여 광반사율 87%인 광반사층과 광흡수율 100%인 광흡수층을 갖는 본 발명의 광학필름(10A, 도 1 참조)을 투과하면 조도 93[lm], 휘도 5800[nit], 광분포 ±13.5°, 유효광량 92% 의 광특성을 갖게 되고, 광반사율 95%인 광반사층(15A)과 광흡수율 100%인 광흡수층(17A)을 갖는 본 발명의 광학필름(10A, 도 1 참조)을 투과하면 조도 110[lm], 휘도 6400[nit], 광분포 ±13.5°, 유효광량 92% 의 광특성을 갖게 된다.

광흡수층이 없는 광학 필름을 투과한 광의 광특성과 비교할 때, 조도는 약 60% 수준으로 감소하였으나 휘도는 약 10% 정도만 감소하였다. 이는 광흡수층(17A)에서 흡수한 광에 의해 조도는 크게 감소하지만 상기 광흡수층(17A)에서 흡수된 광은 대부분 광학 필름의 정면으로 출사되는 광이 아닌 측면으로 출사되는 광임을 의미한다. 유효광량이 92% 에 이르는 결과도 본 발명의 광학 필름(10A)이 집광 효과가 높은 구조임을 알려준다. 광투과공(18)의 폭(a)을 좁혀서 광투과공(18)과 짝을 이루는 마이크로 렌즈(13)가 아닌 인접한 마이크로 렌즈(13)로 진행하는 광량을 줄임으로써, 유효광량을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 광학 필름(10A)에서는 광반사층(15A)의 광반사율과 무관하게 출사광의 광분포가 ±13.5°로 동일하다. 이는 광흡수층(17A)이 정면 방향이 아닌 측면 방향으로 진행하는 광을 모두 흡수하였기 때문이며, 상기 출사광의 광분포는 광투과공(18)의 폭(a)을 조절함에 의해서만 조절 가능함을 알 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 광학 필름을 도시한 단면도이고, 도 8은 도 3 또는 도 4의 광학 필름을 구비한 LCD 장치의 분해 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 광학 필름(10B, 10C)도 제1 실시예의 광학 필름(10A, 도 1 참조)과 마찬가지로 베이스층(11), 복수의 마이크로 렌즈(13)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이층(12), 광반사층(15B, 15C), 광흡수층(17B, 17C), 및 광투과공(18)을 구비한다. 한편, 제2 실시예에 따른 광학 필름(10B)의 광반사층(15B)의 표면은 편평하지 않고 굴곡이 있는 곡면이고, 제3 실시예에 따른 광학 필름(10C)의 광반사층(15C) 표면은 난반사가 발생되도록 의도적으로 형성된 불규칙적인 면이다.

도 1을 참조하여 설명한 바와 마찬가지로, 광투과공(18)의 중앙부로 입사한 광(Lb1, Lc1)은 마이크로 렌즈(13)에 의해 집광(集光)되어 베이스층(11)이 형성하는 평면에 직교하는 방향으로 투사되고, 광투과공(18)의 중앙부를 벗어난 영역으로 진입한 광(Lb2, Lc2)은 광흡수층(17B, 17C)에 흡수(吸收)된다. 광반사층(15B, 15C)으로 진행하는 광(Lb3, Lc3)은 상기 광반사층(15A)에 의해 반사되어 광의 리사이클링 과정을 수행한다. 다만, 상기 광반사층(15B, 15C)이 매끄러운 평면이 아니므로 상기 광반사면(15B, 15C)에 의해 반사된 광의 반사각과 입사각은 서로 달라지며, 광반사층(15B, 15C)에서 광의 산란 정도가 증대될 수 있다. 결국, 리사이클링되는 광의 산란 정도가 커지므로 도 8에 도시된 바와 같이 백라이트 유닛(50B)의 광학 필름(10B, 10C)과 광원(52) 사이에 광확산판(57, 도 7 참조)을 개재하지 않을 수도 있다.

도 8의 LCD 장치(200)는 도 7의 LCD 장치(100)와 마찬가지로, 액정층(61)과, 상기 액정층(61)의 후방에 배치되고 일 방향의 편광을 투과시키는 후방 편광판(64)과, 상기 액정층(61)의 전방에 배치되고 상기 후방 편광판을 통해 투과 가능한 편광과 다른 일 방향의 편광을 투과시키는 전방 편광판(63)과, 상기 LCD 패널(70)의 전방에 광확산판(66)을 구비한다. 상기 광확산판(66)은 LCD 패널(70)을 투과한 광의 경로를 확산시켜 시야각을 확장시킨다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광학 필름을 도시한 단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 광학 필름(10D)도 제1 실시예의 광학 필름(10A, 도 1 참조)과 마찬가지로 베이스층(11), 복수의 마이크로 렌즈(13)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이층(12), 광반사층(15D), 광흡수층(17D), 및 광투과공(19)을 구비한다. 한편, 제4 실시예에 따른 광학 필름(10D)의 광반사층(15D), 광흡수층(17D), 및 광투과공(19)은 베이스층(11)의 입사면에 형성된 것이 아니라, 상기 베이스층(11)의 내부에 형성된다. 이로 인해 제1 실시예의 광학 필름(10A, 도 1 참조)와 비교하여 베이스층(11)의 입사면에 입사되는 광 중에서 광투과공(19)을 통과하는 광량이 증대된다. 즉, 제1 실시예의 광학 필름(10A, 도 1 참조)의 경우에는 광투과공(18, 도 1 참조)의 폭(a)에 해당하는 영역에 입사된 광(光)만 상기 광투과공(18, 도 1 참조)을 통과할 수 있으나, 제4 실시예의 광학 필름(10D)의 경우에는 상기 폭(a)보다 넓은 영역(b)에 입사된 광이 광투과공(19)을 통과할 수 있다.

도 1을 참조하여 설명한 바와 유사하게, 광투과공(19)의 중앙부를 통과한 광(Ld1)은 마이크로 렌즈(13)에 의해 집광(集光)되어 베이스층(11)이 형성하는 평면에 직교하는 방향으로 투사되고, 베이스층(11)으로 입사하여 광투과공(19)의 중앙부를 벗어난 영역을 통하여 상기 광투과공(19)을 통과한 광(Ld2)은 광흡수층(17D)에 흡수(吸收)된다. 광반사층(15D)으로 진행하는 광(Ld3)은 상기 광반사층(15D)에 의해 반사되어 광의 리사이클링 과정을 수행한다.

도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 광학 필름을 도시한 단면도이고, 도 9는 도 6의 광학 필름을 구비한 LCD 장치의 분해 단면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 광학 필름(10E)도 제1 실시예의 광학 필름(10A, 도 1 참조)과 마찬가지로 베이스층(11), 복수의 마이크로 렌즈(13)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이층(12), 광반사층(15E), 및 광흡수층(17E)을 구비한다. 다만, 상기 제1 실시예의 광학 필름(10A, 도 1 참조)은 광투과부로서 광투과공(18, 도 1 참조)을 구비하나, 제5 실시예에 따른 광학 필름(10E)은 광투과부로서 상기 광투과공(18, 도 1 참조) 대신에 반사형 편광층(20)을 구비한다. 상기 반사형 편광층(20)은 일 방향의 편광은 투과시키고, 다른 방향의 편광은 반사시키는 기능을 갖는다.

광원(52, 도 9 참조)에서 출사되어 반사형 편광층(20)으로 입사한 광(Le-in)은 서로 직교하는 양 방향의 편광 특성을 갖지만, 반사형 편광층(20)을 통과하여 광학 필름(10E)의 전방으로 투사되는 광(Le-trans)은 일 방향의 편광 특성만을 갖게 되고, 다른 일 방향의 편광 특성을 갖는 광(Le-out)은 반사된다.

도 9를 참조하면, LCD 장치(300)는 상기 광학 필름(10E)을 구비한 백라이트 유닛(50C)과, 상기 백라이트 유닛(50C)의 전방에 배치된 LCD 패널(80)을 구비한다. 상기 백라이트 유닛(50C)은 도 7에 도시된 백라이트 유닛(50A)과 마찬가지로 복수의 광원(52)과, 상기 광원의 전방(前方)에 배치된 광학 필름(10E)과, 상기 광원(52)의 후방에 배치된 광반사면(55)과, 상기 광원(52)과 광학 필름(10A) 사이에 배치된 제1 광확산판(optical diffuser, 57)을 구비한다.

상기 LCD 패널(80)은 예컨대 TN 모드 액정이 주입된 액정층(61)과, 상기 액정층(61)의 전방에 배치되고 상기 반사형 편광층(20)을 통해 투과 가능한 편광과 다른 일 방향의 편광을 투과시키는 전방 편광판(63)을 구비한다. 또한, 상기 LCD 장치(300)는 상기 LCD 패널(80)의 전방에 제2 광확산판(66)을 구비한다. 상기 제2 광확산판(66)은 LCD 패널(80)을 투과한 광의 경로를 확산시켜 시야각을 확장시킨다. 도 7의 LCD 장치(100)와 비교하면, 도 9의 LCD 장치(300)는 백라이트 유닛(50C)으로부터 출사된 광이 일 방향으로 편광되어 있기 때문에 액정층(61) 배면에 후방 편광판(64, 도 7 참조)을 구비하지 않을 수 있다.

본 발명의 광학 필름은 출사광의 집광도가 우수하여 LCD 장치를 제조하는 데 있어 집광을 위한 광학 필름을 여러 장 사용할 필요가 없다. 따라서, 명암비(contrast ratio)가 높고 시야각도 큰 collimation LCD 장치를 저비용으로 구현할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 필름의 단면도이다.

도 2는 도 1의 광학 필름의 평면도이다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 제2 내지 제5 실시예에 따른 광학 필름의 단면도이다.

도 8은 도 도 3 또는 도 4의 광학 필름을 구비한 LCD 장치의 분해 단면도이다.

도 9는 도 6의 광학 필름을 구비한 LCD 장치의 분해 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10A ~ 10E ...광학 필름 11 ...베이스층

12 ...마이크로 렌즈 어레이층 13 ...마이크로 렌즈

15A ~ 15E ...광반사층 17A ~ 17E ...광흡수층

18, 19 ...광투과공 20 ...반사형 편광층

50A ~ 50C ...백라이트 유닛 70, 80 ...LCD 패널

Claims

광투과 가능한 물질로 이루어진 베이스층;

상기 베이스층의 일 측면에 배열된 복수의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이층;

상기 마이크로 렌즈 어레이층과 이격되게 형성된, 상기 베이스층으로 입사되는 광을 반사하는 광반사층;

상기 마이크로 렌즈 어레이층과 마주보는 광반사층의 일 측면에 형성된, 광을 흡수하는 광흡수층; 및,

상기 복수의 마이크로 렌즈 각각의 초점 위치에 상기 광반사층 및 광흡수층을 관통하여 형성된 광투과부;를 구비한 광학 필름.
제1 항에 있어서,

상기 베이스층의 일 측면에서 상기 광투과부까지의 거리를 T, 상기 마이크로 렌즈의 두께를 h, 및 상기 마이크로 렌즈의 곡률 반경을 r이라 하면, T + h = 3r 인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
제1 항에 있어서,

상기 마이크로 렌즈 어레이층의 임의의 일 마이크로 렌즈 주변에 6개의 마이크로 렌즈(13)가 등간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 광학 필름.
제1 항에 있어서,

반사층으로 입사하는 광의 입사각과 상기 반사층에서 반사되는 광의 반사각이 서로 같지 않도록, 상기 반사층의 표면이 곡면 또는 불규칙적인 면인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
제1 항에 있어서,

상기 광흡수층과 광반사층은 상기 마이크로 렌즈 어레이층이 형성된 상기 베이스층의 일 측면과 반대되는 측면에 형성된 것을 특징으로 하는 광학 필름.
제1 항에 있어서,

상기 광흡수층, 광반사층, 및 광투과부는 상기 베이스층 내부에 형성된 것을 특징으로 하는 광학 필름.
제1 항에 있어서,

상기 광투과부는 상기 광반사층 및 광흡수층을 관통하는 광투과공인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
제1 항에 있어서,

상기 광투과부는 일 방향 편광은 투과시키고, 다른 방향 편광은 반사시키는 반사형 편광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
발광(發光)하는 적어도 하나의 광원;

상기 광원의 전방에 배치된, 제1항 내지 제8항 중 어느 일 항의 광학 필름; 및,

상기 광원의 후방에 배치된, 상기 후방으로 향하는 광을 전방으로 향하도록 반사하는 광반사면;을 구비한 백라이트 유닛.
제9 항에 있어서,

상기 광원과 상기 광학 필름 사이에 광확산판(optical diffuser)을 더 구비한 백라이트 유닛.
발광(發光)하는 적어도 하나의 광원, 상기 광원의 전방에 배치된, 제1항 내지 제7항 중 어느 일 항의 광학 필름, 및 상기 광원의 후방에 배치된, 상기 후방으로 향하는 광을 전방으로 향하도록 반사하는 광반사면을 구비한 백라이트 유닛; 및,

상기 백라이트 유닛의 전방에 배치된 것으로, 액정층, 상기 액정층의 후방에 배치되고 일 방향의 편광을 투과시키는 후방 편광판, 및 상기 액정층의 전방에 배치되고 상기 후방 편광판을 통해 투과 가능한 편광과 다른 일 방향의 편광을 투과시키는 전방 편광판을 구비한 LCD 패널(liquid crystal display panel);을 구비한 LCD 장치.
제11 항에 있어서,

상기 백라이트 유닛은 상기 광원과 상기 광학 필름 사이에 광확산판(optical diffuser)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 LCD 장치.
제11 항에 있어서,

상기 LCD 패널의 전방에 광확산판을 더 구비한 LCD 장치.
발광(發光)하는 적어도 하나의 광원, 상기 광원의 전방에 배치된, 제8항의 광학 필름, 및 상기 광원의 후방에 배치된, 상기 후방으로 향하는 광을 전방으로 향하도록 반사하는 광반사면을 구비한 백라이트 유닛; 및,

상기 백라이트 유닛의 전방에 배치된 것으로, 액정층, 및 상기 액정층의 전방에 배치되고 상기 반사형 편광층을 통해 투과 가능한 편광과 다른 일 방향의 편광을 투과시키는 전방 편광판을 구비한 LCD 패널(liquid crystal display panel);을 구비한 LCD 장치.
제14 항에 있어서,

상기 백라이트 유닛은 상기 광원과 상기 광학 필름 사이에 광확산판(optical diffuser)을 더 구비한 것을 특징으로 하는 LCD 장치.
제14 항에 있어서,

상기 LCD 패널의 전방에 광확산판을 더 구비한 LCD 장치.