KR20100030909A - 액정표시장치용 일체형 멀티집광시트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 넓은 시야각과 고휘도 구현이 가능한 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 액정표시장치의 모듈화 공정에서의 작업공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 일체형의 멀티집광시트에 관한 것이다.
본 발명은 집광층을 상부가 절단된 다수의 피라미드 형상의 렌즈가 지지층의 수평방향과 수직방향으로 서로 인접 배열되도록 돌출형성하고, 다수의 피라미드 형상의 렌즈의 가장자리에 대응하여 반사패턴을 형성함으로써, 빛의 경로에 따른 빛의 특성에 의해 전반사영역과 집광영역 그리고 별도의 차단반사영역으로 구분되는 멀티집광시트를 형성한다.
이로 인하여, 기존에 비해 본 발명의 멀티집광시트가 2매의 집광시트를 대체할 수 있게 되므로, 보다 저렴한 비용으로 백라이트 유닛을 제작할 수 있게 되며 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기존의 사이드로브(side lobe)에 의한 광손실에 따른 광효율 감소와 시야각특성이 저하되었던 문제점을 미연에 방지하게 된다.
집광시트, 전반사, 액정표시장치

Description

액정표시장치용 일체형 멀티집광시트{One-body multi optical sheet for liquid crystal display device}
본 발명은 넓은 시야각과 고휘도 구현이 가능한 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 액정표시장치의 모듈화 공정에서의 작업공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 일체형의 멀티집광시트에 관한 것이다.
최근 정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device : FPD)로서 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel device : PDP), 전기발광표시장치(electroluminescence display device : ELD), 전계방출표시장치(field emission display device : FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(cathode ray tube : CRT)을 빠르게 대체하며 각광받고 있다.
이중에서도 액정표시장치는 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있는데, 이러한 액정표시장치는 자체 발광요소를 갖지 못하는 소자로 별도의 광원을 요구하게 된다.
이에 따라, 배면으로는 램프를 구비한 백라이트 유닛(backlight unit)이 마련되어 액정패널 전면을 향해 광을 조사하고 이를 통해서 비로소 식별 가능한 휘도의 화상이 구현된다.
일반적으로 백라이트는 빛을 발하는 광원의 위치에 따라 측광형(side type)과 직하형(direct type)으로 구분된다. 측광형은 액정패널에 대해 이의 후방의 일측면으로부터 출사된 광원의 빛을 별도의 도광판으로 굴절시켜 액정패널로 입사시키며, 직하형은 액정패널 배면으로 복수개의 광원을 직접 배치시켜 빛을 입사시킨다.
도 1은 일반적인 측광형 백라이트 유닛을 이용하는 액정표시장치모듈의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치모듈은 액정패널(10)과 백라이트 유닛(20), 그리고 서포트메인(30)과 커버버툼(50), 탑커버(40)로 구성된다.
여기서, 액정패널(10)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로써 액정층을 사이에 두고 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(12, 14)으로 구성된다. 이러한 액정패널(10)의 서로 인접한 두 가장자리를 따라서는 연결부재(미도시)를 매개로 인쇄회로기판(미도시)이 각각 연결된다.
이러한 액정패널(10) 후방으로는 백라이트 유닛(20)이 구비된다.
백라이트 유닛(20)은 서포트메인(30)의 적어도 일측 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 램프(24)와, 커버버툼(50) 상에 안착되는 백색 또는 은색의 반사판(22)과, 이러한 반사판(22) 상에 안착되는 도광판(26) 그리고 이의 상부로 개재되는 다수의 광학시트(60)를 포함한다.
그리고, 램프가이드(28)를 더욱 구비하여 램프(24)를 가이드한다.
이때, 다수의 광학시트(60)는 확산시트와 집광시트로 이루어지는데, 집광시트는 1장을 구성하여 사용할 수 있으나, 최근에는 고휘도를 구현하기 위해서는 여러장의 집광시트를 겹쳐서 사용한다.
이에 대하여 도 2를 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 2는 다수의 광학시트를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도시한 바와 같이, 다수의 광학시트(60)는 확산시트(61) 그리고 고휘도를 구현하기 위하여 제 1 및 제 2 집광시트(63, 65)가 순차적으로 위치하며, 집광시트(63, 65) 상부에 제 2 집광시트(65)의 프리즘 산(65a)의 보호를 위한 보호시트(67)가 더욱 구비된다.
여기서, 각각의 제 1 및 제 2 집광시트(63, 65)는 띠 모양으로 인접 배열됨으로써 산과 골이 반복되는 형태의 다수개의 프리즘 산(63a, 65a)이 열을 지어 지지층으로부터 돌출 배열되는데, 이러한 제 1 및 제 2 집광시트(63, 65)는 각 프리즘 산(63a, 65a) 배열이 서로 수직하게 엇갈리도록 배치한다.
따라서, 제 1 및 제 2 집광시트(63, 65)는 제 1 및 제 2 집광시트(63, 65)의 상부에 위치하는 액정패널(도 1의 10)로 광을 집광함으로써 사이드로브 감소를 통 해 광효율과 시야각 특성을 향상시키게 된다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 각 집광시트(63, 65)는 프리즘 산(63a, 65a)에 의해 크게 반사와 집광 두 가지 광특성을 나타낸다.
즉, 도 3에 도시한 바와 같이 제 1 및 제 2 집광시트(63, 65) 중 하나의 집광시트(63)로 입사되는 빛이 집광시트(63)의 하부면에 대해 수직인 선과 5°정도 기울어져 입사된다는 전제로, 집광영역(A)으로 입사된 빛은 프리즘 산(63a)에 의한 굴절을 통해 액정패널(도 1의 10) 방향으로 집광되어 실질적으로 휘도를 향상시키게 된다. 또한, 전반사영역(B)으로 입사된 빛은 프리즘 산(63a)의 표면에서의 전반사에 의해 다시 하측방향으로 반사되는 것이다.
그리고 하측방향으로 반사된 빛은 반사판(도 1의 22) 등에 의해 반사되어 집광시트(63)로 재공급되고, 이러한 빛의 순환을 통해서 광손실을 최소화하게 된다.
그러나, 이러한 집광시트(63)는 목적하는 집광과 반사이외에도 사이드로브(side lobe)에 의한 광손실이 수반되며, 이로 인해 광효율의 감소와 시야각특성의 저하를 가져오게 된다.
즉, 도면부호 C로 표시한 부분이 이 같은 사이드로브가 발생되는 영역(이하, 사이드로브영역이라 함)으로, 도 4에 도시된 바와 같이 대칭점을 중심으로 양 측면에 사이드로브가 존재하는 것을 확인할 수 있는데, 이는 빛이 집광시트(63)의 프리즘 산(63a) 표면에서 불필요한 방향으로 굴절되어 전방의 액정패널(도 1의 10)로 입사되지 못한 채 손실되어 이 영역에서 빛샘현상이 나타나는 것이다.
이에, 집광시트(63)를 2매를 사용하고, 제 1 집광시트(63)의 프리즘 산(63a) 배열과 제 2 집광시트(65)의 프리즘 산(65a) 배열이 서로 수직하게 엇갈리도록 배치함으로서, 사이드로브영역(C)을 감소 또는 제거하여 광효율과 시야각 특성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 이는 광학시트(도 2의 60)의 개수를 늘리게 됨으로써 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간이 증가되어 공정의 효율성이 저하되며, 제작 원가가 높아지는 문제점을 가져온다.
특히, 최근 액정표시장치를 경량 및 박형으로 제작하고자 하는 노력에도 불구하고, 액정표시장치의 전체적인 두께에 가장 큰 영향을 미치는 백라이트 유닛(도 1의 20)의 구성요소가 너무 많아짐에 따라 액정표시장치의 박형 및 경량을 저해하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액정표시장치의 경량 및 박형을 구현하는 동시에 액정표시장치의 모듈화과정에서 조립시간 단축 및 재료비용을 절감하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 백라이트 유닛의 사이드로브를 감소 또는 제거하여 광효율과 시야각 특성을 향상시키고, 이를 이용한 액정표시장치의 표시화면을 균일 휘도의 고품위로 구현하는 것을 제 2 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반사시트와; 상기 반사시트 상에 배치되는 램프와; 상기 램프 상부에 개재되는 확산시트와; 상기 확산시트 상부에 개재되며, 지지층과, 상기 지지층의 일면에 형성되며, 다수의 마이크로렌즈가 상기 지지층의 종방향과 횡방향으로 서로 인접 배열되도록 돌출 형성되는 렌즈층과, 상기 렌즈층이 형성된 상기 지지층의 타면에 형성되며, 상기 각각의 마이크로렌즈의 가장자리에 대응하여 형성되는 반사패턴을 포함하는 집광시트를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛을 제공한다.
이때, 상기 마이크로렌즈는 상부가 절단된 피라미드 형상이거나, 상측으로 진행될수록 면적이 줄어드는 소정의 돌출 높이를 갖는 육각 등의 다면체 또는 볼록하게 돌출된 반구 형상중 하나인 것을 특징으로 하며, 상기 반사패턴은 상기 각 마이크로렌즈의 가장자리에 대응하는 개구부를 가지는 사각테 형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 개구부는 상기 각 마이크로렌즈의 중심부와 일치하며, 상기 각 마이크로렌즈의 체면적에 대비하여 30 ~ 70%의 면적을 갖는 것을 특징으로 하며, 상기 지지층은 PMMA(polymethylmethacrylate) 또는 열가소성수지인 PET(polyethylene terephthalate)중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 렌즈층은 투명 아크릴(acryl) 계열 또는 감광성물질 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 반사패턴은 은(Ag), 알루미늄(Al), 산화실리 콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2) 또는 산화마그네슘(MgO) 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 집광시트 상부에 보호시트를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하며, 상기 램프는 다수개가 나란하게 배열되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 집광시트 배면에 도광판을 더욱 구성하며, 상기 램프는 상기 도광판의 일측 또는 양측에 배열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 지지층과; 상기 지지층의 일면에 형성되며, 다수의 마이크로렌즈가 상기 지지층 상에 종방향과 횡방향으로 서로 인접 배열되도록 돌출 형성되는 렌즈층과; 상기 렌즈층이 형성된 상기 지지층의 타면에 형성되며, 상기 각각의 마이크로렌즈의 가장자리에 대응하여 형성되는 반사패턴을 포함하는 집광시트을 제공한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 집광층을 상부가 절단된 다수의 피라미드 형상 기둥형상의 렌즈가 지지층의 수평방향과 수직방향으로 서로 인접 배열되도록 돌출형성하고, 다수의 피라미드 형상의 렌즈의 가장자리에 대응하여 반사패턴을 형성함으로써, 빛의 경로에 따른 빛의 특성에 의해 전반사영역과 집광영역 그리고 별도의 차단반사영역으로 구분되는 멀티집광시트를 형성함으로써, 이로 인하여, 기존에 비해 본 발명의 멀티집광시트가 2매의 집광시트를 대체할 수 있게 되므로, 보다 저렴한 비용으로 백라이트 유닛을 제작할 수 있게 되며 액정표시장치의 모듈화 공정에 있어서 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존의 사이드로브(side lobe)에 의한 광손실에 따른 광효율 감소와 시야각특성이 저하되었던 문제점을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치는 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120), 그리고 서포트메인(130), 커버버툼(150), 탑커버(140)로 구성된다.
먼저 액정패널(110)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서, 액정층을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(112, 114)을 포함한다.
이때, 능동행렬 방식이라는 전제 하에 비록 도면상에 명확하게 나타내지는 않았지만 통상 하부기판 또는 어레이기판이라 불리는 제 1 기판(112) 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 화소(pixel)가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(thin film transistor : TFT)가 구비되어 각 화소에 형성된 투명 화소전극과 일대일 대응 연결되어 있다.
그리고 상부기판 또는 컬러필터기판이라 불리는 제 2 기판(114) 내면으로는 각 화소에 대응되는 일례로 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러의 컬러필터(color filter) 및 이들 각각을 두르며 게이트라인과 데이터라인 그리고 박막트랜지스터 등의 비표 시요소를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)가 구비된다. 또한, 이들을 덮는 투명 공통전극이 마련되어 있다.
이 같은 액정패널(110)의 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판 같은 연결부재(116)를 매개로 게이트 및 데이터 인쇄회로기판(118)이 연결되어 모듈화 과정에서 서포트메인(130) 측면 내지는 커버버툼(150)의 배면으로 젖혀 밀착된다.
아울러 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 액정패널(110)의 두 기판(112, 114)과 액정층의 경계부분에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 배향막이 개재되고, 그 사이로 충진되는 액정층의 누설을 방지하기 위해 양 기판(112, 114)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern)이 형성된다.
이때, 제 1 및 제 2 기판(112, 114)의 외면으로는 각각 편광판(미도시)이 부착된다.
이러한 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에는 본 발명에 따른 멀티집광시트를 포함하는 백라이트 유닛(120)이 구비된다.
백라이트 유닛(120)은 서포트메인(130)의 적어도 일 가장자리 길이방향을 따라 배열되는 램프(124)와, 커버버툼(150) 상에 안착되는 백색 또는 은색의 반사판(122)과, 이러한 반사판(122) 상에 안착되는 도광판(126) 그리고 이의 상부로 개재되는 다수의 광학시트(160)를 포함한다.
그리고, 램프(124)를 가이드 하는 램프가이드(128)를 더욱 구비하는데, 램프가이드(128)는 도광판(126)을 향하는 내측이 개구된 상태로 상, 하부면과 외측면으 로 구성되어, 램프(124)의 상, 하 그리고 외측을 둘러, 램프(124)의 보호와 더불어 빛을 도광판(126) 방향으로 집중시키게 된다.
이 경우 램프가이드(128)는 반사판(122)과 일체로 이루어지는 것도 가능하다.
그리고, 램프(124)는 광원으로서, 음극전극형광램프(cold cathode fluorescent lamp)나 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp)와 같은 형광램프가 이용될 수 있다.
이때, 도광판(126)은 램프(124)로부터 입사된 빛을 여러번의 전반사에 의해 도광판(126) 내부를 진행하도록 하면서 도광판(126) 면내로 골고루 퍼지도록 하여 액정패널(110)에 면광원을 제공한다.
이러한 도광판(126)은 균일한 면광원을 공급하기 위해 배면에 특정 모양의 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 반사판(122)은 도광판(126)의 배면에 위치하여, 도광판(126)의 배면을 통과한 빛을 액정패널(110) 쪽으로 반사시킴으로써 빛의 휘도를 향상시킨다.
도광판(126) 상부의 다수의 광학시트(160)는 확산시트(161)와 멀티집광시트(200) 그리고 보호시트(167)을 포함하는데, 확산시트(161)는 도광판(126) 상부에 바로 위치하여, PET로 구성된 베이스필름과, 베이스필름 양면에 비드(bead) 등의 광확산성분을 포함하는 아크릴수지층으로 구성한다.
이러한 확산시트(161)는 도광판(126)을 통해 입사된 빛을 분산시키면서 멀티집광시트(200) 쪽으로 빛이 진행하도록 빛의 방향을 조절해주는 역할을 한다.
그리고, 멀티집광시트(200)에 의해 확산시트(161)를 통과하여 확산된 빛은 액정패널(110) 방향으로 집광된다. 이에 따라 멀티집광시트(200)를 통과하는 빛은 거의 대부분 액정패널(110)에 수직하게 진행되어 균일한 휘도 분포를 제공하게 된다.
그리고, 멀티집광시트(200)를 보호하기 위해 보호시트(167)가 멀티집광시트(200) 상부에 위치하게 된다.
이에 따라 램프(124)로부터 발한 빛은 램프가이드(128)에 의해 도광판(126)으로 가이드되어 입사된 후 액정패널(110) 방향으로 굴절되고, 확산시트(161)와 멀티집광시트(200)를 포함하는 다수의 광학시트(160)를 통과하는 동안 균일 휘도의 고품위로 가공되어 액정패널(110)에 입사되어, 이로써 액정패널(110)은 외부로 화상을 표시하게 된다.
이러한 액정패널(110)과 백라이트 유닛(120)은 탑커버(140)와 서포트메인(130) 그리고 커버버툼(150)을 통해 모듈화 되는데, 탑커버(140)는 액정패널(110)의 상면 가장자리 및 측면을 덮도록 구성한다.
또한, 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)이 안착하는 커버버툼(150)은 사각모양의 하나의 판 형상으로 이의 가장자리를 소정높이 수직 절곡하여 구성한다.
이러한 커버버툼(150) 상에 안착되며 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(120)의 가장자리를 두르며 일측 가장자리가 개구된 사각테 형상의 서포트메인(130)이 탑커버(140) 및 커버버툼(150)과 결합되어 액정표시장치(100)를 완성한다.
이때, 탑커버(140)는 케이스탑 또는 탑케이스라 일컬어지기도 하고, 서포트 메인(130)은 가이드패널 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(150)은 버텀커버 또는 하부커버라 일컬어지기도 한다.
한편, 본 발명은 1매의 멀티집광시트(200)를 사용함에도, 집광시트(도 2의 63a, 63b)를 2매 구비하여 프리즘 산(도 2의 65)이 서로 수직하게 엇갈리도록 형성하여 집광 효율을 향상 시켜야 했던 기존과 동일한 집광 효율을 갖게 된다.
즉, 멀티집광시트(200)를 이용한 백라이트 유닛(120)에서는 사이드로브에 의한 광손실이 미미하게 발견되는데, 이는 최적화된 멀티집광시트(200)를 이용하여 출사광의 사이드로브를 줄임으로써 집광효율 및 정면휘도를 향상시키기 때문이다.
구체적인 데이터를 참조하면, 첨부된 도 6은 본 발명의 멀티집광시트(200)를 이용한 백라이트 유닛(120)의 시야각에 따른 광 분포를 방위각에 따라 나타낸 그래프로서, 대다수의 빛이 90 내지 60° 범위 내로 집광되고 사이드로브에 의한 광손실이 적게 나타난다.
이로 인하여, 1매의 멀티집광시트(200)로 인하여 1매의 집광시트(도 2의 63a, 63b)를 사용하던 기존에 비해 실질적인 정면휘도 상승과 시야각 특성의 개선효과를 갖는 것을 알 수 있다.
따라서, 1매의 멀티집광시트(200)를 사용함에도, 집광시트(도 2의 63, 65)를 2매 구비하여 프리즘 산(도 2의 63a, 63b)이 서로 수직하게 엇갈리도록 형성하여 집광 효율을 향상 시켜야 했던 기존과 동일한 집광 효율을 갖게 되는 것이다.
도 7a ~ 7b는 본 발명의 실시예에 따른 멀티집광시트를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 8은 렌즈층의 각각의 피라미드 형상의 렌즈와 이에 대응하여 형성 된 반사패턴의 모습을 개략적으로 도시한 사시도이다.
또한, 도 9a ~ 9b는 본 발명의 멀티집광시트의 집광층의 다양한 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 멀티집광시트(200)는 PMMA(polymethylmethacrylate), 열가소성수지인 PET(polyethylene terephthalate) 등으로 이루어진 지지층(210)과, 지지층(210) 상부면에 빛을 액정패널(도 5의 110)을 향해 집광시키기 위한 집광층(220), 그리고 지지층(201)의 하부면에 일부 빛을 리사이클(recycle) 시키기 위한 반사층(230)으로 이루어진다.
여기서, 지지층(210)의 상부면에 구성된 집광층(220)은 투명 아크릴(acryl) 계열 수지 또는 포토레지스트(photoresist)와 같은 감광성물질로 이루어지는데, 집광층(220)은 상부가 절단된 다수의 피라미드 형상의 렌즈(223)가 지지층(210)으로부터 돌출 배열된다.
이때, 다수의 피라미드 형상의 렌즈(223)는 지지층(210)의 종방향과 횡방향으로 서로 인접 배열하며, 서로 이웃한 피라미드 형상의 렌즈(223) 사이는 빈공간이 없도록 촘촘하게 배열한다.
이렇게 다수의 피라미드 형상의 렌즈(223)를 촘촘하게 배열함으로써, 불필요한 광량의 손실을 줄일 수 있게 되어, 램프(도 5의 124)에서 발산된 빛을 액정패널(도 5의 110)에 집속할 수 있다.
이러한 피라미드 형상의 렌즈(223)로 인하여 빛이 종방향과 횡방향으로 굴절되므로, 기존의 집광시트(도 2의 63a, 63b)에 비해 발산되는 빛의 분포가 적어 멀 티집광시트(200)는 멀티집광시트(200)의 상부에 위치하는 액정패널(도 5의 110)로 빛을 집광함으로써 이를 통해서 휘도상승 효과를 갖는다.
또한, 이에 의해 시야각에 따라 색상이 다르게 보이는 휘도반전각도(brightness inversion angle)가 증가되므로 시야각이 실질적으로 확대되는 효과를 얻을 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 멀티집광시트(200)는 집광시트(도 2의 63a, 63b)를 2매 구비하여 프리즘 산(도 2의 65)이 서로 수직하게 엇갈리도록 형성하여 집광 효율을 향상 시켜야 했던 기존과 동일한 집광 효율을 갖게 되는 것이다.
이로 인하여, 기존에 비해 본 발명의 멀티집광시트(200)가 2매의 집광시트(도 2의 63a, 63b)를 대체할 수 있게 되므로, 보다 저렴한 비용으로 백라이트 유닛(도 5의 120)을 제작할 수 있게 되며 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
그리고 이 같은 본 발명에 따른 멀티집광시트(200)는 지지층(210)으로 입사된 빛이 지지층(210)의 표면에 대해 수직한 선과 5°정도의 각도로 굴절 입사됨을 전제로, 빛의 진행경로에 따른 빛의 특성에 의해 전반사영역과 집광영역 그리고 별도의 차단반사영역으로 구분된다.
이에 대하여 해당부분에서 자세히 설명하겠지만 이중 전반사영역으로 입사된 빛은 피라미드 형상의 렌즈(223) 표면에서의 굴절을 통해 입사방향으로 재 반사되고, 집광영역으로 입사된 빛은 피라미드 형상의 렌즈(223)를 투과하는 과정 중에 지지층(210)의 표면으로부터 90 내지 60° 범위 내로 집광되며, 차단반사영역으로 입사된 빛은 지지층(210)을 통과하지 못한 채 입사방향으로 재반사된다.
이때 전반사영역과 집광영역은 피라미드 형상의 렌즈(223)에 의한 자연적인 빛의 특성이지만 본 발명에 따른 멀티집광시트(200)는 특히 차단반사영역이 나타남에 특징을 두며, 이를 위해서 멀티집광시트(200)의 저면을 도시한 도 7b와 같이 빛이 입사되는 지지층(210) 배면에 은색 또는 백색의 반사패턴(232)을 형성함으로써 위의 차단반사영역을 형성할 수 있다.
또한 이 같은 차단반사영역은 일반적인 집광시트(도 1의 63a, 63b)의 사이드로브 영역에 대응되도록 반사패턴(232)을 통해 형성하는데, 이때 본 발명의 멀티집광시트(200)는 집광층(220)의 피라미드 형상의 렌즈(223)로 인하여 빛이 종방향과 횡방향으로 굴절되므로 사이드로브 영역 또한 종방향과 횡방향으로 형성되게 된다.
이에, 반사패턴(232)은 각각의 피라미드 형상의 렌즈(223)의 가장자리에 대응하여 형성함으로써, 반사패턴(232)의 전체적인 형상은 지지층(210)의 배면에 격자형태를 이루게 된다.
즉, 도 8에 도시한 바와 같이 집광층(220)의 각각의 피라미드 형상의 렌즈(223)에 대응하여 반사패턴(232)을 형성하는데, 반사패턴(232)은 피라미드 형상의 렌즈(223)의 중심부와 일치하는 개구부(235)를 가지는 사각테 형상을 이루게 된다.
한편, 개구부의 면적은 집광층(220)의 체면적, 굴절율 및 원하는 출사광의 각분포에 따라 달라질 수 있으나, 각각의 피라미드 형상의 렌즈(223)에 대하여 반사패턴(232)의 개구부(235)가 차지하는 면적이 30 ~ 70%를 이루는 것이 바람직하 다.
이는 멀티집광시트(200)의 수직 휘도값이 피라미드 형상의 렌즈(223)의 체면적에 따른 개구부(235)의 면적에 따라 달라지기 때문이다. 이에 대하여 아래 표(1)을 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
sample1 sample2 sample3
피라미드 형상의 렌즈 체면적 100㎛ 100㎛ 100㎛
개구부의 폭(W) 0.05mm 0.07mm 0.07mm
지지층의 두께(T) 0.05mm 0.05mm 0.075mm
피라미드 형상의 렌즈 면적 대비 개구부의 면적 25% 49% 49%
수직 휘도값 95.7% 97.1% 102.9%
표(1)
표(1)을 보면, 지지층(210)의 두께(T)가 동일한 경우 피라미드 형상의 렌즈(223) 체면적 대비 개구부(235)가 차지하는 면적의 비율이 클수록 멀티집광시트를 투과하는 빛의 수직 휘도값이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 피라미드 형상의 렌즈(223) 체면적 대비 개구부(235)가 차지하는 면적의 비율이 동일한 경우, 지지층의 두께가 클수록 수직 휘도값이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
이때, 보다 넓은 시야각을 구현하기 위해서는 개구부의 면적을 30 ~ 70%로 조절하거나 또는 보다 높은 정면 휘도를 구현하기 위해서는 개구부의 면적을 40 ~ 60%로 조절하여 구성할 수 있다.
여기서, 반사패턴(232)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2) 또는 산화마그네슘(MgO) 중 어느 하나의 재질로 구성한다.
그 결과 본 발명에 따른 멀티집광시트(200)는 사이드로브 현상 없이 해당 부분을 통과하는 빛이 반사패턴(232)에 의해 재 반사되는 특징을 나타낸다.
여기서, 본 발명의 멀티집광시트(200)의 집광층(220)을 상부가 절단된 피라미드 형상의 렌즈(223)로 형성하였으나, 이의 형상은 도 9a에 도시한 바와 같이 상측으로 진행할수록 면적이 줄어드는 소정의 돌출 높이를 갖는 콘(cone) 형상 또는 도 9b에 도시한 바와 같이, 액정패널(도 5의 110)을 향해 볼록하게 돌출된 반구 형상도 가능하다.
도 10은 본 발명에 따른 멀티집광시트의 단면의 일부를 나타낸 것으로, 멀티집광시트를 통과하는 빛의 경로를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 멀티집광시트(200)는 앞서 설명한 바와 같이 집광영역(A')과 전반사영역(B') 그리고 차단반사영역(N)으로 구분되는데, 집광영역(A')으로 입사된 빛은 피라미드 형상의 렌즈(223)를 투과하는 과정 중에 종방향과 횡방향으로 굴절되어 빛은 실질적으로 지지층(210) 표면으로부터 굴절되어 대략 지지층(210)의 표면으로부터 90 내지 60° 범위 내로 집광되고, 이를 통해서 실질적인 휘도상승 효과를 나타낸다.
이에, 본 발명의 멀티집광시트(200)를 1매 사용함에도 집광시트(도 2의 63, 65)를 2매 구비하여 프리즘 산(도 2의 65)이 서로 수직하게 엇갈리도록 형성하여 집광 효율을 향상 시켜야 했던 기존과 동일한 집광 효율을 갖게 되는 것이다.
그리고, 전반사영역(B')으로 입사되는 빛은 피라미드 형상의 렌즈(223) 표면에서의 굴절을 통해 입사방향으로 반사되고 그 결과 액정표시장치의 반사판(도 5의 122) 등의 의해 재 반사되는 빛의 순환작용(recycle)을 일으켜 광손실을 최소화 하게 된다.
마지막으로 차단반사영역(N)으로 입사된 빛은 반사층(230)을 통과하지 못한 채 입사방향으로 반사되고, 전반사영역(B')과 마찬가지로 액정표시장치의 반사판(도 5의 122) 등에 의해 다시 액정패널(도 5의 110) 방향으로 반사되는 빛의 순환작용을 일으켜 광손실을 최소화하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 멀티집광시트(200)는 기존의 사이드로브 영역을 차단반사영역(N)으로 변환하여, 기존의 불필요한 방향으로 굴절되어 전방의 액정패널(도 5의 110)로 입사되지 못한 채 손실되었던 빛 또한 반사판(도 5의 122)에 의해 재 반사되도록 함으로써, 사이드로브가 발생되는 것을 미연에 방지하게 된다.
도 11은도 5의 액정표시장치가 모듈화된 모습을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 기존의 액정표시장치에 비해 전체 높이가 줄어든 것을 확인 할 수 있는데 이는, 백라이트 유닛(120)의 다수의 광학시트(160)의 전체 두께가 기존의 광학시트(도 1의 29) 전체의 두께에 비해 줄어들었기 때문이다.
즉, 기존에는 확산시트(도 2의 61)와 보호시트(도 2의 67) 그리고 집광효율 향상 및 사이드로브 감소를 위하여 제 1 및 제 2 집광시트(도 2의 63a, 63b) 등 적어도 4매의 광학시트(도 2의 29)를 사용하였으나, 본 발명의 백라이트 유닛(120)의 다수의 광학시트(160)는 확산시트(161)와 멀티집광시트(200) 그리고 보호시트(167) 만을 사용함에도 기존과 동일한 집광 효율을 갖게 되므로, 본 발명의 다수의 광학시트(160)의 전체 두께는 기존에 비해 두께가 약 23% 정도 감소될 수 있다.
이로 인하여, 기존에 비해 본 발명의 멀티집광시트(200)가 2매의 집광시트(도 2의 63a, 63b)를 대체할 수 있게 되므로, 보다 저렴한 비용으로 백라이트 유닛(120)을 제작할 수 있게 되며 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
이상의 설명에서 편의상 본 발명에 따른 멀티집광시트(200)가 활용될 수 있는 액정표시장치로써 측광방식을 예로 들었지만, 이는 직하방식에도 적용될 수 있으며, 이 같은 경우 도 5에서 도광판(도 5의 126)을 삭제한 상태에서 램프(도 5의 124)를 반사판(도 5의 122) 상에 나란하게 다수개 배열하고 이의 상부로 본 발명에 실시예에 따른 멀티집광시트(200)를 개재할 수 있다.
전술한 바와 같이, 집광층(도 10의 220)을 상측으로 진행할수록 면적이 줄어드는 다수의 피라미드 형상의 렌즈(도 10의 223)가 지지층(도 10의 210)의 수평방향과 수직방향으로 서로 인접 배열되도록 돌출형성하고, 다수의 피라미드 형상의 렌즈(도 10의 223)의 가장자리에 대응하여 반사패턴(도 10의 232)을 형성함으로써, 빛의 경로에 따른 빛의 특성에 의해 전반사영역과 집광영역 그리고 별도의 차단반사영역으로 구분되는 멀티집광시트(200)를 형성한다.
이를 통해, 기존의 집광시트(도 2의 63a, 63b)에 비해 발산각 분포가 적어 멀티집광시트(200)는 멀티집광시트(200)의 상부에 위치하는 액정패널(도 5의 110) 로 빛을 집광함으로써 이를 통해서 휘도상승 효과를 갖는다.
또한, 이에 의해 시야각에 따라 색상이 다르게 보이는 휘도반전각도(brightness inversion angle)가 증가되므로 시야각이 실질적으로 확대되는 효과를 얻을 수 있다.
이로 인하여, 기존에 비해 본 발명의 멀티집광시트(200)가 2매의 집광시트(도 2의 63a, 63b)를 대체할 수 있게 되므로, 보다 저렴한 비용으로 백라이트 유닛(도 5의 120)을 제작할 수 있게 되며 액정표시장치의 모듈화 공정에서 있어서 작업 공정시간을 줄일 수 있어 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한, 기존의 사이드로브(side lobe)에 의한 광손실에 따른 광효율 감소와 시야각특성이 저하되었던 문제점을 미연에 방지하게 된다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은 일반적인 측광형 백라이트 유닛을 이용하는 액정표시장치모듈의 단면도.
도 2는 다수의 광학시트를 개략적으로 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 집광시트를 통과하는 빛의 경로를 개략적으로 도시한 단면도.
도 4는 기존의 집광시트를 이용한 백라이트 유닛의 시야각에 따른 휘도 분포도와 광 분포를 방위각에 따라 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 도시한 분해사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멀티집광시트를 이용한 백라이트 유닛의 시야각에 따른 휘도 분포도와 광 분포를 방위각에 따라 나타낸 그래프.
도 7a ~ 7b는 본 발명의 실시예에 따른 멀티집광시트를 개략적으로 도시한 사시도.
도 8은 렌즈층의 각각의 피라미드 형상의 렌즈에 대응하여 형성된 반사패턴의 모습을 개략적으로 도시한 사시도.
도 9a ~ 9b는 본 발명의 멀티집광시트의 집광층의 다양한 구조를 개략적으로 도시한 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 멀티집광시트의 단면의 일부를 나타낸 것으로, 멀티집광시트를 통과하는 빛의 경로를 개략적으로 도시한 단면도.
도 11은 도 5의 액정표시장치가 모듈화된 모습을 개략적으로 도시한 단면도.

Claims (11)

  1. 반사시트와;
    상기 반사시트 상에 배치되는 램프와;
    상기 램프 상부에 개재되는 확산시트와;
    상기 확산시트 상부에 개재되며, 지지층과, 상기 지지층의 일면에 형성되며, 다수의 마이크로렌즈가 상기 지지층의 종방향과 횡방향으로 서로 인접 배열되도록 돌출 형성되는 렌즈층과, 상기 렌즈층이 형성된 상기 지지층의 타면에 형성되며, 상기 각각의 마이크로렌즈의 가장자리에 대응하여 형성되는 반사패턴을 포함하는 집광시트
    를 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는 상부가 절단된 피라미드 형상이거나, 상측으로 진행될수록 면적이 줄어드는 소정의 돌출 높이를 갖는 육각 등의 다면체 또는 볼록하게 돌출된 반구 형상중 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사패턴은 상기 각 마이크로렌즈의 가장자리에 대응하는 개구부를 가지는 사각테 형상인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 각 마이크로렌즈의 중심부와 일치하며, 상기 각 마이크로렌즈의 체면적에 대비하여 30 ~ 70%의 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지층은 PMMA(polymethylmethacrylate) 또는 열가소성수지인 PET(polyethylene terephthalate)중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈층은 투명 아크릴(acryl) 계열 또는 감광성물질 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사패턴은 은(Ag), 알루미늄(Al), 산화실리콘(SiO2), 산화티타늄(TiO2) 또는 산화마그네슘(MgO) 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광시트 상부에 보호시트를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 램프는 다수개가 나란하게 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광시트 배면에 도광판을 더욱 구성하며, 상기 램프는 상기 도광판의 일측 또는 양측에 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  11. 지지층과;
    상기 지지층의 일면에 형성되며, 다수의 마이크로렌즈가 상기 지지층 상에 종방향과 횡방향으로 서로 인접 배열되도록 돌출 형성되는 렌즈층과;
    상기 렌즈층이 형성된 상기 지지층의 타면에 형성되며, 상기 각각의 마이크로렌즈의 가장자리에 대응하여 형성되는 반사패턴
    을 포함하는 집광시트.
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