KR20110016819A - 복합광학시트 및 이를 이용한 백라이트 유닛 - Google Patents

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KR20110016819A
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Abstract

본 발명은 복합광학시트에 관한 것으로, 렌즈 피치가 1~30㎛인 마이크로렌즈가 규칙적으로 배열된 광학시트를 2 이상 적층 하여, 패널과의 모아레(Moire) 현상을 방지하며, 렌즈의 크기가 다른 휘도향상 시트를 형성하여 휘도를 극대화하는 것을 그 요지로 한다.

Description

복합광학시트 및 이를 이용한 백라이트 유닛{OPTICAL SHEET AND BACK LIGHT UNIT USING THE SAME}
본 발명은 액정표시소자에 사용되는 복합광학시트에 관한 것이다.
LCD는 비발광형 전자 디스플레이 소자로서 동화상의 선명하고 자연스러운 천연색상을 양질로 구현해 내기 위해 별도의 광원, 즉 백라이트(Backlight)를 구비하여야 한다. 액정 모듈의 후면에서 빛을 조사하는 일체의 복합체를 Backlight Unit(BLU)라고 하며, 이는 조사방식에 따라 직하형(Direct Type) BLU와 에지형(Edge Type) BLU의 두 가지 형태로 분류되며, 중소형 LCD 백라이트 유니트에서는 측광형 램프를 사용한 에지형(edge type)이 적용되고 있다.
도 1a을 참조하여 종래의 LCD 백라이트유닛의 구성을 개략적으로 설명한다. 도시된 바와 같이, 종래의 LCD 백라이트유닛은 광원(10), 도광판(20), 2매의 확산판(30), BEF(Brightness enhancement film)(40)을 포함하여 구성된다. 이외에도 반사판(50)과 몰드프레임(미도시), 보호시트(미도시) 등이 더 구비된다. 이러한 다수의 광학시트는 에지(edge)방식 또는 직하(direct)방식에 의해 발생된 광의 특성이 화상의 품질을 좌우하는바, 균일하고 고휘도의 특성을 가지도록 광이 출사시킬 수 있도록 하는 부품이다.
특히, LCD에서는 휘도 향상, 저 전력, 슬림(Slim)화의 구현이 가장 큰 이슈가 되고 있으며, 이를 위해 램프 수의 감소와 LED BLU가 구현되고 있다. 이러한 BLU에서의 광학 시트에서는 확산 기능과 휘도 향상 효과가 급격히 요구되고 있으며, 현재 휘도와 확산 특성을 동시에 만족시키는 시트로는 도 1b에 제시된 이미지처럼, 랜덤(Random)하게 비즈(Beads)를 분포시켜서, UV-Resin을 이용하여 성형하는 확산판(Gain Diffuse)이 사용되고 있다.
그러나 종래의 랜덤(Random) 형태의 확산판(Gain Diffuse)은 계속적인 휘도 향상 및 확산 기능의 개발에도, LCD의 저전력, 고휘도, 고 확산의 특성을 만족하기에는 부족한 부분이 있다. 이러한 이유로는 비즈(Beads)의 사이즈(Size)에 따라서 랜덤(Random) 형태로 만들어짐으로 인해서 광 특성을 제어(Control)하기가 어렵다. 이는 휘도 및 확산 특성의 가장 중요한 요소인 렌즈의 충진율과 렌즈의 Sag(렌즈높이/렌즈지름)를 컨트롤할 수가 없기 때문이다. 그래서 현재는 규칙 형태의 패턴을 구비한 확산판(Gain Diffuse)이 요구되고 있으나, 아직 대면적의 규칙 Gain Diffuse를 상용화한 곳이 거의 존재를 하지 않는다. 이는, 규칙 패턴을 적용할 경우, LCD 패널과의 반복적 주기성으로 인해서 모아레(Moire)가 발생하게 되며, 이러한 모아레(Moire)는 LCD 패널의 휘도 감소와 화면의 불균형을 야기하여, 규칙 패턴의 적용에 한계로 작용하기 때문이다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 규칙패턴의 배열을 구비한 광학시트의 렌즈의 광학설계를 통해 패널과의 모아레(Moire) 현상을 방지하며, 렌즈의 크기가 다른 휘도향상 시트를 형성하여 휘도를 극대화할 수 있는 복합광학시트를 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 피치가 1㎛~30㎛인 렌즈가 배열된 광학시트를 포함하는 복합광학시트를 제공할 수 있도록 한다.
특히, 본 발명에 따른 복합광학시트는 상기 광학시트가 적어도 2 이상 구비되는 구조로 구현될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 상기 복합광학시트는 규칙적으로 배열된 마이크로 렌즈 패턴을 구비한 적어도 하나 이상의 광학시트의 적층구조로 이루어지되, 상부에 배치되는 광학시트의 렌즈(B)와 하부에 배치되는 광학시트의 렌즈(A)의 직경비가(A/B)가 2 이상인 구조로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다수의 광학시트가 적층된 구조에서 상기 복합광학시트의 최상부에 배치되는 광학시트에 형성된 마이크로 렌즈의 피치가 1㎛~30㎛로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 복합광학시트를 구성하는 렌즈의 sag(렌즈높이/렌즈지름)의 비율이 0.3 이상 ~ 0.6 이하로 형성할 수 있다.
또한, 상기 복합광학시트를 구성하는 렌즈의 충진율은 70% 이상 95% 이하로 형성될 수 있다. 이 경우 상기 각각의 렌즈는 헤이즈(haze) 가 65% 이상 95% 이하으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 상술한 복합광학시트는 규칙 패턴을 형성하는 렌즈의 배열을 다양하게 형성하여 휘도의 향상 및 모아레 현상을 제어할 수 있다. 이를 테면, 다수의 렌즈 패턴을 구비한 광학시트를 포함하되, 인접하는 상기 렌즈 패턴의 사이에는 음각의 곡률을 가지는 굴곡부가 형성되는 구조로 형성할 수 있다.
이 경우, 상기 굴곡부의 음각의 곡률은 상기 각각의 인접하는 렌즈와 렌즈 간의 공간에 렌즈 제1 및 제2 접점과 바닥부 제1접점을 지나도록 구현할 수 있다.
또한, 상기 굴곡부는 인접한 렌즈의 외각에서 a(장축)와 b(단축)의 길이가 0.1㎛ ~ 1000㎛를 만족하는 구면 또는 비구면의 음각 곡률이 형성된 구조로 형성할 수도 있다.
또한, 상기 복합광학시트에서의 상기 렌즈의 배열은 마이크로 렌즈어레이 또는 렌티큘라 렌즈어레이로 형성될 수 있다.
나아가, 상기 각각의 렌즈의 수평 단면의 형상이 원형 또는 다각형으로 구성될 수 있으며, 또한 상기 렌즈 패턴은 피치가 1㎛~30㎛로 구현할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 광학시트 적층구조의 복합광학시트는 백라이트 유닛에 적용되어 모아레를 제거하며, 휘도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 규칙패턴의 배열을 구비한 광학시트의 렌즈의 광학설계를 통해 패널과의 모아레(Moire) 현상을 방지하며, 렌즈의 크기가 다른 휘도향상 시트를 형성하여 휘도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.
특히, 각 광학시트의 렌즈의 배열형태를 규칙화된 패턴을 사용함과 동시에, 렌즈와 렌즈 사이에 음각의 곡률을 가진 굴곡부를 형성하여, 휘선을 제거하고 광의 확산 및 분산을 증진시키며, 우수한 광균일도를 구현할 수 있도록 해 저렴한 비용으로 초박형의 LCD의 제조 단가를 줄일 수 있는 효과가 있다.
아울러, 휘선 제거를 위하여 65% 이상의 haze를 갖는 마이크로 렌즈 배열을 구현할 수 있도록 해, 광 균일도를 위해 사용되는 확산시트의 수를 줄이거나 사용하지 않음으로써, 백라이트 유닛의 제조단가의 절감과 슬림화를 구현할 수 있는 효과도 있다.
도 1a을 참조하여 종래의 LCD 백라이트유닛의 구성을 도시한 개념도이다.
도 1b는 랜덤(Random)하게 비즈(Beads)를 분포시켜서, UV-Resin을 이용하여 성형하는 확산판의 구현례를 도시한 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 복합광학시트의 일실시예의 단면을 도시한 개념도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 복합광학시트를 이용하여 LCD 픽셀에 따른 모아레 피치의 발생결과를 도시한 것이다.
도 3b는 본 발명에 따른 복합광학시트를 적용한 경우의 휘도향상결과를 도시한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 렌즈 피치가 1~30㎛인 렌즈가 배열된 광학시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합광학시트를 제공하여 모아레(Moire) 현상을 제거함과 동시에, 휘도를 극대화할 수 있는 광학시트 구조를 제공하는 것을 발명의 요지로 한다.
도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명에 따른 복합광학시트의 일실시예의 단면을 도시한 개념도이다.
본 발명에 따른 복합광학시트는 렌즈 피치가 1~30㎛인 렌즈가 배열된 광학시트를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히 상술한 렌즈의 배열구조는 렌즈 배열이 규칙적으로 배열된 광학시트를 2장 이상 적층 하여 형성됨을 그 요지로 하며, 특히 바람직한 일 실시예로서는 상부와 하부의 2장의 시트를 적층 하는 구조를 일실시예로 하여 설명하기로 한다.
본 발명에서의 복합광학시트는 상부시트 및 하부시트에 렌즈가 규칙적으로 배열된 구조의 광학시트를 구비하되, 각 광학시트의 렌즈 피치는 1㎛~30㎛를 구비하도록 형성함이 바람직하다. 즉 규칙적으로 배열된 렌즈 배열에서는 모아레 현상이 극심하게 되는데, 본 발명에 따른 렌즈 피치 1㎛~30㎛의 구간에서는 모아레 현상이 현저하게 감소하게 되는바, 그 외 피치 구간에서와는 다른 현저한 효과를 구현할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 복합광학시트가 2 매 이상의 적층구조를 가지는 경우에는 적어도 최상부의 광학시트에 형성된 마이크로 렌즈 패턴의 피치는 1㎛~30㎛가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
도시된 것처럼 본 발명에 따른 상부시트(100)는 모아레 현상을 방지하기 위한 시트 층으로 규칙적인 규격과 피치를 구비한 렌즈가 배열되며, 각 렌즈(110)는 기본적으로 상술한 1㎛~30㎛의 범위에서 형성됨이 바람직하다. 여기에서 피치란 하나의 렌즈와 이웃하는 렌즈의 중심 간의 거리(P 1)를 의미하는 것이다.
상기 상부 시트(100)의 하부에는 규칙적으로 배열되는 렌즈를 구비한 하부시트(200)가 구비되며, 이 경우에도 각 렌즈(210)의 피치(P 2)는 1㎛~30㎛의 범위에서 형성됨이 바람직하다. 다만, 하부시트는 본 발명에 따른 복합광학시트의 휘도를 극대화하기 위한 기능을 수행하는 것으로, 바람직하게는 상부 시트(100)에 형성된 렌즈의 사이즈에 비해 2배 이상의 크기로 형성됨이 바람직하다. 즉 상기 상부시트의 렌즈(B)와 하부시트의 렌즈(A)의 직경비가(A/B)가 2 이상으로 형성됨이 바람직하다.
상기 상부시트와 하부시트에 배열되는 렌즈의 sag(렌즈높이/렌즈지름)의 비율이 0.3 이상 ~ 0.6 이하로 형성됨이 바람직하며, 각 시트의 렌즈로 인한 충진율은 70% 이상 95% 이하로 형성함이 바람직하다. 이상과 같은 렌즈의 상부 및 하부층으로 구현되는 복합광학시트를 통해 상부시트에서는 모아레 현상을 제거하고, 하부시트로 인해 휘도를 극대화시키는 복합적인 기능을 구현할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 따른 복합광학시트는 규칙 패턴을 적층 한 구조로 인해 모아레 현상의 회피 및 휘도향상을 극대화할 수 있으며, 이를 통해 저전력, 친환경, 슬림화한 구조의 백라이트 유닛에 적용할 수 있게 된다.
도 3a를 참조하면, 도 3a는 본 발명에 따른 복합광학시트를 이용하여 LCD 픽셀에 따른 모아레 피치의 발생결과를 도시한 것이다.
즉, 백라이트유닛(BLU) 상부에 렌즈의 사이즈를 다양한 LCD 픽셀에 적용하여 검토한 결과, 본 발명에 따른 30㎛ 이하의 피치에서는 모아레가 거의 발생하기 않음을 확인할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 복합광학시트는 렌즈의 사이즈가 서로 다른 규칙패턴을 구비한 광학시트가 적층된 구조로서, 이를 통해 휘도의 향상결과를 도 3b를 통해 살펴보면, 종래의 확산시트(Gain diffuse)에 비해 약 8%의 휘도상승 효과가 구현되게 된다. 이는 종래의 프리즘 시트의 휘도와 동일 이상의 결과에 해당하는 효과가 구현되는 것이다.
본 발명에 따른 광학시트에 구현되는 렌즈의 규칙패턴은 다양한 형태로 구조화될 수 있다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 다른 렌즈의 규칙패턴은 동일한 크기의 렌즈가 반복하여 형성되는 구조(도 2 참조)로 형성할 수 있으며, 또는 다른 실시예로서 렌즈의 배열을 인접하는 각각의 렌즈 사이의 공간에 음각의 곡률을 가진 굴곡부가 형성된 구조로 형성할 수도 있다.
즉, 도 4에 도시된 것처럼, (a)에 도시된 각각의 렌즈의 배열은 이웃하는 렌즈 간에 이격공간을 형성하며, 이 이격 공간에 음각의 곡률을 가지는 곡률부로 형성시킬 수도 있다. 즉, 렌즈의 배열을 이격공간을 가지도록 형성하는 경우, 각각의 렌즈 간 사이의 바닥면(B)은 굴곡이 형성되지 않는 평평한 구조인바, LCD에 적용시 백라이트에서 출사되는 광이 비교적 직진으로 상기 바닥면을 투과하게 되어 출사광이 불균일(휘선)하게 나타나게 된다. 이를 위해서 본 발명에서는 본 발명은 상기의 인접하는 렌즈 사이의 공간을 가상의 수직방향의 장축 'a'와 가상의 수평방향의 단축 'b'를 가진 가상의 타원이 접하도록 형성될 경우, 각 렌즈에 접하는 렌즈 제1접점(T1)과 렌즈 제2접점(T2), 바닥부 접점(T3)에 접하도록 하고, 상기 렌즈와 가상의 타원, 바닥부를 제외한 공간을 채움으로써, 렌즈 제1접점과 렌즈 제2접점, 바닥부 접점을 지나는 음각의 곡률을 지닌 굴곡부을 형성할 수 있다.
(b) 및 (c)에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 굴곡부는, 상술한 렌즈 사이의 이격공간에 가상의 타원을 형성하되, 이 가상의 타원의 장축' a'와 단축' b'의 길이를 조절함으로써 구면 형상이 될 수도 있으며,
이러한 장축과 단축의 길이는 0.1㎛ ~ 1000㎛의 범위에서 조절됨이 바람직하다. 이는 상술한 수치를 벗어날 경우에는 실질적으로 렌즈가 가져야 하는 휘도를 만족하기가 어렵고, 이에 따른 Haze도 만족시키기 어렵기 때문이다.
즉, 렌즈 간 이격 공간에 형성되는 가상의 타원은 장축' a'와 단축' b'의 길이를 조절함으로써 구면 형상의 가상 구면을 형성하고, 렌즈 제1접점과 렌즈 제2접점, 바닥부 접점을 지나는 음각의 곡률을 지닌 굴곡부를 형성하게 된다. 이렇게 인접하는 렌즈 간 형성된 음각의 곡률은 양각으로 형성된 렌즈의 집광하는 특성과는 반대로 광을 확산하는 효과가 있다. 따라서 광의 확산 분산, 광균일도의 증진의 효과가 구현되게 된다.
상술한 본 발명에 따른 복합광학시트에 형성되는 렌즈의 배열은 마이크로 렌즈어레이 또는 렌티큘라 렌즈어레이로 형성하는 것도 가능하며, 또는 각각의 렌즈의 수평 단면의 형상이 원형 또는 다각형으로 형성할 수도 있다. 이 경우 이러한 각각의 렌즈는 헤이즈(haze) 가 65~95% 가 되도록 형성함이 바람직하다. 이를 통해 휘선제거의 효율성을 극대화할 수 있는 장점을 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 적층구조의 복합광학시트를 이용하여 모아레를 최소화하면서 휘도를 극대화할 수 있게 되는바, 이를 직하형 백라이트 유닛에서도 광 균일도을 위해 사용되는 확산시트의 수를 줄일 수 있으며, 백라이트 유닛의 제조단가의 절감과 슬림화를 실현하게 할 수 있는 장점이 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 상부시트
110: 렌즈
200: 하부시트
210: 렌즈
T1: 렌즈 제1접점
T2: 렌즈 제2접점
T3: 바닥부 접점

Claims (14)

  1. 피치가 1㎛~30㎛인 렌즈가 배열된 광학시트를 포함하는 복합광학시트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학시트가 적어도 2 이상 구비되는 복합광학시트.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복합광학시트는 규칙적으로 배열된 마이크로 렌즈 패턴을 구비한 적어도 하나 이상의 광학시트의 적층구조로 이루어지되,
    상부에 배치되는 광학시트의 렌즈(B)와 하부에 배치되는 광학시트의 렌즈(A)의 직경비가(A/B)가 2 이상인 복합광학시트.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복합광학시트의 최상부에 배치되는 광학시트에 형성된 마이크로 렌즈의 피치가 1㎛~30㎛인 복합광학시트.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 복합광학시트를 구성하는 렌즈의 sag(렌즈높이/렌즈지름)의 비율이 0.3 이상 ~ 0.6 이하인 복합광학시트.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 복합광학시트를 구성하는 렌즈의 충진율은 70% 이상 95% 이하로 형성되는 복합광학시트.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각각의 렌즈는 헤이즈(haze) 가 65% 이상 95% 이하인 복합광학시트.
  8. 다수의 렌즈 패턴을 구비한 광학시트를 포함하되,
    인접하는 상기 렌즈 패턴의 사이에는 음각의 곡률을 가지는 굴곡부가 형성되는 복합광학시트.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 굴곡부의 음각의 곡률은 상기 각각의 인접하는 렌즈와 렌즈 간의 공간에 렌즈 제1 및 제2 접점과 바닥부 제1접점을 지나는 복합광학시트.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 굴곡부는 인접한 렌즈의 외각에서 a(장축)와 b(단축)의 길이가 0.1㎛ ~ 1000㎛를 만족하는 구면 또는 비구면의 음각 곡률이 형성된 구조인 복합광학시트.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 렌즈의 배열은 마이크로 렌즈어레이 또는 렌티큘라 렌즈어레이인 복합광학시트.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 각각의 렌즈의 수평 단면의 형상이 원형 또는 다각형인 복합광학시트.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 렌즈 패턴은 피치가 1㎛~30㎛인 복합광학시트.
  14. 램프에서 발산되는 빛을 유도하는 도광판을 포함하는 LCD 패널용 백라이트 유닛에 있어서, 피치가 1㎛~30㎛인 렌즈가 배열된 청구항 1 내지 6항, 청구항 8 내지 13항 중 어느 한 항의 복합광학시트를 포함하는 백라이트 유닛.








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