KR20140004347A - 역프리즘 형태의 광학시트 및 이를 구비한 백라이트 유닛 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치 - Google Patents

역프리즘 형태의 광학시트 및 이를 구비한 백라이트 유닛 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치 Download PDF

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고재호
이동철
구교욱
이정민
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주식회사 엘엠에스
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Abstract

본 발명은 신뢰성 및 내구성이 향상된 역프리즘 형태의 광학시트 및 이를 구비한 백라이트 유닛 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 형태에 따르면, 제1굴절률을 가지는 재질로 이루어지며, 일측면에 돌출된 역프리즘 형태의 산이 상호 평행하도록 복수개 형성된 프리즘 레이어와, 제2굴절률을 가지는 재질로 이루어지며, 상기 프리즘 레이어의 산이 돌출된 측면에, 상기 프리즘 레이어의 정점과 골을 모두 덮는 형태로 이루어져 상기 프리즘 레이어의 역프리즘 형태의 산을 보호하는 코팅 레이어를 포함하여 이루어지는 역프리즘 형태의 광학시트가 제공된다.

Description

역프리즘 형태의 광학시트 및 이를 구비한 백라이트 유닛 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치{Optical Sheet having Reverse Type Prism and Backlight Unit having the same and Displaying Device having the same}
본 발명은 역프리즘 형태의 광학시트에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는, 신뢰성 및 내구성이 향상된 역프리즘 형태의 광학시트 및 이를 구비한 백라이트 유닛 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치에 관한 것이다.
근래에 들어 평판 디스플레이 패널의 사용이 확대되고 있으며, 그 중 대표적으로 액정표시장치가 있다.
일반적으로, 상기 액정표시장치(LCD)는 종래의 브라운관 방식(CRT)와는 달리 화면 전체에 균일한 빛을 제공하는 백라이트 유닛이 필요하다.
도 1은 종래의 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 백라이트 유닛은 종래의 백라이트 유닛은 선광원인 램프(1)와 상기 램프(1)의 빛을 반사시키는 램프 반사판(2)이 램프(1)로부터의 빛을 면광원으로 바꿔주기 위한 도광판(3)의 한 측면에 배치되어 있고, 도광판(3)의 하부에는 빛의 누출을 막기 위한 반사시트(4)가 배치되어 있다.
그리고, 도광판(3)의 상부에는 빛을 균일하게 확산시키기 위한 확산시트(5)가 있으며, 그 위에는 흩어진 빛을 집광시키기 위해 각각 상측으로 돌출된 삼각형 모양의 선형 프리즘(8,9)을 다수 개 가지는 프리즘시트(6,7)가 놓여 있다. 두 장의 프리즘시트(6,7)는 선형 프리즘(8,9)이 서로 수직이 되도록 배치되어 있어 각각 다른 방향의 빛을 집광하고, 상부의 프리즘시트(9) 위에는 프리즘 형상의 긁힘이나 이물에 의한 박힘 등의 불량을 방지하기 위한 보호시트(10)가 배치된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 백라이트 유닛은 도 1에 도시된 바와 같이 두 장의 프리즘시트(6,7)가 필요하여, 제작단가가 상승함은 물론 공정수도 늘어나며, 백라이트 유닛의 두께를 감소시키는데 한계가 있는 문제점이 있다.
한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 도 2에 도시된 바와 같이 프리즘의 산(12)이 종래와는 반대 방향인 하측, 즉, 도광판(3)을 향하는 방향으로 돌출된 형태의 역 프리즘형태의 프리즘시트(11)가 개발되고 있다.
상기와 같이 역 프리즘 형태의 프리즘시트(11)는 상기 도광판(3)으로부터 입사된 광이 상기 프리즘의 내측면에서 전반사되어 상부를 향하여 출사되며, 두 장의 프리즘시트를 사용하는 것 보다 두께와 제작단가면에서 유리한 장점이 있다.
그러나, 상기와 같은 역 프리즘 형태의 프리즘시트 또한 문제점이 있는데, 돌출된 형태의 프리즘 산이 도광판(3)을 마주보게 됨으로써, 조립 및 사용환경 중에 눌리는 힘에 의해 상기 프리즘(12)의 정점이 도광판(3)과 접촉되어 눌림으로써 도광판(3)에 스크래치가 발생하거나, 프리즘(12) 정점이 훼손됨으로 인해 광특성이 변화되어 불량이 발생하여 신뢰성과 내구성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 과제는, 신뢰성과 내구성이 향상된 역프리즘 형태의 광학시트 및 이를 구비한 백라이트 유닛 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따르면, 제1굴절률을 가지는 재질로 이루어지며, 일측면에 돌출된 역프리즘 형태의 산이 상호 평행하도록 복수개 형성된 프리즘 레이어와, 제2굴절률을 가지는 재질로 이루어지며, 상기 프리즘 레이어의 산이 돌출된 측면에, 상기 프리즘 레이어의 정점과 골을 모두 덮는 형태로 이루어져 상기 프리즘 레이어의 역프리즘 형태의 산을 보호하는 코팅 레이어를 포함하여 이루어지는 역프리즘 형태의 광학시트가 제공된다.
그리고, 상기 코팅 레이어를 통하여 상기 산의 제1면으로 입사된 광이 상기 산의 제2면에서 전반사되어 상기 프리즘 레이어의 상기 일측면과 대향된 면인 타측면으로 출사되도록, 상기 코팅 레이어의 제2굴절률은 상기 프리즘 레이어의 제1굴절률보다 낮을 수 있다.
상기 코팅 레이어를 통하여 상기 산의 제1면으로 입사된 광이 상기 산의 제2면에서 전반사되어 상기 프리즘 레이어의 타측면으로 출사되도록, 상기 입사되는 광은 상기 프리즘 레이어의 타측면의 경계면의 법선으로부터 65~85도의 각도범위를 이루며 입사될 수 있다.
상기 프리즘 레이어의 타측면과, 상기 코팅 레이어의 일측면은 평평하게 형성될 수 있다.
상기 프리즘 레이어의 타측면에, 출사되는 광을 확산시키는 제1돌기가 형성될 수 있다.
또는, 상기 코팅 레이어의 일측 경계면의 표면 외측에 공기층이 존재하도록, 상기 코팅 레이어의 일측면에 돌출 형성되는 제2돌기가 더 구비될 수 있다.
그리고, 상기 프리즘 레이어의 타측면에 출사되는 광을 확산시키는 제1돌기가 형성되고, 상기 코팅 레이어의 일측면에 상기 코팅 레이어의 일측 경계면의 표면 외측에 공기층이 존재하도록 상기 제1돌기보다 크기가 작은 제2돌기가 형성될 수 있다.
상기 산은, 상기 프리즘 레이어의 타측면의 경계면으로부터 수직으로 상기 산의 정점을 이은 가상의 법선과 상기 산의 제1면과의 각도인 제1각도와, 상기 산의 제2면과의 각도인 제2각도가 동일하게 형성될 수 있다.
또는, 상기 산은, 상기 프리즘 레이어의 타측면의 경계면으로부터 수직으로 상기 산의 정점을 이은 가상의 법선과 상기 산의 제1면과의 각도인 제1각도와, 상기 산의 제2면과의 각도인 제2각도가 서로 다르게 형성될 수도 있다.
상기 프리즘 레이어의 타측면의 경계면으로부터 수직으로 상기 산의 정점을 이은 가상의 법선과 상기 산의 제1면과의 각도인 제1각도는, 20~25도 범위일 수 있다.
상기 프리즘 레이어의 타측면의 경계면으로부터 수직으로 상기 산의 정점을 이은 가상의 법선과 상기 산의 제2면과의 각도인 제2각도는, 25~30도 범위일 수 있다.
상기 제1굴절률과 제2굴절률의 차이는, 0.1~0.35 범위일 수 있다.
상기 제1굴절률은, 1.60~1.75 범위일 수 있다.
상기 제2굴절률은, 1.40~1.50 범위일 수 있다.
상기 프리즘 레이어의 복수개의 산의 정점 간격은 10~50㎛ 범위일 수 있다.
상기 프리즘 레이어의 프리즘 잔류층 두께는, 0~10㎛ 범위일 수 있다.
상기 코팅 레이어의 코팅 잔류층 두께는, 0~10㎛ 범위일 수 있다.
한편, 상기 프리즘 레이어의 타측면에, 투명한 재질로 이루어지는 베이스 레이어가 더 형성될 수 있다.
상기 베이스 레이어는, 상기 프리즘 레이어의 굴절률보다 더 높은 제3굴절률을 가지는 재질로 이루어질 수 있다.
상기 베이스 레이어의 타측면에, 출사되는 광을 확산시키는 제3돌기가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 광원과, 상기 광원에 의해 조사된 광을 반사 및 굴절에 의해 진행 방향이 변화되도록 하여 타면으로 출사시키는 도광판과, 상기 도광판의 타면 측에 구비되며, 상기 도광판으로부터 출사된 광을 입사받아 타측방향으로 출사하는 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 역프리즘 형태의 광학시트를 포함하여 이루어지는 역프리즘 형태의 광학시트를 구비한 백라이트 유닛이 제공될 수 있다.
또 한편, 본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 광원과, 상기 광원에 의해 조사된 광을 반사 및 굴절에 의해 진행방향이 변화되도록 하여 타면으로 출사시키는 도광판과, 상기 도광판의 타면 측에 구비되며, 상기 도광판으로부터 출사된 광을 입사받아 타측방향으로 출사하는 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 역프리즘 형태의 광학시트를 포함하여 이루어지는 백라이트 유닛 및 상기 백라이트 유닛과 결합되어 상기 백라이트 유닛에 의해 투사되는 광에 의해 영상을 표시하는 패널을 포함하여 이루어지는 역프리즘 형태의 광학시트를 갖는 평판 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 역프리즘 형태의 광학시트 및 이를 구비한 백라이트 유닛 및 이를 구비한 평판 디스플레이 장치에 따르면, 한장의 광학시트 만으로도 만족할 만한 효과를 얻을 수 있어, 백라이트 유닛의 두께 감소 및 단가를 절감할 수 있으며, 역프리즘 형태의 산의 표면을 코팅 레이어가 덮고 있으므로, 조립이나 사용도중 압력이 가해진다고 하여도 도광판에 스크래치가 발생하지 않으며, 압력 또한 분산되므로 역프리즘 형태의 산의 구조가 훼손되는 현상이 방지되어 광 특성이 훼손될 우려가 없어 신뢰성 및 내구성이 향상될 수 있다.
도 1은 종래의 복수장의 프리즘 시트가 구비된 백라이트 유닛을 도시한 분해사시도;
도 2는 종래의 역프리즘 시트가 구비된 백라이트 유닛을 도시한 단면도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학시트가 구비된 백라이트 유닛을 도시한 분해 사시도;
도 4는 도 3의 단면도;
도 5는 도 4의 프리즘 레이어와 코팅 레이어에 제1돌기와 제2돌기가 형성된 예를 도시한 단면도;
도 6은 도 4의 역프리즘 산의 제1각도와 제2각도가 동일하게 형성된 예를 도시한 단면도;
도 7은 도 4의 역프리즘 산의 제1각도와 제2각도가 서로 다르게 형성된 예를 도시한 단면도;
도 8은 광학시트에서 빛이 출사되는 형태를 나타낸 도면;
도 9는 제1각도와 제2각도가 각각 30도 일 때의 빛의 출사 형태를 나타낸 그래프;
도 10은 제1각도와 제2각도가 각각 25도 일 때의 빛의 출사 형태를 나타낸 그래프;
도 11은 제1각도와 제2각도가 각각 20도 일 때의 빛의 출사 형태를 나타낸 그래프;
도 12는 제1각도와 제2각도가 각각 22.5도 일 때의 빛의 출사 형태를 나타낸 그래프;
도 13은 제1각도와 제2각도가 각각 22도 일 때의 빛의 출사 형태를 나타낸 그래프;
도 14는 제1각도가 30도이고, 제2각도가 20도 일 때의 빛의 출사 형태를 나타낸 그래프;
도 15는 제1각도가 20도이고, 제2각도가 30도 일 때의 빛의 출사 형태를 나타낸 그래프;
도 16은 제1각도가 20도이고, 제2각도가 25도 일 때의 빛의 출사 형태를 나타낸 그래프;
도 17은 제1굴절률과 제2굴절률의 차이가 0.1일 때의 빛의 출사 형태를 나타낸 그래프;
도 18은 제1굴절률과 제2굴절률의 차이가 0.15일 때의 빛의 출사 형태를 나타낸 그래프;
도 19는 제1굴절률과 제2굴절률의 차이가 0.20일 때의 빛의 출사 형태를 나타낸 그래프;
도 20은 제1굴절률과 제2굴절률의 차이가 0.25일 때의 빛의 출사 형태를 나타낸 그래프;
도 21은 제1각도와 제2각도가 각각 22도이며, 제1굴절률과 제2굴절률의 차이가 0.15일 때의 광의 특성을 나타낸 그래프로서,
도 21 (a)는 빛의 출사 형태를 나타낸 그래프;
도 21 (b)는 광학시트로 입사되는 빛의 각도가 72도일 때의 레이 트레이싱(Ray tracing)을 나타낸 그래프;
도 21 (c)는 시야각을 나타낸 그래프 이다.
도 22는 도 4의 광학시트의 프리즘 레이어에 베이스 레이어가 더 형성된 예를 도시한 그래프;
도 23(a) 내지 도 23(c)는 상기 베이스 레이어(170)의 굴절률의 변화에 따른 광의 특성변화를 변화를 실험한 그래프;
도 24는 도 4의 역프리즘 산의 다른 형태를 도시한 단면도; 그리고,
도 25는 도 4의 역프리즘 산의 또다른 형태를 도시한 단면도 이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
이하의 설명에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학시트는, LCD나 LED 패널 등의 평판 액정표시장치의 백라이트 유닛에 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다. 허나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 광학시트 단독으로 사용될 수도 있으며, 또는, 액정표시장치에 적용되는 것이 아닌 다른 기구에 적용되는 백라이트 유닛일 수도 있으며, 또는 조명기구 등 빛의 특성 및 경로를 변화시키는 장치라면 어느 것에도 적용될 수도 있다.
본 실시예에 따른 광학시트는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 프리즘 레이어(110)와 코팅 레이어(150)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 프리즘 레이어(110)는 빛이 투과될 수 있도록 투명하며, 제1굴절률을 가지는 재질(예를들어 자외선 경화성 레진 등)로 이루어지며, 일측면에 돌출된 역프리즘 형태의 산(120)이 상호 평행하도록 복수개 형성되어 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 일측면은 상기 프리즘 레이어(110)로 빛이 들어오는 측면이며, 상기 광학시트(100)가 백라이트 유닛에 적용되었을 때에는 빛(L)이 출사되는 도광판(3)을 향하는 측을 칭할 수 있다.
즉, 일반적인 프리즘 시트의 프리즘산은 빛이 출사되는 방향으로 돌출되는데 반하여, 본 실시예의 프리즘 레이어(110)의 산(120)은 그와는 반대방향인 역프리즘 형태로 형성되는 것이다. 상기와 같은 역프리즘 형태의 산(120)의 단면은 경사진 두 면을 형성하며, 그 중 빛(L)이 입사되는 면을 제1면(126)이라 칭하고, 상기 제1면(126)을 통해 입사된 빛(L)이 전반사되는 면을 제2면(128)이라 칭하기로 한다. 이 때, 상기 역프리즘 형태의 산과 산 사이의 간격(p)은 10~50㎛일 수 있다.
또한, 상기 프리즘 레이어(110)의 역프리즘 산(120)의 골(124) 정점부터 프리즘 레이어(110)의 빛이 출사되는 타측면의 경계면(111)까지의 거리인 프리즘 잔류층(dp)의 두께는 0~10㎛일 수 있다.
한편, 상기 코팅 레이어(150)는 빛이 투과될 수 있도록 투명하며, 제2굴절률을 가지는 재질(예를들어, 자외선 경화성 레진 등)로 이루어지고, 상기 프리즘 레이어(110)의 산(120)이 돌출된 일측면에, 상기 프리즘 레이어(110)의 산의 산과 산 사이에 충진되며 상기 산(120)의 정점(122)부터 골(124)의 정점까지 모두 덮는 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 코팅 레이어(150)의 상기 프리즘 산(120)의 정점과 연접하는 지점부터 코팅 레이어(150)의 빛이 입사되는 일측면의 경계면(151)까지의 거리인 코팅 잔류층(dc)의 두께는 0~10㎛일 수 있다.
이 때, 상기 코팅 레이어(150)를 형성하는 재질의 제2굴절률은 상기 프리즘 레이어(110)를 형성하는 재질의 제1굴절률보다 낮을 수 있다. 또한, 상기 제2굴절률은 공기의 굴절률보다는 높은 값을 가질 수 있다.
또 한편, 상기 코팅 레이어(150)의 일측에는 상기 코팅 레이어(150)의 일측 경계면과 일정간격 이격되어 도광판(3)이 구비될 수 있다. 상기 도광판(3)은 측면에서 광원(1)에 의해 조사된 빛을 상기 도광판(3)의 상기 광학시트(100)를 향하는 타측면에서 균일하게 출사하도록 이루어진다.
이 때, 상기 도광판(3)에서 출사되는 빛(L)은 상기 도광판(3)의 타측면의 법선으로부터 65~85사이의 각도(α)를 이루며 출사되며, 상기의 각도로 광학시트(100)에 입사될 수 있다.
그리고, 상기 도광판(3)과 광학시트(100)의 사이에는 공기층(air)이 존재한다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 도광판(3)으로부터 출사된 빛(L)은 비스듬히 경사를 이루며 상기 광학시트(100)의 코팅 레이어(150)로 입사되면서 상기 공기와 코팅 레이어(150)의 굴절률 차이로 인해 1차적으로 굴절되며, 굴절된 빛이 상기 프리즘 레이어(110)의 제1면(126)으로 입사되면서 2차적으로 굴절되고, 입사된 빛이 상기 프리즘 레이어(110)의 산(120) 내부를 진행하다 제2면(128)에서 전반사 되어 상기 광학시트(100)의 타측면에서 출사된다.
이 때, 상기 제2면(128)에서 상기 빛의 전반사 여부는 빛이 제2면(128)에 닿을 때의 입사각 및 제1굴절률과 제2굴절률의 차이에 따라 달라지나, 이는 상기 산(120)의 제1면(126)과 제2면(128)의 각도 및 제1굴절률과 제2굴절률을 적절하게 조절함으로써 가능하다.
따라서, 한장의 광학시트(100)로서도 상기 도광판(3)에서 비스듬하게 출사되는 빛의 진행경로를 효과적으로 변경시킬 수 있다.
한편, 상기 코팅 레이어(150)의 상기 도광판(3)을 향하는 일측면 및 상기 프리즘 레이어(110)의 빛이 출사되는 타측면은 평평하게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 광학시트(100)가 외력에 의해 상기 도광판(3) 또는 백라이트 유닛을 구성하는 다른 구성요소와 접촉하여도 도광판(3)에 스크래치를 형성하지 않을 수 있다. 또한, 상기 코팅 레이어(150)가 역프리즘형태의 산(120)과 산(120) 사이에 모두 채워지며, 산의 정점(122)과 골(124)의 정점까지 모두 덮도록 형성되므로, 역프리즘 산 상기 광학시트(100)가 외력에 의해 상기 도광판(3) 또는 백라이트 유닛을 구성하는 다른 구성요소와 접촉하여도 도광판(3)에 스크래치를 형성하지 않으며 에 가해지는 압력을 분산시켜 압력에 의해 산(120)의 형태가 훼손되는 것을 방지할 수 있다.
또는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 프리즘 레이어(110)의 빛(L)이 출사되는 타측면에는 출사되는 빛을 산란시켜 균일하게 확산시키는 원형 또는 타원형의 제1돌기(112)가 하나 또는 복수개 형성될 수 있다. 물론, 양각으로 돌출된 형태의 제1돌기(112) 대신 원형 또는 타원형으로 오목하게 음각으로 형성된 제1홈(114)이 형성될 수도 있을 것이다. 물론, 상기 제1돌기(112) 및 제1홈(114)은 원형이나 타원형 이외에도 다른 형태로 형성될 수도 있다.
그리고, 상기 코팅 레이어(150)의 빛이 입사되는 일측면에는 상기 코팅 레이어(150)의 일측 경계면의 표면 외측에 공기층이 항상 존재하도록 도광판(3) 또는 다른 구성물과의 협착을 방지하는 제2돌기(152)가 형성될 수 있다.
즉, 상기 코팅 레이어의 일측에 도광판(3) 및 다른 구성요소가 설치될 경우, 외력에 의해 상기 광학시트(100)가 눌리게 되면 상기 코팅 레이어(150)와 도광판(3)이 협착되어 그 사이에 공기층이 사라질 수 있는데, 이러한 경우 빛의 굴절경로가 달라지게 되어 광특성이 변할수 있다.
따라서, 상기 제2돌기(152)가 구비되므로써, 상기 코팅 레이어(150)와 도광판(3) 등의 다른 구성요소가 협착되는 것을 방지하여 상기 코팅 레이어(150)의 일측면 외측에 공기층이 향상 존재하도록 하는 것이다.
물론, 상기 제1돌기(112)와 제2돌기(152)가 동시에 형성될 수도 있으며, 이러할 경우 상기 제2돌기(152)는 제1돌기(112)보다 작은 크기로 형성될 수 있다. 상기 제2돌기는 원형 또는 타원형의 형태로 이루어 질 수 있으나, 그 외에도 다양한 형태로 이루어질 수 있고 제1홈(114)과 같이 음각의 형태(미도시)로 형성될 수도 있으며, 본 발명은 상기 제2돌기(152)의 형태에 제한받지 않는다.
한편, 상기 프리즘 레이어(110)의 역프리즘 형태로 돌출된 산(120)은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 프리즘 레이어(110)의 타측면의 경계면으로부터 수직으로 상기 산의 정점을 이은 가상의 법선(118)과 상기 산(120)의 제1면(126)과의 각도인 제1각도(θ1)와, 상기 산의 제2면(128)과의 각도인 제2각도(θ2)가 동일하게 형성될 수 있다.
또는, 상기 프리즘 레이어(110)의 역프리즘 형태로 돌출된 산(120)은 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 프리즘 레이어(110)의 타측면의 경계면으로부터 수직으로 상기 산의 정점을 이은 가상의 법선(118)과 상기 산(120)의 제1면(126)과의 각도인 제1각도(θ1)와, 상기 산의 제2면과의 각도인 제2각도(θ2)가 서로 다르게 형성될 수도 있다.
상기와 같이, 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 서로 다른 경우에는 상기 제1각도(θ1)가 제2각도(θ2)보다 작은 각도로 형성될 수 있다.
상기와 같이, 제1각도(θ1)가 제2각도(θ2)보다 작은 각도로 형성된다면, 상기 제1면(126)을 통해 입사된 빛이 제2면(128)에 닿지 않고 프리즘 시트의 타측 경계면측으로 지나치는 빛의 양이 줄어들게 되어 효율이 향상될 수 있다.
한편, 상기 프리즘 레이어(110)의 역프리즘 산(120)의 제1각도(θ1) 및 제2각도(θ2), 상기 프리즘 레이어(110)의 제1굴절률과 코팅 레이어(150)의 제2굴절률의 차이로 인해 빛의 특성이 달라질 수 있다.
이하에서는, 상기 제1각도(θ1) 및 제2각도(θ2), 제1굴절률과 제2굴절률의 차이로 인해 상기 광학시트(100)에서 출사되는 광의 특성이 어떻게 변하는지를 살펴보겠다.
먼저, 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 동일한 경우의 제1면과 제2면이 이루는 각도에 따라 광의 특성의 변화를 살펴본다.
실험조건은 상기 프리즘 레이어(110)의 제1굴절률은 1.63이며, 코팅 레이어(150)의 제2굴절률은 1.48로서 제1굴절률과 제2굴절률의 차이를 0.15로 고정한 상태이다.
실험은 도 8에 도시된 바와 같이, 광학시트(100)의 어느 한 지점을 중심으로 평면의 상하좌우 방향으로 어느 지점에서 빛이 출사되는지를 살펴보았으며, 빛이 중심지점에서 출사될수록 효율이 높은 것으로 볼 수 있다. 도 9 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 원형의 그래프의 우측에는 빛의 세기를 색깔별로 표시하였으며 상측으로 갈수록 빛이 세기가 큰 것이며, 각각의 색깔의 길이는 해당 빛의 세기의 양을 나타낸 것이다. 즉, 상측 색깔의 그래프가 길수록 밝은 것이라 볼 수 있다.
도 9는 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 각각 30도일 때의 그래프이며, 도 10은 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 각각 25도일 때의 그래프이고, 도 11은 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 20도일 때의 그래프이며, 도 12는 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 각각 22.5도 일 때의 그래프이고, 도 13은 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 각각 22도 일 때의 그래프이다.
도 9 내지 도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 각각 30도일 때는 중심점을 기준으로 좌우 측에 이격된 지점에서 빛이 출사되나, 각도가 점점 줄어들수록 빛의 출사지점이 중심점 측으로 이동되는 모습을 볼 수 있으며, 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 각각 20도 보다 좁아지게 되면 빛의 출사지점이 오히려 중심점에서 멀어지게 될 것을 예상할 수 있다.
그 다음, 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 서로 다른 경우의 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 이루는 각도에 따라 광의 특성의 변화를 살펴본다.
도 14는 제1각도(θ1)가 30도이며 제2각도(θ2)가 20도일 때의 그래프이고, 도 15는 제1각도(θ1)가 20도이고 제2각도(θ2)가 30도일 때의 그래프이며, 도 16은 제1각도가 20도이고 제2각도(θ2)가 25도일 때의 그래프이다.
도 14에서와 같이, 제1각도(θ1)가 제2각도(θ2)보다 클 때에는 전체적인 밝기도 떨어지는 것을 알 수 있다.
또한, 도 15 내지 도 16에서와 같이 제1각도(θ1)가 제2각도(θ2)보다 작을 때는 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 동일할 때 보다 빛의 세기가 큰 영역이 더 많이 나타남을 알 수 있다.
이하에서는, 제1굴절률과 제2굴절률의 차이로 인해 상기 광학시트에서 출사되는 광의 특성이 어떻게 변하는지를 살펴보겠다.
실험은 상기 프리즘 레이어(110)의 산(120)의 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 각각 22도로서 제1면(126)과 제2면(128)이 44도의 각도를 이룰 때를 기준으로 실험하였다.
이 때, 프리즘 레이어(110)의 제1굴절률은 1.60~1.65 범위내이며, 코팅 레이어(150)의 제2굴절률은 1.40~1.50 범위내에서 변화하였다. 이는, 현재 상용적으로 적용되며 쉽게 구할 수 있는 재질의 굴절률 범위 내에서 실험하기 위함이다.
도 17은 제1굴절률과 제2굴절률의 차이가 0.1일 때의 그래프이며, 도 18은 제1굴절률과 제2굴절률의 차이가 0.15일 때의 그래프이고, 도 19는 제1굴절률과 제2굴절률의 차이가 0.20일 때의 그래프이며, 도 20은 제1굴절률과 제2굴절률의 차이가 0.25일 때의 그래프이다.
도 17 내지 도 20에서의 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1굴절률과 제2굴절률의 차이가 커질수록 광의 출사지점이 중심점으로 이동하는 경향을 보이며, 그 차이가 0.25를 벗어나면 오히려 중심점에서 점점 멀어지게 되는 것을 예상할 수 있다.
일 예로, 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)가 각각 22도이며, 제1굴절률과 제2굴절률의 차이가 0.15이고, 상기 도광판(3)으로부터 입사되는 빛이 상기 프리즘 레이어(110)의 빛이 출사되는 타측면의 경계면의 법선으로부터 72도의 각도를 이룰 때의 광의 특성을 살펴보면 도 21과 같다.
즉, 도 21(a)에 도시된 바와 같이, 빛의 출사지점은 효과적으로 중심점에 모여있으며, 도 21(b)에 도시된 바와 같이, 상기 역프리즘 산(120)의 제2면(128)에서 전반사되는 빛은 상기 프리즘 레이어(110)의 빛이 출사되는 타측면의 경계면과 대략 90도의 수직을 이루며 출사되고, 도 21(c)에 도시된 바와 같이, 시야각은 상하로 4도, 좌우로 26도의 시야각을 나타냄을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 광학시트(100)는, 도 22에 도시된 바와 같이, 상기 프리즘 레이어(110)의 빛이 출사되는 타측면에 베이스 레이어(170)가 더 형성될 수 있다.
상기 베이스 레이어(170)는 전술한 바와 같이, 상기 프리즘 레이어(110)의 빛이 출사되는 타측면에 형성되며, 빛이 투과될 수 있는 투명한 재질은 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate: PET)로 형성될 수 있다.
또한, 상기 베이스 레이어(170)의 빛이 출사되는 타측면에는 출사되는 빛을 산란시켜 확산시킬 수 있도록 전술한 제1돌기(112)와 유사한 형태의 제3돌기(172) 또는 제3홈(174)이 형성될 수 있다.
상기 베이스 레이어(170)는 15~188㎛의 두께로 형성될 수 있는데, 그 굴절률은 상기 프리즘 레이어(110)의 굴절률과 같거나 또는 0.02정도의 차이를 가질 수 있다.
도 23(a) 내지 도 23(c)는 상기 베이스 레이어(170)의 굴절률의 변화에 따른 광의 특성변화를 변화를 실험한 그래프이다.
도 23(a)는 상기 역프리즘 산의 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)는 각각 22도이며, 산과 산의 간격(p)는 50㎛이고, 상기 프리즘 레이어(110)의 제1굴절률은 1.65이며, 코팅 레이어(150)의 제2굴절률은 1.45이고, 상기 베이스 레이어(170)의 굴절률은 1.67일 때(즉, 프리즘 레이어의 제1굴절률과 베이스 레이어의 굴절률이 0.02의 차이를 보일 때)의 그래프이다. 또한, 도 23(b)는 상기 역프리즘 산(120)의 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)는 각각 22도이며, 산과 산의 간격(p)는 50㎛이고, 상기 프리즘 레이어(110)의 제1굴절률은 1.67이며, 코팅 레이어(150)의 제2굴절률은 1.45이고, 상기 베이스 레이어(170)의 굴절률은 1.67일 때의 그래프이고, 도 23(c)는 상기 역프리즘 산(120)의 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)는 각각 22도이며, 산과 산의 간격(p)는 50㎛이고, 상기 프리즘 레이어(110)의 제1굴절률은 1.65이며, 코팅 레이어(150)의 제2굴절률은 1.45이고, 상기 베이스 레이어(170)의 굴절률은 1.65일 때(즉, 프리즘 레이어의 제1굴절률과 베이스 레이어의 굴절률이 동일할 때)의 그래프이다.
도 23(a) 내지 도 23(c)에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 베이스 레이어의 굴절률은 상기 프리즘 레이어(110)의 제1굴절률과 같거나 다소 차이(0.02정도)가 있는 정도의 범위에서는 광의 특성변화에는 큰 영향을 끼치지 않는 것을 알 수 있다.
이하에서는, 상기 프리즘 시트의 역프리즘산의 다른 형태에 대해서 개시하도록 한다.
도 24는 프리즘 레이어의 다른 형태를 도시한 도면이다. 상기 프리즘 레이어(204)에서 빛이 입사되는 일측면을 입광면(241)이라 칭하고, 빛이 출사되는 타측면을 출광면(242)라 칭하기로 한다.
상기 입광면(241)에는 다수의 프리즘산이 배열되고, 각 프리즘 산은 및이 입사되는 제1면(244)과 상기 제1면(244)를 통해 입사된 빛이 전반사되는 제2면(245)을 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 본 실시예에서 상기 제2면(245)은 복수개의 서로 다른 경사각을 가지는 평면으로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 상기 제2면(245)은 3개의 경사각이 다른 평면(246, 247, 248)으로 이루어지는 것을 예로 들어 설명한다. 상기 3개의 경사각이 다른 평면(246, 247, 248)의 경사각은 상기 출광면(242)에 가까워질수록 상기 출광면(242)에 대해서 수직에 가까워질 수 있다.
이 때, 상기 제2면(245)를 구성하는 복수개의 경사각이 다른 평면(246, 247, 248)중 상기 출광면에 가장 가까운 평면(248)과 가장 먼 평면(246)과의 경사각의 차이는 15도 이하일 수 있다.
상기와 같이, 상기 제2면(245)를 복수개의 서로 다른 경사각을 가지는 평면으로 구성하는 것으로서, 극히 높은 집광 효과를 발휘할 수 있으며, 높은 휘도 또한 얻을 수 있다.
이하에서는, 상기 프리즘 시트의 역프리즘산의 또 다른 형태에 대해서 개시하도록 한다.
본 발명에 따른 프리즘 레이어(204)는 도 25에 도시된 바와 같이, 상기 프리즘 레이어에서 빛이 입사되는 일측면을 입광면(241)이라 칭하고, 빛이 출사되는 타측면을 출광면(242)이라 칭하기로 한다.
상기 입광면(241)에는 다수의 프리즘산이 배열되고, 각 프리즘 산은 빛이 입사되는 제1면(244)과 상기 제1면(244)를 통해 입사된 빛이 전반사되는 제2면(245)을 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 상기 제1면(244) 또는 제2면(245)중 어느 하나는 볼록한 곡면을 형성하도록 이루어질 수 있다. 또는 상기 제1면(244)과 제2면(245)모두 볼록한 곡면을 형성할 수도 있다. 본 실시예에서는 상기 제2면(245)이 볼록한 곡면을 형성하도록 이루어지는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 25에 도시된 바와 같이, 상기 제2면(245)은 곡률이 다른 두 곡선(253, 254)으로 분할되어 이루어질 수 있다. 도면번호 255, 256은 상기 제2면(245)을 형성하는 두 곡선(253, 254)의 비구면 형상의 곡선이다. 물론, 상기 제2면(245)을 형성하는 곡선은 반드시 비구면일 필요는 없으며 구면의 곡선도 가능하다.
한편, 상기 볼록곡면은 그 곡률반경 (r)을 프리즘(prism) 열의 피치(P: pitch)와의 비(r/P)가 2∼50의 범위로 하는 것이 바람직하다. 예를 들자면, 5∼30 또는 7∼10의 범위의 비를 가질 수 있다.
또한, 프리즘(prism) 열의 프리즘(prism) 윗부분으로부터의 높이를 h,프리즘(prism) 열 전체의 높이를 H이라고 한 경우에, 적어도 h/H이 60%이하가 되는 높이 h의 영역에 경사각의 다른 평면 또는 볼록곡면을 적어도 2개 또는 3개 등 복수개로 형성할 수 있다.
또한, 상기 h/H의 비는 50% 또는 40%이하에서 20%이상일 수 있다.
한편, 프리즘(prism) 열의 윗부분과 저부를 연결하는 가상 평면 Q와 볼록곡면과의 최대 거리 d와 프리즘(prism) 열의 피치(P)에 대한 비율(d/P)은 0.4∼5% 범위일 수 있다.
또한, 프리즘(prism) 열의 상기 제1면(244)과 제2면(245)사이의 각도는, 35∼80도 범위일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 35∼70도 범위일 수 있고, 또는 40∼70도 범위일 수도 있다.
또, 프리즘(prism) 산의 상기 출광면(242)의 법선에 대한 좌우의 분리각 α,β는 동일할 수도 있고, 동일하지 않을 수도 있다.
본 실시예에서는, 상기 α가 40 도 이하, β가 25∼50도의 범위인 것이 개시된다.
경우에 따라 상기 분리각 α,β의 각도가 약간의 차이가 있는 경우 빛 이용 효율이 높아지고 휘도를 보다 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서는 상기α를 25∼40도, 상기β를 25∼45도의 범위로 하고, 상기 α와 β의 차이는 0.5∼10도 이내인 것이 개시된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
1: 광원 2: 반사판
3: 도광판 100: 광학시트
110: 프리즘 레이어 111: 프리즘 레이어의 타측 경계면
112: 제1돌기 114: 제1홈
118: 법선 120: 산
122: 산의 정점 124: 골
126: 제1면 128: 제2면
150: 코팅 레이어 151: 코팅 레이어의 일측 경계면
152: 제2돌기 170: 베이스 레이어
172: 제3돌기 174: 제3홈
θ1: 제1각도 θ2: 제2각도
p: 산과 산의 간격(pitch)
dp: 프리즘 잔류층 두께 dc: 코팅 잔류층 두께

Claims (26)

  1. 제1굴절률을 가지는 재질로 이루어지며, 일측면에 돌출된 경사진 형태의 제1면과, 상기 제1면과 연접되며 반대방향으로 경사진 제2면이 형성된 역프리즘 형태의 산이 상호 평행하도록 복수개 형성된 프리즘 레이어;
    제2굴절률을 가지는 재질로 이루어지며, 상기 프리즘 레이어의 산이 돌출된 측면에, 상기 프리즘 레이어의 정점과 골을 모두 덮는 형태로 이루어져 상기 프리즘 레이어의 역프리즘 형태의 산을 보호하는 코팅 레이어;
    를 포함하여 이루어지는 역프리즘 형태의 광학시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 레이어를 통하여 상기 산의 제1면으로 입사된 광이 상기 산의 제2면에서 전반사되어 상기 프리즘 레이어의 상기 일측면과 대향된 면인 타측면으로 출사되도록, 상기 코팅 레이어의 제2굴절률은 상기 프리즘 레이어의 제1굴절률보다 낮은 역프리즘 형태의 광학시트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코팅 레이어를 통하여 상기 산의 제1면으로 입사된 광이 상기 산의 제2면에서 전반사되어 상기 프리즘 레이어의 타측면으로 출사되도록, 상기 입사되는 광은 상기 프리즘 레이어의 타측면의 경계면의 법선으로부터 65~85도의 각도범위를 이루며 입사되는 역프리즘 형태의 광학시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 레이어의 타측면과, 상기 코팅 레이어의 일측면은 평평하게 형성되는 역프리즘 형태의 광학시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 레이어의 타측면에, 출사되는 광을 확산시키는 제1돌기가 형성되는 역프리즘 형태의 광학시트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 레이어의 일측 경계면의 표면 외측에 공기층이 존재하도록, 상기 코팅 레이어의 일측면에 돌출 형성되는 제2돌기가 더 구비되는 역프리즘 형태의 광학시트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 레이어의 타측면에 출사되는 광을 확산시키는 제1돌기가 형성되고, 상기 코팅 레이어의 일측면에 상기 코팅 레이어의 일측 경계면의 표면 외측에 공기층이 존재하도록 상기 제1돌기보다 크기가 작은 제2돌기가 형성되는 역프리즘 형태의 광학시트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 산은,
    상기 프리즘 레이어의 타측면의 경계면으로부터 수직으로 상기 산의 정점을 이은 가상의 법선과 상기 산의 제1면과의 각도인 제1각도와, 상기 산의 제2면과의 각도인 제2각도가 동일하게 형성되는 역프리즘 형태의 광학시트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 레이어의 타측면의 경계면으로부터 수직으로 상기 산의 정점을 이은 가상의 법선과 상기 산의 제1면과의 각도인 제1각도와, 상기 산의 제2면과의 각도인 제2각도가 서로 다르게 형성되는 역프리즘 형태의 광학시트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 산의 제1면과 제2면의 각도는 40~60도 범위인 역프리즘 형태의 광학시트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 레이어의 타측면의 경계면으로부터 수직으로 상기 산의 정점을 이은 가상의 법선과 상기 산의 제1면과의 각도인 제1각도는, 20~25도 범위인 역프리즘 형태의 광학시트.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 레이어의 타측면의 경계면으로부터 수직으로 상기 산의 정점을 이은 가상의 법선과 상기 산의 제2면과의 각도인 제2각도는, 25~30도 범위인 역프리즘 형태의 광학시트.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1굴절률과 제2굴절률의 차이는, 0.1~0.35 범위인 역프리즘 형태의 광학시트.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1굴절률은,
    1.60~1.75 범위인 역프리즘 형태의 광학시트.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2굴절률은,
    1.40~1.50 범위인 역프리즘 형태의 광학시트.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 레이어의 복수개의 산의 정점 간격은 10~50㎛ 범위인 역프리즘 형태의 광학시트.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 레이어의 프리즘 잔류층 두께는, 0~10㎛ 범위인 역프리즘 형태의 광학시트.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 레이어의 코팅 잔류층 두께는, 0~10㎛ 범위인 역프리즘 형태의 광학시트.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 프리즘 레이어의 타측면에, 투명한 재질로 이루어지는 베이스 레이어가 더 형성되는 역프리즘 형태의 광학시트.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 베이스 레이어의 타측면에, 출사되는 광을 확산시키는 제3돌기가 형성되는 역프리즘 형태의 광학시트.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제2면은 복수개의 서로 다른 경사각을 가지는 평면으로 이루어지는 역프리즘 형태의 광학시트.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제2면을 이루는 서로 다른 경사각을 가지는 복수개 평면은 상기 프리즘 레이어의 타측면과 가까울수록 상기 타측면의 법선과의 각도가 작아지는 역프리즘 형태의 광학시트.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 제2면은 볼록한 곡면을 형성하도록 이루어지는 역프리즘 형태의 광학시트.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 볼록한 곡면으로 형성된 제2면은 서로 다른 곡률의 두 곡선으로 분할되어 이루어지는 역프리즘 형태의 광학시트.
  25. 광원;
    상기 광원에 의해 조사된 광을 반사 및 굴절에 의해 진행 방향이 변화되도록 하여 타면으로 출사시키는 도광판;
    상기 도광판의 타면 측에 구비되며, 상기 도광판으로부터 출사된 광을 입사받아 타측방향으로 출사하는 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항의 역프리즘 형태의 광학시트;
    를 포함하여 이루어지는 역프리즘 형태의 광학시트를 구비한 백라이트 유닛.
  26. 광원과, 상기 광원에 의해 조사된 광을 반사 및 굴절에 의해 진행방향이 변화되도록 하여 타면으로 출사시키는 도광판과, 상기 도광판의 타면 측에 구비되며, 상기 도광판으로부터 출사된 광을 입사받아 타측방향으로 출사하는 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항의 역프리즘 형태의 광학시트를 포함하여 이루어지는 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛과 결합되어 상기 백라이트 유닛에 의해 투사되는 광에 의해 영상을 표시하는 패널;
    을 포함하여 이루어지는 역프리즘 형태의 광학시트를 갖는 평판 디스플레이 장치.
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