KR20180062113A - 광학부재 및 이를 구비한 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 광학부재 및 이를 구비한 표시장치는 n1의 굴절률을 갖는 수지 내에 n1과 다른 n2의 굴절률을 갖는 이방성 폴리머를 일정한 방향으로 정렬시킴으로써 빛의 확산에 방향성을 부여하는 것을 특징으로 한다.
이러한 시야각 제어는 루버 패턴을 사용하지 않고도 가능하며, 추가의 휘도향상 필름이 필요하지 않기 때문에 제조단가가 인하되는 동시에 사선얼룩 등의 불량을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

광학부재 및 이를 구비한 표시장치{OPTICAL MEMBER AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시야각 제어가 가능한 광학부재 및 이를 구비한 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 화소들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 그 화소들의 광투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시장치이다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 액정표시장치는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 액정패널(10), 화소들을 구동하기 위한 구동부(15, 16), 액정패널(10)의 후면에 설치되어 액정패널(10)의 전면에 걸쳐 빛을 방출하는 백라이트 유닛 및 액정패널(10)과 백라이트 유닛을 수납하여 고정하는 패널 가이드(panel guide)(45)로 구성된다.
이때, 자세히 도시하지 않았지만, 액정패널(10)은 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 컬러필터 기판과, 어레이 기판 및 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이의 셀 갭에 형성된 액정층으로 이루어져 있다.
컬러필터 기판과 어레이 기판이 합착된 액정패널(10)에는 공통전극과 화소전극이 형성되어 액정층에 전계를 인가한다. 그리고, 공통전극에 전압이 인가된 상태에서 화소전극에 인가되는 데이터신호의 전압을 제어하면, 액정층의 액정은 공통전극과 화소전극 사이의 전계에 따라 유전 이방성에 의해 회전함으로써 화소별로 빛을 투과시키거나 차단시켜 문자나 화상을 표시한다.
이때, 화소전극에 인가되는 데이터신호의 전압을 화소별로 제어하기 위해서 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)와 같은 스위칭소자가 화소들에 개별적으로 구비된다.
이와 같이 구성된 액정패널(10)의 외측에는 각각 상, 하부 편광판(미도시)이 부착되어 있으며, 하부 편광판은 백라이트 유닛을 경유한 빛을 편광 시키며, 상부 편광판은 액정패널(10)을 경유한 빛을 편광 시킨다.
이러한 액정패널(10)의 광원으로 사용되는 백라이트 유닛은 발광 램프를 배치하는 방식에 따라 에지방식과 직하방식으로 구분된다.
에지방식은 액정패널(10)의 일측에 광원으로서 램프(미도시)를 배치하여 광을 공급하는 형태이다. 에지방식의 백라이트 유닛을 구체적으로 설명하면, 도광판(light guide plate)(42)의 일측에 다수개의 램프가 설치되어 있으며, 도광판(42)의 배면에는 반사판(41)이 설치되어 있다.
램프에서 발광된 빛은 투명한 재질의 도광판(42) 측면으로 입사되고, 도광판(42)의 배면에 배치된 반사판(41)은 도광판(42)의 배면으로 투과되는 빛을 도광판(42) 상면의 광학시트(43)들 쪽으로 반사시켜 빛의 손실을 줄이고 균일도를 향상시키게 된다.
이와 같이 구성된 백라이트 유닛의 상부에는 컬러필터 기판과 어레이 기판으로 이루어진 액정패널(10)이 패널 가이드(45)를 통해 안착되며, 이러한 액정패널(10)과 패널 가이드(45) 및 백라이트 유닛은 나사(screw)를 통해 하부의 커버 바텀(cover bottom)(50)과 상부의 케이스 탑(case top)(60)에 의해 서로 결합되어 액정표시장치를 구성하게 된다.
이때, 광학시트(43) 상부에는 시야각을 제어하기 위한 시야각 제어시트(44)가 구비되어 있는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 일반적인 액정표시장치에 있어, 시야각 제어시트의 구조를 보여주는 사시도이다.
그리고, 도 3a 및 도 3b는 루버(louver)가 적용된 시야각 제어시트의 출광 특성을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 일반적인 시야각 제어시트(44)는 일 예로, 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 재질의 베이스 필름(base film)(44a) 2매 사이에 블랙 카본(black carbon) 재질의 루버 패턴(44b)이 형성되어 경사방향으로 입사되는 빛을 차단하여 상하 시야각을 줄여주는 역할을 한다.
즉, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 이렇게 구성된 기존의 시야각 제어시트(44)는 루버 패턴(44b)에 대해 평행하게 입사하는 빛은 투과시키고, 경사방향으로 입사하는 빛은 차단(즉, 상하 시야각으로 투과하는 빛을 차단)시켜 수직방향의 시야각 조절이 가능하다.
일 예로, 이러한 특성으로 인해 차량 전면유리에 액정패널(10)의 화면이 비치는 현상을 방지하여 안전운전에 도움을 주게 된다.
다만, 기존의 시야각 제어시트(44)는 시야각 제어를 위해 사다리꼴 형상의 루버 패턴(44b)의 형성이 필수적이다. 그리고, 루버 패턴(44b)을 지탱하기 위해 베이스 필름(44a)이 상하 2겹으로 형성되어 단가 상승의 원인이 되며, 루버 패턴(44b) 결을 따라 사선얼룩이 시인되는 단점이 있다. 즉, 루버 패턴(44b)을 형성하기 위해 상, 하면에 베이스 필름(44a)을 합지(lamination)하게 되는데, 이 과정에서 롤러 압력의 불균일이 일어나게 되면 줄 눌림 현상이 발생하게 되고, 일부 루버만 손상되면 흑선 또는 백선 불량이 나타나게 된다.
그리고, 블랙 카본을 적용한 루버 패턴(44b) 자체가 차광막 역할을 하게 됨에 따라 정면 휘도가 감소하게 되며, 따라서 DBEF(Double Bright Enhancement Film)와 같은 휘도향상 필름이 필수적으로 적용된다. 이로 인해 비용이 상승하는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 루버 패턴을 사용하지 않고 시야각 제어가 가능한 광학부재 및 이를 구비한 표시장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 휘도향상 필름을 추가하지 않고도 정면 휘도를 향상시킬 수 있는 광학부재 및 이를 구비한 표시장치를 제공하는데 있다.
기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학부재는 n1의 굴절률을 갖는 수지 및 상기 수지 내에 일정한 방향으로 정렬되며, 상기 n1보다 큰 n2의 굴절률을 갖는 이방성 폴리머를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 수지는 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC), 아크릴(acrylic), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), 또는 COP(Cyclo Olefin Polymer)로 이루어질 수 있다.
상기 이방성 폴리머는 막대(rod) 형상이나 원통형의 일 방향으로의 방향성을 가질 수 있다.
상기 n1과 상기 이방성 폴리머의 단축방향의 굴절률 n3은 서로 다른 값을 가지며, 상기 n1과 상기 이방성 폴리머의 장축방향의 굴절률 n4는 서로 다른 값을 가질 수 있다.
이때, 상기 n2는 1.3이상, 바람직하게는 1.4~1.8, 더 바람직하게는 1.5~1.68의 값을 가질 수 있다.
상기 광학부재에 대해 상기 이방성 폴리머는 5~50wt% 함량, 바람직하게는 35~50wt% 함량으로 첨가될 수 있다.
상기 n1과 상기 이방성 폴리머의 단축방향의 굴절률 n3은 서로 동일한 값을 가지며, 상기 이방성 폴리머의 장축방향의 굴절률 n4는 상기 n3보다 큰 값을 가질 수 있다.
이때, 상기 n1 및 상기 n3은 1.3~1.6, 바람직하게는 1.5±0.05의 값을 가질 수 있다.
이때, 상기 n4는 1.3이상, 바람직하게는 1.35~1.65의 값을 가질 수 있다.
상기 광학부재에 대해 상기 이방성 폴리머는 5~50wt% 함량, 바람직하게는 5~20wt% 함량으로 첨가될 수 있다.
상기 이방성 폴리머 내에 추가로 블랙 카본이나 흑색 계열의 염료가 첨가될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 상기 광학부재 일측에 편광판을 개재하여 구비된 표시패널을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 광학부재는 상기 편광판의 광투과축과 수직한 방향으로 상기 이방성 폴리머가 배열될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 상하 시야각 제어가 가능한 광학부재를 제공하는 것을 특징으로 한다. 일 예로, 본 발명은 이를 차량용 백라이트 유닛이나 표시장치에 적용함으로써 차량 전면유리 비침 현상을 최소화하여 최적의 운전조건이 가능한 시야각 특성을 제공할 수 있다.
또한, 이러한 시야각 제어는 루버 패턴을 사용하지 않고도 가능하며, 추가의 휘도향상 필름이 필요하지 않기 때문에 제조단가가 인하되는 동시에 사선얼룩 등의 불량을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 분해사시도.
도 2는 도 1에 도시된 일반적인 액정표시장치에 있어, 시야각 제어시트의 구조를 보여주는 사시도.
도 3a 및 도 3b는 루버(louver)가 적용된 시야각 제어시트의 출광 특성을 예시적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치의 구조 및 출사광의 경로를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치의 일부 구조를 예시적으로 보여주는 단면도.
도 6a 및 도 6b는 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치에 있어, 광학부재의 구조를 예시적으로 보여주는 사시도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 8은 도 7에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치의 일부 구조 및 출사광의 경로를 예시적으로 보여주는 단면도.
도 9는 도 7에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치에 있어, 광학부재의 구조를 예시적으로 보여주는 사시도.
도 10a 및 도 10b는 시야각에 따른 휘도 특성을 예로 들어 보여주는 도면.
도 11은 시야각에 따른 휘도 특성을 예로 들어 보여주는 그래프.
도 12a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치에 있어, 이방성 폴리머의 함량에 따른 광학적 특성을 예로 들어 보여주는 표.
도 12b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치에 있어, 이방성 폴리머의 함량에 따른 휘도 및 시야각 특성을 예로 들어 보여주는 그래프.
도 13a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치에 있어, 이방성 폴리머의 함량에 따른 광학적 특성을 예로 들어 보여주는 표.
도 13b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치에 있어, 이방성 폴리머의 함량에 따른 휘도 및 시야각 특성을 예로 들어 보여주는 그래프.
도 14는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 15는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 광학부재 및 이를 구비한 표시장치의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
소자(element) 또는 층이 다른 소자 또는 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않는 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below, beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용 시, 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치의 구조 및 출사광의 경로를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 이때, 도 4에 도시된 표시장치는 액정표시장치를 예로 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치의 일부 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 도 5에는 편광판의 광투과축 및 이방성 폴리머의 장축 방향이 추가로 도시되어 있다.
그리고, 도 6a 및 도 6b는 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치에 있어, 광학부재의 구조를 예시적으로 보여주는 사시도이다.
도 4 내지 도 6a, 6b를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 표시패널(110) 및 표시패널(110)의 후면에 설치되어 표시패널(110)의 전면에 걸쳐 빛을 방출하는 백라이트 유닛(140)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 표시장치로 액정표시장치를 예로 드는 경우, 표시패널(110)은 액정패널일 수 있다. 따라서, 표시패널(110)은 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 컬러필터 기판(105)과, 어레이 기판(115) 및 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(115) 사이의 셀 갭에 형성된 액정층(130)으로 이루어질 수 있다.
자세히 도시하지 않았지만, 컬러필터 기판(105)은 적(red)과, 녹(green) 및 청(blue)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터로 구성된 컬러필터와, 서브-컬러필터 사이를 구분하고 액정층(130)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스, 그리고 액정층(130)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극으로 이루어질 수 있다.
또한, 어레이 기판(115)은 종횡으로 배열되어 다수개의 화소영역을 정의하는 다수개의 게이트라인과 데이터라인, 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터 및 화소영역에 형성된 화소전극으로 이루어질 수 있다. 이때, 횡전계(In Plane Switching; IPS) 방식의 액정표시장치의 경우에는 컬러필터 기판(105) 대신에 어레이 기판(115)에 공통전극을 형성할 수 있다.
이와 같이 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(115)이 합착된 표시패널(110)에는 공통전극과 화소전극이 형성되어 액정층(130)에 전계를 인가한다. 그리고, 공통전극에 전압이 인가된 상태에서 화소전극에 인가되는 데이터신호의 전압을 제어하게 되면, 액정층(130)의 액정은 공통전극과 화소전극 사이의 전계에 따라 유전 이방성에 의해 회전함으로써 화소별로 빛을 투과시키거나 차단시켜 문자나 화상을 표시할 수 있다.
이때, 화소전극에 인가되는 데이터신호의 전압을 화소별로 제어하기 위해서 박막 트랜지스터와 같은 스위칭소자가 화소들에 개별적으로 구비될 수 있다.
이와 같이 구성된 표시패널(110)의 외측에는 각각 상, 하부 편광판(101, 111)이 부착될 수 있다. 이때, 하부 편광판(111)은 백라이트 유닛(140)을 경유한 빛을 편광 시키며, 상부 편광판(101)은 표시패널(110)을 경유한 빛을 편광 시킨다.
이 중 표시패널(110)의 하면에 부착된 하부 편광판(111)은 편광자(111a)와, 편광자(111a)의 상, 하측에 형성된 보호층(111b', 111b")을 포함하여 구성될 수 있다.
하부 편광판(111)은 360도 전 방향의 진동면을 가지고 있는 자연광을 일정 방향의 진동면을 가진 광만을 투과시키고 나머지 광은 흡수하여 편광된 빛을 얻는 일반적인 편광소자이다. 일 예로, 도 5는 하부 편광판(111)이 좌우방향으로의 광투과축을 가지는 경우를 예로 도시하고 있다. 이 경우 상부 편광판(101)은 상하방향으로의 광투과축을 가질 수 있다.
광흡수 특성을 갖는 편광자(111a)를 이용하여 입사면에 수직한 편광성분과 평행한 편광성분으로 나누는 소자를 사용하는 것이 일반적이며, 편광자(111a)에 의해 직선편광과 타원편광이 얻어질 수 있다.
이를 위해 적정한 소재를 선택하고 용도에 맞게 필름 형태로 가공하여 균일한 편광성과 고도의 편광효율을 갖도록 할 수 있다.
일 예로, 요오드(iodine)로 처리한 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol; PVA) 필름을 편광자(111a)로 사용할 수 있다. 그리고, 치수나 변형에 대한 안정성과 내마모성은 물론 우수한 투명성과, 자외선 흡수성 및 내구성을 갖는 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC) 필름이나 아크릴, 일 예로 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 필름을 PVA 필름을 보호하는 내부기재인 보호층(111b')으로 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이렇게 구성된 하부 편광판(111)은 점착제(미도시)를 통해 어레이 기판(115) 하부에 부착될 수 있다.
본 발명은 발광 램프를 배치하는 방식에 따른 직하방식이나 에지방식에 한정되지 않지만, 일 예로 에지방식의 백라이트 유닛(140)을 구체적으로 설명하면, 도광판(142)의 일측에 다수개의 램프(미도시)가 설치될 수 있으며, 도광판(142)의 배면에는 반사판(미도시)이 설치될 수 있다.
이때, 램프는 광원으로서 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL), 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp; EEFL), 열 음극 형광램프(Hot Cathode Fluorescent Lamp; HCFL) 및 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 등 다양한 광원을 사용할 수 있다.
램프에서 발광된 빛은 투명한 재질의 도광판(142)의 측면으로 입사되고, 도광판(142)의 배면에 배치된 반사판은 도광판(142)의 배면으로 투과되는 빛을 도광판(142) 상면의 광학시트(143)들 쪽으로 반사시켜 빛의 손실을 줄이고 균일도를 향상시킬 수 있다.
이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학시트(143)는 확산시트와 프리즘시트를 포함하며, 보호시트가 추가될 수 있다. 프리즘시트는 도광판(242)으로부터의 광을 집광하며, 확산시트는 프리즘시트로부터의 광을 확산하며, 보호시트는 이들 프리즘시트 및 확산시트를 보호하는 역할을 한다. 보호시트를 통과한 광은 표시패널(210) 측으로 제공된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치는 광학시트(143) 위에 DBEF(Double Bright Enhancement Film)와 같은 휘도향상 필름(145)이 추가로 구비될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성된 백라이트 유닛(140)의 상부에는 전술한 바와 같이 컬러필터 기판(105)과 어레이 기판(115)으로 이루어진 표시패널(110)이 안착되어 표시장치를 구성하게 된다.
이때, 본 발명의 경우에는 표시패널(110)과 백라이트 유닛(140) 사이에 시야각 특성(즉, 시야각에 따른 휘도 특성, 다른 말로 광이 출사되는 방향)을 제어하기 위한 광학부재(120)가 구비되는 것을 특징으로 한다. 이때, 도 6b에 도시된 광학부재(120')는 이방성 폴리머(120b') 내에 블랙 카본이나 흑색 계열의 염료 등이 추가된 경우를 예로 들고 있다. 이 경우 이방성 폴리머(120b') 자체가 격벽 역할을 할 수 있어, 도 6a에 도시된 광학부재(120)에 비해 더 우수한 상하 시야각 차단 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학부재(120)는 점착제(109)를 통해 하부 편광판(111)에 합지(lamination)되는 것을 특징으로 한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 백라이트 유닛(140) 내에 시트 형태로 구비되어 백라이트 유닛(140)을 구성할 수도 있다.
이러한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학부재(120)는 n1의 굴절률을 갖는 수지(120a) 내에 n1과 다른 n2의 굴절률을 갖는 이방성 폴리머(120b)가 일정한 방향으로 정렬되어 구성되는 것을 특징으로 한다. 이때, n2는 이방성 폴리머(120b)의 평균 굴절률을 의미하며, 단축방향의 굴절률을 n3라하고 장축방향의 굴절률을 n4라 할 때 (n3+n4)/2로 나타낼 수 있다.
이때, 수지(120a)는 이방성이 없는 폴리머로 이루어질 수 있다. 매질 층으로써 수지(120a)는 1.3 내지 1.6의 굴절률(n1)을 가질 수 있으며, 일 예로 1.5±0.05의 굴절률을 갖는 점착제(109)와 동일한 굴절률(n1)을 가지는 것이 바람직하다.
수지(120a)는 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC), 아크릴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), COP(Cyclo Olefin Polymer) 등의 광학용 필름의 베이스 물질을 사용할 수 있다.
그리고, 이방성 폴리머(120b)는 막대(rod) 형상뿐만 아니라 원통형 등의 일 방향으로의 방향성(일 예로, n3<n4)을 가질 수 있기만 하면 어떤 형상이라도 가능하다.
이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학부재(120)는 상하 시야각 차단, 즉 상하방향으로의 광의 확산을 감소시키기 위해 n2는 n1보다 크게 설정하는 것을 특징으로 한다. 여기서 상하방향은, 도 4와 같이 표시장치가 수직하게 설치될 경우 화상이 표시되는 중앙에 대한 상하방향을 의미하는 것으로 한다.
즉, 상하 시야각 차단을 위해 이방성 폴리머(120b)의 평균 굴절률 n2는 수지(120a)의 굴절률 n1보다 커야하며, 그 차이가 클수록 시야각 차단 효과가 증가한다. 일 예로, n2는 1.3이상이 되어야 하며, 바람직하게는 1.4~1.8, 더 바람직하게는 1.5~1.68의 값을 가질 수 있다.
이때, n1과 n3은 서로 다른 값을 가져야 하며, n1과 n4 역시 서로 다른 값을 가져야 한다.
이와 같이 n1의 굴절률을 갖는 수지(120a) 내에 n2의 굴절률을 갖는 막대 형상의 이방성 폴리머(120b)를 수직한 방향(도 4와 같이 표시장치를 수직하게 설치할 경우)으로 정렬시키면, 백라이트 유닛(140)에서 입사된 광이 이방성 폴리머(120b)와 수지(120a)의 굴절률 차이로 인해 확산을 하게 된다. 이때, 광은 이방성 폴리머(120b)의 막대 형상에 의해 배열 방향을 기준으로 좌우 확산이 증가하고 상하 확산은 감소하게 된다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학부재(120)는 하부 편광판(111)의 광투과축과 실질적으로 수직(orthogonal)한 방향으로 이방성 폴리머(120b)를 배열할 수 있다. 즉, 이방성 폴리머(120b)의 장축방향을 하부 편광판(111)의 광투과축과 실질적으로 수직(orthogonal)한 방향으로 설정할 수 있다.
이에 따라 수직방향의 시야각 차단이 가능하며, 일 예로 이러한 특성으로 인해 차량에 적용할 경우 차량 전면유리에 표시패널의 화면이 비치는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 현재 기존의 루버(louver)를 이용한 시야각 제어시트를 적용할 경우 정면 휘도가 약 17% 감소하는 것에 비해, 본 발명의 광학부재(120)를 적용할 경우 정면 휘도가 증가하는 것을 알 수 있다.
한편, 이방성 폴리머의 이방성을 제어하는 경우 휘도 재이용(recycle)을 가능하게 할 수 있는데, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 이때, 도 7에 도시된 표시장치는 액정표시장치를 예로 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8은 도 7에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치의 일부 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 도 8에는 편광판의 광투과축 및 이방성 폴리머의 장축 방향이 추가로 도시되어 있다.
그리고, 도 9는 도 7에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치에 있어, 광학부재의 구조를 예시적으로 보여주는 사시도이다.
도 7 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 표시패널(210) 및 표시패널(210)의 후면에 설치되어 표시패널(210)의 전면에 걸쳐 빛을 방출하는 백라이트 유닛(240)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 전술한 바와 같이 표시장치로 액정표시장치를 예로 드는 경우, 표시패널(210)은 액정패널일 수 있다. 따라서, 표시패널(210)은 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 컬러필터 기판(205)과, 어레이 기판(215) 및 컬러필터 기판(205)과 어레이 기판(215) 사이의 셀 갭에 형성된 액정층(230)으로 이루어질 수 있다.
또한, 표시패널(210)의 외측에는 각각 상, 하부 편광판(201, 211)이 부착될 수 있다. 이때, 하부 편광판(211)은 백라이트 유닛(240)을 경유한 빛을 편광 시키며, 상부 편광판(201)은 표시패널(210)을 경유한 빛을 편광 시킨다.
이 중 표시패널(210)의 하면에 부착된 하부 편광판(211)은 편광자(211a)와, 편광자(211a)의 상, 하측에 형성된 보호층(211b', 211b")을 포함하여 구성될 수 있다.
하부 편광판(211)은 360도 전 방향의 진동면을 가지고 있는 자연광을 일정 방향의 진동면을 가진 광만을 투과시키고 나머지 광은 흡수하여 편광된 빛을 얻는 일반적인 편광소자이다. 일 예로, 도 8은 하부 편광판(211)이 좌우방향으로의 광투과축을 가지는 경우를 예로 도시하고 있다. 이 경우 상부 편광판(201)은 상하방향으로의 광투과축을 가질 수 있다.
하부 편광판(211)은 점착제(미도시)를 통해 어레이 기판(215) 하부에 부착될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명은 직하방식이나 에지방식에 한정되지 않지만, 일 예로 에지방식의 백라이트 유닛(240)을 구체적으로 설명하면, 도광판(242)의 일측에 다수개의 램프(미도시)가 설치될 수 있으며, 도광판(242)의 배면에는 반사판(241)이 설치될 수 있다.
램프에서 발광된 빛은 투명한 재질의 도광판(242)의 측면으로 입사되고, 도광판(242)의 배면에 배치된 반사판(241)은 도광판(242)의 배면으로 투과되는 빛을 도광판(242) 상면의 광학시트(243)들 쪽으로 반사시켜 빛의 손실을 줄이고 균일도를 향상시킬 수 있다.
이때, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학시트(243)는 확산시트와 프리즘시트를 포함하며, 보호시트가 추가될 수 있다.
이와 같이 구성된 백라이트 유닛(240)의 상부에는 전술한 바와 같이 컬러필터 기판(205)과 어레이 기판(215)으로 이루어진 표시패널(210)이 안착되어 표시장치를 구성하게 된다.
이때, 본 발명의 경우에는 표시패널(210)과 백라이트 유닛(240) 사이에 시야각 특성을 제어하기 위한 광학부재(220)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 전술한 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학부재(220)는, 이방성 폴리머(220b) 내에 블랙 카본이나 흑색 계열의 염료 등이 추가될 수 있다.
특히, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학부재(220)는 점착제(209)를 통해 하부 편광판(211)에 합지(lamination)되는 것을 특징으로 한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 백라이트 유닛(240) 내에 시트 형태로 구비되어 백라이트 유닛(240)을 구성할 수도 있다.
이러한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학부재(220)는 n1의 굴절률을 갖는 수지(220a) 내에 n1과 다른 n2의 굴절률을 갖는 이방성 폴리머(220b)가 일정한 방향으로 정렬되어 구성되는 것을 특징으로 한다. 이때, n2는 이방성 폴리머(220b)의 평균 굴절률을 의미하며, 단축방향의 굴절률을 n3라하고 장축방향의 굴절률을 n4라 할 때 (n3+n4)/2로 나타낼 수 있다.
이때, 전술한 바와 같이 수지(220a)는 이방성이 없는 폴리머로 이루어질 수 있다. 매질 층으로써 수지(220a)는 1.3 내지 1.6의 굴절률(n1)을 가질 수 있으며, 일 예로 1.5±0.05의 굴절률을 갖는 점착제(209)와 동일한 굴절률(n1)을 가지는 것이 바람직하다.
수지(220a)는 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC), 아크릴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), COP(Cyclo Olefin Polymer) 등의 광학용 필름의 베이스 물질을 사용할 수 있다.
그리고, 이방성 폴리머(220b)는 막대(rod) 형상뿐만 아니라 원통형 등의 일 방향으로의 방향성(일 예로, n3<n4)을 가질 수 있기만 하면 어떤 형상이라도 가능하다.
이때, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치는 이방성 폴리머의 이방성을 제어하여 광을 재이용(recycle)함으로써 전술한 본 발명의 제 1 실시예와는 달리 광학시트(243) 위에 DBEF와 같은 휘도향상 필름을 추가로 구비할 필요가 없는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학부재(220)는 상하 시야각 차단, 즉 상하방향으로의 광의 확산을 감소시키는 동시에 광의 재이용을 위해 n1과 n3은 같고 n4는 n3보다 크게 설정하는 것을 특징으로 한다. 여기서 상하방향은, 도 7과 같이 표시장치가 수직하게 설치될 경우 화상이 표시되는 중앙에 대한 상하방향을 의미하는 것으로 한다.
즉, 상하 시야각 차단을 위해 이방성 폴리머(220b)의 평균 굴절률 n2는 수지(220a)의 굴절률 n1보다 커야하며, 그 차이가 클수록 시야각 차단 효과가 증가한다. 또한, 광의 재이용을 위해서 n1과 n3은 실질적으로 동일하여야 한다. 여기서 실질적으로 동일하다는 의미는 오차 범위를 고려한 동등하다는 의미를 포함한다.
일 예로, n1 및 n3은 1.3~1.6의 값을 가질 수 있으며, 바람직하게는 1.5±0.05의 값을 가질 수 있다.
또한, n4는 n3보다 커야하며, 그 차이가 클수록 광의 재이용 효과가 증가한다. 일 예로, n4는 1.3이상이 되어야 하며, 바람직하게는 1.35~1.65의 값을 가질 수 있다.
전술한 본 발명의 제 1 실시예와 같이 n1의 굴절률을 갖는 수지(220a) 내에 n2의 굴절률을 갖는 막대 형상의 이방성 폴리머(220b)를 수직한 방향(도 7과 같이 표시장치를 수직하게 설치할 경우)으로 정렬시키면, 백라이트 유닛(240)에서 입사된 광이 이방성 폴리머(220b)와 수지(220a)의 굴절률 차이로 인해 확산을 하게 된다. 이때, 광은 이방성 폴리머(220b)의 막대 형상에 의해 배열 방향을 기준으로 좌우 확산이 증가하고 상하 확산은 감소하게 된다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학부재(220)는 하부 편광판(211)의 광투과축과 실질적으로 수직(orthogonal)한 방향으로 이방성 폴리머(220b)를 배열할 수 있다. 즉, 이방성 폴리머(220b)의 장축방향을 하부 편광판(211)의 광투과축과 실질적으로 수직(orthogonal)한 방향으로 설정할 수 있다.
또한, 이방성 폴리머(220b)의 단축방향의 굴절률 n3을 수지(220a)의 굴절률 n1과 실질적으로 동일하게 하고 장축방향의 굴절률 n4를 단축방향의 굴절률 n3보다 크게 설정하게 되면, 이방성 폴리머(220b)에 의해 반사된 S파를 재이용 할 수 있게 되어 정면 휘도 상승에 기여할 수 있다.
즉, 광원은 벡터의 합으로 표시할 수 있으며, 도 9와 같이 P파와 S파로 분리할 수 있다. 이때, 매질 n1과 이방성 폴리머(220b)의 단축방향의 굴절률 n3이 동일하면, P파 방향의 빛이 투과될 수 있다. 그리고, 매질 n1과 이방성 폴리머(220b)의 장축방향의 굴절률 n4가 다르면, S파 방향의 빛이 반사될 수 있다. 반사된 S파 방향의 빛은 하부의 반사판(241)에 의해 P파로 편광이 바뀌어 이방성 폴리머(220b)에 재 입사되고, 이방성 폴리머(220b)를 통해 투과되어 휘도 상승에 기여할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 2 실시예의 경우에는 전술한 바와 같이 휘도향상 필름의 추가가 필요하지 않다.
도 10a 및 도 10b는 시야각에 따른 휘도 특성을 예로 들어 보여주는 도면이다.
이때, 도 10a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치에 있어, 시야각에 따른 휘도 특성을 보여주고 있으며, 도 10b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치에 있어, 시야각에 따른 휘도 특성을 보여주고 있다.
그리고, 도 11은 시야각에 따른 휘도 특성을 예로 들어 보여주는 그래프이다. 이때, 비교예는 루버를 이용한 시야각 제어시트를 구비한 기존의 표시장치를 예로 들고 있으며, 비교예와 본 발명의 제 1 실시예의 경우에는 휘도향상 필름을 추가로 구비한 경우를 예로 들고 있다.
도 10a와, 도 10b 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 제 1, 제 2 실시예의 경우 비교예와 동일한 수준으로 수직방향의 시야각 제어가 가능하다는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예의 경우 비교예에 비해 정면 휘도가 약 30% 증가하고, 본 발명의 제 2 실시예의 경우 비교예에 비해 정면 휘도가 약 10% 증가한 것을 알 수 있다.
다만, 본 발명의 제 1, 제 2 실시예의 경우 정면 대비 휘도 15%에서의 상시야각은 비교예의 30°에 비해 다소 증가한 것을 알 수 있다.
이러한 시야각 제어는 루버 패턴을 사용하지 않고도 가능하며, 특히 본 발명의 제 2 실시예의 경우 추가의 휘도향상 필름이 필요하지 않기 때문에 제조단가가 인하되는 동시에 사선얼룩 등의 불량을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
도 12a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치에 있어, 이방성 폴리머의 함량에 따른 광학적 특성을 예로 들어 보여주는 표다. 그리고, 도 12b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시장치에 있어, 이방성 폴리머의 함량에 따른 휘도 및 시야각 특성을 예로 들어 보여주는 그래프이다.
이때, 도 12a 및 도 12b는 광학부재에 대해 이방성 폴리머가 5wt%, 20wt%, 35wt%, 50wt% 및 70wt% 포함된 경우의 빛샘과 헤이즈(haze) 등의 광학적 특성을 예로 들어 보여주고 있다.
또한, 도 12a 및 도 12b는 수지의 굴절률(n1)이 약 1.55이며, 이방성 폴리머의 굴절률(n2)이 약 1.64인 경우를 예로 들고 있다.
도 12a 및 12b를 참조하면, 이방성 폴리머의 함량이 증가할수록 상시야각 차단 효과가 증가하는 것을 알 수 있다.
즉, 광학부재에 대해 이방성 폴리머가 5wt%, 20wt%, 35wt%, 50wt% 및 70wt% 포함된 경우의 정면 대비 15% 휘도에 대한 상시야각은 각각 48°, 43°, 39°, 35° 및 32°인 것을 알 수 있다.
다만, 이방성 폴리머의 함량이 증가할수록 총 두께가 증가하여 빛샘에 불리하며, 헤이즈가 증가하고 정면 휘도가 감소하는 것을 알 수 있다.
즉, 광학부재에 대해 이방성 폴리머가 5wt%, 20wt%, 35wt%, 50wt% 및 70wt% 포함된 경우의 빛샘은 각각 1레벨(Lv), 1레벨, 2레벨, 2레벨 및 4레벨인 것을 알 수 있다. 이때, 빛샘이 2레벨 이하인 경우에 양산이 가능한 양품으로 판단될 수 있다.
또한, 광학부재에 대해 이방성 폴리머가 5wt%, 20wt%, 35wt%, 50wt% 및 70wt% 포함된 경우의 정면 휘도는 각각 138%, 133%, 130%, 126% 및 122%인 것을 알 수 있다.
따라서, 광학부재에 대해 이방성 폴리머는 약 5~50wt% 함량으로 첨가 가능하며, 바람직하게는 35~50wt% 함량으로 첨가할 수 있다.
도 13a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치에 있어, 이방성 폴리머의 함량에 따른 광학적 특성을 예로 들어 보여주는 표다. 그리고, 도 13b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시장치에 있어, 이방성 폴리머의 함량에 따른 휘도 및 시야각 특성을 예로 들어 보여주는 그래프이다.
이때, 도 13a 및 도 13b는 광학부재에 대해 이방성 폴리머가 5wt%, 20wt%, 35wt%, 50wt% 및 70wt% 포함된 경우의 빛샘, 헤이즈(haze), 재이용 효율 등의 광학적 특성을 예로 들어 보여주고 있다.
도 13a 및 13b를 참조하면, 이방성 폴리머의 함량이 증가할수록 재이용 효율의 증가로 정면 휘도가 증가하지만, 상시야각 차단에 불리한 것을 알 수 있다.
즉, 광학부재에 대해 이방성 폴리머가 5wt%, 20wt%, 35wt%, 50wt% 및 70wt% 포함된 경우의 재이용 효율은 각각 105%, 110%, 118%, 124% 및 131%인 것을 알 수 있다. 그리고, 광학부재에 대해 이방성 폴리머가 5wt%, 20wt%, 35wt%, 50wt% 및 70wt% 포함된 경우의 정면 휘도는 각각 104%, 107%, 110%, 116% 및 123%이며, 정면 대비 15% 휘도에 대한 상시야각은 각각 36°, 40°, 43°, 46° 및 50°인 것을 알 수 있다.
또한, 이방성 폴리머의 함량이 증가할수록 총 두께가 증가하여 빛샘에 불리하며, 헤이즈가 증가하는 것을 알 수 있다.
즉, 광학부재에 대해 이방성 폴리머가 5wt%, 20wt%, 35wt%, 50wt% 및 70wt% 포함된 경우의 빛샘은 각각 1레벨(Lv), 1레벨, 2레벨, 2레벨 및 4레벨인 것을 알 수 있다. 이때, 빛샘이 2레벨 이하인 경우에 양산이 가능한 양품으로 판단될 수 있다.
따라서, 광학부재에 대해 이방성 폴리머는 약 5~50wt% 함량으로 첨가 가능하며, 바람직하게는 5~20wt% 함량으로 첨가할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 광학부재는 백라이트 유닛 내에 시트 형태로 구비될 수도 있으며, 이를 다음의 본 발명의 제 3 실시예를 통해 설명한다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
이때, 도 14에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시장치는 광학부재가 백라이트 유닛 내에 시트 형태로 구비된 경우를 제외하고는 전술한 본 발명의 제 1, 제 2 실시예에 따른 표시장치와 실질적으로 동일한 구성으로 이루어질 수 있다.
또한, 도 14에 도시된 표시장치는 액정표시장치를 예로 들고 있으나, 전술한 바와 같이 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시장치는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 표시패널(310) 및 표시패널(310)의 후면에 설치되어 표시패널(310)의 전면에 걸쳐 빛을 방출하는 백라이트 유닛(340)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 전술한 바와 같이 표시장치로 액정표시장치를 예로 드는 경우, 표시패널(310)은 액정패널일 수 있다. 따라서, 표시패널(310)은 서로 대향하여 균일한 셀 갭이 유지되도록 합착된 컬러필터 기판(305)과, 어레이 기판(315) 및 컬러필터 기판(305)과 어레이 기판(315) 사이의 셀 갭에 형성된 액정층(미도시)으로 이루어질 수 있다.
또한, 표시패널(310)의 외측에는 각각 상, 하부 편광판(301, 311)이 부착될 수 있다. 이때, 하부 편광판(311)은 백라이트 유닛(340)을 경유한 빛을 편광 시키며, 상부 편광판(301)은 표시패널(310)을 경유한 빛을 편광 시킨다.
전술한 바와 같이 본 발명은 직하방식이나 에지방식에 한정되지 않지만, 일 예로 에지방식의 백라이트 유닛(340)을 구체적으로 설명하면, 도광판(342)의 일측에 다수개의 램프(미도시)가 설치될 수 있으며, 도광판(342)의 배면에는 반사판(미도시)이 설치될 수 있다.
램프에서 발광된 빛은 투명한 재질의 도광판(342)의 측면으로 입사되고, 도광판(342)의 배면에 배치된 반사판은 도광판(342)의 배면으로 투과되는 빛을 도광판(342) 상면의 광학시트(343)들 쪽으로 반사시켜 빛의 손실을 줄이고 균일도를 향상시킬 수 있다.
이때, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학시트(343)는 확산시트와 프리즘시트를 포함하며, 보호시트가 추가될 수 있다.
이때, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시장치는 광학시트(343) 위에 시야각 특성을 제어하기 위한 광학부재(320)가 구비되는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학부재(320)는 백라이트 유닛(340) 내에 시트 형태로 구비되어 백라이트 유닛(340)을 구성하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 백라이트 유닛(340)의 상부에는 전술한 바와 같이 컬러필터 기판(305)과 어레이 기판(315)으로 이루어진 표시패널(310)이 안착되어 표시장치를 구성하게 된다.
자세히 도시하지 않았지만, 이러한 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학부재(320)는 n1의 굴절률을 갖는 수지 내에 n1과 다른 n2의 굴절률을 갖는 이방성 폴리머가 일정한 방향으로 정렬되어 구성되는 것을 특징으로 한다. 이때, n2는 이방성 폴리머의 평균 굴절률을 의미하며, 단축방향의 굴절률을 n3라하고 장축방향의 굴절률을 n4라 할 때 (n3+n4)/2로 나타낼 수 있다.
이때, 전술한 바와 같이 수지는 이방성이 없는 폴리머로 이루어질 수 있다. 매질 층으로써 수지는 1.3 내지 1.6의 굴절률(n1)을 가질 수 있다.
수지는 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC), 아크릴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), COP(Cyclo Olefin Polymer) 등의 광학용 필름의 베이스 물질을 사용할 수 있다.
그리고, 이방성 폴리머는 막대(rod) 형상뿐만 아니라 원통형 등의 일 방향으로의 방향성(일 예로, n3<n4)을 가질 수 있기만 하면 어떤 형상이라도 가능하다.
이때, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학부재(320)는 전술한 본 발명의 제 1 실시예와 실질적으로 동일하게, 상하 시야각 차단, 즉 상하방향으로의 광의 확산을 감소시키기 위해 n2는 n1보다 크게 설정할 수 있다. 여기서 상하방향은, 도 14와 같이 표시장치가 수직하게 설치될 경우 화상이 표시되는 중앙에 대한 상하방향을 의미하는 것으로 한다.
즉, 상하 시야각 차단을 위해 이방성 폴리머의 평균 굴절률 n2는 수지의 굴절률 n1보다 커야하며, 그 차이가 클수록 시야각 차단 효과가 증가한다. 일 예로, n2는 1.3이상이 되어야 하며, 바람직하게는 1.4~1.8, 더 바람직하게는 1.5~1.68의 값을 가질 수 있다.
이때, n1과 n3은 서로 다른 값을 가져야 하며, n1과 n4 역시 서로 다른 값을 가져야 한다.
또한, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학부재(320)는 하부 편광판(311)의 광투과축과 실질적으로 수직(orthogonal)한 방향으로 이방성 폴리머를 배열할 수 있다. 즉, 이방성 폴리머의 장축방향을 하부 편광판(311)의 광투과축과 실질적으로 수직(orthogonal)한 방향으로 설정할 수 있다.
또는, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학부재(320)는 전술한 본 발명의 제 2 실시예와 실질적으로 동일하게, 이방성 폴리머의 이방성을 제어하여 광을 재이용(recycle)함으로써 광학시트(343) 위에 DBEF와 같은 휘도향상 필름을 추가로 구비하지 않을 수도 있다.
즉, 이 경우 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학부재(320)는 상하 시야각 차단, 즉 상하방향으로의 광의 확산을 감소시키는 동시에 광의 재이용을 위해 n1과 n3은 같고 n4는 n3보다 크게 설정할 수 있다.
즉, 상하 시야각 차단을 위해 이방성 폴리머의 평균 굴절률 n2는 수지의 굴절률 n1보다 커야하며, 그 차이가 클수록 시야각 차단 효과가 증가한다. 또한, 광의 재이용을 위해서 n1과 n3은 실질적으로 동일하여야 한다. 여기서 실질적으로 동일하다는 의미는 오차 범위를 고려한 동등하다는 의미를 포함한다.
일 예로, n1 및 n3은 1.3~1.6의 값을 가질 수 있으며, 바람직하게는 1.5±0.05의 값을 가질 수 있다.
또한, n4는 n3보다 커야하며, 그 차이가 클수록 광의 재이용 효과가 증가한다. 일 예로, n4는 1.3이상이 되어야 하며, 바람직하게는 1.35~1.65의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학부재(320)는 이방성 폴리머의 단축방향의 굴절률 n3을 수지의 굴절률 n1과 실질적으로 동일하게 하고 장축방향의 굴절률 n4를 단축방향의 굴절률 n3보다 크게 설정할 경우, 이방성 폴리머에 의해 반사된 S파를 재이용 할 수 있게 되어 정면 휘도 상승에 기여할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1, 제 2, 제 3 실시예에 따른 광학부재는, 일 예로 베이스 물질인 수지에 이방성 폴리머를 일정량 혼합(mixing)하여 압출을 통해 필름 제막을 진행한 후, 연신 공정을 통해 이방성 폴리머를 일정 방향으로 배향시켜 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명은 표시장치로 액정표시장치에만 한정되는 것은 아니며, 유기전계발광 표시장치에도 적용 가능하며, 이를 다음의 본 발명의 제 4 실시예를 통해 상세히 설명한다.
도 15는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 표시장치의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도로써, 액티브영역의 패널 어셈블리의 단면 구조를 예시적으로 보여주고 있다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치는 크게 영상을 표시하는 패널 어셈블리와 패널 어셈블리에 연결되는 연성 회로기판을 포함하여 구성될 수 있다.
패널 어셈블리는 액티브영역과 패드영역으로 구분되는 패널부 및 액티브영역을 덮으면서 패널부 위에 구비되는 박막 봉지층을 포함할 수 있다.
도 15를 참조하면, 기판(401)의 상면에는 패널부가 배치될 수 있다.
기판(401)은 가요성 있는 플렉서블 기판일 수 있다.
플렉서블 기판은 폴리에틸렌에테르프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene Napthalate; PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리에테르이미드(Polyetherimide; PEI), 폴리에테르술폰(Polyethersulphone; PES) 및 폴리이미드(polyimide) 등과 같이 내열성 및 내구성이 우수한 플라스틱을 소재로 사용할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되지 않으며, 가요성 있는 다양한 소재가 사용될 수 있다.
본 발명의 제 4 실시예와 같이 화상이 기판(401)방향으로 구현되는 후면발광 방식의 경우 기판(401)은 투명한 재질로 형성해야 한다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 화상이 기판(401)의 반대방향으로 구현되는 전면발광 방식을 적용할 수도 있으며, 이 경우 기판(401)은 반드시 투명한 재질로 형성할 필요는 없다.
그리고, 액티브영역은 다수의 서브-화소들이 배치되어 실제로 영상을 표시하는 화소부(AAa) 및 화소부(AAa)의 외곽에 형성되어 외부로부터 인가되는 신호를 화소부(AAa) 내에 전달하는 외곽부(AAb)로 구분할 수 있다.
이때, 박막 봉지층(440)은 화소부(AAa)와 외곽부(AAb) 일부를 덮으면서 패널부 위에 형성될 수 있다.
이때, 도시하지 않았지만, 액티브영역에는 서브-화소들이 매트릭스 형태로 배치되며, 액티브영역의 외측에는 화소들을 구동시키기 위한 스캔 드라이버와 데이터 드라이버 등의 구동소자 및 기타 부품들이 위치한다.
그리고, 화소부(AAa)의 기판(401) 상면에는 패널소자(402)가 배치될 수 있다. 본 명세서에서 언급되는 패널소자(402)라는 용어는, 설명의 편의상 유기발광다이오드 및 이를 구동하기 위한 TFT 어레이를 통칭하는 것으로 한다.
도시하지 않았지만, 각 서브-화소는 유기발광다이오드 및 유기발광다이오드와 전기적으로 연결된 전자 소자를 포함한다. 전자 소자는 적어도 2개 이상의 TFT, 스토리지 커패시터 등을 포함할 수 있다. 전자 소자는 배선들과 전기적으로 연결되어 패널부 외부의 구동소자로부터 전기적인 신호를 전달받아 구동한다. 이렇게 유기발광다이오드와 전기적으로 연결된 전자 소자 및 배선들의 배열을 TFT 어레이라 지칭한다.
유기발광다이오드는 제 1 전극과, 유기 화합물층 및 제 2 전극을 포함한다.
이때, 유기 화합물층은 실제 발광이 이루어지는 발광층 이외에 정공 또는 전자의 캐리어를 발광층까지 효율적으로 전달하기 위한 다양한 유기층들을 더 포함할 수 있다.
유기층들은 제 1 전극과 발광층 사이에 위치하는 정공주입층 및 정공수송층, 제 2 전극과 발광층 사이에 위치하는 전자주입층 및 전자수송층을 포함할 수 있다.
이와 같이 TFT 어레이 위에 투명 산화물로 이루어진 제 1 전극이 형성되며, 제 1 전극 위에는 순차적으로 유기 화합물층 및 제 2 전극이 적층될 수 있다.
이러한 구조를 기반으로 유기발광다이오드는 제 1 전극에서 주입되는 정공과 제 2 전극에서 주입되는 전자가 각각의 수송을 위한 수송층을 경유하여 발광층에서 결합한 후 낮은 에너지 준위로 이동하면서 상기 발광층에서의 에너지 차에 해당하는 파장의 빛을 생성하게 된다.
그리고, TFT는 기본적으로 스위칭 트랜지스터와 구동 트랜지스터를 포함한다.
스위칭 트랜지스터는 스캔라인과 데이터라인에 연결되고, 스캔라인에 입력되는 스위칭 전압에 따라 데이터라인에 입력되는 데이터 전압을 구동 트랜지스터로 전송한다. 스토리지 커패시터는 스위칭 트랜지스터와 전원 라인에 연결되며, 스위칭 트랜지스터로부터 전송 받은 전압과 전원라인에 공급되는 전압의 차이에 해당하는 전압을 저장한다.
구동 트랜지스터는 전원 라인과 스토리지 커패시터에 연결되어 스토리지 커패시터에 저장된 전압과 문턱 전압의 차이의 제곱에 비례하는 출력 전류를 유기발광다이오드로 공급하고, 유기발광다이오드는 출력 전류에 의해 발광한다.
구동 트랜지스터는 액티브층과, 게이트전극 및 소오스/드레인전극을 포함하며, 유기발광다이오드의 제 1 전극이 구동 트랜지스터의 드레인전극에 연결될 수 있다.
일 예로, 구동 트랜지스터는 버퍼층 위에 형성된 액티브층과 액티브층이 형성된 기판(401) 위에 형성된 제 1 절연층을 포함할 수 있다. 또한, 제 1 절연층 위에 형성된 게이트전극과, 게이트전극이 형성된 기판(401) 위에 형성된 제 2 절연층 및 제 2 절연층 위에 형성되어 제 1 콘택홀을 통해 액티브층의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극을 포함할 수 있다.
이러한 구동 트랜지스터가 형성된 기판(401) 위에는 제 3 절연층이 형성될 수 있다.
그리고, 제 3 절연층 위에는 컬러필터가 형성될 수 있다. 각 서브-화소의 컬러필터는 적색과, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색상을 가질 수 있다. 또한, 백색이 구현되는 서브-화소의 경우 컬러필터가 형성되지 않을 수 있다. 적색과, 녹색 및 청색의 배열은 다양하게 형성될 수 있으며, 각 컬러필터 사이에는 외부 광을 흡수할 수 있는 물질로 이루어진 블랙 매트릭스가 구비될 수 있다.
후면발광 방식의 경우, 컬러필터는 제 1 전극의 하부에 위치할 수 있다.
컬러필터가 형성된 기판(401) 위에는 제 4 절연층이 형성될 수 있다.
이때, 구동 트랜지스터의 드레인전극은 제 3 절연층과 제 4 절연층에 형성된 제 2 컨택홀을 통해 제 1 전극과 전기적으로 접속될 수 있다.
그리고, 제 4 절연층 상부의 각 서브-화소영역의 경계에는 뱅크가 형성될 수 있다. 즉, 뱅크는 기판(401) 전체적으로는 매트릭스 형태의 격자구조를 가지고, 제 1 전극의 가장자리를 에워싸고 있으며, 제 1 전극의 일부를 노출시킨다.
전술한 유기발광다이오드의 유기 화합물층은 기판(401) 전면에 형성될 수 있다. 이 경우 패터닝 과정이 생략될 수 있어 공정이 단순해지는 효과를 갖는다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 뱅크 사이의 제 1 전극 위에 유기 화합물층이 형성될 수도 있다.
표시영역의 유기 화합물층 위에는 제 2 전극이 형성된다.
제 2 전극이 형성된 기판(401) 상부에는 화소부의 기판(401) 전체에 걸쳐서 폴리머 등의 유기물질로 이루어진 캐핑층(capping layer)이 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 캐핑층이 형성되지 않을 수도 있다.
다시 도 15를 참조하면, 제 2 전극이 형성된 기판(401) 상면에는 패널소자(402)를 덮도록 박막 봉지층(440)이 형성될 수 있다. 패널소자(402)에 포함된 유기발광다이오드는 유기물로 구성되어 외부의 수분이나 산소에 의해 쉽게 열화 된다. 따라서, 이러한 유기발광다이오드를 보호하기 위해 패널소자(402)를 밀봉해야 한다. 박막 봉지층(440)은 패널소자(102)를 밀봉하는 수단으로 다수의 무기막들 및 유기막들을 교번 하여 적층한 구조를 갖는다. 이렇게 패널소자(402)를 밀봉 기판이 아닌 박막 봉지층(440)으로 밀봉함으로써 유기전계발광 표시장치의 박형화 및 플렉서블화가 가능하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
박막 봉지층(440)을 구체적으로 설명하면, 일 예로 패널소자(402)가 구비된 기판(401) 위에는 봉지수단으로 1차 보호막(440a)과, 유기막(440b) 및 2차 보호막(440c)이 차례대로 형성되어 박막 봉지층(440)을 구성할 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이 박막 봉지층(440)을 구성하는 무기막들과 유기막들의 수는 이에 한정되지 않는다.
이렇게 구성된 패널 어셈블리의 패드영역에는 칩-온-글라스(Chip On Glass; COG) 방식으로 집적회로 칩(미도시)이 실장(mount)될 수 있다.
연성 회로기판에는 구동 신호를 처리하기 위한 전자 소자(미도시)들이 칩-온-필름(Chip On Film; COF) 방식으로 실장되고, 외부 신호를 연성 회로기판으로 전송하기 위한 커넥터(미도시)가 설치될 수 있다.
이러한 연성 회로기판은 패널 어셈블리의 뒤쪽으로 접혀 연성 회로기판이 패널 어셈블리의 배면과 마주하도록 구성할 수 있다. 이때, 패널부의 단자부와 연성 회로기판의 접속부가 서로 전기적으로 접속하기 위하여 이방성 도전필름(미도시)을 이용할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치에 있어, 후면발광 방식의 경우 기판(401) 배면에는 시야각 특성(즉, 시야각에 따른 휘도 특성, 다른 말로 광이 출사되는 방향)을 제어하기 위한 광학부재(420)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
특히, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광학부재(420)는 점착제(409)를 통해 기판(401)에 합지(lamination)되는 것을 특징으로 한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 시트 형태로 구비되어 기판(401)에 부착될 수도 있다.
자세히 도시하지 않았지만, 전술한 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예와 실질적으로 동일하게, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광학부재(420)는 n1의 굴절률을 갖는 수지 내에 n1과 다른 n2의 굴절률을 갖는 이방성 폴리머가 일정한 방향으로 정렬되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광학부재(420)는 상하 시야각 차단, 즉 상하방향으로의 광의 확산을 감소시키기 위해 n2는 n1보다 크게 설정할 수 있다.
이때, n1과 n3은 서로 다른 값을 가져야 하며, n1과 n4 역시 서로 다른 값을 가져야 한다. 이때, n2는 이방성 폴리머의 평균 굴절률을 의미하며, 단축방향의 굴절률을 n3라하고 장축방향의 굴절률을 n4라 할 때 (n3+n4)/2로 나타낼 수 있다.
또는, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광학부재(420)는 상하 시야각 차단, 즉 상하방향으로의 광의 확산을 감소시키는 동시에 광의 재이용을 위해 n1과 n3은 같고 n4는 n3보다 크게 설정할 수 있다. 즉, 광의 재이용을 위해서 n1과 n3은 실질적으로 동일하여야 한다. 여기서 실질적으로 동일하다는 의미는 오차 범위를 고려한 동등하다는 의미를 포함한다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
101,201,301 : 상부 편광판 110,210,310 : 표시패널
111,211,311 : 하부 편광판 120,220,320,420 : 광학부재
120a,220a : 수지 120b,220b : 이방성 폴리머
140,240,340 : 백라이트 유닛 142,242,342 : 도광판
143,243,343 : 광학시트

Claims (13)

  1. n1의 굴절률을 갖는 수지; 및
    상기 수지 내에 일정한 방향으로 정렬되며, 상기 n1보다 큰 n2의 굴절률을 갖는 이방성 폴리머를 포함하는 광학부재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수지는 트리아세테이트 셀룰로오스(Triacetate Cellulose; TAC), 아크릴(acrylic), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), 또는 COP(Cyclo Olefin Polymer)로 이루어진 광학부재.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이방성 폴리머는 막대(rod) 형상이나 원통형의 일 방향으로의 방향성을 가지는 광학부재.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 n1과 상기 이방성 폴리머의 단축방향의 굴절률 n3은 서로 다른 값을 가지며, 상기 n1과 상기 이방성 폴리머의 장축방향의 굴절률 n4는 서로 다른 값을 가지는 광학부재.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 n2는 1.5~1.68의 값을 가지는 광학부재.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 광학부재에 대해 상기 이방성 폴리머는 35~50wt% 함량으로 첨가하는 광학부재.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 n1과 상기 이방성 폴리머의 단축방향의 굴절률 n3은 서로 동일한 값을 가지며, 상기 이방성 폴리머의 장축방향의 굴절률 n4는 상기 n3보다 큰 값을 가지는 광학부재.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 n1 및 상기 n3은 1.5±0.05의 값을 가지는 광학부재.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 n4는 1.35~1.65의 값을 가지는 광학부재.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 광학부재에 대해 상기 이방성 폴리머는 5~20wt% 함량으로 첨가하는 가능한 광학부재.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 이방성 폴리머 내에 추가로 블랙 카본이나 흑색 계열의 염료가 첨가된 광학부재.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학부재 일측에 편광판을 개재하여 구비된 표시패널을 포함하는 표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 광학부재는 상기 편광판의 광투과축과 수직한 방향으로 상기 이방성 폴리머가 배열되는 표시장치.
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