WO2012008770A2 - 광학 성능이 향상된 광학필름 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 - Google Patents

광학 성능이 향상된 광학필름 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 Download PDF

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WO2012008770A2
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lens
conic
microlens array
sheet
backlight unit
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김병묵
박광승
박병수
김윤현
한상철
김진현
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    • G02B3/0056—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along two different directions in a plane, e.g. honeycomb arrangement of lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices
    • G02F1/133602—Direct backlight
    • G02F1/133606—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members
    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses

Definitions

  • the present invention relates to an optical sheet that can be used in a backlight unit and a backlight unit including the same, and more particularly, to a structure of a microlens array sheet having improved optical performance as compared to the prior art, and an optical film having such a structure It is about.
  • a liquid crystal display device is an electronic device that transmits various electrical information generated by various devices to visual information by using a change in liquid crystal transmittance according to an applied voltage.
  • a liquid crystal display device which is a light-receiving element without a self-luminous source, requires a separate light source device capable of illuminating the entire screen of the device.
  • Such an illumination device for a liquid crystal display device is commonly referred to as a back light unit.
  • the backlight unit is distinguished from an edge method and a direct method according to the manner in which the light emitting lamps are arranged.
  • the edge method is a method in which a light emitting lamp is disposed on a side of a light guide plate for guiding light generated from a light emitting lamp, and is applied to a relatively small liquid crystal display device such as a desktop computer or a laptop monitor. This is excellent and is advantageous for thinning the device.
  • the direct method was developed for use in a medium-large display device of 20 inches or more, and is a method of directly illuminating the front of the liquid crystal panel by arranging a plurality of lamp light sources under the liquid crystal panel.
  • a linear light source such as a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) has been used for a light emitting lamp for a backlight unit, but in recent years, color reproducibility is better than CCFL, and it is environmentally friendly, thin, low There is a trend to be replaced by light emitting diodes (LEDs) for weight and low power.
  • LEDs light emitting diodes
  • luminance and viewing angles are very important characteristics, which are known to be determined by the characteristics of the optical sheet constituting the backlight unit.
  • the hemispherical microlens array sheet has been widely used, but the hemispherical microlens array sheet has a limitation in increasing the luminance, and when the viewing angle characteristic is improved, the luminance is relatively low.
  • an aspect of the present invention is to provide a microlens array (MLA) sheet having improved luminance and viewing angle made of a conic lens.
  • MLA microlens array
  • Another aspect of the present invention is to provide a backlight unit having an improved optical performance, including the microlens array (MLA) sheet.
  • MLA microlens array
  • k is a conic constant
  • r is a radius of curvature at the vertex
  • the conic constant k is -3 to -1.
  • the conic lens preferably has a vertical cross section at the center of the lens in a hyperbolic or parabolic form.
  • the pitch of the conic lens is preferably 10 to 500 ⁇ m.
  • the diameter of the bottom of the conic lens is preferably 90 to 116% of the pitch of the conic lens.
  • the radius of curvature at the conic lens peak is preferably 0.2 to 26% of the conic lens pitch.
  • a microlens array including a base portion and a lens portion stacked on one surface of the base portion, wherein the lens portion is composed of a plurality of conic lenses having a vertical cross section at the center of the lens in a hyperbolic or parabolic form. (MLA) sheets are provided.
  • a backlight unit including a plurality of light sources and at least one microlens array sheet of claim 1.
  • the backlight unit may be a direct type or an edge type.
  • FIG. 1 shows the shape of a lens constituting the microlens array sheet, and shows an exemplary conic lens (a), hemispherical lens (b) and conical (c) lens of the present invention.
  • the term 'conic lens' means a lens having a symmetrical shape, including a curved surface including a case where the bottom surface of the lens is circular and the vertical cross section of the lens center is hyperbolic and parabolic, but the vertical cross section of the lens center is triangular.
  • the shape of the conic lens may be specified from the following equation, in which r represents a radius of curvature at the peak of the lens and k represents a conic constant.
  • the shape of a curved lens is expressed as a function of the radius of curvature r and the conic constant k at the vertices of the lens as variables.
  • the conic lens of the present invention may be disposed with a constant pitch (P, P) on one surface of the microlens array sheet, the pitch between the lens is preferably 10 ⁇ m to 500 ⁇ m, more preferably 30 ⁇ m To 70 ⁇ m. If the pitch between the lenses is less than 10 ⁇ m overlap the lenses there is a problem in the light condensing effect, the difficulty of manufacturing the shape mold increases, there is a problem that is vulnerable to scratches, if larger than 500 ⁇ m the voids between the lenses Luminance loss may occur and the shape mold manufacturing cost increases. Furthermore, the range of the pitch takes into account all the problems of the quality of the production process or other apparent quality such as moiré that may occur after production.
  • the shape of the conic lens may further be specified by the diameter (D) and the height (H), the diameter of the bottom of the conic lens is preferably 90 to 116% of the conic lens pitch, it is 92 to 116% More preferably, 98 to 116% is the most preferable. If the diameter of the conic lens is less than 90% of the pitch, or more than 116% of the pitch, the difficulty of work and defects during film production increases, there is a problem that the optical brightness may be lowered, the scope of the present invention If within the range, the desired light condensing efficiency can be obtained.
  • Each of the conic lenses may have diameters of various sizes within the range of the diameters, but it is more preferable to arrange lenses having the same diameter in view of process convenience and uniformity of light output.
  • Each of the conic lenses may have various heights within the range of the height H, but it is more preferable to arrange lenses having the same height and diameter in view of ease of processing and uniformity of light emission.
  • the radius of curvature r at the peak of the conic lens is preferably 0.2 to 26% of the conic lens pitch, more preferably 0.2 to 24%, and most preferably 0.2 to 22%. . If the radius of curvature r is less than 0.2% of the conic lens pitch, defects may occur to the vertices or vulnerable to scratches during mass production of the product, and problems such as bubble generation and production time delay may occur, and conic lens pitch If it exceeds 26%, there is a problem in the light collection efficiency, there is a problem that optical brightness and concealment is reduced.
  • the curable resin that can be used in the present invention may include a urethane acrylate, epoxy acrylate, ester acrylate or a radical generating monomer, and these may be used alone or in combination.
  • a mold in which various shapes are engraved lenses having various shapes, heights, and pitches can be formed.
  • various methods of manufacturing the microlens array sheet are known in the art, and the microlens array sheet of the present invention may be manufactured by other conventional manufacturing methods in addition to the above-described methods.
  • a backlight unit including at least one of the microlens array sheets is provided.
  • the backlight unit to which the present invention can be applied typically includes a direct backlight unit and an edge backlight unit.
  • a backlight unit including a plurality of light sources and the at least one microlens array sheet of the present invention disposed on the light source is provided, wherein the microlens array sheet 2 according to the present invention is provided on the light source. It is preferable to arrange more than two sheets, and more preferably, arrange two sheets.
  • the backlight unit according to the present invention includes a reflector 1 for reflecting light reflected from the rear side to the light emitting surface, a plurality of line light sources 2 arranged at regular intervals, and light emitted from the line light sources. It may include a diffusion plate or a diffusion sheet (3) to convert the light into a surface light source and serves as a support for the optical films, the upper surface of the conic lens microlens array sheet (4, 4 ') of the present invention Can be deployed.
  • the backlight unit may further include a diffusion film on the upper or lower portion of the microlens array sheet according to the present invention, or may further include a light collecting film and a diffusion film selected from a prism film or a lenticular lens film.
  • the microlens array sheet according to the present invention was manufactured using a laser mask processing method, wherein the diameter (D) of the lens was 55 ⁇ m, the radius of curvature (r) at the peak of the conic lens was 5.5 ⁇ m, and the conic constant (k) was -2.15 and pitch (P) were set to 50.
  • microlens array sheet a microlens array sheet was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a conical lens having a lens pitch of 50 ⁇ m, a diameter of 50 ⁇ m, and a vertex angle of 90 degrees was disposed.
  • micro A lens array sheet As shown in Table 1 below, the lens pitch, diameter, radius of curvature (r) at the lens vertex, and the conic constant (K) were variously set, and micro A lens array sheet was produced.
  • Example of this invention has remarkably excellent luminance characteristic.
  • each sheet of the present invention is one sheet. 2 sheets.
  • positioned was compared.
  • H height of conic lens 3: diffuser plate

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Abstract

본 발명은 광학성능이 향상된 광학필름 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게 기재부 및 상기 기재부의 일면 상에 적층되는 렌즈부를 포함하며, 상기 렌즈부는 다수의 코닉(conic) 렌즈로 이루어진 마이크로렌즈 어레이(MLA) 시트에 관한 것이다. 기존의 반구형 마이크로렌즈 어레이 시트의 경우는 휘도 상승에 한계가 있어서 고휘도 제품에서 프리즘 시트를 대체하기 어려웠으나, 본 발명의 코닉 렌즈로 이루어진 마이크로렌즈 어레이 시트를 이용하는 경우 휘도 및 시야각 특성을 동시에 개선할 수 있다.

Description

광학 성능이 향상된 광학필름 및 이를 포함하는 백라이트 유닛
본 발명은 백라이트 유닛에 사용될 수 있는 광학시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 종래에 비해 광학성능이 향상된 마이크로렌즈 어레이 시트의 구조 및 이러한 구조의 광학 필름은 구비한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)는, 인가 전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생되는 여러 가지 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 전자 소자이다.
액정표시장치는 소형화, 경량화, 저전력 소비화 등의 장점을 가지고 있어 종래에 널리 사용되던 CRT(Cathode Ray Tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로 주목을 받아왔고, 현재는 디스플레이 장치를 필요로 하는 거의 모든 정보 처리 기기에 장착되고 있는 실정이다.
이러한 액정표시 장치는 일반적으로 특정한 분자 배열을 갖는 액정에 전압을 인가하여 다른 분자 배열로 변화시키고, 이러한 분자 배열의 변화에 의해 발생하는 액정의 복굴절성, 선광성, 2색성 및 광 산란 특정 등의 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환하는 것으로서, 액정에 의한 빛의 변조를 이용한 디스플레이 장치이다.
자체 발광원이 없는 수광형 소자인 액정표시장치는 소자의 화면 전체를 조명할 수 있는 별도의 광원 장치가 필요한데, 이러한 액정표시장치용 조명 장치를 통상 백라이트 유닛(Back Light Unit)이라 한다.
일반적으로 백라이트 유닛은 발광 램프가 배치되는 방식에 따라 에지(edge) 방식과 직하 방식으로 구별한다. 에지 방식은 발광 램프로부터 발생한 빛을 안내하는 도광판의 측면에 발광 램프가 배치되는 방식으로서, 데스크 탑 컴퓨터나 노트북용 모니터와 같이 비교적 소형 액정표시장치에 적용되는 것으로서, 빛의 균일성이 좋고, 내구성이 우수하며, 장치의 박형화에 유리하다. 이에 반해, 직하 방식은 20인치 이상의 중대형 표시장치에 사용되기 위해 개발되었으며, 액정 패널의 하부에 다수의 램프 광원을 배열시켜 액정 패널의 전면을 직접 조명하는 방식이다.
백라이트 유닛용 발광 램프에는 종래부터 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp, 이하 "CCFL"이라 함)와 같은 선형 광원이 많이 이용되고 있으나, 근래에는 색재현성이 CCFL보다 우수하고 친환경적며, 박형화, 저무게 및 저전력을 위해 발광 다이오드(LED)로 대체되고 있는 추세에 있다.
한편, 종래의 백라이트 유닛에는 광원으로부터 발생한 빛을 확산 또는 집광하거나 휘도의 향상 또는 램프 무라의 감소 등의 목적으로 다수의 광학필름이 다양한 조합으로 함께 사용될 수 있다.
최근 LCD 장치와 같은 영상표시 장치에 있어서 휘도와 시야각은 매우 중요한 특성이며, 이는 백라이트 유닛을 구성하는 광학시트의 특성에 의해 결정되는 것으로 알려져 있다. 최근 반구형 마이크로렌즈 어레이 시트가 널리 사용되고 있으나, 이러한 반구형 마이크로렌즈 어레이 시트는 휘도 상승에 한계가 있고, 시야각 특성을 개선하면 휘도가 상대적으로 낮아지는 문제가 있다.
현재 백라이트 유닛은 박형화, 경량화를 기술적 목표로 하여 연구, 개발이 진행 중이며, 특히 휘도 및 시야각 특성의 광학성능이 개선된 마이크로렌즈 어레이 시트가 요구된다.
이에 본 발명의 한 측면은 코닉(conic) 렌즈로 이루어진 휘도 및 시야각이 향상된 마이크로렌즈 어레이(MLA) 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 상기의 마이크로렌즈 어레이(MLA) 시트를 포함하여 광학성능이 향상된 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면 기재부 및 상기 기재부의 일면 상에 적층되는 렌즈부를 포함하며, 상기 렌즈부는 하기의 식으로 특정되는 다수의 코닉(conic) 렌즈로 이루어진 마이크로렌즈 어레이(MLA) 시트가 제공된다:
Figure PCTKR2011005183-appb-I000001
상기 식에서 k는 코닉 상수, r은 정점에서의 곡률 반경을 나타내며, 상기 코닉 상수(k)는 -3 내지 -1이다.
상기 코닉 렌즈는 렌즈 중앙의 세로 단면이 쌍곡선 또는 포물선 형태인 것이 바람직하다.
상기 코닉 렌즈의 피치(pitch)는 10 내지 500 μm인 것이 바람직하다.
상기 코닉 렌즈 밑면의 직경은 상기 코닉 렌즈 피치의 90 내지 116%인 것이 바람직하다.
상기 코닉 렌즈 정점에서의 곡률 반경은 상기 코닉 렌즈 피치의 0.2 내지 26%인 것이 바람직하다.
상기 코닉 렌즈는 규칙적으로 배열된 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 기재부 및 상기 기재부의 일면 상에 적층되는 렌즈부를 포함하며, 상기 렌즈부는 렌즈 중앙의 세로 단면이 쌍곡선 또는 포물선 형태인 다수의 코닉(conic) 렌즈로 이루어진 마이크로렌즈 어레이(MLA) 시트가 제공된다.
상기 코닉 렌즈는 규칙적으로 배열된 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 견지에 의하면, 다수 개의 광원, 및 상기 제1항 내지 제8항 중 적어도 하나의 마이크로렌즈 어레이 시트를 포함하는 백라이트 유닛이 제공된다.
상기 백라이트 유닛은 마이크로렌즈 어레이 시트 2장을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 백라이트 유닛은 직하형 또는 엣지(edge)형일 수 있다.
기존의 반구형 마이크로렌즈 어레이 시트의 경우는 휘도 상승에 한계가 있어서 고휘도 제품에서 프리즘 시트를 대체하기 어려웠으나, 본 발명의 코닉 렌즈로 이루어진 마이크로렌즈 어레이 시트를 이용하는 경우 휘도 및 시야각 특성을 동시에 개선할 수 있다.
도 1은 마이크로렌즈 어레이 시트를 구성하는 렌즈의 형태를 나타낸 것으로, 예시적인 본 발명의 코닉 렌즈(a), 반구형 렌즈(b) 및 원뿔형(c) 렌즈를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 마이크로렌즈 어레이 시트의 정면도(a) 및 단면도(b)를 도시한 것이다
도 3은 본 발명의 코닉 렌즈 마이크로렌즈 어레이 시트(4, 4')를 포함하는 예시적인 본 발명의 백라이트 유닛을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 시트를 1매 또는 3매 배치한 경우의 휘도 특성을 나타낸 것이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 광출면에 코닉(conic) 형태로 이루어진 단위 렌즈 구조물을 마이크로렌즈 어레이(MLA)로 배열한 광학시트에 관한 것이다. 즉, 기재부 및 상기 기재부의 일면 상에 적층되는 렌즈부를 포함하며, 상기 렌즈부는 렌즈 중앙의 세로 단면이 쌍곡선 또는 포물선 형태인 다수의 코닉(conic) 렌즈로 이루어진 마이크로렌즈 어레이(MLA) 시트에 관한 것이다.
본 발명에 있어서 '코닉 렌즈'는 렌즈 밑면이 원 형태이며 렌즈 중앙의 세로 단면이 쌍곡선 및 포물선인 경우를 포함하는 곡면을 모두 포함하며 대칭인 형태의 렌즈를 의미하지만, 렌즈 중앙의 세로 단면이 삼각형인 원뿔형 렌즈, 그 단면이 반원형인 반구형 렌즈 및 그 단면이 타원형인 타원형 렌즈를 제외한 것을 의미한다.
상기 코닉 렌즈의 형태는 하기 식으로부터 특정될 수 있으며, 하기 식에서 r은 렌즈의 최정점에서의 곡률반경을 나타내며, k는 코닉(conic) 상수를 나타낸다. 일반적으로 곡면 렌즈의 형상은 렌즈의 정점에서의 곡률 반경(r)과 코닉상수(k)를 변수로 하는 함수로 표시된다. 이 때 상기 코닉 상수 k는 렌즈의 형상을 결정하는 것으로, k=0이면 원형, k=-1이면 포물선 형태의 렌즈를 나타내고, -1<k<0이면 타원형 렌즈로 나타나며, k<-1이면 쌍곡선 형태의 렌즈가 나타난다.
Figure PCTKR2011005183-appb-I000002
즉, 본 발명에 있어서 상기 코닉 렌즈의 코닉 상수(k)는 -3 내지 -1이며, -2.7 내지 -1.7인 것이 바람직하며, -2.65 내지 -1.75인 것이 보다 바람직하다. 도 1(a)는 본 발명의 예시적인 코닉 렌즈 형태를 나타낸 것이며, 한편 도 1(b)는 반구 형태 및 도 1(c)는 원뿔 렌즈 형태를 나타낸 것으로, 본 발명에 속하지 않는 예시적인 형태를 나타낸 것이다. 코닉 상수(k)가 -3 미만인 경우 광학적 휘도가 저하되며, -1을 초과하는 경우 광학적 휘도의 저하와 함께 광학적 은폐성이 저하되는 문제가 있다.
상기 본 발명의 코닉 렌즈는 마이크로렌즈 어레이 시트의 일면에 일정한 피치(Pitch, P)를 가지고 배치될 수 있으며, 상기 렌즈 사이의 피치는 10㎛ 내지 500㎛인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 30㎛ 내지 70㎛인 것이다. 상기 렌즈 사이의 피치가 10 ㎛ 보다 작으면 렌즈가 중첩되어 집광 효과에 문제가 있고, 형상 몰드 제작의 난이도가 증가하며, 스크래치에 취약해지는 문제가 있으며, 500㎛ 보다 크면 렌즈 사이에 공극이 발생하여 휘도 손실이 발생할 수 있고, 형상 몰드 제작 가격이 증가한다. 나아가, 상기 피치의 범위는 제작 과정상의 어려움 또는 제작 후에 발생할 수 있는 모아레 등과 같은 기타 외관상 품질의 제반 문제를 고려한 것이다.
상기 코닉 렌즈의 형태는 나아가 직경(D) 및 높이(H)에 의해서 특정될 수 있으며, 상기 코닉 렌즈 밑면의 직경은 상기 코닉 렌즈 피치의 90 내지 116%인 것이 바람직하며, 92 내지 116%인 것이 더욱 바람직하고, 98 내지 116%인 것이 가장 바람직하다. 상기 코닉 렌즈의 직경이 피치의 90% 미만이거나, 피치의 116% 를 초과하는 경우 필름 생산 시 작업 난이도 및 불량의 가능성이 증가하며, 광학적 휘도가 저하될 수 있는 문제가 있고, 상기 본 발명의 범위 내에 속하는 경우 바람직한 집광 효율을 획득할 수 있다.
상기 코닉 렌즈는 각각 상기 직경의 범위 내에서 다양한 크기의 직경을 가질 수 있으나, 동일한 직경을 갖는 렌즈들을 배치하는 것이 공정상 용이성 그리고 빛 출광의 균일성 등의 관점에서 보다 바람직하다.
상기 코닉 렌즈는 각각 상기 높이(H)의 범위 내에서 다양한 높이를 가질 수 있으나, 동일한 높이와 직경을 갖는 렌즈들을 배치하는 것이 공정상 용이성 그리고 빛 출광의 균일성 등의 관점에서 보다 바람직하다.
즉, 상기 코닉 렌즈는 상술한 피치 및 렌즈 밑면의 직경 범위 내에서 피치(P)의 길이가 상이하도록 렌즈들이 불규칙하게 배열될 수도 있으나, 피치(P)의 길이가 일정한 것이 바람직하다. 도 2는 본 발명의 예시적인 마이크로렌즈 어레이 시트의 정면도 (a) 및 단면도(b)를 도시한 것으로, 렌즈가 규칙적으로 배열된 경우를 나타낸다. 상기 도 2는 예시적인 렌즈의 배치를 나타내기 위한 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 코닉 렌즈들은 공극이 없이 배치될 수도 있고, 이 경우 렌즈의 밀집도를 높이면서 렌즈 경사면에 의한 집광 효율을 유지할 수 있다.
한편, 상기 코닉 렌즈 정점에서의 곡률 반경(r)은 상기 코닉 렌즈 피치의 0.2 내지 26%인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.2% 내지 24%인 것이며, 0.2% 내지 22%인 것이 가장 바람직하다. 곡률 반경(r)이 상기 코닉 렌즈 피치의 0.2% 미만인 경우 제품의 양산 시 정점에 대해 불량이 발생하거나 스크래치에 취약할 수 있으며, 기포 발생, 생산 시간 지연 등의 문제가 발생할 수 있고, 코닉 렌즈 피치의 26% 를 초과하는 경우 집광 효율에 문제가 있으며, 광학적 휘도 및 은폐성이 제하되는 문제가 있다.
본 발명의 마이크로렌즈 어레이 시트의 제조 방법은 당해 기술 분야에 잘 알려진 어떠한 제조방법도 이용할 수 있으며, 예를 들어 본 발명의 상기 코닉 렌즈는 기재 상부에 코닉 렌즈 형상이 음각된 금형을 두고 경화성 수지 용액를 흘려 넣은 후 이를 경화시키는 방법으로 형성할 수 있으며, 비대칭 비드를 배열하는 방식, 레이저를 이용하여 마스크 식각 및 직가공하는 방식, 포토리소그라피를 이용한 제작방식 등에 의해 형성될 수 있다.
이때, 본 발명에서 사용이 가능한 경화성 수지로는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트 또는 라디칼 발생형 모노머 등을 들 수 있으며, 이들은 각각 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 다양한 형태가 음각된 금형을 이용하여, 다양한 형상, 높이 및 피치를 갖는 렌즈를 형성할 수 있다. 이외에도 다양한 마이크로렌즈 어레이 시트의 제조 방법이 당해 분야에 알려져 있으며, 본 발명의 마이크로렌즈 어레이 시트는 상기한 방법 이외에 다른 종래의 제조 방법으로도 제조될 수 있다.
한편, 본 발명에 의하면 상기 마이크로렌즈 어레이 시트를 적어도 하나 이상 포함하는 백라이트 유닛이 제공된다.
상기와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 마이크로렌즈 어레이 시트를 백라이트 유닛에 이용할 경우 본 발명이 적용될 수 있는 백라이트 유닛은 대표적으로 직하형 백라이트 유닛 및 엣지형(Edge) 백라이트 유닛을 포함한다.
즉, 다수 개의 광원, 및 상기 광원의 상부에 배치되는 상기 적어도 하나의 본 발명의 마이크로렌즈 어레이 시트를 포함하는 백라이트 유닛이 제공되며, 이 때 상기 광원의 상부에는 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 시트 2장 이상 배치되는 것이 바람직하며, 2장이 배치되는 것이 보다 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 예시적인 백라이트 유닛을 도시한 것으로, 직하형 백라이트 유닛이 도시되어 있다. 본 발명에 의한 백라이트 유닛은 도 3에 도시된 바와 같이 후면으로 반사된 빛을 출광면으로 반사시키기 위한 반사판(1), 일정한 간격으로 배열된 다수의 선 광원(2), 선 광원으로부터 방출된 빛을 면 광원으로 변환시키고 광학 필름들의 지지대 역할을 하는 확산판 또는 확산 시트(3)를 포함할 수 있으며, 그 상면에 본 발명에 의한 코닉 렌즈 마이크로렌즈 어레이 시트(4, 4')가 한 장 이상 배치될 수 있다.
이때 상기 백라이트 유닛은 본 발명에 의한 마이크로렌즈 어레이 시트의 상부 또는 하부에 확산 필름을 더 포함하거나, 프리즘 필름 또는 렌티큘러 렌즈 필름 중에서 선택된 집광 필름 및 확산 필름을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기에서 획득된 본 발명에 의한 백라이트 유닛에 의하면 시야각 및 휘도의 광학 성능이 개선될 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하며, 다만 이는 예시를 위한 것으로 본 발명이 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
< 실시예 >
1. 마이크로렌즈 어레이 시트의 제조
실시예 1: 코닉 렌즈를 구비한 마이크로렌즈 어레이 시트
레이저 마스크 가공 방식을 이용하여 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이 시트를 제조하였으며, 이때 렌즈의 직경(D)은 55㎛, 코닉 렌즈 정점에서의 곡률 반경(r)은 5.5㎛, 코닉 상수(k)는 -2.15, 그리고 피치(P)는 50으로 하였다.
비교예 1: 원뿔형 렌즈를 구비한 마이크로렌즈 어레이 시트
마이크로렌즈 어레이 시트에 있어서, 렌즈 피치는 50 ㎛, 직경은 50㎛, 꼭지각을 90도로 형성된 원뿔형 렌즈를 배치한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정에 의해 마이크로렌즈 어레이 시트를 제조하였다.
비교예 2: 반구형 렌즈를 구비한 마이크로렌즈 어레이 시트
마이크로렌즈 어레이 시트에 있어서, 렌즈 피치 50 ㎛, 직경 50㎛, 렌즈 정점에서의 곡률 반경(r) 25㎛, 그리고 코닉 상수는 0으로 하여 형성된 반구형 렌즈를 배치한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정에 의해 마이크로렌즈 어레이 시트를 제조하였다.
실시예 2 내지 9 및 비교예 3 내지 20
마이크로렌즈 어레이 시트에 있어서, 하기 표 1이 나타난 바와 같이 렌즈 피치, 직경, 렌즈 정점에서의 곡률 반경(r), 그리고 코닉 상수(K)를 다양하게 설정하여 상기 실시예 1과 동일한 공정에 의해 마이크로렌즈 어레이 시트를 제조하였다.
2. 렌즈 형상에 따른 휘도 특성의 비교
상기에서 제조된 각각의 마이크로렌즈 어레이 시트를 2매 이용하여 광학시뮬레이션 검증을 실시하였으며, 입력 값의 BLU는 22인치, LED 광원의 엣지(Edge) 방식으로 광원을 측정하여 적용했으며, 동일한 형상의 시트 2매 상부에 리시버(receiver)를 설정하여 광도에 대한 시야각의 데이터를 비교하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
하기 표 1에서는 그 결과로서 광학필름에 입사되는 광의 휘도를 100%로 설정하였을 때 마이크로렌즈 어레이 시트를 투과한 후 최대 휘도 값을 % 비율로 표시하였다.
표 1
정점에서의 곡률 반경(r) 코닉 상수(K) 직경(D) 피치(P) 휘도
단위 ㎛ ㎛ ㎛ ㎛ %
실시예 1 5.5 -2.15 55 50 100
비교예 1 0.01 -2 50 50 85
비교예 2 25 0 50 50 84
비교예 3 12 -2.15 55 50 85
비교예 4 5.5 -4 55 50 83
비교예 5 5.5 -2.15 30 50 72
비교예 6 5.5 -2.15 80 50 85
비교예 7 5.5 -2.15 55 25 69
비교예 8 5.5 -2.15 55 75 80
비교예 9 5.5 -0.9 55 30 72
실시예 2 1.3 -2.1 10 10 93
실시예 3 5.2 -2 41 40 92
실시예 4 9 -2 72 70 94
실시예 5 63 -2 515 500 94
실시예 6 5.5 -1 55 50 90
실시예 7 5.5 -3 55 50 93
실시예 8 5.5 -1.5 55 50 92
실시예 9 5.5 -2.5 55 50 95
비교예10 5.5 -2.15 30 50 76
비교예 11 50 -2.15 55 50 67
비교예 12 5.5 -5 55 50 66
비교예 13 1.3 -2.1 30 10 66
비교예 14 10 -2.1 10 10 50
비교예 15 1.3 -1.1 10 10 62
비교예 16 63 -2 220 500 66
비교예 17 200 -2 515 500 59
비교예 18 63 -4 515 500 63
표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 코닉렌즈를 이용한 마이크로렌즈 어레이 시트의 경우 반구 및 원뿔을 이용한 비교예 1 및 2의 마이크로렌즈 어레이 시트에 비해 시야각 휘도 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
나아가, 표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 피치 및 코닉 상수 범위에 속하는 렌즈 형상의 경우 본 발명의 형태의 범위를 벗어나는 경우 보다 우수한 휘도 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
특히, 비교예 9의 타원형 렌즈(k=0.9)를 이용한 마이크로 렌즈 어레이 시트의 휘도 특성과 비교해 보면, 본 발명의 실시예가 현저하게 우수한 휘도 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
3. 본 발명의 시트 배치에 따른 휘도 특성 비교
본 발명의 마이크로렌즈 어레이(MLA) 시트의 배치에 따른 휘도 특성을 비교하기 위하여, 상기 본 발명의 시트를 각각 1매. 2매. 3매 배치한 경우에 대한 휘도 특성을 비교하였다.
광학 시뮬레이션 검증을 이용하였으며, 입력 값의 BLU는 22인치, LED 광원이 엣지(Edge) 방식으로 광원을 측정하여 적용하였으며, 2매 시트의 상부에 리시버(receiver)를 설정하여 광도에 대한 시야각 데이터를 비교하였다.
그 결과를 도 4에 도시하였으며, 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 시트를 1매 또는 3매 배치한 경우에 비하여 2매 배치한 경우 현저하게 휘도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.
상기에서 확인할 수 있는 바와 같이, 마이크로렌즈 어레이 시트에 있어서 렌즈의 형상이 본 발명의 범위에 속하는 피치, 직경, 렌즈 정점에서의 곡률 반경(r) 및 코닉 상수(K)의 비율을 갖는 경우에 특히 2매의 시트를 이용하는 경우 현저하게 휘도가 상승될 수 있다.
[부호의 설명]
P: 코닉 렌즈 간 피치 1: 반사시트
D: 코닉 렌즈 밑면의 직경 2: 광원
H: 코닉 렌즈의 높이 3: 확산판
4, 4': 본 발명의 마이크로렌즈 어레이 시트

Claims (18)

  1. 기재부 및 상기 기재부의 일면 상에 적층되는 렌즈부를 포함하며, 상기 렌즈부는 하기의 식으로 특정되는 다수의 코닉(conic) 렌즈로 이루어진 마이크로렌즈 어레이(MLA) 시트:
    Figure PCTKR2011005183-appb-I000003
    상기 식에서 k는 코닉 상수, r은 정점에서의 곡률 반경을 나타낸다.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 코닉 상수(k)는 -3 내지 -1인 마이크로렌즈 어레이(MLA) 시트.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 코닉 상수(k)는 -2.7 내지 -1.7인 마이크로렌즈 어레이(MLA) 시트.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 코닉 상수(k)는 -2.65 내지 -1.75인 마이크로렌즈 어레이(MLA) 시트.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 코닉 렌즈는 렌즈 중앙의 세로 단면이 쌍곡선 또는 포물선 형태인 마이크로렌즈 어레이(MLA) 시트.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 코닉 렌즈의 피치(pitch)는 10 내지 500 μm인 마이크로렌즈 어레이 시트.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 코닉 렌즈 밑면의 직경은 상기 코닉 렌즈 피치의 90 내지 116%인 마이크로렌즈 어레이 시트.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 코닉 렌즈 밑면의 직경은 상기 코닉 렌즈 피치의 92 내지 116%인 마이크로렌즈 어레이 시트.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 코닉 렌즈 밑면의 직경은 상기 코닉 렌즈 피치의 98 내지 116%인 마이크로렌즈 어레이 시트.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 코닉 렌즈 정점에서의 곡률 반경은 상기 코닉 렌즈 피치의 0.2 내지 26%인 마이크로렌즈 어레이 시트.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 코닉 렌즈 정점에서의 곡률 반경은 상기 코닉 렌즈 피치의 0.2 내지 24%인 마이크로렌즈 어레이 시트.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 코닉 렌즈 정점에서의 곡률 반경은 상기 코닉 렌즈 피치의 0.2 내지 22%인 마이크로렌즈 어레이 시트.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 코닉 렌즈는 규칙적으로 배열된 마이크로렌즈 어레이 시트.
  14. 기재부 및 상기 기재부의 일면 상에 적층되는 렌즈부를 포함하며, 상기 렌즈부는 렌즈 중앙의 세로 단면이 쌍곡선 또는 포물선 형태인 다수의 코닉(conic) 렌즈로 이루어진 마이크로렌즈 어레이(MLA) 시트.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 코닉 렌즈는 규칙적으로 배열된 마이크로렌즈 어레이 시트.
  16. 다수 개의 광원, 및
    상기 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 마이크로렌즈 어레이 시트를 포함하는 백라이트 유닛.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은 마이크로렌즈 어레이 시트 2장을 포함하는 백라이트 유닛.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은 직하형 또는 엣지(edge)형인 백라이트 유닛.
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