KR101399126B1 - 광학 부재 - Google Patents

Abstract

광 손실을 최소화하는 범위에서 확산-투과 광량을 증가시키기에 적합한 광학 부재가 개시된다.

광학 부재에 있어서, 편광부의 광 발생 영역 쪽의 면에 배치된 제1 확산부와 편광부의 디스플레이 영역 쪽의 면에 배치된 제2 확산부에는 이물질이 주입된다. 이 이물질은 제1 확산부가 제2 확산부에 비하여 낮은 헤이즈 값을 가지게 한다.

이에 따라, 프레스넬 효과에 의한 광 손실이 최소화되는 범위에서 디스플레이 영역 쪽으로 확산-투과되는 광량이 최대로 증가하게 된다. 이 결과, 디스플레이 영역에서 표시되는 화상의 휘도가 높아짐은 물론 시야각도 넓어지게 된다.

헤이즈 값, 비드, 편광부, 확산부, 휘도, 시야각, 면광원

Description

광학 부재{Optical Member}

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면에 대한 보다 충분한 이해를 돕기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.

도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 광학 부재의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2 는 도 1의 광학 부재의 헤이즈 값에 따른 백색광도를 설명하는 도면이다.

도 3 은 도 1의 광학 부재의 헤이즈 값에 따른 시야각 특성을 설명하는 도면이다.

도 4 은 도 1의 광학 부재를 포함하는 직하형 백라이트 어셈블리의 구조를 설명하는 단면도이다.

도 5 는 도 1의 광학 부재를 포함하는 에지형 백라이트 어셈블리의 구조를 설명하는 단면도이다.

《도면의 주요부분에 대한 부호의 설명》

10 : 광 발생 영역 20 : 디스플레이 영역

30 : 광학 부재 32 : 편광부

34,36 : 제1 및 제2 확산부 38 : 비드

본 발명은 광학 부재, 이를 갖는 백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 표시장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 확산-투과되는 광량을 증가시키는 광학 부재, 이를 갖는 백라이트 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로, 표시장치(display device)는 정보처리장치에서 처리된 전기적 신호 포맷을 갖는 데이터를 영상으로 변환시킨다. 표시장치의 하나인 액정표시장치(liquid crystal display device)는 액정(liquid crystal)의 전기적 특성 및 광학적 특성을 이용하여 영상을 표시한다. 영상을 디스플레이 하기 위해 액정표시장치는 액정표시패널 및 광 공급장치를 필요로 한다. 광 공급장치에서 발생한 광이 액정표시패널의 액정을 통과하여, 액정표시패널 상에 영상이 표시되게 한다. 이때, 액정표시장치 상에 표시되는 영상의 품질은 광 공급장치에서 발생한 광의 휘도 및 휘도 균일성에 의하여 크게 영향을 받는다.

영상의 휘도 및 휘도 균일성을 보다 향상시키기 위해, 최근 광 공급장치 및 액정표시패널의 사이에는 광학 부재가 배치된다. 광학 부재는 광 공급장치에서 발생한 광의 휘도 및 휘도 균일성을 향상시켜 액정표시패널 상에 표시되는 영상의 품 질이 향상되게 한다. 이러한 광학 부재로는 부피 및 무게는 물론 비용 면에서 유리하다는 점에서 이중 확산 부재가 사용되고 있다.

이 이중 확산 부재는 프레스넬 방정식에 의해 결정되는 각도를 벗어나는 입사 각도로 입사되는 광에 대하여 큰 반사율을 가진다. 이로 인하여, 이중 확산 부재에서는 프레스넬 손실이 크다. 이 결과, 표시장치에 표시되는 영상의 휘도가 낮아지고, 아울러 표시장치의 시야각이 작아진다.

따라서, 본 발명의 목적은 광 손실을 최소화하기에 적합한 광학 부재를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 광학 부재를 포함하는 백라이트 어셈블리를 제공한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일면의 실시 예에 따른 광학 부재는 광 발생 영역에서 디스플레이 영역 쪽으로 진행하는 광들을 편광시키는 편광부; 편광부의 광 발생 영역 쪽에 제1 확산부; 편광부의 디스플레이 영역 쪽에 배치된 제2 확산부; 및 제1 및 제2 확산부에 주입되어 상기 제1 확산부가 상기 제2 확산부에 비하여 낮은 헤이즈 값을 가지게 하는 이물질을 포함한다.

상기의 제1 확산부가 5 내지 12% 정도의 헤이즈 값을 그리고 상기의 제2 확 산부가 대략 60% 정도의 헤이즈 값을 가질 수 있다. 이 경우, 상기의 제1 확산부가 5 % 정도의 헤이즈 값을 가지는 것이 바람직하다. 이와는 달리, 상기 제1 확산부는 12% 정도의 헤이즈 값을 가질 수도 있다.

상기의 이물질은 제1 및 제2 확산부 모두가 낮은 헤이즈 값을 가지게끔 제1 및 제2 확산부에 주입될 수도 있다. 이 경우, 제1 및 제2 확산부는 5 내지 12% 정도의 헤이즈 값을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기의 제1 및 제2 확산부는 5 % 정도의 헤이즈 값을 가지는 것이 좋다. 이와는 달리, 상기 제1 및 제2 확산부는 12% 정도의 헤이즈 값을 가질 수도 있다.

본 발명의 다른 일면의 실시 예에 따른 백라이트 어셈블리는, 액정 패널에 평편적 분포의 광들을 조사하는 백라이트; 백라이트로부터 상기 액정 패널 쪽으로 진행하는 광들을 편광시키는 편광부; 편광부의 백라이트 쪽의 면상에 일체화된 제1 확산부; 편광부의 액정 패널 쪽의 면상에 일체화된 제2 확산부; 및 제1 및 제2 확산부에 주입되어 제1 확산부가 제2 확산부에 비하여 낮은 헤이즈 값을 가지게 하는 이물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 어셈블리.

상기의 백라이트는 제1 확산부와 대면되게 위치하여 수평 방향으로 진행하는 광을 수직 방향으로 진행하게 하는 도광판 및 이 도광판의 에지부들 중 적어도 한쪽에 설치되어 광을 방사하는 적어도 하나의 램프를 포함할 수 있다.

상기의 백라이트는 제1 확산부와 대면되게 나란하게 배치되어 광을 방사하는 다수의 램프들; 및 램프들의 하부에 위치하여 램프들로부터의 광을 제1 확산부 쪽으로 반사하는 반사 부재를 포함할 수도 있다.

이상과 같은 구성에 의하여, 본 발명에 따른 광학 부재는 프레스넬 효과에 의한 광 손실이 최소화되는 범위에서 디스플레이 영역 쪽으로 확산-투과되는 광량이 최대한 높아지게 된다. 이 결과, 디스플레이 영역에서 표시되는 화상의 휘도가 높아짐은 물론 시야각도 넓어지게 된다. 이에 더하여, 본 발명에 따른 광학 부재를 포함하는 액정 패널의 백라이트 어셈블리에서도 프레스넬 효과에 의한 광 손실이 최소화되는 범위에서 액정 패널 쪽으로 확산-투과되는 광량이 최대한 높아지게 된다. 이 결과, 액정 패널에서 표시되는 화상의 휘도가 높아짐은 물론 시야각도 넓어지게 된다.

상기한 목적들 외에도 본 발명의 다른 목적들, 다른 이점들 및 다른 특징들은 첨부된 도면들과 결부된 실시 예의 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 첨부한 도면과 결부되어 본 발명의 바람직한 실시 예들이 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 광학 부재를 개념적으로 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 참조부호 10은 광 발생 영역이고, 참조부호 20은 디스플레이 영역이다.

광 발생 영역(10)은 제 1 편광 및 제 2 편광으로 이루어진 광을 발생한다. 이때, 광 발생 영역(10)에서 발생한 광의 휘도 분포는 면광원(surface light source)에서 발생한 광의 휘도 분포와 유사하다. 디스플레이 영역(20)은 광 발생 영역(100)과 마주보는 곳에 배치되며, 광 발생 영역(10)에서 발생한 제 1 편광은 디스플레이 영역(20)에서 정보가 포함된 영상으로 변환된다.

광학 부재(30)는 광 발생 영역(10) 및 디스플레이 영역(20)의 사이에 배치된다. 본 발명의 실시 예에 따른 광학 부재(30)는 제1 및 제2 확산부(34,36) 사이에 배치된 편광부(32) 포함한다. 편광부(32)는 광 발생 영역(10)에서 발생한 제1 편광(예를 들면, P 편광)의 광은 디스플레이 영역(20) 쪽으로 통과시키는 반면 제2 편광(예를 들면, S 편광)의 광은 광 발생 영역(10) 쪽으로 반사한다. 이 편광부(32)에 의하여 반사된 제2 편광의 광은 광 발생 영역(10)에서의 산란 및 회절 등을 통하여 제1 편광(예를 들면, P 편광)의 광으로 변환된 후 다시 편광부(32)를 경유하여 디스플레이 영역(10)에 도달하게 된다. 다시 말하여, 편광부(32)는 디스플레이 영역(20)에 사용될 수 없는 제2 편광의 광이 사용될 수 있게 한다. 편광부(32)에 의하여 디스플레이 영역(20)에서 발생된 영상의 휘도는 크게 향상되며, 이로 인해 영상의 품질은 보다 향상된다. 이와 같은 편광부(32)는 제 1 및 제 2 편광들 중 제 1 편광을 이용하는 액정표시장치 등에 특히 적합하다. 편광부(32)를 통과한 제 1 편광의 광은 평면적으로 균일하게 분포하지 못하여 휘도의 균일성이 낮아지게 함과 아울러 시야각이 작아지게 한다.

제1 확산부(34)는 광 발생 영역(10)과 마주보는 편광부(32)의 제 1 면(32A)에 일체로 형성되며, 제2 확산부(36)는 디스플레이 영역(20)과 마주보는 편광부(32)의 제 2 면(32B)에 일체로 형성된다. 광 발생 영역(10)에서 발생한 제 1 편광의 광은 제 1 확산부(34)에서 확산되고, 편광부(32)를 통과한 후 제 2 확산부(36) 에서 다시 확산되어, 디스플레이 영역(20)에서 평면적으로 균일하게 분포하게 된다. 이와 같이 제 1 편광의 광의 분포가 평면적으로 균일하게 됨으로써, 디스플레이 영역(20)에서 표시되는 영상의 휘도 균일성이 향상되고 표시장치의 시야각이 넓어지게 된다.

이러한 제1 및 제2 확산부의 확산 기능을 보다 향상시키기 위하여, 제1 및 제2 확산부(34,36)에는 구형상의 비드들(Beads; 38)이 포함된다. 이 비드들(38)의 량을 조절하여 입사광이 확산부(34,36)에서 확산-투과되는 정도를 나타내는 헤이즈 값(Haze Value)이 높아질 수 있다. 다시 말하여, 비드들(38)의 량의 조절에 의하여, 제1 및 제2 확산부(34,36)의 확산 기능이 크게 향상될 수 있다.

이들 제1 및 제2 확산부(34,36) 각각에 포함되는 비드들(38)의 량의 조절에 의존하여 제1 및 제2 확산부(34,36)의 헤이즈 값을 높이더라도, 확산부(34,34) 내의 비드(38)의 표면에 입사되는 광의 입사 각도가 프레스널 방정식에 의하여 정해진 입사 각도를 벗어나게 경우, 그 입사 광은 그 경계면을 투과하지 못하고 그 경계면에 의하여 반사되게 된다. 이로 인하여, 확산부(34,36)의 투과율이 반사율보다 오히려 낮아지게 된다. 이 결과, 디스플레이 영역(20)에서의 휘도 및 시야각이 떨어지게 된다. 이러한 관점에서, 프레스넬 광 손실을 최소화하는 범위로 광의 입사각을 줄일 수 있는 제1 및 제2 확산부(34,36) 각각의 헤이즈 값을 적절하게 설정하는 것이 필요하다.

이러한 프레스넬 광 손실을 감안하기 위하여, 제1 및 제2 확산부(34,36) 각각의 헤이즈 값이 표 1과 같이 되게끔 제1 및 제2 확산부(34,36) 각각에 포함되는 비드들(38)의 량을 조절된 광학 부재(30)의 광학 특성을 실험하였다.

광학 부재의 모드	헤이즈 값(%)
	제1 확산부(34)	제2 확산부(36)
OM1	60	60
OM2	60	12
OM3	12	60
OM4	60	5
OM5	5	60
OM6	12	12
OM7	5	5

표 1에 있어서, "OM1" 내지 "OM7"은 제1 내지 제7 모드의 광학 부재를 나타낸다. 이러한 제1 내지 제7 모드의 광학 부재들(OM1 내지 OM7)은 도 2에 도시된 바와 같은 백색 광 특성을 가지는 것으로 나타났다. 도 2를 참조하면, 제1 확산부(34)가 낮은 헤이즈 값을 가지는 제3, 제5 내지 제7 모드의 광학 부재들(OM3,OM5~OM7)이 많은 백색 광을 확산-투과시킨다. 이들 제3 및 제5 모드의 광학 부재들(30)의 대비를 통하여, 제2 확산부(36)이 제1 확산부(34)에 비하여 큰 헤이즈 값을 가질수록 더 많은 광량이 확산-투과된다. 나아가, 제3 및 제5 내지 제7 모드의 광학 부재들(30)에 대한 확산-투과 광량은 제1 및 제2 확산부(24,26) 모두가 동일하게 낮은 헤이즈 값을 가지는 경우에 더 많아지는 것으로 나타났다.

도 3을 참조하면, 제5 내지 제7 모드의 광학 부재들(OM5 내지 OM7)은 시야각에 따른 확산-투과 광량에서도 제1 모드의 광학부재(OM1)에 비하여 높은 특성을 보인다.

이러한 실험 결과에 근거하여, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 부재에 포함되는 제1 확산부(34)가 제2 확산부(36)에 비하여 낮은 헤이즈 값을 가지게끔 제1 및 제2 확산부(34,36)에 비드들(38)이 주입되게 한다. 이 경우, 제1 확산부(34)와 제2 확산부(36)에서의 헤이즈 값의 차이가 가능한 커지게끔 제1 및 제2 확산부(34,36)에 비드들(38)이 포함되게 한다. 바람직하게는, 제1 확산부(34)는 대략 5 내지 12% 정도의 헤이즈 값을 가지게 하는 반면에 제2 확산부(36)는 대략 60% 정도의 헤이즈 값이 되게끔 비드들(38)이 제1 및 제2 확산부(34,36)에 주입되는 것이 좋다.

다른 방법으로, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 부재(30)은 제1 및 제2 확산부(34,36) 모두가 동일하게 낮은 헤이즈 값을 가지게끔 제조될 수도 있다. 이 경우, 광학 부재(30)의 제1 및 제2 확산부(34,36) 모두가 5 내지 12% 정도의 헤이즈 값을 가지게끔 비드들(38)이 제1 및 제2 확산부(34,36)에 주입되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 제1 및 제2 확산부(34,36)의 헤이즈 값의 차이가 커지게끔 또든 제1 및 제2 확산부(34,36)가 동일하게 낮은 헤이즈 값을 가지게끔 제1 및 제2 확산부(34,36)에 비드들(38)이 주입되기 때문에, 제1 및 제2 확산부(34,36)에서의 프레스넬 효과에 의한 광 손실이 최소화되는 범위에서 광학 부재(30)을 확산-투과하는 광량이 최대한 높아지게 된다. 이에 따라, 디스플레이 영역에서 표시되는 화상의 휘도가 높아짐은 물론 시야각도 넓어지게 된다.

도 4 는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 부재(30)를 포함하는 직하형 백라이트 어셈블리를 설명하는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 직하형 백라이트 어셈블리는 액정 패널(100) 및 그 하부에 위치한 반사 부재(102)를 구비한다. 반사 부재(102) 상에 나란하게 배치된 다수의 램프들(104)은 광을 방사하게 된다. 반사 부재(102)는 램프들(104)로부터의 광을 액정 패널(100) 쪽으로 반사시킨다. 이 반사 부재(102)에 의하여 램프들(104)에서 방사되는 광들의 이용 효율이 높아지게 된다.

램프들(104) 및 액정 패널(100)의 사이에는 도광판(106), 확산 시트(108), 집광 시트(110)가 적층된다. 도광판(106) 및 확산 시트(108)은 부분적으로 편중되게 입사되는 램프들(104)로부터의 광들을 평편적으로 균일하게 분포되게 확산시킨다. 도광판(106)은 램프들(104)의 형상이 드러나지 않게 함과 아울러 램프들(104)로부터의 편중되게 입사되는 광들을 1차적으로 확산시키는 역할을 한다. 확산 시트(108)는 도광판(106)로부터 입사되는 1차 확산된 광들을 다시 2차적으로 확산시켜 광들이 평면적으로 균일하게 분포되는 형태로 집광 시트(110) 쪽으로 투과시킨다. 집광 시트(110)는 확산 시트(108)로부터 광들이 액정 패널(100)에 평면에 집중될 수 있게끔 광의 집속을 수행한다.

집광 시트(110) 및 액정 패널(100)의 사이에는 휘도 향상용 광학 부재(30)가 설치된다. 이 휘도 향상용 광학 부재(30)는 도 1에서와 같이 편광부(32)의 하부 및 상부에 마련된 제1 및 제2 확산부(34,36)로 구성된다. 제1 및 제2 확산부(34,36)에는 비드들(38)이 주입되어 제1 확산부(34)가 제2 확산부(36)에 비하여 현저하게 낮은 헤이즈 값을 가지게 한다. 예를 들면, 제1 확산부(34)는 대략 5 내지 12% 정도의 헤이즈 값을 가지게 하는 반면에 제2 확산부(36)는 대략 60% 정도의 헤이즈 값을 가질 수 있다.

이와는 다르게, 휘도 향상용 광학 부재(30)의 제1 및 제2 확산부(34,36)는 모두가 동일하게 낮은 헤이즈 값을 가지게끔 비드들(38)을 포함할 수도 있다. 이 경우, 광학 부재(30)의 제1 및 제2 확산부(34,36) 모두는 5 내지 12% 정도의 헤이즈 값을 가질 수 있다.

이러한 휘도 향상용 광학 부재(30)는 제1 및 제2 확산부(34,36)에서의 프레스넬 효과에 의한 광 손실이 최소화되는 범위에서 집광 시트(110)로부터 액정 패널(100) 쪽으로 확산-투과되는 광량이 최대한 높아지게 한다. 이에 따라, 액정 패널(100)에 표시되는 화상의 휘도가 높아짐은 물론 시야각도 넓어지게 된다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 휘도 향상용 광학 부재(30)를 포함하는 에지형 백라이트 어셈블리의 구조를 설명하는 단면도이다.

도 5의 백라이트 어셈블리는 도 4에서의 반사 부재(102), 다수의 램프들(104) 및 도광판(106)으로 구성되는 수직 배열의 백라이트 대신에 도광판(200)의 양쪽 에지부에 각각 설치된 두개의 램프(202)를 포함하는 수평 배열의 백라이트로 대치된 것을 제외하고는 도 4의 백라이트 어셈블리와 동일한 구성을 가진다. 도 4에 도시된 것들과 동일한 명칭 및 기능을 가지는 도 5의 구성요소들은 동일한 부호로 인용될 것이다. 아울러, 설명의 중복을 피하기 위하여 도 4에서의 것과 동일한 도 5의 구성요소들에 대한 설명은 생략될 것이다.

도 5에 있어서, 도광판(200)은 자신의 양 에지부에 위치한 양 램프(202)로부터의 수평 방향으로 입사되는 광들의 진행 방향을 액정 패널(100) 쪽으로 변경시킨다. 광들의 진행 방향을 변경시키기 위한 도광판(200)의 구조는 통상의 지식을 가진 자에게는 이미 주진 관용되고 있으므로, 그에 관한 상세한 설명은 생략될 것이다.

이러한 에지형 백라이트 어셈블리에도 집광 시트(110) 및 액정 패널(100) 사이에 위치하게끔 휘도 향상용 광학 부재(30)이 포함된다. 이 휘도 향상용 광학 부재(30)은 프레스넬 효과에 의한 광 손실이 최소화되는 범위에서 집광 시트(110)로부터 액정 패널(100) 쪽으로 확산-투과되는 광량이 최대한 높아지게 한다. 이에 따라, 액정 패널(100)에 표시되는 화상의 휘도가 높아짐은 물론 시야각도 넓어지게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 부재에서는, 편광부의 하부 및 상부 확산부들 간의 헤이즈 값의 차이가 커지게 하거나 또는 동일하게 낮은 헤이즈 값을 가지게끔 이들 확산부들에 비드들이 주입된다. 이에 따라, 프레스넬 효과에 의한 광 손실이 최소화되는 범위에서 본 발명에 따른 광학 부재에 의하여 확산-투과하는 광량이 최대한 높아지게 된다. 이 결과, 디스플레이 영역에서 표시되는 화상의 휘도가 높아짐은 물론 시야각도 넓어지게 된다.

아울러, 본 발명에 따른 광학 부재를 포함하는 액정 패널의 백라이트 어셈블리에서도 프레스넬 효과에 의한 광 손실이 최소화되는 범위에서 액정 패널 쪽으로 확산-투과되는 광량이 최대한 높아지게 된다. 이 결과, 액정 패널에서 표시되는 화상의 휘도가 높아짐은 물론 시야각도 넓어지게 된다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 광 발생 영역에서 디스플레이 영역 쪽으로 진행하는 광들을 편광시키는 편광부;

   상기 편광부의 광 발생 영역 쪽에 배치된 제1 확산부;

   상기 편광부의 디스플레이 영역 쪽에 배치된 제2 확산부; 및

   상기 제1 및 제2 확산부에 확산 기능을 향상키기기 위해 주입되는 비드를 포함하고,

   상기 비드의 양에 의해 헤이즈 값이 조절되고,

   상기 제1 및 제2 확산부가 5% 내지 12%의 헤이즈 값을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 부재.
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 확산부가 5 %의 헤이즈 값을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 부재.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 확산부가 12%의 헤이즈 값을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 부재.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제

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