KR20090019301A - 배면에 광학부재를 구비하는 광학 필름 및 이를 이용한액정표시장치용 백라이트 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치 백라이트 유닛용 광학필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시인성 및 광 특성을 향상시키기 위한 액정표시장치 백라이트 유닛용 광학필름에 관한 것이다.
본 발명은 빛이 입사되는 배면과 빛이 출사되는 전면을 포함하는 광학필름에 있어서, 전면에는 다수의 프리즘으로 구성되어 빛을 집광시키는 집광부가 형성되고, 배면에는 타원형상의 단면을 가지는 다수의 광학부재로 구성되어 빛을 확산시키는 확산부가 형성되는 광학필름을 제공한다.
액정표시장치, 광학필름, 집광부, 확산부

Description

배면에 광학부재를 구비하는 광학 필름 및 이를 이용한 액정표시장치용 백라이트 유닛{Optical film for LCD back light unit and LCD back light unit thereby}
본 발명은 액정표시장치 백라이트 유닛용 광학필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휘도 및 외관 특성을 향상시키기 위한 액정표시장치 백라이트 유닛용 광학필름에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치(Liquid crystal display device)는 액체와 고체 중간상태의 물질인 액정이 전극으로 형성된 두 장의 유리기판 사이에 주입되어 전계를 가하여 숫자나 영상을 표시하는 기기를 말한다.
이러한 액정표시장치는 자체발광소자가 아니므로 빛을 발생시키는 광원(light source)으로서 백라이트 유닛(back light unit)을 구비하여야 하며, 이러한 백라이트 유닛에서 발생한 빛을 액정이 일정하게 배열되어 있는 패널부에서 빛의 투과량을 조절하면서 영상 등을 표시하게 된다.
액정표시장치는 액정의 배열 형태에 따라 TN(twisted nematic)과 IPS(in plane switching), VA(vertical align) 등의 타입으로 나눌 수 있는데, 이중 전자는 시야각이 후자에 비해 좋지 않은 반면 빛의 투과도는 우수하여 주로 정면 시인성을 필요로 하는 곳에 적합하며, 후자는 시야각은 전자에 비해 우수하나 빛의 투과도가 낮아 전체적으로 휘도가 떨어진다는 문제가 존재한다.
이와 같이 작업자가 필요로 하는 환경, 액정의 배열 방법에 따른 패널의 종류, 기타 다른 외적인 요인에 따라 액정표시장치는 특정 각도에서 보는 휘도를 좋게 해주거나 또는 특정 위치의 휘도를 보강해 줄 필요가 있는 경우가 있다.
종래에는 일반적으로 휘도 내지는 시야각의 향상을 위해 BEF (brightness enhancement film)과 DBEF (dual brightness enhancement film) 또는 DRPF (diffusive reflective polarization film)를 사용하여 휘도를 보강해주거나 시야각을 개선해 주었는데, 이러한 필름의 사용은 백라이트 유닛의 전체 두께를 증가시키고, 제조단가를 상승시켜 제품경쟁력을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있다.
따라서, 이러한 필름부재를 사용하지 않고 액정표시장치에 있어서 휘도나 시야각을 보강해주기 위한 기술의 개발이 필요하며, 필름부재의 수를 줄임에 따라 발생하는 외관특성을 개선하는 기술 또한 필요하다.
본 발명은 액정표시장치 백라이트 유닛용 광학필름으로 백라이트 유닛의 필 름을 줄일 경우에 발생하는 도광판 패턴의 시인성 및 휘도 부족현상, 나아가 도광판 패턴과 패널 패턴간에 발생하는 간섭무늬(모아레 현상)의 개선을 목적으로 한다.
본 발명은 액정표시장치의 패널 전체 면에 있어서 휘도가 높고 빛의 균일도 및 시인성을 개선하기위해 빛의 경로를 조절하는 패턴을 가진 액정표시장치 백라이트 유닛용 광학필름을 제공하는데 있다.
본 발명은 빛이 입사되는 배면과 빛이 출사되는 전면을 포함하는 광학필름에 있어서, 상기 전면에는 다수의 프리즘으로 구성되어 빛을 집광시키는 집광부가 형성되고, 상기 배면에는 타원형상의 단면을 가지는 다수의 광학부재로 구성되어 빛을 확산시키는 확산부가 형성되는 광학필름을 제공한다.
본 발명에 따른 액정표시장치 백라이트 유닛용 광학필름에 의하면, 광학필름 1매 구조 적용으로 액정표시 장치의 패널에 도달하는 빛의 양을 증가시키는 동시에 도광판 배면에 존재하는 패턴의 시인성 개선에도 기여하여, 패널패턴과의 간섭무늬(모아레현상) 개선에도 만족할 만한 효과를 가져온다.
따라서, 기존의 백라이트 유닛에 사용하고 있는 확산시트, 프리즘시트의 전부 또는 어느 하나를 생략하고 백라이트 유닛을 구성하는 것이 가능하므로, 백라이 트 유닛의 제조 원가 절감이 가능하다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 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.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학필름을 나타낸 전면사시도이고, 도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학필름을 나타낸 배면사시도이다.
본 발명에 따른 광학필름(100)은, 액정표시장치 백라이트 유닛에 삽입되어 광특성을 향상시키는 효과를 가져오는 것으로, 빛이 입사되는 배면(104)과 빛이 출사되는 전면(102)을 포함하는 필름 형태를 가진다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학필름(100)의 전면(102)에는 다수개의 프리즘(112)으로 구성되어 빛을 집광시키는 집광부(110)가 형성되며, 상기 배면(104)에는 타원형상의 단면을 가지는 다수의 광학부재(122)로 구성되어 빛을 확산시키는 확산부(120)가 형성된다. 상기 프리즘(112)과 광학부재(122)는 표면에 요철을 구비하여 확산특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
제 1 실시예의 경우에는 광학부재(122)가 렌티큘러 렌즈 형상으로 이루어져 있다.
집광부(110)를 구성하는 프리즘(112)의 길이방향과 확산부(120)를 구성하는 렌티큘러렌즈 형상의 광학부재(122)의 길이방향은 +70˚ 내지 +110˚ 범위의 각도를 가지는 것이 바람직하며, 도시된 바와 같이 서로 직각을 이루는 것이 가장 바람직하다.
이러한 광학부재(122)는 백라이트 유닛에 배치되는 경우, 프리즘(112)의 길이방향과 광원의 길이 방향이 직각이 되도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 집광부(110)는 일정한 피치(P1)와 높이를 갖는 프리즘(112)들이 연속적인 형태로 배치되어 백라이트 유닛의 휘도 향상 역할을 수행하게 된다.
여기서 피치(P1)는 도시된 바와 같이 프리즘(112)의 골과 골사이의 간격을 의미한다. 상기 프리즘(112)의 피치(P1)는 10~200㎛ 범위인 것이 바람직하다. 피치(P1)가 너무 작은 경우 가공이 어렵고, 피치(P1)가 너무 큰 경우 모아레 현상이 발생할 우려가 있다.
상기 확산부(120)는 렌티큘러렌즈 형상을 가지는 광학부재(122)들이 연속적인 형태로 배치되어 이루어지는 것으로, 도광판 하부 패턴이 액정표시장치 백라이트 유닛 전면에서 보이지 않도록 패턴을 은폐하는 기능을 수행하여, 시인성을 개선하고 백색의 밝은 빛이 액정표시장치 백라이트 유닛 전면에 고르게 분포시키는 역할을 한다. 상기 확산부(120)를 구성하는 광학부재(122)의 피치(P2)는 10~300㎛ 범위인 것이 바람직하다. 프리즘과 마찬가지로 광학부재(122)의 피치(P2)가 너무 작 은 경우 가공이 어렵고, 피치(P1)가 너무 큰 경우 모아레 현상이 발생할 우려가 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학필름을 구비한 백라이트 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치 백라이트 유닛은 도광판(200)의 측면에 광원(L)이 배치되고, 상기 도광판(200)의 전면(202)에 광학필름(100)이 적층된다. 이 때 광학필름(100) 전면(102)에 형성된 프리즘(112)의 길이 방향이 광원(L)에서 출사되는 빛의 진행방향과 평행하도록 배치된다. 확산부(120)를 기준으로 설명하면 광학부재(122)인 렌티큘러렌즈의 길이 방향과 광원(L)이 길이 방향이 평행하도록 배치되는 것이다.
상기 도광판(200)은 전면(202)에 전면프리즘(미도시)을 구비하고 배면(204)에 배면프리즘(미도시)을 구비한다. 전면프리즘의 길이방향은 광원에서 발산되는 빛의 진행방향과 평행하게 형성되며, 배면프리즘의 길이방향은 광원에서 발산되는 빛의 진행방향과 수직하게 형성된다.
배면프리즘은 도트 프리즘 패턴, 스트라이프 패턴의 형태를 가지도록 배치될 수 있으며, V자형 홈을 가는 V 그루브 프리즘이 형성될 수도 있다.
본 발명은 광학필름에 관한 것으로 도광판의 전면 프리즘 및 배면 프리즘의 구체적인 형태에 관한 설명은 생략한다.
광원(L)에서 발산된 빛은 도광판(200)과, 광학필름(100)의 확산부(120)와 집 광부(110)를 순차적으로 통과하며 균일한 면광으로 전환된다.
도 4는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이고, 도 5는 도 1의 B-B선에 따른 단면도이다.
도 4를 참조하면, 광학필름의 배면에는 렌티큘러 렌즈 형상으로 형성된 광학부재(122)가 일정한 피치(P2)를 가지고 연속으로 형성되어 배면에 확산부(120)를 형성하고 있으며, 렌티큘러 렌즈의 길이방향과 프리즘(112)의 길이방향이 서로 직각으로 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 5를 참조하면, 광학필름의 전면에는 삼각형의 단면 형상을 가지는 프리즘(112)이 연속으로 형성되어 집광부(110)를 구성한다. 상기 프리즘(112)의 꼭지각(θ)은 80~100ㅀ 범위인 것이 바람직하며, 프리즘(112)의 폭 : 높이의 비율은 1:03 내지 1:0.7 범위인 것이 바람직하다.
도시된 실시예는 프리즘(112)이 삼각형의 단면을 가지고 있으나, 삼각형의 단면에 한정되는 것은 아니고, 단면이 사다리꼴형 또는 옆면이 소정의 곡률반경을 가지는 그루부형이나 역그루부형을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학필름을 나타낸 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학필름을 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광학필름을 나타낸 사시도이다.
도 6의 제 2 실시예는 집광부(110)가 프리즘(112)과 이격평면(115)으로 구성된 경우를 나타낸 것이다. 다시 말해서 프리즘(112)의 소정 간격(D1)의 이격평면을 두고 형성되어 있는 형태이다.
도 7의 제 3 실시예는 확산부(120)가 광학부재(122)와 이격평면(125)으로 구성된 경우를 나타낸 것이다. 이 때 광학부재(122)가 차지하는 면적과 이격평면(125)이 차지하는 면적비가 1:0.5 내지 1:5 범위인 것이 바람직하다. 이러한 면적비는 광학부재(122)의 피치(P2)와 이격평면의 간격(D2)을 조절하여 얻을 수 있다.
도 8의 제 4 실시예는 집광부(110)와 확산부(12)에 모두 이격평면(115, 125)이 구비되어 있는 형태를 나타낸 것이다.
제 2, 3, 4 실시예에서 이격평면(115, 125)은 빛의 굴절과 확산을 감소시켜 전면휘도를 증가시켜주는 역할을 하는 것으로 이격평면(115, 125)의 면적이 증가하면 전면의 휘도는 증가하게 된다.
도 9는 광학부재로 사용되는 렌티큘러 렌즈의 단면 형상들을 사이각에 따라 나타낸 도면이다.
렌티큘러 렌즈는 인접한 렌티큘러 렌즈의 접선의 각도인 사이각에 따라서 형태가 달라진다.
도 9 및 표 1은 하나의 예로 곡률반경이 25㎛로 일정한 경우 사이각에 따라서 높이와 피치의 비가 변화하는 것을 나타낸 것으로, 사이각을 0ㅀ에서 140ㅀ 까지 20ㅀ 간격으로 변화를 주며 나타낸 것이다.
Figure 112007060087192-PAT00001
사이각의 변화를 주면서 확산부의 광특성을 살펴본 바에 따르면, 사이각은 60ㅀ~160ㅀ 범위인 것이 바람직하고, 이를 피치(P) : 높이(H)의 비율로 환산하면 1:0.05 내지 1:0.5 범위인 것이 바람직하다. 이때 곡률반경은 피치의 0.5배 내지 3배 범위인 것이 바람직하다.
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광학필름을 나타낸 배면사시도이다.
도시된 제 5 실시예는 확산부(320)를 구성하는 광학부재(322)로 마이크로렌즈를 사용한 형태를 나타낸 것이다. 이렇게 광학부재(322)로 마이크로 렌즈를 사용하는 경우에도 피치:높이의 비율이나 곡률반경과 피치의 비율은 렌티큘러 렌즈의 경우와 동일한 범위를 가지게 된다.
< 비교예 및 실험예>
전면에 프리즘으로 구성된 집광부를 구비하고 배면에는 확산부를 구비하지 않는 광학필름(비교예)과, 확산부를 구성하는 렌티큘러 렌즈의 형상에 변화를 주며 광특성을 살펴보았다.
도 11은 실험예 1,2,3 의 단면형상을 나타낸 것이고, 도 12는 비교예와 실험예들의 휘도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
Figure 112007060087192-PAT00002
표 2를 살펴보면 높이/피치가 실험예 1은 0.416, 실험예 2는 0.232, 실험예 3은 0.134이다.
표 2 및 도 12 에 도시된 바와 같이, 휘도 특성은 확산부가 없는 비교예에서 가장 높게 나타나고, 실험예들에서는 피치 : 높이의 값이 감소함에 따라 상승하는 것을 볼 수 있으며, 패널 모아레 특성은 비교예보다 실험예들에서 월등하게 향상됨을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학필름을 나타낸 전면사시도,
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학필름을 나타낸 배면사시도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학필름을 구비한 백라이트 유닛을 나타낸 사시도,
도 4는 도 1의 A-A선에 따른 단면도,
도 5는 도 1의 B-B선에 따른 단면도,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학필름을 나타낸 사시도,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학필름을 나타낸 사시도,
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광학필름을 나타낸 사시도,
도 9는 광학부재로 사용되는 렌티큘러 렌즈의 단면 형상들을 사이각에 따라 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광학필름을 나타낸 배면사시도,
도 11은 실험예 1,2,3 의 단면형상을 나타낸 단면도,
도 12는 비교예와 실험예들의 휘도를 측정한 결과를 나타낸 그래프임.

Claims (20)

  1. 빛이 입사되는 배면과 빛이 출사되는 전면을 포함하는 광학필름에 있어서,
    상기 전면에는 다수의 프리즘으로 구성되어 빛을 집광시키는 집광부가 형성되고,
    상기 배면에는 타원형상의 단면을 가지는 다수의 광학부재로 구성되어 빛을 확산시키는 확산부가 형성되는 광학필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산부를 구성하는 상기 광학부재는 렌티큘러렌즈인 것을 특징으로 하는 광학필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산부를 구성하는 상기 광학부재는 마이크로렌즈인 것을 특징으로 하는 광학필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산부를 구성하는 상기 광학부재는 피치가 10㎛ ~ 300㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 광학필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산부를 구성하는 상기 광학부재는 피치 : 높이의 비율이 1:0.05 내지 1:0.5 범위인 것을 특징으로 하는 광학필름.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산부를 구성하는 상기 광학부재는 인접한 광학부재 사이의 각도가 60ㅀ 내지 160ㅀ 범위인 것을 특징으로 하는 광학필름.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산부를 구성하는 상기 광학부재는 곡률반경이 피치의 0.5배 내지 3배 범위인 것을 특징으로 하는 광학필름.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산부는 상기 광학부재가 이격공간 없이 서로 연속되도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 광학필름.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산부는 상기 광학부재가 일정한 이격평면을 가지며 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 광학필름.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산부를 구성하는 상기 광학부재는 표면에 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 광학필름.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 광학부재와 상기 이격평면이 차지하는 면적비가 1:0.5 내지 1:5의 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치 백라이트 유닛용 광학필름.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광부를 구성하는 상기 프리즘의 단면이 삼각형, 사다리꼴형 또는 옆면이 소정의 곡률반경을 가지는 그루부형 또는 역그루브형 중 하나인 것을 특징으로 하는 광학필름.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광부를 구성하는 상기 프리즘의 표면에 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 광학필름.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광부를 구성하는 상기 프리즘은 폭 : 높이의 비율이 1 : 0.3 내지 1 : 0.7의 범위인 것을 특징으로 하는 광학필름.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광부는 상기 프리즘이 이격공간 없이 서로 연속되도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 광학필름.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광부는 상기 프리즘이 일정한 이격평면을 가지도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 광학필름.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광부의 길이방향이 광원에서 수직하게 진행하는 빛의 방향과 이루는 각도가 +20˚ 내지 -20˚ 것을 특징으로 하는 광학필름.
  18. 제 2 항에 있어서,
    상기 확산부를 구성하는 렌티큘러렌즈의 길이방향과 상기 집광부를 구성하는 프리즘의 길이방향이 이루는 각도가 +70˚ 내지 +110˚ 의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 광학필름.
  19. 제 1 항의 광학필름; 및
    광원을 포함하는 액정표시장치용 백라이트 유닛.
  20. 제 19 항의 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시 장치.
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