KR20100064471A

KR20100064471A - 광학시트 및 이를 갖는 액정 표시장치

Info

Publication number: KR20100064471A
Application number: KR1020080122917A
Authority: KR
Inventors: 정승환; 최규민; 황성모; 최진성; 이문규; 민지홍
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-06-15
Also published as: US20100141870A1; KR101528910B1

Abstract

광학시트 및 이를 갖는 표시장치에서, 광학시트는 그 하부에 배치된 도광판으로부터 출사된 광을 입사 받아, 액정 패널을 향하여 거의 수직으로 출사시킨다. 광학시트는 제1 굴절률을 갖는 재질로 이루어진 제1 프리즘패턴 및 상기 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는 재질로 이루어진 제2 프리즘패턴을 포함한다. 이로써, 상기 광학시트를 갖는 액정 표시장치는 계조 반전 없이 시야각이 확대되고 휘도가 증가하여 표시품질이 향상된다.

역프리즘 시트, 도광판, 콜리메이션, 계조 반전, TN 액정 모드

Description

광학시트 및 이를 갖는 액정 표시장치{OPTICAL SHEET AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명은 광학시트 및 이를 갖는 액정 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표시품질을 향상시키는 광학시트 및 이를 갖는 액정 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 소형화, 경량화, 저전력 소비화 등의 장점을 가지고 있어, 현재는 모니터, 노트북 컴퓨터, 핸드폰, 텔레비전 등 디스플레이 장치를 필요로 하는 거의 모든 정보 처리 기기에 장착되고 있는 실정이다.

이러한 액정표시장치는 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 상기 전극에 가하는 전압의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다.

이때, 액정은 분자의 장축 방향과 단축 방향으로의 굴절률이 서로 다른 복굴절성을 갖는데, 이 복굴절성에 의해 액정 표시장치를 보는 위치에 따라 빛이 느끼는 굴절률이 차이가 생기므로, 선편광된 빛이 액정을 통과하면서 편광 상태가 바뀔 때 위상차가 생긴다. 따라서, 정면에서 벗어난 위치에서 볼 때의 빛의 양과 색특성 이 정면에서 볼 때와는 달라진다. 따라서 액정 물질을 이용하는 액정 표시장치는 시야각에 따라 대비비(contrast ratio)의 변화, 색상 변이(color shift), 계조 반전(gray inversion) 등의 현상이 발생한다. 특히, 이러한 문제점들은, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 액정 분자의 장축이 기판과 평행한 상태에서 나선형으로 비틀린 상태로 액정분자가 배열되고, 전압이 인가된 상태에서는 액정 분자의 장축이 전기장의 방향을 따라 기판과 수직하게 배열하는 비틀린 네마틱(twisted nematic; TN) 액정모드의 액정표시장치에서는 심하게 나타난다.

이하, 도 1을 참조하여 계조 반전에 대하여 좀 더 설명하기로 한다. 도 1은 종래의 액정 표시장치(100)의 단면도이다. 도 1에 따르면, 종래의 액정 표시장치(100)는 일반적으로 액정패널(190)과 이를 조명하기 위한 백라이트 어셈블리(120)를 포함한다.

상기 액정패널(190)은 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하, TFT; 도시되지 않음) 및 화소전극(도시되지 않음)이 형성된 TFT 기판(191), 상기 TFT 기판(191)과 대향하여 구비되고, 컬러필터 및 공통 전극이 형성된 컬러필터기판(193) 및 상기 TFT 기판(191)과 상기 컬러필터기판(193) 사이에 주입된 액정으로 이루어진다.

한편, 상기 액정 표시장치(100)의 백라이트 어셈블리(120)는 광을 발생하는 광원(150)과, 상기 광을 가이드하여 상기 액정패널(190)로 제공하기 위한 도광판(170)으로 이루어진다. 상기 도광판(170)의 하부에는 상기 도광판(170)으로부터 누설되는 광을 출사면을 향해 반사하는 반사판(180)이 구비되고, 상기 도광판(170) 의 상부에는 상기 도광판(170)의 출사면으로부터 출사된 광의 정면휘도를 증가시키며, 휘도 분포를 균일하게 하는 다수의 광학 부재들이 구비된다. 상기 다수의 광학 부재들은 확산시트(111), 제1 프리즘 시트(113) 및 제2 프리즘 시트(115)를 포함하며, 상기 확산시트(111)는 상기 도광판(170)으로부터의 광을 산란시키고, 상기 제1 프리즘 시트(113)는 복수의 프리즘을 포함하고, 상기 제2 프리즘 시트(115)는 상기 제1 프리즘 시트(113)의 프리즘 방향과 실질적으로 직교하는 방향으로 연장된 복수의 프리즘을 포함한다.

이와 같은 구조를 갖는 일반적인 액정 표시장치(100)에 광학적 이방성을 갖는 TN 액정이 채택되는 경우, 상기 액정패널(190)을 정면으로 볼 때에는 정상적인 계조 레벨이 관측되지만, 정면보다 하측 또는 상측으로 내려갈 수록 비정상적인 계조 레벨이 관측된다. 즉, 상기 액정패널(190)을 임계치 각도 이상으로 관찰할 때, 화이트 계조는 블랙 계조로, 블랙 계조는 화이트 계조로 시인되는 문제가 있는데, 이를 계조 반전(gray inversion)이라고 한다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, TN 액정 모드를 이용하여, 시야각도 및 측면 시인성을 향상시키기 위해 콜리메이션(collimation) 액정 표시장치(200)를 사용한다. 도 2는 콜리메이션 액정 표시장치(200)의 단면도이다. 콜리메이션 액정 표시장치(200)는 도광판(270) 상부에 역프리즘 시트(230)를 배치하여 백라이트 어셈블리(220)에서 나온 광을 콜리메이팅(collimating)하여 액정 패널(290)에 제공한 다음, 상기 액정패널(290) 상부에 확산부재(295)를 적용하여 빛을 다시 전방위로 산란시킨다.

도 3에는 도 2에 도시된 역프리즘 시트(230)의 구성을 확대하여 도시한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 상기 역프리즘 시트(230)는 베이스층(233)의 하면에 단면이 삼각형인 복수의 선형 프리즘(234)들이 연장 배치되어 있고, 집광효율을 향상시키기 위해 상기 선형 프리즘(234)들의 꼭지각은 예각으로 형성된다. 그런데, 상기 역프리즘 시트(230)의 뾰족한 상기 프리즘산(234)이 상기 도광판(270)을 마주보고 배치되어서 상기 도광판(270)의 긁힘 내지 손상을 야기시키는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 이러한 문제점에서 착안한 것으로, 본 발명은 표시품질을 향상시키고 도광판의 손상을 방지하는 광학시트를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 광학시트를 갖는 액정표시장치를 제공한다.

상기한 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 특징에 따른 광학시트는 제1 프리즘패턴 및 제2 프리즘패턴을 포함하며, 상기 제1 프리즘패턴은 제1 굴절률을 갖는 재질로 구성되며, 제2 프리즘패턴은 상기 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는 재질로 구성된다. 상기 제1 프리즘패턴과 상기 제2 프리즘패턴은 동일한 방향으로 연장된 복수의 프리즘을 포함하며, 상기 제1 프리즘패턴은 상기 제2 프리즘패턴 상에 중첩되어 형성된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1 굴절률과 상기 제2 굴절률의 차이는 0.15 보다 클 수 있다.

상기한 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 특징에 따른 액정 표시장치는 액정패널, 광원, 도광판 및 광학시트를 포함한다. 상기 액정패널은 화상을 표시한다. 상기 광원은 상기 화상표시의 기초가 되는 광을 발생시키며, 상기 도광판은 상기 광원으로부터 광을 제공받아 상기 액정패널 측으로 출사시킨다. 상기 광학시트는 상기 도광판과 상기 액정패널 사이에 배치되며, 제1 프리즘패턴 및 제2 프리즘패턴을 포함한다. 상기 제1 프리즘패턴은 제1 굴절률을 갖는 재질로 구성되며, 제2 프리즘패턴은 상기 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는 재질로 구성된다. 상기 제1 프리즘패턴과 상기 제2 프리즘패턴은 동일한 방향으로 연장된 복수의 프리즘을 포함하며, 상기 제1 프리즘패턴은 상기 제2 프리즘패턴 상에 중첩되어 형성된다.

이와 같은 광학시트 및 이를 갖는 액정 표시장치에 따르면, 표시장치의 정면 휘도가 상승하고 계조 반전이 방지되며 측면 시인성이 개선되어 표시품질이 향상된다. 또한, 상기 광학시트에 의한 도광판의 손상 내지 마모가 방지된다. 또한, 여러 매의 광학시트를 본 발명의 광학시트로 대체하여 부품의 개수를 감소시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 고안의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용 되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

실시예1

도 4는 실시예 1에 따른 표시장치(300)의 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 표시장치(300)를 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예의 표시장치(300)는 액정패널(390) 및 백라이트 어셈블리(320)를 포함한다.

상기 액정패널(390)은 외부에서 인가되는 구동 신호와 데이터 신호에 따라 화상을 표시한다. 상기 액정패널(390)은 TFT 기판(391), 상기 TFT 기판(391)과 대향하는 컬러필터 기판(393) 및 이들의 사이에 개재된 액정층을 포함할 수 있다.

상기 백라이트 어셈블리(320)는 상기 액정패널(390)의 후면에 배치되어 상기 화상 표시의 기초가 되는 광을 상기 액정패널(390)의 후면에 조사한다. 본 실시예의 백라이트 어셈블리(320)는 광학 시트(330), 광원(350), 도광판(370) 및 반사판(380)을 포함한다.

본 실시예에서, 상기 백라이트 어셈블리(320)는 상기 광원(350)이 상기 도광판(370)의 일 측면에 배치되는 에지형(edge-type) 백라이트 어셈블리이다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 광원(350)은 도광판(370)의 하나 이상의 측면에 배치될 수도 있다.

상기 광원(350)으로는 발광 다이오드(LED)와 같은 점광원이 사용된다. 상기 발광 다이오드에는 제한이 없으며, 백색 발광 다이오드를 사용하거나, 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광을 발생하는 3개의 발광 다이오드를 조합하여 사용하는 것도 가능하다.

본 실시예와 다르게, 상기 광원(350)으로는 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL)나 외부전극 형광램프(External Electrode Flourscent Lanm, EEFL)와 같은 선형 광원이 사용될 수도 있다. 이 경우, 상기 백라이트 어셈블리(320)는 상기 광원(350)을 둘러싸며 상기 도광판(370)의 측면과 마주보는 광원 반사판(도시되지 않음)을 더 포함할 수도 있다. 상기 광원 반사판은 금속 또는 플라스틱의 재질로 제작될 수 있으며, 광을 반사할 수 있는 물질로 내벽을 코팅할 수 있다. 상기 광원 반사판은 상기 광원(350)으로부터 발생한 광을 상기 도광판(370) 측으로 반사시켜 광이용 효율을 향상시킨다.

광학 시트(330)는 상기 도광판(370)과 상기 액정패널(390) 사이에 배치된다. 상기 광학 시트(330)는 상기 도광판(370)의 출광면(375)으로부터 출사된 광을 집광시켜 정면 휘도를 높이고 상기 액정패널(390)에 거의 수직으로 광을 출사시킨다. 상기 광학시트(330)의 구체적인 구성에 대해서는 도면을 참조하여 후술하기로 한다.

상기 도광판(370)은 상기 광원(350)들이 출사한 광을 가이드하여 상기 액정패널(390)의 후면을 향하여 출사한다. 상기 도광판(370)은 입광면(371), 대광면(373), 출광면(375) 및 반사면(377)을 포함한다.

상기 입광면(371) 및 상기 대광면(373)은 상기 도광판(370)의 측면들이며 서 로 대향 배치되어 있다. 상기 광원(350)들은 상기 입광면(371)을 따라서 배치되며 서로 일정한 간격으로 이격되어 있다.

상기 출광면(375)은 상기 액정패널(390)의 후면을 향하여 배치되며 상기 입광면 및 상기 대광면(373)을 연결한다.

상기 광원(350)이 출사한 광은 상기 입광면(371)을 통해 상기 도광판(370)의 내부로 도입된다. 그 후, 상기 도광판(370)은 입사된 광을 상기 출광면(375)을 통해 출사시키기 전에 전반사의 원리에 의해 그 상부에 위치한 액정패널(390)의 가시면(viewing plane)에 실질적으로 평행한 방향으로 전송하며, 출광면(375) 전체 휘도를 균일화한다.

상기 도광판(370)의 내부로 도입되어 전반사되는 광은 액정패널(390) 측으로 출사되기 위해 산란 반사되어야 하며, 이를 위해 반사면(377)에는 광산란 패턴이 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 출광면(375)에 대향하는 상기 반사면(377)에 도트 인쇄법(dot-printing) 등에 의해 광산란 패턴이 형성될 수 있다. 이와 달리, 인쇄 공정을 필요로 하지 않는 도광판이 사용될 수도 있는데, 예를 들어, 그루브 또는 선형 프리즘(도시되지 않음)들을 도광판의 일면에 형성하여, 상기 반사면(377)에서 광경로를 변경하게 할 수도 있다.

상기 도광판(370)은 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly methyl Methacrylate; PMMA) 또는 폴리카보네이트(Polycarbonate)와 같은 투명 수지로 제조될 수 있다.

상기 백라이트 어셈블리(320)는 반사 시트(380)를 더 포함할 수 있다. 상기 반사 시트(380)는 상기 도광판(370)의 상기 반사면(377)과 마주보게 배치되며 상기 반사면(377)으로부터 누설되는 광을 반사시켜 상기 도광판(370)으로 다시 입사시킨다.

상기 반사시트(380)는 SUS, BRASS, Aluminum, PET 등의 모재(base materials) 위에 은(Ag)을 코팅하거나, 흡열로 인한 손상을 막기 위하여 티타늄(Ti)을 코팅하여 제작될 수도 있다.

또는, 반사시트(380)는 PET와 같은 레진 시트에 광산란 미세홀(micro-pores)을 분산시켜 형성될 수도 있다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 광학 시트의 구성에 대하여 자세히 살펴보기로 한다. 도 6은 도 5에 도시된 광학시트(330)를 확대한 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 광학 시트(330)는 서로 상이한 굴절률을 갖는 재질로 구성된 이중 구조의 집광패턴(331, 332)과 상기 집광패턴 상부에 배치된 베이스층(333)을 포함한다. 상기 광학 시트(330)는 상기 도광판(370)의 출광면(375)으로부터 출광된 빛을 액정패널(390)을 향하여 수직으로 제공하며 표시장치의 정면 휘도를 높이는 기능을 한다.

상기 집광패턴은, 예를 들어, 제1 프리즘패턴(331) 및 제2 프리즘패턴(332)을 포함할 수 있다. 상기 제1 프리즘패턴(331)과 상기 제2 프리즘패턴(332)은 서로 동일한 방향으로 연장된 복수의 프리즘 형상을 가지며, 상기 제1 프리즘패턴(331)은 상기 제2 프리즘패턴(332) 상에 중첩되어 형성된다. 즉, 제1 프리즘패턴(331)과 제2 프리즘패턴(332)은 상기 도광판(370)의 상기 입광면(371)측에 일렬로 배치된 광원의 배치 방향과 평행한 방향으로 연장된 복수의 선형 프리즘을 각각 포함한다.

상기 제1 프리즘패턴(331)은 제1 굴절률(n1)을 갖는 재질로 형성되며, 상기 제2 프리즘패턴(332)은 제2 굴절률(n2)을 갖는 재질로 형성된다. 상기 제1 굴절률이 제2 굴절률보다 작으며, 바람직하게는 상기 제1 굴절률과 제2 굴절률의 차이는 0.15 보다 크다.

즉, 상부에 위치한 상기 제2 프리즘패턴(332)의 굴절률이 하부에 위치한 제1 프리즘패턴(331)의 굴절률보다 큰데, 이렇게 함으로써, 상기 제1 프리즘패턴(331)의 제1 입사면(331a)을 통과한 광이 굴절되어 상기 제2 프리즘패턴(332)의 제2 입사면(332a)을 통해 입사되고, 다시 상기 제2 입사면(332a)을 통해 입사된 광이 굴절되어 제2 대향면(332b)에 도달했을 때, 전반사의 원리에 의하여 입사된 광이 전부 상기 액정패널(390)측으로 반사되게 된다. 다시 말해, 상기 제2 대향면(332b)에서 전반사가 충분하게 일어나기 위해서는, 상기 제2 프리즘패턴(332)의 굴절률(n2)이 상기 제1 프리즘패턴(331)의 굴절률(n1) 보다 0.15 이상 커야 한다. 즉, Δn(=n2-n1)>0.15이다.

반면, 상기 제1 프리즘패턴(331)의 굴절률(n1)이 상기 제2 프리즘패턴(332)의 굴절률(n2)보다 크면, 상기 제2 입사면(332a)을 통해 소정 각도로 입사되는 광이 상기 제2 대향면(332b)에서 반사되지 않고, 상기 제2 프리즘패턴(332)의 상기 제2 입사면(332a)에서 굴절되게 된다. 따라서, 이 경우, 상기 광학 시트(330)의 출사 광의 반치폭이 증가하게 된다. 여기서, 상기 반치폭이란 최대 휘도가 절반이 될 때의 시야각 폭을 의미하는데, 콜리메이션 액정 표시장치에서는 반치폭이 작을수록 표시장치의 성능이 좋다고 할 수 있다.

따라서, 반사에 의한 정면 방향으로, 즉 상기 액정패널(390)에 대한 법선방향으로 집광이 이루어져야 하므로, 상기 제2 프리즘패턴(332)의 굴절률이 상기 제1 프리즘패턴(331)의 굴절률보다 커야 한다.

상기 제1 프리즘패턴(331)이 갖는 프리즘의 단면은 비대칭 삼각형 형상이며, 상기 도광판(370)의 출광면(375)으로부터 출사된 광이 입사되는 상기 제1 입사면(331a)이 상기 제1 대향면(331b)의 기울기보다 수평방향(D01)을 기준으로 경사가 완만하게 형성된다. 상기 수평방향(D01)은 상기 입광면(371)으로부터 상기 대광면(373)을 향하며 상기 광학시트(330)와 평행한 방향으로 정의된다. 따라서 상기 제1 입사면(331a)은 상기 제1 대향면(331b)의 면적보다 크게 형성된다. 상기 제1 입사면(331a)의 표면적을 넓힘으로써, 보다 많은 광이 상기 제1 입사면(331a)을 통해 상기 광학시트(330)로 입사하므로 광효율을 더 높일 수 있다.

다만, 상기 제1 입사면(331a)과 상기 제1 대향면(331b)의 기울기 및 크기는 동일하게 형성될 수도 있으며, 이때 상기 제1 프리즘패턴(331)이 갖는 프리즘의 단면은 이등변 삼각형이 된다.

상기 제1 프리즘패턴(331)의 꼭지각의 각도는 상기 제1 입사면(331a)과 제1 대향면(331b) 사이의 각으로서, 각도 γ와 각도 δ의 합으로 구할 수 있다. 여기서 상기 각도 γ는 상기 제1 입사면(331a)과 수직방향(D02) 사이의 각도로서 60°≤γ < 90°인 것이 바람직하다. 상기 수직방향(D02)은 상기 광학시트(330)와 직교하는 방향, 따라서 상기 수평방향(D01)과 직교하는 방향으로 정의된다. 상기 각도 δ는 상기 제1 대향면(331b)과 상기 수직방향(D02) 사이의 각도로서 45°≤ δ ≤60°인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 제1 프리즘패턴(331)의 꼭지각의 각도는 105°이상 150°미만의 둔각으로 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 제1 프리즘패턴(331)의 꼭지각이 둔각으로 형성되므로 상기 도광판(370)의 손상을 방지할 수 있다. 즉, 종래의 역프리즘 시트의 경우 뾰족한 프리즘산에 의해 상기 도광판(370)의 출광면(375)에 스크래치가 발생하거나 상기 도광판(370)이 마모되는 문제가 있었으나, 본 실시예에 따른 광학시트(330)는 그러한 문제를 해결한다.

다만, 상기 제1 프리즘패턴의 꼭지각의 각도는 전술된 각도에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라서, 상기 제1 프리즘패턴(331)의 꼭지각의 각도를 더욱 증가시켜 거의 평평하게 만들 수도 있다.

도 7은 도 4 내지 도 6에서 설명된 광학시트(330)의 표면에 형성된 엠보패턴을 나타내는 사진이다. 상기 제1 프리즘패턴(331)의 표면에는 프리즘의 손상 및 상기 도광판(370)에 스크래치 발생을 더욱 방지하기 위하여, 반구형의 엠보패턴이 형성될 수 있다. 또한, 상기 광학시트(330)의 상기 베이스층(333)의 상부, 즉 상기 액정패널(390)을 마주보는 상기 광학시트(330)의 표면(335)에도 엠보패턴이 형성될 수 있다. 상기 엠보패턴은 상기 액정패널(390)과 상기 광학시트(330)의 밀착을 방지하는 기능을 한다. 상기 광학시트(330)의 엠보패턴은 표면조도 0.1㎛이상 50㎛이하로 형성될 수 있다.

상기 제2 프리즘패턴(332)이 갖는 프리즘의 단면은 비대칭 삼각형 형상이며, 상기 제1 프리즘패턴(331)을 경유한 광이 입사되는 제2 입사면(332a)의 기울기가 이와 대향하는 제2 대향면(332b)의 기울기보다 크게 형성된다. 프리즘패턴의 꼭지점을 기준으로 상기 제1 입사면(331a) 및 상기 제2 입사면(332a)이 같은 방향에 배치되고, 상기 제1 대향면(331b) 및 상기 제2 대향면(332b)이 같은 방향에 배치된다.

상기 제2 입사면(332a)의 기울기를 크게 하여 전반사가 일어나는 상기 제2 대향면(332b)으로 더 많은 광을 굴절시킴으로써, 보다 많은 광을 상기 액정패널(390)측으로 제공할 수 있고, 백라이트의 휘도를 균일하게 할 수 있다. 다만, 상기 제2 입사면(332a)과 상기 제2 대향면(332b)의 기울기는 동일하게 형성될 수도 있으며, 상기 제2 프리즘패턴(332)이 갖는 프리즘의 단면은 이등변 삼각형이 될 수도 있다.

또한, 다시 도 6을 참조하면, 상기 제2 프리즘패턴(332)의 꼭지각의 각도는 제2 입사면(332a)과 제2 대향면(332b) 사이의 각으로서, 각도 α와 각도 β의 합으로 구할 수 있다. 여기서 상기 각도 α는 상기 제2 입사면(332a)과 상기 수직방향(D02) 사이의 각도로서 20°이하인 것이 바람직하다. 상기 각도 β는 상기 제2 대향면(332b)과 상기 수직방향(D02) 사이의 각도이다. 상기 각도 β는 상기 각도 γ, 상기 각도 α, 상기 제1 프리즘패턴(331)의 제1굴절률(n1), 상기 제2 프리즘패턴(332)의 제2 굴절률(n2) 및 상기 도광판(370)에서 출사되어 상기 광학시트(330)로 입사되는 광의 상기 수직방향(D02)에 대한 각도(Φ)에 의하여, 아래와 같은 수학식에 의해 결정된다.

상기 각도(Φ)는 상기 수직방향(D02)과 상기 광학시트(330)로 입사되는 광이 이루는 각으로 정의된다. 상기 수학식에서 상기 제2 대향면(332b)과 상기 수직방향(D02) 사이의 각도 β는 입사된 광을 최대한 상기 수직방향(D02)으로 상기 액정패널(390)을 향하여 출사시킬 수 있도록 결정된다. 상기 수직방향(D02)으로 출사광을 근접시키기 위해서 상기 제2 프리즘패턴(332)의 꼭지각, 즉, 각도 α+ β은 예각으로 형성될 수 있다.

따라서, 상기 제2 프리즘패턴(332)의 꼭지각의 각도는 상기 제1 프리즘패턴(331)의 꼭지각의 각도보다 작게 형성될 수 있다.

한편, 상기 제1 프리즘패턴(331)의 피치는 p1이고, 상기 제2 프리즘패턴(332)의 피치는 p2이다. 상기 제1 프리즘패턴(331)과 상기 제2 프리즘패턴(332)은 |p1-Nㅇp2|<p2/3의 관계(여기서, N은 5 미만의 자연수)를 만족하고, p2/3 ≤d≤+p2/3, 즉 |d|≤p2/3 을 만족하며 정렬된다.

여기서 d는 상기 제1 프리즘패턴(331)의 골과 상기 제2 프리즘패턴(332)의 꼭지점 사이의 상기 수평방향(D01)으로의 간격으로 정의된다. 즉, 상기 d는 상기 제1 프리즘패턴(331)과 상기 제2 프리즘패턴(332)의 정렬관계를 나타내며, d가 값을 갖는다는 의미는 상기 제1 프리즘패턴(331)의 골이 상기 제2 프리즘패턴(332)의 꼭지점에 비해 좌측으로 정렬됨을 나타내며, 또는 +값을 갖는다는 의미는 우측으로 정렬됨을 나타낸다. 또, d=0 일 수도 있다. 즉, p1과 p2가 동일하고 d=0인 경우, 제1 프리즘패턴(331)과 상기 제2 프리즘패턴(332)은 동일 피치로 반복되며, 제2 프리즘패턴(332)의 꼭지점들은 제1 프리즘패턴(331)의 골들과 대응하여 배치된다.

여기서, 상기 제2 프리즘패턴(332)의 꼭지점은 제1 프리즘패턴(331)의 골과 상기 수직방향(D02)으로 거리 g 만큼 이격될 수 있으며, g≤p2/2를 만족하며 배치될 수 있다. 즉, 상기 제2 프리즘패턴(332)의 피치 p2의 절반 이하의 거리만큼 상기 제1 프리즘패턴(331)의 골과 제2 프리즘패턴의 꼭지점이 이격 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제2 프리즘패턴(332)의 상부에는 투명한 베이스층(333)이 형성되며, 상기 베이스층(333)의 재질은 상기 제2 프리즘패턴(332)의 재질과 동일하거나 상이할 수 있다.

도시하지는 않았으나, 상기 베이스층(333)의 상면(335)에 접착층을 도포하여, 상기 액정패널(390)의 편광판에 부착함으로써, 상기 액정패널(390)과 상기 광학시트(330)를 일체화할 수 있다. 이에 의해 상기 광학시트(330)의 조립의 용이성 및 취급의 용이성을 향상시킬 수도 있다.

다시 도 5를 참조하면, 본 실시예의 도광판(370)은 플랫(flat) 타입 도광판(370)이며, 상기 도광판(370)의 입광면(371)에서 두께는 대광면(373)에서의 두께와 같다.

그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 도광판(370)의 타입은 다양하게 변경될 수 있고, 예를 들어, 슬림 구조의 에지형 백라이트 어셈블리를 달성하 기 위하여 상기 도광판(370)의 상기 대광면(373)보다 상기 입광면(371)이 더 두껍게 형성된 슬로프(slope) 타입이 될 수도 있다.

도시하지는 않았으나, 본 실시예에서 상기 도광판(370)의 상기 출광면(375)에는 상기 광학시트(330)의 상기 제1 프리즘패턴(331) 및 상기 제2 프리즘패턴(332)과 같은 집광패턴의 프리즘의 연장 방향과 직교하도록 복수의 선형 프리즘이 형성될 수 있다. 상기 광학시트(330)의 상기 집광패턴의 프리즘과 상기 도광판(370)의 프리즘이 서로 직교하는 방향으로 배치되는 경우, 상기 백라이트 어셈블리(320)는 별도의 프리즘 시트를 포함하지 않고도, 별도의 프리즘 시트를 사용한 경우와 동등하거나 향상된 휘도 균일성을 얻을 수 있으며, 광원으로부터 출사된 광의 반치폭이 감소될 수 있다.

상기 액정 표시장치(300)는, 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 확산부재(395)를 더 포함할 수 있다. 상기 확산부재(395)는 상기 액정패널(390)의 상부에 배치될 수 있다. 상기 확산부재(395)는 상기 광학시트(330)로부터 상기 액정패널(390)을 향하여 입사된 반치폭이 좁은 광을 전방위로 산란시켜 넓은 시야각을 제공한다.

상기 확산부재(395)는 상기 액정패널(390)의 상부 편광판 위에 확산 점착제를 도포하거나, 고 헤이즈(haze)의 안티 글레어(antiglare) 표면 처리를 이용하여 헤이즈를 90% 이상으로 형성할 수 있다. 이와 달리, 상기 액정패널(390)의 내부 또는 상기 액정패널(390)을 제외한 다른 영역에서 헤이즈 처리를 하는 구조를 취할 수도 있다.

이하, 도 8a, 8b 및 표 1을 참조하여, 본 실시예의 광학시트(330)의 특성을 살펴보기로 한다.

도 8a는 도 4 내지 도 6에서 설명된 광학시트(330)의 출사광의 시야각에 따른 휘도값 및 종래 광학시트의 휘도값의 크기를 상대적으로 나타낸 그래프이고, 도 8b는 광학시트 출사광의 반치폭을 비교하기 위하여 도 8a의 그래프를 노멀라이즈(normalized)하여 나타낸 그래프이다.

구체적으로, 도 8a는, 상기 광학시트(330)의 상기 제2 입사면(332a)과 상기 수직방향(D02) 사이의 각도 α=0°, 상기 제2 대향면(332b)과 상기 수직방향(D02) 사이의 각도 β=24.6°, 상기 제1 입사면(331a)과 상기 수직방향(D02) 사이의 각도 γ=85°, 상기 제1 대향면(331b)과 상기 수직방향(D02) 사이의 각도 δ=55°, 상기 제1 및 제2 프리즘패턴(331, 332)의 피치 p1=p2=50㎛, 거리 d=0, 갭 g=10㎛, 제1 굴절률 n1=1.5, 및 제2 굴절률 n2=1.7인 경우, 상기 광학시트(330)의 출사광의 휘도분포를 관측한 결과를 도시한다.

한편, 종래의 광학시트, 즉 종래의 역프리즘 시트는 베이스층 하면에 68°의 꼭지각을 갖는 복수의 프리즘이 형성된 것을 사용하였다.

도 8a에서, 비교를 위하여, 종래의 광학시트의 휘도를 100으로 하고, 본 실시예의 광학시트(330)의 출사광의 휘도를 상대적으로 도시하였다. 도 8a를 참조하면, 상기 광학시트(330)로부터 출사되는 광의 휘도 피크치는 종래 광학시트의 휘도 피크치보다 크다.

도 8b는 본 실시예의 광학시트(330) 및 종래 광학시트의 출사광의 휘도를 각 각 1로 노멀라이즈한 결과를 도시한다. 각각의 휘도가 0.5가 되는 시야각의 범위, 즉 반치폭을 비교하면, 본 실시예의 광학시트(330)의 반치폭(W01)이 종래 광학시트의 반치폭(W02)보다 좁다는 것을 알 수 있다.

표 1은 본 발명의 광학시트(330)의 휘도, 반치폭, 및 백라이트 출광에너지를 상기 종래의 광학시트와 비교한 표이다.

<표 1>

표 1을 참조하면, 본 실시예의 광학시트(330)의 휘도는 종래의 광학시트의 휘도를 100으로 보았을 때, 155로서 휘도가 약 55% 정도 향상되었으며, 반치폭도 5.77°이므로 더 좁은 반치폭을 가짐을 알 수 있다. 이로써, 본 실시예의 광학시트(330)는 상기 도광판(370)으로부터 출사된 광을 상기 액정패널(390) 측으로 콜리메이팅(collimating)하는 능력이 종래기술보다 향상된 것을 알 수 있다.

한편, 상기 광원(350)의 출광량 대비 상기 광학시트(330)의 출광에너지 값은 상기 종래의 광학시트보다 작은 것으로 나타났다. 그러나, 상기 종래의 광학시트는, 도 8b에서 표시된 것과 같이, 큰 시야각에서 많은 양의 광이 누설되어 상기 액정패널(390)에 제공되는 유효광량은 오히려 본 실시예의 광학시트(330)보다 더 적은 것을 알 수 있다. 따라서 본 실시예의 광학시트(330)의 출광에너지 효율은 상기 종래의 광학시트에 비하여 더 크다고 볼 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 광학시트(330)는 상기 종래의 광학시트보다 더 좁은 반치폭을 가지며 휘도가 높고 광효율이 향상된 콜리메이션 액정 표시장치를 제공한다. 따라서, 상기 액정패널(390)의 모드가 TN 액정인 경우에도 계조 반전이 없는 표시화상을 제공할 수 있다. 다만, 본 발명은 TN 액정 모드에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 다른 액정 모드인 경우에도 시야각을 더욱 넓히며 측면 시인성을 향상시키기 위해 적용될 수 있다.

실시예 2

도 9는 실시예 2에 따른 광학시트(530)의 부분 단면도이다.

도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 광학시트(530)는 제2 프리즘패턴(532)의 형상을 제외하고는 도 4 내지 도 6에서 설명된 광학시트(330)와 실질적으로 동일하다. 따라서 대응하는 요소에 대해서는 대응하는 참조 번호를 사용하고, 중복된 설명은 생략한다.

본 실시예에서 상기 광학시트(530)는 더 높은 휘도와 좁은 반치폭을 갖는 백라이트 어셈블리를 구현하기 위해서 상기 제2 프리즘패턴(532)의 제2 대향면(532b)을 곡면으로 형성되어 있다. 즉, 상기 제2 대향면(532b)은 도 6에 도시된 제2 대향면(332b)과는 달리 라운드지게 형성된다. 이로써, 상기 제2 대향면(532b)에서 반사된 광은 액정패널을 향하여 거의 수직으로 제공된다.

이와 다르게, 상기 제2 대향면(532b)은 곡면으로 형성되는 대신에, 이러한 곡면에 접하는 다수의 평면들의 조합으로 이루어져, 전체적으로 다각형 형상을 가질 수도 있다.

본 실시예에 따른 액정 표시장치는 도 9에 도시된 광학시트(530)를 포함하는 것을 제외하고는 도 4 내지 도 8b에서 설명된 액정 표시장치(300)와 실질적으로 동일하다. 따라서 중복된 설명은 생략한다.

본 실시예의 액정 표시장치에 의하면, 상기 광학시트(530)의 상기 제2 대향면(532b)이 곡면으로 이루어져, 반치폭이 더 좁은 광을 액정패널에 제공한다. 따라서, 본 실시예에 따른 액정 표시장치는 계조 반전이 방지되며 표시 품질이 더욱 향상된다.

본 발명의 광학시트 및 이를 갖는 표시장치에 따르면, 광학시트는 도광판으로부터 출사된 광을 입사 받아 액정 패널을 향하여 거의 수직으로 출사시킴으로써 계조 반전현상을 방지하며, 광학시트의 집광패턴에 의한 도광판의 손상을 방지한다. 또한, 복수의 집광시트들을 본 발명의 광학시트로 대체하여 부품의 개수를 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 콜리메이션 액정 표시장치의 표시품질 향상에 적용시킬 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 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.

도 1은 종래의 액정 표시장치의 단면도이다.

도 2는 콜리메이션 액정 표시장치의 단면도이다.

도 3은 도 2의 역프리즘 시트의 구성을 확대하여 도시한 단면도이다.

도 4는 실시예 1에 따른 표시장치의 분해 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시된 표시장치를 I-I' 선을 따라 절단한 단면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 광학시트를 확대한 단면도이다.

도 7은 도 4 내지 도 6에서 설명된 광학시트의 표면에 형성된 엠보패턴을 나타내는 사진이다.

도 8a는 도 4 내지 도 6에서 설명된 광학시트의 출사광의 시야각에 따른 휘도값 및 종래 광학시트의 휘도값의 크기를 상대적으로 나타낸 그래프이다.

도 8b는 광학시트 출사광의 반치폭을 비교하기 위하여 도 8a의 그래프를 노멀라이즈(normalized)하여 나타낸 그래프이다.

도 9는 실시예 2에 따른 광학시트의 부분 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

300 : 표시장치 320 : 백라이트 어셈블리

330 : 광학 시트 331 : 제1 프리즘패턴

332 : 제2 프리즘패턴 333 : 베이스층

331a: 제1 입사면 331b: 제1 대향면

332a: 제2 입사면 332b: 제2 대향면

370 : 도광판 380 : 반사판

390: 액정패널 395: 확산부재

Claims

제1 굴절률을 갖는 재질로 이루어진 제1 프리즘패턴; 및

상기 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는 재질로 이루어진 제2 프리즘패턴을 포함하며,

상기 제1 프리즘패턴과 상기 제2 프리즘패턴은 동일한 방향으로 연장된 복수의 프리즘을 포함하며, 상기 제1 프리즘패턴은 상기 제2프리즘 패턴 상에 중첩되어 형성되는 것을 특징으로 하는 광학시트.
제1항에 있어서, 상기 제1 굴절률과 제2 굴절률의 차이는 0.15 보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 시트.
제1항에 있어서, 상기 제1 프리즘패턴의 꼭지각의 각도는 상기 제2 프리즘패턴의 꼭지각의 각도보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 시트.
제3항에 있어서, 상기 제1 프리즘패턴의 꼭지각의 각도는 둔각인 것을 특징으로 하는 광학 시트.
제3항에 있어서, 상기 제2 프리즘패턴의 꼭지각을 이루는 양변의 기울기는 서로 다른 것을 특징으로 하는 광학 시트.
제5항에 있어서, 상기 제2 프리즘패턴의 꼭지각을 이루는 양변 중 하나는 곡선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 시트.
제5항에 있어서, 제1 프리즘패턴의 꼭지각을 이루는 양변의 기울기는 서로 다른 것을 특징으로 하는 광학 시트.
제1항에 있어서, 상기 제1 프리즘패턴의 피치는 p1이고, 상기 제2 프리즘패턴의 피치는 p2이며, 여기서 |p1-Nㅇp2|<p2/3이고, N은 5 미만의 자연수인 것을 특징으로 하는 광학 시트.
제8항에 있어서, 상기 제1 프리즘패턴의 골과 상기 제2 프리즘패턴의 꼭지점 사이의 수평방향으로의 간격 d는 |d|<p2/3을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학시트.
제8항에 있어서, 상기 제1 프리즘패턴의 골과 상기 제2 프리즘 패턴의 꼭지점 사이의 수직방향으로 간격은 g이며, g≤p2/2을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
액정패널;

상기 액정패널에 제공되는 광을 발생시키는 광원;

상기 광원으로부터 광을 제공받아 상기 액정패널 측으로 출사시키는 도광판; 및

상기 도광판과 상기 액정패널 사이에 배치되는 광학시트를 포함하며, 상기 광학시트는,

제1 굴절률을 갖는 재질로 이루어진 제1 프리즘패턴; 및

상기 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는 재질로 이루어진 제2 프리즘패턴을 포함하며,

상기 제1 프리즘패턴과 상기 제2 프리즘패턴은 동일한 방향으로 연장된 복수의 프리즘을 포함하며, 상기 제1 프리즘패턴은 상기 제2 프리즘패턴 상에 중첩되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 굴절률과 제2 굴절률의 차이는 0.15 보다 큰 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 프리즘패턴의 꼭지각의 각도는 둔각이며, 상기 제2 프리즘패턴의 꼭지각의 각도보다 큰 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제13항에 있어서, 상기 제2 프리즘패턴이 갖는 프리즘의 단면은 부등변 삼각형 형상인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제14항에 있어서, 상기 제2 프리즘패턴의 꼭지각을 이루는 양변 중 하나는 곡선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제14항에 있어서, 상기 제1 프리즘패턴의 꼭지각을 이루는 양변의 기울기는 서로 다르고, 상기 제2 프리즘패턴의 꼭지각을 이루는 양변의 기울기는 서로 다른 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 프리즘패턴의 피치는 p1이고, 상기 제2 프리즘패턴의 피치는 p2이며, 여기서 |p1-Nㅇp2|<p2/3이고, N은 5 미만의 자연수인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제17항에 있어서, 상기 제1 프리즘패턴의 골과 상기 제2 프리즘패턴의 꼭지점 사이의 수평방향으로의 간격 d는 |d|<p2/3을 만족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제11항에 있어서, 상기 광학시트로부터 출사된 광은 상기 액정패널을 향하여 거의 수직으로 입사되고, 상기 액정패널 상에 배치된 확산부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
제11항에 있어서, 상기 광원은 발광다이오드(LED) 또는 램프를 포함하고, 상기 도광판의 적어도 하나의 측면에 배치된 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.