KR20110134297A

KR20110134297A - 도광필름

Info

Publication number: KR20110134297A
Application number: KR1020110054360A
Authority: KR
Inventors: 콩화 왕; 카이징 왕; 팽춘 예; 칭안 양; 이춘 흐앙
Original assignee: 유브라이트 옵트로닉스 코포레이션
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2011-12-14
Also published as: TWI485448B; TW201207452A; KR101671036B1

Abstract

본 발명은 평판 디스플레이용의 도광판에 관한 것으로, 구체적으로는 LCD 패널용의 도광판에 관한 것으로, 빛을 출력하는 제1 표면; 제1 표면 반대쪽에 있고, 렌티큘라 패턴드이 형성되어 있는 제2 표면; 및 제1 표면의 에지와 제2 표면의 에지 사이에 뻗어있으며 빛이 들어가는 입사면;을 포함한다. 이 도광판의 몸체는 필름 형태이고, 이 필름은 유연한 것이 바람직하다. 이 필름은 기판층을 포함하고, 기판층은 렌티큘라 패턴을 형성하는 별도의 렌티큘라층을 지지할 수 있는데, 이 때 렌티큘라층에 기다란 렌티큘라 렌즈들이 평행하게 배열될 수 있고, 이런 렌티큘라 렌즈들의 높이와 폭이 같을 수 있다. 한편, 일부 렌티큘라 렌즈들은 간격이 동일할 수도 다를 수도 있다. 이런 렌티큘라 렌즈들은 몸체로부터 돌출한 볼록표면을 가질 수 있는데, 이때의 볼록표면은 실린더의 표면의 일부분과 일치하는 것이 좋다.

Description

도광필름{LIGHT GUIDE FILM}

본 발명은 평판 디스플레이용의 도광판에 관한 것으로, 구체적으로는 LCD 패널용의 도광판에 관한 것이다.

LCD 패널의 액정층(LC 층)은 플라즈마 디스플레이 패널의 전계발광재료층에 비해 빛을 발산하지 않는다. LC층은 이곳을 통과한 빛을 변조시키는 기능을 한다. 백라이트 LCD 패널의 백라이트 모듈은 평판 광원 역할을 하고, 이것은 LCD 패널의 중요한 요소이며 휘도를 높이는데 중요하다. 백라이트 모듈은 LED의 평판이나 냉음극선관이나 일렬 LED와 같은 선형 광원의 빛을 안내하는 도광판을 구비한다. 선형 광원을 갖는 백라이트 모듈을 당업계에서는 에지형 백라이트 모듈이라 한다.

에지형 백라이트 모듈에 설치된 기존의 도광판은 도광판의 에지면에 위치한 광원으로부터 LC패널을 마주보는 출사면으로 빛을 배향하는데 전반사를 이용한다. 광원의 빛은 도광판을 통해 반대쪽 에지면까지 전파된 다음, 평면을 통해 LC 패널을 향한다. 과거에는 도광판의 출사면 반대쪽의 표면에 윗쪽 평탄면을 향해 빛을 잘 반사하는 구조를 형성했다. 예를 들어, 종래의 어떤 도광판은 바닥면에 반사층을 설치하여 도광판으로 빛을 되반사했다. 다른 종래의 도광판은 출사면 반대쪽의 바닥면에 빛을 반사하거나 산란시키는 조직을 형성했다. 이런 조직에 부딪힌 빛은 확산되거나 도광판의 출사면을 향해 반사된다. 구체적으로는, 종래의 도광판의 바닥면에 빛을 반사하거나 산란시키는 돌기를 형성하여, 빛의 전파 방향을 바꿔 선형 전원에서 평탄한 출사면을 가로질러 빛을 분산시켜, 빛을 평면에서 발산시키는 평면형 광원을 형성했다. 빛을 반사하거나 산란시키는 돌기가 형성된 확산반사면은 제작과정에 의해 일반적으로 매트 형상을 갖는다. 따라서, 점형이나 선형의 광원에서 제대로 된 휘도를 내는 평면형으로 빛을 출력하는데 상당한 에너지가 필요하고, 이때문에 전력소모가 심했다.

V-컷 도광판을 이용한 기술도 개발되었다. V-컷 도광판은 도광판에 미세구조의 프리즘을 직접 형성한 것으로, 죽로 리버스 프리즘 시트와 함께 백라이트 모듈에 사용된다. 도 1에 도시된 종래의 백라이트 모듈은 리버스 프리즘시트(3), 테이퍼형의 V-컷 도광판(2), 리버스 프리즘시트 밑의 반사막(1) 및 리버스 프리즘시트 위의 확산막(4)을 구비한다. (도시 안된) LC 패널은 확산막(4) 위에 놓는다. 선형 광원/반사기(5)를 도광판(2)의 에지에 배치한다. 이보다 앞의 백라이트 모듈에 비해, V-컷 도광판을 갖춘 백라이트 모듈의 휘도는 거의 30%까지 향상된다. 따라서, 특정 출력휘도를 내는데 필요한 전체 전력소비를 1/3까지 절감할 수 있어, 상당한 에너지절감 효과를 기대할 수 있다.

백라이트 모듈에 사용되는 도광판은 대개 사출몰딩으로 제작된다. 일반적으로, 용융 PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트) 재료를 몰드에 채워 압력을 가한 다음, 냉각경화시켜 몰드의 형상에 일치시킨다. 그러나, V-컷 도광판에 관해서는, 몰드를 만드는데 있어서의 어려움과 전술한 사출몰딩 공정의 특성상 불량율이 아주 높다. CNC 정밀머시닝으로 제작된 V-컷 구조의 몰드마스터는 복제가 어려워 불량률이 높다. 따라서, V-컷 도광판은 제작이 어렵고 비용이 많이 소요된다.

또, LCD 장치가 경량화되고 얇아지며 유연해질수록 종래의 도광판의 문제점은 더 부각될 수밖에 없다. 사출몰딩법의 한계로 인해, 이 방법으로는 얇고 유연한 도광판을 만들기가 쉽지 않다. 특히, LCD 패널이 대형화될 수록, 불량률은 더 높아진다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점들을 감안하여 안출된 것으로, 얇고 유연한 구조를 가지면서도 평면 광출력에 효과적이고 높은 수율로 제작도 쉬운 백라이트 도광판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 유연한 도광판은 렌티큘라 모양의 미세구조를 (액정패널 반대쪽의) 바닥면에 형성한 광조절 구조를 갖는다.

이와 같은 목적 달성을 위해, 본 발명은, 빛을 출력하는 제1 표면; 제1 표면 반대쪽에 있고, 렌티큘라 패턴드이 형성되어 있는 제2 표면; 및 제1 표면의 에지와 제2 표면의 에지 사이에 뻗어있으며 빛이 들어가는 입사면;을 포함하는 몸체를 갖는 도광판을 제공한다. 이 도광판의 몸체는 필름 형태이고, 이 필름은 유연한 것이 바람직하다. 이 필름은 기판층을 포함하고, 기판층은 렌티큘라 패턴을 형성하는 별도의 렌티큘라층을 지지할 수 있는데, 이 때 렌티큘라층에 기다란 렌티큘라 렌즈들이 평행하게 배열될 수 있고, 이런 렌티큘라 렌즈들의 높이와 폭이 같을 수 있다. 한편, 일부 렌티큘라 렌즈들은 간격이 동일할 수도 다를 수도 있다. 이런 렌티큘라 렌즈들은 몸체로부터 돌출한 볼록표면을 가질 수 있는데, 이때의 볼록표면은 실린더의 표면의 일부분과 일치하는 것이 좋다.

한편, 제2 표면이 다수의 영역으로 구분되고, 각각의 영역이 렌티큘라 렌즈 그룹으로 형성되며, 각각의 그룹의 렌티큘라 렌즈들의 구성이 인접 그룹의 렌티큘라 렌즈들의 구성과 다를 수 있는데, 이 경우 다수의 영역들이 입사면에 인접한 몸체의 제1 에지에서부터 제1 에지 반대쪽의 제2 에지까지 이어져 있으며, 각 그룹내의 인접 렌티큘라 렌즈들의 간격이 제1 에지에서 제2 에지으로 갈수록 점점 좁아질 수 있다.

한편, 제1 표면이 미세 요철구조를 갖되, 미세 요철구조가 프리즘 구조일 수도 있다.

본 발명은 또한, 이상 설명한 도광판; 및 도광판의 입사면에 인접하게 배치된 광원;을 포함하는 백라이트 모듈도 제공한다.

또, 이런 백라이트 모듈; 및 영상데이터에 맞게 광변조 모듈에 의해 출력되도록 도광판의 제1 표면에서 나온 빛을 받아 변조하는 광변조기;를 포함하는 디스플레이 장치도 제공한다. 이때, 광변조 모듈은 평판형 광변조모듈과 LC 모듈을 포함한다.

본 발명은 또한, 이런 디스플레이 장치; 및 영상데이터에 맞게 영상이 나타나도록, 디스플레이 장치에 영상데이터를 보내는 컨트롤러;를 포함하는 전자기기도 제공한다.

본 발명은 또한, 제1 표면과, 제1 표면 반대쪽의 제2 표면을 갖는 필름을 제공하는 단계; 제 표면에 렌티큘라 패턴들을 제공하는 단계; 및 제1 표면의 에지와 제2 표면의 에지 사이를 뻗는 입사면을 제공하는 단계;를 포함하는 도광방법도 제공한다. 이때, 필름은 렌티큘라 패턴을 형성하는 렌티큘라층을 지지하는 기판층을 포함하고, 렌티큘라층을 형성해 기판층에 접착하여 제2 표면에 렌티큘라 패턴을 제공할 수 있다.

도 1의 종래의 도광판의 프리즘 구조를 보여주는 전개사시도;
도 2는 본 발명에 따른 도광판을 설치한 백라이트 LCD 장치의 구조를 보여주는 단면도;
도 3은 프리즘과 렌티큘라 렌즈의 표면 형상을 비교한 개략도;
도 4는 본 발명에 따른 다른 도광판의 사시도;
도 5는 본 발명에 따른 또다른 도광판의 사시도;
도 6A는 본 발명에 따른 다른 도광필름의 바닥면의 평면도이고, 도 6B는 도 6A의 타원형 부분의 사시도;
도 7은 도광필름의 구조적 인자들을 설명하기 위한 x-z 평면 단면도;
도 8은 본 발명의 도광판을 설치한 LCD 패널을 갖춘 전자기기의 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 도광판을 설치한 백라이트 LCD 장치의 구조를 보여주는 단면도이다. 백라이트 LCD(10)는 LC 모듈(12), 평판 광원 형태의 백라이트 모듈(14), LC 모듈(12)과 백라이트 모듈(14) 사이의 다수의 광학필름들을 포함한다. LC 모듈(12)은 2장의 투명 기판 사이에 배치된 액정들과, 2차원 화소 어레이를 이루는 제어회로를 포함한다. 백라이트 모듈(14)은 빛을 평면으로 분산시키는 에지형으로서, LED가 일렬로 분산되어 있거나 기다란 냉음극형광등 튜브 형태의 선형 광원(16)이 도광필름(18)의 에지에 배치되어 있는 것이다. 광원(16)에서 나온 빛이 도광필름(18)의 에지를 통해 도광판(18)으로 들어가도록 반사기(17)를 설치한다. LC 모듈(12)은 모듈을 통해 입사된 백라이트를 영상데이터에 맞게 변조한다. 본 발명은 광변조기로 LC 모듈을 예로 들어 설명했지만, 본 발명의 도광필름은 입사광을 변조하는 다른 변조기에도 사용할 수 있다.

구체적으로 본 발명은 빛의 경로를 바꾸는 광조절 구조를 갖는 얇고유연한 도광필름의 새로운 구조에 관한 것이다. 일례로, 유연한 투명재료로 된 제1 광학층이 그 밑에 형성된 제2 광학층을 지지하고 광조절 구조를 가지며, 이들 제1, 제2 광학층의 굴절율은 서로 같거나 다를 수 있다. 도광필름(18)은 투명하고 유연한 기판(19)을 포함하고, 기판(19)은 투명한 광조절층(20)을 지지하며, 광조절층은 다수의 렌티큘라 렌즈(21)가 나란히 배열된 구조이다. LC 모듈(12) 반대쪽의 평탄한 도광필름(18) 표면에 광조절층(20)이 형성되는데, 이는 LC 모듈(12)을 향한 평탄한 윗면을 통해 빛을 골고루 분산시켜 내보내기 위해서이다. 도광필름(18)의 밑면으로 나가는 빛을 도광판(18)쪽으로 반사시키기 위해 반사판(22)을 배치한다.

이 실시예에는 2개의 요철형 마이크로프리즘 기판(26,28)이 있는데, 이들 기판은 프리즘 구조가 서로 직각이 되도록 배치된다. 마이크로프리즘 기판(26,28)은 휘도를 높이면서 빛을 수직 광축에 가깝도록 배향한다. 도광필름(18)과 하부 마이크로프리즘 기판(28) 사이에는 확산판(27)이 배치되는 것이 보통이다. 한편, 도광판을 마주보는 기판 바닥면에 확산 구조를 형성할 수도 있다. 이렇게 되면 빛을 조준하면서 확산시킬 수 있어, 별도의 확산판이 불필요하고, LCD(10)의 전체 두께를 줄일 수 있다. 본 출원인의 2011년 3월 28일자 미국특허출원 13/073,859에 이에 대한 설명이 자세히 소개되어 있다.

도 2에 도시된 광학필름들을 통해 LC 모듈(12)로 들어가는 빛은 LC 모듈의 표면 전체에 걸쳐 균일하게 분산되면서 비교적 수직에 가깝게 입사된다.

본 발명의 광학기판들은 패널이 평판형이거나 곡면형이거나 단단하거나 유연하면서 화소어레이가 배열된 디스플레이 장치에 사용된다. 평판형 광원은 디스플레이 화소 어레이 영역을 커버하는 조명을 제공하는 광원이다. 따라서, 유연하든 단단하든 영상면이 곡면형인 디스플레이 패널의 경우, 곡면의 디스플레이 화소 어레이를 백라이트로 커버하여 곡면형 영상면을 효과적으로 조명하도록 한다.

렌티큘라 구조의 요철면에 대해서는 뒤에 자세히 설명한다. 설명의 편의상, 이하 x, y, z의 직교좌표계를 사용해 설명한다. 도 2의 실시예에서 x축은 렌티큘라 렌즈(21)를 횡으로 가로지르는 방향이고, y축은 x축에 직교하는 도광필름(18)의 방향이자 렌티큘라 렌즈(21)의 길이방향에 해당한다. 렌티큘라 렌즈의 길이방향은 렌즈의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝까지를 말한다. 도광필름(18)의 관점에서, x축과 y축은 도광판(18)의 직교하는 2 에지의 방향과 일치한다. x축은 x축과 y축에 모두 직교한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 옆으로 나란히 배치된 렌티큘라 렌즈(21)의 단면은 x-z 평면에 있다. 즉, 렌티큘라 렌즈(21)의 단면은 y 방향을 따라 여러 위치에서 x-z 평면으로 취한 단면이다. 도면에서 수평면은 x-y 평면으로, z축에 수직이다.

렌티큘라 요철면은 오목렌즈나 볼록렌즈가 배치되거나, 오목렌즈와 볼록렌즈가 조합되어 있는 파형 렌즈구조를 갖는다. 도 2의 경우, 렌티큘라 요철면은 볼록한 렌티큘라 렌즈(21)가 평행하게 배열된 것으로, 각각의 렌즈가 도광필름(18)의 양쪽 에지 사이로 y방향으로 뻗는다. 이들 렌티큘라 렌즈는 도시된 것과 반대로 오목렌즈일 수도 있다. 도시된 실시예에서, 렌티큘라 렌즈들(21)은 서로 이어지지 않아, 렌즈 사이사이에 평행한 홈(24)이 형성되며, 홈의 바닥면은 평평하다. 그러나, 경우에 따라서는 렌티큘라 렌즈들이 서로 붙어있을 수도 있다. 렌티큘라 렌즈(21)에 대해, x축은 홈과 렌즈를 가로지르는 방향으로, 렌티큘라 요철면의 횡방향이다. y축은 렌티큘라 렌즈(21)와 홈(24)의 길이방향인 종축선 방향이다. 도 2에서, 렌티큘라 렌즈(21)들은 x-y 평면에 있고, 렌즈의 단면은 x-z 평면에 있다.

도 7은 도광필름의 구조적 인자들을 설명하기 위한 x-z 평면 단면도이다. 이 도광필름(500)은 하나의 기판층(510)과 다수의 렌티큘라 렌즈(520)를 구비하고, 이들 렌티큘라 렌즈들은 기판층(510)의 밑면에 형성되어 볼록한 표면(524)을 이룬다. 렌티큘라 렌즈(520) 각각의 표면(524)은 중심 "O"와 반경 "ㄱ"을 갖는 실린더(522)의 펴면 일부분에 해당하고, 그 단면은 a에서 b까지의 원호각 θ의 단면이다. 도 7에서, 렌즈(520)는 원(522)의 일부분, 즉 현 a-b와 호 a-b로 이루어진 원의 일부분이다. 인접한 볼록 표면들(524)은 서로 이어지지 않는다. 도 6과 관련하여 뒤에 설명하겠지만, 일부 렌티큘라 렌즈들의 원호형 표면들은 서로 교차하기도 한다. 렌즈(520)의 표면(524)은 기판층(510)의 윗면을 이루고, 렌즈 사이의 틈새는 평평하다. 렌즈의 폭 d1은 동일하고, 간격 피치 d2는 특정 영역에서 일정하지만 다른 영역에서는 다르다.

렌티큘라 구조의 각도 θ는 대개 5°~90°이지만, 10°~45°가 더 바람직하다. 기판층(510)의 윗면에서부터 측정하거나, 또는 기판층이 렌티큘라 렌즈와 일체인 경우 렌즈 사이의 표면에서부터 측정한 렌즈의 높이 d3는 일정하여 0.5~100 ㎛이지만, 1~60 ㎛가 바람직하고, 1~45 ㎛가 더 바람직하고, 경우에 따라서는 d3가 일정하지 않을 수도 있다. 렌티큘라 렌즈의 곡률은 동일하다. 인접 렌즈들의 중심(O) 간격(즉, d1+d2)은 5~1000 ㎛이다.

도 2의 실시예에서, 렌티큘라 렌즈(21)는 모두 y-z 평면에서 동일한 단면형을 갖는다. 렌티큘라 렌즈(21)의 횡단면은 x축을 따라 여러 위치에서 y-z 평면으로 취한 단면이다. 수평방향은 x-y 평면이고, 수직방향은 z 방향이다. 여기서, 렌티큘라 렌즈(21)의 곡률과 높이는 모든 렌즈에 대해 동일하고, 2개 렌즈 사이의 피치도 동일하다. 각각의 렌즈(21)의 표면은 기판층(19)의 윗면을 향한 바닥면을 이룬다. 도 2의 렌즈들은 기판층(19)에 간격을 두고 배열되어 있지만, 서로 연결될 수도 있다(도 4 참조). 이런 렌티큘러 렌즈(21)의 전체적인 구조는 기판층(19)을 유지하기 위해 원하는 높이의 얇은 베이스층에 지지된 렌티큘라렌츠 층을 닮는다.

렌티큘라 렌즈(21)의 단면은 원의 일부분, 구체적으로는 실린더의 일부분이다. 한편, 원이 아닌 타원이나 규칙적이거나 불규칙적인 기하학적 형상의 다른 단면의 실린더의 일부분의 형태를 취할 수도 있다.

도 2의 실시예에서, 도광필름(18)은 유연한 기판층(19)과 요철형 광조절층(20)의 2개층을 갖는다. 광조절층(20)이 기판층(19)에 접착되어 전체 도광필름(18)을 형성한다. 한편, 도광필름(18)을 하나의 층으로 일체로 구성할 수도 있다. 도광필름(18)은 렌티큘라 렌즈(21) 구조를 지지하는 기부를 갖는 모노리딕 구조를 가질 수도 있다.

렌티큘라 구조는 도광필름(18)의 상단 출사면을 향한 빛의 안내에 도움을 주어, LC 모듈(12)의 휘도를 개선하는데 도움을 준다. 도 2의 광경로(L)를 따라 광원(16)에서 나온 빛은 기판층(19)을 통해 렌티큘라 렌즈(21)로 들어가 첫번째 반사가 일어난다. 빛이 렌티큘라 렌즈(21)의 층을 통과할 때 렌티큘라 렌즈가 광경로를 변화시킨다. 이어서, 빛은 기판층(19)을 통과해 기판층의 윗면이자 도광필름(18)의 윗면을 향한다. 끝으로, 빛은 도광필름(18)의 윗면을 나온다. 이런 도광필름(18)에 의해 평면형 광원이 형성된다.

본 발명의 얇고 유연한 도광필름(18)의 광경로 L은 기판층(19)과 렌티큘라렌즈(21) 사이의 굴절률을 조절해 통제할 수 있고, 렌티큘라렌즈(21)의 광조절 구조로 굴절률과 반사율을 조절할 수 있다. 배경기술에서 설명한 기존의 V형 도광판에 비해, 본 발명은 광조절 요철면의 디자인을 단순화했는데, 이는 렌티큘라 렌즈의 정밀처리 기술 요건이 비교적 낮아 도광필름(18)의 수율을 개선할 수 있기 때문이다.

도광필름(18)의 광조절 구조는 규칙적이거나 불규칙적인 렌티큘라형 구조이다. 도 1의 종래의 도광판(2)의 프리즘 구조에 비해 본 발명의 도광필름(18)의 광조절 구조의 개선효과를 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 역삼각형은 도 1의 도광판(2)의 프리즘 구조의 단면 형태를 나타낸다. 하부 렌즈는 도광필름(18)의 렌티큘라 렌즈(21)의 단면 형상이다. 파단선 구간인 T_P와 T_L은 각 단면 형상들의 아랫면의 여러 표면 구간들의 기울기를 나타낸다. 도 3에서 보듯이, 프리즘형 도광판(2)의 기울기 T_P가 일정하기 때문에, 파단 전반사(TIR; total internal reflection)와 재배향광의 레벨을 설계 및 제조하기가 어렵다. 반면에, 렌티큘라 렌즈(21)의 경우, 접선의 기울기 T_L은 렌즈(21)의 볼록표면을 가로질러 위치마다 변한다. 이런 파단 TIR 레벨 때문에 설계와 제조가 훨씬 쉽다. TIR의 파단에 따라 변하는 접선 효과를 고려해 설계 자유도가 크게 증가하고, 렌티큘라 렌즈의 크기나 형상을 바꿔 접선변화를 조절할 수 있다. 예를 들어, 전반사의 파단 레벨은 (a) 인접 2개 렌즈(21) 사이의 간격이나, (b) 렌지(21)의 곡률반경을 통해 조절할 수 있다. 렌티큘라 구조를 본 발명의 광조절구조로 채택하면, 설계의 유연성이 더 커진다.

렌티큘라 렌즈(21)로 된 층과 기판층(19)의 재료는 같거나 다를 수 있고, 둘다 투명재료, 바람직하게는 자외선이나 가시광선에 경화되는 수지나 접착제와 같은 중합성 수지로 이루어질 수 있다. 도광필름(18)은 양쪽면이나 한쪽면을 요철형으로 해야하는가에 따라 양면형이나 단면형의 두루마리 시트재를 롤링가공으로 코팅이나 엠보싱 처리하여 제작될 수 있다. 일반적으로, 요철형 렌티큘라면은 마스터몰드나 마스터드럼에 중합성 가교결합 수지를 함유한 조성물을 코팅한 다음 경화처리하여 형성된다. 렌티큘라 구조를 다이어셈블리, 프레스 롤링머신, 몰드프레싱 어셈블리와 같은 장치로 별도의 베이스필름에 형성할 수도 있다. 렌티큘라 렌즈(21)의 광조절층(20)인 베이스필름은 유연한 기판층(19)에 결합되는데, 이때 2개 층을 단순히 적층하거나 감압접착제와 같은 접착제로 접착하여 도광필름(18)을 형성할 수 있다. 당업자라면 그외에도 여러가지 기술을 적절히 조합하여 요철형 렌티큘라면과 기판층 구조를 취할 수 있을 것이다. 또, 도광필름(18)을 먼저 얇은 형태로 만든 다음 전술한 조립공정을 이용해 더 두꺼운 다른 기판에 결합하여, 두꺼운 형태의 도광판을 만드는 것도 본 발명의 범주에 속한다 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 대부분의 V-컷 도광판은 사출성형으로 형성되므로, LC 모듈 반대쪽 밑면의 프리즘 구조의 굴절률이 베이스 기판의 굴절률과 같고, 프리즘은 빛을 광경로를 따라 효과적으로 안내하기 위해 빛의 반사율을 조절하기 위한 설계를 해야 되어 예컨대 각도나 폭이나 깊이를 더 고려해야 한다. 반면에, 본 발명의 얇고 유연한 도광필름의 경우, 광조절층(20)이 코팅법으로 기판층(19)에 형성되고, 2개 층의 굴절률이 서로 달라, LC 모듈(12)을 향해 빛을 원하는대로 안내할 수 있도록 광경로를 조절할 수 있다. 본 발명에서 2개층의 굴절률차의 절대값은 0.001 내지 0.6이다.

한편, 기판층(19)과 렌티큘라 렌즈(21)를 두툼한 투명필름판에 대해 몰딩, 프레싱, 엠보싱, 캘린더링, 압출 등의 방법으로 일체로 형성할 수도 있다. 요철면을 갖는 기판 성형 공정에 대해서는 본 발명에서 참고한 미국특허 7,618,164를 참조한다.

얇고 유연한 도광필름(18)의 기판층(19)에 맞는 유연한 투명 재료로는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)나 PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트)와 같은 폴리에스테르; PMMA(폴리메틸 메타아크릴레이트)와 같은 폴리아크릴레이트; 폴리이미드; PE(폴리에틸렌)나 PP(폴리프로필렌)와 같은 폴리올레핀; 폴리시클로올레핀; 폴리카보네이트; 폴리우레탄; PVA(폴리비닐 알코올)나 PVC(폴리비닐 클로라이드)와 같은 폴리비닐; TAC(트리아세테이트 셀룰로스); 또는 이들의 혼합물이 있지만, 이에 한정되는 것도 아니다. 일례로, 기판으로 PMMA가 적절할 수 있다. 마찬가지로, 렌티큘라 렌즈(21)도 기판층(19)과 비슷한 재료, 예컨대 기판층에 접착하기에 적절한 아크릴 수지나 기타 당업계에 잘 알려진 다른 투명재료를 사용할 수 있다.

기판층(19)의 두께는 일정하여 양쪽 표면이 항상 평행하며, 구체적으로는 100~800 ㎛, 바람직하게는 125~600 ㎛이다. 한편, 기판층(19)을 테이퍼형으로 하여 빛이 입사하는 쪽에서 반대쪽으로 갈수록 점점 얇아지게 할 수도 있다. 렌티큘라 렌즈(21) 층의 두께나 렌티큘라 렌즈 자체의 두께는 0.5~100㎛, 바람직하게는 1~60㎛, 더 바람직하게는 1~45㎛이다.

도 2와 7의 실시예에서, 렌티큘라 렌즈(21)의 수직 높이 d3는 동일하고 0.5~100㎛, 바람직하게는 1~60㎛, 더 바람직하게는 1~45㎛이다. 렌즈의 골률도 동일하다. 인접 렌즈들 사이의 간격 d1은 0~1000㎛이고, 렌즈의 볼록면의 양쪽 에지 사이의 간격인 폭 d2는 0~1000㎛이다. 인접 렌즈들의 중심 간격(즉, d1+d2)는 3~1200㎛이다. 도 4의 베이스필름(42)과 같이, 얇은 베이스필름(웹)이 렌티큘라렌즈(21)에 일체로 되어있으면, 이 베이스필름의 두께는 5~800㎛일 수 있다.

한편, 렌티큘라 렌즈 표면이 비이드로 코팅되거나 입자들이 빌트인된 것도 본 발명의 범위에 속한다.

도 4~5는 기판의 양면에 프리즘과 렌티큘라 구조를 결합한 다른 형태의 도광필름의 사시도이다.

도 4의 도광필름(48)은 기판층(49) 양쪽면에 프리즘과 렌티큘라 구조가 각각 결합된 구조이다. 구체적으로, 도광필름(48)은 요철형 렌티큘라층(40)과 요철형 프리즘면(44)을 갖는다. 렌티큘라 렌즈(41)는 전술한 렌티큘라 렌즈(21)와 구조가 비슷하지만, 렌티큘라층(40)의 볼록렌즈에 얇은 베이스필름(42)이 일체로 된 구조이다. 렌티큘라렌즈(41)의 간격 d1, 폭 d2, 높이 d3는 일정하지만, 도광필름을 가로질러 이중 2개는 일정하고 하나만 변동적이거나, 1개는 일정하고 2개가 변동적일 수도 있다.

요철형 프리즘면(44)은 직교 시야축을 따라 휘도를 개선(즉, 광조준을 개선)한 출사면이고, 렌티큘라층(40)은 광조절면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 프리즘면(44)에는 기판층(49)의 양 에지 사이로 기다란 프리즘(45)이 여러개 나란히 배치되어 있다. 이들 프리즘(45)은 나란히 배열되어 피크(46)와 골(47)을 형성한다. 피크(46)의 의 단면 형상은 y-z 평면에서 보아 수직선을 중심으로 대칭이다. 피크 꼭지각은 직각일 수 있고, 피크와 골은 프리즘면(44) 전체를 통해 일정하거나 비슷할 수 있다. 피크/골의 피치는 도 4의 실시예에서는 일정하다. 요철형 프리즘면(45)과 렌티큘라면(40)은 도광필름 전체를 통해 서로 평행한 것이 보통이지만, 백라이트 모듈의 도광판과 같이 테이퍼질 수도 있다. 도광필름 표면 전체를 통해 프리즘의 높이가 길이방향이나 횡방향으로 변할 수도 있다. 인접 프리즘들끼리 서로 접하지 않고 떨어질 수도 있다. 도 4에서, 렌티큘라 렌즈(41)의 (y축 방향의) 종축선은 프리즘(45)의 (x축 방향의) 종축선과 직교한다.

도 4의 양면 도광필름(48)은 전술한 과정과 비슷하게, 두루마리 시트의 양면을 롤링 공정으로 코팅이나 엠보싱 가공하여 제작된다. 렌티큘라면(40)과 프리즘면(44)의 하나나 둘다 기판층(49)과 별도의 층으로, 또는 기판층과 일체로 제조될 수 있다. 도 4의 도광필름(48)은 프리즘층(44), 기판층(49), 렌티큘라층(40)이 각각 별도로 구성된다. 프리즘층(44)과 렌티큘라층(40)을 기판층(49)에 접착헤 도광필름(48)을 형성하지만, 도광필름(48) 전체를 하나의 단일층으로 형성하는 것도 본 발명의 범위에 포함된다. 도광필름(48)은 프리즘(45)과 렌티큘라 렌즈(41)의 표면구조들을 지지하는 베이스부를 포함한 모노리딕 구조일 수 있다.

도 5의 도광필름(58)도 양족면에 각각 프리즘과 렌티큘라 구조를 결합한 구조를 취한다. 구체적으로, 도광필름(58) 양쪽면에 각각 요철형 렌티큘라층(50)과 프리즘층(54)이 각각 형성되는데, 여기서는 렌티큘라층(50)이 얇은 베이스필름(52)에 다수의 볼록렌즈(51)가 일체화된 구조이다. 렌티큘라렌즈의 구조는 전술한 바와 같지만, 렌즈의 간격 d1이 x 방향을 따라 가변적이거나 다르다. 렌즈의 폭 d2는 일정하다. 베이스필름(52)의 윗면에서 측정한 렌즈의 높이는 동일하다.

프리즘층(54)에는 기다란 다수의 프리즘(55)이 평행하게 배열되어 있다. 도 5의 양면 도광필름(58)은 전술한 바와 비슷하게 제작된다. 도 5에서, 렌티큘라 렌즈(51)의 (y축 방향의) 종축선은 프리즘(55)의 (x축 방향의) 종축선과 직교한다.

전술한 프리즘(44,54) 대신에나 덧붙여, 도광필름의 출사면에 비이드나 입자들을 코팅하거나 빌트인할 수도 있다.

한편, 렌티큘라 렌즈의 수직 높이가 가변적일 수도 있고, 각각의 렌티큘라 렌즈의 곡률반경도 가변적일 수 있으며, 렌즈의 표면도 원형이 아닌 타원형이나 기타 다른 규칙적이거나 불규칙적인 형상을 가질 수 있고, 크기도 가변적일 수 있다. 기다란 렌티큘라 구조가 단면적은 일정하되 볼록면의 형상은 다른 것도 가능하다. 예컨대 렌즈마다 형상을 같게하거나 다르게 할 수 있다.

실험결과

본 발명의 도광필름의 휘도분포의 균일성에 미치는 렌티큘라렌즈의 치수의 변동의 영향을 결정하는 여러 실험을 했다.

도 6의 도광필름(180)은 대각선 길이가 약 10.1 인치이고, 아크릴 수지와 같은 투명한 재료로 형성되었다. 도 6A는 도광필름(180)의 바닥면의 평면도이고, 도 6B는 도 6A의 타원형 부분의 사시도이다. 광원(150)은 도광필름(180)의 한쪽 옆에 있다. 도광필름(180)의 바닥면(190)을 폭 10cm 정도의 영역 A에서 N까지의 14개 영역으로 구분했다. 도광필름(180)의 (LC 모듈 반대쪽의) 바닥면(180)에 다수의 렌티큘라렌즈 패턴들(205)이 광원(150)에 평행하게 A에서 N까지의 각각의 구역 안에 등간격(d1)으로 배열되어 있어, 렌즈의 간격이 동일하면서 일정하지만, 그렇지 않을 수도 있다. 본 실시예에서 렌즈의 폭(d2)과 높이(d3)는 동일하고 일정하고, 일부 렌티큘라 렌즈들은 서로 겹치지 않는다(예; A 영역에 가까울수록). 도 6에서 일부 렌티큘라 렌즈들의 아치형 표면들은 서로 겹칠 수도 있다(예; N 영역에 가까울수록).

표 1은 도광필름(180)의 초기 설계치수를 보여준다. 표에서 보듯이 변수 d2, d3, R은 일정하고, d1은 A~N의 영역별로 변한다. 이런 도광필름 디자인에서의 광출력의 균일도는 이상적이지 않다; 예컨대 공장에서 채택한 "13-포인트"에 의하면, 휘도분포의 균일도가 30% 밖에 되지 않는다.

영역

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

d1+d2(㎛)

503

490

469

441

406

324

287

240

208

178

151

125

117

105

d2(㎛)

69.5

d3(㎛)

3

R(㎛)

200

곡률반경 R을 증가시키되(d2 값도 R에 맞춰 증가됨) R 값을 14개 전 영역에서 일정하게 유지하면, 도광필름의 휘도 균일도는 내부반사에 의한 확산으로부터 최대 75%까지 더 좋아짐이 밝혀졌다. (d1+d2) 값과 렌즈의 높이 d3를고정하면, 도광필름의 설계를 더 최적화할 수 있으면서, 휘도 균일도는 30%에서 40%로 증가했다.

설계 자유도를 더 높이려면, 변수들의 조합을 바꾸면 된다. (d1+d2)와 R 값들을 고정하면, d2와 d3를 더 조절하고 휘도 균일도를 40%에서 68%로 높일 수 있다. (d1+d2) 값과 d3 값을 최적화하는 관계를 만들고, 이 관계를 이용해 휘도균일도를 75% 이상까지 높일 수 있다고 본다.

이상 설명한 도광필름의 구조를 이용해, LCD 디스플레이 영역에 걸쳐 휘도를 더 균일하게 분포시킬 수 있다. 또, 도 2에 의하면, 반사판(22)과 같은 반사부재로 도광필름(18)을 둘러쌀 수 있다. 이런 반사판은 도광필름(18)에서 나오는 빛을 모아 도광필름으로 되반사한다. 이런 광 리사이클링 기능을 통해, 백라이트 모듈(14)의 휘도를 최대화할 수 있다.

본 발명에 의하면, 예를 들어 도 2의 도광필름(18)에 요철형 렌티큘라 광조절면을 형성하여, 예컨대 LCD에 사용했을 때 표면 전체에 걸쳐 빛을 분산시킬 수 있다. 본 발명에 따른 광학기판을 사용한 LCD는 전자기기에도 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 광학기판은 TV, 노트북 컴퓨터, 모니터, 휴대폰, 디지탈 카메라, PDA 등의 LCD에 사용되어, 휘도를 더 높일 수 있다.

도 18은 PDA, 휴대폰, TV, 모니터, 휴대용 컴퓨터, 냉장고 등의 전자기기(110)에 본 발명에 따른 백라이트 LCD(10)를 적용한 예를 보여준다. LCD(10)는 전술한 본 발명의 도광필름을 구비한다. 이런 전자기기(110)에는 유저입력 인터페이스(116), LCD(10)로 가는 영상데이터를 관리하여 영상데이터를 제어하는 컨트롤러(112), 프로세서, A/D 컨버터, 메모리 등을 포함한 데이터 저장장치(118), 및 배터리나 외부전원용 잭과 같은 전원(114)을 포함하는데, 이들은 잘 알려진 것이다.

이상 LCD를 예로들어 본 발명을 설명했지만, 다른 기기에도 본 발명을 적용할 수 있다. 본 발명의 도광판은 필름, 시트, 판 등의 형태를 취하고, 유연하거나 단단하며, 렌티큘라형 요철면은 물론 그 반대쪽에 프리즘형 요철면도 가질 수 있다.

Claims

빛을 출력하는 제1 표면;
제1 표면 반대쪽에 있고, 렌티큘라 패턴드이 형성되어 있는 제2 표면; 및
제1 표면의 에지와 제2 표면의 에지 사이에 뻗어있으며 빛이 들어가는 입사면;을 포함하는 몸체를 갖는 것을 특징으로 하는 도광판.
제1항에 있어서, 상기 몸체가 필름 형태인 것을 특징으로 하는 도광판.
제2항에 있어서, 상기 필름이 유연한 것을 특징으로 하는 도광판.
제3항에 있어서, 상기 필름이 기판층을 포함하고, 이 기판층은 렌티큘라 패턴을 형성하는 별도의 렌티큘라층을 지지하는 것을 특징으로 하는 도광판.
제4항에 있어서, 상기 렌티큘라층에 기다란 렌티큘라 렌즈들이 평행하게 배열된 것을 특징으로 하는 도광판.
제5항에 있어서, 상기 렌티큘라 렌즈들의 높이가 같은 것을 특징으로 하는 도광판.
제5항에 있어서, 상기 렌티큘라 렌즈들의 폭이 같은 것을 특징으로 하는 도광판.
제5항에 있어서, 일부 렌티큘라 렌즈들의 간격이 동일한 것을 특징으로 하는 도광판.
제5항에 있어서, 일부 렌티큘라 렌즈들의 간격이 다른 것을 특징으로 하는 도광판.
제5항에 있어서, 상기 렌티큘라 렌즈들이 몸체로부터 돌출한 볼록표면을 갖는 것을 특징으로 하는 도광판.
제10항에 있어서, 상기 볼록표면이 실린더의 표면의 일부분과 일치하는 것을 특징으로 하는 도광판.
제5항에 있어서, 상기 제2 표면이 다수의 영역으로 구분되고, 각각의 영역이 렌티큘라 렌즈 그룹으로 형성되며, 각각의 그룹의 렌티큘라 렌즈들의 구성이 인접 그룹의 렌티큘라 렌즈들의 구성과 다른 것을 특징으로 하는 도광판.
제12항에 있어서, 상기 다수의 영역들이 입사면에 인접한 몸체의 제1 에지에서부터 제1 에지 반대쪽의 제2 에지까지 이어져 있으며, 각 그룹내의 인접 렌티큘라 렌즈들의 간격이 제1 에지에서 제2 에지으로 갈수록 점점 좁아지는 것을 특징으로 하는 도광판.
제5항에 있어서, 상기 제1 표면이 미세 요철구조를 갖는 것을 특징으로 하는 도광판.
제14항에 있어서, 상기 미세 요철구조가 프리즘 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광판.
제1항에 따른 도광판; 및
도광판의 입사면에 인접하게 배치된 광원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 모듈.
제16항에 따른 백라이트 모듈; 및
영상데이터에 맞게 광변조 모듈에 의해 출력되도록 도광판의 제1 표면에서 나온 빛을 받아 변조하는 광변조기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제17항에 있어서, 상기 광변조 모듈이 평판형 광변조모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제18항에 있어서, 상기 광변조 모듈이 LC 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제17항에 따른 디스플레이 장치; 및
영상데이터에 맞게 영상이 나타나도록, 디스플레이 장치에 영상데이터를 보내는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기.
제1 표면과, 제1 표면 반대쪽의 제2 표면을 갖는 필름을 제공하는 단계;
제 표면에 렌티큘라 패턴들을 제공하는 단계; 및
제1 표면의 에지와 제2 표면의 에지 사이를 뻗는 입사면을 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도광방법.
제21항에 있어서, 상기 필름이 렌티큘라 패턴을 형성하는 렌티큘라층을 지지하는 기판층을 포함하고, 렌티큘라층을 형성해 기판층에 접착하여 제2 표면에 렌티큘라 패턴을 제공하는 것을 특징으로 하는 도광방법.