KR20130117225A - 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴을 갖는 광확산판 및 이를 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴을 갖는 광확산판 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 표면에 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴을 가짐으로써 액정패널에 공급되는 광의 휘도 및 균일도를 더욱 향상시킬 수 있는 광확산판 및 이를 포함함으로써 화면 표시 품질이 더욱 향상된 액정표시장치에 관한 것이다.

Description

불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴을 갖는 광확산판 및 이를 포함하는 액정표시장치{LIGHT DIFFUSION PLATE HAVING NON-UNIFORM LOCAL MICROLENS ARRAY PATTERN AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴을 갖는 광확산판 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 표면에 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴을 가짐으로써 액정패널에 공급되는 광의 휘도 및 균일도를 더욱 향상시킬 수 있는 광확산판 및 이를 포함함으로써 화면 표시 품질이 더욱 향상된 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이에 따라 액정표시장치는 노트북 PC와 같은 휴대용 컴퓨터, 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기 등으로 널리 이용되고 있다.
통상적으로 액정표시장치는 매트릭스형태로 배열된 다수의 제어용 스위칭 소자에 인가되는 영상신호에 따라 광의 투과량이 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시하게 된다.
이러한 액정표시장치(Liquid Crystal Display)는 상부기판인 컬러필터(color filter) 기판과 하부기판인 박막트랜지스터 어레이(Thin film Transistor Array) 기판이 서로 대향하고 상기 두 기판 사이에는 액정층이 충진된 액정패널과, 상기 액정패널에 주사신호 및 화상정보를 공급하여 액정패널을 동작시키는 구동부를 포함하여 구성된다.
이러한 액정표시장치는 스스로 빛을 내지 못하는 비발광 소자이므로, 화상을 구현하기 위해서는 액정패널에 광을 공급하는 광원을 필요로 하게 된다. 따라서, 액정표시장치에는 액정패널에 광을 공급하는 광원을 포함하는 백라이트 어셈블리(back light assembly)가 구비된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래의 일반적인 액정표시장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 일반적인 액정표시장치의 분해사시도이다. 도 1을 참조하면, 표시 장치(100)는 전방에 영상을 나타내는 표시 패널(120)을 포함하여 이루어진다.
상기 표시 패널(120)의 가장자리에는 상기 표시 패널(120)을 지지하는 몰드 프레임(130)이 구비된다. 상기 몰드 프레임(130)의 하부, 즉 상기 표시 패널(120)의 후방에는 광학 시트(141, 143, 150)가 구비된다. 상기 광학 시트(141, 143, 150)의 하부, 즉 상기 광학 시트(141, 143, 150)의 후방이나 측면에는 상기 광학 시트(141, 143, 150)를 통해 상기 표시 패널(120)에 광을 공급하는 광원(160)이 배치된다.
상기한 바와 같이 표시 패널(120)에 광을 공급하는 구성 요소를 백라이트 유닛(backlight unit) 이라고 하며, 상기 광원(160)과 상기 광학시트(141, 143, 150)는 백라이트유닛(backlight unit)에 포함된다.
도 1은 상기 광원(160)이 상기 광학 시트(141, 143, 150)의 후방에 위치한 직하형 백라이트유닛을 나타내며, 광원(160)으로 발광 다이오드(light emitting diode, LED)를 사용한다. 상기 LED 광원은 PCB와 같은 기판상에 실장되어 제공될 수 있다.
광원(160)의 하부에는 상기 표시 패널(120) 방향이 아닌 방향으로 진행하는 광을 반사시켜 상기 표시 패널(120) 방향으로 광의 경로를 변경시키기 위한 반사 시트(170)가 구비되어 있다.
상기 반사 시트(170)의 하부에는 상기 표시 패널(120), 상기 광학시트(141, 143, 150), 상기 광원(160)과, 상기 반사 시트(170) 등에 상호 결합되어 이들을 내부에 수용하는 하부커버(180)와, 상기 하부커버(180)와 결합하는 상부커버(110)가 구비되어 있다. 상기 상부커버(110)는 표시 패널(120)의 전면 가장자리를 지지하는 구조물이다. 상부커버(110)에는 표시 패널(120)의 표시 영역을 노출시키는 표시창이 형성되어 있다. 그리고, 상부커버(110)의 측면에는 후술할 하부커버(180)와 결합하기 위한 나사공(미도시) 등의 결합수단이 마련되어 있다.
도시하지는 않았지만 상기 표시 패널(120)의 일측에는 상기 표시 패널(120)의 박막트랜지스터와 연결된 인쇄회로기판이 구비될 수 있는데, 상기 인쇄회로기판에서 나온 신호는 배선을 통해 박막트랜지스터에 전달되고, 상기 박막트랜지스터는 상기 신호에 따라 화소에 전압을 인가하여 액정을 구동하게 된다.
상기 표시 패널의 구성요소를 자세히 살펴보면 다음과 같다.
상기 표시 패널은 영상을 표시할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 액정표시 패널(liquid crystal display panel)이나 전기영동 표시 패널(electrophoretic display panel) 등의 다양한 표시 패널이 사용될 수 있다. 이하에서는 액정표시 패널을 예를 들어 설명하기로 한다.
표시 패널(120)은 장변과 단변을 가지는 직사각형의 판상으로 마련된다. 상기 표시 패널(120)은 제1 기판(121)과, 상기 제1 기판(121)에 대향되는 제2 기판(122) 및 상기 두 기판 사이에 형성된 액정(미도시)을 포함한다. 상기 표시패널(120)은 상기 액정을 구동하여 전방으로 영상을 표시하는 역할을 한다. 상기 액정을 구동하기 위해서 상기 제1 기판(121)에는 박막트랜지스터가, 상기 제2 기판(122)에는 컬러필터가 형성될 수 있으며, 이 경우 각각 박막트랜지스터 기판과 컬러필터 기판으로 지칭되기도 한다.
그리고, 상기 제1 기판(121)과 제2 기판(122)의 각각의 배면에는 편광판(120a, 120b)이 각각 구비되어 액정의 배향에 따른 광 투과를 조절한다.
액정 자체는 비발광이기 때문에 화상을 구현하기 위해서는 광원(160)이 필요하다. 상기 광원(160)에서 나온 투과광은 원하지 않는 진동 벡터도 포함하고 있다. 이러한 투과광의 진동 벡터를 조절하기 위해 표시 패널(120)의 양면에 투과축이 90°로 교차되도록 편광판(미도시)이 부착된다. 상기 편광판은 액정을 통과한 투과광을 특정 진동 벡터를 가진 빛으로 편광되게 된다. 따라서 상기 표시패널(120)을 통과하는 동안 편광축의 회전 정도에 따라 투과광의 세기가 조절되어 블랙부터 화이트까지의 표현이 가능하게 된다.
상기 몰드 프레임(130)은 표시 패널(120)의 가장자리를 따라 구비된다. 상기 몰드 프레임은 대략적으로 사각의 고리형상으로 형성된다. 몰드 프레임(130)은 표시 패널(120)과 광학 시트(141, 143, 150)를 지지한다. 몰드 프레임(130)에는 후술할 하부커버(180)와 결합하여 내부에 광학 시트(141, 143, 150), 광원(160) 및 반사 시트(170)를 수용한다. 상기 몰드 프레임(130)은 도면에서와 같이 단일 개수로 형성될 수 있으나 필요에 따라 복수 개로 형성되어 조립될 수 있다.
상기 광학 시트(141, 143, 150)는 상기 광원(160)으로부터 나온 광을 제어하는 역할을 한다. 상기 광학 시트(141, 143, 150)는 표시 패널(120)의 배면에 위치하는 확산판(150, diffusion plate)을 포함한다. 상기 확산시트 이외에도 보호 시트(141), 프리즘 시트(143) 및 도시하지는 않았지만 확산시트(diffusion sheet)를 더 포함할 수 있다.
상기 광학 시트(141, 143, 150)는 필요에 따라 복수 매 사용할 수 있으며, 2매 또는 3매를 겹쳐서 사용할 수 있다. 또한, 상기 보호 시트(141)나 프리즘 시트(143)은 필요에 따라 생략될 수 있다.
상기 프리즘 시트(143)는 확산판(150)에서 확산된 빛을 상부의 표시패널(120)의 평면에 수직한 방향으로 집광하는 역할을 수행한다. 프리즘 시트(143)를 통과한 빛은 거의 대부분 수직하게 진행되어 균일한 휘도 분포를 제공하게 된다.
가장 상부에 위치하는 상기 보호 시트(141)는 스크래치에 약한 프리즘 시트(143)를 보호한다.
상기 광학 시트(141, 143, 150)의 하부에는 상기 광학 시트(141, 143, 150)을 통해 상기 표시 패널(120)에 광을 공급하는 복수의 광원(160)이 구비된다. 상기 복수의 광원으로는 점광원인 LED가 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광원(160)의 하부에는 반사 시트(170)가 배치되어 있다. 상기 반사 시트(170)는 상기 복수의 광원(160)로부터 출사된 빛 중 광원(160)의 하부 방향으로 입사되는 빛을 반대 방향으로 반사시켜 상부를 향하도록 한다.
상기한 바와 같이, 표시 패널이 액정 표시 패널과 같이 자체적으로 발광하지 않는 경우에는 별도로 광을 공급하는 광원(160)을 사용하게 된다. 이때 상기 광원(160)으로 상기한 바와 같이 LED과 같은 점광원 사용하거나 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescence Lamp, CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp, EEFL), 열음극형광램프(Hot Cathode Fluorescence Lamp, HCFL)와 같이 선광원 형태의 램프를 사용하여 빛을 제공할 수 있다.
상기 광원은 보통 점광원이거나 선광원이기 때문에 광원에서 출사된 광을 그대로 표시 패널에 사용할 경우 출사된 광의 밀도에 따라 암부와 명부가 나누어지며 이에 따라 화질이 감소한다. 이에 따라, 상기 광원에서 출사된 광의 경로를 변경하고 광의 효율을 높일 필요가 있다. 특히 광확산판은 광원, 특히 점광원에서 출사되어 특정 방향성을 가지는 빛을 다양한 방위로 출사되는 광으로 확산시킨다.
상기 표시 장치에 있어서, LED는 점광원에 해당되는 광원으로 작은 공간 내에도 실장할 수 있으며 휘도가 높아 매우 효율적인 광원에 해당한다. 그러나 표시 패널에는 면광원의 형태로 제공되어야 하나 LED가 점광원인 이상, 광의 균일화가 필요하다. 또한 상기 광원이 선광원인 경우에도 선광원의 발광 방향과 수직한 방향으로 광의 균일화가 필요하다. 여기서 광이 균일하다 함은 광원의 이미지가 표시 패널 상에서 시인이 되지 않을 정도를 의미한다.
그런데 종래 기술에 사용된 확산판은 광원에서 조사되는 광을 균일하게 액정 방향으로 확산시켜야 하나 비대칭적인 구조로 인해 충분한 확산이 일어나지 않는 문제점이 있었다.
이를 개선하고자, 균일한 마이크로렌즈 어레이 패턴을 광확산판 표면에 형성시키는 기술이 한국공개특허 제10-2012-0003277호에 소개되었으나, 이러한 광확산판의 경우 광확산이 여전히 불충분하고, LED 개수가 줄어든 직하형 백라이트 유닛(BLU)에서는 램프를 중심으로 디스플레이의 가장자리가 하얗게 보이는 램프 무라(MURA) 현상이 심하게 일어나는 단점이 있다.
따라서, 충분한 광확산을 제공하면서도 램프 무라 현상이 없거나 현저히 감소된 광확산판의 개발이 절실히 요청되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 충분한 광확산을 제공하여 액정패널에 공급되는 광의 휘도 및 균일도를 더욱 향상시키면서도 램프 무라 현상이 없거나 현저히 감소된 광확산판 및 이를 포함함으로써 화면 표시 품질이 더욱 향상된 액정표시장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하고자 본 발명은, 표면에 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 광확산판을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 액정 표시 패널; 광원; 및 상기 액정 표시 패널과 상기 광원 사이에 위치한 본 발명의 광확산판;을 포함하는, 액정 표시 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 액정패널에 공급되는 광의 휘도 및 균일도가 더욱 향상되면서도 램프 무라 현상이 없거나 현저히 감소되어 화면 표시 품질이 더욱 향상된 액정표시장치를 얻을 수 있다.
도 1은 종래 광확산판을 사용한 액정표시장치의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 광확산판에 있어서, 표면(상면)의 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이(MLA) 패턴을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 광확산판에 있어서, 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴이 형성된 면의 반대면(하면)인 엠보싱 형성면의 개략도 및 엠보싱 구조의 현미경 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예 광확산판 및 비교예 광확산판의 휘도분포, 램프 무라(MURA) 현상 및 실측 이미지를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 광확산판은 그 표면에 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 “불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴”이라 함은, 마이크로렌즈 어레이 패턴을 구성하는 복수의 마이크로렌즈의 크기(원형일 경우, 직경)가 균일하지 않음을 의미한다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴은 중심 렌즈(즉, 광원의 바로 위에 위치하게 되는 렌즈); 및 중심 렌즈 주위에 위치하며, 중심 렌즈보다 작은 크기를 갖는 복수의 주변 렌즈;로 이루어진다.
휘도 향상 및 무라 방지의 측면에서 바람직하게는, 상기 중심 렌즈의 직경은 100㎛ 이상(예컨대, 100~500㎛)이며, 보다 구체적으로는 100~200㎛일 수 있다. 또한 바람직하게는, 상기 주변 렌즈가 중심 렌즈 직경의 90% 이하(예컨대, 50~90%)의 직경을 가지며, 보다 구체적으로는 중심 렌즈 직경의 80~90%의 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 보다 바람직한 구체예에 따르면, 중심 렌즈 주위에 복수의 주변 렌즈가 중심 렌즈로부터 멀어지는 방향으로 단계별로 분포하며, 단계별 주변 렌즈의 직경은 직전 단계 렌즈 직경의 90% 이하(예컨대, 50~90%, 보다 구체적으로는 80~90%)일 수 있다. 이 때, 주변 렌즈는 바람직하게는 2~5단계에 걸쳐 분포할 수 있다. 예컨대, 2단계로 주변 렌즈가 분포하는 경우에는, 중심 렌즈 직경 100㎛ ­ 1단계 주변 렌즈 직경 90㎛ 이하 - 2단계 주변 렌즈 직경 81㎛ 이하로 분포될 수 있다.
본 발명의 광확산판은, 상기 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴이 형성된 면의 반대면에 엠보싱 구조를 가질 수 있다. 이러한 엠보싱 구조는 광확산을 돕고 스크래치를 방지하는 기능을 할 수 있어 바람직하다.
또한 본 발명의 광확산판은, 광산란 및 확산이 원활하게 일어나도록 그 내부에 복수의 비드를 포함할 수 있다. 비드의 크기 및 재질에는 특별한 제한이 없으며, 예컨대 1~30㎛의 직경을 갖는 실리콘, 우레탄 또는 아크릴 비드가 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 결코 아니다. 비드의 함량에도 특별한 제한이 없으며, 예컨대 광확산판 총중량의 1~5중량%의 양으로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 결코 아니다.
본 발명의 광확산판의 재질에는 특별한 제한이 없으며, 예컨대 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS) 등과 같은 공지의 광확산판용 재료를 단독으로 또는 혼합하여 사용함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 광확산판을 제조하는 방법에도 역시 특별한 제한이 없으며, 공지의 광확산판 제조방법을 그대로 또는 적절히 변형하여 사용할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 광확산판용 재료를 압출하면서 한쪽 면에는 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴을 형성하고, 동시에 다른 면에는 엠보싱 구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 액정 표시 패널; 광원; 및 상기 액정 표시 패널과 상기 광원 사이에 위치한 본 발명의 광확산판;을 포함하는, 액정 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 예컨대 도 1에 나타낸 종래의 일반적인 액정표시장치와 같은 구조를 가질 수 있으며, 확산판(150, diffusion plate)으로서 본 발명의 광확산판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이 실시예에 의해 제한되는 것은 결코 아니다.
실시예
중심 렌즈 (직경 100㎛) ­ 복수의 1단계 주변 렌즈 (직경 90㎛) ­ 복수의 2단계 주변 렌즈 (직경 80㎛)로 구성된 불균일 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴을 상면에 갖고, 하면이 엠보싱 처리된 광확산판(PC)을 압출성형으로 제조하였다.
비교예로는, 직경 100㎛의 균일 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴을 상면에 갖고, 하면이 엠보싱 처리된 광확산판(PC)을 압출성형으로 제조하였다.
제조된 각 광확산판에 대하여, LED 점광원을 사용하여 휘도 및 무라 현상을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1 및 도 4에 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00001

상기 표 1 및 도 4의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 광확산판의 경우, 비교예에 비하여 휘도는 향상되었고, 무라 현상은 현저히 감소되었음을 알 수 있다.
100: 표시 장치
110: 상부커버
120: 표시 패널
121: 제1 기판
122: 제2 기판
130: 리드 프레임
141: 보호 시트
143: 프리즘 시트
150: 광확산판
160: 광원
170: 반사 시트
180: 하부커버

Claims (9)

  1. 표면에 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 광확산판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴은 중심 렌즈; 및 중심 렌즈 주위에 위치하며, 중심 렌즈보다 작은 크기를 갖는 복수의 주변 렌즈;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광확산판.
  3. 제2항에 있어서, 중심 렌즈의 직경은 100㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 광확산판.
  4. 제2항에 있어서, 주변 렌즈가 중심 렌즈 직경의 90% 이하의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 광확산판.
  5. 제2항에 있어서, 중심 렌즈 주위에 복수의 주변 렌즈가 중심 렌즈로부터 멀어지는 방향으로 단계별로 분포하며, 단계별 주변 렌즈의 직경은 직전 단계 렌즈 직경의 90% 이하인 것을 특징으로 하는 광확산판.
  6. 제5항에 있어서, 주변 렌즈가 2~5단계에 걸쳐 분포하는 것을 특징으로 하는 광확산판.
  7. 제1항에 있어서, 불균일한 로컬 마이크로렌즈 어레이 패턴이 형성된 면의 반대면에 엠보싱 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광확산판.
  8. 제1항에 있어서, 내부에 복수의 실리콘, 우레탄 또는 아크릴 비드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광확산판.
  9. 액정 표시 패널;
    광원; 및
    상기 액정 표시 패널과 상기 광원 사이에 위치한, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 광확산판;
    을 포함하는, 액정 표시 장치.
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