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KR101260840B1 - 백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정표시장치 - Google Patents

백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정표시장치 Download PDF

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KR101260840B1
KR101260840B1 KR1020080064242A KR20080064242A KR101260840B1 KR 101260840 B1 KR101260840 B1 KR 101260840B1 KR 1020080064242 A KR1020080064242 A KR 1020080064242A KR 20080064242 A KR20080064242 A KR 20080064242A KR 101260840 B1 KR101260840 B1 KR 101260840B1
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박재현
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 산과 골이 교번되는 제 1 패턴의 제 1 집광필름과 제 1 패턴의 골에 충진되는 제 2 패턴의 제 2 집광필름을 가지는 광학시트에 의해 집광효율을 개선하는 백라이트 유닛과 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것으로, 액정표시장치는 백라이트 유닛은 광을 발광하는 광원; 상기 광원의 입사광을 면광원으로 변환하는 도광판; 상기 도광판 상에 설치되는 광학시트를 포함하고, 상기 광학시트는 제 1 지지필름, 상기 제 1 지지필름 상의 산과 골이 교번되는 제 1 패턴과 제 1 굴절율을 가지는 제 1 집광필름, 상기 제 1 집광필름의 상기 골에 충진되는 제 2 패턴과 제 2 굴절율을 가지는 제 2 집광필름 및 상기 제 2 집광필름 상의 제 2 지지필름을 포함하고, 상기 제 2 굴절율은 상기 제 1 굴절율보다 큰 것을 특징으로 한다.
광학시트, 집광, 휘도, 백라이트 유닛

Description

백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정표시장치{Back light unit and Liquid Crystal Display Device having the same}
본 발명은 백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 산과 골이 교번되는 제 1 패턴의 제 1 집광필름과 제 1 패턴의 골에 충진되는 제 2 패턴의 제 2 집광필름을 가지는 광학시트에 의해 집광효율을 개선하는 백라이트 유닛과 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 표시장치 중의 하나인 CRT(Cathode Ray Tube)는 TV를 비롯해서 계측기기, 정보 단말기기 등의 모니터에 주로 이용되고 있으나, CRT 자체의 무게와 크기로 인해 전자 제품의 소형화, 경량화의 대응에 적극적으로 대응할 수 없었다. 이와 같은 CRT의 문제를 해결하기 위하여, LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel), ELD(electro luminescent display), VFD(vacuum fluorescent display)와 같은 여러가지 평판표시장치가 제안 및 활용되고 있다.
평판표시장치 중에서 액정표시장치는 소형화, 경량화, 박형화, 저전력 구동 의 장점을 가지고 있어 현재 널리 사용되고 있다. 특히, 박막 트랜지스터를 이용한 액정표시장치는 표시화면의 고화질화, 대형화 및 컬러화 등을 실현할 수 있어, 최근에는 노트북 PC 및 모니터는 물론 여러 분야에서 다양하게 사용되고 있다.
일반적인 액정표시장치는 액정의 특정한 분자 배열에 전압을 인가하여 다른 분자배열로 변환시키고, 이러한 분자 배열에 의해 발광하는 액정셀의 복굴절성, 선광성, 2 색성 및 광산란 특성 등의 광학적 성질의 변화를 시각적으로 변환하는 것으로서, 액정셀에 의한 광의 변조를 이용하여 정보를 표시하는 수광형 디스플레이장치이다. 이와 같은 액정표시장치는 수광형 소자이기 때문에 영상을 표현하기 위해 광을 제공하는 백라이트 유닛을 포함하고, 백라이트 유닛은 광원의 배치에 따라 직하형(direct type) 및 에지형(edge type)으로 구분된다.
직하형 백라이트 유닛은 복수의 광원이 액정표시패널의 직하에 일정한 간격을 두고 배치되어 액정표시패널의 직하에서 직접 조사하는 방식이고, 에지형 백라이트 유닛은 광원으로부터 발광된 광을 면광으로 변환하는 도광판에 의해 액정표시패널로 광을 조사하는 방식이다. 액정표시장치의 백라이트 유닛은 광원에서 발광된 광의 광 특성, 예를 들어 휘도 균일성 및 정면 휘도 등을 향상시키기 위하여 확산판, 확산 시트 및 프리즘 시트 등으로 이루어지는 광학 시트들을 포함한다.
도 1은 종래기술에 따른 백라이트 유닛의 단면도이고, 도 2는 종래기술에 따 른 백라이트 유닛의 광 경로의 모식도이고, 도 3은 종래기술에 따른 도광판의 출사광에 대한 분포도이다.
도 1과 같이, 노트북 피시에서 사용되는 백라이트 유닛(10)은 반사판(24)을 가진 도광판(light guide plate)(12), 광학시트(24), 및 램프(22)로 구성된다. 광학시트(24)는 제 1 확산시트(14), 제 1 프리즘 시트(16), 제 2 프리즘 시트(18), 및 제 2 확산시트(20)를 포함한다. 도광판(12)은 입사광을 출사시키기 위해 상면 또는 하면에 패턴이 형성되고, 선 광원인 램프(22)의 광을 전반사의 원리를 이용하여 면광원으로 만들어주는 기능을 한다. 제 1 확산시트(14)는 도광판(12)에서 출광하는 패턴을 은폐하고 출사광의 각도를 조절하는 기능을 한다. 제 1 및 제 2 프리즘 시트(16, 18)는 제 1 확산시트(14)를 통과한 광을 집광시키는 기능을 한다.
제 1 및 제 2 프리즘 시트(16, 18)는 프리즘 방향이 각각 수직 및 수평이고, 서로 수직형태로 배치하여 제 1 및 제 2 프리즘 시트(16, 18)를 한 쌍으로 사용한다. 프리즘 방향이 수직인 제 1 프리즘 시트(16)는 좌우광을 집광시키고, 프리즘 방향이 수평인 제 2 프리즘 시트(18)는 상하광을 집광시킨다. 제 2 확산시트(20)는 최종적으로 발생할 수 있는 제 2 프리즘 시트(18)의 얼룩 및 이물질 등과 같은 백라이트 유닛(10)의 불량을 개선시키기 위한 보호시트로 사용한다. 노트북 피시에서 사용되는 도 1과 같은 백라이트 유닛(10)은 도광판, 각각 2 매 이상의 확산시트 및 프리즘 시트가 필요하다. 도 1과 같은 백라이트 유닛(10)은 화상품질은 우수하지만 집광효율이 낮고 두께가 증가하는 문제가 있다.
도 3과 같이, 도광판(12)의 주요 출사광은 40 내지 80도 사이에 분포하고, 가장 높은 휘도를 가진 출사광은 약 80도의 출사각을 가진다. 도 2와 같이, 굴절률이 1.58인 자외선 수지(ultraviolet resin)으로 구성된 제 1 프리즘 시트(16)에서 입사광이 수직 방향으로 굴절하기 위해서, 스넬(snell)의 법칙에 의하여 프리즘 면으로 대략 24 내지 32도의 각도를 가지고 입사하는 제 1 광(L1)이 필요하다. 그러나 도광판(12)의 경우 대다수의 광이 40도 이상에 분포하고 있으므로, 24 내지 32도를 벗어나 입사되는 제 4 광(L4)은 제 1 프리즘 시트(16)에서 제 5 광(L5)으로 굴절되고, 제 1 프리즘 시트(16)를 벗어나 측면방향으로 진행하여 제 6 광(L6)이 되는 A와 같은 사이드 로브(side lobe) 현상이 발생하여, 출사효율이 급격히 저하되는 요인으로 작용한다. 따라서 도광판(12)의 주요 출사광의 범위를 변경시키기 위하여, 제 1 확산시트(14)를 사용한다.
제 1 확산시트(14)를 사용하면, 도광판(12)의 주요 출사광의 분포는 도 3과 같이, 40 내지 80의 분포가 10 내지 45도의 분포로 바뀐다. 이 경우, 도 2와 같이, 도광판(12)의 출사광의 일부가 제 1 프리즘 시트(16)의 집광각인 24 내지 32도 사이를 포함하게 된다. 도광판(12)에서 출사된 24 내지 32도 사이의 제 1 광(L1)은 제 1 프리즘 시트(16)의 내부에서 제 1 프리즘 시트(16)의 수직선을 기준으로 15 내지 20도의 제 2 광(L2)이 되고, 제 2 광(L2)이 제 1 프리즘 시트(16)를 벗어나 공기와 만나면서 수직으로 굴절되는 제 3 광(L3)이 된다. 따라서, 도광판(12)에 대한 제 1 프리즘 시트(16)의 수직휘도는 상승한다.
그러나, 도광판(12)에서 출사되는 24 내지 32도를 벗어난 출사광은 여전히 A와 같은 사이드 로브 현상이 발생한다. 다시 말하면, 도광판(12)의 주요 출사광을 이용하지 못하기 때문에 집광효율은 낮다. 또한, 도 1과 같이, 집광효율을 개선하기 위하여, 제 1 확산시트(14)와 제 1 및 제 2 프리즘 시트(16, 18)를 사용하여야 하고, 출사광 분포의 변경과 화상의 품질을 위하여 제 1 및 제 2 확산시트(14, 20)를 사용할 필요가 있다. 그러나, 4 매의 시트를 사용함으로써 제조단가가 상승하고, 또한 백라이트 유닛의 두께도 증가한다.
상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 산과 골이 교번되는 제 1 집광필름에서, 제 1 집광필름의 골 영역에 제 2 집광필름을 충진하는 광학시트에 의해, 집광효율을 개선하는 백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 광을 발광하는 광원; 상기 광원의 입사광을 면광원으로 변환하는 도광판; 상기 도광판 상에 설치되는 광학시트에 있어서, 상기 광학시트는 제 1 지지필름, 상기 제 1 지지필름 상의 산과 골이 교번되는 제 1 패턴과 제 1 굴절율을 가지는 제 1 집광필름, 상기 제 1 집광필름의 상기 골에 충진되는 제 2 패턴과 제 2 굴절율을 가지는 제 2 집광필름 및 상기 제 2 집광필름 상의 제 2 지지필름을 포함하고, 상기 제 2 굴절율은 상기 제 1 굴절율보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 도광판의 하부에 설치되는 반사판을 포함한다. 상기 도광판은 플랫타입, 웨지파입 및 프리즘 타입 중 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 굴절율과 상기 제 1 굴절율의 차이는 0.1 내지 0.2인 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제 1 굴절율은 1.3 내지 1.49이고, 제 2 굴절율은 1.5 내지 1.7인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 집광필름의 상기 산은 제 1 및 제 2 경사각과 상기 제 1 및 제 2 경사각에 의해 결정되는 꼭지각으로 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 경사각은 대칭 또는 비대칭인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 도광판에서 출사되어 상기 제 1 집광필름으로 입사되는 제 1 입사각을 가지는 제 1 광은 상기 제 1 집광필름에서 상기 제 1 입사각보다 작은 제 1 굴절각을 가지는 제 2 광으로 굴절되고, 상기 제 1 및 제 2 집광필름의 경계면에서 제 2 입사각으로 입사되는 상기 제 2 광은 상기 제 2 집광필름에서 상기 제 2 입사각보다 작은 제 2 굴절각을 가지는 제 3 광으로 굴절되고, 상기 제 3 광은 상기 제 1 및 제 2 집광필름의 경계면에서 제 3 입사각으로 입사되어 제 3 굴절각을 가지는 제 4 광이 되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 집광필름과 상기 제 1 및 제 2 지지필름은 각각 무색의 투명한 필름을 사용한다. 상기 제 1 및 제 2 지지필름 중 어느 하나의 표면에, 비드를 포함한 바인더를 도포하는 것을 특징으로 한다.
상기 비드 및 상기 바인더는 무색의 투명한 물질을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는 광을 발광하는 광원; 상기 광원의 입사광을 면광원으로 변환하는 도광판; 상기 도광판 상에 설치되는 광학시트; 상기 광학시트의 출사광을 이용하여 영상을 표시하는 액정표시패널에 있어서, 상기 광학시트는 제 1 지지필름, 상기 제 1 지지필름 상의 산과 골이 교번되는 제 1 패턴과 제 1 굴절율을 가지는 제 1 집광필름, 상기 제 1 집광필름의 상기 골에 충진되는 제 2 패턴과 제 2 굴절율을 가지는 제 2 집광필름 및 상기 제 2 집광필름 상의 제 2 지지필름을 포함하고, 상기 제 2 굴절율은 상기 제 1 굴절율보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛 및 이를 이용한 액정표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.
산과 골이 교번되는 제 1 집광필름에서, 제 1 집광필름의 골 영역에 제 1 집광필름보다 큰 굴절율을 가지는 제 2 집광필름을 충진하는 광학시트를 구성하여, 도광판의 출사광을 수직으로 집광시키는 것에 의해 상하 반치각이 감소되어 휘도가 향상된다.
광학시트에서 산 부분이 표면으로 노출되지 않기 때문에, 광학시트와 접촉하는 도광판과의 접촉으로 인한 마모현상을 방지한다.
제 1 및 제 2 집광필름의 양면에, 제 1 및 제 2 지지필름을 설치하여, 제 1 및 제 2 집광필름의 서로 다른 열팽창율에 기인한 광학시트의 변형을 방지하고, 광학시트에 작업자의 지문에 잔류하여 발생할 수 있는 외관문제를 방지한다.
제 1 및 제 2 집광필름의 양면에 설치되는 제 1 및 제 2 지지필름의 두께를 다르게 형성하여, 제 1 및 제 2 집광필름의 열팽창율을 조정하여 광학시트의 변형을 방지한다.
제 1 및 제 2 지지필름의 어느 하나 또는 모두의 표면에 비드를 혼합한 바인더를 도포하여, 제 1 및 제 2 집광필름 중 어느 하나의 열팽창율을 조정하여 광 학시트의 변형을 방지한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 각각의 실시예에서 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 사용한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 분해사시도이고, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 유닛의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 유닛의 광 경로의 진행도이다.
도 4와 같이, 액정표시장치(100)는 액정표시패널(102) 및 백라이트 유닛(114)으로 구성된다. 액정표시패널(102)는 어레이 기판(도시하지 않음)과 액정층(도시하지 않음)을 개재하여 합착되는 컬러필터 기판(도시하지 않음)으로 구성된다. 도면에서 상세히 도시하지 않았지만, 어레이 기판은 다수의 게이트 배선 및 다수의 데이터 배선이 교차하여 화소영역을 정의하고, 각각의 교차영역에 형성된 박막 트랜지스터는 각각의 화소영역의 화소전극과 연결된다. 컬러필터 기판은 각각의 화소영역에 대응되는 적색, 녹색 및 청색의 컬러필러와, 각각의 컬러필터의 경계영역에 블랙 매트릭스 및 컬러필터 및 블랙 매트리스 상에 공통전극이 형성된다.
액정표시패널(102)의 일측에는 구동신호를 공급하는 구동회로가 실장된 액정 표시패널 구동부(도시하지 않음)가 전기적으로 연결되고, 액정표시패널(102)의 다수의 게이트 배선 및 다수의 데이터 배선에 신호를 공급하여 액정표시패널(102)을 구동시킨다. 액정표시패널(102)은 공통전극에 전압이 인가된 상태에서 화소전극에 인가되는 데이터신호의 전압을 제어하게 되면, 액정층은 공통전극과 화소전극 사이의 전계에 따라 유전 이방성에 의해 회전함으로써, 화소영역 별로 빛을 투과시키거나 차단시켜 화상을 표시하게 된다.
백라이트 유닛(114)은 광을 발광하는 광원(104)과, 광원(104)을 감싸는 램프 하우징(106)과, 광원(104)으로부터의 입사광을 면광원으로 변환하는 도광판(108)과, 액정표시패널(102)과 도광판(108)의 사이에 위치하는 광학시트(118)와, 도광판(108)의 배면으로 출사되는 광을 액정표시패널(102)의 방향으로 반사시키는 반사시트(112)로 구성된다. 도광판(108)은 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA : polymethyl methacrylate)로 형성하며, 다른 물질의 이용도 가능하다.
광원(104)은 냉음극선 방식램프(Cold cathode fluorescent lamp: CCFL), 외부 전극형 형광램프(external electrode fluorescent lamp : EEFL) 또는 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 등과 같은 여러 종류의 광원을 사용할 수 있다. 그리고, 램프 하우징(106)은 광원(104)을 보호하고, 내부에 광반사 물질이 도포되어 있어 광원(104)으로부터 출사된 광의 손실을 최소화한다. 도광판(108)으로 입사된 광은 균일하게 확산되어 광학시트(118) 방향으로 출사되고, 일부는 도광판(108) 하부의 반사시트(112) 방향으로 출사된다. 반사시트(112)는 도광판(108)으로부터 출사한 광을 반사시켜 광 손실을 최소화한다. 액정표시장치(100)은 액정표시패널(102)와 광학시트(118) 사이에 필요에 따라 별도의 광학시트를 개재하여 사용할 수 있다.
도 5와 같이, 백라이트 유닛(114)은 광원(104), 램프 하우징(106), 도광판(108), 및 광학시트(118)로 구성된다. 도광판(108) 상에 위치하는 광학시트(118)는 도광판(108)으로부터 출사된 광을 집광시키고 확산시켜 액정표시패널(102)에 공급하는 기능을 한다. 광학시트(118)는 제 1 지지필름(122), 제 1 지지필름(122) 상의 산과 골이 교번되는 제 1 패턴을 가지는 제 1 집광필름(124), 제 1 집광필름(124)의 골 패턴에 충진되는 제 2 패턴을 가지는 제 2 집광필름(126), 및 제 2 집광필름(126) 상의 제 2 지지필름(134)을 포함하는 4 개의 필름으로 구성된다.
제 1 및 제 2 집광필름(124,126)의 열팽창 계수는 서로 상이하며, 제 1 집광필름(124)의 제 1 굴절율은 제 2 집광필름(126)의 제 2 굴절율보다 낮다. 제 1 및 제 2 지지필름(122, 134)과 제 1 및 제 2 집광필름(124,126)은 각각 기본적으로 패턴을 형성할 수 있는 PET 및 자외선 경화용 수지인 아크릴 레진(acryl resin)을 사용한다. 그리고, 제 1 및 제 2 굴절율은 서로 다르다. 제 1 굴절율은 제 2 굴절율과 비교하여 저굴절율을 가지고, 제 2 굴절율은 제 1 굴절율과 비교하여 고굴절율을 가진다. 제 1 및 제 2 집광필름(124,126)은 아크릴 레진에 서로 다른 첨가물을 부가하여, 제 1 및 제 2 굴절율을 다르게 한다. 제 1 집광필름(124)은 1.3 내지 1.9의 제 1 굴절율을 가지고, 제 2 집광필름(126)은 1.4 내지 2.0의 제 2 굴절율을 가진다. 바람직하게 제 1 굴절율은 1.3 내지 1.49이고, 제 2 굴절율은 1.5 내지 1.7이다. 제 1 굴절율과 제 2 굴절율의 차이는 0.1 내지 0.2가 바람직하다.
액정표시장치(100)는 도광판(108)으로부터 출사되는 출사광이 공기층에서 제 1 지지필름(122)을 통과하여 제 1 집광필름(124)에 입사되고, 제 1 집광필름(124)으로부터 입사된 광이 제 2 집광필름(126)을 통하여 출사되어 제 2 지지필름(134)을 통과하여 액정표시패널(102)에 제공된다. 도광판(108)과 광학시트(118) 사이의 공기층은 1의 굴절율을 가지므로, 도광판(108)의 출사광은 점점 높은 굴절율을 가지는 공기층, 제 1 집광필름(124), 및 제 2 집광필름(126)으로 진행된다.
제 1 실시예에 따른 광학시트(118)는 광의 진행방향에 따라 굴절율이 커지는 제 1 및 제 2 집광필름(124, 126)으로 이루어져 광을 집광시킬 수 있고, 또한, 산과 골이 교번되는 제 1 패턴을 가지는 제 1 집광필름(124)의 골 패턴에 충진되는 제 2 패턴을 가지는 제 2 집광필름(126)에 의해 광의 경로를 변경함으로써 집광을 극대화시킬 수 있다. 그리고, 종래기술의 프리즘 시트 또는 역프리즘 시트와 비교하여 광 효율을 개선할 수 있고, 뿐만 아니라, 프리즘 산에 의한 도광판의 갈림현상을 방지할 수 있다.
제 1 및 제 2 지지필름(122,134)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 아크릴 수지(acrylic resin), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리올레핀(polyolefin), 셀룰로즈 아세테이트(cellulose acetate), 방수 비닐 클로라이드(weather-resistant vinyl chloride) 등과 같은 합성 수지로 형성한다. 그리고, 제 1 및 제 2 지지필름(122,134)은 도광판(108)의 출사광을 통과시켜야 하므로, 무색의 투명한 필름이 바람직하다.
제 1 및 제 2 지지필름(122, 134)의 두께는 100㎛, 125㎛, 188㎛, 및 250㎛ 중 하나를 선택하여 사용하고, 제 1 지지필름(122) 상에 패턴을 형성할 수 있는 자외선 경화수지를 도포하고, 금형을 이용하여, 산과 골이 교번되는 제 1 패턴으로 구성되는 제 1 집광필름(124)을 형성하여 자외선 경화시키고, 제 1 집광필름(124)의 골 영역에 자외선 경화수지를 충진한 제 2 패턴의 제 2 집광필름(126)을 자외선으로 경화하고, 제 2 집광필름(126) 상에 제 2 지지필름(134)을 라미네이션 방법으로 부착시킨다.
본 발명의 제 1 실시예에서는, 제 1 및 제 2 집광필름(124,126)의 열팽창율을 평균한 수치의 열팽창율을 가지는 물질로 제 1 및 제 2 지지필름(122,134)을 형성한다. 평균 열팽창율의 산출은 제 1 및 제 2 집광필름(124,126)의 각각의 체적 및 산과 산 사이의 간격인 피치(pitch) 등을 고려한다. 서로 다른 열팽창에 의한 변형을 방지하기 위하여, 제 1 지지필름(122)과 제 1 집광필름(124)의 제 1 경계와 제 2 지지필름(134)과 제 2 집광필름(126)의 제 2 경계에서의 열팽창율은 동일하게 한다.
제 1 및 제 2 지지필름(122,134)은 제 1 및 제 2 집광필름(124,126)의 각각의 열팽창율을 평균한 평균 열팽창율과 동일한 물질을 사용하는 것이 변형을 방지하기 위한 한가지 방법이다. 제 1 및 제 2 지지필름(122,134)은 제 1 및 제 2 집광필름(124,126)의 지지대의 기능을 하여, 주름 및 휨 현상을 방지할 수 있다. 제 1 및 제 2 지지필름(122,134)이 제 1 및 제 2 집광필름(124,126)보다 큰 두께로 형성되는 경우, 제 1 및 제 2 집광필름(124,126)의 열팽창에 대한 휨 현상을 방지할 수 있다.
도 6과 같이, 제 1 실시예의 백라이트 유닛에서 광학시트(118)는 제 1 집광필름(124)의 제 1 굴절율보다 제 1 집광필름(124) 상에 위치한 제 2 집광필름(126)의 제 2 굴절율이 크므로, 도광판(108)의 출사광을 최소한 3 회 이상 굴절시켜 액정표시패널(102)의 방향으로 제공한다. 제 1 집광필름(124)에서 각각의 산은 제 1 경사각(a), 제 2 경사각(b), 제 1 및 제 2 경사각(a, b)에 의해서 결정되는 꼭지각(c), 제 1 경사각(a)에서 연장되는 제 1 경사면(140), 및 제 2 경사각(b)에서 연장되는 제 2 경사면(142)으로 구성된다. 제 1 및 제 2 경사각(a, b)은 60 내지 89도의 범위에서 각각 형성되고, 대칭 또는 비대칭으로 형성할 수 있다. 제 1 집광필 름(124)이 1.48의 제 1 굴절율을 가지고, 제 2 집광필름(126)이 1.61의 제 2 굴절율을 가지고 있고, 또한 제 1 경사각(a)이 69 도이고, 제 2 경사각(b)이 67 도인 경우에 대하여, 광 경로를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도광판(108)으로부터 제 1 입사각(θi1)을 가지는 제 1 광(L1)은 제 1 집광필름(124)에서 제 1 입사각(θi1)보다 작은 제 1 굴절각(θr1)을 가지는 제 2 광(L2)으로 굴절되고, 제 2 경사면(142)의 제 1 및 제 2 집광필름(124, 126)의 경계면에서 제 2 입사각(θi2)으로 입사되는 상기 제 2 광(L2)은 제 2 집광필름(126)에서 제 2 입사각(θi2)보다 작은 제 2 굴절각(θr2)을 가지는 제 3 광(L3)으로 굴절되고, 제 3 광(L3)은 제 1 경사면(140)의 제 1 및 제 2 집광필름(124, 126)의 경계면에서 제 3 입사각(θi3)으로 입사되어 제 3 굴절각(θr3)으로 굴절되는 제 4 광(L4)이 된다. 제 4 광(L4)은 액정표시패널(102)의 하부에서 수직방향으로 진행한다.
도광판(108)로부터 출사되는 제 1 입사각(θi1)은 제 1 집광필름(124)의 하부에서 수직 연장선을 기준으로 72도에서 피크를 이루고, 스넬(snell)의 법칙에 따라 제 1 굴절각(θi1)은 수직 연장선을 기준으로 40도이고, 제 2 입사각(θi2)은 제 2 경사면(142)의 법선을 기준으로 27도이고, 제 2 굴절각(θr2)은 제 2 경사면(124)의 법선을 기준으로 24도이고, 제 3 입사각(θi3)은 제 1 경사면(140)의 법선을 기준으로 68도이고, 제 3 굴절각(θr3)은 제 1 경사면(140)의 법선을 기준으 로 68도이다. 제 4 광(L4)은 전반사에 의해 수직으로 굴절된다.
제 1 집광시트(124)의 제 1 경사각(a)와 제 2 경사각(b)는 제 1 광(L1)의 입사각에 따라, 액정표시패널(102)로 방사되는 제 4 광(L4)의 방사각을 조절할 수 있다. 스넬(snell)의 법칙은 n2/n1=sinθ2/sinθ1이고, n1은 제 1 집광필름(124)의 제 1 굴절율이고, n2는 제 2 집광필름(126)의 제 2 굴절율이다. 스넬의 법칙에 의하여 광은 굴절율이 작은 매질에서 큰 매질로 진행할 때 분산이 작아져 집광되는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따른 제 1 실시예에서는 종래기술에 따른 굴절에 의한 한계를 극복하기 위하여 도 6과 같이, 전반사의 원리를 이용하여 도광판(108)의 출사광을 집광시킨다. 이와 같은 전반사에 의한 수직 광의 유도는 도광판(108)에서 출사되는 대부분의 광을 사용하기 때문에 높은 집광효율을 가진다.
도 7은 도 1과 같은 종래기술의 백라이트 유닛의 광프로파일을 측정한 콘튜어차트이고, 도 8은 도 5와 같은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 유닛의 광프로파일을 측정한 콘튜어 차트이고, 도 9는 도 7 및 도 8의 광프로파일의 수직분포를 나타낸 그래프이다.
도 7과 같이, 종래기술의 백라이트 유닛에서 출사되는 광을 측정한 결과 광의 분포는 피크가 1902nit이고, 도 8과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 유닛에서 출사되는 광의 분포는 피크가 2440nit로, 본 발명의 제 1 실시예의 백라이트 유닛에서 출사광의 피크분포가 종래기술과 비교하여 28% 정도 개선되는 것을 알 수 있다. 그리고, 본 발명의 제 1 실시예에서, 출사광의 피크분포가 개선되는 것은 도광판(108)의 출사광이 수직으로 집광되면서 상하 반치각이 줄어드는 것에 의해 휘도가 향상되는 것이다. 반치각은 정면의 휘도가 50%이상 유지되는 경사각을 의미한다. 도 9와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에서 반치각은 -20 내지 +20도의 범위에 위치하지만, 종래기술에서 반치각은 -40 내지 +40도의 범위에 위치한다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시예는 반치각이 감소하면서 휘도가 개선된다.
액정표시장치(100)에는 다양한 종류의 도광판(108)이 사용된다. 도 10 내지 도 12는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플랫타입, 웨지타입, 및 프리즘 타입의 도광판의 단면도이다. 도 10과 같은 플랫(flat) 타입, 도 11과 같은 웨지(wedge) 타입, 및 도 12와 같은 프리즘(prism) 타입으로 구분된다. 도 10와 같이 플랫타입의 도광판(208)에서, 양단의 두께가 일정한 형태이고, 도광판(208)의 양측에는 제 1 및 제 2 광원(204a, 204b)이 각각 설치된다. 제 1 및 제 2 광원(204a, 204b)에는 1 및 제 2 광원(204a, 204b)을 감싸는 제 1 및 제 2 램프 하우징(206a, 206b)이 각각 설치된다. 그리고, 도광판(212)의 상부 및 하부에는 누설광을 차단시키는 다수의 인쇄패턴(250)이 설치된다.
도 11과 같은 웨지타입의 도광판(308)은 광원(304)과 인접한 제 1 측면(360)과 제 1 측면(360)과 마주보는 제 2 측면(362)을 가지고, 제 1 측면(360)에서 제 2 측면(362)으로 두께가 작아지는 형태이다. 광원(304)은 제 1 측면(360)에 하나가 설치되고, 광원(304)을 감싸는 램프 하우징(306)이 설치된다. 도광판(308)의 상부는 평면을 유지하고, 하부는 경사면으로 형성된다. 도광판(308)의 상부 및 하부에는 누설광을 차단시키는 다수의 인쇄패턴(350)이 설치된다.
도 12과 같이 프리즘 타입의 도광판(408)은 양단의 두께가 일정한 형태이고, 도광판(408)의 양측에는 제 1 및 제 2 광원(404a, 404b)이 각각 설치된다. 제 1 및 제 2 광원(404a, 404b)에는 제 1 및 제 2 광원(404a, 404b)을 감싸는 제 1 및 제 2 램프 하우징(406a, 406b)이 각각 설치된다. 도광판(408)의 상부에는 프리즘 패턴(452)이 형성되고, 도광판(408)의 하부에는 누설광을 차단시키는 다수의 인쇄패턴(450)이 설치된다. 또한, 도광판(408)은 도 11과 같은 웨지타입으로 형성할 수 있다. 상기와 같은 플랫타입, 웨지타입, 및 프리즘 타입의 도광판(208, 308, 408)은 폴리메틸 메탈이크릴(PMMA: Polymethyl Methacrylate) 또는 싸이클릭 올레핀 폴리머(COP: Cyclic Olefin Polymer)와 같은 고분자 물질로 형성한다.
그리고, 제 1 실시예에서 광학시트(118)의 두께를 감소시키기 위하여 제 1 및 제 2 지지필름(122,134)을 비대칭적 두께로 형성하는 제 2 실시예를 제안한다. 도 13 및 도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학시트의 단면도이다. 도 13 및 도 14와 같이, 제 1 및 제 2 집광필름(124,126)의 양면에 형성되는 제 1 및 제 2 지지필름(122,134)의 두께를 각각 다르게 형성한다.
도 13은 광학시트(118)에서 상부의 제 2 지지필름(134)을 하부의 제 1 지지필름(122)보다 얇게 형성한다. 제 2 지지필름(134)을 제 1 지지필름(122)보다 얇게 형성하는 이유는, 제 1 및 제 2 지지필름(122,134)을 동일한 두께로 형성하였을 때, 제 2 지지필름(134)이 제 1 지지필름(122)보다 열팽창율이 큰 경우이며, 이 때, 집광시트(128)의 양단부가 하부로 말아들어가는 모자 형태의 휨 현상이 발생한다. 모자형태의 휨 현상을 방지하기 위하여, 제 1 지지필름(122)을 제 2 지지필름(134)보다 두껍게 형성한다.
도 14는 광학시트(118)에서 상부의 제 2 지지필름(134)을 하부의 제 1 지지필름(122)보다 두껍게 형성한다. 제 2 지지필름(134)을 제 1 지지필름(122)보다 두껍게 형성하는 이유는, 제 1 및 제 2 지지필름(122,134)을 동일한 두께로 형성하였을 때, 제 2 지지필름(134)이 제 1 지지필름(122)보다 열팽창율이 작은 경우이며, 이 때, 광학시트(118)의 양단부가 상부로 말아 올라가는 컵 형태의 휨 현상이 발생한다. 따라서, 컵 형태의 휨 현상을 방지하기 위하여, 제 2 지지필름(134)을 제 1 지지필름(122)보다 두껍게 형성한다.
그리고, 제 1 및 제 2 지지필름(122,134) 중 하나 또는 모두에, 비드(bead)를 혼합한 바인더(binder)를 도포하여, 바인더와 제 1 및 제 2 지지필름(132,134)과 결합을 이용하여 휨 현상을 방지하는 제 3 실시예를 제안한다. 도 15는 본 발명 의 제 3 실시예에 따른 광학시트의 단면도이다.
도 15와 같이, 제 1 및 제 2 집광필름(124,126)의 양면에 형성되는 제 1 및 제 2 지지필름(132,134) 중 하나 또는 모두에, 바인더(160)에 비드(162)를 혼합하여 도포한다. 바인더(160)는 비드(162)를 제 1 및 제 2 지지필름(122,134)의 표면에 고정시키는 기능을 한다. 비드(162)는 광학시트(118)의 출사광이 이물에 의한 영향을 받지 않도록 은폐하는 기능과, 출사광을 외관상 부드럽게 하는 기능을 한다.
바인더(160)로 아크릴계 수지, 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에스테르(polyester), 불소계 수지(fluorine-based resin), 규소계 수지(silicon-based resin), 폴리아미드(polyamide), 에폭시 수지(epoxy resin)와 같은 폴리머(polymer)를 사용한다. 바인더(160)는 제 1 또는 제 2 집광필름(124,126)의 입사광을 통과시켜야 하므로, 무색의 투명한 물질이 바람직하다.
비드(162)는 구 형태이며, 아크릴 수지(acrylic resin), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리아미드(polyamide) 등을 사용한다. 비드(162)는 바인더(160)와 동일하게, 제 1 또는 제 2 집광필름(124, 126)의 입사광을 통과시켜야 하므로, 무색의 투명한 물질이 바람직하다.
도 1은 종래기술에 따른 백라이트 유닛의 단면도
도 2는 종래기술에 따른 백라이트 유닛의 광 경로의 모식도
도 3은 종래기술에 따른 도광판의 출사광에 대한 분포도
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 분해사시도
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 유닛의 단면도
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 유닛의 광 경로의 진행도
도 7은 도 1과 같은 종래기술의 백라이트 유닛의 광프로파일을 측정한 콘튜어 차트
도 8은 도 5와 같은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백라이트 유닛의 광프로파일을 측정한 콘튜어 차트
도 9는 도 7 및 도 8의 광프로파일의 수직분포를 나타낸 그래프
도 10 내지 도 12는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 플랫타입, 웨지타입, 및 프리즘 타입의 도광판의 단면도
도 13 및 도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학시트의 단면도
도 15는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광학시트의 단면도\

Claims (11)

  1. 광을 발광하는 광원;
    상기 광원의 입사광을 면광원으로 변환하는 웨지타입의 도광판;
    상기 도광판 상에 설치되는 광학시트;
    를 포함하고, 상기 광학시트의 출사광을 이용하여 영상을 표시하는 액정표시패널에 있어서,
    상기 광학시트는 제 1 지지필름, 상기 제 1 지지필름 상의 산과 골이 교번되는 제 1 패턴과 제 1 굴절율을 가지는 제 1 집광필름, 상기 제 1 집광필름의 상기 골에 충진되는 제 2 패턴과 제 2 굴절율을 가지는 제 2 집광필름 및 상기 제 2 집광필름 상의 제 2 지지필름을 포함하고, 상기 제 2 굴절율은 상기 제 1 굴절율보다 크며,
    상기 제 1 집광필름의 상기 산은 제 1 및 제 2 경사각과 상기 제 1 및 제 2 경사각에 의해 결정되는 꼭지각으로 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 경사각은 대칭 또는 비대칭이며, 상기 제1 및 제 2 경사각은 각각 69도 내지 89도의 범위를 갖고,
    상기 제 1 및 제 2 지지필름 중 어느 하나의 표면에, 비드를 포함한 바인더를 도포하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판의 하부에 설치되는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판은 상부 또는 하부에 설치되는 다수의 인쇄패턴을 포함하고, 상 기 도광판은 제 1 측면과 상기 제 1 측면과 마주보는 제 2 측면을 가지고, 상기 제 1 측면에서 상기 제 2 측면으로 두께가 작아지는 형태인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도광판에서 출사되어 상기 제 1 집광필름으로 입사되는 제 1 입사각을 가지는 제 1 광은 상기 제 1 집광필름에서 상기 제 1 입사각보다 작은 제 1 굴절각을 가지는 제 2 광으로 굴절되고, 상기 제 1 및 제 2 집광필름의 경계면에서 제 2 입사각으로 입사되는 상기 제 2 광은 상기 제 2 집광필름에서 상기 제 2 입사각보다 작은 제 2 굴절각을 가지는 제 3 광으로 굴절되고, 상기 제 3 광은 상기 제 1 및 제 2 집광필름의 경계면에서 제 3 입사각으로 입사되어 제 3 굴절각을 가지는 제 4 광이 되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 집광필름과 상기 제 1 및 제 2 지지필름은 각각 무색의 투명한 필름을 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 비드 및 상기 바인더는 무색의 투명한 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 광을 발광하는 광원;
    상기 광원의 입사광을 면광원으로 변환하는 도광판;
    상기 도광판 상에 설치되는 광학시트에 있어서,
    상기 광학시트는 제 1 지지필름, 상기 제 1 지지필름 상의 산과 골이 교번되는 제 1 패턴과 제 1 굴절율을 가지는 제 1 집광필름, 상기 제 1 집광필름의 상기 골에 충진되는 제 2 패턴과 제 2 굴절율을 가지는 제 2 집광필름 및 상기 제 2 집광필름 상의 제 2 지지필름을 포함하고, 상기 제 2 굴절율은 상기 제 1 굴절율보다 크며,
    상기 제 1 집광필름의 상기 산은 제 1 및 제 2 경사각과 상기 제 1 및 제 2 경사각에 의해 결정되는 꼭지각으로 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 경사각은 대칭 또는 비대칭이며, 상기 제1 및 제 2 경사각은 각각 69도 내지 89도의 범위를 갖고,
    상기 제 1 및 제 2 지지필름 중 어느 하나의 표면에, 비드를 포함한 바인더를 도포하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
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