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KR101440050B1 - 헤테로-코닉 렌즈를 갖는 집광 필름을 포함하는 백라이트 유닛 - Google Patents

헤테로-코닉 렌즈를 갖는 집광 필름을 포함하는 백라이트 유닛 Download PDF

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KR101440050B1
KR101440050B1 KR1020100125563A KR20100125563A KR101440050B1 KR 101440050 B1 KR101440050 B1 KR 101440050B1 KR 1020100125563 A KR1020100125563 A KR 1020100125563A KR 20100125563 A KR20100125563 A KR 20100125563A KR 101440050 B1 KR101440050 B1 KR 101440050B1
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conic lens
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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로, 광원; 상기 광원에서 출사되는 빛을 균일하게 분산시키는 광학 부재; 및 상기 광학 부재로부터 출사되는 빛을 집광시키는 집광 필름을 적어도 2 이상 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다. 이때, 상기 집광 필름은 그 일면에 하기 식 (1)로 표시되는 제1코닉 렌즈와 하기 식 (2)로 표시되는 제2코닉 렌즈의 결합에 의해 형성되는 헤테로-코닉 렌즈들이 2차원적으로 배열된다.
식 (1)
Figure 112010081182241-pat00007

상기 식 (1)에서, r1은 제1코닉 렌즈의 가상의 정점에서의 곡률반경이고, k1은 제1코닉 렌즈의 코닉 상수이며, H1은 제1코닉 렌즈의 밑면에서 가상의 정점까지의 높이이며,
식 (2)
Figure 112010081182241-pat00008

상기 식 2에서, r2는 제2코닉 렌즈의 정점에서의 곡률반경이고, k2는 제2코닉 렌즈의 코닉 상수이며, H2는 제2코닉 렌즈의 밑면에서 정점까지의 높이이고, y0는 제2코닉 렌즈의 밑면 직경과 제1코닉 렌즈의 단면 직경이 동일해지는 지점의 제1코닉 렌즈 밑면으로부터의 높이임.

Description

헤테로-코닉 렌즈를 갖는 집광 필름을 포함하는 백라이트 유닛{BACKLIGHT UNIT COMPRISING CONDENSING FILM HAVING HETERO-CONIC LENSES}
본 발명은 백라이트 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 헤테로-코닉 렌즈들이 2차원적으로 배열된 집광 필름을 포함하여, 휘도 및 시야각 특성이 우수한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 스스로 빛을 내지 못하는 수동 소자로, 광을 공급해주는 백라이트 유닛이 필수적이다. 한편, 최근 친환경 기술이 강조되면서 동일 전력으로 더 우수한 휘도 특성을 갖는 제품에 대한 관심이 더욱 높아지고 있는 실정이다. 따라서 백라이트 유닛의 휘도 특성을 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
종래에 가장 보편적으로 사용되던 백라이트의 휘도 향상 방법은 프리즘이나 렌티큘러 시트와 같은 집광 필름을 사용하는 것이다. 특히 2매의 프리즘 시트를 적층하여 사용할 경우, 휘도 특성이 크게 향상되는 것으로 알려져 있다. 그러나 이 방법의 경우, 휘도 특성은 우수하게 나타나나, 시야각이 나빠진다는 문제가 있다. 따라서, 시야각 특성을 개선하기 위해, 반구형의 마이크로-렌즈 어레이 시트를 2매 또는 3매씩 적층하여 사용하는 방법이 고려되고 있으나, 반구형의 마이크로-렌즈 어레이 시트만으로는 만족할 만한 휘도 향상 효과를 얻을 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 휘도와 시야각 특성 모두에서 충분한 효과를 얻을 수 있는 새로운 집광 시트가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 헤테로-코닉 렌즈가 배열되어, 휘도와 시야각 특성이 모두 우수한 집광 필름을 포함하는 백라이트 유닛을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명은 광원; 상기 광원에서 출사되는 빛을 균일하게 분산시키는 광학 부재; 및 상기 광학 부재로부터 출사되는 빛을 집광시키는 집광 필름을 적어도 2 이상 포함하며, 상기 집광 필름의 일면에 하기 식 (1)로 표시되는 제1코닉 렌즈와 하기 식 (2)로 표시되는 제2코닉 렌즈의 결합에 의해 형성되는 헤테로-코닉 렌즈들이 2차원적으로 배열되는 백라이트 유닛을 제공한다.
식 (1)
Figure 112010081182241-pat00001
상기 식 (1)에서, r1은 제1코닉 렌즈의 가상의 정점에서의 곡률반경이고, k1은 제1코닉 렌즈의 코닉 상수이며, H1은 제1코닉 렌즈의 밑면에서 가상의 정점까지의 높이이며,
식 (2)
Figure 112010081182241-pat00002
상기 식 2에서, r2는 제2코닉 렌즈의 정점에서의 곡률반경이고, k2는 제2코닉 렌즈의 코닉 상수이며, H2는 제2코닉 렌즈의 밑면에서 정점까지의 높이이고, y0는 제2코닉 렌즈의 밑면 직경과 제1코닉 렌즈의 단면 직경이 동일해지는 지점의 제1코닉 렌즈 밑면으로부터의 높이임.
이때, 상기 r1은 바람직하게는 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 65%이고, 더 바람직하게는 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 50%이며, 가장 바람직하게는 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 30%이다.
또한, 상기 k1은 바람직하게는 -2.6 내지 -1.2이고, 더 바람직하게는 -2.6 내지 -1.4이며, 가장 바람직하게는 -2.6 내지 -1.6이다.
한편, 상기 r2는 바람직하게는 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 200%이고, 더 바람직하게는 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 180%이며, 가장 바람직하게는 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 150%이다. 또한, k2는 k1과 다른 값을 가지면서 바람직하게는 -10000 내지 -1.1이고, 더 바람직하게는 -1000 내지 -1.1이며, 가장 바람직하게는 -100 내지 -1.1이다.
한편, 상기 헤테로-코닉 렌즈들은 허니컴 구조로 배열되는 것이 바람직하다.
상기 광학 부재는 확산판이거나 도광판일 수 있다.
본 발명은 다른 측면에서, 상기한 바와 같이 이루어진 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명과 같이 이종의 렌즈의 조합으로 이루어진 헤테로-코닉 렌즈들이 이차원적으로 배열된 집광 필름을 백라이트 유닛에 사용할 경우, 고 휘도이면서도 우수한 시야각 특성을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 백라이트 유닛의 실시예들을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 집광 필름의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 헤테로-코닉 렌즈의 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 헤테로-코닉 렌즈의 배열의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1, 7과 비교예 1, 2, 8에 따른 집광 필름의 수평 시야각에 따른 휘도 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1, 7과 비교예 1, 2, 8에 따른 집광 필름의 수직 시야각에 따른 휘도 특성을 보여주는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 백라이트 유닛의 구성이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 백라이트 유닛은 광원(100), 광학 부재(200) 및 집광 필름(400)을 포함하여 이루어지며, 필요에 따라, 확산 필름(300)을 추가로 포함할 수도 있다.
상기 광원(100)은 백라이트 유닛에 광을 공급하기 위한 것으로, 광원의 위치에 따라 엣지형 광원과 직하형 광원으로 나뉜다. 본 발명에서는 용도에 따라 엣지형 광원과 직하형 광원을 모두 사용할 수 있다.
다음으로, 상기 광학 부재(200)는 상기 광원에서 출사되는 빛을 균일하게 분산시키기 위한 것이다. 일반적으로 백라이트 유닛에 사용되는 광원은 점광원이나 선광원인 경우가 많으며, 이러한 점광원이나 선광원을 사용할 경우, 램프와 가까운 부분은 밝고, 램프와 먼 부분은 어둡게 나타나는 램프 무라 현상이 나타난다. 광학 부재(200)는 이와 같은 램프 무라 현상을 억제하고, 광원에서 출사된 빛이 화면 전 영역에 고르게 분산되도록 하기 위한 것으로, 엣지형 광원인 경우에는 상기 광학 부재(200)로 도광판을 사용하고, 직하형 광원인 경우에는 상기 광학 부재(200)로 확산판을 사용하는 것이 일반적이다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광학 부재와 집광 필름 사이 또는 도시되지는 않았으나 집광 필름 상부에 확산 필름(300)이 추가로 삽입될 수 있으며, 확산 필름 이외에도 필요에 따라, 추가적인 광학 필름들을 더 포함할 수도 있다
한편, 상기 집광 필름(400)은 빛을 디스플레이 정면 방향으로 집광시키기 위한 것으로, 본 발명의 경우, 상기 식 (1)로 표시되는 제1코닉 렌즈와 상기 식 (2)로 표시되는 제2코닉 렌즈의 결합에 의해 형성되는 헤테로-코닉 렌즈들이 2차원적으로 배열된 집광 필름을 사용하는 것을 그 특징으로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 집광 필름의 일례를 보여주는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 집광 필름(400)은 그 일면에 2차원적으로 배열된 다수의 헤테로-코닉 렌즈(hetero-conic lens)(420)들을 포함한다.
여기서, 헤테로-코닉 렌즈(hetero-conic lens)란, 이종(異種)의 코닉 렌즈가 결합되어 형성된 렌즈를 의미한다. 한편, 코닉 렌즈(conic lens)는 렌즈 형상이 곡면으로 이루어진 렌즈를 말하는 것으로, 예를 들면, 반구형 렌즈, 타원형 렌즈, 포물선형 렌즈, 쌍곡선형 렌즈 등을 모두 포함하는 개념이다. 일반적으로 코닉 렌즈의 형상은 렌즈의 정점에서의 곡률 반경(보통 r로 표시됨)과 코닉 상수(보통 k로 표시됨)를 변수로 하는 함수로 표시된다. 이때 상기 코닉 상수 k는 렌즈의 형상을 결정하는 것으로, k=0이면 원형, k=-1이면 포물선 형태의 렌즈가 나타나며, -1 < k < 0이면 타원형의 렌즈가 나타나며, k<-1이면 쌍곡선 형태의 렌즈가 나타난다.
한편, 헤테로-코닉 렌즈(420)를 형성하는 코닉 렌즈들은 그 형상이 상이하며, 보다 구체적으로는 서로 다른 렌즈식에 의해 표시된다. 편의상 헤테로-코닉 렌즈(20)의 하부를 형성하는 렌즈를 제1코닉 렌즈(422), 헤테로-코닉 렌즈(420)의 상부를 형성하는 렌즈를 제2코닉 렌즈(424)라 하기로 할 때, 본 발명의 헤테로 코닉 렌즈(420)는 하기 식 (1)로 표시되는 제1코닉 렌즈와 하기 식 (2)로 표시되는 제2코닉 렌즈의 결합에 의해 형성된다.
식 (1)
Figure 112010081182241-pat00003
상기 식 (1)에서, 상기 r1은 상기 식(1)을 만족하는 렌즈를 가정하였을 때, 그 렌즈의 정점에서의 곡률 반경을 의미하며, k1은 제1코닉 렌즈의 코닉 상수이며, H1은 제1코닉 렌즈의 밑면에서 그 렌즈의 가상의 정점까지의 높이를 의미한다. 이때 상기 제1코닉 렌즈의 가상의 정점이란, 도 3에 A로 표시되는 점을 말하는 것으로, 실제 본 발명의 헤테로-코닉 렌즈에서는 구현되지 않으나, 식(1)로 표시되는 렌즈의 이론적인 정점을 의미한다.
식 (2)
Figure 112010081182241-pat00004
상기 식 (2)에서, 상기 r2은 제2코닉 렌즈의 정점(B)에서의 곡률 반경을 의미하며, k2은 제2코닉 렌즈의 코닉 상수, H2는 제2코닉 렌즈의 밑면(S2)에서 정점(B)까지의 높이이고, y0는 제2코닉 렌즈의 밑면(S2) 직경(D2)과 제1코닉 렌즈의 단면 직경이 동일해지는 지점에 해당하는 높이로, 제1코닉 렌즈 밑면(S1)으로부터 제2코닉 렌즈의 밑면(S2)까지의 높이를 의미한다.
제1코닉 렌즈가 상기 식 (1)로 표시될 경우, r1은 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 65%, 더 바람직하게는 2% 내지 50%, 가장 바람직하게는 2% 내지 30% 정도인 것이 바람직하다. r1이 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2%보다 작으면, 중심 휘도는 상승하지만 측면 시야각에서 강한 사이드-로브(side-lobe, 시야각의 증가에 따른 휘도가 감소하였다가 증가하는 특성)가 발생하는 문제가 있으며, 65%보다 크면 비록 넓은 시야각과 사이드-로브(side-lobe)가 없는 우수한 시야각 특성을 가지나 최고 휘도 수준이 반구형의 마이크로-렌즈 어레이 광학 시트 2매의 구성보다 떨어지는 문제가 있다.
한편, 상기 k1은 -2.6 내지 -1.2, 더 바람직하게는 -2.6 내지 -1.4, 가장 바람직하게는 -2.6 내지 -1.6 정도인 것이 바람직하다. k1이 -2.6 보다 작거나 -1.2 보다 크면, 최고 휘도 수준이 기존의 반구형 마이크로-렌즈 어레이 광학 시트 2매의 구성보다 떨어지는 문제가 있다.
다음으로, 제2코닉 렌즈가 상기 식 (2)로 표시될 경우, r2는 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 200%, 더 바람직하게는 2% 내지 180%, 가장 바람직하게는 2% 내지 150% 정도인 것이 바람직하다. r2이 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2%보다 작으면, 중심 휘도는 상승하지만 측면 시야각에서 강한 사이드-로브(side-lobe)가 발생하는 문제가 있으며, 200%보다 크면 제2 코닉 렌즈의 형성에 있어서 r2 변수의 영향이 미미하다. k2는 k1과 다른 값을 가지면서 -10000 내지 -1.1, 더 바람직하게는 -1000 내지 -1.1, 가장 바람직하게는 -100 내지 -1.1 정도인 것이 바람직하다. k2가 -10000보다 작으면 코닉 렌즈의 형성에 있어서 k2 변수의 영향이 미미하며, -1.1 보다 크면 최고 휘도 수준이 기존의 반구형 마이크로-렌즈 어레이 광학 시트 2매의 구성보다 떨어지는 문제가 있다.
일반적으로 본 발명에서 헤테로-코닉 렌즈(420)의 피치(P)는 10 내지 500㎛ 정도인 것이 바람직하다. 여기서 헤테로-코닉 렌즈의 피치는 도 4에 도시된 바와 같이, 이웃한 헤테로-코닉 렌즈들의 밑면의 중심 사이의 거리를 말하는 것으로, 헤테로-코닉 렌즈의 피치가 10㎛보다 작으면, 렌즈 금형 제작상에 어려움이 있으며, 500㎛보다 크면 렌즈의 높이가 커져서 렌즈의 부피 증가로 제조 원가가 상승하고, 외관상 렌즈의 형상이 쉽게 시인되며, 광 분포의 균일성을 떨어뜨려 외관 품질을 떨어뜨릴 수 있기 때문이다.
한편, 상기 헤테로-코닉 렌즈의 2차원 배열 형태는 특별히 한정되지는 않으며, 설계자가 적절한 형태로 선택할 수 있다. 도 4는 본 발명의 헤테로-코닉 렌즈(20)의 배열의 일례를 보여주기 위한 것으로, 본 발명의 헤테로-코닉 렌즈들의 하부 면 배열 상태가 도시되어 있다. 본 발명의 헤테로-코닉 렌즈들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 허니컴(honeycom) 구조로 배열될 수 있다. 헤테로-코닉 렌즈의 배열을 허니컴(honeycom) 구조로 하는 경우, 렌즈들 사이의 공극을 최소화할 수 있으며, 다른 배열에 비해 집광 효과가 우수하다는 장점이 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 본 발명의 헤테로-코닉 렌즈들은 렌즈들 사이에 약간의 공극을 갖도록 배열될 수도 있다.
한편, 헤테로-코닉 렌즈(420)의 하부를 형성하는 제1코닉 렌즈의 밑면 직경(D1)은 기본적으로 헤테로-코닉 렌즈(420)의 2차원 배열의 형태 및/또는 헤테로-코닉 렌즈의 피치에 따라서, 그 범위가 달라질 수 있으며, 상기 헤테로-코닉 렌즈(20)의 2차원 배열 형태 및 헤테로-코닉 렌즈의 피치(P)는 사용목적, 용도, 적용되는 장치의 종류, 제작 용이성 등을 고려하여 설계자가 적절하게 선택할 수 있다.
보다 구체적으로는, 본 발명의 헤테로-코닉 렌즈들은 제1코닉 렌즈의 밑면 직경이 헤테로-코닉 렌즈의 피치(P)의 95 내지 116% 정도, 바람직하게는 98 내지 116% 정도, 가장 바람직하게는 100 내지 116% 정도가 되도록 배열하는 것이 바람직하다. 제1코닉 렌즈의 밑면 직경이 피치의 95% 보다 작으면, 기존의 반구형 마이크로 렌즈 어레이의 형상을 갖는 광학 시트를 2매 적층한 구성에 비해 최고 휘도 수준이 떨어진다. 한편, 제1코닉 렌즈의 밑면 직경이 피치의 116%보다 커지면, 허니컴 구조에서 평면 공극이 전혀 없게 되므로, 이러한 배치는 물리적으로 불가능하다.
한편, 상기 제2코닉 렌즈의 밑면 직경은 바람직하게는, 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 7 내지 76% 정도, 더 바람직하게는 10 내지 76%, 가장 바람직하게는 10 내지 35% 정도인 것이 좋다. 제2코닉 렌즈의 밑면 직경이 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 7%보다 작으면 헤테로 코닉 구조에 의한 효과가 미미해져서 사이드-로브(side-lobe)의 발생을 최소화하면서 휘도를 개선하는데 문제가 있고, 76%보다 크면 기존의 반구형 마이크로 렌즈 어레이의 형상을 갖는 광학 시트를 2매 적층한 구성에 비해 최고 휘도 수준이 떨어진다.
한편, 본 발명의 집광 필름(400)의 재질은 투명한 재질이면 되고, 특별히 제한되지 않는다, 예를 들면, 본 발명의 집광 필름(400)의 재질로는 수지, 플라스틱, 유리 등이 사용될 수 있다. 상기 수지로는, 예를 들면, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트 또는 라디칼 발생형 모노머 등이 사용될 수 있으며, 이들은 각각 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 상기 플라스틱으로는, 예를 들면, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리스타이렌(polystyrene, PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephtalate, PET), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 및 PMMA와 PS의 공중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 한편, 상기 유리로는 규소산화물(SiO2)에 산화리튬(Li2O)이나 산화붕소(B2O3) 또는 산화칼슘(CaO) 또는 산화칼륨(K2O) 또는 산화마크네슘(MgO) 등의 산화물을 첨가한 실리카(silica) 또는 실리케이트(silicate) 계열을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명과 같이 일면에 헤테로-코닉 렌즈가 형성된 집광 필름을 제조하는 방법은, 당해 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 본 발명 역시 이러한 종래의 기술을 이용하면 되고, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 수지를 이용하는 경우에는 기재와 원하는 형상이 음각된 금형 사이에 상기 경화성 수지를 흘려넣고 자외선이나 열을 이용하여 경화시키는 방법으로 형성할 수 있으며, 플라스틱이나 유리의 경우는 음각 형태의 사출 금형을 제작한 후, 금형 내로 플라스틱 또는 유리의 용융액을 주입한 후에 냉각하여 얻는 사출 공정을 이용할 수 있다. 또한, 유리의 경우는 RIE(Reactive ion etching) 등의 식각 공정 방법을 통해 형성할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 집광 필름을 백라이트 유닛에 사용할 경우, 백라이트 유닛의 휘도 및 시야각을 모두 개선할 수 있다. 특히, 본 발명의 집광 필름 2매를 적층하여 사용할 경우, 그 효과는 매우 현저하게 나타난다. 본 발명의 집광 필름을 사용할 경우, 휘도가 우수하면서 시야각 특성이 양호하게 나타나는 이유는 다음과 같다. 기본적으로 본 발명의 집광 필름은 2차원 배열을 갖기 때문에, 1차원 배열을 갖는 프리즘 시트나 렌티큘러 렌즈에 비해 우수한 시야각 특성을 갖는다. 한편, 본 발명의 집광 필름의 경우, 렌즈가 2개의 곡률을 가지기 때문에, 렌즈면에서 발생하는 광 리사이클링(recycling) 효과를 줄일 수 있다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면, 단일 곡면을 갖는 마이크로-어레이 렌즈나, 렌티큘러 렌즈 또는 프리즘 렌즈의 경우, 단일 곡면을 따라서, 또는 단일 기울기를 통해 전반사되거나 이에 상응하는 수준의 반사를 통해 집광 필름에서 광원이나 반사층 또는 기타 하부의 구조물로 리사이클링(Recycling)되는 광량이 적지 않다. 이와 같이 리사이클링된 빛이 다시 동일한 형태의 곡면이나 기울기를 만나게 되면, 또 한번 리사이클링될 가능성이 높다. 그러나, 렌즈의 곡면이 본 발명과 같이 서로 다른 2개 이상의 형상으로 형성될 경우, 제1차 곡면에 대해 전반사 특성을 갖는 광이라도, 제2차곡면에서는 전반사 특성을 갖지 않을 수 있고, 마찬가지로 제2차 곡면에 대해 전반사 조건을 만족한 광이라도, 제1차 곡면에 대해서는 전반사 조건을 만족하지 않을 수 있으므로, 확률적으로 단일 곡면의 단위 렌즈에 비해 빛의 리사이클링이 감소하여, 상대적으로 광 추출율이 늘어나고, 그 결과 휘도가 향상되게 된다. 한편, 이러한 효과는 집광 시트 2매 이상이 적층되어 있을 때 한층 배가된다.
한편, 상기와 같이 이루어진 본 발명의 백라이트 유닛은 액정표시장치에 장착될 수 있으며, 이 경우 종래의 액정표시장치들에 비해 고휘도이면서도, 시야각이 우수한 고품질의 화면을 구현할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더 자세히 설명한다.
실시예 1
P=50㎛, D1=58㎛, D2=7.5㎛, r1=8.5㎛, k1=-1.79, H1=23.6㎛, r2=8.6㎛, k2=-4.56, H2=0.7㎛, y0=22.8㎛인 식 (1)로 표시되는 제1코닉 렌즈 및 식 (2)로 표시되는 제2코닉 렌즈의 결합으로 이루어진 헤테로-코닉 렌즈들이 허니컴(honeycom) 구조로 2차원적으로 배열된 집광 필름을 형성하였다.
실시예 2
P=50㎛, D1=51㎛, D2=6.6㎛, r1=8.5㎛, k1=-1.79, H1=19.9㎛, r2=130㎛, k2=-4.56, H2=0.04㎛, y0=19.3㎛인 식 (1)로 표시되는 제1코닉 렌즈 및 식 (2)로 표시되는 제2코닉 렌즈의 결합으로 이루어진 헤테로-코닉 렌즈들이 허니컴(honeycom) 구조로 2차원적으로 배열된 집광 필름을 형성하였다.
실시예 3
D1=49㎛, H1=18.8㎛, y0=18.2㎛인 점을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 집광 필름을 형성하였다.
실시예 4
D2=44.1㎛, r1=37㎛, k1=-2.38, H1=9.6㎛, r2=6.3㎛, k2=-2.04, H2=16.4㎛, y0=3.7㎛인 점을 제외하고는, 실시예 1와 동일한 집광 필름을 형성하였다.
실시예 5
P=50㎛, D1=54㎛, D2=7.6㎛, r1=13.5㎛, k1=-1.26, H1=22.3㎛, r2=42㎛, k2=-5.43, H2=0.2㎛, y0=21.8㎛인 식 (1)로 표시되는 제1코닉 렌즈 및 식 (2)로 표시되는 제2코닉 렌즈의 결합으로 이루어진 헤테로-코닉 렌즈들이 허니컴(honeycom) 구조로 2차원적으로 배열된 집광 필름을 형성하였다.
실시예 6
D2=8.7㎛, r1=0.1㎛, k1=-2.65, H1=22.5㎛, r2=46.2㎛, k2=-5.05, H2=0.2㎛, y0=19.2㎛인 점을 제외하고는, 실시예 1와 동일한 집광 필름을 형성하였다.
실시예 7
P=50㎛, D1=56㎛, D2=5.6㎛, r1=3㎛, k1=-1.94, H1=25.8㎛, r2=3㎛, k2=-4.47, H2=0.9㎛, y0=24.7㎛인 식 (1)로 표시되는 제1코닉 렌즈 및 식 (2)로 표시되는 제2코닉 렌즈의 결합으로 이루어진 헤테로-코닉 렌즈들이 허니컴(honeycom) 구조로 2차원적으로 배열된 집광 필름을 형성하였다.
실시예 8
D2=18㎛, r1=9.5㎛, k1=-2.14, H1=20.1㎛, r2=4㎛, k2=-1.11, H2=9㎛, y0=16.5㎛인 점을 제외하고는, 실시예 1와 동일한 집광 필름을 형성하였다.
비교예 1
헤테로-코닉 렌즈를 갖는 집광 필름 대신 반지름이 25㎛인 반구형 렌즈들이 피치가 50㎛인 허니컴(honeycom) 구조로 2차원적으로 배열된 집광 필름을 형성하였다.
비교예 2
헤테로-코닉 렌즈를 갖는 집광 필름 대신 피치가 50㎛이고, 정점 각도가 90°인 프리즘 렌즈가 배열된 집광 필름을 형성하였다.
비교예 3
D1=47㎛, H1=17.8㎛, y0=17.2㎛인 점을 제외하고는, 실시예 3와 동일한 집광 필름을 형성하였다.
비교예 4
r1=38.3㎛, H1=9.4㎛, y0=3.6㎛인 점을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 집광 필름을 형성하였다.
비교예 5
k1=-1.15, H1=23.8㎛, y0=23.3㎛인 점을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 집광 필름을 형성하였다.
비교예 6
k1=-2.7, H1=22.2㎛, y0=18.9㎛인 점을 제외하고는, 실시예 6과 동일한 집광 필름을 형성하였다.
비교예 7
D2=45.2㎛, H2=16.9㎛, y0=3.4㎛인 점을 제외하고는, 실시예 4와 동일한 집광 필름을 형성하였다.
비교예 8
D2=1.7㎛, r1=1㎛, H1=27.8㎛, r2=1㎛, H2=0.2㎛, y0=27.5㎛인 점을 제외하고는, 실시예 7과 동일한 집광 필름을 형성하였다.
비교예 9
k2=-1, H2=10.1㎛인 점을 제외하고는, 실시예 8과 동일한 집광 필름을 형성하였다.
실험예 1
상기 실시예 1~8, 비교예 1~9의 집광 필름 2매를 백라이트 상에 적층하였을 때의 중심 휘도 값을 레이-트레이싱 프로그램(Ray-tracing program, 람다리서치사(Lambda Research Co.)의 TracePro)을 이용한 시뮬레이션을 통해 측정하였다. 측정 결과는 하기 [표 1]에 기재하였다. 여기서, 프리즘 집광 필름 2매의 경우(비교예 2)는 각각의 프리즘 배열 방향이 서로 수직이 되도록 배열하였다.
시뮬레이션 조건은 다음과 같다.
1. 광원으로 약 28mm의 간격으로 배열된 16개의 CCFL 램프로 이루어진 TV용 백라이트 유닛을 사용.
2. 상기 백라이트 유닛 상부에 두께 2mm, 헤이즈(Haze)가 80%인 폴리스타이렌 재질의 확산판 및 확산 필름이 적층되고, 그 위에 상기와 같은 집광 필름 2매가 적층됨.
중심 휘도 [a.u.]
실시예 1 70.1
실시예 2 66.9
실시예 3 65.5
실시예 4 64.9
실시예 5 64.2
실시예 6 63.8
실시예 7 68.6
실시예 8 65.0
비교예 1 63.6
비교예 2 94.1
비교예 3 62.6
비교예 4 60.3
비교예 5 60.1
비교예 6 63.0
비교예 7 61.8
비교예 8 67.5
비교예 9 62.1
실험예 2
실시예 1, 7, 비교예 1, 2, 8의 집광 필름 2매를 백라이트 상에 적층하였을 때의 수평 시야각에 따른 휘도 특성과 수직 시야각에 따른 휘도 특성을 레이-트레이싱 프로그램(Ray-tracing program, 람다리서치사(Lambda Research Co.)의 TracePro)을 이용한 시뮬레이션을 통해 측정하였다. 수평 시야각에 따른 휘도 특성은 도 5에, 수직 시야각에 따른 휘도 특성은 도 6에 도시하였다. 이때 상기 도 5 및 도 6에 도시된 시야각 특성 그래프는 비교를 위해 휘도 특성을 각각의 실시예 및 비교예의 중심 휘도로 정규화(normalization)하여 나타내었다.
도 5 및 도 6과 표1에 나타난 실시예들과 비교예들의 측정 결과를 비교해 볼 때, 본 발명의 헤테로-코닉 렌즈를 갖는 집광 필름을 사용할 경우, 설계 변수들을 적절하게 조절함으로써, 종래의 어떤 집광 필름보다도 우수한 휘도와 양호한 시야각 특성을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
100 : 광원
200 :광학 부재
300 : 확산 필름
400 : 집광 필름
420 : 헤테로-코닉 렌즈
422 : 제1코닉 렌즈
424 : 제2코닉 렌즈

Claims (17)

  1. 광원;
    상기 광원에서 출사되는 빛을 균일하게 분산시키는 광학 부재; 및
    상기 광학 부재로부터 출사되는 빛을 집광시키는 집광 필름을 적어도 2 이상 포함하며,
    상기 집광 필름의 일면에 하기 식 (1)로 표시되는 제1코닉 렌즈와 하기 식 (2)로 표시되는 제2코닉 렌즈의 결합에 의해 형성되는 헤테로-코닉 렌즈들이 2차원적으로 배열되는 백라이트 유닛.

    식 (1)
    Figure 112014018009579-pat00005

    상기 식 (1)에서, x는 코닉 렌즈의 중앙으로부터 코닉 렌즈의 폭 방향의 거리, y는 x 위치에서의 렌즈 높이를 의미하고, r1은 제1코닉 렌즈의 가상의 정점에서의 곡률반경이고, k1은 제1코닉 렌즈의 코닉 상수이며, H1은 제1코닉 렌즈의 밑면에서 가상의 정점까지의 높이이며, y0는 제2코닉 렌즈의 밑면 직경과 제1코닉 렌즈의 단면 직경이 동일해지는 지점의 제1코닉 렌즈 밑면으로부터의 높이이고,

    식 (2)
    Figure 112014018009579-pat00006

    상기 식 (2)에서, x는 코닉 렌즈의 중앙으로부터 코닉 렌즈의 폭 방향의 거리, y는 x 위치에서의 렌즈 높이를 의미하고, r2는 제2코닉 렌즈의 정점에서의 곡률반경이고, k2는 제2코닉 렌즈의 코닉 상수이며, H2는 제2코닉 렌즈의 밑면에서 정점까지의 높이이고, y0는 제2코닉 렌즈의 밑면 직경과 제1코닉 렌즈의 단면 직경이 동일해지는 지점의 제1코닉 렌즈 밑면으로부터의 높이임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 r1은 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 65%인 백라이트 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 r1은 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 50%인 백라이트 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 r1은 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 30%인 백라이트 유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 k1은 -2.6 내지 -1.2인 백라이트 유닛.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 k1은 -2.6 내지 -1.4인 백라이트 유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 k1은 -2.6 내지 -1.6인 백라이트 유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 r2은 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 200%인 백라이트 유닛.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 r2은 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 180%인 백라이트 유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 r2은 제1코닉 렌즈의 밑면 직경의 2% 내지 150%인 백라이트 유닛.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 k2은 k1과 다른 값을 가지면서 -10000 내지 -1.1인 백라이트 유닛.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 k2은 -1000 내지 -1.1인 백라이트 유닛.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 k2은 -100 내지 -1.1인 백라이트 유닛.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 헤테로-코닉 렌즈들은 허니컴 구조로 배열되는 백라이트 유닛.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 광학 부재는 확산판인 백라이트 유닛.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 광학 부재는 도광판인 백라이트 유닛.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항의 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치.
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