KR100646029B1 - 광학필름 및 이를 갖는 백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 입사되는 빛을 집광 굴절하여 출사시키는 광학적 구조물이 일체로 형성되어 있는 광학필름에 관한 것으로서, 상기 필름의 상기 광학적 구조물 내에는 입사되는 빛의 색에 대해 백생광을 출사시킬 수 있는 색의 형광체가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

이에 의하여, 휘도를 향상시키고, 무아레 현상을 방지함과 동시에, 액정패널로 전달되는 백색광의 균일도와 제품의 수명을 향상시킬 수 있고, 광학부품을 절감할 수 있는 광학필름 및 이를 갖는 백라이트 유닛을 제공된다.

광학필름, 백라이트, 광원, 형광체, 광학적 구조물, 백색광

Description

광학필름 및 이를 갖는 백라이트 유닛{Optical film and back light unit having the same}

도 1은 일반적인 광학필름 및 이를 갖는 백라이트 유닛의 간략한 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 광학필름의 간략한 단면도,

도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학필름의 간략한 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 광학필름이 구비된 백라이트 유닛의 간략한 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 광학필름 5 : 광학적 구조물

7 : 형광체 10 : 백라이트 유닛

20 : 광원 30 : 도광판

40 : 액정패널

본 발명은, 광학필름 및 이를 갖는 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형광물질을 포함하는 광학필름 및 이를 갖는 백라이트 유닛에 관한 것이다.

LCD모니터나 휴대폰 액정화면 등의 영상 표시용 컬러 디스플레이장치에는 도 1에 도시된 바와 같이, 액정패널로 백색광을 공급하기 위한 백라이트 유닛(110)이 마련된다.

이러한 백라이트 유닛(110)은 광원(120)으로부터 발산된 백색광이 도광판(130)과, 확산필름(131) 및 프리즘필름(133)과 보호필름(135)을 거쳐 액정패널(140)로 공급됨으로써, 액정패널(140)에 컬러영상이 표시된다.

이와 같은, 종래 백색광을 액정패널(140)로 공급하는 백라이트 유닛(110)에 있어서는, 일반적으로 백색광을 발생하는 광원(120)이 청색 발광다이오드(121)와 황색 형광체(123)가 혼합된 열경화성 레진으로 밀봉된 광원(120)을 사용하고 있다.

그런데, 형광체를 LED 칩을 밀봉하는 레진에 혼합하여 사용하게 되면, LED 칩에서 발생하는 열에 의해 형광체의 광변환 효율이 저하되고, 형광체의 수명이 짧아지는 문제점이 있다. 또한, 형광체에 의해 산란되는 광이 LED 패키지내에서 다시 형광체에 의해 흡수되어 광손실이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 프리즘 필름의 주기적인 격자 무늬의 중첩으로 인한 무아레 무늬가 발생하는 문제점이 있다.

한편, 도시하지 않은 대한민국 특허 공개 제10-2004-0090667호에는 LCD 백라이트 유닛의 구성요소중 도광판에 형광체를 포함시키는 기술이 개시된 바 있다.

하지만, 일반적인 백라이트 유닛에 사용되는 도광판의 경우 광원에 근접한 부분과 이격된 부분 사이에서 발생하는 광량 차이로 인해 균일도를 확보하기 어렵기 때문에, 도광판 표면에 균일도를 확보하기 위한 패턴을 사용한다.

따라서, 도광판에 형광체를 포함하는 경우, 도광판에서 출사되는 광의 색 분포가 도광판의 공간별로 서로 다른 특성을 갖기 때문에, 이를 해결하기 위한 추가적인 광학부품 또는 수단이 필요한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 휘도를 향상시키고, 무아레 현상을 방지함과 동시에, 액정패널로 전달되는 백색광의 균일도와 제품의 수명을 향상시킬 수 있고, 광학부품을 절감할 수 있는 광학필름 및 이를 갖는 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 입사되는 빛을 집광 굴절하여 출사시키는 광학적 구조물이 일체로 형성되어 있는 광학필름에 있어서, 상기 필름의 상기 광학적 구조물 내에는 입사되는 빛의 색에 대해 백생광을 출사시킬 수 있는 색의 형광체가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 광학필름에 의해서 달성된다.

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이때, 상기 형광체는 입사되는 빛이 청색인 경우 이것과 보색관계인 황색광을 발광하여 전체적으로 백색광을 내도록 하는 것이 바람직하다. 입사되는 빛이 자외영역(UV)일 경우에는 적색, 녹색, 청색(RGB)의 세가지 형광체를 포함시켜서 백색광을 내도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 광학적 구조물은 삼각단면, 부분원호단면, 다각형단면 중 어느 하나의 광학적 단면들에 의해 형성되는 것이 보다 효과적이다.

한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 분야에 따르면, 광원과, 상기 광원으로부터 전달되는 빛을 집광 굴절하여 출사시키는 광학적 구조물이 일체로 형성되어 있는 적어도 하나의 광학필름을 구비한 백라이트 유닛에 있어서, 상기 광학필름에는 상기 광학적 구조물내에 상기 광원으로부터 전달되는 빛을 백색광으로 출사시키기 위한 형광체가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛에 의해서도 달성된다.

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이때, 상기 광원은 자외LED, 청색LED중 적어도 어느 하나로 마련되며, 상기 형광체는 상기 광원으로부터 입사되는 빛의 색에 대해 백색광을 출사시킬 수 있는 발광색을 갖는 것이 보다 바람직하다.

그리고, 상기 광학적 구조물은 삼각단면, 부분원호단면, 다각형단면 중 어느 하나의 광학적 단면들에 의해 형성되는 것이 보다 효과적이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 광학필름의 간략한 단면도이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학필름의 간략한 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광학필름(1)은 광투과성 재질에 의해 형성되는 필름(3)과, 필름(3)에 포함되는 형광체(7)를 포함한다.

필름은 가시광역에서 빛이 원활하게 투과될 수 있는 광투과성 재료로서 PP, PE, PET, 폴리카보네이트, 아크릴계 폴리머 등의 재료 중 어느 하나로 형성되며, 필름(3)의 적어도 일 측면에는 입사되는 빛에 대해 소정의 광학작용을 유도하여 출사시키는 광학적 구조물(5)이 형성된다.

이 광학적 구조물(5)은 도 2에 도시된 바와 같이, 입사된 빛을 필름(3)의 수직한 출사방향으로 집광 굴절시키는 삼각단면 형상의 광학적 단면(5a)들에 의해 형성되거나, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 입사된 빛을 필름(3)의 출사방향으로 확산되도록 굴절시키는 부분 원호상의 광학적 단면(5a)들에 의해 형성된다.

여기서, 광학적 구조물(5)의 단면(5a)은 전술한 삼각단면, 부분 원호상 단면을 포함한 다각형 단면 등 다양한 형태로 변경될 수 있다.

또한, 광학적 단면(5a)들에 의해 형성되는 광학적 구조물(5)은 전술한 도면에 도시된 바와 같이, 필름(3)의 광 출사면(도면상으로 볼 때 필름(3)의 상부면)에 형성될 수도 있으며, 도시하지는 않았지만, 필름(3)의 광 입사면(도면상으로 볼 때 필름(3)의 하부면)에 형성될 수도 있고, 또한, 필름(3)의 입사면과 출사면 양측에 모두 형성될 수도 있다.

한편, 형광체(7)는 필름(3)의 광학적 구조물(5) 내에 분포되어 필름(3)으로 입사되는 빛을 백색광으로 변환시킨다. 이를 위해서, 형광체(7)는 입사되는 빛의 색에 대해 백색광을 출사시킬 수 있는 발광색을 갖는데, 예를 들어 입사광이 청색(Blue)일 경우 형광체(7)의 발광 색상은 노란색(Yellow)을 가지게 되며, 입사광이 자외선(UV)일 경우 형광체(7)는 각각 적색, 녹색, 청색(RGB)을 갖는 세가지 형광체로 이루어지는 것이 바람직하다.

이때, 형광체(7)는 미세 입자상으로 마련되어 필름(3)을 제조할 때, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 필름(3)의 광학적 구조물(5) 내에 분포되는 것이 바람직하다.

이러한 형광체(7)는 YAG, TAG, 또는 CaS, ZnO, ZnS등의 무기물 형광체로 마련될 수 있는데, 이와 같은 무기물 형광체는 고분자 필름(3)에 비해 우수한 경도와 내구성 및 내열성 등의 특성을 가지고 있다. 이와 같은, 특성은 광학필름(1)의 경도와 내구성 및 내열성을 향상시키는 것을 의미한다.

또한, 무기물 형광체는 그 크기가 수십 nm에서 수백 um로 빛을 확산시키는 광학적 특성을 가지고 있다. 이러한 광학적 특성은 광학필름(1)의 광 확산성능을 향상시킴으로써, 출사광이 광학필름(1) 전 면적에 균일하게 분포될 수 있으며, 이 로 인하여 인접하는 광학필름(1)들의 격자 무늬의 중첩으로 인해 발생되는 무아레 현상이 빛의 확산에 의해 억제된다.

또한, 입력전력의 90%정도를 열로 방출시키는 열원으로부터 형광체가 멀리 떨어져서 광학 필름(1)에 분포하고 있기 때문에 형광체의 광변환효율이 증가하므로써 휘도의 향상을 가져올 수 있고, 형광체의 수명도 크게 향상될수 있다.

한편, 도 5은 본 발명에 따른 광학필름이 구비된 백라이트 유닛의 간략한 구성도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 백라이트 유닛(10)은 광원(20)과, 광원(20)으로부터 전달되는 빛을 도파시키는 도광판(30)과, 도광판(30)으로부터 전달되는 빛에 대해 소정의 광학작용을 유도하면서 백색광으로 변환하여 액정패널(40)로 출사시키는 적어도 하나의 광학필름(1)을 포함한다. 여기서, 광원(20)과 광학필름(1)을 제외한 구성은 일반적인 백라이트 유닛의 구성과 거의 동일하므로 이하에서는 광원(20)과 광학필름(1)에 대해서만 설명한다.

광원(20)은 LED 모듈내에 형광체(7)를 포함하지 않는 발광다이오드(LED)(21)로 마련된다. LED(21)는 자외 LED, 혹은 청색LED 중 하나로 마련되는 것이 바람직하다.

그리고, 광학필름(1)은 전술한 광학필름(1) 중 어느 하나로서, 필름(3) 내에 형광체(7)를 포함하고 있다. 이때, 형광체(7)는 광원(20)으로부터 입사되는 빛의 색에 대해 백색광을 출사시킬 수 있는 발광색을 갖는 것으로서, 광원(20)이 청색(Blue)LED일 경우 형광체(7)의 발광 색상은 노란색(Yellow)을 가지게 되어 형광체는 청색을 일부 흡수하여 노란색을 발광하게 되고, 흡수되지 않은 청색은 그냥 투과하여 보색관계에 있는 두색이 조합하여 백색을 띄게 된다.

광원(20)이 자외선(UV)일 경우, 형광체는 각각 적색, 녹색, 청색(RGB)의 색상을 갖는 세가지 종류의 형광체로 되어 LED의 자외선을 전부 흡수하여 이들 세 개의 형광체에서 발광되는 적색, 녹색, 청색의 조합에 의해 백색을 내게 된다.

여기서, 광학필름(1)의 다른 구조적인 특징 즉 광학적 구조물(5)과 광학적 단면(5a) 구조 등은 전술한 광학필름(1)과 동일하므로 그 설명은 생략한다.

이러한 구성에 의해서, 본 발명에 따른 광학필름 및 이를 구비한 백라이트 유닛(10)은 광원(20)으로부터 발산된 빛이 광학필름(1)을 통과하면서 백색광으로 변환되어 디스플레이장치의 액정패널(40)로 전달됨으로써, 백색광의 손실이 최소화되어 액정패널(40)로 전달된다.

그리고, 광학필름(1)의 광학적 구조물(5)에서 빛의 집광 굴절 작용이 유도됨과 동시에, 형광체(7)에 의한 확산 작용이 발생함으로써, 출사되는 빛이 광학필름(1)의 전 면적에서 균일하게 출사된다.

또한, 광학필름(1)에 분포된 형광체(7)에 의한 빛의 확산 작용에 의해서 광학필름(1)들의 주기적인 격자무늬의 중첩에 의해 발생될 수 있는 무아레 현상이 억제된다.

또한, 형광체(7)에 의해 광학필름(1)의 경도와 내구성 및 내열성이 향상되므로, 광학필름(1)의 제조공정 및 조립공정에서 발생할 수 있는 광학필름(1)의 변형과 광학적 구조물(5)의 손상을 방지하여 제품의 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 도광판(30)에서 균일한 광이 출사되고, 이를 백색광으로 변환하기 위한 형광체(7)를 광학필름(1)에 포함시킴으로써, 백라이트 유닛 전체에서 균일한 색 분포를 갖는 백색광을 제공할 수 있다.

뿐만 아니라, 광학필름(1)에 포함된 형광체(7)의 경우 빛을 산란시키는 역할을 추가로 제공하기 때문에, 광학필름(1)의 광학적 구조(5)에 의한 집광 기능과 형광체에 의한 산란 기능을 동시에 제공하게 된다. 이에 의해, 산란 기능을 위한 광학부품을 추가하지 않아도 집광효율 및 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 형광체(7)를 포함한 광학필름(1)의 광학적 구조물(5)의 단면형상이 원호단면(마이크로 렌즈)으로 형성되는 경우에는 집광효율을 더욱 증가시킬 수 있으며, 원호단면(마이크로 렌즈) 구조에 의해 왯 아웃(wet out) 현상을 제거할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 휘도를 향상시키고, 무아레 현상을 방지함과 동시에, 액정패널로 전달되는 백색광의 균일도와 제품의 수명을 향상시킬 수 있고, 광학부품을 절감할 수 있는 광학필름 및 이를 갖는 백라이트 유닛을 제공된다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 입사되는 빛을 집광 굴절하여 출사시키는 광학적 구조물이 일체로 형성되어 있는 광학필름에 있어서,

   상기 필름의 상기 광학적 구조물 내에는 입사되는 빛의 색에 대해 백생광을 출사시킬 수 있는 색의 형광체가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 광학필름.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제2항에 있어서,

   상기 광학적 구조물은 삼각단면, 부분원호단면, 다각형단면 중 어느 하나의 광학적 단면들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학필름.
6. 삭제
7. 광원과, 상기 광원으로부터 전달되는 빛을 집광 굴절하여 출사시키는 광학적 구조물이 일체로 형성되어 있는 적어도 하나의 광학필름을 구비한 백라이트 유닛에 있어서,

   상기 광학필름에는 상기 광학적 구조물내에 상기 광원으로부터 전달되는 빛을 백색광으로 출사시키기 위한 형광체가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,

   상기 광원은 자외LED, 청색LED 중 적어도 어느 하나로 마련되며, 상기 형광체의 발광색은 상기 광원으로부터 입사되는 빛의 색에 대해 백색광을 출사시킬 수 있는 색을 갖는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
10. 제9항에 있어서,

    상기 광학적 구조물은 삼각단면, 부분원호단면, 다각형단면 중 어느 하나의 광학적 단면들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.

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