KR20080094495A - Ｌｃｄ 백라이트 유닛용 집광 필름 및 이를 이용한 ｌｃｄ백라이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름에 관한 것으로, 본 발명의 집광 필름은 필름부, 상기 필름부 상면에 형성되는 출광부 및 상기 필름부 하면에 위치하는 입광부로 이루어지며, 상기 집광 필름 내부에 광확산제가 포함되는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명은 집광 필름은 빛을 산란시킬 수 있는 광 확산제를 포함함으로써, 집광 필름에서 출광되는 빛의 휘도 분포 특성을 개선하여 시야각을 향상시키고, 핫밴드(hotband)의 발생을 방지하는 효과를 가져왔다.

집광 필름, 백라이트 유닛, 광 확산제, 집광 시트

Description

ＬＣＤ 백라이트 유닛용 집광 필름 및 이를 이용한 ＬＣＤ 백라이트 유닛{Condensing Film for LCD Backlight Unit and LCD Backlight Unit thereof}

도 1은 종래의 백라이트 유닛을 나타내는 도면이고,

도 2는 집광 필름의 시야각에 따른 휘도 분포를 나타내는 그래프이며,

도 3은 본 발명의 집광 필름의 구조를 설명하기 위한 도면이고,

도 4는 광 확산체가 포함된 본 발명의 집광 필름을 도시한 도면이며,

도 5는 본 발명의 집광 필름과 종래의 집광 필름의 휘도 분포를 비교하여 나타낸 그래프이다.

본 발명은 LCD 백라이트 유닛에 사용되는 집광 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필름 내부에 광 확산제를 포함하여, 좁은 시야각 및 핫밴드(Hotband) 발생과 같은 문제를 해결할 수 있도록 고안된 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름에 관한 것이다.

LCD(Liquid Crystal Display, 액정표시장치)란, 일반적으로 공통 전극과 색 필터 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입하고, 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표현하는 장치를 말한다.

LCD는 소형화, 경량화 및 저전력 소비 등의 이점을 가지고 있어, 기존의 브라운과의 단점을 극복할 수 있는 대체 화상표시수단으로 주목을 받아 왔으며, 최근에는 거의 모든 화상 표시 장치에 사용되고 있다.

다만, LCD는 스스로 발광하지 못하는 수동 소자이기 때문에 패널 하부에 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛이 구비되어야 한다. 백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 엣지형 백라이트 유닛과 직하형 백라이트 유닛으로 구분되며, 광원 및 광원 상부에 적층되는 각종 광학 필름들을 포함하여 이루어져 있다.

도 1a 와 도 1b는 종래의 백라이트 유닛의 구성을 설명하기 위한 것으로, 도 1a에는 직하형 백라이트 유닛이, 도 1b에는 엣지형 백하이트 유닛이 도시되어 있다.

도 1a에 도시된 바와 같이 종래의 직하형 백라이트 유닛은 광원(1)과, 상기 광원(1)의 상부에 장착되는 확산판(2), 상기 확산판(2) 위에 순차적으로 적층되는 제1확산 필름(3), 집광 필름(4), 제2확산 필름(4) 등의 광학 필름으로 이루어져 있다. 확산판(2)은 평행하게 나열된 선원광원(1)을 면 광원으로 바꾸어 주는 광원 은 폐 기능을 수행하며, 집광 필름(4)은 확산판(2) 및 제1확산 필름(3)을 통과하여 여러 방향으로 확산된 빛을 시야 범위 내로 집광시키는 역할을 수행한다. 이때 제1확산 필름(3)은 은폐기능의 보강 및 집광 필름(4)의 보조 역할을 하고, 제2확산 필름은 집광 필름(4)에서 출사되는 빛의 휘도 분포를 부드럽게 하는 역할을 한다.

한편, 엣지형 백라이트 유닛 역시 도 1b에 도시된 바와 같이, 광원(1), 상기 광원(1)에서 나온 빛을 시청자 방향으로 고르게 편향시키는 도광판(2'), 상기 도광판(2') 위에 적층되는 제1확산필름(3), 집광 필름(4), 제2확산 필름(5) 등의 광학 필름으로 구성되어 있다.

이처럼 종래의 LCD 백라이트 유닛은 우수한 화질을 구현하기 위해 다수의 광학 필름이 사용하고 있으며, 상기에 기재된 광학 필름 이외에도 시야각 보정 또는 휘도 향상 등의 목적으로 다양한 광학 필름들이 부가적으로 사용되고 있는 실정이다.

그러나 적층되는 광학 필름의 수가 많아지면, 화질은 개선되지만 백라이트 유닛의 생산 비용이 높아지고, LCD 장치의 부피가 커진다는 문제점이 있다. 따라서 많은 광학 필름을 사용하지 않고도, 우수한 화질을 구현할 수 있으며, 제조 비용이 저렴한 백라이트 유닛을 개발하기 위한 연구가 계속되고 있고 있는 실정이다.

본 발명은 확산필름 없이 단독으로 사용할 수 있도록 고안된 집광 필름을 제공함으로써 백라이트 유닛의 제조 비용을 절감할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 필름부, 상기 필름부의 상면에 형성되는 출광부 및 상기 필름부의 하면에 형성되는 입광부로 이루어진 집광 필름에 있어서, 상기 집광 내부에 광 확산제를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 집광 필름을 제공한다.

이때, 상기 출광부은 렌티귤러 렌즈로 이루어지며, 상기 입광부는 일정 간격으로 요철이 형성되고, 그 요철의 돌출부에 반사면이 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 필름부로는 폴리에스터, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르설폰, 폴리부타디엔, 폴리에테르케톤 및 폴리우레탄 등과 고분자 필름을 사용할 수 있으며, 상기 출광부와 입광부는 경화성 수지를 사용하여 제조할 수 있다.

또한, 상기 광 확산제로는 평균 입경이 1 내지 10㎛이고, 상기 집광 필름 내부와 0.01 내지 0.1 정도인 굴절율 차를 갖는 비드 타입의 구형 입자를 사용하는 것이 바람직하다.

도 1의 4에 도시된 바와 같이, 종래에 백라이트 유닛에 사용되던 집광 필름은 그 상면에 렌티큘러 렌즈가 형성되어 있고, 그 하면에 반사층이 형성되어 있으 며, 상기 반사층에는 빛이 통과할 수 있는 개구부가 형성되어 있다. 빛은 개구부를 통해 집광 필름으로 입사되고, 상면의 렌티귤러 렌즈에 의해 집광된다.

도 2에는 집광 렌즈를 통과하여 나온 빛의 시청각에 따른 수직축의 휘도 분포를 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 집광 필름을 통과한 빛은 시청각에 따른 휘도 분포가 급격하게 변화되는 부분이 발생됨을 알 수 있다. 이와 같은 광 특성으로 인해, 종래의 집광 필름은 휘도 분포가 급격하게 변화하는 시청 각도에서 명암의 경계가 생기는 이른바 핫 밴드(hotband)가 나타나게 되며, 이는 LCD의 화질을 저하시키는 요인이 된다. 이를 해결하기 위해 종래에는 집광 필름을 통과한 빛을 확산 필름에 통과시켜 휘도 변화를 완화하는 방법을 사용하였다. 그러나 이미 언급한 바와 같이 사용되는 광학 필름의 개수가 증가할수록 백라이트 유닛의 제조 단가 역시 높아지게 되고, 백라이트 유닛의 부피도 커지게 된다는 문제점이 있으므로, 본 발명에서는 집광 필름 내부에 빛을 산란시키는 광 확산제를 포함하도록 함으로써, 확산 필름 없이 단독으로 사용할 수 있는 집광 필름을 제공하여 경제적이면서도 성능이 우수한 백라이트 유닛을 제공할 수 있도록 하였다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름을 보다 구체적으로 살펴보기로 한다. 도 3에는 본 발명의 집광 필름이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 집광 필름은 필름부(10), 입광부(20), 출광부(30)로 이루어져 있다.

필름부(10)는 후술할 입광부(20) 및 출광부(30)을 지지하기 위한 것으로, 폴리에스터 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리메틸메타크릴레이트 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리에스테르설폰 필름, 폴리부타디엔 필름, 폴리에테르케톤 필름, 폴리우레탄 필름 등을 사용할 수 있으며, 입광부(20)와 출광부(30)를 지지하는 역할을 수행하여야 하므로, 30~350㎛ 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

입광부(20)는 빛이 집광 필름으로 입사되는 부분으로, 상기 필름부(10)의 하면에 형성된다.

본 발명의 집광 필름은 도 3에 도시된 바와 같이, 일정한 간격의 요철이 형성되고, 상기 요철의 돌출부에 반사면(50)이 형성된 입광부(20)를 갖는 것을 그 특징으로 한다. 이는 반사면의 형성을 용이하게 하기 위한 것으로, 입광부(20)에 요철이 성형되면, 반 UV 잉크 등과 같이 표면에 반사 특성을 부여할 수 있는 시료, 안료 등(이하 "반사면 재료")을 롤러 등의 적절한 도구를 사용하여 돌출부에 도포함으로써 손쉽게 반사면(50)을 형성할 수 있다.

이와 같이 형성된 반사면(50)은 집광이 되지 않는 경로로 진행하는 빛을 차단하고 이를 광원 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율 및 광 특성을 향상시킨다. 반사면 재료에는 이산화티탄이 50% 이상 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 입광부(20)는 경화성 수지를 이용하여 제조되며, 상기 경화 성 수지는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트 및 라디칼 발생형 모노머 등으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택하여 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

경화성 수지를 이용하면 금형 등의 방법으로 손쉽게 대량 생산을 할 수 있어 제작이 용이하고, 원하는 형상, 크기, 피치로 형성할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 경화성 수지에 광 확산제(70)를 분산시키고, 상기 경화성 수지와 광 확산제의 혼합물을 성형한 후 경화하는 방법으로 손쉽게 광 확산제(70)를 포함하는 집광 필름을 제조할 수 있다.

한편, 출광부(30)는 상기 필름부(10)의 상면에 형성되며, 일반적으로 렌티귤러 렌즈로 이루어진다. 상기한 바와 같이 렌티귤러 렌즈는 상기 입광부의 개구부를 통과한 빛을 집광시킴으로써, 시청 범위 내의 밝기(휘도)를 향상시키는 역할을 한다.

이와 같은 렌티귤러 렌즈 및 그 제조 방법에 대하여는 당해 분야에 잘 알려져 있으며, 본 발명의 렌티귤러 렌즈 역시 이러한 종래의 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.

한편, 상기 출광부(30)는 입광부(20)와 마찬가지로 경화성 수지로 제조되는 것이 바람직하며, 상기 경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트 및 라디칼 발생형 모노머 등으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되며, 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

이 경우 상기한 바와 같이, 금형 등을 통해 손쉽게 대량 생산할 수 있고, 원하는 형상의 렌즈를 제작하기 용이하며, 광 확산제를 포함하는 집광 필름을 손쉽게 제조할 수 있다는 장점이 있다.

도 4a 내지 도4c에는 다양한 형태의 광 확산제를 포함하는 집광 필름들이 도시되어 있다. 본 발명의 집광 필름은 필름부, 입광부 또는 출광부 중 하나 이상의 부분에 광 확산제를 포함하여 이루어진다. 즉, 집광 필름의 전 부분에 광 확산제를 포함할 수도 있고(미도시), 도 4a 내지 도 4c에 예시된 바와 같이, 필름부, 입광부, 출광부 중 일부분에만 광 확산제를 포함할 수도 있다.

한편, 상기 광 확산제(70)로는 집광 필름의 내부와 굴절율이 상이한 미소 입자를 사용하며, 보다 구체적으로는 평균 입경이 약 1 내지 10 ㎛인 입자인 것이 바람직하다. 입자의 모양은 제한되지 않으나, 구형인 경우에 성능이 좀더 우수하다.

상기 광 확산제는 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 이들의 공중합체, 실리카 등으로 이루어진 군으로부터 선택되어 사용될 수 있으며, 집광 필름의 내부와 굴절율 차가 약 0.01 내지 0.1 정도인 것이 바람직하다. 일반적으로는 1.48 내지 1.59 정도의 굴절율을 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 광 확산제(70)는 경화성 수지 용액에 분산시켜 사용할 수 있다. 광 확산제를 경화성 수지에 분산시킨 후, 상기 경화성 수지를 성형한 후, 경화하여 광학 시트를 제조함으로써 손쉽게 광 확산제가 포함된 집광 필름을 제조할 수 있다. 이때 상기 광 확산제는 경화성 수지 중량을 기준으로 5 내지 30 중량%의 양으로 혼합되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 집광 필름은 그 내부에 존재하는 광 확산제로 인해 입사된 빛이 고르게 산란 또는 반사되어, 필름에서 출광되는 빛의 휘도 변화가 완화되고, 그 결과 급격한 휘도 변화로 인해 발생하였던 핫밴드(hotband) 현상을 완화 및 방지하게 된다. 이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 보다 자세히 살펴보기로 한다.

실시예

굴절율이 약 1.53인 UV 경화형 수지 100g에 비드 타입의 PMMA 폴리머(polymethylmethacrylate, 굴절율 1.49, 평균 입자경 15㎛) 20g을 분산시켜 경화형 수지 용액을 제조한다. 상기 경화형 수지 용액을 롤형 금형과 125㎛ 두께의 PET 필름 사이에 흘려넣고 경화시키는 방법으로 PET 필름 상면과 하면에 각각 렌티귤러 렌즈와 입광부를 제조하고, 상기 입광부의 돌출면에 반사형 잉크를 도포하여 반사면을 형성한다.

비교예

비드 타입의 PMMA 폴리머를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 방법으로 집광 필름을 제조한다.

실험예

Goniometer에 부착된 BM7(Nikon사 제조)를 이용하여 상기 실시예 및 비교예의 방법으로 제조된 집광 필름을 단독으로 엣지형 도광판 위에 적층한 후, 수직 방향을 기준으로 한 시야각에 따른 휘도 분포를 측정하였다. 실험 결과는 도 5에 기재되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 비교예의 집광 필름의 경우 약 ±20도 부근의 시청 각도에서 휘도가 급격히 감소하는 반면, 실시예의 집광 필름은 완만한 휘도 변화를 보임을 알 수 있다. 상기한 바와 같이 핫밴드(hotband)는 급격한 휘도 변화에 의해 발생하므로, 실시예의 집광 필름과 같이 완만한 휘도 변화를 보이는 집광 필름을 사용하면 핫밴드(hotband) 발생이 완화되어 보다 우수한 품질의 화질을 구현할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 집광 필름을 포함하여 이루어지는 LCD용 백라이트 유닛을 제공한다. 본 발명의 백라이트 유닛은 집광 필름에 포함된 광 확산제가 빛의 휘도 분포를 부드럽게 하여 핫밴드 현상을 방지하기 때문에, 추가적인 확산 필름 없이도 화질이 우수하고, 생산 비용도 절감할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명은 집광 필름 내부에 빛을 산란시킬 수 있는 광 확산제를 포함시켜, 집광 필름에서 출사되는 빛의 휘도 분포 특성을 개선함으로써, 시야각을 향상시키고, 핫밴드(hotband)의 발생을 방지하는 효과를 가져왔다.

또한, 본 발명은 입광부에 요철을 형성함으로써, 반 UV 잉크 등을 이용하여 손쉽게 반사면을 형성할 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명의 입광부 및 출광부는 경화성 수지를 이용하여 제조되기 때문에, 금형 등의 방법을 이용하여 원하는 형상, 크기 또는 피치를 갖는 집광 필름을 제작할 수 있으며, 그 제조 공정도 간단하다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 집광 필름을 장착한 백라이트 유닛은 확산 필름을 장착할 필요가 없어, 생산 비용이 저렴하다는 장점이 있다.

Claims (11)

1. 필름부, 상기 필름부 상면에 형성되는 출광부 및 상기 필름부 하면에 형성되는 입광부로 이루어진 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름에 있어서,

   상기 집광 필름 내부에 광 확산제가 포함되는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 출광부는 렌티귤러 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름.
3. 제1항에 있어서,

   상기 입광부는 일정 간격의 요철(凹凸)을 가지며,

   상기 요철의 돌출부에는 반사면이 형성되는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름.
4. 재3항에 있어서,

   상기 반사면은 표면에 반사 특성을 부여할 수 있는 시료를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름.
5. 제1항에 있어서,

   상기 광 확산제는 평균 입경이 1 내지 10 ㎛이고, 상기 집광 필름 내부와 0.01 내지 0.1의 굴절율 차를 갖는 미소 입자를 사용하는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름.
6. 제5항에 있어서,

   상기 광 확산제는 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 이들의 공중합체 및 실리카로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름.
7. 제1항에 있어서,

   상기 필름부는 폴리에스터 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리메틸메타크릴레이트 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리에스테르설폰 필름, 폴리부타디엔 필름, 폴리에테르케톤 필름, 폴리우레탄 필름으로 이루어진 군으로부터 선택 하여 사용하는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름.
8. 제1항에 있어서,

   상기 입광부 및 출광부는 경화성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름.
9. 제8항에 있어서,

   상기 경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트 및 라디칼 발생형 모노머로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름.
10. 제 8항에 있어서,

    상기 경화성 수지는 경화성 수지의 중량을 기준으로 5 내지 30 중량%의 광 확산제를 포함하는 것을 특징으로 하는 LCD 백라이트 유닛용 집광 필름.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 집광 필름을 장착한 LCD 백라이트 유닛.

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