이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 직하형 백라이트 유닛의 구성을 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 직하형 백라이트 유닛의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 광원부(110)와 램프커버(120)와 광학필름(140)과 미세패턴 시트(150)를 포함한다.

광원부(110)는 최초로 광을 발산하는 부분으로, 일방향으로 길게 연장된 다수의 광원, 즉 램프들로 구성된다. 램프로는 열음극 형광램프(Hot Cathode Fluorescent Lamp: HCFL) 또는 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL) 등이 사용된다.

램프커버(120)는 상기 광원부(110)를 고정할 수 있는 구조를 가지고, 좌우 및 하부를 둘러싸도록 구성되며, 광원부(110)에서 하측 및 좌우측으로 출사되는 광을 상측으로 반사시켜 광효율을 증가시키며, 광원부(110)를 보호한다.

광학필름(140)은 상기 광원부(110) 상부에 위치하여 상기 광원부(110)에서 출사되는 광을 확산 및 집광하여 출사한다.

프리즘시트(150)는 상기 광학필름(140)에서 확산되어 출사되는 광을 집광하여 휘도 특성을 향상시킨다.

도 3는 본 발명에 따른 반원기둥형 광학필름의 단면도를 나타낸 도면이며, 도 4는 도 3의 글라스 버블의 단면을 나타낸 도면이다. 이하, 도 3 및 4를 참조하여 상기 도 2의 광학필름(140)의 구성을 구체적으로 설명한다.

광학필름(140)은 상기 광원부(110)의 상부에 위치하는 판상의 기저부(141)와 상기 판상의 기저부(141) 상부면에 일방향으로 길게 연장된 마이크로 구조물(142)들이 나란하게 배열되어, 입사되는 광을 확산 및 집광하여 출사하는 굴절구조부(145)로 구성된다. 상기 마이크로 구조물(142)은 도 3과 같이 반원통 형상, 삼각 프리즘 형상 및 반원통 형상이 길이 방향에 대해 좌우로 구불구불하게 형성되는 카오스 반원통 형상 및 삼각 프리즘 형상의 길이 방향에 대해 좌우로 구불구불하게 형성되는 카오스 형상 등이 될 수 있다.

광학필름(140)은 마이크로 구조물(142)의 길이 방향이 길게 연장되는 램프들의 일방향과 일치하도록 배치하는 것이 바람직하다. 상기 마이크로 구조물(142)은 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리아미드(Polyimide), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 폴리우레탄(Ployurethane) 등의 수지로 구성될 수 있다.

각 마이크로 구조물(142)들 내부에는 도 4와 같이 중심부에 중공(146)이 형성된 글라스 버블(143)들이 확산된다. 광원(110)에서 출사되어 기저부(141)를 통해 입사하는 광은 중공(144)에 의해 반사 및 투과되어 확산 및 집광되고, 마이크로 구조물(142)의 표면에서 2차 확산 및 집광되어 출사된다. 상기 글라스 버블(143)은 통상 글라스(Glass)로 구성되며, 높은 투명도를 가지는 폴리에스테르 수지, 폴리아크릴 수지, 폴리스틸렌 수지 및 폴리카보네이트 수지들로 구성될 수 있다. 상기 글라스 버블(143)이 갖는 두께((D1-D2)/2)는 글라스 버블의 외부직경(D1)의 1/2이하의 값을 가지도록 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 글라스 버블의 두께는 외부직경(D1)의 50% 이내에서 얇게 형성하는 것이 바람직하다. 글라스 버블의 두께가 1/2이상의 값을 갖게 될 경우 확산효과 및 휘도균일도가 감소하게 된다.

도 5는 일반적인 비드형 확산시트에서 비드에 의한 확산효과를 나타낸 도면이고, 도 6는 본 발명에 따른 중공을 가지는 글라스 버블에 의한 확산효과를 나타낸 도면이다.

도 6에서 본 발명에 따른 글라스 버블(143)은 마이크로 구조물(142) 내에 확산되나, 일반적인 비드형 확산시트에서 비드의 확산효과와 비교하기 위해 일반적인 수지층에 본 발명의 글라스 버블(143)이 확산된 경우를 나타내었다.

도 6은 본 발명에 따른 중공(144)을 가지는 글라스버블(146)을 마이크로구조물(142) 내에 확산하지 않고 도 5에서와 같이 수지층에 확산했음에도 불구하고, 본 발명의 글라스 버블(143)의 확산효과가 비드의 확산효과보다 더 좋음을 알 수 있다.

도 6을 참조하면, 광은 글라스 버블(143)을 통과하는 과정에는 4차례의 매질 경계면을 통과하게 된다. 즉, 글라스 버블(143)의 외부로부터 글라스 버블(143)의 중심으로 들어가면서 공기(air)와 글라스 재질 간의 경계가 2번 존재하고, 글라스 버블(143)의 중심으로부터 글라스 버블(143)의 외부로 나오는 과정에서도 경계가 2번 존재를 하게 되며, 그 결과 광은 4차례에 걸쳐 굴절이 되므로 일반적이 비드보다 확산 효과가 크게 증가된다.

그 결과, 중공(144)을 가지는 글라스 버블(143)을 본 발명의 마이크로 구조물(142)에 확산시킬 경우, 글라스 버블(143)에 의해 확산된 광을 2차적으로 확산 및 집광하므로 본 발명의 광학필름(140)이 일반적인 비드형 확산시트보다 휘도 균일성 및 확산효과가 더 향상됨을 할 수 있다.

상기에서는 글라스 버블(143)의 베이스 물질, 두께 및 일반적인 비드와 비교하여 확산효과 및 휘도 균일성에 대해 설명하였다. 이하 도 7 내지 11을 참조하여 본 발명에 따른 글라스 버블의 직경(D1) 결정 방법을 설명한다.

도 7은 글라스 버블의 직경이 600nm이고, 대략 7억개/㎣의 수밀도로 마이크로 구조물(142)에 확산된 경우의 반사 및 투과 특성을 나타낸 것이고, 도 8은 글라스 버블의 직경(D1)이 800nm이고, 295,358,650개/㎣의 수밀도로 확산된 경우의 반사 및 투과 특성을 나타낸 것이며, 도 9는 글라스 버블의 직경(D1)이 1um이고, 151,187,900개/㎣의 수밀도로 확산된 경우의 반사 및 투과 특성을 나타낸 것이며, 도 10는 글라스 버벌의 직경(D1)이 3um이고, 5,600,000개/㎣의 수밀도로 확산된 경우의 반사 및 투과 특성을 나타낸 것이며, 도 11는 직경(D1)이 6um이고 700,000개/㎣의 수밀도로 확산된 경우의 반사 및 투과특성을 나타낸 것으로, 마이크로 구조물(142) 내에서 글라스 버블(146)들이 차지하는 부피가 동일한 경우의 반사 및 투과특성을 나타낸 것이다. 그리고 도 12는 본 발명에 따른 글라스 버블(146)의 직경(D1)에 따른 반사율과 투과율을 나타낸 도면이다.

도 7에서 보이는 바와 같이 글라스 버블(146)의 직경(D1)이 600nm인 경우 광원(10)에서 조사되는 광은 광학필름을 투과하지 못하고 반사됨을 알 수 있으며, 도 8과 같이 직경(D1)이 800nm인 경우에도 극히 일부만을 투과시킬 뿐 대부분은 반사됨을 알 수 있다.

또한, 도 9에서와 같이 글라스 버블(146)의 직경(D1)이 1um인 경우에도 직경(D1)이 800nm인 경우보다 일부 광을 투과하기는 하나 광의 투과율이 낮음을 알 수 있다.

이에 반해, 도 10와 같이 글라스 버블(146)의 직경(D1)이 3um인 경우에는 반사율과 투과율이 비슷함을 알 수 있으며, 도 11와 같이 글라스 버블의 직경(D1)이 6um인 경우에는 반사율보다 투과율이 더 큼을 알 수 있다.

도 12를 참조하여 다시 설명하면, 글라스 버블(146)의 직경(D1)이 커지면 투과율은 증가하고, 반사율은 감소함을 알 수 있다. 본 발명의 광학필름에서는 확산효과와 휘도 균일성이 중요하므로 투과율이 50%이상이고 반사율이 5% 이상의 특성을 가지는 직경(D1)을 선택한다.

그러므로 도 12에서 투과율이 50%이상이고 반사율이 5%이상인 조건을 만족하는 글라스 버블(146)의 직경(D1)은 4um 내지 30um임을 알 수 있다. 따라서, 글라스 버블(143)은 4um 내지 30um의 직경(D1)을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같이 결정된 직경(D1)을 가지는 글라스 버블(143)들은 휘도를 고려하여 마이크로 구조물(142) 내에 마이크로 구조물(142) 내부의 총부피의 40% ~ 70%의 밀도를 가지도록 확산되는 것이 바람직하다. 즉, 글라스 버블의 수밀도를 상기 40% 내지 70% 범위 내에서 조절하여 원하는 광의 확산효과를 얻을 수 있다.

본 발명을 종래기술과 비교하면, 도 3에서와 같이 마이크로 구조물(142)이 반원기둥형인 경우 종래에는 원하는 확산효과, 즉 원하는 휘도 균일도 및 시야각을 얻기 위해 반원기둥의 폭(W)과 높이(H)에 의해 결정되는 세장비(H/W)를 조절하여야 했으나, 본 발명에서는 원하는 확산효과를 얻기 위해 세장비를 조절할 필요없이 마이크로 구조물(142) 내부에 확산되는 중공(146)을 가지는 글라스 버블(144)의 수밀도를 조절하여 확산효과를 조절할 수 있다. 그러나 부가적으로 상기 세장비를 조절하여 확산효과가 더 향상되도록 조절할 수도 있다. 따라서 본 발명은 보다 쉽게 원하는 확산효과를 얻을 수 있다. 통상, 마이크로 구조물(142)이 반원기둥형인 경우 마이크로 구조물 단면의 폭(W)과 높이(H)는 1um 내지 200um을 갖도록 형성된다.

이와 같이 글라스 버블(144)을 사용하여 확산효과를 증가시키게 되면, 제작이 곤란할 정도로 세장비를 증가시키지 않으면서도 충분한 확산효과를 얻을 수 있게 되므로 제작 공정 또한 간소화되면서 광학필름의 두께 또한 감소시킬 수 있으므로 백라이트 유닛의 박막화 측면에서도 더욱 유리한 효과를 거둘 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 반원기둥형 마이크로 구조물을 가지는 광학필름이 적용된 백라이트 유닛의 사시도를 나타낸 도면이고, 도 14는 본 발명에 따른 프리즘형 마이크로 구조물을 가지는 광학필름이 적용된 백라이트 유닛의 사시도를 나타낸 도면이다. 그리고 도 8은 본 발명의 마이크로 구조물 내에 확산되는 중공을 가지는 글라스 버블의 수밀도에 따른 확산효과를 나타낸 것이다.

도 13에서와 같이 마이크로 구조물은 반원기둥 형상으로 구성될 수 있고, 도 14에서와 같이 마이크로 구조물은 프리즘 형상으로 구성될 수 있다.

중공(146)을 가지는 글라스 버블(142)들은 상술한 바와 같이 마이크로 구조물(142) 내부의 총부피의 40% ~ 70%의 밀도를 가지도록 확산되는 것이 바람직하다.

상기 마이크로 구조물(142)을 프리즘 형상으로 구성하는 경우, 상기 글라스 버블(142)에 의해 확산된 광의 집광효율을 높이기 위해 프리즘의 꼭지각은 40 ~ 110 도로 형성하는 것이 바람직하다. 이외에도 마이크로 구조물은 렌티큘러, 즉 반원구형 렌즈 형상으로 형성될 수 있다. 렌티큘러의 크기는 폭과 높이 비(h/w: 세장비)가 0.1 ~ 1 사이의 값을 가지도록 형성하는 것이 바람직하며, 이보다 작을 경우 패턴의 곡률이 커짐으로 인한 확산효과 및 휘도균일성이 떨어지게 되며, 이보다 컸을 경우 패턴의 가공이 힘들뿐만 아니라 곡률이 작아짐에 따라 확산효과가 떨어지게 되며, 휘도 균일성 또한 나빠지게 된다. 마이크로 구조물이 반원통형인 경우에도 세장비는 0.1 ~ 1 사이의 값을 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.

또한 도 15 및 16과 같이 반원통 형상 및 삼각 프리즘 형상의 마이크로 구조물(142)을 길이 방향에 대해 좌우로 불규칙하게 구불구불하게 형성(이하 "카오스 형상"이라 함)하여, 웨트(Wet-out), 뉴턴링 및 무아레 현상을 개선할 수 있다. 구체적으로, 카오스 패턴의 경우 좌우 및 상하 방향으로 구불구불한 모양을 갖기 때문에 주기성을 갖는 패턴 형상을 피할 수 있어 무아레를 감소시킬 수 있으며, 구불구불한 형상의 경우 직선으로 이루어진 패턴에 비해 상부필름과의 접촉부위가 불규칙하게 이루어지므로 웨트와 뉴턴링의 개선에 더욱 효과를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 광학필름(140)은 도 13 내지 도 16에서와 같이 램프의 길이방향과 마이크로 구조물의 길이방향이 일치하도록 배치하는 것이 바람직하다.

도 17은 본 발명에 따른 광학필름을 적용한 백라이트 유닛의 휘도 균일 특성과 종래 기술에 따라 확산판(30)을 적용한 백라이트 유닛의 휘도 균일 특성을 비교한 도면이다.

도 17의 (가)에서 보이는 바와 같이 종래 기술에 따른 백라이트에서는 확산판(30)을 적용했음에도 불구하고, 램프들에 의한 명부 및 암부가 확연하게 보이고 있다. 따라서 이러한 경우에는 확산판 상부에 확산시트를 추가 적용하여야 한다. 그러나 도 17의 (나)에서 보이는 바와 같이 본 발명은 확산판을 적용하지 않았음에도 불구하고, 광원부(110)의 램프들에 의해 발생하는 명부 및 암부가 보이지 않음을 알 수 있다. 즉 본 발명의 광학필름(140)에서 출사되는 광의 확산 및 휘도 균일 특성이 종래 확산판(30)을 적용하였을 경우의 광의 확산 및 휘도 균일 특성보다 좋음을 알 수 있다.

도 18은 본 발명에 따른 광학필름를 적용한 백라이트 유닛의 시야각 특성과 종래 기술에 따라 확산판을 적용한 백라이트 유닛의 시야각 특성을 비교한 도면이다.

도 18의 (가)에서 보이는 바와 같이 종래 기술에 따른 백라이트 유닛은 상하 시야각은 대략 80도 정도이고, (나)에서 보이는 바와 같이 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 상하 시야각은 대략 90도 정도로, 본 발명의 백라이트 유닛의 시야각이 종래 백라이트 유닛의 시야각보다 더 좋음을 알 수 있다. 좌우 시야각 또한 본 발명의 백라이트 유닛이 종래 백라이트 유닛보다 더 좋음을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.