KR20140052819A - 시야각 제어가 가능한 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 시야각 제어가 가능한 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치는 상면에 회절패턴을 형성하는 동시에 하면에 프리즘패턴을 형성하여 출사광의 제어가 자유로운 시야각 제어시트를 제조하여 차량용 백라이트 유닛에 적용함으로써 최적의 운전조건이 가능한 시야각 특성을 제공하기 위한 것으로, 영상을 출력하는 액정패널; 상기 액정패널 하부에 설치되어 백라이트 유닛으로부터 상기 액정패널로 빛을 전달하는 도광판; 및 상기 액정패널과 도광판 사이에 설치되며, 베이스 필름(base film) 의 액정패널 측에 회절패턴이 형성되는 한편, 상기 베이스 필름의 도광판 측에 프리즘패턴이 형성되어 시야각 특성을 제어하는 시야각 제어시트를 포함한다.

Description

시야각 제어가 가능한 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING BACKLIGHT UNIT TO BE ABLE TO CONTROL VIEWING ANGLE}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시야각 제어가 가능한 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 화소들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 그 화소들의 광투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시장치이다.

따라서, 액정표시장치에는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되는 액정패널과 상기 화소들을 구동하기 위한 구동부가 구비된다.

상기 액정패널은 서로 대향하여 균일한 셀갭이 유지되도록 합착된 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이의 셀갭 내에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.

이때, 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판이 합착된 액정패널에는 공통전극과 화소전극이 형성되어 상기 액정층에 전계를 인가한다.

따라서, 상기 공통전극에 전압이 인가된 상태에서 상기 화소전극에 인가되는 데이터신호의 전압을 제어하게 되면, 상기 액정층의 액정은 상기 공통전극과 화소전극 사이의 전계에 따라 유전 이방성에 의해 회전함으로써 화소별로 빛을 투과시키거나 차단시켜 문자나 화상을 표시하게 된다.

이때, 상기 액정표시장치는 자체적으로 발광하지 못하고 외부에서 들어오는 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 소자이기 때문에 액정패널에 빛을 조사하기 위한 별도의 장치, 즉 백라이트 유닛(backlight unit)이 요구된다.

이하, 도면을 참조하여 일반적인 액정표시장치에 대해서 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 액정표시장치는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 액정패널(10), 상기 화소들을 구동하기 위한 구동부(15, 16), 상기 액정패널(10)의 후면에 설치되어 액정패널(10)의 전면에 걸쳐 빛을 방출하는 백라이트 유닛 및 상기 액정패널(10)과 백라이트 유닛을 수납하여 고정시키는 패널 가이드(panel guide)(45)로 구성된다.

이때, 자세히 도시하지 않았지만, 상기 액정패널(10)은 서로 대향하여 균일한 셀갭이 유지되도록 합착된 컬러필터 기판과 어레이 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이의 셀갭에 형성된 액정층으로 이루어져 있다.

상기 컬러필터 기판과 어레이 기판이 합착된 액정패널(10)에는 공통전극과 화소전극이 형성되어 상기 액정층에 전계를 인가하며, 상기 공통전극에 전압이 인가된 상태에서 상기 화소전극에 인가되는 데이터신호의 전압을 제어하게 되면, 상기 액정층의 액정은 상기 공통전극과 화소전극 사이의 전계에 따라 유전 이방성에 의해 회전함으로써 화소별로 빛을 투과시키거나 차단시켜 문자나 화상을 표시하게 된다.

그리고, 상기 화소전극에 인가되는 데이터신호의 전압을 화소별로 제어하기 위해서 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)와 같은 스위칭소자가 화소들에 개별적으로 구비된다.

이와 같이 구성된 상기 액정패널(10)의 외측에는 각각 상, 하부 편광판(미도시)이 부착되어 있으며, 상기 하부 편광판은 상기 백라이트 유닛을 경유한 빛을 편광 시키며, 상기 상부 편광판은 상기 액정패널(10)을 경유한 빛을 편광 시킨다.

이러한 액정패널(10)의 광원으로 사용되는 백라이트 유닛은 발광 램프를 배치하는 방식에 따라 에지방식과 직하방식으로 구분된다.

상기 에지방식은 액정패널(10)의 일측에 광원으로서 램프(미도시)를 배치하여 광을 공급하는 형태이다. 상기 에지방식의 백라이트 유닛을 구체적으로 설명하면, 도광판(light guide plate)(42)의 일측에 다수개의 램프가 설치되어 있으며, 상기 도광판(42)의 배면에는 반사판(41)이 설치되어 있다.

상기 램프에서 발광된 빛은 투명한 재질의 상기 도광판(42) 측면으로 입사되고, 상기 도광판(42)의 배면에 배치된 상기 반사판(41)은 상기 도광판(42)의 배면으로 투과되는 빛을 도광판(42) 상면의 광학시트(43)들 쪽으로 반사시켜 빛의 손실을 줄이고 균일도를 향상시키게 된다.

이와 같이 구성된 백라이트 유닛의 상부에는 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판으로 이루어진 액정패널(10)이 패널 가이드(45)를 통해 안착되며, 이러한 액정패널(10)과 패널 가이드(45) 및 백라이트 유닛은 나사(screw)를 통해 하부의 커버 바텀(cover bottom)(50)과 상부의 케이스 탑(case top)(60)에 의해 서로 결합되어 액정표시장치를 구성하게 된다.

이때, 상기 광학시트(43) 상부에는 시야각을 제어하기 위한 시야각 제어시트(44)가 구비되어 있는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 상기 도 1에 도시된 일반적인 시야각 제어시트의 구조를 예를 들어 나타내는 사시도이다.

또한, 도 3a 및 도 3b는 루버(louver)가 적용된 시야각 제어시트의 출광 특성을 예시적으로 나타내는 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 일반적인 시야각 제어시트(44)는 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 재질의 베이스 필름(base film)(44a) 2매 사이에 블랙 카본(black carbon) 재질의 루버 패턴(44b)이 형성되어 경사방향으로 입사되는 빛을 차단하여 상하 시야각을 줄여주는 역할을 한다.

즉, 상기 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 이렇게 구성된 기존의 시야각 제어시트(44)는 루버 패턴(44b)과 수직인 빛은 투과시키고, 경사방향으로 입사되는 빛은 차단시켜 루버 패턴(44b) 형성방향과 수직방향의 시야각 조절이 가능하다.

이러한 특성으로 인해 차량 전면유리에 액정패널(10)의 화면이 비치는 현상을 방지하여 안전운전에 도움을 주게 된다.

다만, 기존의 시야각 제어시트(44)는 시야각 제어를 위해 루버 패턴(44b)의 형성이 필수적이기 때문에 상기 루버 패턴(44b)을 지탱하기 위해 베이스 필름(44a)이 상하 2겹으로 형성되어 단가 상승의 원인이 되며, 루버 패턴(44b) 결을 따라 사선얼룩이 시인되는 단점이 있다. 즉, 루버 패턴(44b)을 형성하기 위해 상, 하면에 베이스 필름(44a)을 합지(lamination)하게 되는데, 이 과정에서 롤러 압력의 불균일이 일어나게 되면 줄 눌림 현상이 발생하게 되고, 일부 루버만 손상되면 흑선 또는 백선 불량이 나타나게 된다.

그리고, 블랙 카본을 적용한 루버 패턴(44b) 자체가 차광막 역할을 하게 됨에 따라 시야각 감소효과만 존재하기 때문에 유리 비침 현상에만 제한적으로 사용된다.

또한, 경사방향의 입사광 차단 기능만 가능하기 때문에 적용 가능한 애플리케이션(application)이 제한적이다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 루버 패턴을 사용하지 않고 시야각 제어가 가능한 액정표시장치를 제공하는데 목적이 있다.

기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정표시장치는 영상을 출력하는 액정패널; 상기 액정패널 하부에 설치되어 백라이트 유닛으로부터 상기 액정패널로 빛을 전달하는 도광판; 및 상기 액정패널과 도광판 사이에 설치되며, 베이스 필름(base film) 의 액정패널 측에 회절패턴이 형성되는 한편, 상기 베이스 필름의 도광판 측에 프리즘패턴이 형성되어 시야각 특성을 제어하는 시야각 제어시트를 포함한다.

이때, 상기 프리즘패턴은 다수의 삼각 프리즘을 포함하고, 상기 삼각 프리즘은 장축을 가지며, 상기 프리즘패턴과 회절패턴은 상기 액정패널을 가로방향으로 배치한 경우, 상기 액정패널의 가로방향에 대해 -13 ~ 13°의 패턴 각(상기 액정패널의 가로방향과 상기 삼각 프리즘과 회절패턴의 장축방향이 이루는 각)을 가지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 프리즘패턴은 비대칭 프리즘패턴이 적용되어 출광 방향을 화면 정면과 하측으로 이동시키는 한편, 상기 비대칭 프리즘패턴은 다수의 비대칭 삼각 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 비대칭 삼각 프리즘의 가장 짧은 변은 상기 시야각 제어시트의 하측에 위치하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 비대칭 삼각 프리즘에 있어, 상기 베이스 필름에 부착되는 밑변의 길이(A) : 높이(B) : 밑변에 투영되는 가장 짧은 변의 길이(C)의 최적비율은 8 : 4 : 1인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 비대칭 삼각 프리즘의 높이(B)는 A/4 ≤ B ≤ A/2의 조건을 만족하며, 상기 밑변에 투영되는 가장 짧은 변의 길이(C)는 B/8 ≤ C ≤ B/3의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.

상기 프리즘패턴과 회절패턴은 상기 액정패널을 가로방향으로 배치한 경우, 상기 액정패널의 가로방향에 대해 85 ~ 95°의 패턴 각(상기 액정패널의 가로방향과 상기 프리즘패턴과 회절패턴의 장축방향이 이루는 각)을 가지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 프리즘패턴은 대칭 프리즘패턴이 적용되어 출광 방향을 화면 좌, 우측으로 이동시키는 한편, 상기 대칭 프리즘패턴은 다수의 대칭 삼각 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 대칭 프리즘패턴의 대칭 삼각 프리즘에 있어, 상기 베이스 필름에 부착되는 밑변의 길이(A) : 높이(B) : 밑변 길이의 반(C)의 최적비율은 2 : 1 : 1인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 대칭 삼각 프리즘의 높이(B)는 B ≤ A의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.

상기 회절패턴의 격자 피치는 1㎛ ~ 10㎛의 값을 가지는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 시야각 제어가 가능한 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치는 상면에 회절패턴을 형성하는 동시에 하면에 프리즘패턴을 형성하여 출사광의 제어가 자유로운 시야각 제어시트를 제조하여 차량용 백라이트 유닛에 적용함으로써 최적의 운전조건이 가능한 시야각 특성을 제공하는 것을 특징으로 한다.

이때, 비대칭 프리즘패턴을 사용하여 상하 시야각을 조절하는 경우에는 차량 전면유리 비침 현상을 최소화(상측 반치각 20°이하 확보 가능)할 수 있는 한편, 대칭 프리즘패턴을 사용하여 좌우 시야각을 조절(더블 피크 각도 제어 가능)하는 경우에는 운전자 및 조수석의 최적 휘도 조건을 확보할 수 있게 된다.

이러한 시야각 제어는 루버 패턴을 사용하지 않고도 가능하기 때문에 제조단가가 인하되는 동시에 사선얼룩 등의 불량을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 분해사시도.
도 2는 상기 도 1에 도시된 일반적인 시야각 제어시트의 구조를 예를 들어 나타내는 사시도.
도 3a 및 도 3b는 루버(louver)가 적용된 시야각 제어시트의 출광 특성을 예시적으로 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 일부 구조 및 출사광의 경로를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 5a 및 도 5b는 상기 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 시야각 제어시트의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 5c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 시야각 제어시트에 있어, 프리즘패턴의 비대칭 삼각 프리즘의 출광 특성을 예시적으로 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 출사광의 특성을 예를 들어 보여주는 사진.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비대칭 프리즘패턴의 비대칭 삼각 프리즘의 최적비율을 설명하기 위한 도면.
도 8a 및 도 8b는 전면유리 비침이 발생한 차량의 내부 및 전면유리 비침이 개선된 차량의 내부를 개략적으로 나타내는 도면.
도 9는 상기 도 8a 및 도 8b에 따른 차량의 내부를 예를 들어 보여주는 사진.
도 10은 운전석과 조수석의 양쪽으로 휘도 특성을 최적화한 상태를 보여주는 예시도.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 시야각 제어시트의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도.
도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 출사광의 특성을 예를 들어 보여주는 사진.
도 13은 시야각에 따른 휘도 특성을 보여주는 그래프.
도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 시야각 제어시트에 있어, 대칭 프리즘패턴의 하나의 대칭 삼각 프리즘을 개략적으로 나타내는 도면.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 시야각 제어가 가능한 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.

소자(element) 또는 층이 다른 소자 또는 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않는 것을 나타낸다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below, beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 일부 구조 및 출사광의 경로를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 5a 및 도 5b는 상기 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 시야각 제어시트의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 이때, 상기 도 5b는 액정표시장치가 실제적으로 차량에 배치되는 방향을 고려한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 시야각 제어시트의 사시도를 개략적으로 나타내고 있다.

또한, 도 5c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 시야각 제어시트에 있어, 프리즘패턴의 비대칭 삼각 프리즘의 출광 특성을 예시적으로 나타내는 도면이다.

상기 도면들을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 직사각형 형태의 액정패널(110), 상기 화소들을 구동하기 위한 구동부(미도시), 상기 액정패널(110)의 후면에 설치되어 액정패널(110)의 전면에 걸쳐 빛을 방출하는 백라이트 유닛(BL)(미도시) 및 상기 액정패널(110)과 백라이트 유닛(BL)을 수납하여 고정시키는 패널 가이드(미도시)로 구성된다.

이때, 상기 액정패널(110)은 서로 대향하여 균일한 셀갭이 유지되도록 합착된 컬러필터 기판(101)과 어레이 기판(111) 및 상기 컬러필터 기판(101)과 어레이 기판(111) 사이의 셀갭에 형성된 액정층(미도시)으로 이루어져 있다.

이때, 자세히 도시하지 않았지만, 상기 컬러필터 기판(101)은 적(red), 녹(green) 및 청(blue)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터로 구성된 컬러필터와 상기 서브-컬러필터 사이를 구분하고 액정층을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스, 그리고 상기 액정층에 전압을 인가하는 투명한 공통전극으로 이루어져 있다.

또한, 상기 어레이 기판(111)은 종횡으로 배열되어 다수개의 화소영역을 정의하는 다수개의 게이트라인과 데이터라인, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터 및 상기 화소영역 위에 형성된 화소전극으로 이루어져 있다. 이때, 횡전계(In Plane Switching; IPS) 방식의 액정표시장치의 경우에는 상기 컬러필터 기판(101) 대신에 상기 어레이 기판(111)에 공통전극을 형성하게 된다

이와 같이 상기 컬러필터 기판(101)과 어레이 기판(111)이 합착된 액정패널(110)에는 공통전극과 화소전극이 형성되어 상기 액정층에 전계를 인가하며, 상기 공통전극에 전압이 인가된 상태에서 상기 화소전극에 인가되는 데이터신호의 전압을 제어하게 되면, 상기 액정층의 액정은 상기 공통전극과 화소전극 사이의 전계에 따라 유전 이방성에 의해 회전함으로써 화소별로 빛을 투과시키거나 차단시켜 문자나 화상을 표시하게 된다.

그리고, 상기 화소전극에 인가되는 데이터신호의 전압을 화소별로 제어하기 위해서 박막 트랜지스터와 같은 스위칭소자가 화소들에 개별적으로 구비된다.

이와 같이 구성된 상기 액정패널(110)의 외측에는 각각 상, 하부 편광판(미도시)이 부착되어 있으며, 상기 하부 편광판은 상기 백라이트 유닛(BL)을 경유한 빛을 편광 시키며, 상기 상부 편광판은 상기 액정패널(110)을 경유한 빛을 편광 시킨다.

본 발명은 발광 램프를 배치하는 방식에 따른 직하방식이나 에지방식에 한정되지 않지만, 예를 들어 에지방식의 백라이트 유닛(BL)을 구체적으로 설명하면, 도광판(142)의 일측에 다수개의 램프(미도시)가 설치되어 있으며, 상기 도광판(142)의 배면에는 반사판(미도시)이 설치되어 있다.

이때, 상기 램프는 광원으로서 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL), 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp; EEFL), 열 음극 형광램프(Hot Cathode Fluorescent Lamp; HCFL) 및 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 등 다양한 광원을 사용할 수 있다.

상기 램프에서 발광된 빛은 투명한 재질의 상기 도광판(142) 측면으로 입사되고, 상기 도광판(142)의 배면에 배치된 상기 반사판은 상기 도광판(142)의 배면으로 투과되는 빛을 도광판(142) 상면의 광학시트(143)들 쪽으로 반사시켜 빛의 손실을 줄이고 균일도를 향상시키게 된다.

이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학시트(143)는 확산시트와 프리즘시트를 포함하며, 보호시트가 추가될 수 있다.

이와 같이 구성된 백라이트 유닛(BL)의 상부에는 전술한 바와 같이 상기 컬러필터 기판(101)과 어레이 기판(111)으로 이루어진 액정패널(110)이 패널 가이드를 통해 안착되며, 도시하지 않았지만 이러한 액정패널(110)과 패널 가이드 및 백라이트 유닛(BL)은 다수개의 체결수단을 통해 하부의 커버 바텀과 상부의 케이스 탑에 의해 서로 결합되어 액정표시장치를 구성하게 된다.

이때, 본 발명의 경우에는 상기 광학시트(143)들 상부에 시야각 특성(즉, 광이 출사되는 방향, 다른 말로 시야각에 관한 휘도 특성)을 제어하기 위한 시야각 제어시트(120)가 구비되며, 특히 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 시야각 제어시트(120)는 베이스 필름(base film)(121) 상면에 회절패턴(123)이 형성되는 동시에 그 하면에 프리즘패턴(122)이 형성됨에 따라 출사광의 제어가 자유로와 최적의 운전조건이 가능한 시야각 특성을 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프리즘패턴(122)과 회절패턴(123)은 상기 도 4에 도시된 액정패널(110)의 가로방향에 대해 -13 ~ 13°의 패턴 각(pattern angle)을 가지는 것을 특징으로 한다. 여기서, 패턴 각은 일 예로, 액정패널의 장축이나 단축을 가로방향으로 배치한 경우에 상기 액정패널의 가로방향과 프리즘패턴의 비대칭 삼각 프리즘의 장축방향이 이루는 각을 의미한다(상기 도 2b 참조). 다른 말로, 상기 프리즘패턴(122)의 비대칭 삼각 프리즘의 장축방향이 액정패널(110)의 가로방향에 대해 평행하게 배치된 것을 말한다.

여기서, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프리즘패턴(122)과 회절패턴(123)은 상기 액정패널(110)의 가로방향에 대해 0°의 패턴 각을 가질 수 있다. 그러나, 모아레 현상(moire phenomenon)을 고려하면, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프리즘패턴(122)과 회절패턴(123)은 상기 액정패널(110)의 가로방향에 대해 -13 ~ 13°의 패턴 각을 가질 수 있다.

특히, 상기 도면들에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 시야각 제어시트(120)는 베이스 필름(121) 하면에 비대칭 프리즘패턴(122)을 사용함으로써 상하 시야각을 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 전술한 바와 같이 기존에는 차량용 네비게이션의 전면유리 비침 현상을 해결하기 위해 루버가 형성된 시야각 제어시트를 적용하였으나, 제조공정상의 어려움, 수율저하 등의 원인으로 고가에 거래되고 있으며, 사선얼룩 발생 등 외관불량 현상이 지속적으로 발생되고 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 시야각 제어시트(120)는 베이스 필름(121) 상면에 회절특성을 강화한 회절패턴(123)을 형성하는 동시에 그 하면에 굴절특성을 강화한 프리즘패턴(122)을 형성함에 따라 출사광의 제어가 가능하여 루버를 삭제하더라도 원하는 시야각 특성을 구현할 수 있게 된다.

즉, 베이스 필름(121) 하면(즉, 도광판(142) 측)에 비대칭 프리즘패턴(122)을 형성하여 출광 방향을 화면 정면과 하측으로 이동시켜 차량 전면유리에 액정표시장치가 비치는 현상을 방지시켜 주며(상기 도 4의 참조), 상면(즉, 액정패널(110) 측)에 형성된 회절패턴(123)으로 굴절된 빛의 확산 및 집광수준을 보강하여 화면품위를 향상시킬 수 있게 된다.

이때, 상기 베이스 필름(121)은 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC)나 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET) 재질을 사용할 수 있으며, 하면의 비대칭 프리즘패턴(122)은 광원의 빛을 원하는 방향으로 굴절시켜 시야각 제어를 위해 패턴의 형상이나 설계자가 원하는 각도로 조절하여 사용할 수 있다.

상기 도 5c를 참조하면, 상기 프리즘 패턴(122)은 다수의 비대칭 삼각 프리즘으로 이루어져 있으며, 상기 삼각 프리즘은 장축 방향을 가진다.

이 경우 출광 방향을 화면 중앙과 하측으로 이동시키기 위해서는 상기 비대칭 프리즘패턴(122)의 비대칭 삼각 프리즘의 가장 짧은 변이 시야각 제어 시트(120)의 하측에 위치하도록 설계할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 출사광의 특성(즉, 시야각 특성)을 예를 들어 보여주는 사진이다.

상기 도 6을 참조하면, 상기 비대칭 프리즘패턴에 의해 출광 방향이 화면 중앙과 하측으로 이동하였음을 알 수 있다.

이러한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비대칭 프리즘패턴(122)의 비대칭 삼각 프리즘은 상하 시야각을 제어하기 위해서 다음과 같이 소정의 패턴비율을 가져야 한다.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비대칭 프리즘패턴의 비대칭 삼각 프리즘의 최적비율을 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 비대칭 프리즘패턴(122)의 비대칭 삼각 프리즘에 있어, 밑변의 길이(A) : 높이(B) : 밑변에 투영되는 가장 짧은 변의 길이(C)의 최적비율은 8 : 4 : 1이 될 수 있다.

이때, 상기 비대칭 프리즘패턴(122)의 비대칭 삼각 프리즘의 높이(B)는 A/4 ≤ B ≤ A/2의 조건을 만족하며, 상기 밑변에 투영되는 가장 짧은 변의 길이(C)는 B/8 ≤ C ≤ B/3의 조건을 만족하게 된다.

여기서 상기 비대칭 프리즘패턴(122)은 빗변(밑변을 제외한 두 변)의 형상이 직선인 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 빗변은 볼록하거나 오목한 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 상면의 회절패턴(123)은 비대칭 프리즘패턴(122)을 통과한 빛을 회절, 확산시켜 화면 품위를 향상시키기 위해 격자 피치(pitch)나 높이를 조절할 수 있으며, 예를 들어 격자 피치는 1㎛ ~ 10㎛의 값을 가질 수 있다.

이때, 상기 회절패턴(123)의 빗면 형상은 일정한 곡률을 가진 볼록 형상을 가질 수 있으며, 또는 직선에 가깝거나 오목 형상도 가능하다. 또한, 상기 회절패턴(123)의 높이는 격자 피치의 2배 이하로 설계할 수 있다.

이러한 회절 및 프리즘패턴(123, 122)의 성형공정은 비교적 단순하여 생산효율을 높일 수 있으며, 루버를 삭제하고 베이스 필름(121) 한 매만 사용함으로써 기존공정에 비해 제조비용이 절감되게 된다. 특히, 상기 본 발명의 제 1 실시예와 같이 비대칭 프리즘패턴(122)을 사용하여 상하 시야각을 조절하는 경우에는 차량 전면유리 비침 현상을 최소화(상측 반치각 20°이하 확보 가능)할 수 있게 된다. 여기서, 상기 반치각은 중앙에서의 휘도를 100%라 할 때 휘도가 50%가 되는 시야각을 의미한다.

도 8a 및 도 8b는 전면유리 비침이 발생한 차량의 내부 및 전면유리 비침이 개선된 차량의 내부를 예시적으로 나타내는 도면이다.

이때, 상기 도 8b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 시야각 제어시트를 적용한 경우의 전면유리 비침이 개선된 차량의 내부를 예시적으로 나타내고 있다.

도 9는 상기 도 8a 및 도 8b에 따른 차량의 내부를 예를 들어 보여주는 사진이다.

이때, 상기 도 9의 상측은 전면유리 비침이 발생한 차량의 내부를 보여주고 있는 한편, 하측은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 시야각 제어시트를 적용한 경우의 전면유리 비침이 개선된 차량의 내부를 보여주고 있다.

상기 도면들을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 시야각 제어시트를 적용한 경우 출광 방향이 화면 중앙과 하측으로 이동함에 따라 차량 전면유리에 네비게이션 화면이 비치는 현상이 방지되었음을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 시야각 제어시트 하면의 비대칭 프리즘패턴 대신에 대칭 프리즘패턴을 사용하여 좌우 시야각을 조절하는 경우에는 운전자 및 조수석의 최적 휘도 조건을 확보할 수 있게 되는데, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.

도 10은 운전석과 조수석의 양쪽으로 휘도 특성을 최적화한 상태를 보여주는 예시도이다.

상기 도 10을 참조하면, 실제 차량 내부에서 네비게이션 화면을 볼 때는 운전석과 조수석에서 주로 보기 때문에 화면의 중앙 휘도를 높이는 것보다 좌우 시야각 방향으로 더블 피크(double peak)를 가지도록 광학 설계할 필요가 있다.

도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 시야각 제어시트의 구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

이때, 상기 도 11은 액정표시장치가 실제적으로 차량에 배치되는 방향을 고려한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 시야각 제어시트의 사시도를 개략적으로 나타내고 있다.

전술한 본 발명의 제 1 실시예와 실질적으로 동일하게 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치는 화소들이 매트릭스 형태로 배열되어 영상을 출력하는 액정패널, 상기 화소들을 구동하기 위한 구동부, 상기 액정패널의 후면에 설치되어 액정패널의 전면에 걸쳐 빛을 방출하는 백라이트 유닛 및 상기 액정패널과 백라이트 유닛을 수납하여 고정시키는 패널 가이드로 구성된다.

이때, 상기 액정패널은 서로 대향하여 균일한 셀갭이 유지되도록 합착된 컬러필터 기판과 어레이 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이의 셀갭에 형성된 액정층으로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 상기 액정패널의 외측에는 각각 상, 하부 편광판이 부착되어 있으며, 상기 하부 편광판은 상기 백라이트 유닛을 경유한 빛을 편광 시키며, 상기 상부 편광판은 상기 액정패널을 경유한 빛을 편광 시킨다.

이때, 예를 들어 에지방식의 백라이트 유닛을 구체적으로 설명하면, 도광판의 일측에 다수개의 램프가 설치되어 있으며, 상기 도광판의 배면에는 반사판이 설치되어 있다.

상기 램프에서 발광된 빛은 투명한 재질의 상기 도광판 측면으로 입사되고, 상기 도광판의 배면에 배치된 상기 반사판은 상기 도광판의 배면으로 투과되는 빛을 도광판 상면의 광학시트들 쪽으로 반사시켜 빛의 손실을 줄이고 균일도를 향상시키게 된다.

이와 같이 구성된 백라이트 유닛의 상부에는 전술한 바와 같이 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판으로 이루어진 액정패널이 패널 가이드를 통해 안착되며, 이러한 액정패널과 패널 가이드 및 백라이트 유닛은 다수개의 체결수단을 통해 하부의 커버 바텀과 상부의 케이스 탑에 의해 서로 결합되어 액정표시장치를 구성하게 된다.

상기 도 11을 참조하면, 본 발명의 경우에는 상기 광학시트들 상부에 시야각을 제어하기 위한 시야각 제어시트(220)가 구비되며, 특히 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 시야각 제어시트(220)는 베이스 필름(221) 상면(즉, 액정패널 측)에 회절패턴(223)이 형성되는 동시에 그 하면(즉, 도광판 측)에 프리즘패턴(222)이 형성됨에 따라 출사광의 제어가 자유로와 최적의 운전조건이 가능한 시야각 특성을 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대칭 프리즘패턴(222)과 회절패턴(223)은 전술한 본 발명의 제 1 실시예와는 달리 액정패널의 가로방향에 대해 85 ~ 95°의 패턴 각을 가지는 것을 특징으로 한다. 다른 말로, 상기 액정패널의 가로방향은 상기 프리즘패턴(222)과 회절패턴(223)의 장축 방향과 수직하다. 상기 대칭 프리즘패턴(222)은 다수개의 대칭 삼각 프리즘으로 이루어져 있다.

여기서, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프리즘패턴(222)과 회절패턴(223)은 상기 액정패널의 가로방향에 대해 90°의 패턴 각을 가질 수 있다. 그러나, 모아레 현상을 고려하면, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프리즘패턴(222)과 회절패턴(223)은 상기 액정패널의 가로방향에 대해 85 ~ 95°의 패턴 각을 가질 수 있다.

특히, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 시야각 제어시트(220)는 베이스 필름(221) 하면에 대칭 프리즘패턴(222)을 사용함으로써 좌우 시야각을 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 시야각 제어시트(220)는 하면의 비대칭 프리즘패턴을 대칭 프리즘패턴(222)으로 변경함으로써 출광 방향을 화면 좌, 우측을 이동시켜 차량 운전석과 조수석에 최적화된 출사광을 얻을 수 있으며, 상면에 형성된 회절패턴(223)으로 굴절된 빛의 확산 및 집광수준을 보강하여 화면품위를 향상시킬 수 있게 된다.

도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치에 있어, 출사광의 특성을 예를 들어 보여주는 사진이다.

또한, 도 13은 시야각에 따른 휘도 특성을 보여주는 그래프이다. 이때, 흐린 선으로 도시된 그래프(901)는 기존의 시야각 제어시트를 적용한 경우의 시야각에 따른 휘도 특성을 보여주고 있으며, 진한 선으로 도시된 그래프(902)는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 시야각 제어시트를 적용한 경우의 시야각에 따른 휘도 특성을 보여주고 있다.

상기 도면들을 참조하면, 상기 대칭 프리즘패턴에 의해 좌우 시야각 방향으로 더블 피크가 형성되어 출광 방향이 화면 중앙에서 좌, 우측으로 이동하였음을 알 수 있다.

이러한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대칭 프리즘패턴(222)의 대칭 삼각 프리즘은 좌우 시야각을 제어하기 위해서 다음과 같이 소정의 패턴비율을 가져야 한다.

도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 시야각 제어시트에 있어, 대칭 프리즘패턴의 하나의 대칭 삼각 프리즘을 개략적으로 나타내는 도면으로써, 상기 대칭 프리즘패턴의 최적비율을 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 14를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 대칭 프리즘패턴(222)의 대칭 삼각 프리즘에 있어, 밑변의 길이(A) : 높이(B) : 밑변 길이의 반(C)의 최적비율은 2 : 1 : 1이 될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 좌우 시야각 설계 값에 따라 비율 변동이 가능하다.

이때, 상기 대칭 프리즘패턴(222)의 대칭 삼각 프리즘의 높이(B)는 B ≤ A의 조건을 만족하게 된다.

여기서 상기 대칭 프리즘패턴(222)은 빗변(밑변을 제외한 두 변)의 형상이 직선인 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 빗변은 볼록하거나 오목한 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 상면의 회절패턴(223)은 대칭 프리즘패턴(222)을 통과한 빛을 회절, 확산시켜 화면 품위를 향상시키기 위해 격자 피치나 높이를 조절할 수 있으며, 예를 들어 격자 피치는 1㎛ ~ 10㎛의 값을 가질 수 있다.

이때, 상기 회절패턴(223)의 빗면 형상은 일정한 곡률을 가진 볼록 형상을 가질 수 있으며, 또는 직선에 가깝거나 오목 형상도 가능하다. 또한, 상기 회절패턴(223)의 높이는 격자 피치의 2배 이하로 설계할 수 있다.

전술한 본 발명의 제 1 실시예와 실질적으로 동일하게 이러한 회절 및 프리즘패턴(223, 222)의 성형공정은 비교적 단순하여 생산효율을 높일 수 있으며, 루버를 삭제하고 베이스 필름(221) 한 매만 사용함으로써 기존공정에 비해 제조비용이 절감되게 된다. 특히, 상기 본 발명의 제 2 실시예와 같이 대칭 프리즘패턴(222)을 사용하여 좌우 시야각을 조절(더블 피크 각도 제어 가능)하는 경우에는 운전자 및 조수석의 최적 휘도 조건을 확보할 수 있게 된다.

상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.

110 : 액정패널 120,220 : 시야각 제어시트
121,221 : 베이스 필름 122,222 : 프리즘패턴
123,223 : 회절패턴 142 : 도광판
143 : 광학시트

Claims (11)

1. 영상을 출력하는 액정패널;
   상기 액정패널 하부에 설치되어 백라이트 유닛으로부터 상기 액정패널로 빛을 전달하는 도광판; 및
   상기 액정패널과 도광판 사이에 설치되며, 베이스 필름(base film) 의 액정패널 측에 회절패턴이 형성되는 한편, 상기 베이스 필름의 도광판 측에 프리즘패턴이 형성되어 시야각 특성을 제어하는 시야각 제어시트를 포함하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 프리즘패턴은 다수의 삼각 프리즘을 포함하고,
   상기 삼각 프리즘은 장축을 가지며,
   상기 프리즘패턴과 회절패턴은 상기 액정패널을 가로방향으로 배치한 경우, 상기 액정패널의 가로방향에 대해 -13 ~ 13°의 패턴 각(상기 액정패널의 가로방향과 상기 삼각 프리즘과 회절패턴의 장축방향이 이루는 각)을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 프리즘패턴은 비대칭 프리즘패턴이 적용되어 출광 방향을 화면 정면과 하측으로 이동시키는 한편, 상기 비대칭 프리즘패턴은 다수의 비대칭 삼각 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 비대칭 삼각 프리즘의 가장 짧은 변은 상기 시야각 제어시트의 하측에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 비대칭 삼각 프리즘에 있어, 상기 베이스 필름에 부착되는 밑변의 길이(A) : 높이(B) : 밑변에 투영되는 가장 짧은 변의 길이(C)의 최적비율은 8 : 4 : 1인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 비대칭 삼각 프리즘의 높이(B)는 A/4 ≤ B ≤ A/2의 조건을 만족하며, 상기 밑변에 투영되는 가장 짧은 변의 길이(C)는 B/8 ≤ C ≤ B/3의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 프리즘패턴과 회절패턴은 상기 액정패널을 가로방향으로 배치한 경우, 상기 액정패널의 가로방향에 대해 85 ~ 95°의 패턴 각(상기 액정패널의 가로방향과 상기 프리즘패턴과 회절패턴의 장축방향이 이루는 각)을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 프리즘패턴은 대칭 프리즘패턴이 적용되어 출광 방향을 화면 좌, 우측으로 이동시키는 한편, 상기 대칭 프리즘패턴은 다수의 대칭 삼각 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 대칭 프리즘패턴의 대칭 삼각 프리즘에 있어, 상기 베이스 필름에 부착되는 밑변의 길이(A) : 높이(B) : 밑변 길이의 반(C)의 최적비율은 2 : 1 : 1인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 대칭 삼각 프리즘의 높이(B)는 B ≤ A의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 회절패턴의 격자 피치는 1㎛ ~ 10㎛의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

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