BLU 용 집광필름의 마이크로 렌즈 설계

1. BLU용 집광필름의 마이크로 렌즈 설계 이지영, 박지희, 이윤성, 남기봉, 고재현* 한림대학교 전자물리학과 * hwangko@hallym.ac.kr

2. 집광 확산 반사 산란 Backlight Unit(BLU) 이란 • Backlight Unit(BLU)이란 비자발광 디스플레이인 LCD의 후면으로부터 LCD패널로 백색광을 공급해 주는 기능을 담당하는 광원 장치 BLU for LCD monitor Source: Displaybank column “BLU용 반사기능부품에 대한 소고”

3. 광학시트 기술동향 • 백라이트 기술의 저가격화, 고기능화 추세에 따라 BLU용 광학필름의 기술도 복합기능형 하이브리드 필름의 개발 지향 • 확산필름은 PET 재질의 기본필름 위에 비드(beads)를 바인더와 코팅한 기존의 구조 대신에 동일 재질의 반구형 렌즈들을 배열한 일체형 확산시트가 개발되어 더욱 뛰어난 투과기능과 집광기능을 보여, 고가의 프리즘 필름을 대체할 수 있는 가능성 제시 beads 일체화 <출처: 미래나노텍> <출처: 신화인터텍> <출처: SKC>

4. 연구목적 • 프리즘 필름은 일차원적인 배열을 띠는 프리즘 배치로 빛을 비등방적으로 집광 시키는데 반해 일체형 확산필름은 반구의 대칭성으로 인해 빛을 등방적으로 대칭 시킴. 이에 따라 다수 장의 일체형 확산 시트를 LCD 모니터나 TV에 적용할 경우 휘도의 시야각 특성이 악화될 가능성이 있음 • 본 연구에서는 기존의 일체형 확산필름에서 집광기능을 담당하는 반구의 형상을 변화시켜서 필름 위의 휘도 분포를 비등방적으로 조절할 수 있는 마이크로 렌즈 배열을 가진 집광필름에 대한 시뮬레이션 결과를 제시 • 기존의 반구 형상의 렌즈에 대해 이를 가로 방향으로 늘여서 변조함에 따라 출사광의 휘도 분포가 어떻게 변하는지를 광선 추적 시뮬레이션 방법을 이용하여 연구

5. 광 추적 시뮬레이션 방법 • 사용된 Simulation tool: ASAP 2005 (Breault Research Organization) • 다양한 형상의 렌즈로 제작된 시트 아래에 배치된 Lambertian 광원에서 발산되는 광선들이 시트 위의 렌즈를 통해서 굴절, 반사되고 시트 윗부분으로 검출됨 • 시뮬레이션에 사용된 광원은 보는 각도에 상관없이 일정한 밝기의 휘도를 갖는 람버시안(Lambertian) 분포 detector 반구형 렌즈 PET substrate 광원 < ray tracing 전> < ray tracing 후> 반사시트

6. 마이크로 렌즈 시트의 시뮬레이션 조건 < 반구형 시트의 기본 개략도 및 단면도> < 가로축 지름을 변화시킨 시트 모형> <60㎛> <80㎛> • 굴절률 : 1.492 (PET plate와 일체형) • 렌즈 밀도 : 최대한 밀하게 조절 • 렌즈 높이: 30㎛ • 렌즈 세로축 지름(고정): 60㎛ • 렌즈 가로축 지름: 60~120 ㎛ • 총 면적: 1.2*1.2㎠ <100㎛> <120㎛>

7. 60~120 ㎛ 30㎛ 시트 한 장에 대한 시뮬레이션 결과 • 반구형 시트 한 장 사용 • 가로축 지름을 60~120 ㎛로 변화 시킴

8. 시트 한 장에 대한 휘도와 시야각 • 마이크로 렌즈의 가로 방향 길이가 늘어남에 따라 정면 방향으로의 집광 능력은 줄어듦 • 세로 방향(vertical)의 시야각은 큰 변화가 없는 반면 가로 방향(horizontal)의 시야각이 현저히 늘어남 • 이러한 출광 분포의 변화는 렌즈의 종횡비를 늘림에 따라 집광에 기여하는 렌즈의 경사면의 넓이가 가로, 세로에 대해 비대칭적으로 분포된다는 사실을 고려하면 자연스러운 결과임

9. 시트 두 장(렌즈 수평 배열)에 대한 시뮬레이션 결과 • 반구형 시트 두 장 사용 • 두 장의 반구형 렌즈가 서로 수평으로 배열

10. 시트 두 장(렌즈 수직 배열)에 대한시뮬레이션 결과 • 반구형 시트 두 장 사용 • 두 장의 반구형 렌즈가 서로 수직으로 배열

11. 시트 두 장의 휘도와 시야각 특성 < 렌즈 수평 배열 > < 렌즈 수직 배열 >

12. 결론 • 기존의 반구 형상의 렌즈를 가로 방향으로 늘여서 변조함에 따라 출사광의 휘도 분포의 변화를 확인 • 반구형 확산필름을 한 장 사용할 경우에는 반구 형상의 렌즈의 가로 방향 지름이 늘어날수록 시야각 특성은 좋아짐 • 반구형 확산필름을 두 장 사용할 경우에는 필름을 한 장 사용할 때보다 휘도 Gain은 높아지고 시야각은 줄어들지만, 반구형 렌즈의 가로 방향의 지름을 조절함으로써 시야각의 조절이 가능해짐 • 이러한 시뮬레이션 결과에 근거해 일체형 확산필름의 반구 형상을 변조한다면 LCD 모니터나 TV에 적용되어도 가로 방향의 시야각 특성이 만족스러운 집광필름의 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대됨