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한울 용
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1 연구논문 Korean Journal of Optics and Photonics, Volume 22, Number 6, December 2011 DOI: LCD 백라이트용렌티큘라렌즈필름의광구조최적화에관한연구 서재석ㆍ고재현 한림대학교전자물리학과우 강원도춘천시한림대학길 39 (2011 년 11 월 7 일받음, 2011 년 11 월 28 일수정본받음, 2011 년 11 월 28 일게재확정 ) 최근확산기능과집광기능을동시에가지는복합필름에대한관심이커지고있다. 본시뮬레이션연구에서는복합필름으로주목받고있는렌티큘라렌즈필름의광학구조를최적화하고이를기존의백라이트가보이는광학성능과비교하였다. 보다정확한시뮬레이션의수행을위해시험적으로제작된렌티큘라렌즈필름이보이는휘도의시야각분포를측정하였고이실험결과를재현할수있는시뮬레이션조건, 특히도광판의산란패턴이가지는쌍방향산란분포함수의수학적모델을확보하였다. 이에근거해서시뮬레이션을수행한결과렌티큘라렌즈의종횡비가 1.25, 굴절률이 1.65 인조건에서이필름의집광성능이최대가됨을확인하였다. 최적화된렌티큘라렌즈필름이 1 매포함된백라이트모델은프리즘필름이 1 매포함된기존의백라이트에비해집광성능이현저히떨어졌지만렌티큘라렌즈필름 2 매를직교해서적용하게되면프리즘필름 1 매가가지는집광성능과비슷한성능을달성함과동시에부드러운시야각특성의구현에기여할수있다는점을확인하였다. Study on the Optimization of the Optical Structure of Lenticular-Lens Films for LCD Backlight Applications Jae Seok Seo and Jae-Hyeon Ko Department of Physics, Hallym University, Chuncheon , Korea (Received November 7, 2011; Revised manuscript November 28, 2011; Accepted November 28, 2011) The optical performance of LLF(Lenticular Lens Film)-based backlight was studied by using optical simulation as functions of the aspect ratio and the refractive index of lenticular lenses. In order to perform reliable simulation, the BSDF(bi-directional scattering distribution function) of the scattering dots on the bottom surface of the light guide plate was obtained as a superposition of the Lambertian and the elliptic Gaussian distribution components by comparing the experimental results and the simulation for the luminance distribution on the light guide. Based on this approach, an appropriate BSDF of the scattering dots of the light guide was constructed. The resultant values of the optimized aspect ratio and the refractive were found to be 1.25 and 1.65, respectively. In spite of the hybrid aspects of LLF incorporating both diffusing and collimating functions, the optical performance, in particular the on-axis luminance of LLF-based backlight was inferior by about 20% compared to that of conventional backlights adopting one prism film. However, the combination of two lenticular lens films resulted in comparable luminance gain as well as smooth decrease in the luminance with the viewing angle without exhibiting any side lobes. Keywords: Backlight, Lenticular lens film, Ray tracing technique OCIS codes: ( ) Displays; ( ) Illumination; ( ) Liquid crystal devices I. 서론 대표적인평판형디스플레이중하나인액정표시장치 (Liquid Crystal Display, LCD) 는비자발광디스플레이로써 LCD 패널의후면에자리잡은백라이트유닛 (Backlight Unit, BLU) 에의해공급받는백색광을이용해영상정보를구현한다. 백라이트는기본적으로백색광을만들어내는광원및이에의 해생성되는가시광을균일하고밝은 2 차원면발광상태로바꾸어주는다양한광학부품들, 그리고기계적, 열적안정성을부여하는프레임등으로구성되어있다 [1]. 고체발광다이오드 (Light Emitting Diode, LED) 와같은점광원및형광등과같은선광원에서나오는빛을 2 차원의균일하고집광된면광원상태로바꾸기위해서는만들어진빛에대한유도, 확산, 집광효과를가지는다양한부품이필요하다. 엣지형 hwangko@hallym.ac.kr Color versions of one or more of the figures in this paper are available online. 247

248 한국광학회지제 22 권제 6 호, 2011 년 12 월 백라이트에서빛의유도 (guiding) 를담당하는부품은도광판 (light guide plate, LGP) 이다. 도광판은측면에서입사되는빛을전반사 (total internal reflection) 현상으로유도하는과정에서밑면에형성되어있는산란패턴을활용해전반사조건을깨뜨리며 LCD 패널쪽으로빛을보낸다.

이필름들은 PET기판위에형성된반구형마이크로렌즈나일차원프리즘을이용해빛을굴절시켜적절한확산및집광작용을일으킨다. 최근확산과정과집광과정을동시에담당하는복합필름 (hybrid film) [8] 혹은복합도광판 [9-11] 에대한연구가활발히이루어지고있다. 복합기능을가진광학부품을사용하게되면백라이트에포함되는광학부품의숫자가줄어들고조립시간도줄어드는등다양한장점을기대할수있다.

2 248 한국광학회지제 22 권제 6 호, 2011 년 12 월 백라이트에서빛의유도 (guiding) 를담당하는부품은도광판 (light guide plate, LGP) 이다. 도광판은측면에서입사되는빛을전반사 (total internal reflection) 현상으로유도하는과정에서밑면에형성되어있는산란패턴을활용해전반사조건을깨뜨리며 LCD 패널쪽으로빛을보낸다. 최근대형 LCD TV에엣지형 LED 백라이트가적용되기시작하면서도광판기술의중요성이부각되고있다 [2-5]. 빛에대한확산과집광효과를담당하는광학필름으로는각각마이크로렌즈형확산필름 (Diffuser Sheet, DS) [6] 과프리즘필름 (Prism Sheet, PS) [7] 이대표적이다. 이필름들은 PET기판위에형성된반구형마이크로렌즈나일차원프리즘을이용해빛을굴절시켜적절한확산및집광작용을일으킨다. 최근확산과정과집광과정을동시에담당하는복합필름 (hybrid film) [8] 혹은복합도광판 [9-11] 에대한연구가활발히이루어지고있다. 복합기능을가진광학부품을사용하게되면백라이트에포함되는광학부품의숫자가줄어들고조립시간도줄어드는등다양한장점을기대할수있다. 확산과집광을동시에담당하는광학필름중하나로렌티큘라렌즈필름 (Lenticular Lens Film, LLF) 이최근주목받고있고제품화되어백라이트에적용되는사례도늘어나고있는추세이다 [8]. 프리즘필름에서는 45도의기울기를가진빗면에서일어나는빛의굴절로인해정면으로집광되는효과가뛰어난반면에특정시야각에서휘도가갑자기떨어지는단점이있어서 LCD의시야각특성에부정적인영향을끼칠가능성이존재한다. 반면에구면혹은비구면단면형상을가지고일차원적으로배열된렌티큘라렌즈필름은적당한집광효과와무라 (Mura) 제거효과를가지고있을것으로기대된다. 렌티큘라렌즈필름의백라이트내에서의광학적성능은당연히렌즈필름의단면형상에의해좌우되지만형상과광학적성능사이의상관성과관련된자세한보고는아직이루어진바없다. 본논문에서는일차원렌티큘라렌즈의단면형상, 특히종횡비 (aspect ratio) 와광학적성능사이의상관성을광학시뮬레이션을통해연구한내용을보고한다. 보다정확한시뮬레이션의진행을위해도광판의산란패턴이가지는쌍방향산란분포함수 (Bi-directional scattering distribution function, BSDF) 를모델링하고자하였고이를위해일정한종횡비로제작된렌티큘라렌즈필름이포함된백라이트를활용해실험을진행하였다. 실험결과를바탕으로 BSDF를정확히결정한후에이에근거해서렌티큘라렌즈에대한광학구조최적화를시뮬레이션을통해달성하고자하였다. II. 실험및시뮬레이션조건 2.1. 엣지형백라이트에적용한렌티큘라렌즈필름의성능평가 BSDF의결정을위해시험적으로제작된렌티큘라렌즈의광학성능을평가하였다. 제작된렌티큘라렌즈필름은 40인치의면적을가지고있고가로방향으로 1차원적으로배열 FIG. 1. The picture of the 40-inch edge-lit LED backlight used for the experiment. A schematic figure of the edge-lit backlight constructed in the simulation. 된렌티큘라렌즈로구성되어있다. 렌티큘라렌즈의높이, 직경및피치 (pitch) 는각각 mm, mm, 그리고 mm였다. 이광학필름의광특성을평가하기위해 40인치엣지형 LED 백라이트를활용하였다. 이백라이트를구성하는도광판의두께는 3.5 mm이고총 224개의백색 LED가상하에배치되어있다. 도광판위에확산필름이놓여져있고그위에렌티큘라렌즈필름혹은프리즘필름이놓여져두필름의광학적성능을비교하였다. 시야각에따른휘도특성은 ±80 의각도범위에서분광휘도계 (PR670, Photo Research) 를사용하여측정하였다. Fig. 1 는실험에사용된 40인치백라이트의실물사진을보여주고있다. 사진의왼쪽부분으로부터도광판의산란도트패턴및백색 LED의배치형태를확인할수있다 렌티큘라렌즈필름및엣지형백라이트시뮬레이션 렌티큘라렌즈필름의설계와성능분석을위해광추적기법을사용하는소프트웨어인 LightTools (Ver.7.1, Optical Research Associates) 를활용하였다. 광학시뮬레이션은백라

3 연구논문 LCD 백라이트용렌티큘라렌즈필름의광구조최적화에관한연구 서재석ㆍ고재현 249 이트가나타내는광학성능을신뢰성있게예측하여부품의개발기간을단축시키는데매우유용하게사용되어왔다 [12-18]. BLU용광학부품들을시뮬레이션내에서정확하고효율적으로구현하기위해서는부품들이가지는본질적인광학특성들을정확히반영하여가능한한단순하게모델을구축하는중요하다. 본연구에서는우선 2.1절에서기술된실험에근거해서도광판산란패턴의 BSDF를결정한후에이를바탕으로시뮬레이션을진행하였다. 시뮬레이션에소요되는시간을줄이기위해도광판의면적을 40인치백라이트면적의 10% 로축소하였다. 도광판의크기는 mm 3 였다. 시뮬레이션조건에서도광판의면적을실제면적의 10~ 80% 사이에서변화시키더라도도광판위에형성되는시야각분포는거의변화가없었다. 도광판의밑면에는육각형격자형태로산란도트패턴을배치하였고백라이트의균일도를확보하기위해이도트의반지름을위치에따라 70에서 80 μm 사이에서조절하였다. 도광판의굴절률은 PMMA (Poly (methyl methacrylate)) 의가시광선대역의굴절률분산곡선을이용하였다. 총 22 개의백색 LED (NSSW006, Nichia Co.) 가도광판의상하에 8 mm의피치로배치되었다. 렌티큘라렌즈필름의집광성능을최적화하기위해두가지변수를조절하면서렌티큘라렌즈필름이보이는시야각특성과휘도이득률을조사하였다. 하나는렌티큘라렌즈의종횡비 (aspect ratio) 로써, 렌즈의폭을 80 μm로고정시키고높이를변화시켜가면서시뮬레이션을진행하였다. 다른하나는렌티큘라렌즈의굴절률이다. PET의재질로설정된두께 100 μm의기판위에형성된렌티큘라렌즈의굴절률을 1.45 에서 1.75 사이의범위에서변화시키면서휘도특성의변화를조사하였다. 이굴절률범위는자외선경화수지를이용해조절할수있는통상적인굴절률범위를나타낸다. 한조건에대해시뮬레이션을진행할때통상적으로사용된광선의수는 3백만개였지만필요한경우에는이를천만개로높여서진행하였다. Fig.1 는시뮬레이션으로구축한백라이트모델에대한개략적인그림이다. III. 결과및토의 3.1. 도광판산란패턴의 BRDF 해석 Fig. 2 와 는다양한필름조합위에서각각백라이트의가로방향및세로방향으로측정된시야각에따른휘도특성의변화를보여준다. PMMA 재질의도광판위에서는고시야각쪽을향하는빛이많은데, 이는잘알려진것처럼도광판밑면에형성된산란도트패턴이갖는반사패턴의성분중정반사 (specular reflection) 성분에의한것이다. 이렇게고시야각으로치우쳐빠져나오는빛은정면으로, 즉 LCD 패널쪽으로방향이바뀌어야하는데이는 1차적으로확산필름에의해, 그리고최종적으로는프리즘필름에의해이루어진다. 따라서 도광판 + 확산필름 + 프리즘필름 의조합위에서는정면으로최대의휘도를보이며집광되어있는휘도분포를보여준다. 그렇지만본연구에서시험적으로제작된렌티큘라렌즈필름의경우높이가 0.107mm에불과해휘도분포에큰영향을주지는않았고, 확산필름위에서충분히정면으로굴절되지않은빛을추가적으로굴절시켜수직방향의휘도가최대가되도록하는정도에그쳤다. 본연구에서는도광판위에서의휘도분포를정확히구현할수있는산란도트패턴의 BSDF를설정하기위한용도로 Fig.2의실험결과를활용하였다. 우선, 참고문헌 [19] 에서자세히서술한것처럼도광판의밑면에형성된산란도트패턴의 BSDF를완전확산반사의성격을띤람버시안분포분포 (Lambertian distribution) 와정반사의성격을포함하고있는타원형가우시안함수 (elliptic Gaussian function) 의중첩으로가정하였다. 람버시안분포의경우반사되는빛의강도 (radiant intensity) 를입사각도와무관하게 cosθ 에비례하도록설정하였고, 여기에서 θ 는반사되는빛의법선에대한출사각도를의미한다. 타원형가우시안함수의형태는 Eq.(1) 로표현되어있는데, 여기에서 φ 는 x축으로부터의방위각 (azimuthal angle) 이고 σ x, σ y 는각방향으로의가우시안분포의폭을나타낸다. σ x=σ y 인경우에대한 FIG. 2. Angular luminance distributions along the horizontal and the vertical directions measured on LGP, LGP + diffuser sheet (DS), LGP + DS + prism sheet (PS), and LGP + DS + lenticular lens film(llf).

4 250 한국광학회지제 22 권제 6 호, 2011 년 12 월 FIG. 3. The coordinate system for defining the elliptic Gaussian distribution function given by Eq. (1). BSDF를구성하는람버시안분포의강도와타원형가우시안분포의강도사이의비를조정하면서아울러 σ x 와 σ y 의수치도조절하여실험적으로구한도광판상의휘도분포를그대로재현하고자하였다. σ x 와 σ y 의수치는 10도에서 15도사이에서변화시켰고, 전체 BSDF 중람버시안성분의비중은 10% 에서 50% 까지변화시켰다. 그결과타원형가우시안분포에서 σ x=13, σ y=12, 확산성분의비중이 40% 이었을때시뮬레이션결과와실험결과가가장잘일치하였고그결과는 Fig. 4에주어져있다 [20]. Fig. 4는실험과시뮬레이션에서얻은도광판상휘도분포를최대값으로규격화하여그린결과를표현한것으로써, 이그림으로부터두결과가거의동일한시야각특성을보여주고있다는것을알수있다. (1) 이러한과정을통해결정된산란도트패턴의 BSDF를이용해확산필름및렌티큘라렌즈필름위에서의휘도분포도시뮬레이션을통해구하였다. 각필름조합위에서수평및수직방향으로의휘도의시야각분포가규격화된휘도값으로 Fig. 5에제시되어있다. 전체적으로시뮬레이션으로얻은휘도분포가실험에서얻은분포를잘재현하고있음을알수있다. 이러한결과는위에서기술된방법으로얻은산란도트패턴의 BSDF가신뢰할만한것임을간접적으로보여준다고판단된다. 그동안도광판산란도트패턴이보이는 BSDF 에대해서는신뢰할만한실험결과가발표된적이없다. 이는전적으로도광판산란패턴에의해발생하는반사현상이도광판이라는물질내부에서발생하고이에따라실험적으로접근하기가쉽지않다는사실과관련되어있다. 본연구에서제시한방법은도광판의 BSDF를결정할수있는간접적인방법으로광범위하게활용될수있을것으로기대된다 렌티큘라렌즈필름의광학구조최적화 FIG. 4. The angular distribution of the luminance on LGP along the horizontal and the vertical directions obtained from the experiment and simulation based on the BSDF determined according to the description in the text. 각좌표변수의의미는 Fig. 3에표현되어있다. 도광판상에서측정된시야각에따른휘도분포는산란도트패턴의 BSDF에의해직접적으로영향을받는다. 본연구에서는이 3.1절에서구한 BSDF를바탕으로렌티큘라렌즈필름의두가지설계변수 ( 굴절률및종횡비 ) 를변화시켜가면서최적의집광성능을보이는조건을시뮬레이션을통해구하였다. 각조건별로얻은결과는규격화과정 [7] 을거쳐비교하였고정면휘도및반치폭 (full-width at half-maximum) 을정량적으로구하여비교하였다. 우선 도광판 + 확산필름 위에놓인렌티큘라렌즈필름의굴절률을 1.6으로, 그리고렌티큘라렌즈의폭을 80 μm로고정시킨상태에서렌즈의높이를 20 μm 간격으로변화시켰다. 이조건을렌티큘라렌즈의높이를폭으로나눈종횡비로표현하면 0.25에서 2.0까지종횡비가변화된것이다. 높이변화에따른시야각특성의변화가 Fig. 6 에제시되어있다. 높이의함수에따른정면휘도및반치폭의변화는 Fig. 7에있다. 종횡비가낮은경우에는확산필름상의휘도분포에큰영향을미치지못하지만종횡비가커짐에따라렌즈의표면에서일어나는굴절이심해지면서정면

5 연구논문 LCD 백라이트용렌티큘라렌즈필름의광구조최적화에관한연구 서재석ㆍ고재현 251 (c) (d) FIG. 5. The angular distribution of the luminance on LGP+DS along the horizontal and the vertical directions obtained from the experiment and simulation and also on LGP+DS+LLF along (c) the horizontal and (d) the vertical directions. FIG. 6. The angular distribution of the luminance on LGP+DS+LLF along the horizontal and the vertical directions at various heights of the lenticular lenses at a fixed width of 80 μm. 으로집광되는빛의비중이늘어남을알수있다. 그렇지만종횡비가너무높아지게되면수직에가까운계면이생기므 로렌티큘라렌즈가배열된방향에대해수직인방향의고시야각으로빠지는빛의비중이늘어나므로정면휘도는줄어

6 252 한국광학회지제 22 권제 6 호, 2011 년 12 월 FIG. 7. The dependence of the relative on-axis luminance and the full-width at half-maximum (FWHM) of the lenticular-lens film as a function of the height of the lens. FIG. 8. The angular distribution of the luminance on LGP+DS+LLF along the horizontal and the vertical directions at various refractive indices. FIG. 9. The dependence of the relative on-axis luminance and the full-width at half-maximum of the lenticular-lens film as a function of the refractive index.

7 연구논문 LCD 백라이트용렌티큘라렌즈필름의광구조최적화에관한연구 서재석ㆍ고재현 253 FIG. 10. The angular dependence of the luminance on LGP+DS+PS, LGP+DS+LLF(H), and LGP+DS+LLF(H)+LLF(V) along the horizontal and the vertical directions. Here, H, and V denotes that the lenticular lens grooves are along the horizontal and vertical directions, respectively. 들게된다. 이는프리즘필름상에서소위 사이드로브 (side lobe) 라고불리는고시야각의피크가생기는원리와기본적으로동일하다 [7]. Fig. 6 에높은종횡비에서형성되는사이드로브가확인된다. 이에따라종횡비가커지면반치폭은지속적으로감소하지만정면휘도는종횡비가 1.25인지점에서최대를이루다가그이후에는감소하게된다. 굴절률을 1.65로고정시키고렌티큘라렌즈의종횡비를 0.25에서 2.0 까지변화시킨경우에도종횡비가 1.25일때정면휘도값이최대임을확인하였다. 다음문단에서제시되는결과에의하면정면휘도는굴절률이 1.65일때최대가된다. 이결과를조합하면굴절률이 1.65, 종횡비가 1.25인조건에서렌티큘라렌즈필름의집광성능이최대가된다고결론내릴수있다. 굴절률에따른시야각특성의변화는 Fig. 8와 Fig. 9에제시되어있다. Fig. 8은시야각에따른휘도변화를다양한굴절률에대해보여주고있고, Fig. 9는굴절률의함수에따른정면휘도및반치폭의변화를보여준다. Fig. 9로부터알수있는것처럼정면휘도는굴절률 1.65에서최대가됨을알수있다. 이는기본적으로굴절률이증가하면스넬의법칙 (Snell s law) 에따라동일입사각에대해굴절되는각도도함께증가하여정면으로꺾이는정도가커지는효과에기인한다. 그렇지만굴절률이너무커지면렌티큘라렌즈계면에서의굴절각도도커지면서고시야각을향하는광선의비중이늘어나정면휘도는약간감소하고반치폭이다소늘어나는결과를확인하였다. 아울러굴절률의변화에대한휘도상승률의변화는프리즘필름의그것에비해상대적으로작다는것을알수있다 [7]. 프리즘필름에서는일반적으로정면휘도가최대가되는조건에서반치폭이최소가된다. 그렇지만본연구에서조사한렌티큘라렌즈필름은정면휘도가최대가되는굴절률 (1.65) 및반치폭이최소가되는굴절률 (1.70) 이약간다르다. 렌즈의굴절률이정면휘도를최대로만드는굴절률보다더커지게되면고시야각을향해빠지는광선이 더늘어나서반치폭은약간줄어들어도정면휘도는더증가하지않게된다. 더넓은시야각조건에서휘도가증가된특성을얻을수있다는점에서굴절률 1.65을렌티큘라렌즈필름에대한최적의수치로판단할수있다 렌티큘라렌즈필름과프리즘필름의성능비교 3.2절에서서술한것처럼렌티큘라렌즈필름은일정정도정면휘도를상승시키는효과를가지고있고이를이용하면적당한집광효과와시야각의조절효과를기대할수있다. 그렇지만기존에확산기능과집광기능을담당하는확산필름과프리즘필름을제거하고렌티큘라렌즈필름을삽입하게되면휘도상승효과가프리즘필름에비해현저하게떨어진다는것이확인되었다 [20]. 따라서본연구에서는도광판 + 확산필름을공통구성요소로놓고그위에프리즘필름 1장및렌티큘라렌즈필름 1장혹은 2장을배치하여성능을비교하여보았다. 이때렌티큘라렌즈필름의조건으로는 3.2절에서얻은최적화된수치들, 즉굴절률은 1.65, 종횡비는 1.25 로설정하였다. 또한프리즘필름의굴절률은 1.59, 종횡비는 0.5( 밑면 : 0.024mm, 높이 : 0.012mm) 정각은 90도로설정하였다. 이프리즘필름의조건은상용화된백라이트에적용되는일반적인프리즘필름의조건을그대로반영한것이다. 프리즘필름은정각이 90도인조건에서최대의집광성능을발휘하는것으로알려져있다 [7]. Fig. 10은프리즘필름 1매, 렌티큘라렌즈필름 1매혹은교차된렌티큘라렌즈필름 2매를배치한백라이트의시야각특성을각각가로방향및세로방향으로그린것이다. 그림에서확인할수있는것처럼렌티큘라렌즈필름 1매로구성된백라이트의집광성능은프리즘필름 1매로구성된백라이트의그것에비해약 20% 정도떨어짐을알수있다. 이는기본적으로렌티큘라렌즈형상이가지는집광능력의한계에기인한것이다. 프리즘필름의경우 45도의경사각도를

8 254 한국광학회지제 22 권제 6 호, 2011 년 12 월 가지는빗면의면적전체에서집광기능이발휘되고집광되지않는빛은후면으로반사시켜다시집광되는성분으로변환시키는데반해, 렌티큘라렌즈의경우에는곡면의접면이수직방향에대해형성하는각도가연속적으로변화되고특정각도영역의접면에해당하는면적만집광기능에기여하기때문에집광성능에있어서한계를가질수밖에없다. 이를보완하기위해두장의렌티큘라렌즈필름을교차해서적용하게되면프리즘필름 1매가나타내는집광성능과비슷한성능이발휘될수있음이확인되었다. 게다가렌티큘라렌즈필름을사용할경우 Fig. 10 에서볼수있는것처럼프리즘필름이보이는사이드로브나특정각도에서휘도가급격히떨어지는단점들이제거된다. 따라서렌티큘라렌즈필름 2매를서로직교하도록배치해적용하게되면부드러운시야각특성및적절한집광성능의구현에기여할수있을것으로기대된다. 아울러렌티큘라렌즈가가지는무라제거효과로인해확산필름을제거하는것이가능할것이다. 게다가, 프리즘필름이날카로운프리즘산을보호하기위해보호필름을필요로하는데반해렌티큘라렌즈필름은그자체로사용될수있어서 확산필름 + 프리즘필름 1매 + 보호필름 의조합을렌티큘라렌즈필름 2매로교체하는것이가능할것으로판단된다. IV. 결론및요약 본연구에서는확산성능과집광성능을동시에가진렌티큘라렌즈필름의광학적특성을규명하고렌즈의구조를최적화하기위한시뮬레이션연구를진행하였다. 시뮬레이션을수행하기위해도광판의산란도트패턴이보이는 BSDF를간접적인방법으로구하였다. 도광판의 BSDF를확산성분 ( 람버시안성분 ) 과타원형가우시안성분의중첩으로가정한후에 40인치엣지형 LED 백라이트에사용되는도광판위에서얻어진휘도의시야각분포를정확히구현할수있는함수형태를구하였다. 이렇게구한 BSDF를바탕으로시뮬레이션을수행한결과실험에서얻어진확산필름및렌티큘라렌즈필름위에서의휘도분포를근사적으로재현할수있음을보였다. 렌티큘라렌즈필름의광학구조를최적화하기위해렌즈가가지는종횡비및굴절률을변화시켜가면서필름위에서의휘도분포를구하였고이를통해휘도상승률및휘도분포의반치폭을구할수있었다. 이를통해종횡비가 1.25, 굴절률이 1.65인조건에서렌티큘라렌즈필름의집광성능이최대가됨을확인하였다. 최적화된렌티큘라렌즈필름을백라이트모델에넣고성능을평가한결과프리즘필름이 1매포함된기존의백라이트에비해집광성능이 20% 정도떨어짐을확인하였다. 렌티큘라렌즈필름을교차해서두매를적용하게되면프리즘필름 1매가포함된백라이트가보이는집광성능과비슷한성능이얻어짐과동시에프리즘필름이보이는사이드로브나특정각도에서휘도가급격히떨어지는단점들이제거됨을확인하였다. 본연구를통해확산성능과집광성능을동시에가지는렌티큘라렌즈필름이부드러 운시야각특성을얻는데있어서장점으로작용할수있고직교되는상태로 2 매를조합하게되면프리즘필름의집광성능과비슷한성능을발휘함을확인하였다. 아울러렌티큘라렌즈필름이가지는무라제거효과및부드러운곡면의존재는확산필름및보호필름의제거도가능하게해줄것으로기대된다. 이에따라렌티큘라렌즈필름을적절히조합하여적용하게되면기존의백라이트구성과비슷한숫자의광학필름을조합해서부드러운시야각특성및적절한집광성능을보이는백라이트의구현에기여할수있을것으로기대된다. 그렇지만프리즘필름이보이는우수한집광성능에비해떨어지는것으로확인된집광성능을고려하면렌티큘라렌즈필름의효율적인활용을위해서는렌티큘라렌즈의형태를보다다양하게변화시켜가면서이에따른집광성능의변화를추적하고이와더불어최적의필름조합을찾기위한추가적인연구가필요할것으로판단된다. References 1. B. H. Hong, The structural principle and the technological trend of LCD backlights, Journal of the KIIEE 21, (2007). 2. A. Mills, LED backlights poised to penetrate larger liquid crystal displays, LEDs Magazine May/June, (2007). 3. J.-H. Ko, J. S. Ryu, M.-Y. Yu, S.-M. Park, and S. J. Kim, Initial photometric and spectroscopic characteristics of 55-inch CCFL and LED backlights for LCD-TV applications, Journal of the KIIEE 24, 8-13 (2010). 4. G. Park, Y. G. Kim, J. H. Yi, J. H. Kwon, J. H. Park, B. G. Kim, B. C. Ahn, and H. S. Soh, Color mixing characteristics of LED backlight unit, in Proc. IDW 07 Tech. Digest (Sapporo, Japan, Dec. 2007), pp Y. G. Kim, G. Park, and J. H. Kwon, Removal of bright spots and color mixing characteristics of side-lit LED backlight, in Proc. OSK Summer Meeting (Phoenixpark Hotel, Korea, Jul. 2008), pp G. Park, T. S. Aum, J. H. Kwon, J. H. Park, B. K. Kim, and J. K. Shin, Characterization and modeling light scattering in diffuser sheets, J. Korean Phys. Soc. 54, (2009). 7. J.-H. Park, J. H. Lee, J. H. Jeong, K.-B. Nahm, and J.-H. Ko, Optical simulation study on the performances of collimating films for LCD backlight applications, Hankook Kwanghak Hoeji (Korean J. Opt. Photon.) 18, (2007). 8. P. Semenza, Getting the light through: TFT-LCD optical films, Information Display 27, 8-12 (2011). 9. C.-K. Park, H.-S. Lee, and S.-S. Lee, Dual backlight unit incorporating a single light source integrated with a beam splitting reflector, Hankook Kwanghak Hoeji (Korean J. Opt. Photon.) 19, (2008). 10. K.-H. Lee, S.-H. Jee, S.-H. Kim, Y.-S. Yoon, and S.-H. Kim, Modeling for new type backlight units, Korean J.

9 연구논문 LCD 백라이트용렌티큘라렌즈필름의광구조최적화에관한연구 서재석ㆍ고재현 255 Opt. Photon. (Hankook Kwanghak Hoeji) 21, (2010). 11. S.-T. Hu, S.-W. Choi, and M. Lee, An edge-lit backlight unit for small portable liquid crystal displays with a newly designed single pyramid sheet, J. Korean Phys. Soc. 58, (2011). 12. J. H. Lee, W. Chang, and D. Choi, LED light coupler design for a ultra thin light guide, J. Opt. Soc. Korea 11, (2007). 13. Y. H. Ju, J.-H. Park, J. H. Lee, J.-Y. Lee, K.-B. Nahm, J.-H. Ko, and J. H. Kim, Study on the simulation model for the optimization of optical structures of edge-lit backlight for LCD applications, J. Opt. Soc. Korea 12, (2008). 14. S.-W. Oh, N. Kim, E.-S. Kim, and J.-W. An, Optimization of the dual-layer LGP for improving luminance and uniformity of edge type back light unit, Korean J. Opt. Photon. (Hankook Kwanghak Hoeji) 21, (2010). 15. J. H. Lee, Y. H. Ju, J.-H. Park, J.-Y. Lee, K.-B. Nahm, J.-H. Ko, and J. H. Kim, Optical simulation study on the effect of reflecting properties of reflection films on the performances of collimating films for the LCD backlight applications, J. Inform. Display 9, (2008). 16. J. H. Lee, K.-B. Nahm, J.-H. Ko, and J. H. Kim, Optimization of optical structure of lightguide panel for uniformity improvement of edge-lit backlight, Korean J. Opt. Photon. (Hankook Kwanghak Hoeji) 21, (2010). 17. Y.-M. Lee, J. H. Lee, and E. C. Jeon, A study on an integrated light guide plate, Korean J. Opt. Photon. (Hankook Kwanghak Hoeji) 21, (2010). 18. S. S. Lee, H. J. Ma, Y. Shin, and E. S. Choi, Simulation study of uniformity enhancement caused by changing the slope of a slanted plate, Sae Mulli: New Physics 61, (2011). 19. S. S. Jeong, Y. W. Jeong, M. W. Park, S. J. Kim, J. H. Kim, and J.-H. Ko, Indirect estimation of the reflection distribution function of the scattering dot patterns on a light guide plate for edge-lit LED backlight applications, J. Inform. Display 12, (2011). 20. J. S. Seo and J.-H. Ko, Experimental and simulation study on the optical performances of lenticular-lens optical films for LCD backlights, in Proc. IDW 11 Tech. Digest (Nagoya, Japan, Dec. 2011), in press.

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