KR100371393B1 - Manufacturing Method of Optical Sheet and Optical Sheet for Liquid Crystal Displays - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정 표시(Liquid Crystal Display) 판넬용 광학 시트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical sheet for a liquid crystal display panel and a method of manufacturing the same.
액정 표시 판넬은 게임기, 사무용 기기, 휴대용 컴퓨터 등에 널리 사용되는 화상 표시 장치로 액정 자체는 발광 능력이 없으므로 배면 조정 장치를 광원으로 사용한다.The liquid crystal display panel is an image display device widely used in game machines, office equipment, portable computers, etc., and since the liquid crystal itself does not have a light emitting ability, a rear adjustment device is used as a light source.
천연색 액정 표시 판넬의 경우에는 단색 액정 표시 판넬에 비하여 빛의 투과율이 낮아져 단색 액정 표시 판넬에서 사용되던 배면 조명 장치에서 요구되던 휘도 보다 높은 휘도를 갖는 배면 조명 장치를 필요로 하게 되었다.In the case of the color liquid crystal display panel, the transmittance of light is lower than that of the monochromatic liquid crystal display panel, so that a rear illumination device having a luminance higher than that required in the back lighting apparatus used in the monochromatic liquid crystal display panel is required.
높은 휘도를 갖는 배면 조명 장치를 제작하기 위해서는 형광 램프의 용량을 높이거나 사용하는 램프의 숫자를 증가시켜야 하는데, 그렇게 하면 전력 사용량이 많아지므로 건전지를 사용할 경우 사용 시간이 짧아지고 부피가 커지는 문제가 있었다.In order to manufacture a high brightness rear lighting device, it is necessary to increase the capacity of the fluorescent lamp or increase the number of lamps used. However, since the power consumption is increased, the use time of the battery is short and the volume is large. .
이런 기술 상의 제약으로 인해 휘도를 높이기 위해 종래의 기술에서는 도광판 위의 광확산 시트 위에 확산된 광을 집광시킬 수 있는 기능을 가진 프리즘 시트, 구면 또는 비구면 형상의 렌즈, 후레즈넬 렌즈 시트(일특개평 6-194651, 6-265888) 등을 추가로 사용하여 일정한 각도 내로 광을 집광시켜 휘도를 향상시키는 방법을 사용하였다.Due to the limitations of this technology, in order to increase the brightness, the conventional technology includes a prism sheet, a spherical or aspheric lens, and a Fresnel lens sheet having a function of condensing light diffused on a light diffusion sheet on a light guide plate. 6-194651, 6-265888) and the like were used to condense the light within a certain angle to improve the brightness.
그러나 이와 같은 종래의 방법은 도광판과 액정 표시 판넬(LCD) 사이에 광확산 시트, 집광 시트 등 여러 종류의 많은 시트가 삽입되어 빛이 시트를 통과하면서 시트에 빛의 일부가 흡수되기 때문에 광 효율이 낮아지고, 제조 공정 상에서도 여러 종류의 많은 시트를 적층 조합함으로써 불량이 많이 발생하는 요인이 되고 있으며, 시트의 두께 증가로 인해 소비자가 요구하는 박형의 액정 표시 징치 개발에 역행하는 등의 문제점이 있다.However, in the conventional method, many types of sheets, such as a light diffusion sheet and a light collecting sheet, are inserted between the light guide plate and the liquid crystal display panel (LCD), and light is absorbed by the sheet while the light passes through the sheet. It is lowered, and a lot of defects are caused by stacking and combining many kinds of many sheets even in the manufacturing process, and there is a problem such as reversing the development of thin liquid crystal display device required by the consumer due to the increase in the thickness of the sheet.
이에 본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하기 위해 연구를 거듭한 결과 조립 공정의 단순화로 조립 불량 및 조립 공수를 낮추었을 뿐만 아니라 박형의 액정 표시 장치를 제작할 수 있는 광확산 기능과 집광 기능을 일체화 시킨 광학용 시트를 발명하기에 이르렀다.Accordingly, the inventors of the present invention have repeatedly studied to solve the above problems. As a result, the assembly process is simplified, thereby reducing assembly defects and the number of assembly processes. It came to invent the sheet | seat for.
도 1a는 본 발명의 광학 시트의 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 광학 시트의 단면도.1A is a perspective view of an optical sheet of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the optical sheet of the present invention.
도 2는 집광용 시트의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the sheet for collecting light.
도 3은 광확산용 시트의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a sheet for light diffusion.
도 4는 선행 기술의 액정 표시 판넬용 배면 조명 장치(Back light unit)에 대한 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a back light unit for a liquid crystal display panel of the prior art.
도 5는 본 발명의 제품을 사용한 배면 조명 장치의 구성 단면도이다.Fig. 5 is a cross sectional view of a rear lighting apparatus using the product of the present invention.
도 6은 본 발명 시트를 제조하기 위한 제조 장치에 대한 정면도이다.6 is a front view of a manufacturing apparatus for producing the sheet of the present invention.
〈도면의주요부분에대한부호의설명〉〈Description of the symbols for the main parts of the drawings〉
1 : 집광용 시트1: condensing sheet
2 : 광확산용 시트2: light diffusion sheet
3 : 도광판3: light guide plate
4 : 반사갓4: reflection shade
5 : 형광등5: fluorescent lamp
6 : 반사 패턴6: reflective pattern
7 : 액정 표시 판넬7: liquid crystal display panel
11 : 집광용 렌즈부11: condensing lens unit
11a : 삼각 프리즘11a: triangular prism
11b : 구면 또는 비구면 렌즈11b: Spherical or Aspheric Lens
11c : 프레넬 렌즈11c: Fresnel lens
12 : 광투과성 투명 기재 시트12: transparent transparent base sheet
13 : 바인더(Binder) 수지13: binder resin
14 : 광확산용 미립자14: fine particle for light diffusion
15 : 광확산층15: light diffusion layer
21a : 가이드 롤러21a: guide roller
21b : 가압 롤러21b: pressure roller
21c : 이형 롤러21c: Release Roller
22 : 자외선 조사 장치22: ultraviolet irradiation device
23a, 23b : 코팅 장치23a, 23b: coating device
24 : 엠보싱 롤러24: embossing roller
본 발명은 액정 표시 판넬(LCD)의 배면 조명 장치에 적용되는 광학 시트로써 보다 상세하게는 일련의 미세한 삼각 프리즘 형상을 갖는 엠보 롤러에 자외선 경화형 수지를 도포한 후 가이드 롤러를 이용하여 광투과성 기재 시트로 가압한 후 자외선을 광투과성 기재 위에 조사하여 일련의 미세한 삼각 프리즘 형상을 갖는 프리즘 시트를 제작한 후 광투과성 기재 시트의 반대면에 광확산 기능을 갖는 광확산 입자와 자외선 경화형 바인더(Binder) 수지를 조합하여 일정한 두께로 코팅한 후 자외선을 조사하여 얻는 광학 시트에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이 광학 시트를 액정 표시 판넬(LCD)의 배면 조명 장치에 적용하여 도광판으로부터 조사되는 불균일한 면광을 광확산층이 있는 면에서 균일하게 분산시킨 후 분산된 빛을 일정한 각도, 즉 약 70∼130°로 집광시켜 휘도를 50% 이상 향상시키고 면의 휘도 균일도를 85% 이상으로 향상시키는 특성을 갖는 광학용 시트와 이를 포함한 액정 표시 판넬 및 제조 방법에 관한 것이다.The present invention is an optical sheet that is applied to the back lighting device of the liquid crystal display panel (LCD), and more specifically, after the UV curable resin is applied to the emboss roller having a series of fine triangular prism shape using a guide roller using a light transmissive substrate sheet After pressurizing with UV light to irradiate the light transmissive substrate to produce a prism sheet having a series of fine triangular prism shape, and then the light diffusing particles and UV curable binder resin having a light diffusing function on the opposite side of the light transmissive substrate sheet It relates to an optical sheet obtained by irradiating ultraviolet rays after coating to a certain thickness in combination. In addition, the present invention is applied to the back lighting device of the liquid crystal display panel (LCD) by uniformly dispersing the uneven surface light irradiated from the light guide plate on the surface with the light diffusion layer, and then scattered light at a constant angle, that is, about 70 The present invention relates to an optical sheet having a property of condensing at -130 ° to improve luminance by 50% or more and improving luminance uniformity of surface to 85% or more, a liquid crystal display panel including the same, and a manufacturing method.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 광학용 시트는 집광기능을 가질 수 있는 프리즘, 구면 또는 비구면 형상의 렌즈, 프레즈넬 렌즈 등의 형상 凹로 조각된 엠보 롤러에 자외선 경화형 수지를 도포한 후 광투과용 기재 시트를 가압 롤러로 엠보 롤러에 가압하여 집광 기능을 갖는 형상을 만든 후 자외선을 광투과용 시트면에 조사하여 수지를 경화 시킨 후 이형하여 집광용 시트를 만든다. 이렇게 만들어진 시트를 기재로하여 집광 기능을 갖는 형상이 제조된 반대쪽의 시트면에 바인더로 사용되는 수지와 광확산용 미립자를 함께 혼합하여 일정한 두께로 코팅한 후 자외선을 조사시켜 경화 과정을 거쳐 제조한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the optical sheet of the present invention is a UV curable resin on an embossed roller carved in the shape of a prism, spherical or aspherical lens, Fresnel lens, etc., which may have a condensing function. After coating, the light-transmitting base sheet is pressed to the emboss roller by a pressure roller to form a shape having a light condensing function, and then irradiated with ultraviolet light to the light-transmitting sheet surface to cure the resin, followed by release to make a light-condensing sheet. The resin sheet, which is used as a binder, and the light diffusing fine particles are mixed together on the sheet surface on the other side of the sheet having the condensing function based on the sheet thus formed, coated to a predetermined thickness, and then irradiated with ultraviolet rays to produce a curing process. .
이하 본 발명에 따른 제품과 제조 장치에 대해서 첨부된 예시 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a product and a manufacturing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying example drawings.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광학 시트는 광투과성 기재 시트 (12)의 한쪽 면에 집광 기능을 갖도록 설계된 미세한 삼각 프리즘 (11a), 구면 또는 비구면 렌즈 (11b), 프레즈넬 렌즈 (11c)를 일련의 연속적인 가늘고 긴 형상을 이루도록 배열시켜 빛이 통과 하면서 일정한 범위의 각도 내로 집광이 되며 집광 기능을 갖는 반대면은 광확산층 (15)으로 되어 있어 입사된 광이 광확산용 미립자 (14)를 통과하면서 바인더 수지 (13)와 확산용 미립자 (14)와의 굴절율 차이로 확산되어 시트 전면의 밝기를 균일하게 하는 기능을 갖게 된다.As shown in FIGS. 1A and 1B, the optical sheet according to the present invention has a fine
본 발명의 집광용 렌즈부 (11a, 11b, 11c)와 광확산층 (15)의 바인더 수지 (13)로는 자와선 또는 전자선(EB : Electron Beam) 경화형 수지 조성물을 사용할 수 있으며 투명성이 우수하고 렌즈의 형상 유지에 접합한 가교 결합을 형성 할 수 있는 수지 조성물을 사용하는 것이 바람직하다. 이런 용도에 적합한 자외선 또는전자선 경화성 수지 조성물로는 에폭시 수지-루이산계나 폴리에틸올계, 불포화 폴리에스테르-스티렌계, 아크릴 또는 메타크릴산 에스테르계 등의 사용이 가능하며 이중에서 투명성이 우수한 수지로 아크릴 또는 메타크릴산 에스테르계 수지를 사용하는 것이 효과적이다.As the
이런 수지의 종류로는 폴리우레탄 아크릴 또는 메타크릴레이트, 에폭시 아크릴 또는 메타크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴 또는 메타크릴레이트 등의 올리고머가 있으며 다관능 또는 단관능기를 갖는 아크릴 또는 메타크릴레이트 모노머와 단독 또는 희석하여 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 수지 조성물을 경화시키는 방법으로는 자외선 또는 전자선 등을 사용할 수 있으나 설비 투자비, 경화 속도 등을 고려할 때 자외선 경화 방법을 사용하는 것이 경제적이다.Such resins include oligomers such as polyurethane acrylics or methacrylates, epoxy acrylics or methacrylates, polyester acrylics or methacrylates and are either alone or diluted with acrylic or methacrylate monomers having poly or monofunctional groups. It is preferable to use. Ultraviolet rays or electron beams can be used as the method for curing the resin composition of the present invention. However, in consideration of facility investment cost, curing rate, etc., it is economical to use an ultraviolet curing method.
집광용 렌즈부의 형상은 삼각 프리즘 (11a), 구면 또는 비구면 렌즈 (11b), 프레즈넬 렌즈 (11c) 형상 등을 사용할 수 있다. 삼각 프리즘 형상 (11a)은 집광도가 우수하나 액정 표시 판넬을 바라보는 각도에 따른 밝기 변화의 민감성인 광시야각 특성이 낮으며 구면 또는 비구면 렌즈 형상 (11b)은 광시야각 특성은 우수하나 집광도가 낮아 휘도 향상에 불리하며 제조 방법이 어려운 단점을 가지고 있다. 광학 시트를 사용하는 주목적이 휘도 상승인 점을 고려해 볼 때 집광 렌즈부의 형상으로는 삼각 프리즘 형상을 갖는 것이 바람직하다.The shape of the condenser lens portion may be a
삼각 프리즘 (11a)은 프리즘의 꼭지점 각도(α)에 따라 휘도와 광시야각의 특성 변화가 심하다. 꼭지점 각도(α)가 커질수록 광시야각은 양호하나 휘도 상승이 불리하고, 꼭지점 각도(α)가 작아지면 반대 현상이 일어난다. 삼각 프리즘(11a)의 꼭지점 각도(α)는 80∼100°가 바람직하다. 삼각 프리즘 (11a)의 꼭지점 각도(α)가 80°이하인 경우 집광에 의한 휘도는 양호하나 광시야각이 불량하여 적용하기 어렵고 100°이상인 경우 광시야각 특성은 양호하나 휘도가 낮은 문제점이 있다. 이러한 점을 고려할 때, 꼭지점(α)의 각도를 85∼95°범위에서 사용하는 것이 특히 바람직하다.The
광학시트의 집광 렌즈부의 피치(w)는 액정 표시 판넬로부터 약 250 mm 거리에서 육안에 의해 통상적으로 식별이 가능한 크기인 75∼80μm 이하로 하여 사용할 수 있으나, 박막 트랜지스터(TFT) 등에서 칼라를 구현하기 위해 사용하는 칼라 필터의 피치와 광학 시트의 피치간 간섭에 의해 화면에 발생하는 모아레(moire)를 제거하기 위해서는 피치(w) 크기를 20∼50μm 사이로 하는 것이 바람직하다.The pitch w of the condensing lens portion of the optical sheet may be used to be 75 to 80 μm or less, which is generally identifiable by the naked eye at a distance of about 250 mm from the liquid crystal display panel, but the color of the thin film transistor (TFT) or the like may be used. In order to remove the moire generated on the screen by the pitch between the color filter used to implement and the pitch between the optical sheet, it is preferable to set the pitch (w) size between 20 and 50 μm .
광투과형 투명 기재 (12)로 사용될 수 있는 소재로는 폴리 염화 비닐 시트, 폴리 카보네이트 시트, 폴리 메틸 메타크릴레이트 시트, 폴리에스테르 시트 등이 있으며 기계적 특성, 광투과성, 양산성, 광학 시트의 사용 환경 조건 등을 고려해 볼 때 폴리에스터 필름을 사용하는 경우가 많다.Materials that can be used as the light transmissive
빛은 매질을 통과하면서 그 일부가 매질에 흡수되므로, 빛이 매질에 흡수되는 것을 최소화하여 휘도를 유지하기 위해서 광학 시트의 두께는 제품 형태를 유지할 수 있는 범위 내에서 가능하면 얇은 시트를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 사용하기 위한 광투과형 기재로 폴리에스터를 선택할 경우, 시트의 인장 강도가 15 Kg/mm2이상, 광 투과율이 90% 이상 되는 제품으로 두께는 80∼200μm 범위의제품을 사용이 효과적이다.As light passes through the medium, part of it is absorbed by the medium, so that the thickness of the optical sheet should be as thin as possible to maintain the shape of the product in order to minimize the absorption of light into the medium and maintain the brightness. desirable. When selecting a polyester of a light transmissive base material for use in the present invention, the products that the tensile strength of the
광확산층 (15)을 형성하는 원료로는 광을 확산시키는 광확산 미립자 (14)와 바인더 수지(13)로 구성되며 바인더 수지 (13)는 집광 렌즈부 (11)에서 사용되는 수지와 같은 재료로 된 것을 사용하는 것이 광학 특성 등을 고려할 때 바람직하다.The raw material for forming the
광확산용 미립자 (14)로는 유리, 활석, 산화 알미늄, 이산화티타늄 등 무기 소재와 폴리스티렌, 폴리카보네이트, PMMA 등의 유기 소재로 된 미립자를 사용할 수 있다. 활석, 산화 알미늄, 이산화 티타늄 등의 미립자는 빛을 투과시키지 못하고 표면에서 반사시켜 빛을 확산시키는 기능을 가지며 유리, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, PMMA 등의 미립자는 인입된 빛을 투과, 굴절시켜 빛의 경로를 바꾸어 빛을 확산시키는 기능을 갖는다. 광확산 효과와 광투과율 등 광확산층 (15)의 기능 향상을 위해서는 빛을 투과, 굴절시키는 기능을 가진 유리, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, PMMA 등의 미립자를 사용하는 것이 효과적이다.As the light diffusing
광확산용 미립자 (14)의 크기는 2∼30μm 범위의 구의 형성을 갖는 제품을 사용하는 것이 광투과성과 광확산 효율 향상에 효과적이며 유사한 크기의 미립자를 단독으로 사용하는 것보다는 미립자의 크기를 2가지 이상으로 구분하여 사용하는 것이 바람직하다. 크기가 유사한 광확산용 미립자 (14)를 단독으로 사용할 경우 인입되는 빛이 광확산용 미립자 (14)를 통과하지 않고 광학산용 미립자 (14) 사이를 통과하는 비율이 높아 균일한 면 광원을 얻기가 어렵고, 미립자 사이로 통과하는 빛을 차단하기 위해 코팅을 두껍게 할 경우 광확산 효과는 높으나 광투과 효율이 낮아지는 문제점이 있다. 광확산용 미립자 (14)의 크기를 2가지 이상 선정하여 사용할 경우 큰 미립자와 미립자 사이에 작은 미립자가 분포되어 큰 미립자 사이를 통과하는 빛을 작은 미립자에서 투과, 굴절 시킴으로 코팅 두께를 얇게할 수 있어 광투과 효율을 높일 수 있으며, 동시에 광확산 기능을 향상시켜 균일한 광원을 얻을 수 있다.The size of the light diffusing
상기에서 설명된 본 발명의 제품을 제조하는 방법을 도 6에 도시하였다. 도시한 바와 같이 집광용 렌즈 (11)의 형상을 가진 엠보싱 롤러 (24)에 적당한 방법의 코팅 장치 (23a)를 이용하여 기재 시트 (12)를 엠보싱 롤러 (24)에 가압한다. 이렇게 가압된 상태에서 자외선을 광투과용 투명 기재 시트 (12) 위에 조사하여 수지 조성물을 경화, 고화 시킨 후 이형 롤러 (21c)에서 엠보싱 롤러 (24)로부터 이형시켜 집광용 렌즈를 만든 다음 집광용 렌즈 시트의 집광 렌즈 성형부 (11a) 반대명의 광투과용 기재 시트 (12) 면에 상기의 광확산용 미립자 (14)를 바인터 수지 (13)와 혼합하여 적당한 코팅기 (23)룰 사용하여 균일한 두께로 코팅한 다음 자외선 조사 장치 (22)로 자외선을 조사하여 광확산 기능과 집광 기능을 동시에 갖는 광학 시트를 제조한다.A method of making the product of the invention described above is shown in FIG. 6. As shown, the
이렇게 제조된 광학 시트는 기존 제품에 비해 부품수가 감소될 뿐만 아니라 시트와 시트 사이의 간격이 없어지고 두께가 얇아져서 광 투과율을 높일 수 있어 휘도 상승 효과가 우수하며 제품의 두께를 얇게 할 수 있는 특성을 갖는다.The manufactured optical sheet not only reduces the number of parts compared to the existing products, but also eliminates the gap between the sheets and the thickness of the sheets so that the light transmittance can be increased, thereby improving the luminance and reducing the thickness of the product. Has
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