KR100509429B1 - 광 간섭 현상이 적고 광 방출률이 높은 광 농축 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 광 경로 조절 구조물에 이용되는 투과성 광학 필름으로서 프리즘 필름(6) 구조를 사용하는 경우에, 광원으로부터 입사되는 광 중 더욱 많은 부분이 전방의 관측자에게 도달 가능한 시야각 범위로 들어올 수 있도록 유도하여 전방 휘도를 향상시키고, 광학 필름 두장을 직교하여 겹쳐서 사용하는 경우에도 광 간섭 현상이 발생하지 않도록 하여 균일하고 선명한 화상을 얻을 수 있도록 하는 광학 필름을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 광학필름은, 광원으로부터 나오는 빛을 집광시키고 빛의 방향을 조절하여 정면 휘도를 향상시키는 광학필름으로서, 한쪽 면에 투명한 중합체 물질로 이루어진 구조화된 제 1표면과 그 이면에 제 2표면을 갖는 광학구조 층(4) 및 광학구조 층의 제 2표면에 접하며, 한 개 이상의 입체구조물로 형성되어 있는 입체구조 층(7)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광 간섭 현상이 적고 광 방출률이 높은 광 농축 필름{A REFRACTION DOMINATED-LIGHT CONCENTRATION FILM WITH LESS LIGHT INTERFERENCE}

본 발명은 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display)에 사용되는 광학 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유닛에 사용되어, 광원으로부터 액정 디스플레이 패널에 전달되는 광의 이용 효율을 증가시켜 화면에 구현되는 화상의 휘도를 보다 증가시키며, 화면 전체에 걸쳐 균일한 양질의 화상을 구현할 수 있도록 하기 위한 광학 필름을 제공하기 위한 것이다.

디지털 정보화 기기의 급격한 발전을 통해 휴대폰, PDA, 디지털카메라, LCD TV와 같은 디지털 기기의 사용이 매우 빈번해졌다. 이러한 기기는 통상적으로 액정표시장치(LCD)라는 화면표시기기를 채택하고 있다. 액정표시장치는 구조적인 특성상 얇고 가볍게 제작될 수 있기 때문에 휴대용기기의 화면표시에 더욱 적합한 장치임이 분명하다.

이처럼 액정표시장치를 이용한 화면표시장치는 급속도로 높아져가는 사용자의 욕구수준을 만족시키기 위해 보다 밝고 선명한 화질에 대한 해결방안이 필요하게 되었다. 액정표시장치는 얇고 가볍게 제작할 수 있을 뿐만 아니라 해상도, 컬러표시, 화질 등에서 우수한 특성을 갖고 있어 이에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 액정표시장치는 일반 브라운관방식(CRT)과 달리 구동방식에 있어서 그 차이점이 있다.

액정표시장치(도1)는 액정판의 픽셀화 된 각 셀의 액정분자 배열을 조절하여 빛의 투과량을 변경할 수 있고 이러한 픽셀들을 조합함으로써 하나의 이미지를 표현할 수 있게 된다. 그러나 액정판(3)은 빛의 투과율을 조절해주는 일종의 필터역할밖에 할 수 없어 빛이 없는 곳에서는 이미지를 볼 수 없다. 따라서 액정표시장치는 액정판 이외에 백라이트유닛(1)이라는 별도의 광원을 통해 이미지를 표현할 수 있는 것이다.

백라이트 유닛(1)은 반사경(2b)을 가진 냉음극형광램프(2a)를 광원으로 사용하고 순차적으로 반사판(2c), 도광판(2d), 광 확산필름(2e), 프리즘 필름1(2f), 프리즘 필름2(2g)의 보조 장치로 구성되어있다. 도광판(2d)은 냉음극형광램프(2a, CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)에서 방출되는 불규칙한 방향의 광원을 실제적으로 평면의 출력으로 변환시키는 역할을 한다.

액정표시장치(도1)에 있어서, 광원(2a)으로부터 나오는 많은 빛이 가능한 한 액정판(3)에 직교하여 입사하도록, 상기의 프리즘 필름(2f,2g)으로 빛을 시야각(θ)의 내부로 집광시킨다. 디스플레이는 정면에서 보는 경우가 많기 때문에 정면으로 향하는 빛을 많을수록 밝은 화면을 표현할 수 있으므로 프리즘 필름의 역할은 중요하다.

한편 프리즘 필름으로 입사 된 빛은 굴절을 통해 시야각으로 향하고, 특정 방향의 빛은 전반사되어 광원으로 되돌아와 재활용된다. 되돌아온 광원은 백라이트 유닛(1) 내부에 설치된 반사판(2c)을 통해 다시 전반사되어 도광판(2d)을 거쳐 광확산필름(2e), 프리즘 필름(2f,2g)을 통해 재 집광된다.

액정표시장치(도1)의 성능은 전류소모와 휘도, 선명도에 의해 평가된다. 특히 액정표시장치(도1)가 적용된 휴대용 기기의 경우 전류소모량이 상품의 성능과 직결될 수 있고, LCD TV와 같은 경우는 장시간동안 사용자의 시각에 노출되는 특성으로 인해 백라이트 유닛(1)에서 방출되는 빛이 균일하고 선명해야 한다.

액정표시장치(도1)를 구동하는 데에 사용되는 전원은 크게 액정판(3) 픽셀의 액정을 컨트롤하는데 쓰이는 전류와 백라이트 유닛(1)을 구동하는데 쓰이는 전류로 구분될 수 있다. 상기의 두 가지 부하 중에 단위시간당 전류의 소비가 많은 것은 백라이트 유닛(1)을 구동하는 전류이다. 액정표시장치가 적용된 휴대용장치에 있어서는 전류의 소모량이 휴대장치의 사용시간과 직결되어 백라이트유닛(1)의 전류소모량은 휴대용장치의 매우 중요한 평가요소가 된다.

백라이트 유닛(1)의 휘도를 증가시키기 위한 방법으로 광원(2a)을 추가로 설치하거나 보다 밝은 광원으로 교체할 수 있지만 이러한 대처방안은 전류소모의 부하를 더욱 가중시켜 더 큰 전류소모를 발생시키고, 광원(2a)추가에 따른 백라이트 유닛(1)의 제조단가의 상승 요인이 될 수 있어 경제적이지 못하다.

따라서 보통 휘도의 향상은 백라이트 유닛(1)의 표면에 거의 수직방향으로 배출되는 광량이 많을수록 바람직하다. 이는 특이적 구조를 가진 필름을 통해 백라이트 유닛(1)에서 무작위로 배출되는 광원을 백라이트 유닛(1)의 표면에 수직방향에 가깝게 방출되도록 조절함으로써 개선될 수 있다. 이를 위하여 시야각(θ)을 벗어난 방향의 빛을 시야각(θ) 내부로 배출되도록 조절해줄 수 있는 구조를 가진 필름을 백라이트 유닛(1)에 적용해왔다.

백라이트 유닛(1)의 상부에 적층이 가능한 형태의 필름을 제시한 대표적인 종래 기술인 미국특허 제 4,542,449호, 제 4,906,070호 및 대한민국 특허출원 제1986-0009868호는 한쪽 면에 구조화 표면 및 다른 면에 그 구조화 표면과 반대되는 매끄러운 면을 갖고 구조화된 표면은 나란히 배열된 복수의 이등변삼각형 프리즘이 매끄러운 면과 약 45도의 각을 이루며 선형 배열되어져 있는 것을 특징하는 장치(6)가 제안되었다. 또한 대한민국 공개특허 제 1999-0082141호, 대한민국 공개특허 제 2002-0041819호는 상기 특허와 같이 선형 배열된 프리즘 구조를 기본적으로 하되 프리즘의 정각이 다양하게 개시되어 있으나 궁극적으로는 상기 특허와 같은 원리로 제공된다.

상기 프리즘 구조를 가진 필름에서는 통과하는 빛이 프리즘 구조의 한 빗면에 도달했을 때 진입한 각도에 따라 굴절되어 배출되거나 전반사되어 다시 광원으로 되돌아가 재활용된다. 전반사되어 광원으로 되돌아간 빛은 다수의 매질을 통과하면서 광량의 일부분이 소실될 여지가 있다. 또한, 전반사로 인해 광원으로 되돌아오는 빛은 반사판(2c)의 반사효율에 따라 재활용률이 결정되기 때문에 반사판(2c)의 반사율이 휘도증가에 또 다른 변수로 작용될 수 있다.

기존의 프리즘 필름(6)은 광을 수송하는 목적으로 제안된 것으로 전반사가 목적이었고, 집광효과는 전반사된 빛이 재활용되도록 설계하였기 때문에 부수적으로 얻어진 기능이라 할 수 있다. 또한 도 12에 도시된 바와 같이 상기 필름의 집광효율을 더욱 높이고자 두장의 필름을 수직으로 교차하여 적층시켜 사용하는 경우에는 프리즘 구조(4)와 매끄러운 면(5)의 접촉부분이 많아 접촉 부분(33)에 의해 Wet-out, Moire, 뉴튼의 링과 같은 광 간섭현상이 발생할 수 있어 선명도에 직접적인 영향을 주는 문제점도 가지고 있다.

이러한 기존의 프리즘 구조의 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 공개특허 제 1998-0702614호는 다양한 높이의 프리즘 구조를 표면상에 형성하였으나, 다양한 높이의 프리즘 구조는 필름의 두께가 두꺼워지는 문제가 발생하여 근본적인 해결책이 될 수 없었다. 한편 대한민국 공개특허 제 2002-0041819호는 가변 각 구조의 프리즘을 표면상에 형성하였으나, 가변 각은 무작위로 배열된 경계면 때문에 빛의 굴절 방향을 예측하기 힘들고, 기존보다 시야각을 벗어난 방향으로 배출될 우려가 있으므로 근본적인 해결방안을 제시했다고 보기 어렵다.

이에 따라 프리즘 필름의 구조를 변형시켜, 광의 이용효율을 극대화시키고 광학필름을 두장 겹쳐서 사용할 경우 접촉 면적을 최소화하여 빛의 간섭현상을 줄이고 균일한 화상을 제공하기 위한 지속적인 연구가 요구되고 있다.

본 발명은, 광선 조절 구조물에 이용되는 투과성 광학 필름으로서, 구조화된 제 1표면과 그 이면에 제2표면을 갖는 프리즘 층을 사용하되, 제 2표면 하부에 새로운 입체구조물을 배열시킴으로써, 광원으로부터 입사되는 광 중 더욱 많은 부분이 전방의 관측자에게 도달 가능한 시야각(θ) 범위로 들어올 수 있도록 유도하여 전방 휘도를 향상시키고, 광학 필름 두장을 직교하여 겹쳐서 사용하는 경우에도 광 간섭 현상이 발생하지 않도록 하여 균일하고 선명한 화상을 얻을 수 있도록 하는 광학 필름을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학필름은, 광원으로부터 나오는 빛을 집광시키고 빛의 방향을 조절하여 정면 휘도를 향상시키는 광학필름으로서, 상기 광학필름은 한쪽 면에 투명한 중합체 물질로 이루어진 구조화된 제 1표면과 그 이면에 제 2표면을 갖는 광학구조 층(4) 및 상기 광학구조 층의 제2표면에 접하고 한 개 이상의 입체구조물이 반복 배열되어 형성되어 있는 입체구조 층(7)을 포함하며, 상기 입체구조물을 포함하는 입체구조 층(7)은 입체구조물이 하부 방향으로 돌출된 형태이거나 입체구조 층에서 안 쪽으로 함몰되는 형태를 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 기존 휘도 향상 필름(6)에서 도 6과 같이 많은 부분의 광의 전반사되어 후면의 반사판(2c)에서 반사되어 재활용되는 과정에서, 빛의 재활용으로 발생하는 광량 손실과 백라이트 유닛(1)의 반사판(2c) 특성에 대한 의존도를 줄이기 위해 빛이 입사되는 면을 평평하거나 매끈하지 않도록 적절한 입체구조물을 부가하여 전반사의 확률을 줄이고 시야각(θ) 범위 안으로 방출되도록 만들어 굴절에 의한 집광 이용효율을 높일 수 있는 구조를 가진 필름(8)이라고 할 수 있다.

이 때에, 상기 광학구조 층(4)은 투명한 투과성 고분자 물질이 사용된다. 예를 들어 불포화 지방산 에스터, 방향족 비닐 화합물, 불포화 지방산과 그 유도체, 불포화 이가산(unsaturated dibasic acid) 와 그 유도체, 메타크릴로나이트릴 과 같은 비닐 사이아나이드(cyanide) 화합물 등의 재료를 사용할 수 있다. 이중에서도 투명도와 같은 광학적 특성이 좋아야하기 때문에 불포화 지방산 에스터 수지를 사용하는 것이 특히 바람직하다.

한편 입체구조 층(7)을 구성하고 있는 입체구조물을 제조하는 데 사용되는 재료로는 투명한 고분자 중합체가 활용된다. 구체적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐, 폴리올레핀 등과 같은 자외선 경화형 혹은 열 경화형 고분자수지를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 광학필름에서, 광학구조 층(4)은 구조화된 형상으로서, 복수의 삼각프리즘, 사각뿔을 포함하여 다각뿔 구조의 프리즘, 원뿔프리즘, 구형프리즘 등의 구조 중 어느 하나의 형태로 형성되어 있을 수 있으며, 그 재료는 상기 투명한 고분자 중합체의 여러 종류를 이용할 수 있다.

여기서 광학구조 층(4)의 형상이 복수의 삼각 프리즘으로 형성되어 있는 경우에는, 나란히 배열된 소형의 이등변 프리즘의 선형 배열인 것이 바람직하다. 이 때에 광학구조 층(4) 상부 구조에서 프리즘의 양쪽 빗면이 이루는 각도의 범위는 20~140도의 값을 가진다.

삼각 프리즘의 경우 프리즘의 꼭지점의 각도에 따라 휘도와 광 시야각의 특성 변화가 심한바, 양호한 시야각 특성을 얻기 위해서는 삼각프리즘의 꼭지점의 각도는 80~100도가 더욱 바람직하다. 삼각 프리즘의 꼭지점의 각도가 80도 이하인 경우에는 집광에 의한 휘도는 양호하나 광 시야각이 불량하여 적용하기 어렵고, 100도 이상인 경우에는 광 시야각 특성은 양호하나 휘도가 낮아지는 문제점이 있다. 이러한 점을 고려할 때 꼭지점의 각도는 85~95도의 범위에서 사용하는 것이 특히 바람직하다.

여기서 상기 입체구조 층을 구성하고 있는 입체구조물은 프리즘 구조물의 밑변(26)의 길이의 20배 간격마다 적어도 한 개 이상이 포함되는 구조를 갖는 것이 바람직하다.(도11참조) 최소한 상기 간격마다 하나 이상의 입체구조물이 존재하여야 입체구조가 지니는 입사된 빛의 경로를 시야각 안으로 제어하는 하기 장점을 살릴 수가 있기 때문이다. 또한 입체구조가 너무 많이 존재하면 휘도증가를 위하여 필름 두장을 겹쳐서 사용할 경우 접촉면적 측면에서 종래의 광학필름과 거의 다를 바가 없기 때문에 하기에서 살펴 볼 간섭현상을 줄이는데 효과적이지 못하다. 이러한 이유로 상기에서 제시한 입체구조의 빈도가 적절하다.

더욱 상세하게는, 당업자가 통상적으로 제작하는 프리즘 구조의 크기를 감안할 때, 1,000,000 평방마이크로미터마다 적어도 1개 이상의 입체구조물을 가지고 있는 것이 바람직하다. 여기서 입체구조물이 너무 많이 있는 경우 광학필름 두장을 겹쳐서 사용할 때, 접촉 면적의 증가로 인하여 상기 간섭현상이 발생하는 것을 효과적으로 해결하지 못하게 되므로 1,000,000 평방마이크로미터마다 최대 5개의 입체구조물을 가지는 것이 바람직하다.

한편 본 발명의 입체구조 층을 구성하고 있는 한 개 이상의 입체구조물의 형상은 돌출, 또는 함몰되어 있는 입체구조를 갖는데, 그 형상에는 선형 삼각기둥, 선형 사각기둥, 삼각뿔, 사각뿔, 직육면체 등의 형상이 가능하여 원칙적으로 그 제한은 없으나 구체적으로 선형 반원기둥이나 반구 형태인 것이 바람직하다. 둥근 형태로 제작할 경우, 입체 구조 층(7) 하부에 적층될 필름의 손상을 방지하고 접촉 면적을 적게 할 뿐만 아니라, 매질이 변화되는 부분의 계면은 원의 접선방향이 무한대로 있기 때문에, 수평방향 뿐만 아니라 수직방향까지 무한대로로 존재하여 수직광원의 방향제어에 효과적이므로 둥근 형태로 제작하는 것이 좋다.

이 때, 상기 입체구조물의 형상인 반원기둥이나 반구의 형태의 지름(27)은 도11에서 도시한 바와 같이 프리즘 구조물의 밑변(26)의 길이와 같거나, 2~3배의 값을 갖는 것이 바람직하다. 입체구조물의 지름이 너무 큰 값일 경우에는 두께가 두꺼워지는 문제가 있고, 너무 작은 값을 가질 경우에는 빛이 시야각 범위내로 그 경로를 제어하는 광 방출 효과를 기대하기 어려운 문제가 있기 때문이다. 이러한 이유로 상기 입체구조물의 지름은 50~100마이크로미터가 바람직하다.

입체구조 층을 형성하고 있는 하나 이상의 입체구조물의 크기는 모두 같거나 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 입체구조들의 크기가 서로 다를 경우에도, 하기(도면 6, 7참고)와 같이 백라이트유닛의 정면 입사광에 대하여 프리즘에서 전반사되는 빛의 경로를 굴절하여 시야각 범위 안으로 방출하게 하는 본 발명의 목적을 달성할 수 있기 때문이다. 그리하여 입체구조들의 형상이 선형 반원기둥이나 반구형태인 경우, 그 형상들의 지름(또는 곡률반경)은 서로 다른 값을 가져도 무방하다.

이하 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도1은 일반적인 백라이트 유닛의 구조를 나타내고 있으며, 도2와 도3은 기존에 주로 사용하고 있던 직각이등변 삼각형의 프리즘 배열을 포함하고 있는 광학필름의 형상을 나타내고 있다.

도 4는 본 발명에 따른 광학필름을 도시하였으며, 도5는 도4의 단면의 형상을 도시한 것이다. 여기서, 광학구조층(4)의 재료는 그 굴절률이 한 개 이상의 입체구조물(32)을 포함하는 입체구조층(7)의 굴절률보다 높은 것을 사용하여 제작하는 것이 바람직하다. 광학구조층(4)의 굴절률이 입체구조층(7)의 굴절률보다 낮을 경우에 후면으로부터 입사한 광의 일부가 광학구조층(4)의 제2표면(31)에서 전반사되어 광학구조층(4)으로 입사되지 못하기 때문이다.

도6과 도7은 종래의 광학필름 구조와 본 발명의 광학필름 구조에 대하여 광원에서 정면으로 입사된 빛의 경로를 도시하고 있다. 상세하게는 도6에서 도시한 바와 같이 종래의 프리즘 구조를 갖는 광학필름에서 정면으로 입사된 빛(입사각 0도) 9, 10, 11, 12는 평평한 필름 층을 통과하기 때문에, 입사된 빛은 프리즘 구조까지 필름의 법선방향으로 진행하게 되어, 프리즘의 한 빗면(a, c, e)에서 전반사되어 반대 쪽 빗면(b, d, f)으로 진행하며 이것은 다시 전반사되어 백라이트의 내부로 들어오게 된다. 이렇게 전반사되어 되돌아오는 빛은 광확산필름(2e), 도광판(2d), 반사판(2c)을 거쳐 다시 되돌아오는 과정에서 광원의 손실이 발생할 가능성이 있다.

그러나 도7에서는 하나 이상의 입체구조물을 가지는 입체구조 층을 형성하고 있는 광학필름을 나타낸 바, 입사각 0도인 정면으로 입사된 빛(13. 14)은 입체구조의 곡면에 닿아 곡면의 법선방향에 대하여 굴절하여 진행하며, 이렇게 진행된 빛은 도6과는 달리 프리즘 빗면(a, b)에서 전반사하지 않고 시야각(θ) 범위 내로 진행하게 된다. 한편 정면으로 입사된 빛이 필름의 법선 방향과 같은 방향으로 입사되는 경우의 광선(15, 16)은 도6과 같이 한쪽 빗면(c, e)과 반대 쪽 빗면(d, f)에서 전반사되어 백라이트 내부로 들어와 재활용하게 된다.

따라서 종래의 광학필름 구조에서 빛이 전반사 되어 재활용되는 과정에서는 광원의 손실이 발생할 수 있기 때문에, 광원의 대부분을 차지하고 있는 정면 입사된 빛을 전반사시켜 재활용하는 것보다는 입사된 빛을 최대한 시야각 범위 내로 그 경로를 제어하여 방출시키는 것이 더욱 효과적이라고 할 수 있다.

한편 도8과 도9는 종래의 광학필름구조와 본 발명의 광학필름 구조에 대하여 광원에서 측면으로 입사된 빛의 경로를 도시하고 있다. 도8에서에서 도시한 바와 같이, 종래 구조의 프리즘 필름에 측면 입사된 빛(17, 18)은 필름의 매질을 통하여 차례로 굴절되어 시야각(θ) 범위 안으로 방출하게 된다. 도9에서는 본 발명에 해당하는 광학필름을 도시하였는데, 광원의 아주 적은 부분을 차지하는 측면 입사광 (19, 20)은 도8과 마찬가지로 입체구조 층과 구조화된 프리즘을 통과하면서 굴절되어 시야각 범위 내로 방출되게 된다.

따라서 종래의 프리즘 구조에서 측면으로 입사되어 시야각 범위 안으로 들어오는 빛은 본 발명의 구조에서도 손실되지 않고 시야각 범위 안으로 들어오는 바, 본 발명에서는 광원의 주요 부분을 차지하는 정면 입사광에 대해서는 전반사과정을 줄여 재활용하는 과정에서 여러 매질을 통과하며 발생하는 빛의 손실을 최대한 막아준다. 그리고 본 발명은 광원의 미비한 부분을 차지하는 측면으로 입사하는 광에 대해서는 기존의 프리즘 구조와 같이 빛이 시야각 범위 안으로 들어오게 함으로써, 종래 구조의 장점은 최대한 살리되 상기 단점을 보완하는 구조를 가지고 있다.

한편 도11은 본 발명의 광학필름을 확대 도시 한 것이다. 본 발명의 광학필름은 프리즘 구조물 형태를 갖는 제1표면(35)과 제2표면(31)으로 구성된 광학구조층(4) 하부에 입체구조물(32)을 포함하는 입체구조층(7)이 형성되어 있다. 이 때, 상기 제2표면(31)을 구성하는 물질과 한 개 이상의 입체구조물(32)을 구성하는 물질은 모두 동일한 물성을 갖는 광학용 재료로 구성될 수 있다.

만일, 상기 제2표면(31)을 구성하는 물질과 상기 입체구조물(32)을 구성하는 물질이 다른 경우에, 상기 제2표면(31)을 구성하는 물질의 굴절률이 상기 입체구조물(32)을 구성하는 물질의 굴절률보다 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기와 같이 광학구조층(4)의 제1표면(35) 쪽으로 올라갈수록 굴절률이 적어도 높아져야 입사된 빛이 시야각 안으로 모아질 수 있기 때문이다.

또한 도11에서 도시한 바와 같이, 하나 이상의 입체구조물(32)을 포함하는 입체구조층(7)에는 제2표면(31)에 접하는 매끄러운 부분(29a)을 필름의 기계적 강도 및, 제조 공정상의 편의를 위해 포함시키거나 포함시키지 않을 수도 있다.

도12와 도13은 휘도를 증가시키기 위하여 광학필름을 두장을 직교하여 사용할 경우의 단면을 나타낸다. 도13에서 도시한 바와 같이 본 발명에 해당하는 필름 두장을 직교하여 사용할 경우, 종래의 광학필름의 경우인 도12와는 달리, 광학필름 하부에 형성된 입체구조물로 인하여 접촉 면적(34)이 줄어들게 된다. 따라서 종래의 광학필름에 비하여 접촉 부분(33)에 의해 발생하는 Wet-out, Moire, 뉴튼의 링과 같은 광 간섭현상을 줄여 선명한 화상을 제공할 수 있는 효과를 창출할 수 있다.

따라서 본 발명에서 강조하는 광학 필름은 종래 프리즘 시트의 역할인 전반사에 의해 집광이 되는 원리는 그대로 갖지만, 프리즘 층 하부에 적층되어 있는 입체구조 층에 의해 전반사되는 빛의 일부분이 굴절되어 시야각(θ) 의 범위로 그 경로를 제어하여 방출시킬 수 있다는 점에서 종래의 광학필름과 다르고, 이러한 입체구조물에 의해 접촉 면적이 현저히 감소하게 되어 광 간섭현상이 현저히 줄어들어, 액정 디스플레이 등에 사용할 경우 휘도가 향상되고 선명한 화질을 제공할 수 있다.

이하 바람직한 실시 예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시 예는 본 발명의 다양한 실시 형태 중에서 몇 가지를 예시하기 위한 것이지, 이들만으로 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1]

광학구조 층(4)의 프리즘으로 다관능기를 가진 폴리메타아크레이트 수지를 사용하고, 기본 층(base film)과 입체구조 층(7)으로 폴리에틸렌테레프탈레이트를(PET) 이용하여 프리즘 구조는 50 × 25 마이크로미터(밑변 × 높이)의 크기를 갖는 직각이등변삼각형의 형태이며, 입체구조는 지름이 50마이크로미터인 반구형이 지름의 절반이 노출된 형태로 1,000,000 평방마이크로미터마다 2개씩 분포하도록 제작하였다.

여기서, 상기 입체구조가 인각된 롤(roll)로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 압연하여 입체구조물을 형성시킨 후, 프리즘의 미세구조가 인각된 롤과 상기 입체구조물이 형성된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름의 매끄러운 측면사이에 자외선 경화형 불포화 지방산 에스터 고분자 수지를 주입한 후 Lamination을 한 후 자외선을 조사하여 미세 프리즘 구조물이 형성되도록 제작하였다.

이렇게 제작한 필름을 14인치 노트북용 백라이트유닛에 적용하여 수직방향에 대한 각도별 출사광량 분포에 대하여 배출각과 배출 효율의 결과는 하기 표2와 같다.

[실시예 2]

상기 실시예1과 동일한 프리즘 구조가 인각된 롤(roll)에 열 경화형 고분자수지를 코팅하여 광학용 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 Lamination한 후 열을 가하여 제작된 필름의 매끈한 면에 폴리메타크릴레이트계의 열 경화형 고분자수지를 코팅한 후, 상기 실시예1과 동일한 입체구조를 가진 인각롤로 Lamination한 후 다시 열을 가하여 제작함으로써 제조 방법을 달리한 점을 제외하고는 상기 실시예1과 동일한 재질 및 구조의 광학필름을 제작하였다.

이렇게 제작한 필름을 상기 실시예1과 동일한 방식으로 백라이트 유닛에 적용하여 나타난 결과는 하기 표2와 같다.

[비교예]

광학구조 층(4)의 프리즘으로 다관능기를 가진 폴리메타아크레이트 수지를 사용하고, 기본 층(base film)에는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 이용하여 프리즘 구조는 50 × 25 마이크로미터(밑변 × 높이)의 크기를 갖는 직각이등변삼각형의 형태를 갖는 광학필름을 제작하였다.

즉 상기 프리즘 미세구조가 인각된 롤(roll)과 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 사이에 자외선 경화형 불포화 지방산 에스터 고분자 수지를 주입하여 Lamination 한 후, 자외선을 조사하여 경화시켜 프리즘 미세구조물 들이 형성된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 광학필름을 제작하였다.

이렇게 제작한 필름에 대하여 도 10에서 도시한 바와 같이, 법선(25)에 대하여 하부의 매끄러운 면에 입사된 빛의 각도(21, 입사각)와 프리즘을 통하여 밖으로 배출되는 빛의 각도(22, 출구각)의 상관관계는 하기 표1과 같다.

또한 상기 필름을 상기 실시예1과 동일하게 적용하여 나타난 결과는 하기 표2와 같다.

입 출구 각도는 법선(25)을 기준으로 한 각도임.
입사각	출구각	입사각	출구각	입사각	출구각	입사각	출구각	입사각	출구각	입사각	출구각
0.0	전반사	16.0	35.2	31.0	13.5	46.0	1.9	61.0	5.9	76.0	10.6
1.0	전반사	17.0	32.7	32.0	12.6	47.0	1.3	62.0	6.4	77.0	10.8
2.0	전반사	18.0	30.4	33.0	11.7	48.0	0.6	63.0	6.7	78.0	10.9
3.0	전반사	19.0	28.6	34.0	10.8	49.0	0.1	64.0	7.1	79.0	11.1
4.0	전반사	20.0	26.8	35.0	10.0	50.0	0.5	65.0	7.5	80.0	11.3
5.0	전반사	21.0	25.3	36.0	9.1	51.0	1.1	66.0	7.8	81.0	11.4
6.0	전반사	22.0	23.7	37.0	8.3	52.0	1.6	67.0	8.2	82.0	11.5
7.0	전반사	23.0	22.4	38.0	7.5	53.0	2.2	68.0	8.5	83.0	11.6
8.0	전반사	24.0	21.2	39.0	6.8	54.0	2.7	69.0	8.8	84.0	11.7
9.0	전반사	25.0	19.9	40.0	6.0	55.0	3.2	70.0	9.1	85.0	11.8
10.0	전반사	26.0	18.8	41.0	5.3	56.0	3.7	71.0	9.4	86.0	11.9
11.0	전반사	27.0	17.7	42.0	4.6	57.0	4.2	72.0	9.6	87.0	11.9
12.0	전반사	28.0	16.5	43.0	3.9	58.0	4.6	73.0	9.9	88.0	12.0
13.0	전반사	29.0	15.5	44.0	3.2	59.0	5.1	74.0	10.1	89.0	12.0
14.0	전반사	30.0	14.5	45.0	2.5	60.0	5.5	75.0	10.4	89.9	12.0

광학필름 하부 구조물로부터의 방출광 출사각(도)	0~34	35~50	50~60	60~70	70이상
광학필름 하부 구조물로부터의 방출광 중 상기 출사각에 해당되는 광량 분포비율	58%	23%	9%	7%	3%
비교예의배출각(도)	전반사35~10	0~10	0~5	5~10	10~12
배출효율	50%	100%	100%	100%	100%
실시예 1의배출각(도)	0~10 전반사35~10	0~1035~10	0~5	5~10	10~12
배출효율	75%	100%	100%	100%	100%
실시예 2의배출각(도)	0~10 전반사35~10	0~1035~10	0~5	5~10	10~12
배출효율	70%	100%	100%	100%	100%

표1에서 보는 바와 같이 프리즘 구조의 하부에 입체구조물이 없는 종래의 직각이등변삼각형 구조의 광학필름(비교예)은 입사각이 0도에서 약 14도까지의 빛은 전반사되어 백라이트유닛 내부로 다시 들어오게 됨을 알 수 있다. 그러한 과정에서 전반사된 빛은 후방의 반사판에서 반사되어 재활용되는 과정에서 서로 다른 매질을 통과하게 되기 때문에 광량의 손실은 불가피하다.

이렇게 비교 예에서 제작한 종래의 광학필름은 표2에서 보는 바와 같이, 가장 많은 광원 량을 차지하는 백라이트유닛 내 광학필름 하부구조로부터 출사되는 광 중 출사각 0~34도 범위에서 입사광의 상당 부분을 전반사시키고, 일부는 굴절되어 프리즘 외부로 방출시키는 것을 알 수 있다. 또한 하부구조로부터의 출사각 35~50도 범위의 입사광은 수직 축 상에 대하여 0~10도로 배출되므로 휘도 증가에 중요한 역할을 하는 부분이라고 할 수 있다.

상기 실시 예에 의해 제작된 광학필름은 비교예의 광학필름과 달리 광학구조 층 하부에 입체적인 구조물을 포함한다. 즉, 비교예의 광학필름은 빛이 진입되는 과정에서 공기와 필름 사이와 같이 매질이 변하는 경계면이 수평방향의 한 성분만 존재하지만, 실시 예에서 제작한 광학필름은 입체구조물에 의해 매질이 변하는 경계면이 수평방향에서 수직방향까지 다양한 성분으로 존재하게 된다.

따라서 본 발명의 바람직한 실시예 1은 표2에서 보는바와 같이 백라이트유닛 내 광학 필름의 하부구조로부터 출사되는 광 중 가장 많은 부분을 차지하는 출사각 0~34도 범위의 입사광을 입체구조물의 경계면에서 일부는 35~50도의 입사광으로 방향을 전환시키고, 이와 같이 방향 전환된 광이 프리즘을 통과한 후에는 0~10도의 출사각으로 배출되도록 하므로 휘도를 증가시키는데 매우 효과적인 구조라 할 수 있다.

또한 백라이트유닛 내 광학필름의 하부 구조로부터 출사되는 광 중 출사각이 35~50도인 입사광에 대해서는 매질의 경계면에 의해 빛의 일부는 그 방향을 유지하거나, 프리즘을 향하여 0~34도의 입사광으로 방향이 전환되어 진입하게 되므로, 휘도 증가에 중요한 역할을 하는 출사각의 광량을 최대한 이용하는 종래 프리즘 구조의 장점은 그대로 가지고 있다고 할 수 있다. 이러한 효과는 상기 표2와 같이 실시예 2에서도 마찬가지이다.

즉, 본 발명의 광학필름은 백라이트유닛 내 광학필름 하부구조로부터 출사되는 광 중 대부분을 차지하는 0~34도의 출사각에 대해서는 입체구조물에 의하여 75%를 시야각 안으로 배출시킴으로써, 종래 광학필름에 비하여 현저한 상승효과를 나타냈으며, 그 외 출사각의 광에 대해서는 종래 광학필름이 가지는 효과를 그대로 발휘하고 있어, 종래 구조에서 나타나는 전반사에 의해 서로 다른 매질을 통과하면서 발생하는 광 손실을 최대한 줄이는 최적의 광 이용효율을 보이고 있다.

본 발명에 의한 광학필름은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용이 가능하며 상기 바람직한 실시 예에 한정되지 않는다. 상술한 실시 예에서는 광학필름의 입자구조 층을 제조하는 재료와 형태로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 사용하여 입체구조물이 반구형태인 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니며, 실시 예와는 달리 다양한 기능을 수행하기 위한 재료들이 더 존재하며, 광학필름을 구성하는 각 부분의 재료나 광학구조 층, 입체구조물 형상의 변형도 본 발명의 단순한 변형에 지나지 않는다고 볼 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아님은 물론이며, 후술하는 청구 범위뿐만 아니라 청구 범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.

본 발명의 광학필름을 백라이트 유닛의 프리즘시트로 사용하면 전반사를 유도하여 빛의 손실을 최대한 방지하는 기존 프리즘시트의 기능을 유지할 뿐만 아니라, 광학 구조의 반대 면에 한개 이상의 입체구조물이 돌출, 함몰된 형태를 포함하는 입체구조 층을 적층함으로써, 광원의 대부분을 차지하는 정면 입사광을 전반사가 아닌 굴절을 통하여 직접 시야각 범위 내로 들어오도록 그 경로를 제어하여 전반사로 인하여 서로 다른 매질을 통과하면서 나타나는 광의 손실을 최대한 줄여 향상된 휘도를 제공할 수 있다.

또한 휘도 향상을 위하여 본 발명의 광학 필름 두장을 직교하여 겹쳐 사용할 경우, 기존 광학필름 구조와 달리 입체구조물로 인하여 그 접촉 면적이 현저히 줄어들게 함으로써, 광 간섭현상을 현저히 피할 수 있어 균일하고 선명한 화질을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 액정표시장치(LCD)의 내부구조를 나타내는 수직 단면도이다.

도 2는 종래의 기술에 의해 제안된 직각이등변삼각형 모양의 광학필름의 사시도를 나타낸 것이다.

도 3은 도2의 필름을 xz면의 방향으로 수직하여 잘랐을 때의 단면도를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른, 직각이등변삼각형 프리즘 구조를 가지며, 반대 면에 한 개 이상의 입체구조를 포함하는 입체구조 층을 적층한 광학필름에 대한 사시도이다.

도 5는 도 4의 광학필름을 xz면의 방향으로 수직하여 잘랐을 때의 단면도를 나타낸 것이다.

도 6은 종래 기술의 프리즘필름의 정면입사광에 대한 집광 원리를 설명한 개략도이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의해 제안된 광학 필름의 정면입사광에 대한 집광 원리를 설명한 개략도이다.

도 8은 종래 기술의 프리즘필름의 측면입사광에 대한 집광 원리를 설명한 개략도이다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의해 제안된 광학 필름의 측면입사광에 대한 집광 원리를 설명한 개략도이다.

도 10은 광학필름에 입사되는 광과 방출되는 광의 상관관계를 설명하기 위한 모식도이다.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 제안된 광학 필름의 수직단면도로서, 각 부의 구성을 상세히 예시한다.

도 12는 종래 기술의 광학필름 두장을 그 프리즘 배열 방향이 수직 교차하도록 적층하여 사용할 때에, 한 필름의 프리즘부분과 다른 필름 이면의 매끄러운 면의 접촉이 이루어지는 상태를 표현한 단면도이다.

도 13은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의해 제안된 광학필름 두장을 수직 교차하여 사용할 때에 적층에 의해 프리즘부분과 그 이면의 입체구조면의 접촉이 이루어지는 것을 표현한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2: 백라이트 유닛 2a: 광원

2b: 반사경 2c: 반사판

2d: 도광판 2e: 광 확산필름

2f: 프리즘필름 2g: 프리즘필름

3: 액정판 4: 광학구조 층

7: 입체구조 층 31 : 제2표면 32 : 입체구조물 35 : 제1표면

Claims (14)

1. 광원으로부터 나오는 빛을 집광시키고 빛의 방향을 조절하여 정면 휘도를 향상시키는 광학필름에 있어서, 상기 광학필름은,

   한쪽 면에 투명한 중합체 물질로 이루어진 프리즘 구조물 형태의 제1표면(35)과 그 이면에 제2표면(31)을 갖는 광학구조층(4); 및

   상기 광학구조층(4)의 제2표면(31)에 접하며, 광투과성 중합체 재질로 이루어진 한 개 이상의 입체 구조물(32)이 돌출 또는 함몰된 형태가 반복하여 배열되어 있는 입체구조층(7)을 포함하며,

   상기 광학구조층(4)의 굴절률은 상기 입체구조층(7)의 굴절률보다 높은 것을 특징으로 하는 광학필름.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광학구조 층(4)은, 불포화 지방산 에스터, 방향족 비닐 화합물, 불포화 지방산과 그 유도체, 불포화 이가산(unsaturated dibasic acid)과 그 유도체 및 비닐 사이아나이드(cyanide) 화합물로 이루어진 군에서 선택된 고분자 수지로 구성된 프리즘 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학필름.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 입체구조 층(7)은, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐 및 폴리올레핀으로 이루어진 군에서 선택된 UV 경화형 혹은 열 경화형 고분자수지로 구성된 입체 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 광학구조 층(4)은 복수의 삼각프리즘, 사각뿔프리즘, 원뿔프리즘 및 구형프리즘 구조 중 어느 하나의 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학필름.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,

   상기 제2표면(31)을 구성하는 물질과 상기 입체구조물(32)을 구성하는 물질은 모두 동일한 광학적 특성을 갖는 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학필름.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 제2표면(31)을 구성하는 물질과 입체구조물(32)을 구성하는 물질이 다른 경우에,

   상기 제2표면(31)을 구성하는 물질의 굴절률은 한 개 이상의 입체구조물(32)을 구성하는 물질의 굴절률보다 높은 것을 특징으로 하는 광학필름.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 입체구조물(32)은 광학구조층(4)의 한 개의 프리즘 구조물의 밑변(26) 길이의 20배 간격마다 적어도 1개가 포함되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광학필름.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 입체구조층(7)을 형성하고 있는 입체구조물(32)의 형상은, 선형 반원기둥이 돌출 또는 함몰되어 있는 형태인 것임을 특징으로 하는 광학필름.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 입체구조층(7)을 형성하고 있는 입체구조물(32)의 형상은, 반구형태가 돌출 또는 함몰되어 있는 형태인 것임을 특징으로 하는 광학필름.
11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 입체구조물(32)은 지름(27)이 광학구조층(4)의 한 개의 프리즘 구조물의 밑변(26) 길이와 같은 것임을 특징으로 하는 광학필름.
12. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,

    상기 입체구조물(32)은 지름(27)이 광학구조층(4)의 한 개의 프리즘 구조물의 밑변(26) 길이의 2배 내지 3배인 것임을 특징으로 하는 광학필름.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 입체구조물(32)은, 모두 동일한 반지름(또는 곡률반경)을 갖도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학필름.
14. 제 12항에 있어서,

    상기 입체구조물(32)은, 서로 다른 반지름(또는 곡률반경)을 갖도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학필름.