KR100544517B1 - 탄성이 있는 광학 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 광선 조절 구조물에 이용되는 투과성 광학 필름으로서, 프리즘 층 재료로 투명하고 탄성 있는 고분자 재료를 채택함으로써 기존의 프리즘시트가 갖는 빛의 손실을 최대한 줄여주는 기능을 가지면서, 탐침(probe)과 같은 접촉에 의한 프리즘 표면의 손상을 방지할 수 있는 효율적이고 우수한 광학 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학필름은, 광원으로부터 나오는 빛을 집광시키고 빛의 방향을 조절하여 시야각을 향상시키는 광학필름으로서, 한쪽 면에 구조화된 표면을 갖고 다른 한쪽 면에 매끄러운 평탄면을 갖으며, 투명한 중합체 물질로 이루어진 프리즘 층 및 프리즘 층의 매끄러운 평탄면과 접하고, 투명한 고분자 물질로 구성될 수 있는 기본층의 구조를 포함하며, 상기 프리즘 층은 탐침(probe)에 의한 긁힘(scratch)을 방지하기 위하여 탄성이 있는 고분자 재료를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 광학 필름은 기존의 프리즘필름과 달리 긁힘(scratch) 등을 가하였을 경우 프리즘 층 상부의 손상을 방지하는 장점이 있다.

광학 필름, 프리즘시트, 탄성, 고분자, 긁힘

Description

탄성이 있는 광학 필름{OPTICAL FILM WITH ELASTICITY}

도1은 일반적인 액정 디스플레이 유닛의 단면도이다.

도 2는 기존의 프리즘시트(14)를 긁힘용 탐침(13)을 사용하여 긁힘을 주었을 때 산의 상부가 깨져 나가거나 변형된 모습을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에서 사용한 고분자 재료를 인장 시험하는 모식도이다.

도 4는 시료에 작용하는 응력과 변형률 사이의 관계를 나타내는 것이다.

도5는 본 발명의 재료로 제조한 광학필름을 도 2와 동일하게 긁힘을 주었을 때 긁힘을 주기 전의 광학 필름과 긁힘을 주고 난 후의 광학 필름을 나타낸 것이다.

본 발명은 투과성 광학 필름에 관한 것으로서, 구체적으로는 광원으로부터 입사된 빛의 손실을 줄임으로써 휘도 증가율을 향상시키고, 프리즘 시트의 표면 손상을 방지할 수 있는 광학필름에 관한 것이다.

광학 필름은 일반적으로 액정디스플레이의 백라이트 유닛(2)에 활용되고 있는 데, 액정디스플레이는 도 1에서 보는바와 같이 액정표시패널(1)은 액정(9) 자체로는 발광역할을 할 수 없기 때문에 별도의 백라이트 유닛(2)을 설치하며, 백라이트 유닛(2)은 보통 반사판(4)이 설치된 냉음극형광램프(3)를 사용하고 순차적으로 반사판(5), 도광판(6), 광확산판(7), 프리즘시트(8)로 구성되어있다.

여기서 프리즘 시트(8)는 시야축선 범위(θ)를 벗어난 빛을 시야축선 범위 안으로 빛의 경로를 제어하는 역할을 하여 휘도를 향상시키는데 중요한 역할을 한다. 이러한 휘도 증가를 목적으로 사용 가능한 프리즘 시트를 제시한 대표적인 종래 기술의 예로는 미국 특허 제4,542,449호 및 대한민국 공개특허공보 제1987-0005258호가 있다. 빛의 집광효율과 휘도를 더욱 효과적으로 높이기 위하여 대한민국 공개특허공보 제1999-0061673호는 종래의 직각이등변삼각형 형상을 직교하여 겹쳐놓은 것과 같은 사각뿔 형상의 프리즘 필름을 개시하고 있다.

또한 휘도 향상을 위하여 대한민국 특허공보 제10-0398940호는 다양한 높이의 프리즘구조를 표면상에 형성하였으며, 대한민국 공개특허공보 제2002-0041819호는 가변 각 구조의 프리즘을 표면상에 형성한 등의 예가 있다.

그러나 이러한 구조들은 모두 프리즘 시트의 상부 구조가 산 모양으로 되어 있어서 작은 외부의 긁힘에 의해서 산의 상부가 부서지거나 마모되어 프리즘이 손상되는 문제가 발생하고 프리즘 두장을 겹쳐서 사용할 경우에도 아래쪽의 프리즘시트 상부와 위 쪽 프리즘시트의 하부가 접하게 되면서 이로 인한 프리즘의 손상이 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 일본 특개평 6-109925호에서는 프리즘 구조 가 있는 반대 면에 광학적으로 요철을 주었는데, 이 방법은 오히려 휘도를 악화시키는 문제점이 있다.

따라서 효율적으로 휘도를 향상시키면서 프리즘의 손상을 방지하기 위한 본 발명은 프리즘 층 재료로 투명하고 탄성 있는 고분자 재료를 채택함으로써 기존의 프리즘시트가 갖는 빛의 손실을 최대한 줄여 휘도를 향상시키는 기능을 가지면서, 탐침과 같은 접촉에 의한 프리즘 표면의 손상을 방지할 수 있는 효율적이고 우수한 광학 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광투과성 중합체 재료로 형성되고, 복수개의 입체구조가 반복적으로 형성되는 프리즘 층 및 기본층으로 구성된 광학 필름에 있어서, 상기 프리즘층은 탄성계수가 0.05 내지 100㎏/㎟인 고분자 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름을 제공한다.

상기 고분자 재료는 폴리우레탄, 스티렌부타디엔 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 엘라스토머, 폴리이소프렌, 폴리실리콘으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘 층의 입체구조는 단면의 형상이 다각형이며, 길이 방향으로 나란히 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘 층의 입체구조는 단면의 형상이 직각 이등변 삼각형이며, 길이 방향으로 나란히 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 프리즘 층은 적어도 하나 이상의 동심원 형상으로 배열된 구조를 가지며, 동심원을 따라 산과 골이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 기본층은 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 광학 필름의 프리즘 층에 사용되는 고분자 재료는 탄성계수가 0.05 내지 100㎏/㎟ 의 값을 가지는 투명하고 탄성이 있는 것이 바람직하다.

그 이유는, 상기 탄성 고분자의 탄성계수가 0.05 kg/mm² 보다 작으면 재료가 너무 유연하여 프리즘의 상부가 다른 필름과 접하였을 경우 산모양의 상부가 눌려서 변형될 우려가 있고, 탄성 계수가 100 kg/mm² 보다 큰 경우에는 경질의 재료가 되므로 본 발명에서 이루고자 하는 목적을 달성할 수 없기 때문이다.

본 발명에서 요구하고 있는 투명성과 탄성을 충족할 수 있는 프리즘 층용 고분자 재료로는 폴리우레탄, 스티렌부타디엔 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 엘라스토머, 폴리이소프렌, 폴리실리콘 등이 바람직하며, 본 발명은 상기 탄성계수를 만족하는 한 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 발명의 프리즘 층은 복수개의 입체구조가 반복적으로 형성되며, 그 단면의 형상이 삼각형 또는 삼각형 이상의 다각형 모양이고, 바람직하게는 상기 입체구조가 직각 이등변 삼각형인 것이 좋다.

삼각 프리즘의 경우 프리즘의 꼭지점의 각도에 따라 휘도와 광 시야각의 특성변화가 심한바, 삼각프리즘의 꼭지점 각도는 80 내지 100도가 바람직하다. 삼각 프 리즘의 꼭지점 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 내지 95도의 범위에서 사용하는 것이 특히 바람직하다.

또한, 상기 프리즘 층은 평면에서 보았을 때 적어도 하나 이상의 동심원 형상으로 배열된 구조를 가지며, 동심원을 따라 산과 골이 형성된 구조를 가질 수도 있다.

한편, 상기 기본층은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리아마이드로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 형성되고, 광확산 입자를 더 포함하여 요철이 형성된 구조를 형성할 수 있다. 이러한 본 발명의 광학 필름은 액정 디스플레이 장치의 휘도 향상용으로 사용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 프리즘 층을 형성하는 고분자 재료를 인장 시험하는 모식도이다. 여기서 P는 고분자 재료의 인장 압력을 나타내고 L은 인장 전의 시료의 원래 길이를 나타내며 A는 시료의 단면적이다. 도시한 바와 같이 시료에 인장 압력을 가하여 인장시키면 도 3의 오른쪽 그림에서 보듯이 시료의 길이가 △L만큼 늘어나게 된다.

도 4는 경질 고분자 재료(11)와 연질 고분자 재료(12)의 응력-변형률 사이의 관계를 나타내고 있다. 즉 길이방향으로 단위 면적(A)당 가해지는 힘(F)을 응력(σ)이라 하고, 원래 길이의 증가분(△L/L)이 변형률(ε)이다.

탄성이라 함은 응력(σ)이 제거되었을 때 변형된 물체가 자동으로 정상 형태로 되돌아오는 성질이며, 탄성계수(Young's modulus)는 응력(σ)과 변형률(ε)의 관계에서 탄성을 보이는 초기의 직선부분의 기울기로써, 단위 변형에 대한 단위 응력의 비로 정의되고, 변형률(ε), 응력(σ), 탄성계수(E)의 관계는 다음의 수학식 1과 같다.

<수학식 1>

= F / A

ε = △L / L

E =

/ ε

도 4의 그래프에서 보듯이, 경질의 고분자 재료(11)는 초기 기울기가 가파른 곡선이 되고, 연질 고분자 재료(12)는 초기 기울기가 완만한 곡선을 이루어 거의 직선과 가까운 형태가 된다. 즉, 연질 고분자 재료(12)의 탄성계수는 경질 고분자 재료(11)의 탄성계수보다 작으며, 같은 힘을 주었을 때 변형되는 정도가 경질 고분자 재료(11)보다 연질 고분자 재료(12)가 더 큼을 알 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 재료로 광학 필름(16)을 도 2와 동일하게 긁힘(scratch)을 주었을 때에 긁힘을 주기 전의 광학 필름과(16) 긁힘을 주고난 후의 광학 필름(17)을 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 광학 필름의 재료는 탄성이 있기 때문에 긁힘 테스트용 탐침(probe)(13)이 프리즘의 상부의 산을 지나갈 때 변형되었다가 탐침이 지나가면 다시 원래 모양으로 복원되어 원래의 프리즘 모양을 유지하게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
하기 각 실시예 및 비교예에서 프리즘층 재료의 탄성계수는 각 실시예 및 비교예의 프리즘 층 재료인 광투과성 중합체 재료에 자외선 경화제와 기타 첨가제를 첨가하여 자외선 경화성 액상 조성물을 제조한 후에 이것을 PET 필름 위에 코팅한 후 경화하여, 경화된 필름을 PET 필름으로부터 분리하여 폭이 10㎜, 길이가 50㎜인 직사각형 형태의 필름모양으로 잘라낸 후 길이방향으로 인장시험을 하여 탄성계수를 측정하였다. 상기 탄성계수 측정장치로는 INSTRON(모델명:INSTRON 4303)을 사용하였다.

[실시예 1]

기본층 재료로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하였고, 프리즘 층 재료로 탄성 계수가 0.05 ㎏/㎟ 인 폴리우레탄(사토머 社의 CN 934)을 사용하여, 단면의 모양이 직각이등변삼각형인 광학 필름을 제조하였다. 또한 직각이등변삼각형의 크기는 50 × 25 ㎛ (밑변×높이)로 제작하였다.
이렇게 제작한 상기 광학 필름에 긁힘용 탐침으로 긁힘을 주었을 때 프리즘의 상부가 손상되는지 여부를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
긁힘 테스트 장치로는 일본 IMOTO사의 Big Heart 라는 긁힘 테스트 장치를 사용하였고, 추가 압력을 가하기 위한 추는 사용하지 않고, 장치에 의한 기본 무게를 사용하여 최소한의 압력을 가하여 긁힘을 형성하였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서, 기본층 재료로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하고, 프리즘 층 재료로 탄성 계수가 0.2 kg/mm² 인 폴리우레탄(사토머 社의 CN 944)을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하고, 실시예 1과 같은 방법으로 긁힘 발생여부를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

[실시예 3]

상기 실시예 1에서, 기본층 재료로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하고, 프리즘 층 재료로 탄성 계수가 10 kg/mm² 인 폴리우레탄(사토머 社의 CN 964)을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하고, 실시예 1과 같은 방법으로 긁힘 발생여부를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

[실시예 4]

상기 실시예 1에서, 기본층 재료로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하고, 프리즘 층 재료로 탄성 계수가 50 kg/mm² 인 폴리우레탄(사토머 社의 CN 968)을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하고, 실시예 1과 같은 방법으로 긁힘 발생여부를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

[비교예 1]

기본층 재료로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하였고, 프리즘 층 재료로 탄성계수가 200 kg/mm²인 하이드록시에틸페닐페놀아크릴레이트를 사용하여, 단면의 모양이 직각 이등변 삼각형인 광학 필름을 50 X 25 ㎛ (밑변 X 높이) 의 크기로 제작하였다. 이와 같이 제작한 상기 광학 필름에 실시예 1과 같은 방법으로 긁힘 발생여부를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

[비교예 2]

기본층 재료로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하였고, 프리즘 층 재료로 탄성 계수가 300 kg/mm² 인 비스(4-메타크릴로일치오페닐)설파이드를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 광학필름을 제조하고, 실시예 1과 같은 방법으로 긁힘 발생여부를 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

[표 1]

	프리즘 재료의 탄성 계수 (kg/mm2)	긁힘 발생여부
실시 예 1	0.05	없음
실시 예 2	0.2	없음
실시 예 3	10	없음
실시 예 4	50	없음
비교 예 1	200	긁힘 심함
비교 예 2	300	긁힘 심함

상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명은 탄성계수가 작은 탄성이 있는 물질로 광학 필름을 제조하여서, 종래에 제공되었던 재료를 사용하여 광학필름을 제조하였을 때보다 탐침에 의한 긁힘이 발생하지 않는 우수한 광학필름을 제공함을 알 수 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 프리즘 층에 사용되는 재료로서 폴리우레탄 의 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니며, 실시 예와는 달리 다양한 기능을 수행하기 위한 재료들이 더 존재하며, 그 재료나 프리즘 층 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.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 백라이트 유닛의 프리즘시트로 사용될 경우, 빛의 손실을 최대한 방지하여 휘도를 향상시키는 기존 프리즘시트의 기능을 유지하면서, 프리즘 층의 제조 시에 탄성이 있는 고분자 재료를 사용함으로써 프리즘 층의 구조화된 표면의 손상을 방지하는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 광투과성 중합체 재료로 형성되고, 복수개의 입체구조가 반복적으로 형성되는 프리즘 층 및 기본층으로 구성된 광학 필름에 있어서,

   상기 프리즘 층은 탄성계수가 0.05 내지 100㎏/㎟인 고분자 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 고분자 재료는 폴리우레탄, 스티렌부타디엔 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 엘라스토머, 폴리이소프렌, 폴리실리콘으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 프리즘 층의 입체구조는 단면의 형상이 다각형이며, 길이 방향으로 나란히 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 프리즘 층의 입체구조는 단면의 형상이 직각 이등변 삼각형이며, 길이 방향으로 나란히 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 프리즘 층은 적어도 하나 이상의 동심원 형상으로 배열된 구조를 가지며, 동심원을 따라 산과 골이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 기본층은 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
8. 삭제

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