KR100718355B1 - 백라이트 유닛용 프리즘 시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치의 백라이트 유닛용 프리즘 시트에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 프리즘 시트는 투명한 기재 필름, 기재 필름의 일면에 위치하며 단면형상이 삼각형인 산 모양을 가지는 복수의 돌기가 형성된 프리즘부, 및 기재 필름의 반대면에 위치한 반사방지층을 구비하며, 투명비드를 함유한 수지층이 기재필름과 프리즘부 사이 및/또는 기재필름과 반사방지층 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

Description

백라이트 유닛용 프리즘 시트{PRISM SHEET FOR BACKLIGHT UNIT}

도 1은 종래 기술에 의한 프리즘 시트를 채용한 백라이트 유닛의 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 프리즘 시트의 개략적인 단면도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 프리즘 시트의 개략적인 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 11 : 삼각형 프리즘

2, 12 : 프라이머층

3, 13 : 투명기재

4, 14 : 비드함유층

5, 15 : 반사방지층

10 : 프리즘 렌즈 시트

12 : 단위 렌즈부

20 : 백라이트 시스템

21 : 도광판

22 : 광원(냉음극관)

23 : 리프렉터

24 : 반사판

본 발명은 액정 표시장치의 백라이트 유닛에 사용되는 프리즘 시트 및 이를 이용한 백라이트 유닛 장치에 관한 것이다.

액정표시소자(LCD)는 2개의 얇은 유리판 사이에 고체와 액체의 중간 물질인 액정을 주입해 상하 유리판 위 전극의 전압차로 액정분자의 배열을 변화시킴으로써 명암을 발생시켜 숫자나 영상을 표시하는 일종의 광 스위치 현상을 이용한 소자이다. 구동방법에 따라 수동 매트릭스 방식과 능동 매트릭스 방식으로 분류하는데 수동 매트릭스 방식에는 TN(Twisted Nematic)과 STN(Super Twisted Nematic) 방식이 있으며 능동 매트릭스 방식에는 TFT(Thin Film Transistor) 방식이 있다. LCD는 전자시계, 전자계산기, 액정TV, 노트북 PC 등 전자제품에서 자동차, 항공기의 속도표시판 및 운행시스템 등에 폭 넓게 사용되고 있다.

이러한 LCD의 장점은 낮은 전력소모(CRT의 1/30), 저동작 전압 및 경량경박의 가공성이 용이한 점이며, 이에 반해 단점은 좁은 시야각을 가지며 대화면 구현이 어렵고 저온 동작이 어렵다는 점이다.

상기와 같은 액정 표시 장치의 핵심 부품으로서 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 들 수 있는데 백라이트 유닛은 TFT-LCD 패널 전체에 고르게 빛을 전달하는 조광장치로 사용되며 투과된 빛으로 화상을 표시한다.

LCD에 의한 화면 표시는 CRT, PDP, FED와는 달리 액정소자 자체가 비발광성이기 때문에 광원(light source)없이는 사용할 수 없으며, 이러한 LCD에 광원으로서 기능하여 정보표시면을 균일하게 면조사하는 장치가 백라이트 유닛이다.

백라이트 유닛은 모니터용 TFT-LCD, 노트북 등의 광원으로 사용되기 때문에 최소의 전력으로 최대한 밝은 빛을 내어야 하는 기능성이 요구된다. 또한 백라이트 유닛은 광원에서 조사되는 빛을 LCD 표면 구석구석까지 동일한 밝기로 유지시켜 면광으로 바꾸어 주는 역할을 하여야 한다.

백라이트 유닛의 구성요소는 광원인 램프, 램프에서 발광된 빛을 반사 시켜주는 반사판, 빛을 전달하는 도광판, 부품을 하나로 묶어주는 몰드프레임 및 휘도와 시야각을 좋게 하는 시트류 등으로 구성되어 있다.

백라이트 유닛은 광원을 패널의 평면 일측에 배치하여 패널 전면을 직접 조광하는 직하 방식과, 패널의 일측면 또는 다수의 측면에 선광원을 배치시켜 도광판 및 반사시트 등에 광선을 반사/확산하는 에지(edge) 방식(또는 측면 라이트 방식)으로 나뉘어진다. 최근에는 백라이트 유닛의 경량화 및 경박화를 통한 소형 전자기기 제조를 위하여 광원을 액정표시소자의 적어도 일측면에 배치한 측면 라이트방식이 많이 사용되고 있다.

도 1은 측면라이트 방식의 면광원 장치를 개략적으로 도시한다. 투명한 도광판(21)의 일측면에 광원으로서 형광관(22)이 배치되어 있다. 도광판(21)의 배면에는 도료의 도트 패턴이 형성되어 있는데, 이는 측면의 형광관으로부터 입사한 광을 화면의 어떤 위치로도 균등하게 출사되게 하기 위한 것이다. 이와 같이 도광판 의 배면에 형성된 광산란성의 인쇄 패턴을 의사광원이라도고 한다. 도광판(21)의 후면에는 반사판(24)이 배치되어 있다. 형광관으로부터 나온 광선은 도광판 배면의 도트패턴에 의해 난반사되고, 도광판 전면으로부터 전방으로 출사된다. 이 때, 형광관(22)으로부터 나온 광선에 의해 출사광의 거의 전부는 도광판(21)의 수직방향으로부터 크게 벗어난 방향으로 출사되고, 또한 그의 분포도 현저하게 편향되어 있기 때문에 통상 도광판(21)의 수직방향으로부터 패널을 관찰하는 사용자는 매우 어두운 액정표시 화면을 보게 되는 것이 일반적이다.

이러한 결점을 해소하기 위하여 제안된 것이 도광판의 전면에 광제어 시트를 배치하는 것인데, 일본 특허공개 평 제3-78701호에서는 투명한 글래스 혹은 플라스틱시트에 무기 또는 유기 광확산제를 함유한 광제어 시트를 사용하였고, 일본특허공개 소 제62-291618호에서는 투명 플라스틱 전면을 매트 가공 혹은 엠보싱 가공함으로써 조도(Ra) 100 내지 150㎛의 미세하고 랜덤한 조면을 가진 광제어 시트를 사용한 것이 개시되어 있다.

이와 다른 종류의 광제어 시트로는 미국특허 제4906070호, 미국특허 제5056893호 등 다수의 특허에 개시된 것으로서 다수의 삼각형 형상이 평행상으로 배열된 구조면을 가진 시트(이하 프리즘시트라고 한다)가 있다. 상기의 프리즘 시트는 한쪽 면에 다수의 작은 프리즘이 병렬상으로 배치되어 있으며 상기 프리즘에 입사한 광선이 굴절 또는 반사되는 광학 기능 시트이다.

또한 일본 특허공개 평 제6-102506호, 일본특허공개 평 제6-109925호, 일본 특허공개 평6-324205호 및 한국 실용신안등록 제20-0201386 등에서는 프리즘이 형 성된 반대면에 조면가공 혹은 요철(凹凸)을 형성한 것이 개시되어 있으나 이러한 것은 연속적으로 생산이 어렵고 광원에서 조사된 광의 일부가 반사되어 프리즘의 조사면에서 원하는 수준의 휘도를 얻기가 여전히 어려운 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 극복하기 위하여 개발된 것으로, 휘도 특성이 우수한 프리즘 시트를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. 본 발명의 또 다른 기술적 과제는 좌우 방향의 확산성을 더욱 증가시켜 출사면의 광시야각을 넓히는데 있다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,

투명한 기재 필름, 기재 필름의 일면에 위치하며 단면형상이 삼각형인 산 모양을 가지는 복수의 돌기가 형성된 프리즘부, 및 기재 필름의 반대면에 위치한 반사방지층을 구비하며, 투명비드를 함유한 수지층이 기재필름과 프리즘부 사이 및/또는 기재필름과 반사방지층 사이에 위치하는 백라이트 유닛용 프리즘 시트를 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 투명비드 함유 수지층의 표면조도가 0.1 내지 5 ㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 투명비드 함유 수지층과 기재 필름 사이에 프라이머층을 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 의하면, 기재 필름의 양면에 프라이머층이 형성된 후 그 위에 프리즘부, 반사방지층 또는 투명비드 함유 수지층이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 프라이머층이 수용성 폴리우레탄을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 반사방지층은 굴절율이 서로 다른 여러개 층이 적층되어 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 반사방지층의 굴절율이 기재필름으로부터 멀어질수록 점진적으로 감소하도록 적층되어 있는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 바림직한 실시예에 의한 프리즘 시트의 구조를 개략적으로 도시한다. 도 2에 의하면, 투명기재 필름(3)의 일면에 프라이머층(2)이 형성되고 그 위에 단면형상이 삼각형인 복수의 돌기가 형성된 프리즘부(1)가 위치한다. 또한 기재필름(3)의 다른 면에 프라이머층(2)이 형성된 후 투명비드를 함유하는 수지층(4)이 그 위에 위치한다.

본 발명에서 사용하는 투명기재(3)는 자외선, 가시광선, 전자선 등의 활성 에너지를 투과하는 재료라면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로 예를 들면, 유연한 폴리에스테르계 수지, 아크릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 염화비닐계 수지, 폴리메타크릴아미드계 수지 등의 투명 수지의 시트 및 필름이 바람직하다. 특히 패턴부의 굴절율보다도 굴절율이 낮고, 표면 반사율이 낮은 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트와 폴리플루오로화 비닐리덴계 수지와의 혼합물, 폴리카 보네이트계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 투명기재의 필름 두께는 100~150㎛이 적당하다.

상기 투명 필름(3)의 일면에, 광 경화성 수지를 사용하여 단면이 거의 삼각형인 다수의 프리즘부 또는 삼각형의 다수의 산부가 평행상으로 배열된 프리즘부(1)를 형성한다. 이때의 필름 두께는 100~150㎛이고, 프리즘의 산 높이는 15~35㎛이 바람직하고, 산의 각도는 정각이 70°~110°이 적당하다.

본 발명에 의한 프리즘시트에 구비된 프리즘부(1)와 같은 3차원의 패턴층을 형성하는 활성 에너지선 경화 수지로는 자외선, 전자선 등의 활성 에너지선으로 경화시키는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 폴리에스테르류, 에폭시계 수지, 폴리에스테르(메타)아크릴레이트, 에폭시(메타)아크릴레이트, 우레탄(메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴레이트계 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도 (메타)아크릴레이트계 수지가 광학 특성 등의 관점에서 특히 바람직하다.

이러한 경화 수지에 사용되는 활성 에너지선 경화성 조성물로는 취급성 및 경화성 등의 관점에서 다가 아크릴레이트 및/또는 다가메타크릴레이트(이하, 다가(메타)아크릴레이트로 표기), 모노아크릴레이트 및/또는 모노메타크릴레이트(이하, 모노(메타)아크릴레이트로 표기), 및 활성 에너지선에 의한 광중합개시제를 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 대표적인 다가(메타)아크릴레이트로는, 폴리올폴리(메타)아크릴레이트, 폴리에스테르폴리 (메타)아크릴레이트, 에폭시폴리(메타)아크릴레이트, 우레탄(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상의 혼합물로서 사용된다. 또, 모노(메타)아크릴레이트로는, 모노알콜 모노(메타) 아크릴산 에스테르, 폴리올의 모노(메타)아크릴산 에스테르 등을 들 수 있으며, 후자의 경우, 금속형을 사용할 때에는 유리(遊離) 수산기의 영향으로 생각되는 금속형과의 이형 곤란성을 저감하기 위해 소량으로 사용하는 것이 좋다. 또, 금속형을 사용하는 경우에는 (메타)아크릴산 및 그 금속염에 대해서도 높은 극성을 가지고 있기 때문에 소량으로 사용하는 것이 좋다.

전사 패턴을 외주에 갖는 롤은 통상 알루미늄, 황동, 강(鋼)등의 금속제 혹은 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지, ABS 수지, 불소수지, 폴리메틸페텐 수지등의 합성 수지제, Ni 전주법에 의해 제작한 것 등이 사용된다. 롤 표면에는 광 제어 시트에 맞는 패턴이 형성되어 있고 그 위에 크롬(Cr) 등을 도금하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 프리즘 시트는 광확산 효과 및 광시야각 증대를 위하여, 위와 같은 프리즘부(1) 외에 투명비드 함유 수지층(4)을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일실시예인 도 2에 의하면, 프리즘부(1)의 반대면에 투명한 비드를 함유한 수지층(4)이 형성된다. 수지층은 투명하거나 반투명할 수 있다. 투명한 비드는 무기계와 유기계가 있으며, 무기계 비드로는 실리카, 지르코니아, 유리 등을 예로 들 수 있고, 유기계 비드로는 우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 염화비닐계 수지 등이 있다. 본 발명에 적합한 비드의 크기는 5 ~ 20㎛ 이다. 이 비드입자가 혼입된 투명하거나 반투명한 수지층은 프리즘부를 형성하는 경화 수지와 동일한 수지, 예를 들어 폴리에스테르류, 에폭시계 수지, 폴리에스테르(메타)아크릴레이트, 에폭시(메타)아크릴레이트, 우레탄(메타) 아크릴레이트 등의 수지를 사용하며, 비 드의 함량은 수지 대비 0.5 ~ 5 중량%이 적합하다. 이는 비드 함량이 0.5 중량% 미만이면 휘도상승효과가 적고, 5 중량%를 초과하면 헤이즈해져서 광투과도가 낮아지기 때문이다. 표면 거칠기는 0.1 ~ 5㎛ 이 적합하다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 도시하며, 비드 함유 수지층(14)이 프리즘부(11)와 기재(13) 사이의 프라이머층(12) 상부에 형성되어 있다.

비드와 바인더 수지를 포함하는 조성물을 유리 또는 지르코니움 비드를 사용하는 비드 밀링기, 수평 또는 수직롤을 이용하는 롤 밀링기와 같이 통상적으로 사용되는 분산기를 사용하여 분산시킨다. 이때, 분산이 보다 잘 이루어지도록 하기 위하여 변성 폴리실록산 또는 폴리카르복실산을 함유하는 분산제를 사용할 수도 있다. 비드가 균일하게 분산된 바인더 수지 용액은 프라이머층 상에 도포한 다음 건조/경화됨으로서 표면이 거친 층을 형성한다. 이 비드 조성물을 프라이머층상에 도포하는 방법은 당해 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있으며, 기재 필름의 재질 및 형상에 따라, 예를 들면 에어나이프 방식, 그라이비아 방식, 리버스롤 방식, 스프레이 방식 또는 블레이드 방식 등의 방법으로 할 수가 있다. 비드를 함유한 수지를 기재 필름의 프라이머층 상에 도포한 후에는 열풍, 적외선, 자외선 등을 조사하여 코팅층을 형성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 프리즘부의 반대면에 반사방지층(5)을 형성한다. 반사방지층(5)은 도 2와 같이 투명비드 함유 수지층 위에 형성될 수도 있고, 도 3과 같이 기재 시트(13) 상의 프라이머층(12) 위에 형성될 수 있다

이러한 반사방지층(5)은 투명한 도전층을 도포 또는 인쇄 또는 종래의 공지 의 각종 성막법에 의해 형성 할 수 있다. 이러한 반사방지성을 갖는 기능형 투명수지층은, 반사방지막을 형성하는 베이스의 광학특성을 고려하여, 광학 설계에 의해 반사방지막의 구성요소 및 각 구성요소의 막두께를 결정한다. 구체적으로는, 가시 영역에 있어서 굴절율이 1.5 이하, 보다 바람직하게는 1.4 이하로 낮은 불소계 투명 고분자 수지나 마그네슘플루오르계, 실리콘계 수지나 산화 규소의 박막, 예를 들면 1/4 파장의 광학 막 두께로 단층 형성한 것, 굴절율이 다른 금속 산화물, 규화물, 붕화물, 탄화물, 질화물, 황화물 등의 무기화합물 또는 실리콘계 수지나 아크릴 수지, 불소계 수지 등의 유기 화합물의 박막을 기재필름으로부터 고굴절층, 저굴절층의 순서로 2층 이상 적층한 것이 있다. 단층 형성한 것은 제조가 용이하지만, 반사방지성이 2층 이상 적층한 것에 비해 뒤떨어진다. 4층 적층한 것은 넓은 파장 영역에 걸쳐서 반사방지 능력을 가지고, 베이스의 광학 특성에 의한 광학 설계의 제한이 적다.

이들의 유기화합물 박막의 성막에는 그라비아 코팅법, 바코팅법, 리버스코팅법, 다이코팅법, 롤코팅법 등의 습식도공 후에 건조 경화시키는 방법등을 채용할 수가 있다. 무기화합물 박막의 성막에는 스퍼터링법,이온도금, 진공증착, 습식도공 등을 채용할 수가 있다.

반사방지성을 가지는 기능성 투명층 표면의 가시광선 반사율은 2% 이하, 바람직하게는 1.3% 이하, 더욱 바람직하게는 0.8% 이하이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 투명기재 시트의 일측면에 활성에너지선 경화형 수지와의 코팅 특성 및 접착성능을 향상시키기 위해 유기 용매를 이용하 여 앵커코트 처리, 프라이머 처리를 하거나, 수분산성 조성물을 이용하여 프라이머층(2)을 형성하는 것이 더욱 효과적이다.

프라이머층 형성에 바람직한 수용성 폴리우레탄은 열경화성 수지로서, 포화 또는 불포화 디카르복실산과 탄소수 2~8의 알킬렌글리콜을 축중합시켜 제조되며, 활성 수소원자를 포함하는 폴리에스테르폴리올과 폴리이소시아네이트를 반응시켜 전구체를 형성하고 이 전구체를 알칼리 또는 알칼리토금속의 중아황산염과 반응시켜 제조된다.

이때, 폴리에스테르폴리올은 호박산, 아디프산, 세바스산, 프탈산, 말레산 등과 같이 포화 또는 불포화 디카르복실산, 및 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜 및 헥실렌글리콜 등과 같은 알킬렌글릴콜을 중축합시킴으로써 제조된다. 또한, 상기 폴리이소시아네이트의 예로는 2,4- 또는 2,6-톨릴렌디이소시아네이트, 크실렌디이소시아네이트, 4,4-디페닐메탄디이소시아네이트, 테트라메틸렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 지방족 디이소시아네이트 등을 들 수 있다.

또한 상기 프라이머층은 실리카, 알루미나, 탈크 등과 같은 통상의 무기 활제를 더 포함하여 이활성 및 권취성을 개선하도록 하며, 필요에 따라서는 대전방지제, 습윤제, pH 조절제, 산화방지제, 염료, 안료, 슬립제 등과 같은 기타의 첨가제를 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 더 포함할 수도 있다. 프라이머층 형성용 조성물을 미연신 시트의 적어도 한면에 도포하거나, 종방향으로 연신된 폴리에스테르 필름의 적어도 일면에 코팅할 수 있다.

한편, 상기 프라이머층의 두께는 0.001 ~ 1㎛ 이며, 프라이머층 중의 폴리우레탄의 함량은 0.01 ~ 0.5g/m² 인 것이 바람직하다. 상기 프라이머층의 두께가 0.001㎛ 미만이면 코팅성이 불량한 반면, 1㎛를 초과하면 라미네이트 혹은 코팅되는 고분자 수지와의 접착력이 떨어질 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

코팅 방법으로는 본 발명의 분야에서 통상적으로 사용될 수 있는 방법이라면 어느 것이라도 무방하나, 바람직하게는 그라비아롤, 리버스 그라비아롤, 마이크로 그라비아롤 등을 이용한 롤 코팅법, 메이어바, 다이코팅 등을 이용한 바 코팅법, 에어나이프를 이용한 코팅법을 이용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 프리즘시트는 프리즘부의 반대면에 위치하는 반사방지막과, 투명비드를 함유하여 표면조도를 갖는 비드 함유층으로 인하여, 광투과성이 높아져 휘도의 향상을 가져오는 한편 광 확산성을 동시에 향상하여 광시야각을 넓힐 수가 있다.

Claims (7)

1. 투명한 기재 필름, 기재 필름의 일면에 위치하며 단면형상이 삼각형인 산 모양을 가지는 복수의 돌기가 형성된 프리즘부, 및 기재 필름의 반대면에 위치한 반사방지층을 구비한 프리즘 시트에 있어서, 기재필름과 프리즘부 사이 또는 기재필름과 반사방지층 사이, 또는 이들 둘 다에 투명비드를 함유한 수지층이 위치하고, 반사방지층이 시트 전체면에 걸쳐 형성된 구조를 가짐을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 프리즘 시트.
2. 제 1 항에 있어서, 투명비드 함유 수지층의 표면조도가 0.1 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 투명비드 함유 수지층과 기재 필름 사이에 프라이머층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
4. 제 1 항에 있어서, 기재 필름의 양면에 프라이머층이 형성된 후 그 위에 프리즘부, 반사방지층 또는 투명비드 함유 수지층이 형성되는 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 프라이머층이 수용성 폴리우레탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 반사방지층이 굴절율이 서로 다른 여러개의 층이 적층되어 이루어진 것을 특징으로 하는 프리즘 시트.
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