KR100785379B1 - 광학필름 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LCD용 백라이팅 장치에서 프리즘 시트로 사용되는 광학필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, 잉크를 이용하여 전처리 미세 무늬가 인쇄된 베이스 필름 및 상기 베이스 필름 위에 도포된 수지층에 몰드 가공에 의한 구조화된 패턴층을 포함하여 구성되고, 프리즘 패턴을 소정의 각도로 경사지게 하지 않고도 프리즘 패턴이 형성된 구조화 표면을 가진 프리즘 시트에서 모아레 현상과 같은 외관 결함의 발생을 방지할 수 있으며 광학필름 원단의 소모를 최소화하여 액정 디스플레이의 생산성을 제고하는 효과가 있다.

광학필름, 프리즘 시트, 모아레효과, 미세무늬, 전처리 인쇄

Description

광학필름 및 그 제조방법{Optical film and method of manufacturing the same}

도1은 LCD 패널을 조명하는 백라이팅 장치의 분해 사시도이다.

도2는 모아레 효과를 최소화하는 프리즘 시트의 패턴 방향과 액정 패널의 전극배치도이다.

도3은 본 발명에 따른, 모아레 무늬가 생성되지 않는 광학필름의 개략도이다.

도4는 본 발명에 따른 광학필름에서 미세무늬가 인쇄된 베이스 필름과 프리즘 패턴이 형성된 수지층을 분리 도시한 평면도이다.

도5a, 도5b, 도5c는 본 발명에 따른 광학필름에서 베이스 필름 위에 인쇄되는 패턴들의 미세무늬 모양이다.

도6은 본 발명에 따른 광학필름의 제조 과정을 설명하기 위한 제조 공정이다.

《도면의 주요부분에 대한 부호의 설명》

11 : 광원 12 : 반사시트

13 : 도광판 14 : 확산시트

15, 16 : 프리즘 시이트 17 : 보호시트

18 : 디스플레이 20 : 패턴층

25 : 구조화패턴 30 : 베이스 필름

35 : 미세무늬

본 발명은 LCD용 백라이팅 장치에서 프리즘 시트로 사용되는 광학필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프리즘 시트의 패턴 또는 프리즘 시트의 패턴과 액정패널 사이에 발생하는 광간섭 형상인 모아레 현상을 극소화하는 광학필름 및 그 제조방법에 관한 발명이다.

일반적으로 액정표시장치(LCD)는 액정의 전기광학적 특성을 이용하여 액정의 광투과도를 정밀하게 제어하여 정보처리장치에서 처리된 정보를 사용자가 인식할 수 있도록 하는 표시장치이다.

상기 액정표시장치는 액정을 제어하여 소정의 이미지, 정보를 구현하는 액정표시어셈블리, 상기 액정표시어셈블리에 구현된 이미지, 정보 등을 볼 수 있도록 광을 공급하는 백라이팅 유닛을 포함하여 이루어지게 된다.

한편, 광학필름을 사용하는 영상표시수단의 성능은 백라이트 유닛의 성능에 크게 영향을 받는다.

이는 광학필름을 통해 빛을 반사하거나 투과시켜 빛의 양을 조절하는 방식이 기본이 되기 때문으로 박막 광학필름을 영상표시수단에 효과적으로 적용하기 위해 광학적 성능이 우수한 다양한 광학필름이 제시되어 왔다.

도1은 일반적인 LCD 백라이트 유닛의 간단한 구조를 나타내고 있다.

도1에서, 액정표시장치에 광을 공급하는 광원(11)으로 LED나 방전램프의 일종인 냉음극선관 램프(CCFL)를 사용하게 된다.

상기 선광원 또는 점광원을 균일한 면광원으로 만들어주기 위해서 액정표시장치에 도광판(13)이 사용된다.

상기 도광판(13)은 일측면 또는 양측면에서 광을 안내하면서 균일한 면광원을 형성하고 상기 면광원은 상기 도광판(13) 위에 위치된 확산시트(14)에 의하여 광의 균일성을 높이기 위하여 광이 골고루 확산되고, 도광판(12)의 하부에 배치된 반사시트(12)에 의하여 도광판(13)의 저면으로부터 출사하는 광을 반사시켜 도광판(13)으로 재입사시킨다.

또한, 확산시트(14)의 상부에는 확산시트(14)를 통과한 광을 집광시켜 휘도를 향상시키는 제 1, 제 2 프리즘시트(15, 16)와 프리즘 시트(17)의 상부에 배치되어 프리즘 시트(16)를 보호하는 보호시트(17)가 배치되며, 박막 디스플레이(18)는 최상부에 위치하게 된다.

상기 프리즘 시트(15, 16)는 서로 직교 배치하여 집광시트로 사용되는 박막 유연성 광학필름으로서, 한쪽면에 구조화된 표현을 갖고 다른 한쪽면은 그와 반대되는 매끄러운 면을 갖는 투명한 중합체 물질로 이루어져 있다.

상기 광학필름의 구조화 표면은 평행으로 나란히 배열된 소형의 직각 이등변 프리즘의 선형 배열을 포함하여 광학필름의 길이에 걸치는 복수의 피크와 홈을 형 성한다.

그러나, 프리즘 시트(16)에 형성된 패턴의 형성방향과 액정디스플레이(18)에 형성된 화소전극(18a)에서 매트릭스 형태로 배열된 화소 전극의 배치관계에 따라서 그 배열방향이 일치할 경우, 2 개의 일정한 주기를 갖는 패턴이 겹쳐짐이 원인이 되어 광학적 결합이 발생하고 이로 인한 전혀 다른 주기를 갖는 선무늬가 생겨나는 모아레(moire) 현상으로 인해 화면상에서 구현되는 이미지 특성이 저하되는 사용상의 문제점이 나타난다.

상기 모아레 현상을 최소화할 수 있는 방법으로 광학필름인 프리즘 시트의 주기성을 변칙적으로 사용하는 방법과 다층 광학필름 시트를 쌓아올리는 방법이 있다.

최근 개발된 기술에 따르면, 상기 프리즘 시트의 주기성을 변칙적으로 사용하기 위한 가장 효과적인 방법으로 상기 프리즘 시트(15, 16)의 패턴의 배치 방향을 서로 엇갈려 배치함으로써 모아레 현상을 최소화할 수 있음이 알려져 있다.

도2는 프리즘 시트(16)에 형성된 패턴의 형성방향과 액정디스플레이(18)에 형성된 화소전극(18a)에서 매트릭스 형태로 배열된 화소 전극의 배치관계에서 패턴의 형성방향을 약 2~20°엇갈려 형성하여 그 배열방향의 일치를 피하여 모아레 효과를 최소화하는 방법을 도시한다.

이때, 상기 광학필름에 형성된 패턴의 배치 방향은 소정의 각도로 기울어지게 형성시켜서 프리즘 시트를 제조하게 되는데, 패턴이 정상적으로 형성된 프리즘 시트 소재를 소정의 원하는 각도로 임의의 사이즈로 컷팅하여 패턴이 경사지게 형 성된 프리즘 시트를 제조하게 된다.

그러나, 상기와 같은 커팅 가공 방법에 의한 프리즘 시트의 생산에는 패턴이 정상 형성된 제품의 생산량에 비해서 그 수율이 현저히 떨어지고 스트립으로 버려져 나가는 광학필름 소재가 많아서 원단 소재의 낭비가 심하다.

또한, 원하는 각도로 형성된 패턴을 얻기 위하여 상기 커팅 장치의 절단부를 원하는 임의의 각도로 다양하게 가공하여야 하지만, 가공이 어려울 뿐만 아니라 그 정확성 또한 떨어지게 되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 모아레 현상을 방지하기 위하여 광학필름의 베이스 필름에 미세 무늬를 인쇄한 후 몰드 가공에 따른 미세한 프리즘 패턴을 형성하는 광학필름과, 상기 광학필름의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광학필름은, 잉크에 의하여 전처리 미세 무늬 패턴이 인쇄된 베이스 필름, 및 상기 베이스 필름 위에 도포된 수지층에 몰드 가공에 의한 구조화된 패턴층을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 광학필름에 있어서, 상기 전처리 미세 무늬 패턴은 프린터 또는 실크스크린에 의하여 인쇄되는 것을 특징으로 하는 것이다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 광학필름에 있어서, 상기 베이스 필름은 PET, PC, PEN 필름 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 광학필름에 있어서, 상기 수지층은 하나 이상의 UV경화성 모노머, 올리고머 또는 프리폴리머 중에서 선택되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 광학필름에 있어서, 상기 미세 무늬 패턴은 선형 무늬 패턴, 비선형 무늬 패턴 또는 도트 무늬 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 광학필름에 있어서, 상기 인쇄된 미세 무늬의 패턴 피치는 약 400~4000㎛ 범위인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 광학필름에 있어서, 더욱 바람직하게는 상기 인쇄된 미세 무늬의 패턴 피치는 약 600~3000㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 광학필름에 있어서, 상기 인쇄된 미세 무늬 패턴의 투명도는 약 30~90% 범위인 것을 특징으로 하는 것이다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 광학필름에 있어서, 상기 인쇄된 미세 무늬 패턴의 투명도는 약 50~60% 범위인 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 본 발명에 따른 광학필름에 있어서, 상기 인쇄된 미세 무늬 패턴은 약 0~5도 범위 또는 약 20도~90도 범위의 각도로 틀어져 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 광학 필름의 제조 방법은, 모재 필름에 미세무늬를 전처리 인쇄하는 단계, 상기 미세 무늬가 전처리 인쇄된 모재필름 상에 구조화된 프리즘 패턴이 형성될 수지 조성물을 도포하는 수지 도포단계, 소정의 패턴이 형성된 패턴형성롤러를 압착하여 상기 모재 필름 위에 도포된 수지층에 구조화 프리즘 표면을 형성하는 단계, 및 상기 패턴이 형성되는 수지층을 도포한 모재 필름에 UV광을 조사하여 경화시키는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 광학 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 전처리 인쇄 단계는 잉크젯 프린터 또는 실크 스크린을 이용하여 인쇄되는 것을 특징으로 하는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 도면에 도시된 실시예에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도3은 본 발명에 따른, 모아레 무늬가 생성되지 않는 광학필름의 개략도이고, 도4는 본 발명에 따른 광학필름에서 미세무늬가 인쇄된 베이스 필름과 프리즘 패턴이 형성된 수지층을 분리 도시한 평면도이다.

도3, 도4를 참조하면, 본 발명에 따른 광학필름은 잉크에 의하여 미세 무늬(35)가 전처리 인쇄된 베이스 필름(30) 및 상기 베이스 필름(30) 위에 도포된 수지층에 몰드 가공에 의한 구조화된 패턴층(20)을 포함하여 이루어진다.

상기 구조화된 패턴(25)은 프리즘 시트로서 집광 기능을 하기 위한 것으로서, 올리고머 수지층에 프리즘 형상의 구조화 패턴이 형성된 몰드에 의한 패턴 전사 후 상기 수지층이 경화되어 이루어지고 있다.

이때, 상기 미세무늬가 인쇄되는 상기 베이스 필름은 투명한 재질로서, 바람직하게는 기계적, 광학적 특성 측면에서 양호한 물질인 PET, PC, PEN필름으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 광학 필름인 상기 프리즘 시트는 상기 베이스 필름(30) 위에 올리고머 수지 조성물을 도포하여 상기 프리즘 패턴을 형성한 후 상기 수지를 경화하여 형성된다.

상기 수지층은 하나 이상의 UV경화성 모노머, 올리고머 또는 프리폴리머를 함유한다.

이들은 광개시제가 자외선(UV)에 의해 활성되어 반응성 올리고머, 모노머를 활성화시켜 중합되는 불포화 유기 화합물이다.

바람직하게는, 상기 수지층은 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트를 포함하며, 상기 모노머의 구체적인 예로는 알킬 아크릴레이트, 폴리이서 아크릴레이트, 헥산디올 다아크릴레이트, 트리메틸올프로판, 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 디프로필렌글리콜 디아크릴레이트, 트리트리아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디아크릴레이트, 비스헥사아크릴레이트, 및 에톡실레이트 또는 프로폭실레이트화 글리콜 및 폴리올의 아크릴레이트 에스테르 예를 들면 프로폭실화 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트 에톡실레이트화 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 메타크릴산을 포함할 수 있으며, (메타)아크릴레이트의 혼합물을 사용할 수도 있다.

또한, 올리고머의 구체적인 예로는 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리이서 아크릴레이트, 폴리부타디엔아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 및 델라민을 들 수 있다.

한편, 제품의 경화특성 및 물리적 특성을 조절하기 위해 관능기를 포함하는 반응성 모노머를 첨가할 수도 있다.

상기 미세무늬가 형성되는 잉크층(35)은 상기 올리고머 수지에 의한 구조화 패턴층(20)과 상기 베이스 필름층(30)에 놓이게 되고, 상기 미세무늬에 의한 효과로 인하여 상기 수직과 수평방향의 구조화 패턴(25)이 각각 형성된 프리즘 시트들을 겹쳐서 백라이트를 형성하는 경우에도 모아레 무늬가 발생되지 않게 된다.

그리고, 상기 미세무늬가 형성되는 잉크층(35)을 베이스 필름층(30)의 이면에 형성하고 그 위에 올리고머 수지를 도포한 후 경화시켜 구조화 패턴(25)을 형성함으로써, 잉크층(35), 베이스 필름층(30) 및 구조화 패턴층(25)층의 순서로 형성되는 것도 가능하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본원 발명에 따른 광학필름 및 그 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.

<실시예>

먼저, 125㎛의 투명한 PET필름 위에 잉크젯 프린터를 사용하여 10~4000㎛의 패턴 피치를 가지는 투명도 50%의 연한 옥색의 패턴을 상용의 인쇄용 잉크 조성물(캐논사 제품)로 인쇄하였다.

그리고, 수지층 형성을 위한 올리고머 수지 조성물로는,

Urethane Acrylate 10중량%,

Epoxy Acrylate 37중량%,

Dipentaerythritol pentaacrylate + Dipentaerythritol hexaacrylate 13중량%,

Ethoxylated 10 Bisphenol A acrylate 30중량%,

Phenyl glycidyl ether acrylate 10중량%,

광개시제 TPO 3중량%,

를 사용하여 상기 패턴이 인쇄된 필름위에 도포한 후 프리즘 형상이 새겨진 마스터를 가압한 후 UV램프(100W/cm²)를 조사하여 프리즘 형상을 복사하였다.

그 결과, 인쇄된 선형무늬의 패턴 피치(pitch)가 400~4000㎛ 범위에서, 바람직하게는, 600~3000㎛ 범위에서 모아레 현상이 나타나지 않았다.

또한, 상기 선형패턴의 각도를 약 6~19도로 틀어서 사용할 경우 모아레 무늬가 선명하게 나타났으나, 그 외의 각도인, 약 0~5도, 약 20~90도 범위에서는 모아레 현상이 사라지는 결과를 얻었다.

한편, 상기 인쇄된 미세 무늬 패턴의 투명도는 약 30~90%, 바람직하게는 약 50~60%에서 모아레 무늬 현상을 제거하는데 효과적이다.

도5a, 도5b, 도5c는 본 발명에 따른 광학필름에서 베이스 필름 위에 인쇄되는 패턴들의 미세무늬 모양이다.

또한, 상기 인쇄패턴은 도5a에 도시된 상기 선형 무늬 패턴 이외에, 도5b에 도시된 바와 같은 비선형 무늬 패턴 또는 도5c에 도시된 바와 같은 도트 무늬 패턴이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 광학필름의 제조 방법으로서 상기 프리즘 시트의 제조 공정에 대하여 설명한다.

도6을 참조하여 보면, 본 발명에 따른 프리즘 시트용 광학필름 제조방법은 다음과 같다.

첫째, 베이스 필름(30)에 미세무늬(35)를 전처리 인쇄하는 단계이다. 프리즘 시트를 제조하기 위한 광학필름 원단인 모재필름에 잉크를 이용하여 미세 무늬를 미리 인쇄하는 것이다.

상기 미세 무늬는 최종적으로 제조된 프리즘 시트가 수직과 수평방향으로 겹쳐서 광을 집광하는 광학부재로 사용될 때 발생하는 모아레 무늬를 방지하는 역할을 하게 된다.

여기서, 상기 잉크에 의한 미세무늬를 인쇄하는 과정은 잉크젯 프린터를 이용하여 인쇄하거나 실크 스크린에 의해서 인쇄되는 것이 바람직하다.

둘째, 상기 미세 무늬가 전처리 인쇄된 베이스 필름 상에 구조화된 프리즘 패턴이 형성될 수지 조성물을 도포하는 수지 도포단계이다.

프리즘 시트의 패턴을 만들기 위해서 상기 도포되는 수지 조성물은 올리고머(oligomer) 등 유기 조성물이 사용되고, 도포 두께를 평탄화하는 과정이 수행될 수도 있다.

이때, 상기 베이스 필름 상에 도포된 수지층이 반고화상태로 굳어지도록 건조시키는 수지층 건조단계이다.

상기 건조 과정은 도포되는 수지의 조성에 따라 생략 가능한 공정 단계로서 상기 도포되는 수지 조성물에는 휘발성 용제가 첨가되므로 이를 제거하기 위해 건조로에서 적외선 조사에 의해서 수행되고 상기 건조 단계에 의해서 수지층은 졸-겔 상태로 굳어져서 구조화 표면을 위한 패턴 형성에 적합한 상태가 된다.

셋째, 소정의 패턴이 형성된 패턴형성롤러(master)를 압착하여 상기 광학필름의 베이스 필름에 도포된 수지층에 프리즘 패턴을 가지는 구조화 표면을 형성하는 단계이다.

넷째, 상기 패턴이 형성되는 수지층을 도포한 광학필름 이면에 UV광을 조사하여 수지층을 경화시키는 단계이다.

보통, 수지층에 상기 구조화 표면을 형성함과 동시에 구조화 표면 패턴이 형성된 수지층을 자외선을 조사하여 경화시키게 된다.

이후로, 상기 패턴을 가진 구조화된 표면이 형성된 광학필름을 소정의 제품 크기로서 통상적인 커팅장치로 커팅 가공하여 프리즘 시트가 완성된다.

본 발명에 따라 제조된 프리즘 시트에 의하면, 프리즘 패턴이 형성된 프리즘 시트가 집광을 위하여 수평패턴, 수직패턴으로 겹쳐질 때 나타나는 모아레 현상을 극소화하기 위하여 프리즘 시트 상에 미리 인쇄 처리된 미세 무늬에 의해서 상기 모아레 현상이 일어날 때 생성되는 모아레 무늬가 나타나지 않게 된다.

본 발명에 따르면, 프리즘 패턴을 소정의 각도로 경사지게 하지 않고도 프리즘 패턴이 형성된 구조화 표면을 가진 프리즘 시트에서 모아레 현상을 방지할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 패턴의 방향이 소정의 각도로 형성되는 구조화 표면을 가진 프리즘 시트를 제조하는 경우 프리즘 시트용 광학필름이 버려지는 부분을 최소화하여 소모를 줄임으로써 프리즘 시트의 생산성을 제고하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (12)

1. 잉크에 의하여 전처리 미세 무늬 패턴이 인쇄된 베이스 필름; 및

   상기 베이스 필름 위에 도포된 수지층에 몰드 가공에 의한 구조화된 패턴층을 포함하며, 상기 미세 무늬 패턴은 선형 무늬 패턴, 비선형 무늬 패턴 또는 도트 무늬 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전처리 미세 무늬 패턴은 프린터 또는 실크스크린에 의하여 인쇄되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 베이스 필름은 PET, PC, PEN 필름 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 수지층은 하나 이상의 UV경화성 모노머, 올리고머 또는 프리폴리머 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 인쇄된 미세 무늬의 패턴 피치는 약 400~4000㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 인쇄된 미세 무늬의 패턴 피치는 약 600~3000㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 인쇄된 미세 무늬 패턴의 투명도는 약 30~90% 범위인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
9. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,

   상기 인쇄된 미세 무늬 패턴의 투명도는 약 50~60% 범위인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 인쇄된 미세 무늬 패턴은 약 0~5도 범위 또는 약 20도~90도 범위의 각 도로 틀어져 있는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
11. 베이스 필름에 미세무늬를 전처리 인쇄하는 단계;

    상기 미세 무늬가 전처리 인쇄된 베이스 필름 상에 구조화된 프리즘 패턴이 형성될 수지 조성물을 도포하는 수지 도포단계;

    소정의 패턴이 형성된 패턴형성롤러를 압착하여 베이스 필름 위에 도포된 수지층에 구조화 프리즘 표면을 형성하는 단계; 및

    상기 패턴이 형성되는 수지층을 도포한 베이스 필름에 UV광을 조사하여 경화시키는 단계를 포함하는 광학 필름의 제조방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 전처리 인쇄 단계는 프린터 또는 실크스크린에 의하여 인쇄되는 것을 특징으로 하는 광학 필름의 제조 방법.

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