KR100824226B1 - 제어된 산란 및 투과 특성을 갖는 광학 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광을 산란 및 투과시켜, 굴절률이 다른 2상 이상으로 이루어진 광산란 필름(1)과 광을 선택적으로 P,S 변환시키는 반사 편광자(2)를 적층하여 이루어진 광학 필름에 관한 것이다. 광산란 필름의 굴절률이 큰 1상이 필름의 두께 방향으로 연장하여 존재하는 주상 구조이고, 필름의 법선 방향의 투과율은 4% 이상인 것이 바람직하다. 상기 광학 필름은 액정 표시 장치 등에 이용하는 경우, 시인성이 우수하고, 밝은 화상을 제공할 수 있는 광의 손실이 적으며, 집광성을 나타내는 것이다.
광학 필름, 광산란 필름, 반사 편광자, 시인성, 집광성

Description

제어된 산란 및 투과 특성을 갖는 광학 필름{Optical film having controlled scattering and transmitting characteristics}
본 발명은 제어된 광산란 특성과 선택적인 P, S 변환 특성을 갖는 광학 필름에 관한 것이다.
반사형 및 반투과형 액정 표시 장치로서는 일반적으로 입사광이 액정층을 투과하여 반사막으로 반사되고 다시 액정층을 투과하여 보는 사람의 눈에 표시화상이 들어간다. 이때, 액정층의 표면측 및/또는 액정층과 반사막 사이에 광산란 필름을 배치하여 광을 산란시킴으로써, 넓은 시야각으로 화상을 인식하는 것이 가능해진다. 이때, 광의 산란을 수득하는 방법으로서는, 예를 들면, 플라스틱 필름 또는 점착제에 투명 미립자를 분산 함유시켜 광을 산란시키는 방법이나, 플라스틱 필름의 표면을 조면화하여 광을 산란시키는 방법이 대표적인 방법이다.
또한, 투과 및 반투과의 투과 상태의 밝기를 개선하기 위해서, 액정의 복굴절에 의해서 발생하는 광의 S파, P파 변화를 다중 반사에 의해 선택적으로 P파로부터 S파 또는 S파에서 P파로 변환하여 광의 손실을 막는 반사 편광자도 많이 사용되고 있다.
그러나, 상기 P, S 변환하는 반사 편광자를 특히 반투과형 또는 반사형의 액정 표시 장치에 사용하는 경우, 표시가 어둡고, 시인성이 나쁜 문제가 있다. 이를 개선하기 위해, 광산란 필름을 사용하는 것을 고려할 수 있지만, 종래의 투명 미립자를 분산 함유시킨 산란 필름으로는 투과시의 휘도를 저하시킬 뿐만 아니라, 광은 전방위로 산란하므로, 반사시의 휘도도 그다지 개선시킬 수 없었다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 것이며, 예를 들면, 액정 표시 장치 등에 사용하는 경우에, 종래의 것과 비교하여 시인성이 우수하고, 또한 밝은 화상을 제공할 수가 있도록 광의 손실이 적고, 추가로 집광성을 갖는 광학 필름을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
발명의 개시
상기 목적을 달성하기 위해서 사용되는 본 발명의 광학 필름은 하기 특징을 갖는 광학 필름이다.
(1) 광을 산란 및 투과시켜, 굴절률이 다른 적어도 2상 이상을 갖는 광산란 필름과 광을 선택적으로 P, S 변환시키는 반사 편광자를 적층하여 이루어짐을 특징으로 하는 광학 필름.
(2) 상기 광산란 필름의 굴절률이 크고 적어도 1상이 필름의 두께 방향으로 연장하여 존재하는 주상 구조이고, 당해 필름의 법선 방향의 투과율이 4% 이상인 상기 (1)에 따르는 광학 필름.
(3) 상기 필름의 두께 방향으로 연장하여 존재하는 복수의 주상 구조의 축선이 서로 평행하고, 또한 그 축선이 필름의 법선 방향인 상기 (1) 또는 (2)에 따르는 광학 필름.
(4) 상기 필름의 두께 방향으로 연장하여 존재하는 복수의 주상 구조의 축선이 서로 평행하고, 또한 그 축선이 필름의 법선 방향에 대해 기울어진 상기 (1) 또는 (2)에 따르는 광학 필름.
(5) 상기 광산란 필름의 굴절률이 다른 적어도 2상 이상의 상의 굴절률 차가 0.005 내지 0.1의 범위내인 상기 (l) 내지 (4) 중의 어느 하나에 따르는 광학 필름.
(6) 상기 광산란 필름이 감방선성을 갖는 고분자 재료에서 제조되는 상기 (1) 내지 (5)에 따르는 광학 필름.
(7) 상기 P, S 변환시키는 반사 편광자가 적층형인 상기 (1) 내지 (6) 중의 어느 하나에 따르는 광학 필름.
(8) 상기 P, S 변환시키는 반사 편광자가 콜레스테릭 액정의 선택반사를 사용한 필름인 상기 (1) 내지 (6) 중의 어느 하나에 따르는 광학 필름.
도 1은 미립자를 분산시킨 광확산 필름(광산란 필름)의 투과율 특성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 광산란 필름의 투과율 특성을 도시한 도면이다.
도 3은 반사 편광자의 동작 원리 및 본 발명의 광학 필름의 동작 원리를 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 사용되는 반사 편광자의 휘도의 가시각도 의존성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 광학 필름의 반사시에 있어서의 광의 진행을 도시한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 광학 필름의 일례에 의한 액정 디스플레이의 반사시에 있어서의 유효 산란 영역을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 광학 필름의 구성의 일례 및 이 광학 필름의 휘도 측정법을 설명하는 설명도이다.
이하 본 발명을 추가로 상세하게 설명하지만, 우선 종래의 광산란 필름에서 광산란 현상을 도 1을 참조하여 설명하고, 이어서 본 발명의 광학 필름에 사용한 광산란 필름에 관해서 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1은 고분자 필름 내지는 점착제에 굴절률이 다른 투명한 미립자를 분산시켜 수득한 광산란 필름 또는 광산란막의 광투과 특성이다. 도 1에 도시한 바와 같이 종래의 미립자를 분산시킨 광산란 필름 또는 광산란막의 광산란 특성은 넓은 각도에 걸쳐 넓게 광이 산란되고, 산란광 분포는 전각도에 걸쳐 완만하게 변화한다.
도 2는 본 발명에 사용한 광산란 필름의 투과 특성을 도시한 도면이다. 필름에 수직(입사각 0°)으로 입사한 광은 이 필름에 의해 어느 정도의 투과 특성을 나타내고, 그 각도가 커짐에 따라서 산란성이 높아지고 원하는 각도로의 산란은 최대가 된다. 그 후, 각도가 더욱 커짐에 따라서 다시 투과가 강해지고, 산란성이 작아진다. 예를 들면, 필름 표면에 대하여 45 내지 60°의 각도로 입사한 광은 거의 산란되지 않고, 투과한다. 이 특성은 지극히 특수한 광학 특성이고, 이 특성을 사용하여 반사 편광자의 특성을 충분히 끌어 내는 광학 필름을 실현할 수가 있다.
본 발명에 사용되는 광산란 필름은 굴절률이 다른 적어도 2상 이상으로 이루어진 필름이어도 되지만, 굴절률이 크고 적어도 1상이 필름의 두께 방향으로 연장하여 존재하는 주상 구조를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 주상 구조의 축선 방향은 특히 한정되지 않지만, 방향이 가지런하지 않을수록 전체에 넓게 광이 산란되어, 산란광 분포가 전 각도에 걸쳐 천천히 변화하기 때문에, 주상 구조의 축선이 서로 평행한 것이 더욱 바람직하다. 추가로 주상 구조의 축선과 필름의 법선 방향과의 각도를 조정함으로써 상기 특수한 광학 특성을 조정하는 것이 가능하다. 즉, 용도에 따라 액정 표시 장치와 보는 사람과의 상대 각도가 상이하지만, 이 상이한 각도에 맞춰 광학 특성을 적절하게 조정할 수 있다. 여기서, 액정 표시 장치가 이용되는 일반적인 장치에서 액정 표시 장치와 보는 사람과의 상대 각도를 고려하면, 주상 구조의 축선과 필름의 법선 방향과의 각도는 0 내지 45°인 것이 바람직하다. 또한, 광산란 필름의 법선 방향의 투과율(도 2에 있어서의 가시 각도 0°에 있어서의 투과율)은 4% 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 광학 필름에 있어서 사용되는 광산란 필름은 종래의 공지 어느 쪽의 방법에 의해서도 상관없지만, 감방사선성을 갖는 초기중합체 또는 단량체 재료를 플라스틱 필름상에 도포, 건조시킨 후, 원하는 마스크에 의해 감방사선성 재료에 선택적으로 방사선 조사하여, 고굴절률의 주상 구조를 형성하는 방법이 바람직하다. 여기서, 조사시의 감방사선성 재료에 소정의 각도보다 방사선을 조사함으로써 주상 구조의 축선과 필름의 법선 방향과의 각도를 조절할 수가 있다. 또한, 조사 후에, 필요에 따라, 가열 등의 방법으로 초기중합체 또는 단량체 재료를 중합시킬수 있다. 감방사선성 재료를 조사할 때에 사용되는 포토마스크는 종래 포토마스크를 제조하는 방법으로서 알려진 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 포토마스크를 제조하는 방법으로서는, 예를 들면, 사진석판법을 이용하는 방법을 들 수 있다. 또한, 포토마스크를 사용하지 않고 레이저빔, X-선, 전자선 등에 의해 감방사선성 재료를 직접 주사 노광하여, 고굴절률 영역을 감방사선성 재료에 형성시킬 수 있다. 또한, 플라스틱 필름 등에 레이저빔 그 밖의 방법으로 직접 천공하여, 구멍내에 플라스틱 필름과 비교하여 고굴절률을 갖는 재료를 충전함으로써 본 발명으로 사용되는 광산란 필름을 형성할 수 있다.
방사선 조사에 의해 고굴절률 영역을 형성할 수 있는 감방사성 재료는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 듀퐁(Dupont)이 제조한 옴니덱스(OMNIDEX)(등록상표)의 HRF 150 및 HRF 600으로 시판되고 있는 것을 사용할 수 있다. 감방사선성 재료에 복굴절률이 존재하면 착색되는 등의 현상이 보여 바람직하지 않지만, 복굴절률이 허용되는 범위이면 존재하더라도 양호하다. 광산란 필름을 형성하는 재료 그 자체는 광투과성이 높은 재료가 바람직하다.
광산란 필름에 있어서의 굴절률이 다른 상의 굴절률 차는 일반적으로는 0.005 내지 0.1의 굴절률 차로 설정되는 것이 바람직하다. 굴절률 차가 0.005 미만에서는 충분한 산란 특성을 수득하는 것이 용이하지 않다. 추가로 바람직하게는 0.01 내지 0.1의 범위의 굴절률이 양호하다. 굴절률은 고굴절 영역과 다른 상과의 계면에서 급격히 변화할 수 있지만, 점진적으로 변화하는 쪽이 바람직한 산란 특성이 수득된다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이 반사 편광자(2)는 입사한 광 중에서 P파만 투과하여 S파는 반사하여 추가로, 후광의 반사면 등으로 반사된 광의 P파를 투과하여 S파를 반사한다. 이를 반복하는 동안에 S파는 P파로 변환되어, 종래 이용되지 않던 S파를 이용할 수 있도록 하기 때문에, 반사 편광자의 사용에 의해 비약적으로 휘도가 상승한다. 반사 편광자(2)에는 적층형과 콜레스테릭 액정을 사용한 것이 있지만, 효과적으로는 동등하다.
이 반사 편광자(2)를 휴대 전화 및 PDA 등의 액정 표시 장치에 사용하기 위해서는 반사시의 밝기를 확보할 필요가 있다. 당연히, 투과시의 휘도를 높이는 것에 집착하면 반사시의 휘도가 내려간다. 휴대 전화 및 PDA 등의 액정 표시 장치에 있어서, 투과 반사의 모든 상태에 있더라도 밝고 시인성이 뛰어난 화상을 실현하는 광학 필름을 제공하는 것을 본 발명의 주된 목적으로 하는 것이기 때문에, 본 발명의 광학 필름에 관해서의 광특성을 더욱 자세히 설명한다. 설명에 있어서는 도 4를 참조하여 투과와 반사의 두 상태에 관해서 각 필름의 광학 특성을 나타내면서 설명한다.
도 4는 후광으로부터의 광이 반사 편광자(2)를 사이에 끼워 출사된 광의 휘도 분포이다. 통상 후광에 사용되는 BEF(집광용 시트)에 의한 후광에서의 광은 집광되어, 반사 편광자에 입사한다. 입사한 광은 상기 도 3에 도시한 P, S변환에 의해 더욱 휘도를 높여 광산란 필름(1)에 입사한다. 광산란 필름(1)으로부터의 투과광은 도 4에 도시한 것과 동일한 가시 각도 의존성을 나타내기 때문에 필름 법선에 가까울수록 광이 투과되고, 광각측이 됨에 따라서 투과율이 작아지고, ±20° 전후로 투과가 최소, 즉 산란이 최대가 된다.
투과의 경우, 입사광은 전술한 바와 같이 ±20° 전후에 집광되어 있는 것부터 산란의 영향을 최소한으로 하면서 필름의 법선 방향으로 출사한다.
본 발명에서는 반드시 후광에 BEF를 이용할 필요는 없고, 집광하지 않아도 된다. 그 경우, 중심의 광이 강한 부분은 광산란 필름의 법선 방향에 가까운 부분(투과율이 비교적 높은 부분이다)이고, 전술한 바와 같이 산란의 영향을 별로 받지 않고 투과하여, ±20° 전후의 광이 산란되고 주변으로 확산한다. 통상, 여기서 사용되는 광산란 필름(1)은 통상의 투명 미립자가 분산된 필름 또는 점착제에 투명 미립자를 분산시킨 광산란 필름과 비교하여 산란 각도(가우스 분포하는 산란광의 반값폭으로 정의하면, 본 발명의 광산란 필름의 반값폭은 10 내지 30°이다)는 작고, 법선 방향에 가까운 방향에 산란광이 집중된다. 이와 같이 투과에 있어서의 본 발명의 광학 필름은 필름 법선 방향의 휘도가 높고 또한 번쩍임을 억제한 이상적인 표시 상태를 가능하게 한다.
다음으로, 반사시의 본 발명에 의한 광학 필름의 효과에 관해서 설명한다.
도 6은 본 광학 필름의 광산란 필름에 의한 가장 크게 산란하는 가시 각도의 영역을 도시한 그림이다. 가시 각도 ±20°를 중심으로 그 전후 l0 내지 15°의 범위가 산란에 가장 크게 기여하는 각도이다. 요컨대, 광학 필름면의 법선 방향에서 20°기울인 광이 심하게 산란되어, 반사시에 휘도에 공헌한다. 통상, 광원은 정면에 대해 20°전후로 어긋난 방향으로 위치하고 있다고 생각되고, 최대산란은 ±20°로 설정하는 것이 가장 이상적이다. 따라서, 본 발명의 광학 필름의 산란 최대각은 가장 이상적이라고 생각된다.
도 5는 광이 법선 방향에서 20° 전후로 입사하였을 때의 광의 진행을 모식적으로 표현한 그림이다. 전술한 바와 같이 본 발명에 의한 광산란 필름(1)은 20°전후의 입사광을 가장 효율적으로 산란시켜 정면방향으로 집중하여 광을 모으는 경향을 도시한다.
이상과 같이, 본 발명의 광학 필름은 투과시의 광을 효율이 좋게 투과하여 휘도를 낮추지 않고 화상을 선명히 표시하고, 반사시에는 주변의 광, 특히 정면의 광원으로부터의 광을 효율적으로 필름 법선 방향, 즉 시각 방향으로 모으는 성질을 가져, 휴대 전화 및 PDA 등에 사용되는 반투과형의 액정 표시 장치에 가장 적합한 광학 필름이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것이 아니다.
실시예 1
반사 편광자(2)로서 3M 사제의 DBEF를 사용하여, 이 DBEF 상에 아크릴계의 점착제(3)를 두께 25㎛로 도포하여, 그 위에 광산란 필름(1)으로서 마이크로샤프(Microsharp)가 제조한 MFI 50Al000을 서로 붙여 도 7에 도시된 구조를 갖는 광학 필름을 제작한다.
이 필름을 후광(4) 위에 배치하여, 광 디텍터(5)에 의해 휘도 측정을 한다. 도 7에 있어서는 광 디텍터(5)에 의해, 필름 법선 방향으로 출사한 광(6)을 측정함으로써, 필름의 법선 방향의 휘도의 측정이 이루어지고 있다.
비교예
실시예 1의 광학 필름을 대신하여, 종래부터 사용되던 아크릴계 점착제에 굴절률이 다른 투명한 미립자를 분산시킨 확산점착제로서 스미토모 케미칼 고교 가부시키가이샤(Sumitomo Chemical Industrial Co.)가 제조한 SK80을 후광(4) 위에 배치하고, 광 디텍터(5)에 의해 휘도를 측정한다.
실시예 1과 비교예의 휘도를 비교한 바, 실시예 1의 광학 필름의 휘도는 비교예에 기재된 필름과 비교하여 30 내지 50%의 휘도 상승을 나타낸다.
실시예 2
반사 편광자(2)로서 닛토전공이 제조한 PCF400을 사용하는 점 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 광학 필름을 제작하여, 해당 필름을 후광(4) 위에 배치하여 실시예 1과 동일하게 하여 휘도를 측정한다.
실시예 2의 광학 필름의 휘도는 비교예에 기재된 필름과 비교하여 30 내지 50%의 휘도 상승을 나타낸다.
실시예 3
반사 편광자(2)로서 멜크가 제조한 트랜스막스(Transmax)를 사용하는 점 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 광학 필름을 제작하여, 해당 필름을 후광(4) 위에 배치하여 실시예 1과 동일하게 하여 휘도를 측정한다.
실시예 3의 광학 필름의 휘도는 비교예에 기재된 필름과 비교하여 30 내지 50%의 휘도 상승을 나타낸다.

Claims (8)

  1. 광을 산란 및 투과시켜, 굴절률이 다른 적어도 2상 이상으로 이루어진 광산란 필름과 광을 선택적으로 P, S 변환시키는 반사 편광자를 적층하여 이루어진 광학 필름으로서,
    당해 광산란 필름의 굴절률이 크고 적어도 1상이 필름의 두께 방향으로 연장하여 존재하는 다수의 주상(柱狀) 구조인 동시에, 당해 주상 구조가 다른 상과의 계면에서의 굴절률이 점진적으로 변화하는 것이며, 당해 필름의 법선 방향의 투과율이 4% 이상임을 특징으로 하는 광학 필름.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 광산란 필름의 두께 방향으로 연장하여 존재하는 주상 구조의 축선이 서로 평행하고, 당해 축선이 필름의 법선 방향임을 특징으로 하는 광학 필름.
  4. 제1항에 있어서, 광산란 필름의 두께 방향으로 연장하여 존재하는 주상 구조의 축선이 서로 평행하고, 당해 축선이 필름의 법선 방향에 대해 경사져 있음을 특징으로 하는 광학 필름.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 광산란 필름의 굴절률이 다른 적어도 2상 이상의 상의 굴절률 차의 범위가 0.005 내지 0.1인 광학 필름.
  6. 제1항, 제3항 및 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 광산란 필름이 감방사선성(感放射線性)을 갖는 고분자 재료로부터 제조된 광학 필름.
  7. 제1항, 제3항 및 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 반사 편광자가 적층형임을 특징으로 하는 광학 필름.
  8. 제1항, 제3항 및 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 반사 편광자가 콜레스테릭 액정으로 이루어짐을 특징으로 하는 광학 필름.
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