KR101004633B1 - 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자, 이를 갖는 백라이트유닛 및 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자와 이를 갖는 액정표시장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명은, 입사된 랜덤편광을 실질적으로 투과·확산시키도록 굴절률이 상이한 내부물질 및 외부물질로 이루어진 복수개의 확산비드가 구비된 확산자; 상기 광학시트를 통해 확산된 랜덤편광 중 제1편광은 그대로 투과시키면서, 제2편광은 반사시키는 반사편광필름;을 포함하여 구성된다.

따라서, 본 발명은 광대역을 이루면서 광학부품의 감소를 통해 박막화 및 원가 절감을 기대할 수 있는 장점이 있다.

광대역, 확산비드, 반사편광자, 내부물질, 외부물질.

Description

확산비드가 구비된 광대역 반사편광자, 이를 갖는 백라이트 유닛 및 액정표시장치{REFLECTTIVE POLARIZER, BACKLIGHT UNIT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING THE SAME}

본 발명은 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자와 이를 갖는 액정표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광학부품을 줄여서 원가를 절감하면서 용이하게 제조할 수 있는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자, 이를 갖는 백라이트 유닛 및 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정 디스플레이는 투명 전극을 형성한 유리판 사이에 액정을 주입하고, 상기 유리판의 전후에 편광막을 배치한 구조를 갖는다. 이러한 액정 디스플레이에 이용되는 편광막은 폴리비닐 알코올 필름에 요오드나 2색성 염료 등을 흡착시키고, 이것을 일정 방향으로 연신시키는 과정을 통해 제조된다.

그러나, 이와 같이 제조된 편광막은 어느 한 방향으로 진동하는 빛을 흡수하고, 다른 방향으로 진동하는 빛만을 통과시켜서 직선편광을 만들기 때문에, 편광자의 효율은 이론적으로 50%를 초과할 수 없으며, 이에 따라 액정 디스플레이의 효율을 저하시키는 가장 큰 요인이 되고 있다.

따라서, 원편광 분리 기능을 갖는 콜레스테릭 액정을 반사편광막으로 이용하는 기술이 제시되고 있으며, 이러한 콜레스테릭 액정은 액정의 나선 회전 방향과 원편광 방향이 일치하고 파장이 액정의 나선 피치와 같은 원편광의 빛만을 반사하는 선택 반사의 특성을 갖고 있다. 이러한 선택 반사의 특성을 이용하여, 일정한 파장 대역의 자연광의 특정한 원편광만을 분리 및 투과하고, 나머지를 반사하여 재이용함으로써 고효율의 편광막의 제조가 가능하게 된다.

이때, 투과한 원편광은 λ/4 파장판을 통과함으로써 직선 편광으로 변환되고, 이 직선 편광의 방향을 액정 디스플레이에 이용하는 흡수형 편광자의 투과 방향과 일치시킴으로써 고투과율의 액정표시장치를 얻을 수 있다. 즉, 콜레스테릭 액정필름을 λ/4 파장판과 조합하여 직선 편광자로서 이용하면 이론적으로 빛의 손실이 없기 때문에, 50%의 빛을 흡수하는 종래의 흡수형 편광자를 단독으로 이용한 경우에 비하여 두 배의 휘도 향상을 얻을 수 있게 된다.

상술한 콜레스테릭 액정을 이용한 종래기술로서, 수평배향을 유도하여 각각 선택반사특성이 부여된 콜레스테릭 액정필름층을 단파장에서 장파장의 순서대로 적층하여 가시광선영역을 선택 반사의 파장영역으로 이루도록 한 광대역 콜레스테릭 액정필름 제조기술(출원번호:10-1998-0000498, 10-1999-0065640, 10-2004-0078416, 10-2004-0060853)이 개시되어 있다.

또한, 두 개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체층이 반사광의 중심 파장을 기준으로 하여 길고 짧은 순서로 밀착된 상태로 서로 적층되어 두께 방향으로 나선 피치가 변하는 원편광 분리층과, 반사광의 중심 파장이 장파장 측에 배치된 위상차층 을 포함하는 편광자 제조기술(출원번호:10-1998-0043207, 10-1998-0017719, 10-1999-0006902, 10-1998-0019146, 10-2005-7015572)이 개시되어 있다.

그러나, 상술한 종래의 콜레스테릭 액정은 광대역을 이루기 위해, 각각의 파장대역별로 작용하는 수 개의 필름을 각각 제조한 후 적층시켜야 하므로, 두께가 두꺼워질 뿐만 아니라 접착계면의 상이한 굴절률에 의해 반사손실이 증가되는 문제점과 함께, 작업 공수의 증가에 따른 제조상의 어려움과 경제적인 측면에서 원가상승으로 이어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 광대역을 이루면서 광학부품의 감소를 통해 박막화 및 원가 절감을 기대하는 동시에 작업공수의 생략에 따른 생산성의 제고를 기대할 수 있는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상술한 반사편광자를 갖는 백라이트 유닛 및 액정표시장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반사편광자는, 입사된 랜덤편광을 실질적으로 투과·확산시키도록 굴절률이 상이한 내부물질 및 외부물질로 이루어진 복수개의 확산비드가 구비된 확산자; 상기 확산자를 통해 확산된 랜덤편광 중 제1편광은 그대로 투과시키면서, 제2편광은 반사시키는 반사편광필름;을 포함하여 구성하는 것이다.

이때, 상기 확산비드는 확산자의 노출면으로부터 돌출되게 배열될 수 있다.

그리고 상기 확산자는, 광투과성을 갖는 베이스필름; 상기 베이스필름으로 입사된 광을 실질적으로 투과 및 확산시키도록 내부물질 및 이 내부물질을 감싸는 외부물질로 이루어진 복수개의 확산비드와, 수지가 혼합된 광학층;으로 구성된다.

상기 확산비드의 내부물질은 공기층으로 이루어지고 외부물질은 유리재로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 확산비드는 입사광의 투과율이 45~90%를 이루면서 광 의 주 출사각이 30~70°로 이루어지도록 3~30㎛의 지름으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 상기 내부물질의 지름은 외부물질의 지름에 대해 0.2 내지 0.95의 비율로 이루어질 수 있다.

선택적으로, 상기 내부물질과 외부물질은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 플라스틱 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지되, 상기 내부물질과 외부물질은 굴절률 차이에 의해 입사광을 확산시키도록 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명은 상기 광학층의 노출면을 보호하도록 부착된 보호필름을 더 포함할 수 있다.

상기 수지와 베이스필름은 입사광을 1.4 내지 1.65의 굴절률로 굴절시키도록 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 플라스틱 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지되, 상기 베이스필름과 수지는 굴절률 차이에 의해 입사광을 확산 및 산란시키도록 서로 다른 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 반사편광필름은 굴절률에 의해 편광을 투과 및 반사시키도록 연신된 고분자필름으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 반사편광필름은 두 개 이상의 층으로 적층되는데, 이때 상기 두 개 이상의 층으로 적층된 반사편광필름 중 적어도 어느 하나의 층은 복굴절 물질을 포함하며, 상기 두 개 이상의 층으로 적층된 반사편광필름은 적어도 하나 이상의 굴절률 성분에 따라 굴절률 차이를 발생시키는 것이다.

다른 한편, 상기 반사편광필름은 제1편광은 투과시키면서 제2편광은 반사시키도록 콜레스테릭 액정으로 구현될 수 있으며, 상기 반사편광필름으로부터 입사된 제1편광을 선편광으로 전환하여 출사시키는 위상지연판을 더 포함한다.

이때, 상기 콜레스테릭 액정은 상이한 파장대역의 편광 중 제1편광은 투과시키면서 제2편광은 반사시키도록 상이한 피치로 이루어진 복수개의 콜레스테릭 액정층이 접착수지에 의해 다단으로 적층되는 것을 포함하는데, 상기 접착수지에는 확산자로 입사된 광을 실질적으로 투과 및 확산시키도록 내부물질 및 외부물질로 이루어진 복수개의 확산비드가 혼합될 수 있다.

또 다른 한편, 상기 반사편광필름은 제1편광은 투과시키면서 제2편광은 반사시키도록, 광투과성을 갖는 베이스시트의 적어도 일면으로 금속 격자가 배열된 와이어 그리드 편광필름으로 구현될 수 있다.

이와는 다르게, 본 발명은 상술한 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자를 갖는 백라이트 유닛과 이러한 백라이트 유닛을 갖는 액정표시장치를 제공한다.

상기와 같은 수단으로 구현된 본 발명에 따르면, 광원에서 조사된 광이 확산비드가 구비된 확산자와 반사편광필름 및 위상지연판을 통과하면서 확산 및 선택 반사를 함에 따라 광대역을 이루는 동시에, 광학부품의 감소를 통해 박막화 및 작업공수의 생략에 따른 생산성의 제고를 기대할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 보호필름에 의해 광학층의 노출면이 보호되며, 베이스필름 과 수지의 서로 다른 굴절률에 의해 광의 고투과·고확산·고휘도 기능의 향상을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 광대역 반사편광자(P)는, 입사된 랜덤편광을 실질적으로 투과·확산시키는 확산자(160)와, 확산자(160)를 통해 확산된 랜덤편광 중 제1편광은 그대로 투과시키면서 제2편광은 반사시키는 반사편광필름(170)으로 구성된다.

먼저, 확산자(160)는 랜덤편광을 실질적으로 투과·확산시키는 것으로서, 이러한 확산자(160)는 광 투과성을 갖는 베이스필름(161)과, 베이스필름(161)으로 입사된 광을 실질적으로 투과 및 확산시키도록 내부물질(162a) 및 외부물질(162b)로 이루어진 복수개의 확산비드(162)와 수지(163)가 혼합된 광학층(164)으로 구성된다.

여기서, 베이스필름(161)은 두께가 엷은 막으로 형성되어 광원에서 조사된 광을 투과시키는 것으로서, 이러한 베이스필름(161)은 광 투과성이 우수한 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리프로필렌(PP, Polypropylene), 메타크릴 수지(PMMA, Polymethyl Methacrylate), 폴리카보네이트(PC, Poly Carbonate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, Polyethylene Terephthalate)를 포함하는 플라스틱 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

확산비드(162)와 수지(Resin, 163)가 혼합된 광학층(164)은 베이스필름(161)의 상면에 구비되는데, 여기서 수지(163)는 입사된 광을 1.4 내지 1.65의 굴절률로 굴절시키도록 폴리카보네이트 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 선택적으로, 상기 수지(163)는 1.4 내지 1.65의 굴절률을 갖는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 플라스틱 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다. 도 1에서는 광학층(164)이 베이스필름(161)의 상면에 구비되었으나, 선택적으로 베이스필름(161)의 하면에 구비될 수 있음을 분명히 밝혀둔다.

이때, 수지(163)와 베이스필름(161)은 서로 다른 재질로 이루어져 굴절률 차이에 의해 입사광을 확산 및 산란시킬 수 있다. 즉, 확산작용을 극대화하도록 수지(163)와 베이스필름(161)의 굴절률을 다르게 하면, 입사광의 굴절각이 크게 형성되어 확산비드(162)의 표면에 닿는 입사광의 각에 변화를 주게 되므로, 보다 큰 확산작용을 기대할 수 있는 것이다.

확산비드(162)는 구(球) 형상으로 형성되어 광학층(164)으로 투과된 광을 확산시키는 것으로서, 이러한 확산비드(162)는 굴절률이 상이한 내부물질(162a)과 이 내부물질(162a)을 감싸는 외부물질(162b)로 이루어진다.

내부물질(162a)은 도 2a에 도시된 바와 같이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 플라스틱 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지거나, 도 2b에 도시된 바와 같이 기체층으 로 이루어진다.

그리고 외부물질(162b)은 유리재 또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 플라스틱 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진다.

이러한 내부물질(162a)과 외부물질(162b)은 굴절률 차이에 의해 입사광을 투과 및 확산시키도록 서로 다른 재질로 이루어지는데, 이때 내부물질(162a)과 외부물질(162b)은 0.05 내지 0.7의 굴절률 차이를 갖도록 상이한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예컨대, 도 2b에서와 같이 내부물질(162a)이 기체층(굴절률 대략 1.0)인 경우 외부물질(162b)은 유리재(굴절률 대략 1.52) 또는 합성수지재(굴절률 대략 1.4 내지 1.65)로 이루어지며, 도 2a에서와 같이 내부물질(162a)이 합성수지재인 경우 외부물질(162b)은 유리재 또는 내부물질과 굴절률이 상이한 합성수지재로 이루어지는 것이다.

여기서 언급한 기체층은 진공 상태 또는 대기압 상태를 포함하는 개념임을 분명히 밝혀둔다.

첨부된 도 4a 및 4b는 기체층의 내부물질(162a)과 유리재의 외부물질(162b)로 이루어진 확산비드(162)와 수지(164)가 혼합된 광학층(164)으로 광을 조사하여 광의 투과 및 확산방향을 나타낸 것으로서, 광학층(164)으로 투과되면서 굴절된 광은, 외부물질(162b)의 하부와 내부물질(162a) 사이의 계면을 지나면서 확산된 후, 다시 외부물질(162b)의 상부와 내부물질(162a) 사이의 계면을 지나면서 한번 더 확산된다. 즉, 진공을 이루는 기체층(162a)의 굴절률은 대략 1.00이고 유리재로 이루 어진 외부물질(162b)의 굴절률은 대략 1.52로 이루어짐에 따라 굴절률에 대해 큰 차이를 형성하게 되며, 이같은 굴절률의 차이로 인해 광이 투과되는 각각의 계면에서 굴절각이 커지므로, 보다 효율적인 산란 및 확산 기능을 갖게 되는 것이다.

여기서, 내부물질(162a)의 지름(d1)은 외부물질(162b)의 지름(d2)의 길이에 대해 0.2 내지 0.95의 비율로 이루어지는 것이 바람직하다. 예컨대, 외부물질(162b)의 지름(d2)이 10㎛로 형성될 경우, 기체층(162a)의 지름(d1)은 2㎛ 내지 9.5㎛의 범위 내에서 형성되는 것이다. 즉, 기체층(162a)의 지름(d1)이 2㎛를 이루게 되면 외부물질(162b)의 표면 두께(t)는 4㎛로 형성되고, 기체층(162a)의 지름(d1)이 9.5㎛를 이루게 되면 외부물질(162a)의 표면 두께(t)는 0.25㎛로 형성되는 것이다. 이때, 기체층(162a)의 지름(d1)이 2㎛미만으로 형성하게 되면 기체층(162a)의 부피가 작아짐에 따라 광의 확산 효과를 기대하기 어려우며, 기체층(162a)의 지름(d1)이 9.5㎛를 초과하게 형성하면 외부물질(162b)의 표면 두께(t)가 얇아지게 되어 경도가 약해질 뿐만 아니라 제작의 어려움으로 작용하게 된다.

특히, 도 4a 및 도 4b는 10㎛의 지름(d2)으로 형성된 확산비드(162)와 폴리카보네이트로 이루어진 수지(163)가 혼합된 광학층(164)의 하부에서 광을 조사하여, 광의 투과 및 확산 방향을 나타내도록 시뮬레이션을 실행한 결과를 나타낸 것이다. 이같은 결과에 따르면, 광학층(164)의 하부에서 조사된 광은, 베이스필름(110)의 상면에 맞닿는 광학층(164)의 하면에서 굴절된 후, 외부물질(162b)과 기체층(162a) 및 광학층(164)의 상면으로 투과되면서 확산됨을 알 수 있다.

이에 반하여, 도 5a 및 도 5b는 상술한 본 발명인 확산비드(162)의 실시예에 대한 비교예를 나타내기 위해, 10㎛의 지름(d2)으로 형성된 확산비드(162)와 폴리카보네이트로 이루어진 수지(163)가 혼합된 광학층(164)의 하부에서 광을 조사하여, 광의 투과 및 확산 방향을 나타내도록 시뮬레이션을 실행한 결과를 나타낸 것이다. 이때, 확산비드(162)는 내부에 기체층(162a) 따위의 다른 물질이 섞이지 않은 단일체로 형성된 상태이다.

이같은 결과에 따르면, 단일체로 형성된 확산비드(162)의 굴절률은 대략 1.52이고, 폴리카보네이트로 이루어진 수지는 대략 1.58의 굴절률을 가짐에 따라 굴절률에 대해 큰 차이가 없었으며, 이러한 도 5a 및 도 5b의 비교예는 광의 산란 및 확산 기능이 상술한 본 발명의 실시예에 비해 현저히 떨어짐을 알 수 있다.

확산비드(162)는 광의 투과율이 45% 내지 90%을 이루도록 적절한 지름으로 이루어지는데, 이를 위한 확산비드(162)의 지름(d2)은 3㎛ 내지 30㎛로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직한 확산비드의 지름(d2)은 6㎛ 내지 20㎛로 이루어지는 것이 바람직하다.

첨부된 도 6 내지 도 8은 본 출원인이 확산비드(162)의 지름(d2)을 달리하면서 광의 투과 및 반사를 나타내도록 시뮬레이션을 실행한 결과이며, 도 9는 도 6 내지 도 8에 의한 시뮬레이션 결과를 수집하여 광의 투과율을 그래프로 나타낸 것이다.

여기서, 도 6은 지름(d2)이 1㎛인 확산비드(162)와 수지(메타크릴 수지, 163)가 혼합된 광학층(164)의 우측 상부에서 광원을 조사시킨 것이며, 이때 확산비 드(162)는 1㎣당 151,187,900개의 밀도를 차지하게 된다. 따라서, 지름(d2)이 1㎛인 확산비드(162)를 투과하는 광 투과율은 22%이고, 반사율은 73%이며, 나머지는 흡수 또는 손실된다.

그리고 도 7은 지름(d2)이 3㎛인 확산비드(162)와 수지(메타크릴 수지, 163)가 혼합된 광학층(164)의 우측 상부에서 광원을 조사시킨 것이며, 이때 확산비드(162)는 1㎣당 5,600,000개의 밀도를 차지한다. 따라서, 지름(d2)이 3㎛인 확산비드(162)를 투과하는 광 투과율은 45%이고, 반사율은 50%이며, 나머지는 흡수 또는 손실된다.

또한, 도 8은 지름(d2)이 6㎛인 확산비드(162)와 수지(메타크릴 수지, 163)가 혼합된 광학층(164)의 우측 상부에서 광원을 조사시킨 것이며, 이때 확산비드(162)는 1㎣당 700,000개의 밀도를 차지한다. 따라서, 지름(d2)이 6㎛인 확산비드(162)를 투과하는 광 투과율은 80%이고, 반사율은 15%이며, 나머지는 흡수 또는 손실된다.

반면에, 도 10 및 도 11은 상술한 반사편광자(P)의 실시예에 대한 비교예를 나타내기 위해, 본 출원인이 시뮬레이션을 실시하여 광의 투과 및 반사를 나타낸 것이다.

여기서, 도 10은 지름(d2)이 600㎚인 확산비드(162)와 수지(메타크릴 수지, 163)가 혼합된 광학층(164)의 우측 상부에서 광원을 조사시킨 것이며, 이때 확산비드(162)는 1㎣당 7억개의 밀도를 차지하게 된다. 따라서, 광원에서 조사된 광은 지름이 600㎚인 확산비드(162)를 거의 투과하지 못하고 거의 대부분이 반사되는 것을 알 수 있다.

그리고 도 11은 지름(d2)이 800㎚인 확산비드(162)와 수지(메타크릴 수지, 163)가 혼합된 광학층(164)의 우측 상부에서 광원을 조사시킨 것이며, 이때 확산비드(162)는 1㎣당 295,358,650개의 밀도를 차지하게 된다. 따라서, 광원에서 조사된 광은 지름이 800㎚인 확산비드(162)를 거의 투과하지 못하고 대부분이 반사되는 것을 알 수 있다.

첨부된 도 12a 내지 도 12c는 본 출원인이 일반적인 광학시트에 따른 광의 출사각 및 휘도를 광 계측기로 측정된 결과를 나타낸 것이고, 도 13a 내지 도 13h는 본 발명에 의한 확산자의 광 출사각 및 휘도를 광 계측기로 측정된 결과를 나타낸 것이다. 여기서, 도 12a 내지 도 13h에서 붉은색 영역은 고휘도를 나타낸 것이고, 파란색 영역으로 갈수록 휘도는 낮게 나타난다.

도 12a의 광학시트는 도광판으로 구현되는데, 이같은 광학시트를 투과한 광의 주 출사각은 10°를 이루게 된다. 그리고 도 12b의 광학시트는 도광판과 확산판으로 구성되는데, 이같은 광학시트를 투과한 광의 주 출사각은 50°를 이루게 된다. 또한, 도 12c의 광학시트는 도광판과 확산판 및 두 장의 프리즘시트로 구성되며, 이같은 광학시트를 투과한 광의 출사각은 90°를 이루게 되는데, 이때의 휘도를 100%로 설정하여 도 13a 내지 도 13h를 설명한다.

도 13a는 지름(d2)이 2㎛인 확산비드(162)의 광 출사각 및 휘도를 나타낸 것으로서, 이때 광의 주 출사각은 85°를 이루면서 휘도는 80%의 값을 갖게 된다. 그 리고 도 13b 내지 도 13d는 각각의 지름(d2)이 3㎛, 4㎛, 6㎛인 확산비드를 측정한 것으로서, 이때의 주 출사각은 각각 70°, 60°, 60°를 이루면서 휘도는 각각 90%, 95%, 100%의 값을 갖게 된다. 또한, 도 13d 내지 도 13h는 각각의 지름(d2)이 10㎛, 20㎛, 25㎛, 30㎛인 확산비드를 측정한 것으로서, 이때의 광 출사각은 각각 55°, 50°, 40°, 30°를 이루면서 휘도는 각각 110%, 100%, 95%, 90%의 값을 갖게 된다.

아래의 표 1은 도 13a 내지 도 13h에 의한 측정 결과를 수집하여 광의 반사율, 투과율, 주 출사각, 휘도를 정리하여 나타낸 것이다.

이를 통해 살펴보면, 확산비드(162)의 지름(d2)이 3㎛ 내지 30㎛로 이루어질 때, 반사율은 50~5%, 투과율은 45~90%의 값을 나타내었으며, 대략 5%의 나머지는 흡수되거나 손실됨을 알 수 있다. 아울러, 확산비드(162)를 투과하는 광의 주 출사각은 70~30°를 나타내었으며, 이때의 휘도는 확산비드(162)의 지름(d2)에 따라 90%에서 115%까지 상승됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 특징은 3㎛ 내지 30㎛의 지름으로 이루어진 확산비드(162)를 통해, 광의 투과율을 높이면서 반사를 낮추고 휘도를 향상시키는 것이다.

즉, 확산비드(162)의 지름(d2)이 3㎛ 내지 30㎛로 이루어질 때, 기체층(162a)과의 굴절율에 의한 광의 고투과·고확산·고휘도 기능을 나타내며, 이에 따라 광의 효율을 증대시키며 시야각을 확대하게 된다. 특히, 확산비드(162)의 지름(d2)이 6㎛ 내지 20㎛로 이루어질 때, 광 투과율(71~88%)을 높이면서 적절한 주 출사각(60~50°)의 유지와 함께 휘도(100~115%)를 향상시키는 작용 및 효과가 극대화됨을 알 수 있다.

여기서, 확산비드(162)의 지름(d2)이 3㎛ 이하로 이루어지게 되면, 광 투과율이 낮아지면서 반사율이 상승되면서 적절한 출사각 및 휘도를 유지할 수 없게 된다. 또한, 확산비드(162)의 지름(d2)이 30㎛를 초과하게 되면, 반사율을 낮추면서 광 투과율을 향상시키는 반면에 적절한 출사각 및 휘도를 유지할 수 없게 된다.

반사편광필름(170)은 확산자(160)를 통해 확산된 랜덤편광 중 제1편광은 그대로 투과시키면서 제2편광은 반사시키는 것으로서, 이러한 반사편광필름은 매우 얇은 각 분자층이 전체적으로 나선형의 구조를 이루는 콜레스테릭 액정(Cholesteric Liquid Crystal)으로 구현되는 것이 바람직하다.

상술한 콜레스테릭 액정은 가시광선 전 대역에 대해 투과 및 반사시키는 광대역 콜레스테릭 액정 뿐만 아니라, 반사 대역이 좁은 콜레스테릭 액정을 포함한다. 이러한 콜레스테릭 액정은 경화성 네마틱(nematic) 액정물질과 경화성 카이럴(chiral)물질의 혼합으로 되어 있으며, 이 두 물질의 조성에 따라 선택 반사 파장영역에 대한 조절이 가능해 진다. 즉, 반사편광필름(170)은 제1편광은 투과시키면서 제2편광은 반사시키도록, 하부에서 상부로 가면서 장파장 또는 단파장 피치를 갖는 콜레스테릭 액정으로 구현되는 것이다. 그리고 상기 경화성 네마틱 액정물질과 경화성 카이럴물질은 네마틱 액정을 나타내는 메소젠기를 포함하는 물질이면 모두 사용 가능하고, 상기 카이럴물질은 통상의 네마틱 액정에 카이럴 탄소를 갖는 물질이면 모두 가능하며 특정한 물질에 제한되는 것은 아니다. 위에서 언급한 경화성이란 열경화의 경우 비닐기, 아크릴기, 메타크릴기 등의 비닐기를 포함하거나, 축합중합가능한 다양한 반응성기를 가지는 단량체들의 조합을 이용할 수 있다. 또한, 상기 광경화가능한 것으로는 비닐기, 아크릴기, 아릴기 등의 자외선에 의해 가교가능한 반응성기를 이용할 수 있다.

여기서, 상기 콜레스테릭 액정은 상이한 파장대역의 편광 중 제1편광은 투과시키면서 제2편광은 반사시키도록 상이한 피치로 이루어진 복수개의 콜레스테릭 액정층이 접착수지에 의해 다단으로 적층되는 것을 포함하는데, 이때 상기 접착수지에는 상술한 복수개의 확산비드(162)가 혼합될 수 있다. 예컨대, 상기 콜레스테릭 액정은 액정의 나선 피치의 길이에 따라 광을 투과 및 반사시키는 파장대역이 정해지며, 이에 따라 모든 가시광선영역을 투과 및 반사시키기 위해서는 여러 피치를 포함해야한다. 즉, 선택 파장영역의 투과 및 반사율을 고려하면 피치가 세 층 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 콜레스테릭 액정은 Red, Green, Blue 파장대역의 편광을 각각 선택적으로 반사시키는 복수개의 콜레스테릭 액정층의 적어도 어느 일면에 접착수지가 도포되어 다단으로 적층되는 형태로 구현되며, 상기 접착수지에는 상술한 확산비드(162)가 적절히 혼합되어 확산자(160)로부터 입사된 편광을 투과 및 확산시키는 것이다. 그리고 상기 접착수지는 접착력을 갖는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴르에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 플라스틱 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 반사편광필름(170)이 콜레스테릭 액정으로 구현될 경우, 상기 반사편광필름(170)의 상부에는 위상지연판(180)이 적층되는데, 이러한 위상지연판(180)은 반사편광필름(170)에서 입사된 제1편광(P1)을 선편광으로 전환하여 출사시키게 된다.

상기 위상지연판(180)은 λ/4 위상지연을 위해 연신된 고분자 필름으로 구현되는 것이 바람직하다. 그리고 연신된 고분자 필름은 열가소성 고분자를 포함하는데, 이러한 열가소성 고분자는 단독으로 사용해도 되고 두 종류 이상을 병용해도 된다. 상기 열가소성 고분자는, 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리노르보르넨계 폴리머, 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리술폰, 폴리알릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리메타크릴산에스테르, 폴리아크릴산에스테르, 셀룰로오스에스테르 및 그들의 공중합체 등을 포함한다.

선택적으로, 본 발명의 위상지연판(180)은 네마틱 액정으로 구현될 수 있다.

첨부된 도 3은 상기 콜레스테릭 액정으로 구현된 반사편광필름(170)의 작용을 개념적으로 도시한 개념도로서, 도 3에 도시된 바와 같이 반사편광필름(170)은, 확산자(160)에 의해 다양한 방향으로 확산된 랜덤편광 중 제1편광은 그대로 투과시키면서 제2편광은 반사시키고, 위상지연판(180)은 반사편광필름(170)에서 입사된 제1편광을 선편광으로 전환하여 출사시킨다.

여기서, 랜덤편광은 어느 일 방향의 제1편광(P1, 우원편광)과, 이 제1편광과 다른 방향의 제2편광(P2, 좌원편광)으로 이루어지는데, 반사편광필름(170)은 도 3의 (a)에서와 같이, 일 방향의 제1편광(P1)을 그대로 투과시키고 다른 방향의 제2편광(P2)을 반사시킨다. 이어서, 상기와 같이 반사편광필름(170)에 의해 선택반사된 제2편광(P2)은 반사판(170)에 의해 반사되어 도 3의 (b)에서와 같이, 제1편광(P1a) 및 제2편광(P2a)으로 변환되고, 이같이 변환된 제1편광(P1a)은 반사편광필름(170)을 그대로 투과하고 제2편광(P2a)은 다시 반사되며, 이러한 일련의 과정을 연속적으로 반복함에 따라, 결국 랜덤편광은 도 3의 (c)에서와 같이, 제1편광(P1a)(P1b)(P1c)의 형태로 반사편광필름(170)과 위상지연판(180)을 투과하게 되어 휘도를 향상시키는 것이다.

특히, 확산자(160)을 통해 확산된 랜덤한 방향의 편광은, 반사편광필름(170)의 나선구조 피치를 입사방향에 따른 랜덤한 길이의 피치로 인식하기 때문에, 결국 반사편광필름(170)은 랜덤한 파장대의 제2편광을 선택적으로 반사하게 되어 광대역으로 작용하게 된다. 즉, 좁은 파장대역에서 선택반사를 하던 종래에 비해, 본 발명은 확산자(160)를 통해 확산된 랜덤한 방향의 제2편광이 입사되면 선택반사를 하는 대역폭이 넓어지게 되어 광대역으로 작용하게 되는 것이다.

한편, 반사편광필름(170)은 연신된 고분자필름으로 구현될 수 있다. 예컨대, 일정 비율로 연신시킨 고분자 필름을 수층 내지 수백층으로 적층함에 따라 제조된다. 이같이 제조된 고분자 필름은 굴절율을 이용하여 투과 및 선택 반사의 작용을 하게 된다.

선택적으로, 반사편광필름(170)은 두 개 이상의 층으로 이루어질 수 있는데, 이 층 중 하나 이상의 층은 복굴절 물질을 갖는다. 그리고 두 개 또는 그 이상의 인접된 층은 하나 이상의 굴절율 성분에 따라 파장대역별로 굴절율의 차이를 발생시키며, 이러한 파장대역별 굴절율 차이에 의해 제1편광 및 제2편광에 대한 투과 및 반사 특성을 발휘하게 된다.

여기서, 상기 연신된 고분자 필름은 열가소성 고분자로 이루어지는 것이 바람직하며, 이러한 열가소성 고분자는 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리노르보르넨계 폴리머, 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리술폰, 폴리알릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리메타크릴산에스테르, 폴리아크릴산에스테르, 셀룰로오스에스테르 및 이들의 공중합체로 이루어질 수 있다.

다른 한편, 반사편광필름(170)은 제1편광은 투과시키면서 제2편광은 반사키도록, 광 투과성을 갖는 베이스시트의 적어도 어느 일면으로 금속 격자가 배열된 와이어 그리드 편광필름으로 구현될 수 있다.

또 다른 한편, 반사편광필름(170)은 상술한 바에 따라 열거된 고분자 연신필름, 콜레스테릭 액정 및 와이어 그리드를 적절히 결합하여, 제1편광은 투과시키면서 제2편광은 반사시키는 형태로 구현될 수 있다.

첨부된 도 14는 본 발명에 의한 확산자(160)의 다른 실시예를 도시한 단면도로서, 본 발명의 확산자(160)는, 광투과성을 갖는 베이스필름(161), 이 베이스필름(161)으로부터 입사된 광을 투과 및 확산시키도록 굴절률을 달리하는 내부물질(162a) 및 외부물질(162b)로 이루어진 확산비드(162)와 수지(163)가 혼합된 광학층(164), 이 광학층(164)의 노출면을 보호하도록 구비된 보호필름(165)으로 구성된다.

여기서, 보호필름(165)은 두께가 엷은 막으로 형성되어 광학층(164)의 노출된 상면에 부착되는 것으로서, 이러한 보호필름(165)은 광학층(164)을 투과하면서 굴절된 광을 그대로 투과시키도록 광 투과성을 갖는다. 따라서, 보호필름은 광 투과성이 우수한 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 폴리프로필렌(PP, Polypropylene), 메타크릴 수지(PMMA, Polymethyl Methacrylate), 폴리카보네이트(PC, Poly Carbonate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, Polyethylene Terephthalate)를 포함하는 플라스틱 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

첨부된 도 15은 본 발명에 의한 확산자(160)의 또 다른 실시예를 도시한 단면도로서, 본 발명의 확산자(160)는, 광투과성을 갖는 베이스필름(161), 이 베이스필름(161)으로부터 입사된 광을 투과 및 확산시키도록 굴절률을 달리하는 내부물질(162a) 및 외부물질(162b)로 이루어진 확산비드(162)와 수지(163)가 혼합된 광학층(164)을 포함하되, 상기 확산비드(162)는 광학층(164)의 노출면으로부터 돌출되게 배치되는 것이다.

이같이 도 14 및 도 15에서 언급한 수지(163)와 확산비드(162)의 지름에 따른 작용 및 효과는 상술한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

첨부된 도 16은 상기와 같이 구성된 확산비드(162)가 구비된 반사편광자(P)를 갖는 액정표시장치를 도시한 예시도로서, 본 발명의 액정표시장치는 백라이트 유닛(100)과 액정패널 유닛(200)으로 구성된다.

액정패널 유닛(200)은 액정패널과, 이 액정패널의 전면에 부착되는 전면 반사편광필름, 액정패널의 후면에 부착되는 후면 반사편광필름을 포함한다.

백라이트 유닛(100)은, 광을 발광하는 광원(110)과, 광원(110)에서 발광된 광을 전체 면적으로 분포시키는 도광판(120)과, 도광판(120)으로부터 입사된 광을 균일한 밝기의 면광원으로 변형시키는 확산필름(140)과, 확산필름(140)으로부터 입사된 광을 집광시키는 프리즘시트(150)와, 프리즘시트(150)로부터 입사된 랜덤편광을 실질적으로 투과·확산시키도록 굴절률을 달리하는 내부물질(162a) 및 외부물질(162b)로 이루어진 확산비드(162)와 수지(163)가 혼합된 확산자(160)와, 확산자(160)를 통해 확산된 랜덤편광 중 제1편광은 그대로 투과시키면서 제2편광은 반사시키는 반사편광필름(170)으로 구성된다.

이때, 상기 반사편광필름(170)이 콜레스테릭 액정으로 구현될 경우, 상기 백라이트유닛(100)은 반사편광필름(170)으로부터 입사된 제1편광을 선편광으로 전환하여 출사시키는 위상지연판(180)을 더 포함한다.

본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 개량, 변경, 대체, 부가할수 있음은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있다. 이러한 개량, 변경, 대체, 부가에 의한 실시가 이하의 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것임은 자명하다.

도 1은 본 발명의 반사편광자를 도시한 단면도.

도 2a 도 2b는 본 발명의 확산비드를 확대도시한 단면도.

도 3은 본 발명의 반사편광필름의 작용을 개념적으로 도시한 개념도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 광학층의 실시예를 통해 광의 투과 및 확산 방향을 나타내도록 시뮬레이션을 실행한 결과를 도시한 예시도.

도 5a 및 도 5b는 도 4a 및 도 4b에 대한 비교예를 나타내기 위해 시뮬레이션을 실행한 결과를 도시한 예시도.

도 6 내지 도 8은 본 발명에 의한 확산비드의 지름을 달리하면서 광의 투과 및 반사를 나타내도록 시뮬레이션을 실행한 결과를 도시한 예시도.

도 9는 도 6 내지 도 8의 시뮬레이션 결과를 수집하여 확산비드의 지름에 따른 광의 투과율을 나타낸 그래프.

도 10 및 도 11은 도 6 내지 도 8에 대한 비교예를 나타내기 위해 시뮬레이션을 실행한 결과를 도시한 예시도.

도 12a 내지 도 12c는 일반적인 광학시트에 따른 광의 출사각 및 휘도를 광 계측기로 측정된 결과를 나타낸 예시도.

도 13a 내지 도 13h는 본 발명에 의한 확산비드의 광 출사각 및 휘도를 광 계측기로 측정된 결과를 나타낸 예시도.

도 14는 본 발명에 의한 확산자의 다른 실시예를 도시한 단면도.

도 15은 본 발명에 의한 확산자의 또 다른 실시예를 도시한 단면도.

도 16은 본 발명에 의한 액정표시장치를 도시한 예시도.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

100 : 백라이트 유닛 110 : 광원

120 : 도광판 140 : 확산필름

150 : 프리즘시트 160 : 확산자

161 : 베이스필름 162 : 확산비드

163 : 수지 164 : 광학층

170 : 반사편광필름 180 : 위상지연판

Claims (24)

1. 입사된 랜덤편광을 투과·확산시키도록 굴절률이 상이한 내부물질 및 외부물질로 이루어진 복수개의 확산비드가 구비된 확산자;

   상기 확산자를 통해 확산된 랜덤편광 중 제1편광은 그대로 투과시키면서, 제2편광은 반사시키는 반사편광필름;을 포함하고,

   상기 확산비드는 3~30㎛의 지름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 확산비드는 확산자의 노출면으로부터 돌출되게 배치되는 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 확산자는,

   광투과성을 갖는 베이스필름;

   상기 베이스필름으로 입사된 광을 투과 및 확산시키도록 내부물질 및 이 내부물질을 감싸는 외부물질로 이루어진 복수개의 확산비드와, 수지가 혼합된 광학층;

   으로 구성된 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 확산비드의 내부물질과 외부물질은 0.05 내지 0.7의 굴절률 차이를 갖도록 상이한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 확산비드의 내부물질은 기체층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 확산비드의 외부물질은 유리재로 이루어진 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 확산비드는 입사광의 투과율이 45~90%를 이루어지도록 하는 지름으로 형성된 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 확산비드는 투과하는 광의 주 출사각이 30~70°로 이루어지도록 하는 지름으로 형성된 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
9. 삭제
10. 청구항 5에 있어서,

    상기 내부물질의 지름은 외부물질의 지름에 대해 0.2 내지 0.95의 비율로 이루어진 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
11. 청구항 3에 있어서,

    상기 내부물질은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 플라스틱 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 외부물질은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 플라스틱 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지되,

    상기 내부물질과 외부물질은 굴절률 차이에 의해 입사광을 확산시키도록 서로 다른 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
13. 청구항 1에 있어서,

    상기 광학층의 노출면을 보호하도록 부착된 보호필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
14. 청구항 3에 있어서,

    상기 수지는 입사광을 1.4 내지 1.65의 굴절률로 굴절시키도록 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 플라스틱 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
15. 청구항 14에 있어서,

    상기 베이스필름은 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 메타크릴 수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 플라스틱 재료 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
16. 청구항 15에 있어서,

    상기 베이스필름과 수지는 굴절률 차이에 의해 입사광을 확산 및 산란시키도록 서로 다른 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
17. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    상기 반사편광필름은 굴절률에 의해 편광을 투과 및 반사시키도록 연신된 고분자필름으로 이루어지되,

    상기 고분자필름은 두 개 이상의 층으로 적층되는 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
18. 청구항 17에 있어서,

    상기 두 개 이상의 층으로 적층된 반사편광필름 중 적어도 어느 하나의 층은 복굴절 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
19. 청구항 17에 있어서,

    상기 두 개 이상의 층으로 적층된 반사편광필름은 적어도 하나 이상의 굴절률 성분에 따라 굴절률 차이를 발생시키는 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
20. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    상기 반사편광필름은 제1편광은 투과시키면서 제2편광은 반사시키도록 콜레스테릭 액정으로 이루어지되,

    상기 반사편광필름으로부터 입사된 제1편광을 선편광으로 전환하여 출사시키는 위상지연판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
21. 청구항 20에 있어서,

    상기 콜레스테릭 액정은 상이한 파장대역의 편광 중 제1편광은 투과시키면서 제2편광은 반사시키도록 상이한 피치로 이루어진 복수개의 콜레스테릭 액정층이 접착수지에 의해 다단으로 적층되는 것을 포함하되,

    상기 접착수지에는 확산자로 입사된 광을 투과 및 확산시키도록 내부물질 및 외부물질로 이루어진 복수개의 확산비드가 혼합된 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
22. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    상기 반사편광필름은 제1편광은 투과시키면서 제2편광은 반사시키도록, 광투과성을 갖는 베이스시트의 적어도 일면으로 금속 격자가 배열된 와이어 그리드 편 광필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자.
23. 청구항 1의 확산비드가 구비된 광대역 반사편광자를 갖는 백라이트 유닛.
24. 청구항 23의 백라이트 유닛을 갖는 액정표시장치.

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