KR101038286B1 - 고휘도 광확산 필름 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반구형(hemisphere) 렌즈의 형상과 돌출비율을 조절하여 휘도 특성을 향상시킨 시트 타입의 액정표시장치(liquid crystal display, LCD) 백라이트 유닛(backlight unit)용 광확산 필름에 관한 것으로, 구체적으로 기재 시트, 그의 상부에 형성된 광확산제 및 바인더 수지를 포함하는 광확산층, 및 그의 하부에 형성된 필러 및 대전방지제를 포함하는 하부 코팅층으로 구성된 광확산 필름에 있어서, 상부 광확산층의 표면에 형성된 렌즈에서 광확산제 입자를 둘러싸고 있는 바인더 수지의 코팅층이 기재의 코팅면과 접할 때까지 일정한 막 두께를 유지하여 뚜렷한(sharp) 반구 형상의 렌즈를 형성함으로써 향상된 휘도 특성을 나타내는, 시트 타입의 액정표시장치의 백라이트 유닛용 광확산 필름에 관한 것이다.
광확산 필름, 반구 형상, 돌출비율, 굴절률, 고휘도

Description

고휘도 광확산 필름{LIGHT DIFFUSION FILM WITH HIGH QUALITY LUMINANCE}
본 발명은 반구형 렌즈의 형상과 돌출비율을 조절하여 휘도 특성을 향상시킨 시트 타입의 액정표시장치 백라이트 유닛용 광확산 필름에 관한 것이다.
액정표시장치(liquid crystal display, LCD)는 2개의 얇은 유리판 사이에 고체와 액체의 중간 물질인 액정을 주입해 상하 유리판 위 전극의 전압차로 액정 분자의 배열을 변화시킴으로써 명암을 발생시켜 숫자나 영상을 표시하는 일종의 광 스위치 현상을 이용한 소자이다. LCD는 정보사회 환경 및 기술의 발전에 따라 전자시계, 전자계산기, 액정 TV, 노트북 PC 등 전자제품에서 자동차, 항공기의 속도계기판, 운행시스템 등에 폭넓게 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 LCD의 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 음극선 관(CRT), 플라즈마 소자 패널(PDP), 전계 방출 디스플레이(FED)와는 달리 액정소자 자체가 비발광성이기 때문에 광원(light source) 없이는 사용할 수 없으며, 이러한 LCD에 광원으로 기능하여 정보 표시면을 균일하게 면조사하는 장치가 백라이트 유닛이다.
백라이트 유닛은 모니터용 TFT-LCD, 노트북 등의 광원으로 사용되기 때문에 최소의 전력으로 최대한 밝은 빛을 내야 하는 기능성이 요구된다. 또한 백라이트 유닛은 광원에서 조사되는 빛을 LCD 표면 구석구석까지 동일한 밝기로 유지시켜 면광으로 바꾸어 주는 역할을 해야 한다.
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 구분된다. 최근에는 백라이트 유닛의 경량화 및 경박화를 통한 소형 전자기기 제조를 위하여 광원을 액정표시장치의 적어도 일측면에 배치한 측면 라이트 방식이 많이 사용되고 있다. 한편 최근 TV용 LCD에서는 다수의 광원인 램프를 하측에 배치하고 그 상부에는 확산 플레이트(plate)를 배치한 후, 그 위에 광확산 필름, 프리즘이 적층된 구조의 유닛을 사용하고 있다.
백라이트 유닛에서 광확산 필름의 역할은 한쪽 측면 또는 후면으로부터의 광원의 빛을 화면 전체에 확산시키고 상기 빛을 굴절시켜 전면 방향으로의 균일한 빛으로 바꾸는 것이다. 이러한 광확산 필름은 광확산층, 기재 시트 및 후면 코팅층으로 이루어져 있는데, 상기 광확산층은 일반적으로 바인더 수지, 광확산제 및 용 매를 포함하는 도포액을 기재 시트에 도포하여 형성된다. 상기 광확산제로는 바인더 수지와 상호 조화를 이루어 빛의 투과율 및 확산율을 높이기 위하여 다양한 유기 및 무기입자를 사용할 수 있다.
백라이트 유닛에 사용되는 광확산 필름의 휘도를 향상시키기 위하여 다양한 방법이 제시되고 있다. 예를 들면, 대한민국 특허 제10-587905호는 바인더 수지와, 유기 및/또는 무기입자로 구성된 광확산층을 포함하고, 상기 바인더 수지와 유기 및/또는 무기입자의 굴절률 차이가 0.1 이상인 것을 특징으로 하는 액정표시 백라이트 유닛용 광확산 필름을 개시하고 있다. 또한 대한민국 특허 제10-573372호에는 기재 시트, 그의 한 면에 기재보다 큰 굴절률을 가지는 투명수지층, 및 반대 면에 기재보다 낮은 굴절률을 가지는 바인더 수지, 광확산 입자 및 대전방지제로 구성된 광확산층을 포함하는 액정표시장치용 광확산 필름이 개시되어 있고, 대한민국 특허 제10-834406호에는 상이한 굴절률을 가지는 2종류 이상의 유기입자를 혼합하여 이루어진 광확산 입자와 바인더 수지를 지지체에 고정한 광확산 시트를 포함하는 액정표시 백라이트 유닛용 광확산 필름이 개시되어 있다. 이 외에도, 대한민국 특허 제10-801024호에는 제1 확산층과 제1 확산층의 굴절률과 상이한 굴절률을 갖는 하나 이상의 제2 확산층을 포함하는 다층 광학 필름, 이를 구비한 백라이트 유닛 및 액정표시장치가 개시되어 있다.
그러나 상기한 특허에 개시된 광확산 필름들은 모두 그의 구성성분으로 사용되는 광확산제, 바인더 수지 등의 굴절률 차이를 이용하여 휘도의 향상을 도모한 것으로, 이들이 기재 상에 도포되어 형성되는 반구형 렌즈의 모양이나 돌출비율의 조절에 의한 휘도의 향상에 대해서는 전혀 언급하고 있지 않다.
일반적으로 휘도 특성은 코팅된 표면의 렌즈 크기와 분포, 단위면적당 밀도, 단층구조 형성 등에 의해 결정되는데, 현재 이들 인자의 조절에 의한 휘도 향상은 거의 정점에 도달해 있으며, 추가적인 휘도 향상을 위하여 다른 인자의 조절이 요구되고 있다.
이에 본 발명자들은 광확산 필름의 휘도 향상을 위하여 예의 연구 노력한 결과, 코팅 공정에 의한 광확산 필름의 제조 시 필름의 표면상으로 돌출된 반구형 렌즈를 둘러싸고 있는 바인더 수지의 코팅층이 기재의 코팅면과 접촉할 때까지 일정한 두께를 유지하여 뚜렷한 반구 형상의 렌즈를 형성하고 렌즈의 돌출비율을 렌즈 직경의 30 내지 50%가 되도록 조절하면 휘도 특성이 현저히 향상된 액정표시장치의 백라이트 유닛용 광확산 필름을 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 코팅 공정에 의한 광확산 필름의 제조 시, 돌출된 반구형 렌즈의 모양과 돌출비율을 조절하여 휘도 특성이 향상된 액정표시장치의 백라이트 유닛용 광확산 필름을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기재 시트, 그의 상부에 형성된 광확산제 및 바인더 수지를 포함하는 광확산층, 및 그의 하부에 형성된 필러 및 대전방지제를 포함하는 하부 코팅층으로 구성된 광확산 필름에 있어서, 상부 광확산층의 표면에 형성된 렌즈에서 광확산제 입자를 둘러싸고 있는 바인더 수지의 코팅층이 기재의 코팅면과 접할 때까지 일정한 막 두께를 유지하여 뚜렷한 반구 형상의 렌즈를 형성함으로써 향상된 휘도 특성을 나타내는, 시트 타입의 액정표시장치 백라이트 유닛용 광확산 필름을 제공한다.
본 발명에 따른 액정표시장치의 백라이트 유닛용 광확산 필름은 표면상으로 돌출된 반구형 렌즈에서 광확산제 입자를 둘러싸고 있는 바인더 수지의 코팅층이 기재의 코팅면과 접하는 부분에서 흘러내려 뚜렷한 반구 형상을 만들지 못하는 문제점을 해결한 것으로, 상기 바인더 수지의 코팅층이 기재의 코팅면과 접할 때까지 일정한 막 두께를 유지하여 렌즈의 반구 형상이 뚜렷하게 형성되고 렌즈의 돌출비율이 렌즈 직경의 30 내지 50%를 유지함으로써 현저히 향상된 휘도 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 시트 타입의 액정표시장치 백라이트 유닛용 광확산 필름은 기재 시트, 그의 상부에 형성된 광확산제 및 바인더 수지를 포함하는 광확산층, 및 그의 하부에 형성된 필러 및 대전방지제를 포함하는 하부 코팅층으로 구성된 광확산 필름에 있어서, 상부 광확산층의 표면에 형성된 렌즈에서 광확산제 입자를 둘러싸고 있는 바인더 수지의 코팅층이 기재의 코팅면과 접할 때까지 일정한 막 두께를 유지하여 뚜렷한 반구 형상의 렌즈를 형성함으로써 향상된 휘도 특성을 나타내는 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 도 1을 참고로 본 발명에 따른 광확산 필름의 구성요소를 상세히 설명한다.
본 발명의 광확산 필름에서, 기재 시트는 바인더 수지와의 접착성이 우수해야 하며, 후면에서 입사되는 광의 투과도가 90% 이상이어야 하고, 표면의 평활도가 균일하여 휘도의 편차가 없어야 하는 투명 플라스틱이다. 또한, 기재 시트의 두께는 50 내지 250 ㎛인 것이 바람직한데, 50 ㎛ 미만이면 제조공정에서 취급성이 떨어지고, 250 ㎛를 초과하면 최근 LCD 모듈의 박막화 추세에 반하는 구조를 가지게 된다. 본 발명에 적합한 기재 시트로는 폴리에테르설폰(polyethersulphone, PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate, PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethyelenen napthalate, PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이드(polyethyeleneterepthalate, PET), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide, PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinonate, CAP) 등이 포함될 수 있는데, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)가 바람직하다.
상기 기재 시트의 상부에 형성되는 광확산층은 입사된 광을 굴절 및 산란시켜 광을 확산시키는 동시에 도광판에서 나온 광의 진행 방향을 액정 디스플레이에 대하여 수직 방향으로 전환시켜 준다. 또한 상부 광확산층은 도광판에서 나온 불균일한 광을 균일한 광으로 출사되게 한다.
광확산층에 사용되는 바인더 수지는 광확산제 입자를 기재 시트에 접착시키는 역할을 한다. 종래 광확산층에 사용되는 바인더 수지는 광효율을 높이기 위해 투명하고, 일반적으로 광확산제 입자와 실질적으로 동일하거나 유사한 굴절률을 갖는 재료가 사용되어왔다. 본 발명자들은 바인더 수지와 광확산제 입자 사이의 굴절률 차이가 클수록 광이 더욱 잘 확산된다는 점을 발견하여, 광확산제 입자와 굴절률 차이를 크게함으로써 광확산도를 향상시킬 수 있었다. 바인더 수지와 광확산제 입자 사이의 굴절률 차이가 0.1 이상인 것이 바람직한데, 이때 바인더 수지의 굴절률은 1.55 이상인 것이 바람직하다. 상기와 같이 광확산제로 저굴절 물질을 사용하고 바인더 수지로 고굴절 물질을 사용하여 일정한 굴절률 차이를 유지하는 것은 본 발명의 특징적 구성으로, 이를 통해 기하학적인 집속(focusing) 뿐만 아니라 코팅층 내부의 귤절률 차이에 의한 집광기능도 추가하여 광확산 필름의 휘도 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한 바인더 수지로는 투명성이 높아 광투과율이 우수하고 점도 조절이 용이하여 코팅하기 쉬운 것으로, 예를 들면 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계, 비닐계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계 수지 등을 포함한다. 바람직하게는 내마모성을 증가시키고 우수한 광투과율 및 광확산율에 적합한 굴절률을 갖는 아크릴계 수지를 사용하는데, 그의 예로는 메틸메타크릴, 메타크릴에틸아크릴, 부틸아크릴, 아릴아크릴, 헥실아크릴, 아이소프로필메타크릴, 벤질아크릴, 비닐아크릴, 2-메톡시에틸아크릴 및 스티렌을 반복 단위로 갖는 단일 중합체나 상기한 2종류의 성분 혹은 그 이상의 성분들을 공중합한 공중합체가 포함된다. 아크릴계 수지는 열 경화 타입과 UV 경화 타입 모두 사용될 수 있으며, 이들은 용매와의 용해도를 고려하여 선택되고 분자량, Tg(유리전이온도), OH 기 등을 조절하여 우수한 코팅성, 도막의 기계적 물성, 기재와의 접착력, 내구성 등을 구현할 수 있어 바람직하다.
본 발명의 광확산층은 광확산 및 광투과를 높이기 위해 적절한 크기의 광확산제를 포함한다. 본 발명에서 광확산제는 1.55 이상의 굴절률을 갖는 바인더 수지와의 굴절률 차이를 0.1 이상 유지하기 위하여 1.44 이하의 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 1.44 이하의 굴절률을 갖는 광확산제로는 폴리메틸메타아크릴레이트계, 폴리스티렌계 및 이들의 공중합체와 같은 유기계 입자와, 폴리실리콘계, 산화규소 등의 무기계 입자가 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는 가교형 폴리메틸메타아크릴레이트를 사용하는데, 이러한 가교형 광확산제는 용매에 분산되어 기재에 코팅될 때까지 용매의 영향으로 인해 팽창되어 부피가 변하거나 표면 점착성으로 인해 입자의 응집이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 본 발명에 적합한 광확산제는 평균 중심에 대한 입도 분포가 10 내지 15% 범위의 입자경 변동계수(coefficient of variation, CV = 표준편차/평균입자×100%)를 갖는 단분산(mono-dispersion) 입자인 것이 바람직한데, 이는 광확산층의 표면에 돌출된 렌즈의 돌출비율을 조절하는데 다분산 입자보다 단분산 입자가 유리하기 때문이다.
광확산제 입자의 크기, 균일도, 입경 분포 및 입자와 바인더 수지와의 비율은 다양한 조합으로 사용될 수 있으며, 이는 광확산 필름의 광학적 특성과 밀접하게 연관된다. 광확산제 입자의 함량이 너무 많으면 광확산제 입자들의 적층으로 인하여 광투과율이 저하되고 광확산제 입자의 탈락이 발생하기 쉬워 작업성에도 문제가 발생할 수 있는 반면, 광확산제 입자의 함량이 너무 적으면 적절한 광확산성을 확보하기가 힘들다. 또한 본 발명에 적합한 광확산제 입자는 그 비중이 1.0 내지 1.2 g/㎤ 이고 5 내지 30 ㎛의 평균 직경을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 정해진 범위의 광학특성을 가지는 액정표시장치에 사용하기 위한 광확산 필름을 제조하기 위해서는 바인더 수지와 광확산제의 비율을 적절하게 조절하는 것이 중요하다. 특히, 전광선투과율(total transmittance)이 75 내지 80%에 이르는 광확산 필름을 제조하기 위해서는 바인더 수지 100 중량부에 대하여 50 내지 300 중량부의 광확산제를 사용하는 것이 바람직하다. 광확산제의 중량이 50 중량부 미만이면 전광선투과율이 과도하게 증가되어 확산성이 저하되고, 그로 인해 광확산 효과가 감소하여 높은 휘도를 갖는 광확산 필름을 얻을 수 없는 반면, 광확산제의 중량이 300 중량부를 초과하면 오히려 헤이즈(haze)가 높아지나, 적층 등의 현상이 발생하여 광손실이 일어나 높은 휘도를 갖는 광확산 필름을 기대할 수 없다.
본 발명에 따른 광확산층을 형성하기 위해 상기한 광확산제 입자와 바인더 수지를 용매와 혼합한 후 교반하여 광확산제 입자가 바인더 수지 용액 중에 고르게 분산된 도포액을 얻는다. 이에 적합한 용매는 바인더 수지에 광확산제 입자를 균일하게 분산시킬 수 있어야 하고 바인더 수지 내에서 광확산제 입자가 침적되어 불균일하게 광확산 입자가 분포되는 것을 방지할 수 있어야 한다.
또한 본 발명에 적합한 용매는 건조가 신속하게 이루어지는 것이 바람직한데, 이는 기재 시트 위에 용매에 녹인 광확산제와 바인더 수지를 도포하여 광확산층을 형성할 때 상기 광확산층의 표면상으로 돌출된 반구형 렌즈에서 광확산제 입자를 둘러싸고 있는 바인더 수지의 코팅층이 기재의 코팅면과 접할 때까지 일정한 막 두께를 유지하여 렌즈의 반구 형상이 뚜렷하게(sharp) 형성되도록 하는데 매우 중요하다(도 2a 및 2b 참고). 이에 적합한 용매로는 메틸에틸케톤, 톨루엔, 초산에틸, 크실렌 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있고, 바람직하게는 메틸에틸케톤과 톨루엔의 혼합물로서 그 비율이 8:2 내지 2:8인 혼합 용매가 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 메틸에틸케톤과 톨루엔의 2:1 혼합물 100 중량부에 가교형 폴리메틸메타아크릴레이트 100 중량부를 첨가하여 용해시킨 후 이를 100 중량부의 아크릴계 수지에 첨가하여 광확산층 형성을 위한 도포액을 제조한다. 이때 고형분 농도는 15 내지 50%인 것이 바람직하다. 상기 도포액을 일정 시간 교반하여 광확산제 입자를 바인더 수지에 고르게 분산시킨 후 이를 폴리 에틸렌테레프탈레이트 필름 위에 도포하고 60 내지 140℃에서 60 내지 180초간 용매를 증발시켜 광확산층을 형성한다.
상기 도포액을 기재 시트의 상부에 5 내지 30 g/m2 범위의 도포량으로 도포하여 광확산층을 형성한다. 광확산층의 도포량이 5 g/m2 이하일 때는 헤이즈가 높지 않아 백라이트 유닛에서 광의 높은 균일도를 달성하기 힘들고, 광확산층의 도포량이 30 g/m2 이상일 때는 광확산 필름의 광투과율을 저하시키기 때문에 액정표시장치의 백라이트 유닛에서 높은 휘도를 달성하기 힘들다. 또한 광확산층의 표면에 돌출된 반구 형상의 렌즈에서 광확산제 입자를 둘러싸고 있는 바인더 수지의 코팅층은 기재의 코팅면과 접할 때까지 상기한 범위의 두께를 일정하게 유지하여 뚜렷한 반구 형상을 이루는 것이 광확산도의 향상에 필수적이다.
한편, 기재 시트의 하부에는 필러(filler)와 대전방지제를 포함하는 하부 코팅층이 도포된다.
하부 코팅층에 사용되는 필러는 코팅층의 표면에 슬립성과 내스크래치성(scratch resistance)을 부여하기 위해 사용된다. 다만, 하부 코팅층에서 필러는 광확산층에서의 광확산제보다 소량으로 사용되는 것이 바람직한데, 이는 광의 산란에 의한 휘도 감소 이유 때문이다. 따라서 필러는 바인더 수지 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 10 중량부로 사용되는 것이 바람직하다.
대전방지제는 광확산 필름의 표면저항을 저하시켜 광확산 필름을 사용하는 백라이트 유닛의 조립공정에서 정전기 발생에 의한 이물질의 혼입을 방지하기 위한 것이다. 대전방지제는 광확산 필름의 광투과율에 영향을 주지 않는 무색의 양이온성 고분자 대전방지제 또는 비이온성 고분자 대전방지제를 사용하는 것이 바람직하며, 바인더 수지 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부로 사용되는 것이 바람직하다. 대전방지제를 바인더 수지 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 이하를 사용하면 이물질의 혼입 방지에 효과가 있는 정도의 표면 저항치(108 내지 1012 Ω 범위)를 가지기 힘들며, 대전방지제를 5 중량부 이상으로 사용하면 광확산층의 경도가 저하되어 광확산 필름의 내스크래치성이 저하된다.
하부 코팅층은 상부 광확산층에 사용되는 바와 같이 투명성이 높아 광투과율이 우수하고 점도 조절이 쉬워 코팅하기 용이한 바인더 수지를 추가로 포함할 수 있다. 또한 하부 코팅층은 필러와 대전방지제를 고르게 혼합하여 분산시키기에 적합한 용매를 추가로 포함할 수 있다.
용매에 필러와 대전방지제가 분산된 도포액을 기재 시트 하부에 0.5 내지 5 g/m2 범위의 도포량으로 도포하여 하부 코팅층을 형성하는 것이 바람직하다. 만약 하부 코팅층의 도포량이 0.5 g/m2 미만이면 확산 플레이트와의 웨트 아웃(wet out) 현상이 발생할 수 있고, 5 g/m2를 초과하면 광손실로 인한 휘도가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
기재 시트의 상부 광확산층 및 하부 코팅층의 형성을 위한 도포액 제조 시, 각각의 광확산제 및 필러 입자를 용매에 분산시키는 경우에 통상적인 분산기를 사 용할 수 있으며, 특히 분산시간을 줄이기 위해 밀링기나 호모믹서를 사용하면 그 효과가 더 우수하다.
제조된 각각의 도포액을 기재 시트의 해당 면에 코팅을 실시하는데, 코팅방법은 통상적인 바 코팅, 리버스 코팅, 그라비아 코팅, 콤마나이프 코팅, 스프레이 코팅 등이 모두 사용될 수 있고, 도포액의 특성에 맞추어 가장 적절한 방법을 선택하는 것이 바람직하다.
건조는 열경화로 우레탄 가교를 시키는데 용매의 증발 및 코팅층의 경화를 이루기 위해서는 60 내지 150℃ 범위의 온도가 바람직하다. 60℃ 미만에서는 경화반응이 느리며 150℃를 초과하는 온도에서는 기재 필름의 열변형으로 필름 상태가 불량해질 수 있다.
상기와 같이 제조된 광확산 필름의 광확산층에 형성된 렌즈의 돌출비율에 대해 시뮬레이션을 수행한 결과, 반구형(hemisphere) 렌즈의 경우 돌출비율이 렌즈 직경의 50%까지는 휘도 이득(gain)이 계속 증가하다가 그 이후부터는 감소하는 것을 확인한다(도 3 참고). 또한 이 결과를 기하적인 광의 경로로 시뮬레이션하여 50% 수준의 돌출비율이 렌즈의 집속(focusing) 각도가 59°로 법선 방향에 좀 더 근접해 있음을 확인한다(도 4의 b 및 도 5의 b 참고). 돌출비율이 33%인 경우에는 코팅면으로부터의 돌출비율이 낮기 때문에 렌즈의 중심으로부터 출사광이 나오지 못하고 렌즈의 집속 각도도 54°로 비교적 낮다(도 4의 a 및 도 5의 a 참고). 돌출비율이 90%인 경우 역시 출사광이 렌즈의 중심으로부터 나오지 못하고 렌즈의 경계면에서 광이 2 방향으로 분산되는 것을 확인한다(도 4의 c 및 도 5의 c 참고). 따라서 본 발명에 따른 광확산 필름에서 광확산층의 표면에 형성된 렌즈는 기재 시트의 표면으로부터 30 내지 50%의 돌출비율을 갖는 것이 바람직하다.
이처럼 광확산 필름의 광확산층에 형성된 렌즈의 돌출비율을 조절하기 위해서는 다분산(poly-dispersion) 유형의 광확산제보다는 단분산(mono-dispersion) 유형, 예컨대 평균 중심에 대한 입도 분포가 10 내지 15%의 입자경 변동계수(CV)를 갖는 광확산제가 유리하며, 광확산제와 바인더 수지의 중량비 및 바인더 수지 코팅층의 막 두께를 정밀하게 조절하여 광확산제의 적층이 생기는 것을 방지해야 한다. 광확산제의 적층이 발생하면 전광선투과율이 증가하면서 휘도 특성이 급격히 저하된다(도 6a 및 6b 참고). 따라서 적층이 발생하지 않는 범위 내에서 광확산제의 단위면적당 밀도를 높여 코팅하는 것이 중요하다.
한편, 광확산 필름의 광확산층에 형성된 렌즈의 모양(shape)을 고려할 때, 도 2a와 같이 광확산제를 둘러싸고 있는 바인더 수지의 코팅층이 기재의 코팅면과 접하는 가장자리(edge) 부분이 흘러내려 뚜렷한 반구 형상을 형성하고 있지 못하면 휘도 특성이 현저히 저하된다. 반면, 도 2b와 같이 광확산제를 둘러싸고 있는 바인더 수지의 코팅층이 기재의 코팅면과 접할 때까지 일정한 막 두께를 유지하여 렌즈의 반구 형상을 뚜렷하게 형성하게 되면 렌즈의 기능을 충분히 발휘할 수 있어 휘도 특성의 향상을 도모할 수 있다. 본 발명에서는 렌즈의 뚜렷한 반구 형상을 유지하기 위하여 건조가 빠른 용매, 예컨대 메틸에틸케톤과 톨루엔의 혼합물을 사용하고 건조 온도를 60 내지 100℃ 정도로 낮게 유지하는 구성을 채택한다.
일반적으로 광확산 필름에서 동일한 헤이즈에서 전광선투과율이 낮을수록 휘 도 특성은 높아진다. 광확산제와 광확산제를 둘러싸도 있는 바인더 수지 사이의 굴절률 차이가 작은 경우에는 동일한 헤이즈에서 높은 전광선투과율을 나타내어 휘도 특성이 저하될 수 있지만(도 7의 a 참고), 본 발명에서와 같이 이들 사이의 굴절률 차이가 큰 경우, 즉 0.1 이상을 유지하는 경우에는 낮은 전광선투과율을 나타내어 휘도 특성이 향상될 수 있다(도 7의 b 참고).
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
실시예 1: 광확산 필름의 제조
광확산제로 굴절률이 1.44이고 평균 입도가 15 ㎛인 단분산 실리콘 재질의 비드 100 중량부와 바인더 수지로 굴절률이 1.55인 아크릴 수지 100 중량부를 메틸에틸케톤과 톨루엔의 혼합 용매(2:1)에 고형분 농도 30%가 되도록 혼합하였다. 이 혼합액을 강력 모터가 장착된 교반기에서 1시간 동안 1,000 rpm으로 분산시켜 광확산제 입자가 바인더 수지 용액 중에 고루 분산된 도포액을 수득하였다. 이 도포액을 두께 188 ㎛의 폴리에틸렌텔레프탈레이트 필름(SH40, SKC사)의 상부에 와이어바 12번으로 코팅한 후 100℃ 컨벡션 오븐에서 120초간 용매를 증발시켜 15 ㎛ 두께의 광확산층을 형성하였다.
한편, 기재 시트의 하부에 광확산제로 굴절률이 1.49이고 평균 입도가 10 ㎛ 인 단분산 아크릴 재질의 비드 5 중량부와 바인더 수지로 굴절률이 1.49인 아크릴 수지 100 중량부를 메틸에틸케톤과 톨루엔의 혼합 용매(2:1)에 고형분 농도가 12%가 되도록 혼합하였다. 이 혼합액에 4가 암모늄계의 대전방지제 0.03 중량부를 혼합한 후 교반기에서 1시간 동안 1,000 rpm으로 분산시켜 도포액을 수득하였다. 이 도포액을 상기 필름 하부에 와이어바 10번으로 코팅한 후 100℃ 컨벤션 오븐에서 120초간 용매를 증발시켜 3 ㎛ 두께의 하부 코팅층을 형상하였다. 이로부터 기재 시트의 상부에는 광확산층이 형성되고, 하부에는 하부 코팅층이 형성되어 있는 광확산 필름을 제조하였다.
비교예 1: 광확산 필름의 제조 (돌출비율 비교)
굴절률이 1.55인 아크릴 수지를 각각 50중량부와 200 중량부로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광확산 필름을 제조하였다.
비교예 2: 광확산 필름의 제조 (단분산/다분산 비교)
굴절률이 1.44이고 평균 입도가 15 ㎛인 다분산 실리콘 재질의 비드 100 중량부를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광확산 필름을 제조하였다.
비교예 3: 광확산 필름의 제조 (적층 비교)
6번 및 20번 와이어바를 사용하여 광확산층의 도막 두께를 각각 6 ㎛와 20 ㎛로 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광확산 필름을 제조하였다.
비교예 4: 광확산 필름의 제조 (렌즈 반구 형상 비교)
메틸에틸케톤과 톨루엔을 1:5의 비율로 혼합하여 제조된 혼합 용매를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광확산 필름을 제조하였다.
비교예 5: 광확산 필름의 제조 (굴절률 차이 비교)
굴절률이 1.49인 아크릴 수지 100 중량부를 바인더 수지로 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광확산 필름을 제조하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 광확산 필름의 제조 조건을 하기 표 1에 나타내었고, 이들의 헤이즈, 전광선투과율, 상대 휘도, 렌즈의 돌출비율, 적층도 및 렌즈 반구 형상을 분석하여 하기 표 2에 나타내었다. 각각의 광확산 필름의 헤이즈와 전광선투과율은 헤이즈메타 NDH-2000(니혼덴쇼쿠사)을 사용하여 측정하였으며, 상대 휘도는 제조된 각각의 광확산 필름을 40인치 직하형 백라이트 위에 올려 놓고 BM7 색차휘도계(탑콘사)를 이용하여 평가하였다. 아울러, 각 광확산 필름에서 렌즈의 돌출비율, 적층도 및 렌즈 반구 형상은 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM S-2400, 일본 히다찌사)으로 관찰하여 분석하였다.
구분 광확산제
입경분포		 바인더 수지 중량부 광확산층　
도막 두께		 메틸에틸케톤/
톨루엔 용제비		 바인더 수지 굴절률
실시예 1 단분산 100부 15 ㎛ 2:1 1.55
비교예 1 단분산 50부 15 ㎛ 2:1 1.55
200부
비교예 2 다분산 100부 15 ㎛ 2:1 1.55
비교예 3 단분산 100부 6 ㎛ 2:1 1.55
20 ㎛
비교예 4 단분산 100부 15 ㎛ 1:5 1.55
비교예 5 단분산 100부 15 ㎛ 2:1 1.49
구분 헤이즈 전광선
투과율		 상대
휘도(%)		 렌즈
돌출비율(%)		 적층도 렌즈
반구 형상
실시예 1 92 78 100 35~50 단층 뚜렷함
비교예 1 63 85 85 45~65 단층 뚜렷함
93 81 90 25~40 단층
비교예 2 92 85 90 25~55 적층 뚜렷함
비교예 3 79 78 90 40~60 단층 뚜렷함
뚜렷함
93 84 92 30~55 적층
비교예 4 94 79 96 35~50 단층 뚜렷하지 않음
비교예 5 95 77 94 25~50 단층 뚜렷하지 않음
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 광확산 필름은 렌즈의 돌출비율, 적층도 및 렌즈의 반구 형상을 최적화하여 다른 비교예에서 제조된 광확산 필름에 비해 상대적으로 휘도가 높음을 알 수 있다.
비교예 1의 광확산 필름에서는 적층도 및 렌즈의 반구 형상은 유지되지만, 돌출비율 및 광학적 특성이 상대적으로 좋지 않아 휘도가 실시예 1의 광확산 필름에 비해 떨어지며, 비교예 2의 광확산 필름에서는 다분산 광확산제 입자의 사용으로 인해 표면의 적층 현상이 야기되어 전광선투과율이 증가되고, 그로 인해 휘도가 실시예 1의 광확산 필름에 비해 떨어지는 결과를 알 수 있다.
비교예 3의 광확산 필름에서는 광확산층의 도막 두께가 달라짐에 따라 렌즈의 돌출비율이 변하게 되고, 따라서 광학 특성도 변해 휘도가 실시예 1의 광확산 필름에 비해 저하되었으며, 비교예 4의 광확산 필름에서는 혼합 용매의 비율 변화로 인해 렌즈의 반구 형상이 흘려내려 뚜렷한 반구 형상을 형성하지 못해 휘도가 상대적으로 감소됨을 확인하였다.
마지막으로 비교예 5의 광확산 필름에서는 바인더 수지의 굴절률 감소로 인해 렌즈의 반구 형상 및 돌출비율 등이 최적화되지 못해 실시예 1의 광확산 필름에 비해 상대적으로 휘도가 저하되는 것을 알 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광확산 필름의 구조를 나타낸 모식도이고,
도 2a는 종래 기술의 광확산 필름에서 광확산층에 형성된 렌즈의 반구 형상을 나타낸 것이고,
도 2b는 본 발명에 따른 광확산 필름에서 광확산층에 형성된 렌즈의 반구 형상을 나타낸 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 광확산 필름에서 광확산층에 형성된 렌즈의 돌출비율에 따른 휘도의 변화를 시뮬레이션한 결과이고,
도 4는 본 발명에 따른 광확산 필름에서 광확산층에 형성된 렌즈의 돌출비율에 따른 기하학적인 광의 경로를 시뮬레이션한 결과이고,
도 5는 본 발명에 따른 광확산 필름에서 광확산층에 형성된 렌즈의 돌출비율이 50% 이하(a), 50%(b) 및 50% 이상(c)인 경우를 주사전자현미경으로 관찰한 것이고,
도 6a 및 6b는 각각 본 발명에 따른 광확산 필름에서 광확산층이 단층(mono-layer) 및 적층(multi-layer) 형태로 형성된 경우를 주사전자현미경으로 관찰한 것이고,
도 7은 본 발명에 따른 광확산 필름에서 광확산제와 바인더 수지와의 굴절률 차이에 따른 헤이즈와 전광선투과율의 변화를 나타낸 그래프이다.

Claims (7)

  1. 기재 시트, 그의 상부에 형성된 광확산제 및 바인더 수지를 포함하는 광확산층, 및 그의 하부에 형성된 필러 및 대전방지제를 포함하는 하부 코팅층으로 구성된 광확산 필름에 있어서,
    상기 광확산제 입자는 평균 중심에 대한 입도 분포가 10 내지 15%의 입자경 변동계수(CV)를 갖는 단분산 입자이며, 상부 광확 산층의 표면에 돌출된 렌즈에서 광확산제 입자를 둘러싸고 있는 바인더 수지의 코팅층이 기재의 코팅면과 접할 때까지 일정한 막 두께를 유지하여 뚜렷한 반구 형상의 렌즈를 형성하는 것을 특징으로 하는, 고휘도 광확산 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반구 형상의 렌즈가 기재 시트의 표면으로부터 렌즈 직경의 30 내지 50%를 유지하는 돌출비율을 갖는 것을 특징으로 하는 고휘도 광확산 필름.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광확산층에서 광확산제 입자가 적층되지 않는 것을 특징으로 하는 고휘도 광확산 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광확산제와 바인더 수지가 0.1 이상의 굴절률 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 고휘도 광확산 필름.
  6. 제1항, 제 2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 고휘도 광확산 필름을 포함하는 백라이트 유닛.
  7. 제6항에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치.
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