KR101084573B1 - 광학 시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display)에 사용되는 집광형 광학 필름에 관한 것으로, 도광판에서 방출되는 빛을 고르게 확산시키면서 휘도를 향상시킬 수 있는 기능을 동시에 제공하여, 종래 별도로 광확산 필름 및 프리즘 필름을 장착하는 경우에 비하여 제조공정을 현저히 단축시킬 뿐만 아니라, 원가를 절감시킬 수 있으며, 본 발명은 복수의 필름을 적층함으로써 발생되는 광간섭 현상, 산란 또는 흡수 등의 빛의 손실, 필름의 손상을 방지할 수 있으면서 보다 얇은 액정 디스플레이를 제공할 수 있다.

Description

광학 시트{Optical sheet}

본 발명은 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display)에 사용되는 광학 시트에 관한 것이다.

광학용 디스플레이 소자로 사용되는 액정디스플레이는 외부 광원의 투과율을 조절하여 화상을 나타내는 간접 발광 방식으로 광원장치인 백라이트 유닛이 액정디스플레이의 특성을 결정하는 중요한 부품으로 사용되고 있다.

백라이트 유닛은 반사경을 가진 냉음극형광램프를 광원으로 사용하고, 상기 광원에서 방출되는 빛을 순차적으로 도광판, 광확산필름, 프리즘 필름 및 보호필름을 통과시켜 액정 패널에 도달하게 한다.

광원으로부터 방출되는 광은 도광판을 통하여 평면 형태인 액정 패널의 전면에 분포되도록 전달하며, 도광판을 통과한 광원은 광확산 필름을 통하여 화면 전면에 걸쳐 균일한 광세기를 얻을 수 있도록 하며, 프리즘 필름은 광확산 필름을 거친 다양한 방향의 광선을 관측자가 화상을 인식하기에 적합한 시야각 범위 내로 변환되도록 하는 광 경로 제어 기능을 수행한다. 또한, 도광판의 하부에는 액정 패널로 전달되지 못하고 경로를 벗어난 광을 다시 반사하여 이용될 수 있도록 함으로써 광 원의 이용 효율을 증가시키기 위한 반사판이 구비된다.

이와 같이 광원에서 발생되는 빛 중 최대한 많은 광량이 액정장치로 도달할 수 있도록 여러 종류의 시트 또는 필름 등을 다수장 사용하고 있다. 이렇게 다층의 재료를 구비함으로 인하여 단가가 인상되고, 복수의 필름을 적층함으로써 발생되는 광간섭 현상, 산란 또는 흡수 등의 빛의 손실 및 필름이 손상되는 문제가 발생하며, 따라서 생산성이 저하되는 문제점이 발생되고 있다.

최근에는 생산 공정을 보다 간단하게 하기 위하여 사용되는 광학 시트 또는 필름류의 적용을 줄이기 위한 시도가 이루어지고 있는데, 광확산판 위에 프리즘 필름을 접착하여 사용하거나, 광확산판 위에 프리즘 문양을 만들어 사용하는 경우가 있었다. 그러나 이러한 경우 비용이나 생산성 면에서 유리할 수 있으나, 휘도의 증가 측면은 기대에 훨씬 못미치는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 도광판에서 방출되는 빛을 고르게 확산시키면서 휘도를 향상시킬 수 있는 광학 시트를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 복수의 필름을 적층함으로써 발생되는 광간섭 현상, 산란 또는 흡수 등의 빛의 손실, 필름의 손상을 방지하며, 제조공정을 단축시키고 원가를 절감시킬 수 있는 광학 시트를 제공하고자 한다.

본 발명은 바람직한 일 구현예로서, 기재층; 및 상기 기재층의 일면 또는 양면에 형성된 구조층을 포함하며, 상기 구조층은 다수개의 프리즘 패턴 및 다수개의 원기둥 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시트를 제공한다.

상기 구현예에서, 구조층은 프리즘 패턴과 원기둥 패턴이 교대로 반복 형성된 것일 수 있다.

상기 구현예에서, 구조층의 원기둥 패턴은 직경이 40~70㎛이고, 높이가 20~35㎛인 것일 수 있다.

상기 구현예에서, 구조층은 인접하는 원기둥 패턴 간의 간격이 5~70㎛인 것일 수 있다.

상기 구현예에서, 구조층의 프리즘 패턴은 피치가 40~70㎛이고, 높이가 20㎛~35㎛인 것일 수 있다.

본 발명은 바람직한 다른 구현예로서, 상기의 광학 시트; 및 상기 광학 시트의 어느 일면에 인접하며, 광확산 부재, 프리즘 필름 및 보호 필름 중 선택된 하나 이상을 포함하는 백라이트 유닛 어셈블리를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 도광판에서 방출되는 빛을 고르게 확산시키면서 휘도를 향상시킬 수 있는 기능을 동시에 제공할 수 있어, 종래 별도로 광확산 필름 및 프리즘 필름을 장착하는 경우에 비하여 제조공정을 현저히 단축시킬 뿐만 아니라, 원가를 절감시킬 수 있으며, 보다 얇은 액정 디스플레이를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 복수의 필름을 적층함으로써 발생되는 광간섭 현상, 산란 또는 흡수 등의 빛의 손실, 필름의 손상을 방지할 수 있는 광학 시트를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광학 시트의 종단면도, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광학 시트의 사시도이다.

본 발명의 광학 시트는 기재층(10)의 일면 또는 양면에 구조층(20)을 포함하 며, 상기 구조층(20)은 다수개의 프리즘 패턴(21) 및 다수개의 원기둥 패턴(22)을 포함한다.

상기 기재층(10)으로는 투명한 지지체이면 제한 없이 사용 가능한데, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌 또는 폴리에폭시 등을 사용할 수 있으며, 이 중 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리카보네이트가 바람직하다. 이러한 기재층(10)은 광투과도가 높아 집광층(20)에 영향을 미치지 않아야 한다.

상기 기재층(10)의 두께는 10~1000㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30~400㎛이 좋다. 상기 기재층(10)의 두께가 10㎛ 미만이면 기계적 강도 및 열안정성이 취약해지는 문제점이 있고, 1000㎛ 초과인 경우 필름의 유연성이 저하되고 투과광의 손실이 발생할 수 있는 문제가 있기 때문이다.

이러한 기재층(10)은 굴절률이 1.45~1.53인 것이 바람직하다.

상기 구조층(20)은 다수개의 프리즘 패턴(21) 및 다수개의 원기둥 패턴(22)을 포함하는데, 프리즘 패턴(21)과 원기둥 패턴(22)이 교대로 반복 형성된 것이 바람직하다.

상기 프리즘 패턴(21)은 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 성형함으로서 형성된다. 상기 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지는 상기 기재층(10)에 사용되는 수지 보다 굴절률이 더 높고 투명한 수지로써, 예컨대, 불포화 지방산 에 스터, 방향족 비닐 화합물, 불포화 지방산과 그 유도체, 불포화 이염기산과 그 유도체, 메타크릴로나이트릴과 같은 비닐시아나이드 화합물 등이 사용될 수 있다.

상기 구조층(20)의 두께, 즉 프리즘 패턴(21)의 높이는 20㎛ ~ 35㎛인 것이 휘도 상승 효과를 최대화 할 수 있는 면에서 바람직하다. 또한 프리즘 패턴(21)의 피치는 40㎛~70㎛인 것이 바람직하다.

상기 원기둥 패턴(22)은 직경이 30~50㎛이고, 높이가 10~30㎛이고, 인접하는 원기둥 패턴(22) 간의 간격이 30~60㎛인 것이 바람직하다. 이는 적절한 광확산 효과를 부여하면서 동시에 구조층(20)의 집광효과를 높여줄 수 있도록 하기 위함이다.

상기 원기둥 패턴(22)을 형성하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 몰드로 성형하거나 리소그라피를 이용할 수 있으며, 예컨대, 프리즘 패턴(21)을 형성한 후에 포토레지스트를 이용하여 리소그라피 방법으로 원기둥 패턴(22)을 형성시킬 수 있다. 상기 원기둥 패턴(22)의 형성 가능한 재료로는 자외선 경화형 수지 등을 들 수 있으며, 굴절률이 1.45~1.53인 것을 사용하는 것이 확산성 등의 광효율 및 집광층과의 굴절률 차이 측면을을 고려하여 바람직하다.

본 발명의 광학 필름은 광확산 입자를 더 포함할 수도 있다(미도시됨).

상기 광확산 입자는 상기 바인더 수지 100중량부에 대하여 1~500중량부를 포함하는 것이 좋다. 광확산 입자가 1중량부 미만으로 사용되면 광확산 효과를 기대하기 어려우며, 500중량부를 초과하면 백탁현상 및 입자의 이탈이 발생하여 광확산 효율이 떨어지게 된다.

또한 상기 광확산 입자는 구조층(20)이 형성되지 않은 기재층(10)의 일면에 코팅될 수도 있다. 코팅방법은 그라비아 코팅 등 공지된 코팅방법이면 특별히 한정되지 않고 사용 가능하다.

상기 광확산 입자는 구조층(20)의 두께에 따라 다르지만, 그 평균입경이 0.1~200㎛인 것이 적당하며, 바람직하게는 0.1~100㎛이 좋다. 광확산 입자의 평균입경이 200㎛ 초과하면 상기 구조층(20)에서 이탈될 수 있으며, 0.1㎛ 미만이면 광확산 효과를 기대하기 어렵기 때문이다.

상기 광확산 입자로는 복수 개의 유기입자 또는 무기입자를 사용할 수 있다. 대표적으로 사용되는 유기입자는 메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 아크릴아미드, 메티롤아크릴아미드, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 노말부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 단독 중합체 또는 공중합체의 아크릴계 입자와 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 입자와 아크릴과 올레핀계의 공중합체 입자 및 단일중합체의 입자를 형성한 후 그 층위에 다른 종류의 단량체로 덮어 씌워 만든 다층 다성분계 입자를 사용하며, 무기 입자로서는 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화지르코늄 및 불화마그네슘 등을 사용한다. 상기 유기 및 무기 입자들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 상기 나열된 유기 또는 무기 재질의 입자에 한정되지 않고 본 발명의 주된 목적을 달성할 수 있는 한 다른 공지된 재료로 얼마든지 대치할 수 있음은 당업자에게는 자명하며, 이러한 재 질 변경의 경우도 역시 본 발명의 기술적 사상의 범주 내이다.

상기와 같이 광학 시트를 제조함으로써, 종래에 비하여 빛이 손실되는 양이 대폭 감소하며, 빛의 확산 기능과 휘도의 증가 기능을 제공하기 위하여 별도로 제조하였던 필름들을 한번에 제조하므로 제조공정과 원가가 절감된다.

또한 본 발명은 이상 설명한 광학 시트의 어느 일면에 인접하여 형성된 광확산 부재, 프리즘 필름 및 보호 필름 중 선택된 하나 이상을 포함하는 백라이트 유닛 어셈블리를 제공할 수 있으며, 이로써 광학용 복합 필름만을 장착한 경우보다 휘도를 더욱 향상시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 광학용 복합 필름을 백라이트 유닛에 적용하는 경우, 장착되는 시트 수 대비 적절한 휘도 및 시야각의 백라이트 유닛 어셈블리를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

아크릴계 자외선 경화형 수지 조성물(굴절률:1.52)을 이용하여 통상의 공지 된 방법으로 프리즘 패턴이 인각된 프레임에 코팅하고, 기재층으로서 125㎛의 초투명 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 T600(미쓰비시社)(굴절률:1.49)의 일면을 상기 인각 프레임에 코팅된 코팅면과 접촉시킨 상태에서, 상기 기재층 쪽으로 자외선을 조사하여 프레임에 코팅된 조성물을 광경화시키고, 상기 기재층에 접착되어 경화된 코팅층을 인각 프레임으로부터 분리시켰다. 프리즘 패턴의 높이는 25㎛였다.

이 때, 자외선 시스템은 미국 퓨전사의 무전극형 자외선 조사 장치(600W/inch)에 Type-D blub를 장착하여 900mJ/㎠를 조사였다.

위에서 얻어진 프리즘 필름 구조면에 두께 30㎛ 드라이필름 포토레지스트를 온도 110 ^oC, 압력 4kg_f 조건에서 분당 2m의 속도로 합착하고 원기둥 간격 50㎛, 직경 30㎛의 원기둥 패턴 마스크를 사용하여 노광을 실시하였다. 따라서 원기둥 패턴의 높이는 위의 드라이필름에 의해서 정해진 30㎛이다. 노광 후 30 ^oC, 1%의 현상액을 사용하여 도 2와 같이 프리즘 패턴 위에 2차적으로 원기둥 패턴(굴절률:1.512)을 형성하였다.

<실시예 2>

상기 실시예 1과 동일한 조건으로 20㎛의 드라이필름 포토레지스트를 사용하여 직경 40㎛, 간격 5㎛의 원기둥 패턴마스크를 사용하여 노광하고 현상하여 프리즘 골에 높이 20㎛의 원기둥 패턴을 형성하였다.

<실시예 3>

상기 실시예 1과 동일한 조건으로 25㎛의 드라이필름 포토레지스트를 사용하여 직경 60㎛, 간격 20㎛의 원기둥 패턴마스크를 사용하여 노광하고 현상하여 프리즘 골에 높이 25㎛의 원기둥 패턴을 형성하였다.

<실시예 4>

상기 실시예 1과 동일한 조건으로 35㎛의 드라이필름 포토레지스트를 사용하여 직경 70㎛, 간격 5㎛의 원기둥 패턴마스크를 사용하여 노광하고 현상하여 프리즘 골에 높이 35㎛의 원기둥 패턴을 형성하였다.

<비교예 1>

원기둥 패턴이 없는 상태의 프리즘 시트 LC 213(코오롱社, EverRay^®)를 준비하였다.

<비교예 2>

광확산 필름(코오롱社, LD602)을 3매를 준비하였다.

상기 실시예 및 비교예의 물성평가는 후술하는 바와 같이 실시하였으며, 그 평가 결과는 하기 표 1과 같다.

<휘도평가(Cd/㎡)>

17인치 액정디스플레이 패널용 백라이트 유닛(모델명 : LM170E01, 대한민국 희성전자제조)에 상기 제조된 실시예 및 비교예의 광학 시트를 적층하여 고정하되, 비교예 1의 경우 광확산 필름 (코오롱社, LD602) 및 보호필름(코오롱社, LD143) 사이에 장착하였다. 휘도계(모델명 : BM-7, 일본 TOPCON사)를 사용하여 임의의 13지점의 휘도를 측정하여 그 평균값을 구하였다.

<은폐성>

BLU상에 상기 휘도평가때와 같이 시트를 장착후 2mm 단위로 스캐닝하면서 휘도계(모델명 : BM-7, 일본 TOPCON사)를 사용하여 휘도 측정하였다. 그 결과는 도 3에 나타내었으며 그래프 중 x축은 거리(mm), y축은 임의의 휘도값(Cd/m2)이고, 측정된 휘도값으로부터 다음 식 1과 같이 은폐성을 계산하였다. 하기 식 1에 의하여 계산된 은폐성 수치가 낮을수록 은폐성은 양호하다.

<식 1>

상기 식에서, A는 최대 휘도값, C는 최대 휘도값과 최소 휘도값의 차이임.

구분	휘도(Cd/㎡)	은폐성(%)
실시예 1	4502	2.9
실시예 2	4416	3.4
실시예 3	4466	3.3
실시예 4	4358	3.9
비교예 1	4436	4.6
비교예 2	3726	4.4

상기 물성평가결과, 본 발명의 실시예에 따른 광학 시트는 원기둥 패턴이 없는 비교예 1의 경우보다 휘도가 우수하고 은폐성이 우수한 것을 볼 수 있었다. 또한 광확산 필름 및 프리즘 필름을 별도로 구비한 비교예 2의 경우와 동등정도의 휘도 및 우수한 은폐성을 제공할 수 있었다.

따라서 광손실을 최소화하면서 광원의 이용효율을 증대시켜 휘도를 높일 수 있어, 종래와 같이 광확산 필름 및 프리즘 필름을 별도로 사용하지 않더라도 동등 이상의 휘도를 제공할 수 있으므로, 복수의 필름을 적층함으로써 발생되는 문제를 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광학 시트의 종단면도,

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광학 시트의 사시도이다.

도 3은 은폐성 측정 원리를 설명한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 설명

10 : 기재층 20 : 구조층

21 : 프리즘 패턴 22 : 원기둥 패턴

Claims (6)

1. 기재층; 및

   상기 기재층의 일면 또는 양면에 형성된 구조층을 포함하며,

   상기 구조층은 다수개의 프리즘 패턴 및 다수개의 원기둥 패턴을 포함하되, 프리즘 패턴과 원기둥 패턴이 교대로 반복 형성된 것임을 특징으로 하는 것임을 특징으로 하는 광학 시트.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   구조층의 원기둥 패턴은 직경이 40~70㎛이고, 높이가 20~35㎛인 것임을 특징으로 하는 광학 시트.
4. 제 1 항에 있어서,

   구조층은 인접하는 원기둥 패턴 간의 간격이 5~70㎛인 것임을 특징으로 하는 광학 시트.
5. 제 1 항에 있어서,

   구조층의 프리즘 패턴은 피치가 40㎛~70㎛이고, 높이가 20㎛~35㎛인 것임을 특징으로 하는 광학 시트.
6. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 5 항 중 선택된 어느 한 항의 광학 시트; 및

   상기 광학 시트의 어느 일면에 인접하며, 광확산 부재, 프리즘 필름 및 보호 필름 중 선택된 하나 이상을 포함하는 백라이트 유닛 어셈블리.

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