KR101210986B1 - 백라이트 유닛용 집광 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기재부; 상기 기재부의 상면에 위치하며, 복수 개의 렌즈가 반복적으로 형성되어 있는 집광부; 및 상기 기재부의 하면에 위치하며, 빛을 투과시키는 개구와 빛을 반사시키는 반사면을 포함하여 이루어지는 입광부를 포함하며, 이때 상기 반사면은 이산화티탄으로 둘러싸인 구형 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 집광 필름을 제공한다.

본 발명은 이산화티탄으로 둘러싸인 구형 입자를 이용하여 집광 필름의 미끄러짐성을 향상시킴으로써 웨트 아웃 현상이나 외관 불량 문제가 발생하지 않도록 하였다.

집광필름, 웨트아웃, 미끄러짐성

Description

백라이트 유닛용 집광 필름{CONDENSING FILM FOR BACKLIGHT UNIT}

본 발명은 액정 표시 장치에 사용되는 백라이트 유닛용 집광 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집광 필름 하면에 형성된 반사면에 구형 입자를 포함시켜, 집광 필름 하면에 미끄러짐성(slip성)을 부여함으로 WET-OUT 현상 및 이로 인해 발생하는 외관 문제를 해결할 수 있도록 고안된 백라이트 유닛용 집광 필름에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 색 필터 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입하고, 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써, 화상을 표현하는 장치를 말한다.

이와 같은 액정 표시 장치는 소형화, 경량화 및 저전력 소비 등의 이점을 가지고 있어 기존의 브라운과의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로 주목을 받아 왔으며, 최근에는 디스플레이 장치가 필요한 거의 모든 장치에 장착되어 사용되고 있 다.

한편, 액정 표시 장치의 액정 표시 패널은 스스로 발광하지 못하는 수광 소자이기 때문에 액정 표시 패널 하부에 광을 제공하기 위한 백라이트 유닛을 반드시 구비하여야 하며, 백라이트 유닛은 일반적으로 광을 공급하는 광원과, 광원에서 출광되는 빛의 성능을 향상시키기 위한 각종 광학 필름들로 이루어져 있다. 이러한 백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 엣지형 백라이트 유닛과 직하형 백라이트 유닛으로 구분된다.

도 1은 종래의 직하형 백라이트 유닛(1)을 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 직하형 백라이트 유닛(1)은 일정한 간격으로 배치된 광원(10)과, 상기 광원(10)의 상면에 장착되어 광원 은폐 기능과 그 상부에 적층되는 광학 필름들을 지지하는 기능을 수행하는 확산판(20), 상기 확산판에 의해 확산된 광을 시청자의 시청 범위로 집광하는 집광 필름(30) 및 집광 필름의 상면 및/또는 하면에 위치하여, 빛의 휘도 분포를 부드럽게 함으로써, 화면에 핫 밴드와 같은 결점이 발생하는 것을 방지하는 확산 필름(40) 등으로 이루어진다.

한편 엣지형 백라이트 유닛은 광원이 일 측면에 위치하고, 확산판 대신 하부면에 반사면이 형성된 도광판이 사용된다는 점에서 직하형 백라이트 유닛과 차이가 있다.

상기와 같은 백라이트 유닛의 구성 요소 중 집광 필름은 확산판(20) 또는 도광 판에 의해 여러 방향으로 확산된 빛을 시청자의 시청 범위로 집광하는 역할을 하는 것으로, 일반적으로 프리즘 필름이나 렌티귤러 렌즈 필름 등이 집광 필름으로 사용되어 왔으며, 최근에는 도 1에 도시된 바와 같이, 하면에 반사면이 형성되어 있는 집광 필름이 많이 사용되고 있다. 하면에 반사면(33)이 형성된 집광 필름은 시청 범위로 집광될 수 있는 빛만을 투과시키고, 그 외의 범위에 있는 빛, 즉 입사각이 큰 빛은 확산판 또는 도광판으로 다시 반사시킴으로써, 광 특성 및 광 효율을 향상시키기 위해 고안된 것으로, 필름 하면에 개구(35) 및 반사면(33)이 형성되어 있다. 이때 상기 반사면(33)은 반사율이 높은 백색 잉크, 금속 박막, 금속 증착층 등으로 이루어질 수 있다.

그러나 이와 같이 하부에 반사면을 갖는 광학 필름들은 미끄러짐성(Slip성)이 부족하기 때문에, 확산판이나 도광판에 직접 접촉되도록 사용할 경우에 밀착되어 도 2에 나타난 바와 같은 외관 불량이 발생하거나, 백코팅(backcoating)을 할 수 없기 때문에 웨트아웃(wet-out) 현상이 발생한다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 반사층이 형성된 하부면에 미끄러짐성을 부여함으로써, 웨트아웃 및 외관 불량을 야기하지 않는 백라이트 유닛용 집광 필름을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 위해 본 발명은 기재부; 상기 기재부의 상면에 위치하며, 복수 개의 광학 렌즈가 반복적으로 형성되어 있는 집광부; 및 상기 기재부의 하면에 위치하며, 빛을 투과시키는 개구와 빛을 반사시키는 반사면을 포함하여 이루어지는 입광부를 포함하며, 이때 상기 반사면은 이산화티탄으로 둘러싸인 구형 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 집광 필름을 제공한다.

이때 상기 구형 입자는 평균 입경이 5 내지 10㎛ 정도인 것이 바람직하며, 또한 상기 구형 입자가 반사면 외부로 돌출되도록 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 구형 입자의 내부는 PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트, PolyMethyl MethAcrylate), 실리카(Silica), 폴리 스티렌(Poly styrene), 우레탄(Urethane)과 같은 폴리머로 이루어지고, 입자의 외부는 이산화티탄으로 둘러싸여 이루어진다.

한편, 상기 반사면은 상기 구형 입자를 5 내지 20중량%의 양으로 포함하는 UV 잉크로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 기재부는 폴리에스터 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리메틸메타크릴레이트 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리에스테르설폰 필름, 폴리부타디엔 필름, 폴리에테르케톤 필름, 폴리우레탄 필름 등으로 이루어지며, 상기 집광부는 프리즘, 마이크로 어레이 렌즈 또는 렌티귤러 렌즈로 이루어질 수 있다.

상기 집광부 및 입광부는 경화성 수지로 이루어지는 것이 바람직하며, 이때 상기 경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트 및 라디칼 발생형 모노머로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것이 바람직하며, 상기 경화성 수지에는 경화성 수지의 중량을 기준으로 5 내지 30 중량%의 광 확산제가 포함될 수 있다.

본 발명은 이산화티탄으로 둘러싸인 구형 입자를 이용하여 집광 필름의 미끄러짐성을 향상시킴으로써 웨트 아웃 현상이나 외관 불량 문제가 발생하지 않도록 하였다.

또한, 본 발명은 입광부를 요철 형상으로 만듬으로써, 종래보다 용이하게 반사면을 형성할 수 있도록 하였다.

또한, 본 발명은 PMMA와 같은 폴리머 입자의 표면을 반사율이 높은 이산화티탄 입자로 둘러싸는 방식으로 사용함으로써, 미끄러짐성 개선에 요구되는 최적의 입자 크기를 만족시키고, 동시에 반사율도 유지할 수 있도록 하였다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 3에는 본 발명의 백라이트 유닛용 집광 필름이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 집광 필름은 기재부(100), 집광부(200) 및 입광부(300)로 이루어져 있다.

(1) 기재부

기재부(100) 후술할 집광부(200) 및 입광부(300)를 지지하는 지지체 역할을 수행하는 것으로, 광 투과성이 우수한 투명한 기재로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 폴리에스터 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리메틸메타크릴레이트 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리에스테르설폰 필름, 폴리부타디엔 필름, 폴리에테르케톤 필름, 폴리우레탄 필름 등이 본 발명의 기재부(100)로 사용될 수 있다.

한편, 상기 기재부(100)가 지지체로써 충분한 역할을 수행하기 위해서는, 그 두께가 30~350㎛ 정도인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

(2) 집광부

다음으로, 집광부(200)는 상기 기재부(100)를 투과한 빛을 시청 범위로 집광시키기 위한 것으로, 상기 기재부(100)의 상면에 복수 개의 광학 렌즈를 반복적으로 형성함으로써 이루어진다. 상기 렌즈는 프리즘 렌즈, 렌티귤러 렌즈 또는 마이크로 어레이 렌즈 등 당해 기술 분야에서 통상 사용되는 일반적인 렌즈 시트들로 이루어질 수 있다.

본 발명의 상기 집광부(200)는 당해 기술 분야에 잘 알려진 종래의 제조 방법, 즉 상기 경화성 수지 용액을 금형과 상기 기재부(100) 사이에 흘려 넣고 경화시키는 방법 등에 의해 제조될 수 있다.

예를 들면, 상기 집광부(200)는 상기 기재부(100)와 광학 렌즈 형상이 음각된 금형 사이에 경화성 수지를 주입한 후, 경화시키는 방법으로 제조될 수 있다. 이 경우 상기 경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트 및 라디칼 발생형 모노머 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

한편, 상기 집광부(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 광 확산제(250)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이처럼 집광부(200)에 광 확산제가 포함될 경우, 집광부(200)에서 빛의 집광과 함께 확산이 이루어지게 되고, 그 결과 집광 필름을 투과하여 나온 빛의 휘도 분포가 완화되어, 종래와 같이 확산 필름을 별도로 구비하지 않아도 핫 밴드 등과 같은 결점이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 광 확산제(250)로는 집광부(200) 내부와 굴절율이 상이한 미소 입자를 사용하는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로는 평균 입경이 약 1 내지 10 ㎛인 입자를 사용하는 것이 바람직하다.

광 확산제(250)의 모양은 제한되지 않으나, 구형인 경우에 성능이 좀더 우수하다. 본 발명에서는 상기 광 확산제(250)로 폴리메틸메타크릴레이트 (polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 이들의 공중합체 및 실리카 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 비드 타입 입자를 사용할 수 있다. 이때 상기 광 확산제(250)와 집광부(200) 내부의 굴절율 차는 약 0.01 내지 0.1 정도인 것이 바람직하며, 일반적으로는 1.48 내지 1.59 정도의 굴절율을 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 광 확산제(250)는 경화성 수지 용액에 분산시켜 사용할 수 있다. 광 확산제(250)를 경화성 수지에 분산시킨 후, 상기 경화성 수지를 금형에 주입하여 성형한 후, 경화시키는 방법으로 손쉽게 광 확산제(250)가 포함된 집광부(200)을 제조할 수 있다. 이때 상기 광 확산제(250)는 경화성 수지 중량을 기준으로 5 내지 30 중량%의 양으로 혼합되는 것이 바람직하다.

(3) 입광부

입광부(300)는 빛이 집광 필름으로 입사되는 부분으로, 상기 기재부(100)의 하면에 형성되고, 개구와 반사면(350)으로 이루어지며, 상기 반사면(350)에 이산화티탄으로 둘러싸인 구형 입자(370)가 포함되어 있는 것을 그 특징으로 한다.

이때 상기 개구는 빛이 집광 필름 내부로 투과시키기 위한 것이고, 상기 반사면(350)은 입사각이 큰 빛들, 즉 시청 범위로 집광되지 않는 빛들을 광원 방향으로 재반사시켜 광 이용 효율 및 광 특성을 향상시키는 역할을 수행하기 위한 것이다. 또한, 상기 이산화티탄으로 둘러싸인 구형 입자(370)는 반사면(350)의 미끄러짐성을 향상시켜 웨트아웃 현상이나 외관 불량을 개선하는 역할을 수행하는 것으로, 상기 입자(370)의 일부가 상기 반사면(350) 외부로 돌출되도록 형성되는 것이 바람직하다. 반사면 외부로 입자(370)가 돌출되어 있으면, 접촉면이 울퉁불퉁하게 되어 집광필름이 확산판 또는 도광판에 밀착되는 것을 방지할 수 있어 웨트 아웃 현상이나 외관 불량이 개선할 수 있다.

한편, 본 발명에서 상기 반사면에 포함되는 구형 입자(370)는 그 내부는 PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트, PolyMethyl MethAcrylate), 실리카(Silica), 폴리 스티렌(Poly styrene), 우레탄(Urethane) 등과 같은 폴리머 입자로 이루어지고, 그 표면은 광 반사율이 우수한 이산화티탄으로 둘러 싸여져 있다. 이와 같이 구형 입자의 내부와 외부의 재질을 다르게 구성하는 것은 미끄러짐성 개선 등을 위해 요구되는 입자 크기를 유지하면서도, 반사면의 반사율을 유지하기 위함이다. 즉, 이산화티탄 입자는 그 크기가 너무 작아 단독으로 사용할 경우에는 미끄러짐성 개선 효과가 좋지 못하고, 폴리머 입자는 단독으로 사용할 경우, 크기는 적당하지만 상기 입자가 반사면 외부로 돌출되면 반사면의 반사 효율이 떨어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 폴리머 입자 표면에 이산화티탄 입자를 입힘으로써, 반사 효율을 저하시키 지 않으면서도, 집광 필름의 미끄러짐성을 개선하기 위해 필요한 입자 크기를 유지할 수 있도록 하였다. 상기 본 발명의 구형 입자는 평균 입경이 5 내지 10㎛ 정도인 것이 바람직하다. 이러한 본 발명의 구형 입자(370)는 자외선 차단에 이용되는 기능성 화장품 제조공정과 유사하게 내부에 위치할 폴리머 입자를 실리콘 오일 등의 분산제를 이용하여 분산시킨 후 이산화티탄을 첨가하여 코팅하는 방법으로 제조될 수 있다.

한편, 본 발명의 입광부(300)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 일정한 간격의 요철이 형성되고, 상기 요철의 돌출부에 반사면(350)이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 반사면(350)의 형성을 용이하게 하기 위한 것으로, 입광부(300)에 요철이 성형되면, UV 잉크 등과 같이 표면에 반사 특성을 부여할 수 있는 시료, 안료 등(이하 "반사면 재료")을 롤러 등의 적절한 도구를 사용하여 돌출부에 도포함으로써 손쉽게 반사면(350)을 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 반사면(350)은 집광이 되지 않는 경로로 진행하는 빛을 차단하고 이를 광원 방향으로 반사시켜 빛의 이용 효율 및 광 특성을 향상시킨다.

이를 위해 본 발명의 상기 입광부(300)는 집광부(200)와 마찬가지로, 기재부(100)와 요철이 형상이 음각된 금형 사이에 경화성 수지를 주입하여, 성형한 후 경화시킴으로써 제조될 수 있다. 이때 사용가능한 경화성 수지로는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트 및 라디칼 발생형 모노머 등을 들 수 있으며, 상기 수지들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

상기와 같은 방법으로 요철 형상이 형성되면, 상기 요철 형상의 볼록부에 반사면을 형성한다. 상기 반사면은 상기한 종래의 반사면 형성 방법들, 즉 반사용 잉크 도포, 금속 증착 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으나, 그 중에서도 특히 반사용 잉크를 도포하는 방법으로 형성하는 것이 바람직하다.

특히, 상기 반사면은 상기 이산화티탄으로 둘러싸인 구형입자를 5 내지 20중량%의 양으로 포함하는 UV잉크로 형성되는 것이 바람직하며, 이때 상기 UV 잉크에는 이산화티탄이 50% 이상 포함되는 것이 바람직하다.

이처럼 이산화티탄으로 둘러싸인 구형 입자를 포함하는 UV 잉크를 도포함으로써, 본 발명의 이산화티탄으로 둘러싸인 구형 입자를 포함하는 반사면을 형성할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 보다 자세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

굴절율이 약 1.53인 UV 경화형 수지 용액을 롤형 금형과 125㎛ 두께의 PET 필름 사이에 흘려넣고 경화시키는 방법으로 PET 필름 상면과 하면에 각각 집광부 및 입광부를 제조한다.

UV 잉크에 평균 입경이 5~10㎛이고, 그 내부는 PMMA이며, 입자 표면이 이산화 티탄으로 둘러싸인 구형입자를 혼합한 다음, 구형 입자가 포함된 UV 잉크를 입광부의 돌출면에 도포하여 반사면을 형성한다.

도 5에는 이와 같은 제조된 집광 필름의 반사면의 표면을 촬영한 사진이 도시되어 있다.

비교예

굴절율이 약 1.53인 UV 경화형 수지 용액을 롤형 금형과 125㎛ 두께의 PET 필름 사이에 흘려넣고 경화시키는 방법으로 PET 필름 상면과 하면에 각각 집광부 및 입광부를 제조하고, 상기 입광부의 돌출면에 UV 잉크를 도포하여 반사면을 형성한다.

도 6에는 이와 같은 제조된 집광 필름의 반사면의 표면을 촬영한 사진이 도시되어 있다.

실험예

상기 실시예와 비교예의 입광부의 반사율 측정결과를 도 7에 도시되어 있다. 반사율은 시마츠(shimadzu)사의 UV-VIS-NIR 스캐닝 스펙트로포토미터(Scanning spectrophotometer)를 이용하여 측정하였다.

도 7에서 알 수 있듯이, 반사면에 입자를 포함하고 있는 본 발명의 집광 필름은 종래의 집광필름과 반사 효율이 거의 비슷함을 알 수 있다.

한편, 도 8 및 도 9는 각각 상기 비교예 및 실시예의 방법으로 제조된 집광 필름들을 촬영한 것으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 비교예의 방법으로 제조된 집광 필름의 경우, 웨트-아웃 현상이 발생함을 알 수 있다. 이에 반해 실시예의 방법으로 제조된 집광 필름(도 9)의 경우, 웨트-아웃 현상이 나타나지 않음을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명의 집광 필름은 종래에 비해 반사 성능이 전혀 떨어지지 않으면서도, 웨트-아웃 현상 및 이로 인한 외관 결함이 거의 없다.

도 1은 종래의 직하형 백라이트 유닛을 도시한 도면이며,

도 2는 종래의 반사층을 갖는 집광 필름을 적용하였을 때 발생하는 외관 불량을 보여주기 위한 사진이고,

도 3은 본 발명의 집광 필름을 나타내는 도면이며,

도 4는 본 발명의 또 다른 구현예를 보여주는 도면이고,

도 5는 실시예의 반사면 표면을 촬영한 사진이며,

도 6는 비교예의 반사면 표면을 촬영한 사진이고,

도 7은 실시예 및 비교예의 반사율을 보여주는 그래프이며,

도 8은 비교예의 집광 필름의 웨트-아웃 발생 여부를 보여주기 위해 촬영한 사진이고,

도 9는 실시예의 집광 필름의 웨트-아웃 발생 여부를 보여주기 위해 촬영한 사진이다.

Claims (11)

1. 기재부;

   상기 기재부의 상면에 위치하며, 복수 개의 광학 렌즈가 반복적으로 형성되어 있는 집광부; 및

   상기 기재부의 하면에 위치하며, 빛을 투과시키는 개구와 빛을 반사시키는 반사면을 포함하여 이루어지는 입광부를 포함하며,

   이때 상기 반사면은 이산화티탄으로 둘러싸인 구형 입자를 포함하고,

   상기 반사면은 상기 이산화 티탄으로 둘러싸인 구형입자를 5 내지 20중량%의 양으로 포함하는 UV잉크로 형성되는 것을 특징으로 하며,

   상기 구형 입자는 반사면 외부로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 집광 필름.
2. 제1항에 있어서,

   상기 구형 입자는 평균 입경이 5 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 집광 필름.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 구형 입자의 내부는 PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트, PolyMethyl MethAcrylate), 실리카(Silica), 폴리 스티렌(Poly styrene) 및 우레탄 (Urethane)으로 이루어진 군으로부터 선택된 폴리머 입자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 집광 필름.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 기재부는 폴리에스터 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리메틸메타크릴레이트 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리에스테르설폰 필름, 폴리부타디엔 필름, 폴리에테르케톤 필름 및 폴리우레탄 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 집광 필름.
7. 제1항에 있어서,

   상기 광학 렌즈는 프리즘, 마이크로 어레이 렌즈 또는 렌티귤러 렌즈인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 집광 필름.
8. 제1항에 있어서,

   상기 입광부는 요철 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 집광 필름.
9. 제1항에 있어서,

   상기 집광부 및 입광부는 경화성 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 집광 필름.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 에스테르아크릴레이트 및 라디칼 발생형 모노머로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 집광 필름.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 경화성 수지는 5 내지 30 중량%의 광 확산제를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛용 집광 필름.

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