KR101241117B1 - 이중패턴의 광학필름 제조방법 및 이로부터 제조된 광학필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중패턴의 광학필름 제조방법 및 이로부터 제조된 광학필름에 관한 것으로 보다 상세하게는 이중패턴의 광학필름을 제조하는 데 있어서, 고분자 수지를 용융 압출하는 단계; 상기 용융된 수지를 제1패턴롤을 이용하여 작은 형상의 패턴을 인각하는 단계; 상기 작은 형상 패턴이 인각된 필름을 제2패턴롤을 이용하여 큰 형상의 패턴을 인각하는 단계: 및 상기 큰 형상 패턴이 인각된 필름을 냉각하는 단계를 포함하는 이중패턴의 광학필름 제조방법 및 이로부터 제조된 광학필름을 제공한다.
Description
본 발명은 이중패턴의 광학필름 제조방법으로서 보다 상세하게는 광학필름에 패턴이 형성되되, 패턴롤을 이용하여 2단계에 걸쳐 광학필름을 인각함으로써 의도한 형상대로 이중패턴을 인각하는 이중패턴의 광학필름 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 각종 디스플레이 장치들이 개발되고 있는데, 특히 평판표시장치들이 많이 개발되고 있으며 이러한 것에는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Dispaly Panel) 등이 있다.
이 중 LCD는 유리판 두 장 사이에 액정을 주입해 상하 유리판에 설치된 전극에 전원을 인가하여, 각 화소에서 액정 분자배열이 변화, 영상을 표시하는 장치다. 이러한 LCD 디스플레이 장치는 통상 LCD 패널부, 구동부 그리고 백라이트 유닛으로 구성된다. LCD 패널은 자체 발광을 하지 못하는 구조로서 단순히 후면의 광을 투과
시키는 기능만을 가진다. 따라서 빛이 없는 상태 즉 야간에서나 실내에서는 후면광의 도움이 없이는 화상을 보여줄 수 없는 구조이다. 백라이트 유닛은 이러한 LCD의 후면광을 구현하기 위한 시스템을 뜻한다.
백라이트 유닛은 크게 램프, 시트류, 기구부 그리고 구동회로로 구성이 된다. 램프만으로는 전면적에 걸친 균일한 빛을 만들어 낼 수 없으므로 도광판이나 확산판, 반사판, 프리즘, 프레임 등의 시트류와 기구부를 구비하게 된다.
이러한 디스플레이 장치의 성능은 그것의 휘도에 의해서 좌우된다. 작은 비율의 휘도 상승은 최종 사용자에게 직접적으로 인지되지는 않지만, 예컨대 1% 정도의 적은 비율의 휘도 향상일지라도 디스플레이 제품의 설계자에게는 현저하게 좋은 것으로 인지된다.
휘도는 디스플레이 장치내에서 이용 가능한 빛을 보다 효율적으로 사용함으로써, 즉 디스플레이 내에서 보다 많은 이용가능한 빛이 시야 축선(viewing axis)을 따라 향하게 함으로서도 개선된다. 디스플레이 장치의 효율을 개선하기 위하여 디스플레이 장치 내에 많은 기구가 채용되어 왔다.
LCD에 있어서 광학필름의 역할을 살펴보면, 상기 광학필름에는 일반적으로 확산필름, 프리즘필름, 보호필름이 있다. 확산필름은 도광판을 통해 나온 빛을 확산하여 프리즘필름과 패널 방향으로 전달해 휘도를 균일하게 하고, 시야각을 넓히는 역할을 한다. 프리즘필름은 확산필름을 지나면서 수평, 수직 양방향으로 확산이 일어나 휘도가 급격히 떨어지게 되는 빛을 굴절, 집광시켜 휘도를 높이기 위한 것으로 단면을 살펴보면 삼각형 모양의 단면을 갖으며 미세한 골을 갖고 있다. 프리즘필름을 통과한 빛은 약 70°의 시야각을 가지면서 휘도가 개선된다. 보호필름은 프리즘필름 위에 위치하며 프리즘필름의 흠집을 방지하고, 수직, 수평 한 세트의 프리즘필름 사용시 발생하는 모아레 현상을 방지하고 프리즘필름에 의해 좁아진 시야각을 넓혀주는 기능도 한다.
특히 프리즘필름의 경우 끝부분의 단면이 삼각형 모양으로, 프리즘의 마루부분의 끝이 각을 이루며 뽀족하게 형성되도록 하여 휘도를 향상시키는 노력을 하고 있다.
또한 휘도향상을 위한 프리즘필름에 있어서 확산성의 향상을 위해 프리즘 상부를 절단하여 작은 렌즈형상이 부여되도록 하는 이중패턴의 필름을 제조하기도 한다. 대한민국등록특허 제0898102호에서는 필름에 이중패턴을 형성하여 휘도향상 및 확산성을 향상시키는 프리즘 필름을 제조하였다. 즉, 프리즘 형상의 상부를 절단하여 렌즈형상을 부여하는 것을 예시하고 있다(도면 19b참조). 그러나, 상기 특허의 이중패턴 형상은 그 제조공정이 까다롭고 복잡하여 대량생산시 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 이중패턴의 광학필름을 제조시에 간단한 공정에 의해서 의도한 형상의 이중패턴을 형성할 수 있는 광학필름 제조기술 개발이 소망되었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 용융 압출인각에 의한 광학필름 제조시에 패턴롤을 통한 의도하는 형상의 이중패턴 광학필름을 제조하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 간단한 공정으로 이중패턴의 광학필름을 제조하되, 인각효율이 개선된 필름을 제조하여 휘도 및 확산성 등의 광학특성을 향상시키는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 이중패턴의 광학필름을 제조하는 데 있어서, 고분자 수지를 용융 압출하는 단계; 상기 용융된 수지를 제1패턴롤을 이용하여 작은 형상의 패턴을 인각하는 단계; 상기 작은 형상 패턴이 인각된 필름을 제2패턴롤을 이용하여 큰 형상의 패턴을 인각하는 단계: 및 상기 큰 형상 패턴이 인각된 필름을 냉각하는 단계를 포함하는 이중패턴의 광학필름 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 고분자 수지가 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스타이렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리나프탈렌테레프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG), 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 폴레에테르설폰(PES), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드(PI), 폴리아릴레이트(PAR) 및 실리콘수지로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상이 블렌딩된 고분자 수지인 것을 특징으로 하는 이중패턴의 광학필름 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 냉각하는 단계에서 상기 인각된 필름은 냉각벨트의 접촉에 의해 유리전이온도(Tg) 미만으로 냉각되는 것을 특징으로 하는 이중패턴의 광학필름 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 냉각하는 단계에서 상기 냉각벨트가 탄성변형가능한 재질로 되어 냉각롤 사이에 장착되며 필름을 면상으로 압착하는 것을 특징으로 하는 이중패턴의 광학필름 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 냉각벨트가 제2패턴롤의 인각패턴에서의 속도와 동일한 속도로 구동하는 것을 특징으로 하는 이중패턴의 광학필름 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 냉각벨트가 고무, 플라스틱, 직물 또는 종이로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중패턴의 광학필름 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 냉각벨트의 내부에 액체매체 또는 기체매체가 포함되어 있는 것을 특징으로 ?하는 이중패턴의 광학필름 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 액체매체 또는 기체매체가 -5 내지 20℃인 것을 특징으로 하는 이중패턴의 광학필름 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법에 의한 이중패턴의 광학필름 제조로 프리즘 상부에 렌즈형상이 형성된 것을 특징으로 하는 이중패턴의 광학필름을 제공한다.
본 발명에 따른 이중패턴의 광학필름 제조방법은 용융 압출인각에 의한 광학필름 제조시에 2개의 패턴롤에 시계열적 간격을 두어 작은 패턴을 형성한 뒤에 큰 패턴을 형성하여 일공정에 의해 이중패턴의 광학필름을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 이중패턴의 광학필름 제조방법은 이로부터 제조된 광학필름은 간단한 공정으로 이중패턴의 광학필름을 제조하되, 인각효율이 개선된 필름을 제조하여 휘도 및 확산성 등의 광학특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 이중패턴이 형성된 광학필름을 예시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴롤을 통해 이중패턴의 광학필름을 제조하는 공정도를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 "A"를 확대한 것을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴롤을 통해 이중패턴의 광학필름을 제조하는 공정도를 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 "A"를 확대한 것을 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 "필름" 이라 함은 일정한 폭과 두께가 있는 막, 시트, 판 등을 모두 포함하는 의미로 사용한다.
이하 본 발명에 의한 이중패턴의 광학필름 제조방법에 있어 비제한적인 예로서, 프리즘필름을 예를들어 설명하지만 이에 한정되지 않으며 용융압출 후에 패턴롤을 이용하여 형상을 인각하는 모든 광학필름 등에 제한 없이 적용될 수 있다.
본 발명은 광학필름에 패턴이 형성되되, 이중패턴을 이룰 수 있도록 하는 형성되도록 하는 광학필름 제조방법에 관한 것이다.
도 1은 이중패턴이 형성된 광학필름을 예시한 것이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 패턴롤을 통해 이중패턴의 광학필름을 제조하는 공정도를 나타낸 것이다.
도 1과 같은 프리즘 형상 및 프리즘 상부가 절단되어 작은 렌즈형상을 이루는 이중패턴을 형성시키기 위해서 본 발명은 압출인각 방식으로 이중패턴의 광학필름을 제조할 수 있다.
도 2를 참조하면 T-다이 110에서 용융된 프리즘필름 재료는 압출되면서 가압롤 130과 제1패턴롤 120 사이에서 필름의 일면에 작은 형상이 인각된다.
상기 프리즘 필름의 예로는 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스타이렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리나프탈렌테레프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG), 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 폴레에테르설폰(PES), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드(PI), 폴리아릴레이트(PAR) 및 실리콘수지로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상이 블렌딩된 고분자 수지일 수 있다.
상기 고분자 수지는 각각 고유한 유리전이온도(Tg)를 가지고 있다. T-다이 110을 통해 용융압출된 고분자 수지를 인각하는데 있어 유리전이온도(Tg)가 중요한 요인이 된다. 유리전이는 모든 선형고분자에 있어 유리상에서 고무상 또는 유연한 열가소성 형태로 비교적 명확한 변화를 일으키는 것으로 무정형 또는 결정성 열가소성 수지들은 저온에서 유리상을 하고 있고, 온도가 상승하면 유리상에서 고무상 탄성체나 유연한 플라스틱으로 변화한다. 따라서, 인각 전에는 유리전이온도(Tg)보다 높은 상태에서 인각이 이루어져야 한다.
T-다이 110을 통해 용융압출된 고분자 수지는 제1패턴롤 120의 제1인각패턴 121에 의해 필름의 한 면에 첫 번째 인각으로 패턴을 형성할 수 있는 데, 상기 패턴은 이중패턴 중 작은 패턴을 형성시키는 것이 특징이다. 예로서 프리즘 형상의 상부가 절단된 형상으로 절단면이 작은 렌즈형상을 형성하는 것이라면(도 1참조), 제1패턴롤 120을 통해서 작은 렌즈형상이 형성된다. 즉 제1패턴롤 120에 의한 인각으로 필름의 한 면 전체가 렌즈형상을 형성하게 되는 것이다.
제1패턴롤 120에 의해 상기 렌즈형상이 형성된 필름은 이동롤 140을 통해 이동하고 제2패턴롤 150에 의해서 두 번째 인각이 이루어지게 된다.
제2패턴롤 150을 통해서 프리즘 형상을 형성하게 되는 데, 제2패턴롤 150의 제2인각패턴에 의해서 프리즘 형상이 형성될 수 있다.
도 3은 도 2에서 "A"의 부분의 확대도로써, 제2인각패턴을 통해 필름이 인각되는 모습을 나타낸 것이다.
이 경우에 프리즘 상부의 일정 면적은 작은 렌즈형상 10의 존재해야 하기 때문에 제2인각패턴에 의해서 필름의 전체 면적이 인각되는 것이 아니라 일정부분만이 인각되도록 설계할 수 있다. 따라서, 제2인각패턴에 의해 인각된 부분은 프리즘 형상을 나타내고, 인각되지 않은 부분은 작은 렌즈형상을 나타낼 수가 있게 된다. 즉, 프리즘 형상 20 중 상부가 뾰족하지 않고 마치 상부가 절단된 형상이며, 상기 절단된 형상의 면에는 작은 렌즈형상 10이 형성될 수 있는 것이다.
이때 유의할 점은 제2패턴롤 150에 의해 인각시에 제2인각패턴 151과 접촉되는 필름의 온도는 유리전이온도 이상을 유지하여야 한다. 따라서, 제2패턴롤 150은 필름의 유리전이온도 이상을 유지시켜야 한다.
유리전이온도 이상에서 제2패턴롤 150에 의해 광학필름이 인각된 후, 짧은 시간내에 냉각이 이루어져야 하는 데, 짧은 시간내에 필름을 냉각하지 않으면 인각된 형상을 유지하지 못하고 최종적으로 완만하게 라운드진 형태를 형성하게 된다. 이는 고분자 수지가 필름으로 결정화되면서 잔류스트레스(잔류응력)에 의해 엔트로피적으로 안정한 무정형 상태를 형성하고자 하는 성질로 기인하는 것으로 판단된다. 이에 제2패턴롤 150에 의해 인각된 필름의 프리즘 형상은 상기 잔류스트레스의 영향을 받게 되고, 잔류스트레스는 필름을 의도한 인각형상을 유지시키지 못하고 변화시키는 것으로 판단된다.
따라서 본 발명은 상기 프리즘 형상의 인각율을 향상시키기 위해 제2패턴롤 150을 통해 인각된 직후에, 냉각과정을 통해 유리전이온도 미만으로 필름의 온도를 낮춰 잔류스트레스(잔류응력)를 적게 받게하여 필름의 형상의 변형을 억제하려는 데 있다. 이에 따라 프리즘 필름에서의 꼭지점의 샤프니스는 상당한 정도로 유지되고 이로 인해 휘도 등의 향상이 나타남을 알 수 있다.
즉, 인각전에 유리전이온도(Tg)보다 높은 온도에서 패턴롤 230로 이동되어야 필름에 인각이 형성되며, 제2패턴롤 150의 제2인각패턴 151에 의해 의도한 형상으로 인각된다. 또한 제1패턴롤 120 및 제2패턴롤 150의 표면온도는 고분자수지에 패턴을 형성할 수 있도록 하려면 인각시에 고분자 수지의 유리전이 온도 이상으로 유지되어 있어야 한다. 제2패턴롤 150의 표면온도가 고분자수지의 유리전이온도 미만으로 된 경우에는 필름에 패턴형상이 잘 형성되지 않는다.
패턴을 형성한 후에는 필름을 유리전이온도보다 낮게 하여 인각된 형상이 그대로 유지될 수 있도록 하는데, 인각 후에 짧은 시간내에 냉각을 시켜 고분자 사슬의 잔류스트레스로 인한 유동성을 제한하여 형상변화가 발생할 여지를 최소화한다. 이러한 수단으로 본 발명은 제2패턴롤 150 밑에 인각된 필름과 접촉하여 냉각벨트 180을 추가적으로 설치함으로써 필름에 이중패턴의 인각이 이루어진 직후에 온도가 낮아지도록 한다.
상기 고분자 수지가 용융압출되어 상기 제1패턴롤 120에서 인각된 후, 이동롤에 의해 이동하여 제2패턴롤 150의 제2인각패턴 151에 의해 인각되는 데, 제2패턴롤 150과 접촉되는 필름의 반대면에 냉각롤을 감고 있는 냉각벨트 180이 위치하여 필름과 접촉한다. 상기 냉각벨트 180과 접촉하는 동안 상기 필름은 온도가 냉각되어 유리전이온도(Tg) 미만으로 내려가 유리상으로 변하게 한다. 또한 패턴이 형성된 직후부터 냉각이 이루어지므로 형상변화가 발생할 가능성을 최소화하는 것이다.
필름과 접촉된 상기 냉각벨트 180은 탄성변형가능한 재질로 이루어지며, 냉각롤 160 및 170 사이에 장착된다. 또한, 냉각벨트 180이 느슨해지는 것을 방지하기 위해 상기 냉각벨트 180에 장력을 부가하고, 냉각롤 160 및 170의 회전이 벨트를 구동하도록 구성되어 있다. 냉각벨트 180과 제2패턴롤 150 사이에 용융 압출된 필름이 끼워져 있는 경우, 상기 냉각벨트 180은 필름을 통해서 제2패턴롤 150으로부터 반발력을 받을 수 있다. 따라서, 냉각벨트 180은 필름과 면 접촉을 하고, 접촉된 냉각벨트 180으로 인해 필름이 냉각될 수 있다.
또한 냉각벨트 180과 냉각롤은 모터 등의 회전 구동 장치에 연결되어, 냉각벨트 180의 이동속도는 실질적으로 제2패턴롤 150의 제2인각패턴 151과 동일한 속도로 회전한다.
상기 냉각벨트 180의 탄성변형가능한 재질로는 고무, 플라스틱, 직물 또는 종이 등으로 구성될 수 있으며, 또한 냉각벨트 180의 내부를 통해 물 등의 액상매체나 냉각공기 등의 기체 매체가 필름의 표면온도를 제어할 수 있다. 예를 들면 냉각벨트 180가 직물 등으로 이루어져, 냉각벨트 180 내부의 공기가 직물을 통과하여 필름에 직접 접촉할 수 있는 경우에는 냉각공기를 사용할 수 있으며, 플라스틱 등의 공기가 통과하지 않는 경우에는 물 등을 사용하여 물의 찬 온도에 의해 냉각롤 표면의 온도가 낮아지도록 할 수 있으며, 이에 따라 필름의 온도를 낮출 수 있다. 이렇듯, 액상이나 기체상 매체를 이용하여 필름의 표면온도를 제어할 수 있다. 표면온도를 급격히 저하되도록 하여, 필름이 경화되면서 고분자 사슬이 잔류스트레스로 인한 고분자 사슬의 유동성을 제한함으로써 형상이 변화할 여지를 최소화한다. 액체 또는 기체 매체를 사용하는 경우 상기 액체 또는 기체 매체의 냉각온도는 -5 내지 20℃가 바람직하며, 더 바람직하게는 0 내지 10℃이다.
상기한 방법으로 제조된 이중패턴(렌즈형상 및 프리즘형상)은 의도한 대로의 인각패턴이 형성되어 휘도 및 확산성 향상에 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
Claims (9)
- 이중패턴의 광학필름을 제조하는 데 있어서,
고분자 수지를 용융 압출하는 단계;
상기 용융된 수지를 제1패턴롤을 이용하여 작은 형상의 패턴을 인각하는 단계;
상기 작은 형상 패턴이 인각된 필름을 제2패턴롤을 이용하여 큰 형상의 패턴을 인각하는 단계: 및
상기 큰 형상 패턴이 인각된 필름을 냉각하는 단계를 포함하는 이중패턴의 광학필름 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 고분자 수지는 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스타이렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리나프탈렌테레프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG), 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 폴레에테르설폰(PES), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드(PI), 폴리아릴레이트(PAR) 및 실리콘수지로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상이 블렌딩된 고분자 수지인 것을 특징으로 하는 이중패턴의 광학필름 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 냉각하는 단계에서 상기 인각된 필름은 냉각벨트의 접촉에 의해 유리전이온도(Tg) 미만으로 냉각되는 것을 특징으로 하는 이중패턴의 광학필름 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 냉각하는 단계에서 상기 냉각벨트가 탄성변형가능한 재질로 되어 냉각롤 사이에 장착되며 필름을 면상으로 압착하는 것을 특징으로 하는 이중패턴의 광학필름 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 냉각벨트는 제2패턴롤의 인각패턴에서의 속도와 동일한 속도로 구동하는 것을 특징으로 하는 이중패턴의 광학필름 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 냉각벨트는 고무, 플라스틱, 직물 또는 종이로 이루어진 것을 특징으로 하는 이중패턴의 광학필름 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 냉각벨트의 내부에 액체매체 또는 기체매체가 포함되어 있는 것을 특징으로 ?하는 이중패턴의 광학필름 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 액체매체 또는 기체매체는 -5 내지 20℃인 것을 특징으로 하는 이중패턴의 광학필름 제조방법. - 삭제
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