KR102576250B1 - 광학 복합 시트 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
일 구현예에 따른 광학 복합 시트는 프리즘 시트; 및 UV 경화층을 포함하고, 상기 UV 경화층은 상기 프리즘 시트의 일면 상에 최외곽층으로 배치되며, 상기 UV 경화층은 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 광 흡수제를 포함하고, 상기 광 흡수제는 1종 이상의 유기 염료를 포함한다. 상기 구현예에 따른 광학 복합 시트는 LCD와 같은 표시 장치의 백라이트 유닛에 적용되어 성능을 향상시킬 수 있다.
Description
구현예는 색 영역 및 휘도가 향상된 광학 복합 시트 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
예전에는 40인치(")대 TV가 주류였지만, 이제는 50"대, 더 나아가 60"대 TV를 구매하는 소비자도 많이 생겨났다. 이러한 사이즈 경쟁이 끝나자, 해상도 경쟁이 시작되었다. 수 년 전만 해도 FHD(Full High Definition)급이면 고급 모델에 속했지만, 이제는 UHD(Ultra High Definition)가 시장에서 급속히 확산되었다.
최근 표시 장치 분야는 대면적, 고해상도 경쟁에서 색감 경쟁으로 진화하고 있다. 이러한 이유로 최근에는 우수한 색감을 갖는 표시 장치의 제조에 대한 경쟁이 대두되고 있다.
액정 표시 장치(LCD)는 액정의 광학적 특성을 이용하여 영상을 표시하는데, 영상을 표시하는 액정 표시 패널이 자체적으로 발광하지 못하는 비발광형 소자이기 때문에, 액정 표시 패널과 함께 이의 배면에 배치되어 액정 표시 패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛(back-light unit)을 포함하는 구조를 갖는다. 액정 표시 장치는 다른 표시 장치에 비해 두께가 얇고, 무게가 가벼우며, 소비전력이 적고, 구동 전압이 낮다는 장점을 갖는 반면, 색감 측면에서는 다른 표시 장치에 비해 다소 뒤떨어진다.
또한 지금은 사라지고 있는 음극선관 표시 장치(CRT)의 경우는 색 영역(color gamut)이 NTSC(National Television Standards Committee) 기준으로 80%에 이르고, 플라즈마 표시 장치(PDP) 또한 NTSC 90% 수준의 제품이 최근까지 출시되었다. 그리고, 차세대 표시 장치로 각광받는 유기 발광 표시 장치(OLED)의 경우 NTSC 100%까지 달성 가능하다. 하지만, LCD TV는 NTSC 72% 수준이다.
이에 따라, 표시 장치 분야의 시장을 활성화하기 위해서는 이러한 액정 표시 장치의 단점을 개선하여, 종래의 색 영역을 향상시키면서 휘도가 저하되지 않는 기술이 요구되고 있다.
표시 장치의 백라이트 유닛에 적용되는 광학 시트는 집광, 확산, 반사 등의 기능을 수행하며, 둘 이상의 기능을 복합할 경우 개별 광학적 기능을 서로 보완하면서 극대화할 수 있다. 또한 상기 광학 시트에 RGB 이외의 불필요한 파장을 차단하는 광 흡수층을 복합하여 색 영역을 향상시킬 수 있다. 그러나, 종래에는 이러한 추가적인 광 흡수층을 도입하는 과정에서 제조 공정이 복잡해지거나 전체 두께가 증가하거나 휘도가 저하되는 문제가 있었다.
이에 본 발명자들이 연구한 결과, 기존의 광학 시트에서 다양한 기능을 위해 최외곽에 구비되었던 UV 경화층에 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 1종 이상의 유기 염료를 첨가함으로써, 종래보다 단순한 제조 공정으로도 색 영역을 향상시키면서도 광 흡수에 따른 휘도 저하를 최소화할 수 있었다. 특히 본 발명자들은 UV 경화층의 조성을 조절하여 UV 경화에 따른 유기 염료의 열화를 방지하면서 광학적 특성과 기계적/화학적 특성을 확보할 수 있었다.
따라서 구현예의 과제는, 색 영역을 향상시키면서 휘도 및 공정성도 우수한 광학 복합 시트, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
일 구현예에 따르면, 프리즘 시트; 및 UV 경화층을 포함하고, 상기 UV 경화층은 상기 프리즘 시트의 일면 상에 최외곽층으로 배치되며, 상기 UV 경화층은 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 광 흡수제를 포함하고, 상기 광 흡수제는 1종 이상의 유기 염료를 포함하는, 광학 복합 시트가 제공된다.
다른 구현예에 따르면, 기재층의 일면 상에, 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 광 흡수제를 포함하는 UV 경화성 조성물을 도포하여 코팅층을 형성하는 단계; 산소 농도가 10 부피% 이하로 조절된 챔버 내에서 상기 코팅층에 UV 광을 조사하여 UV 경화층을 얻는 단계; 및 상기 기재층의 타면 상에 프리즘 패턴층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 광 흡수제가 1종 이상의 유기 염료를 포함하는, 광학 복합 시트의 제조방법이 제공된다.
또 다른 구현예에 따르면, 광원; 상기 광원으로부터 광을 입사받아 영상을 표시하는 표시 패널; 및 상기 광원으로부터 상기 표시 패널까지의 광 경로에 배치되는 광학 복합 시트를 포함하고, 상기 광학 복합 시트는 프리즘 시트; 및 UV 경화층을 포함하고, 상기 UV 경화층은 상기 프리즘 시트의 일면 상에 상기 광학 복합 시트의 최외곽층으로서 배치되며, 상기 UV 경화층은 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 광 흡수제를 포함하고, 상기 광 흡수제는 적어도 1종의 유기 염료를 포함하는, 표시 장치가 제공된다.
상기 구현예에 따른 광학 복합 시트는, 기존에 다양한 기능을 위해 최외곽에 구비되었던 UV 경화층에 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 1종 이상의 유기 염료를 첨가함으로써, 종래보다 단순한 제조 공정으로도 색 영역을 향상시키면서도 광 흡수에 따른 휘도 저하가 최소화된 광학 복합 시트를 제공할 수 있다. 또한 바람직한 구현예에 따르면, UV 경화층의 조성을 조절하여 UV 경화에 따른 유기 염료의 열화를 방지하면서 광학적 특성과 기계적 특성을 확보할 수 있다.
이에 따라 상기 구현예에 따른 광학 복합 시트는 LCD와 같은 표시 장치의 백라이트 유닛에 적용되어 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 2는 일 구현예에 따른 광학 복합 시트의 제조방법을 나타낸다.
도 3은 제 1 프리즘 패턴층 형성 및 제 2 기재층과의 합지 공정을 나타낸다.
도 4는 종래기술에 따른 비교예 1의 광학 복합 시트의 단면도를 나타낸다.
도 5a는 실시예 1의 광학 복합 시트의 단면도를 나타낸다.
도 5b 내지 5d는 다른 실시예에 따른 광학 복합 시트의 단면도를 나타낸다.
도 6a 내지 6c는 광학 복합 시트에 포함되는 프리즘 시트의 단면도이다.
도 7은 광학 복합 시트에 포함되는 광 확산층의 단면도이다.
도 8은 광학 복합 시트에 포함되는 반사 편광 필름의 단면도이다.
도 9는 일 구현예에 따른 열 경화층의 단면도를 나타낸다.
도 10은 일 구현예에 따른 백라이트 유닛의 단면도를 나타낸다.
도 11은 일 구현예에 따른 표시 장치의 분해 사시도를 나타낸다.
도 12는 일 구현예에 따른 표시 장치 및 광의 진행 방향을 나타낸다.
도 13은 CIE 1931 색도 좌표 xy에서 색 영역을 산출하는 방법이다.
도 14a 및 14b는 일 실시예에 따른 광학 복합 시트의 투과 스펙트럼 및 순 흡광율을 각각 나타낸다.
도 15a 및 15b는 실시예 1, 비교예 1 및 3의 광학 복합 시트의 투과 스펙트럼을 나타낸다.
도 3은 제 1 프리즘 패턴층 형성 및 제 2 기재층과의 합지 공정을 나타낸다.
도 4는 종래기술에 따른 비교예 1의 광학 복합 시트의 단면도를 나타낸다.
도 5a는 실시예 1의 광학 복합 시트의 단면도를 나타낸다.
도 5b 내지 5d는 다른 실시예에 따른 광학 복합 시트의 단면도를 나타낸다.
도 6a 내지 6c는 광학 복합 시트에 포함되는 프리즘 시트의 단면도이다.
도 7은 광학 복합 시트에 포함되는 광 확산층의 단면도이다.
도 8은 광학 복합 시트에 포함되는 반사 편광 필름의 단면도이다.
도 9는 일 구현예에 따른 열 경화층의 단면도를 나타낸다.
도 10은 일 구현예에 따른 백라이트 유닛의 단면도를 나타낸다.
도 11은 일 구현예에 따른 표시 장치의 분해 사시도를 나타낸다.
도 12는 일 구현예에 따른 표시 장치 및 광의 진행 방향을 나타낸다.
도 13은 CIE 1931 색도 좌표 xy에서 색 영역을 산출하는 방법이다.
도 14a 및 14b는 일 실시예에 따른 광학 복합 시트의 투과 스펙트럼 및 순 흡광율을 각각 나타낸다.
도 15a 및 15b는 실시예 1, 비교예 1 및 3의 광학 복합 시트의 투과 스펙트럼을 나타낸다.
이하 다양한 구현예를 도면을 참고로 하여 구체적으로 설명한다.
구현예를 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장되거나 생략될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기와 다를 수 있다.
본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 상/하에 형성되거나 서로 연결 또는 결합된다는 기재는, 이들 구성요소 간에 직접 또는 또 다른 구성요소를 개재하여 간접적으로 형성, 연결 또는 결합되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상/하에 대한 기준은 대상을 관찰하는 방향에 따라 달라질 수 있는 것으로 이해하여야 한다.
본 명세서에서 각 구성요소를 지칭하는 용어는 다른 구성요소들과 구별하기 위해 사용되는 것이며, 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것은 아니다. 또한 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 "포함"한다는 기재는 특정 특성, 영역, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분을 구체화하기 위한 것이며, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 특성, 영역, 단계, 공정, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소를 설명하기 위해 사용되는 것이고, 상기 구성 요소들은 상기 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로 구별하는 목적으로 사용된다.
본 명세서에서 UV 경화층이라 함은 UV 광이 주된 경화요인인 층을 의미하고, 열 경화층이라 함은 열이 주된 경화요인인 층을 의미한다.
광학 복합 시트의 제조방법
일 구현예에 따른 광학 복합 시트의 제조방법은 기재층의 일면 상에, 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 광 흡수제를 포함하는 UV 경화성 조성물을 도포하여 코팅층을 형성하는 단계; 산소 농도가 10 부피% 이하로 조절된 챔버 내에서 상기 코팅층에 UV 광을 조사하여 UV 경화층을 얻는 단계; 및 상기 기재층의 타면 상에 프리즘 패턴층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 광 흡수제가 1종 이상의 유기 염료를 포함한다.
도 4를 참조하여 종래의 광학 복합 시트는 표시 장치의 색 영역을 향상시키기 위하여 광 흡수층(150)을 추가로 구비하였다. 이러한 광 흡수층은 예를 들어 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 1종 이상의 유기 염료를 포함하여 RGB 이외의 불필요한 파장을 차단하는 역할을 한다. 이러한 유기 염료는 대체로 탄소간 이중 결합과 같은 불포화 결합(예: 공액 결합)을 가지고 있어서 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 그러나 이와 같이 불포화 결합을 가지는 유기 염료는 UV 광에 의해 라디칼 반응이 발생하여 활성이 저하되기 쉽기 때문에, 종래에는 단순 코팅층(비경화층)이나 열에 의해 경화되는 수지층에만 주로 첨가되어 왔다. 그 결과 종래에 유기 염료를 포함하는 광 흡수층은 기계적 강도나 내화학성이 충분하지 않아서, 광 흡수층(150)의 표면에 UV 경화에 의해 형성되는 추가적인 기능성 코팅층(310)을 최외곽층으로서 구비하였다. 이와 같은 이중 코팅층의 형성은 제조 공정을 복잡하게 하고 전체 두께를 증가시켜 휘도를 저하시킬 뿐만 아니라, 이중 코팅층의 계면 불량에 의한 탈리의 문제도 발생시킬 수 있다.
아울러, UV 경화층 내의 유기 염료의 UV 광에 의한 열화를 방지하기 위해 UV 차단제 및 광 안정제를 추가로 첨가하는 것을 시도할 수 있으나, 이들 UV 차단제 및 광 안정제에 UV 광이 흡수되어 경화도가 낮아짐으로써 기계적 강도나 내화학성이 부족하므로 최외곽층으로서 적합하지 않게 된다.
그러나 상기 구현예의 제조방법에 따르면, 대기의 산소 농도(약 21 부피%)보다 훨씬 낮은 농도의 산소 분위기에서 UV 경화를 수행함으로써, 유기 염료와 함께 UV 차단제 및 광 안정제를 첨가하더라도 경화도가 저하되지 않아서 기계적 강도나 내화학성이 우수한 UV 경화층을 얻을 수 있다. 구체적으로 UV 경화는 광 개시제로부터 유발된 자유 라디칼의 연쇄 반응에 의해 이루어지는데, 이를 방해하는 산소의 농도를 현저히 줄임으로써 유기 염료와 함께 UV 차단제 및 광 안정제를 첨가하더라도 우수한 경화도를 구현할 수 있다.
상기 UV 경화 챔버 내의 산소 농도는 10 부피% 이하, 5 부피% 이하, 3 부피% 이하, 또는 1 부피% 이하로 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 UV 경화 챔버 내의 산소 농도는 0.01 부피% 내지 10 부피%, 또는 0.05 부피% 내지 5 부피%로 조절될 수 있다.
상기 챔버 내의 산소를 질소로 치환하는 공정을 수행함으로써, 상기 챔버의 산소 농도를 10 부피% 이하로 조절할 수 있다. 구체적으로 상기 산소 농도의 조절은 액체 질소를 기화하여 수행할 수 있다. 또한, 상기 챔버 내에 질소를 100 L/min 내지 500 L/min의 유속으로 1분 내지 10분간 유입시켜 산소를 치환할 수 있다.
이후 산소 농도가 조절된 챔버 내에서 Fe, Hg 등의 광원에 의한 파장 350 nm 내지 400 nm의 UV 광을 100 mJ/cm2 내지 500 mJ/cm2의 광량으로 0.2분 내지 1분간 조사하여 UV 경화를 수행할 수 있다.
도 1은 상기 구현예에 따른 광학 복합 시트를 제조하기 위해 광 흡수제를 포함하는 UV 경화층을 형성하는 방법을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하여, 상기 방법은 (a) 제 1 기재층(211)을 준비하는 단계; (b) 상기 제 1 기재층(211)의 일면 상에 광 흡수제를 포함하는 UV 경화성 조성물을 도포하여 UV 경화성 코팅층(100')을 형성된 시트를 얻는 단계; (c) 상기 시트를 UV 경화 챔버(2) 내에 넣고 챔버 내의 산소(O2)를 질소(N2)로 치환하는 단계; 및 (d) 상기 시트에 UV 광을 조사하여 제 1 기재층(211)의 일면 상에 UV 경화층(100)이 형성된 시트를 얻는 단계를 포함할 수 있다.
상기 UV 경화성 조성물은 광 흡수제, 바인더 수지, 및 기타 첨가제(UV 차단제, 산화방지제, 광 안정제 등)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 UV 경화성 조성물은 상기 바인더 수지 100 중량부 대비 상기 광 흡수제 0.01 내지 1 중량부를 포함할 수 있다. 또한 상기 UV 경화성 조성물은 상기 UV 차단제를 상기 광 흡수제의 중량 대비 50배 내지 200배의 중량으로 포함할 수 있다. 또한 상기 UV 경화성 조성물은 상기 산화방지제를 상기 광 흡수제의 중량 대비 1배 내지 10배의 중량으로 포함할 수 있다. 또한 상기 UV 경화성 조성물은 상기 광 안정제를 상기 광 흡수제의 중량 대비 10배 내지 50배의 중량으로 포함할 수 있다. 상기 각 성분별 함량은 고형분을 기준으로 한 것일 수 있다.
상기 UV 경화성 조성물은 코팅을 위한 점도 조절을 위해 유기 용매를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 용매는 상기 UV 경화성 조성물의 고형분이 10 중량% 내지 50 중량%가 되도록 포함될 수 있다. 상기 유기 용매의 구체적인 예로는 톨루엔, 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트 등이며, 그 외 용매도 가능하다. 상기 구현예에 따르면 광 흡수제가 유기 염료를 포함하므로 유기 용매에 균일하게 용해되어 코팅 후에 광 흡수 특성을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 UV 경화성 조성물은 추가적인 기능을 제공하기 위한 성분을 더 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 UV 경화성 조성물은 입경 0.5 ㎛ 내지 20 ㎛의 비드를 더 포함할 수 있다.
도 2는 앞서 UV 경화층을 형성한 이후에 프리즘 패턴층을 형성하여 광학 복합 시트를 제조하는 방법을 나타낸 것이다. 도 2를 참조하여, 상기 방법은 (a) 제 1 기재층(211)의 일면 상에 광 흡수제를 포함하는 UV 경화층(100)이 형성된 시트를 준비하는 단계; (b) 상기 제 1 기재층(211)의 타면(UV 경화층이 형성된 반대면) 상에 제 1 프리즘 패턴층(212)을 형성하여 제 1 프리즘 시트(210)를 얻는 단계; 및 (c) 제 2 기재층(221)의 일면 상에 제 2 프리즘 패턴층(222)이 형성된 제 2 프리즘 시트(210)를 접착층(610)에 의해 제 1 프리즘 시트(210)와 결합하는 단계를 포함한다.
상기 프리즘 패턴은 롤투롤(roll to roll) 방식에 의해 원기둥 형상의 마스터 롤에 형성된 패턴을 코팅층에 전사시켜 형성될 수 있다. 먼저, 마스터 롤의 외주 면(원기둥의 원주 면)을 바이트나 레이저 등으로 절삭 가공하여 마스터 롤에 패턴을 각인할 수 있다. 이후 프리즘 패턴층 조성물을 기재 필름 상에 코팅하고, 마스터 롤의 패턴을 코팅층에 전사시켜 프리즘 패턴을 형성할 수 있다. 또는 압출에 의해 플라스틱 원재료를 열로서 녹이고 액상의 플라스틱 평판이 고체화되면서 상기 마스터 롤의 패턴이 전이되도록 하여 프리즘 패턴을 형성할 수 있다.
또한 상기 프리즘 패턴은 서로 다른 높이로 제조할 수 있으며, 이를 위한 마스터 롤은 예를 들어 다이아몬드 공구를 이용한 절삭에 의해 제조될 수 있다. 구체적인 예로서, 경질 구리 등의 소재로 제작된 원통형 롤을 회전시키면서 다이아몬드 공구를 횡방향으로 이동하면서 롤의 원주를 따라서 나사 절삭하여 연속적인 홈의 패턴을 형성할 수 있다. 이때 다이아몬드 공구의 이동 속도를 조절함으로써 프리즘 패턴의 피치를 변화시킬 수 있고, 다이아몬드 공구가 원통형 롤에 침투하는 깊이, 공구와 롤의 표면 간의 수평/수직각, 원통형 롤의 회전 속도 등을 조절하여 프리즘 패턴의 규격을 보다 다양하고 세부적으로 변화시킬 수 있다.
다른 구현예에 따른 광학 복합 시트의 제조방법은 (1a) 제 1 기재층의 하면에, 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 광 흡수제를 포함하는 UV 경화성 조성물을 도포하여 코팅층을 형성하는 단계; (1b) 산소 농도가 10 부피% 이하로 조절된 챔버 내에서 상기 코팅층에 UV 광을 조사하여 UV 경화층을 얻는 단계; (2a) 상기 제 1 기재층의 상면에 제 1 프리즘 패턴 형성용 조성물을 코팅하고 패턴을 전사한 뒤 UV 경화시켜 제 1 프리즘 패턴층을 형성하는 단계; (2b) 상기 제 1 프리즘 패턴층의 상면에 제 2 기재층을 합지하는 단계; 및 (3) 상기 제 2 기재층의 상면에 제 2 프리즘 패턴층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 UV 경화성 조성물이 바인더 수지, 광 흡수제 및 UV 차단제를 포함하고, 상기 광 흡수제가 1종 이상의 유기 염료를 포함한다.
상기 구현예에 따른 방법에서, 단계 (2a) 및 (2b)는 별도의 공정 라인에서 수행되거나 또는 하나의 공정 라인에서 동시에 수행될 수 있다.
도 3은 패턴 롤을 이용한 제 1 프리즘 패턴층 형성 및 제 2 기재층과의 합지 공정을 나타낸 것이다. 도 3을 참조하여, 후면에 UV 경화층이 형성된 제 1 기재층이 제 1 권출 롤(2-1)로부터 권출되고, 제 1 코팅 장치(3-1)에 의해 제 1 기재층 상에 프리즘 패턴층 조성물이 도포된다. 이후 패턴 롤(4)에 의해 프리즘 패턴이 형성되고 이와 동시에 제 1 경화 장치(5-1)에 의해 UV 경화되어 제 1 프리즘 패턴층이 제조된다. 이와 별도로 제 2 기재층이 제 2 권출 롤(2-2)로부터 권출되고, 제 2 코팅 장치(3-2)에 의해 제 2 기재층 상에 UV 경화형 접착제 조성물이 도포된다. 이후 두 개의 가압 롤(6)에 사이를 지나면서 제 1 프리즘 패턴층의 표면에 합지된 뒤 제 2 경화 장치(5-2)에 의해 UV 경화되어, 제 2 기재층, 제 1 프리즘 패턴층, 제 1 기재층 및 UV 경화층을 갖는 복합 시트를 얻을 수 있다. 이후 상기 복합 시트의 제 2 기재층의 표면에 제 2 프리즘 패턴층을 형성하여 최종 광학 복합 시트를 얻을 수 있다.
광학 복합 시트의 구성요소
일 구현예에 따른 광학 복합 시트는 프리즘 시트; 및 UV 경화층을 포함하고, 상기 UV 경화층은 상기 프리즘 시트의 일면 상에 최외곽층으로 배치되며,
상기 UV 경화층은 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 광 흡수제를 포함하고, 상기 광 흡수제는 1종 이상의 유기 염료를 포함한다.
이와 같이 상기 광학 복합 시트는 적어도 하나의 프리즘 시트를 포함한다. 또한 상기 광학 복합 시트는 적어도 하나의 프리즘 시트의 프리즘 패턴층에 광 흡수제를 포함한다. 상기 프리즘 시트는 상기 광원으로부터 상기 표시 패널까지의 광 경로에 배치될 수 있다.
또한 상기 광학 복합 시트는, 상기 프리즘 시트의 타면 상에, 추가적인 프리즘 시트, 광 확산층 및 이중휘도향상 필름 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 상기 광학 복합 시트는 그 외에 기재 필름, 완충 필름, 기능성 코팅층 및 접착층을 더 포함할 수 있다.
다만 상기 광학 복합 시트는 UV 경화로 형성되지 않은 구성층에는 유기 염료를 포함하지 않는다. 예를 들어 상기 광학 복합 시트는 유기 염료가 함유된 열 경화층을 포함하지 않는다. 종래의 광학 복합 시트는 단순 건조에 의한 코팅층나 열 경화로 형성된 층에 유기 염료를 포함시켜 색 영역을 향상을 도모하는 시도가 있었으나, 본 발명에 따르면 이들 단순 코팅층이나 열 경화층에는 유기 염료를 포함하지 않더라도 충분한 색 영역의 향상 효과를 제공할 수 있다.
이하 각 구성요소 별로 구체적으로 설명한다.
프리즘 시트
상기 프리즘 시트는 프리즘 패턴의 계면의 굴절률 차이에 의한 집광을 통해 휘도를 향상시키는 역할을 한다.
도 6a를 참조하여, 상기 프리즘 시트(200)는 기재층(201) 및 상기 기재층 상에 형성된 프리즘 패턴층(202)을 포함한다. 상기 패턴층의 패턴 형상은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 긴 삼각 기둥 형태를 가짐으로써 계면에서 광을 굴절시킬 수 있다.
상기 프리즘 시트는 서로 다른 높이를 갖는 복수 개의 프리즘 패턴을 포함할 수 있다. 도 6b를 참조하여, 상기 프리즘 패턴은 서로 높이가 다른 제 1 패턴(202a) 및 제 2 패턴(202b)으로 구성될 수 있다. 상기 제 1 패턴의 높이(Ta)에 대한 상기 제 2 패턴의 높이(Tb)의 비율(Tb/Ta)는 0.5 내지 0.99, 또는 0.8 내지 0.95일 수 있다.
도 6c를 참조하여, 제 1 패턴(202a)의 상단의 꼭지부가 접착층(600)에 침투하여 접착이 이루어지고 이때 메니스커스(601)가 발생하여 집광 성능을 저하시키게 된다. 따라서 제 2 패턴(202b)의 높이를 제 1 패턴과 다르게 하여 상단의 형태를 보존함으로써 집광 성능의 저하를 억제할 수 있다.
상기 기재층 및 상기 패턴층은 서로 동일한 소재로 구성될 수 있고, 예를 들어 상기 기재층 및 상기 패턴층은 일체로 제조될 수 있다. 또는 상기 기재층 및 상기 패턴층은 서로 다른 소재로 구성될 수 있고, 예를 들어 기재층의 제조 후 그 위에 패턴층이 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 기재층의 소재로는 폴리에스테르 수지, 폴리에테르설폰 수지, 아크릴 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 셀룰로오스 트리아세테이트 수지, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 수지 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로 상기 기재층의 소재는 폴리에스테르 수지, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 또는 폴리에틸렌나프탈레이트 수지일 수 있다.
또한 상기 패턴층의 소재는 UV 경화형 수지일 수 있고, 예로서 에폭시 아크릴레이트 및 우레탄 아크릴레이트와 같은 아크릴레이트계 수지 또는 메타크릴레이트계 수지이거나 에폭시 수지일 수 있다.
도 6a를 참조하여, 상기 프리즘 시트의 기재층의 두께(T1)는 30 ㎛ 내지 300 ㎛일 수 있고, 구체적으로 50 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있으며, 패턴층의 두께(T2)는 10 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있고, 구체적으로 20 ㎛ 내지 60 ㎛일 수 있다.
UV 경화층
상기 UV 경화층은 상기 프리즘 시트의 일면 상에 최외곽층으로 배치된다.
상기 UV 경화층은 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 광 흡수제를 포함한다.
상기 광 흡수제는 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수한다. 상기 광 흡수제는 가시광 파장 대역 내에서 주 흡수 파장을 가질 수 있다. 다만 상기 광 흡수제의 주 흡수 파장은 가시광 파장 대역 내에서 순수한 RGB 파장을 제외한 대역에 속할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 흡수제의 주 흡수 파장이 470 nm 내지 520 nm, 또는 550 nm 내지 620 nm 내에 속할 수 있다. 구체적으로, 상기 광 흡수제의 주 흡수 파장이 480 nm 내지 510 nm, 560 nm 내지 610 nm, 또는 580 nm 내지 620 nm 내에 속할 수 있다.
상기 광 흡수제는 1종 이상의 유기 염료를 포함한다. 상기 유기 염료는 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수한다. 구체적으로 상기 유기 염료는 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 발색단(chromophore)을 가질 수 있다. 특히 상기 유기 염료는 이중 결합과 같은 불포화 결합(예: 공액 결합)을 가지고 있어서 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 광 흡수제는 피롤메틴류, 로다민류, 보론디피로메텐류, 테트라아자포르피린류, 스쿠아린류 및 시아닌류로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 유기 염료를 포함할 수 있다.
이와 같이 불포화 결합을 가지는 유기 염료는 UV 광에 의해 라디칼 반응이 발생하여 활성이 저하되기 쉽기 때문에, 통상적인 코팅층이나 열 경화 수지층에 주로 첨가되고 있다. 한편 최외곽층으로서 UV 경화를 통한 일정 수준 이상의 강도 구현이 요구되므로, 종래에는 UV 경화층에 광 흡수제를 첨가하기 어려운 문제가 있었다. 그러나 본 발명에 따르면, UV 경화층에 첨가되는 성분들의 조성 및 함량을 조절하여 UV 경화에 따른 광 흡수제의 활성 저하를 방지하면서 광학적/기계적 특성이 확보된 UV 경화층을 형성할 수 있다. 이에 따라 광 흡수층을 도입하기 위한 별도의 코팅층을 제조하지 않아도 되고, 그에 따른 추가적인 에이징 단계가 필요 없으므로 공정을 단순화하고 생산성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어 상기 광 흡수제의 함량은 상기 UV 경화층의 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 10 중량%, 예를 들어 0.01 중량% 내지 7 중량%, 0.01 중량% 내지 5 중량%, 또는 0.01 중량% 내지 3 중량%일 수 있다. 구체적으로 상기 유기 염료는 상기 UV 경화층의 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 10 중량%의 양으로 포함될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 유기 염료는 상기 UV 경화층의 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 1 중량%의 양으로 포함될 수 있다.
또한 상기 광 흡수제의 함량은 상기 UV 경화층 내에 포함되는 UV 경화형 수지 100 중량부를 기준으로, 0.01 중량부 이상, 0.015 중량부 이상, 0.02 중량부 이상, 0.025 중량부 이상, 0.03 중량부 이상, 0.035 중량부 이상, 또는 0.04 중량부 이상일 수 있고, 또한 1 중량부 이하, 0.5 중량부 이하, 0.1 중량부 이하, 0.05 중량부 이하, 0.045 중량부 이하, 0.04 중량부 이하, 0.035 중량부 이하, 0.03 중량부, 또는 0.025 중량부 이하일 수 있다.
상기 UV 경화층은 UV 경화형 수지를 포함한다. 상기 UV 경화형 수지는 코팅 및 UV 경화에 적합한 성분으로 구성될 수 있고, 예를 들어 앞서 예시한 바와 같은 UV 경화형 수지일 수 있다. 구체적으로, 상기 UV 경화형 수지는 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 아크릴릭 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트, 폴리리부타디엔 아크릴레이트, 멜라민 아크릴레이트, 에폭시 변성 아크릴레이트 및 우레탄 변성 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 UV 경화층은 UV 차단제, 산화방지제 및 광 안정제 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 UV 차단제는 히드록시벤조트리아졸계, 트리스-레조르시놀-트리아진 크로모포어계 및 히드록시페닐-벤조트리아졸 크로모포어계 UV 차단제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종일 수 있다.
또한 상기 산화방지제는 아민계, 페놀계, 유황계, 포스핀계, 포스파이트계 및 티오에스터계 산화방지제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종일 수 있다.
또한 상기 광 안정제는 HALS(hindered amine light stabilizer)계, 벤조트리아졸계 및 벤조폐놀계 광안정제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종일 수 있다.
상기 UV 경화층에 포함되는 UV 차단제의 중량은 상기 광 흡수제의 중량 대비 10배 이상, 30배 이상 또는 50배 이상일 수 있고, 또한 500배 이하, 300배 이하, 200배 이하 또는 100배 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 UV 차단제의 중량이 상기 광 흡수제의 중량 대비 10배 내지 500배, 또는 50배 내지 200배일 수 있다. 또한 상기 UV 차단제의 함량은 상기 UV 경화층의 중량을 기준으로 0.5 중량% 이상, 1 중량% 이상 또는 3 중량% 이상일 수 있고, 10 중량% 이하, 7 중량% 이하 또는 5 중량% 이하일 수 있으며, 구체적으로 1 내지 10 중량%일 수 있다.
상기 UV 경화층에 포함되는 산화방지제의 중량은 상기 광 흡수제의 중량 대비 0.5배 이상, 1배 이상, 2배 이상, 10배 이상, 또는 30배 이상일 수 있고, 또한 100배 이하, 10배 이하, 7배 이하, 또는 5배 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 산화방지제의 중량이 상기 광 흡수제의 중량 대비 1배 내지 10배일 수 있다.
상기 UV 경화층에 포함되는 상기 광 안정제의 중량은 상기 광 흡수제의 중량 대비 0.2배 이상, 0.5배 이상, 1배 이상, 5배 이상, 또는 10배 이상일 수 있고, 또한 50배 이하, 30배 이하, 20배 이하, 10배 이하, 또는 5배 이하일 수 있다. 구체적으로 상기 광 안정제의 중량이 상기 광 흡수제의 중량 대비 10배 내지 50배일 수 있다.
또한 상기 UV 경화층은 광 개시제를 더 포함할 수 있으며, 구체적으로 (2,4,6-트리메틸벤조일)디페닐포스핀, 히드록시디메틸아세토페논 및 메틸벤조일포르메이트로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종일 수 있다. 상기 광 개시제는, 상기 UV 경화층의 중량을 기준으로, 0.5 중량% 내지 5 중량%의 양으로 포함될 수 있다. 또한 상기 UV 경화층에 포함되는 광 개시제의 중량은 상기 UV 경화형 수지 100 중량부 대비 0.5 중량부 내지 5 중량부일 수 있다.
또한 상기 UV 차단제의 함량은 상기 광 개시제의 중량 대비 0.5배 이상, 1배 이상 또는 1.5배 이상일 수 있고, 또한 10배 이하, 5배 이하 또는 3배 이하일 수 있다. 예를 들어 상기 UV 차단제의 중량은 상기 광 개시제의 중량 대비 0.5배 내지 10배일 수 있다.
또한 상기 UV 경화층은 추가적인 기능을 제공하기 위한 성분을 더 포함할 수 있다.
예를 들어 상기 UV 경화층은 입경 0.5 ㎛ 내지 20 ㎛의 비드를 더 포함할 수 있다.
상기 비드는 유기 비드일 수 있고, 구체적인 소재는 아크릴레이트계 수지, 폴리스티렌 수지, 나일론 수지, 및 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 경질 아크릴레이트계 수지일 수 있다. 상기 비드의 형태는 특별히 한정되지 않으나 예를 들어 구형일 수 있다. 또한 상기 비드의 입경은 0.5 ㎛ 내지 20 ㎛인 것이 은폐력, 휘도 및 인접층과의 갈림 방지의 면에서 유리하고, 보다 구체적으로 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛, 또는 0.8 내지 6 ㎛일 수 있다.
상기 비드의 함량은 상기 UV 경화층의 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10 중량%일 수 있다. 예를 들어, 상기 비드의 함량은 상기 UV 경화층의 중량을 기준으로 0.01 중량% 이상, 0.05 중량% 이상, 0.1 중량% 이상 또는 0.5 중량% 이상일 수 있고, 또한 10 중량% 이하, 5 중량% 이하, 3 중량% 이하 또는 1 중량% 이하일 수 있다. 구체적으로 상기 비드의 함량은 상기 UV 경화층의 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 5 중량%, 0.1 중량% 내지 3 중량%, 또는 0.1 중량% 내지 1 중량%일 수 있다.
UV 경화층의 특성
상기 UV 경화층은, 이에 포함되는 광 흡수제로 인해 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수한다.
상기 UV 경화층은 가시광 파장 대역 내에서 주 흡수 파장을 가질 수 있다. 다만 상기 UV 경화층의 주 흡수 파장은 가시광 파장 대역 내에서 순수한 RGB 파장을 제외한 대역에 속할 수 있다. 이에 따라 상기 UV 경화층은 광원에서 나오는 순수한 RGB 파장 이외의 불필요한 파장을 차단하여 색 영역을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 UV 경화층의 주 흡수 파장이 470 nm 내지 520 nm, 또는 550 nm 내지 620 nm 내에 속할 수 있다. 구체적으로, 상기 UV 경화층의 주 흡수 파장이 480 nm 내지 510 nm, 560 nm 내지 610 nm, 또는 580 nm 내지 620 nm 내에 속할 수 있다.
또한 상기 UV 경화층은 상기 주 흡수 파장보다는 흡수율이 낮은 부 흡수 파장을 추가로 가질 수 있고, 상기 부 흡수 파장도 가시광 파장 대역 내에 속할 수 있다. 예를 들어 상기 부 흡수 파장도 가시광 파장 대역 내에서 순수한 RGB 파장을 제외한 대역에 속할 수 있다. 또는 상기 부 흡수 파장은 상기 주 흡수 파장과 달리 순수한 RGB 파장 대역 내에 속할 수 있고, 예를 들어 상기 부 흡수 파장은 510 nm 내지 560 nm, 또는 530 nm 내지 570 nm에 속할 수 있다.
구체적인 일례로서, 상기 UV 경화층은 580 nm 내지 620 nm에서 주 흡수 파장 및 530 nm 내지 570 nm에서 부 흡수 파장을 가질 수 있다. 상기 범위 내일 때 보다 효과적으로 색 영역을 향상시킬 수 있다.
상기 UV 경화층은 자외선 투과율이 일정 범위 내일 수 있다. 예를 들어 상기 UV 경화층의 UV-A 광에 대한 투과율은 10% 이상, 20% 이상, 또는 30% 이상일 수 있고, 또한 80% 이하, 70% 이하, 60% 이하, 또는 50% 이하일 수 있다. 구체적인 일례로서, 상기 UV 경화층이 UV-A 광에 대하여 10% 내지 70%의 투과율을 가질 수 있다.
또한 상기 UV 경화층은 가시광 투과율이 일정 수준 이상일 수 있다. 예를 들어 상기 UV 경화층은 590 nm 파장에 대한 광 투과율이 30% 이상, 45% 이상, 50% 이상, 또는 70% 이상일 수 있고, 구체적으로 30% 내지 90%, 또는 50% 내지 90%일 수 있다.
아울러, 상기 UV 경화층은 기계적/화학적 특성이 우수하다.
예를 들어, 상기 UV 경화층은 ASTM D3359 표준에 따른 크로스해치 시험에서 3B 이상, 보다 구체적으로 4B 이상을 나타낼 수 있다. 이에 따라 상기 UV 경화층은 최외곽층으로서 충분한 강도를 가지므로 추가적인 오버코팅층을 형성할 필요가 없다.
또한 상기 UV 경화층은 메틸에틸케톤, 에탄올 등의 용매에 대한 팽윤이 거의 없을 수 있다. 이에 따라 제품의 제조 과정에서 상기 UV 경화층에 화학 약품이 적용되더라도 유기 염료가 표면에 묻어나지 않아 품질을 유지할 수 있다.
UV 경화층의 추가 기능
상기 UV 경화층은 추가적인 기능을 가질 수 있다.
일례로서, 도 9를 참조하여, 상기 UV 경화층(100)은 UV 경화성 수지(120) 내에 분산된 비드(110)를 포함하여 표면에 조도를 형성함으로써, 인접 층과의 갈림(grinding) 방지 등의 기능을 추가로 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 비드는 상기 광학 복합 시트를 도광판 등과 적층 시에 도광판 하부의 도트 인쇄 패턴이나 레이저 가공에 의한 요철 패턴, 또는 광학 복합 시트 상부의 진동에 의한 마찰 마모로 계면 갈림 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다른 예로서, 상기 UV 경화층은 비드를 포함하여, 광 확산 기능을 추가로 제공할 수 있다. 구체적으로 상기 비드는 광을 확산시킴으로써 프리즘 패턴 등을 은폐시킬 수 있다. 이에 따라 상기 UV 경화층은 일정 수준의 헤이즈를 가짐으로써 충분한 은폐력을 가지면서 휘도 향상 효과를 낼 수 있다. 예를 들어 상기 UV 경화층은 3% 내지 30%, 또는 60% 내지 99%의 헤이즈를 가질 수 있다.
다른 예로서, 상기 UV 경화층은 상기 광학 복합 시트의 내열 기능을 제공할 수 있다. 이를 위해, 상기 UV 경화층은 내열성 고분자 수지를 포함할 수 있고, 예를 들어 페닐실리콘계 수지를 포함할 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 UV 경화층은 상기 광학 복합 시트의 최외곽에서 표면 경도를 향상시키는 하드코팅층으로서 기능할 수 있다.
반사 편광 필름
상기 구현예에 따른 광학 복합 시트는 휘도 향상을 위해 반사 편광 필름을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 반사 편광 필름은 상기 프리즘 시트 상에 배치될 수 있다.
상기 반사 편광 필름은 내부에 적층된 다수의 박막들에 의해 목적하는 광학적 효과를 내는 필름을 의미하여, 예로서 이중휘도향상필름(DBEF)을 들 수 있다.
구체적으로, 상기 반사 편광 필름은 서로 다른 광학적 특성을 갖는 2종 이상의 박막들을 적층된 형태로 포함할 수 있다.
도 8에서 보듯이, 상기 반사 편광 필름은 2개의 스킨층(S) 사이에 다수의 박막들의 적층체(M)를 가질 수 있다. 이때 상기 박막들의 서로 다른 광학적 특성은 굴절률일 수 있고 또는 위상차일 수도 있다.
구체적인 일례로서, 상기 반사 편광 필름은 서로 다른 광학적 특성을 가지는 제 1 수지층 및 제 2 수지층이 교대로 100층 내지 2000층, 구체적으로 800층 내지 1000층으로 적층되는 것일 수 있다.
완충 필름
상기 광학 복합 시트는 상기 반사 편광 필름의 스킨층을 보호하기 위해 완충 필름을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 10에서 보듯이, 반사 편광 필름(400)의 아래에 프리즘 시트(220)가 배치될 경우, 프리즘 시트(210)의 패턴이 반사 편광 필름의 박막에 영향을 주어 성능을 저하시킬 수 있다. 이에 따라 반사 편광 필름(400)과 프리즘 시트(220) 사이에 완충 필름(500)을 배치함으로써 이와 같은 성능 저하를 방지할 수 있다.
상기 완충 필름의 소재는 예를 들어 폴리에스테르 수지일 수 있고, 구체적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지일 수 있다.
접착층
상기 광학 복합 시트는 이의 구성 요소(프리즘 시트, 기재 필름, 반사 편광 필름, 완충 필름 등) 사이에 접착층을 포함할 수 있다.
상기 접착층의 소재로는 통상적으로 사용되는 열경화형 수지와 UV 경화형 수지를 사용할 수 있으며, 예컨대, 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계, 비닐계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계 수지 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 아크릴계 수지의 예로서 메틸메타크릴, 메타크릴, 에틸아크릴, 부틸아크릴, 아릴아크릴, 헥실아크릴, 아이소프로필메타크릴, 벤질아크릴, 비닐아크릴 또는 2-메톡시에틸아크릴 수지의 단일 중합체나 이들의 공중합체 또는 블렌드 수지를 들 수 있다.
상기 접착층의 소재의 바람직한 예로는 (메트)아크릴레이트계 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르 (메트)아크릴레이트 수지, 실리콘 우레탄 (메트)아크릴레이트 수지, 실리콘 폴리에스테르 (메트)아크릴레이트 수지, 불소 우레탄 (메트)아크릴레이트 수지, 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
기능성 코팅층
상기 구현예에 따른 광학 복합 시트는 하나 또는 둘 이상의 기능성 코팅층을 더 포함할 수 있다.
일례로서, 도 10을 참조하여, 상기 광학 복합 시트(11)의 상면에 기능성 코팅층이 형성될 수 있다. 다른 예로서, 상기 광학 복합 시트(11)의 하부에서 프리즘 시트(220)와 UV 경화층(100) 사이에 기능성 코팅층이 형성될 수 있다.
상기 기능성 코팅층은 예를 들어 광 확산층, 하드코팅층, 내열코팅층 등일 수 있다.
도 10을 참조하여, 상기 광학 복합 시트(11)의 상면에 광 확산층(320)이 형성될 수 있다. 상기 광 확산층은 광을 확산시킴으로써 프리즘 패턴 등을 은폐시킬 수 있다. 상기 광학 복합 시트는 하나 또는 둘 이상의 광 확산층을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 광학 복합 시트의 상부에 광 확산층이 형성될 수 있다. 상기 광 확산층은 60% 내지 99%의 헤이즈를 가질 수 있고, 보다 구체적으로 60% 내지 98%의 헤이즈를 가질 수 있다. 상기 바람직한 헤이즈 범위 내일 때, 충분한 은폐력을 가지면서 고휘도의 이점이 있다.
상기 내열코팅층은 내열성 고분자 수지를 포함하여 광학 복합 시트의 내열성을 높이는 역할을 한다. 상기 내열성 고분자 수지는 예를 들어 페닐실리콘계 수지를 포함할 수 있다.
상기 하드코팅층은 예를 들어 광학 복합 시트의 상면에 구비되어 표면 경도를 향상시킬 수 있다. 상기 하드코팅층에 의한 표면 경도는 2H 이상일 수 있고, 구체적으로 3H 이상, 또는 4H 이상일 수 있다.
도 7을 참조하여, 상기 광 확산층(320)은 비드(321) 및 바인더 수지(322)를 포함할 수 있다.
상기 비드는 유기 비드일 수 있고, 구체적인 소재는 아크릴레이트계 수지, 폴리스티렌 수지, 나일론 수지, 및 실리콘 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 경질 아크릴레이트계 수지일 수 있다. 상기 비드의 형태는 특별히 한정되지 않으나 예를 들어 구형일 수 있다. 또한 상기 비드의 평균 입경은 5 ㎛ 내지 20 ㎛의 평균 입경을 가지는 것이 은폐력, 휘도 및 인접층과의 갈림 방지의 면에서 유리하고, 보다 구체적으로 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛, 또는 0.8 내지 6 ㎛일 수 있다.
상기 바인더 수지는 열가소성 수지, 열경화형 수지 및 광경화형 수지 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 열가소성 수지 및 열경화성 수지의 구체적인 예로는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄 아크릴레이트계 수지, 에폭시 아크릴레이트계 수지, 셀룰로오스계 수지, 아세탈계 수지, 멜라민계 수지, 페놀계 수지, 실리콘계 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
상기 UV 경화성 수지로는 UV 광 조사에 의해 가교 및 경화되는 광중합성 프리폴리머를 사용할 수 있으며, 상기 광중합성 프리폴리머로는 양이온 중합형과 라디칼 중합형의 광중합성 프리폴리머를 들 수 있다. 상기 양이온 중합형 광중합성 프리폴리머의 예로는 에폭시계 수지나 비닐 에스테르계 수지 등을 들 수 있고, 상기 에폭시계 수지로는 비스페놀계 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 지방족 에폭시 수지 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
상기 기능성 코팅층은 필요에 따라 열안정제, UV 광개시제, 커플링제, 산화방지제, 계면활성제, 실리콘 첨가제, UV 흡수제 등을 더 포함할 수 있다.
상기 UV 광개시제는 통상적으로 UV 경화형 수지를 경화하기 위해서 사용할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. α-하이드록시케톤(α-hydroxyketone), 페닐글리옥실레이트(phenylglyoxylate), 벤질디메틸케탈(benzyldimethyl-ketal), α-아미노케톤(α-aminoketone), 트리아릴술포늄 헥사플루오로안티몬네이드(triarylsulfonium hexafluoroantimonate), 트리아릴술포늄 헥사플루오로포스페이트(triarylsulfonium hexafluorophosphate) 및 디아릴아이오도늄 염(diaryliodonium salt)과 같은 양이온성 광개시제를 포함한다.
상기 커플링제로는 실란 커플링제, 티타네이트계 커플링제, 알루미네이트계 커플링제, 실리콘 화합물 등을 들 수 있으며, 이들 커플링제는 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 산화방지제로는 페놀계, 유황계 또는 인계 산화방지제를 들 수 있고, 상기 산화방지제는 열경화성 수지 조성물의 산화에 의한 열화를 방지함으로써 경화물의 내열 안정성을 향상시키기 위하여 사용될 수 있다.
상기 계면활성제로는 분자 속에 일정 길이의 탄화수소 소수기와 -COONa 및 -OSO3Na와 같은 친수기를 분자 속에 가지는 화합물로서, 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 양성 계면활성제, 술폰산염, 황산염, 황산에스테르염, 에톡실레이트 등을 들 수 있으며, 이들 계면활성제는 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
기재 필름
상기 구현예에 따른 광학 복합 시트는 상기 기능성 코팅층이 코팅되는 기재 필름을 더 포함할 수 있다. 즉 상기 기재 필름 상에 상기 기능성 코팅층이 코팅될 수 있다.
상기 기재 필름의 소재는 예를 들어 폴리에스테르 수지일 수 있고, 구체적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지일 수 있다.
광학 복합 시트의 구성요소별 두께
이상 설명한 광학 복합 시트의 구성요소들의 두께는 일정 범위 내로 조절될 수 있다.
상기 프리즘 시트의 두께는 50 ㎛ 이상 또는 80 ㎛ 이상일 수 있고, 300 ㎛ 이하 또는 200 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 UV 경화층의 두께는 1 ㎛ 이상, 2 ㎛ 이상, 또는 3 ㎛ 이상일 수 있고, 50 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이하, 또는 5 ㎛ 이하일 수 있다. 일례로서, 상기 UV 경화층은 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 기능성 코팅층의 두께는 3 ㎛ 이상 또는 5 ㎛ 이상일 수 있고, 30 ㎛ 이하 또는 20 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 기재 필름의 두께는 50 ㎛ 이상 또는 70 ㎛ 이상일 수 있고, 200 ㎛ 이하 또는 150 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 반사 편광 필름의 두께는 50 ㎛ 이상 또는 70 ㎛ 이상일 수 있고, 200 ㎛ 이하 또는 150 ㎛ 이하일 수 있다.
상기 완충 필름의 두께는 50 ㎛ 이상 또는 70 ㎛ 이상일 수 있고, 200 ㎛ 이하 또는 150 ㎛ 이하일 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 반사 편광 필름이 50 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께를 가질 수 있고, 상기 완충 필름이 50 ㎛ 내지 200 ㎛의 두께를 가질 수 있고, 상기 프리즘 시트가 50 ㎛ 내지 350 ㎛의 두께를 가질 수 있고, 상기 기능성 코팅층이 3 ㎛ 내지 30 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
광학 복합 시트의 적층 구성
앞서 설명한 광학 복합 시트의 구성요소들(프리즘 시트, UV 경화층, 기능성 코팅층, 반사 편광 필름, 완충 필름 등)은 광 경로에 배치될 수 있다.
또한 상기 광학 복합 시트의 구성요소들은 서로 결합될 수 있다. 상기 결합은 직접적인 결합이거나 또는 접착층 등을 매개로 한 간접적인 결합일 수 있다. 이에 따라 상기 광학 복합 시트는 상기 구성요소들이 직접 또는 간접적으로 결합된 적층체를 포함할 수 있다.
일례로서, 상기 광학 복합 시트는 프리즘 시트; 및 상기 프리즘 시트 아래에 최외곽층으로서 배치되는 UV 경화층을 포함하고, 상기 프리즘 시트 및 상기 UV 경화층은 서로 직접 또는 간접적으로 서로 결합될 수 있다.
다른 예로서, 상기 광학 복합 시트는 상기 프리즘 시트와 상기 UV 경화층 사이에 삽입되는 기능성 코팅층을 더 포함할 수 있고, 상기 프리즘 시트, 상기 기능성 코팅층 및 상기 UV 경화층은 서로 직접 또는 간접적으로 서로 결합될 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 광학 복합 시트는 상기 프리즘 시트 상에 배치되는 반사 편광 필름; 및 상기 반사 편광 필름 상에 배치되는 기능성 코팅층을 더 포함하고, 상기 반사 편광 필름이 서로 다른 광학적 특성을 갖는 2종 이상의 박막들을 적층된 형태로 포함할 수 있다. 또한, 상기 광학 복합 시트가 상기 반사 편광 필름과 상기 프리즘 시트 사이에 완충 필름을 더 포함할 수 있다. 상기 반사 편광 필름, 상기 완충 필름, 상기 프리즘 시트 및 상기 기능성 코팅층은 서로 직접 또는 간접적으로 결합될 수 있다.
상기 광학 복합 시트는 2개 이상의 프리즘 시트를 포함할 수 있으며, 구체적으로 상기 프리즘 시트는 제 1 프리즘 시트 및 제 2 프리즘 시트를 포함할 수 있다. 상기 제 1 프리즘 시트와 상기 제 2 프리즘 시트의 패턴은 서로 동일하거나 또는 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 프리즘 시트는 면내 제 1 방향으로 연장되는 제 1 프리즘 패턴을 포함하는 제 1 프리즘 시트; 및 상기 제 1 방향에 대해서 교차하는 면내 제 2 방향으로 연장되는 제 2 프리즘 패턴을 포함하는 제 2 프리즘 시트를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 프리즘 시트와 상기 제 2 프리즘 시트의 패턴의 결 방향은 서로 직교할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 프리즘 시트는 수평 프리즘 시트이고, 상기 제 2 프리즘 시트는 수직 프리즘 시트일 수 있으며, 또는 그 반대일 수도 있다. 또한 상기 제 1 프리즘 시트의 패턴층과 상기 제 2 프리즘 시트의 패턴층은 모두 동일한 방향을 향하거나 또는 서로 다른 방향을 향할 수도 있다.
상기 광학 복합 시트 내에서 상기 프리즘 시트의 위치(특히 프리즘 패턴층과 다른 구성요소들과의 상대적인 위치)를 조절하여 광학 성능을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 프리즘 시트가 제 1 프리즘 시트; 및 상기 제 1 프리즘 시트 상에 배치되는 제 2 프리즘 시트를 포함하고, 상기 제 1 프리즘 시트가 제 1 기재층, 및 상기 제 1 기재층 상에 배치되는 제 1 프리즘 패턴층을 포함하고, 상기 제 2 프리즘 시트가 제 2 기재층, 및 상기 제 2 기재층 상에 배치되는 제 2 프리즘 패턴층을 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 광학 복합 시트에서 입사광이 출사되는 정면을 기준으로 상기 제 1 프리즘 시트가 상기 제 2 프리즘 시트보다 후측에 배치될 수 있다. 이때 상기 제 1 프리즘 패턴층이 면내 제 1 방향으로 연장되고, 상기 제 2 프리즘 패턴층이 상기 제 1 방향에 대해서 교차하는 면내 제 2 방향으로 연장될 수 있다.
또한 상기 광학 복합 시트가 상기 제 1 프리즘 시트 아래에 배치되는 제 1 기능성 코팅층, 및 상기 제 2 프리즘 시트 상에 배치되는 제 2 기능성 코팅층을 더 포함하고, 상기 제 1 기능성 코팅층 및 상기 제 2 기능성 코팅층이 각각 광 확산층, 갈림 방지층, 내열코팅층 및 하드코팅층으로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 제 1 기능성 코팅층, 상기 제 1 프리즘 시트, 상기 제 2 프리즘 시트, 및 상기 제 2 기능성 코팅층은 서로 직접 또는 간접적으로 결합될 수 있다.
또한 상기 광학 복합 시트가 상기 제 2 프리즘 시트와 상기 제 2 기능성 코팅층 사이에 배치되는 반사 편광 필름, 및 상기 제 2 프리즘 시트와 상기 반사 편광 필름 사이에 배치되는 완충 필름을 더 포함하고, 상기 반사 편광 필름은 서로 다른 광학적 특성을 가지는 제 1 수지층 및 제 2 수지층이 교대로 100층 내지 2000층으로 적층되는 구조를 가질 수 있다.
도 10을 볼 때, 광학 복합 시트(11)의 하부에 광이 입사하여 상부로 출사되고, 광 흡수제를 포함하는 UV 경화층(100)이 상기 프리즘 시트(210, 220)보다 아래에 배치될 수 있다. 이와 같은 배치에 따르면 광원으로부터 입사한 광이 프리즘 시트(210, 220)를 모두 통과하기 이전에 광 흡수제를 포함하는 UV 경화층(100)을 통과하게 되므로, 시야각에 따른 색 편차를 최소화할 수 있다.
구체적으로, 상기 프리즘 시트는 제 1 방향으로 연장되는 제 1 프리즘 패턴을 포함하는 제 1 프리즘 시트; 및 상기 제 1 방향에 대해서 교차하는 제 2 방향으로 연장되는 제 2 프리즘 패턴을 포함하는 제 2 프리즘 시트를 포함하고, 상기 제 1 프리즘 시트는 상기 제 2 프리즘 시트 아래에 배치되고, 상기 제 1 프리즘 시트 아래에 최외곽층으로서 UV 경화층이 배치될 수 있다.
구체적인 일례로서, 도 5a에서 보듯이, 상기 광학 복합 시트(11)는 광 확산층(320), 기재 필름(350), 제 2 프리즘 시트(220), 제 1 프리즘 시트(210), 및 광 흡수제를 포함하는 UV 경화층(100)의 순으로 포함할 수 있고, 이들 사이에 접착층(610, 620)이 형성될 수 있다.
구체적인 다른 예로서, 도 5b에서 보듯이, 상기 광학 복합 시트(11)는 제 2 프리즘 시트(220), 제 1 프리즘 시트(210) 및 광 흡수제를 포함하는 UV 경화층(100)의 순으로 포함할 수 있고, 제 2 프리즘 시트(220) 및 제 1 프리즘 시트(210) 사이에 접착층(610)이 형성될 수 있다.
구체적인 또 다른 예로서, 도 5c에서 보듯이, 상기 광학 복합 시트(11)는 광 확산층(320), 반사 편광 필름(400), 완충 필름(500), 제 2 프리즘 시트(220), 제 1 프리즘 시트(210), 및 광 흡수제를 포함하는 UV 경화층(100)의 순으로 포함할 수 있고, 이들 사이에 접착층(610, 620, 630)이 형성될 수 있다.
구체적인 또 다른 예로서, 도 5d에서 보듯이, 상기 광학 복합 시트(11)는 제 1 프리즘 시트(210) 및 광 흡수제를 포함하는 UV 경화층(100)의 순으로 포함할 수 있다.
구체적인 또 다른 예로서, 상기 도 5a 내지 5d의 적층 구조에서, 추가적인 UV 경화층에 광 흡수제를 포함하거나, 또는 기존 적층 구성에서 UV 경화로 형성되는 층에 광 흡수제를 추가로 포함할 수 있다.
색 영역
상기 구현예에 따른 광학 복합 시트를 포함하는 표시 장치는 색 영역이 종래보다 향상될 수 있다.
색 영역(color gamut)이란 광의 전체 영역에서 각 매체가 재현할 수 있는 색의 영역을 의미한다. 일반적으로 어떠한 매체의 색 영역 평가는 CIE(Commission Internationale de L'eclairage) 색도 좌표에서 RGB 세 점으로 구성된 삼각형을 얻고, 이를 NTSC(National Television System Committee) 또는 DCI(Digital Cinema Initiatives) 기준의 RGB 삼각형과 비교함으로써 수행된다.
색도(chromaticity)란 밝기를 제외한 색의 성질을 의미하는 것으로, CIE 1976 색도 좌표 u'v'는 사람이 인지하는 색상에 가장 가깝게 표현할 수 있는 방식이다.
도 13은 CIE 1931 색도 좌표 xy에서 색 영역을 산출하는 방법을 나타낸 것이다. 도 13에서 보듯이, 색도 좌표의 전체 색 영역(CG) 내에 기준이 되는 제 1 색 영역(CG1)을 작도하고, 샘플로부터 측정된 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 좌표를 꼭지점으로 하는 삼각형인 제 2 색 영역(CG2)를 작도한 뒤, 이들 간의 중첩 색 영역(CG0)의 면적을 구한다. 이후 이들 영역의 면적 간의 비율을 산출함으로써 샘플의 색 영역을 측정할 수 있다. 예를 들어 색도 좌표(CIE 1931 색도 좌표 xy 또는 CIE 1976 색도 좌표 u'v') 내에, 기준이 되는 DCI 색 영역(제 1 색 영역)의 삼각형을 작도하고, 샘플로부터 측정된 색 영역(제 2 색 영역)의 삼각형을 작도하여, 제 1 색 영역의 면적 대비 제 2 색 영역의 면적의 백분율(%)을 계산함으로써 DCI 면적비를 계산할 수 있다. 또한 상기 두 색 영역의 중첩 색 영역을 얻은 뒤, 제 1 색 영역의 면적 대비 중첩 색 영역의 면적의 백분율(%)을 계산함으로써 DCI 중첩비를 얻을 수 있다.
예를 들어 상기 광학 복합 시트를 포함하는 표시 장치는 CIE 1931 색도 좌표 xy에서의 DCI 면적비가 80% 이상일 수 있고, 구체적으로, 85% 이상, 90% 이상, 또는 95% 이상일 수 있다.
또한 상기 광학 복합 시트를 포함하는 표시 장치는 CIE 1976 색도 좌표 u'v'에서의 DCI 중첩비가 80% 이상일 수 있고, 구체적으로, 85% 이상, 90% 이상, 또는 95% 이상일 수 있다.
일례로서, 상기 광학 복합 시트를 포함하는 표시 장치는 CIE 1976 색도 좌표 u'v'에서의 DCI 중첩비가 90% 이상이고, 백색 광에 대해 250 cd/m2 이상, 260 cd/m2 이상, 또는 270 cd/m2 이상의 휘도를 나타낼 수 있다.
또한 상기 광학 복합 시트를 포함하는 표시 장치는 시야각에 따른 색도 좌표 값의 변화가 적어서 보는 각도에 따른 색편차를 효과적으로 낮출 수 있다.
구체적으로, 상기 광학 복합 시트를 포함하는 표시 장치는 아래 식에 따른 Δu'v'(60D)의 값이 0.015 이하일 수 있고, 보다 구체적으로 0.012 이하, 0.01 이하, 또는 0.007 이하일 수 있다:
Δu'v'(60D) = [ (u'0 - u'60) 2 + (v'0 - v'60) 2 ] 1/2
상기 식에서 u'0 및 u'60은 각각 표시 장치의 정면 및 60°각도에서 측정한 CIE 1976 색도 좌표 u' 값이고, v'0 및 v'60은 각각 표시 장치의 정면 및 60°각도에서 측정한 CIE 1976 색도 좌표 v' 값이다.
또한 상기 광학 복합 시트를 포함하는 표시 장치는 상기와 같은 방식으로 표시 장치의 정면 및 -60°각도에서 각각 측정하여 얻은 Δu'v'(-60D)의 값도 역시 0.015 이하, 0.012 이하, 0.01 이하, 또는 0.007 이하일 수 있다.
파장 흡수 선택성
상기 광학 복합 시트는 UV 경화층에 광 흡수제, 구체적으로 유기 염료를 포함하여 특정 파장 대역의 광에 대한 흡수 선택성이 우수하다. 이에 따라 상기 광학 복합 시트의 투과 스펙트럼 곡선은 가시광 대역 중 특정 파장에서 좁고 깊은 계곡을 나타낼 수 있다.
반면 광 흡수제로서 유기 염료가 아닌 안료 또는 형광체를 사용할 경우에는 이와 같은 특정 파장의 광에 대한 선택적인 흡수 특징은 달성하기 어렵다. 구체적으로, 상기 구현예에 따르면 유기 염료가 용매에 균일하게 용해되어 UV 경화층에 첨가되므로 파장 흡수 선택성이 매우 우수할 수 있고, 그 이외 파장에 대해서는 거의 흡수하지 않으므로 휘도 저하를 최소화할 수 있다. 반면, 광 흡수제로서 안료나 형광체를 사용할 경우 용매에 용해되지 않고 분산되므로 특정 파장에 대한 흡수 선택성이 저조하여 색 영역을 향상시키는 용도로는 적절하지 않다.
상기 광학 복합 시트에서 측정된 파장별 투과율을, 상기 광학 복합 시트에서 광 흡수제만을 제거한 뒤 측정된 파장별 투과율에서 뺀 순 흡광율을 구한 뒤, 이를 스펙트럼 곡선(즉 가로축이 파장이고 세로축이 순 흡광율인 그래프)으로 나타낼 경우 주 흡수 피크가 매우 뽀족하고 좁게 나타날 수 있다.
도 14a는 일 실시예에 따른 광 흡수제를 함유하는 UV 코팅층을 최외곽층으로 갖는 광학 복합 시트, 및 참조예로서 UV 코팅층에서 광 흡수제만을 제거한 광학 복합 시트의 투과 스펙트럼을 예시적으로 나타낸 것이다. 도 14a에서 보듯이, 일 실시예의 광학 복합 시트의 투과 스펙트럼 곡선은 UV 경화층에 함유된 유기 염료에 의해 가시광 대역 중 특정 파장에서 좁고 깊은 계곡을 나타낸다. 이와 달리 UV 경화층에 유기 염료가 첨가되지 않은 참조예의 경우 투과 스펙트럼 곡선에서 가시광 대역의 모든 파장에서 평평하게 나타난다.
도 14b는 각 파장 별로 참조예의 투과율에서 실시예의 투과율을 뺀 값, 즉 유기 염료에 의한 순 흡광율을 구한 뒤, 이를 스펙트럼 곡선으로 나타낸 것이다. 도 14b에서 순 흡광율의 피크(뾰족한 봉우리)의 최고 높이(h)는 약 10~12%이고, 이의 1/2에 해당하는 높이(1/2 h)는 약 5~6%이며, 그 높이에서의 피크 폭(w), 즉 반치폭(FWHM)은 약 50 nm 이내로 측정되었다. 이와 같이 일 실시예에 따른 광학 복합 시트는 순 흡광율 스펙트럼에서 피크의 반치폭이 50 nm 이하로 매우 좁으므로 파장의 흡수 선택성이 매우 높다.
즉 상기 광학 복합 시트는 하기 식 (1)을 만족할 수 있다:
FWHM ≤ 50 nm ... (1)
상기 식 (1)에서 FWHM은 파장에 따른 순 흡광율의 스펙트럼 곡선에서 최대 피크의 반치폭(nm)이고, 상기 순 흡광율이 측정되기 위해서 광원이 준비되고, 상기 광원으로부터의 광을 상기 광학 복합 시트에 통과시켜 제 1 투과율(T1)이 측정되고, 상기 광학 복합 시트에서 상기 광 흡수제만이 제거된 참조 시트가 준비되고, 상기 광원으로부터의 광을 상기 참조 시트에 통과시켜 제 2 투과율(T0)이 측정되고, 상기 순 흡광율은 제 2 투과율(T0)에서 제 1 투과율(T1)을 뺀 값이다.
구체적으로 상기 식 (1)의 FWHM의 값은 0 nm 내지 50 nm, 또는 10 nm 내지 40 nm일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 순 흡광율 스펙트럼에서 최대 피크는 제 1 흡수 파장 대역에 나타날 수 있고, 여기서 상기 제 1 흡수 파장 대역은 500 nm 내지 700 nm일 수 있으며, 구체적으로 550 nm 내지 650 nm일 수 있다. 또한 상기 순 흡광율의 스펙트럼 곡선에서 최대 피크의 높이는 5% 이상일 수 있고, 예를 들어 10% 이상일 수 있으며, 구체적으로 5% 내지 50%, 또는 10% 내지 30%일 수 있다.
또한 상기 순 흡광율을 측정하기 위해 사용되는 광원은 연속 발광 스펙트럼을 가지는 백색 광을 출사하는 광원일 수 있다.
표시 장치
일 구현예에 따른 표시 장치는 광원, 표시 패널, 및 광학 복합 시트를 포함한다. 상기 표시 패널은 상기 광원으로부터 광을 입사받아 영상을 표시한다. 상기 광학 복합 시트는 상기 광원으로부터 상기 표시 패널까지의 광 경로에 배치된다. 따라서, 상기 표시 장치는 광원; 상기 광원으로부터 광이 입사되는 광학 복합 시트; 및 상기 광학 복합 시트로부터 광이 입사되는 표시 패널을 포함할 수 있다. 상기 광원으로부터 광은 상기 광학 복합 시트를 통과하면서 특성이 향상되고, 상기 표시 패널은 상기 향상된 특성의 광을 사용하여 영상을 표시한다. 그 결과, 도 12를 참조하여, 표시 장치(1)의 화면으로부터 출사된 광(L)을 통해 보여지는 영상은 우수한 색감으로 인지될 수 있다.
구체적으로, 도 11을 참조하여, 상기 표시 장치(1)는, 백라이트 유닛(10); 및 상기 백라이트 유닛(10) 상에 배치되는 표시 패널(20)을 포함할 수 있다. 상기 백라이트 유닛(10)은 광학 복합 시트(11); 및 확산판 또는 도광판(700)을 포함할 수 있고, 광원(900)을 더 포함할 수 있다.
상기 광원은 상기 도광판의 측면 또는 상기 확산판의 아래에 배치될 수 있다. 상기 확산판 또는 도광판(700)은 상기 광학 복합 시트(11)의 아래에 배치되어 광원(900)으로부터 발생하는 광을 표시 패널(20)로 확산시키거나 전달하는 역할을 한다. 상기 도광판(700)은 에지형 광원인 경우에 이용되고 이때 상기 도광판(700)의 아래에 반사판(800)이 배치됨으로써 광 손실을 줄일 수 있다. 상기 확산판은 직하형 광원인 경우에 이용되고 LED 면 광원이 이용되어 광 효율이 향상될 수 있다.
에지형 광원인 경우에, 도 11을 참조하여, 광원(900)으로부터 발생한 광은 도광판(700)의 측면에 입사하고 반사판(800)에 반사되어 광학 복합 시트(11)의 하부로 입사한다. 이와 같이 입사된 광은 광학 복합 시트(11)를 수직으로 통과하여 상부로 출사하게 된다. 상기 광학 복합 시트(11)의 상부로 출사된 광은 표시 패널(20)에 입사되고 그 결과 표시 패널의 화면에 영상이 표시될 수 있다.
직하형 광원인 경우에, 광원으로부터 발생한 광은 반사판에 반사되고 확산판을 거쳐 복합 시트의 하부로 입사한다. 이와 같이 입사된 광은 광학 복합 시트를 수직으로 통과하여 상부로 출사하게 된다. 상기 광학 복합 시트의 상부로 출사된 광은 표시 패널에 입사되고 그 결과 표시 패널의 화면에 영상이 표시될 수 있다.
상기 광원은 백색 광원일 수 있다. 예를 들어 상기 광원은 연속 발광 스펙트럼을 가질 수 있다. 구체적으로 상기 광원은 백색 LED일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광원은 청색 GaN(Gallium Nitride) 발광 칩 및 노란색 YAG(Yttrium Aluminum Garnet, Y3Al5O12) 형광체를 포함할 수 있다. 또한 상기 광원은 청색 GaN(Gallium Nitride) 발광 칩 및 r,g 형광체를 포함하거나 r 형광체와 적색 KSF(K2SiF6:Mn) 형광체를 포함할 수 있다.
상기 표시 패널(20)은 액정셀 및 하나 이상의 편광판을 포함할 수 있고, 구체적인 예로서 제 1 편광판, 액정 셀, 및 제 2 편광판이 적층된 구조를 가질 수 있으며, 이들 편광판과 액정 셀 사이에는 접착층이 형성될 수 있다.
상기 표시 장치(1)는 상기 표시 패널(20) 상에 배치되는 커버 윈도우(30)를 더 포함할 수 있다. 상기 커버 윈도우는 투명 플라스틱 기재 또는 유리 기재일 수 있고, 구체적으로 투명 폴리이미드 필름이나 초박막 글래스(UTG)일 수 있다. 또한 상기 표시 장치(1)는 상기 표시 패널(20)와 연결되는 전극 및 기판을 더 포함할 수 있다. 그 외에도 상기 액정 표시 장치(1)는 이들 구성 요소들을 둘러싸면서 보호하는 프레임(51, 52)을 포함할 수 있다.
[실시예]
이하 상기 구현예를 보다 구체적인 예시를 들어 설명하나, 상기 구현예의 범위가 이들 범위로 한정되는 것은 아니다.
제조예 1
아래 성분들을 혼합하여 UV 경화성 조성물을 제조하였다.
- 20 중량부의 UV 경화형 수지 : 폴리우레탄아크릴레이트 수지(고형분 100%)
- 0.1 중량부의 비드 : 폴리부틸메타크릴레이트 비드, 입경 약 5 ㎛
- 0.01 중량부의 광 흡수제 : 유기 염료(PANAX NEC 584, 욱성화학)
- 1 중량부의 UV 차단제 : Tinuvin 928, BASF사
- 0.5 중량부의 광 개시제 : I-184, Ciba사
- 75 중량부의 용매 : 톨루엔/메틸에틸케톤(1:1)
광학 복합 시트의 제조
실시예 1
단계 1) 상기 제조예 1의 조성물을 두께 100 ㎛의 기재층(PET 필름)의 일면에 메이어 바(mayer bar)를 이용하여 코팅하고 건조 및 UV 경화하여 두께 5 ㎛의 UV 경화층을 형성하였다. 상기 UV 경화는 액체 질소를 기화하여 산소 농도를 약 5 부피%로 조절한 챔버 내에서 UV 광을 조사하여 수행되었다. 이후 상기 제 1 기재층의 타면에 두께 약 40 ㎛의 제 1 프리즘 패턴을 형성하여 제 1 프리즘 시트를 제조하였다.
단계 2) 두께 100 ㎛의 제 2 기재층(PET 필름)의 일면에 두께 약 40 ㎛의 제 2 프리즘 패턴층을 형성하여 제 2 프리즘 시트를 제조하였다. 상기 제 2 기재층의 타면에 메이어 바를 이용하여 0.5~1.0 ㎛의 두께로 접착제를 코팅하고, 앞서 제조한 제 1 프리즘 시트의 제 1 프리즘 패턴층의 표면에 부착하였다.
단계 3) 폴리메틸메타크릴레이드(PMMA) 비드 15 중량부, 아크릴 바인더 수지 35 중량부, 및 용매로서 메틸에틸케톤(MEK) 50 중량부가 혼합된 조성물을 제조한 뒤, 두께 100 ㎛의 제 3 기재층(PET 필름)의 일면에 메이어 바를 이용하여 상기 조성물을 코팅 및 건조하여 두께 약 10 ㎛의 광 확산층을 형성하였다. 상기 제 3 기재층의 타면에 메이어 바를 이용하여 0.5~1.0 ㎛의 두께로 접착제를 코팅하고, 앞서 제조한 제 2 프리즘 시트의 제 2 프리즘 패턴층의 표면에 부착하였다.
그 결과 도 5a와 같이 아래로부터 UV 경화층/제 1 기재층/제 1 프리즘 패턴층/접착제층/제 2 기재층/제 2 프리즘 패턴층/접착제층/제 3 기재층/광 확산층으로 구성된 광학 복합 시트를 얻었다.
비교예 1
단계 1) 광 흡수층 조성물(아크릴 바인더 수지(AOF-2914, 애경사)와 프로필렌글리콜메틸에테르(PGME)가 30:70의 중량비로 혼합된 용액 100 중량부에, 광 흡수제(PANAX NEC 584, 욱성화학) 0.05 중량부가 첨가된 조성물)을 두께 125 ㎛의 제 1 기재층(PET)의 일면에 코팅하고 건조 및 열 경화하여 두께 3 ㎛의 광 흡수 코팅층을 형성하였다.
단계 2) 폴리부틸메타크릴레이드(PBMA) 비드 15 중량부, UV 경화형 우레탄아크릴레이트 수지 35 중량부, 및 용매로서 메틸에틸케톤(MEK) 50 중량부가 혼합된 조성물을 제조한 뒤, 상기 광 흡수 코팅층의 표면에 메이어 바를 이용하여 코팅 및 건조하여 두께 약 5 ㎛의 후면 코팅층을 형성하였다. 상기 제 1 기재층의 타면에 UV 경화형 수지를 코팅하고 표면에 패턴을 갖는 마스터 롤을 이용하여 프리즘 패턴을 형성하면서 UV 경화시켜 두께 약 40 ㎛의 제 1 프리즘 패턴층을 제조하였다.
단계 3) 두께 100 ㎛의 제 2 기재층(PET 필름)의 일면에 두께 약 40 ㎛의 제 2 프리즘 패턴층을 형성하여 제 2 프리즘 시트를 제조하였다. 상기 제 2 기재층의 타면에 메이어 바를 이용하여 0.5~1.0 ㎛의 두께로 접착제를 코팅하고, 앞서 제조한 제 1 프리즘 시트의 제 1 프리즘 패턴층의 표면에 부착하였다.
단계 4) 폴리메틸메타크릴레이드(PMMA) 비드 15 중량부, 아크릴 바인더 수지 35 중량부, 및 용매로서 메틸에틸케톤(MEK) 50 중량부가 혼합된 조성물을 제조한 뒤, 두께 100 ㎛의 제 3 기재층(PET 필름)의 일면에 메이어 바를 이용하여 상기 조성물을 코팅 및 건조하여 두께 약 10 ㎛의 광 확산층을 형성하였다. 상기 제 3 기재층의 타면에 메이어 바를 이용하여 0.5~1.0 ㎛의 두께로 접착제를 코팅하고, 앞서 제조한 제 2 프리즘 시트의 제 2 프리즘 패턴층의 표면에 부착하였다.
그 결과 도 5b와 같이 아래로부터 후면 코팅층/광 흡수 코팅층/제 1 기재층/제 1 프리즘 패턴층/접착제층/제 2 기재층/제 2 프리즘 패턴층/접착제층/제 3 기재층/광 확산층으로 구성된 광학 복합 시트를 얻었다.
비교예 2
상기 실시예 1의 단계 1 내지 3의 절차를 반복하되, UV 경화층을 형성하는 단계에서 챔버 내의 산소 농도를 조절하지 않고 대기와 동일한 산소 농도(약 21 부피%)에서 UV 경화를 수행하였다.
비교예 3
상기 실시예 1의 단계 1 내지 3의 절차를 반복하되, UV 차단제를 거의 사용하지 않고 UV 경화층을 제조하여 광학 복합 시트를 얻었다.
광학 복합 시트의 표시 장치에의 적용
액정 표시 장치(55인치 LED 직하형, 220V, LG전자)에서 액정 표시 패널의 후면에 위치하는 광학 필름(반사 편광 필름, 프리즘 시트 등)을 제거하고, 그 위치에 광학 복합 시트를 배치하였다.
시험예 1: 투과율, 투과색 및 헤이즈
광학 복합 시트를 분광측색계(CM-3700A, 코니카 미놀타사, 광원 D65)에 넣고 투과율 및 투과색을 측정하였다. 또한 헤이즈미터(NDH2000, Nippon Denshoku)를 이용하여 광학 복합 시트의 헤이즈를 측정하였다. 전광선 투과율은 약 84.5~90.5%, 594 nm 파장에서의 투과율은 약 75~79%, 헤이즈는 약 5.0% 이하인 것이 바람직하다. 또한 투과색의 좌표에서 x는 0.30~0.31, y는 약 0.31~0.32인 것이 바람직하다.
시험예 2: 상대 휘도, 색좌표 및 DCI 중첩비
광학 복합 시트를 표시 장치에 적용하고 스펙트로라디오미터(Spectroradiometer, SR-3, TOPCON, Working Distance: 660 mm, Field Spec.: 0.2D)를 이용하여 휘도(luminance), CIE 1931 색도 좌표 xy 등을 측정하고, 이를 바탕으로 색 영역(color gamut)의 면적 및 DCI 중첩비 등을 산출하였다. 비교예 1의 광학 복합 시트의 휘도를 100%로 하여 상대 휘도를 산출하였다. CIE 1931 색도 좌표에서 x는 0.274~0.275, y는 0.280~0.281인 것이 바람직하고, DCI 중첩비는 85% 이상인 것이 바람직하다.
시험예 3: 크로스해치
광학 복합 시트의 후면(즉 실시예 1 및 비교예 2의 광학 복합 시트의 UV 경화층의 표면, 및 비교예 1의 광학 복합 시트의 후면 코팅층의 표면)에 대해, ASTM D3359 표준에 따라 테이프(3MTM 810)를 이용하여 크로스해치 시험을 수행하였다. 크로스해치 시험 결과 4B 이상인 경우 양호한 것으로 평가하였다.
시험예 4: 용매에 의한 팽윤
광학 복합 시트의 후면(즉 실시예 1 및 비교예 2의 광학 복합 시트의 UV 경화층의 표면, 및 비교예 1의 광학 복합 시트의 후면 코팅층의 표면)에, 용매(메틸에틸케톤 또는 에탄올)를 적신 거즈를 10회 닦아내었다. 이후 거즈 표면을 육안으로 확인하여, 유기 염료가 묻어나오지 않았을 경우 양호한 것으로 평가하였다.
상기 시험 결과를 하기 표 1 및 2에 나타내었다.
| 구 분 | 단위 | 실시예 1 | 비교예 1 | ||
| 총 두께 | ㎛ | 391.7 | 394.8 | ||
| 광학 복합 시트 |
전광선 투과율 | % | 87.6 | 88.4 | |
| 투과색 좌표 (D65) | x | - | 0.306 | 0.307 | |
| y | - | 0.313 | 0.314 | ||
| 투과율 (@594 nm) | % | 76.9 | 79.4 | ||
| 투과율 (@360 nm) | % | 82.7 | 25.8 | ||
| 헤이즈 | % | 1.3 | 3.02 | ||
| 표시 장치 |
상대 휘도 | % | 101.2 | 100 | |
| 색도 좌표 x | 0.2745 (-0.0004) | 0.2749 | |||
| 색도 좌표 y | 0.2806 (+0.0009) | 0.2797 | |||
| DCI 중첩비 | % | 86.5 | 86.9 | ||
| 구 분 | 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 크로스해치 시험 | 양호 | 양호 | 불량 |
| 팽윤 (메틸에틸케톤) | 양호 | 양호 | 불량 |
| 팽윤 (에탄올) | 양호 | 양호 | 불량 |
상기 표 1에서 보듯이, 실시예 1은 비교예 1보다 총 두께가 얇으면서 색 영역 및 휘도가 모두 우수하였다. 이로부터 실시예 1의 광학 복합 시트의 UV 경화층 내의 유기 염료가 UV 경화 과정에서 열화되지 않고 함유되어 있음을 알 수 있다. 또한 상기 표 2에서 보듯이, 실시예 1은 크로스해치 및 팽윤 시험에서 모두 양호한 반면, 비교예 2는 모두 불량하게 평가되었다. 이로부터 UV 경화 시의 산소 농도를 조절하지 않을 경우 경화도가 저조해져 최외곽층으로 기능할 수 없음을 알 수 있다.
시험예 5: 투과 스펙트럼
실시예 1 및 비교예 1의 광학 시트를 분광측색계(CM-3700A, 코니카 미놀타사, 광원 D65)에 넣고 투과 스펙트럼을 각각 측정하고, 그 결과를 도 14a에 나타내었다. 도 15a에서 보듯이, 제 1 기재층의 후면에 유기 염료를 함유하는 단일 UV 경화층을 형성한 실시예 1의 투과 스펙트럼과 비교하여, 제 1 기재층의 후면에 광 흡수 코팅층을 별도로 형성하고 UV 경화층을 오버코팅한 비교예 1의 투과 스펙트럼이 유사하게 얻어짐을 확인할 수 있었다. 이를 통해 종래보다 단순한 제조 공정으로도 색 영역을 향상시키면서도 광 흡수에 따른 휘도 저하가 최소화된 광학 복합 시트를 제공할 수 있음을 알 수 있다.
추가로 실시예 1 및 비교예 3의 광학 시트를 분광측색계(CM-3700A, 코니카 미놀타사, 광원 D65)에 넣고 투과 스펙트럼을 각각 측정하고, 그 결과를 도 14b에 나타내었다. 도 15b에서 보듯이, UV 경화층에 UV 차단제를 거의 첨가하지 않은 비교예 3의 경우에 흡수 피크가 실시예 1에 비해 깊지 않음을 확인할 수 있다. 이를 통해 실시예 1과 같이 UV 경화층에 UV 차단제를 적정량 사용하는 구성이 보다 바람직함을 확인할 수 있다.
1: 표시 장치, 2: UV 경화 챔버,
2-1: 제 1 권출 롤, 2-2: 제 2 권출 롤,
3-1: 제 1 경화 장치, 3-2: 제 2 경화 장치,
4: 패턴 롤, 6: 가압 롤,
5-1: 제 1 경화 장치, 5-2: 제 2 경화 장치,
10: 백라이트 유닛, 11: 광학 복합 시트,
20: 표시 패널, 30: 커버 윈도우,
51: 상부 프레임, 52: 하부 프레임,
100: UV 경화층, 100': UV 경화성 코팅층,
101: 비드, 102: UV 경화성 수지,
150: 광 흡수층(열 경화층), 200: 프리즘 시트,
201: 기재층, 202: 프리즘 패턴층,
202a: 제 1 패턴, 202b: 제 2 패턴,
210: 제 1 프리즘 시트, 220: 제 2 프리즘 시트,
211: 제 1 기재층, 212: 제 1 프리즘 패턴층,
221: 제 2 기재층, 222: 제 2 프리즘 패턴층,
310: 기능성 코팅층, 320: 광 확산층,
321: 비드, 322: 바인더 수지,
350: 기재 필름,
400: 반사 편광 필름, 500: 완충 필름,
600, 610, 620, 630: 접착층, 601: 메니스커스,
700: 도광판, 800: 반사판,
L: 출사광, UV: UV광
M: 적층체, S1, S2: 스킨층,
T1: 기재층의 두께, T2: 패턴층의 두께,
Ta: 제 1 패턴의 높이, Tb: 제 2 패턴의 높이,
CG: 전체 색 영역, CG0: 중첩 색 영역,
CG1: 제 1 색 영역, CG2: 제 2 색 영역,
R: 적색, G: 녹색, B: 청색.
2-1: 제 1 권출 롤, 2-2: 제 2 권출 롤,
3-1: 제 1 경화 장치, 3-2: 제 2 경화 장치,
4: 패턴 롤, 6: 가압 롤,
5-1: 제 1 경화 장치, 5-2: 제 2 경화 장치,
10: 백라이트 유닛, 11: 광학 복합 시트,
20: 표시 패널, 30: 커버 윈도우,
51: 상부 프레임, 52: 하부 프레임,
100: UV 경화층, 100': UV 경화성 코팅층,
101: 비드, 102: UV 경화성 수지,
150: 광 흡수층(열 경화층), 200: 프리즘 시트,
201: 기재층, 202: 프리즘 패턴층,
202a: 제 1 패턴, 202b: 제 2 패턴,
210: 제 1 프리즘 시트, 220: 제 2 프리즘 시트,
211: 제 1 기재층, 212: 제 1 프리즘 패턴층,
221: 제 2 기재층, 222: 제 2 프리즘 패턴층,
310: 기능성 코팅층, 320: 광 확산층,
321: 비드, 322: 바인더 수지,
350: 기재 필름,
400: 반사 편광 필름, 500: 완충 필름,
600, 610, 620, 630: 접착층, 601: 메니스커스,
700: 도광판, 800: 반사판,
L: 출사광, UV: UV광
M: 적층체, S1, S2: 스킨층,
T1: 기재층의 두께, T2: 패턴층의 두께,
Ta: 제 1 패턴의 높이, Tb: 제 2 패턴의 높이,
CG: 전체 색 영역, CG0: 중첩 색 영역,
CG1: 제 1 색 영역, CG2: 제 2 색 영역,
R: 적색, G: 녹색, B: 청색.
Claims (12)
- 프리즘 시트; 및 UV 경화층을 포함하고,
상기 UV 경화층은 상기 프리즘 시트의 일면 상에 최외곽층으로 배치되며,
상기 UV 경화층은 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 광 흡수제를 포함하고, 상기 광 흡수제는 1종 이상의 유기 염료를 포함하며,
상기 UV 경화층이 UV 차단제 및 광 개시제를 더 포함하고, 상기 UV 차단제의 중량이 상기 광 개시제의 중량 대비 0.5배 내지 10배인, 광학 복합 시트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유기 염료가, 상기 UV 경화층의 중량을 기준으로, 0.01 중량% 내지 10 중량%의 양으로 포함되는, 광학 복합 시트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 UV 차단제의 중량이 상기 광 흡수제의 중량 대비 50배 내지 200배인, 광학 복합 시트.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 UV 경화층이 1 ㎛ 내지 10 ㎛의 두께를 가지는, 광학 복합 시트.
- 제 5 항에 있어서,
상기 UV 경화층이 입경 0.5 ㎛ 내지 20 ㎛의 비드를 더 포함하는, 광학 복합 시트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광학 복합 시트는 유기 염료가 함유된 열 경화층을 포함하지 않는, 광학 복합 시트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 UV 경화층이 ASTM D3359 표준에 따른 크로스해치 시험에서 4B 이상인, 광학 복합 시트.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광학 복합 시트가, 상기 프리즘 시트의 타면 상에, 추가적인 프리즘 시트, 광 확산층 및 이중휘도향상 필름 중에서 적어도 하나를 포함하는, 광학 복합 시트.
- 기재층의 일면 상에, 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 광 흡수제를 포함하는 UV 경화성 조성물을 도포하여 코팅층을 형성하는 단계;
산소 농도가 10 부피% 이하로 조절된 챔버 내에서 상기 코팅층에 UV 광을 조사하여 UV 경화층을 얻는 단계; 및
상기 기재층의 타면 상에 프리즘 패턴층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 광 흡수제가 1종 이상의 유기 염료를 포함하며,
상기 UV 경화층이 UV 차단제 및 광 개시제를 더 포함하고, 상기 UV 차단제의 중량이 상기 광 개시제의 중량 대비 0.5배 내지 10배인, 광학 복합 시트의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 챔버 내의 산소를 질소로 치환하는 공정을 수행함으로써, 상기 챔버의 산소 농도를 10 부피% 이하로 조절하는, 광학 복합 시트의 제조방법.
- 광원;
상기 광원으로부터 광을 입사받아 영상을 표시하는 표시 패널; 및
상기 광원으로부터 상기 표시 패널까지의 광 경로에 배치되는 광학 복합 시트를 포함하고,
상기 광학 복합 시트는
프리즘 시트; 및 UV 경화층을 포함하고,
상기 UV 경화층은 상기 프리즘 시트의 일면 상에 상기 광학 복합 시트의 최외곽층으로서 배치되며,
상기 UV 경화층은 특정 파장 대역의 광을 선택적으로 흡수하는 광 흡수제를 포함하고, 상기 광 흡수제는 적어도 1종의 유기 염료를 포함하며,
상기 UV 경화층이 UV 차단제 및 광 개시제를 더 포함하고, 상기 UV 차단제의 중량이 상기 광 개시제의 중량 대비 0.5배 내지 10배인, 표시 장치.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210086695A KR102576250B1 (ko) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | 광학 복합 시트 및 이를 포함하는 표시 장치 |
| PCT/KR2022/009308 WO2023277569A1 (ko) | 2021-07-01 | 2022-06-29 | 광학 복합 시트 및 이를 포함하는 표시 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210086695A KR102576250B1 (ko) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | 광학 복합 시트 및 이를 포함하는 표시 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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