KR20050058466A

KR20050058466A - 광제어 필름

Info

Publication number: KR20050058466A
Application number: KR1020057003058A
Authority: KR
Inventors: 히데키 에토리
Original assignee: 키모토 컴파니 리미티드
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-06-16
Also published as: US20080007969A1; JPWO2004021052A1; US20080043489A1; TW200409961A; TWI269070B; JP2010009060A; US7320535B2; CN1678927A; CN100373176C; US20050243561A1; JP4440788B2; JP5209586B2; WO2004021052A1; US7771091B2; KR100937093B1

Abstract

한쪽 면에 요철패턴을 갖는 광제어 필름의 요철패턴이 소정 조건을 갖추도록 제어함으로써, 적당한 확산성을 갖추고 번쩍임의 문제가 없는 광제어 필름을 제공할 수 있다. 이 광제어 필름은 적은 광학 필름의 사용으로 확실하게 정면휘도의 향상을 꾀할 수 있다.

소정 조건은 필름을 구성하는 재료의 굴절률을 n이라고 할 때 필름의 기준면에 수직인 임의의 단면에 대해서, 요철패턴에 의해 획정되는 단면단부의 곡선(이하 단면곡선이라고 한다) 기울기의 절대값의 평균(θave)이 (78-34n)도 이상으로서 (118-34n)도 이하로 하는 것 또는 단면곡선 기울기의 절대값과, 기준면과 단면의 교차부에 의해 획정되는 직선의 길이(L1)에 대한 상기 단면곡선의 길이(L2) 비(L2/L1)가 실질적으로 전체 단면에 대해서 다음 식(3) 또는 (4)를 만족하도록 하는 것이다.

Description

광제어 필름{Light control film}

이 발명은 액정 디스플레이 등의 백라이트 등에 사용하는 광제어용 필름과 그것을 사용한 백라이트에 관한 것이다.

액정 디스플레이 등의 백라이트로서, 도광판의 적어도 한쪽 단부에 광원을 배치한 에지라이트(edge light)형 백라이트가 널리 사용되고 있다. 에지라이트형 백라이트는 그 자신의 두께를 얇게 할 수 있다는 이점이 있지만, 광원이 단부에 존재하기 때문에 출사하는 빛은 정면에서 크게 기울어진 성분을 많이 포함하여, 높은 정면휘도를 얻기 어렵다. 종래의 백라이트에서는 정면휘도를 향상시키기 위해서 프리즘 시트 등의 광학 필름이나 광확산 필름을 여러장 조합시켜 사용하고, 출사광을 정면에 세워놓고 있다(예를 들면, 일본국 특허공개 제(평)8-55507호 공보, 일본국 특허공개 제2000-352607호 공보 등).

그러나 이와 같이 광학 필름을 여러장 조합시켜 끼워넣은 백라이트로는 박형화(薄型化), 저비용화에 지장을 초래하는 것 외에, 복수의 광학 필름을 적층함으로써 기인하는 뉴턴링(Newton's ring)의 발생이나 필름끼리의 접촉에 의한 흠집의 발생이 문제로 되고 있다.

한편 출사광의 방향을 제어하기 위한 광제어 필름으로서는 프리즘 시트나 렌즈 시트가 널리 사용되고 있지만, 이들 광학 필름은 일반적으로 고가이고, 이것에 대신할 광제어 필름이 개발되어 있어, 그 표면형상이나 요철에 대해서 여러가지 제안이 이루어져 있다. 예를 들면, 일본국 특허공개 제(평)4-146401호 공보에는 광확산재와 조합시켜 사용하는 규제부재(規制部材)로서, 크고작은 톱니형상 부분을 조합시킨 불규칙한 요철형상을 갖는 부재가 제안되어 있다. 또한 일본국 특허공개 제(평)5-16015호 공보에는 반구형상, 원추형상 또는 프리즘형상 등 소정 형상의 광학소자를 소정 피치로 규칙적으로 다수 배치한 광확산 시트가 제안되어 있다.

그러나 프리즘 시트나 렌즈 시트를 포함하는 종래의 광제어 필름은, 어느 정도 광학에 기초한 표면설계에 의해 정면(필름면과 직교하는 면)에 출사하는 빛의 비율을 많게 할 수 있지만, 규칙적으로 배열되는 볼록부에 기인해서 간섭형상 패턴이 나타나기 쉽고, 또한 그것만으로는 번쩍거려 보기 어려워진다는 결점이 있다. 이것을 해소하기 위해서는 광확산 시트 등의 병용이 필수로 되고, 그것에 의해 상술한 필름 적층의 문제나 전체적인 휘도의 저하라는 문제도 생긴다.

또한 일본국 특허공개 제(평)4-146401호 공보에 기재된 규제부재와 같이 크고작은 톱니형상 부분을 조합시켜 불규칙한 요철형상으로 한 경우에는, 휘도의 향상이나 번쩍임의 저감 등의 특성을 필름면 내에서 균일하게 하는 것이 용이하지는 않다.

따라서 본 발명은 단독으로 또는 적은 광학 필름의 사용으로 확실히 정면휘도의 향상을 꾀할 수 있는 것과 동시에, 적당한 확산성을 갖추고 번쩍임의 문제가 없는 광제어 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 특성이 일정한 광제어 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 개시

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명자는 광제어 필름의 표면형상에 대해서 요철형상, 필름면(기준면)에 대한 기울기, 요철의 높이, 피치 등의 표면형상을 규정하는 여러가지의 요소에 대해서 예의 연구를 행한 결과, 요철패턴의 필름면에 대한 기울기를 적절히 제어함으로써 필름에 입사한 빛을 효율적으로 필름의 정면 방향(출사 방향)에 세워놓을 수 있고, 보다 적은 매수의 광학 필름으로 정면휘도를 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다. 보다 구체적으로는 도 1에 나타내는 바와 같이, 필름면(요철패턴이 형성된 면과 반대쪽의 면)에 수직인 임의의 방향의 단면 100을 상정한 경우에, 그 단면의 단부를 획정(劃定)하는 곡선(단면곡선) 101의 기울기(도)의 절대값의 평균(θave)이 소정 범위에 있을 때 우수한 정면휘도를 달성할 수 있는 것을 발견하였다. 더욱이 단면곡선 101의 기울기(도)의 절대값의 평균(θave)을 요철 기울기의 표준으로 하고, 필름면과 단면의 교차부에서 결정되는 직선 102의 길이(L1)에 대한 단면곡선의 길이(L2) 비(Lr=L2/L1)를 요철부 높이의 표준으로 해서 사용함으로써, 정면휘도의 변화와 상관을 나타내는 특정 관계식으로 상술할 수 있는 것, 그리고 이 값이 특정 범위에 있을 때 우수한 정면휘도를 달성할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명에 이른 것이다.

즉, 본 발명의 광제어 필름은 요철패턴을 갖는 광제어 필름으로서, 상기 요철패턴은 필름의 기준면에 수직인 임의의 단면에 대해서 요철패턴에 의해서 획정되는 단면단부의 곡선(이하 단면곡선이라고 한다)의 상기 기준면에 대한 기울기의 절대값의 평균(θave(도))이 실질적으로 전체 단면에 대해서 20도 이상 75도 이하인 것을 특징으로 하는 것이다(이하 요철패턴의 단면곡선 기울기에 대해서 20≤θave≤75인 것을 조건 1이라고 한다).

또한, 본 발명의 광제어 필름은 소정의 굴절률 n의 재료로 되는 요철패턴층을 갖는 광제어 필름으로서, 상기 요철패턴은 필름의 기준면에 수직인 임의의 단면에 대해서 요철패턴에 의해 획정되는 단면단부의 곡선(이하 단면곡선이라고 한다)의 상기 기준면에 대한 기울기의 절대값의 평균(θave(도))이 실질적으로 전체 단면에 대해서 (78-34n)도 이상, (118-34n)도 이하인 것을 특징으로 하는 것이다(이하 요철패턴의 단면곡선의 기울기에 대해서 (78-34n)≤θave≤(118-34n)인 것을 조건 2로 한다).

본 발명의 광제어 필름에 있어서 바람직하게는 상술한 바와 같이 정의되는 단면곡선 기울기의 절대값의 평균은, 단면곡선을 포함하는 단면 기울기의 상위에 의한 차가 30도 이내이다.

더욱이 본 발명의 광제어 필름은 요철패턴을 갖는 광제어 필름으로서, 상기 요철패턴은 필름의 기준면에 수직인 임의의 단면에 대해서, 요철패턴에 의해 획정되는 단면단부의 곡선(이하 단면곡선이라고 한다) 기울기의 절대값의 평균(θave(도))과 상기 기준면과 단면의 교차부에 의해 획정되는 직선의 길이(L1)에 대한 상기 단면곡선의 길이(L2) 비(L2/L1)가 실질적으로 전체 단면에 대해서 다음 식(1) 또는 (2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 광제어 필름이다(이하 요철패턴의 단면곡선 기울기에 대해서 식 (1) 또는 (2)의 조건을 조건 3이라고 한다).

또한 본 발명의 광제어 필름은 소정 굴절률n의 재료로 되는 요철패턴층을 갖는 광제어 필름으로서, 상기 요철패턴은 필름의 기준면에 수직인 임의의 단면에 대해서 요철패턴에 의해 획정되는 단면단부의 곡선(이하 단면곡선이라고 한다)의 상기 기준면에 대한 기울기의 절대값의 평균(θave(도))과 상기 기준면과 단면의 교차부에 의해 획정되는 직선의 길이(L1)에 대한 상기 단면곡선의 길이(L2) 비(Lr=L2/L1)가 실질적으로 전체 단면에 대해서 다음 식 (3) 또는 (4)를 만족하는 것을 특징으로 하는 것이다(이하 요철패턴의 단면곡선 기울기에 대해서 식 (3) 또는 (4)의 조건을 조건 4라고 한다).

본 발명에 있어서 필름의 기준면이란, 필름을 거의 평면으로 보았을 때 그 평면을 의미하고, 본 발명의 광제어 필름의 요철패턴이 형성되는 면과 반대쪽 면이 평활면인 경우에는 그 면을 기준면으로 볼 수 있다. 또한 반대쪽 면이 평활하지 않고 요철면인 경우에는 그 상이한 2방향의 중심선을 포함하는 면을 기준면으로 볼 수 있다.

이와 같은 기준면에 대한 단면곡선 기울기는, 일반적으로는 단면곡선을 y=f(x)로 나타냈을 때 f(x)를 x로 미분한 f'(x)로서 구할 수 있고, 그 절대값의 평균(S_av)은 상기 값을 구하는 구간 길이를 L로 하면 하기 식 (5)로 나타낼 수 있다. 추가로 이 기울기를 각도 표시한 기울기의 절대값의 평균(θ_av)은 하기 식 (6)으로 나타낼 수 있다.

그러나 제품설계로서 이와 같은 함수를 사용하는 것은 가능하지만, 실제 제품에 대해서 단면곡선을 일반적인 함수로 기술하는 것은 곤란하고, 또한 기울기의 절대값의 평균을 얻는 것도 곤란하다. 따라서 본 발명에서는 다음과 같이 하여 구한 값을 단면곡선 기울기의 절대값으로서 정의한다.

먼저 표면형상 측정장치에 의해 요철패턴면 위의 임의의 점에서 임의의 방향으로 단면곡선을 측정한다. 측정결과는 단면 방향으로 소정 간격(Δd)의 위치(d₁, d₂, d₃…, d_m)에서 측정된 표면의 높이 데이터(h(d₁), h(d₂), h(d₃)…h(d_m))에 의해 구성되어 있다. 예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같은, 세로축을 요철패턴의 높이, 가로축을 단면곡선의 방향으로 하는 그래프로서 표현되는 데이터이다. 1개의 간격으로 나뉘어진 단면곡선의 부분(예를 들면(a-b), (c-d))은 간격이 충분히 짧으면 직선으로 볼 수 있고, 그 기울기의 절대값 θi(i=1, 2, 3…m)(단위는 「도」)는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

소정 간격(Δd)으로 나뉘어진 단면곡선의 전체 부분에 대해서 구한 상기 기울기의 평균을 기울기의 절대값의 평균 θave라고 한다.

상술한 간격(Δd)의 길이는 단면곡선에 포함되는 요철패턴의 형상을 충분히 올바르게 반영할 수 있을 정도의 길이이고, 구체적으로는 1.0 ㎛ 이하 정도의 간격이다. 또한 요철패턴을 갖는 필름의 단면형상을 구하는 경우, 그 정도(precision)는 표면형상 측정장치에 따라 상이하다. 본 발명의 광제어 필름에 있어서 조건 1 및 조건 2는 촉침식(觸針式)의 측정식에 의한 수치에 적용된다. 조건 3 및 조건 4에 대해서는 2개의 측정값을 연산함으로써 측정장치에 의한 영향이 배제된다고 생각되기 때문에 측정장치의 여하에 관계없이 적용된다.

이와 같은 요철패턴을 갖는 본 발명의 광제어 필름은 요철패턴과 반대쪽에서 입사되고, 요철패턴쪽에서 사출하는 빛 중 정면, 특히 출사각 0~30도 범위의 성분을 증가시킬 수 있고, 프리즘 시트와 동등하거나 그 이상의 정면휘도를 달성할 수 있다. 더구나 적당한 광확산성을 갖추어 번쩍거림이나 간섭패턴이 생기지 않는다.

또한 본 발명의 광제어 필름은 그 요철패턴이 상술한 조건 1~4 중 어느 하나를 만족하는 것으로서, 또한 단면곡선 기울기의 절대값의 평균(θave)은, 단면의 방향이 상기 광제어 필름의 기준면과 평행한 제1 방향에서 상기 광제어 필름의 기준면과 평행으로서, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 향함에 따라 점차 증가하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 광제어 필름은 백라이트 광원의 길이 방향과 제1 방향이 일치하도록 백라이트에 배치되었을 때, 백라이트의 출사각 의존성이 광원에 대한 방향에 따라 상이한 것을 보정하여 균일한 휘도를 달성할 수 있다.

또한 본 발명의 광제어 필름은 그 요철패턴이 상술한 조건 1~4 중 어느 하나를 만족하는 것으로서, 또한 단면곡선 기준면에 대한 기울기가 필름의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 향함에 따라 점증(漸增) 또는 점감(漸減)하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 광제어 필름은 백라이트 광원쪽을 필름의 한쪽 끝이 되도록 배치되었을 때, 광원의 출사각 의존성이 광원에서의 거리에 따라 상이한 것을 보정하여 균일한 휘도를 달성할 수 있다.

본 발명의 백라이트 장치는 상술한 본 발명의 광제어 필름을 사용한 것이고, 구체적으로는 적어도 한쪽 단부에 광원이 배치되고, 상기 한쪽 단부와 거의 직교하는 면을 광출사면으로 하는 도광판과, 상기 도광판의 광출사면에 배치되는 광제어 필름을 구비한 백라이트 장치 또는 광제어 필름과, 광제어 필름의 광출사면쪽과는 반대쪽에 광확산재, 광원을 이 순서로 구비한 백라이트 장치이다.

본 발명에 의하면, 정면휘도가 높고 더구나 적당한 광확산성을 구비한 광제어 필름을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 백라이트 장치는 이와 같은 광제어 필름을 사용하고 있기 때문에 이것과 조합시키는 다른 부재를 극히 적게 할 수 있고, 백라이트 장치의 두께를 보다 얇게 할 수 있다. 또한 필름 사이의 접촉에 의한 간섭패턴 발생, 흡집 발생 등을 억제할 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명의 광제어 필름의 요철패턴을 설명하는 도면, 도 2는 본 발명의 광제어 필름의 단면곡선을 설명하는 도면, 도 3은 본 발명의 광제어 필름의 실시 형태를 나타내는 단면도, 도 4는 패턴에 의한 출사각 특성의 차이를 시뮬레이션하는데에 사용한 3차원 볼록패턴의 일례를 나타내는 도면, 도 5는 3차원 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면, 도 6은 3차원 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면, 도 7은 3차원 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면, 도 8은 3차원 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면, 도 9는 백라이트의 휘도측정 위치를 나타내는 도면, 도 10은 측정위치 또는 광원에 대한 출사각 측정 방향이 상이한 경우의 출사각 분포를 나타내는 도면으로, (a)는 필름 중앙에서 광원과 평행한 방향에서 측정한 경우, (b)는 필름 중앙에서 광원과 직교하는 방향에서 측정한 경우, (c)는 광원과 직교하는 방향에서 필름 중앙보다 광원에 가까운 위치에서 측정한 경우를 나타낸다. 도 11은 출사각 분포의 광원에서 거리 의존성을 보정하는 광제어 필름의 단면곡선을 설명하는 도면, 도 12는 출사각 분포의 광원에서의 거리 의존성을 보정하는 광제어 필름의 단면곡선을 설명하는 도면, 도 13은 본 발명의 광제어 필름의 요철패턴의 일례를 나타내는 사시도, 도 14는 본 발명의 백라이트 장치의 하나의 실시 형태를 나타내는 도면, 도 15는 본 발명의 백라이트 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 도면, 도 16은 실시예의 광제어 필름의 휘도 분포를 나타내는 도면, 도 17은 비교예의 광제어 필름의 휘도 분포를 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하 본 발명의 광제어 필름 및 백라이트 장치에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명의 설명에 사용하는 도면에 있어서 각 요소의 사이즈(두께, 폭, 높이 등)는 설명을 위해 필요에 따라 확대 또는 축소된 것으로서, 실제 광제어 필름 및 백라이트 장치의 각 요소의 사이즈를 반영한 것은 아니다.

도 3(a)~도 3(c)는, 본 발명의 광제어 필름 10의 실시 형태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도시하는 바와 같이, 본 발명의 광제어 필름 10은 거의 평면형상의 필름의 한쪽 면에 미세한 요철로 되는 요철패턴이 형성된 것이고, 그 요철패턴의 형상에 특징을 갖고 있다. 요철패턴은 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 기재 11로 되는 필름의 한쪽 면에 형성된 층 12에 형성되어 있어도 되고, (c)에 나타내는 바와 같이, 요철패턴이 형성된 층 12만으로 광제어 필름을 구성해도 된다.

본 발명의 광제어 필름은 요철패턴이 형성된 면과 반대쪽 면에서 입사한 빛이 요철패턴에서 출사되는 때, 출사광 중 정면에서 소정 각도 범위 내로 향하는 빛의 성분이 보다 많아지도록 빛의 방향을 제어하고, 이것에 의해 정면휘도를 높임과 동시에 번쩍임을 방지할 수 있는 확산성을 부여하는 것이다. 요철패턴이 형성된 면과 반대쪽 면은 전형적으로는 평활면이지만 평활면에 한정되지 않는다. 예를 들면 매트화 되어 있거나, 소정 도트패턴 등이 형성되어 있어도 된다.

이어서 상술한 빛의 방향을 제어하기 위한 요철패턴의 조건에 대해서 설명한다.

조건 1 및 조건 2

본 발명자는 최초에 소정 길이의 선분에 대해서 복수의 균일한 볼록패턴으로 구성되는 단면곡선을 상정하고, 패턴형상, 높이, 입사광의 입사각 등을 바꾸어 입사광과 출사광의 관계를 시뮬레이트하여 최적의 출사광을 얻을 수 있는 조건을 검토하였다. 여기에서 입사광 및 출사광으로서는 단면곡선이 포함되는 면 안을 단면곡선의 한쪽 면에서 다른쪽으로 진행하는 빛을 상정하고, 한쪽 굴절률을 일반적인 아크릴계 수지의 굴절률인 1.5, 다른쪽을 공기로서 계산하였다. 또한 입사광의 광 분포는 실제 백라이트의 도광판에서 출사되는 빛의 분포(도광판의 중앙을 지나 광원에 직교하는 방향의 광출사 분포)와 같은 분포를 갖는 것으로 하였다.

이와 같은 시뮬레이션의 결과, 단면곡선의 선분에 대한 기울기의 평균(θave(도))을 20도 이상 75도 이하로 함으로써, 정면 방향에서 크게 기울어진 빛을 효율적으로 정면 방향으로 세워놓을 수 있어 정면휘도를 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다. 이 기울기의 평균(θave(도))이 바람직하게는 25도 이상, 보다 바람직하게는 30도 이상인 때, 또한 바람직하게는 60도 이하, 보다 바람직하게는 50도 이하인 때 특히 우수한 효과를 얻을 수 있다.

이와 같은 조건은 실질적으로 전체 단면에 대해서 만족할 필요가 있다. 「실질적으로 전체 단면」이란, 특정 광제어 필름에 대해서 복수의 단면에 대해서 관찰했을 때, 관찰한 대부분의 단면에 있어서 만족하고 있으면 된다는 의미이고, 상기 조건을 만족하지 않는 1, 2의 단면을 포함하고 있는 경우도 포함하는 의미이다. 예를 들면 단면으로서 광제어 필름의 단부를 단면으로 한 경우, 요철패턴 수가 적기 때문에 상기 조건을 만족하지 않는 경우도 있을 수 있지만, 비교적 긴 단면곡선에 대해서 상기 조건을 만족하고 있으면 본 발명의 조건을 만족하는 것으로 한다.

그런데 본 발명의 요철패턴이 만족 할 조건을 발견하기 위한 상기 시뮬레이션에서는 볼록패턴의 입사쪽이 굴절률 1.5의 재질로 되는 것으로 가정하고 있지만, 본 발명의 광제어 필름의 요철패턴은, 일반적으로 광학 필름에 사용되는 재료를 채용할 수 있고, 그 굴절률은 1.5에 한정되지 않는다. 굴절률 n을 고려해서 일반화한 경우, 기울기의 평균(θave(도))은 (78-34n)도 이상, (118-34n)도 이하인 때 상기 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이 요철패턴을 구성하는 재료의 굴절률을 고려해서 요철패턴의 형상을 설계함으로써, 보다 정면 방향으로의 휘도를 향상시킬 수 있다.

조건 3 및 조건 4

조건 3 및 조건 4는 3차원 시뮬레이션 결과에 기초하여 도출된 것이다. 즉 본 발명자는 도 4에 나타내는 바와 같은 xy평면을 기준면으로 하고, 그것과 직교하는 면에 묘출(描出)한 임의의 곡선 401을 z축에 대해서 회전한 회전체로 되는 단일 볼록패턴에 대해서 패턴형상, 높이, 입사광의 입사각 등을 바꾸어 입사광과 출사광의 관계를 시뮬레이트 하여 최적의 출사광을 얻을 수 있는 조건을 검토하였다. 그리고 이 볼록패턴의 바닥면에서 실제 백라이트의 도광판에서 출사되는 빛의 분포와 같은 분포를 갖는 빛이 입사된 경우에 볼록패턴 쪽에서 출사하는 빛의 분포(출사각 특성)를 계산에 의해 구하였다. 여기에서도 볼록패턴 내부의 굴절률 n은 일반적인 아크릴계 수지의 굴절률인 1.5로서 계산하였다.

도 5는 도 4에 나타내는 형상의 볼록패턴에 대해서 시뮬레이션한 결과인 출사광 분포 501을 나타내는 그래프이다. 도 중 점선은 입사광 분포 502이다. 여기에서 정면휘도가 양호하고 또한 어느 정도의 광산란성을 갖추기 위해서는 정면(0도)에서 ±30도 범위에 출사되는 빛의 성분이 많고 또한, 정면(0도)에서 ±30도 범위의 출사광의 균일도가 높은 것이 바람직하다.

이어서 복수의 볼록패턴이 형성된 요철면에 대해서 이와 같은 조건의 출사광 특성을 얻기 위한 조건을 발견하기 위해서, 상술한 볼록패턴이 복수 존재하는 계에 대해서 패턴의 형상 및 높이를 여러가지로 변경했을 때의 출사광 분포의 변화를 시뮬레이트 하였다. 결과를 도 6에 나타낸다. 도 중, 가로축은 복수의 볼록패턴 전체로서의 곡선 기울기의 평균값(θave), 세로축은 출사광 에너지이고, 제1 그룹 601은 z축에 대해서 6도 범위 내의 출사광(이하 출사광₆이라고 한다), 제2 그룹 602는 z축에 대해서 18도 범위 내에 포함되는 출사광(이하 출사광₁₈이라고 한다), 제3 그룹 603은 z축에 대해서 30도 범위에 포함되는 출사광(이하 출사광₃₀이라고 한다)이다.

이 시뮬레이션의 결과에서 기울기의 평균값(θave)이 커짐에 따라 출사광₃₀의 비율이 증가하지만, 어느 정도까지 커지면 오히려 감소하는 경향을 볼 수 있었다. 따라서 출사광₃₀과의 상관이 얻어지는 요철형상의 총합적인 지표를 검토해 보니, 기울기의 평균값(θave)과 곡선의 길이(L2)의 곡선 401의 바닥의 길이(L1)에 대한 비(Lr=L2/L1, 이하 곡선길이 비라고 한다)의 몫 또는 곱을 사용한 경우에 출사광₃₀과의 관련을 더욱 좋게 기술할 수 있는 것을 알았다.

도 7 및 도 8은 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면이고, 도 7은 기울기의 평균값(θave)을 곡선길이 비(Lr)로 나눈 값을 가로축으로 했을 때의 출사광 에너지의 변화, 도 8은 기울기의 평균값(θave)에 곡선길이 비(Lr)를 곱한 값을 가로축으로 했을 때의 출사광 에너지의 변화를 나타내고 있다.

이들 시뮬레이션의 결과에서 곡선 기울기의 절대값의 평균값(θave)을 곡선길이비(Lr)로 나눈 값(곱)이 20 이상인 때, 곡선 기울기의 절대값의 평균값(θave)에 곡선길이 비(Lr)를 곱한 값(곱)이 25 이상 60 이하인 때 출사각 30도 범위의 출사광 에너지가 큰 폭으로 증가하는 것을 알았다. 필름면에 형성된 요철패턴은 복수의 볼록패턴의 집합으로 볼 수 있기 때문에, 상기 관계를 필름면에 형성된 요철패턴에 적용할 수 있고, 다음 조건(식 (1) 또는 (2))을 만족함으로써 정면휘도가 높고 더구나 적당한 확산성을 갖는 광제어 필름이 구성되는 것을 알았다.

식 중, θave는 필름의 기준면에 수직인 임의의 단면에 대해서 요철패턴이 획정하는 단면곡선의 기준면에 대한 기울기의 절대값의 평균(이하 평균 기울기라고 한다), Lr은 기준면과 단면의 교차부에 의해 획정되는 직선의 길이(L1)와 단면곡선의 길이(L2) 비(L2/L1)이다.

또한, 식 (1)의 평균값(θave)을 곡선길이비(Lr)로 나눈 값은 보다 바람직하게는 25 이상이고, 식 (2)의 평균값(θave)과 곡선길이 비(Lr)의 곱은 보다 바람직하게는 하한이 35 이상, 상한이 50 이상이다.

이 조건 3은 실질적으로 전체 단면에 대해서 만족할 필요가 있다. 「실질적으로 전체 단면」이란, 특정 광제어 필름에 대해서 복수의 단면에 대해서 관찰했을 때 관찰한 대부분의 단면에 있어서 만족하고 있으면 된다는 의미이고, 상기 조건을 만족하지 않는 1, 2의 단면을 포함하고 있는 경우도 포함하는 의미이다. 예를 들면 단면으로서 광제어 필름의 단부를 단면으로 한 경우 요철패턴 수가 적기 때문에 상기 조건을 만족하지 않는 경우도 있을 수 있지만, 비교적 긴 단면곡선에 대해서 상기 조건을 만족하고 있으면 본 발명의 조건을 만족하는 것으로 한다.

또한 상기 3차원 시뮬레이션에서는 볼록패턴이 굴절률 1.5의 재질로 되는 것으로 가정하고 있지만, 본 발명의 광제어 필름의 요철패턴은 일반적으로 광학 필름에 사용되는 재료를 채용할 수 있고, 그 굴절률은 1.5에 한정되지 않는다. 굴절률 n을 고려해서 상기식 (1), (2)를 일반화하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

또한 식 (3)의 값은 보다 바람직하게는 50 이상이고, 식 (4)의 값은 보다 바람직하게는 하한이 70 이상, 상한이 115 이하이다. 이와 같이 요철패턴을 구성하는 재료의 굴절률을 고려하여 요철패턴의 형상을 설계함으로써, 보다 정면 방향으로의 휘도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 광제어 필름은, 그 요철패턴을 상술한 조건을 만족하도록 설계함으로써, 정면휘도가 높고 어느 정도의 확산성을 갖는 것으로 할 수 있다. 이와 같은 특성을 갖는 본 발명의 광제어 필름은 예를 들면, 에지라이트형 백라이트 장치의 도광판 위에 직접 또는 직하형(直下型) 백라이트 장치의 광원 위에 광확산판 등을 매개로 하여 배치되고, 그 출사광의 방향을 제어하는 필름으로서 사용된다.

추가적 조건

추가로 본 발명의 광제어 필름은 백라이트 장치의 광원의 배치와의 관계를 고려해서 요철패턴의 평균 기울기(θave)를 변화시키는 것이 바람직하다. 광원과의 관계는, 가늘고 긴 광원을 백라이트의 하나의 단 또는 마주보는 양 단에 배치한 경우에 있어서 그 길이 방향에 대한 각도 및 광원에서의 거리를 고려할 필요가 있다.

광원의 길이 방향과의 각도에 대해서는 일반적으로, 백라이트의 휘도의 출사각 의존성을 측정한 경우, 대부분의 측정점에 있어서 측정 방향이 광원의 길이 방향에 대해서 평행 방향에서 수직 방향으로 향함에 따라서, 정면에서 크게 기울어진 출사각의 휘도가 커지는 경향이 있다. 예를 들면 도 9에 나타내는 바와 같이 도광판 90의 병행하는 2단부에 광원 91, 92를 배치한 백라이트에 있어서, 그 중앙부 C점에 있어서 광원 91, 92와 평행한 방향(도 중 x 방향)에 출사각의 휘도를 측정한 경우는 도 10(a)에 나타내는 바와 같이 넓은 출사각의 범위에서 균일한 휘도를 얻을 수 있지만, C점에 있어서 광원 91, 92와 직교하는 방향에 출사각의 휘도를 측정한 경우에는 도 10(b)에 나타내는 바와 같이 큰 출사각의 휘도가 커진다. 이와 같은 경향은 에지라이트형 백라이트에 현저하지만, 직하형의 것이어도 광확산재의 광원에 대응하는 부분에 도트패턴을 설치한 경우 등으로 볼 수 있다.

이와 같은 백라이트의 출사각 의존성의 차이를 보정하기 위해서, 본 발명의 광제어 필름에 있어서 단면곡선의 평균 기울기를 단면 방향이 광원과 평행한 방향에서 수직인 방향으로 향함에 따라 커지는 것이 바람직하다. 이것에 의해 정면에서 크게 기울어진 빛을 보다 정면 방향으로 세워놓을 수 있도록 되어 정면휘도를 높일 수 있다.

이 백라이트의 출사각 의존성의 차이를 보정하기 위한 조건(이하 조건 5라고 한다)은 필름의 임의의 점에서 임의의 방향으로 상정한 단면 위의 단면곡선에 대해서 만족하는 것이 바람직하고, 또한 단면의 방향에 관계없이 상술한 조건 1~4 중 어느 하나를 만족할 필요가 있다. 요철패턴이 상기 조건 1~4 중 어느 하나를 만족하고 또한, 실질적으로 전체 단면곡선에서 단면곡선의 평균 기울기를 광원의 길이 방향에 대한 단면의 각도에 따라서 점증시킨다고 하는 조건 5를 만족시키기 위해서는 예를 들면, 요철패턴을 구성하는 단일 볼록패턴이 각각 조건 5를 만족하는 형상으로 하면 된다. 즉, 예를 들면 도 4에 나타내는 볼록패턴에 있어서 바닥면에 평행한 단면의 형상을 정원은 아니고, 광원의 길이 방향과 동일 방향(예를 들면 x축 방향)에서 직교하는 방향(y축 방향)으로 향함에 따라 지름이 짧아지는 것과 같은 타원형으로 함으로써, 이 볼록 패턴에 대해서 단면곡선 기울기가 광원과의 관계에서 이방성(異方性)을 갖는 것으로 된다.

이어서 광원에서의 거리에 대해서는, 광원의 기울기에 대해서 수직 방향(도 9 중, y 방향)의 휘도의 출사각 의존성을 측정한 경우에는 측정점이 광원에 가까워짐에 따라서 정면에서 크게 기울어진 출사각의 휘도가 커지는 경향이 있다. 예를 들면, 도 9에 나타내는 도광판 90의 중심 C보다 한쪽의 광원 91에 가까운 F점에서 측정한 광원 91에 수직 방향의 출사각의 휘도는 도 10(c)에 나타내는 바와 같이 된다. 이와 같은 광원에서의 거리에 의존하는 출사각 의존성을 보정하기 위해서는 요철패턴의 경사면이 광원쪽이거나 광원과 반대쪽이거나에 따라서 경사를 점증 또는 점감시킨다. 즉, 경사가 광원쪽인 경우에는 광원에 가까워짐에 따라 경사가 커지도록 하고, 경사가 광원과 반대쪽인 경우에는 광원에 가까워짐에 따라 경사가 작아지도록 한다. 광원에서의 거리에 대응한 경사의 변화는 요철패턴이 인접하는 볼록부 전체가 만족하고 있을 필요는 없고, 단면곡선을 적당한 간격으로 분할했을 때, 그들 분할된 구간에 포함되는 요철패턴의 경사의 평균이 상술한 조건을 만족하고 있으면 된다. 이 모습을 도 11 및 도 12에 나타낸다.

도 11은 한쪽(도면 중 왼쪽)에 광원이 존재하는 경우를 나타낸 것이고, 여기에서는 단면곡선 401을 7개의 구간으로 나눔과 동시에 광원쪽 경사 α와 광원과 반대쪽의 경사 β를 점선으로 나누고 있다. 이 단면곡선의 각 구간에 포함되는 요철패턴에 대해서 광원쪽 경사 α의 기울기의 절대값의 평균은 광원에 가까워짐에 따라 즉, 구간 7에서 구간 1로 진행함에 따라 커지도록 하고, 광원과 반대쪽 경사 β의 기울기의 절대값의 평균은 반대로 구간 7에서 구간 1로 진행함에 따라 작아지도록 한다. 이와 같이 광원에서의 거리에 따라서 또한 광원쪽의 경사인지 아닌지에 따라 경사를 변화시킴으로써 광원에서 가까운 점에 있어서도 정면 방향으로 출사하는 빛의 비율을 많게 할 수 있고, 결과적으로 휘도를 균일에 가깝게 할 수 있다.

도 12는 양쪽에 광원이 존재하는 경우를 나타낸 것이고, 여기에서도 단면곡선 401을 7개의 구간으로 나눔과 동시에 왼쪽 광원 경사 α와 오른쪽 광원 경사 β를 점선으로 나누고 있다. 이 경우에는 각 구간에 포함되는 왼쪽 광원 경사 α의 기울기의 절대값의 평균이 왼쪽 광원에서의 거리가 가까워짐에 따라 즉, 구간 7에서 구간 1로 진행함에 따라서 커지도록 하고, 각 구간에 포함되는 오른쪽 광원 경사 β의 기울기의 절대값의 평균이 오른쪽 광원에서의 거리가 가까워짐에 따라 즉, 구간 1에서 구간 7로 진행함에 따라 커지도록 한다. 이 경우에도 광원에 가까워짐에 따라 정면에서 크게 기울어진 출사각의 휘도가 높아지는 경향을 보정하고, 정면 휘도를 향상시켜 균일에 가깝게 할 수 있다.

이상 본 발명의 광제어 필름의 요철패턴에 대해서 광원과의 관계에서 최적인 휘도를 얻기 위한 조건을 설명했지만, 이 경우에도 실질적으로 전체 단면에 대해서 개개의 단면곡선이 상술한 조건 1~4 중 어느 하나를 만족할 필요가 있다.

본 발명의 광제어 필름은 요철패턴의 단면곡선이 상술한 조건을 만족하는 한 볼록부의 형상이나 배치는 특별히 한정되지 않지만, 볼록부 및 오목부가 무작위로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 무작위 배치로 함으로써 실질적으로 전체 단면에서 상기 조건을 만족하는 것이 용이하게 되고, 또한 간섭패턴의 발생을 방지할 수 있다. 개개의 볼록부 및 오목부의 형상은 동일해도 되고 상이해도 되며, 서로 겹쳐지도록 배치해도 일부 또는 전부의 볼록부 및 오목부를 겹치도록 배치해도 된다. 볼록부의 높이 오목부의 깊이는 모두 3~100 ㎛ 정도, 볼록부 또는 오목부의 배치밀도는 10개~20만개/㎟ 정도인 것이 바람직하다. 상기 조건을 만족하는 전형적인 광제어 필름의 요철패턴을 도 13에 나타낸다.

이어서 상술한 요철패턴을 갖는 광제어 필름을 제조하기 위한 구체적 구성에 대해서 설명한다.

본 발명의 광제어 필름의 기재 11 및 요철패턴층 12를 구성하는 재료로서는 일반적으로 광학 필름에 사용되는 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는 기재 11은 광투과성이 양호한 것이면 특별히 한정되지 않고 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 트리아세틸셀룰로오스, 아크릴, 폴리염화비닐 등의 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다.

요철패턴층 12를 구성하는 재료로서도 광투과성이 양호한 것이면 특별히 한정되지 않고, 유리, 고분자 수지 등을 사용할 수 있다. 유리로서는 규산염유리, 인산염유리, 붕산염유리 등의 산화유리 등을 들 수 있다. 고분자 수지로서는 폴리에스테르계 수지, 아크릴계 수지, 아크릴우레탄계 수지, 폴리에스테르 아크릴레이트계 수지, 폴리우레탄 아크릴레이트계 수지, 에폭시 아크릴레이트계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 셀룰로오스계 수지, 아세탈계 수지, 비닐계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 멜라민계 수지, 페놀계 수지, 실리콘계 수지, 플루오로계 수지 등의 열가소성 수지, 열경화성 수지, 전리방사선경화성 수지 등을 들 수 있다.

이들 재료 중 가공성, 취급성의 관점에서 고분자 수지가 적합하고, 특히 굴절률(JIS-K7142:1996)이 1.3~1.7 정도인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 요철패턴을 형성하는 재료로서 굴절률 n이 상기 범위 이외의 것을 사용한 경우에도 요철패턴이 조건 1 또는 조건 3을 만족함으로써 양호한 휘도를 실현시킬 수 있지만, 이와 같은 범위의 것을 사용함으로써 높은 휘도를 얻을 수 있다. 특히, 재료의 굴절률에 따라서 요철패턴이 조건 2 또는 조건 4를 만족시키도록 함으로써, 보다 한층 정면휘도를 향상시킬 수 있다.

요철패턴층 12에는 일반적인 광확산성 시트와 같이 유기비드나 무기안료 등의 광확산제를 함유시켜도 되지만 필수는 아니다. 본 발명의 광제어 필름에 있어서는 광확산제를 함유시키지 않아도 요철패턴 자체인 정도의 광확산 효과를 발휘할 수 있다. 따라서 광확산제를 원인으로 해서 다른 부재를 흠집내거나 광확산제가 박리되어 떨어져 쓰레기가 발생하는 경우도 없다.

요철패턴층 12의 형성방법으로서는 예를 들면, 1) 엠보스 롤을 사용한 방법, 2) 에칭처리, 3) 형(型)에 의한 성형을 채용할 수 있지만, 재현성 좋게 소정의 요철패턴을 갖는 광제어 필름을 제조할 수 있는 점에서 형을 사용해서 제조하는 방법이 바람직하다. 구체적으로는 요철패턴과 대칭적인 형상으로 되는 형을 제작하고, 해당 형에 고분자 수지 등의 요철패턴을 구성하는 재료를 흘려 넣어 경화시킨 후 형에서 꺼냄으로써 제조할 수 있다. 기재를 사용하는 경우에는 형에 고분자 수지 등을 흘려 넣고 그 위에 투명기재를 중합시킨 후, 고분자 수지 등을 경화시켜 투명기재 채로 형에서 꺼냄으로써 제조할 수 있다.

형에 요철패턴과 대칭적인 형상을 형성하는 방법으로서는 한정되지 않지만, 다음과 같은 방법을 채용할 수 있다. 레이저 미세 가공기술에 의해 1개의 볼록부가 식 (1)을 만족하는 요철패턴을 평판 위에 배치밀도가 예를 들면 수천 개/㎟로 되도록 형성하고, 이것을 웅형(雄型)으로서 성형용 형(자형(雌型))을 제작한다. 또한 요철패턴의 경사를 상이하게 한 복수 종류의 블록을 제작하여 이들 블록을 소정 배열로 배열시켜 1장의 광제어 필름용 웅형으로 하고, 이것을 웅형으로 해서 성형용 형(자형)을 제작한다. 또는 소정의 입자경의 입자를 분산시킨 수지를 경화시켜 요철패턴을 갖는 수지판을 제작하고, 이들 요철패턴의 표면을 표면측정 장치로 측정하고 상기 조건에 합치하는 수지판을 선택하여 이것을 웅형으로 해서 성형용 형(자형)을 제작한다.

또한 광제어 필름의 요철패턴으로 형성되는 면과는 반대쪽 면은 평활이어도 되지만, 도광판이나 수지판과 접할시에 뉴턴링을 발생시키지 않도록 미(微)매트처리를 실시하거나 광투과율을 향상시키기 위해 반사 방지처리를 실시해도 된다.

또한 양호한 정면휘도를 얻기 위해서 광제어 필름의 광학특성으로서 헤이즈가 60% 이상, 바람직하게는 70% 이상인 것이 바람직하다. 여기에서 헤이즈란, JIS-K7136:2000에 있어서의 헤이즈 값인 경우가 있고, 헤이즈(%)=[(τ₄/τ₂)-τ₃(τ₂/τ₁)]×100의 식에서 구해지는 값이다(τ₁:입사광의 광속(光束), τ₂:시험편을 투과한 전체 광속, τ₃: 장치로 확산시킨 광속, τ₄: 장치 및 시험편으로 확산시킨 광속).

광제어 필름 전체의 두께는 특별히 한정되지는 않지만, 통상 20~300 ㎛ 정도이다.

이상 설명한 본 발명의 광제어 필름은 주로 액정 디스플레이, 전식간판 등을 구성하는 백라이트의 하나의 부품으로서 사용할 수 있다.

이어서 본 발명의 백라이트에 대해서 설명한다. 본 발명의 백라이트는 적어도 광제어 필름과 광원으로 구성된다. 광제어 필름으로서는 상술한 광제어 필름을 사용한다. 백라이트 중에 있어서의 광제어 필름의 방향은 특별히 제한되지는 않지만, 바람직하게는 요철패턴면을 광출사면쪽으로 되도록 해서 사용한다. 백라이트는 이른바 에지라이트형, 직하형이라고 불리우는 구성을 채용하는 것이 바람직하다.

에지라이트형 백라이트는 도광판, 도광판의 적어도 하나의 단에 배치된 광원, 도광판의 광출사면쪽에 배치된 광제어 필름 등으로 구성된다. 여기에서 광제어 필름은 요철패턴면을 광출사면으로 되도록 해서 사용하는 것이 바람직하다.

도광판은 적어도 1개의 측면을 광입사면으로 하고, 이것과 거의 직교하는 한쪽 면을 광출사면으로 하도록 형성된 거의 평탄형상으로 이루어지는 것이고, 주로 폴리메틸 메타크릴레이트 등의 고투명 수지로부터 선택되는 매트릭스 수지로 된다. 필요에 따라 매트릭스 수지와 굴절률이 상이한 수지입자가 첨가되어 있어도 된다. 도광판의 각 면은 동일한 평면은 아니고 복잡한 표면 형상을 하고 있는 것이어도, 도트패턴 등의 확산인쇄가 설치되어 있어도 된다.

광원은 도광판의 적어도 하나의 단에 배치되는 것이고, 주로 냉음극관이 사용된다. 광원의 형상으로서는 선 형상, L자 형상의 것 등을 들 수 있다.

에지라이트형 백라이트는 상술한 광제어 필름, 도광판, 광원 외에 목적에 따라 반사판, 편광 필름, 전자파 실드 필름 등을 갖출 수 있다.

본 발명의 에지라이트형 백라이트의 하나의 실시 형태를 도 14에 나타낸다. 이 백라이트 140은 도광판 141의 양쪽에 광원 142를 구비한 구성을 갖고, 도광판 141의 위쪽에 요철패턴이 바깥쪽으로 되도록 광제어 필름 143이 재치(載置)되어 있다. 광원 142는 광원에서의 빛이 효율 좋게 도광판 141로 입사되도록 도광판 141과 마주 보는 부분을 제외하고 광원 리플렉터 144로 덮여 있다. 또한 도광판 141의 아래쪽에는 섀시(chassis) 145에 수납된 반사판 146이 갖추어져 있다. 이것에 의해 도광판 141의 출사쪽과 반대쪽에 출사된 빛을 다시 도광판 141로 돌려, 도광판 141의 출사면에서의 출사광을 많게 하도록 하고 있다.

직하형 백라이트는 광제어 필름, 광제어 필름의 광출사면과는 반대쪽 면에 순서대로 갖추어진 광확산재, 광원 등으로 구성된다. 여기에서 광제어 필름은 요철패턴면을 광출사면으로 되도록 해서 사용하는 것이 바람직하다.

광확산재는 광원의 패턴을 지우기 위한 것이고, 유백색의 수지판, 광원에 대응하는 부분에 도트패턴을 형성시킨 투명 필름(라이팅 커튼) 외, 투명기재 위에 요철의 광확산층을 갖는 이른바 광확산 필름 등을 단독 또는 적절히 조합시켜서 사용할 수 있다.

광원은 주로 냉음극관이 사용된다. 광원의 형상으로서는 선 형상, L자 형상의 것 등을 들 수 있다. 직하형 백라이트는 상술한 광제어 필름, 광확산재, 광원 외에 목적에 따라서 반사판, 편광 필름, 전자파 실드 필름 등을 갖추고 있어도 된다.

본 발명의 직하형 백라이트의 하나의 실시 형태를 도 15에 나타낸다. 이 백라이트 150은 도시하는 바와 같이 새시 155 안에 수납된 반사판 156 위에 광원인 광원 152를 복수 배치하고, 그 위에 광확산재 157을 매개로 하여 광제어 필름 153이 재치된 구조를 갖고 있다.

본 발명의 백라이트는 광원 또는 도광판에서 출사되는 빛의 방향을 제어하는 광제어 필름으로서, 특정 요철패턴을 갖는 광제어 필름을 사용함으로써 종래 백라이트에 비교해서 정면휘도를 대폭 향상시킬 수 있고, 더구나 프리즘 시트를 사용한 경우와 같은 번쩍임의 문제나 간섭패턴이 발생하지 않는다.

이하 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

[실시예 1~5]

레이저 미세가공기술에 의해 소정의 요철패턴을 형성한 5종류의 형 (1)~(5)를 제작하고, 형 (1)에는 굴절률 1.40의 실리콘 수지, 형 (2)~(5)에는 굴절률 1.50의 자외선경화형 수지를 흘려 넣는다. 이어서 흘려넣은 수지를 경화시킨 후 형에서 꺼내어, 23 cm(광원과 수직 방향)×31 cm(광원과 평행 방향)인 광제어 필름 (1)~(5)를 얻었다.

이어서 표면 형상 측정장치(SAS-2010 SAU-II:메이신고키샤)에 의해 광제어 필름 (1)~(5)의 요철패턴면(광출사면)의 표면 형상을 JIS B 0651에 따라 측정하였다. 이 표면 형상 측정장치의 촉침의 형상은 구 형상 선단을 갖는 원추 형으로, 선단의 반경 2 ㎛, 원추의 테이퍼 각도 60도 이다. 측정간격은 1.0 ㎛으로 하였다. 측정은 각 광제어 필름 위 5개의 위치에서 각각 상이한 방향의 단면곡선마다 광입사면에 대한 기울기의 절대값의 평균을 산출하였다. 필름 위 5개의 위치는 도 9에 나타내는 바와 같이, 광제어 필름 위 2개의 가상 대각선을 4등분한 경우의 분할점(대각선의 시점(始点) 및 종점을 제외한 5점) A~E이다. 또한 단면곡선의 방향은 광원 91, 92와 평행 방향을 시점(0도)으로 하고, 다시 광원과 평행 방향이 될 때 까지 반시계 방향으로 15도 마다 측정을 행하였다(단, 180도에 관해서는 0도와 동일한 측정 라인으로 되기 때문에 생략). 광제어 필름 (1)~(5)에 대해서 얻어진 결과를 순서대로 표 1~5에 나타낸다(단위는 「도」).

표 1~5에서 알 수 있듯이, 실시예의 광제어 필름은 전체 측정점의 전체 방향의 단면곡선에 있어서 기울기의 절대값의 평균이 20도 이상 75도 이하이다. 또한 표 1~3에서 명백하듯이, 광제어 필름 (1)~(3)은 단면곡선의 방향이 광원의 방향에 대해서 평행 방향(0도, 180도)에서 수직 방향(90도)으로 향함에 따라서, 기울기의 절대값의 평균이 커지고 있다.

이어서 광제어 필름 (1)~(5)의 A, C, E 점에 있어서의 백라이트의 광원(냉음극관)과 수직 방향(도 9 중의 y 방향)의 단면곡선을 각각 7등분하고, 각 단면곡선에 대해서 단면곡선의 광원쪽 경사면 및 광원과 반대쪽 경사면의 광입사면에 대한 기울기의 절대값의 평균을 분할한 간격마다 산출하였다. 광제어 필름 (1)~(5)에 대해서 얻어진 결과를 순서대로 표 6~10에 나타낸다(단위는 「도」). 또한 측정결과는 광원 91을 기준으로 한 경우와 광원 92를 기준으로 한 경우로 나누고, 분할한 구간은 광원 91에서 광원 92로 향함에 따라 구간 1→구간 7로 하였다.

표 6, 7에서 명백하듯이 광제어 필름 (1), (2)는 광원 91(도 9)를 기준으로 한 경우에는 구간 7에서 구간 1로 향함에 따라서, 광원 91쪽 경사면의 기울기의 절대값의 평균이 커지고, 광원 92를 기준으로 한 경우에는 구간 1에서 구간 7로 향함에 따라 광원 92쪽 경사면의 기울기의 절대값의 평균이 커지고 있다.

또한 실시예 1~5의 각 광제어 필름을 헤이즈미터(HGM-2K:스가시켄키샤)로 측정한 결과 광제어 필름 (1)은 91.3, 광제어 필름 (2)는 90.8, 광제어 필름 (3)은 90.1, 광제어 필름 (4)는 85.3, 광제어 필름 (5)는 82.1이고 모두 양호한 정면휘도를 얻기 위해 필요한 광학특성을 만족하고 있었다.

이어서 광제어 필름 (1)~(5)를 15인치 에지라이트형 백라이트(냉음극관 상하 각 1등)에 끼워넣고 정면휘도를 측정하였다. 즉, 광제어 필름 (1)~(5)의 요철패턴면이 광출사면으로 되도록 하여 도광판 위에 설치하고, 백라이트 위 A~E점(도 9 참조)에 있어서의 광원(냉음극관)과 평행 방향(도 9의 x 방향), 수직 방향(도 9의 y 방향)에 있어서의 출사각도 마다의 휘도를 측정하였다(1인치=2.54 cm). 광제어 필름 (1)~(5)에 대해서 얻어진 결과를 순서대로 표 11~15에 나타낸다(단위는 「cd/㎡」).

이들 결과로부터 본 실시예의 광제어 필름은 백라이트에 1장 끼워넣는 것만으로 양호한 정면휘도를 얻을 수 있는 것을 알았다. 특히 광제어 필름 (1)~(3)에서는 단면곡선의 방향이 광원의 방향에 대해서 평행 방향(0도, 180도)에서 수직 방향(90도)으로 향함에 따라서 기울기의 절대값의 평균이 커지고 있기 때문에, 그것들을 끼워넣은 백라이트는 광원과 수직 방향에 있어서의 정면(0도)에서 크게 기울어진 빛을 효율적으로 정면 방향으로 향하게 할 수 있어 양호한 정면휘도를 얻을 수 있다. 즉 표 11~13의 수치와 표 14, 15의 수치를 비교하면, 전자에서는 정면휘도가 높고 수직 방향에 있어서의 상하30도, 상하45도에 있어서의 휘도 값이 정면 방향(0도)의 휘도 값보다 충분히 작은 비율로 되어 있고, 빛이 효율적으로 정면 방향으로 향해져 있는 것을 알았다.

또한 광원에서의 거리가 가까워짐에 따라 광원쪽 경사면의 기울기의 절대값의 평균이 커지게 되어 있는 광제어 필름 (1), (2)에서는 필름 중심(C점) 보다 광원의 위치에 가까운 A, B, D, E점에 있어서도, 광원과 수직 방향에 있어서의 정면(0도)에서 크게 기울어진 빛을 효율적으로 정면 방향으로 향하게 할 수 있어 양호한 정면휘도를 얻을 수 있는 것이었다(표 11, 12). 즉 표 11, 12의 수치와 표 13~15의 수치를 비교하면 전자에서는 C점과 A, B, D, E점의 정면휘도 차가 작고 또한 A, B, D, E점의 수직 방향에 있어서는 상 30도, 하 30도의 휘도 차 및 상 45도, 하 45도의 휘도 차가 작고 또한 정면 방향(0도)의 휘도 값보다 충분히 작은 비율로 되어 있다. 이 점에서 출사광의 위치에 의한 치우침의 영향을 적게하여 빛이 효율적으로 정면 방향으로 향해져 있는 것을 알았다.

[실시예 6~8]

레이저 미세 가공기술에 의해 소정의 요철패턴을 형성한 3종류의 형 (6)~(8)을 제작하고, 그 중 2개의 형 (6) 및 (7)에는 굴절률 1.50의 자외선경화형 수지를, 1개의 형 (8)에는 굴절률 1.40의 실리콘 수지를 흘려넣었다. 이어서 흘려넣은 수지를 경화시킨 후 형에서 꺼내어 23 cm×31 cm의 광제어 필름 (6)~(8)을 얻었다.

이어서 레이저현미경(VK-8500:키엔스샤)에 의해 광제어 필름 (6)~(8)의 요철패턴면(광출사면)을 50부 대물렌즈를 사용해서 측정하였다. 측정간격은 0.29 ㎛로 하였다. 얻어진 측정 단면곡선에 컷오프 값 2.5 ㎛의 저역 필터를 적용시켜 단면곡선을 구하고, 이 단면곡선의 광입사면에 대한 기울기의 절대값의 평균(θave)을 산출하였다. 측정은 실시예 1~5와 동일하게 각 광제어 필름 위 5개의 위치에서 각각 상이한 방향의 단면곡선마다 광입사면에 대한 기울기의 절대값의 평균을 산출하였다. 또한 각 단면곡선의 길이(L2)를 측정하고, 그 단면의 밑변의 길이(L1)에 대한 비(Lr=L2/L1)를 산출하여 기울기의 절대값의 평균(θave)과 길이 비(Lr)의 곱 또는 몫을 구하였다.

각 광제어 필름 (6)~(8)에 대해서 A~E 5점에서 얻어진 결과를 순서대로 표16~18에 나타낸다. 또한 A~E 5점 전체의 결과(θave, Lr, θave/Lr, θave×Lr)를 평균한 것을 표 19에 나타낸다.

또한 실시예 6~8의 각 광제어 필름을 헤이즈미터(HGM-2K:스가시켄키샤)로 측정한 결과를 함께 표 19에 나타낸다.

표 16~18에 나타내는 바와 같이 광제어 필름 (6)~(8)에서는 측정한 전체 점에서 또한 전체 방향에서, 기울기의 절대값의 평균 및 길이 비의 변동이 적어 필름 전체로서 균일한 요철특성을 갖고 있다. 또한 전체 실시예에서 80% 이상의 헤이즈를 얻을 수 있었다.

이어서 광제어 필름 (6)~(8)을 도 14에 나타내는 바와 같은 에지라이트형 백라이트에 끼워넣고 수평 방향 ±45°, 수직 방향 ±45°의 휘도 분포(출사각 분포)를 측정하였다. 표면 형상의 측정 위치에 대응하는 5개의 위치 A~E에서 측정한 결과를 표 20~표 22에 나타낸다. 또한 표 중 수치(휘도)의 단위는 「cd/㎡」이다. 또한 실시예 1의 백라이트 위치 C에 있어서의 좌우 방향 및 상하 방향의 휘도 분포를 도 16에 나타낸다.

도 16에 나타내는 결과에서도 알 수 있듯이 본 실시예의 광제어 필름은 40도 이내의 휘도가 높고, 정면 방향에 대해서 프리즘 시트와 동등하거나 그 이상의 높은 출사광을 얻을 수 있는 것이 표시되었다.

[비교예 1~4]

시판의 프리즘 시트(비교예 1) 및 광확산성 시트(비교예 2~비교예 4)에 대해서 실시예 1~5와 동일하게 필름의 5점 A~E에서 요철패턴면(광출사면)의 표면 형상을 측정하고, 단면곡선 기울기의 절대값의 평균(θave)을 구하였다. 비교예 1~4의 각 광제어 필름에 대해서 A~E의 5점에서 얻어진 결과를 순서대로 표 23~표 26에 나타낸다.

표 23~26에서 알 수 있듯이, 비교예의 것은 전체 측정점의 전체 방향 또는 전체 측정점의 일부 방향에 있어서 기울기의 절대값의 평균이 20도 이상 75도 이하로 되지 않는 것이다.

이어서 비교예 1~4의 광제어 필름을 실시예 1~3과 동일하게 15인치 에지라이트형 백라이트(냉음극관 상하 각 1등)에 끼워넣고, 프리즘면 또는 요철패턴면이 광출사면으로 되도록 해서 도광판 위에 설치하여 수평 방향 ±45°, 수직 방향 ±45°의 휘도 분포(출사각 분포)를 측정하였다. 실시예 1과 동일하게 5개의 위치 A~E에서 측정한 결과를 표 27~표 30에 나타낸다. 또한 A~E 5점 전체의 결과(θave, Lr, θave/Lr, θave×Lr)를 평균한 것을 헤이즈미터(HGM-2K:스가시켄키샤)로 측정한 헤이즈 값과 함께 표 31에 나타낸다. 또한 표 중 수치(휘도)의 단위는 「cd/㎡」이다. 또한 비교예 1의 백라이트 위치 C에 있어서의 좌우 방향 및 상하 방향의 휘도 분포를 표 17에 나타낸다.

표 28~표 30의 결과에서도 알 수 있듯이 종래 광확산 시트를 백라이트에 끼워넣은 경우에는, 실시예의 것(표 11~표 15 및 표 20~표 22)에 비교해서 양호한 정면휘도를 얻을 수는 없었다.

또한 표 27의 결과에서 알 수 있듯이 프리즘 시트가 요철의 배열 방향에 기인해서 방향에 따라 휘도변화가 큰 것에 대해서, 본 실시예의 것은 휘도가 비교적 균일하게 분포하고 적당한 광확산성을 갖추고 있는 것이 표시되었다. 더욱이 도 16 및 도 17에 나타내는 결과에서도 알 수 있듯이 본 실시예의 광제어 필름은 40도 이내의 휘도가 높고, 정면 방향에 대해서 프리즘 시트와 동등하거나 그 이상의 높은 출사광을 얻을 수 있는 것이 표시되었다.

또한 비교예에서 준비한 프리즘 시트 및 광확산성을 적절히 복수장 조합시켜 백라이트에 끼워넣음으로써, 실시예와 동등한 정면휘도를 얻을 수 있는 경우가 있지만, 당연히 백라이트의 두께가 증가해 버리고 또한 비용도 증가한다.

이상의 실시예에서도 명백하듯이, 본 발명에 의하면 광제어 필름의 요철패턴의 기울기와 형상이 특정 관계를 만족하도록 함으로써 정면휘도가 우수하고, 적당한 광확산성을 구비한 광제어 필름을 제공할 수 있다. 또한 이와 같은 광제어 필름을 백라이트에 끼워넣음으로써, 적은 수의 광학 필름에서 정면휘도가 높고 번쩍임이나 간섭패턴의 발생이 없는 백라이트를 제공할 수 있다.

Claims

요철패턴을 갖는 광제어 필름으로서, 상기 요철패턴은 필름의 기준면에 수직인 임의의 단면에 대해서, 요철패턴에 의해 획정되는 단면단부의 곡선(이하 단면곡선이라고 한다)의 상기 기준면에 대한 기울기의 절대값의 평균(θave(도))이 실질적으로 전체 단면에 대해서 20도 이상 75도 이하인 것을 특징으로 하는 광제어 필름.
소정의 굴절률 n인 재료로 되는 요철패턴층을 갖는 광제어 필름으로서, 상기 요철패턴은 필름의 기준면에 수직인 임의의 단면에 대해서, 요철패턴에 의해 획정되는 단면단부의 곡선(이하 단면곡선이라고 한다)의 상기 기준면에 대한 기울기의 절대값의 평균(θave(도))이 실질적으로 전체 단면에 대해서 (78-34n)도 이상, (118-34n)도 이하인 것을 특징으로 하는 광제어 필름.
제1항 또는 제2항의 광제어 필름으로서, 단면곡선을 포함하는 단면 방향의 상위에 의한 상기 기울기의 절대값의 평균의 차가 30도 이내인 것을 특징으로 하는 광제어 필름.
요철패턴을 갖는 광제어 필름으로서, 상기 요철패턴은 필름의 기준면에 수직인 임의의 단면에 대해서, 요철패턴에 의해 획정되는 단면단부의 곡선(이하 단면곡선이라고 한다)의 상기 기준면에 대한 기울기의 절대값의 평균(θave(도))과 상기 기준면과 단면의 교차부에 의해 획정되는 직선의 길이(L1)에 대한 상기 단면곡선의 길이(L2) 비(Lr=L2/L1)가 실질적으로 전체 단면에 대해서 다음 식(1) 또는 (2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 광제어 필름.
소정의 굴절률 n인 재료로 되는 요철패턴층을 갖는 광제어 필름으로서, 상기 요철패턴은 필름의 기준면에 수직인 임의의 단면에 대해서, 요철패턴에 의해 획정되는 단면단부의 곡선(이하 단면곡선이라고 한다)의 상기 기준면에 대한 기울기의 절대값의 평균(θave(도))과 상기 기준면과 단면의 교차부에 의해 획정되는 직선의 길이(L1)에 대한 상기 단면곡선의 길이(L2) 비(Lr=L2/L1)가 실질적으로 전체 단면에 대해서 다음 식(3) 또는 (4)를 만족하는 것을 특징으로 하는 광제어 필름.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 광제어 필름으로서, 상기 단면곡선의 기울기의 절대값의 평균(θave)은, 단면 방향이 상기 광제어 필름의 기준면과 평행한 제1 방향에서 상기 광제어 필름의 기준면과 평행으로서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 향함에 따라 점차 증가하는 것을 특징으로 하는 광제어 필름.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 광제어 필름으로서, 상기 단면곡선의 기준면에 대한 기울기가 필름의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 향함에 따라 점증 또는 점감하는 것을 특징으로 하는 광제어 필름.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 광제어 필름으로서, 상기 광제어 필름은 백라이트에 사용되고 상기 백라이트 광원의 길이 방향과 거의 직교하는 단면에 있는 단면곡선을 일정 간격으로 분할하여, 해당 단면곡선의 상기 광원쪽 경사면의 상기 기준면에 대한 기울기의 절대값의 평균을 상기 분할한 간격마다 산출한 경우에, 해당 기울기의 절대값의 평균이 광원에 가까워짐에 따라 커지는 것을 특징으로 하는 광제어 필름.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 광제어 필름으로서, 상기 광제어 필름은 백라이트에 사용되고 또한 상기 백라이트 광원의 길이 방향과 거의 직교하는 단면에 있는 단면곡선을 일정 간격으로 분할하여, 해당 단면곡선의 상기 광원과는 반대쪽 경사면의 상기 기준면에 대한 기울기의 절대값의 평균을 상기 분할한 간격마다 산출한 경우에, 해당 기울기의 절대값의 평균이 광원에 가까워짐에 따라 작아지는 것을 특징으로 하는 광제어 필름.
적어도 한쪽 단부에 광원이 배치되고, 상기 한쪽 단부에 거의 직교하는 면을 광출사면으로 하는 도광판과, 상기 도광판의 광출사면에 배치되는 광제어 필름을 구비한 백라이트 장치에 있어서, 상기 광제어 필름은 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 광제어 필름인 백라이트 장치.
제 10항에 있어서, 광제어 필름은 제6항의 광제어 필름으로서, 광원이 배치되는 단부와 평행한 방향을 제1 방향으로 하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 장치.
광제어 필름과, 광제어 필름의 광출사면쪽과는 반대쪽 면에 광확산재 및 광원을 이 순서대로 구비한 백라이트로서, 상기 광제어 필름으로서 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 광제어 필름을 사용한 것을 특징으로 하는 백라이트.