KR20050079616A - 투과율이 향상된 확산판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 확산판 구조에 관한 것으로서, 상기 확산판의 하측 표면에 저반사율을 가진 반사 방지층을 형성하며, 상기 반사 방지층은 열경화성 수지와 복수 개 나노급 입자를 포함한다. 상기 복수 개 나노급 입자는 에틸알코올을 용매로 하여 무작위로 상기 열경화성 수지 중에 혼합된다. 상기 반사 방지층이 저반사율 특성을 구비하기 때문에 입사광이 상기 박막층을 통과할 때 그 투과율을 제고할 수 있으며, 더우기 상기 반사 방지층이 복수 개의 나노 입자를 포함하기 때문에, 입사광이 상기 반사 방지층을 통과할 때 빛이 확산되는 효과를 나타낼 수 있으며, 따라서 디스플레이 장치에 균일하고 휘도가 높은 면광원을 제공한다.

Description

투과율이 향상된 확산판{STRUCTURE OF A DIFFUSER WITH IMPROVED TRANSMITTANCE}
본 발명은 확산판에 관한 것으로서, 특히 투과율이 향상된 확산판에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD)는 자체 발광할 수 없는 표시 장치로서 반드시 백라이트에 의해서만 표시 기능을 달성할 수 있다. 고정된 백라이트 시스템에서 확산막의 투과율의 높고 낮음은 광원의 이용 효과에 직접적인 영향을 줄 수 있으며, 따라서 액정 디스플레이의 현상 품질에 영향을 주게 되므로 확산판은 액정 디스플레이의 모듈 중에서 상당히 중요한 부품으로 되어 있다. 고품질, 대형 치수의 큰 액정 디스플레이는 반드시 고성능 배광(背光) 기술이 조합되어야 하기 때문에 상기 배광 기술의 고성능화, 예를 들면 고휘도화, 저렴한 원가, 적은 전기 소모, 경량화 등이 액정 디스플레이의 전체 성능을 발현함에 있어서 매우 중요한 역할을 한다.
액정 디스플레이 중의 배광 모듈은 일반적으로 광원(즉, 냉음극관), 반사판, 도광판 및 확산판 등을 포함한다. 그 중 확산판의 기능은 입사광을 효과적으로 분산시키며 액정 디스플레이에 균일한 면광원을 제공하는 것이다. 종래의 확산판은 투명 기판 및 확산층(diffusing layer)을 포함하며, 상기 확산층은 투명 기판의 표면에 형성된다. 상기 확산층은 산란체(scatters)인 구형 재료 입자를 포함하며, 상기 확산판의 확산 효과는 주로 확산층 중의 바인더(binder)와 바인더 중에 포함된 산란체 사이의 굴절율 차이에 의하여 이루어진다. 산란체는 확산층 사이에 분산되어 있어, 광선이 확산층을 통과할 때 굴절율이 상이한 두 매체 사이를 끊임없이 왕복하면서 진행한다. 이 때 광선은 굴절, 반사 및 산란 현상을 동시에 일으켜 광학적 확산 효과를 달성한다.
평면 디스플레이의 급속한 발전에 따라 고품질의 화상 품질은 없어서는 안될 역할을 담당하고 있다. 그 중 평면 디스플레이의 광도 표현은 중요한 일환(一環)이며, 반사 방지막의 응용은 광도 표현을 제고함에 있어 중요한 수단의 하나가 되고 있다. 반사 방지막의 작용은 반사를 감소시키고 디스플레이 소자의 투광도를 증가시키는 것이며, 그 주된 원리는 입사 파장이 반사 방지 코팅층을 통과할 때 투과 및 반사 특성을 구비하는 것을 이용한 것으로서, 입사 파장의 일부는 통과하고 다른 일부는 반사된다. 반사 코팅층의 굴절율과 두께를 곱한 값을 입사 파장의 1/4λ 홀수배로 제어함으로써 간섭 효과와 반사 효과를 얻는다. 액정 디스플레이 패널에 대하여 말하면 1%의 반사율을 증가시킬 때마다 1%의 투과율이 손실됨을 의미한다. 즉, 1%의 광도가 손실되기 때문에 액정 디스플레이 패널은 가능한 한 투과율을 높이는 동시에 반사율을 감소시켜야 한다.
종래의 확산판 구조를 도 1에 기초하여 설명하면 아래와 같다. 도 1을 참조하면, 투명 기판(101)이 제공되는데, 상기 투명 기판(101)의 재료는 아크릴 수지 박판(薄板), 예를 들면 균일한 호모폴리머 (homopolymer)인 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 박판일 수 있다. 상기 투명 기판(101) 상에 확산층이 설치되며, 상기 확산층은 중합성을 가진 바인더(103) 및 복수 개의 구형 산란체(105)를 포함한다. 중합성을 가진 바인더(103)는 폴리알킬메타크릴레이트를 주된 작용기로서 포함하는 고분자 중합물, 예를 들면 폴리에틸메타크릴레이트 또는 폴리프로필메타크릴레이트 등을 사용한다. 산란체(105)는 굴절율(refractive index)을 가진 임의의 물질을 포함하며, 그 굴절율은 투명 기판(101), 바인더(103) 및 아크릴레이트수지 박막(107)의 굴절율과는 상이하다. 상기 산란체(105)의 재료는 실리카(silica), 산화마그네슘(magnesium oxide), 산화티탄 등일 수 있으며, 상기 입자 크기는 1-100㎛이다. 폴리에틸렌 수지 박막(107)은 상기 확산층 상에 형성되며 투명 기판(101)과 동일한 구조를 가진다.
입사광이 산란체(105), 바인더(103)를 포함한 확산층을 통과할 때, 산란체(105) 및 바인더(103)의 굴절율이 서로 다르기 때문에 입사광선 통과시 굴절, 반사 및 산란 등의 현상이 발생한다. 즉, 입사광선이 확산되는 효과를 달성할 수 있다. 그러나 그러한 종래의 확산판은 광선의 투과율이 높지 않아 85% 투과율 밖에 달성할 수 없기 때문에 광 사용율이 높지 않으며 따라서 디스플레이 소자, 예를 들면 액정 디스플레이의 전체적 휘도 표현에 영향을 주게 된다.
종래의 확산판을 사용함에 있어서 입사광선의 투과율을 제고시킬 수 없기 때문에 개량된 확산판을 제공하여 광선의 투과율을 제고시키고 디스플레이의 휘도를 증대시키는 것이 절실히 요구된다.
본 발명의 목적은, 하측에 저반사율을 가진 반사 방지층을 형성하며, 상기 반사 방지층은 입사광선의 투과율을 제고시킴으로써 디스플레이의 휘도 표현을 증대시킬 수 있는 확산판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 목적은, 나노 입자를 포함하는 열경화성 수지를 제공하며, 나노 입자 및 열경화성 수지의 서로 상이한 굴절율을 이용할 수 있으며, 따라서 디스플레이에 균일한 면광원을 제공하며 배광 모듈의 성능을 개선하는 확산판을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 개량을 거친 확산판을 제공함에 있어서, 우선 플라스틱 수지 기판과 같은 투명 기판을 제공한다. 그 재료는 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르-에스테르, 폴리염화비닐, 폴리메타크릴레이트 등일 수 있다. 상기 투명 기판의 상측 표면에 확산층을 형성하며, 상기 확산층은 복수 개의 구형 과립 및 주재료(host material)층을 포함한다. 그 중 복수 개의 구형 과립 재료는 유기 고분자, 예를 들면 폴리메틸메타크릴레이트, 또는 무기 재료, 예를 들면 이산화티탄(TiO2), 이산화규소(SiO2) 또는 유리 비즈이며, 상기 주재료도 유기 고분자, 예를 들면 우레탄 수지, 비닐아세테이트 수지, 염화비닐 수지, 스티렌 수지 및 폴리에틸렌 수지 등이며, 동시에 상기 확산층은 쐐기 형상 또는 불규칙형일 수 있다. 상기 투명 기판의 하측에 낮은 반사율을 가진 반사 방지층을 형성하고, 상기 반사 방지층은 열경화성 수지 및 복수 개 나노급 입자를 포함한다. 상기 열경화성 수지 및 복수 개의 나노급 입자는 에틸알코올을 용제로 하여 분산되며, 습식 공정 또는 건식 공정 등 단일 제조 공정에 의하여 상기 열경화성 수지 및 복수 개의 나노급 입자를 무작위로 혼합하며, 마지막에 상기 저반사율을 가진 반사 방지층을 투명 기판의 하측 표면에 코팅 또는 증착시킨다.
[실시예]
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 아래 설명 중 제조 공정과 구조체에 대한 서술은 완전한 플로우를 포함하는 것은 아니다. 여기에서 본 발명이 인용한 종래의 기술은 다만 요점만 인용하여 본 발명의 설명을 돕고자 한다.
본 발명은 이하에서 비교적 바람직한 실시예와 관련 도면(도 2 내지 도 3)에 대한 설명을 통하여 제시된다. 도 2를 참조하면, 우선 투명도가 높고 기계적 강도가 높은 투명 기판(201), 예를 들면 플라스틱 기판을 제공한다. 상기 투명 기판(201)의 두께는 25∼150㎛이며, 상기 플라스틱 수지 박막으로 된 투명 기판(201)의 재료는 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리아미드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르-에스테르, 또는 폴리메타크릴레이트일 수 있다.
다음으로, 상기 투명 기판(201) 상에 확산층을 형성하는데, 상기 확산층은 복수 개의 구형 과립(205)을 포함하며 상기 구형 과립(205)은 주재료층(203)에 혼합되어 있다. 상기 복수 개의 구형 과립(205) 재료는 유기 고분자 재료 또는 무기 재료, 예를 들면 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 이산화티탄(TiO2), 이산화규소(SiO2) 또는 유리 비즈 등이다. 상기 주재료층(203)의 재료도 유기 고분자 재료, 예를 들면 우레탄 수지, 비닐아세테이트 수지, 염화비닐 수지, 스티렌 수지 또는 폴리에틸렌 수지 등이다. 다른 한편, 복수 개의 구형 과립(205) 및 주재료층(203)을 포함하여 형성된 확산층의 모양은 쐐기 형상 또는 불규칙형을 이룰 수 있으며, 그 중 주재료층(203)은 유체(fluid)이다. 이 밖에 구형 과립(205)의 직경은 1∼99㎛이다. 개개의 구형 과립(205)의 굴절률(refractive index)과 주재료층(203)의 굴절률이 상이하기 때문에 입사광이 주재료층(203)과 복수 개의 구형 과립(205) 사이의 경계면을 지날 때에야 비로소 광선의 확산 효과를 달성할 수 있다.
상기 확산판의 제조 방식은, 구형 과립(205)을 주재료층(203) 중에 혼합한 후, 코팅 방식으로 상기 주재료층(203) 및 복수 개의 구형 과립(205)을 포함하는 확산층을 투명 기판(201)의 표면에 코팅한다. 다음에, 경화(curing) 공정을 실행하여 상기 확산층 내의 유기 용제를 증발시킨다. 상기 확산층 중, 복수 개의 구형 과립(205)을 주재료층(203) 중에 혼합하는 목적은 고밀도의 복수 개의 구형 과립(205)을 얻기 위한 것이며, 상기 고밀도의 구형 과립(205)에 의하여 입사광이 상기 확산층을 통과할 때 균일하게 확산될 수 있다. 다만 상기 구형 과립(205)의 중량은 주재료층(203) 중량의 300%를 초과하지 않아야 한다. 주재료층 중량의 300%를 초과할 경우, 입사광은 적절한 투과율을 얻을 수 없으며 수지의 밀착성에도 영향을 주게 된다. 다른 한편, 구형 과립(205)의 중량은 주재료층(203) 중량의 10% 이상이어야 한다. 주재료층 중량의 10% 미만일 경우, 입사광의 확산 효과에 영향을 주게 된다. 따라서 주재료층(203)에 혼합되는 구형 과립(205)의 밀도를 적절하게 제어해야야 한다.
구형 과립(205) 및 주재료층(203)으로 형성된 확산판이 입사광을 투과시키는 효과를 달성할 수 있지만 그 투과율은 제한되어 있다. 예를 들면, 85%의 광투과율밖에 달성할 수 없다. 이 때문에 본 발명은 투명 기판(201)의 하측 표면에 저반사율(low reflectivity)의 반사 방지층(anti-reflection layer)를 형성하며, 상기 반사 방지층은 복수 개 나노급 입자(209) 및 열경화성 수지(207)를 포함한다. 상기 복수 개 나노급 입자(209)는 상기 열경화성 수지(207) 중에 무작위로 혼합되며, 양자는 에틸알코올 용제 중에 혼합된다. 상기 반사 방지층의 두께는 1∼30㎛의 범위이며, 상기 복수개 나노 입자의 직경은 0.001∼0.1㎛의 범위이다. 입사광이 상기 복수 개 나노 입자(209) 및 열경화성 수지(207)를 포함하여 형성된 반사 방지층을 통과할 때, 입사광은 동시에 투과 및 반사를 일으킨다. 본 발명은 복수 개 나노 입자(209) 및 열경화성 수지(207)를 포함하는 반사 방지층을 형성하며 상기 반사 방지층이 저반사율을 구비하기 때문에, 입사광의 반사율을 감소시키고 입사광의 투과율을 제고할 수 있다. 예를 들면, 5%의 광투과율을 제고할 수 있다. 이 밖에 상기 반사 방지층이 복수 개 나노 입자(209)를 포함하기 때문에 입사 광선이 상기 박막층을 통과할 때 입사 광선의 확산 효과를 증대할 수 있으며, 따라서 디스플레이, 예를 들면 액정 디스플레이에 균일하고 휘도가 높은 면광원을 제공한다.
또한, 상기 복수 개 나노 입자(209) 및 열경화성 수지(207)를 포함하는 반사 방지층은 하나의 제조 공정, 예를 들면 습식 공정을 이용하여 상기 반사 방지층을 투명 기판(201)의 하측 표면에 형성한다. 상기 습식 공정은 코팅 방식 또는 초박막 코팅 방식, 예를 들면 마이크로 그라비어 코팅(micro-gravure coating) 방법, 웹 텐션 코팅(web tention coating) 방법을 이용하여, 반사 방지층을 투명 기판(201)의 하측 표면에 코팅한 다음 경화 공정을 실행하여 상기 반사 방지층 중의 에틸아코올 용제를 제거한다. 이 밖에, 건식 공정중, 열경화성 수지(207)와 복수 개 나노 입자(209)를 에틸알코올 용제로 혼합한 다음 증착 방식, 예를 들면 진공 증착 방법을 이용하여 상기 저반사율의 반사 방지층을 상기 투명 기판(201)의 하측 표면에 증착시킨다. 상기 증착 방식으로 반사 방지층의 두께를 정확하게 제어할 수 있기 때문에, 모든 가시광 범위(400∼700nm) 내에서 반사율을 0.1%∼2.5% 범위로 제어할 수 있다. 이로써 본 발명에 따른 확산판의 구조체가 완성된다.
본 발명에서 서술한 저반사율의 반사 방지층은, 실제 측정 결과에 의하면 입사광의 투과율을 약 5% 높일 수 있다. 따라서 상기 저반사율을 구비한 반사 방지층을 이용하여 고투과율을 구비한 확산판을 제조하고 상기 구조체를 배광 모듈에 응용하면 배광 모듈 통과 시 입사광이 손실하는 빛의 세기를 보상할 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 배광 모듈을 제공하며, 상기 배광 모듈은 광원(219)을 포함하고, 상기 광원(219)은 평행한 입사 광선(217)을 제공할 수 있다. 또한, 상기 배광 모듈은 상기 저반사율 반사 방지층의 하측 표면에 도광판(211)을 제공하며, 상기 도광판(211)의 재료는 아크릴산 수지일 수 있으며, 아울러 상기 도광판(211)은 그 저면에 동일한 간격으로 이격된 복수 개의 확산점(213)를 포함한다. 상기 확산점(213)의 재료는 이산화티탄(TiO2)일 수 있다. 한편, 상기 배광 모듈은 상기 도광판(211)의 하측 표면에 반사판(215)을 제공하여 입사광(217)의 사용 효율을 증대시킨다. 본 발명에 따른 확산판을 상기 배광 모듈에 설치하게 되면 상기 확산판의 고투과율 특성에 의하여 디스플레이, 예를 들면 액정 디스플레이에 고성능화의 배광 기술을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 구체 실시예를 통하여 알 수 있는바, 본 발명의 장점중 하나가 하기와 같은 확산판 구조체를 제공하는 것이다. 즉, 상기 확산판 구조체의 하측 표면에 저반사율 반사 방지층을 형성하고, 상기 반사 방지층은 열경화성 수지이고 복수 개의 나노급 입자를 포함하며, 상기 복수 개의 나노급 입자는 에틸알코올을 용제로 하여 상기 열경화성 수지 중에 무작위로 혼합된다. 상기 반사 방지층이 저반사율 특성을 갖기 때문에 입사광이 상기 박막층을 통과할 때 투과율을 제고할 수 있으며, 더우기 상기 반사 방지층이 복수 개의 나노 입자를 포함하기 때문에 입사광이 반사 방지층을 통과할 때 확산되는 효과를 달성할 수 있고, 따라서 디스플레이에 균일하고 휘도가 높은 면광원을 제공할 수 있다.
상술한 내용은 본 발명의 비교적 바람직한 실시예에 불과하며, 이로써 본 발명의 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다. 동시에, 상술한 내용은 본 분야의 기술자에게 있어서 명백하고 능히 실시할 수 있는 것으로서 본 발명의 내용을 벗어나지 않는 한, 완성한 그 어떠한 균등 변화 또는 부가 또는 수정은 본 발명의 특허청구범위에 포함되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 확산판 구조체의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 투과율이 향상된 확산판 실시예의 구조체 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 투과율이 향상된 확산판 구조체와 배광 모듈 구조체의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101: 투명 기판, 103: 바인더, 105: 산란체. 107: 아크릴 수지 박막.
201: 투명 기판. 203: 주재료층. 205: 구형 과립. 207: 열경화성 수
지. 209: 나노급 입자. 211: 도광판. 213: 확산점. 215: 반사판.
217: 입사광. 219: 광원

Claims (5)

  1. 플라스틱 수지 기판,
    확산층, 및
    반사 방지층
    을 포함하며,
    상기 확산층은 상기 플라스틱 수지 기판의 상측 표면에 설치되며, 주재료층과 복수 개의 구형(球形) 과립(顆粒)으로 구성되고,
    상기 반사 방지층은 상기 플라스틱 수지 기판의 하측 표면에 설치되며, 열경화성 수지와 복수 개의 나노 입자가 에틸알코올을 용매로 하여 혼합되어 형성된 것을 특징으로 하는
    배광(背光) 모듈 내 확산판 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라스틱 수지 기판 재료가 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리아미드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르-에스테르(polyether-ester), 폴리에스테르 및 폴리메타크릴레이트로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 배광 모듈 내 확산판 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주재료층 재료가 우레탄 수지, 비닐아세테이트 수지, 염화비닐 수지, 스티렌 수지 및 폴리에틸렌 수지로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 배광 모듈 내 확산판 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 구형 과립 각각의 직경이 1∼99㎛ 범위이고, 상기 주재료층에 대한 상기 복수 개의 구형 과립의 중량비가 3∼0.1 범위이며, 상기 복수 개의 구형 과립 재료가 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 이산화티탄(TiO2) 및 이산화규소(SiO2)로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 배광 모듈 내 확산판 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사 방지층의 두께가 1∼30㎛ 범위이고, 상기 복수 개 나노 입자의 직경이 0.001∼0.1㎛ 범위이며, 가시광 범위(400∼700nm) 내에서 상기 반사 방지층의 반사율이 0.1% 내지 2.5%로 제어되는 것을 특징으로 하는 배광 모듈 내 확산판 구조.
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