KR20050099289A - 나노 입자를 포함하는 투과성 광학필름 제조용 조성물과이 조성물을 사용하여 제조한 광학 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광선 조절 구조물에 이용되는 투과성 광학 필름 제조용 조성물과 그를 이용하여 제조한 투과성 광학 필름에 관한 것으로서, 투과성 광학 필름 제조용 조성물로 레진-나노 입자의 복합 재료를 사용함으로써, 기존의 프리즘시트보다 효율적으로 휘도를 향상할 수 있는 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 투과성 광학 필름은 한쪽 면에 구조화된 표면을 갖고 다른 한쪽 면에 매끄러운 표면을 갖는 투명한 중합체 물질로 이루어진 프리즘 층 및 프리즘 층의 매끄러운 평탄면과 접하는 기본층의 구조를 포함하며, 프리즘 층은 나노 입자의 복합소재가 포함한 조성물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 나노 입자의 복합소재를 포함하는 조성물은 알루미나 또는 실리카 입자를 나노 상태의 분말로 분산시킨 형태인 것을 특징으로 한다.

Description

나노 입자를 포함하는 투과성 광학필름 제조용 조성물과 이 조성물을 사용하여 제조한 광학 필름{OPTICAL FILM FORMULATION WITH NANO PARTICLES AND OPTICAL FILM MADE THEREOF }

본 발명은 구조화된 프리즘을 갖는 투과성 광학 필름 재조용 조성물과 이를 이용하여 제조한 광학필름에 관한 것으로서, 구체적으로는 프리즘 층의 조성물로 나노 입자를 이용함으로써, 빛의 손실을 최대한 줄여 휘도 증가율을 향상시키는 광학 필름에 관한 것이다.

광학 필름은 일반적으로 액정디스플레이의 백라이트 유닛(2)에 활용되고 있는데, 액정디스플레이는 도 1에서 보는바와 같이 액정표시패널(1)은 액정(9) 자체로는 발광역할을 할 수 없기 때문에 별도의 백라이트 유닛(2)을 설치하며, 백라이트 유닛(2)은 보통 반사판(4)이 설치된 냉음극형광램프(3)를 사용하고 순차적으로 반사판(5), 도광판(6), 광확산판(7), 프리즘시트(8)로 구성되어있다.

여기서 프리즘시트(8)는 시야축선 범위(θ)를 벗어난 빛을 시야축선 범위 안으로 빛의 경로를 제어하는 역할을 하여 휘도를 향상시키는데 중요한 역할을 한다. 이러한 휘도 증가를 목적으로 사용 가능한 프리즘시트를 제시한 대표적인 종래 기술의 예로는 미국 특허 제4,542,449호 및 대한민국 공개특허공보 제1987-0005258호가 있다. 빛의 집광 효율을 높여 휘도를 더욱 효과적으로 향상시키기 위하여 대한민국 공개특허공보 제1999-0061673호는 종래의 직각이등변삼각형 형상을 직교하여 겹쳐놓은 것과 같은 사각뿔 형상의 프리즘 필름을 개시하고 있다.

또한 휘도 향상을 위하여 대한민국 특허공보 제10-0398940호는 다양한 높이의 프리즘 구조를 표면상에 형성하였으며, 대한민국 공개특허공보 제2002-0041819호는 가변 각 구조의 프리즘을 표면상에 형성한 예 등이 있다.

이와 같이 프리즘 형상의 다양한 변형을 통하여 효율적인 휘도 향상을 꾀하고 있으나, 이러한 것들은 일반적인 액정 디스플레이 유닛에 있어서, 프리즘시트를 사용하지 않은 때보다 휘도 증가율이 최대 1.6배 정도이어서 그 이상의 효과를 기대하기 힘든 문제점이 있다.

따라서 기존의 프리즘시트의 기능을 그대로 유지하면서 그 이상의 휘도 증가율을 얻기 위한 본 발명은, 광선 조절 구조물에 이용되는 광학필름 제조용 조성물과 투과성 광학 필름으로서, 투과성 광학 필름 제조용 조성물로 레진-나노 입자의 복합 재료를 사용함으로써, 기존의 프리즘시트보다 효율적으로 휘도를 향상시킬 수 있는 광학 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 투과성 광학 필름 제조용 조성물은, 레진-나노 입자의 복합 재료를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 조성물로 제조한 광학 필름은, 한쪽 면에 구조화된 표면을 갖고 다른 한쪽 면에 매끄러운 표면을 갖는 투명한 중합체 물질로 이루어진 프리즘 층 및 상기 프리즘 층의 매끄러운 표면과 접하며, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리아마이드로 이루어진 군중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 구성될 수 있는 기본층의 구조를 가지는 광학 필름에 있어서, 상기 프리즘 층은 상기 레진-나노 입자의 복합소재를 포함한 조성물로 제조한 것을 특징으로 한다.

여기서 레진-나노 복합소재는 단일 소재나 이중 소재를 단순하게 조합한 재료가 갖는 물성의 한계를 극복하고 그 성능과 효과를 높이기 위하여 서로 다른 소재를 물리적 또는 화학적 방법으로 나노 크기로 혼성화한 소재를 말한다.

상기 고분자 나노 복합소재는 매트릭스가 고분자이고 분산상이 나노 크기의 초미립자로서 그 크기는 1 내지 100 nm 인 것이 바람직하다. 나노 복합 소재의 크기가 1nm 이하인 경우에는 이러한 나노 복합소재를 제조하기가 힘들고, 100 nm 를 초과할 경우에는 헤이즈가 발생하는 문제점이 있기 때문이다.

구체적으로 본 발명은 종래의 프리즘 구성물인 아크릴레이트 올리고머와 광 개시제 등에 나노 상태의 분말을 분산시킨 형태의 프리즘 조성물로서, 나노 입자로 활용될 수 있는 소재는 투명한 유전물질로 이루어진 지르코늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 징크 옥사이드, 인듐틴 옥사이드 등을 이용할 수 있다. 본 발명에서는 발명의 구성에 벗어나지 않는 한 상기의 물질에 한정하지 않는다.

이러한 나노 입자를 포함했을 때 굴절률이 상승하는 이유는 상기 물질의 나노 입자 자체의 굴절률이 매우 높기 때문이다. 구체적으로 프리즘을 형성하는 유기물질인 아크릴 폴리머는 일반적으로 1.5 정도의 굴절률을 갖는데 비하여 지르코늄 옥사이드의 굴절률은 2.05 이며 알루미늄 옥사이드의 굴절률은 1.76 이다. 따라서 상기 나노 입자를 포함하게 되면 그 함량에 비례하여 굴절률이 상승하여 정면 휘도 증가율이 높아지게 된다.

이러한 레진-나노 복합 소재 중에서도 알루미나 또는 실리카 입자가 바람직하다. 그 이유는 알루미나 또는 실리카 입자를 투명한 고분자 물질과 블렌딩하면 불투명하게 되지만, 알루미나 또는 실리카 입자와 다른 고분자 물질의 나노 복합재료를 만들면 본래의 고분자 물질의 투명성을 유지하면서 고분자 물질의 굴절률이 상승하기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 원리를 이용하여 프리즘 층을 형성하는 물질의 굴절률을 높이고 빛의 산란을 막아 휘도 증가율을 향상시키는 광학 필름을 제조할 수 있다.

본 발명의 프리즘을 제조함에 있어서, 상기 유리한 효과를 살리기 위하여 더욱 구체적으로 아크릴레이트 올리고머와 광 개시제에 JSR 사의 나노 복합체인 데소라이트(KZZ 시리즈)또는 화천화학공업의 나노 복합체인 Conpocerane을 혼합하여 조성물을 제조하고 이 조성물로 필름을 제조하는 것이 바람직하다.

또한 레진-나노 입자 복합재료의 사용량은 전체 프리즘 조성물의 1 내지 90 중량%인 것이 바람직하다. 그 이유는 레진-나노 입자 복합재료의 사용량이 1 중량% 이하이면 굴절률의 상승효과를 기대하기 어렵고, 90 중량% 이상이면 투명도가 저하되기 때문이다. 이러한 이유로 레진-나노 입자 복합재료의 사용량은 특히 전체 프리즘 조성물의 30 내지 50 중량%인 것이 바람직하다.

한편 본 발명의 프리즘 층은 단면 모양이 삼각형이나 삼각형 이상의 다각형 또는 직선과 곡선으로 구성되어 있는 형상이거나 곡선으로만 구성된 모양인 프리즘이, 길이 방향으로 나란히 배열된 구조를 가질 수 있다. 상세하게는 상기 프리즘 층의 구조화된 표면은 단면 모양이 이등변 삼각형이며, 길이방향으로 나란히 배열되어 있는 것이 바람직하다. 도 2에서 도시한 바와 같이 프리즘시트의 상부 구조(11)에서 프리즘의 양쪽 빗면이 이루는 각도를 α 라 할 때, 그 범위는 20 내지 140도의 값을 가진다.

삼각 프리즘의 경우 프리즘의 꼭지점의 각도(α )에 때라 휘도와 광 시야각의 특성 변화가 심한바, 삼각프리즘의 꼭지점의 각도는 80 내지 100도가 바람직하다. 그 이유는 삼각 프리즘의 꼭지점의 각도가 80도 이하인 경우에는 집광에 의한 휘도는 양호하나 광 시야각이 불량하여 적용하기 어렵고, 100도 이상인 경우에는 광 시야각 특성은 양호하나 휘도가 낮아지는 문제점이 있다. 이러한 점을 고려할 때 꼭지점의 각도는 85 내지 95도의 범위에서 사용하는 것이 특히 바람직하다.

또한, 상기 프리즘 층은 적어도 하나 이상의 동심원이 배열된 구조를 가지며, 동심원을 따라 산과 골이 형성된 구조를 가질 수도 있다. 그 밖에는 프로오브 등에 의한 스크래치 현상을 최대한 방지하고 효율적인 휘도향상을 위하여 상기 본 발명의 광학 필름은 상부에는 상기 나노 재료를 포함하여 구조화된 프리즘 층을 갖고, 하부의 기본층에는 평탄면 또는 요철이 형성된 구조를 형성할 수 있다.

이하 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시 예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예 1]

기본층 물질로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하였고, 프리즘 층 물질로 하이드록시에틸페닐페놀아크릴레이트를 사용하여, 단면의 모양이 직각이등변삼각형인 광학 필름을 50 X 25 (밑변X높이) ㎛ 의 크기로 제작하였다.

상기 프리즘 층의 구체적인 재료는 아크릴레이트올리고머 70중량%, 데소라이트 20중량%, 광개시제 2중량%, 힌더드 페놀계 광안정제 8중량% 의 조성물로 구성되어 제작하였다. 이렇게 제작한 상기 광학 필름 1장을 사용하여 하부에 빛을 입사시켰을 경우 그 굴절율과 휘도 증가율은 하기 표 1과 같다.

[실시예 2]

상기 실시예 1에서, 프리즘 층의 구체적인 재료로 아크릴레이트올리고머 65중량%, 데소라이트 25중량%, 광개시제 2중량%, 및 힌더드 페놀계 광안정제 8중량% 의 조성물로 구성되어 제작한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하고, 실시예 1과 같은 방법으로 굴절률과 휘도 증가율을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

[실시예 3]

상기 실시예 1에서, 프리즘 층의 구체적인 재료로 아크릴레이트올리고머 70중량%, 황천화학공업社의 Conpocerane 20중량%, 광개시제 2중량%, 및 힌더드 페놀계 광안정제 8중량% 의 조성물로 구성되어 제작한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하고, 실시예 1과 같은 방법으로 굴절률과 휘도 증가율을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

[실시예 4]

상기 실시예 1에서, 프리즘 층의 구체적인 재료로 아크릴레이트올리고머 65중량%, 황천화학공업社의 Conpocerane 25중량%, 광개시제(2)중량%, 및 힌더드 페놀계 광안정제 2중량% 의 조성물로 구성되어 제작한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하고, 실시예 1과 같은 방법으로 굴절률과 휘도 증가율을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

[비교예 1]

기본층 재료로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하였고, 프리즘 층 재료로 하이드록시에틸페닐페놀아크릴레이트를 사용하여, 단면의 모양이 직각이등변삼각형인 광학필름을 50 X 25 ㎛ (밑변X높이) 의 크기로 제작하였다. 상기 프리즘 층의 구체적인 재료는 아크릴레이트올리고머 90중량%, 광개시제 2중량%, 힌더드 페놀계 광안정제 8중량% 의 조성물로 구성되어 제작하였다. 이렇게 제작한 상기 광학필름 1장을 사용하여 하부에 빛을 입사시켰을 경우에, 그 굴절율과 휘도 증가율을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

[비교예 2]

상기 비교예 1에서, 프리즘 층의 구체적인 재료로 아크릴레이트올리고머 95중량%, 광개시제 2중량%, 및 힌더드 페놀계 광안정제 3중량% 의 조성물로 구성되어 제작한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 광학필름을 제조하고, 실시예 1과 같은 방법으로 굴절률과 휘도 증가율을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

[표 1]

	프리즘 층의 조성물(중량%)	굴절률	휘도증가율(광학필름 1장사용)
실시예 1	아크릴레이트올리고머 (70)데소라이트 (20)광개시제 (2)광안정제 (8)	1.609	1.85
실시예 2	아크릴레이트올리고머 (65)데소라이트 (25)광개시제 (2)광안정제 (8)	1.622	1.96
실시예 3	아크릴레이트올리고머 (70)Conpocerane (20)광개시제 (2)광안정제 (8)	1.602	1.81
실시예 4	아크릴레이트올리고머 (65)Conpocerane (25)광개시제 (2)광안정제 (8)	1.620	1.92
비교예 1	아크릴레이트올리고머 (90)광개시제 (2)광안정제 (8)	1.566	1.72
비교예 2	아크릴레이트올리고머 (95)광개시제 (2)광안정제 (3)	1.566	1.69

상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 해당하는 레진-나노 입자를 사용한 광학 필름은 나노 입자로 인하여 나노 입자를 첨가하지 않을 때보다 그 굴절률이 상승하여, 백라이트 유닛으로 활용하였을 때, 휘도 증가율이 종래의 광학 필름보다 우수한 것으로 나타났다.

본 발명에 의한 광학필름은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용이 가능하며 상기 바람직한 실시 예에 한정되지 않는다. 상술한 실시 예에서는 프리즘 층에 사용되는 재료로서 데소라이트와 Conpocerane의 경우를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니며, 실시 예와는 달리 다양한 기능을 수행하기 위한 재료들이 더 존재하며, 그 재료나 프리즘 층 형상의 변형도 본 발명의 단순한 변형에 지나지 않는다고 볼 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아님은 물론이며, 후술하는 청구 범위뿐만 아니라 청구 범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.

본 발명의 광학 필름을 백라이트 유닛의 프리즘시트로 사용하면 레진-나노 입자의 복합 소재를 포함하는 고분자 조성물을 사용함으로써, 기존의 광학 필름에 비하여 빛의 산란을 막아 굴절률을 높일 수 있어 휘도의 상승효과가 뛰어난 효율적이고 우수한 액정 디스플레이 유닛을 제공할 수 있다.

도1은 일반적인 액정 디스플레이 유닛의 단면도이다.

도2는 본 발명의 광학 필름의 구조를 나타내는 그림이다.

Claims (14)

1. 광선 조절 구조물에 이용되는 투과성 광학 필름 제조용 조성물에 있어서,

   상기 투과성 광학 필름 제조용 조성물은 레진-나노 입자의 복합 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 투과성 광학 필름 제조용 조성물 .
2. 제 1항에 있어서,

   상기 레진-나노 입자의 복합 재료는 알루미나 또는 실리카 입자를 아크릴레이트 모노머 또는 올리고머에 나노 크기의 분말로 분산시킨 것을 특징으로 하는 투과성 광학 필름 제조용 조성물.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 레진-나노 입자는 1 내지 100 nm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 투과성 광학 필름 제조용 조성물.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 레진-나노 입자의 복합 재료는 상기 투과성 광학 필름 제조용 조성물의 1내지 90 중량%인 것을 특징으로 하는 투과성 광학 필름 제조용 조성물.
5. 한쪽 면에 구조화된 표면을 갖고 다른 한쪽 면에 매끄러운 표면을 갖는 투명한 중합체 물질로 이루어진 프리즘 층과 상기 프리즘 층의 매끄러운 표면과 접하도록 되며, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리아마이드로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 제조되는 기본층의 구조를 가지는 광학 필름에 있어서,

   상기 프리즘 층은 레진-나노 입자의 복합 재료를 포함하는 투과성 광학 필름 제조용 조성물로 제조된 것을 특징으로 하는 광학필름.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 레진-나노 입자의 복합 재료는 알루미나 또는 실리카 입자를 아크릴레이트 모노머 또는 올리고머에 나노 크기의 분말로 분산시킨 나노 입자의 복합재료를 포함하는 조성물로 제조한 것을 특징으로 광학 필름.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 레진-나노 입자는 1 내지 100 nm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 레진-나노 입자의 복합 재료는 상기 투과성 광학 필름 제조용 조성물의 1 내지 90 중량%인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
9. 제 5항에 있어서,

   상기 프리즘 층의 구조화된 표면은 단면의 형상이 직선으로 구성되는 다각형이며, 길이 방향으로 나란히 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 프리즘 층의 구조화된 표면은 단면의 형상이 직각 이등변 삼각형이며, 길이방향으로 나란히 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 프리즘 층의 구조화된 표면은 단면 모양이 직선과 곡선으로 구성되는 다각형 모양이거나, 곡선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
12. 제 5항에 있어서,

    상기 프리즘 층은 적어도 하나 이상의 동심원 형상으로 배열된 구조를 가지며, 동심원을 따라 산과 골이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
13. 제 5항에 있어서,

    상기 기본층은 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
14. 제 5항에 있어서,

    상기 광학 필름은 액정 디스플레이 장치의 휘도 향상용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.