KR20050108239A - 반사방지능이 우수한 광확산 필름 및 이를 이용한백라이트 유닛 - Google Patents

반사방지능이 우수한 광확산 필름 및 이를 이용한백라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반사방지능이 우수한 광확산 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 투명 기재의 한쪽 면에 투명수지와 확산 비드로 구성되는 광확산층이 형성되고 다른 한쪽 면에 굴절율이 1.2~1.45인 저굴절층 단독 또는 굴절율이 1.6~2.9인 고굴절층과 함께 순차적으로 적층된 광확산 필름에 관한 것으로서, 이를 이용하여 백라이트 유닛을 구성하면 광원의 조도를 증가시키지 않고서도 고휘도의 액정표시장치를 제공할 수 있다.

Description

반사방지능이 우수한 광확산 필름 및 이를 이용한 백라이트 유닛{Light diffusing film having excellent anti-refraction ability and Backlight unit using the Same}
본 발명은 반사방지능이 우수한 광확산 필름 및 이를 이용한 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 투명 기재의 한쪽 면에 광확산층이 형성되고 다른 한쪽 면에 굴절율이 1.2~1.45인 저굴절층 단독, 또는 굴절율이 1.6~2.9인 고굴절층과 함께 순차적으로 적층된 광확산 필름에 관한 것으로 이를 이용하여 액정표시장치의 백라이트 유닛을 구성하면 반사방지능이 우수한 광확산 필름을 제공할 수 있다.
종래에는 액정표시장치의 휘도를 향상시키기 위하여 휘도향상 필름(BEF) 적용, 도광판 설계 변경, 광확산 필름의 입자 설계 변경, 고투명 투명기재 사용 등의 각종 방법을 통하여 백라이트 유닛에서의 휘도 향상을 얻을 수 있었지만 현재 휘도 향상 기술에 있어서 한계에 달하였는 바, 본 발명에서는 백라이트 유닛용 광확산 필름에 있어서, 광확산층(프론트면)의 반대면에 반사방지층을 형성시킨 광확산 필름을 제공하여 액정표시장치의 고휘도를 얻고자 한다.
일반적으로 반사방지 필름(AR 필름)은 액정표시장치의 편광판이나 플라즈마디스플레이 판넬(PDP)의 광학필터에 적용되어서 외부광의 반사를 감소시켜 화상의 선명도와 시인성을 향상시키기 위하여 이용되어 왔다(일본 공개특허공보 제2003-149413호, 대한민국 공개특허공보 제2003-0066178호). 오래 전부터 물체의 표면에 굴절율이 다른 박막을 형성시킴으로써 표면에서 반사되는 반사광을 소멸시키는 무반사 코팅에 대한 이론이 광학 분야에서 알려져 왔다. 그러나 이러한 이론은 박막형성 기술의 부재로 인하여 실용화하는데 어려움이 있었고, 1940년대 이후 진공증착법, 스퍼터링법에 의한 건식 박막 형성기술의 발전과 더불어 실생활에 다양하게 적용되기 시작하였으며, 최근에는 다양한 광학기기의 개발 및 고급화에 따라 무반사 코팅의 수요는 크게 증대되고 있다.
광학제품의 표면에서 반사되는 반사광은 다음의 주요한 문제점을 야기시킨다. 첫째, 기재의 표면에서 반사되는 반사광의 입사광에 대한 비율은 수직 입사광(법선에서 입사각 0°)에 대하여 가장 낮고 관측하는 각도와 입사광의 각도가 증가될수록 증가된다. 액정표시장치, 플라즈마디스플레이판넬(PDP) TV 등의 평판 디스플레이의 경우 이러한 반사 비율차이로 인하여 이미지의 분해도(Resolution)는 현저히 감소하며 시야 각에 따라 상이 완전히 흐려지기도 한다. 둘째, 반사광의 증가는 기재의 투과도를 떨어뜨려 안경, 광학렌즈 등 높은 투과도를 필요로 하는 제품에 문제를 일으킨다. 복안 렌즈 등의 경우에서와 같이 이러한 반사광이 증폭되는 광학기재의 경우에는 이러한 투과도의 감소 문제가 매우 심각하게 대두되기도 한다. 셋째, 반사광으로 인하여 광학기재의 표면에서 불필요한 광택이 나타난다. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근 무반사 코팅은 광학기재나 디스플레이 제품 등에 널리 적용되고 있다.
대한민국 공개특허 공보 제2003-0057335호에는 백라이트 유닛의 도광판에 있어서, 도광판의 출사면에 오목부와 볼록부로 구성된 반사방지층을 형성하여 우수한 반사방지효과를 통해서 고투과율을 달성하여 액정표시장치의 휘도를 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 이와 같은 반사방지층은 박막의 고굴절층과 저굴절층을 이용하지 않고 단지 광학기재의 표면에 마이크로 패턴(micro-pattern)과 같은 미세한 요철을 형성시킴으로써 표면에서의 반사율을 감소시켰다. 이러한 오목부와 볼록부로 구성된 요철은 사출이나 압출에 의한 성형방법에 의해 형성되는데 공정상의 한계로 마이크로 패턴을 정밀하게 만들지 못했을 경우 액정표시장치의 휘도를 저하시킬 수 있는 가시광선의 산란이나 도광판 상부로 출사하는 빛의 진행에 장애물이 될 우려가 있는 문제점을 지니고 있다.
일본 공개특허공보 제2003-149413호에는 시각 변화에 따른 콘트라스트 저하, 계조 또는 흑색 반전 및 색상변화가 생기지 않는 광시야각 및 반사방지 기능을 갖춘 액정표시장치가 제공되고 있다. 이를 실현하기 위하여 셀룰로오스 아세테이트 (celluose acetate) 필름상에 고굴절 모노머 또는 무기입자를 포함하는 투광성 수지와 투광성 미립자(산란체)로 구성된 광확산층을 형성시키고, 이 광확산층 상에 저굴절율층을 형성시킨 편광판을 액정표시장치의 시인측(액정셀 기준)에 적용하고 있다. 외부광의 반사방지 기능을 시인측의 편광판에 부여하기 위하여 불소함유 화합물 및 무기미립자를 함유하는 조성물의 열 또는 전리 방사선에 의한 가교 경화물인 굴절율 1.35 내지 1.45의 저굴절율층과 고굴절 모노머 또는 무기입자를 포함한 굴절율 1.64 내지 1.8인 투광성 수지와 투광성 미립자(산란체)로 구성된 광확산층으로 구성된 방현(Anti-glare) 필름을 제안하고 있다. 그러나 이 방현 필름은 액정표시장치의 백라이트 유닛에 이용할 수 없는 편광판용 방현 필름이다.
일반적으로 백라이트 유닛은 도 1에 나타난 바와 같이 냉음극형광램프 (CCFL), 반사필름, 도광판, 광확산필름, 프리즘시트 등으로 구성되어 있다. 백라이트 유닛에 이 방현 필름을 적용할 경우, 산란체를 다량으로 함유하는 광확산층상에 형성된 저굴절층이 광(光)이 백라이트에서 출사되는 방향의 반대면에 위치하기 때문에 반사율 감소의 효과를 발휘할 수 없고 따라서 액정표시장치의 휘도 향상에 기여하지 못한다. 또한 광확산층상에 형성된 저굴절층이 광(光)의 출사방향으로 위치(도광판의 상부에 접하도록 위치)할 경우에는, 반사율 감소의 효과는 있으나 광확산층이 광(光)의 출사방향에 위치하게 됨으로써 액정표시장치의 휘도는 오히려 감소하는 문제점이 발생한다.
본 발명은 저전력에서 반사율을 감소시킴으로써 투과율 및 휘도를 개선하기 위해 예의 연구한 결과, 광확산 필름의 한면에 고굴절층 및/또는 저굴절층을 적층한 외광 반사방지 필름과 광확산 필름이 복합된 새로운 광학설계를 제공하고 이를 이용하여 백라이트 유닛을 구성하여 액정표시장치의 휘도를 향상시키고자 한다.
즉, 본 발명의 한 측면은 투명 기재의 한쪽 면에 광확산층이 형성되고 다른 한쪽 면에 투명 기재와 굴절율이 상이하며 1.6~2.9인 고굴절층 및 굴절율이 1.2 내지 1.45인 저굴절층이 순차적으로 적층된 반사방지능이 우수한 광확산 필름에 관한 것이다.
본 발명의 다른 한 측면은 투명 기재의 한쪽 면에 광확산층이 형성되고 다른 한쪽 면에 굴절율이 1.2~1.45인 저굴절층이 형성된 반사방지능이 우수한 광확산 필름에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 한 측면은 광확산층(프론트면)이 시인측(액정 모듈 방향)에 오도록 상기 반사방지능이 우수한 광확산 필름을 구비한 액정표시장치의 백라이트 유닛에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 관하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 반사방지능이 우수한 광확산 필름은 투명 기재의 한쪽 면에는 광확산층을 형성하고, 다른 한쪽 면에는 굴절율이 1.2~ 1.45인 저굴절층을 단독 또는 굴절율이 1.6~2.9인 고굴절층을 함께 순차적으로 적층시킨 필름에 관한 것으로, 투명기재와 상기 저굴절층 사이에 고굴절층, 하드코팅층, 또는 안티블록킹층을 추가로 형성시킬 수 있다.
본 발명에서 기재 표면에서 반사율을 감소시키는 방법은 저굴절율 물질 단독 또는 저굴절율 물질과 고굴절율 물질을 기재 위에 순차적으로 박막 코팅하는 방법으로, 이때 기재 표면에 대해 저굴절율 층이 고굴절율 층에 대해 항상 상부에 위치해야 한다. 또한 무반사 광학 이론을 응용하여 최적의 저굴절율과 고굴절율 물질을 사용하여야 하며, 각 층의 박막의 두께를 최적화하는 작업이 부수적으로 필요하다.
박막 형성을 통한 반사방지 코팅은 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이 박막 상부에서 반사하는 빛과 하부에서 반사하는 빛이 180°의 위상차를 가져 상쇄되는 원리이다. 광학박막의 설계와 제작을 위해서 광학 두께, 위상 두께, 물리 두께라는 개념을 사용하고 있다.
물리 두께 : d
광학 두께 : nd
광학 위상 두께 : δ = 2πnd/λ
1/4파장 광학 두께 : nd = (2m+1)λ/4 (m=0, 1, 2, 3 ㆍㆍㆍ)
1/4파장 광학 두께에서의 무반사 조건(굴절율) : n12 = no × n2
도 2에 나타나고 있는 것처럼 박막의 광학두께(nd)가 λ/4 (m=0)이면 이 때의 위상 두께(δ)는 π/2이고, 총 위상차는 π가 된다. 따라서 반사되는 빛은 완전 상쇄 간섭되는 것이 본 발명에서 이용하고자 하는 원리이다.
이하에서 본 발명의 필름을 구성하는 각각의 요소들에 대해 보다 상세히 설명한다.
[투명 기재]
본 발명의 고휘도 광확산 필름에 사용되는 투명기재는 투과율이 우수하고 헤이즈(Haze)가 낮으며 기계적 물성이 우수한 고투명 필름이면 어느 것이든 제한되지 않는다. 고휘도 광확산 필름의 제조에 사용될 수 있는 바람직한 투명기재의 예로는, PET(Polyethylene terephthalate) 필름, PEN(Polyethylene naphthalate)필름, PC(poly carbonate)필름, 폴리 스티렌 필름, 폴리 염화 비닐 필름, 폴리 에틸렌 필름, 폴리 프로필렌 필름 등을 들 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 이들 투명기재의 두께는 50~200μm인 것이 바람직하다. 50μm 이하의 두께를 가진 투명기재를 사용하면 코팅 및 건조공정에서 열수축과 필름에 가하는 장력에 의하여 주름이 발생할 수 있다. 또한 투명기재의 두께가 얇을 경우, 광확산층과 반사방지층의 수축율 차이로 인하여 백라이트 유닛 크기로 필름의 제단시 구부러짐 현상(Curl)이 발생할 수 있는 단점이 있다. 200μm이상 두께의 투명기재를 사용할 경우에는 필요 이상으로 필름의 전체 두께가 증가하므로 백라이트 유닛의 경량화, 박형화에 지장을 준다.
[광확산층]
본 발명의 고휘도 광확산 필름을 구성하는 광확산층은 통상의 광확산 필름의 경우와 마찬가지로 광산란체의 역할을 하는 투광성 유기 폴리머 입자 또는 무기입자, 및 바인더(binder) 역할을 하는 투광성 수지로 구성된다.
투광성 유기 폴리머 입자로서는, 가교타입의 아크릴 수지 및 메타크릴 수지, 폴리스티렌 등의 고분자로부터 만들어진 입자가 바람직하고, 상기 가교타입의 아크릴 수지로는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)가 보다 바람직하다. 상기 무기입자로는 실리카 또는 이산화티탄 등이 바람직하다. 유기 폴리머 입자나 무기입자의 입경은 1μm이상 30μm이하의 것이 바람직하다. 입자의 입경이 동일한 단분산 입자와 입경이 상이한 입자들이 혼합된 다분산 입자를 단독 혹은 2개를 혼합하여 사용할 수 있다. 단분산 입자만을 사용하는 경우에는 광확산층의 헤이즈(Haze)가 낮고, 다분산 입자를 사용할 경우에는 많은 광산란에 의해 헤이즈가 증가한다.
광확산층을 구성하는 투광성 수지로서는 자외선 또는 열에 의해 경화하는 수지를 이용할 수 있다. 광확산 필름을 제단하거나 백라이트 유닛에 장착하는 작업 공정 중에 표면에 부착된 미세한 먼지나 이물 등을 제거하기 위하여 IPA(이소프로필 알코올) 등의 알콜류의 용제로 광확산층의 표면을 세척하는 것이 자주 행해지고 있기 때문에 투광성 수지는 이들 용제에 대한 내용제성을 갖추어야 하는데 그렇지 않은 경우 백화 현상을 일으켜 투과율이 감소하거나 광의 균일도가 저하되어 광확산 필름으로서 역할을 할 수 없게 된다. 투광성 수지의 예로서는 아크릴산 에스테르 또는 메타크릴산 에스테르를 모노머(monomer)의 한 성분으로서 포함하는 단독 중합체 또는 공중합체와 같은 아크릴 수지 또는 메타크릴 수지, 우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합 수지, 스티렌 수지, 초산비닐수지, 염화비닐수지, 부티랄 수지, 실리콘 수지 등을 들 수 있다. 보다 바람직한 것은 투과율이 우수한 고투명의 아크릴 수지 또는 메타크릴 수지이다.
열경화형 광확산층은 투광성 유기 폴리머 입자나 무기 입자, 열경화형 수지, 경화제 및 기타 첨가제를 배합하여 그라비어(Gravure) 롤 코팅법, 리버스(Reverse) 롤 코팅법, 다이 코팅법, 블레이드 코팅법, 콤마 코팅법 등에 의해 기재 상에 코팅할 수 있으며, 50 내지 150℃의 온도 하에서 건조하여 얻어진다.
열경화형 수지에 사용되는 모노머로서는 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 히드록시메틸아크릴레이트, 히드록시 에틸 아크릴레이트, 히드록시 부틸 아크릴레이트, 히드록시 메틸 메타크릴레이트, 히드록시 에틸메타크릴레이트, 히드록시 부틸메타크릴레이트 등이 있다. 상기 모노머를 메틸에틸케톤과 같은 적절한 유기 용매에서 적절한 개시제를 사용하여 라디칼 중합으로 용이하게 열경화성 수지를 제조할 수 있다. 이러한 열 경화성 아크릴 수지는 고분자 측쇄에 존재하는 수산기나 카르복실기와 같은 극성 관능기를 가지고 있어 폴리에스테르 또는 셀룰로오스 아세테이트와 같은 기재와 수소결합을 형성할 수 있어 기재에 대한 코팅 피막의 밀착력을 향상시킬 수 있다.
열경화형 수지의 경화제로서는 열 경화형 아크릴 수지의 반응기인 수산기 또는 카르복실기와 쉽게 반응할 수 있는 이소시아네이트, 멜라민 포름알데히드, 우레아 포름알데히드, 폴리아지리딘, 티타네이트, 지르코늄 복합체 및 에폭시로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
열경화성 수지에 대한 경화제의 첨가 비율은 고형분 기준으로 1:10~10:1로 하는 것이 바람직하다. 열경화성 수지에 대한 경화제의 첨가량이 1/10이하이면 경화반응이 불충분하여 코팅층의 내열성 및 내스크래치성이 저하되며 10배 이상이면 과다한 경화제의 사용으로 인하여 코팅용액의 가사시간이 짧아져 작업성에 문제가 있다.
제조 효율, 비용, 또는 내스크래치성(scratch resistance)을 함께 고려하면 자외선 경화형 수지가 보다 적합한데 자외선 경화형 광확산층은 다음과 같이 형성할 수 있다. 적당한 용제 속에 자외선 경화형 수지, 투광성 유기 폴리머 입자 또는 무기입자, 기타 첨가제를 각각 소정의 비율로 첨가하고 용해 또는 분산시켜서 코팅액을 제조한다. 상기 기타 첨가제로서는 광중합 개시제, 자외선 흡수제, 광안정제, 산화방지제, 레벨링제, 소포제 등을 들 수 있다.
자외선 경화형 수지로서는, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기 등 중합 가능한 불포화결합을 갖는 모노머, 올리고머, 프리폴리머(prepolymer)를 사용 용도에 맞게 적당히 혼합한 조성물이 이용된다. 모노머의 예로서는 아크릴산 메틸, 메틸메타크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌메타크릴레이트, 사이클로헥실메타크릴레이트, 페녹시에틸메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥산아크릴레이트, 스티렌 등을 들 수 있다. 올리고머 또는 프리폴리머로서는 폴리에스테르아크릴레이트, 폴리우레탄아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 알키드아크릴레이트, 멜라민아크릴레이트, 실리콘아크릴레이트 등의 아크릴레이트, 불포화 폴리에스테르, 에폭시계 화합물 등을 들 수 있다. 경화막에 내열성, 내마모성, 내용제성 등 가혹한 환경에서 내구성이 요구되는 경우에는 모노머의 양을 늘리고 3관능 이상의 아크릴레이트계 모노머를 사용하는 것이 바람직하다.
상기의 자외선 경화형 수지를 경화하기 위해서는 광중합 개시제를 첨가할 필요가 있다. 광중합 개시제로서는 디에톡시아세트페논, 벤질디메킬케탈, 1-하이드록시사이클로헥실-페닐케톤 등의 아세트 페논류, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인이소부틸에테르 등의 벤조인에테르류, 벤조페논, 4-페닐벤조페논, 4-벤조일-N, N-디메틸-N-[2-(1-옥소-2-프로페닐옥시)에틸] 벤젠메타나미늄블로미드, (4-벤조일벤질) 트리메틸암모늄클로라이드 등의 벤조페논류, 2,4-디에틸티옥산톤, 1-클로로-4-디클로로티옥산톤 등의 티옥산톤류, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐벤조일옥사이드 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 복수로 혼합하여 사용할 수 있다. 또 촉진제(증감제)로서, N, N-디메틸파라톨루이진 등 아민계 화합물을 사용할 수도 있다. 광중합 개시제의 함유량으로서는 고형분 기준으로 자외선 경화형 수지에 대해서 0.1~10중량%의 범위가 바람직하다.
자외선 경화에 의해 도막을 형성할 때에는 다음과 같은 특성이 충족되도록 상기의 물질들을 적절히 배합하거나 장치를 구비해야 한다; ① 자외선 경화시 산소의 방해가 적어야 하고(N2 Purging 장치), ② 경화수축이 적어야 하며, ③ 기재와의 밀착성이 양호해야 한다.
[고굴절층]
고굴절층은 자외선 혹은 열에 의해 경화하는 투광성 수지와 고굴절율을 가지는 단량체나 무기 미립자 중에서 하나 이상을 함유한다. 고굴절층의 굴절율은 1.6~2.9의 범위에 있고 두께가 30~300nm인 것이 바람직하다. 또한 하드코팅층에 고굴절 기능을 부여할 경우에는 30nm~5um의 범위에서 고굴절층을 형성시킬 수 있다. 상기 굴절율이 1.6 미만으로는 반사방지성능이 뛰어난 광학용 필름을 얻기 어렵고 굴절율이 2.9를 초과하는 층은 현재의 기술과 물질로서는 형성하는 것이 곤란하다.
요구되는 반사방지능이 높지 않을 경우(즉, 저반사용 반사방지층), 광확산 필름의 투명기재나 백면의 안티블록킹층 상부에 직접 저굴절층을 형성할 수도 있다. 이러한 경우에는 저굴절층의 하부에 있는 투명기재나 안티블록킹층의 굴절율은 약 1.4~1.6 정도이다.
상기 고굴절 무기 미립자로서는 굴절율이 1.6~2.9의 범위에 있는 층을 얻을 수 있는 것이면 되고 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 TiO2(굴절율 2.3~2.9), ITO(Indium Tin Oxide, 굴절율 1.95), ATO(Antimony in Oxide)1, SnO2(굴절율 2.0~2.1), ZnOx(굴절율 1.9~2.1), ZrO2(굴절율 2.05), Sb2O3(굴절율 1.7), Y2O2(굴절율 1.87), La2O3(굴절율 1.95) 등을 들 수 있다. 이들 무기 미립자는 1종을 단독으로 사용할 수 있고, 2종 이상을 조합해서 사용할 수도 있다. 고굴절 무기 미립자의 함유량은 특별히 제한은 없으나 통상 투광성 수지 100 중량부에 대하여 200~2000 중량부이다. 고굴절층이 200 중량부 이하로 무기 미립자를 함유할 경우에는 요구되는 고굴절율을 얻을 수 없으며 2000 중량부 이상으로 과량 첨가할 경우 수지내에서 무기 미립자의 분산성의 저하가 발생하여 입자들간에 응집 현상(aggregation)이 나타날 수 있다.
자외선 경화형 고굴절층은 다음과 같이 형성할 수 있다. 적당한 용제 속에 자외선 경화형 수지, 고굴절 단량체나 무기 미립자, 기타 각종 첨가제를 각각 소정의 비율로 첨가하고 용해 또는 분산시켜서 코팅액을 조제한다. 상기 기타 첨가제로서는 광중합 개시제, 자외선 흡수제, 광안정제, 산화방지제, 레벨링제, 소포제 등을 들 수 있다. 상기 광확산층 부분에서 설명한 바와 같은 자외선 경화형 수지와 광중합 개시제 등을 적용할 수 있다.
[저굴절층]
저굴절층은 열경화형 혹은 자외선 경화형 수지, 저굴절율을 갖는 미립자 및 기타 첨가제로 구성된다. 저굴절층의 굴절율이 고굴절층의 굴절율 이하이면 반사 방지층의 역할을 할 수 있지만, 바람직하게는 1.2~1.45의 굴절율을 갖는 것이 좋다. 저굴절 층의 두께는 30~300nm인 것이 바람직하다.
저굴절율의 수지(굴절율 1.5 이하)로서는, 열경화형 폴리실록산 수지(예, 신에츠화학(주) 제조의 KP-854, KP-85)나 열경화형 불소함유 폴리실록산 수지, 자외선 경화형 수지를 들 수 있다. 굴절율이 낮은 자외선 경화형 수지로서는, 예를 들면 트리플루오르아크릴레이트(굴절율 1.32)와 같은 저굴절율 아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 자외선 경화성의 실리콘계 수지의 예로서 X-12-2400(상품명, 신에츠화학(주))도 사용할 수 있다.
저굴절율의 수지와 병용되는 일반적인 자외선 경화형 수지는 통상 저굴절율의 수지보다 굴절율이 높은데, 내스크래치성, 내용제성, 표면 경도와 관련이 있는 바, 피막의 강도를 높이기 위해서 주로 사용되며, 예를 들어 불포화기를 2개 이상 갖는 다관능 아크릴레이트가 바람직하다. 굴절율의 관점에서는 이 다관능 아크릴레이트의 첨가량은 적은 편이 좋지만, 내스크래치성을 향상시키기 위해서는 굴절율이 낮은 자외선 경화형 수지 100 중량부에 대하여 통상 5중량부 이상, 보다 바람직하게는 10중량부 이상 첨가하는 것이 바람직하고, 일반적으로 60 중량부를 초과하면 본 발명의 목적에서 벗어난다.
저굴절층의 굴절율을 낮추기 위해서는, 일반적으로 불소함유 모노머나 올리고머 또는 저굴절율의 미립자를 병용하는 것이 보다 바람직하다. 이 미립자를 병용하는 경우, 저굴절층의 미립자 함량은 저굴절층의 수지 100중량부에 대해 100~1000중량부 정도이다. 또한 경도 향상의 목적으로 일반적인 자외선 경화형 수지를 병용하는 경우에, 통상 이 저굴절율의 미립자도 병용하는 것이 바람직하다. 이 미립자는 통상 입경이 5nm 내지 500nm이고, 굴절율 1.45이하인 것이 바람직하다. 구체적인 저굴절율 미립자로서는, 예를 들어 CaF2(굴절율 1.23), NaF(굴절율 1.29), Na3AlF6(굴절율 1.33), SiOx(실리카졸, 굴절율 1.35 ~ 1.48),AlF3 (굴절율 1.38), LiF(굴절율 1.4), MgF2(굴절율 1.4), 3NaFㆍAlF3(굴절율 1.4) 등을 들 수 있다. 특히 상기 불소계 미립자를 병용하는 경우 표면 접촉각을 향상시켜 우수한 방오성을 제공할 수 있다.
추가적으로 표면의 오염을 방지하기 위해서 저굴절층에 방오성의 계면활성제를 함유시킬 수 있다. 방오염성의 계면활성제로서는 불소계 계면활성제나 실리콘계 계면활성제 등을 들 수 있으며 첨가량은 수지의 총량에 대해 10중량% 이하, 바람직하게는 0.5 ~ 5 중량%이다.
[하드코팅 층]
하드코팅 층은 상기의 광확산층 부분에서 제시한 열경화형 수지와 경화제 또는 자외선 경화형 수지와 광중합 개시제 등을 이용하여 형성시킬 수 있다. 내후성, 내열성, 내스크래치성, 표면경도, 저장안정성 및 생산성 측면에서 자외선 경화형 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 수지층내에 기재와의 밀착성 향상 및 하드코팅층의 경화시 수축을 저하시키기 위하여 실리카 입자 등의 무기 입자를 함유시킬 수도 있다. 상기 무기입자는 입경이 5nm~5μm이고, 전체 조성물 고형분 기준으로 5중량% 이하의 함량, 즉 1~4중량%인 것이 바람직하다. 무기입자의 입경이 5nm 이하가 되면 기재와의 밀착성 향상 및 수축율 저하의 효과가 없으며, 5μm를 초과하거나 5중량%를 초과하는 함량으로 첨가하는 경우에는 광확산필름의 헤이즈가 증가하는 문제점이 발생한다.
[안티블록킹 층]
안티블록킹 층은 상기의 광확산층 부분에서 설명한 열경화형 수지나 자외선 경화형 수지 등과 블록킹 방지제를 배합한 후 코팅하여 형성시킬 수 있다. 블록킹 방지제로서는 입경이 1μm~30μm의 유기 입자나 무기 입자를 들 수 있다. 유기 입자의 예로서는 PMMA, 폴리스티렌(Poly Styrene) 등이 있으며, 무기 입자의 예로서는 실리카(Silica), TiO2 등이 있다. 광확산 필름을 롤 상태로 권취해 놓았을 때 발생하는 필름 표면 간의 블록킹을 방지하고자 함이다. 입자 첨가량은 전체 조성물 기준으로 30중량% 이하, 보다 바람직하게는 5~10 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명에서는;
(1) 투명 기재의 한면에 광확산층이 형성되고 다른 한면에 굴절율이 상이한 고굴절층과 1.2~1.45의 굴절율을 가지는 저굴절층이 순차적으로 적층된 구조를 가지는 반사방지능이 우수한 광확산 필름(도 3 참조),
(2) 투명기재와 고굴절층의 사이에 하드코팅층이 형성된 (1)에 기재된 반사방지능이 우수한 광확산 필름(도 4 참조),
(3) 투명기재와 고굴절층의 사이에 안티블록킹층이 형성된 (1)에 기재된 반사방지능이 우수한 광확산 필름(도 5 참조),
(4) 투명기재의 한면에 광확산층이 형성되고 다른 한면에 1.2~1.45의 굴절율을 가지는 저굴절층이 형성된 구조를 가지는 반사방지능이 우수한 광확산 필름(도 6 참조),
(5) 투명기재와 저굴절층의 사이에 하드코팅층이 형성된 (4)에 기재된 반사방지능이 우수한 광확산 필름(도 7 참조), 및
(6) 투명기재와 저굴절층의 사이에 안티블록킹층이 형성된 (4)에 기재된 반사방지능이 우수한 광확산 필름(도 8 참조)을 제공하고, 이들 반사방지능이 우수한 광확산 필름을 채용하여 제작된 액정표시장치의 백라이트 유닛을 제공한다. 백라이트 유닛의 제작에서 필름의 순방향 채용은 도광판 → 광확산필름[백(Back)면/투명기재/광확산층] → 프리즘시트의 순서로 이루어지고, 역방향 채용은 도광판 → 광확산필름[광확산층/투명기재/백(Back)면] → 프리즘시트의 순서로 이루어진다.
상기 (1)의 광확산 필름은 광확산필름의 백면에 입사되는 광의 반사방지를 위해서 광확산필름의 투명기재를 기준으로 먼저 고굴절층을 형성시키고 그 위에 저굴절층을 적층하여 도광판을 통과한 광이 저굴절층을 먼저 지나가도록 반사방지층을 설계한 것이다(도 3 참조).
상기 (2)의 광확산 필름은, 도광판의 상면에 위치하여 적층되어 있기 때문에 백라이트 유닛이나 액정표시장치가 이동될 경우 광확산 필름이나 도광판의 미세한 움직임에 의해 반사방지층에 스크래치(scratch)가 발생할 수 있으며 이는 액정표시장치의 화상에 결점으로 나타나는 문제점을 방지하고자 하는 것이다. 따라서 반사방지층의 표면 경도를 향상시키기 위하여 투명기재상에 열경화형 혹은 자외선 경화형 하드코팅층을 형성한 후, 고굴절층과 저굴절층을 순서대로 코팅하여 적층할 필요가 있다(도 4 참조).
상기 (3)의 광확산 필름은 투명기재의 한면에는 광확산층을 형성시키고 다른면에는 반사방지층을 형성시켜서 코팅 라인(Coating Line)의 권취장치(Winder)에서 롤(Roll) 상태로 필름을 권취하였을 때, 감겨진 필름의 표면간에 블록킹(blocking)이 발생하는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 투명기재상에 투광성 수지와 무기입자 또는 유기입자로 구성된 안티블록킹층을 형성한 후에 반사방지층을 적층하는 것이다(도 5 참조).
그 밖에 상기 (4) 내지 (6)의 광확산 필름은 광확산층의 반대면에 저굴절층만 형성시킨 점에서 상기 (1) 내지 (3)과 차이가 있는 바, 고굴절층과 저굴절층을 같이 형성시킨 구조의 광확산 필름에 비하여 반사율이 조금 높은 편이나 통상의 광확산 필름에 비하여 낮은 반사율을 가진다(도 6 내지 8 참조).
상기의 광확산 필름을 구성하는 각각의 층들은 습식코팅 또는 건식 코팅으로 형성할 수 있으며 특별히 어느 것에 제한하지 않는다.
액정표시장치의 백라이트 유닛의 구조는 상기한 바와 같이 일반적으로 반사필름, 도광판, 광확산필름, 프리즘 시트의 순서로 적층되어 있고 백라이트인 냉음극 형광램프는 도광판의 사이드나 뒷면에 장착된다. 선택적으로 프리즘 시트를 보호하기 위한 프리즘 보호필름을 프리즘 시트 위에 적층하는 경우도 있다.
냉음극 형광램프에서 광(光)이 출사되어 도광판을 통과하여 광확산 필름을 지나면서 광산란이 발생하며 프리즘 시트를 거치면서 프리즘시트의 법선방향으로 광이 정열하게 된다. 본 발명에서는 광확산층(프론트면)이 시인측(액정 모듈 방향)에 오도록 광확산 필름을 구비시켜, 광이 도광판을 거친 후 광확산 필름을 통과할 때, 광확산 필름 백(back)면에서 발생하는 광의 반사량를 감소시킴으로써 액정표시장치의 휘도를 향상시키는 것이다.
실시예
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
하기 실시예 및 비교예에 있어서, 제조된 반사방지능이 우수한 광확산 필름의 물성평가는 다음과 같은 방법으로 실시하였다.
(1) 전광선 투과율 및 헤이즈
Transmittance and Haze Meter(Nippon Denshoku Kogyo Co.)를 이용해 ASTM D1003에 준하여 측정하였다. 측정 광이 광확산필름의 백면(반사방지층 면)으로부터 광확산층 방향으로 투과하도록 필름을 장착하였다.
전광선 투과율 = (투과광/입사광) × 100 (%)
헤이즈 = (산란광/투과광) × 100 (%)
(2) 반사율
분광광도계(UV3101PC, Shimazu사)를 이용하여 380~780nm 파장영역에서 5도 반사율을 측정하였다. 뒷면에 검정색을 마킹하지 않은 상태로 측정하였다.
(3) 연필 경도
연필경도 시험기(Yoshimitsu사)를 이용하여 JIS-K5400에 의거 측정하였다.
(4) 내스크래치성(내찰상성)
스틸 울을 이용하여 20회 마찰시켜 표면의 스크래치 상태를 육안으로 관찰하였다.
(5) 표면수의 접촉각
광확산 필름의 저굴절층 표면(실시예1~3)과 안티블록킹층(비교예)에 물방울을 떨어뜨리고, 접촉각계(엘마 G-I형 접촉계)를 사용하여 접촉각을 측정하였다.
실시예 1
투명기재는 제막시 우레탄계 코팅제로 프라이머 처리한 100μm의 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하 PET로 약칭) 필름을 사용하였다. 광확산층은 열경화형 아크릴계 수지 A811(애경화학) 100중량부를 에틸아세테이트(EA) 150중량부와 톨루엔(Toluene) 150중량부의 혼합용매에 충분히 교반하여 휘석한 후, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 가교입자인 MBX-12(Sekisui)와 MBX-20(Sekisui)을 각각 30중량부와 90중량부로 상기의 희석용매에 첨가하여 충분히 교반하여 수지내에 분산시켰다. 코팅하기 1시간 전에 이소시아네이트 경화제 10중량부를 상기 분산액에 첨가하여 최종적으로 코팅액을 제조하였다. 이를 Bar 코팅법에 의하여 코팅 및 건조하여 20um의 광확산층을 얻을 수 있었다.
투명기재 기준으로 광확산 층의 반대면에 형성된 고굴절 층의 코팅을 위하여 열경화형 아크릴계 수지 100중량부를 에틸아세테이트 100중량부와 톨루엔 50중량부에 희석한 후 이소시아네이트 경화제 10중량부, 멜라민 경화제 3중량부를 추가하였다. 메탄올(Methanol) 50중량부와 이소프로필알콜(Isopropyl Alcohol) 50중량부에 SnO2와 ATO(Antimony Tin Oxide)가 각각 300중량부만큼 분산된 졸(Sol)을 상기의 수지와 경화제의 희석액에 첨가하여 충분한 분산과정을 거쳐 고굴절 코팅액을 제조하였다. 이러한 코팅액을 Bar 코팅법에 의하여 코팅 및 건조하여 100nm의 두께를 지닌 굴절율 1.7의 고굴절 층을 얻을 수 있었다.
고굴절층 상에 저굴절층을 형성하기 위하여, 3중량%의 고형분을 가지는 불소함유실록산계 코팅액(신에츠화학, X-12-2138)을 Bar 코팅법에 의하여 코팅 및 건조하여 두께 100nm, 굴절율 1.4의 저굴절 층을 얻을 수 있었다. 이와 같이 제조한 필름의 구조를 도 3에 나타내었다.
실시예 2
실시예 1에서와 같이 광확산층을 형성한 후, 반대면에 고굴절층을 투명기재에 코팅하기 전에 다음과 같이 하드코팅층을 형성시켰다. 하드 코팅액의 고형분으로는 올리고머로는 6관능기의 지방족 우레탄 아크릴레이트(Aliphatic Urethane Acrylate)계인 EB5129 (SK-UCB) 100중량부, 모노머로는 PETIA (SK-UCB) 30중량부, 광 개시제로는 Igacure 184 10중량부, 기타 1중량부 미만의 라벨링제와 자외선 흡수제를 톨루엔 30중량부와 MEK 30중량부에 첨가하여 코팅액을 조제하였다. 상기 조액을 Bar 코팅법에 의해 습식코팅을 행하여 5μm의 하드코팅층을 투명기재와 고굴절층 사이에 형성시켰다. 고굴절층과 저굴절층은 실시예 1에서와 같은 방법으로 형성하였다. 상기와 같이 제조한 필름을 도 4에 나타내었다.
실시예 3
실시예 1에서와 같이 광확산층을 형성한 후, 반대면에 고굴절층을 투명기재에 코팅하기 전에 다음과 같이 안티블록킹층을 형성하였다. 안티블록킹층은 열경화형 아크릴계 수지 A811(애경화학) 100중량부를 에틸아세테이트(EA) 200중량부와 톨루엔(Toluene) 200중량부의 혼합용매에 충분히 교반하여 휘석한 후, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 가교입자인 MBX-12(Sekisui)와 실리카 입자를 각각 2중량부와 1중량부로 상기의 희석용매에 첨가하여 충분히 교반하여 수지내에 분산시켰다. 코팅하기 1시간 전에 이소시아네이트 경화제 10중량부를 상기 분산액에 첨가하여 최종적으로 코팅액을 제조하였다. 이를 Bar 코팅법에 의하여 코팅 및 건조하여 10um의 안티블록킹층을 얻을 수 있었다. 고굴절층과 저굴절 층은 실시예 1에서와 같은 방법으로 형성하였다. 이와 같이 제조한 필름의 구조를 도 5에 나타내었다.
실시예 4
투명기재상에 실시예 1과 동일한 방법으로 광확산층을 형성하고, 반대면에는 실시예 1과 동일한 방법으로 투명기재상에 저굴절층만을 형성시켜 도 6과 같은 구조의 필름을 얻었다.
실시예 5
투명기재 상에 실시예 1과 동일한 방법으로 광확산층을 형성하고, 반대면에는 실시예2와 동일한 방법으로 투명기재상에 하드코팅층과 저굴절층을 순서대로 적층하여 도 7과 같은 구조의 필름을 얻었다.
실시예 6
투명기재 상에 실시예1과 동일한 방법으로 광확산층을 형성하고, 반대면에는 실시예3과 동일한 방법으로 투명기재 상에 안티블록킹층과 저굴절층을 순서대로 적층하여 도 8과 같은 구조의 필름을 얻었다.
비교예
실시예 1에서와 같은 방법으로 투명기재상에 광확산층을 형성시킨 후, 반대면에는 실시예 3에서와 같은 방법으로 안티블록킹층을 형성시켰다.
상기의 실시예 1 내지 6 및 비교예의 실험 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
상기와 같이 실시예 1 내지 6에서 수득된 광확산 필름은 비교예에서 수득된 통상의 광확산 필름보다 반사율이 낮고 투과율이 향상된 우수한 광특성을 나타낸다. 또한 실시예 1 내지 6은 반사방지 효과를 부여하기 위하여 저굴절층을 형성한 결과, 비교예의 통상의 광확산필름의 백면(안티블록킹층)보다 큰 접촉각을 가지기 때문에 우수한 방오성도 갖는다.
본 발명은 광확산층의 반대면에 저굴절층 단독 또는 고굴절층과 함께 적층하여 반사방지층을 형성시킴으로써 반사율이 낮고 투과율이 향상된 고휘도 광확산 필름을 제공할 수 있고, 특히 저굴절층에 불소계의 미립자를 포함시킴으로써 표면 접촉각을 향상시켜 우수한 방오성을 제공할 수 있다.
도 1은 액정표시 장치을 구성하는 백라이트 유닛의 구조를 설명하는 단면도이다.
도 2는 유리기판 위에 단층 박막을 형성한 구조에서의 입사광과 반사광의 진행 모습을 나타내는 설명도이다.
도 3은 백(back)면이 고굴절과 저굴절 층으로 구성된 반사방지능이 우수한 광확산 필름의 층구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 백면이 하드코팅층, 고굴절층 및 저굴절층으로 구성된 반사방지능이 우수한 광확산 필름의 층구성을 나타내는 단면도이다.
도 5는 백면이 안티블록킹층, 고굴절층 및 저굴절층으로 구성된 반사방지능이 우수한 광확산 필름의 층구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은 백면이 저굴절층만으로 구성된 반사 방지능이 우수한 광확산 필름의 층구성을 나타내는 단면도이다.
도 7은 백면이 하드코팅층 및 저굴절층으로 구성된 반사방지능이 우수한 광확산 필름의 층구성을 나타내는 단면도이다.
도 8은 백면이 안티블록킹층 및 저굴절층으로 구성된 반사방지능이 우수한 광확산 필름의 층구성을 나타내는 단면도이다.

Claims (10)

  1. 투명 기재의 한쪽 면에 광확산층이 형성되고, 다른 한쪽 면에 투명 기재와 굴절율이 상이하면서 굴절율이 1.6~2.9인 고굴절층, 및 굴절율이 1.2~1.45인 저굴절층이 순차적으로 적층된 반사방지능이 우수한 광확산 필름.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 투명 기재와 상기 고굴절층 사이에 하드코팅층이 추가로 적층된 반사방지능이 우수한 광확산 필름.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 투명 기재와 상기 고굴절층 사이에 안티블록킹층이 추가로 적층된 반사방지능이 우수한 광확산 필름.
  4. 제 1항 내지 제 3항에 있어서, 상기 고굴절층 및 상기 저굴절층의 두께가 30 ~ 300nm이고 투명기재의 두께가 50~200μm인 방사방지능이 우수한 광확산 필름.
  5. 투명 기재의 한쪽 면에 광확산층이 형성되고 다른 한쪽 면에 굴절율이 1.2~1.45인 저굴절층이 적층된 반사방지능이 우수한 광확산 필름.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 투명 기재와 상기 저굴절층 사이에 하드코팅층이 추가로 적층된 반사방지능이 우수한 광확산 필름.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 투명 기재와 상기 저굴절층 사이에 안티블록킹층이 추가로 적층된 반사방지능이 우수한 광확산 필름.
  8. 제 5항 내지 제 7항에 있어서, 상기 저굴절층의 두께가 30 ~ 300nm이고 투명기재의 두께가 50~200μm인 반사방지능이 우수한 광확산 필름.
  9. 제 1항 내지 제 3항 및 제 5항 내지 제 7항에 있어서, 상기 저굴절층이 경화형 수지와 CaF2, NaF, Na3AlF6, AlF3, LiF, MgF2, 및 3NaFㆍAlF3로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 저굴절율 미립자를 병용하여 형성된 방사방지능이 우수한 광확산 필름.
  10. 광확산층(프론트면)이 시인측(액정 모듈 방향)에 오도록 상기 제 1항 내지 제 3항 또는 제 5항 내지 제 7항에 따른 반사방지능이 우수한 광확산 필름을 구비한 액정표시장치의 백라이트 유닛.
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