KR20070090662A

KR20070090662A - 개선된 광 제어 필름 복합체 및 이를 포함하는 ｌｃｄ 장치

Info

Publication number: KR20070090662A
Application number: KR1020060020626A
Authority: KR
Inventors: 김지형
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-09-06
Also published as: WO2007100458A1; TW200745654A

Abstract

본 발명은 루버 요소를 포함하는 개선된 광 제어 필름 복합체 및 이를 포함하는 LCD 장치에 관한 것이다.

루버 필름, 광 제어 필름 복합체, LCD 장치

Description

개선된 광 제어 필름 복합체 및 이를 포함하는 ＬＣＤ 장치{IMPROVED LIGHT CONTROL FILM COMPOSITE AND LCD DEVICE COMPRISING THE SAME}

도 1은 루버 요소를 포함하는 통상의 광 제어 필름의 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 광 제어 필름 복합체의 한 실시태양을 나타내는 개략도이다.

도 3은 광 제어 필름을 포함하지 않는 LCD 장치의 구조를 나타내는 개략도이다.

도 4는 종래의 광 제어 필름을 포함하는 LCD 장치의 구조를 나타내는 개략도이다.

도 5는 본 발명의 광 제어 필름 복합체가 액정 패널의 정면에 위치된 LCD 장치의 구조를 나타내는 개략도이다.

도 6은 본 발명의 광 제어 필름 복합체가 액정 패널의 배면에 위치된 LCD 장치의 구조를 나타내는 개략도이다.

도면에서, 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낸다.

본 발명은 루버 요소를 포함하는 개선된 광 제어 필름 복합체 및 이를 포함하는 액정 디스플레이에 관한 것이다.

액정 디스플레이(액정 디스플레이 장치 또는 LCD 장치라고도 지칭함)는 통상 액정 디스플레이 패널(이하 "액정 패널"이라고도 지칭함) 및 액정 패널의 배면(디스플레이면의 반대측 면)으로부터의 조명을 위한 광원(즉, 백라이트)을 포함한다.

액정 패널은 한 쌍의 제1 및 제2 편광기와 이들 사이의 액정층을 포함한다. 편광기는 제1 편광기의 편광축(제1 편광축) 및 제2 편광기의 편광축(제2 편광축)이 소정의 각도를 형성하도록, 예컨대 이들이 직교하도록 위치시킨다. 백라이트의 일례는 도광판과 도광판의 모서리로부터 도광판 내에 광을 공급하는 광원을 포함하는 에지 라이트 방식의 백라이트이다. 에지 라이트 방식의 백라이트 대신에, 다이렉트 리트(direct-lit) 방식의 백라이트를 사용할 수 있으며, 여기서는 하나 이상의 광원이 디스플레이의 출력 구역 내의 액정 패널의 후방면 아래에 위치된다.

그러나, 전술한 통상의 백라이트 조명의 경우, 디스플레이의 사용자를 향해 빛이 액정 패널을 통해 직접 방출될 뿐만 아니라 사용자로부터 떨어진 각도에서도 디스플레이 정보를 볼 수 있어서, 예를 들면 자동 현금 입출 장치(ATM)를 사용할 때 사용자가 아닌 사람이 비밀 번호를 엿볼 수 있는 등 정보의 프라이버시를 보호하는 것이 곤란하였다. 나아가, 액정 디스플레이가 차량 내비게이션 시스템 등의 자동차 탑재 장치인 경우, 표시된 영상이 앞 유리창으로 투영되어 운전자의 시야를 방해하는 경우도 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 디스플레이 패널은 시야 축으로부터 멀어지는 방향으로 액정 패널에 의해 방출되는 빛의 불필요한 진행을 방지하는 프라이버시 필터를 구비할 수 있다. 이러한 프라이버시 필터 중 하나는 다수의 미세 루버(louver) (루버형 요소라고도 지칭함)를 내부에 갖는 루버 필름이다. 루버 필름을 디스플레이 화면에 부착시켜 프라이버시를 보호하고 자동차 유리 상으로의 불필요한 투영을 방지할 수 있다. 루버 필름 내부에 형성된 다수의 미세 루버는 루버 필름을 투과하는 빛의 진행 방향을 소정의 유출 각도 범위로 제어하는 효과(방향 제어 효과)를 발휘한다. 따라서, 측면 방향으로의 액정 패널 투과광의 불필요한 유출을 효과적으로 방지할 수 있다. 이와 같은 루버 필름을 광 제어 필름(Light Control Film)이라고도 부른다.

루버 필름의 구성, 제조 방법 및 적용은 선행 문헌에 개시되어 있다.

미국 특허 재발행 제27,617호[올젠(Olsen)]는 각각 비교적 낮은 광학 밀도(투명)와 비교적 높은 광학 밀도(착색)를 갖는 플라스틱의 교대층의 빌렛(billet)을 깎아서(skive) 루버 필름을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 빌렛을 깎았을 때, 착색층은 빛을 콜리메이팅(collimating)하는 루버형 요소를 제공한다. 상기 특허에 따르면 이 요소를 루버 필름의 표면에 대하여 직각으로 연장시킬 수 있다.

또한, 미국 특허 제3,707,416호[스티븐스(Stevens)]는 루버 필름의 표면에 대하여 광선을 콜리메이팅하는 루버형 요소를 경사지게 하는 방법을 개시하고 있으며, 미국 특허 제3,919,559호(스티븐스)는 빛을 콜리메이팅하는 루버 요소의 경사각을 점차로 변화시키는 방법을 개시하고 있다.

루버층의 제조 방법은 상기 선행 문헌에 개시되어 있다. 우선, 루버형 요소 를 형성하도록 광 투과부로서 사용되는 중합체 필름의 하나의 주 표면, 즉 중합체 필름 및 광차폐 재료층으로 구성된 적층 필름의 하나의 주 표면에 광차폐 재료를 함유한 층을 고정시킨다. 중합체 필름 및 광차폐 재료층이 서로 교대로 배열되어 고정되는 전구체 루버 필름을 형성하도록 복수개의 이러한 적층 필름을 제조하고 적층한다. 이러한 전구체 루버 필름은 루버층을 얻도록 전구체 필름의 주 표면(적층 평면)에 수직한 방향(적층 방향)을 따라 원하는 두께로 깎인다.

한편, 미국 특허 출원 제2004/130788호[미나미(Minami)]는 루버 필름과 피접착면에 루버 필름을 접착시키는 데 사용되는 접착층을 포함하는 광학 필터를 개시하고 있다. 루버 필름은 내측에 일반적으로 광 투과부 및 광을 차폐하는 미세 루버를 포함하는 루버층과, 루버층에 고정되는 후방측 기판 및 표면측 기판을 포함한다. 도 1에 루버 요소를 포함하는 통상의 광 제어 필름이 도시되어 있다.

루버층에 고정되는 2개의 윈도 기판(window substrate)은 바람직하게는 루버층의 휨 또는 비틀림 및 루버층을 포함하는 루버 필름의 휨 또는 비틀림을 억제한다. 이들 윈도 기판은 또한 손상으로부터 루버층을 보호하는 기능을 한다. 그러나, 이러한 루버 필름을 기존의 액정 디스플레이에 사용하는 경우, 불필요하게 LCD 장치의 전체 두께를 더욱 증가시킬 뿐만 아니라 광 투과율을 감소시킬 수 있다.

상기한 바와 같이, 종래의 루버층을 포함하는 광 제어 필름은 루버층의 휨 또는 비틀림을 억제하기 위한 윈도 기판이 필수적이었기 때문에, LCD 등의 디스플레이 장치에 사용하는 경우, 전체 디스플레이 장치의 두께를 더욱 증가시킬 뿐만 아니라 필연적으로 광 투과율을 감소시키는 문제가 있었다.

따라서, 전체 디스플레이 장치의 두께를 얇게 유지시키면서 광 투과율을 저하시키지 않고, 요구되는 광 제어 특성을 충분히 제공할 수 있는 광 제어 필름이 제공될 필요가 있다.

도 1은 루버 요소를 포함하는 통상의 광 제어 필름(또는 루버 필름)을 개략적으로 도시한 것이다. 이러한 필름은 루버 요소들을 포함하는 루버층 및 루버층의 양쪽면에 각각 접착층으로 고정된 윈도 기판들을 포함한다.

루버층 (12)는 필름 내측에 미세 루버(또는 루버형 요소) (15)를 갖는다. 일반적으로, 루버층 (12)는 광 투과부 (17)과 광을 차폐하는 미세 루버 요소 (15)를 포함한다.

바람직하게는, 광 투과부 (17)은 루버 요소의 폭(루버층의 표면과 평행한 방향과 루버 요소의 길이 방향에 수직한 루버 요소의 크기)보다 큰 폭을 가져, 전체적으로 광 제어 필름 (10)의 광 투과도는 현저히 감소되지는 않는다. 광 투과부의 폭은 바람직하게는 50 내지 500 ㎛, 더욱 바람직하게는 70 내지 200 ㎛이다. 루버 요소의 폭은 1 내지 100 ㎛, 바람직하게는 10 내지 50 ㎛이다. 루버 요소의 각도 (13)은 대개 40° 내지 90°이다. 루버 요소의 각도 (13)은 루버 필름의 표면과 루버 요소의 평면 사이의 각도를 의미한다. 루버 요소가 루버층의 표면과 직각으로 위치할 때 루버 요소의 각도 (13)은 90°이다.

루버층 (12)의 두께는 광 제어 필름 (10)의 적용에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 루버층 (12)의 두께가 감소됨에 따라, 광의 전파 방향을 제어하는 효과는 감소되는 경향이 있다. 루버층의 두께가 클 때, 광 제어 필름의 총 두께를 감소시키는 것은 어렵다. 따라서, 루버층 (12)의 두께는 바람직하게는 10 내지 1,000 ㎛, 더욱 바람직하게는 40 내지 500 ㎛이다.

루버층 (12)의 광 투과부 (17)은 바람직하게는 높은 광 투과율을 갖는 중합체로 제조된다. 이러한 중합체로는, 열가소성 수지, 열경화성 수지, UV 광선 등의 화학선으로 경화 가능한 수지 등이 사용될 수 있다. 이러한 수지의 예로는, 셀룰로스 수지(예컨대, 셀룰로스 아세테이트 부티레이트, 트리아세틸셀룰로스 등), 폴리올레핀 수지(예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리에스테르 수지(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등), 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리비닐 클로라이드, 아크릴 수지, 폴리카르보네이트 수지 등을 포함한다.

루버 요소 (15)는 광을 흡수하거나 반사하는 광 차폐 재료로부터 형성될 수 있다. 이러한 재료의 예로는, (1) 흑색 또는 회색 안료 또는 염료 등의 어두운 색상의 안료 또는 염료, (2) 알루미늄, 은 등의 금속, (3) 어두운 색상의 금속 산화물 및 (4) 어두운 색상의 안료 또는 염료를 함유하는 전술한 중합체를 포함한다.

다른 필름 등은 접착층 (16)에 의해 루버 필름에 고정된다. 접착층 (16)은 감압 접착제, 감열 접착제, 경화성 접착제 등의 종래 기술의 접착제로 형성될 수 있다. 각각의 접착층의 두께는 대개 5 내지 50 ㎛이다.

루버층 (12)에 고정되는 2개의 윈도 기판 (14)는 바람직하게는 루버층 (12)의 휨 또는 비틀림 및 루버층 (12)를 포함하는 루버 필름 (10)의 휨 또는 비틀림을 억제하며, 표면측 기판은 손상으로부터 루버층 (12)를 보호하는 보호층으로서도 기능을 한다.

그러나, 이러한 루버 필름 (10)을 기존의 액정 디스플레이에 사용하는 경우, 전체 액정 디스플레이의 두께를 더욱 증가시킬 뿐만 아니라 필연적으로 광 투과율을 감소시키는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 종래의 루버 필름의 문제점을 해결하기 위하여, 루버 필름층, 루버 필름층의 정면에 적층된 제1 기재층, 및 루버 필름층의 배면에 적층된 제2 기재층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 기재층 중 적어도 한 층이 광학적 조절 필름 (Optical Conditioning Film)인 광 제어 필름 복합체를 제공한다. 본 발명에서 광학적 조절 필름은 흡수 편광기, 반사 편광기, 프리즘 필름 또는 확산 필름일 수 있다.

도 2는 제1 기재층 (22) 및 제2 기재층 (24)이 모두 편광기 필름인 본 발명에 따른 광 제어 필름 복합체 (20)을 개략적으로 도시한 것이다. 이 실시태양에서, 편광기 필름 (22 및 24)은 접착층 (16)을 통하여 루버층 (12)에 결합되고, 루버층 (12)의 휨 또는 비틀림 및 광 제어 필름 복합체 (20)의 휨 또는 비틀림을 억제하는 역할 또한 수행할 수 있다.

편광기 필름 (22 및 24)는 서로 독립적으로 흡수 편광기 필름 또는 반사 편광기 필름일 수 있다.

흡수 편광기는 평면 편광기이거나 또는 원형 편광기일 수 있다. 평면 편광기는 하나의 편광 배향의 빛을, 직교하는 편광 배향의 빛을 흡수하는 것보다 더 강 하게 흡수하는 편광기이며, 이로는 H-형(요오드) 편광기 및 염료(dyestuff) 편광기와 같은 2색성 편광기, K-형 편광기 및 KE 편광기로 불리는 쓰리엠 컴퍼니(3M Company, 미국 매사추세츠주 노우드 소재)에 의해 제조되는 개선된 K-형 편광기와 같은 고유(intrinsic) 편광기, 및 얇게 클래딩된 또는 캡슐화된 편광기가 있다.

원형 편광기는 2개의 별개의 편광 상태인 좌편(L) 및 우편(R)의 원형으로 편광된 빛에 대하여, 이들 편광 상태 중 하나의 빛을 차단하고 다른 편광 상태의 빛을 투과시키는 편광기이며, 평면 편광기 및 1/4-파장 지연기로 이루어질 수 있다.

반사 편광기는 목적하지 않은 편광의 빛을 재순환을 위해 다시 백라이트 유닛 내로 반사시킴으로써 휘도 향상 성분으로서 기능할 수 있는 편광기이다. 반사 편광기는 적절하게 편광된 빛만이 통과하도록 허용할 수 있는 것이다. 목적하지 않는 편광을 갖는 빛은 반사된다. 반사 편광기로부터 반사된 빛은 광 챔버로 다시 들어가고, 가능하게는 적절하게 편광된 다음 이후 반사 편광기를 통해 통과할 수 있다. 이러한 방식에서, 백 라이트로부터의 빛이 보다 효율적으로 사용될 수 있다. 적합한 반사 편광기의 예는 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비쿠이티^TM(Vikuiti^TM) 브랜드의 이중 휘도 향상 필름(Dual Brightness Enhancing Film, DBEF)이다.

다른 실시태양에서는, 제1 기재층 (22) 또는 제2 기재층 (24) 중 어느 한 층이 손상으로부터 루버층을 보호하는 보호 필름일 수 있다.

또 다른 실시태양에서는, 제1 기재층 (22)또는 제2 기재층 (24) 중 어느 한 층만이 편광기와 같은 광학적 조절 필름일 수 있다.

또 다른 실시태양에서는, 제1 기재층 (22) 또는 제2 기재층 (24) 중 어느 하나가 아래에서 기술되는 프리즘 필름 또는 확산 필름일 수도 있다. 프리즘 필름 또는 확산 필름은 루버층 (12)의 휨 또는 비틀림 및 광 제어 필름 복합체 (20)의 휨 또는 비틀림을 억제하기에 충분한 강도를 갖는다.

도 3은 광 제어 필름을 포함하지 않는 종래의 LCD 장치 (30)의 구조를 나타내는 개략도이다. 이 LCD 장치 (30)은 전면 편광기 (31), 액정 패널 (32) 및 배면 편광기 (33)를 포함하는 디스플레이 유닛 및 백라이트 유닛 (34)를 갖는 것으로 예시되어 있으며, 여기서 디스플레이 유닛은 전면 편광기 (31) 및 액정 패널 (32)만을 포함하는 것일 수도 있다. 예시된 LCD 장치 (30)은 디스플레이 유닛과 백라이트 유닛 사이에 위치된 확산 필름 (38) 및 프리즘 필름 (36)을 더 포함할 수 있다.

프리즘 필름 (36)은 백라이트 유닛으로부터의 빛을 프리즘 필름 (36)에 대해 특정한 각으로 재배향시킬 수 있다. 프리즘 필름 (36)에 의해 재배향된 빛은 재순환되어 궁극적으로 프리즘 필름을 통해 통과할 각으로 백라이트 유닛을 빠져나올 수 있다. 예를 들어, 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비쿠이티^TM 브랜드의 휘도 향상 필름(Brightness Enhancing Film, BEF)이 프리즘 필름 (36)을 구현시키기 위해 사용될 수 있다. 다르게는, 프리즘 필름 (36)은 또한 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수가능한 비쿠이티^TM 브랜드의 투과성 직각 필름(Transmissive Right Angle Film, TRAF)을 포함할 수 있다. TRAF는 큰 각으로 들어오는 빛을 상이한 각으로 빠져나 가도록 재배향시킨다.

확산 필름 (38)은 확산 필름으로 들어오는 빛의 강도가 공간적으로 보다 균일하도록 들어오는 빛을 확산시킨다. 하나 이상의 점 광원으로부터 들어오는 빛은 확산 필름의 입구면 상의 특정 위치에서 훨씬 더 강할 수 있다. 그러나, 확산 필름을 빠져나오는 빛의 강도는 확산 필름의 출구면에 비해 공간적으로 보다 더 균일할 수 있다.

도 4는 종래의 LCD 장치 (42)에 종래의 광 제어 필름 (40)을 디스플레이 유닛의 전면에 위치시킨 구조를 예시하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같은 LCD 장치 (42) 및 광 제어 필름 (40)을 통해 사용자가 볼 수 있는 빛의 시야각의 측면에서는, 광 제어 필름 (40)을 사용하지 않은 경우에 비해 더 좁은 시야각을 달성할 수 있지만, 광 제어 필름의 사용으로 인해 LCD 장치의 전체적인 두께가 늘어나고, 광 투과율은 현저하게 감소될 수 밖에 없다.

도 5는 본 발명의 광 제어 필름 복합체 (52)가 액정 패널 (32)의 정면에 배치된 LCD 장치 (50)의 구조를 개략적으로 예시하고 있다. 사용된 광 제어 필름 복합체는 루버층 및 루버층의 배면에 적층된 흡수 편광기를 포함하는 구조를 갖는 것이다. 광 제어 필름 복합체 (52)를 사용하는 경우 별도의 정면 편광기를 액정 패널에 배치시킬 필요가 없다. 본 발명의 광 제어 필름 복합체 (52)가 사용된 LCD 장치는 도 4에 나타낸 종래의 광 제어 필름 (40)을 디스플레이 유닛의 정면에 배치한 종래의 LCD 장치 (42)에서와 같은 좁은 시야각을 달성하면서도, 광 투과율을 5% 이상 개선시킴을 확인하였다. 더욱이, 종래 광 제어 필름 (40)에서와 같은 윈도 기판층 중 하나 또는 양쪽 모두를 사용하지 않기 때문에, LCD 장치의 전체 두께를 100 ㎛ 이상 감소시킬 수 있었다. 구체적으로, 종래의 광 제어 필름 (40)은 그 두께가 대략 800 내지 850 ㎛이고, 종래의 흡수 편광기는 대략 100 내지 150 ㎛인데 비하여, 본 발명의 광 제어 필름 복합체 (52)는 종래 광 제어 필름 (40) 및 흡수 편광기의 기능 모두를 수행하면서도 그 두께가 대략 350 내지 400 ㎛만을 차지하여 약 500 ㎛ 이상의 두께를 감소시킬 수 있었다.

따라서, 본 발명의 광 제어 필름 복합체 (52)를 사용하여 전체적인 LCD 장치 (50)의 두께를 종래보다 현저하게 감소시키면서, 광 투과율의 측면에서도 향상된 효과를 얻을 수 있었다.

도 6은 본 발명의 광 제어 필름 복합체 (62)가 액정 패널의 배면에 위치된 LCD 장치 (60)의 구조를 개략적으로 예시하고 있다. 본 발명의 광 제어 필름 복합체 (62)는 루버층, 및 각각 루버층의 정면과 배면에 적층된 흡수 편광기 및 반사 편광기를 포함하는 구조를 갖는다. 필요에 따라 반사 편광기 대신에 프리즘 필름 또는 확산 필름이 적층된 광 제어 필름 복합체가 사용될 수도 있다.

본 발명의 광 제어 필름 복합체 (62)를 포함하는 LCD 장치는 도 4에 도시된 종래의 광 제어 필름을 액정 패널의 배면에 배치시킨 LCD 장치에서 얻을 수 있는 바와 같은 좁은 시야각을 달성하면서도, 광 투과율을 10% 이상 개선시켰다. 나아가, 본 발명의 본 발명의 광 제어 필름 복합체 (62)를 포함하는 LCD 장치는 종래의 광 제어 필름을 사용하는 LCD 장치에 비하여, 전체 LCD 장치의 두께를 100 ㎛ 이상 감소시킬 수 있었다. 구체적으로, 종래 흡수 편광기, 광 제어 필름 (40) 및 반사 편광기를 사용한 경우, 이들의 두께의 합이 대략 1100 내지 1200 ㎛인데 비하여, 흡수 편광기 및 반사 편광기를 포함하는 본 발명의 광 제어 필름 복합체 (62)는 그 두께가 대략 450 내지 550 ㎛만을 차지하여 약 600 ㎛ 이상의 두께를 감소시킬 수 있다.

상기에서는, 본 발명의 예시가 되는 경우에 대해 설명하였지만, 당해 분야의 숙련된 기술자들은 본 발명의 청구 범위에 기술된 발명의 사상 및 범위 내에서 여러 변형이 이루어질 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은 광 투과율을 저하시키지 않으면서 전체 디스플레이 장치의 두께를 얇게 유지할 수 있는 동시에, 요구되는 광 제어 특성을 충분히 제공할 수 있는 광 제어 필름을 제공한다. 이로부터, 디스플레이의 성능을 저하시키지 않으면서, 디스플레이 화면의 측면 방향으로 액정 패널을 투과한 빛의 불필요한 유출을 방지하고 사용자의 프라이버시를 보호할 수 있다.

Claims

루버 필름층,

루버 필름층의 정면에 적층된 제1 기재층, 및

루버 필름층의 배면에 적층된 제2 기재층을 포함하고,

상기 제1 및 제2 기재층 중 적어도 한 층이 광학적 조절 필름인 광 제어 필름 복합체 (Light Control Film Composite).
제1항에 있어서, 상기 광학적 조절 필름이 흡수 편광기, 반사 편광기, 프리즘 필름 또는 확산 필름인 광 제어 필름 복합체.
제1항에 있어서, 제1 기재층이 흡수 편광기인 광 제어 필름 복합체.
제3항에 있어서, 제2 기재층이 반사 편광기, 프리즘 필름 또는 확산 필름인 광 제어 필름 복합체.
제1항에 있어서, 제2 기재층이 흡수 편광기인 광 제어 필름 복합체.
제1항 내지 제5항의 광 제어 필름 복합체를 포함하는 LCD 장치.
제6항에 있어서, 상기 광 제어 필름 복합체가 액정 패널의 정면에 배치되는 LCD 장치.
제6항에 있어서, 상기 광 제어 필름 복합체가 액정 패널의 배면에 배치되는 LCD 장치.