KR20080103015A - 박막 벌크 및 표면 확산재 - Google Patents

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KR20080103015A
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토마스 엠. 레이니
피터 티. 아일워드
찰스 엠. 쥬니어 랭킨
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롬 앤드 하스 덴마크 파이낸스 에이에스
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Abstract

표면 비드를 구비한 중공화된 반결정성 폴리머 통합 광 확산 필름이 제공된다. 필름은 LC 디스플레이와 같은 디스플레이 장치에 도입되는 데에 유용하다.

Description

박막 벌크 및 표면 확산재{THIN FILM BULK AND SURFACE DIFFUSER}
본 발명은 광학 디스플레이, 보다 상세하게는 액정 디스플레이(LCD) 모니터 및 LCD 텔레비젼에 사용될 수 있는 액정 디스플레이에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD)는 랩톱 컴퓨터, 휴대용(hand-held) 계산기, 디지털 시계 및 텔레비젼과 같은 장치에 사용되는 광학 디스플레이이다. 일부 LCD는 디스플레이 측면에 위치한 광원을, 광원으로부터 나온 빛을 LCD 패널의 후면으로 유도하도록 배치된 광 가이드(guide)와 함께 포함한다. 다른 LCD, 예컨대 일부 LCD 모니터 및 LCD 텔레비젼(LCD-TV)은 LCD 패널 뒤에 배치된 다수의 광원을 사용하여 직접 발광(illuminated)된다. 이 배열은 대형 디스플레이일수록 더욱 보편적인데, 이는, 일정 수준의 디스플레이 밝기를 얻기 위해서 디스플레이 크기의 제곱에 따라 광 세기(light power)가 증가될 것이 요구되는 반면 디스플레이의 측면을 따라 광원을 배치하기 위해 활용가능한 부지(real estate)는 단지 디스플레이 크기에 따라 선형적으로 증가하기 때문이다. 게다가, LCD-TV와 같은 일부 LCD 가전제품들에서는 다른 가전제품들 보다 더 먼 거리에서 볼 수 있게 디스플레이가 충분히 밝을 것이 요 구되며, LCD-TV에 있어서 시야각(viewing angle) 요건(requirement)은 LCD 모니터 및 휴대용(hand-held) 장치들과는 일반적으로 다르다.
일부 LCD 모니터 및 대부분의 LCD-TV는 보편적으로 다수의 냉음극 형광램프(cold cathode fluorescent lamp)(CCFL)에 의하여 후면으로부터 발광된다. 이 광원들은 선형배열되고, 디스플레이 전체 폭에 걸쳐 퍼지며, 그 결과, 더 어두운 영역으로 분리된 일련의 밝은 띠(strip)에 의하여 디스플레이 후면이 발광된다. 이러한 발광 프로파일은 바람직하지 않으며, 따라서 LCD 장치 후면에서의 발광 프로파일을 평탄하게 하기 위해 확산판(diffuser plate)이 사용된다.
최근에는, 유리, 폴리스티렌 비드 및 CaCO3 입자를 포함하는 다양한 분산상(dispersed phase)을 가진 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 중합체성 매트릭스가 LCD-TV 확산판에 채택된다. 이 판들은 증가된 습도 및 램프에 의한 고온에 노출된 후에 종종 변형되거나 휘어진다. 게다가, 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 균일하게 확산 입자들을 분포시키기 위해서는 확산판을 주문제작형 압출 컴파운딩할 것이 요구되는데, 이는 비용을 더욱 증가시킨다.
종전의 문헌인 미국특허출원 제2006/0082699호에는 자기-지지형(self-supporting) 기재와 광학 확산 필름의 개별 층들을 라미네이트하여 확산판 제조 비용을 절감하는 접근 방법이 기재되어 있다. 비록 이 해법이 신규하기는 하지만, 이 층들을 함께 라미네이트하기 위해 접착제를 사용할 필요가 있고, 이는 광 흡수 물질의 첨가에 의한 시스템 효율의 감소라는 결과를 낳는다. 이 층들을 함께 라미네 이트하기 위한 추가의 공정 비용 또한 의도를 벗어나게 한다. 또한, 이 종전의 문헌은 부착되지 않은 확산 필름을 위한 물질 및 구조를 교시하지 않고 있다. 부착되지 않은 확산 필름을 가지는 것이 바람직한데, 이는 광 균일화를 높은 수준으로 유지하면서 높은 광학 투과도는 물론 치수 안정성을 가져야만 한다. 또한, 이러한 확산재(diffuser)는, 확산재 위의 LC 층이 광원으로부터 얻는 열 획득(heat gain)을 감소시키기 위하여 추가적인 단열값을 갖는 것이 바람직하다. 중공화(voiding)는 확산재의 광학 요건과 단열 요건 양자 모두를 달성하기 위하여 잘 알려진 수단이다. 제조업자들은 LCD 스크린의 프로파일을 얇게 하기 위한 수단을 지속적으로 찾고 있으므로, 얇은 확산재가 또한 바람직하다. 얇고 중공화된 필름(thin voided film)은 상승된 온도 하에서 수축되기가 매우 쉬우므로, 상기 요건들을 만족시키는 얇고 중공화된 필름의 제조는 상당히 도전해 볼 만하다.
따라서, 본 발명의 목적은, 광학 투과성 자기 지지 기재에 인접하여 위치할 수 있고, 상기 기재에 부착되지는 않으며, 이전의 판 확산재의 평탄화(smoothing) 기능을 매우 낮은 비용으로 제공하는, 표면 평행성(collimating) 및 또는 지향성(directional) 확산을 포함하는 다기능성의 중공화된 중합체성 광학 확산 필름을 제공하는 것이다. 이 광학 확산 필름은 높은 수준의 광학적 기능을 제공하고, 심지어 얇은 두께에서도 특정 열 시험 하에서의 치수 안정성 요건을 만족시킨다는 점에 특징이 있다.
본 발명의 일 구체예는 표면 비드가 제공된 중공화된 반-결정성(semi-crystalline) 폴리머 통합 광학 확산 필름이다. 이 필름은 LC 디스플레이와 같은 디스플레이 장치에 도입되는 데에 유용하다.
바람직하게는, 이 필름은 0 내지 90℃의 열적 변화의 결과로서 1% 미만의 수축율을 가진다. 이 필름은 오늘날 백라이트 LCD 디스플레이에 전형적으로 사용되는 확산판 및 상단 확산재(top diffuser)의 광학 기능을 대체하는 데에 유용하다
발명의 다양한 구체예들에 대한 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참고하면 본 발명을 더욱 완전하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변형 및 대체형에 적용될 수 있으며, 그 특정형들을 도면에 예로써 나타내었고, 이하에 상세히 기술할 것이다. 그러나 그 의도는 본 발명을 기재된 특정 구체예들로 한정하려는 것이 아님을 이해해야 할 것이다.
본 발명의 표면 비드를 구비한 중공화된 반결정성 폴리머 통합 광 확산 필름은 LC 디스플레이와 같은 디스플레이 장치에 도입되는 데에 유용하다.
한편, 본 발명은 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 취지 및 영역내에 드는 모든 수정, 등가체 및 변형을 포함한다.
상세한 설명
본 발명은 LCD 모니터 및 LCD 텔레비젼(LCD-TV)에 이용되는 바와 같이, 액정 디스플레이(LCD 또는 LC 디스플레이), 특히 후면에서 직접 발광되는 LCD에 응용할 수 있다.
본 발명의 일 구체예는 광원과, 상판, 하판 및 상판과 하판 사이에 배치된 액정층을 포함하는 LCD 패널을 구비한 액정 디스플레이(LCD) 유닛에 관한 것이다. 하판은 광원과 면해있고, 흡수 편광기를 포함한다. 광원이 광 매니지먼트층 배열을 통해 LCD 패널을 발광하도록 광 매니지먼트층 배열이 광원과 LCD 패널 사이에 배치되어 있다. 광 매니지먼트층 배열은 광 매니지먼트 필름 배열 및 광투과성 자가 지지 기판을 포함한다. 광 매니지먼트 필름 배열은 적어도 표면 확산 및/또는 평행성을 지닌 제1 중공 폴리머 광 확산 필름을 포함한다. 광 매니지먼트 필름 배열은 임의로 다른 광학층을 포함한다. 다른 광학층은 비드 코팅된 평행 필름, 광 지향 필름 및 반사 편광기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구체예는 광원과, 상판, 하판 및 상판과 하판 사이에 배치된 액정층을 포함하는 LCD 패널을 구비한 액정 디스플레이(LCD) 유닛에 관한 것이다. 하판은 광원과 면해있고, 흡수 편광기를 포함한다. 광원이 광 매니지먼트층 배열을 통해 LCD 패널을 발광하도록 광 매니지먼트층 배열이 광원과 LCD 패널 사이에 배치되어 있다. 광 매니지먼트층 배열은 광 매니지먼트 필름 배열 및 광투과성 자가 지 지 기판을 포함한다. 광 매니지먼트 필름 배열은 적어도 필름을 통해 전파된 광선 방향을 제어하도록 구조화된 표면을 포함하고 표면 확산 및/또는 평행성을 지닌 제1 중공 폴리머 광 확산 필름을 포함한다. 광 매니지먼트 필름 배열은 임의로 다른 광학층을 포함한다. 다른 광학층은 광 지향 필름 및 반사 편광기를 포함할 수 있다.
LCD-TV에 현재 사용되는 확산판은 경질 시트로서 형성된 폴리머 매트릭스, 예를 들면 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 폴리카보네이트 (PC) 또는 사이클로올레핀을 기제로 한다. 시트는 확산 입자, 예를 들면 유기 입자, 무기 입자 또는 보이드(버블)를 함유한다. 이들 확산판은 종종 디스플레이를 발광하도록 사용되는 광원의 고온에 노출된 후에 변형되거나 접혀진다. 이들 확산판은 또한 제조하여, 최종 디스플레이 장치에서 조립하는데 고가의 비용이 든다.
본 발명은 LCD 패널과 광원 사이에 위치한 광 매니지먼트층의 배열을 갖는 직접적으로 발광된 LCD 장치에 관한 것이다. 광 매니지먼트층의 배열은 광투과성 자기 지지유기 또는 무기 기판, 및 기판의 한 측부에 직접 인접하게 배치되나, 상기 기판에 부착되지 않는 특정한 투과율 및 헤이즈 레벨을 갖는 표면 확산 및/또는 평행성을 갖는 중공화된 폴리머 광학 확산 필름을 포함한다. 각 성분의 투과율 및 헤이즈 레벨은 휘도가 디스플레이를 통해 비교적 균일한 다이렉트-리트 LC 디스플레이를 제공하도록 디자인된다.
본 발명의 광투과성 자기 지지 유기 또는 무기 기판은 제조하기가 간단하며, 품목으로서 상용화되었다. 본 발명의 표면 확산 및/또는 평행성을 갖는 중공화된 폴리머 광학 확산필름은 제조하기가 간단하며, 제조시에 사용되는 재료 및 방법에 있어서의 고도의 융통성을 제공한다. 본 발명에 있어서, 구조적 및 광학적 요건은 분리되는데: 기판은 구조 성능 및 미부착된 확산층을 제공하며, 광학 성능을 제공한다. 이러한 기능을 분리함으로써, 통상적인 투명 재료 및 통상적인 확산 시트를 이용하는 비용 이점은 전체 비용을 절감하도록 활용될 수 있다. 기판 및 확산 필름을 미부착함으로써, 고 레벨의 광학 성능 및 저 제조 비용이 실현된다. 이것은 또한 저비용으로 내휨성 판(예를 들면, 유리판)의 도입을 허용한다. 게다가, 확산재가 기판이 아닌 필름 내에 포함되면 확산 특성을 보다 정밀하게 조절하는 것이 용이 해진다. 중공화된 확산 필름을 사용함으로써 주어진 두께의 확산재에서 고 수준의 절연성이 제공될 수 있다. 그러나, 비부착성으로 인해, 확산재는 배열 내의 다른 광학 필름의 열 수축 요건을 반드시 만족하여야 한다. 표면 확산 및/또는 평행 특성을 갖는 중공화된 폴리머 광학 확산 필름은 본원에서 기술된 비드의 표면 코팅 및 폴리머 바인더 (매트릭스)를 갖는 보이드 필름을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구체예에서, 비드는 중공화된 확산 필름의 적어도 하나의 주 표면(major surface) 상에 있다. LCD 디스플레이에서 사용하기에 바람직한 평행 효과를 제공하기 위하여, 바람직한 구체예는 광원으로부터 가장 멀리 떨어진 표면상에 비드를 제공한다. 이러한 배열은 필름의 보이드 부분에서 나오는 산란 광에 어느 정도의 사전-평행을 제공한다. 본 발명에서 유용한 비드는 실질적으로 투명하다(70% 이상의 광 투과). 비드는 유리, 유기 폴리머 또는 무기 코팅을 갖는 폴리머 비드일 수 있다. 본 발명에서 유용한 유기 폴리머 비드는 비드 내 또는 비드의 표면상에 무기 물질을 더 포 함할 수 있다. 보이드의 표면을 차지하는 비드는 그들의 가장 두꺼운 치수에서 1,000 내지 50,000㎚의 범위의 크기를 가질 수 있다. 일 구체예에서, 비드의 크기는 8,000 내지 30,000㎚의 범위이고, 또 다른 구체예에서, 비드의 크기는 1,500 내지 30,000㎚의 범위이다. 일 구체예에서, 중공화된 필름에 있는 비드가 실질적으로 단일의 크기 및/또는 형태로 확산되고, 다른 구체예에서는 다양한 크기 및/또는 형태로 필름상에 랜덤하게 분포된다. 다양한 크기를 갖는 구체예에서는 광 매니지먼트 필름 스택(stack) 내의 다음 필름 (관찰자 쪽으로)에 대하여 최소의 접촉을 갖는 표면을 제공한다. 일부 필름 스택에서는, 비드를 갖는 표면을 갖는 상부 확산재 및 표면 구조를 갖는 광 유도 필름이 있다. 최적의 광학 특성을 위하여서는, 광 유도 필름이 최적의 또는 의도된 방향과 반대로 가는 반사된 광을 필름 내로 다시 방향을 바꾸기 위하여 광 진입 면 상에 에어 갭(air gap)을 필요로 한다. 본 발명에서 기술되는 것처럼 보이드 확산재 상에 다양한 크기의 비드를 갖는 표면을 제공함으로써, 생성된 필름 스택은 LCD 디스플레이에서 필요로 하는 훌륭한 광학을 제공한다. 추가로 다양한 비드 사이즈를 갖는 경우 필름 표면에 비드를 유지하는데 사용되는 폴리머 바인더가 우수한 부착력을 갖게 됨으로써 표면 연마 또는 마찰 시간동안 비드가 손실되는 것을 막을 수 있도록 한다. 폴리머 바인더내로 함침되는 비드의 양을 조절함으로써, 가스(공기)에 의해 둘러싸인 비드의 표면적이 최대화되고 필름 스택(stack)의 광학성이 보다 최적화된다. 기타 본원에 유용한 구체예는 표면의 거침(roughness) 또는 결(texture)에 중공화된 필름이 불균일한 표면을 만들어, 다른 필름 표면이 거칠거나 결이 있는 표면상에 존재할 때 두 필름 사이에 형성된, 공기를 함유하는 공간을 제공하는 것이다. 이러한 거침 또는 결은 표면내로 몰드되어 양각 또는 압출성형 롤로 형성될 수 있다. 이러한 과정은 상기 중공화된 필름의 스트레칭 이전에 수행될 수 있거나 스트레칭이 된 후에 수행될 수 있다.
다이렉트-리트(lit) LC 디스플레이 장치 (100)의 예시적 구체예를 도 1에 도시하였다. 상기 디스플레이 장치 (100)은 예컨대 LCD 모니터 또는 LCD-TV에 사용될 수 있다. 디스플레이 장치는 프론트 패널 어셈블리 (130)의 사용에 기초하며, 전형적으로 패널 플레이트 (134) 사이에 배치된 LC (136)층을 포함하는 LC 패널 140을 포함한다. 플레이트 (134)는 종종 유리로 형성되며, LC 층 (136) 내에 액정의 배향을 조절하기 위하여 전극 구조 및 정렬층(alignment layer)을 그들의 내부 표면상에 포함할 수 있다. 전극 구조는 보통 LC 패널 픽셀을 뚜렷하게 하기 위하여 액정의 배향이 인접부위에 독립적으로 조절될 수 있는 LC층 영역에 배열된다. 하나 이상의 플레이트 (134)와 함께, 디스플레이되는 이미지상에 컬러를 제공하기 위하여 컬러필터가 또한 포함될 수 있다.
상부 흡수 편광기(upper absorbing polarizer) (138)은 LC 층 (136)상에 위치하며, 하부 흡수 편광기 (132)는 LC 층 (136) 아래에 위치한다. 흡수 편광기 (138), (132) 및 LC 패널 (140)은 조합되어, 백라이트 (110)으로부터 디스플레이 (100)을 통해 뷰어까지 빛의 투과를 조절한다. 몇몇 LC 디스플레이에서, 흡수 편광기 (138), (132)는 투과축이 수직으로 배열될 수 있다. LC 층 (136)의 픽셀이 활성화되지 않을 때 그를 통과하는 빛의 편광이 변하지 않을 것이다. 따라서, 흡수 편광기 (138), (132)가 수직으로 정렬될 때, 하부 흡수 편광기 (132)를 통과하는 빛 은 상부 흡수 편광기 (138)에서 흡수된다. 다른 한편, 픽셀이 활성화될 때, 이를 통과하는 빛의 편광이 회전되고, 그럼으로써 하부 흡수 편광기 (132)를 투과하는 최소 일부 빛이 또한 상부 흡수 편광기 (138)을 통해 투과된다. LC 층 (136)의 상이한 픽셀을, 예컨대 컨트롤러 (150)을 사용하여 선택적으로 활성화시켜 임의의 원하는 위치에 빛이 디스플레이밖으로 통과하도록 함으로써 뷰어를 통해 보여지는 이미지를 형상화할 수 있다. 컨트롤러는 예컨대 컴퓨터, 또는 텔레비젼 컨트롤러를 포함할 수 있으며, 이들은 텔레비젼 영상을 받아 디스플레이한다. 예컨대 디스플레이 표면에 기계적 및/또는 환경적 보호를 하기 위하여, 하나 이상의 임의의 층 139가 상부 흡수 편광기 (138)상에 제공될 수 있다. 일 구체예로 층 139는 흡수 편광기 (138)상의 하드코트를 포함할 수 있다.
몇몇 타입의 LC 디스플레이는 상기와 다른 식으로 작동할 수 있다. 예컨대 흡수 편광기가 평행하게 정렬되고, LC 패널은 비활성화 상태에서 빛의 편광이 회전할 수 있다. 이와 관계없이, 상기 디스플레이의 기본구조는 상기와 같다.
백라이트 (110)은 수많은 광원 (114)를 포함하며 빛을 생성하여 LC 패널 120를 발광시키게 된다. LCD-TV 또는 LCD 모니터에 사용되는 광원 (114)는 보통 선형이며, 디스플레이 장치 (100)을 가로질러 확장되는 냉음극(cold cathode), 형광 튜브이다. 사용될 수 있는 기타 타입의 광원으로는, 필라멘트 또는 아크 램프(arc lamp), 발광다이오드(LED), 평면 형광 패널 또는 외부전극 형광램프(external fluorescent lamps)가 있으나 이로 제한되는 것은 아니다.
백라이트 (110)은 또한 LCD 패널 (140)으로부터 먼 방향으로, 광원 (114)로 부터 아래쪽으로 전달되는 빛을 반사하기 위한 반사경 (112)를 포함할 수 있다. 반사경 (112)는 하기 설명하는 바와 같이 디스플레이 장치 (100) 내의 빛을 재활용하는 데에도 유용할 수 있다. 반사경 (112)는 정반사성(specular) 반사경이거나 확산 반사경일 수 있다. 반사경 (112)로 사용될 수 있는 정반사성 반사경의 한 예로는 3M 회사, St. Paul, Minn.에서 입수가능한 필름인 Vikuiti® Enhanced Specular Reflection (ESR)이 있다. 적합한 확산 반사경의 예로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌 및 기타의 폴리머를 포함하며, 티타늄 다이옥사이드, 바륨 설페이트, 칼슘 카보네이트 및 기타의 확산적으로 반사되는 입자와 함께 로딩될 수 있다.
광 매니지먼트층 배열 (120)은 백라이트 (110) 및 프론트 패널 어셈블리 (130) 사이에 위치한다. 광 매니지먼트층은 백라이트 (110)으로부터 전달되는 빛에 영향을 미쳐 디스플레이 장치 (100)의 작동을 향상시킨다. 예컨대 광 매니지먼트층 배열 (120)은 확산 플레이트 (122)를 포함할 수 있다. 확산 플레이트 (122)는 광원으로부터 받은 빛을 확산하기 위해 사용되며, LC 패널 (140)상에 투사되는 조명빛의 균일도를 증가시킨다. 결과적으로, 뷰어에 감지된 영상이 보다 균일한 밝기(bright)를 갖게 된다.
광 매니지먼트층 배열 (120)은 또한 반사 편광기 128을 포함할 수 있다. 광원 (114)는 전형적으로 비편광된 빛을 생성하나, 하부 흡수 편광기 (132)는 오직 단일 편광 상태만을 투과시키므로, 광원 (114)에 의해 생성되는 약 절반의 빛이 LC 층 (136)을 통해 투과되지 못한다. 그러나 반사 편광기 128은 하부 흡수 편광기에 서 다른 방식으로 흡수되는 빛을 반사하는데 사용될 수 있으며, 따라서 이 빛은 반사 편광기 128 및 반사경 (112) 사이에서 반사에 의해 재활용될 수 있다. 반사 편광기 128에 의해 반사된 최소 일부의 빛은 감극(depolarize)될 수 있고, 순차적으로 편광상태로 반사 편광기 128로 되돌아가 반사 편광기 128을 투과하고 하부 흡수 편광기 (132)를 거쳐 LC 층 (136)으로 투과된다. 이러한 과정을 통해 반사 편광기 128은 광원 (114)에서 방출되어 LC 층 (136)에 도달하는 빛의 단편을 증가시키는데 사용될 수 있으며, 그럼으로써 디스플레이 장치 (100)에서 제공하는 영상이 보다 밝아질 수 있다.
반사 편광기로는 예컨대, 멀티레이어 광학 필름(MOF) 반사 편광기; 연속/분산 상 편광기, 와이어 그리드(wire grid) 반사 편광기 또는 콜레스테릭 반사 편광기와 같은 확산 반사 편광기 필름(DRPF, diffusely reflective polarizing film)이 사용될 수 있다.
광 매니지먼트층의 배열(120)은 또한 광 지향 필름(126)을 포함할 수 있다. 광 지향 필름은 벗어난-축의 빛을 디스플레이의 축에 근접하는 방향으로 다시 향하게 하는 표면 구조를 포함하는 것이다. 이는 LC 층 (136)을 통하여 축-상에서 퍼져나가는 빛의 양을 증가시키고, 이에 따라, 시청자에 의해 관찰되는 이미지의 밝기를 증가시킨다. 한가지 예는 프리즘의 광 지향 필름이며, 이는 굴절과 반사를 통하여 발광된 빛을 다시 향하게 하는 수많은 프리즘 융기를 갖는다.
통상의 LCD-TV에서 이용되는 확산판과 달리, 본 발명은 분리된 구조 및 확산 멤버를 지니는 광 매니지먼트층의 배열을 이용한다. 광투과성 자기 지지 기판 및 비부착된 중공화된 폴리머 광학 확산 필름은 각각 이들 기능을 수행한다. 본 발명의 하나의 예시적인 구체예를 도 2에 도시적으로 나타내었다. 광 매니지먼트층(200)의 배열은 광투과성 자기 지지 기판 (212) 및 기판에 근접하나 부착되지 않은 중공화된 폴리머 광학 확산 필름 (214)를 포함한다. 다른 광학 필름이 중공화된폴리머 광학 확산 필름 (214) 위에서 광 매니지먼트층의 배열에 추가될 수 있다. 이들 다른 광학 필름은 비드 코팅된 광 평행 필름 (215), 프리즘 광 지향 필름 (216) 및 반사 편광기 (218)를 포함할 수 있다.
기판 (212)은 통상의 백 라이트에서 확산 판의 것과 같은 물질 시트이며, 자기-지지이고, 광 매니지먼트 배열에서 상기 층에 지지체를 제공하기 위하여 이용된다. 이에 따라, 자기 지지체는 심지어 배열 중 다른 층의 추가의 중량과 함께 그 자신의 중량 하에서 근소하게(그의 최장 두께의 1/180 미만) 구부러지는 것으로 정의된다. 기판 (212)는 예를 들어, 디스플레이의 크기에 따라 최대 수 mm 두께일 수 있다. 예를 들어, 하나의 예시적인 구체예에서, 30" LCD-TV는 2 mm 두께 벌크 확산 판을 갖는다. 또다른 예시적인 구체예에서, 40" LCD-TV는 3 mm 두께의 벌크 확산판을 갖는다.
기판 (212)은 가시 광선에 실질적으로 투과성인 임의의 물질, 예를 들어, 유리 및 폴리머를 포함하는 유기 또는 무기 물질로 제조될 수 있다. 적합한 유리는 플로트 유리, 예를 들어, 플로트 공정을 이용하여 제조된 유리, 또는 플로트 유리보다 더 조절된 두께 및 순도와 같은 특성을 갖는 LCD 유리로 언급되는 LCD 급 유리를 포함한다. LCD 유리를 형성하기 위한 한가지 접근은 롤러 사이에서 유리를 형 성하는 것이다.
기판 (212), 확산 필름 (214) 및 하나 이상의 다른 광 매니지먼트층은 백라이트 및 LCD 패널 사이에 배치된 광 매니지먼트 배열에 포함될 수 있다. 기판 (212)은 광 매니지먼트 배열을 지지하기에 안정한 구조를 제공한다. 특히 지지하는 기판 (212)이 뒤틀림-저항성 물질, 이를 테면 유리로 형성된다면, 기판(212)은 통상의 확산판 시스템보다 덜 뒤틀리는 경향이 있다.
기판 (212)를 제조하는 데 이용되는 적합한 폴리머 물질은 비결정성 또는 반-결정성일 수 있으며, 호모폴리머, 코폴리머 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있다. 폴리머 물질의 예는 비제한적으로, 비결정성 폴리머, 이를 테면, 폴리(카보네이트) (PC); 폴리(스티렌) (PS); 아크릴레이트, 예를 들어, Cyro Industries, Rockaway, N.J.의 제품명 ACRYLITE®로 공급되는 아크릴 판; 아크릴 코폴리머, 이를 테면, 이소옥틸 아크릴레이트/아크릴산; 폴리(메틸메타크릴레이트) (PMMA); PMMA 코폴리머; 사이클로올레핀; 사이클로올레핀 코폴리머; 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS); 스티렌 아크릴로니트릴 코폴리머 (SAN); 에폭시; 폴리(비닐사이클로헥산); PMMA/폴리(비닐플루오라이드) 혼합물; 아탁틱 폴리(프로필렌); 폴리(페닐렌 옥사이드) 합금; 스티렌 블록 코폴리머; 폴리이미드; 폴리설폰; 폴리(비닐 클로라이드); 폴리(디메틸 실록산)(PDMS); 폴리우레탄; 폴리(카보네이트)/지방족 PET 혼합물; 및 반결정성 폴리머, 이를 테면, 폴리(에틸렌); 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET); 폴리(에틸렌 나프탈레이트) (PEN); 폴리아미드; 아이오노머; 비닐 아세테이트/폴리에틸렌 코폴리머; 셀룰로오즈 아세테이트; 셀룰로오즈 아세테이트 부티레이트; 플 루오로폴리머; 폴리(스티렌)-폴리(에틸렌) 코폴리머; 및 PET와 PEN 코폴리머를 포함한다.
중공화된 폴리머 광학 확산 필름 (214) 및 표면 확산을 갖는 중공화된 폴리머 광학 확산 필름 및/또는 평행성 (314)의 예시적인 구체예는 보이드 개시 입자 및 보이드 함유 반결정성 폴리머 매트릭스를 포함한다. 반결정성 폴리머 매트릭스는 가시 광선에 실질적으로 투과성인 것이 바람직하며, 보이드가 용이하게 연장될 수 있고 85 ℃의 상승된 온도에서 시험된 후 1.0% 미만으로 수축되는 크기 안정성을 가질 수 있다(이는 지향 백라이트(backlit) LCD의 필름에 전형적으로 요구되는 조건이다). 이들 모든 기준을 만족시키는 바람직한 폴리머는 폴리에스테르 및 그의 코폴리머이다. 가장 바람직한 것은 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET); 폴리(에틸렌 나프탈레이트(PEN)폴리에스테르 및 그의 임의의 코폴리머를 포함한다. PET는 PEN보다 가격이 훨씬 저렴하므로 가장 적합하다. 도 5는 몇몇 상업적으로 구입할 수 있는 PET 수지의 빛 전달을 나타낸다. ASTM D-1003 방법으로 전달을 측정하였다. 몇몇 등급은 90.5% 미만으로 전달된다. 90.5% 초과의 광학 전달을 지니는 PET 등급이 확산 필름에 의한 빛 흡수량을 제한하기 위하여 이용되는 것이 바람직하다. 평행성 및/또는 표면 확산을 지니는 보이드 폴리머 광학 확산 필름의 예시적인 구체예는 비제한적으로 폴리머 바인더를 이용하여 표면에 부착되는 무기, 유기 및 혼성 (무기 및 유기 물질을 둘 다 함유) 폴리머 비드를 포함한다. 일부 제조를 위한 물질 및 수단은 하기 특허를 참조로 인용한다. 미국 특허 제 6906157호는 폴리머 비드를 제조하기 위한 일부 폴리머화(표준 현탁액) 수단을 포함하고, 미국 특허 제 5378577호는 유착이 제한된 라텍스(안정화된 유기 미립자)를 포함한다.
본 발명에 유용한 비드를 제공하는 일부 수단은 미국 특허 제 6,906,157호; 제 5378577호로부터 참조로 인용된다. 미국 특허 제 6906157호는 소수성으로 종결된(capped) 올리고머 아크릴아미드 분산제에 의해 안정화된 수분산성 폴리머 입자 또는 소수성으로 종결된 올리고 아크릴아미드 및 연속 수상 중에 분산된 적어도 하나의 모노머를 포함하는 비수혼화성 유기상을 제공하고, 유기 상을 중합시켜, 소수성으로 종결된 올리고머 아크릴아미드를 수득하는 것을 포함하여 폴리머 입자를 형성하는 이질적인 방법을 제공한다. 또한, 폴리머 입자를 형성하는 이질적인 방법은 연속 수상 중에 분산된, 비수혼화성 유기상을 제공하고, 유기 상을 중합시키고, 소수성으로 종결된 올리고머 아크릴아미드를 첨가하여, 소수성으로 종결된 올리고머 아크릴아미드로 안정화된 폴리머 입자를 수득하는 것을 포함한다. 이러한 방법으로 제공된 입자(비드)는 선행기술에 비해 다수의 이점을 가진다. 첫째로, 소수성으로 종결된 올리고머 아크릴아미드에 의해 안정화된 폴리머 입자는 다른 통상적인 계면활성제에 의해 안정화된 유사 폴리머 입자에 비해 뛰어난 콜로이드 안정성을 나타낸다. 수분산성 폴리머 비드는 이종 중합, 또는 소수성으로 종결된 올리고머 아크릴아미드 분산제의 존재하에 수행되는 용매 증발 또는 침전법으로 제조될 수 있다. 목적하는 결과를 제공하는 것이라면, 어떠한 소수성으로 종결된 올리고머 아크릴아미드 분산제도 본 발명에 사용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 구체예에 있어서, 소수성으로 종결된 올리고머 아크릴아미드 분산제는 화학식 (I): 또는 화학식 (II): 또는 화학식 (III)을 가지며, 여기에서 각 R1 및 R2는 독립적으로 탄소원자수 1 내지 약 30의 선형 또는 분지형 알킬, 알케닐 또는 아릴알킬기, 예컨대 옥틸, 2-에틸헥실, 데실, 도데실, 옥타데실, 옥타데세닐, 3-페닐프로필, 3-페닐-2,2-디메틸프로필 등을 나타내고, R1 및 R2는 함께, 약 8 내지 약 50개의 탄소원자를 포함하며, 각 R3은 독립적으로 수소 또는 메틸기를 나타내고, 각 X는 독립적으로 수소 또는 탄소원자수 약 4 이하의 알킬기, 예컨대 메틸, 에틸 또는 이소프로필 등을 나타내며, 각 Y는 독립적으로 수소 또는 탄소원자수 약 4 이하의 알킬기, 예컨대 메틸, 에틸 또는 이소프로필 등, 또는 탄소원자수 약 4 이하의 하이드록실화 또는 설포네이트화 알킬기, 예컨대 트리스(하이드록시메틸)메틸, 디에탄올암모늄-2,2-디메틸 에틸 설포네이트, 또는 2,2-디메틸에틸 설포네이트를 나타내고, 여기에서 설포네이트화된 알킬기는 연합된 알칼리 금속, 예컨대 나트륨 또는 암모늄 또는 알킬화된 암모늄 카운터 이온을 가질 수 있다. 바람직하게, X 및 Y를 포함하는 탄소의 총수는 0 내지 3이거나, X 또는 Y는 설포네이트기를 포함할 것이다. Y'는 탄소원자수 약 4 이하의 알킬기 또는 탄소원자수 약 4 이하의 하이드록실화 또는 설포네이트화 알킬기를 나타내고, 각 Z는 독립적으로 산소, NH, NR1 또는 S를 나타내며, m은 약 2 내지 약 80의 정수이고, n은 0 내지 약 80의 정수이며, p는 약 1 내지 약 6, 바람직하게는 약 1 내지 2의 정수이다.
보다 바람직하게, 본 발명의 분산제는 아래의 두 가지 구조, 구조 1 및 구조 2에 의해 대표될 수 있으며, 여기서 반복 단위(repeating unit)의 수인 z는 5와 90 사이이며, R4, R5, 및 R6은 4 내지 30의 탄소 원자를 함유하는 포화 또는 불포화, 분지형 또는 비분지형 탄화수소 쇄이며, q는 0 또는 1일 수 있다. L은 임의의 연결 그룹이며, O2CCH2 또는 NHCOCH2 일 수 있다. 소수성으로 종결(capped)된 올리고머 아크릴아미드 분산제에 의해 안정화된 수분산성(water dispersible) 폴리머 입자는 다수의 이종 제조 기술에 의하여 임의의 폴리머로부터 제조되어 0.01부터 100㎛까지 중간 입경(median diameter)을 가지는 입자를 생산할 수 있다. 본 발명에서 유용한 폴리머의 일부 대표적인 부류는 폴리에스테르 및 α,β-에틸렌 불포화기를 함유하는 단량체의 부가(addition) 폴리머를 포함하지만, 이에 필수적으로 제한되지는 않는다. 바람직한 구체예에서, 이들은 스티렌계, 아크릴계 또는 폴리에스테르-부가 폴리머 하이브리드일 수 있다. 스티렌계는 스티렌, t-부틸 스티렌, 에틸비닐벤젠, 클로로메틸스티렌, 비닐 톨루엔, 스티렌 설포닐클로라이드 등과 같은 비닐 방향족 모노머 및 그들의 혼합물로부터 중합되는 것을 의미한다. 아크릴계는 아크릴계 모노머 및 그들의 혼합물, 예컨대, 아크릴산, 또는 메타크릴산, 및 그들의 알킬 에스테르, 예컨대, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, n-옥틸 아크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 노닐 아크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 동일한 산의 하이드록시알킬 에스테르, 예컨대, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 및 2-하이드록시프로필 메타크릴레이트 등으로부터 중합되는 것을 의미한다. 폴리 에스테르-부가 폴리머 하이브리드는 α,β-에틸렌 불포화기(스티렌계, 아크릴계, 비닐 에스테르 또는 비닐 에테르와 같은)를 함유하고 펜던트(pendant) 또는 그것의 골격을 따라 불포화 단위를 함유하는 폴리에스테르 마크로모노머를 가지는 모노머의 자유 라디칼 부가 반응 생성물을 의미한다.
본 발명에서 유용한 다른 비드(입자)는 미국특허 제5,378,577호에 개시되어 있다. 본 발명과 일치하는 매트(matte) 비드는 콜로이드성(colloidal)의 무기 입자 층으로 쌓인 폴리머 코어 물질을 포함한다. 임의의 적합한 콜로이드성 무기 입자는 예를 들어, 실리카, 알루미나, 알루미나-실리카, 산화주석, 티타늄 다이옥사이드, 산화아연 혼합물 등과 같은 폴리머 코어에 미립자 층을 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 콜로이드성 실리카는 코팅된 폴리머 입자의 제조의 용이성 및 제조과정 동안 매트 입자의 사진 요소로의 향상된 부착성을 포함하는 몇 가지 이유를 위하여 바람직하다. 본 발명 개시의 간소화를 위하여, 본 명세서의 나머지 부분에서 콜로이드성 실리카는 폴리머 코어 물질을 쌓고 있는 "콜로이드성 무기 입자"로 사용될 수 있다. 그러나, 다른 콜로이드성 무기 입자가 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 원하는 사이즈를 가지는 입자를 형성할 수 있는 적합한 폴리머 물질 또는 폴리머 물질의 혼합물은 본 발명에서 예를 들어 올레핀 호모폴리머 및 코폴리머, 예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이소부틸렌, 폴리이소펜틸렌 등; 폴리플루오로올레핀, 예컨대, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오르 등, 폴리아미드, 예컨대, 폴리헥사메틸렌, 아디프아미드, 폴리헥사메틸렌 세바아미드 및 폴리카프로락탐 등; 아크릴계 레진, 예컨대, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트 릴, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸메틸아크릴레이트 및 스티렌메틸메타크릴레이트 또는 에틸렌-메틸 아크릴레이트 코폴리머, 에틸렌-에틸 아크릴레이트 코폴리머, 에틸렌-에틸 메타크릴레이트 코폴리머, 폴리스티렌 및 이하에서 언급되는 불포화 모노머를 가지는 스티렌 코폴리머, 폴리비닐톨루엔 셀룰로오즈 유사체, 예컨대, 셀룰로오즈 아세테이트, 셀룰로오즈 아세테이트 부타레이트, 셀룰로오즈 프로피온, 셀룰로오즈 아세테이트 프로피온, 및 에틸 셀룰로오즈; 폴리비닐 레진, 예컨대, 폴리비닐 클로라이드, 비닐 클로라이드 및 비닐 아세테이트의 코폴리머, 및 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세탈, 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머, 에틸렌-비닐 알코올 코폴리머, 및 에틸렌-알릴 코폴리머, 예컨대, 에틸렌-알릴 알코올 코폴리머, 에틸렌-알릴 아세톤 코폴리머, 에틸렌-알릴 벤젠 코폴리머, 에틸렌-알릴 에테르 코폴리머, 에틸렌-아크릴 코폴리머 및 폴리옥시-메틸렌, 폴리중합 폴리머, 예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리우레탄 및 폴리카보네이트를 포함하는 폴리에스테르와 같은 사진 요소에 사용하기 위한 매트 입자를 제조하기 위하여 본 발명에서 이용될 수 있다. 사진 요소를 위한 일부 적용에서, 코팅된 층의 물질의 굴절률에 실질적으로 일치하는 굴절률을 가지는 폴리머 또는 코폴리머를 선택하는 것이 바람직하다. 콜로이드성 실리카 층으로 둘러 쌓인 폴리머 입자의 적합한 제조방법은 본 발명과 일치하는 용도를 위한 매트 비드 입자를 제조하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 베드(bed)의 온도가 폴리머 입자의 표면을 부드럽게 하여 콜로이드성 실리카 입자가 폴리머 입자 표면에 부착되도록 함으로써, 적합하게 사이즈가 된 폴리머 입자는 콜로이드성 실리카 입자의 유동층 또는 가열된 이동 또는 회전되는 유동층을 통과할 수 있다. 콜로이드성 실리카 층으로 쌓인 폴리머 입자를 제조하기 위한 다른 적합한 기술은 적합한 용매에서 폴리머 물질 용액으로부터 입자를 분산 건조하고, 폴리머 입자가 완전히 고형화하기 전에 입자를 콜로이드성 실리카 구역을 통과시키는 것이며, 여기서 콜로이드성 실리카 층을 가지는 입자의 코팅이 일어난다. 콜로이드성 실리카 층을 가지는 폴리머 입자를 코팅하는 다른 방법은 메카노 퓨전(Mechano Fusion) 공정에 의한 것이다. 본 발명과 일치하는 매트 입자의 추가의 제조방법은 제한된 융합에 의한 것이다. 이 방법은 "현탁 중합" 기술 및 "폴리머 현탁" 기술을 포함한다. "현탁 중합" 기술에 있어서, 중부가(polyaddition) 중합가능한 모노머 또는 모노머들이 콜로이드성 실리카의 미립자 현탁액을 함유하는 수성 매질에 첨가되어 연속(물)상에서 비연속(오일 방울)상을 형성한다. 혼합물은 교반, 균질화 등에 의하여 힘이 시어링(shearing)되어 방울의 사이즈를 감소시키게 된다. 시어링이 멈춘 이후에, 방울 표면 코팅에서 콜로이드성 실리카 안정화제의 안정화 작용의 결과로 방울 사이즈에 관한 평형이 이루어지고, 중합반응이 완료되어 수성상에서 콜로이드성 실리카의 균일한 층을 가지는 폴리머 입자의 수성 현탁액을 형성한다. 이 과정은 미국특허 제2,932,629호 및 제4,248,741호에 개시되어 있으며, 본 명세서에 참고로 통합된다.
코팅 분산물을 위한 바인더로 사용되기에 적합한 폴리머 물질은 호모폴리머, 코폴리머 또는 그것의 블렌드를 포함한다. 예시적인 폴리머 물질은 폴리(카보네이트)(PC); 폴리(스티렌)(PS); 아크릴레이트, 아크릴계 코폴리머, 예컨대, 이소옥틸 아크릴레이트/아크릴산; 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA); PMMA 코폴리머; 아크릴로니트릴 부탄디엔 스티렌(ABS); 스티렌 아크릴로니트릴 코폴리머(SAN); 에폭시;폴리(비닐사이클로헥산); PMMA/폴리(비닐플루오라이드) 블렌드; 스티렌계 블록 코폴리머; 폴리이미드; 폴리(디메틸 실록산)(PDMS); 폴리우레탄; 폴리아미드; 이노머; 비닐 아세테이트/폴리에틸렌 코폴리머; 셀룰로오즈 아세테이트; 셀룰로오즈 아세테이트 부타레이트를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서 유용한 바인더는 물 또는 비히클을 기제로 하는 용매로 코팅될 수 있다.
비드 및 그들의 코팅 결합제는 해당 분야에 공지된 다양한 수단으로 중공화된 필름의 표면에 적용될 수 있다. 이는 슬롯 호퍼 (slot hopper), 에어-나이프 (air-knife), 롤러 (roller), 그라비아 코팅 (gravure coating), 다이렉트 또는 오프셋 롤 트랜스퍼 (direct or offset roll transfer)를 사용하여 비드의 분산물을 코팅하는 것을 포함하나, 이들에 제한되지 않는다. 중공화된 필름의 표면은 비드의 적용 전에 처리되어 표면의 습윤성 (wetting)을 개선하고, 건조된 코팅된 분산의 점착성을 개선시킬 수 있다. 이러한 처리는 제한없이, 대기압 플라즈마 (atmospheric plasma), 예를 들어, CDT 또는 코로나를 포함한다. 플라즈마는 공기 또는 다른 기체, 예를 들어, 질소, 아르곤, 산소 등, 또는 기체의 혼합물에서 수행되어, 코팅 분산을 함유한 비드의 결합제에 더욱 적합한 화학적 결합 부위를 개선시킬 수 있다. 코팅 분산의 점착 및 습윤성을 개선시키는 다른 수단은 또한, 프라이머 또는 서브층 (sub layer)의 적용을 포함할 수 있다. 프라이머는 전형적으로, 매우 얇은 층이고, 일부는 필름의 스트레칭 또는 배향중에 발생하는 보이드의 형성 에 앞서 중공화된 웹 (web)에 적용될 수 있다.
코팅 분산은 또한, 추가물, 예를 들어, 필름 및 액체 코팅 사이의 습윤성을 개선시키기 위한 계면활성제를 함유할 수 있다. 이러한 물질은 또한, 코팅 방수성 (coating repellency) 및 코팅 프로세스 도중 발생하는 다른 동적인 결점을 예방하는데 유용하다.
보이드 개시 입자는 매트릭스 폴리머와 양립할 수 없는 임의 유형의 입자일 수 있다. 이들 입자는 무기 또는 유기일 수 있다. 무기 입자는 임의의 칼슘 카보네이트, 바륨 설페이트, 이산화 티탄, 또는 폴리머내에 용융 블렌드될 수 있는 임의의 다른 무기 화합물일 수 있다. 전형적인 유기 보이드 개시 입자는 매트릭스 폴리머와 비혼화성 폴리머이다. 이것들은 매트릭스 폴리머의 수지 펠렛과 단순 건조 블렌드 될 수 있고, 함께 압출되어 캐스트 필름을 형성할 수 있는 이들 비혼화성 폴리머의 수지 펠렛으로 바람직하다. 무기 입자는 예비혼합 (pre-mixing) 또는 용융 배합 (melt compounding)을 요구하고, 이는 공정 비용을 부가시킨다. 바람직한 유기 보이드 개시 입자는 폴리올레핀이다. 가장 바람직한 것은 폴리프로필렌이다. 보이드 개시 입자는 충분한 확산성을 생성시켜, LCD 디스플레이의 광학 발광성이 크게 감소하여 불투명하게 되지 않도록, 확산재로 기능하도록 첨가되어야 한다. 보이드 개시 입자의 바람직한 적재량 (loading)은 전체 필름의 3 내지 25 중량%이다. 가장 바람직한 적재량은 10 내지 20 중량%이다.
중공화된 폴리머 광학 확산재 (214)는 바람직하게, 매트릭스 폴리머 및 비혼화성 폴리머 첨가제를 건조 블렌딩하는 프로세스로 제조된다. 블렌딩은 미분, 예를 들어, 분말화, 또는 과립화된 매트릭스 폴리머 및 폴리머 첨가제를 함께 완전히 혼합하고, 예를 들어, 이들을 텀블링하여 함께 혼합함으로써 달성될 수 있다. 그 후, 수득한 혼합물은 필름 형성 압출기에 공급된다. 압출되고, 예를 들어, 과립화된 형태로 감소된 블렌드된 매트릭스 폴리머 및 비혼화성 폴리머 첨가제는 중공화된 폴리머 광학 확산재로 성공적으로 재-압출될 수 있다. 따라서, 스크랩 필름은, 예를 들어, 에지 트리밍(edge trimming)으로서 프로세스를 통해 재공급될 수 있다. 택일적으로, 블렌딩은 압출 직전에 매트릭스 폴리머 및 비혼화성 폴리머 첨가제의 용융 스트림을 결합시켜 이루어질 수 있다. 폴리머 첨가제가 매트릭스 폴리머가 생성되는 중합 용기에 첨가되면, 중공화가 발견되고, 확산성은 스트레칭 도중 전개되지 않는다. 이는 열 처리 도중 첨가제와 매트릭스 폴리머 사이에 발생할 수 있는 일부 형태의 화학적 또는 물리적 결합 때문인 것으로 생각된다.
중공화된 폴리머 광학 확산재 필름의 압출, 퀀칭 및 스트레칭은 예를 들어, 평탄 필름 프로세스 또는 거품 또는 관 프로세스로 배향된 필름을 생성하기 위한 해당 분야에 공지된 임의의 공정에 의해 이루어질 수 있다. 평탄 필름 프로세스는 본 발명에 따른 중공화된 폴리머 광학 확산재를 제조하는데 바람직하고, 슬릿 다이를 통한 블렌드의 압출 및 압출된 웹을 냉각된 캐스팅 드럼상에서 급속하게 퀀칭하여, 필름의 매트릭스 폴리머 성분이 무정형 상태로 퀀칭되도록 하는 것을 포함한다. 그 후, 필름 베이스는 스트레칭에 의해 매트릭스 폴리머의 유리-고무 전이 온도를 능가하는 온도에서 상호 수직 방향으로 2축 배향된다. 스트레칭은 필요하다면 동시적으로 양쪽 방향으로 이루어질 수 있음에도, 일반적으로 필름은 가장 먼저 한 방향으로, 그 후, 두번째 방향으로 스트레칭된다. 전형적인 프로세스에서, 필름은 우선 일련의 회전 롤러상에서, 또는 두쌍의 닙 (nip) 롤러 사이에서 압출 방향으로 스트레칭되고, 그 후, 텐터 (tenter) 장치에 의해 그의 횡단 방향으로 스트레칭된다. 필름은 각 방향에서, 스트레칭의 각 방향으로의 원래 치수보다 2.5 내지 5.0 배 스트레칭될 수 있다. 스트레칭에 의해, 보이드는 주위에 보이드 개시 입자를 개시한다. 보이드 개시 입자의 농도가 높을 수록, 생성되는 보이드 부피의 정도도 높아진다. 필름의 최종 스트레칭된 두께는 바람직하게 1.0 내지 10.0 mil 두께 범위이다. 가장 바람직한 두께 범위는 2.0 및 6.0 mil 사이이다. 이는 광투과성 자기 지지 기판보다 상당히 얇고, 함께 그들의 전체 두께는 현재 사용되는 플레이트 확산재의 범위내에서 유지될 수 있다.
필름이 스트레칭되고, 중공화된 폴리머 광학 확산재 필름이 형성된 후, 중공화된 폴리머 광학 확산재를 수축력에 대하여 스트레칭의 양 방향에서 억제하면서, 매트릭스 폴리머를 결정화하기에 충분한 온도로 가열하여 열 고정 (heat set)된다. 이러한 프로세스는 필름이 최대 80 ℃의 온도에서 시험될 때 1.0% 미만의 수축 요건을 만족시키도록 한다. 보이드는 열 설정 온도가 증가함에 따라 붕괴하는 경향이 있고, 붕괴도는 온도 증가에 따라 증가한다. 따라서, 반사광 전달은 열 설정 온도에서의 증가와 함께 증가한다. 최대 약 230 ℃인 열 설정 온도는 보이드를 파괴하지 않고 사용될 수 있고, 150 ℃ 및 200 ℃ 사이의 온도는 일반적으로, 더욱 커진 보이드 정도 및 더욱 효과적인 확산성을 야기하고, 열 시험 후, 낮은 수축을 야기한다.
중공화된 폴리머 광학 확산재 필름 (214)는 또한 표백제를 포함할 수 있다. 전형적으로, 표백제는 보이드 개시제보다 훨씬 낮은 수준으로 첨가되고, 따라서, 중공화에 기여하지는 않으나, 표백성 및 어느 정도의 필름의 확산성을 개선한다. 표백제는 전형적으로, 무기 화합물이고, Ti02가 가장 바람직하다. 이들 광학 증백제는 수지 블렌딩 프로세스 도중 필름에 첨가될 수 있고, 적절한 비율로 마스터 배치 펠렛을 통해 첨가될 수 있다. 적절한 비율은 여분의 매트릭스 수지 및 보이드 개시 수지를 가진 마스터 배치 펠렛의 농도를 바람직하게는 0.25 및 5.0 중량% 사이의 농도로 감소시키는 것이다.
중공화된 폴리머 광학 확산 필름 (214)은 UV 광을 가시광으로 변환하는 형광 증백제(optical brightener) 또한 포함할 수 있다. 이러한 형광 증백제는 열적으로 안정하고 중공화된 폴리머 광학 확산 필름을 제작하는데 사용되는 압출 온도를 견딜 수 있는 것들로부터 선택되어야만 한다. 바람직한 형광 증백제는 벤족사졸릴-스틸벤(benzoxazolyll-stilbene) 화합물을 포함한다. 가장 바람직한 형광 증백제는 2,2´-(1,2-에텐디일디-4,1-페닐렌)비스벤족사졸을 포함한다. 이러한 형광 증백제는 수지 브렌딩 공정 동안 필름에 첨가될 수 있고, 마스터 배치 펠릿을 통하여 적절한 비율로 첨가될 수 있다. 적절한 비율은 나머지 매트릭스 수지 및 보이드 개시 수지에 대한 마스터 배치 펠릿의 농도를 바람직하게는 0.01 내지 0.1 중량%의 농도로 감소시키는 것이다. 가장 바람직한 구체예에서, 형광 증백제는 0.02 내지 0.05 중량%의 농도로 첨가된다.
중공화된 폴리머 광학 확산 필름 (214)은 먼지 유인을 막기 위해 정전기 방지 코팅 또한 포함할 수 있다. 공지된 정전기 방지 코팅 중 어떠한 것이라도 적용될 수 있다.
중공화된 폴리머 광학 확산 필름 (214)은 다층(multilayered) 또는 공압출(coextruded) 필름으로도 제작될 수 있다. 이러한 것의 장점은 광학 및 열적 안정성 또는 수축 요건을 모두 여전히 만족하는 매우 얇은 필름의 사용을 가능하게 한다는 것이다. 얇은 필름은 보이드 개시제의 높은 로딩(loading)을 필요로 하고, 따라서 높은 보이드가 확산재의 광 확산 성능을 얻을 수 있게 한다. 이러한 높은 수준의 보이드에서, 필름은 상승된 온도에서 치수적으로 훨씬 덜 안정하다. 보이드 층의 한쪽 면 또는 양면에 인접한 보이드가 없는 층을 갖는 필름을 만듦으로써 상승된 온도에서의 치수 안정성이 향상될 수 있다. 이러한 다층 필름은 니트(neat) 매트릭스 폴리머를 용융하고 펌핑하기 위해 사용되는 제2 압출기를 제외하고는 상기 언급된 것과 동일하게 제작될 수 있다. 이 니트 폴리머 압출 흐름은 상기 기술된 보이드 층 압출 흐름을 따라서 공압출 다이(die) 어셈블리 내로 전달된다. 그 다음 다층 캐스트 필름이 보이드 층의 한 면 또는 양면 상에 니트 폴리머의 한 층을 갖도록 생산된다. 이 캐스트 필름은 상기 언급된 것처럼 급냉되고 신장된다.
광투과성 자기 지지 기판(212) 또는 광학 확산 필름 (214)은 자외선(UV) 광에 대하여 보호되면서 제공될 수 있는데, 예를 들면 UV 흡수 물질 또는 UV 광의 효과에 대하여 저항성인 층의 하나 내에 있는 물질을 포함할 수 있다. 적절한 UV 흡수 화합물은 시판되고 있는데, 예로 Cytec Technology Corporation(Wilmington, Del)에서 시판하는 Cyasorb® UV-1164 및 Ciba Specialty Chemicals(Tarrytown, N.Y.)에서 시판하는 Tinuvin® 1577을 포함한다.
UV 광의 유해한 효과를 감소하기 위하여 광투과성 자기 지지 기판(212) 또는 광학 확산 필름 (214) 내에 다른 물질이 포함될 수 있다. 이러한 물질의 한 예는 힌더드 아민 광 안정 조성물(hindered amine light stabilizing, HALS)이다. 일반적으로, 가장 유용한 HALS는 테트라메틸 피페리딘으로터 유래한 것 및 폴리머 3급 아민으로 간주될 수 있는 것이다. 적절한 HALS 조성물은 시판되고 있는데, 예를 들면 Ciba Specialty Chemicals Corporation(Tarrytown, N.Y.)에서 "Tinuvin"이라는 상표로 시판하고 있는 것이다. 이러한 유용한 HALS 조성물 중 하나는 Tinuvin 622이다.
본 발명의 다른 예시적인 구체예는 도 3에 개괄적으로 나타나 있다. 광 매니지먼트층(light management layer)(300)의 배열은 광투과성 자기 지지 기판(312) 및 기판에 인접하기는 하나 부착되지는 않는 보이드 폴리머 확산 필름 (314)을 포함한다. 다른 광학 필름이 중공화된 폴리머 광학 확산 필름 (314) 위의 광 매니지먼트층의 배열에 추가될 수 있다. 이런 다른 광학 필름은 프리즘성 광 유도 필름 (prismatic light directing film)(316) 및 반사 편광판(reflective polarizer)(318)을 포함한다.
이 배열의 중공화된 폴리머 광학 확산 필름 (314)은 이전 배열 내의 도 2의 중공화된 폴리머 광학 확산 필름 (214)의 것처럼 상기에서 상세히 기술되었다. 그 러나, 중공화된 폴리머 광학 확산 필름 (314)은 접착층(320) 및 접착층(320) 내로 부분적으로 파묻히는 투명 마이크로비드(326)을 추가로 포함한다. 중공화된 폴리머 광학 확산 필름 (314)의 이 표면상에서 부분적으로 파묻히는 마이크로비드의 기능은 필름을 통해 투과된 광선을 필름 표면에 대하여 더 정상적인 방향으로 유도하는 것이다. 이러한 층은 중공화된 폴리머 광학 확산 필름을 통한 광 투과의 방향을 더 조정할 수 있다.
본 발명의 다른 구체예(도 4)는 보이드 폴리머 확산재(414)을 갖는 광투과성 자기 지지 기판(412)을 제공한다. 접착층 내로 부분적으로 파묻히는 비드(426)를 갖는 얇은 접착층(420)이 있는 투명 지지체(424)는 접착층(422)과 함께 적층된다. 접착층 내에 단지 부분적으로 파묻히는 비드를 갖음으로써, 광이 비드층을 나올 때에 사전-평행된다. 공기 인터페이스에 마주치는 광은 산란되고 밑의 층을 통하여 보이드 확산재으로 재순환된 다음 비드를 향하여 후퇴하도록 방향이 바뀜으로써 비드에 의해 평행될 수 있는 추가의 기회를 갖게 된다.
실시예
보이드 폴리머 확산 필름의 샘플이 제조되고 폴리머 바인더 및 비드로 코팅이 되고 광투과성 자기 지지 기판과의 조합에서의 이들의 성능이 중공화된 폴리머 광학 확산 필름의 샘플과 비교되었다.
샘플 실시예 1(대조) 비드가 없는 보이드 확산재
PET(Eastman Chemicals에서 판매하는 #7352)를5 중량%로 폴리프로필렌("PP", Huntsman P4G2Z-159)과 0.5 중량%로 1 부 PET 대 1 부 TiO2 농축액(Eastman Chemicals에서 판매하는 PET 9663 E0002)과 건조 브렌딩하였다. 그 다음 이 브렌드를 데시컨트 드라이어(desicant dryer) 내에서 65 ℃로 12시간 동안 건조시켰다.
캐스트 시트(cast sheet)가 PET/PP/TiO2 블렌드를 압출하기 위하여 2-1/2" 압출기를 사용하여 압출되었다. 275 ℃ 멜트스트림(meltstream)을 275 ℃로 가열된 7 인치 필름 압출 다이로 공급하였다. 압출된 시트가 다이로부터 나오면, 이를 55 ℃로 셋팅된 냉각 롤에서 캐스트하였다. PET 매트릭스 내의 PP는 압출 동안 10 내지 30㎛의 크기의 소구체(globule)로 분산되었다. 연속 캐스트 시트의 최종 치수는 폭 18㎝, 두께 1140㎛ 이였다. 그 다음 캐스트 시트를 110 ℃에서 X 방향으로 처음의 3.2배, Y 방향으로 처음의 3.4배로 신장시켰다. 그 다음으로, 신장된 시트를 150 ℃에서 열 고정(Heat Set)시켰다.
스트래칭 동안 캐스트 시트에 분산된 PP의 입자 주변에 보이드가 생기기 시작하였다. 스트레칭 동안 이들 보이드가 성장하여, 상당한 부피의 보이드가 발생했다. 생성된 두께는 140㎛이었다. 이 필름을 2mm 두께의 플로트 글래스의 플레이트와 결합된 비부착성(unattanched) 확산 필름으로 광학적으로 평가하였다.
샘플 실시예 2(본 발명) 비드가 있는 중공화된 확산재
실시예 1에서 설명한 중공화된 폴리에스테르의 시트를 폴리머 비드가 있는 수성 분산물 코팅하고, 그의 광학적 및 기계적 수행을 대조군과 비교하였다.
분산:
1 킬로그램의 분산물을 다음과 같이 제조하였다: 물 933.5g, 폴리비닐피롤리돈 40.1g 및 폴리비닐피롤리돈 및 매트 비드(약 10 중량%)를 함유하는 분산 26.3g을, 코팅 공정을 돕는 소량의 계면활성제와 함께 첨가하였다. 혼합물의 분산성이 우수하도록 분산물을 혼합하였다. 본 실시예에서의 비드는 콜로이드 무기 입자층으로 둘러싸인 폴리머 코어를 포함하는 폴리머 매트 입자이다. 폴리비닐피롤리돈은 10,000 MW 이었고, 이는 Sigma-Aldrich로부터 얻은 것이었다. 상기 전체 분산물을 실온에서 유지하고, 코팅 전 약 1시간 동안 교반시켰다.
폴리비닐피롤리돈, 물 및 매트 비드 분산을 38.1 cm3/m2의 습식 커버리지(wet coverage)에서 마이크로보이드 지지물(support) 상에 슬롯 다이 코팅을 하고, 건조시켰다.
밝기의 측정은 축상 휘도(on-axis luminance) 측정 및 축상 휘도 이득값 계산을 포함하였다. 광학적 균일성과 함께 상기 측정을, 예를 들어, 실시예 1-실시예 5 및 대조 샘플 C1-C5을 특별히 지정된 LCD-TV 실험 테스트 베드에서 수행하였다. 도 5에 도식화하여 설명된 테스트 베드 (500)은 상업적인 후면광 유닛 (510)을 사용하여 설치하고 샘플을 발광시켰다. 확산판 (502), 또는 광투과성 자기 지지형(self-supporting) 기재 및 중공화된 폴리머 광확산 필름 (502)의 조합을 후면광에 놓아두었다. 그 후, 두 개의 측정 장치 (520) 및 (530)을 사용하여 광학적으로 측정하였다. 후면광 유닛의 설명과 측정 장비는 다음과 같다:
후면광 유닛:
Sharp Electronics Corporation의 Aquos 20" DBL TV(도 5의 510).
10 CCFL's
2mm 두께의 With Diffuser Plate(도 5의 502).
(글래스 상에 놓여진 비부착성 확산 필름을 측정하는 경우, 2mm 조각의 글래스를 Plate Diffuser에 광투과성 자기 지지형 기재 대신으로 사용하였다, 도 5의 502)
측정 장비:
1) ELDIM 160R EZ Contrast 편광경- 2mm 스폿 크기와 샘플로부터의 거리 1.2mm(도 5의 520)
2) TopCon BM7 비색계(colorimeter)- 1 도 콘(cone), 5mm 스폿 크기, 샘플로부터의 거리 0.5 미터(도 5의 530)
ELDIM 160R EZ Contrast 편광경을 사용하여 확산판 또는 비부착성 확산 필름과 결합된 광투과성 자기 지지형 기재로부터 방사되는 축상 휘도를 측정하였다. 축상 휘도는 확산판 또는 확산 필름 표면에 대해 수직으로 방사되는 빛의 세기이다. 데이터를 휘도로서 평방 미터당 칸델라(cd/m2)로 기록하였다. 모든 샘플에 대한 축 상 휘도값을 후광에 대한 2mm 두께의 본래의 확산판에 대한 축상 휘도값으로 나누어 축상 휘도 이득값을 결정하였다.
TopCon BM7 비색계를 사용하여 모든 샘플에 대한 광학적 균일성을 측정하였다. 5mm 스폿 크기의 기기를 후면광 유닛 내 10개의 CCFL's(명목상 30mm 간격을 둠)의 #5상에 중심을 맞춰 휘도를 측정하였다. 이와 동일한 측정을 CCFL #5 바로 위의 위치 옆쪽으로 4개의 다른 위치에서 5mm의 간격으로 만들어, 명목상 CCFL #5에 중심을 맞춘 9개의 다른 측정을 하였다. 도 6은 확산판 또는 확산 필름이 없는 CCFL's에서 이러한 측정들의 결과를 나타낸다. CCFL #5 바로 위의 휘도 피크가 현저하게 최대값을 나타낸 반면, 휘도의 최소값은 CCFL #5를 중심으로, 한쪽은 CCFL #4과의 사이의 대략 중간 지점에서, 다른 쪽은 CCFL #6과의 사이의 대략 중간지점에서 나타났다. 이러한 최소값들은 대략 도 6에서 각각 3 및 8위치에 있다. 광학적 균일성은 CCFL #5 바로 위에서 만들어진 휘도의 최대값에 대한 상기 측정에서 휘도의 가장 작은 최소값의 비율을 계산하여 측정하였다.
수축 테스트를 플로트 글래스 자기 지지형 기재에 붙어있지 않은 모드로 배열된 모든 확산 필름 샘플에 대해서 수행하였다. 열 수축 측정을 약 35mm 폭과 최소 약 6인치 길이의 치수로 된 샘플을 사용하여 수행하였다. 각 스트립을 천공(punch)에 두어 6인치 게이지 길이의 프리셋(preset)을 얻었다. 실제 게이지 길이를 6인치 샘플을 측정하기 위해 6인치 인바(invar) 바 프리셋으로 눈금이 메겨진 장치를 사용하여 측정하였다. 이 길이를 디지털 마이크로미터를 사용하여 0.0001 인치로 기록하였다. 초기 길이를 측정하고, 샘플을 오븐에 지정된 온도에서 필요한 시간 간격 동안(본 테스트 조건의 경우 85℃에서 24시간 동안) 놓아두었다. 그 후, 샘플을 오븐에서 제거하고, 23℃ 및 상대습도 50%로 셋팅된 통제된 환경에서 최소 약 2시간, 일반적으로는 약 24시간 동안 놓아두었다. 초기 길이 측정에 사용된 동일한 장치를 사용하여 최종 샘플 길이를 다시 측정하였다. 하기 식을 이용하여 수축을 퍼센트로 기록하였다:
Figure 112008036154809-PAT00001
수축과 관련된 마이너스(-) 표시는 크기 변화의 방향을 나타낸다.
각 실험 샘플 및 대조 샘플의 두께, 광학 특성, 및 수축 테스트 결과를 하기 표 1에 요약하였다. 표 1에서, 각 열은 단일 샘플에 대한 데이터를 나타내고 광투과성 자기 지지형 기재와 확산 필름이 둘다 샘플과 결합하여 사용되는 경우 확산 필름만의 두께를 나타낸다.
표 1
샘플 두께 (밀/㎛) 축상 휘도 (cd/m2) 축상 휘도 계산값 광학적 균일성 수축 (%)
대조군 5.5/140 3000 1 0.921 -0.45
실시예 1 5.6/142 3200 1.067 0.954 -0.45
표 1에서의 데이터는 본 발명 실시예 2의 확산 필름(비드를 가진 마이크로보이드 확산재)가 대조 샘플(비드가 없는 마이크로보이드 확산재)보다 우수한 휘도 특성을 갖는다는 것을 나타낸다. 데이터는 본 발명의 샘플이 대조 샘플보다 축상 휘도에서 약 7% 개선되었음을 나타낸다. 또한 비드 부재 또는 존재 포움 또는 보이 드 필름이 유사한 수축 특성을 갖는 것으로 나타났다.
본 발명이 특히 특정한 바람직한 구체예를 참조로 상세히 설명되었으나, 변형 및 수정이 본 발명의 범위내에서 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급된 특허 및 공개 공보는 전체가 본원에 참조로 인용된다.
도 1은 확산판을 사용하는 전형적인 백라이트 액정 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 원리에 따라 광학 투과성 자기 지지 기재 및 중공화된 중합체성 광학 확산 필름을 사용할 수 있는 광 매니지먼트(management) 층들의 배열을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 원리에 따라 광학 투과성 자기 지지 기재, 및 필름을 통하여 투과되는 광선 방향 표면 확산 및 또는 평행 성질을 갖는 중공화된 중합체성 광학 확산 필름을 사용할 수 있는 광 매니지먼트 층들의 배열을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 접착제층을 채택한 본 발명의 구체예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 시험 기기장치를 나타낸다.
도 6은 확산판 또는 필름이 없는 경우 대비 본 발명의 확산재를 사용한 경우의 광학 균일성을 보여주는 그래프이다.

Claims (10)

  1. 표면 비드를 구비한 중공화된(voided) 반결정성 폴리머 통합 광확산 필름(optical diffuser film).
  2. 제 1 항에 있어서, 형광 증백제(optical brightener)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 비드를 구비한 통합 광확산 필름.
  3. 제 1 항에 있어서, 중공 폴리머로 폴리에스테르를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 비드를 구비한 통합 광확산 필름.
  4. 제 3 항에 있어서, 폴리에스테르가 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리락트산 또는 이들의 임의의 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 비드를 구비한 통합 광확산 필름.
  5. 제 3 항에 있어서, 폴리에스테르가 광투과값이 90.5%를 초과하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 폴리머 또는 코폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 비드를 구비한 통합 광확산 필름.
  6. 제 4 항에 있어서, 보이드(void) 개시제로 폴리올레핀 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 비드를 구비한 통합 광확산 필름.
  7. 제 6 항에 있어서, 폴리올레핀이 폴리프로필렌을 포함하는 것을 특징으로 하는, 표면 비드를 구비한 통합 광확산 필름.
  8. 제 6 항에 있어서, 폴리올레핀이 3 내지 25 중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는, 표면 비드를 구비한 통합 광확산 필름.
  9. 제 1 항에 있어서, 표면 비드의 광투과값이 70%를 초과하는 것을 특징으로 하는, 표면 비드를 구비한 통합 광확산 필름.
  10. 제 4 항에 있어서, 표면 비드의 크기가 1,000 내지 50,000 nm 범위인 것을 특징으로 하는, 표면 비드를 구비한 통합 광확산 필름.
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