KR20090043066A - 표면이 구조화된 광학시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display)에 사용되는 표면이 구조화된 광학시트에 관한 것으로, 표면이 구조화된 수지경화층의 하면에 고굴절율을 갖는 광투과성 중합체 재료로 이루어진 고굴절코팅층을 둠으로써 정면 휘도를 보상할 수 있어, 궁극적으로는 광손실을 최소화하면서 정면 휘도를 향상시킨 표면이 구조화된 광학시트를 제공한다.

Description

표면이 구조화된 광학시트{Optical sheet having optical pattern layer}

본 발명은 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display) 등의 백라이트 유닛의 광학시트 조합에 사용될 수 있는 광학시트에 관한 것이다.

산업 사회가 고도의 정보화 시대로 발전함에 따라 다양한 정보를 표시 및 전달하기 위한 매체로서 전자 디스플레이 장치의 중요성은 나날이 증대되고 있다. 종래에 널리 사용되어 오던 CRT(Cathode Ray Tube)는 설치 공간상의 제약이 커서 대형화가 힘들다는 한계 때문에, 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 전계 방사 디스플레이(FED) 및 유기EL과 같은 다양한 평판 디스플레이 장치로 대치되고 있다. 이러한 평판 디스플레이 장치 중에서, 특히, 액정 디스플레이 장치(LCD)의 경우, 액정과 반도체 기술이 복합된 기술 집약적 장치로서 얇고, 가벼우며 소비 전력이 낮은 장점으로 인해, 그 구조 및 제조 기술이 연구 개발되어 왔고, 현재 노트북 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터의 모니터, 휴대용 개인 통신 장치(PDA 및 휴대폰) 등 기존에 액정 디스플레이가 널리 사용되었던 영역뿐만 아니라, 대형 화 기술도 점점 그 한계를 뛰어넘고 있어, HD(High Definition) TV급의 대형 TV에까지 응용되고 있는 등 디스플레이의 대명사였던 CRT를 대체 가능한 새로운 디스플레이 장치로 각광받고 있다.

이러한 액정 디스플레이(LCD) 장치는 액정 자체가 발광을 할 수 없기 때문에 장치의 후면에 별도의 광원을 설치하여, 각화소(pixel)에 설치된 액정을 통해 통과광의 세기를 조절하여 계조(contrast)를 구현한다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면,

액정 디스플레이 장치는 액정 물질의 전기적 특성을 이용하여 빛의 투과율을 조절하는 장치로, 장치 뒷면의 광원 램프에서 발광하여 각종 기능성 프리즘 필름 또는 시트를 통과하여 균일도와 방향성이 제어된 빛을 컬러 필터를 통과시켜 적, 청, 녹(R, G, B)의 색상을 구현하도록 하고, 전기적인 방법으로 각 화소의 계조(contrast)를 제어하여 화상을 구현하는 간접 발광 방식의 디스플레이 장치로서, 광원을 제공하는 발광 장치는 액정 디스플레이 장치의 휘도 및 균일도 등 화질을 결정하는 중요한 부품이다.

상기 발광 장치로는 백라이트 유닛(BLU)이 널리 사용되고 있으며, 백라이트 유닛은, 냉음극형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp) 등의 광원을 사용하여 방출되는 빛을 순차적으로 도광판, 확산 시트 및 프리즘 필름을 통과시켜 액정 패널에 도달하게 한다. 여기서, 도광판은 광원으로부터 방출되는 광이 평면 형태인 액정 패널의 전면에 분포되도록 전달하며, 확산 시트는 화면 전면에 걸쳐 균일한 광세기를 얻을 수 있도록 하며, 프리즘 필름은 확산 시트를 거친 다양한 방향 의 광선을 관측자가 화상을 인식하기에 적합한 시야각(θ) 범위 내로 변환되도록 하는 광 경로 제어 기능을 수행한다. 또한, 도광판의 하부에는 액정 패널로 전달되지 못하고 경로를 벗어난 광을 다시 반사하여 이용될 수 있도록 함으로써 광원의 이용 효율을 증가시키기 위한 반사판이 구비된다.

본 발명은 특히 프리즘 필름으로 칭하는 광학구조면을 갖는 광학시트에 관한 것으로, 화면을 보는 사용자는 주로 화면의 정면에 있게 되므로, 프리즘 필름은 확산시트를 통과하여 다양한 방향으로 확산된 빛의 경로를 제어하여, 디스플레이 장치의 정면 휘도가 증대될 수 있도록 하여보다 밝고 선명한 화상을 구현하게 한다.

미국특허 공보 제2,248,638호, 제4,497,860호, 미국특허 공보 제4,805,984호, 미국특허 공보 제4,906,070호 및 대한민국 특허출원 제1986-0009868호에는 백라이트유닛의 밝기를 높이기 위해 특수한 광학 구조물을 가진 필름을 제시하고 있는데, 한쪽 면에 구조화 표면을 가지고 그 반대는 매끄러운 면을 갖는 것을 특징으로 한다. 구조화된 표면은 나란히 배열된 복수의 이등변삼각형 프리즘이 매끄러운 면과 약 45ㅀ의 각을 이루며 선형 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 장치가 제안된 것이다.

한편, 미국 특허공보 제4,542,449호에는 선형 배열된 복수개의 프리즘층을 갖는 프리즘 필름을 두 장을 적층하는 구성으로서, 각각의 프리즘 배열이 직교하도록 혹은 일정 각으로 배향되도록 위치시킨 것으로, 한쪽 면에 복수의 이등변 프리즘이 선형 배열되어 있으며, 다른 한 쪽에는 매끄러운 면을 가지며, 상기 이등변 프리즘의 경사면은 상기 매끄러운 면과 약 45ㅀ의 각을 이루도록 되어 있는 프리즘 필름 2장이 약 90ㅀ로 배열되어, 서로 겹쳐 사용함으로써 편광 기능과 함께 정면 휘도 증가 효과를 제공하는 구성이 개시되어 있으며, 이러한 배열을 통해 정면휘도가 높아짐이 증명되어 현재 이러한 배열로 주로 사용하고 있다.

이러한 프리즘 필름은 백라이트 유닛에서 배출되는 다량의 광원을 정면으로 배출시켜 휘도를 높이고, 따라서 광원을 추가로 설치하지 않고도 종래의 백라이트 유닛보다 휘도가 높게 제작될 수 있다.

즉, 백라이트 유닛에서 정면으로 배출되는 광원은 프리즘층에서 두 번의 전반사 과정을 거쳐 백라이트 유닛으로 되돌아와 재활용되고, 백라이트 유닛에서 정면 이외의 방향으로 배출되는 광원은 프리즘층에서 굴절되어 정면으로 배출되도록 해준다.

일반적으로 백라이트 유닛에서 배출되는 총 광량 중에 정면에 대해 0ㅀ~30ㅀ로 배출되는 광량은 약 60%이고, 약 35%는 30ㅀ~70ㅀ로 배출되는 광량을 가지고 있다. 따라서 백라이트 유닛에서 정면으로 배출되는 60%에 해당되는 광량은 프리즘 필름에서 전반사되고 측면으로 배출되는 35%에 해당되는 광량은 프리즘 필름에서 굴절되어 정면으로 배출되는 것이다.

여기에서, 전반사되는 광원은 매질이 서로 다른 공기층, 투명기재층, 프리즘층을 빈번하게 통과하면서 광손실을 갖게 된다. 이는 백라이트 유닛의 대부분의 광원이 전반사하게 되므로 광효율적인 측면에서 많은 손실을 갖게 되는 것이다. 전반사되어 되돌아온 빛은 백라이트 유닛의 내부의 반사재질에 따라 또 다른 광손실을 갖기도 한다. 따라서 백라이트 유닛의 내부 반사율을 향상시켜야 하는 문제가 있 다.

따라서 프리즘 필름에서 재활용되며 손실되는 광원의 효율을 높이기 위해서는 프리즘 필름의 입사면의 투과율을 향상시키고 백라이트 유닛에서 배출되는 광원은 방향을 바꿔줌으로써 프리즘 층에서 전반사되지 않고 배출될 수 있도록 유도해주어야 한다.

그리고 두 장의 프리즘 필름을 교차하여 사용할 때 상단에 배치된 프리즘 필름의 매끄러운 면과 하단에 배치된 프리즘 필름의 프리즘 구조의 꼭지점이 접촉하고 있는 형태로 존재하게 된다. 또한 프리즘 필름은 광확산 필름의 상부에 위치하기도한다. 광확산 필름은 돌출된 입자를 가진 광기재로써 표면경도가 연필경도 HB 정도로 약하다. 따라서 프리즘 필름의 매끄러운 면과 광확산 필름의 돌출된 입자가 접촉할 때 프리즘 필름의 매끄러운 면의 표면강도가 약하기 때문에 상대적으로 표면경도가 높은 광기재에 눌려 접촉부분이 손상된다. 이 때 물리적인 손상 이외에 손상된 부분으로 인하여 발생되는 광학적 간섭효과인 웨트아웃(Wetout) 현상, 빛의 간섭으로 생기는 무지개 띠 형상의 뉴턴링(Newton's ring) 현상과 같은 광간섭을 일으킬 여지를 남겨두어 광원의 균일도와 선명도에 직접적인 영향을 주는 문제점을 가지고 있다.

또한 종래의 프리즘 필름은 프리즘의 배열이 규칙적이기 때문에 액정 픽셀의 일정한 배열과 결합될 때 간섭효과로 물결무늬가 생기는 무아레(Moire) 현상과 같은 광간섭 이미지가 발생될 수 있는 여지를 남겨놓고 있다. 이는 규칙성이 중첩되는 구조에서는 피할 수 없는 물리적 현상이다.

이상과 같은 문제점을 인식하고 본 출원인은 프리즘 필름의 전반사의 영역에서도 빛이 배출되도록 광효율을 극대화하여 광손실을 최소화시켜 균일한 광원을 제공하고 광원의 이용 효율을 증대시킬 수 있으면서, 외부의 충격, 진동 및 마찰에 의한 프리즘층의 구조의 손상 및 프리즘 필름 이면의 손상을 방지하고, 마찰정전기로 인한 이물 부착을 방지하여 손상에 강하고 우수한 특성을 갖는 프리즘 필름에 대해 안출하여 기 특허받은바 있다(대한민국 특허등록 제544518호). 여기서는, 투명기재층; 투명기재층의 일면에 광투과성 재료로 형성되고 복수개의 입체구조가 반복적으로 형성된 프리즘층; 및 상기 투명기재층의 이면에 광투과성 중합체 재료로 형성된 저면층을 포함하되, 프리즘층이 가장 높은 굴절율을 갖고 저면층이 가장 낮은 굴절율을 갖도록 형성되었으며, 저면층에는 입자를 포함하여 광경로를 제어하여 전방 휘도를 향상시키고 프리즘 필름의 전반사 영역에서도 빛이 배출되도록 광효율을 극대화하여 광손실을 최소화시켜 균일한 광원을 제공하고 광원의 이용 효율을 증대시킬 수 있으며, 저면층의 돌출부로 인해 외부의 충격, 진동 및 마찰에 의한 프리즘층 구조의 손상 및 프리즘 필름 이면의 손상을 방지하고 접촉면을 줄임으로써 마찰정전기로 인한 이물 부착을 방지하도록 하였다.

본 발명의 한 구현예에 따르면 프리즘층, 즉 표면이 구조화된 수지경화층의 굴절율이 높아지게 되면 전반사되는 광의 양이 증가되는 점을 보다 개선하기 위하 여 표면이 구조화된 수지경화층의 굴절율을 낮춤으로써 전반사되는 양을 줄여 광의 손실을 최소화하면서 이로 인한 정면 휘도의 보상을 위해 표면이 구조화된 수지경화층의 아래에 고굴절율층을 둠으로써 빛을 정면 방향으로 좀 더 집광하여 표면이 구조화된 수지경화층을 통과하여 나오는 출사 광의 각도를 좁히도록 한 표면이 구조화된 광학시트를 제공하고자 한다.

본 발명은 광의 손실을 최소화하면서도 정면 휘도가 증가된 그 표면이 구조화된 광학시트를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 한 구현예에서는 투명기재층; 및 투명기재층의 일면에 형성되며, 광중합성 재료로 이루어지고 다수의 입체구조가 배열되어 그 표면이 구조화된 형상을 갖는 수지경화층을 포함하는 광학시트에 있어서, 상기 투명기재층과 수지경화층 사이에 형성되며, 광투과성 재료로 이루어지고 투명기재층과 수지경화층에 비하여 굴절율이 큰 고굴절코팅층을 갖는 것을 특징으로 하는 표면이 구조화된 광학시트를 제공한다.

본 발명의 구현예에 따른 표면이 구조화된 광학시트는 투명기재층의 이면에 형성되며, 광투과성 재료로 이루어진 저면층을 더 포함하는 것일 수 있다.

이때, 저면층은 투명기재층에 비하여 굴절율이 작은 것일 수 있다.

좋기로는, 저면층은 굴절율이 1.40 ~ 1.49인 것일 수 있다.

본 발명에 따른 표면이 구조화된 광학시트에 있어서, 광투과성 재료는 아크 릴계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지 및 멜라민계 수지 중 선택된 어느 하나 이상인 것일 수 있다.

본 발명에 따른 표면이 구조화된 광학시트에 있어서, 입체구조는 그 단면이 삼각형, 다각형, 반원형 또는 반타원형인 다면체 형상 또는 단면이 삼각형, 다각형, 반원형 또는 반타원형인 기둥 형상인 것일 수 있다.

본 발명에 따른 표면이 구조화된 광학시트에 있어서, 유기 또는 무기 입자들을 포함하며, 입자들이 표면에 돌출되도록 형성된 것일 수 있다.

본 발명에 따른 표면이 구조화된 광학시트에 있어서, 저면층은 대전방지제를 더 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 따라 종래에 비하여 굴절율이 낮은 표면이 구조화된 수지 경화층을 가지면서 그 하부에 굴절율이 높은 고굴절코팅층을 둔 광학시트는 전반사되는 빛을 줄일 수 있어서 광손실량을 최소화하면서도 프리즘층으로 입사하는 광의 입사각을 조절하여 정면 휘도를 높혀 정면 휘도를 보상할 수 있어, 광손실을 최소화하면서 정면 휘도를 향상시킨 광학시트를 제공할 수 있다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 광학시트는 투명기재층의 일면에 전반사와 굴절기능을 가진 그 표면이 구조화된 수지경화층이 형성되는 대신에, 투명기재층이나 수지경화층에 비하여 굴절율이 큰 광투과성 재료로 형성된 고굴절코팅층이 형성된 구조를 갖는다. 즉 투명기재층 상에 고굴절코팅층이 형성되고, 고굴절코팅층 상에 그 표면이 구조화된 수지경화층이 형성된 것이다. 다른 일예로는 투명기재층의 나머지 일면에 저면층을 더 형성할 수도 있다.

상기 및 이하의 기재에 있어서, "표면이 구조화된"은 다수의 입체구조가 형성되어 표면이 패턴을 갖게 된 것을 의미하는 것으로, 여기서의 입체구조는 그 한정이 있는 것은 아니며 그 단면이 삼각형, 다각형, 반원형 또는 반타원형인 다면체 형상 또는 단면이 삼각형, 다각형, 반원형 또는 반타원형인 기둥 형상인 것일 수 있다.

투명기재층으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리스틸렌 필름 또는 폴리에폭시 필름 등을 사용할 수 있는데, 주로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 폴리카보네이트 필름이 사용된다. 상기 투명기재층의 두께는 10~1000㎛일 수 있으며, 특히 25~600㎛인 것이 기계적 강도 및 열안정성, 유연성 내지는 투과광의 손실을 방지할 수 있는 점에서 유리할 수 있다.

통상 표면이 구조화된 수지경화층을 갖는 광학시트의 경우 투명기재층의 일면에 투명기재층에 비하여 굴절율이 더 높은 수지경화층이 형성된 것인데, 이 경우 에는 정면 휘도는 향상되나 전반사되는 빛의 양이 증가된다. 수지경화층을 구성하는 물질의 굴절률이 클수록 전반사가 발생하는 임계각이 커지며, 이 때 빛이 임계각보다 작은 각으로 입사하는 경우 같은 입사각으로 입사하더라도 더 큰 각도로 배출되고, 임계각보다 큰 각으로 입사하는 경우엔 프리즘 필름을 구성하는 물질의 굴절률이 클수록 작은 각도로 배출된다. 즉, 표면이 구조화된 수지경화층을 포함하는 광학시트를 구성하는 물질의 굴절률이 높을수록 빛이 배출되는 각도가 정면방향에 대해 좁아지므로 정면의 휘도향상 측면에 바람직하지만, 전반사되는 빛은 더욱 많아지게 되어 광손실은 가중된다. 또한, 프리즘 구조물의 수직축선에 대하여 45ㅀ 이하의 수직에 가까운 각도로 입사되는 대부분의 광원은 프리즘에서 전반사되어 되돌아간다.

이러한 점을 보다 효율적으로 개선하기 위해서는 표면이 구조화된 수지 경화층 내에서 일어나는 전반사되는 빛의 양을 줄이도록 해야 하고 이러한 점에서 수지경화층의 굴절율을 다소 낮추는 것이 유리할 수 있고, 수지경화층의 굴절율을 낮춤에 따른 정면 휘도를 보상해주면 된다. 이러한 경우 광손실의 최소화와 정면 휘도 향상이라는 배치되는 두 특성을 만족시킬 수 있다. 이를 위해 본 발명은 투명기재층 상에, 투명기재층과 대비하여서나 프리즘층과 대비하여 굴절율이 높은 고굴절코팅층을 더 두도록 하며, 이러한 경우 표면이 구조화된 수지경화층의 굴절율을 일정 수준 낮추더라도 적정 휘도를 만족시킬 수 있다.

이와 같이 수지경화층과 투명기재층 사이에 고굴절코팅층을 두게 되면 투명기재층에 비하여 수지경화층의 굴절율이 같거나 작더라도 투명기재층을 통과한 빛 을 고굴절코팅층에서 집광하여 보내줌으로써 단순히 투명기재층 상에 저굴절율의 수지경화층이 형성된 경우에 비하여 정면 휘도를 향상시킬 수 있으면서, 수지경화층의 굴절율이 낮아짐에 따라서 전반사되는 빛을 감소시켜 광손실을 최소화할 수 있게 된다.

고굴절코팅층은 투명기재층과의 접착성이 좋은, 후술하는 저면층을 이루는 광투과성 재료로 이루어질 수 있으며, 그 일예로는 불포화폴리에스터, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 노말부틸메타크릴레이트, 노말부틸메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 히드록시에틸아크릴레이트, 플루오렌기 함유 (메타)아크릴레이트, 아크릴아미드, 메티롤아크릴아미드, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 노말부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트의 단독중합체, 이들의 공중합체 또는 삼원 공중합체 등의 아크릴계 수지와, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 멜라민계 수지 등을 들 수 있다.

본 발명에 따른 광학시트에 있어서 표면이 구조화된 수지경화층은 투명기재층에 비하여 굴절율이 높을 수도 있으나 투명기재층에 비해 굴절율이 같거나 작아질 경우에도 적정 휘도를 만족시킬 수 있다. 표면이 구조화된 수지경화층을 구성하는 물질로는 자외선 경화형 수지 혹은 열경화성 수지를 포함하는 고분자 수지가 사용되는데, 예를 들면, 불포화 지방산 에스터, 방향족 비닐 화합물, 불포화 지방산과 그 유도체, 불포화 이염기산(unsaturated dibasic acid)과 그 유도체, 메타크릴 로나이트릴과 같은 비닐 시아나이드(cyanide) 화합물 등이 사용될 수 있다.

한편 추가적으로 투명기재층의 이면에 형성될 수 있는 저면층은, 투명기재층보다 굴절률이 작은 물질로 이루어질 수 있는데, 이는 공기중에서 광학시트로 입사되는 빛의 시트 계면에서의 반사손실을 줄일 수 있는 점에서 유리할 수 있다.

저면층에 사용되는 수지로는 상술한 고굴절코팅층과 같이 투명기재층과 접착성이 좋으며 저면층에 포함될 수 있는 입자들과 상용성이 좋은 수지, 즉, 입자가 수지에 골고루 분산되어 분리되거나 침전이 잘 생기지 않는 것을 사용할 수 있다.

본 발명에서 광손실을 최소화하기 위한 추가적인 방안으로서, 저면층의 굴절율을 가장 낮도록 할 수 있는데, 다음 식으로 나타낸 Fresnel법칙에 따르면 서로 다른 매질의 경계면에 수직으로 입사되는 빛의 일부가 반사되어 통과하지 못한다. 여기서 반사되는 빛의 양은 서로 다른 매질의 굴절률의 차이가 커질수록 그 양은 점차 증가하게 된다.

여기서, R:반사손실, n₁: 매질1_, n₂ : 매질2

예를 들어, 공기중에서 굴절률이 1.5인 투명필름으로 입사되는 빛은 계면에서 4%가 반사손실이 발생된다. 그러나, 굴절률이 1.5인 투명필름위에 굴절률 1.45인 층을 형성하면 빛은 계면에서 3.4%의 반사손실이 발생하게 된다. 따라서, 저면 층은 매질의 경계면의 굴절률 차이가 적어지게 함으로써 빛의 반사손실을 줄여 전체적으로 투과율을 향상시키는 역할을 해 준다.

따라서 고성능 프리즘 필름의 개발에 있어서 전반사 역할을 하는 대부분의 광원이 상기의 Fresnel법칙에 적용되므로 저면층의 도입에 의한 계면반사손실을 줄여 투과율을 높여줌으로써 그 상승효과는 커지게 된다.

통상 투명기재층으로 사용되는 대표적인 필름인 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름의 굴절률이 1.49인 것을 고려할 때 저면층은 굴절률이 1.49보다 낮은 수지일 수 있으나, 표면경도나 품질적 영향을 고려하여 1.40 ~ 1.49인 것일 수 있다.

또한, 저면층은 폴리에스터나 폴리카보네이트보다 경도가 강한 수지를 사용하여 표면경도를 높여 하부 광기재와의 과도한 밀착을 방지시켜 Wet-out, Newton's ring이 발생하지 않도록 할 수 있다.

저면층에는 유기계 또는 무기계 입자를 포함할 수 있고, 이 입자들이 표면에 돌출되도록 함으로써 입사면이 수평하지 않은 계면을 가질 수 있도록 만들어주는 역할을 하는 동시에, 광확산의 기능을 더해주면서, 광학시트의 적재 또는 보관 중또는 광학시트를 다른 부품과 조립하는 공정 중에 공정 장치 내의 대향면 혹은 적층된 다른 광학시트와의 접촉면적을 줄임으로써 낱장으로의 분리, 이동 또는 조립 과정 중에 발생할 수 있는 표면의 손상을 방지할 수 있다. 또한 광학시트를 복수 장 겹쳐 사용하는 경우 저면층 하단에 접촉되는 프리즘층의 광학구조면 부분으로 인한 저면층의 손상을 방지할 수도 있다. 즉, 상기 프리즘층의 광학구조면의 산(peak) 부분과 저면층 하단의 돌출부와 접촉하게 함으로써 광학시트 서로간의 접 촉면적을 줄이고, 입자에 의한 완충 작용이 가능하게 하여, 프리즘 구조 꼭지점 부분의 손상이나 저면층의 표면 손상을 방지할 수 있다.

저면층에 포함될 수 있는 입자들의 대표적인 형태로는 구형, 비구형, 삼각뿔, 정육면체, 다각형 모양의 입자를 사용할 수 있다. 백라이트 유닛에서 가장 많은 광량을 보유한 정면의 빛을 프리즘층에서 빈번하게 전반사시키지 않고 밖으로 배출시키기 위해서는 광학시트의 입사면에 수직인 계면이 많을수록 바람직하다. 따라서 수직인 계면을 많이 갖기 위해서는 정육면체의 입자를 사용할 수 있다. 그러나 정육면체의 입자를 사용할 경우 프리즘 필름 제작시 입자에 의한 요철모양으로 인하여 배치되기 어렵고, 날카로운 형태로 인하여 하부 필름을 손상시킬 수도 있는 단점이 있다. 이에 대해 구형 입자는 표면에 무한대의 접선이 동시에 존재하고, 또한 표면과의 접촉시 점접촉을 유지하기 때문에 마찰손상을 최소화할 수 있으므로, 구형입자를 사용함이 바람직하다.

이 때 상기 구형 입자는 단분산(monodisperse) 크기 분포를 갖는 것이 구조적, 광학적 균일도 측면에서 유리할 수 있다.

또한 상기 입자들이 국부적으로 다수가 뭉쳐있거나 입자들이 배열된 층 위에 다른 입자들의 층이 중첩되어 있는 구조인 것보다는 입자와 입자 사이에는 일정 정도의 빈 영역이 존재하는 것이 유리할 수 있다. 상기 입자의 크기는 설계된 저면층의 두께에 따라 달라질 수 있고, 0.1~20㎛ 크기일 수 있다.

입자 중 유기 입자로는 메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 아크릴아미드, 메티롤아크 릴아미드, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 노말부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 단독 중합체 또는 공중합체의 아크릴계 입자와 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 입자와 아크릴과 올레핀계의 공중합체 입자 및 단일중합체의 입자를 형성한 후 그 층위에 다른 종류의 단량체로 덮어 씌워 만든 다층 다성분계 입자를 들 수 있고, 무기 입자로서는 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화지르코늄 및 불화마그네슘 등을 사용할 수 있다. 이같은 유기 및 무기 입자들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 상기 나열된 유기 또는 무기 재질의 입자에 한정되지 않고 본 발명의 주된 목적을 달성할 수 있는 한 다른 공지된 재료로 얼마든지 대치할 수 있음은 당업자에게는 자명하며, 이러한 재질 변경의 경우도 역시 본 발명의 기술적 사상의 범주 내이다.

한편, 본 발명의 저면층 형성 수지에 결합제 이외에 대전방지제를 포함하여 마찰에 의한 정전기 발생을 없애 이물이 부착되는 불량을 방지할 수도 있다. 이 때 사용할 수 있는 대전방지제로는 4차 아민계, 음이온계, 양이온계, 비이온계 및 플로라이드계 등이 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

투명기재층으로서 두께 125㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 사용하고, 투명기재층의 일면에, 플루오렌기를 함유하는 아크릴폴리올 90 중량부와, 폴리이소 시아네이트 10 중량부를 혼합하여 그라비아를 사용하여 도포하고, 120℃에서 60초간 건조하여 경화시킴으로써 상기 투명기재층의 일면에 고굴절코팅층을 형성하였다.

한편, 프리즘층 형성용 광중합성 재료로서 우레탄 아크릴레이트 단량체를 포함하는 자외선 경화형 단량체 및 광개시제를 혼합하여 이를 프리즘형상이 인각되어있는 프레임 위에 코팅하여 프리즘층을 형성하였다.

그 후, 상기 고굴절코팅층과 프리즘층 형성용 광투과성 재료의 코팅층을 접착시키고, 자외선(Fusion, 1인치당 300와트)을 조사하여 프리즘층 형성용 광투과성 재료를 경화시킴으로써, 투명기재층, 고굴절코팅층 및 프리즘층이 순차적으로 형성된 광학시트를 제작하였다.

광학시트를 구성하는 각 층의 굴절율은 다음 표 1에 나타낸 것과 같다.

<실시예 2>

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 광학시트를 제작하되, 다만 프리즘층을 이루는 자외선 경화형 단량체들의 성분 및 함량을 조절하여 굴절율이 1.54 되도록 제작하였다.

<실시예 3>

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 광학시트를 제작하되, 다만 고굴절코팅층 형성시 플루오렌기 함유 아크릴레이트의 함량을 적의 조절하여 경화후 굴절율이 1.59되도록 제작하였다.

<실시예 4>

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 광학시트를 제작하되, 다만 고굴절코팅층 형성시 플루오렌기 함유 아크릴레이트의 함량을 적의 조절하여 경화후 굴절율이 1.59되도록 제작하였다.

<실시예 5>

투명기재층으로서 두께 125㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 사용하고, 저면층 형성용 광투과성 중합체 재료로서 로릴아크릴레이트 32 중량%, 부틸아크릴레이트 40 중량%, 메틸메타크릴레이트13.5 중량%, 트리플루오로에틸메타크릴레이트 14.5 중량%로 중합하여 평균분자량 50,000이고, 굴절율이 1.477인 아크릴폴리올 90 중량부와, 폴리이소시아네이트 10 중량부를 혼합하여 제조하고, 상기 저면층 형성용 광투과성 중합체 재료를 상기 투명기재층의 일면에 그라비아를 사용하여 도포하고, 120℃에서 60초간 건조하여 경화시킴으로써 상기 투명기재층의 일면에 굴절율두께 2㎛의 저면층을 형성하였다.

그리고 투명기재층의 나머지 일면에, 플루오렌기를 함유하는 아크릴폴리올 90 중량부와, 폴리이소시아네이트 10 중량부를 혼합하여 그라비아를 사용하여 도포하고, 120℃에서 60초간 건조하여 경화시킴으로써 상기 투명기재층의 일면에 고굴절코팅층을 형성하였다.

한편, 프리즘층 형성용 광중합성 재료로서 우레탄 아크릴레이트 단량체를 포함하는 자외선 경화형 단량체 및 광개시제를 혼합하여 이를 프리즘형상이 인각되어 있는 프레임 위에 코팅하여 프리즘층을 형성하였다.

그 후, 상기 고굴절코팅층과 프리즘층 형성용 광투과성 재료의 코팅층과 접착시키고, 자외선(Fusion, 1인치당 300와트)을 조사하여 프리즘층 형성용 광투과성 재료를 경화시킴으로서, 저면층, 투명기재층, 고굴절코팅층 및 프리즘층이 순차적으로 형성된 광학시트를 제작하였다.

광학시트를 구성하는 각 층의 굴절율은 다음 표 1에 나타낸 것과 같다.

<실시예 6>

상기 실시예 5와 동일한 방법으로 광학시트를 제작하되, 다만 프리즘층을 이루는 자외선 경화형 단량체들의 성분 및 함량을 조절하여 굴절율이 1.54 되도록 제작하였다.

<실시예 7>

상기 실시예 5와 동일한 방법으로 광학시트를 제작하되, 다만 고굴절코팅층 형성시 플루오렌기 함유 아크릴레이트의 함량을 적의 조절하여 경화후 굴절율이 1.59되도록 제작하였다.

<실시예 8>

상기 실시예 6과 동일한 방법으로 광학시트를 제작하되, 다만 고굴절코팅층 형성시 플루오렌기 함유 아크릴레이트의 함량을 적의 조절하여 경화후 굴절율이 1.59되도록 제작하였다.

<비교예 1>

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 광학시트를 제작하되, 다만 고굴절코팅층을 생략하고 투명기재층 상에 프리즘층을 형성하였다.

<비교예 2>

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 광학시트를 제작하되, 다만 고굴절코팅층을 생략하고 투명기재층 상에 프리즘층을 형성하였다.

이때 굴절율의 측정에 있어서 저면층, 고굴절코팅층 및 프리즘층의 굴절율은 실시예 또는 비교예의 광경화 또는 열경화 조건에서 25㎛의 두께로 경화시킨 후에 굴절계(모델명 : 1T, 일본 ATAGO ABBE)를 사용하여 측정하였다.

한편 투명기재층의 굴절율은 상기 각 실시예 및 비교예의 투명기재층으로 사용되는 PET필름의 굴절율을 굴절계(모델명 : 1T, 일본 ATAGO ABBE)를 사용하여 측정하였다.

	저면층	투명기재층	고굴절코팅층	표면이 구조화된 수지경화층 (프리즘층)
실시예 1	-	1.492	1.58	1.53
실시예 2	-	1.492	1.58	1.54
실시예 3	-	1.492	1.59	1.53
실시예 4	-	1.492	1.59	1.54
실시예 5	1.482	1.492	1.58	1.53
실시예 6	1.482	1.492	1.58	1.54
실시예 7	1.482	1.492	1.59	1.53
실시예 8	1.482	1.492	1.59	1.54
비교예 1	-	1.492	-	1.53
비교예 2	-	1.492	-	1.54

상기 실시예, 참조실시예 및 비교예에 따라 얻어진 광학시트에 대해 휘도를 평가하여 그 결과를 다음 표 2로 나타내었다.

구체 평가방법은 다음과 같다.

<휘도평가(Cd/㎡)>

17인치 액정디스플레이 패널용 백라이트 유닛(모델명 : LM170E01, 대한민국 희성전자제조)에 상기 실시예 및 비교예에 의해 얻어진 각각의 광학시트를 고정하고, 휘도계(모델명 : BM-7, 일본 TOPCON사)를 사용하여 임의의 13지점의 휘도를 측정하여 그 평균값을 구한다.

	휘도(Cd/㎡)
실시예 1	2685
실시예 2	2688
실시예 3	2690
실시예 4	2695
실시예 5	2687
실시예 6	2690
실시예 7	2693
실시예 8	2700
비교예 1	2550
비교예 2	2560

상기 표 2의 결과로부터, 본 발명에 따라 투명기재층과 프리즘층 사이에 고굴절코팅층을 둔 경우 정면 휘도가 향상됨을 알 수 있다. 특히 저면층의 굴절율이 가장 낮도록 형성된 경우는 정면 휘도도 더욱 향상됨을 알 수 있다.

그러나 투명기재층 상에 직접적으로 표면이 구조화된 수지경화층을 형성시킴에 있어서 굴절율이 크게 높지 않은 수지경화층을 둔 경우에는 휘도 향상에 있어서 바람직하지 않음을 알 수 있다.

Claims (8)

1. 투명기재층; 및 투명기재층의 일면에 형성되며, 광중합성 재료로 이루어지고 다수의 입체구조가 배열되어 그 표면이 구조화된 형상을 갖는 수지경화층을 포함하는 광학시트에 있어서,

   상기 투명기재층과 수지경화층 사이에 형성되며, 광투과성 재료로 이루어지고 투명기재층과 수지경화층에 비하여 굴절율이 큰 고굴절코팅층을 갖는 것을 특징으로 하는 표면이 구조화된 광학시트.
2. 제 1 항에 있어서, 투명기재층의 이면에 형성되며, 광투과성 재료로 이루어진 저면층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면이 구조화된 광학시트.
3. 제 2 항에 있어서, 저면층은 투명기재층에 비하여 굴절율이 작은 것임을 특징으로 하는 표면이 구조화된 광학시트.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 저면층은 굴절율이 1.40 ~ 1.49인 것을 특징으로 하는 표면이 구조화된 광학시트.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 광투과성 재료는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지 및 멜라민계 수지 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 표면이 구조화된 광학시트.
6. 제 2 항에 있어서, 저면층은 유기 또는 무기 입자들을 포함하며, 입자들이 표면에 돌출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 표면이 구조화된 광학시트.
7. 제 1 항에 있어서, 입체구조는 그 단면이 삼각형, 다각형, 반원형 또는 반타원형인 다면체 형상 또는 단면이 삼각형, 다각형, 반원형 또는 반타원형인 기둥 형상인 것을 특징으로 하는 표면이 구조화된 광학시트.
8. 제 2 항에 있어서, 저면층은 대전방지제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면이 구조화된 광학시트.