KR20090128754A - 광학 복합 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display)에 사용되는 광학 복합 부재에 관한 것으로, 휘도가 우수한 광학 복합 부재를 제공할 수 있는 발명이다.

Description

광학 복합 부재{Optic complex member}

본 발명은 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display)에 사용되는 광학 복합 부재에 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, 대형화 기술도 점점 그 한계를 뛰어넘고 있어, HD(High Definition) TV급의 대형 TV에까지 응용되고 있는 등 디스플레이의 대명사였던 CRT를 대체 가능한 새로운 디스플 레이 장치로 각광받고 있다.

이러한 액정 디스플레이(LCD) 장치는 액정 자체가 발광을 할 수 없기 때문에 장치의 후면에 별도의 광원을 설치하여, 각 화소(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, 일반적으로 냉음극형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp) 등의 복수개의 광원을 사용하여 방출되는 빛을 순차적으로 확산판, 확산 시트 및 프리즘 시트 등의 시트를 통과시켜 액정 패널에 도달하게 한다. 여기서, 확산 시트는 화면 전면에 걸쳐 균일한 광세기를 얻을 수 있도록 하는 동시에 확산 시트 하부에 장착된 광원 등의 장치가 전면에서 보이지 않도록 은폐하는 기능을 수행한다. 한편, 프리즘 시트는 확산 시트를 거친 다양한 방향의 광선을 관측자가 화상을 인식하기에 적합한 시야각(θ) 범위 내로 변환되도록 하는 광 경로 제어 기능을 수행한다.

이러한 백라이트 유닛에 있어서 액정 패널까지 빛이 도달되도록 하기 위하여 빛의 효율을 높이기 위하여 여러 장의 시트를 장착하고는 있는데, 광원에서 확산판을 거쳐 여러 각도로 방출되는데 최대한 많은 각도의 빛을 전면방향으로 굴절시키기 위한 시트들을 장착하고 있다. 특히 종래 집광의 기능을 하는 꼭지각이 90°인 프리즘 시트는 광이 입사하는 평평한 면을 기준으로 수직에 가깝게 입사하는 빛은 대부분 전반사시키는 문제가 있어서 특히 직하형 백라이트 유닛의 경우 광의 효율이 낮은 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 집광 효율을 높여 휘도가 우수한 광학 복합 부재를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 광원에서 방출되는 빛의 효율을 높여 휘도가 보다 개선된 백라이트 유닛 어셈블리를 제공하고자 한다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서는 종단면이 둔각의 꼭지각을 갖는 이등변 삼각형인 다수의 입체 구조가 배열된 제1구조층을 포함하는 제1광학부재; 및 상기 제1광학부재의 어느 일면에 인접하여 형성되고, 종단면이 반원형 또는 반타원형인 다수의 입체 구조가 배열된 제2구조층을 포함하는 제2광학부재를 포함하는 광학 복합 부재를 제공한다.

상기 구현예에서, 제1구조층의 다수의 입체 구조는 꼭지각이 95° 이상 125° 이하인 것일 수 있다.

상기 구현예에서, 제1구조층의 다수의 입체 구조는 높이가 10~50㎛이고 선형 배열 구조 또는 비선형 배열 구조의 패턴인 것일 수 있다.

상기 구현예에서, 제2구조층의 다수의 입체 구조는 피치가 30~200㎛, 높이가 10~50㎛인 동일하거나 서로 다른 크기의 구조가 선형 배열 구조 또는 비선형 배열 구조의 패턴인 것일 수 있다.

상기 구현예에서, 제1구조층은 굴절률이 1.50~1.70인 것일 수 있다.

상기 구현예에서, 제2구조층은 굴절률이 1.45~1.60인 것일 수 있다.

상기 구현예에서, 제1광학부재 및 제2광학부재는 각각 두께가 150~500㎛인 것일 수 있다.

본 발명은 바람직한 다른 구현예로서, 상기의 광학 복합 부재; 및 상기 광학 복합 부재의 어느 일면에 인접하여 형성된 광확산 시트를 포함하는 백라이트 유닛 어셈블리를 제공한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 광학 복합 부재의 단면도이고,도 2는 본 발명의 바람직한 다른 구현예에 의한 광학 복합 부재의 단면도이다. 한편, 편의상 동일 구성부분에 대해서는 동일한 부호를 사용하였으며, 이들은 조성 및 형태까지 동일한 것을 의미하는 것은 아니다.

본 발명의 광학 복합 부재는 기재층(10)의 일면에 제1구조층(20)을 포함하는 제1광학부재(100)와 기재층(30)의 일면에 제2구조층(40)을 포함하는 제2광학부재(200)를 포함한다.

상기 제1구조층(20)은 종단면이 둔각의 꼭지각(α)을 갖는 이등변 삼각형인 다수의 입체 구조가 배열된 것일 수 있다.

그리고 상기 제2구조층(40)은 종단면이 반원형 또는 반타원형인 다수의 입체 구조가 배열된 것일 수 있다.

상기 제1구조층(20) 및 제2구조층(40)을 포함하는 제1광학부재(100) 및 제2광학부재(200)를 도시된 것과 같이 적층함으로써 광범위한 각도의 빛을 전면 방향으로 방출시켜줄 수 있다.

즉, 확산판을 통과하여 광학 복합 부재로 입사하는 빛은 제1광학부재(100)의 기재층(10)에 수직인 방향을 0°로 하였을 때 약 ㅁ 40°에 가장 많이 집중되어 있는데, 본 발명의 광학 복합 부재는 이 중에서 기재층(10)에 수직인 방향을 기준으로 대략 10~40°의 광범위한 빛을 전면 방향으로 방출시켜줄 수 있어 광 효율성이 우수하다.

이러한 점을 고려하여 본 발명의 제1광학부재(100)의 제1구조층(20)은 꼭지각(α)이 95° 이상 125° 이하인 다수의 입체 구조가 배열된 것일 수 있으며, 높이가 10~50㎛이고, 피치는 상기 높이를 기준으로 꼭지각의 범위를 만족하도록 종단면이 이등변 삼각형이 될 수 있는 범위인 선형 배열 구조 또는 비선형 배열 구조의 패턴인 것일 수 있다. 그리고 본 발명의 제2광학부재(200)의 제2구조층(40)은 다수의 입체 구조는 피치가 30~200㎛, 높이가 10~50㎛인 동일하거나 서로 다른 크기의 구조가 선형 배열 구조 또는 비선형 배열 구조의 패턴인 것일 수 있다.

이와 같은 본 발명의 제1광학부재(100) 및 제2광학부재(200)는 기재층(10, 30) 일면에 자외선 경화형 수지 혹은 열경화성 수지를 포함하는 고분자 수지를 적층하여 구조층(20, 40)을 형성한 것일 수 있다. 상기 구조층(20, 40)을 경화성 고분자 수지를 이용하여 제조할 수 있다. 이 경우 기재층(10, 30)은 폴리에틸렌테레 프탈레이트 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리스틸렌 필름 또는 폴리에폭시 필름 등을 사용할 수 있는데, 주로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 폴리카보네이트 필름이 사용된다. 상기 기재층(10, 30)의 두께는 기계적 강도 및 열안정성, 그리고 유연성에 있어서 유리하도록 하고 투과광의 손실을 방지할 수 있도록 10~400㎛일 수 있다.

제1구조층(20) 및 제2구조층(40)은 투명성이 우수하고 광학 구조의 형상 유지에 적합한 가교 결합을 형성할 수 있는 수지 조성물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 에폭시 수지-루이스산계나 폴리에틸올계, 불포화 폴리에스테르-스티렌계, 아크릴산 또는 메타크릴산 에스테르계 등의 사용이 가능하며, 이중에서 투명성이 우수한 수지로 아크릴산 또는 메타크릴산 에스테르계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 수지 종류로는 폴리우레탄 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 등의 올리고머가 있으며, 다관능 또는 단관능기를 갖는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 모노머와 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 제1구조층(20)은 집광을 고려하여 굴절률이 1.50~1.70인 것일 수 있으며, 제2구조층(40)은 굴절률이 1.45~1.60인 것일 수 있다.

한편 기재층(10, 30)에는 광확산성 입자(미도시됨)를 포함할 수 있으며, 입경이 1~50㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 베이스 수지 100중량부에 대 하여 10~500중량부를 포함하는 것이 좋다. 이와 같은 입경의 광확산성 입자를 상기의 함량으로 포함하는 경우 백탁현상 및 입자의 이탈을 방지하면서 적절한 광확산 효과를 제공할 수 있다.

상기 광확산성 입자로는 복수 개의 유기입자 또는 무기입자를 사용할 수 있다. 대표적으로 사용되는 유기입자로는 메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 아크릴아미드, 메티롤아크릴아미드, 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 입자, 실록산계 중합체 입자, 테트라플루오로에틸렌계 입자 등을 들 수 있으며, 무기 입자로서는 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화지르코늄 및 불화마그네슘 등을 들 수 있다. 상기 유기 및 무기 입자들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 상기 나열된 유기 또는 무기 재질의 입자에 한정되지 않고 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 한 다른 공지된 재료로 얼마든지 대체할 수 있음은 당업자에게는 자명하며, 이러한 재질 변경의 경우도 역시 본 발명의 기술적 사상의 범주 내이다.

한편 본 발명의 광학 복합 부재는 제1광학부재(100) 또는 제2광학부재(200)가 기재층(10, 30)의 다른 면, 즉 구조층(20, 40)이 형성된 면이 아닌 다른 일면에 저면층(미도시됨)이 더 형성된 것일 수 있으며, 이 저면층은 입자를 포함할 수 있다. 상기 저면층은 바인더 수지에 입자를 분산시켜 기재층(10, 30)의 일면에 도포하여 경화시킴으로써 형성될 수 있다.

저면층에 포함되는 입자는 유기입자 또는 무기입자를 사용할 수 있으며, 일예로는 상기 기재층(10, 30)에 포함될 수 있는 광확산성 입자와 같거나 다른 것일 수 있다.

상기 저면층은 두께를 0.5~2㎛로 하는 것이 바람직하며, 베이스 수지 100중량부에 대하여 입자를 0.01~30중량부 포함하는 것이 바람직한데, 이는 손상방지효과 발현 및 광확산에 유리하고, 광 이용 효율을 감소시키지 않도록 하면서 전방 휘도를 고려한 것이다.

저면층은 베이스 수지에 분산된 입자에 의해 형성되는 표면의 돌출부에 의해 광학 필름의 적재 또는 보관 중이나 광학 필름을 다른 부품과 조립하는 공정 중에, 공정 장치 내의 대향 면 혹은 적층된 타 광학 필름과의 접촉 면적을 줄임으로써, 낱장으로의 분리, 이동 또는 조립 과정 중에 발생할 수 있는 표면의 손상을 방지하는 기능을 할 수 있다.

또한 본 발명의 광학 복합 부재는 제1광학부재(100) 또는 제2광학부재(200)가 구조층(20, 40)의 다른 면, 즉, 기재층(10, 30)이 형성된 면이 아닌 구조면에는 표면층(미도시됨)이 더 형성될 수도 있으며, 상기 표면층은 입자를 포함할 수 있다.

표면층 역시 상기 저면층의 형성방법과 동일하게 형성될 수 있으며, 포함되는 입자 역시 상기 기재층(10, 30)에 포함될 수 있는 광확산성 입자와 같거나 다른 것일 수 있다. 상기 표면층은 두께를 10~25㎛로 하는 것이 바람직하며, 베이스 수지 100중량부에 대하여 입자를 0.01~30중량부 포함하는 것이 바람직한데, 이는 광확산 및 은폐성에 유리하고, 광 이용 효율을 감소시키지 않도록 하면서 전방 휘도를 고려한 것이다.

표면층에 포함되는 입자는 유기입자 또는 무기입자를 사용할 수 있으며, 일예로는 상기 기재층(10, 30)에 포함될 수 있는 광확산성 입자와 같거나 다른 것일 수 있다.

상기 표면층은 베이스 수지 100중량부에 대하여 입자를 0.01~30중량부 포함하는 것이 바람직한데, 이는 광 이용 효율을 감소시키지 않도록 하면서 전방 휘도를 고려한 것이다.

이상 설명한 저면층 및 표면층은 제1광학부재(100) 또는 제2광학부재(200)에 선택적으로 형성될 수 있고, 동시에 형성될 수도 있으며, 제1광학부재(100)에는 저면층이, 제2광학부재(200)에는 표면층이 형성될 수도 있다.

이상의 본 발명의 제1광학부재 및 제2광학부재는 각각의 두께가 150~500㎛인 것일 수 있다.

본 발명의 광학 복합 부재는 백라이트 유닛의 최상부에 위치될 수 있으며, 따라서 상기 제2광학부재(200)는 보호시트의 역할을 할 수 있으므로 별도의 보호시트를 더 장착할 필요는 없다.

아울러 본 발명은 이상 설명한 광학 복합 부재의 어느 일면, 예컨대 제1광학부재(100)의 기재층에 인접하여 형성된 광확산 시트를 포함하는 백라이트 유닛 어셈블리를 제공할 수 있다.

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

<실시예 1~5, 비교예 1~3>

기재층으로 125㎛의 초투명 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 T600(미쓰비시社)(굴절률:1.49)을 사용하고, 아크릴계 자외선 경화형 수지 조성물을 피치가 50㎛이고 높이가 13~23㎛이며 종단면이 이등변 삼각형의 구조물이 선형 배열된 형상을 갖는 롤러 프레임에 투입하여 상기 기재층에 성형시켜 제1구조층(굴절률:1.565)을 갖는 제1광학부재를 제조하였다. 제1광학부재의 꼭지각(α)을 다음 표 1과 같이 조절하였다.

아울러 미래나노텍 UTE 2.0을 제2광학부재로 하였다.

제1광학부재 위에 제 2광학부재를 적층하여 제조된 광학 복합 부재는 42″백 라이트 유닛 어셈블리의 광원 위에 적층된 광확산판(코오롱사, DP321, 1500mm) 위에 올려놓고, 휘도계(모델명 : BM-7, 일본 TOPCON사)를 사용하여 임의의 13지점의 휘도를 측정하여 그 평균값을 구하였으며 그 결과는 다음 표 1과 같다.

구분	꼭지각 (°)	휘도	꼭지각 90°인 경우(100%) 대비 휘도상승률(%)
실시예 1	112	24522	101
실시예 2	108	24438	101
실시예 3	104	24770	102
실시예 4	100	24684	102
실시예 5	96	24450	101
비교예 1	90	24305	100
비교예 2	84	22618	93
비교예 3	80	22265	92

도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 광학 복합 부재의 단면도,

도 2 는 본 발명의 바람직한 다른 구현예에 의한 광학 복합 부재의 단면도이다.

* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명

10, 30 : 기재층 20 : 제1구조층

40 : 제2구조층 100 : 제1광학부재

200 : 제2광학부재

Claims (8)

1. 종단면이 둔각의 꼭지각을 갖는 이등변 삼각형인 다수의 입체 구조가 배열된 제1구조층을 포함하는 제1광학부재; 및

   상기 제1광학부재의 어느 일면에 인접하여 형성되고, 종단면이 반원형 또는 반타원형인 다수의 입체 구조가 배열된 제2구조층을 포함하는 제2광학부재를 포함하는 광학 복합 부재.
2. 제 1 항에 있어서,

   제1구조층의 다수의 입체 구조는 꼭지각이 95° 이상 125° 이하인 것임을 특징으로 하는 광학 복합 부재.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   제1구조층의 다수의 입체 구조는 높이가 10~50㎛이고 선형 배열 구조 또는 비선형 배열 구조의 패턴인 것임을 특징으로 하는 광학 복합 부재.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   제2구조층의 다수의 입체 구조는 피치가 30~200㎛, 높이가 10~50㎛인 동일하거나 서로 다른 크기의 구조가 선형 배열 구조 또는 비선형 배열 구조의 패턴인 것임을 특징으로 하는 광학 복합 부재.
5. 제 1 항에 있어서,

   제1구조층은 굴절률이 1.50~1.70인 것임을 특징으로 하는 광학 복합 부재.
6. 제 1 항에 있어서,

   제2구조층은 굴절률이 1.45~1.60인 것임을 특징으로 하는 광학 복합 부재.
7. 제 1 항에 있어서,

   제1광학부재 및 제2광학부재는 각각 두께가 150~500㎛인 것임을 특징으로 하는 광학 복합 부재.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 선택된 어느 한 항의 광학 복합 부재; 및

   상기 광학 복합 부재의 어느 일면에 인접하여 형성된 광확산 시트를 포함하는 백라이트 유닛 어셈블리.

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