KR20110065610A - 집광형 광학 시트 - Google Patents

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KR20110065610A
KR20110065610A KR1020090122175A KR20090122175A KR20110065610A KR 20110065610 A KR20110065610 A KR 20110065610A KR 1020090122175 A KR1020090122175 A KR 1020090122175A KR 20090122175 A KR20090122175 A KR 20090122175A KR 20110065610 A KR20110065610 A KR 20110065610A
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정성철
김경종
박창원
홍창표
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코오롱인더스트리 주식회사
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Abstract

본 발명은 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display)에 사용되는 집광형 광학 시트에 관한 것으로, 휘선에 대한 은폐성이 우수하면서도 적정의 휘도를 만족시킬 수 있는 집광형 광학 시트에 관한 것이다.

Description

집광형 광학 시트{Condensing type optical sheet}
본 발명은 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display)에 사용되는 집광형 광학 시트에 관한 것이다.
액정디스플레이에 널리 사용되고 있는 백라이트 유닛(BLU)은 냉음극형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp) 등의 광원을 사용하여 방출되는 빛을 순차적으로 도광판, 광확산판 및 프리즘 시트를 통과시켜 액정 패널에 도달하게 한다. 광원으로부터 방출되는 광은 도광판을 통하여 평면 형태인 액정 패널의 전면에 분포되도록 전달되며, 도광판을 통과한 광원은 광확산판을 통하여 화면 전면에 걸쳐 균일한 광세기를 얻을 수 있도록 하며, 프리즘 시트는 확산 시트를 거친 다양한 방향의 광선을 관측자가 화상을 인식하기에 적합한 시야각 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.
이외에도 광원에서 발생되는 빛 중 최대한 많은 광량이 액정장치로 도달할 수 있도록 여러 종류의 판 또는 필름 등이 다수 장 사용되고 있는데, 최근 원가절 감과 광학필름 조립공정의 단순화를 위하여 복합필름의 요구가 많아지고 있다.
본 발명은 은폐성이 우수하면서도 적정의 휘도를 만족시키는 집광형 광학 시트를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 바람직한 제1구현예에서는 기재층; 상기 기재층의 일면에 형성되고 다수의 입체 구조가 배열된 구조층; 및 상기 기재층의 이면에 형성되고 다층으로 이루어진 확산층을 포함하고, 상기 확산층의 각 층간 경계면이 입체적인 패턴을 갖는 광학 시트를 제공한다.
상기 구현예에서, 상기 확산층에서의 각 층간 경계면의 입체적인 패턴은 종단면이 유선형, 다각형 및 엠보 중 선택된 한가지 이상의 패턴인 것일 수 있다.
상기 구현예에서, 상기 확산층에서의 각 층간 경계면의 입체적인 패턴은 규칙 패턴 또는 불규칙 패턴인 것일 수 있다.
상기 구현예에서, 상기 확산층은 고굴절층과 저굴절층을 포함하며, 고굴절층이 기재층에 가깝도록 굴절률의 순으로 순차 형성된 것일 수 있다.
상기 구현예에서, 상기 확산층은 서로 인접하는 고굴절층과 저굴절층의 굴절률 차이가 0.005~0.5인 것일 수 있다.
상기 구현예에서, 상기 확산층은 광확산성 입자를 포함하는 것일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1 내지 3은 본 발명에 따른 집광형 광학 시트의 종단면도의 예들로서, 본 발명이 도시된 도면으로 한정되는 것은 아니며, 또한, 편의상 동일 구성부분에 대 해서는 동일한 부호를 사용하였나, 이들은 조성 및 형태까지 동일한 것을 의미하는 것은 아니다.
본 발명의 집광형 광학 시트는 기재층(10); 상기 기재층(10)의 일면에 형성되고 다수의 입체 구조(25)가 배열된 구조층(20); 및 상기 기재층의 이면에 형성되고 다층으로 이루어진 확산층(30)을 포함하고, 상기 확산층(30)의 각 층간 경계면(33)이 입체적인 패턴을 갖는 광학 시트를 제공한다.
상기의 확산층(30)은 각 층간 경계면(33)이 소정의 입체적인 패턴을 갖는 다층인 것으로, 이러한 다층의 확산층(30)을 포함함으로써 경계면(33)의 입체적인 패턴에서 빛의 굴절이 이루어져 휘선이 보이지 않도록 광학 시트의 은폐성을 보다 향상시키는데 유리할 수 있다.
이 때 상기 다층의 확산층(30)은 각 층간 경계면(33)의 입체적인 패턴은 패턴이 존재하는 것만으로도 의의가 있으며, 그 형상은 특별히 한정되는 것은 아니나, 광경로를 고려하여 종단면이 유선형, 다각형 및 엠보 중 선택된 한가지 이상의 패턴인 것일 수 있다.
또한 상기 다층의 확산층(30)에서의 각 층간 경계면(33)의 입체적인 패턴은 규칙 패턴 또는 불규칙 패턴인 것일 수 있다.
이와 같이 상기의 확산층(30)은 입체적인 패턴이 층 내부에 위치하고 있으므로, 본 발명의 광학 시트 하부에 위치하는 다른 시트와의 접촉 및 마찰 등으로 인하여 입체적인 패턴이 갈림 또는 파손될 우려가 없다.
나아가 상기 다층의 확산층(30)의 각 층은 굴절률이 상이할 수 있는데, 이 중 고굴절층(32)이 기재층(10)에 가깝도록 굴절률 순으로 순차형성된 것일 수 있다. 본 발명의 명세서 상에서 확산층(30) 중의 고굴절층(32)은 확산층(30)을 구성하는 각 층 중 굴절률이 상대적으로 높은 층을 의미하며, 저굴절층(31)은 확산층(30)을 구성하는 각 층 중 굴절률이 상대적으로 낮은 층을 의미한다. 이로써 확산층(30)을 구성하는 각 층간 굴절률 차이로 인하여 빛이 저굴절층(31)에서 고굴절층(32) 방향으로 진행되어 확산성능을 향상시킬 수 있음으로써, 경계면(33)의 패턴에서 굴절시킴과 더불어 상기의 은폐성을 더욱 향상시킬 수 있다. 도면에는 확산층(30)이 두층인 경우만 도시되어 있으나, 두층 이상인 경우도 본 발명의 기술적 사상의 범위 내인 것은 당업자에게 자명하다.
상기 다층의 확산층(30)은 고굴절층(32)과 저굴절층(31)의 경계면(33)에서 빛이 굴절되는 현상을 고려하여 서로 인접하는 고굴절층(32)과 저굴절층(31)의 굴절률 차이는 0.005~0.5인 것일 수 있다. 즉, 상기 굴절률 차이가 0.005 미만인 경우 경계면(33)에서의 굴절 정도가 작아서 빛의 확산 효과가 미미할 수 있으며, 상기 굴절률 차이가 0.5 초과인 경우 경계면(33)에서의 굴절이 너무 심하게 되므로 구조층에서의 집광 기능이 저하될 우려가 있다.
이러한 상기의 다층의 확산층(30)은 각 층의 조성은 상대적인 굴절률 차이로 설정할 수 있는데, 예컨대, 저굴절층(31)은 굴절률이 1.44인 UV 경화형 아크릴 수지를 사용할 수 있으며, 고굴절층(32)은 굴절률이 1.58인 UV 경화형 아크릴 수지를 사용할 수 있다.
본 발명의 확산층(30)은 광확산성 입자로서 무기계 입자 또는 유기계 입자를 포함하는 것일 수 있는데, 저굴절층(31)이나 고굴절층(32) 어느 층에나 포함될 수 있으며, 각 층을 이루는 바인더 수지에 대하여 0.001중량%~200중량% 포함할 수 있다.
여기서 무기계 입자의 예로는, 탄산칼슘 입자; 황산바륨 입자; 산화규소 입자; 수산화알루미늄 입자; 산화티타늄 입자; 산화지르코늄 입자; 불화마그네슘 입자; 탈크 입자; 글래스 입자; 마이카 등을 들 수 있고, 유기계 입자의 예로는, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 노말부틸메타크릴레이트, 노말부틸메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 히드록시 에틸아크릴레이트, 아크릴아미드, 메티롤아크릴아미드, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 노말부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 등의 아크릴계 중합체 입자; 스티렌, 치환된 스티렌 중합체 또는 이들의 공중합체 또는 삼원 공중합체 등의 스티렌계 중합체 입자; 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합체 입자; 아크릴계와 스티렌계의 공중합체 입자; 아크릴과 올레핀계의 공중합체 입자; 스티렌과 올레핀계의 공중합체 입자; 상기 단일중합체, 공중합체 혹은 삼원공중합체들의 입자를 형성 후 그 층위에 다른 종류의 단량체로 덮어 씌워서 만드는 다층 다성분계 입자; 실록산계 중합체 입자; 및 불소계 수지 입자 등을 들 수 있다.
한편 구조층(20)을 구성하는 투명한 중합체 조성은 특별하게 한정되는 것은 아니며, 종래에 프리즘 시트 또는 프리즘 필름에 사용되는 공지의 수지들을 사용할 수 있다. 예컨대, 자외선 중합용 모노머 또는 올리고머의 혼합물 및 광개시제를 포함하는 조성일 수 있다.
상기 구조층(20)의 광학 구조면의 형상에는 각별히 한정의 의미가 없으며, 일예로 단면이 다각형, 반원형 또는 반타원형인 다면체 형상이거나, 단면이 다각형, 반원형 또는 반타원형인 기둥 형상일 수 있으며, 상기 형상은 1종 또는 그 이상이 복합적으로 형성될 수 있다. 상기와 같은 광학 구조면은 광경로를 제어하여 확산된 빛을 전면부로 모아줌으로써 정면 휘도를 더욱 증가시켜주게 된다. 집광 효율 측면에서 좋기로는 패턴의 단면이 삼각형인 패턴이며 입자의 배열이 용이한 측면에서는 기둥 형상을 갖는 것일 수 있다.
또한 상기 구조층의 입체 구조는 그 크기가 특별히 한정되는 것은 아니나, 집광효율을 고려하여 높이가 1~100㎛, 폭이 1~100㎛인 것일 수 있다.
한편 본 발명에서 기재층(10)은 그 두께가 10 내지 400㎛ 정도일 수 있고, 기재층(10)은 종래 프리즘 시트 또는 프리즘 필름에 사용되는 투명한 수지로 된 시트이면 어느 것이나 사용할 수 있다. 일예로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리스틸렌 필름 또는 폴리에폭시 필름 등을 들 수 있다.
이러한 집광형 광학 시트는 기재층(10)의 한 면에 프리즘 패턴을 형성시키는 것과 같은 방법으로 고굴절 수지를 경화시켜 경계면(33) 패턴을 형성한 후, 저굴절 수지를 채우고 경화하여 확산층(30)을 먼저 제조하고, 이후 공지의 방법으로 구조층(20)의 입체구조(25)를 형성함으로써 제조할 수 있다.
이러한 본 발명의 광학 시트는 집광성능과 광분산을 통한 광균일 성능을 모두 만족시키는 복합 시트의 일종인 광학 시트로서 시트 사용 매수를 줄이는 효과가 있다. 일반적으로 복합 시트는 프리즘 필름에 확산성을 부여하는 구조로 이루어져 있는데, 프리즘 필름의 배면에 요철을 가지는 면을 형성시키는 방법과 프리즘 필름과 기재필름(폴리에틸렌테레프탈레이트필름) 사이에 요철을 가지는 면을 형성시키는 방법이 있다. 상기 요철을 형성하는 방법은 바인더 수지에 PMMA와 같은 구형 입자를 혼합한 조성물을 코팅하여 요철면을 얻는 방법과 요철이 형성되어 있는 금형에 UV 경화형 수지를 사용하여 패턴을 인각하여 요철을 형성시키는 방법이 있다. 프리즘 필름의 배면에 요철을 형성시켜 광확산성을 부여하는 방식의 경우는 요철에 의하여 하부시트 및 도광판과의 마찰에 의하여 갈리는 불량이 발생할 수 있으며 프리즘 필름과 기재필름 사이에 요철을 형성시켜 광확산성을 부여하는 방식의 경우는 광확산성의 조절이 용이하지 않다는 단점이 있다.
본 발명의 입체적인 패턴이 형성된 경계면(33)을 가지는 굴절률이 상이한 다층구조로 실현되는 확산성 부여 방식은 갈림방지와 광확산성의 조절이 용이하다는 장점이 있다. 즉, 기존의 프리즘 필름과 같은 집광형 광학 시트의 배면에, 입체적인 패턴을 갖는 고굴절층(32)을 포함하되, 상기 입체적인 패턴의 손상을 방지하도록 저굴절층(31)을 형성하였으며, 고굴절층(32)과 저굴절층(31)의 굴절률 조절만으 로 확산성을 용이하게 조절할 수 있도록 하였다.
이상 도면을 참조하여 설명하였지만, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자는 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 변경하여 실시할 수 있음은 자명하다.
이하, 본 발명의 실시예로 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(두께 188㎛)을 기재층으로 하고, 그 일면에 굴절률이 1.58인 아크릴계 자외선 경화형 수지 95중량부와 광개시제 5중량부를 혼합하여 코팅하고 마이크로렌즈어레이가 양각으로 형성된 몰드를 코팅부에 라미네이팅하고 자외선에 노출하여 지름 50㎛, 높이 25㎛인 반구형태의 고굴절층(굴절률:1.58)을 형성하였다. 상기 고굴절층상에 굴절률이 1.44인 아크릴계 자외선 경화형 수지 95중량부와 광개시제 5중량부를 혼합하여 코팅한 후에 자외선에 노출하여 저굴절층(굴절률:1.44)을 형성함으로써, 2층의 확산층을 형성하였다.
상기 기재층의 반대면에, 아크릴계 자외선 경화형 수지 95중량부와 광개시제 5중량부를 혼합하여 코팅하고 자외선에 노출 후 꼭지각 90도(α), 입체구조 폭이 50㎛, 높이가 25㎛인 프리즘 모양을 형성하여 구조층을 형성하였다.
<실시예 2>
폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(두께 188㎛)을 기재층으로 하고, 그 일면에 굴절률이 1.58인 아크릴계 자외성 경화형 수지 95중량부와 광개시제 5중량부를 혼합하여 코팅하고 마이크로렌즈어레이가 음각으로 형성된 몰드를 코팅부에 라미네이팅하고 자외선에 노출하여 지름 50㎛, 높이 25㎛인 반구형태의 고굴절층(굴절률:1.58)을 형성하였다. 상기 고굴절층상에 굴절률이 1.44인 아크릴계 자외선 경화형 수지 95중량부와 광개시제 5중량부를 혼합하여 코팅한 후에 자외선에 노출하여 저굴절층(굴절률:1.44)을 형성함으로써, 2층의 확산층을 형성하였다.
상기 기재층의 반대면에, 아크릴계 자외선 경화형 수지 95중량부와 광개시제 5중량부를 혼합하여 코팅하고 자외선에 노출 후 꼭지각 90도(α), 입체구조 폭이 50㎛, 높이가 25㎛인 프리즘 모양을 형성하여 구조층을 형성하였다.
<실시예 3>
폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(두께 188㎛)을 기재층으로 하고, 그 일면에 굴절률이 1.58인 아크릴계 자외성 경화형 수지 95중량부와 광개시제 5중량부를 혼합하여 코팅하고 형성된 몰드를 코팅부에 라미네이팅하고 자외선에 노출하여 지름 50㎛, 높이 25㎛인 엠보패턴의 고굴절층(굴절률:1.58)을 형성하였다. 상기 고굴절층상에 굴절률이 1.44인 아크릴계 자외선 경화형 수지 95중량부와 광개시제 5중량부를 혼합하여 코팅한 후에 자외선에 노출하여 저굴절층(굴절률:1.44)을 형성함으로써, 2층의 확산층을 형성하였다.
상기 기재층의 반대면에, 아크릴계 자외선 경화형 수지 95중량부와 광개시제 5중량부를 혼합하여 코팅하고 자외선에 노출 후 꼭지각 90도(α), 입체구조 폭이 50㎛, 높이가 25㎛인 프리즘 모양을 형성하여 구조층을 형성하였다.
<실시예 4>
상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 고굴절층에 굴절률이 1.48인 아크릴계 자외선 경화형 수지 95중량부와 광개시제 5중량부를 혼합한 수지를 사용하여 고굴절층의 굴절률이 1.48이 되도록 하였다.
<실시예 5>
상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 고굴절층에 굴절률이 1.51인 아크릴계 자외선 경화형 수지 95중량부와 광개시제 5중량부를 혼합한 수지를 사용하여 고굴절층의 굴절률이 1.51이 되도록 하였다.
<실시예 6>
상기 실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 고굴절층에 굴절률이 1.54인 아크릴계 자외선 경화형 수지 95중량부와 광개시제 5중량부를 혼합한 수지를 사용하여 고굴절층의 굴절률이 1.54이 되도록 하였다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에서, 저굴절층을 형성하지 않은 것을 제외하고 동일한 방법으로 광학시트를 제조하였다.
<비교예 2>
상기 실시예 1에서, 저굴절층과 고굴절층의 층간 경계면에 입체 패턴을 형성하지 않은 2층의 확산층을 형성한 것을 제외하고 동일한 방법으로 광학시트를 제조 하였다.
<비교예 3>
코오롱사의 LC403(종단면의 직각 삼각형이며 꼭지각이 90°, 폭 50㎛, 높이 25㎛)을 준비하였다.
상기 실시예 및 비교예에 따라 얻어진 각각의 광학 시트에 대하여 휘도, 은폐성 및 시야각을 측정하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
(1) 휘도
휘도는 탑콘사의 BM-7을 이용하여 측정하였고, 값은 백라이트 유닛(BLU, 17인치)내 반사시트와 도광판을 제외한 모든 시트류들을 제거하고 「광확산 시트(코오롱사 LD214) 1장/실시예 및 비교예의 시트 1장」 조합을 사용하여, 비교예 3을 포함하는 광학시트 조합의 휘도를 100으로 할 때의 상대적인 값으로 각각의 실시예 및 비교예의 휘도를 평가하였다.
(2) 은폐성
17인치 액정디스플레이 패널용 백라이트 유닛에 반사시트를 제외한 모든 시트류를 제거하고 상기 제조된 실시예 및 비교예의 광학 시트를 고정하고 램프 휘선의 비침 여부를 육안 관찰하여, 정도에 따라 하기와 같이 상대 평가 하였다.
비침 수준 : 약 ← ◎ - ○ - △ - × → 강
(3) 시야각
시야각은 탑콘사의 BM-7을 이용하여 측정하였고, 값은 백라이트 유닛(BLU, 17인치)내 반사시트와 확산판를 제외한 모든 시트류들을 제거하고 실시예의 경우는 「광확산 시트(코오롱사 LD214) 1장/실시예의 프리즘시트 1장」 조합으로, 비교예의 경우는 「광확산필름 1장/(비교예 1~3) 1장」의 조합을 사용하여, 각각의 광학시트 조합에 따른 정면(시야각=0˚위치) 휘도 대비 절반의 휘도값을 갖는 위치의 시야각을 측정하였다.
구분 휘도(%) 은폐성 시야각(˚)
실시예1 96 ◎ 21.5
실시예2 95 ◎ 20.5
실시예3 95 ◎ 20.1
실시예4 99 △ 17.3
실시예5 98 ○ 18.5
실시예6 97 ○ 19.2
비교예1 92 ◎ 22.1
비교예2 98 △ 16.1
비교예3 100 × 15.4
도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 집광형 광학 시트의 종단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 구현예에 의한 집광형 광학 시트의 종단면도,
도 3는 본 발명의 바람직한 다른 구현예에 의한 집광형 광학 시트의 종단면도이다.
* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명
10 : 기재층 20 : 구조층
25 : 입체 구조 30 : 확산층
31 : 저굴절층 32 : 고굴절층
33 : 경계면

Claims (6)

  1. 기재층;
    상기 기재층의 일면에 형성되고 다수의 입체 구조가 배열된 구조층; 및
    상기 기재층의 이면에 형성되고 다층으로 이루어진 확산층을 포함하고,
    상기 확산층의 각 층간 경계면이 입체적인 패턴을 갖는 광학 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 확산층에서의 각 층간 경계면의 입체적인 패턴은 종단면이 유선형, 다각형 및 엠보 중 선택된 한가지 이상의 패턴인 광학 시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 확산층에서의 각 층간 경계면의 입체적인 패턴은 규칙 패턴 또는 불규칙 패턴인 광학 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 확산층은 고굴절층과 저굴절층을 포함하며, 상기 고굴절층과 저굴절층 중에서 상기 고굴절층이 상기 기재층에 가깝도록 굴절률의 순으로 순차 형성된 광학 시트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 확산층은 서로 인접하는 상기 고굴절층과 저굴절층의 굴절률 차이가 0.005~0.5인 광학 시트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 확산층은 광확산성 입자를 포함하는 광학 시트.
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