KR20110103323A - 내구성이 향상된 광학시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 - Google Patents

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KR20110103323A
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최항석
김진규
유동환
김민균
이지형
한상철
김진현
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 내구성이 향상된 광학시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게 렌즈부 및 비렌즈부를 포함하며, 상기 비렌즈부는 제 1 기재부, 제 2 기재부 및 상기 제 1 기재부와 제 2 기재부를 접착하기 위한 접착층을 포함하는 광학 시트, 및 복수의 광원을 포함하는 광원부, 상기 광원부에 인접하여 배치되며 상기 광원부에서 생성된 광의 경로를 제어하는 도광판, 상기 도광판의 광 출사면 상부에 배치되는 확산시트 및 상기 확산시트의 상부에 배치되고, 렌즈부 및 비렌즈부를 포함하며, 상기 비렌즈부는 제 1 기재부, 제 2 기재부 및 상기 제 1 기재부와 제 2 기재부를 접착하기 위한 접착층으로 이루어진 광학 시트를 포함하는 에지(edge)형 백라이트 유닛에 관한 것이다.
본 발명에 의한 광학시트는 접착층에 의해 접착된 2층의 기재부를 포함함으로써 열로 인한 시트의 움(wave)이 개선되고 모듈러스가 증가하며 내구성이 향상된 광학시트가 획득된다.

Description

내구성이 향상된 광학시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛{Durability-enhanced optical sheet and back light unit comprising the same}
본 발명은 백라이트 유닛에 사용될 수 있는 광학시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 종래에 비해 내구성이 향상된 광학시트의 구조 및 이러한 구조의 광학 필름은 구비한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)는 인가 전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생되는 여러 가지 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 전자 소자이다. 액정표시장치는 소형화, 경량화, 저전력 소비화 등의 장점을 가지고 있어 종래에 널리 사용되던 CRT(Cathode Ray Tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체 수단으로 주목을 받아왔고, 현재는 디스플레이 장치를 필요로 하는 거의 모든 정보 처리 기기에 장착되고 있는 실정이다.
이러한 액정표시 장치는 일반적으로 특정한 분자 배열을 갖는 액정에 전압을 인가하여 다른 분자배열로 변화시키고, 이러한 분자배열의 변화에 의해 발생하는 액정의 복굴절성, 선광성, 2색성 및 광 산란 특정 등의 광학적 성질의 변화를 시각 변화로 변환하는 것으로서, 액정에 의한 빛의 변조를 이용한 디스플레이 장치이다. 자체 발광원이 없는 수광형 소자인 액정표시장치는 소자의 화면 전체를 조명할 수 있는 별도의 광원 장치가 필요한데, 이러한 액정표시장치용 조명 장치를 통상 백라이트 유닛(Back Light Unit)이라 한다.
일반적으로 백라이트 유닛은 발광 램프가 배치되는 방식에 따라 에지(edge) 방식과 직하 방식으로 구별한다. 에지 방식은 발광 램프로부터 발생한 빛을 안내하는 도광판의 측면에 발광 램프가 배치되는 방식으로서, 데스크 탑 컴퓨터나 노트북용 모니터와 같이 비교적 소형 액정표시장치에 적용되는 것으로서, 빛의 균일성이 좋고, 내구성이 우수하며, 장치의 박형화에 유리하다. 이에 반해, 직하 방식은 20인치 이상의 중대형 표시장치에 사용되기 위해 개발되었으며, 액정 패널의 하부에 다수의 램프 광원을 배열시켜 액정 패널의 전면을 직접 조명하는 방식이다.
백라이트 유닛용 발광 램프에는 종래부터 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp, 이하 "CCFL"이라 함)와 같은 선형 광원이 많이 이용되고 있으나, 근래에는 색재현성이 CCFL보다 우수하고 친환경적이며, 박형화, 저무게 및 저전력을 위해 발광 다이오드(LED)로 대체되고 있는 추세에 있다.
발광 다이오드(LED)의 백라이트 유닛 역시 에지 방식 및 직하 방식으로 구성될 수 있으며, 에지 방식의 경우 직하 방식에 의해 박형화가 가능한 장점이 있으나, 유기발광다이오드에서 많은 열이 발생하고 특히 에지 방식은 구조상 광학시트가 광원인 발광 다이오드와 밀접하게 배치되므로 일반적인 광학 시트를 직접 적용하는 경우 시트에 움(wave) 등의 시트 변형이 발생할 수 있다.
현재 백라이트 유닛은 박형화, 경량화를 기술적 목표로 하여 연구, 개발이 진행 중이며, 특히 변형이 없는 내구성이 향상된 광학시트가 요구된다.
이에 본 발명의 한 측면은 내구성이 향상된 광학시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 내구성이 향상된 광학시트를 포함하는 에지형 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 렌즈부 및 비렌즈부를 포함하며, 상기 비렌즈부는 제 1 기재부, 제 2 기재부 및 상기 제 1 기재부와 제 2 기재부를 접착하기 위한 접착층을 포함하는 광학 시트가 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 광원부, 상기 광원부에 인접하여 배치되며 상기 광원부에서 생성된 광의 경로를 제어하는 도광판, 상기 도광판의 광 출사면 상부에 배치되는 확산시트 및 상기 확산시트의 상부에 배치되고, 렌즈부 및 비렌즈부를 포함하며, 상기 비렌즈부는 제 1 기재부, 제 2 기재부 및 상기 제 1 기재부와 제 2 기재부를 접착하기 위한 접착층으로 이루어진 광학 시트를 포함하는 에지(edge)형 백라이트 유닛이 제공된다.
상기 접착층은 자외선 경화 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 접착층은 제 1 기재부 및 제 2 기재부와 두께 방향의 굴절률 차이가 0.02 이내인 것이 바람직하다.
상기 접착층의 굴절률은 1.49 내지 1.6인 것이 바람직하다.
상기 렌즈부는 프리즘, 렌티귤러(lenticular), 마이크로렌즈어레이(MLA), 다각뿔 또는 원뿔 형상인 것이 바람직하다.
상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 이들의 기계 방향(machine direction) 및 수직방향(transverse direction)이 일치하도록 접착될 수 있다.
상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 이들의 기계 방향(machine direction) 및 수직방향(transverse direction)이 직교하도록 접착될 수 있다.
상기 광원은 발광다이오드(LED)인 것이 바람직하다.
상기 백라이트 유닛은 상기 광학시트를 적어도 2개 이상 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 광학시트는 접착층에 의해 접착된 2층의 기재부를 포함함으로써 열로 인한 시트의 움(wave)이 개선되고 모듈러스가 증가되며 내구성이 향상된 광학시트가 획득된다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 광학시트의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 예시적인 광학시트를 포함하는 에지형 백라이트 유닛의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 기존 PET 시트(a)와 본 발명의 광학시트(b) 단면의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 일정한 장력 제공 시 기계 방향(a) 및 수직방향(b)에 있어서 시간에 따른 본 발명의 광학시트의 변화를 나타낸 것이다.
도 5는 일정한 장력 제공 시 기계 방향(a) 및 수직방향(b)에 있어서 온도에 따른 본 발명의 광학시트의 변화를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 광학시트를 예시적으로 적용한 결과의 광학적 특성을 비교한 것이다.
도 7은 본 발명의 광학시트를 이용한 발광다이오드 텔레비젼의 고온 구동 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 일반 광학시트를 이용한 발광다이오드 텔레비젼의 고온 구동 실험 결과를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 구체적으로 살펴본다.
본 발명의 일 견지에 의하면 내구성이 향상된 광학시트가 제공되며, 도 1은 본 발명에 따른 예시적인 광학시트의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다. 본 발명의 광학시트는 렌즈부(10) 및 비렌즈부(20)를 포함하며, 상기 비렌즈부(20)는 제 1 기재부(21), 제 2 기재부(22) 및 상기 제 1 기재부(21)와 제 2 기재부(22)를 접착하기 위한 접착층(30)을 포함한다. 한편, 도 2는 상기와 같은 본 발명의 광학시트를 포함하는 예시적인 백라이트 유닛의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
상기 렌즈부(10)는 기재부(20)의 광출면에 형성되는 것으로써, 렌즈의 형상은 프리즘(prism), 렌티귤러(lenticular), 마이크로렌즈어레이(MLA), 삼각뿔, 사각뿔 등을 포함하는 다각뿔 또는 원뿔 형상일 수 있으며, 다만 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 1에는 렌즈부(10)가 렌티큘러 형상인 예시적인 광학 필름이 도시되어 있다.
한편, 상기 렌즈부(10)의 광 입사면에는 비렌즈부(20)가 배치되며, 상기 비렌즈부(20)는 접착층(30)으로 접착된 제 1 기재부(21) 및 제 2 기재부(22)를 포함한다. 도 3은 구조적인 차이를 확인하기 위해 단일의 기재부로 이루어지는 공지의 PET 시트(a)와 제 1 기재부 및 제 2 기재부를 포함하는 본 발명의 광학시트(b)의 단면을 SEM 사진으로 나타낸 것이다. 공지의 PET 시트(a)는 비렌즈부(20)가 단일의 층으로 이루어지며, 그 상면에 렌즈부(10), 그 하면에 후면 코팅층(80)을 포함할 수 있다. 반면, 본 발명의 예시적인 광학시트(b)의 비렌즈부는 접착층(30)으로 접착된 제 1 기재부(21) 및 제 2 기재부(22)로 이루어지며, 그 상면에 렌즈부(10), 그 하면에 후면 코팅층(80)을 포함할 수 있다.
열로 인한 광학시트의 움(wave)을 개선하기 위해서는 광학시트의 두께를 두껍게 형성하는 것이 바람직하지만, 이와 같이 광학시트가 두꺼워지는 경우 광학시트의 광학 특성이 떨어지는 경향이 있으며 제조상의 어려움이 발생할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌(PET) 시트의 경우 250㎛의 두께의 시트가 일반적으로 상용화되고 있으며, 한편 두께가 300㎛에 이르는 것이 제조되고 있긴 하지만 소량만이 생산되고 있다. 그러나, 본 발명에 의하면 제 1 기재부 및 제 2 기재부를 포함하는 비렌즈부를 접착하여 광학시트의 두께를 증가시키면서도 광학적 특성을 유지하고 내구성이 향상된 광학시트의 제조가 가능하다.
즉, 본 발명에 의하면 상기와 같이 비렌즈부가 제 1 기재부(21) 및 제 2 기재부(22)를 포함하는 광학시트가 제공되며, 본 발명에 있어서 상기 제 1 기재부의 광출면은 렌즈부에 접하도록 배치될 수 있다. 상기 각각의 기재부는 125 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께일 수 있으며, 상기 기재부 사이에 형성되는 접착층의 두께는 1 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 10 ㎛일 수 있다. 따라서 본 발명에 있어서 렌즈형상 및 백코팅의 두께를 제외한 광학시트의 총 두께는 251 ㎛ 내지 520 ㎛일 수 있다.
각 기재부의 두께가 125 ㎛ 미만인 경우에는 움(wave)의 개선이 떨어지는 경향이 있으며, 특히 PET 시트의 경우 비정질(amorphous) 상태의 재료를 MD 및 TD 방향으로 연신하여 반결정질(semi-crystalline) 상태의 필름을 얻는데, 250 ㎛ 이상의 두께를 초과하는 PET 필름은 상기와 같은 균일한 품질의 반결정질(semi-crystalline) 상태를 확보하기 쉽지 않아서 고유의 특성을 확보하기 쉽지 않아서 그 두께가 250 ㎛를 초과하는 경우에는 상용적으로 수급이 힘든 경향이 있으며, 나아가 기재가 두 장으로 라미네이션 되었을 때 광학시트의 두께가 과도하게 두꺼워져서 롤을 사용하는 공정의 적용에 있어서, 특히 상기 롤에 광학시트를 감기가 힘든 공정 상의 문제가 발생할 수 있다.
나아가, 제 1 기재부(21) 및 제 2 기재부(22)를 접착하는 상기 접착층은 자외선(UV) 경화 수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 자외선 경화 수지는 자외선(UV)을 받으면 수지 중에 있는 광 개시제가 자외선 에너지를 받아서 중합 반응을 개시하고 자외선 수지의 주성분인 모노머와 올리고머를 순간적으로 중합시킨다. 본 발명에서 사용될 수 있는 자외선 경화 수지는 에폭시 아크릴레이트계, 폴리에스테르아크릴레이트계, 우레탄아크릴레이트계 등으로부터 선택될 수 있다.
반면, 상기 접착층의 제조에 있어서 열경화 접착제를 사용하는 경우에는 경화 시간이 소요되고, 열가소성 접착제를 사용하는 경우에는 고온 공정으로 인해 광학시트가 손상되는 문제점이 발생할 수 있으며, PSA(Pressure Sensitive Adhesive) 등의 점착제는 상대적으로 느린 라미네이션 속도를 가지므로, 본 발명에 있어서 상기와 같은 자외선 경화 수지를 사용하는 것이 바람직하고, 이 경우 생산성이 향상될 수 있다. 한편, 자외선 경화 타입의 PSA는 냄새가 나는 등의 문제가 있어서 양산 적용에 제한이 있을 수 있다.
본 명세서에 있어서, '점착'과 '접착'의 용어를 구분하여 사용하였으며, 상기 '점착'은 일반적으로 부착 및 탈착이 용이하고 재부착이 가능한 경우를 지칭하는 것을 의미하며, 상기 '접착'은 부착된 후에 탈착이 어려우며 한번 탈착된 후에는 다시 부착하기 어려운 경우를 지칭하는 것으로 사용하였다.
본 발명에 있어서 상기 비렌즈부(20)에 포함되는 제 1 기재부(21) 및 제 2 기재부(22)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어질 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어진다. 한편, 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는, 상이한 재질로 이루어질 수 있으나, 상이한 재료를 이용하는 경우 뒤틀림 등의 불량이 발생하거나 효과가 떨어질 가능성이 있으며 공정 상의 용이성 등을 고려하여 동일한 재질로 구성되는 것이 보다 바람직하다.
한편, 상기 접착층의 두께 방향 굴절률은 제 1 기재부 및 제 2 기재부와 동일하거나 그 차가 0.02 이내인 것이 바람직하며, 상기 접착층의 굴절률은 상기 범위 이내에서 기재부의 굴절률이 보다 크거나 혹은 작을 수 있다. 상기 접착층의 두께 방향 굴절률과 기재부의 두께 방향 굴절률의 차이를 0.02 이내로 함으로써 기재부와 접착층의 계면에서 반사에 의한 광손실을 최소화할 수 있다.
통상적인 두께 방향 굴절률은, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 경우 1.49~1.51, 폴리프로필렌(PP)의 경우 1.49~1.51, 폴리카보네이트(PC)의 경우 1.58~1.60, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)의 경우 1.64~1.65 그리고 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 경우 1.49~1.50이다.
따라서, 예를 들어, 제 1 기재부 및 제 2 기재부가 폴리에틸렌(PET)으로 이루어지는 경우 폴리에틸렌의 두께 방향 굴절률은 약 1.49 내지 1.51이며, 따라서 이 경우에는 1.47 내지 1.53의 굴절률을 갖는 접착층을 형성하는 것이 바람직하다. 다만, 1.49보다 작은 굴절률 소재는 가격이 비싸고 또한 기계적 강도가 약하여 물성 저하의 우려가 있으므로, 접착층의 두께 방향 굴절률은 1.49 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 비렌즈부(20)에 포함되는 제 1 기재부(21) 및 제 2 기재부(22)를 동일한 재질로 구성하고 상기 두 기재부 사이에 사용되는 접착층의 굴절률을 기재의 굴절률과 동일하게 하는 경우 계면 반사 손실이 가장 적어지게 되어 바람직하다.
상기 접착층의 굴절률은 접착층을 구성하는 수지 내의 분자 구조를 변형시켜 획득될 수 있으며, 예를 들어 상기 접착층을 형성하기 위한 접착제의 제조에 있어서 벤젠이나 나프탈렌 등과 같은 방향족 화합물을 포함하는 아크릴레이트를 사용하는 경우 접착층의 경화 후 굴절률을 1.6까지 상승시킬 수 있으며, 방향족 화합물을 포함하지 않는 경우에도 분자량을 조절하거나 분자의 가교 밀도(cross linking density)를 높여 대략 1.54 정도까지 굴절률을 상승시킬 수도 있다. 본 발명에 있어서는 배합 비율을 조정하여 1.51~1.54 정도의 경화 후 굴절률을 사용하는 것이 광학적으로나 비용적으로 바람직하다.
본 발명의 광학시트의 비렌즈부에 포함되는 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 실시예 및 도 4 및 5에 나타난 바와 같이 기계 방향(machine direction) 및 수직방향(transverse direction)의 물리적 특성이 상이할 수 있으며, 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 이들의 기계 방향(machine direction) 및 수직방향(transverse direction)이 일치하도록 접착되거나, 또는 이들의 기계 방향(machine direction) 및 수직방향(transverse direction)이 직교하도록 접착될 수 있다. 다만, 기계방향 및 수직방향이 직교하도록 접착되는 경우에는 접착층이 기재의 기계 방향 및 수직 방향의 서로 다른 물리적 특성을 흡수할 수 있을 만큼 탄력이 있어야 하며, 그렇지 않은 경우 각 기재부에 존재하는 다른 방향의 잔류 응력으로 인해 뒤틀림이 나타날 수 있다.
한편, 본 발명의 광학시트의 제 2 기재부의 광 입사면에는 스크래치를 방지하거나 또는 다른 시트 등과의 밀착을 방지하기 위해 후면 코팅(back coating)층이 형성될 수 있으며, 상기 후면 코팅층은 열경화 타입의 수지나 자외선 경화 타입의 수지를 사용하여 형성될 수 있고, 필요에 따라서 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리부틸메타크릴레이트(PBMA), 나일론(Nylon) 등으로 이루어진 비드 등이 사용될 수도 있다.
본 발명의 광학시트는 당해 기술 분야에 잘 알려진 어떠한 제조방법을 이용하여 제조할 수 있으며, 비렌즈부의 형성을 위해 예를 들어 제 1 기재부를 구성하는 시트의 일면에 상술한 자외선 경화 수지를 제공하고, 그 위에 제 2 기재부를 부착한 후 롤 압착 방법으로 평탄화시키고 롤 간의 간격을 일정하게 유지시켜 두께를 조정함으로써 제 1 기재부 경화되지 않은 접착층, 및 제 2 기재층을 포함하는 비렌즈부를 획득할 수 있다. 그 후 상기 경화되지 않은 접착층을 포함하는 비렌즈부에 약 300mJ/cm2~2000mJ/cm2의 자외선을 공급하여 접착층을 경화시켜 제 1 기재부 및 제 2 기재부가 접착층에 의해 접착된 비렌즈부를 형성할 수 있다.
그 후 본 발명의 광학시트를 구성하는 상기 렌즈부의 형성을 위해 상기 제 1 기재부 상부에 렌즈 형상이 음각된 금형을 두고 경화성 수지 용액를 흘려 넣은 후 이를 경화시키는 방법으로 렌즈부를 형성할 수 있다. 이때, 상기 렌즈부 형성에 사용할 수 있는 경화성 수지는 에폭시 아크릴레이트계, 폴리에스테르아크릴레이트계, 우레탄아크릴레이트계 등으로부터 선택될 수 있으며, 기재부를 형성하는 수지와 동일하거나 혹은 상이할 수 있다.
일반적으로 렌즈부를 형성하는 경우에는 상기와 같이 자외선 경화 타입의 수지와 음각 금형을 사용하여 제작할 수 있으며, 한편 자외선 경화 수지, 열경화 수지, 용매 등이 섞여 있는 형태의 수지 조성물을 이용하여 기재 위에 일정 두께로 수지를 코팅한 후 열 챔버를 거치는 공정으로 용매를 제거하고 열경화시킨 후 음각 금형으로 압착하여 형상을 성형하고 최종적으로 자외선 경화시켜 렌즈부를 포함하는 광학시트를 형성할 수도 있다.
이 때, 다양한 형태가 음각된 금형을 이용하여, 다양한 형상, 높이 및 피치를 갖는 렌즈부를 형성할 수 있다. 이외에도 다양한 광학시트의 제조 방법이 당해 분야에 알려져 있으며, 본 발명의 광학시트는 상기한 방법 이외에 다른 종래의 제조 방법으로도 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 의하면 본 발명의 광학시트를 포함하는 백라이트 유닛이 제공되며, 도 2는 본 발명에 따른 예시적인 백라이트 유닛의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.
도2를 참고하면, 복수의 광원을 포함하는 광원부(60), 상기 광원부 주변을 둘러싸는 반사판(70), 상기 광원부에 인접하여 배치되며 상기 광원부에서 생성된 광의 경로를 제어하는 도광판(50), 상기 도광판의 광 출사면 상부에 배치되는 확산시트(40), 및 상기 확산시트의 상부에 배치되고, 렌즈부(10) 및 비렌즈부(20)를 포함하며, 상기 비렌즈부는 제 1 기재부(21), 제 2 기재부(22) 및 상기 제 1 기재부와(21) 제 2 기재부(22)를 접착하기 위한 접착층(30)으로 이루어진 광학시트를 포함하는 에지(edge)형 백라이트 유닛이 제공된다.
본 발명의 백라이트 유닛은 광원부(60)가 도광판의 일 측면 또는 복수의 측면에 배치될 수 있는 에지-라이트 방식(edge-light method)으로 구동된다. 상기 광원부는 예를 들면 발광다이오드(LED)를 포함한다.
본 발명의 백라이트 유닛은 광원 반사판(70)을 포함할 수 있으며, 광원에서 발생한 빛은 도광판의 측면, 즉 광 입사면을 통해 도광판에 입사하게 되는데, 광원 반사판(70)은 광원로부터 발생한 빛을 도광판 측으로 반사시켜 도광판에 입사되는 빛의 효율을 향상시킬 수 있다.
도광판(50)은 광원부에서 생성된 광의 경로를 제어하기 위한 것으로, 그 측면에 배치된 광 입사면을 통해 입사된 빛을 상부에 배치된 액정 패널의 가시면(viewing plane)에 실질적으로 평행한 방향으로 전송하면서 이를 균일화하는 역할을 한다. 도광판(50)의 전면은 액정 패널이 배치된 방향으로 빛이 출사되기 위한 광 출사면이 된다.
한편, 반사 시트가 도광판(50)의 배면에 배치될 수 있으며, 상기 반사시트는 도광판(50)의 배면으로 출사된 빛을 반사시켜 다시 도광판(50)으로 입사시킨다.
도광판과 액정 패널 사이에는 도광판(50)으로부터 출사된 빛을 액정 패널의 가시면에 실질적으로 수직한 방향으로 변환하여 집광시킴으로써 휘도를 향상시키기 위한 광학시트가 배치된다.
이 때 사용될 수 있는 본 발명의 광학시트는 도광판으로부터 입사하는 빛의 경로를 변환시키기 위한 렌즈부(10)와 상기 렌즈부(10)를 지지하기 위한 기재부(20)를 포함한다. 한편, 본 발명의 백라이트 유닛에 포함될 수 있는 상기 광학시트는 렌즈부(10) 및 접착층(30)으로 접착된 제 1 기재부(21) 및 제 2 기재부(22)을 포함하는 비렌즈부(20)로 이루어지며, 보다 자세하게는 상술한 바와 같다.
상기 광학시트의 렌즈부는 기재부의 광출면에 형성되는 것으로써, 그 형상은 프리즘(prism), 렌티귤러(lenticular), 마이크로렌즈어레이(MLA), 다각뿔 또는 원뿔 형상일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
실제 응용에 있어서, 상기 광학시트는 기재부가 도광판을 향하도록 배치되며, 빛의 경로가 액정 패널의 가시면에 실질적으로 수직한 방향으로 향하도록 한다.
상기 각각의 기재부는 125 ㎛ 내지 250 ㎛, 그리고 상기 접착층은 1 ㎛ 내지 20 ㎛ 일 수 있으며, 따라서 본 발명에 있어서 렌즈형상 및 백코팅의 두께를 제외한 광학시트의 두께는 251 ㎛ 내지 520 ㎛일 수 있다.
상기 접착층은 자외선(UV) 경화 수지로 이루어지는 것이 바람직하며, 본 발명에서 사용될 수 있는 자외선 경화 수지는 에폭시 아크릴레이트계, 폴리에스테르아크릴레이트계, 우레탄아크릴레이트계, 폴리부타디엔아크릴레이트계 등으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 비렌즈부를 구성하는 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 폴리에틸렌(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 폴리에틸렌으로 이루어진다. 한편, 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는, 상이한 재질로 이루어질 수 있으나, 공정 상의 용이성 등을 고려하여 동일한 재질로 구성되는 것이 보다 바람직하다.
한편, 상기 접착층의 두께 방향 굴절률은 제 1 기재부 및 제 2 기재부와 동일하거나 그 차가 0.02 이내인 것이 바람직하며, 상기 접착층의 굴절률은 접착층을 구성하는 수지 내의 분자 구조를 변형시켜 조절할 수 있으며, 예를 들어 벤젠이나 나프탈렌 등과 같은 방향족 화합물을 포함하는 아크릴레이트를 사용하는 경우 1.6 정도까지 굴절률을 향상시킬 수 있고, 방향족 화합물을 포함하지 않는 경우에도 분자량을 조절하거나 분자의 가교 밀도(cross linking density)를 높여 대략 1.54 정도까지 굴절률을 상승시킬 수도 있다.
본 발명의 광학시트의 비렌즈부를 구성하는 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 기계 방향(machine direction) 및 수직방향(transverse direction)의 물리적 특성이 상이할 수 있으며, 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 이들의 기계 방향(machine direction) 및 수직방향(transverse direction)이 일치하도록 접착되거나, 또는 이들의 기계 방향(machine direction) 및 수직방향(transverse direction)이 직교하도록 접착될 수 있다.
한편, 상기 광학시트의 제 2 기재부의 광 입사면에는 백코팅(back coating)층이 형성될 수 있으며, 이 때 열경화 타입의 수지나 자외선 경화 타입의 수지를 사용하거나 필요에 따라 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리부틸메타크릴레이트(PBMA), 나일론(Nylon) 등의 비드 등을 사용하여 백코팅층을 형성할 수 있다.
본 발명의 백라이트 유닛은 상기와 같은 본 발명의 광학시트를 적어도 2개 이상 포함할 수 있으며, 바람직하게는 1개 내지 2개를 포함한다. 상기 광학시트가 복수 개 포함되는 경우 각 광학시트는 90도로 교차하여 배치되는 것이 바람직하다.
이하에서는 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 자세히 살펴보기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 의한 예시에 불과하며, 본 발명이 이로써 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
제조예 1
본 발명의 광학시트를 제조하기 위해 아크릴레이트 타입의 자외선 경화 수지 접착제를 사용하였으며, 상기 접착제의 품명은 LK222(sk cytec 사)로 구체적인 조성은 하기와 같다.
조성 함량(중량%) 경화 전 굴절률
Alphatic urethane 1 30 1.49
Alphatic urethane 2 30 1.49
Multifunctional polyester acrylate 5 1.50
Monofunctional monomer 1 10 1.46
Monofunctional monomer 2 10 1.46
Difunctional monomer 10 1.46
Photoinitiator & stabilizer 5 1.46
상기와 같은 조성의 접착제의 경화 전 최종 굴절률은 1.476 ± 0.005이였고, 경화 후 최종 굴절률은 1.501 ± 0.005였다.
실시예 1
본 발명에 따른 광학시트의 제조를 위해 188 ㎛ 두께의 PET 시트(굴절률: 두께 방향-1.50, 평면 방향-1.64~1.67) 상에 아크릴레이트 타입의 자외선 경화 수지를 제공하고 그 위에 ㎛ 188 두께의 PET 시트를 부착한 후 롤 압착 방법으로 평탄화시키고 롤 간의 압력을 일정하게 유지시켜 두께를 조정함으로써 제 1 기재부 경화되지 않은 접착층을 획득하였다. 이 때 수지 및 롤 온도를 70℃로 유지하였다. 그 후, 1000mJ/cm2의 자외선을 공급하여 접착층을 경화시켜 제 1 기재부 및 제 2 기재부가 접착층에 의해 접착된 비렌즈부를 형성하였다. 그 후 상기 제 1 기재부 상부에 프리즘 렌즈 형상이 음각된 금형을 두고 고굴절을 갖는 아크리레이트 타입 자외선 경화성 수지 용액를 흘려 넣은 후 이를 경화시키는 방법으로 렌즈부를 형성하였다.
도 3(b)는 실시예 1의 본 발명의 광학시트의 단면을 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope)으로 찍은 사진을 나타내는 것이다.
비교예 1
250 ㎛ 두께의 PET 시트(V6000 250㎛, SKC)를 대조구로서 사용하였다. 도 3(a)는 상기 비교예 1을 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope)으로 찍은 사진을 나타낸 것이다.
실험예 1: 시간에 따른 광학시트의 열적 특성 비교
실시예 1 및 비교예 1의 광학 시트를 0.02N의 힘으로 늘리면서 60℃에서 시간에 따른 시편의 거동을 기계방향(MD)(a) 및 수직방향(TD)(b)에서 관찰하였다.
그 결과는 도 4에 나타난 바와 같으며, 기계 방향(a)의 경우 비교예 1의 시트는 시간에 따라 지속적인 변화를 보인 반면, 실시예 1의 광학시트는 일정 수준에서 변화를 보이지 않았다. 그 결과 비교예 1의 시트의 경우 고온 환경에서 시간에 따라 제품이 변화되는 것을 유추할 수 있고 실시예 1의 시트는 고온 환경에서도 지속적으로 안정성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다. 다만, 수직방향(b)의 경우 기계방향(a)에 비해 큰 차이를 보이지는 않았다.
실험예 2: 온도에 따른 광학시트의 열적 특성 비교
실시예 1 및 비교예 1의 광학시트를 0.02N의 힘으로 늘리면서 온도에 따른 시편의 거동을 기계방향(MD)(a) 및 수직방향(TD)(b)에서 관찰하였다.
그 결과는 도 5에 나타난 바와 같으며, 기계 방향(a)의 경우 비교예 1의 시트는 실시예 1의 광학시트보다 Tg(PET 70~80℃) 부근에서 급격한 변화를 나타내었다. 즉, 비교예 1의 시트는 온도에 따라 작은 외부 조건에도 급격한 변화를 나타내었으나, 실시예 1의 광학시트는 상대적으로 매우 작은 변화량을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 다만, 수직방향(b)의 경우 기계방향(a)에 비해 큰 차이를 보이지는 않았다.
비교예 2
비교예 2로서 제 1 확산시트(SKC, CH403), 집광필름(3M, BEF III) 및 제 2 확산시트(신화인터텍, SP545)로 이루어진 시트 구조를 형성하였다.
실시예 2
본 발명의 일 실시예로서 상기 1에서 제조된 본 발명의 광학필름 2장을 직교하도록 배치한 시트 구조를 형성하였다.
실시예 3
본 발명의 다른 실시예로서 확산시트(SKC, CH403), 상기 1에서 제조된 본 발명의 광학필름 및 집광필름(MLF(신화인터텍, PTR863H))으로 이루어진 시트구조를 형성하였다.
실험예 3: 휘도의 비교
상기 비교예 2, 실시예 2 및 실시예 3에서 제조된 시트 구조의 휘도를 측정하기 위해 Topcon 사의 BM7을 이용하여 LG display 사의 32인치 LCD TV BLU를 기준으로 화상에 대해 수직 방향에서 휘도를 측정하였다.
상기 비교예 2의 휘도(luminance)는 507(100%)이었으며, 상기 실시예 2의 휘도는 517.1(102%)였고, 상기 실시예 3의 휘도는 496.9(98%)를 나타내었으며, 상기 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명의 광학시트는 휘도 저하를 야기하지 않음을 확인할 수 있다.
실험예 4: 수평 시야각 및 수직 시야각의 비교
상기 비교예 2, 실시예 2 및 실시예 3에서 제조된 시트 구조의 수평 시야각 및 수직 시야각을 측정하기 위해 ELDIM 사의 EZ contrast 및 Topcon 사의 BM7을 이용하여 LG Display 사의 32인치 LCD TV BLU를 기준으로 사용하였다. EZ contrast를 이용하여 등고선 차트를 얻어 시야각을 측정하였으며, BM7로 각도별로 휘도를 얻어 시야각을 재차 확인하였다.
상기 비교예 2, 실시예 2 및 실시예 3의 수평 시야각은 각각 39.5, 38.5, 38.5였으며, 수직 시야각은 각각 31, 31.5, 35.5였으며, 상기 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명의 광학시트는 일반 구성의 비교에 비해 광학적 특성의 저하를 야기하지 않으며, 증가된 광학시트의 두께에도 불구하고 광학적으로 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다.
실험예 5: 광프로파일 및 화상 비교
상기 비교예 2, 실시예 2 및 실시예 3에서 제조된 시트 구조의 광프로파일 및 화상 비교를 위해 ELDIM 사의 EZ contrast를 이용하여 광 프로파일을 얻었으며 LCD TV에 백색 화상을 띠운 후 디지털 카메라를 이용하여 화상을 얻었으며, 그 결과를 도 6에서 나타내었다.
도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명의 예시적인 시트 구성인 실시예 2 및 실시예 3의 광학 시트는 비교예 2와 비교할 때 광프로파일 및 화상 특성의 저하를 야기하지 않음을 확인할 수 있다.
실험예 6: 광학시트를 포함하는 발광다이오드 텔레비전의 고온 구동 실험
실시예 1의 광학시트를 LED 텔레비전에 넣고 조립한 후 텔레비전을 켜고 65℃에서 1000 시간 방치하여 고온 구동 실험을 수행하였다. 그 결과 도 7에 나타난 바와 같이 본 발명의 광학시트에서는 불량이 발생하지 않았다.
한편, 비교예 1의 광학시트를 LED 텔레비전에 넣고 조립한 후 텔레비전을 켜고 65℃에서 1000 시간 방치하여 고온 구동 실험을 수행하는 경우에는 도 8에 나타난 바와 같이 시트에 움(wave) 불량이 발생한 것을 확인할 수 있다.
10: 렌즈부 20: 비렌즈부
21: 제 1 기재부 22: 제 2 기재부
30: 접착층 40: 확산 시트
50: 도광판 60: 광원
70: 반사판 80: 후면 코팅층

Claims (20)

  1. 렌즈부 및 비렌즈부를 포함하며, 상기 비렌즈부는 제 1 기재부, 제 2 기재부 및 상기 제 1 기재부와 제 2 기재부를 접착하기 위한 접착층을 포함하는 광학 시트.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 접착층은 자외선 경화 수지로 이루어지는 광학 시트.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 접착층은 제 1 기재부 및 제 2 기재부와 두께 방향 굴절률 차이가 0.02 이내인 광학 시트.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 접착층의 굴절률은 1.49 내지 1.6인 광학 시트.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈부는 프리즘, 렌티귤러(lenticular), 마이크로렌즈어레이(MLA), 다각뿔 또는 원뿔 형상의 렌즈를 포함하는 광학 시트.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 폴리에틸렌(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어지는 광학시트.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부의 두께는 각각 125 ㎛ 내지 250 ㎛이며, 상기 접착층의 두께는 1 ㎛ 내지 20 ㎛인 광학시트.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 이들의 기계 방향(machine direction) 및 수직방향(transverse direction)이 일치하도록 접착되는 광학 시트.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 이들의 기계 방향(machine direction) 및 수직방향(transverse direction)이 직교하도록 접착되는 광학 시트.
  10. 광원부,
    상기 광원부에 인접하여 배치되며 상기 광원부에서 생성된 광의 경로를 제어하는 도광판,
    상기 도광판의 상부에 배치되는 확산시트 및
    상기 확산시트의 상부에 배치되고, 렌즈부 및 비렌즈부를 포함하며, 상기 비렌즈부는 제 1 기재부, 제 2 기재부 및 상기 제 1 기재부와 제 2 기재부를 접착하기 위한 접착층으로 이루어진 광학 시트
    를 포함하는 에지(edge)형 백라이트 유닛.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 접착층은 자외선 경화 수지로 이루어지는 에지(edge)형 백라이트 유닛.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 접착층은 제 1 기재부 및 제 2 기재부와 두께 방향 굴절률 차이가 0.02 이내인 에지(edge)형 백라이트 유닛.
  13. 제 10항에 있어서, 상기 접착층의 굴절률은 1.49 내지 1.6인 에지(edge)형 백라이트 유닛.
  14. 제 10항에 있어서, 상기 렌즈부는 프리즘, 렌티귤러(lenticular), 마이크로렌즈어레이(MLA), 다각뿔 또는 원뿔 형상의 렌즈를 포함하는 에지(edge)형 백라이트 유닛.
  15. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 폴리에틸렌(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 이루어지는 에지(edge)형 백라이트 유닛.
  16. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부의 두께는 각각 125 ㎛ 내지 250㎛이며, 상기 접착층의 두께는 1 ㎛ 내지 20 ㎛인 에지(edge)형 백라이트 유닛.
  17. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 이들의 기계 방향(machine direction) 및 수직방향(transverse direction)이 일치하도록 접착되는 에지(edge)형 백라이트 유닛.
  18. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 기재부 및 제 2 기재부는 이들의 기계 방향(machine direction) 및 수직방향(transverse direction)이 직교하도록 접착되는 에지(edge)형 백라이트 유닛.
  19. 제 10항에 있어서, 상기 광원은 발광다이오드(LED)인 에지(edge)형 백라이트 유닛.
  20. 제 10항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은 상기 광학시트를 적어도 2개 이상 포함하는 에지(edge)형 백라이트 유닛.
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