KR20110108930A

KR20110108930A - 내스크래치성이 확보된 고휘도 편광시트 및 그를 구비한 액정표시장치의 백라이트 어셈블리

Info

Publication number: KR20110108930A
Application number: KR1020100028425A
Authority: KR
Inventors: 김진수; 조덕재; 지성대; 유상현; 송헌일; 양인영
Original assignee: 웅진케미칼 주식회사
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-06

Abstract

본 발명은 내스크래치성이 확보된 고휘도 편광시트 및 그를 구비한 액정표시장치의 백라이트 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명의 고휘도 편광시트는 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층상에, 돌출된 단위 광학구조체의 상단부가 라운딩처리된 패턴층이 일체화된 구조로서, 상기 복굴절성 해도사로 인해 고편광 및 고휘도가 구현될 뿐 아니라, 패턴에 의한 추가적인 휘도향상 및 패턴층이 라운딩처리되어 일체화됨으로써, 내스크래치성을 확보할 수 있다. 이에, 본 발명의 고휘도 편광시트는 종래 다층 필름형태가 아닌 섬유형태로 슬림화가 가능하고, 고편광 및 고휘도뿐만 아니라, 패널 접촉 또는 조립 시, 내스크래치성으로 인해 최종 제품의 불량율을 최소함으로써, 이를 구비한 고편광 및 고휘도 효율을 구현하는 액정표시장치의 백라이트 어셈블리를 제공할 수 있다.

Description

내스크래치성이 확보된 고휘도 편광시트 및 그를 구비한 액정표시장치의 백라이트 어셈블리{HIGH LUMINANCE POLARIZING SHEET WITH IMPROVED SCRATCH-RESISTANCE AND BACK LIGHT ASSEMBLY OF LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING THE SAME}

본 발명은 내스크래치성이 확보된 고휘도 편광시트 및 그를 구비한 액정표시장치의 백라이트 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층상에, 돌출된 단위 광학구조체의 상단부가 라운딩처리되어 고편광 및 고휘도 뿐만 아니라, 패널과의 접촉시 내스크래치성이 확보된 고휘도 편광시트 및 그를 구비한 액정표시장치의 백라이트 어셈블리에 관한 것이다.

액정표시장치(이하, 'LCD'라 함)는 그 화상 형성 방식으로 액정 패널의 최표면을 형성하는 유리 기판 등의 패널 기판의 양측에 편광 소자를 배치하는 것이 필수 불가결하고, 일반적으로는 편광필름이 액정 패널의 최표면에 부착되어 있다. 또한, 액정 패널의 최표면에는 편광필름 외에, 디스플레이의 표시 품위를 향상시키기 위해 여러 가지 광학필름이 사용되고 있다.

이러한 LCD 패널에 사용되는 유리 기판 표면에는 물리적인 스크래치가 생기는 경우가 있다. 이러한 스크래치는 상기 광학 필름을 점착제로 접착할 때 틈이 발생하고 산란 휘점 등의 표시 결함의 직접적인 원인이 된다. 또한, 수송과정 중에도 유리 기판의 스크래치가 생길 수 있으며, 최근에는 LCD 패널의 박막화를 위하여, 유리 기판을 화학적으로 처리하거나 연마 처리하므로, 스크래치 발생율은 더욱 증가하게 된다. 이때, 유리 기판의 스크래치가 가볍고 소정 레벨 이하의 것이라면, 연마나 표면 처리로 재생할 수도 있다.

그러나, 스크래치가 매우 큰 유리 기판의 경우는 최종 제품의 불량을 초래하여 폐기해야 하고, 특히, 유리 기판을 LCD 패널로서 장착한 후에, 수송이나 처리 공정 중에서 유리 기판 표면에 스크래치가 발생할 경우는 재생이 곤란하다.

LCD 백라이트 유닛(BLU)용 필름을 주요 기능으로 분류하면, 확산, 반사, 휘도 향상의 세 가지 기능으로 나눌 수 있고, 휘도 향상의 경우, 프리즘(집광) 및 반사형 편광으로 다시 분류할 수 있다. 이때, LCD에 사용되고 있는 광학필름은 여러 가지가 있으나, 특히 편광필름은 LCD 모듈의 휘도(밝기)를 높이기 위한 필수적인 핵심 소재로서, 고편광도, 고투과율, 색상 개량, 내열성, 내광성 등의 특성을 향상시키고자 활발히 진행 중에 있다.

또한, 현재까지 고휘도 편광필름은 미국 3M사의 이중휘도향상필름(DBEF)이 시장을 독점하고 있는 상황에서, 고가의 상용필름제품과 대체 가능할 수 있는 필름개발이 절실하다.

종래 반사형 편광필름은 굴절율이 다른 여러 층을 적층하는 방식이 통용되고 있으며, 이때, 여러 층을 적층하는 방식에 적용됨에 따라 필름의 박막화 구현이 어렵고, 가격상승의 원인이 된다. 따라서, 미국 3M사의 이중휘도향상필름(DBEF) 역시 다층 필름형태인 점으로부터 착안하여, 최근 국내 광학 필름 제조분야에서는 상기 DBEF 필름을 대체하기 위한 새로운 반사형 편광필름 개발이 활발하다.

일반적으로, 반사형 편광필름은 입사광 성분 중, 한쪽 성분(P)은 통과하고, 나머지 한쪽 성분(S)은 반사시켜 하부의 시트 등에서 반사가 일어나 다시 입사(P)하는 과정을 반복하도록 하는 리사이클링(polarizing recycling) 원리에 따라, 편광기능 및 투과광의 휘도를 향상시킬 수 있다. 상기 반사형 편광필름은 편광기술을 응용해 특정 빛은 내보내고, 특정 빛은 연속적으로 반사시켜, 이론적으로 빛의 손실 없이 입사광을 100% 리사이클링할 수 있기 때문에 흡수형 편광필름보다 우수한 광효율을 가질 수 있다.

이에, 본 발명자들은 편광필름의 편광 및 휘도 성능개선을 구현하는 동시에 스크래치 발생률을 감소시키기 위하여 노력한 결과, 종래 굴절율이 다른 여러 층을 적층하는 방식으로 형성된 다층 필름형태의 반사형 편광필름과는 달리, 복굴절성 해도사로 반사형 섬유편광필름층을 구성함으로써, 고편광 및 고휘도 구현이 가능하고, 돌출된 단위 광학구조체의 상단부가 라운딩처리된 패턴층을 일체화하여 추가적인 휘도향상 및 내스크래치성이 확보된 편광시트를 안출함으로써, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 내스크래치성이 확보된 고휘도 편광시트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층상에, 돌출된 단위 광학구조체의 상단부가 라운딩처리되어, 고편광 및 고휘도 뿐만 아니라, 패널과의 접촉시 내스크래치성이 확보된 고휘도 편광시트를 구비한 액정표시장치의 백라이트 어셈블리를 제공하는 것이다.

본 발명은 복굴절성 해도사를 포함하여 이루어진 반사형 섬유편광필름층; 상에, 다각뿔 형상의 단위 광학구조체가 돌출된 패턴층;이 일체화되고, 상기 돌출된 단위 광학구조체의 상단부가 라운딩처리된 것을 특징으로 하는 고휘도 편광시트를 제공한다.

본 발명의 편광시트에서, 바람직한 다각뿔 형상으로는 피라미드 형상이며, 상기 피라미드 형상이 양각 또는 음각으로 형성될 수 있다.

본 발명의 편광시트에서, 다각뿔 형상을 가지는 단위 광학구조체의 피치길이(l)는 10 내지 200㎛이 바람직하다.

이때, 상기 편광시트의 단위 광학구조체가 피라미드 형상의 양각패턴으로 돌출될 때, 하기 수학식 1 및 2로 표시되는 단위 광학구조체의 상단부에 소정의 곡률을 가지도록 라운딩된다.

(상기에서, ℓ은 단위 광학구조체의 단위 피치길이이며, K는 곡률을 가진 단위 광학구조체의 높이를 결정하는 상수로서 0.5∼0.9이고, θ는 광학구조체의 경사면 각도이다.)

이때, θ는 30 내지 60도 범위를 가지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 편광시트는 상기 단위 광학구조체가 음각패턴의 피라미드 형상인 구조를 포함하며, 상기 음각패턴의 단위 광학구조체의 깊이는 하기 수학식 3 및 4와 같이 설계된다. 이때, 패턴층에 돌출된 피라미드 형상의 4면의 변부가 라운딩된다.

(상기에서, ℓ은 단위 광학구조체의 단위 피치길이이며, K는 곡률을 가진 단위 광학구조체의 깊이를 결정하는 상수로서 0.5∼0.9이고, θ는 광학구조체의 경사면 각도이다.)

이때, θ는 30 내지 60도 범위를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 편광시트는 다각뿔 형상의 단위 광학구조체가 규칙적으로 연속 배열된 패턴층 구조를 포함하거나 다각뿔 형상의 단위 광학구조체가 불규칙적으로 배열된 패턴층 구조를 포함할 수 있다.

본 발명의 편광시트에서, 반사형 섬유편광필름층은 복굴절성 해도사 단독 또는 투명기재 상에 복굴절성 해도사가 분산된 섬유층 형태로 이루어진다. 이때, 상기 반사형 섬유편광필름층 내 복굴절성 해도사의 직경은 0.3 내지 50 데니어가 바람직하고, 반사형 섬유편광필름층의 두께는 10 내지 500㎛로 형성된다.

또한, 본 발명의 편광시트에서, 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층 내, 해성분과 도성분간의 굴절율이 하기 식을 만족한다.

┃n'x - nx┃> 0.1 (1)

┃n'y - ny┃< 0.05 (2)

┃n'z - nz┃< 0.05 (3)

(상기에서, n'x는 도성분의 연신방향(x축 방향)의 굴절율이고, n'y 및 n'z은 상기 연신방향과 수직인 방향인 y방향 및 z방향의 굴절율이고, nx, ny 및 nz는 해성분의 x축 방향, y방향 및 z방향의 굴절율이다.)

상기 복굴절성 해도사에서, 해성분 또는 도성분 중 어느 하나는 등방성이고, 다른 하나는 이방성인 것이며, 상기 해도사에서 해성분 또는 도성분은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라민(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 엘라스토머 및 사이클로올레핀폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 재질이 사용되며, 상기 해성분 및 도성분의 재질은 동일성분이 사용될 수 있으나, 광학적 성질이 다른 수지간의 조합이면 가능하다.

나아가, 본 발명은 고편광 및 고휘도가 구현되고, 패널과 접촉시 내스크래치성이 확보된 상기 편광시트를 구비한 액정표시장치의 백라이트 어셈블리를 제공한다.

본 발명은 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층 및 다각뿔 형상의 단위 광학구조체의 상단부가 라운딩처리된 패턴층이 일체화된 편광시트를 제공하며, 상기 복굴절성 해도사로 인해 고편광 및 고휘도가 구현될 뿐 아니라, 상기 단위 광학구조체에 의해 추가적인 휘도향상 효과를 얻으며, 단위 광학구조체의 상단부가 라운딩처리되어 일체화됨으로써, 패널과의 접촉 시 내스크래치성을 확보할 수 있다.

본 발명의 편광시트는 종래 고가의 휘도향상필름(3M사의 DBEF 필름) 대비, 대등이상의 고휘도를 구현하면서도 다층 필름형태가 아닌 섬유로 구성되므로, 기능향상과 더불어 시트두께를 슬림화할 수 있다. 이에, 시트의 제조공정을 단순화함으로써, 제조단가를 낮출 수 있다.

나아가, 본 발명의 고휘도 편광시트를 구비한 액정표시장치의 백라이트 어셈블리의 고편광 및 고휘도 효율뿐만 아니라 내스크래치성으로 인한 불량율을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시형태의 편광시트의 모식도이고,
도 2는 상기 도 1의 편광시트의 단면도이고,
도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시형태의 편광시트의 모식도이고,
도 4는 상기 도 3의 편광시트의 단면도이다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.

본 발명은 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층; 및

다각뿔 형상의 단위 광학구조체가 돌출된 패턴층;이 일체화된 고휘도 편광시트로서, 상기 돌출된 단위 광학구조체의 상단부가 라운딩처리된 것을 특징으로 한다.

이에, 이하에서 본 발명의 층별 특성에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

1) 반사형 섬유편광필름층

본 발명의 편광시트의 제1특징은 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층을 형성함으로써, 복굴절성 해도사간의 복굴절성 계면과 복굴절성 해도사를 구성하는 해성분 및 도성분간의 복굴절성 계면에 의해 입사광의 집광효율을 증진하여 고휘도를 구현하는 것이다.

본 발명의 편광시트에서, 반사형 섬유편광필름층에 함유된 복굴절성 해도사는 단독으로 이루어진 직물 또는 투명기재 상에 복굴절성 해도사가 분산된 섬유층 형태로 형성될 수 있다.

상기에서, 반사형 섬유편광필름층을 구성하는 복굴절성 해도사의 굵기는 0.3∼50 데니어이고, 상기 반사형 섬유편광필름층의 두께는 10∼500㎛이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10∼300㎛다. 이때, 10㎛ 미만이면, 편광층의 두께가 얇아 복굴절성 해도사로 인한 휘도 강화 효과가 미흡하고, 편광층의 두께가 500㎛를 초과하면, 휘도 강화 효과가 더 이상 올라가지 않고 포화(saturation) 될 뿐만 아니라, 제조원가 상승요인으로 작용하기 때문에 바람직하지 않다.

상기 투명기재 상에 복굴절성 해도사가 분산된 섬유층 형태일 때, 투명기재는 광학용으로 사용 가능한 투명 수지라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있으나, 바람직하게는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 스티렌과 메타크릴산메틸과의 랜덤공중합체 수지(MS 수지) 또는 폴리카보네이트(PC)를 사용할 수 있다.

본 발명의 반사형 섬유편광필름층 내 함유된 해도사의 해성분 및 도성분은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라민(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 엘라스토머 및 사이클로올레핀폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.

즉, 본 발명의 반사형 섬유편광필름층 내에 함유된 해도사의 해성분과 도성분은 상기 재질 중에서 선택되는 동일 재질을 사용하는 것이 바람직하나, 광학적 성질이 다른 수지간의 조합으로 사용한다. 일례로, 해도사의 해성분은 등방성 co-PEN을 사용하고, 도성분은 복굴절성을 가지는 PEN을 사용할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 등방성인 해성분의 굴절율은 1.4∼2.0이며, 경우에 따라 반사형 섬유편광필름층 내 투명기재의 굴절율과 일치할 수도 있다.

본 발명의 반사형 섬유편광필름층에 함유된 복굴절성 해도사의 횡단면의 형상은 원형, 타원형, 다각형 등에 특별히 제한되지 않으며, 다양한 형상의 이형단면을 가질 수 있다.

또한, 상기 해도사 중 도성분의 횡단면의 형상 역시, 그 형태에 제한되지 않고 원형 및 타원형, 다각형 등의 이형단면을 가지는 것도 가능하며, 도성분의 형상, 크기, 갯수 및 배치는 목적에 따라 효율적으로 조절하여 사용할 수 있다. 다만, 본 발명의 복굴절성 해도사는 횡단면을 기준으로 상기 해성분과 도성분의 면적비가 2:8 ∼ 8:2을 충족하도록 설계한다.

본 발명의 반사형 섬유편광필름층에서, 복굴절성 해도사에 의한 고휘도 원리를 구체적으로 설명하면, 반사형 섬유편광필름층 내 도성분의 연신방향(x축 방향)에 대한 굴절율이 n'x이고, 상기 연신방향과 수직 방향인 y방향 및 z방향의 굴절율이 각각 n'y 및 n'z이고, 해성분의 x축 방향, y방향 및 z방향의 굴절율이 각각 nx, ny 및 nz일 때, 도성분의 x축 방향 굴절율과 해성분의 x축 방향 굴절율간의 차이가 크고, 상기 연신방향과 수직 방향인 도성분의 y방향 및 z방향의 굴절율 n'y 및 n'z이 해성분의 y방향 및 z방향의 굴절율과 동일하면(n'y = ny 및 n'z = nz), 반사형 섬유편광필름층 내 해성분과 도성분간의 복굴절성 계면에 의한 편광효과로 인해 휘도 효율이 상승된다.

더욱 상세하게는 상기 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층(10)에 있어서, 해성분과 도성분간의 굴절율은 하기 식을 만족한다.

┃n'x - nx┃> 0.1 (1)

┃n'y - ny┃< 0.05 (2)

┃n'z - nz┃< 0.05 (3)

상기 원리에 따라, 편광시트의 반사형 섬유편광필름층에 빛이 먼저 도달하여, 연신방향과 수직인 편광(P편광) 부분만 통과하고, 나머지 연신방향의 편광(S편광)은 아래로 반사된다. 이 과정에서 S편광은 하부에서 재반사되어 편광이 바뀌어져서 위로 올라오게 되는데, 바뀐 편광 중에서 P편광은 다시 통과하게 된다. 즉, 반사형 섬유편광필름층 내 복굴절성 해도사를 구성하는 해성분 및 도성분간의 복굴절성 계면에 의해 광이 리사이클링되면서 P 편광의 집광효율이 증진되고, 그에 따라 휘도가 상승된다.

이때, 본 발명의 반사형 섬유편광필름층 내에 함유된 복굴절성 해도사에서 해성분 또는 도성분 중 어느 하나는 등방성이고, 다른 하나가 이방성이여야 한다. 즉, 복굴절성 해도사 내부에 해성분 또는 도성분의 광학적 성질이 상이하여, 해도사 내부에서 복굴절 계면을 형성하므로, 그렇지 않은 경우에 비하여 휘도강화 효율을 현저히 증가시킨다.

더욱 상세하게는, 본 발명의 복굴절성 해도사에서 해성분은 등방성을 가지고, 도성분이 이방성을 가짐으로써, 해도사의 내부를 구성하는 다수의 해성분과 도성분간의 경계면에서 발생하는 복굴절성에 의해, P편광은 편광시트를 통과하고, S편광은 리사이클링(Recycling)되면서 휘도가 상승되는 경로를 연속적으로 반복 수행한다. 이때, 본 발명의 일체화된 편광시트에 있어서, 반사형 섬유편광필름층 내 복굴절성 해도사는 광학적으로 복굴절성을 가지며 광투과성이 우수한 소재를 사용하며, 수십 가닥을 꼬아 복합섬유로 제조하여 사용할 수 있다. 이에, 본 발명의 반사형 섬유편광필름층은 복굴절성 해도사로 이루어진 섬유로 구성되어 고휘도를 구현할 수 있을 뿐 아니라, 섬유로 구성되므로, 시트의 슬림화에 유리하고 종래 다층필름 형태의 반사편광층에 비해 제조공정을 단순화함으로써, 제조단가를 낮출 수 있다.

2) 패턴층

본 발명의 편광시트의 제2특징은 반사형 섬유편광필름층 상에, 다각뿔 형상의 단위 광학구조체가 돌출된 패턴층이 일체화되며, 상기 돌출된 단위 광학구조체의 상단부가 라운딩처리됨으로써, 패널과의 접촉 또는 조립시 스크래치를 방지함으로써, 고편광 및 고휘도의 물성을 향상시키는 동시에 부품 접촉 또는 조립시 불량율을 최소화하는 것이다.

본 발명의 패턴층 상에 형성되는 단위 광학구조체는 삼각뿔형, 사각뿔형(피라미드), 사다리꼴형 등의 다각뿔 형상에서 특별히 한정되지 않고 선택 적용될 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시형태로서 피라미드 형상의 단위 광학구조체를 일례로 구체적으로 설명한다. 이때, 상기 돌출된 단위 광학구조체는 피라미드 형상일 때, 양각패턴 또는 음각패턴의 구조를 포함한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시형태의 편광시트(1)의 모식도로서, 복굴절성 해도사(11)로 이루어진 반사형 섬유편광필름층(10)과 다각뿔 형상의 단위 광학구조체(21)가 돌출된 패턴층(20)이 일체화된 편광시트(1)에 있어서, 상기 돌출된 피라미드 형상의 단위 광학구조체가 양각일 때, 그 상단부가 라운딩처리된 것을 도시한 것이다. 이때, 도 2는 상기 편광시트의 단면도를 도시한 것이다.

더욱 상세하게는, 본 발명의 편광시트는 복굴절성 해도사(11)로 이루어진 반사형 섬유편광필름층(10)으로부터 통과된 입사광(P 편광)이 패턴층(20)에 도달할 때, 피라미드 패턴의 프리즘 효과에 의해 집광효율을 높일 수 있으므로 추가적인 휘도향상 효과가 있다. 또한, 본 발명은 패턴층(20)의 단위 광학구조체 상단부를 라운딩 처리함으로써 패널과의 접촉 또는 조립 시 내스크래치성을 확보할 수 있다.

본 발명의 고휘도 편광시트에서 패턴층(20)을 구성하는 다각뿔 형상의 단위 광학구조체(21)의 피치길이(l)는 10 내지 200㎛가 바람직하며, 패턴층의 높이(h)는 피치 절반길이의 50 내지 90% 정도로 결정된다. 이때, 피치길이가 10㎛ 미만으로 작으면, 패턴층 구현이 어렵고, 200㎛를 초과하면, 모아레 현상이 발생되기 쉽고, 패턴의 형태가 시인되는 외관품질 불량이 일어날 수 있으므로 바람직하지 않다.

상기 양각패턴의 패턴층(20)은 동일한 피치길이를 가지는 다각뿔 형상의 단위 광학구조체가 규칙적으로 연속 배열되거나, 불규칙적으로 배열될 수 있다. 또한, 피치길이가 다른 단위 광학구조체가 랜덤 배열될 수 있다. 즉, 본 발명의 편광시트는 집광을 위한 공지의 양각패턴의 광구조체 형상을 포함하되, 상기 양각패턴의 다양한 패턴구조는 광의 집광효율의 제어에 따라 달라질 수 있으나, 본 발명은 상기 패턴층의 형상을 모두 포함하되, 그 광학구조체의 상단부가 라운딩 처리된 구조를 포함하는 것이다.

상기 도 1에 도시된 바람직한 제1실시형태의 고휘도 편광시트(1)에서, 단위 광학구조체가 피라미드 형상의 양각패턴(21)으로 돌출될 때, 하기 수학식 1 및 2로 표시되는 단위 광학구조체의 상단부 지점에 소정의 곡률을 가지도록 라운딩되도록 설계된다.

수학식 1

수학식 2

즉, 본 발명의 단위 광학구조체의 단위 피치길이 10 내지 200㎛일 때, 단위 광학구조체의 높이(h)는 피치 절반길이(ℓ/2)의 50∼90% 지점에서 라운딩 처리된다(이때, K는 0.5∼0.9). 즉, 단위 피치길이가 10㎛일 경우에는 높이는 2.5∼4.5㎛ 범위를 나타내며, 단위 피치길이가 200㎛일 경우에는 단위 광학구조체의 높이(h)는 50∼90㎛가 된다. 이때, 단위 광학구조체의 높이가 50% 미만이면, 휘도향상 효과가 저하되고, 90%를 초과하여 라운딩 처리되면, 내스크래치성을 확보하지 못하므로 바람직하지 않다. 또한, 곡률반경(r)을 결정함에 있어서 광학구조체의 경사면 각도(θ)가 영향을 주는데, 휘도향상 측면에서 45도가 가장 바람직하나 30 내지 60도의 범위를 가져도 좋다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제2실시형태의 편광시트(1')의 모식도로서, 복굴절성 해도사(11)로 이루어진 반사형 섬유편광필름층(10)과 다각뿔 형상의 단위 광학구조체(21)로 이루어진 패턴층(30)이 일체화된 편광시트(1)에 있어서, 상기 단위 광학구조체가 음각패턴의 피라미드 형상인 구조이고, 패턴층에 돌출된 피라미드 형상의 4면의 변부가 라운딩처리된 것을 도시한 것이다. 이때, 도 4는 상기 편광시트의 단면도를 도시한 것이다.

도 3에서 도시한 바와 같이, 음각으로 형성된 다각뿔 형상의 단위 광학구조체는 삼각뿔형, 사각뿔형(피라미드), 사다리꼴형 등의 다각뿔 형상에서 선택 적용될 수 있으나, 더욱 바람직하게는 음각패턴의 피라미드 형상의 단위 광학구조체 구조이다. 이때, 상기 음각패턴의 중심은 상기 다각뿔의 꼭지에 해당하므로 점 형태로 관찰된다.

또한, 상기 음각패턴의 다각뿔 형상의 단위 광학구조체는 동일 피치길이를 가지는 단위 광구조체가 규칙적으로 배열되거나, 다른 피치길이를 가지는 광구조체가 상호 교호되면서 불규칙적으로 배열될 수 있다. 이때, 음각패턴의 단위 광학구조체에 대한 배열구조는 집광율을 제어하기 위한 수단으로 달라질 수 있으나, 본 발명은 상기 음각패턴 형상을 모두 포함하되, 그 광학구조체가 표면에 돌출되는 상단부가 라운딩 된 구조를 포함하는 것이다.

본 발명의 제2실시형태의 편광시트는 복굴절성 해도사(11)로 이루어진 반사형 섬유편광필름층(10)상에, 다각뿔 형상의 단위 광학구조체가 음각패턴으로 형성됨으로써, 상하좌우 모든 방향의 광을 집광하여 휘도를 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 단위 광학구조체가 음각패턴의 피라미드 형상 구조이며, 상기 음각패턴의 단위 광학구조체의 깊이는 하기 수학식 3 및 4와 같다. 이때, 패턴층에 돌출된 피라미드 형상의 4면의 변부가 라운딩된다.

수학식 3

수학식 4

즉, 본 발명의 단위 광학구조체의 피치길이 10 내지 200㎛이며, 단위 광학구조체의 깊이는 패턴층 표면에 돌출된 피라미드 형상의 4면의 변부로부터 하향으로 설계되는데, 이때, 단위 광학구조체의 피치길이가 10㎛이면, 2.5∼4.5㎛이고, 단위 광학구조체의 피치길이가 200㎛일 때, 50∼90㎛로 설계되는 것이다. 또한, 곡률반경(r)을 결정함에 있어서 광학구조체의 경사면 각도(θ)가 영향을 주는데, 30 내지 60도 범위가 바람직하다.

이에, 도 3에서 도시한 바람직한 제2실시형태의 고휘도 편광시트에서, 피라미드 형상의 단위 광학구조체가 음각일 때, 패턴층 표면에 돌출된 피라미드 형상의 4면의 변부가 라운딩된 구조로서, 패널과의 접촉 또는 조립 시 내스크래치성을 확보한다.

본 발명의 편광시트에서 일체화라 함은 반사형 섬유편광필름층과 패턴층이 결합된 형태로서 일체화과정에서 광학손상이 발생되지 않는 한, 통상의 방식에서 제한되지 않으나, 그 일례로는 접착방식 또는 핫 멜트방식이 사용될 수 있다. 또한, 접착수단에 의한 일체화된 경우, 접착제의 도포두께는 2 내지 10㎛로 형성되는 것이 바람직하다.

3) 고휘도 편광시트를 구비한 액정표시장치의 백라이트 어셈블리

본 발명은 복굴절성 해도사를 포함하여 이루어진 반사형 섬유편광필름층 상에, 다각뿔 형상의 단위 광학구조체가 돌출된 패턴층;이 일체화되고, 상기 돌출된 단위 광학구조체의 상단부가 라운딩처리된 고휘도 편광시트를 구비한 액정표시장치의 백라이트 어셈블리를 제공한다.

더욱 바람직하게는 본 발명의 편광시트의 특징은 상기 패턴층에서 피라미드 형상의 광학구조체가 양각 또는 음각으로 형성되는 것이며, 이때, 패턴층 상에 돌출된 상단부가 라운딩 처리됨으로써, 고편광 및 고휘도의 광학적 성질을 보존하는 동시에, 패널과의 접촉시 내스크래치성을 확보하는 것이다. 따라서, 본 발명의 편광시트를 구비함으로써, 유통 및 관리상의 스크래치를 최소화하여 최종제품의 불량율을 낮출 수 있다.

또한, 본 발명의 편광시트에서, 반사형 섬유편광필름층(10)과 피라미드 형상의 단위 광학구조체(21)가 양각으로 돌출된 패턴층(20)이 일체화될 때, 상기 반사형 섬유편광필름층(10)에 빛이 먼저 도달하고, 이 과정에서, 연신방향과 수직인 편광(P편광)의 부분만 통과하고, 나머지 연신방향의 편광(S편광)은 아래로 반사된다. 이 과정에서 S편광은 하부에서 재반사되어 편광이 바뀌어져서 위로 올라가게 되고, 바뀐 편광 중에서 P편광은 다시 통과하게 된다. 따라서, 반사형 섬유편광필름층(10) 내 복굴절성 해도사(11)를 구성하는 해성분 및 도성분간의 복굴절성 계면에 의해 광이 리사이클링되면서 P 편광의 집광효율이 증진되고, 그에 따라 휘도가 상승된다.

상기 반사형 섬유편광필름층(10)을 통과한 후, 집광된 P 편광은 다각뿔 형상의 단위 광학구조체(21)가 돌출된 패턴층(20)에 재입사된다. 이때, 피라미드 형상의 양각으로 돌출된 패턴층(20)에 재입사된 P 편광은 피라미드 패턴의 프리즘 효과에 의해 집광효율을 증진하여 휘도를 비약적으로 향상시킬 수 있다[도 2].

또한, 본 발명의 고휘도 편광시트(1')에서 패턴층(30)의 다른 실시일례로서, 피라미드 형상의 단위 광학구조체가 음각으로 형성될 때, 상기 반사형 섬유편광필름층(10)을 통과한 후 집광된 P 편광은 음각 패턴층에서 상하좌우 모든 방향의 광을 집광하여 휘도를 비약적으로 향상시킬 수 있다[도 3].

나아가, 본 발명의 고휘도 편광시트(1)는 상기 패턴층상에 양각(20) 또는 음각(30)으로 돌출된 상단부가 라운딩 처리됨에 따라, 패널과의 접촉 또는 조립 시 내스크래치성을 확보할 수 있다. 따라서, 제조공정상, 유통 및 관리상의 스크래치로 인한 불량율을 감소시킬 수 있으므로 제조원가 및 기타 비용을 낮출 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일체화된 고휘도 편광시트(1) 중 반사형 섬유편광필름층(10)은 종래 반사형 편광필름과 같이 다층으로 적층하지 않더라도 고휘도를 구현하면서도, 중합 방사 후 제직된 복굴절성 해도사로 이루어진 섬유형으로 구성되므로, 종래 다층박막형 반사편광층에 비해 제조원가가 낮아 가격경쟁력을 갖출 수 있다.

또한, 반사형 섬유편광필름층(10)상에 일체화된 패턴층(20, 30)의 특징으로 인하여, 휘도향상뿐만 아니라, 패널간 접촉 시 내스크래치성을 갖출 수 있다.

이에, 본 발명의 고휘도 편광시트를 구비한 액정표시장치의 백라이트 어셈블리는 광학적 기능향상과 더불어, 내스크래치성으로 인한 불량율을 최소할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.

하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

단계 1: 반사형 섬유편광필름층 제조

등방성 Co-PEN(nx=1.57, ny=1.57, nz=1.57)의 충진제 내부에 이방성 PEN(nx=1.88, ny=1.57, nz=1.57)을 도부분으로 하고 상기 도부분이 37개 배치된 미연신 해도사를 방사온도 305℃, 방사속도 1500 M/min의 조건으로 방사한 후, 3배 연신을 통해 50d/24f 의 연신 해도사를 얻었다.

상기에서 제조된 해도사를 4합(50d/24f×4)한 섬유를 경사로 사용하고, 등방성 Co-PEN 섬유를 위사로 사용하여 직물상태로 제직하였다. Co-PEN 수지를 이축압출기에 투입하여 용융 압출하고, 티다이(T-die)를 통해 압출된 수지에, 상기 해도사로 이루어진 직물을 합지하여 냉각 후 두께 250㎛의 반사형 섬유편광필름층을 제조하였다.

단계 2: 일체화된 편광시트 제조

투명한 폴리에스테르필름의 한 면에 단위 광학구조체의 피치길이(l)가 70㎛, 단위 광학구조체의 하단부에서 상향의 높이(h) 28㎛ 지점에 곡률 반경으로 피라미드 패턴을 설정한 후 압출성형하여 패턴층(20)을 제작하였다. 이후, 단계 1에서 제직된 직물상태의 반사형 섬유편광필름층 일면 상에, 상기 패턴층(20)을 올려 접착제로 일체화시킨 편광시트를 제조하였다.

<실시예 2>

폴리카보네이트(PC) 수지를 투명기재로 하고, 상기 투명기재 하부에 실시예 1의 단계 1에서 제조된 연신 해도사를 한쪽 길이방향으로 일렬로 정렬배치하여, 반사형 섬유편광필름층을 형성하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여, 일체형의 편광시트를 제조하였다.

<실시예 3>

상기 도성분의 개수가 217개 배치된 해도사를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여, 일체형의 편광시트를 제조하였다.

<실시예 4>

투명한 폴리에스테르필름의 한 면에 단위 광학구조체의 피치길이(l)가 70㎛일 때, 상기 피치길이로부터 하향으로 피라미드 형상의 오목부를 가지도록 하되, 이때, 오목부의 깊이가 28㎛가 되도록 패턴을 설정하고, 표면에 돌출된 단위 광학구조체의 피라미드 형상의 주변부를 라운딩되도록 압출성형한 후 패턴층(20)을 제작한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여, 일체형의 편광시트를 제조하였다.

<실험예 1> 휘도측정

상기 제조된 본 발명의 일체형 편광필름의 휘도를 측정함에 있어서 종래 통용되는 휘도향상 편광필름(3M사의 DBEF 필름)을 레퍼런스로 두었다. 32" 직하형 백라이트 유닛 위에 패널을 조립한 후, 탑콘사의 BM-7 측정기를 이용하여, 측정각도 5도, BM-7과 백라이트 유니트와의 간격을 25cm로 하여 가로 세로 등간격을 4분할하여 그 교차점인 9개 지점의 휘도를 9회 반복 측정하여 휘도 평균값으로 휘도를 나타내었다. 레퍼런스로 사용한 광학시트 조합은 표준 구성의 3매 시트구조(확산시트/프리즘시트/DBEF)를 이용하였으며 휘도가 540nit로 측정되었다[비교예 1]. 이때, DBEF 대신에 본 발명의 일체형 편광필름으로 교체하여 측정한 결과, 표 1과 같이 5∼12%의 휘도향상 결과를 확인하였다.

나아가, 본 발명의 편광시트는 종래의 다층 필름류를 대체할 수 있을 수준의 휘도향상 결과를 확인하였고, 단위 광학구조체의 상단부를 라운딩함에 따라, 패널간 접촉 또는 조립 시, 내스크래치성을 개선하여 불량율을 최소화할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이,

본 발명은 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층 및 다각뿔 형상의 단위 광학구조체의 상단부가 라운딩처리된 패턴층이 일체화된 편광시트를 제공함으로써, 상기 복굴절성 해도사로 인해 고편광 및 고휘도가 구현될 뿐 아니라, 상기 단위 광학구조체의 상단부가 라운딩처리됨으로써, 패널과의 접촉 시 내스크래치성을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 편광시트는 종래 고가의 휘도향상필름(3M사의 DBEF 필름) 대비, 대등이상의 고휘도를 구현하면서도 다층 필름형태가 아닌 섬유로 구성하므로, 기능향상과 더불어 시트두께를 슬림화함에 따라, 시트의 제조공정을 단순화하고 제조단가를 낮출 수 있다.

나아가, 본 발명의 고편광 및 고휘도의 광학특성을 보존하면서 내스크래치성이 확보된 편광시트를 구비함으로써, 액정표시장치의 백라이트 어셈블리의 성능개선을 기대할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

1, 1' 고휘도 편광시트 10: 반사형 섬유편광필름층
20: 양각 패턴층 30: 음각 패턴층
21: 다각뿔 형상의 단위 광학구조체 11: 복굴절성 해도사
12: 투명기재 ℓ: 단위 광학구조체의 단위 피치길이
h: 양각 광학구조체의 높이 h': 음각 광학구조체의 깊이

Claims

복굴절성 해도사를 포함하여 이루어진 반사형 섬유편광필름층; 상에,
다각뿔 형상의 단위 광학구조체가 돌출된 패턴층;이 일체화되고, 상기 돌출된 단위 광학구조체의 상단부가 라운딩처리된 고휘도 편광시트.
제1항에 있어서, 상기 다각뿔 형상이 피라미드 형상인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
제2항에 있어서, 상기 피라미드 형상이 양각으로 형성된 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
제2항에 있어서, 상기 피라미드 형상이 음각으로 형성된 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
제1항에 있어서, 상기 단위 광학구조체의 피치길이(l)가 10 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
제1항에 있어서, 상기 단위 광학구조체가 피라미드 형상이 양각패턴으로 돌출될 때, 하기 수학식 1 및 2로 표시되는 단위 광학구조체의 상단부에 라운딩되는 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트:
수학식 1

수학식 2

상기에서, ℓ은 단위 광학구조체의 단위 피치길이이며, K는 곡률을 가진 단위 광학구조체의 높이를 결정하는 상수로서 0.5∼0.9이고, θ는 광학구조체의 경사면 각도이다.
제1항에 있어서, 상기 단위 광학구조체가 피라미드 형상이 음각패턴일 때, 상기 단위 광학구조체가 하기 수학식 3 및 4로 표시되는 깊이로 음각 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트:
수학식 3

수학식 4

상기에서, ℓ은 단위 광학구조체의 단위 피치길이이며, K는 곡률을 가진 단위 광학구조체의 깊이를 결정하는 상수로서 0.5∼0.9이고, θ는 광학구조체의 경사면 각도이다.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 θ가 30 내지 60도인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
제1항에 있어서, 상기 광학구조체가 규칙적으로 연속 배열되거나 불규칙 배열된 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
제1항에 있어서, 상기 단위 광학구조체가 크기가 다른 구조로 랜덤하게 배열된 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
제1항에 있어서, 상기 반사형 섬유편광필름층이 복굴절성 해도사 단독 또는 투명기재 상에 복굴절성 해도사가 분산된 섬유층 형태인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
제1항에 있어서, 상기 반사형 섬유편광필름층 내 복굴절성 해도사의 직경이 0.3 내지 50 데니어인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
제1항에 있어서, 상기 반사형 섬유편광필름층의 두께가 10 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
제1항에 있어서, 상기 복굴절성 해도사로 이루어진 반사형 섬유편광필름층 내, 해성분과 도성분간의 굴절율이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트:
┃n'x - nx┃> 0.1 (1)
┃n'y - ny┃< 0.05 (2)
┃n'z - nz┃< 0.05 (3)
상기에서, n'x는 도성분의 연신방향(x축 방향)의 굴절율이고, n'y 및 n'z은 상기 연신방향과 수직인 방향인 y방향 및 z방향의 굴절율이고, nx, ny 및 nz는 해성분의 x축 방향, y방향 및 z방향의 굴절율이다.
제1항에 있어서, 상기 복굴절성 해도사가 해성분 또는 도성분 중 어느 하나가 등방성이고, 다른 하나가 이방성인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
제15항에 있어서, 상기 해성분 또는 도성분이 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라민(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 엘라스토머 및 사이클로올레핀폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 편광시트.
제1항의 편광시트를 구비한 액정표시장치의 백라이트 어셈블리.