KR20140014736A - 광학 시트 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20140014736A
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optical
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이수경
박경곤
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Abstract

본 발명은 광학 시트 및 이를 포함하는 디스플레이장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 제1집광층, 기재층, 확산층 및 제2집광층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 제2집광층은 상기 확산층 대비 고굴절률을 가지고, 상기 확산층과 상기 제2집광층의 경계면에는 광학패턴이 형성된 광학 시트 및 이를 포함하는 디스플레이장치에 관한 것이다.

Description

광학 시트 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{Optical sheet and display apparatus comprising the same}
본 발명은 광학 시트 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 적정 휘도를 확보하면서 차폐력이 높고, 집광과 확산의 복합 기능을 구현할 수 있는 광학 시트 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 TV, 모니터, 노트북, 휴대폰 등에 광범위하게 적용되고 있는 디스플레이장치이다. 액정표시장치는 자체 발광할 수 없기 때문에 외부에서 광원을 제공하는 백라이트유닛을 포함한다.
또한, 액정표시장치는 백라이트유닛에서 나오는 광을 효과적으로 전달하기 위하여 확산시트, 프리즘시트, 보호시트 등을 포함하는 다층의 광학시트가 요구되었다. 그러나, 최근에는 장치의 슬림화 및 저 소비전력의 추세에 따라 광학시트의 수를 감소시키면서, 휘도 및 차폐성 등에서 동등 이상의 물성을 구현할 수 있는 광학시트가 요구되고 있다.
관련 선행기술로는 한국공개특허 2010-0118490호가 있고, 이에 따르면 기재층, 상기 기재층의 일면 상에 형성된 제1광학패턴, 및 상기 기재층의 다른 일면 상에 형성된 제2광학패턴을 포함하는 복합 시트가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 휘도가 저하되지 않으면서 차폐력이 높은 광학 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 집광 기능과 확산 기능을 동시에 구현할 수 있는 광학 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 광학 시트를 포함하는 디스플레이장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점인 광학 시트는 제1집광층, 기재층, 확산층 및 제2집광층이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 제2집광층은 상기 확산층 대비 고굴절률을 가지고, 상기 확산층과 상기 제2집광층의 경계면에는 광학패턴이 형성될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 확산층의 굴절률에 대한 상기 제2집광층의 굴절률의 비는 1 초과가 될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 광학패턴은 프리즘, 렌티큘러, 마이크로렌즈, 엠보 패턴 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 제2집광층과 상기 확산층의 경계면에 대향하는 상기 제2집광층의 일 면에 광학패턴이 형성될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 제1집광층에는 프리즘, 렌티큘러, 마이크로렌즈, 엠보 패턴 중 하나 이상을 포함하는 광학패턴이 형성될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 확산층과 상기 제2집광층 중 하나 이상은 유기 또는 무기 입자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점인 디스플레이장치는 상기 광학 시트를 포함할 수 있다.
본 발명은 휘도가 저하되지 않으면서 차폐력이 높은 광학 시트를 제공하였다. 본 발명은 집광 기능과 확산 기능을 동시에 구현할 수 있는 광학 시트를 제공하였다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 광학 시트를 포함하는 디스플레이장치를 제공하였다.
도 1은 본 발명 일 구체예의 광학 시트의 단면도이다.
도 2는 본 발명 다른 구체예의 광학 시트의 단면도이다.
본 발명의 일 관점인 광학 시트는 제1집광층, 기재층, 확산층 및 제2집광층을 포함할 수 있다.
광학 시트는 제2집광층 위에 확산층, 기재층 및 제1집광층이 순차적으로 적층되어 있다. 제2집광층은 백라이트 유닛으로부터 광이 입사되는 면이고, 제1집광층은 광이 출사되는 면이다. 제1집광층은 기재층과 확산층을 기준으로 제2집광층과 대향하여 형성되어 있다.
도 1은 본 발명 일 실시예의 광학 시트의 단면도를 나타낸 것이다.
광학 시트(100)는 기재층(1), 상기 기재층 상부에 적층된 제1집광층(2), 상기 기재층 하부에 적층된 확산층(3), 및 상기 확산층 하부에 적층된 제2집광층(4)을 포함할 수 있다.
제2집광층은 백라이트유닛에 광학 시트가 적층되는 방향을 기준으로 광학 시트의 최 외곽에 위치하여 집광 기능을 수행할 수 있다.
제2집광층과 확산층의 경계면(도 1과 2의 10)에는 제1광학패턴이 형성되어 있고, 상기 경계면과 대향하는 제2집광층의 하부(도 1과 2의 20)에는 제2광학패턴이 형성되어 있다. 제1광학패턴과 제2광학패턴의 형성으로 인하여, 제2집광층은 하부에서는 광학패턴에 의해 광이 확산될 수 있고 경계면에서는 집광되어, 확산과 집광이 동시에 일어날 수 있다.
제1광학패턴과 제2광학패턴은 동일한 패턴으로 이루어질 수도 있고, 상이한 패턴으로 이루어질 수도 있다.
제1광학패턴은 예를 들면, 프리즘, 렌티큘러, 마이크로렌즈, 엠보 패턴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2광학패턴은 예를 들면, 프리즘, 렌티큘러, 마이크로렌즈, 엠보 패턴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1광학패턴과 제2광학패턴에 있어서 광학패턴 사이에는 이격 평면이 형성될 수도 있다.
프리즘은 단면 형상이 삼각형, 반원형, 사다리꼴 중 하나가 될 수 있다. 프리즘의 높이는 1㎛~100㎛, 폭은 1㎛~200㎛가 될 수 있다.
렌티큘러, 마이크로렌즈의 직경은 1㎛~200㎛, 높이는 1㎛~120㎛가 될 수 있고, 엠보 패턴은 평균 표면조도(Ra)가 0.1㎛~10㎛이고, 표면조도의 최대값(Rmax)이 0.2㎛~20㎛가 될 수 있다.
제1광학패턴, 제2광학패턴의 높이와 폭은 제한되지 않지만, 집광 효율을 고려하여 높이가 1㎛-100㎛, 폭이 1㎛-200㎛가 될 수 있다.
제2집광층은 상기 확산층 대비 고굴절률을 갖는다. 확산층 대비 고굴절률을 가짐으로써 휘도 상승 효과를 가질 수 있다. 확산층의 굴절률에 대한 제2집광층의 굴절률의 비는 1 초과, 바람직하게는 1.01 초과, 더 바람직하게는 1.05-1.5가 될 수 있다.
제2집광층의 굴절률은 1.5 이상, 바람직하게는 1.5-1.7이 될 수 있다.
제2집광층의 두께 또는 높이(제2광학패턴 포함)는 1㎛-150㎛가 될 수 있다.
확산층은 확산층의 표면에서 광의 산란이 일어나 확산 기능을 수행한다. 확산층의 굴절률은 상술한 바와 같이 제2집광층의 굴절률보다는 낮다. 확산층의 굴절률은 1.5 미만, 바람직하게는 1.0-1.49, 더 바람직하게는 1.0에 근접할수록 뛰어난 휘도 향상 효과를 기대할 수 있다.
확산층과 제2집광층의 경계면에는 상술한 바와 같은 제1광학패턴이 형성될 수 있다. 확산층과 기재층의 경계면은 패턴이 형성되지 않거나 제3광학패턴이 형성될 수도 있다. 제3광학패턴은 상술한 제1광학패턴 또는 제2광학패턴과 동일하거나 다를 수 있고, 프리즘, 렌티큘러, 마이크로렌즈, 엠보 패턴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
확산층과 제2집광층은 동일하거나 또는 다른 종류의 수지로 구현될 수 있다. 예를 들면, 확산층과 제2집광층은 UV 경화형 우레탄 아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트 수지 등으로 구현될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
확산층의 두께 또는 높이(제1광학패턴 포함)는 1㎛-150㎛가 될 수 있다.
기재층은 광학 시트를 물리적, 구조적으로 지지하는 역할을 수행한다. 그러나, 기재층 없이 확산층과 집광층만으로 충분한 강도가 보장된다면 기재층을 생략할 수도 있다.
기재층은 당업자에게 알려진 공지된 물질로 제조될 수 있다. 예를 들면, 기재층은 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐알코올, 폴리노르보넨, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등을 포함하는 폴리에스테르가 될 수 있다. 기재층은 상기 예시에 제한되지 않는다.
기재층의 두께는 25㎛~300㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서, 신뢰성을 확보할 수 있고 제1집광층, 확산층의 적층 시 안정성이 좋을 수 있다.
제1집광층은 기재층의 상부에 형성되어 있는 광학패턴을 의미할 수 있다. 제1집광층은 제2집광층, 확산층 및 기재층을 통과한 광에 대해 집광 기능을 수행할 수 있다.
제1집광층의 굴절률은 1.5 이상, 바람직하게는 1.5~1.7이 될 수 있다. 상기 범위에서, 집광 효율이 좋을 수 있다.
제1집광층을 형성하는 광학 패턴은 확산층 및/또는 제2집광층에 포함되는 광학패턴과 동일하거나 다를 수 있다. 제1집광층을 형성하는 광학패턴은 기재층에 돌출되어 집광 기능을 수행할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 광학패턴은 프리즘, 렌티큘러 렌즈, 마이크로렌즈, 엠보 등이 될 수 있고, 프리즘은 단면 형상이 삼각형, 반원형, 사다리꼴 중 하나가 될 수 있다. 제1집광층의 광학패턴 사이에는 이격 평면이 형성될 수도 있다.
프리즘은 단면 형상이 삼각형, 반원형, 사다리꼴 중 하나가 될 수 있다. 프리즘의 높이는 1㎛~100㎛, 폭은 1㎛~200㎛가 될 수 있다.
렌티큘러, 마이크로렌즈의 직경은 1㎛~200㎛, 높이는 1㎛~120㎛가 될 수 있고, 엠보 패턴은 평균 표면 조도(Ra)가 0.1㎛~10㎛이고, 표면조도의 최대값(Rmax)이 0.2㎛~20㎛가 될 수 있다.
제1집광층을 형성하는 광학패턴의 높이와 폭은 제한되지 않지만, 집광 효율을 고려하여 높이가 1㎛~100㎛, 폭이 1㎛~200㎛가 될 수 있다.
제1집광층은 확산층 또는 제2집광층과 동일하거나 또는 다른 종류의 수지로 구현될 수 있다. 예를 들면, 제1집광층은 아크릴계 수지, UV 경화형 우레탄 아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트 수지 및 이들의 혼합물로 구성될 수 있다.
제2집광층과 확산층 중 하나 이상은 유기 또는 무기 입자를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명 다른 구체예의 광학 시트의 단면도를 나타낸 것이다. 광학 시트(200)는 기재층(1), 상기 기재층 상부에 적층된 제1집광층(2), 상기 기재층 하부에 적층된 확산층(3), 및 상기 확산층 하부에 적층된 제2집광층(4)을 포함하고, 확산층에는 유기 또는 무기 입자(5)가 포함되어 있다.
유기 또는 무기 입자는 확산층에 포함될 수 있다. 유기 또는 무기 입자는 제2집광층 또는 확산층을 이루는 수지의 굴절률과 다른 굴절률을 가지는 재료를 사용하여 굴절률의 차이에 의해 빛을 산란시켜, 확산층의 전면적에 걸쳐 분산됨으로써 차폐력을 향상시킬 수 있다.
유기 또는 무기 입자의 굴절률은 1.46-1.55가 될 수 있다.
유기 또는 무기 입자는 확산층 또는 제2집광층에 랜덤하게 포함될 수 있다.
유기 또는 무기 입자의 재질은 실리콘계, 나일론계, 아크릴계, 폴리스티렌(PS), 실리카, PMMA(폴리메틸메타아크릴레이트) 등이 될 수 있다. 유기 또는 무기 입자는 제한되지 않지만 구형의 비드 형태를 가질 수 있다.
유기 또는 무기 입자 예를 들면 크기 또는 직경은 제한되지 않지만, 1㎛~15㎛가 될 수 있다. 상기 범위에서, 광 확산 특성을 구현할 수 있다.
확산층 중 유기 또는 무기 입자의 함량을 조절함으로써 빛의 확산율을 조절할 수 있다. 바람직하게는, 유기 또는 무기 입자는 휘도 저하를 최소화하기 위하여 확산층 중 1-30중량% , 바람직하게는 1-10중량% 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 광 확산 특성을 구현할 수 있다.
제2집광층 역시 광 확산 특성의 구현을 위해 유기 또는 무기 입자를 제2집광층 중 1-30중량%, 바람직하게는 1-10중량% 함량으로 포함할 수 있다.
본 발명의 광학 시트는 종래 다층 구조에서 사용되는 접합(lamination) 방식이 아닌 기재층에 대한 코팅 및 패턴 형성 방식에 의해 제조될 수 있다. 일 구체예에 의하면, 기재층에 제1집광층, 확산층 또는 제2집광층 형성용 수지와 광개시제의 혼합물을 이용하며 패턴이 형성된 인각 롤을 사용하고 자외선을 조사하여 패턴을 형성할 수 있다. 제1집광층, 확산층, 제2집광층의 패턴 형성 순서는 특별히 제한되지 않는다.
이와 같이, 본 발명의 광학 시트는 확산층이 형성된 기재층, 집광층이 형성된 또 다른 기재층을 접합하는 방식이 아닌 단일 기재층의 양면에 코팅하는 방식으로 집광층과 확산층을 동시에 적층함으로써 광학시트를 구성하는 층의 개수를 줄이면서도 집광과 확산의 기능의 복합화를 구현할 수 있다.
본 발명의 광학 시트는 프리즘 시트와 확산 시트의 기능을 동시에 구현하는 복합 시트로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 관점인 디스플레이장치는 상기 광학 시트를 포함할 수 있다. 디스플레이장치는 제한되지 않지만, 액정표시장치를 포함할 수 있다. 액정표시장치는 도광판, 상기 광학시트, 액정표시판넬을 포함할 수 있고, 광학 시트는 도광판 상부에 위치될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 1
폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(두께 250㎛)을 기재층으로 하고, 그 일면에 굴절률이 1.55인 아크릴계 경화형 수지를 프리즘 패턴이 형성된 몰드에 투입하여 roll to roll 방식에서 자외선에 노출하여 단면이 삼각형 형상인 프리즘류의 제1집광층을 형성하였다. 기재층의 다른 일면에, 굴절률이 1.47인 UV 경화형 우레탄 아크릴레이트 수지를 엠보 패턴이 형성된 몰드에 투입하여 roll to roll 방식에서 자외선에 노출하여 엠보 패턴이 형성된 확산층을 형성하였다. 상기 확산층 위에 굴절률이 1.59인 UV 경화형 우레탄 아크릴레이트 수지를 엠보 패턴이 형성된 몰드에 투입하여 roll to roll 방식에서 자외선에 노출하여 엠보 패턴이 형성된 제2집광층을 형성하였다.
실시예 2-8
상기 실시예 1에서 제1집광층, 확산층 및 제2집광층의 광학패턴을 하기 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법을 실시하여 광학 시트를 제조하였다. 실시예에서 유기 또는 무기 입자로는 아크릴계 재질의 비드(확산층 중 5중량%)를 사용하였다.
비교예 1-3
상기 실시예 1에서 확산층과 제2집광층을 포함하지 않거나(비교예 1), 제2집광층을 포함하지 않거나(비교예 2), 확산층과 제2집광층을 포함하더라도 광학패턴을 형성하지 않은 것(비교예 3)을 제외하고는 동일한 방법을 실시하여 광학 시트를 제조하였다.
실시예와 비교예의 광학 시트에 대해 하기의 물성을 평가하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
물성 평가 방법
(1)휘도:직하형 또는 엣지형 LED 타입의 광원을 포함하는 백라이트 유닛에 광학 시트를 조립하고 휘도를 측정한다. 휘도는 BM-7 분광방사계(TOPCON社)를 사용하여 측정한다. 휘도는 비교예 1의 휘도 값에 대한 백분율(%)로 나타내었다.
(2)차폐성:차폐성은 광학 시트를 백라이트 유닛의 도광판 위에 적층하였을 때 도광판 상면의 패턴이 시인될 수 있는지 여부를 나타낸 것이다. 엣지 LED 광원을 사용하는 32인치 LCD 모듈을 점등한 상태에서 도광판에 광학 시트를 올려 놓은 후 도광판 상편의 패턴이 시인되는지 여부를 육안으로 평가한다. 평가 기준은 0부터 10으로 하였고, "0"은 차폐성이 전혀 없어 도광판의 패턴이 그대로 시인되는 것이고, "10"은 차폐성이 좋아 도광판의 패턴이 전혀 시인되지 않는 것이다.
제1집광층 확산층 제2집광층 휘도 차폐성
패턴유형 패턴유형 비드 포함 여부 패턴유형 비드 포함 여부 % 0~10
실시예 1 프리즘 엠보 미포함 엠보 미포함 90 7
실시예 2 프리즘 엠보 포함 엠보 미포함 85 8
실시예 3 렌티큘러 엠보 미포함 엠보 미포함 80 8
실시예 4 마이크로렌즈 엠보 미포함 엠보 미포함 65 10
실시예 5 엠보 엠보 미포함 엠보 미포함 50 10
실시예 6 프리즘 프리즘 미포함 엠보 미포함 95 9
실시예 7 프리즘 프리즘 포함 엠보 미포함 90 10
실시예 8 엠보 프리즘 미포함 엠보 미포함 70 10
비교예 1 프리즘 - - - - 100 2
비교예 2 프리즘 엠보 미포함 - - 95 5
비교예 3 프리즘 Flat 미포함 Flat 미포함 100 2
상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 광학 시트는 적정 휘도를 확보하면서도 차폐성을 높았다. 반면에, 확산층과 제2집광층을 포함하지 않거나 제2집광층을 포함하지 않거나 확산층과 제2집광층을 포함하더라도 경계면에 광학 패턴이 형성되지 않은 비교예 1-3의 광학 시트는 차폐성이 좋지 않았다.
본 발명은 상기 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태가 될 수 있고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예와 도면은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims (11)

  1. 제1집광층, 기재층, 확산층 및 제2집광층이 순차적으로 적층되어 있고,
    상기 제2집광층은 상기 확산층 대비 고굴절률을 가지고,
    상기 확산층과 상기 제2집광층의 경계면에는 광학패턴이 형성된 광학 시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 확산층의 굴절률에 대한 상기 제2집광층의 굴절률의 비는 1 초과인 광학 시트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2집광층의 굴절률은 1.5 이상이고, 상기 확산층의 굴절률은 1.5 미만인 광학 시트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광학패턴은 프리즘, 렌티큘러, 마이크로렌즈, 엠보 패턴 중 하나 이상을 포함하는 광학 시트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2집광층과 상기 확산층의 경계면에 대향하는 상기 제2집광층의 일 면에 광학패턴이 형성된 광학 시트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광학패턴은 프리즘, 렌티큘러, 마이크로렌즈, 엠보 패턴 중 하나 이상을 포함하는 광학 시트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1집광층에는 프리즘, 렌티큘러, 마이크로렌즈, 엠보 패턴 중 하나 이상을 포함하는 광학패턴이 형성된 광학 시트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1집광층의 굴절률은 1.5 이상인 광학 시트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 확산층과 상기 제2집광층 중 하나 이상은 유기 또는 무기 입자를 더 포함하는 광학 시트.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유기 또는 무기 입자는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌(PS), 실리카로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 광학 시트.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 광학 시트를 포함하는 디스플레이 장치.
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