KR20140118406A - 광학 시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기재층; 및 상기 기재층의 일면 또는 양면에 형성되고, 산(peak)과 골(valley)이 반복되는 다수의 프리즘 구조를 갖는 프리즘층을 포함하는 광학 시트로서, 산의 피치와 골의 피치는 동일하되, 프리즘의 높이를 가변시켜, wet-out 개선, 모아레 방지, 시야각 확대 등과 같은 효과를 나타낼 수 있는 광학 시트에 관한 것이다.

Description

광학 시트 {Optical Sheet}

본 발명은 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display)의 백라이트 유닛(Back-Light Unit, BLU)에 사용되는 광학 시트에 관한 것이다.

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, 상기 프리즘 필름은 다양한 방향의 광선을 관측자가 화상을 인식하기에 적합한 시야각 범위 내로 변환되도록 광 경로를 제어하여, 디스플레이 장치의 정면 휘도가 증대될 수 있도록 하여 보다 밝고 선명한 화상을 구현하게 한다.

종래 프리즘 필름은 구조화된 표면은 나란히 배열된 복수의 선형 프리즘 구조를 갖고 있으며, 그 단면은 이등변삼각형 형상의 산(peak)과 골(valley)이 반복적으로 형성되며, 산의 꼭지각은 약 90˚이고, 산을 이루는 이등변삼각형의 한 변은 바닥면과 약 45˚의 각을 이루고 있다 (도 1). 이러한 종래의 프리즘 필름은 다량의 광원을 정면 방향으로 배출시켜 휘도를 증가시키는 반면에, 각도에 따라 고르지 못한 광을 배출하는 부분이 존재할 수 있다. 즉, 수직방향에 대하여 약 35˚의 각도까지는 휘도가 서서히 감소하다가 약 35~40˚의 범위에서는 지각되는 휘도가 매우 급격히 감소되는 문제가 있다. 이러한 고르지 못한 광의 배출은 시각적으로 관찰하였을 때 다른 부분에 비해 뚜렷하게 어두운영역(obscura zone) 혹은 무지개 빛의 링(Newton's ring)과 같은 광간섭 현상으로 나타난다. 따라서 이러한 규칙적인 프리즘 구조로 인하여 발생되는 광간섭 현상으로 인하여 선명한 광원을 제공하지 못하는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 프리즘 구조를 변경하기 위한 여러 가지 시도가 지속되고 있다.

본 발명은 프리즘의 높이를 변화시켜, ?-아웃(wet-out) 현상 개선, 모아레 방지, 시야각 특성 향상 등의 효과를 동시에 나타낼 수 있는 광학 시트를 제공하고자 한다.

이에 본 발명은 바람직한 제1 구현예로서, 기재층; 및 상기 기재층의 일면 또는 양면에 형성되고, 산(peak)과 골(valley)이 반복되는 형태를 가지는 다수의 프리즘 구조를 갖는 프리즘층을 포함하는 광학 시트로서, 상기 프리즘층에 배열된 산 피치와 골 피치가 동일한 제1 프리즘 및 제2 프리즘을 포함하고, 상기 제1 프리즘과 제2 프리즘은 높이차가 있는 것인 광학시트를 제공한다.

상기 구현예에 의한 제1 프리즘과 제2 프리즘은 높이차가 2~3㎛이며, 제1 프리즘이 제2 프리즘에 비해 그 높이가 상대적으로 높은 것일 수 있다.

상기 구현예에 의한 산(peak)과 골(valley)이 반복되는 다수의 프리즘 구조는 높이가 상대적으로 높은 제1 프리즘 1개와 높이가 상대적으로 낮은 제2 프리즘 5~7개를 포함하는 반복단위구조가 다수 반복되어 배열되는 것일 수 있다.

상기 구현예에 의한 제1 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각의 각도가 80°이상, 90°미만이고, 상기 제2 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각의 각도가 90°이상, 95°이하인 것일 수 있다.

상기 구현예에 의한 프리즘 구조의 단면에서 산이 웨이브 형상인 것일 수 있다.

상기 구현예에 의한 광학 시트는 프리즘 시트인 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 광학 시트의 프리즘층에 높이가 상이한 프리즘이 배열됨으로 인하여, 복수의 시트가 적층될 때 wet-out 현상을 개선할 수 있고, 광학 특성은 종래 구조의 광학 시트 대비 동등 이상의 물성을 나타내는 프리즘 시트를 구성 할 수 있다.

도 1은 종래 프리즘 시트의 단면도(a) 및 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진((b) 및 (c))이다.
도 2는 본 발명의 광학 시트의 단면도(b) 및 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진((b) 및 (c))이다.
도 3은 본 발명의 광학 시트의 단면도 및 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진((b) 및 (c))으로서, 프리즘의 산에 웨이브 패턴이 적용된 형상을 나타낸 것이다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 프리즘의 산 피치와 골 피치는 동일하고, 인접한 프리즘 간의 높이가 상이한 프리즘이 배열된 프리즘층을 포함하는 광학 시트에 관한 것이다.

구체적으로, 본 발명은 기재층; 및 상기 기재층의 일면 또는 양면에 형성되고, 산(peak)과 골(valley)이 반복되는 형태를 가지는 다수의 프리즘 구조를 갖는 프리즘층을 포함하는 광학 시트로서, 상기 프리즘층에 배열된 산 피치와 골 피치가 동일한 제1 프리즘 및 제2 프리즘을 포함하고, 상기 제1 프리즘과 제2 프리즘은 높이차가 있는 것인 광학시트에 관한 것으로, 상기 제1 프리즘과 제2 프리즘은 높이차가 2~3㎛이며, 제1 프리즘이 제2 프리즘에 비해 그 높이가 상대적으로 높은 것일 수 있다(도 2).

여기서, 산 피치란 인접한 프리즘 간의 산 사이의 거리이며, 골 피치는 인접한 프리즘 간의 골 사이의 거리를 의미한다.

본 발명의 광학 시트에 있어서, 기재층은 투명기재층일 수 있으며, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리스틸렌 필름 또는 폴리에폭시 필름 등을 사용할 수 있으나, 광학 시트의 기재층으로서 통상적으로 사용할 수 있는 필름이라면 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 기재층의 두께는 10~1000㎛일 수 있으며, 상기 기재층의 두께가 10㎛ 미만이면 기계적 강도 및 열안정성이 취약해지는 문제점이 있고, 상기 기재층의 두께가 1000㎛ 초과이면 필름의 유연성이 저하되고 투과광의 손실이 발생할 수 있는 문제가 있다.

본 발명의 프리즘층은 광투과성 중합체 재료로서 자외선 경화형 수지 또는 열경화성 수지를 포함하는 고분자 수지로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 불포화 지방산 에스터, 방향족 비닐 화합물, 불포화 지방산과 그 유도체, 불포화 이가산(unsaturated dibasic acid)과 그 유도체, 메타크릴로나이트릴과 같은 비닐 시아나이드(cyanide) 화합물 등이 사용될 수 있다.

상기 프리즘층에 있어서, 산 피치와 골 피치는 동일하며, 산 피치와 골 피치는 20~30㎛일 수 있다. 산 피치와 골 피치가 20㎛ 미만이면 현재의 M/R(원통형의 금속몰드) 제작 기술 수준으로는 M/R 제작시 패턴 성형이 불균일하게 될 가능성이 크며 이러한 M/R을 이용하여 프리즘시트를 제작하면, 외관에서의 무라(mura) 발생 및 휘도 저하의 문제가 있고, 30㎛초과이면 프리즘 패턴과 패널의 픽셀간의 간섭 현상(모아레)이 발생하는 문제가 있다.

상기 프리즘층에 있어서, 프리즘의 높이는 모두 동일한 것은 아니며 높이가 상대적으로 높은 제1 프리즘과 상기 제1 프리즘에 비해 높이가 상대적으로 낮은 제2 프리즘이 있다.

상기 제1 프리즘과 제2 프리즘의 높이차는 2~3㎛일 수 있으며, 높이차가 2㎛ 미만이면 wet-out 개선 효과가 미미하고 3㎛ 초과이면 시트 적층시 높이가 높은 제1 프리즘이 부러지거나 갈림에 불리할 수 있다. 2㎛ 미만인 경우는 일반적인 광학시트에 있어서 자체적으로 발생할 수 있는 높이차이이기 때문에 (B/F(Basic Film, 기재층) 두께 편차, 프리즘 코팅층의 두께 편차, B/C(Backcoating, 백코팅 또는 배면코팅)이 도입될 경우 B/C 층의 두께 편차 등) 프리즘시트 상위에 기타 다른 광학시트(프리즘시트, 확산시트, DBEF(Dual Brightness Enhancement Film, 휘도강화필름) 등)가 위치하게 될 경우 실질적으로 Wet-out을 개선하기 어려울 수 있다. 따라서, wet-out 현상을 현실적으로 개선하기 위해서는 프리즘의 높이 차이가 3㎛를 초과하는 경우가 적당하나, 너무 큰 차이가 나게 될 경우 (4㎛ 초과 등) 큰 높이 편차로 인하여 다른 광학시트나 외력이 작용했을 때 프리즘산이 쉽게 손상될 수 있다.

상기 프리즘층에 있어서, 산(peak)과 골(valley)이 반복되는 다수의 프리즘 구조는 높이가 상대적으로 높은 제1 프리즘 1개와 높이가 상대적으로 낮은 제2 프리즘 5~7개를 포함하는 프리즘 구조가 반복되어 배열되는 것일 수 있다 (도 3).

상기 제1 프리즘 1개에 대하여 제2 프리즘이 5개 미만 배열되면 휘도가 저하될 수 있고, 이와는 반대로 제2 프리즘이 7개 초과 배열되는 경우에는 5개 미만으로 배열된 경우 대비하여 휘도는 보상받게 되지만 wet-out 을 방지하기 위한 제1 프리즘 수가 적어지게 되어 wet-out 방지 효과가 미미할 수 있다.

한편, 제1 프리즘 및 제2 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각의 각도에 의해서 프리즘 구조가 최적화될 수도 있으며, 상기 제1 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각의 각도가 80°이상, 90°미만이고, 상기 제2 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각의 각도가 90°이상, 95°이하인 것일 수 있다.

상기 제1 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각의 각도가 80°미만이면 휘도 저하 및 외력에 의한 갈림에 취약해지는 문제가 있고, 90°이상이면 휘도저하는 물론이거니와구조적으로 제2프리즘보다 높이가 낮아지게 되며, 따라서 wet-out을 방지하기 위한 pillar (기둥) 역할을 할 수 없다. 즉, 제2 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각이 일정각도를 유지할 때, 제2 프리즘보다 제1 프리즘의 높이를 높게 편차를 두기 위해서는 제1 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각은 제2 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각보다 반드시 작아야 되므로, 상술한 바와 같은 꼭지각을 나타내어야 한다. 도면을 참조하자면, 도 4에 나타난 바와 같이, 제1 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각은 언제나 제2 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각보다 작아야만 큰 높이 편차를 유지 할 수 있다.

또한, 상기 제2 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각의 각도가 90°미만이면 휘도 저하의 문제 및 제1 프리즘과의 높이 차이가 낮아지게 되고, 95°초과이면 휘도가 저하되고, 제1 프리즘과의 높이 차이가 의도되었던 경우보다 커지게 되어 외력에 의한 갈림에 취약해질 수 있다.

본 발명의 광학 시트의 프리즘층에서, 직선으로 연결된 프리즘 산의 형상이 웨이브 형상일 수 있으며, 산의 형상이 웨이브 형상일 경우 시트 적층시 접촉면적을 최소화할 수 있다.

구체적으로 상기 웨이브의 산과 골의 높이차는 2~4㎛일 수 있다. 높이차가 2㎛ 미만이면 접촉면적의 최소화를 이용한 wet-out 개선 효과가 미미할 수 있고, 4㎛ 초과이면 휘도가 크게 저하될 수 있다. 구체적으로, 2㎛ 미만인 경우는 일반적인 광학시트에 있어서 자체적으로 발생할 수 있는 높이 차이이기 때문에 (B/F 두께 편차, 프리즘 코팅층의 두께 편차, B/C이 도입될 경우 B/C 층의 두께 편차 등) 프리즘시트 상위에 기타 다른 광학시트(프리즘시트, 확산시트, DBEF 등) 가 위치하게 될 경우 실질적으로 Wet-out을 개선하기 어려울 수 있다. 따라서, wet-out 현상을 현실적으로 개선하기 위해서는 웨이브의 높이 차이가 4㎛를 초과하는 경우가 적당하나, 너무 큰 차이가 나게 될 경우 (5㎛ 초과 등) 본 특허에서 한정하는 프리즘 패턴이 크게 왜곡되어 큰 휘도 저하 및 외관상 웨이브 줄무늬가 시인되는 불량을 야기 할 수 도 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 광학 시트는 프리즘 시트일 수 있수 있으며, 백라이트 유닛에 적용될 수 있다.

이하 본 발명을 구체적인 실시예를 통해 설명하겠는바, 본 발명이 이들 실시예에 한정되지 않고 기술적 사상이 허용되는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지 자에 의하여 다양하게 변경되어 실시될 수 있음은 물론이다.

실시예 1

산 피치 및 골 피치가 25㎛이고, 제1 프리즘의 높이는 14.9 ㎛, 단면 삼각형의 꼭지각이 80°이고, 제2 프리즘의 높이는 12.5 ㎛, 단면 삼각형의 꼭지각이 90°인 다수의 프리즘이 배열되도록 하되, 제1 프리즘 1개 및 제2 프리즘 6개를 하나의 반복단위로 하여 다수 반복되어 배열되도록 금속몰드를 제작하였다.

상기 금속 몰드에 메타크릴레이트 수지를 코팅하고, 그 위에 기재층으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(KOLON Astroll.)으로 라미네이션한 후 자외선을 120Watt의 세기로 3초간 조사하여 메타크릴레이트 수지를 경화시키고, 금속 몰드로부터 이형하여 프리즘 시트를 제조하였다.

실시예 2

표 1에 기재된 바와 같이, 제1 프리즘의 높이 및 단면 삼각형의 꼭지각을 변화시킨 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 프리즘 시트를 제조하였다.

실시예 3

표 1에 기재된 바와 같이, 제1 프리즘과 제2 프리즘의 개수를 변화시킨 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 프리즘 시트를 제조하였다.

실시예 4

프리즘 산에 웨이브 형상의 패턴을 부여한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 프리즘 시트를 제조하였다.

비교예 1

표 1에 기재된 바와 같이, 실시예1과 동일한 피치에서 제1 프리즘 및 제2 프리즘의 수 및 높이와 각도를 90도로 동일하게 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 프리즘 시트를 제조하였다.

비교예 2

표 1에 기재된 바와 같이, 산 피치 및 골 피치를 33㎛로 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 프리즘 시트를 제조하였다.

비교예 3

표 1에 기재된 바와 같이, 산 및 골 피치를 33㎛로 한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방법으로 프리즘 시트를 제조하였다.

비교예 4

표 1에 기재된 바와 같이, 산 및 골 피치를 33㎛로 한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일한 방법으로 프리즘 시트를 제조하였다.

비교예 5

표 1에 기재된 바와 같이, 제1 프리즘 2개에 대하여, 제2 프리즘 4개를 하나의 반복단위로 하여 배열된 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 프리즘 시트를 제조하였다.

비교예 6

표 1에 기재된 바와 같이, 제1 프리즘과 제2 프리즘의 높이 및 단면 삼각형의 꼭지각을 변화시킨 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 프리즘 시트를 제조하였다.

	산 피치 (㎛)	골 피치 (㎛)	제1 프리즘			제2 프리즘			제1 프리즘과 제2 프리즘의 높이차(㎛)	프리즘 산의 형태
높이 (㎛)			단면 삼각형 꼭지각 (°)	개수	높이 (㎛)	단면 삼각형 꼭지각(°)	개수
				(하나의 반복단위내)	(하나의 반복단위내)
실시예1	25	25	14.9	80	1	12.5	90	6	2.4	직선
실시예2	25	25	13.6	85	1	12.5	90	6	1.1	직선
실시예3	25	25	14.9	80	1	12.5	90	5	2.4	직선
실시예4	25	25	14.9	80	1	12.5	90	6	2.4	웨이브
비교예1	25	25	12.5	90	1	12.5	90	1	0	직선
비교예2	33	33	19.7	80	1	16.5	90	6	3.2	직선
비교예3	33	33	18	85	1	16.5	90	6	1.5	직선
비교예4	33	33	21.5	75	1	15.1	95	5	6.4	직선
비교예5	25	25	14.9	80	2	12.5	90	4	2.4	직선
비교예6	25	25	16.3	75	1	11.5	95	6	4.8	직선

실시예 및 비교예에서 제조된 프리즘 시트를 9.7 인치 액정디스플레이 패널용 백라이트유닛(LG Display.) 및 패널을 이용하여 wet-out, 모아레 발생여부 및 휘도를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

(1)Wet-out 평가

평가 방법 : 프리즘 시트 2매를 적층 한 후, 50℃ 오븐에서 30분 방치 후 관찰

수준 판정: wet-out 발생 정도에 따라 1~5등급으로 구분 (5:강 ~ 1:없음)

(2)모아레 평가

평가 방법 : BLU상에 프리즘 시트를 적층하여 조립한 후, 패널을 올리고 외관 관찰

수준 판정 : 발생 또는 미발생

(3)휘도 평가

평가 방법 : BLU상에 프리즘 시트를 적층하여 조립한 후, 휘도측정계 (Topcon사, 모델명 : BM-7A) 를 이용하여, 단품 상태로 (확산시트+프리즘시트) Center 1point의 휘도를 측정하여, 백분율(%)로 환산하여 비교하되, 이때, 비교예 1의 휘도를 100%로 하여, 이에 대한 상대적인 값으로 환산함.

	Wet-out	모아레	휘도 (단품)
실시예1	1	미발생	97.8%
실시예2	3	미발생	99.1%
실시예3	1	미발생	95.4%
실시예4	1	미발생	97.9%
비교예1	2	발생	100.0%
비교예2	3	발생	99.4%
비교예3	1	발생	97.2%
비교예4	1	발생	96.8%
비교예5	2	미발생	93.7%
비교예6	1	미발생	88.2%

물성평가결과, 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1 내지 비교예 4의 프리즘 시트는 wet-out 및 모아레 발생을 동시에 방지할 수 있는 효과를 나타낼 수 없음을 확인하였다. 또한, 비교예 5 및 비교예 6의 프리즘 시트는 wet-out 및 모아레 발생을 방지할 수는 있지만, 휘도가 낮은 문제가 있었다.

θ: 제1 프리즘 꼭지각
α: 제2 프리즘 꼭지각
p: 제1 및 제2 프리즘의 산 및 골 피치

Claims (6)

1. 기재층; 및 상기 기재층의 일면 또는 양면에 형성되고, 산(peak)과 골(valley)이 반복되는 형태를 가지는 다수의 프리즘 구조를 갖는 프리즘층을 포함하는 광학 시트로서, 상기 프리즘층에 배열된 산 피치와 골 피치가 동일한 제1 프리즘 및 제2 프리즘을 포함하고, 상기 제1 프리즘과 제2 프리즘은 높이차가 있는 것인 광학시트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 프리즘과 제2 프리즘은 높이차가 2~3㎛이며, 제1 프리즘이 제2 프리즘에 비해 그 높이가 상대적으로 높은 것임을 특징으로 하는 광학시트.
3. 제1항에 있어서,
   상기 산(peak)과 골(valley)이 반복되는 다수의 프리즘 구조는 높이가 상대적으로 높은 제1 프리즘 1개와 높이가 상대적으로 낮은 제2 프리즘 5~7개를 포함하는 반복단위구조가 다수 반복되어 배열되는 것임을 특징으로 하는 광학 시트.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각의 각도가 80°이상, 90°미만이고,
   상기 제2 프리즘의 단면 삼각형의 꼭지각의 각도가 90°이상, 95°이하인 것임을 특징으로 하는 광학 시트.
5. 제1항에 있어서,
   프리즘 구조의 단면에서 산이 웨이브 형상인 것임을 특징으로 하는 광학 시트.
6. 제1항에 있어서,
   상기 광학 시트는 프리즘 시트인 것임을 특징으로 하는 광학 시트.

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