KR20150080208A - 확산 시트 및 이를 적용한 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 확산 시트 및 이를 적용한 표시 장치로서, 광원에서 출사된 광을 확산시켜 휘도를 향상시키는 확산 시트 및 이를 적용한 표시 장치이다. 본 발명의 실시 형태는 광을 투과하는 베이스층; 상기 베이스층의 일면에 형성되며, 복수의 제1입자를 내포하는 투광성 수지를 포함하는 제1입자 산란층; 상기 제1입자 산란층 상에 형성된 패턴을 포함하는 패턴층; 및 상기 베이스층의 타면에 형성되며, 상기 제1입자와 다른 형상의 복수의 제2입자를 내포하는 코팅층을 포함하는 제2입자 산란층;을 포함한다.

Description

확산 시트 및 이를 적용한 표시 장치{diffuser sheet and display unit}
본 발명은 확산 시트 및 이를 적용한 표시 장치로서, 광원에서 출사된 광을 확산시켜 휘도를 향상시키는 확산 시트 및 이를 적용한 표시 장치이다.
액정표시장치는 다른 디스플레이 소자와는 달리 TFT 기판과 컬러필터 사이에 주입된 액정물질이 자체 발광하는 발광성 물질이 아니라 외부에서 들어오는 광의 양을 조절하여 화면에 표시하는 수광성 물질이기 때문에 액정표시패널에 광을 조사하기 위한 별도의 장치, 즉 백라이트 어셈블리가 반드시 필요하게 된다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
액정표시장치(1)에는 광을 발생시키는 백라이트 어셈블리(10)와, 백라이트 어셈블리(10)의 상측에 구비되고 백라이트 어셈블리(10)로부터 광을 공급받아 영상을 표시하는 디스플레이 유닛(20)이 포함된다.
디스플레이 유닛(20)은 액정표시패널(25)과, 액정표시패널(25)의 상측 및 하측에 위치되는 상측 편광판(24)과, 하측 편광판(21)이 포함된다. 그리고, 액정표시패널(25)은 전극이 형성된 TFT 기판 및 컬러필터 기판(23)과, TFT 기판 및 컬러필터 기판(11,12) 사이에 주입된 액정층(미도시)으로 이루어진다.
백라이트 어셈블리(10)는 수납 공간이 형성된 몰드 프레임(미도시)과, 수납 공간의 기저면에 설치되어 액정표시패널 쪽으로 빛을 반사하는 반사시트(12), 반사시트의 상부면에 설치되어 빛을 안내하는 도광판(13), 도광판(13)과 수납 공간의 측벽 사이에 설치되어 빛을 발산하는 램프 유닛(11), 도광판(13)의 상부면에 적층되어 빛을 확산 및 집광하는 광학 시트들(17), 몰드 프레임의 상부에 설치되어 액정표시패널 가장자리의 소정 위치에서 몰드 프레임의 측면에 이르는 영역을 덮는 탑샤시(미도시)로 구성된다.
여기서, 광학 시트들(17)은 빛을 확산시키는 확산 시트(14)와, 확산 시트(14)의 상부면에 적층되어 확산된 빛을 집광시켜 액정표시패널(20)로 전달하는 프리즘 시트(15) 및 상기 확산 시트(14)와 프리즘 시트(15)를 보호하기 위한 보호 시트(16)로 구성되는 복합 시트 구조를 가진다. 이와 같이 BLU(Back Light Unit)에 적용되는 광학 시트들(17)을 2장 또는 3장을 합지하여 1매의 시트로 만드는 복합 시트 구조를 가진다. 이러한 복합 시트는 박형화, 차폐력, 고휘도 구현, 제공 공정수 감소 등의 효과로 인해 시장에서 각광을 받고 있는 상황이다.
그런데 이러한 복합 시트로 된 광학 시트들(17)은 제조 공정상 2장 또는 3장의 원단을 사용함으로써, 원단의 가격에 의한 제품 단가가 높고, 여러 장의 시트를 접합하는 공정이 필수로 존재하게 되어 제조 공정상 많은 불량의 원인이 되는 문제가 있다.
한국공개특허 10-2010-0057483
본 발명의 기술적 과제는 여러 장의 광학 시트들로 된 복합 시트를 한 매로 된 단일의 확산 시트로 구현하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 확산 시트의 산란 효과를 향상시키는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 광을 투과하는 베이스층; 상기 베이스층의 일면에 형성되며, 복수의 제1입자를 내포하는 투광성 수지를 포함하는 제1입자 산란층; 상기 제1입자 산란층 상에 형성된 패턴을 포함하는 패턴층; 및 상기 베이스층의 타면에 형성되며, 상기 제1입자와 다른 형상의 복수의 제2입자를 내포하는 코팅층을 포함하는 제2입자 산란층;을 포함한다.
상기 제1입자의 굴절율은 상기 투광성 수지의 굴절율보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 투광성 수지의 굴절율은 1.3 ~ 1.75의 범위를 가지며, 상기 제1입자 산란층의 제1입자의 굴절율은 1.4 ~ 1.7의 범위를 포함한다.
상기 패턴층의 굴절율은 상기 투광성 수지의 굴절율과 같거나 큰 것을 특징으로 한다.
상기 패턴층의 굴절율은 1.3 ~ 1.8의 범위를 가지며, 상기 투광성 수지의 굴절율은 1.3 ~ 1.75의 범위를 포함한다.
상기 제1입자와 상기 제2입자의 평균 입경은 서로 다른 것을 포함한다.
상기 복수의 제1입자는 0.5㎛ ~ 25㎛ 내에서 택일된 동일 크기로 형성되거나, 0.5㎛ ~ 25㎛ 내에서 서로 다른 크기로 형성되는 것을 포함한다.
상기 제2입자의 입경은 1nm ~ 500㎛ 내의 크기로 형성되는 것을 포함한다.
상기 제 1입자는 코어쉘 형상, 중공 형상, 바이컨벡스 형상, 플레이크 형상 중에서 어느 하나의 형상을 가지며, 상기 제2 입자는 코어쉘 형상, 중공 형상, 바이컨벡스 형상, 플레이크 형상 중에서 상기 제1입자와 다른 어느 하나의 형상을 갖는 것을 포함한다.
상기 패턴층은 피치가 5㎛ ~ 200㎛의 프리즘, 렌즈, 삼각뿔, 원형뿔, 다각뿔, lenticular type 형상을 갖는 것을 포함한다.
본 발명의 실시 형태는 영상을 표시하는 디스플레이 유닛; 광을 발생시키는 램프 유닛; 상기 램프 유닛에 의해 발생된 광을 가이드하는 도광판; 및 상기 도광판에 의해 가이드된 광을 상기 디스플레이 유닛으로 향하도록 확산시키는 단일의 확산 시트; 를 포함하며, 상기 확산 시트는, 광을 투과하는 베이스층; 상기 베이스층의 일면에 형성되며, 복수의 제1입자를 내포하는 투광성 수지를 포함하는 제1입자 산란층; 상기 제1입자 산란층 상에 형성된 패턴을 포함하는 패턴층; 및 상기 베이스층의 타면에 형성되며, 상기 제1입자와 다른 형상의 복수의 제2입자를 포함하는 제2입자 산란층;을 포함한다.
상기 패턴층의 굴절율은 상기 투광성 수지의 굴절율과 같거나 크며, 상기 제1입자의 굴절율은 상기 투광성 수지의 굴절율보다 크게 형성되는 것을 포함한다.
상기 패턴층의 굴절율은 1.3~1.8의 범위를 가지며, 상기 투광성 수지의 굴절율은 1.3~1.75의 범위를 가지며, 상기 제1입자 산란층의 제1입자의 굴절율은 1.4 ~1.7을 포함한다.
상기 제1입자의 평균 입경인 제1평균 입경과 상기 제2입자의 평균 입경인 제2평균 입경의 크기가 서로 다른 것을 포함한다.
상기 제1입자의 제1평균 입경은 0.5㎛ ~ 25㎛ 내에서 택일적인 단일의 크기를 가지거나, 또는 0.5㎛ ~ 25㎛ 내의 서로 다른 크기를 갖는 것을 포함한다.
상기 제 1입자는 코어쉘 형상, 중공 형상, 바이컨벡스 형상, 플레이크 형상 중에서 어느 하나의 형상을 가지며, 상기 제2 입자는 코어쉘 형상, 중공 형상, 바이컨벡스 형상, 플레이크 형상 중에서 상기 제1입자와 다른 어느 하나의 형상을 갖는 것을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 한 매로 된 단일의 확산 시트로 구현함으로써, 여러 장의 시트를 사용하지 않아도 되기 때문에 제조 원가를 절감시킬 수 있다. 또한 여러 장의 시트를 접합하지 않기 때문에 불량률을 감소시킬 수 있다. 또한 평균 입경이 다른 제1입자 및 제2입자, 패턴층을 가진 단일의 확산 시트를 사용함으로써, 산란 효율과 휘도 상승 효과를 극대화할 수 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 확산 시트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 확산 시트에서의 광 굴절 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 입자들의 단면 촬영 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1입자 및 제2입자의 형상 조합에 따른 휘도, 차폐력, 코팅성을 나타낸 표이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제1입자 및 제2입자의 형상 및 크기의 조합에 따른 휘도, 차폐력, 코팅성을 나타낸 표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
이하에서는 표시장치의 예로서 액정표시장치를 예로 들것이며, 백라이트 어셈블리를 에지형(edge type) 광원을 예로 들어 설명할 것이나, 수직형 광원에도 마찬가지로 적용될 수 있을 것이다.
도 2를 참조하면, 액정표시장치에는 광을 발생시키는 백라이트 어셈블리(100)와, 백라이트 어셈블리(100)의 상측에 구비되고, 백라이트 어셈블리(100)로부터 광을 공급받아 영상을 표시하는 디스플레이 유닛(200)이 포함된다. 백라이트 어셈블리(100)에는 광을 발생시키는 램프 유닛(110)과, 램프 유닛(110)에 의해 발생된 광을 액정표시패널(250)로 가이드하기 위한 도광 유닛(120,130)이 포함된다. 또한, 디스플레이 유닛(200)에는 액정표시패널(250)과, 액정표시패널(250)의 상측 및 하측에 위치되는 상측 편광판(240)과, 하측 편광판(210)이 포함된다. 그리고, 액정표시패널(250)은 전극이 형성된 TFT 기판과 컬러필터 기판(220,230)과, TFT 기판 및 컬러필터 기판(220,230) 사이에 주입된 액정층(미도시)으로 이루어진다.
램프 유닛(110)에는 광을 발생시키는 램프(110a)와, 램프(110a)를 감싸는 램프 반사판(110b)이 포함된다. 그리고, 램프(110a)로부터 발생된 광은 후술되는 도광판(130)측으로 입사되며, 램프 반사판(110b)은 램프(110a)로부터 발생된 광을 도광판(130)측으로 반사시킴으로써, 도광판(130)에 입사되는 광의 양을 증가시키는 역할을 수행한다. 그리고, 도광 유닛에는 반사판(120)과, 도광판(130) 및 확산 시트(140)가 포함되고, 도광판(130)은 램프 유닛(110)의 일측에 구비되어 램프 유닛(110)으로부터 광을 가이드하는 역할을 수행한다. 그리고, 도광판(130)의 하부에는 도광판(130)으로부터 누설된 광을 다시 도광판(130)측으로 반사하기 위한 반사판(120)이 구비된다.
한편, 도광판(130)의 상부에는 도광판(52)에 의해 가이드된 광의 효율을 향상시키기 위한 확산 시트(140)가 구비된다. 확산 시트(140)는 도광판(130)으로부터 입사되는 광을 산란하여 광의 휘도 분포를 고르게 한다.
본 발명의 실시예에 따른 확산 시트(140)는 제2입자 산란층(141), 베이스층(142), 제1입자 산란층(143), 패턴층(144)이 순차적으로 형성된 단일의 시트로 이루어진다. 즉, 베이스층(142)과, 베이스층(142)의 일면에 형성되며, 베이스층(142)과 동일한 투광성 수지(143b) 내에 제1입자(143a)로 이루어진 제1입자 산란층(143)과, 베이스층(142)과 접하는 면에 대향하는 제1입자 산란층(143)의 바깥면에 패턴이 형성된 패턴층(144)과, 베이스층(142)의 타면에 형성되며, 복수의 제2입자(141a)의 코팅층으로 이루어진 제2입자 산란층(141)을 포함한다.
제2입자 산란층(141) 및 제1입자 산란층(143)에 의해 확산된 광을 액정표시패널의 평면에 수직한 방향으로 집광하며, 이에 따라, 확산 시트(140)의 패턴층(144)을 통과하는 광의 대부분은 액정표시패널의 평면에 대하여 수직하게 진행되어 균일한 휘도 분포를 갖게 된다. 이하, 본 발명의 실시예에 따른 확산 시트(140)를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 확산 시트(140)의 구성을 도시한 도면이다.
(1)베이스층
베이스층(142)은 투광성 기재로 이루어진다. 이러한 투광성 기재는 PET(PolyEthylene Terephthalate), PMMA(PolyMethyMethAcrylate) PEN(PolyEthylene Naphthalate), PP(PolyPropylene), PC(PolyCarbonate), TAC(TriAetyl Cellulose) 수지 등의 투광성 수지가 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.
(2)제1입자 산란층
제1입자 산란층(143)은 투광성 수지(143b)와 굴절율을 조절하기 위한 산란 입자인 제1입자(143a)를 포함한다. 제1입자 산란층(143)은 전체 무게 중량비에서 비휘발 성분이 5~100%를 이루는 자외선 경화형 코팅 수지를 이용하여 형성되는 층으로, 제1입자(143a)의 형상은 제2입자 산란층(141)의 제2입자(141a)와 형상을 달리한다.
이하, 투광성 수지(143b) 및 산란 입자인 제1입자(143a)에 대하여 상세히 설명한다.
-투광성 수지-
투광성 수지(143b)의 재질인 투광성 수지(143b)로는 자외선, 전자빔 및 열 중 어느 것에 의해 경화되는 수지가 주로 사용된다. 보다 구체적으로, 3 종류의 수지, 즉, 광 경화형 수지, 전리 방사선 경화형 수지 및 열 경화형 수지가 사용되는데, PET, PEN, PP, PC, TAC 등이 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다. 또한, 이들 경화형 수지에 대해, 열가소성 수지와 용매의 혼합물이 사용된다.
투광성 수지(143b)는, 포화 탄화수소 또는 폴리에테르를 주쇄로서 갖는 폴리머인 것이 바람직하고, 포화 탄화수소를 주쇄로서 갖는 폴리머인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 투광성 수지(143b)는 가교되어 있는 것이 바람직하다. 포화 탄화수소를 주쇄로서 갖는 폴리머는 에틸렌성 불포화 모노머의 중합 반응에 의해 획득되는 것이 바람직하다. 가교된 바인더를 획득하기 위해서는, 2 개 이상의 에틸렌성 불포화기를 갖는 모노머를 재료로서 사용하는 것이 바람직하다.
2 개 이상의 에틸렌성 불포화기를 갖는 모노머의 예로는, 다가 알콜과 (메타)아크릴산의 에스테르 (예컨대, 에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 1,4-디클로헥산 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올에탄 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 1,3,5-시클로헥산트리올 트리메타크릴레이트, 폴리우레탄 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르 폴리아크릴레이트), 비닐벤젠 유도체 (예컨대, 1,4-디비닐벤젠, 4-비닐벤조산-2-아크릴로일에틸 에스테르, 1,4-디비닐시클로헥사논), 비닐술폰 (예컨대, 디비닐술폰), 아크릴아미드 (예컨대, 메틸렌비스아크릴아미드), 및 메타크릴아미드를 포함한다. 이들 중에서도, 적어도 3 개의 관능기를 갖는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 모노머가 바람직하고, 적어도 5 개의 관능기를 갖는 아크릴레이트 모노머가, 필름 경도, 즉 내찰상성의 관점에서 더욱 바람직하다. 디펜타에리트리톨 펜타아크릴레이트와 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트의 혼합물이 시판되고 있고, 특히 바람직하다.
에틸렌성 불포화기를 갖는 모노머를, 각종 중합개시제 및 다른 첨가제와 함께 용매에 용해하고, 코팅 및 건조 후, 자외선, 전리 방사선 또는 가열 하에서 중합반응을 수행하여, 그 코팅을 경화시킬 수 있다.
2 개 이상의 에틸렌성 불포화기를 갖는 모노머의 중합 대신에 또는 그것에 추가하여, 가교성기의 반응에 의해, 가교 구조를 매트릭스에 도입할 수도 있다. 가교성 관능기의 예로는, 이소시아네이트기, 에폭시기, 아지리딘기, 옥사졸린기, 알데히드기, 카르보닐기, 히드라진기, 카르복실기, 메틸올기 및 활성 메틸렌기를 포함한다. 또한, 비닐술폰산, 산 무수물, 시아노아크릴레이트 유도체, 멜라민, 에테르화 메틸올, 에스테르, 또는 우레탄 및 테트라메톡시실란과 같은 금속 알콕시드가, 가교 구조를 도입하기 위한 모노머로서 사용될 수도 있다. 또한, 블록화 이소시아네이트기와 같이, 분해 반응의 결과로서 가교성을 나타내는 관능기가 사용될 수도 있다. 즉, 본 발명에 사용되는 가교성 관능기는, 즉각 반응을 야기시키는 관능기에 한정되지 않고, 분해 후에 반응성을 나타내는 기일 수도 있다. 이러한 가교성 관능기를 갖는 매트릭스를 코팅한 후 가열함으로써, 가교 구조를 형성할 수 있다.
상술한 매트릭스 폴리머 이외에, 투광성 수지(143b)에는, 고 굴절률을 갖는 모노머를 첨가할 수도 있다. 고 굴절률을 갖는 모노머의 예로는, 비스(4-메타크릴로일티오페닐)술피드, 비닐나프탈렌, 비닐페닐 술피드, 및 4-메타크릴록시페닐-4'-메톡시페닐티오에테르를 포함한다.
용매의 예로는, 탄소수가 3 내지 12 인 에테르류, 구체적으로, 디부틸 에테르, 디메톡시메탄, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 프로필렌 옥시드, 1,4-디옥산, 1,3-디옥솔란, 1,3,5-트리옥산, 테트라히드로푸란, 아니솔 및 페네톨; 탄소수가 3 내지 12 인 케톤류, 구체적으로, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 디에틸 케톤, 디프로필 케톤, 디이소부틸 케톤, 시클로펜타논, 시클로헥사논, 메틸 시클로헥사논 및 메틸 시클로헥사논; 탄소수가 3 내지 12 인 에스테르류, 구체적으로, 에틸 포르메이트, 프로필 포르메이트, n-펜틸 포르메이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, n-펜틸 아세테이트 및 γ-부티로락톤; 그리고 2 개 이상의 관능기를 갖는 유기 용매, 구체적으로, 메틸 2-메톡시아세테이트, 메틸 2-에톡시아세테이트, 메틸 2-에톡시아세테이트, 에틸 2-에톡시프로피오네이트, 2-메톡시에탄올, 2-프로폭시에탄올, 2-부톡시에탄올, 1,2-디아세톡시아세톤, 아세틸아세톤, 디아세톤 알콜, 메틸 아세토아세테이트 및 에틸 아세토아세테이트를 포함한다. 용매의 다른 예로는, 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, tert-부탄올, 1-펜탄올, 2-메틸-2-부탄올, 시클로헥산올, 이소부틸 아세테이트, 메틸 이소부틸 케톤, 2-옥타논, 2-펜타논, 2-헥사논, 2-헵타논, 3-펜타논, 3-헵타논 및 4-헵타논을 포함한다. 이들 용매들 중 하나를 단독으로 사용할 수도 있고, 또는 그 중 2 종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
투광성 수지(143b)를 형성하기 위한 재료는, 바 코터 또는 스핀 코터에 의해 베이스층(142) 상에 코팅된다.
전리 방사선 경화형 수지 조성물을 경화시키는 방법으로는, 전리 방사선 경화형 수지 조성물에 대한 통상의 경화 방법, 즉, 전자빔 또는 자외선의 조사에 의한 경화를 이용할 수도 있다. 예컨대, 전자빔 경화의 경우, 콕크로프트-왈톤 (Cockroft-Walton) 형, 반 데 그라프 (Van de Graff) 형, 공진 변압기형, 절연 코어 변압기형, 직선형, 다이나미트론형 및 고주파형과 같은 각종 전자빔 가속기로부터 방출되는, 50 내지 1,000 KeV, 바람직하게는 100 내지 300 KeV의 에너지를 갖는 전자빔을 사용할 수도 있고, 자외선 경화의 경우, 초고압 수은등, 고압 수은등, 저압 수은등, 카본 아크, 크세논 아크, 메탈 할라이드 램프 등의 광선으로부터 방출되는 자외선을 사용할 수도 있다.
투광성 수지(143b)의 굴절율은 1.3 내지 1.75의 굴절율을 가지도록 구현하는 것이 바람직하다. 확산 능률을 향상시키기 위하여 투광성 수지(143b)의 굴절율은 패턴층(144)의 굴절율보다 작아야 하며, 또한 제1입자(143a)의 굴절율보다 작아야 한다.
-제1입자-
제1입자 산란층(143)을 구성하는 산란 입자인 제1입자(143a)의 종류는 한정되지 않으며, 유기 미립자 또는 무기 미립자일 수도 있다. 유기 미립자의 예로는, 폴리메틸 메타크릴레이트 비드, 아크릴-스티렌 코폴리머 비드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌멜라민 비드, 폴리카보네이트 비드, 스티렌 비드, 가교된 폴리스티렌 비드, 폴리비닐 클로라이드 비드, 및 벤조구아나민-멜라민 포름알데히드 비드를 포함한다. 무기 미립자의 예로는, TiO2, SiO2, ZrO2, Al2O3, In2O3, ZnO, 탈크, 마이카, Silicon rubber, SnO2 및 sb2O3을 포함한다. 제1입자 산란층(143)을 이루는 제1입자(143a)는 제1입자 산란층(143)의 무게 중량비의 0.01% ~ 50%를 차지한다. 제1입자(143a)의 크기인 제1평균 입경은 0.5㎛ 내지 25㎛의 크기를 가질 수 있으며, 바람직하게는 1㎛ 내지 10㎛의 크기를 가질 수 있다.
따라서 제1입자(143a)는 0.5㎛ ~ 25㎛ 내에서 택일된 동일 크기로 된 단일의 평균 입경을 가지도록 할 수 있다. 즉, 0.5㎛ 내지 25㎛ 내의 평균 입경 중에서 어느 하나의 평균 입경 크기를 선택하여 해당 평균 입경 크기를 가지는 입자만을 제1입자 산란층(143)의 제1입자(143a)로 구현할 수 있다. 예컨대, 제1입자 산란층(143)에 포함되는 제1입자(143a)들을 4㎛의 동일한 평균 입경을 가지는 입자들로 구현할 수 있다.
또한 제1입자(143a)는 다양한 평균 입경의 입자로 구현할 수 있는데, 0.5㎛ 내지 25㎛ 내의 평균 입경 중에서 서로 다른 크기를 가지는 다양한 평균 입경의 입자들을 제1입자 산란층(143)의 제1입자(143a)로 구현할 수 있다. 예컨대, 제1입자 산란층(143)에 포함되는 제1입자(143a)들 중에서 50%는 4㎛로 구현하며, 30%는 6㎛로 구현하며, 20%는 7㎛로 구현할 수 있다.
상기에서 제1입자(143a)의 제1평균 입경을 0.5㎛ 내지 25㎛의 크기로 결정하는 임계적 의의는, 0.5㎛보다 작으면 차폐성이 떨어지는 문제가 있고 25㎛보다 크면 코팅성 및 휘도가 저하되는 문제가 있기 때문이다.
일반적으로, 복수의 점광원(LED)을 사용하는 액정표시 장치의 경우, 점광원과 점광원 사이에는 광원이 없기 때문에 점광원 상부 대비 음영차이가 발생한다. 이는 점광원의 배치가 시인되는 것과 같은데, 본 실시예는 빛의 확산을 통해 음영 차이를 제거하고 점광원의 배치를 시인할 수 없게 한다. 따라서, 앞서 설명한 차폐성의 의미는 빛을 차폐하는 것이 아닌, 복수의 점광원을 사용함에 따라 발생하는 음영 차이를 제거하여 점광원의 시인을 차폐한다는 의미이다. 이와 같은 차폐성은 도광판을 사용하는 액정표시장치에서도 획득할 수 있는 사항이다.
한편, 제1입자(143a)의 굴절율은 1.4 내지 1.7의 굴절율을 가지도록 구현하는 것이 바람직하다. 광 확산 능률을 향상시키기 위하여 제1입자(143a)의 굴절율이 투광성 수지(143b)의 굴절율보다 크게 되도록 구현한다.
또한 제1입자(143a)의 형상은 도 5에 도시한 바와 같이 코어쉘(core shell) 형상, 중공(hollow 미립자 or flake) 형상, 바이컨벡스(biconvex) 형상, 플레이크(flake) 형상, 반구(hemisphere) 형상, 버섯(mushroom) 형상, 오목(∪) 형상 중에서 어느 하나의 형상을 가질 수 있다. 상기에서 코워쉘(core shell) 형상은 코어와 코어를 감싸는 쉘 구조로 된 것으로서, 유기 미립자인 코어와 무기 미립자인 쉘로 구현되거나, 또는 무기 미립자인 코어와 유기 미립자인 쉘로 구현될 수 있다. 또한 바이컨벡스(biconvex) 형상은 양면이 볼록한 렌즈 형상으로서 예컨대, 쌀알갱이 형상의 렌즈 형상을 말하며, 특히, 양면의 렌즈 형상의 곡률이 서로 다르게 형성될 수 있다. 또한 플레이크(flake) 형상은 덩어리 형상을 가지며 불규칙한 면을 가진 형상으로서, 모체에서 떨어져 나간 조각과 같이 불규칙한 면을 가진 형상을 말한다. 또한 반구(hemisphere) 형상은 일면만이 볼록한 반구 렌즈 형상을 말한다. 또한 버섯(mushroom) 형상은 일단부의 반경이 버섯 형상처럼 타단부의 반경보다 더 큰 형상을 말하며, 오목(∪) 형상은 일면이 파여진 홈을 가지는 형상을 말한다.
또한 중공(hollow 미립자 or flake) 형상은, 유기질 또는 무기질의 원형의 구로서 가운데가 비어 있는 형상을 말하는 것으로서, 다양한 형태의 중공 형상을 포함할 수 있다. 예컨대, 중공의 형상은 구형 형상 또는 플레이크(flake) 형상으로 형성될 수 있다. 또한 중공 형상은, 공기층이 하나인 단중공 형상, 공기층이 여러 개인 다중공 형상 등으로 형성될 수 있다. 중공 형상에 형성되는 공기층은 다양한 효과를 가져올 수 있는데, 공기층에 의한 산란 효과, 산란 효과에 의한 차폐 향상 및 휘도 향상의 효과를 얻을 수 있다.
(3)패턴층
패턴층(144)은 베이스층(142)과 접하는 면에 대향하는 제1입자 산란층(143)의 바깥면에 패턴이 형성된다. 패턴층(144)은 피치가 5㎛ ~ 200㎛의 프리즘, 렌즈, 삼각뿔, 원형뿔, 다각뿔, lenticular type 형상 등과 같이 다양한 형태의 패턴이 형성되어 있다. 제2입자 산란층(141) 및 제1입자 산란층(143)에 의해 확산된 광은 확산 시트(140)의 패턴층(144)을 통과하면서 액정표시패널의 평면에 대하여 수직하게 진행되어 균일한 휘도 분포를 갖도록 한다. 이를 위하여 패턴층(144)의 굴절율은 베이스층(142)의 투광성 수지(143b)의 굴절율과 같거나 큰 굴절율을 가지도록 한다. 패턴층(144)의 굴절율이 베이스층(142)의 투광성 수지(143b)의 굴절율과 같거나 커야만, 도 4에 도시한 바와 같이 베이스층(142)과 제1입자 산란층(143)의 투광성 수지(143b)를 통과하여 굴절된 광이 액정표시패널의 평면에 대하여 수직으로 진행되도록 패턴층(144)에서 굴절되도록 하기 위함이다. 패턴층(144)의 굴절율은 1.3~1.8의 범위를 가질 수 있다. 이때 패턴층(144)의 굴절율은 투광성 수지(143b)의 굴절율보다 크거나 더 큰 굴절율을 가지도록 설계해야 한다. 따라서 베이스층(142)의 투광성 수지(143b)의 굴절율이 1.3~1.75의 범위를 가지는 경우, 가장 바람직한 패턴층(144)의 굴절율은 이와 같거나 더 큰 범위인 1.3~1.8의 굴절율을 가지도록 구현함이 바람직하다.
참고로, 패턴층(144)은 피치(pitch)가 5㎛~200㎛의 프리즘, 렌즈, 삼각뿔, 원형뿔, 다각뿔, lenticular type 형상 등과 같이 다양한 광학 형상의 패턴층(144)으로 형성될 수 있다. 패턴층(144)의 형성은 acrylate 또는 epoxy를 반응 작용기로 가지는 자외선 경화형 수지를 이용하여 형성할 수 있는데, 예컨대, 패턴 형상의 몰드(mold)에 자외선 경화형 수지를 충진한 후 충진된 경화형 수지의 면을 제1입자 산란층(143)의 바깥면에 덧붙힌 후 자외선을 조사하여 자외선 경화형 수지를 경화시킨다. 자외선 경화형 수지가 경화되면 몰드를 제거함으로써, 패턴 형상의 자외선 경화형 수지가 제1입자 산란층(143)의 바깥면에 형성될 수 있다.
(4)제2입자 산란층
제2입자 산란층(141)은 베이스층(142)의 타면에 형성되며, 복수의 제2입자(141a)의 코팅층으로 이루어진다. 이러한 제2입자 코팅층은 단일의 제2입자층 또는 복층의 제2입자층의 코팅이 입혀지는 형태로 구현될 수 있다. 제2입자 산란층(141)은 전체 무게 중량비에서 비휘발 성분이 5%~100%를 이루는 자외선 경화형 코팅 수지 또는 열경화형 코팅 수지를 이용하여 형성되는 층이다. 액체 상태로 된 UV 경화성 수지 또는 에폭시 수지에 제2입자(141a)를 함유시켜, 자외선을 비추어 경화시키거나 열을 가하여 경화시킴으로써 제2입자 산란층(141)의 코팅층을 형성할 수 있다. 이밖에 롤러 이용한 코팅층과 같이 다양한 코팅층 형성 방법이 적용될 수 있을 것이다.
제2입자 산란층(141)을 구성하는 산란 입자인 제2입자(141a)의 종류는 한정되지 않으며, 유기 미립자 또는 무기 미립자일 수도 있다. 유기 미립자의 예로는, 폴리메틸 메타크릴레이트 비드, 아크릴-스티렌 코폴리머 비드, 멜라민 비드, 폴리카보네이트 비드, 스티렌 비드, 가교된 폴리스티렌 비드, 폴리비닐 클로라이드 비드, 및 벤조구아나민-멜라민 포름알데히드 비드를 포함한다. 무기 미립자의 예로는, SiO2, ZrO2, Al2O3, In2O3, ZnO, SnO2 및 sb2O3을 포함한다. 제2입자 산란층(141)을 이루는 제2입자(141a)는 제2입자 산란층(141)의 무게 중량비의 0.01% ~ 50%를 차지한다. 제2입자(141a)의 크기인 제2평균 입경은 1nm~500㎛ 사이의 크기를 가지는데, 바람직하게는 5㎛의 크기를 가짐이 바람직하다. 또한 제2입자(141a)의 형상은 도 5에 도시한 바와 같이 코어쉘(core shell) 형상, 중공(hollow 미립자 or flake) 형상, 바이컨벡스(biconvex) 형상, 플레이크(flake) 형상, 반구(hemisphere) 형상, 버섯(mushroom) 형상, 오목(∪) 형상 중에서 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
한편, 상기와 같이 제2입자 산란층(141), 베이스층(142), 제1입자 산란층(143), 패턴층(144)이 하나의 확산 시트(140)에 형성되어 광 확산 효율을 개선시켜 휘도 분포를 향상시키는데, 각 층간의 파라미터 특성을 살펴본다.
<제1입자와 제2입자간의 형상 구조>
바람직한 형상 구조 예시는 다음과 같다.
-제1입자(143a)의 형상: 코어쉘(core shell) 형상, 중공(hollow 미립자 or flake) 형상, 바이컨벡스(biconvex) 형상, 플레이크(flake) 형상, 반구(hemisphere) 형상, 버섯(mushroom) 형상, 오목(∪) 형상 중에서 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
-제2입자(141a)의 형상: 코어쉘(core shell) 형상, 중공(hollow 미립자 or flake) 형상, 바이컨벡스(biconvex) 형상, 플레이크(flake) 형상, 반구(hemisphere) 형상, 버섯(mushroom) 형상, 오목(∪) 형상 중에서 어느 하나의 형상을 가지는데, 특히, 제1입자(143a)와 다른 형상을 가지도록 한다.
제1입자(143a)와 제2입자(141a)는 코어쉘(core shell) 형상, 중공(hollow 미립자 or flake) 형상, 바이컨벡스(biconvex) 형상, 플레이크(flake) 형상, 반구(hemisphere) 형상, 버섯(mushroom) 형상, 오목(∪) 형상 중에서 어느 하나의 형상을 각각 가지는데, 이때, 선택되는 제1입자(143a)의 형상과 제2입자(141a)의 형상은 서로 다른 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 제1입자(143a)가 코워쉘 형상을 가질 경우, 제2입자(141a)는 코어쉘 형상이 아닌 다른 형상 즉, 중공(hollow 미립자 or flake) 형상, 바이컨벡스(biconvex) 형상, 플레이크(flake) 형상 중에서 어느 하나의 형상을 가지도록 구현한다. 이러한 제1입자(143a)와 제2입자(141a) 간의 형상을 서로 다르게 함으로써, 굴절 방향 및 굴절율을 다르게 하여 산란 효과를 향상시킬 수 있다. 제1입자(143a)와 제2입자(141a)의 형상의 조합은 다양하게 나타날 수 있는데, 도 6에 이러한 입자의 형상 조합과 그 실험 결과를 도시하였다. 도 6을 참고하면, 비교예 1과 같이 제1,2입자 없이 단일 시트로만 구현할 경우, 휘도 특성은 100%를 가지지만, 코팅성이 향상되지 않음을 알 수 있다. 또한 비교예 2 및 비교예 3과 같이 제1입자(143a)와 제2입자(141a)의 형상이 동일한 형상을 가질 때 휘도 특성이 기준치인 100%보다 훨씬 작은 80% 대를 가지고 있음을 알 수 있다. 그러나 실시예 1 내지 실시예 4와 같이 제1입자(143a)와 제2입자(141a)의 형상이 서로 다른 형상을 가지는 경우 휘도 특성이 기준치인 100%에 근접하며 코팅성이 향상됨을 알 수 있다. 특히, 실시예 3과 같이 제1입자(143a)가 중공(hollow 미립자 or flake) 형상을 가지며, 제2입자(141a)가 코어쉘(core shell) 형상을 가질 때, 차폐력 및 코팅성, 휘도 특성이 가장 개선되며, 특히 휘도 특성이 101%까지 나타나며 차폐력 및 코팅성이 가장 좋아짐을 알 수 있다.
<굴절율>
바람직한 굴절율 예시는 다음과 같다.
-패턴층(144)의 굴절율: 1.3~1.8
-제1입자 산란층(143)의 투광성 수지(143b) 굴절율:1.3~1.75
-제1입자 산란층(143)의 제1입자(143a) 굴절율:1.4~1.7
패턴층(144)의 굴절율은 투광성 수지(143b)의 굴절율과 같거나 크게 형성한다. 패턴층(144)의 굴절율이 투광성 수지(143b)의 굴절율과 같거나 커야만, 도 4에 도시한 바와 같이 베이스층(142)과 제1입자 산란층(143)의 투광성 수지(143b)를 통과하여 굴절된 광이 액정표시패널의 평면에 대하여 수직으로 진행되도록 패턴층(144)에서 굴절되도록 할 수 있다. 또한 제1입자(143a)의 굴절율은 투광성 수지(143b)의 굴절율보다 크게 형성되도록 한다. 제1입자(143a)의 굴절율이 투광성 수지(143b)의 굴절율보다 커야 제1입자(143a)로 입사된 광이 패턴층(144)의 가장자리를 새지 않고 패턴층(144)으로 제공될 수 있도록 할 수 있다.
<제1입자와 제2입자의 평균 입경 크기>
바람직한 평균 입경 크기 예시는 다음과 같다.
-제1입자(143a)의 제1평균 입경 크기: 0.5㎛~25㎛ 중 어느 하나의 크기를 포함하는 단분산, 또는 0.5㎛~25㎛ 중 다양한 크기를 포함하는 다분산, 바람직하게는 1㎛~10㎛
-제2입자(141a)의 제2평균 입경 크기: 1nm~500㎛, 가장 바람직하게는 5㎛±0.5㎛
제1입자(143a)의 크기인 제1평균 입경은 0.5㎛ 내지 25㎛ 내의 크기를 가지며, 바람직하게는 1㎛~10㎛를 가진다. 제1입자(143a)는 0.5㎛ ~ 25㎛ 내에서 택일된 동일 크기로 형성된 단일의 평균 입경을 가지도록 할 수 있다. 즉, 0.5㎛ 내지 25㎛ 내의 평균 입경 중에서 어느 하나의 평균 입경 크기를 선택하여 해당 평균 입경 크기를 가지는 입자만을 제1입자 산란층(143)의 제1입자(143a)로 가지는 단분산 구조로 구현할 수 있다. 예컨대, 제1입자 산란층(143)에 포함되는 제1입자(143a)들을 4㎛의 동일한 평균 입경을 가지는 입자들로 구현할 수 있다. 또한 제1입자(143a)는 서로 다른 크기의 다양한 평균 입경의 입자를 포함하는 다분산 구조로 구현할 수 있는데, 0.5㎛ 내지 25㎛ 내의 평균 입경 중에서 다양한 평균 입경의 입자들을 제1입자 산란층(143)의 제1입자(143a)로 구현할 수 있다. 예컨대, 제1입자 산란층(143)에 포함되는 제1입자(143a)들 중에서 50%는 4㎛로 구현하며, 30%는 6㎛로 구현하며, 20%는 7㎛로 구현할 수 있다.
제1입자(143a)의 평균 입경인 제1평균 입경과 제2입자(141a)의 평균 입경인 제2평균 입경의 크기가 서로 다르게 구현되도록 한다. 따라서 제2입자(141a)의 크기인 제2평균 입경은 1nm~500㎛ 사이의 크기를 포함하는데, 바람직하게는 5㎛의 크기를 포함하도록 함이 가장 바람직하다. 이와 같이 제2평균 입경을 5㎛의 크기를 포함하도록 한다면, 제1입자(143a)는 제2평균 입경과 다른 크기를 가지도록 1㎛~4.99㎛ 및 5.01㎛~10㎛ 사이의 크기로서 결정되도록 한다.
도 7 및 도 8에 이러한 입자의 형상 및 입자 크기의 조합에 따른 실험 결과를 도시하였다. 실시예 5 내지 8, 13, 14에 기재된 바와 같이 제1,2입자가 동일한 형상을 가질 때 휘도 특성이 떨어짐을 알 수 있다. 반대로 실시예 9 내지 12, 15, 16, 17 내지 20에 기재된 바와 같이 제1,2입자 형상이 서로 다를 경우 휘도 특성이 개선됨을 알 수 있으며, 특히, 실시예 9, 실시예 17에 기재된 바와 같이 제1,2입자의 크기까지 다를 경우 휘도 특성이 가장 개선됨을 알 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100:백라이트 어셈블리 110:램프 유닛
120:반사판 130:도광판
140:확산 시트 141:제2입자 산란층
141a:제2입자 142:베이스층
143:제1입자 산란층 143a:제1입자
143b:투광성 수지 144:패턴층

Claims (17)

  1. 광을 투과하는 베이스층;
    상기 베이스층의 일면에 형성되며, 복수의 제1입자를 내포하는 투광성 수지를 포함하는 제1입자 산란층;
    상기 제1입자 산란층 상에 형성된 패턴을 포함하는 패턴층; 및
    상기 베이스층의 타면에 형성되며, 상기 제1입자와 다른 형상의 복수의 제2입자를 내포하는 코팅층을 포함하는 제2입자 산란층;
    을 포함하는 확산 시트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1입자의 굴절율은 상기 투광성 수지의 굴절율보다 큰 것을 특징으로 하는 확산 시트.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 투광성 수지의 굴절율은 1.3 ~ 1.75의 범위를 가지며, 상기 제1입자 산란층의 제1입자의 굴절율은 1.4 ~ 1.7의 범위를 포함하는 확산 시트.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 패턴층의 굴절율은 상기 투광성 수지의 굴절율과 같거나 큰 것을 특징으로 하는 확산 시트.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 패턴층의 굴절율은 1.3 ~ 1.8의 범위를 가지며, 상기 투광성 수지의 굴절율은 1.3 ~ 1.75의 범위를 포함하는 확산 시트.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1입자와 상기 제2입자의 평균 입경은 서로 다른 것을 포함하는 확산 시트.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 복수의 제1입자는 0.5㎛ ~ 25㎛ 내에서 택일된 동일 크기로 형성되거나, 0.5㎛ ~ 25㎛ 내에서 서로 다른 크기로 형성되는 것을 포함하는 확산 시트.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 제2입자의 입경은 1nm ~ 500㎛ 내의 크기로 형성되는 것을 포함하는 확산 시트.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1입자는 코어쉘 형상, 중공 형상, 바이컨벡스 형상, 플레이크 형상 중에서 어느 하나의 형상을 포함하며, 상기 제2 입자는 코어쉘 형상, 중공 형상, 바이컨벡스 형상, 플레이크 형상 중에서 상기 제1입자와 다른 어느 하나의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 확산시트.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 제1입자가 중공 형상을 가질 때, 상기 제2입자는 코어쉘 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 확산 시트.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 패턴층은 피치가 5㎛ ~ 200㎛의 프리즘, 렌즈, 삼각뿔, 원형뿔, 다각뿔, lenticular type 형상을 갖는 것을 포함하는 확산시트.
  12. 영상을 표시하는 디스플레이 유닛;
    광을 발생시키는 램프 유닛; 및
    상기 광을 상기 디스플레이 유닛으로 향하도록 확산시키는 단일의 확산 시트;
    를 포함하며, 상기 확산 시트는,
    광을 투과하는 베이스층;
    상기 베이스층의 일면에 형성되며, 복수의 제1입자를 내포하는 투광성 수지를 포함하는 제1입자 산란층;
    상기 제1입자 산란층 상에 형성된 패턴을 포함하는 패턴층; 및
    상기 베이스층의 타면에 형성되며, 상기 제1입자와 다른 형상의 복수의 제2입자를 포함하는 제2입자 산란층;
    을 포함하는 표시 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 패턴층의 굴절율은 상기 투광성 수지의 굴절율과 같거나 크며, 상기 제1입자의 굴절율은 상기 투광성 수지의 굴절율보다 크게 형성되는 것을 포함하는 표시 장치.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 패턴층의 굴절율은 1.3~1.8의 범위를 가지며, 상기 투광성 수지의 굴절율은 1.3~1.75의 범위를 가지며, 상기 제1입자 산란층의 제1입자의 굴절율은 1.4 ~1.7을 포함하는 표시 장치.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 제1입자의 평균 입경인 제1평균 입경과 상기 제2입자의 평균 입경인 제2평균 입경의 크기가 서로 다른 것을 포함하는 표시 장치.
  16. 청구항 12에 있어서, 상기 제1입자의 제1평균 입경은 0.5㎛ ~ 25㎛ 내에서 택일적인 단일의 크기를 가지거나, 또는 0.5㎛ ~ 25㎛ 내의 서로 다른 크기를 갖는 것을 포함하는 표시 장치.
  17. 청구항 12에 있어서, 상기 제 1입자는 코어쉘 형상, 중공 형상, 바이컨벡스 형상, 플레이크 형상 중에서 어느 하나의 형상을 포함하며, 상기 제2 입자는 코어쉘 형상, 중공 형상, 바이컨벡스 형상, 플레이크 형상 중에서 상기 제1입자와 다른 어느 하나의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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