KR20160026966A - 광확산 필름의 제조방법 및 그를 채용한 액정디스플레이용 백라이트 유닛 - Google Patents

광확산 필름의 제조방법 및 그를 채용한 액정디스플레이용 백라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광확산 필름, 그의 제조방법 및 그를 채용한 액정디스플레이용 백라이트 유닛에 관한 것이다.
본 발명의 광확산 필름은 투명 고분자 수지층 내에, 일 방향으로 평행하게 배치된 섬유층의 적어도 2층 이상이 교대 배열되고, 특히, 상기 섬유층을 구성하는 섬유의 배열방향 대비 90˚, ±θ의 각도 또는 90˚배열 후 ±θ의 각도 조합으로 다축 교대 배열되는 구조적 특징에 따라, 입사된 광원이 2차원적으로 산란하게 되어, 초기 입사광의 방향과 무관하게 균일한 광확산 효과를 구현한다. 이에, 균일한 광 확산효과가 우수한 본 발명의 광확산 필름은 종래 비드 타입의 광확산 필름을 대체 사용할 수 있고, 그를 채용함으로써, 우수한 은폐력과 광확산 효과의 물성이 개선된 액정디스플레이용 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.

Description

광확산 필름의 제조방법 및 그를 채용한 액정디스플레이용 백라이트 유닛{MANUFACTURING METHOD OF LIGHT-DIFFUSING FILM AND BACKLIGHT UNIT}
본 발명은 광확산 필름, 그의 제조방법 및 그를 채용한 액정디스플레이용 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 투명 고분자 수지층 내에, 일 방향으로 평행하게 배치된 섬유층이 적어도 2층 이상 교대 배열된 구조로서, 입사된 광원이 2차원적으로 산란하게 되어, 초기 입사광의 방향과 무관하게 균일한 광확산 효과를 구현하는 신규한 광확산 필름, 그의 제조방법 및 그를 채용한 액정디스플레이용 백라이트 유닛에 관한 것이다.
액정디스플레이(Liquid Crystal Display)는 스스로 발광할 수 없기 때문에 외부에서 밝고 균일한 백색광을 필요로 한다. 이와 같이 LCD의 후면에서 빛을 공급해주는 장치를 백라이트 유닛(Backlight Unit, 후면 발광 장치)이라 한다.
백라이트 유닛(BLU)은 액정디스플레이(LCD)의 색도, 명암비와 영상화질에 영향을 주는 매우 중요한 핵심부품으로서, 그 성능 개선이 지속적으로 요구된다.
최근, BLU 업계에서는 성능이 개선된 광학필름을 개발하거나 광학필름 여러 장을 하나로 통합하는 복합광학부품에 대한 연구로 진행되고 있다.
특히, 액정디스플레이 백라이트 유닛용 광확산 필름은 디스플레이의 선명한 화상을 얻기 위하여 측면 또는 후면에 위치한 냉음극 형광 램프로부터 조사되는 선형 광으로부터의 빛을 통과시키면서 균일한 면광을 유도하여 선명한 광화상을 얻도록 한다.
따라서 액정디스플레이 백라이트 유닛용 광확산 필름 분야에서는 광원램프로부터 방사되어 확산판 또는 도광판을 투과하는 빛을 손실 없이 통과시키는 은폐기능과 균일하게 확산시키는 기능을 갖는 광확산 필름의 개발에 집중하고 있다.
일반적으로 광확산 필름은 투명한 플라스틱 필름 상에 광확산제로서 투명한 유기 입자 또는 무기 입자를 사용하고 투명한 수지 바인더로 도포하여 광확산층을 형성한 형태가 공지되어 있다[일본특허공개 평7-174909호, 제2000-27862호 및 제1998-20430호]. 그러나 상기 발명의 광확산 필름은 평균입경이 일정한 투명한 유기 입자 또는 무기 입자를 사용하여 광확산층이 형성된 단면으로 인하여, 굴절 또는 산란 없이 빛이 직접 통과하여 휘도가 저하되는 문제가 발생한다.
따라서, 종래 유기 입자 또는 무기 입자 등의 비드(bead) 타입의 광확산 필름은 사용되는 광확산제 입자의 종류, 크기, 굴절률제어 및 분산 정도에 따라, 광확산 필름의 은폐력 및 휘도 특성이 좌우된다.
광확산 필름의 다른 유형으로는 광원으로부터의 빛의 강도 분포를 균일하게 하거나 화면의 명도 향상을 위하여, 등방성 재료 내에 이방성 입자를 특정한 간격으로 배치하거나[일본공개 평11-509014호], 복수의 복굴절 섬유를 평행하게 배열한 형태가 공지되어 있다[일본공개 제2003-302507호].
그러나 공지의 광확산 필름은 방사된 섬유를 등방성의 재료상에 배열한 후 프레스로 합착한다.
도 3은 종래 광확산 필름의 단면 사진으로서, 이러한 방식으로 제조된 광확산 필름의 경우, 필름 내 섬유층이 섬유다발이 뭉쳐져 있어, 입사광의 진행 방향에 대하여 후방에서 산란되는 후방 산란에 의한 빛의 손실이 크기 때문에, 디스플레이가 어두워지는 문제가 지적된다. 이에, 빛을 효율적으로 전방으로 확산시킬 수 있는 광확산 필름이 요구되고 있다.
이에, 본 발명자들은 종래 광확산 필름의 문제점을 해소하고자 노력한 결과, 투명 고분자 수지층 내에, 일 방향으로 평행하게 배치된 섬유층이 적어도 2층 이상 교대 배열되어, 입사된 광원의 2차원적 산란에 의해 우수한 은폐력과 광확산 효과를 보이므로 액정디스플레이 백라이트 유닛용 광확산 필름으로 유용함을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 투명 고분자 수지층 내에 일 방향으로 평행하게 배치된 섬유층이 적어도 2층 이상 교대 배열된 매트릭스 타입의 광확산 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 광확산 필름의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광확산 필름을 채용한 액정디스플레이용 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명 고분자 수지층 내에, 일 방향으로 평행하게 배치된 섬유층이 적어도 2층 이상 교대 배열된 매트릭스 타입의 광확산 필름을 제공한다.
본 발명의 광확산 필름에서, 투명 고분자 수지층은 등방성 또는 이방성 고분자 수지로 이루어진다.
본 발명의 광확산 필름에 있어서, 섬유층은 주변 섬유간 일정한 간격을 유지하며 평행하게 배열된다. 이때, 나노섬유의 배열방향에 대하여 90˚, ±θ의 각도 또는 90˚배열 후 ±θ의 각도 조합으로 다축 교대 배열되는 것이 바람직하다.
이때, 섬유층은 2층 이상, 더욱 바람직하게는 2층 내지 5층으로 교대 배열되는 것이 바람직하다.
또한, 섬유층은 복굴절성 유기섬유가 사용되고, 더욱 바람직하게는 상기 유기섬유의 굴절율이 투명 고분자 수지층을 구성하는 고분자 수지의 굴절율 대비 0.05 이상 높게 설계되는 것이다. 상기 굴절율 설계에 따라 광투과율이 40% 이상을 구현한다.
본 발명의 섬유층에 사용되는 바람직한 유기섬유로는 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 사이크로올레핀폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이다.
또한, 섬유층을 구성하는 유기섬유는 동그라미, 세모 또는 네모 중에서 선택되는 단면; 또는 이들 조합의 이형단면;을 가질 수 있다.
이에, 본 발명은 1) 투명 고분자 수지 성분 및 복굴절성의 섬유 성분이 이성분 복합 노즐을 통해 투명 고분자 수지층 내부에 복굴절성 섬유가 일 방향으로 평행하게 배치되고 상기 배치방향에 대하여 90˚, ±θ의 각도 또는 90˚배열 후 ±θ의 각도 조합으로 적어도 2층 이상이 다축 교대 배열되도록 나노섬유층을 형성하고,
2) 상기 공정 이후, 연신 및 냉각공정이 수행되는 광확산 필름의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 제조방법으로서, 1) 투명 고분자 수지층 내에 일 방향으로 평행하게 배치된 단일층의 섬유층을 형성하고, 2) 상기 단일층의 섬유층의 배치방향에 대하여 90˚, ±θ의 각도 또는 90˚배열 후 ±θ의 각도 조합으로 적어도 2층 이상 교배 배열하고, 3) 이를 복합화하는 것으로 이루어진 광확산 필름의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기에서 복합화는 더블벨트프레스 방식, 라미네이션 방식 및 캘린더 방식으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 수행될 수 있다.
나아가, 본 발명은 상기 광확산 필름을 채용한 액정디스플레이용 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명에 따라, 투명 고분자 수지층 내에, 일 방향으로 평행하게 배치된 섬유층이 적어도 2층 이상 교대 배열된 매트릭스 타입의 광확산 필름을 제공할 수 있다.
본 발명의 광확산 필름은 투명 고분자 수지층 내에 다축 교대 배열된 섬유층에 의해, 입사된 광원의 2차원적 산란에 의해 초기 입사광의 방향과 무관하게 균일한 광확산 효과를 구현하므로 종래 비드 타입의 광확산 필름을 대체 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 광확산 필름은 복합방사에 의해 제조할 수 있으며, 이로부터 얻어진 광확산 필름을 채용함으로써, 우수한 은폐력과 광확산 효과의 물성이 개선된 액정디스플레이용 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 광확산 필름 구조의 모식도이고,
도 2는 본 발명의 광확산 필름의 단면 사진이고,
도 3은 종래 광확산 필름의 단면 사진이고,
도 4는 본 발명의 광확산 필름을 교차 편광자와의 간격(a는 45˚, b는 0˚)에 따른 복굴절성을 관찰한 사진이고,
도 5는 본 발명의 광확산 필름을 구성하는 나노섬유의 표면사진이고,
도 6은 본 발명의 광확산 필름에 대한 산란패턴 실험결과이고,
도 7은 본 발명의 광확산 필름에 대한 수평(0˚), 사선(45˚) 및 수직(90˚)에 따른 등고선 지도 및 광분포각의 측정결과를 도시한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
본 발명은 투명 고분자 수지층(20) 내에, 일 방향으로 평행하게 배치된 섬유층(10)이 적어도 2층 이상 교대 배열된 매트릭스 타입의 광확산 필름(1)을 제공한다.
도 1은 본 발명의 광확산 필름 구조를 나타낸 것으로서, 등방성 또는 이방성 상의 투명 고분자 수지층(20) 내에, 일 방향으로 평행하게 배치된 섬유층(10)이 적어도 2층 이상 상호 직교 방향으로 교대 배열된 구조이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광확산 필름은 투명 고분자 수지층(np) 내에, 섬유가 일 방향으로 평행하게 배치되고, 상기 섬유에 대하여 상호 직교방향으로 연속적으로 적층된다. 이러한 구조에 의해 입사된 광원은 2차원적으로 산란하게 된다.
이때, 본 발명의 실시예에서 사용된 투명 고분자 수지층(np)은 등방성 또는 이방성이며, 섬유층(10)을 구성하는 유기섬유(11)는 1.650의 이상(extraordinary) 굴절률(ne)과 1.460의 정상(ordinary) 굴절률(no)을 가지는 복굴절 물질이며, 이때 굴절률은 이에 한정되지 아니할 것이다.
도 2는 본 발명의 광확산 필름의 단면 사진으로서, 상기 광확산 필름(1)에서, 섬유층(10)은 주변 섬유간 일정한 간격을 유지하며 평행하게 배열된다. 또한, 적어도 2층 이상이 교대 배열된 섬유층(10)은 섬유의 배열방향에 대하여, 90˚, ±θ의 각도 또는 90˚배열 후 ±θ의 각도 조합으로 다축 교대 배열되는 것이 바람직하다. 가장 바람직한 일례로 본 발명의 실시예에서는 상호 직교(90˚) 방향으로 한정하여 설명하고 있으나, 섬유층의 유기섬유간 이격 배열되고 2층 이상이 교대 배열될 때, 일정각도(±θ)로 사선 배치되거나, 직교(90˚) 배열 후 ±θ의 각도 조합으로 수행될 수 있을 것이다.
본 발명의 광확산 필름(1)에서, 섬유층(10)은 적어도 2층 이상 적층된 구조이며, 더욱 바람직하게는 2층 내지 5층으로 교대 배열되는 것이다. 이때, 섬유층(10)이 2층 미만의 단층 구조이면, 1차원적인 산란이 일어나는 문제가 있으며, 5층을 초과하여 적층되면, 각 층에서 일어나는 빛의 흡수 및 반사에 의해 빛의 손실이 커지므로 바람직하지 않다.
본 발명의 광확산 필름(1)에서, 섬유층(10)을 구성하는 유기섬유(11)는 복굴절성 유기섬유가 사용되고, 더욱 바람직하게는 상기 유기 나노섬유의 굴절율이 투명 고분자 수지층을 구성하는 고분자 수지의 굴절율 대비 0.05 이상 높게 설계되는 것이다. 상기 굴절율 설계에 따라 광투과율이 40% 이상을 구현한다.
본 발명의 섬유층(10)에 사용되는 유기섬유(11)의 바람직한 일례로는 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 이상을 사용한다. 본 발명의 실시예에서는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)를 가장 바람직한 재질로 선정하고 설명하고 있으나, 이에 한정되지는 아니할 것이다.
도 4는 본 발명의 광확산 필름(1)을 교차 편광자와의 간격에 따른 복굴절성을 관찰한 사진으로서, a는 45˚일 때, 가장 높은 투과도를 확인할 수 있으며, b는 0˚ 또는 90˚ 일 때, 투과도 제로의 결과를 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예를 중심으로 설명하면, 등방성의 고분자 수치층(20)에 섬유층(10)이 일 방향으로 평행하게 배치된 단층의 광확산 필름은 복굴절성을 나타낸다. 구체적으로는, 교차 편광자와의 각도 Ψ에 놓일 때, 복굴절성을 나타내는 광확산 필름의 투과도는 하기 식(1) 및 식(2)에 산출된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
이때, 상기 식(1) 및 식(2)로부터, 각도 Ψ가 45 일 때, 투과도가 가장 높고, 반면에, 각도 Ψ가 0˚ 또는 90˚ 일 때, 제로값의 투과도를 나타내므로, 도 4의 결과로부터, 본 발명의 광확산 필름(1)에서 고분자 수지층(20) 내에, 섬유층(10)의 배열에 의해 복굴절성을 확인할 수 있다.
도 5는 도 4의 광확산 필름을 구성하는 나노섬유의 표면사진이다.
도 6은 본 발명의 광확산 필름에 대한 산란패턴 실험결과로서, 백라이트 유닛의 도광판(Light Guide Plate, LGP)이 위치한 부분은 도트형 스팟이 관찰되고, 여기에, 투명 고분자 수지층에 단일층의 나노섬유층이 삽입된(embedded) 광확산 필름이 놓인 결과, 여전히 미세한 도트형 스팟이 관찰되므로, 충분한 확산효과를 기대할 수 없다. 반면에, 본 발명의 광확산 필름(1)은 투명 고분자 수지층(20)에 나노섬유층(10)이 2층 교차 배열된 구조의 경우, 도트형 스팟이 거의 관찰되지 않은 우수한 은폐력을 보인다.
이에, 본 발명의 광확산 필름(1)의 구조에 의해 입사된 광원은 2차원적으로 산란하게 되어, 초기 입사광의 방향과 무관하게 균일하게 빛을 확산할 수 있다.
도 7은 본 발명의 광확산 필름에 대한 수평(0˚), 사선(45˚) 및 수직(90˚)에 따른 등고선 지도 및 광분포각의 측정결과를 도시한 것이다.
구체적으로는 도 7의 (a)는 본 발명의 광확산 필름없이 LGP 만을 측정한 경우로서 LGP 표면상의 백색의 도트형의 스팟 때문에 광분포각이 균일하지 않은 반면, (b) 본 발명의 광확산 필름에 대한 결과에서는 LGP을 거쳐 광확산 필름을 통과하므로 현저히 균일한 광분포각을 확인할 수 있다.
이에, 본 발명의 광확산 필름은 선택적인 편광에 대한 일차원적인 산란(산란 편광판)과 더욱 투명한 고분자 수지 조합에 의한 광투명도가 향상되어 균일한 광 확산효과가 구현되므로, 종래 비드 타입의 광확산 필름을 대체 사용할 수 있다.
나아가, 본 발명의 광확산 필름(1)에 있어서, 섬유층(10)을 구성하는 유기 섬유(11)에 대하여 원형단면에 대하여, 설명하고 있으나, 이에 한정되지 아니하고, 동그라미, 세모 또는 네모 중에서 선택되는 어느 하나의 단면; 또는 이들 조합의 이형단면;을 가질 수 있으며, 이때, 이형단면을 구성하는 섬유소재변경 및 섬유간의 굴절률을 달리하여 설계할 수도 있다.
본 발명의 광확산 필름(1)에 있어서, 투명 고분자 수지층(20)은 통상 광학용으로 사용 가능한 투명 수지라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 바람직한 일례로는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 스티렌과 메타크릴산메틸과의 랜덤공중합체 수지(MS 수지) 또는 폴리카보네이트(PC)에서 선택 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 투명 고분자 수지층(20)은 투명 고분자 수지와 섬유를 복합 방사하여, 투명 고분자 수지층(20)과 섬유층(10)을 형성하므로, 사용되는 투명 고분자 수지를 등방성에 한정하지 아니하고 이방성 물질을 사용할 수 있다.
본 발명은 상기 광확산 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 제1실시형태의 제조방법은 1) 투명 고분자 수지 성분 및 복굴절성의 섬유 성분이 이성분 복합 노즐을 통해 투명 고분자 수지층 내부에 복굴절성 섬유가 일 방향으로 평행하게 배치되고 상기 배치방향에 대하여 90˚, ±θ의 각도 또는 90˚배열 후 ±θ의 각도 조합으로 적어도 2층 이상이 다축 교대 배열되도록 섬유층을 형성하고,
2) 상기 공정 이후, 연신 및 냉각공정이 수행되는 것이다.
상기 공정 1)에서 투명 고분자 수지층(20)에, 복굴절성의 유기섬유로 이루어진 섬유층(10)은 10 내지 90중량%, 더욱 바람직하게는 10 내지 80중량%로 함유된다. 이때, 복굴절성의 유기 나노섬유 함량이 90중량% 이상이면, 빛의 산란이 크게 발생하여 바람직하지 않다.
또한, 공정 1)에서의 섬유는 이성분 복합 노즐에 상기 성분의 용융물을 투입 압출하고, 방사속도 1 내지 7km/min로 방사하여 섬유직경 500nm 이하의 나노크기를 충족하는 나노섬유를 얻을 수 있다. 또한, 상기 고속방사에 의해 필라멘트 형태의 나노장섬유로 제조할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 3800개 홀을 가지는 이성분 복합 노즐을 사용하고 있으나, 방사구금에서의 홀은 상기 범위를 중심으로 확장 적용될 수 있으므로 이에 한정되지 아니할 것이다.
본 발명의 제조방법 중, 공정 2)에서의 연신공정에 의해 섬유층의 원하는 복굴절성을 구현할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서 섬유층을 구성하는 유기섬유(11)는 1.650의 이상(extraordinary) 굴절률(ne)과 1.460의 정상(ordinary) 굴절률(no)을 가지는 복굴절성을 갖는다.
또한, 투명 고분자 수지층(20)은 등방성이 바람직하나, 이방성 고분자 수지를 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 제2실시형태의 제조방법은 1) 투명 고분자 수지층 내에 일 방향으로 평행하게 배치된 단일층의 섬유층을 형성하고, 2) 상기 단일층의 섬유층의 배치방향에 대하여 90˚, ±θ의 각도 또는 90˚배열 후 ±θ의 각도 조합으로 적어도 2층 이상 교배 배열하고, 3) 이를 복합화하는 것으로 이루어진다.
상기 제조방법에서 공정 1)은 단일층의 섬유층을 형성하는 공정으로서, 투명 고분자 수지층 및 섬유층에 대한 설명을 상기와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
공정 2)의 적어도 2층 이상 교대 배열하는 공정은 바람직하게는 2층 내지 5층까지 적층하도록 하며, 각 층의 교대 배열시, 나노섬유의 배치방향에 대하여 바람직하게는 직교(90˚)로 배열하여 그리드형으로 제작할 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 일정각도(±θ)로 사선 배치되거나, 직교(90˚) 배열 후 ±θ의 각도 조합으로 수행될 수 있을 것이다.
본 발명의 제조방법에서 공정 3)에서 복합화는 열접착방식에 의해 수행하며, 더욱 바람직하게는 100 내지 220℃에서 더블벨트프레스 방식, 라미네이션 방식 및 캘린더 방식으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 수행될 수 있다.
나아가, 본 발명은 광확산 필름을 채용한 액정디스플레이용 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 광확산 필름(1)은 투명 고분자 수지층 내(20)에, 일 방향으로 평행하게 배치된 나노섬유층(10)의 적어도 2층 이상이 교대 배열된 구조에 의해, 입사된 광원이 2차원적으로 산란하게 되어, 초기 입사광의 방향과 무관하게 균일하게 빛을 확산할 수 있다.
이에, 본 발명의 광확산 필름(1)은 균일한 광 확산효과가 우수하므로, 종래 비드 타입의 광확산 필름을 대체 사용할 수 있고, 그를 채용함으로써, 우수한 은폐력과 광확산 효과의 물성이 개선된 액정디스플레이용 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.
본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1>
나노섬유 성분으로서, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 용융하고, 가압 상태에서 3,800개 홀을 가진 방사노즐을 통해 1km/min 속도로 방사를 수행하여 유기 나노섬유를 제조하였다. 상기 제조된 3,800개 유기 나노섬유와 투명 고분자 수지(TPX
Figure pat00003
RT 18)를 1:9 중량비율로 혼합하고, 동시에 압출시키되, 상기 유기 나노섬유가 고분자 수지로 이루어진 층상에 일 방향으로 평행하게 배치되도록 하고 상기 나노섬유의 배열방향 대비 직교방향으로 교대 배열하여 2층의 적층 구조로 압출하였다. 이후 공기를 불어주면서 신속히 냉각 및 경화시키고, 고온 고압 공기에 의해 연신공정을 수행하였다. 상기 연신공정에 의해 원하는 복굴절성을 가지는 나노섬유를 얻었다. 상기 나노섬유의 정상(ordinary) 굴절률(no)은 등방성의 투명 고분자 수지층(np)과 일치하고, 나노섬유의 이상(extraordinary) 굴절률(ne)은 등방성의 투명 고분자 수지층(np)과 불일치하였으며, 이때, 나노섬유의 이상(extraordinary) 굴절률(ne)과 정상(ordinary) 굴절률(no) 수치는 각각 1.650과 1.460이었다.
< 실시예 2>
상기 실시예 1에서 투명 고분자 수지층(TPX
Figure pat00004
RT 18)로 이루어진 수지층 내에 복굴절성 나노섬유가 일 방향으로 평행하게 배치되고 상기 배치방향에 대하여 직교방향으로 교대 배열된 2층 구조의 광확산 필름을 제조하였다.
상기 제조된 광확산 필름 2장을 나노섬유층에 배열된 나노섬유의 배열방향 대비 직교방향이 되도록 포개고 195℃로 유지된 벨트속도 1.0m/min인 더블벨트프레스에서 열접착시켜, 4층의 나노섬유층이 투명 고분자 수지층 내에 교대 배열된 광확산 필름을 제조하였다.
< 실시예 3>
상기 실시예 1에서 제조된 유기 나노섬유와 투명 고분자 수지(TPX
Figure pat00005
RT 18)를 4:6 중량비율로 혼합하여 동시 압출하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 광확산 필름을 제조하였다.
< 실시예 4>
상기 실시예 1에서 제조된 유기 나노섬유와 투명 고분자 수지(TPX
Figure pat00006
RT 18)를 5:5 중량비율로 혼합하여 동시 압출하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 광확산 필름을 제조하였다.
< 비교예 1>
상기 실시예 1에서 투명 고분자 수지층(TPX
Figure pat00007
RT 18) 내에 복굴절성 나노섬유가 일 방향으로 평행하게 배치된 나노섬유층이 배열된 단일층 구조의 광확산 필름을 제조하였다.
< 비교예 2>
상기 실시예 1에서 제조된 유기 나노섬유와 투명 고분자 수지(TPX
Figure pat00008
RT 18)를 8:2 중량비율로 혼합하여 동시 압출하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 광확산 필름을 제조하였다.
< 실험예 1> 복굴절성 측정
상기 실시예 1에서 제조된 광확산 필름을 교차 편광자와의 간격 45˚, 또는 0˚ 일 때 투과도를 측정하였다.
도 4에서 a는 교차 편광자와의 간격 45˚로 놓일 때의 필름표면을 관찰한 결과로서, 높은 투과도를 보인 반면, b는 0˚로 놓일 때의 투과도 제로값을 확인하였다.
이상의 결과는 등방성의 투명 고분자 수지층 내에 일 방향으로 평행하게 배치된 단일층 구조의 나노섬유층의 경우의 하기 식 (1) 및 식 (2)에 의해 산출된 이론적 복굴절성 결과와 일치하므로, 본 발명의 나노섬유층의 배열이 잘 형성되었음을 뒷받침한다.
Figure pat00009
Figure pat00010
< 실험예 2> 나노섬유층의 표면측정
상기 실험예 1에서 수행된 투과도 실험에 사용된 나노섬유층을 주사전자현미경으로 측정한 결과를 도 5에 도시하였다. 그 결과, 마이크로 사이즈보다 작은 크기의 나노섬유를 확인하였다.
< 실험예 3> 광확산 필름의 산란패턴 측정
상기 실시예 1에서 제조된 광확산 필름의 산란패턴을 측정하기 위하여 백라이트 유닛의 도광판(Light Guide Plate, LGP)상에 상기 광확산 필름을 올려 패턴을 관찰하였다.
그 결과를 도 6에 도시하였다. 구체적으로는 LGP만 올려진 경우는 도트형 스팟이 선명히 관찰되고, 단일층의 나노섬유층이 배열된 경우, 나노섬유의 장축과 평행하게 입사된 광은 나노섬유의 굴절률(ne)과 등방성의 투명 고분자 수지층의 굴절률(np)간 일치에 의해서만 산란되고, 나노섬유의 장축에 대한 수직광은 나노섬유의 굴절률(no)과 투명 고분자 수지층의 굴절률(np)과 일치에 의해 투과되기 때문에, 나노섬유의 장축 방향에서만 산란되어, 도트형 스팟이 여전히 관찰되었다.
반면에, 실시예 1의 광확산 필름은 도트형 스팟이 거의 관찰되지 않은 우수한 은폐력을 보였다. 이러한 결과는 실시예 1의 광확산 필름은 투명 고분자 수지층 내에, 나노섬유층이 2층으로 교대 배열된 구조적 특징에 의해 입사광이 2차원적으로 산란됨에 따른 것으로 확인할 수 있었다.
< 실험예 4> 광확산 필름의 광분포각 측정
상기 실시예 1에서 제조된 광확산 필름의 사용유무에 따른 광분포도를 확인하기 위하여, 수평(0˚), 사선(45˚) 및 수직(90˚)에 따라 등고선 지도 및 광분포의 측정은 ELDIM(EZ Contrast XL88 system)을 이용하여 측정하였다.
그 결과를 도 7에 도시하였는데, (a)는 본 발명의 광확산 필름없이 LGP 만을 측정한 경우로서, LGP 표면상의 백색의 도트형의 스팟 때문에 수평(0˚), 사선(45˚) 및 수직(90˚) 방향에 대한 광분포가 균일하지 않은 반면, (b) 입사광이 LGP을 거쳐 실시예 1의 광확산 필름을 통과하므로 수평(0˚), 사선(45˚) 및 수직(90˚)방향에 따른 광분포의 균일성을 확인하였다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 투명 고분자 수지층 내에, 일 방향으로 평행하게 배치된 나노섬유층의 적어도 2층 이상이 교대 배열된 매트릭스 타입의 광확산 필름을 제공하였다.
본 발명의 광확산 필름은 투명 고분자 수지층 내에 다축 교대 배열된 나노섬유층에 의해, 입사된 광원의 2차원적 산란에 의해 초기 입사광의 방향과 무관하게 균일한 광확산 효과를 구현하므로 종래 비드 타입의 광확산 필름을 대체 사용할 수 있다.
나아가, 본 발명의 광확산 필름을 채용한 액정디스플레이용 백라이트 유닛은 우수한 은폐력과 광확산 효과를 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.
10: 섬유층
11: 유기섬유
20: 투명 고분자 수지층
1: 광확산 필름

Claims (7)

1) 투명 고분자 수지 성분 및 복굴절성의 유기섬유 성분이 동시에 압출되는 이성분 복합 노즐을 통해, 상기 투명 고분자 수지로 이루어진 투명 고분자 수지층 내에, 복굴절성의 유기섬유가 일 방향으로 평행하게 배치된 섬유층이 적어도 2층 이상 삽입된 구조로 동시 압출될 때, 주변 섬유간 간격이 유지되고, 상기 섬유층의 각 층간 섬유의 배열방향이 상호 직교(90˚ 배열) 또는 상기 직교 후 사선(90˚ 배열 후 ±θ)의 각도로 다축 교대 배열되도록 섬유층을 형성하고,
2) 상기 공정 이후, 연신 및 냉각공정을 수행하는 광확산 필름의 제조방법.
1) 투명 고분자 수지 성분 및 복굴절성의 유기섬유 성분이 동시에 압출되는 이성분 복합 노즐을 통해, 상기 투명 고분자 수지로 이루어진 투명 고분자 수지층 내에, 복굴절성의 유기섬유가 일 방향으로 평행하게 배치된 섬유층이 동시 압출될 때, 주변 섬유간 간격이 유지되고, 상기 섬유층의 배치방향에 대하여 직교방향으로 교대 배열된 2층 구조의 섬유층을 가지는 광확산 필름을 형성하고,
2) 상기 1) 단계의 광확산 필름의 적어도 2장 이상을 각 층간 섬유의 배열방향이 상호 직교(90˚ 배열) 또는 상기 직교 후 사선(90˚ 배열 후 ±θ)의 각도로 다축 교대 배열되도록 형성하고,
3) 이를 복합화하는 것으로 이루어진 광확산 필름의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투명 고분자 수지층이 등방성 또는 이방성 고분자 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 광확산 필름의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유층이 2층 내지 5층이 교대 배열된 것을 특징으로 하는 광확산 필름의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유기섬유의 굴절율이 투명 고분자 수지층의 고분자 수지의 굴절율 대비 0.05 이상 높게 설계될 때, 광투과율이 40% 이상인 것을 특징으로 하는 광확산 필름의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유기섬유의 단면이 동그라미, 세모 또는 네모 중에서 선택되는 어느 하나의 단면; 또는 이들 조합의 이형단면;을 가지는 것을 특징으로 하는 광확산 필름의 제조방법.
제1 내지 6항 중 어느 한 항으로부터 제조된 광확산 필름을 채용한 액정디스플레이용 백라이트 유닛.
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