KR20160052972A - 광학시트 및 이를 포함하는 광학 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20160052972A
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임형태
황성철
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Abstract

본 발명은 기재층; 프라이머층; 및 광학패턴층이 순차적으로 적층된 광학시트에 관한 것으로, 상기 광학시트는 휘도 및 내충격성이 우수하며, ?-아웃(wet-out) 현상을 최소화할 수 있다.

Description

광학시트 및 이를 포함하는 광학 디스플레이 장치{OPTICAL SHEET AND OPTICAL DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 광학시트 및 이를 포함하는 광학 디스플레이장치에 관한 것이다.
본 발명이 적용될 수 있는 분야 중 하나인 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 일반적으로 공통 전극과 색필터 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입하고, 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표현하는 장치이다. 액정 표시 장치는 스스로 발광하지 못하는 수광 소자이기 때문에, 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛이 필요하다.
일반적으로 백라이트 유닛은 빛을 공급하는 광원과 선 광원 또는 점 광원 등을 면 광원으로 전환시키기 위한 확산판 또는 도광판 및 광 성능을 향상시키기 위한 각종 광학시트들로 이루어진다. 백라이트 유닛에 사용되는 광학시트에는 휘도를 향상시키기 위한 집광 필름, 백라이트 배면의 결함이나 광원의 휘선을 은폐하는 기능을 수행하는 확산 필름 등이 있다.
최근에는 디스플레이 패널의 슬림화에 따라, 광학시트의 두께 역시 최소화되는 추세이다. 특히, 휴대전화, 태블릿 PC 등의 전자기기에 터치(touch) 입력 기능이 부여되면서 액정디스플레이(LCD) 화면에는 지속적으로 충격이 가해지고 있다.
액정디스플레이 장치에 탑재되는 광학시트의 일 예로 휘도 향상 필름은 UV 경화형 수지를 이용하여 프리즘 모양으로 단단하게 경화가 된 필름이지만, 지속적인 외부 충격에 의해 프리즘의 손상이 발생하며, 이러한 프리즘의 손상은 화질의 저하 및 화질 불균일 등의 불량을 일으키는 문제가 있다.
따라서, 외부 충격에 의한 내충격성이 충분히 확보되어야 한다.
외부충격에 의한 프리즘의 손상을 방지하는 방법으로는 프리즘을 형성하는 수지의 내충격성을 향상시켜 문제를 해결하는 방법이 있을 수 있지만, 일반적으로 이러한 수지들은 굴절율이 낮아 고휘도 특성을 나타내기는 어렵다.
또한, 휘도필름의 후면에 백코팅층(back coating layer)을 형성하여 액정디스플레이 화면에 가해지는 충격을 완화하는 방안이 있으나 백코팅층 하부의 다른 필름이 서로 붙어 얼룩 형상을 만드는 ?-아웃(wet out) 현상이 일어날 수 있는 문제점이 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 휘도가 우수한 광학시트를 제공하기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 외부충격에 의한 내충격성이 우수한 광학시트를 제공하기 위함이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 ?-아웃(wet out) 현상을 최소화할 수 있는 광학시트를 제공하기 위함이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 기재층; 프라이머층; 및 광학패턴층이 순차적으로 적층된 광학시트에 관한 것이다.
상기 기재층은 폴리아세탈 수지, 아크릴계 수지, 우레탄 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 폴리카보네이트계 수지, 스티렌계 수지, 폴리에스터계 수지, 비닐계 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리올레핀 수지, 시클로올레핀계 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 수지, 폴리아릴술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지, 또는 불소계 수지 중 1종 이상의 수지를 포함할 수 있다.
상기 프라이머층은 (메타)아크릴레이트계 올리고머의 경화물을 포함할 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트계 올리고머는 우레탄 (메타)아크릴레이트계 올리고머 및 에폭시 (메타)아크릴레이트계 올리고머로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 우레탄 (메타)아크릴레이트계 올리고머는 중량평균분자량(Mw)이 약 500 내지 100,000 g/mol이며, 상기 에폭시 (메타)아크릴레이트계 올리고머는 중량평균분자량(Mw)이 약 500 내지 30,000g/mol일 수 있다.
상기 기재층의 두께는 50 내지 250㎛이며, 상기 프라이머층의 두께는 5 내지 20㎛이며, 상기 광학패턴층의 두께는 5 내지 50㎛일 수 있다.
상기 광학패턴층과 대항하는 상기 프라이머층의 일면에는 요철패턴이 형성되고, 상기 요철패턴은 표면조도 Ra가 약 0.01 내지 2㎛일 수 있다.
상기 프라이머층은 평균입경(D50)이 0.1 내지 30㎛인 유기입자를 포함할 수 있다.
상기 유기입자는 아크릴계 입자, 실록산계 입자, 또는 스티렌계 입자일 수 있다.
상기 프라이머층의 굴절률은 1.45 내지 1.65이며, 상기 유기입자의 굴절률은 1.45 내지 1.58일 수 있다.
상기 광학패턴층은 프리즘패턴, 마이크로 렌즈 패턴, 헥사고날 마이크로 렌즈 패턴, 엠보패턴, 렌티큘러 렌즈 패턴, 피라미드 패턴, 매트 패턴 및 이들의 혼합 패턴으로 이루어진 군에서 선택된 광학패턴을 포함할 수 있다.
상기 광학패턴층의 굴절률은 1.58 내지 1.70일 수 있다.
상기 광학패턴층은 굴절률이 1.58 이상인 제1 모노머, 하기 화학식 2의 알킬렌옥시드 단위를 포함하는 제2 모노머, 및 개시제를 포함하는 광학패턴 형성용 조성물로 형성된 것일 수 있다;
<화학식 2>
Figure pat00001
상기 화학식 2에서, *는 원소의 연결부위이고, R15는 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고, n은 1 내지 10의 정수이다.
상기 제1 모노머는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다;
<화학식 1>
Figure pat00002
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 10의 알킬렌기, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 탄소수 7 내지 20의 알킬아릴렌기 또는 아릴알킬렌기이고, Ar1은 탄소수 6 내지 10의 아릴기이고, X1 및 X2는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-이고, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 수소 원자, -OH, -SH, -NH2, 또는
Figure pat00003
(여기서, R3는 수소 원자 또는 메틸기이고, X3는 -O- 또는 -N(R)-(R: 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기)이며, *는 결합 부위를 나타냄)이고, Y1 및 Y2 중 적어도 하나는
Figure pat00004
이며, n1 및 n2의 평균값은 각각 독립적으로 1 내지 4이다).
상기 프리즘패턴을 구성하는 단위프리즘의 피치는 10 내지 100㎛이며, 높이는 5 내지 50㎛일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 광학시트를 포함하는 광학 디스플레이 장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 광학시트는 휘도 및 내충격성이 우수하며, ?-아웃(wet-out) 현상을 최소화할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 광학시트의 사시도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 광학시트의 단면도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 광학시트의 단면도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 광학시트의 단면도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른 광학시트를 포함하는 광학디스플레이장치 사시도를 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 구성요소를 지칭한다.
본 명세서에서 "상부"와 "하부"는 도면을 기준으로 정의한 것으로서, 시 관점에 따라 "상부"가 "하부"로 "하부"가 "상부"로 변경될 수 있고, "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 구조를 개재한 경우도 포함할 수 있다. 반면, "바로 위(directly on)" 또는 "바로(directly)"로 지칭되는 것은 중간체 등의 다른 구조를 개재하지 않은 것을 나타낸다.
본 발명에서 프라이머층(primer layer)는 기재층과 프리즘패턴층 사이에 형성된 프라이머층으로서 광학시트에 가하여지는 충격을 흡수 분산시키는 충격흡수층, 또는 기재층과 프리즘패턴층 간에 발생할 수 있는 응력 및 열에 의한 휨 등의 안정성을 완화시키는 응력완화층으로 정의할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
광학시트
본 발명의 광학시트는 기재층; 프라이머층; 및 광학패턴층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
광학패턴층은 프라이머층을 통과한 빛을 굴절시켜 일정한 방향성을 갖도록 하기 위한 광학 부재일 수 있다. 도 1 내지 도 5에서 광학패턴층으로 프리즘패턴층(130)을 예시하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 프리즘패턴, 마이크로 렌즈 패턴, 헥사고날 마이크로 렌즈 패턴, 엠보패턴, 렌티큘러 렌즈 패턴, 피라미드 패턴, 매트 패턴 및 이들의 혼합 패턴으로 이루어진 군에서 선택된 광학패턴이 형성된 것일 수 있다.
또한, 도 1 내지 5에서 단위프리즘(131)으로 단면이 이등변 삼각형인 프리즘패턴을 예시하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 유형의 단면, 예를 들어 다른 유형의 삼각형 프리즘, 절두 프리즘, 둥근 프리즘, 사인꼴, 또는 포물선과 같은 곡선형 단면을 갖는 프리즘패턴일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 광학시트 사시도를 도시한 것이다. 도 1을 참고하면, 광학시트(100)는 기재층(110), 기재층(110) 상에 형성된 프라이머층(120), 및 프라이머층(120) 상에 광학패턴층으로 형성된 프리즘패턴층(130)을 포함한다.
기재층(110)은 폴리아세탈 수지, 아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 스티렌계 수지, 폴리에스터계 수지, 비닐계 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리올레핀 수지, 시클로올레핀계 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 수지, 폴리아릴술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지, 또는 불소계 수지 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
기재층(110)의 두께(D)는 50 내지 250 ㎛일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
프라이머층(120)은 기재층(110) 일면에 프라이머층 형성용 조성물을 도포 후 열 또는 자외선 경화과정을 거쳐 형성될 수 있다. 상기 프라이머층 형성용 조성물의 도포 방법은 일 예로서 다이 코터, 그라비어 코터, 마이크로 그라비어 코터, 리버스코터, 나이프코터, 또는 콤마코터를 이용하여 기재층 일면 전체에 도포하여 프라이머층을 형성하는 것을 예시할 수 있다
상기 프라이머층 형성용 조성물은 (메타)아크릴레이트계 올리고머, 단관능 또는 다관능의 (메타)아크릴레이트계 모노머, 점도 조절 폴리머, 및 광개시제 또는 열개시제를 포함할 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트계 올리고머로는 우레탄 (메타)아크릴레이트 올리고머 또는 에폭시 (메타)아크릴레이트 올리고머를 사용할 수 있다. 구체적으로, 중량평균분자량(Mw)이 약 500 내지 100,000 범위의 우레탄 (메타)아크릴레이트계 올리고머 및 중량평균분자량이 약 500 내지 30,000 범위의 에폭시 (메타)아크릴레이트계 올리고머로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 중량평균분자량이 약 1,000 내지 50,000인 우레탄 (메타)아크릴레이트를 조성물에 대하여 약 40 내지 90중량부로 사용할 수 있다.
또한 상기 (메타)아크릴레이트계 모노머로는 에틸렌옥사이드기(-CH2CH2O-)를 함유하는 (메타)아크릴레이트계 모노머를 1종 이상 사용할 수 있다. 상기 에틸렌옥사이드기를 함유하는 (메타)아크릴레이트계 모노머의 바람직한 예로는 Bisphenol A [EO]10 Diacrylate(예: Miramer M2100 제조원: 미원스페셜케미칼), Bisphenol A [EO]20 Diacrylate(예: Miramer M2200 제조원: 미원스페셜케미칼), Bisphenol A [EO]30 Diacrylate(예: Miramer M2300 제조원: 미원스페셜케미칼), Trimethylolpropane[EO]6 Triacylate(예: Miramer M3160 제조원: 미원스페셜케미칼), Trimethylolpropane[EO]9 Triacylate(예: Miramer M3190 제조원: 미원스페셜케미칼), Trimethylolpropane[EO]15 Triacylate(예: Miramer M3150 제조원: 미원스페셜케미칼) 등을 들 수 있다.
구체적으로, 상기 에틸렌옥사이드 (메타)아크릴레이트 모노머로는 Trimethylolpropane[EO]9 Triacylate를 조성물에 대해 20 내지 40 중량부, 폴리우레탄 폴리머 (나눅스 社, NPA6200) 를 조성물에 대해 약 5 내지20중량부로 혼합 사용할 수 있다.
상기 광개시제는 알파-하이드록시 케톤 타입 화합물,　벤질케탈 타입 화합물이나 이들의　혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 알파-하이드록시 케톤 타입화합물로 1-하이드록시-싸이클로헥실-페닐-케톤, 2-하이드록시 2-메칠-1-페닐-1-프로파논, 2-하이드록시-1-[4-(2-하이드록시에톡시)페닐]-2-메칠-1-프로파논 등이 사용될 수 있다. 상기 광개시제는 단독 또는 2종이상 혼합하여 사용될 수 있다. 상기 광개시제는 (메타)아크릴레이트계 공중합체 100 중량부에 대하여 약 0.1 내지 5 중량부, 바람직하게는 약 1 내지 3 중량부로 적용될 수 있다. 구체적으로, Ciba社의 TPO 약 2 중량부 및 Irgacure 819 약 3 중량부를 사용할 수 있다.
상기 열개시제는 구체적으로 -OH 와 -NCO 의 우레탄 반응이 이루어지는 경우, 주석계 촉매를 사용할 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 주석계 촉매로는 DBTDL(dibutyl tin dilaurate)을 예시할 수 있다.
상기 점도 조절 폴리머로는 폴리우레탄 폴리머, 페녹시 폴리머, (메타)아크릴레이트 공중합체 폴리머 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 점도 조절 폴리머의 중량평균분자량(Mw)은 20,000 내지 200,000 g/mol일 수 있다.
상기 프라이머층 형성용 조성물은 커플링제, 경화촉진제, 점착 부여수지, 개질수지, 자외선흡수제, 레벨링제, 소포제, 가소제, 분산제, 열안정제, 광안정제, 대전방지제 등의 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
프라이머층(120)의 두께(M)는 5 내지 20 ㎛일 수 있으며, 상기 범위에서 우수한 내충격성을 확보할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 광학시트의 단면도를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 광학패턴층인 프리즘패턴층(130)은 프라이머층(120)의 일면에 연속적으로 배열된 복수 개의 단위프리즘(131)을 포함한다. 또한, 프리즘패턴층(130)은 선택적으로 프라이머층 상에 일정한 높이(H2)를 갖는 기재(132)와 일체로 형성된 복수 개의 단위프리즘(131)을 포함할 수 있다. 기재(132)의 높이(H2)는 10㎛ 이하이며, 바람직하게는 5㎛ 이하일 수 있다.
단위프리즘(131)의 높이(H1)는 각각 동일하거나 상이할 수 있는데, 약 5 내지 약 50㎛, 구체적으로는 약 10 내지 약 30㎛가 될 수 있고, 상기 범위에서 모아레가 없고 집광 효과가 있을 수 있다. 상기 단위프리즘의 피치(P)는 각각 동일하거나 다를 수 있는데, 구체적으로 피치는 약 10 내지 약 100㎛ 예를 들면 약 20 내지 약 50㎛가 될 수 있고, 상기 범위에서 모아레가 없고 집광 효과가 있을 수 있다. 단위프리즘의 꼭지각은 약 80 내지 약 100°가 될 수 있고, 상기 범위에서 휘도 향상 효과가 있을 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서, 프리즘패턴층(130)의 굴절률은 1.58 내지 1.70, 구체적으로 1.60 내지 1.67일 수 있다. 상기의 범위에서 입사되는 광을 고휘도로 출사 시킬 수 있는 장점이 있다.
광학패턴층은 압착 성형하는 방식으로 기재필름(110)의 일면에 형성될 수 있다. 예로서, 프리즘패턴층은 프리즘 패턴이 각인된 몰드 인각롤과 프라이머층의 일면을 접촉시킨 상태에서 투명 수지 조성물을 상기 인각롤과 프라이머층 사이에 주입하여 경화시키고 상기 경화되어 프라이머층에 접착된 투명 수지 조성물 코팅층을 인각롤로부터 분리하여 형성할 수 있다.
광학패턴층의 굴절률은 1.58 내지 1.70일 수 있으며, 하기 광학패턴 형성용 조성물로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 구체예의 광학패턴 형성용 조성물은 굴절률이 1.58 이상인 제1 모노머, 하기 화학식 2의 알킬렌옥시드 단위를 포함하는 제2 모노머, 및 개시제를 포함할 수 있고, 그 결과, 광학시트의 굴절률을 높여 휘도를 높일 수 있고, 내충격성, 내스크래치성, 부착성을 높일 수 있다:
<화학식 2>
Figure pat00005
(상기 화학식 2에서, *는 원소의 연결부위이고, R15는 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고, n은 1 내지 10의 정수이다).
상기 화학식 2의 알킬렌옥시드 단위를 포함하는 제2 모노머는 일 구체예로서 인과 황을 함유하지 않는, 각각 비-인계 모노머, 비-황계 모노머로서 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다:
<화학식 3>
Figure pat00006
(상기 화학식 3에서, R16, R17은 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 10의 아릴렌기, 탄소수 7 내지 20의 알킬아릴렌기 또는 탄소수 7 내지 20의 아릴알킬렌기이고, R18은 단일결합, 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기, -S-, -O-, -NR(R은 수소, 탄소수 1 내지 5의 알킬기이다)이고, R19, R20은 각각 독립적으로 수소 또는 메틸기이고, n1, n2는 각각 독립적으로 1 내지 10의 정수이다).
상기 제1 모노머는 일 구체예로서 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
<화학식 1>
Figure pat00007
(상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 10의 알킬렌기, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 탄소수 7 내지 20의 알킬아릴렌기 또는 아릴알킬렌기이고, Ar1은 탄소수 6 내지 10의 아릴기이고, X1 및 X2는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-이고, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 수소 원자, -OH, -SH, -NH2, 또는
Figure pat00008
(여기서, R3는 수소 원자 또는 메틸기이고, X3는 -O- 또는 -N(R)-(R: 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기)이며, *는 결합 부위를 나타냄)이고, Y1 및 Y2 중 적어도 하나는
Figure pat00009
이며, n1 및 n2의 평균값은 각각 독립적으로 1 내지 4이다).
바람직하게는, Y1 또는 Y2가
Figure pat00010
이고, X3는 -O- 또는 -N(R)-(R: 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기)일 경우, UV 경화 후 광학패턴과 기재필름과의 부착력이 우수하여 기재필름으로부터 광학패턴이 잘 떨어지지 아니한다.
상기 제1 모노머는 1관능 또는 2관능의 경화성 모노머로서 경화되어 광학패턴의 매트릭스를 형성하고, 광학시트의 굴절률을 높여 휘도를 높일 수 있으며, 황(S)과 인(P)을 함유함으로써 굴절률 상승 효과가 있을 수 있다.
상기 제1 모노머는 단독 또는 2종 이상 혼합하여 조성물에 포함될 수 있다.
상기 제1 모노머는 굴절률이 1.58 이상, 예를 들면 1.58 내지 1.8, 예를 들면 1.65 내지 1.75가 될 수 있고, 상기 범위에서 광학시트의 굴절률을 높여 휘도를 개선할 수 있다.
상기 제1 모노머는 광학패턴 형성용 조성물 중 고형분 기준 20 내지 65중량%, 구체적으로 25 내지 50중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위에서 광학시트의 굴절률을 높여 휘도를 높일 수 있고, 휘도 상승 효과가 있을 수 있다.
상기 제2 모노머는 1관능 또는 2관능의 경화성 모노머로서, 화학식 1의 모노머와 경화되어 광학시트의 매트릭스를 형성하고, 화학식 2의 단위를 포함함으로써 광학시트의 내스크래치성을 더 개선할 수 있다.
상기 제2 모노머는 단독 또는 2종 이상 혼합하여 조성물에 포함될 수 있다.
상기 제2 모노머는 상기 제1 모노머와 굴절률 차이가 적어서 제 1 모노머와 혼합시 광학시트의 투명성과 굴절률을 높일 수 있다. 구체적으로, 제2 모노머는 굴절률이 1.50 내지 1.56이 될 수 있고, 상기 범위에서 광학시트의 투명성과 굴절률을 높일 수 있다. 예를 들면 상기 제2 모노머는 방향족기를 포함함으로써 굴절률을 확보할 수 있다.
상기 제2 모노머는 고형분 기준 광학패턴 형성용 조성물 중 25 내지 70중량% 구체적으로 30 내지 55중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위에서 탄성 효과가 있을 수 있다.
개시제는 제1 모노머와 제2 모노머를 경화시켜 광학패턴을 형성하는 것으로, 통상의 광경화 개시제, 열경화 개시제 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 포스핀옥시드계, 포르메이트계, 포스페이트계 등을 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
개시제는 광학패턴 형성용 조성물 중 고형분 기준 0.1 내지 10중량%, 구체적으로 1 내지 5중량%로 포함될 수 있고, 상기 범위에서 경화를 완전히 시킬 수 있고, 잔량의 개시제가 남아 광학시트의 투명성이 떨어지거나 황변이 발생하는 것을 막을 수 있다.
광학패턴 형성용 조성물은 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제는 레벨링제, 대전방지제, 계면활성제, 착색제 등을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 또한, 광학패턴 형성용 조성물은 용제를 포함하지 않는 무용제 타입으로 제조될 수 있고 또는 용제를 더 포함함으로써 조성물의 코팅성을 높일 수 있는데, 예를 들면 메틸에틸케톤 등을 사용할 수 있다.
광학패턴 형성용 조성물은 25℃ 점도가 800 내지 2000cps, 예를 들면 1000 내지 2000cps 예를 들면 800 내지 1600cps가 될 수 있고, 상기 범위에서 광학패턴의 형성을 용이하게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 광학시트의 단면도이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 다른 구체예에 따른 광학시트(170)는 프라이머층(120)의 일면에 광확산 기능을 위한 패턴이 형성될 수 있으며, 예를 들어, 요철패턴이 형성될 수 있다. 상기 요철패턴은 예로서 약 1 내지 200㎛ 직경의 비드(bead)로 인각롤의 표면을 타격하여 요철을 형성하는 샌드 블라스팅(sand blasting) 공법에 의하여 제조된 인각롤의 요철패턴을 프라이머층(120)의 표면(I)에 전사시키는 방법으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 요철패턴이 형성된 인각롤과 기재층 사이에 상술한 프라이머층 형성용 조성물을 주입하여 인각롤이 자외선 경화성 수지와 접촉되면서 상기 기재층 상을 통과하도록 한다. 이때, UV를 상기 경화성 수지에 조사함으로써 경화시켜 상기 기재층 상에 요철패턴이 형성된 프라이머층을 형성할 수 있다. 상기 요철패턴은 3차원 측정기로 측정한 표면조도 Ra가 약 0.01 내지 2 ㎛이고, Rz가 약 0.1 내지 5 ㎛이며, Ry가 약 1 내지 10㎛이다. 상기 범위에서 표면 산란에 의한 확산 효율이 증가하여 차폐력이 향상될 수 있다. 표면조도는 JIS B0601 : 1994의 규격으로 측정할 수 있다. 구체적으로, Keyence社의 VK-9700을 이용하여 측정기기의 표면조도(Surface roughness) 방식으로 측정할 수 있다. 이 때, 측정배율은 1000배율, Z축 피치는 1nm로 설정하여 표면조도 측정을 진행할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 광학시트의 단면도이다. 도 4를 참고하면, 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 광학시트(190)의 프라이머층(120)은 광확산 효과 및 탄성 효과를 증대시키기 위하여 유기입자(121)를 포함할 수 있다. 유기입자(121)는 평균입경(D50)이 0.1 내지 30㎛인 구상 형태일 수 있다. 구체적으로는 3 내지 20㎛일 수 있다. 유기입자(121)는 예로서 아크릴계 입자, 실록산계 입자, 러버계 입자 또는 스티렌계 입자일 수 있다.
프라이머층(120) 내 유기입자(121)는 0.5 내지 20중량%, 구체적으로는 1 내지 10중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함되는 경우, 매트릭스 수지 내 충분한 분산성을 확보할 수 있으며 동시에 우수한 광확산 효과 또는 탄성 효과를 나타낼 수 있다.
프라이머층(120)의 굴절률은 1.45 내지 1.65일 수 있으며, 유기입자(121)의 굴절률은 1.45 내지 1.58일 수 있다. 또한, 프라이머층(120)과 유기입자(121)는 굴절률 차이가 0.02 이상일 수 있으며, 상기 범위에서 우수한 광 확산효과를 발현할 수 있다.
또한, 광확산 효과 관점에서 유기입자(121)뿐만 아니라 무기나노입자를 를 더 포함할 수 있다. 상기 무기나노입자는 알루미나, 산화주석, 산화안티몬, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 이들의 혼합물 또는 이들의 혼합 산화물 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 무기나노입자는 1 내지 50nm의 입도를 가질 수 있다.
프라이머층(120) 내 상기 무기나노입자는 0.01 내지 5중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함되는 경우, 매트릭스 수지 내 충분한 분산성을 확보할 수 있으며 동시에 우수한 광확산 효과를 나타낼 수 있다.
광학 디스플레이 장치
본 발명의 다른 관점인 광학 디스플레이 장치는 상기 광학시트를 포함할 수 있다. 광학 디스플레이 부재에서 상기 광학시트는 프리즘 시트, 확산 시트 또는 도광판으로 포함될 수 있다. 광학 디스플레이 장치는 액정표시장치를 포함할 수 있고, 액정표시장치에서 광원은 LED 램프 또는 CCFL이 포함될 수 있다.
일 구체예로서, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 구체예에 따른 광학 디스플레이 장치(300)는 광원(210), 상기 광원(210)으로부터 발광되는 빛을 안내하는 도광판(220), 도광판(220)의 하부에 배치되는 반사시트(230), 도광판(220)의 상부에 배치되는 확산시트(240), 및 확산시트(240)의 상부에 배치되는 광학시트(100)를 포함할 수 있다.
또한, 백라이트 유닛의 광원(210) 외부에는 광원 커버(210a)가 배치될 수 있다. 또한, 여기에서는 비록 도시되지 않았지만, 상기 광학 디스플레이 장치(300)상에 액정표시패널과 반사방지층이 차례로 적층되어 액정표시장치를 구성하게 된다.
광원(210)은 광을 발생시키는 것으로, 선광원 램프 또는 면광원 램프, CCFL 또는 LED 등 다양한 광원들이 사용될 수 있다.
도광판(220)은 광원(210)에서 발생된 광을 확산시트(240)로 가이드하는 것으로서, 직하형 광원을 채택하는 경우에는 생략될 수 있다.
반사시트(230)는 광원(210)에서 발생된 광을 반사시켜 확산시트(240)의 방향으로 공급하는 역할을 수행한다.
확산시트(240)는 도광판(220)을 통해 입사되는 광을 확산 및 산란시켜 광학시트(100)으로 공급하는 역할을 수행한다.
광학시트(100)은 확산시트(240)를 통해 입사되는 광을 굴절시켜 액정표시패널(미도시)의 평면에 집광시키는 역할을 수행한다. 광학시트는 높은 집광효율, 넓은 시야각, 모아레 현상 방지, 다른 필름과의 광학적 결합(wet out) 방지 등 다양한 설계 목표에 따라 집광부의 형태 및 집광부 경사면의 각도 등 다양한 설계치의 변형 및 조합들이 가능하며, 상업적으로 적용되고 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 1-3 및 비교예 1-3
실시예 1
기재층, 프라이머층 및 프리즘패턴층이 순차적으로 적층된 광학시트를 제조하였다.
상기 기재층은 두께 50㎛인 PET(Mitsubishi社)를 사용하였다. 상기 기재층 일면에 우레탄아크릴레이트 올리고머(솔텍社PSU1229) 45중량%, 에틸렌옥사이드 부가 3관능 아크릴레이트 모노머(미원스페셜케미컬社, Miramer M3150) 35중량%, 우레탄고분자(나눅스社, NPA6200) 15중량% 및 광개시제 5중량%(CIBA Special Chemical社 TPO)로 이루어진 수지를 코팅 후 자외선 경화시켜 두께 15㎛의 프라이머층을 형성하였다. 상기 경화된 프라이머층 위에 하기 제조방법으로 제조된 광학패턴 형성용 조성물(굴절률 1.6074)을 사용하여 프리즘패턴이 인각된 롤로 패턴 후 자외선 경화하여 프리즘패턴층을 제조하였다. 제조된 프리즘패턴층을 구성하는 단위프리즘의 높이는 25㎛이고 피치는 50㎛이었다.
상기 광학패턴 형성용 조성물은 하기 화학식 4로 표시되는 모노머(굴절률 1.479) 25중량부, 하기 화학식 5로 표시되는 모노머(굴절률 1.553) 45 중량부, 비-인계 모노머(대림화학 HRI-84, 굴절률:1.602) 24 중량부, 가교제(미원스페셜케미칼 PN662NT, 굴절률:1.503) 3중량부 및 개시제(BASF TPO, 굴절률:1.6) 3중량부를 혼합하여 제조하였다.
[화학식 4]
Figure pat00011
[화학식 5]
Figure pat00012

(상기 화학식 5에서n1, n2는 각각 5이고, R16 및 R17은 각각 페닐렌이고, R18은 황(S)이며, R19 및 R20은 수소이다)
실시예 2
프라이머층을 형성한 후 샌드블라스팅으로 프라이머층 표면에 요철패턴(Ra약 2㎛)을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광학시트를 제조한 후 물성을 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.
실시예 3
프라이머층이 평균입경이 7.5㎛인 유기입자(선진화학社 HISOFT-80H)를 프라이머층 내 5중량% 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광학시트를 제조한 후 물성을 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.
비교예 1
기재층 및 상기 기재층 일면에 프리즘패턴층을 형성한 광학시트를 제조하였다.
상기 기재층은 두께 50㎛인 PET(Mitsubishi社)를 사용하였다. 상기 기재층 위에 굴절율 1.60고굴절 수지를 사용하여 프리즘패턴이 인각된 롤로 코팅 후 자외선 경화하여 프리즘패턴층을 제조하였다. 제조된 프리즘패턴층을 구성하는 단위프리즘의 높이는 25㎛이고 피치는 50㎛이었다.
상기 제조된 광학시트의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 2
비교예 1의 광학시트에서 프리즘패턴층이 형성된 기재층의 타면에 샌드블라스팅으로 프라이머층 표면에 요철패턴(Ra약 2㎛)을 형성한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 광학시트를 제조한 후 물성을 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.
비교예 3
비교예 1의 광학시트에서 상기 기재층 타면에 평균입경이 6㎛인 유기입자(선진화학社 LDX50)를 5중량% 포함하는 백코팅용 수지(신아T&C社, SUD460)를 롤-코팅 후 자외선 경화시켜 두께 7㎛의 프라이머층을 형성하였다.
물성 평가 방법
1. 볼 드랍(ball drop) :
무게 36g인 볼(ball)을 낙하시켜 결점(defect)이 나타나기 시작하는 최소 높이(cm)를 측정하여 내충격성을 평가하였다. 수치가 높을수록 내충격성이 우수한 것을 의미한다.
2. 상대휘도:
LED 광원을 사용하는 32인치 LCD용 에지형 백라이트 유닛에 광학시트를 형합하였다. TOPCON社의 BM7을 이용하여 중앙휘도값을 측정하였다. 실시예 1의 광학시트 휘도값에 대한 각각 실시예 또는 비교예의 광학시트의 휘도 백분율 값을 측정하여 상대휘도를 구하였다.
3. ?-아웃(wet-out) 평가:
온도 60℃, 습도 90％RH의 조건에서, 96시간 방치 후, ?-아웃 발생 여부를 육안으로 평가하였다. (?-아웃 발생: O, ?-아웃 미발생: X)
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2 비교예 3
Ball Drop (cm) 10 10 10 1 1 10
휘도 100% 98% 98% 100% 98% 92%
?-아웃 평가 X X X X O X
상기 표 1의 결과값에서 보듯이 실시예 1-3의 광학시트는 내충격성, 휘도가 우수하고, ?-아웃 현상이 발생하지 않은 것을 알 수 있다. 반면, 비교예 1의 광학시트는 프라이머층이 구비되지 않아 내충격성이 좋지 않으며, 비교예 2의 광학시트는 기재층 배면에 요철패턴을 형성하여 휘도는 저하되지 않았으나 내충격성이 좋지 않으며 ?-아웃 현상이 발생한 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 3의 광학시트는 기재층 후면에 유기입자를 포함하는 프라이머층을 형성하여 내충격성은 확보하였으나 휘도가 저하된 것을 알 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (16)

  1. 기재층; 프라이머층; 및 광학패턴층이 순차적으로 적층된 광학시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재층은 폴리아세탈 수지, 아크릴계 수지, 우레탄 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 폴리카보네이트계 수지, 스티렌계 수지, 폴리에스터계 수지, 비닐계 수지, 폴리페닐렌에테르 수지, 폴리올레핀 수지, 시클로올레핀계 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 수지, 폴리아릴술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지, 또는 불소계 수지 중 1종 이상의 수지를 포함하는 광학시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프라이머층은 (메타)아크릴레이트계 올리고머의 경화물을 포함하는 광학시트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (메타)아크릴레이트계 올리고머는 우레탄 (메타)아크릴레이트계 올리고머 및 에폭시 (메타)아크릴레이트계 올리고머로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 우레탄 (메타)아크릴레이트계 올리고머는 중량평균분자량(Mw)이 약 500 내지 100,000 g/mol이며,
    상기 에폭시 (메타)아크릴레이트계 올리고머는 중량평균분자량(Mw)이 약 500 내지 30,000g/mol인 것을 특징으로 광학시트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기재층의 두께는 50 내지 250㎛이며
    상기 프라이머층의 두께는 5 내지 20㎛이며,
    상기 광학패턴층의 두께는 5 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 광학시트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광학패턴층과 대항하는 상기 프라이머층의 일면에는 요철패턴이 형성되고, 상기 요철패턴은 표면조도 Ra가 약 0.01 내지 2㎛인 것을 특징으로 하는 광학시트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프라이머층은 평균입경(D50)이 0.1 내지 30㎛인 유기입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유기입자는 아크릴계 입자, 실록산계 입자, 또는 스티렌계 입자인 것을 특징으로 하는 광학시트.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 프라이머층의 굴절률은 1.45 내지 1.65이며, 상기 유기입자의 굴절률은 1.45 내지 1.58인 것을 특징으로 하는 광학시트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광학패턴층은 프리즘패턴, 마이크로 렌즈 패턴, 헥사고날 마이크로 렌즈 패턴, 엠보패턴, 렌티큘러 렌즈 패턴, 피라미드 패턴, 매트 패턴 및 이들의 혼합 패턴으로 이루어진 군에서 선택된 광학패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학시트.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광학패턴층의 굴절률은 1.58 내지 1.70인 것을 특징으로 하는 광학시트.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광학패턴층은 굴절률이 1.58 이상인 제1 모노머, 하기 화학식 2의 알킬렌옥시드 단위를 포함하는 제2 모노머, 및 개시제를 포함하는 광학패턴 형성용 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 광학시트;
    <화학식 2>
    Figure pat00013

    상기 화학식 2에서, *는 원소의 연결부위이고, R15는 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고, n은 1 내지 10의 정수이다.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 모노머는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 광학시트;
    <화학식 1>
    Figure pat00014

    상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 10의 알킬렌기, 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 탄소수 7 내지 20의 알킬아릴렌기 또는 아릴알킬렌기이고, Ar1은 탄소수 6 내지 10의 아릴기이고, X1 및 X2는 각각 독립적으로 -O- 또는 -S-이고, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 수소 원자, -OH, -SH, -NH2, 또는
    Figure pat00015
    (여기서, R3는 수소 원자 또는 메틸기이고, X3는 -O- 또는 -N(R)-(R: 수소 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기)이며, *는 결합 부위를 나타냄)이고, Y1 및 Y2 중 적어도 하나는
    Figure pat00016
    이며, n1 및 n2의 평균값은 각각 독립적으로 1 내지 4이다).
  15. 제11항에 있어서,
    상기 프리즘패턴을 구성하는 단위프리즘의 피치는 10 내지 100㎛이며, 높이는 5 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 광학시트.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 광학시트를 포함하는 디스플레이 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109923165B (zh) * 2016-08-31 2021-02-19 三星Sdi株式会社 用于防反射膜的组合物、由其形成的防反射膜、包含其的偏光板及包含其的光学显示装置

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