KR20190123888A - 광학 필름 및 액정 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 광학 필름 및 이를 포함하는 액정 디스플레이에 대한 것이다. 본 출원에서는, 특정한 구조의 광학 필름을 적용하여, 수직과 수평 두 방향 모두에서, 탈색(color washout)에 원인이 되는 빛의 반사를 선택적으로 조절하여, 출사광의 휘도 균일도 및 명암비를 향상시킬 수 있는 액정 디스플레이를 제공할 수 있다.

Description

광학 필름 및 액정 디스플레이{Optical film and liquid crystal display}
본 발명은 광학 필름 및 액정 디스플레이 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display)는, 액정의 비등방성을 이용한 표시 장치이다. 액정 디스플레이는, 일반적으로 액정 물질을 가지는 액정층을 포함하는 액정 패널과 그 양측에 배치된 편광판을 가지는 구조를 가지며, 상기 액정층의 배향을 변경시켜서 흑백 상태를 구현하고, 화상을 표시한다.
액정 패널은, 일반적으로 그 패널에 수직으로 입사하는 광에 대하여 편광을 맞추도록 되어 있기 때문에, 경사진 방향에서의 광에 대해서는 광의 밝기가 변화하거나, 색이 변경되는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 예를 들면, 특허문헌 1의 경우와 같이, 액정 패널의 시인측에 소위 광학 보상 필름 등을 배치하는 방법이 알려져 있다.
한편, 액정 디스플레이는 액정 패널 내의 액정의 배향에 따라서 다양한 모드가 존재하고, 대표적으로는 TN(Twisted Nematic), VA(Vertical Alignment) 또는 IPS(In plane switching) 모드 등이 존재한다.
상기 모드 중에서 VA 모드의 경우, 일반적으로 우수한 명암비를 가지고, 색재현력도 우수하지만, 정면 방향에서 디스플레이를 관찰하는 경우에 비하여 경사각에서 디스플레이를 관찰할 때에 감마 값이 변하는 탈색(color washout) 현상이 발생한다.
또한, TN 모드의 경우, 가격이 저렴하고, 응답속도가 우수하지만 VA 모드와 마찬가지로 정면 방향에서 디스플레이를 관찰하는 경우에 비하여 경사각에서 디스플레이를 관찰할 때에 감마 값이 변하는 현상이 발생한다.
한국공개특허 제2009-0080133호
본 출원은 광학 필름 및 상기 광학 필름을 포함하는 액정 디스플레이를 제공한다. 본 출원은, 액정 디스플레이, 특히 VA(Vertically Aligned) 모드 또는 TN(Twisted Nematic) 모드의 액정 디스플레이에서 발생하는 탈색(color washout) 현상을 수직과 수평 두 방향 모두에서 완화시키는 것과 동시에 명암비를 향상시키는 것을 하나의 목적으로 한다.
본 출원은 광학 필름에 관한 것이다. 도 1 및 도 2는 각각 본 출원의 광학 필름을 예시적으로 나타낸다. 도 1은 상기 광학 필름의 정면이고 도 2는 상기 광학 필름의 측면을 나타낸다. 본 출원의 광학 필름은 굴절률이 서로 상이한 제 1 영역(10)과 제 2 영역(20) 및 상기 제 1 영역과 제 2 영역의 사이에 제 3 영역(30)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 영역과 제 3 영역은 복수의 경사면으로 이루어지는 제 1 경계면에 의해 분할되어 있을 수 있다. 제 2 영역과 제 3 영역은 복수의 경사면으로 이루어지는 제 2 경계면에 의해 분할되어 있을 수 있다.
도 3은 복수의 경사면(s1, s2, s3, s4, …, sn)으로 이루어지는 경계면을, 제 2 영역(20)과 제 3 영역(30)을 분할하는 제 2 경계면을 예를 들어 나타낸다. 제 1 영역(10)과 제 3 영역(30)을 분할하고 있는 제 1 경사면도 도 3과 같은 구조를 가질 수 있다.
본 출원은 제 1 영역의 굴절률(n1), 제 2 영역의의 굴절률(n2), 제 3 영역의의 굴절률(n3)과 제 1 또는 제 2 경계면에서 인접하는 2개의 경사면이 이루는 각도(α, 구분이 필요한 경우에 각각 α1 및 α2)의 관계를 조절하는 것을 하나의 기술적 특징으로 할 수 있다. 본 명세서에서 경계면의 경사각은 상기 각도를 의미할 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 이러한 광학 필름을 통해 탈색이 생기지 않는 각도(Θ1)의 빛을 전반사를 이용하여 탈색이 생기는 각도(Θ2)까지 퍼지게 할 수 있으므로 탈색 현상을 둔화시킬 수 있다. 본 명세서에서 굴절률에 대해 기재하면서 특별한 언급이 없는 경우 550nm 파장에 대한 굴절률을 의미한다.
본 출원의 광학 필름에서 제 1 영역은 제 2 영역에 비하여 굴절률이 크며, 제 3 영역은 제 1 영역에 비해 굴절률이 작고 제 2 영역에 비해 굴절률이 클 수 있다. 즉, 제 1 영역의 굴절률(n1), 제 2 영역의의 굴절률(n2) 및 제 3 영역의의 굴절률(n3)는 n1 > n3 > n2의 관계를 만족할 수 있다. 이러한 굴절률 관계는 하기 수식 1 내지 6의 관계에 동일하게 적용될 수 있다. 상기 광학 필름이 액정 패널에 적용되는 경우, 제 1 영역, 제 2 영역 및 제 3 영역 중에서 제 1 영역이 액정 패널에 가장 가깝게 배치될 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광학 필름에서 제 1 영역의 굴절률(n1), 제 3 영역의 굴절률(n3) 및 제 1 경계면의 경사각(α1)에 대한 제 1 조합과, 제 3 영역의 굴절률(n3), 제 2 영역의 굴절률(n2) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)에 대한 제 2 조합은 각각 하기 수식 1을 만족할 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00001
수식 1에서, nA는 제 1 조합에서 n1을 제 2 조합에서 n3를 의미하고, nB는 제 1 조합에서 n3를 제 2 조합에서 n2를 의미하고, α는 제 1 조합에서 α1을, 제 2 조합에서 α2를 의미한다.
광학 필름이 상기 수식 1을 만족하는 경우 인접하는 굴절률이 높은 영역과 낮은 영역의 굴절률 간의 차이와 경사면이 이루는 각도로 인하여 광학 필름으로 입사하는 빛 중에서 수직 방향을 제외한 다른 방향으로 입사하는 빛은 되도록 수직 방향으로 가지 않게 하여 명암비를 향상시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광학 필름에서 제 1 영역의 굴절률(n1) 및 제 1 경계면의 경사각(α1)에 대한 제 1 조합과, 제 3 영역의 굴절률(n3) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)에 대한 제 2 조합은 각각 하기 수식 2를 만족할 수 있다.
[수식 2]
Figure pat00002
수식 2에서, nA는 제 1 조합에서 n1을 제 2 조합에서 n3를 의미하고, α는 제 1 조합에서 α1을, 제 2 조합에서 α2를 의미한다.
광학 필름이 상기 수식 2를 만족하는 경우 인접하는 굴절률이 높은 영역과 낮은 영역의 굴절률 간의 차이와 경사면이 이루는 각도로 인하여 광학 필름으로 입사하는 빛 중에서 수직 방향을 제외한 다른 방향으로 입사하는 빛은 되도록 수직 방향으로 가지 않게 하여 명암비를 향상시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광학 필름에서 제 1 영역의 굴절률(n1), 제 3 영역의 굴절률(n3) 및 제 1 경계면의 경사각(α1)에 대한 제 1 조합과, 제 3 영역의 굴절률(n3), 제 2 영역의 굴절률(n2) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)에 대한 제 2 조합은 각각 하기 수식 3을 만족할 수 있다.
[수식 3]
Figure pat00003
수식 3에서, nA는 제 1 조합에서 n1을 제 2 조합에서 n3를 의미하고, nB는 제 1 조합에서 n3를 제 2 조합에서 n2를 의미하고, α는 제 1 조합에서 α1을, 제 2 조합에서 α2를 의미한다.
광학 필름이 상기 수식 3을 만족하는 경우 인접하는 굴절률이 높은 영역과 낮은 영역의 굴절률 간의 차이와 경사면이 이루는 각도로 인하여 광학 필름으로 입사하는 빛 중에서 수직 방향을 제외한 다른 방향으로 입사하는 빛은 되도록 수직 방향으로 가지 않게 하여 명암비를 향상시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 광학 필름에서 제 1 영역의 굴절률(n1), 제 3 영역의 굴절률(n3) 및 제 1 경계면의 경사각(α1)에 대한 제 1 조합과, 제 3 영역의 굴절률(n3), 제 2 영역의 굴절률(n2) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)에 대한 제 2 조합은 각각 하기 수식 4를 만족할 수 있다.
[수식 4]
Figure pat00004
수식 4에서, nA는 제 1 조합에서 n1을 제 2 조합에서 n3를 의미하고, nB는 제 1 조합에서 n3를 제 2 조합에서 n2를 의미하고, α는 제 1 조합에서 α1을, 제 2 조합에서 α2를 의미한다.
광학 필름이 상기 수식 4를 만족하는 경우 인접하는 굴절률이 높은 영역과 낮은 영역의 굴절률 간의 차이와 경사면이 이루는 각도로 인하여 광학 필름으로 입사하는 빛 중에서 수직 방향을 제외한 다른 방향으로 입사하는 빛은 되도록 수직 방향으로 가지 않게 하여 명암비를 향상시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 경계면의 경사각(α1) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)는 각각 독립적으로 35도 내지 70도 범위 일 수 있다. 이러한 광학 필름에서 제 1 영역의 굴절률(n1) 및 제 3 영역의 굴절률(n3)에 대한 제 1 조합과, 제 3 영역의 굴절률(n3) 및 제 2 영역의 굴절률(n2)에 대한 제 2 조합은 각각 하기 수식 5를 만족할 수 있다. 이를 만족하는 광학 필름은 인접하는 굴절률이 높은 영역과 낮은 영역의 굴절률 간의 차이와 경사면이 이루는 각도로 인하여 광학 필름으로 입사하는 빛 중에서 수직 방향을 제외한 다른 방향으로 입사하는 빛은 되도록 수직 방향으로 가지 않게 않게 하여 명암비를 향상시킬 수 있다
[수식 5]
Figure pat00005
수식 5에서, nA는 제 1 조합에서 n1을 제 2 조합에서 n3를 의미하고, nB는 제 1 조합에서 n3를 제 2 조합에서 n2를 의미한다.
하나의 예시에서, 제 1 경계면 의 경사각(α1) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)는 각각 독립적으로 70도 내지 110도 범위 내일 수 있다. 이러한 광학 필름에서 제 1 영역의 굴절률(n1), 제 3 영역의 굴절률(n3) 및 제 1 경계면의 경사각(α1)에 대한 제 1 조합과, 제 3 영역의 굴절률(n3), 제 2 영역의 굴절률(n2) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)에 대한 제 2 조합은 각각 하기 수식 6을 만족할 수 있다. 이를 만족하는 광학 필름은 인접하는 굴절률이 높은 영역과 낮은 영역의 굴절률 간의 차이와 경사면이 이루는 각도로 인하여 광학 필름으로 입사하는 빛 중에서 수직 방향을 제외한 다른 방향으로 입사하는 빛은 되도록 수직 방향으로 가지 않게 하여 명암비를 향상시킬 수 있다
[수식 6]
Figure pat00006
수식 6에서, nA는 제 1 조합에서 n1을 제 2 조합에서 n3를 의미하고, nB는 제 1 조합에서 n3를 제 2 조합에서 n2를 의미하고, α는 제 1 조합에서 α1을, 제 2 조합에서 α2를 의미한다..
하나의 예시에서, 본 출원의 광학 필름은 상기 수식 1 내지 수식 6 중에서 어느 하나의 수식을 만족할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 본 출원의 광학 필름은 상기 수식 1 내지 수식 6 중에서 적어도 2 이상의 수식을 만족할 수 있다. 구체적으로, 본 출원의 광학 필름은 상기 수식 1 내지 수식 4를 모두 만족할 수 있다. 이러한 광학 필름은 수직과 수평 두 방향 모두에서 탈색 현상을 감소시키는 것과 동시에 명암비를 향상시키는 데 더욱 유리할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 영역의 굴절률(n1)은, 약 1.50 내지 1.67의 범위 내일 수 있고, 이러한 범위의 굴절률을 가지는 투명 소재로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들면, 업계에서 소위 프리즘 시트의 제조에 사용되는 소재 등을 사용할 수 있다. 또한, 공지의 소재로서 아크릴레이트 계열 등의 자외선(UV) 또는 열 경화성 수지 등도 예시될 수 있다. 예를 들면, 상기 UV 경화성 수지 등으로 후술하는 볼록부가 표면에 형성된 층을 형성한 후에 그 표면에 전술한 점착제 또는 접착제를 도포함으로써 전술한 광학 필름의 제조가 가능할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 2 영역의 굴절률(n2)은 약 1.39 내지 1.49의 범위 내일 수 있다. 이러한 범위의 굴절률을 가지는 투명 소재는 다양하게 알려져 있다. 상기 제2 영역을 형성하는 광학 필름의 부분으로는, 예를 들면, 공지의 광학용 점착제 또는 접착제, 예를 들면, 아크릴 점착제 등 중에서 굴절률이 상기 범위 내에 있는 소재 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 제 3 영역의 굴절률(n3)은, 제 1 영역의 굴절률보다 작고 제 2 영역의 굴절률보다 크도록 적절히 조절될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 경계면 또는 제 2 경계면에서 인접하는 2개의 경사면이 이루는 각도(α)들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 각도(α)의 표준 편차는 0도 내지 5도의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 표준 편차는 다른 예시에서 약 5도 이하, 약 4 이하, 약 3 이하, 약 2 이하 또는 약 1 이하일 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 경계면은 제 1 영역 및 제 3 영역의 표면 그 자체일 수 있다. 따라서, 상기 제 1 영역 및 제 3 영역은 각각 상기 제 1 경계면에 대응되는 표면을 가질 수 있다. 제 1 영역 및 제 3 영역은 상기 표면이 서로 맞닿아 있을 수 있다. 상기 제 2 경계면은 제 2 영역 및 제 3 영역의 표면 그 자체일 수 있다. 따라서, 상기 제 2 영역 및 제 3 영역은 각각 상기 제 2 경계면에 대응되는 표면을 가질 수 있다. 제 2 영역 및 제 3 영역은 상기 표면이 서로 맞닿아 있을 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 1 또는 제 2 경계면에서 인접하는 2개의 경사면이 이루는 영역은 상기 제 1 영역, 제 2 영역 또는 제 3 영역의 볼록부로 호칭될 수 있다. 상기 제 1 영역과 제 3 영역의 볼록부는 서로 동일한 형상을 가질 수 있고, 제 2 영역과 제 3 영역의 볼록부는 서로 동일한 형상을 할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 영역, 제 2 영역 및/또는 제 3 영역의 볼록부의 높이(도 3의 H)는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어 상기 볼록부의 높이는 20 내지 300 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 이 경우 탈색이 생기지 않는 각도의 빛을 전반사를 이용하여 탈색이 생기는 각도까지 퍼지게 할 수 있으므로 탈색을 감소시킬 수 있다. 상기 높이는 다른 예시에서 20㎛ 이상, 30㎛ 이상 또는 40㎛ 이상일 수 있다. 또한 상기 높이는 다른 예시에서 300㎛ 이하, 200㎛ 이하, 100㎛ 이하, 90㎛ 이하, 80㎛ 이하, 70㎛ 이하, 60㎛ 이하 또는 50㎛ 이하일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 영역, 제 2 영역 및/또는 제 3 영역의 볼록부들은 서로 이격되어 배치되거나 또는 서로 인접하여 배치될 수 있다. 상기 볼록부들이 서로 이격되어 배치되는 경우 볼록부 사이의 영역은 평탄할 수 있다. 상기 평탄한 영역의 높이는 볼록부의 높이보다 낮거나 또는 높을 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 영역, 제 2 영역 및/또는 제 3 영역의 볼록부의 피치(도 3의 P)는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어 상기 볼록부의 피치는 10 내지 50 ㎛일 수 있다. 이 경우 탈색이 생기지 않는 각도의 빛을 전반사를 이용하여 탈색이 생기는 각도까지 퍼지게 할 수 있으므로 탈색을 감소시킬 수 있다. 상기 볼록부의 피치는 하나의 볼록부가 시작하는 시점에서 인접하는 다른 볼록부가 시작하는 지점까지의 최단 거리일 수 있다. 구체적으로, 상기 볼록부의 피치는 하나의 볼록부의 꼭지점과 인접하는 다른 볼록부의 꼭지점 사이의 최단 거리를 의미할 수 있다. 상기 주기는 다른 예시에서 약 15㎛ 이상, 20㎛ 이상, 25㎛ 이상, 30㎛ 이상, 35㎛ 이상 또는 40㎛ 이상일 수 있다. 또한 상기 주기는 다른 예시에서 50㎛ 이하일 수 있다.
하나의 예시에서, 제 1 영역, 제 2 영역 및/또는 제 3 영역의 볼록부의 개수는 본 출원의 목적을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 상기 볼록부는 광학 필름의 표면 방향을 기준으로 단위 면적당 400 개/mm2 내지 10000 개/mm2 존재할 수 있다. 상기 비율은 다른 예시에서 400개/mm2 이상, 450개/mm2 이상 또는 500개/mm2 이상 일 수 있다. 또한, 상기 비율은 다른 예시에서 10000개/mm2 이하, 9000개/mm2 이하, 8000개/mm2 이하, 7000개/mm2 이하, 6000개/mm2 이하, 5000개/mm2 이하, 4000개/mm2 이하, 3000개/mm2 이하, 2000개/mm2 이하, 1000개/mm2 이하, 900개/mm2 이하, 800개/mm2 이하, 700개/mm2 이하 또는 600개/mm2 이하일 수 있다. 이러한 경우에 본 출원의 목적이 보다 효과적으로 달성될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 경사면 및/또는 제 2 경계면은 복수의 선형 프리즘이 일 방향으로 배열된 구조를 가질 수 있다. 본 명세서에서 선형 프리즘은 단면이 삼각형인 기둥이 직선 방향으로 연장하는 형상을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서, 제 1 경사면에서 선형 프리즘이 배열되는 방향과 제 2 경사면에서 선형 프리즘이 배열되는 방향은 서로 수직할 수 있다. 이에 따라, 수직과 수평, 두 방향 모두에서 탈색 현상을 완화시키는데 유리할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제 1 영역과 제 2 영역은 각각 제 1 및 제 2 경계면의 반대 면이 각각 평탄할 수 있다. 제 3 영역의 양 표면은 각각 제 1 경계면 및 제 2 경계면이므로 평탄한 표면을 가지지 않을 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제 1 영역과 제 2 영역의 평탄한 면 중 하나 이상의 면에 기재층이 존재할 수 있다. 상기 기재층으로는 플라스틱 필름을 사용할 수 있다. 상기 플라스틱 필름으로는 TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(poly(methyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); Pac(Polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 사용할 수 있다.
본 출원의 광학 필름은 평탄한 기재층 상에 제 1 영역 및 제 2 영역 중 어느 하나의 영역의 물질의 층을 도포하고 상기 층에 복수의 경사면으로 이루어진 경계면을 전사한 뒤, 제 3 영역의 물질의 층을 도포하고, 상기 층에 복수의 경사면으로 이루어진 경계면을 전사한 뒤, 제 1 영역 및 제 2 영역 중 다른 하나의 물질의 층을 도포함으로써 제조할 수 있다. 복수의 경사면으로 이루어진 경계면의 전사는 롤투롤 가공에 의하여 수행될 수 있다. 상기 롤투롤 가공에 사용되는 금형으로는 도 5에 도시된 바와 같은 바이트를 이용할 수 있다. 상기 볼록부를 다차원으로 배열하고자 하는 경우에는 서로 다른 수평 방향으로 룰투롤 가공을 복수 수행할 수 있다.
본 출원은 상기 광학 필름을 포함하는 액정 디스플레이에 관한 것이다. 상기 액정 디스플레이는 액정 패널 및 상기 액정 패널의 시인 측 표면에 배치된 본 출원의 광학 필름을 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 광학 필름(1)은 상기 액정 패널(2)의 시인측 표면(2A)에 배치될 수 있다. 본 명세서에서 용어 액정 패널의 시인측 표면은 액정 패널의 상면과 하면 중에서 상기 디스플레이가 영상을 표시할 때에 그 영상을 관찰하는 관찰자에게 보다 가까운 면을 의미한다. 또한, 용어 액정 패널의 배면측(2B) 표면은, 상기 상면과 하면 중에서 상기 시인측 표면과는 반대측의 면을 의미한다.
본 출원에서 액정 패널의 시인측 표면에 광학 필름이 배치된다는 것은, 상기 광학 필름이 상기 시인측 표면과 접하여 배치되는 경우는 물론 상기 광학 필름과 상기 시인측 표면과의 사이에 다른 구성 부재가 존재하는 경우도 포함될 수 있다. 예를 들면, 후술하는 바와 같이 상기 광학 필름과 상기 액정 패널의 시인측 표면 사이에는 제 2 편광판이 배치될 수 있다.
상기 광학 필름은 액정 디스플레이의 최외각에 배치될 수 있다. 본 출원에서 광학 필름이 액정 디스플레이의 최외각에 배치된다는 것은 상기 광학 필름의 어느 하나의 표면이 외부에 노출되어 공기와 맞닿도록 배치되는 것을 의미할 수 있다.
상기 광학 필름의 제 1 영역이 제 2 영역에 비하여 액정 패널에 인접하게 배치될 수 있다. 상기 광학 필름은 액정 패널로부터의 출사광이 상기 제 1 영역, 제 3 영역 및 제 2 영역을 순차로 통과하여 방출되도록 배치될 수 있다. 빛은 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질을 향해 입사할 때, 입사각이 임계각 이상인 경우, 전반사하는 특성이 있다. 본 출원은 상기 전반사 원리와 경사각을 이용하여 광원의 내부각의 10도 내지 20도인 빛의 반사율을 높이고, 그 외의 빛의 반사율은 낮출 수 있다. 반사가 된 빛은 다른 방향으로 출광할 수 있으므로 전체적으로 휘도를 균일하게 맞출 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 광학 필름은 액정 패널의 내부각 10도 내지 20도의 광을 탈색이 생기는 각도까지 증대시킬 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 액정 패널로부터 광학 필름에 입사되는 빛 중에서 입사 각이 10도 내지 20도 범위 내인 빛은 상기 광학 필름을 통해 30도 내지 70도의 출사각으로 출사될 수 있다.
본 출원에서 상기와 같은 광학 필름을 액정 패널의 시인측 표면에 배치하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 액정 디스플레이의 조립 과정에서 상기 광학 필름을 단순하게 상기 시인측 표면상에 위치시키거나, 혹은 적절한 양면 접착제 또는 점착제 등을 사용하여 광학 필름을 액정 패널의 표면에 부착시키는 방식을 적용할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 액정 패널은 VA(Vertical Alignment) 모드 액정 패널일 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 상기 액정 패널은 TN(Twisted Nematic) 모드 액정 패널일 수 있다. 본 출원특유의 광학 필름은 액정 패널의 시인측 표면상에 배치됨으로써, 다양한 유형의 액정 패널에서 정면 및 시야각에서 출사광의 균일도를 확보하고, 백색 상태 시에 발생할 수 있는 탈색(color washout) 현상을 해소할 수 있고, 이러한 효과는 특히 VA 모드 또는 TN 모드의 액정 디스플레이에서 적절하게 발현될 수 있다.
본 출원에서 적용되는 액정 패널의 구체적인 구성은 특별히 제한되지 않고, 공지의 일반적인 액정 패널의 구성이 모두 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 액정 패널은, 투과형, 반사형 또는 반투과형의 액정 패널일 수 있다. 본 출원에서 액정 패널의 구동 방식도 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 패시브 매트릭스 방식, TFT(Thin Film Transistor) 전극 또는 TFD(Thin Film Diode) 전극 등의 능동 전극을 이용하는 액티브 매트릭스 방식, 플라즈마 어드레스 방식 등과 같은 공지의 구동 방식이 적용될 수 있다
액정 패널은 통상적으로 2장의 투명 기판의 사이에 개제된 액정 물질을 포함하는 액정층을 포함한다. 액정 패널의 투명 기판은, 액정층을 구성하는 액정 물질을 특정 배향 방향으로 배향시키는 성질을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 기판 자체가 액정을 배향시키는 성질을 보유하고 있거나, 기판 자체는 배향능이 없지만, 액정 물질을 배향시키는 성질이 있는 배향막 등을 설치한 투명기판 등이 사용될 수 있다. 액정 패널의 전극으로는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 공지의 전극이 적용될 수 있다. 이러한 전극은, 통상적으로 액정층이 접하는 투명 기판의 면 위에 설치할 수 있고, 배향막을 보유하는 투명 기판을 사용하는 경우에는 기판과 배향막 사이에 설치할 수도 있다.
액정층에 포함되는 액정 물질로는, 일반적으로 액정 패널의 구성에 사용되는 다양한 음 또는 양의 유전율 이방성을 가진 물질을 사용할 수 있다. 이러한 재료로는, 각종 저분자 액정물질, 고분자 액정물질 및 이들의 혼합물 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 액정 패널의 액정층은 상기 액정 물질의 액정성을 손상시키지 않는 범위에서 색소 또는 키랄제 또는 비액정성물질 등이 포함될 수 있다.
또한, 상기 액정 패널에 하나의 기판, 예를 들면, 배면측의 기판을 반사 기능이 있는 영역과 투과 기능이 있는 영역을 보유하는 기판으로 교체함으로써 반투과반사형 액정 패널을 구성할 수도 있다. 이러한 액정 패널에 사용되는 반투과반사성 전극에 포함되는 반사 기능이 있는 영역(이하, 반사층이라 부를 수 있다)은, 특별히 제한되지 않지만, 알루미늄, 은, 금, 크롬, 백금 등의 금속 또는 이 중 하나 이상을 포함하는 합금, 산화마그네슘 등의 산화물, 유전체의 다층막, 선택반사를 나타내는 액정 또는 이들의 조합 등을 예로 들 수 있다. 이들 반사층은 평면이어도 좋고 또는 곡면이어도 좋다. 또한, 반사층은 요철 형상 등의 표면 형상에 가공을 실시하여 확산반사성을 갖게 된 것, 액정 패널의 배면측에 상기 투명 기판 상의 전극을 겸비시킨 것, 또한 이들을 조합한 것이어도 좋다.
액정 패널은, 상기 구성부재 이외에도 다른 구성 부재를 구비할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터를 부설함으로써, 색순도가 높은 멀티컬러 또는 순색 표시를 제공할 수 있는 컬러 액정표시장치를 제작할 수 있다.
상기 액정 디스플레이는 백라이트 유닛, 제1 편광판 및 제2 편광판을 더 포함할 수 있다. 상기 액정 디스플레이에서 상기 백라이트 유닛, 상기 제1 편광판, 상기 액정 패널, 상기 제2 편광판 및 상기 광학 필름은 순차로 배치될 수 있다. 상기 제1 편광판 및 제2 편광판은 흡수축이 서로 직교할 수 있다.
상기 제 1 편광판 또는 제 2 편광판은 입사된 광을 편광시키는 것으로, 당업자에게 통상적으로 알려진 편광자, 예를 들면 폴리비닐알콜계 필름이 1축 연신된 폴리비닐알콜계 편광자, 또는 폴리비닐알콜계 필름을 탈수시킨 폴리엔계 편광자를 포함할 수 있다. 상기 제1 편광자 또는 제2 편광자는 각각 보호 필름을 더 포함할 수 있다.
제1 편광판 또는 제2 편광판은 점착층 또는 접착층에 의해 액정패널에 부착될 수 있다. 점착층 또는 접착층은 점착성 수지, 및 선택적으로 가교제, 실란커플링제, 광라디칼 개시제, 또는 광양이온 개시제를 포함하는 조성물로 형성될 수 있다. 점착층 또는 접착층은 광확산제를 더 포함함으로써 광 확산 효과를 높일 수도 있다. 광확산제는 당업자에게 알려진 통상의 광확산제를 포함할 수 있다.
상기 백라이트 유닛은 광원을 포함할 수 있다. 상기 백라이트 유닛은 상기 광원으로부터 발광되는 빛을 안내하는 도광판, 상기 도광판의 하부에 위치되는 반사시트, 상기 도광판의 상부에 위치되는 확산시트를 더 포함할 수 있다. 상기 광원은 광을 발생시키는 것으로, 도광판의 측면에 배치될 수 있다(에지형). 광원은 선광원 램프 또는 면광원 램프, CCFL 또는 LED 등 다양한 광원들이 사용될 수 있다. 광원 외부에는 광원 커버가 배치될 수 있다. 도광판은 광원에서 발생된 광을 확산시트로 가이드할 수 있다. 상기 도광판은 직하형 광원을 채택하는 경우에는 생략될 수 있고, 이 경우 확산판이 더 포함될 수 있다. 반사시트는 광원에서 발생된 광을 반사시켜 확산시트의 방향으로 공급하는 역할을 수행할 수 있다. 확산시트는 도광판을 통해 입사되는 광을 확산 및 산란시켜 액정 패널로 공급할 수 있다.
액정 디스플레이는 상기 액정 패널과 광학 필름에 추가로 다른 공지의 액정 디스플레이를 구성하는 부재를 포함할 수 있다. 이러한 부재로는, 예를 들면, 편광판, 백라이트 모듈 또는 반사판 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서는, 특정한 구조의 광학 필름을 적용하여, 수직과 수평 두 방향 모두에서, 탈색에 원인이 되는 빛의 반사를 선택적으로 조절하여, 출사광의 휘도 균일도 및 명암비를 향상시킬 수 있는 액정 디스플레이를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 출원의 광학 필름을 예시적으로 나타낸다.
도 5는 롤투롤 금형을 예시적으로 나타낸다.
도 6은 본 출원의 액정 디스플레이를 예시적으로 나타낸다.
이하 실시예를 통하여 본 출원을 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
광학 특성 시뮬레이션 평가 방법
광학 특성 시뮬레이션 평가를 위하여 액정 패널의 시인측의 표면에 도 1의 구조를 갖는 광학 필름을 배치한 구조를 설정하였다. 상기 광학 필름은 복수의 선형 프리즘이 일 방향으로 배열된 구조이며, 제 1 영역이 제 2 영역에 비하여 액정 패널에 인접하도록 배치된다. 광학 필름이 배치되지 않은 구조를 비교예 1로 정한다. 하기 표에서 n1은 제 1 영역의 굴절률이고, n2는 제 2 영역의 굴절률이며, n3은 제 3 영역의 굴절률이고, α는 제1 경사면 및 제2 경사면에서 각각 인접하는 2개의 경사면이 이루는 각도이다. 즉, 본 평가에서 α1 값과 α2 값은 동일하다.
시뮬레이션은 Breault Research Organization社의 ASAP 프로그램을 사용하였고, ELDIM社의 EZContrast 장비를 이용하여 액정패널을 측정하여 나온 광분포를 광원으로 사용하였다. 액정패널은 AUO社에서 제작된 T215HVN01.1이다. 광원측정은 gray 단위로 측정하였고, 그 단위는 0(흑색), 64, 128, 192, 255(백색)이다. 시뮬레이션 구조는 액정 패널에서 나온 광을 광원으로 하고 편광은 액정패널의 최외각에 붙어 있는 편광판의 편광방향으로 정하였다. 그리고 액정패널에 광학 필름이 밀착되어 있는 구조에서 각각의 gray 단위에서 패널에서 나온 광분포를 휘도로 측정하고, 그 값을 백색(255)일 때 시야각별로 100%가 나오도록 보정하였다.
시뮬레이션 구조에 대하여, CR(명암 비율) 및 수평(Horizontal) 및 수직(Vertical) Gary (차이 비율)를 시뮬레이션하고, 그 결과를 하기 표 1 내지 표 2에 기재하였다. 상기 결과 값은 광학 필름이 없는 액정 패널을 기준으로 했을 때 CR(명암 비율) 및 Gray(차이 비율)을 나타낸다. 명암 비율은 비교예 1의 백색 휘도를 흑색 휘도로 나눈 값에 대한 시뮬레이션 구조의 백색 휘도를 흑색 휘도로 나눈 값의 비율(%)을 의미한다. 차이 비율은 비교예 1의 시야각별 차이에 대한 시뮬레이션 구조의 시야각별 차이의 비율(%)을 의미한다. 백색 휘도는 gray 단위 255에서의 수직 휘도 값을 의미하고, 흑색 휘도는 gray 단위 0에서의 수직 휘도 값을 의미하며, 시야각별 차이는 gray 단위 128로 하고 시야각별로(0도, 15도, 30도, 45도, 60도) 측정된 휘도 값을 정규화 휘도로 표현했을 때, 가장 큰 값을 가장 작은 값으로 뺀 값을 의미한다. Gray 값이 낮을수록 탈색 현상이 개선되었다는 것을 의미하고, CR 값은 명암비를 나타내며 높을수록 광학 특성이 우수한 것을 의미한다. 본 시뮬레이션 평가에서는 Gary 값이 80 이하인 경우 시감적으로 탈색 현상 개선 효과가 있다고 평가되었고, CR 값이 80 이상인 경우 시감적으로 광학 특성이 우수한 것으로 평가되었다.
하기 표 1은 본 출원의 수식 1 내지 수식 4를 모두 만족하는 실시예 1 내지 4에 대한 시뮬레이션 평가 결과를 나타낸다.
알파(α)
 n1 n2 n3 CR Horizontal Gray Vertical Gray
실시예 1 55 1.51 1.44 1.47 83 65 67
실시예 2 45 1.565 1.505 1.535 82 71 70
실시예 3 50 1.56 1.5 1.52 86 77 76
실시예 4 50 1.565 1.5 1.53 86 69 79
10: 제 1 영역, 20: 제 2 영역, 30: 제 3 영역 40: 기재층,
1: 광학 필름 2: 액정 패널 2A: 시인측 2B: 배면측
P: 주기, H: 높이, A: 출사 축

Claims (17)

  1. 굴절률이 서로 상이한 제 1 영역과 제 2 영역 및 상기 제 1 영역과 제 2 영역의 사이에 제 3 영역을 포함하고, 제 1 영역과 제 3 영역은 복수의 경사면으로 이루어지는 제 1 경계면에 의해 분할되어 있으며, 제 2 영역과 제 3 영역은 복수의 경사면으로 이루어지는 제 2 경계면에 의해 분할되어 있고, 제 1 영역은 제 2 영역에 비하여 굴절률이 크며, 제 3 영역은 제 1 영역에 비해 굴절률이 작고 제 2 영역에 비해 굴절률이 큰 광학 필름.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 영역의 굴절률(n1), 제 3 영역의 굴절률(n3) 및 제 1 경계면의 경사각(α1)에 대한 제 1 조합과, 제 3 영역의 굴절률(n3), 제 2 영역의 굴절률(n2) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)에 대한 제 2 조합은 각각 하기 수식 1을 만족하는 광학 필름:
    [수식 1]
    Figure pat00007

    수식 1에서, nA는 제 1 조합에서 n1을 제 2 조합에서 n3를 의미하고, nB는 제 1 조합에서 n3를 제 2 조합에서 n2를 의미하고, α는 제 1 조합에서 α1을, 제 2 조합에서 α2를 의미한다.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 1 영역의 굴절률(n1) 및 제 1 경계면의 경사각(α1)에 대한 제 1 조합과, 제 3 영역의 굴절률(n3) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)에 대한 제 2 조합은 각각 하기 수식 2를 만족하는 광학 필름:
    [수식 2]
    Figure pat00008

    수식 2에서, nA는 제 1 조합에서 n1을 제 2 조합에서 n3를 의미하고, α는 제 1 조합에서 α1을, 제 2 조합에서 α2를 의미한다.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 영역의 굴절률(n1), 제 3 영역의 굴절률(n3) 및 제 1 경계면의 경사각(α1)에 대한 제 1 조합과, 제 3 영역의 굴절률(n3), 제 2 영역의 굴절률(n2) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)에 대한 제 2 조합은 각각 하기 수식 3을 만족하는 광학 필름:
    [수식 3]
    Figure pat00009

    수식 3에서, nA는 제 1 조합에서 n1을 제 2 조합에서 n3를 의미하고, nB는 제 1 조합에서 n3를 제 2 조합에서 n2를 의미하고, α는 제 1 조합에서 α1을, 제 2 조합에서 α2를 의미한다.
  5. 제 1 항에 있어서, 제 1 영역의 굴절률(n1), 제 3 영역의 굴절률(n3) 및 제 1 경계면의 경사각(α1)에 대한 제 1 조합과, 제 3 영역의 굴절률(n3), 제 2 영역의 굴절률(n2) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)에 대한 제 2 조합은 각각 하기 수식 4을 만족하는 광학 필름:
    [수식 4]
    Figure pat00010

    수식 4에서, nA는 제 1 조합에서 n1을 제 2 조합에서 n3를 의미하고, nB는 제 1 조합에서 n3를 제 2 조합에서 n2를 의미하고, α는 제 1 조합에서 α1을, 제 2 조합에서 α2를 의미한다.
  6. 제 1 항에 있어서, 제 1 영역의 굴절률(n1), 제 3 영역의 굴절률(n3) 및 제 1 경계면의 경사각(α1)에 대한 제 1 조합과, 제 3 영역의 굴절률(n3), 제 2 영역의 굴절률(n2) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)에 대한 제 2 조합은 각각 하기 수식 1 내지 4를 모두 만족하는 광학필름:
    [수식 1]
    Figure pat00011

    [수식 2]
    Figure pat00012

    [수식 3]
    Figure pat00013

    [수식 4]
    Figure pat00014

    수식 1 내지 4에서, nA는 제 1 조합에서 n1을 제 2 조합에서 n3를 의미하고, nB는 제 1 조합에서 n3를 제 2 조합에서 n2를 의미하고, α는 제 1 조합에서 α1을, 제 2 조합에서 α2를 의미한다.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 1 경계면의 경사각(α1) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)은 각각 독립적으로 35도 내지 70도 범위 내이고, 제 1 영역의 굴절률(n1) 및 제 3 영역의 굴절률(n3)에 대한 제 1 조합과, 제 3 영역의 굴절률(n3) 및 제 2 영역의 굴절률(n2)에 대한 제 2 조합은 각각 하기 수식 5를 만족하는 광학 필름:
    [수식 5]
    Figure pat00015

    수식 5에서, nA는 제 1 조합에서 n1을 제 2 조합에서 n3를 의미하고, nB는 제 1 조합에서 n3를 제 2 조합에서 n2를 의미한다.
  8. 제 1 항에 있어서, 제 1 경계면의 경사각(α1) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)은 각각 독립적으로 70도 내지 110도 범위 내이고, 제 1 영역의 굴절률(n1), 제 3 영역의 굴절률(n3) 및 제 1 경계면의 경사각(α1)에 대한 제 1 조합과, 제 3 영역의 굴절률(n3), 제 2 영역의 굴절률(n2) 및 제 2 경계면의 경사각(α2)에 대한 제 2 조합은 각각 하기 수식 6을 만족하는 광학 필름:
    [수식 6]
    Figure pat00016

    수식 6에서, nA는 제 1 조합에서 n1을 제 2 조합에서 n3를 의미하고, nB는 제 1 조합에서 n3를 제 2 조합에서 n2를 의미하고, α는 제 1 조합에서 α1을, 제 2 조합에서 α2를 의미한다.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 경계면 및 제 2 경계면은 각각 복수의 선형 프리즘이 일 방향으로 배열된 구조를 갖는 광학 필름.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 경계면에서 선형 프리즘의 배열 방향과 제 2 경계면에서 선형 프리즘의 배열 방향은 서로 수직하는 광학 필름.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 영역과 제 2 영역은 각각 제 1 및 제 2 경계면의 반대 면이 평탄한 광학 필름.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 영역과 제 2 영역의 평탄한 면 중 하나 이상의 면에 기재층이 존재하는 광학 필름.
  13. 액정 패널 및 상기 액정 패널의 시인 측 표면에 배치된 제 1 항 내지 제 12항에 중 어느 한 항에 따른 광학 필름을 포함하는 액정 디스플레이.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 액정 패널은 VA(Vertical Alignment) 모드의 액정 패널인 액정 디스플레이.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 액정 패널은 TN(Twisted Nematic) 모드의 액정 패널인 액정 디스플레이.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 광학 필름의 제 1 영역이 제 2 영역에 비하여 액정 패널에 인접하게 배치되는 액정 디스플레이.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 액정 패널로부터 광학 필름에 입사되는 빛 중에서 입사 각이 10도 내지 20도 범위 내인 빛은 상기 광학 필름을 통해 30도 내지 70도의 출사각으로 출사되는 액정 디스플레이.
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WO2024063396A1 (ko) * 2022-09-20 2024-03-28 주식회사 엘지유플러스 광학 장치 및 이를 이용한 가상 이미지 형성 방법

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