KR20230048822A - 반사편광필름, 이를 포함하는 광원 어셈블리 및 액정표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반사편광필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휘도 및 편광도가개선된 반사편광필름, 이를 포함하는 광원 어셈블리 및 액정표시장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 반사편광필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휘도 및 편광도가개선된 반사편광필름, 이를 포함하는 광원 어셈블리 및 액정표시장치에 관한 것이다.
평판디스플레이 기술은 TV분야에서 이미 시장을 확보한 액정디스플레이(LCD), 프로젝션 디스플레이 및 플라즈마 디스플레이(PDP)가 주류를 이루고 있고, 또 전계방출디스플레이(FED)와 전계발광디스플레이(ELD)등이 관련기술의 향상과 더불어 각 특성에 따른 분야를 점유할 것으로 전망된다. 액정 디스플레이는 현재 노트북, 퍼스널 컴퓨터 모니터, 액정 TV, 자동차, 항공기 등 사용범위가 확대되고 있으며 평판시장의 80%가량을 차지하고 있고 세계적으로 LCD의 수요가 급증해 현재까지 호황을 누리고 있다.
종래의 액정 디스플레이는 한 쌍의 흡광성 광학필름들 사이에 액정 및 전극 매트릭스를 배치한다. 액정 디스플레이에 있어서, 액정 부분은 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정부분을 움직이게 함으로써, 이에 따라 변경되는 광학 상태를 가지고 있다. 이러한 처리는 정보를 실은 '픽셀'을 특정 방향의 편광을 이용하여 영상을 표시한다. 이러한 이유 때문에, 액정 디스플레이는 편광을 유도하는 전면 광학필름 및 배면 광학필름을 포함한다.
이러한 액정 디스플레이에서 사용되는 광학필름은 백라이트로부터 발사되는 광의 이용효율이 반드시 높다고는 할 수 없다. 이것은, 백라이트로부터 발사되는 광 중 50%이상이 배면측 광학필름(흡수형 편광필름)에 의해 흡수되기 때문이다. 그래서, 액정 디스플레이에서 백라이트 광의 이용효율을 높이기 위해서, 광학캐비티와 액정어셈블리 사이에 반사편광자를 설치한다.
도 1은 반사형 편광자의 광학원리를 도시하는 도면이다. 구체적으로 광학캐비티로부터 액정어셈블리로 향하는 빛 중 P편광은 반사편광자를 통과하여 액정어셈블리로 전달되도록 하고, S편광은 반사편광자에서 광학캐비티로 반사된 다음 광학캐비티의 확산반사면에서 빛의 편광 방향이 무작위화된 상태로 반사된 후 다시 반사편광자로 전달되는 사이클을 반복함으로써, 결국에는 S편광이 액정어셈블리의 편광기를 통과할 수 있는 P편광으로 변환되어 반사편광자를 통과한 후 액정어셈블리로 전달되도록 하는 것이다.
위와 같은 기능을 발현하는 반사편광자의 경우 그 예시로 광학적 이방성 굴절률을 갖는 평판상의 광학층과 광학적 등방성 굴절률을 갖는 평판상의 광학층이 상호 교호 적층된 다층형 반사편광자, 특정 방향의 나선형 콜레스테릭 액정을 포함하는 콜레스테릭 액정형 반사편광자, 광학적 등방성 또는 광학적 이방성 굴절률을 갖는 연속상 내부에 광학적 이방성 또는 광학적 등방성 굴절률을 갖는 불연속상을 포함하는 폴리머 분산형 반사편광자, 등방성 기재층 내부에 복굴절성 해도사를 포함하는 해도사 분산형 반사편광자, 와이어-그리드 타입의 반사편광자 등이 있다.
상기 폴리머 분산형 반사편광자의 일예로, 기재층 내부에 길이방향으로 신장된 복굴절성 폴리머를 배열하여 반사형 편광자의 기능을 달성할 수 있는 분산체가 분산된 반사편광자가 제안되었으며, 현재까지 휘도와 편광도 개선을 위해서 분산된 복굴절성 폴리머의 크기를 제어하는 많은 노력이 계속되고 있다.
그러나 현재까지 개발된 폴리머 분산형 반사편광자는 다층형 반사편광자에 대비해 휘도 차이가 크고 편광도도 좋지 못한 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래의 폴리머 분산형 반사편광자의 휘도를 개선하여 다층형 반사편광자에 근접한 휘도 특성을 나타내는 반사편광필름을 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 휘도특성의 개선과 함께 편광도 특성을 개선시킬 수 있는 반사편광필름을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 반사편광필름이 채용되어 출사된 광의 편광도가 개선되고, 휘도가 향상된 광원 어셈블리 및 액정표시장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 매트릭스 및 상호 수직하는 x축, y축 및 z축 중 x축 방향이 길이방향이 되되 y축 및 z축 방향으로는 랜덤하게 상기 매트릭스 내 배열된 다수 개의 폴리머 분산체 구비하는 코어층을 구비하고, 상기 코어층을 y-z 평면으로 절단한 면을 z축 방향으로 두께가 서로 동일하도록 5개 영역으로 구획했을 때, 상기 5개 영역 중 최상부 또는 최하부 영역 내 폴리머 분산체 면적백분율과 중앙부 영역 내 폴리머 분산체 면적백분율 차이가 10% 이하인 반사편광필름을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 매트릭스와 상기 폴리머 분산체는 y축 및 z축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.05 이하이고, x축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.1 이상이다.
또한, 상기 코어층을 y-z 평면으로 절단한 면에서 상기 다수 개의 폴리머 분산체는 평균두께가 30㎚ 이상, 보다 바람직하게는 50㎚ 이상일 수 있다.
또한, 상기 중앙부 영역 내 위치하는 폴리머 분산체는 평균두께가 110㎚ 이하일 수 있다.
또한, 상기 최상부 또는 최하부 영역에 포함된 폴리머 분산체의 평균두께(dⅠ)와 중앙부 영역에 포함된 폴리머 분산체의 평균두께(dⅡ) 간 평균두께비(dⅡ/dⅠ)가 0.8 내지 1.6일 수 있다.
또한, 상기 최상부 영역 또는 최하부 영역 내 매트릭스와 폴리머 분산체의 전체 면적 중 폴리머 분산체 면적의 백분율 및 상기 중앙부 영역 내 매트릭스와 폴리머 분산체의 전체 면적 중 폴리머 분산체 면적의 백분율은 각각 독립적으로 40 ~ 55%일 수 있다.
또한, 상기 반사편광필름은 헤이즈가 30% 이하이며, 상기 코어층은 두께가 150㎛ 이하일 수 있다.
또한, 상기 코어층의 적어도 일면에 일체로 형성된 스킨층을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 반사편광필름을 포함하는 광원어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 광원어셈블리인 광원부 및 상기 광원부의 광 출사면 상에 배치되는 액정 셀을 구비한 표시부를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 반사편광필름은 휘도가 크게 개선되면서 편광도도 향상되어 광원 어셈블리와 같은 액정표시장치의 부품으로 널리 사용될 수 있으며, 이외에 유리창, 각종 편광조명 산업전반에 응용될 수 있다.
도 1은 반사편광자의 원리를 설명하는 개략도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사편광필름의 단면도 및 단면확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사편광필름 내 코어층에 구비된 폴리머 분산체의 길이방향 배열을 예시한 모식도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사편광필름 내 코어층에 구비된 폴리머 분산체의 종횡비, 두께 및 너비를 정의하기 위해 예시한 모식도이다.
도 6은 반사편광필름을 제조하는 공정 중 발생할 수 있는 분산체의 융합 및 분산체-매트릭스 간 계면파괴를 도시한 모식도로서, 매트릭스 형성성분 내 분산체 형성성분이 분산된 후(도 6(a)), 분산체 형성성분 간 융합(도 6(b)) 및 분산체 형성성분 융합 및 분산체 형성성분/매트릭스 형성성분 간 계면 파괴가 발생한 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 반사편광필름 코어층의 단면 중 중앙부 일부분의 단면모식도로써, 도 6a는 실시예1의 반사편광필름 코어층의 영역C의 단면 모식도이고, 도 6b 및 도 6c는 각각 실시예2와 비교예1의 반사편광필름 코어층의 영역C의 단면 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 분해사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사편광필름의 단면도 및 단면확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사편광필름 내 코어층에 구비된 폴리머 분산체의 길이방향 배열을 예시한 모식도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사편광필름 내 코어층에 구비된 폴리머 분산체의 종횡비, 두께 및 너비를 정의하기 위해 예시한 모식도이다.
도 6은 반사편광필름을 제조하는 공정 중 발생할 수 있는 분산체의 융합 및 분산체-매트릭스 간 계면파괴를 도시한 모식도로서, 매트릭스 형성성분 내 분산체 형성성분이 분산된 후(도 6(a)), 분산체 형성성분 간 융합(도 6(b)) 및 분산체 형성성분 융합 및 분산체 형성성분/매트릭스 형성성분 간 계면 파괴가 발생한 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 반사편광필름 코어층의 단면 중 중앙부 일부분의 단면모식도로써, 도 6a는 실시예1의 반사편광필름 코어층의 영역C의 단면 모식도이고, 도 6b 및 도 6c는 각각 실시예2와 비교예1의 반사편광필름 코어층의 영역C의 단면 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 분해사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다. 또한, 도면에 나타난 일 구성의 크기 및/또는 형상에 의해 본 발명이 제한되지 않는다. 일예로, 도 2 및 도 3에 도시된 다수 개의 폴리머 분산체 개수와 각각의 크기, 분산체 간 간격, 영역별 분산체의 개수 및 분포는 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐이며, 본 발명에 따른 반사편광필름에 정확하게 부합하도록 도시된 것이 아님을 밝힌다. 또한, 도 3의 일측면에 도시된 점선은 폴리머 분산체의 길이방향을 대략적으로 설명한 것일 뿐, 도시되지 않은 매트릭스 내부의 폴리머 분산체 길이를 의미하지 않는다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 반사편광필름(1000)은 매트릭스(110) 및 상기 매트릭스(110) 내 랜덤하게 위치하는 다수 개의 폴리머 분산체(120)를 포함하는 코어층(100)을 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 매트릭스(110)와 매트릭스 내부에 포함되는 폴리머 분산체(120) 간에는 복굴절 계면이 형성될 수 있다. 구체적으로 매트릭스(110)와 폴리머 분산체(120) 간에 공간상 X, Y 및 Z축에 따른 굴절률의 실질적인 일치 또는 불일치의 크기는 그 축에 따라 편광된 광선의 산란 정도에 영향을 미친다. 일반적으로, 산란능은 굴절률 불일치의 제곱에 비례하여 변화한다. 따라서, 특정 축에 따른 굴절률의 불일치의 정도가 더 클수록, 그 축에 따라 편광된 광선이 더 강하게 산란된다. 반대로, 특정 축에 따른 불일치가 작은 경우, 그 축에 따라 편광된 광선은 더 적은 정도로 산란된다. 어떤 축에 따라 매트릭스(110)의 굴절률이 폴리머 분산체(120)의 굴절률과 실질적으로 일치되는 경우, 이러한 축에 평행한 전기장으로 편광된 입사광은 분산체의 부분의 크기, 모양 및 밀도와 상관없이 산란되지 않고 분산체를 통과할 것이다. 또한, 그 축에 따른 굴절률이 실질적으로 일치되는 경우, 광선은 실질적으로 산란되지 않고 물체를 통해 통과한다. 보다 구체적으로, 제1편광(P편광)은 매트릭스(110)와 폴리머 분산체(120)의 경계에 형성되는 복굴절 계면에 영향을 받지 않고 투과되나, 제2편광(S편광)은 매트릭스(110)와 폴리머 분산체(120) 간의 경계에 형성되는 복굴절성 계면에 영향을 받아 광의 변조가 일어난다. 이를 통해 P편광은 투과되고 S편광은 광의 산란, 반사 등의 광의 변조가 발생하게 되어 결국 편광의 분리가 이루어지게 되는 것이다.
따라서, 상기 매트릭스(110)와 폴리머 분산체(120)는 복굴절 계면을 형성하여야 광변조 효과를 유발할 수 있으므로, 상기 매트릭스(110)가 광학적 등방성인 경우, 폴리머 분산체(120)는 복굴절성을 가질 수 있고, 반대로 상기 매트릭스(110)가 광학적으로 복굴절성을 갖는 경우에는 폴리머 분산체(120)는 광학적 등방성을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 폴리머 분산체(120)의 x축 방향의 굴절율이 nX1, y축 방향의 굴절율이 nY1 및 z축 방향의 굴절율이 nZ1이고, 매트릭스(110)의 굴절율이 nX2, nY2 및 nZ2일 때, nX1과 nY1 사이의 면내 복굴절이 발생할 수 있다. 더욱 바람직하게는 매트릭스(110)와 폴리머 분산체(120)의 X, Y, Z축 굴절율 중 적어도 어느 하나가 상이할 수 있으며, 보다 바람직하게는 신장축이 X축인 경우 Y축 및 Z축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.05 이하이고, X축향에 대한 굴절율의 차이가 0.1 이상일 수 있다. 한편 통상적으로 굴절율의 차이가 0.05 이하이면 정합으로 해석된다.
상기 매트릭스(110)는 통상적인 폴리머 분산형 반사편광자에서 사용되는 기재층의 재질인 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 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), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀 폴리머를 사용할 수 있으며 일예로, 폴리카보네이트(PC) 얼로이 일 수 있다.
또한, 상기 폴리머 분산체(120) 역시 통상적인 폴리머 분산형 반사편광자에 사용되는 분산체 재질인 경우 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 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), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며,일예로 PEN일 수 있다.
또한, 상기 다수 개의 폴리머 분산체(120)는 일 방향으로 긴 로드형 또는 섬유형과 같은 형상을 가질 수 있다. 이에 따라서 다수 개의 폴리머 분산체(120)는 분산체(120) 길이방향 주축과 상기 주축에 수직이 되는 횡단면의 횡축 길이 간 비율인 종횡비가 10 초과, 다른 일예로 100 초과, 1,000 초과, 10,000 초과, 100,000 초과일 수 있다. 상기 횡축길이는 상기 단면의 형상이 원인 경우 원의 직경을 의미하고, 단면이 원이 아닌 경우 둘레를 잇는 두 선분 중 길이가 가장 큰 선분의 길이를 의미한다. 또한, 도 5a에 도시된 것과 같이 코어층(100)의 y-z 평면인 절단면을 기준으로 한 폴리머 분산체(120)의 단면에서 단축길이(b)에 대한 장축길이(a)의 비율(a/b)인 단면 종횡비 역시 1을 초과, 다른 일 예로 2를 초과할 수 있다. 여기서 단축길이(b)란 장축을 수직이등분 하는 축을 단축이라할 때, 상기 단축의 길이를 의미한다. 또한 상기 단면 종횡비는 10 이하일 수 있는데, 만일 단면 종횡비가 10을 초과하는 경우 광산란, Haze 상승 등으로 광의 직진성 저하에 따라 휘도가 저하될 우려가 있다.
또한, 상기 다수 개의 폴리머 분산체(120)는 상호 수직하는 세 개의 x축, y축 및 z축 중 x축 방향이 길이방향이 되도록 상기 매트릭스(110) 내 배열된다. 다만, 여기서 x축 방향이 길이방향이 되도록 배열된다는 것은 도 2에 개략적으로 도시한 것과 같이 모든 폴리머 분산체(120)의 길이방향이 x축과 평행하도록 배열됨을 의미하지는 않고, 폴리머 분산체(120)의 길이방향이 되는 주축의 방향이 y축, z축 보다 x축 방향에 가까움을 의미한다.
이에 대하여 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하면, 코어층(100)의 x-z 평면에서 제1폴리머 분산체(123)는 길이 방향이 x축 방향과 평행하게 배열되나, 제2폴리머 분산체(121) 및 제3폴리머 분산체(122)는 길이 방향이 z축 방향으로 소정의 각도 기울어져 배열될 수 있다. 또한, 도 4에 도시하지 않았으나 폴리머 분산체는 y축 방향으로도 소정의 각도 기울어져 배열될 수 있음을 밝혀둔다. 단, 여기서 소정의 각도는 일예로 (±)45°미만, (±)35°미만, (±)25°미만, (±)15°미만, (±)10°미만, (±)5°미만, (±)3°미만, (±)1°미만일 수 있다.
또한, 다수 개의 폴리머 분산체(120)는 y축 및 z축 방향을 기준으로는 랜덤하게 배열된다. 즉, 코어층(100)의 y축 및 z축 방향 단면에서 다수 개의 폴리머 분산체(120)는 폴리머 분산체 단면 크기, 모양에 관계없이 위치가 랜덤하게 배열된다.
또한, 본 발명에 따른 반사편광필름(1000)은 상기 코어층(100)을 y-z 평면으로 절단한 면을 z축 방향으로 두께가 서로 동일하도록 5개 영역(A,B,C,D,E)으로 구획했을 때, 상기 5개 영역 중 최상부(A) 또는 최하부(E) 영역에 위치하는 폴리머 분산체(121) 면적백분율과 중앙부 영역 내 폴리머 분산체 면적백분율 차이가 10% 이하이며, 바람직하게는 5%이하, 보다 바람직하게는 3%이하, 보다 더 바람직하게는 2% 이하일 수 있다.
본 발명의 발명자는 폴리머 분사형 반사편광자가 광학적 등방성층과 광학적 이방성층이 교호적층된 다층형 반사편광자에 대비해 휘도 특성이 떨어지는 이유에 대해서 지속 연구하던 중 구현된 폴리머 분산형 반사편광자의 y-z 평면에서 z축 방향의 위치에 따라서 폴리머 분산체의 크기가 균일하지 않고 특히, 상기 y-z 평면에서 z축 방향을 기준으로 중앙부에 위치하는 폴리머 분산체가 y-z 평면에서의 z축 방향을 기준으로 사이드 부분에 위치하는 폴리머 분산체 보다 두께가 얇고 상대적으로 너비는 더 큰 반면에 인접하는 폴리머 분산체 간 간격도 좁게 구현된 것을 발견하였고, 이와 같이 y-z 평면에서의 z축 방향을 기준으로 위치에 따라서 폴리머 분산체 간 모폴로지의 차이, 분산체 간 간격의 차이가 휘도, 편광도 특성에 영향을 미칠 것으로 착안해 연구를 매진한 결과 코어층의 z축 방향 영역 별로 최상부(A) 또는 최하부(E) 영역 내 폴리머 분산체(121)의 면적백분율과 중앙부(C) 영역 내 폴리머 분산체(122)의 면적백분율 차이가 10% 이하를 만족하도록 구현했을 때 종래에 대비해 휘도 및 편광도를 크게 개선함을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.
구체적으로 코어층(100)의 y-z 평면에서 z축 방향을 기준으로 위치에 따라서 폴리머 분산체 간 모폴로지의 차이, 분산체 간 간격의 차이가 발생한 이유는 다양한 인자가 관여할 수 있으나, 일 예로 제조공정에서 용융된 폴리머 분산체 형성성분과 매트릭스 형성성분이 함께 압출된 후 냉각되는 과정에서 두께 방향으로 표면부에 해당하는 최상부(A) 및/또는 최하부(E) 영역과 중앙부(C) 영역 간의 냉각 속도, 냉각 방법 등의 차이에 따라서 중앙부(C) 영역 내 분포하는 폴리머 분산체의 모폴로지, 분산체 간 간격이 최상부(A) 및/또는 최하부(E) 영역 내의 폴리머 분산체와 대비해 크게 달라지는 것을 발견했다. 특히 도 6에 도시된 것과 같이 압출 직후 z축 방향의 위치에 관계 없이 폴리머 분산체 형성성분의 분산상태가 양호해도(도 6(a) 참조), 중앙부(C) 영역의 냉각이 제대로 이루어지지 않아 고화속도가 느릴 경우 인접하는 폴리머 분산체 형성성분 간의 결합이 발생하고(도 6(b) 참조), 더 심할 경우 결합되어 하나의 큰 덩어리를 형성한 폴리머 분산체 형성성분이 x-y 평면에 평행한 방향으로 퍼지면서 고화됨에 따라서 표면부인 최상부(A) 및/또는 최하부(E) 영역에 위치하는 폴리머 분산체(121)의 두께보다 오히려 얇고 넓게 퍼진 형상의 폴리머 분산체가 형성됨을 발견했다. 또한, 폴리머 분산체 형성성분의 고화가 늦어질 경우 폴리머 분산체 형성성분과 매트릭스 형성성분 간의 계면에서 발생하는 화학반응에 의해서 매트릭스 형성성분이 제3의 물질로 변하게 됨에 따라서 온전한 매트릭스의 비율이 작아지는 것을 알게 되었다. 이와 같이 중앙부의 냉각이 제대로 이루어지지 않을 경우 코어층 단면의 중앙부에는 폴리머 분산체 형성성분 간의 결합과 매트릭스 형성성분이 제3의 물질로 변하게 됨에 따라서 매트릭스 중량비율이 작아지고, 이에 결국 단면에서 폴리머 분산체와 매트릭스 면적 총합에 대한 폴리머 분산체의 면적비율이 커지며, 폴리머 분산체가 옆으로 얇고 넓게 퍼진 형상을 가지게 될 수 있다(도 6(c) 참조).
결국 압출 후 두께 방향의 중앙부의 적절하지 못한 냉각은 위와 같은 중앙부에 분포하는 폴리머 분산체 및 매트릭스의 구조적, 화학적 변형을 유발하는 하나의 원인이 될 수 있고, 구조적, 화학적 변형을 유발하는 인자를 제어해 반사편광필름을 구현 시 코어층의 z축 방향 영역 별로 최상부(A) 또는 최하부(E) 영역에 위치하는 폴리머 분산체(121)의 면적백분율과 중앙부(C) 영역 내 위치하는 폴리머 분산체(122) 간 면적백분율 차이를 10% 이하로 구현할 수 있고, 이러한 반사편광필름은 휘도 및 편광도 특성에서 우수한 효과를 발현할 수 있다. 영역 간 폴리머 분산체의 면적 백분율 차이가 10%를 초과한다는 것은 달리 말하면 영역 내 매트릭스 물질이 제3의 물질로 변성되고, 제3의 물질이 폴리머 분산체인 것으로 식별되어 폴리머 분산체의 면적에 더해진 결과이거나 및/또는 폴리머 분산체 간 합체가 발생한 정도나 빈도가 큰 경우일 수 있고, 물성적으로 반사편광필름의 휘도 및 편광도 특성이 현저히 저하될 수 있다.
여기서 특정 영역 내 위치하는 폴리머 분산체의 면적백분율이란, 특정 영역 내 매트릭스 및 폴리머 분산체 전체 면적에 대한 폴리머 분산체 면적의 백분율로써, 특정 영역 내 매트릭스 및 폴리머 분산체 전체 면적과 폴리머 분산체 면적은 특정 영역에 대해서 촬영된 SEM 사진을 인터넷상에서 오픈된 프로그램인 Image-J(이미지 제이)를 이용해 폴리머 분산체의 면적 백분율을 계산한 결과이다. 이때, 이미지 제이 프로그램에서 폴리머 분산체의 면적 백분율은 촬영된 SEM 사진에서 폴리머 분산체와 매트릭스 경계면이 명확히 될 수 있도록 콘트라스트, 배율 등을 보정한 SEM 사진을 기준하여 계산됨을 밝혀둔다.
또한, 상기 코어층(100)의 y-z 단면에서 중앙부(C) 영역 및 최상부(A) 또는 최하부(E) 영역 각각에서 매트릭스와 폴리머 분산체의 전체 면적 중 폴리머 분산체 면적의 백분율은 40 ~ 55%, 보다 바람직하게는 45 ~ 50%를 만족할 수 있고, 이를 통해서 중앙부 영역에 위치하는 매트릭스 성분과 폴리머 분산체 간 경계면의 화학반응으로 인하여 제3의 물질로 변성되는 것을 방지하고, 인접하는 폴리머 분산체 간 간격이 좁지 않게 구현됨에 따라서 목적하는 휘도 및 편광도 특성을 달성하기에 유리할 수 있다. 만일 매트릭스와 폴리머 분산체의 전체 면적 중 폴리머 분산체 면적의 백분율은 40% 미만이거나 55%를 초과 시 휘도 및 편광도 특성 중 어느 하나 또는 이들 특성 모두가 현격히 저하될 우려가 있다. 특히, 폴리머 분산체 면적의 백분율이 55%를 초과한다는 것은 달리 말하면 폴리머 분산체와 매트릭스 간의 경계면에서 화학반응으로 인하여 제3의 물질로 변성되고, 제3의 물질이 폴리머 분산체인 것으로 식별되어 폴리머 분산체의 면적에 더해진 결과이거나 및/또는 폴리머 분산체 간 합체가 발생한 경우일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 코어층(100)의 z축 방향 영역 별로 최상부(A) 또는 최하부(E) 영역에 위치하는 폴리머 분산체는 평균두께가 100㎚ 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 최상부(A) 또는 최하부(E) 영역에 위치하는 폴리머 분산체는 평균두께가 80nm 이하일 수 있다. 또한, 바람직하게는 상기 평균두께는 30nm 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 50㎚ 이상일 수 있다. 반사편광필름(1000) 하부를 통해 투과되는 광은 매트릭스(110)와 다수 개의 폴리머 분산체(120) 간의 계면에서 반사, 투과 등의 광변조가 발생하는데, 반사, 투과되는 서로 다른 광학경로를 갖는 광 간에 보강간섭, 상쇄간섭이 발생하면서 일부 광은 반사편광필름(1000) 상부를 투과해 출사되며, 다른 일부는 상쇄간섭을 통해 소실되고, 나머지는 반사편광필름(1000)의 하부면이나 측면으로 출사될 수 있다. 따라서 반사편광필름(1000)의 하방에서 입사하는 광이 100% 상방으로 출사하기 어렵고 이로 인해 편광도 및 휘도가 저하될 수 있는데, 코어층(100)의 z축 방향 영역 별로 최상부(A) 또는 최하부(E) 영역에 위치하는 폴리머 분산체(121)는 평균두께가 100㎚ 이하를 만족함에 따라서 편광도 및 휘도 저하를 방지하기 유리하다. 만일 최상부(A) 또는 최하부(E) 영역에 위치하는 폴리머 분산체의 평균두께가 100㎚를 초과하는 경우, 편광도 및 휘도 중 어느 하나 이상의 물성이 저하될 우려가 있고 특히 편광도 특성이 현저히 저하될 우려가 있다. 여기서, 폴리머 분산체의 두께란 y-z 평면인 코어층(100) 절단면에서 폴리머 분산체의 단면을 놓고 볼 때, 코어층(100) 두께방향에 해당하는 z축 방향에 평행하게 상기 폴리머 분산체 단면의 둘레를 잇는 선분 중 가장 긴 선분의 길이를 의미하며, 폴리머 분산체 평균두께란 이들 폴리머 분산체 두께에 대한 평균값을 의미한다. 이를 도 5b를 참조하여 설명하면, 제1폴리머 분산체(124)의 두께는 d1이며, 제2폴리머 분산체(125)의 두께는 d2이고, 제3폴리머 분산체(126)의 두께는 d3이며, 제4폴리머 분산체(127)의 두께는 d4이다.
또한, 코어층(100) 내 상기 중앙부(C) 영역에 위치하는 폴리머 분산체(122)는 평균두께가 바람직하게는 110㎚ 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 90nm이하, 더 바람직하게는 80nm 이하일 수 있다. 또한, 바람직하게는 두께가 30㎚ 이상, 보다 바람직하게는 50㎚ 이상일 수 있으며, 이를 통해서 목적하는 수준으로 휘도 및 편광도 특성을 달성하기에 유리할 수 있다.
한편, 코어층(100)의 중앙부(C) 영역의 적절한 고화는 코어층(100)의 최상부(A) 또는 최하부(E) 영역과 중앙부 영역에 각각 위치하는 폴리머 분산체의 두께 비율을 적절히 구현시킴에 따라서 보다 상승된 휘도 및 편광도 특성을 발현시키기에 유리할 수 있다. 구체적으로 최상부(A) 또는 최하부(E) 영역에 포함된 폴리머 분산체의 평균두께(dⅠ)와 중앙부(C) 영역에 포함된 폴리머 분산체의 평균두께(dⅡ) 간 두께비(dⅡ/dⅠ)가 0.8 내지 1.6, 보다 바람직하게는 두께비(dⅡ/dⅠ)가 0.8 ~ 1.1을 만족할 수 있으며, 만일 두께비(dⅡ/dⅠ)가 전술된 범위를 만족하지 못하는 경우 상승된 휘도 및 편광도 특성을 동시에 달성하기에 어려울 수 있으며, 구체적으로 폴리머 분산체의 두께비(dⅡ/dⅠ)가 0.8 미만일 경우 상승된 휘도특성을 달성하기 어려울 수 있고, 특히 편광도가 저하 폭이 커질 수 있다. 또한, 두께비(dⅡ/dⅠ)가 1.6을 초과할 경우에도 편광도 및 휘도가 크게 저하할 우려가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 5c에 도시된 것과 같이 폴리머 분산체(120)는 y-z 평면인 코어층(100) 절단면을 기준으로 너비(W1,W2,W3,W4)가 200㎚ 이하, 바람직하게는 150㎚ 이하인 것이 전체 폴리머 분산체 개수 중 일 예로 50% 이상, 다른 일 예로 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 98% 이상, 99% 이상일 수 있으며, 이를 통해서 코어층(100)을 z축 방향으로 투과하는 투과광의 광손실을 최소화하여 휘도저하를 방지할 수 있다. 여기서 폴리머 분산체(120) 너비란 z 축방향에서 폴리머 분산체(120)를 바라보았을 때 2차원 상에 투영된 너비(W1,W2,W3,W4)를 의미하며, y-z 평면인 코어층(100) 절단면에서 폴리머 분산체의 장축길이와는 구별됨을 밝혀둔다. 폴리머 분산체(120)의 너비가 커지고 및/또는 너비가 큰 폴리머 분산체의 비율이 높아질수록 폴리머 분산체(120)의 평균두께가 얇아지거나 인접하는 폴리머 분산체 간의 간격이 좁아질 가능성이 높고, 이 경우 편광도 및 휘도가 현저히 저하될 우려가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 반사편광필름(1000)은 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이 코어층(100)의 양면에 배치된 스킨층(211,212)을 더 포함할 수 있다. 상기 스킨층(211,212)은 코어층(100)의 기계적 강도를 보완하고, 외부인자로부터 코어층(100)을 보호하는 기능을 담당한다. 이때, 상기 코어층(100)과 스킨층(211,212) 사이에는 별도의 접착층이 더 구비될 수 있으나, 바람직하게는 상기 스킨층(211,212)은 별도의 접착층 없이 코어층(100)과 함께 공압출되어 일체로 형성된 것일 수 있다. 그 결과 접착층으로 인한 광학물성의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 보다 박형화된 광학필름을 구현하기에 유리하다.
나아가, 종래 광학층을 연신한 후 미연신 스킨층과의 후접착 되는 경우와 달리 본 발명의 일실시예에 포함된 스킨층(211,212)은 코어층(100)과 동시에 공압출된 후 연신공정이 수행되므로 적어도 하나의 축방향으로 연신된 것일 수 있다. 이를 통해 미연신된 스킨층에 비하여 표면경도가 향상되어 내스크래치성이 개선되며 내열성이 향상될 수 있다.
상기 스킨층(211,212)은 반사편광필름의 지지기능을 수행하기 위하여 통상적으로 사용되는 스킨층의 재질일 수 있고, 바람직하게는 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), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며 보다 바람직하게는 상술한 매트릭스(110)의 성분과 동일한 재질을 사용할 수 있다.
상술한 반사편광필름(1000)에서 코어층(100)의 두께는 20 ~ 150㎛, 보다 바람직하게는 50 ~ 120㎛일 수 있고, 스킨층(211,212)의 두께는 50 ~ 500㎛일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 코어층(100)을 y-z 평면으로 절단한 면에서 폴리머 분산체(120)의 개수는 가로, 세로 5㎛×5㎛의 단위 영역 내 100 ~ 3,000개 일수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 반사편광필름(1000)은 헤이즈가 30% 이하일 수 있다. 만일 헤이즈가 30%를 초과하면 휘도가 저하되는 본 발명의 목적을 달성하기 어려울 수 있다.
이하 상술한 반사편광필름(1000)의 제조방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 반사편광필름(1000)은 매트릭스 성분과 폴리머 분산체 성분을 압출부에 공급하는 단계, 매트릭스 내부에 포함된 폴리머 분산체 성분이 랜덤하게 배열될 수 있도록 흐름제어부에서 퍼짐을 유도하는 단계, 냉각 및 평활화 시키는 단계, 냉각 및 평활화된 필름을 연신하는 단계, 및 상기 연신된 필름을 열고정하는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
먼저, (1) 단계로서 매트릭스 성분과 폴리머 분산체 성분을 압출부에 공급하는 단계를 수행할 수 있다. 이들 각각의 성분은 먼저 혼합된 후 단일의 압출부에 공급되거나 각각의 성분이 개별적으로 독립된 압출부들에 공급될 수 있고, 이 경우 압출부는 2개 이상으로 구성될 수 있다. 다만, 바람직하게는 이들 각각의 성분이 압출부에 공급되기 전에 충분한 교반을 통해 혼합된 후 단일의 압출부에 공급될 수 있으며, 이를 통해서 코어층(100) 내 상술한 최상부 또는 최하부 영역에 위치하는 폴리머 분산체의 두께를 본 발명이 목적하는 수준으로 균일하게 구현하는데 유리할 수 있다. 이때 상기 압출부는 익스트루더일 수 있으며, 이는 고체 상의 공급된 폴리머 성분들을 액상으로 전환시킬 있도록 가열수단 등을 더 포함할 수 있다.
한편, 매트릭스 성분의 내부에 폴리머 분산체 성분이 배열되기 위해서는 매트릭스 성분과 폴리머 분산체 성분 간 흐름성 차이가 존재함이 바람직하고, 이를 위해 두 성분 간 점도를 차이가 있도록 설계하며, 바람직하게는 매트릭스 성분의 흐름성이 폴리머 분산체 성분보다 좋도록 설계하는 것이 좋다. 매트릭스 성분과 폴리머 분산체 성분은 믹싱존과 메시필터존을 통과하면서 매트릭스 성분 내에 폴리머 분산체 성분이 점성에 차이를 통해 랜덤하게 배열될 수 있다.
상술한 폴리머 분산체의 두께 크기 조절과 균일 분산성은 1차적으로 (1)단계의 공정 조절을 통해 이루어질 수 있고, 구체적으로 압출부에 각각의 성분이 투입되기 전 충분한 교반을 통해 두 성분이 혼합된 상태로 압출부에 투입하는지 여부나 압출 시 토출량, 전단응력에 관여하는 압출기 회전수, 압출기의 종류(싱글, 동축 트윈 등) 변경을 통해서 폴리머 분산체 두께 크기나 분산성을 조절하기에 유리할 수 있다.
한편, 스킨층은 별도의 압출기를 통해 상층과 하층을 구성하되 각각의 압출기를 사용할 수 있으며, 한 개의 압출기를 사용할 경우는 유로를 통해 코어층(B) 을 중앙으로 상층(A)과 하층(A)을 층을 구성하여 A/B/A의 3층 구조를 형성할 수 있으며, 용융상태에서 형성된 3층 구조가 T-DIE을 통해 토출하여 냉각롤에서 고화되어 별도의 접착제 없이 스킨층을 형성시킬 수 있으며, 스킨층의 재질은 동일하거나 상이할 수 있지만, 매트릭스로 사용된 소재와 동일한 것이 바람직하며, 스킨층의 두께는 광학적 특성을 극대화 할 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다
다음으로 본 발명의 (2) 단계로서 매트릭스 내부에 위치한 폴리머 분산체 성분이 랜덤하게 배열될 수 있도록 흐름제어부에서 퍼짐을 유도할 수 있다. 상기 흐름제어부는 공지된 흐름제어부를 이용할 수 있고, 일예로 코트-행거 다이를 이용할 수 있다. 상기 (2) 단계의 흐름제어부를 통한 퍼짐의 유도를 통해서 폴리머 분산체 두께나 분산성을 2차적으로 더 조절하는 것이 가능하다.
다음으로 본 발명의 (3) 단계로서 냉각 및 평활화 하는 단계를 수행할 수 있다. 흐름제어부에서 이송된 필름을 냉각 및 평활화하는 단계로서 통상적인 반사편광필름의 제조에 이용되는 조건으로 냉각하여 고형화하고 이후 평활화 단계를 채용 및 변형하여 수행할 수 있으며, 일 예로 캐스팅 롤에서 냉각 및 평활화 공정을 수행할 수 있다. 바람직하게는 흐름제어부를 거쳐 이송된 필름의 일면을 주냉각롤에 접촉하도록 하여 냉각시키되, 이때 주냉각롤 온도를 40℃ 이하, 보다 바람직하게는 35℃ 이하, 다른 일예로 20℃ 이하로 하여 냉각시킬 수 있다. 만일 주냉각롤의 온도가 40℃를 초과 시 코어층(100)의 z축 방향으로 5개로 등분할된 영역 중 상술한 중앙부 영역에서 매트릭스 성분 내 용융된 상태로 분산된 폴리머 분산체 형성성분 간의 결합이 발생하기 쉽고, 이로 인해 고화된 폴리머 분산체의 두께가 두꺼워지거나, 또는 결합된 덩어리의 폴리머 분산체가 좌우 방향으로 퍼져서 오히려 두께가 얇아질 수 있으며, 이에 더해 폴리머 분산체와 매트릭스 계면에서 화학반응으로 제3의 물질로 변성된 매트릭스 비율이 늘어나 폴리머 분산체의 면적 백분율이 크게 증가할 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는 냉각롤에 접촉하지 않는 반대면을 보조 냉각수단을 통해 함께 냉각시키는 것이 좋고, 상기 보조 냉각수단은 일 예로 냉각 에어일 수 있으며, 더 바람직하게는 상기 냉각 에어의 온도는 30℃ 이하 보다 바람직하게는 20℃ 이하일 수 있다.
다음으로 본 발명의 (4) 단계로 냉각된 필름을 평활화 및 연신하는 단계를 수행할 수 있다. 연신 시 두께 편차로 인한 파단 등의 문제가 발생되지 않도록 평활화 공정을 수행한 필름에 대해 통상의 반사편광필름에 적용하는 연신 공정을 채용 및 변형하여 수행될 수 있으며, 이를 통해 매트릭스 성분과 폴리머 분산체 성분 간의 굴절율 차이를 유발시켜 계면에서 광변조 현상을 유발할 수 있다. 상기 연신은 일축연신 또는 이축연신을 수행할 수 있으며, 보다 바람직하게는 일축연신을 수행할 수 있다. 일축연신의 경우 연신방향은 일예로 x축 방향일 수 있다. 또한 연신비는 3 ~ 12배 일 수 있다.
다음으로 본 발명의 (5) 단계로 상기 연신된 필름을 열고정하는 단계를 수행할 수 있다. 상기 열고정은 통상의 방법을 통해 열고정될 수 있으며, 바람직하게는 180 ~ 200℃ 에서 0.1 ~ 3분 동안 IR 히터를 통해 수행될 수 있다.
한편, 상술한 반사편광필름(1000)은 적어도 일면에 구조화된 표면층을 더 구비할 수 있다. 상기 구조화된 표면층은 반사편광필름(1000)을 통해 입사되거나 출사되는 광의 방향을 제어하는 기능을 수행한다. 상기 구조화된 표면층은 광의 방향을 제어하는 기능을 갖는 것으로 알려진 구조화된 표면을 갖는 공지된 구성의 경우 제한 없이 채용할 수 있으며, 일예로, 단면이 렌티큘러, 마이크로렌즈, 프리즘 형상이거나 이들이 적절히 변형된 형상일 수 있다. 또는 상기 구조화된 표면이 바인더 수지내 구비된 확산입자의 돌출로 인하여 생성된 불규칙적인 요철일 수도 있다. 한편, 확산입자를 포함하는 경우 확산입자를 통해 광의 방향을 제어할 수 있으므로 확산입자의 돌출로 인한 요철이 반드시 수반되어야 하는 것은 아니다.
상기 구조화된 표면층은 반사편광필름(1000)에서 스킨층(211,212)을 경유하여 반사편광필름(1000)의 상부 및/또는 하부에 구비되거나 스킨층(211,212)이 생략된 기재층(100)의 상부 및/또는 하부에 구비될 수 있으며, 이때 별도의 접착층을 개재하여 일체화되거나 접착층 없이 일체화될 수 있다.
이상에서 상술한 본 발명에 따른 물성을 만족하는 반사편광필름은 광원 어셈블리나 이를 포함하는 액정 표시 장치 등에 채용되어, 광 효율을 증진시키는데 사용될 수 있다. 광원 어셈블리는 램프가 하부에 위치하는 직하형 광원 어셈블리, 램프가 사이드에 위치하는 에지형 광원 어셈블리 등으로 분류되는데, 본 발명의 구현예들에 따른 반사편광필름은 어떠한 종류의 광원 어셈블리에도 채용 가능하다. 또, 액정 패널의 아래쪽에 배치되는 백라이트(back light) 어셈블리나 액정 패널의 위쪽에 배치되는 프론트 라이트(front light) 어셈블리에도 적용 가능하다. 이하에서는 다양한 적용예의 일예로서, 반사편광필름이 에지형 광원 어셈블리를 포함하는 액정 표시 장치에 적용된 경우를 예시한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 액정 표시 장치의 단면도로서, 액정 표시 장치(2700)는 백라이트 유닛(2400), 및 액정 패널 어셈블리(2500)를 포함한다.
백라이트 유닛(2400)은 출사된 빛의 광학적 특성을 변조하는 반사편광필름(2111)을 포함하며, 이때 상기 백라이트 유닛에 포함되는 공지된 기타 구성의 기능, 종류 및 상기 기타 구성과 반사편광필름(2111)의 위치관계는 목적에 따라 달라질 수 있어서 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
다만, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 도 7과 같이 광원(2410), 광원(2410)으로부터 출사된 빛을 가이드하는 도광판(2415), 도광판(2415)의 하측에 배치된 반사 필름(2320), 및 도광판(2415)의 상측에 배치되는 반사편광필름(2111)으로 구성 및 배치될 수 있다.
이때, 광원(2410)은 도광판(2415)의 양 사이드에 배치된다. 광원(2410)은 예를 들어 LED(Light Eimitting Diode), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 광원(2410)은 도광판(2415)의 일측에만 배치될 수도 있다.
도광판(2415)은 광원(2410)으로부터 출사된 빛을 내부 전반사를 통해 이동시키다가 도광판(2415) 하면에 형성된 산란패턴 등을 통해 상측으로 출사시킨다. 도광판(2415)의 아래에는 반사 필름(2420)이 배치되어, 도광판(2415)으로부터 아래로 출사된 빛을 상부로 반사한다.
도광판(2415)의 상부에는 반사편광필름(2111)이 배치된다. 반사편광필름(2111)에 대해서는 앞서 상세히 설명하였으므로, 중복 설명은 생략한다. 반사편광필름(2111)의 위 또는 아래에는 다른 광학 시트들이 더 배치될 수도 있다. 예를 들어, 광을 집광하거나 광을 확산시키는 등 광의 방향을 제어할 수 있는 광학필름이나 광의 위상을 변경시키는 위상차 필름 및/또는 보호 필름을 더 설치할 수 있다. 이때, 상기 광의 방향을 제어하는 광학필름은 반사편광필름이 상술한 것과 같이 구조화된 표면층을 별도로 구비하지 않은 경우에 유효할 것이다.
또한, 광원(2410), 도광판(2415), 반사 필름(2420) 및 반사편광필름(2111)은 바텀 샤시(2440)에 의해 수납될 수 있다.
액정 패널 어셈블리(2500)는 제1 표시판(2511), 제2 표시판(2512) 및 그 사이에 개재된 액정층(미도시)을 포함하며, 제1 표시판(2511) 및 제2 표시판(2512)의 표면에 각각 부착된 편광판(미도시)을 더 포함할 수 있다.
액정 표시 장치(2700)는 액정 패널 어셈블리(2500)의 테두리를 덮으며, 액정 패널 어셈블리(2500) 및 백라이트 유닛(2400)의 측면을 감싸는 탑 샤시(2600)를 더 포함할 수 있다.
한편, 구체적으로 도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 반사편광필름을 채용한 액정표시장치의 일례로서, 프레임(3270)상에 반사판(3280)이 삽입되고, 상기 반사판(3280)의 상면에 냉음극형광램프(3290)가 위치한다. 상기 냉음극형광램프(3290)의 상면에 광학필름(3320)이 위치하며, 상기 광학필름(3320)은 확산판(3321), 반사편광필름(3322) 및 흡수편광필름(3323)의 순으로 적층될 수 있으나, 상기 광학필름에 포함되는 구성 및 각 구성간의 적층순서는 목적에 따라 달라질 수 있고, 일부 구성요소가 생략되거나 복수개로 구비될 수 있으며, 위에 열거되지 않은 광을 제어하는 다른 종류의 광학필름이 더 구비될 수 있다. 한편, 상기 광학필름(3320)의 상면에 액정표시패널(3310)이 몰드프레임(3300)에 끼워져 위치할 수 있다.
빛의 경로를 중심으로 살펴보면, 냉음극형광램프(3290)에서 조사된 빛이 광학필름(3320) 중 확산판(3321)에 도달한다. 상기 확산판(3321)을 통해 전달된 빛은 빛의 진행방향을 광학필름(3320)에 대하여 수직으로 진행시키기 위하여 반사편광필름(3322)을 통과하게 되면서 광변조가 발생하게 된다. 구체적으로 P편광은 반사편광자를 손실 없이 투과하나, S편광의 경우 광변조(반사, 산란, 굴절 등)가 발생하여 다시 냉음극형광램프(3290)의 뒷면인 반사판(3280)에 의해 반사되고 그 빛의 성질이 P편광 또는 S편광으로 랜덤하게 바뀐 후 다시 반사편광필름(3322)을 통과하게 되는 것이다. 그 뒤 흡수편광필름(3323)을 지난 후, 액정표시패널(3310)에 도달하게 된다. 한편, 상기 냉음극형광램프(3290)는 LED 등의 다른 광디바이스로 대체될 수 있다.
한편 본 발명에서는 반사편광필름의 용도를 액정디스플레이를 중심으로 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 프로젝션 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 전계방출디스플레이 및 전계발광디스플레이 등 평판디스플레이 기술에 널리 사용될 수 있으며, 이에 국한되지 않고, 유리창, 편광을 요구하는 작업조명 등에 널리 응용될 수 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
먼저 싱글압축기를 이용해 분산체 성분, 매트릭스 성분 및 스킨층 성분을 압출시켰다. 구체적으로 분산체 성분으로서 굴절율이 1.65인 폴리에틸렌나트탈레이트(PEN)과 매트릭스 성분으로 굴절율이 1.58인 폴리카보네이트 얼로이(테레프탈레이트와 에틸렌글리콜과 사이크로헥산디메탄올 1:2 몰비로 중합반응한 폴리시클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)를 38 중량%, 폴리카보네이트 60% 중량% 및 인산염이 포함된 열안정제 2 중량% 포함함)를 1차 분산시켜서 제1압출부에 투입하였고, 스킨층 성분으로 매트릭스 성분과 동일한 성분을 포함한 원료를 제2압출부에 투입하되 제2압출부는 유로기를 사용하여 스킨층이 동일한 두께로 매트릭스 상부 및 하부를 덮도록 제조하였다.
매트릭스 성분과 분산체 성분의 압출 온도는 245℃로 하고 Cap. Rheometer확인하여 양 성분의 I.V.차가 0.013 나도록 폴리머 흐름을 보정하고, Filteration Mixer가 적용된 유로를 통과하여 매트릭스 성분 내부에 분산체 성분이 랜덤 분산되도록 유도하였고, 이후 매트릭스 성분의 양면에 스킨층 성분을 합지하였다, 이후 유속 및 압력구배를 보정하는 코트 행거 다이에서 퍼짐을 유도하였다.
구체적으로 다이 입구의 폭은 200mm이고 두께는 10mm 이며 다이출구의 폭은 1,260mm이고, 두께는 0.80mm이며, 유속은 1.0m/min 이었다. 그 뒤 20℃에서 분산체의 변형이 되지 않도록 주냉각을 제어하고, 냉각롤과 접촉하지 않는 반대면의 냉각효과를 주기 위하여 Air-blower를 통해 18℃의 냉각 에어를 공급하였고 캐스팅 롤에서 연신 시 두께 편차로 인한 파단 등의 문제가 없도록 평활화 공정을 수행하여 MD 방향으로 6배 연신하였다.
이어서 180℃에서 2분 동안 히터 챔버를 통해 열고정을 수행하여 매트릭스 두께가 스킨층을 합하여 25㎛를 넘지 않게 하고 코어층을 포함한 총두께는 125㎛를 넘지 않도록 하여 도2와 같은 단면구조를 갖는 폴리머 분산체가 매트릭스 내부에 랜덤하게 분산된 코어층을 갖는 하기 표 1과 같은 반사편광필름을 제조하였다.
이때, 제조된 반사편광필름에서 분산체 성분의 굴절율은 (nx: 1.88, ny: 1.58, nz: 1.58)이고 매트릭스 성분의 굴절율은 1.58이었다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 싱글압출기 내에서 균일 분산된 매트릭스 형성성분과 폴리머 분산체 성분을 T-DIE 압출 후 주냉각롤의 온도를 38℃로 변경하고 Air-blower를 사용하지 않는 상태로 반사편광필름을 제조하였다.
<실시예 3>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 전단응력이 높은 Co-rotation 투윈(동축 투윈) 압출기로 변경해 반사편광필름을 제조하였다.
<실시예 4>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 전단응력을 낮추기 위하여 싱글 압출기의 스크루 회전수를 30% 낮추어 압출하고, T-DIE 압출 후 냉각 시 주 냉각롤의 온도를 34℃로 변경 및 Air-blower를 사용하지 않은 상태로 반사편광필름을 제조하였다.
<실시예 5>
실시예 3과 동일하게 실시하여 제조하되, 전단응력을 높이기 위하여 스크루 회전수를 실시예3보다 1.5배 높여 압출하고, T-DIE 압출 후 냉각 시 주 냉각롤의 온도를 16℃로 하여 반사편광필름을 조하였다.
<실시예 6>
실시예 4와 동일하게 실시하여 제조하되, 주냉각롤 온도를 20℃로 변경 및 Air-blower를 사용하여 반사편광필름을 제조하였다.
<실시예 7>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 전체 두께는 동일하게 하면서 코어층 두께를 120㎛가 되도록 변경하였으며, 냉각 시 주냉각롤 온도를 15℃로 변경하여 반사편광필름을 제조하였다.
<비교예 1>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 압출기내에서 균일 분산시킨 폴리머가 T-DIE 압출 후 냉각 시 주냉각롤의 온도를 82℃로 하고 Air-blower를 사용하지 않은 상태로 반사편광필름을 제조하였다.
<비교예 2>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 압출기내에서 균일 분산시킨 폴리머가 T-DIE 압출 후 냉각시 주냉각롤의 온도를 100℃로 하고 Air-blower를 사용하지 않은 상태로 반사편광필름을 제조하였다.
<실험예1>
실시예 및 비교예에서 제조된 반사편광필름에 대해서 하기의 물성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
1. 헤이즈
헤이즈 및 투과도 측정기(니폰 덴쇼쿠 고교 코포레이티드(Nippon Denshoku Kogyo Co.) 제품) 분석설비를 이용하여 헤이즈를 측정하였다.
2. 폴리머 분산체의 두께
실시예의 광학필름의 신장방향을 x축으로 하고, 두께방향을 z축으로 할 때, y-z 평면이 절단된 면이 되도록 수직하게 절단한 후 절단된 면에 대해서 SEM 사진을 촬영하였다. 이때, 코어층의 두께 방향으로 등간격으로 구획한 5개 영역 각각에 대해서 SEM 사진을 촬영했고, 5개 영역 중 양 쪽 사이드에 해당하는 최상부 영역(A)인 영역 Ⅰ과 중앙부 영역(C)인 영역 Ⅱ 내 위치하는 폴리머 분산체의 두께를 측정하였으며, 구체적으로 촬영된 SEM 사진마다 5㎛×5㎛ 영역 내 위치하는 폴리머 분산체의 두께와 폴리머 분산체 간 간격을 측정하고 이에 대한 평균값을 계산하여 나타내었다. 한편 폴리머 분산체 간 간격(t)은 z축 방향에서 폴리머 분산체를 2차원으로 투사 시 너비가 50% 이상 중복되는 인접하는 폴리머 분산체 간 최단거리를 의미하며, 예를 들어 도 7a의 경우 폴리머 분산체 A(218)와 폴리머 분산체 B(218')는 인접하는 폴리머 분산체에 해당하며, 폴리머 분산체 C(218")는 폴리머 분산체 A(218)와 폴리머 분산체 B(218') 어느 것에도 투사 시 너비가 50% 이상 중복되지 않는 바 인접하는 폴리머 분산체에 해당하지 않고, 이들 3개 폴리머를 기준으로 해서 폴리머 분산체 간 간격을 계산 시 제외된다. 또한, 도 7b의 경우 폴리머 분산체 간 간격은 인접하는 폴리머 분산체 D(219)와 폴리머 분산체 E(219') 간에 계산된다.
3. 폴리머 분산체의 면적 백분율
영역 별로 촬영된 SEM 사진에서 폴리머 분산체와 매트릭스 경계가 명확히 되도록 콘트라스트, 배율 등을 보정한 SEM 사진을 기준으로 인터넷상에서 오픈된 프로그램인 Image-J(이미지 제이)를 이용해 폴리머 분산체의 면적 백분율을 계산하였다.
4. 상대 휘도
반사편광필름의 휘도를 측정하기 위하여 하기와 같이 수행하였다. 반사필름, 도광판, 확산판, 반사편광필름 및 흡수형 편광필름이 순차적으로 구비된 32" 엣지형 백라이트 유니트 위에 패널을 조립한 시험용 디스플레이를 제조한 후, 탑콘사의 BM-7 측정기를 이용하여 패널상의 9개 지점의 휘도를 측정하여 평균치를 계산했고, 실시예 1의 휘도를 100으로 기준해 나머지 실시예 및 비교예의 휘도를 상대적으로 나타내었다.
5. 편광도
OTSKA사의 RETS-100 분석설비를 이용하여 λ= 550㎚, λ=650㎚에서 편광도를 측정하였다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 실시예7 | ||
| 압출기 종류 | Single | Single | 동축 Twin | Single | 동축 Twin | Single | Single | |
| 주냉각롤 온도(℃) | 18 | 38 | 20 | 34 | 16 | 20 | 15 | |
| Air-blower 사용여부 | 사용 | 미사용 | 사용 | 미사용 | 사용 | 사용 | 사용 | |
| 반사편광 필름 |
총두께(㎛) | 125 | 125 | 125 | 125 | 125 | 125 | 125 |
| 코어층 두께(㎛) | 110 | 108 | 103 | 104 | 103 | 105 | 120 | |
| 스킨층 두께(㎛) | 15 | 17 | 22 | 21 | 22 | 20 | 5 | |
| Haze(%) | 18.0 | 28.7 | 17.6 | 21.0 | 19.4 | 20.5 | 22.1 | |
| 투과율(%) | 51.5 | 51.5 | 52.5 | 53.6 | 52.0 | 52.9 | 51.8 | |
| 영역 Ⅰ | 분산체 평균두께 (㎚, dⅠ) |
62.0 | 65.0 | 59.6 | 74.0 | 35.0 | 71.2 | 48.1 |
| 인접한 분산체 간 평균간격(㎚) | 59.0 | 68.0 | 55.8 | 67.0 | 31.0 | 66.9 | 45.6 | |
| 폴리머 분산체 면적 백분율(%) | 47.0 | 46.0 | 46.7 | 47.9 | 45.7 | 46.7 | 43.0 | |
| 영역 Ⅱ | 분산체 평균두께(㎚, dⅡ) | 69.0 | 122.0 | 52.7 | 82.4 | 39.6 | 77.4 | 78.4 |
| 인접한 분산체 간 평균간격(㎚) | 64.0 | 100.4 | 48.7 | 77.6 | 38.6 | 74.6 | 73.5 | |
| 폴리머 분산체 면적 백분율(%) | 48.0 | 46.4 | 47.8 | 47.5 | 46.7 | 47.1 | 53.0 | |
| 영역 Ⅱ 및 영역 Ⅰ의 폴리머 분산체 면적 백분율 차(%)(절대값) | 1.0 | 0.4 | 1.1 | 0.4 | 1.0 | 0.4 | 10.0 | |
| 영역 Ⅱ 및 영역 Ⅰ에 위치하는 분산체 간 평균두께비율(dⅡ/dⅠ) | 1.1 | 1.9 | 0.9 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.6 | |
| 편광도 | 87.0 | 80.5 | 84.8 | 84.0 | 83.6 | 85.9 | 82.9 | |
| 상대 휘도(정면, %) | 100.0 | 92.4 | 95.8 | 94.0 | 92.1 | 94.8 | 93.1 | |
| 비교예1 | 비교예2 | ||
| 압출기 종류 | Single | Single | |
| 주냉각롤 온도(℃) | 82 | 100 | |
| Air-blower 사용여부 | 미사용 | 미사용 | |
| 반사편광 필름 |
총두께(㎛) | 125 | 125 |
| 코어층 두께(㎛) | 104 | 103 | |
| 스킨층 두께(㎛) | 21 | 22 | |
| Haze(%) | 31.4 | 29.5 | |
| 투과율(%) | 53.7 | 54.3 | |
| 영역 Ⅰ | 분산체 평균두께(㎚, dⅠ) | 66.5 | 68.5 |
| 인접한 분산체 간 평균간격(㎚) | 68.0 | 67.4 | |
| 폴리머 분산체 면적 백분율(%) | 45.5 | 45.0 | |
| 영역 Ⅱ | 분산체 평균두께(㎚, dⅡ) | 73.2 | 41.3 |
| 인접한 분산체 간 평균간격(㎚) | 17.4 | 12.1 | |
| 폴리머 분산체 면적 백분율(%) | 57.5 | 68.9 | |
| 영역 Ⅱ 및 영역 Ⅰ의 폴리머 분산체 면적 백분율 차(%)(절대값) | 12.0 | 23.9 | |
| 영역 Ⅱ 및 영역 Ⅰ에 위치하는 분산체 간 평균두께비율(dⅡ/dⅠ) | 1.1 | 0.6 | |
| 편광도 | 74.6 | 72.0 | |
| 상대 휘도(정면, %) | 86.8 | 85.0 | |
표 1, 2 및 도 6a 내지 도 6c를 통해 확인할 수 있듯이,
실시예에 따른 반사편광필름이 비교예에 따른 반사편광필름에 대비해 편광도 및 휘도가 우수한 것을 확인할 수 있다.
구체적으로 실시예1과 실시예2에 대비해 비교예1 및 비교예2는 편광도와 휘도가 현격히 감소했는데, 이는 코어층 중앙부의 냉각이 제대로 이루어지지 않음에 따라서 코어층 단면의 중앙부 영역에 위치하는 폴리머 분산체 형성성분 간에 결합이 발생하고, 폴리머 분산체에 인접 배치된 매트릭스 형성성분이 제3의 물질로 변하게 되어 폴리머 분산체와 매트릭스 계면이 제대로 형성되지 않는 매트릭스 파괴에 기인한 것으로 예상되었고, 영역 Ⅱ 및 영역 Ⅰ의 폴리머 분산체 면적 백분율 차(%)(절대값)의 값이 비교예의 경우 10%를 초과하는 결과로 반영된 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
Claims (10)
- 매트릭스 및
상호 수직하는 x축, y축 및 z축 중 x축 방향이 길이방향이 되되 y축 및 z축 방향으로는 랜덤하게 상기 매트릭스 내 배열된 다수 개의 폴리머 분산체 구비하는 코어층;을 구비하고,
상기 코어층을 y-z 평면으로 절단한 면을 z축 방향으로 두께가 서로 동일하도록 5개 영역으로 구획했을 때, 상기 5개 영역 중 최상부 또는 최하부 영역 내 폴리머 분산체 면적백분율과 중앙부 영역 내 폴리머 분산체 면적백분율 차이가 10% 이하인 반사편광필름. - 제1항에 있어서,
상기 매트릭스와 상기 폴리머 분산체는 y축 및 z축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.05 이하이고, x축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.1 이상인 반사편광필름. - 제1항에 있어서,
상기 코어층을 y-z 평면으로 절단한 면에서 상기 다수 개의 폴리머 분산체는 평균두께가 50㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 반사편광필름. - 제1항에 있어서,
중앙부 영역 내 위치하는 폴리머 분산체는 평균두께가 110㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 반사편광필름. - 제1항에 있어서,
상기 최상부 또는 최하부 영역에 포함된 폴리머 분산체의 평균두께(dⅠ)와 중앙부 영역에 포함된 폴리머 분산체의 평균두께(dⅡ) 간 평균두께비(dⅡ/dⅠ)가 0.8 내지 1.6인 것을 특징으로 하는 반사편광필름. - 제1항에 있어서,
상기 최상부 영역 또는 최하부 영역 내 매트릭스와 폴리머 분산체의 전체 면적 중 폴리머 분산체 면적의 백분율 및 상기 중앙부 영역 내 매트릭스와 폴리머 분산체의 전체 면적 중 폴리머 분산체 면적의 백분율은 각각 독립적으로 40 ~ 55%인 반사편광필름. - 제1항에 있어서,
상기 반사편광필름은 헤이즈가 30% 이하이며, 상기 코어층은 두께가 150㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반사편광필름. - 제1항에 있어서,
상기 코어층의 적어도 일면에 일체로 형성된 스킨층을 더 포함하는 반사편광필름. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 반사편광필름을 포함하는 광원어셈블리.
- 제9항에 따른 광원어셈블리인 광원부; 및
상기 광원부의 광 출사면 상에 배치되는 액정 셀을 구비한 표시부;를 포함하는 액정표시장치.
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