KR101083236B1 - 프리즘 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display)에 사용되는 프리즘 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산(peak) 및 골(valley)의 구조에 변화를 준 프리즘층을 포함하는 프리즘 필름에 관한 것이며, 투명기재층; 및 상기 투명기재층의 일면 또는 양면에 형성되고, 광투과성 중합체 재료로 형성되며, 산(peak)과 골(valley)이 반복되는 복수의 프리즘 구조를 갖는 프리즘층을 포함하는 프리즘 필름에 있어서, 상기 프리즘층의 복수의 프리즘 구조는 피치 패턴이 불규칙하며, 골과 골 사이의 길이가 일정한 것을 특징으로 하는 프리즘 필름을 제공하여, 광간섭 현상을 최소화할 뿐만 아니라, 프리즘층을 구성하는 프리즘 구조 각각 또는 일정구간의 반복을 없애어 휘도의 급격한 저하를 방지함으로써 어떤 각도에서도 선명한 화면을 볼 수 있는 효과가 있는 발명이다.

액정 디스플레이, 프리즘 필름, 프리즘 구조, 휘도, 불규칙

Description

프리즘 필름{PRISMATIC FILM}

도 1은 본 발명의 바람직한 한 형태를 나타낸 사시도,

도 2는 도 1의 종단면도이다.

[도면의 주요부분에 대한 설명]

10 : 투명기재층 20 : 프리즘층

21 : 산(peak) 22 : 골(valley)

α : 프리즘각 h : 산(peak)의 높이

본 발명은 액정 디스플레이 장치(Liquid Crystal Display)에 사용되는 프리즘 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산(peak) 및 골(valley)의 구조에 변화를 준 프리즘층을 포함하는 프리즘 필름에 관한 것이다.

액정 디스플레이(LCD) 장치는 액정 자체가 발광을 할 수 없기 때문에 장치의 후면에 별도의 광원을 설치하여, 각 화소(pixel)에 설치된 액정을 통해 통과광의 세기를 조절하여 계조(contrast)를 구현한다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면, 액정 디스플레이 장치는 액정 물질의 전기적 특성을 이용하여 빛의 투과율을 조절하는 장치로, 장치 뒷면의 광원 램프에서 발광하여 각종 기능성 프리즘 필름 또는 시트를 통과하여 균일도와 방향성이 제어된 빛을 컬러 필터를 통과시켜 적, 청, 녹(R, G, B)의 색상을 구현하도록 하고, 전기적인 방법으로 각 화소의 계조(contrast)를 제어하여 화상을 구현하는 간접 발광 방식의 디스플레이 장치로서, 광원을 제공하는 발광 장치는 액정 디스플레이 장치의 휘도 및 균일도 등 화질을 결정하는 중요한 부품이다.

상기 발광 장치로는 백라이트 유닛(BLU)이 널리 사용되고 있으며, 상기 프리즘 필름은 다양한 방향의 광선을 관측자가 화상을 인식하기에 적합한 시야각 범위 내로 변환되도록 광 경로를 제어하여, 디스플레이 장치의 정면 휘도가 증대될 수 있도록 하여 보다 밝고 선명한 화상을 구현하게 한다.

종래 프리즘 필름은 구조화된 표면은 나란히 배열된 복수의 선형 프리즘 구조를 갖고 있으며, 그 단면은 이등변삼각형 형상의 산(peak)과 골(valley)이 반복적으로 형성되며, 산의 꼭지각은 약 90˚이고, 산을 이루는 이등변삼각형의 한 변은 바닥면과 약 45˚의 각을 이루고 있다. 이러한 종래의 프리즘 필름은 다량의 광 원을 정면 방향으로 배출시켜 휘도를 증가시키는 반면에, 각도에 따라 고르지 못한 광을 배출하는 부분이 존재할 수 있다. 즉, 수직방향에 대하여 약 35˚의 각도까지는 휘도가 서서히 감소하다가 약 35~40˚의 범위에서는 지각되는 휘도가 매우 급격히 감소되는 문제가 있다. 이러한 고르지 못한 광의 배출은 시각적으로 관찰하였을 때 다른 부분에 비해 뚜렷하게 어두운영역(obscura zone) 혹은 무지개 빛의 링(Newton's ring)과 같은 광간섭 현상으로 나타난다. 따라서 이러한 규칙적인 프리즘 구조로 인하여 발생되는 광간섭 현상으로 인하여 선명한 광원을 제공하지 못하는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 프리즘 구조를 변경하기 위한 여러 가지 시도가 있어왔다.

대한민국 등록특허 제398940호에는 다양한 높이의 구조화면을 갖는 광지향성 필름을 공지하고 있다. 이는 제1영역과 제2영역을 포함하는 반복 패턴의 프리즘 영역을 구비하며, 상기 제1영역은 프리즘 요소의 피크(peak)가 기준면상의 제1거리에 위치되는 복수개의 프리즘 요소를 구비하고, 제2영역은 프리즘 요소의 피크가 기준면으로부터 보다 짧은 거리에 배치되는 복수개의 프리즘요소를 구비하며, 각 영역에 있는 프리즘 요소의 높이를 조정하는 것을 특징으로 한다. 상기의 공지된 구조화 필름은 피크의 꼭지각은 각각 동일하게 유지하면서 프리즘 구조의 높이에 변화를 준 것으로, 일정 구간의 피치 패턴이 반복되는 형상을 갖고 있어 휘도의 급격한 저하를 막는데는 한계가 있다.

본 발명은 동일한 구조의 반복을 없애어 휘도의 급격한 저하를 막을 수 있으며, 광간섭 현상도 최소화 할 수 있는 프리즘 필름을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 투명기재층; 및 상기 투명기재층의 일면 또는 양면에 형성되고, 광투과성 중합체 재료로 형성되며, 산(peak)과 골(valley)이 반복되는 복수의 프리즘 구조를 갖는 프리즘층을 포함하는 프리즘 필름에 있어서, 상기 프리즘층의 복수의 프리즘 구조는 피치 패턴이 불규칙하며, 골과 골 사이의 길이가 일정한 것을 특징으로 하는 프리즘 필름을 제공한다.

상기 프리즘층의 프리즘 구조는 프리즘 각이 70˚ 내지 120˚인 것을 특징으로 한다.

상기 프리즘층의 프리즘 구조는 산의 높이(h)가 10 내지 50㎛인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 한 형태를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 종단면도로서, 본 발명의 프리즘 필름의 바람직한 한 형태의 구조를 보다 상세히 도시한 것이다.

본 발명의 프리즘 필름은 투명기재층(10)의 일면 또는 양면에 형성된 프리즘층(20)을 포함하고 있다.

상기 투명기재층(10)은 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리스틸렌 필름 또는 폴리에폭시 필름 등을 사용할 수 있는데, 주로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 폴리카보네이트 필름이 사용된다. 상기 투명기재층(30)의 두께는 10~1000㎛으로 하며, 보다 바람직하게는 25~600㎛이 좋다. 상기 투명기재층(30)의 두께가 10㎛ 미만이면 기계적 강도 및 열안정성이 취약해지는 문제점이 있고, 1000㎛ 초과인 경우 필름의 유연성이 저하되고 투과광의 손실이 발생할 수 있는 문제가 있기 때문이다.

상기 프리즘층(20)은 광투과성 중합체 재료로서 자외선 경화형 수지 혹은 열경화성 수지를 포함하는 고분자 수지가 사용되는데, 예를 들면, 불포화 지방산 에스터, 방향족 비닐 화합물, 불포화 지방산과 그 유도체, 불포화 이가산(unsaturated dibasic acid)과 그 유도체, 메타크릴로나이트릴과 같은 비닐 시아나 이드(cyanide) 화합물 등이 사용될 수 있다.

상기 프리즘층(20)은 산(21)과 골(22)이 반복되는 복수의 프리즘 구조가 선형 배열되며, 이 때 본 발명에서는 특히 상기 프리즘 구조의 피치 패턴이 불규칙하며, 골(22)과 골(22) 사이의 길이가 일정한 프리즘 필름을 제공한다.

여기서 상기 본 발명의 프리즘 구조 각각의 프리즘각(α)은 서로 동일 또는 상이하며, 또한 프리즘 산(21)의 높이(h) 역시 서로 동일 또는 상이하게 된다. 그러나 상기 프리즘각(α) 또는 프리즘 산(21)의 높이(h)가 동일할 수 있다고 하여 일정구간의 복수의 프리즘 구조가 반복되는 것은 아니며, 이는 하기 설명하는 조건의 범위에서 불규칙하게 형성된다.

상기 프리즘층의 프리즘 구조는 산(21)을 이루는 산(21)의 높이(h)가 10 내지 50㎛인 것이 바람직하다. 산(21)의 높이(h)가 10㎛ 미만이면 광의 각도를 시야각 범위내로 변경되도록 광제어하여 휘도를 증가시키기 위한 효과가 미미할 뿐만 아니라 제조 공정상에 문제가 되어 작업성을 떨어뜨리는 문제가 있으며, 산(21)의 높이(h)가 50㎛를 초과하면 프리즘층의 두께가 너무 두꺼워져 결과적으로 디스플레이의 두께가 두꺼워지는 문제가 있다.

상기 프리즘 구조의 꼭지각인 프리즘각(α)은 70˚ 내지 120˚가 되도록 하 는 것이 바람직하다. 프리즘각(α)이 70˚ 미만이면 좁은 영역으로 집광되어 시야각의 확보가 어려워지고, 120˚를 초과하면 집광 효과가 떨어져 정면 휘도가 떨어지는 문제가 있다.

본 발명의 프리즘 구조를 이루는 각 변의 길이는 상기 프리즘 구조의 산(21)의 높이(h)와 프리즘각(α)의 조건을 만족하면서, 골(22)과 골(22) 사이의 길이가 일정한 본 발명의 조건에서 자연스럽게 결정되는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

골과 골 사이의 길이가 50㎛이고, 프리즘 구조가 16개 단위로 반복되며, 16개 각각의 프리즘각이 70˚ 내지 120˚ 범위에서 동일하지 않도록 불규칙하게 형성되고, 16개 각각의 프리즘 구조의 산의 높이가 10 내지 50㎛ 범위에서 동일하지 않고 불규칙하게 형성되도록 금속몰드를 제작한다. 16개의 프리즘구조의 프리즘 각과 높이는 다음과 같다.

프리즘 각	프리즘 높이
100°	27㎛
87°	25㎛
92°	32㎛
105°	26㎛
78°	35㎛
102°	28㎛
115°	30㎛
98°	25㎛
79°	29㎛
85°	31㎛
95°	38㎛
112°	23㎛
90°	34㎛
96°	36㎛
88°	24㎛
116°	15㎛

상기 금속몰드에 메타크릴레이트 수지를 코팅하고, 그 위에 투명기재층으로 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름(LM170E01, 대한민국 희성전자제조)으로 라미네이션한 후 자외선을 120Watt의 세기로 3초간 조사하여 메타크릴레이트 수지를 경화시키고, 금속 몰드로부터 이형하여 프리즘 필름을 제조한다.

<비교예 1>

골과 골 사이의 길이가 50㎛이고, 각각의 프리즘각이 90˚이며, 각각의 프리즘 구조의 산의 높이가 25㎛의 동일 구조의 프리즘이 반복 배열되도록 금속몰드를 제작한다.

제작된 금속몰드에 상기 실시예와 동일한 방법으로 프리즘 필름을 제조한다.

<비교예 2>

골과 골 사이의 길이가 50㎛이고, 각각의 프리즘각이 90˚이며, 각각의 프리즘 구조의 산의 높이가 서로 다른 구조의 프리즘이 반복 배열되도록 금속몰드를 제작한다.

상기 금속몰드에 상기 실시예와 동일한 방법으로 프리즘 필름을 제조한다.

상기 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 프리즘 필름을 17인치 액정디스플레이 패널용 백라이트유닛(모델명: LM170E01, 대한민국 희성전자제조)에 적용하여 수직방향에 대한 각도별 출사광량 분포에 대하여 정면 휘도, 시야각에 따른 휘도감소량 및 육안으로 관찰되는 광간섭 현상에 대한 시야범위를 하기와 같이 측정하였으며, 그 결과는 표 1과 같다.

(1) 정면휘도

: 휘도계(일본 TOPCON사, 모델명:BM-7)를 사용하여 상기 디스플레이면의 임의의 13지점의 휘도를 측정하여 평균값을 구한다.

(2) 시야각에 따른 평균휘도감소

: 정면 휘도와 동일한 방법으로 측정하며 -40도에서 +40도 까지 휘도를 측정하여 정면 휘도와 차이 값을 취한다.

(3) 광간섭 현상

: 상기 실시예 또는 비교예의 프리즘 필름을 유리판 2장 사이에 배치하고, 유리판에 압력을 가하여 필름에서 발생되는 과도한 밀착에 의한 광간섭 현상(Wet-out, Newton's Ring)을 관찰하여, 각 현상의 발생 정도에 따라 하기와 같이 상대 평가하였다.

Wet-out : 발생 ← ◎ - ○ - △ - × → 미발생

Newton's Ring : 발생 ← ◎ - ○ - △ - × → 미발생

구분	정면휘도 (cd/㎡)	시야각에 따른 평균휘도감소 (cd/㎡)	광간섭현상
			Wet-out	Newton's Ring
실시예	2723	60	×	×
비교예1	2698	70	○	○
비교예2	2681	67	△	△
프리즘필름을 장착하지 않은 경우	2167	-	-	-

상기 측정결과, 본 발명의 실시예에 의하여 제작된 프리즘 필름을 백라이트 유닛에 적용할 경우, 광간섭현상도 발생되지 않으면서, 수직축상을 기준으로 시야각을 넓혀가며 휘도를 측정하였을 때 수직축을 기준으로 ± 40˚에서의 휘도감소현상이 비교예들의 경우보다 낮은 것을 볼 수 있으며, 따라서 본 발명의 프리즘 필름을 장착하여 수직축을 기준으로 ± 40˚에서 급격하게 휘도가 저하되지 않음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 프리즘 필름의 광간섭 현상을 최소화할 뿐만 아니라, 프리즘층을 구성하는 프리즘 구조 각각 또는 일정구간의 반복을 없애어 휘도의 급격한 저하를 방지함으로써 어떤 각도에서도 선명한 화면을 볼 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 투명기재층; 및

   상기 투명기재층의 일면 또는 양면에 형성되고, 광투과성 중합체 재료로 형성되며, 산(peak)과 골(valley)이 반복되는 복수의 프리즘 구조를 갖는 프리즘층을 포함하는 프리즘 필름에 있어서,

   상기 프리즘층의 복수의 프리즘 구조는 피치 패턴이 불규칙하며, 골과 골 사이의 길이가 일정한 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 프리즘층의 프리즘 구조는 프리즘 각(α)이 70˚ 내지 120˚인 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 프리즘층의 프리즘 구조는 산의 높이(h)가 10 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 프리즘 필름.

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