KR101161696B1 - 집광 및 광확산 특성이 개선된 광학 시트, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정표시장치 - Google Patents

집광 및 광확산 특성이 개선된 광학 시트, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정표시장치 Download PDF

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김남헌
조창현
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Abstract

본 발명은 중공 입자를 포함하는 광확산제가 소정의 패턴이 형성된 광학 시트에 적용된 광학 시트, 이러한 광학 시트를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정표시장치를 제공한다. 본 발명에서는 광확산 및 집광 특성이 양호한 중공 입자를 적용시킨 광학 시트를 사용하여, 헤이즈가 양호하고 균일한 고-휘도를 달성할 수 있다.

Description

집광 및 광확산 특성이 개선된 광학 시트, 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정표시장치{Optical Sheet with Enhanced Light Concentration and Light Diffusion, Back-light Unit and Liquid Crystal Display Device Having the Same}
본 발명은 광학 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집광 및 광확산 효율이 향상된 광학 시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 액정표시장치에 관한 것이다.
최근 디스플레이 기술이 급속하게 발전하면서, 기존에 사용되었던 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT)을 대신하여 박형화, 경량화, 저소비전력 등이 가능한 다양한 평판표시소자(Flat Panel Display, FPD)가 널리 보급되고 있다. 평판표소시자의 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel, PDP), 전계방출표시장치(Filed Emission Display, FED), 유기전계발광소자(OLED)를 포함하는 전계발광표시장치(Electro-Luminescence Display, ELD) 등을 들 수 있다. 그 중에서도 액정표시장치는 contrast ratio가 크고 동화상 표시에 우수한 특징을 보여 노트북을 비롯한 컴퓨터의 모니터, 핸드폰 등의 화면, TV 등 다양한 분야에서 가장 폭 넓게 활용되고 있다.
그런데 평판표시소자에 사용되는 광원은 점광원이나 선광원이기 때문에, 이들 광원으로부터 출사된 광을 균일하게 확산시켜 양호한 면광원을 얻기 위해서 광확산 소재를 사용할 필요가 있다. 즉, 최근의 디스플레이 소자에서 점광원에 의한 조명을 선형 또는 면형의 균일한 선-조명 또는 면-조명으로 변환할 수 있도록, 기재 상부에 바인더 수지에 적절한 함량의 유기 또는 무기 입자를 포함하는 광확산 소재를 채택한 광확산 필름 또는 광확산 시트 형태의 광확산 구조체가 적층되는 것이 일반적이다.
예를 들어, 수광형 표시장치의 하나인 액정표시장치에는 영상을 표시하는 액정 패널 외에 액정 패널의 하부에 배치되어 액정 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛이 요구된다. 백라이트 유닛은 광을 제공하는 광원과 이 광원으로부터 제공된 광을 확산, 집광시키는 광학 필름으로 구성된다. 액정표시장치의 백라이트 유닛을 구성하는 광학 필름은 광원에서 출사된 빛을 확산시키는 확산 시트와, 확산된 빛을 집광시키는 프리즘 시트 및 보호 시트 등으로 구성되는 게 일반적이다. 하지만 최근에는 경량화, 박형화를 도모하기 위하여 확산 시트 및 프리즘 시트를 일체로 제조되는 경우가 있다.
기본적으로 백라이트 유닛을 포함하는 각종 조명 장치에 사용되는 광확산 소재는 균일하게 면-발광이 가능하도록 높은 광확산성을 가져야 하고, 광원으로부터 방출된 빛을 집중시켜 고-휘도를 유지하여야 할 뿐만 아니라, 소비 전력 저감 측면에서 높은 투과성이 동시에 요구된다. 높은 광-확산성, 집광 특성, 광-투과성을 충족시키기 위한 방법으로 열가소성 플라스틱 소재의 수지(바인더)를 시트 형태로 형성하고 시트의 표면에 엠보싱 처리를 통하여 요철을 형성함으로써 광의 굴절과 산란을 통하여 균일한 면광원을 얻는 방법이나, 바인더 수지 중에 실리카, 아크릴 등의 유기 무기 입자를 균일하게 분산시키는 방법이 널리 활용된다. 바인더 수지에 광확산제를 균일하게 분산시키는 방법으로 광확산제를 비드 형태로 성형하고 비드 밀링기 또는 롤-밀링기와 같은 분산기를 사용하여 물리적으로 분산시키거나 또는 단분자 또는 저분자량의 분산제를 첨가하여 광확산제를 바인더 수지 내에 화학적으로 분산시키는 방법을 사용한다.
구체적으로, 백라이트 유닛의 광학 시트를 통하여 광의 확산 및 집광을 유도하기 위하여 광학 시트의 표면에 미세한 요철을 형성하거나 광학 시트의 패턴 형태를 변경하는 등의 방법이 고려된다. 하지만 광학 시트의 표면에 미세한 요철을 형성하기 어렵고 패턴 형태를 다양하게 변경하면 광학 시트의 제조 공정이 지나치게 복잡해질 수 있는 한계가 있다.
이에 대한 대안으로 광확산 기능을 갖는 유기물이나 무기물의 광확산 입자를 광학 시트에 적용시키는 방법이 제안되었다. 예를 들어, 대한민국등록특허 제10-0813859호와 대한민국공개특허 제10-2010-037146호에서는 집광 및 광확산이 이루어 질수 있도록 광확산 입자의 크기가 1 ㎛ 이상인 중실입자, 그 성분이 유기 또는 무기물 또는 유-무기 복합체인 것을 제시하고 있다. 또한 대한민국등록특허 제10-0636739호에서 제시한 투명한 나노입자가 포함된 다층구조의 광학 필름의 경우 중실입자의 사용으로 인해 광확산 기능보다는 수지층의 경도 향상과 미세 패턴의 왜곡, 뒤틀림 등 수축 변형을 제거하는 효과를 제시하고 있다. 이러한 기능은 구조적 측면에서 광학필름의 내구성을 보강하는 기능을 하게 된다.
하지만 유기물인 수지 형태의 광확산 입자는 광확산층 표면이 대전되어 이물질이 흡착되기 쉽고 이를 제거하는 과정에서 유기 용제를 사용하면 휘도가 저하될 뿐만 아니라, 분산제를 사용하더라도 충분히 분산되지 못하거나 시간 경과에 따라 내구성이 저하된다.
한편, 광확산제로 널리 사용되는 무기 입자인 실리카 미립자는 가공 공정에서 원하지 않는 흠집이 생기는 등 가공성에 한계가 있고, 기존에 광학 시트에 제안된 무기 입자는 중실 입자를 채택한 결과 광확산도가 증가하게 되지만, 광투과성, 예를 들어 헤이즈(haze)가 저하되는 문제점이 있었다. 아울러, 광학 시트의 중앙과 주변 영역에 걸쳐서 균일한 고-휘도를 얻기 위해서는 광확산제의 크기를 일정한 한도로 제어할 필요가 있는데, 광확산제의 크기를 제어하는 것은 결코 용이하지 않다. 따라서 광-확산성, 광-투과성, 집광성, 고-휘도를 동시에 충족할 수 있는 광학 시트를 개발할 필요성은 여전히 남아 있다.
본 발명의 목적은 적절한 크기로 제어되는 중공 입자를 사용함으로써, 광확산성, 집광성, 고-휘도 및/또는 저반사를 도모할 수 있는 광학 시트를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 광학 시트를 적용하여 전술한 광 특성이 크게 개선된 액정표시장치용 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명 및 도면을 통해서 더욱 분명해질 것이다.
본 발명은 바람직하게는 일정한 크기로 제어된 중공 입자를 예를 들어 비드 형태로 수지 중에 분산시킨 광확산제를 광학 시트에 적용시킨 광학 시트, 이러한 광학 시트가 적용된 백라이트 유닛 및 액정표시장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명의 일 관점에 따르면, 기재; 상기 기재 상에 형성되는 프리즘 패턴부; 및 상기 프리즘 패턴부를 형성하거나, 상기 기재와 혼합되어 있거나, 상기 기재에 적층 또는 도포되거나, 상기 프리즘 패턴부에 부착되는 광확산 입자로서, 중공 실리카 또는 불화마그네슘이 실리카에 도핑된 하기 화학식 1로 표시되는 복합 중공체를 포함하는 광확산 입자를 포함하는 광학 시트를 제공한다.
화학식 1
(MgF2)(a)(SiO2)(1-a)
(화학식 1에서 a는 실리카에 도핑된 불화마그네슘의 중량비로서 a = 0.005 ~ 0.25 범위이다)
광확산제를 형성하는 중공 실리카 또는 복합 중공체인 중공 입자는 수지 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 100 중량부, 바람직하게는 0.1 ~ 50 중량부의 비율로 포함될 수 있다.
바람직하게는, 상기 중공 실리카 또는 상기 복합 중공체는 평균 입경이 100 ~ 500 ㎚인 것을 특징으로 한다. 이때, 본 발명에 따른 중공 입자는 바람직하게는 전술한 화학식 1로 표시되는 복합 중공체를 사용할 수 있는데, 표면에 굴절율이 낮은 불화마그네슘을 이용하여 중공 실리카에 도핑시키는 동시에 판상, 타원형 또는 볼록렌즈 형상을 갖는 복합 중공 입자를 적용함으로써 전광 투과성과 광확산성(Haze)이 우수한 광학 시트를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기재의 일면에 제 2 중공 실리카 또는 상기 화학식 1로 표시되는 제 2 복합 중공체가 수지 중에 분산된 저반사층을 더욱 포함할 수 있다. 이때, 상기 저반사층을 구성하는 상기 제 2 중공 실리카 또는 상기 제 2 복합 중공체는 평균 입경이 20 ~ 100 ㎚인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 광원; 및 상기 광원 상에 위치하는 광학 시트로서, 기재; 상기 기재 상에 형성되는 프리즘 패턴부; 및 상기 프리즘 패턴부를 형성하거나, 상기 기재와 혼합되어 있거나, 또는 상기 기재에 적층 또는 도포되거나, 상기 프리즘 패턴부에 부착되는 광확산 입자로서, 중공 실리카 또는 불화마그네슘이 실리카에 도핑된 상기 화학식 1로 표시되는 복합 중공체를 포함하는 광확산 입자를 포함하는 광학 시트를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.
아울러, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 본 발명은 광원; 상기 광원 상에 위치하는 광학 시트로서, 기재; 상기 기재 상에 형성되는 프리즘 패턴부; 및 상기 프리즘 패턴부를 형성하거나, 상기 기재와 혼합되어 있거나, 또는 상기 기재에 적층 또는 도포되거나, 상기 프리즘 패턴부에 부착되는 광확산 입자로서, 중공 실리카 또는 불화마그네슘이 실리카에 도핑된 하기 화학식 1로 표시되는 복합 중공체를 포함하는 광확산 입자를 포함하는 광학 시트; 및 상기 광학 시트 상에 위치하는 액정 패널을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명에서는 적절한 크기 및/또는 필요에 따라 적절한 형태로 제어된 중공 입자를 소정의 패턴이 형성된 광학 시트에 적용시켜 광확산성, 집광성, 헤이즈, 휘도 특성과 같은 광 특성을 향상시켰다.
즉, 본 발명에서는 중공 입자 내부의 공기층에서 낮은 굴절율을 이용하여 중공 입자를 통하여 광확산 및 전광 투과성을 향상시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 중공 입자의 크기 및 형태를 제어하여 높은 전광 투과성과 광확산성을 확보할 수 있기 때문에, 종래 광학 시트에 사용되었던 유기 또는 중실의 무기 소재와 비교해서 동일한 면적의 패턴에 보다 많은 중공 입자를 분산시킬 수 있다. 즉, 전체 광학 시트의 면적이 동일하다면 본 발명의 중공 입자를 적용함으로써, 기존의 프리즘 패턴부에 비하여 훨씬 작은 크기의 프리즘 패턴부를 적용시킬 수 있고 이에 따라 집광 특성을 더욱 개선할 수 있다.
아울러, 본 발명의 중공 입자를 사용하여 광학 시트의 중앙과 주변 영역에 걸쳐서 균일하게 고-휘도를 확보할 수 있는 이점을 갖는다.
또한, 예를 들어 여기에 불화마그네슘을 중공 입자의 주성분인 실리카에 도핑시킴으로서, 보다 낮은 굴절율과 전광 투과율을 확보할 수 있고, 부수적으로 내찰상성과 소수성 표면 개질 효과를 볼 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 광학 시트를 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 광학 시트를 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 각각 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 광학 시트를 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도.
도 4a 내지 도 4c는 각각 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 광학 시트를 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도.
도 5a 내지 도 5c는 각각 본 발명의 제 5 실시 형태에 따른 광학 시트를 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도.
도 6은 예시적으로 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 광학 시트가 적용된 백라이트 유닛의 개략적인 분해 사시도.
도 7은 예시적으로 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 광학 시트가 적용된 액정표시장치의 개략적인 분해 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 프리즘 패턴을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
본 발명자들은 종래 광학 시트에 적용되었던 유기 또는 무기 소재를 적용한 광학 시트 또는 소정의 패턴이 적용된 광학 시트에서 원하는 광확산성, 광투과성, 집광성, 균일한 휘도 분포 등을 달성하지 못하였던 문제점을 해소하기 위한 방법으로 바람직하게는 입자 크기 및 형태를 제어한 중공 입자를 적용하였다. 이하에서 본 발명에 대해서 첨부하는 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 광학 시트를 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도이다. 본 실시 형태에 따른 광학 시트(100)는 베이스 필름으로서의 기재(110)와, 수지(122)에 분산된 비드 형태의 중공 입자(124)를 포함하는 광확산제를 사용하여 기재(110)의 일면에 적층 또는 도포되는 광굴절부로서의 프리즘 패턴부(120)를 포함한다. 기재(110)는 광원으로부터 입사되는 광을 투과시키는 역할을 수행하는바 투명한 광-투과성 물질로 제조되는 시트 또는 필름 형태이다. 적절한 기재로는 전광선 투과율이 80 ~ 100%, 바람직하게는 90 ~ 100%이며, 헤이즈가 0 ~ 5%, 바람직하게는 0 ~ 1%인 기재를 들 수 있다. 예를 들어, 기재(110)의 소재로는 유리, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아세틸셀룰로오스, 폴리스티렌, 폴리에폭시 및 염화비닐계 수지 등을 들 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 기재(110)는 예를 들어 10 ~ 2000 ㎛, 바람직하게는 30 ~ 1000 ㎛의 범위의 두께로 형성될 수 있다.
한편, 예를 들어 기재(110)의 상면에 형성되는 프리즘 패턴부(120)는 광원으로부터 입사되는 광을 집광시키는 것으로, 예를 들어 다수의 산(peak, 121a)과 골(valley, 121b)이 반복되는 단면이 삼각형 형상을 가질 수 있다. 도시된 것과 같이, 프리즘 패턴부(120)는 그 길이 방향을 따라 선형적으로 형성되는 삼각 프리즘 막대 형상을 가질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어 프리즘 패턴부(120)를 이루는 산(121a)과 산(121a) 사이의 간격 피치(P)는 40 ~ 60 ㎛일 수 있다. 또한, 산(121a)의 수평 방향 평균 진폭은 1 ~ 50 ㎛일 수 있으며, 골(121b)의 수평 방향 평균 진폭은 약 1 ~ 20 ㎛일 수 있다. 한편, 프리즘 패턴부(120)의 바닥면인 골부(121b)로부터 산(121a)의 높이는 대략 2 ~ 50 ㎛일 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
도면에서는 프리즘 패턴부(120)를 구성하는 산(121a)과 골(121b)이 규칙적으로 길이 방향을 따라 선형 배열되는 형태로 도시하였지만, 프리즘 패턴부(120)의 형태는 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 산(121a) 및/또는 골(121b)이 길이 방향을 따라 지그재그 또는 불규칙하게 굴곡된 형태로 연장되거나, 산(121a)과 산(121a)의 간격 피치(P)를 불규칙하게 배열하거나, 산(121a)의 높이 및/또는 골(121b)의 깊이를 불규칙하게 하는 등의 방법을 통하여, 패널소자와의 광학적 결합에 따른 모아레 현상을 감소시킬 수 있다. 아울러, 프리즘 패턴부(120)를 구성하는 단위 프리즘의 단면 형상으로서 삼각형 형상을 예시하였지만, 단위 프리즘의 단면 형상은 반원 형상(렌티큘러 형상), 사다리꼴 형상과 같이 빛을 굴절시킬 수 있는 광학적 평면을 적어도 2개 이상 가지는 형태로서, 광학적 평면 중 적어도 한 쌍의 면은 평행이 아닌 빛을 굴절시킬 수 있는 임의의 형상일 수 있다.
특히, 본 실시 형태에서 비드 형태의 중공 입자(124)가 바인더로서 기능하는 (매트릭스) 수지(122) 중에 분산된 광확산제를 사용하여 프리즘 패턴부(120)를 형성한다. 광확산제를 구성하는 수지(122)는 광확산용 조성물에 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않는데, 특히 기재(110)에 비하여 굴절율이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 만약 기재(110)의 굴절율이 더 높은 경우 기재(110)로 입사된 광의 일부가 프리즘 패턴부(120)의 표면에서 전반사되어 입사되지 못할 수 있기 때문이다. 프리즘 패턴부(120)를 형성하기는 수지(122)로서는 바람직하게는 폴리비닐알콜, 에틸렌비닐 코폴리머, 아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에스테르계 수지, 스티렌계 수지, 알키드계 수지, 아미노계 수지, 폴리우레탄계 수지, 에폭시계 수지 등과 같은 열경화형 또는 자외선 경화형 수지를 사용할 수 있다. 예를 들면, 투명의 열가소성 수지 또는 열경화성 수지로는 폴리비닐알콜, 에틸렌비닐알콜과 같은 올레핀계 코폴리머를 포함하는 폴리올레핀 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 수지, 폴리아크릴산 및 그 에스테르, 예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)인 폴리알킬메타크릴레이트(polyalkyl methacrylate) 수지와 같은 폴리메타크릴산 및 그 에스테르와 같은 아크릴(acryl) 수지, 폴리에테르아미드(polyether amide) 수지, 폴리에테르술폰(polyether sulfone) 수지, 방향족 폴리에스테를 포함하는 폴리에스테르(polyester) 수지, 폴리아릴레이트(polyarylate) 수지, 폴리스티렌(PS) 수지와 같은 스티렌계 수지, 알키드계 수지, 아미노계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리-(메타)아크릴산글리시딜 에스테르 및 그 유도체와 같은 글리시딜에스테르계 에폭시 수지, 비스페놀 A계 에폭시 수지, 수소화비스페놀 A계 에폭시 수지, 비스페놀 F계 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지 등과 같은 에폭시계(epoxy) 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도 치수안정성, 기계적 특성이 양호한 방향족 폴리에스테르 수지가 특히 바람직한데, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(Polypropylene terephthalate, PPT), 폴리에틸렌-2,6-나트탈렌카르복실레이트, 폴리-1,4-시클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트 등을 들 수 있다.
이때, 광확산제를 구성하는 수지(122)로서 열경화성 또는 광경화성 수지를 사용하는 경우에는 기재(110)의 표면에 광확산제를 도포 또는 적층한 후에 빛 또는 열을 사용하여 수지를 경화시킬 수 있다. 또한 소정의 프리즘 패턴부(120)를 형성하면서 광확산층 형태의 광확산제를 기재(110)의 일면에 적층시키는 경우에는 브러시 도포, 롤러 도포, 블로잉 도장, 전착 도장, 정전 도장, 자외선 경화 도장, 에어리스 스프레이, 롤 코트, 침지 도포 등의 공지된 도장 방법이나, 그라비아 코트, 에어나이프 코트, 스프에이 코트, 휠러 크토, 그라비아 인쇄, 그라비아 오프셋 인쇄, 평판 오프셋 인쇄, 다이리소 인쇄, 볼록판 인쇄, 오목판 인쇄, 실크 스크린 인쇄, 정전 인쇄, 잉크젯 방식 등 공지된 코트 또는 인쇄 방법에 의해 수행될 수 있다. 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니지만, 소정의 프리즘 패턴부(120)를 형성하는 광확산제는 평균적으로 1 ~ 50 ㎛의 두께로 기재(110)의 상면에 적층 또는 도포될 수 있다. 이보다 적으면 원하는 집광성 향상을 기대하기 어렵고 헤이즈가 저하될 수 있고, 이를 초과하면 광투과율이 저하될 수 있다.
이때, 중공 입자(124)가 수지(122) 중에 분산된 형태로서 프리즘 패턴부(120)를 형성하는 광확산제는 수지(122)와의 배합을 통한 광확산 조성액의 형태를 가지거나, 또는 중공 입자(124)를 수지(122)와 혼합한 후에 압출 공정을 통하여 제조되는 마스터배치 또는 컴파운드 펠렛(compound pellet)의 형태의 고형상으로 제조될 수 있다.
종래 광학 시트 중에 광확산 소재로 사용된 소재로서 중공 유기 입자나 중실 무기 입자를 적용하였지만 가공성이나 광 특성 개선에 있어서 일정한 한계가 있었다. 이에, 본 발명에서는 무기 중공 입자를 사용하고 바람직하게는 그 크기와 입자 형태를 제어하여 광투과성, 집광성, 고 휘도 등을 유지할 수 있다. 본 발명에 따른 중공 입자는 내부가 비어 있는 중공 구조의 미립자로서, 중공 실리카 입자 또는 하기 화학식 1의 구조를 갖는 복합 중공 입자이다.
화학식 1
(MgF2)(a)(SiO2)(1-a)
(화학식 1에서 a는 실리카에 도핑된 불화마그네슘의 중량비로서 a = 0.005 ~ 0.25 범위이다)
즉, 본 발명에 따르면 비드 형태로 수지(122) 중에 분산되는 중공 입자(124)는 실리카 단독 또는 예를 들어 불화마그네슘이 소정의 몰비로 실리카에 도핑되는 방법으로 실리카와 불화마그네슘이 소정의 비율로 배합되어 있는 무기 복합체가 내부의 빈 공간(코어)을 둘러싸는 외부의 껍질, 즉 쉘부를 형성한다.
이때, 전술한 화학식 1의 복합 중공 입자의 경우 불화마그네슘과 실리카를 적절한 비율로 배합한 쉘부를 갖는 복합 중공 입자를 통해서 보다 양호한 광확산성을 구현한다. 이때, 실리카에 대한 불화마그네슘의 양을 0.005 몰비 이상으로 투입하였을 때, 원하는 정도의 수분 흡착 또는 침투를 막을 수 있다. 또한, 실리카에 대하여 도핑된 불화마그네슘의 양이 0.25 몰비를 초과하면 복합 중공체의 외곽을 이루는 쉘이 형성되지 않거나 쉘이 깨지는 현상이 발생하게 된다. 실리카에 대한 불화마그네슘의 양은 바람직하게는 0.005 ~ 0.1 몰비이고, 더욱 바람직하게는 0.005 ~ 0.05 몰비이다. 또한, 코어에 쉘이 형성되지 않고 독립적인 중실입자가 생성되어 광확산 특성에 저해를 가져 오게 되는데, 특히 투광성이 저해되거나 헤이즈를 낮게 하여 광확산 특성을 떨어뜨리게 된다. 특히 불화마그네슘의 몰비가 0.8 몰비 이상이면 불화마그네슘이 쉘부에 형성되지 않고 오히려 20 ~ 50 ㎚의 중실 형태의 불화마그네슘이 형성되고, 이에 따라, 중공부가 없는 복합체 또는 중실 입자의 광확산 특성이 저하된다. 특히 불화마그네슘의 몰비가 1을 초과하면 중공체 쉘이 형성되지 않는 결과 광확산 특성이 전혀 없이 광을 투과하는 투명한 확산 필름이 얻어지기 때문에 바람직하지 않다.
예를 들어 비드 형태의 중공 입자(124)를 구성하는 중공 실리카 또는 전술한 화학식 1의 복합 중공 입자는 평균 입자 직경이 100 ~ 500 ㎚, 바람직하게는 100 ~ 200 ㎚의 크기를 갖는다. 이때, 본 발명의 중공 입자가 구형이 아니라 예를 들어 판상 형태를 갖는 경우, 그 입경은 '구상당 입경'으로 구해지는데, 이는 입자의 체적과 같은 체적을 갖는 구의 직경을 의미한다.
중공 입자(122)는 바람직하게는 쉘부의 적어도 하나의 표면이 편평하거나 또는 소정의 곡률을 가지면서 내측 또는 외측으로 만곡된 형상, 즉 판상 형태를 갖는다. 예를 들어 중공 입자의 형태는 단면 외형이 완전히 판상이거나 긴 타원형, 볼록렌즈 형상을 가질 수 있다. 이러한 판상 중공 입자와 관련해서, 본 명세서에서는 장축(長軸)의 길이/단축(短軸) 또는 두께의 길이의 비율이나 장변(長邊)의 길이/단변(短邊) 또는 두께의 길이의 비율에 대해서 "어스펙트비(종횡비)"라는 용어가 사용된다. 진구 형상이 아닌 판상 형태의 중공 입자의 경우, 평균 어스펙트비는 1.2 ~ 10 범위인 것이 바람직하다.
평균 입경을 전술한 범위로 조정함으로써 광을 효율적으로 확산시키는 것이 가능하여 휘도 균일성을 향상시킬 수 있다. 만약 중공 입자의 평균 입경이 전술한 범위보다 작거나 어스펙트비가 전술한 범위보다 낮을 경우에는 입자 내부의 중공이 충분하지 않으므로 광확산 성능 및 전광선 투과율이 낮아지며 고-휘도의 확산 성능을 발휘하기 곤란해진다. 평균 입경이 전술한 범위를 초과하면, 안정적인 분산액을 얻기 어려우며 판상 구조의 특성 상 쉘이 약하여 입자 형태를 유지하기 어려울 수 있으며, 또한 얇게 형성된 쉘이 다수의 깨지는 복합 중공 입자가 발생할 가능성이 높아 기계적 물성이 저하될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 중공 입자의 쉘부의 평균 두께는 바람직하게는 5 ~ 100 ㎚, 더욱 바람직하게는 10 ~ 50 ㎚의 범위이다. 쉘부의 두께가 이보다 작은 경우에는 입자의 형태를 유지하기 어렵기 때문에 제조하는 것이 곤란하고, 이보다 큰 경우에는 공동(중공)의 비율이 감소하여 충분한 전광선 투과율 및 광확산성을 확보하기 어려운 경우가 있기 때문이다.
이처럼 본 발명에 따른 광학 시트에는 중공 입자(124)가 수지(122) 중에 분산된 광확산제를 사용한다. 중공 입자(124)를 함유하는 광확산제가 기재(110)의 표면에 적층 또는 도포됨으로써, 다른 성분과 비교할 때 굴절율의 차가 크기 때문에 광확산 효율 및 정면 휘도가 특히 증가한다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따르면 모아레 현상(Moire)이라고 일컬어지는 간섭무늬 현상(Interference fringe) 역시 중공 판상 복합 실리카 입자 우수한 집광 능력 및 광확산 성능으로 인하여 문제를 해결 할 수 있다.
특히, 본 발명에서는 광투과성, 광확산성이 특히 양호한 중공 입자로서 100 ~ 100 ㎚의 중공 입자를 사용한다. 전술한 것과 같이 프리즘 패턴부(120)에는 다수의 산(121a)과 골(121b)이 교대로 연속적으로 형성된다. 종래 유기 또는 무기 소재의 광확산제를 사용한 광학 시트에서는 원하는 집광 특성이 발휘되지 않거나 광 산란 및 반사로 인한 휘도 불균일성이 야기된다. 특히 대부분 미크론 단위의 광확산 입자를 사용하였기 때문에, 프리즘 패턴부(120)에 광확산 입자가 충분히 분산되지 못한다.
따라서 종래 광확산제를 사용하는 광학 시트에서 원하는 집광 특성을 발휘하기 위해서는 프리즘 패턴부(120)에 형성된 산(121a)과 산(121a) 사이의 거리에 해당하는 피치(P)는 200 ㎛ 이상으로 하지 않으면 안 된다. 이에 반하여 본 발명에서는 광투과성, 집광성 등이 양호한 나노 크기의 중공 입자를 채택한 광확산제를 사용하므로, 피치(P)를 대략 40 ~ 60 ㎛의 범위로 하더라도 충분한 집광 및 광투과 특성을 얻을 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 중공 실리카 입자, 바람직하게는 중공 실리카 입자에 불화마그네슘으로 도핑함으로 인해 실리카 본래의 저굴절율은 낮게 하고 수분에 대한 흡습율을 낮게 하여 광확산제로서의 기능을 부각시켰다. 특히, 저굴절율과 내부식성, 열안정성, 고-경도를 가진 불화마그네슘을 이용하여 중공 실리카와 불화 마그네슘의 중공 판상 복합체를 형성하여 수분의 침투는 물론이고, 제조 과정에서 유기용제의 및 수지의 침투를 방지함과 동시에 불화마그네슘이 갖는 소수성 성질을 이용하여 친수성이 강한 실리카 입자 표면을 소수성으로 개질하고, 본래의 저굴절 특성을 저해하지 않는 복합 중공 입자를 제조하여 광확산제에 이용한다. 복합 중공 입자의 표면을 관능기에 불소가 결합된 실란 커플링제나 불소 알코올, 불소가 포함 된 수지로 개질하여 내-오염 성능도 부가적으로 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 중공 입자 중에서 특히 화학식 1로 표시되는 복합 중공 입자를 수지에 소정량 분산시켜서 제조되는 광학 시트(100)는 단열 특성이 양호하다. 따라서 예를 들어 백라이트 유닛의 광학 시트로 사용되는 경우, 냉응극형광램프(CCFL)또는 LED와 같은 광원에서 나오는 열에 의하여 광학 시트가 백라이트 유닛의 전면부로 휘는 변형이 일어나지 않기 때문에, 광학 시트의 전면에 위치한 액정 모듈의 변형에 따라 액정의 두께 차이로 인한 에그무라 현상을 방지할 수 있는 장점을 가질 수 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 중공 입자(124)를 함유하는 광확산제가 프리즘 패턴부(120)로서 기재(110)의 일면에만 형성된 경우를 도시하였으나, 헤이즈를 증가시킬 수 있도록 기재(110)의 타면으로 수지(122)에 분산된 중공 입자(124)의 광확산제로 구성되는 광확산층을 별도로 적층, 형성할 수 있음은 물론이다. 수지(122) 중에 분산된 중공 입자(124)로 구성되는 광확산제로 구성된 투명 필름에 음각 프리즘 형상을 갖는 몰드를 압착하여, 투명 필름의 표면에 음각 프리즘에 대응되는 양각 프리즘 패턴부(120)를 형성할 수 있다.
전술한 특성을 갖는 중공 입자(124)는 잘 알려진 방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들어 중공 실리카를 제조하는 방법으로 실리카 전구물질을 활용하는 졸-겔(sol-gel)법이나, 유기 화합물 또는 하이드로탈사이트 또는 금속산화물을 주형(template)으로 사용하여 그 표면에 실리카와 같은 산화 금속 입자를 성장시킨 뒤에 소성에 의하여 유기화합물을 제거하는 방법이나, 금속산화물과 규산염을 혼합하여 실리카-금속산화물로 이루어진 입자를 생성한 뒤에, 이 입자를 염산이나 황산과 같은 강산을 사용하는 산성 조건에서 처리하여 금속산화물을 제거하는 방법을 통하여 제조될 수 있다.
이때, 코어로 사용되는 금속 산화물은 산화아연, 산화철 및 제올라이트 등에서 선택될 수 있으며, 가스 증발법과 같은 물리적 방법; 졸-겔법 또는 수열합성법과 같은 화학적 액상 방법; 에어로졸법, 기상가스분해법, 화학증착법 또는 화학증기증착법과 같은 화학적 기상 방법 등 이미 잘 알려져 있는 방법을 사용하여 나노 분말 크기의 코어로서의 산화 금속을 합성할 수 있다. 합성 과정에서의 온도 조건, 주변의 분위기 등에 따라 판상 형태를 갖는 나노 크기의 금속산화물을 합성할 수 있다.
한편, 화학식 1로 표시되는 복합 중공 입자의 경우 실리카 전구체와 불화마그네슘 전구체를 적절한 용매 내에서 분산된 졸(sol)로부터 합성될 수 있다. 예를 들어 표면에 실록산기 또는 실란올기를 갖는 실리카 전구체 용액과, 수용성 유기 마그네슘염이나 무기 마그네슘염의 마그네슘 전구체 용액과, 수용성 불산염 형태의 불소 전구체 용액을 사용하여, 복합 중공 입자의 쉘부를 구성하는 실리카와 금속마그네슘의 복합 졸을 준비한다. 이들 전구체 용액의 사용량을 조절하여 쉘부의 두께를 제어할 수 있다. 동시에 바람직하게는 졸(sol) 형태인 무기 입자를 코어로 활용하는데, 예를 들어 하이드로탈사이트, 금속수산화물, 금속산화물, 금속탄산염과 같은 물질을 사용한다. 판상 중공 입자를 형성하는 것과 관련해서는 예를 들어 코어로 사용되는 하이드로탈사이트의 제조에 관여하는 수용성 화합물의 종류, 금속수산화물에 대한 수용성 금속화합물의 첨가 비율, 층간 음이온 성분의 종류, 반응 시간을 적절히 선택하여 입자 크기 및 형상을 제어할 수 있다.
불화마그네슘이 도핑된 실리카 복합 졸과, 무기 코어 입자를 반응시켜 불화마그네슘이 도핑된 실리카의 쉘과, 무기 코어로 구성되는 코어-쉘 구조의 입자를 형성하는데, 이 과정에서 쉘부를 구성하는 전구체는 축합 및 겔화될 수 있다. 이어서 예를 들어 강산 조건에서 코어로 사용된 하이드로탈사이트 또는 금속산화물을 제거하면, 원하는 크기 및 형태의 복합 중공 입자를 제조할 수 있다. 필요에 다라서는 필터링 단계, 고압 반응 단계는 물론, 수분 흡습성, 수지에 대한 분산성을 개선하기 위하여 적절한 커플링제, 예를 들어 실란계, 알루미늄계, 티타늄계, 지르코늄계 커플링제를 사용하는 표면 처리 단계가 수행될 수 있다.
본 발명에 따라 자체적으로 프리즘 패턴부(120)를 형성하는 광확산제 중의 수지(122)는 10 ~ 90 중량%가 바람직하지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 수지(122)의 함량이 이보다 적은 경우에는 기재(110)에 대한 접착력이 불충분하고, 이를 초과하면 충분한 광확산 효율을 얻기 곤란하기 때문이다. 수지(122) 중에 비드 형태로 분산되는 중공 입자(124)는 수지(122) 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 100 중량부, 바람직하게는 0.1 ~ 50 중량부, 더욱 바람직하게는 1 ~ 20 중량부의 비율로 배합, 분산될 수 있다. 중공 입자(124)의 배합 비율이 전술한 범위 미만이면 광확산 효율이나 은폐력이 저하되거나 원하는 헤이즈의 향상이 곤란할 수 있고, 전술한 범위를 초과하면 광투과율이나 헤이즈가 저하될 우려가 있기 때문이다.
아울러, 광확산제 중에는 수지(122)와 본 발명에 따른 중공 입자(124) 외에도 광개시제, 분산제, 경화제, 대전방지제, 레벨링제 등의 기능성 첨가물이 첨가될 수 있다. 이들 기능성 첨가물은 수지(122) 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 10 중량부로 사용되는 것이 광확산제의 휘도 특성을 크게 저해하지 않기 때문에 바람직하다.
한편, 전술한 제 1 실시 형태에 따른 광학 시트(100)를 구성하는 기재의 편면 또는 양면에 대전 방지 기능, 흠집(scratch) 방지 기능, 반사 방지 기능 등을 갖는 별도의 층이 적층될 수 있는데, 도 2a 및 도 2b는 그 일예로서 저반사층을 갖는 광학 시트(200)를 개략적으로 도시한 사시도 및 단면도이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 광학 시트(200)에서 기재(210), 프리즘 패턴부(220)를 구성하는 연속적인 산(221a)과 골(221b) 및 광확산제를 구성하는 수지(222) 및 중공 입자(224)는 전술한 제 1 실시예와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다. 본 실시 형태에 따른 광학 시트(200)는 기재(210)의 일면, 예를 들면 프리즘 시트(220)가 형성된 면의 타면인 기재(210)의 저면으로 저반사층(230)이 적층, 도포된다.
프리즘 시트(220)를 기재(210)에 적층 또는 도포한 것과 유사하게, 잘 알려진 도장 방법이나 인쇄 방법을 사용하여 저반사층(230)이 기재(210)의 일면에 적층 또는 도포될 수 있다. 이때, 저반사층(230)은 제 2 수지(232) 중에 중공 입자(234)가 예를 들어 비드 형태로서 분산되어 있다. 제 2 수지(232)는 예를 들어 프리즘 시트(220)를 구성하는 제 1 수지(222)를 구성하는 수지일 수 있으며, 바람직하게는 열경화성 또는 광경화성 수지일 수 있다. 한편, 제 2 중공 입자(234)는 예를 들어 중공 실리카 또는 화학식 1로 표시되는 복합 중공 입자일 수 있다. 바람직하게는 제 2 중공 입자(234)는 평균 입경이 대략 20 ~ 100 ㎚이다. 제 2 중공 입자(234)의 평균 입경이 전술한 것보다 작으면 내부에 충분한 공동을 얻을 수 없어서 저반사 효과를 확보하지 못할 수 있고, 평균 입경이 전술한 범위를 초과하면 안정적인 분산액을 얻기 어려울 뿐만 아니라 저반사층(230)을 기재(210)에 도포하는 과정에서 기재(210) 표면에 요철이 발생하거나 헤이즈가 발생하게 된다.
또한, 전술한 실시 형태에서는 중공 입자가 수지에 분산된 광확산제가 프리즘 패턴부를 형성하는 경우를 예시하였지만, 광확산제가 프리즘 패턴부와 별개의 광확산층을 형성하면서 기재에 도포, 적층하는 것이 가능하다. 일예로 도 3a 내지 도 3c에서는 기재(310)의 일면에 적절한 수지를 사용하여 프리즘 패턴부(320)를 형성하고, 기재(310)의 타면으로 제 1 수지(332)에 분산된 중공 입자(334)로 구성되는 광확산층(330)이 형성된 광학 시트(300, 300')를 예시하고 있다. 기재(310), 프리즘 시트(320)를 구성하는 산(321a)과 골(321b), 수지(도면번호 미부여)는 전술한 제 1 실시 형태 및 제 2 실시 형태와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하고, 본 실시 형태의 특징적인 부분에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 따르면 소정의 패턴을 갖는 프리즘 시트(320)에 대향하여 기재(310)의 저면으로 바람직하게는 소정의 크기 및 형태를 갖는 중공 입자(334)가 제 1 수지(332)에 분산된 형태의 광확산층(330)을 형성한다. 본 실시예에 따른 광확산층(330)은 전술한 다양한 도장 방법이나 코팅 방법, 인쇄 방법을 통하여 기재(310)의 저면에 적층, 도포될 수 있다. 예를 들어 본 실시예에 따른 광확산층(330)은 대략 1 ~ 50 ㎛의 두께로 기재(310)의 일면에 도포, 적층되어 원하는 집광성이나 헤이즈의 향상을 기대할 수 있다. 아울러, 도 3c에 도시된 것과 같이 본 실시예의 변형예에 따른 광학 시트(300')는 제 1 수지(332) 중에 제 1 중공 입자(334)가 분산된 광확산층(330)의 저면으로 제 2 수지(342) 중에 제 2 중공 입자(344)가 분산된 저반사층(340)을 더욱 포함할 수 있다. 이때, 저반사층(340)과, 이 저반사층을 구성하는 제 2 수지(342) 및 제 2 중공 입자(344)는 전술한 제 2 실시 형태와 동일하다.
전술한 실시 형태에서는 광확산 및 집광 특성이 양호한 제 1 중공 입자가 제 1 수지 중에 분산된 형태의 광확산제가 예를 들어 기재의 일면에 형성된 프리즘 패턴부를 형성하거나 기재의 타면에 별도의 광확산층에 포함되었다. 하지만, 예를 들어 본 발명에 따라 제 1 중공 입자가 일종의 충진제(filler) 형태로서 기재를 이루는 수지 중에 분산됨으로써, 기재가 자체적으로 광확산층을 형성하는 것도 가능한데, 도 4a 내지 도 4c에서는 본 발명의 제 4 실시 형태에 따라 기재(410) 중에 중공 입자(414)가 분포된 형태를 도시하고 있다. 이때, 기재(410)의 일면에 형성되는 프리즘 패턴부(420)는 예를 들어 광경화성 수지를 사용하여 반복되는 산(421a)과 골(421b)을 형성한다. 반면, 기재(410)는 전술한 것과 같이 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에폭시 등과 광투과성의 투명한 플라스틱 수지(412)로 제조되는데, 이와 같은 플라스틱 수지(412) 중에 본 발명에 따른 제 1 중공 입자(414)인 중공 실리카 입자 또는 화학식 1의 복합 중공 입자를 분산시킨다. 이와 같은 방법을 통해서도 광확산 효율이나 집광 효율의 증가 등을 도모할 수 있다.
본 실시예에 있어서도, 도 4c에 도시된 것과 같이, 예를 들어 제 1 중공 입자(414)가 수지(412) 중에 분산된 기재(410)의 일면으로 소정의 프리즘 패턴부(420)를 형성하고, 필요에 따라서는 프리즘 패턴부(420)에 대향하여, 즉 기재(410)의 타면으로 제 2 중공 입자(434)가 제 2 수지(432)에 분산된 저반사층(430)이 도포, 적층된 광학 시트(400')가 가능하다.
한편, 전술한 실시 형태와 달리 프리즘 패턴부의 일부 영역으로만 본 발명의 중공 입자가 도포되는 형태가 가능하다. 일예로 도 5a 내지 도 5c에서는 기재(510)의 일면에 형성된 프리즘 패턴부(520)를 구성하는 산(521a)과 산(521a) 사이의 골(521b)의 표면에 예를 들어 원형, 타원형 또는 볼록렌즈 형상과 같은 판상의 중공 입자(524)가 분포된 형태의 광학 시트(500, 500')를 예시하고 있다. 비드 형태의 중공 입자(524)의 내부 또는 표면에 광확산을 증가시킬 수 있는 확산제를 더욱 포함할 수 있다. 예를 들어, 메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타트릴산, 히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 아크릴아미드, 메티롤아크릴아미드, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 노말부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 단독 중합체 또는 공중합체의 아크릴계 입자와 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 입자와 아크릴과 올레핀계의 공중합체 입자 및 단일 중합체의 입자를 형성한 후 그 위에 다른 종류의 단량체를 덮어씌워 만든 다층 다성분계 입자와 같은 유기 입자나; 산화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화지르코늄 및 불화마그네슘에서 선택되는 무기 입자를 확산제로 사용할 수 있다.
본 실시예에 따라 예를 들어 비드 형태의 중공 입자(524)를 프리즘 패턴부(520)의 골(521b) 영역에 고정적으로 분포할 수 있도록 예를 들어 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지와 같은 투명 접착 수지를 사용할 수 있다. 또는 프리즘 시트(520)와 중공 입자(524)를 일체로 형성할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 실시예에 따라 중공 입자(524)가 표면에 분포하는 프리즘 패턴부(520)를 형성하기 위하여, 수지로 구성된 투명 필름에 음각 프리즘 형상을 갖는 몰드를 압착하여, 투명 필름의 표면에 음각 프리즘에 대응되는 양각 프리즘 패턴부(520)를 형성한 뒤, 전술한 투명 접착 수지를 사용하여 프리즘 패턴부(520)의 골(521b) 영역으로 확산제에 의하여 분산되어 있거나 또는 분산되지 않은 비드 형태의 중공 입자(524)를 접착시킬 수 있다.
필요에 따라 본 실시예에 따른 변형예인 도 4c에 도시된 것과 같이, 기재(510)의 일면으로 제 2 중공 입자(534)가 제 2 수지(532) 중에 분산된 저반사층(530)이 도포, 적층된 광학 시트(500')를 고려해 볼 수 있을 것이다.
한편, 도 5a 내지 도 5c에서는 예를 들어 프리즘 패턴부(520)를 구성하는 골(521b)의 표면으로 중공 입자(524)가 분포된 형태를 도시하였지만, 그 변형으로서 프리즘 패턴부(520)를 구성하는 산(521a)의 표면으로 중공 입자(524)를 분포시키거나, 또는 프리즘 패턴부(520)의 전체 표면에 걸쳐서 중공 입자(524)를 분포시키는 것 역시 가능하다.
전술한 실시예들에서 기재(110, 210, 310, 410, 510)와 프리즘 패턴부(120, 220, 320, 420, 520) 사이의 부착력 향상이나 전광 특성을 개선할 수 있도록 아크릴, 에스테르, 우레탄 계열의 수지를 사용하여 예를 들면 5 ~ 300 ㎚의 제 1 프라이머층을 형성할 수 있다. 아울러, 기재(210, 310, 410, 510)와, 저반사층(230, 430, 530) 및/또는 광확산층(330) 사이의 부착력 향상, 전광 특성을 개선할 수 있도록 제 1 프라이머층과 유사한 제 2 프라이머층을 추가로 형성할 수 있음은 물론이다.
전술한 실시예에 따른 광학 시트는 예를 들어 수광형 표시소자인 액정표시장치의 백라이트 유닛을 구성하는 광학 시트로 활용될 수 있다. 도 6에서는 전술한 제 1 실시 형태에 따른 광학 시트(100)를 갖는 백라이트 유닛(600)을 도시하고 있다. 통상적으로 백라이트 유닛은 광원의 위치에 따라 직하형(Direct Type)과 에지형(Edge Type)으로 구분될 수 있는데, 도 6에서는 에지형 백라이트 유닛을 도시하고 있다.
도시한 것과 같이, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 광학 시트(100)를 포함하는 백라이트 유닛(600)은 예를 들어 후술하는 액정표시장치(700)의 액정패널(710)의 배면에 구비되어, 투과율의 차이를 화상으로 표시할 수 있도록 빛을 공급하는 유닛이다. 구체적으로 백라이트 유닛(600)은 광원(612)과, 반사판(630)과, 반사판(630)의 상부에 안착되는 도광판(620) 및 이의 상부로 개재되는 광학 시트(100)와, 백라이트 유닛(600)을 모듈화하기 위한 서포트메인(640) 및 커버버툼(650)을 포함한다.
광원으로서의 LED(Light Emitting Diode, 발광다이오드, 612)는 예를 들어 서포트메인(640)의 가장자리를 따라 배열될 수 있는데, 다수의 LED(612) 각각이 일정 간격으로 이격되어 인쇄회로기판(PCB, 614)에 장착됨으로써 LED 조립체(610)를 형성한다. 광원으로서는 엘이디(612)를 예시하였지만, 냉음극관 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL) 또는 열음극관 형광램프(Hot Cathode Fluorescent Lamp, HCFL), 외부전극 형광램프(external Electrode Fluorescent Lamp, EFFL) 및 LED 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 광원(612)으로서 형광램프를 사용할 경우, 형광램프의 외측을 보호하고 가이드하며, 광을 도광판(620) 방향으로 집중시키는 램프가이드가 더 포함될 수 있다. 엘이디 조립체(610)는 접착 등의 방법으로 위치가 고정되어 다수의 엘이디(612)로부터 출사되는 광이 도광판(620)의 입광면과 대면된다.
한편, 도면에서는 LED 조립체(610)가 도광판(620)의 일 측면에만 배열된 것으로 도시하였지만, 하나 이상의 측면, 예를 들어 도광판(620)의 서로 마주보는 양 측면에 엘이디 조립체(610)를 배열할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
이와 같은 LED 조립체(610)를 구동하기 위한 LED 드라이버 집적회로(Driver Integrated Circuit: IC)(미도시)가 구비됨으로써 LED 드라이버 집적회로(미도시)에 의해 다수의 LED(612)로부터 출사되는 빛은 도광판(620)에서의 굴절 및 반사를 이용하여 간접적으로 액정패널(710, 도 7 참조)에 공급되게 된다.
한편, 반사판(630)은 도광판(620)의 배면에 위치하여 도광판(620)의 배면을 통과한 빛을 액정패널(710)쪽으로 반사시킴으로써 빛의 휘도를 향상시킨다. 도광판(620)은 예를 들어 다수의 LED(612)와 마주하도록 배치되어, 다수의 LED(612) 각각으로부터 입사된 빛이 여러 번의 전반사에 의해 도광판(620) 내를 진행하면서 상방으로 출사되는 형태로 광을 가이드하여, 도광판(620)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 액정패널(710)에 면광원이 제공되도록 한다.
이러한 도광판(620)은 균일한 면광원을 공급하기 위해 배면에 특정 모양의 패턴을 포함할 수 있다. 패턴은 도광판(620) 내부로 입사된 빛을 가이드하기 위하여 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 등 다양하게 구성할 수 있으며, 이와 같은 패턴은 도광판(620)의 저면에 인쇄방식 또는 사출방식으로 형성될 수 있다.
한편, 도광판(620)의 상부에는 본 발명에 따른 광학 시트(100)가 형성되어, 도광판(620)에 의해 면광원으로 변환된 빛을 확산 및/또는 집광하여 후술하는 액정패널(710)로 보다 균일한 면광원이 입사되도록 한다. 종래 백라이트 유닛에 사용된 광학 시트의 경우에는 통상적으로 확산 시트와 프리즘 시트로 구분되었으나, 본 발명의 광학 시트는 광확산 및 집광을 동시에 수행할 수 있기 때문에 단일 시트 형태의 광학 시트(100)를 통하여 이러한 기능을 구현할 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 광학 시트(100)의 상면이나 저면으로 광학 시트(100)를 보호하기 위한 별개의 보호시트를 더욱 포함할 수 있을 것이다.
한편, 도 7에서는 전술한 백라이트 유닛(600)을 포함하는 액정표시장치(700)를 도시하고 있다. 액정표시장치는(700)은 액정패널(710)과, 백라이트 유닛(600), 그리고 액정패널(710)과 백라이트 유닛(600)을 모듈화기 위한 서포트메인(640)과 커버버툼(650), 탑커버(720)로 구성된다.
액정패널(710)은 화상표현의 핵심적인 역할을 담당하는 부분으로서, 액정층을 사이에 두고 서로 대면 합착된 제 1 및 제 2 기판(712, 714)으로 구성된다. 여기서, 도면상에 도시하지는 않았지만, 능동행렬 방식이라는 전제 하에 통상 하부기판 또는 어레이기판이라 불리는 제 1 기판(712) 내면에는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차하여 화소가 정의되고, 각각의 교차점마다 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)가 구비되어 각 화소에 형성된 투명 화소 전극과 일대일 대응 연결된다. 한편, 상부기판 또는 컬러기판이라 불리는 제 2 기판(714) 내면으로는 각 화소에 대응되는 일례로 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러의 컬러필터(color filter)와, 이들 각각을 두르며 게이트라인과 데이터라인 그리고 박막트랜지스터 등의 비표시요소를 가리는 블랙매트릭스(black matrix), 그리고 이들을 덮는 투명 공통전극이 마련되어 있다. 여기서, 상기 투명 공통전극은 제 1 기판(712)에 형성될 수도 있다. 한편, 제 1 및 제 2 기판(712, 714)의 외면으로는 특정 빛만을 선택적으로 투과시키는 편광판(미도시)이 각각 부착된다.
아울러, 액정패널(710)의 적어도 일 가장자리를 따라서는 연성회로기판이나 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package, TCP) 같은 연결부재(716)를 매개로 인쇄회로기판(718)이 연결되어 모듈화 과정에서 서포트메인(540)의 측면 내지는 커버버툼(650) 배면으로 적절하게 젖혀 밀착될 수 있다.
이에 상술한 구조의 액정패널(710)은, 상기 인쇄회로기판(718)을 통해 전달되는 게이트구동회로의 온 또는 오프 신호에 의해 각 게이트라인 별로 선택된 박막트랜지스터가 온(on) 되면 데이터 구동회로의 신호전압이 데이터라인을 통해서 해당 화소전극으로 전달되고, 이에 따른 화소전극과 공통전극 사이의 전기장에 의해 액정분자의 배열방향이 변화되어 투과율 차이를 나타낸다.
이때, 전술한 백라이트 유닛(600)과 액정패널(710)은 가이드패널, 메인서포트, 몰드프레임이라고도 불리는 서포트메인(640)과, 버텀커버라고도 불리는 커버버툼(650) 및 케이스탑 또는 탑케이스라고도 일컬어지는 탑커버(720)를 통해 모듈화된다. 구체적으로, 액정패널(710)과 백라이트 유닛(600)은 가장자리가 사각테 형상의 서포트메인(640)으로 둘려진 상태로, 액정패널(710) 상면 가장자리를 두르는 형태인 탑커버(720) 그리고 백라이트 유닛(600)의 배면을 덮는 커버버툼(650)이 각각 전후방에서 결합되어 서포트메인(640)을 매개로 일체화되어 모듈화된다.
이와 같이 모듈화됨에 따라, 백라이트 유닛(600)을 구성하는 다수의 LED(612) 각각으로부터 출사된 빛은 도광판(620)의 입광면으로 입사된 후, 그 내부에서 액정패널(710)을 향해 굴절되며, 반사판(630)에 의해 반사된 빛과 함께 본 발명의 광학 시트(100)로 입사한다. 광학 시트(100)로 입사한 빛의 일부는 프리즘 패턴부(120)에서 예를 들어 비드 형태로 수지에 분산된 중공 입자와 부딪혀 경로를 변경하고, 다른 일부의 빛은 프리즘 패턴부(120)의 출사면을 통하여 액정패널(710)로 진행한다. 이때, 중공 입자와 부딪혀 경로가 변경된 빛은 인접한 다른 중공 입자에 부딪혀 다시 경로가 변경되고 그 일부는 프리즘 패턴부(120)의 출사면을 통하여 액정패널(710)로 진행되고, 일부가 또 다른 중공 입자에 부딪혀 경로가 변경된다. 이에 따라 프리즘 패턴부(120)의 출사면을 통과한 빛은 보다 균일한 고품위의 면광원으로 가공된 상태에서 액정패널(710)로 균일하게 입사, 제공된다. 이처럼 프리즘 패턴부(120)로 입사된 빛은 프리즘 패턴부(120) 내부에 예를 들어 비드의 형태로 제공되는 중공 입자에 의하여 여러 번 반사하여 진행 경로를 변경하면서 확산되므로 집광도 및 휘도 등을 향상시킬 수 있다.
이하, 예시적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 결코 아니다.
실시예 1 : 복합 중공 입자가 분산된 광학 시트의 제조
Mg0.67Al0.33(OH)2(CO3)0.167??0.5H2O 구조의 코어로 사용되는 하이드로탈사이트 입자를 제조하기 위하여, 알루미늄 성분의 원료로서 수산화알루미늄(Al(OH)3, 99.9%) 13.21 ㎏과 수산화이온 성분의 원료로서 가성소다(NaOH, 50%) 49.32 ㎏, 물 1000 ㎏을 1 m3 반응기에 넣고 100℃에서 2시간 동안 가열하여 용해시켜 소듐알루미네이트(sodium aluminate) 용액 (A)를 제조하였다. 마그네슘 성분의 원료로서 염화마그네슘 수용액(MgCl2, 30%) 167 ㎏을 물 1000 ㎏에 완전히 용해하여 용액 (B)를 제조하였다. 중탄산나트륨(NaHCO3, 99.99%) 10.25 ㎏을 물 1500 ㎏에 용해하여 용액(C)를 제조하였다. 제조된 A, B, C 용액을 3000 rpm 이상 교반이 가능한 20 m3 반응기에 온도 40 ~ 95 ℃ 에서 1 ~ 24 시간 동안 적하시켜 고형분의 8%인 하이드로탈사이트(D)를 제조하였다. 제조된 하이드로탈사이트(D)를 수열합성반응기에 넣고 100 ~ 200℃에서 1 ~ 24 시간 동안 반응시켜 입자의 크기가 평균 크기 10㎚ ~ 500m 크기로 결정화된 하이드로탈사이트(E)를 제조 하였다.
계속해서 쉘부를 제조하기 위하여, 불화마그네슘이 도핑된 실리카 복합 구조인 (MgF2)(a)SiO2(100-a)에서 a 값이 0.005로 구성되는 불화마그네슘을 구성하는 원료로는 염화마그네슘(MgCl2, 30%) 8.857㎏을 물 1000 ㎏에 용해시킨 용액 (F)를 제조하였다. 불화암모늄(NH4F, 98%) 2.003 ㎏을 물 2000 ㎏에 완전히 용해시켜 용액 (G)를 제조하였다. 실리카를 구성하는 물유리(SiO2 고형분 30%) 661.05㎏을 물 1000 ㎏에 완전히 용해시켜 용액 (H)를 제조하였다. 제조된 용액 F, G, H를 20 m3 반응기에 넣고 정량 펌프를 이용하여 1 ~ 24 시간 동안 60 ~ 90 ℃ 범위에서 적하시켜 복합 중공체를 구성하는 졸 (I)를 제조하였다.
위에서 제조된 결정화된 하이드로탈사이트 (E)를 500 kg을 20 m3에 투입시킨 분산시킨다. 이후 제조된 복합 중공체를 구성하는 졸 (J)를 결정화된 하이드로탈사이트(E)가 분산되어있는 20 m3 반응기에 정량 펌프를 이용하여 1 ~ 24 시간 동안 60 ~ 95℃ 범위에서 적하시켜 코어-셀이 형성된 복합입자 (K)를 제조하였다. 코어-셀이 형성된 복합입자의 코어를 제거하기 위하여 염산을 투입하여 pH가 3 이하로 될 때까지 투입하여 상온에서 24 시간 동안 교반시켜 코어가 제거된 복합 중공체를 제조하였다. 여과 장치를 이용하여 반응 부생성물과 불순물을 제거하였다. 반응부생성물과 불순물이 제거된 복합 중공체 쉘의 결정구조가 치밀하고 순도를 높이기 위해서 고압반응기에 넣고 100 ~ 300 ℃ 범위에서 5 ~ 48 시간 동안 숙성시켰다.
숙성된 반응물에 3-메타크리옥시프로필트리메톡시실란(신에츠, 일본, 상품명; KBM 503) 83.07 ㎏, 촉매(염산 0.1N) 0.85 ㎏을 적가시켜 반응 pH를 3으로 조정하여 상온에서 24 시간 동안 반응시켜 실란커플링제로 표면 처리하였다. 표면이 개질된 복합 중공구조체를 양이온 및 음이온 수지를 이용하여 불순물을 제거하여 Na 함량이 10 ppm 이하로 조정하였다. 제조된 복합충공구조체를 여과장치로 필터링하여 100 ~ 200℃에서 10시간 동안 건조하고 건조된 분말을 200 ~ 600℃에서 1~ 48 시간동안 소성하여 분말을 제조하였다.
계속해서, 폴리에틸렌테레프탈레이트 기재 필름의 이면에 아크릴계 자외선 경화형 수지 95 중량부와 광개시제 5 중량부와 제조된 복합중공 입자를 표 1에서 제시한 5%의 양을 투입하여 코팅액을 제조하고, 코팅 후 자외선에 노출시킨 후 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지에 5 중량%로 혼합하여 도 1a 내지 도 1b에 도시된 것과 같은, 꼭지각이 90°이고 50 ㎛ 내외의 높이 또는 피치(Pitch) 값을 가지는 프리즘 패턴부를 갖는 프리즘 시트를 제작하였다.
실시예 2 ~ 7 : 복합 중공 입자가 분산된 프리즘 시트의 제조
중공체의 입자의 중량비가 하기 표 2에 표시된 것과 같은 복합 중공체 및 중공 실리카를 제조하기 위해서, 염화마그네슘(MgCl2, 30%), 불화암모늄(NH4F, 98%), 물유리(SiO2 고형분 30%)의 원료를 표 1에 표시된 것과 같은 양을 투입하여 중공 복합구조체의 쉘부를 형성한 것을 제외한 실시예 1과 동일하게 절차를 진행하여 복합 중공 쉘을 제조하였다.
폴리에틸렌테레프탈레이트 기재 필름의 이면에 아크릴계 자외선 경화형 수지 95 중량부와 광개시제 5 중량부와 각각의 실시예에서 제조한 중공 입자를 표 1에서 제시한 5%의 양을 투입하여 코팅액을 제조하고, 코팅 후 자외선에 노출시킨 후 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지에 5 중량%로 혼합하여 도 1a 내지 도 1b에 도시된 것과 같은, 꼭지각이 90°이고 50 ㎛ 내외의 높이 또는 피치(Pitch) 값을 가지는 프리즘 패턴부를 갖는 프리즘 시트를 제작하였다.
실시예 8 ~ 9 : 중공 실리카 입자가 분산된 프리즘 시트의 제조
본 실시예에서는 전술한 복합 중공 입자를 대신하여, 소정 크기의 중공 실리카 입자를 사용하였다. 마찬가지로, 폴리에틸렌테레프탈레이트 기재 필름의 이면에 아크릴계 자외선 경화형 수지 95 중량부와 광개시제 5 중량부와 각각의 실시예에서 제조한 중공 실리카 입자를 표 1에서 제시한 5%의 양을 투입하여 코팅액을 제조하고, 코팅 후 자외선에 노출시킨 후 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지에 5 중량%로 혼합된 광확산제를 사용하여, 도 1a 내지 도 1b에 도시된 것과 같은, 꼭지각이 90°이고 50 ㎛ 내외의 높이 또는 피치(Pitch) 값을 가지는 프리즘 패턴부를 갖는 프리즘 시트를 제작하였다.
실시예 10 ~ 13: 복합 중공 입자가 분산된 프리즘 시트의 제조
중공체의 입자의 중량비가 하기 표 2에 표시된 것과 같은 복합 중공체를 제조하기 위해서, 염화마그네슘(MgCl2, 30%), 불화암모늄(NH4F, 98%), 물유리(SiO2 고형분 30%)의 원료를 표 1에 표시된 것과 같은 양을 투입하여 중공 복합구조체의 쉘부를 형성한 것을 제외한 실시예 1과 동일하게 절차를 진행하여 복합 중공 쉘을 제조하였다.
폴리에틸렌테레프탈레이트 기재 필름의 이면에 아크릴계 자외선 경화형 수지 95 중량부와 광개시제 5 중량부와 각각의 실시예에서 제조한 중공 입자를 표 2에서 제시한 8%, 10%, 15%, 20% 투입양으로 혼합하여 코팅액을 제조하고, 코팅 후 자외선에 노출시킨 뒤, 1a 내지 도 1b에 도시된 것과 같은, 꼭지각이 90°이고 50 ㎛ 내외의 높이 또는 피치(Pitch) 값을 가지는 프리즘 패턴부를 갖는 프리즘 시트를 제작하였다.
실시예 14. 프리즘 시트의 이면에 광확산층이 구비된 시트 제조
중공체의 입자의 중량비가 하기 표 2에 표시된 것과 같은 복합 중공체를 제조하기 위해서, 염화마그네슘(MgCl2, 30%), 불화암모늄(NH4F, 98%), 물유리(SiO2 고형분 30%)의 원료를 표 1에 표시된 것과 같은 양을 투입하여 중공 복합구조체의 쉘부를 형성한 것을 제외한 실시예 1과 동일하게 절차를 진행하여 중공 입자를 제조하였다.
또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트 기재 필름의 이면에 중공 입자를 투입하지 않고, 아크릴계 자외선 경화형 수지 95 중량부와 광개시제 5 중량부의 코팅액을 이용하여 코팅 후 자외선에 노출시켜 1a 내지 도 1b에 도시된 것과 같은, 꼭지각이 90°이고 50 ㎛ 내외의 높이 또는 피치(Pitch) 값을 가지는 프리즘 패턴부를 갖는 프리즘 시트를 제조하였다.
또한, 프리즘 시트의 이면의 확산층 제조를 하기 위하여, 90 중량부의 아크릴릭폴리올, 10 중량부의 이소시아네이트를 용매로 메틸에틸케톤 200 중량부, 톨루엔 100 중량부에 용해시키고 본 실시예에서 제조된 중공 입자를 표 1에서 제시한 투입량의 중량부와 4급 아민계 대전방지제 2 중량부를 분산시켜 코팅 조액을 제조하였다. 코팅 조액을 폴리에틸렌테레프탈레이트 기재 필름(125마이크론)의 한쪽 면에 그라비아를 사용하여 도포하고 100℃에서 30초간 건조 후 두께 6 ㎛, 입자를 포함하지 않는 수지만의 두께 10 ㎛가 되도록 입자 분산층을 형성한 필름을 제조하고, 프리즘 시트에 부착하였다.
실시예 15. 프리즘 시트의 이면에 저반사층이 구비된 시트 제조
중공체의 입자의 중량비가 하기 표 2에 표시된 것과 같은 복합 중공체를 제조하기 위해서, 염화마그네슘(MgCl2, 30%), 불화암모늄(NH4F, 98%), 물유리(SiO2 고형분 30%)의 원료를 표 1에 표시된 것과 같은 양을 투입하여 중공 복합구조체의 쉘부를 형성한 것을 제외한 실시예 1과 동일하게 절차를 진행하여 중공 입자를 제조하였다.
또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트 기재 필름의 이면에 실시예 13에서 제조된 중공 입자를 표 1의 양으로 투입하여, 아크릴계 자외선 경화형 수지 95 중량부와 광개시제 5중량부의 코팅액을 이용하여 코팅 후 자외선에 노출시켜 1a 내지 도 1b에 도시된 것과 같은, 꼭지각이 90°이고 50 ㎛ 내외의 높이 또는 피치(Pitch) 값을 가지는 프리즘 패턴부를 갖는 프리즘 시트를 제작하였다.
또한, 프리즘 시트의 이면의 저반사층을 제조하기 위하여, 90 중량부의 아크릴릭폴리올, 10 중량부의 이소시아네이트를 용매로 메틸에틸케톤 200 중량부, 톨루엔 100 중량부에 용해시키고 각각의 실시예 1에서 코어 제조시 반응 조건을 100℃, 10시간 반응시켜 60 nm의 코어를 제조 한 것을 제외하여 제조된 60 nm 복합 중공 입자를 표1에서 제시한 투입량의 중량부와 4급 아민계 대전방지제 2중량부를 분산시켜 코팅 조액을 제조하였다. 코팅 조액을 폴리에틸렌테레프탈레이트 기재 필름(125마이크론)의 한쪽 면에 그라비아를 사용하여 도포하고 100℃에서 30초간 건조 후 두께 6 ㎛로 저반사층을 형성하고, 프리즘 시트에 부착하였다.
비교실시예 1 : 광확산 입자를 갖지 않은 프리즘 시트의 제조
광확산 입자가 포함되지 않은 폴리에틸렌테레프탈레이트 기재 필름의 이면에 아크릴계 자외선 경화형 수지 95 중량부와 광개시제 5 중량부의 조성액을 이용하여 코팅 후 자외선에 노출시킨 후 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지에 5 중량%로 혼합하여 도 1a 내지 도 1b에 도시된 것과 같은, 꼭지각이 90°이고 50 ㎛ 내외의 높이 또는 피치(Pitch) 값을 가지는 프리즘 패턴부를 갖는 프리즘 시트를 제작하였다.
비교실시예 2 ~ 4 : 광확산제가 패턴부에 구비된 프리즘 시트의 제조
광확산 입자로서 평균 입경이 7 ~ 7.5 ㎛인 중공 실리카(코스모 정밀화학), 평균 입경이 6.5 ㎛인 polymethyl methacrylate(PMMA, 선진화학), 평균 입경이 2 ~ 2.5 ㎛인 중실 실리카(Momentive, 일본)를 사용하여 프리즘 패턴부를 형성한 것을 제외하고, 실시예 1에 명시된 절차를 반복하여 프리즘 시트를 제작하였다.
비교실시예 5 ~ 7 : 시트의 이면에 광확산층이 구비된 프리즘 시트의 제조
프리즘 시트의 이면의 광확산층 제조를 하기 위하여, 90 중량부의 아크릴릭폴리올, 10 중량부의 이소시아네이트를 용매로 메틸에틸케톤 200 중량부, 톨루엔 100 중량부에 용해시키고 위 비교실시예 2 내지 4에서 각각 사용한 광확산 입자를 표 1에서 제시한 투입량의 중량부와 4급 아민계 대전방지제 2 중량부를 분산시켜 코팅 조액을 제조하였다. 코팅 조액을 폴리에틸렌테레프탈레이트 기재 필름(125마이크론)의 한쪽 면에 그라비아를 사용하여 도포하고 100℃에서 30초간 건조 후 두께 6 ㎛, 입자를 포함하지 않는 수지만의 두께 10 ㎛가 되도록 입자 분산층을 형성한 필름을 제조하고, 실시예 1에 명시된 절차를 반복하여 프리즘 시트를 제작하였다.
하기 표 1에서는 전술한 실시예 및 비교실시예의 입자 형태, 원료 투입량 및 광확산층 또는 프리즘 패턴부에 사용된 수지 중의 투입량을 표시하고 있고, 도 8은 실시예 1에 따라 제조된 프리즘 패턴부의 전자현미경 사진을 도시하고 있다.
입자 형태, 입자의 쉘을 형성하는 원료 투입량 및 수지 중의 함유 비율
실시예 입자 형태 MgCl2
(㎏)		 NH4F
(㎏)		 물유리
(㎏)		 수지 중 투입량(%)
실시예 1 복합중공입자 5.366 1.252 663.15 5
실시예 2 복합중공입자 268.3 62.6 493.386 5
실시예 3 복합중공입자 53.66 12.52 631.64 5
실시예 4 복합중공입자 107.32 25.04 596.8 5
실시예 5 복합중공입자 160.98 37.56 562.14 5
실시예 6 복합중공입자 214.46 50.08 527.68 5
실시예 7 복합중공입자 268.3 62.6 493.386 5
실시예 8 중공실리카 - - 667 5
실시예 9 중공실리카 - - 667 5
실시예 10 복합중공입자 75.124 17.528 617.68 8
실시예 11 복합중공입자 75.124 17.528 617.68 10
실시예 12 복합중공입자 75.124 17.528 617.68 15
실시예 13 복합중공입자 8.857 2.003 661.05 20
실시예 14 복합중공입자 8.857 2.003 661.05 5
실시예 15 복합중공입자 8.857 2.003 661.05 5
비교예 1 미투입 - - - -
비교예 2 중공실리카 - - - 5
비교예 3 PMMA - - - 5
비교예 4 실리콘비드 - - - 5
비교예 5 중공실리카 - - - 5
비교예 6 PMMA - - - 5
비교예 7 실리콘비드 - - - 5
실험예 1 : 중공 입자의 입경 및 크기 측정
본 실험예에서는 전술한 실시예에 따라 사용된 광확산제로서의 중공 입자의 평균 입자 크기와 쉘 두께를 측정하였다. 중공 입자의 평균 입자 크기는 레이저 회절 산란법에 의한 입도분포측정을 행하여 측정하였으며, 평균 입자 직경은 입도 분포 측정 후 얻어진 MV 값을 평균 이차 입자 직경으로 하였다. 하기 표 2에서는 중공 입자의 평균 입자 직경과 쉘 두께를 표시하고 있다.
중공 입자의 입자 직경 및 쉘 두께 및 배합 비율
입자 물질 도핑된
MgF2량(%)		 입자 크기
(㎚)		 쉘 두께
(㎚)
실시예 1 복합중공입자 0.005 200 20
실시예 2 복합중공입자 0.025 200 20
실시예 3 복합중공입자 0.05 200 20
실시예 4 복합중공입자 0.1 200 20
실시예 5 복합중공입자 0.15 200 20
실시예 6 복합중공입자 0.2 200 20
실시예 7 복합중공입자 0.25 200 20
실시예 8 중공실리카 - 200 20
실시예 9 중공실리카 - 500 20
실시예 10 복합중공입자 0.07 200 20
실시예 11 복합중공입자 0.07 200 20
실시예 12 복합중공입자 0.07 200 20
실시예 13 복합중공입자 0.008 200 20
실시예 14 복합중공입자 0.008 200 21
실시예 15 복합중공입자 0.008 200, 60* 20, 10*
비교예 1 미투입 - - -
비교예 2 중공실리카 - 7000 1500
비교예 3 PMMA - 6500 중실
비교예 4 실리콘비드 - 2000 중실
비교예 5 중공실리카 - 7000 1500
비교예 6 PMMA - 6500 중실
비교예 7 실리콘비드 - 2000 중실
*: 저반사층
실험예 2 : 프리즘 시트의 광학 특성 평가
(1) 정면 휘도의 측정
평면 광원(flat surface source)(FLR3, 붕어 텍 사제) 상에 얻어진 광학 시트를 깔아, 색채 휘도계(BM－7, 톱콘사제(TOPCON))를 이용하여 중앙 휘도를 측정하였다.
(2) 광확산 특성 평가
각각의 제조된 프리즘시트의 전광선 투과율 및 광확산도(haze) - JIS K 7105에 의해 헤이즈 투과율계 (HR-100, Murakami Color Research Laboratory)를 이용하여 측정하였다.
(3) 집광 및 광확산 정도
평면 광원(flat surface source)에 각각의 제조된 시트를 장착한 후 육안으로 판단하였다. 상, 중상, 중, 하로 표현하였다. 본 실시예에 따른 측정 결과가 하기 표 3에 표시되어 있다.
프리즘 시트의 광학적 특성 측정
실시예 휘도
(cd/㎡)		 휘도
증가율(%)		 Haze(%) 전광 투과율
(T.T)		 집광 및
광확산 정도
실시예 1 7048 8.4 90 100 상
실시예 2 7061 8.6 90 100 상
실시예 3 6990 7.5 90 100 상
실시예 4 6970 7.2 90 100 상
실시예 5 6905 6.2 90 100 상
실시예 6 6905 6.2 90 100 상
실시예 7 6840 5.2 92 96 상
실시예 8 6795 4.5 91 95 상
실시예 9 7075 1.5 90 94 상
실시예 10 6879 5.8 93 95 상
실시예 11 6710 3.2 94 95 상
실시예 12 6639 2.1 96 90 상
실시예 13 6580 1.2 97 89 상
실시예 14 7068 8.7 96 89 상
실시예 15 7068 8.7 96 89 상
비교예 1 6502 0 80 85 하
비교예 2 6177 -5 82 80 중
비교예 3 6437 -1 82 80 중
비교예 4 5373 -1 83 86 중상
비교예 5 6469 0.5 85 91 중상
비교예 6 6476 0.4 86 90 중상
비교예 7 6469 0.5 83 82 중상
비교예 6 6476 0.4 86 90 중상
비교예 7 6469 0.5 83 82 중상
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 기초하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 결코 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시예에 기초하여 다양한 변형과 변경을 용이하게 생각해 낼 수 있을 것이다. 하지만, 그러한 변형과 변경은 본 발명의 권리범위에 속한다는 사실은 첨부하는 청구의 범위를 통해 분명해질 것이다.
100, 200, 300, 400, 500 : 광학 시트 110, 210, 310, 410, 510 : 기재
120, 220, 320, 420, 520 : 프리즘 패턴부 122, 222, 332, 412 : 수지
124, 224, 334, 414, 524 : 중공 입자 230, 340, 430, 530 : 저반사층
232, 342, 432, 532 : 제 2 수지
234, 344, 434, 534 : 제 2 중공 입자
330 : 광확산층(광확산제) 600 : 백라이트 유닛
610 : 광원 조립체 612 : 광원
620 : 도광판 630 : 반사판
700 : 액정표시장치 710 : 액정 패널

Claims (12)

  1. 기재;
    상기 기재 상에 형성되는 프리즘 패턴부; 및
    상기 프리즘 패턴부를 형성하거나, 상기 기재와 혼합되어 있거나, 상기 기재에 적층 또는 도포되거나, 상기 프리즘 패턴부에 부착되는 광확산 입자로서, 불화마그네슘이 실리카에 도핑된 하기 화학식 1로 표시되는 복합 중공체를 포함하는 광확산 입자
    를 포함하는 광학 시트.
    화학식 1
    (MgF2)(a)(SiO2)(1-a)
    (화학식 1에서 a는 실리카에 도핑된 불화마그네슘의 중량비로서 a = 0.005 ~ 0.25 범위이다)
  2. 제 1항에 있어서, 상기 복합 중공체는 평균 입경이 100 ~ 500 ㎚인 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 기재의 일면에 중공 실리카 또는 상기 화학식 1로 표시되는 제 2 복합 중공체가 수지 중에 분산된 저반사층을 더욱 포함하는 광학 시트.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 저반사층을 구성하는 상기 중공 실리카 또는 상기 제 2 복합 중공체는 평균 입경이 20 ~ 100 ㎚인 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  5. 광원; 및
    상기 광원 상에 위치하는 광학 시트로서, 기재; 상기 기재 상에 형성되는 프리즘 패턴부; 및 상기 프리즘 패턴부를 형성하거나, 상기 기재와 혼합되어 있거나, 또는 상기 기재에 적층 또는 도포되거나, 상기 프리즘 패턴부에 부착되는 광확산 입자로서, 불화마그네슘이 실리카에 도핑된 하기 화학식 1로 표시되는 복합 중공체를 포함하는 광확산 입자를 포함하는 광학 시트
    를 포함하는 백라이트 유닛.
    화학식 1
    (MgF2)(a)(SiO2)(1-a)
    (화학식 1에서 a는 실리카에 도핑된 불화마그네슘의 중량비로서 a = 0.005 ~ 0.25 범위이다)
  6. 제 5항에 있어서, 상기 복합 중공체는 평균 입경이 100 ~ 500 ㎚인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 광학 시트는, 상기 기재의 일면에 중공 실리카 또는 상기 화학식 1로 표시되는 제 2 복합 중공체가 수지 중에 분산된 저반사층을 더욱 포함하는 백라이트 유닛.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 저반사층을 구성하는 상기 중공 실리카 또는 상기 제 2 복합 중공체는 평균 입경이 20 ~ 100 ㎚인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
  9. 광원;
    상기 광원 상에 위치하는 광학 시트로서, 기재; 상기 기재 상에 형성되는 프리즘 패턴부; 및 상기 프리즘 패턴부를 형성하거나, 상기 기재와 혼합되어 있거나, 또는 상기 기재에 적층 또는 도포되거나, 상기 프리즘 패턴부에 부착되는 광확산 입자로서, 불화마그네슘이 실리카에 도핑된 하기 화학식 1로 표시되는 복합 중공체를 포함하는 광확산 입자를 포함하는 광학 시트; 및
    상기 광학 시트 상에 위치하는 액정 패널
    을 포함하는 액정표시장치.
    화학식 1
    (MgF2)(a)(SiO2)(1-a)
    (화학식 1에서 a는 실리카에 도핑된 불화마그네슘의 중량비로서 a = 0.005 ~ 0.25 범위이다)
  10. 제 9항에 있어서, 상기 복합 중공체는 평균 입경이 100 ~ 500 ㎚인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 광학 시트는, 상기 기재의 일면에 중공 실리카 또는 상기 화학식 1로 표시되는 제 2 복합 중공체가 수지 중에 분산된 저반사층을 더욱 포함하는 액정표시장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 저반사층을 구성하는 상기 중공 실리카 또는 상기 제 2 복합 중공체는 평균 입경이 20 ~ 100 ㎚인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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