KR200451163Y1 - 집광 및 광확산의 다중 기능을 가진 광학 필름의 미세 구조체 및 백라이트모듈 - Google Patents

Abstract

본 고안에 따른 광학필름은 주로 기재를 포함하고, 상기 기재에는 서로 대응되는 상면 및 하면이 형성되어 있으며, 상기 상면에는 다수의 미세 구조체가 형성되어 있다. 각 미세 구조체는 아크형 표면을 포함하고, 상기 미세 구조체의 장축과 단축 길이는 20-50μm이고 높이는 10-35μm이다. 실제 시험결과에 따르면, 상기 복합형 광학 필름의 제곱미터당 휘도는 일반 업계에서 사용하는 고휘도 확산필름에 비해 대략 12%-20% 증가하였으며, 전광 투광율은 55%-60%이고, 헤이즈(haze)는 85%-90%로, 광휘도 및 광이용률 증가 기능을 가진다.

Description

집광 및 광확산의 다중 기능을 가진 광학 필름의 미세 구조체 및 백라이트모듈{BACK LIGHT MODULE AND ULTRAFINE STRUCTURE FOR OPTICAL FILM WITH MULTI-FUNCTION OF LIGHT CONVERGENCE AND LIGHT DIFFUSION}

본 고안은 집광 및 광확산 다중 기능을 가진 광학 필름의 미세 구조체에 관한 것으로 특히 필름 사용량을 줄이고 원가를 절감하고 광학적 휘도 향상 및 광 이용률을 증가할 수 있는 기능을 갖춘 백라이트모듈용 광학 필름에 관한 것이다.

종래의 평면 디스플레이는 주로 TFT-LCD 디스플레이, PDP 플라즈마 디스플레이 및 후방 투영 디스플레이(Rear Projection Display)를 포함한다. TFT-LCD 액정디스플레이 개발에 대한 일본, 한국 및 대만의 대형 제조사의 적극적인 투자와 대형 제조장비 이용에 힘입어 액정디스플레이의 품질은 끊임없이 향상되고 가격 또한 끊임없이 인하되어 액정디스플레이에 대한 소비자의 수요를 자극하였으며, 이로 인해 TFT-LCD 디스플레이는 현재 평면 디스플레이의 주류로 부상하였다.

다만, 액정 패널은 자체 발광이 불가능하며 백라이트모듈을 통해 디스플레이에 필요한 광원을 제공하여야 한다. 일반적으로 액정디스플레이의 백라이트 소스는 주로 직하형을 사용하며, 직하형 백라이트(direct backlight) 소스는 램프를 증가 하거나 또는 확산시트를 사용하여 대형 액정 디스플레이의 휘도를 적정 수준으로 유지한다. 여기서 확산시트는 내부 확산형과 표면 확산형으로 구분된다. 내부 확산형은 아크릴수지판 내에 굴절율이 서로 다른 광학 입자를 분산시켜 광선이 균일하게 반사되도록 하는데, 이때 광선은 광학 입자의 상이한 굴절율과 혼합비율 등 요소에 의해 불균일한 화면 휘도(luminance)를 조정한다. 표면 확산형은 투명 수지판의 표면을 거칠게 함으로써 광선이 반사 및 굴절되도록 한다.

대만특허공고 제M266466호 "휘도향상용 광확산판 구조체"에 따르면, 상기 특허는 반사시트, 다수의 광원, 광확산시트, 제1 프리즘, 제2 프리즘, 광확산필름 등을 포함하는 통상의 직하형 백라이트모듈을 개시한다. 종래의 백라이트모듈에서 흔히 이용되는 휘도향상기술은 서로 다른 방향을 가진 프리즘을 하나 또는 2개를 결합하는 것으로, 그 원리는 프리즘의 굴절율과 프리즘 각도를 이용하여 입사광을 굴절시킨 후 톱니모양의 광출력면을 통해 출사광 각도를 제어함으로써 광확산시트를 통해 확산되었던 광선을 다시 집결하여 광손실을 감소하고 휘도를 증가하는 목적을 이루는 것이다. 프리즘은 일반적으로 PET폴리에스테르 또는 폴리카본산에스테르 재료를 이용하여 제작된 두께가 75-230μm인 박막으로, 상기 박막 표면에는 서로 24-110μm의 간격으로 이격되고 꼭지각(vertex angle)이 90-110℃인 바형 프리즘 어레이가 형성되어 있으며 그 광학적 구조체와 굴절율로 인해 집광 기능을 가진다. 직각형 프리즘 하나를 사용할 경우 정면 휘도는 1.6배 이상으로 개선되며, 수직으로 배열된 2개의 프리즘을 사용할 경우 정면 휘도는 2배 이상으로 개선될 수 있다. 관련 특허는 미국공고특허 제5175030호, 제5183597호, 제6280063호, 제6277471호, 제5592332호를 참고할 수 있는 바, 이들 특허에는 모두 휘도증가, 확산기술에 대해 기재하고 있다.

다만, 프리즘 표면에 직각으로 형성된 꼭지각은 제조, 운송시에 조심하지 않아 충격을 받으면 훼손되기 쉬우며, 꼭지각의 임의의 부분이 훼손되면 디스플레이 패널에 밝은 점 등 중대한 하자가 발생하여 소비자의 인정을 받을 수 없게 된다. 또한 제조 수율이 낮은 것 역시 제조업자를 곤혹스럽게 한다. 따라서 다른 한가지 종래의 방법은 꼭지각의 선단을 평평하게 절삭하거나 라운딩하는 방식으로 처리하여 꼭지각 부분이 쉽게 훼손되지 않도록 하여 제조 수율을 향상시키는 것이다. 다만, 이러한 방법은 상기 프리즘의 집광 효과가 크게 떨어져 충분한 휘도를 구현할 수 있는 백라이트 소스를 제공할 수 없게 된다. 아울러, 종래의 기술은 휘도향상과 광확산을 구분하여 처리하여 하나의 광확산시트와 하나 또는 2개의 휘도향상시트를 조립하여 휘도향상 및 광확산 목적을 동시에 이루고자 하였으나, 이들을 하나로 통합하지 못한 것 또한 제조 원가를 크게 증가시킨다.

본 고안의 주요한 목적은 필름의 사용량을 줄이고 원가를 절감하고 광학적 휘도 및 광 효율 증가 기능을 갖춘 백라이트모듈용 광학필름을 제공하는 것이다.

상기 목적을 이루기 위하여 안출된 본 고안에 따른 광학 필름은 주로 기재가 설치되고, 상기 기재는 서로 대응되는 상면 및 하면을 포함하고 상기 상면에는 다수의 미세 구조체가 형성되어 있다. 여기서 상기 각각의 미세 구조체는 아크형 표면을 포함하고, 장축 및 단축 길이는 20-50μm이고 높이는 10-35 μm이다.

실제 시험결과에 따르면, 상기 복합형 광학 필름의 제곱미터당 휘도는 일반 업계에서 사용하는 고휘도 확산필름에 비해 대략 12%-20% 증가하였으며, 전광 투광율은 55%-60%이고, 헤이즈(haze)는 85%-90%로, 광휘도 및 광 효율 증가 기능을 가진다.

본 고안에 따른 상기 목적, 기능특징 및 장점에 대한 이해에 도움을 주고자 아래 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 도면과 결부하여 상세하게 설명한다.

본 고안에 따른 "집광 및 광확산 다중 기능을 가진 광학 필름의 미세 구조체"에 있어서, 상기 광학 필름(1)은 도 1에 따른 제1 실시예에서 보여준 바와 같이 주로 기재(11)가 설치되어 있다. 상기 기재(11)에는 서로 대응되는 상면(111) 과 하면(112)이 형성되어 있으며, 상기 상면(11)에는 다수의 미세 구조체(12)가 형성되어 있고, 각각의 미세 구조체(12)는 92% 이상의 비율로 분포될 수 있다. 각 미세 구조체(12)는 상기 상면(111)에 돌출(또는 매설)되며 곡률범위가 0.015-0.025인 아크형 표면(121)을 가진다. 도 2 및 도 3을 동시에 참조하면, 상기 미세 구조체(12)의 장축(L) 및 단축(W)의 길이는 20-50μm이고, 높이(H)는 10-35μm이다. 물론, 상기 기재(11)에는 정전기 방지용 밀착층(13)이 더 설치될 수 있으며, 도 4에 표시된 제2 실시예로부터 볼 수 있는 바와 같이 상기 정전기 방지용 밀착층(13)은 상기 기재(11)의 하면(112)에 설치된다. 또한, 도 5에 표시된 제3 실시예로부터 볼 수 있는 바와 같이 상기 기재(11)의 하면(112)에는 복수의 미세 구조체(12)가 더 형성될 수 있다.

또한, 상기 각 실시예에 따른 미세 구조체 및/또는 정전기 방지용 밀착층 내에는 다수의 확산 입자가 형성될 수 있다. 제2 실시예를 예로 들면, 상기 기재의 상면(111)에는 다수의 미세 구조체(12)가 형성되고, 하면(112)에는 정전기 방지용 밀착층(13)이 형성된다. 도 6에 따른 제4 실시예에서 보여준 바와 같이 각 미세 구조체(12)와 정전기 방지용 밀착층(13) 내에는 다수의 확산 입자(14)가 형성되고, 상기 확산 입자(14)는 구체(비구체로 형성될 수도 있다)로 형성될 수 있으며, 그 재료는 PU, PS, PMMA, 나이론, 실리콘수지로 이루어진 그룹에서 선택되거나 그 외의 재료를 사용할 수도 있다. 상기 확산 입자(14)의 평균 직경은 0.1-1000nm일 수 있으며, 각각의 확산 입자(14)는 미세 구조체(12) 및 정전기 방지용 밀착층(13)에 부분적으로 매설되거나 그 밖으로 돌출된다. 각각의 확산 입자(14)의 설치에 의해 광학 필름의 확산기능을 더욱 향상시킬 수 있다. 물론, 상기 확산 입자는 고분자 재료로 이루어진 중공의 구형 또는 비구형 구조체로 형성될 수 있으며, 도 7에 따른 제5 실시예에서 보여준 바와 같이 상기 확산 입자(14)는 고분자 재료로 형성된 중공의 구형 구조체이다. 상기 확산 입자(14)는 상이한 굴절율을 가진 2가지 재료로 이루어져, 광선이 확산입자(14)를 통과할 경우 4차례의 광굴절 경로를 형성하여 투과된 광선이 더욱 균일해지도록 한다.

또한, 각 미세 구조체(12)는 도 1에서 보여준 바와 같이 장축 방향을 따라 서로 평행하고 인접하되 비연속적으로 배열되거나 도 8에 따른 제6 실시예에서 보여준 바와 같이 장축 방향을 따라 서로 수직하고 인접하되 비연속적으로 배열될 수도 있다.

물론, 상기 각 실시예에서 확산 입자를 증가하여 확산기능을 향상시키는 것 외에도 광학 필름에 휘도향상층을 증설함으로써 휘도증가 효과를 이룰 수 있다. 도 9에 따른 제7 실시예에서 보여준 바와 같이 상기 기재 하면(112)에는 휘도향상층(15)이 추가로 형성되고, 상기 휘도향상층(15)에는 다수의 프리즘(151)이 형성되어 광학 필름의 휘도를 향상시킨다.

본 고안에 따른 광학 필름은 백라이트모듈에 적용될 수 있다. 도 10은 본 고안이 측광형 백라이트모듈에 적용되는 실시예를 보여준 도면이다. 상기 백라이트모듈(2)은 적어도 캐리어(21), 광원부(22), 도광판(23) 및 하나 이상의 광학필름(1)을 포함한다. 상기 캐리어(21)는 광원부(22) 또는 광학필름(1)을 로딩할 수 있는 구조체이고, 상기 광원부(22)는 하나 이상의 광원(221)을 포함하고 캐리어(21)의 측부에 장착된다. 상기 도광판(23)은 광원부(22)의 측부에 설치되고, 상기 광학필름(1)은 상기 캐리어(21)위에서 상기 도광판(23) 상부에 형성된다. 상기 광학필름(1)은 상기 각 실시예에서 보여준 구성을 가질 수 있으나, 본 도면에서는 제1 실시예를 예로 들었다. 본 고안에 따른 광학필름은 직하형 백라이트모듈에도 적용될 수 있는 바, 이 경우 상기 백라이트모듈(2) 역시 캐리어(21), 광원부(22), 도광판(23) 및 하나 이상의 광학필름(1)을 포함하며, 상기 광원부(22)는 캐리어(21) 상부에 설치되고, 상기 도광판(23) 및 광학필름(1)은 순차적으로 광원부(22) 상부에 설치된다. 물론, 추가해야 할 광학필름 수에 따라 각각의 광학필름은 동일한 형태 또는 상이한 형태로 형성되어 백라이트모듈의 휘도 및/또는 광확산 효과를 향상시킬 수 있다. 예를 들어 상기 각각의 광학필름은 모두 돌출면 또는 오목면을 가진 미세 구조체가 형성되어 있거나, 또는 돌출면과 오목면을 가진 미세 구조체가 형성되어 있을 수 있다. 또는 상기 광학필름 상부에 하나 이상의 휘도향상필름 및/또는 확산필름(미도시)이 추가로 형성될 수도 있다.

본 고안에 따른 광학필름은 종래의 기술에 비하여 아래와 같은 장점을 가진다.

1. 상기 광학필름이 백라이트모듈에 적용될 경우 필름의 사용량을 줄일 수 있고 원가를 절감하고 광균일성을 도모하고 광 이용율을 증가할 수 있다.

2. 실제 시험결과에 따르면, 상기 광학 필름의 제곱미터당 휘도는 일반 업계에서 사용하는 고휘도 확산필름에 비해 대략 12%-20% 증가하였으며, 전광 투광율은 55%-60%이고, 헤이즈(haze)는 85%-90%이다. 상기 범위에 미달하거나 또는 그 범위 를 벗어나면 휘도값은 떨어진다.

3. 상기 광학필름의 단위면적당 미세 구조체의 분포비율은 92%이상으로, 광균일성이 전체적으로 80%-92%에 도달할 수 있다.

상기와 같이, 본 고안은 집광 및 광확산의 복합기능을 갖춘 바람직한 광학필름과 그 제조방법을 제공하였다. 다만, 상기 실시예와 도면에 도시된 바는 단지 본 고안의 바람직한 실시예일 뿐, 본 고안의 등록청구범위를 한정하는 것은 아니다. 따라서 본 고안의 구성, 장치 및 특징과 균등 유사한 것은 모두 본 고안의 취지 및 실용신안등록청구범위에 속하여야 할 것이다.

도 1은 본 고안의 제1 실시예에 따른 광학필름의 사시도이다.

도 2는 본 고안에 따른 미세 구조체를 확대하여 보여준 개략도이다.

도 3은 본 고안의 제1 실시예에 따른 광학필름의 구조를 보여준 개략도이다.

도 4는 본 고안의 제2 실시예에 따른 광학필름의 구조를 보여준 개략도이다.

도 5는 본 고안의 제3 실시예에 따른 광학필름의 구조를 보여준 개략도이다.

도 6은 본 고안의 제4 실시예에 따른 광학필름의 구조를 보여준 개략도이다.

도 7은 본 고안의 제5 실시예에 따른 광학필름의 구조를 보여준 개략도이다.

도 8은 본 고안의 제6 실시예에 따른 광학필름의 구조를 보여준 개략도이다.

도 9는 본 고안의 제7 실시예에 따른 광학필름의 구조를 보여준 개략도이다.

도 10은 본 고안에 따른 광학필름이 측광형 백라이트모듈에 적용된 경우를 보여준 도면이다.

도 11은 본 고안에 따른 광학필름이 직하형 백라이트모듈에 적용된 경우를 보여준 도면이다.

[도면 중 주요 부품 부호 설명]

L 장축 W 단축 H 높이 1 광학필름

111 상면 112 하면 12 미세 구조체 121 아크형 표면

13 정전기방지용 밀착층 14 확산입자 15 휘도향상층

21 캐리어 22 광원부 221 광원 23 도광판

Claims (7)

1. 기재가 설치되고, 상기 기재는 서로 대응되는 상면 및 하면을 포함하고 상기 상면에 다수의 미세 구조체가 형성된 집광 및 광확산 다중 기능을 가진 광학 필름에 있어서,

   상기 각 미세 구조체는 장축 및 단축 길이가 20-50μm이고 높이가 10-35 μm이고, 아크형 표면을 포함하며,

   상기 광학 필름의 전광 투광율은 55%-60%이고, 헤이즈(haze)는 85%-90%이며,

   상기 기재의 상면에는 92% 이상의 비율로 상기 미세 구조체들이 분포되고,

   상기 각 미세 구조체에는 다수의 확산 입자가 더 형성되며, 상기 확산 입자들 각각은 부분적으로 상기 미세 구조체에 매설되거나 돌출되고,

   다수의 프리즘을 포함하는 휘도향상층이 상기 기재의 하면에 형성되는, 집광 및 광확산 다중 기능을 가진 광학 필름.
2. 기재가 설치되고, 상기 기재는 서로 대응되는 상면 및 하면을 포함하고 상기 상면에 다수의 미세 구조체가 형성된 집광 및 광확산 다중 기능을 가진 광학 필름에 있어서,

   상기 각 미세 구조체는 장축 및 단축 길이가 20-50μm이고 높이가 10-35 μm이고, 아크형 표면을 포함하며,

   상기 광학 필름의 전광 투광율은 55%-60%이고, 헤이즈(haze)는 85%-90%이며,

   상기 기재의 하면에는 다수의 미세 구조체가 추가로 형성되고, 각 미세 구조체에는 다수의 확산 입자가 추가로 형성되며, 상기 각각의 확산 입자는 부분적으로 미세 구조체에 매설되거나 또는 돌출되고,

   상기 기재의 상면 및 하면에는 92% 이상의 비율로 상기 미세 구조체들이 분포되는, 집광 및 광확산 다중 기능을 가진 광학 필름.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 확산 입자는 고분자재료로 형성된 중공의 구조체인 것을 특징으로 하는, 집광 및 광확산 다중 기능을 가진 광학 필름.
4. 청구항 2에 있어서,

   각 미세 구조체는 장축방향을 따라 서로 평행하고 인접하되 불연속적으로 배열되거나, 또는 장축방향을 따라 서로 수직하고 인접하되 불연속적으로 배열된 것을 특징으로 하는, 집광 및 광확산 다중 기능을 가진 광학 필름.
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