KR20090094777A - 광학 필름 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛용 또는 조명용 광학 필름에 관한 것으로, 본 발명의 광학 필름은 광 입사면 및 광 출사면을 포함하며, 상기 광 입사면 및 광 출사면 중 적어도 하나의 표면에 다수의 돌기들을 포함하며, 상기 다수의 돌기들은, 돌기들의 평균 직경을 D, 평균 높이를 H, 이웃한 돌기들간의 평균 간격을 P라 할 때, 80×H1/3 ≤ P ≤ 200×H1/3 및 0.1×D ≤ H ≤ D를 만족하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 광학 필름은 필름 간의 밀착 방지 성능이 우수하며, 휘도 저하 없이 모아레, 뉴튼링, 웨트-아웃 등에 의해 발생하는 표면 결함을 억제할 수 있다.
광학필름, 다층, 백라이트유닛, 조명, 터치스크린

Description

광학 필름 및 그 제조 방법{optical film and manufacturing process thereof}
본 발명은 백라이트 유닛용 또는 조명용 광학 필름 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 일면 또는 양면에 특정 조건을 만족하는 다수의 돌기들을 포함하는 광학 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명이 적용될 수 있는 분야 중 하나인 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 일반적으로 공통 전극과 색필터 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입하고, 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표현하는 장치이다.
액정 표시 패널은 스스로 발광하지 못하는 수광 소자이기 때문에, 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛이 필요하다. 일반적으로 백라이트 유닛은 빛을 공급하는 광원과 선 광원 또는 점 광원 등을 면 광원으로 전환시키기 위한 확산판 또는 도광 판 및 광 성능을 향상시키기 위한 각종 광학 필름들로 이루어진다.
백라이트 유닛에 사용되는 광학 필름에는 휘도를 향상시키기 위한 집광 필름, 백라이트 배면의 결함이나 광원의 휘선을 은폐하는 기능을 수행하는 확산 필름 등이 있다.
한편, 집광 필름은 보통 그 일면에 광 경로를 편향시키기 위한 렌즈 구조물이 주기적으로 배열되어 있다. 일반적으로 사용되는 렌즈 구조물에는 삼각 기둥 형상의 프리즘 렌즈, 반원 기둥 형태의 렌티큘러 렌즈, 마이크로 렌즈, 프레넬 렌즈 등이 있다.
이러한 렌즈 구조물들은 광원에서 방출된 빛들을 디스플레이 정면 방향으로 집광시켜 휘도를 향상시키는 역할을 수행한다. 그러나 이러한 렌즈 구조물들을 갖는 집광 필름은 주기성에 의한 모아레 현상, 에어 갭 부재에 의한 웨트-아웃 현상, 인접한 두 필름 사이의 에어 갭(air gap) 변화에 의한 등고선 패턴의 뉴튼링 현상 등이 발생하며, 이들에 의해 스크린 상에 표면 결함을 유발된다는 문제점이 있다.
따라서, 프리즘 또는 렌티큘러 렌즈와 같은 렌즈 구조물의 규칙성을 완화함으로써, 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 시도들이 있었다. 대표적으로, 바이트 가공 등을 통해 렌즈 구조물 형상을 금형에 형성한 후에, 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 크기의 비드를 투사하여 샌딩함으로써, 금형에 형성된 렌즈 구조물 상에 무작위한 2차 구조물을 형성함으로써, 렌즈 구조물의 규칙성을 완화시 키는 방법이 제안되었다.
그러나 이 방법의 경우, 비드의 투사 위치를 제어할 수 없기 때문에 2차 구조물의 형성 위치를 예측할 수 없고, 렌즈 구조물의 형상이 작을수록 금형의 요면(凹面)에는 공기 난류 등으로 인해 비드가 투사되지 않고, 금형의 철면(凸面)에서만 샌딩이 일어나, 광 성능을 저하시킨다는 문제점이 있다. 또한, 매 샌딩마다 재현성을 유지할 수 없기 때문에, 제품의 신뢰성 면에서 문제가 있었다. 또한, 이러한 방법을 이용하여 제조된 광학 필름들은 모아레나 뉴튼링 개선에는 어느 정도 효과가 있으나, 무작위적으로 형성된 2차 구조물들에 의해 렌즈 구조물들의 집광 효과가 떨어지고, 헤이즈(Haze)가 높아진다는 문제점이 있다.
한편, 현재 백라이트 유닛에는 집광 필름과 확산 필름, 보호 필름 등의 다수의 필름들이 적층되어 사용되고 있는데, 적층된 필름끼리 밀착(블로킹)되면서 표면 결함을 유발한다는 문제점이 있었다. 도 1에는 집광 필름 상에 보호 필름을 적층했을 때 나타나는 웨트-아웃 현상 및 밀착(블로킹) 현상이 나타나있다. 그러나 상기 종래의 방법으로는 이러한 필름 밀착 현상은 방지되지 않는다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 필름 간 밀착 방지 성능이 우수하고, 휘도를 전혀 손상시키지 않으면서, 모아레 현상, 웨트-아웃 및 뉴튼링 현상에 의한 표면 결함 발생을 획기적으로 개선할 수 있는 광학 필름 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명은 광 입사면 및 광 출사면을 포함하는 광학 필름에 있어서, 상기 광 입사면 및 광 출사면 중 적어도 하나의 표면에 다수의 돌기들을 포함하며, 상기 다수의 돌기들은, 돌기들의 평균 직경을 D, 평균 높이를 H, 이웃한 돌기들간의 평균 간격을 P라 할 때, 80×H1/3 ≤ P ≤ 200×H1/3 및 0.1×D ≤ H ≤ D을 만족하는 것을 그 특징으로 한다.
이때 상기 돌기는 돌기 평균 높이가 1 내지 30㎛, 바람직하게는, 4.5 내지 7㎛이고, 이웃한 돌기 간의 평균 간격이 100 내지 600㎛, 바람직하게는. 150 내지 300㎛인 것이 좋다.
또한, 상기 다수의 돌기들이 형성된 면적의 합이 광학 필름의 일면 표면적의 0.5% 내지 5%인 것이 바람직하다.
한편, 상기 다수의 돌기는 레이저 가공을 통해 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 광학 필름은 다수의 렌즈 형상의 볼록부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 볼록부는 비드 샌딩 또는 레이저 가공을 통해 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광 출사면은 집광 또는 광 확산을 위한 다수의 렌즈 구조물로 이루어지며, 상기 다수의 돌기는 상기 렌즈 구조물 상에 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 렌즈 구조물은 렌티큘러 렌즈, 프리즘 렌즈, 마이크로 렌즈 어레이 또는 프레넬 렌즈일 수 있다.
또한, 상기 광학 필름은 다수의 렌즈 형상의 볼록부를 더 포함하며, 상기 볼록부는 상기 렌즈 구조물들의 골부에 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 광 입사면의 형상이 형성된 제1금형 및 광 출사면의 형상이 형성된 제2금형 중 적어도 하나에 레이저를 이용하여 돌기 형상을 덧가공하는 단계; 및 상기 제1금형과 제2금형 사이에 기재 필름 및 경화성 수지를 주입하여 경화 시키는 단계를 포함하는 광학 필름 제조 방법을 제공한다.
이때 상기 돌기 형상은 돌기들의 평균 직경을 D, 평균 높이를 H, 이웃한 돌기들간의 평균 간격을 P라 할 때, 80×H1/3 ≤ P ≤ 200×H1/3 및 0.1×D ≤ H ≤ D을 만족하도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 돌기 형상을 덧 가공하는 단계에서 레이저의 초기 위상을 광학 필름의 폭 방향을 따라 변화시키는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1금형 및 제2금형은 평판형, 무한궤도형 또는 드럼형 금형일 수 있다.
또한, 상기 제1금형 및 제2금형 중 적어도 하나에 레이저를 이용하여 돌기 형상을 덧 가공하기 전에 볼록부 형상을 음각하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 볼록부 형상을 음각하는 단계는 비드 샌딩 또는 레이저 가공으로 이루어질 수 있다.
한편, 제2금형에 형성되는 상기 광 출사면의 형상은 렌티큘러 렌즈, 프리즘, 마이크로 렌즈 어레이 또는 프레넬 렌즈 형상일 수 있다.
본 발명의 광학 필름은 광 입사면 또는 광 출사면에 특정한 조건을 만족하는 다수의 돌기를 형성함으로써, 휘도 저하가 전혀 없으면서도, 모아레 현상, 웨트-아웃 현상 및 뉴튼링 현상 등에 의한 표면 결함을 획기적으로 개선할 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명의 광학 필름은 다수의 돌기들이 스페이서로 작용하여, 필름들 간의 밀착을 방지할 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명의 광학 필름은 돌기 이외에 렌즈 형상의 볼록부를 형성함으로써, 모아레 개선을 더욱 효과적으로 수행할 수 있도록 하였다.
한편, 본 발명의 광학 필름 제조 방법의 경우, 레이저를 사용하여 돌기를 형성하기 때문에, 광학계 조절을 통해 매 펄스당 금속의 식각 형상, 면적 및 깊이를 조절할 수 있고, 따라서 종래에 사용되던 기계 바이트 절삭 가공에 비해 상대적으로 자유로운 점가공이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 돌기 형성 위치를 예측할 수 없는 비드 샌딩 등의 방법과는 달리, 돌기 형성 위치를 정확하게 예측할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 레이저 가공은 닿는 순간부터 형상을 식각하기 때문에, 가공 금형에 어떠한 입체적 형상이 존재하더라도 굴곡면으로부터 깊이가 고른 이차 형상을 부여 할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 요철이 없는 평면에서는 펄스당 형상이 바이트 가공만큼 균일하지 않기 때문에, 균일성으로 인해 나타나는 모아레나 웨트-아웃 현상을 억제하는데 유리하다는 장점이 있다.
또한, 레이저는 Q 스위칭 발진일 경우, 펄스당 에너지가 높아 매 펄스당 하나의 패턴 가공이 가능하고, 펄스 진동수가 높아(10~100kHz), 바이트 가공에 비해 점 가공 시간이 짧다는 장점이 있다.
또한, 광학 필름의 폭 방향을 따라서 레이저의 초기 위상을 변화시킴으로써, 돌기 형성 시에 규칙성과 불규칙성을 동시에 구현함으로써, 휘도의 저하 없이 모아레 현상, 웨트-아웃 현상 및 뉴튼링 현상을 억제할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명자들은 연구를 거듭한 결과, 광학 필름의 표면에 높이와 분포(간격)가 제어된 다수의 돌기들을 형성함으로써, 광학 필름의 휘도를 전혀 손상시키지 않고, 모아레, 웨트-아웃, 뉴튼링 및 필름 간의 밀착 등에 의한 표면 결함 발생을 획기적으로 개선할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 광학 필름은 광 입사면 및 광 출사면을 포함하며, 상기 광 입사면 및 광 출사면 중 적어도 하나의 표면에 다수의 돌기들이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 광 입사면은 광원 방향을 향하는 표면을 의미하는 것으로, 광원에서 나온 빛이 입사하는 표면을 말하며, 광 출사면은 상기 광 입사면의 반대면으로, 광학 필름을 투과한 빛이 외부로 방출되는 면을 말한다. 한편, 상기 광 출사면은 집광을 위한 렌즈 구조물, 즉, 프리즘, 렌티큘러 렌즈, 마이크로 렌즈 어레이, 프레넬 렌즈 등의 렌즈 구조물을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 다수의 돌기들은 광 입사면이나 광 출사면 중 어느 한면에 형성될 수도 있고, 양쪽 면 모두에 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 광학 필름의 상기 다수의 돌기들은 다음 (식 1) 및 (식 2)를 만족하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
(식 1) 80×H1/3 ≤ P ≤ 200×H1/3
(식 2) 0.1×D ≤ H ≤ D
상기 (식 1) 및 (식 2)에서, D는 돌기들의 평균 직경, H는 돌기들의 평균 높이, P는 이웃한 돌기들 사이의 평균 간격, 즉, 이웃한 돌기들의 최정점간의 거리를 의미하며, 상기 P, D, H의 단위는 마이크로미터이다.
상기 (식 1)의 조건은 휘도 저하를 발생시키지 않고, 모아레, 웨트-아웃, 뉴튼링 등에 의한 표면 결함을 개선하고, 필름 간 밀착을 억제할 수 있는 범위로, 이웃한 돌기들 사이의 평균 간격 P가 80×H1/3 미만인 경우에는 헤이즈 발생이 심해지고, 200×H1/3 를 초과할 경우, 필름 간 밀착 현상이 발생하게 된다.
한편, (식 2)의 조건은 돌기의 성형성과 관련된 조건으로 돌기들의 평균 높이가 직경의 1/10 미만인 경우에는 밀착 현상을 억제할 수 없고, 직경보다 클 경우에는 필름 제조 시 돌기 부분의 수지가 금형으로부터 분리되기 어려워져 성형성이 나빠진다는 문제점이 발생한다.
한편, 돌기의 직경은 렌즈 구조물의 피치 등과의 관계를 고려하여 결정되며, 일반적으로 1 내지 100㎛ 정도일 수 있다. 예를 들어, 렌즈 구조물의 피치가 50㎛ 정도라면, 돌기의 직경은 5 ~ 30㎛ 정도인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 약 15㎛ 정도인 것이 좋다. 이 때, 돌기의 높이는 (식 1)에 의해 도출되는 바와 같이, 1 내지 30 정도인 것이 좋고, 보다 더 바람직하게는 1.5㎛ 내지 15㎛ 정도이다. 이 중에서도 성형성과 광 성능 등을 종합적으로 고려할 때, 돌기들의 평균 높이가 4.5 내지 7㎛ 정도인 것이 가장 바람직하다. 한편, 이 경우 이웃한 돌기 간의 평균 간격은 100 내지 600㎛, 보다 바람직하게는 100 내지 400㎛, 가장 바람직하게는 150 내지 300㎛ 정도인 것이 바람직하다.
하기 [표 1]은 돌기의 높이와 돌기간의 평균 간격에 따른 밀착 방지 효과 및 헤이즈 값을 보여주는 것이다.
피치 50㎛, 높이 23㎛ 인 렌티큘러 렌즈의 산부에 [표 1]에 도시된 높이, 직경 및 간격으로 돌기를 형성하고, 그 위에 두께 188㎛의 PET 필름(제조사: SKC, 코오롱)을 적층하여 80℃, 95% 습도 하에서 48시간 동안 방치한 후, 필름 간 밀착에 의한 표면 결함 발생 여부 및 헤이즈를 측정하였다. 표면 결함이 발생한 경우는 X, 발생하지 않은 경우는 ○ 로 표시하였으며, 헤이즈는 10% 이하인 경우는 양호로 10%를 초과하는 경우에는 불량으로 표시하였다.
[표 1]
돌기높이 H[㎛] 돌기직경 D[㎛] 돌기 간격(㎛), P[㎛]
100 150 200 300 600 900
27 50 ○/불량 ○/불량 ○/불량 ○/양호 ○/양호 X/양호
16 30 ○/불량 ○/불량 ○/불량 ○/양호 X/양호 X/양호
9 20 ○/불량 ○/불량 ○/양호 ○/양호 X/양호 X/양호
5 15 ○/불량 ○/양호 ○/양호 ○/양호 X/양호 X/양호
1.5 11 ○/양호 ○/양호 ○/양호 X/양호 X/양호 X/양호
[표 1]에 의해, 돌기들의 높이 H와 돌기간의 평균 간격 P가 80×H1/3 ≤ P ≤ 200×H1/3를 만족시키는 범위에서 밀착 방지 효과와 헤이즈 값이 모두 우수하게 나타남을 알 수 있다.
한편, 도 2는 돌기의 분포에 따른 광학 필름의 휘도 변화를 보여주기 위한 그래프로, 렌티큘러 렌즈 구조물(피치: 50㎛, 높이: 23㎛) 상에 직경 15㎛, 높이 5㎛인 돌기를 간격을 변화시키면서 형성하였을 때의 휘도값이 나타나있다. 도 2에서 Px는 필름의 폭 방향에서의 돌기 간격을 의미하며, Py는 필름의 길이 방향의 돌기 간격을 말한다. 한편 상기 그래프에서의 휘도값은 돌기가 형성되지 않은 렌티큘러 렌즈 시트의 휘도값을 100%로 두었을 때의 상대적인 휘도값이다.
도 2에 의해, 돌기간 간격 Px 및 Py가 50㎛ 미만인 경우에 휘도 저하가 급격하게 일어남을 알 수 있다. 이에 반해, 돌기간 간격 Px 및 Py가 100㎛ 이상인 경우에는 상대적인 휘도값이 99% 이상으로 나타남을 알 수 있다. 이는 돌기들의 분포를 조절함으로써, 돌기 형성에 의한 실질적인 휘도 손실을 0으로 만들 수 있음을 보여준다.
본 발명자들은 연구를 거듭하여, 돌기의 형성 면적의 총합이 광학 필름의 일 표면적의 0.5 ~ 5%인 경우에, 실질적인 휘도 손실이 전혀 발생하지 않음을 알아내었다.
따라서, 본 발명의 광학 필름에 있어서, 상기 다수의 돌기들이 형성되는 면적은 광학 필름의 일 표면적의 0.5% ~ 5% 이하인 것이 바람직하다. 돌기 형성 면적이 5%를 초과할 경우, 휘도 저하가 발생할 수 있으며, 0.5% 미만인 경우에는 표면 결함 개선 효과가 미미하기 때문이다. 돌기 형성 면적이 상기 범위 내인 경우, 돌기가 형성되지 않은 광학 필름과 동등한 휘도가 유지된다.
한편, 상기 돌기는 레이저 가공을 통해 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 돌기 형성에 레이저를 이용하는 이유는 다음과 같다.
먼저, 레이저 가공은 매우 정밀하기 때문에 본 발명의 돌기와 같은 미세한 구조물을 형성하기에 적합하다. 또한, 레이저는 식각면에 닿은 후부터 가공을 시작하기 때문에, 금형 면에 렌즈 구조물과 같은 입체적 형상이 존재하더라도 굴곡면으로부터 깊이가 고른 이차 형상을 부여할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 광학계를 조절하면 매 펄스당 금속의 식각 형상, 면적 및 깊이를 조절할 수 있어 자유로운 점가공이 가능할 뿐 아니라, 원하는 위치에 정확하게 돌기를 형성할 수 있다. 이와 같이 레이저를 이용하여 돌기를 형성할 경우, 비드 샌딩 등의 종래 방법과 달리, 돌기가 형성되는 위치나 높이 등에 대한 정확한 제어가 가능하다는 장점이 있다. 따라서, 돌기의 위치나 높이 등을 제어함으로써, 규칙성과 불규칙성을 동시에 부여하여 비드 샌딩과 같이 무작위적으로 돌기를 형성할 경우에 발생하는 휘도 손실과 같은 문제 없이 모아레나 웨트-아웃과 같은 문제점들을 해결할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 경우, 돌기 형성을 위한 레이저 가공 시에 필름의 길이 방향을 따라서는 일정한 간격으로 돌기를 형성하고, 폭 방향을 따라서는 레이저의 초기 위상을 변화시켜 불규칙성을 부여하는 방법으로, 휘도 손실 없이 모아레, 웨트-아웃 등과 같이 렌즈 구조물의 규칙성에 의해 발생하는 표면 결함을 억제할 수 있다.
또한, 금형에 렌즈 구조물과 같은 입체 구조물이 없는 경우, 펄스당 형상이 바이트 가공만큼 균일하지 않기 때문에, 균일성으로 인해 나타나는 모아레나 웨트- 아웃 현상을 억제하는데 오히려 유리하다.
한편, 본 발명의 광학 필름은 상기 다수의 돌기 이외에 볼록부를 더 포함할 수 있다. 상기 볼록부는 광학 필름의 광 성능을 보다 개선하기 위한 것으로, 폭은 3㎛ 내지 15㎛ 정도인 것이 바람직하며, 높이는 1㎛ 내지 3㎛ 정도인 것이 바람직하다. 볼록부의 폭이 3㎛ 미만이면 광성능 개선 효과가 미미하고, 15㎛를 초과할 경우, 휘도 저하를 초래할 수 있다. 또한, 볼록부의 높이가 1㎛ 미만인 경우에는 광성능 개선 효과가 미미하고, 10㎛를 초과할 경우에는 휘도저하를 초래할 수 있다.
한편, 광 출사면이 렌즈 구조물로 이루어진 광학 필름의 경우, 상기 볼록부는 렌즈 구조물의 골부에 형성되는 것이 바람직하다. 렌즈 구조물의 골부에 볼록부가 형성될 경우 모아레 개선에 효과적이기 때문이다. 모아레가 발생하는 주요 원인 중 하나는 렌즈 구조물의 산 부분과 골 부분에서의 투과량 차이 때문이다. 일반적으로 렌즈 구조물의 골 부분은 첨점 형태를 이루고 있기 때문에, 골 부분으로 입사된 빛은 반사량이 투과량보다 많으며, 그 결과 산 부분에 비해 상대적으로 휘도가 약해져, 모아레의 원인이 되는 규칙적인 줄무늬 얼룩이 발생하게 된다. 그러나, 본 발명과 같이 렌즈 구조물의 골 부분에 렌즈 형상의 볼록부를 형성할 경우, 골 부분의 투과량이 향상되고, 그 결과 모아레를 보다 효과적으로 개선할 수 있다.
도 3에는 렌즈 구조물의 골부에 볼록부가 형성된 필름(A)과 볼록부가 형성되 지 않은 필름(B)의 표면 사진이 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 볼록부가 형성되지 않은 필름(B)의 경우, 옅은 줄무늬가 나타나는 반면, 볼록부가 형성된 필름(A)은 줄무늬가 전혀 나타나지 않음을 알 수 있다.
도 4 내지 도 6에는 본 발명의 구체적인 구현예들이 도시되어 있다. 이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광학 필름은 광 입사면(30)과 광 출사면(20)이 모두 평평한 표면일 수 있으며, 상기 광 입사면(30)과 광 출사면(20)의 적어도 하나 이상에 다수의 돌기들(10)이 형성된다. 이때, 상기 다수의 돌기들(10)은 상기한 (식 1) 및 (식 2)를 만족하도록 형성된다.
광 입사면(30)과 광 출사면(20)이 모두 평평한 광학 필름의 경우, 렌즈 구조물에 의해 발생하는 모아레, 뉴튼링, 웨트-아웃에 의한 표면 결함은 발생하지 않으나, 광학 필름의 밀착에 의한 표면 결함은 발생한다. 본 발명과 같이 광 입사면 및/또는 광 출사면에 돌기가 형성될 경우, 돌기들이 적층되는 다른 광학 필름과의 사이에서 스페이서(spacer) 역할을 수행하게 되므로, 필름 밀착이 방지할 수 있다. 그러나, 돌기들이 너무 촘촘하게 형성되면, 헤이즈(Haze)가 심해지고, 돌기에서 발생하는 확산 효과에 의해 집광 효과가 떨어져 휘도 손실이 발생하게 된다. 또한, 돌기들 간의 간격이 너무 넓은 경우에는 필름 간 밀착 방지 효과가 거의 없다. 따 라서, 본 발명에서는 돌기들의 높이 및 간격을 상기 (식 1) 및 (식 2)의 범위로 제어함으로써, 필름간 밀착을 효과적으로 방지하면서도, 휘도 손실이나 헤이즈 상승이 발생하지 않도록 하였다.
한편, 본 발명의 광학 필름은 도 5에 도시된 바와 같이, 광 출사면이 렌즈 구조물(25)로 이루어지고, 광 입사면(30)이 평면으로 이루어질 수도 있다. 이 경우 다수의 돌기들(10)은 렌즈 구조물(25) 상에 형성되며, 특히 렌즈 구조물(20)의 정점 부근, 즉 산부에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 도면에 도시되지는 않았으나, 광학 필름의 광 입사면(30)에도 다수의 돌기들(10)이 형성될 수 있다.
도 5에는 개별 렌즈 구조물(25) 모두에 돌기(10)들이 형성된 것으로 도시되어 있으나, 돌기의 분포는 형성되는 돌기의 높이 및 원하는 광학 성능 등에 따라 달라질 수 있으며, 상기한 (식 1) 및 (식 2)를 만족하도록 형성되면 되고, 반드시 모든 렌즈 구조물들에 돌기가 형성되어야 하는 것은 아니다.
본 발명과 같이, 렌즈 구조물(25)의 산부 및/또는 광 입사면(30)에 돌기(10)가 형성될 경우, 상기 돌기들이 스페이서(spacer)로 작용하며, 필름간 밀착이 방지되고, 웨트-아웃이나 뉴튼링에 의한 표면 결함을 방지하는 효과가 있다.
도 5에는 렌즈 구조물(20)이 렌티큘러 렌즈인 경우가 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 렌즈 구조물(20)은 당해 기술 분야에서 집광을 위해 사용하는 다양한 렌즈 구조물, 예를 들면, 프리즘, 렌티큘러 렌즈, 마이크로 렌즈 어레이, 프레넬 렌즈 등을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광학 필름은 렌즈 구조물(25) 상에 상기 돌기(10) 이외에 렌즈 형상의 볼록부(40)를 더 포함할 수 있다. 상기 볼록부(40)는 렌즈 구조물의 골부에 형성되는 것이 바람직하다. 볼록부(40)가 렌즈 구조물의 골부에 형성될 경우, 렌즈 구조물의 산부와 골부 사이의 투과량 차이를 줄임으로써, 모아레를 방지하는 역할을 수행하게 된다.
다음으로 상기 광학 필름의 제조 방법을 살펴본다.
본 발명의 상기 광학 필름은 광 입사면의 형상이 형성된 제1금형 및 광 출사면의 형상이 형성된 제2금형 중 적어도 하나에 레이저를 이용하여 돌기 형상을 덧가공하는 단계; 및 상기 제1금형과 제2금형 사이에 기재 필름 및 경화성 수지를 주입하여 경화시키는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조된다.
먼저, 광 입사면의 형상이 형성된 제1금형 및/또는 광 출사면의 형상이 형성된 제2금형을 준비한다.
이때 상기 광 입사면 및/또는 광 출사면의 형상은 평면 형상이거나, 렌즈 구조물 등의 형상일 수 있다. 이러한 형상이 형성된 금형은 당해 기술 분야에 잘 알려진 종래의 금형 제조 방법, 예를 들면, 기계적 절삭, 포토레지스트 리플로우 방식, 비드 코팅, 레이저 식각 등의 방법 등을 통해 얻을 수 있다.
이때, 상기 금형은 평판, 무한궤도 또는 드럼 형태의 금형일 수 있으며, 니켈, 크롬과 같은 금속 또는 세라믹과 같은 단단한 재질 또는 폴리머나 실리카 코팅된 폴리머 필름과 같은 부드러운 재질로 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 제1금형 및/또는 제2금형에 레이저를 조사하여 돌기 형상을 덧 가공한다(도 7 참조). 본 발명에서 돌기 형성 시에 레이저를 이용하는 이유는 상기에 설명한 바와 같다.
한편, 이때 상기 돌기는 상기 (식 1) 및 (식 2)를 만족하도록 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 돌기들의 평균 직경을 D, 평균 높이를 H, 이웃한 돌기들간의 평균 간격을 P라 할 때, 80×H1/3 ≤ P ≤ 200×H1/3 및 0.1×D ≤ H ≤ D을 만족하도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 돌기 형성 시에 광학 필름의 폭 방향을 따라 레이저의 초기 위상을 변화시키는 것이 바람직하다. 레이저 초기 위상을 광학 필름의 폭 방향을 따라 변화시킴으로써, 렌즈 구조물의 규칙성으로 인해 발생하는 광학적 결함을 휘도 저하 없이 개선할 수 있다.
한편, 상기 돌기 형성 전에 볼록부 형상을 음각하는 단계를 더 포함할 수 있 다. 이때 상기 볼록부 형상을 음각하는 단계는 돌기 형성 시와 동일하게 레이저 가공을 통해 수행될 수도 있고, 비드 샌딩으로 이루어질 수도 있다.
레이저 가공을 통해 볼록부를 음각할 경우, 상기 볼록부를 렌즈 구조물의 골 부분에 형성함으로써, 모아레를 효과적으로 개선할 수 있다. 한편 비드 샌딩의 경우, 레이저 가공과 같이 위치 제어를 할 수는 없으나, 일반적으로 비드 샌딩 시에 발생하는 공기 난류에 의해 금형의 요(凹)부(즉, 광학 필름에서의 렌즈 구조물의 산부)보다는 금형의 철(凸)부(즉, 광학 필름에서의 렌즈 구조물의 골부)에 주로 비드가 샌딩되기 때문에, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같은 과정에 의해 제1금형 및/또는 제2금형에 돌기 형상이 가공되면, 상기 제1금형 및 제2금형 사이에 경화성 수지를 주입하고 경화시킴으로써, 광학 필름을 제조한다.
금형을 이용한 광학 필름 제조 방법은 당해 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 당업자라면, 당해 명세서의 기재 사항과 종래 기술을 참조하여, 별다른 어려움 없이 본 발명의 광학 필름을 제조할 수 있으리라고 판단된다.
예를 들어, 본 발명의 광학 필름은 UV 경화성 수지 등을 압출하여 필름 형태로 성형한 다음, 이를 돌기 등이 덧 가공된 제1금형과 제2금형 사이로 통과시켜, 필름의 광 출사면과 광 입사면에 원하는 패턴을 하고, 패턴이 형성된 필름에 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 제조될 수 있다.
이때 상기 금형들로 본 발명에 의해 제조된, 돌기가 덧가공된 상기 제1금형 및 제2금형을 사용함으로써, 본 발명의 광학 필름을 제조할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
본 발명의 하기 실시예 1, 2 및 비교예 1은 최근 TV나 모니터에서 가장 효율적인 구조로 검증된 렌티큘라 렌즈 시트 2 매를 상하로 적층하는 방법으로 실시되었으며, 이때 아래쪽에 위치한 시트의 길이 방향은 세로, 윗쪽에 위치한 시트의 길이 방향은 수평 방향이 되도록 배치하였다.
실시예 1
상기 2매의 렌티큘러 렌즈 시트로, 광 입사면이 편평하고, 광 출사면에 렌티큘러 렌즈 구조물(피치: 50㎛, 높이: 23㎛)이 형성되고, 상기 렌티큘러 렌즈 구조물의 산부에 직경 15㎛, 높이 5㎛인 돌기가 300㎛의 간격으로 형성되어 있는 필름을 사용하였다.
실시예 2
아래쪽에 위치한 렌티큘러 렌즈 시트로 광 입사면이 편평하고, 광 출사면에 렌티큘러 렌즈 구조물(피치: 50㎛, 높이: 23㎛)이 형성되고, 돌기는 형성되지 않은 필름을 사용하였다. 윗쪽에 위치한 렌티큘러 렌즈 시트로는, 광 입사면이 편평하 고, 광 출사면에 렌티큘러 렌즈 구조물(피치: 50㎛, 높이: 23㎛)이 형성되고, 상기 렌티큘러 렌즈 구조물의 산부에 직경 15㎛, 높이 5㎛인 돌기가 300㎛의 간격으로 형성되어 있는 필름을 사용하였다.
비교예 1
상기 2매의 렌티큘러 렌즈 시트로, 광 입사면이 편평하고, 광 출사면에 렌티큘러 렌즈 구조물(피치: 50㎛, 높이: 23㎛)로 형성된 필름을 사용하였다. 상기 렌티큘러 렌즈 시트들에는 돌기는 형성되어 있지 않았다.
상기 실시예 1 및 실시예 2와 비교예 1의 광학 필름의 휘도를 측정하였다. 휘도는 백라이트 확산판 위에 두 장의 렌티큘라 시트를 올려놓고 휘도 및 광분포 측정기인 ELDIM으로 측정하였으며, 보다 정확한 측정을 위해 BM7으로 재측정하여 보정하였다.
실시예 1의 광학 필름에 대한 측정 결과는 도 8에, 실시예 2의 광학 필름에 대한 측정 결과는 도 9에 도시하였으며, 비교예의 광학 필름에 대한 측정 결과는 도 10에 도시하였다.
또한, 상기 실시예 1 및 2와, 비교예의 광학 필름의 수직, 수평 시야각에 따른 휘도값을 각각 도 11 및 도 12에 도시하였다.
도 8 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 실시예 1 및 2의 광학 필름은 휘도 면에 있어서, 돌기를 형성하지 않은 비교예 1의 광학 필름과 동등한 값을 가짐을 알 수 있으며, 이는 돌기에 의한 휘도 손실이 발생하지 않았음을 의미한다.
실시예 3
광 입사면이 편평하고, 광 출사면에 렌티큘러 렌즈 구조물(피치: 50㎛, 높이: 23㎛)이 형성되고, 상기 렌티큘러 렌즈 구조물의 산부에 직경 15㎛, 높이 5㎛인 돌기가 300㎛의 간격으로 형성되어 있는 필름 상에 PET 필름을 적층한 후, 80℃, 95% 습도 하에서 48시간 동안 방치한 후, 필름 간 밀착 발생 여부, 웨트-아웃 발생 여부, 뉴튼링 발생 여부 및 스크래치 발생 여부 측정하였다.
비교예 2
비교를 위해 현재 가장 널리 상용되고 있는 3M사의 BEF(Brightness Enhancement Film) 필름 상에 PET 필름을 적층한 후, 80℃, 95% 습도 하에서 48시간 동안 방치한 후, 필름 간 밀착 발생 여부, 웨트-아웃 발생 여부, 뉴튼링 발생 여부 및 스크래치 발생 여부 측정하였다.
상기 실시예 3 및 비교예 2에서 뉴튼링과 웨트-아웃 및 밀착 결함의 발생 여부는 150루멘의 조도하(일반 사무실 또는 실험실 업무 환경)에서 반사광을 통해 약 30cm 거리에서 육안으로 관찰하였다.
한편, 스크래치 발생 여부는 연필경도계로 측정하며 2H 테스트후 육안으로 관찰하였다.
측정 결과는 하기 표 2에 나타내었으며, 도 13은 상기 양 필름의 밀착 발생 여부를 보여주는 사진으로 A는 실시예 3의 광학 필름을, B는 비교예 2의 광학 필름을 촬영한 것이다.
[표 2]
실시예 3 비교예 2
뉴튼링 미발생 발생
웨트-아웃 미발생 발생
필름 밀착 미발생 발생
스크래치 (2H 테스트) 미발생 (5H 수준) 발생 (1H 수준)
상기 [표 2] 및 도 13에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 광학 필름(실시예 3)은 종래의 필름(비교예 2)에 비해 상기 필름 간 밀착 현상을 방지하는 효과가 있을 뿐 아니라, 모아레, 웨트-아웃, 뉴튼링과 같은 광학적 결함도 억제하는 효과도 우수함을 알 수 있다.
도 1은 종래의 광학 필름에서 발생하는 웨트-아웃 현상과 밀착 현상을 보여주기 위한 사진이다.
도 2는 돌기의 분포에 따른 광학 필름의 휘도 변화를 보여주기 위한 그래프이다.
도 3은 볼록부를 형성한 경우에 모아레 개선 효과를 보여주기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 광학 필름의 구현예들을 보여주기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 금형 제조 방법을 보여주기 위한 도면이다.
도 8은 실시예 1의 광학 필름의 휘도를 보여주는 도면이다.
도 9은 실시예 2의 광학 필름의 휘도를 보여주는 도면이다.
도 10는 비교예 1의 광학 필름의 휘도를 보여주는 도면이다.
도 11은 실시예 1 및 2와 비교예 1의 수직 시야각에 따른 휘도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 12은 실시예 1 및 2와 비교예 1의 수평 시야각에 따른 휘도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 13는 실시예 3의 광학 필름과 비교예 2의 광학 필름의 밀착 방지 효과를 비교하기 위한 사진이다.

Claims (17)

  1. 광 입사면 및 광 출사면을 포함하는 광학 필름에 있어서,
    상기 광 입사면 및 광 출사면 중 적어도 하나의 표면에 다수의 돌기들을 포함하며,
    상기 다수의 돌기들은, 돌기들의 평균 직경을 D, 평균 높이를 H, 이웃한 돌기들간의 평균 간격을 P라 할 때, 80×H1/3 ≤ P ≤ 200×H1/3 및 0.1×D ≤ H ≤ D을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 돌기들 각각은 돌기의 높이가 1 내지 30㎛이고,
    이웃한 돌기 간의 평균 간격이 100 내지 600㎛인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 돌기들 각각은 돌기의 높이가 4.5 내지 7㎛이고,
    이웃한 돌기 간의 평균 간격이 150 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 돌기들이 형성된 면적이 광학 필름의 일면의 표면적의 0.5% 내지 5%인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 돌기는 레이저 가공을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필름은 다수의 렌즈 형상의 볼록부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 볼록부는 비드 샌딩 또는 레이저 가공을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광 출사면은 집광 또는 광 확산을 위한 다수의 렌즈 구조물로 이루어지며,
    상기 다수의 돌기는 상기 렌즈 구조물 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 렌즈 구조물은 렌티큘러 렌즈, 프리즘 렌즈, 마이크로 렌즈 어레이 또는 프레넬 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 광학 필름은 다수의 렌즈 형상의 볼록부를 더 포함하며,
    상기 볼록부는 상기 렌즈 구조물들의 골부에 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 필름.
  11. 광 입사면의 형상이 음각된 제1금형 및 광 출사면의 형상이 음각된 제2금형 중 적어도 하나에 레이저를 이용하여 돌기 형상을 덧가공하는 단계;
    상기 제1금형과 제2금형 사이에 경화성 수지를 주입하여 경화시키는 단계를 포함하는 광학 필름 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 돌기 형상은 돌기들의 평균 직경을 D, 평균 높이를 H, 이웃한 돌기들간의 평균 간격을 P라 할 때, 80×H1/3 ≤ P ≤ 200×H1/3 및 0.1×D ≤ H ≤ D을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 필름 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 돌기 형상을 덧 가공하는 단계에서 광학 필름의 폭 방향을 따라 레이저의 초기 위상을 변화시키는 것을 특징으로 하는 광학 필름 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1금형 및 제2금형은 평판형, 무한궤도형 또는 드럼형 금형인 것을 특징으로 하는 광학 필름 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1금형 및 제2금형 중 적어도 하나에 레이저를 이용하여 돌기 형상을 덧 가공하기 전에 볼록부 형상을 음각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필름 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 볼록부 형상을 음각하는 단계는 비드 샌딩 또는 레이저 가공으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 필름 제조 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 광 출사면의 형상은 렌티큘러 렌즈, 프리즘, 마이크로 렌즈 어레이 또는 프레넬 렌즈 형상인 것을 특징으로 하는 광학 필름 제조 방법.
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