KR20120021287A - 프린팅된 양면 도광판을 갖는 광학 시트 - Google Patents

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KR20120021287A
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허롱 레이
마이클 알. 랜드리
자이앙-동 미
제후다 그리너
이주현
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에스케이씨하스디스플레이필름(유)
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Abstract

본 발명은 복수 개의 도광판 패턴들을 갖되, 각각의 도광판 패턴이 광을 방출하기 위한 미세 패터닝 출사 표면, 및 출사 표면에 반대측인 미세 패터닝 바닥 표면을 갖는 광학 시트를 제공한다. 광학 시트는 제 1 레진을 패터닝 롤러와 가압 롤러 사이의 닙 안으로 압출하여 패터닝 롤러 표면 온도(T1) 및 닙 압력(P1)에서 압출된 레이어를 형성하는 단계(레이어는 비패터닝 표면 및 패터닝 표면을 갖고, 패터닝 표면은 패터닝 롤러로부터 전사된 패턴을 갖는다); 및 분리된 패턴을 압출된 레이어의 비패터닝 표면 상에 프린팅하여 복수 개의 도광판 패턴들을 포함하는 광학 시트를 형성하는 단계를 포함하는 단계들로 제조된다.

Description

프린팅된 양면 도광판을 갖는 광학 시트{OPTICAL SHEET WITH PRINTED DOUBLE-SIDED LIGHT GUIDE PLATE}
본 발명은 일반적으로 광학 시트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양면 도광판을 갖는 광학 시트 및 이러한 것을 제조하기 위한 공정에 관한 것이다.
액정 디스플레이들(LCDs)은 많은 컴퓨터, 기기 및 엔터테인먼트 어플리케이션을 위한 바람직한 디스플레이가 되면서, 비용 및 성능에 있어 계속해서 향상되고 있다. 일반적인 LCD 모바일폰, 노트북 및 모니터는 광원으로부터 광을 받아들이고 LCD를 가로질러 거의 균일하게 광을 재분산시키는 도광판을 포함한다. 현존하는 도광판은 일반적으로 두께에 있어 0.8 ㎜ 내지 2.0㎜사이이다. 도광판은 광원, 일반적으로 CCFL 또는 복수 개의 LED들과 효율적으로 결합되기 위하여 현저하게 두꺼워야 하고, 관찰자를 향하여 더 많은 광을 재배향해야 한다. 또한, 종래의 사출 성형 공정을 이용하여 60㎜보다 큰 폭 또는 길이 및 약 0.8㎜보다 작은 두께를 갖는 도광판을 제조하는 것이 일반적으로 어렵고 비용이 많이 든다. 한편, 특히 LED들이 크기에 있어 더 작아지고 있기에, 전체적인 LCD의 중량 및 두께를 낮추기 위하여 도광판을 슬림하게 하는 것이 일반적으로 요구된다. 따라서, 최적의 광 사용 효율, 낮은 제조 비용, 박약성 및 휘도를 달성하기 위하여 균형이 이런 상충되는 요구조건들 사이에서 충돌하여야 한다.
대부분의 어플리케이션에서, 도광판은 현저한 광 추출 및 재배향 능력을 달성하기 위하여 일면("일면 도광판(one-sided light guide plate)") 상에 패터닝되어야 한다. 그러나, 몇몇의 경우에, 예를 들어, 터닝 필름 시스템에서, 플레이트의 양면 상에서의 미세 패터닝이 요구된다("양면 도광판(double-sided light guide plate)"). LCD의 백라이트 유닛에서 터닝 필름의 사용은 현저하게 높은 정도의 루미넌스를 획득하는 데에 필요한 광 매니지먼트 필름의 개수를 감소시키는 것으로 보여진다. 유감스럽게도, 플레이트가 상대적으로 얇을 때(< 0.8㎜) 모든 패턴들의 양호한 복제를 달성하는 것이 터닝 필름 선택의 허용에 있어 주요한 배리어가 되어 왔다. 정말로, 얇은 양면 도광판을 생산하기 위한 방법의 선택은, 비용, 생산성 및 품질을 제어하고, 더 경제적인 측면에서 매력적인 터닝 필름 기술을 제조하는 데에 중대하다.
지금까지는 선택의 방법이 사출 성형 공정 및 이들의 일부 변형이여 왔다. 이런 공정에서 핫 폴리머 멜트(hot polymer melt)는 몰드 충진 및 냉각 단계 동안에 고형화되고 몰딩된 플레이트의 표면 상에 전사되는 패턴을 갖는 미세 기계가공된 표면을 갖는 몰드 캐비티 안으로 높은 속도 및 압력으로 주입된다. 플레이트의 두께가 상대적으로 크고(≥ 0.8㎜) 측면 치수(폭 및/또는 길이)가 상대적으로 작을 때(≤ 300㎜) 사출 성형 기술은 꽤 효율적이다. 그러나, 모든 주표면 상에서 미세 패턴들을 갖는 상대적으로 얇은 플레이트(≤0.8㎜)에 대하여, 사출 성형 공정은 빈약한 치수 안정성 및 낮은 생산량을 생성하면서, 일반적으로 몰딩된 플레이트에서 높은 잔류 응력 및 복굴절 및 빈약한 복제를 유도하는 현저한 수준의 주사 압력을 요구한다.
일면 도광판(일 표면 상의 미세 패턴)을 생산하는 데에 사용되는 다른 접근법은 잉크 젯, 스크린 프린팅 또는 다른 형태의 프린팅(printing) 방법을 사용하여 평평하고 압출되고 캐스팅된(cast) 시트의 일면 상에 분리된 미세 패턴을 프린팅하는 것이다. 이런 공정은 압출 캐스팅 단계가 추가적인 비용이 드는 프린팅 단계를 요구하고, 분리된 미세 익스트랙터(extractor)의 형상 및 치수가 미리 결정되고 잘 제어되지 않는다는 점에서 불리하다. 본 발명에서 요구된 바와 같이, 이런 접근법은 양 표면들이 패터닝될 때 훨씬 덜 매력적이게 된다.
연속적인 롤-대-롤 압출 캐스팅 공정은 미국 특허 5,885,490(Kawaguchi 등), 미국 공개 특허 2007/0052118 A1(Kudo 등), 미국 공개 특허 2007/0013100 A1(Capaldo 등) 및 미국 공개 특허 2008/0122135(Hisanori 등)에 개시된 바와 같이, 얇은 일면 미세 패터닝 필름을 제조하는 데에 꽤 적합하다. Kawaguchi 등은 2개의 역회전 롤러들에 의해 닙 영역을 통과하는 유연한 캐리어 필름의 패터닝 표면 상에 용융된 레진을 캐스팅함으로써 제품 필름의 양면 상에 패턴들을 부여하는 가능성을 고려한다. 패터닝 표면이 그 자체가 캐스팅 공정 이전에 개별적으로 준비되고 이어서 꽤 한정된 사용 이후에 폐기되어야 하는 필름이기 때문에, 이런 방법은 내재적으로 비용이 많이 든다. Capaldo 등은 일 표면 상에 제어된 거칠기를 갖는 필름을 제조하기 위한 압출 캐스팅 방법을 개시한다. Hisanori 등 및 Kudo 등은 또한 압출 캐스팅을 사용하는 필름 패터닝 방법을 개시하나, 단일면 필름에 대하여 개시를 한정한다. Kudo 등은 특히 패터닝 롤러가 상대적으로 높은 표면 온도(> Tg + 20℃)를 갖는 것을 요구한다. 압출 캐스팅 공정을 사용하여 두꺼운 도광판을 제조하는 방법은 Takada 등(WO 2006/098479)에 의해 개시되나, 방법은 일면 도광판을 제조하는 데에 다시 한정된다.
따라서, 특정한 도광판 및 압출, 롤-대-롤 작동을 통하여 이러한 플레이트를 제조하는 방법을 위하여 제안된 해결안이 존재하는 반면에, 단일 패스 압출 캐스팅 공정을 사용하여, 본 발명에 개시된 형태의, 비용적으로 효율적인 양면 도광판을 준비할 필요성이 남아 있다.
본 발명은 복수 개의 도광판 패턴들을 갖되, 각각의 도광판 패턴이 광을 방출하기 위한 미세 패터닝 출사 표면, 및 출사 표면에 반대측인 미세 패터닝 바닥 표면을 갖는 광학 시트를 제공한다. 광학 시트는 제 1 레진을 패터닝 롤러와 가압 롤러 사이의 닙 안으로 압출하여 패터닝 롤러 표면 온도(T1) 및 닙 압력(P1)에서 압출된 레이어를 형성하는 단계(레이어는 비패터닝 표면 및 패터닝 표면을 갖고, 패터닝 표면은 패터닝 롤러로부터 전사된 패턴을 갖는다); 및 분리된 패턴을 압출된 레이어의 비패터닝 표면 상에 프린팅하여 복수 개의 도광판 패턴들을 포함하는 광학 시트를 형성하는 단계를 포함하는 단계들로 제조된다.
도 1은 복수 개의 도광판 패턴들을 포함하는 대형 광학 시트의 개략도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 대형 광학 시트로부터 절단된 도광판의 저면도 및 측면도를 도시한다.
도 2c는 도광판의 일 표면 상에 패터닝된 분리된 요소들에 대한 밀도 함수의 정의에 사용되는 단위 면적을 도시한다.
도 3a는 폭 방향에 평행한 방향으로 관찰된 백라이트 유닛에서 도광판의 확대 측면도를 도시한다.
도 3b는 길이 방향에 평행한 방향으로 관찰된 도광판의 확대 측면도를 도시한다.
도 3c는 도광판 상에서 선형 프리즘의 평면도이다.
도 3d는 도광판 상에서 만곡된 파형 프리즘의 평면도이다.
도 4aa, 도 4ab 및 도 4ac은 제 1 종류의 분리된 요소들의 사시도, 평면도 및 측면도를 도시한다.
도 4ba, 도 4bb 및 도 4bc은 제 2 종류의 분리된 요소들의 사시도, 평면도 및 측면도를 도시한다.
도 4ca, 도 4cb 및 도 4cc은 제 3 종류의 분리된 요소들의 사시도, 평면도 및 측면도를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 각각, 복수 개의 서브-패턴들을 포함하는 패터닝 롤러의 개략적인 정면도 및 전개도이다.
도 6a 및 도 6b는 각각, 연속적인 패턴을 포함하는 패턴 롤러의 개략적인 정면도 및 전개도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 5a 내지 도 6a에 도시된 2개의 롤러들을 사용하여 제조된 광학 시트로부터 절단될 수 있는 상이한 도광판들을 도시한다.
도 8a는 본 발명의 광학 시트를 제조하는 장치 및 공정을 개략적으로 도시한다.
도 8b 및 도 8c는 도 8a의 공정에서 제 1 패터닝 레이어 및 최종 광학 시트의 개략적인 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 광학 시트를 제조하는 장치 및 공정을 개략적으로 도시한다.
도 9b는 도 9a의 공정에서 제조된 최종 광학 시트의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 광학 시트를 제조하는 장치 및 공정을 개략적으로 도시한다.
도 11a는 본 발명의 광학 시트를 제조하는 장치 및 공정을 개략적으로 도시한다.
도 11b는 도 11의 공정에서 제조된 최종 광학 시트의 개략적인 단면도이다.
도 12a는 본 발명의 광학 시트를 제조하는 장치 및 방법을 개략적으로 도시한다.
도 12b, 도 12c 및 도 12d는 도 12a에 도시된 바와 같은 본 발명의 3개의 변형예를 개략적으로 도시한다.
본 발명의 도광판은 일반적으로 그 위의 일 표면 상에 위치된 프리즘과 같이 형상화된 광 재배향 미세 구조물, 및 도광판의 반대측 표면 상에 위치되고 분리된 요소들과 같이 형상화된 광 추출 미세 구조물을 사용한다. 참 프리즘은 적어도 2개의 평평한 면들을 갖는다. 그러나, 광 재배향 구조물들의 하나 이상의 표면이 모든 구체예에서 평평한 것으로 필요하지 않으나, 만곡되거나 다중의 구역을 가질 수 있기 때문에, 더 일반적인 용어 "광 재배향 구조물(light redirecting structure)"이 본 명세서에서 사용된다.
복수 개의 도광판 패턴들을 갖는 대형 광학 시트
도 1은 본 발명의 대형 광학 시트(300)의 평면도를 도시한다. 광학 시트(300)는 길이(Ls)가 0.8m이상, 더 바람직하게는 1.0m이상, 가장 바람직하게는 1.4m이상이고, 폭(Ws)이 0.3m이상, 더 바람직하게는 0.6m이상, 가장 바람직하게는 0.9m이상일 때 대형인 것으로 여겨진다. 광학 시트(300)는 약 0.05㎜ 내지 약 2㎜ 사이의 범위, 더 바람직하게는 약 0.1㎜ 내지 약 0.7㎜ 사이의 범위, 및 가장 바람직하게는 약 0.2㎜ 내지 약 0.5㎜ 사이의 범위에서 두께(Ds)를 갖는다. 광학 시트(300)는 그 위에 적어도 2개의 도광판 패턴들, 더 바람직하게는 그 위에 적어도 4개의 도광판 패턴들, 및 가장 바람직하게는 적어도 20개의 도광판 패턴들을 갖는다.
도 1에 도시된 광학 시트(300)는 도광판 패턴들(250a 내지 250j)을 포함하고, 이들 각각은 또한 길이 및 폭을 갖는다. 예를 들어, 도광판 패턴(250a)은 길이(L1) 및 폭(W1)을 갖는 동시에, 도광판 패턴(250e)은 길이(L5) 및 폭(W5)을 갖는다. 또한, 각각의 도광판 패턴은 입사 표면(18), 종단 표면(14) 및 2개의 측 표면들(15a, 15b)을 갖는다. 동일한 광학 시트 상에 제조된 복수 개의 도광판 패턴들을 갖는 장점은 생산성이 향상되고 도광판 당 비용이 감소된다. 도광판 패턴이 직사각형이 아닌 경우에, 이의 폭 및 길이는 2개의 직교 방향으로 최대 치수로서 정의된다.
대형 광학 시트로부터 절단된 도광판들
도 2a 및 도 2b는 각각, 대형 광학 시트(300)로부터 절단된 도광판(250)의 저면도 및 측면도이다. 도광판(250)은 도 1에서 도광판들(250a 내지 250j) 중 어떠한 것일 수 있다. 이는 길이(L) 및 폭(W)을 갖는다. LCD의 백라이트 유닛에 사용될 때, 도광판은 항상 하나 이상의 광원(12)에 결합된다. 폭(W)은 Y 방향을 따라 정렬된 광원(12)에 평행인 것으로 정의되는 반면에, 길이(L)은 폭(W) 또는 Y 방향에 직교인 것으로 정의된다.
길이(L) 및 폭(W)은 보통 어플리케이션에 따라 20㎜ 내지 500㎜ 사이에서 변한다. 도광판(250)의 두께(Ds)는 두께의 변화가 보통 20%보다 작고, 더 바람직하게는 10%보다 작으며, 가장 바람직하게는 5%보다 작은 것을 의미하는, 일반적으로 균일하다.
도광판(250)은 바닥 표면(17) 상에서 도트(dot)들에 의해 표시된 분리된 요소들의 미세 패턴(217)을 갖는다. 패턴(217)은 길이(L0) 및 폭(W0)을 갖고, 이는 각각, 광원(12)의 라인에 대하여 평행하고, 직교한다. 일반적으로, 패턴(217)은 길이 방향, 폭 방향 또는 이 모든 방향으로 도광판(250)보다 작은 치수를 갖는다. 즉, L0 ≤ L이고, W0 ≤ W 이다. 분리된 요소들의 개수 및 크기는 길이 방향 및 폭 방향을 따라 변할 수 있다.
위치(x,y)에서 분리된 요소들의 2차원 밀도 함수(D2D(x,y))는 분리된 요소들을 포함하는 총면적에 의해 나누어진 분리된 요소들의 총면적으로서 정의되고, 여기서, x = X / L0 이고, y = Y / W0 이며, X 및 Y는 원점(O)으로부터 길이 및 폭 방향을 따라 측정되는 분리된 요소의 거리이다. 원점(O)은 편의상 도광판(250)의 입사 표면(18) 근처 패턴의 코너에 위치되는 것으로 선택된다. 도 2c에 도시된 일 실시예에서, a1, a2, a3, a4, a5, a6의 면적을 갖는 6개의 분리된 요소들(227)은
Figure pat00001
의 작은 면적을 갖는 임의의 직사각형 내에 위치된다. 이런 작은 면적 내에 분리된 요소들의 밀도는
Figure pat00002
이고, 여기서,
Figure pat00003
의 작은 면적에서 분리된 요소들의 총 개수를 나타내는, N=6이다. 이런 면적에 국한된 분리된 요소들은 동일한 면적을 가질 수 있다.
일반적으로, 분리된 요소들의 밀도 함수(D2D(x,y))는 위치(x,y)를 따라 변한다. 실제로, 밀도 함수(D2D(x,y))는 폭 방향을 따라 약하게 변하는 반면에, 길이 방향을 따라 강하게 변한다. 간단하게는, 1차원 밀도 함수(D(x))는 보통 분리된 요소들의 패턴을 특징짓는 데에 사용되고, 예를 들어,
Figure pat00004
와 같이, 계산될 수 있다. 또한 1차원(1D) 밀도 함수의 다른 형태는 2D 밀도 함수(D2D(x,y))로부터 손쉽게 유도될 수 있다. 이하에서는, 독립 변수(x)는 1차원 밀도 함수(D(x))를 계산하는 데에 사용될 수 있는 어떠한 것으로써 해석되어야 한다. 예를 들어, 광원이 점형이고, 도광판의 코너 근처에 위치된다면, x는 원점(O)으로부터 반지름일 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 도광판(250)은 광원(12)로부터 방출된 광을 결합하기 위한 광 입사 표면(18), 도광판(250)으로부터 광을 방출하기 위한 출사 표면(16), 입사 표면(18)의 반대측인 종단 표면(14), 출사 표면(16)의 반대측인 바닥 표면(17) 및 2개의 측 표면들(15a, 15b)을 갖는다. 광원(12)은 단일 선형 광원 예를 들어 냉음극 형광관(CCFL) 또는 복수 개의 점형 소스들 예를 들어, 발광 다이어드들(LEDs)일 수 있다. 대안적으로, 패턴(217)은 도광판(250)의 출사 표면(16) 상에 존재할 수 있다.
도 3a는 폭 방향에 평행한 방향으로 관찰될 때, 도광판(250), 프리즘 필름 예를 들어, 터닝 필름(22), 및 반사 필름(142)의 확대 측면도를 도시한다. 도광판(250)의 출사 표면(16) 상에는 복수 개의 프리즘들(216)이 존재하고, 바닥 표면(17) 상에는 복수 개의 분리된 요소들(227)이 존재한다. 도 3b는 길이 방향을 따라 관찰될 때 도광판(250)의 확대 측면도를 도시한다. 출사 표면(16) 상에서 각각의 프리즘(216)은 일반적으로 정점각(α0)을 갖는다. 프리즘은 둥근 정점을 가질 수 있다. 도 3c는 프리즘들(216)의 평면도이다. 본 실시예에서, 프리즘들은 상호 간에 평행하다. 도 3d에 도시된 다른 실시예에서는, 프리즘들(216)은 만곡된 파형이다. 어떠한 공지된 변형을 갖는 프리즘들이 본 발명에서 사용될 수 있다. 실시예들은 가변 높이, 가변 정점각 및 가변 피치를 갖는 프리즘들을 포함한다.
도 4aa, 도 4ab 및 도 4ac은 각각, 본 발명에 따라 사용될 수 있는 제 1 종류의 분리된 요소들(227a)의 사시도, 평면도 및 측면도를 도시한다. 각각의 분리된 요소는 본질적으로 삼각형 세그멘트화 프리즘이다. 도 4ba, 도 4bb 및 도 4bc은 각각, 본 발명에 따라 사용될 수 있는 제 2 종류의 분리된 요소들(227b)의 사시도, 평면도 및 측면도를 도시한다. 각각의 분리된 요소는 본질적으로 평평한 상부를 갖는 삼각형 세그먼트화 프리즘이다. 도 4ca, 도 4cb 및 도 4cc은 각각, 본 발명에 따라 사용될 수 있는 제 3 종류의 분리된 요소들(227c)의 사시도, 평면도 및 측면도를 도시한다. 각각의 분리된 요소는 본질적으로 둥근 세그먼트화 프리즘이다. 또한 다른 공지된 형상 예를 들어, 실린더 및 반구체의 분리된 요소들이 사용될 수 있다. 이는 대칭일 수도 있거나 아닐 수도 있다. 상기의 실시예가 포함되지 않고, 요소들의 다른 형태가 본 발명과 함께 사용될 수 있다.
상기의 형상을 갖는 분리된 요소들이 일반적으로 공지된 반면에, 대형 광학 시트(300)를 위한 가장 유용한 분리된 요소들은 상대적으로 얇고, 하기의 핵심적인 특징을 갖는다: 높이(d)가 길이(ΔL) 및 폭(ΔW)보다 작다. 더 상세하게는, 높이(d)는 바람직하게는 12㎛이하, 더 바람직하게는 10㎛이하, 가장 바람직하게는 6㎛이고; 길이(ΔL) 및 폭(ΔW) 모두는 바람직하게는 15㎛이상, 더 바람직하게는 20㎛이상, 가장 바람직하게는 25㎛이상이다. 일반적으로, 길이(ΔL) 및 폭(ΔW) 모두는 100㎛보다 작다.
대안적으로, 비율(d/ΔL) 및 비율(d/ΔW)은 바람직하게는 0.45이하, 더 바람직하게는 0.3이하, 가장 바람직하게는 0.2이하 이다.
상기의 특성을 갖는 분리된 요소는 몇몇의 장점을 갖고, 하기의 공정이 분리된 요소들을 포함하는 광학 시트를 제조가능하게 한다. 첫째, 이들은 패턴 롤러 상에 생산되기에 손쉽다. 보통 1개의 다이아몬드 공구는 뚜렷한 공구 마모를 갖지 않고 상기의 특성을 갖는 분리된 요소들을 갖는 0.8m 폭의 롤러를 조각하기에 충분하다. 둘째, 이러한 분리된 요소들로 이루어진 패턴은 상대적으로 낮은 압력 및 온도에서 패터닝 롤러로부터 광학 시트로 양호한 복제 피델리티(fidelity)로 전사하기에 손쉽다. 셋째, 이러한 분리된 요소들로 이루어진 패턴은 거의 이루어지지 않는 마모로 인해 긴 수명 시간을 갖는다. 마지막으로, 이러한 패턴을 갖는 도광판은 백라이트 유닛 내에 인접한 구성요소를 마멸시키는 것이 쉽지 않다. 이런 장점들은 하기에서 대형 광학 시트를 제조하는 방법을 설명할 때 더 명백하게 될 것이다.
비교의 실시예에서, 분리된 요소들은 길이(ΔL = 50㎛), 폭(ΔW = 50㎛) 및 높이(d = 25㎛)를 갖고, 이에 따라 본 발명의 치수적 특성을 지니지 않는다. 일반적으로, 2 내지 4개의 다이아몬드 공구들이 공구 마모로 인해 0.23m의 반경의 0.8m 폭의 롤러를 조각하는 것으로 요구된다. 큰 비율(d/ΔL) 및 큰 비율(d/ΔW)은 다이아몬드 공구를 손쉽게 균열시키는 경향이 있기 때문에, 이러한 분리된 요소들을 갖는 패턴이 패터닝 롤러 상에 생성되기가 어렵다. 또한, 이러한 분리된 요소들을 갖는 패턴은 하기에 설명되는 바람직한 공정 구체예에서 패터닝 롤러로부터 광학 시트(300)로 손쉽게 전사될 수 없다. 더욱이, 이러한 패턴을 갖는 패터닝 롤러는 패턴이 변형되거나 균열되기 이전에 여러 차례 사용될 수 없다. 마지막으로, 이러한 패턴을 갖는 도광판은 인접한 구성요소들을 마멸시킬 것 같다.
양면 광학 시트 및 도광판을 제조하는 방법
일 방법에서, 양면 도광판을 제조하는 공정은 하기의 3개의 핵심적인 단계들을 포함한다: 1. 2개의 패터닝 롤러들을 준비하는 단계; 2. 2개의 패터닝 롤러들을 사용하여 압출 캐스팅 공정을 통하는 복수 개의 도광판 패턴들을 포함하는 대형 광학 시트를 제조하는 단계; 및 3. 대형 광학 시트를 특정한 길이 및 폭 치수를 갖는 복수 개의 양면 도광판들로 절단하는 단계. 이런 단계들이 하기에서 설명된다.
패터닝 롤러들의 준비
도 5a 및 도 5b를 참조하여, 복수 개의 서브 패턴들(252a 내지 252d)을 포함하는 패턴(252)은 예를 들어, 적절한 다이아몬드 공구를 사용하는 직접 미세 기계가공 방법에 의해, 패터닝 롤러(480a) 상에 생성된다. 도 5a는 패터닝 롤러(480a) 상의 서브 패턴들(252a, 252b)의 정면도를 도시하고, 이는 반지름(R1) 및 폭(WR1)을 갖는다. 도 5b는 4개의 서브 패턴들(252a 내지 252d)을 포함하는 패턴(252)의 전개도를 도시한다. 패턴(252)은 길이(LR1)를 갖고, 여기서 LR1 = 2πR1이다. 서브 패턴(252a)은 폭(WP1) 및 길이(LP1)를 갖는다. 4개의 서브 패턴들은 동일하거나 상이한 폭 또는 길이를 가질 수 있다. 일 실시예에서,
Figure pat00005
이고,
Figure pat00006
이며, WR1 = 406㎜이고, LP1 = 182㎜이며, WP1 = 396㎜이다. 일반적으로, 2개의 이웃하는 서브 패턴들 사이에는 빈 공간이 존재한다. 그러나, 몇몇의 경우에서, 2개의 이웃하는 서브 패턴들 사이에 빈 공간을 최소화하고 롤러 표면의 사용 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 어떠한 일 경우에, 각각의 서브 패턴에서 (이전에 설명된) 밀도 함수는 길이 및/또는 폭 방향 중 어느 하나에서 변한다. 일 실시예에서, 밀도 함수는 우선 감소하고 이어서 증가한다.
유사하게, 다른 패턴(254)은 어떠한 공지된 조각 방법에 의해 다른 패터닝 롤러(480) 상에 생성된다. 도 6a 및 도 6b는 패터닝 롤러(480b) 상에 패턴(254)의 정면도 및 전개도를 도시한다. 패터닝 롤러(480b)는 반지름(R2), 길이(LR2 = 2πR2) 및 폭(WR2)을 갖는다. 패턴(254)은 폭(WP2) 및 길이(LP2)를 갖는다. 일 실시예에서,
Figure pat00007
이고,
Figure pat00008
이며, WR2 = WR1 = 406㎜이고, WP2 = 400㎜이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 패턴(254)은 롤러(480b)의 길이 방향에 평행한 선형 패턴이다. 선형 패턴은 어떠한 공지된 선형 프리즘, 렌즈 또는 실린더 패턴일 수 있다. 이는 가변적이거나 일정한 피치, 높이 또는 형상을 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 패턴(254)은 롤러(480b)의 폭 방향에 대한 각도로 정렬된다. 또 다른 실시예에서, 제 2 패턴(254)은 파형 선형 프리즘 패턴이다. 또 다른 실시예에서, 제 1 패턴(252)에 대하여 말하면, 제 2 패턴(254)은 복수 개의 서브 패턴들을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 제 2 패턴(254)의 범위는 롤러(480b)의 크기에 비교해서 작고, 즉, 비율은 WP2/WR2 < 0.1이다. 극도의 경우에서, 패턴(254)이 본질적으로 조각된 미세 구조체를 거의 갖지 않거나 전혀 갖지 않을 때 비율(WP2/WR2)은 거의 0이다.
도 5b 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 패턴(252)은 복수 개의 분리된 서브 패턴들(252a 내지 252d)을 포함하고, 서브 패턴들의 각각은 도 2c 및 도 4aa 내지 도 4ca에 도시된 바와 같이 분리된 요소들을 포함하는 반면에, 패턴(254)은 연속적인 패턴을 갖는다. 그러나, 또한 패턴(254)은 패턴(252)과 유사한 분리된 요소들을 갖는 패턴일 수 있다.
롤러 표면 상에 생성된 패턴은 압출 캐스팅 공정에 의해 제조되는 도광판들을 위하여 설계된 패턴들의 역("반대(negative)")이다. 롤 표면에 미세 패턴을 부여하는 다른 선택은 롤러를 패터닝 시트 또는 슬리브(sleeve)로 싸는 것을 포함하고, 이는 도 11a를 참조하여 하기에 설명되는 패터닝 캐리어(474a) 또는 도 12b 내지 도 12d를 참조하여 하기에 설명되는 패터닝 벨트(479, 479a, 또는 479b)일 수 있다. 패터닝 시트 또는 슬리브는 금속 또는 폴리머일 수 있다. 패턴들(252, 254)이 패터닝 롤러들(480a, 480b) 상에 각각 생성된 이후에, 광학 시트들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)의 형태로 광학 시트(300')가 몇몇의 압출 캐스팅 공정 구체예들 중 하나로 제조될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 일면 상의 패턴(252) 및 타면 상의 패턴(254)을 갖는 광학 시트(300')의 평면도를 도시한다. 상이한 크기 및 빈 공간들을 갖는 2개의 도광판들(250a1, 250a2)이 동일한 서브 패턴(252c)으로부터 절단될 수 있다. 도광판의 치수를 변경함에 있어 유연성이 본 발명의 대형 광학 시트에 의해 가능하게 된다.
압출 캐스팅 공정
바람직하게는, 본 발명의 압출 캐스팅 방법은 도 8a에서 개략적으로 도시된다. 공정은 하기의 단계를 포함한다:
(1) 필요한 물리적 및 광학 특성을 갖는 폴리머 레진(450a)이 제 1 압출기(476a) 및 제 1 시팅 다이(477a)를 갖는 제 1 압출 스테이션(470a)을 통과하여 공급 롤러(472a)로부터 2 개의 역회전 롤러들(480a, 478a) 사이의 제 1 닙 안으로 공급되는 강성이나 유연한 폴리머 캐리어 필름(474) 위로 압출된다. 이전에 설명된 바와 같이, 롤러(480a)는 본 발명의 도광판들을 위하여 설계된 미세 구조체 패턴(252)을 갖는 패터닝 롤러이다. 롤러(480a)의 표면 온도(TPaR ,1)는 T1 > Tg1 - 50℃이도록 유지되고, 여기서, Tg1은 제 1 압출된 레진(450a)의 유리 전이 온도이다. 롤러(478a), 제 1 가압 롤러는, 부드러운 탄성 중합체 표면 및 TP ,1 < T1인 표면 온도를 갖는다. 2개의 롤러들 사이의 닙 압력(P)은 P가 롤러 폭의 밀리미터 당 8뉴턴보다 크도록 유지된다.
(2) 닙 영역으로부터 발행되는 캐스팅된 레진 및 캐리어 필름(474)은 바람직하게는 닙으로부터 하측으로 약간 떨어져 고형화될 때까지 시트를 원하는 두께로 형성하는 패터닝 롤러(480a)에 부착된다.
(3) 고형화된 시트 및 캐리어 필름은 패터닝 롤러로부터 벗겨지고 제어된 인장력 하에서 당겨 올려진다(taken up). 이어서 캐리어 필름이 벗겨지는 지점(481a)으로부터 하측으로 약간 떨어져 형성된 패터닝 시트로부터 벗겨내어 진다. 형성된 패터닝 시트는 도광판의 제 1 레이어(410a)를 포함한다. 도 8b는 패턴(252)이 개략적이고 일정한 비율로 도시되지 않는, 제 1 레이어(410a)의 확대도이다. 제 1 레이어(410a)는 두께(D1)를 갖고, 이는 일반적으로 0.025㎜로부터 0.5㎜까지 변한다. D1은 바람직하게는 약 0.05㎜ 내지 0.35㎜ 사이의 범위에서, 더 바람직하게는 약 0.15㎜ 내지 0.25㎜ 사이의 범위에서 존재한다.
(4) 이어서 제 1 레이어(410a)는 제 2 패터닝 롤러(480b) 및 제 2 가압 롤러(478b)를 갖는 제 2 압출 스테이션(470b)으로 공급된다. 제 1 레이어(410a)의 패턴(252)을 갖는 패터닝 면은 제 2 가압 롤러(478b)를 향하여 배향되고 롤러들(480b, 478b) 사이의 닙 영역을 통해 이송되는 동시에 레진(450b)의 제 2 레이어는 압출기(476b)로부터 시팅 다이(477b)를 통해 제 1 레이어(410a)의 비패터닝 면 위로 캐스팅된다. 제 2 닙 영역에서 압력은 롤러 폭의 밀리미터 당 8 뉴턴보다 큰 P로 제어된다. 패터닝 롤러(480b)의 표면 온도는 T2 > Tg2 - 50℃ 이고, Tg2는 제 2 압출된 레진(450b)의 유리 전이 온도이며, 가압 롤러(478b)의 온도는 TP ,2 < T2이다. 롤러(480b)의 표면 상의 패턴(254)은 롤러(480b)로부터 제 2 닙 영역 안으로 캐스팅된(cast) 레진으로 전사된다.
(5) 제 2 닙 영역을 통과한 레진(450b)은 제 1 레이어(410a)에 부착되어 복합 광학 시트(300a)를 형성한다. 복합 광학 시트는 제 2 닙으로부터 하측으로 약간 떨어져 고형화된다. 도 8c는 패턴들(252, 254)이 개략적이고 일정한 비율로 도시되지 않는 레이어들(410a, 410b)을 갖는 광학 시트(300a)의 확대도이다. 레이어(410b)는 두께(D2)를 갖고, 이는 0.025㎜ 내지 0.5㎜로 변할 수 있다. D2는 바람직하게는 약 0.05㎜ 내지 0.35㎜ 사이의 범위에서, 더 바람직하게는 0.15㎜ 내지 0.25㎜ 사이의 범위에서 존재한다. 광학 시트의 총 두께는 두께(D1 + D2)를 갖고, 이는 일반적으로 0.05㎜ 내지 1.0㎜의 범위에서, 바람직하게는 0.1㎜ 내지 0.7㎜의 범위에서, 더 바람직하게는 0.3㎜ 내지 0.5㎜의 범위에서 존재한다.
(6) 고형화된 광학 시트(300a)는 롤러(480b)로부터 벗겨지고, 시트가 하나의 라인으로 마무리되거나(시팅되거나) 나중에 마무리하기 위하여 롤러(484a) 상에 감겨지는 테이크 업(take-up) 스테이션으로 제어된 인장력 하에서 당겨 올려진다. 이런 시트는 이어서 설계된 도광판의 최종 특정된 길이 및 폭 치수로 절단되어야만 하는 복수 개의 도광판 패턴들을 포함한다.
복합 플레이트의 광학 특성 및 최종 두께(D)가 설계 요구조건을 충족시키기만 하면 제 1 및 제 2 레이어들의 두께는 동일할 필요가 없고(일반적으로 D1 ≠ D2), 제 2 압출 스테이션(470b)에서 압출된 레진(450b)은 제 1 스테이션(470a)에서 압출된 레진(450a)과 동일한 필요가 없다. 패턴들(252, 254)을 적용하는 순서는 중요하지 않고, 실제적인 고려사항에 의해 좌우될 것이다.
일 실시예에서, 용융된 레진(450a, 450b)은 약 145℃의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는, 폴리카보네이트(PC)이다. 다른 실시예에서, 용융된 레진(450a, 450b)은 95 내지 106℃ 범위의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는, 충격 개선된 PMMA이다. 충격 개선된 PMMA는 순수한 PMMA보다 취성이 낮고, 이어서 개선되지 않는 PMMA보다 압출하기에 더 용이한 것으로 증명된다. 또다른 실시예에서, 용융된 레진(450a, 450b)은 폴리올레핀 폴리머이다.
양면 광학 시트(300a)는 또한 2단 공정에서 단지 1개의 압출 스테이션만으로 제조될 수 있다. 특히, 폴리머 레진(450a)의 제 1 레이어를 닙 안으로 압출하여 제 1 패터닝 롤러(480a)를 사용하여 제 1 레이어 필름을 제조한 후에, 제 1 레이어 필름은 롤로 감겨지고 나중에 사용을 위하여 저장될 수 있다. 이어서 제 1 패터닝 롤러(480a)는 제 2 패터닝 롤러(480b)로 대체되고, 제 1 레이어 필름 롤은 풀리고 가압 롤러를 향하여 배향된 패터닝 면을 갖는 닙 안으로 다시 이송된다. 폴리머 레진(450b)의 제 2 레이어는 동일한 압출기(476a) 및 시팅 다이(477a)로부터 제 1 레이어의 비패터닝 면 위로 캐스팅되고 광학 시트(300a)를 형성한다. 비록 이런 방법이 단지 단일 압출 스테이션만을 요구하더라도, 추가로 경로를 취하여 광학 시트(300a)의 제조를 완성하고 일반적으로 경제적인 측면에서 불리할 것이다.
비록 캐리어 필름의 사용없이 제조된 필름의 품질을 제어하는 것이 일반적으로 더 어려울 것이라도, 제 1 레이어를 제조함에 있어 캐리어 필름(474)의 사용은 몇몇의 경우에 있어 선택적이다.
바람직하게는, 본 발명의 압출 캐스팅 공정은 도 9a에서 개략적으로 도시된다. 2개의 단일면 미세 패터닝 레이어들(410a, 410b)은 도 8a의 발명의 제 1 레이어의 형성과 유사한 방식으로 2 개의 압출 스테이션들(470a, 470b)로 각각 형성된다. 2개의 형성된 패터닝 레이어들(410a, 410b)은 상호 간에 모든 레이어들의 비패터닝 표면들을 부착시킴으로써 라미네이션 스테이션(490; lamination station)에서 동시에 라미네이팅되어 도 9b에 도시된 바와 같이 각각의 시트의 표면 상에 패턴들(252, 254)을 갖는 단일 광학 시트(300b)를 형성한다. 유사하게는, 이런 시트는 설계된 도광판의 최종 특정된 길이 및 폭 치수로 절단되어야만 하는 복수 개의 도광판 패턴들을 포함한다.
2개의 고형 레이어들의 라미네이션은 용매 라미네이션, 가압 라미네이션, UV 라미네이션 또는 열 라미네이션을 포함하는 다양한 방법으로 달성될 수 있다. 용매 라미네이션은 레이어의 비패터닝 표면을 끈적끈적하게 하는 얇은 용매 레이어를 일 표면 또는 양 표면에 도포하고 이에 의해 접착을 촉진함으로써 수행된다. 이어서 과다한 용매는 건조에 의해 제거된다. 가압 라미네이션은 양 표면들에 잘 부착되는 감압 접착제를 사용함으로써 달성된다. UV 라미네이션에서, 한쪽 또는 양쪽 필름의 표면은 접착 레이어의 UV 경화 이후에 접착을 촉진하는 UV 접착제로 코팅된다. 열 라미네이션에서, 온도 감지 레이어는 일 표면 또는 양 표면에 도포되고, 이어서 도광판 레진의 Tg 아래에서 적합한 온도로 가열되며, 이에 따라 패터닝 레이어들을 비틀지 않고 레이어들 사이의 접착을 촉진한다. (용매 라미네이션을 제외한) 모든 라미네이션 방법에서, 접착 레이어는 바람직하게는 도광판의 광학 성능에 영향을 최소화시키기 위하여 도광판 레진에 현저하게 근접한 광학 성능(특히, 굴절률, 색상 및 투과율)을 갖는다. 라미네이션 및 압출 단계들은 도 9a에 도시된 바와 같이 인-라인(in-line)으로 수행될 수 있거나, 압출 및 라미네이션 단계들이 분리되는 방법으로 오프-라인(off-line)으로 수행될 수 있다. 본 공정에서 캐리어 필름의 사용은 선택적이고, 기계는 캐리어 필름(474)의 사용 없이 제 1 레이어 및/또는 제 2 레이어를 제조하도록 설계될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 압출 캐스팅 공정이 도 10에 개략적으로 도시된다. 패턴(254)을 갖는 단일면 레이어(410b)는 도 9a에 도시된 바와 같이 레이어(410b)의 생성과 유사한 방식으로 생성된다. 이어서, 패턴(252)이 레이어(410b)의 비패터닝 면 상에 부여되어 적절한 프린팅 방법에 의해 광학 시트(300c)를 형성한다. 예를 들어, 단일면 레이어(410b)는 패턴(252)이 필름(410b)의 비패터닝 면 상에 프린팅되는 프린팅 스테이션(492)을 통과한다. 프린팅 방법 중 상당수 형태가 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅 등을 포함하는 이런 단계를 위하여 선택될 수 있다. 어떤 경우에는, 투명 잉크의 광학 특성이 압출된 레이어에 주의 깊게 조화되어야만 한다. 만약 프린팅 재료(잉크)가 UV 감지성이라면, UV 스테이션이 프린팅된 잉크를 경화시키는 프린팅 스테이션 후면에 바로 배치되어야 한다. 광학 시트(300a, 300b)의 총 두께가 도 8c 및 도 9b에서의 레이어(410b)보다 훨씬 큰 반면에, 최종 광학 시트(300c)는 레이어(410b)의 두께와 공칭적으로 동일한 총 두께(D1)를 갖는다. 또한 광학 시트들(300a, 300b)과 유사한 광학 시트(300c)는 이어서 최종 특정된 길이 및 폭 치수로 절단되어야만 하는 복수 개의 도광판 패턴들을 포함한다. 프린팅 및 압출 단계들은 도 10에 도시된 바와 같이 인-라인으로 수행될 수 있거나, 압출 및 프린팅 단계들이 분리되는 방식으로, 오프-라인으로 수행될 수 있다. 이런 공정에서 캐리어 필름의 사용은 선택적이고, 기계는 캐리어 필름(474)의 사용 없이 레이어(410b)를 제조하도록 설계될 수 있다. 이런 방법은 다른 구체예들과 비교해서 미세 기계가공이 덜 된 1개의 패터닝 롤러를 요구하나, 프린팅 방법은 이런 방법으로 발생된 분리된 요소들의 형상 및 크기로 한정될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 압출 캐스팅 공정은 도 11a에 개략적으로 도시된다. 즉, 캐리어 필름은 미세 패터닝 캐리어 필름(474a)이다. 폴리머 레진(450a)은 압출기(476a) 및 시팅 다이(477a)를 통해 이런 패터닝 캐리어 필름 위로 압출된다. 캐리어 필름 및 캐스팅된 레진은 바람직하게는 닙으로부터 하측으로 약간 떨어져 고형화될 때까지 시트를 형성하는 패터닝 롤러(480a)에 부착된다. 고형화된 시트 및 캐리어 필름은 패터닝 롤러(480a)로부터 벗겨지고 제어된 인장력 하에서 당겨 올려지며, 패터닝 캐리어 필름은 벗겨지는 지점(481a)으로부터 하측으로 약간 떨어져 형성된 패터닝 시트로부터 벗겨진다. 도 11b에 도시된 바와 같은 최종 광학 시트(300d)는 패터닝 캐리어 필름(474a)으로부터 전사된 일 표면 상의 패턴(254), 및 패터닝 롤러(480a)로부터 전사된 타 표면 상의 패턴(252)을 갖는다. 이런 시트는 이어서 설계된 도광판의 최종 특정한 길이 및 폭 치수로 절단되어야만 하는 복수 개의 도광판 패턴들을 포함한다.
패터닝 롤러(480a 또는 480b)는 롤러 표면 상에 조각된 패턴을 갖는 것을 필요로 하지 않는다. 대신에, 패턴은 도 11a에 도시된 패터닝 캐리어 필름(474a)과 유사한, 롤러 주위에 싸인 패터닝 필름에 의해 생성될 수 있다.
본 발명에서, 만약 캐리어 필름이 닙 영역으로부터 벗겨지는 지점을 지나 형성된 레진의 이송을 용이하게 하는 데에 사용된다면, 캐리어 필름은 몇몇의 핵심적인 요구조건들을 충족시켜야 한다: 이는 강성 및 유연성이 있어야 하고, 핫 멜트가 캐리어 필름 위로 캐스팅되는 닙 영역에 접하는 상승된 온도 및 압력 하에서 치수 일체성 및 물리적 특성을 유지하여야만 한다. 더욱이, 필름의 표면은 꽤 매끄러워야 하고 고형화된 레진에 약하게 부착되어 벗겨지는 지점으로부터 하측으로 일부 지점에 형성된 패터닝 필름으로부터 손쉽게 벗겨내어 질 수 있도록 할 필요가 있다. 이런 요구조건들을 충족시키는 재료의 실시예는 이축 배향된 PET 및 PEN 필름, 폴리술폰 필름 및 폴리아릴레이트 필름을 포함하나 이에 한정되지 않는다.
바람직하게는, 본 발명의 압출 캐스팅 공정은 도 12a에 개략적으로 도시된다. 즉, 본 발명의 광학 시트(300e)는 캐리어 필름의 사용 없이 가압 롤러(480b) 및 패터닝 롤러(480a) 상에 패턴들을 모두 배치함으로써 단일 패터닝 단계에서 준비된다. 닙 영역에서 패터닝 가압 롤러(480b)와 레진의 짧은 잔류 시간 및 접촉 시간 때문에, 패터닝 시트의 양면 상에 허용가능한 복제 피델리티를 달성하기 위하여 가압 롤러(480b)로부터 전사된 패턴은 손쉽게 복제되는 것(예를 들어, 매우 얕은 프리즘)이 바람직하다. 또한, 더 손쉬운 복제로 가압 롤러의 면 상에 상이한 레진의 레이어를 공압출하고 특징을 형성함으로써, 더 짧은 접촉 시간에서 더 양호한 복제를 달성하는 것이 가능하다. 이런 양상에서 유용할 수 있는 레진의 실시예는 조성에 있어 도광판에 사용된 벌크 폴리머와 유사하나 더 낮은 분자량 또는 적절한 가소제로 제제된 레진을 갖는 폴리머이다. 일 실시예에서, 최종 광학 시트(300e)는 2개의 표면들 상에 패턴들(252, 254)을 갖는다. 이런 방법은 실행하기에 가장 단순하나, 품질 및 비용에 대하여 최적일 수 없다.
대안적으로, 도 12b는 도 12a 및 도 11a의 약간 변형된 방법을 제공한다. 도 12b에 도시된 압출 캐스팅 공정은 롤러(478a)에 걸쳐 이송된 미세 구조체 패터닝 벨트(479)가 패터닝 가압 롤러(480b)를 대체하는 것을 제외하고는 도 12a에 도시된 것과 동일하다. 닙 영역에서 벨트(479)와 레진의 짧은 잔류 시간 및 접촉 시간 때문에, 패터닝 시트의 양면 상에 허용가능한 복제 피델리티를 달성하기 위하여 벨트로부터 전사된 패턴은 손쉽게 복제되는 것(예를 들어, 매우 얕은 프리즘)이 바람직하다.
도 12c에 도시된 압출 캐스팅 공정은 미세 패터닝 벨트(479)가 닙으로부터 하측으로 패터닝 롤러(480a)를 부분적으로 싸는 것을 제외하고는 도 12b에 도시된 것과 동일하다. 본 발명의 광학 시트는 일 표면 상에서 패터닝 벨트(479)로부터의 패턴들 중 하나, 및 반대측 표면 상에서 패터닝 롤러(480a)로부터의 다른 것을 복제함으로써 단일 패터닝 단계에서 준비된다. 약간 떨어진 것에 대하여 패터닝 롤러(480a) 상에서 패터닝 벨트(479)를 싸는 것은 벨트(479)와 레진의 접촉 시간을 증가시키고, 이에 따라 벨트로부터 광학 시트 위로의 구조체들의 복제 피델리티를 향상시킨다.
도 12d에 도시된 압출 캐스팅 공정은 패터닝 롤러들(480a, 480b)이 도시된 바와 같이 구동 롤러들 주위에 싸인 연속적인 미세 패터닝 벨트들(479a, 479b)로 대체되는 것을 제외하고는, 도 12a에 도시된 것과 유사하다.
도 12a 내지 도 12d에 도시된 공정 구체예들을 통해 제조된 최종 양면 광학 시트(300e)는 도 11b에 도시된 광학 시트(300d)와 동일한 단면을 갖는다. 광학 시트(300e)는 이어서 설계된 도광판의 최종 특정한 길이 및 폭 치수로 절단되어야만 하는 복수 개의 도광판 패턴들을 포함한다.
패터닝 롤러를 포함하는 모든 구체예들에서, 패터닝 롤러의 표면 온도(T)는 바람직하게는 Tg - 50℃보다 크고, 더 바람직하게는 Tg - 30℃보다 크며, 가장 바람직하게는 Tg - 20℃보다 크고, Tg는 압출된 레진의 유리 전이 온도이다.
상기에 설명된 구체예들 중 어떠한 것에 의해 생성된 광학 시트는 최종적으로 설계된 도광판의 특정된 길이 및 폭 치수를 갖는 복수 개의 양면 도광판들로 절단되는 마무리 스테이션으로 전사된다. 단일 광학 시트로부터 마무리된 도광판은 동일하거나 상이한 치수 및 미세 패턴들을 가질 수 있다.
레진 재료
상당수 폴리머 재료가 본 발명을 실시하는 데에 사용될 수 있다. 레진 재료는 일반적인 압출 조건 하에서 압출가능하여야 하고, 캐스팅하기에 손쉬워야하며, 분리된 미세 패턴 및/또는 선형 미세 패턴을 복제가능하여야 한다. 재료는 또한 실제로 사용하는 동안에 균열 및 뒤틀림을 최소화시키기에 현저한 강성 및 인성이 있어야 한다. 또한, 재료는 낮은 색상 및 스펙트럼의 가시적 범위에 걸쳐 높은 수준의 투과율을 지녀야만 한다. 이런 어플리케이션에 가장 중요한 특성은 흡광 계수(extinction coefficient)이다. 재료의 고유 광학 밀도(OD) 또는 흡광 계수는
Figure pat00009
로부터 계산되고, 여기서 Tr은 투과율이고, L은 광학 경로 길이이다. 이런 특성은 도광판에서 흡수 손실을 최소화시키기 위하여 가능한 한 낮아야만 한다. 본 발명에서 유용한 재료는 충격 개선된 PMMA 및 메틸 메타크릴레이트와 다른 아크릴 및 비아크릴 모노머의 코폴리머를 포함하는 PMMA 및 다른 아크릴 폴리머, 폴리카보네이트, 폴리 싸이클로 올레핀, 싸이클릭 블럭 코폴리머, 폴리아미드, 스티렌, 폴리술폰, 폴리에스테르, 폴리에스테르-카보네이트 및 이의 다양한 혼화성 블렌드를 포함하나 이에 한정되지 않는다. PMMA에 대한 일반적인 OD는 대략 0.0002/㎜ 내지 0.0008/㎜ 사이에 변할 수 있는 반면에, 폴리카보네이트에 대해서 일반적으로 재료의 순도 및 등급에 따라, 0.0003/㎜ 내지 0.0015/㎜의 범위에 있다.
실시예들
본 발명의 실시예 1
광학 시트(300)는 길이(Ls
Figure pat00010
957㎜), 폭(Ws
Figure pat00011
343㎜), 및 0.1㎜ 내지 0.7㎜ 사이에서 변하는 두께(Ds)를 갖는다. 광학 시트(300)는 그 위에 4개의 도광판 패턴들을 갖고, 각각은 150㎜ 내지 240㎜ 사이에서 변하는 동일한 길이, 및 150㎜ 내지 320㎜ 사이에서 변하는 폭을 갖는다. 모든 4개의 도광판들이 롤-대-롤 공정에서 함께 제조되기 때문에, 각각의 도광판은 250㎜/초의 기계 라인 속도로 1초 아래에서 제조된다. 상상컨대, 동일한 광학 시트(300) 및 동일한 패터닝 롤러 상에서 더 작은 도광판들, 예를 들어 약 20㎜의 길이 및 폭 치수들의 더 많은 개수에 대해, 도광판 당 제조 시간은 동일한 기계 라인 속도에 대하여 훨씬 더 짧아질 것이다.
본 발명의 실시예 2
광학 시트(300)는 길이(Ls
Figure pat00012
1436㎜), 폭(Ws
Figure pat00013
686㎜), 및 0.1㎜ 내지 0.7㎜ 사이에서 변하는 두께(Ds)를 갖는다. 광학 시트(300)는 14개의 도광판 패턴들을 갖고, 각각은 150㎜ 내지 240㎜ 사이에서 변하는 길이, 및 150㎜ 내지 320㎜ 사이에서 변하는 폭을 갖는다.
14개의 도광판 패턴들은 하나 이상의 하기 특징들을 가진다. 일 양상에서, 14개의 도광판들의 적어도 2개는 상이한 길이를 갖는다. 다른 양상에서, 14개의 도광판들의 적어도 2개는 상이한 폭을 갖는다. 또 다른 양상에서, 14개의 도광판들 중 적어도 1개는 광학 시트(300)와 동일한 폭 방향을 갖는다. 예를 들어, W1에 의해 특정된 도 1에 도시된 도광판(250a)의 폭 방향은 Ws에 의해 특정된 광학 시트(300)의 폭 방향에 평행하다. 또 다른 양상에서, 14개의 도광판들의 적어도 1개는 광학 시트(300)의 폭 방향과 직교인 폭 방향을 가진다. 예를 들어, W6에 의해 특정된 도광판(250f)의 폭 방향은 Ws에 의해 특정된 광학 시트(300)의 폭 방향에 대해 직교이다.
또 다른 양상에서, 도광판들 중 하나 예를 들어, 도광판(250j)의 폭 방향은 광학 시트(300)의 폭 방향에 대해 0 내지 90도 사이의 각도에서 정렬되는 것이 가능하다. 하나 이상의 도광판은 직사각형이 아니나, 정사각형, 원형 또는 어떠한 다른 공지된 형상인 것이 또한 가능하다.
일반적으로, 어떠한 2개의 이웃하는 도광판들 사이에 빈 공간(260)이 존재하기 때문에, 빈 공간의 일부를 포함함으로써 원래 의도된 도광판으로부터 도광판의 크기를 증가시키는 것이 가능하다. 대안적으로, 도광판은 원래 의도된 도광판보다 작게 절단될 수 있다. 상이한 도광판들을 갖는 광학 시트의 장점은 단일 제조 단계에서 상이한 LCD 어플리케이션을 위한 도광판들을 생성하는 것이다. 디스플레이 산업에서 현저한 표준들의 부족으로 인해, 상이한 디스플레이 사용자들이 도광판들의 상이한 크기를 요구할 수 있다. 본 발명의 광학 시트(300)는 다수의 사용자들로부터 상이한 요구조건들을 충족시키는 저비용 해결책을 제공한다.
본 발명의 실시예 3
광학 시트(300)는 길이(Ls
Figure pat00014
1436㎜), 폭(Ws
Figure pat00015
980㎜), 및 0.1㎜ 내지 0.7㎜사이에서 변하는 두께(Ds)를 갖는다. 광학 시트(300)는 21개의 도광판 패턴들을 갖고, 각각은 150㎜ 내지 240㎜ 사이에서 변하는 길이, 및 150㎜ 내지 320㎜ 사이에서 변하는 폭을 갖는다.
광학 시트(300)가 152㎜/초의 기계 속도로 제조될 때, 21개의 도광판들을 포함하는 1개의 광학 시트(300)를 제조하는 데 약 9.4초가 소요된다. 평균하여, 유사한 도광판들의 종래의 사출 성형으로 가능한 것보다 훨씬 빠른 속도로 1개의 도광판을 만드는데 0.5초보다 적게 소요된다.
비교의 실시예
비교예로서, 단지 약 150㎜보다 큰 길이 또는 폭을 갖는 단일 도광판이 일반적인 사출 성형 사이클로 제조될 수 있다. 따라서, 도광판 당 사이클 시간(cycle time)이 비교적 길어질 것이다. 다수의 도광판들이 사출 성형에 의해 사이클 당 생성될 수 있으나, 모든 패터닝 표면들에 대한 양호한 복제 피델리티를 달성하는 반면에 그렇게 이행함에 있어 난이도는 플레이트의 폭 및 길이에 따른 증가 및 두께에 있어 감소에 따라 현저하게 증가한다.
요약하면, 본 발명의 적어도 0.8m의 길이 및 적어도 0.3m의 폭을 갖는 대형 광학 시트로부터 마무리되는 도광판들은 바람직하게는 종래의 사출 성형 기술로 현재에는 실현 가능한 것보다 훨씬 빠른 속도 및/또는 훨씬 큰 크기 및 더 작은 두께로 제조된다. 이런 도광판들은 또한 상이한 사용자들의 지속적으로 변하는 필요를 충축하도록 커스터마이즈(customize)하기 더 쉽다.

Claims (14)

  1. 복수 개의 도광판 패턴들을 갖되, 각각의 도광판 패턴이 광을 방출하기 위한 미세 패터닝 출사 표면, 및 출사 표면에 반대측인 미세 패터닝 바닥 표면을 갖는 광학 시트에 있어서, 상기 광학 시트는,
    제 1 레진을 패터닝 롤러와 가압 롤러 사이의 닙 안으로 압출하여 패터닝 롤러 표면 온도(T1) 및 닙 압력(P1)에서 압출된 레이어를 형성하는 단계(레이어는 비패터닝 표면 및 패터닝 표면을 갖고, 패터닝 표면은 패터닝 롤러로부터 전사된 패턴을 갖는다); 및
    분리된 패턴을 압출된 레이어의 비패터닝 표면 상에 프린팅하여 복수 개의 도광판 패턴들을 포함하는 광학 시트를 형성하는 단계를 포함하는 단계들로 제조되는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    광학 시트는 0.8m 이상인 길이(Ls)를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    광학 시트는 0.3m 이상인 폭(Ws)을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    광학 시트는 0.05㎜ 내지 약 2㎜ 사이의 범위에서 두께(Ds)를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    도광판 패턴들이 0.15m 이상인 폭 및 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    출사 표면 또는 바닥 표면 상의 미세 패턴은 분리된 요소들을 포함하고, 다른 주표면 상의 미세 패턴은 연속적인 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    출사 표면 및 바닥 표면 상의 미세 패턴들은 분리된 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    T1은 Tg1 - 50℃보다 크고, Tg1은 압출된 레진의 유리 전이 온도인 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    닙 압력(P1)은 롤러 폭의 밀리미터당 8 뉴턴보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    레이어는 캐리어 필름 위로 압출되고, 이어서 캐리어 필름이 벗겨내어 지는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  11. 제 1 항에 있어서,
    패터닝 롤러 상의 패턴이 패터닝 벨트로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  12. 제 1 항에 있어서,
    압출된 레진은 폴리카보네이트, 올레핀 폴리머 또는 아크릴 폴리머인 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  13. 제 1 항에 있어서,
    프린팅 단계는 잉크 젯, 스크린 프린팅, 실크 스크리닝 등일 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  14. 제 1 항에 있어서,
    프린팅 잉크는 UV 경화가능한 레진인 것을 특징으로 하는 광학 시트.
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