KR20170064802A - 상부 패턴층 및 하부 패턴층을 갖는 광학 필름 - Google Patents

상부 패턴층 및 하부 패턴층을 갖는 광학 필름 Download PDF

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강창호
차효길
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에스케이씨하스디스플레이필름(유)
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Abstract

본 발명은 상부 패턴층, 기재층, 하부 패턴층 및 버퍼층이 순차적으로 적층되고, 상기 버퍼층의 굴절률이 하부 패턴층의 굴절률보다 낮은 광학 필름에 관한 것으로, 본 발명의 광학 필름은 종래 사용되던 다수의 광학 필름에 비해 두께가 얇고 제품의 조립 공정이 수월하며, 열 등에 의한 휨, 웨이빙 등의 불량 현상의 발생을 감소시킬 수 있고, 종래 복합 기능 필름(POP, MOP 등)이 갖는 박리 현상(delamination)을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 휘도가 개선되어 백라이트 유닛으로서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

상부 패턴층 및 하부 패턴층을 갖는 광학 필름{OPTICAL FILM HAVING UPPER PATTERN LAYER AND LOWER PATTERN LAYER}
본 발명은 기재층 상하부에 패턴층을 갖는 광학 필름에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상부 패턴층, 기재층, 하부 패턴층 및 버퍼층이 순차적으로 적층되어 휘도가 향상된 광학 필름에 관한 것이다.
일반적으로, 평판 디스플레이(flat display)는 크게 발광형과 수광형으로 분류한다. 수광형 평판 디스플레이의 예로서 액정표시장치를 들 수 있는데, 이러한 액정표시장치는 그 자체가 발광하여 액정 화상을 형성하지 못하고, 외부로부터 빛이 입사되어야 액정 화상을 형성할 수 있다. 평판형 디스플레이로서 널리 이용되는 액정표시장치(liquid crystal display; LCD)는 외부에서 들어오는 빛의 양을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 장치이기 때문에, 화면 전체에 균일한 밝기를 유지할 수 있는 배면광원 형태의 백라이트 유닛(back light unit; BLU)이 필요하다.
백라이트 유닛은 스스로 빛을 내지 못하는 LCD에 램프 빛을 공급해 정보를 표현할 수 있도록 하는 장치로, LCD의 뒷면에 있어 백라이트 유닛이라 불린다.
백라이트 유닛의 광원으로는 주로 소형 형광 램프 또는 발광다이오드(LED)가 사용되는데, 상기 소형 형광 램프 또는 LED는 선광원(線光源) 또는 점광원(點光源)이므로, BLU에서는 이를 균일한 면광원으로 변환시켜주는 도광판, 도광판 하측으로 빠져나가는 빛을 반사시켜 광 손실을 줄이는 반사판, 도광판 상측으로 발산되는 빛을 산란시켜 결함(defect)을 가려주고 광을 확산시켜주는 확산시트, LCD 크기에 따라 균일하게 확산된 빛을 집광시켜 강한 세기의 빛을 만들어 주는 프리즘시트 등의 광학 필름을 사용하여 면광원 형태로 바꾸어 이용하게 된다. 이외에도 광원에서 발산되는 빛을 최대한 LCD 패널 방향으로 보내기 위해 여러 종류의 플레이트(plate) 및 필름이 사용되고 있다.
하지만, 다수의 광학 필름을 사용하는 경우 제품의 두께가 두꺼워지고, 제품의 조립 공정이 복잡해지며, 다수의 얇은 광학 필름의 열 등에 의한 휨, 웨이빙(waving) 등의 불량 현상이 발생하는 문제가 있고, 기존의 복합 기능필름(POP, MOP 등)이 가지는 박리현상(delamination)이 발생한다.
따라서, 최근에는 장치의 슬림화 및 저 소비전력의 추세에 따라 광학 필름의 수를 한 장으로 대체하여 복합화함으로써 제조 단가를 낮추고 생산성을 증가시키기 위한 노력이 활발하게 이루어지고 있으나, 광 손실로 인해 광휘도가 감소되는 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 휘도가 저하되지 않으면서 다수의 필름을 한 장으로 대체할 수 있는 광학 필름을 개발하기 위해 연구하던 중, 기재층의 상하면에 패턴을 형성하고, 하부 패턴층 외부에 낮은 굴절률을 갖는 버퍼층을 형성시킴으로써 전술한 문제점을 해결할 수 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 다수의 필름을 한 장으로 복합/단순화함으로써 제품을 슬림화하고, 열 등에 의한 휨, 웨이빙 등을 방지할 수 있으며, 휘도가 개선된 광학 필름을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상부 패턴층, 기재층, 하부 패턴층 및 버퍼층이 순차적으로 적층되고, 상기 버퍼층의 굴절률이 하부 패턴층의 굴절률보다 낮은 광학 필름을 제공한다.
본 발명의 광학 필름을 종래 사용되던 다수의 광학 필름에 비해 두께가 얇고 제품의 조립 공정이 수월하며, 열 등에 의한 휨, 웨이빙 등의 불량 현상의 발생을 감소시킬 수 있고, 종래 복합 기능 필름(POP, MOP 등)이 갖는 박리현상(delamination)을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 휘도가 개선되어 백라이트 유닛으로서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 광학 필름의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 광학 필름의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 광학 필름의 정면도 및 측면도로서, 상기 필름을 통과하는 빛의 방향을 보여준다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 광학 필름의 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명은 상부 패턴층, 기재층, 하부 패턴층 및 버퍼층이 순차적으로 적층되고, 상기 버퍼층의 굴절률이 하부 패턴층의 굴절률보다 낮은 광학 필름을 제공한다.
이하, 본 발명의 광학 필름을 구성하는 각 층에 대해 설명한다.
(1) 기재층
본 발명에서 사용되는 기재층은 자외선, 가시광선, 전자선 등의 활성 에너지를 투과하는 재료라면 특별히 한정되지 않으며, 구체적인 예로는 유연한 폴리에스테르계 수지, 아크릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 염화비닐계 수지, 폴리(메트)아크릴아미드계 수지 등을 들 수 있다. 특히, 패턴부의 굴절율보다도 굴절율이 낮고, 표면 반사율이 낮은 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트와 폴리플루오로화 비닐리덴계 수지와의 혼합물, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 PET 필름이 사용될 수 있다. 이러한 기재층은 20 내지 300 ㎛의 두께일 수 있다.
(2) 상부 패턴층
본 발명에서 기재층의 상부에 위치하는 상부 패턴층은 버퍼층, 하부 패턴층 및 기재층을 통과한 빛에 대하여 집광 기능을 수행하는 층으로서, 아래 층들을 통과하면서 다소 퍼뜨려졌거나 수직으로 유도되지 못한 빛을 수직방향으로 유도한다. 상부 패턴층은, 상부면은 공기층과 접하고 하부면은 기재층과 접한다. 상기 상부 패턴층은 하나의 매질로 구성되는 것이 바람직하다.
상부 패턴층의 굴절율은 0.5 내지 5.0 이상, 바람직하게는 1.0 내지 3.0, 더욱 바람직하게는 1.2 내지 2.0, 가장 바람직하게는 1.4 내지 1.8의 범위일 수 있으며, 상기 범위에서 우수한 집광 효율을 나타낼 수 있다.
상부 패턴층을 형성하는 광학 패턴은 하부 패턴층에 포함되는 광학 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 상부 패턴층을 형성하는 광학 패턴은 기재층에 돌출되어 집광 기능을 수행할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들며, 상기 광학 패턴은 프리즘, 렌티큘러 렌즈, 마이크로렌즈, 엠보 등일 수 있다. 하나의 구현예에서, 상기 광학 패턴은 일반적인 프리즘 시트의 패턴층처럼 1차원 선형배열이거나, 마이크로렌즈 시트의 패턴층처럼 2차원 배열일 수 있다.
상기 패턴의 단면 형상은 다각형이거나, 하나 이상의 모서리 끝이 둥근 다각형, 원형, 타원형, 또는 쌍곡선형인 다각형일 수 있다. 또한, 상기 패턴의 단면 형상은 다각형, 예를 들면 삼각형, 사다리꼴이거나, 구형 또는 비구형일 수 있다.
상기 상부 패턴층을 형성하는 광학 패턴의 높이와 폭은 제한되지 않지만, 집광 효율을 고려하여 높이가 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 폭은 1 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있다.
상기 상부 패턴층은 아크릴계 수지, UV 경화형 우레탄 아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트 수지 및 이들의 혼합물로 구성될 수 있다.
상기 상부 패턴층은 비드와 바인더를 추가로 포함할 수 있고, 이를 통해 빛을 산란시키는 기능을 추가할 수 있다.
상기 비드는 경질 아크릴레이트, 폴리스티렌, 나일론, 연질 아크릴레이트 및 실리콘 중에서 선택된 재질을 포함하는 유기 고분자 비드일 수 있으며, 이들 중 내용제성이 좋아 분산이 용이한 경질 아크릴레이트가 바람직하다. 상기 비드는 구형이 바람직하며, 0.5 ㎛ 내지 20 ㎛, 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛ 또는 0.8 ㎛ 내지 2 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있다. 상기 비드의 굴절율은 패턴층을 구성하는 수지의 굴절율과 차이가 0.02 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 바인더로는 불포화폴리에스터, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 노말부틸메타크릴레이트, 노말부틸메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 히드록시에틸아크릴레이트, 아크릴아미드, 메티롤아크릴아미드, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 노말부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 중합체 혹은 공중합체 혹은 삼원 공중합체 등의 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계 및 멜라민계 등이 사용될 수 있다.
(3) 하부 패턴층
본 발명에서 기재층의 하부에 위치하는 하부 패턴층은 아래 도광판이나 확산플레이트를 통과한 빛을 상부로 유도한다. 하부 패턴층의 상부면은 기재층과 접하고 하부면은 버퍼층과 접한다. 상기 하부 패턴층은 하나의 매질로 구성되는 것이 바람직하다.
하부 패턴층을 형성하는 광학 패턴은 상부 패턴층에 포함되는 광학 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 하부 패턴층을 형성하는 광학 패턴은 기재층에 돌출되어 집광 기능을 수행할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 광학 패턴은 프리즘, 렌티큘러 렌즈, 마이크로렌즈, 엠보 등일 수 있다. 하나의 구현예에 있어서, 상기 광학 패턴은 일반적인 프리즘 시트의 패턴층처럼 1차원 선형배열이거나, 마이크로렌즈 시트의 패턴층처럼 2차원 배열일 수 있다.
상기 패턴의 단면 형상은 다각형, 예를 들면 삼각형, 사다리꼴이거나, 구형 또는 비구형일 수 있다.
하부 패턴층을 형성하는 광학 패턴의 높이와 폭은 제한되지 않지만, 집광 효율을 고려하여 높이가 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 폭은 1 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있다.
하부 패턴층은 아크릴계 수지, UV 경화형 우레탄 아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트 수지 및 이들의 혼합물로 구성될 수 있다.
본 발명에 사용되는 하부 패턴층은 그 아래 위치한 버퍼층보다 굴절률이 높은 것을 특징으로 한다.
상부 패턴층만 갖는 광학 필름의 경우에는 상부 패턴층을 통과한 빛이 공기 속으로 빠져나가면서, 즉 굴절률 차이가 큰 매질 경계면을 통과하면서 굴절 및 반사가 수월하게 이뤄지는데 반해, 상부 패턴층 및 하부 패턴층을 갖는 광학 필름의 경우에는 거꾸로 공기층에서 매질로 빛이 들어가면서 원하는 패턴의 기능이 수월하지 않게 된다. 이를 개선하기 위해, 본 발명은 기재층 하부에 하부 패턴층과 버퍼층을 배치하되, 상기 버퍼층의 굴절률이 하부 패턴층의 굴절률보다 낮도록 설계함으로써 기존의 패턴 기능을 수행할 수 있게 한다. 예를 들어, 하부 패턴층의 굴절률은 0.5 내지 5.0, 바람직하게는 1.0 내지 3.0, 더욱 바람직하게는 1.2 내지 2.0, 가장 바람직하게는 1.4 내지 1.8의 범위일 수 있다. 버퍼층은 0.3 내지 4.8, 바람직하게는 0.8 내지 2.8, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 1.8, 가장 바람직하게는 1.2 내지 1.6의 굴절률을 가질 수 있다. 상기 굴절률차(ΔN)는 0.01 내지 0.2, 바람직하게는 0.05 내지 0.18, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.15일 수 있고, 상기 범위의 굴절률차에서 우수한 수직 휘도가 달성될 수 있다.
(4) 버퍼층
본 발명에서 하부 패턴층의 하부에 위치하는 버퍼층은 하부 패턴층과 도광판 또는 확산플레이트와의 마찰을 막는 역할을 할 뿐만 아니라, 하부 패턴층보다 낮은 굴절률을 가져 패턴의 순기능을 확보하는 역할을 한다.
상기 버퍼층은 하부 패턴층과 도광판 또는 확산플레이트와의 마찰을 막기 위해, 일반 광학 시트들에 주로 쓰이는 후면 코팅(back coating)이 적용될 수 있다. 이때, 광택이 나는 도광판의 상면 등과 마찰을 방지하기 위해, 그 재질로는 나일론, 우레탄 및 폴리부틸메타아크릴레이트(PBMA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 버퍼층은 패턴의 순기능을 확보하기 위해 0.3 내지 4.8, 바람직하게는 0.8 내지 2.8, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 1.8, 가장 바람직하게는 1.2 내지 1.6의 굴절률을 가질 수 있다. 하나의 구현예에서, 하부 패턴층과 버퍼층의 굴절률차는 0.01 내지 0.2, 바람직하게는 0.05 내지 0.18, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.15일 수 있다.
상기 버퍼층은 하부에 돌기(matte)를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 광학 필름은 상부 패턴층과, 굴절률차를 보이는 하부 패턴층 및 버퍼층으로 인해 기존의 두 광학 필름의 기능을 수행할 수 있고, 두 광학 필름을 하나의 광학 필름으로 대체하면서 열 등에 의한 휨, 웨이빙 등을 방지할 수 있으며, 전체 두께가 낮아져 제품의 슬림화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 광학 필름의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 광학 필름은 기재층(100) 위에 상부 패턴층(200)이 적층되어 있고, 기재층(100) 아래에 하부 패턴층(300)이 적층되어 있으며, 상기 하부층 아래에는 버퍼층(400)이 적층되어 있다.
상기 버퍼층은 하부 패턴층보다 낮은 굴절률을 가져 패턴의 순기능을 확보하며, 하부 패턴층은 아래 도광판이나 확산플레이트를 통과한 빛을 상부로 유도하고, 상부 패턴층은 버퍼층, 하부 패턴층 및 기재층을 통과한 빛에 대하여 집광 기능을 수행하는 층으로서, 아래 층들을 통과하면서 다소 퍼뜨려졌거나 수직으로 유도되지 못한 빛을 수직방향으로 유도한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 광학 필름의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 각각 본 발명의 일 구현예에 따른 광학 필름의 정면도 및 측면도로서, 상기 필름을 통과하는 빛의 방향을 보여준다.
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 하부에 돌기(matte)를 갖는 버퍼층을 포함하는 광학 필름의 구조를 보여준다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 광학 필름은 기재층(100) 위에 상부 패턴층(200)이 적층되어 있고, 기재층(100) 아래에 하부 패턴층(300)이 적층되어 있으며, 상기 하부층 아래에는 버퍼층(400)이 적층되어 있고, 버퍼층 하부에는 돌기(matte)가 형성되어 있다. 상기 돌기는 패턴을 강화하여 빛을 상부로 유도하는 기능을 한다.
한편, 본 발명은 전술한 광학 필름을 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 백라이트 유닛을 포함하는 LCD TV를 제공한다. 상기 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 LCD TV는 종래 기술에 널리 알려져 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1에 도시된 바와 같이, 상부 패턴층, 기재층, 하부 패턴층 및 버퍼층의 순으로 적층된 광학 필름을 통상적인 방법으로 광학 필름을 제조하였다. 이때, 상부 패턴층에 패턴유형을 프리즘 패턴층으로 형성하되, 하부 패턴층 및 버퍼층의 굴절률이 각각 1.60 및 1.40을 갖도록 형성하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 상부 패턴층에 패턴유형을 마이크로렌즈로 변경하고, 하부 패턴층을 형성하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 필름을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 하부 패턴층을 형성하지 않는 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 필름을 제조하였다.
실시예 2
하부 패턴층 및 버퍼층의 굴절률이 각각 1.56 및 1.44를 갖도록 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 광학 필름을 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 2에서 상부 패턴층에 패턴유형을 마이크로렌즈로 변경하고, 하부 패턴층을 형성하지 않는 것을 제외하고 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 필름을 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 2에서 하부 패턴층을 형성하지 않는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 광학 필름을 제조하였다.
실험예 1: 물성 평가
상기 실시예 및 비교예의 광학 필름에 대해 하기와 같이 수직 휘도를 측정하였다.
휘도는 상기 광학 필름을 구동중인 Edge LED V1 bar BLU 램프 위에 1장씩 올려놓고 (주)에스피텍사의 코노미터(conometer)를 사용하여 휘도 값을 측정하고, 이를 비교예 1의 광학 필름의 휘도를 기준(100%)으로 하여 상대적인 휘도로 계산하였다.
측정 결과를 표 1에 나타내었다.
상부 패턴층 하부 패턴층 버퍼층 ΔN 수직 휘도
패턴유형 패턴유형 굴절률 굴절률
실시예 1 일반 프리즘 ΔN 프리즘 1.60 1.40 0.20 121.7%
비교예 1 마이크로렌즈 없음* - - - 100.0%
비교예 2 일반 프리즘 없음* - - - 111.8%
실시예 2 일반 프리즘 ΔN 프리즘 1.56 1.44 0.12 114.0%
비교예 3 마이크로렌즈 없음* - - - 100.0%
비교예 4 일반 프리즘 없음* - - - 111.8%
ΔN=하부 패턴층의 굴절률-버퍼층의 굴절률
*하부면에 패턴층과 버퍼층이 없음
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 상부 및 하부 패턴층을 포함하며, 버퍼층의 굴절률이 하부 패턴층의 굴절률보다 낮은 본 발명의 광학 필름은 휘도가 매우 우수한 것으로 나타났다. 특히, 하부 패턴층과 버퍼층의 굴절률 차가 클수록 수직 휘도를 더 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
100: 기재층 200: 상부 패턴층
300: 하부 패턴층 400: 버퍼층

Claims (8)

  1. 상부 패턴층, 기재층, 하부 패턴층 및 버퍼층이 순차적으로 적층되고, 상기 버퍼층의 굴절률이 하부 패턴층의 굴절률보다 낮은 광학 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상부 패턴층 및 하부 패턴층이 다각형, 하나 이상의 모서리 끝이 둥근 다각형, 원형, 타원형 또는 쌍곡선형인 것을 특징으로 하는, 광학 필름.
  3. 제1항에 있어서, 하부 패턴층과 버퍼층의 굴절률차(ΔN)가 0.01 내지 0.2인 것을 특징으로 하는, 광학 필름.
  4. 제1항에 있어서, 상기 버퍼층의 하부에 돌기(matte)가 형성된 것을 특징으로 하는, 광학 필름.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상부 패턴층이 집광층인 것을 특징으로 하는, 광학 필름.
  6. 제1항에 있어서, 상기 상부 패턴층이 비드와 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학 필름.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하부 패턴층이 집광층인 것을 특징으로 하는, 광학 필름.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 광학 필름을 포함하는 백라이트 유닛.
KR1020150170729A 2015-12-02 2015-12-02 상부 패턴층 및 하부 패턴층을 갖는 광학 필름 KR20170064802A (ko)

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