KR102842581B1

KR102842581B1 - 명암비 개선 광학 필름

Info

Publication number: KR102842581B1
Application number: KR1020200145763A
Authority: KR
Inventors: 김성수; 백성호
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사
Priority date: 2020-11-04
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2025-08-04
Anticipated expiration: 2040-11-04
Also published as: CN116457707A; JP7688701B2; WO2022097993A1; JP2023548053A; KR20220060154A

Abstract

명암비 개선 광학 필름은 일면에 음각 패턴을 이격시켜 다수를 구비하는 고굴절층과 음각 패턴을 충전하면서 고굴절층의 일면에서 결합하는 저굴절층을 포함한다. 음각 패턴은 중앙 영역에 함몰되어 수평으로 형성되는 함몰 평탄부와 함몰 평탄부와 고굴절층의 일면 사이에 고굴절층에서 저굴절층으로 돌출하면서 곡면 형태로 경사지는 돌출 곡면 경사부를 포함한다.

Description

명암비 개선 광학 필름{Optical Film With Improved Contrast Ratio}

본 발명은 광학 필름에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 측면 휘도를 높여 시야각을 개선할 수 있는 광학 필름에 관한 것이다.

액정 표시장치는 백라이트 유닛에서 나온 광이 액정 패널을 통해 출사됨으로써 작동한다. 액정 표시장치에서, 화면의 정면에서는 휘도(Luminance)와 명암비(Contrast Ratio)가 높지만, 측면에서는 휘도와 명암비가 떨어진다. 표시 장치에서는 명암비가 높아야 화면의 밝고 어두운 부분을 세세히 표현할 수 있고, 그 결과로서 우수한 화질을 구현할 수 있다.

최근, 액정 표시장치의 화면이 커지면서, 정면 뿐만 아니라 측면 화질도 중요해 지고 있다. 그래서, 화면의 측면에서 높은 휘도와 명암비를 구현하려는 노력이 지속되고 있다.

액정 표시장치는 제1 편광판, 액정 패널, 제2 편광판을 적층한 구조의 적층판을 포함할 수 있다. 제1 편광판은 액정 패널의 하부에 결합하여 입사 광을 편광시킬 수 있다. 액정 패널은 제1 편광판과 제2 편광판 사이에 결합하여 제1 편광판으로부터 입사되는 광을 제2 편광판으로 투과시키는 것으로, 표시 매체인 액정층을 포함할 수 있다. 제2 편광판은 액정 패널의 상부에 결합하여 액정패널을 통과하는 광을 편광 및 확산시킴으로써 측면의 휘도, 명암비를 높일 수 있다. 제2 편광판은 편광자, 광학 필름, 보호층 등을 적층한 구조일 수 있다.

도 1a,1b는 편광판에 사용되는 종래의 광학 필름을 도시하는 단면도이다.

도 1a,1b에 도시한 바와 같이, 종래의 광학 필름(110,120)은 고굴절층(111,121)과 저굴절층(112,122)을 적층하여 구성할 수 있다. 고굴절층(111,121)은 함몰 형태의 음각 패턴을 구비할 수 있다. 음각 패턴은 함몰 평탄부(F1,F2)와 고굴절층(111,121)의 일면 사이에 경사부(S1,S2)를 구비하고 있다. 경사부(S1,S2)는, 도 1a의 도시와 같이 직선 형태(S1)로 구성하거나, 도 1b의 도시와 같이 저굴절층(122)에서 고굴절층(121)으로 함몰되는(휘어지는), 즉 함몰 곡면 경사부(S2)로 구성하고 있다.

그런데, 도 1a,1b와 같이, 고굴절층의 음각 패턴을 직선(S1)이나 함몰 곡면 경사부(S2)로 형성하면, 구현 제품(표시 장치)에서 정면 상대 휘도(광학 필름을 결합하지 않은 상태의 정면 휘도를 기준으로 하는 상대 휘도) 및 60° 측면 상대 휘도(정면 상대 휘도를 기준으로 하는 상대 휘도)의 고품질 기준값(정면 상대 휘도는 92% 이상, 60° 측면 상대 휘도는 정면 상대 휘도의 14% 이상)을 충족시키기가 쉽지 않다. 그 결과, 현재 사용되는 표시 장치에서는 정면 상대 휘도를 90% 이상, 60° 측면 상대 휘도를 13% 이상을 요구하고 있다.

그렇지만, 현장에서는 광학 필름의 재질이나 음각 패턴 등을 개선하여, 정면 상대 휘도를 92% 이상, 60° 측면 상대 휘도를 14% 이상으로 끌어올리려는 노력을 지속하고 있다.

[선행기술문헌]

1. 한국특허등록 제10-1640719호(액정 표시장치용 모듈 및 이를 포함하는 액정 표시장치)

2. 한국특허등록 제10-1871573호(명암비 개선 광학 필름, 이를 포함하는 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시장치)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광학 필름의 고굴절층에 형성되는 음각 패턴의 형상을 개선하여, 정면 상대 휘도를 92% 이상, 60° 측면 상대 휘도를 14% 이상으로 높일 수 있는, 명암비 개선 광학 필름을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 명암비 개선 광학 필름은, 일면에 음각 패턴을 이격시켜 다수를 구비하는 고굴절층과 고굴절층의 일면에서 음각 패턴을 충전하면서 결합하는 저굴절층을 포함할 수 있다.

명암비 개선 광학 필름에서, 음각 패턴은 함몰 평탄부와 돌출 곡면 경사부를 포함할 수 있다. 함몰 평탄부는 중앙 영역에 함몰되어 수평으로 형성될 수 있다. 돌출 곡면 경사부는 함몰 평탄부와 고굴절층의 일면 사이에 고굴절층에서 저굴절층으로 돌출하면서 곡면 형태로 경사질 수 있다.

본 발명의 명암비 개선 광학 필름에서, 돌출 곡면 경사부는 50~150㎛의 곡률반경을 가질 수 있다.

본 발명의 명암비 개선 광학 필름에서, 음각 패턴은 장폭을 10~20㎛, 단폭을 5~15㎛로 구성할 수 있다.

본 발명의 명암비 개선 광학 필름에서, 정면 상대 휘도는 광학 필름을 적층하기 전 정면 휘도의 92% 이상이고, 60° 측면 상대 휘도는 정면 상대 휘도의 14% 이상일 수 있다.

본 발명의 명암비 개선 광학 필름에서, 고굴절층은 1.57~1.70의 굴절률을 갖고, 저굴절층은 1.42~1.50의 굴절률을 가질 수 있다.

본 발명의 명암비 개선 광학 필름에서, 고굴절층과 저굴절층의 굴절률 차이는 0.07~0.28일 수 있다.

본 발명에 따른 편광판은 위에서 설명한 명암비 개선 광학 필름을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 표시 장치는 위에서 설명한 편광판을 포함할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 명암비 개선 광학 필름은 고굴절층의 음각 패턴에서 곡면 경사부를 형성하되 고굴절층에서 저굴절층 방향으로 돌출하면서 휘어지는 형태, 즉 돌출 곡면 경사로 구성함으로써, 음각 패턴의 경사부를 직선, 함몰 곡면 경사로 구성하는 종래기술에 비교하여 정면 상대 휘도의 악화를 최소화하면서 60° 측면 상대 휘도를 최대화할 수 있다.

또한, 본 발명의 명암비 개선 광학 필름은 돌출 곡면 경사부의 곡률반경을 50~150㎛로 구성함으로써, 정면 상대 휘도를 92% 이상, 60° 측면 상대 휘도를 14% 이상으로 높일 수 있고, 그 결과 정면 상대 휘도 및 60° 측면 상대 휘도의 고품질 기준값을 만족시킬 수 있다.

도 1a,1b는 종래기술에 따른 광학 필름을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광학 필름을 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 광학 필름의 변형례를 도시하는 단면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 광학 필름을 도시하는 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 광학 필름(210)은 고굴절층(211), 저굴절층(212)을 포함하여 구성할 수 있다.

고굴절층(211)은 저굴절층(212)과 대향하는 면에 음각 패턴(RP)을 형성할 수 있다. 음각 패턴(RP)은 함몰 평탄부(F3)와 돌출 곡면 경사부(S3)를 포함할 수 있다.

함몰 평탄부(F3)는 음각 패턴(RP)의 중앙 영역에서 소정 깊이(D)로 함몰되어 형성되며, 고굴절층(211)의 일면(도 2에서 저굴절층(212)과 결합하는 면)과 나란하게 수평으로 형성될 수 있다.

돌출 곡면 경사부(S3)는 함몰 평탄부(F3)의 양측 단부와 고굴절층(211)의 일면(도 2에서 저굴절층(212)과 결합하는 면) 사이를 경사지게 연결하면서 형성될 수 있다. 돌출 곡면 경사부(S3)는 고굴절층(211)에서 저굴절층(212)의 방향으로 곡면지게 돌출하는(또는 휘어지는) 형태, 즉 돌출 곡면 경사로 형성될 수 있다.

음각 패턴(RP)은 장폭(LW)과 단폭(SW)을 5~20㎛, 깊이(D)를 5~15㎛로 할 때 광 확산 효과가 큰 것으로 알려져 있으므로, 본 발명에서는 장폭(LW)을 10~20㎛, 단폭(SW)을 5~15㎛, 깊이(D)를 5~15㎛로 먼저 설정할 수 있다. 음각 패턴(RP)은 다수를 이격시켜 형성할 수 있다.

고굴절층(211)은 예를 들어 (메트)아크릴계, 폴리카보네이트계, 실리콘계, 에폭시계 수지 중 하나 이상을 포함하는 자외선 경화형 조성물로 구성할 수 있다. 고굴절층(211)은 1.57~1.70의 굴절률을 가질 수 있다.

저굴절층(212)은 고굴절층(211)의 음각 패턴(RP)을 충전(또는 매립)하면서 고굴절층(211)의 일면(도 2에서는 하면)에 결합할 수 있다.

저굴절층(212)은 자외선 경화성인 투명 수지, 예를 들어 (메트)아크릴계, 폴리카보네이트계, 실리콘계, 에폭시계 수지 등으로 구성할 수 있다. 저굴절층(212)은 1.42~1.50의 굴절률을 가질 수 있다.

아래의 표 1은 음각 패턴(RP)의 형상 변화에 따라, 정면 상대 휘도, 60° 측면 상대 휘도가 변하는 것을 보여주고 있다. 여기서, 고굴절층(211)은 굴절률 1.58의 아크릴계 수지를 사용하였고, 저굴절층(212)은 굴절률 1.44의 에폭시계 수지를 사용하였다. 음각 패턴(RP)은 장폭(LW)을 10㎛, 단폭(SW)을 5㎛, 깊이(D)를 15㎛, 주기(T)를 29㎛로 한 후, 돌출 곡면 경사부(S3)의 곡률반경(R)을 변화시키면서, 정면 상대 휘도와 60° 측면 상대 휘도를 측정하였다. 또한, 본 발명에 따른 돌출 곡면 경사부(S3)와 종래기술에 따른 경사부(직선, 함몰 곡면 경사)의 기술적 효과를 비교하기 위하여, 종래기술에 따른 경사부(직선, 함몰 곡면 경사)에 대해서도, 정면 상대 휘도와 60° 측면 상대 휘도를 측정하였다.

	곡률반경 (㎛)	정면 상대 휘도(%)	60° 측면 상대 휘도(%)	비고
실험례 1	-	91.9	12.4	직선
실험례 2	50	92.0	13.1	함몰 곡면 경사
실험례 3	100	93.1	13.5
실험례 4	150	93.6	13.4
실험례 5	30	89.5	16.3	돌출 곡면 경사
실험례 6	50	92.2	15.4
실험례 7	70	93.1	15.1
실험례 8	90	93.8	14.7
실험례 9	110	94.1	14.4
실험례 10	130	93.9	14.2
실험례 11	150	92.4	14.1
실험례 12	170	91.6	13.8

위의 표 1에서 보듯이, 경사부를 직선과 함몰 곡면 경사로 구성하는 경우, 일부 실험례에서 정면 상대 휘도가 92%를 초과하였으나, 60° 측면 상대 휘도에서는 모두가 14%를 넘지 못하였다.

한편, 경사부를 돌출 곡면 경사로 구성하는 경우에는, 곡률반경(R)이 50~150㎛에서 정면 상대 휘도가 92%를 넘고, 곡률반경(R)이 30~150㎛에서 60° 측면 상대 휘도가 14%를 넘는 것으로 측정되었다. 그런데, 실제 제품(표시 장치)에서는, 정면 상대 휘도와 60° 측면 상대 휘도가 각각 92% 이상과 14% 이상을 충족하는 것이 바람직하므로, 본 발명에서 돌출 곡면 경사부(S3)의 곡률반경(R)은 50~150㎛로 한정하는 것이 바람직하고, 이러한 곡률반경(R)의 한정은 기술적 의미를 가질 수 있다.

아래의 표 2는 음각 패턴(RP)의 형상을 위의 표 1과 다르게 한 후 돌출 곡면 경사부(S3)의 곡률반경(R)을 변화시키면서 정면 상대 휘도와 60° 측면 상대 휘도를 측정한 결과를 보여주고 있다. 여기서, 고굴절층(211)과 저굴절층(212)은 위의 표 1과 동일한 재질을 사용하였다. 음각 패턴(RP)은 장폭(LW)을 15㎛, 단폭(SW)을 10㎛, 깊이(D)를 15㎛, 주기(T)를 29㎛로 하였다. 여기서도, 본 발명에 따른 돌출 곡면 경사부(S3)와 종래기술에 따른 경사부(직선, 함몰 곡면 경사)의 기술적 효과를 비교하기 위하여, 종래기술의 경사부(직선, 함몰 곡면 경사)에 대해서도 정면 상대 휘도와 60° 측면 상대 휘도를 측정하였다.

	곡률반경 (㎛)	정면 상대 휘도(%)	60° 측면 상대 휘도(%)	비고
실험례 13	-	92.5	12.5	직선
실험례 14	50	91.9	13.0	함몰 곡면 경사
실험례 15	100	92.8	13.6
실험례 16	150	94.1	13.5
실험례 17	30	88.3	15.3	돌출 곡면 경사
실험례 18	50	92.0	15.1
실험례 19	70	93.2	15.0
실험례 20	90	93.9	14.8
실험례 21	110	94.3	14.7
실험례 22	130	94.0	14.6
실험례 23	150	92.3	14.2
실험례 24	170	91.9	13.9

위의 표 2에서 보듯이, 경사부를 직선과 함몰 곡면 경사로 구성하는 경우, 일부 실험례에서 정면 상대 휘도가 92%를 초과하였으나, 60° 측면 상대 휘도에서는 모두가 14%를 넘지 못하는 것으로 측정되었다.

한편, 경사부를 돌출 곡면 경사로 구성하는 경우에는, 위의 표 1의 결과와 동일하게, 곡률반경(R)이 50~150㎛에서 정면 상대 휘도가 92%를 넘어서고, 곡률반경(R)이 30~150㎛에서 60° 측면 상대 휘도가 14%를 넘어서는 것으로 측정되었다. 여기서도, 실제 제품에서는 정면 상대 휘도와 60° 측면 상대 휘도가 각각 92% 이상과 14% 이상을 충족하여야 하므로, 본 발명의 돌출 곡면 경사부(S3)에서 돌출 곡면의 곡률반경(R)은 50~150㎛로 한정하는 것이 바람직하다.

아래의 표 3은 음각 패턴(RP)의 형상을 위의 표 1,2와 다르게 한 후 돌출 곡면 경사부(S3)의 곡률반경(R)을 변화시키면서 정면 상대 휘도와 60° 측면 상대 휘도를 측정한 결과이다. 여기서, 고굴절층(211)과 저굴절층(212)은 위의 표 1과 동일한 재질을 사용하였다. 음각 패턴(RP)은 장폭(LW)을 20㎛, 단폭(SW)을 15㎛, 깊이(D)를 15㎛, 주기(T)를 29㎛로 하였다. 여기서도, 본 발명에 따른 돌출 곡면 경사부(S3)와 종래기술의 경사부(직선, 함몰 곡면 경사)의 기술적 효과를 비교하기 위하여 종래기술의 경사부(직선, 함몰 곡면 경사)에 대해서도 정면 상대 휘도와 60° 측면 상대 휘도를 측정하였다.

	곡률반경 (㎛)	정면 상대 휘도(%)	60° 측면 상대 휘도(%)	비고
실험례 25	-	92.6	12.8	직선
실험례 26	50	92.2	13.2	함몰 곡면 경사
실험례 27	100	93.1	13.8
실험례 28	150	94.2	13.5
실험례 29	30	91.2	15.5	돌출 곡면 경사
실험례 30	50	92.2	15.3
실험례 31	70	92.8	15.2
실험례 32	90	93.6	14.9
실험례 33	110	94.7	14.8
실험례 34	130	94.4	14.5
실험례 35	150	92.5	14.1
실험례 36	170	91.8	13.8

위의 표 3에서 보듯이, 경사부를 직선과 함몰 곡면 경사로 구성하는 경우, 전체 실험례에서 정면 상대 휘도가 92%를 초과하였으나, 60° 측면 상대 휘도에서는 모두가 14%를 넘지 못하는 것으로 측정되었다.

한편, 경사부를 돌출 곡면 경사로 구성하는 경우에는, 위의 표 1,2의 결과와 동일하게, 곡률반경(R)이 50~150㎛에서 정면 상대 휘도가 92%를 넘고, 곡률반경(R)이 30~150㎛에서 60° 측면 상대 휘도가 14%를 넘어서는 것으로 측정되었다. 그런데, 실제 표시 장치에서 정면 상대 휘도와 60° 측면 상대 휘도는 각각 92% 이상과 14% 이상을 충족하여야 하므로, 본 발명의 돌출 곡면 경사부(S3)에서 돌출 곡면의 곡률반경(R)은 50~150㎛로 한정하는 것이 바람직하다.

위의 표 1~3의 결과를 종합하면, 본 발명의 광학 필름에서, 음각 패턴(RP)은 경사부를 돌출 곡면 경사로 구성하는 것이 바람직하고, 나아가 장폭(LW)을 10~20㎛, 단폭(SW)을 5~15㎛로 할 때 돌출 곡면의 곡률반경(R)은 50~150㎛로 구성하는 것이 바람직함을 확인할 수 있다.

한편, 고굴절층(211)과 저굴절층(212)의 재질(굴절률)을 바꾸면서 정면 상대 휘도와 60° 측면 상대 휘도의 변동 여부를 측정하였는데, 고굴절층(211)과 저굴절층(212)의 재질(굴절률) 변화는 위의 표 1~3의 결과, 즉 정면 상대 휘도와 60° 측면 상대 휘도의 측정값에 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다. 따라서, 본 발명의 광학 필름은 고굴절층(211)을 1.57~1.70의 굴절률을 갖는 재질로 사용하고, 저굴절층(212)은 1.42~1.50의 굴절률을 갖는 재질로 사용할 수 있다. 이 경우, 고굴절층(211)과 저굴절층(212)의 굴절률 차이는 0.07~0.28일 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 광학 필름의 변형례를 도시하는 단면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 변형 광학 필름(220)은 고굴절층(211)의 음각 패턴(RP)의 내부에만 저굴절층(212)을 충전하고 고굴절층(211)의 일면(도 3에서 하면)에는 저굴절층(212)을 결합하지 않는 형태로 구성할 수 있다. 이렇게 함으로써, 변형 광학 필름(220)은 두께를 최소화할 수 있고, 그 결과로서 표시 장치의 박막화에 기여할 수 있다.

도 3의 변형 광학 필름(220)에서 나머지 구성은 도 2의 대응 구성과 동일하므로, 변형 광학 필름(220)의 나머지 구성에 대한 상세 설명은 도 2의 관련 설명으로 갈음한다.

위에서 설명한 광학 필름은 편광판의 일부로 사용할 수 있다. 이 경우, 편광판은 예를 들어 위에서 설명한 광학 필름을 편광자 필름과 보호 필름 사이에 삽입 적층한 구조로 구성할 수 있다.

또한, 위에서 설명한 광학 필름은 액정 패널 외에 다양한 표시 장치, 예를 들어 플라즈마 패널, 전계발광 패널, 유기발광다이오드 패널 등에도 사용할 수 있다.

이상, 본 발명을 여러 실시예로서 설명하였는데, 이들은 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 통상의 기술자라면 이러한 실시예를 다른 형태로 변형하거나 수정할 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 권리범위는 아래의 특허청구범위에 의해 정해지므로, 그러한 변형이나 수정이 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.

110,120,210,220 : 광학 필름
111,121,211,221 : 고굴절층
112,122,212,222 : 저굴절층
F1,F2,F3 : 함몰 평탄부 S1 : 직선 경사부
S2 : 함몰 곡면 경사부 S3 : 돌출 곡면 경사부
RP : 음각 패턴 LW : 음각 패턴의 장폭
SW : 음각 패턴의 단폭 D : 음각 패턴의 깊이
T : 음각 패턴의 주기 R : 돌출 곡면 경사부의 곡률반경

Claims

일면에 음각 패턴을 이격시켜 다수를 구비하는 고굴절층; 및
상기 음각 패턴을 충전하면서 상기 고굴절층의 일면에서 결합하는 저굴절층을 포함하고,
상기 음각 패턴은
중앙 영역에 함몰되어 수평으로 형성되는 함몰 평탄부; 및
상기 함몰 평탄부와 상기 고굴절층의 일면 사이에 상기 고굴절층에서 상기 저굴절층으로 돌출하면서 곡면 형태로 경사지는 돌출 곡면 경사부를 포함하고,
상기 음각 패턴은 장폭(LW)을 10~20㎛, 단폭(SW)을 5~15㎛로 구성하고, 상기 돌출 곡면 경사부는 50~150㎛의 곡률반경(R)을 갖게 하여, 정면 상대 휘도를 광학 필름을 적층하기 전 정면 휘도의 92% 이상, 그리고 60° 측면 상대 휘도를 상기 정면 상대 휘도의 14% 이상이 되게 하는, 명암비 개선 광학 필름.
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제1항에 있어서,
상기 고굴절층은 1.57~1.70의 굴절률을 갖고,
상기 저굴절층은 1.42~1.50의 굴절률을 갖는, 명암비 개선 광학 필름.
제5항에 있어서, 상기 고굴절층과 상기 저굴절층의 굴절률 차이는
0.07~0.28인, 명암비 개선 광학 필름.
제1항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항의 명암비 개선 광학 필름을 포함하는, 편광판.
제7항에 따른 편광판을 포함하는, 표시 장치.