KR101040932B1 - 고휘도 복합플레이트 및 그를 구비한 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명기재 내에 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층 및 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 고휘도 복합플레이트 및 그를 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.

본 발명의 고휘도 복합플레이트는 통상의 확산판용 투명기재 상부에 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층을 배치시킴으로써, 편광층을 구성하는 등방성 기재와 복굴절성 해도사간의 복굴절성 계면과, 복굴절성 해도사를 구성하는 해성분 및 도성분간의 복굴절성 계면에 의해 유효각도에서 입사되는 입사광 뿐만 아니라, 유효하지 않은 각도에서 입사되는 입사광의 집광효율을 증진하여 고휘도를 구현하고, 상기 투명기재 하부에 기공부가 형성된 광확산층을 형성함으로써, 기공 경계면에서 전반사되어 적은 양을 사용하더라도 동등이상의 확산효과를 증진하므로, 종래 백라이트 유닛에서 확산판 상에 적층된 다층의 광학시트의 수를 줄이면서도 고휘도를 구현할 수 있다. 이에, 본 발명의 고휘도 복합플레이트를 백라이트 유닛에 장착함으로써, 액정표시장치 모듈의 슬림화 및 제조공정의 단순화를 통해, 조립성을 향상할 수 있으며, 종래 다층구조의 시트 조립 시, 시트간의 움 문제를 원천적으로 해소하여 신뢰성을 향상할 수 있다.

복굴절성 해도사, 기공부, 복합플레이트, 슬림화, 조립성, 신뢰성

Description

고휘도 복합플레이트 및 그를 구비한 액정표시장치{HIGH LUMINANCE MULTIFUNCTIONAL PLATE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY EQUIPPED WITH THEM}

본 발명은 고휘도 복합플레이트 및 그를 구비한 액정표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 통상의 확산판용 투명기재 상부에 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층을 배치시킴으로써, 다양한 복굴절성 계면에 의해 유효각도에서 입사되는 입사광 뿐만 아니라, 유효하지 않은 각도에서 입사되는 입사광의 집광효율을 증진하여 고휘도를 구현하고, 상기 투명기재 하부에 기공부가 형성된 광확산층을 형성함으로써, 기공 경계면에서 전반사되어 적은 양을 사용하더라도 동등이상의 확산효과를 증가시켜, 백라이트 유닛에 장착되는 광학 필름류의 수를 줄이면서도 고휘도, 조립성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 고휘도 복합플레이트 및 그를 구비한 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치(이하,“LCD”라 함)는 초박형으로 제작이 가능한 저소비전력, 저발열 및 고선명의 화상출력 장치로서, 최근 산업 각 분야의 화상표시장치로 각광 받고 있으며, 특히 LCD-TV 시장은 2004년 7%에서 2007년 22%로 그 비중이 지속적으로 성장하고 있다. 이러한 LCD는 다른 평판 디스플레이 방식과는 달리, 액정 자체가 비 발광 소재이며, 편광된 광을 이용하므로 광원이 필요함과 동시에 광효율을 높이는 장치가 필요하며 이를 백라이트 유닛(이하, "BLU"라 한다)이 담당하고 있다.

특히, 높은 휘도를 요구하는 TV의 경우 배면에 많은 수의 램프를 수납하는 형식의 배면 라이트 방식의 BLU가 사용된다.

일반적으로 LCD TV용 BLU 내부구조를 살펴보면, 반사시트; 램프; 확산판; 확산시트; 프리즘 시트; 보호시트; 및 액정 패널;로 이루어지며, 상기 반사시트가 램프에서의 빛을 위로 반사시켜 가능한 한 많은 빛을 확산판에 도달하게 하고, 확산판은 내부의 확산제의 확산효과로 램프휘선을 제거하며 휘도균일성을 기능을 수행한다. 또한, 상기 확산판 위에 위치한 확산시트는 빛을 골고루 확산 및 일차 집광시키고, 이어 확산시트 상에 적층된 프리즘 시트가 집광하도록 하여 2차 휘도를 상승시킨다. 이러한 백라이트 방식에서는 최소의 소비전력으로 최대의 화상 밝기를 구현할 수 있도록 설계되어 있다.

상기 BLU 중에서 휘도향상 목적으로 사용되는 확산시트는 보통 유기입자의 돌기에 의한 렌즈 형상에 의해 광을 집광시키는 역할을 한다.

반면, 프리즘 시트는 기재시트층 상에 삼각형 단면을 가지는 선형 프리즘 렌즈 구조로 형성되어, 특정 범위의 유효각으로 입사된 광은 집광시키는 반면 일부는 재귀 반사에 의해 회수(recycling)된 광이 그 특정범위의 각으로 재입사되어 또 다시 집광되도록 하여 집광효과가 반복적으로 일어나 휘도를 증가시킨다.

상기 기술한 바와 같이, 일반적인 BLU의 광학부품의 조합은 확산판 상에 확산시트, 프리즘 시트, 보호시트로 이루어져 있으며, 고휘도를 구현하기 위해서는 많은 입사 광량이 제공되어야 한다는 전제 하에, 확산시트 2장을 적층시키는 방법, 확산시트 및 프리즘 시트를 적층한 후, 상기 확산시트 및 프리즘시트를 재적층하고 보호필름을 적층하는 방법 또는 패턴확산판 상에 패턴압출시트, 프리즘 시트 및 보호시트를 적층하는 방법이 시도되어 왔다.

그러나, 이러한 경우 다층의 광학 시트를 사용하여 BLU의 단가를 올리게 되고, 여러 장의 광학 필름을 조립하는 과정으로 인한 공정비용 상승뿐만 아니라, 조립성 및 신뢰성에 대한 문제점이 지적되고 있다.

이에, 최근에는 LCD 대형화 및 박막화 추세와 더불어 제조단가를 낮추고자 하는 시장요구에 따라, 기능을 일체화시킨 다양한 복합시트가 등장하고 있다.

이에, 본 발명자들은 종래 LCD 대형화 및 박막화에 의한 요구에 충족하는 일체형 고휘도 광학부품을 얻고자 노력한 결과, 통상의 확산판용 투명기재 상부에 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층을 배치하고, 상기 투명기재 하부 또는 중간부에 적어도 하나이상의 기공부가 형성된 광확산층을 형성한 복합플레이트를 제공하고, 종래 백라이트 유닛에 확산판 상에 광학시트류 2 내지 3매로 이루어진 광학 부품을 본 발명의 복합플레이트 1매로 대체하여, 다층 구조의 광학시트의 수를 줄이면서도 휘도 향상은 물론 조립성 및 신뢰성을 개선할 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 투명기재 내에 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층 및 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 고휘도 복합플레이트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 고휘도 복합플레이트를 채용한 LCD TV용 백라이트 유닛 및 그를 구비한 액정표시장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명기재 상부에 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층 및 상기 투명기재 하부에 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 고휘도 복합플레이트를 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현을 위한 고휘도 복합플레이트의 제1태양은 투명기재, 상기 투명기재 상부에 10 내지 500㎛ 두께로 형성된 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층 및 상기 투명기재 하부에 0.1 내지 3 mm 두께로 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 고휘도 복합플레이트를 제공한다.

상기에서, 기공부가 형성된 광확산층은 중공사 직경 5 내지 30㎛, 중공율 10 내지 90% 의 범위로 형성되는 중공사층이며, 상기 중공사층은 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 스티렌과 메타크릴산메틸과의 랜덤공중합체 수지(MS 수지) 및 폴리카보네이트(PC)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 중공사로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 구현을 위한 고휘도 복합플레이트의 제2태양은 투명기재, 상기 투명기재 상부에 10 내지 500㎛ 두께로 형성된 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층 및 상기 편광층을 제외한 투명기재 전면(全面)에 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 고휘도 복합플레이트를 제공한다.

상기에서 기공부가 형성된 광확산층은 발포제를 이용하여 형성된 에어버블층이며, 상기 에어버블층이 0.1 내지 50㎛의 중공 직경을 가진다.

본 발명의 바람직한 구현을 위한 고휘도 복합플레이트의 제3태양은 투명기재, 상기 투명기재 상부에 10 내지 500㎛ 두께로 형성된 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층, 상기 투명기재 하부에 0.1 내지 3 mm 두께로 형성된 기공부로 이루어진 중공사층 및 상기 편광층 및 중공사층을 제외한, 투명기재 중앙부에 에어버블층이 분산되어 형성된 고휘도 복합플레이트를 제공한다.

상기에서, 기공부가 형성된 중공사층과 에어버블층은 모두 광확산층으로 작용한다. 이때, 중공사층은 중공사 직경 5 내지 30㎛, 중공율 10 내지 90%의 범위로 형성되며, 에어버블층은 0.1 내지 50㎛의 중공 직경을 가진다.

본 발명의 고휘도 복합플레이트는 1 내지 5mm의 두께로 제작된다.

본 발명의 고휘도 복합플레이트는 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층에 있어서 해성분과 도성분 간의 굴절율이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.

┃n'x - nx┃> 0.1 (1)

┃n'y - ny┃< 0.05 (2)

┃n'z - nz┃< 0.05 (3)

(상기에서, n'x는 도성분의 연신방향(x축 방향)의 굴절율이고, n'y 및 n'z는 상기 연신방향과 수직인 방향인 y방향 및 z방향의 굴절율이고, nx, ny 및 nz는 해성분의 x축 방향, y방향 및 z방향의 굴절율이다.)

이때, 복굴절성 해도사는 0.3 내지 50 데니어이며, 투명기재 및 편광층 내 기재는 해도사의 해성분 또는 도성분 중 어느 하나와 동일한 굴절율을 가진다.

본 발명의 고휘도 복합플레이트는 렌티큘러, 프리즘 또는 피라미드에서 선택되는 어느 하나의 렌즈패턴을 상기 고휘도 복합플레이트가 상부표면에 더 형성할 수 있다.

본 발명의 고휘도 복합플레이트에서 사용되는 복굴절성 해도사는 해성분 또는 도성분 중 어느 하나가 등방성이고, 다른 하나가 이방성이다.

본 발명의 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층은 복굴절성 해도사 단독 또는 복굴절성 해도사가 일부 분산되어 제직된 섬유 형태로 제공된다.

이때, 상기 복굴절성 해도사 중 해성분 또는 도성분은 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라민(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 엘라스토머 및 사이크로올레핀폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 재질로 이루어진다.

본 발명은 상기 투명기재 상부에 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층이 형성되고, 상기 투명기재 하부 또는 중앙부에 적어도 하나 이상의 기공부가 형성된 광확산층 으로 이루어진 고휘도 복합플레이트를 채용한 백라이트 유닛 및 그를 구비한 액정표시장치를 제공한다.

본 발명은 투명기재 내에 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층 및 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 고휘도 복합플레이트를 제공함으로써, 편광층을 구성하는 등방성 기재와 복굴절성 해도사간의 복굴절성 계면과, 복굴절성 해도사를 구성하는 해성분 및 도성분간의 복굴절성 계면에 의해 휘도 향상은 물론, 기공 경계면에서 전반사되어 확산효과가 증대되므로, 백라이트 유닛에 장착되는 광학 필름류의 수를 줄이면서도 고휘도를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 고휘도 복합플레이트는 종래 확산판 상에 광학시트류 2 내지 3매로 이루어진 광학 부품을 본 발명의 복합플레이트 1매로 일체함으로써, 조립성을 향상시키고, 종래 다층구조의 시트 조립 시, 시트간의 움 문제를 원천적으로 해소하여 신뢰성을 개선할 수 있다.

또한, 본 발명은 고휘도 복합플레이트를 LCD TV용 백라이트 유닛에 구비함으로써, 광학 부품의 조립과정을 단순화하여 공정비용을 절감하고 슬림화된 액정표시장치를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.

본 발명은 투명기재 상부에 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층 및 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 고휘도 복합플레이트를 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현을 위한 제1태양의 고휘도 복합플레이트의 구조는 도 1에 도시한 바와 같다.

상세하게는 본 발명의 제1태양의 고휘도 복합플레이트는

투명기재(10),

상기 투명기재(10) 상부에 10 내지 500㎛ 두께로 형성된 복굴절성 해도사(30)로 이루어진 편광층(50) 및

상기 투명기재(10) 하부에 0.1 내지 3 mm 두께로 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 고휘도 복합플레이트이며, 상기 기공부가 형성된 광확산층은 중공사가 길이 또는 폭 방향으로 연속적으로 배열된 중공사층(60)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 중공사층은 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 스티렌과 메타크릴산메틸과의 랜덤공중합체 수지(MS 수지) 및 폴리카보네이트(PC)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 중공사로 이루어지며, 중공사 제어가 가능하도록 5 내지 30㎛의 직경을 갖는다. 여기서 중공사는 단면상 내부가 빈(Hollow) 형태의 섬유를 의미하며, 단면의 형상은 원형, 삼각, 사각 및 기타 이형단면을 모두 포함한다.

이때, 상기 기공부를 형성하는 중공사의 중공율은 하기 수학식 1에 의해 산출되며, 적절한 중공율과 중공사의 형태안정성을 고려할 때 10 내지 90%이다. 한편, 중공사의 형태안정성을 확보하면서 공정 중 압착에 의해 중공율이 저하되는 것을 방지한다는 측면에서 상기 중공율은 15 내지 50%가 더욱 바람직하다. 상기 중공사는 투명기재와 동일한 재질로 형성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 구현을 위한 제2태양의 고휘도 복합플레이트의 구조를 도시한 것으로서, 더욱 상세하게는,

투명기재(10),

상기 투명기재(10) 상부에 10 내지 500㎛ 두께로 형성된 복굴절성 해도사(30)로 이루어진 편광층(50) 및

상기 편광층(50)을 제외한 투명기재(10) 전면(全面)에 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 고휘도 복합플레이트로서, 상기 기공부가 형성된 광확산층이 발포제를 이용하여 형성된 에어버블층(70)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 에어버블층의 기공은 발포제에 의해 형성될 수 있다. 범용적으로 사용되는 발포 방법으로는 압출기에서 폴리머가 용융될 때 직접 가스를 주입하는 방식과, 압출기 내부에서 특정온도에 도달하였을 때 화학적인 반응이 일어나면서 기포가 발생되는 화학발포 방식이 이용된다. 화학발포 방식에서는 흡열성 화학반응형 발포제인 중탄산나트륨 (Sodium bicarbonate), 구연산, 구연산 염으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나의 발포제에 의해 형성될 수 있다.

기공 형성을 위한 발포 과정에서, 본 발명에서는 발포제와 더불어 증점제 또는 사슬 연장제(chain extender)를 사용할 수 있다. 발포제에 의해서 형성되는 기공의 형태 및 크기를 미세한 구형 기포로 균일하게 만들기 위해서는 압출기에서 용융되 는 수지의 점도가 높아야 하기 때문에 에폭시 기능성기를 가지는 첨가제 및 파이로멜리틱 엔하이드라이드(Pyromellitic di-anhydride), 트리메릴틱 엔하이드라이드(Trimellitic anhydride)와 같은 사슬연장제를 사용한다.

사슬연장제의 함량이 많아지면, 광학적으로는 이물로 작용하기 때문에 불리하므로 최소의 함량에서 효과를 극대화시킬 수 있는 물질이 좋으며, 바람직하게는 0.1 내지 2 중량% 이내의 함량에서 사용하는 것이 좋다.

상기 에어버블층의 기공은 에어버블층 전체 부피의 10 ∼ 50% 범위로 형성되며, 0.1 ∼ 50 ㎛의 크기를 가지는 것이 바람직하다. 에어버블층의 중공 직경이 0.1㎛ 미만이면, 투과광에 색 문제가 발생하기 쉽고 휘도가 낮아지기 쉬우며, 50㎛를 초과하면, 기공이 육안상에서 결점으로 인식되어버리기 때문에 바람직하지 않다.

도 3은 본 발명의 바람직한 구현을 위한 제3태양의 고휘도 복합플레이트의 구조를 도시한 것으로서,

투명기재(10),

상기 투명기재(10) 상부에 10 내지 500㎛ 두께로 형성된 복굴절성 해도사(30)로 이루어진 편광층(50),

상기 투명기재(10) 하부에 0.1 내지 3 mm 두께로 형성된 기공부로 이루어진 중공사층(60) 및

상기 편광층 및 중공사층을 제외한 투명기재(10) 중앙부에 에어버블층(70)이 분산되어 형성된 고휘도 복합플레이트이며, 상기 기공부로 이루어진 중공사층(60)이 5 내지 30㎛의 직경과 10 내지 90%의 중공율을 가지며, 에어버블층(70)은 중공 직경 0.1 내지 50㎛이고, 에어버블층 전체부피의 10 내지 50%의 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1 내지 제3태양의 고휘도 복합플레이트(1)의 전체 두께는 1∼5mm이며, 복굴절성 해도사(30)로 이루어진 편광층(50)의 두께는 10∼500㎛를 충족하도록 제작한다.

이때, 확산판 일체형 고휘도 복합플레이트의 두께는 광학적 특성을 저해하지 않는 범위 이내로 제작되어야 하나, 상기 두께가 1mm 미만이면, 박형으로 인하여 휨 신뢰성문제가 발생하고, 5mm를 초과하면, 복합플레이트의 제조원가가 상승하고 백라이트 유닛의 슬림화하는데 문제가 발생하여 바람직하지 않다.

본 발명의 제1 내지 제3태양의 고휘도 복합플레이트(1)는 종래 백라이트 유닛에서 확산판 상에 다층으로 광학시트를 적층하지 않더라도 동등 이상의 고휘도를 구현할 수 있다[표 1].

도 4는 본 발명의 고휘도 복합플레이트의 고휘도 원리를 도시한 것으로서, 상기 복굴절성 해도사(30)로 이루어진 편광층(50)에 있어서 해성분과 도성분 간의 굴절율이 하기 식을 만족함으로써, 휘도 상승을 최적화한다.

┃n'x - nx┃> 0.1 (1)

┃n'y - ny┃< 0.05 (2)

┃n'z - nz┃< 0.05 (3)

(상기에서, n'x는 도성분의 연신방향(x축 방향)의 굴절율이고, n'y 및 n'z는 상기 연신방향과 수직인 방향인 y방향 및 z방향의 굴절율이고, nx, ny 및 nz는 해성분의 x축 방향, y방향 및 z방향의 굴절율이다.)

즉, 상기 굴절율 조건을 충족하면, 광원으로부터 방출되는 무편광된 빛은 연신방향과 수직인 편광(P편광) 부분만 복합플레이트(1)를 통과하여 패널에 도달하게 되고, 나머지 연신방향의 편광(S편광)은 아래로 반사되는데, 이 과정에서 확산판 또는 BLU 하부의 반사시트로부터 재귀 반사되면서 편광이 바뀌어 위로 올라가게 된다. 따라서, P편광 부분은 복합플레이트(1)를 통과하고, 나머지 S편광은 똑같은 원리로 리사이클링(Recycling)되면서 휘도가 상승하게 된다.

또한, 본 발명의 해도사(30)는 광학적으로 복굴절성을 가지며 광투과성이 우수한 소재를 사용하며, 본 발명의 해도사(30)에서 해성분 또는 도성분 중 어느 하나는 등방성이고, 다른 하나가 이방성이여야 한다. 따라서, 해도사(30) 내부에 해성분 또는 도성분의 광학적 성질이 상이하여, 해도사 내부에서 복굴절 계면을 형성하므로, 그렇지 않은 경우에 비하여 휘도강화 효율을 현저히 증가시킨다.

더욱 상세하게는 본 발명의 복굴절성 해도사(30)에서, 해성분은 등방성을 가지고, 도성분이 이방성을 가짐으로써, 광원으로부터 방출되는 무편광된 빛은 등방성인 투명기재(10)와 복굴절성 해도사(30)로 이루어진 편광층(50)의 굴절률에 의한 복굴절성 계면에 의해 휘도가 향상될 뿐만 아니라, 해도사의 내부를 구성하는 다수의 해성분과 도성분간의 경계면에서 발생하는 복굴절성에 의해, P편광은 복합플레이트(1)를 통과하고, S편광은 리사이클링(Recycling)되면서 휘도가 상승되는 경로를 연속적으로 반복 수행한다.

이때, 본 발명은 해도사 수십가닥을 꼬아 복합섬유를 제조하여 사용할 수 있으며, 복굴절성 해도사 일부가 분산되어 제직된 섬유를 포함한다.

본 발명에서 사용되는 해도사의 해성분 및 도성분의 재질로서, 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라민(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 엘라스토머 및 사이크로올레핀폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용한다.

즉, 본 발명의 복굴절성 해도사(30)는 해성분과 도성분의 동일한 재질을 사용하나, 광학적 성질이 다른 수지간의 조합이라면 사용 가능하다. 일례로, 해도사의 해성분은 등방성 co-PEN을 사용하고, 도성분은 복굴절성을 가지는 PEN을 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 복굴절성 해도사(30)의 횡단면의 형상은 원형 및 타원형, 다각형 등에 특별히 제한되지 않으며, 다양한 형상의 이형단면을 가질 수 있다. 또한, 상기 해도사 중 도성분의 횡단면 역시 형상 형태에 제한되지 않고 원형 및 타원형, 다각형 등의 이형단면을 가지는 것도 가능하며, 도성분의 형상, 크기, 갯수 및 배치는 목적에 따라 효율적으로 조절하여 사용할 수 있다. 다만, 본 발명의 복굴절성 해도사(30)는 횡단면을 기준으로 상기 해성분과 도성분의 면적비가 2:8 ∼ 8:2을 충족 해야 한다.

본 발명의 복굴절성 해도사(30)의 굵기는 0.3∼50 데니어이며, 상기 복굴절성 해도사(30)로 이루어진 편광층(50)의 두께는 10∼500㎛이 바람직하다. 이때, 10㎛ 미만이면, 편광층의 두께가 얇아 복굴절성 해도사로 인한 휘도 강화 효과가 미흡하고, 편광층의 두께가 500㎛를 초과하면, 휘도 강화 효과가 더 이상 올라가지 않고 포화(Saturation)될 뿐만 아니라 제조원가 상승요인으로 작용하기 때문에 바람직하지 않다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 기공부가 형성된 광확산층에 의한 확산효과를 설명하기 위한 도면으로서, 도 5는 투명기재 내에 통상의 광확산제를 포함한 확산판일 경우, 광원으로부터 방출되는 빛이 굴절로 인한 확산경로를 보인다. 반면에, 도 6은 투명기재 내에 통상의 광확산제가 아닌 에어버블이 형성된 확산판을 도시한 것으로서, 에어버블 경계면에서 전반사(Total Internal Reflection)되어 빛의 확산각도가 더욱 커지게 되는 것을 보이고 있다.

이러한 현상은 에어버블의 굴절률이 1이므로 통상의 광확산제의 굴절율인 1.4 ∼ 1.6보다 투명기재와의 굴절율 차이가 훨씬 크기 때문으로, 전반사(Total Internal Reflection)되는 빛의 양이 증가함으로 인하여, 적은 양을 사용하더라도 동등이상의 확산효과를 기대할 수 있다.

따라서, 투명기재 상부에 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층을 형성하고, 투명기재 하부에 적어도 하나의 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 본 발명의 복합플레이트는 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층으로 인한 휘도 향상효과와 기공부 가 형성된 광확산층으로 인한, 확산향상 효과로 인하여, 종래 확산판 상에 다층의 광학시트 수를 줄이면서도 동등이상의 고휘도를 구현할 수 있다.

또한, 투명기재 하부에 적어도 하나의 기공부가 형성된 광확산층을 형성하여, 광원으로부터 방출되는 빛이 먼저 도달하도록 함으로써, 기공부의 확산효과 증가로 인한 램프의 휘선은폐 효율을 더욱 증가시킬 수 있다

본 발명의 고휘도 복합플레이트는 압출방법 및 핫프레스 방법으로 제조할 수 있다.

도 7은 본 발명의 고휘도 복합플레이트를 압출법(Extrusion Process)에 의해 제조되는 주요공정을 도시한 것으로서, 본 발명의 제1태양 및 제3태양의 복합플레이트 제조방법을 설명하면, 발포제가 함유된 용융된 투명기재용 수지가 다이(74)를 통해 압출될 때, 상기 투명기재 하부에 중공사 섬유(71)가 위치하고, 복굴절성 해도사 섬유(72)가 투명기재 상부에 놓이도록 설계한 후, 동시 합지하고 롤러를 통과한 후, 냉각, 시트성형 공정으로 수행되어 제조된다.

또한, 본 발명의 제2태양의 복합플레이트 제조공정은 발포제가 함유된 용융된 투명기재용 수지가 다이(74)를 통해 압출될 때, 복굴절성 해도사 섬유(72)가 투명기재 상부 혹은 하부에 놓이도록 설계한 후, 합지하고 롤러를 통과한 후, 냉각, 시트성형 공정으로 수행되어 제조될 수 있다[미도시].

본 발명의 제2태양 및 제3태양의 복합플레이트에서 에어버블층의 형성방법은 압출기에서 폴리머가 용융될 때 직접 가스를 주입하는 방식과, 압출기 내부에서 특정온도에 도달하였을 때 화학적인 반응이 일어나면서 기포가 발생되는 화학발포 방식으로 수행될 수 있다. 발포에 의해서 형성되는 기공의 분산정도 및 크기의 제어를 위해서는 발포제와 더불어 증점제 또는 사슬 연장제(Chain extender)를 사용할 수 있다.

본 발명의 고휘도 복합플레이트의 다른 제조방법으로서, 핫프레스 방법(Hot Pressing)으로서, 본 발명의 제1태양 및 제3태양의 복합플레이트 제조방법에 대하여 설명하면, 상기 발포제를 이용하여 발포된 확산판(80)의 양면에 기재원단(83)을 도포하고, 상기 확산판(80) 상부에 위치한 기재원단(83) 상에 복굴절성 해도사 섬유(81)를 올리고, 상기 확산판 하부에 위치한 기재원단(83)에 중공사 섬유(82)를 올린 후, 상기 기재원단(83)이 용융되는 가열 및 가압조건에서 가열판(84)을 이용하여 양측에서 압착하는 것으로 이루어진다[도 8].

또한, 본 발명의 제2태양의 복합플레이트 제조공정은 상기 발포제를 이용하여 발포된 확산판(80) 상에 해도사 섬유(81) 및 기재원단(83)을 순차적으로 올린 후, 상기 기재원단(83)이 용융되는 가열 및 가압조건에서 가열판(84)을 이용하여 양측에서 압착하여 제조될 수 있다[미도시].

본 발명의 핫프레스 방법에 의한 복합플레이트의 제조방법은 핫 프레스로 열과 압력을 가하면, 기재원단이 녹으면서 섬유 속에 함침됨에 따라, 섬유와 확산판이 합지되는 것이다. 이때, 기재원단(83)은 투명기재와 동일 재질을 사용하고, 투명기재와 동일한 굴절율을 가지는 것이 바람직하며, 그 굴절율이 1.4∼2.0인 것이다.

본 발명에서 사용되는 투명기재는 광학용으로 사용 가능한 투명 수지라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 바람직한 일례로는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 스티렌과 메타크릴산 메틸과의 랜덤공중합체 수지(MS 수지) 또는 폴리카보네이트(PC)에서 선택 사용할 수 있다.

본 발명의 고휘도 복합플레이트는 휘도 상승 목적에 따라, 렌티큘러, 프리즘 또는 피라미드에서 선택되는 어느 하나의 렌즈패턴을 상기 고휘도 복합플레이트 상부표면에 더 형성할 수 있다.

나아가, 본 발명은 LCD TV용 백라이트 유닛에서,

램프;

투명기재 상부에 10 내지 500㎛ 두께로 형성된 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층이 형성되고, 상기 투명기재 하부 또는 중앙부에 적어도 하나 이상의 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 고휘도 복합플레이트; 및

액정 패널;이 순차 적층된 백라이트 유닛을 구비한 액정표시장치를 제공한다.

상기에서, 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층은 0.3 내지 50 데니어의 해도사 단독 또는 상기 해도사가 일부 분산되어 제직된 섬유로 제공된다. 또한, 상기 액정표시장치에서, 기공부가 형성된 광확산층은 중공사층 또는 에어버블층에서 선택되는 단독 또는 혼합형인 것이다. 또한, 상기에서 중공사층일 경우에는 중공사 직경이 5 내지 30㎛, 중공율은 10 내지 90%이며, 에어버블층일 경우에는 중공 직경이 0.1 내지 50㎛, 에어버블층 전체부피의 10 내지 50%의 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고휘도 복합플레이트를 백라이트 유닛에 장착함으로써, 종래 백라이트 유닛에서 확산판 상에 광학시트류 2 내지 3매로 이루어진 광학 부품을 대체할 수 있으므로, 액정표시장치의 제조단가를 낮출 수 있다[도 9].

또한, 종래 백라이트 유닛에서 확산판과 시트류 2∼3매를 조립할 때보다 복합플레이트 1매만 조립하므로, 시트류 조립시간을 3∼4배 단축할 수 있을 뿐 아니라, 확산판 일체형 복합플레이트 1매 구조로 대체함에 따라, 백라이트 유닛의 조립성을 향상할 수 있다. 나아가, 종래 광학시트의 다층 조립 시, 시트간의 움 문제를 원천적으로 해소함으로써 신뢰성을 개선할 수 있다.

이에, 본 발명은 고휘도 복합플레이트를 LCD TV용 백라이트 유닛에 구비함으로써, 고휘도를 구현하면서도 광학 부품의 조립과정을 단순화하여 공정비용을 절감하고 슬림화된 액정표시장치를 제공할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은

첫째, 통상의 확산판용 투명기재 상부에 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층을 배치하고, 상기 투명기재 하부 또는 중간부에 적어도 하나 이상의 기공부가 형성된 광확산층을 형성함으로써, 휘도향상 및 확산효과를 증진한 고휘도 복합플레이트를 제공하였다.

둘째, 본 발명의 고휘도 복합플레이트를 채용함으로써, 종래 확산판과 시트류 2∼3매를 조립할 때보다 복합플레이트 1매만 조립하므로, 시트류 조립시간을 3∼4배 단축할 수 있다. 또한, 본 발명의 확산판 일체형 복합플레이트 1매 구조로 대체함에 따라, 백라이트 유닛의 조립성 및 신뢰성이 향상되며, 종래 다층 조립 시, 시트간 의 움 문제를 원천적으로 해소할 수 있다.

셋째, 본 발명은 고휘도 복합플레이트를 LCD TV용 백라이트 유닛에 구비함으로써, 광학 부품의 조립과정을 단순화하여 공정비용을 절감할 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1태양의 고휘도 복합플레이트를 도시한 것이고,

도 2는 본 발명의 제2태양의 고휘도 복합플레이트를 도시한 것이고,

도 3은 본 발명의 제3태양의 고휘도 복합플레이트를 도시한 것이고,

도 4는 본 발명의 고휘도 복합플레이트의 고휘도 원리를 도시한 것으로서,

도 5 및 도 6은 본 발명의 고휘도 복합플레이트 내 기공부가 형성된 광확산층에 의한 확산효과를 도시한 것이고,

도 7은 본 발명의 고휘도 복합플레이트를 압출법에 의해 제조되는 주요공정을 도시한 것이고,

도 8은 본 발명의 고휘도 복합플레이트를 핫 프레스법에 의한 제조공정을 도시한 것이고,

도 9는 본 발명의 고휘도 복합플레이트를 구비한 백라이트 유닛을 종래 백라이트 유닛과 비교 도시한 것이다.

Claims (21)

1. 투명기재,

   상기 투명기재 상부에 10 내지 500㎛ 두께로 형성된 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층 및

   상기 투명기재 하부에 0.1 내지 3 mm 두께로 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고휘도 복합플레이트.
2. 제1항에 있어서, 상기 기공부가 형성된 광확산층이 중공사 직경 5 내지 30㎛이고, 중공율 10 내지 90%의 범위로 형성된 중공사층인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 복합플레이트.
3. 제2항에 있어서, 상기 중공사층이 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 스티렌과 메타크릴산메틸과의 랜덤공중합체 수지(MS 수지) 및 폴리카보네이트(PC)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 중공사로 구성된 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 복합플레이트.
4. 투명기재,

   상기 투명기재 상부에 10 내지 500㎛ 두께로 형성된 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층 및

   상기 편광층을 제외한 투명기재 전면(全面)에 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고휘도 복합플레이트.
5. 제4항에 있어서, 상기 기공부가 형성된 광확산층이 발포제를 이용하여 형성된 에어버블층인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 복합플레이트.
6. 제5항에 있어서, 상기 에어버블층이 0.1 내지 50㎛의 중공 직경과 에어버블층 전체부피의 10 내지 50%의 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 복합플레이트.
7. 투명기재,

   상기 투명기재 상부에 10 내지 500㎛ 두께로 형성된 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층,

   상기 투명기재 하부에 0.1 내지 3 mm 두께로 형성된 기공부로 이루어진 중공사층 및

   상기 편광층 및 중공사층을 제외한 투명기재 중앙부에 에어버블층이 분산되어 형성된 것을 특징으로 하는 고휘도 복합플레이트.
8. 제7항에 있어서, 상기 중공사층이 5 내지 30㎛의 직경과 중공율 10 내지 90% 의 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 복합플레이트.
9. 제7항에 있어서, 상기 에어버블층이 0.1 내지 50㎛의 중공 직경과 에어버블층 전체부피의 10 내지 50%의 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 복합플레이트.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고휘도 복합플레이트의 두께가 1 내지 5mm인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 복합플레이트.
11. 제1항, 제4항 또는 제7항에 있어서, 상기 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층에 있어서, 해성분과 도성분 간의 굴절율이 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 복합플레이트.

    ┃n'x - nx┃> 0.1 (1)

    ┃n'y - ny┃< 0.05 (2)

    ┃n'z - nz┃< 0.05 (3)

    (상기에서, n'x는 도성분의 연신방향(x축 방향)의 굴절율이고, n'y 및 n'z는 상기 연신방향과 수직인 방향인 y방향 및 z방향의 굴절율이고, nx, ny 및 nz는 해성분의 x축 방향, y방향 및 z방향의 굴절율이다.)
12. 제1항, 제4항 또는 제7항에 있어서, 상기 복굴절성 해도사가 0.3 내지 50 데니어인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 복합플레이트.
13. 제1항, 제4항 또는 제7항에 있어서, 상기 편광층이 복굴절성 해도사 단독 또는 복굴절성 해도사가 일부 분산되어 제직된 섬유인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 복합플레이트.
14. 제1항, 제4항 또는 제7항에 있어서, 상기 복굴절성 해도사가 해성분 또는 도성분 중 어느 하나가 등방성이고, 다른 하나가 이방성인 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 복합플레이트.
15. 제1항, 제4항 또는 제7항에 있어서, 상기 투명기재 및 편광층 내 기재가 편광층 내 복굴절성 해도사의 해성분 또는 도성분 중 어느 하나와 동일한 굴절율을 가지는 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 복합플레이트.
16. 제15항에 있어서, 상기 복굴절성 해도사 중 해성분 또는 도성분이 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭 시(EP), 요소(UF), 멜라민(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 엘라스토머 및 사이크로올레핀폴리머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 고휘도 복합플레이트.
17. 램프;

    투명기재 상부에 10 내지 500㎛ 두께로 형성된 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층이 형성되고, 상기 투명기재 하부 또는 중앙부 또는 상기 편광층을 제외한 투명기재 전면(全面)에 기공부가 형성된 광확산층으로 이루어진 고휘도 복합플레이트; 및

    액정 패널;이 순차 적층된 백라이트 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 복굴절성 해도사로 이루어진 편광층이 0.3 내지 50 데니어의 해도사 단독 또는 상기 해도사가 일부 분산되어 제직된 섬유인 것을 특징으로 하는 상기 액정표시장치.
19. 제17항에 있어서, 상기 기공부가 형성된 광확산층이 중공사층 또는 에어버블층에서 선택되는 단독 또는 혼합형으로 형성된 것을 특징으로 하는 상기 액정표시장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 중공사층이 중공사 직경 5 내지 30㎛이고, 중공율 10 내지 90%로 형성된 것을 특징으로 하는 상기 액정표시장치.
21. 제19항에 있어서, 상기 에어버블층이 중공 직경 0.1 내지 50㎛이고, 에어버블층 전체부피의 10 내지 50%의 범위로 형성된 것을 특징으로 하는 상기 액정표시장치.

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