KR20200060052A - 광학체 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학체 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학체의 광손실을 최소화하면서 휘도향상을 극대화 할 수 있는 광학체 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.

Description

광학체 및 이를 포함하는 표시장치{optical bodies and display equipment comprising the same}

본 발명은 광학체 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광학체의 광손실을 최소화하면서 휘도향상을 극대화 할 수 있는 광학체 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.

평판디스플레이 기술은 TV분야에서 이미 시장을 확보한 액정디스플레이(LCD), 프로젝션 디스플레이 및 플라즈마 디스플레이(PDP)가 주류를 이루고 있고, 또 전계방출디스플레이(FED)와 전계발광디스플레이(ELD)등이 관련기술의 향상과 더불어 각 특성에 따른 분야를 점유할 것으로 전망된다. 액정 디스플레이는 현재 노트북, 퍼스널 컴퓨터 모니터, 액정 TV, 자동차, 항공기 등 사용범위가 확대되고 있으며 평판시장의 80%가량을 차지하고 있고 세계적으로 LCD의 수요가 급증해 현재까지 호황을 누리고 있다.

종래의 액정 디스플레이는 한 쌍의 흡광성 광학필름들 사이에 액정 및 전극 매트릭스를 배치한다. 액정 디스플레이에 있어서, 액정 부분은 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정부분을 움직이게 함으로써, 이에 따라 변경되는 광학 상태를 가지고 있다. 이러한 처리는 정보를 실은 '픽셀'을 특정 방향의 편광을 이용하여 영상을 표시한다. 이러한 이유 때문에, 액정 디스플레이는 편광을 유도하는 전면 광학필름 및 배면 광학필름을 포함한다.

이러한 액정 디스플레이에서 사용되는 광학필름은 백라이트로부터 발사되는 광의 이용효율이 반드시 높다고는 할 수 없다. 이것은, 백라이트로부터 발사되는 광 중 50%이상이 배면측 광학필름(흡수형 편광필름)에 의해 흡수되기 때문이다. 그래서, 액정 디스플레이에서 백라이트 광의 이용효율을 높이기 위해서, 광학캐비티와 액정어셈블리 사이에 광학체를 설치한다.

도 1은 종래의 광학체의 광학원리를 도시하는 도면이다. 구체적으로, 광학캐비티로부터 액정어셈블리로 향하는 빛 중 P편광은 광학체를 통과하여 액정어셈블리로 전달되도록 하고, S편광은 광학체에서 광학캐비티로 반사된 다음 광학캐비티의 확산반사면에서 빛의 편광 방향이 무작위화된 상태로 반사되어 다시 광학체로 전달되어 결국에는 S편광이 액정어셈블리의 편광기를 통과할 수 있는 P편광으로 변환되어 광학체를 통과한 후 액정어셈블리로 전달되도록 하는 것이다.

상기 광학체의 입사광에 대한 S편광의 선택적 반사와 P편광의 투과 작용은 이방성 굴절률을 갖는 평판상의 광학층과, 등방성 굴절률을 갖는 평판상의 광학층이 상호 교호 적층된 상태에서 각 광학층간의 굴절율 차이와 적층된 광학층의 신장 처리에 따른 각 광학층들의 광학적 두께 설정 및 광학층의 굴절률 변화에 의해서 이루어진다.

즉, 광학체로 입사되는 빛은 각 광학층을 거치면서 S편광의 반사와 P편광의 투과 작용을 반복하여 결국에는 입사편광 중 P편광만 액정어셈블리로 전달된다. 한편, 반사된 S편광은 전술한 바와 같이, 광학캐비티의 확산반사면에서 편광상태가 무작위화 된 상태로 반사되어 다시 광학체로 전달된다. 이에 의해, 광원으로부터 발생된 빛의 손실과 함께 전력 낭비를 줄일 수 있었다.

그런데, 이러한 종래 광학체는 굴절률이 상이한 평판상의 등방성 광학층과 이방성 광학층이 교호 적층되고, 이를 신장처리하여 입사편광의 선택적 반사 및 투과에 최적화될 수 있는 각 광학층간의 광학적 두께 및 굴절률을 갖도록 제작되기 때문에, 광학체의 제작공정이 복잡하다는 문제점이 있었다. 특히, 광학체의 각 광학층이 평판 구조를 가지고 있어서, 입사편광의 광범위한 입사각 범위에 대응하여 P편광과 S편광을 분리하여야 하기 때문에, 광학층의 적층수가 과도하게 증가하여 생산비가 기하급수적으로 증가하는 문제가 있었다. 또한, 광학층의 적층수가 과도하게 형성되는 구조에 의하여 광손실에 의한 광학적 성능 저하가 우려되는 문제점이 있었다.

도 2는 종래의 광학체 중 하나인 이중휘도향상필름(DBEF : dual brightness enhancement film)의 단면도이다. 구체적으로 이중휘도향상필름은 기재(8)의 양면에 스킨층(9, 10)이 형성된다. 기재(8)은 4개의 그룹(1, 2, 3, 4)으로 구분되는데, 각각의 그룹들은 등방층과 이방층이 교호적층되어 대략 200층을 형성한다. 한편, 기재(8)을 형성하는 4개의 그룹(1, 2, 3, 4) 사이에 이들을 결합하기 위한 별도의 접착층(5, 6, 7)이 형성된다. 또한 각각의 그룹들은 200층 내외의 매우 얇은 두께를 가지므로 이들 그룹들을 개별적으로 공압출하는 경우 각각의 그룹들이 손상될 수 있어 상기 그룹들은 보호층(PBL)을 포함하는 경우가 많았다. 이 경우 기재의 두께가 두꺼워지고 제조원가가 상승하는 문제가 있었다.

또한, 디스플레이 패널에 포함되는 이중휘도향상필름의 경우 슬림화를 위하여 기재의 두께에 제약이 있으므로, 기재 및/또는 스킨층에 접착층이 형성되면 그 두께만큼 기재가 줄어들게 되므로 광학물성 향상에 매우 좋지 않은 문제가 있었다. 나아가, 기재 내부 및 기재과 스킨층을 접착층으로 결합하고 있으므로, 외력을 가하거나, 장시간 경과하거나 또는 보관장소가 좋지 않은 경우에는 층간 박리현상이 발생하는 문제가 있었다. 또한 접착층의 부착과정에서 불량률이 지나치게 높아질 뿐만 아니라 접착층의 형성으로 인하여 광원에 대한 상쇄간섭이 발생하는 문제가 있었다.

기재(8)의 양면에 스킨층(9, 10)이 형성되며, 상기 기재(8)와 스킨층(9, 10) 사이에 이들을 결합하기 위하여 별도의 접착층(11, 12)이 형성된다. 종래의 폴리카보네이트 재질의 스킨층과 PEN-coPEN이 교호적층된 기재과 공압출을 통해 일체화하는 경우 상용성 부재로 인하여 박리가 일어날 수 있으며, 결정화도 15% 내외로 인하여 연신 공정 수행시 신장축에 대한 복굴절 발생 위험성이 높다. 이에따라 무연신 공정의 폴리카보네이트 시트를 적용하기 위해서 접착층을 형성할 수 밖에 없었다. 그 결과 접착층 공정의 추가로 인하여 외부 이물 및 공정 불량 발생에 따른 수율 감소가 나타나며, 통상적으로 스킨층의 폴리카보네이트 무연신 시트를 생산시에는 와인딩 공정으로 인한 불균일한 전단 압력에 의한 복굴절 발생이 나타나 이를 보완하기 위한 폴리머 분자구조 변형 및 압출라인의 속도 제어 등의 별도의 제어가 요구되어 생산성 저하 요인이 발생되었다.

종래의 이중휘도향상필름의 제조방법을 간단히 설명하면, 기재를 형성하는 평균 광학적 두께가 상이한 4개의 그룹을 별도로 공압출한 뒤, 다시 4개의 공압출된 4개의 그룹을 연신한 후, 연신된 4개의 그룹을 접착제로 접착하여 기재를 제작한다. 왜냐하면 접착제 접착후 기재를 연신하면 박리현상이 발생하기 때문이다. 이후, 기재의 양면에 스킨층을 접착하게 된다. 결국 다층구조를 만들기 위해서는 2층구조를 접어서 4층 구조를 만들고 연속해서 접는 방식의 다층구조를 만드는 공정을 통해 하나의 그룹(209층)을 형성하고 이를 공압출하므로 두께 변화를 줄 수 없어 하나의 공정에서 다층내부에 그룹을 형성하기 어려웠다. 그 결과 평균 광학적 두께가 상이한 4개의 그룹을 별도로 공압출한 뒤 이를 접착할 수 밖에 없는 실정이다.

상술한 공정은 단속적으로 이루어지므로 제작단가의 현저한 상승을 불러왔으며, 그 결과 백라이트 유닛에 포함되는 모든 광학필름들 중 원가가 가장 비싼 문제가 있었다. 이에 따라, 원가절감의 차원에서 휘도저하를 감소하고서라도 반사형 편광자를 제외한 액정 디스플레이가 빈번하게 출시되는 심각한 문제가 발생하였다.

이에, 이중휘도향상필름이 아닌 기재 내부에 길이방향으로 신장된 복굴절성 폴리머를 배열하여 광학체의 기능을 달성할 수 있는 분산체가 분산된 광학체가 제안되었다. 도 3은 봉상형 폴리머를 포함하는 광학체(20)의 사시도로서, 기재(21) 내부에 길이방향으로 신장된 복굴절성 폴리머(22)가 일방향으로 배열되어 있다. 이를 통해 기재(21)와 복굴절성 폴리머(22) 간의 복굴절성 계면에 의하여 광변조 효과를 유발하여 광학체의 기능을 수행할 수 있게 되는 것이다. 그러나, 상술한 교호적층된 이중휘도향상필름에 비하여 가시광선 전체 파장영역의 광을 반사하기 어려워 광변조 효율이 너무나도 떨어지는 문제가 발생하였다.

이에, 교호적층된 이중휘도향상필름과 비슷한 투과율 및 반사율을 가지기 위해서는 기재 내부에 지나치게 많은 수의 복굴절성 폴리머(22)를 배치하여야 하는 문제가 있었다. 구체적으로 광학체의 수직단면을 기준으로 가로 32인치 디스플레이 패널을 제조하는 경우 가로 1580 ㎜이고 높이(두께) 400㎛ 이하인 기재(21) 내부에 상술한 이중휘도향상필름과 유사한 광학 물성을 가지기 위해서는 길이방향의 단면직경이 0.1 ~ 0.3㎛인 원형 또는 타원형의 복굴절성 폴리머(22)가 최소 1억개 이상 포함되어야 하는데, 이 경우 생산비용이 지나치게 많아질 뿐 아니라, 설비가 지나치게 복잡해지고 또한 이를 생산하는 설비를 제작하는 것 자체가 거의 불가능하여 상용화되기 어려운 문제가 있었다. 또한, 시트 내부에 포함되는 복굴절성 폴리머(22)의 광학적 두께를 다양하게 구성하기 어려우므로 가시광선 전체 영역의 광을 반사하기 어려워 물성이 감소하는 문제가 있었다.

이를 극복하기 위하여 기재 내부에 복굴절성 해도사를 포함하는 기술적 사상이 제안되었다. 도 4는 기재내부에 포함되는 복굴절성 해도사의 단면도로서, 복굴절성 해도사는 내부의 도부분과 해부분의 광변조 계면에서 광변조 효과를 발생시킬 수 있으므로, 상술한 복굴절성 폴리머와 같이 매우 많은 수의 해도사를 배치하지 않더라도 광학물성을 달성할 수 있다. 그러나, 복굴절성 해도사는 섬유이므로 폴리머인 기재와의 상용성, 취급용이성, 밀착성의 문제가 발생하였다.

나아가, 원형 형상으로 인하여 광산란이 유도되어 가시광선 영역의 광파장에 대한 반사편광 효율이 저하되어, 기존 제품 대비 편광특성이 저하되어 휘도 향상 한계가 있었으며, 더불어 해도사의 경우 도접합 현상을 줄이면서, 해성분 영역이 세분화 되므로 공극 발생으로 인하여 빛샘 즉 광 손실현상으로 인한 광특성 저하 요인이 발생되었다. 또한 직물 형태로 조직 구성으로 인하여 레이어 구성의 한계로 인하여 반사 및 편광 특성 향상에 한계점이 발생되는 문제가 있었다. 또한 이와 같은 광학체의 경우 레이어간의 간격 및 분산체간의 이격공간으로 인하여 휘선보임이 관찰되는 문제가 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 광학체는 종래의 광학체에 비하여 휘도향상을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 편광도 및 낮은 헤이즈(Haze)를 가지는 광학체 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하는데 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 광학체는 기재 및 상기 기재 내부에 분산되어 포함되는 복수개의 분산체를 포함하고, 상기 복수개의 분산체는 평균단면적이 1㎛² 이하이고, 하기의 수학식 1에 따른 종횡비 분산계수가 40% 이상일 수 있다.

[수학식 1]

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 복수개의 분산체는 상기의 수학식 1에 따른 종횡비 분산계수가 40 ~ 45%일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 광학체의 헤이즈(Haze)는 25% 이하일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 복수개의 분산체는 평균종횡비가 0.3 ~ 0.5일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 광학체는 투과축에 평행한 제1 편광은 투과시키고, 소광축에 평행한 제2 편광은 반사시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 복수개의 분산체는 어느 일축방향으로 신장되어 기재와 적어도 하나의 축방향으로 상이한 굴절률을 가질 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 복수개의 분산체는 기재 내부에 랜덤하게 분산되어 있을 수 있다.

한편, 본 발명의 표시장치는 앞서 언급한 광학체를 포함할 수 있다.

이 때, 표시장치는 바람직하게는 액정표시장치(LCD) 또는 발광 다이오드(LED)일 수 있다.

이하, 본 명세서에서 사용된 용어에 대해 간략히 설명한다.

'분산체가 복굴절성을 가진다'는 의미는 방향에 따라 굴절률이 다른 섬유에 빛을 조사하는 경우 분산체에 입사한 빛이 방향이 다른 두 개의 빛 이상으로 굴절된다는 것이다.

'등방성'이라 함은 빛이 물체를 통과할 때, 방향에 상관없이 굴절률이 일정한 것을 의미한다.

'이방성'이라 함은 빛의 방향에 따라 물체의 광학적 성질이 다른 것으로 이방성 물체는 복굴절성을 가지며 등방성에 대응된다.

'광변조'라 함은 조사된 빛이 반사, 굴절, 산란하거나 빛의 세기, 파동의 주기 또는 빛의 성질이 변화하는 것을 의미한다.

'종횡비'라 함은 분산체의 길이방향의 수직단면을 기준으로 장축길이에 대한 단축길이의 비를 의미한다.

'분산체의 단면적'라 함은 하기 관계식 1로 정의된다.

[관계식 1]

분산체의 단면적(㎛²) = π×분산체의 장축길이/2×분산체의 단축길이/2

관계식 1의 장축길이 및 단축길이는 분산체의 길이방향의 수직단면이 기준으로, 구체적으로 광학체의 신장방향 방향에 수직한 광학체의 단면 내 분산체 장축, 단축을 의미한다(도 6 참조).

본 발명의 광학체 및 이를 포함하는 표시장치는 종래의 광학체에 비하여 휘도향상을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 우수한 편광도 및 낮은 헤이즈(Haze)를 가진다.

도 1은 종래의 광학체의 원리를 설명하는 개략도이다.
도 2는 현재 사용되고 있는 이중휘도향상필름(DBEF)의 단면도이다.
도 3은 봉상형 폴리머를 포함하는 광학체의 사시도이다.
도 4는 광학체에 사용되는 복굴절성 해도사에 입사한 광의 경로를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 랜덤 분산형 광학체의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 랜덤 분산형 광학체에 사용되는 분산체의 길이방향의 수직단면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 광학체의 사시도이다.
도 8은 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 흐름제어부의 일종인 코트-행거 다이의 단면도이고, 도 9은 도 8의 측면도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 광학체를 채용한 액정표시장치의 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.

본 발명의 광학체는 확산 편광기 또는 반사 편광기일 수도 있다. 또한, 반사 편광기로서 다양한 용도를 가질 수 있으며, 바람직한 예로서 액정 디스플레이 패널에 유용할 수 있다. 또한, 본 발명의 광학체는 창문 재료로서도 사용할 수 있고, 광 고정체로서 편광된 방사광이 바람직한 용도로 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 광학체의 더욱 구체적인 용도의 예로서 액정 디스플레이(LCD)와 같은 광학 디스플레이를 들 수 있는데, 이는 랩-탑 컴퓨터, 손에 들고 쓸 수 있는 계산기, 디지털 시계, 자동차 계기반 디스플레이, 콘트라스트를 증가시키고 눈부심을 감소시키기 위해 편광을 이용하는 편광된 조명기구 및 작업 조명기구에 널리 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 광학체는 대형 코어 광학 섬유(LCOF: Large Core Optical Fiber)와 같은 광 가이드를 비롯하여 다양한 광학 장치에 광 추출체로서도 사용할 수 있다. 구체적으로 건축물의 고조명, 장식용 조명, 의학용 조명, 표지(signage), 시각적 안내물(예; 비행기 또는 극장의 통로에 또는 착륙 스트립), 디스플레이(예; 특히, 과량의 열이 문제인 장치 디스플레이) 및 전시 조명, 도로 조명, 자동차 조명, 하방 조명, 작업 조명, 강조 조명 및 주위 조명과 같이, 다양한 원거리 광원 조명 용도에 유용하게 사용할 수 있다.

본 발명의 광학체는 투과축에 평행한 제1 편광은 투과시키고, 소광축에 평행한 제2 편광은 반사시킬 수 있다.

먼저, 본 발명의 광학체에 의해 투과되는 제1 편광과 반사되는 제2 편광에 대해 구체적으로 설명한다.

공간상의 X, Y 및 Z축에 따른 광학체의 굴절률의 실질적인 일치 또는 불일치의 크기는 그 축에 따라 편광된 광선의 산란 정도에 영향을 미친다. 일반적으로, 산란능은 굴절률 불일치의 제곱에 비례하여 변화한다. 따라서, 특정 축에 따른 굴절률의 불일치의 정도가 더 클수록, 그 축에 따라 편광된 광선이 더 강하게 산란된다. 반대로, 특정 축에 따른 불일치가 작은 경우, 그 축에 따라 편광된 광선은 더 적은 정도로 산란된다. 어떤 축에 따른 광학체의 등방성 물질의 굴절률이 이방성 물질의 굴절률과 실질적으로 일치되는 경우, 이러한 축에 평행한 전기장으로 편광된 입사광은 산란되지 않고 광학체를 통과한다. 보다 구체적으로, 제1 편광(P파)은 등방성 물질과 이방성 물질의 경계에 형성되는 복굴절 계면에 영향을 받지 않고 투과되나, 제2 편광(S파)은 등방성 물질과 이방성 물질의 경계에 형성되는 복굴절성 계면에 영향을 받아 광의 변조가 일어난다. 이를 통해 P파는 투과되고 S파는 광의 산란, 반사 등의 광의 변조가 발생하게 되어 결국 편광의 분리가 이루어지고, 제1 편광(P파)은 광학체를 투과하여 통상 광학체의 상부에 위치하는 액정디스플레이에 도달하게 된다. 이러한 원리로 광학체는 하나의 편광은 투과시키고, 다른 편광은 반사시키는 작용을 하게 되며, 투과된 편광은 투과축에 평행하게 편광되고, 반사되는 편광은 소광축에 평행하게 편광된다.

본 발명의 광학체는 기재 및 기재 내부에 분산되어 포함되는 복수개의 분산체를 포함하는 폴리머 분산형 광학체일 수 있고, 보다 바람직하게는 분산체가 랜덤하게 기재 내부에 분산된 랜덤 분산형 광학체일 수 있다.

이 때, 분산체는 기재와 복굴절 계면을 형성하여 광변조 효과를 유발시켜야 되므로 기재가 광학적 등방성인 경우, 분산체는 광학적으로 복굴절성을 가질 수 있고, 반대로 기재가 광학적으로 복굴절성을 갖는 경우에는 분산체는 광학적 등방성을 가질 수 있다. 구체적으로, 분산체의 x축 방향의 굴절율이 nX₁, y축 방향의 굴절율이 nY₁ 및 z축 방향의 굴절율이 nZ₁이고, 기재의 굴절율이 nX₂, nY₂ 및 nZ₂일 때, nX₁과 nY₁ 사이의 면내 복굴절이 발생할 수 있다. 더욱 바람직하게는 기재와 분산체의 X, Y, Z축 굴절율 중 적어도 어느 하나가 상이할 수 있으며, 보다 바람직하게는 신장축이 X축인 경우 Y축 및 Z축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.05 이하이고, X축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.1 이상일 수 있다. 한편 통상적으로 굴절율의 차이가 0.05 이하이면 정합으로 해석된다.

본 발명의 복수개의 분산체는 목적하는 제2 편광을 적어도 가시광선 파장범위에서 반사시키기 위해 적절한 광학적 두께를 가질 수 있고, 적절한 범위내의 두께 편차를 가질 수 있다. 광학적 두께(optical thickness)는 n(굴절율)>d(물리적 두께)를 의미한다. 한편 빛의 파장과 광학적 두께는 하기 관계식 2에 따라 정의된다.

[관계식 2]

λ= 4nd, 단 λ는 빛의 파장(nm), n은 굴절율, d는 물리적 두께(nm)

따라서, 분산체의 평균 광학적 두께가 150nm일 경우 관계식 2에 의해 400nm 파장의 제2 편광을 반사시킬 수 있을 것이고, 이러한 원리로 복수개의 분산체 각각의 광학적 두께를 조절할 경우 목적하는 파장범위, 특히 가시광선 파장범위에서의 제2 편광의 반사율을 현저히 증가시킬 수 있다.

이에 따라 본 발명의 광학체는 바람직하게는 복수개의 분산체 중 적어도 2개는 분산체가 신장된 방향으로 단면적이 상이할 수 있고, 이를 통해 분산체의 단면직경(광학적 두께에 해당함)이 다를 수 있어 광학적 두께에 대응되는 파장의 제2 편광을 반사시킬 수 있으며, 가시광선의 각 파장에 대응하는 광학적 두께를 가지는 폴리머를 포함할 경우 가시광선 영역에 대응되는 제2 편광을 반사시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 복수개의 분산체 그 형상은 특별한 제한은 없으며, 구체적으로 원형, 타원형 등일 수 있고, 전체 분산체의 개수는 32인치를 기준으로 기재의 두께가 120㎛일 때 25,000,000 ~ 80,000,000 개일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

한편, 본 발명의 기재와 분산체는 통상적으로 광학체에 복굴절 계면을 형성하도록 사용되는 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있고, 기재 성분은 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열성 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(PCTG) 및 사이크로올레핀폴리머 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리카보네이트(PC) 및 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)을 포함할 수 있다. 이 때, 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트는 산 성분과 디올 성분이 1 : 0.5 ~ 1.5 몰비, 바람직하게는 1 : 0.8 ~ 1.2 몰비로 중합하여 제조된 화합물로서, 산 성분은 테레프탈레이트를 포함하고, 디올 성분은 에틸글리콜 및 사이클로헥산디메탄올을 포함할 수 있다. 또한, 기재 성분은 유리전이온도가 110 ~ 130℃, 바람직하게는 115 ~ 125℃의 유리전이온도를 가지는 물질일 수 있다.

또한, 분산체 성분은 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열성 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(PCTG) 및 사이크로올레핀폴리머를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며 보다 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 포함할 수 있다.

한편, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)은 중합하는 과정에 있어서, 부산물이 발생할 수 있다. 발생하는 부산물이 적을수록 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)의 중합도가 우수하며, 본 발명의 분산체 성분으로는 바람직하게 중합도가 우수한 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)을 포함할 수 있다. 이 때, 부산물에는 중합하는 과정에 있어서 사용된 잔류 촉매, 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 등이 있으며, 본 발명의 분산체 성분으로 잔류 촉매(예를 들어, Ge) 함량이 100ppm 이하, 바람직하게는 10 ~ 70ppm, 더욱 바람직하게는 10 ~ 40ppm, 디에틸렌글리콜(DEG)의 함량이 3.5 중량% 이하, 바람직하게는 1.0 ~ 2.5 중량%, 더욱 바람직하게는 1.0 ~ 2.0 중량%인 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)를 포함할 수 있다.

나아가, 본 발명의 광학체는 하기 조건 (1) 및 (2)를 만족할 수 있다.

(1) 분산체의 유리전이온도(Tg) > 기재의 유리전이온도(Tg)

(2) 분산체 및 기재의 유리전의온도의 차이가 10℃ 이하, 바람직하게는 3 ~ 9℃

이와 같은 조건 (1) 및 (2)를 만족함으로서, 본 발명의 광학체는 우수한 물성을 달성하기에 보다 유리할 수 있다.

또한, 본 발명의 광학체는 기재와 분산체 간에 복굴절 계면을 형성하기 위해 적어도 하나의 방향으로 연신된 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 복수개의 분산체는 기재 내부에 랜덤하게 분산된 것일 수 있다. 이를 통해 본 발명의 광학체를 보다 용이하게 구현하여 우수한 물성을 발현할 수 있고, 종래의 광학체에 비해 빛샘, 휘선보임 등의 문제점까지 상쇄시킨 광학체를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 광학체, 구체적으로 랜덤 분산형 광학체에 대해 더욱 구체적으로 설명하면, 랜덤 분산형 광학체는 기재 및 기재 내부에 포함되어 외부에서 조사되는 제1 편광을 투과시키고 제2 편광을 반사시키기 위한 복수개의 분산체를 포함하며, 복수개의 분산체는 기재와 적어도 하나의 축방향으로 굴절율이 상이하고, 기재 내부에 포함된 복수개의 분산체는 평균종횡비(≒ 길이방향의 수직단면을 기준으로 장축길이에 대한 단축길이의 평균종횡비)가 0.5이하일 수 있고, 바람직하게는 0.3 ~ 0.5, 더욱 바람직하게는 0.4 ~ 0.48, 더더욱 바람직하게는 0.44 ~ 0.46일 수 있다. 이러한 광학체의 경우 우수한 물성을 달성하기에 보다 유리할 수 있다.

한편, 본 발명의 복수개의 분산체는 평균단면적이 1㎛² 이하, 바람직하게는 0.5㎛² 이하, 더욱 바람직하게는 0.3㎛² 이하일 수 있다.

또한, 본 발명의 복수개의 분산체는 0.3㎛² 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 80% 이상, 바람직하게는 0.3㎛² 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 90% 이상, 더욱 바람직하게는 0.3㎛² 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 95% 이상일 수 있다.

또한, 더욱 구체적으로 말하면, 본 발명의 복수개의 분산체는 0.21㎛² 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 80% 이상, 바람직하게는 0.21㎛² 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 90% 이상, 더욱 바람직하게는 0.21㎛² 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 95% 이상일 수 있다.

또한, 더더욱 구체적으로 말하면, 본 발명의 복수개의 분산체는 0.12㎛² 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 80% 이상, 바람직하게는 0.12㎛² 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 85% 이상, 더욱 바람직하게는 0.12㎛² 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 93% 이상일 수 있어, 이러한 광학체의 경우 우수한 물성을 달성하기에 보다 유리할 수 있다.

또한, 본 발명의 복수개의 분산체는 0.01㎛² 초과하고 0.09㎛² 이하의 단면적을 갖는 분산체의 개수가 전체 분산체 중 70 ~ 90%, 바람직하게는 75 ~ 85%, 더욱 바람직하게는 78 ~ 82%일 수 있어, 이러한 광학체의 경우 우수한 물성을 달성하기에 보다 유리할 수 있다.

한편, 본 발명의 복수개의 분산체는 하기의 수학식 2에 따른 단면적 분산계수가 90% ~ 120%, 바람직하게는 95 ~ 115%, 더욱 바람직하게는 97 ~ 105%일 수 있어, 이러한 광학체의 경우 우수한 물성을 달성하기에 보다 유리할 수 있다.

[수학식 2]

결국, 단면적 분산계수란 단면적의 분산정도를 확인할 수 있는 파라미터로서, 만일, 단면적 분산계수가 0%일 경우이면 동일, 클수록 분산체 간 단면적 차이 또는, 평균단면적에 보다 단면적 차이가 큰 분산체의 비율이 증가하는 것을 의미한다.

본 발명의 광학체는 단면적에 대한 분산계수가 90% 이상으로서 매우 큼에 따라서 단면적이 0.3 이하가 80% 이상인 것들로 구성되되, 분산체 간 단면적 분포가 매우 넓어 짐에 따라서 목적하는 파장영역대를 모두 세분화하여 커버함으로써 휘도를 보다 현저히 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

나아가, 본 발명의 복수개의 분산체는 하기의 수학식 1에 따른 종횡비 분산계수가 40% 이상, 바람직하게는 40 ~ 45%, 더욱 바람직하게는 41 ~ 43%일 수 있으며, 이러한 광학체의 경우 우수한 물성을 달성하기에 보다 유리할 수 있다.

[수학식 1]

한편, 본 발명의 랜덤 분산형 광학체의 헤이즈(Haze)는 25% 이하, 바람직하게는 10 ~ 20%일 수 있다.

나아가, 본 발명의 랜덤 분산형 광학체는 상술한 기재 및 기재 내부에 포함되고, 상술한 바람직한 일구현예에 따른 분산체 조건들을 만족하는 복수개의 분산체를 포함하는 광학체를 코어층으로 하고, 코어층의 적어도 일면에 형성된 일체화된 스킨층을 포함하는 구조일 수 있고, 스킨층을 더 구비함을 통해 코어층 보호, 광학체의 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.

스킨층을 포함하지 않는 일구현예와 스킨층을 포함하는 다른 일구현예에 따른 광학체는 용도상에서 차이가 있을 수 있고, 디스플레이 등 각종 범용적 액정표시장치에는 스킨층을 포함하는 광학체를 사용함이 바람직할 수 있으며, 휴대용 액정표시장치, 예를 들어 휴대용 전자기기, 스마트 전자기기, 스마트폰의 경우 슬림화된 광학체가 요구됨에 따라 스킨층을 포함하지 않는 광학체를 사용함이 바람직할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

구체적으로, 도 5는 본 발명의 랜덤 분산형 광학체의 단면도로써, 기재(201) 내부에 복수개의 분산체(202)들이 랜덤하게 분산되어 배열된 코어층(210) 및 코어층의 적어도 일면에 일체로 형성된 스킨층(220)을 나타낸다.

먼저, 코어층(210)에 대해 설명하면 코어층은 기재 내부에 포함된 복수개의 분산체는 평균종횡비(≒ 길이방향의 수직단면을 기준으로 장축길이에 대한 단축길이의 평균종횡비)가 0.5이하, 바람직하게는 0.3 ~ 0.5, 더욱 바람직하게는 0.4 ~ 0.48, 더더욱 바람직하게는 0.44 ~ 0.46일 수 있다.

구체적으로, 도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 사용되는 분산체의 길이방향의 수직단면으로서, 장축길이를 a라 하고 단축길이를 b라 했을 때 장축길이(a)와 단축길이(b)의 상대적인 길이의 비(종횡비)의 평균이 0.5 이하, 바람직하게는 0.3 ~ 0.5, 더욱 바람직하게는 0.4 ~ 0.48, 더더욱 바람직하게는 0.44 ~ 0.46이여야 한다. 만일 장축길이에 대한 단축길이의 비가 0.5이하를 만족하지 못하는 경우, 원하는 광학물성을 달성하기 어렵다.

도 7는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 광학체의 사시도로서, 코어층(210)의 기재(201) 내부에 복수개의 랜덤 분산체(208)가 길이방향으로 신장되어 있으며, 스킨층(220)은 코어층(210)의 상부 및/또는 하부에 형성될 수 있다. 이 경우 랜덤 분산체(208)는 각각 다양한 방향으로 신장될 수 있지만, 바람직하게는 어느 일 방향으로 평행하여 신장되는 것이 유리하며, 보다 바람직하게는 외부광원에서 조사되는 광에 수직하는 방향으로 신장체간에 평행하게 신장되는 것이 광변조 효과를 극대화하는데 효과적이다.

또한, 코어층의 두께는 20 ~ 350㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 ~ 250㎛일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 구체적인 용도 및 스킨층의 포함여부, 스킨층의 두께에 따라 코어층의 두께는 달리 설계될 수 있다. 또한 전체 분산체의 개수는 32인치를 기준으로 기재의 두께가 120㎛일 때 25,000,000 ~ 80,000,000 개일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

다음으로, 코어층의 적어도 일면에 포함될 수 있는 스킨층(220)에 대해 설명하면, 스킨층 성분은 통상적으로 사용되는 성분을 사용할 수 있으며, 통상적으로 반사편광 필름에서 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열성 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI), 폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴(SAN), 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화폴리에스테르(UP), 실리콘(SI), 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(PCTG) 및 사이크로올레핀폴리머 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리카보네이트(PC) 및 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)을 포함할 수 있다. 이 때, 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트는 산 성분과 디올 성분이 1 : 0.5 ~ 1.5 몰비, 바람직하게는 1 : 0.8 ~ 1.2 몰비로 중합하여 제조된 화합물로서, 산 성분은 테레프탈레이트를 포함하고, 디올 성분은 에틸글리콜 및 사이클로헥산디메탄올을 포함할 수 있다

상기 스킨층의 두께는 30 ~ 500㎛일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

한편, 스킨층이 형성되는 경우 코어층(210)과 스킨층(220) 사이에도 일체로 형성된다. 그 결과 접착층으로 인한 광학물성의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 한정된 두께에 보다 많은 층을 부가할 수 있어 광학물성을 현저하게 개선시킬 수 있다. 나아가, 스킨층은 코어층과 동시에 제조된 후 연신공정이 수행되므로 종래의 코어층 연신 후 미연신 스킨층을 접착시킬 때와는 달리 본 발명의 스킨층은 적어도 하나의 축방향으로 연신될 수 있다. 이를 통해 미연신 스킨층에 비하여 표면경도가 향상되어 내스크래치성이 개선되며 내열성이 향상될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 광학체는 집광이나 확산과 같은 광의 경로를 변경하기 위한 마이크로렌즈, 렌티큘러, 프리즘 형상 등의 구조화된 표면층을 상술한 광학체의 상부나 하부에 일체로 더 구비할 수 있다. 이에 대한 설명은 동일 출원인에 의한 대한민국 특허출원 제2013-0169215호 및 대한민국 특허출원 제2013-0169217호가 참조로 삽입될 수 있다.

상기와 같은 분산체가 기재 내에 랜덤하게 분산되어 있는 광학체는 후술되는 제조방법을 통해 제조될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.

먼저, 기재 성분과 분산체 성분을 개별적으로 독립된 압출부들에 공급할 수 있으며 이 경우 압출부는 2개 이상으로 구성될 수 있다. 또한 폴리머들이 섞이지 않도록 별도의 공급로 및 분배구를 포함하는 하나의 압출부에 공급하는 것 역시 본 발명에 포함된다. 상기 압출부는 익스트루더일 수 있으며, 이는 고체상의 공급된폴리머들을 액상으로 전환시킬 있도록 가열수단 등을 더 포함할 수 있다.

기재 성분의 내부에 분산체 성분이 배열될 수 있도록 폴리머 흐름성 차이가 있도록 점도를 차이가 있도록 설계하며, 바람직하게는 기재 성분이 흐름성이 분산체 성분보다 좋도록 한다. 다음, 기재 성분과 분산체 성분이 믹싱존과 메시 필터존을 통과하면서 기재 내에 분산체 성분이 점성에 차이를 통해 기재 내부에 분산체가 랜덤하게 배열된 광학체를 제조할 수 있다.

추가적으로, 제조된 광학체의 적어도 일면에 스킨층을 포함시킬 경우, 광학체의 적어도 일면을 압출부에서 이송된 스킨층 성분을 합지한다. 바람직하게는 스킨층 성분은 광학체의 양면에 모두 합지될 수 있다. 양면에 스킨층이 합지되는 경우 스킨층의 재질 및 두께는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.

다음으로, 기재 내부에 포함된 분산체 성분이 랜덤하게 배열될 수 있도록 흐름제어부에서 퍼짐을 유도할 수 있다. 구체적으로 도 8은 본 발명에 적용될 수 있는 바람직한 흐름제어부의 일종인 코트-행거 다이의 단면도이고, 도 9은 도 8의 측면도이다. 이를 통해 기재의 퍼짐정도를 적절하게 조절하여 분산체 성분의 단면적의 크기 및 배열을 랜덤하게 조절할 수 있다. 도 8에서 유로를 통해 이송된 스킨층이 합지된 기재가 코트-행거 다이에서 좌우로 넓게 퍼지므로 내부에 포함된 분산체 성분 역시 좌우로 넓게 퍼지게 된다.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 흐름 제어부에서 이송된 퍼짐이 유도된 광학체를 냉각 및 평활화하는 단계, 상기 평활화 단계를 거친 광학체를 연신하는 단계; 및 상기 연신된 광학체를 열고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

먼저, 흐름제어부에서 이송된 광학체를 냉각 및 평활화하는 단계로서 통상의 광학체의 제조에서 사용되던 냉각하여 이를 고형화하고 이후 캐스팅 롤공정 등을 통해 평활화 단계를 수행할 수 있다.

이후, 상기 평활화 단계를 거친 광학체를 연신하는 공정을 거친다.

상기 연신은 통상의 광학체의 연신공정을 통해 수행될 수 있으며, 이를 통해 기재 성분과 분산체 성분간의 굴절율 차이를 유발하여 계면에서 광변조 현상을 유발할 수 있고, 상기 퍼짐유도된 제1 성분(분산체 성분)은 연신을 통해 종횡비가 더욱 줄어들게 된다. 이를 위하여 바람직하게는 연신공정은 일축연신 또는 이축연신을 수행할 수 있으며, 보다 바람직하게는 일축연신을 수행할 수 있다.

일축연신의 경우 연신방향은 제1 성분 길이방향으로 연신을 수행할 수 있다. 또한 연신비는 3 ~ 12배 일 수 있다. 한편, 등방성 재료를 복굴절성으로 변화시키는 방법은 통상적으로 알려진 것이며 예를 들어 적절한 온도 조건 하에서 연신시키는 경우, 분산체 분자들은 배향되어 재료는 복굴절성으로 될 수 있다.

다음, 상기 연신된 광학체를 열고정하는 단계를 거쳐 최종적인 광학체를 제조할 수 있다. 상기 열고정은 통상의 방법을 통해 열고정될 수 있으며, 바람직하게는 180 ~ 200℃ 에서 0.1 ~ 3분 동안 IR 히터를 통해 수행될 수 있다.

이상에서 상술한 본 발명의 광학체는 광원 어셈블리나 표시장치 등에 채용되어, 광 효율을 증진시키는데 사용될 수 있다. 광원 어셈블리는 작업등, 조명, 또는 액정표시장치에 통상적으로 채용되는 어셈블리일 수 있다. 상기 액정표시장치에 채용되는 광원어셈블리는 램프가 하부에 위치하는 직하형, 램프가 사이드에 위치하는 에지형 등으로 분류되는데, 본 발명의 구현예들에 따른 광학체는 어떠한 종류의 광원 어셈블리에도 채용 가능하다. 또, 액정 패널의 아래쪽에 배치되는 백라이트(back light) 어셈블리나 액정 패널의 위쪽에 배치되는 프론트 라이트(front light) 어셈블리에도 적용 가능하다.

또한, 본 발명의 광학체는 유기발광표시장치와 같은 능동 발광형 디스플레이에도 채용이 가능하다. 이 경우 광학체는 유기발광표시장치의 패널 전방에 명암비 향상, 시인성 향상 등을 위해 채용될 수 있다.

이하에서는 다양한 적용예의 일예로서, 광학체가 에지형 광원 어셈블리를 포함하는 액정 표시 장치에 적용된 경우를 예시한다.

도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 액정 표시 장치의 단면도로서, 액정 표시 장치(2700)는 백라이트 유닛(2400), 및 액정 패널 어셈블리(2500)를 포함한다.

백라이트 유닛(2400)은 출사된 빛의 광학적 특성을 변조하는 광학체(2111)를 포함하며, 이때 백라이트 유닛에 포함되는 기타구성 및 기타구성과 광학체(2111)의 위치관계는 목적에 따라 달라질 수 있어 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.

다만, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 도 10과 같이 광원(2410), 광원(2410)으로부터 출사된 빛을 가이드하는 도광판(2415), 도광판(2415)의 하측에 배치된 반사 필름(2320), 및 도광판(2415)의 상측에 배치되는 광학체(2111)로 구성 및 배치될 수 있다.

이때, 광원(2410)은 도광판(2415)의 양 사이드에 배치된다. 광원(2410)은 예를 들어 LED(Light Eimitting Diode), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 광원(2410)은 도광판(2415)의 일측에만 배치될 수도 있다.

도광판(2415)은 광원(2410)으로부터 출사된 빛을 내부 전반사를 통해 이동시키다가 도광판(2415) 하면에 형성된 산란패턴 등을 통해 상측으로 출사시킨다. 도광판(2415)의 아래에는 반사 필름(2420)이 배치되어, 도광판(2415)으로부터 아래로 출사된 빛을 상부로 반사한다.

도광판(2415)의 상부에는 광학체(2111)가 배치된다. 광학체 (2111)에 대해서는 앞서 상세히 설명하였으므로, 중복 설명은 생략한다. 광학체 (2111)의 위 또는 아래에는 다른 광학 시트들이 더 배치될 수도 있다. 예를 들어, 입사된 원편광을 일부 반사하는 액정 필름, 원편광 빛을 선형 편광으로 변환시키는 위상차 필름 및/또는 보호 필름을 더 설치할 수 있다.

또한, 광원(2410), 도광판(2415), 반사 필름(2420) 및 광학체(2111)는 바텀 샤시(2440)에 의해 수납될 수 있다.

액정 패널 어셈블리(2500)는 제1 표시판(2511), 제2 표시판(2512) 및 그 사이에 개재된 액정층(미도시)을 포함하며, 제1 표시판(2511) 및 제2 표시판(2512)의 표면에 각각 부착된 편광판(미도시)을 더 포함할 수 있다.

액정 표시 장치(2700)는 액정 패널 어셈블리(2500)의 테두리를 덮으며, 액정 패널 어셈블리(2500) 및 백라이트 유닛(2400)의 측면을 감싸는 탑 샤시(2600)를 더 포함할 수 있다.

한편, 구체적으로 도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 광학체를 채용한 액정표시장치의 일례로서, 프레임(3270)상에 반사판(3280)이 삽입되고, 반사판(3280)의 상면에 냉음극형광램프(3290)가 위치한다. 냉음극형광램프(3290)의 상면에 광학필름(3320)이 위치하며, 광학필름(3320)은 확산판(3321), 광학체(3322) 및 흡수편광필름(3323)의 순으로 적층될 수 있으나, 광학필름에 포함되는 구성 및 각 구성간의 적층순서는 목적에 따라 달라질 수 있고, 일부 구성요소가 생략되거나 복수개로 구비될 수 있다. 나아가, 위상차 필름(미도시) 등도 액정표시장치 내의 적절한 위치에 삽입될 수 있다. 한편, 상기 광학필름(3320)의 상면에 액정표시패널(3310)이 몰드프레임(3300)에 끼워져 위치할 수있다.

빛의 경로를 중심으로 살펴보면, 냉음극형광램프(3290)에서 조사된 빛이 광학필름(3320) 중 확산판(3321)에 도달한다. 확산판(3321)을 통해 전달된 빛은 빛의 진행방향을 광학필름(3320)에 대하여 수직으로 진행시키기 위하여 광학체(3322)를 통과하게 되면서 광변조가 발생하게 된다. 구체적으로 P파는 광학체를 손실없이 투과하나, S파의 경우 광변조(반사, 산란, 굴절 등)가 발생하여 다시 냉음극형광램프(3290)의 뒷면인 반사판(3280)에 의해 반사되고 그 빛의 성질이 P파 또는 S파로 랜덤하게 바뀐 후 다시 광학체(3322)을 통과하게 되는 것이다. 그 뒤 흡수편광필름(3323)을 지난 후, 액정표시패널(3310)에 도달하게 된다. 한편, 냉음극형광램프(3290)는 LED로 대체될 수 있다.

이상에서 설명한 구현예들은 본 발명의 일구현예들에 따른 광학체가 적용됨으로써, 복수의 광변조 특성을 효과적으로 나타낼 수 있고, 휘도가 개선될 수 있으며, 빛샘, 휘선이 발생하지 않고 이물이 외관에 시현되는 외관불량이 방지될 수 있는 동시에 액정표시 장치가 사용되는 고온 다습한 환경에서도 광학체의 신뢰성을 담보할 수 있는 이점이 있다. 또한, 각기 기능을 갖는 마이크로패턴층, 집광층이 광학체에 일체화 됨으로써, 광원 어셈블리의 두께를 줄일 수 있고, 조립 공정을 단순화시킬 수 있으며, 이러한 광원 어셈블리를 포함하는 액정표시 장치의 화질이 개선될 수 있다.

한편 본 발명에서는 광학체의 용도를 액정디스플레이를 중심으로 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 프로젝션 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 전계방출디스플레이 및 전계발광디스플레이 등 평판디스플레이 기술에 널리 사용될 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

실시예 1 : 랜덤 분산형 광학체의 제조

분산체 성분으로서 굴절율이 1.65인 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)와, 기재 성분으로서 폴리카보네이트 60 중량%에 산 성분으로 테레프탈레이트와 디올성분으로 에틸글리콜과 사이크로헥산디메탄올을 사용하여 산 성분 및 디올 성분이 1:2 몰비로 중합반응한 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)를 39중량% 및 아인산(H₃PO₃) 1 중량%를 포함한 원료를 각각 제1 압출부 및 제2 압출부에 투입하였다. 이 때, 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)는 중합하는 과정에서 사용된 Ge 촉매 잔류량 30ppm, 중합 부산물인 디에틸렌글리콜(DEG) 1.5 중량%를 포함하는 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)를 사용하였다.

기재 성분과 분산체 성분의 압출 온도는 245℃로 하고, Cap.Rheometer 확인하여 I.V. 조정을 통해 폴리머 흐름을 보정하고, Filteration Mixer가 적용된 유로 통과하여 기재 내부에 분산체가 랜덤분산되도록 유도하였고, 기재층 폴리머를 유속 및 압력구배를 보정하는 도 8 및 9의 코트행거다이에서 퍼짐을 유도하였다. 구체적으로 다이 입구의 폭은 200mm이고 두께는 10mm이며 다이출구의 폭은 1,260mm이고, 두께는 2.5 mm이며, 유속은 1.0m/min이다. 그 뒤 냉각 및 캐스팅 롤에서 평활화 공정을 수행하고 MD 방향으로 6배 연신하였다. 이어서 180℃ 에서 2분 동안 히터챔버를 통해 열고정을 수행하여 두께가 120㎛인 도 5와 같은 단면구조를 가지는 랜덤 분산형 광학체를 제조하였다. 제조된 광학체의 분산체 성분의 굴절율은 (nx:1.88, ny:1.58, nz:1.58)이고 기재성분의 굴절율은 1.58였다.

실시예 2 : 랜덤 분산형 광학체의 제조

실시예 1과 동일한 방법으로 도 5와 같은 단면구조 및 표 1과 같은 분산체의 평균종횡비 및 단면적을 가지는 랜덤 분산형 광학체를 제조하였다.

다만, 분산체 성분으로서 사용된 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)는 중합하는 과정에서 사용된 Ge 촉매 잔류량 45ppm, 중합 부산물인 디에틸렌글리콜(DEG) 2.0 중량%를 포함하는 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)를 사용하였다.

실시예 3 : 랜덤 분산형 광학체의 제조

실시예 1과 동일한 방법으로 도 5와 같은 단면구조를 가지는 랜덤 분산형 광학체를 제조하였다.

다만, 분산체 성분으로서 사용된 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)는 중합하는 과정에서 사용된 Ge 촉매 잔류량 80ppm, 중합 부산물인 디에틸렌글리콜(DEG) 3.0 중량%를 포함하는 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)를 사용하였다.

비교예 1 : 랜덤 분산형 광학체의 제조

실시예 1과 동일한 방법으로 도 5와 같은 단면구조를 가지는 랜덤 분산형 광학체를 제조하였다.

다만, 분산체 성분으로서 사용된 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)는 중합하는 과정에서 사용된 Ge 촉매 잔류량 140ppm, 중합 부산물인 디에틸렌글리콜(DEG) 3.0 중량%를 포함하는 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)를 사용하였다.

실험예

상기 실시예를 통해 제조된 광학체에 대하여 다음과 같은 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 1 에 나타내었다.

1. 상대 휘도

상기 제조된 광학체의 휘도를 측정하기 위하여 하기와 같이 수행하였다. 반사필름, 도광판, 확산판, 광학체가 구비된 32" 직하형 백라이트 유니트 위에 패널을 조립 한 후, 탑콘사의 BM-7 측정기를 이용하여 9개 지점의 휘도를 측정하여 평균치를 나타내었다.

상대휘도는 실시예 1의 광학체의 휘도를 100(기준)으로 하였을 때, 다른 실시예 및 비교예의 휘도의 상대값을 나타낸 것이다.

2. 헤이즈(Haze)

헤이즈 및 투과도 측정기(니폰 덴쇼쿠 고교 코포레이티드(Nippon Denshoku Kogyo Co.) 제품인 COH-400) 분석설비를 이용하여 헤이즈를 측정하였다.

3. 종횡비, 단면적, 분산체 개수 측정방법

분산체 종횡비의 측정은 FE-SEM을 통해 신장방향에 수직한 광학체의 수직단면에 대해 촬영된 가로, 세로 각각 0.1㎜×0.1㎜ 단면사진을 기준으로, 상기 단면사진에 포함된 분산체별로 종방향의 길이와 횡방향의 길이를 측정하여 종횡비를 산출하였으며, 이때, 단면사진 내 분산체 개수가 1,000개 이상인 것을 대상으로 하여 단면적에 대한 수치의 신뢰성을 확보하였다.

구체적으로 길이 및 개수의 측정은 ImageJ 프로그램을 통해 FE-SEM의 단면사진에서 분산체와 기재간의 명암 단차를 이용하여 사진상의 모든 분산체의 단면적 분포(장축길이, 단축길이, 개수)를 산출하고, 이를 통해 분산체들 각각의 단면적을 하기 관계식 1을 통해 계산하였다.

[관계식 1]

분산체의 단면적(㎛²) = 3.14 ×(분산체의 장축길이×분산체의 단축길이)/2

이때, 관계식 1의 분산체 장축길이, 단축길이는 광학체의 신장방향에 수직한 광학체의 단면 내 분산체 장축, 단축을 의미한다.

비교예 2 : 출원번호 10-2013-0169215호의 실시예 1에서 제조된 랜덤 분산형 광학체

출원번호 10-2013-0169215호의 실시예 1에 기재된 것처럼 랜덤 분산형 광학체를 제조하였으며, 제조된 랜덤 분산형 광학체는 상기 실험예를 통해 하기 표 2에 기재된 물성값을 가지는 것을 확인하였다.

상기 표 1 및 표 2에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1 ~ 3에서 제조된 광학체는 비교예 1 ~ 2에서 제조된 광학체보다 우수한 휘도값를 가질 뿐만 아니라, 헤이즈 값이 낮고, 편광도가 우수함을 확인할 수 있었다.

또한, 실시예 1 ~ 3에서 제조된 광학체 중에서는 실시예 1에서 제조된 광학체가 가장 우수한 휘도값을 가질 뿐만 아니라, 헤이즈 값이 낮고, 편광도가 우수함을 확인할 수 있었다.

본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (8)

1. 기재; 및 상기 기재 내부에 분산되어 포함되는 복수개의 분산체;를 포함하고,
   상기 복수개의 분산체는 평균단면적이 1㎛² 이하이고, 하기의 수학식 1에 따른 종횡비 분산계수가 40% 이상인 것을 특징으로 하는 광학체.
   [수학식 1]
   

   

   
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 분산체는 상기의 수학식 1에 따른 종횡비 분산계수가 40 ~ 45%인 것을 특징으로 하는 광학체.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 광학체의 헤이즈(Haze)는 25% 이하인 것을 특징으로 하는 광학체.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 분산체는 평균종횡비가 0.3 ~ 0.5인 것을 특징으로 하는 광학체.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 광학체는 투과축에 평행한 제1 편광은 투과시키고, 소광축에 평행한 제2 편광은 반사시키는 것을 특징으로 하는 광학체.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 분산체는 어느 일축방향으로 신장되어 기재와 적어도 하나의 축방향으로 상이한 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광학체.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 복수개의 분산체는 기재 내부에 랜덤하게 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 광학체.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 광학체를 포함하는 표시장치.

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