KR20010059869A - 광 확산판 제조방법 - Google Patents

Abstract

액정 디스플레이(LCD)의 백 라이트(back light)로부터 발생하는 광을 확산시켜주는 광 확산판 제조방법에 관한 것으로, 유리 기판 위에 포토폴리머(photopolymer)와 같이 광에 반응하는 물질을 코팅하고, 광 반응 물질 상부에 소정 형상의 패턴이 인쇄된 마스크를 올려 놓는 다음, 유브이(UV)(9) 또는 레이저로 광 반응 물질을 노광 및 현상한다. 그리고, 광 반응 물질 패턴이 형성된 유리 기판을 유리의 연화점보다 높고 경화점보다 낮은 온도에서 소정 시간만큼 가열하면 광 반응 물질의 패턴 및 모듈레이션을 조절함으로써, 편광을 유지하고 빛을 자유로이 제어할 수 있는 광 확산판 제조할 수 있다.

Description

광 확산판 제조방법{method for fabricating optical diffuser}

본 발명은 액정 디스플레이(LCD)의 백 라이트(back light)로부터 발생하는 광을 확산시켜주는 광 확산판 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광 확산판은 입사되는 광이 확산판의 표면에서 스캐터링(scattering)되어 퍼지도록 만드는 광학 부품이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 광 확산판은 유리 기판(2)의 상부 면에 확산판(1)이 형성된 구조로 이루어지는데, 이 확산판(1)에 입사광(3)이 입사되면 입사광(3)은 확산판(1)의 표면에서 스캐터링되어 퍼져나가는 발산광(4)이 된다.

특히, 액정 디스플레이의 백 라이트 시스템(back light system)에는 정밀하고 광을 자유로이 제어하여야 하는 광 확산판이 필요하지만, 현재는 광을 자유로이 제어할 수 있는 광 확산판이 없는 실정이다.

그리고, 액정 디스플레이의 내부에도 광 확산판이 있어야 될 필요성이 대두되고 있지만 현재에는 그러한 조건을 만족할 만한 광 확산판이 없는 상태이다.

종래의 광 확산판은 유리에 모래를 이용하여 제작되는 광 확산판과, 필름(film)이나 유리에 다양한 크기의 PC(polycarbonate) 볼(ball)을 접착하여 제작하는 광 확산판이 있다.

모래를 이용하여 제작되는 광 확산판은 유리에 모래를 강하게 투사시켜 유리에 흠집을 만들어서 제작한다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 모래를 이용하여 제작되는 광 확산판의 엘리먼트(element) 모양은 삼각형 모양으로서, 광이 입사되면 광 확산판의 내부에서는 난반사가 일어나 편광(polarization)이 깨지게 된다.

또한, 이러한 방법으로 제작되는 확산판은 확산판의 엘리먼트 크기를 조정할 수 없기 때문에 확산판을 투과하여 나가는 광을 자유로이 제어할 수 없는 문제점이 있다.

그리고, 필름이나 유리에 다양한 크기의 PC 볼을 접착하여 제작되는 광 확산판은 필름이나 유리에 PC 볼(5)을 UV 경화제(6)와 같은 접착제로 접착하여 만드는데, 도 2b에 도시된 바와 같이 확산판의 엘리먼트 모양은 둥근 모양이므로 편광이 깨지지 않는 장점이 있다.

그러나, 이것 역시 광 확산판을 통과하는 광을 자유로이 제어할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 액정 디스플레이의 확산판에서 편광상태를 유지하면서도 확산되는 광을 자유롭게 제어할 수 있는 광 확산판 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 광 확산판을 보여주는 구조단면도

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 광 확산기의 표면 모양을 보여주는 도면

도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 광 확산판 제조공정을 보여주는 공정 단면도

도 4는 본 발명에 따른 패턴 크기와 방사각과의 관계를 보여주는 그래프

도 5는 마스크의 패턴 모양에 따른 확산판에서 출사된 빛의 모양을 보여주는 도면

도 6은 마스크에 형성된 작은 패턴과 큰 패턴의 분포를 보여주는 도면

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

7 : 유리 기판 8 : 광 반응 물질

9 : UV 10 : 노광된 부분

11 : 모듈레이션 12 : 마스크 패턴

13 : 확산판에서 출사된 광

본 발명에 따른 광 확산판 제조방법은 투명 기판 위에 광 반응 물질을 형성하는 단계와, 광 반응 물질을 소정 형상으로 패터닝하는 단계와, 패터닝된 광 반응 물질을 가열하는 단계로 이루어진다.

여기서, 투명 기판은 유리이고, 광 반응 물질은 포토폴리머(photopolymer)로 이루어진다.

그리고, 광 반응 물질 패턴의 형상 및 모듈레이션은 가열 온도 및 가열 시간에 따라 조절되며, 가열 온도는 투명 기판의 연화점보다 높고 경화점보다 낮은 온도로 한다.

이와 같이, 제작되는 본 발명은 제조공정이 간단하고, 마스크의 패턴을 바꾸어줌으로써 원하는 방사각이 나오도록 자유로이 제어할 수 있으며, 편광을 유지할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 기존의 제작 방법과는 달리 포토 마스크를 사용하여 패터닝 및 열 처리 공정으로 편광(polarization)을 유지하고 확산되는 빛을 자유로이 제어할 수 있다.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 광 확산판 제조공정을 보여주는 공정 단면도로서, 도 3a에 도시된 바와 같이 유리 기판(7) 위에 포토폴리머(photopolymer)와 같이 광에 반응하는 물질(8)을 스핀 코터(spin coater)를 사용하여 코팅한다.

이어, 광 반응 물질(8) 상부에 소정 형상의 패턴이 인쇄된 마스크를 올려 놓는 다음, 유브이(UV)(9) 또는 레이저로 광 반응 물질(8)을 노광한다.

노광된 광 반응 물질(8)은 도 3b에 도시된 바와 같이 마스크로 가려지지 않은 부분(10)만 성질이 변하게 된다.

그리고, 광 반응 물질(8)을 현상(developing)하면, 도 3c에 도시된 바와 같이 노광된 부분만 제거된다.

이어, 도 3d에 도시된 바와 같이 광 반응 물질(8) 패턴이 형성된 유리 기판(7)을 유리의 연화점보다 높고 경화점보다 낮은 온도에서 소정 시간만큼 가열하면 광 반응 물질(8)의 패턴은 둥근 모양으로 변한다.

만일, 가열 온도가 너무 높거나 가열 시간이 너무 길면 도 3e에 도시된 바와 같이 모듈레이션(modulation)(11) 정도가 낮아지게 된다.

이와 같은 방법으로 가열 온도 및 가열 시간을 조정하면, 확산판의 엘리먼트(element)들의 형상 및 모듈레이션(11)을 조절할 수 있다.

이러한 모듈레이션(11)은 그 크기가 클수록 확산판의 효율을 향상시켜 준다.

하지만, 모듈레이션(11)이 너무 커지면 확산판을 통과하여 나가는 광의 방사각이 커지게 되기 때문에 원하는 방사각에 맞는 모듈레이션(11)이 되도록 가열 온도 및 가열 시간을 조절 해야 한다.

여기서, 마스크의 패턴은 약 수 ㎛에서 수 십 ㎛ 정도이며, 패턴의 크기와 방사각과의 관계는 도 4에 도시된 바와 같다.

패턴의 크기와 방사각의 관계식은 회절 이론(diffraction theory)를 이용하면, 방사각은 Sin^-1(2π/kD)이 된다.

여기서, k는 파장 수이고, D는 패턴의 크기이다.

또한, k = 2π/λ이므로 방사각은 Sin^-1(λ/D)이 된다.

만일, 마스크 패턴이 지름이 D인 원 모양이라면, 확산판은 상기 수식에 맞는 방사각을 갖는 원추 모양의 빛이 출사된다.

그리고, 마스크 패턴이 타원이라면, 확산판은 상기 수식에 맞는 방사각을 갖는 타원 모양의 빛이 출사된다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 마스크의 패턴이 타원(12)일 경우에는 확산판에서 출사되는 빛은 90도 회전된 모양의 타원(13)이 된다.

이와 같이, 마스크의 패턴을 바꿈으로써, 원하는 모양을 갖는 빛이 출사된다.

그러나, 마스크의 패턴이 똑같으면 회절에 의한 색 분리(color separation)가 생기므로 원하는 방사각을 가질 수 있는 패턴의 크기를 정한 후, 그 패턴의 지름을 D라 했을 때, 0.5D ∼ 1.5D를 갖는 패턴을 랜덤(random)하게 배치해야 한다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이 작은 패턴과 큰 패턴의 분포는 지름 D를 중심으로 정규 분포를 이루도록 배열하여야 하며, 정규 분포의 표준 편차는 0.15D ∼ 0.5D 정도가 적당하다.

본 발명에 따른 광 확산판 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 기존의 광 확산판의 단점인 편광이 깨지고 빛을 자유로이 제어할 수 없는 점을 개선하여 편광을 유지하고 빛을 자유로이 제어할 수 있다.

또한, 본 발명은 액정 디스플레이 백 라이트 시스템(LCD backlight system)의 확산기 및 액정 디스플레이의 시야각 확산판 등과 같은 분야에 적용할 수 있고, 프로젝션(projection) TV의 스크린 등에도 적용하며, 프로젝션 TV의 시야각 개선 분야에도 사용할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (5)

1. 투명 기판 위에 광 반응 물질을 형성하는 제 1 단계;

   상기 광 반응 물질을 소정 형상으로 패터닝하는 제 2 단계; 그리고,

   상기 패터닝된 광 반응 물질을 가열하는 제 3 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 확산판 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 투명 기판은 유리이고, 상기 광 반응 물질은 포토폴리머(photopolymer)인 것을 특징으로 하는 광 확산판 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 단계는

   상기 광 반응 물질 상부에 소정 형상으로 패턴된 마스크를 올리는 단계;

   상기 마스크의 패턴이 상기 광 반응 물질로 전사되도록 상기 광 반응 물질을 노광 및 현상시키는 단계;

   상기 마스크를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 확산판 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 단계에서,

   상기 광 반응 물질 패턴의 형상 및 모듈레이션(modulation)은 가열 온도 및 가열 시간에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 광 확산판 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 단계에서,

   상기 가열 온도는 상기 투명 기판의 연화점보다 높고 경화점보다 낮은 온도인 것을 특징으로 하는 광 확산판 제조방법.