KR100437763B1 - 광 확산기 제조방법 - Google Patents

Abstract

상하 방사각과 좌우 방사각이 다른 광 확산기를 제조하는 방법에 관한 것으로, 감광물질이 형성된 유리 기판을 준비하고, 레이저를 집속시킨 다음, 집속된 레이저를 회절시킨다. 그리고, 회절된 레이저를 산란시켜 유리 기판의 감광물질에 간섭 무늬를 형성함으로써, 공정이 간단하고 대량생산이 가능하여 대형화면에 적합하고, 공정가를 낮출 수 있는 광 확산기를 제작할 수 있다.

Description

광 확산기 제조방법{method for fabricating hologram diffuser}

본 발명은 광 확산기(optical diffuser)에 관한 것으로, 특히 상하 방사각과 좌우 방사각이 다른 광 확산기를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광 확산기는 입사된 빛을 산란시켜서 사방으로 퍼지도록 하는 광학 부품이다.

도 1은 일반적인 광 확산기를 보여주는 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 광 확산기는 유리 기판 위에 확산층이 형성된 구조로 이루어진다.

유리 기판의 뒤쪽으로부터 광을 입사시키면 입사된 광은 유리 기판을 거쳐 확산층에 도달되고, 확산층을 거치면서 광은 스캐터링(scattering)되어 사방으로 퍼져 나간다.

이와 같이 광 확산기는 입사되는 광을 사방으로 퍼지게 함으로써, 임의의 각도에서 확산기를 바라보아도 일정한 밝기를 유지하기 때문에 LCD 등의 평판 디스플레이 소자와 같이 평면에 고루 일정한 밝기를 요구하는 곳에 이용가치가 매우 높은 광학소자이다.

이러한, 광 확산기는 프로젝션 TV의 스크린 및 반사형 LCD의 반사판 등 그 응용성이 매우 높다.

특히, 프로젝션 TV 및 LCD의 경우, 상하 방사각보다는 좌우 방사각이 큰 것이 제품 적용에 매우 유리하다.

그 이유는 TV를 시청하는 시청자들의 시청 각도가 상하 방향보다는 좌우 수평 방향으로 퍼져있기 때문이다.

그러므로, 이러한 제품에 채용되는 바람직한 확산기의 방사각은 수직 방향보다는 수평 방향으로 크게 퍼져 있는 확산기이다.

하지만, 수평 방향과 수직 방향의 방사각이 다른 확산기를 제작하기에는 공정상 어려운 점이 많다.

기존에는 원통형 렌즈 2개를 사용하여 좌우 배율과 상하 배율을 조정하여 수평 방향과 수직 방향의 확산각이 다른 광 확산기를 제작하였다.

그러나, 원통형 렌즈 2개만을 사용하는 방법은 공간적 균일도가 떨어지고 공간적 제약을 많이 받기 때문에 제작될 광 확산기의 크기가 제한되어 대형화면 등에 사용될 수 없다.

또한, 기존의 방법은 제작이 복잡하여 대량 생산에 적합하지 않아 공정가가 증가한다.

본 발명의 목적은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 간단한 제조 공정으로 대량 생산이 가능한 광 확산기 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 대형화면에 적합한 광 확산기 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 광 확산기를 보여주는 도면

도 2는 본 발명 제 1 실시예에 따른 광 확산기 제조 공정을 보여주는 도면

도 3은 도 2의 슬릿의 핀 홀 모양과 회절 패턴을 보여주는 도면

도 4는 도 2의 감광 물질에 형성된 패턴 모양을 보여주는 도면

도 5는 본 발명 제 2 실시예에 따른 광 확산기 제조 공정을 보여주는 도면

도 6은 도 5의 감광 물질에 형성된 패턴 모양을 보여주는 도면

도 7 및 도 8은 본 발명 제 3 실시예에 따른 광 확산기 제조 공정을 보여주기 위한 도면

본 발명에 따른 광 확산기 제조방법은 감광물질이 형성된 유리 기판을 준비하는 단계와, 레이저를 집속시키는 단계와, 집속된 레이저를 회절시키는 단계와, 회절된 레이저를 산란시켜 유리 기판의 감광물질에 간섭 무늬를 형성하는 단계로 이루어진다.

여기서, 레이저는 렌즈를 통해 집속되고, 타원형 핀홀을 통해 회절되며, 그라운드 글래스(ground glass)나 또는 홀로그램 디퓨져(hologram diffuser)를 통해 산란된다.

그리고, 간섭무늬 형성 후, 감광물질이 형성된 유리 기판 앞에 소정 패턴을 갖는 마스크를 위치시키고, 유리 기판 및 상기 마스크를 동시에 한쪽 방향으로 이동시키는 단계를 더 포함할 수도 있다.

여기서, 마스크의 패턴은 직사각형이고, 유리 기판의 이동 방향은 마스크의 패턴에 따라 결정된다.

이와 같이, 제작되는 본 발명은 공정이 간단하고 대량생산이 가능하여 대형화면에 적합하고, 공정가를 낮출 수 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.

도 2는 본 발명 제 1 실시예에 따른 광 확산기 제조 공정을 보여주는 도면으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 레이저를 이용하여 광 확산기를 제조하는 방법이다.

본 발명 제 1 실시예에서의 특징은 원통형 렌즈 두 개를 사용한 기존의 방법과는 달리 렌즈 하나와 슬릿(slit)을 사용하여 대량생산이 가능한 방법이다.

기존 방법에 의해 만들어진 광 확산기는 레이저 빔 세기의 공간적 분포가 나쁜 경우에 회절 효율이 공간적으로 변화될 수 있지만, 본 발명은 슬릿을 이용하여 공간적 필터링(spatial filtering) 기법을 적용하여 공간적으로 균일하게 분포하는 광을 만들고 이 광을 이용하여 광 확산기를 만드는 방법이다.

본 발명의 특징은 렌즈의 초점에 핀 홀(pin hole)을 갖는 슬릿을 배열하면 렌즈에 묻어 있는 작은 먼지 등에 스펙클 등의 높은 공간 주파수 영역을 차단함으로써 레이저의 광 세기 분포가 공간적으로 부드럽게 변화하는 공간적 위치에 따라 그 방사각이 일정한 광 확산기를 제작할 수 있다.

본 발명의 광 확산기 제작 순서는 다음과 같다.

레이저 광원, 렌즈, 핀 홀을 갖는 슬릿, 그라운드 글래스(ground glass) 또는 디퓨저(diffuser)를 먼저 차례로 배열한다.

이어, 감광물질이 형성된 유리 기판을 준비하여 그라운드 글래스로부터 소정 위치에 배열한다.

그리고, 레이저 광원으로부터 레이저를 출사하면 레이저는 렌즈에 의해 집속되고, 집속된 레이저는 슬릿에 의해 회절된다.

여기서, 슬릿은 도 3에 도시된 바와 같이 타원형 핀 홀이 형성되어 있는데, 이 타원형 핀 홀은 레이저를 회절시키고 그 회절각은 타원의 단축 방향으로 더욱 퍼진다.

이 때, 타원의 장축과 단축의 비를 조절하면 가로 대 세로의 회절각을 조절할 수 있다.

여기서, 핀 홀이 타원형으로 생긴 것은 좌우 확산각과 상하 확산각이 다른게 하기 위한 것이다.

일반적으로 회절각은 핀 홀 직경에 반비례하는데, 타원형 핀 홀에서 나오는 회절 패턴은 도 3과 같다.

이어, 그라운드 글래스 또는 디퓨저는 회절된 레이저를 사방으로 산란시킨다.

그러나, 산란하지 않고 그대로 투과하는 빛과 산란된 빛이 간섭을 일으키게 되어 유리 기판의 감광물질에 간섭 무늬, 즉 스펙클을 기록한다.

이 스펙클 무늬는 광 확산기 역할을 하게 된다.

여기서, 초기의 레이저 빔을 가로 방향과 세로 방향으로 퍼지는 각도를 달리하게 됨에 따라 스펙클 모양 또한 통계적으로 단축 방향으로 더 길어지게 되어 도 4와 같은 모양의 패턴을 얻을 수 있다.

도 4와 같이 길쭉길쭉한 타원 모양의 봉우리들이 형성된 광 확산기는 수평 방사각과 수직 방사각이 다른 확산기가 된다.

이와 같이 제작되는 본 발명은 공간적으로 균일하고 공간적 제약을 거의 받기 않기 때문에 대형 화면 등에 사용하기가 적합하다.

이외에도 본 발명은 다른 방법으로도 제작이 가능하다.

도 5는 본 발명 제 2 실시예에 따른 광 확산기 제조 공정을 보여주는 도면으로서, 그 제작 과정은 본 발명 제 1 실시예와 비슷하므로 다른 점만 설명하기로 한다.

본 발명 제 2 실시예의 특징은 도 5에 도시된 바와 같이 감광 물질이 형성된 유리 기판을 일정 속도로 이동시키면서 패턴을 기록하는 방식이다.

즉, 감광물질이 형성된 유리 기판 앞에 소정 패턴을 갖는 마스크를 위치시키고, 유리 기판 및 상기 마스크를 동시에 한쪽 방향으로 이동시키면서 패턴을 기록한다.

유리 기판의 감광 물질에 기록되는 패턴은 도 6과 같다.

여기서, 마스크의 패턴은 직사각형이며, 마스크의 개구부 폭과 스캔 속도는 감광 물질의 노광 시간에 따라 결정된다.

도 6과 같이 한 방향으로 길게 늘어진 모양의 패턴들에 의해서 횡방향 패턴의 평균 크기와 종방향 패턴의 평균 크기가 서로 차이가 나게 되어 횡방향과 종방향의 확산각이 다른 광 확산기를 제작할 수 있다.

그리고, 유리 기판의 이동 방향은 마스크의 패턴에 따라 결정되는데, 마스크의 패턴, 즉 개구부가 횡방향이면 마스크는 상부 또는 하부방향으로 이동되고, 개구부가 종방향이면 마스크는 좌측 또는 우측으로 이동된다.

이 방법은 연속 공정이 가능하여 대량 생산에 매우 유리할 뿐만 아니라 대형 사이즈의 확산기 제작이 용이하다.

도 7 및 도 8은 본 발명 제 3 실시예에 따른 광 확산기 제조 공정을 보여주기 위한 도면으로서, 롤러(roller)를 이용한 광 확산기 제조방법이다.

본 발명 제 3 실시예는 도 7에 도시된 바와 같이 먼저 광 확산기의 원판이제작되면 그 원판 위에 신축성이 좋은 고무 실리콘을 형성하여 원판의 패턴을 고무 실리콘쪽으로 전사시킨다.

이어, 원판의 패턴이 전사된 고무 실리콘을 원판으로부터 떼어낸 다음, 도 8에 도시된 바와 같이 패턴이 전사된 고무 실리콘을 양쪽 방향으로 늘린 채, 롤러(roller)에 고정시킨다.

그리고, 롤러에 고정된 고무 실리콘 패턴을 전시시키고자하는 대상물에 전사시켜 광 확산기를 제작한다.

이와 같이 신축성이 좋은 실리콘 고무에 원판의 표면 패턴을 전사한 후, 양쪽으로 늘리면 도 4와 같은 패턴이 얻어지므로, 상하 퍼짐과 좌우 퍼짐이 다른 광 확산기를 제작할 수 있다.

이 방법은 공정이 매우 간단하고 대량 생산이 용이한 장점이 있다.

이와 같이 제작되는 본 발명은 상하 방사각보다도 좌우 방사각이 더 크므로 기존보다 훨씬 밝은 화면을 시청자들에게 제공할 뿐만 아니라, 공정이 간단하고 대량 생산이 용이하여 공정가를 낮출 수 있는 잇점이 있다.

대형 사이즈의 광 확산기 제작이 용이하므로 대형 화면 등의 스크린에 유리하다.

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 것이아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (9)

1. 레이저를 이용한 광 확산기 제조방법에 있어서,

   레이저 광원, 렌즈, 타원형 핀홀이 형성된 슬릿, 그라운드 글래스나 홀로그램 디퓨저, 및 감광 물질이 형성된 유리 기판을 차례로 배열하는 제 1 단계;

   상기 레이저 광원에서 발생된 레이저를 상기 렌즈를 통해 집속시키는 제 2 단계;

   상기 집속된 레이저를 상기 타원형 핀홀을 통해 회절시키는 제 3 단계; 그리고,

   상기 회절된 레이저를 상기 그라운드 글래스나 홀로그램 디퓨저를 통해 산란시켜 상기 유리 기판의 감광물질에 간섭 무늬를 형성하는 제 4 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 확산기 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 4 단계 이후,

   상기 감광물질이 형성된 유리 기판 앞에 소정 패턴을 갖는 마스크를 위치시키고, 상기 유리 기판 및 상기 마스크를 동시에 한쪽 방향으로 이동시키는 제 5 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 확산기 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 마스크의 패턴은 직사각형인 것을 특징으로 하는 광 확산기 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 유리 기판의 이동 방향은 상기 마스크의 패턴에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 광 확산기 제조방법.
8. 삭제
9. 삭제