KR100450714B1 - 쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자 및 그의제조방법 - Google Patents

쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자 및 그의제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100450714B1
KR100450714B1 KR1020040039318A KR20040039318A KR100450714B1 KR 100450714 B1 KR100450714 B1 KR 100450714B1 KR 1020040039318 A KR1020040039318 A KR 1020040039318A KR 20040039318 A KR20040039318 A KR 20040039318A KR 100450714 B1 KR100450714 B1 KR 100450714B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resin
light
light absorbing
waveguide
particles
Prior art date
Application number
KR1020040039318A
Other languages
English (en)
Inventor
황규환
유영빈
이현수
Original Assignee
주식회사 세코닉스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 세코닉스 filed Critical 주식회사 세코닉스
Priority to KR1020040039318A priority Critical patent/KR100450714B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100450714B1 publication Critical patent/KR100450714B1/ko
Priority to JP2007513053A priority patent/JP2008501128A/ja
Priority to US11/568,855 priority patent/US7450814B2/en
Priority to EP05726799A priority patent/EP1766465A4/en
Priority to PCT/KR2005/000420 priority patent/WO2005116740A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0016—Grooves, prisms, gratings, scattering particles or rough surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0065—Manufacturing aspects; Material aspects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133524—Light-guides, e.g. fibre-optic bundles, louvered or jalousie light-guides
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자와 그의 제조방법이 개시된다. 상기 디스플레이용 광학소자는 흡광부가, 공간부의 내벽을 따라 도포되어 경화되고 도파관의 내벽보다는 상대적으로 작은 굴절률의 수지로 이루어져 있으며 흑색계통의 흡광입자가 포함되지 않은 제 1수지층, 제 1수지층 안쪽에 채워져 외부광을 흡수하는 흑색계통의 흡광입자들 및 흡광입자들을 고정하기 위한 흡광입자 고정수단을 포함하는 구성을 가진다. 상기 디스플레이와 그의 제조방법은 도파관으로 입사된 이미지광이 흡광부로 흡수되는 것을 줄여 광효율을 향상시킴으로 써 기존의 스크린에 비해 휘도를 높일 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

Description

쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자 및 그의 제조방법{Optical device for a display having tapered waveguides and process for making the same}
본 발명은 디스플레이용 광학소자와 그의 제조방법에 관련 된 것으로, 특히 쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자와 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, CRT 티브이, 컴퓨터 모니터, 프로젝션 티브이 등의 각종 디스플레이용 스크린은 시야각을 넓히기 위해 미세한 렌즈 구조를 가진다.
이와 관련하여 첨부된 도 1과 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 디스플레이용 광학소자의 표면을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 2는 종래 디스플레이용 광학소자의 단면구조를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이 종래의 디스플레이용 광학소자(10)는 입사되는 이미지의 광을 확산시키는 발광부(12)와 외부광의 흡수 및 반사량 감소를 위한 흡광부(14)를 구비한다. 발광부(12)에서 발산되는 이미지광은 도 2에서 보는 바와 같이 광학소자(10)에 입사된 후 미세한 렌즈(16)에 의해 광 경로가 꺾여 발산된다. 도 2에 나타낸 바와 같은 디스플레이용 광학소자는 그 표면에 미세한 볼록렌즈들을 많이 형성해야 하므로 만들기가 매우 까다롭다.
그 외에, 미합중국특허 U.S. 3,279,314호와 U.S. 5,462,700호는 렌즈 대신에 미세한 쐐기형의 도파관을 균일하게 분포시켜 구성한 디스플레이용 광학소자를 개시하고 있다.
도 3은 쐐기형 도파관을 이용한 광학소자의 단면구조를 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이 쐐기형 도파관(20)은 도 2에 나타낸 렌즈(16)에서처럼 빛의 굴절을 유도하는 것이 아니라 도파관(22)의 기울어진 벽면(23)에서의 반사를 통하여 빛이 도파관(22)을 통과할 때 벽면(23)의 대해 증가된 각을 가지는 광을 유도하여 이미지 확산 효과를 가지는 구조를 가졌다.
도 3에서 흡광부(24)는 햇빛이나 주위 조명에 의해 빛이 광학소자(20)의 전면에 반사되어 이미지 외의 필요치 않은 광에 의해 관찰되어지는 이미지가 상대적으로 어두워 보이거나 방해를 받을 수 있는데 이러한 현상을 최소화하기 위해 디스플레이용 광학소자(20)의 광이 발산되는 부분을 제외한 부분에 흑색계통의 재료를도포 하거나 채워 넣어 주변광을 흡수하는 구조를 가진다.
위에서 언급한 바와 같은 도파관(20)의 구조는 서로 다른 밀도를 가지는 두 매질의 경계면에 대한 빛의 반사 성질을 이용한 것으로 빛의 입사각의 크기에 따라 모두 반사되는 전반사나 일부 상대 매질에 투과되기도 하는 반사가 일어날 수 있다. 쐐기형 도파관(22) 내에서 일어나는 반사의 효율을 높이기 위해서는 사용 매질의 굴절률 차이가 클수록 효과적이다.
미합중국 특허 U.S. 5,462,700호에서는 도파관의 형상을 자외선을 이용하여 형성하므로 사용 가능한 매질이 제한되며 도파관 주위에 채워지는 저굴절률을 가지는 매질의 선택 폭은 보다 좁아졌다. 또한 U.S. 6,538,813호에서는 반사효과를 최대화하기 위해 도파관 내 반사벽(매질간의 경계면)에 금속 코팅 공정을 추가하거나 금속 코팅 후 도파관 제거 공정을 통하여 금속 코팅만을 반사 매체로 사용한다. 이러한 발명은 스크린의 대형화 추세에 있어 공정 증가 및 재료비 상승을 유도하여 현재 및 미래의 요구에 한계를 가지는 기술이다. 미합중국 특허 U.S. 5,462,700호에 개시한 재료의 굴절률은 1.6 정도가 최대이며 주위를 채울 수 있는 저굴절률 수지는 1.3 정도가 한계이다. 따라서 대략 0.3정도의 굴절률 차이를 나타내므로 도파관 설계에 있어 제한을 가진다. 또한 프로젝션 TV용 스크린이 현재 61인치까지 PDP가 80인치까지 생산되는 등의 대형화 추세에서 대형 스크린 전면에 금속 코팅을 하는 공정은 품질이나 생산성, 설비 등에 있어 많은 문제점을 가진다. 특히 선택적으로 발광부를 제외하여 도파관 벽면만 코팅하기에는 공정이 어렵고 대형 스크린을 짧은 시간 내에 증착하기는 고가의 설비 비용이 요구되며 양산 속도와 관련되는생산성에 있어서도 경쟁력이 떨어진다.
또한, 흡광부에 있어서도 일반적으로 도파관에 비해 낮은 굴절률을 가지는 수지에 미세한 카본-블랙 입자를 분산시켜 채우거나 검정 계통의 착색제를 포함한 수지를 채우는 구조를 가진다. 특히 미합중국 특허 U.S. 5,462,700호에서는 전자의 방법을 언급하였는데 이 경우 카본-블랙 입자가 도파관 벽면에 접촉하지 않도록 제어할 것을 언급하였다. 이와 관련하여 도 4를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 흡광부에 카본-블랙 입자가 분산되어 있는 수지를 채운 상태를 부분적으로 나타낸 도면이다.
도 4에 나타낸 바와 같이 도파관(22)으로 입사된 빛은 도파관(22)의 경사진 벽면(23)에서 반사되는 데, 이 때 카본-블랙 입자(25)들이 도파관 벽면(23)에 접촉되어 있을 때 입사된 이미지광이 반사되지 않고 카본-블랙 입자(25)들의 흑체 효과로 흡수되어 결과적으로 발광부에서 발산되는 광량에 손실을 가져온다.
미합중국 특허 U.S. 6,417,966호에서와 같은 일부 특허에서는 저굴절률 수지에 카본-블랙을 분산시키지 않고 전면에 노출되는 부분만 흑색 처리를 하지만 그 공정에 대한 방안이 없거나 상당히 어려워 생산 공정에 적용하기 어려운 실정이다.
그 외에 미합중국 특허 공개번호 U.S. Pub. No. 2002/0080484에서는 도파관 끝부분에 연장선상의 영역만 블랙 필름으로 막고 필름 아래 부분은 빈 공간을 확보하는 유사한 고안을 제안한 바 있으나 그 공정에 대해 제안된 바가 없고 지지물이 전혀 없이 필름 형태로 도파관 구조 사이에 위치하는 것은 안정적이지 못한 것으로 사료되어 그 개선이 필요하다.
본 발명의 목적은 도파관으로 입사된 이미지광이 흡광부로 흡수됨에 따른 광량 손실을 줄임으로 써 스크린의 휘도를 향상시킬 수 있도록 해주는 디스플레이용 광학소자와 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 흡광부에 충전된 흑색계통의 흡광입자가 안정적으로 고정될 수 있도록 해주는 디스플레이용 광학소자와 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조하기 쉬운 디스플레이용 광학소자와 그의 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 디스플레이용 광학소자의 표면을 확대하여 나타낸 도면이고,
도 2는 종래 디스플레이용 광학소자의 단면구조를 확대하여 나타낸 도면,
도 3은 쐐기형 도파관을 이용한 광학소자의 단면구조를 나타낸 도면,
도 4는 흡광부에 카본-블랙 입자가 분산되어 있는 수지를 채운 상태를 부분적으로 나타낸 도면,
도 5a는 도파관 내로 입사된 이미지광의 경로를 나타낸 도면이고,
도 5b는 두 매질간의 굴절률의 차이가 0.6인 경우의 입사각과 반사율의 관계를 그래프로 나타낸 도면이고,
도 6은 도파관 내로 입사된 이미지광의 경로를 그래프화 하여 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자에서의 도파관과 그 주변의 흡광부를 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자의 제조과정을 설명하기 위한 공정도,
도 9a∼도 9b는 본 발명의 다른 실시 예를 각각 나타낸 도면,
도 10a∼도 10d는 본 발명의 또 다른 형태의 디스플레이용 광학소자와 그의 제조과정을 설명하기 위한 도면,
도 11a와 도 11b는 또 다른 형태의 디스플레이용 광학소자와 그의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 디스플레이용 광학소자 120 : 도파관
122 : 도파관 벽면 129 : 발광부
130 : 입광부 150 : 흡광부
154 : 제 1수지층 156 : 공간부
158, 158a, 158b : 흑색계통의 흡광입자
160 : 흡광입자 고정수단 160a : 제 2수지층
160b : 수지코팅층
본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자는 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 갖는 쐐기형 도파관들과 상기 도파관들 사이에 배치되고 외부광을 흡수하고 반사량을 감소시키기 위한 흡광부를 형성하기 위한 공간부를 구비하는 디스플레이용 광학소자에 있어서, 상기 흡광부는, 상기 공간부의 내벽을 따라 도포되어 경화되고 상기 도파관의 내벽보다는 상대적으로 작은 굴절률의 수지로 이루어져 있으며 흑색계통의 흡광입자가 포함되지 않은 제 1수지층, 상기 제 1수지층 안쪽에 채워져 외부광을 흡수하는 흑색계통의 흡광입자들 및 상기 흡광입자들을 고정하기 위한 흡광입자 고정수단을 포함하는 구성을 가진다.
상기 흡광입자 고정수단은 상기 흑색계통의 흡광입자들과 혼합되고 상기 제 1수지층 내부에 충전되어 경화된 제 2수지층인 것이 바람직하다.
경우에 따라, 상기 흡광입자 고정수단은 상기 흡광입자가 채워진 상기 공간부의 개구에 코팅되고 경화되어 코팅층을 형성하는 투명의 수지일 수도 있다.
상기 제 1수지층은 글리시딜 메타크릴레이트, 바이닐 실리콘 등과 같은 열경화성 수지로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 제 2수지층 또는 상기 코팅층은 역시 글리시딜 메타크릴레이트, 바이닐 실리콘 등과 같은 열경화성 수지로 제 1수지층과 굴절율이 같거나 낮은 수지로 이루어진 것이 좋다.
상기 흑색계통의 흡광입자는 카본블랙, 산화철 또는 흑색 구상 수지 입자와 같은 흑색 계통의 미세 입자인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자 제조방법은 박판, 바람직하기로는 수지로 된 박판에 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 갖는 쐐기형 도파관들과 상기 도파관들 사이에 배치되고 외부광을 흡수하고 반사량을 감소시키기 위한 흡광부의 형성을 위한 공간부를 형성하여 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자를 제조하는 방법에 있어서, 상기 공간부의 내벽에 상기 도파관보다 굴절률이 작은 제 1수지를 도포하는 제 1수지도포단계, 상기 도포된 제 1수지를 경화시켜 상기 공간부 내벽에 제 1수지층을 형성하는 제 1수지경화단계, 상기 제 1수지층 외부 공간부에 흑색계통의 흡광입자를 충전하는 흡광입자 충전단계 및 상기 충전된 흡광입자를 상기 공간부 내부에 고정하는 흡광입자 고정단계를 포함하는 구성을 가진다.
상기 흡광입자 충전단계에는 상기 흡광입자를 제 2수지와 혼합하여 충전하고, 상기 고정단계에는 상기 공간부 내부에 충전된 상기 제 2수지를 경화시키면 된다.
경우에 따라서는, 상기 흡광입자 충전단계에는 상기 흡광입자를 수지와 혼합 없이 상기 공간부에 충전하고, 상기 고정단계에는 상기 흡광입자가 충전된 상기 공간부의 개구에 투명수지를 코팅하여 경화하여도 된다.
본 발명에서의 쐐기형 도파관은 넓은 입사면과 상대적으로 좁은 발산면을 가지며 이들은 서로 평행하다. 또한 입사면의 형상은 정사각형, 직사각형, 마름모형을 비롯한 모든 다각형과 원형, 타원형 등으로 구성할 수 있고 발산면 또한 동일하게 적용가능하며 입사면과 다른 형상을 구성할 수도 있다. 도파관의 벽면은 기본적으로 평면이나 곡면을 가질 수 있고 이미지광이 입사되는 방향에 대해 일정한 각을 가지며 각각의 도파관은 서로 다른 각을 가질 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자는 스크린의 휘도를 향상시키기 위한 개선된 구조를 가지는 것으로, 특히 쐐기형 도파관의 형상 및 도파관 주위 영역을 채우고 있는 복합 구조의 개선으로 광량의 손실을 최소화하여 투과 효율을 향상시키는 구조를 가지는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
도 5a는 도파관 내로 입사된 이미지광의 경로를 나타낸 도면이고 , 도 5b는 두 매질간의 굴절률의 차이가 0.6인 경우의 입사각과 반사율의 관계를 그래프로 나타낸 도면이고, 도 6은 도파관 내로 입사된 이미지광의 경로를 그래프화 하여 나타낸 도면이다.
디스플레이용 광학소자(100)의 도파관(120) 내부로 입사된 이미지광은 도파관(120) 벽면(122)에서 반사되는 데, 그 입사각이 임계각 이하인지의 여부에 따라 대부분 전반사가 되거나 반사율이 급격히 떨어진다. 이미지광의 입사각이 임계각보다 큰 경우(124)에는 도파관(120) 벽면(122)에서 전반사 또는 전반사에 가깝게 대부분 반사되고, 이미지광의 입사각이 임계각 이하인 경우(125)에는 일부는 반사되지만 일부는 도파관(120)을 투과하여 흡광부(150)에 흡수되어 이미지광의 반사율이 급격히 떨어진다. 광효율이 높은 디스플레이용 광학소자를 얻기 위해서는 입사되는 이미지광이 도파관(120)의 경사진 벽면(122)에서 전반사가 일어나도록 설계되어져야 한다.
도 5b의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 굴절률 차이가 0.6으로 큰 두 매질일 경우에도 입사각이 35도 이상일 경우 대부분 전반사가 일어나고 전반사가 아닐 경우인 35도 일 경우 약 15%의 반사율을 나타내므로 도파관(120)의 벽면(122) 기울기와 도파관(120) 주위 매질의 굴절률, 입광면의 크기에 따라 도파관(120)의 길이가 결정되며 각 조건은 서로 다음 식에 의해 연관성을 가진다.
Θc = sin-1(ns/nw) ------ (식 1), 여기에서, Θc는 전반사 임계각, nw는 도파관의 굴절률, ns는 주변 매질의 굴절률이다.
예를 들어, 도 6에서는 입사면 폭이 40㎛, 도파관 벽면 기울기가 4도, 도파관 굴절률 nw가 1.6, 도파관 주변 매질의 굴절률 ns가 1.3이고 입사광이 H축에 대해 0도에서 10도 사이의 각을 가질 경우 도파관 내에서의 광로를 보여 주고 있다. 도 6에서 보는 바와 같이 10도의 입사광을 가질 경우(126) 4번째 반사(127)에서 전반사가 일어나지 않고 일부가 도파관(120)을 통과하는 것을 알 수 있다. 이 경우 광손실을 줄이기 위해서는 도파관(120)의 길이를 4번째 반사가 일어나는 길이인 173㎛로 제한해야 함을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자에서의 도파관과 그 주변의 흡광부를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자의 제조과정을 설명하기 위한 공정도이다.
도 7에 나타낸 디스플레이용 광학소자(100)의 구조는 앞에서 설명한 카본-블랙이 도파관(120)의 바깥쪽에서 벽면(122)에 직접적으로 접촉됨에 따른 광손실을 방지하기 위한 것으로, 도파관(120)의 외벽면 즉, 흡광부(150)의 내벽면(152)에 제 1수지층(154)이 형성되어 있다. 이 제 1수지층(154)은 도파관(120)들 사이에 형성된 공간부(156)의 내벽면(152)에 도파관(120)의 내벽보다는 상대적으로 작은 굴절률의 수지가 도포되어 경화된 것이다. 이 제 1수지층(154)에는 흡광입자가 없어야 된다. 여기에 사용되는 수지로는 글리시딜 메타크릴레이트, 바이닐 실리콘 등과 같은 열경화성 수지가 적당하다.
도시된 바와 같이 제 1수지층(154) 안쪽에 흡광입자(158)들이 흡광입자 고정수단(160)을 통해 채워져 있다. 이 흡광입자(158)들은 외부광을 흡수하여 광학소자 전면으로 반사되는 외부광의 반사율을 줄이기 위한 것이다. 이 흡광입자(158)로는 흑색계통의 미세입자들로, 카본-블랙, 산화철, 흑색 구상 수지 입자 등이 이용될 수 있다. 여기에서, 흑색계통이라 함은 흑색, 흑갈색 등 광흡수율이 뛰어난 색을 의미한다.
상기 흡광입자(158)들을 흡광부(150)에 고정하기 위한 흡광입자 고정수단(160)은 상기 흑색계통의 흡광입자(158)들과 혼합되어 혼합된 흡광입자(158)들과 함께 제 1수지층(154) 내부에 충전되어 경화된 제 2수지층(160a)으로, 이 제 2수지층(160a)의 재료는 제 1수지층(154)에서와 같은 글리시딜 메타크릴레이트, 바이닐 실리콘 등과 같은 열경화성 수지를 이용하면 된다.
위에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자의 제조과정은 다음과 같다.
먼저, 굴절률이 큰 수지로 된 박판 등에 쐐기형 도파관(120)을 형성하고, 이 도파관(120)들 사이, 즉 도파관(120)들 주변에 흡광부(150)를 위한 공간부(156)를 형성한다(단계 51). 대부분은 도파관(120) 형성 시 공간부(156)가 같이 형성된다. 이는 종래에 알려진 기술들을 이용하여 다양한 방식으로 수행할 수 있는 부분이며, 앞에서 인용한 선행특허 공보를 참조하여도 된다.
그런 다음, 공간부(156)의 내벽면, 즉 도파관(120)의 외벽면에 도파관(120)보다 굴절률이 작은 앞에서 언급한 바와 같은 글리시딜 메타크릴레이트, 바이닐 실리콘 등과 같은 열경화성 수지로 된 제 1수지를 도포한다(단계 52). 그리고, 도포된 제 1수지가 충분히 경화되기를 기다렸다가(단계 53), 경화가 완료되어 제 1수지층(154)이 완성되면(단계 54) 카본-블랙, 산화철, 흑색 구상 수지 입자와 같은 흑색계통의 흡광입자(158)가 혼합하고(단계 55), 이를 제 1수지층(154) 안쪽에 충전하고(단계 56), 충전된 제 2수지를 경화하여 제 2수지층(160a)을 형성하면 된다(단계 57). 여기에서, 제 2수지에 의해 형성되는 제 2수지층(160a)은 흑색계통의 흡광입자(158)를 고정하기 위한 것이다. 제 2수지로는 제 1수지와 같은 것을 이용하면 된다.
경우에 따라서는 흑색계통의 흡광입자(158)들을 제 2수지와 혼합하지 않은 상태로 흡광입자(158)들 만을 공간부에 채우고, 그 상부에 투명한 제 3수지로 하드 코팅하여 흡광입자(158)들을 공간부(156) 내에 고정하여도 된다. 제 3수지 역시, 제 1수지와 같은 것을 사용하면 된다.
즉, 본 발명에서는 도파관(120)보다 굴절률이 낮은 저굴절률 수지를 1차 도포하여, 경화 후 카본-블랙과 같은 흑색계통의 흡광입자(158)가 분산되어 포함된 수지를 공간부(156)에 충전 후 경화하는 공정을 택한다. 따라서 최소한 1차 도포되어 형성된 제 1수지층(154)의 두께만큼은 카본-블랙과 같은 흑색계통의 흡광입자(158)들과 도파관(120) 벽면(122)과의 간격을 인위적으로 만들어 낼 수 있다.
도 9a∼도 9b는 본 발명의 다른 실시 예를 각각 나타낸 도면이다.
앞 실시 예에서와는 달리 도파관(120)의 굴절률이 크지 않거나 다른 조건에 의해 도파관(120) 주위를 채울 수 있는 매질과의 굴절률 차이가 작을 경우 도파관(120) 주위 공간부(156)에 수지를 채우지 않고 굴절률이 1인 공기 상태로 두는 구조를 취할 필요가 있을 경우가 있다. 이 경우, 본 발명에서는 종래 기술에서 언급한 바와 같은 블랙 필름을 사용하지 않고 구상의 흑색 계통의 흡광입자(158)들을 수지 없이 채우고 최종 표면 부분 즉, 개구를 투명수지로 하드 코팅 처리하여 코팅층(160b)을 형성함으로 써 흡광부(150) 내부에 있는 흡광입자(158)의 안정화를 부여하는 구조를 취한다. 이 경우, 코팅층(160b)이 흡광입자 고정수단(160)이 된다.
단, 여기서 사용되는 흡광입자(158)의 크기는 도파관(120) 벽면(122)의 기울기와 도파관(120) 간의 간격에 따라 제한된다. 도 9a에서 보는 바와 같이 흡광입자(158)의 직경이 작을 경우 도파관(120) 벽면(122)에 접촉되는 회수가 도 9b에 나타낸 바와 같이 흡광입자(158)의 직경이 큰 경우보다 더 많으므로 광손실이 증가된다. 흡광입자(158)가 상대적으로 클 경우 접촉 회수가 작으므로 광손실은 적으나 균일한 분포가 어렵거나 공정상 불량이 생길 수 있다. 흡광입자(158)의 크기는 도파관(120) 벽면(122)의 기울기 등 도파관(120)의 여건에 따라 적절한 크기 설정이 요구되어지는 데, 도 9a에서 보는 바와 같이 흡광입자(158)의 직경을 도파관(120) 밑면간 간격(c)의 1/2 보다는 크고 도파관(120) 밑면간 간격(c)보다는 작은 것이 균일한 분포를 유지하면서도 도파관(120) 벽면(122)과의 접촉회수도 줄일 수 있어서 적당하다. 또, 흡광입자(158)들간에 서로 접착력이 전혀 없으므로 구조적 안정화를 위해 입자가 쌓이는 층의 수는 3층 이상의 다층으로 하는 것이 바람직하다. 또한 흡광입자(158)의 크기는 균일해야 하는 데, 균일하지 않으면 밀도가 높아지나 도파관(120) 벽면(122)에 접촉하게 될 확률이 균일할 경우에 비해 높아진다. 가능하면 입자가 클수록 접촉 회수가 작으므로 광손실을 줄이는데 유리하다.
도 9a와 도 9b에 나타낸 디스플레이용 광학소자는 위에서 언급한 바와 같이크기가 균일한 카본-블랙, 산화철과 같은 흑색계통의 흡광입자(158)들을 공간부(156)에 수지 없이 채우고, 그 위에 투명수지를 하드 코팅하고 경화하여 수지코팅층(160b)을 형성하면 된다. 이렇게 하는 경우 미합중국 특허 공개번호 U.S. Pub. No. 2002/0080484에서의 도파관 끝부분에 연장선상의 영역만 블랙 필름으로 막고 그 하부를 빈 공간으로 두는 경우에 비해 월등히 안정적인 흡광부(150)를 얻을 수 있다.
도 10a∼도 10d는 본 발명의 또 다른 형태의 디스플레이용 광학소자와 그의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a ∼ 도 10d는 도파관(120) 주변 영역 즉, 공간부(156)에 카본-블랙과 같은 흑색계통의 흡광입자를 포함하지 않는 도파관(120)보다는 굴절률이 작은 저굴절률의 제 1수지(152a)를 채우고 경화 후 도파관(120) 발광부(129)를 포함한 광학소자 전면부에 자외선을 받으면 접착력을 상실하는 감광성 접착제(170)를 도포한 후 미세한 흑색 계통의 흡광입자(158a)를 도포한 후 자외선을 입광부(130)에서 발광부(129) 방향으로 노출시켜 도파관(120) 발광부(129)만 선택적으로 접착력을 상실시켜 도 10c에 나타낸 바와 같이 표면 세척을 통하여 흡광입자(158a)들을 분리하여 디스플레이용 광학소자를 만드는 본 발명에 따른 공정을 나타낸 것이다. 접착력이 상실된 부분의 흡광입자(158a)들이 탈락된 부분에는 감광성 접착제(170)가 도포된 부분의 반대편에서 도파관(120)을 통해 입사되는 빛이 전면으로 빠져나가는 것을 허용하는 흡광입자 탈락부(172)가 형성된다.
여기에서 접착제는 필름 형태나 액상 형태 모두 가능하고 자외선을 받기 전엔 강한 접착력을 가지나 자외선에 의해 접착력을 상실하는 접착제 또는 수지라면 어떠한 것이라도 가능하다. 세척, 건조 후 표면의 안정화와 보호를 위해 투명수지로 된 수지코팅층(180)을 더 형성하여도 된다.
여기에서, 제 1수지로는 글리시딜 메타크릴레이트, 바이닐 실리콘 등과 같은 열경화성 수지가 적당하고, 흑색계통의 흡광입자로는 카본블랙이나 산화철과 같은 흑색 계통의 미세 입자인 것을 이용하면 된다.
또, 감광성 접착제(170)로는 아크릴계 또는 바이닐 이소계 광중합성 접착제를 사용하면 된다.
즉, 도 10a ∼ 도 10d를 통해 설명한 디스플레이용 광학소자는 수지로 된 박판에 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 갖는 쐐기형 도파관들을 형성하고, 도파관들 사이에 도파관(120)보다 굴절률이 작은 제 1수지를 채워 경화하고, 발광부(129) 쪽 표면 즉, 도파관(120)의 좁은 쪽의 표면에 자외선을 받으면 접착력을 상실하는 감광성 접착제(170)를 도포한 후 도포된 감광성 접착제(170) 표면에 외부광을 흡수하고 반사량을 감소시키기 위한 흑색계통의 흡광입자(158a)들을 접착하고, 도포된 감광성 접착제(170)의 반대편에서 즉, 입광부(130)에서 상기 도파관(120)을 통해 발광부(129)를 향해 즉, 도포된 감광성 접착제(170)를 향해 자외선을 조사하여 도파관(120) 상에 있는 흑색계통의 흡광입자(158a)를 감광성 접착제(170)에서 탈락시키는 과정으로 이루어진다.
경우에 따라, 접착된 흑색계통의 흡광입자(158a) 상에 투명한 수지를 도포하고, 도포된 투명수지를 경화하여 흡광입자의 고정상태를 안정화시키는수지코팅층(180)을 더 형성할 수 있다.
도 11a와 도 11b는 또 다른 형태의 디스플레이용 광학소자와 그의 제조과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a와 도 11b는 도파관(120) 주변 영역 즉, 공간부(156)에 산화철과 같은 자성을 가지는 흑색계통의 미세한 흡광입자(158b)들을 도파관(120)보다 굴절률이 낮은 저굴절률의 제 1수지(152a)에 균일하게 분산시킨 것을 채운 후 수지(152a)가 경화되기 전에 광학소자(100) 전면에서 자력(M)을 부여하여 저굴절률 수지(152a) 표면으로 미세입자를 부양시킨 상태로 경화시켜 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자(100)를 만드는 과정을 나타낸 것이다.
여기에서의 제 1수지(152a)로도 앞 실시 예에서와 마찬가지로 글리시딜 메타크릴레이트, 바이닐 실리콘 등과 같은 열경화성 수지를 이용하면 된다.
즉, 수지로 된 박판에 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 갖는 쐐기형 도파관(120)들과 상기 도파관(120)들 사이에 배치되고 외부광을 흡수하고 반사량을 감소시키기 위한 흡광부(150)의 형성을 위한 공간부(156)를 형성하고, 공간부(156)에 도파관(120)보다 작은 굴절률을 가지는 액상의 제 1수지(152a)에 자성체로 된 흑색계통의 흡광입자(158b)를 혼합한 후 이것을 공간부(156)에 채운 후 제 1수지(152a)가 경화되기 전에 제 1수지(152a) 표면 쪽에서 자력(M)을 가하여 흡광입자(158b)가 제 1수지(152a)의 표면부근으로 부양되게 한 상태로 공간부(156)에 채워진 제 1수지(152a)를 경화하면 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자(100)를 만들 수 있다.
이 발명에서는 카본-블랙 대신 산화철과 같은 자성을 가지는 미세한 입자를 흡광입자로 사용하였고 경화 시 적절한 자력만 부여하면 되므로 공정이 간단하고 스크린으로 사용될 경우 전자파를 흡수할 수 있으므로 부가적인 효과를 기대할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자는 프로젝션 TV, 모니터용 디스플레이, 후면 투사 프로젝터용 스크린 등에 사용될 수 있으며, TFT-LCD나 PDP TV 또는 CRT 모니터의 스크린으로 사용될 수 있고, 그 외에 광고판이나 조명용의 디스플레이로도 사용될 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 기존의 디스플레이용 광학소자에 비해 광효율이 뛰어나 동등한 광원을 사용하더라도 기존의 디스플레이용 광학소자에 비해 휘도가 뛰어난 제품을 얻을 수 있도록 해준다.
또, 본 발명에 따르면 안정적인 흡광부를 가지는 디스플레이용 광학소자를 얻을 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따르면 디스플레이용 광학소자의 제조공정이 복잡하지 않아 디스플레이용 광학소자에 제조에 따른 생산성을 향상시킬 수 있다는 효과를 얻을 수도 있다.
그 외에 산화철과 같은 자성을 가지는 미세한 입자를 흡광입자로 사용하는 경우 공정이 매우 간단하고, 일반 디스플레이의 스크린으로 사용될 경우 전자파를 흡수할 수 있다는 부가적인 효과도 기대할 수 있다.

Claims (9)

  1. 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 갖는 쐐기형 도파관들과 상기 도파관들 사이에 배치되고 외부광을 흡수하고 반사량을 감소시키기 위한 흡광부를 형성하기 위한 공간부를 구비하는 디스플레이용 광학소자에 있어서,
    상기 흡광부는,
    상기 공간부의 내벽을 따라 도포되어 경화되고 상기 도파관의 내벽보다는 상대적으로 작은 굴절률의 수지로 이루어져 있으며 흑색계통의 흡광입자가 포함되지 않은 제 1수지층;
    상기 제 1수지층 안쪽에 채워져 외부광을 흡수하는 흑색계통의 흡광입자들; 및
    상기 흡광입자들을 고정하기 위한 흡광입자 고정수단을 포함하여 구성된 디스플레이용 광학소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 흡광입자 고정수단은 상기 흑색계통의 흡광입자들과 혼합되고 상기 제 1수지층 내부에 충전되어 경화된 제 2수지층인 디스플레이용 광학소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 흡광입자 고정수단은 상기 흡광입자가 채워진 상기공간부의 개구에 코팅되고 경화되어 코팅층을 형성하는 투명의 수지인 디스플레이용 광학소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 1수지층은 글리시딜 메타크릴레이트, 바이닐 실리콘 등과 같은 열경화성 수지로 이루어진 디스플레이용 광학소자.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2수지층 또는 상기 코팅층은 글리시딜 메타크릴레이트, 바이닐 실리콘 등과 같은 열경화성 수지로 이루어진 디스플레이용 광학소자.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 흑색계통의 흡광입자는 카본블랙, 산화철, 흑색 구상 수지 입자와 같은 흑색계통의 미세입자인 디스플레이용 광학소자.
  7. 박판에 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 갖는 쐐기형 도파관들과 상기 도파관들 사이에 배치되고 외부광을 흡수하고 반사량을 감소시키기 위한 흡광부의 형성을 위한 공간부를 형성하여 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 공간부의 내벽에 상기 도파관보다 굴절률이 작은 제 1수지를 도포하는 제 1수지도포단계;
    상기 도포된 제 1수지를 경화시켜 상기 공간부 내벽에 제 1수지층을 형성하는 제 1수지경화단계;
    상기 제 1수지층 외부 공간부에 흑색계통의 흡광입자를 충전하는 흡광입자 충전단계; 및
    상기 충전된 흡광입자를 상기 공간부 내부에 고정하는 흡광입자 고정단계를 포함하는 것을 디스플레이용 광학소자 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 흡광입자 충전단계에는 상기 흡광입자를 제 2수지와 혼합하여 충전하고, 상기 고정단계에는 상기 공간부 내부에 충전된 상기 제 2수지를 경화시키는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학소자 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 흡광입자 충전단계에는 상기 흡광입자를 수지와 혼합 없이 상기 공간부에 충전하고, 상기 고정단계에는 상기 흡광입자가 충전된 상기 공간부의 개구에 투명수지를 코팅하여 경화하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학소자 제조방법.
KR1020040039318A 2004-05-31 2004-05-31 쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자 및 그의제조방법 KR100450714B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040039318A KR100450714B1 (ko) 2004-05-31 2004-05-31 쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자 및 그의제조방법
JP2007513053A JP2008501128A (ja) 2004-05-31 2005-02-16 テーパ付導波管を有するディスプレイ用光学装置及びその製造方法
US11/568,855 US7450814B2 (en) 2004-05-31 2005-02-16 Optical device for a display having tapered waveguide and process for making the same
EP05726799A EP1766465A4 (en) 2004-05-31 2005-02-16 OPTICAL EQUIPMENT FOR DISPLAY WITH REINFORCED WAVE GUIDE AND MANUFACTURING PROCESS THEREFOR
PCT/KR2005/000420 WO2005116740A1 (en) 2004-05-31 2005-02-16 Optical device for a display having tapered waveguide and process for making the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040039318A KR100450714B1 (ko) 2004-05-31 2004-05-31 쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자 및 그의제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100450714B1 true KR100450714B1 (ko) 2004-10-01

Family

ID=37366916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040039318A KR100450714B1 (ko) 2004-05-31 2004-05-31 쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자 및 그의제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100450714B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9874666B2 (en) 2013-08-08 2018-01-23 Samsung Display Co., Ltd. Optical film including protrusions, display device including the same and method of manufacturing optical film

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9874666B2 (en) 2013-08-08 2018-01-23 Samsung Display Co., Ltd. Optical film including protrusions, display device including the same and method of manufacturing optical film

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7450814B2 (en) Optical device for a display having tapered waveguide and process for making the same
JP4768210B2 (ja) 金属化テーパ導波路付き表示スクリーン
JP4689297B2 (ja) 光拡散シート及び透過型スクリーン
JP4821484B2 (ja) 光拡散シート、透過型スクリーン及び背面投射型表示装置
JP2007148185A (ja) 光拡散シート、透過型スクリーン、背面投射型表示装置及び液晶表示装置
JP2006138938A (ja) スクリーン及びこれを用いた画像投影システム
AU2001251345A1 (en) Planar optical waveguides for optical panel having gradient refractive index core
US5384882A (en) Image display device and its manufacturing method
JP4039465B1 (ja) 光学シートとそれを用いたバックライトユニット及びディスプレイ
JP2006178092A (ja) 光拡散部材及び透過型スクリーン
KR100466039B1 (ko) 쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자 및 그의제조방법
JP2011191780A (ja) スクリーン及び画像投影システム
US7477814B2 (en) Method of making a louver device for a light guide screen
JP3187369B2 (ja) 反射板及び反射型液晶表示装置
KR100450715B1 (ko) 쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자 및 그의제조방법
KR100450714B1 (ko) 쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자 및 그의제조방법
JP2009063849A (ja) 光拡散スクリーンとその製造方法および背面投射型ディスプレイ装置
JP6806911B2 (ja) バックライトユニットおよび液晶表示装置
KR100470323B1 (ko) 쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자
KR100460787B1 (ko) 광입사각에 부합되는 도파관구조를 갖는 디스플레이용광학소자 및 그 제조방법
JPH09304601A (ja) 光学フィルム
JP2007133209A (ja) 表面保護シートおよび透過型スクリーン
JP2000171905A (ja) 透過型スクリーン
WO2005116732A1 (en) Optical device for a display having tapered waveguide and process for making the same
JP2007272209A (ja) 透過型スクリーン用の光拡散シート及び光拡散シートの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120917

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130911

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee