KR100470321B1 - 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자 및 그제조방법 - Google Patents

흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자 및 그제조방법 Download PDF

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Abstract

개시된 내용은 도파관과 도파관 사이틈새에 도파관보다 낮은 굴절율을 갖는 물질을 채우고 그 표면에만 흡광물질을 코팅함으로써 흡광물질에 의한 내부에서 투사되는 광선의 소모를 최소화할 수 있는 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 도파관의 형상에 상응하는 공간들이 수평방향 및/또는 수직방향으로 배열된 금형판에 포토폴리머 물질을 액상으로 주입하는 제1단계; 상기 포토폴리머 물질의 도파관의 밑변에 해당되는 일면에 투명기판을 부착하는 제2단계; 자외선에 노광시켜 상기 포토폴리머 물질을 광중합에 의해 경화시켜 도파관어레이로 만드는 제3단계; 상기 금형판을 상기 도파관어레이로부터 제거하는 제4단계; 상기 도파관어레이의 도파관과 도파관 사이의 틈새에 상기 도파관과 다른 굴절률의 물질을 충전하고 경화시키는 제5단계; 및 상기 충전물질의 표면에 흡광물질을 도포하고 전방 투명판을 부착하는 제6단계를 포함하는 제조공정에 의해 구현된다.

Description

흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자 및 그 제조방법{DISPLAY DEVICE COATED WITH BLACK-FILL MATERIAL ON THE SURFACE SIDE OF WAVEGUIDE ARRAY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 영상을 외부로 투사하는 프로젝션 스크린에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도파관과 도파관 사이틈새에 도파관과 다른 굴절율을 갖는 물질을 채우고 그 표면에만 흡광물질을 코팅함으로써 흡광물질에 의한 내부에서 투사되는 광선의 소모를 최소화할 수 있는 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 프로젝션 텔레비전, 프로젝션 모니터 등의 프로젝션 장치에서는 시청자측에 화상을 투사하는 후방 프로젝션 스크린(rear projection screen)이 장착되어 있다. 이 후방 프로젝션 스크린은 디스플레이용 광학소자로 스크린의 후방에서 투사되는 화상을 시청공간으로 투과하도록 설계된다. 프로젝션 시스템의 시야공간은 상대적으로 클 수 있고(예컨대, 프로젝션 텔레비전) 또는 상대적으로 작을 수도 있다(예컨대, 프로젝션 모니터). 후방 프로젝션 스크린의 성능은 스크린의 다양한 특성면에서 기술될 수 있다. 스크린 성능을 설명하는 데에 사용되는 전형적인 스크린 특성은 이득, 시야각, 해상도, 대비비, 색상 및, 반점과 같은 불량한 인공물의 출현 등을 포함한다. 후방 프로젝션 스크린은 통상 고해상도, 고대비비 및 큰 이득을 가지는 것이 바람직하다.
후방 프로젝션 텔레비전은 광범위한 범위에 위치한 시청자들을 수용할 수 있도록 넓은 시야각을 확보하는 것이 바람직하다. 이러한 넓은 시야각을 구현하기 위하여 스크린내에는 도파관들이 마련되어 있다. 이 도파관은 통상 광원이 위치하는 내측의 밑변은 넓고 외측의 상면은 좁아 뿔형상을 이루며, 그 결과 도파관과 도파관 사이에는 틈새가 형성되고 이 틈새에는 흡광물질이 충전되어져 있다. 이 흡광물질은 탄소미립자(carbon paticle)을 주성분으로 하며, 외부에서 스크린으로 유입되는 빛을 흡수하여 스크린의 전면에서 반사가 일어나지 않게 함으로써 시청자에게 스크린의 영상이 보다 선명하고 깨끗하게 보이게 하는 역할을 한다.
하지만, 기존의 스크린 구조에서 흡광물질은 도파관과 도파관의 역뿔형 틈새공간을 가득 메우고 있어, 내부에서 외부로 투사되는 빛이 도파관 내부를 반사하며 통과할 때 흡광물질에 흡수되어 광손실을 유발하는 요인이 되었다. 이것은 결국 스크린에서 영상의 선명도를 격감시켜 해상도가 저하되는 폐단을 불러일으키게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 도파관과 도파관 사이틈새에 도파관과 다른 굴절율을 갖는 물질을 채우고 그 표면에만 흡광물질을 코팅함으로써 흡광물질에 의한 내부에서 투사되는 광선의 소모를 최소화할 수 있는 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 관한 상세한 설명은 첨부하는 도면들을 참조하여 이루어질 것이며, 도면에서 대응되는 부분을 지정하는 번호는 같다.
도 1은 본 발명에 따른 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자의 구조를 보여주는 측면도이고,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자의 제조공정을 순차적으로 도시한 도면들이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 투명기판 20 : 도파관어레이
22 : 도파관 24 : 틈새
30 : 전방 투명판 40 : 흡광물질
50 : 충전물질
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자는 투명기판; 상기 투명기판상에 부착되며, 수평방향 및/또는 수직방향으로 도파관들이 배열된 도파관어레이; 상기 도파관어레이의 윗변에 부착되는 전방 투명판; 상기 도파관들의 사이틈새에 충전되는 상기 도파관과 다른 굴절률의 충전물질; 및 상기 충전물질의 표면에 도포되는 흡광물질을 포함한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자 제조방법은 도파관의 형상에 상응하는 공간들이 수평방향 및/또는 수직방향으로 배열된 금형판에 포토폴리머 물질을 액상으로 주입하는 제1단계; 상기 포토폴리머 물질의 도파관의 밑변에 해당되는 일면에 투명기판을 부착하는 제2단계; 자외선에 노광시켜 상기 포토폴리머 물질을 광중합에 의해 경화시켜 도파관어레이로 만드는 제3단계; 상기 금형판을 상기 도파관어레이로부터 제거하는 제4단계; 상기 도파관어레이의 도파관과 도파관 사이의 틈새에 상기 도파관과 다른 굴절률의 물질을 충전하고 경화시키는 제5단계; 및 상기 충전물질의 표면에 흡광물질을 도포하고 전방 투명판을 부착하는 제6단계를 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자의 구조를 보여주는 측면도이다. 여기에서는 디스플레이용 광학소자의 일실시예로후방 프로젝션 스크린의 예를 보여주고 있다.
본 프로젝션 스크린(1)은 도시한 바와 같이 투명기판(10)상에 도파관어레이(array; 20)를 배치하고, 그 전면에 전방 투명판(30)을 부착한 층상구조를 가지고 있다. 특히, 도파관어레이(20)는 첨예한 상단부의 일정부분이 소실된 피라미드형태를 포함한 다각뿔형상이나 원뿔형상의 도파관(22)들이 수직방향 및/또는 수평방향으로 배열되어 구성된다. 이 도파관어레이(20)는 이웃한 도파관(22)들의 밑변(22a)들이 밀착되는 것이 광이용효율면에서 바람직하며, 이 경우 도파관(22)들의 밑변(22a)과 밑변이 만나는 도파관(22) 사이틈새의 내측은 첨예한 꼭지점을 이루게 된다. 따라서, 도파관(22)들의 밑변(22a)과 밑변 사이에 간격이 존재하지 않도록 본 발명에서는 금형에 의해 도파관어레이를 제조한다. 이 금형에 의해 스크린을 제조하는 방법에 대해서는 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 뒤에서 상세히 설명하기로 한다.
또한, 도파관(22)은 측벽(22b)이 경사를 이루면서 기울기를 가지므로 도파관(22)의 윗변(22c)과 그와 인접한 도파관의 윗변 사이에는 필연적으로 뾰족한 삼각단면의 틈새(24)가 공간으로 존재하게 된다. 이 틈새(24)에는 일반적으로 흡광물질이 완전히 충전되는데, 그럴 경우 흡광물질이 외부에서 스크린(1)으로 입사되는 빛을 흡수하여 차단하는 제기능(순기능)외에, 도파관(22)의 측벽(22b)에 접촉하고 있기 때문에 도파관(22)내부를 통과하는 이미지광도 흡수하여 광효율을 떨어뜨리는 역기능도 발생한다. 이러한 광손실을 방지하기 위하여 본 발명에서는 흡광물질(40)은 틈새(24)의 표면에만 도포되어 있으며, 그 아래쪽의 나머지 공간에는도파관(22)과 굴절율이 다른 물질(50)이 충전되어 있다. 이 충전물질(50)은 도파관(22)보다 낮은 굴절률을 갖는 것이 바람직하며, 액상 상태로 충전하여 경화시키게 된다. 충전물질(50)은 흡광물질(40)보다 빛의 흡수성이 현저히 낮거나 아니면 빛흡수성이 전혀 없는 물질이 사용된다. 흡광물질(40)은 통상 카본블랙(carbon black)이 주성분이며, 예를 들어 Monarch-Carbon Black + Baysilon-Platinum Catalyst와 Vinyl silicone계를 혼합하여 조성된다. 이러한 조성에 의하여 흡광물질(40)은 일반적으로 검정색을 띠게 된다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자의 제조공정을 순차적으로 도시한 도면들이다. 이 도면을 참조하면서 본 발명의 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도파관어레이 제조용 금형판(70)에 포토폴리머 물질(20a)을 액상으로 주입한다.(단계S1) 이때, 포토폴리머 물질 혼합기(80)에서 액상으로 포토폴리머 물질(20a)을 금형판(70)에 주입하게 되는데, 금형판(70)은 첨예한 상단부의 일정부분이 소실된 피라미드형태를 포함한 다각뿔형상이나 원뿔형상의 공간(도파관과 상응하는 형상;72)들이 수평방향 및/또는 수직방향으로 배열된 판상구조를 가진다. 금형판(70)의 공간(72)들은 단위도파관들이 주조되는 공간이며, 공간과 공간이 연결되는 부위는 뾰족한 꼭지점을 형성한다. 즉, 주조되는 단위도파관들이 형성하는 틈새의 밑변연결부위가 첨예한 꼭지점을 이루게 된다.
금형판(70)에 포토폴리머 물질(20a)을 주입한 후 도파관의 밑변쪽에 해당하는 포토폴리머 물질(20a)의 일면에 후방 투명기판(10)을 부착한다.(단계S3) 이 투명기판(10)으로는 PMMA(Polymethyl methacrylate) 또는 MS 소재가 적합하다. 그리고, 투명기판(10)쪽에서 자외선(UV)을 노광시켜 포토폴리머 물질(20a)이 광중합반응이 일어나면서 경화되게 한다.(단계S5) 포토폴리머 물질(20a)이 경화되어 도파관(22)들이 수평방향 및/또는 수직방향으로 배열된 도파관어레이(20)를 형성하면, 도파관어레이(20)로부터 금형판(70)을 제거한다.(단계S7) 도파관어레이(20)와 투명기판(10) 사이에는 접착력을 강화시키기 위하여 접착물질이 개재될 수도 있다.
금형판(70)이 제거된 도파관어레이(20)와 그에 부착된 투명기판(10)을 뒤집는다.(단계S9) 그리고 나서, 도파관어레이(20)의 도파관(22)과 도파관 사이의 틈새(24)에 도파관과 굴절율이 다른 충전물질(50)을 충전한다.(단계S11) 바람직하게는, 도파관보다 굴절율이 낮은 충전물질(50)을 액상으로 투입한다. 그런 다음에, 열경화 및 건조공정을 수행한다.(단계S13) 그러면, 액상의 충전물질(50)은 열경화되면서 수축이 발생하여 충전물질(50)의 표면이 요입된다. 이 요입된 형상은 대략 반달형을 이룬다. 이렇게 요입된 충전물질(50)의 표면에 흡광물질(40)을 도포한다.(단계S15) 흡광물질의 도포방법으로는 압출코팅(extrusion coating), 슬롯다이코팅(slot-die coating) 또는 스크린 프린팅(screen printing) 방법 등이 사용될 수 있다. 이중에서 압출코팅방법하에서는 코팅시 도파관의 윗변에 약간의 흡광물질이 묻을 수 있으므로 그를 제거하기 위한 블로터(blotter)가 사용된다.
흡광물질(40)을 코팅한 후에는 흡광물질(40)이 위치한 도파관어레이(20)의 전방표면에 전방 투명판(30)을 부착한다.(단계S17) 이 전방 투명판(30)은 도파관(22)을 보호하는 기능외에 확산판의 기능을 부여할 수도 있다. 전방 투명판(30)이 부착된 후에 다시 한번 자외선에 노광시켜 최종적으로 층간물질을 견고하게 접착경화시켜 스크린(1)을 얻게 된다.(단계S19) 전방 투명판(30)과 도파관어레이(20) 사이에는 접착력을 높이기 위한 접착물질이 개재될 수도 있다.
이렇게 제조된 스크린(1)은 도 1에서 기설명한 구조를 갖게 되고, 특히 흡광물질(40)이 도파관어레이(20)의 표면쪽에만 존재하여 외부광은 흡수하되 내부광의 흡수는 배제하여 내부광의 광손실을 최소화하게 된다.
여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에 의해서만 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 다른 실시예가 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 도파관과 도파관 사이틈새에 도파관보다 낮은 굴절율을 갖는 물질을 채우고 그 표면에만 흡광물질을 코팅함으로써 흡광물질에 의한 내부에서 투사되는 광선의 소모를 최소화할 수 있다. 또한, 금형공법에 의하여 도파관어레이를 제조함으로써 도파관의 밑변과 그와 이웃한 도파관의 밑변이 이격되지 않고 연속적으로 접촉하므로 도파관과 도파관 사이에서의 광손실을 방지할 수 있어 광효율을 높일 수 있는 잇점도 있다.
본 발명의 디스플레이용 광학소자는 위와 같은 장점들로 인하여 프로젝션 스크린, 광고판용 디스플레이, 보안용 스크린 등에 적용되어 선명한 화상과 고화질을 구현할 수 있다.

Claims (13)

  1. 도파관의 형상에 상응하는 공간들이 수평방향 및/또는 수직방향으로 배열된 금형판에 포토폴리머 물질을 액상으로 주입하는 제1단계;
    상기 포토폴리머 물질의 도파관의 밑변에 해당되는 일면에 투명기판을 부착하는 제2단계;
    자외선에 노광시켜 상기 포토폴리머 물질을 광중합반응에 의해 경화시켜 도파관어레이로 만드는 제3단계;
    상기 금형판을 상기 도파관어레이로부터 제거하는 제4단계;
    상기 도파관어레이의 도파관과 도파관 사이의 틈새에 상기 도파관과 다른 굴절률의 물질을 충전하고 경화시키는 제5단계; 및
    상기 충전물질의 표면에 흡광물질을 도포하고 전방 투명판을 부착하는 제6단계를 포함하고,
    상기 제5단계는 상기 도파관어레이를 뒤집은 다음 상기 도파관들 사이틈새에 상기 충전물질을 액상으로 충전하는 단계와, 충전후 열경화 및 건조하는 단계를 구비하고, 상기 열경화 및 건조에 따라 상기 충전물질이 수축되어 그 표면이 요입되는 것을 특징으로 하며,
    상기 제6단계는 상기 충전물질의 요입된 부분에 상기 흡광물질을 도포하는 단계와, 상기 흡광물질이 도포된 상기 도파관어레이의 표면에 전방 투명판을 부착하는 단계 및, 자외선을 조사하여 상기 전방 투명판을 상기 도파관어레이에 접착경화시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1단계에서 상기 금형판의 공간은 첨예한 상단부가 일정부분 소실된 피라미드를 포함하는 다각뿔형 또는 원뿔형인 것을 특징으로 하는 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제2단계에서 상기 투명기판은 PMMA 또는 MS 소재로 제조되는 것을 특징으로 하는 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 흡광물질은 카본블랙(carbon black)을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 흡광물질의 도포방법으로는 압출코팅(extrusion coating), 슬롯다이코팅(slot-die coating) 또는 스크린 프린팅(screen printing) 방법이 사용되는 것을 특징으로 하는 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자의 제조방법.
  9. 투명기판;
    상기 투명기판상에 부착되며, 수평방향 및/또는 수직방향으로 도파관들이 배열된 도파관어레이;
    상기 도파관어레이의 윗변에 부착되는 전방 투명판;
    상기 도파관들의 사이틈새에 충전되는, 상기 도파관과 다른 굴절률의 충전물질; 및
    상기 충전물질의 표면에 도포되는 흡광물질을 포함하고,
    상기 충전물질은 상기 도파관보다 낮은 굴절률을 가진 액상의 물질을 상기 틈새에 주입하고 열경화시켜 구성되는 것을 특징으로 하며,
    상기 흡광물질은 상기 충전물질의 열경화에 의한 요입부분에 상기 도파관의 상면과 일직선을 이루면서 도포되는 것을 특징으로 하는 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 도파관어레이는 상기 도파관들의 밑변들은 서로 접촉하고, 상기 도파관들의 틈새는 내측으로 첨예한 공간을 이루는 것을 특징으로 하는 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 9항에 있어서, 프로젝션 스크린, 광고판용 디스플레이, 보안용 스크린에 적용되는 것을 특징으로 하는 흡광물질이 표면에만 코팅된 디스플레이용 광학소자.
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