KR100470324B1 - 쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자와 그의제조방법 - Google Patents

Abstract

쐐기형 도파관을 가지는 구조로 구성된 디스플레이용 광학소자와 그의 제조방법이 개시된다. 상기 디스플레이용 광학소자의 제조방법은 점형 포토마스크를 준비하는 단계, 상기 점형 포토마스크 전면 쪽에 광중합성 수지를 도포하는 단계, 상기 점형 포토마스크의 후면을 노광하는 단계, 광중합이 일어나지 않은 부분의 상기 수지를 세척하여 공간부를 형성하는 단계, 상기 공간부의 내벽면 안쪽에 수지를 채워 도파관을 형성하는 단계, 상기 도파관 주변부가 형성된 것을 상기 점형 포토마스크에서 이탈시키는 단계 및 상기 발산면 쪽의 주변부 표면에 흡광부를 형성하는 단계를 포함하여 구성된다. 도파관들의 흡광부들 사이에 존재하는 간격을 없애므로 써 광손실을 획기적으로 줄일 수 있고, 제조공정이 쉽고, 생산비용이 적게 소요된다는 장점이 있다.

Description

쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자와 그의 제조방법{Optical device for a display having tapered waveguides and Process for making the same}

본 발명은 디스플레이용 광학소자와 그의 제조방법에 관련된 것으로, 특히쐐기형 도파관을 가지는 구조로 구성된 디스플레이용 광학소자와 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 티브이나 컴퓨터 모니터 등의 각종 디스플레이용 광학소자는 시야각을 넓히기 위해 미세한 렌즈 구조를 가지거나, 도파관 구조를 가진다. 본 발명은 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자와 그의 제조방법에 관련된 것이다.

미합중국 특허 U.S. 5,462,700호(이하, 선행발명이라 함)를 참조하면, 선행발명에는 자외선을 이용한 쐐기형 도파관 형성 공정이 개시되어 있는데, 여기에 개시된 도파관 형성공정에는 여러 가지 정밀 제어 인자가 요구되어진다. 여기에서의 참조에 의해 미합중국 특허 U.S. 5,462,700호의 특허공보에 기술된 내용은 본 발명의 종래기술로 본 발명에 통합되어진다.

이와 관련하여 첨부된 도 1∼도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 선행발명에서 사용되는 포토마스크의 평면도이고, 도 2는 도 1의 포토마스크를 이용해 만든 도파관의 형상을 보여주는 사시도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이 선행발명에서는 포토마스크(10)로 가로와 세로로 서로 교차하며 연장된 불투명한 선(12)들에 의한 격자무늬로 된 것이 이용된다. 각 선(12)들 사이는 투명하다. 이와 같은 포토마스크 전면에 광중합성 수지를 도포 후 포토마스크 후면을 자외선 평행광에 노출하여 노출된 부위를 경화시키고 노출되지 않은 부분을 세척하여 제거하면 도 2에 나타낸 바와 같은 도파관(20)이 형성된다.

이 경우 포토마스크(10)의 격자무늬를 형성하는 불투명 선(12)의 폭에 의해도파관(20)간의 간격(c)이 결정되므로 선(12)의 폭이 작을 수록 좋으나 이에는 한계가 있다. 현재, 3㎛ 이하의 선을 프린트할 수 있는 대형 플로터가 존재하지 않고, 설사 존재한다고 하더라도 그 가격과 생산 속도에 한계가 있어 반도체용 포토마스크처럼 유리 위에 크롬 선으로 형성된 포토마스크를 이용해야만 하는 한계가 있다. 그러나 포토마스크 또한 제조 비용이 크고 사용 수명이 생산량에 비해 짧아서 제조 비용을 상승시키는 요인이 된다.

도 3은 선행발명에 의한 디스플레이용 광학소자에서의 도파관의 다른 예를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3 구조의 디스플레이용 광학소자에서의 광손실을 설명하기 위한 설명도이다.

도 3은 선행발명의 원뿔형 도파관을 형성한 경우를 나타낸 것으로, 각 도파관(20a)은 입광면(22)과 발산면(24)을 가진다. 입광면(22)들과 입광면(22)들 사이에는 입사되는 이미지광(25)이 도파관(20a) 속으로 입사되는 것을 허용하지 않는 비입광면(26)들이 무수히 많이 존재한다. 이 비입광면(26)들은 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 이미지광(25)이 도파관(20a)들 속으로 입사되는 것을 허용하지 않으므로, 광손실을 발생시킨다.

즉, 종래의 디스플레이용 광학소자에서는 비입광면(26)들의 존재로 인하여 광효율이 떨어진다는 단점이 있다.

또, 쐐기형 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자에서는 발산면(24)의 크기를 정확하게 형성해야하기 때문에 선행발명과 같은 공정에서는 포토마스크에 수지를 정확한 두께로 정밀하고 균일하게 도포하여야 하는 데 이는 광학소자 제조공정 상 많은 문제점을 초래한다.

즉, 위에서 설명한 바와 같은 선행발명에서는 도파관의 높이를 균일하게 만들어 주기 위해 광중합성 수지를 균일하고 정밀한 두께로 코팅하여야 한다. 이에 따라 미합중국 특허 U.S. 5,462,700호에 따른 디스플레이용 광학소자 제조공정은 고가의 정밀 코팅 장비를 필요로 하며, 이는 생산성, 유지비 등의 상승의 원인이 되고 제품 가격의 상승을 초래하는 하나의 원인이 된다.

또, 도파관의 크기는 포토마스크의 미세한 정밀도에 의존하는 데, 현재 프로젝션 TV 스크린의 경우 도파관 크기에 해당되는 피치의 크기가 70㎛ 수준까지 이르렀고 더욱 고화질 추세로 가기 때문에 향후 더욱 미세해질 것으로 예상된다.

또한, 스크린의 크기는 대형화 추세로 현재 프로젝션 TV의 경우 61인치까지 생산되고 있고 보다 대형화로 갈 것으로 예상된다. 그러나 이러한 미세한 피치를 가지는 대형 스크린을 만들기 위한 포토 마스크의 인쇄 기술은 반도체 리소그라피 기술에 비해 매우 미진한 상태로 그 한계가 있다.

특히, 도파관 형성을 위한 그물형 포토마스크에서의 선폭은 도파관간의 폭이 결정되는 중요한 인자로 선폭이 클수록 스크린에서의 입사광 손실이 비례적으로 증가하게 되므로 선폭을 최소화하는 기술이 요구되어진다.

따라서, 수요가 많지 않고 주문 사양으로 이루어질 포토마스크의 제조 비용도 높고 사용 수명 또한 스크린 생산량에 비해 짧은 수준이어서 도파관을 가지는 디스플레이용 광학소자의 제조공정의 대체 방안이 절실히 요구되어진다.

본 발명의 목적은 도파관들의 입광부들 사이에 존재하는 간격을 없애므로 써 광손실을 줄일 수 있도록 해주는 디스플레이용 광학소자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 도포되는 광중합성 수지의 두께를 균일하고 정밀하게 하지 않아도 되기 때문에 제조공정이 쉽고, 생산비용이 적게 소요되는 디스플레이용 광학소자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 도파관을 가지는 전면 방사형 디스플레이용 광학소자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 디스플레이용 광학소자들을 구현할 수 있도록 하는 디스플레이용 광학소자의 제조방법들을 제공하는데 있다.

도 1은 선행발명에서 사용되는 포토마스크의 평면도이고,

도 2는 도 1포토마스크를 이용해 만든 도파관의 형상을 보여주는 사시도,

도 3은 선행발명에 의한 디스플레이용 광학소자에서의 도파관의 다른 예를 나타낸 도면이고,

도 4는 도 3 구조의 디스플레이용 광학소자에서의 광손실을 설명하기 위한 설명도,

도 5는 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자의 제조공정에 사용되는 점형 포토마스크의 평면도,

도 6은 도 5 점형 포토마스크를 이용한 광학소자 제조과정을 설명하기 위한 그래프,

도 7a∼도 7e는 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자 제조과정을 설명하기 위한 도면이고,

도 8은 본 발명의 방법에 따라 수지판에 도파관 주변부와 도파관 형성을 위한 공간부가 형성된 상태를 나타낸 도면,

도 9는 본 발명의 디스플레이용 광학소자 제조과정을 설명하기 위한 흐름도,

도 10은 본 발명에 따른 도파관의 입광면을 보여주는 도면이고,

도 11은 도 10의 입광면을 통한 입사광의 상태를 나타낸 도면,

12a와 도 12b는 위에서 설명한 광학소자 제조방법을 응용하여 전면 방사형 프로젝터용 광학소자를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,

도 13은 전방 방사형 디스플레이용 광학소자의 사용 예를 나타낸 도면이고,

도 14는 도 12b의 변형 예를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 점형 포토마스크 112 : 불투명부

114 : 투명부 120 : 도파관

122 : 공간부 124 : 금속 코팅

127 : 입광면 128 : 발산면

130 : 광중합성 수지 132 : 도파관 주변부

140 : 지지필름 150 : 굴절률이 큰 수지

152 : 투명 지지판 160 : 감광성 접착제

162 : 흡광입자

본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자 제조방법은 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 가지며 상기 경사면 전, 후단에 입광면과 발산면이 형성되어 있는 쐐기형 도파관들과 상기 도파관들 사이에 배치되고 외부광을 흡수하고 반사량을 감소시키기 위한 흡광부를 구비하는 디스플레이용 광학소자의 제조방법에 있어서, 간격을 두고 배치된 다수의 점형 불투명부들과 상기 불투명부들 사이의 투명부를 갖는 점형 포토마스크를 준비하는 단계, 상기 점형 포토마스크 전면 쪽에 광중합성 수지를 도포하는 단계, 상기 점형 포토마스크의 후면을 노광하여 광중합성 수지의 광에 노출된 부위가 중합되게 하여 도파관 주변부를 형성하는 단계, 광중합이 일어나지 않은 부분의 상기 광중합성 수지를 세척하여 도파관 형성을 위한 공간부를 형성하는 단계, 상기 공간부의 내벽면 안쪽에 상기주변부보다 굴절률이 큰 물질을 고정적으로 배치하여 상기 도파관을 형성하는 단계, 상기 도파관 주변부가 형성된 것을 상기 점형 포토마스크에서 이탈시키는 단계 및 상기 발산면 쪽의 주변부 표면에 흡광을 위한 흑색물질을 배치하여 상기 흡광부를 형성하는 단계를 포함하는 구성을 가진다.

상기 점형 포토마스크 전면 쪽에 광중합성 수지를 도포하는 단계에는 상기 점형 포토마스크 위에 지지용 투명필름을 올리고 상기 지지용 투명필름 위에 상기 광중합성 수지를 도포하는 것이 바람직하다.

상기 도파관을 형성하는 단계는 상기 주변부보다 굴절률이 큰 수지를 상기 공간부에 채우는 단계와 상기 공간부에 채워진 수지를 경화하는 단계로 이루어질 수 있다.

경우에 따라, 상기 도파관을 형성하는 단계는 상기 공간부 내벽면에 금속코팅을 하여도 된다.

상기 흡광부를 형성하는 단계는 상기 발산면 쪽의 표면에 감광성 접착제를 도포하는 단계, 상기 접착제 상에 흑색계통의 흡광입자를 부착하는 단계, 상기 입광면 쪽에서 상기 발산면을 향해 광을 조사하여 광이 조사된 부분의 접착제의 접착력을 상실시키는 단계 및 상기 접착력이 상실된 흡광입자들을 상기 발산면 상의 접착제에서 탈락시키는 단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

광손실을 줄이기 위한 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자는 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 가지며 상기 경사면 전, 후단에 입광면과 발산면이 형성되어 있는 쐐기형 도파관들과 상기 도파관들 사이에 배치되고 외부광을 흡수하고 반사량을 감소시키기 위한 흡광부를 구비하는 디스플레이용 광학소자에 있어서, 상기 도파관들의 입광면들은 실질적으로 하나로 통합된 구성을 가진다. 이러한 디스플레이용 광학소자는 위에서 설명한 디스플레이용 광학소자 제조방법에 의해 구현된다.

본 발명에 따른 전방 방사 디스플레이용 광학소자는 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하는 경사면을 갖는 쐐기형 도파관들과 도파관들 사이에 배치되는 주변부를 구비하는 전면방사 디스플레이용 광학소자에 있어서, 상기 도파관들 배면에 위치되고 간격을 두고 배치된 다수의 점형 불투명부들과 상기 주변부 배면에 위치되고 상기 불투명부들 사이에 배치된 투명부를 갖는 점형 필름, 상기 점형 필름 전면 쪽에 도포되어 경화된 광중합성 수지로 된 주변부 및 상기 주변부들 사이에 형성된 공간부의 내벽면 안쪽에 코팅된 금속코팅층을 갖는 도파관들을 포함하는 구성을 가진다.

상기와 같은 전방 방사 디스플레이용 광학소자는 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하는 경사면을 갖는 쐐기형 도파관들과 도파관들 사이에 배치되는 주변부를 구비하는 전면방사 디스플레이용 광학소자의 제조방법에 있어서, 간격을 두고 배치된 다수의 점형 불투명부들과 상기 불투명부들 사이의 투명부를 갖는 점형 필름을 준비하는 단계, 상기 점형 필름 전면 쪽에 광중합성 수지를 도포하는 단계, 상기 점형 필름의 후면을 노광하여 광에 노출된 부위가 중합되게 하여 도파관 주변부를 형성하는 단계, 광중합이 일어나지 않은 부분의 상기 수지를 세척하여 도파관 형성을 위한 공간부를 형성하는 단계 및 상기 공간부의 내벽면 안쪽에 금속코팅을 하여 상기 도파관을 형성하는 단계를 포함하는 전방 방사 디스플레이용 광학소자 제조방법에 의해 달성 가능하다.

본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자 제조방법은 디스플레이용 광학소자의 성능 및 생산성을 향상시키기 위한 개선된 제조 공정으로, 특히 도파관 주위 영역을 채우고 있는 구조를 우선적으로 형성하여 정밀 제어 인자를 최소화함으로써 생산성 향상 및 비용 절감의 효과를 기대할 수 있는 공정이다.

광중합성 수지는 적어도 하나의 반응성 모노머와 포토이니시에이터(reactive monomer and photoinitiator)로 이루어진다.

상기 모노머로는 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate), n-부틸 아크릴레이트(n-butyl acrylate) 등 다양한 것이 있는 데, 이는 선행발명의 특허공보에 자세히 기술되어 있다.

상기 포토이니시에이터로는 벤지디메틸 케탈(benzidimethyl ketal) 등이 사용되는데 이 역시 선행발명의 특허공보를 참조하면 자세히 알 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자의 제조공정에 사용되는 점형 포토마스크의 평면도, 도 6은 도 5 점형 포토마스크를 이용한 광학소자 제조과정을 설명하기 위한 그래프이다.

본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자의 제조에는 도 5에 나타낸 바와 같은 점형 포토마스크(110)가 이용된다. 도 5에 나타낸 점형 포토마스크(110)는 정사각형 모양의 점으로 된 불투명부(112)들과 이불투명부(112) 사이에 배치된투명부(114)로 이루어져 있다.

여기에서 불투명부(112)는 형성하고자하는 도파관(120) 발산면과 같은 크기와 모양을 가진다. 이러한 불투명부(112)는 정사각 대신에 형성하고자하는 도파관 또는 그 주변부의 설계 형상에 따라 원형이나 기타의 다각형으로 형성될 수 있음은 쉽게 이해될 수 있다.

도 5와 도 6을 참조하면, 자외선 노출 중합에 의한 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자의 구조 형성 원리를 알 수 있다. 본 발명에서는 반도체 회로 생산에 이용되는 리소그라피 방식을 응용한 것으로 도 5와 6에서 보는 바와 같이 포토마스크(110)는 빛이 투과될 수 있는 투명부(114)와 빛의 비투과 영역인 불투명부(112)로 구성된다. 도 5에 나타낸 바와 같은 포토마스크(110) 위에 광중합성 수지(130)를 일정한 두께로 도포한 후 포토마스크(110) 후면에서 평행광으로 조절된 자외선(30)을 조사하면 포토마스크(110)의 투명부(114) 위에 있는 부분의 수지(130)만 중합이 진행되어 경화된다. 이 때 경화된 부분이 도파관(120)의 주변부(132)가 된다.

여기에서, 도포되는 수지는 거의 액상인데, 이는 자외선이 노출되는 순간 포토마스크(110)에서 가까운 부분은 중합으로 고상이 되고 고상이 되지 않은 부분과 굴절률의 차이를 가지게 되어 도 6에서 보는 바와 같이 노출 시간에 따라 경화되는 부분의 형상이 바뀐다. 경화의 정도는 광중합성 수지의 조성과 반응 자외선의 파장, 시간 등에 따라 쉽게 조절되어질 수 있다. 각 조성의 광중합성 수지의 시간, 자외선 파장에 따른 경화의 정도는 이 분야의 통상의 기술자가 반복실험을 통하여쉽게 알 수 있는 내용이다.

광중합성 수지와 관련하여서는 미합중국 특허 U.S. 5,462,700호를 참조하면 쉽게 알 수 있다.

도 7a∼도 7e는 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자 제조과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 방법에 따라 수지판에 도파관 주변부와 도파관 형성을 위한 공간부가 형성된 상태를 나타낸 도면, 도 9는 본 발명의 디스플레이용 광학소자 제조과정을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 7∼도 9를 참조하여 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자 제조과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 5에 나타낸 바와 같은 점형 불투명부(112)들을 가지는 점형 포토마스크(110)를 준비한다. 점형 불투명부(112)의 크기와 모양은 만들고자하는 광학소자 도파관의 발산면과 같은 크기와 모양으로 하면 된다(단계 201).

도 7a를 참조하면, 도 7a는 본 발명의 제조 공정 중 광중합성 수지(130)를 점형 포토마스크(110) 위에 코팅 후 자외선(30) 노광하는 공정을 보여주고 있다. 점형 포토마스크(110) 위에 투명한 지지필름(140)을 올린 후(단계 201), 그 위에 광중합성 수지(130)를 일정한 두께만큼 도포하고(단계 203), 포토마스크(110) 후면에서 자외선 평행광(30)을 노출시켜 도파관 주변부(132)를 형성한다. 광중합성 수지(130)의 도포 두께는 균일한 것이 바람직함은 물론이다.

여기서 지지필름(110)은 최종 공정 후 필요에 따라 제거될 수도 있고 제거되지 않고 광학소자를 보호하는 기능을 가질 수 있는데 제거되지 않을 경우는 필름에 보호 코팅이나 무반사 코팅 처리가 된 것을 사용할 수 있다. 코팅처리 부분(142)은 필름(140)과 점형 포토마스크(110)가 접촉되는 부분이 된다. 미합중국 특허 U.S. 5,462,700호에서는 광중합성 수지의 도포 두께를 제어하여 도파관의 길이를 제어했기 때문에 두께의 정밀 제어가 매우 중요한 인자였다. 그러나 본 발명은 두께를 정밀하게 제어할 필요 없이 원하는 도파관(110)의 길이보다 충분히 두껍게 도포하여도 된다. 도파관(120)의 길이가 되는 주변부(132)의 길이는 광중합성 수지(130)의 조성, 자외선의 노출 강도와 노출 시간 등으로 조정하게 되고 그 결과로 도 7a와 같이 형성된다. 자외선의 노출 강도와 노출 시간은 광중합성 수지의 종류에 따라 반복 실험을 통하여 충분히 정할 수 있다.

자외선에 노출된 부분의 광중합성 수지(130)는 중합에 의해 경화된다. 이렇게 하여 경화된 부분은 도파관의 주변부(132)를 형성하게 된다(단계 204).

그 다음에 자외선에 노출되지 않아 액상으로 남아있는 광중합성 수지(130)를 세척하여 제거한다. 도 7b에서 보는 바와 같이 자외선 노광 후 단면이 삼각형이거나 뾰족한 끝(133)을 형성하게 된다.

광중합성 수지(130)가 제거된 부분에는 도파관 형성을 위한 공간부(122)가 형성된다(단계 205). 이렇게 하여 형성된 공간부(122)와 도파관 주변부(132)의 형상은 도 8을 참조하면 알 수 있다.

도 8은 도 5의 점형 포토마스크(110)를 이용하여 자외선 노광을 했을 경우 생성될 수 있는 형상을 나타낸 것으로, 자외선에 노광된 부분은 도파관 주변부(132)의 형상으로 형성된다. 도 8에 나타낸 바와 같이 도파관 주변부(132)와 공간부(122)가 형성되는 경우 광중합성 수지(130)의 도포 두께를 작고 정밀하게제어할 필요가 없고 따라서 설비가 단순하고 공정 속도가 빠를 수 있다는 것이다. 또한 도파관의 발산면에서 입광면 방향으로 구조가 형성되므로 도파관(120)의 간격을 최소화 할 수 있고 광손실을 줄일 수 있는데 이에 대해서는 뒤에서 더 자세히 설명된다. 또, 점형 포토마스크(110)의 제조도 도 1의 격자무늬 형태의 것에 비해 발산면(128)의 면적이 커지고, 도파관 피치의 정밀도 오차가 상대적으로 크더라도 최종 광학소자의 특성에는 영향을 미치지 않는다. 또한 잉크젯 플로터로도 약 10㎛ 폭의 발산면(128) 크기의 인쇄가 가능하므로 비용을 절감할 수 있다.

공간부(132)가 형성된 후 광중합성 수지(130)보다 굴절률이 큰 수지를 공간부(122)에 채워 경화시키고(단계 206), 점형 포토마스크(110)를 이탈시킨다(단계 207). 물론, 점형 포토마스크(110)는 더 이전단계에서 이탈될 수도 있다.

도 7c와 도 7d는 도 7b의 공정을 마친 후 도파관에 해당되는 빈 영역에 굴절률이 높은 수지(150)를 채운 것을 나타낸 것이다. 일반적으로 광학소자는 대형이므로 어느 정도 지지력을 가지기 위해 전면이나 도 7d에 나타낸 바와 같이 후면에 일정 두께의 투명 지지판(152)을 접착한다.

즉, 이에는 두 가지 방법이 있을 수 있다. 한 가지는 그림 7d에서 보는 바와 같이 광중합성 수지(130)보다 굴절률이 큰 수지(150)를 도파관 길이와 같거나 크게 채운 후 그 위에 투명 지지판(152)을 올린 후 중합하여 경화하는 방안이다. 이 경우 지지판(152)이나 도파관(120)에 채우는 수지 내에 확산제나 입자를 포함시켜 확산기능을 향상시킬 수 있다.

다른 한 가지는 도 7c에서 보는 바와 같이 투명 지지판(152)의 두께나 그 이상으로 수지(150)를 두껍게 충전하여 중합 경화시키는 방안이다. 이 경우 지지판(152)과의 굴절률 차이로 인한 불필요한 반사나 광손실을 줄일 수 있으나 도파관 수지(150)가 중합 경화 후 충분한 강도를 가져야 하는 조건이 필요하다. 이 경우 도파관(120)에 채우는 수지(150) 내에 확산제나 입자를 포함시켜 확산기능을 향상시킬 수 있다.

그 다음에 도 7e에서 알 수 있는 바와 같이 발산면(128) 쪽 표면 전체에 광감성 접착제(160)를 도포하고(단계 208), 그 위에 카본-블랙, 산화철 등 흑색계통의 흡광입자(162)들을 부착한다(단계 209). 감광성 접착제(162)로는 아크릴계 또는 바이닐 이소계 광중합성 접착제를 사용하면 된다.

그 다음에 입광면(127) 쪽에서 흡광입자(162)가 부착되어 있는 발산면(128) 쪽을 향해 자외선 평행광(30)을 조사한다(단계 210). 이에 따라 자외선을 받은 부분의 광감성 접착제(160)는 접착력을 상실하게 된다. 이후 흡광입자(162)가 부착되어 있는 쪽의 표면을 세척하여 도파관(120)의 발산면(128) 상의 접착력이 상실된 흡광입자(162)들을 이탈시키면(단계 211) 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자(100)가 만들어진다. 여기에서 흡광입자(162)가 이탈된 부분을 제외하고 흡광입자(162)가 계속 부착되어 있는 부분이 흡광부가 된다.

도 10은 본 발명에 따른 도파관의 입광면을 보여주는 도면이고, 도 11은 도 10의 입광면을 통한 입사광의 상태를 나타낸 도면이다.

도 10과 도 11은 점형 포토마스크의 점의 모양에 따라 형성되는 쐐기형 도파관과 그 주변영역을 갖는 광학소자 구조에서 광손실 영역이 생성되지 않는 장점을도 3 및 도 4와 비교하여 보여주고 있다. 도 10과 도 11에서 보는 바와 같이 본 발명에서는 도파관(120)의 밑면이 평면으로 제한되지 않고 연결되는 부분이 꼭지점(133) 형태를 이루어 실질적으로 입광면(127)이 하나로 통합된 형태를 하고 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자에서는 입광면 부분에 광손실 영역이 발생되지 않는다. 즉, 종래의 도파관 광학소자에서는 최소한 포토마스크의 선폭만큼의 광손실 영역이 발생되나 본 발명의 공정으로 생성된 광학소자에서는 입광면에서의 도파관들 간의 간격은 없거나 극히 작은 꼭지점(133) 수준이다. 따라서 본 발명에 따른 광학소자에서는 광손실이 최소화된다.

12a와 도 12b는 위에서 설명한 광학소자 제조방법을 응용하여 전면 방사형 프로젝터용 광학소자를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 13은 전방 방사형 디스플레이용 광학소자의 사용 예를 나타낸 도면이고, 도 14는 도 12b의 변형 예를 나타낸 도면이다.

도 12a∼도 12b에서 알 수 있는 바와 같이 도파관 주변부(132)를 앞에서 설명한 방법으로 형성한 후에 공간부(122)에 수지(130)를 채우지 않고 금속 코팅(124)을 한다. 이 경우 앞에서 설명한 점형 포토마스크(110) 대신 지지필름(140)에 직접 점형 불투명부(144)를 프린트하거나 점형 불투명부(144)가 프린트 된 투명 지지필름(140)을 사용하여 정지 공정 없이 연속적으로 생산 진행이 가능하다. 이 경우 공정이 완료된 후 필름을 제거하지 않아도 되므로 생산성이 매우 좋고 크기에 제한을 받지 않고 설비도 더욱 단순하게 할 수 있다.

또한 구조적인 장점은 도 13에서 보는 바와 같이 금속 코팅에 의한 전반사를안정적으로 유도할 수 있는 것도 장점이라 할 수 있다. 빈 공간에 의한 구조적 불안정이 우려될 경우 도 13에 나타낸 바와 같이 공간부(122) 영역에 광투과 효율이 높은 수지(154)를 채워 안정감을 부여할 수도 있고 확산제나 확산 입자를 도입할 수도 있다. 이 경우 수지는 굴절률이 낮은 것일수록 유리하다.

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.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 디스플레이용 광학소자 및 그 제조방법은 도파관들의 흡광부들 사이에 존재하는 간격을 없애므로 써 광손실을 획기적으로 줄일 수 있도록 해준다.

또, 도포되는 광중합성 수지의 두께를 균일하고 정밀하게 하지 않아도 되기 때문에 제조공정이 쉽고, 생산비용이 적게 소요된다는 장점도 있다.

그 외에, 본 발명에 따른 쐐기형 도파관을 가지는 전방 방사형 디스플레이용 광학소자를 쉽게 만들 수 있도록 해준다.

Claims (11)

1. 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 가지며 상기 경사면 전, 후단에 입광면과 발산면이 형성되어 있는 쐐기형 도파관들과 상기 도파관들 사이에 배치되고 외부광을 흡수하고 반사량을 감소시키기 위한 흡광부를 구비하는 디스플레이용 광학소자의 제조방법에 있어서,

   간격을 두고 배치된 다수의 점형 불투명부들과 상기 불투명부들 사이의 투명부를 갖는 점형 포토마스크를 준비하는 단계;

   상기 점형 포토마스크 전면 쪽에 광중합성 수지를 도포하는 단계;

   상기 점형 포토마스크의 후면을 노광하여 광에 노출된 부위의 상기 광중합성 수지가 중합되게 하여 도파관 주변부를 형성하는 단계;

   광중합이 일어나지 않은 부분의 상기 광중합성 수지를 세척하여 도파관 형성을 위한 공간부를 형성하는 단계;

   상기 공간부의 내벽면 안쪽에 상기 주변부보다 굴절률이 큰 물질을 고정적으로 배치하여 상기 도파관을 형성하는 단계;

   상기 도파관 주변부가 형성된 것을 상기 점형 포토마스크에서 이탈시키는 단계; 및

   상기 발산면 쪽의 주변부 표면에 흡광을 위한 흑색물질을 배치하여 상기 흡광부를 형성하는 단계를 포함하는 디스플레이용 광학소자 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 점형 포토마스크 전면 쪽에 광중합성 수지를 도포하는 단계에는 상기 점형 포토마스크 위에 지지용 투명필름을 올리고 상기 지지용 투명필름 위에 상기 광중합성 수지를 도포하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학소자 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 도파관을 형성하는 단계는 상기 주변부보다 굴절률이 큰 수지를 상기 공간부에 채우는 단계와 상기 공간부에 채워진 수지를 경화하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학소자 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 도파관을 형성하는 단계는 상기 공간부 내벽면에 금속코팅을 하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학소자 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 흡광부를 형성하는 단계는 상기 발산면 쪽의 표면에 감광성 접착제를 도포하는 단계, 상기 접착제 상에 흑색계통의 흡광입자를 부착하는 단계, 상기 입광면 쪽에서 상기 발산면을 향해 광을 조사하여 광이 조사된 부분의 접착제의 접착력을 상실시키는 단계 및 상기 접착력이 상실된 흡광입자들을 상기 발산면 상의 접착제에서 탈락시키는 단계를 포함하여 구성되는 디스플레이용 광학소자 제조방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하는 경사면을 갖는 쐐기형 도파관들과 도파관들 사이에 배치되는 주변부를 구비하는 전면방사 디스플레이용 광학소자의 제조방법에 있어서,

   간격을 두고 배치된 다수의 점형 불투명부들과 상기 불투명부들 사이의 투명부를 갖는 점형 필름을 준비하는 단계;

   상기 점형 필름 전면 쪽에 광중합성 수지를 도포하는 단계;

   상기 점형 필름의 후면을 노광하여 광에 노출된 부위의 상기 광중합성 수지가 중합되게 하여 도파관 주변부를 형성하는 단계;

   광중합이 일어나지 않은 부분의 상기 광중합성 수지를 세척하여 도파관 형성을 위한 공간부를 형성하는 단계; 및

   상기 공간부의 내벽면 안쪽에 금속코팅을 하여 상기 도파관을 형성하는 단계를 포함하는 전면방사 디스플레이용 광학소자 제조방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 점형 필름을 준비하는 단계에는 상기 점형 불투명부가 원형, 사각형, 기타 다각형 중 어느 하나의 모양을 하고 있고, 상기 투명부는 모두 연결되어 있는 점형 필름을 준비하는 것을 특징으로 하는 전면방사 디스플레이용 광학소자 제조방법.
10. 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하는 경사면을 갖는 쐐기형 도파관들과 도파관들 사이에 배치되는 주변부를 구비하는 전면방사 디스플레이용 광학소자에 있어서,

    상기 도파관들 배면에 위치되고 간격을 두고 배치된 다수의 점형 불투명부들과 상기 주변부 배면에 위치되고 상기 불투명부들 사이에 배치된 투명부를 갖는 점형 필름;

    상기 점형 필름 전면 쪽에 도포되어 경화된 광중합성 수지로 된 주변부; 및

    상기 주변부들 사이에 형성된 공간부의 내벽면 안쪽에 코팅된 금속코팅층을 갖는 도파관들을 포함하는 전면방사 디스플레이용 광학소자.
11. 제 10항에 있어서, 상기 점형 불투명부는 원형, 사각형, 기타 다각형 중 어느 하나의 모양을 하고 있고, 상기 투명부는 모두 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전면방사 디스플레이용 광학소자.