KR100622868B1

KR100622868B1 - 다층 칼라 필름

Info

Publication number: KR100622868B1
Application number: KR1020030052488A
Authority: KR
Inventors: 김철하
Original assignee: 김철하
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2006-09-18
Also published as: KR20050013893A

Abstract

본 발명은 굴절률이 서로 다른 두 개의 투명 매질을 서로 교대로 적층하여 만든 다층 필름의 두께를 변화시킴으로써 국소적으로 서로 다른 파장대의 반사 칼라 혹은 투과 칼라 필름을 개시한다. 즉 굴절률이 서로 다른 투명 물질을 교대로 적층한 다충 필름의 두께를 조절해 줌으로써 특정 파장의 빛을 통과시키거나 반사시키는 원리를 사용하여 다층 필름 내에서 서로 다른 칼라를 얻는데 있다.

이러한 두께가 서로 다르게 형성된 다층 필름은 여러 가지 용도로 응용될 수 있는데, 그 일례로서 칼라 디스플레이에 응용이 가능하다. 즉 두께가 서로 다른 다층 필름을 한 화소의 하위 화소에 각각 형성하여 백색 광으로부터 적색, 녹색, 청색의 광을 선택적으로 투과하거나 반사시켜 칼라 디스플레이 소자를 만들게 된다. 칼라 필터가 백색 광원으로부터 67.7%의 광을 흡수하는데 비하여, 다층 필름은 백색 광원으로부터 특정 파장의 광(적색인 경우)은 투과 혹은 반사시키고, 나머지 광(녹색 광과 청색 광)은 반사 혹은 투과시키는 특성이 있어서 이들 광을 재활용 할 수 있는 특징이 있다.

다층 필름, 반사, 투과, 디스플레이, 칼라 디스플레이, LCD, 칼라 필터, 투과형 디스플레이, 반사형 디스플레이, multi layer film

Description

다층 칼라 필름{Multi layer color film}

도 1은 종래 구조에 의한 칼라 필터 단면도

도 6은 본 발명에 의한 다층 투과 필름 단면도

도7은 본 발명에 의한 다층 반사 필름 단면도

도 8은 본 발명에 의한 서로 다른 두께의 다층 필름 형성 방법

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

(1-1) : 기판 (1-2) : 적색안료 (1-3) : 녹색안료

(1-4) : 청색안료 (1-5) : 한 개의 화소 (6-1) : 기판

(6-2) : 다층 적색 투과 필름 (6-3) : 다층 녹색 투과 필름

(6-4) : 다층 청색 투과 필름 (6-5) : 한 개의 화소

(7-1) 기판 (7-2) 다층 적색 반사 필름

(7-3) 다층 녹색 반사 필름 (7-4) 다층 청색 반사 필름

(7-5) 화소 (8-1)서로 다른 두께의 다층 필름을 형성하기 위한 금형

(8-2) 다층 필름을 가압하기 위한 롤러

(8-3) 서로 다른 두개의 굴절율로 적층한 다층 필름

(8-4) 다층 청색 투과 혹은 반사 필름

(8-5) 다층 녹색 투과 혹은 반사 필름

(8-6) 다층 적색 투과 혹은 반사 필름

본 발명은 서로 다른 파장대의 광을 얻는 광학 필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴절률이 서로 다른 두 물질을 교대로 적층하여 쌓은 다층 필름을 사용하여 서로 다른 영역에서 특정 파장대의 광을 투과 혹은 반사시킬 수 있도록 고안한 다층 칼라 필름에 관한 것이다. 이렇게 여러 개의 파장대의 광을 동시에 얻을 수 있는 다층 칼라 필름은 디스플레이 등의 다양한 분야에 응용될 수 있다.

종래에는 특정 파장대의 광을 반사 혹은 투과시키기 위한 방법으로 굴절률이 서로 다른 매질을 진공 중에서 교대로 증착한 다층 박막을 이용하였다. 그러나 다층 박막을 이용한 다층 칼라 박막 제작은 각각 다른 조건으로 다층 박막을 형성해 주어야 하고, 또한 각 조건을 증착한 후 사진 식각 공정을 통하여 특정 영역을 식각하여야 한다. 종래의 다층 필름의 경우에는 특정 파장이나 백색 광만 반사하거나 투과할 수 있어서 응용 분야가 국한되었다.

종래의 칼라 디스플레이의 경우, 칼라 화상을 얻기 위한 방법으로 한 화소에 적색, 녹색, 청색의 세 개 하위 화소를 형성하여 칼라 화상을 구현하였다. 즉 백색 광원으로부터 적색, 녹색, 청색 광을 선택적으로 필터링 하는 칼라 필터를 사용하는 경우와, 전자나 자외선 에너지로부터 형광체를 발광시키는 방법이 주로 사용되었다. 이렇게 칼라를 얻기 위해서 사용하는 칼라 필터와 형광체는 디스플레이 기판 위에 적색, 녹색, 청색의 서로 다른 재료를 3회에 거쳐서 도포하고 사진 식각하는 과정을 거쳐서 형성하였다.

그 일례로서 도1은 종래의 칼라 디스플레이에 있어서 적색, 녹색, 청색 안료로 구성된 칼라 필터 단면도를 나타낸다. 도1에서 (1-1)은 칼라 필터 기판을 나타내고, (1-2),(1-3),(1-4)는 각각 백색 광으로부터 색을 분리하기 위하여 형성한 적색, 녹색, 청색의 안료를 나타낸다. 그리고 (1-5)는 하나의 화소를 나타낸다. 종래의 칼라 액정 디스플레이에서 칼라 필터를 형성하기 위해서는 안료 코팅과 패턴 형상 과정을 적색, 녹색, 청색 각각에 대하여 반복적으로 수행해 주어야 한다. 여기서 칼라 필터에 대한 일반적인 제작 과정에 대해서는 기술을 생략한다. 도1에서 칼라 필터 안료는 백색 광으로부터 빛을 받아서 각각에 해당하는 칼라는 통과시키고 나머지 색깔의 빛은 흡수한다. 즉 적색 안료의 경우는 백색 광으로부터 적색의 광은 통과시키고 녹색 광과 청색 광은 흡수한다. 즉 칼라 필터에 의한 광 효율은 이론적으로 33.3%에 불과하고 나머지 67.7%의 빛은 흡수하게 된다.

본 발명은 굴절률이 서로 다른 두 개의 투명 물질 n _L 과 n _H 를 서로 교대로 적층하여 만든 다층 필름을 서로 다른 영역에서 다층 필름의 두께를 서로 다르게 조절함으로써 영역 별로 특정 광의 투과 및 반사가 가능한 다층 칼라 필름을 제공함에 목적이 있다.

특히 본 발명에서 고안한 다층 필름을 사용하여 칼라 디스플레이 소자를 제 작함으로써 기존의 형광체나 칼라 필터 공정을 대체하는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명에 의한 다층 칼라 필름은 굴절률이 서로 다른 투명 물질의 두께를 조절함으로써, 특정 파장의 빛을 통과시키거나 반사시킬 수 있는 원리를 사용한다. 즉 두께가 서로 다른 다층 필름을 한 화소의 하위 화소에 각각 형성하여 백색 광으로부터 적색, 녹색, 청색의 광을 선택적으로 투과하거나 반사시켜 다층 칼라 필름을 만든다. 칼라 필터나 형광체는 백색 광원으로부터 67.7%의 광을 흡수하는데 비하여, 다층 칼라 필름은 백색 광원으로부터 특정 파장의 광(적색인 경우)은 투과 혹은 반사시키고, 나머지 광(녹색 광과 청색 광)은 반사 혹은 투과시키는 특성이 있어서 이들 광을 재활용 할 수 있는 특징이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 원리는 다음과 같다. 도2는 굴절률이 n _T 인 매질 위에, 굴절률이 n₁이고 두께가 l 인 필름에, 매질 n₀ 영역에서 광이 입사할 경우에 있어서 반사광 및 투과광의 전기장 성분에 대한 모식도이다.

이 때, 투과광의 전기장 성분(E _T ), 반사광의 전기장 성분(E ₀ ), 입사광의 전기 장 성분(E ₀ )에 대한 관계를 행렬식으로 표현하면 다음과 같다.

(식-1)을 간략히 표현하면 다음과 같다.

여기서,

은 반사도이고,

는 투과도, 그리고 M은 다음의 행렬식이다.

N층의 다층 필름이 형성되어 있는 경우, (식-2)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 행렬 M은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

이때, 입사한 광에 대한 반사도와 투과도는 (식-4)와 (식-5)로부터 다음과 같이 쓸수 있다.

위에서 정성적으로 유도한 행렬 (식-5)은 다음과 같은 특수한 경우를 가정하면 고투과 및 고반사 다층 필름 박막 조건을 얻을 수 있다.

도3은 두께

인 필름이 2N층 형성 되어 있는 경우를 나타낸다. 즉 두께가

인 경우 (식-3)에서

이고

이 된다. 따라서, (식-5)의 M은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(식-6)에 (식-8)의 행렬 요소를 대입하여 반사율(R)을 구하면 다음과 같다.(n₀ = n _T 인 경우)

여기서 n _H > n _L 조건에서, 다층 필름을 형성할 경우 N→ ∞가 될 때 R=1이 되어 고반사 필름을 얻을 수 있다.

다음으로, 도4는 선택 투과를 위한 필름 구성도이다. 즉 굴절률이 n _L , n _H , n _L 인

필름을 각각 두께가

이 되게 형성할 경우, (식-4)에서 행렬 M은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

(식-10)에서 반사도 r과 투과도 t는 다음과 같다.

여기서 n _O = n _T 인 경우 반사율은 영이며, 투과율은 1이 된다. 즉 적층 투과 필름을 얻게 된다.

도4의 박막을 다음과 같이 구성할 경우에는 고투과의 다층 필름을 얻을 수 있다. 즉, 도5는 백색광으로부터 특정 파장의 광을 고투과시키기 위하여 고안한 고투과 다층 필름에 대한 모식도이다.

즉 굴절률이 다른 두개의 광 매질을 두께가

가 되도록 도5와 같이 적층할 경우, 행렬식 M은 다음과 같이 표현된다.

즉 (식-10)과 동일한 결과를 얻게 되며, 고순도의 특정 파장의 빛을 투과시킬 수 있다. 여기에서도, n ₀ = n _T 인 경우, 반사율은 0이 되며, 투과율은 1이 된다. 위에서와 같이 다층 필름을 형성할 경우 백색 광으로부터 특정 광 즉 적색, 녹색, 청색의 광을 반사시키거나 투과시킬 수 있어 디스플레이의 화소에 응용할 수 있다. 그리고, 도4의 적층 필름을 반복적으로 적층할 경우에도 역시 고투과 다층 필름을 얻을 수 있으며, 이에 대한 기술은 생략한다.

도6은 본 발명에서 고안한 두께가 서로 다른 다층 투과 칼라 필름의 단면도이다. 도6에서 (6-1)은 다층 필름을 형성한 기판을 나타내고, (6-2),(6-3),(6-4)는 도5와 같이 백색 광으로부터 적색, 녹색, 청색의 광을 필터링하기 위하여 형성한 다층 필름을 나타낸다. 즉 도6의 (6-2)는 다층 적색 투과 필름을 나타내고, (6-3)은 다층 녹색 투과 필름을 나타내며, (6-4)는 다층 청색 투과 필름을 나타낸다. 여기서 서로 다른 두께의 필름은 각각 특정 광을 투과시키게 되고 나머지 광은 반사시키게 된다. 즉 (6-3)인 다층 녹색 투과 필름영역 (G)의 경우, 백색 광(W)으로부터 녹색 광(G)은 투과시키고, 나머지 적색 광(R)과 청색 광(B)은 반사시키게 된다. (6-5)는 특정 두께의 다층 투과 필름을 인접하게 배열한 경우로 투과형 디스플레이의 화소로도 응용할 수 있다.

도7은 본 발명에서 고안한 두께가 서로 다른 다층 반사 필름의 단면도로, 각 영역별로 특정 광의 반사를 나타낸 단면도이다. 도7에서 (7-1)은 다층 필름을 형성 한 기판을 나타내고, (7-2),(7-3),(7-4)는 도3과 같이 백색 광으로부터 적색, 녹색, 청색의 광을 반사시키기 위하여 형성한 다층 필름 영역을 나타낸다. 즉 도7의 (7-2)는 다층 적색 반사 필름을 나타내고, (7-3)은 다층 녹색 반사 필름을 나타내며, (7-4)는 다층 청색 반사 필름을 나타낸다. 여기서 각 하위 화소는 특정 광을 반사시키게 되고 나머지 광은 투과시키게 된다. 즉 (7-3)인 다층 녹색 반사 필름영역 (G)의 경우, 백색 광(W)으로부터 녹색 광(G)은 반사시키고, 나머지 적색 광(R)과 청색 광(B)은 투과시키게 된다. (7-5)는 특정 두께의 다층 투과 필름을 인접하게 배열한 경우로 반사형 디스플레이의 화소로도 응용할 수 있다.

도8은 본 발명에 의한 다층 필름의 두께 형성 방법을 나타낸 일례이다. 즉 도5의 조건(반사형의 경우 도3 조건을 적용하며, 기술은 생략함)을 사용하여 백색광으로부터 각각의 적색 광, 녹색 광, 청색 광을 얻기 위하여 서로 다른 두께의 다층 필름을 형성하는 방법을 나타낸 것이다. (8-1)은 다층 필름의 두께를 결정하기 위하여 사용하는 금형(혹은 원통형 롤러)이다. 즉 다층 투과 필름의 한 층의 두께가 각각의 적색, 녹색, 청색 광의 파장에 대해여 도3이나, 도5와 같은 조건이 되도록 두께를 형성한다. (8-2)는 다층 필름의 두께를 얻기 위하여 사용하는 롤러를 나타낸다. (8-3)은 서로 다른 두 개의 굴절률로 도5와 같이 적층한 적색 광 다층 필름을 나타낸다.(기술의 원리를 쉽게 설명하기 위하여 초기 다층 필름의 구성을 다층 적색 투과 필름으로 가정함) 청색, 녹색 광의 다충 필터 필름을 얻기 위하여 (8-1)의 금형에서 청색 광(λ _B )의 홀의 깊이 (8-4)와 녹색 광(λ _G )의 홀의 깊이(8- 5)를 형성하고, 적색광의 홀의 깊이는 다층 적색 투과 필름의 두께만큼 형성한다. 이렇게 된 상태에서 다층 적색 필터 필름을 롤러 (8-2)로 가압하면 (8-4)와 (8-5)영역에서 필름의 두께는 감소하여 다층 청색 투과 필름과 다층 녹색 투과 필름이 각각 형성되며, 다층 적색 투과 필름 (8-6)은 초기의 두께를 유지하게 된다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 기존의 다층 필름에 서로 다른 칼라 색상을 디자인 할 수 있어서 산업 디자인 분야에 넓게 응용될 수 있으며, 특히 칼라 필터나 형광체 대신에 다층 필름을 사용하여 칼라 디스플레이를 구현할 수 있어서, 기존의 복잡한 형광체나 칼라 필터 공정을 대체할 수 있다.

그리고 본 발명의 다층 필름을 투과형 디스플레이로 사용할 경우에는 반사되는 광을 재활용할 수 있어서 고휘도의 디스플레이의 달성이 가능하다.

Claims

굴절률이 서로 다른 두 매질을 적층 구조로 형성한 다층 필름에 있어서, 각 영역별로(예, 영역1, 영역2, 영역3,...) 다층 필름의 두께를 서로 다르게 형성하여, 각각의 영역에서 특정 파장(애, λ ₁ , λ ₂ , λ ₃ , ...)을 얻는 다층 필름
굴절률이 서로 다른 두 매질을 적층 구조로 형성한 다층 필름에 있어서, 각 영역별(예, 적색 영역, 녹색 영역, 청색 영역 등)로 다층 필름의 두께를 서로 다르게 형성하여, 각각의 영역에서는 특정 광(예, 적색, 녹색, 청색 등)을 얻는 다층 칼라 필름
굴절률이 서로 다른 두 매질을 적층 구조로 형성한 다층 투과 필름에 있어서, 각 영역별(예, 적색 영역, 녹색 영역, 청색 영역 등)로 다층 필름의 두께를 서로 다르게 형성하여, 각각의 두께 영역에서는 특정 광(예, 적색, 녹색, 청색 등)을 얻는 다층 칼라 투과 필름
제 3 항에 있어서, 두께가 서로 다른 적층 다층 필름을 디스플레이의 한 화소의 하위 화소에 각각 적색 투과 다층 필름, 녹색 투과 다층 필름, 청색 투과 다층 필름을 형성한 칼라 디스플레이 소자
굴절률이 서로 다른 두 매질을 적층 구조로 형성한 다층 반사 필름에 있어서, 각 영역별(예, 적색 영역, 녹색 영역, 청색 영역 등)로 다층 필름의 두께를 서로 다르게 형성하여, 각각의 두께 영역에서는 특정 광(예, 적색, 녹색, 청색 등)을 얻는 다층 칼라 반사 필름
제 5 항에 있어서, 두께가 서로 다른 적층 다층 필름을 디스플레의의 한 화소의 하위 화소에 각각 적색 반사 다층 필름, 녹색 반사 다층 필름, 청색 반사 다층 필름을 형성한 칼라 디스플레이 소자
굴절율이 서로 다른 두 매질을 적층 구조로 형성한 다층 필름에 있어서, 두께를 조절하여 도형, 그림, 등의 형상화를 통화여 칼라를 구현한 다층 칼라 필름
굴절률이 서로 다른 두매질의 두께를
로 2N회 적층하여 다층 반사 필름을 형성하고, 각 영역별로 특정 파장을 얻기 위하여 두께를 다르게 형성한 다층 반사 칼라 필름
굴절률이 서로 다른 두매질 중 굴절률이 큰 매질(n _H )의 두께
을 기준으로 하여 굴절률이 작은 매질(n _L )을
두께로 양쪽에 1차 배치하고, 다시 굴절률이 큰 매질(n _H )을
두께로 n _L 양쪽에 2차 배치하는 과정을 반복적으로 형성한 다층 투과 필름에 있어서, 구역별로 특정 파장의 광을 투과시키기 위하여 두께를 다르게 형성한 다층 투과 칼라 필름
서로 다른 깊이(예, d₁, d₂, d₃ ...)로 금형 혹은 롤러에 홀을 형성한 뒤, 다층 필름을 원통형 롤러 등으로 가압하여 제작한 서로 다른 두께(예, d₁, d₂, d₃ ...)의 다층 필름
굴절률이 서로 다른 두 매질을 적층 구조로 형성한 다층 필름에 있어서, 필름의 두께를 압축하여 제작한 다층 필름