KR100655087B1

KR100655087B1 - 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자

Info

Publication number: KR100655087B1
Application number: KR1020060043641A
Authority: KR
Inventors: 황규환; 유영빈; 이찬희
Original assignee: 주식회사 세코닉스
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2006-12-08

Abstract

개시된 본 발명은 도파관들의 일면에 점성을 갖는 점착층을 코팅하여 디스플레이에의 결합을 용이하게 하고, 도파관들과 외부광흡광부의 굴절율을 동일유사하게 설정하고 흡광입자의 농도와 도파관의 높이를 적절히 조절하여 입사각이 큰 외부광의 흡수율을 높이되 외부광에 비해 상대적으로 입사각이 작은 이미지광의 투과율을 높이는 한편 반사방지코팅을 하여 이미지광의 투과율을 높임으로써 고휘도를 보장하고 명암비를 극대화한 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 갖는 도파관들; 상기 도파관들의 사잇틈새에 흡광입자가 혼합된 투명수지로 충전되어 외부광을 흡수하는 외부광흡광부; 상기 도파관들의 일면에 형성되어 층을 이루며 대상물에 접착되도록 점성을 갖는 점착층; 및 상기 도파관들의 타면에 형성되어 출사되는 이미지광의 반사를 방지하는 반사방지층을 구비하여 이루어진다.

디스플레이, 스크린, 도파관, 흡광부, 점착층

Description

디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자 {DISPLAY DEVICE FOR INTERCEPTING THE EXTERNAL LIGHT}

본 발명의 실시예에 관한 상세한 설명은 첨부하는 도면들을 참조하여 이루어질 것이며, 도면에서 대응되는 부분을 지정하는 번호는 같다.

도 1은 일반적인 쐐기형 도파관을 이용한 광학소자의 단면구조를 나타낸 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자의 제1실시예에 따른 구성도이고,

도 3은 도 2에서 외부광의 흡수율을 높이기 위한 도파관의 높이 설계치를 설명하기 위한 도면이고,

도 4는 도 2에 도시된 외부광차단용 광학소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이고,

도 5는 도 2에 도시된 광학소자를 PDP 패널에 직접 부착한 상태를 보여주는 일 사용상태도이고,

도 6은 도 5에서 외부광의 흡수와 이미지광의 투과에 관한 작용효과를 보여주기 위한 도면이고,

도 7은 도 2에 도시된 광학소자를 PDP 필터에 부착한 상태를 보여주는 다른 사용상태도이고,

도 8은 도 7에서 외부광의 흡수와 이미지광의 투과에 관한 작용효과를 보여주기 위한 도면이고,

도 9는 도 7과 같이 본 광학소자를 PDP 필터에 적용한 경우 도파관의 높이 설계치를 설명하기 위한 도면이고,

도 10 내지 도 13은 본 발명에서 도파관들의 3차원 구조를 보여주는 사시도이고,

도 14는 본 발명에 따른 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자의 제2실시예에 따른 구성도이고,

도 15는 도 14에 도시된 광학소자를 PDP 패널에 직접 부착한 상태를 보여주는 일 사용상태도이고,

도 16은 도 14에 도시된 광학소자를 PDP 필터에 부착한 상태를 보여주는 다른 사용상태도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

30 : 도파관 40 : 외부광흡광부

42 : 흡광입자 44 : 투명수지

46 : 전도성입자 50 : 점착층

60 : 반사방지층 120g : 투명기판

본 발명은 디스플레이의 광학적 특성을 개선하기 위해 적용되는 광학소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도파관들의 일면에 점성을 갖는 점착층을 코팅하여 디스플레이에의 결합을 용이하게 하고, 도파관과 외부광흡광부의 굴절율을 동일유사하게 설정하고 흡광입자의 농도와 도파관의 높이를 적절히 조절하여 입사각이 큰 외부광의 흡수율을 높이되 외부광에 비해 상대적으로 입사각이 작은 이미지광의 투과율을 높이는 한편 반사방지코팅을 하여 이미지광의 투과율을 더욱 상승시킴으로써 고휘도를 보장하고 명암비를 극대화한 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자에 관한 것이다.

일반적으로, 프로젝션 텔레비전, 액정 디스플레이(이하, "LCD"라 함), 프라즈마 디스플레이(이하, "PDP"라 함) 등의 디스플레이 장치에서는 기기 내부에서 화면의 전면을 통해 시청자측에 화상을 투사함으로써 시청자가 화상을 시청하도록 구현된다. 이러한 디스플레이의 스크린의 성능은 스크린의 다양한 특성면에서 기술될 수 있는데, 스크린 성능을 설명하는 데에 사용되는 전형적인 스크린 특성은 이득, 시야각, 해상도, 대비비, 색상 및 반점과 같은 불량한 인공물의 출현 등을 포함한다. 특히, 시야각에 있어서는 디스플레이는 디스플레이의 정면 뿐만 아니라 측면에 위치한 시청자들도 수용할 수 있도록 넓은 시야각을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 넓은 시야각을 구현하기 위하여 기기의 스크린에는 미세 렌즈들로 이뤄진 광학소자나 이에 더 나아가서 도파관들로 이뤄진 광학소자를 마련하고 있다. 미합중국특허 U.S. 3,279,314호와 U.S. 5,462,700호는 렌즈 대신에 미세한 쐐기형의 도파관을 균일하게 분포시켜 구성한 디스플레이용 광학소자를 개시하고 있다. 이와 관련하여 첨부된 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 쐐기형 도파관을 이용한 광학소자(10)의 단면구조를 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이 쐐기형 도파관(12)은 렌즈처럼 빛의 굴절을 유도하는 것이 아니라 도파관(12)의 기울어진 벽면(14)에서의 반사를 통하여 빛이 도파관(12)을 통과할 때 벽면(14)의 대해 증가된 각을 가지는 광을 유도하여 이미지 확산 효과를 거두는 구조이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 햇빛이나 주위 조명빛이 광학소자(10)의 전면에서 반사되어 투사되는 이미지가 상대적으로 어두워 보이거나 방해를 받을 수 있는데, 이러한 현상을 최소화하기 위해 디스플레이용 광학소자(10)는 광이 발산되는 부분을 제외한 부분에 흑색계통의 재료를 도포하거나 채워넣어 주변광을 흡수하는 흡광부(16)의 구조를 가진다.

좀더 구체적으로 설명하면, 도파관(12)은 통상 일측의 밑변은 넓고 타측의 윗변은 좁아 뿔형상을 이루며, 그 결과 도파관(12)과 도파관 사이에는 틈새가 형성되고 이 틈새에는 흡광물질이 충전되어 흡광부(16)를 이루게 된다. 이 흡광물질은 탄소미립자(carbon particle)를 주성분으로 하며, 외부에서 스크린으로 유입되는 빛을 흡수하여 스크린의 전면에서 반사가 일어나지 않게 함으로써 시청자에게 스크 린의 영상이 보다 선명하고 깨끗하게 보이게 하는 역할을 한다.

그러나, 기존의 스크린 구조에서 흡광물질은 도파관(12)과 도파관의 역뿔형 틈새공간을 가득 메우고 있어, 내부에서 외부로 투사되는 빛이 도파관 내부를 반사하며 통과할 때 흡광물질에 상당부분 흡수되어 광손실이 많아짐으로써 광효율이 떨어지는 요인이 되었다.

위에서 언급한 바와 같은 도파관(12)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 부분반사가 일어날 수 있다. 쐐기형 도파관(12) 내에서 일어나는 반사의 효율을 높이기 위해서는 사용 매질의 굴절율 차이가 클수록 효과적이다. 따라서, 위의 기존 구조에서는 도파관(12)과 흡광부(16)의 굴절율 차이가 되도록 크게 설계되었다.

하지만, 이와 같이 도파관(12)과 흡광부(16)의 굴절율 차이가 크면 도파관 내에서 반사가 많이 일어나 시야각은 넓어지지만 상대적으로 큰 입사각을 갖는 외부광도 도파관 내에서 반사되어 이미지광과 합성되어 출사되게 되므로 외부광의 차단 효과가 떨어지게 된다. 이러한 종래의 광학소자의 경우 시야각의 확대에 초점을 맞추었기 때문에, 외부광의 차단이 효율적이지 못하여 외부광에 의해 명실에서의 명암비가 떨어지고 휘도가 저하되는 단점을 지녔다.

더욱이, 이상 설명한 기존의 광학소자는 디스플레이에 프레임이나 기구적인 장착수단을 사용하여 결합되므로 그 결합이 번거롭고 결합을 위한 다수의 부품이 추가적으로 요구되어 조립생산성이 떨어지고 제품단가가 상승하는 폐단을 낳았다.

또한, 이상의 기존 디스플레이 기기에서는 광학소자와 별도로 전자파 차단, 근적외선 차단, 반사방지의 각 기능을 수행하기 위해 각각의 기능성 필름을 추가적으로 장착하거나 아니면 강화유리에 요구되는 기능성 필름들을 부착하여 필터로 만들어서 장착하기도 하였다. 그 결과, 제조공정이 복잡해지고 생산성이 떨어질 뿐만 아니라 생산비가 상승하는 요인이 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 도파관들의 일면에 UV중합형 또는 열중합형 점착재료로 된 점성을 갖는 점착층을 형성하여 부착대상물에 간단히 접착되게 함으로써 디스플레이에의 결합을 용이하게 하는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 쐐기형 도파관들의 사이에 구성된 외부광흡광부와 도파관의 굴절율들을 동일유사하게 설계하여 도파관과 외부광흡광부의 경계면에서의 투과율을 높임으로써 입사각이 큰 외부광의 흡수율을 높이되 외부광에 비해 상대적으로 입사각이 작은 이미지광의 투과율을 높여 고휘도를 발현할 수 있는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 외부광흡광부의 투명수지와 흡광입자를 적절히 혼합하여 흡광입자의 농도를 조정하는 한편 도파관의 높이를 도파관의 밑변과 윗변에 따라 적정하게 설계함에 의하여 외부광의 흡수를 높이고 내부광인 이미지광의 손실 을 최소화하여 명실에서의 명암비를 극대화할 수 있는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 외부광흡광부의 투명수지에 흡광입자와 함께 전도성입자를 혼합함으로써 디스플레이 내부에서 발생되는 인체에 유해한 전자파가 화면밖으로 출사되는 것을 억제하는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 도파관들의 타면에 반사방지층을 코팅함에 의해 이미지광의 투과율을 더욱 상승시켜 고휘도를 구현할 수 있는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자는 간격을 두고 배치되고 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 갖는 도파관들; 상기 도파관들의 사잇틈새에 흡광입자가 혼합된 투명수지로 충전되어 외부광을 흡수하는 외부광흡광부; 상기 도파관들의 일면에 형성되어 층을 이루며 대상물에 접착되도록 점성을 갖는 점착층; 및 상기 도파관들의 타면에 형성되어 출사되는 이미지광의 반사를 방지하는 반사방지층을 포함한다.

이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자의 제1실시예에 따른 구성도이다. 도 3은 도 2에서 외부광의 흡수율을 높이기 위한 도파관의 높이 설계치를 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 광학소자(1)는 일측 밑변이 길고 타측 윗변이 짧은 쐐기형의 도파관(30)들이 일정간격을 두고 배열되고, 도파관(30)들이 이루는 틈새에는 흡광입자(42)들이 혼합된 투명수지(44)가 충전되어 외부광흡광부(40)를 형성하고 있다. 이 외부광흡광부(40)는 도파관(30)들의 사잇틈새에 흡광입자(42)들이 혼합된 UV중합형 또는 열중합형 투명수지(44)를 충전하고 경화시켜 구성된다. 그리고, 도파관(30)들과 외부광흡광부(40)들로 이루어진 판의 일측 표면에는 점성을 갖는 점착층(50)이 마련된다. 이 점착층(50)은 바람직하게는 외부광흡광부(40)가 노출되는 판면에 형성된다. 즉, 점착층(50)은 UV중합형 또는 열중합형 점착재료를 외부광흡광부측 판면에 코팅한 후 경화시켜 구성된다. 점착층(50)은 경화되어도 끈끈한 점성을 유지하고 있으며, 그에 따라 본 광학소자(1)는 점착층(50)을 부착대상물(예컨대, PDP 패널 또는 PDP 필터)에 대고 일정압력으로 누르면 쉽게 접착된다. 하지만, 광학소자(1)의 부착시 결합정밀도를 높이기 위해 압착롤러 등의 균일한 압력을 가할 수 있는 가압기구를 사용하여 광학소자를 부착대상물에 가압하는 것이 좋다. 이러한 점착층(50)은 굴절율이 1.2~1.7 정도로 도파관(30)과의 굴절율 차이가 0.4 이하로 제조하는 것이 좋으며, 그 두께로는 5~200um이 적당하다. 점착재료로는 우레탄 아크릴레이트계, 에톡시 에틸 아크릴레이트계, 테키파이어계 등이나 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이 점착재료에 아래에 예시되는 전도성 입자를 첨가하여 점착층(50)에 전자파 차단기능을 부여할 수도 있다.

또한, 도파관(30)들의 타측 표면에는 반사방지층(60)이 형성되어 있다. 이 반사방지층(60)은 이미지생성 패널, 예컨대 PDP 패널에서 출사되는 이미지광이 본 광학소자에서 반사되는 양을 최소화하여 투과율을 향상시킴으로써 이미지광의 광손실을 감소시켜 고휘도를 구현하게 할 뿐만 아니라 잔상이 생성되는 것을 억제하는 기능을 한다. 이러한 기능의 반사방지층(60)은 도파관(30)들의 타측 표면에 반사방지제를 코팅하여 형성하거나, 아니면 반사방지필름을 접합시켜 형성할 수 있다.

도파관(30)은 1.2~1.7 정도의 굴절율을 가지는 투명한 UV중합형 수지로 구성된다. 바람직하게는, UV중합형 수지 중에서도 UV중합형 모노머나 올리고머가 사용될 수 있다. 이러한 UV중합형 모노머나 올리고머로는 메틸메타 아크릴레이트계, 에폭시 디아크릴레이트계, 에틸렌 글리콜계, 우레탄 아크릴 레이트계 등이나 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이 도파관(30)에는 근적외선 차단기능을 부여하기 위해 근적외선차단제를 첨가할 수 있다. 근적외선차단제로는 디이모늄계, 니켈디티올계, 프탈로시아닌계, 시아닌계 등이나 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.

본 발명은 또한 외부광흡광부(40)에 흡광입자(42)와 함께 전도성입자(46)를 포함하여 전자파차단 기능을 부여할 수 있다. 즉, 전도성입자(46)도 투명수지(44)에 흡광입자(42)와 함께 혼합되어 경화되어 외부광흡광부(40)를 구성하게 된다. 이때 사용되는 전도성입자(46)로는 은(Ag), 동(Cu), 은이 코팅된 동, 탄소나노튜브, 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 인듐(In), 안티몬(Sb), 주석(Sn), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 셀레늄(Se), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 납(Pb) 또는 이들의 산화물 및 전도성 폴리머 등의 전도성을 갖는 미세 입자나 이러한 재료들 중에서 선택되는 적어도 2개이상의 혼합물로서 구성된다. 위의 전도성 폴리머는 폴리아닐린계, 폴리피롤계, 폴리파라페닐렌계, 폴리티오펜계, 바륨티타네이트계 등이나 이들의 혼합물이다. 전술한 흡광입자(42)로는 50nm~10um 정도의 흑색계통 구상입자가 사용되며, 예를 들어 카본블랙(carbon black), 산화철, 산화은, 산화마그네슘, 산화구리, 흑색계 안료, 흑색계 폴리머 등의 구상입자나 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 이 흡광입자(42)의 혼합비는 투명수지(44) 100중량%를 기준으로 할 때 0.5~20중량%를 넘지 않는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 5~10중량%가 좋다. 물론, 외부광흡광부(40)에 사용되는 투명수지(44)는 투명한 UV중합형 또는 열중합형 수지가 바람직하고, 유색 안료 및 염료를 첨가하여 특정 색을 부여하거나 특정 파장을 차단할 수도 있다. 나아가, 외부광흡광부(40)는 투명수지(44)에 대한 흡광입자(42)의 혼합비가 높을수록 흡광입자(42)의 농도가 상승하여 탁해지게 된다. 그러므로, 본 발명은 위에 제시한 범위내에서 흡광입자(42)의 농도 설정을 통해 외부광과 이미지광의 투과율을 조절하여 높은 휘도를 발현하게 한다.

일반적으로 디스플레이 내부에서 출사되는 내부광, 즉 이미지광에 비해 외부 로부터 디스플레이로 들어오는 광(외부광)은 큰 입사각을 갖게 된다. 본 발명은 이러한 점을 이용하여 도파관(30)과 외부광흡광부(40)의 굴절율이 동일하거나 유사하도록 설계하여 도파관(30)으로 유입된 큰 입사각의 외부광이 그 경계면에서 반사보다는 투과가 많이 이루어지도록 한다. 그 결과, 입사각이 큰 외부광은 경계면을 통과하여 흡광입자(42)들을 통과하면서 1차적으로 상당부분 흡수되고, 광학소자(1)를 통과하여 PDP 패널에서 반사되어 돌아가는 잔여의 외부광이 2차적으로 다시 외부광흡광부(40)를 통과하면서 흡광입자(42)들에 의해 대부분 흡수된다. 위에서 도파관(30)과 외부광흡수부(40)와의 굴절율 차이는 0.4 이하가 바람직하다. 특히, 45도 이상의 입사각을 가지는 외부광은 입사에서 반사를 거쳐 출사되기까지 2번 이상 외부광흡광부(40)를 통과하는 경로를 가지게 되어 대부분 소멸되고, 이미지광은 입사각이 작아 외부광흡광부(40)를 통과하는 회수가 적을 뿐만 아니라 외부광흡광부(40)와 경계를 이루는 도파관(30)의 측벽(경사면)에서 대부분 반사된다. 그 결과로서, 본 발명의 광학소자는 높은 명암비와 휘도를 제공하게 된다.

45도 이상의 큰 입사각을 가지는 외부광을 효과적으로 소멸시키기 위해서는 이상 설명한 도파관(30)과 외부광흡광부(40)의 굴절율 차이를 (0.4이하로) 적정하게 설계하는 외에도 도파관(30)의 높이를 다음과 같이 설계하는 것이 바람직하다.

도 3에서 보는 바와 같이, 도파관의 밑변의 길이를 B, 윗변의 길이를 T, 높이를 H, 측벽(경사면)의 기울기를 θ, 이웃한 도파관들의 밑변의 이격 간격을 L, 그리고 일측 도파관의 밑변 끝단에서 이웃한 도파관의 윗변의 끝단까지의 수직거리를 H'라 할 때,

H = H' = B + L + T + ½(B-T) …… (1)

을 만족하도록 도파관을 설계하면, 45도 이상의 입사각을 갖는 외부광은 흡광부(40)를 적어도 한번 이상 통과하도록 유도할 수 있다.

특히, 도파관(30)은 아래표와 같이 다양한 형상으로 설계될 수 있으므로, 위 식(1)에서 ±10% 정도의 치수오차를 고려하여 도파관을 설계하는 것이 바람직하다.

표 1. 도파관과 외부광흡광부의 실시예

위 표 1에서 보는 바와 같이, 도파관(30)은 직선형, 볼록형 또는 오목형으로 형상화될 수 있다. 구체적으로, 직선형인 경우 (가)와 같이 직선의 사다리꼴 형태로 구성하거나, (나)와 같이 측벽의 중간부위를 절곡시켜 측벽의 기울기를 변경시키는 형태로 구성할 수 있다. 볼록형인 경우 (다)와 같이 측벽과 윗변을 모두 볼 록하게 곡선으로 형성하거나, (라)와 같이 윗변만을 볼록하게 곡선으로 형성하거나, 또는 (마)와 같이 측벽과 윗변이 만나는 인접부위를 곡선 모따기하여 곡선으로 볼록하게 형상화할 수 있다. 오목형인 경우 (바)와 같이 측벽과 윗변을 모두 오목하게 곡선으로 형성하거나, (사)와 같이 윗변만을 오목하게 곡선으로 처리하거나, 아니면 (아)와 같이 측벽만을 오목하게 형상화할 수 있다. 이 외에도 다양하게 도파관(30)의 형상을 가공할 수 있으며, 이러한 약간의 형상 변경을 고려하여 위 식(1)에서 치수오차범위 10%가 고려되는 것이다.

한편, 외부광흡광부(40)는 표 1의 (a)와 같이 그 외단이 이웃한 도파관(30)의 윗변과 평편하거나, (b)와 같이 도파관(30)의 윗변의 연장선 상에서 볼록하게 튀어나오거나, 아니면 (c)와 같이 도파관(30)의 윗변의 연장선 상에서 오목하게 들어가도록 형성할 수 있다. 위에서 설계된 도파관(30)의 높이는 외부광흡광부(40)의 높이와 같다고 볼 수 있으므로, 도파관(30)의 높이에 따라 흡광부(40)의 높이도 결정되게 된다.

도 4는 도 2에 도시된 외부광차단용 광학소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다. 이 도 4를 참조하여 전술한 도 2의 구조를 갖는 광학소자의 제조공정에 대해 순차적으로 설명하기로 한다.

포토마스크(70) 위에 투명기판(80)을 올려놓고 나서, 투명기판(80) 위에 도파관의 재료가 되는 UV경화형 모노머나 올리고머(90; 이하, 'UV경화형 수지'라 칭함)를 코팅한다.(단계Ⅰ,Ⅱ) 물론, 이 UV경화형 수지(90)에는 광개시제가 첨가되 어 있다. 광개시제로는 벤지디메틸 케탈계, 다이에틸 옥시 아세토페논계, 하이드록시 메티프로피오페논계 등이나 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.

그 다음, 포토마스크(70)의 하방에서 평행광의 자외선(UV)으로 노광한다.(단계Ⅲ) 그러면, 포토마스크(70)에 의해 노광된 UV경화형 수지(90)는 경화된 부분과 비경화된 부분으로 구분된다.

노광이 끝난 투명기판(80)에 적층된 UV경화형 수지(90)를 현상액(100)에 담가 현상한다.(단계Ⅳ) 그러면, UV경화형 수지(90)의 경화된 부분은 도파관(30)이 되고 나머지 부분, 즉 비경화된 부분은 제거된다. 이때, 현상액(solvent; 100)으로는 아이소 프로페놀 알콜(IPA), 메탄올, 물, 톨루엔, 아세톤, 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA) 등을 사용할 수 있다.

현상이 끝나면, 현상액(100)으로부터 꺼내서 투명기판(80)에 적층형성된 도파관(30)의 위쪽에서 산란광에 노광시켜 현상된 도파관(30)들을 완전히 경화시킨다.(단계Ⅴ) 이렇게 제조되는 도파관(30)의 높이나 측벽기울기 등의 특성은 UV경화형 수지(90)의 코팅두께와, 포토마스크 및 UV노광시간을 조절하여 설계된 규격대로 형상화된다.

완전히 경화된 도파관(30)들 사이에 흡광입자들이 혼합된 투명수지(44)를 충전한다.(단계Ⅵ) 이때, 흡광입자 이외에도 전도성입자가 더 혼합된 투명수지를 사용할 수 있다. 이 외에도 투명수지(44)에는 유색 안료나 염료를 혼합하여 특정 색상을 띠게 하거나 특정 파장을 차단할 수 있다.

도파관(30)들 사잇골에 투명수지(44)를 완전히 충전한 후에는 위쪽에서 산란 광으로 노광하여 수지를 경화시킨다.(단계Ⅶ) 그러면, 도파관(30)들 사이에는 외부광흡광부(40)가 형성된다.

다음으로, 경화된 외부광흡광부(40) 위에 열중합형 점착재료(110)를 코팅한다.(단계Ⅷ) 물론, 이 점착재료(110)에 전도성입자나 기타 재료를 혼합하여 도전성을 부여하거나 기타 특성을 부여할 수 있다.

점착재료(110)를 코팅한 후 위쪽에서 산란광으로 노광하면 점착재료(110)는 경화되어 겔상의 점착층(50)이 된다.(단계Ⅸ) 이렇게 경화된 상태에서 점착층(50)은 점성을 띠게 된다.

그 다음, 도파관(30)의 일면에 부착된 투명기판(80)을 제거한다.(단계Ⅹ) 그리고 나서, 뒤집어서 도파관(30)들의 밑변이 위쪽으로 가게 하고서 점착층(50)과 대향하는 도파관(30)의 반대면에 반사방지제(120)를 코팅하고 위쪽에서 산란광으로 노광하여 반사방지층(60)을 형성한다.(단계ⅩⅠ, ⅩⅡ)

이상의 공정을 거쳐 반사방지층(60), 도파관(30), 외부광흡광부(40) 및 점착층(50)으로 이뤄진 본 광학소자가 완성된다. 본 실시예에서는 점착층(50)으로 열중합형 점착재료를 사용하였지만, UV중합형 점착재료를 사용할 수도 있다.

도 5는 도 2에 도시된 광학소자를 PDP 패널에 직접 부착한 상태를 보여주는 일 사용상태도이고, 도 6은 도 5에서 외부광의 흡수와 이미지광의 투과에 관한 작용효과를 보여주기 위한 도면이다.

본 광학소자(1a)는 점착층(50a)을 PDP 패널(3a)로 향하게 하고, 일정압력을 가함에 의해 광학소자(1a)의 점착층(50a)이 PDP 패널(3a)에 접착됨으로써 간단하게 광학소자(1a)를 PDP 패널(3a)과 결합시킬 수 있다.

특히, 본 광학소자(1a)는 모아레(간섭무늬)를 억제하기 위해 그 도파관(30a)의 피치(A)를 PDP 패널(3a)의 피치(B)와의 비, 즉 bB/aA가 정수가 되지 않도록 설계하는 것이 좋다. 여기서, a,b는 임의의 정수이다.

위와 같이 PDP 패널(3a)에 접착된 본 광학소자(1a)를 통해 큰, 예컨대 45도의 입사각을 갖는 외부광이 유입되면, 도 6에 도시한 바와 같이 외부광은 입사될 때 외부광흡광부(40a)를 한번 통과하면서 흡수되어 감소되고, PDP 패널(3a)에서 반사되어 나갈 때 다시 한번 흡광부(40a)를 통과하면서 대부분 소멸된다. 이에 비해, 입사각이 작은 이미지광은 도파관(30a)만을 통과하거나 흡광부(40a)를 통과하는 이미지광의 경우도 흡광부(40a)로 유입되기에 앞서 도파관(30a)의 측벽(경사면)에서 많은 부분이 반사되어 출사되므로 광손실이 최소화된다. 그 결과, 본 광학소자(1a)는 외부광은 대부분 소멸되는데 반해, 이미지광은 손실이 최소화되어 대부분 출사되므로 높은 휘도를 얻을 수 있다. 이에 더하여, 이미지광이 본 광학소자(1a)를 통해 투사될 때 반사방지층(60a)에 의해 광학소자에서 반사되는 양을 최소화함으로써 결과적으로 투과율을 한층더 상승시켜 고휘도를 발현하게 한다.

이상 설명한 본 실시예와 같이 본 광학소자(1a)를 PDP 패널(3a)에 직접 부착하는 경우에는, 위 식(1)에서, B, L, θ는

20um ≤ B ≤ 3000um,

1um ≤ L ≤ 50um,

0°≤ θ ≤ 30°

의 범위내에서 설정되는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는, 위 θ는 0°≤ θ ≤ 5°가 좋다.

도 7은 도 2에 도시된 광학소자를 PDP 필터에 부착한 상태를 보여주는 다른 사용상태도이고, 도 8은 도 7에서 외부광의 흡수와 이미지광의 투과에 관한 작용효과를 보여주기 위한 도면이다. 또한, 도 9는 도 7과 같이 본 광학소자를 PDP 필터에 적용한 경우 본 광학소자에서 큰 입사각을 갖는 외부광을 효과적으로 차단하기 위한 도파관의 높이 설계치를 설명하기 위한 도면이다.

본 광학소자(1b)는 앞 실시예에서처럼 PDP 패널에 직접 부착할 수도 있지만, 본 실시예에서와 같이 PDP 패널(3b)의 전면에 배치되는 PDP 필터(5b)의 배면에 부착할 수도 있다. 이 경우, 본 광학소자(1b)의 점착층(50b)을 PDP 필터(5b) 쪽으로 향하도록 한 상태에서, 광학소자(1b)를 PDP 필터(5b)의 배면에 압압하면 간단하게 접착되어 두 부재는 결합된다.

이 경우도 위의 PDP 패널(3b)에 부착하는 경우와 마찬가지로, 45도 이상의 큰 입사각을 갖는 외부광은 도 8에 도시한 바와 같이 입사시 한번 이상 그리고 반사되어 출사시 한번 이상 흡광부(40b)를 통과하면서 대부분이 흡수 소멸되게 된다. 하지만, PDP 패널(3b)에서 출사되는 이미지광은 작은 입사각을 가지므로 도파관(30b)을 그대로 통과하거나 아니면 흡광부(40b)를 향하는 광도 많은 부분이 도파 관(30b)의 측벽에서 반사되어 흡광부(40b)에서 흡수되는 양이 적어 광손실이 최소화되므로 높은 휘도를 구현하게 된다. 이에 더하여, 반사방지층(60b)이 이미지광의 반사를 억제하여 광투과율을 높임으로써 한층더 선명한 명암비와 고휘도를 발현하게 된다.

본 실시예에서와 같이 본 광학소자(1b)를 PDP 필터(5b)에 부착하는 경우에도, 도파관(30b)은 위 식(1)을 만족하는 것이 바람직하다. 이때, 식(1)에서, B, L, θ는 앞 실시예에서와 동일한 범위내에 있는 것이 바람직하다. 도파관(30b)이 이러한 식(1)을 만족할 경우 도 9에 도시한 바와 같이 45도 이상의 입사각을 갖는 외부광이 2번 이상 흡광부(40b)를 통과하면서 대부분 소멸되어 고휘도와 큰 명암비의 구현이 가능하게 된다.

도 10 내지 도 13은 본 발명에서 도파관들의 3차원 구조를 보여주는 사시도들이다. 본 광학소자에서 도파관의 수평/수직폭 비율과 외부광흡광부의 높이 조절을 통해서도 외부광흡수특성을 향상할 수 있는데, 그에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 10과 같이 도파관(30c)들을 수평라인(line) 형태로 구성하는 동시에 그 사이에 위치하는 외부광흡광부(40c) 또한 수평라인 형태로 구성하여, 디스플레이의 수평 시야각을 극대화할 수 있다.

또한, 도 11에서 보는 바와 같이 도파관(30d)을 다각뿔형태의 셀(cell) 구조로 구성하고 그에 따라 도파관(30d)들 사이에 존재하는 외부광흡광부(40d)도 수평 선과 수직선의 직교 형태의 셀구조로 구성함으로써 수직 외부광 뿐만 아니라 수평 외부광을 동시에 차단하여 추가적인 명암비의 향상을 유도할 수 있다.

위의 셀구조를 약간 변형하여 도 12와 같이 도파관(30e)들의 각 셀들을 서로 엇갈리게 구성함으로써 도 11의 구조에 비해 좀더 견고하고 안정된 구조를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 이미지패널의 화소와의 모아레 현상을 정밀한 치수 조절을 하지 않고서도 쉽게 해소가 가능하다.

도 13에서와 같이 수직방향으로의 외부광흡광부(40f)의 높이(V)를 낮게 설계함으로써 수평방향의 외부광과 수직방향의 외부광의 차단정도를 조절할 수 있다. 좀더 부연설명하면, 수직방향의 외부광흡광부(40f)의 높이(V)를 조절함으로써 수평방향의 외부광 차단효과를 증감시킬 수 있다.

도파관과 외부광흡광부의 구조는 이상 예시한 실시예들 외에도 위의 실시예들을 복합하는 등 다양하게 변형실시할 수 있으며, 본 발명에는 그러한 모든 변형들을 포함한다.

도 14는 본 발명에 따른 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자의 제2실시예에 따른 구성도이다.

본 실시예의 광학소자는 앞에 설명한 제1실시예의 구성에서 반사방지층(60g)과 도파관(30g) 사이에 투명기판(120g)을 추가 구비한 것이다. 투명기판(120g)은 작은 셀(cell)들로 이뤄지는 도파관(30g)들의 결합력을 높이고 도파관(30g)들을 보 호하여 도파관(30g)들이 안정적으로 지지되도록 한다. 이 투명기판(120g)으로는 투명한 수지재질로서, 피이티(PET; PolyEthylene Terephthalate), 피이(PE; PolyEthylene), 피브이씨(PVC; PolyVinyl Chloride), 피씨(PC; PolyCarbonate), 피에스(PS; PolyStyrene), 피엠엠에이(PMMA; PolyMethyl Meth Acrylate) 또는 엠에스(MS; Methyl Methacrylate Styrene Copolymer) 등의 투명필름이나 투명판이 사용될 수 있다.

이러한 투명기판(120g)의 추가 구성은 광학소자의 제조에 있어 반사방지층(60g)이 코팅된 투명기판(120g)을 구입하여 제조하거나, 아니면 제조공정의 마지막 단계에서 투명기판(120g)에 반사방지제를 직접 코팅하여 반사방지층(60g)을 구성할 수 있다.

도 15는 도 14에 도시된 광학소자를 PDP 패널에 직접 부착한 상태를 보여주는 일 사용상태도이고, 도 16은 도 14에 도시된 광학소자를 PDP 필터에 부착한 상태를 보여주는 다른 사용상태도이다.

도 14에서 설명한 구조의 광학소자(1h)도 도 15에서와 같이 점착층(50h)을 PDP 패널(3h) 쪽으로 향하게 하여 PDP 패널(3h)에 그 점착층(50h)을 가압시켜 접착한다. 또 한편으로 PDP 패널에 PDP 필터가 적용되는 타입(type)에서는 도 16에 도시한 바와 같이 광학소자(1i)의 점착층(50i)을 PDP 필터(5i) 쪽으로 향하게 하여 PDP 필터(5i)에 가압하여 부착할 수 있다. 이 경우 본 광학소자의 반사방지층(60g)은 반사방지필름을 대체하는 효과가 있으므로 PDP 필터(5i)는 반사방지필름 이 제외된 것이 사용되어도 된다.

이와 같이 광학소자는 도 15에서와 같이 PDP 패널(3h)에 직접 접착하거나, 아니면 도 16에서와 같이 PDP 패널(3i)에 부착하는 대신에 PDP 패널(3i)의 전방에 배치된 PDP 필터(5i)에 부착하여 PDP 패널(3i)로부터 미소간격 이격시켜 배치할 수 있다.

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 발명에 의한 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자는 도파관들의 일면에 UV중합형 또는 열중합형 점착재료로 된 점성을 갖는 점착층이 구비되므로 부착대상물에 손쉽게 접착할 수 있어 디스플레이에의 결합이 간편하고 용이하다. 또한, 외부광흡광부의 굴절율을 도파관과 동일유사하게 설계하여 도파관과 외부광흡광부의 경계면에서의 투과율을 높임으로써 입사각이 큰 외부광의 흡수율을 높이되 외부광에 비해 상대적으로 입사각이 작은 이미지광의 투과율을 높여 높은 휘도를 발현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 외부광흡광부의 투명수지와 흡광입자를 적절히 혼합하여 흡광입자의 농도를 조정하는 한편 도파관의 높이를 도파관의 밑변과 윗변에 따라 적정하게 설계함에 의하여 외부광의 흡수를 높이고 내부광인 이미지광의 손실을 최소화하여 명실에서의 명암비를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

나아가, 외부광흡광부의 투명수지에 흡광입자와 함께 전도성입자를 혼합함으로써 디스플레이 내부에서 발생되는 인체에 유해한 전자파가 화면밖으로 출사되는 것을 억제할 수 있다. 이로 인하여, 본 광학소자가 적용된 디스플레이 장치는 전자파로부터 안전한 잇점이 있다.

더욱이, 본 발명은 도파관들의 타면에 반사방지층을 형성함에 의해 이미지광의 투과율을 더욱 상승시켜 고휘도를 발현하게 한다. 또한, 점착층의 반대측에 도파관들을 지지하는 투명기판을 구비함에 의해 도파관들의 안정적인 지지 및 결합을 유도할 수 있는 효과가 있다.

Claims

삭제
간격을 두고 배치되고, 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 갖는 도파관들;

상기 도파관들의 사잇틈새에 흡광입자가 혼합된 투명수지로 충전되어 외부광을 흡수하는 외부광흡광부;

상기 도파관들의 일면에 형성되어 층을 이루며, 대상물에 접착되도록 점성을 갖는 점착층; 및

상기 도파관들의 타면에 형성되어 출사되는 이미지광의 반사를 방지하는 반사방지층을 포함하고,

상기 투명수지와 상기 흡광입자의 혼합비는 상기 투명수지 100중량%를 기준으로 할 때 상기 흡광입자는 0.5~20중량%가 혼합되는 것을 특징으로 하는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자.
제 2항에 있어서, 상기 도파관의 높이는 외부광이 상기 외부광흡광부를 한번 이상 통과하도록 유도하기 위해서 다음식을 만족하는 것을 특징으로 하는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자.

다 음

H = H' = B + L + T + ½(B-T) …… (1)

여기서, B는 도파관 밑변의 길이, T는 도파관 윗변의 길이, H는 도파관의 높이, L은 이웃한 도파관들의 밑변의 이격 간격, 그리고 H'는 도파관의 밑변 끝단에서 이웃한 도파관의 윗변의 끝단까지의 수직거리이다.
제 3항에 있어서, 상기 점착층은 상기 외부광흡광부측에 마련되며, 상기 점착층이 부착되는 상기 대상물은 PDP 패널 또는 PDP 필터인 것을 특징으로 하는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자.
간격을 두고 배치되고, 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 갖는 도파관들;

상기 도파관들의 사잇틈새에 흡광입자가 혼합된 투명수지로 충전되어 외부광을 흡수하는 외부광흡광부;

상기 도파관들의 일면에 형성되어 층을 이루며, 대상물에 접착되도록 점성을 갖는 점착층; 및

상기 도파관들의 타면에 형성되어 출사되는 이미지광의 반사를 방지하는 반사방지층을 포함하고,

상기 도파관과 상기 외부광흡광부의 굴절율 차이는 0.4 이하인 것을 특징으로 하는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자.
간격을 두고 배치되고, 입사되는 빛을 반사하여 확산시키기 위한 경사면을 갖는 도파관들;

상기 도파관들의 사잇틈새에 흡광입자가 혼합된 투명수지로 충전되어 외부광을 흡수하는 외부광흡광부;

상기 도파관들의 일면에 형성되어 층을 이루며, 대상물에 접착되도록 점성을 갖는 점착층; 및

상기 도파관들의 타면에 형성되어 출사되는 이미지광의 반사를 방지하는 반사방지층을 포함하고,

상기 외부광흡광부의 투명수지에는 상기 흡광입자와 함께 전자파를 차단하는 전도성입자가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자.
제 6항에 있어서, 상기 전도성입자는 은(Ag), 은이 코팅된 동(Cu), 동, 탄소나노튜브, 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 인듐(In), 안티몬(Sb), 주석(Sn), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 셀레늄(Se), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 게르마늄(Ge), 텅스텐(W), 납(Pb) 또는 이들의 산화물 및 전도성 폴리머 등의 전도성을 갖는 미세 입자나 이러한 재료들 중에서 선택되는 2개이상의 혼합물로서 구성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자.
제 6항에 있어서, 상기 도파관과 상기 반사방지층 사이에는 투명기판이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자.
제 2항, 제 5항 및 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점착층은 상기 도파관과의 굴절율 차이가 0.4 이하이며 UV중합형 또는 열중합형 점착재료로 된 것을 특징으로 하는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자.
제 9항에 있어서, 상기 점착재료는 우레탄 아크릴레이트계, 에톡시 에틸 아크릴레이트계, 테키파이어계나 이들의 혼합물이 사용되는 것을 특징으로 하는 디스 플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자.
제 10항에 있어서, 상기 점착재료에는 전도성 입자가 첨가되는 것을 특징으로 하는 디스플레이에 적용되는 외부광차단용 광학소자.