KR100754327B1 - 플라즈마 식각에 의하여 가시 광 파장 이하의 표면 구조를 갖는 디스플레이 장치용 표면 반사 방지물과 그 제조방법 - Google Patents
플라즈마 식각에 의하여 가시 광 파장 이하의 표면 구조를 갖는 디스플레이 장치용 표면 반사 방지물과 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 가시 광 파장 이하 크기의 구조(sub-wavelength structure) 배열을 갖는 반사 방지 구조체들이 표면에 형성된 광학 필름, 시트(sheet), 혹은 구조물에 관한 것으로, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 액정 디스플레이 장치(LCD), 유기발광 디스플레이 장치(OLED), 발광다이오드(LED) 및 음극선관(CRT) 등의 디스플레이 장치에서 명실 콘트라스트 비(Bright room contrast ratio)를 향상시키거나, 액정 디스플레이 장치의 광학필름이나 시트, OLED나 LED의 봉지층(Capping layer or 렌즈) 등에서 기존에 사용되던 반사 방지 코팅 막을 대치하여, 플라즈마(plasma)를 이용한 식각 공정 시, 폴리머(또는 플라스틱) 필름, 시트 또는 구조물의 미세 결정 구조에 의한 표면 식각 율(etch rate)의 차이를 이용하여 형성된 가시 광 파장 이하의 크기를 갖는 표면 구조를 활용함으로써 반사 방지 기능 및 후방 산란된 회절광 방지 기능을 부여한 광학 필름, 시트 또는 구조물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 반사 저감 필름, 시트 또는 구조물의 제조 방법은, 외광의 표면 반사를 저감하기 위한 광학 필름, 시트 또는 구조물의 제조 방법이며, 폴리머 재질의 필름, 시트 또는 구조물을 반응기 내로 인입시키는 단계; 상기 반응기를 배기하여, 소정의 식각 가스를 주입하는 단계; 상기 식각 가스를 이온화시켜 플라즈마를 형성하는 단계; 및 상기 플라즈마에 의하여 상기 폴리머 재질의 필름, 시트 또는 구조물 표면에 국부적인 불균일 식각이 진행되도록 하여, 상기 필름, 시트 또는 구 조물 전면에 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 형성하는 단계를 포함한다.
디스플레이 장치, 플라즈마 디스플레이, 나방눈 반사방지 구조(Motheye Antireflective Texture : MART), 플라즈마 식각, 반사 방지, AR, 명실 콘트라스트, 광학 필름, 광학 시트, 봉지층, 반사 방지 필름, 반사 방지 시트, 반사 방지 봉지층
Description
도1은 종래 기술의 디스플레이 소자의 한 예로서, 플라즈마 디스플레이 패널의 일부 구조를 나타낸 도면,
도 2는 도 2는 실리콘 표면상에 형성된 260 nm 주기의 2차원 격자를 이용한 반사방지 구조[P. Lalanne and G. M. Morris, Nanotechnology 8, 53(1997)]의 일례를 SEM 사진으로 나타낸 도면,
도 3은 종래의 나방눈 반사 방지구조(Motheye antireflective texture)의 반사방지막 효과를 나타낸 개략도이며, (a)는 2층계단 패턴의 경사 굴절율, (b)는 다층계단 패턴의 경사 굴절율, (c)는 나방눈 반사 방지구조 패턴의 경사 굴절율을 나타낸 도면,
도 4는 나방눈 반사 방지구조(Motheye antireflective texture)를 나타낸 것으로, 한쪽 면에 원뿔(cone) 형태[또는 테이퍼드(tapered)]의 미세 구조물이 반복 형성된 배열을 갖는 디스플레이 장치용 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물 표면을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 형성하는 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물의 제조방법의 흐름도를 예시한 도면,
도 6은 도 5의 제조방법의 흐름도에 대응되는 본 발명에 따른 플라즈마 식각에 의한 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 형성하는 공정의 단면을 예시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 형성하는 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물의 제조방법의 다른 실시예의 흐름도를 예시한 도면,
도 8은 도 7의 제조방법의 흐름도에 대응되는 본 발명에 따른 플라즈마 식각에 의한 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 형성하는 공정의 단면을 예시한 도면,
도 9는 본 발명의 제8 실시예인 플라즈마 식각에 의한 표면 식각 율(etch rate)의 차이를 이용하여 가시 광 파장 이하의 표면 구조를 형성한 광학 필름, 시트 또는 구조물의 예를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 따른 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면구조체가 형성된 반사방지 필름 또는 시트가 방전셀을 이루는 상판의 외극 층에 형성된 플라즈마 디스플레이의 개략도를 도시한 도면.
도 11은 본 발명에 따른 투명수지부 상층 또는 내층 표면에 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면구조체가 형성된 반사방지 구조물이 형성된 발광다이오드소자 패키지의 개략도를 도시한 도면,
도12는 본 발명에 따른 편광부의 외광반사면에 플라즈마에 의한 불균일 식각으로, 가시광 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 표면구조가 형성된 액정디스플레이 장치의 일례를 도시한 도면,
도 13은 투명기판의 외광반사면 또는 내부표면에 본 발명에 따른 플라즈마에 의한 불균일 식각으로, 가시광 파장 이하의 스케일을 갖는 표면 구조를 형성함으로써, 외광이나 발광된 빛의 반사를 방지하는 기능을 갖는 필름 또는 시트가 형성된 유기 발광소자의 일례를 도시한 도면,
도 14는 본 발명에 따른 O2 및 CHF3의 혼합 가스에 의해 플라즈마 식각된 폴리머 필름의 SEM사진을 예시한 도면,
도 15는 본 발명에 따른 다양한 혼합가스에 의한 플라즈마 식각을 수행한 PET 필름의 반사율을 그래프로 도시한 도면,
도 16은 본 발명에 따른 다양한 혼합가스에 의한 플라즈마 식각을 수행한 PET 필름의 투과율을 그래프로 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
150: 폴리머 필름 또는 시트 170: 방전된 플라즈마
205,200: 가시광 파장 이하 범위의 크기를 갖는 반사 방지 필름 또는 시트
11, 255, 300: 가시 광 파장 이하의 하부 폭을 갖는 미세 구조물
본 발명은 가시 광 파장 이하 크기의 미세 구조 배열을 갖는 디스플레이 장치용 반사 방지 필름 또는 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 액정 디스플레이 장치(LCD), 전계발광 디스플레이 장치(OLED), 방광다이오드(LED) 및 음극선관(CRT) 등의 디스플레이 장치에서 글레어(glare) 방지 및 명실 콘트라스트 비(Bright room contrast ratio)를 향상시키기거나, 또는 백라이트 유닛(BLU)을 구성하는 부품의 표면에서 반사 방지 기능을 구현하여 광효율 향상을 얻기 위해 사용 가능한 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물을 제공하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 디스플레이 장치의 한 예로써 일반적인 플라즈마 디스플레이 패널의 구조를 개략적으로 도시한다. 플라즈마 디스플레이 패널은, 상판(10)과 하판(20)이 결합된 구조로 되어 있으며, 그 내부에는 단위 발광 소자를 구성하는 다수의 방전 셀(C)이 형성되어 있다. 상판(10)은 통상 글라스 재질로 이루어져 있으며, 유지 방전을 발생시켜 화소의 발광 상태를 제어하기 위한 유지 전극 및 스캔 전극의 역할을 하는 투명 전극 층(12), 상부 유전체 층(14) 및 MgO 등의 재질로 된 보호막(16)이 구비되어 있다.
하판(20)에는, 어드레스 전극(25), 하부 유전체(24) 및 각 방전 셀(C)을 구분하는 격벽(22)이 형성되어 있고, 각각의 방전 셀(C)에는 형광체(26)가 도포되어 있다.
방전 셀(C) 내부 공간에는 적절한 조성을 갖는 가스가 소정 압력으로 봉입되어 있고, 전극 간에 인가되는 전압 및 벽전하(wall charge)에 의하여 내부 공간에 조성된 전계에 의해 플라즈마(plasma)가 형성되며, 플라즈마에 의하여 유기된 진공 자외선(vacuum UV)에 의하여 형광체를 여기(excitation)시켜 원하는 파장의 광을 방출하도록 한다.
이러한 플라즈마 디스플레이 패널의 전면에 있는 관측자에게는, 방전 셀로부터 방출되는 자체 발광(L10)과 함께, 외부 광원(2)으로부터 방출되는 광의 반사에 의한 반사광(L20, L30)이 함께 도달되게 된다. 따라서 반사광(L20, L30)의 세기가 강할 경우, 전면에 있는 관측자는 화면에 표시되는 영상의 콘트라스트 비가 저하됨을 느끼게 된다. 이러한 외부 광원으로부터 방출된 광의 반사를 고려한 콘트라스트 비를 명실 콘트라스트 비(bright room contrast ratio)라고 하며, 이를 다음의 수식과 같이 표시할 수 있다.
따라서 플라즈마 디스플레이 패널 등 디스플레이 장치에서는, 외부 광원에 의한 반사광을 최대한 줄이는 것이 높은 명실 콘트라스트 비를 확보하기 위해서 바람직하게 된다.
또한 액정 디스플레이 장치(LCD)의 백라이트 유닛(BLU)은 외부 광원으로부터 빛을 발생시켜, 확산판, 편광판, 칼라필터, 액정 셀 및 TFT로 구성된 패널로 균일하게 전달하는 기능을 담당한다. 일반적으로, 대면적 LCD에서는 램프를 여러개 병렬 배치한 직하형 백라이트 유닛을 쓰며, 전면에서 균일한 휘도를 얻기 위한 확산판과, 광 이용 효율을 높이기 위한 프리즘 시트를 사용한다.
따라서 램프에서 나온 빛은 디스플레이 전면의 최상부면을 지나 관찰자의 눈에 도달할 때까지 내부에서 기능을 달리하는 여러 부품들을 거치게 되며, 이 때 부품의 표면에서 빛이 반사되어 휘도가 저하되는 것을 막기 위해 반사 방지 코팅(ARC: Anti-Reflection Coating) 처리를 하는 것이 바람직하다.
또한, 유기발광소자(OLED)나 발광다이오드(LED)에서 전자-홀의 재결합에 의해 빛이 발생이 이루어지는 발광층이나 PN접점에서 나온 빛이 소자의 외부로 나오기 위해 투명 봉지재를 거치게 되나 봉지재 표면에서의 반사나 봉지재 내부에서의 전반사에 의한 포획 때문에 빛이 손실이 일어나게 되며, 이를 막기 위해 표면이 반사방지 기능을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 외부 광원에 의한 반사광을 줄이기 위한 종래 기술로, 디스플레이 장치로부터 발생되는 전자기파를 차폐하기 위해 상판(10) 외면에 부착되는 전자파 차폐 필터(EMI filter)에 반사 방지막이나, 광 흡수 층을 형성한 것들도 존재하였다.
특허공개공보 제2003-66178호(플라즈마 디스플레이 패널용 광학필터 및 그 제조방법)에서는, 기판에 비하여 낮은 굴절율을 갖는 SiO2, MgF2, Al2O3 등의 재질로 이루어진 단층 막을 사용하거나, 또는 위의 저 굴절율 재질의 막과 고 굴절율 재료(ITO, ZnO, Al이 도핑된 ZnO, TiO2, ZrO 등)를 수지 바인더에 분산시킨 고 굴절율 재질의 막을 교대로 적층시켜 반사 방지 기능을 강화한 광학필터를 제안하고 있다.
또한, 특허공개공보 제2004-76561호(전도성 고분자를 적층하여 구성한 반사방지필름 및 그 제조방법)는, 전도성 고분자 재료를 적층시켜 반사 방지막을 구현한 점에 특징이 있는 광학필름을 제안하고 있다.
특허공개공보 제2000-2358호(광 반사방지 및 전자파 차폐 필름)는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 투명한 합성수지 필름 위에 광의 파장 이하의 두께(1/4 또는 1/2 파장 정도)로 ZrO, Ni-Cr 또는 SiO2 등의 재질로 된 3-4층의 박막을 형성시켜 전자파 차폐와 반사 방지 기능을 갖도록 하는 기술을 제안하고 있다.
그러나 이러한 박막 형태의 반사 방지막에 의한 반사광 차폐만으로 달성할 수 있는 명실 콘트라스트 비에는 한계가 존재하며, 그 이외에도, 종래 기술에서 제안하고 있는 수개 층의 박막이 적층된 구조를 구현하기 위한 제조 공정에서는 막 두께의 제어가 매우 어렵고, 공정 단계가 복잡하며, 반사 방지용 박막에 사용되는 재료들의 단가가 매우 높고 내구성이 취약하다는 문제점들이 존재한다.
그리고 종래 기술의 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)에서는 발광 다이오드 소자를 봉지하는 플라스틱(또는 수지) 재료의 외면을 렌즈 형상으로 몰딩(molding)하여 광의 방향성을 제어하도록 한 구조가 사용되어 왔다.
이때 렌즈 표면에는 반사 방지 코팅 막을 형성하여 내부의 발광 다이오드 소 자로부터 전면으로 방출되는 광 이용 효율을 상승시키고 있으며, 이러한 응용에서도 상술한 여러 디바이스에 적용되어 오던 반사 방지 코팅 막과 마찬가지로, 반사 방지 기능의 불완전성, 공정 단계의 복잡성, 반사 방지용 박막에 사용되는 재료들이 고가이고 내구성이 취약하다는 등의 문제점이 여전히 존재한다.
그리하여 이러한 문제점을 개선하여 표면에 가시광선 파장이하(subwavelength)의 크기를 갖는 주기적 구조를 형성하여 반사방지 필름 또는 시트를 제조하는 방법이 제안 되었다.
일반적으로 굴절률이 다른 계면에서는 프레넬(Fresnel) 반사가 일어나며, 공기/유리 계면에서는 수직 입사시 4% 정도의 빛을 잃게 된다. 통상적으로 사용되는 반사 방지막은 두 계면에서 반사하는 빛의 상쇄간섭을 이용하며, 가시 광선 전영역에 걸쳐 효과를 갖기위해서는 다층막이 사용된다.
해당 파장이하(subwavelength)의 크기를 갖는 미세 구조에 의한 반사 방지는 표면으로부터 매질 내로 굴절률이 점차적으로 변하는 것을 이용하여 프레넬 반사를 줄이는 것이다. 또한 그 주기가 파장의 반 이하이므로 회절 현상을 보이지 않는다.
도 2는 실리콘 표면상에 형성된 260 nm 주기의 2차원 격자를 이용한 반사방지 구조이다.[P. Lalanne and G. M. Morris, Nanotechnology 8, 53(1997)] 도 2에서 나타낸 바와 같이 260nm의 주기를 갖는 태이퍼드(Tapered) 모양의 2차원 격자 구조를 이루는 것을 알 수 있다. 이러한 구조를 "나방눈 반사 방지구조"(Motheye antireflective texture)라 한다.
"나방눈 반사 방지구조"(Motheye antireflective texture)는 1960년대 후반 부터 1970년대 초에 자연과 현실 세계 사이의 관계를 관찰하던 자연주의자에 의해 만들어진 신조어로서, 나방과 같은 야행성 곤충의 눈이 빛의 입사각과 빛의 파장에 관계없이 빛을 전혀 반사하지 않음을 발견하여 붙여진 이름이다.
나방의 눈을 전자현미경으로 관찰한 결과 경사형의 돌기들이 정렬되어 있음이 관찰할 수 있었고, 그 구조는 동일한 굴절률을 가지지만, 표면의 지형적인 영향으로 효율적인 경사 굴절률을 만들어 냄을 발견하게 된 것이다.
빛의 반사는 굴절률이 다른 공기의 매질과 광학 기판의 매질 사이에서 굴절률의 불연속성을 나타내는데, 이 굴절률의 부조화는 표면에 빛이 조사되었을 때, 반사파를 발생 시킨다. 만약에 입사광선 파장 이하의(subwavelength) 주기를 가진 두층의 계단 패턴이 만들어진다면, 그 구조는 같은 높이 두층의 얇은 박막과 같은 거동을 할 것이고, 그 굴절률은 기판과 주위 매질의 굴절률의 공간적인 평균값으로 나타내어질 것이다.
이러한 원리로 같은 기판 상에 만들어진 좀 더 복잡한 계단 구조의 반사방지막은 얇은 박막이 다층으로 쌓여진 것과 같은 형태이고, 각 계단에 상응하는 각 층의 구조의 굴절률은 위로 올라 갈수록 낮아져야 한다(첨부도면 도 3 참조).
한편, 나방눈 반사 방지구조(Motheye antireflective texture)는 마치 주위의 매질로부터 기판 아래의 매질까지 순차적으로 연속적으로 변하는 경사 굴절률과 같이 거동하는데, 원리적으로 굴절률의 불연속성이 없는 나방눈 반사 방지구조에 빛이 조사된다면, 프레넬(Fresnel) 반사는 일어나지 않을 것이다. 실제적으로 표면 요철구조의 특별한 주기와 깊이, 격자 표면 지형은 반사방지 효과의 특성을 결정하 는데, 이에 따라 표면요철구조를 생성시키기 위한 최소 및 최대의 파장이 결정되게 된다.
도 4는 나방눈 반사 방지구조(Motheye antireflective texture)를 나타낸 것으로, 한쪽 면에 원뿔(cone) 형태[또는 테이퍼드(tapered)]의 미세 구조물이 반복 형성된 배열을 갖는 디스플레이 장치용 반사 방지 필름 또는 시트를 도시한다.
도시된 바와 같이, 반사 방지 필름 또는 시트(100)은 미세 구조물(110)이 형성된 상면(110)과 대체로 평탄한 하면(120)을 갖는다. 필름 또는 시트 상면(110) 방향에 배치된 디스플레이 소자로부터 입사되는 광을 하면(120) 방향으로 보다 많이 투과시키기 위해, 필름 또는 시트(100)은 광 투과성 재료로 이루어진다.
이 미세 구조물(115)은 원뿔 형태를 가지며, 단면도에 표시된 바와 같이 소정의 돌출 길이(H, 즉, 높이), 하부 폭(W) 및 피치(P)를 갖는다. 여기서 하부 폭(W)은 입사되는 가시광선의 파장 범위 이하(sub-wavelength) 영역인 크기를 갖는다.
이처럼 나방눈 반사 방지구조(Motheye antireflective texture)를 갖는 반사방지 필름, 시트 또는 구조물은 일반적으로 나노 패터닝 기술을 이용하여 필름상에 가시광선 파장이하의 주기를 갖는 격자 패턴을 형성하여 반사방지막을 형성한다. 그러나 이러한 가시광선 파장이하의 주기를 갖는 주기적 패턴은 프레넬(Fresnel) 반사에 의한 푸른색-녹색 회절현상(Blue-Green Diffraction)에 의해 회절광에 의한 눈부심(glare) 때문에 이 역시 명실 콘트라스트를 떨어뜨리는 문제점이 여전히 남아있다.
즉 약 400nm에서 700nm 영역의 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 주기적 구조체는 앞서 설명한 바와 같이, 반사 방지에 큰 역할을 하지만, 푸른색-녹색 영역에서의 후방 산란된 회절광은 구조체에 의해 줄어든 반사광만큼이나 여전히 글레어(glare)로 존재하게 된다.
이론적으로, 입사되는 가시광선 파장에 반 이하 스케일의 구조체는 전혀 후방 산란되는 회절광이 없게 된다. 즉 가시광선에 대하여 약 200nm 이하 스케일의 구조체는 회절광이 전혀 나타나지 않는다고 알려져 있다. 그러나 이 구조의 폭과 높이의 종회비(aspect ratio)를 볼때, 높이는 고정된 상태에서 폭을 200nm 이하로 줄이는 과정은 양산면에서 상당한 어려움이 따르게 된다.
그래서 미국특허공보 2005-0094277 에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 가시광 파장의 반 이하의 폭(pitch)을 형성하지 않고, 비주기적 가시광선 파장이하의 스케일의 구조를 형성하는 방법을 제공함으로써, 푸른색-녹색 회절을 방지한 발명을 제안 하였다. 이 비주기적 구조는 주기적 패턴상에 다른 스케일의 주기적 패턴을 랜덤하게 국소적으로 패터닝함으로써, 전체적으로 비주기적 가시광선 파장이하의 스케일을 갖는 구조를 형성하는 방법을 사용한다.
그러나 이러한 주기적 또는 비주기적 패턴 모두는 가시광선 파장 이하의(subwavelength) 스케일을 갖는 표면 구조를 형성하기 위하여 기존의 패터닝 기술을 이용함에 있어서, 공정과정, 시간, 단가등의 문제점이 있다.
즉 기존의 패터닝 기술인 사진식각(Photolithograpy)을 이용하는 경우, 식각장비가 고가이고 공정 또한 복잡하다. 그리고 나노 임프린팅 기술 또한 스탬프의 제작이 복잡하고, 공정단가가 비싸다는 단점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가시 광 파장 이하의 구조(sub-wavelength structure) 배열을 갖는 반사 방지 구조물이 표면에 형성된 광학 필름을 제공하여, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 액정 디스플레이 장치(LCD), 전계발광 디스플레이 장치(OLED), 발광다이오드(LED) 및 음극선관(CRT) 등의 디스플레이 장치에서 명실 콘트라스트 비(Bright room contrast ratio)를 향상시키기 위한 것이다.
또한 본 발명은 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유닛 등에서 기존에 사용되던 반사 방지 코팅 막을 사용하지 않고도, 플라즈마(plasma)를 이용한 식각 공정 시의 폴리머 필름 또는 시트의 부분적인 표면 식각 율(etch rate)의 차이를 이용하여, 가시 광 파장 이하의 비주기적 표면 구조를 용이하게 형성함으로써 반사 방지 기능 및 후방 산란(back scattered)된 회절광 방지 기능을 부여한 광학 필름 또는 시트를 제공하기 위한 것이다.
그리고, 디스플레이 장치 내부로부터 발광되어 출광되는 빛이 외광 반사면 내측 표면에 전반사 됨으로써, 내부 포획되는 빛을 가시광 파장 이하의 비규칙적인 표면 구조를 형성한 필름, 시트 또는 구조물을 외광 반사면에 형성하여, 광 이용 효율을 높이기 위함이다.
나아가서, 본 발명은 발광 다이오드에서 사용되는 봉지재나 렌즈의 표면에 기존에 사용되던 반사 방지 코팅 막을 사용하지 않고, 플라즈마 식각 공정 시의 플 라스틱 재질의 봉지재나 렌즈 표면에 있어서의 국부적 식각율 차이를 이용하여 가시 광 파장 이하의 표면 구조를 용이하게 형성함으로써 반사 방지 기능 및 후방 산란(back scattered)된 회절광 방지 기능을 갖도록 하여, 발광 다이오드 소자로부터 소자나 렌즈의 전면으로 방출되는 광 이용 효율을 높이고, 기존 공정의 문제점을 개선하기 위한 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 의한 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물 제조 방법은, 외광의 표면 반사를 방지하기 위한 광학 필름 또는 시트 제조 방법이며, 폴리머 재질의 필름, 시트 또는 구조물을 반응기 내로 인입시키는 단계; 상기 반응기를 배기하여, 소정의 식각 가스를 주입하는 단계; 상기 식각 가스를 이온화시켜 플라즈마를 형성하는 단계; 및 상기 플라즈마에 의하여 상기 폴리머 재질의 필름 표면에 국부적인 불균일 식각이 진행되도록 하여, 상기 필름, 시트 또는 구조물 전면에 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 특징에 따른 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물의 제조 방법은, 외광의 표면 반사를 방지하기 위한 광학 필름 또는 시트 제조 방법이며, 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 주기적 패턴을 폴리머 재질의 필름, 시트 또는 구조물 상에 형성하는 단계; 상기 폴리머 재질의 필름 또는 시트를 반응기 내로 인입시키는 단계; 상기 반응기를 배기하여, 소정의 식각 가스를 주입하는 단계; 상기 식각 가스를 이온화시켜 플라즈마를 형성하는 단계; 및 상기 플라즈마 에 의하여 상기 폴리머 재질의 필름 또는 구조물 표면에 상기 주기적 패턴을 마스크로 한 식각이 진행되도록 하여, 상기 필름, 시트 또는 구조물 전면에 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 형성하는 단계를 포함한다.
더하여, 상기 본 발명의 제1 특징 및 제2 특징에 따른 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물의 제조방법에 있어서, 상기 식각 가스는 산소분자와 CHF3가 혼합되는 것이 바람직하고, 상기 산소 분자와 CHF3의 혼합비 중 CHF3의 비율이 15% 내지 25%인 것이 역시 바람직 하다.
본 발명의 제3 특징에 따른 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물은, 외광의 표면 반사를 방지하기 위한 광학 필름, 시트 또는 구조물이며, 폴리머 재질로 이루어지며, 플라즈마에의 노출에 의한 국부적인 불균일 식각에 의하여 적어도 한 면에 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 특징에 따른 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물은, 외광의 표면 반사를 방지하기 위한 광학 필름, 시트 또는 구조물이며, 폴리머 재질로 이루어지며, 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 주기적 패턴을 폴리머 재질의 필름, 시트 또는 구조물의 적어도 한 면에 형성하고, 상기 면을 플라즈마에 노출시킴으로써 상기 주기적 패턴을 마스크로 한 식각이 진행되도록 하여 형성된 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 갖 는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 특징에 따른 플라즈마 디스플레이 장치는 상판, 하판, 격벽으로 방전셀이 구성되는 플라즈마 디스플레이 장치에 있어서, 상기 상판 상층에 외광의 표면 반사를 방지하기 위해 폴리머 재질로 이루어지며, 플라즈마에의 노출에 의한 국부적인 불균일 식각에 의하여 적어도 한 면에 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체가 형성된 외광 반사 방지 필름 또는 시트가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 특징에 따른 플라즈마 디스플레이 장치는 상판, 하판 및 격벽으로 방전셀이 구성되는 플라즈마 디스플레이 장치에 있어서, 상기 상판 상층에 폴리머 재질로 이루어지며, 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 주기적 패턴을 폴리머 재질의 필름 또는 시트의 적어도 한 면에 형성하고, 상기 면을 플라즈마에 노출시킴으로써 상기 주기적 패턴을 마스크로 한 식각이 진행되도록 하여 형성된 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 갖는 외광 반사 방지 필름 또는 시트가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7 특징에 따른 발광소자는 적어도 하나의 LED칩이 탑재되어 있는 탑재부 상층에 투명수지부에 의하여 밀봉된 발광소자에 있어서, 상기 투명수지부 하층 및 상층에 내부로부터 발생된 빛의 표면 반사를 방지하고 봉지재 내부에 포획되는 빛을 줄이기 위해 폴리머 재질로 이루어지며, 플라즈마에의 노출에 의한 국부적인 불균일 식각에 의하여 적어도 한 면에 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체가 형성된 내부로부터 발생된 빛의 반사 또는 포획 방지 기능을 갖는 미세표면 구조체가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제8 특징에 따른 발광소자는 적어도 하나의 LED칩이 탑재되어 있는 탑재부 상층에 투명수지부에 의하여 밀봉된 발광소자에 있어서, 폴리머 재질로 이루어지며, 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 주기적 패턴을 폴리머 재질로 적어도 한 면에 형성하고, 상기 면을 플라즈마에 노출시킴으로써 상기 주기적 패턴을 마스크로 한 식각이 진행되도록 하여 형성된 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 갖는 외광 반사 방지 기능을 갖는 표면이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제9 특징에 따른 액정 디스플레이(LCD) 장치는 백라이트(backlight)부, 액정부 및 편광부로 구성되는 액정 디스플레이(LCD) 장치에 있어서, 상기 편광부의 외광 반사면에 폴리머 재질로 이루어지며, 플라즈마에의 노출에 의한 국부적인 불균일 식각에 의하여 적어도 한 면에 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체가 형성된 외광 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물이 형성되는 것을 포함한다.
여기서, 상기 백라이트부를 구성하는 도광판, 확산판, 밝기 향상 필름, 보호막 중 적어도 어느 하나가 폴리머 재질로 이루어지며, 플라즈마에의 노출에 의한 국부적인 불균일 식각에 의하여 적어도 한 면에 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체가 형성된 외광 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물이 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제10 특징에 따른 유기 발광소자(OLED)는 투명기판의 외광 반사면 에 폴리머 재질로 이루어지며, 플라즈마에의 노출에 의한 국부적인 불균일 식각에 의하여 적어도 한 면에 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체가 형성된 외광 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물이 형성되는 것
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 형성하는 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물의 제조방법의 흐름도를 예시한 도면이고, 도 6은 도 5의 제조방법의 흐름도에 대응되는 본 발명에 따른 플라즈마 식각에 의한 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 형성하는 공정의 단면을 예시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 폴리머 재질의 필름 또는 시트(150)를 반응기 내로(160) 인입시키고(S110), 위 반응기를 배기하여 소정의 식각 가스를 주입한다.(S120) 주입된 식각 가스는 주 플라즈마 발생 소스(130)와 바이어스전압을 걸어주는 소스(140)에 의하여 반응기 내에서(160) 고도로 이온화된 플라즈마 상태(170)를 형성하게 된다.(S130)
이 플라즈마(170) 상태는 주 플라즈마 발생소스(130)와 바이어스 소스(140)의 제어에 의해 폴리머 재질의 필름, 시트 또는 구조물(150)의 표면에 국부적인 불균일 식각이 진행되도록 하여, 이 필름, 시트 또는 구조물(150) 표면에 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 형성되도록 하게 된다.(S140)
여기서 본 발명의 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물(150)의 재료로는, 일반적으로 알려진 광 투과율이 높은 폴리머(polymer) 재질이라면 어떤 것이든 사용이 가능하다. 예를 들면, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 에폭시 수지 등이 사용될 수 있으며, 특히 폴리카보네이트와 폴리에틸렌테레프탈레이트가 바람직하다.
필요에 따라서는, 자외선 경화형 수지 혹은 열경화성 수지를 포함하는 고분자 수지가 사용될 수도 있는데, 예를 들면, 불포화 지방산 에스터, 방향족 비닐 화합물, 불포화 지방산과 그 유도체, 불포화 이가산(unsaturated dibasic acid)과 그 유도체, 메타크릴로나이트릴 과 같은 비닐 사이아나이드(cyanide) 화합물 등이 사용될 수 있다.
또한, 경우에 따라, 이러한 폴리머 재료들 외에도, 글라스, 석영(quartz) 등의 광 투과성 무기재료가 사용될 수도 있으며, 그 외에도 온도, 습도 등 필름 또는 시트의 사용 환경, 필름 또는 시트가 탑재되는 디스플레이 장치의 사양에 따라 그에 적합한 재료들이 선택될 수 있다.
그리고 필름 또는 시트 상에 구현된 가시광선 파장 이하 구조들이 소정의 패턴에 의한 규칙적인 배열을 갖고 있는 경우, 폴리머 기판 상에 이를 형성하기 위해서는 폴리머 재료의 경화 이전에 인각(stamp)을 사용하여 재료 표면에 대한 패터닝(patterning) 공정을 수행하던가, 또는 소정의 마스크(mask)에 의한 광학적 또는 전자빔이나 X-선(X-ray) 등을 이용한 리소그래피(lithography) 공정을 수행하여 미 세 마스크 패턴을 형성하고, 그에 의하여 폴리머 표면의 식각을 진행하여야만 한다.
그러나 이러한 미세 구조의 인각이나, 리소그래피 등의 방법을 통하여 가시광선 파장 이하의 미세 패턴을 형성하는 것은 매우 단가가 높은 공정에 해당한다는 문제점이 존재한다.
그래서 본 발명자는 폴리머 재질의 필름이 그 경화 조건에 따라 그 내부를 구성하는 재료의 국부적인 밀도 등 물성 차이, 결정 영역 및 비 결정 영역의 혼재, 국부적인 배향 차이 등에 의하여, 표면의 위치에 따라 식각 율(etch rate)에 차이가 존재한다는 사실을 관측하고, 그에 착안하여, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 반사 방지 필름 또는 시트의 제조방법을 제안한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 소정의 폴리머 재료(필름, 시트 또는 판 등)(150)를 플라즈마(plasma)(170)에 노출시키는 경우 플라즈마(170) 중에 존재하는 이온(ion) 및 활성종(reactive radical)에 의하여 폴리머 재료(150) 표면의 식각이 진행된다.
이때, 플라즈마 반응기 내의 압력은, 수mTorr 내지 수백 mTorr의 범위가 적용될 수 있으며, 식각 가스로는, CF4, CHF3, CH2F2, C2F6, C3F8 등의 불소(F)가 함유된 프레온 계열의 가스, CCl4 등의 염소(Cl) 함유 가스, 산소(O2) 가스 등이 He, Ar 등의 적절한 캐리어 가스(Carrier Gas)에 희석되어 사용될 수 있다.
이러한 식각가스는 필름 또는 시트의 종류, 구조물의 재질에 따라 가장 적정한 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한 식각 공정의 진행을 위한 플라즈마 발생원으로는, RIE(Reactive Ion Etching), 마이크로 파 플라즈마 소스, ICP(Inductively Coupled Plasma) 등(130)이 다양하게 적용될 수 있고, 기판(200) 표면에 대해 적절한 DC 또는 RF 바이어스(140)가 인가될 수도 있다.
식각의 진행에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이 폴리머 필름, 시트 또는 구조물의 표면에는 가시광선 파장 이하 범위의 크기를 갖는 미세 구조(205)가 불규칙하게 형성된다. 따라서 이러한 표면 처리를 거친 폴리머 필름 또는 시트(200)는 우수한 반사 방지 필름으로 사용될 수 있음이 본 발명자에 의하여 관측되었다.
이때, 스탬프나 리소그래피 등의 공정을 통한 패터닝이 불필요하게 되어, 공정 단가의 저감 및 공정의 단순화에 크게 기여할 수 있게 된다. 이러한 경우에 표면에 형성되는 미세 구조의 모양은 규칙적이고 주기적인 나방눈 반사 방지구조(Motheye antireflective texture)와 같이 종형 돌기들이 다수 배열되어 있는 형상과 유사하나, 하부 폭(pitch) 및 깊이는 일반적으로 균일하지 않고 소정 범위의 분포를 보이게 된다. (비 주기적 패턴)
더하여, 후방 산란된(back scattered) 회절광을 방지하는 기능에 대하여 보다 상세하게 살펴보면, 위의 나방눈(motheye) 패턴은 훌륭한 반사 방지 효과를 가져오지만, 여전히 가시광선 영역의 낮은 파장대(푸른색-녹색 영역)에서 후방산란에 의한 회절광이 나타난다. 이것은 직접적인 반사광 못지않게 명실 콘트라스트를 저하 시키는 주요 원인이 된다.
이러한 후방 산란된(back scattered) 회절광은 입사각이 높은 경우에 특히 잘 나타나는데, 가시광선 파장영역의 반 이하인(약 200nm 이하) 경우 회절광이 전혀 나타나지 않지만, 그러한 스케일 범위의 패턴(구조물)을 형성하기가 어렵다는 점에서 가시광선의 반 파장의 이상(약 200nm 이상)이고 한 파장 이하(약 700nm 이하)의 스케일을 가지면서 회절광을 줄일 수 있는 방법이 필요하다.
이런 문제점을 해결하기 위하여 미국특허공보 2005-0094277에서 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 구조물을 주기적으로 형성하는 것이 아니라, 비 주기적 또는 랜덤하게 형성함으로써, 후방 산란된 회절광들이 서로 상쇄되어 그 세기가 현저히 줄어드는 점에 착안하여 비 주기적 패턴을 형성하는 반사 및 후방 산란 회절광을 방지하는 방법을 제안 하였다.
그리고 위 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 비 주기적 패턴의 형성은 일반적인 나노 패터닝 기술(사진식각, 나노 임프린팅 등)을 사용하여 주기적 패턴 위에 국소적으로 랜덤하게 주기적 패턴을 다시 형성함으로써, 전체적으로 비 주기적인 패턴을 형성 시키는 방법을 채택한다. 그러나 이러한 패터닝 기술(사진식가, 나노 임프린팅 등)은 고가의 장비가 필요하고, 공정이 복잡하다는 단점이 여전히 존재한다.
그러므로 본 발명에서는 폴리머 재질의 필름 또는 시트(200) 표면상에 플라즈마에 의해 불균일하게 식각시키고, 가시광선 파장 이항 범위의 스케일을 갖는 비주기적 패턴을 형성시킴으로써, 반사 방지 기능 및 후방 산란된(back scattered) 회절광을 방지하는 기능 갖는 반사 방지 필름 또는 시트를 제조하게 된다.
즉, 종래의 사진식각이나 나노 임프린팅 등의 방법에 비해 훨씬 저가의 장비 와 단순한 공정으로 반사 방지 및 회절광을 방지할 수 있는 반사 방지 필름 또는 시트를 제조할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 형성하는 반사 방지 필름 또는 시트의 제조방법의 다른 실시예의 흐름도를 예시한 도면이고, 도 8은 도 7의 제조방법의 흐름도에 대응되는 본 발명에 따른 플라즈마 식각에 의한 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 형성하는 공정의 단면을 예시한 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 주기적 마스크 패턴(255)을 폴리머 재질의 필름 또는 시트(250)상에 형성하고(S210), 이 필름 또는 시트(250)를 반응기 내부로(260) 인입시키며(S220), 위 반응기를 배기하여 소정의 식각 가스를 주입한다.(S230) 주입된 식각 가스는 주 방전전압과 기판 바이어스 전압을 인가하는 전원(230,240)에 의하여 반응기 내(260)에서 고도로 이온화된 플라즈마 상태(270)를 형성하게 된다.(S240)
이 플라즈마(270) 상태는 주 방전전압 및 기판 바이어스 전압 인가용 전원(230,240)의 제어에 의해 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(255)을 갖는 주기적 패턴(255)이 형성된 폴리머 재질의 필름 또는 시트(250) 표면에 위 주기적 패턴을 마스크로 하는 불균일한 식각이 진행되도록 하여, 이 식각된 필름 또는 시트(250) 전면에 가시광선 파장 이하 범위의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 형성되도록 하게 된다.(S250)
도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 반사 방지 필름 또는 시트 (250)는 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 주기적 패턴(255)상에 플라즈마 식각을 수행함으로써, 어떠한 구조도 형성되지 않은 폴리머 재질의 표면상에 플라즈마 식각 하는 것에 비하여, 보다 안정적이고 플라즈마 방전의 에너지 효율이 높은 공정으로 제조할 수 있게 된다. 또한, 가시광 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 비주기적 패턴을 형성하여, 반사 방지 기능 및 후방 산란된 회절광을 방지하는 기능을 갖는 반사 방지 필름 또는 시트를 제조 할 수 있게 된다.
역시 위와 같은 방법으로 제조하게 되면, 도 9에 도시된 바와 같이 폴리머 필름 또는 시트의 표면에는 가시광선 파장 이하 범위의 크기를 갖는 미세 구조(205)가 불규칙하게 형성된다. 따라서 이러한 표면 처리를 거친 폴리머 필름 또는 시트(200)는 우수한 반사 방지 필름으로 사용될 수 있음이 본 발명자에 의하여 관측되었다.
그리고 위의 본 발명에 따른 폴리머 재질 및 식각 가스는 도 5 및 도 6에 나타낸 물질과 동일한 것으로 적용할 수 있고, 또한 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 주기적 패턴은 사진식각 또는 나노 임프린트 리소그라피(Nano-imprint Lithography: NIL) 등의 방법으로 형성하는 것이 바람직하다.
도 10은 본 발명에 따른 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면구조체가 형성된 반사방지 필름 또는 시트가 방전셀을 이루는 상판의 외부 층에 형성된 플라즈마 디스플레이의 개략도를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이 장치는 방전셀(c)을 이루는 상판(10)의 외부에 플라즈마 식각에 의하여 가시광선 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면구조체가 형성된 반사 방지 필름 또는 시트(11)을 형성함으로써, 외광(2)에 의한 상판(10) 외부 층에서 반사되는 빛(L20)을 방지하고, 후방 산란된 회절광(L25)을 방지하여 명실 콘트라스트를 현저히 향상시키게 된다.
도 11은 본 발명에 따른 투명수지부 상층에 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면구조체가 형성되어 반사 및 내부 포획을 방지하는 기능이 주어져 광효율이 향상될 수 있는 발광소자 패키지의 개략도를 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 발광소자 패키지는 발광다이오드(303)가 리드프레임 또는 PCB기판(302)에 실장되어 있는 패키지 내부에 밀봉되는 투명수지부(304) 상층에 플라즈마 식각에 의하여 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체를 갖는 필름, 시트 또는 구조물(300a, 300b)을 형성함으로써, 투명수지부 상층에서 외광반사되는 것을 방지하고, 발광다이오드로부터 발생된 빛의 내부 포획을 줄여 투명수지부 전면으로 방출되는 광 이용 효율을 높이게 된다.
여기서, 플라즈마 식각에 의한 가시광 파장이하의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체는 필름 또는 시트 등의 적어도 한 면(300a, 300b)에 형성하여 투명수지부 상층에 막을 형성하게 하는 것도 가능하고, 투명수지부 자체의 최 상층에 상기 미세 표면 구조체를 형성 할 수도 있다.
도 12는 본 발명에 따른 편광부의 외광반사면에 플라즈마에 의한 불균일 식각으로, 가시광 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 표면구조를 형성함으로 써, 외광반사를 방지하는 기능을 갖는 필름 또는 시트가 형성된 액정디스플레이 장치의 일례를 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 일반적인 액정 디스플레이 장치는 백라이트부의 램프(418)를 통하여 조명광이 비추어지고 그 상부에 편광판(413), 투명전극(411), 배향막(409), 액정(407), 배향막(405), 투명전극(403), 편광판(401)으로 구성되어 있다. 이러한 액정 디스플레이 장치에서 빛이 방출되는 외부와 닿아 있는 편광판(401)의 외광반사면에 본 발명에서 제안한 가시광 파장 이하의 스케일을 갖는 구조를 형성한 필름 또는 시트(400)를 형성하고 외광반사를 방지하여, 명실 콘트라스트를 높일 수 있게 된다.
또한, 빛을 발생시키는 광원(418)과 함께 LCD의 백라이트부(420)를 구성하는 도광판(414), 확산판(415), 밝기 향상 필름(Bright Enhancement Film; BEF, DBEF 등)(416), 보호막(417) 등의 필름중 적어도 어느 하나의 표면에 반사 방지 미세 구조를 적어도 한 면에 형성하는 것이 바람직한데, 이는 백라이트부(420)의 광원인 램프(418)로부터 전면으로 나오는 빛의 손실 저감 및 파장에 따른 반사율의 차이를 보정하게 된다.
즉, 처리하지 않은 폴리머 필름 및 시트류의 표면에서는 파장이 짧아질 수 록 반사율이 커지는 현상으로서, 적색에 비해 반사가 커짐으로 인해서, 광원에서 나온 빛이 다수의 필름과 시트를 지나 전면으로 나오는 동안 청색쪽의 손실이 상대적으로 커져 광원의 색온도가 매우 높아지는 것을 요구하게 되는데, 본 발명에 따른 미세구조물을 이용한 반사 방지 기능을 부여할 경우, 반사율이 전 가시광 영역 에서 균일하게 낮아져 광원의 색온도를 낮게 해 줄 수 있기 때문에, 광원의 휘도, 광 효율 및 수명을 높이는 효과를 기대할 수 있다.
도 13은 투명기판의 외광반사면(500) 또는 내면(502)에 본 발명에 따른 플라즈마에 의한 불균일 식각으로, 가시광 파장 이하의 스케일을 갖는 표면 구조를 형성함으로써, 외광반사를 방지하고, 내부로부터 발광된 빛이 외부로 나갈 때 내부표면에서의 반사를 줄이는 기능을 갖는 필름 또는 시트가 형성된 유기 발광소자의 일례를 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 일반적인 유기 발광소자는 투명기판(501), 투명전극막(503), 버퍼층(505), 정공 주입층(507), 정공 운송층(509), 발광층(511), 전자 운송층(513), 전극(515), 제품층(520)으로 구성된다. 이와 같은 유기 발광소자의 투명기판(501)의 외광 반사면(500) 또는 내면(502)에 본 발명에서 제안한 필름, 시트 또는 구조물(500,502)을 형성함으로써, 외광반사를 방지하여 명실 콘트라스트를 높이고, 내부발광으로부터 발생되는 빛이 외광반사면 내측 전반사에 의해 포획되는 빛을 줄이게 되어, 광 효율이 높은 유기 발광소자를 제공할 수 있게 된다.
이처럼 도 10 내지 도 13에서 도시된 본 발명에 따른 플라즈마 디스플레이 장치(PDP), 발광소자(LED) 패키지, 액정 디스플레이(LCD) 장치 및 유기 발광소자(OLED)는 명실 콘트라스트 및 광 이용 효율을 현저히 향상시킬 뿐 아니라, 플라즈마 식각이라는 보다 저가의 단순한 공정으로 외광 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물을 형성 할 수 있어서, 전체적으로 양질의 디스플레이 장치 및 소자 등을 저가의 단순한 공정으로 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서 제안한 필름, 시트 또는 구조물을 이용하여 위에서 예시한 디스플레이 장치 뿐만 아니라, 각종 디스플레이 장치의 외광 반사면에 사용 될 수 있고, 이로써 반사 및 후방산란 회절광 방지 기능, 명실 콘트라스트 및 광 이용 효율의 향상이라는 많은 장점을 지닌 고품질의 디스플레이 장치를 제공할 수 있게 된다.
이하 본 발명에 따른 플라즈마 식각에 의한 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면구조체가 형성된 반사 방지 필름 또는 시트를 실제로 제작하여 실험결과에 대한 사진 및 외광 반사율, 투과율의 데이터를 살펴보기로 한다. 또한 데이터로 나타난 반사율은 후방산란에 의한 회절광을 포함한다.
도 14는 본 발명에 따른 O2 및 CHF3의 혼합 가스에 의해 플라즈마 식각된 폴리머 필름의 SEM사진을 예시한 도면이다.
반응기 내의 가스 압력은 10mTorr이고, 혼합가스에서 CHF3의 비율은 20%이며, CCP 파워는 100W로 설정 된다. 그리고 ICP 파워는 200W로 하며, 식각 시간은 15분 동안 수행한다. 이러한 조건으로 형성된 폴리머 필름 을 도 12의 SEM사진으로 살펴보면, 가시광선 이하 범위의 스케일을 갖는 구조가 불균일하고, 비 주기적으로 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 15는 본 발명에 따른 다양한 혼합가스에 의한 플라즈마 식각을 수행한 PET 필름의 반사율을 그래프로 도시한 도면이다.
도 15는 플라즈마 식각 처리를 하지 않은 PET 필름과 반응기 내의 가스 압력은 10mTorr로 하고, 식각 시간은 15분으로 하여 수행된 O2, O2 +Ar(Ar 20%), O2 +CHF3(CHF3 10%), O2 +CHF3(CHF3 20%)를 각 식각 가스로 하는 PET 필름의 반사율의 그래프가 도시되었는데, 플라즈마 식각 처리를 하지 않은 PET 필름의 반사율 보다 각 식각 가스에 의하여 플라즈마 식각 처리를 한 PET 필름의 반사율이 훨씬 낮다는 것을 명확히 알 수 있다.
특히, 식각 가스를 O2 +CHF3(CHF3 20%)를 갖는 조건에서 수행된 PET 필름의 반사율이 플라즈마 식각 처리를 하지 않은 PET 필름의 외광 반사율에 비하여 6.5%에서 1.8%로 가장 많이 감소하였음을 알 수 있다. 또한, 청색과 적색의 반사율의 차를 줄일 수 있음을 볼 수 있다.
도 16은 본 발명에 따른 다양한 혼합가스에 의한 플라즈마 식각을 수행한 PET 필름의 투과율을 그래프로 도시한 도면이다.
도 16은 플라즈마 식각 처리를 하지 않은 PET 필름과 반응기 내의 가스 압력은 10mTorr로 하고, 식각 시간은 15분으로 하여 수행된 O2, O2 +Ar(Ar 20%), O2 +CHF3(CHF3 10%), O2 +CHF3(CHF3 20%)를 각 식각 가스로 하는 PET 필름의 투과율의 그래프가 도시되었는데, 플라즈마 식각 처리를 하지 않은 PET 필름의 투과율 보다 각 식각 가스에 의하여 플라즈마 식각 처리를 한 PET 필름의 투과율이 훨씬 높다는 것을 명확히 알 수 있다.
역시, 식각 가스를 O2 +CHF3(CHF3 20%)를 갖는 조건에서 수행된 PET 필름의 투과율이 플라즈마 식각 처리를 하지 않은 PET 필름의 외광 투과율에 비하여 88%에서 93%로 가장 많이 증가하였음을 알 수 있다. 또한 청색과 적색간 투과율의 차가 처리하지 않은 경우에 비해 줄어듬을 관측 할 수 있다. 여기서 O2와 CHF3 의 혼합비는 CHF3 가 15% 내지 25%인것이 반사 및 투과율 측면에서 바람직 한 것을 알 수 있다.
그러나 이러한 식각가스의 선택과 혼합비의 선택은 여러 조건에서 마다 달라질수 있으므로, 반사율 및 투과율의 고.저를 판단하여 가장 적절한 식각 가스와 혼합비를 찾을 수 있다.
이러한 결과로 볼 때, 본 발명에 따른 플라즈마 식각에 의하여 가시광선 파장 이하 범위의 스케일을 갖는 복수개의 미세 표면구조가 형성된 반사 방지 필름 또는 시트의 외광에 의한 반사율이 현저히 감소하고, 투과율이 증가함을 알 수 있기 때문에, 반사 방지 기능 및 후방 산란된 회절광 방지 기능이 탁월함을 확인 할 수 있다.
더욱이 청색쪽 단파장 영역의 반사 방지 기능이 적색쪽에 비해 더욱 향상되어 전파장 영역에서 고르게 반사율 저감 효과가 얻어짐을 볼 수 있다.
발명에 의한, 가시 광 파장 이하의 구조 배열을 갖는 디스플레이 장치용 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 바람직한 실시예에 한정되지 않는다.
또한 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적이 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
본 발명에 의하여 제공되는, 가시 광 파장 이하의 구조(sub-wavelength structure) 배열을 갖는 반사 방지 구조물이 표면에 형성된 광학 필름, 시트 또는 구조물을 사용하여, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 액정 디스플레이 장치(LCD), 전계발광 디스플레이 장치(OLED), 발광다이오드(LED) 및 음극선관(CRT) 등의 디스플레이 장치에서 명실 콘트라스트 비(Bright room contrast ratio)를 월등히 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 플라즈마 식각에 의한 반사 방지 구조물은 다층의 반사 방지 막을 사용하는 제조 공정이나 나노 패터닝 기술에 의한 파장이하(subwavelength) 크기의 구조물을 형성하는 제조공의 종래 기술에 비하여 높은 생산성을 얻을 수 있으며, 본 발명의 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물을 사용할 경우, 고가의 반사 방지용 코팅 재료를 사용하지 않아도 되므로, 공정 단가가 절감되는 효과를 얻을 수 있으며, 그 결과, 디스플레이 소자의 가격 경쟁력을 제고하는 데에 기여할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하여 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유닛이나 편광판과 같은 부품 등에서 기존에 사용되던 반사 방지 코팅 막을 사용하지 않고도, 플라즈마(plasma)를 이용한 식각 공정 시의 폴리머 필름 또는 시트의 표면 식각 율(etch rate)의 차이를 이용하여, 가시 광 파장 이하의 표면 구조를 용이하게 형성함으로써 반사 방지 및 후방 산란된 회절광 방지 기능을 부여한 광학 필름 또는 시트를 제공하는 것이 가능하게 되어 디스플레이 장치의 광효율을 증가시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의한 유기 발광소자(OLED)나 전계 발광소자(LED)에서 봉지재의 외면을 플라즈마를 이용한 식각 공정을 이용하여, 가시광 파장 이하의 표면 구조를 형성함으로써, 반사 방지 및 렌즈내에서 포획되는 빛을 줄이게 되어, 광효율을 증가 시키는데 이용 될 수 있다.
폴리머 필름 또는 시트의 표면 식각 율(etch rate)의 차이를 이용하는 단순한 제조 방법에 의하여, 가시광선 이하의 미세 패턴을 형성하기 위한 고가의 리소그래피 공정을 수행할 필요가 없게 되어, 공정의 단순화 공정 비용의 저감을 달성하면서도 고 기능의 광학 필름 또는 시트를 구현할 수 있게 된다.
Claims (13)
- 표면에 미세 표면 구조체를 형성하여 외광의 표면 반사를 방지하는 표면 반사 방지물을 제조하는 방법에 있어서,폴리머 재질의 필름 또는 시트를 반응기 내로 인입시키는 단계;상기 반응기를 배기하여 식각 가스를 주입하는 단계;상기 식각 가스를 이온화시켜 플라즈마를 형성하는 단계; 및상기 플라즈마에 의하여 상기 폴리머 재질의 필름 또는 시트의 표면을 국부적으로 불균일 식각하여 가시광선의 반파장 보다 크고 가시광선의 파장 보다 작은 하부 폭과 깊이의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 반사 방지물의 제조 방법.
- 표면에 미세 표면 구조체를 성형하여 외광의 표면 반사를 방지하는 표면 반사 방지물을 제조하는 방법에 있어서,주기적 패턴을 폴리머 재질의 필름 또는 시트 상에 형성하는 단계;상기 주기적 패턴이 형성된 폴리머 재질의 필름 또는 시트를 반응기 내로 인입시키는 단계;상기 반응기를 배기하여 소정의 식각 가스를 주입하는 단계;상기 식각 가스를 이온화시켜 플라즈마를 형성하는 단계; 및상기 플라즈마에 의하여 상기 주기적 패턴이 형성된 폴리머 재질의 필름 또는 시트 표면에 상기 주기적 패턴을 마스크로 한 식각이 진행되도록 하여, 상기 필름 또는 시트 표면 전면에 복수개의 미세 표면 구조체들을 형성하는 단계를 포함하고,상기 미세 표면 구조체들은 가시광선의 반파장 보다 크고 가시광선의 파장 보다 작은 하부 폭과 깊이의 스케일(scale)을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 반사 방지물의 제조 방법.
- 표면에 미세 표면 구조체를 형성하여 외광의 표면 반사를 방지하는 표면 반사 방지물에 있어서,폴리머 재질로 이루어지는 광학 필름, 시트 또는 구조물 중 어느 하나이고,플라즈마에의 노출에 의한 국부적인 불균일 식각에 의하여 적어도 한 면에 가시광선의 반파장 보다 크고 가시광선의 파장 보다 작은 하부 폭과 깊이의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 반사 방지물.
- 표면에 미세 표면 구조체를 형성하여 외광의 표면 반사를 방지하는 표면 반사 방지물에 있어서,폴리머 재질로 이루어지는 광학 필름, 시트 또는 구조물 중 어느 하나이고,주기적 패턴을 적어도 한 면에 형성하고, 상기 주기적 패턴이 형성된 면을 플라즈마에 노출시킴으로써 상기 주기적 패턴을 마스크로 한 식각이 진행되도록 하여 형성된 복수개의 미세 표면 구조체들을 포함하고,상기 미세 표면 구조체들은 가시광선의 반파장 보다 크고 가시광선의 파장 보다 작은 하부 폭과 깊이의 스케일(scale)을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 반사 방지물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 식각 가스는 산소분자와 CHF3가 혼합되는 것을 특징으로 하는 표면 반사 방지물의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 산소분자와 CHF3의 혼합비 중 CHF3 의 비율이 15% 내지 25%인 것을 특징으로 하는 표면 반사 방지물의 제조방법.
- 상판, 하판, 및 격벽으로 방전셀이 구성되는 플라즈마 디스플레이 장치에 있어서,상기 상판 상층에, 폴리머 재질로 이루어지며, 플라즈마에의 노출에 의한 국부적인 불균일 식각에 의하여 적어도 한 면에 가시광선의 반파장 보다 크고 가시광선의 파장 보다 작은 하부 폭과 깊이의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체들이 형성된 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 장치.
- 상판, 하판 및 격벽으로 방전셀이 구성되는 플라즈마 디스플레이 장치에 있어서,상기 상판 상층에, 폴리머 재질로 이루어지며, 주기적 패턴을 폴리머 재질의 필름, 시트 또는 구조물의 적어도 한 면에 형성하고, 상기 주기적 패턴이 형성된 면을 플라즈마에 노출시킴으로써 상기 주기적 패턴을 마스크로 한 식각이 진행되도록 하여 형성된 복수개의 미세 표면 구조체들을 갖는 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물이 형성되며,상기 미세 표면 구조체들은 가시광선의 반파장 보다 크고 가시광선의 파장 보다 작은 하부 폭과 깊이의 스케일(scale)을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 장치.
- 적어도 하나의 LED칩이 탑재되어 있는 탑재부 상층에 투명수지부에 의하여 밀봉된 발광소자 패키지에 있어서,상기 투명수지부 상층에, 폴리머 재질로 이루어지며, 플라즈마에의 노출에 의한 국부적인 불균일 식각에 의하여 적어도 한 면에 가시광선의 반파장 보다 크고 가시광선의 파장 보다 작은 하부 폭과 깊이의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체들이 형성된 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물이 형성되는 것을 특징으로 발광소자 패키지.
- 적어도 하나의 LED칩이 탑재되어 있는 탑재부 상층에 투명수지부에 의하여 밀봉된 발광소자 패키지에 있어서,상기 투명수지부 상층에, 폴리머 재질로 이루어지며, 주기적 패턴을 폴리머 재질의 필름, 시트 또는 구조물의 적어도 한 면에 형성하고, 상기 주기적 패턴이 형성된 면을 플라즈마에 노출시킴으로써 상기 주기적 패턴을 마스크로 한 식각이 진행되도록 하여 형성된 복수개의 미세 표면 구조체들을 갖는 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물이 형성되며,상기 미세 표면 구조체들은 가시광선의 반파장 보다 크고 가시광선의 파장 보다 작은 하부 폭과 깊이의 스케일(scale)을 갖는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
- 백라이트(backlight)부, 액정부 및 편광부를 포함하는 액정 디스플레이(LCD) 장치에 있어서,상기 편광부의 외광 반사면 또는 내면에, 폴리머 재질로 이루어지며, 플라즈마에의 노출에 의한 국부적인 불균일 식각에 의하여 적어도 한 면에 가시광선의 반파장 보다 크고 가시광선의 파장 보다 작은 하부 폭과 깊이의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체들이 형성된 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이(LCD) 장치.
- 제11항에 있어서,상기 백라이트부를 구성하는 도광판 , 확산판, 밝기 향상 필름, 보호막 중 적어도 어느 하나가, 폴리머 재질로 이루어지며, 플라즈마에의 노출에 의한 국부적인 불균일 식각에 의하여 적어도 한 면에 상기 미세 표면 구조체들이 형성된 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이(LCD) 장치.
- 유기 발광소자에 있어서,투명기판의 외광 반사면 또는 내면에, 폴리머 재질로 이루어지며, 플라즈마에의 노출에 의한 국부적인 불균일 식각에 의하여 적어도 한 면에 가시광선의 반파장 보다 크고 가시광선의 파장 보다 작은 하부 폭과 깊이의 스케일(scale)을 갖는 복수개의 미세 표면 구조체들이 형성된 반사 방지 필름, 시트 또는 구조물이 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자.
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| KR (1) | KR100754327B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8841836B2 (en) | 2012-04-27 | 2014-09-23 | Samsung Display Co., Ltd. | Flat panel display device, organic light emitting display device and method of manufacturing flat panel display device |
| KR20190043264A (ko) | 2017-10-18 | 2019-04-26 | 한국전기연구원 | 나노패턴을 포함하는 금형 제조방법 |
| US11782479B2 (en) | 2020-02-13 | 2023-10-10 | Samsung Display Co., Ltd. | Electronic apparatus and method of manufacturing the same |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060014436A (ko) * | 2003-06-06 | 2006-02-15 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 | 미세구조화 광학 필름 및 이의 제조 방법 |
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2006
- 2006-03-02 KR KR1020060019991A patent/KR100754327B1/ko not_active IP Right Cessation
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