KR102517586B1 - 광 경로 제어를 위한 광학 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 경로를 제어하는 광학 필름에 관한 것으로서, 베이스 필름과, 상기 베이스 필름 상에 형성되며, 제1굴절률을 가지는 광 경로 제어 패턴부와, 상기 베이스 필름 상에 형성되며, 상기 제1굴절률보다는 상대적으로 작은 제2굴절률을 가지는 흡광 패턴부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 베이스 필름 상에 서로 굴절률이 다른 패턴부를 형성하여 수광부에 정확하면서도, 높은 효율로 대상물에 대한 정보가 반영된 빛(정보광)을 공급하는 광학 필름을 제공할 수 있게 된다

Description

광 경로 제어를 위한 광학 필름{Optical film for light route control}

본 발명은 대상물에 대한 정보를 정확하고 효율적으로 인식할 수 있는 광 경로를 제어를 위한 광학 필름에 관한 것이다.

전자 장치에서 제공하는 여러 가지 기능들 중에는 센서를 이용하는 기능들이 있다. 특히 이러한 센서들은 전자 장치, 전자 장치의 외부 또는 사용자와 관련된 정보들을 수집하여 전자 장치의 작동 여부, 전자 장치 주변의 상황 또는 사용자 상태에 대한 정보를 제공하게 된다.

이러한 전자 장치에서 사용되는 센서는 여러 종류가 있으며, 최근에는 빛을 발생하는 발광부와 빛을 감지하는 수광부를 포함하는 광센서를 이용하여 수집된 정보들을 이용하여 다양한 서비스를 제공하고 있다.

종래 기술에 따르면 전자 장치 내의 발광부와 수광부와 같은 센서 모듈의 구성들은 집적 소자 위에 적층되거나, 발광부에서 발생된 빛이 센싱하고자 하는 대상에 흡수 또는 반사된 후 그 정보가 반영된 빛(정보광)을 수광할 수 있는 경로 상에 수광부가 배치되어 설계되게 된다.

최근 전자 장치의 소형화, 슬림화 경향에 따라 발광부와 수광부를 포함하는 광센서 모듈이 전자 장치 내부의 매우 협소한 공간 상에 배치 및 설계되어야 하는데, 이러한 공간 상의 제약으로 발광부에서 발생된 빛이 센싱하고자 하는 대상의 정보를 반영하지 않은 채로 수광부로 제공되는 문제점이 발생할 수 있다.

예컨대, 상기 수광부로 발광부에서 센싱하고자 하는 대상을 거치지 않고 빛이 바로 제공되거나, 전자 장치의 내부 구조물 등에서 반사된 빛이 제공되거나, 외부에서 들어온 잡광이 제공되어, 센서의 민감도 저하, 작동 에러, 사용자에게 잘못된 정보를 제공하게 되는 문제점이 발생하고 있다.

또한, 발광부에서 발생된 빛이 전자 장치의 내부 구조물 등에 부딪히거나 흡수된 후 남은 일부의 빛이 수광부로 제공되는 경우도 있어 센서의 민감도 및 효율 저하의 문제점이 있을 수 있다.

이러한 문제점들은 최근 소형 스마트 단말기 등과 같이 좁은 공간에 다양한 소자들을 실장해야 하는 소형 전자 장치에서 더욱 빈번하게 발생할 수 있다.

따라서, 발광부에서 발생된 빛이 센싱되는 대상물에 제공된 후 그 정보를 반영한 정보광이 효율적으로 수광부에 입사할 수 있도록, 상기 정보광의 각도를 제어하여 발광부로부터 제공된 빛의 효율 저하를 막고, 수광부로 왜곡된 정보가 반영된 정보광이 제공되지 않도록 수광부로의 입사광의 각도를 제어하기 위한 기술이 필요한 실정이다.

본 발명은 베이스 필름 상에 서로 굴절률이 다른 패턴부를 형성하여 광 경로를 제어하여 정확하면서도, 높은 효율로 정보가 반영된 빛을 공급하고자 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 베이스 필름과, 상기 베이스 필름 상에 형성되며, 제1굴절률을 가지는 광 경로 제어 패턴부와, 상기 베이스 필름 상에 형성되며, 상기 제1굴절률보다는 상대적으로 작은 제2굴절률을 가지는 흡광 패턴부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름을 기술적 요지로 한다.

또한, 본 발명은, 패터닝 공정에 의해 기재 필름 상에 베이스 패턴을 형성하는 제1단계와, 상기 베이스 패턴이 형성된 기재 필름 상에 제1레진을 도포하고, 베이스 필름을 적층 한 후 임프린팅 공정을 수행하여, 상기 베이스 필름에 제1레진으로 이루어지며 제1굴절률을 갖는 광 경로 제어 패턴부를 형성하는 제2단계와, 상기 광 경로 제어 패턴부를 이루는 패턴의 골 부분에 제2레진을 충진하여, 상기 베이스 필름 상에 광 경로 제어 패턴부와 함께 상기 제1굴절률보다 상대적으로 작은 제2굴절률을 갖는 흡광 패턴부를 형성하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름의 제조방법을 또 다른 기술적 요지로 한다.

본 발명은 대상물에 대한 정보를 정확하고 효율적으로 인식할 수 있도록 광 경로를 제어하는 광학 필름을 제공하며, 베이스 필름 상에 서로 굴절률이 다른 패턴부를 형성하여 수광부에 정확하면서도, 높은 효율로 정보가 반영된 빛(정보광)을 공급하도록 하는 광학 필름을 제공하는 효과가 있다.

즉, 본 발명은 광 경로 제어 패턴부를 이루는 패턴 사이에 흡광 패턴부를 이루는 패턴이 형성되도록 하여, 상기 광 경로 제어 패턴부와 상기 흡광 패턴부의 굴절률 차이를 통해 정보광의 수광부로의 입사 경로를 효율적으로 제어하고, 그 외의 잡광은 상기 흡광 패턴부에서 차단될 수 있도록 하여, 대상물에 대한 보다 정확한 정보를 갖는 정보광을 수광부에 입사시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 광학 필름은 광 경로 제어 패턴부와 그 사이에 흡광 패턴부가 구비되어, 전체적으로 평탄한 형태의 광학 필름을 제공할 수 있어, 기존의 광학 패턴의 외부로 노출된 형상에 비해 조립 및 가공 공정시 불량 발생을 최소화시킬 수 있고, 핸들링이 용이한 장점이 있다.

그리고 상기 흡광 패턴부는 정보광을 제외한 외부에서 들어오는 잡광, 내부 소자나 구조물 등에서 반사되어 들어오는 빛 등을 흡수하여, 수광부에의 측정 오류를 최소화하면서, 내부 구조물을 차폐하여 제품에 대한 심미적 기능을 보완할 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 6 - 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학 필름에 대한 모식도(도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필름의 평면 형상에 대한 모식도).
도 7 - 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광 경로 제어 패턴부 및 흡광 패턴부의 스펙과 상기 스펙에 따른 투과율 및 차폐각을 나타낸 데이터.
도 8 및 도 9 - 본 발명의 일실시예에 따른 제조 방법을 나타낸 모식도.
도 10 - 본 발명의 일실시예에 따른 제조방법의 각 단계별 제품 이미지를 나타낸 도.
도 11 - 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필름에 있어서, 흡광 패턴부 형성 전(a) 및 후(b)의 이미지를 나타낸 도.

본 발명은 대상물에 대한 정보를 정확하고 효율적으로 인식할 수 있도록 광 경로를 제어하는 광학 필름에 관한 것으로서, 베이스 필름 상에 서로 굴절률이 다른 패턴부를 형성하여 수광부에 정확하면서도, 높은 효율로 정보가 반영된 빛(이하에서는 편의상 이를 '정보광'이라고 한다)을 공급하고자 하는 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1 내지 도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광학 필름에 대한 모식도이고, 도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광 경로 제어 패턴부 및 흡광 패턴부의 스펙과 상기 스펙에 따른 투과율 및 차폐각을 나타낸 데이터이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제조 방법을 나타낸 모식도이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 제조방법의 각 단계별 제품 이미지를 나타낸 도이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필름에 있어서, 흡광 패턴부 형성 전(a) 및 후(b)의 이미지를 나타낸 도이다.

도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 광 경로 제어를 위한 광학 필름은, 베이스 필름(100)과, 상기 베이스 필름(100) 상에 형성되며, 제1굴절률을 가지는 광 경로 제어 패턴부(200)와, 상기 베이스 필름(100) 상에 형성되며, 상기 제1굴절률보다는 상대적으로 작은 제2굴절률을 가지는 흡광 패턴부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 광학 필름은 광 경로 제어 패턴부(200)로 정의되는 빛 투과 영역과 흡광 패턴부로 정의되는 차폐 영역으로 구분된다.

상기 베이스 필름(100)은 투과율이 높은 투명한 기재로 형성되는 것이 바람직하며, 경질 또는 플렉시블한 재질로 유무기 기판 예컨대, 글라스, 실리콘, 아크릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스타이렌, 폴리메틸메타아크릴레이트 등과 같이 공정 환경이나 용도에 따라 선택하여 사용할 수 있다. 본 발명의 일실시예로 가격이 저렴하고 투명성, 내구성이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용한다.

상기 베이스 필름(100) 상에 굴절률이 서로 다른 광 경로 제어 패턴부(200)와 흡광 패턴부(300)가 형성된다.

상기 광 경로 제어 패턴부(200)는 제1굴절률을 가지며, 상기 흡광 패턴부(300)는 상기 제1굴절률보다는 상대적으로 작은 제2굴절률을 가지도록 하여, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)와 흡광 패턴부(300)와의 굴절률 차로 인해, 정보광은 상기 광 경로 제어 패턴부(200)를 통해 수광부에 입사되고, 정보광을 제외한 외부에서 들어오는 잡광, 내부 소자나 구조물 등에서 반사되어 들어오는 빛 등은 상기 흡광 패턴부(300)를 통해 충분히 흡수되도록 하여, 수광부에 정확하면서도, 높은 효율로 정보광이 공급되도록 하는 것이다.

본 발명에 따른 광학 필름은 발광부에서 발생된 빛이 센싱하고자 하는 대상에 흡수 또는 반사된 후 그 정보가 반영된 빛(정보광)을 수광부가 효율적으로 흡수할 수 있도록, 정보광이 이동되는 경로 상에 배치되게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예로는 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 필름이 발광부(미도시) 및 수광부(20)를 포함하는 광 센서에 적용되는 것으로서, 상기 광 센서의 수광부(20) 측으로 광 경로를 제어하기 위해 상기 광학 필름이 상기 수광부(20)의 일측에 배치된 것을 나타내고 있다. 즉, 본 발명에 따른 광학 필름은 대상물로부터 정보가 획득된 정보광이 이동하는 경로 상에 배치되어, 상기 정보광이 효율적으로 수광부(20) 측으로 공급되도록 하는 것이다.

상기 광 센서에 있어서, 상기 발광부는 LED, 상기 수광부는 Photodiodes가 될 수 있으며, 상기 광 센서는 스마트 단말기, 휴대폰, 모니터, TV 등 전자 장치의 터치 패널 등에 적용되거나, 생체에 특정 파장의 빛을 인가하고 신체 부위를 통과한 빛을 측정하여 혈류, 혈액 내의 성분, 지방 및 기타 특성을 탐지하는 웨어러블(Wearable) 기능을 갖는 전자 장치 등에 적용될 수도 있다.

본 발명의 일실시예로, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)와 상기 흡광 패턴부(300)를 이루는 패턴은 교대로 형성될 수 있다.

즉, 서로 굴절률 차이가 나는 두 물질로 이루어진 패턴이 교대로 형성되고, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 제1굴절률이 상기 흡광 패턴부(300)의 제2굴절률보다 높게 형성되어, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)로 수직 내지 일정한 각도로 입사된 광에 대해서 상기 광 경로 제어 패턴부(200) 및 상기 흡광 패턴부(300)의 계면에서 전반사가 이루어지도록 하여, 상기 광 경로 제어 패턴부(200) 측으로 정보광이 효율적으로 출사되도록 하는 것이다.

이러한 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 싸이즈 설계, 상기 흡광 패턴부(300)의 싸이즈 설계, 피치 설계, 형태 설계, 굴절률 설계를 통해 상기 정보광의 효율적인 출사가 이루어지도록 하여, 수광부에 도달되도록 한다.

그리고 상기 흡광 패턴부(300)는 정보광을 제외한 외부에서 들어오는 잡광, 내부 소자나 구조물 등에서 반사되어 들어오는 빛 등을 흡수하여, 수광부에의 측정 오류를 최소화하면서, 내부 구조물을 차폐하여 심미적 기능을 보완할 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명을 이루는 상기 광 경로 제어 패턴부(200) 및 상기 흡광 패턴부(300)의 패턴은 상술한 바와 같이 서로 교대로 규칙적인 정형을 이루거나, 사용 목적에 따라 랜덤(Random)하게 배치된 셀(Cell) 또는 선형 구조를 이룰 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필름의 평면 형상에 대한 모식도를 나타낸 것으로, 다양한 형상의 이차원 배열 구조를 나타내고 있다.

본 발명의 일실시예 상기 수광부 측으로의 출사 효율을 높이기 위해서, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)는 입광 측 패턴의 폭에 비해 출광 측 패턴의 폭이 상대적으로 더 작게 형성된 것을 특징으로 한다. 즉, 도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이 출광 측으로 더 폭이 좁게 형성되어, 수광부 측으로 정보광의 손실없이 효율적인 공급이 이루어지도록 하는 것이다.

구체적으로는 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 패턴 측벽의 기울기는 상기 광학 필름의 수직 방향에 대해 1°~ 30°를 이루는 것을 특징으로 한다. 상기 범위의 각도보다 더 낮은 경우에는 전반사를 이루는 입사광이 제한적일 수 있으며, 상기 범위의 각도보다 더 높은 경우에는 내부 반사 횟수가 증가되어 빛의 세기가 줄어들어, 정보광의 정보 오류가 발생할 수 있다.

또한, 상기 흡광 패턴부(300) 간의 피치(pitch)는 10~100㎛인 것이 바람직하며, 상기 흡광 패턴부(300)의 폭은 2~10㎛인 것이 바람직하고, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 높이는 10~100㎛인 것이 바람직하다.

즉, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)를 통해 투과시키려는 정보광의 각도는, 상기 상기 흡광 패턴부(300) 간의 피치(pitch)(광 경로 제어 패턴부(200)의 폭), 상기 흡광 패턴부(300)의 폭, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 높이 등, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 싸이즈 설계, 상기 흡광 패턴부(300)의 싸이즈 설계, 피치 설계, 형태 설계 등을 통해 조절이 가능하며, 상기 정보광의 효율적인 입사 및 출사가 이루어지도록 하여 최종 수광부에 도달되도록 한다.

여기에서 정보광의 투과율 감소를 최소화하기 위해서는 상기 흡광 패턴부(300)의 폭이 너무 넓지 않은 것이 유리하다.

또한, 상기 광 경로 제어 패턴부(200) 및 흡광 패턴부의 높이가 너무 높게 되면 베이스 패턴의 제작과 광 경로 제어 패턴부(200) 및 흡광 패턴부의 임프린팅 시 제작 작업이 용이하지 않으며, 상기 광 경로 제어 패턴부(200) 및 흡광 패턴부를 이루는 레진의 높이가 두껍지 않은 것이 레진 수축에 의한 제품의 수축 및 휨 발생 정도를 최소화할 수 있게 된다.

특히 상기 흡광 패턴부를 이루는 레진의 경우 열 또는 빛, 가령 UV 경화 시 내부 경화율이 떨어질 수가 있어, 상기 광 경로 제어 패턴부(200) 및 흡광 패턴부의 높이(레진의 두께)가 높지 않아야 경화에 유리하게 된다.

또한, 상기 광 경로 제어 패턴부(200) 및 흡광 패턴부의 높이는 레진 사용량과 비례하게 되므로, 필요 이상 높지 않은 것이 원재료 사용면에서 경제적이다.

또한, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 폭이 상기 실시예보다 넓어지면, 노광 공정시 베이스 패턴 제작 및 임프린팅 과정에서 설계형상에서 왜곡되는 경향이 커져 바람직하지 않다.

또한, 상기 흡광 패턴부는 일반적인 크롬 포토 마스크의 해상도(~2㎛) 제약으로 흡광 패턴부의 영역 최소 선폭은 2㎛ 이상이어야 실제로 제작이 가능하며, 해상도에 따른 포도 마스크의 가격이 상승하게 되고, 선폭 감속시 레진의 광차단율이 떨어지므로 상기 실시예에 따른 적당한 폭을 유지해야된다.

또한, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)가 갖는 제1굴절률과 상기 흡광 패턴부(300)가 갖는 제2굴절률과의 차이는, 0.01 ~ 0.2인 것이 바람직하다. 이는 상기 광 경로 제어 패턴부(200)를 통해 투과시키려는 정보광의 각도를 고려하여 굴절률을 설계할 수 있으며, 상기 굴절률의 범위보다 더 낮은 경우에는 전반사 조건을 만족하기 위한 입사각의 범위가 좁아지게 되며, 상기 굴절률의 범위보다 더 높은 경우에는 내부 전반사로 인해 정보광의 세기가 감소할 우려가 있다.

또한, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 제1굴절률이 상기 수광부에서 멀어질수록 더 높아지거나, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 패턴 측벽의 기울기가 상기 수광부에서 멀어질수록 더 낮은 기울기를 갖는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 패턴 측벽의 기울기는, 상기 개별 패턴의 상기 수광부 측에 가까운 측벽의 기울기보다 상기 수광부 측에 먼 측벽의 기울기가 더 낮은 값을 갖는 것이 바람직하다.

이는 상기 광 경로 제어 패턴부(200)를 통과한 정보광의 손실을 최소화하여 정확한 정보를 갖는 정보광을 수광부에 제공하기 위함이다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 광 경로 제어 패턴부(200)와 상기 흡광 패턴부(300)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 입광 측 패턴의 폭에 비해 출광 측 패턴의 폭이 상대적으로 더 작게 형성되면서, 종단면이 다각형 형태를 갖는 것을 도시한 것이다. 그리고, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)와 흡광 패턴부(300)의 출광 측 표면이 플랫(Flat)하게 형성된 것을 나타낸 것이다.

도 1은 상기 광 경로 제어 패턴부(200)를 통해 투과시키려는 정보광의 각도가 도 2에 비해 더 낮은 경우를 도시한 것으로서, 도 1은 도 2에 비해 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 높이는 낮고, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 패턴의 측벽 기울기는 더 높으며, 상기 흡광 패턴부(300)의 폭은 더 넓은 것을 특징으로 한다.

이와 같이 입사하는 정보광의 각도에 따라 패턴의 폭, 높이, 기울기 등을 설계하여, 수광부 측으로 정보광이 효율적으로 입사되도록 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 광 경로 제어 패턴부(200)와 상기 흡광 패턴부(300)는 도 4에 도시한 바와 같이, 입광 측 패턴의 폭에 비해 출광 측 패턴의 폭이 상대적으로 더 작게 형성되면서, 종단면이 포물형 형태를 갖는 것을 도시한 것이다. 그리고, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)와 흡광 패턴부(300)의 출광 측 표면이 플랫(Flat)하게 형성된 것을 나타낸 것이다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로 상기 광 경로 제어 패턴부(200)와 상기 흡광 패턴부(300)는 도 5에 도시한 바와 같이, 입광 측 패턴의 폭에 비해 출광 측 패턴의 폭이 상대적으로 더 작게 형성되면서, 종단면이 포물형 형태는 가지고, 상기 흡광 패턴부(300)의 출광 측 표면에 비해 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 출광 측 표면이 더 돌출되게 형성된 것을 나타낸 것이다.

여기에서, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 출광 측 표면의 돌출 높이는 상기 흡광 패턴부(300)의 출광 측 표면으로부터 0.1~3㎛ 정도 더 돌출된 것을 특징으로 하며, 이는 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 패턴이 포물형인 경우에는 패턴의 중심부의 돌출 높이를 의미한다.

이와 같이 본 발명에 따른 광 경로 제어 패턴부(200)와 흡광 패턴부(300)는 발광부 및 수광부를 포함하는 광 센서의 구조, 정보광의 종류, 입사하는 정보광의 각도 등에 따라서 다양한 형태로 실시할 수 있으며, 이러한 다양한 실시예는 수광부 측으로 정확한 정보를 갖는 정보광의 손실이 없이 효율적인 입사가 이루어지도록 하기 위한 것이다.

상기 포물형 형태를 갖는 광 경로 제어 패턴부(200)의 경우 또는 상기 광 경로 제어 패턴부(200)의 출광 측 표면이 돌출된 패턴의 경우, 전반사가 실현될 수 있는 입사광의 범위가 보다 넓어지게 되며, 출광 측에서 흡광 패턴부(300)의 면적이 넓어지게 되므로 내부 구조물 등의 차폐성이 증가하게 된다.

이와 같이 본 발명은 광 경로 제어 패턴부(200)를 이루는 패턴 사이에 흡광 패턴부를 이루는 패턴이 형성되도록 하여, 상기 광 경로 제어 패턴부(200)와 상기 흡광 패턴부의 굴절률 차이를 통해 정보광의 수광부로의 입사 경로를 효율적으로 제어하고, 그 외의 잡광은 상기 흡광 패턴부에서 차단될 수 있도록 하여, 대상물에 대한 보다 정확한 정보를 갖는 정보광을 수광부에 입사시킬 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 광학 필름은 광 경로 제어 패턴부(200)와 그 사이에 흡광 패턴부가 구비되어, 전체적으로 평탄한 형태의 광학 필름을 제공할 수 있어, 기존의 광학 패턴의 외부로 노출된 형상에 비해 조립 및 가공 공정시 불량 발생을 최소화시킬 수 있고, 핸들링이 용이한 장점이 있다.

또한, 본 발명을 이루는 상기 광 경로 제어 패턴부(200) 및 상기 흡광 패턴부(300)의 패턴은 상술한 바와 같이 서로 교대로 규칙적인 정형을 이루거나, 사용 목적에 따라 랜덤(Random)하게 배치된 셀(Cell) 또는 선형 구조를 이룰 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이 광학 필름의 평면 형상은 다양한 형상의 이차원 배열 구조를 나타낼 수 있으며, 서로 다른 열에 있는 패턴들은 랜덤하게 배열되거나, 패턴의 스펙(예컨대, 폭, 피치 등)을 다양하게 형성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광 경로 제어 패턴부 및 흡광 패턴부의 스펙과 상기 스펙에 따른 투과율 및 차폐각에 대한 데이터를 나타낸 것(도 7(a))으로, 패턴 피치(pitch) 별 투과율(도 7(b))과 AR(Aspect ratio) 별 차폐각도(도 7(c))를 나타낸 것이다.

제품의 구조 및 사양 등에 따라 광 경로 제어 패턴부 및 흡광 패턴부의 스펙, 예컨대 피치, 높이, 폭, 굴절률 등을 적절하게 설계하여 정보광의 수광부로의 입사 경로를 효율적으로 제어하고, 그 외의 잡광은 상기 흡광 패턴부에서 차단될 수 있도록 하여, 대상물에 대한 보다 정확한 정보를 갖는 정보광을 수광부에 입사시키도록 한다.

한편, 도 8은 본 발명에 따른 광학 필름을 제조하기 위한 일실시예에 따른 제조방법을 나타낸 것으로써, 패터닝 공정에 의해 기재 필름 상에 제1레진으로 이루어진 베이스 패턴을 형성하는 제1단계와, 상기 베이스 패턴이 형성된 베이스 필름 상에 제1레진을 도포하고, 베이스 필름을 적층 한 후 임프린팅 공정을 수행하여, 상기 베이스 필름에 제1레진으로 이루어지며 제1굴절률을 갖는 광 경로 제어 패턴부를 형성하는 제2단계와, 상기 광 경로 제어 패턴부를 이루는 패턴의 골 부분에 제2레진을 충진하여, 상기 베이스 필름 상에 광 경로 제어 패턴부와 함께 상기 제1굴절률보다 상대적으로 작은 제2굴절률을 갖는 흡광 패턴부를 형성하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 필름의 제조방법은 먼저 패터닝 공정에 의해 기재 필름 상에 제1레진으로 이루어진 베이스 패턴을 형성한다.

상기 기재 필름은 패터닝 공정에 사용되는 포토레지스트의 종류에 따라 투명 또는 불투명한 재질로, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴, 폴리스타이렌, 폴리메틸메타아크릴레이트 중 어느 하나를 사용한다.

이러한 기재 필름 상에 포토레지스트를 코팅 후 상기 기재 필름의 일측에 포토 마스크를 컨택하여 노광 및 현상 과정에 따른 패터닝 공정을 수행하여, 상기 기재 필름 상에 베이스 패턴을 형성한다.

상기 베이스 패턴은 본 발명에 따른 광 경로 제어 패턴부를 이루는 패턴의 역상을 이루는 것으로, 상기 광 경로 제어 패턴부의 설계값에 대응하여 형성한다.

그리고, 상기 베이스 패턴이 형성된 기재 필름 상에 제1레진을 도포하고, 베이스 필름을 적층한 후 임프린팅 공정(롤 가압 -> 경화)을 수행하고, 상기 베이스 패턴이 형성된 기재 필름을 이형시켜 상기 베이스 필름에 상기 제1레진으로 이루어지며 제1굴절률을 갖는 광 경로 제어 패턴부를 형성한다.

상기 광 경로 제어 패턴부를 이루는 패턴의 골 부분에 제2레진을 충진하여, 상기 베이스 필름 상에 광 경로 제어 패턴부와 함께 상기 제1굴절률보다 상대적으로 작은 제2굴절률을 갖는 흡광 패턴부를 형성한다.

여기에서, 상기 광 경로 제어 패턴부는 상기 베이스 필름의 특정 영역 상에 형상이 다른 둘 이상의 패턴이 복합적으로 구현되도록 할 수 있다.

이는 서로 다른 베이스 패턴이 형성된 몰드를 이용하여, 복합 베이스 패턴이 구현된 마스터 몰드를 제작한 후, 상기의 제2단계의 임프린팅 공정 및 상기의 제3단계의 충진 공정을 통해, 상기 베이스 필름 상의 서로 다른 영역에 복합 패턴으로 이루어진 광 경로 제어 패턴부를 형성하고, 특정 영역의 광 경로 제어 패턴부의 골 부분에는 흡광 패턴부가 구현되도록 할 수 있다.

한편, 상기 제1레진과 제2레진은 임프린팅 공정 후 열 또는 빛에 의해 경화가 이루어지는 소재로, 예컨대 방사선 경화형 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이트 또는 굴절율을 조절한 치환제 등을 사용할 수 있고, SU-6, SU-7 등 또는 fluorine(불소) 계열의 아크릴 수지 또는 불소관능기가 포함된 수지, 방향족 관능기가 있는 아크릴 수지 등을 사용할 수 있으며, 여기에서 제1레진과 제2레진은 서로 다른 종류의 레진을 사용하여 굴절률 차이를 둘 수 있다.

즉, 상기 제1레진은 경화 후 보다 높은 굴절률을 갖는 고굴절레진을 사용하고, 상기 제2레진은 경화 후 보다 낮은 굴절률을 갖도록 저굴절레진을 선택하며, 고굴절레진이 아니더라도 고굴절입자를 포함시켜 고굴절레진을 구현할 수 있다.

예컨대 고굴절레진은 방향족 관능기가 있는 아크릴 수지에 고굴절입자를 분산시켜 형성하거나, 저굴절레진은 fluorine(불소) 계열의 아크릴 수지 또는 불소관능기가 포함된 수지 등이 이에 해당될 수 있다. 물론 저굴절레진에 고굴절입자를 포함시키면 고굴절레진이 될 수 있다.

상기 고굴절입자는 무기 나노입자 예컨대, 산화티타늄, 산화주석, 지르코니아, 산화아연, 산화마그네슘, 바륨티타네이트, 알루미나 및 실리카 중 하나 이상 포함된 재료를 사용할 수 있다.

상기 무기 나노입자는 지름이 1~50nm로, 레진에서의 분산성을 향상시키기 위해 무기 나노입자의 표면을 개질하여 첨가할 수 있다. 상기 무기 나노입자의 표면 개질은 공지된 방법에 의해 이루어지며, 예컨대 나노입자 표면을 고분자로 코팅하거나 분산제, 계면활성제 등을 첨가할 수 있다.

본 발명에 따른 제조방법은 상기 베이스 패턴이 형성된 기재 필름을 마스터 몰드로 하여, 유연한 베이스 필름을 적용하는 경우 롤투롤 임프린팅 공정에 의해 구현할 수 있으며, 대량 생산이 가능하여 생산 단가를 줄일 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 경로 제어 필름의 제조방법에 관한 것으로서, 마스터 몰드를 이용한 광 경로 제어 필름을 제조하는 것에 관한 것이다. 특히, 광 경로 제어패턴부에 미세 패턴을 구현하여 표면 반사를 줄여 유입광의 투과 성능을 향상시키고자 하는 것이다.

우선 패터닝 공정시 추가패턴층을 삽입 즉, 제1기재 필름 상에 포토레지스트를 코팅 후, 추가패턴층을 형성할 수도 있다. 그 후 상기 제1기재 필름의 일측에 포토 마스크를 컨택하여 노광 및 현상 공정에 따른 패터닝 공정을 수행하여, 제1기재 필름 상에 제1베이스 패턴을 형성한다.

여기에서 상기 추가패턴층은 상기 포토레지스트에 대해 이형성을 가지면서 포토레지스트 표면에 추가 패턴을 형성할 수 있는 투명재료로 형성되어, 상기 포토레지스트 표면에 추가 패턴을 형성하게 된다.

도 9a는 상기 추가패턴층에 의해 상기 포토레지스트 표면에 미세한 형상의 추가 패턴이 형성된 것을 도시한 것으로서, 상기 제1기재 필름 상에 형성된 제1베이스 패턴 상측(마루 부분)에 상기 추가패턴층에 의해 복제된 추가 패턴이 형성되게 된다.

그리고, 마스터 몰드 제작단계로, 제1베이스 패턴이 형성된 제1기재 필름 상에 임프린팅 레진을 도포하고, 제2기재 필름을 적층 후 임프린팅 공정을 수행하고, 제1베이스 패턴이 형성된 제1기재 필름을 이형함으로써, 제2기재 필름 상에 제2베이스 패턴이 형성되게 된다. 이를 마스터 몰드로 사용하며, 상기 제2기재 필름이 플렉시블한 재질인 경우, 롤투롤 공정에 의해 후속 공정에 따른 광 경로 제어 패턴부를 연속적으로 대량으로 제작할 수 있다.

여기에서 마스터 몰드로 사용하는 상기 제2베이스 패턴은 본 발명에 따른 광 경로 제어 패턴부의 역상으로, 상기 제1베이스 패턴의 마루 부분에 추가 패턴이 형성되었으므로, 상기 제2베이스 패턴의 골 부분에 추가 패턴이 형성되게 된다.

그리고, 도 9b에 도시한 바와 같이, 상기 제2베이스 패턴이 형성된 제2기재 필름 상에 제1레진을 도포하고, 베이스 필름을 적층한 후 임프린팅 공정을 수행하고, 제2베이스 패턴이 형성된 제2기재 필름을 이형함으로써, 베이스 필름 상에 광 경로 제어 패턴부를 형성한다.

즉, 제2베이스 패턴이 형성된 제2기재 필름을 마스터 몰드로 하여 베이스 필름 상에 광 경로 제어 패턴부를 형성하게 된다.

여기에서, 상기 제2베이스 패턴의 골 부분에 형성된 추가 패턴에 의해 상기 광 경로 제어 패턴부의 마루 부분에 추가 패턴이 구현되게 된다. 이는 상술한 바와 같이, 표면반사를 줄여 유입광의 투과 성능을 향상시키게 된다.

이러한 추가 패턴은 규칙적 또는 랜덤하게 형성될 수 있으며, 본 발명의 일실시예에 따르면 모쓰 아이(moth eye)와 같은 미세 추가 패턴으로 형성될 수도 있다.

그리고, 상술한 바와 동일하게 광 경로 제어 패턴부의 골 부분에 제2레진을 충진하여 흡광 패턴부를 형성하게 된다.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 제조방법의 각 단계별 이미지를 나타낸 것으로, 도 10(a)는 상기 제1단계의 패터닝 공정에 의해 기재 필름 상에 형성되는 베이스 패턴을 도시한 것이고, 도 10(b)는 제2단계의 임프린팅 공정에 의해 베이스 필름 상에 형성되는 광 경로 제어 패턴부를 도시한 것이고, 도 10(c)는 제3단계의 상기 광 경로 제어 패턴부의 골 부분에 제2레진을 충진하여 흡광 패턴부를 구현한 것을 도시한 것이다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 광학 필름에 있어서, 흡광 패턴부 형성을 위한 레진(제2레진) 충진 전(a) 및 후(b)의 이미지를 나타낸 것으로서, 2차원 배열 구조를 갖도록 제작하였다.

이와 같이 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 광 경로 제어를 위한 광학 필름은 광 경로 제어 패턴부와 흡광 패턴부의 굴절률 차이를 통해 정보광의 수광부로의 입사 경로를 효율적으로 제어하고, 그 외의 잡광은 상기 흡광 패턴부에서 차단될 수 있도록 하여, 대상물에 대한 보다 정확한 정보를 갖는 정보광을 수광부에 입사시킬 수 있도록 한다.

20 : 수광부
100 : 베이스 필름
200 : 광 경로 제어 패턴부
300 : 흡광 패턴부

Claims (38)

1. 광 센서의 수광부보다 더 넓은 폭으로 상기 수광부와 마주하면서 투과시키는 광의 광 경로를 제어하여 상기 수광부 측으로 상기 광을 입사시키는 광학 필름에 있어서,
   베이스 필름;
   상기 베이스 필름 상에 형성되며, 제1굴절률을 가지는 광 경로 제어 패턴부; 및
   상기 베이스 필름 상에 형성되며, 상기 제1굴절률보다는 상대적으로 작은 제2굴절률을 가지는 흡광 패턴부;를 포함하고,
   상기 광학 필름은,
   상기 수광부로부터 상기 광 경로 제어 패턴부의 폭 방향을 따라 볼 때,
   상기 광 경로 제어 패턴부의 상기 제1굴절률이 상기 수광부에서 멀어질수록 더 높고,
   상기 광 경로 제어 패턴부와 상기 흡광 패턴부의 굴절률 차이를 사용하여 상기 광 경로 제어 패턴부의 상기 폭을 따라 상기 광 경로 제어 패턴부를 통해 대상물의 정보를 반영하는 상기 광을 출사시키는 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광 경로 제어 패턴부와 상기 흡광 패턴부를 이루는 패턴은,
   서로 교대로 형성된 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
3. 제 1항에 있어서, 상기 광 경로 제어 패턴부는,
   입광 측 패턴의 폭에 비해 출광 측 패턴의 폭이 상대적으로 더 작은 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
4. 제 3항에 있어서, 상기 광 경로 제어 패턴부의 패턴 측벽의 기울기는 상기 광학 필름의 수직 방향에 대해 1°~ 30°를 이루는 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
5. 제 3항에 있어서, 상기 흡광 패턴부 간의 피치(pitch)는,
   10~100㎛인 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
6. 제 3항에 있어서, 상기 흡광 패턴부의 폭은,
   2~10㎛인 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
7. 제 3항에 있어서, 상기 광 경로 제어 패턴부의 높이는,
   10~100㎛인 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
8. 제 3항에 있어서, 상기 광 경로 제어 패턴부의 패턴은,
   종단면이 다각형 또는 포물형을 이루는 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
9. 제 8항에 있어서, 상기 광 경로 제어 패턴부와 흡광 패턴부는,
   출광 측 표면이 플랫(flat)하게 형성된 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
10. 제 8항에 있어서, 상기 광 경로 제어 패턴부와 흡광 패턴부는,
    상기 흡광 패턴부의 출광 측 표면에 비해 상기 광 경로 제어 패턴부의 출광 측 표면이 더 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
11. 제 10항에 있어서, 상기 광 경로 제어 패턴부의 출광 측 표면의 돌출 높이는,
    상기 흡광 패턴부의 출광 측 표면으로부터 0.1~3㎛인 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
12. 제 1항에 있어서, 상기 광 경로 제어 패턴부의 마루 부분에 추가 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
13. 제 1항에 있어서, 상기 제1굴절률과 제2굴절률과의 차이는,
    0.01~0.2인 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
14. 제 1항에 있어서, 상기 광 경로 제어 패턴부와 상기 흡광 패턴부를 이루는 패턴은,
    정형 또는 랜덤(Random)하게 배치된 셀(Cell) 또는 선형 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
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17. 제 1항에 있어서, 상기 광학 필름은,
    상기 광 경로 제어 패턴부의 패턴 측벽의 기울기가 상기 수광부에서 멀어질수록 더 낮은 기울기 값을 갖는 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
18. 제 17항에 있어서, 상기 광 경로 제어 패턴부의 패턴 측벽의 기울기는,
    각 개별 패턴의 상기 수광부 측에 가까운 측벽의 기울기 보다 상기 수광부 측에 먼 측벽의 기울기가 더 낮은 값을 갖는 것을 특징으로 하는 광 경로 제어를 위한 광학 필름.
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