KR20010076359A - 광학적 기능성 시트 및 이를 이용한 면 형상 광원 및 화상표시 장치 - Google Patents

광학적 기능성 시트 및 이를 이용한 면 형상 광원 및 화상표시 장치 Download PDF

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KR20010076359A
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Abstract

마이크로 렌즈와 기능막(반사막 또는 차광막/광 확산층)을 구비한 광 투과성 시트로서, 패터닝된 광 투과성 도전막 상에 상기한 기능막을 형성한다. 이에 의해, 마이크로 렌즈를 이용한 자체 정렬 노광이 가능해져 광 이용 효율이 우수하고, 그리고 입사광에 대한 지향성 및 시야각 특성이 양호한 광학적 기능성 시트를 실현할 수 있다.

Description

광학적 기능성 시트 및 이를 이용한 면 형상 광원 및 화상 표시 장치{OPTICAL FUNCTIONAL SHEET, FACE-PROFILED LIGHT SOURCE USING THE SHEET AND IMAGE DISPLAY APPARATUS USING THE SHEET}
본 발명은 광선의 지향성을 향상시키는 기능을 가진 광학적 시트, 즉 마이크로 렌즈 어레이와 반사막 또는 차광막으로 이루어지는 광학적 기능성 시트이며, 또한 그를 이용한 면 형상 광원 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 액정 표시 패널에 대표되는 화상 표시 장치는 퍼스널 컴퓨터나 워크 스테이션 등의 표시 수단으로서, 널리 일반적으로 사용되게 되었다. 그리고, 이러한 표시 장치를 이용하여 표시되는 화상의 품질로서, 고휘도로 표시 콘트라스트가 높고, 또는 시야각이 넓다고 하는 특성이 요구되고 있다.
상기한 화상 품질을 실현하기 위해, 일본 특허 공개 평6-95099호 공보에는 액정 표시 패널과 배면 광원 사이에 광 확산판을 장착하는 것이 개시되어 있다.또한, 마이크로 렌즈 어레이와 차광층을 갖는 시트를 액정 화상 표시면에 장착함으로써 시야각을 확대하는 방법이 개시되어 있다.
또, 일본 특허 공개 평10-39769호 공보에는 배면 투여형 프로젝션 장치의 스크린으로서, 마이크로 렌즈와 차광막의 배열 패턴을 일치시킨 스크린이 개시되어 있다.
상기한 고시야각 시트를 액정 표시 장치에 이용하는 경우, 광원의 특성으로서 지향성이 높으며, 콜리메이트 광선(평행 광선)에 가까운 광원이 요구된다. 이 이유는 가령 평행 광선이 아닌 경우, 마이크로 렌즈에 의해 광선이 충분히 집광되지 않아 차광해야 할 영역에도 조사된다. 그리고, 이것이 광 손실이 되어 화상 표시 장치의 휘도를 저하시켜 버린다.
상기의 용도에 이용되고 있는 일반적인 면 형상 광원(배면 광)은 광 출사면의 휘도의 균일성을 확보하기 위해, 무질서하게 광속을 확산하는 다양한 확산판을 이용하고 있으며, 이 출사면으로부터 출사되는 광속은 지향성을 가지고 있지 않다.
또한, 지향성을 갖는 광원으로서는 광속의 진행 방향에 따라서 연장되는 차광벽을 다수 늘어 놓은, 소위 루버 시트가 알려져 있다. 루버 시트에 따르면, 예를 들어 출사면에 있어서 120도 이상의 넓이를 갖는 출사광인 것을, 요구하는 방향 이외로 진행하는 광속을 차광벽에 의해 차단함으로써 임의의 지향성을 갖는 면 형상 광원을 얻을 수 있다. 그러나 이 시트는 광이용 효율이 낮아 본 발명의 목적으로 하는 화상 표시 장치에는 적합하지 않다.
이 이외의 방법으로서, 도광판면 상에 미소한 삼각 프리즘을 다수 배열한 프리즘 시트를 배치하는 방법이 개시되어 있다. 이는 광속의 출사 방향을 어느 정도 규제함으로써 달성되어 있다. 이 프리즘 시트에 따르면, ±30도 정도의 지향성을 얻을 수 있으나, 본 발명의 목적으로 하는 화상 표시 장치의 요구를 만족시키는 것은 아니다.
상기의 문제점을 해소하여 광 지향성 및 광이용 효율이 높으며, 게다가 박형으로서, 균일한 면 형상 광원을 얻을 수 있는 광선 지향화 시트 및 그를 이용한 지향성 면 형상 광원으로서, 일본 특허 공개 평9-1675133호 및 일본 특허 공개 평10-241434호 공보가 개시되어 있다.
이 방식은 한쪽 면은 단위 렌즈가 배열된 마이크로 렌즈군이고, 다른 한쪽의 면에 광선 차광막(반사막)이 형성된 시트로서, 적어도 상기 광선 차단막의 마이크로 렌즈군 측으로부터 입사하는 광선의 촛점 부근이 개구하고 있는 것을 특징으로 하는 광선 지향성 시트이다. 이 광선 지향성 시트의 광선 차단막이 형성되어 있는 면을 광원측, 마이크로 렌즈면을 관찰면 측(액정 표시 소자측)에 배치함으로써, 마이크로 렌즈의 작용에 의해 지향성을 갖게 한 면 형상 광원을 얻을 수 있다.
상기한 마이크로 렌즈를 이용한 광선 지향성 시트를 장착한 면 형상 광원과, 마찬가지로 마이크로 렌즈를 이용한 시야각 확대 시트를 이용함으로써, 고휘도로 시야가 넓은 화상 표시 장치를 실현시키는 것이 가능하다.
그러나, 어떠한 시트에 있어서도 현실에 제조하는 경우에는 해결해야만 하는 많은 과제를 안고 있다.
우선 첫째, 시야각 확대 시트의 제조에 있어서 큰 제약 사항이 존재한다. 즉, 마이크로 렌즈 어레이와 이 마이크로 렌즈 어레이의 표면에서 반사하는 외광의 재귀(再歸) 반사를 억제하기 위한 차광층(블랙 매트릭스)을 조합하는 경우, 마이크로 렌즈와 차광층의 배치 패턴이 정확한 위치 관계에 있는 것이 필수적인 조건으로서, 약간의 위치 어긋남이 그 기능을 반감시켜 버리게 된다.
차광층을 형성하는 일반적인 방법은 얇은 금속막으로 형성하는 방법, 카본 블랙 등의 안료를 분산, 혹은 흑색 염료 등의 염료를 용해시킨 감광성 수지막을 기판상에 형성하여 포토리소그래피법으로 패턴화하는 방법 등이 알려져 있다.
그러나, 차광층과 마이크로 렌즈를 각각 완전히 독립된 개개의 공정으로 형성하고, 후에 양자를 조합하는 경우에는 양자를 수 ㎛ 이내에서 정확하게 정렬하는 것이 곤란하다고 하는 것은 과언이 아니다. 특히 마이크로 렌즈의 크기가 수십 ㎛가 되는 미소 사이즈인 경우, 그들의 정확한 정렬이 매우 곤란하다.
한편, 시야각 확대 시트에 관한 이 문제점의 해결책으로서, 일본 특허 공개 평10-246804호 공보에 블랙 매트릭스의 패턴에 대응한 광학 요소(예를 들어 마이크로 렌즈 어레이)를 거쳐서 에너지선을 조사함으로써 감광층을 감광시켜, 원하는 패턴을 갖는 블랙 매트릭스를 형성하는 것이 개시되어 있다.
이 방법은 마이크로 렌즈와 차광층의 광투과 부분이 자체 정렬에 의해 형성되므로, 각각의 패턴 위치를 정확하게 대응시키는 것이 용이한 이점을 갖지만, 그 실현에 있어서는 하기의 문제점을 갖는다.
즉, 상기의 방법에 있어서 작업 공정의 관점에서 일반적으로는 에너지선이조사된 부분이 감광하여 용제(溶劑)에 가용(可溶)이 되는 포지티브형 레지스트가 사용된다. 그러나 차광막을 이 방법으로 동시에 형성하기 위해서는 상기 레지스트 중에 카본 블랙이나 흑색 염료, 안료 등을 포함하는 불투명한 재료의 사용이 전제가 된다. 이로 인해 에너지선, 특히 패턴 형성용으로 이용하는 광선의 투과율이 저하하여 소정의 패턴을 얻기 어렵다.
따라서, 광투과율이 낮은 것을 커버하기 위해 에너지선의 조사에 장시간을 소비하든지, 또는 레지스트막 두께를 얇게 해서는 안된다고 하는 문제점이 발생한다. 그로 인해, 노광 작업에 시간이 걸리며, 또한 광학 농도가 높은(차광성이 높음) 차광막을 얻기 어렵다.
이 이외의 방법으로서는 네가티브형의 레지스트를 이용하여 차광층이 되는 층을 형성한 후, 포토리소그래피법으로 차광층을 패터닝 형성하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법은 작업 공정이 더욱 복잡해진다고 하는 문제점이 있어 현실적이지는 않다.
한편, 마이크로 렌즈를 이용한 광선 지향성 시트에 관해서도 상기한 경우와 같은 문제점이 있다. 즉, 기능을 충분히 발휘시키기 위해서는 마이크로 렌즈와 차광층의 배치 패턴이 정확한 위치 관계가 필요하다. 이 이유는 위치의 어긋남이 출사 광선의 평행도(콜리메이트성)를 저하시키고, 그 결과 면 형상 광원의 출사 효율이 저하한다고 하는 문제점이 발생하기 때문이다.
상기 광선 지향성 시트의 차광막으로서, 금속막이나 산화 티탄 등의 반사막이 제안되어 있으며, 그 제조 방법은 시야각 확대 시트의 경우와 마찬가지로 렌즈를 이용한 자체 정렬 방식이 제안되어 있다.
즉, 마이크로 렌즈군의 반대면에 네가티브형 포토 레지스트를 도포하고, 렌즈 형성면 측으로부터 평행 자외광을 조사하여 레지스트를 노광하여 현상한다. 이에 의해 렌즈 촛점에 상당하는 부분에 띠 형상 패턴을 형성한다.
다음에 이 위에 차광막이 되는 막을 형성한다. 구체적으로는 아크릴 수지에 산화 티탄을 분산시킨 도료를 도포하는, 혹은 알루미늄 등의 금속막을 증착하는, 혹은 아크릴 수지에 카본 블랙을 분산시킨 도료를 도포한다. 계속해서 레지스트의 띠 형상 패턴이 형성되어 있는 부분(돌출 부분)의 일부를 제거한다. 또한 레지스트박리액에 의해 띠 형상 패턴을 완전히 제거한다.
상기한 방법은 리프트오프법이라 불리우는 것으로, 마이크로 렌즈의 촛점 부근이 개구한 광선 지향성 시트를 얻을 수 있으나, 공정수가 많고, 또한 다음에 서술하는 문제점을 안고 있다.
즉, 리프트오프 특유의 문제인 레지스트의 막 두께를 두텁게 할 필요가 있으며, 포토리소그래피법 공정에서 고정밀도의 패턴이 얻기 어렵다. 또한 차광막을 형성하는 공정에서 레지스트에 대해 과대한 부하가 걸려 레지스트의 완전한 박리가 어렵다고 하는 등이다.
상기한 과제를 해결하여, 광학적인 특성이 우수한 기능성 시트, 즉 광선 지향성 시트 및 시야각 확대 시트를 얻기 위해, 본 발명에서는 패터닝된 광 투과성 도전막을 이용하여 그 위에 차광막 혹은 반사막을 형성하는 수법을 이용한다.
즉 본 발명에서는, 마이크로 렌즈를 형성한 광 투과성 부재의 다른쪽 면에광 투과성 도전막을 형성한다. 다음에 이 광 투과성 도전막 위에 포지티브형의 포토 레지스트막을 형성한 후, 마이크로 렌즈가 형성된 면으로부터 노광을 행하는, 소위 자체 정렬 노광을 실시하여, 렌즈 집광 부분의 레지스트를 현상에 의해 제거함으로써, 광 투과성 도전막에 개구 영역(광투과 부분)을 형성한다. 그런 후, 개구 영역의 광 투과성 도전막을 에칭법을 이용하여 제거한다. 마지막으로 광 투과성 도전막을 전극으로서 이 광 투과성 도전막 상에 전착 도장법, 도금법, 혹은 전해법, 일렉트로 포밍법 등을 이용하여 차광막을 형성한다.
상기한 광 투과성 도전막을 거쳐서 포토 레지스트막을 마이크로 렌즈를 형성한 면으로부터 조사한 광에 의해 패터닝을 행하는, 즉 자체 정렬 노광의 수단에 의해 패터닝을 고정밀도로 또한 용이하게 행할 수 있다. 또한, 차광막의 형성은 광 투과성막을 전극으로서 전착법 등의 전기적 수단을 이용하므로, 광 투과성이 낮은 착색된 막, 예를 들어 흑색 차광막, 백색 확산 반사막, 금속막 등을 소정의 영역에 정밀도 좋게, 또한 필요에 따라서 두텁게 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 마이크로 렌즈와 확산성 백색 반사막 혹은 차광층을 구비한 광학적 기능성 시트, 또는 이들을 이용한 지향성 면 형상 광원, 액정 표시 장치를 생산성 좋게 제조할 수 있다.
도1은 제1 실시예인 광학적 기능성 시트(광 지향성 특성)의 구조 및 그 제조 공정을 나타내는 설명도.
도2는 제2 실시예인 광학적 기능성 시트(광 지향성 특성)의 구조 및 그 제조 공정을 나타내는 설명도.
도3은 제3 실시예인 광학적 기능성 시트(광 지향성 특성)의 구조 및 그 제조 공정을 나타내는 설명도.
도4는 제4 실시예인 광학적 기능성 시트(광 지향성 특성)의 구조 및 그 제조 공정을 나타내는 설명도.
도5는 제5 실시예인 광학적 기능성 시트(시야각 확대 특성)의 구조 및 그 제조 공정을 나타내는 설명도.
도6은 제6 실시예인 광학적 기능성 시트(시야각 확대 특성)의 구조 및 그 제조 공정을 나타내는 설명도.
도7은 제7 실시예인 광학적 기능성 시트(시야각 확대 특성)의 구조 및 그 제조 공정을 나타내는 설명도.
도8은 제8 실시예인 광학적 기능성 시트(시야각 확대 특성)의 구조 및 그 제조 공정을 나타내는 설명도.
도9는 광학적 기능성 시트를 이용한 면 형상 광원의 실시예를 나타내는 설명도.
도10은 광학적 기능성 시트를 이용한 시야각 확대 특성의 실시예를 나타내는 설명도.
도11은 액정 표시 장치의 실시예를 나타내는 설명도.
도12는 액정 표시 장치의 다른 실시예를 나타내는 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 1a, 1b, 1c : 광 투과성 시트
2 : 마이크로 렌즈
3 : 광 투과성 도전막
4 : 배면 광 유닛
6 : 반사막
7 : 차광막
8 : 광 확산층
9 : 음극선관
10 : 도광판
12, 18 : 광학적 기능성 시트
13, 13a, 16, 17 : 광
15 : 개구부
19 : 화상광
20 : 발산 화상광
21 : 액정 표시 패널
24 : 광원
25 : 미러
26 : 스크린
28 : 평행 광선
이하, 본 발명인 광학적 기능성 시트의 실시예 및 그를 이용한 면 형상 광원 및 액정 표시 장치[이하, LCD(Liquid Crystal Display)라 칭함]에 적용한 경우를 예로 들어, 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.
또한, 이하에서 서술하는 실시예의 광학적 기능성 시트는 두께가 약 0.01 내지 5㎜인 각종 플라스틱 필름 및 그 시트 및 그 기판, 유리 시트 및 그 기판, 유기물 및 무기물의 복합 시트를 가리킨다.
도1에, 본 발명의 제1 실시예인 광학적 기능성 시트의 구성과 그 제조 공정을 도시한다.
(1) 마이크로 렌즈의 형성
마이크로 렌즈 형상을 가진 두께 약 300㎛의 Ni제 스탬퍼(도시하지 않음)의 렌즈 홈과 광 투과성 시트(1a) 사이에 자외선 경화 수지를 충전하여, 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 마이크로 렌즈(2)를 형성한다.
광 투과성 시트(1a)의 재료로서는, 적어도 가시광을 투과하는 물질이면 특별히 한정되는 것은 아니며, 유리 및 각종 플라스틱 재료 등을 예로 들 수 있지만, 가공성 등의 점에서 플라스틱 재료가 바람직하게 사용된다.
구체적인 플라스틱 재료로서는 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리스틸렌 수지, TAC(트리아세틸셀룰로우스), PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), PEN(폴리에틸렌나프탈레이트) 및 이들의 혼합물 등이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 마이크로 렌즈(2)를 성형하는 방법으로서, 금형, 스탬퍼를 이용하여 형상을 전사하는 제조 방법, 포토리소그래피법 및 그를 적용한 제조 방법 등을 들 수 있지만, 생산성 등의 관점에서 상기한 금형 혹은 스탬퍼에 의한 제조 방법이 가장 바람직하다.
구체적으로는, 마이크로 렌즈 형성용 재료로서는 상기한 광학적 기능성 시트(1a)를 이용하여 열프레스법, 압출 성형법, 롤 성형법, 진공 성형법 등에 의해 직접 렌즈를 형성하는 방법, 즉 마이크로 렌즈(2)와 광학적 기능성 시트(1a)가 일체가 되는 방법, 광학적 기능성 부재(1a) 상에 자외선 경화형 수지, 열경화형 수지, 열가소성 수지 등을 적절히 선택하여 형성하고, 금형, 스탬퍼를 이용하여 형상을 전사하는 방법이 있다. 후자의 방법은 단시간 동안에 경화가 가능하고, 설비면에서도 간편한 아크릴계 자외선 경화형 수지를 이용하는 방법이 바람직하다.
(2) 광 투과성 도전막의 형성
다음에, 상기한 마이크로 렌즈(2)가 형성된 광 투과성 시트(1a)의 반대측인 면에 광 투과성 도전막(3)을 형성한다. 광 투과성 도전막은 ITO(인듐 주석 옥사이드), 산화 주석, 네사(SnO2), 네사트론(In2O3) 등을 이용하는 것이 가능하지만, 이 중 ITO가 가장 적절하며, 그 ITO막은 잘 알려진 스퍼터링법이나 진공 증착법을 이용하여 형성할 수 있다.
이 때, 광 투과성 시트(1a)와의 밀착성을 향상시키기 위해, 실리카 박막을 코팅한 후, 그 위에 ITO 등의 광 투과성 도전막을 형성하는 것이 바람직하다.
(3) 광 투과성 도전막의 패터닝
상기한 광 투과성 도전막 상에 포토레지스트(27)를 도포한다. 포토레지스트의 재료로서, 광을 조사한 영역이 레지스트 박리액에 용해하는 레지스트 즉 포지티브형 레지스트를 이용했다. 다음에, 마이크로 렌즈의 2측으로부터 자외(UV) 평행광선(28)을 조사하여 포토레지스트막(27)을 마이크로 렌즈(2)에 의해 평행 광선이 집광된 영역, 즉 마이크로 렌즈(2)의 중심축 근방의 영역만을 노광한다. 이것을 자체 정렬 노광이라 칭한다. 그 후, 광 투과성 시트(1a)를 현상액에 침지하여 포토레지스트막(27)을 현상한다. 이에 의해 마이크로 렌즈의 중심축 근방의 레지스트막(27)이 제거된 레지스트 패턴(27a)을 얻을 수 있다. 필요에 따라서 후 베이킹을 행한다.
다음에 광 투과성 도전막(3)을 에칭한다. 에칭 방법으로서는 건식 에칭법이나 습식 에칭법이 잘 알려져 있지만, 생산성의 관점에서 습식 에칭법을 이용하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 있어서는 에칭액 역시 HBr 수용액, 혹은 FeCl3(1N), 염산(1N), 질산(1N), 질산 셀륨(0.1N)의 혼합 수용액을 이용하여 광 투과성 도전막(3)의 에칭을 행하여 소정의 패턴을 갖는 광 투과성 도전막(3)을 형성했다. 그 후, 강알칼리 박리제 혹은 유기 용매 등을 이용하여 불필요한 레지스트막(27)을 제거했다. 또한, 박리 방법으로서 산소 플라즈마법을 이용해도 좋다.
(4) 반사막의 형성
다음에, 상기한 패턴화된 광 투과성 도전막(3)을 전극으로서, 전기적 수법을 이용하여 반사막(6)을 형성한다.
구체적으로는, 전착 폴리머와 안료를 분산시켜 광 투과성 도전막의 전극을 이용하여 전착 도장을 행하는 전착법(영동 전착이라고도 함)이 있다. 전착 도장에는 음이온 전착과 양이온 전착이 있지만, 음이온 전착에서는 피도장물을 애노이드 분극하므로, 전극 재료의 산화 용출을 초래하여 부식이나 도포막의 변색, 폭식 피막의 파괴 등을 야기하는 경우가 있으며, 일반적으로는 양이온 전착이 바람직하다.
전착 처리는 광 투과성 도전막(3)을 음극으로 하여, 수용성 양이온계 전착 도료를 이용하여 행한다. 전착용 바인더 재료로서는 에폭시우레탄, 에폭시에스테르, 아크릴우레탄, 폴리아민 수지를 저급 유기산으로 부분적으로 중화·해교(解膠)한 캐소드 석출형의 매개물에, 가소제, 경화제, 평탄화제, 방청제, 늘어뜨림 방지제, 자외선 흡수제, 광택 부여재, 또한 안료로서 황산 바륨, 활석, 탄산 칼슘, 클레이, 유기 안료, 무기 안료, 티탄백, 플라스틱 비드, 유리 비드를 함유한 수용성 도료를 사용한다.
확산 반사막용 안료로서 확산 반사 특성의 점에서 무기 안료, 특히 산화티탄계 재료가 가장 적절하다.
또한, 수성 매체의 전기 전도도를 조절하기 위해 지지염(지지 전해질)을 필요에 따라서 가할 수 있다. 구체적으로는 일반적으로 널리 지지염으로서 이용되고 있는 황산염(리튬, 칼륨, 나트륨, 루비듐, 알루미늄 등의 염), 초산염(리튬, 칼륨, 나트륨, 루비듐, 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 알루미늄 등의 염), 할로겐화물염(리튬, 칼륨, 나트륨, 루비듐, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄 등의 염), 수용성 산화물염(리튬, 칼륨, 나트륨, 루비듐, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄 등의 염)이 적합하고, 구체적으로는 LiBr, KCl, Li2S04, (NH4)3BF4등을 들 수 있다.
본 실시예에서는 상기한 전착 용액에, 패터닝된 광 투과성 도전막(3)을 갖는 광 투과성 시트(1a)를 침지하고, 상기한 광 투과성 도전막(3)의 전극에 통전하여 전착을 행한다. 전착 조건은 목적으로 하는 반사막의 종류나 사양 등에 따라서 적절하게 선정하면 좋지만, 통상은 인가 전압 20 내지 400V, 온도 25 내지 30℃에서 행한다. 막 두께 20 내지 25㎛의 반사막(6)을 형성하는 경우, 약 2 내지 3분에서 막 형성이 종료한다. 본 실시예에 있어서는 반사막(6)의 막 두께는 1 내지 30㎛가 적절하다.
상기한 방법 이외의 반사막 형성 방법으로서, 미셀 전해법이 있다. 이 방법은 미셀화제를 혼합한 계면 활성제와 안료 또는 염료를 수용액 중에 분산시켜, 광 투과성 전극막(3)을 이용하여 전해를 행하는 전해법이다. 즉, 수성 매체 중에서 계면 활성제를 이용하여 소수성 물질을 분산 혹은 가용화하여 얻을 수 있는 분산액 혹은 미셀 용액에, 광 투과성 전극막(3)을 형성한 광 투과성 시트(1a)를 침지시키고, 상기한 광 투과성 도전막(3)의 전극에 통전시켜 이 도전막(3) 상에 소수성 물질로 이루어지는 반사막(6)을 형성시킨다.
이 방법의 적용 가능한 재료로서, 다양한 소수성 물질이 있으며, 각각 유기계 물질과 무기계 물질로 나뉘어진다.
소수성(疎水性)의 유기계 물질로서는 예를 들어 유기 안료, 유기 형광 재료, 유기 발광 재료, 유기 감광 재료 등이 있다. 또한 물에 불용성의 폴리머, 예를 들어 폴리카보네이트, 폴리스틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 등의 범용폴리머, 또한 폴리페닐렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 아세틸셀룰로우스, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐부티랄을 비롯하여, 각종 다양한 폴리머(폴리비닐피리딘 등) 혹은 공중합체(메타크릴산 메틸과 메타크릴산의 공중합체 등)를 이용할 수 있다.
한편, 소수성의 무기계 물질로서는 입자 표면을 소수화 처리한 무기계 물질, 예를 들어 산화 티탄, 티타니아, 산화 주석 등, 혹은 무기 안료나 무기 형광체 등을 이용할 수 있다.
소수성의 유기계 물질 또는 무기계 물질은 그 형상이나 크기 등에 관한 제한은 특별히 없지만, 바람직하게는 입경 10㎛ 이하의 분말이 적합하다.
미셀 전해법에 있어서 박막 형성에 이용하는 수성 매체로서는 물을 비롯하여, 물과 알코올의 혼합액, 물과 아세톤의 혼합액 등 다양한 매체를 이용할 수 있다. 또한, 이 방법으로 이용하는 계면 활성제는 통상의 계면 활성제가 좋지만, 페로센 유도체로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기에서, 페로센 유도체로서는 암모늄형, 에테르형, 에스테르형 등의 유도체가 있다.
미셀 전해법에서는, 우선 수성 매체 중에 상기한 계면 활성제 및 소수성의 유기계 물질 혹은 무기계 물질을 넣어 메카니컬 호모지나이저, 초음파 호모지나이저, 펄 밀, 샌드 밀, 스탤러, 고압 호모지나이저 등을 이용하여 충분히 교반한다. 이 조작에 의해 소수성 물질은 계면 활성제의 작용으로, 수성 매체 중에 균일하게 분산 혹은 가용화하여 분산액 혹은 미셀 용액이 된다. 이 때의 계면 활성제의 농도에 관한 제한은 특별히 없지만, 통상은 상기 페로센 유도체를 비롯하는 계면 활성제를 한계 미셀 농도 이상, 바람직하게는 10μM 내지 0.1M의 범위에서 선정한다.
또한, 수성 매체의 전기 전도도를 조절하기 위해 지지염(지지 전해질)을 필요에 따라서 가할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 이와 같이 하여 조제한 분산액 혹은 미셀 용액에 패터닝된 광 투과성 도전막(3)을 전극으로 하고, 그것을 포함하는 광 투과성 시트(1a)를 침지시켜, 상기한 전극에 통전하여 전해를 행한다. 이 때의 전해 조건은 목적에 따라서 적절하게 선정하면 좋지만, 통상은 액온 0 내지 70℃, 바람직하게는 20 내지 30℃, 전압 0.03 내지 1.5V, 바람직하게는 0.1 내지 0.5V로 하고, 전류 밀도 10mA/㎠ 이하, 바람직하게는 50 내지 300μA/㎠로 한다.
이와 같이 하여 광 투과성 도전막(3) 상에 형성된 소수성 물질의 박막에 대하여, 필요에 따라서 평탄막제를 이용하여 보호막을 형성해도 좋다. 그 방법은, 우선 박막이 형성된 광 투과성 시트(1a)를 스핀코터에 장착하여 디스펜서를 이용하여 평탄막제를 얇게 균일하게 도포한다. 계속해서, 소정 온도로 소요 시간의 베이킹 처리를 행하여 평탄막제를 경화시킴으로써, 박막에 보호막을 형성할 수 있다.
상기한 전착 도장 혹은 미셀 전해법에 의해 광 투과성 도전막(3)이 형성된 영역에만 반사막(6)이 형성되고, 광 투과성 도전막(3)이 존재하지 않는 영역은 광이 투과하는 영역이 된다.
이상에 서술한 공정을 지나서 광학적 기능성 시트(12)가 완성된다. 그리고, 반사막(6)이 형성된 측으로부터 입사한 광 중, 마이크로 렌즈의 중심축 근방으로서, 반사막(6)이 형성되어 있지 않은 영역에 입사한 광은 광 투과성 시트(1a)를 통과하여 마이크로 렌즈(2)에 도달하고, 그리고 이 마이크로 렌즈(2)에 의해 대략 평행광으로 변환되어 출사된다.
또, 후술하지만 본 실시예의 광학적 기능성 시트(12)를 액정 표시용 배면 광에 적용한 경우, 이 배면 광으로부터 반사막(6)에 입사한 광은 그곳에서 반사하여 배면 광 측으로 복귀하고, 배면 광의 반사판 등에서 반사하여 다시 광학적 기능성 시트로의 입사광이 된다. 이 과정을 반복함으로써, 최종적으로는 배면 광으로부터 출사된 광의 대부분은 반사막(6)이 형성되어 있지 않은 영역으로의 입사광이 되어 마이크로 렌즈(2)로부터 효율적으로 출사광을 얻을 수 있다.
다음에, 제2 실시예인 광학적 기능성 시트의 구조와 그 제조 방법을 도2를 이용하여 설명한다.
(1) 마이크로 렌즈의 형성
마이크로 렌즈 형상을 갖는 Ni 스탬퍼(도시하지 않음)를 이용하여, 예를 들어 플라스틱 시트를 직접 변형시켜 마아크로 렌즈 시트(1b)를 성형한다. 이 렌즈의 성형법으로서, 잘 알려진 열 롤 성형법을 이용했다. 얻어진 마이크로 렌즈 시트(1b)는 마이크로 렌즈(2)와 제1 실시예에서 서술한 광 투과성 시트(1a)를 일체화한 시트와 마찬가지이다.
(2) 광 투과성 도전막의 형성
제1 실시예에서 설명한 방법, 즉 ITO의 스퍼터링법을 이용하여 광 투과성 시트(1c) 위에 광 투과성 도전막(3)을 형성했다.
다음에 이 광 투과성 도전막(3)을 형성한 광 투과성 시트(1c)와 마이크로 렌즈(2)를 형성한 마이크로 렌즈 시트(1b)를 각각 형성면을 외측으로 하여 접합한다. 이 접합은 일반적으로 이용되는 접착제를 이용하거나, 혹은 시트끼리의 열 융착, 라미네이트 접착법 등을 이용하여 행할 수 있다.
(3) 광 투과성 도전막의 패터닝
광 투과성 도전막(3) 위에 포지티브형 레지스트막(27)을 통상의 잘 알려진 방법으로 형성하고, 제1 실시예에서 나타낸 방법을 이용하여 광 투과성 도전막(3)의 패터닝을 행한다.
(4) 반사막의 형성
제1 실시예에 기재한 방법, 즉 산화 티탄을 안료로 한 전착 도장법을 이용하여 반사막(6)을 형성한다. 이 반사막(6)은 산화 티탄을 함유한 백색의 확산성 반사막으로서, 그 반사율은 파장 400 내지 700nm의 범위에서 적어도 94% 이상의 높은 반사율을 나타냈다．
이상의 공정을 지나서 광학적 기능성 시트(12)가 완성되지만, 본 실시예에 있어서는 마이크로 렌즈(2)의 형성과 광 투과성 도전막(3)의 형성을 독립된 공정으로 행할 수 있으므로, 마이크로 렌즈(2)에 프로세스 상의 불필요한 손상을 부여하는 일 없이 광 투과성 도전막(3)을 형성할 수 있다고 하는 이점을 갖는다.
본 실시예의 광학적 기능성 시트(12)를 액정 표시용 배면 광에 적용한 경우, 이 배면 광으로부터 반사막(6)에 입사한 광은 그곳에서 반사하여 배면 광 측으로 복귀되어, 배면 광의 반사판 등에서 반사하여 다시 광학적 기능성 시트로의 입사광이 된다. 이 과정을 반복함으로써, 최종적으로는 배면 광으로부터 출사된 광의 대부분은 반사막(6)이 형성되어 있지 않은 영역으로의 입사광이 되어, 마이크로 렌즈(2)로부터 효율적으로 출사광을 얻을 수 있다.
다음에, 제3 실시예를 도3을 이용하여 설명한다.
도3은 본 실시예인 광학적 기능성 시트의 구조와 그 제조 공정을 나타내는 것으로서, (1) 마이크로 렌즈의 형성 및 (2) 광 투과성 도전막의 형성에 대해서는 제2 실시예에서 서술한 방법과 마찬가지이므로 생략했다.
(3) 광 투과성 도전막의 형성
광 투과성 도전막(3) 상에, 광이 조사된 부분이 화학 가교(架橋)하는 네가티브형 포토레지스트막(27)을 도포한다. 본 실시예에 있어서, 포토레지스트막(27)으로서 특히 광 투과성이 우수한 재료를 이용했다.
다음에, 마이크로 렌즈(2)가 형성된 측으로부터 평행 광선(28)을 조사하여 포토레지스트막(27)을 평행 광선이 집광된 부분만 노광한다. 그 후, 포토레지스트막(27)을 포함하는 광 투과성 시트(1b)를 현상액에 침지하여 포토레지스트막(27)을 현상한다. 이 처리에 의해, 마이크로 렌즈(2)의 촛점 부근 이외의 레지스트막(27)이 제거된 레지스트막의 패턴(27a)을 얻는다. 필요에 따라서 이 레지스트막 패턴(27a)에 대하여 후 베이킹을 행하는 경우도 있다.
(4) 반사막의 형성
제1 실시예 기재의 미셀 전해법을 이용하여 확산성 반사막(6)을 형성하는 것으로서, 소수성 무기 물질로서 티타니아를 배합한 미셀 전해액을 이용했다.
본 실시예에서는 네가티브형 포토레지스트의 패턴(27a)이 잔존하고 있지 않은 영역의 광 투과성 도전막(3) 상에, 상기한 확산 반사막(6)이 형성된다. 그리고, 필요에 따라서 확산성 반사막(6)을 형성한 후, 네가티브형 포토레지스트의 패턴(27a)을 제거해도 좋다.
상기한 공정을 지나서 광 기능성 시트(12)가 완성되지만, 도1에 도시한 바와 같이 이 광 기능성 시트(12)를 반사막(6)이 형성된 면을 배면 광(4)의 광 출사면 측을 향해, 또한 마이크로 렌즈(2)가 형성된 면을 액정 표시 소자측을 향해 배치시킴으로써, 배면 광(4)으로부터 출사된 광의 대부분은 반사막(6)이 형성되어 있지 않은 영역으로의 입사광이 되어 마이크로 렌즈(2)로부터 효율적으로 출사광을 얻을 수 있다.
다음에, 제4 실시예를 도4를 이용하여 설명한다.
또한, 광 기능성 시트(12)의 제조 방법은 제1 내지 제3 실시예에 기재된 방법에 준거하여 제작되었다.
도4의 (A)는 제1 실시예에 도시한 방법에 의해 제작된 마이크로 렌즈(2)를 포함하는 광 투과성 시트(1a)와 광 투과성 도전막(3)을 형성한 광 투과성 시트(1c)를 접합시킨 구조이다.
또한, 도4의 (B)에서는 반사막(6)에 광 투과성 도전막(3)을 전극으로서, 그 위에 전기적 수법을 이용하여 형성한 금속막(29)을 이용했다. 이 금속막(29)으로서는 Al, Ni, Ag 등의 광에 대한 반사율이 높은 금속을 적용하여, 이들은 잘 알려진 도금법에 의해 형성된다.
상기한 바와 같이, 광 반사율이 극히 높은 금속막(29)을 이용함으로써, 그대향측에 배치한 액정 표시 소자로부터의 반사광을 이 금속막(29)에 의해 반사시키고, 그 광을 다시 액정 표시 소자측으로 복귀시키는 것이 가능해지므로, 최종적으로는 배면 광으로부터의 광의 이용 효율을 향상시키고, 그 결과로서 액정 표시 장치의 고휘도화가 달성된다.
특히 광학적 기능성 시트(12)와 액정 표시 소자 사이에 선택성 편광 반사 시트를 장착한 구성의 액정 표시 장치에 있어서는, 상기한 선택성 편광 반사 시트의 휘도 향상 효과가 증대하여 액정 표시 장치의 보다 고휘도화가 촉진된다.
또한, 도4의 (C)는 광 투과성 시트(1c) 위에 패턴화된 광 투과성 도전막(3), 금속막(29), 백색 확산성 반사막(6)을 차례로 적층시킨 것이다. 그리고, 어떠한 막도 광 투과성 도전막을 전극으로서, 전기적 수법에 의해 형성된 막이다.
상기한 구성을 이용함으로써, 액정 표시 소자로부터 반사하여 복귀되는 반사광을 금속막(29)에서 반사시켜 다시 액정 표시 소자측으로 복귀시키고, 또한 도광판 측으로부터의 입사광을 백색 확산성 반사막(6)에서 반사시켜 배면 광 측으로 복귀시킬 수 있다. 이에 의해, 본 실시예를 이용하지 않는 경우에 비교하여 보다 한층 고휘도화가 실현된다.
도4의 (D)는 제3 실시예에서 서술한 방법을 이용하여 제작된다. 즉, 네가티브형 포토레지스트(27)를 패터닝한 후, 반사막(6)을 전착 도장하고, 그리고 네가티브형 레지스트(27)를 제거하여 완성할 수 있다.
또한, 도4의 (E)는 전착 도장법의 고안에 의해, 광 투과성 도전막(3)을 포함하는 반사막(6)을 사다리꼴 형상으로 가공한 광학적 기능성 시트(12)이며, 이러한형상으로 함으로써, 배면 광으로부터 방사되는 광을 효율적으로 마이크로 렌즈(2)에 입사시킬 수 있다.
본 실시예의 광학적 기능성 시트(12)를 액정 표시용 배면 광에 적용한 경우, 이 배면 광으로부터 반사막(6)에 입사한 광은 그곳에서 반사하여 배면 광측으로 복귀되며, 배면 광의 반사판 등에서 반사하여 다시 광학적 기능성 시트로의 입사광이 된다. 이 과정을 반복함으로써, 최종적으로는 배면 광으로부터 출사된 광의 대부분은 반사막(6)이 형성되어 있지 않은 영역으로의 입사광이 되어 마이크로 렌즈(2)로부터 효율적으로 출사광을 얻을 수 있다.
다음에, 제5 실시예를 도5를 이용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에 나타낸 광학적 기능성 시트는 시야각의 확대를 목적으로 한 실시예이다. 이하에, 그 구조와 제조 방법을 서술한다.
(1) 마이크로 렌즈의 형성
광 투과성 시트(1a)의 한쪽 면에 광확산 처리(랜덤 형상의 요철을 형성하는 처리 방법)에 의해 광 확산층(8)을 형성하고, 이 광 투과성 시트(1a)(통칭 PET 필름, 두께 : 예를 들어 80㎛)의 다른 한쪽의 면에 마이크로 렌즈(2)를 형성했다. 마이크로 렌즈(2)의 형성 방법은 마이크로 렌즈 형상을 가진 Ni 스탬퍼(도시하지 않음)의 렌즈 홈과 광 투과성 시트(1a) 사이에, 예를 들어 자외선 경화 수지를 충전하여 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 형성했다.
(2) 광 투과성 도전막의 형성
광 확산층(8) 위에, 제1 실시예에서 서술한 방법을 이용하여 광 투과성 도전막(3)을 형성했다. 광 투과성 도전막의 재료로서, 산화 주석막(SnO2)을 이용했다.
(3) 광 투과성 도전막의 패터닝
포지티브형 레지스트막을 이용한 광 투과성 도전막의 패터닝에 관해, 제1 실시예에서 나타낸 방법을 채용하고, 그 상세를 생략한다.
(4) 차광막의 형성
제1 실시예에 기재된 방법을 이용하여, 광 투과성 도전막(3)이 형성되어 있는 부분에 차광막(7)을 형성했다. 차광막(7)을 형성하기 위한 전착 도장에는 흑색 안료를 배합한 전착 도료를 이용했다.
이와 같이 하여 시야각의 확대를 가능하게 하는 광 기능성 시트(18)(이하, 시야각 확대 시트라 함)가 완성된다.
후술하는 바와 같이, 예를 들어 시야각 확대 시트(18)의 마이크로 렌즈 형성면을 액정 표시 소자측에, 그리고 차광층 형성면을 관찰자 측이 되도록 배치한 경우, 액정 표시 소자를 통과한 광은 마이크로 렌즈(2)에 의해 집광된 후에 광확산 층(8)에서 확산되고, 마이크로 렌즈(2)의 중심축 근방에 설치된 개구부[차광층(7)이 형성되어 있지 않은 영역]로부터 출사된다. 이 때, 출사되는 광은 마이크로 렌즈(2)의 NA와 광 확산층(8)의 특성에 따른 발산각을 가지므로, 그 결과로서 본 실시예를 이용하지 않는 경우와 비교하여 고시야각 및 고콘트라스트의 특성을 나타내는 액정 표시 화상을 얻는 것이 가능해진다.
다음에, 제6 실시예로서 시야각 확대 시트의 다른 실시예에 대해, 도6을 이용하여 설명한다.
(1) 마이크로 렌즈의 형성
마이크로 렌즈 형상을 갖는 Ni 스탬퍼를 이용하여, 플라스틱 시트(예를 들어 폴리카보네이트 필름, 두께 약 50㎛)를 직접 변형시키고, 마이크로 렌즈(2)를 갖는 광 투과성 시트(1b)를 제작했다. 마이크로 렌즈(2)의 성형법으로서, 잘 알려진 열 롤 성형법을 이용했다.
상기에 의해 얻어진 마이크로 렌즈 시트는 마이크로 렌즈(2)와 광 투과성 시트(1b)가 일체화된 것이다.
(2) 광 투과성 도전막의 형성
마이크로 렌즈(2)가 형성되어 있지 않은 광 투과성 시트(1b)의 한쪽 면에, 제1 실시예에서 서술한 방법을 이용하여 광 투과성 도전막(3)을 형성했다.
(3) 광 투과성 도전막의 패터닝
포지티브형 레지스트를 이용한 광 투과성 도전막(3)의 패터닝에는 제1 실시예에서 서술한 방법을 이용하여 행하였다. 즉, 마이크로 렌즈(2)의 이용에 의한 자외선 평행 광선(28)을 이용한 자체 정렬 노광 및 그 현상 처리를 행함으로써, 레지스트 패턴(27a)을 형성했다. 그 후, 광 투과성 도전막(3)에 에칭을 실시하여 광 투과성 도전막(3)을 패터닝했다.
(4) 차광막의 형성
차광막(7)의 형성은 제1 실시예에서 서술한 방법을 이용하여 행하였다. 즉 전착 도장 기술을 이용하여 차광막용 전착 도장에는 흑색 안료를 배합한 전착 도료를 이용했다.
이상의 방법에 의해, 시야각 확대 시트(18)를 얻을 수 있다.
상기한 시야각 확대 시트(18)를 이용한 때의 효과에 관해서는 제6 실시예의 경우와 마찬가지로서, 예를 들어 시야각 확대 시트(18)의 마이크로 렌즈 형성면을 액정 표시 소자측에, 그리고 차광층 형성면을 관찰자 측이 되도록 배치한 경우, 액정 표시 소자를 통과한 광은 마이크로 렌즈(2)에 의해 집광된 후에 광 확산층(8)에서 확산되고, 마이크로 렌즈(2)의 중심축 근방에 설치된 개구부[차광층(7)이 형성되어 있지 않은 영역]로부터 출사된다.
이 때, 출사되는 광은 마이크로 렌즈(2)의 NA와 광 확산층(8)의 특성에 따른 발산각을 가지므로, 그 결과로서 본 실시예를 이용하지 않는 경우와 비교하여 고시야각 및 고콘트라스트의 특성을 나타낸 액정 표시 화상을 얻는 것이 가능해진다.
시야각 확대 시트의 다른 실시예로서, 도7을 이용하여 설명한다.
(1) 마이크로 렌즈의 형성
광 투과성 시트(1b)로서, 예를 들어 TAC 필름(두께 30㎛)을 이용하여, 그 표면에 마이크로 렌즈(2)를 형성했다. 마이크로 렌즈의 형성 방법은 마이크로 렌즈 형상을 형성한 Ni 스탬퍼(도시하지 않음)를 이용하여, 잘 알려진 열 프레스법을 이용했다.
(2) 광 투과성 도전막의 형성
본 실시예에 있어서의 광 투과성 도전막의 형성은 제1 실시예에서 서술한 방법을 이용했다.
(3) 광 투과성 도전막의 패터닝
광확산 물질(예를 들어 플라스틱 비드 및 유리 비드를 혼합한 물질)을 함유한 광 투과성이 높은 네가티브형 레지스트를 이용하여, 제3 실시예에 기재한 방법에 의해 패터닝을 행하였다. 자체 정렬 노광 및 현상에 의해, 광확산성 기능을 가진 네가티브형 레지스트 패턴(27a)을 형성했다.
(4) 차광막의 형성
제1 실시예에 기재된 방법을 이용하여 네가티브형 레지스트 패턴(27a)이 형성되어 있는 영역의 광 투과성 도전막(3) 위에 차광층(7)을 형성했다. 본 실시예에서는 미셀 전해법을 이용하고, 차광막용 미셀 전해 도료에는 흑색 안료를 배합한 도료를 이용했다.
상기한 방법에 의해, 시야각 확대 시트(18)를 얻을 수 있다. 이 시트(18)는 마이크로 렌즈(2)와 광 확산층(8)의 상승 효과에 의해 본 실시예를 이용하지 않는 경우와 비교하여 큰 시야각 확대 효과를 나타낸다. 후술한 바와 같이, 본 실시예의 시야각 확대 시트(18)를 예를 들어 배면 투여형 액정 프로젝터의 스크린에 적용한 경우, 큰 화면에서 넓은 시야각의 고콘트라스트 화상을 얻을 수 있다.
다음에, 시야각 확대 시트의 다른 실시예를, 도8을 이용하여 설명한다.
(1) 마이크로 렌즈의 형성
광 투과성 시트(1b)로서, 예를 들어 폴리카보네이트 필름을 이용하여, 그 표면에 마이크로 렌즈(2)를 형성했다. 마이크로 렌즈의 형성 방법은 마이크로 렌즈 형상을 형성한 Ni 스탬퍼(도시하지 않음)를 이용하여, 잘 알려진 열 프레스법을 이용했다.
다음에, 예를 들어 플라스틱 비드를 함유한 자외선 경화형 수지를 마이크로 렌즈(2)가 형성되어 있지 않은 면에 도포한 후, 자외선을 조사하여 상기의 수지를 경화시키고, 광 확산층(8)을 형성했다.
(2) 광 투과성 도전막의 형성
광 확산층(8) 위에, 제1 실시예에서 서술한 방법을 이용하여 광 투과성 도전막(3)을 형성했다.
(3) 광 투과성 도전막의 패터닝
포지티브형 레지스트막을 이용하여 제1 실시예에 기재된 방법에 의해 광 투과성 도전막(3)을 패터닝했다. 즉, 마이크로 렌즈(2)의 이용에 의한 자외선 평행 광선(28)을 이용한 자체 정렬 노광 및 현상 처리를 행함으로써, 레지스트 패턴(27a)을 얻었다. 다음에, 광 투과성 도전막(3)을 잘 알려진 습식 에칭법을 이용하여 패터닝했다.
(4) 차광막의 형성
제1 실시예에 기재된 방법에 의해, 광 투과성 도전막(3)이 형성되어 있는 부분에 차광층(7)을 형성했다. 본 실시예에서는 미셀 전해법을 이용하여 차광막용 미셀 전해 도료에는 흑색 안료를 배합한 도료를 이용했다.
상기한 방법에 의해, 시야각 확대 시트(18)를 얻을 수 있다. 그리고, 이 시트(18)는 마이크로 렌즈(2)와 광 확산층(8)의 상승 효과에 의해 본 실시예를 이용하지 않는 경우와 비교하여 큰 시야각 확대 효과를 나타낸다. 후술한 바와 같이,본 실시예의 시야각 확대 시트(18)를 예를 들어 배면 투여형 액정 프로젝터의 스크린에 적용한 경우, 큰 화면에서 넓은 시야각의 고콘트라스트 화상을 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 광학적 기능성 시트는 그 용도나 요구 특성에 따라서 마이크로 렌즈(2)의 표면이나 반사막(6), 차광막(7)이 형성된 상면에 반사 방지 또는 대전 방지, 혹은 하드 코트막이나 점착층 도포 가공 등의 각종 처리를 실시할 수 있다. 또는 그 밖의 기재(예를 들어 플라스틱 기판, 유리 기판 등)에 접합시켜 사용할 수도 있다.
그런데, 상기에서 설명한 광학적 기능성 시트에 있어서, 제1 실시예 내지 제4 실시예는 마이크로 렌즈군이 형성된 한쪽 면으로부터 입사한 다양한 진행 방향을 갖는 광이 상기한 광학적 시트를 통과하고, 그리고 광 투과성 도전막과 백색 확산 반사막으로 이루어지는 반사막이 형성된 다른쪽 면에 출사될 때, 예를 들어 대략 평행한 광을 출사시키는 등, 출사광에 대해 지향성을 갖게 하는 것이 가능한 광학적 기능성 시트인 것으로서, 적어도 상기한 반사막에 대해 마이크로 렌즈군 측으로부터 입사한 광의 촛점 부근이 개구하고 있다.
이하, 상기한 광학적 기능성 시트를 그 대표적인 용도인 TFT-LCD용의 배면 광에 적용한 실시예(면 형상 광원)를 설명한다.
여기에서 배면 광이라 함은 TFT-LCD에 대해 배면으로부터 균일한 광을 조사하기 위한 광원으로서, TFT-LCD의 표시면에 대한 광원의 배치에 의해 엣지라이트식과 직하식이 있다.
도9에 도시한 엣지라이트식 배면 광은 기본적으로 TFT-LCD의 표시면(도시하지 않음)에 대향시켜 설치시킨 광 투과성이 우수한 도광판(10)의 측변부에 선광원인 냉음극관(9)을 설치하고, 그리고 이 도광판(10)의 하면에 설치한 도트(11)를 이용하여 냉음극관(9)으로부터의 광을 산란시켜 TFT-LCD의 표시면 측(도9에 있어서 종이면의 상방)으로 광을 출사시키는 것이다.
광학적 기능성 시트(12)는 엣지라이트 방식 및 직하식의 배면 광을 특별히 개조할 필요는 없으며, 배면 광의 광 출사면, 즉 도광판(10)에 대면시켜 배치함으로써, TFT-LCD에 대해 지향성을 갖는 광을 출사시키는 것이 가능하다.
다음에, 도9에 도시한 바와 같이 엣지라이트식의 상면 산란형 배면 광에 상기한 광학적 기능성 시트(12)를 장착한 경우, 그 기능 및 효과에 대해 설명한다.
도광판(10)의 내부에서 반사를 반복하는 광(13) 중, 도광판(10)의 출사면[도트(11)가 형성되어 있지 않은 면]으로부터 광(13a)으로서 다양한 각도에서 외부로 출사된다.
그리고, 이 면에 대해 광학적 기능성 시트(12)에 형성된 광 투과성 도전막(3) 및 반사막(6) 측을 대면시켜 배치되어 있으므로, 이 반사막(6)에 입사한 광(13a)은 그 반사막(6)에서 반사하여 다시 도광판(10)에 복귀된다.
이 광은 다시 상기한 경로를 찾아가게 되어, 최종적으로는 냉음극관(9)으로부터 출사된 광은 그 손실이 최소한으로 억제되게 된다. 또, 도광판(10)의 하방으로 출사된 광(13)은 반사 시트(31)에서 반사하여, 다시 도광판(10)에 복귀된다.
한편, 광 투과성 도전막(3) 및 반사막(6)은 마이크로 렌즈(2)의 촛점 근방, 또는 마이크로 렌즈(2)의 중심축 근방에 개구부(15)를 가지고 있으며, 이개구부(15)에 입사한 광(16)은 마이크로 렌즈(2)에서 굴절하고, 지향성을 갖는 광(17), 즉 대략 평행광이 되어 TFT-LCD의 표시면 측(도시하지 않음)으로 출사된다.
개구부(15) 및 마이크로 렌즈(2)의 형상, 렌즈 형성용에 이용한 광 투과성 시트(1a)의 두께 등을 적절하게 변경함으로써, 광 지향성의 정도나 그 방향 등을 그 적용 목적이나 용도에 따라서 적정화하는 것이 가능하다.
또한, 냉음극관(9)으로부터 출사된 광(13)의 지향성을 더욱 적정화할 목적으로, 도광판(10)과 광학적 기능성 시트(12) 사이에, 확산 시트, 프리즘 시트 등을 복수매 배치할 수 있다.
다음에, 상기에서 설명한 광학적 기능성 시트에 있어서, 제5 실시예 내지 제8 실시예는 TFT-LCD의 표시부(도시하지 않음)로부터 출사된 광의 시야각을 확대하기 위한 것이며, 그 대표적인 용도인 TFT-LCD의 시야각 확대에 적용한 실시예를 도10을 이용하여 설명한다.
광학적 기능성 시트(18)는 마이크로 렌즈(2)가 형성된 면을 TFT-LCD의 표시면 측에 대면 배치되어 있으며, TFT-LCD의 표시면으로부터 출사된 대략 평행한 화상광(19)은 마이크로 렌즈(2)에 의해 광투과 영역(5)에 집광된 후, 광 확산층(8)에 의해 확산되고, 그리고 광 투과성 시트(1c)에 입사한다.
광 투과성 시트(1c)에 입사한 화상광(19)은 공기와 광 투과성 시트(1c)의 계면에 있어서 굴절하여 외부로 출사된다. 이 때 화상광(19)은 마이크로 렌즈(2)에 의해 집광된 후에 출사되므로, 마이크로 렌즈(2)의 NA 및 광 확산층(8)의 특성에대응한 발산각을 갖는 발산 화상광(20)이 된다. 이와 같이 하여, 시야각이 넓은 화상광(20)을 얻는 것이 가능해진다.
한편, TFT-LCD의 표시 품질의 하나인 화상의 시인성에 대하여 유해한 외광의 영향은 광학적 기능성 시트(18)를 구성하는 차광막(7)을 흑색 광흡수체를 이용하여 형성함으로써 억제할 수 있고, 그 결과 TFT-LCD의 화상을 콘트라스트의 향상을 도모하여 표시시키는 것이 가능해진다.
다음에, 상기한 광학적 기능성 시트를 액정 표시 장치에 적용한 일 실시예를, 도11을 이용하여 설명한다.
도11에 도시한 액정 표시 장치는 배면 광 유닛(4), 제1 광학적 기능성 시트(12), 제2 광학적 기능성 시트(18), 액정 표시 패널(21)을 구비하고 있으며, 제1 광학적 기능성 시트(12)는 제1 광 투과성 부재(1a)의 한쪽 면에 제1 마이크로 렌즈(2)를, 그리고 다른쪽 면으로서, 또한 제1 마이크로 렌즈(2)의 중심축 근방 이외의 영역에 반사 부재(6)가 형성되어 있다.
그리고, 제2 광학적 기능성 시트(18)는 제2 광 투과성 부재(1b)의 한쪽 면에 제2 마이크로 렌즈(2)를, 그리고 다른쪽 면으로서, 또한 제2 마이크로 렌즈(2)의 중심축 근방 이외의 영역에 차광 부재(7)가 형성되어 있다.
액정 표시 패널(21)의 각각의 면에 제1 마이크로 렌즈(2) 및 제2 마이크로 렌즈(2)가 대면 배치되고, 반사 부재(7)가 배면 광 유닛(4)의 광출사 측에 면하도록 배치되어 있다.
배면 광 유닛(4)으로부터 출사된 광은 제1 광 기능성 시트(12)에 의해 콜리메이트 광으로 변환되어, 액정 표시 패널(21)을 통과함으로써 화상광(19)이 된다. 이 화상광(19)은 제2 광학적 기능성 시트(18)에 입사하여, 제2 마이크로 렌즈(2)에 의해 집광되고, 그 후 확산광이 되어 발산성의 화상광(20)을 형성한다.
이와 같이 하여, 배면 광 유닛(4)으로부터의 광을 소정의 시야각을 갖는 화상광으로서, 게다가 고휘도로, 또한 고콘트라스트비를 갖는 상태에서 표시시킬 수 있다.
또한 필요에 따라서, 도11에 예시한 바와 같이 제1 광 기능성 시트(12)와 액정 표시 패널(21) 사이에, 예를 들어 선택성 편광 반사 기능을 갖는 필름(30)(쓰리엠사제 : DBEF, 니토덴고사제 : PCF 등)을 배치시키고, 또한 휘도의 향상을 도모하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시예에서 나타낸 제1 및 제2 광학적 기능성 시트(12 및 18)에 형성되는 마이크로 렌즈(2)는 액정 표시 패널(21)의 화소(22)(일반적인 화소의 치수로서, 90 × 270㎛ 정도)에 비하여 작은 것이 바람직하다.
또한, 도11에 있어서 예시한 광학적 기능성 시트는 모두 마이크로 렌즈(2)와 반사막(6) 또는 차광막(7)을 구성 요소로서 가진 시트이지만, 필요에 따라서 어느 한쪽을 본 실시예와는 다른 방식으로 제작해도 상관없다. 또한, 제1 및 제2 마이크로 렌즈(2)를 동일 형상으로 해도 그 기능은 변하지 않으며, 이에 의해 마이크로 렌즈 성형용 금형 혹은 스탬퍼의 공통화를 도모하는 것이 가능하다.
상기한 광학적 기능성 시트를 액정 표시 장치에 적용한 별도의 실시예를 도12를 이용하여 설명한다.
도12의 (a)에 도시한 액정 표시 장치는 광원(24)과, 액정 표시 패널(21)과, 미러(25)와, 스크린(26)과, 광학적 기능성 시트(18)를 구비하고 있다. 광학적 기능성 시트(18)는 광 투과성 부재의 한쪽 면에 마이크로 렌즈(2)를, 그리고 다른쪽의 면으로서, 또한 마이크로 렌즈(2)의 중심축 근방 이외의 영역에 차광 부재(7)가 형성되어 있으며, 이 광학적 기능성 시트(18)는 그 마이크로 렌즈(2)가 스크린(26)의 광 출사면에 대면 배치되어 있다.
광원(24)으로부터 방사된 광은 액정 표시 패널(21)을 통과하여, 미러(25)를 거쳐서 스크린(26)에 조사된다. 그리고, 스크린(26)에 조사된 광은 광학적 기능성 시트(18)의 마이크로 렌즈(2), 차광막(7), 광 확산층(8)을 거쳐서 외부로 출사된다.
도시하고 있진 않지만, 별도로 마련한 구동 수단에 의해 광원(24), 액정 표시 패널(21) 등을 제어하고, 액정 표시 패널(21)에 표시시킨 화상 정보를 미러(25)를 이용하여 반사시켜 스크린(26) 상에 그 화상 정보를 확대 투사시킨다.
상기한 구성의 배면 투여형 화상 표시 장치를 이용함으로써, 스크린(26) 상에 광학적 기능성 시트(18)를 장착하지 않는 경우에 비하여 시야각 특성 및 콘트라스트 특성이 개선된 화상을 얻을 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 광 투과성 시트의 양 면에 각각 마이크로 렌즈 및 반사막 또는 차광막을 형성함으로써, 입사광에 대한 지향성 및 시야각 특성이 우수한 광학적 기능성 시트를 고정밀도로 실현할 수 있다.
또한, 상기한 광학적 기능성 시트를 이용하여, 지향성이 우수한 면 형상 광원, 또는 고시야각, 고콘트라스트 특성을 갖는 표시 품질이 우수한 화상 표시 장치를 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 수개의 실시예에 대해서만 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 상기 실시예들을 변경 및 수정할 수도 있다. 따라서, 본 발명은 상기 실시예들에만 한정되지 않으며, 첨부된 청구 범위의 경계 내에 속하는 모든 변경 및 수정도 본 발명에 포함시키고자 한다.

Claims (18)

  1. 한쪽 면에 마이크로 렌즈를 갖는 광 투과성 부재와 반사 부재를 구비하고, 상기 반사 부재는 적어도 광 투과성 도전막과 백색 확산성 반사막으로 구성되고, 또한 상기 광 투과성 부재의 다른쪽 면으로서 상기 마이크로 렌즈의 중심축 근방이외의 영역에 배치되어 있으며,
    상기 반사 부재측으로부터 입사된 광의 상기 마이크로 렌즈를 거쳐서 출사되는 광이 대략 평행광으로 변환되는 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  2. 마이크로 렌즈를 갖는 제1 광 투과성 부재와 반사 부재를 갖는 제2 광 투과성 부재를 구비하고,
    상기 제1 광 투과성 부재와 상기 제2 광 투과성 부재가 각각 마이크로 렌즈 및 반사 부재를 갖지 않은 면끼리 접합되어 있으며,
    상기 반사 부재는 적어도 광 투과성 도전막과 백색 확산성 반사막으로 구성되고, 또한 상기 마이크로 렌즈의 중심축 근방 이외의 영역에 배치되어 있으며,
    상기 반사 부재측으로부터 입사된 광의 상기 마이크로 렌즈를 거쳐서 출사되는 광이 대략 평행광으로 변환되는 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  3. 한쪽 면에 마이크로 렌즈를 갖는 광 투과성 부재와 상기 광 투과성 부재의 다른쪽 면에 설치된 반사 부재를 구비하고,
    상기 반사 부재는 적어도 광 투과성 도전막과 백색 확산성 반사막으로 구성되고, 또한 상기 백색 확산성 반사막이 상기 마이크로 렌즈의 중심축 근방 이외의 영역에 배치되어 있으며,
    상기 반사 부재측으로부터 입사된 광의 상기 마이크로 렌즈를 거쳐서 출사되는 광이 대략 평행광으로 변환되는 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  4. 한쪽 면에 마이크로 렌즈를 갖는 광 투과성 부재와 광 차광성 부재를 구비하고, 상기 광 차광성 부재는 적어도 광 투과성 도전막과 흑색 차광막으로 구성되고, 또한 상기 마이크로 렌즈의 중심축 근방 이외의 영역으로서 상기 광 투과성 부재의 다른쪽 면에 배치되어 있으며,
    상기 마이크로 렌즈측으로부터 입사한 광의 상기 광 차광성 부재를 거쳐서 출사되는 광이 확산광으로 변환되는 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  5. 마이크로 렌즈를 갖는 제1 광 투과성 부재와 광 차광성 부재를 갖는 제2 광 투과성 부재를 구비하고,
    상기 제1 광 투과성 부재와 상기 제2 광 투과성 부재가 각각 마이크로 렌즈 및 광 차광성 부재를 갖지 않은 면끼리 접합되어 있으며,
    상기 광 차광성 부재는 적어도 광 투과성 도전막과 흑색 차광막으로 구성되고, 또한 상기 마이크로 렌즈의 중심축 근방 이외의 영역에 배치되어 있으며,
    상기 마이크로 렌즈측으로부터 입사한 광의 상기 광 차광성 부재를 거쳐서출사되는 광이 확산광으로 변환되는 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  6. 한쪽 면에 마이크로 렌즈를 갖는 광 투과성 부재와 상기 광 투과성 부재의 다른쪽 면에 설치된 광 확산층과 광 차광성 부재를 구비하고,
    상기 광 차광성 부재는 적어도 광 투과성 도전막과 흑색 차광막으로 구성되고, 또한 상기 흑색 차광막이 상기 마이크로 렌즈의 중심축 근방 이외의 영역에 배치되어 있으며,
    상기 마이크로 렌즈측으로부터 입사한 광의 상기 광 차광성 부재를 거쳐서 출사되는 광이 확산광으로 변환되는 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 백색 확산성 반사막은 적어도 제1 금속 반사막과 제2 금속 반사막으로 구성된 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  8. 제2항에 있어서, 상기 백색 확산성 반사막은 적어도 제1 금속 반사막과 제2 금속 반사막으로 구성된 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  9. 제3항에 있어서, 상기 백색 확산성 반사막은 적어도 제1 금속 반사막과 제2 금속 반사막으로 구성된 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1 금속 반사막은 산화 티탄막인 것을 특징으로 하는광학적 기능성 시트.
  11. 제7항에 있어서, 상기 제2 금속 반사막은 알루미늄막인 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  12. 제1항에 있어서, 상기 반사 부재는 상기 마이크로 렌즈의 중심축 근방의 영역에 개구부를 구비하고, 상기 개구부는 상기 반사 부재의 표면으로부터 상기 마이크로 렌즈를 향해 좁아지도록 배치된 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  13. 제2항에 있어서, 상기 반사 부재는 상기 마이크로 렌즈의 중심축 근방의 영역에 개구부를 구비하고, 상기 개구부는 상기 반사 부재의 표면으로부터 상기 마이크로 렌즈를 향하여 좁아지도록 배치된 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  14. 제3항에 있어서, 상기 반사 부재는 상기 마이크로 렌즈의 중심축 근방의 영역에 개구부를 구비하고, 상기 개구부는 상기 반사 부재의 표면으로부터 상기 마이크로 렌즈를 향해 좁아지도록 배치된 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  15. 제6항에 있어서, 상기 광 확산층이 상기 마이크로 렌즈의 중심축 근방의 영역에서, 또한 상기 광 투과성 도전막의 적어도 상방 또는 하방의 면에 배치된 것을 특징으로 하는 광학적 기능성 시트.
  16. 배면 광 유닛과 광학적 기능성 시트를 구비하고, 상기 광학적 기능성 시트는 광 투과성 부재의 한쪽 면에 마이크로 렌즈를, 또한 상기 광 투과성 부재의 다른쪽 면으로서 상기 마이크로 렌즈의 중심축 근방 이외의 영역에 반사 부재가 배치되어 있으며,
    상기 반사 부재가 상기 배면 광 유닛의 광 출사측에 면하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 면 형상 광원.
  17. 배면 광 유닛과, 제1 광학적 기능성 시트와, 제2 광학적 기능성 시트와, 액정 표시 패널을 구비하고,
    상기 제1 광학적 기능성 시트는 제1 광 투과성 부재의 한쪽 면에 제1 마이크로 렌즈를, 또한 상기 제1 광 투과성 부재의 다른쪽 면으로서 상기 제1 마이크로 렌즈의 중심축 근방 이외의 영역에 반사 부재가 배치되어 있으며,
    상기 제2 광학적 기능성 시트는 제2 광 투과성 부재의 한쪽 면에 제2 마이크로 렌즈를, 또한 상기 제2 광 투과성 부재의 다른쪽 면으로서 상기 제2 마이크로 렌즈의 중심축 근방 이외의 영역에 차광 부재가 배치되어 있으며,
    상기 액정 표시 패널의 각각의 면에 상기 제1 마이크로 렌즈 및 상기 제2 마이크로 렌즈가 대면 배치되고,
    상기 반사 부재가 상기 배면 광 유닛의 광출사 측에 면하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  18. 광원과, 액정 표시 패널과, 미러와, 스크린과, 광학적 기능성 시트를 구비하고,
    상기 광학적 기능성 시트는 광 투과성 부재의 한쪽 면에 마이크로 렌즈를, 또한 상기 광 투과성 부재의 다른쪽 면으로서 상기 마이크로 렌즈의 중심축 근방 이외의 영역에 차광 부재가 배치되어 있으며, 상기 마이크로 렌즈가 상기 스크린의 광 출사면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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