KR20050110648A

KR20050110648A - 가시광 반사부재

Info

Publication number: KR20050110648A
Application number: KR1020057016141A
Authority: KR
Inventors: 다다히로 오미; 아키히로 모리모토; 나오키 다나하시
Original assignee: 다다히로 오미
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-11-23
Also published as: JP2004264692A; US7331695B2; TW200500650A; TWI348034B; US20060215409A1; JP4414663B2; WO2004079409A1

Abstract

가시광 반사부재는, 알루미늄의 순도가 99 질량 % 이상으로, X-선 회절에서 알루미늄 유래의 피크 중에서 (111) 면 유래의 피크 강도가 다른 알루미늄 유래의 피크 강도의 총합보다 큰 알루미늄 박막을 반사면에 갖는 판 또는 필름을 가시광 반사에 사용한다.

Description

가시광 반사부재 {VISIBLE LIGHT-REFLECTING MEMBER}

본 발명은 가시광 광원을 반사하기 위해 사용되는 반사부재에 관한 것으로, 특히 화면 대각이 28인치 이상인 대형 평면 액정 디스플레이 백라이트 유닛에 사용되는 반사판으로서 바람직한 가시광 반사부재에 관한 것이다.

가시광 광원을 반사하기 위한 반사판에는, 백색 도료를 도포하거나 확산 비드를 함유시킨 확산 반사판, 금속연마판이나, 금속원자를 기판에 적층하여 박막화한 반사판이 있다.

이들 가시광 반사판의 용도로는, 액정 디스플레이용 백라이트 유닛, 실내 형광등용 반사판, CD, DVD 등 기록미디어의 반사층, 차량탑재용, 실내용 미러 등 여러 가지 용도로 널리 사용되고 있다.

그런데, 요즘 대형 평판 디스플레이가 현재의 CRT 디스플레이를 대신해 그 수요가 확대되고 있다. 여기에서 대형 평판 디스플레이란, 통상 디스플레이의 대각이 28인치 이상인 보통형 (4:3) 또는 와이드형 (16:9) 평판 디스플레이를 가리킨다.

대형 평판 디스플레이에는 주로 플라즈마 디스플레이와 액정 디스플레이가 있는데, 저소비전력 및 경량의 관점에서 대형 평판 액정 디스플레이의 수요가 비약적으로 증대되고 있다.

대형 평면 액정 디스플레이는 플라즈마 디스플레이와 같이 자발광형이 아니기 때문에, 반드시 배면에 백라이트 유닛이라 불리는 발광부가 필요하다. 백라이트 유닛 속에는 발광을 위한 냉음극 형광램프 (CCFL), 반사판, 각종 광학시트가 장비되어 있다.

백라이트 유닛의 구조는, 보통 25인치 이하의 평판 액정 디스플레이에서는 투명한 수지를 사용한 도광판을 사용하고 CCFL 을 옆에 배치한 사이드라이트형 방식이 채용되고 있다. 그러나, 28인치 이상의 대형 평판 액정 디스플레이에서는 사용되는 도광판이 대형화되기 때문에 두껍고 무거워지고, 비용도 많이 들기 때문에 이들 대형 평판 액정 디스플레이는 CCFL 을 액정 패널 바로 아래에 배치하고 그 배후에 반사판을 장비하는 직하형 방식이 채용되고 있다.

현재 그 대형 평판 액정 디스플레이 백라이트 유닛용 반사판으로 사용되고 있는 것은, 백색 도료를 도포하거나 확산 비드를 함유시킨 확산 반사판이다.

이 반사판이 사용되는 이유는, 확산 반사이기 때문에 반사광의 방향성이 없고, 디스플레이면 내에서의 휘도 불균일을 작게 할 수 있기 때문이다. 그러나 반사광의 방향성이 없기 때문에 벽면 등에서 소실되는 광도 많아 광의 이용효율이 나쁘다. 그렇기 때문에, 예를 들어 화면 대각으로 30인치인 평판 디스플레이에서 휘도를 얻기 위해 CCFL 을 12개 이상 사용할 필요가 있어, 결과적으로 전력소비량을 증대시키는 결점이 있다.

CCFL 의 사용개수를 최대한 적게 하고 소비전력을 적게 하기 위해서는, 광반사 방향 (광지향성) 을 제어하여 효율적으로 이용할 수 있는 반사판이 요망되고 있다.

반사광에 지향성을 주기 위해서는, 금속면에 의한 반사를 사용할 필요가 있다. 금속의 반사판은 광의 입사방향과 반사면에 대한 수선이 만드는 각, 즉 광의 입사각과 광의 출사방향과 반사면에 대한 수선이 만드는 각, 즉 출사각이 동일하다는 것이 자연과학적으로 실증되어 있어, 반사면의 설계에 기초하여 반사방향을 자유롭게 제어할 수 있다.

보통 가시광을 각 파장에 대하여 균일하게 반사하기 위한 금속성분으로는 알루미늄이나 은이 사용된다. 같은 금속이라도 구리나 금은 그 자체가 지닌 저파장광의 흡수 때문에, 결과적으로 반사광이 착색되어 바람직하지 못하다.

금속을 사용한 반사판으로는, 주조한 금속덩어리를 압연하여 연마하거나 숙성하거나 함으로써 반사율을 높인 금속제 반사판이 있다. 이 경우, 은은 매우 고가이기 때문에 보통 알루미늄주괴가 사용된다.

알루미늄 주괴를 압연한 알루미늄 반사판으로는, 자외선 반사에 관해서는 일본 공개특허공보 2001-281426호 (이하, 참고 문헌 1 이라 함) 에 있어서, 알루미늄의 순도를 99질량% 이상으로 하고, X선 회절 강도비로 (220) 면/(200) 면의 비 또는 (111) 면/(200) 면의 비를 1.0 이상으로 하고, 또 판 표면에서의 (110) 면 및 (111) 면의 합계 면적률을 30% 이상으로 함으로써 350㎚ 의 자외선 반사율이 95% 가 된다는 보고가 있지만, 가시광 영역인 400㎚ 이상 영역의 광선에 대해서는 92% 를 넘는 반사율의 보고는 없다.

또한 대형 평판 액정 디스플레이 백라이트 유닛용 반사판으로서 광원인 CCFL 에서 발생한 광을 효율적으로 휘도 불균일 없이 사용하기 위해서는, 반사판 자체에 반사광의 방향을 제어하는 계산된 미세 표면 구조를 형성시킬 필요가 있다. 주괴를 압연한 알루미늄 반사판을 사용하면, 미세 표면 구조를 형성시키기 위해 한 장씩 그 구조를 새길 필요가 있고, 게다가 실질적인 반사평면 또는 곡면의 표면 조도를 정밀하게 제어하는 것이 곤란하다.

그리고 알루미늄은 비중이 2.71 로 크기 때문에, 주괴를 압연한 알루미늄 반사판에서는 반사판 자체의 중량이 커져, 경량화가 요청되는 대형 평판 액정 디스플레이 백라이트 유닛용 반사판에 실제로 사용하는 것은 곤란하다.

반사판 자체를 경량화하기 위해 금속박막을 사용한 반사판이 개발되어 있다. 반사판의 모재(기판)로는, 경량이고 정밀한 미세 표면 형상을 형성할 수 있고 또한 사출성형 등의 성형방법을 사용하여 저렴하게 대량생산할 수 있다는 점에서 플라스틱 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 반사율이 좋은 금속으로서 은의 박막을 사용한 반사판이 있다. 이 은 박막 반사판은 반사율 97% 로 반사효율이 좋은 반사판으로서 최근 사용되고 있다.

그러나 은은 그 자체가 비싸고, 게다가 공기 중의 미량의 황화물 (이산화황이나 황화수소) 과 반응하여 흑화되고 반사율이 저하하는 결점이 있고, 은 박막 위에 여러 가지 코팅을 해야 하였기 때문에 더 비싸져, 면적이 큰 대형 평판 액정 디스플레이 백라이트 유닛용 반사판으로는 적당하지 않다.

그 때문에 대형 평판 액정 디스플레이 백라이트 유닛용 반사판으로는 알루미늄 박막이 바람직하다.

알루미늄 박막을 형성시키기 위해 보통 고진공 하에서 알루미늄을 승화시켜 모재 기판에 부착시키는 증착법이 있다. 이 방법으로 형성된 알루미늄 박막은 모재 기판에 형성된 미소 표면 형상에 추종하기 때문에, 그 미소 표면 형상을 그대로 재현할 수 있어, 반사광의 방향성을 제어하는 것이 가능하다.

그러나 종래의 증착법으로 형성된 알루미늄 박막은 아몰퍼스이고, 원자 레벨에서의 배열이 치밀하지 않기 때문에 92% 이상으로 반사율을 향상시킬 수 없다.

증착법에서 형성된 알루미늄 박막의 반사율을 향상시키기 위해, 알루미늄 표면에 SiO₂ 나 MgF 와 같은 유전체를 적층함으로써(증반사 코팅) 95% 이상의 반사율을 실현하는 방법이 있다.

그러나 이들 막은 알루미늄 박막 상에 몇 층이나 형성해야 하여 부재나 공정이 증가하기 때문에 비용이 높아지고, 또한 대형 기판에 대하여 이러한 코팅을 균질하게 실시하는 것이 매우 곤란하기 때문에, 실용적이지 않다는 문제가 있었다.

또한 종래에는, 표면 조도 (Ra) 가 40㎚ 이하인 실용적 평면 또는 곡면부분을 형성시키는 것이 어렵고, 게다가 증착 박막 자체도 기판이 대형화됨에 따라 전체면에 균질한 제막을 하는 것이 곤란하다. 그 때문에, 계산된 미세 표면 형상을 형성하여 반사광을 제어하더라도 휘도 불균일을 완전히 제어할 수 없다.

알루미늄 박막을 형성시키기 위한 방책으로서, 감압 하에서 아르곤 플라즈마에 의해 생성한 아르곤 이온을 알루미늄 타겟에 조사하고, 알루미늄 이온을 대극에 놓인 모재 기판에 조사하여 적층시키는 스퍼터링법이 종래 알려져 있다.

이러한 종래의 스퍼터링법에 의한 알루미늄 박막은, 에너지를 가진 알루미늄 이온을 조사하여 적층시키기 위해 제막된 알루미늄은 결정화되기 때문에, 증착막과 비교하여 원자레벨로 치밀한 막을 형성시키는 것이 가능하다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 스퍼터링법으로 형성되는 박막은, 다결정화, 즉 막 표면에 다수의 결정면 방향이 출현하여 결정간에 공간이 생기기 때문에 완전히 치밀한 막을 형성시킬 수 없고, 반사율도 증착막과 마찬가지로 92% 정도가 상한이 된다는 결점이 있었다.

반사율을 더 향상시키기 위해서는, 이 면방위를 정렬시킬 필요가 있다는 것이 본 발명자들의 인식이다.

그런데 알루미늄은 공기 중의 산소와 용이하게 반응하여 10㎚ 정도의 두께의 안정적인 자연산화 알루미늄 피막을 형성하는 점, 자연산화 알루미늄 피막의 형성에 의해 알루미늄은 잘 부식되지 않게 된다는 점이 알려져 있다.

그러나, 자연산화 알루미늄 피막은 분자에 의한 산화 반응이기 때문에 내부까지 균일하게 산화되지는 않아 막두께에 편차가 생기고, 또 산화 후의 알루미늄 계면 부근의 화학조성이 화학량론적이지 않아, 즉 산소원자가 결핍되어 있는 상태가 되기 때문에 결함이 많은 막이고 완전히 응력완화되지 않아, 결과적으로 내부의 알루미늄층이 부식되기 때문에, 보호층으로서의 역할은 충분하지 않다.

그리고 알루미늄 박막을 안정화시키기 위해 양극 산화 등으로 부동태막을 두껍게 하는 방법이 있다. 양극 산화법으로 산화막을 형성한 알루미늄은 알루마이트라 불리며 널리 사용되고 있다.

그러나, 알루미늄 양극 산화막은 산소이온에 의한 산화이기 때문에, 제법 상 미세 구멍을 가지는 포러스형 산화막이기 때문에 응력이 잔류하고, 온도나 습도 등의 외부 환경 변화에 의해 마이크로 크랙이 발생하거나 세공에 수분 등이 침투하기 때문에, 알루미늄층의 부식을 완전히 막을 수는 없다.

트리메틸디실록산 등의 유기 화합물을 플라즈마 중합하여 코팅함으로써 내부식성을 향상시키는 방법도 있지만, 반사율이 저하하거나 공정이나 부재가 늘어나 비싸질 뿐만 아니라, 광반사 방향을 제어하기 위한 미세 표면 형상을 정밀하게 재현하는 것이 불가능하여 적당하지 않다.

따라서 알루미늄 박막 상에 직접적으로 균질하고 치밀한 부동태 피막을 형성시킬 필요가 있었다.

본 발명의 목적은, 종래의 알루미늄 박막보다도 반사율이 높은 알루미늄 박막을 가지는 가시광 반사판 또는 반사 필름을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 반사광의 방향제어가 용이한 알루미늄 박막을 사용한 가시광 반사판 또는 반사 필름을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 균질하고 내부식성을 가지며, 표면 부동태막을 갖는 알루미늄 박막 가시광 반사판 또는 반사 필름을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 대형 평판 액정 디스플레이 백라이트 유닛용 반사판과 같은 대형 반사판에 적합한 알루미늄 박막의 가시광 반사판 또는 반사 필름을 제공하는 것에 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 의한 가시광 반사판의 일례를 나타내는 부분 개략 단면도,

도 2 는 도 1 에 나타낸 가시광 반사판 제조공정의 일 공정을 설명하기 위해 사용되는 단면도,

도 3 은 도 1 에 나타낸 가시광 반사판 제조공정의 다른 공정을 설명하기 위해 사용되는 단면도,

도 4 는 도 1 의 가시광 반사판의 적용예를 나타내는 단면도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태:

본 발명자들은 알루미늄 면방위와 가시광 반사율의 관계에 대하여 예의연구를 거듭하면서, 면방위의 제어가 가능하고 대형 기판 전체면에도 균질한 제막이 가능한 스퍼터 제막을 하여 반사율을 조사하였더니, 가시광 영역의 반사율을 확실하게 향상시키기 위해서는 특정한 면방위를 선택적으로 형성시키는 것이 매우 효과적인 수단이라는 지견을 얻었다. 바꾸어 말하면, 특수한 조건으로 스퍼터 제막함으로써 박막 중에 (111) 면을 더 많이 남기는 기술을 알아내고, 그 때의 반사율이 높은 것을 밝혀내어 본 발명에 이르렀다.

먼저 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 도 1 은 본 발명의 가시광 반사판의 일례를 나타내는 부분 개략 단면도이고, 도 2 및 도 3 은 도 1 의 가시광 반사판의 제조공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 에 나타내는 본 발명의 1 실시예에 관한 가시광 반사판 (10) 은 기판 (1) 의 한 표면 상에 형성된 반사층 (2) 을 갖고 있다. 도시된 기판 (1) 은 0.7㎜∼2㎜ 의 두께를 갖는 플라스틱 재료 (구체적으로는 시클로올레핀 폴리머: 니혼제온(주) 제조 제오노어 1600) 로 형성되어 있고, 이 예에서는 반사판에 광지향성을 부여하기 위해 표면에 수 미크론 폭의 프레넬 구조 (도시생략) 를 구비한 기판 (1) 을 사용하였다. 또 기판 (1) 의 재료로는 금속, 유리, 세라믹 및 다른 플라스틱 재료를 사용할 수 있다.

기판의 크기, 두께도 규정되는 것은 아니지만, 그 기판으로서의 강도를 고려할 때, 수지와 같은 가요성이 있는 것이라면 두께가 40㎛ 이상인 기판이 바람직하다. 금속이나 유리, 세라믹 재료라면 두께가 100㎛ 이상인 기판이 바람직하다.

이러한 재료기판 (1) 을 사용하면, 반사층의 반사의 방향성을 제어하기 위해 기판 표면에 의도적으로 요철형상을 형성하는 것이 가능하다.

예를 들어, 대형 평판 액정 디스플레이 백라이트 유닛용 반사판은, 그 휘도편차를 제어하기 위해 프레넬 구조나 자유 곡면 구조와 같은 계산된 표면 미세 형상을 형성할 필요가 있다. 그 요철 형상은 보통 1㎛ 이상의 요철에 의해 형성된다.

요철 사이는 평면 내지는 곡면에 의해 형성된다. 그 사실적 평탄부 또는 곡면부에 의해 광의 방향성은 규정되기 때문에, 그 표면 조도가 가시광 영역 저파장측 파장인 400㎚ 의 1/10 인 40㎚ 이하인 것이 바람직하고, 파장의 1/20인 20nm 이하이면 더욱 바람직하다.

도시된 반사층 (2) 은, (111) 면을 주요 면방위로 한 알루미늄 박막에 의해 형성되어 있다. 알루미늄의 순도를 향상시킴으로써 반사율을 높일 수 있지만, 알루미늄 박막의 순도가 99% 보다 낮은 경우에는 상대적으로 타원소의 함유량이 많아지기 때문에, 같은 면방위라고 해도 격자 왜곡이 커지고, 또 다른 원자에 의한 빛에너지 흡수가 커지는 점에서 반사율이 저하한다. 따라서, 알루미늄의 순도는 99질량% 이상으로 할 필요가 있고, 99.5질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다.

X선 회절 측정을 할 때, 기판의 영향으로 알루미늄 유래 이외의 피크가 관측되는 경우도 있지만, 어디까지나 알루미늄 유래의 피크만의 강도비가 중요하기 때문에 이들 피크에 관해서는 고려하지 않는다. 알루미늄 유래의 피크는 그 면방위에 기초한 피크이며, 표 1 과 같이 정리된다.

dA	Ⅰ/Ⅱ	hkl	2θ(Cuka2)
2.338	100	111	38.6
2.024	47	200	44.9
1.431	22	220	65.3
1.221	24	311	78.5
1.169	7	222	82.7
1.0124	2	400	99.4
0.9289	8	331	112.45
0.9055	8	420	117.02
0.8266	8	422	138.18

*2θ는 측정 상태 (기판의 설정 방법) 등이고, 상기 값의 ±2°는 오차임.

본 발명의 1 실시예에 따른 가시광 반사판 (10) 에서 X선 회절 측정한 결과, 그 알루미늄 박막에서는 알루미늄 유래의 2θ 피크가 38.5°± 2° 부근에만 단독으로 존재하고 있는 것이 확인되었다. 이 피크는 알루미늄의 면방위 (111) 에 유래되고 있기 때문에, 도시된 알루미늄 박막은 (111) 을 주요 면방위로서 갖고 있는 것이 판명되었다.

본 발명에 관한 검토 결과로부터, 알루미늄 박막의 면방위가 정렬됨으로써 막중 결함이 감소되고, 또한 표면 평탄성이 각별히 향상되는 것을 알아내었다. 즉, 본 발명의 반사판의 반사율 향상시키기 위해서는, (111) 면의 피크 강도가 다른 면방위의 피크 강도의 총합보다 큰 것이 바람직하고, X선 회절에서의 (111) 면의 피크 강도가 500cps 이상인 것이 더 바람직하고, 1000cps 이상인 것이 더욱 바람직하다.

또 그 알루미늄 박막 반사층 (2) 의 표면에는, 표면의 평균 핀홀 피치가 700㎚ 이상인 산화 알루미늄 (Al₂O₃) 막 (3) 으로 이루어지는 직접산화 피막 보호층 (3) 이 형성되어 있다.

이것으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 도시된 가시광 반사판 (10) 은 기판 (1), 기판 (1) 의 한 표면 상에 형성된 알루미늄 반사층 (2) 및 반사층 (2) 상에 형성된 산화 알루미늄의 보호막 (3) 으로 구성되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 반사판 (10) 에 있어서, 알루미늄 보호층 (3) 으로서 형성된 산화 알루미늄막은 40㎚ 이하 (바람직하게는 1㎚∼100㎚) 의 층두께를 가지며, 표면에서 700㎚ 이상의 평균 핀 홀 피치를 갖고 있었다.

즉, 도시된 산화 알루미늄막은 가시광에 대하여 균질하고 실질적으로 핀 홀이 없는 막임을 알 수 있다. 이 산화 알루미늄막 (3) 은 희가스, 예를 들어 Ar, Kr 및 미량의 산소를 사용한 플라즈마 산화법에 의해 형성되었다.

산소가 미량 혼입된 희가스 성분은, 산화막의 응력을 저감시켜 미크로 크랙이 잘 발생하지 않기 때문에, 막의 내구성을 향상시킬 뿐만 아니라 내부의 알루미늄층을 외부 환경에서 완전히 보호할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 가시광 반사판 (10) 의 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다. 먼저, 알루미늄 박막의 제막에 대하여 설명한다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 두께 0.7㎜∼2㎜ 의 시클로올레핀 폴리머로 이루어지는 플라스틱제 기판 (1) 의 표면에, 제조되는 반사판에 광지향성을 부여하기 위해 수 미크론 폭의 톱날같이 들쑥날쑥한 것이 전사된 프레넬 구조 (1a) 를 형성하였다.

순도 5N 이상의 알루미늄 타겟을 사용하여 이 기판 (1) 에 -20V 의 바이어스를 주어 프레넬 구조면 (1a) 에 플라즈마에 의해 발생하는 아르곤 이온을 주입함과 함께 기판 (1) 상의 스퍼터 표면에 조사시켜 스퍼터 제막하였다. 이로써 (111) 면만이 표면에 남아, 면방위가 (111) 이 되도록 고배향된 두께 50㎚ 에서 500㎚ 의 알루미늄 박막으로 이루어지는 반사층 (2) 이 얻어졌다 (도 3).

이 반사층 (2) 은, 스퍼터 분위기를 고순도화함으로써 불순물 (수분 등) 의 오염을 방지할 수 있고, 또 스퍼터 제막함으로써 기판 (1) 상에 형성된 프레넬 형상 등의 미소 형상을 정밀하게 재현한 알루미늄 박막으로 이루어지는 반사층 (2) 이 기판 (1) 의 표면에 형성되었다.

도 3 에 나타낸 알루미늄 박막 (2) 은 100㎚ 의 막두께를 갖고 있었다. 또 알루미늄 박막 (2) 에서는 (111) 면 유래의 피크가 관찰되고, 표면 조도 Ra：1㎛, 절대 반사율 99% 인 것이 확인되었다.

본 발명에 관한 검토 결과로부터, 알루미늄 박막은 스퍼터링법으로 제작되는 것이 바람직하고, 스퍼터시에 기판에 바이어스를 가함으로써 스퍼터면이 저이온 조사되고, 불안정한 면방위는 제거되며, 결과적으로 (111) 면에 배향한 박막이 형성되기 때문에 바람직하다.

기판에 가하는 바이어스는 -60V 이상 -5V 이하가 바람직하고, -40V 이상 -10V 이하가 보다 바람직하다. 그 때 가하는 이온조사 에너지는 80eV∼15eV, 바람직하게는 80eV 에서 25eV 의 저에너지가 된다.

기판에 가하는 바이어스의 전원은 기판 상의 전위가 규정되면 되기 때문에 DC 또는 RF 모두 사용할 수 있다.

스퍼터시의 압력은 타겟에서 방출된 알루미늄 이온이 기판에 수직으로 조사되도록 50mTorr 이하에서 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 발생시키는 플라즈마가 불안정해지지 않도록 1mTorr 이상의 압력으로 실시하는 것이 바람직하다.

발생시키는 플라즈마는 아르곤이나 제논, 크립톤과 같은 희가스 플라즈마로 하는 것이 바람직하다.

스퍼터용 타겟 재료의 순도는 높은 것이 바람직하고, 5N 이상인 것이 더욱 바람직하다.

캐소드에는 플라즈마를 안정적으로 발생시키기 위해 RF 전력을 사용하는 것이 바람직하다. 또 플라즈마를 캐소드측에 안정적으로 발생시키기 위해 마그넷을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 타겟에 효율적으로 아르곤 이온을 끌어들이고, 스퍼터 속도를 높이기 위해 마이너스의 DC 바이어스를 인가하는 것이 더 바람직하다.

다음으로, 도 1 에 나타내는 바와 같이 알루미늄막 (2) 에 산화 알루미늄막으로 이루어지는 보호층 (3) 을 형성하였다.

먼저, 진공장치를 구성하는 클러스터 툴을 사용하여 알루미늄 박막을 스퍼터제막한 후, 기판 (1) 을 대기에 노출시키지 않고 용량비 (Kr/O₂=97/3) 이고 소량의 산소를 함유하는 크립톤 분위기에서 알루미늄 박막 (2) 의 표면을 플라즈마 산화하였다.

본 발명에 관한 플라즈마 산화는, 소량의 아르곤, 제논, 크립톤과 같은 희가스를 사용하여 RF 전력에 의해 플라즈마를 발생시켜 생성된 산소 플라즈마를 사용하여 직접 산화함으로써 치밀하고 균질한 산화막이 형성되는 것이다. 이렇게 하여 얻어진 산화 알루미늄막 (3) 은 희가스 원소를 함유하여 두께 5㎚ 이었다.

그리고 60℃, 90% Rh 하의 고온 고습 환경 시험 후의 경면반사율 변화는 0% 였다. 이것은, 작성할 때 사용하는 희가스 (Kr) 가 산화막 중에 미량 존재함으로 인해 산화막의 응력이 완화되어, 환경변화 (온도, 습도변화) 에 기인하는 결함인 마이크로 크랙의 발생이 억제되기 때문에, 알루미늄의 내식성이 향상한 것이다.

이 점에서, 본 발명의 실시예에 따른 가시광 반사판은 산화 알루미늄막 (3) 이 반사층 (2) 인 알루미늄 박막에 형성되더라도 반사층 (2) 의 반사율은 변화하지 않는 것이 확인되었다.

그리고 종래 기술에 의한 자연산화막은, 분자산소 산화이기 때문에 반응이 불균일하고 막두께에 편차가 생기기 쉬우며, 계면 부근의 화학조성도 화학량론적으로 불충분하기 때문에, 계면 부근에 결함이 늘고 응력이 잔류하여 마이크로 크랙 발생의 원인으로 되어 있었다.

이에 반하여, 본 발명에서 형성되는 플라즈마 산화에 의한 산화 알루미늄막은 플라즈마 전자밀도가 낮아 매우 마일드한 라디칼 산소 산화에 의해 형성된다.

이 때문에, 산화 알루미늄막을 상기 서술한 플라즈마 산화에 의해 형성하면, 알루미늄 박막 표층 원자와 균일하게 반응하고 계면 부근이 화학량론적인 조성이 되며, 결함이 줄고, 응력이 완화되기 때문에, 마이크로 크랙이 발생하지 않고, 그 결과 외부에서 알루미늄 부식 원인이 되는 수분 등이 침입하는 것을 방지할 수 있다.

또한 스퍼터 후의 알루미늄 표면을 대기에 노출시키면, 대기 중의 수분·산소에 의해 자연산화막이 생성되어, 막질이 나빠진다. 막질을 유지하기 위해서는, 클러스터 툴 등을 사용해 스퍼터한 후, 대기에 노출되지 않도록 플라즈마 산화전의 알루미늄층 표면에 자연산화막을 생성시키지 않음으로써 계면 부근의 화학조성을 화학량론적으로 유지하고, 계면 부근의 결함을 없앰으로써 내부식성이 부족한 알루미늄을 보호할 수 있다.

그리고 본 발명의 실시예에서는, 알루미늄 박막의 직접 산화를 위해 기판에 형성되는 프레넬 형상 등의 미소 형상을 정밀하게 재현한 알루미늄 박막 표면을 정밀하게 유지할 수 있다.

도 4 를 참조하여, 본 발명의 가시광 반사판 (10) 을 사용한 대형 평판 액정 디스플레이의 백라이트 유닛을 설명한다. 도시된 백라이트 유닛 (20) 은, 음극 형광 램프 (CCFL ; 11, 12), CCFL (11, 12) 의 상부에 간격을 두고 위치한 확산판 (15), 확산판 (15) 의 표리면에 도포된 확산도료 (13, 14) 를 구비하고 있다. 그리고 본 발명의 가시광 반사판 (10) 은 CCFL (11, 12) 을 사이에 두고 확산판 (15) 과 대향하도록 배치되며, 여기에서는 프레넬 구조의 플라스틱 재료에 의해 형성된 기판 상에, 상기 서술한 가시광 반사막 및 표면보호막이 형성되어 있는 것으로 한다.

도시된 백라이트 유닛 (20) 에서 화살표로 나타내는 바와 같이 서로 인접한 CCFL (11, 12) 에서 나온 광은 (111) 의 주요 면방위를 구비한 본 발명의 가시광 반사판 (10) 의 반사면에 의해 최대 반사강도로 반사된다. 또한 그 가시광 반사판 (10) 의 프레넬 구조에 의해 오목거울과 동등한 반사를 하기 때문에, 그리고 반사광이 넓어지는 일이 없이 확산판 (15) 에 입사하기 때문에, 한층 더 밝은 전면광을 얻을 수 있다. 따라서, 도시된 백라이트 유닛은 대형 평판 액정 디스플레이 백라이트 유닛용 반사판에 가장 적합하다. 또 CCFL 의 필요수를 종래보다 줄일 수 있어, 디스플레이의 에너지 절약화를 가져올 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 반사판보다도 고경면 반사율 (즉 92% 를 초과하는 반사율) 을 확실히 실현하고, 또한 종래의 반사판과 같이 두꺼운 산화 알루미늄층이나 다른 부재에 의한 코팅을 하지 않고도 내식성이 우수한 가시광 반사판과 그 제조방법을 제공할 수 있다.

발명의 개시:

본 발명의 일 양태에 의하면, 가시광을 반사하는 알루미늄 박막에 있어서, 알루미늄의 순도가 99질량% 이상이고, X선 회절에서 알루미늄 유래의 피크 중에서 (111) 면의 피크 강도가 다른 알루미늄 유래의 피크 강도의 총합보다 큰 것을 특징으로 하는 반사판 또는 반사 필름 (이하, 반사부재라 함) 이 얻어진다. 또 이 반사부재는 가시광 영역의 광선에 대하여 92% 를 넘는 반사율을 나타내는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 알루미늄 박막을, 소량의 산소를 함유한 희가스 속에서 플라즈마에 의해 발생된 산소 라디칼을 베이스로 한 직접 산화에 의해 산화 알루미늄 부동태 피막을 형성함으로써, 반사율을 유지시키면서 내부식성을 비약적으로 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 반사부재가 얻어진다.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 상기 알루미늄 박막은, 금속, 유리, 세라믹 및 플라스틱에서 선택된 재료에 의해 형성된 모재 기판의 적어도 한 표면 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사부재가 얻어지며, 그 표면은 프레넬 구조나 자유 곡면 등 반사광을 제어하기 위해 필요한 어떠한 형상을 갖고 있어도 된다.

본 발명의 다른 양태에서는, 표면 조도 (Ra) 가 가시광 영역 저파장측 파장인 400㎚ 의 1/10 이하의 실질적 평면 또는 곡면 부분을 반사면에 갖는 알루미늄 박막 반사부재가 얻어진다. 여기에서, 본 발명에서는 알루미늄 박막 표면에 형성되는 산화 피막은 박막 간섭에 의한 착색을 막기 위하여 가시광 영역 저파장측 파장인 400㎚ 의 1/4 인 100㎚ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 미리 정해진 재료에 의해 형성된 기판을 준비하여, 그 기판 상에 알루미늄의 순도가 99질량% 이상이고, X선 회절에서 알루미늄 유래의 피크 중에서 (111) 면의 피크 강도가 다른 알루미늄 유래의 피크 강도의 총합보다 크고, 가시광 영역의 광선에 대하여 92% 를 넘은 반사율을 나타내는 알루미늄 박막을 형성한 것을 특징으로 하는 가시광 반사부재가 얻어진다.

또한 본 발명의 또 다른 양태에서는, 28인치 이상의 대형 평판 액정 디스플레이의 백라이트 유닛용 반사판과 같은 대형 반사판 전체면에 대해서도 균질한 제막이 가능한 알루미늄 박막 반사부재가 얻어진다.

그리고 본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 알루미늄 박막을, 소량의 산소를 함유한 희가스 속에서 플라즈마에 의해 발생된 산소 라디칼을 사용하여 플라즈마 산화에 의해 산화 알루미늄 부동태 피막을 형성함으로써 반사율을 유지시키면서 내부식성을 비약적으로 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 반사부재의 제조방법이 얻어진다.

그런데 본 발명에서의 결정 면방위의 강도비는 통상의 X선 회절법에 의해 각 결정 면방위에 기초한 피크의 강도를 측정함으로써 구할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 가시광 반사부재는 액정 디스플레이 장치의 백라이트, 특히 화면 대각으로 28인치 이상인 대형 평면 액정 디스플레이 백라이트 유닛에 사용되는 반사판으로 적합하다.

Claims

알루미늄의 순도가 99질량% 이상이고, X선 회절에서 알루미늄 유래의 피크 중에서 (111) 면 유래의 피크 강도가 다른 알루미늄 유래의 피크 강도의 총합보다 큰 알루미늄 박막을 반사면에 갖는 판 또는 필름을 가시광 반사에 사용하는 것을 특징으로 하는 가시광 반사부재.
표면 조도 (Ra) 가 40㎚ 이하인 실질적 평면 또는 곡면부분을 반사면에 갖는 알루미늄 박막을 가시광 반사에 사용하는 것을 특징으로 하는 가시광 반사부재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 알루미늄 박막은, 플라스틱 재료에 의해 형성된 기판 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가시광 반사부재.
제 3 항에 있어서, 상기 알루미늄 박막 표면에 플라즈마 산화에 의해 형성된 산화 피막이 직접 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가시광 반사부재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 알루미늄 박막 표면에 100㎚ 이하의 산화 피막이 직접 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가시광 반사부재.
제 5 항에 있어서, 형성된 산화 피막 중에 미량의 희가스 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 가시광 반사부재.
알루미늄 박막을 형성시키는 판상 또는 필름상의 기판에, -60V에서 -5V 의 전위를 인가하고, 80eV 에서 15eV 의 낮은 에너지 이온을 조사하여 스퍼터법에 의해 알루미늄 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 반사부재의 제조방법.
제 7 항에 있어서, 형성된 상기 알루미늄 박막 표면에, 라디칼 산소를 사용하여 100㎚ 이하의 산화 피막을 직접 형성하는 것을 특징으로 하는 가시광 반사부재의 제조방법.
판상 또는 필름상의 기판에 알루미늄 박막을 형성하는 공정과, 소량의 산소를 함유한 희가스 속에서 플라즈마에 의해 발생된 산소 라디칼을 사용하여, 상기 알루미늄 박막을 산화하여 상기 알루미늄 박막 표면에 산화막을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 박막 가시광 반사부재의 제조방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 가시광 반사부재를 백라이트 유닛에 장착한 것을 특징으로 하는, 화면의 대각 길이가 28인치 이상인 대형 평판 액정 디스플레이.