KR20070056376A - 점광원을 이용한 도광판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 점광원을 이용한 도광판(또는 액정표시장치의 배면광발생장치(LCD-BLU)) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엣지라이트 방식으로서 도광판의 모서리 양단에 점광원을 경사지게 설치하여 기존의 광원과 광원 사이에 발생 되는 암부(暗部)를 차단함으로써 액정표시장치(LCD)에서 휘도의 균일도, 고시야각, 고휘도를 보다 용이하게 확보할 수 있는 기술에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 동일한 노광 공정을 이용하여 서로 다른 크기와 모양의 부메랑 형태 포토레지스트 기둥을 만든 후 리플로우 공정을 통해 다수개의 초승달 모양의 마이크로렌즈 패턴을 만듦으로써 기존의 에칭에 의한 점광원형 도광판에서 문제되었던 휘도의 균일도, 고시야각, 고휘도를 용이하게 확보할 수 있는 도광판의 생산이 가능하다.
점광원, 도광판, 마이크로 렌즈, 리플로우, LCD

Description

점광원을 이용한 도광판 및 그 제조방법{Light guiding panel using point lights and fabricating method thereof}
도 1은 기존의 점광원용 도광판의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 점광원을 이용한 도광판의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 점광원을 이용한 도광판의 제조공정을 나타낸 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시 예에 따라 제작된 다양한 형태의 광학 패턴을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 광학 패턴의 배치 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라 초승달 패턴에 의한 광로 변화를 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
20: 도광판 21,22: 점광원
23: 광학패턴
본 발명은 점광원을 이용한 도광판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도광판의 모서리 양단에 점광원을 설치하는 엣지라이트 방식을 적용함으로써 액정표시장치(LCD)의 휘도의 균일도, 고시야각, 고휘도를 보다 용이하게 확보할 수 있는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 음극선관(Cathode Ray Tube: CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Dispray Panel: PDP), 전계방출소자(Field Emission Display: FED)와는 달리 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD)에 의한 표시는 그 자체가 비 발광성이기 때문에 광원이 없는 곳에서는 사용이 불가능하다.
이러한 단점을 보완하고, 어두운 곳에서도 액정표시장치(LCD)를 사용 가능하도록 하기 위해 액정표시장치(LCD)의 패널 전체에 고르게 빛을 전달하는 조광장치로서 백라이트 유닛(BLU)이 사용된다.
상기의 백라이트 유닛(BLU)은 배경 광원, 반사판, 도광판 및 확산판 등으로 구성된다. 여기서, 상기 도광판은 양 측면에 광원으로 사용되는 배경 광원에서 방출되는 빛을 액정표시장치(LCD)의 전체 면에 균일하게 조사시키는 역할을 한다.
즉, 상기 도광판은 백라이트 유닛(BLU)의 휘도와 균일한 조명 기능을 수행하는 부품으로서 액정표시장치(LCD) 내에서 빛을 액정에 인도하는 백라이트 유닛(BLU) 안에 조립되어 있는 아크릴 사출물을 말하며, 냉음극 형광램프(CCFL)에서 발산되는 빛을 액정표시장치(LCD) 전체 면에 균일하게 전달하는 역할을 하는 플라스틱 성형 렌즈의 하나이다.
도 1은 기존의 점광원용 도광판의 구조를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 도광판(10)의 하부에는 일정간격이 떨어진 복수의 점광원(11)(12)(13)이 각각 설치되며, 그 배후에는 액정표시장치(LCD)가 설치되어 있다.
그러나 상기와 같은 구조의 도광판을 제조함에 있어서 도광판 하부에 복수의 점광원(11)(12)(13)이 설치된 경우 광원과 광원 사이에 형성된 암부(暗部) 때문에 휘도가 균일하지 못한 부분이 발생 된다. 결국, 이러한 결점은 제품의 신뢰성을 떨어뜨리게 된다.
또한, 상기 도광판의 구조에서 기계가공에 의해 광학패턴을 제조할 경우 패턴의 배치가 자유롭지 못할 뿐만 아니라 광학 경로의 조절이 용이하지 못하였다.
한편, 종래의 도광판 구조와 관련된 공지 기술로서 “ 공개번호: 10-2005-0105962 (공개일자: 2005.11.8), 발명의 명칭: 면광원 장치, 확산판 및 액정표시장치 ”가 제시되어 있다.
상기의 공지 기술은 점광원을 이용한 면광원 장치에 있어서, 면광원 장치로부터 거의 수직으로 출사되는 광의 지향성을 전체로 좁게 유지하고 지향성이 좁은 방향에서 광을 넓힘으로써 지향성이 넓은 방향에 있어서의 지향각과 지향성이 좁은 방향에서의 지향각과의 차를 작게 하는 것을 목적으로 하고 있다.
그 구성을 살펴보면, 광원과, 해당 광원으로부터 도입된 광을 면 형상으로 넓혀서 광출사면으로부터 출사시키는 도광판과, 해당 도광판의 광출사면에 대향시켜 배치된 확산판으로 이루어지는 면광원 장치에 있어서, 상기 광출사수단은 광편 향면을 구비한 요철 패턴이고, 상기 광출사면에 수직한 평면 내에 있어서의 상기 광편향면의 경사각도가 도광판 내부에서 거의 일정하며, 상기 확산판의 수직 입사에 대한 투과광의 지향성이 해당 확산판에 수직한 방향을 끼우고 양측으로 20°이내의 범위에 각각 적어도 하나씩 극대치를 갖는 것을 특징으로 하는 면광원 장치를 제시하고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술은 지향성이 넓은 방향에 있어서의 지향각과 지향성이 좁은 방향에서의 지향각과의 차를 작게 함으로써 면광원 장치에 방사 형상의 휘도 얼룩 생김을 방지할 수 있다는 기술적 특징이 있으나, 엣지라이트 방식을 적용하여 액정표시장치(LCD)의 휘도의 균일도, 고시야각, 고휘도를 보다 용이하게 확보할 수 있는 본 발명과는 기술적 특징의 차별성이 존재한다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명은 엣지라이트 방식으로서 도광판의 모서리 양단에 점광원을 경사지게 설치하여 기존의 광원과 광원 사이에 발생 되는 암부(暗部)를 차단함으로써 액정표시장치(LCD)에서 휘도의 균일도, 고시야각, 고휘도를 보다 용이하게 확보할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명에 의하 면, 점광원을 이용한 액정디스플레이(LCD)의 도광판에 있어서, 도광판의 모서리(Edge) 양단에 경사지게 설치된 점광원; 및 상기 도광판의 하부에 설치되며, 상기 점광원을 중심으로 동심원 방향으로 배치되는 복수의 광학 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 도광판이 제시된다.
또한 본 발명에 의하면, 점광원을 이용한 액정디스플레이(LCD)의 도광판에 있어서, 도광판의 모서리(Edge) 양단에 경사지게 설치된 점광원; 및 상기 점광원을 중심으로 산란영역과 상기 산란영역의 두 광원이 만나는 중간 부분을 광원의 혼합영역으로 형성하되 상기 산란 및 혼합영역에 복수의 광학 패턴이 배치된 것을 특징으로 하는 도광판이 제시된다..
또한, 본 발명에 의하면, 빛이 통과되는 제 1 영역과 빛이 통과되지 않는 복수 개의 제 2 영역을 형성하되, 상기 제 2 영역들이 서로 다른 크기 및 형상을 갖는 동심원 패턴을 형성하도록 된 마스크를 포토레지스트(PR)가 코팅된 기판 위에 정렬시키는 제 1 단계; 마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 제 2 영역의 상측에서 하측으로 조사되어 수직 노광을 실시하는 제 2 단계; 상기 수직 노광된 기판을 현상하여 각각의 기둥 형태를 갖고, 다양한 크기 및 형상으로 이루어지는 포토레지스트 기둥을 얻는 제 3 단계; 상기 포토레지스트 기둥을 리플로우 공정을 통해 만곡시켜 마이크로렌즈의 패턴을 얻는 제 4 단계; 상기 마이크로렌즈 패턴이 음각되도록 하는 음각 스탬퍼를 제작하는 제 5 단계; 및 상기 음각 스탬퍼를 금형으로 하여 상기 마이크로렌즈 패턴이 양각된 도광판을 성형하는 제 6 단계를 포함하는 도광판 제조방법이 제시된다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따라 점광원을 이용한 도광판의 구조를 나타낸 것으로서, 엣지라이트 방식이 적용된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 액정표시장치(LCD)의 도광판(20) 모서리(Edge) 양단에 점광원(21)(22)이 각각 경사지게 설치되어 있다.
이때, 상기 도광판(20) 하부에 형성되는 다수개의 광학패턴(23)의 분포는 점광원(21)(22)을 중심으로 동심원 방향으로 배치를 함으로써 휘도의 균일도, 고시야각, 고휘도 등을 확보할 수 있게 된다.
또한, 상기 도광판(20) 하부에 형성되는 다수개의 광학패턴(23)의 경우 반도체 리플로우(Reflow) 공정을 이용하여 형성된다.
즉, 상기 도광판(20)의 모서리 양단에 경사지게 설치된 점광원(21)(22)은 기존의 액정표시장치(LCD)가 갖는 출사각(90 ~ 130°)을 그대로 이용할 수 있기 때문에 도 1과 같이 점광원(11)(12)(13)의 개수에 의한 암부(暗部)가 존재하지 않게 된다.
도 3은 본 발명에 따라 점광원을 이용한 도광판의 제조공정을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 동심원 방향으로 배치된 광학 패턴(23)을 형성하기 위한 마스크를 형성한다. 이때, 상기 마스크는 빛이 통과되는 제 1 영역과 빛이 통과되지 않는 복수 개의 제 2 영역들이 존재하는데, 상기 제 2 영역들이 서로 다른 크기 및 형상을 갖는 광학 패턴(23)을 형성하기 위해 마스크를 포토레지스트(Photoresist: PR)가 코팅된 반도체 기판 위에 정렬시킨다(S10).
상기 마스크는 패턴의 정밀도에 따라 필름 마스크(Film Mask)나 크롬 마스크(Cr Mask) 등이 사용되며, 크롬 마스크를 사용하는 경우 1㎛ 정도의 정밀도의 제작이 가능하다.
다음, 마이크로 렌즈 어레이를 형성하기 위해 제 2 영역의 상측에서 하측으로 조사되는 수직 노광 공정을 진행한다(S20).
이때, 상기 수직 노광의 포토레지스트(PR) 종류는 두께의 정도에 따라 다양하게 사용될 수 있으나, 두꺼운 감광제(PR)인 AZ 계열의 9260을 사용한다. 물론, 상기 포토레지스트(PR)의 수직 노광과정은 스핀 코터(Spin coater) 장비를 이용하며, 상기의 마스크를 포토레지스트(PR)가 코팅된 기판 위에 얼라인 키(Align Key)에 맞춰 정렬시키고 정해진 시간으로 수직 노광 공정을 실시한다.
그 다음, 상기 수직 노광된 반도체 기판을 현상하여 각각의 기둥 형태를 형성하되 서로 다른 크기와 형상을 갖는 포토레지스트(PR)의 기둥을 형성한다(S30).
이때, 상기 노광 공정 후 현상 공정을 진행하게 되는데, 현상액 종류는 예컨대 AZ 계열 400k를 이용한다. 상기의 현상 공정은 마스크를 통과한 빛을 쬔 포토레지스트(PR) 부분은 용해되고, 빛을 받지 않는 부분은 그대로 남게 되는데, 상기의 현상 과정을 수행하게 되면 서로 크기와 형상의 기둥 형상을 갖게 된다.
다음, 상기 포토레지스트(PR) 기둥들을 리플로우(Reflow) 공정을 통해 만곡 시켜 마이크로 렌즈 패턴을 형성한다(S40).
이때, 상기 마이크로 렌즈의 패턴은 핫 플레이트(Hot Plate) 또는 오븐 장비를 이용하여 리플로우 공정에 의해 형성되는데, 상기 리플로우 공정은 포토레지스트(PR) 기둥에 열을 가하여 포토레지스트(PR)가 열에 의해 녹아 내리도록 하는 공정을 나타낸다.
바람직하게, 상기 리플로우 공정은 기본적으로 125℃에서 진행하며, 최소 2분 내지 최대 10 여분까지 조건을 변경하면서 진행한다. 이렇게 리플로우 공정의 시간 차가 발생하는 이유는 리플로우 공정의 시간을 조절을 통하여 리플로우 공정 후 만들어지는 광학 패턴의 곡면을 조절하기 위함이다.
즉, 상기 리플로우 공정의 시간이 짧으면 높은 각의 포토레지스트(PR)의 패턴이 형성되고, 리플로우 공정의 시간이 길어지면 완만한 각을 가지는 포토레지스트(PR)의 패턴을 형성할 수 있다.
따라서 상기와 같은 리플로우 공정 후의 만곡 형상 및 포토레지스트(PR)의 높이를 변화시킬 수 있기 때문에 다양한 형태의 마이크로렌즈 및 마이크로 렌즈 어레이를 설계 및 제작할 수 있다.
다음, 상기 마이크로렌즈의 패턴이 음각되도록 하는 음각 스탬퍼(Stamper)(혹은 양각되도록 하는 양각 스탬퍼)를 제작한다(S50).
이때, 상기 스탬퍼(Stamper)에는 동심원 배열 패턴의 포토레지스트(PR)가 음각(혹은 양각)으로 전사된 형태를 갖게 된다.
그 다음, 상기 음각(혹은 양각)으로 새겨진 스탬퍼를 금형으로 하여 상기 마 이크로렌즈 패턴이 양각된 도광판(혹은 음각된 도광판)을 성형함으로써(S60) 본 발명의 제조공정이 완료된다.
바람직하게, 상기 단계(S50)에서의 마이크로렌즈 패턴은 제작자의 필요에 따라 제조공정을 임의로 변경하여 음각 스탬퍼 혹은 양각 스탬프를 제작할 수 있으며, 이를 바탕으로 금형으로 하여 양각이 새겨진 도광판의 성형품 혹은 음각이 새겨진 도광판의 성형품을 제작할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시 예에 따라 다양한 형태의 광학 패턴을 나타낸 도면으로서, 도 2에 도시된 강낭콩 모양으로 되어있는 광학 패턴(23)들 대체하여 도 4의 (a),(b),(c),(d)와 같이 광학 패턴이 삽입되는 구조이다.
상기의 광학패턴(23)들은 포토레지스트(PR) 패턴을 노광한 후 리플로우 공정을 통하여 최종적으로 형성된다.
즉, 도 4a 내지 도 4d를 살펴보면, 공통적으로 좌측의 도면은 포토레지스트(PR) 패턴의 형태(a-a.c-c,e-e,g-g)를 나타낸 것이고, 우측의 도면은 리플로우 공정을 진행한 후 광학 패턴의 형태(b-b,d-d,f-f,h-h)를 나타낸 것이다.
이때, 도 4a에 제시된 광학 패턴은 연속으로 이어지는 곡면의 크기가 동일한 콘(Corn)의 형상을 갖으며, 도 3b는 연속으로 이어지는 곡면의 크기가 동일한 반구 형상을 갖는다. 도 3c에 제시된 광학 패턴은 연속적으로 이어지는 곡면의 크기가 서로 다른 반구 형상을 갖으며, 도 3d는 초승달의 형상을 갖는다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 광학 패턴의 배치 예를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6을 살펴보면, 기존의 기계가공에 의한 광학패턴의 경우 패턴의 배치가 자유롭지 못하였으나, 본 발명에서는 광학패턴의 배치가 자유롭기 때문에 도 5와 같이 산란(scattering) 영역과 두 액정표시장치(LED)의 빛이 만나는 부분인 중간부분을 광원이 혼합(mixing)하는 영역으로 나누어 제작할 수 있다. 이와 같은 영역은 복수개의 제작이 가능하다.
또한, 광학패턴의 배치에 있어서 산란(scattering) 영역을 유배할 수 있는데 도 6과 같이 광학패턴을 배치시키면 패턴 모양에 의한 광학 경로의 조절뿐만 아니라 광학패턴의 배치에 의해서 광학 경로를 용이하게 조절할 수 있게 된다. 도 6에서의 부호 23a는 제 1 산란패턴을 나타내고, 부호 23b은 제 2 산란패턴을 나타내며, 상기 제 2 산란패턴은 초승달의 형태를 나타낸 것이다.
상기와 같은 본 발명의 구조는 기존에 사용되던 반구 모양의 단순한 광학 패턴에서 벗어나 3차원적인, 즉 여러 개의 곡면을 가지는 광학패턴을 배치함으로써 도 7의 (a)(b)와 같이 기존에 사용되고 있는 에칭에 의한 단순한 형상의 패턴에 비해 광 경로의 제어가 용이하여 다중적으로 광 경로를 조절할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 대한 기술적 사상을 첨부도면과 함께 기술하였으나, 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 동일한 노광 공정을 이용하여 서로 다른 크기와 모양의 부메랑(혹은 연속 마이크로렌즈, 콘)형태 포토레지스트 기둥을 만든 후 리플로우 공정을 통해 다수개의 초승달(연속 마이크로렌즈, 콘)모양의 마이크로렌즈 패턴을 만듦으로써 기존의 에칭에 의한 점광원형 도광판에서 문제되었던 휘도의 균일도, 고시야각, 고휘도를 용이하게 확보할 수 있는 도광판의 생산이 가능하다.

Claims (10)

  1. 점광원을 이용한 액정디스플레이(LCD)의 도광판에 있어서,
    도광판의 모서리(Edge) 양단에 경사지게 설치된 점광원; 및
    상기 도광판의 하부에 설치되며, 상기 점광원을 중심으로 동심원 방향으로 배치되는 복수의 광학 패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 도광판.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광학 패턴은 서로 다른 크기와 형상을 갖는 포토레지스트(PR) 패턴을 노광한 후 플로우(Reflow) 공정을 통해 형성된 것을 특징으로 하는 도광판.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광학 패턴은 연속으로 이어지는 곡면의 크기가 동일한 콘(Corn)의 형상, 연속으로 이어지는 곡면의 크기가 동일한 반구 형상, 연속적으로 이어지는 곡면의 크기가 서로 다른 반구 형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 도광판.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광학 패턴은 초승달 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 도광판.
  5. 점광원을 이용한 액정디스플레이(LCD)의 도광판에 있어서,
    도광판의 모서리(Edge) 양단에 경사지게 설치된 점광원; 및
    상기 점광원을 중심으로 산란영역과 상기 산란영역의 두 광원이 만나는 중간 부분을 광원의 혼합영역으로 형성하되 상기 산란 및 혼합영역에 복수의 광학 패턴이 배치된 것을 특징으로 하는 도광판.
  6. 빛이 통과되는 제 1 영역과 빛이 통과되지 않는 복수 개의 제 2 영역을 형성하되, 상기 제 2 영역들이 서로 다른 크기 및 형상을 갖는 동심원 패턴을 형성하도록 된 마스크를 포토레지스트(PR)가 코팅된 기판 위에 정렬시키는 제 1 단계;
    마이크로 렌즈 어레이를 형성하는 제 2 영역의 상측에서 하측으로 조사되어 수직 노광을 실시하는 제 2 단계;
    상기 수직 노광된 기판을 현상하여 각각의 기둥 형태를 갖고, 소정의 크기 및 형상으로 이루어지는 포토레지스트 기둥을 얻는 제 3 단계;
    상기 포토레지스트 기둥을 리플로우 공정을 통해 만곡시켜 마이크로렌즈의 패턴을 얻는 제 4 단계;
    상기 마이크로렌즈 패턴이 음각되도록 하는 음각 스탬퍼를 제작하는 제 5 단계; 및
    상기 음각 스탬퍼를 금형으로 하여 상기 마이크로렌즈 패턴이 양각된 도광판을 성형하는 제 6 단계를 포함하는 도광판 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 패턴은 초승달 형태를 갖는 것을 특징 으로 하는 도광판 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 리플로우 공정은 기본적으로 125℃에서 진행하되 최소 2분 내지 최대 10 여분까지의 범위를 변경하면서 실시하는 것을 특징으로 하는 도광판 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 제 5단계에서의 마이크로렌즈 패턴이 양각되도록 하는 양각 스탬퍼를 제작하는 것을 특징으로 하는 도광판 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 양각 스탬퍼를 금형으로 하여 상기 마이크로렌즈 패턴이 음각된 도광판을 성형하는 것을 특징으로 하는 도광판 제조방법.
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