KR20070095758A - 광 확산장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 확산장치 및 그 제조방법을 제공한다. 확산층이 기판에 형성되는데, 상기 확산층은 복수의 미세입자와 폴리머층으로 형성된다. 상기 미세입자는 폴리머층의 표면에 구비되는데, 각각의 미세입자가 폴리머의 표면과 접한다. 이러한 배치에 의해 미세입자를 통과한 빛이 바로 공기 중으로 확산한다.

Description

광 확산장치 및 그 제조방법{Light-Diffusion Device and Method of Making the Same}

본 발명은 광 확산장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 평판 모니터에 사용되는 광 확산장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

광 확산기능을 달성하기 위해 종래의 광 확산장치(light-diffusion device)에서는 투명기판의 상면을 의도적으로 거칠게 만들어 빛이 통과할 때 산란 현상이 생기게 한다. 또 다른 종래의 광 확산장치에서는 광 확산층이 투명기판의 상면에 형성된다. 광 확산층은 복수의 미세입자와 접착부(adhesive)를 포함한다. 상기 미세입자는 접착부에 완전히 매몰되거나 또는 접착부로부터 돌출한다. 어떤 식이든 광 확산층의 거친 표면을 형성한다. 빛이 광 확산층을 통해 외부로 방사될 때 원하는 광 확산 결과를 얻을 수 있다. 상기 미세입자들은 렌즈 이론에 따라 빛이 확산되게 하는 투명 구체(spheres)이다. 광 확산장치가 표면 거칠기나 미세입자를 이용하여 광 확산 기능을 제공한다는 것은 잘 알려져 있다.

그러나 선행기술에서 광 확산층은 미세입자를 접착부와 혼합시키고, 그 후 상기 혼합물을 기판 상에 코팅시켜서 형성된다. 상기 미세입자는 접착부에 무작위로 분포되고 서로 불규칙하게 중첩한다. 그러므로 빛은 수개의 미세입자와 접착부를 통과하는 동안에 굴절을 수차례 겪는다. 광 확산장치의 휘도(밝기)는 길고 과다한 빛 경로로 인해 제한된다.

본 발명의 제 1 목적은 서로 다른 시야각(viewing angles)에서의 밝기 균일성을 개선시키는 균일한 굴절각 분포를 갖는 광 확산장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 빛 손실을 줄이고 밝기를 향상시키는, 빛 경로가 더 짧은 광 확산장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 더 짧은 거리에서 그리고 더 큰 시야각에서 보이는 동안에 평판 모니터의 가장자리에서의 결점, 즉 오버 다크니스(over-darkness)의 영향을 받지 않는 광 확산장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에서는 확산층이 기판에 형성되고 상기 확산층은 미세입자와 폴리머층을 포함하며, 상기 미세입자는 상기 폴리머층의 표면에 구비된다. 미세입자 각각은 폴리머의 표면에 접한다. 이러한 배치는 빛이 미세입자를 통과할 때 바로 공기 중으로 확산되게 한다. 미세입자가 서로 중첩되지 않는 동시에 빛 경로가 더 짧아져서 이동할 때 빛의 손실을 줄여주고 전체적인 밝기를 향상시킨다.

본 발명의 다른 측면에서는 광 확산장치의 제조방법을 제공하는데, 다음 단계들을 포함한다.

(a) 정전기층을 기판에 형성하는 단계;

(b) 내부에 1% 내지 10%의 광개시제(photo initiator)를 갖는 자외선 경화 폴리머를 제조하는 단계;

(c) 상기 폴리머층을 상기 기판 상에 코팅하는 단계; 및

(d) 15㎛ 내지 80㎛의 직경을 갖는 복수의 미세입자를 상기 폴리머층의 표면에 부착시켜 상기 미세입자 각각이 상기 폴리머층의 표면에 접하도록 하는 단계.

후술하는 바람직한 실시예는 전술한 목적, 특징 및 이점에 대한 이해를 보다 용이하게 하도록 첨부하는 도면을 참조하여 상세히 설명된다.

전술한 미세입자는 구 모양의(sphere-shaped) 미세입자이다. 그러나 일 실시예에서 미세입자는 도면에서 완전한 구로 도시되어 있다. 본 명세서에서 언급되는 "직경(diameter)"은 구의 명목상의 직경을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 광 확산장치를 도시하는 개략도이다. 광 확산장치는 상면(11a)과 하면(11b)을 갖는 광 투명기판(11)을 포함한다. 투명 UV 경화 폴리머층(12)은 기판(11)의 상면(11a)에 코팅된다. 복수의 미세입자(13)는 폴리머층(12)의 일 표면에 구비된다. 각각의 미세입자(13) 전부는 폴리머층(12)의 표면과 접한다. 정전기층(14)이 하면(11b)에 형성된다.

미세입자(13) 각각의 직경은 동일하고 15㎛ 내지 80㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다.

빛은 동일 직경의 미세입자(13)를 통과하는 동안에 굴절 확산을 겪는다. 더 짧아진 빛 경로를 이용함으로써 전체 밝기가 향상된다. 미세입자(13) 각각은 실질적으로 동일한 직경을 가지며, 균일한 확산각을 얻을 수 있다. 더욱이 본 발명에서는 미세입자(13) 표면의 일부가 공기 중에 노출되게 함으로써 빛이 미세입자(13)를 통과할 때 공기 중으로 확산되게 한다. 미세입자 표면의 일부를 공기 중에 노출되게 함으로써 폴리머층(12)에 과다한 빛 경로가 없이 굴절각이 모든 가능한 시야각에서 균일한 분포를 가지므로 다른 시야각 전부에서 밝기 균일성을 개선시킨다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 광 확산장치를 도시하는 개략도이다. 도 3은 X-X 단면에 따른 도 2의 간이 단면도이다. 제 1 실시예와 비교하여 미세입자(15, 16)는 서로 다른 직경을 가지며, 미세입자(15, 16)의 굴절지수도 서로 다르다. 따라서, 미세입자(15, 16)가 지정 영역에서 분포될 때 다른 지정영역에서는 다른 산란 결과를 얻을 수 있다. 다른 빛 산란 결과는 백라이트 모듈과 모니터의 실제 설계상 요건에 따라 얻을 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 확산장치는 상면(11a)과 하면(11b)을 갖는 광 투명기판(11)을 포함한다. 투명 UV 경화 폴리머층(12)은 기판(11)의 상면(11a) 상에 코팅된다. 다른 직경를 갖는 복수의 미세입자(15, 16)는 폴리머층(12)의 일 표면에 구비된다. 각각의 미세입자 전부는 폴리머층(12)의 표면에 접한다. 동일 직경의 미세입자가 적어도 일 영역을 형성하고, 영역들은 두 개 이상의 영역이 형성될 때 서로 상호배치(interleave)된다. 바람직한 실시예에서는 도 2와 도 3에 도시된 것처럼, 중앙 영역의 미세입자(15)가 더 큰 직경을 가지고, 가장자리 영역의 미세입자(16)는 더 작은 직경을 갖는다. 보다 작은 직경의 미세입자(16)가 15㎛ 내지 40㎛의 범위에 있고, 보다 큰 직경의 미세입자(15)는 55㎛ 내지 80㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또 다른 바람직한 실시예에서는 도 4에 도시된 것처럼, 중앙의 미세입자가 더 큰 직경을 가지고, 중앙에서 멀어질수록 각각의 미세입자의 직경이 역으로 달라지도록 구성된다. 도 3과 도 4는 간이 개략도이고, 미세입자의 양이 정확히 도시되지 않았다는 것에 유의해야 한다. 정전기층(14)은 하면(11b)에 형성된다.

따라서, 본 발명은 더 짧은 거리에서 그리고 더 큰 시야각에서 보이는 동안에 평판 모니터의 가장자리의 결점인, 오버 다크니스의 영향을 받지 않는 광 확산장치를 제공한다.

도 5는 본 발명의 광 확산장치의 제조방법을 도시하는 순서도이다. 그 방법은 다음 단계들을 포함한다.

1. 정전기층(14)을 50℃ 내지 130℃의 환경 하에서 코팅 및 응고시켜 광 투명기판(11)의 일 표면에 형성하는 단계(S501).

2. 내부에 1% 내지 10%의 광개시제를 갖는 UV 경화 폴리머를 제조하는 단계(S502)로서, 상기 폴리머는 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 에폭시 수지, 폴리락티드, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 그 등가물로부터 선택되는, UV 경화 폴리머 제조 단계.

3. 폴리머(12)를 광 투명기판(11)의 타면에 균일하게 코팅시키는 단계 (S503). 상기 기판은 롤 형태인 것이 바람직하다.

4. 정전기 발생부를 이용하여 15㎛ 내지 80㎛ 범위의 직경을 갖는 미세입자를 선택하는 단계로서, 각 미세입자는 양전기 또는 음 전기의 정전기값이 주어진다. 상기 미세입자는 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 에폭시 수지, 폴리락티드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, SiO₂, Al₂O₃ 또는 그 등가물로부터 제조된다. 정전기를 지니도록 제어되는 평판(미도시)을 기판(11)의 측면에 위치시켜, 폴리머 표면이 미세입자와 반대 극성의 정전기를 지니도록 한다. 자동 배급기(60)를 기판(11)의 폴리머(12)로 코팅된 측면에 장착시켜 미세입자에 정전기를 제공한다(참조: 도 6). 평판에 의해 제공되는 폴리머 표면 상의 정전기 흡인력에 의해 미세입자는 폴리머(12)로 끌리고 폴리머(12) 표면에 균일하게 부착되어 각각의 미세입자가 폴리머(12)의 표면에 접하도록 한다(S504). 바람직하게는 진동 모션이 적용되어 각각의 미세입자 전부가 도 7에 도시된 바와 같이 폴리머(12)의 표면에 접하도록 한다. 바람직하게는 진동 모션이 각각의 미세입자 전부가 폴리머(12) 표면에 접하도록 정전기 기술(electrostatic technology)이 실행되는 동안에 적용된다.

5. 상기 미세입자를 폴리머(12)의 표면 상에 고정시키기 위해 UV 광원을 방사시켜서 폴리머의 표면을 응고시키는 단계(S505).

6. 상기 표면을 전기적으로 중화시키기 위해 정전기 세정 팬이나 정전기 세정 브러쉬로 잔여 미세입자를 제거하는 단계(S506).

7. 실제 필요에 따라 미세입자의 원하는 직경 분포를 갖기 위해 서로 다른 직경을 갖는 미세입자가 기판의 다른 영역에 각각 끌릴 수도 있다. 더 작은 직경을 갖는 미세입자가 더 큰 직경의 미세입자보다 더 나은 산란 효과를 갖는다. 이렇게 함으로써 더 짧은 거리와 더 큰 시야각에서 보이는 동안에 상당한 밝기를 얻는다.

바람직하게는 단위 면적당 폴리머에 포함된 미세입자의 양과 중량은 다음 식으로 계산된다.

식 1:

여기서, r은 미세입자의 반경이고; π는 그 직경에 대한 원주의 비이며; A는 단위 면적이고; n은 단위 면적당 폴리머에 포함된 미세입자의 양이다.

식 2:

여기서 π는 그 직경에 대한 원주의 비이고; D는 미세입자 밀도이며; W는 미세입자의 단위 면적당 총 중량이다.

전술한 것처럼 본 발명은 더 짧은 빛 경로를 갖는 광 확산장치를 제공한다. 미세입자가 서로 중첩하지 않는 동시에 빛 경로가 더 짧아져 이동할 때 빛의 손실을 감소시키며 전체 밝기를 향상시킨다. 전술한 실시예는 오로지 예시의 목적으로써 제공되고, 본 발명을 제한할 의도는 없으며, 본 발명의 정신과 범주를 일탈하지 않는 한, 다수의 변형 및 변경이 가능하다. 따라서 본 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서 한정된다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 확산장치를 도시하는 개략도이다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 확산장치를 도시하는 개략도이다.

도 3은 X-X 단면에 따른 도 2의 간이 단면도이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예의 간이 단면도이다.

도 5는 본 발명의 광 확산장치를 제조하는 순서도이다.

도 6은 미세입자를 제공하는 자동배급기를 도시하는 개략도이다.

도 7은 본 발명에 의한 진동 모션의 적용을 도시하는 개략도이다.

Claims (14)

1. 광 확산장치에 있어서,

   제 1 표면과 제 2 표면을 갖는 기판;

   상기 기판의 제 2 표면 상에 구비된 정전기층;

   상기 기판의 제 1 표면 상에 코팅된 폴리머층; 및

   상기 폴리머층의 표면에 구비된 복수의 미세입자

   를 포함하며, 각각의 미세입자가 상기 폴리머의 표면과 접하는 광 확산장치.
2. 제 1항에 있어서,

   각각의 미세입자의 직경이 15㎛ 내지 80㎛ 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광 확산장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 복수의 미세입자는 적어도 제 1 직경과 제 2 직경을 갖는 미세입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 확산장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제 1 직경은 15㎛ 내지 40㎛ 범위이고, 상기 제 2 직경은 55㎛ 내지 80㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 광 확산장치.
5. 제 3항에 있어서,

   동일 직경을 갖는 상기 미세입자들이 적어도 일 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 광 확산장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 복수의 미세입자는, 상기 폴리머의 표면의 중앙영역의 미세입자가 가장 큰 직경을 가지고, 각각 중앙영역에서 멀어짐에 따라 미세입자의 직경이 역으로 달라지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광 확산장치.
7. 광 확산장치 제조방법에 있어서,

   (a) 정전기층을 기판에 형성하는 단계;

   (b) 내부에 1% 내지 10%의 광개시제를 갖는 자외선 경화 폴리머를 제조하는 단계;

   (c) 상기 폴리머층을 상기 기판에 코팅하는 단계; 및

   (d) 15㎛ 내지 80㎛의 직경을 갖는 복수의 미세입자를 상기 폴리머층의 표면에 부착시켜 상기 미세입자 각각이 상기 폴리머층의 표면에 접하도록 하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 확산장치 제조방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 (d) 단계는 정전기 기술(electrostatic technology)로 이행되는 것을 특징으로 하는 광 확산장치 제조방법.
9. 제 8항에 있어서,

   정전기 발생기를 이용하여 각각의 미세입자에 정전기 값을 부여하는 것을 특징으로 하는 광 확산장치 제조방법.
10. 제 8항에 있어서,

    정전기가 있는 미세입자를 공급하기 위해 자동 배급기가 상기 기판 위에 구비되는 것을 특징으로 하는 광 확산장치 제조방법.
11. 제 8항에 있어서,

    상기 정전기 기술이 이행되는 동안에 진동 모션(vibration motion)이 적용되는 것을 특징으로 하는 광 확산장치 제조방법.
12. 제 7항에 있어서,

    상기 (d) 단계는 진동 모션을 추가하여 이행되는 것을 특징으로 하는 광 확산장치 제조방법.
13. 제 7항에 있어서,

    상기 표면을 전기적으로 중화시키기 위해 정전기 세정 팬이나 정전기 세정 브러쉬로 잔여 미세입자를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광 확산장치 제조방법.
14. 제 7항에 있어서,

    상기 (d) 단계는 다른 직경을 갖는 미세입자를 상기 기판의 다른 영역에 각각 부착시켜 이행되는 것을 특징으로 하는 광 확산장치 제조방법.