KR20190006137A - 광학 부재, 이를 포함하는 표시 장치 및 광학 부재의 제조 방법 - Google Patents

광학 부재, 이를 포함하는 표시 장치 및 광학 부재의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광학 부재가 제공된다. 일 실시예에 따른 광학 부재는 도광판, 도광판 상면 상에 배치되고, 도광판보다 작은 굴절률을 갖는 저굴절층, 저굴절층 상에 배치된 파장 변환층, 파장 변환층 상에 배치되고, 파장 변환층의 측면 및 저굴절층의 측면을 덮는 패시베이션층 및 도광판의 하면 상에 배치된 광학 패턴을 포함한다.

Description

광학 부재, 이를 포함하는 표시 장치 및 광학 부재의 제조 방법{Optical member, display including the same and method for fabricating the optical member}
본 발명은 광학 부재, 이를 포함하는 표시 장치 및 광학 부재의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 백라이트 어셈블리로부터 빛을 받아 영상을 표시한다. 일부 백라이트 어셈블리는 광원과 도광판을 포함한다. 도광판은 광원으로부터 빛을 받아 표시 패널 측으로 빛의 진행 방향을 가이드한다. 통상 광원으로 LED와 같은 점광원이 많이 사용된다. 그런데, 점광원의 경우 빛이 퍼져서 방출되기 때문에, 도광판 내에서 직진성이 부족해질 수 있다. 도광판 내에서 빛의 직진성이 훼손되면 대광면의 휘도가 감소할 수 있다.
아울러, 최근에는 액정 표시 장치의 색재현성 등 화질을 개선하기 위해 파장 변환 필름을 적용하는 것이 연구되고 있다. 통상 광원으로 청색 광원을 사용하고 파장 변환 필름을 도광판 상부에 배치하여 백색의 빛으로 변환시킨다. 파장 변환 필름은 파장 변환 입자를 포함하는데, 파장 변환 입자는 일반적으로 수분에 취약하여 배리어 필름으로 파장 변환 입자를 보호한다. 그런데, 배리어 필름은 가격이 비싸고, 두께를 증가시키는 원인이 될 수 있다. 또한, 도광판에 파장 변환 필름을 적층하여야 하므로 복잡한 조립 공정이 요구될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 직진성이 우수한 광 가이드 기능 및/또는 파장 변환 기능을 갖는 광학 부재를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 직진성이 우수한 광 가이드 기능 및/또는 파장 변환 기능을 갖는 광학 부재를 포함하는 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 직진성이 우수한 광 가이드 기능 및/또는 파장 변환 기능을 갖는 광학 부재의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 광학 부재는 도광판, 상기 도광판 상면 상에 배치되고, 상기 도광판보다 작은 굴절률을 갖는 저굴절층, 상기 저굴절층 상에 배치된 파장 변환층, 상기 파장 변환층 상에 배치되고, 상기 파장 변환층의 측면 및 상기 저굴절층의 측면을 덮는 패시베이션층, 및 상기 도광판의 하면 상에 배치된 광학 패턴을 포함한다.
상기 광학 패턴은 일 방향으로 연장된 라인 형상의 제1 패턴 및 상기 제1 패턴 상에 형성된 복수의 제2 패턴을 포함할 수 있다.
상기 제1 패턴은 기저부 및 상기 기저부로부터 돌출된 패턴부를 포함하고, 상기 복수의 제2 패턴은 상기 제1 패턴의 표면 상에 배치된 요철 형상일 수 있다.
상기 제2 패턴의 상기 요철 형상은 상기 제1 패턴의 표면으로부터 오목하게 파여진 오목 패턴 형상이거나, 상기 제1 패턴의 표면으로부터 볼록하게 돌출된 돌출 패턴 형상일 수 있다.
상기 복수의 제2 패턴은 밑면이 타원인 원뿔 형상일 수 있다.
상기 도광판은 입광면을 포함하고, 상기 제1 패턴은 상기 입광면에 수직한 방향으로 연장될 수 있다.
상기 복수의 제2 패턴의 배치 밀도는 상기 입광면으로부터 멀어질수록 증가할 수 있다.
상기 제1 패턴은 렌티큘러 형상을 포함할 수 있다.
상기 광학 패턴의 측면은 상기 저굴절층의 측면에 정렬하거나 그보다 내측에 위치할 수 있다.
상기 제1 패턴은 상기 일 방향과 교차하는 방향을 따라 평행하게 반복 배치된 형상이고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 패턴 상에 형성된 요철 형상일 수 있다.
상기 도광판 및 상기 패시베이션층은 무기 물질을 포함할 수 있다.
상기 저굴절층의 굴절률은 1.2 내지 1.4일 수 있다.
상기 저굴절층은 보이드를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 광학 부재는 도광판, 상기 도광판의 하면 상에 배치된 광학 패턴을 포함하되, 상기 광학 패턴은 일 방향으로 연장된 라인 형상의 제1 패턴 및 상기 제1 패턴 상에 형성된 요철 형상의 제2 패턴을 포함하고, 상기 광학 패턴의 측면은 상기 도광판의 측면으로부터 내측에 위치한다.
상기 제1 패턴은 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 평행하게 반복 배치된 형상이고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 패턴의 표면으로부터 오목하게 파여진 홈 형상 또는 상기 제1 패턴의 표면으로부터 볼록하게 돌출된 돌출 형상일 수 있다.
상기 제1 패턴은 상기 일 방향으로 빛을 직진 시키는 직진 패턴이고, 상기 제2 패턴은 상기 도광판 및 상기 제1 패턴 내의 빛을 상기 도광판 및 상기 제1 패턴 외부로 출사시키는 출광 패턴일 수 있다.
상기 제2 패턴은 밑면이 타원인 원뿔 형상일 수 있다.
상기 제2 패턴의 높이는 10㎛ 내지 20㎛일 수 있다.
상기 제1 패턴의 두께는 약 40㎛ 이하일 수 있다.
상기 제1 패턴은 패턴이 형성되는 패턴부, 및 상기 패턴부와 상기 도광판 사이에 위치하며 상기 패턴부를 지지하는 기저부를 포함할 수 있다.
상기 기저부의 높이는 약 20㎛ 이하일 수 있다.
상기 패턴부의 높이는 5㎛ 내지 20㎛일 수 있다.
상기 도광판과 상기 광학 패턴 사이에 배치되고, 굴절률을 조절하는 굴절률 조절 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 도광판은 입광면을 포함하고, 상기 입광면에 인접한 영역에서 상기 제2 패턴 입광면측으로 기울어진 원뿔 형상일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 실시예에 따른 광학 부재는 하면에 광학 패턴이 일체로 형성된 도광판으로서, 상기 광학 패턴은 일 방향으로 연장된 라인 형상의 제1 패턴 및 상기 제1 패턴 상에 형성된 복수의 제2 패턴을 포함하고, 상기 광학 패턴의 측면은 상기 도광판의 측면으로부터 내측에 위치한다.
상기 제1 패턴은 기저부 및 상기 기저부로부터 돌출된 패턴부를 포함하고, 상기 복수의 제2 패턴은 상기 집광 패턴의 표면으로부터 오목하게 파여진 홈 형상 또는 상기 제1 패턴의 표면으로부터 볼록하게 돌출된 돌출 형상일 수 있다.
상기 복수의 제2 패턴은 밑면이 타원인 원뿔 형상일 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치는 도광판, 상기 도광판 상면 상에 배치되고, 상기 도광판보다 작은 굴절률을 갖는 저굴절층, 상기 저굴절층 상에 배치된 파장 변환층, 상기 파장 변환층 상에 배치되고, 상기 파장 변환층의 측면 및 상기 저굴절층의 측면을 덮는 패시베이션층, 및 상기 도광판의 하면 상에 배치된 광학 패턴을 포함하는 광학 부재, 상기 도광판의 적어도 일측에 배치된 광원, 및 상기 광학 부재의 상부에 배치된 표시 패널을 포함한다.
상기 광학 패턴은 일 방향으로 연장된 라인 형상의 제1 패턴 및 상기 제1 패턴 상에 형성된 복수의 제2 패턴을 포함할 수 있다.
상기 제1 패턴은 기저부 및 상기 기저부로부터 돌출된 패턴부를 포함하고, 상기 복수의 제2 패턴은 상기 제1 패턴으로부터 오목하게 파여진 홈 형상 또는 상기 제1 패턴의 표면으로부터 볼록하게 돌출된 돌출 형상일 수 있다.
상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 광학 시트의 제조 방법은 도광판을 준비하는 단계, 상기 도광판의 일면에 수지층을 형성하되, 상기 수지층의 측면이 상기 도광판의 측면으로부터 내측에 위치하도록 상기 수지층을 형성하는 단계, 및 상기 수지층을 스템퍼로 압착하여 상기 스템퍼의 표면 형상을 전사하는 단계를 포함하되, 상기 스템퍼는 일 방향으로 연장된 라인 형상의 제1 패턴 및 상기 제1 패턴 상에 형성된 복수의 제2 패턴을 포함한다.
상기 제1 패턴은 기저부 및 상기 기저부로부터 돌출된 패턴부를 포함하고, 상기 복수의 제2 패턴은 상기 제1 패턴의 표면으로부터 오목하게 파여진 홈 형상 또는 상기 제1 패턴의 표면으로부터 볼록하게 돌출된 돌출 형상일 수 있다.
일 실시예에 따른 광학 부재에 의하면, 직진성이 우수한 광 가이드 기능을 수행할 수 있다. 나아가, 실시예들에 따른 광학 부재에 의하면 일체화된 단일 부재로서 과 파장 변환 기능을 동시에 수행할 수 있으면서, 밀봉 구조에 의해 파장 변환층의 열화를 방지할 수 있다. 일체화된 단일 부재는 상대적으로 얇은 두께를 가지며, 표시 장치의 조립 공정을 단순화시킬 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 광학 부재의 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II'를 따라 자른 단면도이다.
도 3 및 도 4는 다양한 실시예들에 따른 저굴절층의 단면도들이다.
도 5는 일 실시예에 따른 광학 부재의 저면 사시도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 광학 부재의 저면도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII'를 따라 자른 단면도이다.
도 8은 도 6의 VIII-VIII'를 따라 자른 단면도이다.
도 9는 도 6의 IX-IX'를 따라 자른 단면도이다.
도 10 및 도 11는 각각의 도광판을 사용하여 광도를 측정한 결과를 나타내는 이미지 사진이다.
도 12 내지 도 16은 다양한 실시예에 따른 광학 패턴의 제2 패턴의 형상 및 배치를 나타내는 광학 부재의 단면도들이다.
도 17은 다른 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 20은 또 다른 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 21은 또 다른 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 22는 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 23은 일 실시예에 따른 광학 부재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 24 내지 도 33은 일 실시예에 따른 광학 부재를 제조하는 방법을 도시하는 단면도들이다.
도 34 내지 도 37은 다른 실시예에 따른 광학 부재를 제조하는 방법을 도시한 단면도들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다. 도 1은 일 실시예에 따른 광학 부재의 사시도이다. 도 2는 도 1의 II-II'를 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 광학 부재(100)는 도광판(10), 도광판(10)의 상면(10a) 상에 배치된 저굴절층(20), 저굴절층(20) 상에 배치된 파장 변환층(30), 파장 변환층(30) 상에 배치된 패시베이션층(40), 및 도광판(10)의 하면(10b) 상에 배치된 광학 패턴(70)을 포함한다. 도광판(10), 저굴절층(20), 파장 변환층(30), 패시베이션층(40) 및 광학 패턴(70)은 일체화되어 결합할 수 있다.
도광판(10)은 빛의 진행 경로를 인도하는 역할을 한다. 도광판(10)은 대체로 다각 기둥 형상을 가질 수 있다. 도광판(10)의 평면 형상은 직사각형일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예시적인 실시예에서, 도광판(10)은 평면 형상이 직사각형인 육각 기둥 형상으로서, 상면(10a), 하면(10b) 4개의 측면(10s; 10s1, 10s2, 10s3, 10s4)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 도광판(10)의 상면(10a)과 하면(10b)은 각각 하나의 평면 상에 위치하며 상면(10a)이 위치하는 평면과 하면(10b)이 위치하는 평면은 대체로 평행하여 전체적으로 균일한 두께를 가질 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 상면(10a)이나 하면(10b)이 복수의 평면으로 이루어지거나, 상면(10a)이 위치하는 평면과 하면(10b)이 위치하는 평면이 교차할 수도 있다. 예를 들어, 쐐기형 도광판(10)과 같이 일 측면(예컨대, 입광면)에서 그에 대향하는 타 측면(예컨대, 대광면)으로 갈수록 두께가 얇아질 수 있다. 또한, 일 측면(예컨대, 입광면) 근처에서는 그에 대향하는 타 측면(예컨대, 대광면) 측으로 갈수록 하면(10b)이 상향 경사져 두께가 줄어들다가 이후 상면(10a)과 하면(10b)이 평탄한 형상으로 형성될 수도 있다.
광원 부재(100)의 일 적용예에서, 광원(400)은 도광판(10)의 적어도 일 측면(10s)에 인접하여 배치될 수 있다. 도면에서는 도광판(10)의 일 장변이 위치하는 측면(10s1)에 인쇄회로기판(420)에 실장된 복수의 LED 광원(410)이 배치된 경우를 예시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 복수의 LED 광원(410)이 양 장변의 측면(10s1, 10s3)에 모두 인접 배치되거나, 일 단변 또는 양 단변의 측면(10s2, 10s4)에 인접 배치될 수도 있다. 도 1의 실시예에서, 광원(400)이 인접 배치된 도광판(10)의 일 장변의 측면(10s1)은 광원(400)의 빛이 직접 입사되는 입광면(도면에서 설명의 편의상 '10s1'으로 표기)이 되고, 그에 대향하는 타 장변의 측면(10s3)은 대광면(도면에서 설명의 편의상 '10s3'으로 표기)이 된다.
도광판(10)은 유기 물질 또는 무기 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도광판(10)은 PMMA(Polymethylmethacrylate), PC, PET 등의 유기 물질 또는 유리(glass) 등의 무기 물질로 이루어질 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도광판(10)의 상면(10a)에는 저굴절층(20)이 배치된다. 저굴절층(20)은 도광판(10)과 파장 변환층(30) 사이에 개재되어 도광판(10)의 전반사를 돕는다. 더욱 구체적으로 설명하면, 도광판(10)에 의하여 입광면(10s1)으로부터 대광면(10s3) 측으로 효율적인 광 가이드가 이루어지기 위해서는 도광판(10)의 상면(10a) 및 하면(10b)에서 효과적인 내부 전반사가 이루어지는 것이 바람직하다. 도광판(10)에서 내부 전반사가 이루어질 수 있는 조건 중 하나는 도광판(10)의 굴절률이 그와 광학적 계면을 이루는 매질의 굴절률에 비해 큰 것이다. 도광판(10)과 광학적 계면을 이루는 매질의 굴절률이 낮을수록 전반사 임계각이 작아져 더 많은 내부 전반사가 이루어질 수 있다.
도광판(10)이 굴절률이 약 1.5인 유리로 이루어진 경우를 예로 하여 설명하면, 도광판의 상면(10a)이 공기층에 노출되어 그와 계면을 이루는 경우, 일반적인 공기층의 굴절률은 약 1이므로 충분한 전반사가 이루어질 수 있다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이 도광판(10)의 상면(10a)에 다른 광학 기능층들이 적층되어 일체화되어 있으면, 일반적으로 충분한 전반사가 이루어지기 어렵다. 예를 들어, 도광판(10)의 상면(10a)에 굴절률이 1.5 이상인 물질층이 적층되면, 도광판(10)의 상면(10a)에서는 전반사가 이루어지지 못한다. 또한, 도광판(10)의 상면(10a)에 도광판(10)보다 굴절률이 미세하게 작은, 예컨대 1.49 정도의 물질층이 적층되면, 도광판(10)의 상면(10a)에서 내부 전반사가 이루어질 수는 있지만, 임계각이 너무 커서 충분한 전반사가 이루어지지 못한다. 도광판(10)의 상면(10a) 상에 적층되는 파장 변환층(30)은 통상 1.5 내외의 굴절률을 갖는데, 이러한 파장 변환층(30)이 도광판(10)의 상면(10a)에 직접 적층되면 도광판(10) 상면(10a)에서 충분한 전반사가 이루어지기 어렵다.
도광판(10)과 파장 변환층(30) 사이에 개재되어 도광판(10)의 상면(10a)과 계면을 이루는 저굴절층(20)은 도광판(10)보다 낮은 굴절률을 가져 도광판(10)의 상면(10a)에서 전반사가 이루어지도록 한다. 또한, 저굴절층(20)은 그 상부에 배치되는 물질층인 파장 변환층(30)보다 낮은 굴절률을 가져, 파장 변환층(30)이 직접 도광판(10)의 상면(10a)에 배치되는 경우보다 더 많은 전반사가 이루어지도록 한다.
도광판(10)의 굴절률과 저굴절층(20)의 굴절률의 차는 0.2 이상일 수 있다. 저굴절층(20)의 굴절률이 도광판(10)의 굴절률보다 0.2 이상 작은 경우, 도광판(10)의 상면(10a)을 통해서 충분한 전반사가 이루어질 수 있다. 도광판(10)의 굴절률과 저굴절층(20)의 굴절률의 차의 상한에는 제한이 없지만, 통상 적용되는 도광판(10)과 저굴절층(20)의 굴절률을 고려할 때 1 이하일 수 있다.
저굴절층(20)의 굴절률은 1.2 내지 1.4의 범위에 있을 수 있다. 일반적으로 고체상의 매질은 그 굴절률을 1에 가깝게 만들수록 제조 비용이 기하급수적으로 증가한다. 저굴절층(20)의 굴절률이 1.2 이상이면, 지나친 제조 원가의 증가를 막을 수 있다. 또한, 저굴절층(20)의 굴절률이 1.4 이하인 것이 도광판(10)의 상면(10a) 전반사 임계각을 충분히 작게 하는 데에 유리하다. 예시적인 실시예에서, 약 1.25의 굴절률을 갖는 저굴절층(20)이 적용될 수 있다.
상술한 낮은 굴절률을 나타내기 위해 저굴절층(20)은 보이드를 포함할 수 있다. 보이드는 진공으로 이루어지거나, 공기층, 기체 등으로 채워질 수 있다. 보이드의 공간은 파티클이나 매트릭스 등에 의해 정의될 수 있다. 더욱 상세한 설명을 위해 도 3 및 도 4가 참조된다.
도 3 및 도 4는 다양한 실시예들에 따른 저굴절층의 단면도들이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 일 실시예에서, 저굴절층(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 파티클(PT) 및 보이드(VD)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 저굴절층(20)에는 복수의 파티클(PT)이 서로 결합되어 있고, 파티클(PT) 사이에 보이드(VD)가 형성될 수 있다. 보이드(VD)는 복수의 파티클(PT) 사이에서 전부 또는 적어도 부분적으로 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 저굴절층(20)은 도 4에 도시된 것처럼, 마치 발포수지와 같이 전체가 하나로 연결된 매트릭스(MX) 및 그 내부에 배치된 복수의 보이드(VD)를 포함할 수 있다.
저굴절층(20)이 보이드(VD)를 포함하는 경우, 저굴절층(20)의 전체 굴절률은 파티클(PT)/매트릭스(MX)의 굴절률과 보이드(VD)의 굴절률의 사이값을 갖게 된다. 따라서, 파티클(PT)/매트릭스(MX)로 1.4 이상의 물질을 사용하더라도 저굴절층(20)의 전체 굴절률은 1.4 이하의 값, 예컨대 약 1.25의 값을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 파티클(PT)/매트릭스(MX)는 실록산과 같은 유기물로 이루어질 수 있지만, 그 밖의 다른 유기물이나 무기물로 이루어질 수도 있다. 일 실시예에서, 저굴절층(20)은 굴절률 및 저굴절층(20)의 강도를 조절하는 필러를 더 포함할 수 있다.
저굴절층(20)의 두께는 0.4㎛ 내지 2㎛일 수 있다. 저굴절층(20)의 두께가 가시광 파장 범위인 0.4㎛ 이상인 경우 도광판(10) 상면과 실효적인 광학적 계면을 이룰 수 있어 도광판(10) 상면에서 스넬의 법칙에 따른 전반사가 잘 이루어질 수 있다. 저굴절층(20)이 너무 두꺼울 경우 광학 부재(100)의 박막화에 역행하고, 재료 비용이 증가하며 광학 부재(100)의 휘도 측면에도 불리할 수 있으므로, 저굴절층(20)은 2㎛ 이하의 두께로 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 저굴절층(20)의 두께는 약 0.5㎛일 수 있다.
저굴절층(20)은 도광판(10)의 상면(10a)의 대부분을 덮되, 도광판(10)의 테두리 일부를 노출할 수 있다. 다시 말하면, 저굴절층(20)의 측면(20s)을 기준으로 도광판(10)의 측면(10s)이 돌출될 수 있다. 저굴절층(20)이 노출하는 도광판(10)의 상면(10a)은 저굴절층(20)의 측면(20s)이 패시베이션층(40)에 의해 안정적으로 덮일 수 있는 공간을 제공한다.
저굴절층(20)은 코팅 등의 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도광판(10)의 상면(10a)에 저굴절층(20)용 조성물을 슬릿 코팅하고, 건조 및 경화하여 저굴절층(20)을 형성할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 다른 다양한 적층 방법이 적용될 수 있다.
저굴절층(20)의 상면(10a)에는 파장 변환층(30)이 배치된다. 파장 변환층(30)은 입사된 적어도 일부의 빛의 파장을 변환한다. 파장 변환층(30)은 바인더층과 바인더층 내에 분산된 파장 변환 입자를 포함할 수 있다. 파장 변환층(30)은 파장 변환 입자 외에 바인더층에 분산된 산란 입자를 더 포함할 수 있다.
바인더층은 파장 변환 입자가 분산되는 매질로서, 일반적으로 바인더로 지칭될 수 있는 다양한 수지 조성물로 이루어질 수 있다. 다만, 그에 제한되는 것은 아니며, 본 명세서에서 파장 변환 입자 및/또는 산란 입자를 분산 배치시킬 수 있는 매질이면 그 명칭, 추가적인 다른 기능, 구성물질 등에 상관없이 바인더층으로 지칭될 수 있다.
파장 변환 입자는 입사된 빛의 파장을 변환하는 입자로, 예를 들어 양자점(Quant㎛ dot: QD), 형광 물질 또는 인광 물질일 수 있다. 파장 변환 입자의 일예인 양자점에 대해 상세히 설명하면, 양자점은 수 나노미터 크기의 결정 구조를 가진 물질로, 수백에서 수천 개 정도의 원자로 구성되며, 작은 크기로 인해 에너지 밴드 갭(band gap)이 커지는 양자 구속(quant㎛ confinement) 효과를 나타낸다. 양자점의 밴드 갭보다 에너지가 높은 파장의 빛이 입사하는 경우, 양자점은 그 빛을 흡수하여 들뜬 상태로 되고, 특정 파장의 광을 방출하면서 바닥 상태로 떨어진다. 방출된 빛의 파장은 밴드 갭에 해당되는 값을 갖는다. 양자점은 그 크기와 조성 등을 조절하면 양자 구속 효과에 의한 발광 특성을 조절할 수 있다.
파장 변환 입자는 입사광을 서로 다른 파장으로 변환하는 복수의 파장 변환 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 파장 변환 입자는 특정 파장의 입사광을 제1 파장으로 변환하여 방출하는 제1 파장 변환 입자와 제2 파장으로 변환하여 방출하는 제2 파장 변환 입자를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 광원에서 출사되어 파장 변환 입자에 입사되는 빛은 블루 파장의 빛이고, 상기 제1 파장은 그린 파장이고, 상기 제2 파장은 레드 파장일 수 있다. 예를 들어, 상기 블루 파장은 420nm 내지 470nm에서 피크를 갖는 파장이고, 상기 그린 파장은 520nm 내지 570nm에서 피크를 갖는 파장이고, 상기 레드 파장은 620nm 내지 670nm에서 피크를 갖는 파장일 수 있다. 그러나, 블루, 그린, 레드 파장이 위 예시에 제한되는 것은 아니며, 본 기술분야에서 블루, 그린, 레드로 인식될 수 있는 파장 범위를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상기 예시적인 실시예에서, 파장 변환층(30)에 입사된 블루광은 파장 변환층(30)을 통과하면서 일부가 제1 파장 변환 입자에 입사하여 그린 파장으로 변환되어 방출되고, 다른 일부가 제2 파장 변환 입자에 입사하여 레드 파장으로 변환되어 방출되며, 나머지 일부는 제1 및 제2 파장 변환 입자에 입사되지 않고 그대로 출사될 수 있다. 따라서, 파장 변환층(30)을 통과한 빛은 블루 파장의 빛, 그린 파장의 빛, 및 레드 파장의 빛을 모두 포함하게 된다. 방출되는 서로 다른 파장의 빛들의 비율을 적절하게 조절하면 백색광 또는 다른 색의 출사광을 표시할 수 있다. 파장 변환층(30)에 변환된 빛들은 좁은 범위의 특정 파장 내에 집중되고, 좁은 반치폭을 갖는 샤프한 스펙트럼을 갖는다. 따라서, 이와 같은 스펙트럼의 빛을 컬러 필터로 필터링하여 색상을 구현할 경우, 색재현성이 개선될 수 있다.
상기 예시적인 실시예와는 달리, 입사광이 자외선 등과 같은 단파장의 빛이고 이를 각각 블루, 그린, 레드 파장으로 변환하는 3 종류의 파장 변환 입자가 파장 변환층(30) 내에 배치되어 백색광을 출사할 수도 있다.
파장 변환층(30)은 산란 입자를 더 포함할 수 있다. 산란 입자는 비양자점 입자로서, 파장 변환 기능이 없는 입자일 수 있다. 산란 입자는 입사된 빛을 산란시켜 더 많은 입사광이 파장 변환 입자 측으로 입사될 수 있도록 한다. 뿐만 아니라, 산란 입자는 파장별 빛의 출사각을 균일하게 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로 설명하면 일부의 입사광이 파장 변환 입자에 입사된 후 파장이 변환되어 방출될 때, 그 방출 방향은 무작위인 산란 특성을 갖는다. 만약, 파장 변환층(30) 내에 산란 입자가 없다면, 파장 변환 입자 충돌 후 방출하는 그린, 레드 파장은 산란 방출 특성을 갖지만, 파장 변환 입자의 충돌 없이 방출하는 블루 파장은 산란 방출 특성을 갖지 않아 출사 각도에 따라 블루/그린/레드 파장의 방출량이 상이해질 것이다. 산란 입자는 파장 변환 입자에 충돌하지 않고 방출되는 블루 파장에 대해서도 산란 방출 특성을 부여함으로써, 파장별 빛의 출사각을 유사하게 조절시킬 수 있다. 산란 입자로는 TiO2, SiO2 등이 사용될 수 있다.
파장 변환층(30)은 저굴절층(20)보다 두꺼울 수 있다. 파장 변환층(30)의 두께는 약 10㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 파장 변환층(30)의 두께는 약 15㎛일 수 있다.
파장 변환층(30)은 저굴절층(20) 상면(20a)을 덮으며, 저굴절층(20)과 완전히 오버랩될 수 있다. 파장 변환층(30)의 하면(30b)은 저굴절층(20)의 상면(20a)에 직접 접할 수 있다. 일 실시예에서, 파장 변환층(30)의 측면(30s)은 저굴절층(20)의 측면(20s)에 정렬될 수 있다. 파장 변환층(30)의 측면(30s) 경사각은 저굴절층(20)의 측면(20s) 경사각보다 작을 수 있다. 후술하는 바와 같이 파장 변환층(30)을 슬릿 코팅 등의 방법으로 형성할 경우, 상대적으로 두꺼운 파장 변환층(30)의 측면(30s)은 저굴절층(20)의 측면(20s)보다 완만한 경사각을 가질 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니고, 형성 방법에 따라서는 파장 변환층(30) 측면(30s) 경사각이 저굴절층(20) 측면(20s) 경사각과 실질적으로 동일하거나 작을 수도 있다.
파장 변환층(30)은 코팅 등의 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 저굴절층(20)이 형성된 도광판(10) 상에 파장 변환 조성물을 슬릿 코팅하고, 건조 및 경화하여 파장 변환층(30)을 형성할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 다른 다양한 적층 방법이 적용될 수 있다.
저굴절층(20)과 파장 변환층(30) 상에는 패시베이션층(40)이 배치된다. 패시베이션층(40)은 수분 및/또는 산소(이하, '수분/산소'로 칭함)의 침투를 막는 역할을 한다. 패시베이션층(40)은 무기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 세륨 산화물 및 실리콘 산화질화물이나, 광투과율이 확보된 금속 박막 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 패시베이션층(40)은 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다.
패시베이션층(40)은 저굴절층(20)과 파장 변환층(30)을 완전히 덮는다. 패시베이션층(40)은 파장 변환층(30)에 완전히 중첩하고 그로부터 외측으로 더 연장되어 파장 변환층(30)의 측면(30s)과 저굴절층(20)의 측면(20s)을 덮는다. 패시베이션층(40)은 저굴절층(20)이 노출하는 도광판(10)의 테두리 상면(10a)에까지 연장되어, 패시베이션층(40) 테두리 부위의 일부가 도광판(10)의 상면(10a)에 직접 접할 수 있다. 일 실시예에서, 패시베이션층(40)의 측면(40s)은 도광판(10)의 측면(40s)에 정렬될 수 있다. 패시베이션층(40)의 측면(40s) 경사각은 파장 변환층(30)의 측면(30s) 경사각보다 클 수 있다. 나아가 패시베이션층(40)의 측면(40s) 경사각은 저굴절층(20)의 측면(20s) 경사각보다도 클 수 있다.
패시베이션층(40)의 두께는 파장 변환층(30)보다 작고 저굴절층(20)과 유사하거나 그보다 작을 수 있다. 패시베이션층(40)의 두께는 0.1㎛ 내지 2㎛일 수 있다. 패시베이션층(40)의 두께가 0.1㎛ 이상이면 유의미한 수분/산소 침투 방지 기능을 발휘할 수 있고, 0.3㎛ 이상이면 실효적인 수분/산소 침투 방지 기능을 가질 수 있다. 패시베이션층(40)의 두께가 2㎛ 이하인 것이 박막화 및 투과율 관점에서 유리하다. 예시적인 실시예에서, 패시베이션층(40)의 두께는 약 0.4㎛일 수 있다.
파장 변환층(30), 특히 그에 포함된 파장 변환 입자는 수분/산소에 취약하다. 파장 변환 필름의 경우 파장 변환층 상하면에 배리어 필름을 적층하여 파장 변환층으로의 수분/산소 침투를 막지만, 본 실시예의 경우 배리어 필름 없이 파장 변환층(30)이 직접 배치되므로 배리어 필름을 대신하여 파장 변환층(30)을 보호하는 밀봉 구조가 필요하다. 상기 밀봉 구조는 패시베이션층(40)과 도광판(10)에 의해 구현될 수 있다.
파장 변환층(30)에 수분이 침투할 수 있는 게이트는 파장 변환층(30)의 상면(30a), 측면(30s), 및 하면(30b)이다. 상술한 것처럼, 파장 변환층(30)의 상면(30a)과 측면(30s)은 패시베이션층(40)에 의해 덮여 보호되므로 수분/산소 침투가 차단되거나 적어도 감소(이하, '차단/저감'이라 칭함)할 수 있다.
한편, 파장 변환층(30)의 하면(30b)은 저굴절층(20)의 상면(20a)과 맞닿아 있는데, 저굴절층(20)이 보이드(VD)를 포함하거나 유기 물질로 이루어질 경우 저굴절층(20) 내부에서 수분의 이동이 가능하므로, 그를 통해 파장 변환층(30)의 하면(30b)으로 수분/산소 침투가 이루어질 수 있다. 그런데, 저굴절층(20)의 측면(20s)은 패시베이션층(40)에 의해 덮여 보호되므로 저굴절층(20) 측면(20s)을 통한 수분/산소 침투가 차단/저감될 수 있다. 저굴절층(20)이 파장 변환층(30)보다 돌출되어 상면(20a)의 일부가 노출되더라도 해당 부위는 패시베이션층(40)에 의해 덮여 보호되므로 이를 통한 수분/산소 침투도 차단/저감될 수 있다. 저굴절층(20)의 하면(20b)은 도광판(10)에 맞닿아 있다. 도광판(10)이 유리 등과 같은 무기 물질로 이루어질 경우 패시베이션층(40)과 마찬가지로 수분/산소 침투를 차단/저감시킬 수 있다. 결국, 저굴절층(20)과 파장 변환층(30)의 적층체는 표면이 패시베이션층(40)과 도광판(10)에 의해 둘러싸여 밀봉되므로, 비록 저굴절층(20) 내부에 수분/산소 이동 경로가 마련되어 있다고 하더라도 수분/산소 침투 자체가 상기 밀봉 구조에 의해 차단/저감될 수 있어, 수분/산소에 의한 파장 변환 입자의 열화를 방지하거나 적어도 완화시킬 수 있다.
패시베이션층(40)은 증착 등의 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 저굴절층(20)과 파장 변환층(30)이 순차 형성된 도광판(10) 상에 화학 기상 증착 방법을 이용하여 패시베이션층(40)을 형성할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 다른 다양한 적층 방법이 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 광학 부재(100)는 일체화된 단일 부재로서 광 가이드 기능과 파장 변환 기능을 동시에 수행할 수 있다. 일체화된 단일 부재는 표시 장치의 조립 공정을 단순화시킬 수 있다. 또한, 광학 부재(100)는 도광판(10)의 상면(10a)에 저굴절층(20)을 배치함으로써 도광판(10) 상면(10a)에서 전반사가 효과적으로 이루어지도록 하는 한편, 저굴절층(20)과 파장 변환층(30)을 패시베이션층(40) 등으로 밀봉함으로써, 파장 변환층(30)의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 광학 부재(100)의 파장 변환층(30)과 그 밀봉 구조는 별도의 필름으로 제공되는 파장 변환 필름보다 제조 단가를 낮추고 두께를 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 파장 변환 필름은 파장 변환층(30) 상하부 배리어 필름을 부착하는데, 배리어 필름은 고가일 뿐만 아니라 두께도 100㎛ 이상으로 두꺼워, 파장 변환 필름의 전체 두께는 약 270㎛에 이른다. 반면, 실시예들에 따른 광학 부재(100)의 경우 저굴절층(20)을 약 0.5㎛, 패시베이션층(40)을 약 0.4㎛ 의 두께로 형성할 수 있으므로 도광판(10)을 제외한 전체 두께를 약 16㎛의 수준으로 유지할 수 있어, 이를 채용하는 표시 장치(1000)의 두께를 감소시킬 수 있다. 또한, 실시예들에 따른 광학 부재(100)는 고가의 배리어 필름을 생략할 수 있어 제조 단가도 파장 변환 필름보다 저렴한 수준으로 관리할 수 있다.
이하, 광학 패턴(70)에 대해 상세히 설명한다.
도 5는 일 실시예에 따른 광학 부재의 저면 사시도이다. 도 6은 일 실시예에 따른 광학 부재의 저면도이다. 도 7은 도 6의 VII-VII'를 따라 자른 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 도광판(10)의 하면(10b) 상에는 광학 패턴(70)이 배치된다. 광학 패턴(70)은 빛의 진행 경로를 조절하여, 도광판(10)이 표시 패널(300) 측으로 균일하게 빛을 공급할 수 있도록 돕는다. 광학 패턴(70)은 도광판(10) 하면(10b)의 대부분을 덮되, 도광판(10)의 테두리 일부를 노출할 수 있다. 다시 말하면, 광학 패턴(70)의 측면(70s)을 기준으로 도광판(10)의 측면(10s)이 돌출될 수 있다. 광학 패턴(70)의 측면(70s)과 도광판(10)의 측면(10s) 사이에 일정 공간을 확보함으로써, 광학 패턴(70)이 도광판(10)보다 외측으로 돌출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 임프린팅을 방법으로 광학 패턴(70)을 형성하는 경우, 레진 도포 과정에서 도광판(10) 측면(10s)으로 레진이 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있다.
광학 패턴(70)의 측면(70s)은 저굴절층(20)의 측면(20s)과 실질적으로 정렬될 수 있다.
일 실시예에서, 광학 패턴(70)은 도광판(10)과 유사한 굴절률을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 광학 패턴(70)은 도광판(10)의 굴절률이 동일하거나 유사하면, 도광판(10)의 하면(10b)과 광학 패턴(70)의 계면을 광학적 계면으로 인식하지 않아 하나의 일체화된 도광판처럼 빛을 진행시킬 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 광학 패턴(70)은 도광판(10)은 상이한 굴절률을 가질 수 도 있다. 이 경우, 해당 계면에서 굴절 및 반사가 이루어질 수 있지만, 전반적인 도광 기능은 유지될 수 있다.
광학 패턴(70)은 도광판(10) 상에 레진을 도포하여 임프린팅 방법으로 형성될 수 있으며, 이 경우 별도의 접착 부재는 생략될 수 있다.
광학 패턴(70)은 도광판(10) 하면(10b)의 대부분에 걸쳐 배치되는 제1 패턴(71)과 제1 패턴(71) 상에 부분적으로 배치되는 제2 패턴(72)을 포함한다. 제1 패턴(71)은 볼록면을 포함하고 입광면(10s1)에서 대광면(10s3)측으로 연장되는 연속적인 라인 형상으로, 도광판(10) 내로 입사된 빛이 대광면(10s3)측으로 직진하도록 유도한다. 즉, 제1 패턴(71)은 대광면(10s3)과 인접한 양 측면(10s2, 10s4)을 향해 진행하는 빛을 굴절시켜 대광면(10s3)측으로 진행하도록 한다.
제2 패턴(72)은 제1 패턴(71) 상에 형성되는 홈 형상으로, 빛을 굴절시켜 진행 방향을 표시 패널(300) 측으로 유도한다. 즉, 제2 패턴(72)은 도광판(10)과 광학 패턴(70) 내부에서 전반사로 진행하는 빛을 굴절시켜 표시 패널(300) 측으로 진행하도록 한다.
제1 패턴(71)은 기저부(71a)와 패턴부(71b)로 이루어질 수 있다. 기저부(71a)는 패턴부(71b)와 도광판(10) 사이의 영역으로, 패턴이 형성되지 않은 부분을 의미한다. 기저부(71a)는 패턴부(71b)를 지지하고, 제1 패턴(71)이 도광판(10)에 충분히 결합될 수 있도록 한다.
패턴부(71b)는 패턴이 형성된 부분을 의미한다. 패턴부(71b)는 빛의 경로를 조절할 수 있다. 즉, 입광면(10s1)으로 들어온 빛은 기저부(71a)를 통과하여 패턴부(71b)와 공기층이 이루는 계면에서 굴절/반사되어 대광면(10s3)을 향하도록 경로가 조절된다. 구체적으로, 광원(400)에서 출사된 빛 중 일부는 대광면(10s3)을 향해 진행하고, 일부는 대광면(10s3)과 입광면(10s1) 사이의 양 측면(10s2, 10s4)을 향해 진행한다. 양 측면(10s2, 10s4)을 향해 진행하던 빛 중 일부는 패턴부(71b)와 공기층이 이루는 계면에서 굴절되어 대광면(10s3)을 향하도록 진행 방향이 변경될 수 있다.
패턴부(71b)는 입광면(10s1)에서 대광면(10s3)측으로 연속적으로 연장된 직선 형상으로, 반원, 삼각형 또는 사각형 등의 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 패턴부(71b)의 단면 형상은 연장된 직선을 따라 일정할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 패턴부(71b)는 도 7에 도시된 바와 같이 렌티큘러(lenticular) 형상으로, 그 단면이 반원 형상으로 입광면(10s1)에서 대광면(10s3)에 이르기까지 그 크기가 일정할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 패턴부(71b) 단면 형상은 입광면(10s1)에서 대광면(10s3)으로 갈수록 반원의 크기가 커질 수도 있다.
제1 패턴(71)의 두께(d71)는 기저부(71a) 높이(h71a)와 패턴부(71b) 높이(h71b)의 합으로 계산될 수 있다. 기저부(71a)는 제1 패턴(71) 전반에 걸쳐 동일한 높이(h71a)를 가지는 반면, 패턴부(71b)는 패턴의 형상에 따라 높이(h71b)가 변할 수 있다. 따라서, 제1 패턴(71)의 두께(d71) 변화는 패턴부(71b)의 높이(h71b) 변화에 의존한다. 예시적으로, 제1 패턴(71)이 렌티큘러 패턴일 때, 제1 패턴(71)의 두께(d71)가 가장 두꺼운 곳은 패턴부(71b)의 높이(h71b)가 가장 높은 곳, 다시 말해 산부에 해당할 수 있다. 또한, 제1 패턴(71)의 두께(d71)가 가장 얇은 곳은 골부에 해당할 수 있으며, 여기서 제1 패턴(71)의 두께(d71)와 기저부(71a)의 높이(h71a)는 동일할 수 있다.
제1 패턴(71) 두께(d71)의 최대값은 약 40㎛ 이하일 수 있다. 제1 패턴(71)의 두께(d71)가 40㎛보다 두꺼울 경우, 광학 부재(100)의 박막화에 역행하고, 재료 비용이 증가하며, 무게 증가에 따라 도광판(10)으로부터 제1 패턴(71)이 탈착될 우려가 커질 수 있다. 또한, 임프린팅 방법으로 제1 패턴(71)을 형성하는 경우, 도포되는 레진의 두께 증가에 따라 UV 경화 시간이 길어지므로, 제1 패턴(71)이 황변될 가능성이 높아진다. 제1 패턴(71) 두께(d71)의 하한에는 제한이 없지만, 기저부(71a)와 패턴부(71b)가 충분한 효과를 나타낼 수 있을 정도의 두께는 만족하는 것이 바람직하다.
기저부(71a)의 높이(h71a)와 패턴부(71b)의 높이(h71b)는 제1 패턴(71)의 두께(d71)를 고려하여 결정될 수 있다. 즉, 패턴부(71b) 높이(h71b)와 기저부(71a)의 높이(h71a)의 합은 약 40㎛ 이하일 수 있다. 기저부(71a)의 높이(h71a)는 약 20㎛ 이내일 수 있고, 패턴부(71b)의 높이(h71b)는 5㎛ 내지 20㎛ 범위에 있을 수 있다. 일반적으로, 패턴부(71b)의 폭(p71) 대비 높이(h71b)가 클수록, 다시 말해 패턴부(71b)가 기저부(71a)로부터 더 많이 돌출될수록 빛의 직진성이 증가하나, 제1 패턴(71)의 두께(d71)를 고려하여 패턴부(71b)의 높이(h71b)를 무한정 증가시키는 것은 현실적으로 어렵다. 또한, 기저부(71a)의 높이(h71a)가 약 20㎛보다 작은 경우, 패턴부(71b)를 충분히 지지하기 어렵다는 점을 고려할 때, 패턴부(71b)의 높이(h71b)는 약 20㎛ 이하일 수 있다. 아울러, 패턴부(71b)의 높이(h71b)가 5㎛ 이상일 수 있다. 패턴부(71b)의 높이(h71b)가 5㎛ 이상이면, 패턴부(71b)의 표면적이 어느 정도 확보되어 빛의 경로를 변경하기 위한 충분한 굴절이 일어날 수 있다.
패턴부(71b)의 피치(p71)는 패턴부(71b)의 높이(h71b)를 고려하여 결정될 수 있다. 패턴부(71b)의 높이(h71b) 대비 피치(p71)의 비율이 과도하게 클 경우, 패턴부(71b)의 표면적이 작아지므로 빛이 패턴부(71b)의 표면에서 굴절될 확률이 감소하게 된다. 또한, 패턴부(71b)의 높이(h71b) 대비 피치(p71)의 비율이 과도하게 작은 경우, 기저부(71a)로부터 돌출된 패턴부(71b)를 지지할만한 충분한 내구성을 확보하기 어려울 수 있다. 이를 고려할 때, 패턴부(71b)의 피치(p71)는 70㎛ 내지 150㎛ 범위일 수 있다. 즉, 패턴부(71b)의 피치(p71)가 150㎛ 이하이면, 상술한 패턴부(71b)의 높이(h71b) 범위 내에서 제1 패턴(71)이 빛의 직진성을 유도하는데에 효과적이다. 또한, 패턴부(71b)의 피치(p71)가 70㎛ 이상이면, 상술한 패턴부(71b)의 높이(h71b) 범위 내에서 패턴부(71b)의 형상을 유지하기 위한 내구성을 확보하는 데에 유리하다. 아울러, 임프린팅 방법으로 제1 패턴(71)을 형성하는 경우, 제1 패턴(71)의 재료인 레진과 스템퍼(stamper) 사이의 인력에 의하여 레진으로부터 스템퍼를 분리할 때 레진이 떨어져나가는 경우가 발생할 수 있다. 그러나, 패턴부(71b)의 피치(p71)가 70㎛ 이상이면, 스템퍼에 의하여 레진이 떨어져나가지 않을 정도로 충분한 레진 사이의 인력을 확보할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 패턴부(71b)의 높이(h71b)는 약 8.5㎛이고, 패턴부(71b)의 피치(p71)는 약 70㎛ 일 수 있다.
제2 패턴(72)은 제1 패턴(71)의 표면에 형성되는 요철 형상 일 수 있다. 구체적으로, 제2 패턴(72)은 제1 패턴(71)의 표면 상에 복수개 배치되며, 제1 패턴(71)의 표면으로부터 오목하게 파여진 오목 패턴 형상이거나, 또는 볼록하게 돌출된 돌출 패턴 형상일 수 있다. 또한, 복수개의 제2 패턴(72)은 오목 패턴 형상 및 돌출 패턴 형상을 모두 포함할 수 있다. 제2 패턴(72)은 빛을 굴절시켜 표시 패널(300) 쪽으로 빛을 유도하는 굴절 패턴일 수 있다. 즉, 도광판(10) 및 광학 패턴(70) 내에서 전반사로 진행하던 빛이 제2 패턴(72)과 공기층이 이루는 광학 계면에서 입사각이 임계각보다 작아지게 되어, 표시 패널(300) 측으로 진행 경로가 변경될 수 있다.
제2 패턴(72)은 제1 패턴(71)의 길이 방향을 따라 상이한 밀도로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 인도되는 광량이 풍부한 입광면(10s1)에 인접한 영역은 배치 밀도를 작게 하고, 상대적으로 인도되는 광량이 작은 대광면(10s3)에 인접한 영역은 배치 밀도를 크게 할 수 있다. 다른 예로서, 입광면(10s1)에 인접한 영역에서 제2 패턴(72)의 면적을 작게 하고, 대광면(10s3)에 인접한 영역으로 갈수록 제2 패턴(72)의 면적을 크게 할 수 있다.
제2 패턴(72)은 제1 패턴(71)의 폭 방향을 따라 규칙적으로 배열될 수도 있으나, 이에 제한되지 않으며 불규칙적으로 배열될 수도 있다. 다만, 표시 패널(300) 측으로 균일하게 빛을 공급하기 위하여는 폭 방향을 따라 유사한 밀도로 배치되는 것이 유리할 수 있다. 제2 패턴(72)은 제1 패턴(71)의 산부뿐만 아니라 골부에도 배치될 수 있으며, 산부 및 골부에 걸쳐 배치될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 패턴(72)은 제 1패턴의 폭 방향을 따라 엇갈려서 배치될 수 있다. 즉, 제1 패턴(71)의 길이 방향을 행이라하고, 제1 패턴(71)의 폭 방향을 열이라하면, 동일 열에 배치되는 제2 패턴(72)은 인접한 행에는 배치되지 않을 수 있다. 다시 말해, 동일 열에 배치된 제2 패턴(72)은 홀수번째 행에만 배치될 수 있고, 짝수번째 행에는 배치되지 않을 수 있다.
도 8은 도 6의 VIII-VIII'를 따라 자른 단면도이다. 도 9는 도 6의 IX-IX'를 따라 자른 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제2 패턴(72)은 제1 패턴(71)의 표면으로부터 오목하게 형성된 홈 형상일 수 있다. 구체적으로, 제2 패턴(72)은 밑면이 타원인 원뿔 형상의 오목 홈 패턴 일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 밑면이 원인 원뿔 형상의 오목 홈, 원뿔대 형상의 오목 홈 또는 돔 형상의 오목 홈일 수 있다.
제2 패턴(72)의 높이(h72)는 10㎛ 내지 20㎛ 범위일 수 있다. 제2 패턴(72)의 높이(h72)의 최대값은 제1 패턴(71)의 기저부(71a)의 높이(h71a)인 약 20㎛ 이하의 값을 가질 수 있다. 즉, 제1 패턴(71)의 두께(d71)가 가장 얇은 곳, 다시 말해 제1 패턴(71)의 두께(d71)와 기저부(71a)의 높이(h71a)가 동일한 곳에 제2 패턴(72)이 형성되는 경우, 제2 패턴(72)은 제1 패턴(71)보다 더 깊이 형성될 수 없으므로, 제2 패턴(72)의 높이(h72)는 기저부(71a)의 높이(h71a)에 의해 제한될 수 있다. 아울러, 빛의 진행 경로를 고려할 때, 제2 패턴(72)의 높이(h72)가 10㎛ 이상인 것이 빛을 산란시켜 표시 패널(300)측으로 유도하는데에 유리하다.
제2 패턴(72)의 경사각(α)은 7.5° 내지 55° 범위일 수 있다. 경사각(α)이 7.5°보다 작은 경우 대광면(10s3)측으로 직진하는 광의 진행 경로 상에 놓이기 힘들므로, 경사각(α)이 7.5° 이상일 때, 보다 많은 광의 진행 경로를 표시 패널(300)측으로 유도할 수 있다. 또한, 경사각(α)이 55°보다 큰 경우 제2 패턴(72)에 대한 광의 입사각이 작아져 전반사가 일어날 확률이 증가하므로, 광의 진행 경로가 입사면측으로 반전될 우려가 있다.
광학 패턴(70)에 의한 빛의 직진성 향상 효과를 실험적으로 확인하기 위하여, 유리(glass)로 형성된 2개의 도광판(10)을 준비하였다. 하나는 비교예로서, 아무런 광학 패턴(70)을 형성하지 않았고, 다른 하나는 실시예로서 기저부(71a)의 높이(h71a)가 20㎛이고, 패턴부(71b)의 높이(h71b)는 8.5㎛, 패턴부(71b)의 피치(p71)는 70㎛이며, 제2 패턴(72)의 높이(h72)는 20㎛, 제2 패턴(72)의 피치(p72)는 100㎛인 광학 패턴(70)을 도광판(10)의 하면(10b)에 배치하였다. 도 10 및 도 11는 각각의 도광판(10)을 사용하여 광도를 측정한 사진을 도시하였다. 도 10 및 도 11의 A, B, C 및 D 지점에 도달한 광량의 비를 하기 표 1에 나타내었다.
비교 실시예 실시예
A 광량/B 광량 비(%) 76.8 15.5
C 광량/D 광량 비(%) 98.2 25.7
표 1과 도 10 및 도 11를 참조하면, 비교 실시예의 경우, A 지점까지 도달한 광량과 B 지점까지 도달한 광량의 비(이하, 'A 광량/B 광량 비'이라 한다.)는 76.8%이다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판(10)에서 A 광량/B 광량의 비는 15.5%이다. 아울러, 비교 실시예에서 C 광량/D 광량의 비는 98.2%인 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판(10)에서 C 광량/D 광량 비는 25.7%이다. 대광면(10s3) 측으로 진행하는 빛이 증가할수록 B 지점 및 D 지점에서 측정되는 광량이 증가하므로, 'A 광량/B 광량의 비' 및 'C 광량/D 광량의 비'는 감소한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 패턴(70)을 포함하는 도광판(10)이 빛의 직진성 향상에 효과적임을 알 수 있다.
이하, 광학 패턴에 관한 다른 실시예들에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서, 이미 설명한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하거나 간략화하고, 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
도 12 내지 도 16은 다양한 실시예에 따른 광학 패턴의 제2 패턴의 형상 및 배치를 나타내는 광학 부재의 단면도들이다.
도 12를 참조하면, 광학 부재(101)의 제2 패턴(72_1)은 윗면이 타원인 원뿔대 형상의 오목 홈일 수 있다. 구체적으로, 윗면을 이루는 타원 중 장변은 제1 패턴(71_1)의 길이 방향과 평행할 수 있다. 이 경우, 제2 패턴(72_1)은 빛의 진행 경로를 표시 패널(300) 측으로 유도함과 동시에 대광면(10s3)측으로도 유도할 수 있다. 따라서, 휘도의 균일도가 더욱 개선될 수 있다.
도 13을 참조하면, 광학 부재(102)의 제2 패턴(72_2)은 지름이 서로 다른 2개의 반구가 적층된 형상의 오목 홈일 수 있다. 일반적으로 지름이 더 큰 반구 상에 지름이 작은 반구가 적층된 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다만, 임프린팅 방법으로 제2 패턴(72_2)을 형성하는 경우 역테이퍼 형상의 음각 홈은 형성할 수 없다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 광학 부재(103)의 제2 패턴(72_3) 제1 패턴(71_3)의 표면으로부터 볼록하게 돌출된 돌출 패턴 형상일 수 있다. 일 실시예에서 제2 패턴(72_3)은 돔 형상의 돌출 패턴일 수 있다. 다른 실시예에서 제2 패턴(72_3)은 원뿔 형상으로 돌출된 돌출 패턴일 수도 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 원뿔대, 사각 뿔대 형상 등 제2 패턴(72_3)의 기능을 수행할 수 있는 경우라면 제2 패턴의 형상에는 제한이 없다. 제2 패턴(72_3)이 돌출 패턴인 경우에도 오목 패턴인 경우와 마찬가지로 도광판(10) 및 제1 패턴(71_3) 내에서 전반사하던 빛의 경로를 조절하여 표시 패널(300)측으로 광의 경로를 변경하는 기능을 수행할 수 있다.
아울러, 제2 패턴(72_3)이 돌출 패턴 형상인 경우 제2 패턴(72_3)에 헤이즈(haze) 처리 등의 표면 처리를 통해 제2 패턴(72_3)의 출광 효율을 높일 수 있다.
제2 패턴(72_3)이 돌출 패턴 형상인 경우, 제1 패턴(71_3)의 기저부(71a_3)의 높이는 제2 패턴(72)이 오목 홈 형상인 경우의 제1 패턴(71)의 기저부(71a)의 높이에 비하여 낮을 수 있다. 이 경우, 제1 패턴(71_3)의 패턴부(71b_3)의 높이를 증가시킬 수 있어 빛의 직진성을 향상시킬 수 있다.
도 16을 참조하면, 광학 부재(104)의 제2 패턴(72_4)은 입광면(10s1)에서 대광면(10s3)측으로 갈수록 밀도가 증가하되, 불규칙적으로 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 패턴(72_4)은 제1 패턴(71_4)의 폭 및 길이 방향으로 정하여진 간격 없이 무작위로 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 광학 패턴(70)은 제1 패턴(71)과 제2 패턴(72)이 일체화된 단일 패턴으로서 입광면(10s1)에서 대광면(10s3)측으로 광을 유도하고, 표시 패널(300)측으로 광의 경로를 변경하는 기능을 동시에 수행할 수 있다.
도 17은 다른 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 17을 참조하면, 광학 부재(105)의 도광판(10)의 입광면(10s1) 측에서 광학 패턴(70_5)의 측면(70_5s)은 저굴절층(20)의 측면(20s)보다 내측에 위치할 수 있다. 즉, 도광판(10)의 입광면(10s1)을 기준으로 저굴절층(20)의 측면(20s)까지의 최단 거리는 광학 패턴(70_5)의 측면(70_5s)까지의 최단 거리보다 작을 수 있다.
도광판(10)의 상면(10a)의 광 출사량은 영역별로 상이할 수 있다. 예를 들어, 입광면(10s1) 근처는 전반사 임계각보다 작은 각도로 도광판(10)의 상면(10a)으로 진입하는 빛들이 상대적으로 많다. 따라서, 입광면(10s1) 근처는 다른 영역에 비해 광 출사량이 많을 수 있다. 더군다나, 도광판(10) 상면(10a)에 저굴절층(20)을 배치하여 일체화하는 경우, 공기층에 비해 임계각이 커져 입광면(10s1) 근처의 광 출사량은 더 증가할 수 있다. 이처럼, 도광판(10)의 입광면(10s1) 부위는 중앙부에 비해 광 출사량이 많을 수 있고, 이것은 표시 화면에서 빛샘으로 시인될 수 있다. 광학 패턴(70_5)의 측면(70_5s)을 입광면(10s1)으로부터 내측으로 일정 간격 이격하여 배치하여 입광면(10s1)에서의 빛샘 현상을 감소시킬 수 있다.
도 18은 또 다른 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 18을 참조하면, 광학 부재(106)의 제2 패턴(72_6)은 입광면(10s1)에 인접한 영역에서는 형성되지 않을 수 있다. 제2 패턴(72_6)이 빛을 표시 패널(300) 측으로 유도하는 효과를 가지는 것을 고려할 때, 빛샘 현상이 일어나는 입광면(10s1)과 인접한 영역에는 제2 패턴(72_6)을 형성하지 않을 수 있다.
도 19는 또 다른 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 19를 참조하면, 광학 부재(107)의 입광면(10s1)에 인접한 영역에서 제2 패턴(72_7)의 단면은 직각삼각형일 수 있다. 구체적으로, 제1 패턴(71_7)의 표면에 대하여 직각인 일변은 상대적으로 입광면(10s1)에 인접하도록 배치되고, 상기 직각의 대변인 빗변은 상대적으로 대광면(10s3)에 인접하도록 배치될 수 있다. 입광면(10s1)을 통하여 입사된 빛은 제2 패턴(72_7)의 빗변과 공기층이 이루는 광학 계면에서 전반사되어 대광면(10s3)측으로 진행할 수 있다.
입광면(10s1)에서 멀어질수록 제2 패턴(72_7)의 상기 일변이 제1 패턴(71_7)의 표면과 이루는 각도는 90˚보다 작아질 수 있다. 즉, 입광면(10s1)에서 멀어질수록 제2 패턴(72_7)의 단면은 정삼각형 또는 이등변 삼각형과 가까운 형상을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 입광면(10s1)에 인접한 영역에서 제2 패턴(72_5, 72_6, 72_7)에 의해 전반사된 빛은 대광면(10s3)을 향해 진행하게 되므로, 빛샘 현상이 개선되고 휘도 균일도가 증가할 수 있다.
도 20은 또 다른 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 20을 참조하면, 광학 부재(108)의 도광판(10)과 광학 패턴(70_8) 사이에 보조 부재(73)가 개재될 수 있다. 상기 보조 부재(73)는 광학 패턴(70_8)과 도광판(10) 사이의 결합력을 증가시키는 접착 보조 부재일 수도 있고, 굴절률을 조절하기 위한 굴절률 조절 부재일 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예시적인 실시예에서, 도광판(10)과 광학 패턴(70_8)이 서로 다른 굴절률을 가지는 경우, 보조 부재(73)는 도광판(10)과 광학 패턴(70_8)의 굴절률의 중간 값에 해당하는 굴절률을 가지는 굴절률 조절 부재일 수 있다. 즉, 도광판(10)의 굴절률이 약 1.5이고, 광학 패턴(70_8)의 굴절률이 약 1.6인 경우, 굴절률이 약 1.55인 보조 부재(73)가 도광판(10)과 광학 패턴(70_8) 사이에 개재될 수 있다.
보조 부재(73)는 평면상에서 광학 패턴(70_8)과 동일한 영역에 배치될 수 있다. 즉, 도광판(10)의 하면(10b) 전면을 덮되, 도광판(10)의 측면(10s)으로부터 내측으로 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
도 21은 또 다른 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 21을 참조하면, 광학 부재(109)의 광학 패턴(11, 12)은 도광판(10)과 일체화되어 형성될 수 있다. 즉, 광학 패턴(11, 12)은 도광판(10) 자체의 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 패턴(11)은 도광판(10) 형성과 동시에 패터닝 될 수 있다. 제1 패턴(11)이 도광판(10) 자체의 형상인 경우, 기저부가 생략될 수 있다. 다시 말해, 도광판(10)과 패턴부가 연속되므로, 도광판(10)이 패턴부를 지지하여 별도의 기저부가 필요하지 않을 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 패턴(11)은 압출 방식에 의하여 형성되고, 제2 패턴(12)은 제1 패턴(11) 상에 직접 레이저를 조사하여 형성될 수 있다. 압출 방식에 의하여 제1 패턴(11)을 형성하는 경우 도광판(10)의 측면(10s)과 제1 패턴(11)의 측면(11s)은 실질적으로 정렬될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 도광판(10)의 측면(10S)을 기준으로 제1 패턴(11)의 측면(11s)은 내측에 위치할 수도 있다.
아울러, 레이저를 사용하는 경우, 보다 섬세하게 제2 패턴(12)을 패터닝할 수 있다.
상술한 바와 같은 광학 부재는 표시 장치나 조명 장치 등에 적용될 수 있다. 이하, 광학 부재를 포함하는 표시 장치의 실시예에 대해 구체적으로 설명한다.
도 22는 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 22를 참조하면, 표시 장치(1000)는 광원(400), 광원(400)의 출사 경로 상에 배치된 광학 부재(100), 광학 부재(100)의 상부에 배치된 표시 패널(300)을 포함한다.
광학 부재는 상술한 실시예들에 따른 광학 부재들이 모두 적용될 수 있다. 도 20에서는 도 2의 광학 부재(100)가 적용된 경우를 예시한다.
광원(400)은 광학 부재(100)의 일측에 배치된다. 광원(400)은 광학 부재(100)의 도광판(10)의 입광면(10s1)에 인접 배치될 수 있다. 광원(400)은 복수의 점광원 또는 선광원을 포함할 수 있다. 상기 점광원은 LED(light emitting diode) 광원(410)일 수 있다. 복수의 LED 광원(410)은 인쇄회로기판(420)에 실장될 수 있다. LED 광원(410)은 블루 파장의 빛을 발광할 수 있다.
LED 광원(410)으로부터 방출된 블루 파장의 빛은 광학 부재(100)의 도광판(10)으로 입사된다. 광학 부재(100)의 도광판(10)은 빛을 인도하고, 도광판(10)의 상면(10a)이나 하면(10b)을 통해 출사시킨다. 광학 부재(100)의 파장 변환층(30)은 도광판(10)으로부터 입사된 블루 파장의 빛의 일부를 다른 파장 예컨대 그린 파장과 레드 파장으로 변환한다. 변환된 그린 파장과 레드 파장의 빛은 변환되지 않은 블루 파장과 함께 상부로 방출되어 표시 패널(300) 측으로 제공된다.
표시 장치(1000)는 광학 부재(100)의 하부에 배치된 반사 부재(250)를 더 포함할 수 있다. 반사 부재(250)는 반사 필름이나 반사 코팅층을 포함할 수 있다. 반사 부재(250)는 광학 부재(100)의 도광판(10) 하면(10b)으로 출사된 빛을 반사하여 다시 도광판(10) 내부로 진입시킨다.
표시 패널(300)은 광학 부재(100)의 상부에 배치된다. 표시 패널(300)은 광학 부재(100)로부터 빛을 제공받아 화면을 표시한다. 이와 같이 빛을 받아 화면을 표시하는 수광성 표시 패널의 예로는 액정 표시 패널, 전기 영동 패널 등을 들 수 있다. 이하에서는 표시 패널로서 액정 표시 패널의 예를 들지만, 이에 제한되지 않고 다른 다양한 수광성 표시 패널이 적용될 수 있다.
표시 패널(300)은 제1 기판(310), 제1 기판(310)에 대향하는 제2 기판(320) 및 제1 기판(310)과 제2 기판(320) 사이에 배치된 액정층(미도시)을 포함할 수 있다. 제1 기판(310)과 제2 기판(320)은 상호 중첩한다. 일 실시예에서, 어느 하나의 기판이 다른 하나의 기판보다 커서 외측으로 더 돌출될 수 있다. 도면에서는 상부에 위치하는 제2 기판(320)이 더 크고, 광원(400)이 배치된 측면에서 돌출된 경우가 예시되어 있다. 제2 기판(320)의 돌출 영역은 구동칩이나 외부 회로 기판이 실장되는 공간을 제공할 수 있다. 예시된 예와는 다르게, 아래에 위치하는 제1 기판(310)이 제2 기판(320)보다 커서 외측으로 돌출될 수도 있다. 표시 패널(300)에서 상기 돌출된 영역을 제외한 제1 기판(310)과 제2 기판(320)이 중첩하는 영역은 광학 부재(100)의 도광판(10)의 측면(10s)에 대체로 정렬될 수 있다.
광학 부재(100)는 모듈간 결합 부재(610)를 통해 표시 패널(300)과 결합할 수 있다. 모듈간 결합 부재(610)는 사각틀 형상을 가질 수 있다. 모듈간 결합 부재(610)는 표시 패널(300) 및 광학 부재(100)에서 각각 테두리 부위에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 모듈간 결합 부재(610)의 하면은 광학 부재(100)의 패시베이션층(40) 상면에 배치된다. 모듈간 결합 부재(610)의 하면은 패시베이션층(40) 상에서 파장 변환층(30)의 상면(30a)에만 중첩하고 측면(30s)에는 중첩하지 않도록 배치될 수 있다.
모듈간 결합 부재(610)는 폴리머 수지나 접착 또는 점착 테이프 등을 포함할 수 있다.
모듈간 결합 부재(610)는 광투과 저지의 기능을 더 수행할 수 있다. 예를 들어, 모듈간 결합 부재(610)가 블랙 안료나 염료 등과 같은 광 흡수 물질을 포함하거나, 반사 물질을 포함할 수 있다.
표시 장치(1000)는 하우징(500)을 더 포함할 수 있다. 하우징(500)은 일면이 개방되어 있고, 바닥면(510) 및 바닥면(510)과 연결된 측벽(520)을 포함한다. 바닥면(510)과 측벽(520)에 의해 정의된 공간 내에 광원(400), 광학 부재(100)/표시 패널(300) 부착체 및 반사 부재(250)가 수납될 수 있다. 광원(400), 반사 부재(250) 및 광학 부재(100)/표시 패널(300) 부착체는 하우징(500)의 바닥면(510) 상에 배치된다. 하우징(500)의 측벽(520)의 높이는 하우징(500) 내부에 놓인 광학 부재(100)/표시 패널(300) 부착체의 높이와 실질적으로 동일할 수 있다. 표시 패널(300)은 하우징(500)의 측벽 상단과 인접 배치되고, 이들은 하우징 결합 부재(620)에 의해 상호 결합할 수 있다. 하우징 결합 부재(620)는 사각틀 형상을 가질 수 있다. 하우징 결합 부재(620)는 폴리머 수지나 접착 또는 점착 테이프 등을 포함할 수 있다.
표시 장치(1000)는 적어도 하나의 광학 필름(200)을 더 포함할 수 있다. 하나 또는 복수의 광학 필름(200)은 광학 부재(100)와 표시 패널(300) 사이에서 모듈간 결합 부재(610)에 의해 둘러싸인 공간에 수납될 수 있다. 하나 또는 복수의 광학 필름(200)의 측면은 모듈간 결합 부재(610)의 내측면에 접하여 그에 부착될 수 있다. 도면에서는 적어도 하나의 광학 필름(200)과 광학 부재(100) 사이 및 광학 필름(200)과 표시 패널(300) 사이가 각각 이격된 경우를 예시적으로 도시하였지만, 상기 이격 공간이 필수적으로 요구되는 것은 아니다.
광학 필름(200)은 프리즘 필름, 확산 필름, 마이크로 렌즈 필름, 렌티큘러 필름, 편광 필름, 반사 편광 필름, 위상차 필름 등일 수 있다. 표시 장치(1000)는 동일한 종류 또는 상이한 종류의 복수의 광학 필름(200)을 포함할 수 있다. 복수의 광학 필름(200)이 적용되는 경우, 각 광학 필름(200)은 서로 중첩하도록 배치되고, 각각 측면이 모듈간 결합 부재(610)의 내측면에 접하여 그에 부착될 수 있다. 각 광학 필름(200) 사이는 이격되고, 그 사이에 공기층이 배치될 수 있다.
이하에서, 도 23 내지 도 33을 참고하여, 일 실시예에 따른 광학 패턴을 포함하는 도광판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 부재의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 23을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 부재의 제조 방법은 스템퍼를 이용하여 도광판 상에 광학 패턴을 형성하는 것을 포함한다. 먼저, 스템퍼를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 제1 패턴(71)과 동일한 형상의 제1 마스터 패턴(1010)이 형성된 마스터 기판(1000)을 준비한다(S21). 마스터 기판(1000)은 PMMA(Polymethylmethacrylate), PC, PET 등으로 이루어질 수 있다. 제1 마스터 패턴(1010)은 마스터 기판(1000) 자체의 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 패턴 롤(미도시)을 사용하여 기판의 압출과 동시에 패턴을 성형할 수 있다. 마스터 기판(1000)은 평면 형상이 직사각형인 육각 기둥 형상으로서, 상면에 일 방향으로 연속되는 렌티큘러 형상의 제1 마스터 패턴(1010)이 새겨진 형상을 가질 수 있다.
이어 도 25에 도시된 바와 같이, 마스터 기판(1000)의 제1 마스터 패턴(1010)의 표면에 제2 마스터 패턴(1020)을 형성한다(S22). 제2 마스터 패턴(1020)은 레이저(Laser)를 조사하여 형성할 수 있다. 레이저(Laser)는 미리 정하여진 위치를 따라 조사될 수 있다. 즉, 제2 마스터 패턴(1020)은 제2 패턴(72)의 배치와 동일한 배치를 가지도록 미리 결정되어 있을 수 있다. 제2 마스터 패턴(1020)의 폭이나 깊이는 조사되는 레이저의 파장, 에너지, 조사 시간, 조사 각도 등에 의해 조절될 수 있다. 여기서 제2 마스터 패턴(1020)은 제2 패턴(72)과 동일한 형상을 갖도록 형성된다. 즉, 도 8 및 도 9의 실시예와 같이 밑면이 타원인 원뿔 형상이거나, 도 12의 실시예와 같이 원뿔대의 형상일 수 있다. 제2 마스터 패턴(1020)은 표면이 매끈할 수도 있으나, 이에 제한되지 않으며, 레이저의 종류에 따라 매끄럽지 않은 표면을 가질 수도 있다. 또한, 제2 마스터 패턴(1020)은 레이저를 1회 조사하여 형성될 수도 있으나, 원하는 형상 및 깊이에 따라 레이저를 여러번 조사하여 형성할 수도 있다.
결과적으로 마스터 기판(1000)은 광학 패턴(70)과 동일한 마스터 패턴(1010, 1020)을 갖도록 형성될 수 있다.
이어, 도 26 및 도 27에 도시된 바와 같이, 마스터 기판(1000)의 일면에 레진을 도포한 후 이를 경화시켜 스템퍼(2000)를 형성한다(S23, S24). 여기서 마스터 기판(1000)의 일면이라 함은 제1 마스터 패턴(1010)과 제2 마스터 패턴(1020)이 형성된 면을 의미한다.
구체적으로 설명하면, 마스터 기판(1000)의 일면 상에 슬릿 노즐을 이용하여 스템퍼용 레진을 도포한다. 스템퍼용 레진은 자외선이 통과할 수 있는 투명 재질로 형성될 수 있다. 이어 자외선 조사 및/또는 열을 가하여 레진을 경화한 후 마스터 기판(1000)으로부터 경화된 상기 레진을 분리하여 스템퍼(2000)를 완성한다. 스템퍼(2000)에는 마스터 기판(1000)에 형성된 패턴(1010, 1020)과 음영이 반대로 이루어지는 패턴(2010, 2020)이 형성된다. 즉, 일방향으로 연속하는 라인 형태로 단면이 반원 형상인 음각 패턴(2010)이 형성되며, 상기 음각 패턴 상에 밑면이 타원인 원뿔이 양각 패턴(2020)으로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 23 및 도 28 내지 도 30을 참조하여, 스템퍼를 이용한 광학 패턴의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 23 및 도 28을 참조하면, 세정 공정을 거친 도광판(10)을 준비한다(S11). 도면에서는, 상면 상에 저굴절층(20), 파장 변환층(30) 및 패시베이션층(40)이 일체화되어 있는 도광판(10)을 준비한 것이 예시되어 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 도광판(10)에 먼저 후술하는 방법으로 광학 패턴을 형성하고, 이후에 저굴절층(20), 파장 변환층(30) 및 패시베이션층(40)을 형성할 수도 있다.
도 23 및 도 29를 참조하면, 도광판(10)의 하면(10b)에 슬릿 노즐을 이용하여 레진(80)을 도포한다(S12). 레진(80)은 약 40㎛ 이하의 두께로 도포될 수 있다. 일반적으로 레진(80)을 UV 경화할 때, 자외선에 노출되는 시간이 길어질수록 레진(80)이 황변(Yellowish)될 가능성이 증가한다. 레진(80)의 두께가 40㎛ 이하인 경우 레진(80)의 황변 없이 효과적으로 레진(80)을 경화시킬 수 있다. 레진(80) 두께의 하한에는 제한이 없으나, 추후 형성될 광학 패턴(70)의 두께를 고려하여, 20㎛ 이상으로 도포하는 것이 바람직하다.
레진(80)은 도광판(10)의 측면(10s)으로부터 내측으로 일정 간격 이격된 곳까지 도포될 수 있다. 즉, 도광판(10)의 테두리에 일정 간격의 마진을 두고 레진(80)을 도포할 수 있다. 그에 따라 임프린팅 시 레진(80)이 도광판(10)의 측면(10s)으로 흘러넘치는 것을 방지될 줄 수 있다.
레진(80)은 베이스 레진, UV 개시제 및 바인더를 포함하는 물질로 구성될 수 있다. 베이스 레진은 아크릴레이트(acrylate), 우레탄(Urethane), 우레탄 아크릴레이트(Urethane acrylate), 실리콘(silicone) 및 에폭시(Epoxy) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 도광판(10)과의 충분한 결합력을 가지는 물질인 경우 제한되지 않는다.
도 23 및 도 30을 참조하면, 이어, 양각 패턴(2010)과 음각 패턴(2020)이 형성된 스템퍼(2000)를 이용하여 레진(80)에 패턴(81, 82)을 형성한다(S13). 즉, 레진(80)에 스템퍼(2000)를 대고 압착하면 스템퍼(2000)의 패턴(2010, 2020)이 레진(80)에 전사되어, 스템퍼(2000)의 패턴(2010, 2020)과 음영이 반대로 이루어지는 광학 패턴(81, 82)이 형성된다. 예를 들어, 일 방향으로 연속되는 렌티큘러 형상의 제1 패턴(81)과 원뿔 형상의 음각 패턴인 제2 패턴(82)이 형성될 수 있다.
다음으로, 도 23 및 도 31에 도시된 바와 같이 스템퍼(2000) 상에 자외선(UV)을 조사하여 레진(80)을 가경화(S14) 한 후, 스템퍼(2000)를 제거한다(S15). 가경화 단계를 거치면 레진(80) 사이의 결합력이 증가하여, 스템퍼(2000) 분리시 레진(80)이 떨어져나가는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 도 32에 도시된 바와 같이 레진(80)에 자외선(UV)을 직접 조사함으로써 본경화를 진행하여, 광학 패턴(70)을 제조한다(S16).
상술한 바와 같이, 광학 부재(100)의 광학 패턴(70)의 제1 패턴(71)과 제2 패턴(72)은 임프린팅 방법에 의하여 동시에 형성될 수 있다. 즉, 제1 패턴(71)과 제2 패턴(72)이 동시에 형성됨으로써 공정이 축소되며, 원가 절감이 가능하다.
상기와 같이 광학 패턴(70)을 제조하는 방법을 예시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로, 광학 패턴(70)은 압착 방식을 이용하여 제1 패턴(71)이 일체화된 도광판(10)을 형성하고, 제1 패턴(71)의 표면에 레이저를 이용하여 제2 패턴(72)을 형성하는 방식으로 제조될 수도 있다. 즉, 도 20에 도시된 마스터 기판(1000)의 제조 방법과 동일한 방법을 이용하여 광학 패턴(70)이 일체화된 도광판(10)을 제조할 수도 있다.
이하에서는 도 34 내지 도 37을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 부재를 포함하는 도광판의 제조 방법에 대해 설명한다. 설명의 편의를 위하여, 이미 설명한 실시예와 동일한 방법에 대해서는 설명을 생략하거나 간략화 하고, 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
도 34 내지 도 37을 참조하면, 리소그래피(lithography) 방법을 이용하여 제2 패턴(72)이 제1 패턴(71)의 표면으로부터 돌출된 돌출 패턴(72_3)인 광학 패턴(70_3)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 마스터 기판(1000_1)을 이용하여 스템퍼(2000_1)를 제조하고, 스템퍼(2000_1)를 이용하여 도광판(10) 하면(10b)에 임프린팅하여 광학 패턴(70_3)을 형성한다는 점에서 전반적인 제조 방법은 앞서 상술한 광학 패턴(70)의 제조 방법과 동일하다. 다만, 마스터 기판(1000)에 레이저로 홈을 형성하는 단계(S22)를 대신하여, 도 35와 같이 리소그래피(lithography) 방법을 이용하여 제1 마스터 패턴(1010_1) 상에 돌출 패턴(1020_1)을 형성한다는 점에서 차이가 있다. 이 경우 스템퍼(2000_1)에는 제1 마스터 패턴(1010_1)과 음영이 반대되는 음각 패턴(2010_1) 및 상기 리소그래피를 통해 형성된 돌출 패턴(1020_1)과 음영이 반대되는 음각 패턴(2020_1)이 형성될 수 있다.
이어, 도광판(10)의 하면(10b)에 도포된 레진에 스템퍼(2000_1)를 대고 압착하여, 스템퍼(2000_1)의 패턴(2010_1, 2020_1)과 음영이 반대되는 제1 패턴(71_3) 및 제2 패턴(72_3)을 포함하는 광학 패턴(70_3)을 형성할 수 있다.
리소그래피 방법을 이용하여 광학 패턴(70_3)을 형성하는 경우에도, 제1 패턴(71_3)과 제2 패턴(72_3)은 임프린팅 방법에 의하여 동시에 형성될 수 있으며, 이에 따라 공정 축소 및 원가 절감이 가능하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 도광판
20: 저굴절층
30: 파장 변환층
40: 패시베이션층
70: 광학 패턴
100: 광학 부재

Claims (32)

  1. 도광판;
    상기 도광판 상면 상에 배치되고, 상기 도광판보다 작은 굴절률을 갖는 저굴절층;
    상기 저굴절층 상에 배치된 파장 변환층;
    상기 파장 변환층 상에 배치되고, 상기 파장 변환층의 측면 및 상기 저굴절층의 측면을 덮는 패시베이션층; 및
    상기 도광판의 하면 상에 배치된 광학 패턴을 포함하는 광학 부재.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 패턴은 일 방향으로 연장된 라인 형상의 제1 패턴 및 상기 제1 패턴 상에 형성된 복수의 제2 패턴을 포함하는 광학 부재.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 기저부 및 상기 기저부로부터 돌출된 패턴부를 포함하고, 상기 복수의 제2 패턴은 상기 제1 패턴의 표면 상에 배치된 요철 형상인 광학 부재.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 패턴의 상기 요철 형상은 상기 제1 패턴의 표면으로부터 오목하게 파여진 오목 패턴 형상이거나, 상기 제1 패턴의 표면으로부터 볼록하게 돌출된 돌출 패턴 형상인 광학 부재.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 패턴은 밑면이 타원인 원뿔 형상인 광학 부재.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 도광판은 입광면을 포함하고, 상기 제1 패턴은 상기 입광면에 수직한 방향으로 연장되는 광학 부재.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 제2 패턴의 배치 밀도는 상기 입광면으로부터 멀어질수록 증가하는 광학 부재.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 렌티큘러 형상을 포함하는 광학 부재.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 광학 패턴의 측면은 상기 저굴절층의 측면에 정렬하거나 그보다 내측에 위치하는 광학 부재.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 상기 일 방향과 교차하는 방향을 따라 평행하게 반복 배치된 형상이고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 패턴 상에 형성된 요철 형상인 광학 부재.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 도광판 및 상기 패시베이션층은 무기 물질을 포함하는 광학 부재.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 저굴절층의 굴절률은 1.2 내지 1.4인 광학 부재.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 저굴절층은 보이드를 포함하는 광학 부재.
  14. 도광판;
    상기 도광판의 하면 상에 배치된 광학 패턴을 포함하되,
    상기 광학 패턴은 일 방향으로 연장된 라인 형상의 제1 패턴 및 상기 제1 패턴 상에 형성된 요철 형상의 제2 패턴을 포함하고,
    상기 광학 패턴의 측면은 상기 도광판의 측면으로부터 내측에 위치하는 광학 부재.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 상기 일 방향과 교차하는 방향으로 평행하게 반복 배치된 형상이고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 패턴의 표면으로부터 오목하게 파여진 홈 형상 또는 상기 제1 패턴의 표면으로부터 볼록하게 돌출된 돌출 형상인 광학 부재.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 상기 일 방향으로 빛을 직진시키는 직진 패턴이고, 상기 제2 패턴은 상기 도광판 및 상기 제1 패턴 내의 빛을 상기 도광판 및 상기 제1 패턴 외부로 출사시키는 출광 패턴인 광학 부재.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 제2 패턴은 밑면이 타원인 원뿔 형상인 광학 부재.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 제2 패턴의 높이는 10㎛ 내지 20㎛인 광학 부재.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 패턴의 두께는 약 40㎛ 이하인 광학 부재.
  20. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 패턴이 형성되는 패턴부, 및 상기 패턴부와 상기 도광판 사이에 위치하며 상기 패턴부를 지지하는 기저부를 포함하는 광학 부재.
  21. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 패턴이 형성되는 패턴부, 및 상기 패턴부와 상기 도광판 사이에 위치하며 상기 패턴부를 지지하는 기저부를 포함하는 광학 부재.
  22. 제20 항에 있어서,
    상기 패턴부의 높이는 5㎛ 내지 20㎛인 광학 부재.
  23. 제15 항에 있어서,
    상기 도광판과 상기 광학 패턴 사이에 배치되고, 굴절률을 조절하는 굴절률 조절 부재를 더 포함하는 광학 부재.
  24. 제15 항에 있어서,
    상기 도광판은 입광면을 포함하고, 상기 입광면에 인접한 영역에서 상기 제2 패턴은 입광면측으로 기울어진 원뿔 형상인 광학 부재.
  25. 하면에 광학 패턴이 일체로 형성된 도광판으로서,
    상기 광학 패턴은 일 방향으로 연장된 라인 형상의 제1 패턴 및 상기 제1 패턴 상에 형성된 제2 패턴을 포함하고,
    상기 광학 패턴의 측면은 상기 도광판의 측면으로부터 내측에 위치하는 광학 부재.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 기저부 및 상기 기저부로부터 돌출된 패턴부를 포함하고, 상기 제2 패턴은 상기 제1 패턴의 표면으로부터 오목하게 파여진 홈 형상 또는 상기 제1 패턴의 표면으로부터 볼록하게 돌출된 돌출 형상인 광학 부재.
  27. 제26 항에 있어서,
    상기 제2 패턴은 밑면이 타원인 원뿔 형상인 광학 부재.
  28. 도광판,
    상기 도광판 상면 상에 배치되고, 상기 도광판보다 작은 굴절률을 갖는 저굴절층,
    상기 저굴절층 상에 배치된 파장 변환층,
    상기 파장 변환층 상에 배치되고, 상기 파장 변환층의 측면 및 상기 저굴절층의 측면을 덮는 패시베이션층, 및
    상기 도광판의 하면 상에 배치된 광학 패턴을 포함하는 광학 부재;
    상기 도광판의 적어도 일측에 배치된 광원; 및
    상기 광학 부재의 상부에 배치된 표시 패널을 포함하는 표시 장치.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 광학 패턴은 일 방향으로 연장된 라인 형상의 제1 패턴 및 상기 제1 패턴 상에 형성된 복수의 제2 패턴을 포함하는 표시 장치.
  30. 제29 항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 기저부 및 상기 기저부로부터 돌출된 패턴부를 포함하고, 상기 복수의 제2 패턴은 상기 제1 패턴의 표면으로부터 오목하게 파여진 홈 형상 또는 상기 제1 패턴의 표면으로부터 볼록하게 돌출된 돌출 형상인 표시 장치.
  31. 도광판을 준비하는 단계;
    상기 도광판의 일면에 수지층을 형성하되, 상기 수지층의 측면이 상기 도광판의 측면으로부터 내측에 위치하도록 상기 수지층을 형성하는 단계; 및
    상기 수지층을 스템퍼로 압착하여 상기 스템퍼의 표면 형상을 전사하는 단계를 포함하되,
    상기 스템퍼는 일 방향으로 연장된 라인 형상의 제1 패턴 및 상기 제1 패턴 상에 형성된 복수의 제2 패턴을 포함하는 광학 부재의 제조 방법.
  32. 제31 항에 있어서,
    상기 제1 패턴은 기저부 및 상기 기저부로부터 돌출된 패턴부를 포함하고, 상기 복수의 제2 패턴은 상기 제1 패턴의 표면으로부터 오목하게 파여진 홈 형상 또는 상기 제1 패턴의 표면으로부터 볼록하게 돌출된 돌출 형상인 광학 부재의 제조 방법.
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