KR20050079384A - 액정표시장치용 반투과 시트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 액정표시장치용 반투과 시트는 소정 두께와 면적을 가지며 투명한 재질의 투명 기판과, 그 투명 기판의 어느 한쪽면에 형성되어 상기 투명 기판을 투과하는 조명 광과 투명 기판에서 반사되는 외부 광의 일부를 액정 패널에 집속시키기 위해 2차원 매트릭스 형태로 배열된 다수개의 초소형 렌즈들과, 그 초소형 렌즈들의 외측면에 도포되어 외부 광의 일부는 투과시키고 일부는 반사시키기 위한 반투과 금속 박막을 구비하여 구성되어, 휴대정보기기의 액정표시장치에 적용시 실내에서 사용하는 경우에 광원에서 출사된 조명 광을 액정 패널의 화소에 집속하고, 실외에서 사용하는 경우에는 외부 광에 의한 액정화면 밝기의 열화를 보완하게 되어, 집광효율, 명시 대비 성능, 액정 패널의 유효 화소 내 조명 균일도 등을 향상시킨다.

Description

액정표시장치용 반투과 시트 및 그 제조방법{TRANS-REFLECTING SHEET FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND FABRICATION METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 평판표시장치(FPD:flat panel display)인 액정표시장치(liquid crystal display)의 조명광학계를 구성하는 반투과 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정 패널의 픽셀에 대응되는 반투과 시트에 다수개의 초소형의 렌즈(microlens)가 배열(array)되도록 하여 외부 광(external light)에 의한 액정 화면 밝기의 열화를 보완하여 휘도를 향상시키고, 액정표시장치의 실내 사용시 광원(backlight)에서 출사된 조명 광이 액정 패널의 화소에 집속되도록 하여 대비(contrast)성능의 향상에 의한 화질이 향상되어질 수 있도록 한 액정표시장치용 반투과 시트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 평판 화상 표시 장치의 주요한 적용 영역으로 휴대 정보 기기의 화상 표시 장치가 각광 받고 있으며, 특히 소형의 박막 액정 표시장치의 탑재가 주류를 이루고 있다.

그러나, 액정표시장치는 그 원리상 광원에서 방출되는 빛을 액정의 편광에 의해 단속하는 것으로서 자체 발광 방식을 채용한 디스플레이에 비교하여 휘도 및 시야각 측면에서 단점을 가지고 있다.

현재, 액정표시장치로는 액정패널에 고온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(high temperature polysilicon thin film transistor)를 형성하는 방식과, 저온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(low temperature polysilicon thin film transistor)를 형성하는 방식 등이 사용되고, 광학계로 전면 투사형 또는 후면 투사형 등으로 다양화되고 있는 것은 주지의 사실이다. 이들 액정 표시 장치의 여러 가지 성능 지수들 중에서 휘도가 가장 중요한 요소의 하나이다. 따라서 광원인 램프(lamp), 액정 패널 등의 기본 구성 부품을 전제로 하여 각 부품의 광효율을 향상시키고자 하는 각종 접근 방식이 광학계의 설계 단계에서부터 연구되고 있는 실정이다.

그러나, 이러한 광효율을 향상시키고자 하는 노력에도 불구하고, 액정표시장치가 탑재된 휴대기기를 실외에서 사용할때에는 액정표시장치에서 표시되는 화상의 휘도에 비해 밝은 외부 광원에 의해 액정에 표시되는 화상 정보를 제대로 판독하는 것이 곤란한 단점이 있다. 최근 이러한 단점을 보완하기 위하여 액정 패널과 후방 조명 광원 사이에 하프 미러(half mirror) 기능을 제공하는 광학시트를 삽입하여 외부광원이 과도한 경우 액정 패널을 투과한 외부 광을 반사하여 액정화면의 휘도를 향상시키고, 외부광원이 경미한 경우에는 액정 표시 장치의 조명장치로부터 출사된 조명 광이 액정에 조사되도록 하여 화상을 표현하는 반투과 광학 시트의 적용사례가 보고되고 있다.

그러나, 상기의 반투과 광학 시트는 평판 형태로서 외부 광이 과도한 경우 단순히 외부 광의 일부를 반사하고, 외부 광이 경미한 경우에는 조명 광이 투과되어 액정에 조사되도록 하는 형태로서, 이 역시 액정 표시장치의 휘도 및 대비성능을 현격히 향상시키는 데는 한계를 가지고 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은

후면 조명 광원에서 출사된 조명 광을 액정 패널에 집속할 수 있고, 높은 휘도의 외부 광이 액정 패널을 통하여 입사될 경우 외부 광의 일부를 반사시킴과 아울러 집속할 수 있도록 하여, 강한 외부 광에 의한 휘도 열화를 보상할 수 있도록 한 액정표시장치용 반투과 시트 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여

액정표시장치의 액정 패널 후위에 배치되며 소정 두께와 면적을 가지며 투명한 재질의 투명 기판과,

그 투명 기판의 어느 한쪽면에 형성되어 상기 투명 기판을 투과하는 조명 광과 투명 기판에서 반사되는 외부 광의 일부를 액정 패널에 집속시키기 위해 2차원 매트릭스 형태로 배열된 다수개의 초소형 렌즈들과,

그 초소형 렌즈들의 외측면에 도포되어 외부 광의 일부는 투과시키고 일부는 반사시키기 위한 반투과 금속 박막을

구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 반투과 시트가 제공된다.

또한, 일측면에 내측으로 요입되는 다수개의 오목부가 형성된 시트 성형 금형을 제작하는 단계와,

상기 시트 성형 금형을 이용한 몰딩에 의해 일측면에 초소형 렌즈가 2차원 메트릭스 형태로 배열되어 다수개 형성된 투명 시트를 대량으로 제작하는 단계와,

상기 투명 시트의 초소형 렌즈들이 형성된 면에 소정두께의 반투과 금속 박막을 도포하는 단계를

순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 반투과 시트의 제조방법이 제공된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 액정표시장치용 반투과 시트 및 그 제조방법을 첨부된 도면의 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 반투과 시트가 설치된 액정표시장치의 개략적인 구조를 보인 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이, 격자(grid) 형태의 블랙 메트릭스(black matrix)(21)가 형성된 액정 패널(LCD panel)(20)과 후면 조명 장치(backlight unit)의 사이에 반투과 시트(10)가 배치되어 있다.

상기 후면 조명 장치에서 조명 광(backlight)이 입사될 경우에 일정 비율의 조명 광이 상기 반투과 시트(10)를 투과하여 액정 패널(20)에 조사되어 액정 패널(20)을 거쳐 소정의 화상을 표시하게 된다.

외부 광(external light)이 조명 광에 비해 밝은 경우에는 액정 패널(20)을 통하여 인입된 일정 비율의 외부 광은 상기 반투과 시트(10)에서 반사되어 다시 액정 패널(20)로 조사되어 조명 광 역할을 수행하게 됨으로써, 휴대 정보 기기의 실외 사용 환경 등과 같이 밝은 외부 광에 의한 명시 휘도 열화를 보상해 주게 된다.

도 2는 상기 반투과 시트의 구조를 보인 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A'를 절취한 단면도이며, 도 4는 도 2의 B-B'를 절취한 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 투명한 기판(3) 상에 구면 또는 소정의 비구면 계수를 갖는 비구면 형상의 초소형 렌즈(1)가 2차원 매트릭스 형태로 배열되어 있고, 그 초소형 렌즈(1)들의 외측면에 반투과 금속 박막(2)이 증착되어 있다.

상기 초소형 렌즈(1)의 배열은 단위 면적당 렌즈의 밀도를 최대화 하여 집속효율이 향상되어질 수 있도록 벌집(honeycomb) 형태의 육각형 기밀 배열(hexagonal closely packed)로 되어 있다.

또한, 상기 초소형 렌즈(1)들의 직경은 수 마이크로 미터(micrometer)에서 수백 마이크로 미터 정도의 크기로써 2차원 적인 매트릭스 형태로 배열되어 있다.

상기 반투과 금속 박막(2)은 은(silver; Ag), 알루미늄(aluminum; Al), 크롬(chromium; Cr) 등 반사도가 높은 금속막으로, 그 두께는 요구되는 투과율에 따라 수 나노 미터 범위 내에서 적절하게 조정하여 적용한다.

도 5는 액정패널의 화소에 대응하여 장착된 반투과 시트가 설치된 상태의 개략도이고, 도 6은 도 5의 C-C'를 절취한 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 액정 패널(20)의 개별 화소(unit pixel)에 반투과 시트(10)에 형성되는 다수개의 초소형 렌즈(1)들이 배치되며, 이와 같은 상태에서 후면 조명 장치에서 반투과 시트(10)에 조명 광이 입사되면 반투과 금속 박막(2)을 투과하는 조명 광은 다수개의 초소형 렌즈(1)들에 의하여 집속되어 액정 패널(20)의 단위 화소로 조사된다.

한편, 외부 광이 강한 경우에는 액정 패널(20)을 통하여 외부에서 인입되는 광은 상기 반투과 금속 박막(2)에서 반사되어 일정 비율이 다시 액정 패널(20)로 조사되어 조명 광의 역할을 하게 된다. 이 경우 외부 광이 반사되는 반투과 금속 박막(2)은 구면경 역할을 하게 되므로 액정 패널(20)의 유효 화소로의 집속기능을 수행하여 우수한 대비 성능을 가지게 되며, 화소간 흐려짐(blurring) 등을 개선하여 보다 선명한 화상을 구현할 수 있는 장점이 있다.

상기 반투과 시트(10)는 블랙 메트릭스(21)에 의해 격자 형태로 구획된 액정 패널(20)의 개별 화소 영역 내에 여러개의 초소형 렌즈(1)들이 매트릭스 형태로 분포되고, 바람직하게는 상기 매트릭스 형태의 배열이 단위 면적당 개별 초소형 렌즈들(1)의 밀도를 최대화할 수 있는 벌집 형태의 육각형 기밀배열로 구성되는 것이 유리하며, 필요에 따라 초소형 렌즈(1)들의 배열을 사각형 기밀배열 또는 다각형 기밀배열로도 구성할 수 있다. 특히 인접한 초소형 렌즈(1) 사이에는 공극이 없이 반투과 시트(10)의 전체 면적이 개별 초소형 렌즈(1)들의 곡면으로 완전히 채워진 완전 채움 율을 갖게 된다.

한편, 초소형 렌즈(1)들의 평면 배열 형태는 육각배열 또는 사각배열 등의 다면체로 구성되나, 개별 초소형 렌즈(1) 들의 단면형상은 소정의 돌출높이(sag height)를 갖는 구면 또는 비구면 계수(conic coefficient)를 가지는 비구면 형태로 이루어진다. 이러한 단위 화소당 여러개의 초소형 렌즈(1) 배열은 액정 패널(20)의 단위 화소와 반투과 시트(10)의 초소형 렌즈(1)가 동일한 피치로 구성되는 경우에서 요구되는 액정 패널(20)의 단위 화소와 반투과 시트(10)간의 정밀한 정렬이 불필요하게 되어 반투과 시트(10)와 액정 패널(20)간의 조립이 용이하게 이루어지게 된다. 또한, 본 발명에서 단위 화소 당 여러개의 초소형 렌즈(1) 배열은 개별렌즈에 의한 집속기능과 함께 화소내에 여러개의 조명 점광원이 분포한 양상과 유사한 형태가 되므로, 화소내에서의 대비성능을 향상시키고 조명 광 분포의 균일도를 기할 수 있는 이점이 있다.

도 7은 본 발명에서 후면 조명광 조사시의 집속기능을 설명하기 위한 개략도로서, 이에 도시된 바와 같이, 후면 조명 장치를 이용하여 액정 패널(20)이 디스플레이되는 경우에, 조명 광이 화살표로 표시된 것과 같이 반투과 시트(10)에 입사되어 일정 비율의 광이 투과된 후, 개별 초소형 렌즈(1)들에 의해 집속되어 액정 패널(20)의 유효 화소 영역으로 조사되어진다.

도 8은 본 발명에서 외부광 반사에 의한 휘도향상 기능을 설명하기 위한 개략도로서, 외부 광원으로부터 입사되는 외부 광이 화살표로 표시된 것 같이 액정 패널(20)을 거쳐 반투과 시트(10)의 기판(3) 및 초소형 렌즈(1)들을 투과된 후 구면경(球面鏡) 형태의 반투과 금속 박막(2)에 의해 반사 및 집속되어 다시 액정 패널(20)의 유효 화소로 조사되어 조명 광의 역할을 수행하게 된다.

도 9의 a 내지 e는 본 발명에 따른 반투과 시트(10)의 제조순서를 보인 개략도로서, 성형용 금형(100)을 제작하는 단계(a-d)와, 그 성형용 금형(100)을 이용하여 다수개의 초소형 렌즈(1)들이 형성된 투명 시트(30)를 다량으로 복제하는 단계(e) 및 그 투명 시트(30)의 초소형 렌즈(1)들이 형성된 면에 반투과 금속 박막(2)을 증착시키는 단계(f)를 순차적으로 실시하며, 각 단계를 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, a)에서와 같이, 평평한 형태의 기판(202) 전면에 감광제(photoresist) 또는 광 감응성 다중체(photosensitive) 등을 도포(coating), 증착(deposition), 접합(lamination) 등의 방법으로 소정의 두께로 형성하고, 개별 초소형 렌즈가 형성될 위치에 대응하여 원형 또는 타원형의 패턴을 사진 묘화 공정(photolithography)으로 성형한 후, 이 초기 패턴이 형성된 기판(202)을 상기 감광제 또는 다중체가 점성을 띄게 되는 소정의 온도에서 일정시간 열처리를 수행하여 구면형상으로 리플로우 한 후, 상기 구면 형상에 등각 증착기술을 적용하여 개별 렌즈 간의 공극을 메워 완전 채움율(full fill factor)을 갖도록 렌즈형상과 같은 볼록부(201)를 성형하고, 이를 후공정인 도금공정에서 사용하는 도금틀(plating mold)(200)로 사용한다.

그런 후, b)에서와 같이, 상기 제작된 도금틀(200)의 볼록부(201)가 형성된 면에 니켈 등의 금속을 전해 또는 무전해 방법으로 소정의 두께 만큼 도금을 한다.

그런 후, c)에서와 같이, 상기 도금틀(200)을 전주로부터 분리하면 완전 채움율을 갖도록 배열된 초소형 렌즈의 역상인 오목부(101)가 전사된 초소형 렌즈 어레이 시트 성형용 금형(100)이 제작된다.

그런 후, d)에서와 같이, 초소형 렌즈 어레이 시트 성형용 금형(100)을 이용한 성형 방법에 의해 초소형 렌즈(1)들이 형성된 투명 시트(30)를 대량으로 복제하는 것을 보인 것으로, 구체적인 성형방법은 자외선 경화수지를 이용하는 방법, 열 경화 수지를 이용하는 방법, 고온 압축 성형(hot press embossing) 방법, 사출 성형(injection molding) 방법 등을 적용할 수 있다.

그런 후, e)에서와 같이, 상기 공정에서 제작된 초소형 렌즈(1)들이 형성된 투명 시트(30)의 외측면에 은, 알루미늄, 크롬 등의 반사도가 높은 금속박막을 스퍼터링 또는 승화법 또는 화학기상증착 등의 방법으로 수나노 미터 두께로 증착하여 반투과 금속 박막(2)을 형성하여 반투과 시트(10)를 완성한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치용 반투과 시트 및 그 제조방법은 초소형 구면 또는 비구면 계수를 가지는 비구면 형태의 초소형 렌즈들이 투명 기판의 일측에 배열하고, 그 초소형 렌즈들의 표면에 수나노 미터 두께로 반투과 금속 박막이 형성되는 반투과 시트를 제공하여, 집광효율, 명시 대비 성능, 액정 패널의 유효 화소 내 조명 균일도 등을 향상시킨다.

또한, 본 발명의 반투과 시트는 성형 기법을 적용하여 상기 초소형 렌즈 어레이 시트를 대량 복제한 후 반투과 금속 박막을 증착기술로 증착하여 대량생산이 가능하고, 정밀제작된 금형을 이용하여 동일하게 복제하므로 반투과 시트 간의 균일도가 유지되며, 제품의 수율도 향상되어 진다. 또한 성형용 금형의 가공에 마이크로머시닝 및 반도체 소자 제조 공정을 활용함으로써 금형 자체의 정밀도를 제고할 수 있고, 그에 따라 복제되는 초소형 렌즈들의 소형화 및 정밀화를 꾀할 수 있으므로, 액정표시장치의 고휘도화, 화면조도균일성 향상 및 실외 사용시의 명시 열화 휘도 개선 등에 유리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 반투과 시트가 설치된 액정표시장치의 개략적인 구조를 보인 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 반투과 시트의 사시도.

도 3은 도 2의 A-A'를 절취한 단면도.

도 4는 도 2의 B-B'를 절취한 단면도.

도 5는 액정패널의 화소에 대응하여 장착된 반투과 시트가 설치된 상태의 개략도.

도 6은 도 5의 C-C'를 절취한 단면도.

도 7은 본 발명에서 후면 조명광 조사시의 집속기능을 설명하기 위한 개략도.

도 8은 본 발명에서 외부광 반사에 의한 휘도향상 기능을 설명하기 위한 개략도.

도 9의 a 내지 e는 본 발명에 따른 반투과 시트의 제조순서를 보인 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 초소형 렌즈 2 : 반투과 금속 박막

3 : 투명 기판 20 : 액정 패널

30 : 투명 시트 100 : 시트 성형 금형

101 : 오목부 200 : 도금틀

201 : 볼록부 202 : 기판

Claims (5)

1. 액정표시장치의 액정 패널 후위에 배치되며 소정 두께와 면적을 가지며 투명한 재질의 투명 기판과,

   그 투명 기판의 어느 한쪽면에 형성되어 상기 투명 기판을 투과하는 조명 광과 투명 기판에서 반사되는 외부 광의 일부를 액정 패널에 집속시키기 위해 2차원 매트릭스 형태로 배열된 다수개의 초소형 렌즈들과,

   그 초소형 렌즈들의 외측면에 도포되어 외부 광의 일부는 투과시키고 일부는 반사시키기 위한 반투과 금속 박막을

   구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 반투과 시트.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 초소형 렌즈는 구면 또는 비구면 계수룰 갖는 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 반투과 시트.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 초소형 렌즈의 배열은 단위 면적당 렌즈의 밀도를 최대화 하여 집속효율이 향상되어질 수 있도록 벌집 형태의 육각형 기밀 배열 또는 사각형 기밀배열 또는 다각형 기밀배열로 된 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 반투과 시트.
4. 일측면에 내측으로 요입되는 다수개의 오목부가 형성된 시트 성형 금형을 제작하는 단계와,

   상기 시트 성형 금형을 이용한 몰딩에 의해 일측면에 초소형 렌즈가 2차원 메트릭스 형태로 배열되어 다수개 형성된 투명 시트를 대량으로 제작하는 단계와,

   상기 투명 시트의 초소형 렌즈들이 형성된 면에 소정두께의 반투과 금속 박막을 도포하는 단계를

   순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 반투과 시트의 제조방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 시트 성형 금형을 제작하는 단계는

   소정 두께와 면적을 가지는 기판의 상면에 2차원 매트릭스 형태로 볼록하게 형성된 다수개의 볼록부가 형성된 도금틀을 제작한 후,

   그 제작된 도금틀의 볼록부가 형성된 면에 도금층을 형성한 후 상기 도금틀을 분리하여 일측면에 다수개의 오목부가 형성되는 시트 성형 금형을 제작하는 순서로 진행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 반투과 시트의 제조방법.