KR100623014B1 - 블랙매트릭스가 구비된 마이크로렌즈 배열 시트 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블랙매트릭스가 구비된 마이크로렌즈 배열 시트 및 그 제조방법에 관한 것으로써, a) 마이크로렌즈 배열층, 투명지지체 기판 또는 필름층, 네거티브형 감광성 수지층을 순차적으로 적층한 후 평행광을 조사, 집광하여 상기 네거티브형 감광성 수지층 내에 상기 집광된 빛이 투과하고, 상기 빛이 입사하는 부분의 면적이 상기 빛이 출사하는 부분의 면적보다 작은 광 출사구 영역을 정의하는 단계; 및 b) 상기 감광성 수지층 내에 정의된 광 출사구 영역을 제외한 나머지 영역을 제거하고, 상기 제거된 나머지 영역에 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계를 포함한다.

프로젝션 스크린, 블랙매트릭스, 마이크로렌즈

Description

블랙매트릭스가 구비된 마이크로렌즈 배열 시트 및 그 제조방법{Microlens Array Sheet including Black Matrix and Manufacturing Method thereof}

도 1은 기존 디스플레이용 스크린의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블랙매트릭스가 구비된 마이크로렌즈 배열 시트의 분리사시도이다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 블랙매트릭스를 형성하는 과정을 나타낸 것이다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블랙매트릭스를 형성하는 과정을 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산층이 구비된 프로젝션 디스플레이용 스크린의 단면도이다.

{도면의 주요부호에 대한 설명}

301 : 마이크로렌즈 배열층 302 : 투명지지체 기판 또는 필름층

303 : 네거티브형 감광성 수지층 304 : 평행광

305 : 광 출사구 306 : 블랙매트릭스층

본 발명은 디스플레이 시스템의 스크린 등에 적용되는 광학 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 출사구 이외의 부분은 차폐시키는 광 차단층인 블랙 매트릭스를 형성하는데 있어서, 마이크로렌즈 시트 하단에 형성된 감광성 수지층에 마이크로렌즈 시트 방향으로 노광하여 광 출사구 패턴을 형성한 후 광 출사구 패턴 이외의 영역을 광 반사도 및 투과도가 현저히 낮은 흑색 안료로 채우는 것을 특징으로 하는 블랙 매트릭스의 구조 및 제조방법에 관한 내용이다.

투사방식의 디스플레이 시스템에 사용되는 스크린은 광학계를 거쳐 시준 된 출사광을 바람직한 시야 각을 갖도록 공간 상에서 분배하는 마이크로렌즈 배열 시트와, 외광을 흡수하고 외광에 의한 반사를 최소화시켜 명암 대비를 향상시키는 블랙 매트릭스 층과, 출사 광을 분산시키며 스팩클을 제거하는 광 확산층 등으로 구성된다. 특히, 콘트라스트 향상의 목적으로 사용되는 블랙 매트릭스는 크롬/산화 크롬(Cr/CrOx) 금속화 공정, 수지 블랙 매트릭스 공정, 블랙 매트릭스 전사 공정 등의 방법으로 제조되고 있다.

주로 LCD에서 사용되는 크롬/산화 크롬(Cr/CrOx)을 이용한 블랙 매트릭스 형성 공정은 광학 밀도 3.5이상인 크롬(Cr)을 사용함으로써, 우수한 차광 성능 및 내화학성을 가지는 특성이 있으나 0.1~0.2㎛ 두께의 크롬/산화 크롬(Cr/CrOx)을 스퍼터링 등의 공정으로 순차적으로 적층하여 식각해야 하므로 공정이 복잡하고 설비비 가 높아 생산원가가 높아지는 단점이 있다. 또한 크롬(Cr)은 반사율이 높으므로 저 반사율 특성을 얻기 위한 부가적인 처리도 필요하다.

흑색 안료를 포함한 수지를 이용하는 수지 블랙 매트릭스 공정은 수지 코팅 후 사진 묘화 공정(photolithography)으로 블랙 매트릭스를 성형하므로 비교적 공정이 단순한 장점이 있다. 그러나 높은 광학 밀도를 얻기 위해선 다량의 흑색 안료를 사용해야 하며 일반적으로 광학 밀도가 높은 물질 내에서는 사진 묘화를 위한 UV광 등의 노광된 광이 깊이 방향으로 잘 투과하지 못하므로 사진 묘화 공정이 어려운 단점이 있다. 바람직한 수준의 광학 밀도를 얻기 위해선 흑색 안료의 비율은 높아지게 되고 수지 성분의 비율은 낮아지게 되며, 수지 성분의 비율이 낮아지면 현상 공정에서 제거되어 패터닝된 형상이 거칠게 되어 상기 방법으로 성형된 블랙 매트릭스를 구비한 광학 시트의 휘도 및 시야 각 저하의 요인으로 작용하게 된다.

전사(pattern transfer) 공정에 의한 블랙 매트릭스 형성 공정은 감광성 점착 층을 이용하는 방법과 광열 전환 층을 이용하는 방법이 있다. 감광성 점착 층을 이용하는 방법은 빛이 조사되는 부분이 점착성을 잃어버리는 특성을 이용하는 것으로 감광성 점착 층이 구비된 마이크로렌즈 시트에 마이크로렌즈 시트 방향에서 빛을 조사한 후 블랙 매트릭스를 전사하는 방법으로, 블랙 매트릭스가 전사되어 성형되는 광 출사구(aperture)의 경계면이 거칠게 되어 상기 광 출사구를 통과하는 광의 손실이 생기는 단점이 있다.

한편, 광열 전환 층을 이용하는 방법은 기판, 광열 전환 층, 전사 층 등이 구비된 도너 기판에서 블랙 매트릭스가 형성될 억셉터 기판으로 블랙 매트릭스를 전사하는 방법으로 도너 기판이 상대적으로 복잡하게 구성되므로 생산 원가가 높아지는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 마이크로렌즈 배열 시트의 콘트라스트를 향상시키는 블랙 매트릭스 및 그 성형 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 마이크로렌즈 배열 시트의 휘도 및 시야 각에 영향을 주지 않는 블랙 매트릭스 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 블랙매트릭스가 구비된 마이크로렌즈 배열 시트 제조방법은, a) 마이크로렌즈 배열층, 투명지지체 기판 또는 필름층, 네거티브형 감광성 수지층을 순차적으로 적층한 후 평행광을 조사, 집광하여 상기 네거티브형 감광성 수지층 내에 상기 집광된 빛이 투과하고, 상기 빛이 입사하는 부분의 면적이 상기 빛이 출사하는 부분의 면적보다 작은 광 출사구 영역을 정의하는 단계; 및 b) 상기 감광성 수지층 내에 정의된 광 출사구 영역을 제외한 나머지 영역을 제거하고, 상기 제거된 나머지 영역에 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명은 c) 상기 감광성 수지층에 형성된 집광된 빛이 투과하는 광 출사구 영역을 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 블랙매트릭스층 하단에는 광 확산층이 더 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 감광성 수지층 내에 형성된 상기 집광된 빛이 투과하는 광 출사구 영역은 빛이 입사하는 부분의 면적이 빛이 출사하는 부분의 면적보다 작은 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 감광성 수지층은 광 투과율이 90% 이상인 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블랙매트릭스층이 구비된 마이크로렌즈 배열 시트의 사시도이다.

상기 실시예에서, 마이크로렌즈 배열 시트는 마이크로렌즈 배열층(31), 블랙매트릭스층(32) 및 광 확산층(37)을 포함한다.

상기 실시예는, 마이크로렌즈를 원형의 볼록렌즈로 사용하고 블랙매트릭스가 적층되는 순서를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 마이크로렌즈 배열 시트는 상기 개별 마이크로렌즈(31)와 정렬되어 형성된 광 출사부를 포함하는 블랙매트릭스층(32) 및 광 확산층(37)이 순차적으로 적층되어 프로젝션 스크린을 구성한다.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로렌즈 배열 시트에 있어서 블랙매트릭스를 형성하는 과정을 나타낸 것이다.

상기 실시예에서, 마이크로렌즈 배열 시트는 마이크로렌즈 배열층(31), 투명 지지체 기판 또는 필름층(32), 블랙매트릭스층(36)을 포함한다.

상기 실시예는, 광 출사구(35)가 비어있는 블랙매트릭스층(36)을 형성하는 과정을 개략적으로 나타낸다.

도 3a는 상기 감광성 수지층(33)에 광 출사구(35)를 형성하는 과정으로, 마이크로렌즈 배열층(31), 투명 지지체 기판 또는 필름층(32), 네거티브형 감광성 수지층(33)을 순차적으로 적층한 후 평행광(34)을 조사하면, 상기 평행광(34)은 마이크로렌즈 배열층(31)에 의해 집광되고, 자기 정렬된 채로, 네거티브형 감광성 수지층(33) 내에 상기 집광된 빛이 투과되는 광 출사구 영역(35)이 정의된다.

도 3b는 상기 감광성 수지층(33)에 형성된 광 출사구(35)를 제외한 나머지 부분을 제거하는 과정으로 현상공정을 이용하여 노광된 이외의 부분을 제거한다.

도 3c 및 도 3d는 블랙매트릭스층(36)을 형성하고 광 출사구(35)를 형성하는 감광성 수지층(33)을 제거하는 과정으로, 현상공정으로 노광된 영역 이외의 부분은 제거되며, 제거된 영역에 광 투과도 및 광 반사도가 현저히 낮은 흑색 물질을 채운 다. 광 출사구(35)와 자기 정렬되어 패터닝된 감광성 수지층만을 선택적으로 제거하여 블랙 매트릭스 층(36)을 형성한다.

상기와 같이, 광 출사구(35) 패턴을 자기 정렬 방식으로 정의하고 개구부 이외의 영역에 블랙매트릭스층(36)을 형성함으로써 광 손실의 최소화 및 상기 마이크로렌즈 배열 시트의 투과율이 증가됨에 따른 휘도 향상 효과를 얻을 수 있다. 또한, 광 출사구의 형상이 사다리꼴의 형상을 하고 있으므로, 블랙매트릭스에 의한 시야각의 손실을 방지하는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 마이크로렌즈 배열 시트에 있어서 다른 블랙매트릭스를 형성하는 과정을 나타낸 것이다.

상기 실시예에서, 마이크로렌즈 배열 시트는 마이크로렌즈 배열층(31), 투명 지지체 기판 또는 필름층(32), 블랙매트릭스층(36) 및 개별 마이크로렌즈와 자기정렬되어 집속/노광된 감광성 수지층(33)을 포함한다.

상기 실시예는, 광 출사구(35)가 채워진 블랙매트릭스층(36)을 형성하는 과정을 개략적으로 나타낸다.

도 4a는 상기 감광성 수지층(33)에 광 출사구(35)를 정의하는 과정으로, 마이크로렌즈 배열층(31), 투명 지지체 기판 또는 필름층(32), 네거티브형 감광성 수지층(33)을 순차적으로 적층한 후 평행광(34)을 조사하면, 상기 평행광(34)은 마이크로렌즈 배열층(31)에 의해 자기 정렬되어 집속된 배열 형태로 네거티브형 감광성 수지층(33) 내에 광 출사구 영역(35)을 정의한다.

도 4b 및 도 4c는 상기 감광성 수지층(33)에 정의된 광 출사구(35) 영역 이외를 제거하고 블랙매트릭스층(36)을 형성하는 과정으로, 현상 공정으로 노광된 영역 이외의 부분은 제거되며 제거된 영역에 광 투과도 및 광 반사도가 현저히 낮은 흑색 물질을 채워 블랙 매트릭스층(36)을 형성한다. 마이크로렌즈 배열 시트의 투과율 향상을 위해서 상기 네거티브 감광성 수지층(33)은 90% 이상의 광 투과율을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 도 3d에 도시된 발명에 의한 블랙 매트릭스 성형 방법 중, 네거티브 감광막을 제거하지 않고도 블랙 매트릭스 성형을 완료할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 확산층이 구비된 프로젝션 스크린의 단면도이다.

상기 실시예에서, 프로젝션 스크린은 마이크로렌즈 배열층(31), 투명 지지체 기판 또는 필름층(32), 블랙매트릭스층(36), 광 출사부(35), 및 광 확산층(37)을 포함한다.

상기 실시예는, 마이크로렌즈 배열 시트에 광확산층(37)을 포함한 프로젝션 스크린을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 도 3a내지 도 3d의 방법으로 블랙매트릭스층(36)이 구비된 마이크로렌즈 배열 시트 저면에 광 확산층(37)을 추가함으로써 스팩클 현상의 방지 및 시야 각의 제어가 가능하다. 바람직한 휘도 및 시야 각 특성을 얻기 위해서는 광 출사구(35) 영역을 특정 굴절률을 가지는 물질로 대체할 수도 있다. 특히, 렌티큘러 형상 또는 홀로그램 방식의 표면형 광 확산층(37)의 경우 확산 기능을 담당하 는 표면 요철인 렌티큘러 형상 또는 홀로그램 형상 표면에 접착제 층 등이 접촉하게 되면 시야 각 특성이 크게 열화되는 특징이 있으므로, 광 출사구(35) 영역을 비우고, 블랙 매트릭스층(36) 하단에 광 확산층(37)를 접합하여 구비하면, 실제 광이 투과하는 광 출사구(35) 영역에서는 렌티큘러 형상 또는 홀로그램 형상 등의 광 확산층(37) 표면과 접촉하는 면이 존재하지 않게 되므로, 상기 렌티큘러 형상 또는 홀로그램 형상 등이 구비된 표면형 확산 층에 의해 제공되는 바람직한 시야 각 특성을 얻을 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 마이크로렌즈 배열 시트의 출사 광이 블랙 매트릭스에 의해 차단되는 광량의 손실을 방지하여 사용자에게 고 휘도 및 보다 넓은 시야 각을 제공하는 투사 스크린 등에 적용 가능한 마이크로렌즈 배열 광학 시트의 구조 및 그 제조 방법을 제공한다.

특히, 기존의 복잡한 공정에 비해 사진 묘화 공정 후, 광 투과도 및 광 반사도가 현저히 낮은 흑색 안료 채움 공정으로 완성되는 단순한 공정은 상기 광학 시 트를 응용한 투사 스크린의 대량 생산에 적합하다.

Claims (6)

1. a) 마이크로렌즈 배열층, 투명지지체 기판 또는 필름층, 네거티브형 감광성 수지층을 순차적으로 적층한 후 평행광을 조사, 집광하여 상기 네거티브형 감광성 수지층 내에 상기 집광된 빛이 투과하고, 상기 빛이 입사하는 부분의 면적이 상기 빛이 출사하는 부분의 면적보다 작은 광 출사구 영역을 정의하는 단계; 및

   b) 상기 감광성 수지층 내에 정의된 광 출사구 영역을 제외한 나머지 영역을 제거하고, 상기 제거된 나머지 영역에 블랙 매트릭스층을 형성하는 단계를 포함하는 블랙매트릭스가 구비된 마이크로렌즈 배열 시트 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, c) 상기 감광성 수지층에 정의된 광 출사구 영역을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스가 구비된 마이크로렌즈 배열 시트 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 블랙매트릭스층 하단에는 광 확산층이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 블랙매트릭스가 구비된 마이크로렌즈 배열 시트 제조방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항 또는 제 2항의 방법에 의해서 형성된 블랙 매트릭스층을 포함하는 마이크로렌즈 배열 시트.

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