KR100969148B1 - 편광된 ｕｖ를 이용한 위상차 필름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편광된 UV(자외선)를 이용한 위상차 필름의 제조방법에 대해 개시된다. 개시된 본 발명에 따른 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법은, 기판상에 배향막을 인쇄한 후, 경화시키는 단계와; 상기 경화된 배향막 상에 액정 물질을 코팅하는 단계와; 상기 코팅된 액정 물질에 편광 UV를 조사하여 상기 액정 물질의 배향 방향을 조절하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

본 발명에 따른 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법은, 배향막의 러빙공정을 수행하지 않고, 코팅된 액정 물질에 편광 UV를 조사함으로써 소정 방향으로 액정배향방향을 결정화시킬 수 있다.

편광 자외선, 액정배향방향, 배향막

Description

편광된 ＵＶ를 이용한 위상차 필름의 제조방법{A METHOD OF FABRICATING RETARDATION FILM USING OF POLARIZED UV}

도 1a 내지 도 1c는 종래 위상차 보상필름의 굴절율 이방성 타원체를 도시한 도면.

도 2는 종래에 따른 연신법을 이용한 위상차 보상필름의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면.

도 3a 내지 도 3e는 종래에 따른 위상차 보상필름의 제조 방법에 대한 순서도.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법에 대한 제 1 실시 예의 순서를 도시한 도면.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법에 대한 제 2 실시 예의 순서를 도시한 도면.

본 발명은 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법에 관한 것으로, 특히 배향막의 러빙공정을 수행하지 않고, 코팅된 액정 물질에 편광 UV를 조사함으로써 소정 방향으로 액정배향방향을 결정화시킬 수 있는 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 액정은 그 분자가 이방성을 가지고 있고, 그 분자로 이루어진 액정셀이나 필름의 이방성이 액정분자들의 분포 및 기판에 대해 기울어진 각도(tilt angle)의 분포에 의해 바뀌는 성질을 가지고 있다.

또한, 이러한 특성은 액정으로 이루어진 셀이나 필름을 보는 각도에 따라 빛의 편광성을 변화시키는 중요한 요인이 된다. 이러한 액정의 고유특성으로 인해 액정 디스플레이의 구동 시 상, 하, 좌, 우 시야각에 따라 휘도 및 콘트라스트 비(contrast ratio)의 변화가 유발되었고 이는 액정표시장치의 가장 큰 단점이 되어왔다.

이러한 단점을 보완하기 위해 액정셀이 가지는 시야각에 따른 이방성 분포를 보상해줄 보상필름(compensate film)을 붙이는 방법이 고안되었다.

이 보상필름은 액정셀과는 가능한 반대의 이방성 분포를 가짐으로써 셀과 함께 사용 시 시야각에 따른 빛의 지연(retardation)차이를 없애도록 제작된다.

일반적으로 보상필름은 고분자 필름에 의해 투과광에 대한 위상차의 변화를 끼치게 되며 필름이 일정한 방향으로 신장 처리되어 분자의 이방성 유도에 의해 복굴절성을 가지게 된 것이다.

보다 상세히 설명하면, 예시적으로 노멀리 블랙 모드(normally black mode)의 트위스틱 네마틱(Twistic Nematic : TN) 액정 표시 장치에 외부 자기장이 인가되었을 때 액정 분자들은 전기장에 반응하여 배열을 하며 다음의 방정식에 의거하 여 광투과가 발생한다.

I = Io sin2[θ(1+u2)1/2] u=πR/θλ, R=Δn·d

여기에서, I는 투과광의 강도, Io는 입사광의 광도, Δn은 복굴절율, d는 액정 셀 두께, λ는 투과광의 파장, θ는 비틀린 네마틱 액정의 비틀림 각, 그리고 R은 위상차를 나타낸다.

위의 식에 나타난 바와 같이, 위상차는 시야각과 밀접한 관계를 보이는 수치이다. 따라서 시야각의 개선을 위해서는 위상차의 보상이 바람직하다.

따라서, 위상차 보상을 위해 액정 기판과 편광판의 사이에 설치하는 보상필름에는 일축성 굴절율 이방체와 이축성 굴절율 이방체가 사용되고 있다.

도 1a 내지 도 1c는 위상차 보상필름의 굴절율 이방성 타원체를 도시한 도면이다. 이에 도시한 바와 같이, 일축성과 이축성은 직교 좌표계의 x, y, z 방향에서의 굴절율을 각각 nx, ny, nz 라 할 때, nx 과 ny의 동일 여부에 따라 결정된다.

즉, 상기 도 1a에 도시된 바와 같이, 두 방향의 굴절율이 동일하고 그 크기가 나머지 한 방향과 다를 때를 일축성이라 한다. 그리고, 상기 도 1b 및 1c에 도시된 바와 같이, 세 방향 모두 다른 크기의 굴절율을 가질 때는 이축성이라 한다.

일반적으로 사용하는 일축성 굴절율 이방체를 이용한 위상차 보상필름은 타원체의 장축이 필름 표면과 평행하거나 수직한 방향을 하도록 배열하고 있다.

한편, 상기 종래에 따른 위상차 보상필름의 제조 방법은 고분자 필름들을 1축 또는 2축으로 연신하는 방법을 사용하여 위상차 필름의 광축이 필름 진행방향에 대하여 임의의 각을 갖도록 함으로써 원하는 복굴절률을 얻을 수 있다.

도 2는 종래에 따른 연신법을 이용한 위상차 보상필름의 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 이는 필름 좌우의 연신 비율을 다르게 함으로써 위상차 필름의 광축 방향을 바꿔 주는 방식이다.

이 때 만들어진 위상차 필름들은 광축이 연신 방향이거나 연신 방향과 수직인 방향이 되어서 LCD에서처럼 광학 보상용으로 사용하기 위해서는 위상차 필름의 광축이 편광판의 광축과 임의의 각을 이루어야 하기 때문에 제작된 위상차 필름을 특별히 재단해야 한다.

이 방식에서는 연신 비율을 조정하는 방법이 기계적인 것으로 원하는 양만큼의 각도를 조절하기가 쉽지 않고, 편광판과 합착 시 롤(roll) 상태로 하지 못하고 한장씩 합착해야 하므로 공정의 효율성과 이물 관리에 불리한 측면이 있다.

따라서, 최근에는 외부부착형 보상필름이 아닌 제조 공정시 유리기판상에 직접 보상필름의 공정을 진행하는 코터블 리타더(Coatable retarer)에 대한 연구가 이루어지고 있다.

도 3a 내지 도 3e는 종래에 따른 위상차 보상필름의 제조 방법에 대한 순서도이다.

먼저 상기 도 3a에 도시한 바와 같이, 먼저 기판위에 액정분자들을 특정방향으로 배향시키기 위하여 배향막으로 불리는 유기고분자물질을 도포하고, 60 ~ 80℃ 정도의 온도에서 용제를 제거하고 정렬시킨 후, 80 ~ 200℃ 정도의 온도에서 경화시킨다.

여기서, 상기 배향막의 유기고분자물질로는 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용된다.

그리고, 상기 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 배향막을 배열시키기 위해 러빙(rubbing) 방법으로 배향패턴을 형성하게 된다.

상기 러빙 방법은 상기 배향막을 형성한 후, 벨벳(velvet) 등을 감은 러빙포를 이용하여 상기 배향막을 일정한 방향으로 문질러 줌으로써 다양한 배향 패턴을 형성시키는 방법이다.

이와 같은 러빙에 의한 방법은 배향 처리가 용이하여 대량 생산에 적합하고, 배향이 안정되며 프리 틸트각(pretilt angle)의 제어가 용이하다.

이어서, 상기 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 러빙 공정 후 상기 배향막과 러빙포의 직접적인 접촉을 통해 먼지(particle) 발생에 의한 셀(cell)의 오염을 방지하기 위해 세정 공정을 수행한다.

그리고, 상기 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 세정 공정이후에 광 경화성 액정을 코팅하게 된다.

3-펜타논(3-penthanon)에 경화성 네마틱 액정(15) 물질과 광 개시제(IG184,Ciba-Geigy) 5 w%를 녹여 농도가 10 wt% 이상, 특히 15~30 w%가 되도록 용액을 제조하여 배향처리가 된 기판 위에 코팅을 실시한다.

마지막으로, 상기 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 코팅이 된 기판은 70℃ 이상 특히 75~90℃로 건조되고 난 후 연속하여 비편광 자외선광으로 경화성 네마틱 액정을 경화시켜 필름으로 고착화시킨다.

상기와 같이 제조된 액정 필름은 네마틱 액정분자의 방향이 모두 광배향막의 배향 방향과 같은 방향으로 배열하고 있기 때문에 필름의 굴절율 분포는 액정분자의 굴절율 분포와 같다.

그러나, 상기와 같은 방법은 러빙 방향에 의해 리타더 물질의 배향 방향이 결정되므로 배향 방향 조절이 용이하지 못하며, 특히 픽셀 또는 섭-픽셀 단위에서 영역을 구분하여 리타더 물질의 배향을 하기가 힘들다.

또한, 배향막 인쇄 후, 액정 배향을 위한 러빙 공정, 세정 공정 등의 추가 공정이 요구됨으로써 공정이 복잡한 문제점이 발생된다.

본 발명은, 배향막의 러빙공정을 수행하지 않고, 코팅된 액정 물질에 편광 UV를 조사함으로써 소정 방향으로 액정배향방향을 결정화시킬 수 있는 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법은,

기판상에 배향막을 인쇄한 후, 경화시키는 단계와;

상기 경화된 배향막상에 액정 물질을 코팅하는 단계와;

상기 코팅된 액정 물질에 편광 UV를 조사하여 상기 액정 물질의 배향 방향을 조절하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 액정 물질에 조사되는 편광 UV의 조사 방향에 따라 배향방향이 결정되는 점에 그 특징이 있다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법은,

기판상에 배향막을 인쇄한 후, 경화시키는 단계와;

상기 경화된 배향막상에 액정 물질을 코팅하는 단계와;

상기 코팅된 액정 물질상에 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 편광 UV를 조사하여 상기 액정 물질의 배향 방향을 조절하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 편광 UV를 조사하는데 있어 영역별 편광 UV의 방향을 다르게 하여 상기 액정 물질의 배향 방향을 결정하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 인쇄되는 배향막은 유기물질로 형성되는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 배향막상에 코팅되는 액정 물질은 일축성 또는 이축성 물질로 편광 UV에 따라 반응하는 경화 반응기가 포함된 경화성 액정 물질인 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 액정 물질의 액정으로는 네마틱 액정인 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 액정 물질의 액정으로는 디스코틱 액정인 점에 그 특징이 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 배향막의 러빙공정을 수행하지 않으면서 코팅 된 액정 물질을 소정 방향으로 배향시키며 경화시킬 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법에 대한 제 1 실시 예의 순서를 도시한 도면이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 먼저 기판위에 액정분자들을 특정방향으로 배향시키기 위하여 배향막으로 불리는 유기고분자물질을 도포하고, 60 ~ 80℃ 정도의 온도에서 용제를 제거하고 정렬시킨 후, 80 ~ 200℃ 정도의 온도에서 경화시킨다.

여기서, 상기 배향막의 유기고분자물질로는 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용된다.

이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 경화된 배향막상에 액정 물질을 코팅하는 단계가 수행된다.

보다 상세히 설명하면, 상기 액정 물질로는 일축성 또는 이축성 물질로 편광 UV에 따라 반응하는 경화 반응기가 포함된 경화성 액정 물질이며, 상기 액정 물질의 액정으로는 네마틱 또는 디스코틱 액정이 사용된다.

예시적으로 네마틱 액정을 사용한다면, 3-펜타논(3-penthanon)에 경화성 네마틱 액정 물질과 광 개시제(IG184,Ciba-Geigy) 5 w%를 녹여 농도가 10 wt% 이상, 특히 15~30 w%가 되도록 용액을 제조하여 배향처리가 된 기판 위에 코팅을 실시한다.

이어서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 코팅된 액정 물질에 편광 UV를 조사하여 상기 액정 물질의 배향 방향을 조절하는 단계가 수행된다.

보다 자세히 설명하면, 상기 편광 UV를 조사하는 광조사 장치에서는 먼저 비편광된 UV(자외선)를 조사하게 되면, 편광판을 투과하여 편광 UV가 상기 코팅된 액정 물질에 조사된다.

여기서, 상기 액정 물질상에 조사되는 편광 UV의 조사 방향과 각도는 액정 분자의 복굴절율이 계산된 값에 따라 액정 물질의 배향이 결정되게 된다.

만약, 상기 액정분자의 방향이 모두 광배향막의 배향 방향과 같은 방향으로 배열하고 있다면 필름의 굴절율 분포는 액정분자의 굴절율 분포와 같다.

만약, 상기 액정 분자의 복굴절율이 △n= 0.133 이라면 제조된 필름의 복굴절율도 거의 액정 분자의 그것과 같은△n= 0.133 으로 측정된다.

또한, 코팅의 두께에 따라서 액정필름의 리타데이션(retardation)값은 달라지며, 두께를 0.8~1.5㎛로 코팅할 경우 가시광 영역에서 작용하는 λ/4 위상차 필름이 만들어진다.

따라서, 상기 네마틱 액정의 코팅 두께를 조절한 위상차필름의 리타데이션(retardation)은 50~400㎚ 사이의 범위를 가진다.

또한, 상기 편광된 UV의 조사는 액정 배향이 결정됨과 동시에 상기 경화성 액정을 경화시켜 필름으로 고착화시킨다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법에 대한 제 2 실시 예의 순서를 도시한 도면이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 먼저 기판위에 액정분자들을 특정방향으로 배향시키기 위하여 배향막으로 불리는 유기고분자물질을 도포하고, 60 ~ 80℃ 정도의 온도에서 용제를 제거하고 정렬시킨 후, 80 ~ 200℃ 정도의 온도에서 경화시킨다.

여기서, 상기 배향막의 유기고분자물질로는 폴리이미드(polyimide) 계열의 유기물질이 주로 사용된다.

그리고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 배향막상에 액정 물질을 코팅하는 단계가 수행된다.

보다 상세히 설명하면, 상기 액정 물질로는 일축성 또는 이축성 물질로 편광 UV에 따라 반응하는 경화 반응기가 포함된 경화성 액정 물질이며, 상기 액정 물질의 액정으로는 네마틱 또는 디스코틱 액정이 사용된다.

본 발명에 따른 실시 예에서는 네마틱 액정을 사용한 것을 예로 설명하기로 한다. 따라서, 네마틱 액정을 사용한다면, 3-펜타논(3-penthanon)에 경화성 네마틱 액정 물질과 광 개시제(IG184,Ciba-Geigy) 5 w%를 녹여 농도가 10 wt% 이상, 특히 15~30 w%가 되도록 용액을 제조하여 배향처리가 된 기판 위에 코팅을 실시한다.

이어서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 코팅된 액정 물질상에 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 편광 UV를 조사하여 상기 액정 물질의 배향 방향을 조절하는 단계가 수행된다.

보다 자세히 설명하자면, 상기 편광 UV를 조사하는 광조사장치에서는 먼저 비편광된 UV(자외선)을 조사하게 되면, 편광판을 투과하여 편광 UV가 상기 코팅된 액정 물질에 조사된다.

여기서, 상기 액정 물질상에 조사되는 편광 UV의 조사 방향과 각도는 액정 분자의 복굴절율이 계산된 값에 따라 액정 물질의 배향이 결정되게 된다.

이때, 상기 패턴이 형성된 마스크를 사용하게 되면 영역별로 편광 UV의 조사 방향을 다르게 하여 액정배향 방향을 다르게 형성할 수 있게 된다.

따라서, 복잡한 형태의 위상차 보상필름을 제조하는데 있어 배향 방향의 조절을 보다 쉽게 할 수 있게 된다.

만약, 액정패널내에 주입될 액정분자의 방향이 각 영역별로 다르게 배열되어 굴절율을 갖는다면, 편광 UV를 이용하여 그에 따른 위상차 보상필름의 액정배향 방향을 결정하여 같은 값의 굴절율을 갖게 한다.

만약, 상기 액정패널내에 주입될 액정 분자의 복굴절율이 △n = 0.133 이라면 제조될 필름의 복굴절율도 거의 액정 분자의 그것과 같은△n= 0.133 으로 측정된다.

또한, 코팅의 두께에 따라서 액정필름의 리타데이션(retardation)값은 달라지며, 두께를 0.8~1.5㎛로 코팅할 경우 가시광 영역에서 작용하는 λ/4 위상차 필름이 만들어진다.

이때, 상기 네마틱 액정의 코팅 두께를 조절한 위상차필름의 리타데이션(retardation)은 50~400㎚ 사이의 범위를 가진다.

또한, 상기 편광된 UV의 조사는 액정 배향이 결정됨과 동시에 상기 경화성 액정을 경화시켜 필름으로 고착화시킨다.

따라서, 상기와 같은 편광 UV를 이용한 위상차 보상필름은 액정배향방향을 쉽게 결정할 수 있을 뿐만 아니라 별도의 러빙 공정 및 세정 공정 없이 진행할 수 있기 때문에 수율을 향상 시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법은, 배향막의 러빙공정을 수행하지 않고, 코팅된 액정 물질에 편광 UV를 조사함으로써 소정 방향으로 액정배향방향을 결정화시킬 수 있다.

또한, 액정배향방향을 결정함과 동시에 액정 물질을 경화시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 기판상에 배향막을 인쇄한 후, 경화시키는 단계;

   상기 경화된 배향막상에 액정 물질을 코팅하는 단계;

   상기 코팅된 액정 물질상에 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 영역별로 편광 UV의 조사방향을 다르게 하여 상기 액정 물질의 배향 방향을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 편광 UV를 조사하여 상기 액정 물질의 배향 방향을 결정함과 동시에 상기 액정 물질을 경화시켜 필름으로 고착화시키는 것을 특징으로 하는 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 인쇄되는 배향막은 유기물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 배향막상에 코팅되는 액정 물질은 일축성 또는 이축성 물질로 편광 UV에 따라 반응하는 경화 반응기가 포함된 경화성 액정 물질인 것을 특징으로 하는 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법.
7. 제 3항에 있어서,

   상기 액정 물질의 액정으로는 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법.
8. 제 3항에 있어서,

   상기 액정 물질의 액정으로는 디스코틱 액정인 것을 특징으로 하는 편광된 UV를 이용한 위상차 필름의 제조방법.

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