KR101858386B1

KR101858386B1 - 고투과율을 갖는 편광필름, 및 편광필름 제조 방법

Info

Publication number: KR101858386B1
Application number: KR1020170006249A
Authority: KR
Inventors: 송장근
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2018-05-15

Abstract

본 발명의 일 양태는 편광필름을 개시하고 있다. 상기 편광필름은 서로 직교하도록 배열된 제 1 및 제 2 액정 폴리머층, 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층의 경계에 위치하며 일정 간격의 줄무늬 형태를 갖는 줄무늬 렌즈층, 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층으로부터 이격된 위치에 형성되어 상기 줄무늬 렌즈층의 줄무늬 간격과 대응되는 간격으로 형성된 제 1 및 제 2 복굴절 영역을 갖는 복굴절 필름 및 상기 복굴절 필름의 상부에 부착된 편광판을 포함한다.

Description

고투과율을 갖는 편광필름, 및 편광필름 제조 방법{POLARLOID FILM HAVING HIGH TRANSMITTANCE AND METHOD MANIFACTURING SAID POLARLOID FILM}

본 발명은 편광필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 디스플레이 및 광학소자에 사용가능한 편광필름의 관한 것이다.

LCD(Liquid Crystal Display), OLED(Organic Light Emitting Diodes), 프로젝트 등 대부분의 디스플레이 장치에서는 편광판(Polarizer, Polarizer Sheet)이 사용된다. LCD에서는 액정층을 포함하고 있는 액정 셀의 바깥쪽 양면에 각각 편광판이 붙어 있어, 일반적으로 2장의 편광판이 사용된다. OLED에서는 저반사 기능을 갖는 편광판이 한쪽 면에 부착된다. 그리고 대부분 프로젝트 디스플레이가 LCD를 사용하는데 LCD를 사용하는 모든 프로젝트는 2장의 편광판이 사용된다. 이와 같이, 편광판은 대부분의 디스플레이 장치에서 디스플레이 기능을 구현하기 위하여 필수적으로 요구되는 광학부품 중의 하나이다. 편광판은 여러 가지 종류가 있으나, 디스플레이 장치에 사용되는 편광자는 대부분 이색성 편광자로 요오드계 염료가 폴리머에 한쪽 방향으로 배열된 구조를 하고 있다. 폴리머와 가교된 요오드 이온들(I₃ ^-, I₅ ^- 등)이 배열 축과 나란한 편광 빛을 흡수하는 역할을 한다.

일반적으로 편광이 되지 않은 빛이 이색성 편광판을 통과하면, 편광판의 투과축에 수직인 편광을 가진 빛은 편광판에 흡수되어 소실되고, 편광판의 투과축에 나란한 편광빛은 편광판을 통과하게 된다. 따라서 이론적인 편광판의 최고 투과율은 50%이지만, 일반적인 편광판의 경우, 편광되지 않은 빛에 대한 투과율은 그보다 낮은, 약 40~45%로 나타난다. 따라서 편광판를 필수로 사용하는 디스플레이에서 편광판에 의한 빛의 효율 감소는 피할 수 없고, 이는 디스플레이 광 효율을 감소의 중요한 원인이 되는 문제점이 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 목적은 이색성 편광판의 투과효율을 향상시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 편광필름은 서로 직교하도록 배열된 제 1 및 제 2 액정 폴리머층, 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층의 경계에 위치하며 일정 간격의 줄무늬 형태를 갖는 줄무늬 렌즈층, 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층으로부터 이격된 위치에 형성되어 상기 줄무늬 렌즈층의 줄무늬 간격과 대응되는 간격으로 형성된 제 1 및 제 2 복굴절 영역을 갖는 복굴절 필름 및 상기 복굴절 필름의 상부에 부착된 편광판을 포함할 수 있다.

상기 복굴절 필름은 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층에 의해 형성된 렌즈의 초점거리와 대응되는 거리만큼 이격된 위치에 위치할 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 액정폴리머 층에서 하부 액정의 배열 방향이 줄무늬 방향에 수직이고, 상부 액정의 배열 방향이 줄무늬 방향에 나란할 수 있다.

상기 줄무늬 렌즈층의 단면은 사인파 또는 삼각파 형태를 가질 수 있다.

상기 줄무늬 렌즈층의 단면은 반원의 타원 형태를 가질 수 있다.

상기 편광필름은 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층과 상기 복굴절 필름 사이에 별도의 등방성 이격층을 더 포함할 수 있다.

상기 복굴절 필름의 상기 제 1 복굴절 영역은 반파장판(half-plate)으로 구성되고, 상기 제 2 복굴절 영역은 비어있는 구조를 가질 수 있다.

상기 복굴절 필름의 상기 제 1 복굴절 영역은 반파장판으로 구성되고, 상기 제 2 복굴절 영역은 통과하는 빛에 대해 비등방성 층으로 구성될 수 있다.

상기 복굴절 필름의 상기 제 1 및 제 2 복굴절 영역은 서로 축이 직교하는 4분의 1 파장판(quarter wave plate)로 구성되고, 상부에 상기 제 1 및 제 2 복굴절 영역 중 하나와 동일한 4분의 1 파장판이 전체에 부착될 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 편광필름 제조 방법은 서로 직교하도록 배열된 제 1 및 제 2 액정 폴리머층을 제공하는 단계, 일정 간격의 줄무늬 형태를 갖는 줄무늬 렌즈층을 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층의 경계에 형성하는 단계, 상기 줄무늬 렌즈 구조의 줄무늬 간격과 대응되는 간격으로 형성된 제 1 및 제 2 복굴절 영역을 갖는 복굴절 필름을 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층 이격된 위치에 형성하는 단계 및 상기 복굴절 필름의 상부에 편광판을 부착하는 단계를 포함할 수 있다.

광경합성 액정(RM: Reactive Mesogen)을 기반으로 광중합을 이용하여 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층을 형성할 수 있다.

액정폴리머를 연신하고 가열압착하여 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층의 표면 구조를 형성할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양태에 따른 편광필름은 표면에 줄무늬 굴곡을 갖는 제 1 PR 렌즈층, 상기 제 1 PR 렌즈층에 부착된 제 1 액정폴리머 층, 상기 제 1 액정폴리머층 상부에 위치하며, 상기 제 1 PR 렌즈층에 대응하는 제 2 PR 렌즈층(상기 제 2 PR 렌즈층은 상기 제 1 PR 렌즈층의 줄무늬 반복 주기의 반만큼 횡방향으로 이동된 형태를 띔), 상기 제 2 PR 렌즈층에 부착된 제 2 액정 폴리머층(상기 제 2 액정 폴리머층은 액정 배열방향이 직교함), 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층으로부터 이격된 위치에 형성되어 상기 제 1 또는 제 2 PR 렌즈층의 줄무늬 간격과 대응되는 간격으로 형성된 제 1 및 제 2 복굴절 영역을 갖는 복굴절 필름 및 상기 복굴절 필름의 상부에 부착된 편광판을 포함할 수 있다.

상기 제 1 액정폴리머 층의 액정 배열 방향이 줄무늬 방향에 수직이고 상기 제 2 액정폴리머 층의 액정 배열 방향이 줄무늬 방향에 나란할 수 있다.

상기 제 1 PR 렌즈층 또는 상기 제 2 PR 렌즈층의 굴절률이 상기 제 1 또는 제 2 액정폴리머 층의 주축방향의 굴절률 중 하나와 실질적으로 동일할 수 있다.

상기 제 1 PR 렌즈층과 상기 제 1 액정폴리머층의 경계의 단면 및 상기 제 2 PR 렌즈층과 상기 제 2 액정폴리머층의 경계의 단면 중 적어도 하나가 사인파 또는 삼각파 형태를 가질 수 있다.

상기 제 1 PR 렌즈층과 상기 제 1 액정폴리머층의 경계의 단면 및 상기 제 2 PR 렌즈층과 상기 제 2 액정폴리머층의 경계의 단면 중 적어도 하나가 반원의 타원 형태를 가질 수 있다.

상기 편광필름은 상기 제 1 액정폴리머층 및 상기 제 2 액정폴리머층 중 하나와 상기 복굴절 필름 사이에 별도의 등방성 이격층을 더 포함할 수 있다.

상기 복굴절 필름의 상기 제 1 복굴절 영역은 반파장판으로 구성되고, 상기 제 2 복굴절 영역은 통과하는 빛에 대해 비등방성층으로 구성될 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양태에 따른 편광필름 제조 방법은 표면에 줄무늬 굴곡을 갖는 제 1 PR 렌즈층 및 상기 제 1 PR 렌즈층에 부착된 제 1 액정폴리머 층을 제공하는 단계, 상기 제 1 액정폴리머층 상부에 위치하며 상기 제 1 PR 렌즈층에 대응하는 제 2 PR 렌즈층 및 상기 제 2 PR 렌즈층에 부착된 제 2 액정 폴리머층을 제공하는 단계(상기 제 2 PR 렌즈층은 상기 제 1 PR 렌즈층의 줄무늬 반복 주기의 반만큼 횡방향으로 이동된 형태를 띄고, 상기 제 2 액정 폴리머층은 액정 배열방향이 직교함), 상기 제 1 또는 제 2 PR 렌즈층의 줄무늬 간격과 대응되는 간격으로 형성된 제 1 및 제 2 복굴절 영역을 갖는 복굴절 필름을 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층으로부터 이격된 위치에 형성하는 단계 및 상기 복굴절 필름의 상부에 편광판을 부착하는 단계를 포함할 수 있다.

포토 레지스터(photo-resistor)를 이용하여 노광을 수행하여 상기 제 1 및 제 2 PR 렌즈층 중 적어도 하나를 형성할 수 있다.

비등방 재료를 압출 성형하여 상기 제 1 및 제 2 PR 렌즈층 중 적어도 하나를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따른 고투과율을 갖는 편광필름 및 이를 제조하는 방법에 따르면, 투과효율이 향상된 편광판을 제공하고, 이를 통해 디스플레이에서 광효율을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 편광판의 구조를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고투과율의 편광필름의 단면을 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고투과율의 편광필름을 나타낸 사시도,
도 4a 및 4b는 서로 다른 편광방향을 갖는 빛이 본 발명의 일 실시예에 따른 편광필름을 투과하는 모습을 나타낸 도면,
도 5a 내지 5c는 빛의 편광방향의 변형을 일으키는 복굴절 필름의 다양한 실시예를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고투과율의 편광필름의 단면을 나타낸 단면도,
도 7은 렌즈 단면 구조의 다양한 실시예를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고투과율의 편광필름을 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 일반적인 편광판의 구조를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 편광판은 편광필름(120) 및 두 장의 보호필름(110, 130)을 포함한다.

도 1을 참조하면, 기본적인 편광판은 빛의 편광을 유도하는 편광필름층(120)과 이를 양면에서 보호하고 있는 두 장의 보호필름(110, 130)으로 구성된다. 편광필름(120)은 PVA(polyvinyl alcohol)에 요오드 분자를 가교시켜 연신하여 제작한다. 이와 같이 제작된 편광필름(120)의 강도를 높이고 요오드의 승화나 변성을 막기 위해, 일반적으로 TAC(Tri Acetyl Cellulose) 필름으로 구성된 보호필름(110, 130)이 양면에 접착된다. 편광판을 사용하는 디스플레이에 점착시키기 위하여 점착제와 공정 이후 제거되는 별도의 보호필름이 사용되기도 한다. 광학적인 보상을 위하여 보상필름이 추가되거나 TAC 필름 대신에 보상필름이 사용되기도 한다.

도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 편광판에 편광되지 않은 빛이 통과하게 되면 요오드 복합체와 수직인 방향의 빛만 통과하여 편광된 빛으로 편광 방향이 바뀌게 된다. 이때 일반적인 투과율은 40-45%이다.

반면, 도 1의 (b)의 경우, 요오드 복합체에 수직인 방향의 편광을 가진 빛은 약 90%의 투과율로 투과하고, 도 1의 (c)의 경우, 요오드 복합체에 나란한 편광의 빛은 모두 흡수되어 통과하지 못하게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고투과율의 편광필름의 단면을 나타낸 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광필름은 기판(210), 제 1 액정폴리머 층(220), 제 2 액정폴리머 층(230), 이격층(240: seperation layer), 패터닝된 복굴절 필름(250) 및 이색성 편광판 층(260)을 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 고투과율 편광판의 기판(210)은 상부에 제 1 및 액정폴리머 층(220, 230), 이격층(240), 복굴절 필름(250) 및 이색성 편광판 층(260)을 지지하는 판으로, TAC 필름과 같은 유연성을 가지는 폴리머 필름으로 구성되는 것이 바람직하다.

그 상부에는 긴 줄무늬 모양의 제 1 액정폴리머층(220)을 형성한다. 이때, 표면이 반복적인 사인파 모양의 단면을 가질 수 있다. 이때, 액정의 배열 방향은 주름방향에 수직 방향이다. 제 1 액정 폴리머층(220)의 제조는 적어도 두 가지 방법이 있을 수 있다.

첫 번째 방법은 광경화성 액정(reactive mesogen)을 러빙 처리된 기판에 도포하여 배열을 시킨 이후에 액정 배열 방향의 수직방향의 미세 줄무늬 모양의 광마스크(photo-mask)를 올린 후 UV(UltraViolet) 노광을 하여 부분적으로 광경화를 시키는 방법이다. 이후에 나머지 부분을 액정이 용해되는 용매에 녹여내면 렌즈형태의 제 1 액정 폴리머층(220)을 형성시킬 수 있다.

또한, 두 번째 가능한 제조 방법은 용매에 녹아있는 액정폴리머를 러빙처리된 기판에 코팅한 후 용매를 기화시켜 배열된 액정폴리머를 얻는 방법이다. 이후, 일정 온도로 온도를 올린 후, 줄무늬 패턴이 형성된 각인(imprinting) 마스크로 압력을 가하여 폴리머 표면을 줄무늬 형태로 가공한다. 줄무늬 렌즈 구조의 반복 주기는 수μm ~ 수백μm 범위로 디스플레이의 화소와 모아레(moire') 현상을 일으키지 않는 수준에서 형성이 가능하다.

제 1 액정 폴리머층(220) 상부에는 줄무늬와 나란하게 배향된 제 2 액정폴리머층(230)을 배열시킬 수 있다. 이때 제 2 액정폴리머층(230)의 액정의 배열 방향은 제 1 액정폴리머층(220)의 액정배열 방향과 수직일 수 있다. 따라서 제 2 액정폴리머층(230)에는 액정이 줄무늬 방향으로 배열되어 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고투과율의 편광필름을 나타낸 사시도이다.

도 3을 참조하면, 제 2 액정폴리머층은 광경화성 액정 상에 코팅하는 형식으로 액정을 배열시켜 형성될 수 있다. 하부의 제 1 액정 폴리머층의 반복주기가 충분히 작을 경우(예컨대, 수 μm)에는 별도의 배향처리가 필요 없으나, 액정 배향성이 낮을 경우에는 배향 처리가 필요하다.

배향처리는 두 가지 방법이 있을 수 있다. 별도의 배향막 없이 제 1 액정폴리머 기판을 약하게 줄무늬 방향으로 러빙하면 액정의 배향성이 크게 향상될 수 있다. 또는 얇은 광배향막을 도포하고 여기에 편광빛을 조사하여 배향시킴으로써 균일한 배향을 얻을 수 있다. 균일한 배향을 얻은 후에 자외선 노광을 통해 경화시킴으로써 광학적 비등방성을 가지는 제 2 액정폴리머층을 형성할 수 있다.

액정폴리머의 광학이방성은 클수록 좋은 특성을 낼 수 있으나, 통상 굴절률 이방성 Δn = 0.1 ~ 0.3이 적합할 수 있다. 이때 제 1 액정폴리머층과 제 2 액정 폴리머층의 액정 배열방향의 상관성 때문에 주름방향에 수직의 편광을 가진 빛(도 3의 a 직선)과 평행한 편광을 가진 빛(도 3의 b 직선)은 각각 다른 굴절률을 느끼게 된다.

여기서, a 빛의 경우에는 제 1 액정폴리머 층이 제 2 액정폴리머 층보다 더 큰 굴절율을 가진 것으로 느끼게 되고, 반대로 b 빛의 경우에는 제 2 액정폴리머 층이 더 큰 굴절율을 가진 것으로 느끼게 될 수 있다. 이 때문에 각각의 편광을 가진 평행광이 두 액정폴리머층을 지날 때 겪는 진행 경로의 굴절은 서로 다르게 나타날 수 있다.

다시 도 2로 돌아기서, 제 2 액정 폴리머층(230)의 상부에는 적당한 두께의 이격층(240)이 존재할 수 있다. 이는 등방성 폴리머층일 수 있다.

그리고, 이격층(240)의 상부에는 하부 PR(PhotoResister)층과 동일한 주기로 두 종류의 복굴절 필름이 반복적으로 구성된 패터닝된 복굴절 필름층(250)이 형성된다. 복굴절 필름층(250)의 A와 B 영역은 두 영역을 지나기 전에 편광상태가 달랐던 빛을 같은 편광이 되도록 만드는 기능을 수행한다.

그리고, 그 상부에 이색성 편광판(260)이 형성되어 편광필름을 완성할 수 있다. 이색성 편광판(260)은 그 아래 형성된 복굴절 필름층(250)을 지나면서 생성된 한쪽 방향의 편광을 그 편광방향과 나란한 방향의 이색성 편광판(260)을 다시 부착함으로써 편광도를 높이는 용도로 사용된다. 경우에 따라서 이색성 편광판(260) 없이 편광 필름을 구성하기도 한다.

도 4a 및 4b는 서로 다른 편광방향을 갖는 빛이 본 발명의 일 실시예에 따른 편광필름을 투과하는 모습을 나타낸 도면이다.

도 4a를 참조하면, a 광은 제 1 액정폴리머층의 굴절률을 크게 느끼므로 제 1 액정폴리머층이 두꺼운 영역이 볼록렌즈 역할을 하여 빛이 굴곡의 꼭지점 상부로 집중된다.

반면. 도 4b를 참조하면, 주름방향의 편광을 가진 b 빛은 제 2 액정폴리머층의 굴절률이 더 크게 되므로 굴곡면의 골짜기 상부로 빛이 집중되게 된다.

두 액정폴리머 층 상부에는 비등방 폴리머로 구성된 이격층이 존재한다. 비등방 폴리머층의 두께는 두 액정폴리머층의 구성된 액정렌즈의 초점거리에 근사한 두께를 가지는 것이 바람직하다.

그 상부에는 복굴절 필름층이 존재한다. 복굴절 필름층은 서로 다른 특징을 갖는 두 영역을 포함함다(도 2의 A 및 B 영역 참조).

도 4a에서 주름에 수직인 편광을 가진 a 빛은 복굴절 필름층의 ‘A’ 영역을 지나게 되어 편광방향이 변하지 않고 그대로 통과한다. 반면, 도 4b에서 주름에 평행한 편광을 가진 b 빛은 복굴절 필름층의 ‘B’영역을 지나게 되고, 편광방향이 바뀌어서 도 4a의 a 빛과 동일한 편광방향을 갖는 빛으로 바뀐다.

도 5a 내지 5c는 빛의 편광방향의 변형을 일으키는 복굴절 필름의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.

도 2, 또는 도 4a 및 4b에서 복굴절 필름층의 A와 B 영역의 역할은 두 영역을 지나기 전에 편광상태가 달랐던 빛을 같은 편광이 되도록 만드는 역할을 하는 것이다.

도 5a 내지 5c는 3가지 다른 방법으로 제작될 수 있는 패터닝된 복굴절 필름(510)의 구조를 설명한다.

도 5a의 방법은 A 영역과 B 영역 중 한 곳에만 복굴절 필름(510)이 포함되도록 만든 구조이다. A 영역은 a 빛의 빛을 그대로 통과하게 되고, B 영역은 b 빛의 편광방향에 45도 방향으로 축을 가지는 λ/2 필름(복굴절 값이 빛의 파장의 1/2인 필름(반파장 필름(half-wave plate)))을 장착한다. 이와 같이 빛을 투과시키는 필름(510)을 구성하여 모든 영역의 편광이 도면의 좌우 방향으로 형성되도록 할 수 있다. 이러한 패터닝된 복굴절 필름(510)은 광경화성 액정을 코팅한 후 B 영역에만 UV를 조사하여 부분적으로 경화시킨 후 나머지 경화되지 않은 A 영역을 녹여내는 방법으로 제조할 수 있다.

도 5b의 방법은 A와 B 영역 모두 복굴절 필름을 포함하고 있지만 A 영역은 편광방향을 변형시키기 않도록 구성하는 방법이다. A 영역은 복굴절의 방향이 a 빛의 편광방향과 평행하거나 수직이 되도록 할 수 있고, 또는 복굴절 값이 0이 되도록 제작할 수 있다. 이와 같은 방법으로 복굴절 필름(510)을 통과한 빛이 좌우 방향의 편광을 갖도록 할 수 있다.

도 5c의 방법은 A와 B 영역의 패턴된 복굴절 필름(510)과 전체에 부착된 필름(515)의 두 층으로 이루어져 있다. A와 B는 λ/4 필름(4분의 1파장 필름(quarter-wave plate))으로 축 방향이 a 빛의 편광축에 대해 각각 45도와 -45도를 이루고 있다. 또한, 상부의 균일한 복굴절층(515)은 B 필름(또는 A)과 동일한 λ/4 필름이 전체에 부착되어 있다. 이와 같은 방법으로 복굴절 필름(510)을 통과한 빛이 동일한 좌우 방향의 편광을 갖도록 할 수 있다.

즉, 도 5a 내지 5c의 복굴절 필름(510)은 모두 동일한 기능을 한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고투과율의 편광필름의 단면을 나타낸 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 편광필름은 기판(610), 제 1 PR 렌즈층(620), 제 1 액정 폴리머층(630), 제 2 PR 렌즈층(640) 및 제 2 액정 폴리머층(650)을 포함할 수 있다.

도 6을 참조하면, 제 1 PR 렌즈층(620), 제 1 액정 폴리머층(630), 제 2 PR 렌즈층(640) 및 제 2 액정 폴리머층(650)은 도 2의 렌즈 구조와 같은 편광 분할 기능을 할 수 있는 다른 구조를 보여주고 있다.

기판(610) 위에 PR(photo-resistor) 재료(또는 다른 폴리머 재료)를 이용하여 포토-리소그래피(photo-lithography) 방법을 이용하여 렌즈와 같은 구조를 만든다. 이때, 제 1 PR 렌즈층(620)은 복굴절 특성이 없는 재료이다. 그 상부에 제 1 액정폴리머층(630)을 앞서 설명한 액정 폴리머 층 형성 방법과 동일하게 구성을 하다.

제 1 PR 렌즈층(620)과 제 1 액정폴리머층(630)과 동일한 구조를 그 상부에 한번 더 형성한다. 이는 제 2 PR 렌즈층(640)과 제 2 액정폴리머층(650)으로 불릴 수 있다. 단, 이때 두 PR 렌즈 층(620, 640)의 위치가 서로 엇갈리도록 구성하고, 액정 폴리머층의 배열 방향은 아래쪽 액정폴리머층과 서로 직교하도록 구성한다.

특히, 도 6의 실시예에서는 PR 렌즈 층(620, 640)과 액정 폴리머층(630, 650)의 굴절률 관계가 중요하다. PR 렌즈층(620, 640)의 굴절률을 n_PR 이라 하고, 액정 폴리머층(630, 650)의 두 주축 방향에 따른 굴절률을 n_e, n_o라고 할 때, n_PR = n_o < n_e 가 되거나 n_o < n_e = n_PR 가 되도록 굴절률을 설정하는 것이 바람직할 수 있다.

PR 렌즈층(620, 640)과 기판(610)을 대신하여, 표면 줄무늬 패턴을 가지도록 압출 성형시킨 비등방 폴리머층을 이용할 수 있다.

도 2의 실시예와 도 6의 실시예에서의 렌즈 단면 구조는 사인파형 외에도 다양한 형태가 가능하다. 이는 이하 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은 렌즈 단면 구조의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 렌즈의 줄무늬 모양은 여러가지가 존재할 수 있다. 도 2나 도 6의 실시예와 같이, 반복적인 사인파 형태를 띄도록 할 수 있다.

또는, 도 7의 최상단 실시예와 같이, 둘 이상의 삼각형을 포함하되, 보다 큰 삼각형이 작은 삼격형의 하단에 위치하고, 큰 크기의 삼각형은 상부 부분이 잘린 형태로 작은 삼격형의 상단과 연결되는 모양을 가질 수 있다. 즉, 두 종류 이상의 기울기를 갖는 삼각파가 혼합된 모양을 갖고, 꼭지점 부분이 더 큰 기울기를 갖도록 줄무늬 모양을 형성시킬 수 있다.

또는, 반복되는 삼각파 형태 또는 반원 형태, 타원 형태를 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고투과율의 편광필름을 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 편광 필름 생성 장치는 액정 폴리머 층을 제공할 수 있다(S810). 이때, 액정 폴리머층은 서로 직교하도록 배열된 두 개의 액정폴리머층을 포함할 수 있다. 그리고, 두 개의 액정 폴리머 층은 일정 간격의 줄무늬 형태를 갖는 줄무늬 렌즈층을 두 액정 폴리머층의 경계에 형성하여 줄무늬 렌즈 구조를 형성할 수 있다. 액정 폴리머층은 광경화성 액정(reactive mesogen)을 러빙 처리된 기판에 도포하여 배열을 시킨 이후에 액정 배열 방향의 수직방향의 미세 줄무늬 모양의 광마스크(photo-mask)를 올린 후 UV(UltraViolet) 노광을 하여 부분적으로 광경화를 시켜 생성할 수 있다. 또는, 용매에 녹아있는 액정폴리머를 러빙처리된 기판에 코팅한 후 용매를 기화시켜 배열된 액정폴리머를 획득할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 표면에 줄무늬 굴곡을 갖는 제 1 PR 렌즈층을 제공하고, 제 1 PR 렌즈층 상단에 제 1 액정 폴리머층을 부착하여 하나의 렌즈를 구성하고, 제 1 액정폴리머층 상부에 제 1 PR 렌즈층에 대응하는 제 2 PR 렌즈층을 제공하고, 제 2 PR 렌즈층 상단에 제 2 액정 폴리머를 부착하여 다른 하나의 렌즈를 구성할 수 있다. 이때, 제 2 PR 렌즈층은 제 1 PR 렌즈층의 줄무늬 반복 주기의 반만큼 횡방향으로 이동된 형태를 띄고, 제 2 액정 폴리머층은 제 1 액정 폴리머층과 액정 배열방향이 직교하도록 구성될 수 있다.

위와 같은 방식으로, 줄무늬 렌즈 구조를 형성하도록 제 1 및 제 2 액정 폴리머층을 형성하고 나면, 액정 폴리머층으로부터 이격된 거리에 복굴절 필름을 형성한다(S820). 이때, 상기 복굴절 필름은 액정 폴리머층에 의해 형성되는 렌즈의 초점거리와 유사한 거리만큼 이격된 위치에 형성되는 것이 바람직하고, 줄무늬 렌즈의 반복간격과 동일한 간격으로 서로 다른 특성의 복굴절 영역을 갖는 것이 바람직하다.

그리고는, 상기 복굴절 필름층의 상부에 편광판을 부착하여 편광필름을 형성할 수 있다(S830).

이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

서로 직교하도록 배열된 제 1 및 제 2 액정 폴리머층;
상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층의 경계에 위치하며 일정 간격의 줄무늬 형태를 갖는 줄무늬 렌즈층;
상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층으로부터 이격된 위치에 형성되어 복수 개의 제 1 복굴절 영역 및 복수 개의 제 2 복굴절 영역이 상기 줄무늬 렌즈층의 줄무늬 간격과 대응되는 간격으로 교대로 연속하여 배치되는 구조를 갖는 복굴절 필름; 및
상기 복굴절 필름의 상부에 부착된 편광판을 포함하는 편광필름.
제 1 항에 있어서,
상기 복굴절 필름은 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층에 의해 형성된 렌즈의 초점거리와 대응되는 거리만큼 이격된 위치에 위치하는 편광필름.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 액정폴리머 층에서 하부 액정의 배열 방향이 줄무늬 방향에 수직이고;
상부 액정의 배열 방향이 줄무늬 방향에 나란한 편광필름.
제 1 항에 있어서,
상기 줄무늬 렌즈층의 단면은 사인파 또는 삼각파 형태를 갖는 편광필름.
제 1 항에 있어서,
상기 줄무늬 렌즈층의 단면은 반원의 타원 형태를 갖는 편광필름.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층과 상기 복굴절 필름 사이에 별도의 등방성 이격층을 더 포함하는 편광필름.
제 1 항에 있어서,
상기 복굴절 필름의 상기 제 1 복굴절 영역은 반파장판(half-plate)으로 구성되고, 상기 제 2 복굴절 영역은 비어있는 구조를 갖는 편광필름.
제 1 항에 있어서,
상기 복굴절 필름의 상기 제 1 복굴절 영역은 반파장판으로 구성되고, 상기 제 2 복굴절 영역은 통과하는 빛에 대해 비등방성 층으로 구성되는 편광필름.
제 1 항에 있어서,
상기 복굴절 필름의 상기 제 1 및 제 2 복굴절 영역은 서로 축이 직교하는 4분의 1 파장판(quarter wave plate)로 구성되고, 상부에 상기 제 1 및 제 2 복굴절 영역 중 하나와 동일한 4분의 1 파장판이 전체에 부착되는 편광필름.
서로 직교하도록 배열된 제 1 및 제 2 액정 폴리머층을 제공하는 단계;
일정 간격의 줄무늬 형태를 갖는 줄무늬 렌즈층을 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층의 경계에 형성하는 단계;
복수 개의 제 1 복굴절 영역 및 복수 개의 제 2 복굴절 영역이 상기 줄무늬 렌즈층의 줄무늬 간격과 대응되는 간격으로 교대로 연속하여 배치되는 구조를 갖는 복굴절 필름을 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층으로부터 이격된 위치에 형성하는 단계; 및
상기 복굴절 필름의 상부에 편광판을 부착하는 단계를 포함하는 편광필름 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
광경합성 액정(RM: Reactive Mesogen)을 기반으로 광중합을 이용하여 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층을 형성하는 편광필름 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
액정폴리머를 연신하고 가열압착하여 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층의 표면 구조를 형성하는 편광필름 제조 방법.
표면에 줄무늬 굴곡을 갖는 제 1 PR 렌즈층;
상기 제 1 PR 렌즈층에 부착된 제 1 액정폴리머 층;
상기 제 1 액정폴리머층 상부에 위치하며, 상기 제 1 PR 렌즈층에 대응하는 제 2 PR 렌즈층, 상기 제 2 PR 렌즈층은 상기 제 1 PR 렌즈층의 줄무늬 반복 주기의 반만큼 횡방향으로 이동된 형태를 띔;
상기 제 2 PR 렌즈층에 부착된 제 2 액정 폴리머층, 상기 제 2 액정 폴리머층은 상기 제 1 액정 폴리머층과 액정 배열방향이 직교함;
상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층으로부터 이격된 위치에 형성되어 복수 개의 제 1 복굴절 영역 및 복수 개의 제 2 복굴절 영역이 상기 제 1 또는 제 2 PR 렌즈층의 줄무늬 간격과 대응되는 간격으로 교대로 연속하여 배치되는 구조를 갖는 복굴절 필름; 및
상기 복굴절 필름의 상부에 부착된 편광판을 포함하는 편광필름.
제 13 항에 있어서,
상기 복굴절 필름은 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층에 의해 형성된 렌즈의 초점거리와 대응되는 거리만큼 이격된 위치에 위치하는 편광필름.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 액정폴리머 층의 액정 배열 방향이 줄무늬 방향에 수직이고;
상기 제 2 액정폴리머 층의 액정 배열 방향이 줄무늬 방향에 나란한 편광필름.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 PR 렌즈층 또는 상기 제 2 PR 렌즈층의 굴절률이 상기 제 1 또는 제 2 액정폴리머 층의 주축방향의 굴절률 중 하나와 실질적으로 동일한 편광필름.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 PR 렌즈층과 상기 제 1 액정폴리머층의 경계의 단면 및 상기 제 2 PR 렌즈층과 상기 제 2 액정폴리머층의 경계의 단면 중 적어도 하나가 사인파 또는 삼각파 형태를 갖는 편광필름.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 PR 렌즈층과 상기 제 1 액정폴리머층의 경계의 단면 및 상기 제 2 PR 렌즈층과 상기 제 2 액정폴리머층의 경계의 단면 중 적어도 하나가 반원의 타원 형태를 갖는 편광필름.
제 13 항에 있어서,
상기 제 1 액정폴리머층 및 상기 제 2 액정폴리머층 중 하나와 상기 복굴절 필름 사이에 별도의 등방성 이격층을 더 포함하는 편광필름.
제 13 항에 있어서,
상기 복굴절 필름의 상기 제 1 복굴절 영역은 반파장판(half-plate)으로 구성되고, 상기 제 2 복굴절 영역은 비어있는 구조를 갖는 편광필름.
제 13 항에 있어서,
상기 복굴절 필름의 상기 제 1 복굴절 영역은 반파장판으로 구성되고, 상기 제 2 복굴절 영역은 통과하는 빛에 대해 비등방성층으로 구성되는 편광필름.
제 13 항에 있어서,
상기 복굴절 필름의 상기 제 1 및 제 2 복굴절 영역은 서로 축이 직교하는 4분의 1 파장판(quarter wave plate)로 구성되고, 상부에 상기 제 1 및 제 2 복굴절 영역 중 하나와 동일한 4분의 1 파장판이 전체에 부착되는 편광필름.
표면에 줄무늬 굴곡을 갖는 제 1 PR 렌즈층 및 상기 제 1 PR 렌즈층에 부착된 제 1 액정폴리머 층을 제공하는 단계;
상기 제 1 액정폴리머층 상부에 위치하며 상기 제 1 PR 렌즈층에 대응하는 제 2 PR 렌즈층 및 상기 제 2 PR 렌즈층에 부착된 제 2 액정 폴리머층을 제공하는 단계, 상기 제 2 PR 렌즈층은 상기 제 1 PR 렌즈층의 줄무늬 반복 주기의 반만큼 횡방향으로 이동된 형태를 띄고, 상기 제 2 액정 폴리머층은 상기 제 1 액정 폴리머층과 액정 배열방향이 직교함;
복수 개의 제 1 복굴절 영역 및 복수 개의 제 2 복굴절 영역이 상기 제 1 또는 제 2 PR 렌즈층의 줄무늬 간격과 대응되는 간격으로 교대로 연속하여 배치된 구조를 갖는 복굴절 필름을 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층으로부터 이격된 위치에 형성하는 단계; 및
상기 복굴절 필름의 상부에 편광판을 부착하는 단계를 포함하는 편광필름 제조 방법.
제 23 항에 있어서,
광경합성 액정(RM: Reactive Mesogen)을 기반으로 광중합을 이용하여 상기 제 1 및 제 2 액정 폴리머층을 형성하는 편광필름 제조 방법.
제 23 항에 있어서,
포토 레지스터(photo-resistor)를 이용하여 노광을 수행하여 상기 제 1 및 제 2 PR 렌즈층 중 적어도 하나를 형성하는 편광필름 제조 방법.
제 23 항에 있어서,
비등방 재료를 압출 성형하여 상기 제 1 및 제 2 PR 렌즈층 중 적어도 하나를 형성하는 편광필름 제조 방법.