KR20060084304A - 선 격자 편광필름 및 선 격자 편광필름의 격자제조용 몰드제작방법 - Google Patents

선 격자 편광필름 및 선 격자 편광필름의 격자제조용 몰드제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선 격자 편광필름의 제조방법에 관한 것으로써, 필름 기판을 준비하고, 상기 필름 기판 상부에 미세 패턴이 형성될 성형층을 도포하는 단계; 상기 성형층 상부에 격자 패턴을 형성하는 단계 및; 상기 격자에 금속을 증착하는 단계를 포함한다.
선 격자 필름, 편광자, 몰드

Description

선 격자 편광필름 및 선 격자 편광필름의 격자제조용 몰드 제작방법{The wire-grid polarizer and manufacturing method of Mold thereof}
도 1은 일반적인 LCD 패널의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 선 격자 편광자의 구조 및 원리를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LCD 휘도 향상을 위한 선 격자 편광자의 적층 위치를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선 격자 편광자의 구조를 나타낸 것이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 선 격자 편광자의 제작방법을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 공정을 이용한 선 격자 편광 필름의 제조방법을 나타낸 것이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 간섭 리소 그라피 방법을 이용한 몰드 마스터의 제작방법을 나타낸 것이다.
{도면의 주요 부호에 대한 설명}
101 : 광원 102 : 반사판
103 : 도광판 104 : 확산판
105 : 프리즘 쉬트 106 : 액정 패널
107 : 편광 필름 300 : 선 격자 편광자
301 : 고분자 기판 302 : 고분자 박막
303 : 금속 304 : 보호막 코팅
600 : 몰드 롤러 700 : 몰드 마스터
701 : 기판 702 : 감광막
703 : 니켈 전주 도금
본 발명은 선 격자 편광필름 및 선 격자 편광필름의 격자제조용 몰드 제작방법에 관한 것으로써, 특히 액정 디스플레이의 휘도 증가용으로 사용될 수 있는 선 격자 편광 필름의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이 (Liquid Crystal Display : LCD)는 현재 휴대전화, 노트북, 모니터 및 TV에 이르기까지 광범위하게 사용되는 평판 디스플레이이다. LCD는 두 개의 편광판 사이에 위치한 액정 패널에서 각 픽셀에 전기 신호를 인가하여 액정의 배열을 변경시킴으로써 빛을 투과시키거나 차단하는 소자이다. 따라서 LCD를 동작시키기 위해서는 별도의 광원이 필요하며, 광원의 사용 방식에 따라, 반사형과 투 과형으로 구분할 수 있다. 반사형 LCD는 햇빛이나 실내등과 같은 외부 광원을 사용하여, 빛이 LCD 전면에서 입사하고, LCD 패널 뒤쪽에 위치한 반사판(Reflector)에서 반사된 빛을 보게 되는 구조이다. 투과형 LCD는 백라이트 유닛(Backlight Unit: BLU)라는 별도의 광원을 두어 LCD 패널 후면에서 빛을 균일하게 보내주어 투과된 빛을 보게 되는 구조이다.
도 1은 투과형 LCD의 구조이다. 외부의 주변 광원이나 백라이트 광원을 모두 사용하여 볼 수 있는 LCD를 반투과형(Transreflective)이라 부른다. 일반적으로 BLU는 형광등, LED 등의 광원과 빛을 LCD 패널 전면에 고르게 보내기 위한 도광판(103), 확산 필름(104), 프리즘 쉬트(105) 등으로 구성된다. 따라서, 광원으로부터 출발한 빛은 BLU를 거치는 동안 상당한 부분을 손실된다. 더구나 LCD 패널 전후면에 위치한 편광판은 흡수형이므로 패널로 향하는 빛의 50%를 흡수한다. 따라서, 실제 디스플레이에서 관찰자가 보는 빛은 광원으로부터 출발한 빛의 10%이하만을 보게 된다. 이것은 LCD가 빛의 이용 효율이 낮다는 것을 말하며, 빛의 이용 효율을 향상시키는 것은 휴대용 기기에서의 배터리 사용 시간의 증가와 대화면 LCD TV에서 전력 소모 감소를 가능하게 한다.
LCD의 빛 이용 효율을 향상시켜 휘도를 증가시킬 수 있는 기술로는 3M사의 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)가 유일하다. DBEF는 다층의 고분자 박막 형태의 반사형 편광판으로 투과형 LCD 경우에 BLU와 LCD 패널 사이에 위치하여 휘도를 60%까지 증가시킬 수 있다. 즉, 반사형 편광판에서 반사된 특정 편광은 하부 BLU를 거쳐 다시 반사되는 과정에서 편광이 변화하고, 일부의 편광이 다시 편광판 을 투과하여 빛을 재활용한다. 그러나, 이 편광 판은 광학적으로 이방성인 고분자 박과 등방성인 고분자 막을 교차하여 다층으로 제작되기 때문에 가격이 고가이고, 제조 공정이 복잡하다.
다른 형태의 반사형 편광판으로는 선 격자 편광자(Wire Grid Polarizer)가 있다. 나란하게 배열된 금속 선 (wire) 이 전자기파를 편광에 따라 선택적으로 투과시키거나 반사시킨다는 사실은 오래 전부터 잘 알려져 왔다. 입사되는 전자기파의 반 파장보다 금속 선 배열의 주기가 짧을 경우, 금속선과 평행한 편광 성분 (s 파)은 반사되고 수직한 편광 성분(p 파)은 투과한다. 이 현상을 이용하면 편광 효율이 우수하고, 투과율이 높으며, 시야각이 넓은 평판 편광자(planar polarizer) 를 제작할 수 있다.
도 2에 선 격자 편광자를 도시하였다.
선 격자 편광자의 성능은 편광 소멸비(polarization extinction ratio)와 투과율로써 나타낼 수 있다. 선 격자 편광자가 높은 편광 소멸비를 가지기 위해서는 금속 격자의 주기가 입사광의 파장에 비해 상당히 짧아야 한다는 전제 조건이 있다. 그러나, 주기가 짧을 수록 제작이 어려워지기 때문에 지금까지 선 격자 편광자는 주로 마이크로파 또는 적외선 영역에서 제작되어 사용되어 왔다. 그러나, 반도체 제조 장비와 노광 기술의 발달로 미세 패턴 제작이 가능해짐에 따라 가시광선에서 동작하는 선 격자 편광자의 제작이 가능해지고 있다.
사람이 눈으로 감지할 수 있는 가시광선 영역은 보통 400 nm 에서 700 nm 까지의 파장 대를 말한다. 따라서, 가시광선 영역에서 동작하는 선 격자 편광자는 금 속 격자의 주기가 적어도 200 nm 이하는 되어야 어느 정도의 편광 특성을 기대할 수 있고, 기존의 편광기보다 동일하거나 보다 우수한 성능을 내기 위해서는 100 nm 대의 주기를 갖는 금속 격자를 제작하는 것이 바람직하다.
기존의 가시 광선 영역에서 사용되는 선 격자 편광자는 투명한 유리 기판에 사용되어왔고, 건식 식각 등의 반도체 공정을 이용하므로 10 인치 이상의 중대형 디스플레이에 사용되기에는 제작할 수 있는 면적의 제한되고, 가격도 매우 높다. 또한 유리 기판의 사용으로 대면적으로 제작 가능하더라도, 무게도 많이 나가고 두께도 크다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 적은 비용으로 대면적의 선 격자 편광자를 대량으로 생산하는 방법 및 상기 생산을 위한 몰드 제작방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 선 격자 편광필름의 제조방법은 필름 기판을 준비하고, 상기 필름 기판 상부에 미세 패턴이 형성될 성형층을 도포하는 단계; 상기 성형층 상부에 격자 패턴을 형성하는 단계 및; 상기 격자에 금속을 증착하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 격자 상부에 보호막을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 기판은 플라스틱 필름기판을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 성형층은 열경화성 또는 자외선경화성 고분자 박막을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 금속은 상기 격자패턴의 한쪽 면에만 증착되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 격자 패턴은 몰드롤러에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 격자의 주기는 220nm이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 선 격자 편광필름의 격자제조용 몰드 제작방법은 기판 상부에 감광막을 도포하고 레이저를 이용한 간섭무늬를 이용하여 감광막을 패터닝 하는 단계; 상기 감광막을 현상하고 상기 감광막 상부에 선 격자 편광필름의 격자패턴의 형성을 위한 물질을 적층하는 단계; 및 기판 및 감광막을 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 격자패턴의 형성을 위한 물질은 금속, 고분자 플라스틱, 실리콘, 수정 중에서 선택되는 1종의 물질을 이용하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선격자 필름 편광자를 적용한 LCD 패널의 적층 순서를 나타낸 단면도이다.
상시 실시예에서, LCD 패널은 광원(101), 반사판(102), 도광판(103), 확산판(104), 프리즘 쉬트(105), 선 격자 편광자(300), 및 액정패널(106)을 포함한다.
상기 실시예는, 상기 선 격자 편광자(300)가 적층되는 위치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 상기 LCD 패널의 최하부에는 반사판(102)이 위치하고 상기 반사판(102) 상부로는 도광판(103), 확산판(104), 프리즘 쉬트(105)가 순서대로 적층된다. 상기 도광판(103)의 일측에는 광원(101)이 존재한다. 상기 프리즘 쉬트(105) 상부에는 본 발명의 선 격자 편광자(300)가 적층되고, 상기 선 격자 편광자(300) 상부에는 액정패널(106)이 적층된다.
선 격자 편광자(300)는 종래의 백라이트 유닛과 LCD 패널 사이에 위치한다. 도 3의 프리즘 쉬트(105)는 선택적으로 사용되며, 선 격자 편광 필름(300)의 위쪽에 위치할 수도 있다. 즉, 다양한 형태의 광학 필름 구성이 가능하다. 선 격자 편광 필름(300)에서 반사되는 편광의 빛은 하부 백라이트 유닛을 지나 다시 반사되어 되돌아오는 과정에서 일부 편광의 방향이 변화되고 이것이 다시 선 격자 편광필름(300)을 투과하면서, 휘도를 증가시키게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선 격자 편광자의 격자구조를 나타낸 사 시도이다.
상기 실시예에서, 선 격자 편광자는 고분자 기판(301) 상부에 고분자 박막(302)이 적층되고, 상기 고분자 박막(302) 상부에는 금속(303)이 적층된다.
상기 실시예는, 격자 형성 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 필름은 광 투과성이 좋고 기계적 성질이 우수한 고분자 플라스틱 필름 기판(301) 위에, 성형이 용이하고 광 투과성이 좋은 다른 고분자 박막(302)으로 이루어진 격자 구조와 그 격자 구조 한쪽 면에 형성된 금속선(303)으로 이루어진다. 격자의 주기는 220 nm 이어야만 가시 광선 모든 영역에 걸쳐 좋은 편광 효율을 가지며, 격자의 주기가 짧을 수록 높은 편광 소멸비를 갖는다.
플라스틱 필름 기판(301)으로는 PET 등의 고분자 물질이 사용되는 것이 바람직하다. 격자 구조가 형성되는 고분자 박막(302)으로는 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리우레탄 등을 예로 들 수 있다. 금속(303)으로는 알루미늄, 은 등 가시 광선 전 영역에 걸쳐 반사율이 좋은 금속이 사용되는 것이 바람직하다.
고분자 박막에 성형된 격자 구조는 도 4에 도시된 삼각형 구조 뿐 아니라, 사각, 사다리꼴, 반 타원 형 등이 모두 가능하다. 중요한 것은 금속이 격자 모양을 이루는 도형의 한쪽 면에만 증착되어 있다는 것이다. 즉, 사각이나 사다리꼴의 경우, 상부로 돌출되는 3면 중 윗면과 옆면 한쪽 일부를 덮게 된다. 금속이 증착되는 각도에 따라 증착된 금속의 형태는 변하게 된다. 여기에서 중요한 것은, 옆면 한쪽과 트렌치 부분(들어간 부분)은 금속이 증착되지 않도록 하여야 한다. 따라서, 이하 자세하게 서술하겠지만, 그레이팅을 형성한 후 약 45도 방향에서 금속을 분사하 여 도포하는 방법을 사용한다.
이러한 방법으로 인하여, 금속(303)은 격자 한쪽 면 및 경우에 따라서는 격자 상단에 격자 방향을 따라 1차원으로 길게 늘여진 형태를 갖는다. 일반적으로 투과율을 좋게 하면, 편광 소멸비가 나빠진다. 따라서, 용도에 따라 결정되어야 하는데, 대체적으로 금속을 두껍게 하면, 편광 소멸비는 좋아지나 투과율을 떨어진다. 즉, 선 격자 편광자의 편광 소멸비는 금속의 높이 및 선폭에 따라 크게 변하며, 투과율을 고려하여 제작되는 것이 바람직하다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 선 셕자 편광자의 제작방법을 나타낸 것이다.
도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 플라스틱 필름 기판(301)을 준비하고(도 5a), 그 위에 성형될 고분자 박막(302)을 도포한다(도 5b). 이 박막은 열 경화성혹은 자외선 경화성으로 미세 패턴의 성형이 가능한 것이 바람직하다. 다음 단계는 미세 패턴이 형성된 몰드로 고분자 박막(302)을 성형한다(도 5c). 고분자 박막(302)의 특성에 따라, 열 경화성인 경우는 온도를 올려주고, 자외선 경화성인 경우는 자외선을 노광하고 적당한 압력을 가하여 성형한다. 다음은 금속(303)을 기울어진 방향에서 증착한다(도 5d). 상기 고분자 박막(302)의 일정한 방향에서 금속(303)을 분사하는 방식에 의하여 금속면을 증착한다. 이것은 성형된 고분자박막(302) 패턴의 한쪽 면에만 금속(303)이 증착 되도록 하기 위함이다. 마지막 단계로 보호막(304)을 코팅한다(도 5e). 보호막(304)은 알루미늄의 부식 방지와 필름 사용시 표면 손상을 막아주는 역할을 하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선 격자 편광자의 대량생산을 위한 장치를 나타낸 것이다.
상기 실시예는, 몰드 롤러(600)를 이용하여 선 격자를 연속적으로 형성하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 각 공정 단계를 별도의 장비에서 개별 플라스틱 기판을 사용하여 진행할 수 있으나, 고속 생산이 가능하기 위해서는 롤투롤 (Roll-to-Roll) 방식으로 한다. 도 6에 롤투롤 방식의 제조 방법을 도시하였다.
본 발명의 몰드는 니켈과 같은 금속, 고분자 플라스틱, 실리콘이나 수정과 같은 다양한 물질이 가능하다. 대면적 제작 공정이 가능하기 위해서는 니켈이나 고분자 플라스틱 등이 바람직하다. 몰드 마스터의 제작은 다양한 리쏘그라피 공정을 사용할 수 있으나, 레이저 간섭 리쏘그라피 방법이 가장 효율적이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 6의 몰드롤러의 제작방법을 나타낸 것이다.
상기 실시예는, 레이저 간섭 리소그라피 방법을 이용하여 선 격자 편광 필름 제작용 몰드 마스터를 제작하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 레이저 간섭 리쏘그라피는 기판(701) 위에 감광막(702) (Photoresist)를 도포한 후, 레이저로부터 나오는 빛을 두 방향에서 조사하여 (도 7a) 간섭무늬를 형성함으로써 감광막(702)을 패터닝하는 방법이다. 제작할 수 있는 최소 주기는 사용하는 레이저 파장의 반이 된다. 노광 공정 및 현상 공정(도 7b)을 거친 후, 제작된 감광막(702) 패턴 위에 니켈의 전주 도금(Electroforming)(703)을 수행한다(도 7c). 마지막으로 기판(701) 및 감광막 패턴(702)을 분리하여 니켈 몰드 마스터(700)를 완성한다.(도 7d) 니켈 몰드(700)는 직접 고분자 박막 패턴에 사용될 수도 있으며, 다른 플라스틱 필름에 임프린트 공정을 수행하여, 그 필름을 몰드로 사용하는 것이 가능하다.
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, 선 격자 편광 필름의 대면적의 대량 고속 제조 공정를 가능하게 함으로써, 액정 디스플레이의 휘도증가용 필름 및 여타 분야에서의 사용을 용이하게 한다.

Claims (9)

  1. 필름 기판을 준비하고, 상기 필름 기판 상부에 미세 패턴이 형성될 성형층을 도포하는 단계; 상기 성형층 상부에 격자 패턴을 형성하는 단계 및; 상기 격자에 금속을 증착하는 단계를 포함하는 선 격자 편광필름의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 격자 상부에 보호막을 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선 격자 편광필름의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 기판은 플라스틱 필름기판을 이용하는 것을 특징으로 하는 선 격자 편광필름의 제조방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 성형층은 열경화성 또는 자외선경화성 고분자 박막을 이용하는 것을 특징으로 하는 선 격자 편광필름의 제조방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 금속은 상기 격자패턴의 한쪽 면에만 증착되는 것을 특징으로 하는 선 격자 편광필름의 제조방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 격자 패턴은 몰드롤러에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 선 격자 편광필름의 제조방법.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 격자의 주기는 220nm이하인 것을 특징으로 하는 선 격자 편광필름 제조방법.
  8. 기판 상부에 감광막을 도포하고 레이저를 이용한 간섭무늬를 이용하여 감광막을 패터닝 하는 단계; 상기 감광막을 현상하고 상기 감광막 상부에 선 격자 편광필름의 격자패턴의 형성을 위한 물질을 적층하는 단계; 및 기판 및 감광막을 제거하는 단계를 포함하는 선 격자 편광필름의 격자제조용 몰드 제작방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 격자패턴의 형성을 위한 물질은 금속, 고분자 플라스틱, 실리콘, 수정 중에서 선택되는 1종의 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 선 격자 편광필름의 격자제조용 몰드 제작방법.
KR1020050005123A 2005-01-19 2005-01-19 선 격자 편광필름 및 선 격자 편광필름의 격자제조용 몰드제작방법 KR100656999B1 (ko)

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