KR20100035347A

KR20100035347A - 와이어 그리드 편광판

Info

Publication number: KR20100035347A
Application number: KR1020080094671A
Authority: KR
Inventors: 문정열; 채헌승; 강충석; 김경남
Original assignee: 주식회사 코오롱
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-04-05

Abstract

본 발명은 편광효율이 높은 와이어 그리드 편광판에 관한 것이다.

Description

와이어 그리드 편광판{Wire Grid Polarizer}

와이어 그리드(wire grid) 편광판은 금속 와이어가 평행하게 배열된 어레이를 말하며, 전자기파 중 특정 편광만을 투과시키거나 반사시키는 역할을 한다.

통상적으로 금속 와이어와 평행한 편광 성분은 반사되고 수직한 편광 성분은 투과시키며, 반사된 광을 재이용할 수 있어 편광 효율이 우수하고 투과율이 높으며 시야각이 넓은 편광판을 제작할 수 있다.

와이어 그리드 편광판은 금속 와이어의 주기가 입사광의 파장에 비하여 상당히 짧아야 편광 소멸비가 높아지는데, 금속 와이어의 주기가 짧을수록 제작이 어려워 지금까지의 와이어 그리드 편광판은 주로 마이크로파 또는 적외선 영역에서 사용되어 왔다.

최근 반도체 제조 장비와 노광 기술의 발달로 미세 패턴의 제작이 가능해짐에 따라 가시광선에서 동작하는 와이어 그리드 편광판의 제조가 가능해지고 있다.

본 발명은 전자기파중 특정 편광된 빛만을 투과 및 반사하여 편광효율을 높이는 와이어 그리드 편광판을 제공하고자 한다.

본 발명은 바람직한 제1구현예로서 격자형 볼록부를 포함하는 수지층; 및 상기 수지층의 격자형 볼록부 상에 형성되는 금속 격자 패턴을 포함하며, 상기 수지층의 격자형 볼록부는 높이(B)가 50nm이상이고, 하기 식 1을 만족하는 와이어 그리드 편광판을 제공한다.

<식 1>

0.2 ≤ A/B ≤ 4

상기 식에서, A는 금속 격자 패턴의 높이이고, B는 수지층의 격자형 볼록부의 높이이다.

나아가 상기 구현예에 의한 와이어 그리드 편광판은 하기 식 2를 만족하는 것일 수 있다.

<식 2>

0.2 ≤ W/P ≤ 0.6

상기 식에서, W는 금속 격자 패턴의 너비이고, P는 수지층의 격자형 볼록부 주기의 너비이다.

상기 구현예에서, 수지층은 자외선 경화형 수지로 형성된 것일 수 있다.

상기 구현예에서, 금속 격자 패턴은 알루미늄, 구리, 크롬, 백금, 금 및 니 켈 중 선택된 단독 또는 이들의 합금으로 형성된 것일 수 있다.

본 발명은 바람직한 제2구현예로서 상기의 와이어 그리드 편광판을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 와이어 그리드 편광판의 단면도이다.

본 발명의 와이어 그리드 편광판은 기재층(10) 일면에 격자형 볼록부(25)를 포함하는 수지층(20); 및 상기 수지층(20)의 격자형 볼록부(25) 상에 금속 격자 패턴(30)을 포함하고 있다.

이 때 상기 수지층(20)의 격자형 볼록부(25) 높이(B)가 50nm이상이고, 하기 식 1을 만족하는 와이어 그리드 편광판을 제공한다.

<식 1>

0.2 ≤ A/B ≤ 4

본 발명의 와이어 그리드 편광판 제조시, 상기 수지층(20)의 격자형 볼록부(25)를 형성한 후 금속막을 도포하여 볼록부(25)에만 금속 격자 패턴(30)이 형성 되도록 에칭공정을 수행하게 된다. 이때 금속막이 증착된 후 볼록부(25)의 높이가 확보되지 않으면 에칭시 패턴을 형성하기가 힘들게 된다. 따라서 에칭성을 확보하기 위하여 수지층(20)의 격자형 볼록부(25)의 높이는 50nm 이상이 되는 것이 바람직하다.

아울러 격자형 볼록부(25)와 금속 격자 패턴(30)은 상기 식 1의 관계를 만족하는 것일 수 있는데, 이는 0.2 미만인 경우에는 볼록부에 존재하는 금속층의 두께가 낮아서 편광된 S파의 반사효율이 감소하여 전체적인 편광효율을 저하시키는 문제가 발생될 수 있다. 또한 4 초과인 경우에는 금속층의 두께가 너무 두꺼워서 에칭전 공정인 금속층의 도막 형성후 권취가 어려워지거나, 금속층이 산화되기도 하고, 에칭 공정후 최종 제품에서 외부 충격에 의해 금속층이 쉽게 무너져 버려 휘도 저하나 편광효율을 떨어뜨리는 등 액정 디스플레이 패널 조립시의 공정성이 악화될 수 있다.

나아가 본 발명의 와이어 그리드 편광판은 하기 식 2를 만족하는 것일 수 있다.

<식 2>

0.2 ≤ W/P ≤ 0.6

가시광선은 보통 400nm~700nm의 파장대를 말하므로, 파장이 400nm인 가시광선에 대해서는 수지층(20)의 격자형 볼록부(25)의 주기의 너비(P)가 200nm 미만, 파장이 700nm인 가시광선 영역에 대해서는 수지층(20)의 격자형 볼록부(25)의 주기의 너비(P)가 320nm 미만일 때 편광특성을 기대할 수 있다. 우수한 편광특성을 위해서는 수지층(20)의 격자형 볼록부(25)의 주기의 너비(P)가 작을수록 좋다.

W/P는 수지층(20)의 격자형 볼록부(25)의 주기의 너비(P)에 대한 금속 격자 패턴(30)의 너비(W)로서 와이어 그리드 편광판을 통과하는 광의 반사와 투과를 조절하는 인자이다. W/P의 값이 0.2 미만인 경우에는 와이어 그리드 편광판에 입사되는 빛 중 일부 편광되지 않은 빛이 투과하는 경우가 발생되어 편광효율이 감소하게 된다. 그리고 0.6 초과인 경우에는 광원으로부터 입사되는 빛의 대부분이 반사되고 빛의 투과율이 감소되어 편광효율을 감소시키는 문제가 발생한다.

상기 수지층(20)의 격자형 볼록부(25)의 형성방법은 플라스틱 고분자 필름을 기재층(10)으로 하여 그 한면에 수지층(20)을 도포한 후 격자모양이 형성되어 있는 스탬프 또는 패턴 몰드로 전사하여 수지를 경화시켜 볼록부(25)를 가지는 수지층(20)을 형성할 수 있다.

기재층(10)이 되는 고분자 필름으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리스티렌 필름 또는 폴리에폭시 필름 등을 사용할 수 있는데, 주로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 폴리카보네이트 필름이 사용된다. 상기 기재층(10)의 두께는 기계적 강도 및 열안정 성, 그리고 유연성에 있어서 유리하도록 하고 투과광의 손실을 방지할 수 있도록 10~1000㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 15~400㎛이 좋다.

상기 수지층(20)을 형성하는 고분자 수지는 UV 경화 반응에 의해 격자형 볼록부(25)를 형성할 수 있는 종류의 수지를 사용할 수 있으며, 사용 가능한 수지로는 불포화폴리에스테르, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 노말부틸메타크릴레이트, 노말부틸메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 히드록시에틸아크릴레이트, 아크릴아미드, 메티롤아크릴아미드, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 노말부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트의 단독중합체, 이들의 공중합체 또는 삼원 공중합체 등의 아크릴계 수지와, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 멜라민계 수지 등이 있다.

격자형 볼록부(25)를 형성하기 위해서는 스탬프 또는 마스터 패턴 몰드를 사용할 수 있으며, 스탬프는 니켈 전주 도금으로 제작된 것일 수 있고, 마스터 패턴 몰드는 용융실리카 혹은 실리콘 웨이퍼 위에 간섭 리쏘그래피 법으로 격자 모양의 패턴을 형성한 후 제작을 할 수 있다.

상기 금속 격자 패턴(30)은 알루미늄, 구리, 크롬, 백금, 금 및 니켈 중 선택된 단독 또는 이들의 합금으로 형성된 것일 수 있다. 금속 격자 패턴(30)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으나 스퍼터링이나 열증착 혹은 전자선 증착 등의 방법을 이용하여 형성 할 수 있다. 수지층(20)에 증착되는 금속 격자 패턴(30)의 두께는 50nm 내지 300nm가 바람직한데, 50nm 미만이면 이후 공정인 에칭 공정에서 격자형 볼록부(25)에만 선택적으로 금속 격자 패턴(30)을 형성을 시키기에 공정상 어려움이 따르며, 300nm 초과인 경우 후막으로 인하여 금속 격자 패턴(30)이 산화되거나 공정상 유연성이 저하될 수 있다.

이상 도면을 참조하여 설명하였지만, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자는 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 변경하여 실시할 수 있음은 자명하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1~5]

188㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름위에 아크릴계 감광성 조성물로서 에폭시아크릴레이트(CN120, 사토머) 40중량%와 에톡시레이티드 비스페놀 A 다이크릴레이트(SR-349, 사토머) 40중량%, 1,6-헥산디올디아크릴레이트(SR-238, 사토머) 8중량%, 트리스(2-하이드로에틸)이소시아누레이트 트리아크릴레이트(SR-368, 사토머)12중량% 그리고 광개시제로 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐 포스핀옥사이드(DAROCUR TPO, CIBA) 4중량%를 혼합하여 도포한 후, 볼록부의 높이가 각각 50nm, 70nm, 100nm, 150nm, 200nm 이고 패턴의 폭은 100nm이고 패턴의 주기의 너비가 200nm인(W/P = 0.5) 니켈 전주 스탬프를 밀착시키고 자외선(Fusion社 , 300 Watt/inch²)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시켜 격자형 볼록부를 형성한 수지층을 제조하였다.

형성된 수지층위에 스퍼터링을 통해 200nm의 두께의 Al층을 도포한 후 일련의 에칭공정을 통하여 볼록부에만 150nm의 높이의 Al층을 남겨 금속 격자 패턴을 형성함으로써 와이어 그리드 편광판을 제조하였다.

[실시예 6~10]

188㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름위에 상기 실시예　1~5에서의 아크릴계 감광성 조성물을 도포한 후, 볼록부의 높이가 각각 100nm 이고 패턴의 폭(W)과 패턴의 주기의 너비(P)의 비(W/P)가 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6인 니켈 전주 스탬프를 밀착시키고 자외선(Fusion社 , 300 Watt/inch²)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시켜 격자형 볼록부를 형성한 수지층을 제조하였다.

이후 실시예 1~5와 동일한 방법으로 금속 격자 패턴을 형성함으로써 와이어 그리드 편광판을 제조하였다.

[실시예 11~12]

188㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름위에 상기 실시예 1의 아크릴계 감광성 조성물을 도포한 후, 볼록부의 높이가 100nm 이고 패턴의 폭은 100nm이고 패턴의 주기의 너비가 200nm인(W/P = 0.5) 니켈 전주 스탬프를 밀착시키고 자외선(Fusion社 , 300 Watt/inch²)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시켜 격자형 볼록부를 형성한 수지층을 제조하였다.

이후 실시예 11 에서는 Ag 층을, 실시예 12 에서는 Cr 층을 도포한 것을 제외하고는 실시예 1~5와 동일한 방법으로 금속 격자 패턴을 형성함으로써 와이어 그리드 편광판을 제조하였다.

[실시예 13~16]

188㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름위에 상기 실시예 1~5의 아크릴계 감광성 조성물을 도포한 후, 볼록부의 높이가 각각 100nm 이고 패턴의 폭(W)과 패턴의 주기의 너비(P)의 비(W/P)가 0.1, 0.7, 0.8, 0.9인 니켈 전주 스탬프를 밀착시키고 자외선(Fusion社 , 300 Watt/inch²)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시켜 격자형 볼록부를 형성한 수지층을 제조하였다.

[비교예 1~4]

188㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름위에 상기 실시예 1~5의 아크릴계 감광성 조성물을 도포한 후, 볼록부의 높이가 각각 10nm, 20nm, 30nm, 40nm 이고 패턴의 폭은 100nm이고 패턴의 주기의 너비가 200nm(W/P = 0.5)인 니켈 전주 스탬프를 밀착시키고 자외선(Fusion社 , 300 Watt/inch²)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시켜 격자형 볼록부를 형성한 수지층을 제조하였다.

상기 실시예 및 비교예의 물성평가는 후술하는 바와 같이 실시하였으며, 그 내역과 평과 결과는 하기 표 1과 같다.

<휘도평가>

6인치 액정디스플레이 패널용 백라이트 유닛에 상기 제조된 실시예 및 비교예의 와이어 그리드 편광판을 적층하여 고정하고(하부 적층된 광학필름의 조합은 확산필름 1매, 프리즘 시트 1매, 보호필름 1매로 구성하였다), 액정 모듈을 장착한 후 휘도계(모델명 : BM-7, 일본 TOPCON사)를 사용하여 임의의 13지점의 휘도를 측 정하여 그 평균값을 구하여 다음과 같이 평가하였다.

◎ : 휘도가 230 cd/㎡ 이상인 경우

○ : 휘도가 200 cd/㎡ 이상 230 cd/㎡ 미만인 경우

△ : 휘도가 150 cd/㎡ 이상 200 cd/㎡ 미만인 경우

× : 휘도가 150 cd/㎡ 미만인 경우

<편광 효율>

제조된 와이어 그리드 편광판을 50mm X 50mm 로 절단하여 편광자와 검광자 사이에 놓고 편광도 측정기(모델명 : RETS-100, 일본 Otsuka사)로 기준 파장을 550nm로 α angle과 θ angle을 0도로 고정하여 편광효율을 측정하였다.

구분	A(㎚)	B(㎚)	A/B	W/P	금속층	휘도	편광효율
실시예１	150	50	3	0.5	Al	○	79%
실시예２	150	70	2.14	0.5	Al	○	78%
실시예３	150	100	1.5	0.5	Al	○	80%
실시예４	150	150	1	0.5	Al	◎	86%
실시예５	150	200	0.75	0.5	Al	◎	86%
실시예６	150	100	1.5	0.2	Al	◎	87%
실시예７	150	100	1.5	0.3	Al	◎	86%
실시예８	150	100	1.5	0.4	Al	◎	84%
실시예９	150	100	1.5	0.5	Al	◎	84%
실시예10	150	100	1.5	0.6	Al	○	82%
실시예11	150	100	1.5	0.5	Ag	◎	83%
실시예12	150	100	1.5	0.5	Cr	◎	80%
실시예13	150	100	1.5	0.1	Al	△	45%
실시예14	150	100	1.5	0.7	Al	△	32%
실시예15	150	100	1.5	0.8	Al	△	16%
실시예16	150	100	1.5	0.9	Al	△	20%
비교예1	150	10	15	0.5	Al	×	4%
비교예2	150	20	7.5	0.5	Al	×	10%
비교예3	150	30	5	0.5	Al	×	10%
비교예4	150	40	3.75	0.5	Al	×	15%

* 도면의 주요부분에 대한 설명

10 : 기재층 20 : 수지층

25 : 격자형 볼록부 30 : 금속 격자 패턴

Claims

격자형 볼록부를 포함하는 수지층; 및

상기 수지층의 격자형 볼록부 상에 형성되는 금속 격자 패턴을 포함하며,

상기 수지층의 격자형 볼록부는 높이(B)가 50nm이상이고, 하기 식 1을 만족하는 와이어 그리드 편광판.

<식 1>

0.2 ≤ A/B ≤ 4

상기 식에서, A는 금속 격자 패턴의 높이이고, B는 수지층의 격자형 볼록부의 높이이다.
제 1 항에 있어서,

하기 식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판.

<식 2>

0.2 ≤ W/P ≤ 0.6

상기 식에서, W는 금속 격자 패턴의 너비이고, P는 수지층의 격자형 볼록부 주기의 너비이다.
제 1 항에 있어서,

수지층은 자외선 경화형 수지로 형성된 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판.
제 1 항에 있어서,

금속 격자 패턴은 알루미늄, 구리, 크롬, 백금, 금 및 니켈 중 선택된 단독 또는 이들의 합금으로 형성된 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 와이어 그리드 편광판을 포함하는 액정 표시 장치.