KR20100041526A - 와이어 그리드 편광판 - Google Patents

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KR20100041526A
KR20100041526A KR1020080100757A KR20080100757A KR20100041526A KR 20100041526 A KR20100041526 A KR 20100041526A KR 1020080100757 A KR1020080100757 A KR 1020080100757A KR 20080100757 A KR20080100757 A KR 20080100757A KR 20100041526 A KR20100041526 A KR 20100041526A
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methacrylate
wire grid
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grid polarizer
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문정열
박선용
채헌승
강충석
김경남
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주식회사 코오롱
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Abstract

본 발명은 프리즘 구조를 가지는 와이어 그리드 편광판에 관한 것이다.

Description

와이어 그리드 편광판{Wire Grid Polarizer}
본 발명은 프리즘 구조를 가지는 와이어 그리드 편광판에 관한 것이다.
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 프리즘 구조를 가지는 와이어 그리드 편광판을 제공하고자 한다.
본 발명은 바람직한 제1구현예로서 기재층; 기재층상에 형성되며 수직 단면이 삼각형이고 산과 골로 이루어진 프리즘 구조물; 및 상기 프리즘 구조물의 골 부분에 형성되고, 표층의 수직 단면이 기재층과 평행한 금속부를 포함하며, 상기 금속부는 높이가 프리즘 구조물의 높이에 대하여 0.2~0.8인 와이어 그리드 편광판을 제공한다.
상기 구현예에서, 프리즘 구조물은 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 및 멜라민계 수지 중 1종 이상으로 형성된 것일 수 있다.
상기 구현예에서, 프리즘 구조물은 피치가 100nm~500nm, 높이가 50nm~300nm인 것일 수 있다.
상기 구현예에서, 금속부는 알루미늄, 구리, 크롬, 백금, 금 및 니켈 중 선택된 금속 또는 그 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 단면도이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 와이어 그리드 편광판의 제조공정을 나타낸 도면이다.
본 발명의 와이어 그리드 편광판은 기재층(10) 상에 형성되며 수직 단면이 삼각형이고 산과 골로 이루어진 프리즘 구조물(20); 및 상기 프리즘 구조물의 골 부분에 형성되며, 표층의 수직 단면이 기재층과 평행한 금속부(30)를 포함하고 있다.
일반적인 와이어 그리드 편광판은 격자형태의 볼록부를 가지는 구조로 구성되어 있다. 프리즘 시트를 투과하여 집광된 빛은 와이어 그리드 편광판으로 입사되면서 편광되어 와이어 그리드의 방향과 일치되는 빛은 반사되고 수직인 빛은 투과하게 된다. 이에 반하여 와이어 그리드 편광판에 프리즘 구조물의 형태를 갖고 금속부를 포함함으로써 편광되어 투과하는 빛이 다시 집광되어 휘도가 보다 상승되는 역할을 한다. 그리고 와이어 그리드 편광판의 하부에 위치하는 프리즘시트를 사용 하지 않아도 본 발명의 와이어 그리드 편광판만으로도 높은 휘도를 얻을 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광판의 프리즘 구조물(20)은 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 수지로 형성된 것일 수 있다.
아울러 상기 프리즘 구조물(20)은 피치(a)가 100nm~500nm이고 높이(b)가 50nm~300nm인 것이 유리할 수 있다. 이는 피치가 100nm 미만이면 에칭 공정이 어려워 안정적인 프리즘 구조와 금속부를 가지는 형태로 구현하기가 힘들고 500nm 초과이면 편광효율이 감소하여 전체적인 휘도가 감소하는 경향이 있다. 그리고 프리즘 구조물의 높이가 50nm 미만이면 마찬가지로 정밀한 에칭제어가 필수인 공정에서 상대적으로 에칭 제어가 낮아져 편광효율이 감소되는 문제가 있다. 300nm 초과이면 증착공정시 금속층의 두께가 비례하여 두꺼워야 되므로 제조 공정간의 문제점이 발생할 수 있다.
상기 프리즘 구조물(20)은 기재층(10)의 한면에 프리즘 구조물 형성용 고분자 수지를 도포한 후 프리즘 패턴을 갖는 스템프 또는 마스터 패턴 몰드로 전사한 후 수지를 경화시켜 프리즘 구조물(20)을 형성할 수 있다.
상기 스템프는 니켈 전주 도금으로 제작된 것일 수 있고, 마스터 패턴 몰드는 용융실리카 혹은 실리콘 웨이퍼 위에 간섭 리쏘그래피 법으로 프리즘 구조의 패턴을 형성한 후 제작을 할 수 있다.
한편, 상기 금속부(30)는 알루미늄, 구리, 크롬, 백금, 금, 니켈 중 선택된 금속 또는 그 합금으로 형성된 것일 수 있다.
상기 금속부(30) 형성방법은 상기 프리즘 구조물(20) 형성 후 금속을 이용하여 화학기상증착(CVD), 물리기상증착(PVD), 이베포레이션(Evaporation) 등 증착 또는 전주도금방법으로 프리즘 구조물(20)을 덮도록 금속층(35)을 형성한 후 에칭공정을 통하여 원하는 높이의 금속부(30)로 제조할 수 있다.
금속부(30)의 높이(c)는 프리즘 구조물(20)의 높이(b)에 대하여 0.2~0.8의 비율인 것일 수 있다. 0.2 미만인 경우, 반사되는 효율이 감소하여 전체적인 편광효율이 감소되는 문제가 있고, 0.8 초과인 경우, 수지층과 금속층 표면에 존재하는 프리즘의 구조의 높이(b-c)가 낮아서 집광하는 역할을 충분히 수행하지 못한다.
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 투명기재층의 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.
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 조성물을 도포한 후, 피치가 100nm(실시예 1), 200nm(실시예 2), 300nm(실시예 3), 400nm(실시예 4), 500nm(실시예 5) 이고 높이(b)가 150nm인 프리즘 구조가 형성되어 있는 니켈 전주 스템프를 밀착시키고 자외선(Fusion社 , 300 Watt/inch2)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시켜 프리즘 구조물의 수지층을 제조하였다.
형성된 수지층위에 스퍼터링을 통해 600nm의 두께의 Al층을 도포한 후 일련의 에칭공정을 통하여 프리즘의 골 부분에 100nm 높이(c)의 Al층을 남겨 금속 격자 패턴을 형성함으로써 프리즘 구조를 가지는 와이어 그리드 편광판을 제조하였다.(c/b = 0.67)
[실시예 6~10]
188㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름위에 아크릴계 감광성 조성물을 도포한 후, 피치가 200nm 이고 높이(b)가 100nm(실시예 6), 150nm(실시예 7), 200nm(실시예 8), 250nm(실시예 9), 300nm(실시예 10)인 프리즘 구조가 형성되어 있는 니켈 전주 스템프를 밀착시키고 자외선(Fusion社 , 300 Watt/inch2)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시켜 프리즘 구조물의 수지층을 제조하였다.
형성된 수지층위에 스퍼터링을 통해 300nm의 두께의 Al층을 도포한 후 일련의 에칭공정을 통하여 프리즘의 골 부분에 70nm 높이(c)의 Al층을 남겨 금속 격자 패턴을 형성함으로써 프리즘 구조를 가지는 와이어 그리드 편광판을 제조하였다.(b/c = 0.7(실시예 6), 0.47(실시예 7), 0.35(실시예 8), 0.28(실시예 9), 0.23(실시예 10))
[실시예 11~12]
188㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름위에 아크릴계 감광성 조성물을 도포 한 후, 피치가 200nm 이고 높이(b)가 150nm인 프리즘 구조가 형성되어 있는 니켈 전주 스템프를 밀착시키고 자외선(Fusion社 , 300 Watt/inch2)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시켜 프리즘 구조물의 수지층을 제조하였다.
형성된 수지층위에 스퍼터링을 통해 300nm의 두께의 Al층을 도포한 후 일련의 에칭공정을 통하여 프리즘의 골 부분에 50nm(실시예 11), 80nm(실시예 12) 높이(c)의 Al층을 남겨 금속 격자 패턴을 형성함으로써 프리즘 구조를 가지는 와이어 그리드 편광판을 제조하였다.(c/b = 0.33(실시예 11), 0.53(실시예 12))
[실시예 13]
188㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름위에 아크릴계 감광성 조성물을 도포한 후, 피치가 200nm 이고 높이(b)가 150nm인 프리즘 구조가 형성되어 있는 니켈 전주 스템프를 밀착시키고 자외선(Fusion社 , 300 Watt/inch2)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시켜 프리즘 구조물의 수지층을 제조하였다.
형성된 수지층위에 스퍼터링을 통해 300nm의 두께의 Al층을 도포한 후 일련의 에칭공정을 통하여 프리즘의 골 부분에 80nm 높이(c)의 Al층을 남겨 금속 격자 패턴을 형성함으로써 프리즘 구조를 가지는 와이어 그리드 편광판을 제조하였다.(c/b = 0.53)
이후 프리즘 구조를 가지는 와이어 그리드 편광판을 하부 광학필름 조합에서 프리즘 시트와 보호필름을 제거한 다음 휘도를 측정하였다.
[비교예 1]
188㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름위에 아크릴계 감광성 조성물을 도포한 후, 볼록부의 높이가 각각 150nm이고 패턴의 폭은 100nm이고 패턴의 주기가 200nm인 니켈 전주 스템프를 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.
[비교예 2]
상기 비교예 1에서와 같은 방법으로 격자형의 볼록부를 가지는 와이어 그리드 편광판을 제조하고 이후 프리즘 시트와 보호필름을 장착하지 않고 휘도를 측정하였다.
[비교예 3~5]
188㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름위에 아크릴계 감광성 조성물을 도포한 후, 피치가 50nm(비교예 3), 70nm(비교예 4), 90nm(비교예 5) 이고 높이(b)가 40nm인 프리즘 구조가 형성되어 있는 니켈 전주 스템프를 밀착시키고 자외선(Fusion社 , 300 Watt/inch2)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시켜 프리즘 구조물의 수지층을 제조하였다.
형성된 수지층위에 스퍼터링을 통해 60nm의 두께의 Al층을 도포한 후 일련의 에칭공정을 통하여 프리즘의 골 부분에 36nm 높이(c)의 Al층을 남겨 금속 격자 패턴을 형성함으로써 프리즘 구조를 가지는 와이어 그리드 편광판을 제조하였다.(c/b = 0.9)
[비교예 6~7]
188㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름위에 아크릴계 감광성 조성물을 도포한 후, 피치가 90nm 이고 높이(b)가 40nm(비교예 6), 45nm(비교예 7)인 프리즘 구조가 형성되어 있는 니켈 전주 스템프를 밀착시키고 자외선(Fusion社 , 300 Watt/inch2)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시켜 프리즘 구조물의 수지층을 제조하였다.
형성된 수지층위에 스퍼터링을 통해 70nm의 두께의 Al층을 도포한 후 일련의 에칭공정을 통하여 프리즘의 골 부분에 40nm 높이(c)의 Al층을 남겨 금속 격자 패턴을 형성함으로써 프리즘 구조를 가지는 와이어 그리드 편광판을 제조하였다.(c/b = 1.0(비교예 6), 0.89(비교예 7))
[비교예 8~9]
188㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름위에 아크릴계 감광성 조성물을 도포한 후, 피치가 90nm 이고 높이(b)가 400nm(비교예 8), 350nm(비교예 9)인 프리즘 구조가 형성되어 있는 니켈 전주 스템프를 밀착시키고 자외선(Fusion社 , 300 Watt/inch2)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시켜 프리즘 구조물의 수지층을 제조하였다.
형성된 수지층위에 스퍼터링을 통해 90nm의 두께의 Al층을 도포한 후 일련의 에칭공정을 통하여 프리즘의 골 부분에 50nm 높이(c)의 Al층을 남겨 금속 격자 패턴을 형성함으로써 프리즘 구조를 가지는 와이어 그리드 편광판을 제조하였다.(c/b = 0.13(비교예 8), 0.14(비교예 9))
[비교예 10]
188㎛의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름위에 아크릴계 감광성 조성물을 도포한 후, 피치가 90nm 이고 높이(b)가 350nm인 프리즘 구조가 형성되어 있는 니켈 전주 스템프를 밀착시키고 자외선(Fusion社 , 300 Watt/inch2)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시켜 프리즘 구조물의 수지층을 제조하였다.
형성된 수지층위에 스퍼터링을 통해 350nm의 두께의 Al층을 도포한 후 일련의 에칭공정을 통하여 프리즘의 골 부분에 300nm 높이(c)의 Al층을 남겨 금속 격자 패턴을 형성함으로써 프리즘 구조를 가지는 와이어 그리드 편광판을 제조하였다. (c/b = 0.85)
상기 실시예 및 비교예의 물성평가는 후술하는 바와 같이 실시하였으며, 그 평가 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 측정하여 그 평균값을 구하여 다음과 같이 평가하였다.
◎ : 휘도가 300 cd/㎡ 이상인 경우
○ : 휘도가 200 cd/㎡ 이상 300 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 프리즘 피치 (㎚) 프리즘 높이 (㎚) 금속 높이 (nm) 금속높이/프리즘높이(c/b) 휘도 편광효율
실시예１ 100 150 100 0.67 ◎ 88%
실시예２ 200 150 100 0.67 ◎ 89%
실시예３ 300 150 100 0.67 ◎ 88%
실시예４ 400 150 100 0.67 ◎ 86%
실시예５ 500 150 100 0.67 ◎ 86%
실시예６ 200 100 70 0.7 ◎ 87%
실시예７ 200 150 70 0.47 ◎ 86%
실시예８ 200 200 70 0.35 ◎ 88%
실시예９ 200 250 70 0.28 ◎ 89%
실시예10 200 300 70 0.23 ○ 85%
실시예11 200 150 50 0.33 ◎ 87%
실시예12 200 150 80 0.53 ◎ 88%
실시예13* 200 150 80 0.53 ○ 88%
비교예1 - - - - ○ 83%
비교예2* - - - - △ 83%
비교예3 50 150 100 0.9 × 25%
비교예4 70 150 100 0.9 × 30%
비교예5 90 150 100 0.9 △ 45%
비교예6 200 50 50 1.0 × 2%
비교예7 200 70 50 0.89 × 16%
비교예8 200 90 50 0.13 △ 20%
비교예9 200 100 10 0.14 × 10%
비교예10 200 100 100 0.85 × 2%
(*) 실시예 13 및 비교예 2는 프리즘 시트와 보호필름을 제외하고 휘도를 측정함.
상기 실시예와 비교예에서 알 수 있듯이 프리즘 구조를 가지는 와이어 그리드 편광판은 기존 격자형 볼록부를 가지는 와이어 그리드 대비 높은 휘도 상승을 보이는 것을 알 수 있고 또한 하부 프리즘 시트를 사용하지 않고도 사용가능한 것을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 와이어 그리드 편광판의 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 의한 와이어 그리드 편광판의 제조공정을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 설명
10 : 기재층 20 : 프리즘 구조물
30 : 금속부 35 : 금속층

Claims (5)

  1. 기재층;
    기재층상에 형성되며 수직 단면이 삼각형이고 산과 골로 이루어진 프리즘 구조물; 및
    상기 프리즘 구조물의 골 부분에 형성되고, 표층의 수직 단면이 기재층과 평행한 금속부를 포함하며,
    상기 금속부는 높이가 프리즘 구조물의 높이에 대하여 0.2~0.8인 와이어 그리드 편광판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    프리즘 구조물은 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 및 멜라민계 수지 중 1종 이상으로 형성된 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    프리즘 구조물은 피치가 100nm~500nm, 높이가 50nm~300nm인 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    금속부는 알루미늄, 구리, 크롬, 백금, 금 및 니켈 중 선택된 금속 또는 그 합금으로 형성된 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 와이어 그리드 편광판을 포함하는 액정 표시 장치.
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