KR20110110889A - 패턴화된 편광판, 이의 제조방법 및 이것이 구비된 3차원 화상표시장치 - Google Patents

패턴화된 편광판, 이의 제조방법 및 이것이 구비된 3차원 화상표시장치 Download PDF

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KR20110110889A
KR20110110889A KR1020100030163A KR20100030163A KR20110110889A KR 20110110889 A KR20110110889 A KR 20110110889A KR 1020100030163 A KR1020100030163 A KR 1020100030163A KR 20100030163 A KR20100030163 A KR 20100030163A KR 20110110889 A KR20110110889 A KR 20110110889A
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동우 화인켐 주식회사
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    • G02B5/3058—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state comprising electrically conductive elements, e.g. wire grids, conductive particles

Abstract

본 발명은 패턴화된 편광판, 이의 제조방법 및 이것이 구비된 3차원 화상표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 요오드 흡착부와 요오드 탈색부가 반복적인 수직패턴으로 형성된 편광자의 요오드 탈색부 상에 와이어 그리드 패턴이 형성됨으로써, 편광도가 높고 위상차에 의한 편광변화가 발생하지 않아 입체영상의 표시품질을 향상시킬 수 있으며 박형화 및 경량화가 가능할 뿐만 아니라 단순화된 공정으로 제조할 수 있는 패턴화된 편광판, 이의 제조방법 및 이것이 구비된 3차원 화상표시장치에 관한 것이다.

Description

패턴화된 편광판, 이의 제조방법 및 이것이 구비된 3차원 화상표시장치{PATTERNED POLARIZING PLATE, PREPARING METHOD THEREOF AND 3D IMAGE DISPLAY APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 표시품질이 우수한 입체영상을 구현할 수 있으며, 박형화 및 경량화가 가능한 패턴화된 편광판, 이의 제조방법 및 이것이 구비된 3차원 화상표시장치에 관한 것이다.
최근에는 액정표시장치(LCD), 전계발광(EL)표시장치, 플라즈마 디스플레이(PDP), 전계방출표시장치(FED) 등과 같은 각종 화상표시장치에 있어서, 시·공간을 초월하여 실감있고 입체적으로 보고 느끼고 즐기는 초공간형 3차원(3D) 화상표시장치로의 패러다임이 변화되고 있다.
일반적으로 3차원을 표현하는 입체영상은 사람의 두 눈을 통한 스테레오 시각 원리에 의해 이루어지는데, 두 눈이 약 65㎜ 정도 떨어져서 존재하기 때문에 나타나는 양안시차(binocular parallax)를 이용하여 입체감을 구현하는 방법이다.
양안시차 원리는 적어도 두 개의 입체영상 취득용 카메라로 서로 다른 각도에서 시청자가 좌안을 통하여 시청하는 좌안상과 우안을 통하여 시청하는 우안상을 촬영한 후 이를 분리하여 시청자의 눈에 전달하는 방식이다. 인간의 두 눈이 각기 다른 각도에서 망막을 통하여 사물을 받아들이고, 이들 두 개의 상이 두뇌에서 합성됨으로써 가능한 것이다.
입체영상을 구현하기 위해서는 입체영상을 관측하는 장치와 입체영상을 표시하는 장치가 요구된다.
입체영상을 관측하는 방식은 크게 안경을 착용하는 방식과 안경을 착용하지 않는 무안경 방식이 있다. 안경을 착용하는 방식은 (1) 양안에 각각 서로 구분되는 색상들의 색안경을 쓰는 애너그리프(anaglyph)방식, (2) 각각 편광 방향이 다른 편광안경을 쓰는 편광방식, 및 (3) 시간 분할된 화면을 주기적으로 반복시키고 이 주기에 동기시킨 전자셔터가 설치된 안경을 쓰는 시분할방식 등이 있다. 안경을 착용하지 않는 무안경 방식은 대표적으로 원통형의 렌즈 어레이를 수직으로 배열한 렌티큘러(lenticular) 렌즈판을 영상패널 전방에 설치하는 렌티큘러 방식과, 패럴랙스 배리어(parallax barrier) 방식 등이 있다.
입체영상을 표시하는 장치는 두 개의 화상을 좌우측의 눈으로 각각 관측할 수 있도록 영상신호를 조절하는 입체영상 변화장치와 이를 양쪽 눈으로 나누어 주는 디스플레이 부로 구성된다. 입체영상 변화장치는 표시 화면을 구성하는 화소마다 각각의 화상이 좌우측 각각의 정해진 방향에서만 관측되도록 분배시키주며 이에 대응하여 디스플레이 부에서 각각의 화상에 대응하는 특정의 편광판이 내장된다.
입체영상을 표시하기 위한 편광판으로, 종래에는 요오드계 편광자 2매를 부분 탈색시킨 후 이들을 접합함으로써 패턴을 형성시킨 편광판이 사용되었다(미국공개특허 2009/0219465호). 그러나, 편광자의 탈색부에 남아있는 위상차로 인하여 선편광된 빛이 패널에 입사하기 전에 탈색된 편광자를 지나면서 50 내지 500㎚ 정도의 위상지연에 의한 편광변화가 발생하게 되고, 이로 인하여 특히 사면에서 보았을 때 입체영상의 표시품질이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 편광을 만들기 위해 와이어 그리드 편광판이 사용되었으나(한국등록특허 제716669호), 와이어 그리드만을 사용하는 경우 편광도가 낮아 입체영상의 표시품질을 만족시키기 어렵다.
본 발명은 편광자의 탈색부에 위상차로 인한 편광변화가 발생하지 않아 입체영상의 표시품질을 향상시킬 수 있으며, 1매의 편광자를 포함함에도 입체영상의 구현이 가능하여 화상표시장치의 박형화 및 경량화가 가능한 패턴화된 편광판을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 2매의 편광자를 접합하는 공정을 생략하여 제조를 단순화할 수 있는 패턴화된 편광판의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 위와 같은 패턴화된 편광판이 구비된 3차원 화상표시장치를 제공하고자 한다.
1. 투명 보호필름의 한 면에는 요오드 흡착부와 요오드 탈색부의 반복패턴이 형성된 편광자가 적층되고, 다른 한 면에는 상기 요오드 탈색부에 대응되는 부분에 와이어 그리드 패턴이 형성된 패턴화된 편광판.
2. 위 1에 있어서, 상기 반복패턴은 편광자의 흡수축과 평행하거나 또는 수직이 되도록 형성된 패턴화된 편광판.
3. 위 1 또는 2에 있어서, 상기 와이어 그리드 패턴은 반복패턴과 평행하거나 또는 수직이 되도록 형성된 패턴화된 편광판.
4. 위 1에 있어서, 상기 와이어 그리드 패턴의 형상은 직선인 패턴화된 편광판.
5. 위 1에 있어서, 상기 요오드 흡착부와 요오드 탈색부의 폭은 각각 10 내지 1000㎛인 패턴화된 편광판.
6. 위 1에 있어서, 상기 패턴화된 편광판은 최외측의 적어도 한 면 상에 위상차층이 적층된 패턴화된 편광판.
7. 편광자를 탈색시켜 요오드 흡착부와 요오드 탈색부의 반복패턴을 형성시키는 제1단계(S1); 투명 보호필름의 한 면에 상기 반복패턴이 형성된 편광자를 적층시키는 제2단계(S2); 및 상기 투명 보호필름의 다른 한 면의 상기 요오드 탈색부에 대응되는 부분에 와이어 그리드 패턴을 형성시키는 제3단계(S3)를 포함하는 패턴화된 편광판의 제조방법.
8. 위 7에 있어서, 상기 제1단계는 NaOH, KOH, NaSH, NaN3, NaS2O3, KSH 및 KS2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 탈색제를 사용하여 수행되는 패턴화된 편광판의 제조방법.
9. 위 1의 편광판이 구비된 3차원 화상표시장치.
10. 위 9에 있어서, 상기 편광판의 와이어 그리드 패턴이 액정패널 측에 위치되도록 구비된 3차원 화상표시장치.
11. 위 9에 있어서, 상기 편광판은 상판 및 하판 편광판이 동일하고, 하판 편광판의 요오드 흡착부와 상판 편광판의 와이어 그리드 패턴이 서로 대향하도록 구비된 3차원 화상표시장치.
본 발명에 따른 패턴화된 편광판은 요오드 탈색부에 와이어 그리드 패턴이 형성됨으로써 종래 요오드계 편광자의 탈색부에 위상차에 의한 편광변화가 발생하지 않고 편광도가 높아 입체영상의 표시품질, 특히 사면에서 보았을 때의 표시품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 1매의 편광자를 이용하여 입체영상을 구현할 수 있어 화상표시장치의 박형화 및 경량화 요구에 부응할 수 있다.
또한, 편광판의 제조시 2매의 편광자를 접합하는 공정이 필요하지 않아 생산성이 좋고 비용 면에서도 경제적이다.
도 1은 본 발명의 패턴화된 편광판의 사시도이며,
도 2는 본 발명의 패턴화된 편광판의 제조 공정도이고,
도 3은 본 발명의 패턴화된 편광판의 제조 공정의 순서도이며,
도 4 내지 7은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴화된 편광판의 사시도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 사시도이다.
본 발명은 표시품질이 우수한 입체영상을 구현할 수 있으며, 박형화 및 경량화가 가능한 패턴화된 편광판, 이의 제조방법 및 이것이 구비된 3차원 화상표시장치에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 패턴화된 편광판은 입체영상을 구현하기 위한 것으로서, 1매의 편광자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게, 본 발명의 패턴화된 편광판은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 투명 보호필름(20)의 한 면에는 요오드 흡착부(a)와 요오드 탈색부(b)의 반복패턴이 형성된 패턴 편광자(10′)가 적층되고, 투명 보호필름(20)의 다른 한 면에는 요오드 탈색부(b)에 대응되는 부분에 와이어 그리드 패턴(30)이 형성된 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 패턴화된 편광판은, 도 2 및 3에 나타낸 바와 같이, 편광자(10)를 탈색시켜 요오드 흡착부(a)와 요오드 탈색부(b)의 반복패턴을 형성시키는 제1단계(S1); 투명 보호필름(20)의 한 면에 반복패턴이 형성된 패턴 편광자(10′)를 적층시키는 제2단계(S2); 및 투명 보호필름(20)의 다른 한 면의 요오드 탈색부(b)에 대응되는 부분에 와이어 그리드 패턴(30)을 형성시키는 제3단계(S3)를 포함하는 방법으로 제조된다.
편광자(10)를 탈색시켜 요오드 흡착부(a)와 요오드 탈색부(b)의 반복패턴을 형성시킨다(제1단계(S1)).
편광자(10)로는 폴리비닐알콜계 수지로 된 필름에 이색성 색소가 흡착 배향된 것을 사용할 수 있다.
편광자를 구성하는 폴리비닐알콜계 수지로는 아세트산 비닐의 단독 중합체인 폴리아세트산 비닐과, 아세트산 비닐과 이와 공중합 가능한 다른 단량체와의 공중합체 등을 사용할 수 있다. 이때, 아세트산 비닐과 공중합 가능한 다른 단량체로는 불포화 카르복시산류, 불포화 술폰산류, 올레핀류, 비닐에테르류, 암모늄기를 갖는 아크릴아미드류 등을 들 수 있다.
폴리비닐알콜계 수지로 된 필름을 팽윤시키는 팽윤공정, 이색성 염료 혹은 이색성 요오드를 이용하여 필름에 염착시키는 염색공정, 이색성 물질이 염착된 필름을 연신하여 필름과 함께 이색성 물질을 한 쪽 방향으로 배향하여 편광성능을 부여하는 연신공정, 염착되고 연신된 이색성 물질이 잘 부착될 수 있도록 필름 내 고분자 사슬간에 가교시키는 가교공정을 통하여 편광자를 제조할 수 있다. 편광자의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 통상적인 두께로 제조할 수 있다.
편광자의 편광도는 99.90% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 99.99% 이상인 것이 좋다.
요오드가 흡착 배향된 편광자에서 흡착 배향된 요오드를 탈색시켜 요오드 흡착부와 요오드 탈색부의 반복패턴을 형성시킨다.
요오드의 탈색은 반복패턴이 형성되어 있는 마스크를 이용하여 수행할 수 있다. 마스크는 오픈(open) 영역과 막힌 영역이 교대로 형성되어 있으며, 오픈 영역은 탈색제를 도포하여 흡착 배향된 요오드를 탈색하기 위한 영역이고, 막힌 영역은 흡착 배향된 요오드가 탈색되지 않고 유지되도록 하기 위한 영역이다. 즉, 마스크를 이용하여 탈색하면 편광자 상에 흡착 배향된 요오드가 탈색되지 않고 유지되는 영역(요오드 흡착부, a)과 요오드가 탈색된 영역(요오드 탈색부, b)가 교대로 형성되어 반복적인 패턴을 이루게 된다. 마스크의 재질은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 금속 재질의 것을 이용할 수 있다. 구체적으로, 마스크를 편광자 상에 밀착시킨 후 마스크의 오픈 영역으로 탈색제를 도포하여 흡착 배항된 요오드를 탈색시킬 수 있다. 탈색방법으로는 직접적인 도포방식이 있으며, 이외에도 스프레이 방식 또는 화학증착법 등이 있다.
탈색제로는 요오드를 탈색시킬 수 있는 것이라면 그 종류가 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 NaOH, KOH, NaSH, NaN3, NaS2O3, KSH 및 KS2O3 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 탈색제와 함께 알콜류 용매, 예를 들면 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜 등을 혼합하여 사용할 수도 있다. 탈색제의 함량은 요오드 탈색부의 폭에 따라 조절될 수 있으며, 바람직하게는 탈색용액 총 함량(100중량%)에 대하여 5 내지 45중량%, 보다 바람직하게는 10 내지 20 중량%인 것이 좋다. 사용된 탈색제는 회수하여 재사용할 수 있다.
탈색시간은 특별히 제한되지 않으며 반복패턴의 형성 정도(탈색의 정도)에 따라 조절 가능하며, 탈색부의 폭이나 탈색제의 농도에 따라서도 조절된다.
탈색용액이 확산되면서 흡착 배향된 요오드와 반응하여 탈색되는 것이므로, 탈색시간에 따라 반복패턴의 크기를 조절할 수 있게 되는데, 탈색시간이 너무 짧은 경우에는 탈색용액의 확산이 미미하여 원하는 크기의 패턴을 얻기 어려우며, 탈색시간이 너무 길어지는 경우에는 탈색이 예정되지 않은 다른 부분(요오드 흡착부)까지 탈색용액이 침투하게 되어 반복패턴의 형상이 깨지게 된다. 탈색시간은, 예를 들면 1000초 이내일 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 800초, 보다 바람직하게는 60 내지 300초, 가장 바람직하게는 90 내지 210초인 것이 좋다.
탈색이 완료되면 알콜류 용매로 세척한 후 건조하는 단계를 더 수행할 수 있다.
또한, 탈색이 완료된 후 마스크를 분리시켜 제거하는데, 분리된 마스크는 재사용이 가능하다.
위에 마스크를 이용하여 요오드를 탈색시키는 방법을 기재하였으나 이에 제한되는 것은 아니며, 요오드를 탈색시켜 반복패턴을 형성할 수 있는 어떠한 방법이라도 적용할 수 있으며, 예를 들면 포토레지스트(photoresist, PR)를 이용하는 방법을 들 수 있다.
요오드 흡착부(a)와 요오드 탈색부(b)의 폭은 화상표시장치의 화소에 따라 조절될 수 있으며, 그 폭이 서로 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 상용되고 있는 액정표시장치의 경우 요오드 흡착부와 요오드 탈색부의 폭은 각각 10 내지 1,000㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 내지 500㎛인 것이 좋다. 이때, 요오드 탈색부는 와이어 그리드 패턴이 형성되는 부분이므로 요오드 탈색부의 폭은 와이어 그리드 패턴의 폭을 의미하기도 한다.
투명 보호필름(20)의 한 면에 반복패턴이 형성된 패턴 편광자(10′)를 적층시킨다(제2단계(S2)).
투명 보호필름(20)은 패턴 편광자(10′)를 보호하기 위한 것으로서, 투명성, 기계적 강도, 열안정성, 수분차폐성, 등방성 등이 우수한 필름을 사용할 수 있다. 구체적으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀 수지, 에틸렌프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 폴리아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르케톤계 수지: 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알콜계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등과 같은 열가소성 수지로 구성된 필름을 들 수 있으며, 상기 열가소성 수지의 블렌드물로 구성된 필름도 사용할 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 필름을 사용할 수도 있다. 투명 보호필름의 두께는 통상 1 내지 500㎛, 바람직하게는 1 내지 300㎛, 보다 바람직하게는 5 내지 200㎛일 수 있다.
투명 보호필름(20)은 패턴 편광자(10′)의 양면에 모두 적층될 수도 있다. 이때, 한 개의 보호필름은 액정패널 측에 위치되는 와이어 그리드 패턴(30) 형성용 기재이며, 다른 보호필름은 시인측 또는 백라이트 측에 위치되는 최외각 필름이 된다.
투명 보호필름(20)과 패턴 편광자(10′)의 적층은 접착제를 이용하여 접합함으로써 수행할 수 있다. 접착제로는 이소시아네이트계, 폴리비닐알콜계, 젤라틴계, 비닐 고분자계 라텍스형, 수용성 폴리에스테르계 접착제 등을 사용할 수 있으며, 상기 접착제들은 수용성 접착제로서 고형분 함량이 0.5 내지 60중량%인 것일 수 있다. 접합방법은 당 분야에서 통상적인 방법일 수 있으며, 예를 들면 패턴 편광자(10′) 또는 투명 보호필름의 접합면 중 적어도 한 면에 접착제를 도포하고 접합한 후 건조 처리할 수 있으며, 이때 롤 라미네이터를 사용할 수 있다.
투명 보호필름(20)의 다른 한 면의 요오드 탈색부(b)에 대응되는 부분에 와이어 그리드 패턴(30)을 형성시킨다(제3단계(S3)).
와이어 그리드 패턴(30)의 형상은 직선이며, 구체적으로 다수개의 평행한 직선 형상으로 돌출된 금속 와이어가 소정의 주기로 배열된 것으로서, 금속 와이어는 알루미늄(Al), 은(Ag), 크롬(Cr), 구리(Cu), 니켈(Ni), Ti(티타늄), 금(Au) 또는 이들의 2종 이상의 합금으로부터 형성된다.
와이어 그리드 패턴(30)의 형성방법은 당 분야에서 통상적인 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 마스터 패턴을 형성한 후 형성된 마스터 패턴의 역상인 몰드를 이용하여 제조하고, 투명 보호필름(20) 상에 금속층과 고분자층을 순차로 적층한 후 몰드를 이용하여 고분자층에 패턴을 성형한다. 다음으로 성형된 패턴 위에 경사증착을 통해 금속 격자를 증착하여 와이어 그리드 패턴을 형성할 수 있다. 또는, 성형된 패턴의 고분자층을 식각한 후 표면에 노출된 금속층을 건식 식각 또는 습식 식각하여 금속 패턴을 형성한 후 형성된 금속 패턴 상에 남아있는 고분자를 제거하는 방법으로 와이어 그리드 패턴을 형성할 수도 있다.
와이어 그리드 패턴(30)에 있어서 각각의 금속 와이어의 폭(패턴의 폭), 높이(패턴의 높이), 금속 와이어 간의 간격(패턴의 주기)은 투과율 및 반사율과 같은 편광특성과 관련된 광학적 설계에 따라 그 값이 조절될 수 있다. 예를 들면, 패턴의 폭은 150㎚ 이하, 바람직하게는 10 내지 100㎚이고, 패턴의 높이는 600㎚ 이하, 바람직하게는 50 내지 500㎚이며, 패턴의 주기는 300㎚ 이하, 바람직하게는 20 내지 200㎚일 수 있다.
와이어 그리드 패턴(30)이 적층된 면은 패턴화된 편광판을 화상표시장치에 적용할 때 액정패널 측을 향하도록 위치된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 패턴화된 편광판에 있어서, 요오드 흡착부와 탈색부에 의한 반복패턴 또는 와이어 그리드 패턴은 편광자의 흡수축 방향과 평행하거나 또는 수직이 되도록 형성될 수 있다. 즉, 와이어 그리드 패턴은 반복패턴과 평행하거나 또는 수직이 되도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 패턴화된 편광판은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 수직방향의 흡수축을 갖는 편광자(11)를 부분 탈색시켜 요오드 흡착부(a)와 요오드 탈색부(b)의 반복패턴을 편광자의 흡수축과 평행하도록 형성시킨다(수직방향 흡수축 수직패턴 편광자, 11′). 투명 보호필름(20)의 한 면에 수직방향 흡수축 수직패턴 편광자(11′)를 적층시킨 후, 투명 보호필름(20)의 다른 한 면의 요오드 탈색부(b)에 대응되는 부분에 편광자의 흡수축과 수직이 되고 반복패턴과도 수직이 되도록 와이어 그리드 패턴(수평방향 와이어 그리드 패턴, 31)을 형성시킨다. 즉, 와이어 그리드 패턴(31)은 요오드 흡착부(a)가 투과시키는 편광방향과 반대 방향의 빛(수직편광)을 투과시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴화된 편광판은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 수평방향의 흡수축을 갖는 편광자(12)를 부분 탈색시켜 요오드 흡착부(a)와 요오드 탈색부(b)의 반복패턴을 편광자의 흡수축과 수직하도록 형성시킨다(수평방향 흡수축 수직패턴 편광자, 12′). 투명 보호필름(20)의 한 면에 수평방향 흡수축 수직패턴 편광자(12′)를 적층시킨 후, 투명 보호필름(20)의 다른 한 면의 요오드 탈색부(b)에 대응되는 부분에 편광자의 흡수축과 수직이 되고 반복패턴과 평행이 되도록 와이어 그리드 패턴(수직방향 와이어 그리드 패턴, 32)을 형성시킨다. 즉, 와이어 그리드 패턴(32)은 요오드 흡착부(a)가 투과시키는 편광방향과 반대 방향의 빛(수평편광)을 투과시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패턴화된 편광판은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 수직방향의 흡수축을 갖는 편광자(11)를 부분 탈색시켜 요오드 흡착부(a)와 요오드 탈색부(b)의 반복패턴을 편광자의 흡수축과 수직하도록 형성시킨다(수직방향 흡수축 수평패턴 편광자, 11″). 투명 보호필름(20)의 한 면에 수직방향 흡수축 수평패턴 편광자(11″)를 적층시킨 후, 투명 보호필름(20)의 다른 한 면의 요오드 탈색부(b)에 대응되는 부분에 편광자의 흡수축과 수직이 되고 반복패턴과 평행이 되도록 와이어 그리드 패턴(31)을 형성시킨다. 즉, 와이어 그리드 패턴(31)은 요오드 흡착부(a)가 투과시키는 편광방향과 반대 방향의 빛(수직편광)을 투과시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 패턴화된 편광판은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 수평방향의 흡수축을 갖는 편광자(12)를 부분 탈색시켜 요오드 흡착부(a)와 요오드 탈색부(b)의 반복패턴을 편광자의 흡수축과 평행하도록 형성시킨다(수평방향 흡수축 수평패턴 편광자, 12″). 투명 보호필름(20)의 한 면에 수평방향 흡수축 수평패턴 편광자(12″)를 적층시킨 후, 투명 보호필름(20)의 다른 한 면의 요오드 탈색부(b)에 대응되는 부분에 편광자의 흡수축과 수직이 되고 반복패턴과 수직이 되도록 와이어 그리드 패턴(32)을 형성시킨다. 즉, 와이어 그리드 패턴(32)은 요오드 흡착부(a)가 투과시키는 편광방향과 반대 방향의 빛(수평편광)을 투과시킨다.
이와 같은 본 발명의 패턴화된 편광판은, 요오드가 부분 탈색된 편광자에 적층된 투명 보호필름의 상기 요오드 탈색부에 대응하는 부분에 와이어 그리드를 직접 형성함으로써, 종래 부분 탈색된 요오드계 편광자 2매를 접합하여 제조된 편광판에서와는 달리 요오드의 탈색부에 위상차로 인한 편광변화가 발생하지 않아 입체영상의 표시품질을 향상시킬 수 있으며, 편광자 1매로도 입체영상의 구현이 가능하여 각종 화상표시장치의 박형화 및 경량화를 가능하게 할 수 있다. 또한, 제조시 2매의 편광자를 접합하는 공정을 생략하여 제조를 단순화할 수 있다.
본 발명의 패턴화된 편광판은 각종 3차원 화상표시장치에 적용된다.
본 발명의 3차원 화상표시장치는 패턴화된 편광판을 포함하는 액정패널이 구비된 것을 특징으로 한다. 보다 상세하게, 편광자의 흡수축, 반복패턴(방향, 폭) 및 와이어 그리드 패턴(방향, 폭, 높이, 주기)이 동일한 패턴화된 편광판이 하판 편광판 및 상판 편광판으로 구비되는데, 와이어 그리드 패턴이 액정패널 측을 향하도록 배치되고, 동시에 상판 편광판과 하판 편광판에 있어서 요오드 흡착부와 와이어 그리드 패턴이 서로 대향하도록 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 도 8에 나타내었다. 도 8의 액정표시장치는 도 4의 패턴화된 편광판(100)이 패턴화된 상판 편광판(101)과 패턴화된 하판 편광판(101')으로서 각각 구비된 것이다. 보다 상세하게, 패턴화된 편광판(101, 101')의 와이어 그리드 패턴이 액정패널(200) 측을 향하도록 배치된다. 또한, 하판 편광판의 요오드 흡착부와 와이어 그리드 패턴이 각각 제1 편광영역(A)과 제2 편광영역(B)으로서 같은 패턴화된 편광판 내에 형성되고, 이들과 편광방향이 90° 교차하는 구조로 상판 편광판의 와이어 그리드 패턴과 요오드 흡착부가 각각 제1 편광영역(C)과 제2 편광영역(D)으로서 같은 패턴화된 편광판 내에 형성된다.
즉, 백라이트 유닛(200)으로부터 발생된 빛은 하판 편광판의 제1 편광영역(A)을 통과하여 수평편광된 상태가 되고, 액정층(300)을 통과하면서 편광방향이 90° 회전된 직선편광 상태가 되어 수직편광을 통과시키는 상판 편광판의 제1 편광영역(C)을 통하여 관찰자가 영상을 볼 수 있게 된다. 또한, 백라이트 유닛(200)으로부터 발생된 빛이 하판 편광판의 제2 편광영역(B)을 통과하면 수직편광된 상태가 되고, 액정층(300)을 통과하면서 편광방향이 90° 회전된 직선편광 상태로 되어 수평편광을 통과시키는 상판 편광판의 제2 편광영역(D)을 통하여 관찰자가 영상을 볼 수 있게 된다.
따라서, 편광영역을 액정셀의 피치에 정합되도록 하고, 우안용 영상은 홀수의 편광영역에 나타나게 하고 좌안용 영상은 짝수의 편광영역에 나타나게 하면, 상판 편광판의 짝수의 편광영역에서는 좌안용 영상이 투과되고 홀수의 편광영역에서는 우안용 영상이 투과되게 되므로, 관찰자는 편광안경을 통하여 3차원 입체영상을 감상할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 패턴화된 편광판은 최외측의 적어도 한 면 상에 위상차층이 추가로 적층된 것일 수 있다. 예를 들면, 패턴화된 상판 편광판 상에 위상차층으로서 원편광을 만들어 주는 λ/4 위상차 필름을 적층하고 편광안경을 원편광 안경으로 대체하면, 관찰자의 입체영상 가시각도가 확대된다.
또한, 본 발명의 액정표시장치는 모드가 특별히 제한되지 않으며, 플랙시블디스플레이(flexible display) 또는 전자종이(e-paper) 등에도 적용 가능하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
도 4에 도시한 바와 같은 패턴화된 편광판을 제조하였다.
시판되고 있는 요오드계 폴리비닐알콜 편광자(수직방향 흡수축)에, 폭이 각각 450㎛인 오픈 영역과 막힌 영역이 교대로 형성된 금속 재질의 마스크를 밀착시켰다. 10중량%의 KOH가 함유된 탈색용액을 마스크의 오픈 영역에 도포하고 120초 동안 반응시켜 요오드를 탈색시킨 후 마스크를 분리하여 요오드 흡착부와 요오드 탈색부의 반복패턴을 형성시켰다(수직방향 흡수축 수직패턴 편광자).
검화처리된 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 보호필름의 한 면에 폴리비닐알콜계 접착제를 도포한 후 반복패턴이 형성된 편광자를 접합하였다.
TAC의 다른 한 면에 금속층과 열경화성 고분자층을 적층시킨 후, 반복패턴과 수직이 되도록 와이어 그리드 패턴(수평방향 와이어 그리드 패턴)을 형성시키기 위한 마스터 패턴이 전사된 몰드를 이용하여 고분자층에 패턴을 성형하였다(패턴의 폭은 100㎚, 높이는 400㎚, 주기는 150㎚). 성형된 패턴 상의 고분자층을 식각한 후 표면에 노출된 금속층을 건식 식각하여 금속 패턴을 형성하였다. 이어서, 형성된 금속 패턴 상에 남아있는 고분자를 제거하여 패턴화된 편광판을 제조하였다.
실시예 1에서 제조된 패턴화된 편광판을 도 8에서와 같이 액정표시장치의 상판 및 하판 편광판으로 적용하는 경우, 요오드 탈색부에 와이어 그리드 패턴이 형성됨으로써 종래 요오드계 편광자의 탈색부에 위상차로 인한 편광변화가 발생하지 않고 편광도가 높아 입체영상의 표시품질, 특히 사면에서 보았을 때의 표시품질이 향상되는 것을 확인하였다.
또한, 입체영상을 구현하기 위한 편광판의 제조에 있어서 2매의 편광자를 접합하는 공정을 생략하여 제조공정을 단순화할 수 있다.
a: 요오드 흡착부 b: 요오드 탈색부
A: 하판 편광판의 제1 편광영역(요오드 흡착부)
B: 하판 편광판의 제2 편광영역(와이어 그리드 패턴)
C: 상판 편광판의 제1 편광영역(와이어 그리드 패턴)
D: 상판 편광판의 제2 편광영역(요오드 흡착부)
10: 편광자 10′: 패턴 편광자
11: 수직방향 흡수축 편광자
11′: 수직방향 흡수축 수직패턴 편광자
11″: 수직방향 흡수축 수평패턴 편광자
12: 수평방향 흡수축 편광자
12′: 수평방향 흡수축 수직패턴 편광자
12″: 수평방향 흡수축 수평패턴 편광자
20: 투명 보호필름 30: 와이어 그리드 패턴
31: 수평방향 와이어 그리드 패턴
32: 수직방향 와이어 그리드 패턴
100: 패턴화된 편광판
101: 패턴화된 상판 편광판
101′: 패턴화된 하판 편광판
200: 백라이트 유닛 300: 액정층

Claims (11)

  1. 투명 보호필름의 한 면에는 요오드 흡착부와 요오드 탈색부의 반복패턴이 형성된 편광자가 적층되고, 다른 한 면에는 상기 요오드 탈색부에 대응되는 부분에 와이어 그리드 패턴이 형성된 패턴화된 편광판.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 반복패턴은 편광자의 흡수축과 평행하거나 또는 수직이 되도록 형성된 패턴화된 편광판.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 와이어 그리드 패턴은 반복패턴과 평행하거나 또는 수직이 되도록 형성된 패턴화된 편광판.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 와이어 그리드 패턴의 형상은 직선인 패턴화된 편광판.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 요오드 흡착부와 요오드 탈색부의 폭은 각각 10 내지 1000㎛인 패턴화된 편광판.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 패턴화된 편광판은 최외측의 적어도 한 면 상에 위상차층이 적층된 패턴화된 편광판.
  7. 편광자를 탈색시켜 요오드 흡착부와 요오드 탈색부의 반복패턴을 형성시키는 제1단계;
    투명 보호필름의 한 면에 상기 반복패턴이 형성된 편광자를 적층시키는 제2단계; 및
    상기 투명 보호필름의 다른 한 면의 상기 요오드 탈색부에 대응되는 부분에 와이어 그리드 패턴을 형성시키는 제3단계를 포함하는 패턴화된 편광판의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 제1단계는 NaOH, KOH, NaSH, NaN3, NaS2O3, KSH 및 KS2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 탈색제를 사용하여 수행되는 패턴화된 편광판의 제조방법.
  9. 청구항 1의 편광판이 구비된 3차원 화상표시장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 편광판의 와이어 그리드 패턴이 액정패널 측에 위치되도록 구비된 3차원 화상표시장치.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 편광판은 상판 및 하판 편광판이 동일하고, 하판 편광판의 요오드 흡착부와 상판 편광판의 와이어 그리드 패턴이 서로 대향하도록 구비된 3차원 화상표시장치.
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