KR20120076183A - 필름의 광학특성 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 광학특성 측정 방법은 복굴절 물질층의 상부에 간섭방지층을 형성하여 복굴절 물질층이 존재하는 필름의 광학특성을 측정하는 것을 특징으로 한다. 상기 간섭방지층은 복굴절 물질층에 의한 간섭현상을 줄여 보다 정밀한 측정이 가능하게 하고, 측정결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 업체간 측정결과의 상관관계를 높일 수 있다.

Description

필름의 광학특성 측정 방법{Method for measuring optical characteristics of a film}
본 발명은 필름의 광학특성 측정 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 광학적 이방성을 보이는 복굴절 물질층이 적층된 필름에 간섭방지층을 형성하여 간섭현상을 줄임으로써 위상지연 등의 광학특성을 정밀하게 측정할 수 있고 측정결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 광학특성 측정 방법에 관한 것이다.
현재 평판 디스플레이로서 액정디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display)가 널리 사용되고 있다. 액정은 액체의 유동성과 고체의 결정과 같은 규칙적인 분자 배열을 동시에 갖는 물질로, 광학적 이방성을 가지면서 전압이 가해지면 전계의 방향을 따라 액정의 분자배열이 바뀌는 특성을 가지고 있다. 노트북, 모니터, TV 등의 디스플레이 장치로서 TN(Twisted Nematic) 모드의 액정 디스플레이가 널리 사용되고 있다. 상기 TN 모드의 액정 디스플레이는 전압을 인가하지 않은 상태에서는 액정이 90도 꼬여있는 형태를 가지며, 전압을 인가하면 상하 기판 사이에 액정이 수직으로 배향하게 된다.
TN 모드의 액정 디스플레이는 디스플레이를 정면(수직)에서 바라보았을 때와 그 밖의 방향에서 바라보았을 때의 콘트라스트비, 시인성 등이 크게 변하게 되어 이를 개선시키기 위한 광시야각(WV: Wide View) 필름이 널리 채용되고 있다. 상기 광시야각 필름은 통상 TAC(Triacetyl cellulose) 필름에 배향막을 코팅하고 디스코틱 액정(DLC: Discotic Liquid Crystal)을 배향시킨 구조를 취하고 있다.
그런데 광시야각 필름의 위상지연(retardation) 등의 광학특성 측정시 DLC층과 공기의 굴절율 차이가 커서 광의 속도가 느려지게 된고 이로 인한 간섭현상이 발생하게 된다. 이러한 간섭현상으로 인해 위상지연(retardation) 등의 필름의 광학특성 측정시 정밀한 측정이 어렵고, 측정결과의 신뢰성이 떨어지며 데이터의 산포가 크게 나타나는 문제가 있다.
이로 인해 원자재 공급업체와 이를 사용하는 수요업체 사이의 위상지연 등의 광학특성 측정 결과가 서로 큰 편차를 보여 양사의 측정 데이터간 상관관계가 낮아 수요업체는 원자재 공급업체의 측정 데이터를 신뢰하지 못하는 문제가 발생하고 있다. 이러한 문제는 광시야각 필름 뿐만이 아니라 복굴절 물질(광학적 이방성 물질)을 포함하는 필름에서 일반적으로 나타날 수 있다.
본 발명의 하나의 목적은 광시야각 필름 등 복굴절 물질층을 포함하는 필름의 위상지연 등의 광학특성 측정 시 발생하는 간섭현상을 줄일 수 있는 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 복굴절 물질층에 의한 간섭현상을 줄여 광학특성의 정밀한 측정 및 그 측정결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 서로 다른 업체간 필름의 광학특성을 측정한 데이터의 상관관계를 높이고 그 신뢰성을 향상시킬 수 있는 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 필름의 광학특성 측정 방법에 관한 것이다. 상기 필름의 광학특성 측정 방법은 복굴절 물질층을 포함하는 필름에 상기 복굴절 물질보다 그 굴절율이 작은 간섭방지층을 상기 복굴절 물질층 상부에 형성하는 단계(a 단계) 및 상기 간섭방지층의 일측으로부터 광원을 조사한 후 반사 또는 투과된 광을 검출하여 위상지연을 포함한 필름의 광학특성을 측정하는 단계(b 단계)를 포함함에 그 특징이 있다.
구체예에서 상기 간섭방지층은 실리콘 오일층, 물층, 점착제층, 플라스틱층 또는 금속산화물층 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체예에서 상기 간섭방지층은 상기 복굴절 물질층에 적층되는 제1간섭방지층 및 상기 제1간섭방지층에 적층되는 제2간섭방지층을 포함할 수 있다.
구체예에서 상기 제1간섭방지층의 굴절율을 n1, 상기 제2간섭방지층의 굴절율을 n2라 할 때, 상기 복굴절 물질층의 굴절율>n1>n2>공기의 굴절율의 조건을 만족할 수 있다.
구체예에서 상기 복굴절 물질층은 디스코틱 액정층일 수 있다.
구체예에서 상기 필름은 상기 디스코틱 액정층에 적층되는 배향층 및 상기 배향층에 적층되는 TAC층을 포함하는 LCD용 광시야각 필름일 수 있다.
구체예에서 상기 a 단계 이후 상기 간섭방지층의 상부에 유리판을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체예에서 상기 a 단계는 상기 복굴절 물질층과 대향되는 상기 필름의 하부에 간섭방지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
구체예에서 상기 b 단계는 상기 간섭방지층이 형성된 필름을 편광자와 검광자 사이에 위치시키는 단계(b1 단계) 및 상기 편광자의 일측으로부터 단색광원을 입사시켜 상기 검광자를 통과한 광을 측정하여 상기 필름의 위상지연을 계산하는 단계(b2 단계)를 포함할 수 있다.
구체예에서 상기 편광자와 검광자는 평행 니콜 상태로 유지될 수 있다.
구체예에서 상기 편광자와 검광자는 모터에 의해 회전할 수 있도록 구성될 수 있다.
구체예에서 상기 검광자를 통과한 광의 최대 강도와 최소 강도를 측정하여 상기 필름의 위상지연을 계산할 수 있다.
구체예에서 상기 필름과 검광자 사이에 빔 스플리터가 존재할 수 있다.
구체예에서 상기 검광자를 통과한 광의 시간차 측정을 통해 상기 필름의 위상지연을 계산할 수 있다.
본 발명에 따른 필름의 광학특성 측정 방법은 복굴절 물질층이 존재하는 필름의 위상지연 등의 광학적 특성 측정시 발생하는 간섭현상을 줄여 광학특성의 정밀한 측정 및 그 측정결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 서로 다른 업체간 측정 데이터의 상관관계 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 간섭방지층의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 간섭방지층의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2의 간섭방지층에 유리판을 적층한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름의 광학특성 측정 방법의 장치 구성도이다.
도 6은 도 5의 장치로 위상지연을 측정하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 필름의 광학특성 측정 방법의 장치 구성도이다.
도 8은 도 7의 장치로 위상지연을 측정하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9 및 도 10은 종래의 측정 방법과 본 발명의 일 실시예에 따른 필름의 광학특성 측정 방법에 따라 광시야각 필름의 Rth(두께 방향의 위상지연)를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
본 발명은 필름의 광학특성 측정 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 복굴절 물질층을 포함하는 필름에 상기 복굴절 물질보다 그 굴절율이 작은 간섭방지층을 상기 복굴절 물질층 상부에 형성하는 단계(a 단계) 및 상기 간섭방지층의 일측으로부터 광원을 조사한 후 반사 또는 투과된 광을 검출하여 위상지연을 포함한 필름의 광학특성을 측정하는 단계(b 단계)를 포함하는 필름의 광학특성 측정 방법에 관한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 간섭방지층의 일 실시예를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 필름의 광학특성 측정방법은 광학적 이방성을 보이는 복굴절 물질층(104)을 포함하는 필름(100)의 상부에 간섭방지층(200)을 형성함에 그 특징이 있으며, 상기 복굴절 물질층(104)의 하부에는 기재층(102)이 존재할 수 있다.
상기 복굴절 물질층(104)은 광학적 이방성을 보이는 물질로 이루어진 층을 가리키는 것으로서, 단결정 물질은 물론 하나의 분자가 광학적 이방성을 보이고 상기 분자가 배열되어 있는 구조를 포함한다. 또한, 상기 복굴절 물질층(104)은 2이상의 복굴절 물질층으로 이루어진 다층 구조일 수 있으며, 광학적 등방성을 보이는 물질로 이루어진 층과 복굴절 물질로 이루어진 층의 다층구조일 수도 있다.
상기 간섭방지층(200)은 광학적 등방성 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 그 굴절율(n)은 복굴절 물질층(104)의 굴절율(ne, no)보다 작을 수 있다. 바람직하게는 ng(Glass 굴절율) < n < (ne+no)/2인 것이 반사를 방지하여 간섭을 줄일 수 있다. 상기 간섭방지층(200)을 형성(적층)함으로 인해 처음 입사되는 빛의 굴절율 차이를 줄여 광학특성 측정시 빛의 간섭현상을 줄일 수 있다.
한편, 측정용 광원이 기재층(102)의 하부로 출사되는 경우에도 상기 기재층(102)과 공기와의 굴절율 차이로 인한 간섭현상이 발생할 수 있으므로, 비록 도 1에는 필름의 상부(복굴절 물질층의 상부)에만 간섭방지층(200)을 도시하였으나 상기 기재층(102)의 하부에도 형성될 수 있다.
상기 간섭방지층(200)으로 사용될 수 있는 물질에 제한은 없으나 실리콘 오일층, 물층, 점착제층, 아크릴, 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), SAN(Styrene-acrylonitrile), 셀룰로오스, 폴리이미드(PI) 등의 플라스틱층, 이산화규소(SiO2), ITO(Indium Tin Oxide), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화주석(SnO2), 이산화지르코늄(ZrO2), 산화탄탈(Ta2O5), 이산화티탄(TiO2), 산화마그네슘(MgO) 등의 금속산화물층 중 어느 하나 이상 선택될 수 있다. 상기 간섭방지층(200)의 굴절율은 복굴절 물질층(104)의 굴절율보다 작은 값이 바람직하다. 예를 들어, 실리콘 오일의 굴절율은 약 1.4, 물의 굴절율은 약 1.3, 플라스틱의 굴절율은 대략 1.4~1.6이다.
한편, 상기 복굴절 물질층이 포함된 필름(100)은 LCD용 광시야각 필름일 수 있다. 이 경우, 상기 복굴절 물질층(104)은 디스코틱 액정(discotic liquid crystal)층일 수 있고, 기재층(102)은 TAC(Triacetyl Cellulose)층일 수 있으며, 도면에 도시하지 않았으나 디스코틱 액정층과 TAC층 사이에 배향층(막)이 존재할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 간섭방지층의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다. 도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 필름의 광학특성 측정방법은 복굴절 물질층(104)을 포함하는 필름(100)의 상부에 간섭방지층(200)을 형성하되, 상기 간섭방지층(200)은 제1간섭방지층(202)과 제2간섭방지층(204)을 포함함에 그 특징이 있다.
상기 복굴절 물질층(104)은 광학적 이방성을 보이는 물질로 이루어진 층을 가리키는 것으로서, 단결정 물질은 물론 하나의 분자가 광학적 이방성을 보이고 상기 분자가 배열되어 있는 구조를 포함한다. 또한, 상기 복굴절 물질층(104)은 2이상의 복굴절 물질층으로 이루어진 다층 구조일 수 있으며, 광학적 등방성을 보이는 물질로 이루어진 층과 복굴절 물질로 이루어진 층의 다층구조일 수도 있다.
상기 복굴절 물질층(104)의 하부에는 기재층(102)이 존재할 수 있으며, 상기 제1간섭방지층(202)의 굴절율을 n1, 제2간섭방지층(204)의 굴절율을 n2라 할 때, 복굴절 물질층의 굴절율(ne, no) > n1>n2>공기의 굴절율(=1)의 관계가 성립하는 것이 바람직하다.
상기 제1간섭방지층(202)과 제2간섭방지층(204)으로 사용될 수 있는 물질에 제한은 없으나 실리콘 오일층, 물층, 점착제층, 아크릴, 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), SAN(Styrene-acrylonitrile), 셀룰로오스, 폴리이미드(PI) 등의 플라스틱층, 이산화규소(SiO2), ITO(Indium Tin Oxide), 산화알루미늄(Al2O3), 이산화주석(SnO2), 이산화지르코늄(ZrO2), 산화탄탈(Ta2O5), 이산화티탄(TiO2), 산화마그네슘(MgO) 등의 금속산화물층 중 어느 하나 이상 선택될 수 있다.
즉, 굴절율이 높은 물질을 제1간섭방지층으로 그 보다 굴절율이 낮은 물질을 제2간섭방지층으로 선정할 수 있다. 금속산화물의 굴절율(예를 들어, 이산화티탄(TiO2)의 굴절율은 2.9, 산화알루미늄(Al2O3)의 굴절율은 1.8)이 그 밖의 실리콘 오일, 물, 플라스틱의 굴절율보다 높은 것이 보통이므로 제1간섭방지층(202)에 금속 산화물을 제2간섭방지층에 실리콘 오일층, 물층, 점착제층, 플라스틱층 중 어느 하나를 선정할 수 있으나 그 밖의 방법도 가능함은 물론이다. 또한, 제1간섭방지층, 제2간섭방지층, 제3간섭방지층, … 등 3층 이상의 복층구조도 가능함은 물론이며, 이 경우 복굴절 물질층(104)와 접하는 제1간섭방지층의 굴절율이 가장 크고, 이에 적층되는 순서대로 간섭방지층의 굴절율이 점차 낮아지는 것이 바람직하다.
한편, 측정용 광원이 기재층(102)의 하부로 출사되는 경우에도 상기 기재층(102)과 공기와의 굴절율 차이로 인한 간섭현상이 발생할 수 있으므로, 비록 도 2에는 필름의 상부(복굴절 물질층의 상부)에만 간섭방지층(200)을 도시하였으나 상기 기재층(102)의 하부에도 간섭방지층(200)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 복굴절 물질층(104)이 포함된 필름(100)은 LCD용 광시야각 필름일 수 있다. 이 경우, 상기 복굴절 물질층(104)은 디스코틱 액정층일 수 있고, 기재층(102)은 TAC 필름일 수 있으며, 도면에 도시하지 않았으나 디스코틱 액정층과 TAC 필름 사이에 배향층(막)이 존재할 수 있다.
도 3 및 도 4는 간섭방지층에 유리판을 적층한 상태를 나타낸 단면도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 필름의 광학특성 측정 방법은 각각 도 1과 도 2에 도시된 구성과 동일하나 최상부에 유리판(300)을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 a 단계는 간섭방지층(200)의 상부에 유리판을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 간섭방지층(200)의 상부 표면이 매끄럽지 못한 경우 입사광의 산란이 발생할 수 있다. 간섭방지층(200)의 상부에 유리판을 올려 놓고 측정하면 입사광의 산란을 방지하여 보다 신뢰성 있는 측정 결과를 얻을 수 있다. 상기 유리판(300)의 종류에는 제한이 없는데, 예를 들어 규산염 유리, 붕산염 유리, 인산염 유리 등을 사용할 수 있다. 상기 규산염 유리로 소다석회 유리, 납 유리, 바륨 유리, 붕규산 유리, 알루미나 유리, 석영 유리 등이 있고, 붕산염 유리로 납붕산 유리, 알루미나붕산 유리 등이 있다.
이하에서는 상기 복굴절 물징층의 상부에 간섭방지층을 구비한 필름(시료)의 광학특성, 그 중에서도 위상지연을 측정하는 방법에 대해 설명하도록 한다. 하기 측정 방법 이외에도 다양한 측정 방법을 사용할 수 있으며 본 발명이 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름의 광학특성 측정 방법의 장치 구성도이다. 도 5에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 필름의 광학특성 장치는 단색광원(402), 편광자(404), 빔 스플리터(406), 제1검광자(408), 제1광검출기(410), 제2검광자(412), 제2광검출기(414)를 포함할 수 있으며, 편광자(404)와 빔 스플리터(406) 사이에 측정하고자 하는 필름(F)을 위치시킨다.
단색광원(402)은 광초핑 기기(light chopping apparatus)에 의해 방사된 펄스 광일 수 있다. 상기 광초핑 기기는 회전하는 초퍼에 의해 연속 단색광원을 펄스 광으로 방사시킬 수 있다. 편광자(404), 제1검광자(408) 및 제2검광자(412)는 선형 편광기, 원형 편광기 또는 타원 편광기일 수 있으며, 특정 각도(예를 들어 45도)로 편광된 편광각을 가지며, 제1검광자(408)과 제2검광자(412)의 편광각은 서로 직교하도록 구성된다.
상기 필름(F)은 액정층과 같은 복굴절 물질층을 포함하는 필름이며, 경우에 따라 복굴절 물질층만 존재할 수도 있으나 편의상 '필름'으로 표현한다. 복굴절 물질은 이방성 특징을 가지며 상기 복굴절 물질을 통과한 빛은 정상적인 굴절의 법칙을 따르는 정상광선(ordinary ray)과 비정상적인 굴절을 하는 이상광선(extraordinary ray)의 두 개의 성분으로 나뉘어진다. 상기 이상광선과 정상광선은 서로 다른 속도로 진행하기 때문에 복굴절 물질에서 빠져 나와 재결합될 때 위상의 차이로 인해 편광상태가 변하게 되며 이를 위상지연(retardation)이라고 한다.
위상지연(R)은 아래 수학식 1과 같이 표현된다.
[수학식 1]
Figure pat00001
상기 수학식 1에서 ne는 이상광선에 대한 굴절율, no는 정상광선에 대한 굴절율, λ는 상기 복굴절 물질을 지나는 광선의 파장이며, d는 복굴절 물질층의 두께이다.
매질에서의 빛의 속도(v), 진공에서의 빛의 속도(c) 및 굴절율(n)은 n=c/v의 관계가 성립하게 되므로 수학식 1은 다음 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
상기 수학식 2에서 ve는 이상광선의 속도, vo는 정상광선의 속도이다.
그런데, 복굴절 물질의 두께(d)/속도는 시간이므로 상기 수학식 2는 하기 수학식 3으로 표현할 수 있다.
[수학식3]
Figure pat00003
상기 수학식3에서 te는 이상광선이 복굴절 물질층을 통과한 시간, to는 정상광선이 복굴절 물질층을 통과한 시간이다.
상기 수학식3에서 π, c, λ는 상수이므로, 이상광선과 정상광선의 시간차를 알면 위상지연(R)을 계산할 수 있다.
도 6은 도 5의 장치로 위상지연을 측정하는 원리를 설명하기 위한 개념도이다. 도 6에 도시된 것과 같이, 단색광원(402)에서 출사된 광(502)은 펄스광선이며 편광된 상태를 갖지 않으나 45도의 선형편광기(404)를 통과하고 나면 펄스광선은 공간에서 서로 수직인 일차 평면편광(504a)과 이차 평면편광(504b)의 형태를 갖는 편광광선(504)으로 변환된다. 이후, 복굴절 물질층이 포함된 필름(시료, F)를 통과하게 되는데, 상기 복굴절 물질층은 X축 방향의 광축을 갖는 복굴절 물질이며, 편광광선(504)이 상기 복굴절 물질층을 통과하고 나면 편광광선(504)은 위상지연 광선(506)으로 변환되며, 상기 위상지연 광선(506)은 XY평면상의 하위성분(506a)과 YZ평면상의 하위성분(506b) 간에 위상차(508)를 갖는 위상지연 광선이 된다.
위상지연 광선(506)은 이후 빔 스플리터(406)을 통과하게 되는데, 상기 빔 스플리터(406)는 광의 편광상태에 따라 광을 분리시키는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, XY평면상의 하위성분(506a)은 그대로 통과시켜 제1검광자(408)를 향하도록, YZ평면상의 하위성분(506b)는 반사시켜 제2검광자(412)를 향하도록 할 수 있으며 그 반대의 역할도 할 수 있다.
복굴절 물질층은 X축 방향의 광축을 갖도록 놓여 있으며, 편광기(404)는 상기 광축에 45도 기울어져 있으므로 XY평면상의 하위성분(506a)과 YZ평면상의 하위성분(506b)은 각각 이상광선과 정상광선으로 분리되게 된다. 이후, 제1검광자(408)는 XY평면상의 하위성분(506a)만을 통과시키도록 X축에 나란한 편광축을 갖도록 구성될 수 있으며, 제2검광자(412)는 YZ평면상의 하위성분(506b)만을 통과시키도록 상기 제1검광자(408)과 수직의 편광축을 갖도록 구성된다. 물론, 상기 제1검광자(408)과 제2검광자(412)가 통과시키는 편광광선은 일례이며 제1검광자(408)가 YZ평면상의 하위성분(506b)만을 통과시키도록 Z축에 나란한 편광축을 갖도록 구성될 수도 있다.
상기 제1검광자(408)와 제2검광자(412)를 통과한 광은 두 개의 광선으로 분할되고 두 개의 광선은 복굴절 물질층에 의해 생긴 위상지연에 의해 생긴 시간차(Δt)를 갖게 되며, 이를 광검출기(410, 414)가 검출할 수 있고 수학식 3에 의해 위상지연을 계산할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 필름의 광학특성 측정 방법의 장치 구성도이다. 도 7에 도시된 것과 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 필름의 광학특성 측정 장치는 단색광원(602), 편광자(604), 검광자(616) 및 광검출기(626) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 단색광원(602)은 단일 파장을 갖는 광원으로 광축(L)을 중심으로 하는 광로 상에 방사된다. 상기 단색광원(602)을 생성하기 위한 방법 또는 장치에 그 제한은 없는데, 예를 들어 백색광원을 필터를 통과시켜 얻을 수 있다. 또한, 상기 단색광원(602)의 파장을 순차적으로 가변시킬 수도 있다.
상기 편광자(604)는 회전하도록 구성될 수 있으며, 이를 위해 상기 편광자(604)를 회전시키기 위한 θ 스테이지(회전 스테이지, 608), θ 스테이지에 회전력을 제공하는 모터(610), 편광자(604)의 회전각도 결정을 위한 회전각도 위치결정용 인코더(612)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 편광자(604)를 광축(L)에 수직인 평면 내에서 위치 이동을 위한 XY 스테이지(614)가 존재할 수 있다. 검광자용 XY 스테이지(624)에는 검광자(616)를 광축(L)을 중심으로 회전시키기 위한 검광자용 θ 스테이지(회전 스테이지, 618), θ 스테이지에 회전력을 제공하는 모터(620) 및 검광자(616)의 회전각도 위치결정용 인코더(622)가 존재할 수 있다.
상기 편광자(604)와 검광자(616)는 그 진동 방향이 평행한 평행 니콜의 관계로 유지시키며 상기 광축(L)의 주위를 회전하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 편광자용 θ 스테이지(608)와 검광자용 θ 스테이지(618)는 각각의 인코더(612, 622)로부터 각도 위치 신호를 수신할 수 있으며, 연산제어부(628)는 각도 위치 보정을 행하면서 회전각도 결정을 위한 회전각도 위치결정용 인코더(612, 622)에 회전각도 위치 신호를 전송할 수 있다.
상기 검광자(616)의 하측에는 광검출기(626)가 배치될 수 있으며, 상기 연산제어부(628)의 제어 펄스에 의해 모터(610, 620)가 소정 각도 회전할 때마다 회전을 일시 정지하여 광검출기(626)의 출력을 샘플링할 수도, 연속으로 회전시키면서 광검출기(626)의 출력을 샘플링할 수도 있다. 한편, 디스플레이부(630)는 상술한 측정 결과 및 관련 소프트웨어 실행 화면이 표시될 수 있다.
이하 상기 복굴절 물질층이 적층된 필름(시료)의 위상지연 측정 원리를 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
시료의 위상지연값을 구하는 파장을 λ, 위상지연값을 R, 편광자의 편광 투과축과 복굴절 물질층의 광학주축(서로 직교하는 광학 주축 중 어느 한 개)이 이루는 각을 φ2, 편광자의 편광 투과축과 장치의 좌표축(광축 L과 직교하는 면 내의 한 방향으로 도 8에 나타낸 X방향)이 이루는 각을 φ1이라 한다. φ1은 별도로 측정가능하며, φ1이 0이 되도록 시료대 상에 시료(필름)를 놓을 수 있지만 여기서는 측정 조작을 일반적으로 취급하기 위해 φ1을 미지수로 한다.
시료와 검광자를 투과한 빛의 강도를 I(θ)로 한다. θ는 검광자의 기준 방향으로부터의 회전각이다. 시료에는 편광자를 투과한 직선 편광이 입사하기 대문에 그 직선 편광의 강도와 진폭을 각각 I0와 A0라고 한다. 시료에 입사한 광의 광학 주축 방향의 편광 성분의 진폭은 A0?cosφ2, 다른 쪽의 광학 주축 방향의 편광 성분의 진폭은 A0?sinφ2가 되며, 검광자 방향의 이들 성분 A1, A2는 다음 수학식 4와 같이 표현된다.
[수학식 4]
Figure pat00004
검광자 투과광은 상기 두 성분의 빔이 위상차 δ로 중첩된 것이며, 위상차각 δ와 시료의 리타데이션 R은 2πR/λ=δ의 관계를 갖는다.
시료(필름)와 검광자를 투과한 광의 진폭을 A라 하면, A는 코사인 정리에 의해 다음 수학식 5와 같이 표현된다.
[수학식 5]
Figure pat00005

상기 수학식 5에서 A2이 광검출기(626)의 출력이다. 여기서 구하려고 하는 것은 cosδ이지만 직접 구해지는 것은 I(θ)와 θ이며, cosφ2 =K, sinφ2=L, φ1+φ2-θ=Ψ로 가정하면 상기 수학식 5는 다음 수학식 6과 같이 고쳐 쓸 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00006

한편, K2 + L2 = 1의 관계가 성립하므로, 상기 수학식 6은 다음 수학식 7과 같이 표현된다.
[수학식 7]
Figure pat00007
위 수학식 7의 두 식((1)과 (2))을 합해서 2로 나누면 다음 수학식 8이 된다.
[수학식 8]
Figure pat00008
상기 수학식 8에서 I(θ)는 검광자의 반회전 동안에 1주기의 변화를 수행한다.
투과광의 최대 강도는 상 수학식 8에서 sin2Ψ=0이 되는 경우, 최소 강도는 cos2Ψ=0이 되는 경우이므로,
[수학식 9]
Figure pat00009
이며, 상기 수학식 9에서 L을 소거하면 다음 수학식 10이 된다.
[수학식 10]
Figure pat00010
상기 수학식 10에서 K에 Imax 1 /2/A0를 대입하면 다음 수학식 11이 되고,
[수학식 11]
Figure pat00011
상기 수학식 11에서, Imax와 Imin으로부터 cosδ를 구할 수 있고, 이로부터 시료의 위상지연 R을 구할 수 있다.
전술한 위상지연 계산 방법은 일례이며 다른 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 수학식 5에 의해 Imin/A0 2과 Imax/A0 2 값의 여러 가지 조합에 대해 위상지연과 φ2를 계산하여 표를 작성해 두고 실측된 Imin, Imax로부터 interpolation operation(내삽연산)에 의해 필름(시료)의 위상지연과 φ2를 유추할 수도 있다.
도 9 및 도 10은 종래의 측정 방법과 본 발명의 일 실시예에 따른 필름의 광학특성 측정 방법(도 9 및 도 10에 '간섭방지 측정방법'으로 표시됨)에 따라 광시야각 필름의 Rth(두께 방향의 위상지연)를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 상기 도 9 및 도 10에서 측정된 필름(시료)은 TAC층에 배향막층이 코팅되고 그 상부에 디스코틱 액정층이 적층된 광시야각 필름(Fuji社 WV EA-318)이며, 간섭방지층으로는 아크릴계 점착제를 사용하였고 상기 점착제층의 상부에 유리판을 적층하여 측정하였다.
도 9 및 도 10에 도시된 것은 과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학특성 측정 방법으로 광시야각 필름의 Rth를 측정한 결과 Rth의 파장에 따른 변화가 크게 감소되었으며(도 9), 또한 필름의 측정 수를 증가하여 반복실험 한 결과에서도 Rth가 크게 감소되었음을 확인할 수 있다(도 10). 또한, 타사의 측정 결과와의 상관관계를 크게 높일 수 있었다. 즉, Oji Scientific Instruments사의 KOBRA21DH, Uniopto사의 ABR-10A 및 Axometrics사의 Axoscan으로 측정한 위상지연 측정결과 간의 상관관계가 매우 높아짐을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
100 : 필름 102 : 기재층
104 : 복굴절 물질층 200 : 간섭방지층
202 : 제1간섭방지층 204 : 제2간섭방지층
300 : 유리판 402, 602 : 단색광원
404, 604 : 편광자 406 : 빔 스플리터
408 : 제1검광자 410 : 제1광검출기
412 : 제2검광자 414 : 제2광검출기
608, 618 : θ 스테이지 610, 620 : 모터
612, 622 : 회전각도 위치결정용 인코더
614, 624 : XY 스테이지 616 : 검광자
626 : 광검출기

Claims (14)

  1. (a) 복굴절 물질층을 포함하는 필름에 상기 복굴절 물질보다 그 굴절율이 작은 간섭방지층을 상기 복굴절 물질층 상부에 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 간섭방지층의 일측으로 광원을 조사한 후 반사 또는 투과된 광을 검출하여 위상지연을 포함한 필름의 광학특성을 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 간섭방지층은 실리콘 오일층, 물층, 점착제층, 플라스틱층 또는 금속산화물층 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 간섭방지층은 상기 복굴절 물질층에 적층되는 제1간섭방지층 및 상기 제1간섭방지층에 적층되는 제2간섭방지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1간섭방지층의 굴절율을 n1, 상기 제2간섭방지층의 굴절율을 n2라 할 때, 상기 복굴절 물질층의 굴절율>n1>n2>공기의 굴절율의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복굴절 물질층은 디스코틱 액정층인 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 필름은 상기 디스코틱 액정층 하부에 배향층 및 TAC층이 순차적으로 적층된 LCD용 광시야각 필름인 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 간섭방지층의 상부에 유리판을 적층한 후 필름의 광학특성을 측정하는 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 a 단계는 상기 복굴절 물질층과 대향되는 상기 필름의 하부에 간섭방지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 b 단계는 상기 간섭방지층이 형성된 필름을 편광자와 검광자 사이에 위치시키는 단계(b1 단계) 및 상기 편광자의 일측으로부터 단색광원을 입사시켜 상기 검광자를 통과한 광을 측정하여 상기 필름의 위상지연을 계산하는 단계(b2 단계)를 포함하는 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 편광자와 검광자는 평행 니콜 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 편광자와 검광자는 모터에 의해 회전할 수 있도록 구성된 것을 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 검광자를 통과한 광의 최대 강도와 최소 강도를 측정하여 상기 필름의 위상지연을 계산하는 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 필름과 검광자 사이에 빔 스플리터가 존재하는 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 검광자를 통과한 광의 시간차 측정을 통해 상기 필름의 위상지연을 계산하는 것을 특징으로 하는 필름의 광학특성 측정 방법.


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