KR20170017556A

KR20170017556A - 와이어 그리드 편광판 및 이를 포함한 액정표시장치

Info

Publication number: KR20170017556A
Application number: KR1020150111675A
Authority: KR
Inventors: 황홍구; 김시민; 채헌승; 김경종; 남시욱
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2015-08-07
Publication date: 2017-02-15
Also published as: WO2017026734A1

Abstract

본 발명은 격자형 볼록부에 의한 요철 패턴을 포함하는 수지층(110); 및 상기 수지층의 요철 패턴 상에 형성된 금속 격자 패턴층(120)을 포함하며, 상기 수지층은 요철 패턴을 제외한 층 내부에 상기 금속 격자와 평행한 방향으로 서로 이격되어 매립된 다수의 심지(Interlining)형 금속 격자(130)를 포함하는 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판에 관한 것이며, 또한 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.

Description

와이어 그리드 편광판 및 이를 포함한 액정표시장치{Wire Grid Polarizer And Liquid Crystal Display Device Including The Same}

본 발명은 와이어 그리드 편광판에 관한 것으로 보다 구체적으로는 편광효율 및 휘도 향상 효과를 동시에 달성할 수 있는 나노 와이어 그리드 편광판에 관한 것이다.

편광판은 전자기파 중 특정 방향의 빛을 투과시키거나 반사시키는 역할을 하며 일반적으로 액정표시장치(LCD)에서는 두 장의 편광판이 사용되어 액정셀 내의 액정이 광학적인 상호작용을 일으켜 이미지를 구현하게 된다.

현재 액정표시장치(LCD)에 주로 사용되고 있는 편광판에는 흡수형 편광 필름을 이용한 편광판이 채용되며, 흡수형 편광 필름의 경우 주로 폴리비닐알코올(PVA) 필름에 요오드나 이색성염료를 흡착시키고 이를 일정방향으로 연신하여 제조한다. 그러나 이러한 경우 그 자체가 투과축의 방향에 대한 기계적 강도가 약하고, 열이나 수분에 의해 수축하여 편광기능이 현저히 저하되며, 특정 방향으로 진동하는 빛만을 통과시켜 선평광을 만들기 때문에 광이용 효율이 이론적으로 50%를 넘을 수 없다.

반면, 와이어 그리드 편광판(이하, WGP)은 금속 와이어가 평행하게 배열된 어레이를 말하며, 금속 격자(Metal Grid)와 평행한 편광성분은 반사되고 수직한 편광성분은 투과시키며, 반사된 광을 재이용할 수 있어서 높은 휘도특성을 갖는 LCD를 제조할 수 있다. WGP에서는 금속 격자의 배열주기 즉, 와이어 간격이 입사되는 전자기파의 파장과 근사하거나 클 경우에는 흡광 현상이 나타나며, 금속 격자의 배열 주기가 충분히 작아야만 흡광에 의한 빛의 손실을 최소화할 수 있다.

WGP와 관련된 종래기술로는, 대한민국 특허출원 제2010-0102358호에서 기판상에 적어도 1이상의 제1격자 패턴을 구비한 제1격자층과 상기 제1격자 패턴의 상부에 금속재질로 형성되는 제2격자 패턴을 적어도 1이상 구비하는 제2격자층, 그리고 상기 제2격자층상에 적층되어 외부에서 유입되는 빛을 흡수하는 광흡수층을 포함함으로써 명암대조비(C.R, contrast ratio)의 저하없이 휘도향상을 구현할 수 있는 WGP를 개시하고 있고, 대한민국 등록특허 제10-1336097호에서 패턴의 형상이 영역별로 서로 다르며, 패턴의 주기(P), 높이(H), 폭(W) 및 듀티 사이클(DC; duty cycle) 중 적어도 하나가 영역별로 서로 다른 와이어 그리드 편광판을 포함함으로써 편광성능 및 광효율을 향상시킬 수 있는 액정디스플레이 장치를 개시하고 있는 바이다.

한편, WGP에 비편광 빛(Unpolarized Light)을 조사하였을 경우, 금속 격자와 직교하는 방향으로 진동하며 투과하는 빛을 'P 편광', 평행한 방향으로 진동하며 반사되는 광은 'S 편광'이라고 한다. 이때, 디스플레이의 명암대조비(C.R, contrast ratio)를 결정하는 편광효율은 S 편광 투과율(T_S)이 가능한 낮을수록 우수해질 수 있으며, 디스플레이의 휘도 즉, 밝기는 P 편광 투과율(T_P)이 높을수록 향상될 수 있다.

다만, 실제로는 P 편광이 100% 투과되고 S 편광이 100% 흡수 또는 반사가 되지 못하는데, 이에 따라 P 편광 투과율(T_P)을 향상시키키 위해 금속 격자의 선폭(width)과 높이를 줄이면 S 편광 투과율(T_S)도 함께 높아질 수 있어 편광효율은 오히려 낮아지게 되고, 편광효율을 높이기 위해 선폭을 넓히면 P 편광 투과율이 떨어지게되는 현상이 발생하게 된다. 즉, P 편광 투과율과 편광효율은 트레이드-오프(trade-off)관계로 작용하는 것이다.

P 편광 투과율(T_P)과 편광효율을 동시에 향상시키기 위한 이론적인 방법으로는 동일한 선폭에서 피치(Ptich, 격자 시작점부터 다음 격자 시작점까지 거리)를 줄이는 방법 즉, 금속 격자간 거리를 줄이는 방법을 들 수 있다. 금속 격자간 거리를 좁히게 되면 P 편광 투과율(T_P)엔 영향을 미치지 않으면서도 S 편광 투과율(T_S)이 현저히 낮아질 수 있으므로 매우 높은 편광효율을 기대할 수 있는 것이다. 그러나 현재의 기술로는 피치를 80nm 미만으로 형성하는 것이 거의 불가능한 실정이다.

이에 본 발명은 격자 패턴의 피치를 실질적으로 제어하지는 않되, 다만 격자와 격자 사이를 다른 높이에 위치한 또 다른 격자가 지나가도록 다층으로 격자를 엇갈려 위치시킴으로써, 격자 간격이 좁혀지는 것과 같은 효과를 유도하여 트레이드-오프 관계인 P 편광 투과율과 편광효율이 동시에 향상된 와이어 그리드 편광판 및 이를 포함한 액정표시장치를 제공하고자 한다.

상기 해결 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 제 1 구현예는 격자형 볼록부에 의한 요철 패턴을 포함하는 수지층(110); 및 상기 수지층의 요철 패턴 상에 형성된 금속 격자 패턴층(120)을 포함하며, 상기 수지층은 요철 패턴을 제외한 층 내부에 상기 금속 격자 패턴층의 금속 격자와 평행한 방향으로 서로 이격되어 매립된 다수의 심지(Interlining)형 금속 격자(130)를 포함하는 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판이다.

상기 제 1 구현예에 따른 심지형 격자는 격자의 수직 단면 일부 또는 전부가 상기 금속 격자 패턴 상의 임의의 금속 격자와 격자 사이를 지나도록 매립되어 있는 것일 수 있다.

상기 제 1 구현예에 따른 금속 격자에 의하면, 금속 격자 패턴 상의 모든 단위 격자 및 수지층에 포함된 모든 심지형 금속 격자로부터 바닥면을 향해 수직 방향으로 각각의 금속 격자의 선폭과 동일한 폭을 갖는 가상의 그림자를 형성한다 가정할 때, 임의의 격자에서 형성된 그림자가 이와 중첩되거나 경계면이 맞닿는 하나 이상의 인접한 그림자에 의해 폭이 연장된 그림자 격자(Shadow grid, 300)를 형성하는 것일 수 있다.

이때, 상기 와이어 그리드 편광판은 하기 식 1에 따라 계산되는 F.F(Fill Factor)의 값이 1.05 이상을 만족하는 것일 수 있다.

식 1)

한편, 상기 제 1 구현예에 따른 수지층의 요철 패턴 상에 형성된 금속 격자 패턴층은 단위 격자의 높이(210)가 1 내지 1000nm이고, 선폭(220)이 1 내지 140nm이며, 임의의 격자가 시작되는 지점에서 다음 격자가 시작되는 지점까지의 거리로 정의되는 피치(Pitch, 230)가 50 내지 200nm인 것일 수 있다.

또한, 상기 제 1 구현예에 따른 수지층의 요철 패턴 상에 형성되는 금속 격자 및 수지층 내부의 심지형 금속 격자는 임의의 격자로부터 수직방향 기준, 최소 간격으로 떨어진 격자까지의 상하 간격(240)이 0.05 내지 400㎛가 되도록 서로 이격되어 있는 것일 수 있으며, 상기 수지층은 요철 패턴을 제외한 층의 두께가 1㎛ 내지 450㎛인 것이 바람직할 수 있다.

나아가, 상기 제 1 구현예 따른 와이어 그리드 편광판은 P 편광 투과율이 50% 내지 99% 일 수 있고, S 편광 투과율이 1% 미만일 수 있으며, 편광효율이 95% 내지 100% 일 수 있다.

이와 같은 광학적 특성으로 인해, 본 발명은 상기 제 1 구현예에 따른 와이어 그리드 편광판을 포함하는 액정표시장치를 본 발명의 바람직한 제 2 구현예로 하며, 상기 제 2 구현예에 따른 액정표시장치는 명암대조비(C.R, contrast ratio)가 500 내지 1,000,000일 수 있다.

본 발명은 트레이드-오프(trade-off)관계로 여겨지던 P편광 투과율과 편광 효율을 동시에 향상시킬 수 있다.

도 1은 수지층 내부에 심지형 금속 격자가 규칙적인 배열로 포함되어 있는 본 발명의 와이어 그리드 편광판의 일예를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에서 단면으로 나타낸 와이어 그리드 편광판의 사시도이다.
도 3은 수지층 내부에 심지형 금속 격자가 불규칙한 배열로 포함되어 있는 본 발명의 와이어 그리드 편광판의 또 다른 일예를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 와이어 그리드 편광판의 일부를 확대한 확대도 및 각 격자로부터 바닥면을 향해 수직으로 형성한 가상의 그림자(S1, S2, S3)와 각 그림자가 서로 중첩됨으로써 형성된 그림자 격자(300)를 나타낸 가상도이다.

본 발명은 격자형 볼록부에 의한 요철 패턴을 포함하는 수지층(110); 및 상기 수지층의 요철 패턴 상에 형성되는 금속 격자 패턴층(120)을 포함하되, 상기 수지층은 요철 패턴을 제외한 층 내부에 상기 금속 격자 패턴층의 금속 격자와 평행한 방향으로 서로 이격되어 매립된 다수의 심지(Interlining)형 금속 격자(130)를 포함하는 것인 와이어 그리드 편광판(이하, WGP) 및 이를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.

이하, 도면과 함께 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명의 WGP는 도 1 내지 도 3과 같이 요철 패턴을 포함하는 수지층(110)과 요철 패턴 상에 형성되는 금속 격자 패턴층(120)을 포함하되, 수지층(110)의 내부에는 수지층을 관통하도록 배치되어 있는 다수의 심지형 금속 격자(130)가 매몰되어 있는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 심지형 금속 격자는 도 1 및 2와 같이 규칙적인 배열을 갖고 매몰된 것일 수도 있고, 도 3과 같이 불규칙한 배열로 매몰된 것일 수도 있다.

다만, 본 발명의 WGP에서 상기 심지형 격자는 격자의 수직 단면 일부 또는 전부가 상기 금속 격자 패턴 상의 임의의 금속 격자와 격자 사이를 지나도록 매립되어 있는 것이 바람직하다.

통상 단층으로 구성된 WGP에서는 편광효율을 높이기 위하여 와이어 그리드, 즉 금속 격자간의 간격을 좁히기 위해서 요철 패턴을 매우 정밀하게 형성해야 하지만, 마이크로 혹은 나노 크기에 해당하는 미세 구조에서 보다 정밀한 패턴을 구현하기란 매우 어렵다. 또한, 편광효율을 높이기 위한 작업으로 선폭을 증가시켜 격자간 간격을 좁힐 경우, P편광 투과율이 저하될 수 있다. 이에 따라 단층의 WGP를 통해서는 P편광 투과율과 편광효율을 향상시키는데 한계가 있다.

이에 대해, 본 발명은 실질적으로 패턴 제어를 하지 않아 P 편광 투과율에는 전혀 영향을 미치지 않으면서, 다만 수지층 내부에 금속 패턴과 평행한 방향으로 심지형 격자를 매몰시켜 놓음으로써 편광 효율을 증가시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 심지형 격자가 수지층 상에 형성되는 금속 격자 패턴의 격자와 격자 사이를 지나도록 금속 격자들을 다층으로 엇갈려 배치함으로써, 수지층에 형성된 금속 격자 패턴에서 전반사 시키지 못한 S 편광을 심지형 금속 격자들로 하여금 재반사시켜, 최종적으로 전체 WGP의 S 편광 투과율이 떨어지게 하는 효과를 유도하는 것이다.

본 발명의 경우, 수지층 내부에 존재하는 심지형 금속 격자들로 하여금 S 편광 투과율이 저하되므로 WGP의 표면에 형성되는 금속 격자 패턴 층, 즉 상기 수지층의 요철 패턴 상에 형성되는 금속 격자(금속 격자 패턴층의 격자)는 종래 대비 특별히 한정되는 것은 아니다. 다만, 수지층의 요철 패턴 상에 형성되는 금속 격자 패턴은 빛을 1차적으로 편광시키는 역할을 하므로 기본적으로 단위 격자 당 높이(210)가 1 내지 1000nm이고, 선폭(220)이 1 내지 140nm의 크기를 갖는 것이 바람직할 수 있다.

상기 금속 격자의 선폭 및 높이는 증가 할수록 편광효율이 향상될 수 있으나, P편광 투과율은 감소할 수 있으므로, 이를 고려하여 금속격자의 선폭 및 높이는 상기 범위를 만족하는 것이 유리하다. 또한, 이런 측면을 고려하여 본 발명에서 금속 격자 패턴층의 단위 격자당의 보다 바람직한 높이는 10 내지 500nm 및 선폭은 5 내지 100nm 일 수 있으며, 더욱 바람직한 높이는 40 내지 250 nm 및 선폭은 10 내지 50nm일 수 있다.

또한, 상기 금속 격자 패턴층의 격자는 임의의 격자가 시작되는 지점에서 다음 격자가 시작되는 지점까지의 거리(Pitch, 230)가 50 내지 200nm가 되도록 서로 이격되어 있는 것이 바람직하다. 피치는 작아질수록 높은 P편광 투과율을 유지하면서 편광효율을 증대시킬 수 있으나, 제조기술의 한계를 고려하여 보다 바람직 80 내지 150nm를 만족하는 것일 수 있다.

이와 같이 본 발명에서 금속 격자 패턴층은 기본적으로 상기 범위를 만족하기만 하면 충분하며, 다만, 상기 금속 격자 패턴 상의 모든 단위 격자 및 수지층에 포함된 모든 심지형 금속 격자로부터 바닥면을 향해 수직 방향으로 각각의 금속 격자의 선폭과 동일한 폭을 갖는 가상의 그림자를 형성한다 가정할 때, 임의의 격자에서 형성된 그림자가 이와 중첩되거나 경계면이 맞닿는 하나 이상의 또 다른 인접한 그림자(들)에 의해 폭이 연장되어 수지층의 요철 패턴상에 형성된 금속 격자 선폭 이상의 선폭을 갖는 그림자 격자(Shadow grid, 300)를 형성할 수 있는 것이 P편광 투과율과 편광효율을 보다 향상시킬 수 있는 측면에서 바람직할 수 있다.

본 발명에서 도입한 그림자 격자의 개념은 도 4를 참고로 하면 보다 쉽게 이해될 수 있다. 그러나 반드시 본 발명의 범위가 도 4에 의해 한정되는 것은 아니다. 도 4의 경우, 심지형 격자가 2층의 높이를 형성함에 따라 구조 전체상 금속 격자가 총 3층을 이루고 있는 WGP를 도식화한 것이며, 수지층의 요철 패턴 상에 형성된 금속 격자 패턴을 제 1 층, 그 아래 방향으로 형성된 심지형 격자를 순차적으로 각각 제 2 층 및 제 3 층이라 보고, 각 층에 위치한 모든 격자에서 바닥면을 향해 그림자를 내려 제 1 층에 위치한 격자의 그림자는 S1, 제 2 층에 위치한 격자의 그림자는 S2, 제 3 층에 위치한 격자의 그림자는 S3로 각각 표시한 것이다.

상기 S1는 S2 및 S3과 각각 중첩되어 도 4에 나타낸 바와 같이 하나로 연결된 그림자를 형성하는데, 본 발명에서는 이와 같이 그림자의 중첩 또는 경계의 맞닿음(미도시)으로 인해 격자 하나에 의한 그림자(S1, S2 또는 S3가 될 수 있음) 의 폭보다 연장된 폭을 갖는 그림자를 바로 '그림자 격자(Shadow grid, 300)'로 정의하는 것이다.

상기 그림자 격자의 폭은 각각의 금속 격자가 갖는 실제 선폭이 아니므로 P 편광투과율에 전혀 영향을 미치는 요소가 아니면서도 금속 격자간의 간격을 좁히는 요소로 작용할 수 있다. 상기 그림자 격자는 그림자 격자끼리 또한 중첩되거나 맛닿아 있을 수 있고, 그 경우 바닥면 전체에 그림자가 형성되어 있을 수 있으며, 그림자가 바닥면에 모두 형성되었을 경우보다 높은 편광효율을 달성할 수 있다.

보다 구체적으로 본 발명에서 와이어 그리드 편광판은 상기 그림자 격자의 개념에 의해 하기 식 1에 따라 계산되는 F.F(Fill Factor)의 값이 1.05 이상인 것이 바람직하다.

식 1)

통상 F.F(Fill factor)의 개념은 단층에서의 금속격자의 피치에 대한 금속격자 선폭의 비율을 나타내는 것이며, F.F의 값이 1에 가까울수록 높은 편광효율을 갖는 WGP로 볼 수 있다. 이와 같은 해석에 따르면, 동일한 피치에서는 선폭이 커질수록 F.F의 값이 1에 가까워질 수 있다. 그러나 피치를 제어하지 않는 본 발명에서는 피치 값을 대입하는 종래 F.F 계산식 그대로를 적용하기 보다는 금속 격자 패턴의 선폭에 대한 그림자 격자의 선폭의 비율을 적용하는 것이 보다 쉽게 이해될 수 있다.

만약, 본 발명의 상기 식 1의 F.F값이 1을 초과할 경우, 그림자 격자에 의한 선폭이 더 큰 것이므로, 이에 따라 동일한 피치에서 선폭이 증가한 것과 같은 효과를 얻을 수 있으므로 편광효율의 상승을 기대해 볼 수 있는 것이다. 즉, 본 발명에서의 금속 격자 패턴의 선폭에 대한 그림자 격자의 선폭 비율은 종래 피치에 대한 금속격자 선폭의 비와 비례하는 것으로 해석될 수 있으므로 본 발명에서는 F.F를 금속 격자 패턴상의 금속 격자 선폭에 대한 그림자 격자의 선폭의 비율로 해석하는 것이다. 다만 이때, 본 발명에서 상기 F.F값이 1.05 미만일 경우, 금속 격자간의 간격을 좁히는 효과가 미미하여 편광효율을 기대하는 만큼 향상시키기 곤란할 수 있으므로, 편광효율을 상승 측면에서 본 발명에서 F.F의 값은 1.05 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 수지층의 요철 패턴 상에 형성되는 금속 격자 및 수지층 내부의 심지형 금속 격자는 임의의 격자로부터 수직방향 기준, 최소 간격으로 떨어진 격자까지의 상하 간격(240)이 0.05 내지 400㎛가 되도록 서로 이격되어 있는 것이 바람직하다. 금속격자의 상하간 간격이 커질수록 P 편광투과율은 다소 향상될 수 있으나 편광필름의 두께가 두꺼워짐에 따라 박막화가 곤란해 질 수 있다. 이를 고려하였을 때, 본 발명에서 격자의 상하 높이 간 간격은 0.05 내지 50㎛인 것이 보다 바람직하고, 0.3 내지 10㎛인 것이 더욱 바람직할 수 있다.

나아가 본 발명에서 금속 격자는 수직방향을 기준으로 일렬상에 최소 2개이상 즉, 2 층 이상 형성되는 것이 편광효율을 향상시킬 수 있으나, 금속 격자가 수직방향으로 지나치게 많이 배치될수록 제조 비용과 필름의 두께만 필요이상으로 증가하므로 최대 100 층까지만 적층 것이 유리하다. 본 발명에서는 이를 고려하여 심지형 금속 격자를 포함한 WGP에서는 표면의 요철 패턴을 제외한 수지층의 두께가 1㎛ 내지 450㎛인 것이 보다 바람직하다.

한편, 본 발명에 있어, 상기 수지층은 아크릴계 수지, 메타아크릴계 수지, 폴리비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 스티렌계 수지, 알키드계 수지, 아미노계 수지, 폴리우레탄계 수지 및 실리콘계 수지를 포함하는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 경화성 수지로 형성되는 것이 바람직하다.

이때, 보다 구체적인 경화성 수지의 종류로는 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 등이 있을 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 금속 격자 패턴은 알루미늄, 구리, 크롬, 백금, 금, 은, 니켈 및 이들의 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 금속 또는 도전체로부터 형성될 수 있으며, 반사율 및 경제성을 고려하였을 때 알루미늄 및 이의 합금을 사용하는 것이 보다 바람직할 수 있다. 경화성 수지 상부에 금속도선을 적층시키는 방법은 스퍼터링, 진공열증착을 이용하는 방법 또는 고분자와 금속을 동시에 식각하여 금속 도선층을 형성하는 건식 에칭방법 등이 있으며, 이를 제조하는 방법에는 제한을 두지 않는다.

이때, 상기 금속 격자는 프리즘 및 렌티큘러 등과 같은 선격자 형상을 가지며, 단면 형상은 반원, 타원, 다각형, 모서리가 둥근 다각형, ㄱ자형, 부채꼴 형, 부메랑 형, 돔 형 등의 형상일 수 있으나 이에 제한되지 않고 다양한 형상을 나타낼 수 있다. 본 발명에서 상기 수지층 표면에 형성되는 금속 격자 패턴과 수지층 내부의 심지형 금속 격자의 단면 형상이 반드시 일치할 필요는 없으며, 수지층 내부의 심지형 금속 격자의 경우 일반적으로 패턴이 형성된 수지층 위에 금속 격자를 형성하고 그 표면을 다시 수지층으로 덮어버리는 공정으로 형성하므로 수지층의 하중에 의해 형상이 일정하지 않을 수도 있다.

아울러, 본 발명은 수지층 하면에 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 필름, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리에폭시 필름, 고리형 올레핀계 중합체(COP) 필름, 고리형 올레핀계 공중합체(COC) 필름, 폴리카보네이트계 수지와 고리형 올레핀계 중합체의 공중합체 필름 및 폴리카보네이트계 수지와 고리형 올레핀계 공중합체의 공중합체 필름을 포함하는 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 투명 필름 또는 유리로 구성된 기재층을 더 포함할 수 있다.

상기 기재층은 수지층 및 금속 패턴층을 지지하는 역할을 하며 두께는 기계적 강도 및 유연성에 있어서 유리하도록 5㎛ 내지 250㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 38㎛ 내지 125㎛일 수 있다.

이로써, 본 발명의 와이어 그리드 편광필름은 P 편광 투과율이 50% 내지 99% 일 수 있고, S 편광 투과율이 1% 미만일 수 있으며, 편광효율이 95% 내지 100% 일 수 있다. 이에 따라 액정표시장치에 적용되었을 경우, 휘도와 C.R특성이 우수한 디스플레이를 제공할 수 있게 된다.

실시예

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1. 심지형 금속 격자를 포함한 WGP

두께 80㎛의 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 필름 위에 아크릴계 감광성 조성물을 도포한 후, 볼록부의 평균 높이가 100nm, 너비(width)가 30nm, 패턴의 주기(Pitch)가 100nm인 니켈 전주 스템프를 밀착시키고 자외선(고압수은등, 20 W/cm²)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시키는 과정으로 격자형 볼록부가 형성된 수지층을 제조하였다. 이와 같이 형성된 수지층 위에 스퍼터링을 통해 알루미늄을 부분적으로 증착하여 평균 높이 60nm, 너비(width) 15nm, 금속간 간격(Pitch) 100nm인 금속 격자를 형성하였다.

이어서, 알루미늄이 부분 증착된 시료위에 아크릴계 감광성 조성물을 재도포한 후, 그 상태에서 수지 패턴을 형성하고 그 위에 스퍼터링을 통해 알루미늄을 부분적으로 증착하는 과정을 1 cycle로 4회 더 반복하여 심지형 격자가 4층 매립된 WGP를 제조하였다.

실시예 2. 심지형 금속 격자를 포함한 WGP

실시예 1과 같은 방법으로 격자형 볼록부 제조 및 알루미늄 부분 증착 과정을 4회 반복하여 심지형 격자가 3층 매립된 WGP를 제조하였다. 이때, 알루미늄 금속은 평균 80nm의 높이, 25nm의 너비(width), 100nm의 금속간 간격(Pitch)을 이루도록 증착하였다.

실시예 3. 심지형 금속 격자를 포함한 WGP

실시예 1과 같은 방법으로 격자형 볼록부 제조 및 알루미늄 부분 증착 과정을 8회 반복하여 심지형 격자가 7층 매립된 WGP를 제조하였다. 이때, 알루미늄 금속은 평균 높이 60nm, 너비(width) 10nm, 금속간 간격(Pitch)은 100nm 가 되도록 증착하였다.

실시예 4. 심지형 금속 격자를 포함한 WGP

실시예 1과 같은 방법으로 격자형 볼록부 제조 및 알루미늄 부분 증착 과정을 2회 반복하여 심지형 격자가 1층 매립된 WGP를 제조하였다. 이때, 알루미늄 금속은 평균 높이 70nm, 너비(width) 50nm, 금속간 간격(Pitch)은 100nm 가 되도록 증착하였다.

비교예 1. 단층형 WGP

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 기재층 위에 격자형 볼록부가 형성된 수지층을 형성하고, 수지층 위에 스퍼터링을 통해 평균 높이 70nm, 너비(width) 40nm, 금속간 간격(Pitch)은 100nm 인 알루미늄 격자를 형성하여 단층형 WGP를 제조하였다.

비교예 2. PVA 흡수형 편광필름

실시예를 통하여 제조된 WGP의 광학 특성을 비교 분석하기 위하여 상용화된 PVA 흡수형 편광필름을 비교예 2로 사용하였다.

측정예

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 2의 WGP를 다음과 같은 방법으로 RETS-100 장비(OTSUKA ELECTRONICS사)를 이용하여 P 편광 투과율(T_P) 및 S 편광 투과율(T_S)를 측정하였으며, 이로부터 측정된 값을 이용하여 하기 식 2로 편광효율(PE)을 계산하여 그 결과를 하기 표 1에 반영하였다.

식 2)

	금속 격자(평균값)						편광특성
	높이 (nm)	선폭 (nm)	Pitch (nm)	Layer 총 수	그림자 격자 선폭 (nm)	F.F¹⁾	P 편광 투과율(%)	S 편광 투과율(%)	편광 효율 (%)
실시예 1	60	15	100	5	76	3.8	81.5	0.018	99.978
실시예 2	80	25	100	4	85	2.8	80.2	0.006	99.993
실시예 3	60	10	100	8	10000이상	500이상	78.7	0.003	99.996
실시예 4	70	50	100	2	51	1.03	77.2	0.089	99.885
비교예 1	70	40	100	1	-	-	78.2	0.092	99.882
비교예 2	PVA 흡수형 편광필름						82.1	0.007	99.991

1)F.F는 식 1의 계산법에 의거하여 계산.

상기 표 1의 결과를 통해 확인할 수 있듯이, 실시예 1 내지 4 모두 우수한 P편광 투과율과 편광 효율을 갖는 것으로 나타났다. 특히, 실시예 1 내지 3의 경우, 전반적으로 P 편광 투과율이 70% 이상이면서 편광효율이 99.9% 이상이었고, 단층형 WGP인 비교예 1과 비교해 보았을 때, P 편광 투과율 및 편광효율이 모두 높은 것으로 확인되었다. 그 중 실시예 3은 실시예 1에 비해 금속 격자의 선폭이 좁음에도 불구하고 F.F의 값이 현저히 커짐에 따라 S 편광 투과율이 현저하게 낮아지게 되고, 결과적으로 편광효율이 99.99% 이상까지 달성되었다. 다만, 실시예 4의 경우 비교예 1에 비해 현광효율은 향상되었으나, F.F가 1.05 미만이어서 실시예 1 내지 3만큼의 편광효율 향상을 얻을 수는 없는 것으로 나타났다.

이어서 5인치 액정디스플레이 패널의 하면 편광필름을 제거하여 상기 제조된 실시예 및 비교예의 와이어 그리드 편광판(WGP)을 부착하여 휘도를 분석하였다. WGP의 상대휘도 및 대조비(C.R)을 분석하기 위하여 상용된 PVA 흡수형 편광자(비교예2)를 비교군으로 사용하였다. 휘도 측정시에는 액정디스플레이 패널의 하면에 부착된 WGP를 360도 회전하여 가장 높은 휘도(Maximum Luminance, White) 및 가장 낮은 휘도(Minimum Luminance, Black)를 분석하였고, 측정은 BM-7A(일본 TOPCON사)를 사용하여 임의의 5지점의 휘도를 측정하여 그 평균값을 구하여 평가하였다.

구분	Maximum Luminance (White)		Minimum Luminance (Black)		Contrast Ratio
구분	휘도 (nit)	상대휘도 (REF:비교예 2)	휘도 (nit)	상대휘도 (REF:비교예 2)	(White/Black)
실시예 1	706	136%	0.47	118%	1502
실시예 2	686	132%	0.38	95%	1805
실시예 3	676	130%	0.37	91%	1852
실시예 4	660	127%	1.24	310%	532
비교예 1	664	128%	1.28	320%	518
비교예 2	520	100%	0.4	100%	1300

표 2의 결과에 따르면, 실시예 1 내지 3을 적용한 경우, 비교예 1을 적용한 경우보다 월등히 우수한 휘도특성(white) 및 C.R 특성을 나타냈으며, 비교예 2를 적용한 경우에 비해서도 높은 C.R 특성 및 휘도 특성(white)을 나타냄을 확인하였다. 즉, 본 발명의 WGP는 기존 PVA 흡수형 편광필름이나 단층형 WGP 보다 우수한 휘도 및 C.R 특성을 가지므로 LCD의 품질을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 보였다. 다만, F.F가 1.05를 넘지 못한 실시예 4의 경우 그 효과가 크지는 못하였다.

100: 기재층 110: 수지층
120: 금속 패턴층 130: 심지형 금속 격자
210: 단위 금속 격자의 높이 220: 단위 금속 격자의 선폭
230: 단위 금속 격자의 Pitch 240: 금속 격자간 상하 간격
300: 그림자 격자

Claims

격자형 볼록부에 의한 요철 패턴을 포함하는 수지층(110); 및
상기 수지층의 요철 패턴 상에 형성된 금속 격자 패턴층(120)을 포함하며,
상기 수지층은 요철 패턴을 제외한 층 내부에 상기 금속 격자 패턴층의 금속격자와 평행한 방향으로 서로 이격되어 매립된 다수의 심지(Interlining)형 금속 격자(130)를 포함하는 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판.
제 1 항에 있어서, 상기 심지형 격자는 격자의 수직 단면 일부 또는 전부가 상기 금속 격자 패턴 상의 임의의 금속 격자와 격자 사이를 지나도록 매립되어 있는 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판.
제 1 항에 있어서, 상기 금속 격자 패턴 상의 모든 단위 격자 및 수지층에 포함된 모든 심지형 금속 격자로부터 바닥면을 향해 수직 방향으로 각각의 금속 격자의 선폭과 동일한 폭을 갖는 가상의 그림자를 형성한다 가정할 때,
임의의 격자에서 형성된 가상의 그림자는 이와 중첩되거나 경계면이 맞닿는 하나 이상의 인접한 그림자에 의해 연장된 폭을 갖는 그림자 격자(Shadow grid, 300)를 형성하는 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판.
제 3 항에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광판은 하기 식 1에 따라 계산되는 F.F(Fill Factor)의 값이 1.05 이상인 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판
식 1)
제 1 항에 있어서, 상기 수지층의 요철 패턴 상에 형성된 금속 격자 패턴층은 단위 격자의 높이(210)가 1 내지 1000nm이고, 선폭(220)이 1 내지 140nm이며, 임의의 격자가 시작되는 지점에서 다음 격자가 시작되는 지점까지의 거리로 정의되는 피치(Pitch, 230)가 50 내지 200nm인 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판.
제 1 항에 있어서, 상기 수지층의 요철 패턴 상에 형성되는 금속 격자 및 수지층 내부의 심지형 금속 격자는 임의의 격자로부터 수직방향 기준, 최소 간격으로 떨어진 격자까지의 상하 간격(240)이 0.05 내지 400㎛가 되도록 서로 이격되어 있는 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판.
제 1 항에 있어서, 상기 수지층은 요철 패턴을 제외한 층의 두께가 1 내지 450㎛인 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판.
제 1 항에 있어서, 상기 와이어 그리드 편광판은 P 편광 투과율이 50% 내지 99% 이고, S 편광 투과율이 1% 미만이며, 편광효율이 95% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판.
상기 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 와이어 그리드 편광판을 포함하는 액정표시장치.
제 9 항에 있어서, 상기 액정표시장치는 명암대조비(C.R, contrast ratio)가 500 내지 1,000,000인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.