KR20180075968A - 나노 와이어 그리드 편광자 및 이를 구비한 디스플레이 장치 - Google Patents

나노 와이어 그리드 편광자 및 이를 구비한 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20180075968A
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Abstract

본 발명은 높은 편광 효율을 갖는 나노 와이어 그리드 편광자 및 이를 구비한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명의 와이어 그리드 편광자는 편광자가 요구되는 다양한 장치에 적용될 수 있으며, 특히 디스플레이 장치 등에 적용되어 높은 광학 특성을 구현할 수 있다.

Description

나노 와이어 그리드 편광자 및 이를 구비한 디스플레이 장치{NANO WIRE GRID POLARIZER AND DISPLAY DEVICE EMPOLYING THE SAME}
본 발명은 높은 편광 효율을 갖는 나노 와이어 그리드 편광자 및 이를 구비한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
편광판은 전자기파 중 특정 방향의 빛을 투과시키거나 반사시키는 역할을 하며 일반적으로 액정표시장치(LCD)에서는 두 장의 편광판이 사용되어 액정 셀 내의 액정이 광학적인 상호작용을 일으켜 이미지를 구현하게 된다.
현재 액정표시장치(LCD)에 주로 사용되고 있는 편광판은 흡수형 편광 필름을 이용한 것이다. 흡수형 편광 필름의 경우 주로 폴리비닐알코올(PVA) 필름에 요오드나 이색성 염료를 흡착시키고 이를 일정방향으로 연신하여 제조한다.
그러나 이러한 흡수형 편광 필름은 투과축의 방향에 대한 기계적 강도가 약하고, 열이나 수분에 의해 수축하여 편광기능이 현저히 저하되며, 특정 방향으로 진동하는 빛만을 통과시켜 선편광을 만들기 때문에 광 이용 효율이 이론적으로 50 %를 넘을 수 없는 문제점이 있다.
한편, 와이어 그리드 편광자(Wire Grid Polarizer, WGP)는 금속 와이어가 평행하게 배열된 어레이를 말하며, 금속 격자(Metal Grid)와 평행한 편광 성분은 반사되고 수직한 편광 성분은 투과시키며, 반사된 광을 재이용할 수 있어서 높은 휘도 특성을 갖는 LCD를 제조 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 와이어 그리드 편광자의 일반적인 구조 및 원리를 나타내는 도면이다.
와이어 그리드 편광자는 투명한 기판 위에 나노 사이즈의 금속 패턴을 가지는 편광자로서, 와이어 그리드 편광자에 자연광이 입사되면 금속 패턴과 평행한 편광 성분(S 편광)은 반사되고 수직한 편광 성분(P 편광)은 투과된다. 와이어 그리드 편광자는 기존의 필름 방식의 편광자에 비하여 높은 투과율 및 편광 효율을 나타내는 장점이 있어 기존의 흡수형 편광 필름을 이용한 편광판의 대체재로 이용될 수 있다.
이러한 와이어 그리드 편광자에서 금속 패턴은 편광 효율 등 광학적 특성을 결정하는 요인이 된다. 금속 패턴의 배열 주기인 피치(pitch)가 입사되는 전자기파의 파장과 근사하거나 클 경우는 흡광 현상이 나타나므로, 빛의 손실을 최소화 하기 위해서는 금속 패턴의 피치가 입사광 파장의 1/2 정도로 충분히 작아야 한다. 가시광선의 경우 파장이 400 내지 700 nm 로서, 액정표시장치에 사용되는 나노 와이어 그리드 편광자는 피치가 320 nm 이하인 것이 적합하다고 알려져 있다.
와이어 그리드 편광자에 비편광 빛(Unpolarized Light)을 조사하였을 때, 이론적으로 P 편광은 100% 투과되고, S 편광은 100% 흡수 또는 반사가 되어야 하나, 실제로는 그렇지 못한 경우가 발생한다. 디스플레이의 명암 대조비(C.R, contrast ratio)를 결정하는 편광 효율은 S 편광 투과율(TS)이 낮을수록 우수해지고, 디스플레이의 휘도 즉, 밝기는 P 편광 투과율(TP)이 높을수록 향상될 수 있다.
격자형 패턴이 형성된 기재 상에 금속을 적층하여 제조되는 와이어 그리드 편광자의 경우, 금속 적층량이 많아질수록 반사율이 향상되기 때문에 편광 효율이 증가하는 효과를 나타낸다. 그러나 이와 같이 금속 적층량이 증가하게 되면 빛의 투과 구간이 좁아지므로 P 편광 투과율은 떨어지는 문제가 발생한다. 즉, P 편광 투과율과 편광 효율은 트레이드-오프(Trade-off)관계에 있다.
따라서, 디스플레이의 광학 특성 향상을 위해서는 P 편광 투과율 저하를 최소화하면서 금속의 적층량을 효과적으로 향상시켜, P 편광 투과율을 확보하면서도 편광 효율이 우수한 와이어 그리드 편광자의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허 제1336097호, 와이어 그리드 편광자를 구비하는 액정 디스플레이 장치
본 발명자들은 우수한 편광 특성을 갖는 와이어 그리드 편광자를 제조하고자 연구를 거듭한 결과 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 편광 효율이 우수한 나노 와이어 그리드 편광자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 나노 와이어 그리드 편광자를 구비한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
일 방향으로 실질적으로 평행하게 배열된 격자형 볼록 패턴을 일면에 포함하는 수지 기재; 및 상기 격자형 볼록 패턴 상에 형성된 금속 격자 패턴을 포함하는 나노 와이어 그리드 편광자로서,
상기 금속 격자 패턴은 수지 기재의 기저면에서부터 격자형 볼록 패턴의 상면 및 양측면을 둘러싸며 형성되고,
이때 기저면에서부터 형성되는 금속 격자 패턴의 높이(A)가 수지 기재의 격자형 볼록 패턴의 높이(B)에 대하여 A/B ≥ 1.5의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자를 제공한다.
이때, 상기 금속 격자 패턴은 경사 증착(glancing angle deposition) 공정에 의하여 형성되는 것일 수 있다.
이때, 상기 나노 와이어 그리드 편광자는 1.5 ≤ A/B < 3 의 관계식을 만족하는 것일 수 있다.
이때, 상기 금속 격자 패턴의 높이(A)는 100 ~ 500 nm일 수 있다.
이때, 상기 격자형 볼록 패턴의 높이(B)는 10 ~ 330 nm일 수 있다.
이때, 상기 격자형 볼록 패턴은 최대 폭인 선폭이 5 ~ 100 nm일 수 있다.
이때, 상기 격자형 볼록 패턴의 피치는 40 ~ 200 nm일 수 있다.
이때, 상기 금속 격자 패턴은 격자형 볼록 패턴의 최대 돌출부에서 수평방향으로 이루는 적층 두께가 5 ~ 50 nm일 수 있다.
이때, 상기 격자형 볼록 패턴은 일 측면부 또는 양 측면부가 굴곡지거나 지면과 예각을 이루도록 경사진 구간을 한 구간 이상 포함하는 부정형의 형상인 것일 수 있다.
이때, 상기 격자형 볼록 패턴의 측면부는 경사지거나 굴곡진 구간을 한 구간 이상 포함함으로써 돌출부 및 함몰부를 각각 1 이상 포함하고, 이때 상기 격자형 볼록 패턴 측면부의 최대 돌출부와 최대 함몰부 사이의 거리는 1 ~ 30 nm인 것일 수 있다.
이때, 상기 수지 기재는 아크릴계 수지, 메타아크릴계 수지, 폴리비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 스티렌계 수지, 알키드계 수지, 아미노계 수지, 폴리우레탄계 수지 및 실리콘계 수지를 포함하는 그룹으로부터 선택된 1종 이상으로 형성된 것일 수 있다.
이때, 상기 금속 격자 패턴은 알루미늄, 구리, 크롬, 백금, 금, 은, 니켈 및 이들의 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1종의 금속으로 형성된 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 나노 와이어 그리드 편광자를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
이때, 상기 디스플레이 장치는 LCD 또는 OLED일 수 있다.
본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자는 P 편광 투과율을 확보하면서도 향상된 편광 효율을 나타낸다. 본 발명의 와이어 그리드 편광자는 편광자가 요구되는 다양한 장치에 적용될 수 있으며, 특히 디스플레이 장치 등에 적용되어 높은 광학 특성을 구현할 수 있다.
도 1은 종래 와이어 그리드 편광자의 입체 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 나노 와이어 그리드 편광자의 일 구현예를 나타낸 입체 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 나노 와이어 그리드 편광자의 일 구현예를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 구현될 수 있는 수지 기재의 단면 형상을 예시한 단면도이다.
도 5는 경사 증착 공정 수행 장치의 일 구현예이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
본 발명은 일 방향으로 실질적으로 평행하게 배열된 격자형 볼록 패턴을 일면에 포함하는 수지 기재; 및 상기 격자형 볼록 패턴 상에 형성된 금속 격자 패턴을 포함하는 나노 와이어 그리드 편광자로서,
상기 금속 격자 패턴은 수지 기재의 기저면에서부터 격자형 볼록 패턴의 상면 및 양측면을 둘러싸며 형성되고,
이때 기저면에서부터 형성되는 금속 격자 패턴의 높이(A)가 수지 기재의 볼록 패턴의 높이(B)에 대하여 A/B ≥ 1.5의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자를 제공한다.
본 발명의 나노 와이어 그리드 편광자는 상기와 같이 금속 패턴의 높이를 높게 구현함으로써 우수한 편광 효율을 달성하였다.
도 2는 본 발명에 따른 나노 와이어 그리드 편광자의 일 구현예를 나타낸 입체도이다. 도 2와 같이, 본 발명에 따른 나노 와이어 그리드 편광자는 나노 크기의 격자형 볼록 패턴을 갖는 수지 기재(110) 및 상기 수지 패턴 볼록 패턴을 둘러싸는 금속 격자 패턴(120)을 포함한다.
본 발명에 따른 나노 와이어 그리드 편광자의 수지 기재(110)는 금속 격자 패턴(120)을 형성하기 위한 기재 역할을 수행하는 것으로서, 그 재질은 특별히 한정되지 않으며 광 투과율이 우수한 재질로서 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 쓰이는 물질이라면 어느 것이든 사용될 수 있다. 일례로, 아크릴계 수지, 메타아크릴계 수지, 폴리비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 스티렌계 수지, 알키드계 수지, 아미노계 수지, 폴리우레탄계 수지 및 실리콘계 수지를 포함하는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 열가소성, 열경화성 또는 자외선 경화성 수지를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 수지는 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 등을 사용할 수 있다.
본 발명에서 금속 패턴(120)은 알루미늄, 구리, 크롬, 백금, 금, 은, 니켈 및 이들의 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1종의 금속으로 형성될 수 있다. 가시광선 영역에 대한 반사율이 우수한 측면에서 은 또는 알루미늄을 선택하는 것이 바람직할 수 있고, 제조 단가까지 고려한다면 알루미늄을 선택하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
본 발명은 수지 기재 하면에 지지 기판(130)을 더 포함할 수 있으며, 이때 지지 기판은 배향에 의해 편광효과가 사라지지 않도록 등방성을 나타내는 투명한 기재를 적용할 수도 있고, 빛의 투사방향과 이의 채용구조에 따라 비등방성의 기재를 채용 할 수도 있다.
상기 지지 기판(130)은 수지 기재(110) 및 금속 격자 패턴(120)을 지지하는 역할을 하며 두께는 기계적 강도 및 유연성에 있어서 유리하도록 5 내지 1000 ㎛일 수 있으며 보다 바람직하게는 50 내지 250 ㎛일 수 있다.
상기 지지 기판(130)의 소재로서 바람직한 예로는 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 필름, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 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 유리 등의 무기 기판을 들 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 나노 와이어 그리드 편광자의 단면 형상을 나타낸 것이다.
본 발명의 나노 와이어 그리드 편광자는 기저면에서부터 형성되는 금속 격자 패턴(120)의 높이(A)가 수지 기재(110)의 볼록 패턴의 높이(B)에 대하여 A/B ≥ 1.5의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 기저면은 수지 기재의 가장 낮은 오목부를 포함하는 면으로서, 상기 A 및 B는 각각 기저면의 높이를 0으로 하였을 때 금속 격자 패턴 및 수지 기재 볼록 패턴의 최상단부의 높이를 의미한다.
본 발명의 나노 와이어 그리드 편광자는 상기와 같이 금속 격자 패턴(120)의 높이(A)가 수지 기재(110)의 격자형 볼록 패턴의 높이(B)에 비하여 1.5배 이상 높은 구조를 가진다. 상기 범위를 만족할 때 금속의 적층량이 충분하게 되어 나노 와이어 그리드 편광자의 우수한 편광 효율 특성을 확보할 수 있다. 특히, 1.5 ≤ A/B < 3 범위를 만족할 경우, 충분한 금속 적층량과 동시에 빛의 투과 구간을 확보할 수 있고, 이에 따라 높은 편광 효율은 물론 우수한 P편광 투과율을 달성할 수 있어 바람직하다.
구체적으로, 상기 수지 기재(110)의 격자형 볼록 패턴의 높이(B)는 10 ~ 330 nm일 수 있고, 또는 80 ~ 200 nm일 수 있다. 만일 수지 기재(110) 볼록 패턴의 높이(B)가 80 nm 미만이면 편광 물성을 달성하기 어렵고, 200 nm를 초과하면 패턴 뭉침 현상이 발생할 수 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.
또한, 금속의 적층량 증가에 따른 편광 효율 향상 효과를 확보하기 위하여, 상기 금속 격자 패턴(120)의 높이(A)는 100 ~ 500 nm일 수 있고, 또는 150 ~ 300nm일 수 있다.
상기한 발명의 효과를 확보하기 위하여, 본 발명의 나노 와이어 그리드 편광자는 격자형 볼록 패턴의 선폭(111)이 좁게 구현된 수지 기재(110)를 사용한다. 이때, 상기 선폭(111)은 볼록 패턴이 갖는 최대 폭을 의미한다. 상기 볼록 패턴의 선폭(111)은 구체적으로 5 ~ 100 nm일 수 있으며, 보다 구체적으로 5 ~ 50 nm일 수 있다.
와이어 그리드 편광자는 금속 패턴에 의하여 빛의 편광과 반사가 결정된다. 따라서 금속의 적층량이 증가하게 되면 S 편광의 반사율이 향상되므로 편광 효율이 향상될 수 있다. 하지만, 반사율을 향상시키기 위하여 금속의 적층량을 과도하게 증가시키면 패턴 사이의 빛의 투과 구간이 지나치게 좁아져 P 편광 투과율이 저하되는 문제점이 발생한다.
그러나 본 발명과 같이 수지 기재(110)의 격자형 볼록 패턴 선폭(111)을 충분히 좁게 하면, 동일한 피치의 금속 패턴을 구현할 때 빛의 투과 구간을 좁히지 않고도 더 많은 금속을 적층할 수 있게 된다. 따라서, P 편광 투과율 저하 없이 향상된 편광 효율을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 수지 기재(110)의 격자형 볼록 패턴은 하나의 패턴의 최상단부로부터 다음 패턴의 최상단부까지의 거리로 정의되는 피치(Pitch, 112)가 40 내지 200 nm일 수 있으며, 구체적으로 80 내지 140 nm일 수 있다. 본 발명에서 금속 격자 패턴(120)은 수지 기재(110)의 격자형 볼록 패턴상에 형성되기 때문에, 최종적으로 금속 격자 패턴(120)의 피치는 수지 기재(110)의 격자형 볼록 패턴 피치(112)와 유사한 값을 가지게 된다.
만일 격자형 볼록 패턴의 피치(112)가 상기 범위 미만이면 공정상 제조가 어려우며, 반대로 상기 범위를 초과하면 소광비(extinction ratio)가 낮아져 가시광선 영역에서 우수한 편광 특성을 기대하기 어려우므로, 상기 범위 내에서 적절히 조절한다.
이때, 빛의 투과 구간을 확보하기 위하여, 상기 금속 격자 패턴(120)은 격자형 볼록 패턴 측면부의 최대 돌출부에서 수평 방향으로 이루는 적층 두께(121)가 5 ~ 25 nm인 것이 바람직하다.
상기 수지 기재(110)의 격자형 볼록 패턴 단면 형상은 본 발명에서 특별히 제한되지 않으며 다양할 수 있고, 패턴의 단면 형상은 반드시 좌우 대칭될 필요는 없다. 예를 들어, 상기 패턴의 단면 형상은 도 4에 예시한 바와 같이 직사각형, 사다리꼴, 삼각형, 포물선 형상, 또는 일 측면부가 굴곡지거나 지면과 예각을 이루도록 경사진 구간을 한 구간 이상 포함하는 부정형의 형상일 수 있다.
일례로, 상기 격자형 볼록 패턴의 측면부는 경사지거나 굴곡진 구간을 한 구간 이상 포함하며 이에 따라 상기 측면부는 돌출부와 함몰부를 각각 1 이상 포함한다. 이때, 상기 격자형 볼록 패턴 측면부의 최대 돌출부와 최대 함몰부 사이의 거리는 1 내지 30 nm일 수 있다.
상기와 같이 격자형 볼록 패턴 측면부에 경사지거나 굴곡진 구간을 한 구간 이상 포함하는 경우, 패턴 측면부에 골이 형성되며, 이러한 골에는 금속이 채워질 수 있다. 따라서, 이와 같은 격자형 볼록 패턴을 포함하는 수지 기재(110)를 사용할 경우 동일한 패턴 폭, 높이, 및 피치를 나타내는 다른 와이어 그리드 편광판에 비해 금속 적층량을 효율적으로 증가시킬 수 있고, 결과적으로 P 편광 투과율의 저하 없이 편광 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 수지 기재(110) 및 금속 격자 패턴(120)의 피치, 높이, 폭 등 형상과 관련된 수치들은 해당 분야에 공지된 다양한 방법에 의하여 측정될 수 있으며, 일례로 수지 패턴의 단면 형상을 주사전자현미경(SEM)이나 투과전자현미경(TEM)으로 관찰함으로써 측정될 수 있다. 일례로, 나노 사이즈의 패턴 형상을 비교적 정확하고 왜곡 없이 측정할 수 있는 TEM을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 나노 와이어 그리드 편광자의 제조방법은 특별히 제한되지 않으나, 일례로 수지 상에 격자형 볼록 패턴을 형성하는 단계 및 상기 수지 패턴에 금속을 적층하는 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
본 발명에서 수지에 격자형 볼록 패턴을 형성하는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 쓰이는 방법이 사용될 수 있다. 일례로, 열 또는 자외선 경화성 수지를 기재상에 도포한 후, 모양이 형성되어 있는 스탬프 또는 패턴 몰드로 전사하고 수지를 경화시켜 패턴을 형성하는 방법에 의할 수 있다.
상기 수지 패턴에 금속을 적층시키는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어 스퍼터링, 열증착, 전자선 증착, 또는 고분자와 금속을 동시에 식각하여 금속 패턴을 형성하는 건식 에칭방법 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하기로, 상기 금속의 적층은 경사 증착(glancing angle deposition) 공정에 의할 수 있다. 경사 증착 공정은 증착이 수행될 기판을 경사지게 하거나, 증착원을 경사지게 하여 증착을 수행하는 방법이다. 경사 증착 공정은 빛의 투과 공간이 확보될 수 있도록 수지의 격자형 볼록 패턴에 선택적으로 금속을 코팅 할 수 있어 편광자의 높은 편광 효율 구현에 적합하다. 또한, 경사 증착 공정을 채택할 경우 에칭방법의 식각 공정이 필요 없어 제조공정을 단순화할 수 있는 장점이 있어, 본 발명의 나노 와이어 그리드 편광자를 구현하기에 적합하다.
상기 경사 증착 공정은 예를 들어 스퍼터를 이용하거나 또는 전자빔증착(E-Beam evaporation, EBE)과 같은 진공 증착 장비 또는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, 플라즈마 화학기상 증착법) 중에서 하나 이상을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 스퍼터를 이용할 경우, 스퍼터링 방식은 이온 빔 스퍼터링, 마그네트론 스퍼터링 등 어느 방식의 것을 이용하여도 무방하다.
상기 경사 증착 공정에서 경사각(Θ)은 수평을 0도로 할 때 기울어진 기판 또는 증착원의 각도를 의미하는 것으로서, 본 발명의 제조방법에서 특별히 한정되지 않는다. 일례로 경사각(Θ)은 60 ~ 85도 사이로 설정될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 수지 기재(110)의 격자형 볼록 패턴 형상에 따라 적절히 조절될 수 있다. 또한, 격자형 볼록 패턴의 높이에 따른 금속의 적층량을 조절하기 위하여, 공정 중 경사각을 변화시키면서 증착을 수행할 수도 있다.
본 발명에서, 금속의 경사 증착은 수지 기재(110)의 격자형 볼록 패턴 양 측면 및 상면에 대하여 이루어지며, 일례로 도 5와 같이 수지 기재 이송용 롤(210, 211), 개구부(221)를 가지는 마스크(220), 및 금속 공급원(230)을 포함하는 장치를 통하여 연속적으로 수행될 수 있다. 도 5에서, 패턴이 형성된 수지 기재(110)는 다수개의 이송용 롤(210, 211)을 통해 일방향으로 이송되며, 마스크(220)의 첫번째 개구부를 통과하면서 격자형 볼록 패턴의 일 측면 및 상면에 금속이 증착되고, 마스크(220)의 두번재 개구부를 통과하면서 다른 일 측면 및 상면에 금속이 증착된다. 이와 같은 장치를 통해 연속적으로 격자형 볼록 패턴 양 측면 및 상면에 금속을 적층시킴으로써 생산성 및 효율성을 증대시킬 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 나노 와이어 그리드 편광자는 편광 소자가 채용될 수 있는 장치에 적용될 수 있으며, 상기 장치의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 상기 편광 소자가 채용될 수 있는 장치의 비제한적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device; LCD) 및 유기전계발광표시장치 (Organic Electro Luminescence Display; OLED) 등의 디스플레이 장치를 들 수 있다.
액정표시장치는 인가 전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생되는 여러 가지 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 전자 소자이다. 상기 액정표시장치의 일례로, 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT-LCD)를 들 수 있다.
TFT-LCD는 빛을 제공하는 램프, 빛을 기판의 전 영역에 고루 분포시키기 위한 도광판 및 기타 필름을 포함하는 백라이트 유닛(Back Light Unit); 게이트선, 데이터선, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 및 화소 전극 등이 형성되어 있는 TFT 기판; TFT 기판에 대향하여 배치되며 컬러필터(Color filter) 및 공통 전극 등이 형성되어 있는 컬러필터기판; 및 TFT 기판과 컬러필터기판 사이에 채워져 있는 액정층으로 구성된다. 그리고, TFT 기판의 하부 및 컬러필터기판의 상부에는 광원에서 제공되는 무편광의 광을 직선 편광으로 편광시키도록 편광판이 구비된다.
또한, 유기전계발광표시장치는 투명기판 상에 양극(ITO층), 전자주입층, 전자수송층, 발광층, 정공수송층, 정공주입층 및 음극을 차례로 적층하여 이루어지며, 이때 상기 투명기판 외부 또는 양극 외부에 편광판을 구비한다.
본 발명에 따른 LCD 및 OLED 등의 디스플레이 장치는 상기 편광판으로서 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광판을 사용한다. 이때, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광판은 기판의 하부/상부 모두에 적용될 수도 있고, 둘 중 어느 한 곳에만 적용될 수도 있다.
와이어 그리드 편광자는 P 편광을 투과시키는 동시에 S 편광은 반사하며, 반사된 광이 재활용될 수 있어 광 이용률을 높일 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 나노 와이어 그리드 편광자는 빛의 투과 구간을 확보하면서도 금속의 적층량을 높일 수 있으므로, P 편광 투과율 저하 없이 향상된 편광 효율을 나타낸다. 따라서 LCD나 OLED에 적용되어 우수한 편광 효율 및 휘도를 나타내 고품위의 화면 구현을 가능케 한다.
[실시예]
제조예 1: 나노 와이어 그리드 편광판의 제조
수지 기재로서 아크릴레이트, 금속 패턴으로서 알루미늄, 지지 기판으로서 두께 80 μm의 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 필름을 사용하여, 다음의 방법으로 하기 표 1에 기재된 조건을 만족하는 나노 와이어 그리드 편광자를 제조하였다.
두께 80㎛의 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 필름의 한 면에 두께 5㎛로 자외선 경화성 아크릴레이트를 도포한 후, 나노 패턴을 가지는 니켈 전주 스템프를 밀착시키고 자외선(고압수은등, 20 W/cm2)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴레이트 수지를 경화시켜 격자형 볼록 패턴이 형성된 수지 기재를 제조하였다. 이후, 격자형 볼록 패턴이 형성된 수지 기재 위에 스퍼터링을 이용하여(진공도 10-5 torr) 경사 증착 공정을 통하여 알루미늄을 양측면 및 상면에 증착하였다.
수지 기재의 격자형 볼록 패턴 금속 격자 패턴
(수지기재 포함)		 A/B
선폭 높이(B) 피치 P1-P21) 너비2) 높이(A)
실시예 1 30nm 100nm 100nm 5nm 50nm 150nm 1.5
실시예 2 20nm 100nm 100nm 5nm 50nm 200nm 2.0
실시예 3 10nm 100nm 100nm 2nm 50nm 250nm 2.5
실시예 4 30nm 100nm 100nm 5nm 80nm 300nm 3
비교예 1 30nm 100nm 100nm 5nm 45nm 140nm 1.4
1) 격자형 볼록 패턴 측면부의 최대 돌출부(P1)와 최대 함몰부(P2)사이의 거리.
2) 상기 금속 격자 패턴의 너비는 수지 기재를 포함한 금속 격자 패턴의 총 너비를 의미하며, 도 3의 111+121*2 에 해당함.
실험예 1: 편광 특성 실험
RETS-100 장비(OTSUKA ELECTRONICS사)를 이용하여 빛의 파장 550nm에서 다음과 같은 방법으로 상기 실시예 1 및 비교예 1의 편광판의 P 편광 투과율(TP) 및 S 편광 투과율(TS)을 측정하였으며, 이로부터 측정된 값으로부터 하기 수학식 1에 의하여 편광 효율을 계산하였다.
Figure pat00001
또한, 5.5인치 액정디스플레이 패널의 하면 편광필름을 제거한 후, 상기 제조된 실시예 및 비교예의 편광필름을 부착하여 휘도를 분석하였다. 휘도 측정은 BM-7A(일본 TOPCON사)를 사용하여 임의의 5지점에서 휘도(Luminance)를 측정하여 그 평균값을 구하여 평가하였다.
표 2는 상기 실험 결과를 나타낸 것이다.
P편광 투과율(%) S편광 투과율(%) 편광 효율(%) 휘도(%)
실시예 1 81.990% 0.010% 99.990% 100%
실시예 2 83.230% 0.004% 99.995% 110%
실시예 3 85.215% 0.001% 99.999% 115%
실시예 4 69.554% 0.001% 99.999% 80%
비교예 1 84.950% 2.3% 97.329% 92%
상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 4의 경우 S편광 투과율이 매우 낮고, 99.99% 이상의 매우 우수한 편광 효율을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 3은 휘도 역시 100% 이상으로 우수하게 나타났다. 특히, 수지 기재의 격자형 볼록 패턴의 선폭이 좁고 금속의 적층 높이가 높을수록 금속의 적층량이 증가하여 우수한 편광 특성을 나타내는 것으로 확인되었다.
그러나, A/B 값이 1.4인 비교예 1의 경우는 S 편광 투과율이 높게 나타났고 이에 따라 편광 효율이 97%에 그쳐, 실시예와 비교하여 편광 특성이 떨어지는 것으로 나타났다. 이는 금속의 적층량이 실시예에 비하여 충분하지 않았기 때문으로 판단할 수 있다.
한편, A/B 값이 3인 실시예 4의 경우는 편광 효율 측면에서는 매우 우수하였으나, P편광 투과율이 다소 저하되어 휘도가 떨어지는 것으로 나타났다. 이로부터, 높은 편광 효율 및 우수한 휘도를 동시에 구현하기 위해서는 A/B 값이 3 미만인 것이 보다 바람직함을 확인할 수 있다.
상기 결과에 나타난 바와 같이, 본 발명의 나노 와이어 그리드 편광자는 빛의 투과 구간을 좁히지 않고 충분한 금속 적층량을 확보할 수 있어 기존의 편광자에 비하여 우수한 편광 특성을 나타내며, 이에 디스플레이 장치 등에 적용되어 고품위 화면을 구현할 수 있다.
110: 수지 기재
111: 격자형 볼록 패턴의 선폭
112: 격자형 볼록 패턴의 피치
120: 금속 격자 패턴
121: 금속 적층 두께
130: 지지 기판
210, 211: 이송용 롤
220: 마스크
221: 마스크 개구부
230: 금속 공급원

Claims (14)

  1. 일 방향으로 실질적으로 평행하게 배열된 격자형 볼록 패턴을 일면에 포함하는 수지 기재; 및 상기 격자형 볼록 패턴 상에 형성된 금속 격자 패턴을 포함하는 나노 와이어 그리드 편광자로서,
    상기 금속 격자 패턴은 수지 기재의 기저면에서부터 격자형 볼록 패턴의 상면 및 양측면을 둘러싸며 형성되고,
    이때 기저면에서부터 형성되는 금속 격자 패턴의 높이(A)가 수지 기재의 격자형 볼록 패턴의 높이(B)에 대하여 A/B ≥ 1.5의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 격자 패턴은 경사 증착(glancing angle deposition) 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나노 와이어 그리드 편광자는 1.5 ≤ A/B < 3 의 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 격자 패턴의 높이(A)는 100 ~ 500 nm인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 격자형 볼록 패턴의 높이(B)는 10 ~ 330 nm인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 격자형 볼록 패턴은 최대 폭인 선폭이 5 ~ 100 nm인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 격자형 볼록 패턴의 피치는 40 ~ 200 nm인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속 격자 패턴은 격자형 볼록 패턴의 최대 돌출부에서 수평방향으로 이루는 적층 두께가 5 ~ 50 nm인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 격자형 볼록 패턴은 일 측면부 또는 양 측면부가 굴곡지거나 지면과 예각을 이루도록 경사진 구간을 한 구간 이상 포함하는 부정형의 형상인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 격자형 볼록 패턴의 측면부는 경사지거나 굴곡진 구간을 한 구간 이상 포함함으로써 돌출부 및 함몰부를 각각 1 이상 포함하고,
    이때 상기 격자형 볼록 패턴 측면부의 최대 돌출부와 최대 함몰부 사이의 거리는 1 ~ 30 nm인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수지 기재는 아크릴계 수지, 메타아크릴계 수지, 폴리비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 스티렌계 수지, 알키드계 수지, 아미노계 수지, 폴리우레탄계 수지 및 실리콘계 수지를 포함하는 그룹으로부터 선택된 1종 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 금속 격자 패턴은 알루미늄, 구리, 크롬, 백금, 금, 은, 니켈 및 이들의 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1종의 금속으로 형성된 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 와이어 그리드 편광자를 포함하는 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 LCD 또는 OLED인, 디스플레이 장치.
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