WO2012086977A2 - 패턴화된 광위상변조판 및 이의 제조방법 - Google Patents

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WO2012086977A2
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김혁전
손성호
안지영
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에스케이이노베이션 주식회사
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3083—Birefringent or phase retarding elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/332—Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD]
    • H04N13/337—Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD] using polarisation multiplexing

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a patterned photophase modulation plate comprising a liquid crystal sheet having a phase delay pattern of? / 4 wavelength formed by forming a patterned alignment film on the photoalignment film by one alignment step.
  • Three-dimensional stereoscopic imaging techniques can be broadly classified into a binocular stereoscopic technique and an autostereoscopic technique.
  • the binocular disparity method uses a parallax image of the left and right eyes having the largest stereoscopic effect, and includes a glasses method and a glasses-free method.
  • an optical phase modulator using liquid crystal is often used.
  • An optical phase modulator using a conventional liquid crystal is composed of a substrate, an alignment film coated on the substrate and subjected to surface alignment, and a liquid crystal coated and oriented on the alignment film.
  • the liquid crystal is usually surface-aligned on the alignment layer with a photoreactive liquid crystal, and then crosslinked and solidified by light irradiation such as ultraviolet rays to form a polymer liquid crystal film.
  • the optical axis formed in accordance with the alignment direction of the liquid crystal in accordance with the surface alignment direction of the alignment film serves as the optical phase modulation function.
  • the conventional alignment method is rubbing the alignment layer using a roll wound with a soft fabric, and setting the surface alignment direction according to the rubbing direction, or irradiating the alignment layer with polarized ultraviolet rays or the like to adjust the surface alignment direction according to the polarization direction. It was common to set up.
  • a conventional method of manufacturing a patterned photophase modulator with an alignment film formed in the above manner comprises preparing a substrate; Forming an alignment layer on the substrate; Forming a pattern on the alignment layer by photolithography and performing rubbing orientation; Etching away the photoresist and again forming a pattern in a photolithographic manner to rub orientation of the non-rubbing orientation; Coating a liquid crystal on the alignment layer on which the pattern is formed; And irradiating the coated liquid crystal with light to photocrosslink to form a polymer liquid crystal film.
  • the manufacturing method employs a rubbing method, and since photolithography must be used to form the pattern, the process is very complicated, the cost of the material used is high, and the defect rate is high, resulting in poor overall productivity.
  • a conventional method of manufacturing an optical phase modulation plate using the optical alignment method comprises the steps of preparing a substrate; Forming an alignment layer on the substrate; Applying an optical mask 1 having a predetermined pattern on the alignment layer and irradiating with polarized light to perform surface alignment only on a portion of the light passing through the optical mask 1; Applying an optical mask 2 having a predetermined pattern on the partial surface alignment treated alignment layer again and irradiating with polarized light whose angle is changed to perform surface alignment only on a portion of the light passing through the optical mask 2; Applying a liquid crystal on the surface-aligned alignment layer; And irradiating the coated liquid crystal with light to photocrosslink to form a polymer liquid crystal film.
  • This technique is a two-mask process (process using two masks), in which the photomask 1 is applied on the substrate on which the alignment layer is formed, and the first photoalignment is performed, and then the photomask 2 is applied and photoaligned. It is done.
  • the method has an advantage of having no inflow of dust by using the optical alignment method, which is a non-contact orientation method, and an excellent productivity compared to a process using a rubbing orientation.
  • the above method also requires two different photomasks for the formation of each pattern, and if the dimensional accuracy is low when aligning the photomasks for the formation of each pattern, the orientation is well defined between the pattern and the pattern. Unoccupied regions may be generated to deteriorate the quality of the optical phase modulator. Incorrect alignment of the mask may result in misalignment of the mask border region. That is, in the first and second optical alignment, a portion in which the optical alignment is not at all generated may occur, or a portion in which the optical alignment is overlapped may occur.
  • the alignment process since the photomask alignment needs to be made precisely with high dimensional accuracy, the alignment process not only increases the tact time but also requires expensive equipment such as a mask aligner. There is a problem.
  • Korean Patent No. 10-0491752 uses a reversible photoreactive material to irradiate polarized ultraviolet rays without using a photomask in the first alignment step, thereby optically aligning all regions in the same alignment direction.
  • a photomask having a predetermined pattern is padded, and the light of which the direction of the polarization axis is changed is re-illuminated.
  • a method of manufacturing an alignment film in which an alignment pattern is mixed is provided.
  • the problem to be solved by the present invention for solving the above problems is to provide a method for manufacturing a patterned optical film minimized the use of a mask in the process of forming a pattern on the optical alignment layer.
  • the present invention uses a polarizing plate and a patterned phase delay mask in which two transmission axes adjusted to 22.5 degrees and -22.5 degrees with respect to the transmission axis of the polarizing plate are alternately formed, and thus, on the optical alignment layer by one light irradiation. Since the pattern orientation is formed, a phase delay pattern having a wavelength of ⁇ / 4 is formed in the liquid crystal coating in the future to provide a method of manufacturing a patterned photophase modulation plate that can reduce the manufacturing process and cost.
  • the present invention is to provide a method for producing a patterned photophase modulation plate that is not limited in the material selection because both the reversible material and irreversible material can be used as the optical alignment material in the optical orientation.
  • the present invention for achieving the above object is to solve the problem of having to perform two alignment processes using an existing optical mask, by using a single optical alignment process by using a patterned phase delay mask instead of a photomask
  • the present invention relates to a process for producing a patterned photophase modulation plate.
  • an optical axis of a polarizing plate having a constant transmission axis on the optical alignment layer and an optical axis of a ⁇ / 2 phase delay pattern having an angle difference of 45 degrees and an optical axis of an alternately formed patterned retarding mask being transmitted through the polarizing plate Padding to adjust 22.5 degrees and -22.5 degrees relative to the axis and irradiating the light source to form a patterned photo-alignment film;
  • It relates to a method of manufacturing a patterned optical phase modulation plate comprising a.
  • the patterned phase delay mask is
  • a photomask having transmissive portions spaced apart at regular intervals on the primary alignment treated alignment layer, and a polarizing plate having a transmissive axis controlled at an angle of 45 degrees with respect to the transmissive axis of the polarizing plate of step b2) on the upper portion thereof;
  • the polymer liquid crystal sheet of step d) has a phase delay pattern having a phase delay pattern having a wavelength of ⁇ / 4.
  • the optical alignment is possible in one step in the optical alignment process using a mask, it is possible to solve the defect rate by the existing method and to reduce the process cost. .
  • Figure 1 shows the manufacturing process of the patterned photophase modulation plate of the present invention.
  • Figure 2 shows the manufacturing process of the patterned phase delay mask used in the manufacturing process of the patterned photophase modulation plate of the present invention.
  • FIG. 3 illustrates a process of photoalignment using the patterned phase delay mask manufactured by FIG. 2.
  • photoalignment layer 210 patterned photoalignment layer
  • 300 patterned phase delay mask 311, 312: optical axis
  • liquid crystal layer 510 liquid crystal sheet with optical axis pattern formed
  • Figure 1 shows the manufacturing process of the patterned photophase modulation plate of the present invention. As shown in Figure 1, the method for producing a patterned photophase modulation plate of the present invention is
  • a patterned retarding mask 300 having an angle difference of 45 degrees between a polarizing plate 400 and a ⁇ / 2 phase delay pattern having a constant transmission axis on the optical alignment layer 200 and having an angle difference of 45 degrees Padding the light axis by adjusting the optical axis to be 22.5 degrees and -22.5 degrees relative to the transmission axis of the polarizing plate and irradiating the light source (1) to form a patterned optical alignment film (210);
  • the substrate 100 in the step of forming the optical alignment film of step a) can be used without limitation as long as it is a transparent substrate material having optically isotropic such as polymer film or glass. It is more preferable to use a substrate which is transparent and has a ⁇ / 2 phase delay property.
  • the photosensitive polymer composition forming the photoalignment layer 200 may include both a polymer oriented in an irreversible reaction or a polymer oriented in a reversible reaction.
  • the irreversible reaction causes an irreversible reaction such as photo dimerization and photo dissociation, so that the surface is permanently modified after the surface alignment treatment and the liquid crystals are applied on the photo alignment layer. Reversible means that the orientation direction formed in the first photo-alignment can be changed in another direction through subsequent photo-alignment, irradiation of ion beam or plasma beam, or rubbing.
  • the photoalignment layer 200 in the step a) refers to a film coated and dried on the photosensitive polymer composition, and then the patterned photoalignment layer 210 may be formed through the step b).
  • the present invention is characterized in the step b), wherein the polarization plate 400 and the optical axis is adjusted to 22.5 degrees, -22.5 degrees relative to the transmission axis of the polarizing plate on the top of the optical alignment layer 200 ⁇ / 2 wavelength phase delay layer
  • the patterned retarding mask 300 is padded and the light source 1 is irradiated to pattern-align the patterned retarding regions to form the patterned photo-alignment film 210.
  • the patterned photo-alignment layer 210 is aligned in the form of light alignment alternately 45 degrees and ⁇ 45 degrees with respect to the transmission axis of the polarizing plate, respectively.
  • the polarizer 400 may use various types of prism polarizers such as Glan-thompson, Nicole, and Woollaston, and polarizers for LCDs. .
  • the present invention is characterized in that the ⁇ / 2 wavelength phase delay layer laminated on the polarizing plate 400 in the step b) is patterned retarding mask 300, without applying a photomask after applying a conventional reversible polymer composition.
  • the first photoalignment is performed by using a photomask, followed by the second photoalignment process by using a polarizing plate and a photomask that are oriented at 90 degrees with respect to the first photoalignment direction.
  • the light source 1 may use any one selected from ultraviolet rays, ion beams, and plasma beams.
  • step c) is a step of forming the liquid crystal layer 500 by applying a photocrosslinkable liquid crystal on the patterned photo alignment layer 210 by one mask process in step b).
  • the photocrosslinked liquid crystal is any one or more selected from nematic, discotic and cholesteric liquid crystals and is not limited as long as it is commonly used in the art.
  • the optical phase modulation characteristic is changed according to the thickness of the coated liquid crystal and the refractive index anisotropy of the liquid crystal.
  • it is preferably a coating having a thickness of several micrometers or less, and more preferably, a thickness at which a phase delay pattern of lambda / 4 wavelength is formed.
  • step d) is a step of forming a liquid crystal sheet 510 having an optical axis pattern formed by irradiating the light source 1 onto the liquid crystal layer 500 and photocrosslinking.
  • the light source 1 may use any one selected from ultraviolet rays, ion beams, and plasma beams.
  • the polymer liquid crystal sheet of step d) has a phase delay of ⁇ / 4 wavelength A pattern is formed, and the patterned optical phase modulation plate having phase modulation characteristics may be manufactured by the steps a) to d).
  • Figure 2 shows the manufacturing process of the patterned phase delay mask used in the manufacturing process of the patterned photophase modulation plate of the present invention.
  • the patterned phase delay mask 300 As shown in FIG. 2, the patterned phase delay mask 300
  • the light source 1 is irradiated to alternately form a polymer liquid crystal layer having an optical angle of 45 degrees with an angle difference of 45 degrees. Forming 60);
  • the patterned phase delay mask 300 manufactured by the above method has a phase delay of ⁇ / 2 wavelength in which two transmission axes adjusted at an angle of 45 degrees with respect to the transmission axis 41 of the polarizer 40 are alternately formed.
  • the layers are in a patterned form.
  • the substrate 10 in the step of forming the optical alignment layer 20 of step b1), may be used without limitation as long as it is a transparent substrate material having optically isotropy such as a polymer film or glass.
  • the photosensitive polymer composition for forming the photoalignment layer 20 is preferably used a polymer oriented in an irreversible reaction, it is also possible to use a polymer oriented in an irreversible reaction.
  • step b2) the photomask 30 having the transmission parts spaced apart at regular intervals is raised, and after forming the alignment pattern, in step b3), the position of the photomask 30 is adjusted so that the region covered by step b2 is transmitted. Adjust
  • the optical alignment layer 20 in step b1) refers to a film coated with a photosensitive polymer composition and dried, and then patterned by alternately inclining an optical axis tilted at a 45 degree angle through steps b2) and b3).
  • the photo-alignment film 21 can be formed.
  • Steps b2) and b3) may be generally formed through a process of forming a secondary photoalignment, and are adjusted at an angle of 45 degrees with respect to the transmission axis 41 of the polarizer 40 used in the primary photoalignment. It is characterized in that the secondary optical alignment by using the polarizing plate 50 having the transmission axis (51).
  • the light source 1 is irradiated to alternately form the optical liquid crystal layer 60 having an angle difference of 45 degrees with an optical axis of the phase delay layer pattern of ⁇ / 2. To form.
  • a patterned phase delay mask having an angle difference of 45 degrees as a whole and having an alternately formed structure can be manufactured.
  • FIG. 3 illustrates a step b) of FIG. 1, that is, a photoalignment process using the patterned phase delay mask manufactured by FIG. 2.
  • the optical axis of the polarizing plate 400 having a constant transmission axis 410 on the upper portion of the optical alignment layer 200 and the phase delay layer having a ⁇ / 2 pattern on the lower portion thereof has an angle difference of 45 degrees.
  • the polarized light passing through the patterned phase delay mask 300 has +45 degrees and -45 degrees compared to the incident polarized light.

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Abstract

본 발명은 한번의 배향공정에 의해 광배향막상에 패턴화된 배향막을 형성함으로써, λ/4 파장의 위상지연 층 패턴이 형성된 액정시트를 포함하는 패턴화된 광위상변조판의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광위상변조판의 제조방법은 마스크를 이용한 광배향 과정에서 한번의 과정으로 광배향이 가능하게 됨에 따라, 기존의 방법에 의한 불량률을 해소할 수 있으며 공정비용이 감소하는 우수한 효과가 있다.

Description

패턴화된 광위상변조판 및 이의 제조방법
본 발명은 한번의 배향공정에 의해 광배향막상에 패턴화된 배향막을 형성함으로써, λ/4 파장의 위상지연 패턴이 형성된 액정시트를 포함하는 패턴화된 광위상변조판의 제조방법에 관한 것이다.
3차원 입체 영상 기술은 양안 시차 방식(stereoscopic technique), 복합 시차 방식(autostereoscopic technique)으로 크게 분류할 수 있다. 그리고, 양안 시차 방식은 가장 입체효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하는 것으로서, 안경 방식과 무안경 방식이 있다.
상기 입체 영상 기술에서는 액정을 이용한 광위상변조판을 활용하는 경우가 많다. 통상적인 액정을 이용한 광위상변조판은 기판, 상기 기판에 코팅하여 표면 배향 처리되는 배향막, 및 상기 배향막 위에 코팅되어 배향되는 액정으로 구성되어 있다. 그리고, 상기 액정은 광반응성 액정으로 배향막 상에서 표면 배향된 후 자외선 등의 광조사에 의해 가교 고상화되어 고분자 액정 필름 형태로 되는 것이 보통이다. 그리고, 상기 배향막의 표면 배향 방향에 준하여 액정의 배향 방향에 따라 형성된 광축이 광위상 변조 기능을 하게 된다.
지금까지의 배향 방식은 부드러운 직물로 감긴 롤을 이용하여 배향막을 러빙(rubbing)하여, 러빙 방향에 따라 표면 배향방향을 설정하거나, 편광된 자외선 등을 배향막에 조사하여 편광 방향에 따라 표면 배향 방향을 설정하는 것이 일반적이었다.
상기의 방식으로 형성되는 배향막으로 패턴화된 광위상변조판을 제조하는 종래의 방법은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판에 배향막을 형성하는 단계; 상기 배향막 위에 포토리소그라피 방식으로 패턴을 형성하고 러빙(rubbing) 배향하는 단계; 포토레지스트를 에칭하여 없애고, 다시 포토리소그라피 방식으로 패턴을 형성하여, 러빙 배향되지 않은 부분을 러빙 배향하는 단계; 상기 패턴이 형성된 배향막 위에 액정을 도포하는 단계; 및 상기 도포된 액정을 광으로 조사하여 광가교시켜 고분자 액정 필름화하는 단계를 포함하는 방법으로 구성된다.
상기 제조 방법은 러빙 방식을 채용하고 있으며, 상기 패턴의 형성을 위해 포토리소그라피를 사용해야 하기 때문에 그 공정이 대단히 복잡하고 사용되는 재료의 비용이 높으며 불량률도 높아서 전체적으로 생산성이 좋지 않은 문제점이 있다.
상기 러빙 배향 방식의 단점을 극복하기 위하여 비접촉 배향 방식인 광배향법이 개발되었다. 종래의 광배향법에 의한 배향막 형성 과정을 포함한 광위상변조판 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
상기 광배향법을 이용하는 광위상변조판을 제조하는 종래의 방법은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판에 배향막을 형성하는 단계; 상기 배향막 위에 소정의 패턴을 갖는 광마스크1을 덧대고 편광으로 조사하여 상기 광이 상기 광마스크 1을 통과한 부분만 표면 배향 처리하는 단계; 상기 부분 표면 배향 처리된 배향막 위에 다시 소정의 패턴을 갖는 광마스크2를 덧대고 각도가 변경된 편광으로 조사하여 상기 광이 광마스크2를 통과한 부분만 표면 배향 처리하는 단계; 상기 표면 배향 처리된 배향막 위에 액정을 도포하는 단계; 및 상기의 도포된 액정을 광으로 조사하여 광가교시켜 고분자 액정 필름화하는 단계를 포함하는 방법으로 구성된다.
이 기술은 2 마스크 공정(마스크를 2회 사용하는 공정)으로서, 상기 배향막이 형성된 기판 위에 광마스크1을 덧대고 1차 광배향한 다음, 다시 광마스크 2를 덧대고 광배향하는 방식으로 처리되는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은 비접촉 배향 방식인 광배향법을 사용하여 먼지의 이입이 원천적으로 없고, 러빙 배향을 사용하는 공정에 비해 생산성이 월등히 우수하다는 장점이 있다.
그러나, 상기의 방법도 각 패턴의 형성을 위해 2개의 서로 다른 광마스크가 필요하며, 각 패턴의 형성을 위해 광마스크를 정렬할 때 그 치수정확도가 낮으면 패턴과 패턴 사이에 그 배향이 잘 정의되지 않은 영역이 발생하여 광위상변조판으로서의 품질을 저하될 수 있다. 마스크의 위치 정렬이 잘못될 경우 마스크 접경 지역의 배향이 잘못되는 경우가 발생하게 된다. 즉, 1차, 2차 광배향 시 광 배향이 전혀 되지 않는 부분이 발생하거나, 광배향이 중복된 부분이 발생할 수 있다.
또한, 광마스크의 정렬(photomask align)이 높은 치수정밀도로 정확히 이루어져야 하므로 이에 따라 정렬 공정에서 택타임(tact time)이 길어 질 뿐만 아니라 마스크 정열 장치(mask aligner)와 같은 고가의 설비가 필요하게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 우리나라 등록특허 제10-0491752호에서는 가역적인 광반응성 물질을 이용하여 1차 배향 단계에서 광마스크를 사용하지 않고 편광된 자외선을 조사함으로써 전영역을 모두 같은 배향 방향으로 광배향 처리한 후, 2차 배향 단계에서 소정의 영역에 대하여 1차 배향 단계에서 형성된 배향을 다른 배향으로 변경하기 위하여 소정의 패턴을 가지는 광마스크를 덧대고 편광축의 방향이 변경된 광을 재조사하여 2종의 배향패턴이 혼재된 배향막을 제조하는 방법이 제시되어 있다.
그러나 상기 특허의 방법으로 제조하기 위해서는 최소한 2회 이상의 광 배향 처리 공정이 필요하며 이에 따른 가역적인 광반응성 물질, 즉 최초의 광배향에서 형성된 배향 방향이 차후의 광배향, 이온빔 또는 플라즈마빔의 조사 또는 러빙을 통하여 다른 방향으로 바뀔 수 있는 제한적인 광반응성 물질을 사용해야 하므로 그 제조에 제한적인 단점이 있다.
상기 문제점을 해소하기 위한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광배향막에 패턴을 형성하는 과정에서 마스크의 사용이 최소화된 패턴화된 광학 필름을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
구체적으로 본 발명은 편광판 및 상기 편광판의 투과축에 대해 22.5도, -22.5도로 조절된 두 개의 투과축이 교대로 형성된 패턴화된 위상지연 마스크를 사용함으로써, 한번의 광조사에 의해 광배향막상에 패턴 배향이 형성되므로 향후 액정 코팅시 λ/4 파장의 위상지연 패턴이 형성되어 제조공정 및 원가를 절감할 수 있는 패턴화된 광위상변조판을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 광 배향 시 광배향물질로 가역적물질 및 비가역적 물질을 모두 사용할 수 있으므로 재료 선택에 있어서 제한되지 않는 패턴화된 광위상변조판을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 이루기 위한 본 발명은 기존의 광마스크를 이용하여 2번의 배향공정을 실시해야 함에 따른 문제를 해소하기 위한 것으로, 광마스크 대신 패턴화된 위상지연 마스크를 사용함으로써 한번의 광배향공정에 의해 패턴화된 광위상변조판을 제조하는 공정에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본 발명은
a) 기판에 감광성 고분자 조성물을 코팅 및 건조하여 광배향막을 형성하는 단계;
b) 상기 광배향막의 상부에 일정한 투과축을 갖는 편광판 및 λ/2 위상지연 패턴의 광축이 45도의 각도차이를 가지며 교대로 형성된 패턴화된 위상지연 마스크(patterned retarding mask)의 광축이 상기 편광판의 투과축 대비 22.5도, -22.5도가 되도록 조절하여 덧대고 광원을 조사하여, 패턴화된 광배향막을 형성하는 단계;
c) 상기 패턴화된 광배향막의 상부에 광가교성 액정을 도포하여 액정층을 형성하는 단계; 및
d) 상기 액정층에 광원을 조사하고 광가교하여 광축 패턴이 형성된 액정 시트를 형성하는 단계;
를 포함하는 패턴화된 광위상변조판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 패턴화된 위상지연 마스크는
b1) 기판에 감광성 고분자 조성물을 코팅 및 건조하여 광배향막을 형성하는 단계;
b2) 상기 광배향막의 상부에 편광판을 적층 후 광원을 조사하여 1차 표면 배향 처리하는 단계;
b3) 상기 1차 배향 처리된 배향막에 일정간격으로 이격된 투과부를 갖는 광마스크를 올리고, 이의 상부에 상기 b2) 단계의 편광판의 투과축에 대해 45도 각도로 조절된 투과축을 갖는 편광판을 적층한 후, 광원을 조사하여 배향 패턴을 형성하는 2차 배향 단계; 및
b4) 상기 2차 배향된 배향막상에 액정을 도포한 후, 광원을 조사하여 λ/2의 위상지연 패턴의 광축이 45도의 각도차이를 가지며 교대로 형성된 고분자 액정층을 형성하는 단계;
를 포함하여 제조된 것을 사용한다.
본 발명에서 상기 d)단계의 고분자 액정 시트는 λ/4 파장의 위상지연 패턴이 형성되어 위상 변조 특성을 갖는다.
본 발명에 따른 광위상변조판의 제조방법은 마스크를 이용한 광배향 과정에서 한번의 과정으로 광배향이 가능하게 됨에 따라, 기존의 방법에 의한 불량률을 해소할 수 있으며 공정비용이 감소하는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 패턴화된 광위상변조판의 제조공정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 패턴화된 광위상변조판의 제조공정에 사용되는 패턴화된 위상지연 마스크 의 제조공정을 나타낸 것이다.
도 3은 도 2에 의해 제조된 패턴화된 위상지연 마스크를 이용하여 광배향 하는 공정을 나타낸 것이다.
-도면의 주요 부분의 설명-
1 : 광원
100 : 기판
200 : 광배향막 210 : 패턴화된 광배향막
211, 212 : 광축
300 : 패턴화된 위상지연 마스크 311, 312 : 광축
400 : 편광판 410 : 투과축
500 : 액정층 510 : 광축 패턴이 형성된 액정 시트
10 : 기판
20 : 광배향막 21 : 배향 처리된 배향막
30 : 광마스크
40 : 편광판 41 : 투과축
50 : 편광판 51 : 투과축
60 : 액정층
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 패턴화된 광위상변조판의 제조공정을 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 패턴화된 광위상변조판을 제조하는 방법은
a) 기판(100)에 감광성 고분자 조성물을 코팅 및 건조하여 광배향막(200)을 형성하는 단계;
b) 상기 광배향막(200)의 상부에 일정한 투과축을 갖는 편광판(400) 및 λ/2 위상지연 패턴의 광축이 45도의 각도차이를 가지며 교대로 형성된 패턴화된 위상지연 마스크(patterned retarding mask,300)의 광축을 상기 편광판의 투과축 대비 22.5도, -22.5도가 되도록 조절하여 덧대고 광원(1)을 조사하여, 패턴화된 광배향막(210)을 형성하는 단계;
c) 상기 패턴화된 광배향막(210)의 상부에 광가교성 액정을 도포하여 액정층(500)을 형성하는 단계; 및
d) 상기 액정층(500)에 광원(1)을 조사하고 광가교하여 광축 패턴이 형성된 액정 시트(510)를 형성하는 단계;
를 포함한다.
본 발명에서 상기 a)단계의 광배향막을 형성하는 단계에서 기판(100)은 고분자필름이나 유리 등 광학적으로 등방성을 가지는 투명한 기판소재라면 제한되지 않고 사용 가능하다. 또한 투명하면서 λ/2 위상지연 특성을 가지는 기판을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한 상기 광배향막(200)을 형성하는 감광성 고분자 조성물은 비가역적 반응으로 배향되는 고분자 또는 가역적 반응으로 배향되는 고분자를 모두 포함할 수 있다. 여기서 비가역적(irreversible) 반응은 광이량화(photo dimerization), 광분해(photo dissociation) 등의 비가역적인 반응을 일으키는 방식으로 표면배향처리 후 표면이 영구적으로 개질되어 이러한 광배향막 위에 도포되는 액정의 배열 방향을 결정하는 것을 의미하며, 가역적(reversible)이라 하는 것은 최초의 광배향에서 형성된 배향 방향이 차후의 광배향, 이온빔 또는 플라즈마빔의 조사 또는 러빙을 통하여 다른 방향으로 바뀔 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명에서 상기 a)단계에서의 광배향막(200)은 감광성 고분자 조성물을 코팅 및 건조한 막을 의미하는 것으로, 이후 b)단계를 통해서 패턴화된 광배향막(210)을 형성할 수 있다.
본 발명은 b)단계에 특징이 있으며, 여기서 상기 광배향막(200)의 상부에 편광판(400) 및 상기 편광판의 투과축에 대해 광축을 22.5도, -22.5도로 조절하여 λ/2 파장 위상지연 층이 패턴화된 위상지연 마스크(patterned retarding mask, 300)를 덧대고 광원(1)을 조사하여 각 패턴드 리타딩 영역을 패턴 배향 처리함으로써 패턴화된 광배향막(210)을 형성한다. 상기 패턴화된 광배향막(210)의 배향은 편광판의 투과축에 대해 각각 45도, -45도가 교대로 광배향된 형태이다.
상기 b)단계에서 편광판(400)은 글란-톰슨(Glan-thompson), 니콜(Nicol), 울라스톤(Wollaston) 등 다양한 형태의 프리즘(prism) 편광소자 및 LCD용 편광판 등을 사용하는 것이 가능하다.
본 발명은 상기 b)단계에서 편광판(400)에 적층한 λ/2 파장 위상지연 층이 패턴화된 마스크(patterned retarding mask, 300)에 특징이 있는 것으로, 종래 가역적 고분자 조성물을 도포 후 광마스크 없이 전면 한쪽 방향으로 배향한 후 다시 광마스크를 이용하여 일부분만 다른 방향으로 배향을 변경시키는 방법에 비하여 패턴화된 광배향막을 형성하기 위한 고분자 조성물의 선택에 대해 제한되지 않으므로 유리한 효과가 있다. 또한, 비가역적 고분자 조성물을 도포 후 광마스크를 이용하여 1차 광배향 후, 1차 광배향 방향에 대하여 90도로 배향된 편광판과 광마스크를 이용하여 2차 광배향함으로써 2번의 광배향 공정에 의해 발생하는 문제점을 해결할 수 있으므로 유리한 효과가 있다.
상기 b)단계에서 광원(1)은 자외선, 이온빔 및 플라즈마빔에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
다음으로 상기 c)단계는 상기 b)단계에서 의해 한번의 마스크 공정에 의해 패턴화된 광배향막(210)의 상부에 광가교성 액정을 도포하여 액정층(500)을 형성하는 단계이다. 상기 광가교성 액정은 네마틱, 디스코틱 및 콜레스테릭 액정에서 선택되는 어느 하나 이상인 것으로 해당 분야에서 통상적으로 사용하는 것이라면 제한되지 않는다.
이때 코팅된 액정의 두께, 액정의 굴절율 이방성에 따라 광위상변조 특성이 달라지게 된다. 본 발명에서는 수 마이크로미터 이하의 두께를 가지며, 보다 바람직하게는 λ/4 파장의 위상지연 패턴이 형성되는 두께로 코팅되는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 d)단계는 상기 액정층(500)에 광원(1)을 조사하고 광가교하여 광축 패턴이 형성된 액정 시트(510)를 형성하는 단계이다. 상기 d)단계에서 광원(1)은 자외선, 이온빔 및 플라즈마빔에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
상기 d)단계의 고분자 액정 시트는 λ/4 파장의 위상지연 패턴이 형성되며, 상기 a) ~ d)단계에 의해 위상 변조 특성을 갖는 패턴화된 광위상변조판을 제조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 패턴화된 광위상변조판의 제조공정에 사용되는 패턴화된 위상지연 마스크의 제조공정을 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 패턴화된 위상지연 마스크(300)는
b1) 기판(10)에 감광성 고분자 조성물을 코팅 및 건조하여 광배향막(20)을 형성하는 단계;
b2) 상기 광배향막(20)의 상부에 편광판(40)을 적층 후 광원(1)을 조사하여 1차 표면 배향 처리하는 단계;
b3) 상기 1차 배향 처리된 배향막(21)에 일정간격으로 이격된 투과부를 갖는 광마스크(30)를 올리고, 이의 상부에 상기 b2) 단계의 편광판(40)의 투과축(41)에 대해 45도 각도로 조절된 투과축(51)을 갖는 편광판(50)을 적층한 후, 광원(1)을 조사하여 배향 패턴을 형성하는 2차 배향 단계; 및
b4) 상기 2차 배향된 배향막상(21)에 액정을 도포한 후, 광원(1)을 조사하여 λ/2 위상지연 층의 패턴의 광축이 45도의 각도차이를 가지며 교대로 형성된 고분자 액정층(60)을 형성하는 단계;
를 포함하여 제조된 것을 사용한다.
상기 제조방법에 의해 제조된 패턴화된 위상지연 마스크(300)는 편광판(40)의 투과축(41)에 대해 45도 각도로 조절된 두 개의 투과축이 교대로 형성된 λ/2 파장의 위상지연 층이 패턴화된 형태이다.
본 발명에서 상기 b1)단계의 광배향막(20)을 형성하는 단계에서 기판(10)은 고분자필름이나 유리 등 광학적으로 등방성을 가지는 투명한 기판소재라면 제한되지 않고 사용 가능하다. 또한 상기 광배향막(20)을 형성하는 감광성 고분자 조성물은 비가역적 반응으로 배향되는 고분자를 사용하는 것이 바람직하나, 비가역적 반응으로 배향되는 고분자를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우에는 b2) 단계에서도 일정 간격으로 이격된 투과부를 갖는 광마스크(30)를 올리고 배향 패턴을 형성 후 b3) 단계에서는 광마스크(30)의 위치를 조절, b2) 단계에서 가려진 영역이 투과되도록 조절한다.
본 발명에서 상기 b1)단계에서의 광배향막(20)은 감광성 고분자 조성물을 코팅 및 건조한 막을 의미하는 것으로, 이후 b2)단계 및 b3)단계를 통해서 45도 각도로 기울어진 광축이 교대로 형성된 패턴화된 광배향막(21)을 형성할 수 있다.
상기 b2)단계 및 b3)단계는 통상적으로 2차 광배항을 형성하는 과정을 통해서 형성할 수 있으며, 1차 광배향에 사용된 편광판(40)의 투과축(41)에 대해 45도 각도로 조절된 투과축(51)을 갖는 편광판(50)을 이용하여 2차 광배향 하는데 특징이 있다.
이후, 액정을 도포하여 액정층(60)을 형성한 후, 광원(1)을 조사하여 하여 λ/2의 위상지연 층 패턴의 광축이 45도의 각도차이를 가지며 교대로 형성된 고분자 액정층(60)을 형성한다.
상기 제조방법에 의해 전체적으로 광축이 45도의 각도차이를 가지며 교대로 형성된 구조의 패턴화된 위상지연 마스크를 제조할 수 있다.
도 3은 도 2에 의해 제조된 패턴화된 위상지연 마스크를 이용하여 도 1의 b)단계, 즉 광배향 하는 공정을 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 광배향막(200)의 상부에 일정한 투과축(410)을 갖는 편광판(400)과, 이의 하부에 λ/2 패턴의 위상지연 층의 광축이 45도의 각도차이를 가지며 교대로 형성된 패턴화된 위상지연 마스크(300)를 덧대고 광원을 조사하며, 이때 상기 패턴화된 위상지연 마스크(300)의 광축(311, 312)이 상기 편광판의 투과축(410) 대비 22.5도, -22.5도가 되도록 조절하여 덧대고 광원(1)을 조사하여, 편광판(400)의 투과축(410)에 대해 각각 45도, -45도가 교대로 광배향된 광축(211, 212)을 형성한다. 즉, 패턴화된 위상지연 마스크(300)를 통과한 편광은 입사한 편광대비 +45도, -45도를 가진다.

Claims (10)

  1. a) 기판에 감광성 고분자 조성물을 코팅 및 건조하여 광배향막을 형성하는 단계;
    b) 상기 광배향막의 상부에 일정한 투과축을 갖는 편광판 및 λ/2 위상지연 패턴의 광축이 45도의 각도차이를 가지며 교대로 형성된 패턴화된 위상지연 마스크(patterned retarding mask)의 광축이 상기 편광판의 투과축 대비 22.5도, -22.5도가 되도록 조절하여 덧대고 광원을 조사하여, 패턴화된 광배향막을 형성하는 단계;
    c) 상기 패턴화된 광배향막의 상부에 광가교성 액정을 도포하여 액정층을 형성하는 단계; 및
    d) 상기 액정층에 광원을 조사하고 광가교하여 광축 패턴이 형성된 액정 시트를 형성하는 단계;
    를 포함하는 패턴화된 광위상변조판의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴화된 위상지연 마스크는
    b1) 기판에 감광성 고분자 조성물을 코팅 및 건조하여 광배향막을 형성하는 단계;
    b2) 상기 광배향막의 상부에 편광판을 적층 후 광원을 조사하여 1차 표면 배향 처리하는 단계;
    b3) 상기 1차 배향 처리된 배향막에 일정간격으로 이격된 투과부를 갖는 광마스크를 올리고, 이의 상부에 상기 b2) 단계의 편광판의 투과축에 대해 45도 각도로 조절된 투과축을 갖는 편광판을 적층한 후, 광원을 조사하여 배향 패턴을 형성하는 2차 배향 단계; 및
    b4) 상기 2차 배향된 배향막상에 액정을 도포한 후, 광원을 조사하여 λ/2의 위상지연 패턴의 광축이 45도의 각도차이를 가지며 교대로 형성된 고분자 액정층을 형성하는 단계;
    를 포함하여 제조되는 것을 이용한 패턴화된 광위상변조판의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 d)단계의 고분자 액정 시트는 λ/4 파장의 위상지연 패턴이 형성되어 위상 변조 특성을 갖는 패턴화된 광위상변조판의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 b)단계에서 광원은 자외선, 이온빔 및 플라즈마빔에서 선택되는 것인 패턴화된 광위상변조판의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 c)단계의 액정은 네마틱, 디스코틱 및 콜레스테릭 액정에서 선택되는 어느 하나 이상인 패턴화된 광위상변조판의 제조방법.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 b2) 내지 b4)단계에서 광원은 자외선, 이온빔 및 플라즈마빔에서 선택되는 것인 패턴화된 광위상변조판의 제조방법.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 b4)단계의 액정은 네마틱, 디스코틱 및 콜레스테릭 액정에서 선택되는 어느 하나 이상인 패턴화된 광위상변조판의 제조방법.
  8. 제 1항 또는 제 2항의 제조방법에 의해 제조된 패턴화된 광위상변조판.
  9. 제 8항의 광위상변조판을 이용하여 제조된 3D LCD용 편광판.
  10. 제 9항의 편광판을 이용하여 제조되는 3D LCD.
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