KR20100123977A - 위상 지연 기능과 금속 선 격자 편광자를 갖는 복합필름 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상차 필름과 편광필름의 기능을 하나의 필름에 구현한 복합필름 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 복합필름 제조방법은 위상차 필름을 준비하는 단계와, 위상차 필름에 금속층을 형성하는 단계와, 금속층에 레지스트 코팅층을 형성하는 단계와, 레지스트 코팅층에 격자 패턴을 형성하는 단계와, 레지스트 코팅층에 형성된 격자 패턴을 마스크로 활용하여 금속층에 격자 패턴을 형성하는 단계, 및 금속층에 존재하는 레지스트 코팅층을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

위상 지연 기능과 금속 선 격자 편광자를 갖는 복합필름 및 그 제조 방법{Composite film with phase retardation function and wire grid polarizer and method for producing the same}

본 발명은 액정표시장치에 사용되는 광학필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위상차 필름과 편광필름의 기능을 하나의 필름에 구현한 복합필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD)는 2개의 얇은 유리판 사이에 고체와 액체의 중간 성질을 가진 액정을 주입해 전원공급시 액정분자의 배열을 변화시킴으로써 명암을 발생시켜 영상을 표시하는 디스플레이 장치이다. 그런데 실제로는 액정 단독에 의한 편광상태의 변조는 이상적인 것이 아니어서 액정표시장치(LCD)의 약점으로 지적되는 시야각 문제라든가 색차 문제를 불러일으킨다. 이것을 광학적으로 보상할 목적으로 편광필름과 위상차 필름이 사용된다.

일반적인 편광필름의 구조는 PVA(Poly Vinyl Alcohol)에 요오드나 염료를 염착시켜 편광특성을 제어하는 편광소자와 편광소자를 보호하는 등방성필름(Isotrophic Film)인 TAC(Triacetyl cellulose)이 편광소자 양쪽에 위치해 있고, 패널의 상판과 하판에 부착하기 위해 점착제(Adhesive)와 점착제(Adhesive)를 보호하는 이형필름(Release Film)과 보호필름으로 이루어져 있다.

위상차 필름은 위상차 필름의 광축에 평행하며 서로 수직인 두 편광 성분에 대하여 소정 파장만큼의 위상차를 부여하여 선편광을 원편광으로 바꾸거나 원편광을 선편광으로 바꾸는 역할을 한다. 위상차 필름은 느린 축(slow axis)과 빠른 축(fast axis)을 가져 빛이 투과 시 빠른 축 방향의 빛이 느린축 방향의 빛에 비하여 빠른 위상을 가지도록 한다. 1/2 파장 위상차 필름은 이를 통과한 빛의 느린 축과 빠른축 사이의 위상차가 1/2 파장이 되도록 하는 필름이며, 1/4 파장 위상차 필름은 이를 통과한 빛의 느린 축과 빠른 축 사이의 위상차가 1/4 파장이 되도록 하는 필름이다.

한편, 액정표시장치(LCD)에 사용되는 액정 고분자는 스스로 빛을 발산하는 것이 아니기 때문에 외부광원 또는 백라이트 광원을 필요로 한다. 액정표시장치(LCD)는 외부광원 또는 백라이트 광원을 사용하는 방법에 따라 반사형, 투과형, 반투과형의 3가지 유형으로 나뉘어진다. 반사형의 경우 외부 광원(ambient light)를 사용하여 LCD 패널 뒤쪽에 있는 반사판에서 반사된 빛을 볼 수 있고, 투과형의 경우 백라이트 광원을 사용하여 LCD 패널 후면에서 빛을 비춰 투과된 빛을 보고, 반투과형의 경우는 외부광원과 백라이트 광원을 모두 사용한다.

그런데 광원에서 출발한 빛의 경우 백라이트 유닛을 거치면서 상당한 양의 광손실이 발생하여 원래 광원의 약 10%이하의 빛만 보이게 된다. 최근에는 광원에서 나오는 빛의 이용 효율을 높이고자 상당히 고가인 편광필름을 다양한 방법으로 제조하고 있다. 그 중에 금속으로 구현된 선 격자 편광자로 구현된 편광필름이 개발되고 있다. 그러나 금속 선 격자 편광자가 기존의 면 편광필름 정도의 우수한 특성을 가지기 위해서는 고편광 소멸비를 가져야 하는데, 이를 위해서는 금속 선 격자의 주기가 매우 짧아야 한다.

이에 액정표시장치(LCD) 제조업체는 상당히 고가의 편광필름과 위상차 필름을 별도로 구매하여 부착해야 하므로 제품의 원가가 상승하는 문제점이 있었다. 또한, 편광필름 제조업체는 주기가 짧은 금속 선 격자 미세패턴을 형성하기 위해서는 기본적으로 노광공정과 식각공정이 필요하고, 마스크 재료의 선택, 대면적화의 어려움, 제작 공정의 복잡성과 가격 증가의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 위상차 필름과 편광필름을 하나의 필름에 구현한 복합필름 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 부가적인 목적은 금속 선 격자 편광자를 갖는 복합필름 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 복합필름은, 위상차 필름과, 위상차 필름의 표면에 증착되어 나노 크기의 격자 패턴이 형성되는 금속 선 격자 편광층을 포함한다.

본 발명의 다른 양상에 따른 복합필름 제조 방법은, 위상차 필름 준비하는 단계와, 위상차 필름에 금속층을 형성하는 단계와, 금속층에 레지스트 코팅층을 형성하는 단계와, 레지스트 코팅층에 격자 패턴을 형성하는 단계와, 레지스트 코팅층에 형성된 격자 패턴을 마스크로 활용하여 금속층에 격자 패턴을 형성하는 단계, 및 금속층에 존재하는 레지스트 코팅층을 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명의 부가적인 양상에 따른 복합필름 제조 방법은, 레지스트 코팅층에 격자 패턴을 형성하는 단계는, 레지스트 코팅층에 나노 크기로 가공된 패턴이 새겨진 금형을 이용하여 격자 패턴을 형성하는 단계인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 위상차 필름에 금속 물질을 증착하고, 레지스트 코팅층에 형성된 격자 패턴을 마스크로 활용하여 금속층에 격자 패턴을 형성하도록 구현됨으로써, 기존의 위상차 필름과 편광필름의 기능이 모두 하나의 필름에 구현되어 제품의 원가를 절감시키는 유용한 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 레지스트 코팅층에 나노 크기로 가공된 패턴이 새겨진 금형을 이용하여 격자 패턴을 형성하고, 레지스트 코팅층에 형성된 격자 패턴을 마스크로 활용하여 금속층에 격자 패턴을 형성하도록 구현됨으로써, 마스크 재료의 선택과 대면적화의 어려움, 제작 공정의 복잡성 문제를 해소할 수 있는 유용한 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자 가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 복합필름을 제조하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.

먼저, (A)와 같이 위상차 필름(11)을 준비한다. 이후, (B)와 같이 위상차 필름(11)에 금속층(12)을 형성한다. 이후, (C)와 같이 위상차 필름(11)에 형성된 금속층(12)에 레지스트 코팅층(13)을 형성한다. 레지스트 물질은 상대적으로 저온저압에서 패턴 형성이 용이한 고분자 물질이 사용될 수 있다.

이후, (D)와 같이 레지스트 코팅층(13) 위에 미세 패턴이 새겨진 금형 틀(14)을 준비한다. 여기서, 금형 틀(14)은 금형 틀(14)에 새겨진 미세 패턴의 주기가 수백 나노미터인 것을 사용한다. 미세 패턴이 새겨진 금형 틀(14)에 일정한 압력을 가하면서 예컨대 100∼150도 정도에서 10분간 베이킹(baking) 하여 레지스트 코팅층(13) 위에 격자 패턴을 형성한다. 이후, (E)와 같이 레지스트 코팅층(13) 에서 금형 틀(14)을 제거한다.

이후, (F)와 같이 레지스트 코팅층(13)에 형성된 격자 패턴을 마스크로 활용하여, 금속층(12)에 격자 패턴을 형성한다. 금속층(12)에 격자 패턴을 형성하는 방법은 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE) 산소 플라즈마 조건에서 식각하는 방법으로 구현될 수 있다. 이후, (G)와 같이 금속층(12)에 존재하는 레지스트 코팅층(12)을 제거한다.

도 1의 (G)에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 복합필름은 위상차 필름(11)과, 위상차 필름(11)에 형성되는 나노 크기의 주기를 갖는 금속 선 격자들로 이루어진 금속 선 격자 편광층(12)으로 구현된다.

도 2 는 본 발명에 따른 복합필름을 제조하는 흐름도를 도시한다.

도시한 바와 같이, 먼저 위상차 필름을 준비한다(S21). 여기서, 위상차 필름은 필름 면내 혹은 막두께 방향으로 복굴절을 갖고 광학적 두께(retardation)를 조정함으로써 광원이 위상차 필름을 통해 액정 셀에 입사하기 전과 출사한 후의 편광상태(예컨대, 타원율, 방위각)를 적절히 변환할 수 있는 것으로 한다.

본 발명에서 위상차 필름은 연신 필름 또는 액정 필름으로 구현될 수 있다. 연신 필름은 폴리카보네이트나 노보넨계와 같이 연신에 의해 복굴절의 이방성이 발현되는 고분자가 사용되며, 이방축의 수를 기준으로 필름 면내에 위상차가 있는 1축 연신 필름, 막두께 방향으로도 위상차가 있는 2축 연식 필름, 단파장측 복굴절이 장파장측보다도 작은 역분산 필름으로 구현될 수 있다. 여기서, 역분산 필름은 노보넨계 필름을 2장 조합하여 역분산 특성을 실현한 적층 필름 또는 역분산 특성을 가진 변성 폴리카보네이트를 사용한 필름으로 구현될 수 있다.

액정 필름은 액정 셀과 마찬가지로 액정 분자를 사용하며, 연신 공정에서는 만들어낼 수 없는 고차원 구조를 갖는 필름으로, 트리페닐렌계 액정 화화물로 이루어진 원반상 액정 필름 또는 액정의 하이브리드 네마틱 배향을 고정시킨 봉상 액정 필름으로 구현될 수 있다. 이들 액정 필름에서는 액정 분자의 다이렉터가 막두께 방향으로 연속해서 변화하기 때문에 액정 셀 내에 있는 액정 분자의 배향구조와 대칭성 좋게 광학설계를 할 수 있는 특징이 있다.

이후, 위상차 필름에 금속층을 형성한다(S22). 본 발명에서 금속 물질은 전 도성 물질이면 사용 가능하다. 예컨대 금속 물질은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 탄탈(Ta) 등으로 구현될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 위상차 필름에 금속층을 형성하는 방법은 금속 물질을 증착하는 방법을 사용할 수 있다. 금속 물질을 증착하는 방법은 증착하고자 하는 물질을 수 십 ~ 수 천 ㎛ 두께로 특정 기판 상에 올리는 일련의 과정을 지칭하며 이러한 방법으로는 열증착(thermal evaporation), 전자빔 증착(e-beam evaporation), 스퍼터링(sputtering), 화학증착(CVD), 유기 금속 화학 증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), 분자 빔 에피택시법(molecular beam epitaxy, MBE) 등이 있다.

이후, 금속층에 레지스트 코팅층을 형성한다(S23). 레지스트 물질은 상대적으로 저온저압에서 패턴 형성이 용이한 고분자 물질이 사용될 수 있다. 이후, 레지스트 코팅층에 격자 패턴을 형성한다(S24). 레지스트 코팅층에 격자 패턴을 형성하는 단계 S24는 전자빔 공정 또는 나노 임프린트 공정(nanoimprint lithography)을 사용할 수 있다. 나노 임프린트 공정(nanoimprint lithography)을 사용하는 경우 레지스트 코팅층에 나노 크기로 가공된 패턴이 새겨진 금형을 가압하여 격자 패턴을 형성할 수 있다.

이후, 레지스트 코팅층에 형성된 격자 패턴을 마스크로 활용하여, 금속층에 격자 패턴을 형성한다(S25). 금속층(12)에 격자 패턴을 형성하는 단계 S25는 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE) 산소 플라즈마 조건에서 식각하는 방법으로 구현될 수 있다.

이후, 금속층에 존재하는 레지스트 코팅층을 제거하여 본 발명에 따른 복합 필름을 완성한다(S26).

지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 복합필름을 제조하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.

도 2 는 본 발명에 따른 복합필름을 제조하는 흐름도를 도시한다.

Claims (7)

1. 복합필름 제조 방법에 있어서,

   위상차 필름을 준비하는 단계;

   상기 위상차 필름에 금속층을 형성하는 단계;

   상기 금속층에 레지스트 코팅층을 형성하는 단계;

   상기 레지스트 코팅층에 격자 패턴을 형성하는 단계;

   상기 레지스트 코팅층에 형성된 격자 패턴을 마스크로 활용하여, 상기 금속층에 격자 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 금속층에 존재하는 레지스트 코팅층을 제거하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합필름 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 레지스트 코팅층에 격자 패턴을 형성하는 단계는,

   상기 레지스트 코팅층에 나노 크기로 가공된 패턴이 새겨진 금형을 이용하여 격자 패턴을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 복합필름 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상차 필름은,

   적어도 1축 연신 필름, 2축 연신 필름, 또는 역분산 필름 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 복합필름 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상차 필름은,

   원반상 액정 필름 또는 봉상 액정 필름 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 복합필름 제조 방법.
5. 위상차 필름과;

   상기 위상차 필름의 표면에 증착되어 나노 크기의 격자 패턴이 형성되는 금속 선 격자 편광층;

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합필름.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 위상차 필름은,

   적어도 1축 연신 필름, 2축 연신 필름, 또는 역분산 필름 중 어느 하나인 것 을 특징으로 하는 복합필름.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 위상차 필름은,

   원반상 액정 필름 또는 봉상 액정 필름 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 복합필름.

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