KR20100123977A - Composite film with phase retardation function and wire grid polarizer and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정표시장치에 사용되는 광학필름에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위상차 필름과 편광필름의 기능을 하나의 필름에 구현한 복합필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an optical film for use in a liquid crystal display device, and more particularly, to a composite film and a method of manufacturing the same to realize the functions of the retardation film and the polarizing film in one film.
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. In general, a liquid crystal display (LCD) injects a liquid crystal having an intermediate property between a solid and a liquid between two thin glass plates to change the arrangement of liquid crystal molecules during power supply, thereby generating contrast and displaying an image. Device. However, in practice, the modulation of the polarization state by the liquid crystal alone is not ideal, causing a viewing angle problem or color difference problem, which is pointed out as a weak point of the liquid crystal display (LCD). Polarizing film and retardation film are used for the purpose of optically compensating for this.
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. The structure of a general polarizing film is a polarizer for controlling polarization characteristics by dyeing iodine or dye in PVA (Poly Vinyl Alcohol), and triacetyl cellulose (TAC), an isotropic film protecting the polarizer, is located on both sides of the polarizer. It is composed of a release film and a protective film to protect the adhesive (Adhesive) and the adhesive (Adhesive) to attach to the top and bottom of the panel.
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. The retardation film serves to change linearly polarized light or circularly polarized light to linearly polarized light by providing a phase difference of a predetermined wavelength with respect to two polarization components parallel to and perpendicular to the optical axis of the retardation film. The retardation film has a slow axis and a fast axis so that when the light is transmitted, the fast axial light has a faster phase than the slow axial light. A half-wave retardation film is a film whose phase difference between the slow and fast axis of light passing through is 1/2 wavelength, and a quarter-wave retardation film is a film between the slow and fast axis of light passing through it. It is a film which makes a phase difference become 1/4 wavelength.
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. On the other hand, since the liquid crystal polymer used in the liquid crystal display (LCD) does not emit light by itself, it requires an external light source or a backlight light source. Liquid crystal display (LCD) is divided into three types of reflective type, transmissive type and transflective type according to the method of using external light source or backlight light source. In the case of the reflective type, you can see the reflected light from the reflector at the back of the LCD panel using the ambient light, and in the transmissive type, you can see the transmitted light by shining the light from the back of the LCD panel using the backlight light source. In the case of the transmission type, both an external light source and a backlight light source are used.
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. However, in the case of light starting from the light source, a considerable amount of light loss occurs through the backlight unit, so that only about 10% or less of the light source is visible. Recently, in order to increase the use efficiency of the light emitted from the light source, the polarizing film which is quite expensive is manufactured by various methods. Among them, a polarizing film implemented with a line lattice polarizer made of metal has been developed. However, the metal line grating polarizer should have a high polarization extinction ratio in order to have the excellent characteristics of the conventional surface polarizing film, for which the period of the metal line grating polarizer must be very short.
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. Accordingly, LCD manufacturers have to purchase and attach a relatively expensive polarizing film and a retardation film separately, thereby increasing the cost of the product. In addition, polarizing film manufacturers basically need an exposure process and an etching process to form a metal cycle lattice pattern with a short cycle, and there is a problem of selection of mask material, difficulty in large area, complexity of manufacturing process and price increase. .
본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 위상차 필름과 편광필름을 하나의 필름에 구현한 복합필름 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been proposed in the background as described above, and an object of the present invention is to provide a composite film and a method of manufacturing the retardation film and the polarizing film in one film.
본 발명의 부가적인 목적은 금속 선 격자 편광자를 갖는 복합필름 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an additional object of the present invention to provide a composite film having a metal line lattice polarizer and a manufacturing method thereof.
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. In order to achieve the above object, the composite film according to an aspect of the present invention includes a retardation film and a metal line lattice polarization layer which is deposited on the surface of the retardation film to form a nano-scale lattice pattern.
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. According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a composite film includes preparing a retardation film, forming a metal layer on the retardation film, forming a resist coating layer on the metal layer, and forming a lattice pattern on the resist coating layer; Forming a lattice pattern on the metal layer by using the lattice pattern formed on the resist coating layer as a mask, and removing the resist coating layer present on the metal layer.
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.In the composite film manufacturing method according to an additional aspect of the present invention, the step of forming a lattice pattern on the resist coating layer is a step of forming a lattice pattern using a mold engraved with a nano-sized pattern on the resist coating layer. do.
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. According to the present invention having the above configuration, by depositing a metal material on the retardation film, and by using a grid pattern formed on the resist coating layer as a mask to form a grid pattern on the metal layer, the function of the conventional retardation film and polarizing film All of these are implemented in a single film has a useful effect of reducing the cost of the product.
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. In addition, according to the present invention, by forming a lattice pattern by using a mold engraved with a nano-sized pattern on the resist coating layer, and to form a lattice pattern on the metal layer by using the lattice pattern formed on the resist coating layer as a mask, the mask material There is a useful effect to solve the problem of selection, large area, and complexity of the manufacturing process.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자 가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce the present invention.
도 1 은 본 발명에 따른 복합필름을 제조하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.1 is an exemplary view for explaining a process of manufacturing a composite film according to the present invention.
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. First, the
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. Thereafter, as shown in (D), a
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. Thereafter, as shown in (F), a grid pattern formed on the
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. As shown in FIG. 1G, the composite film according to the present invention has a metal line lattice polarization consisting of a
도 2 는 본 발명에 따른 복합필름을 제조하는 흐름도를 도시한다.Figure 2 shows a flow chart for producing a composite film according to the present invention.
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. As shown, first, a retardation film is prepared (S21). Here, the retardation film has birefringence in the film plane or film thickness direction and adjusts optical retardation so that the polarization state (for example, ellipticity, azimuth angle) before and after the light source enters the liquid crystal cell through the retardation film is appropriately converted. It should be possible.
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. In the present invention, the retardation film may be implemented as a stretched film or a liquid crystal film. As the stretched film, a polymer in which birefringence anisotropy is expressed by stretching, such as polycarbonate or norbornene-based, is used. A axial type film, the short wavelength side birefringence can be implemented with a reverse dispersion film smaller than the long wavelength side. Here, the anti-dispersion film may be implemented as a laminated film that realizes the anti-dispersion characteristics by combining two norbornene-based films or a film using a modified polycarbonate having the anti-dispersion characteristics.
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. The liquid crystal film, like the liquid crystal cell, uses liquid crystal molecules and has a high dimensional structure that cannot be produced in the stretching step. It may be implemented as a liquid crystal film. In these liquid crystal films, since the director of liquid crystal molecules changes continuously in a film thickness direction, there exists a characteristic that optical design can be performed symmetrically with the orientation structure of liquid crystal molecules in a liquid crystal cell.
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. Thereafter, a metal layer is formed on the retardation film (S22). In the present invention, the metal material may be used as long as it is a conductive material. For example, the metal material may be formed of aluminum (Al), chromium (Cr), tantalum (Ta), or the like. In one embodiment, the method of forming the metal layer on the retardation film may use a method of depositing a metal material. The method of depositing a metal material refers to a series of processes for depositing a material to be deposited on a specific substrate with a thickness of several tens to thousands of micrometers. These methods include thermal evaporation and e-beam evaporation. , Sputtering, chemical vapor deposition (CVD), metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), and the like.
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. Thereafter, a resist coating layer is formed on the metal layer (S23). The resist material may be a polymer material that is easy to form a pattern at a relatively low temperature and low pressure. Thereafter, a lattice pattern is formed on the resist coating layer (S24). Forming a lattice pattern on the resist coating layer step S24 may use an electron beam process or nanoimprint lithography. In the case of using nanoimprint lithography, a lattice pattern may be formed by pressing a mold having a nano-sized pattern engraved on the resist coating layer.
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. Thereafter, the grid pattern formed on the resist coating layer is used as a mask to form a grid pattern on the metal layer (S25). Forming a lattice pattern on the
이후, 금속층에 존재하는 레지스트 코팅층을 제거하여 본 발명에 따른 복합 필름을 완성한다(S26).Thereafter, the resist coating layer existing on the metal layer is removed to complete the composite film according to the present invention (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.Thus far, the present specification has been described with reference to the embodiments shown in the drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily understand and reproduce the present invention. Those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from the embodiments of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined only by the appended claims.
도 1 은 본 발명에 따른 복합필름을 제조하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.1 is an exemplary view for explaining a process of manufacturing a composite film according to the present invention.
도 2 는 본 발명에 따른 복합필름을 제조하는 흐름도를 도시한다.Figure 2 shows a flow chart for producing a composite film according to the present invention.
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2009
- 2009-05-18 KR KR1020090042980A patent/KR20100123977A/en not_active Application Discontinuation
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