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문제 정의
- 본 연구에서는 TFT LCD BLU용 휘도 향상용 나노 와이어 그리드 편광 필름의 제작에 대한 연구를 진행한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- 본 연구에서 제안하는 NWGP의 제조 방법은 Figure 3과 같이 Line/space 구조의 그레이팅 패턴의 나노몰드를 이용하여 UV 경화형 수지층으로 임프린팅한, 경화, 박리 시킨 뒤, 그 위에 알루미늄 등 반사 성능이 우수한 Al 등 메탈층을 스파터링으로 올린 뒤 습식 에칭을 통해 메탈 그레이팅 구조를 확보하고, 투명한 금속(SiO2)의 표면 보호층을 제공하는 것으로 해서 메탈 나노 와이어의 필름 제조가 완료된다.
- NWGP 필름의 색좌표의 측정을 위해 BLU 시트 구성을 ESR(반사 필름)+RTDC(확산 필름)+cross BEF(3M)+NWGP와 ESR(반사 필름)+RTDC(확산 필름)+cross BEF(3M) +DBEF(3M)으로 하였고, 테스트 모듈은 mobile 3.5"(전압은 12.3 V, 전류는 2.01A, 삼성전자)를 사용하였다.
- 01A 이였다. 필름 구성은 DS(SD443; 신화인터텍)+Prism(BEF; 3M), DS+Prism+NWGP 적층 구조로 하여 비교 분석하였다.
- G-solver 이용한 시뮬레이션(simulation)을 통하여 알루미늄의 폭, 높이에 따른 최대의 P 편광 투과(400nm 파장 영역) 조건을 찾아보고, 또한 UV 임프린팅으로 형성시킨 레진 (resin)층의 굴절율에 따른 최적의 P 편광 투과조건을 알아보았다. 또한 메탈 나노 와이어의 표면 강도를 올리기 위해 표면에 SiO2을 코팅했을 때, P파 편광(P-wave) 투과에 어떠한 영향을 미치는가에 대해 조사를 G-solver tool을 사용하여 시뮬레이션하였다.
- G-solver 이용한 시뮬레이션(simulation)을 통하여 알루미늄의 폭, 높이에 따른 최대의 P 편광 투과(400nm 파장 영역) 조건을 찾아보고, 또한 UV 임프린팅으로 형성시킨 레진 (resin)층의 굴절율에 따른 최적의 P 편광 투과조건을 알아보았다. 또한 메탈 나노 와이어의 표면 강도를 올리기 위해 표면에 SiO2을 코팅했을 때, P파 편광(P-wave) 투과에 어떠한 영향을 미치는가에 대해 조사를 G-solver tool을 사용하여 시뮬레이션하였다.
- NWGP의 광학 특성 평가는 LCD BLU용으로 사용할 때 고려되어야 하는 중요한 광학적 특성으로 색좌표, 휘도, 반치각, 반사형 편광 필름으로서의 휘도 상승률 등을 기존의 상용 제품인 DBEF와 비교 분석하였다.
대상 데이터
- NWGP 필름의 휘도 향상율의 측정을 위해 17인치 모듈(190M2-131, SEC 제공)을 사용했으며 BLU의 전압은 12.3 V, 전류는 2.01A 이였다. 필름 구성은 DS(SD443; 신화인터텍)+Prism(BEF; 3M), DS+Prism+NWGP 적층 구조로 하여 비교 분석하였다.
- 시뮬레이션 조건은 Figure 9와 같이, 그레이팅의 피치는 200nm, 기재는 PET 필름(R.I 1.57)을 기준으로 하였다.
성능/효과
- 본 연구에 있어서는 가장 핵심적인 기술인 나노 와이어 그리드의 마스트 제조에 있어서 현재의 기술로서 LCD BLU용으로 사용 가능한 17인치급 이상의 대면적의 그레이팅은 최대로 구현 가능한 피치 200nm의 그레이팅 구조에서 검토하는 것이 의미가 크다고 할 수 있다.
- 알루미늄의 높이를 150nm 기준으로 하여 시뮬레이션한 결과, Figure 9와 같이 400nm 파장 영역에서 알루미늄 폭이 80nm, 100nm보다 60nm, 40nm일 경우가 P 편광의 투과율이 약 96% 수준으로 가장 높게 나왔으나, 입사각 30도 이상이 되면 투과율이 급격하게 떨어지는 결과를 나타냈다.
- 알루미늄의 높이를 220nm, 폭 40nm 의 경우와 알루미늄의 높이 50nm, 폭 40nm의 두 경우와 여기에 각각 SiO2표면 보호층를 올렸을 때, P 편광의 투과율을 시뮬레이션해본 결과, Figure 12, 13과 같이 표면 보호층이 없는 경우는 모두 우수한 투과율을 나타냈지만, SiO2표면 보호층을 250nm 올렸을 때는 입사각 35～45도 구간에서 P 편광이 현저 하게 떨어지는 현상이 나타났다. 이는 실제 NWGP를 제작했을 때 단파장 영역에서 나타나는 yellowing 현상과 관련이 있을 것으로 예상된다.
- 이는 실제 NWGP를 제작했을 때 단파장 영역에서 나타나는 yellowing 현상과 관련이 있을 것으로 예상된다. 나노 와이어의 피치가 150nm 이고, 알루미늄의 높이 220nm, 폭 40nm으로 고정하여, 250nm SiO2처리 유무에 따를 P 편광의 투과율을 시뮬레이션 한 결과, Figure 14와 같이 200nm 피치에서 발생하는 특정 입사 각도에서 현저히 투과율이 줄어드는 현상이 발견되지 않았다.
- 반사형 편광 필름인 NWGP와 DBEF의 각각의 색좌표를 측정해본 결과, 정면 기준 Wx 0.3100, Wy 0.3691이고, DBEF는 Wx 0.3247, Wy 0.3445로 나타났으며, DBEF와 비교시 Wy값이 NWGP가 +0.0157 높게 나타났다. Figure 17과 같이 측정 위치가 입사각 45도에 비해서 135도에서 측정한 값에서 색좌표의 차이가 크게 나타나는데, 이것이 육안으로 관찰되는 yellowing 현상과 일치되는 것으로 생각된다.
- 또한 반치각(FWHM)을 Table 1과 같은 필름 구성으로 하여 측정해 본 결과, Figure 19와 같이 DS+prism 필름 적층 구조에서 수평 방향에서 -47～+46도, 수직 방향에서는-52～+51을 나타냈고, DS+Prism+NWGP 적층 구조에서 반치각의 값은 수평 방향에서-47～+46도, 수직 방향에서는 -52～+51도를 나타냈고, DS+Prism+DBEF 적층 구조에서 수평 방향에서 -45～+44도, 수직 방향에서는 -53～+52도를 나타내었다. 이는 필름 구성에 따른 차이가 약 1～2도 정도에 불과한 것으로 NWGP, DBEF 필름이 모두 반사형 편광 필름이란 특성에 기인한 것이다.
- NWGP 필름의 휘도 상승률의 평가는 17인치 모듈을 사용했으며, 휘도 측정의 결과는 Table 2와 같이 휘도 상승률 Gain 값은 DS + Prism 구조의 정면 9 포인트의 평균 휘도값 360.2cd/cm2에 비해 NWGP의 정면 평균 휘도의 값은 437.0cd/cm2으로 1.21배 수준의 휘도향상을 가져왔으며, 평균 색좌표는 Wx 0.3128, Wy 0.3334로 모두 상용 가능 수준인 DBEF 대비 +0.005 이내의 값을 얻을 수 있었다.
- 1. 나노 와이어 그리드의 구조에 있어서 피치 200nm, 메탈인 알루미늄의 높이를 150nm 기준으로 하여 G-solver를 통해 시뮬레이션 한 결과, 400nm 파장에서 알루미늄의 폭이 60nm일 때, P파 투과율(400nm)이 가장 높은 알루미늄층의 높이는 40nm～60nm 영역과 200nm～240nm의 두 영역으로 나타났다.
- 2. UV 임프린팅 층인 레진(resin)의 굴절율에 따른 최적의 P 편광의 투과 조건 시뮬레이션 결과는 굴절율이 1.43의 낮은 경우가 굴절율이 1.47, 1.53 보다 P 편광의 투과율이 대략 1% 정도 높게 나왔다.
- 3. NWGP 필름의 휘도 상승률 평가는 17인치 모듈을 사용했으며, 휘도 상승률은 DS + Prism 구조의 평균 휘도 값 360.2cd/cm2에 비해 동일 구조에서 NWGP을 추가시의 정면 평균 휘도의 값은 437.0cd/cm2으로 1.21배 수준의 휘도 향상을 가져 왔으며, 평균 색좌표는 Wx 0.3128, Wy 0.3334 으로 동등한 수준이었다.
후속연구
- 이렇게 제작된 NWGP를 TFT LCD BLU에 장착되어 휘도 향상용 광학 필름으로 사용될 수 있을 것으로 생각된다.
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