편광필름 - 구조 / 용도 / 기술 - 제일모직광학필름사업팀이승욱
목차 Ⅰ 전자재료동향 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Display 소재현황 편광필름개론 편광필름제조공정 향후편광필름개발방향
Ⅰ 전자재료동향
디스플레이종류 -1 Cathode Ray Tube CRT 디스플레이 Flat Panel Display Flexible Display Micro-Display LCD OLED PDP FED OLED LCD ECD LCD OLED VFD 3D Display LCD
디스플레이의종류 -2 발광형태에따른디스플레이분류 디스플레이 발광형 비발광형 CLD (Cathodoluminescent Display) FED (Field Emission Display) VFD (Vacuum Fluorescent Display) PDP (Plasma Display Panel) ELD (Electroluminescent Display) OLED (Organic Light Emitting Diode) LED (Light Emitting Diode) LCD (Liquid Crystal Display) ECD (Electrochromic Display) EPD (Electrophoretic Display) SPD (Suspended Particle Display)
Display 발전동향 -1 B/W TV Color TV PC Mobile Market Size Point of Deflection Color TV Digital Networking PC CDT STN TFT OLED Small TFT Mobile PC TV PJ-TV PDP B/W CRT CRT 60 70 80 90 00 05
Display 발전동향 -2 Light, Slim, Large Portable, Ultra light, Reality 1 세대 2 세대 3 세대 4 세대 Braun Tube Flat Display (LCD, PDP, OLED) Flexible Display 3D Display 1. TV 2. Desktop Monitor 1. Note PC 2. Monitor 3. Mobile device 4. TV 1. Monitor 2. Tablet PC 3. TV
Display 혁신기술 High Resolution Silicon Dot Quantum Dot Photonic Crystal CNT-FED Reality 3D Display Laser TV 그림한장 PDP OLED Interferometric Modulator HMD Organic TFT Hologram DMD Projection TV TFT-LCD Convenience Electrochromic Electrophoretic CRT PDA Next Generation New Market Present Business 2005 2010 2020
시장점유디스플레이시장분석 VFD Projection LCD 율EL 화면크기 ( 인치 ) PDP 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Display Market 영역 QXGA UXGA SXGA XGA SVGA VGA QVGA Resolution Monitor Zone AMOLED Desktop Note PC Monitor Monitor D-Paper Car. Navigator IMT 2000 Mobile Zone PDA EWS TV Monitor CRT TV TFT-LCD Digital HD TV PDP Projection TV TV Zone Size (Inch) 10 20 30 40 50 60
Continuous Race on Big Screen TV
Ⅱ Display 소재현황
FPD 시장경향및전망 [ 출처 ] IMID 05 (Displaybank)
Color TV 수요예상 [ 출처 ] IMID 05 (Displaybank)
Monitor 수요예상 [ 출처 ] IMID 05 (Displaybank)
Note PC 수요예상 [ 출처 ] IMID 05 (Displaybank)
LCD 用주요소재 모듈제조 BM Color PR 핵심소재 용도 액정 BM Cell Matrix 배향막 PI 편광필름 F a b Color PR 액정배향막 PI LCD용컬러색소자빛의개폐액정배향 광학필름류도광판 편광필름 光투과제어 구동칩과연결 M o d u l e 광학필름도광판 ACF FCCL 각종광학특성조절빛유도 Sheet 회로접착필름기판재료 ACF 기판 * 毛織사업화
LCD 用필름 The basic polarizer is composed of PET film, PSA,,, WV (Wide View) film, PSA and PET. Main structure Compensati on film Additional function Anti-glare AG Protective Film TN LR/AR Layer AG/HC Layer WV film or Compensation film PS A (t=80 or 40 um) Wide View film EWV EWV SWV SWV WV WV n- n- Surface Treatment Hard coating AG/HC + Low Reflection AG/HC + Anti-reflection HC LR AR Release Film VA IPS Double sheets Single sheet Double sheets B- / B- / F- F- Zeonor/Arto Zeonor/Arto n n X-plate X-plate Zeonor/Arto Zeonor/Arto n n Z- Z- Brightness Enhanced Film APCF DBEF-P
편광필름관련주요업체 전자재료用高機能필름시장은日本업체가석권 업체 04 年매출 ( 억원 ) 주요제품및업계위상 니또덴코 12,000 절연재및코팅기술을근간으로광학필름사업다각화 세계 1 位제품 : 편광필름 스미토모 화학 4,000 화학및고분자기술을근간으로필름사업다각화 편광필름, PES, PEEK 3M 7,000 광학설계및미립자기술을활용, 프리즘및휘도향상 全世界독점 세계 1 位제품 : 프리즘필름, 휘도향상필름 후지필름 11,000 사진필름기술을활용하여, 편광필름의원료필름 全世界독점 세계 1 位제품 : 필름, 광시야각필름 LG 화학 6,000 LG 필립스의수요를기반으로편광필름사업적극확대
Ⅲ 편광필름개론
편광이란? 편광 (Polarizing) 빛은전자기파이고, 그진동방향은진행방향에수직이다. 편광은그진동방향에치우침이있는빛이다. 즉진행방향에수직인방향가운데 특정방향으로강하게진동하고있는빛을말한다. Polarizer analyzer
편광현상 편광의종류 선편광 - 진동방향의빛의위상차가 2nπ 또는 (2n+1) π 원편광 - 진동방향의빛의위상차가 2n ± 1 π 2 타원편광 z y x z y x Ey Ex Ey Ex 참고자료 : 편광 Applet Site http://physica.gsnu.ac.kr/
편광현상 편광의종류및편광도 편광은그치우친방식에따라직선편광, 원편광, 타원편광세종류로나누어지고, 그편광의모양은아래그림과같다. [ 직선편광 ] [ 좌원편광 ] [ 우원편광 ] [ 우타원편광 ] 편광도는편광필름의기본성능을나타내는중요한파라미터가된다. 왜냐하면편광필름에의한투과광의세기비에의해문자나도형이표현되기때문이다.
편광현상 편광자 편광안된빛에서특정방향으로선형편광된빛을 선택적으로투과시키는광학기구 1) Wire-Grid Polarizer 2) Dichroism Polarizer ( 편광판 ) I o I o I o Wire-Grid Polarizer
편광현상 흡수형편광자 이색성색소 Dichroism Polarizer ( 편광판 ) 이색성색소의종류에따라요소계, 염료계편광판으로구분 - 요소계편광판 : 요오드, 고투과, 고편광, 신뢰성이취약 - 염료계편광판 : 투과율, 편광도가낮음, 고신뢰성 CNS 用
LCD 에서의편광자의역할 LCD 적용의예 TN mode IPS mode VA mode Notebook Monitor(WV) Large monitor / TV TN-LC compensation (Color compensation) VA-LC compensation
LCD 에서의편광자의역할 LCD 적용의예 Conventional IPS IPS mode Initial alignment direction yellow shift blue shift E-field polarizer Super IPS Initial alignment direction E-field 2 domain Small color shift Electrode
LCD 에서의편광자의역할 LCD 적용의예 A-Plate* VA mode Optical Axis(Slow) nx ny nz (nx ny = nz ) Uniaxial film : Stretched retardation film, LC film nx>ny=nz, Rin = (nx-ny) d C-Plate** nx ny nz (nx = ny nz) :, LC film nz > (nx+ny)/2 = C-Plate, nz < (nx+ny)/2 = negative C-Plate
편광필름구성요소 위상차필름 특정방향의빛의진행속도를변화시켜빛의편광상태를바꾸는역할 Polarizing Film either for unpolarized light or for two components of polarized light y Retardation Film for two components of polarized light y Rotator like TN LC cell for linearly polarized light y x x x Transmission Axis Fast Axis Slow Axis
편광필름구성요소 위상차필름의역할 y z x Ey Ex Slow Axis Fast Axis Ey Ex
편광필름구성요소 위상차필름의구분 y A-Plate : 광축이 plate의 Surface에평행, ex) 액정이 Homogeneous하게평행한배열을갖는 LC Cell Z a) Positive : 등과같은것이일축으로연신된 polymer film b) Negative : Discotic Compound 가일축으로배열된 Film x A-plate C-Plate : 광축이 z 축과평행 ( 두께방향 ) ex) 액정이 Homeotropic 하게배열된 LC Cell y a) Positve : rodlike LC compound가수직배향된 film b) Negative - uniaxially compressed polymer film - Spin coating된 PI Film Z 광축, c axis x - Discotic compound가수직배향된 film - 두개의서로다른등방성재료를교대로적층된 film C-plate
편광필름구성요소 위상차필름의구분 n z n z n z > n x = n y n x n y Z-orientation n x > n z > n y n y n x Positive Birefringence TN 에효과적 -ny>nx=nz Uniaxial n x > n y = n z STN에효과 n x = n y = n z VA 에효과적 -ny>nx>nz -nx=ny>nz Biaxial (newvac) n x > n y > n z n x = n y > n z Negative (VAC)
편광필름구성요소 WV 필름 Unsymmetry of TN LC A B A B OFF ON 100 Center Ts (%) 50 B A 0 0 2 4 6 8 Voltage (V)
편광필름구성요소 WV 필름 - 시야각보상원리 : 시야각에따른액정 Cell의 Retardation (dδn) 균일화 - 제조방법 : Film 위에배향막을바르고 rubbing하여 discotic액정을 Spin coating 한다. 그리고 130 정도로열처리하면 Hybrid 구조가되고여기에 UV 처리를하면분자들이 cross-link되어고온에서도안정된 hybrid 구조를갖게된다. R left > R right R left R right
편광필름구성요소 WV 필름 시야각 (C/R 10 :1 기준 ) Gray Inversion 상 하 좌 우 상 하 좌 우 일반 POL 24 40 50 50 57 15 23 27 WV-POL 60 60 80 > 80 > 26 40 80 > 80 >
모드에서위상차보상판 위상차필름의효과 C-plate 0.18 0.16 Retardation Comparison Φ= 45 C-3_1 LC LC 0.14 0.12 C-plate nd 0.1 0.08 C-plate 0.06 0.04 0.02 0-0.02 C-3_1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Theta
C-plate 위상차보상판 위상차필름의효과 Dark State (0v) Dark State 0.0731 0.0078 No Compensator Compensator 0.002 0.002 Contrast Ratio (8/0v) No compensator Contrast Ratio compensator CR~10 CR~10 No Compensator Compensator No compensator compensator
다양한위상차보상판 위상차필름의효과 B 위상차필름의효과 panel A C D panel A B C D panel A B E C Panel A nd 0.2 0.15 0.1 0.05 0 Retardation Comparison Φ= 45 CASE1 CASE2 CASE3-90 -80-70 -60-50 -40-30 -20-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 <> A A A <case 1> <case 2> <case 3> -0.05-0.1 CASE1 CASE2 Theta -0.15 CASE3-0.2
다양한위상차보상판 위상차필름의효과 0.18 0.16 0.14 Retardation Comparison Φ= 45 C-3_1 a b c nd 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0-0.02 0.080 0.070 0.060 C-3_1-90 -80-70 -60-50 -40-30 -20-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Theta Transmittance Comparison phi=45 C-phi=45 Φ= 45 transmittance 0.050 0.040 0.030 0.020 0.010 0.000-90 -80-70 -60-50 -40-30 -20-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Theta
다양한위상차보상판 위상차필름의효과 0.1086 Transmittance in dark state 0.0169 0.0292 0.0713 Without compensator CASE 1 CASE 2 CASE 3 Contrast Ratio CR~10 CR~10 CR~10 CR~10 Without compensator CASE 1 CASE 2 CASE 3
편광필름구성요소 표면코팅 - AR Anti-Reflection 의기본원리 기재 빛의간섭 코팅층 입사광 반사광 코팅층 상쇄간섭을유도하여 반사광의소멸을유도 기재 - Base film 상에다층의굴절률이서로다른코팅층을형성. - 일반적으로고굴절층과저굴절층을교체코팅하여제조. - 반사방지의원리로는필름표면및코팅층간의계면에서반사된빛을굴절률과코팅층의두께를이용하여빛의상쇄간섭을이용하여반사광을소멸시키는원리.
편광필름구성요소 표면코팅 - AR High reflective index layer coating materials ( 고굴절층코팅 ) 적용수지 : 광학특성을위하여하드코팅액용수지에비하여상대적으로굴절률이높고, 무기산화물나노입자분산이용이한수지의주쇄상에 hydroxyl group (-OH) 이많은수지 Low reflective index layer coating materials ( 저굴절층코팅 ) 적용수지 : 굴절률및투과율을고려하여광경화형불소수지를사용함. 현재사용하고 AR 필름용수지중가장고가이며몇몇샘플의경우샘플가격이 10,000,000 원 /kg 을호가하는수지도있음.
편광필름구성요소 표면코팅 - AR Anti-Reflection 처리적용의예 - 색재현성의상승 - 화상선명성상승
편광필름구성요소 표면코팅 - AG Anti-Glare 처리 - 목적 : 표면에서빛을난반사시킴으로써특정방향으로반사되는빛을줄임. 눈부심현상의방지 - 방법 : Film에구형의 Silica 입자를 Acryl 수지에 Gel 상태로 coating - 단점 : 빛의난반사로인해선명도및대비비가감소 Haze 5 o Film 5 mm AG Haze = [T d / T t ] x 100 % = [(T t -T 5 o) / T t ] x100 %
편광필름구성요소 표면코팅 - AG Anti-Glare 제조 Process - 코팅액수지에입자 ( 실리카, 아크릴비드 ) 및 Solvent를혼합하여코팅하고, 코팅후의고른표면이 Solvent가휘발함에따라입자가표면에드러나며, 이상태에서 UV경화함으로써요철형태의난반사필름으로제조함
편광필름구성요소 표면코팅 - AG Anti-Glare 처리적용의예
편광필름구성요소 표면코팅 - AS 정전기방지용표면처리 (AS, Anti-Static) - 목적 : 정전기에의한 Module 손상방지를위해도전처리된편광판사용 - 효과 : Surface Electric Resistance = 5 10 8 Ω/ m2 Ni/Au-plated Conductive Particle Fluorate Resin Organic Particle (n=1.55~1.6) Ni/Au-plated Conductive Particle Conductive Layer Film Conductive Layer Film
편광필름구성요소 표면코팅특성비교 LR Clear H/C AG AG AG / PET FILM / PET FILM / PET FILM / PET FILM Clear H/C Film Anti-Glare Film Low-Reflection Film Anti-Reflection Film Clear H/C Film Anti-Glare Film Low-Reflection Film Anti-Reflection Film 기능 고선명도내마모성내스크레치성 눈부심방지내마모성내스크레치성 눈부심방지 ( 저반사기능 ) 내마모성내스크레치성내오염성 눈부심방지 ( 무반사기능 ) 내마모성내스크레치성내오염성대전방지기능
Ⅳ 편광필름제조공정
편광필름제조공정 전체제조공정 1. 전처리 2. 연신 & Laminating 보호 Film 3.Coating Cutter 점착제 이형 Film 6. 포장 5. 검사 4. 재단
편광필름제조공정 전체제조공정 Unwinding Film Saponification 검화수세수세수세 Drying Winding 접합 보호 Film 보호 Film Drying 또는 기능성 Film Drying Winding Film Unwinding 수세 다단계연신팽윤염착수세보색요오드화칼륨 Coating 이송 M Drying UV 조사기 Unwinding Winding 점착제 조액 이형 PET 편광판 ( 완제품 ) Laminating 편광판 ( 반제품 )
편광필름제조공정 전처리공정 표면을 NaOH 를이용, Saponification 을통해표면을친수성으로전환함. Film Film 원부자재 - Film (or HC/AG ) - Chemical : NaOH, 질산 ( 황산 ) - 용수 : 역삼투분리순수사용 권출부알칼리처리조세정 Ⅰ 세정 Ⅱ 건조 Zone 권취부
편광필름제조공정 전처리공정
편광필름제조공정 전처리공정 처리기
편광필름제조공정 연신 /Lamination 공정 공정의목적 - 필름을연신하여원하는광특성과폭으로가공 -Iodine으로염착, 편광특성을부여 - 연신후 필름과접착제를이용하여 Lamination 보호 Film Film Dry Oven Unwinding 수세 1 차연신 (1 회연신 ) Film 2 차연신 Dry Oven ( 다단계연신 ) 연신 Process 팽윤염착수세보색 Winding 요오드화칼륨 I -3, I -5
편광필름제조공정 연신 /Lamination 공정 연신 /Lamination 장치
편광필름제조공정 염착공정 연신공정中 필름의선형고분자주쇄에 Iodine 염료가염착, 편광자를형성함.
편광필름제조공정 Coating 공정 Coating 공정목적 - 연신된제품을이용하여점착제를 Coating 후, 이형필름을 Lamination, 필름제품을생산 Coater Unwinding Dry Oven Winding 이형 PET 편광판 ( 완제품 ) 편광판 ( 반제품 )
편광필름제조공정 Coating 공정 Coating 장비
편광필름제조공정 Chip Cutting 공정 제조된편광필름원단을 LCD Size 別로 Cutting 하여최종제품을생산하는공정
Ⅴ 향후편광필름개발방향
편광필름개발방향 (TV 용 ) non- base Sumitomo LG Chem Stretch Stretch Type Type Optimax Sumitomo LG Chem Daxon Base 기능복합화 Biaxial film VA-Cell Biaxial film Biaxial film JSR Biaxial film VA-Cell Biaxial film JSR n-/ B- VA-Cell n-/ B- Konica, Fujifilm Biaxial film VA-Cell Biaxial film Zeon, JSR, Sekisui, Teijin VA-Cell Biaxial film Zeon, JSR, Sekisui, Teijin VA-Cell F- Fujifilm Development Trend for VA Polarizer F-/new n- VA-Cell F-/new n- Fujifilm/Konica Coating Coating Type Type Nitto A-plate VA-Cell C-plate Nitto VA-Cell X-plate Nitto Compensation VA-Cell New X-plate Nitto X-plate VA-Cell X-plate Nitto 2003 2004 2005 2006 2007
토론 (Q&A)