KR100912261B1 - 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 투과율과 편광분리기능을 지닌 와이어 그리드 편광자의 금속세선부의 붕괴를 방지하고, 신뢰성을 향상시키는 것을 과제로 하고, 이를 해결하기 위한 구체적인 수단으로서, 서로 평행한 다수의 직선형상 금속 세선과 직선형상 유전체 세선이 배치되어 있는 와이어 그리드 편광자에 있어서, 유전체 세선의 양쪽 측벽의 전체 면은 인접하는 금속 세선의 한쪽의 측벽과 접하고 있고, 금속 세선의 2개의 측벽의 적어도 한쪽은 상기 유전체 세선과 접하지 않은 영역을 지니고 있는 것을 특징으로 한다.

와이어 그리드 편광자, 금속 세선, 유전체 세선

Description

와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법{WIRE GRID POLARIZER AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}

도 1은 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 제 1실시형태의 와이어 그리드 편광자의 모식도;

도 2는 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 제 1실시형태의 와이어 그리드 편광자의 제조방법을 나타낸 개략 단면도;

도 3은 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 제 2실시형태의 와이어 그리드 편광자의 모식도;

도 4는 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 제 2실시형태의 와이어 그리드 편광자의 제조방법을 나타낸 개략 단면도;

도 5는 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 제 3실시형태의 와이어 그리드 편광자의 모식도;

도 6은 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 제 3실시형태의 와이어 그리드 편광자의 제조방법을 나타낸 개략 단면도;

도 7은 와이어 그리드 편광자의 모식도;

도 8은 주기 140 ㎚, 폭 70 ㎚의 와이어 그리드 편광자의 광학성능을 나타내는 시뮬레이션 결과를 표시한 도면;

도 9는 종래의 금속 세선 사이를 수지로 메운 와이어 그리드 편광자의 모식도;

도 10은 종래의 금속 세선 사이를 수지로 메운 와이어 그리드 편광자에 있어서 주기 140 ㎚, 폭 70 ㎚인 경우의 광학성능을 나타내는 시뮬레이션 결과를 표시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1, 10, 20, 30: 와이어 그리드 편광자

2, 11, 21, 31: 기판

3, 13, 23, 33; 금속 세선

12, 22, 32: 유전체 세선

14, 24, 34: 금속층

본 발명은 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

현재, 액정표시장치는 휴대전화에 사용되는 소형인 것으로부터 박형 텔레비전에 사용되는 대각 40 인치의 초대형 크기까지 널리 보급되어 있다. 이 액정표시장치는 자발 발광형이 아니기 때문에, 배면조명(백라이트(backlight))을 지니고, 그 조명광의 편광상태를 액정층에서 제어함으로써 표시를 가능하게 하고 있다.

이 때문에, 모든 액정표시에는 무편광 상태의 백라이트 조명광 중 1 편광성 분만을 투과하는 편광판이 사용된다. 현재, 편광판으로서 주로 사용되고 있는 것은 요드 등의 이색성 색소로 염색하고, 연신된 폴리비닐알코올(PVA) 필름을 2매의 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 필름 사이에 삽입한 흡수형의 편광판이다.

이 흡수형 편광판은 편광분리성능으로서는 매우 높은 성능을 지니고 있지만, 투과축과 직교하는 편광성분을 흡수하기 위해서, 백라이트의 조명광 중 50％ 이하의 광밖에 이용할 수 없어, 휘도의 저하, 소비 전력의 증대라는 문제점이 있다.

이 문제를 해결하기 위해서, 복굴절성 투명유전체 적층체의 반사형 편광자를 휘도향상 필름으로서 사용하는 것이 널리 보급되어 있다. 복굴절성 투명유전체 적층제의 반사형 편광자는 액정 백라이트로부터의 광 중 1방향의 편광성분을 투과하고, 그것과 직교하는 편광성분을 백라이트측에 반사한다. 백라이트측에 되돌아온 광은, 백라이트부의 부재의 복굴절이나 백라이트부에서의 산란이나 반사에 의해 편광상태가 해소된 상태에서 다시 반사형 편광자로 되돌아가므로, 일부가 편광자를 투과하게 된다. 이 사이클을 반복함으로써, 광의 이용 효율을 높이는 것이 가능해진다.

그러나, 현상황에서는 이들 반사형 편광자의 편광분리성능은 낮고, 반사형 편광자 단체에서는 액정 디스플레이의 콘트라스트가 불충분해지므로, 편광분리성능이 높은 흡수형 편광판과 병용하는 것이 필요해진다. 이 때문에, 액정 디스플레이를 구성하는 부품수가 증가하고, 디스플레이의 제조비를 상승시킬 뿐만 아니라, 제품의 두께가 증가하는 등의 문제가 있다.

한편, 다른 방식의 반사형 편광자로서, 와이어 그리드 편광자를 들 수 있다. 와이어 그리드 편광자는 도 7에 나타낸 바와 같이, 기판(2) 위에 입사광의 파장보다 충분히 짧은 주기로 금속 세선(3)이 서로 평행하게 배열된 구조를 하고 있다.

이 와이어 그리드 편광자에 그 법선 방향으로부터 광이 입사하면, 금속 세선(2)의 길이방향과 직교하는 전장 벡터를 지니는 성분(즉, TM 편광)은 투과하고, 금속 세선의 길이방향과 평행한 전장 벡터를 지니는 성분(즉, TE 편광)은 반사된다.

와이어 그리드 편광자는 높은 편광분리성능을 지니고, 또한 투과하지 않은 TE 편광을 흡수하지 않고 반사시키기 위해서, 반사형 편광자로서 이상적인 성능을 지녀, 상기 문제점을 해결할 수 있다.

와이어 그리드 편광자는 적외 파장영역에 있어서 유용한 편광자로서 예로부터 이용되고 있다(예를 들면, 문헌 J.P. Auton, Applied Optics. Vol. 6. 1023(1967) 참조). 가시광 파장영역(약 400 ㎚ 내지 700 ㎚)에서는 그 금속 세선 주기가 200 ㎚ 이하인 것이 필요하여, 제작상의 곤란이 수반되지만, 최근의 미세가공 기술의 진보에 따라, 드디어 제조, 판매되게 되었다(예를 들면, 문헌 F.J. Kahn, Private Line Report on Projection Display. Vol.7. No.10. 3(2001) 참조).

그러나, 충분한 투과율과 편광분리성능을 지니는 와이어 그리드 편광자는 그 금속 세선의 폭과 높이의 비(애스펙트(aspect)비)를 높게 할 필요가 있고, RCWA(Rigorous Coupled Wave Analysis)법에 근거한 계산기 시뮬레이션에 의하면, 대략 2 내지 4 정도의 애스펙트비가 필요하다.

그런데, 본 명세서 중에서 말하는 바의 충분한 투과율이란 투과율 40％ 이 상(TM 편광만을 생각했을 경우, 투과율 80％ 이상)을 의미하고, 또한, 충분한 편광분리성능이란 TM 편광과 TE 편광의 투과율의 비(소광비)가 20000:1 이상을 의미한다.

도 8은 주기 140 ㎚에서 폭 70 ㎚인 금속 세선이 유리 기판 위에 다수 배열된 구조로 했을 때의 계산기 시뮬레이션 결과를, 가로축을 투과율, 세로축을 소광비로 해서, 금속(계산에는 알루미늄을 가정) 세선의 높이를 변화해서 플롯(plot)한 것이다.

도 8로부터 명확한 바와 같이, 충분히 높은 투과율과 편광분리성능(소광비)은 알루미늄 세선의 높이가 175 ㎚ 전후일 때 얻어질 수 있고, 폭 70 ㎚이므로, 애스펙트비가 2.5이다.

이와 같이, 충분히 높은 투과율과 편광분리성능(소광비)을 얻기 위해서는 애스펙트비가 높은, 바꿔 말하면, 미세하게 높은 금속 세선을 형성할 필요가 있고, 도 7에 나타낸 바와 같은 와이어 그리드 편광자는 압압이나 연신, 충격 등에 약하여, 용이하게 금속 세선(3)이 붕괴되어 버리는 문제점이 있다.

특히 액정표시장치에 이용할 경우에는 액정 패널을 구성하는 유리 기판과 맞붙일 필요가 있고, 이 맞붙임 공정에서 금속 세선이 붕괴되어, 충분한 성능을 발휘할 수 없다고 하는 문제가 있다.

상기와 같은 문제에 대하여, 도 9에 나타낸 바와 같은 금속 세선(8) 사이를 투명유전체(9)로 메운 와이어 그리드 편광자(7)(혹은 투명유전체의 격자구조 사이 를 금속으로 메운 구조)도 제안되어 있다(일본국 공개특허 제2004-157159호 공보 참조).

그렇지만, 도 10에 나타낸 바와 같이, 계산기 시뮬레이션에 의하면, 주기 140 ㎚로 폭이 70 ㎚인 금속 세선으로 이루어진 와이어 그리드 편광자에 있어서, 금속 세선(알루미늄을 가정) 사이에 굴절률 1.5인 수지가 메워진 경우, 충분한 투과율과 편광분리성능을 갖는 것이 불가능해진다.

즉, 도 10으로부터 명확한 바와 같이, 가장 높은 투과율을 나타내는 것은 금속 세선 높이가 140 ㎚일 때이지만, 그래도 투과율이 37％ 정도밖에 안되어, 소광비가 3000:1 정도이다. 보다 높은 소광비를 구하면, 투과율은 감소 경향을 나타내고, 20000:1의 소광비를 얻기 위해서는 금속 세선 높이가 175 ㎚ 필요하고, 그때의 투과율은 30％ 이하로 되어버린다.

금속 세선 사이를 굴절률 1.5의 투명유전체로 메운 경우에, 투과율 40％ 이상이고, 소광비 20000:1 이상으로 하기 위해서는, 주기 70 ㎚로, 금속 세선폭 28 ㎚, 높이 130 ㎚라고 하는 애스펙트비 4.6의 구조를 만들지 않으면 안되어, 제작상의 곤란함을 수반하여, 현실적이지 않다.

본 발명은 충분히 높은 투과율, 편광분리성능 및 신뢰성을 지닌 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 와이어 그리드 편광자는 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 기판; 상기 기판 위에 형성되어, 서로 평행하게 뻗어 있는 복수의 유전체 세선; 및 상기 유전체 세선 사이에 형성되어, 상기 복수의 유전체 세선과 평행하게 뻗어 있는 복수의 금속 세선을 포함하며; 상기 유전체 세선은 상기 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 유전체로 이루어지고, 상기 복수의 각 유전체 세선의 양쪽 측벽의 전체 면은 인접하는 상기 금속 세선의 한쪽 측벽과 접하고 있고, 상기 금속 세선의 2개의 측벽의 적어도 한쪽은 상기 유전체 세선과 접하지 않는 영역을 지니고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

또, 본 발명의 와이어 그리드 편광자는 인접하는 상기 유전체 세선 사이에 2개의 상기 금속 세선이 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 와이어 그리드 편광자는 상기 유전체 세선의 높이가 상기 금속 세선의 높이의 40％로부터 70％인 것을 특징으로 하고 있다.

또, 본 발명의 와이어 그리드 편광자는 인접하는 상기 유전체 세선 사이에 1개의 상기 금속 세선이 형성되고, 상기 유전체 세선의 높이는 상기 금속 세선의 높이의 40％로부터 70％인 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 제조 방법은 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 기판 위에 상기 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 유전체로 이루어진 서로 평행하게 뻗어 있는 복수의 유전체 세선을 형성하는 제1공정; 상기 유전체 세선의 정상부(頂上部), 측벽 및 상기 유전체 세선 사이를 피복하도록 금속층을 형성하는 제2공정; 및 상기 유전체 세선의 정상부 및 상기 유전체 세선 사이에 형성된 상기 금속 박막을 상기 기판의 법선방향에 평행한 이방성 에칭에 의해 제거하는 제3공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

또, 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 제조 방법은 상기 제3공정 후에 상기 유전체 세선을 일부 제거하고, 상기 유전체 세선의 높이를 제거 전의 40％로부터 70％로 하는 제4공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하고 있다. 여기서 '제거 전'은 유전체 세선의 높이를 뜻하는 의미이며, 제거전 유전체 세선의 높이는 상술한 금속 세선 또는 금속층의 높이와 동일한 것으로 간주하여 설명하는 것으로 한다.

또한, 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 제조 방법은 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 기판 위에 상기 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 유전체로 이루어진 서로 평행하게 뻗어 있는 복수의 유전체 세선을 형성하는 제1공정; 상기 유전체 세선 사이를 금속으로 메우도록 금속층을 형성하는 제2공정; 상기 유전체 세선의 정상부에 퇴적된 상기 금속층을 제거하는 제3공정; 및 상기 유전체 세선을 일부 제거하고, 상기 유전체 세선의 높이를 제거 전의 40％로부터 70％로 하는 제4공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

또, 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 제조 방법은 상기 유전체 세선의 형성을 나노임프린트법에 의해 행하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 제조 방법은 상기 금속층을 화학적 기상퇴적법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.

또, 본 발명의 와이어 그리드 편광자의 제조 방법은 상기 금속층의 제거를 반응성 이온 에칭에 의해 행하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 본 발명에 따르면, 와이어 그리드 편광자를 구성하는 직선형상의 유전체 세선의 양쪽 측벽의 전체 면이 인접하는 금속 세선의 한쪽 측벽과 접하고 있고, 유전체 세선이 금속 세선을 측면에서 지지함으로써, 용이하게 금속 세선이 붕괴되는 일이 없어져, 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.

더욱이, 금속 세선의 2개의 측벽의 적어도 한쪽은 유전체 세선과 접하지 않는 영역을 지니고 있기 때문에, 측벽 전체가 접하고 있는 경우보다도, 같은 애스펙트비 구조라고 했을 경우에, 높은 투과율과 편광분리기능을 지니는 것이 가능해진다.

(제1 실시형태)

이하, 본 발명의 제1 실시형태를 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태를 나타낸 단면개략도이다.

본 발명의 제1 실시형태의 와이어 그리드 편광자(10)는 기판(11)과 복수의 유전체 세선(12)과 복수의 금속 세선(13)에 의해 구성되어 있고, 기판(11) 위에 소정의 주기 d, 폭 w2, 높이 h, 굴절률 n의 유전체 세선(12)이 평행하게 다수 배열되어 있고, 그 유전체 세선(12)의 양쪽 측면의 전체 면에 소정의 폭 w1, 높이 h의 금속 세선(13)이 접하도록 되어 있다. 이때 2×w1+w2 <d로 되고 있다. 한편, 기판(11) 및 유전체 세선(12)은 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 재료로 이루어져 있다.

본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(10)는 매우 높은 애스펙트비를 지니고 있음에도 불구하고, 금속 세선(13)을 유전체 세선(12)이 그 측벽에서 지지함으로써, 금속 세선(13)이 붕괴되는 것을 막아, 높은 신뢰성을 실현하고 있다.

본 실시형태에 있어서, 와이어 그리드 편광자(10)를 구성하는 기판(11) 및 금속 세선(13), 유전체 세선(12)의 굴절률은 와이어 그리드 편광자(10)의 투과율과 편광분리성능에 크게 영향을 준다.

또한, 본 실시형태의 와이어 그리드에 있어서는 1개의 유전체 세선(12)에 대하여 2개의 금속 세선(13)이 형성된 구성으로 되어 있고, 유전체 세선(12)의 폭이 넓다면 금속 세선(13) 사이의 간격이 좁아져, 충분히 높은 투과율과 편광분리기능을 지니는 것이 어려워지므로, 유전체 세선(12)의 주기에 대하여 유전체 세선(12)의 폭을 50％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

와이어 그리드 편광자(10)의 기판(11)으로서 사용가능한 재료는 액정프로젝터 등, 내열성이 요구되는 용도에서 와이어 그리드 편광자(10)를 이용할 경우에는 유리로 대표되는 것 같은 가시광에 대하여 투명성이 높은 고내열성 무기재료이다.

한편, 내열성이 그다지 요구되지 않는 용도이면, 수지를 사용할 수 있고, 바람직한 수지재료로서는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 디에틸렌글리콜비스카보네이트(CR-39), 스티렌/아크릴로니트릴 공중합체(SAN), 스티렌/메타크릴산 공중합체(MS), 지환식 아크릴 수지, 지환식 폴리올레핀 수지 등의 고투명 유전체를 들 수 있다. 한편, 통상은 이들을 시트나 필름으로 해서 기판(11)에 사용한다.

또, 기판(11)의 금속 세선(13)과 반대쪽의 표면에 반사 방지 구조를 마련해도 된다. 이 구성에 의해, 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있으므로, 보다 바람직하다.

금속 세선(13)의 재료는 금속이면 특히 한정은 없지만, 가시광에 대한 소쇠 계수(굴절률의 허수부)가 큰 것이 바람직하고, 가장 바람직한 재료는 알루미늄이다.

유전체 세선(12)의 재료는 금속 세선(13)을 측면에서 지지할 뿐인 충분한 강도를 지니고, 또한, 금속 세선(13)의 재료 및 기재와의 충분한 밀착성을 지닐 필요가 있고, 전술한 기판과 같이, 유리나, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 디에틸렌글리콜비스카보네이트(CR-39), 스티렌/아크릴로니트릴 공중합체(SAN), 스티렌/메타크릴산 공중합체(MS), 지환식 아크릴 수지, 지환식 폴리올레핀 수지 등을 사용할 수 있다. 게다가, 이들의 복합체나, 필요에 따라서, 각종 첨가제를 혼입한 것을 사용할 수 있다.

또, 편광분리기능과 투과율의 관점에서 말하면, 저굴절률 재료쪽이 바람직하고, 저굴절률 수지재료로서는 불소계 수지나 실리콘 수지를 사용할 수 있고, 나아가서는, 상기 각종 수지재료나 그 복합 수지에 불소계 수지나 실리콘 수지를 혼입하여, 굴절률을 낮춘 수지로서 사용할 수 있다.

이하, 본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(10)의 제작 방법에 대해서 도 2를 참조하면서 설명한다.

[제1공정]

우선, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 수지층을 나노임프린트법으로 가공하고, 주기 d, 폭 w2, 높이 h의 유전체 세선(12)이 평행하게 다수 배열된 구조를 제작한다. 그 제작법의 예로서는 PC 필름 위에 UV경화형 수지를 와이어 바에 의해서 얇 게 코팅하고, 이형 처리를 실시한 몰드와 적층한 상태에서, UV 광으로 수지를 경화, 몰드 이형이라는 순서에 의한 것이 있다. 한편, 상기의 몰드는 미리 전자선 리소그라피법에 의해 실리콘 웨이퍼를 가공한 것이며, 주기 d, 폭 w, 깊이 h의 홈이 그 가공에 의해 다수 형성된 것으로 되어 있다.

UV 나노임프린트법은 공지의 기술이므로, 여기에서는 그 기술상의 상세한 설명을 생략한다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 UV 나노임프린트법으로 유전체 세선(12)의 구조를 제작하기 위해서, UV 나노임프린트법에 적합한 재료로서, 아크릴계의 UV경화형 수지를 이용하고 있지만, UV 나노임프린트법 대신에 열나노임프린트법을 적용할 경우에는 기판(11)으로서 유리를, 유전체 세선(12)의 재료로서 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)를 이용해도 된다. 이 경우에는 유리 기판(11)의 한 면에 PMMA를 용제에 용해시킨 용액을 스핀 코트법에 의해 도포, 건조하여, PMMA의 박막(예를 들면 두께 1 ㎛)을 형성한다. 또한, 열나노임프린트법을 적용할 경우에는 PMMA 기판 그 자체의 표면에 직접, 세선 패턴을 제작해도 된다.

[제2공정]

다음에, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 유전체 세선(12)의 구조를 지니는 필름에 대하여, CVD(화학적 기상성장법)에 의해 유전체 세선(12)의 정상부, 측벽 및 유전체 세선(12) 사이를 피복하도록 금속층(14)을 성막(成膜)한다. 금속의 성막방법은 크게 나누어서 PVD(물리적 기상성장법)와 CVD(화학적 기상성장법)가 있다. 대표적인 PVD로서는 진공증착법이나 스퍼터링법이 있고, CVD에 비해서 성막속도가 빠르다는 특징이 있다.

와이어 그리드 편광자(10) 자체의 세선의 폭 및 주기를 감안하면, 수 십 ㎚로부터 수 백 ㎚ 크기의 미세한 홈이나 구멍에 성막하는 것이 요구된다. 이 요구를 충족시킬 수 있는 것이면, 금속 성막방법은 한정되지 않지만, PVD 법에서는 일반적으로 300 ㎚보다 미세한 홈이나 구멍 속에 금속을 퇴적하는 것이 매우 곤란하고, 진공도나, 증착원 크기, 용융 방법, 기판온도 등의 성막조건을 최적화함으로써 가능은 하지만, 성막조건의 허용 범위가 좁아, 생산 수율을 낮추는 결과로 된다. 한편, CVD법에서는 미세한 홈이나 구멍에 성막하는 것이 가능하고, 게다가, 성막의 돌아들어감이 좋고, 미세한 패턴 위를 덮어 은폐하도록 성막이 가능해지므로, 본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(10)의 제작에 있어서는 CVD법이 보다 바람직하다.

또, 부도체인 유전체 위에 CVD에 의해서 금속을 퇴적하는 것은 비교적 시간을 요하는 공정이기 때문에, 생산 효율이 나쁘다는 결점이 있다. 생산 효율을 올리기 위해서, 미리 PVD법으로 5 ㎚ 정도의 두께로 얇게 도체를 퇴적함으로써, CVD에 의한 금속 퇴적시간을 단축하는 것도 가능하다.

이때, PVD법으로 퇴적시키는 금속은 CVD법으로 퇴적시키는 금속과 같은 금속인 것이 바람직하지만, 전술한 이유에 의해, 그것이 곤란할 경우는 티탄늄 등의 다른 금속을 사용하는 것도 가능하다.

[제3공정]

다음에, 도 2(c)에 나타낸 바와 같이, 유전체 세선(12) 정상부와 유전체 세 선(12) 사이(홈 바닥부)에 퇴적된 금속만을 반응성 이온 에칭법으로 제거하고, 유전체 세선(12)의 측벽에 퇴적된 금속을 남김으로써, 금속 세선(13)의 구조를 제작하였다. 여기에서, 반응성 이온 에칭이란 플라즈마에 의해 가스를 이온화·라디컬화해서 재료를 에칭하는 방법을 의미한다.

이 에칭공정은 상기와 같은 반응성 이온 에칭에 한하는 것이 아니고, 기판(11)과 평행하게 퇴적되어 있는 금속을 제거하고, 측벽에 퇴적되어 있는 금속을 남기는 것 같은, 소위 이방성 에칭이라면 다른 방법을 채용할 수도 있다.

예를 들면, 이온의 충돌 충격을 이용하는 이온 밀링이나, 세라믹의 초미세분말을 분사시키는 샌드 블라스트 혹은 금속의 결정 구조의 방향성을 이용한 알칼리 또는 산성의 액체를 이용한 습식 에칭에서도, 이방성을 갖게 하는 것은 가능하다. 혹은 반응 가스 중에 재료를 폭로시키는 방법(반응성 가스 에칭)에 의해서도, 기판(11)과 수직인 방향에 어느 종류의 기류를 만들면 가능하다. 단, 본 실시형태에서 이용된 반응성 이온 에칭이 에칭 두께의 제어를 행하기 쉽고, 정밀도도 양호하기 때문에, 실용상 가장 바람직한 방법이라고 할 수 있다.

( 실시예 1)

우선, 두께 100 ㎛의 PC 필름 위에 UV 나노임프린트법에서 주기 140 ㎚, 폭 49 ㎚, 높이 175 ㎚의 유전체 세선(12)이 평행하게 다수 배열된 구조를 제작하였다. 이때, 유전체 세선(12)은 PC 필름 위에 UV경화형 수지인 PAK-01(동양합성제)을 와이어 바에 의해서 얇게 코팅하고, 이형 처리를 실시한 몰드와 적층한 상태에서, UV 광으로 수지를 경화, 몰드 이형이라는 순서로 제작되었다.

다음에, 유전체 세선 구조를 지니는 필름에 대하여, CVD(화학적 기상성장법)에 의해서 유전체 세선(12)의 정상부, 측벽 및 유전체 세선(12) 사이를 피복하도록, 알루미늄을 21 ㎚의 두께로 성막하였다. 여기에서는 폭 91 ㎚라고 하는 미세한 홈에 알루미늄을 성막하기 위해서, 반응 가스에 MPA(메틸피롤리딘알란: Methyl Pyrrolidine Alane)를 이용한 CVD법을 채용해서 알루미늄 성막을 행하였다. 이때, 진공 쳄버 내에 설치한, 유전체 세선 패턴이 형성된 PC 필름을 온도가 105℃로 되도록 가열하고, MPA 가스를 아르곤 가스에 의한 버블링에 의해서 75초간 쳄버내 압력이 30 ㎩로 되도록 유입함으로써, 유전체 세선 패턴 위를 덮어 은폐하도록 21 ㎚의 두께로 일정하게 알루미늄을 퇴적하였다.

최후에, 유전체 세선(12) 정상부와 유전체 세선(12) 사이(홈 바닥부)에 퇴적된 알루미늄만을 반응성 이온 에칭법에 의해서 제거하고, 유전체 세선(12)의 측벽에 퇴적된 알루미늄을 남김으로써, 알루미늄 세선의 구조를 제작하였다. 여기에서는 알루미늄을 제거하기 위해서, 3염화 붕소(BCl₃) 가스를 에칭 가스로서 진공 쳄버 내에 도입하고, 자장이 있는 마이크로파 플라즈마법에 의해, 3염화 붕소 가스를 라디컬화하여, 알루미늄과 반응시켜서 에칭을 행하였다.

상기한 바와 같이 제작한 와이어 그리드 편광자(10)는 기판(11) 위에 주기 140 ㎚, 폭 49㎚, 높이 175 ㎚, 굴절률 1.5인 유전체 세선(12)이 평행하게 다수 배열되어 있고, 그 유전체 세선(12)의 양쪽 측면의 전체 면에, 폭 21 ㎚인 알루미늄 세선이 접한 구조를 하고 있다. 여기에서, 알루미늄 세선만을 생각하면, 폭 21 ㎚, 높이 175 ㎚이기 때문에, 본 실시형태에 있어서의 애스펙트비는 8.3이며, 매우 높은 애스펙트비를 지니고 있게 된다. 한편, 알루미늄 세선이 2개이고, 그 사이에 삽입된 유전체 세선(12)을 합쳐서, 폭이 91 ㎚인 세선이 간격 49 ㎚(주기 140 ㎚)로 배열된 구조를 하고 있고, 애스펙트비가 1.47로 낮아, 붕괴되기 어려운 구조로 되어 있다고 할 수 있다.

이러한 구조를 지니는 와이어 그리드 편광자(10)는 계산기 시뮬레이션에 의해 그 성능을 계산한 결과, 투과율이 42.1％, 소광비는 70000:1이 되어, 충분히 높은 투과율과 편광분리기능을 지니는 것을 알 수 있었다. 또한, 실제로 제작한 와이어 그리드 편광자(10)를 평가한 결과, 투과율이 40.8％, 소광비는 20000:1로 되어, 충분히 높은 투과율과 편광분리성능을 지니고 있었다. 투과율 및 편광도가 계산기 시뮬레이션의 값보다 낮은 것은, 계산에는 알루미늄의 복소굴절률을 문헌으로부터 얻은 것을 사용했지만, 실제로 성막한 알루미늄의 복소굴절률(특히 그 허수부)이 그것보다도 낮기 때문인 것으로 생각된다.

이와 같이, 본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(10)는 폭이 좁고 높은 애스펙트비를 지니는 금속 세선(13)을 구비하고 있기 때문에 높은 투과율과 소광비를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 그 금속 세선(13)이 유전체 세선(12)에 지지되어 있기 때문에, 붕괴되기 어려워 신뢰성이 높다.

또한, 본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(10)는 1개의 유전체 세선(12)에 대하여 금속 세선(13)이 2개 제작되므로, 금속 세선(13)의 주기는 유전체 세선(12)의 주기의 절반으로 된다. 예를 들면, 가시광선에 대한 와이어 그리드 편광 자(10)가 200 ㎚ 이하의 주기를 필요로 하므로, 유전체 세선(12)의 주기는 그 배인 400 ㎚ 이하면 된다. 따라서, 제조 공정상의 난이도도 내려가, 생산 효율을 상승시키며, 또한 대면적화도 용이해진다.

(제2 실시형태)

이하, 본 발명의 제2 실시형태를 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

도 3은 본 발명의 제2 실시형태를 나타낸 단면개략도이다.

본 발명의 제2 실시형태의 와이어 그리드 편광자(20)는 기판(21)과 복수의 유전체 세선(22)과 복수의 금속 세선(23)에 의해 구성되어 있고, 기판 위에 소정 주기 d, 폭 w2, 높이 h2, 굴절률 n의 유전체 세선(22)이 평행하게 다수 배열되어 있으며, 그 유전체 세선(22)의 양쪽 측면의 전체 면에 소정의 폭 w1, 높이 h1의 금속 세선(23)이 접하도록 되어 있다. 이때 h2 < h1, 2×w1+w2 < d로 되어 있다. 또, 기판(21) 및 유전체 세선(22)은 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 재료로 이루어져 있다.

본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(20)는 매우 높은 애스펙트비를 지니고 있음에도 불구하고, 금속 세선(23)을 유전체 세선(22)이 그 측벽에서 지지함으로써, 금속 세선(23)이 붕괴되는 것을 막아, 높은 신뢰성을 실현하고 있다.

또, 본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(20)에 있어서는 1개의 유전체 세선(22)에 대하여 금속 세선(23)이 2개 형성된 구성으로 되고 있고, 유전체 세선(22)의 폭이 넓다면 금속 세선(23) 사이의 간격이 좁아져, 충분히 높은 투과율과 편광분리기능을 지니는 것이 어려워지므로, 유전체 세선(22)의 주기에 대하여 유전 체 세선(22)의 폭을 50％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

유전체 세선(22)의 높이는 금속 세선(23)의 높이에 대하여 낮으면 낮을 수록, 투과율이나 편광분리기능이라는 광학성능은 향상한다. 계산기 시뮬레이션에 따르면, 유전체 세선(22)의 높이는 금속 세선(23)의 높이의 70％ 이하이면, 실현가능한 애스펙트비의 구조에 있어서, 충분한 투과율이나 편광분리기능을 지니는 것으로 판명되고 있다.

한편, 유전체 세선(22)이 금속 세선(23)을 지지하고, 그 붕괴를 막는다고 하는 신뢰성의 점에서는 유전체 세선(22)의 높이는 높으면 높을수록 바람직하다. 본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(20)에 요구되는 신뢰성은 그것이 사용되는 상품형태나 제작 공정에 따라서 다르며, 금속 세선(23)의 붕괴를 막기 위해서, 유전체 세선(22)이 어느 정도의 높이가 있으면 좋을지 일률적으로는 말할 수 없지만, 발명자가 실제로 실험적으로 얻은 지견에 따르면, 유전체 세선(22)의 높이가 금속 세선(23)의 높이의 40％ 이상의 높이면, 충분한 신뢰성을 얻을 수 있는 것으로 판명되고 있다.

여기서, 와이어 그리드 편광자(20)의 기판(21), 유전체 세선(22), 금속 세선(23)으로서 사용가능한 재료는 제1 실시형태의 와이어 그리드 편광자(10)와 마찬가지이므로 그 설명을 생략하지만, 와이어 그리드 편광자를 구성하는 기판 및 금속 세선재료, 유전체 세선 재료는 와이어 그리드 편광자(20)의 투과율과 편광분리성능에 크게 영향을 미쳐, 전술한 재료로부터 적절하게 선택할 필요가 있다.

이하, 본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(20)의 제작 방법에 대해서, 도 4 를 참조해서 설명한다.

[제1공정]

우선, 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 수지층을 나노임프린트법으로 가공하고, 주기 d, 폭 w2, 높이 h1의 유전체 세선(22)이 평행하게 다수 배열된 구조를 제작한다. 나노임프린트법의 예로서는 제1 실시형태의 와이어 그리드 편광자(10)의 제작 방법에 있어서의 제1공정의 기재와 마찬가지이므로 그 설명을 생략한다.

[제2공정]

다음에, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 유전체 세선 구조를 지니는 필름에 대하여, CVD(화학적 기상성장법)에 의해 유전체 세선(22)의 정상부, 측벽 및 유전체 세선(22) 사이를 피복하도록 금속층(24)을 성막한다. 금속의 성막방법은 제1 실시형태의 와이어 그리드 편광자의 제작 방법에 있어서의 제2공정과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.

[제3공정]

다음에, 도 4(c)에 나타낸 바와 같이, 유전체 세선 정상부와 유전체 세선 사이(홈 바닥부)에 퇴적된 금속만을 반응성 이온 에칭법으로 제거하고, 유전체 세선(22)의 측벽에 퇴적된 금속을 남김으로써, 금속 세선(23)의 구조를 제작한다. 반응성 이온 에칭법은 제1 실시형태의 와이어 그리드 편광자의 제작 방법에 있어서의 제3공정과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.

[제4공정]

도 4(a) 내지 (c)까지의 공정에 의해서 얻어진 시료의 유전체 세선(22)의 정 상부를 제거하고, 그 높이를 h2로부터 h1로 함으로써, 도 4(d)에 나타낸 바와 같은 구조를 얻는다. 이 공정은 에칭에 의해 행하여지고, 습식 에칭이라도 건식 에칭(특히 반응성 이온 에칭)이라도 되지만, 금속 세선 구조에 영향을 주지 않는 것과 같은 에칭인 것이 바람직하다. 반응성 이온 에칭의 경우, 반응성 가스로서 산소를 이용함으로써, 금속 세선 구조에 영향을 미치지 않고, 수지계의 유전체 세선(22)만을 에칭할 수 있다.

( 실시예 2)

우선, 유리 기판 위의 PMMA 층에 열나노임프린트법으로 주기 200 ㎚, 폭 60 ㎚, 높이 200 ㎚의 유전체 세선(22)이 평행하게 다수 배열된 구조를 제작하였다. 여기에서, 유리 기판은 미리 이산화 티탄늄과 이산화 실리콘의 박막을 3층 중첩한 반사 방지 코트가 되어 있는 것이며, 반사 방지층과는 반대쪽의 표면에 PMMA를 용제에 용해한 용액을 스핀 코트법에 의해 도포, 건조하고, PMMA의 박막(두께 1 ㎛)을 형성한 것을 이용하고 있다. 이때 유전체 세선(22)은 PMMA를 도포한 플로트 유리(float glass) 기판을 150℃로 가열하고, PMMA 층을 연화시킨 후에, 몰드를 접촉, 가압하고, 이 가압 상태인 채로, 몰드와 기판을 실온까지 냉각, 몰드 이형이라는 순서로 제작되었다.

다음에, 유전체 세선 구조를 지니는 유리 기판에 대하여, CVD에 의해서 유전체 세선(22)의 정상부, 측벽 및 유전체 세선(22) 사이를 피복하도록 알루미늄을 40 ㎚의 두께로 성막하였다. 여기에서는 폭 140 ㎚라고 하는 미세한 홈에 알루미늄을 성막하기 위해서, 반응 가스에 MPA를 이용한 CVD법을 채용해서 알루미늄 성막을 행하였다. 이때, 진공 쳄버 내에 설치한, 유전체 세선 패턴이 형성된 PC 필름을 온도가 105℃로 되도록 가열하고, MPA 가스를 아르곤 가스에 의한 버블링에 의해서 150초간 쳄버내 압력이 30 ㎩로 되도록 유입함으로써, 유전체 세선 패턴 위를 덮어 은폐하도록 40 ㎚의 두께로 일정하게 알루미늄을 퇴적하였다.

다음에, 유전체 세선 정상부와 유전체 세선 사이(홈 바닥부)에 퇴적된 알루미늄만을 반응성 이온 에칭법에 의해서 제거하고, 유전체 세선(22)의 측벽에 퇴적된 알루미늄을 남김으로써, 알루미늄 세선의 구조를 제작하였다. 여기에서는 알루미늄을 제거하기 위해서, 3염화 붕소(BCl₃) 가스를 에칭 가스로서 진공 쳄버 내에 도입하고, 자장이 있는 마이크로파 플라즈마법에 의해, 3염화 붕소 가스를 라디컬화하고, 알루미늄과 반응시켜서 에칭을 행하였다.

최후에, 유전체 세선(22)의 상부를 높이 200 ㎚로부터 100 ㎚로 될 때까지 염화메틸렌 용액에 침지, 교반함으로써 제거하고, 최종적으로 도 3에 나타낸 와이어 그리드 편광자(20)를 얻었다.

상기한 바와 같이 제작한 와이어 그리드 편광자(20)에 있어서, 기판(21) 위에 주기 200 ㎚, 폭 60 ㎚, 높이 100 ㎚, 굴절률 1.5의 유전체 세선(22)이 평행하게 다수 배열되어 있고, 그 유전체 세선(22)의 양쪽 측면의 전체 면에, 폭 40 ㎚, 높이 200 ㎚의 알루미늄 세선이 접하고 있다. 여기에서, 알루미늄 세선만을 생각하면, 폭 40 ㎚, 높이 200 ㎚이기 때문에, 본 실시형태에 있어서의 애스펙트비는 5.0이며, 매우 높은 애스펙트비를 지니고 있게 된다. 한편, 알루미늄 세선 2개 와, 그 사이에 삽입된 유전체 세선(22)을 합하여, 폭이 140 ㎚인 세선이 간격 60 ㎚(주기 200 ㎚)로 배열된 구조를 하고 있고, 애스펙트비가 1.43으로 낮아, 붕괴되기 어려운 구조로 되어 있다고 할 수 있다.

이러한 구조를 지니는 와이어 그리드 편광자(20)는 계산기 시뮬레이션에 의해 그 성능을 계산한 결과, 투과율이 43.2％, 소광비는 570000:1이 되어, 충분히 높은 투과율과 편광분리기능을 지니는 것을 알 수 있었다. 또한, 실제로 제작한 와이어 그리드 편광자(20)를 평가한 결과, 투과율이 42.2％, 소광비는 40000:1로 되어, 충분히 높은 투과율과 편광분리성능을 지니고 있었다. 투과율 및 편광도가 계산기 시뮬레이션의 값보다 낮은 것은, 계산에는 알루미늄의 복소굴절률을 문헌으로부터 얻은 것을 사용했지만, 실제로 성막한 알루미늄의 복소굴절률(특히 그 허수부)이 그것보다 낮기 때문인 것으로 여겨진다.

이와 같이, 본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(20)는 폭이 좁고 높은 애스펙트비를 지니는 금속 세선(23)을 구비하고 있기 때문에 높은 투과율과 소광비를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 그 금속 세선(23)이 유전체 세선(22)에 지지되어 있기 때문에, 붕괴되기 어려워 신뢰성이 높다.

또한, 본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(20)는 1개의 유전체 세선(22)에 대하여 금속 세선(23)이 2개 제작되므로, 금속 세선(23)의 주기는 유전체 세선(22)의 주기의 절반으로 된다. 예를 들면, 가시광선에 대한 와이어 그리드 편광자(20)가 200 ㎚ 이하의 주기를 필요로 하므로, 유전체 세선(22)의 주기는 그 배인 400 ㎚ 이하면 된다. 따라서, 제조 공정상의 난이도도 내려가, 생산 효율을 상승 시키고, 또한 대면적화도 용이해진다.

(제3 실시형태)

도 5는 본 발명의 제3 실시형태를 나타낸 단면개략도이다.

본 발명의 제3 실시형태의 와이어 그리드 편광자(30)는 기판(31)과 복수의 유전체 세선(32)과 복수의 금속 세선(33)에 의해 구성되어 있고, 기판 위에 소정의 주기 d, 폭 w2, 높이 h2, 굴절률 n의 유전체 세선(32)이 평행하게 다수 배열되어 있고, 그 유전체 세선(32)의 양쪽 측면의 전체 면에 소정의 폭 w1, 높이 h1의 금속 세선(33)이 접하도록 되어 있다. 이때, h2 <h1, w1+w2=d로 되고 있다. 한편, 기판(31) 및 유전체 세선(32)은 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 재료로 이루어져 있다.

본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(30)는 매우 높은 애스펙트비를 지니고 있음에도 불구하고, 금속 세선(33) 사이를 메우고 있는 유전체가 그 측벽에서 밀접하고 있는 알루미늄 세선을 지지함으로써, 애스펙트비가 높은 구조의 금속 세선(33)이 붕괴되는 것을 막아, 높은 신뢰성을 실현하고 있다.

유전체 세선(32)의 높이 h2는 금속 세선(33)의 높이 h1에 대하여 낮으면 낮을수록, 투과율이나 편광분리기능이라는 광학성능은 향상된다. 유전체 세선(32)의 높이는 금속 세선(33)의 높이 h1에 대하여 낮으면 낮을수록, 투과율이나 편광분리기능이라는 광학성능은 향상된다. 계산기 시뮬레이션에 따르면, 유전체 세선(32)의 높이는 금속 세선(33)의 높이의 70％ 이하이면, 실현가능한 애스펙트비의 구조에 있어서, 충분한 투과율이나 편광분리기능을 지니는 것으로 판명되고 있다.

한편, 유전체 세선(32)이 금속 세선(33)을 지지하고, 그 붕괴를 막는다고 하는 신뢰성의 점에서는 유전체 세선(32)의 높이는 높으면 높을수록 바람직하다. 본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(30)에 요구되는 신뢰성은 그것이 사용되는 상품형태나 제작 공정에 따라 다르고, 금속 세선(33)의 붕괴를 막기 위해서, 유전체 세선(32)이 어느 정도의 높이가 있으면 좋을지 일률적으로는 말할 수 없지만, 발명자가 실제로 실험적으로 얻은 지견에 따르면, 유전체 세선(32)의 높이가 금속 세선(33)의 높이의 40％ 이상의 높이면, 충분한 신뢰성을 얻을 수 있는 것으로 판명되어 있다.

여기서, 와이어 그리드 편광자(30)의 기판(31), 유전체 세선(32), 금속 세선(33)으로서 사용가능한 재료는 제1 실시형태의 와이어 그리드 편광자(10)와 마찬가지이므로 그 설명을 생략하지만, 와이어 그리드 편광자를 구성하는 기판 및 금속 세선 재료, 유전체 세선 재료는 와이어 그리드 편광자의 투과율과 편광분리성능에 크게 영향을 미쳐, 전술한 재료로부터 적절하게 선택할 필요가 있다.

이하, 본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(30)의 제작 방법에 대해서 도 6을 참조하면서 설명한다.

[제1공정]

우선, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 수지층을 나노임프린트법으로 가공하고, 주기 100 ㎚, 폭 50 ㎚, 높이 175 ㎚의 유전체 세선(32)이 평행하게 다수 배열된 구조를 제작한다. 나노임프린트법의 예로서는 제1 실시형태의 와이어 그리드 편광자(10)의 제작 방법에 있어서의 제1공정의 기재와 마찬가지이므로, 그 설명을 생 략한다. 또, 도 6에 있어서는 수지층 대신에 수지기판 표면을 직접 가공한 예로서 도시되어 있다.

[제2공정]

다음에, 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 유전체 세선 구조를 지니는 필름에 대하여, CVD(화학적 기상성장법)에 의해 유전체 세선 전체를 피복하도록 금속층(34)을 성막한다. 금속의 성막방법은 제1 실시형태의 와이어 그리드 편광자(10)의 제작 방법에 있어서의 제2공정과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.

[제3공정]

다음에, 도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 유전체 세선 상에 퇴적된 금속을 알칼리 수용액에 의한 습식 에칭법에 의해서 제거한다. 이 에칭공정은 알칼리 수용액에 의한 습식 에칭법에 한하는 것이 아니고, 산성 용액을 이용한 습식 에칭이나, 제1 혹은 제2 실시형태와 마찬가지로 반응성 이온 에칭을 이용하는 것도 가능하다. 단, 유전체 세선 사이에 메워진 금속은 유전체 세선 상에 퇴적된 금속에 비해서, 알칼리 수용액에 잠길 확률이 매우 낮기 때문에, 반응성 이온 에칭에 비해서 생산 공정이 간단한 습식 에칭에서도 용이하게 도 6(c)의 구조를 만드는 것이 가능하다. 그 밖에, 이온의 충돌 충격을 이용하는 이온 밀링이나, 세라믹의 초미세 분말을 분사시키는 샌드 블라스트법, 반응성 가스 에칭법에서도, 유전체 세선 상에 퇴적된 금속의 제거는 가능하다.

[제4공정]

최후에, 도 6(d)에 나타낸 바와 같이, 유전체 세선(32)의 상부를, 반응성 가 스로서 산소를 이용한 반응성 이온 에칭에 의해 제거한다. 이 에칭공정은 산소를 이용한 반응성 이온 에칭에 한하는 것이 아니고, 유전체 세선(32)을 구성하는 재료(본 실시형태에서는 PMMA)를 에칭하고, 금속 세선(33)의 구조에 영향을 주지 않는 것 같은 에칭이라면 다른 방법을 채용할 수도 있다. 또한, 예를 들면, 염화메틸렌용액이나 MMA(메틸메타크릴레이트) 용액을 이용한 습식 에칭법을 이용해도 된다.

( 실시예 3)

우선, 두께 125 ㎛의 PMMA 필름 위에 열나노임프린트법으로 주기 100 ㎚, 폭 50 ㎚, 높이 175 ㎚의 유전체 세선(32)이 평행하게 다수 배열된 구조를 제작하였다. 이때 유전체 세선(32)은 PMMA 필름을 150℃로 가온하고 연화시킨 후에, 몰드를 접촉, 가압하고, 이 가압 상태인 채로 몰드와 기판을 실온까지 냉각, 몰드 이형이라는 순서로 제작되었다.

다음에, 유전체 세선 구조를 지니는 필름에 대하여, CVD(화학적 기상성장법)에 의해서 유전체 세선(32)의 정상부, 측벽 및 유전체 세선(32) 사이를 피복하도록 알루미늄을 300 ㎚의 두께로 성막하였다. 여기에서는 폭 50 ㎚라고 하는 미세한 홈에 알루미늄을 성막하기 위해서, 반응 가스에 MPA(메틸피롤리딘알란)를 이용한 CVD법을 채용해서 알루미늄의 성막을 행하였다. 이때, 진공 쳄버 내에 설치한, 유전체 세선 패턴이 형성된 PC 필름을 온도가 105℃로 되도록 가열하고, MPA 가스를 아르곤 가스에 의한 버블링에 의해서 20분간 쳄버내 압력이 30 ㎩로 되도록 유입함으로써, 유전체 세선 패턴 위를 덮어 은폐하도록 300 ㎚의 두께로 일정하게 알 루미늄을 퇴적하였다.

다음에, 불필요한 알루미늄을 제거하기 위해서, 0.1 mol/ℓ의 농도의 NaOH(수산화 나트륨) 수용액을 준비하고, 이것에 알루미늄 성막 후의 PMMA 필름을 침지, 교반하고, 유전체 세선 상에 퇴적된 알루미늄만을 제거하여, 유전체 세선 사이에 알루미늄 세선이 잔존하는 구조를 얻었다.

최후에, 유전체 세선(32)의 상부를, 반응성 가스로서 산소를 이용한 반응성 이온 에칭으로 의해 제거하고, 유전체 세선(32)의 높이를 125 ㎚로 하였다.

상기한 바와 같이 제작한 와이어 그리드 편광자(30)에 있어서, 기판 위에 주기 100 ㎚, 폭 50 ㎚, 높이 125 ㎚, 굴절률 1.5의 유전체 세선(32)이 평행하게 다수 배열되어 있고, 그 유전체 세선(32) 사이에 폭 50 ㎚, 높이 175 ㎚의 알루미늄 세선이 접하고 있다. 여기에서, 알루미늄 세선만을 생각하면, 폭 50 ㎚, 높이 175 ㎚이기 때문에, 본 실시형태에 있어서의 애스펙트비는 3.5로, 매우 높은 애스펙트비를 지니는 것으로 된다. 한편, 알루미늄 세선 사이를 메우고 있는 유전체 세선(32)이 그 측벽에서 밀접하고 있는 알루미늄 세선을 지지함으로써, 애스펙트비 3.5라고 하는 높은 구조의 알루미늄 세선이 붕괴되는 것을 막아, 신뢰성이 높은 와이어 그리드 편광자(30)를 실현하고 있다.

이러한 구조를 지니는 와이어 그리드 편광자(30)는 계산기 시뮬레이션에 의해 그 성능을 계산한 결과, 투과율이 42.2％, 소광비는 70000:1이 되어, 충분히 높은 투과율과 편광분리기능을 지니는 것을 알 수 있었다. 또한, 실제로 제작한 와이어 그리드 편광자(30)를 평가한 결과, 투과율이 41.8％, 소광비는 40000:1이 되 어, 충분히 높은 투과율과 편광분리성능을 지니고 있었다. 투과율 및 편광도가 계산기 시뮬레이션의 값보다 낮은 것은, 계산에는 알루미늄의 복소굴절률을 문헌으로부터 얻은 것을 사용했지만, 실제로 성막한 알루미늄의 복소굴절률(특히 그 허수부)이 그것보다 낮기 때문인 것으로 여겨진다.

이와 같이, 본 실시형태의 와이어 그리드 편광자(30)는 폭이 좁고 높은 애스펙트비를 지니는 금속 세선(33)을 구비하고 있기 때문에 높은 투과율과 소광비를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 그 금속 세선(33)이 유전체 세선(32)에 지지되어 있기 때문에, 붕괴되기 어려워 신뢰성이 높다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 제1 내지 제3 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 도달할 수 있는 것은 명확하므로, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해될 수 있다.

이상, 본 발명에 의하면, 와이어 그리드 편광자의 신뢰성을 향상하는 것이 가능하다. 본 발명에 의한 와이어 그리드 편광자를 액정 모니터에 이용하면, 광의 이용 효율을 대폭 향상시킬 수 있고, 모바일계의 정보단말의 전지수명을 대폭 늘리거나, 경량화가 가능해지거나 할 뿐만 아니라, 부품수의 삭감에 의한 비용 저감화나 제품의 박형화가 가능해진다. 이와 같이, 본 발명은 편광을 이용하는 폭넓은 산업분야에 있어서 높은 이용 가치를 지닌다.

Claims (10)

1. 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 기판;

   상기 기판 위에 형성되어, 서로 평행하게 뻗어 있는 복수의 유전체 세선; 및

   상기 유전체 세선 사이에 형성되어, 상기 복수의 유전체 세선과 평행하게 뻗어 있는 복수의 금속 세선을 포함하며,

   상기 유전체 세선은 상기 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 유전체로 이루어지되, 상기 금속 세선 높이의 40% 내지 100%의 높이로 이루어지고,

   상기 복수의 각 유전체 세선의 양쪽 측벽의 전체 면은 인접하는 상기 금속 세선의 한쪽 측벽과 접하고 있으며,

   상기 금속 세선의 2개의 측벽의 적어도 한쪽은 상기 유전체 세선과 접하지 않는 영역을 지니고 있는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자.
2. 제 1항에 있어서, 인접하는 상기 유전체 세선 사이에는 2개의 상기 금속 세선이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 유전체 세선의 높이는 상기 금속 세선의 높이의 40％로부터 70％인 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자.
4. 제 1항에 있어서, 인접하는 상기 유전체 세선 사이에는 1개의 상기 금속 세 선이 형성되고, 상기 유전체 세선의 높이는 상기 금속 세선의 높이의 40％로부터 70％인 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자.
5. 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 기판 위에 상기 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 유전체로 이루어진 서로 평행하게 뻗어 있는 복수의 유전체 세선을 형성하는 제1공정;

   상기 유전체 세선의 정상부(頂上部), 측벽 및 상기 유전체 세선 사이를 피복하도록 금속층을 형성하는 제2공정; 및

   상기 유전체 세선의 정상부 및 상기 유전체 세선 사이에 형성된 상기 금속 층을 상기 기판의 법선방향에 평행한 이방성 에칭에 의해 제거하는 제3공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 제3공정 후에, 상기 유전체 세선을 일부 제거하고, 상기 유전체 세선의 높이를 상기 금속층 높이의 40％로부터 70％가 되도록 하는 제4공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법.
7. 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 기판 위에 상기 소정의 파장영역의 광을 투과시킬 수 있는 유전체로 이루어진 서로 평행하게 뻗어 있는 복수의 유전체 세선을 형성하는 제1공정;

   상기 유전체 세선 사이를 금속으로 메우도록 금속층을 형성하는 제2공정;

   상기 유전체 세선의 정상부에 퇴적된 상기 금속층을 제거하는 제3공정; 및

   상기 유전체 세선을 일부 제거하되, 상기 유전체 세선의 높이를 상기 금속층의 높이의 40％로부터 70％가 되도록 하는 제4공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법.
8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유전체 세선의 형성은 나노임프린트법에 의해 행하여지는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법.
9. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층은 화학기상퇴적법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법.
10. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층의 제거는 반응성 이온 에칭에 의해 행하여지는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법.

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