KR100980284B1 - 접착력이 향상된 나노 와이어 그리드 편광자 및 그 제조방법 - Google Patents

접착력이 향상된 나노 와이어 그리드 편광자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 와이어 그리드 편광자를 형성하는 금속층과 수지로 이루어진 나노 구조물 사이에 접착층 역할을 하는 또 다른 금속층을 배치함으로써 금속층과 나노 구조물 간의 접착력이 향상된 나노 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
WGP, 나노 와이어 그리드, 접착층, 일함수, 열팽창 계수, 버퍼층, 접착력

Description

접착력이 향상된 나노 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법{Nano wire grid polarizer with enhanced adhesion and the manufacturing method thereof}
본 발명은 나노 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 본 발명은 나노 와이어 그리드 편광자(NWGP)를 형성하는 금속층과 수지로 이루어진 나노 구조물 사이에 접착층 역할을 하는 또 다른 금속층을 배치함으로써 금속층과 나노 구조물 간의 접착력이 향상된 나노 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 포토리소그라피 기술의 발달에 의해 광의 파장 레벨의 피치를 갖는 미세 구조 패턴을 형성할 수 있게 되었다. 이와 같이, 매우 작은 피치의 패턴을 갖는 부재나 제품은 반도체 분야뿐만 아니라, 광학 분야에 있어서 이용범위가 넓어 유용하다.
예를 들어, 금속 등으로 구성된 도전체 선이 특정한 피치로 격자형으로 배열하여 이루어지는 나노 구조물(나노 사이즈의 패턴)은 그 피치가 입사광(예를 들어, 가시광의 파장 400nm 내지 800nm)에 비해 매우 작은 피치(예를 들어, 2분의 1 이하)이면, 도전체 선에 대해 평행하게 진동하는 전장(電場) 벡터 성분의 광을 대부 분 반사한다.
그리고, 도전체 선에 대해 수직인 전장 벡터 성분의 광을 대부분 투과시키기 때문에, 단일 편광을 만들어내는 편광판으로서 사용할 수 있다. 와이어 그리드 편광자 편광판은 투과하지 않은 광을 반사하여 재이용할 수 있으므로, 광의 유효 이용의 관점으로부터도 바람직한 것이다.
그러나, 기존의 포토리소그라피 기술에서는 100㎠이상의 대면적이고, 120nm 레벨 또는 그 이하의 피치인 미세 요철 격자를 실현하는 것이 어려운 것이 현실이었다.
최근 작은 피치의 미세 요철 격자를 갖는 와이어 그리드 편광자가 개발되어 있다. 이 와이어 그리드 편광자는 도 1에 도시된 바와 같이, 유리 기판(1)의 격자형 볼록부(1a) 상에 유전체막(2)을 거쳐서 도전소자(3)가 형성된 구성으로 되어 있다.
이러한 와이어 그리드 편광자는 유리 기판(1)의 베이스부(X)의 굴절률보다도 격자형 볼록부(1a)와 유전체막(2)을 맞춘 두께의 영역(Y)의 굴절률이 낮게 설정되어 있다. 이와 같은 구성을 함으로써, 광의 투과, 반사 특성이 급격하게 변화하는 공명현상이 일어나는 공명 포인트를 단파장측으로 시프트 시켜 투과와 반사의 효율을 높게 할 수 있다.
종래에는 이러한 와이어 그리드 편광자 제작을 위해 각종 기판(유리,필름, 석영)등에 폴리머 등의 유전체막(2)을 증착하고, 그 위에 반사도가 높은 금속 (Al, Ag)등을 스퍼터, CVS, 이베포레이터 등을 이용하여 증착(코팅)한 후 건식 또는 습 식 에칭하여 나노 와이어 그리드 편광자를 제조하였다. 하지만 이와 같은 방법을 이용하여 제품을 제작하면 폴리머와 금속층 간에 일함수. 열팽창 계수 차이가 크기 때문에 서로 간 밀착성이 떨어져 증착성이 저하되고, 이로 인하여 에칭 공정 중 박리현상이 발생한다. 또한 에칭 후 제품의 편광 기능이 저하되고 금속의 밀착력(접합력)이 떨어져 작업자의 작업성이 현저히 떨어진다.
본 발명은 금속과 폴리머의 접착력을 향상시켜, 상기 금속의 습식 식각 공정시 상기 금속의 내구성, 내환경성 및 취급성을 향상시킬 수 있는 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 폴리머 상에 전처리 공정 없이 금속을 코팅하여도 접착력이 저하되지 않는 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 그리드 편광자 제조방법은, 투명 기판에 나노 구조물을 형성하는 단계; 상기 나노 구조물 상에 제1 금속층을 적층하는 단계; 상기 제1 금속층 위에 제2 금속층을 적층하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 금속층을 패터닝하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 그리드 편광자는, 투명 기판; 상기 투명 기판 상에 형성된 돌기 형상의 나노 구조물; 상기 나노 구조물의 상부에 형성된 제1 금속층; 및 상기 제1 금속층 상에 형성된 제2 금속층을 포함한다.
광경화성 물질로 이루어진 복수개의 미세구조물 위에 금속과 광경화성 물질의 중간 일함수와을 열팽창 계수를 지닌 물질(Cr/Ni+Cr/Ti/Si/SiO2)로 형성시켜 고반사율 밀착력 접합력을 높일 수 있다.
본 발명은 금속과 폴리머의 접착력을 향상시켜, 상기 금속의 습식 식각 공정시 상기 금속의 내구성, 내환경성 및 취급성을 향상시킬 수 있는 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 폴리머 상에 전처리 공정 없이 금속을 코팅하여도 접착력이 저하되지 않기 때문에 상호 결합인자가 없어 가벼운 외력에 의하여서도 상기 금속층이 수지층과 분리되어 상품화할 수 없는 문제점을 개선할 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 그리드 편광자의 제조 방법을 나타낸다.
먼저, 도 2a와 같이 투명 기판(21) 상에 돌기형 나노 구조물(22)을 형성한다. 투명 기판(21)으로는 투명한 폴리머 필름 또는 얇은 유리 기판을 사용할 수 있다.
나노 구조물(22)은 광 경화성 폴리머를 도포한 뒤에, 몰드를 압착한 뒤에 경화시킨 뒤에 몰드를 제거하는 임프린팅 방식을 사용하거나, 또는 롤링 시스템에 의해 광 경화성 폴리머 용액을 주입함과 동시에 몰드로 패터닝하면서 경화시키는 롤링 시스템 방식으로 제조할 수 있다.
바람직하게는, 제조 효율과 패턴 정밀도가 우수한 롤링 시스템 방식을 사용한다.
상기 나노 구조물(22)은 평균 폭이 120~150㎚가 되도록 형성하며, 나노 구조 물의 간격은 200㎚ 이내가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
나노 구조물(22)을 형성한 후에, 도 2b와 같이 나노 구조물(22) 상에 제1 금속층(23)을 얇게 형성한다.
실시예에 따라서는, 제1 금속층(23)을 적층하기 전에 나노 구조물(22)과 제1 금속층(23) 간의 접착력을 높이기 위한 나노 구조물(22) 표면을 개질시키는 공정이 수행될 수 있다.
이러한 표면 개질 공정은 플라즈마 상태에서 이온빔을 조사함과 동시에 반응성 기체를 흘려주어 나노 구조물(22) 표면에 극성 작용기를 생성시켜 주며, 나노 구조물(22)과 제1 금속층(23) 사이에 도너 억셉터 상호 작용을 통한 화학적 결합과, 계면의 상호 혼합과 거칠기 증가로 인한 물리적 결합을 증가시켜 접착력을 향상시키게 된다.
제1 금속층(23)은 폴리머로 구성된 나노 구조물(22)과 접착성이 우수한 금속으로서, Cr, Ni과 Cr의 합금, Ti, Si 또는 SiO2를 사용할 수 있다.
제1 금속층(23)은 나노 구조물(22)과 이후에 적층될 제2 금속층(24) 간의 접착제 역할을 하는 금속층으로서, 나노 구조물(22) 또는 제2 금속층(24)과 일함수 및 열팽창 계수 차이가 적은 금속층이다.
제1 금속층(23)의 두께는 50~1000Å로 하는 것이 바람직하다.
제1 금속층(23)은 스퍼터링법, CVD 또는 이베포레이터를 사용하여 증착할 수 있다.
그리고 나서, 도 2c와 같이 제2 금속층(24)을 적층한다. 제2 금속층은 반사 도가 높은 고 반사율 금속으로서 Al 또는 Ag를 사용할 수 있다.
실시예에 따라서는, 제2 금속층(24)을 증착하기 전에 접착력을 높이기 위해 도 2b를 참조하여 설명한 표면 개질 공정이 수행될 수 있다. 이온 처리 공정의 공정 조건이나 이온 종류 등은 실시예에 따라 달라질 수 있다.
제2 금속층(24)도 마찬가지로 스퍼터링법, CVD 또는 이베포레이터를 사용하여 증착할 수 있다.
제2 금속층(24)의 증착 두께는 1000~3000Å인 것이 바람직하다.
위와 같이 상기 나노 구조물에 스퍼터링, CVD 또는 이베포레이션 등의 증착법을 이용하여 금속을 증착시킬 때 금속층과 나노 구조물의 접착을 높이기 위해서, 버퍼링층, 즉 제1 금속층(23)을 적층하고 그 위에 고 반사율의 제2 금속층(24)을 적층하면 나노 구조물(22), 제1 금속층(23) 및 제2 금속층(24) 간의 일함수 및 열팽창 계수가 완만하고 연속적으로 변화시되기 때문에 안정적이고 높은 접착력을 갖게 된다.
구체적으로 나노 구조물(22)을 구성하는 폴리머로부터 제2 금속층(24) 까지의 일 함수 및 열팽창 계수를 완만하게 변화시켜, 스퍼터링, CVD 또는 이베포레이터를 이용한 증착 공정 후 나노 구조물(22)을 구성하는 폴리머와 제2 금속층(24)간의 급작스런 변화에 따른 열 변형 및 물리적, 화학적 변형을 최소화시켜 나노 구조물(22)과 Al, Ag 등의 금속으로 이루어지는 제2 금속층(24) 간의 접착력을 증대시킬 수 있다.
또한 종래에는 나노 구조물(22)을 형성한 후 금속층을 적층하기 전에 접착력 향상을 위해 표면 개질 처리 즉 플라즈마 및 이온 처리 공정 등이 필수적으로 행해졌으나, 위 방법을 사용하면 필요한 밀착력이 형성되므로 표면처리를 시행하지 않아도 동일 또는 그 이상의 밀착력 확보가 가능하다.
또한, 종래의 이온 표면처리 법과 본 발명과 같이 버퍼 층을 동시에 이용하면 더욱 더 높은 밀착력을 기대할 수 있다.
한편, 나노 구조물(22) 및 제1 금속층(23)으로 이루어진 나누 구조물 위에 소정 두께 이상으로 제2 금속층(24)을 증착시키게 되면 도 2c에 도시된 바와 같이 제2 금속층(24)의 표면으로부터 안쪽으로 면경계(25)가 형성되고, 면경계(25) 끝에는 보이드(26)가 형성되게 된다.
면경계(25)는 나노 구조물(22) 사이의 골짜기 부분에 더 많이 형성되는 경향을 보인다.
이러한 면경계(25)에 의해 캐리어 전자의 면경계 산란이 커지고, 이에 따라 저향율이 높아지는 등 일반적으로 금속 특성에는 좋지 않은 영향을 미치지만, 본 발명에서는 이를 습식 식각에 이용한다.
도 2d와 같이, 기판을 에칭액에 담그어 습식 식각을 수행하면, 제2 금속층(24)만 패터닝되는 것이 아니라, 면경계(25)를 통해 보이드 까지 에칭액이 침투하여 제1 금속층(23)까지 패터닝이 이루어진다.
결과적으로 도 2d에 도시된 바와 같은 형상으로 금속층(23+24)이 남게 된다.
위 습식 식각에 사용되는 식각액으로는 질산, 인산 또는 불산, 또는 이들의 혼합액을 사용할 수 있다.
전술한 바와 같은 실시예에 의해서 와이어 그리드 편광자가 제조될 수 있으며, 상기 와이어 그리드 편광자를 백라이트 유닛의 광 전송장치와 액정 패널 사이에 개재시켜 광에 포함된 하나의 편광 성분(P파 또는 S파)은 투과시켜 액정 패널로 전송하고, 다른 하나의 편광 성분은 반사시킬 수 있다.
이때, 상기 광 전송장치에 산란구조물이 있으면, 이 산란구조물은 상기 다른 편광 성분에 해당되는 광 일부의 편광을 변환시켜 와이어 그리드 편광자에 투과시킨다. 이를 계속 수행하면, 상기 다른 편광 성분의 광도 편광이 변환되어 상기 와이어 그리드 편광자를 통하여 백라이트 유닛에 전달된다.
그러므로, 본 발명의 와이어 그리드 편광자는 나노 구조물 상에 보다 정확히 금속이 패턴화되므로, 이러한 와이어 그리드 편광자를 구비한 백라이트 유닛은 표시장치의 휘도를 개선시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 나노 와이어 그리드 편광자의 단면을 나타낸다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 와이어 그리드 편광자의 제조 방법을 나타낸다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
21 : 투명 기판
22 : 나노 구조물
23 : 제1 금속층
24 : 제2 금속층
25 : 면입계
26 : 보이드

Claims (22)

  1. 롤링 시스템에 의해, 광 경화성 폴리머 용액을 주입함과 동시에 몰드로 패터닝하고 경화시켜, 투명 기판에 나노 구조물을 형성하는 단계;
    상기 나노 구조물 상에 제1 금속층을 적층하는 단계;
    면경계 및 보이드(void)가 형성되도록, 상기 제1 금속층 위에 제2 금속층을 적층하는 단계; 및
    상기 면경계를 통해 상기 보이드로 에칭액을 침투시켜, 상기 제1 및 제2 금속층을 패터닝하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명 기판은 유리 기판인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 나노 구조물은 광경화성 폴리머인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속층은 Cr, Cr과 Ni의 합금, Ti, Si 및 SiO2 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 금속층은 Al 및 Ag 중 하나인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속층의 두께는 50 내지 1000Å인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 금속층의 두께는 1000 내지 3000Å인 것을 특징으로 하는 나노 와 이어 그리드 편광자 제조 방법.
  10. 투명 기판;
    상기 투명 기판 상에 롤링 시스템을 사용하여 투명 기판에 광 경화성 폴리머 용액을 주입함과 동시에 몰드로 패터닝하고 경화시킴으로써 형성된 돌기 형상의 나노 구조물;
    상기 나노 구조물의 상부에 형성된 제1 금속층; 및
    상기 제1 금속층 상에 형성된 제2 금속층;
    을 포함하며,
    상기 제 1 금속층 및 제 2 금속층은 상기 제 1 금속층 위에 적층된 상기 제 2 금속층 내에 면경계 및 보이드를 형성하고, 상기 면경계를 통해 상기 보이드로 에칭액을 침투시켜 패터닝되는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 돌기 형상의 나노 구조물의 간격은 150nm이하인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 금속층은 Cr, Cr과 Ni의 합금, Ti, Si 및 SiO2 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 금속층은 Al 및 Ag 중 하나인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 금속층의 두께는 50 내지 1000Å인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제2 금속층의 두께는 1000 내지 3000Å인 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 보이드는 상기 면경계의 단부에 형성되는 나노 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  17. 제 10항에 있어서,
    상기 면경계 및 상기 보이드는 상기 돌기들 사이의 상기 제 2 금속층 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 나노 와이어 그리드 편광자.
  18. 제 10항에 있어서,
    상기 보이드는 상기 면경계의 단부에 형성되는 나노 와이어 그리드 편광자.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 금속층을 적층하는 단계 전에,
    플라즈마 상태에서 상기 나노 구조물의 표면을 개질시키는 단계를 더 포함하는 나노 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  20. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 금속층을 적층하는 단계 전에,
    플라즈마 상태에서 상기 제 1 금속층의 표면을 개질시키는 단계를 더 포함하는 나노 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  21. 제 19항에 있어서, 상기 나노 구조물의 표면 개질 단계는
    플라즈마 상태에서 상기 나노 구조물의 표면에 이온빔을 조사함과 동시에 반응성 기체를 흘려주는 단계를 포함하는 나노 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  22. 제 20항에 있어서, 상기 제 1 금속층의 표면 개질 단계는
    플라즈마 상태에서 상기 제 1 금속층의 표면에 이온빔을 조사함과 동시에 반응성 기체를 흘려주는 단계를 포함하는 나노 와이어 그리드 편광자 제조방법.
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