KR101188757B1 - 선 격자 편광자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선 격자 편광자의 제조 방법에 관한 것으로, 원하는 패턴이 형성된 금형의 상부에 기재를 장착하는 단계; 상기 금형과 상기 기재 상에 증착시킬 금속 시료를 서로 반대되는 극성으로 대전시키는 단계; 및 대전된 금속 입자를 분사하여 상기 기재 상에 선택적으로 증착시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 방법을 이용하여 선 격자 편광자를 제조할 경우, 증착 후 에칭 공정이 필요하지 않고, 시료 제작시 수지 패턴층을 형성할 필요가 없어 공정이 단순하고, 생산 비용이 절감된다는 효과가 있다.
선 격자, 와이어 그리드

Description

선 격자 편광자의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF WIRE GRID POLARIZER}
본 발명은 선 격자 편광자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금형을 이용하여, 기재 상에 국부적인 극성을 형성하고, 그 위에 반대 극성으로 대전된 금속 시료를 분사하여 선 격자 편광자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
선 격자 편광판은 나란하게 배열된 금속 선이 빛을 편광에 따라 선택적으로 투과하거나 반사시키는 것으로, 액정표시소자와 같은 디스플레이 장치에서 편광판으로 사용되고 있다.
액정표시소자는 두 개의 편광판 사이에 위치한 액정 패널의 각 픽셀에 전기 신호를 인가하여 액정의 배열을 변경시킴으로써 빛을 투과하거나 차단시켜 화상을 구현하는 장치이다. 이러한 LCD는 자체 발광을 할 수 없기 때문에 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛을 구비하고 있는 것이 일반적이다.
백라이트 유닛은 광원, 도광판, 확산 필름, 집광 필름 등으로 구성되는데, 일반적으로 광원에서 출발한 빛은 백라이트 유닛을 거치는 동안 상당 부분 손실되 게 된다. 또한 LCD 패널 전후면에 위치한 편광판은 흡수형일 경우, 패널로 향하는 빛의 50%가 편광판에 흡수된다. 따라서 실제 화면상에서 관찰자가 보는 빛은 광원으로부터 출발한 빛의 10% 이하가 되게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하고, 백라이트 유닛의 광 효율을 향상시키기 위하여, 특정 편광은 투과시키고, 특정 편광은 반사시키는 반사형 편광판이 고안되었다. 선 격자 편광판은 이러한 반사형 편광판으로 사용되는 것으로, 금속 선 배열의 주기가 입사되는 빛의 반 파장보다 짧을 경우, 빛의 회절이 억제되고, 금속선과 평행한 편광 성분(s파)은 반사되고, 수직한 편광 성분(p 파)은 투과된다. 이때 반사된 편광 성분은 도광판 또는 확산판으로 반사되어, 광원으로 재사용되므로, 반사형 편광판을 사용할 경우, 종래의 흡수형 편광판을 사용할 경우에 비해 향상된 광 효율을 얻을 수 있다.
한편, 종래에는 이러한 선 격자 편광판을 제조하기 위해, 일반적으로 포토리소그라피법 등을 이용해 레지스트 수지 등에 미세 격자 패턴을 형성하고, 패턴이 형성된 수지 위에 금속을 증착한 후, 에칭을 통해 불필요한 금속을 제거하는 방법 또는 금속 위에 포토레지스트를 놓고 패턴을 형성한 다음, 반응성 이온 에칭을 하여 금속에 패턴을 전사시키는 방법 등을 사용해왔다. 그러나, 이러한 종래의 선 격자 편광자 제조 방법은 레지스트 패턴 형성을 위한 노광, 현상 단계, 금속 증착 단계, 금속 에칭 단계 등 여러 단계를 거쳐야 하므로 번거롭고, 비용이 많이 든다는 단점이 있었다.
본 발명은 에칭 단계가 요구되지 않고, 수지 기재 및 수지 패턴 형성 공정을 필요로 하지 않는 경제적이고 생산 효율이 우수한 새로운 선 격자 편광자의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명은 원하는 패턴이 형성된 금형의 상부에 기재를 장착하는 단계; 상기 금형과 상기 기재 상에 증착시킬 금속 시료를 서로 반대되는 극성으로 대전시키는 단계; 및 대전된 금속 입자를 분사하여 상기 기재 상에 선택적으로 증착시키는 단계를 포함하여 이루어지는 선 격자 편광자의 제조 방법을 제공한다.
이때 상기 기재는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PolyEthylene Telephthalate, PET), 폴리카보네이트(PolyCarbonate, PC), 폴리염화비닐(PolyVinylChloride, PVC), 폴리에스테르, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르설폰, 폴리부타디엔, 폴리에테르케톤 및 폴리우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 금속 시료는 알루미늄 또는 은인 것이 바람직하며, 상기 금형은 대전성이 높고, 성형성이 우수한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 특히 상기 금형의 재질은 크롬, 니켈 또는 코발트인 것이 바람직하다.
한편, 상기 대전은 상기 대전 단계는 상기 금속 시료 및 금형을 전원의 음극과 양극에 각각 연결하고, 전압을 인가하는 방법으로 수행될 수 있으며, 상기 증착은 스퍼터링 또는 전자선 증착법으로 수행되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명의 선 격자 편광자 제조 방법에 따라 선 격자 편광자를 제조할 경우, 수지 패턴 형성 공정 및 에칭 공정 등이 필요 없어 공정이 단순하고, 생산 효율이 향상된다는 장점이 있다.
또한, 레지스트 수지 및 에칭 용액 등을 사용하지 않으므로, 생산 비용 역시 절감할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명의 선 격자 편광자의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 원하는 패턴이 형성된 (30)에 극성을 부여함으로써, 상기 금형의 상부에 장착되는 기재(20)의 표면에 국부적인 극성 차이를 유발시키고, 상기 기재(20) 상에 금형(30)과 반대 극성으로 대전된 금속 시료(10)의 입자(15)를 분사함으로써, 상기 기재(20) 표면에 금속 입자(15)를 선택적으로 증착시키는 방법으로 선 격자 편광자를 제조한다.
이와 같은 본 발명의 선 격자 편광자 제조 방법은 수지 패턴을 형성할 필요가 없고, 금속 증착 후 레지스트 제거 공정과 같은 추가 공정을 수행할 필요가 없기 때문에, 종래의 선 격자 편광자 제조 방법에 비해 공정이 매우 간단하고, 생산 효율이 우수하며, 생산 비용 역시 저렴하다.
이하, 본 발명의 선 격자 편광자 제조 방법를 보다 구체적으로 살펴본다.
(1) 기재 장착 단계
먼저, 원하는 패턴이 형성된 금형(30) 상부에 기재(20)를 장착한다.
이때 상기 기재(20)는 대전성이 없고, 투광성이 우수한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 기재의 적합한 예로는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 (PolyEthylene Telephthalate, PET), 폴리카보네이트(PolyCarbonate, PC), 폴리염화비닐 (PolyVinylChloride, PVC), 폴리에스테르, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르설폰, 폴리부타디엔, 폴리에테르케톤 또는 폴리우레탄 등의 고분자 필름을 들 수 있다.
또한, 상기 금형은 대전성이 높고, 성형성이 좋은 재료, 예를 들면, 크롬, 니켈, 코발트 등으로 이루어진 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 상기 금형(30)에는 일정한 패턴이 형성되어 있으며, 일반적으로 상기 패턴은 요철 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 요철(凹凸) 형상의 패턴이 형성된 금형에 전기적 극성을 부여하고, 그 위에 기재를 장착할 경우, 금형과 기재 사이의 거리가 달라지게 되고, 그 결과, 기재 표면에 미치는 전기력에 차이가 생기게 된다. 즉, 금형 패턴 중 철(凸)부의 상부에 위치하는 기재 표면(25)은 대전된 금형과의 거리가 가까우므로, 강한 극성을 띄게 되는 반면, 요(凹)부의 상부(23)에 있는 부분은 상대적으로 대전된 금형과의 거리가 멀기 때문에 약한 극성을 띄게 된다. 따라서 도 1에 도시된 바와 같이, 기재 표면에 극성 차이에 의한 전기적 패턴이 형성되게 된다. 이와 같이 전기적 패턴이 형성된 기재 상에 금형과 반대 극성으로 대전된 금속이 분사될 경우, 보다 강한 극성을 갖는 부분(25)에 금속 입자가 선택적으로 증착되게 된다.
상기 금형(30)의 패턴은 제조하고자 하는 선 격자의 선폭, 간격 및 금속 증착 높이 등에 따라 적절한 형태로 형성한다. 도 1에는 단면 형상이 삼각형인 패턴이 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 일례에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명의 금형 패턴은 그 단면이 사각형, 타원형, 사다 리꼴 등으로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 금형 패턴의 높이, 간격, 피치 등도 제조하고자 하는 선 격자의 형상, 선폭, 간격 등을 고려하여 적절하게 형성한다.
당해 기술 분야의 당업자라면, 제조하고자 하는 선 격자의 선폭, 간격 등을 고려하여 적절한 금형을 선택하여 사용할 수 있을 것이다.
원하는 형태의 패턴이 형성된 금형을 제조하는 방법은 당해 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 본 발명의 금형은 이러한 당해 기술 분야에 알려져 있는 다양한 금형 제조 방법을 이용하여 제조될 수 있다.
(2) 대전 단계
다음으로, 상기 금형(30) 및 금속 시료(10)를 서로 반대 극성으로 대전시킨다.
이때, 상기 금속 시료는 가시 광선 전 영역대에서 우수한 반사율을 갖는 금속, 예를 들면, 알루미늄, 은 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 금속 시료(10)와 금형(30)의 대전은 금속 시료(10)와 금형(30)을 각각 전원(40)의 음극과 양극에 연결한 후, 전압을 인가하는 방식으로 이루어질 수 있다. 이때 인가되는 전압은 금속 입자의 종류, 크기 및 이동성, 장비의 규모, 제조하고자 하는 선 격자 패턴 등에 따라 달라지며, 일반적으로 0.1 내지 100000V 정도 일 수 있다.
금형(30) 및 금속 시료가 대전되면, 상기한 바와 같이, 금형 패턴에 의해 금형 상부에 장착된 기재(20) 표면에 극성의 차이에 의한 전기적 패턴(23, 25)이 나타나게 된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 기재 표면에 금형(30)의 패턴 형태에 따라, 극성이 강한 부분이 주기적으로 나타나는 전기적 패턴이 형성된다.
(3) 증착 단계
상기 과정에 의해 기재(20) 상에 전기적 패턴이 형성되면, 금속 시료로부터 기재 상으로 금속 입자를 분사하여 증착시킨다. 이때 상기 금속 입자는 금형과 반대 극성으로 대전되어 있으므로, 극성이 강한 부분에 선택적으로 증착되게 된다.
본 발명의 상기 금속 입자의 분사 및 증착은 종래에 일반적으로 사용되던 금속 입자의 증착 방법, 예를 들면 스퍼터링이나 전자선 증착 방법 등으로 수행될 수 있다. 스퍼터링 조건 또는 증착 조건은 사용되는 금속 시료의 종류, 증착 높이 등에 따라 달라질 것이다. 당해 기술 분야의 당업자라면 반복 실험을 통해 자신의 사용 목적 및 용도에 따라 최적화된 스퍼터링 조건 또는 증착 조건을 알아낼 수 있을 것이다.
예를 들면, 금속 입자가 알루미늄이고, 약 200nm의 두께를 갖는 금속막을 형성하고자 할 경우, Ar 가스 압력 10 ~ 1.0×10-6torr, 파워 100 ~ 1000000 W/cm2, 인 조건 하에서 스퍼터링을 수행할 수 있다. 또한, 전자선 증착 방법의 경우에는 진공도 1.0×10-9 ~ 1.0×10-6torr에서 증착을 수행하는 것이 바람직하다.
한편, 금속 입자 증착시, 증착 속도가 높으면 증착 입자의 밀도가 높아져 대전에 의한 선택성의 효과가 낮아지고, 그 결과 금형의 요(凹)부에 대응되는 부분에까지 금속 입자가 증착될 수 있다. 따라서, 성막 속도는 공정성을 고려한 범위에서 최대한 낮추어주는 것이 바람직하다. 본 발명에서 금속 입자의 증착 속도는 0.1 ~ 100 nm/s 정도인 것이 바람직하다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 자세히 살펴보기로 한다.
실시예
간격 120 nm, 높이 200 nm, 선폭 50 nm인 격자 패턴이 형성된 니켈 금형 위에 두께 100um인 PET 필름(기재 필름)을 장착한 후, 500V의 전압을 인가하여, 금형을 +, 알루미늄 시료를 -로 대전시킨다.
스퍼터링 방법을 이용하여, 알루미늄 입자를 상기 기재 상에 증착시킨다. 이때 상기 증착은 Ar 가스 압력 2.0×10-3 torr, 파워 1000W/cm2, 증착 속도 0.5 nm/s 로 400초 동안 수행되었다.
상기 증착 결과, 200nm의 두께, 간격 120 nm, 선폭 50 nm의 알루미늄 선격자 편광자가 제조되었다.
도 1은 본 발명의 선 격자 편광판 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (7)

  1. 원하는 패턴이 형성된 금형의 상부에 기재를 장착하는 단계;
    상기 금형과 상기 기재 상에 증착시킬 금속 시료를 서로 반대되는 극성으로 대전시키는 단계; 및
    대전된 금속 입자를 분사하여 상기 기재 상에 선택적으로 증착시키는 단계를 포함하여 이루어지는 선 격자 편광자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대전 단계는 상기 금속 시료 및 금형을 전원의 음극과 양극에 각각 연결하고, 전압을 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선 격자 편광자의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 시료는 알루미늄 또는 은인 것을 특징으로 하는 선 격자 편광자의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금형은 크롬, 니켈 또는 코발트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선 격자 편광자의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기재는 폴리에틸렌 텔레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리염화비닐, 폴리에스테르, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리에스테르설폰, 폴리부타디엔, 폴리에테르케톤 및 폴리우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선 격자 편광자의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 증착은 스퍼터링 또는 전자선 증착법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 선 격자 편광자의 제조 방법.
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