KR101197776B1 - 와이어그리드편광자의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안정된 색좌표를 구현할 수 있는 와이어 그리드 편광자의 제조방법에 관한 것으로, 투명기판 상에 다수의 제1격자패턴을 구비한 제1격자층을 형성하는 1단계와 상기 제1격자층의 오목부에 보이드(void)영역이 형성되도록 금속층을 증착하는 2단계, 그리고 상기 금속층을 패터닝하여 상기 제1격자패턴 상면에 형성되는 제2격자패턴을 형성하는 3단계를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 레진물질로 이루어지는 제1격자패턴의 상부에 금속패턴인 제2격자패턴을 구현하는 공정에서 인접하는 제1격자패턴 사에 존재하는 오목부에 이격공간(void)을 형성하도록 금속층을 증착하여, 보이드의 폭 조절에 따라 제2격자패턴의 높이 및 폭을 제어할 수 있도록 하여 공정의 효율성을 증진시키는 효과가 있다.

Description

와이어그리드편광자의 제조방법{method for manufacturing wire grid polarizer}
본 발명은 안정된 색좌표를 구현할 수 있는 와이어 그리드 편광자의 제조방법에 관한 것이다.
편광자 혹은 편광 소자란 자연광과 같은 비편광된 빛 중에서 특정한 진동 방향을 갖는 직선 편광을 끌어내는 광학 소자를 의미한다. 광학소자 중의 한 종류인 와이어 그리드 편광자는 전도성 와이어 그리드(wire grid)를 이용하여 편광을 만들어낸 광학소자이다. 이는 다른 편광자에 비해 높은 편광분리성능을 갖기 때문에 오래전부터 적외선 영역의 파장대에 있어 유용한 반사형 편광자로 사용되어 왔다.
일반적으로, 입사되는 전자기파의 반 파장보다 금속 선 배열의 주기가 짧을 경우, 금속선과 평행한 편광 성분(s 파)은 반사되고 수직한 편광 성분(p 파)은 투과한다. 이 현상을 이용하면 편광 효율이 우수하고, 투과율이 높으며, 시야각이 넓은 평판 편광자(planar polarizer)를 제작할 수 있다. 이러한 소자를 선 격자 편광자 또는 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)라고 한다.
도 1은 종래의 와이어그리드 편광자의 구조와 기능을 도시한 것으로, 일정한 주기(A)를 가지고 배치되는 일정 두께(h)의 금속격자(2)가 기판(1)상에 배열된 구조를 구비하며, 이러한 와이어 그리드 편광자의 미세 금속격자의 주기는 특히 가시광선 파장의 절반 이하로 제작하게 된다. 이러한 와이어 그리드 편광자는 입사광의 파장보다 충분히 작을 경우 비편광 상태의 빛이 입사될 때 전도성의 와이어 그리드와 직교하는 벡터를 가지는 성분, 즉 P 편광은 투과하고 와이어 그리드와 평행한 벡터를 가지는 성분, 즉 S 편광은 반사시키게 된다.
이러한 종래의 와이어그리드편광자는 기판 위에 바로 형성된 미세 금속격자에 의하여 입사된 빛의 입사각이 커짐에 따라 입사광의 파장에 따른 투과율이 변화하게 되어 시야각에 따른 색구현이 제한되거나 금속격자가 형성된 기판(1)의 반대면에서 빛이 입사하는 경우, 기판 면에서 일어나는 반사, 흡수 현상으로 인해 빛의 투과율이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 레진물질로 이루어지는 제1격자패턴의 상부에 금속패턴인 제2격자패턴을 구현하는 공정에서 인접하는 제1격자패턴 사에 존재하는 오목부에 이격공간(void)을 형성하도록 금속층을 증착하여, 보이드의 폭 조절에 따라 제2격자패턴의 높이 및 폭을 제어할 수 있도록 하여 생산공정의 효율성을 증진할 수 있는 제조공정을 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 투명기판 상에 다수의 제1격자패턴을 구비한 제1격자층을 형성하고, 상기 제1격자층의 오목부에 보이드(void)영역이 형성되도록 금속층을 증착하고, 상기 금속층을 패터닝하여 상기 제1격자패턴 상면에 형성되는 제2격자패턴을 형성하는 공정을 포함하는 와이어그리드편광자의 제조방법을 제공할 수 있도록 한다.
특히, 상기 금속층을 증착하는 공정은, 상기 보이드영역은 상기 오복부의 간격의 1/100이상~1/5이하로 형성하는 단계로 구현하거나, 상기 보이드영역은 상기 오목부 간격의 1/5이상 ~ 1/2이하로 형성하는 단계로 구현하여, 추후 제2격자패턴의 폭과 높이를 조절할 수 있도록 한다.
또한, 상술한 상기 제1격자층을 형성하는 것은, 상기 제1격자패턴의 폭과 높이의 비율이 1:(0.2~5)를 만족하도록 구현하거나, 상기 제1격자패턴의 주기를 100nm~250nm로 구현하거나, 상기 제1격자패턴의 폭을 10nm~200nm, 높이는 10nm~500nm의 범위에서 구현하는 단계로 형성할 수 있다.
나아가, 상기 금속층을 증착하는 것은, 알루미늄, 크롬, 은, 구리, 니켈, 코발트 중 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금을 증착하는 단계로 형성할 수 있다.
특히, 상기 제2격자패턴을 형성하는 공정은, 상기 제1격자패턴의 폭과 상기 제2격자패턴의 폭의 비율이 1:(0.2~1.5)를 만족하도록 습식식각하는 단계로 구현할 수 있으며, 이 경우, 상기 제2격자패턴의 폭은 2nm~300nm의 범위를 만족하도록 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제2격자패턴을 형성하는 공정 이후에, 상기 제1격자 패턴 또는 제2격자 패턴에 대기압플라즈마처리 또는 진공플라즈마처리, 과산화수소수처리, 산화촉진제처리, 부식방지제처리, 단분자자가조립막 형성(SAM coating, Self-assembly monolayer coating) 중 어느 하나의 방법으로 수행되는 표면처리공정이 더 수행되도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 레진물질로 이루어지는 제1격자패턴의 상부에 금속패턴인 제2격자패턴을 구현하는 공정에서 인접하는 제1격자패턴 사에 존재하는 오목부에 이격공간(void)을 형성하도록 금속층을 증착하여, 보이드의 폭 조절에 따라 제2격자패턴의 높이 및 폭을 제어할 수 있도록 하여 공정의 효율성을 증진시키는 효과가 있다.
특히, 보이드 폭조절에 따라 구현되는 금속격자패턴(제2격자패턴)과 그 하부의 제1격자패턴을 구현함으로써, 입사광의 광 각도에 따른 각 파장의 투과율을 제어하여 관찰 각도에 따른 색변화율을 최소화 수 있는 와이어 그리드 편광자를 제공할 수 있는 장점도 구현된다.
도 1은 종래의 와이어그리드 편광자의 구조와 기능을 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 와이드 그리드 편광자의 제조방법에 대한 순서도 및 공정 개념도를 도시한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 와이드 그리드 편광자의 제조방법에 대한 순서도 및 공정 개념도를 도시한 것이다.
도시된 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 와이드 그리드 편광자의 제조방법은 투명기판 상에 다수의 제1격자패턴을 구비한 제1격자층을 형성하고, 상기 제1격자층의 오목부에 보이드(void)영역이 형성되도록 금속층을 증착하고, 그리고 상기 금속층을 패터닝하여 상기 제1격자패턴 상면에 형성되는 제2격자패턴을 형성하는 3단계를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로는, 도 2b의 도면을 참조하여 보면, 본 공정은 (a)~(c)와 같이 투명기판(110) 상에 레진층(120)을 도포 형성하고, 상기 레진층에 몰드를 이용하여 오목부와 볼록부를 구비한 패턴(121)을 구현한다. 본 발명에서는 돌출형상의 패턴을 제1격자패턴이라고 정의하고, 상기 제1격자패턴(121)이 형성된 레진층 전체를 제1격자층이라고 정의한다. 즉 상기 제1격자층이란 폴리머로 형성되는 수지층의 표면에 일정한 주기를 가지는 돌출패턴인 제1격자 패턴(121)이 다수 구비된 층을 포함하는 것으로 정의한다.
상기 기판(110)은 상기 기판으로는 가시광선을 투과시킬 수 있는 유리 기판, Quartz, 아크릴, PC 및 PET 등을 포함하는 다양한 고분자 등이 사용될 수 있다. 특히 본 발명에서는 일정 정도의 유연성을 가지는 광학용 필름기재를 이용하는 공정을 통해 연속공정으로 처리할 수 있도록 함이 더욱 바람직하다.
상기 제1격자층은 상기 기판(110)의 상부면에 밀착하여 형성되며, 재질은 폴리머를 소재로하는 수지층으로 구현될 수 있으며, 특히 표면에는 일정한 돌출패턴인 제1격자패턴(121)을 다수 구비하는 것이 바람직하다.
이후, (d)에 도시된 공정과 같이, 상기 제1격자층 및 제1격자패턴(121) 상에 금속층(130)을 증착하는 공정이 수행된다. 금속층(130)의 증착공정은 알루미늄, 크롬, 은, 구리, 니켈, 코발트 중 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금을 이용하여 이루어지며, 특히 도시된 것과 같이, 상기 제1격자층의 오목부에 보이드(void)영역이 형성되도록 증착하는 것이 바람직하다. 상기 보이드영역이란 제1격자패턴과 이웃하는 제1격자패턴 사이의 오목부에 금속층이 증착되면서 일정한 간격(d2)의 이격공간이 형성되는 것을 의미한다.
이후, (e)에 도시된 것과 같이, 상기 보이드영역(d2)을 매개로한 습식식각공정을 통해 제2격자패턴(131)을 구현하게 된다. 즉, 본 발명에서는 이러한 보이드이 크기 조절을 통해 제2격자패턴의 높이와 폭을 조절할 수 있게 된다.
더욱 구체적으로는, 도 3a를 참조하여 보면, (a)에 도시된 것과 같이, 상기 보이드영역(d2)을 상기 오목부의 간격(d1)의 1/100 이상~1/5 이하로 형성하여, 추후 식각공정에서 식각시 상기 보이드 영역을 통하여 식각이 진행되어 제2격자의 폭을 높게 형성할 수 있다.
또는, 이와는 달리 도 3a의 (b)에 도시된 것처럼, 상기 보이드영역(d2)을 상기 오목부 간격(d1)의 1/5이상 ~ 1/2 이하로 형성하는 경우, 상기 금속층의 습식식각을 통해 제2격자패턴(131)의 높이를 낮고 폭을 넓게 형성하는 공정으로 구현할 수 있다.
도 3b는 제2격자패턴 형성을 위해 금속층이 인접하는 금속층과 보이드영역을 형성하는 일반적인 본 제조공정의 실제 이미지를 도시한 것이며, 도 3c는 제2격자패턴을 형성하기 위해 보이드 영역의 폭을 넓게 오목부 간격(d1)의 1/5이상 ~ 1/2 이하로 형성하는 공정을, 도 3d는 보이드영역(d2)을 상기 오목부의 간격(d1)의 1/100이상~1/5 이하로 형성한 실제 이미지를 도시한 것이다.
이러한 보이드영역이 폭 조절을 통해 제2격자패턴의 높이와 폭을 조절하는 것은 본 발명에 따른 와이어그리드편광자의 두 개의 격자 (제1 및 제2격자패턴)의 높이와 폭에 따라 투과율을 조절할 수 있음을 고려한 것이다. 즉, 동일 피치에서 격자 폭이 넓어지면 투과율은 낮아지고 편광 소멸비는 높아지게 되는바, 최대의 편광 효율을 확보하기 위해서는 피치가 감소할수록 편광 특성이 증가되며, 동일 격자 간의 거리 및 동일 격자의 폭으로 형성할 경우에 격자 높이가 증가할수록 편광 특성이 증가되며, 동일 격자 간의 거리 및 동일 격자의 높이로 형성할 경우에 격자의 폭이 증가할수록 편광 특성이 향상된다. 따라서, 후술할 본 발명에서의 상기 제2격자패턴의 폭에 (0.2~1.5)배의 폭을 구비하도록 제1격자패턴의 폭을 조절함이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 상기 제1격자패턴의 폭을 10nm~200nm, 높이는 10nm~500nm의 범위에서 구현할 수 있으며, 상기 제1격자패턴의 주기를 50nm~250nm, 더욱 바람직하게는 주기를 50nm~200nm의 범위에서 구현하도록 몰드패턴도 이에 상응하는 수치의 몰드패턴을 구비할 수 있다. 특히, 상기 제1격자패턴의 폭과 높이의 비율이 1:(0.2~5)를 만족하도록 구현함이 바람직하다. 특히, 상기 제1격자패턴(121)의 주기를 50nm~200nm의 범위에서 형성하여, 가시광 영역의 밸런스를 확보하고, 화이트 밸런스를 유지할 수 있도록 한다. 즉, 50nm 미만이나 200nm를 초과하도록 주기가 형성되는 경우에는 레드, 그린 화이트 광의 밸런스가 맞지 않게 되는 문제가 있다.
아울러, 상기 제2격자패턴(131)의 단면의 형상은 사각형, 삼각형, 반원형 등 다양한 구조를 가질 수 있고, 삼각형, 사각형, 사인파 등의 형태로 패턴된 기판 위 일부에 형성된 금속 선 형태를 가질 수도 있다. 즉, 단면의 구조에 관계없이 한쪽 방향으로 일정한 주기를 갖고 길게 늘어선 금속 선 격자를 형성한 것은 모두 사용될 수 있다. 이 경우 주기는 사용하는 빛의 파장의 반 이하가 될 수 있으며, 따라서 그 주기는 50nm~400nm의 범위에서 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 50nm~200nm의 범위의 주기를 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 바람직한 본 발명의 실시예에서는 상기 제2격자패턴(131)의 폭과 높이의 비율의 1:(0.5~1.5)로 구현할 수 있다. 이상의 범주에서 편광특성이 극대화되는 효과를 구현할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예의 구조를 도시한 것이다.
즉, 도 2a에 도시된 구조에서 제1격자패턴(121)의 형성구조가 제1격자층(120)의 표면에 돌출구조물의 패턴이 형성되는 구조를 구현한 것이다. 레진층에 몰드를 이용하여 가압하여 패턴을 구현하는 경우 도 3에 도시된 구조의 제1격자층의 구현될 수 있다. 특히, 도 2a 및 도 4의 제1격자패턴 및 제2격자패턴 상에 표면처리 공정을 통해 표면처리층(140)을 구비하는 구조를 구현할 수도 있다.
즉, 와이어그리드편광자의 상기 제1격자 패턴 또는 제2격자 패턴에 대기압플라즈마처리 또는 진공플라즈마처리, 과산화수소수처리, 산화촉진제처리, 부식방지제처리, 단분자자가조립막 형성(SAM coating, Self-assembly monolayer coating) 중 어느 하나의 방법으로 수행되는 표면처리공정이 더 수행되도록 할 수 있다.
이 경우 도 4에 도시된 것과 같이, 상기 제1격자 패턴(121) 또는 제2격자 패턴(131) 상에 상기 표면처리층(140)이 형성될 수 있으며, 표면처리층의 구성은 내구성 및 강도 향상을 위해 대기압 플라즈마처리, 진공 플라즈마처리, 과산화수소수처리, 산화촉진제처리, 부식방지제처리, 단분자자가조립막 형성(SAM coating, Self-assembly monolayer coating) 중 어느 하나의 방법으로 표면처리되어 형성될 수 있다.
특히, 도 4에 도시된 것과 같이, 제2격자패턴의 전부와 제1격자패턴과 제2격자패턴의 밀착부분을 포함하여 둘러싸는 구조의 표면처리층을 형성하는 경우, 각 격자 패턴의 표면에 변형이 없으면서 내구성을 향상시키는 산화막 또는 그와 유사한 표면처리막을 구비하여 광학적 특성은 저하시키지 않으면서 제2격자패턴과 제1격자패턴의 폴리머층과의 밀착력을 향상시키는 물리적 특성을 구현할 수 있게 된다.
또는, 상기 제2격자 패턴(131)에 대한 흑화처리를 수행하는 표면처리가 구현될 수도 있다. 상기 흑화처리층은 기본적으로 상기 제2격자패턴(131)의 일부 또는 전부를 유기물 또는 무기물로 흑화처리하여 구현될 수 있다. 즉, 제2격자패턴(131)의 일부 또는 전부에 형성되는 흑화처리층을 구현하는 구조로 구현될 수 있다.
구체적으로는, 즉, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서의 흑화처리란 유기물 또는 무기물을 이용하여 제2격자패턴(131)의 표면을 커버하는 구조의 커버막을 형성하는 것을 의미하며, 더욱 바람직하게는 흑화처리층으로 인해 기판의 표면 반사율이 40% 이하로 구현되도록 할 수 있다.
이러한 흑화처리를 수행할 수 있는 유기물 종류로는 크롬 산화물 또는 카본이 함유된 물질을 이용할 수 있으며, 무기물은 구리에 대한 산화처리 공정으로 수행될 수 있다. 즉, 무기물의 경우 상술한 금속 격자 패턴 위에 구리를 증착 후, 구리만 금속 격자 패턴에 일부분 또는 전체에 형성시키기 위에 구리를 에칭한 하고, 이후 구리를 흑화 시키기 위한 습식 또는 건식의 금속 산화(흑화) 공정을 진행시키는 공정으로 수행될 수 있다. 또는, 크롬을 금속 격자 패턴 위에 증착 후 상기와 같이 금속 격자 패턴에 일부분 또는 전체에 형성시키기 위한 에칭을 하여 흑화처리층을 형성할 수도 있다. 이러한 흑화처리층은 외부로부터 유입되는 광의 표면 재반사율을 현저하게 낮추어 명암비의 향상폭을 증진시키며, 가독성을 향상시킬 수 있는 장점이 구현될 수 있게 된다. 물론, 이와는 달리 상기 제2격자패턴(131)의 상부에 산화물층 또는 폴리머레진으로 구성되는 보호층을 구성하여 금속패턴인 제2격자패턴(131)을 보호할 수도 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 기판
120: 제1격자층
121: 제1격자 패턴
131: 제2격자 패턴
140: 표면처리층

Claims (10)

  1. 투명기판 상에 다수의 제1격자패턴을 구비한 제1격자층을 형성하고,
    상기 제1격자층의 오목부에 보이드(void)영역이 형성되도록 금속층을 증착하고,
    상기 금속층을 패터닝하여 상기 제1격자패턴 상면에 제2격자패턴을 형성하되,
    상기 금속층을 증착하는 공정에서,
    상기 보이드 영역은 상기 금속층 상면까지 연장 형성되는 와이어그리드편광자의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속층을 증착하는 공정은,
    상기 보이드영역의 폭을, 상기 오목부의 간격의 1/100 이상~1/5 이하로 형성하는 단계인 와이어그리드편광자의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속층을 증착하는 공정은,
    상기 보이드영역의 폭을, 상기 오목부 간격의 1/5 이상 ~ 1/2 이하로 형성하는 단계인 와이어그리드편광자의 제조방법.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 제1격자층을 형성하는 공정은,
    상기 제1격자패턴의 폭과 높이의 비율이 1:(0.2~5)를 만족하도록 구현하는 단계인 와이어그리드편광자의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1격자층을 형성하는 공정은,
    상기 제1격자패턴의 주기를 50nm~200nm로 구현하는 단계인 와이어그리드편광자의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1격자패턴의 폭을 10nm~200nm, 높이는 10nm~500nm의 범위에서 구현하는 단계인 와이어그리드편광자의 제조방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 금속층을 증착하는 공정은,
    알루미늄, 크롬, 은, 구리, 니켈, 코발트 중 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금을 증착하는 단계인 와이어그리드편광자의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2격자패턴을 형성하는 공정은,
    상기 제1격자패턴의 폭과 상기 제2격자패턴의 폭의 비율이 1:(0.2~1.5)를 만족하도록 습식식각하는 단계인 와이어그리드편광자의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2격자패턴을 형성하는 공정은,
    상기 제2격자패턴의 폭은 2nm~300nm의 범위를 만족하도록 구현하는 와이어그리드편광자의 제조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1격자 패턴 또는 제2격자 패턴에 대기압플라즈마처리 또는 진공플라즈마처리, 과산화수소수처리, 산화촉진제처리, 부식방지제처리, 단분자자가조립막 형성(SAM coating, Self-assembly monolayer coating) 중 어느 하나의 방법으로 수행되는 표면처리공정이 더 수행되는 와이어그리드편광자의 제조방법.
KR1020100135677A 2010-12-27 2010-12-27 와이어그리드편광자의 제조방법 KR101197776B1 (ko)

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