KR101401579B1 - 와이어 그리드 편광자 제조 방법 - Google Patents

와이어 그리드 편광자 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법에 있어서, 미세 요철 형상의 나노 격자가 형성되어 있는 기판을 준비하는 단계; 상기 나노 격자의 상부에 대하여 회전 경사 증착에 의해 금속 물질 증착을 수행하는 단계를 포함하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법을 제공한다.
상기한 본 발명은, 나노 격자 기판 상에 회전 경사 증착 공정을 통해 와이어 그리드 편광자를 보다 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있다.

Description

와이어 그리드 편광자 제조 방법{Method for fabricating wire grid polarizer}
본 발명은 와이어 그리드 편광자 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노 격자 구조 상부에 회전 경사 증착 공정을 이용하여 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
와이어 그리드 편광자(Wire Grid Polarizer)는 가시광선 영역인 R, G, B 파장 크기보다 작은 금속 재료 선폭(Line width) 및 스페이싱(Spacing)을 갖는 스트라이프(stripe) 형태의 와이어 그리드 패턴이 유리 기판 또는 편광자 형성용 필름 상에 형성된 구조로 되어 있다.
이때, 와이어의 길이방향과 평행한 방향의 편광 성분은 반사시키고, 길이 방향에 수직인 편광성분은 선택적으로 투과시키게 되어, 와이어 그리드 편광자는 편광자 기능을 수행하게 된다.
가시광선 영역에서 편광 효과를 얻기 위해 200nm 이하의 주기로 제작되어야 하는 금속 와이어 그리드 편광자의 특성상, 저가의 패터닝 공정 개발이 양산화에 필수적이다. 기존의 와이어 그리드 편광자 제작에 사용되는 나노임프린트 리소그래피(nano imprint lithography)로 제작된 베리어 (barrier) 층을 이용한 금속층의 식각 공정은 금속층 증착 및 나노임프린트 공정 외에도 잔류층 식각, 금속층 식각, 폴리머층 제거 공정 등 다수의 공정을 포함하고 있어, 단가 절감 정도에 한계가 있다.
이러한 한계를 극복한 와이어 그리드 편광자의 저가 양산을 위해 국내 공개특허 2008-36995에는 그리드 편광자 및 그 제조 방법이 개시되어 있다.
상기한 선행기술의 경우, 전사용 틀 또는 전사용 롤에 수지를 눌러 노광하여 나노 격자를 형성하고, 증착 공정을 수행하여 나노 격자 상에 편광이 이루어지도록 하는 금속층을 적층한다.
여기서, 나노 격자 상에 형성되는 금속층은 격자의 정상 부위와 고랑 부위에 모두 형성되고, 이에 따라 완성된 편광자의 투과도가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 표면에 나노 격자가 형성된 기판 상에 회전 경사 증착을 수행하여 나노 격자의 상부에만 금속층이 형성될 수 있도록 하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법에 있어서, 나노 격자가 형성되어 있는 기판을 준비하는 단계; 상기 나노격자의 상부에 회전 경사 증착 공정을 수행하여 금속 물질을 증착 하는 단계를 포함하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법을 제공한다.
상기 나노 격자 기판은 폴리머 나노 복제 공정에 의해 제작될 수 있다.
상기 나노 격자 기판은 UV(ultra violet) 경화성 수지를 포함할 수 있다.
상기 폴리머 나노 복제 공정은 롤 형태의 나노 격자 형성구를 사용할 수 있다.
상기 나노 격자 기판은 유리 나노 복제 공정에 의해 제작될 수 있다.
상기 유리 나노 복제 공정의 나노 격자 형성구의 재료는 유리질 탄소를 포함할 수 있다.
상기 회전 경사 증착 단계에서는 알루미늄이 증착될 수 있다.
상기 기판의 회전속도는 1 rpm 이상일 수 있다.
상기 나노 격자 기판에 회전 경사 증착 공정을 수행하기 전, 기판 전면에 SiO2 를 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 회전 경사 증착 공정으로 완성된 와이어 그리드 편광자에 후속 열처리 공정이 수행될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 표면에 나노 격자 형상이 구현된 기판상에 회전 경사 증착 공정을 수행하는 와이어 그리드 편광자의 제조방법을 제공함으로서, 와이어 그리드 편광자를 보다 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자 제조 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자제조를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 회전 경사 증착공정에 의해 표면에 나노 격자 구조가 형성된 기판의 격자 상부에만 금속물질이 증착되는 현상을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의해 완성된 와이어 그리드 편광자의 일 예의 형태를 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자 제조 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자제조를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 측면에 따른 와이어 그리드 편광자 제조 방법의 구성을 나타내는 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 제1 측면에 따른 와이어 그리드 편광자제조를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 측면에 따른 와이어 그리드 편광자 제조 방법은 열 및 자외선 경화 공정으로 제작된 나노 격자 기판을 사용하는 것으로, 몰드 준비 단계(S110), 수지 도포 단계(S120), 기판을 배치하는 단계(S130), 경화 단계(S140), 이형 단계(S150) 및 회전 경사 증착을 수행하는 단계(S160)를 포함한다.
몰드 준비 단계(S110)는 나노 격자 기판의 제작에 사용되는 몰드(mold)(11)를 준비하는 단계이다. 준비되는 몰드(11)의 표면상에는 나노 단위의 미세한 요철 형상의 격자 구조(12)가 연속적으로 형성되어 있다. 나노 격자 구조(12)의 주기는 최종적으로 제작되는 와이어 그리드 편광자의 사용 파장에 따라 결정되는 것으로 가시광선 대역의 편광자로 적용하기 위해서는 200nm 이하의 주기로 제작되어야 한다.
몰드의 제작은 사용자의 선택에 따라 다양한 방법이 사용될 수 있다. 실리콘 기판 표면에 대한 화학적 또는 기계적 식각을 통한 실리콘 몰드 뿐 아니라, 나노 리소그래피와 도금공정을 통한 금속 재료 몰드, 나노 리소그래피와 폴리머 나노복제를 활용한 폴리머 재료 몰드 등 다양한 형태의 나노 몰드 가공방법이 적용될 수 있다.
몰드(11)가 준비되면, 몰드(11)의 나노격자 구조(12) 상에 수지(14)를 소정 두께로 도포한다(S120). 수지(14)의 도포는 도 2의 (a)에 도시되어 있는 바와 같다.
여기서, 도포되는 수지는 열 경화 혹은 UV(ultra violet) 경화 수지가 사용될 수 있으나 생산성을 고려하여 UV 수지인 것이 바람직하다.
수지의 도포 시, 수지 상에 기포가 잔류하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
수지의 도포가 완료되면, 도 2의 (b)와 같이 도포된 수지(14) 상에 유리 기판 혹은 유연한 필름 형태의 기판(16)을 위치시킨다(S130). 기판(16)을 위치시킬 때, 수지(14)와 기판(16)의 밀착 및 경화공정에서의 수축 보정을 위해 기판(16)에는 소정의 압력을 인가하는 것이 바람직하다.
기판(16)의 배치가 완료되면, 도포된 수지(14)를 경화시키는 단계(S140)를 수행한다.
도포된 수지(14)가 UV 경화성 수지인 경우, 수지(14)를 경화시키는 단계(S140)는 별도로 설치된 UV 램프(미도시)에서 발광된 UV광이 수지(14)에 조사되도록 하여 수행될 수 있다. 여기서, UV 경화 수지는 종류에 따라 수지의 경화에 필요한 UV광의 양과 경화 시간이 차이가 있으므로, UV광은 UV 경화 수지가 충분히 경화될 수 있는 정도의 광량과 시간 동안 조사되도록 하는 것이 바람직하다.
도포된 수지(14)가 열 경화성 수지인 경우, 수지(14)를 경화시키는 단계(S140)는 별도로 설치된 가열 수단(미도시)에서 발생된 열이 수지(14)에 인가되도록 하여 수행될 수 있다. 여기서, 인가되는 열은 수지가 충분히 경화될 수 있는 정도인 것이 바람직하다.
경화가 완료되면 작업자는 몰드(11)를 분리하는 이형 단계를 수행한다(S150). 몰드(11)를 분리하면, 도 2의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 기판(16) 상에 형성된 나노 격자 구조(18)가 분리되게 된다.
작업자는 나노 격자 구조(18)가 부착되어 있는 기판(16)을 별도로 설치되어 있는 회전 경사 증착 장치로 이동시켜, 장치 내측으로 로딩(loading)한다.
로딩이 완료되면, 증착 장치를 동작시켜 회전 경사 증착 공정을 수행(S160)하여, 도 2의 (d)에 도시되어 있는 바와 같이 나노 격자 기판(10) 상부에 알루미늄, 금, 구리, 크롬, 니켈, 은 등의 금속이 격자 상부에만 수직으로 증착되도록 한다.
상기의 방법으로 제작된 와이어 그리드 편광자는 증착과정에서 발생하는 금속입자 결정의 불균일로 인한 성능저하가 발생할 수 있으므로 후속적인 열처리 공정이 수행될 수 있다. 이때 열처리 온도는 기판 및 나노 격자를 구성하는 수지의 열적 안정성을 고려하여 선정될 수 있다.
또한 증착과정에서 발생하는 금속입자 결정의 불균일 문제를 개선하기 위해 나노격자 기판 상부에 SiO2를 얇게 증착한 후 회전경사 증착공정을 진행하는 방법도 적용될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서는 평면 몰드를 이용한 나노 복제 공정으로 제작되는 나노 격자 기판을 이용한 와이어 그리드 편광자의 제작방법을 설명 하였으나, 롤 형상의 몰드를 사용하는 롤 나노 복제 공정 역시 본 발명의 나노 격자 기판의 제작을 위해 적용될 수 있다.
도 3은 회전 경사 증착 공정에 의해 표면에 나노 격자 구조가 형성된 기판의 격자 상부에만 금속 물질이 증착되는 현상을 개념적으로 보여준다.
도 3의 (a)는 본 발명의 제 1 실시예에 의해 제작된 나노 격자 와이어 그리드(10)를 보여준다. 나노 격자 기판(10)은 도 3의 (a)에서 보여주는 것처럼 유리 혹은 광학 필름 기판(16) 상에 이종재료로 나노 격자(18) 구조가 형성 될 수 있으며 기판(16)과 나노 격자(18)가 동일재료로 구현 될 수도 있다.
도 3의 (b1) 내지 (b5)는 회전 경사 증착공정에 의해 격자 상부에만 금속 물질이 증착되는 과정을 보여준다. 회전 경사 증착 공정에서 기판은 증착물질의 입사방향과 15ㅀ이하의 각도를 갖도록 위치되며, 이로 인해 도 3의 (b1) 내지 (b5)에서 화살표로 표시된 것 과 같이 증착 재료의 입사각은 기판의 수직방향에 대해 75ㅀ이상의 각도를 갖는다.
회전 층각 과정에서는 도 3의 (b1)에서 보여주듯 나노 격자(18)의 상부에는 금속 재료(19)가 증착되고 나노 격자(18)의 하부 즉, 나노 격자(18)의 골에는 격자 구조에 의해 음영이 발생하여 금속 재료가 도달하지 않는다.
또한 도 3의 (b1) 내지 (b5)에서 보여주는 것처럼, 회전 경사 증착 공정에서는 기판(10) 이 회전하고 있으므로 기판을 기준으로 금속물질의 입사 방향이 지속적으로 회전하게 되며, 증착속도에 따라 요철 상부에 증착되는 금속 재료(19)의 형상 변화가 발생한다.
기판(10)의 회전속도가 느린 경우 요철상부에는 나선형 나노 구조물이 형성되나, 1 rpm 이상의 기판 (10) 회전 속도에서는 요철상부에 수직한 나노구조물 이 생성된다.
도 3의 (b1) 내지 (b5)의 과정이 지속적으로 반복되면 도 3의 (c)와 같이 나노격자(18) 상부에 공정 시간에 따라 높이가 증가하는 수직 금속 나노 구조(20) 그리드 구조를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명에 의해 완성된 와이어 그리드 편광자의 일 예의 형태를 나타내는 측면도로서, 기판의 나노격자(18) 상부에 수직으로 금속 나노 구조물(20)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자 제조 방법의 구성을 나타내는 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자제조를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5와 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자 제조 방법은 유리성형공정에 적합한 몰드를 준비하는 단계(S210), 유리 재료의 가열 및 가압공정을 통해 유리 성형 공정을 수행하는 단계(S220), 나노 격자 패턴이 복제된 유리 기판을 이형하는 단계(S230), 회전 경사 증착을 수행하는 단계(S240)를 포함한다.
몰드를 준비하는 단계(S210)는 유리 성형을 통해 와이어 그리드 편광자의 제조를 위한 나노 격자 기판(10)을 제작하기 위한 유리 성형용 몰드(30)를 준비하는 단계이다.
본 발명의 제 2 실시예는 유리 성형 공정을 포함하고 있으므로 몰드(30)는 일반적인 유리성형 공정에 적용이 가능하도록, 높은 고온경도 및 열적 안정성을 가져야 한다.
또한, 도 6의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 몰드(30)의 전면에는 음각 나노 격자 구조(32)가 형성되어 있다.
일반적으로 텅스텐 카바이드가 유리성형공정의 몰드 재료로 널리 사용되고 있으며, 다양한 초미세 가공법을 이용한 나노 그리드 패턴 유리 성형용 몰드 제작공정이 사용 가능하지만, 대한민국 특허출원 10-2010-0128786호 및 대한민국 특허출원 2012-0008858호에서 제안된 유리질 탄소 몰드의 사용이 바람직하다.
이후, 몰드(30)의 음각 나노 격자 구조(32) 상에 평판 유리 기판(34)을 위치시키고, 글래스의 연화점(softening temperature) 이상으로 가열한 후 가압하는 유리 성형 공정(S220)을 수행한다.
연화점 이상에서 유리 기판(34)은 외력에 의해 형태가 변할 수 있는 상태이다.
유리 성형 공정에서 초기 평면 유리 기판(34)에 압력을 인가한 후, 일정 시간이 경과되면, 도 6의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이 몰드의 나노 격자 형상이 유리 소재 표면에 전사된다. 이후 압력을 제거하고 냉각과정을 거쳐 성형된 유리 나노격자(34)를 이형한다(S230).
분리된 유리 소재(34) 상에는 도 6의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 나노 격자 형상(36)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
작업자는 나노 격자(36)가 표면에 형성된 유리 기판(34)를 별도로 설치되어 있는 회전 경사 증착 장치로 이동시켜, 장치 내측으로 로딩(loading)한다.
로딩이 완료되면, 증착 장치를 동작시켜 회전 경사 증착 공정을 수행(S240)하여, 도 5의 (d)에 도시되어 있는 바와 같이 나노 격자(36) 상부에 수직의 금속 나노 구조물(38)이 형성되도록 한다.
회전 경사 증착 공정이 완료된 후, 회전 경사 증착 장치 내에서 글래스(34)를 언로딩(unloading) 한다.
상기의 방법으로 제작된 와이어 그리드 편광자는 증착과정에서 발생하는 금속입자 결정의 불균일로 인한 성능저하가 발생할 수 있으므로 후속적인 열처리 공정이 수행될 수 있다. 이때 열처리 온도는 기판 및 나노 격자를 구성하는 재료의 열적 안정성을 고려하여 선정되어야 한다.
본 발명의 제 2실시예에 의해 제작되는 와이어 그리드 편광자는 제1 실시예의 편광자에 비해 유리재료의 특성상 고온 열처리 과정이 가능하고 또한 제품의 사용에 있어 높은 열적 내구성을 갖는다.
또한 증착과정에서 발생하는 금속입자 결정의 불균일 문제를 개선하기 위해 나노격자 기판 상부에 SiO2를 얇게 증착한 후 회전경사 증착공정을 진행하는 방법도 적용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 나노 격자 구조의 제작은 본 발명의 나노 복제 공정 및 유리 성형 공정외에 사출 성형 공정, 반도체 식각 공정 등 다양한 나노 격자 제작 기술로 구현될 수 있다.
본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 나노 격자 기판
11: 몰드
12, 32: 음각 나노 격자 구조
14: 수지
16: 기판
18, 36: 나노 격자 구조
30: 유리 성형용 몰드
34: 유리 기판
20, 38: 수직 금속 나노 구조

Claims (10)

  1. 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법에 있어서,
    미세 요철 형상의 나노 격자가 형성되어 있는 기판을 준비하는 단계;
    상기 나노 격자 기판 상부에 대하여 회전 경사 증착에 의해 금속 물질 증착을 수행하는 단계를 포함하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노 격자 기판은 폴리머 나노 복제 공정에 의해 제작되는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노 격자 기판은 UV(ultra violet) 경화성 수지로 제작되는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 폴리머 나노 복제 공정은 롤 형태의 나노 격자 형성구를 사용하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 나노 격자 기판은 유리 성형 공정에 의해 제작되는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유리 성형 공정에 사용되는 몰드 재료는 유리질 탄소인 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회전 경사 증착 단계에서는 알루미늄이 증착되는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 나노 격자 기판의 회전속도는 1 rpm 이상인 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 회전 경사 증착 단계가 수행되기 전
    나노 격자 기판 전면에 SiO2 를 증착하는 단계를 더 포함하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 회전 경사 증착 단계가 수행 된 후 열처리 공정을 추가로 수행하는 단계를 더 포함하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
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