KR101722808B1 - 편광 자외선 분리 소자 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 편광 자외선 분리 소자 및 그 용도에 대한 것이다. 본 출원에서는 넓은 범위의 자외선 영역에서 우수한 분리 효율을 나타내고, 내구성이 우수한 편광 자외선 분리 소자가 제공될 수 있다. 상기 소자는 예를 들면, 액정 배향막의 광배향 공정 등에 사용될 수 있다.
Description
본 출원은 편광 자외선 분리 소자 및 그 용도에 대한 것이다.
액정 분자를 일정 방향으로 배열하기 위해 사용되는 액정 배향막은 다양한 분야에 적용되고 있다. 액정 배향막으로는 광의 조사에 의해 처리된 표면으로서 인접하는 액정 분자를 배열시킬 수 있는 광배향막이 있다. 통상적으로 광배향막은 광감응성 물질(photosensitive material)의 층에 광, 예를 들면, 직선 편광된 광을 조사함으로써, 상기 광감응성 물질을 일정 방향으로 정렬(orientationally ordering)시켜서 제조할 수 있다.
상기 광배향막에 직선 편광된 광을 조사하기 위하여, 다양한 종류의 편광 자외선 분리 소자가 이용될 수 있다.
예를 들어, 상기 편광 자외선 분리 소자로서 특허문헌 1 등에는 알루미늄을 이용한 편광 자외선 분리 소자를 개시하고 있다.
본 출원은 편광 자외선 분리 소자 및 그 용도를 제공한다.
본 출원은 편광 자외선 분리 소자에 대한 것이다. 본 명세서에서 용어 편광 자외선 분리 소자는, 상기 소자로 입사되는 광 중에서 편광된 상태의 자외선을 추출할 수 있도록 구성된 모든 종류의 소자를 의미할 수 있다. 상기에서 편광은, 선편광, 원편광 또는 타원 편광일 수 있고, 하나의 예시에서는 선 편광일 수 있다. 본 명세서에서 용어 자외선은, 예를 들면, 약 250 nm 내지 약 350 nm, 약 270 nm 내지 약 330 nm, 약 290 nm 내지 약 310 nm의 파장 영역의 전자기파를 의미할 수 있다.
예시적인 분리 소자는 기재층과 상기 기재층상에 형성된 볼록부를 포함할 수 있다. 상기 볼록부는, 티타늄 금속 복합 산화물을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 볼록부는 스트라이프 형상을 가질 수 있고, 적어도 2개 이상 기재층상에 형성되어 있을 수 있다. 스트라이프 형상으로 형성된 볼록부는 실질적으로 서로 평행하게 기재층상에 배치되어 있을 수 있다. 기재층상에서 스트라이프 형상으로 형성된 볼록부의 수는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 분리하고자 하는 자외선의 세기 등을 고려하여 선택될 수 있다. 통상적으로 상기 볼록부는 기재층상에 5 내지 20 Line / ㎛ 정도로 존재할 수 있다.
상기 분리 소자는, 넓은 파장 영역의 광, 예를 들면 넓은 파장 영역의 자외선에 대하여 우수한 분리 효율을 나타낼 수 있다. 분리 소자의 분리 효율은 편광 소멸비에 의해 규정될 수 있다. 본 명세서에서 용어 편광 소멸비는 상기 분리 소자를 투과하는 광 중에서 상기 스트라이프 형상의 볼록부와 수직한 편광의 세기와 상기 볼록부와 수평한 편광의 세기의 비율을 의미할 수 있다. 즉, 상기 분리 소자는 상기 볼록부와 직교하는 벡터를 가지는 광(소위 P 편광)은 투과시키고, 상기 볼록부와 수평하는 벡터를 가지는 광(소위 S 편광)은 반사시켜서 분리 특성을 나타낼 수 있는데, 이러한 P 및 S 편광의 비율을 통해 효율이 규정될 수 있다.
예를 들면, 상기 분리 소자는, 하기 수식 1에 의해 계산되는 R이 2 이상, 15 이상, 20 이상, 25 이상, 30 이상, 35 이상, 40 이상 또는 45 이상일 수 있다. 상기 수식 1로 계산되는 R의 상한은 특별히 제한되지 않는다. 즉 상기 R이 클수록 우수한 효율을 나타내는 것을 의미한다. 실용성을 고려하여 상기 R은, 예를 들면, 2,000 이하, 1,500 이하, 1,000 이하, 900 이하, 800 이하, 700 이하, 600 이하, 500 이하, 400 이하, 300 이하, 200 이하 또는 150 이하일 수 있다.
[수식 1]
R = Tc/Tp
수식 1에서 Tc는 상기 스트라이프 형상의 볼록부와 직교하는 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 자외선 분리 소자에 대한 투과도이고, Tp는 상기 볼록부와 평행한 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 자외선 분리 소자에 대한 투과도이다. 상기 수식 1에 적용되는 광의 파장은 다른 예시에서 약 270 nm 내지 약 330 nm, 약 290 nm 내지 약 310 nm 정도일 수도 있다.
상기 분리 소자는 또한 우수한 투과율을 나타낼 수 있는데, 상기에서 용어 투과율은 상기 분리 소자로 조사되는 광, 예를 들면, 자외선 중에서 상기 분리 소자를 투과한 상기 볼록부와 직교하는 벡터를 가지는 광(소위 P 편광)의 세기를 의미할 수 있다.
예를 들면, 상기 분리 소자는 하기 수식 2에 의해 계산되는 P가 0.2 내지 0.5 일 수 있다.
[수식 2]
P = Tc/T
수식 2에서 T는 상기 편광 자외선 분리 소자로 조사되는 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 세기이고, Tc는 상기 조사된 광 중에서 상기 편광 자외선 분리 소자를 투과한 상기 스트라이프 형상의 볼록부와 직교하는 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 세기이다. 상기 수식 2에 적용되는 광의 파장은 다른 예시에서 약 270 nm 내지 약 330 nm, 약 290 nm 내지 약 310 nm 정도일 수도 있다.
도 1은 예시적인 편광 자외선 분리 소자의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 예시적인 편광 자외선 분리 소자의 상면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 1 및 2와 같이 상기 편광 자외선 분리 소자는 기재층(1) 및 상기 기재층 상에 형성된 요철(2)를 포함할 수 있다.
요철(2)을 형성하는 볼록부(2a)는, 도 2와 같이 스트라이프 형상을 가지면서 서로 평행하게 배열되어 있을 수 있다. 이 경우 상기 볼록부(2a)의 사이에는 상기 볼록부(2a)에 의해 오목부(2b)가 형성되고, 상기 볼록부(2a)의 피치, 폭 및 높이는 자외선에 대한 분리 성능, 예를 들면, 상기 편광 소멸비와 투과율을 만족할 수 있도록 조절될 수 있다. 본 명세서에서 용어 피치(P)는, 상기 볼록부(2a)의 폭(W)과 오목부(2b)의 폭을 더한 거리를 의미하고(도 2를 참조), 용어 높이는, 상기 볼록부의 높이(H)를 의미한다(도 1). 볼록부의 높이가 볼록부별로 차이가 나는 경우에는 상기 높이는 가장 높은 볼록부의 높이이거나, 혹은 볼록부 높이의 평균치일 수 있다.
편광 자외선 분리 소자에서, 볼록부는 티타늄 금속 복합 산화물을 포함할 수 있고, 이러한 복합 산화물에는, 예를 들면, 금속이 도핑된 산화 티타늄 등이 포함될 수 있다. 상기 복합 산화물은, 예를 들면, 350 nm의 파장 영역에서의 투과도가 10%미만, 5%미만, 3%미만, 2% 미만, 1%미만, 0.2%미만, 또는 0.1%미만으로 형성될 수 있으며, 그 하한은 특별히 한정되지 않고 0.01%, 또는 0.001%일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 투과도는 상기 분리 소자 100nm 두께를, 통상적으로 사용하는 투과도 측정 기기로 측정한 값일 수 있다. 복합 산화물이 상기 투과도를 나타내도록 구성되면, 통상적인 티타늄 산화물이 사용되거나, 알루미늄 등이 사용된 경우에 비하여 넓은 자외선 파장 범위에서 분리 효율이 확보될 수 있다.
상기 복합 산화물에 포함되는 금속의 종류나 양은 상기 복합 산화물이 상기 범위의 투과도를 나타내도록 선택될 수 있고, 이러한 방식으로 선택된다면, 그 종류나 양은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 티타늄 금속 복합 산화물은, 티타늄을 포함하고, 또한 Ni, Cr, Cu, Fe, B, V, Nb, Sb, Sn, Si 및 Al으로부터 선택된 하나 이상의 제 2 금속을 포함할 수 있다. 다른 예시에서 상기 제 2 금속은 Ni 또는 Cr일 수 있다.
또한, 상기 복합 산화물에서의 상기 제 2 금속의 비율은 역시 상기 기술한 투과도를 고려하여 선택될 수 있고, 예를 들면, 1 내지 20mol%, 2 내지 18mol%, 또는 3 내지 15mol%일 수 있다.
다른 예시에서 상기 복합 산화물은, 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
TixMyO2
화학식 1에서 M은 Ni, Cr, Cu, Fe, B, V, Nb, Sb, Sn, Si 및 Al 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 또는 1종의 금속이고, y는 0.01 내지 0.2이며, x와 y의 합(x+y)은 1일 수 있다. 다른 예시에서 상기 M은 Ni 또는 Cr일 수 있다. 또한, 다른 예시에서 상기 y는 0.05 내지 0.15, 또는 0.07 내지 1.13 정도일 수 있다.
상기 볼록부, 즉 스트라이프 형상으로 서로 실질적으로 평행하게 배치된 볼록부의 피치(P)는, 예를 들면, 50 nm 내지 200 nm, 100 nm 내지 180 nm, 110 nm 내지 150 nm, 120 nm 내지 150 nm, 130 nm 내지 150 nm 또는 140 nm 내지 150 nm 정도일 수 있다. 상기 피치(P)가 200 nm를 초과할 경우, 적절한 분리 효율이 확보되지 않을 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 볼록부에 의해서 형성되는 오목부에는 유전 물질(dielectric material)이 존재할 수 있다. 예시적인 상기 유전 물질의 250 nm 내지 350 nm 파장의 광에 대한 굴절률은 1 내지 5인 물질일 수 있다. 상기 유전 물질은, 전술한 범위의 굴절률을 가진다면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 실리콘 옥사이드, 마그네슘 플로라이드, 실리콘 나이트라이드 또는 공기 등이 예시될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 유전 물질이 공기일 경우에는, 상기 볼록부의 오목부는 실질적으로 비어있는 상태(empty space)일 수 있다
하나의 예시에서, 상기 자외선 편광 자외선 분리 소자는, 하기 수식 3에 의해 계산되는 a가 0.74 내지 10이며, b가 0.5 내지 10일 수 있다.
[수식 3]
(a + bi)2 = n1 2×(1-W/P) + n2 2×W/P
수식 3에서, i는 허수 단위이고, n1은 상기 유전 물질의 250 nm 내지 350 nm의 자외선 영역의 파장 중 어느 한 길이의 파장, 예를 들면, 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이며, n2는 상기 볼록부(2a)의 250 nm 내지 350 nm의 자외선 영역의 파장 중 어느 한 길이의 파장, 예를 들면, 300 nm의 파장의 광에 대한 굴절률이고, W는 상기 볼록부(2a)의 폭이며, P는 상기 볼록부(2a)의 피치이다.
피치(P)가 상기 수식 3을 만족하도록 형성되는 경우, 120 nm 이상의 피치 범위에서도, 단파장 영역, 예를 들면 250 nm 내지 350 nm의 광파장 영역에서 0.5 이상, 0.6 이상, 0.7 이상, 0.9 이상의 높은 편광도를 가지는 편광 자외선 분리 소자를 얻을 수 있다. 상기 편광도 값의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 제조 공정의 경제성을 고려하여 0.98 이하, 0.95 이하, 0.93 이하의 값을 가질 수 있다. 즉, 상기 편광도가 0.98을 초과할 경우, 편광 자외선 분리 소자의 볼록부의 종횡비(Aspect ratio, 볼록부의 폭/높이)를 높여야 하며, 이 경우 편광 자외선 분리 소자의 제작이 어려워 지고, 제작 공정이 복잡해질 수 있다. 본 명세서에서 용어 편광도는 조사되는 빛의 강도에 대한 편광의 강도를 의미하며, 하기 수식 4와 같이 계산된다.
[수식 4]
편광도 D= (Tc-Tp)/(Tc+Tp)
수식 4에서, Tc는 상기 볼록부(2a)와 직교하는 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 자외선 분리 소자에 대한 투과도이고, Tp는 상기 볼록부(2a)와 평행한 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 자외선 분리 소자에 대한 투과도이다. 상기에서 평행이란 실질적인 평행을 의미하며, 수직이란 실질적인 수직을 의미한다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 자외선 편광 자외선 분리 소자는 하기 수식 5에 의해 계산되는 c가 1.3 내지 10이며, d가 0.013 내지 0.1일 수 있다.
[수식 5]
(c+di)2 = n1 2×n2 2 / ((1-W/P)×n2 2+W×n1 2/P)
수식 5에서, i는 허수 단위이고, n1은 상기 유전 물질의 250 nm 내지 350 nm의 자외선 영역의 파장 중 어느 한 길이의 파장, 예를 들면, 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이며, n2는 상기 볼록부(2a)의 250 nm 내지 350 nm의 자외선 영역의 파장 중 어느 한 길이의 파장, 예를 들면, 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이고, W는 상기 볼록부(2a)의 폭이며, P는 상기 볼록부(2a)의 피치이다.
피치(P)와 폭(W)이 상기 수식 3 및/또는 5를 만족하는 경우, 우수한 편광 분리 특성을 가지기 위한 적절한 투과율을 가질 수 있다.
볼록부(2a)의 높이(H)는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 20 nm 내지 300 nm, 50 nm 내지 200 nm, 100 nm 내지 150 nm, 150 nm 내지 250 nm 또는 200 nm 내지 280 nm일 수 있다. 볼록부(2)의 높이(H)가 300 nm를 초과할 경우, 흡수되는 광량이 증가하여, 필요한 절대 광량이 낮아질 수 있다. 따라서 상기 볼록부(2)의 높이(H)가 전술한 범위 내에서 형성될 경우, 흡수되는 광량이 많지 않아 적합한 편광 자외선 분리 소자의 제작이 가능하며, 상기 편광 자외선 분리 소자가 우수한 자외선 투과율을 유지하면서도, 원활한 편광 분리성능을 구현할 수 있다. 또한, 동일한 피치(P)에서 볼록부(2)의 높이(H)가 두꺼워짐에 따라 종횡비가 증가하게 되어 패턴 제작 용이성이 떨어지게 되는 것을 방지할 수 있다.
볼록부(2a)의 폭(W)은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 10 nm 내지 160 nm, 일 수 있으며, 특히 볼록부(2a)의 피치가 50 nm 내지 150 nm일 경우, 예를 들면, 10 nm 내지 120 nm, 30 nm 내지 100 nm, 50 nm 내지 80 nm일 수 있다.
볼록부(2)의 필-펙터(fill-factor)는 0.2 내지 0.8일 수 있으며, 예를 들어, 0.3 내지 0.6, 0.4 내지 0.7, 0.5 내지 0.75 또는 0.45일 수 있다. 상기 볼록부의 필-펙터가 상기 수치 범위를 만족하는 경우 원활한 편광 분리성능을 구현할 수 있고, 흡수되는 광량이 많지 않아 편광 자외선 분리 소자의 편광 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 볼록부의 「필-펙터(fill-factor)」는 볼록부의 피치(P)에 대한 상기 볼록부의 폭(W)의 비율(W/P)를 의미한다.
예시적인 편광 자외선 분리 소자는 하기 수식 6에 의해 계산되는 a가 0.74 내지 10이며, b가 0.5 내지 10이고, 하기 수식 7에 의하여 계산되는 c가 1.3 내지 10이며, d가 0.013 내지 0.1일 수 있다.
[수식 6]
(a + bi)2 = n1 2×(1-W/P) + n2 2×W/P
[수식 7]
(c+di)2 = n1 2×n2 2 / ((1-W/P)×n2 2+W×n1 2/P)
수식 6 및 7에서, i는 허수 단위이고, n1은 상기 유전 물질의 250 nm 내지 350 nm의 자외선 영역의 파장 중 어느 한 길이의 파장, 예를 들면, 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이며, n2는 상기 볼록부(2a)의 250 nm 내지 350 nm의 자외선 영역의 파장 중 어느 한 길이의 파장, 예를 들면, 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이고, W는 상기 볼록부(2a)의 폭이며, P는 상기 볼록부(2a)의 피치이다. 수식 6 및 수식 7에 의하여 a, b, c 및 d가 상기 범위를 만족하도록 설계하면, 단파장 영역에서도 우수한 편광도 및 소광비를 구현하는 것에 유리할 수 있다.
편광 자외선 분리 소자에 포함되는 기재층의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 석영, 자외선 투과 유리, PVA(Polyvinyl Alcohol), 폴리 카보네이트(Poly Carbonate), EVA(Ethylene Vinyl Acetate 공중합체) 등과 같은 재료로부터 형성될 수 있다. 기재층(1)의 자외선 투과율은, 예를 들어 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상일 수 있으며, 전술한 범위의 투과율을 가질 경우, 편광 자외선 분리 소자의 자외선 투과율도 향상되어 광배향 속도가 우수한 광배향막의 제조가 가능하다.
상기 분리 소자는, 예를 들면, 선격자를 형성할 수 있는 것으로 공지된 통상의 방식으로 제조가 가능하다. 예를 들면, 상기 분리 소자는 기재층상에 상기 복합 산화물의 층을 형성하고, 상기 층을 선택적으로 제거함으로써 패턴화하여 제조할 수 있다. 이 경우, 복합 산화물의 층은 예를 들면 통상적인 공증착 방식으로 형성하거나, 졸겔법, 고상법, 수열법, 스퍼링법, 또는 화학 기상 증착법 등의 공지의 방식으로 형성할 수 있다. 다른 방식으로 공지된 패턴 형상 방식, 예를 들면, 마스크를 사용한 증착 방식 등을 통하여 처음부터 패턴화된 복합 산화물의 층을 기재층상에 형성하여도 된다.
예를 들면, 상기 편광 자외선 분리 소자는 기재층 상에 티타늄 금속 복합 산화물의 층을 형성하고, 상기 층을 패터닝하여 제조할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 복합 산화물의 층은 표면에 반사 방지층이 형성되어 있는 상기 기재층상에 형성될 수 있다. 반사 방지층은 상기 금속 복합 산화물의 층에, 예를 들어, 레이저 간섭 노광으로 격자를 형성하는 과정에서 레이저의 내부 반사 또는 간섭 반사 등에 의한 효율 저하를 방지하고, 보다 정밀한 격자가 형성될 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다. 반사 방지층은, 레이저의 내부 반사를 흡수할 수 있는 형태로 형성된다면, 그 소재 및 형성 방식은 제한되지 않는다.
기재층상에 형성된 상기 금속 복합 산화물의 층을 패터닝하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 통상적인 포토 리소그래피(photolithography) 방법을 적용하거나, 보다 정밀한 피치의 패턴의 형성을 위하여 레이저 간섭 리소그래피(Laser interference lithography), 전자빔 리소그래피(E-bean lithography), 나노 임프린트 리소그래피(Nano imprint lithography, NIL), 액침 리소그래피(Immersion lithography) 또는 졸겔법(sol-gel) 등의 방법 등을 이용할 수 있다.
상기에서 나노 임프린트 방법은 금속층 상에 레지스트층을 형성한 후, 상기 레지스트층이 형성된 기재층에 대하여 일정한 온도와 압력 조건으로 원하는 선폭으로 패터닝된 스탬프를 임프린트 레지스트 필름에 인각하고 한 후, 잔류하는 금속층을 플라즈마를 이용하여 제거함으로써 소정의 선폭을 갖는 패턴을 형성하는 방식이고, 이러한 방식은 특히 정밀한 패턴의 형성에 적절할 수 있다.
본 출원은 또한 상기 편광 자외선 분리 소자를 포함하는 장치, 예를 들면, 광조사 장치에 관한 것이다. 예시적인 장치는, 상기 편광 자외선 분리 소자 및 피조사체가 거치되는 장비를 포함할 수 있다.
상기에서, 상기 편광 자외선 분리 소자는 편광판으로서 기능할 수 있다. 상기 소자는, 예를 들면, 광원으로부터 조사된 광으로부터 직선으로 편광된 광을 생성하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 장치는 피조사체가 거치되는 장비와 편광 자외선 분리 소자 사이에 광배향 마스크를 추가로 포함할 수 있다.
상기에서 마스크는, 예를 들면, 장비에 거치된 피조사체의 표면과의 거리가 약 50 mm 이하가 되도록 설치될 수 있다. 상기 거리는, 예를 들면, 0 mm를 초과하거나, 0.001 mm 이상, 0.01 mm 이상, 0.1 mm 이상 또는 1 mm 이상일 수 있다. 또한, 상기 거리는 40 mm 이하, 30 mm 이하, 20 mm 이하 또는 10 mm 이하일 수 있다. 피조사체의 표면과 마스크의 거리는 상기한 상한 및 하한의 다양한 조합으로 설계될 수 있다.
피조사체가 거치되는 장비의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 광이 조사되는 동안 피조사체가 안정적으로 유지될 수 있도록 설계되어 있는 모든 종류의 장비가 포함될 수 있다.
또한, 상기 장치는, 마스크 또는 상기 편광 자외선 분리 소자로 광, 예를 들면, 자외선을 조사할 수 있는 광원을 추가로 포함할 수 있다. 광원으로는, 마스크 또는 상기 소자의 방향으로 광을 조사할 수 있는 것이라면, 목적에 따라서 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 광원으로는, 자외선의 조사가 가능한 광원으로서, 고압 수은 자외선 램프, 메탈 할라이드 램프 또는 갈륨 자외선 램프 등이 사용될 수 있다.
광원은 하나 또는 복수개의 광조사 수단을 포함할 수 있다. 복수의 광조사 수단이 포함되는 경우에 조사 수단의 수나 배치 형태는 특별히 제한되지 않는다. 광원이 복수의 광조사 수단을 포함하는 경우에, 광조사 수단은, 2개 이상의 열을 형성하고 있으며, 2개 이상의 열 중 어느 하나의 열에 위치하는 광조사 수단과 상기 어느 하나의 열과 인접하는 다른 열에 위치되어 있는 광조사 수단은 서로 엇갈려서 중첩되도록 배치될 수 있다.
광조사 수단이 서로 엇갈려서 중첩되어 있다는 것은, 어느 하나의 열에 존재하는 광조사 수단과 어느 하나의 열과 인접하는 다른 열에 존재하는 광조사 수단의 중심을 연결하는 선은 각 열과 수직한 방향과 평행하지 않은 방향(소정 각도로 경사진 방향)으로 형성되면서, 광조사 수단의 조사 면적은 각 열과 수직한 방향에서 일정 부분 서로 겹쳐져서 존재하는 경우를 의미할 수 있다.
도 3은, 상기와 같은 광조사 수단의 배치를 예시적으로 설명하고 있는 도면이다. 도 3에서는 복수의 광조사 수단(10)이 2개의 열, 즉 A열과 B열을 형성하면서 배치되어 있다. 도 3의 광조사 수단 중에서 101로 표시되는 광조사 수단을 제 1 광조사 수단으로 하고, 102로 표시되는 광조사 수단을 제 2 광조사 수단으로 하면, 제 1 및 제 2 광조사 수단의 중심을 연결하는 선(P)은, A열 및 B열의 방향과 수직하는 방향으로 형성되어 있는 선(C)과 평행하지 않게 형성되어 있다. 또한, 제 1 광조사 수단의 조사 면적과 제 2 광조사 수단의 조사 면적은, A열 및 B열의 방향과 수직하는 방향으로 Q의 범위만큼 중첩되어 있다.
상기와 같은 배치에 의하면, 광원에 의해 조사되는 광의 광량을 균일하게 유지할 수 있다. 상기에서 어느 하나의 광조사 수단과 다른 광조사 수단이 중첩되는 정도, 예를 들면, 도 3에서 Q의 길이는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 중첩되는 정도는, 광조사 수단의 직경, 예를 들면, 도 3의 L의 약 1/3 이상 내지 2/3 이하일 수 있다.
장치는, 또한 광원으로부터 조사되는 광의 광량의 조절을 위하여, 하나 이상의 집광판을 추가로 포함할 수 있다. 집광판은 예를 들면, 광원으로부터 조사된 광이 집광판으로 입사되어 집광된 후에, 집광된 광이 편광 자외선 분리 소자 및 마스크로 조사될 수 있도록 장치 내에 포함될 수 있다. 집광판으로는, 광원으로부터 조사된 광을 집광할 수 있도록 형성되어 있다면, 이 분야에서 통상 사용되는 구성을 사용할 수 있다. 집광판으로는, 렌티큘러 렌즈층 등이 예시될 수 있다.
도 4는, 광조사 장치의 하나의 예를 나타내는 도면이다. 도 4의 장치는, 순차로 배치된 광원(10), 집광판(20), 편광판(30), 마스크(40) 및 피조사체(50)를 거치하는 장비(60)를 포함하고 있다. 도 4의 장치에서는, 광원(10)에서 조사된 광이 우선 집광판(20)에 입사하여 집광되고, 다시 편광판(30)으로 입사한다. 편광판(30)에 입사한 광은 직선으로 편광된 광으로 생성되고, 다시 마스크(40)로 입사되어 개구부에 의해 가이드되어 피조사체(50)의 표면에 조사될 수 있다.
본 출원은, 광 조사 방법에 대한 것이다. 예시적인 상기 방법은, 상기 기술한 광조사 장치를 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은, 상기 피조사체가 거치될 수 있는 장비에 피조사체를 거치하고, 상기 편광 자외선 분리 소자 및 마스크를 매개로 상기 피조사체로 광을 조사하는 것을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 피조사체는 광배향막일 수 있다. 이러한 경우 상기 광조사 방법은, 정렬된 광배향막을 제조하는 방법일 수 있다. 예를 들어, 광배향막이 장비에 고정된 상태로 편광 자외선 분리 소자 및 마스크를 매개로 직선 편광된 광 등을 조사하여 광배향막에 포함되어 있는 광감응성 물질을 소정 방향으로 정렬시켜서 배향성이 발현된 광배향막을 제조할 수 있다.
상기 방법에 적용될 수 있는 광배향막의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 해당 분야에서는 광감응성 잔기를 포함하는 화합물로서 광배향막의 형성에 사용할 수 있는 다양한 종류의 광배향성 화합물이 공지되어 있고, 이러한 공지의 물질은 모두 광배향막의 형성에 사용될 수 있다. 광배향성 화합물로는, 예를 들면, 트랜스-시스 광이성화(trans-cis photoisomerization)에 의해 정렬되는 화합물; 사슬 절단(chain scission) 또는 광산화(photo-oxidation) 등과 같은 광분해(photo-destruction)에 의해 정렬되는 화합물; [2+2] 첨가 환화([2+2] cycloaddition), [4+4] 첨가 환화 또는 광이량화(photodimerization) 등과 같은 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물; 광 프리즈 재배열(photo-Fries rearrangement)에 의해 정렬되는 화합물 또는 개환/폐환(ring opening/closure) 반응에 의해 정렬되는 화합물 등을 사용할 수 있다. 트랜스-시스 광이성화에 의해 정렬되는 화합물로는, 예를 들면, 술포화 디아조 염료(sulfonated diazo dye) 또는 아조고분자(azo polymer) 등의 아조 화합물이나 스틸벤 화합물(stilbenes) 등이 예시될 수 있고, 광분해에 의해 정렬되는 화합물로는, 시클로부탄 테트라카복실산 이무수물(cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride), 방향족 폴리실란 또는 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 폴리이미드 등이 예시될 수 있다. 또한, 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물로는, 신나메이트(cinnamate) 화합물, 쿠마린(coumarin) 화합물, 신남아미드(cinnamamide) 화합물, 테트라히드로프탈이미드(tetrahydrophthalimide) 화합물, 말레이미드(maleimide) 화합물, 벤조페논 화합물 또는 디페닐아세틸렌(diphenylacetylene) 화합물이나 광감응성 잔기로서 찰코닐(chalconyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 찰콘 화합물) 또는 안트라세닐(anthracenyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 안트라세닐 화합물) 등이 예시될 수 있고, 광 프리즈 재배열에 의해 정렬되는 화합물로는 벤조에이트(benzoate) 화합물, 벤조아미드(benzoamide) 화합물, 메타아크릴아미도아릴 (메타)아크릴레이트(methacrylamidoaryl methacrylate) 화합물 등의 방향족 화합물이 예시될 수 있으며, 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물로는 스피로피란 화합물 등과 같이 [4+2] π-전자 시스템([4+2] π-electronic system)의 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 광배향성 화합물을 사용한 공지의 방식을 통해서 상기 광배향막을 형성할 수 있다. 예를 들면, 광배향막은 상기 화합물을 사용하여 적절한 지지 기재상에 형성될 수 있고, 이러한 광배향막은 피조사체를 거치할 수 있는 장비, 예를 들면, 롤에 의해 이송되면서 상기 방법에 적용될 수 있다.
상기 방법에서 편광 자외선 분리 소자 및 마스크를 매개로 광이 조사되는 광배향막은, 1차 배향 처리된 광배향막일 수 있다. 1차 배향 처리는, 예를 들면, 편광 자외선 분리 소자를 통하여 일정 방향으로 직선 편광된 자외선을 마스크를 매개로 광을 조사하기 전에 광배향막, 예를 들면, 광배향막의 전체 면에 조사함으로써 수행할 수 있다. 1차 배향 처리된 광배향막에 마스크를 매개로 광을 조사하되, 상기 1차 배향 처리 시와는 상이한 방향으로 편광된 광을 조사하게 되면, 개구부에 대응되는 광배향막의 영역에만 광이 조사되어, 광배향성 화합물이 재정렬되고, 이를 통하여 광배향성 화합물의 정렬 방향이 패턴화되어 있는 광배향막을 제조할 수 있다.
광배향막의 배향을 위하여, 예를 들어, 직선 편광된 자외선을 1회 이상 조사하면, 배향층의 배향은 최종적으로 조사되는 광의 편광 방향에 의해 결정된다. 따라서, 광배향막에 편광 자외선 분리 소자를 통해 일정 방향으로 직선 편광된 자외선을 조사하여 1차 배향시킨 후에, 마스크를 매개로 소정 부위에만 1차 배향 처리 시에 사용한 것과는 다른 방향으로 직선 편광된 광에 노출시키면, 광이 조사되는 소정 부위에서만 배향층의 방향이 1차 배향 처리 시의 방향과는 상이한 방향으로 변경될 수 있다. 이에 따라서 제 1 배향 방향을 가지는 제 1 배향 영역과 제 1 배향 방향과는 상이한 제 2 배향 방향을 가지는 제 2 배향 영역을 적어도 포함하는 패턴 또는 배향 방향이 서로 다른 2종류 이상의 배향 영역이 광배향막에 형성될 수 있다.
하나의 예시에서 1차 배향 시에 조사되는 직선 편광된 자외선의 편광축과 1차 배향 후에 마스크를 매개로 수행되는 2차 배향 시에 조사되는 직선 편광된 자외선의 편광축이 이루는 각도는 수직일 수 있다. 상기에서 수직은, 실질적인 수직을 의미할 수 있다. 이러한 방식으로 1차 및 2차 배향 시에 조사되는 광의 편광축을 제어하여 제조된 광배향막은, 예를 들면, 입체 영상을 구현할 수 있는 광학 필터에 사용될 수 있다.
예를 들어 상기와 같이 형성된 광배향막 상에 액정층을 형성하여 광학 필터를 제조할 수 있다. 액정층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 광배향막 상에 광에 의한 가교 또는 중합이 가능한 액정 화합물을 도포 및 배향한 후에 액정 화합물의 층에 광을 조사하여 가교 또는 중합시켜서 형성할 수 있다. 이와 같은 단계를 거치면, 액정 화합물의 층은, 광배향막의 배향에 따라서 배향 및 고정되어서, 배향 방향이 상이한 2종류 이상의 영역을 포함하는 액정 필름이 제조될 수 있다.
광배향막에 도포되는 액정 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않고, 광학 필터의 용도에 따라서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 광학 필터가 입체 영상의 구현을 위한 필터인 경우에는, 액정 화합물은, 하부에 존재하는 배향층의 배향 패턴에 따라서 배향할 수 있고, 광가교 또는 광중합에 의하여 λ/4의 위상차 특성을 나타내는 액정 고분자층을 형성할 수 있는 액정 화합물일 수 있다. 용어 「λ/4의 위상차 특성」은 입사되는 광을 그 파장의 1/4배만큼 위상 지연시킬 수 있는 특성을 의미할 수 있다. 이러한 액정 화합물을 사용하면, 예를 들면, 입사광을 좌원 편광된 광 및 우원 편광된 광으로 분할할 수 있는 광학 필터를 제조할 수 있다.
액정 화합물을 도포하고, 또한 배향 처리, 즉 하부의 배향층의 배향 패턴에 따라서 정렬시키는 방식이나, 정렬된 액정 화합물을 가교 또는 중합시키는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 배향은, 액정 화합물의 종류에 따라서 화합물이 액정성을 나타낼 수 있는 적절한 온도에서 액정층을 유지하는 방식 등으로 진행될 수 있다. 또한, 가교 또는 중합은, 액정 화합물의 종류에 따라서 적절한 가교 또는 중합이 유도될 수 있는 수준의 광을 액정층으로 조사하여 수행할 수 있다.
본 출원에서는 넓은 범위의 자외선 영역에서 우수한 분리 효율을 나타내고, 내구성이 우수한 편광 자외선 분리 소자가 제공될 수 있다.
도 1은, 예시적인 편광 자외선 분리 소자를 단면을 보여주는 단면도이다.
도 2는 예시적인 편광 자외선 분리 소자의 상면을 나타낸 도면이다.
도 3은, 예시적인 광 조사 수단의 배치를 나타내는 도면이다.
도 4는, 예시적인 광조사 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 예시적인 편광 자외선 분리 소자의 상면을 나타낸 도면이다.
도 3은, 예시적인 광 조사 수단의 배치를 나타내는 도면이다.
도 4는, 예시적인 광조사 장치를 보여주는 도면이다.
이하 본 출원에 따르는 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
1.
석영 유리층를 아세톤과 IPA(Isopropyl alcohol)에 20분씩 초음파 세척하여 표면의 이물질을 제거하였다. 이후 상기 석영 유리층에 전자-빔 증착(E-Beam Evaporation) 방식을 통해 산소 분위기 하에서 Ti 및 Ni을 공증착시켜서 하기 화학식 2로 표시되는 금속 복합 산화물의 층을 약 100nm의 두께로 형성하였다. 이어서 증착층상위에 Micro Resist사의 mr-8010r을 100 nm 두께로 스핀 코팅한 후 95℃에서 1분간 베이킹하였다. 다음으로, 임프린팅 마스터를 이용하여 임프린트 공정을 수행하였다. 임프린트시 프레스(Press)의 온도는 160℃였으며, 40 bar에서 3분간 유지한 후 2분간 쿨링(cooling)하여 100℃에서 탈착(Demold)하였다. 이후 ICP RIE 장비를 이용하여 상기 금속 복합 산화물의 층을 건식 식각하였다. 이후 유기 용매로 아세톤을 이용하여 임프린트용 레지스트를 제거하여 볼록부의 폭(W)은 약 70 nm이고, 피치(P)는 약 150 nm인 편광 분리 소자를 제작하였다.
[화학식 3]
TixNiyO2
화학식 3에서 x는 0.9 이고, y는 0.1이다.
실시예
2.
실시예 1과 동일한 방식으로 제작을 수행하되, Ti 및 Cr을 공증착시켜서 하기 화학식 4로 표시되는 금속 복합 산화물의 볼록부를 포함하되, 높이가 약 100 nm이고, 폭은 약 70 nm이며, 피치는 약 150 nm인 편광 분리 소자를 제작하였다.
[화학식 4]
TixCryO2
화학식 4에서 x는 0.9 이고, y는 0.1이다.
비교예
1.
실시예 1과 동일한 방식으로 TiO2로 되는 볼록부에 의해 형성된 패턴을 포함하는 편광 분리 소자를 제조하였다.
1. 수식 1에 의한 R의 평가
상기 수식 1에 의해 계산되는 각 실시예 및 비교예의 R은, 투과율 측정 장치를 이용해 250nm에서 1nm까지 편광도가 0.99인 편광판을 제작된 샘플에 겹쳐놓은 후 샘플의 투과율을 측정하는 방식으로 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 기재하였다.
| 각 파장 대역에서 R(Tc/Tp) | |||||
| 250nm | 275nm | 300nm | 325nm | 350nm | |
| 실시예 1 | 32.69 | 37.11 | 50.33 | 24.96 | 10.08 |
| 실시예 2 | 58.84 | 61.85 | 31.46 | 13.75 | 8.56 |
| 비교예 1 | 10.21 | 29.30 | 47.53 | 17.33 | 1.80 |
2.
투과도의
평가
각 실시예 및 비교예의 물질에 대하여 100nm의 두께로 시편을 만들어 통상적으로 사용되는 투과도 기기를 사용하여 측정하였으며, 투과도의 측정 결과는 하기 표 2에 기재하였다.
| 각 파장 대역에서 투과도(%) | |||||
| 250nm | 275nm | 300nm | 325nm | 350nm | |
| 실시예 1 (TixNiyO2) |
0.010 | 0.011 | 0.11 | 0.028 | 0.081 |
| 실시예 2 (TixCryO2) |
0.005 | 0.006 | 0.017 | 0.052 | 0.095 |
1: 기재층 2: 광흡수층
2a: 볼록부 2b: 오목부
10, 101, 102: 광 조사 수단
20: 집광판 30: 편광 자외선 분리 소자
40: 마스크 50: 피조사체
60: 피조사체가 거치되는 장비
2a: 볼록부 2b: 오목부
10, 101, 102: 광 조사 수단
20: 집광판 30: 편광 자외선 분리 소자
40: 마스크 50: 피조사체
60: 피조사체가 거치되는 장비
Claims (15)
- 기재층; 및 스트라이프 형상으로 상기 기재층상에 서로 평행하게 형성되어 있는 볼록부를 포함하고, 상기 볼록부는 하기 화학식 1로 표시되는 티타늄 금속 복합 산화물을 포함하고,
하기 수식 1에 의해 계산되는 R이 2 이상, 2000 이하인 편광 자외선 분리 소자:
[화학식 1]
TixMyO2
상기 화학식 1에서 M은 제 2 금속으로서 Ni, Cr, Cu, Fe, B, V, Nb, Sb, Sn, Si, 또는 Al이며 y는 0.01 내지 0.2이고, x와 y의 합(x+y)은 1이다:
[수식 1]
R = Tc/Tp
상기 수식 1에서 Tc는 상기 스트라이프 형상의 볼록부와 직교하는 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 자외선 분리 소자에 대한 투과도이고, Tp는 상기 볼록부와 평행한 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 자외선 분리 소자에 대한 투과도이다.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 하기 수식 2에 의해 계산되는 P가 0.2 내지 0.5인 편광 자외선 분리 소자:
[수식 2]
P = Tc/T
상기 수식 2에서 T는 상기 편광 자외선 분리 소자로 조사되는 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 세기이고, Tc는 상기 조사된 광 중에서 상기 편광 자외선 분리 소자를 투과한 상기 스트라이프 형상의 볼록부와 직교하는 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 세기이다.
- 제 1 항에 있어서, 티타늄 금속 복합 산화물은, 350 nm의 파장 영역에서의 투과도가 0.001% 이상, 10% 미만인 편광 자외선 분리 소자.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 제 2 금속의 산화물 내에서의 비율은 1 내지 20mol% 인 편광 자외선 분리 소자.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 서로 평행하게 형성된 스트라이프 형상의 볼록부의 피치는 50 nm 내지 200 nm인 편광 자외선 분리 소자.
- 제 8 항에 있어서, 볼록부의 피치(P)에 대한 상기 볼록부의 폭(W)의 비율(W/P)이 0.2 내지 0.8인 편광 자외선 분리 소자.
- 제 1 항에 있어서, 볼록부의 높이는 20 nm 내지 300 nm인 편광 자외선 분리 소자.
- 피조사체가 거치되는 장비; 및 제 1 항의 편광 자외선 분리 소자를 포함하는 광조사 장치.
- 제 11 항에 있어서, 피조사체가 거치되는 장비와 편광 자외선 분리 소자 사이에 배향 마스크를 추가로 포함하는 광조사 장치.
- 제 11 항에 있어서, 편광 자외선 분리 소자를 자외선을 조사할 수 있는 자외선 광원을 추가로 포함하는 장치.
- 제 11 항의 장치의 피조사체가 거치되는 장비에 피조사체를 거치하고, 편광 자외선 분리 소자를 매개로 상기 피조사체에 광을 조사하는 방법
- 제 11 항의 장치의 피조사체가 거치되는 장비에 광배향막을 거치하고, 편광 자외선 분리 소자를 매개로 상기 광배향막에 직선 편광된 광을 조사하는 정렬된 광배향막의 제조 방법.
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