KR101746302B1 - 가압성형공정을 이용한 와이어 그리드 편광자 제조 방법 - Google Patents

Abstract

와이어 그리드 편광자의 제조 방법에 있어서, 금속층 증착에 따라 발생되는 패턴 측면의 Sidewall 효과를 최소화하여, 투과도가 향상될 수 있는 와이어 그리드 편광자의 제조 기술을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가압성형공정을 이용한 와이어 그리드 편광자 제조 방법은, 광학용 기판에 금속층을 증착하는 단계; 금속층이 증착된 광학용 기판상에 패턴이 성형된 몰드를 위치시키는 단계; 및 몰드가 금속층이 증착된 광학용 기판을 가압하도록 하여, 몰드에 성형된 패턴이 금속층이 증착된 광학용 기판에 복제 성형되도록 하는 가압성형 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가압성형공정을 이용한 와이어 그리드 편광자 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING WIRE GRID POLARIZER USING HOT EMBOSSING PROCESS}

본 발명은 와이어 그리드 편광자의 제작 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 에칭을 사용하지 않는 와이어 그리드 제작 공정에 있어서, 패턴에 증착된 금속층의 단차가 뚜렷하게 이루어지도록 하여 패턴 옆면의 Sidewall 효과로 인한 투과도 감소를 최소화할 수 있고, 공정의 간소화를 얻을 수 있는 기술에 관한 것이다.

디스플레이, 프로젝터, 카메라 이미지 센서 및 각종 측정 장비 등 다양한 분야에서 편광자가 사용된다. 그 중의 하나로 와이어 그리드 편광자가 있다. 와이어 그리드 편광자는 입사 광선 중 편광자의 축과 수직인 빛은 투과시키고, 수평인 빛을 반사시키며, 해당 과정을 계속적으로 반복하여 광투과율을 향상시킨다.

와이어 그리드 편광자는 금속 와이어가 빛의 파장보다 작은 크기의 일정한 주기를 가지고 평행하게 배열됨으로써, 반사되는 빛을 재사용하여 투과율이 높다는 장점이 있다. 와이어 그리드 편광자에서 사용되는 금속은 Al, Au, Ag, Cu, Cr, Ni, Mo, Fe, Co, Pd, Pt, Zn, Ti, Ta 등의 금속 및 이를 이용한 합금 또는 산화물이 사용되고 있다.

일반적으로 와이어 그리드 편광자를 제작하는 데에는, 반도체 공정을 이용한 방법으로서, 금속 증착 후 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정을 이용하여 기판 위에 일정한 금속 패턴을 제작하는 방법이 사용되고 있는데, 최근에는 에칭 과정이 없이, UV 광경화성 폴리머 등의 광학용 소자 기판을 이용한 나노임프린팅 방법으로 미세 패턴을 형성하고, 패턴 위에 금속을 증착함으로써, 패턴의 형상을 따라 금속층이 쌓이는 방법을 통하여 일정한 패턴 및 주기를 갖는 와이어 그리드 편광자 제작 공정이 사용되고 있다.

그러나 기존의 와이어 그리드 편광자 제작 방법은, 많은 공정 절차가 사용되며, 에칭을 이용한 방법의 경우 유해 물질의 사용 및 폐기 비용 등의 고가의 공정 비용이 발생하여 에칭을 이용한 방법의 사용은 줄어들고 있다. 한편, 저가의 선 격자패턴 제작방법 적용 후 금속층을 증착하는 방식은, 패턴 상부에 쌓이는 금속이 편광 효과에 적용되고 있으나, 도 1의 측면부(100)와 같이, 측면에 금속이 쌓이는 Sidewall 효과로 인하여, 와이어 그리드 편광자의 투과도를 저하시키는 문제점이 지적되고 있다.

이에 본 발명은, 와이어 그리드 편광자의 제조 방법에 있어서, 에칭 기법을 사용하지 않는 동시에, 금속층 증착에 따라 발생되는 패턴 측면의 Sidewall 효과를 최소화하여, 투과도가 향상될 수 있는 와이어 그리드 편광자의 제조 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압성형공정을 이용한 와이어 그리드 편광자 제조 방법은, 광학용 기판에 금속층을 증착하는 단계; 상기 금속층이 증착된 광학용 기판상에 패턴이 성형된 몰드를 위치시키는 단계; 및 상기 몰드가 상기 금속층이 증착된 광학용 기판을 가압하도록 하여, 상기 몰드에 성형된 패턴이 상기 금속층이 증착된 광학용 기판에 복제 성형되도록 하는 가압성형 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 금속층을 패턴 형성 후 증착하는 것이 아니라, 평평한 광학용 물질로 구성된 기판 위에 금속층을 증착한 후, 몰드에 의하여 가압성형공정을 통해 한 번에 패턴을 형성하도록 하기 때문에, 확실한 단차가 나게 되어 금속층이 패턴 측면에 쌓이는 Sidewall 효과를 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한 복잡한 금속층 증착 기술이 사용되지 않고도 균일하게 불 연속적인 금속 선을 제작할 수 있는 효과가 있다. 이에 의하여, 와이어 그리드 편광자의 기존의 제조 방법에 비하여 공정이 매우 간단하고, 그 투과도를 최대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 기존의 미세 패턴 성형 후 금속층 증착 시의 Sidewall 효과의 발생을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압성형공정을 이용한 와이어 그리드 편광자 제조 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예가 넓은 기판 상에 적용되는 예를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 몰드의 구조의 예.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가압성형공정을 이용한 와이어 그리드 편광자 제조 방법에 대해서 설명하기로 한다.

이하의 설명에서 본 발명에 대한 이해를 명확히 하기 위하여, 본 발명의 특징에 대한 공지의 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다.

또한 상기 발명의 배경이 되는 기술에 대한 기재 내용과 중복되는 이하의 본 발명의 각 실시예에 관한 설명 역시 생략하기로 한다.

도 1은 기존의 미세 패턴 성형 후 금속층 증착 시의 Sidewall 효과의 발생을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 언급한 바와 같이, 기존에는 미세 패턴을 성형한 후 다양한 방식으로 금속층을 패턴 상부에 증착하게 된다. 이때, 상부에는 당연히 금속이 존재하지만, 패턴 측면(100), 즉 단차가 확실하게 발생하여 투과도를 상승시켜야 하는 영역에도 금속층이 일부 증착되는 Sidewall 효과가 발생하게 되며, 이 경우 편광자의 투과도가 저하되는 문제점이 있다. 본 발명은 매우 간단한 공정을 이용하여 편광자의 투과도를 저하하는 Sidewall 효과를 최소화하기 위한 발명으로서 후술하는 바와 같이 구성된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압성형공정을 이용한 와이어 그리드 편광자 제조 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 먼저 광학용 기판(10)에 금속층(20)을 증착하는 단계(S10)가 수행된다. 본 발명에서 S10 단계에서 준비되는 광학용 기판(10)은 패턴이 미성형된 상태의 평평한 기판을 의미한다. 광학용 기판(10)은 본 발명에 있어서, 유리, 세라믹, 열 경화성, 열 가소성 및 광 경화성 폴리머 등 일반적으로 와이어 그리드 편광자의 제조에 사용되는 물질이 포함된 기판을 의미한다.

S10 단계의 수행 후, 금속층(20)이 증착된 광학용 기판(10) 상에 패턴(마이크로 또는 나노 사이즈)이 성형된 몰드(30)를 위치시키는 단계(S20)가 수행된다.

기판이 폴리머 소재인 경우 구리, 알루미늄, 니켈, 철, 티타늄 등의 금속 및 이들의 합금 혹은 폴리머 재료 상에 음각의 마이크로/나노 선 격자가 형성된 몰드가 폴리머 복제 공정에 사용 될 수 있으며, 기판이 고융점의 유리 혹은 세라믹 소재인 경우 스테인레스 스틸, 몰리브덴, 텅스텐, 크롬 등의 금속 물질 및 이들의 합금 혹은 비정질 탄소 등의 세라믹 재료 상에 음각의 마이크로/나노 격자가 형성된 몰드가 유리 복제공정에 사용 될 수 있다. 몰드(30)에 성형된 마이크로/나노 패턴은 마이크로/나노 사이즈의 패턴으로서, 최종적으로 와이어 그리드 편광자의 패턴과 음양이 반전된 패턴일 수 있다.

이후, 몰드(30)가 금속층(20)이 증착된 광학용 기판(10)을 가압하도록 함으로써, 몰드(30)에 성형된 마이크로/나노 패턴이 금속층(20)이 증착된 광학용 기판(10)에 복제 성형되도록 하여, 패턴이 성형된 광학용 기판(11) 상에 패턴에 따라서 광학용 기판(11) 의 패턴 상부에 금속층(21)이 존재하도록 성형되도록 하는 가압성형 단계(S30)가 수행된다.

바람직하게는, S30 단계의 수행 후, 몰드(30)를 제거함으로써 패턴 상에 금속층이 존재하는 편광자(40)의 제작을 완료하는 단계(S40)를 더 수행함이 바람직하다.

한편, S30 단계에 있어서, 가압 성형의 효과를 더욱 증가시키기 위해서, 몰드(30)가 금속층(20)이 증착된 광학용 기판(10)을 가압할 때 기설정된 온도로 몰드를 가열하여 가압하도록 할 수 있다.

한편, 마이크로/나노 패턴의 경우, 넓은 면적에 대한 제작이 어려운 부분이 존재할 것이다. 이 경우, S20 및 S30 단계를 반복하여 이 문제를 해결할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예가 넓은 기판 상에 적용되는 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 도 1의 기능 수행에 의하여 몰드(30)가 제거된 후, 제거된 몰드(30)를 금속층(20)이 증착된 광학용 기판(10) 상의 영역들 중, 도 1의 가압성형 단계가 수행된 결과 패턴이 성형된 영역 다음의 패턴 성형 대상 영역에 위치시키는 것을 확인할 수 있다. 즉, 기설정된 크기의 몰드(30)를 가압 성형 후 몰드(30) 제거 시 그 다음 영역으로 이동시키게 되는 것이다.

이후, 몰드(30)가 위치한 패턴 성형 대상 영역에 대해서 가압성형 단계를 재수행함으로써, 넓은 영역에 대해서 정확한 패턴 성형을 반복할 수 있다.

한편, 몰드(30)가 가압 및 가열됨에 따라서 금속층(20)과 접착되어 몰드(30)를 제거 시 금속층(20)이 몰드(30)에 잔류될 수 있다. 이를 방지하기 위한 도면이 도 4에 도시되어 있다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 몰드의 구조의 예이다.

도 4를 참조하면, 몰드(30)의 외면에 분리막(31)이 형성될 수 있다. 분리막(31)은, 몰드(30)의 외면 중 금속층에 접촉하는 외면에 금속층(20)의 접착을 방지하기 위한 막이다. 그 소재는 금속층(20)의 재질에 따라서 다양한 물질이 사용될 수 있다.

상기와 같은 가압 성형을 통하면, 기존의 와이어 그리드 편광자를 만드는 공정에 비하여 매우 간단한 방식으로 선 격자 패턴을 성형할 수 있는 효과가 있다. 또한, 기존의 방식에 비하여, 금속층을 증착 후 가압을 하는 그 특성 상, 패턴의 단차가 뚜렷해지기 때문에, 금속층이 패턴의 측면에 존재하는 Sidewall 효과를 최소화할 수 있어, 투과도가 향상되는 효과가 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

1. 광학용 기판에 금속층을 증착하는 단계;
   상기 금속층이 증착된 광학용 기판상에 패턴이 형성된 몰드를 위치시키는 단계; 및
   상기 몰드가 상기 금속층이 증착된 광학용 기판을 가압하도록 하여, 상기 몰드에 형성된 패턴이 상기 금속층이 증착된 광학용 기판에 복제 성형되도록 하는 가압성형 단계;를 포함하되,
   상기 가압성형 단계는, 상기 몰드의 가압으로 상기 광학용 기판에 양각 영역과 음각 영역이 함께 마련된 요철형 구조를 성형함과 동시에, 상기 요철형 구조를 형성시키는 상기 양각 영역과 음각 영역에 각각 금속층을 형성하는 것을 특징으로 하는 가압성형공정을 이용한 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가압성형 단계가 수행된 후, 상기 몰드를 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가압성형공정을 이용한 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제거된 몰드를 상기 금속층이 증착된 광학용 기판상의 영역 중, 상기 가압성형 단계가 수행된 결과 패턴이 성형된 영역 다음의 패턴 성형 대상 영역에 위치시키는 단계; 및
   상기 패턴 성형 대상 영역에 대하여 상기 가압성형 단계를 재수행하는 단계;를 반복하는 것을 특징으로 하는 가압성형공정을 이용한 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가압성형 단계는 상기 몰드가 상기 금속층이 증착된 광학용 기판을 가압 시, 기설정된 온도로 상기 몰드를 가열하여 상기 금속층이 증착된 광학용 기판을 가압하도록 하는 것을 특징으로 하는 가압성형공정을 이용한 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 몰드는,
   상기 금속층에 접촉하는 외면에 상기 금속층의 접착을 방지하는 분리막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가압성형공정을 이용한 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 광학용 기판은 유리 소재이며,
   상기 몰드는 비정질 탄소로 제작된 몰드를 이용하는 것을 특징으로 하는 가압성형공정을 이용한 와이어 그리드 편광자 제조 방법.

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