KR102261988B1 - The Optical filter and The fabrication Method of The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광학 필터에 관한 것으로, 더 구체적으로 이중층 와이어 그리드 편광자를 포함하는 적외선 필터에 관한 것이다.The present invention relates to an optical filter, and more particularly to an infrared filter comprising a double-layer wire grid polarizer.
투명 유전체 기판 상에 형성된 1 차원 서브 파장 주기성 금속 와이어로 구성된 NWG는 금속 와이어에 수직인 전기장 (TM-모드)을 가진 빛을 투과시키고, 와이어에 평행한 전기장 (TE-모드)을 가진 빛을 반사시킨다. 이러한 금속 NWG 편광자는 높은 소광비(extinction ratio) 및 하나의 박막 구조의 장점으로 인해 많은 주목을 받고 있다. 기존의 NWG 구조의 일반적인 제조 절차는 복잡한 에칭 공정으로 금속 박막을 선택적으로 제거한다. 그리고 전자빔 리소그래피, 레이저 간섭 리소그래피 및 나노 임 프린팅 방법도 금속성 NWG 편광자를 제조하는 데 사용되었다.An NWG composed of a one-dimensional sub-wavelength periodic metal wire formed on a transparent dielectric substrate transmits light with an electric field perpendicular to the metal wire (TM-mode) and reflects light with an electric field parallel to the wire (TE-mode). make it Such a metal NWG polarizer has attracted much attention due to the advantages of a high extinction ratio and a single thin film structure. A typical fabrication procedure of a conventional NWG structure selectively removes the metal thin film with a complex etching process. And electron beam lithography, laser interference lithography, and nanoimprinting methods were also used to fabricate metallic NWG polarizers.
그러나, 전자빔 리소그래피는 대량 생산에는 적합하지 않으며, 금속 NWG 편광판의 레이저 간섭 리소그래피 및 나노 임프린팅 제작은 포토 레지스트 (PR) 위에 증착된 금속을 제거하기 위한 리프트 오프(lift-off) 기술이 필요하다. 반면에, 이층 금속 NWG 편광자는 비교적 간단하고 비용 효율적인 방식으로 패터닝 및 증착 공정만을 적용하게 된다. 이러한 이중층 NWG는 높은 소광비를 나타내고 보다 용이한 제조의 이점을 제공하지만, 측벽 상에 증착된 잔여 금속층으로 인해 제한된 투과율을 나타낸다.However, electron beam lithography is not suitable for mass production, and laser interference lithography and nanoimprinting fabrication of metal NWG polarizers require a lift-off technique to remove the metal deposited on the photoresist (PR). On the other hand, the two-layer metal NWG polarizer only applies the patterning and deposition process in a relatively simple and cost-effective manner. This bilayer NWG exhibits a high extinction ratio and offers the advantage of easier fabrication, but exhibits limited transmittance due to the residual metal layer deposited on the sidewalls.
나노 와이어 그리드 (Nano Wire Grid; NWG) 편광자는 S-편광파의 광을 반사하고 P-편광파의 광을 투과시키는 특성을 가진다. 따라서, 나노 와이어 그리드를 이미지 센서에 적용시, 나노 와이어 그리드는 입사하는 빛의 S-편광파 성분을 차단하여 내부 표면 반사로 인한 고스트 및 플레어 현상을 최소화하고 이미지 인식률을 크게 높일 수 있다. A Nano Wire Grid (NWG) polarizer reflects light of S-polarized wave and transmits light of P-polarized wave. Therefore, when the nanowire grid is applied to an image sensor, the nanowire grid blocks the S-polarized wave component of the incident light, thereby minimizing ghosting and flare caused by internal surface reflection and greatly increasing the image recognition rate.
또한, 현행 자동차용 카메라는 자율 주행 및 주변 시야와 같은 기술을 사용하여 주변의 사람과 물체를 인식한다. 이 때 햇빛, 헤드라이트 등과 같은 고휘도 광원에 의한 미광 (stray light)은 노이즈로 작용하여 이미지 인식률을 감소시키는 문제점을 유발한다. 이를 해결하기 위해 나노 와이어 그리드가 적용될 수 있다.In addition, current automotive cameras use technologies such as autonomous driving and peripheral vision to recognize people and objects around them. In this case, stray light from a high-brightness light source such as sunlight or headlights acts as noise and causes a problem of reducing the image recognition rate. To solve this problem, a nanowire grid may be applied.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 이중층 와이어 그리드 편광자와 IR-차단 필터를 통합하여 가시 범위에서 높은 선명도 및 해상도로 높은 편광 민감 이미지를 제공하는 광학 필터를 제공하는 것이다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide an optical filter that integrates a double-layer wire grid polarizer and an IR-blocking filter to provide a high polarization-sensitive image with high clarity and resolution in the visible range.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 저비용으로 선명도 및 해상도로 높은 편광 민감 이미지를 제공하는 광학 필터의 제조 방법을 제공하는 것이다.One technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing an optical filter that provides a high polarization-sensitive image with sharpness and resolution at low cost.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 제조 방법은, 교번하여 배치된 폴리머 라인과 스페이스로 구성된 폴리머 그리드 패턴을 투명 유전체 기판 상에 형성하는 단계; 상기 폴리머 그리드 패턴 상에 상기 투명 유전체 기판의 법선에 대하여 양의 제1 경사각으로 금속을 제1 두께로 증발 증착하여 상기 폴리머 라인 상에 증착된 제1 상부 도전 라인 및 상기 스페이스의 일측에 증착된 제1 하부 도전 라인을 형성하는 단계; 및 상기 제1 상부 도전 라인와 제1 하부 도전 라인이 형성된 후 상기 투명 유전체 기판의 법선에 대하여 음의 제1 경사각으로 금속을 제2 두께로 증발 증착하여 상기 제1 상부 도전 라인 상에 제2 상부 도전 라인 및 상기 스페이스의 타측에 증착된 제2 하부 도전 라인을 형성하는 단계;를 포함한다. 상기 제1 하부 도전 라인과 상기 제2 하부 도전 라인은 서로 연결되고, 상기 제1 상부 도전 라인 및 상기 제1 하부 도전 라인 형성 시 상기 폴리머 라인의 일 측벽에서 증착된 금속은 아일랜드 형태이다. 상기 제2 상부 도전 라인 및 상기 제2 하부 도전 라인 형성 시 상기 폴리머 라인의 타 측벽에서 증착된 금속은 아일랜드 형태이다. 상기 제1 상부 도전라인 및 상기 제1 하부 도전 라인의 증착시 투명 유전체 기판은 회전하지 않고, 상부 제2 상부 도전라인 및 상기 제2 하부 도전 라인의 증착시 투명 유전체 기판은 회전하지 않는다.A method of manufacturing an optical filter according to an embodiment of the present invention includes: forming a polymer grid pattern composed of alternately arranged polymer lines and spaces on a transparent dielectric substrate; A first upper conductive line deposited on the polymer line by evaporating a metal to a first thickness at a first positive inclination angle with respect to the normal of the transparent dielectric substrate on the polymer grid pattern, and a first upper conductive line deposited on one side of the
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 폴리머 라인의 폭과 상기 스페이스의 폭은 동일하고, 상기 폴리머 라인의 폭은 50nm 이하이고, 상기 제1 상부 도전 라인 및 상기 제1 하부 도전 라인의 제1 두께는 10 nm 이상이고, 상기 제2 상부 도전 라인 및 상기 제2 하부 도전 라인의 상기 제2 두께는 10nm 이상이고, 상기 폴리머 라인의 선폭(LW)과 상기 폴리머 라인의 높이(H)의 비인 종횡비(W:H)는 1:1 내지 1 : 4일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the width of the polymer line and the width of the space are the same, the width of the polymer line is 50 nm or less, and the first thickness of the first upper conductive line and the first lower conductive line is 10 nm or more, and the second thickness of the second upper conductive line and the second lower conductive line is 10 nm or more, and an aspect ratio that is the ratio of the line width (LW) of the polymer line to the height (H) of the polymer line ( W:H) may be 1:1 to 1:4.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 상부 도전 라인 및 상기 제1 하부 도전 라인은 양의 제1 경사각에서 전자빔 증발 증착 장치에서 수행되고, 상기 제2 상부 도전 라인 및 상기 제2 하부 도전 라인은 음의 제1 경사각에서 상기 전자빔 증발 증착 장치에서 수행될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first upper conductive line and the first lower conductive line are performed in an electron beam evaporation deposition apparatus at a first positive inclination angle, and the second upper conductive line and the second lower conductive line may be performed in the electron beam evaporation deposition apparatus at a negative first inclination angle.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 교번하여 배치된 폴리머 라인과 스페이스를 포함하는 폴리머 그리드 패턴을 투명 유전체 기판 상에 형성하는 단계는, 마스터 기판에 포토리소그라피 공정 및 이방성 식각 공정을 이용하여 와이어 그리드 마스터 패턴을 형성하는 단계; 상기 와이어 그리드 마스터 패턴 상에 자외선 경화 수지를 도포한 후 제1 투명 유전체 기판을 덮고 경화시킨 후 상기 제1 투명 유전체 기판을 분리하여 역상의 와이어 그리드 패턴을 포함하는 제1 리플리카 유전체 기판을 형성하는 단계; 및 상기 제1 리플리카 유전체 기판 상에 자외선 경화 수지를 도포한 후 제2 유전체 기판을 덮고 경화시킨 후 상기 제2 유전체 기판을 분리하여 와이어 그리드 패턴을 포함하는 제2 리플리카 유전체 기판을 형성하는 단계를 포함한다. 제2 리플리카 유전체 기판은 상기 투명 유전체 기판으로 제공된다.In one embodiment of the present invention, the step of forming a polymer grid pattern including alternately arranged polymer lines and spaces on the transparent dielectric substrate is a wire grid master using a photolithography process and an anisotropic etching process on the master substrate. forming a pattern; After applying an ultraviolet curing resin on the wire grid master pattern, covering and curing a first transparent dielectric substrate, separating the first transparent dielectric substrate to form a first replica dielectric substrate including an inverted wire grid pattern step; and forming a second replica dielectric substrate including a wire grid pattern by applying an ultraviolet curing resin on the first replica dielectric substrate, covering and curing the second dielectric substrate, and then separating the second dielectric substrate. includes A second replica dielectric substrate is provided as the transparent dielectric substrate.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 투명 유전체 기판은 O2 플라즈마로 처리된 후 상기 자외선 경화 수지로 도포되고, 상기 제2 투명 유전체 기판은 O2 플라즈마로 처리된 후 상기 자외선 경화 수지로 도포될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first transparent dielectric substrate is applied with the UV curable resin after being treated with O 2 plasma, and the second transparent dielectric substrate is treated with O 2 plasma and then treated with the UV curable resin. can be applied.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 투명 유전체 기판은 폴리카보네이트 필름일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the transparent dielectric substrate may be a polycarbonate film.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 투명 유전체 기판의 타면에 다층 박막의 적외선 차단 필터를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the method may further include forming an infrared cut-off filter of a multilayer thin film on the other surface of the transparent dielectric substrate.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다층 박막의 적외선 차단 필터는 [Ta2O3/SiO2]의 다층 적층 구조일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the infrared cut filter of the multi-layer thin film may have a multi-layered stacked structure of [Ta2O3/SiO2].
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터는, 그 일면에 교번하여 배치된 폴리머 라인과 스페이스로 구성된 폴리머 그리드 패턴을 포함하는 투명 유전체 기판; 상기 폴리머 그리드 패턴의 상기 폴리머 라인 상에 배치된 상부 도전 라인; 상기 폴리머 그리드 패턴의 상기 스페이스 상에 배치된 하부 도전 라인; 및 상기 폴리머 라인의 양 측벽에 각각 형성된 도전 아일랜드들을 포함한다.An optical filter according to an embodiment of the present invention includes: a transparent dielectric substrate including a polymer grid pattern composed of polymer lines and spaces alternately disposed on one surface thereof; an upper conductive line disposed on the polymer line of the polymer grid pattern; a lower conductive line disposed on the space of the polymer grid pattern; and conductive islands respectively formed on both sidewalls of the polymer line.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 투명 유전체 기판의 타면에 형성된 다층 박막 구조의 적외선-차단 필터를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, an infrared-blocking filter having a multilayer thin film structure formed on the other surface of the transparent dielectric substrate may be further included.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 폴리머 라인의 선폭과 상기 스페이스의 폭은 동일하고, 상기 폴리머 라인의 선폭은 50nm 이하이고, 상기 상부 도전 라인의 두께는 20nm 이하이고, 상기 폴리머 라인의 선폭(W)과 폴리머 라인 높이(H)의 비인 종횡비(LW:H)는 1:1 내지 1 : 4일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the line width of the polymer line and the width of the space are the same, the line width of the polymer line is 50 nm or less, the thickness of the upper conductive line is 20 nm or less, and the line width of the polymer line ( The aspect ratio (LW:H), which is the ratio of W) to the polymer line height (H), may be 1:1 to 1:4.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터는 Ti3O5 / SiO2 다층으로 구성된 IR-차단 필터 및 50 nm의 그리드 높이를 가지는 이중층 와이어 그리드 편광자를 이용하여 70 % 의 TM 모드 광의 투과율 및 100 : 1 이상의 소광비를 제공할 수 있다.The optical filter according to an embodiment of the present invention uses an IR-blocking filter composed of a Ti3O5 / SiO2 multilayer and a double-layer wire grid polarizer having a grid height of 50 nm to achieve 70% TM mode light transmittance and an extinction ratio of 100:1 or more. can provide
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터는 Ti3O5 / SiO2 다층으로 구성된 IR-차단 필터 및 50 nm의 그리드 높이를 가지는 이중층 와이어 그리드 편광자를 이용하여 90 % 의 TM 모드 광의 투과율 및 300 : 1 이상의 소광비를 제공할 수 있다. 이러한 소광비는 금속 슬릿 사이의 플라즈몬 결합 효과에 기인한다.An optical filter according to an embodiment of the present invention uses an IR-blocking filter composed of a Ti3O5 / SiO2 multilayer and a double-layer wire grid polarizer having a grid height of 50 nm to achieve 90% TM mode light transmittance and an extinction ratio of 300:1 or more. can provide This extinction ratio is due to the plasmonic coupling effect between the metal slits.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 제조 방법은 가역적 나노 구조 성형 리소그래피 및 전자-빔 증발기를 이용한 양의 경사각 및 음의 경사각에서 샘플을 회전하지 않으면서 2회 증착 공정을 통하여 폴리머 라인의 측벽에 금속 박막을 형성하지 않는 이중층 와이어 그리드 편광자를 제공할 수 있다.The method of manufacturing an optical filter according to an embodiment of the present invention is a sidewall of a polymer line through a two-fold deposition process without rotating the sample at positive and negative inclination angles using reversible nanostructure molding lithography and electron-beam evaporator. It is possible to provide a double-layer wire grid polarizer that does not form a metal thin film on the polarizer.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터를 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 마스터 기판에 포토리소그라피 공정 및 이방성 식각 공정을 이용하여 형성된 와이어 그리드 마스터 패턴을 나타낸다.
도 4는 제1 리플리카 유전체 기판을 설명한다.
도 5는 제2 리플리카 유전체 기판을 설명한다.
도 6은 폴리머 그리드 패턴을 포함하는 투명 유전체 기판을 나타낸다.
도 7은 투명 유전체 기판에 금속을 제1 경사 증착하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 투명 유전체 기판에 금속을 제2 경사 증착하는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 적외선-차단 필터를 설명하는 도면이다.
도 10(a)은 마스터 기판의 와이어 그리드 패턴을 나타내는 SEM 이미지이다.
도 10(b)은 제2 리플라카 투명 유전체 기판의 폴리머 그리드 패턴을 나타내는 SEM 이미지이다.
도 10(c)은 투명 유전체 기판의 상부 도전 라인 및 하부 도전 라인을 나타내는 SEM 이미지이다.
도 10(d)는 IR-차단 필터 부위의 단면 SEM 이미지이다.
도 11은 IR-차단 필터를 통과하는 TM 및 TE 모드 광의 투과율을 나타내는 실험 결과이다.
도 12는 이중층 금속 와이어 그리드 편광자를 통한 TE 및 TM 모드의 투과율 특성을 조사하기 위한 FDTD 시뮬레이션 결과이다.
도 13은 IR 차단 필터를 통한 투과율 특성을 조사하기 위한 FDTD 시뮬레이션 결과이다.
도 14는 632nm의 파장에서 x-z 평면에서 TM 모드의 전기장 세기를 나타낸다.
도 15는 632nm의 파장에서 x-z 평면에서 TM 모드의 전기장 세기를 나타낸다.
도 16은 광학필터 없는 이미지(a), IR-차단 필터만 있는 이미지(b), IR-차단 필터와 편광 필터가 모두 있는 이미지(c)를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중층 금속 와이어 그리드 편광자의 폴리머 라인의 높이 별로 파장에 투과도를 나타내는 FDTD 시뮬레이션 결과이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중층 금속 와이어 그리드 편광자의 폴리머 라인의 높이 별로 파장에 따른 소광비를 나타내는 FDTD 시뮬레이션 결과이다.1 is a conceptual diagram illustrating an optical filter according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an optical filter according to an embodiment of the present invention.
3 shows a wire grid master pattern formed on a master substrate using a photolithography process and an anisotropic etching process.
4 illustrates a first replica dielectric substrate.
5 illustrates a second replica dielectric substrate.
6 shows a transparent dielectric substrate including a polymer grid pattern.
7 is a diagram illustrating a first inclined deposition of a metal on a transparent dielectric substrate.
8 is a diagram illustrating a second inclined deposition of a metal on a transparent dielectric substrate.
9 is a view for explaining an infrared-cut filter.
10(a) is an SEM image showing a wire grid pattern of a master substrate.
10(b) is an SEM image showing a polymer grid pattern of a second replica transparent dielectric substrate.
10( c ) is an SEM image showing an upper conductive line and a lower conductive line of a transparent dielectric substrate.
Fig. 10(d) is a cross-sectional SEM image of an IR-blocking filter region.
11 is an experimental result showing transmittance of TM and TE mode light passing through an IR-blocking filter.
12 is an FDTD simulation result to investigate the transmittance characteristics of TE and TM modes through a double-layer metal wire grid polarizer.
13 is an FDTD simulation result for examining transmittance characteristics through an IR cut-off filter.
14 shows the electric field strength of the TM mode in the xz plane at a wavelength of 632 nm.
15 shows the electric field strength of the TM mode in the xz plane at a wavelength of 632 nm.
16 shows an image without an optical filter (a), an image with only an IR-cut filter (b), and an image with both an IR-cut filter and a polarization filter (c).
17 is an FDTD simulation result showing transmittance at wavelengths for each height of a polymer line of a double-layer metal wire grid polarizer according to an embodiment of the present invention.
18 is an FDTD simulation result showing an extinction ratio according to wavelength for each height of a polymer line of a double-layer metal wire grid polarizer according to an embodiment of the present invention.
단일층 금속 나노 와이어 그리드 편광자는 높은 대비비(contrast ratio) 및 단일층 박막 구조의 장점으로 인해 많은 주목을 받고 있다. 나노 와이어 그리드 편광자의 제작을 위한 전형적인 제조 절차는 포토리소그라피와 복잡한 에칭 공정을 사용하여 금속 박막의 선택적 제거를 주로 이용한다.Single-layer metal nanowire grid polarizers have attracted much attention due to their high contrast ratio and advantages of a single-layer thin film structure. Typical fabrication procedures for fabrication of nanowire grid polarizers mainly utilize selective removal of metal thin films using photolithography and complex etching processes.
또한 전자빔 리소그래피, 레이저 간섭 리소그래피 방법 등도 NWG 편광자를 제조하는데 사용된다. 그러나, 전자빔 리소그래피는 대량 생산에 적합하지 않으며, 레이저 간섭 리소그래피 방법은 포토레지스트(PR) 위에 증착된 금속을 제거하기 위한 리프트 오프 공정을 요구한다.Electron beam lithography, laser interference lithography, etc. are also used to manufacture NWG polarizers. However, electron beam lithography is not suitable for mass production, and laser interference lithography methods require a lift-off process to remove the metal deposited over the photoresist (PR).
이중층 금속 나노 와이어 그리드 편광자는 나노 패터닝 및 증착 공정을 이용하여 제조할 수 있다. 다만, 이러한 이중층 금속 NWG 편광자 구조는 높은 대비비를 나타내고 제조가 용이하다는 장점은 있으나, 패턴 측벽 상에 증착된 잔여 금속층으로 인해 제한된 투과율을 나타내는 문제점이 발생한다.The double-layer metal nanowire grid polarizer can be manufactured using nanopatterning and deposition processes. However, the double-layer metal NWG polarizer structure has the advantage of exhibiting a high contrast ratio and being easy to manufacture, but has a problem of limited transmittance due to the residual metal layer deposited on the sidewall of the pattern.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가역성 나노구조 성형 리소그라피 공정과 전자빔 증착(e-beam evaporation deposition) 기반의 2단계 경사각 금속박막 증착 공정이 사용된다. 이에 따라, 샘플(또는 기판)의 회전없이 패턴 측벽에 금속막 증착이 제거되고, 투과도 저하가 억제될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a reversible nanostructure forming lithography process and a two-step inclined angle metal thin film deposition process based on e-beam evaporation are used. Accordingly, deposition of a metal film on the sidewall of the pattern is removed without rotation of the sample (or substrate), and a decrease in transmittance can be suppressed.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 50nm 급의 고해상도로 2중충 구조의 금속 와이어 그리드가 형성될 수 있다. 이에 따라, 높은 대비비를 갖는 편광자 제작이 용이하다. According to an embodiment of the present invention, a metal wire grid having a double layer structure may be formed with a high resolution of 50 nm class. Accordingly, it is easy to manufacture a polarizer having a high contrast ratio.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가역성 나노구조 성형 리소그래피 공정으로 제작된 50 nm 선폭을 갖는 폴리머 와이어 그리드 패턴을 포함하는 투명 유전체 기판이 제작된다. 투명 유전체 기판은 성형 공정을 통하여 복제될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a transparent dielectric substrate including a polymer wire grid pattern having a line width of 50 nm fabricated by a reversible nanostructure shaping lithography process is fabricated. The transparent dielectric substrate can be replicated through a molding process.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각도 조절이 가능한 샘플 홀더가 있는 전자빔 증착기를 이용하여 투명 유전체 기판의 폴리머 그리드 패턴 상에 이중층 금속 패턴을 형성하는 제1 경사 증착 공정을 진행한다. 투명 유전체 기판의 법선 방향에 대해 경사각 20도로 샘플 홀더에 장착 후 금속 이중층을 증착하는 제1 경사 증착 공정이 수행된다. 제1 경사 증착 공정이 진행되는 동안 금속 오버행을 감소시키기 위해, 샘플을 회전시키지 않고 입사각은 20도로 유지되고, 제1 금속층은 10 nm 두께의 Al 층일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a first inclined deposition process of forming a double-layer metal pattern on a polymer grid pattern of a transparent dielectric substrate is performed using an electron beam evaporator having a sample holder having an adjustable angle. A first inclined deposition process of depositing a metal double layer is performed after mounting in a sample holder at an inclination angle of 20 with respect to the normal direction of the transparent dielectric substrate. In order to reduce the metal overhang during the first inclined deposition process, the incident angle is maintained at 20 degrees without rotating the sample, and the first metal layer may be an Al layer having a thickness of 10 nm.
이어서, 10 nm 두께의 제2 금속층을 반대편 입사각 20도로 금속 이중층을 증착하는 제2 경사 증착 공정이 수행된다. 제1 경사 증착 공정 후, 폴리머 그리드 패턴의 한쪽 측벽의 상단 가장자리에 오버행이 약간 형성되지만, 제2 경사 증착 공정 동안 증착된 제2 금속층은 제1 금속층의 형상을 따라 형성된다. 따라서, 측벽의 상부 가장자리에 형성된 오버행은 제2 경사 증착 공정에서 상당히 감소시킬 수 있다.Subsequently, a second inclined deposition process of depositing a metal double layer at an incident angle of 20 degrees opposite to the second metal layer having a thickness of 10 nm is performed. After the first inclined deposition process, a slight overhang is formed on the top edge of one sidewall of the polymer grid pattern, but the second metal layer deposited during the second inclined deposition process is formed along the shape of the first metal layer. Accordingly, the overhang formed at the upper edge of the sidewall can be significantly reduced in the second inclined deposition process.
또한, 10 nm 미만의 두께를 갖는 Al 층이 전자빔 증발기에 의해 증착될 때, 샘플의 평평한 표면 상에 부분적으로 응집된 Al 아일랜드가 존재한다. 따라서, 폴리머 그리드 패턴의 측벽에서 10 nm 미만의 두께를 가지면, 박막으로 존재하지 않고 아일랜드 형태로 존재한다. 바람직하게는 폴리머 그리드 패턴의 측벽에서 5 nm 미만의 두께를 가지도록, 상부면의 증착된 금속 두께 및 경사각이 조절될 수 있다. In addition, when an Al layer with a thickness of less than 10 nm is deposited by an electron beam evaporator, there are partially aggregated Al islands on the flat surface of the sample. Therefore, when the sidewall of the polymer grid pattern has a thickness of less than 10 nm, it does not exist as a thin film but exists in the form of an island. The thickness of the deposited metal on the top surface and the inclination angle can be adjusted, preferably to have a thickness of less than 5 nm on the sidewalls of the polymer grid pattern.
즉, 상부 및 하부 평평한 부분 상의 금속층 (총 두께 20 nm)은 이중층 금속 나노 와이어 그리드를 제공한다. 한편, 폴리머 그리드 패턴의 측벽에는 연속적인 금속층이 나타나지 않는다. 따라서, 폴리머 그리드 패턴에는 금속층의 측벽 형성을 획기적으로 줄일 수 있다.That is, the metal layer (
적외선-차단 필터(IR-cut filter)와 통합된 이중층 금속 나노 와이어 그리드 편광자는 가시 영역에서 높은 편광 감도(polarization sensitivity)를 나타낸다.A double-layer metal nanowire grid polarizer integrated with an IR-cut filter exhibits high polarization sensitivity in the visible region.
IR 차단 필터는 [Ti3O5 / SiO2]n의 다층 산화막으로 구성되고, 680nm 이 상의 파장을 가지는 입사광을 완전히 차단하며, 가시 광선 범위에서 95 % 이상의 높은 투과율을 보인다. The IR cut filter is composed of a multilayer oxide film of [Ti3O5 / SiO2]n, completely blocks incident light having a wavelength of 680 nm or more, and shows a high transmittance of 95% or more in the visible light range.
가역적 나노 구조 성형 리소그래피(reversible nanostructures molding lithography) 및 전자빔 증발기의 2 단계 경사각 증착을 통합함으로써, 우리는 이중층 Al 격자 형태로 50nm 해상도로 나노 와이어 그리드 패터닝을 확보할 수 있다. 이웃한 Al 층들 사이의 플라즈몬 결합(plasmonic coupling)은 IR-차단 필터를 통과하는 TM-모드 광의 높은 투과율을 야기한다. 한편, TE-모드 경우 이웃한 Al 층들 사이에는 플라즈몬 결합이 존재하지 않는 것으로 밝혀졌다. 유한 차분 시간 영역 시뮬레이션(Finite-Difference Time-Domain simulation) 및 실험 결과에 따르면, 폴리머 그리드의 높이(h) 110nm에 대한 TM 편광의 투과율이 최대 90 %에 도달하고, 가시 범위에서 소광비(extinction ratio)이 약 300 : 1임을 보여준다.By integrating reversible nanostructures molding lithography and two-step tilt angle deposition of electron beam evaporator, we can achieve nanowire grid patterning with 50 nm resolution in the form of a double-layer Al lattice. The plasmonic coupling between neighboring Al layers results in high transmission of TM-mode light passing through the IR-cut filter. On the other hand, in the TE-mode case, it was found that there was no plasmon coupling between neighboring Al layers. According to Finite-Difference Time-Domain simulation and experimental results, the transmittance of TM polarized light for the height (h) of the polymer grid (h) reaches up to 90%, and the extinction ratio in the visible range It shows that this is about 300:1.
IR-차단 필터는 340nm와 650nm 사이의 파장의 빛을 투과시키고 IR 영역의 빛을 반사한다. IR-차단 필터를 이미지 센서에 부착하면 IR 범위의 빛을 차단하여 선명도와 해상도가 개선된 육안과 유사한 고품질 이미지를 얻을 수 있다. 한편, 금속 와이어 그리드 기반 편광판을 사용하는 경우, 비편광 입사광(unpolarized incident light)을 P파 및 S파로 분리할 수 있다. IR-차단 필터의 후면에는 금속 나노 와이어 그리드 (NWG) 기반 구조를 사용하여 S-파의 광을 반사하고 P- 파의 광을 투과시킬 수 있다. 이미지 센서로 들어오는 S파 성분의 빛을 차단함으로써 내부 표면의 반사로 인한 고스트(ghost) 및 플레어(flare) 현상을 최소화하고 이미지 인식률을 크게 높일 수 있다. 또한, 현재의 자동차 카메라는 자율 주행 및 주변 시야와 같은 기술을 사용하여 주변의 사람과 물체를 인식한다. 여기서, 햇빛, 헤드 라이트 등과 같은 고휘도 광원은 스트레이 광(stray)으로 인한 노이즈로 인해 이미지 인식률을 낮춘다. 따라서, 다양한 이미지 센서 및 이미징 시스템에서 편광 기능과 IR-차단 기능을 통합한 이중 기능 광학 필터의 개발이 절실히 요구되고 있다.The IR-blocking filter transmits light with a wavelength between 340 nm and 650 nm and reflects light in the IR region. When an IR-blocking filter is attached to the image sensor, it blocks light in the IR range, resulting in high-quality, human-like images with improved clarity and resolution. Meanwhile, when a metal wire grid-based polarizer is used, unpolarized incident light may be separated into a P wave and an S wave. On the back side of the IR-blocking filter, a metal nanowire grid (NWG)-based structure can be used to reflect S-wave light and transmit P-wave light. By blocking the light of the S-wave component that enters the image sensor, ghosts and flares caused by reflections on the inner surface can be minimized, and the image recognition rate can be greatly increased. Additionally, current car cameras use technologies such as autonomous driving and peripheral vision to recognize people and objects around them. Here, a high-brightness light source such as sunlight or a headlight lowers the image recognition rate due to noise caused by stray light. Therefore, there is an urgent need to develop a dual-function optical filter that integrates a polarization function and an IR-blocking function in various image sensors and imaging systems.
본 발명에서는 이중층 Al NWG 편광자를 IR 차단 필터와 통합하여 사람의 눈과 유사한 우수한 선명도 및 더 나은 해상도뿐만 아니라 높은 편광 감도(polarization sensitivity)를 달성한다. 이중층 Al NWG 편광자는 가역성 나노 구조 성형 리소그래피와 전자-빔 증발기의 2 단계 경사각 증착을 결합하여 폴리머 와이어 그리드 측벽에 잔여 금속층을 제거한다. 이에 따라, 50nm의 해상도로 나노-패터닝이 보장된다. 한편, NWG 편광자의 반대편에 형성된 IR-차단 필터는 Ti3O5 / SiO2 다층을 순차적으로 증착함으로써 제조된다. In the present invention, a double-layer Al NWG polarizer is integrated with an IR cut filter to achieve high polarization sensitivity as well as superior sharpness and better resolution similar to that of the human eye. The double-layer Al NWG polarizer combines reversible nanostructure shaping lithography and electron-beam evaporator two-step tilt angle deposition to remove residual metal layers on the polymer wire grid sidewalls. Thus, nano-patterning with a resolution of 50 nm is ensured. On the other hand, the IR-blocking filter formed on the opposite side of the NWG polarizer is manufactured by sequentially depositing a Ti 3 O 5 / SiO 2 multilayer.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed subject matter may be thorough and complete, and that the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art. In the drawings, components are exaggerated for clarity. Parts indicated with like reference numerals throughout the specification indicate like elements.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터를 설명하는 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating an optical filter according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 상기 광학 필터(100)는, 그 일면에 교번하여 배치된 폴리머 라인(122)과 스페이스(122a)로 구성된 폴리머 그리드 패턴(123)을 포함하는 투명 유전체 기판(110); 상기 폴리머 그리드 패턴(123)의 상기 폴리머 라인(122) 상에 배치된 상부 도전 라인(124); 상기 폴리머 그리드 패턴의 상기 스페이스(122a) 상에 배치된 하부 도전 라인(126); 및 상기 폴리머 라인(122)의 양 측벽에 각각 형성된 도전 아일랜드들(128)을 포함한다. 이중층 금속 와이어 그리드 편광자(101)는 상기 폴리머 그리드 패턴(123), 상부 도전 라인(124), 및 하부 도전 라인(126)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
투명 유전체 기판(110)은 유리 기판 또는 투명한 플라스틱 기판일 수 있다. 구체적으로, 상기 투명 유전체 기판(110)은 폴리카보네이트 필름일 수 있다.The transparent
폴리머 그리드 패턴(123)은 주기적으로 배열된 폴리머 라인(122) 및 스페이스(122a)를 포함할 수 있다. 상기 폴리머 라인(122)은 자외선 경화 수지일 수 있다. 상기 폴리머 라인(122)의 선폭(LW)과 상기 스페이스의 선폭(SW)은 동일할 수 있다. 상기 폴리머 라인(122)의 선폭(LW)은 50nm 이하일 수 있다. 상기 폴리머 라인(122)의 선폭(LW)과 상기 폴리머 라인(122)의 높이(h)의 비인 종횡비(W:H)는 1:1 내지 1 : 4일 수 있다.The
상기 상부 도전 라인(124)의 두께는 20nm 이상일 수 있다. 상기 상부 도전 라인(125)과 상기 하부 도전 라인(126)은 전자-빔 증착기의 경사 증착을 통하여 동시에 형성될 수 있다. 상기 상부 도전 라인(124)의 선폭은 실질적으로 상기 폴리머 라인(122)의 선폭과 동일할 수 있다. 상기 상부 도전 라인은 알루미늄, 구리, 은, 또는 이들의 합금일 수 있다.The thickness of the upper
상기 하부 도전 라인(126)은 전자-빔 증착기의 경사 증착을 통하여 형성될 수 있다. 상기 하부 도전 라인(126)은 실질적으로 상기 스페이서(122a)의 선폭과 동일할 수 있다. 상기 하부 도전 라인(126)은 알루미늄, 구리, 은, 또는 이들의 합금일 수 있다. 상기 하부 도전 라인(126)은 10nm 이상일 수 있다.The lower
도전 아일렌드들(128)는 상기 상부 도전 라인(124) 및 상기 하부 도전 라인(126)의 재질과 동일할 수 있다. 상기 도전 아일랜드들(128)은 상기 상부 도전 라인(124)과 전기적으로 차단되고, 상기 하부 도전 라인(126)과 전기적으로 차단될 수 있다. 상기 도전 아일랜드들(128)은 경사 증착 공정에서 박막의 두께가 10 nm 이하 바람직하게는 5nm 이하인 경우에 박막으로 증착되지 않고 아일랜드 형태로 형성된다.The
보호막(미도시)은 이중층 금속 와이어 그리드 편광자(101) 상에 배치될 수 있다. 상기 보호막(미도시)은 이중층 금속 와이어 그리드 편광자(101)을 보호하는 투명한 플라스틱 재질일 수 있다.A passivation layer (not shown) may be disposed on the double-layer metal
적외선-차단 필터(180)는 다층 박막 구조이고, 상기 투명 유전체 기판(110)의 타면에 형성된다. 상기 적외선-차단 필터는 [Ti3O5/SiO2]n 다층 박막 구조일 수 있다. 적층 수(n)는 32일 수 있다. The infrared-blocking
상기 광학 필터(100)는 투명 유전체 기판(110)의 일면에 형성된 이중층 금속 와이어 그리드 편광자(101) 및 상기 투명 유전체 기판(110)의 타면에 형성된 IR-차단 필터(120)를 포함할 수 있다. The
예시적으로, 상기 폴리머 라인(122)의 선폭 (LW)과 스페어서의 선폭 (SW)은 50nm로 고정되었다. 상기 폴리머 라인(122)의 높이 (h)는 50 nm에서 110 nm로 변화될 수 있다. 경사 증착된 상기 상부 도전 라인(124) 및 상기 하부 도전 라인(126)의 두께는 10 nm 이상 바람직하게는 20nm 이상일 수 있다. 폴리머 라인(122)의 선폭 (LW)의 감소는 대조비를 증가시킬 수 있다. Exemplarily, the line width (LW) of the
상기 적외선-차단 필터의 총 두께는 3.78 μm이고, 상기 적외선-차단 필터는 32 개의 [Ti3O5 / SiO2]n 다층 박막으로 구성된다.The total thickness of the infrared-cut filter is 3.78 μm, and the infrared-cut filter is composed of 32 [Ti 3 O 5 / SiO 2 ]n multilayer thin films.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an optical filter according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터의 제조 방법은, 교번하여 배치된 폴리머 라인(122)과 스페이스(122a)를 구비한 폴리머 그리드 패턴(123)을 투명 유전체 기판(110) 상에 형성하는 단계(S100); 상기 폴리머 그리드 패턴(123) 상에 상기 투명 유전체 기판의 법선에 대하여 양의 제1 경사각(θ1)으로 금속을 제1 두께(t1)로 증발 증착하여 상기 폴리머 라인(122) 상에 증착된 제1 상부 도전 라인(124a) 및 상기 스페이스의 일측에 증착된 제1 하부 도전 라인(126a)을 형성하는 단계(S110); 및 상기 제1 상부 도전 라인(124a)와 상기 제1 하부 도전 라인(126a)가 형성된 후 상기 투명 유전체 기판(110)의 법선에 대하여 음의 제1 경사각(θ1)으로 금속을 제2 두께(t2)로 증발 증착하여 상기 제1 상부 도전 라인(124a) 상에 제2 상부 도전 라인(124b) 및 상기 스페이스(122a)의 타측에 제2 하부 도전 라인(126b)을 형성하는 단계(S120);를 포함한다. 상기 제1 하부 도전 라인(126a)과 상기 제2 하부 도전 라인(126b)은 서로 연결되고, 상기 제1 상부 도전 라인 및 상기 제1 하부 도전 라인 형성 시 상기 폴리머 라인(122)의 일 측벽에서 증착된 금속은 아일랜드 형태이다. 상기 제2 상부 도전 라인 및 상기 제2 하부 도전 라인 형성 시 상기 폴리머 라인(122)의 타 측벽에서 증착된 금속은 아일랜드 형태이다. 상기 제1 상부 도전라인 및 상기 제1 하부 도전 라인의 증착시 투명 유전체 기판은 회전하지 않고, 상부 제2 상부 도전라인 및 상기 제2 하부 도전 라인의 증착시 투명 유전체 기판은 회전하지 않는다.Referring to FIG. 2 , in the method of manufacturing an optical filter according to an embodiment of the present invention, a
교번하여 배치된 폴리머 라인과 스페이스를 포함하는 폴리머 그리드 패턴을 투명 유전체 기판 상에 형성하는 단계(S100)는, 마스터 기판(12)에 포토리소그라피 공정 및 이방성 식각 공정을 이용하여 와이어 그리드 마스터 패턴(14)을 형성하는 단계(S101); 상기 와이어 그리드 마스터 패턴(14) 상에 자외선 경화 수지를 도포한 후 제1 투명 유전체 기판(22)을 덮고 경화시킨 후 상기 제1 투명 유전체 기판을 분리하여 역상의 와이어 그리드 패턴(24)을 포함하는 제1 리플리카 유전체 기판(21)을 형성하는 단계(S102); 및 상기 제1 리플리카 유전체 기판(31) 상에 자외선 경화 수지를 도포한 후 제2 투명 유전체 기판(32)을 덮고 경화시킨 후 상기 제2 투명 유전체 기판(32)을 분리하여 와이어 그리드 패턴(34)을 포함하는 제2 리플리카 유전체 기판(31)을 형성하는 단계(S103)를 포함한다. 제2 리플리카 유전체 기판(32)은 상기 투명 유전체 기판(110)으로 제공된다.The step of forming a polymer grid pattern including alternately arranged polymer lines and spaces on the transparent dielectric substrate (S100) is a wire
도 3은 마스터 기판에 포토리소그라피 공정 및 이방성 식각 공정을 이용하여 형성된 와이어 그리드 마스터 패턴을 나타낸다.3 shows a wire grid master pattern formed on a master substrate using a photolithography process and an anisotropic etching process.
도 3을 참조하면, 마스터 기판(12)은 8 인치 베어 Si- 웨이퍼일 수 있다. 상기 마스터 기판(12)은 코팅 시스템을 사용하여, 차례로 58 nm 두께의 BARC (Bottom Anti-Reflective Coating) 층 및 0.4μm 두께의 포토레지스트층으로 코팅된다. Referring to FIG. 3 , the
상기 마스터 기판(12)은 나노 패턴화된 UV 레티클을 장착한 KrF 스캐너를 사용하여 UV 스캔된다. 현상액으로 60 초 동안 노출하여, 상기 포토레지스트층을 현상한다. 이어서, 7 mTorr의 진공도, CF4 100 sccm의 반응성 가스, -250V의 바이어스, 그리고 250 Watt의 RF 전력의 조건에서, BARC 에칭이 이방성 식각 장치에서 수행된다.The
이어서, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 마스터 기판을 에칭한다. 이 에칭은 폭이 50nm인 직선형 돌출부를 형성한다. 상기 에칭은 72 sccm Cl2, 180 sccm HBr 및 7 sccm O2의 반응성 가스, - 225 V의 바이어스, 300 Watt의 RF 전력, 및 7 mTorr의 진공도의 조건에서 수행된다. 직선형 돌출부는 와이어 그리드 마스터 패턴(14)을 제공한다. 상기 와이어 그리드 마스터 패턴의 높이는 50nm 내지 110nm일 수 있다. 상기 와이어 그리드 마스터 패턴(14)의 선폭은 50nm 이하일 수 있다. Then, the master substrate is etched using the photoresist pattern as an etch mask. This etch is 50 nm wide. It forms a straight protrusion. The etching was performed under conditions of 72 sccm Cl 2 , 180 sccm HBr and 7 sccm O 2 of reactive gas, a bias of -225 V, an RF power of 300 Watt, and a vacuum degree of 7 mTorr. The straight projections provide a wire
도 4는 제1 리플리카 유전체 기판을 설명한다.4 illustrates a first replica dielectric substrate.
도 4를 참조하면, 상기 마스터 기판(12)의 와이어 그리드 마스터 패턴(14) 상에 자외선 경화 수지를 도포한다. 제1 투명 유전체 기판(22)은 자외선 경화 수지를 개재하여 상기 상기 마스터 기판(12)을 덮고, 상기 자외선 경화 수지는 경화된다. 이어서, 제1 리플리카 유전체 기판(21)은 상기 마스터 기판으로부터 분리되고 역상의 와이어 그리드 패턴(24)을 포함한다. 상기 제1 리플리카 유전체 기판(21)은 제1 투명 유전체 기판(22) 및 상기 제1 투명 유전체 기판(22) 상에 배치된 역상의 와이어 그리드 패턴(24)을 포함한다.Referring to FIG. 4 , an ultraviolet curable resin is applied on the wire
상기 제1 투명 유전체 기판(22)은 폴리 카보네이트 필름 또는 유리 필름일 수 있다. 상기 제1 투명 유전체 기판(22)은 450 Watt의 RF 전력 및 30 sccm의 O2 가스 플라즈마에서 1 분 동안 플라즈마 세정 장치를 사용하여 O2 플라즈마로 처리된 후, 탈이온수로 헹구고, N2 가스로 건조된다. The first
상기 자외선 경화 수지는 마스터 기판(12)의 와이어 그리드 마스터 패턴 상에 뿌려진다. 플라즈마 처리된 제1 투명 유전체 기판(22)은 상기 자외선 경화 수지를 개재하여 상기 마스터 기판의 와이어 그리드 마스터 패턴을 덮는다. 상기 제1 투명 유전체 기판(22)은 임의의 방향에서 고무 롤러로 누린다. UV 경화는 UV 노출기를 사용하여 수행되었다.The ultraviolet curing resin is sprayed on the wire grid master pattern of the
이어서, 제1 리플리카 유전체 기판(21)은 상기 마스터 기판(12)으로부터 분리되어 얻어진다. 제1 리플리카 유전체 기판(21)은 역상의 와이어 그리드 패턴을 포함한다. 상기 역상의 와이어 그리드 패턴(24)은 상기 마스터 기판의 와이어 그리드 마스터 패턴과 반대 ( 또는 상보적인) 형태의 나노 구조체일 수 있다. Then, the first
도 5는 제2 리플리카 유전체 기판을 설명한다.5 illustrates a second replica dielectric substrate.
도 5를 참조하면, 상기 제1 리플리카 유전체 기판(21)은 새로운 자외선 경화 수지를 도포된다. 상기 제1 리플리카 유전체 기판(21)은 자외선 경화 수지를 개재하여 제2 투명 유전체 기판(32)으로 덮힌다. 이어서, 상기 자외선 경화 수지는 경화된다. 이어서, 상기 제1 리플리카 유전체 기판(21)과 상기 제2 투명 유전체 기판(32)은 서로 분리된다. 이에 따라, 제2 리플리카 유전체 기판(31)은 제2 투명 유전체 기판(32)과 와이어 그리드 패턴(34)을 포함한다.Referring to FIG. 5 , the first
도 6은 폴리머 그리드 패턴을 포함하는 투명 유전체 기판을 나타낸다.6 shows a transparent dielectric substrate including a polymer grid pattern.
도 6을 참조하면, 투명 유전체 기판(110)은 제2 리플리카 유전체 기판(31)일 수 있다. 상기 투명 유전체 기판(110)은 폴리머 그리드 패턴(123)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the transparent
도 7은 투명 유전체 기판에 금속을 제1 경사 증착하는 것을 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating a first inclined deposition of a metal on a transparent dielectric substrate.
도 7을 참조하면, 폴리머 그리드 패턴(123) 상에 투명 유전체 기판(110)의 법선에 대하여 양의 제1 경사각(θ1)으로 금속을 제1 두께(t1)로 증발 증착한다. 이에 따라, 제1 상부 도전 라인(124a)은 상기 폴리머 라인(122) 상에 증착된다. 제1 하부 도전 라인(126a)은 상기 스페이스(122a)의 일측에 증착된다. 상기 투명 유전체 기판(110)은 제1 경사 증착 공정 중에 회전하지 않는다.Referring to FIG. 7 , a metal is evaporated to a first thickness t1 at a first positive inclination angle θ1 with respect to the normal of the transparent
각도 조절 가능한 샘플 홀더를 갖는 전자빔 증발기 경사 증착 공정에 사용된다. 금속은 순도 99.999 %의 Al일 수 있다. 투명 유전체 기판(110)은 기판의 법선 방향에 대해 경사각 20도를 가지도록 샘플 홀더에 장착된다. 증발원과 샘플 사이의 거리는 60 cm이다. 증발 증착 공정 동안, 제1 상부 도전 라인(124a)의 오버행(overhang)을 감소시키기 위해, 투명 유전체 기판은 경사 증착되고 회전시키지 않는다. 고정된 입사각 20도에서 10 nm 이상의 두께의 제1 상부 도전 라인과 제1 하부 도전 라인이 동시에 증착된다.An electron beam evaporator with an angle adjustable sample holder is used for the inclined deposition process. The metal may be Al with a purity of 99.999%. The transparent
경사각(θ1)이 0도 인 경우, 상기 오버행은 증가할 수 있다. 따라서, 상기 오버행을 감소시키기 위하여, 상기 경사각(θ1)은 5도 내지 20도일 수 있다. 또한, 상기 오버행을 감소시키기 위하여, 상기 투명 유전체 기판(110)은 회전하지 않는다. When the inclination angle θ1 is 0 degrees, the overhang may increase. Accordingly, in order to reduce the overhang, the inclination angle θ1 may be 5 degrees to 20 degrees. In addition, in order to reduce the overhang, the transparent
그럼에도 불구하고, 제1 증착 공정 후, 폴리머 라인(122)의 한쪽 측벽의 상단 가장자리에 오버행이 약간 생성될 수 있다. 상기 오버행을 감소시키 위하여, 경사각(θ1)이 충분히 큰 경우 (예를 들어 20도 이상), 폴리머 라인(122)의 한쪽 측벽은 상기 금속에 의하여 충분히 증착될 수 있다. Nevertheless, after the first deposition process, a slight overhang may be created at the top edge of one sidewall of the
상기 측벽에 증착된 두께가 10nm 이하, 바람직하게는 5nm 이하인 경우, 상기 측벽에 증착된 금속은 박막을 형성하지 못하고 아일랜드 형태일 수 있다. When the thickness deposited on the sidewall is 10 nm or less, preferably 5 nm or less, the metal deposited on the sidewall may not form a thin film and may have an island shape.
따라서, 상기 측벽에 증착되는 두께(t')를 10nm 이하 (바람직하게는 5nm 이하)로 유지하기 위하여, 상기 제1 상부 도전 라인(124a)의 제1 두께(t1)는 10nm 이상 20nm 이하일 수 있다. 즉, 상기 제1 경사 증착 공정에서, 상기 측벽에 증착된 금속은 박막을 형성하지 않고, 상기 폴리머 라인의 상부에 증착된 금속은 박막을 형성하도록, 상기 제1 상부 도전 라인(124a)의 제1 두께(t1)가 선택될 수 있다.Therefore, in order to maintain the thickness t' deposited on the sidewall to be 10 nm or less (preferably 5 nm or less), the first thickness t1 of the first upper
예를 들어, 상기 측벽에 증착되는 두께(t')를 5nm 이하로 유지하기 위하여, t1(=13 nm) X tan(θ1=20도)은 5nm 이하로 유지될 수 있다. 즉, 상기 제1 상부 도전 라인(124a)의 제1 두께(t1)는 10nm 이상 20nm 이하이고, 상기 경사각은 5도 이상 20도 이하일 수 있다.For example, in order to maintain the thickness t' deposited on the sidewall to be 5 nm or less, t1 (=13 nm) X tan (θ1=20 degrees) may be maintained to 5 nm or less. That is, the first thickness t1 of the first upper
제1 경사 증착을 하는 경우, 상기 측벽에서 증착 두께가 10 nm 이상이면, 박막으로 형성되어 상기 제1 상부 도전 라인(124a)과 제1 하부 도전 라인(126a)이 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 오버행을 감소시키기 위하여 기판을 회전시키는 경우, 제1 하부 도전 라인(126)은 상기 측벽의 아일랜들(128a)과 연결될 수 있다.In the case of the first inclined deposition, if the deposition thickness on the sidewall is 10 nm or more, a thin film may be formed so that the first upper
도 8은 투명 유전체 기판에 금속을 제2 경사 증착하는 것을 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating a second inclined deposition of a metal on a transparent dielectric substrate.
도 8을 참조하면, 상기 제1 상부 도전 라인(124a)과 상기 제1 하부 도전 라인(126a)이 형성된 후 상기 투명 유전체 기판(110)의 법선에 대하여 음의 제1 경사각(θ1)으로 금속을 제2 두께(t2)로 증발 증착하여 상기 제1 상부 도전 라인(124a) 상에 제2 상부 도전 라인(124b) 및 상기 스페이스(122a)의 타측에 증착된 제2 하부 도전 라인(126b)을 각각 형성한다. 상기 투명 유전체 기판(110)은 제2 경사 증착 공정 중에 회전하지 않는다. 한편, 제2 경사 증착 공정에서, 폴리머 라인(122)의 다른쪽 측벽에 금속 아일랜드(128b)가 형성된다.Referring to FIG. 8 , after the first upper
상기 제2 상부 도전 라인(124b)은 상기 제1 상부 도전 라인(124a)의 형상을 따라 형성되기 때문에, 측벽의 상부 가장자리에 형성된 오버행은 제2 경사 증착 공정 동안 상당히 감소된다. Since the second upper
상기 오버행을 감소시키고 상기 폴리머 라인의 타측벽에 아일랜드를 형성하기 위하여, 상기 제2 상부 도전 라인(124b)의 제2 두께(t2)는 10nm 이상 20 nm 이하일 수 있다. 폴리머 라인의 다른쪽 측벽은 상기 금속에 의하여 증착될 수 있다. 그러나, 상기 측벽에 증착된 두께가 10nm 이하, 바람직하게는 5nm 이하인 경우, 상기 측벽에 증착된 금속은 박막을 형성하지 못하고 아일랜드 형태일 수 있다. 즉, 폴리머 라인의 양 측벽에는 연속적인 금속층이 나타나지 않았다. In order to reduce the overhang and form an island on the other sidewall of the polymer line, the second thickness t2 of the second upper
도 9는 적외선-차단 필터를 설명하는 도면이다.9 is a view for explaining an infrared-cut filter.
도 9를 참조하면, 상기 투명 유전체 기판(110)의 타면에 다층 박막의 적외선 차단 필터(180)가 형성된다.Referring to FIG. 9 , an
상기 적외선 차단 필터(180)는 전자-빔 증발기로 제조될 수 있다. 구체적으로, Ti3O5과 같은 고굴절률(2.35) 재료 및 SiO2와 같은 저굴절률 (1.45) 재료가 교번하여 차례로 적층된다. 본 실시예에 따르면, 32 개의 다층은 하나의 챔버 내에서 교번하여 순차적으로 증착될 수 있다.The
도 10(a)은 마스터 기판의 와이어 그리드 패턴을 나타내는 SEM 이미지이다.10(a) is an SEM image showing a wire grid pattern of a master substrate.
도 10(a)를 참조하면, 와이어 그리드 마스터 패턴(14)은 교번하는 라인과 스페이스를 포함한다. 라인 폭은 50 nm이고 스페이스의 선폭이 50nm이고, 종횡비는 1 : 4이다. Referring to FIG. 10( a ), the wire
도 10(b)은 제2 리플라카 투명 유전체 기판의 폴리머 그리드 패턴을 나타내는 SEM 이미지이다.10(b) is an SEM image showing a polymer grid pattern of a second replica transparent dielectric substrate.
도 10(b)를 참조하면, 제2 리플라카 투명 유전체 기판(31)의 와이어 그리드 패턴은 라인과 스페이스를 포함한다. 폴리머 라인의 선폭 (LW)이 50 nm이고, 스페이스의 선폭 (SW)이 50 nm이고, 폴리머 라인의 높이 (h)는 50 nm 내지 110 nm 이다. 상기 종횡비가 1:4 이하일 수 있다. 바람직하게는 상기 종횡비가 1:3 이하일 수 있다.Referring to FIG. 10(b), the wire grid pattern of the second replica transparent
상기 종횡비가 1:4 이상인 경우, 오버행이 증가하여, 상부 도전 라인의 선폭은 증가하고, 하부 도전라인의 선폭은 감소할 수 있다.When the aspect ratio is 1:4 or more, the overhang may increase, so that the line width of the upper conductive line may increase and the line width of the lower conductive line may decrease.
도 10(c)은 투명 유전체 기판의 상부 도전 라인 및 하부 도전 라인을 나타내는 SEM 이미지이다.10( c ) is an SEM image showing an upper conductive line and a lower conductive line of a transparent dielectric substrate.
도 10(c)를 참조하면, 투명 유전체 기판은 폴리머 라인과 스페이스를 구비한 폴리머 그리드 패턴을 포함한다. 폴리머 라인의 높이(h)는 50 nm이다. 폴리머 라인의 선폭은 50nm이다. 스페이스의 선폭은 50nm이다. Referring to FIG. 10( c ), the transparent dielectric substrate includes a polymer grid pattern having polymer lines and spaces. The height (h) of the polymer line is 50 nm. The line width of the polymer line is 50 nm. The line width of the space is 50 nm.
삽입된 그림은 8 인치 유리 기판을 나타낸다. 흰색 점선 (180mm 대각선)이 격자 영역을 나타낸다. 또한 검은색 점선은 SEM 이미지를 촬영하고 투과율 측정을 수행 한 영역을 나타낸다. 이중층 금속 나노 와이어 그리드는 폴리머 라인의 상부 및 스페이스의 하부에서 생성되었다. 또한, 전자-빔 빔 증발 공정 동안, 폴리머 라인의 측벽에 금속 박막 증착이 형성되지 않고, 아일랜드만 생성된다.The inset shows an 8 inch glass substrate. The white dotted line (180 mm diagonal) indicates the grid area. Also, the black dotted line indicates the area where the SEM image was taken and transmittance measurement was performed. A double-layer metal nanowire grid was created at the top of the polymer line and at the bottom of the space. Also, during the electron-beam beam evaporation process, no metal thin film deposition is formed on the sidewall of the polymer line, only an island is created.
Al을 전자빔 증착기를 사용하여 양의 경사각(θ1=20도) 및 음의 경사각(θ1=20도)에서 각각 두께 10 nm로 증착하였다. 따라서, 상부 도전 라인(14) 및 하부 도전 라인(126)은 20nm의 두께를 가질 수 있다.Al was deposited to a thickness of 10 nm at a positive inclination angle (θ1 = 20 degrees) and a negative inclination angle (θ1 = 20 degrees) using an electron beam evaporator, respectively. Accordingly, the upper
도 10(d)는 IR-차단 필터 부위의 단면 SEM 이미지이다.Fig. 10(d) is a cross-sectional SEM image of an IR-blocking filter region.
도 10(d)를 참조하면, IR-차단 필터 부분의 단면 SEM 이미지가 표시된다. 여기서 검은 색으로 표시된 층은 두께 범위가 10 nm 내지 110 nm 인 Ti3O5이고 회색으로 표시된 층은 35 nm 내지 184 nm의 범위의 두께를 가진 SiO2이다. 순차적으로 증착된 32 개의 Ti3O5 / SiO2 다층 박막은 전자빔 증발기에 의하여 형성된다. Referring to FIG. 10( d ), a cross-sectional SEM image of the IR-blocking filter portion is shown. Here, the layer indicated in black is Ti 3 O 5 with a thickness ranging from 10 nm to 110 nm and the layer indicated in gray is SiO 2 with a thickness ranging from 35 nm to 184 nm. Thirty-two sequentially deposited Ti 3 O 5 / SiO 2 multilayer thin films were formed by an electron beam evaporator.
도 11은 IR-차단 필터를 통과하는 TM 및 TE 모드 광의 투과율을 나타내는 실험 결과이다.11 is an experimental result showing transmittance of TM and TE mode light passing through an IR-blocking filter.
도 11을 참조하면, 수직 입사하는 TE 및 TM 편광을 위한 이중층 금속 와이어 그리드 편광자(101)의 투과 스펙트럼이 350 nm 내지 1 μm의 파장 범위에서 측정된다. 광학 필터(101)는 IR- 차단 필터(380)를 포함한다. TM 편광의 투과율을 TE 편광의 투과율로 나누어 소광비(extinction ratios)가 표시된다.Referring to FIG. 11 , the transmission spectrum of the double-layer metal
TM 광의 투과율은 500 nm ~ 680 nm의 가시 파장에서 55 % 이상이며, 678 nm의 파장에서 70 % 이상의 최고값에 도달한다. 500nm 미만의 파장 범위에서, 투과율은 430nm 파장에서 30 %로 점차 감소된다. The transmittance of TM light is more than 55% at the visible wavelength of 500 nm to 680 nm, and reaches the highest value of more than 70% at the wavelength of 678 nm. In the wavelength range below 500 nm, the transmittance gradually decreases to 30% at the 430 nm wavelength.
한편, TE 광의 투과율은 전체 가시 범위에서 3 % 미만이며, 660 nm의 파장에서 0.2 %의 최저값이 관찰된다. On the other hand, the transmittance of TE light is less than 3% in the entire visible range, and the lowest value of 0.2% is observed at the wavelength of 660 nm.
소광비 (ER : TE 모드의 투과율에 대한 TM 모드의 투과율의 비)는 430 nm - 680 nm의 파장 범위에서 13 내지 126의 범위에 있다. The extinction ratio (ER: ratio of the transmittance of the TM mode to the transmittance of the TE mode) is in the range of 13 to 126 in the wavelength range of 430 nm - 680 nm.
Ti3O5 / SiO2 다층 구조로 구성된 IR 차단 필터(180)는 680nm 파장의 입사광을 완전히 차단한다. The IR blocking filter 180 having a Ti 3 O 5 / SiO2 multilayer structure completely blocks incident light having a wavelength of 680 nm.
도 12는 이중층 금속 와이어 그리드 편광자를 통한 TE 및 TM 모드의 투과율 특성을 조사하기 위한 FDTD 시뮬레이션 결과이다.12 is an FDTD simulation result to investigate the transmittance characteristics of TE and TM modes through a double-layer metal wire grid polarizer.
도 12를 참조하면, 이중층 금속 와이어 그리드 편광자(101)의 금속 슬릿 사이의 플라즈몬 결합 효과를 고려한 투과 특성을 분석하기 위해, 우리는 3 차원 FDTD 솔루션 패키지를 사용하여 전자기파 시뮬레이션을 수행하였다. 여기서, 이중층 금속 와이어 그리드 편광자(101)는 y- 방향을 따라 연장된다. 주기적 경계 조건은 x- 및 y- 방향을 따라 사용된다. z- 방향을 따른 층 조건은 완벽히 매칭된다. 평면파 소스는 350 nm 내지 1 μm의 파장 범위를 가지고 이중층 금속 와이어 그리드 편광자(101) 쪽으로 z-축을 따라 입사된다. 이중층 금속 와이어 그리드 편광자(101)를 통과한 후 투과율이 계산된다. 모니터는 이중층 금속 와이어 그리드 편광자(101) 아래의 기판에 놓인다. Referring to FIG. 12 , in order to analyze the transmission characteristics considering the plasmon coupling effect between the metal slits of the double-layer metal
IR 차단 필터의 투과율을 고려하지 않고, 이중층 금속 와이어 그리드 편광자 (LW=50nm, SW=50nm, h= 50 nm, t=20nm)의 TE 및 TM 모드의 투과율이 표시된다. 이중층 금속 와이어 그리드 편광자는 금속 와이어에 수직인 전기장을 갖는 파동을 전달하고, 와이어에 평행 한 전기장을 갖는 파동을 반사시킨다. The transmittances of the TE and TM modes of the double-layer metal wire grid polarizer (LW=50nm, SW=50nm, h=50nm, t=20nm) are shown, without considering the transmittance of the IR cut filter. The double layer metal wire grid polarizer transmits waves with an electric field perpendicular to the metal wire and reflects waves with an electric field parallel to the wire.
TM 모드의 투과율은 넓은 가시 파장 범위에서 70 % 이상에 도달한다. 반면, 계산된 ER은 이 구조에 대해 100 : 1 정도를 나타낸다. The transmittance of TM mode reaches over 70% in a wide visible wavelength range. On the other hand, the calculated ER is on the order of 100:1 for this structure.
도 13은 IR 차단 필터를 통한 투과율 특성을 조사하기 위한 FDTD 시뮬레이션 결과이다.13 is an FDTD simulation result for examining transmittance characteristics through an IR cut-off filter.
도 13을 참조하면, IR 차단 필터는 Ti3O5 / SiO2 다층 구조이고, 투과율은 가시 파장에서 약 95 %이다. 680nm 파장 이상의 입사광은 차단된다. 따라서 5 % 미만의 IR 차단 필터로 인한 투과 손실을 고려하여 편광판과 IR 차단 필터를 통해 투과율을 추정 할 수 있다. Referring to FIG. 13 , the IR cut filter has a Ti 3 O 5 / SiO 2 multilayer structure, and the transmittance is about 95% at a visible wavelength. Incident light with a wavelength of 680 nm or more is blocked. Therefore, the transmittance can be estimated through the polarizer and the IR cut filter by considering the transmission loss due to the IR cut filter of less than 5%.
시뮬레이션된 투과율 결과는 550 nm 파장 이상의 파장 범위에서 측정된 데이터의 결과와 잘 일치한다. 550 nm 미만의 파장에서 시뮬레이션된 데이터와 측정된 데이터 간의 불일치는 제작된 이중층 금속 와이어 그리드 편광자의 모양에 기인한 것으로 해석된다. 여기서, 측정된 투과율과 시뮬레이션 결과 사이의 불일치는 주로 이중층 금속 와이어 그리드 편광자의 불완전한 계단 형상 및 약간의 불균일한 도전층의 형상에 기인한다. 여기서, 폴리머 라인 패턴의 형상은 정확히 직사각형 형상이 아니며, 이는 상부 도전 라인 및 하부 도전 라인의 형성에 영향을 미친다. 상부 도전 라인과 하부 도전 라인 사이의 측벽 길이의 변화가 존재하여, 이는 550 nm 미만의 파장에서 TM 모드 광의 투과율의 감소를 유도한다. 또한 경사가 90도 미만인 폴리머 라인은 TE 편광의 빛 누출을 유발할 수 있다.The simulated transmittance results agree well with the results of the measured data in the wavelength range above 550 nm. The discrepancy between the simulated and measured data at wavelengths below 550 nm is interpreted to be due to the shape of the fabricated double-layer metal wire grid polarizer. Here, the discrepancy between the measured transmittance and the simulation result is mainly due to the incomplete step shape of the double-layer metal wire grid polarizer and the shape of the slightly non-uniform conductive layer. Here, the shape of the polymer line pattern is not exactly a rectangular shape, which affects the formation of the upper conductive line and the lower conductive line. There is a change in sidewall length between the upper and lower conductive lines, which leads to a decrease in the transmittance of TM mode light at wavelengths below 550 nm. Polymer lines with an inclination of less than 90 degrees can also cause light leakage of TE polarized light.
도 14는 632nm의 파장에서 x-z 평면에서 TM 모드의 전기장 세기를 나타낸다.14 shows the electric field strength of the TM mode in the x-z plane at a wavelength of 632 nm.
도 15는 632nm의 파장에서 x-z 평면에서 TM 모드의 전기장 세기를 나타낸다.15 shows the electric field strength of the TM mode in the x-z plane at a wavelength of 632 nm.
도 14 및 도 15를 참조하면, 이중층 금속 와이어 그리드 편광자에서 편광 민감 투과율(polarization sensitive transmittance)의 메커니즘을 분석하기 위해, FDTD 시뮬레이션을 이용하여 가시 파장에서 전기장 세기의 분포가 계산되었다. 폴리머 라인의 선폭과 상기 스페이스의 선폭은 50 nm이고, 폴리머 라인의 높이는 50nm이다. 상부 도전 라인 및 하부 도전 라인은 Al이고, 그 두께는 20nm이다.14 and 15 , in order to analyze the mechanism of polarization sensitive transmittance in the double-layer metal wire grid polarizer, the distribution of electric field strength in the visible wavelength was calculated using FDTD simulation. The line width of the polymer line and the line width of the space are 50 nm, and the height of the polymer line is 50 nm. The upper conductive line and the lower conductive line are Al, and the thickness thereof is 20 nm.
금속/절연체 표면에서 구속된 전자 진동인 표면 플라즈몬(surface plasmons)은 이미 알려져 있다. 인접한 이중층 금속 와이어 그리드 편광자에서의 두 광학 필드의 전자기 결합(electromagnetic coupling)은 수직 방향뿐만 아니라 평행 방향으로 분석되었다.Surface plasmons, which are electron oscillations confined at metal/insulator surfaces, are already known. The electromagnetic coupling of the two optical fields in adjacent double-layer metal wire grid polarizers was analyzed in the parallel as well as the vertical direction.
도 14를 참조하면, 전계 강도의 시뮬레이션된 프로파일은 상부 및 하부 Al 슬릿 사이의 낮은 플라즈몬 결합과 비교하여, 가로 방향(laterally, x축 방향)으로 배치된 도전 라인 (또는 슬릿) 사이에 강한 전기장 분포가 있음을 보여준다. 인접한 슬릿을 병렬로 둘러싼 전기장이 집중되고 강화된다. 이중층 금속 와이어 그리드 편광자를 투과하는 향상된 광학 필드는 강화된 투과에 기여한다. Referring to FIG. 14 , the simulated profile of the electric field strength shows a strong electric field distribution between conductive lines (or slits) arranged laterally (x-axis direction), compared to the low plasmonic coupling between the upper and lower Al slits. shows that there is The electric field surrounding adjacent slits in parallel is concentrated and intensified. The enhanced optical field through the double layer metal wire grid polarizer contributes to enhanced transmission.
도 15를 참조하면, 전기장 강도는 이중층 금속 와이어 그리드 편광자 아래에서 극히 낮으며, 대부분의 전기장은 이중층 금속 와이어 그리드 편광자의 상부 영역에 분포되어 s-파 반사를 나타낸다.Referring to FIG. 15 , the electric field strength is extremely low under the double-layer metal wire grid polarizer, and most of the electric field is distributed in the upper region of the double-layer metal wire grid polarizer to exhibit s-wave reflection.
도 16은 광학필터 없는 이미지(a), IR-차단 필터만 있는 이미지(b), IR-차단 필터와 편광 필터가 모두 있는 이미지(c)를 나타낸다. 16 shows an image without an optical filter (a), an image with only an IR-cut filter (b), and an image with both an IR-cut filter and a polarization filter (c).
도 16을 참조하면, IR-차단 필터와 이중층 금속 와이어 그리드 편광자를 채택하여 이미지 품질 향상을 보여준다. 700nm에서 850nm 사이의 IR 성분은 이미지 센서의 색재현(colour reproduction)에 영향을 미쳐 각 색에 대한 차이가 섞이게 된다. 따라서, 사람의 눈에 의한 색 인식(colour perception)은 카메라 센서에 의한 색 인식과 다르다. 따라서 IR-차단 필터 없이 카메라로 촬영한 이미지는 IR-차단 필터로 촬영한 이미지와 동일하지 않다. IR-차단 필터로 촬영한 이미지는 육안으로 볼 수 있는 이미지와 유사하다. 이중층 금속 와이어 그리드 편광자를 사용할 경우, 유리 테이블에 놓은 곰 인형의 반사 이미지는 사라진다. 이는 편광 민감 카메라에 의하여 얻어진 물체의 상이한 편광 시그니쳐에 기인한다. Referring to FIG. 16 , the image quality is improved by adopting an IR-blocking filter and a double layer metal wire grid polarizer. The IR component between 700nm and 850nm affects the color reproduction of the image sensor, so that the differences for each color are mixed. Accordingly, color perception by the human eye is different from color perception by a camera sensor. Therefore, an image taken with a camera without an IR-cut filter is not the same as an image taken with an IR-cut filter. Images taken with an IR-cut filter are similar to those seen with the naked eye. When using a double-layer metal wire grid polarizer, the reflection image of the teddy bear placed on the glass table disappears. This is due to the different polarization signature of the object obtained by the polarization sensitive camera.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중층 금속 와이어 그리드 편광자의 폴리머 라인의 높이 별로 파장에 투과도를 나타내는 FDTD 시뮬레이션 결과이다.17 is an FDTD simulation result showing transmittance at wavelengths for each height of a polymer line of a double-layer metal wire grid polarizer according to an embodiment of the present invention.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중층 금속 와이어 그리드 편광자의 폴리머 라인의 높이 별로 파장에 따른 소광비를 나타내는 FDTD 시뮬레이션 결과이다.18 is an FDTD simulation result showing an extinction ratio according to wavelength for each height of a polymer line of a double-layer metal wire grid polarizer according to an embodiment of the present invention.
도 17 및 도 18을 참조하면, 폴리머 라인의 높이(h)에 따라 TM 및 TE 모드 광의 투과율 변화를 정량화하기 위해, 폴리머 라인의 높이(h)를 50nm 내지 110 nm로 변경하면서, 이중층 금속 와이어 그리드 편광자에 대한 FDTD 시뮬레이션을 수행했다. 플라즈모닉 커플링에 기인한 강화된 전기장 분포는 주로 가로 방향이고 도전 라인들( 또는 슬릿들) 사이의 스페이스의 선폭(SW)이 50 nm로 설정되었기 때문에, 도전 라인들들 간의 플라즈몬 커플링 효과의 정도는 거의 동일하게 유지된다. 17 and 18, in order to quantify the change in transmittance of TM and TE mode light according to the height (h) of the polymer line, while changing the height (h) of the polymer line from 50 nm to 110 nm, a double-layer metal wire grid An FDTD simulation of the polarizer was performed. Since the enhanced electric field distribution due to plasmonic coupling is mainly in the transverse direction and the line width SW of the space between the conductive lines (or slits) was set to 50 nm, The degree remains almost the same.
따라서, 폴리머 라인의 높이(h)를 증가시키면, TM 모드 광의 투과율은 400 nm 내지 850 mm의 파장 범위에서 50 nm 높이의 경우 70 %에서 110 nm의 높이의 경우 약 90 %로 점차 증가한다. 그리고 소광비(ER)은 50 nm 높이의 경우 100 : 1에서 10 nm의 높이의 경우 300 : 1로 증가한다. Therefore, when the height h of the polymer line is increased, the transmittance of TM mode light gradually increases from 70% for a height of 50 nm to about 90% for a height of 110 nm in a wavelength range of 400 nm to 850 mm. And the extinction ratio (ER) increases from 100:1 for a height of 50 nm to 300:1 for a height of 10 nm.
폴리머 라인의 높이(h)는 마스터 기판의 와이어 그리드 마스터 패턴의 높이에 따라 조절될 수 있다. The height h of the polymer line may be adjusted according to the height of the wire grid master pattern of the master substrate.
본 발명의 일 실시예 따른 편광자는 식각 또는 추가적인 포토리소그라피 없이, 가역 나노구조 성형 리소그라피와 전자빔 증착 공정을 통하여 수행될 수 있다. 이에 따라, 제조 공정이 단순해지고 저비용이 달성될 수 있다.The polarizer according to an embodiment of the present invention may be performed through reversible nanostructure shaping lithography and electron beam deposition processes without etching or additional photolithography. Accordingly, the manufacturing process can be simplified and low cost can be achieved.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.In the above, the present invention has been illustrated and described with respect to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains in the claims. It includes all of the various types of embodiments that can be implemented within the scope that does not depart from the technical spirit.
110: 투명 유전체 기판
122: 폴리머 라인
123: 폴리머 그리드 패턴
124: 상부 도전 라인
126: 하부 도전 라인
128: 도전 아일랜드들110: transparent dielectric substrate
122: polymer line
123: polymer grid pattern
124: upper conductive line
126: lower conductive line
128: Challenge Islands
Claims (11)
상기 폴리머 그리드 패턴 상에 상기 투명 유전체 기판의 법선에 대하여 양의 제1 경사각으로 금속을 제1 두께로 증발 증착하여 상기 폴리머 라인 상에 증착된 제1 상부 도전 라인 및 상기 스페이스의 일측에 증착된 제1 하부 도전 라인을 형성하는 단계; 및
상기 제1 상부 도전 라인와 제1 하부 도전 라인이 형성된 후 상기 투명 유전체 기판의 법선에 대하여 음의 제1 경사각으로 금속을 제2 두께로 증발 증착하여 상기 제1 상부 도전 라인 상에 제2 상부 도전 라인 및 상기 스페이스의 타측에 증착된 제2 하부 도전 라인을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 하부 도전 라인과 상기 제2 하부 도전 라인은 서로 연결되고,
상기 제1 상부 도전 라인 및 상기 제1 하부 도전 라인 형성 시 상기 폴리머 라인의 일 측벽에서 증착된 금속은 아일랜드 형태이고,
상기 제2 상부 도전 라인 및 상기 제2 하부 도전 라인 형성 시 상기 폴리머 라인의 타 측벽에서 증착된 금속은 아일랜드 형태이고,
상기 제1 상부 도전라인 및 상기 제1 하부 도전 라인의 증착시 투명 유전체 기판은 회전하지 않고,
상기 제2 상부 도전라인 및 상기 제2 하부 도전 라인의 증착시 투명 유전체 기판은 회전하지 않고,
상기 제1 상부 도전 라인 및 상기 제1 하부 도전 라인은 양의 제1 경사각에서 전자빔 증발 증착 장치에서 수행되고,
상기 제2 상부 도전 라인 및 상기 제2 하부 도전 라인은 음의 제1 경사각에서 상기 전자빔 증발 증착 장치에서 수행되는 것을 특징으로 하는 광학 필터의 제조 방법.forming a polymer grid pattern composed of alternatingly arranged polymer lines and spaces on a transparent dielectric substrate;
A first upper conductive line deposited on the polymer line by evaporating and depositing a metal to a first thickness at a first positive inclination angle with respect to the normal of the transparent dielectric substrate on the polymer grid pattern, and a first upper conductive line deposited on one side of the space 1 forming a lower conductive line; and
After the first upper conductive line and the first lower conductive line are formed, a second upper conductive line is formed on the first upper conductive line by evaporating and depositing a metal to a second thickness at a first negative inclination angle with respect to the normal of the transparent dielectric substrate. and forming a second lower conductive line deposited on the other side of the space.
the first lower conductive line and the second lower conductive line are connected to each other,
When the first upper conductive line and the first lower conductive line are formed, the metal deposited on one sidewall of the polymer line has an island shape,
When the second upper conductive line and the second lower conductive line are formed, the metal deposited on the other sidewall of the polymer line has an island shape,
When the first upper conductive line and the first lower conductive line are deposited, the transparent dielectric substrate does not rotate,
When the second upper conductive line and the second lower conductive line are deposited, the transparent dielectric substrate does not rotate,
the first upper conductive line and the first lower conductive line are performed in an electron beam evaporation deposition apparatus at a first positive inclination angle;
The method of claim 1, wherein the second upper conductive line and the second lower conductive line are performed in the electron beam evaporation apparatus at a first negative inclination angle.
상기 폴리머 라인의 폭과 상기 스페이스의 폭은 동일하고,
상기 폴리머 라인의 폭은 50nm 이하이고,
상기 제1 상부 도전 라인 및 상기 제1 하부 도전 라인의 제1 두께는 10 nm 이상이고,
상기 제2 상부 도전 라인 및 상기 제2 하부 도전 라인의 상기 제2 두께는 10nm 이상이고,
상기 폴리머 라인의 선폭(LW)과 상기 폴리머 라인의 높이(H)의 비인 종횡비(W:H)는 1:1 내지 1 : 4인 것을 특징으로 하는 광학 필터의 제조 방법.According to claim 1,
The width of the polymer line and the width of the space are the same,
The width of the polymer line is 50 nm or less,
A first thickness of the first upper conductive line and the first lower conductive line is 10 nm or more,
The second thickness of the second upper conductive line and the second lower conductive line is 10 nm or more,
An aspect ratio (W:H), which is a ratio of a line width (LW) of the polymer line and a height (H) of the polymer line, is 1:1 to 1:4.
교번하여 배치된 폴리머 라인과 스페이스를 포함하는 폴리머 그리드 패턴을 투명 유전체 기판 상에 형성하는 단계는:
마스터 기판에 포토리소그라피 공정 및 이방성 식각 공정을 이용하여 와이어 그리드 마스터 패턴을 형성하는 단계;
상기 와이어 그리드 마스터 패턴 상에 자외선 경화 수지를 도포한 후 제1 투명 유전체 기판을 덮고 경화시킨 후 상기 제1 투명 유전체 기판을 분리하여 역상의 와이어 그리드 패턴을 포함하는 제1 리플리카 유전체 기판을 형성하는 단계;
상기 제1 리플리카 유전체 기판 상에 자외선 경화 수지를 도포한 후 제2 유전체 기판을 덮고 경화시킨 후 상기 제2 유전체 기판을 분리하여 와이어 그리드 패턴을 포함하는 제2 리플리카 유전체 기판을 형성하는 단계를 포함하고,
제2 리플리카 유전체 기판은 상기 투명 유전체 기판으로 제공되는 것을 특징으로 하는 광학 필터의 제조 방법.According to claim 1,
The step of forming a polymer grid pattern including alternatingly arranged polymer lines and spaces on the transparent dielectric substrate includes:
forming a wire grid master pattern on a master substrate using a photolithography process and an anisotropic etching process;
After coating an ultraviolet curing resin on the wire grid master pattern, covering and curing a first transparent dielectric substrate, separating the first transparent dielectric substrate to form a first replica dielectric substrate including an inverted wire grid pattern step;
Forming a second replica dielectric substrate including a wire grid pattern by applying an ultraviolet curable resin on the first replica dielectric substrate, covering and curing the second dielectric substrate, and then separating the second dielectric substrate including,
A second replica dielectric substrate is a method of manufacturing an optical filter, characterized in that provided as the transparent dielectric substrate.
상기 제1 투명 유전체 기판은 O2 플라즈마로 처리된 후 상기 자외선 경화 수지로 도포되고,
상기 제2 투명 유전체 기판은 O2 플라즈마로 처리된 후 상기 자외선 경화 수지로 도포되는 것을 특징으로 하는 광학 필터의 제조 방법.5. The method of claim 4,
The first transparent dielectric substrate is treated with O2 plasma and then coated with the UV curable resin,
The second transparent dielectric substrate is a method of manufacturing an optical filter, characterized in that after being treated with O2 plasma and coated with the ultraviolet curing resin.
상기 투명 유전체 기판은 폴리카보네이트 필름인 것을 특징으로 하는 광학 필터의 제조 방법.According to claim 1,
The transparent dielectric substrate is a method of manufacturing an optical filter, characterized in that the polycarbonate film.
상기 투명 유전체 기판의 타면에 다층 박막의 적외선 차단 필터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 필터의 제조 방법.According to claim 1,
The method of manufacturing an optical filter, characterized in that it further comprises the step of forming a multilayer thin-film infrared cut-off filter on the other surface of the transparent dielectric substrate.
상기 다층 박막의 적외선 차단 필터는 [Ta2O3/SiO2]의 다층 적층 구조인 것을 특징으로 하는 광학 필터의 제조 방법.8. The method of claim 7,
The method of manufacturing an optical filter, characterized in that the infrared cut filter of the multilayer thin film has a multilayer stacked structure of [Ta2O3/SiO2].
상기 폴리머 그리드 패턴의 상기 폴리머 라인 상에 배치된 상부 도전 라인;
상기 폴리머 그리드 패턴의 상기 스페이스 상에 배치된 하부 도전 라인; 및
상기 폴리머 라인의 양 측벽에 각각 형성된 도전 아일랜드들을 포함하고,
상기 투명 유전체 기판의 타면에 형성된 다층 박막 구조의 적외선-차단 필터를 더 포함하고,
상기 폴리머 라인의 선폭과 상기 스페이스의 폭은 동일하고,
상기 폴리머 라인의 선폭은 50nm 이하이고,
상기 상부 도전 라인의 두께는 20nm 이하이고,
상기 폴리머 라인의 선폭(W)과 폴리머 라인 높이(H)의 비인 종횡비(LW:H)는 1:1 내지 1 : 4인 것을 특징으로 하는 광학 필터.
a transparent dielectric substrate including a polymer grid pattern composed of polymer lines and spaces alternately disposed on one surface thereof;
an upper conductive line disposed on the polymer line of the polymer grid pattern;
a lower conductive line disposed on the space of the polymer grid pattern; and
and conductive islands respectively formed on both sidewalls of the polymer line,
Further comprising an infrared-blocking filter of a multilayer thin film structure formed on the other surface of the transparent dielectric substrate,
The line width of the polymer line and the width of the space are the same,
The line width of the polymer line is 50 nm or less,
The thickness of the upper conductive line is 20 nm or less,
An aspect ratio (LW:H), which is a ratio of the line width (W) of the polymer line and the height (H) of the polymer line, is 1:1 to 1:4.
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