KR102336499B1 - 패턴 구조체 및 그 제조방법과, 금속 와이어 그리드 편광판을 채용한 액정 표시장치 - Google Patents

패턴 구조체 및 그 제조방법과, 금속 와이어 그리드 편광판을 채용한 액정 표시장치 Download PDF

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Abstract

패턴 구조체 및 그 제조방법과, 금속 와이어 그리드 편광판을 채용한 액정 표시장치가 개시된다. 개시된 패턴 구조체는, 동일 평면 상에 배열되며 일면에 1㎛ 보다 작은 폭의 미세 구조물들이 마련되어 있는 복수의 패턴 구조체 유닛과, 상기 패턴 구조체 유닛들 사이에 마련되어 상기 패턴 구조체유닛들을 서로 접합하는 것으로 10㎛ 보다 작은 폭을 가지는 연결층을 포함한다.

Description

패턴 구조체 및 그 제조방법과, 금속 와이어 그리드 편광판을 채용한 액정 표시장치{Pattern structure and method of manufacturing the pattern structure, and liquid crystal display device having metal wire grid polarizer}
대면적의 패턴 구조체 및 그 제조방법과, 대면적의 패턴 구조체를 이용하여 제작된 금속 와이어 그리드 편광판을 채용한 액정 표시장치에 관한 것이다.
편광판(polarizer)은 무편광 또는 임의 편광된 전자기파를 원하는 단일 편광의 전자기파로 바꾸어 주는 광학 소자를 말한다. 이러한 편광판의 대표적인 응용예로서 TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display)에 사용되는 흡수형 편광판인 PVA(polyvinyl alcohol) 편광판을 들 수 있다. 이러한 PVA 편광판은 패널의 상판 글라스 및 하판 글라스 상에 각각 마련되어 백라이트 유닛(BLU; Back Light Unit)으로부터 들어오는 빛을 통과시키거나 차단함으로써 패널 구동에 있어서 핵심적인 역할을 하게 된다.
반사형 편광판인 금속 와이어 그리드 편광판(Metal WGP; Metal Wire Grid Polarizer)은, S-편광파는 흡수하고 P-편광과는 통과시키는 흡수형 편광판과는 달리 S-편광파는 반사하고 P-편광파는 통과시키는 특성을 가지고 있다. 따라서, 이러한 와이어 그리드 편광판을 TFT-LCD에 적용할 경우에 금속 와이어 그리드 편광판의 표면에서 반사된 S-편광파를 재활용(recycling)함으로써 휘도(brightness)를 향상시킬 수 있고, 광원 비용의 절감을 기대할 수 있다. 한편, 디스플레이 패널의 크기가 점점 커짐에 따라 결함(defect)이 없는 대면적의 금속 와이어 그리드 편광판이 요구되는 바, 이를 위해서는 대면적의 패터닝 방법을 통한 마스터(master) 제작기술이 필요하게 된다.
본 발명의 적어도 일 실시예는 대면적의 패턴 구조체 및 그 제조방법과, 대면적의 패턴 구조체를 이용하여 제작된 금속 와이어 그리드 편광판을 채용한 액정 표시장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서,
동일 평면 상에 배열되며, 일면에 1㎛ 보다 작은 폭의 미세 구조물들이 마련되어 있는 복수의 패턴 구조체 유닛(pattern structure unit); 및
상기 패턴 구조체 유닛들 사이에 마련되어 상기 패턴 구조체유닛들을 서로 접합하는 것으로, 10㎛ 보다 작은 폭을 가지는 연결층(connection layer);을 포함하는 패턴 구조체가 제공된다.
상기 미세 구조물들은 1㎛ 보다 작은 폭을 가지고 서로 나란하게 주기적으로 배치될 수 있다.
상기 패턴 구조체 유닛들의 접합면은 10㎛ 보다 작은 최고값 거칠기(Rmax)를 가질 수 있다. 상기 패턴 구조체 유닛들의 일면들 사이의 종적 단차(vertical step difference)는 상기 미세 구조물의 폭 사이즈의 10% 보다 작을 수 있다.
상기 연결층은 광경화성 수지 또는 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 연결층은 광압축성 수지 또는 열압축성 수지를 포함할 수 있다. 상기 패턴 구조체 유닛은 실리콘(Si) 또는 글라스(glass)를 포함할 수 있다. 상기 패턴 구조체 유닛들은 1차원 또는 2차원적으로 배열될 수 있다.
다른 측면에 있어서,
일면에 1㎛ 보다 작은 폭의 미세 구조물들이 마련되어 있는 복수의 패턴 구조체 유닛을 준비하는 단계;
상기 패턴 구조체 유닛들을 동일 평면 상에 서로 인접하게 정렬하는 단계; 및
상기 패턴 구조체 유닛들 사이에 모세관 현상(capillary phenomenon)을 이용하여 소정의 수지(resin)를 삽입하고 상기 패턴 구조체 유닛들을 서로 접합함으로써 연결층을 형성하는 단계;를 포함하는 패턴 구조체의 제조방법이 제공된다.
상기 수지의 점도(viscosity)는 1000cps 보다 작을 수 있다. .
상기 연결층을 형성하는 단계는, 상기 패턴 구조체 유닛들 사이에 모세관 현상을 이용하여 상기 수지를 삽입하는 단계; 및 상기 수지를 경화 또는 압축시켜 상기 연결층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 패턴 구조체 유닛들은 상기 미세 구조물들을 포함하는 복수의 패턴 웨이퍼를 절단함으로써 제작될 수 있다. 여기서, 상기 패턴 웨이퍼들은 에칭, 레이저 가공 또는 폴리싱에 절단될 수 있다.
다른 측면에 있어서,
서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판;
상기 제1 및 제2 기판 사이에 마련되는 액정층;
상기 제1 기판 상에 마련되는 금속 와이어 그리드 편광판; 및
상기 제2 기판 상에 마련되는 블랙 매트릭스(black matrix) 및 컬러 필터(color filter);를 포함하고,
상기 금속 와이어 그리드 편광판은 일면에 1㎛ 보다 작은 폭의 금속 와이어 패턴들이 마련되어 있는 복수의 패턴 영역(pattern area)과, 상기 패턴 영역들 사이에 형성되는 10㎛ 보다 작은 폭을 가지는 이음매 영역(seam area)을 포함하며,
상기 이음매 영역은 상기 블랙 매트릭스에 대응되는 위치에 마련되는 액정 표시장치가 제공된다.
상기 이음매 영역은 상기 블랙 매트릭스 보다 작은 폭을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제1 기판 상에는 백라이트 유닛이 더 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 1㎛ 보다 작은 폭을 가지는 미세 구조물들이 형성된 복수의 패턴 구조체 유닛들을 연결층으로 접합하여 서로 연결함으로써 대면적의 패턴 구조체를 제작할 수 있다. 여기서, 상기 연결층을 10㎛ 보다 작은 폭으로 형성함으로써 이음매 부분에서 단절감이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이러한 패턴 구조체를 마스터로 이용하면 결함이 없고 전 면적에 걸쳐서 균일한 물리적 특성을 가지는 금속 와이어 그리드 편광판을 대면적으로 구현할 수 있다. 또한, 이러한 대면적의 금속 와이어 그리드 편광판을 채용한 액정 디스플레이 장치는 금속 와이어 그리드 편광판의 이음매 영역을 블랙 매트릭스 보다 작은 폭으로 형성하고, 이러한 이음매 영역을 블랙 매트릭스의 하부에 위치시킴으로써 결함이 없는 화상을 대면적으로 구현할 수 있다. 한편, 실시예에 따른 대면적의 패턴 구조체는 금속 와이어 그리드 편광판 이외에도 다른 분야로의 응용도 가능하다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 패턴 구조체를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 본 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 본 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 1에 도시된 패턴 구조체에서, 패턴 구조체 유닛에 형성될 수 있는 접합면 형상들을 예시적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 패턴 구조체를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 패턴 구조체를 도시한 것이다.
도 7 내지 도 13은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 패턴 구조체의 제조방법을 설명하는 도면들이다.
도 14 내지 도 22는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 와이어 그피드 편광판의 제조방법을 설명하는 도면들이다.
도 23은 도 22에 도시된 금속 와이어 그리드 편광판을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 24는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 액정 표시장치를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 패턴 구조체(100)를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 본 단면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 본 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 패턴 구조체(100)는 동일 평면 상에 배열되는 복수의 패턴 구조체 유닛(110)과, 상기 패턴 구조체 유닛들(110) 사이에 마련되는 연결층(connection layer,120)을 포함한다. 상기 패턴 구조체 유닛들(110)은 예를 들면, 실리콘(Si) 또는 글라스 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 패턴 구조체 유닛들(110) 각각은 제1면(111, 도 1에서 상면)으로부터 도출되게 마련되는 미세 구조물들(110a)을 포함한다. 한편, 상기 제1면(111)과 반대면인 제2면(112, 도 1에서 하면)은 평탄한 형상을 가질 수 있다. 상기 미세 구조물들(110a) 각각의 폭(W1)은 1㎛ 보다 작을 수 있다. 예들 들면, 상기 미세 구조물들(110a)은 패턴 구조체 유닛(110)의 제1면(111) 상에서 1㎛ 보다 작은 폭(W1)을 가지고 서로 나란하게 주기적으로 배열될 수 있다. 이 경우, 상기 미세 구조물들(110a) 사이의 간격(G)은 대략 1㎛ 보다 작을 수 있으며, 상기 미세 구조물들(110a)의 높이는 대략 1㎛ 보다 작을 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 한편, 상기 미세 구조물들(110a)은 전술한 형태 외에 다른 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기와 같은 패턴 구조체 유닛(110)은 예를 들어 실리콘이나 글라스 등으로 이루어진 웨이퍼(wafer)를 반도체 공정의 에칭 과정을 통해 패터닝함으로써 제작될 수 있다. 이와 같이, 반도체 공정을 통한 패터닝에 의하면 1㎛ 보다 작은 폭(W1)의 미세 구조물들(110a)을 형성할 수 있다.
상기 패턴 구조체 유닛들(110)은 동일 평면 상에서 서로 인접하게 배열되어 있다. 도 1에는 패턴 구조체 유닛들(110)이 예를 들어 2차원 형태로 배열되는 경우가 도시되어 있다. 하지만 이에 한정되지 않고 상기 패턴 구조체 유닛들(110)은 1차원으로 배열될 수도 있다. 상기 패턴 구조체 유닛들(110) 사이에는 연결층(120)이 마련되어 있다. 상기 연결층(120)은 패턴 구조체 유닛들(110) 사이를 접합하여 패턴 구조체 유닛들(110)을 서로 연결시키는 역할을 한다. 여기서, 상기 연결층(120)의 폭(W2)은 10㎛ 보다 작을 수 있다.
상기 연결층(120)은 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함할 수 있다. 이러한 열경화성 수지 또는 광경화성 수지에는 예를 들면 아크릴레이트 계열의 물질이 포함될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 연결층(120)은 열압축성 수지 또는 광압축성 수지를 포함할 수도 있다. 이러한 열압축성 수지 또는 광압축성 수지에는 예를 들면 폴리우레탄 계열의 물질이 포함될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 연결층(120)에 의해 접합되는 패턴 구조체 유닛들(110)의 접합면들(113)은 소정의 표면 거칠기(surface roughness)를 가질 수 있다. 상기 패턴 구조체 유닛(110)의 접합면(113)은 후술하는 바와 같이, 미세 구조물들(110a)이 형성된 패턴 웨이퍼(미도시)를 소정 가공을 통해 절단함으로써 형성된다. 이에 따라, 패턴 웨이퍼가 절단됨으로써 형성되는 패턴 구조체 유닛(110)의 접합면(113)은 소정의 표면 거칠기를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 패턴 구조체 유닛(110)의 접합면(113)은 10㎛ 보다 작은 최고값 거칠기(Rmax)를 가질 수 있다. 여기서, 최고값 거칠기(Rmax)라 함은 표면 거칠기의 정도를 나타내는 값으로, 표면에서 가장 낮은 위치와 가장 높은 위치 사이의 거리를 의미한다.
이와 같이, 소정의 표면 거칠기를 가지는 패턴 구조체 유닛들(110)의 접합면들(113)이 서로 인접하게 배열되면, 상기 패턴 구조체 유닛들(110)의 접합면들(113) 사이에는 빈공간이 형성될 수 있으며, 후술하는 바와 같이 이러한 빈공간 내에 소정의 수지(resin)가 채어짐으로써 연결층(120)이 형성된다. 여기서, 상기 패턴 구조체 유닛들(110)의 접합면들(113)은 서로 동일한 표면 거칠기를 가질 수 있지만, 서로 다른 표면 거칠기를 가질 수도 있다. 본 실시예에서, 상기 패턴 구조체 유닛들(110)의 접합면들(113) 사이의 최대 간격은 10㎛ 보다 작을 수 있다. 따라서, 상기 패턴 구조체 유닛들(110) 사이에 마련되는 연결층(120) 또한 10㎛ 보다 작은 폭으로 형성될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 도 1에 도시된 패턴 구조체(100)에서, 패턴 구조체 유닛(110)에 형성될 수 있는 접합면 형상들을 예시적으로 도시한 것이다. 도 4a에 도시된 접합면(113a)은 패턴 구조체 유닛(110)의 제1면(111, 또는 제2면(112))과 수직으로 형성되고, 그 최고값 거칠기(Rmax)가 0에 가까울 정도로 평탄하게 형성되어 있다. 도 4b에 도시된 접합면(113b)은 패턴 구조체 유닛(110)의 제1면(111, 또는 제2면(112))과 수직으로 형성되고, 물결 모양으로 형성되어 있다. 여기서, 접합면(113b)의 최고값 거칠기(Rmax)는 10㎛ 보다 작을 수 있다. 그리고, 도 4c에 도시된 접합면(113c)과 도 4에 도시된 접합면(114d)은 패턴 구조체 유닛(110)의 제1면(111, 또는 제2면(112))과 경사지게 형성되어 있다. 여기서, 접합면들(113c,113d)의 최고값 거칠기(Rmax)는 10㎛ 보다 작을 수 있다. 한편, 이상에서 설명된 접합면들(113a,113b,113c,113d)의 형상들은 단지 예시적인 것으로 이외에도 다양한 형상의 접합면이 형성될 수 있다.
이상과 같이, 1㎛ 보다 작은 폭(W1)을 가지는 미세 구조물들(110a)이 형성된 복수의 패턴 구조체 유닛(110)을 연결층(120)으로 접합하여 서로 연결함으로써 대면적의 패턴 구조체(100)를 제작할 수 있다. 여기서, 연결층(120)을 10㎛ 보다 작은 폭으로 형성함으로써 이음매 부분에서 단절감이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
최근에는 액정 디스플레이 패널의 크기가 점점 커짐에 따라 이 액정 디스플레이 패널에 적용되는 금속 와이어 그리드 편광판도 결함이 없이 대면적으로 제작될 필요가 있다. 이를 위해서는 금속 와이어 그리드 편광판 제작을 위한 마스터(master)도 대면적으로 제작할 필요가 있는데, 기존에는 대각선의 크기가 대략 12인치 이상인 대면적의 마스터를 결함이 없이 제작하기가 어려웠다. 그러나, 상기와 같은 패턴 구조체(100)를 마스터로 이용하면 결함이 없고 전 면적에 걸쳐서 균일한 물리적 특성을 가지는 금속 와이어 그리드 편광판을 대면적으로 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 패턴 구조체(100')를 도시한 것이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 패턴 구조체(100')는 동일 평면 상에 배열되는 복수의 패턴 구조체 유닛(110)과, 상기 패턴 구조체 유닛들(110) 사이에 마련되어 패턴 구조체 유닛들(110)을 접합하여 연결하는 연결층(120')을 포함한다. 상기 패턴 구조체 유닛들(110) 각각은 제1면(111)에 도출되게 마련되는 미세 구조물들(110a)을 포함한다. 여기서, 상기 미세 구조물들(110a)은 1㎛ 보다 작은 폭을 가질 수 있으며, 상기 연결층(120)은 10㎛ 보다 작은 폭을 가질 수 있다. 또한, 상기 패턴 구조체 유닛들(110)의 접합면들(113)은 10㎛ 보다 작은 최고값 거칠기(Rmax)를 가질 수 있다.
전술한 도 2에 도시된 실시예에서는 연결층(120)이 패턴 구조체 유닛들(110)의 접합면들(113) 사이의 공간을 전체적으로 채우도록 마련된 경우가 설명되었다. 따라서, 이 경우에는 패턴 구조체 유닛(110)의 제1면(111)과 연결층(120)의 상면이 동일한 높이로 형성될 수 있다. 그러나, 본 실시예에서는 연결층(120')이 패턴 구조체 유닛들(110)의 접합면들(113) 사이의 공간을 일부만 채우도록 마련되어 있다. 이 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이, 연결층(120')의 상면이 패턴 구조체 유닛(110)의 제1면(111,즉, 상면)보다 낮게 형성될 수 있다. 한편, 이상에서는 연결층(120)이 패턴 구조체 유닛들(110) 사이의 공간 중 아래 부분에 형성되는 경우가 예시적으로 설명되었으나, 이에 한정되지 않고 이외에도 연결층(120')은 패턴 구조체 유닛들(110) 사이의 공간 중 다른 부분, 예를 들면, 윗 부분이나 중간 부분에만 형성되는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 패턴 구조체(200)를 도시한 것이다. 이하에서는 전술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 패턴 구조체(200)는 동일 평면 상에 배열되는 복수의 패턴 구조체 유닛(210',210")과, 상기 패턴 구조체 유닛들(210',210") 사이에 마련되어 패턴 구조체 유닛들(210',210")을 접합하여 연결하는 연결층(220)을 포함한다. 상기 패턴 구조체 유닛들(210',210") 각각은 제1면(211',211")에 도출되게 마련되는 미세 구조물들(210'a, 210"a)을 포함한다. 여기서, 상기 미세 구조물들(210'a, 210"a)은 1㎛ 보다 작은 폭을 가질 수 있으며, 상기 연결층(220)은 10㎛ 보다 작은 폭을 가질 수 있다. 또한, 상기 패턴 구조체 유닛들(210',210")의 접합면들(213',213")은 10㎛ 보다 작은 최고값 거칠기(Rmax)를 가질 수 있다.
전술한 실시예에서는 동일 평면 상에 배열되는 패턴 구조체 유닛들(110) 사이에 종적 단차(vertical step difference)가 없는 경우가 설명되었다. 그러나, 본 실시예에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 동일 평면 상에 배열되는 패턴 구조체 유닛들(210',210") 사이에 소정의 종적 단차가 존재한다. 이러한 종적 단차는 반도체 공정의 에칭 과정을 통해 미세 구조물들(210'a, 210"a)을 형성하는 과정에서 공정 오차 등에 의해서 발생될 수 있다.
본 실시예예서, 연결층(220)에 의해 서로 접합되는 패턴 구조체 유닛들(210',210")의 제1면들(211',211") 사이의 종적 단차(h)는 예를 들면, 미세 구조물(210'a, 210"a)의 폭의 10% 보다 작을 수 있다. 즉, 상기 종적 단차(h)는 대략 0.1㎛ 보다 작을 수 있다. 이와 같이, 패턴 구조체 유닛들(210',210") 사이의 종적 단차(h)가 미세 구조물의 폭 사이즈의 10% 보다 작게 되면, 결함이 없는 대면적의 패턴 구조체(200)를 구현할 수 있다.
도 7 내지 도 13은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 패턴 구조체의 제조방법을 설명하는 도면들이다.
도 7을 참조하면, 상면에 미세 구조물들(도 2의 110a)이 형성된 복수의 패턴 웨이퍼(pattern wafer,350)를 준비한다. 상기 패턴 웨이퍼(350)는 예를 들면, 실리콘 또는 글라스 등으로 이루어진 웨이퍼(미도시)를 반도체 공정의 에칭 과정을 통해 패터닝함으로써 제작될 수 있다. 이러한 반도체 공정을 통한 패터닝에 의하면 1㎛ 보다 작은 폭의 미세 구조물들을 형성할 수 있다.
상기 미세 구조물들은 패턴 웨이퍼(350) 상에서 1㎛ 보다 작은 폭을 가지고 서로 나란하게 주기적으로 배열될 수 있다. 이 경우, 상기 미세 구조물들 사이의 간격은 대략 1㎛ 보다 작을 수 있으며, 상기 미세 구조물들의 높이는 대략 1㎛ 보다 작을 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 미세 구조물들은 이외에도 다른 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 패턴 웨이퍼들(350)을 소정 형태로 절단하여 복수의 패턴 구조체 유닛(310)을 제작한다. 상기 패턴 웨이퍼(350)는 예를 들면, 사각형 형태로 절단될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 패턴 웨이퍼(350)의 절단은 예를 들면, 에칭 공정, 레이저 가공 공정 또는 폴리싱(polishing) 공정 등에 의해 수행될 수 있다. 상기 레이저 가공 공정에는 레이저 커팅(cutting) 또는 레이저 다이싱(dicing) 등이 포함될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 패턴 웨이퍼들(350)을 절단하여 패턴 구조체 유닛들(310)을 제작하게 되면, 상기 패턴 구조체 유닛들(310)의 절단면들(313)은 소정의 표면 거칠기를 가질 수 있다. 이러한 패턴 구조체 유닛들(310)의 절단면들(313)은 후술하는 바와 같이 연결층(도 13의 320)에 의해 서로 접합되는 접합면들을 구성한다. 여기서, 상기 패턴 구조체 유닛(310)의 절단면(313)은 10㎛ 보다 작은 최고값 거칠기(Rmax)를 가질 수 있다. 최고값 거칠기(Rmax)는 전술한 바와 같이. 표면 거칠기의 정도를 나타내는 값으로, 표면에서 가장 낮은 위치와 가장 높은 위치 사이의 거리를 의미한다. 한편, 상기 패턴 구조체 유닛들(310)의 절단면들(313)은 서로 동일한 표면 거칠기를 가질 수 있지만, 서로 다른 표면 거칠기를 가질 수도 있다.
도 9를 참조하면, 평탄한 기판(370) 상에 패턴 구조체 유닛들(310)을 정렬한다. 여기서, 패턴 구조체 유닛들(310)은 그 하면이 기판(370)과 접하도록 마련된다. 한편, 상기 기판(370) 상에 정렬된 패턴 구조체 유닛들(310) 사이에는 종적 단차(vertical step difference)가 없거나 또는 있을 수 있다. 이 경우, 상기 패턴 구조체 유닛들(310) 사이의 종적 단차는 미세 구조물의 폭 사이즈의 10% 보다 작을 수 있다.
이어서, 도 10을 참조하면, 기판(370) 상에 배열된 패턴 구조체 유닛들(310)을 움직여서 서로 인접하도록 배열한다. 여기서, 패턴 구조체 유닛들(310)의 절단면들(313)이 소정의 표면 거칠기를 가지고 있기 때문에 이러한 절단면들(313)이 서로 인접하게 되면 이 절단면들(313) 사이에는 빈공간(315)이 형성될 수 있다. 여기서, 서로 인접한 패턴 구조체 유닛들(310)의 절단면들(313) 사이의 최대 간격은 10㎛ 보다 작을 수 있다.
도 11을 참조하면, 패턴 구조체 유닛들(310) 사이의 빈공간(315)에 소정의 수지(resin, 320')를 삽입한다. 구체적으로, 패턴 구조체 유닛들(310)의 서로 인접한 절단면들(313) 사이의 빈공간(315) 내에 모세관 현상을 이용하여 소정의 수지(320')를 삽입한다. 이와 같이 모세관 현상을 이용하여 패턴 구조체 유닛들(310) 사이의 빈공간(315) 내에 수지(resin,320')를 삽입하기 위해서, 상기 수지(320')는 예를 들면 대략 1000 cps 보다 작은 점도를 가질 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 일반적으로, 패턴 구조체 유닛들(310) 사이의 간격이 넓을수록 높은 점도를 가지는 수지가 사용될 수 있으며, 패턴 구조체 유닛들(310) 사이의 간격이 작은 점도를 가지는 수지가 사용될 수 있다. 구체적인 예로서, 패턴 구조체 유닛들(310) 사이의 간격이 수백 nm 정도인 경우에는 100cps 이하의 점도를 가지는 수지가 사용될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것이다. 한편, 상기 수지(320')는 모세관 현상에 의해 패턴 구조체 유닛들(310) 사이의 빈공간(315)을 모두 채우거나 또는 일부만을 채울 수 있다.
상기 수지(320')로는 열경화성 수지 또는 광경화성 수지가 사용될 수 있다. 이 경우, 예를 들면, 상기 수지(320')는 아크릴레이트 계열의 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 수지(320')로는 열압축성 수지 또는 광압축성 수지가 사용될 수도 있다. 이 경우, 예를 들면, 상기 수지(320')는 폴리우레탄 계열의 물질을 포함할 수 있다.
도 12를 참조하면, 패턴 구조체 유닛들(310) 사이에 삽입된 수지(320')에 열 또는 빛(예를 들면, UV)를 가한다. 예를 들어, 상기 수지(320')로 열경화성 수지 또는 광경화성 수지가 사용되는 경우에는 패턴 구조체 유닛들(310) 사이에 삽입된 수지(320')에 열 또는 빛을 가하게 되면, 가교(cross link) 반응에 의해 수지(320')가 경화되면서 패텬 구조체 유닛들(310)을 연결하는 연결층(도 13의 320)이 형성된다. 그리고. 이러한 수지(320')의 경화 과정을 거치면서 형성되는 연결층(320)은 패턴 구조체 유닛들(310)을 서로 접합시키는 역할을 한다.
또한, 예를 들어 상기 수지(320')로 열압축성 수지 또는 광압축성 수지가 사용되는 경우에는 패턴 구조체 유닛들(310) 사이에 삽입된 수지(320')에 열 또는 빛을 가하게 되면, 수지(320') 내의 용매(solvent)가 증발하면서 수지(320')가 압축됨으로써 패텬 구조체 유닛들(310)을 연결하는 연결층(도 13의 320)이 형성된다. 그리고. 이러한 수지(320')의 압축 과정을 거치면서 형성되는 연결층(320)은 패턴 구조체 유닛들(310)을 서로 접합시키는 역할을 한다.
도 13은 패턴 구조체 유닛들(310) 사이에 삽입된 수지(320')가 경화 또는 압축됨으로써 패턴 구조체 유닛들(310)을 서로 접합하는 연결층(320)으로 형성된 상태를 도시한 것이다. 도 13을 참조하면, 상기 연결층(320)은 서로 인접한 패턴 구조체 유닛들(310)의 접합면들 사이의 간격에 대응되는 폭으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 연결층(320)은 10㎛ 보다 작은 폭으로 형성될 수 있다.
도 14 내지 도 22는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 금속 와이어 그피드 편광판의 제조방법을 설명하는 도면들이다. 도 14에는 전술한 본 발명의 실시예에 따른 패턴 구조체를 마스터(master)로 이용하여 금속 와이어 그리드 편광판을 제조하는 방법이 도시되어 있다.
도 14를 참조하면, 마스터(400)를 준비한다. 여기서, 상기 마스터(400)는 전술한 도 1에 본 발명의 실시예에 따른 패턴 구조체(100)와 동일한 것이다. 구체적으로, 상기 마스터(400)는 동일 평면 상에 배열되는 복수의 마스터 유닛(410)과, 상기 마스터 유닛들(410) 사이에 마련되는 연결층(420)을 포함한다. 상기 마스터 유닛들(410)은 예를 들면, 실리콘(Si) 또는 글라스 등을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 마스터 유닛들(410) 각각은 상면으로부터 도출되게 마련되는 1㎛ 보다 작은 폭을 가지는 미세 구조물들(410a)을 포함한다. 상기 미세 구조물들(410a)은 마스터 유닛의 상면 상에서 1㎛ 보다 작은 폭(W1)을 가지고 서로 나란하게 주기적으로 배열될 수 있다. 이 경우, 상기 미세 구조물들(410a) 사이의 간격은 대략 1㎛ 보다 작을 수 있으며, 상기 미세 구조물들(410a)의 높이는 대략 1㎛ 보다 작을 수 있지만, 이는 단지 예시적인 것이다.
상기 마스터 유닛들(410)은 동일 평면 상에서 서로 인접하게 배열되어 있으며, 상기 마스터 유닛들(410) 사이에는 연결층(420)이 마련되어 있다. 상기 연결층(420)은 마스터 유닛들(410) 사이를 접합하여 마스터 유닛들(410)을 서로 연결시키는 역할을 한다. 여기서, 상기 연결층(420)의 폭(W2)은 10㎛ 보다 작을 수 있다. 상기 연결층(420)은 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 연결층(420)은 열압축성 수지 또는 광압축성 수지를 포함할 수도 있다.
도 15를 참조하면, 상기 마스터(400) 상에 몰드 물질(450')을 도포한 다음, 이를 경화시킨다. 이어서, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 마스터(400)를 떼어내게 되면 후술하는 임프린트 공정을 위한 몰드(450)가 완성된다. 이러한 몰드(450) 상에는 마스터(410)의 미세 구조물들(410a)에 대응하는 몰드 패턴들(450a)이 형성되어 있다.
도 17을 참조하면, 지지 기판(support substrate, 510) 상에 금속층(520'), 하드 마스크(hard mask,530') 및 수지층(540')을 순차적으로 형성한다. 상기 지지 기판(510)으로는 글라스 기판이 사용될 수 있으며, 상기 금속층(520')으로는 Al이 사용될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 하드 마스크(530 )는 단단한 재질을 포함할 수 있으며, 상기 수지층(540')은 유동성이 있는 광경화성 물질을 포함할 수 있다.
도 18을 참조하면, 도 16에 도시된 바와 같이 제작된 몰드(450)를 도 17에 도시된 수지층(540')에 압착시킨다. 이에 따라, 유동성을 가지는 수지층(540')이 몰드(450)에 형성된 몰드 패턴들(450a) 내에 채워지게 된다. 그리고, 수지층(540')이 몰드(450)에 형성된 몰드 패턴들(450a) 사이에 채워진 상태에서 수지층(540')에 빛(예를 들면, UV)를 조사하게 되면 수지층(540')이 경화된다. 이어서, 상기 몰드(450)를 떼어내게 되면 도 19에 도시된 바와 같이 하드 마스크(530') 상에 패터닝된 수지층(540)이 형성된다.
도 20을 참조하면, 패터닝된 수지층(540)을 마스크로 사용하여 에칭 공정을 수행함으로써 하드 마스크(540') 상에 잔류하는 수지물질을 제거한다. 이어서, 도 21을 참조하면, 패터닝된 수지층(540)을 마스크로 사용하여 하드 마스크(530')를 패터닝한 다음, 상기 패터닝된 수지층(540)을 제거한다. 다음으로, 도 22을 참조하면, 패터닝된 하드 마스크(530)를 마스크로 사용하여 금속층(520')을 패터닝한 다음, 패터닝된 하드 마스크(530)를 제거하게 되면, 지지 기판(510)과 상기 지지 기판(510) 상에 마련된 복수의 금속 와이어 패턴(520)을 포함하는 금속 와이어 그리드 편광판(metal wire grid polarizer,500)이 완성된다.
도 23은 완성된 금속 와이어 그리드 편광판(500)을 확대하여 도시한 것이다.
도 23을 참조하면, 금속 와이어 그리드 편광판(500)은 지지 기판(510)과, 상기 지지 기판(510) 상에 마련되는 복수의 금속 와이어 패턴(520)을 포함한다. 상기 지지 기판(510)은 글라스를 포함하고, 상기 금속 와이어 패턴(520)은 Al을 포함할 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 금속 와이어 그리드 편광판(500)은 도 14에 도시된 마스터(400)와 동일한 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 와이어 그리드 편광판(500)은 금속 와이어 패턴들(520)을 포함하는 복수의 패턴 영역(A1)과, 상기 패턴 영역들(A1) 사이에 위치하는 이음매 영역(seam area,A2)으로 구성된다. 상기 패턴 영역들(A1)은 도 14에 도시된 마스터(400)의 마스터 유닛들(410)에 대응할 수 있다. 따라서, 상기 패턴 영역(A1)의 금속 와이어 패턴들(520)은 상기 마스터 유닛(410)의 미세 구조물들(410a)에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 와이어 패턴들(520)은 1㎛ 보다 작은 폭(W1)으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 금속 와이어 패턴들(520) 사이의 간격은 대략 1㎛ 보다 작을 수 있으며, 상기 금속 와이어 패턴들(520)의 높이는 대략 1㎛ 보다 작을 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 그리고, 상기 이음매 영역(A2)은 도 14에 도시된 마스터(400)의 연결층(420)에 대응할 수 있다. 따라서, 이러한 이음매 영역(A2)은 10㎛ 보다 작은 폭(W2)으로 형성될 수 있다.
도 24는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따른 액정 표시장치를 도시한 것이다. 도 24에는 도 23에 도시된 금속 와이어 그리드 편광판(500)을 채용한 액정 표시 장치가 도시되어 있다.
도 24를 참조하면, 제1 및 제2 기판(601,602)이 서로 이격되게 마련되어 있으며, 상기 제1 및 제2 기판(601,602) 사이에는 액정층(620)이 마련되어 있다. 상기 제1 및 제2 기판(601,602)은 하부 및 상부 기판이 될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 기판(601,602)은 글라스 등과 같이 투명한 재질을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제1 기판(601)의 하부에는 소정 색상의 빛(예를 들면, 백색광)을 액정층(620) 쪽으로 출사하는 백라이트 유닛(700)이 마련되어 있다.
상기 제1 기판(601) 상에는 금속 와이어 그리드 편광판(500)이 마련되어 있다. 예를 들면, 상기 금속 와이어 그리드 편광판(500)은 백라이트 유닛(700)과 제1 기판(601) 사이에 마련될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 금속 와이어 그리드 편광판(500)은 제1 기판(601)의 상면 쪽에 마련될 수도 있다.
이러한 금속 와이어 그리드 편광판(500)은 지지 기판(support substrate,510)와, 상기 지지 기판(510) 상에 마련되는 복수의 금속 와이어 패턴(520)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 상기 금속 와이어 그리드 편광판(500)은 금속 와이어 패턴들(510)을 포함하는 복수의 패턴 영역(A1)과, 상기 패턴 영역들(A1) 사이에 위치하는 이음매 영역(seam area,520)으로 구성된다. 여기서, 상기 금속 와이어 패턴들(520)은 1㎛ 보다 작은 폭으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 이음매 영역(A2)은 10㎛ 보다 작은 폭으로 형성될 수 있다.
제1 기판(601) 상에는 복수의 제1 전극(611) 및 이러한 제1 전극들(611)을 구동하는 복수의 박막 트랜지스터(TFT; Thin Film Transistor. 630)가 마련되어 있다. 여기서, 상기 제1 전극(611)은 화소 전극(pixel electrode)이 될 수 있다. 그리고, 제2 기판(602) 상에는 제2 전극(612)이 마련되어 있다. 이러한 제2 전극(612)은 공통 전극(common electrode)이 될 수 있다.
상기 제2 기판(602) 상에는 상기 제1 전극들(611)과 대응하도록 복수의 컬러 필터(color filter, 650)가 마련되어 있다. 여기서, 상기 컬러 필터들(650)은 각각 소정 색상(예를 들면, 적색, 녹색 또는 청색)을 가질 수 있다. 상기 컬러 필터들(650) 사이에는 블랙 매트릭스(black matrix, 640)가 형성되어 있다. 이러한 블랙 매트릭스(640)는 픽셀들 간의 크로스 토크(cross talk)를 방지하고 콘트라스트를 향상시키는 역할을 할 수 있다. 그리고, 상기 제2 기판(602) 상에는 편광판(670)이 마련되어 있다. 상기 편광판(670)은 예를 들면 제2 기판(602)의 상면에 마련될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 편광판(670)으로는 예를 들면, 흡수형 편광판인 PVA 편광판이 사용될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
상기와 같은 액정 표시장치에서, 금속 와이어 그리드 편광판(500)의 이음매 영역(A2)은 블랙 매트릭스(640)에 대응하는 위치에 마련된다. 구체적으로, 상기 금속 와이어 그리드 편광판(500)의 이음매 영역(A2)은 블랙 매트릭스(640)의 하부에 마련된다. 여기서, 상기 이음매 영역(A2)의 폭은 블랙 매트릭스(640)의 폭보다 작을 수 있다. 이와 같이, 블랙 매트릭스(640)의 폭보다 작은 폭을 가지는 이음매 영역(A2)이 블랙 매트릭스(640)의 하부에 위치하게 되면, 금속 와이어 그리드 편광판(500)의 이음매 영역(A2)이 블랙 매트릭스(640)에 의해 가려짐으로써 결함이 없는 화상을 대면적으로 구현할 수 있다. 구체적인 예로서, 예를 들어 55인치 이상의 대형 액정 디스플레이 장치가 전술한 바와 같은 10㎛ 보다 작은 폭을 가지는 이음매 영역(A2)을 포함하는 금속 와이어 그리드 편광판(500)을 구비하고, 금속 와이어 그리드 편광판(500)의 이음매 영역(A2)을 블랙 매트릭스(640)의 하부에 위치시키게 되면 결함이 없는 화상을 대면적으로 구현할 수 있게 된다.
한편, 이상에서는 대면적 패턴 구조체가 미세 구조물들이 서로 나란하게 주기적으로 배치되는 금속 와이어 그리드 편광판에 적용되는 경우가 설명되었다. 그러나, 상기 대면적 패턴 구조체는 미세 구조물들이 주기적으로 배치되지 않을 수도 있고, 금속 와이어 그리드 편광판 이외에 다른 응용 분야에 적용될 수도 있다. 이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
100,100',200...패턴 구조체
110,210',210",310...패턴 구조체 유닛
110a,210'a,210"a,410a...미세 구조물
111,211',211"... 제1면 112,212',212"... 제2면
113,113a,113b,113c,113c,213',213"... 접합면
120,120',220,320,420...연결층
313...패턴 구조체 유닛의 절단면
315...패턴 구조체 유닛들 사이의 빈공간
320'... 수지(resin) 350... 패턴 웨이퍼
370...기판 400.. 마스터
410...마스터 유닛 450'... 몰드 물질
450...몰드 450a...몰드 패턴
500...금속 와이어 그리드 편광판
510.. 지지 기판 520...금속 와이어 패턴
520'... 금속층 530...패터닝된 하드 마스크
530'... 하드 마스크 540...패터닝된 수지층
540'...수지층 601...제1 기판
602...제2 기판 611...제1 전극
612... 제2 전극 630...박막 트랜지스터
640... 블랙 매트릭스 650... 컬러필터
670...편광판 700...백라이트 유닛

Claims (21)

  1. 동일 평면 상에 배열되며, 일면에 1㎛ 보다 작은 폭의 미세 구조물들이 마련되어 있는 복수의 패턴 구조체 유닛(pattern structure unit); 및
    상기 패턴 구조체 유닛들 사이에 마련되어 상기 패턴 구조체유닛들을 서로 접합하는 것으로, 상기 복수의 패턴 구조체 유닛과 다른 물질로서 수지(resin)로 이루어져 있으며 10㎛ 보다 작은 폭을 가지는 연결층(connection layer);을 포함하며,
    상기 패턴 구조체 유닛들의 접합면은 10㎛ 보다 작은 최고값 거칠기(Rmax)를 가지는 패턴 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 구조물들은 1㎛ 보다 작은 폭을 가지고 서로 나란하게 주기적으로 배치되는 패턴 구조체.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴 구조체 유닛들의 일면들 사이의 종적 단차(vertical step difference)는 상기 미세 구조물의 폭 사이즈의 10% 보다 작은 패턴 구조체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결층은 광경화성 수지 또는 열경화성 수지를 포함하는 패턴 구조체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결층은 광압축성 수지 또는 열압축성 수지를 포함하는 패턴 구조체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴 구조체 유닛은 실리콘(Si) 또는 글라스(glass)를 포함하는 패턴 구조체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴 구조체 유닛들은 1차원 또는 2차원적으로 배열되는 패턴 구조체.
  9. 일면에 1㎛ 보다 작은 폭의 미세 구조물들이 마련되어 있는 복수의 패턴 구조체 유닛을 준비하는 단계;
    상기 패턴 구조체 유닛들을 동일 평면 상에 서로 인접하게 정렬하는 단계; 및
    상기 패턴 구조체 유닛들 사이에 모세관 현상(capillary phenomenon)을 이용하여 상기 복수의 패턴 구조체 유닛과 다른 물질로서 소정의 수지(resin)를 삽입하고 상기 패턴 구조체 유닛들을 서로 접합함으로써 연결층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 복수의 패턴 구조체 유닛의 접합면들 사이의 간격은 10㎛ 보다 작으며,
    상기 패턴 구조체 유닛들의 접합면은 10㎛ 보다 작은 최고값 거칠기(Rmax)를 가지는 패턴 구조체의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 패턴 구조체 유닛들의 일면들 사이의 종적 단차(vertical step difference)는 상기 미세 구조물의 폭 사이즈의 10% 보다 작은 패턴 구조체의 제조방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 수지의 점도(viscosity)는 1000cps 보다 작은 패턴 구조체의 제조방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 수지는 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함하는 패턴 구조체의 제조방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 수지는 열압축성 수지 또는 광압축성 수지를 포함하는 패턴 구조체의 제조방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 연결층을 형성하는 단계는, 상기 패턴 구조체 유닛들 사이에 모세관 현상을 이용하여 상기 수지를 삽입하는 단계; 및 상기 수지를 경화 또는 압축시켜 상기 연결층을 형성하는 단계;를 포함하는 패턴 구조체의 제조방법.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 패턴 구조체 유닛들은 상기 미세 구조물들을 포함하는 복수의 패턴 웨이퍼를 절단함으로써 제작되는 패턴 구조체의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 패턴 웨이퍼들은 에칭, 레이저 가공 또는 폴리싱에 절단되는 패턴 구조체의 제조방법.
  19. 서로 이격되게 마련되는 제1 및 제2 기판;
    상기 제1 및 제2 기판 사이에 마련되는 액정층;
    상기 제1 기판 상에 마련되는 금속 와이어 그리드 편광판; 및
    상기 제2 기판 상에 마련되는 블랙 매트릭스(black matrix) 및 컬러 필터(color filter);를 포함하고,
    상기 금속 와이어 그리드 편광판은 일면에 1㎛ 보다 작은 폭의 금속 와이어 패턴들이 마련되어 있는 복수의 패턴 영역(pattern area)과, 상기 복수의 패턴 영역 사이에 형성되어 상기 복수의 패턴 영역을 서로 접합하는 것으로 상기 복수의 패턴 영역과는 다른 물질로서 수지(resin)로 이루어져 있으며 10㎛ 보다 작은 폭을 가지는 이음매 영역(seam area)을 포함하며,
    상기 복수의 패턴 영역의 접합면은 10㎛ 보다 작은 최고값 거칠기(Rmax)를 가지고,
    상기 이음매 영역은 상기 블랙 매트릭스에 대응되는 위치에 마련되는 액정 표시장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 이음매 영역은 상기 블랙 매트릭스 보다 작은 폭을 가지도록 마련되는 액정 표시장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제1 기판 상에는 백라이트 유닛이 마련된 액정 표시 장치.
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