KR19990007433A - 패턴 지연기의 제조 방법, 패턴지연기 및 일루미네이션 소오스 - Google Patents

Abstract

본 발명의 패턴 지연기 제조 방법은 정렬층을 제공하는 단계, 상기 정렬층을 제1 방향으로 마찰시키는 단계, 상기 정렬층의 적어도 하나의 제1 영역을 마스크로 마스킹하여 상기 정렬층의 적어도 하나의 제2 영역을 노출시키는 단계, 상기 마스크를 통해 상기 적어도 하나의 제2 영역을 상기 제1 마찰 방향과 다른 제2 마찰 방향으로 마찰시키는 단계, 상기 마스크를 제거하는 단계, 광축이 상기 정렬층에 의해 정렬되는 복굴절 물질층을 상기 정렬층 상에 배치하는 단계, 및 상기 복굴절층의 상기 광축을 고정시키는 단계를 포함한다.

Description

패턴 지연기의 제조 방법, 패턴 지연기 및 일루미네이션 소오스

본 발명은 패턴 지연기를 제조하는 방법 및 이와 같은 방법에 의해 제조된 패턴 지연기에 관한 것이다. 이와 같은 광 디바이스는, 예를 들어 3D 디스플레이에서 많이 응용된다. 본 발명은 또한 일루미네이션 소오스(illumination source)에 관한 것이다.

미국 특허 제5,327,285호는 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol : PVA)과 같은 복굴절 물질의 화학적 에칭 또는 기계적 제거에 의한 패턴 지연기의 제조 공정을 개시한다. 그러나, 이와 같은 기술은 패턴의 다른 영역이 서로 다른 광 흡수 특성을 가지는 단점이 있다. 이 효과를 피하거나 감소시키기 위해, 후속하는 평탄화 단계가 수행될 수 있지만 이는 추가적인 공정 단계를 필요로 한다. 더욱이, 영역의 에지 정세도(definition)는 비교적 취약하다. 이 기술은 단일 기판상에 서로 다른 지연기 배향을 갖는 영역을 만들 수 없다. 대신, 두 개 이상의 기판이 처리되고 정확한 레지스트레이션(registration)과 함께 고정되어야 한다.

EP 0 689 084는 복굴절 물질용 패턴 정렬층으로서 사용될 수 있는 선형적으로 광 중합 가능한 물질(photopolymerisable material)을 개시한다. 다른 지연기 배향 영역을 가지는 지연기를 만들기 위해, 둘 이상의 포토 리소그래피 단계가 선형적으로 광 중합 가능한 물질을 노광하기 위해 필요하다. 이러한 포토 리소그래피 단계는 서로 정확하게 레지스트레이션이 되어야 하고, 이는 제조상의 어려움 및 비용을 가중시킨다. 더욱이, 이와 같은 형태의 물질은 일반적으로 제로 또는 낮은 프리-틸트(pre-tilt)를 가지고 이는 결국 복굴절 물질에서 틸트 비친화 장벽(tilt disinclination walls)을 초래할 수 있다.

액정 디바이스용 패턴 정렬층이 Four domain TN-LCD fabricated by reverse rubbing or double evaporation(Chen등에 의한 SID95 Digest 865페이지), Two domain 80deg twisted nematic LCD for grey scale applications(Yang에 의한 Japanese Journal of Applied Physics, vol. 31, part 2, number 11B pL1603) 및 A complementary TN LCD with wide viewing angle grey scale(Takatori 등에 의한 Japan Display 1992, 591페이지)에 개시된다. 특히, 이들 출판물은 개선된 시야 성능을 제공하기 위한 다중-도메인 LCD를 개시한다.

Photoalignment and patterning of LCDs(SID Information Display 12/97)은 하나의 마스크 단계 및 제어 가능한 프리 틸트를 갖는 처리를 허용하는 신물질을 개시한다. 이 논문은 다중 마찰 기술이 고 해상 패턴에 부적절함을 언급한다.

본 발명의 제1 특징에 따르면, 정렬층을 제공하는 단계, 상기 정렬층을 제1 방향으로 마찰하는 단계, 상기 정렬층의 적어도 하나의 제1 영역을 마스크로 마스크하여 상기 정렬층의 적어도 하나의 제2 영역을 노출시키는 단계, 상기 제1 방향과 다른 제2 마찰 방향으로 상기 마스크를 통해 상기 적어도 하나의 제2 영역을 마찰시키는 단계, 상기 마스크를 제거하는 단계, 광축이 상기 정렬층에 의해 정렬된 복굴절 물질층을 상기 정렬층 상에 배치하는 단계, 및 상기 복굴절층의 상기 광축을 고정시키는 단계를 포함하여, 패턴 지연기를 제조하는 방법을 제공한다.

상기 적어도 하나의 제1 영역은 복수개의 제1 영역을 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나의 제2 영역은 복수개의 제2 영역을 포함할 수 있으며, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 규칙적인 어레이로서 배열된다. 상기 제1 및 제2 영역은 서로 교대하는 제1 및 제2 스트립(strips)을 포함할 수 있다.

상기 제1 마찰 방향은 상기 적어도 하나의 제1 영역의 소정의 제1 정렬 방향과 동일할 수 있고 상기 제2 마찰 방향은 소정의 제2 정렬 방향과 다를수 있으며, 상기 소정의 제2 정렬 방향은 상기 적어도 하나의 제2 영역의 상기 제1 정렬 방향과는 다를수 있다. 상기 제1 및 상기 제2 마찰 방향 사이의 각은 상기 제1 및 상기 제2 정렬 방향 사이의 각보다 클 수 있다.

상기 제1 마찰 방향으로의 마찰은 상기 제2 마찰 방향으로의 마찰보다 더 약하거나 더 강할수 있다. 마찰 힘과 프리 틸트는 파일 변형(바람직하게 마찰천에 대한 기판의 근접에 의해 설정됨), 마찰천 회전 속도, 기판 속도, 마찰 회수, 천 물질, 파일 길이와 같은 파라미터에 의해 제어될 수 있다. 보다 약한 마찰은 바람직하게 보다 작은 파일 변형, 즉 기판이 천으로부터 더 멀리 떨어지는 것에 의해 달성된다.

상기 복굴절 물질은 중합 가능 하거나 교차 결합 가능한 물질을 포함할 수 있다. 상기 복굴절 물질은 조사에 의해 중합 가능 하거나 교차 결합 가능하고 상기 고정 단계는, 예를 들어 자외선 조사로 상기 복굴절 층을 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 복굴절 물질은 열처리 또는 양이온 중합화(cationic polymerisation)에 의해 중합 가능하게 될 수 있다.

상기 복굴절층은 중합 가능한 액정 물질을 포함할 수 있다. 상기 액정 물질은 액정 단량체(monomers) 또는 저중합체(oligomers) 또는 액정 단량체와 저중합체의 혼합물을 포함할 수 있다.

상기 복굴절층은 디아크릴레이트(diacrylate) 함유 액정 물질을 포함할 수 있다. 상기 물질은 예를 들어 모노-(mono-), 및 디-(di-), 및 트라이-아크릴레이트(tri-acrylates) 또는 에폭시 레진(epoxy resins)을 함유할 수 있고 포토이니시에이터(photoinitiator)를 포함할 수 있다.

상기 복굴절층은 적어도 하나의 이색성 염료(dichroic dye)를 포함할 수 있는 이색성 물질(dichroic material)을 함유할 수 있다.

상기 마스킹 단계는 상기 정렬층상에 포토 리소그래피로 상기 마스크를 형성하는 것을 포함할 수 있다.

상기 마스킹 단계는 상기 정렬층 상에 형성된 마스크로서 상기 마스크를 배치하는 것을 포함할 수 있다.

상기 정렬층은 상기 복굴절층의 평면 정렬을 생성하는 층, 예를 들어 폴리이미드, 폴리아미드, 중합 비닐 아세테이트 및 중합 비닐 알코올중 하나를 포함할 수 있다.

상기 정렬층은 기판상에 형성될 수 있고, 상기 기판은 편광자를 구비할 수 있다.

상기 정렬층은 유리 또는 플라스틱 기판을 구비할 수 있다.

상기 마스킹, 상기 마스킹에 이어지는 마찰, 및 제거 단계는 다른 마찰 방향동안 적어도 한번 반복될 수 있다.

본 발명의 제2 특징에 따르면, 정렬층을 제공하는 단계, 상기 정렬층의 적어도 하나의 제1 영역을 마스크로 마스크하여, 상기 정렬층의 적어도 하나의 제2 영역을 노출시키는 단계, 상기 마스크를 통해 상기 적어도 하나의 제2 영역을 제1 마찰방향으로 마찰시키는 단계, 상기 마스크를 제거하는 단계, 상기 제1 방향과는 다른 제2 마찰 방향으로 상기 정렬층을 마찰시키는 단계, 광축이 상기 정렬층에 의해 정렬된 복굴절 물질층을 상기 정렬층 상에 배치하는 단계, 및 상기 복굴절층의 상기 광축을 고정시키는 단계를 포함하여 패턴 지연기를 제조하는 방법이 제공된다.

본 발명의 제3 특징에 따르면, 본 발명의 제1 또는 제2 특징에 따르는 방법으로 제조되는 패턴 지연기가 제공된다.

본 발명의 제4 특징에 따르면, 복수개의 제1 및 제2 편광 빔 스플리터와 본 발명의 제3 특징에 따른 지연기를 특징으로 하여, 광원을 구비하는 일루미네이션 소오스(illumination source)가 제공되는데, 각각의 제1 편광 빔 스플리터는 정렬층의 제1 영역에 의해 정렬된 복굴절층의 제1 영역으로 제1 편광 광을 투과하고, 상기 복수개의 제1 및 제2 편광 빔 스플리터 쌍의 각 쌍에서의 상기 제2 편광 빔 스플리터로 상기 제1 편광에 직교하는 제2 편광 광을 반사하도록 배열되고, 상기 복수개의 제1 및 제2 편광 빔 스플리터 쌍의 각 쌍에서의 상기 제2 편광 빔 스플리터는 상기 정렬층의 상기 제2 영역에 의해 정렬된 상기 복굴절층의 제2 영역으로 상기 제2 편광 광을 반사하도록 배열되며, 상기 복굴절층의 상기 제1 및 제2 영역중 적어도 하나는 상기 각각의 편광 빔 스플리터로부터 광의 편광을 변화시키도록 배열되고, 그로 인해 상기 복굴절층의 상기 제1 및 제2 영역을 벗어나는 광이 실질적으로 동일하게 균일한 편광 상태에 있는 일루미네이션 소오스가 제공된다.

따라서, 표준 액정 디바이스(LCD) 제조와 호환할 수 있는 물질 및 포토리소그래피 기술을 사용하여 패턴 지연기를 제조하는 방법을 제공할 수 있다. 더욱이 예를 들어 EP 0 689 084에서와 같이, 서로간의 정확한 레지스트레이션 및 정렬을 필요로 하는 다수의 포토리소그래피 단계의 사용을 피할 수 있다. LCD에서 내부 소자로서 사용하기 위해 적당한 프리 틸트 및 전압 유지율 특성을 갖는 것으로 공지된 것을 포함한 임의의 표준 액정 정렬층이 사용될 수 있다. 만약 정렬층의 프리 틸트가 선정된 레벨 이상이면, 그것의 정확한 값은 중요하지 않다.

평탄화 또는 추가적인 층이 필요하지 않은 평탄한 지연기를 제공할 수 있다. 예를 들어 가시 스펙트럼의 일부에서의 약한 흡수로 유발되는, 복굴절 물질의 어떠한 채색은 정렬층의 정렬 방향에 무관하게 지연기 전체에 균일하다. 그래서, 예를 들어 공지된 장치에서와 같이 물질의 제거 또는 다음의 평탄화에 의해 야기되는 채색에서의 변화는 실질적으로 피할 수 있다. 기계적 수단 또는 화학적 에칭을 통한 물질의 선택적인 제거에 의해 제공될 수 있는 것보다 훨씬 더 정교하게 패터닝을 제공할 수 있다. 정렬 공정은 예를 들어 약 0.2의 큰 굴절율 이방성의 복굴절 물질과 호환하여, PVA에 기초한 공지 기술에 의해 생산될 수 있는 것보다 훨씬 더 얇은 파장판을 제조할 수 있다. 예를 들어, 500nm의 파장용으로 설계된 PVA 반파장판은 대략 10 내지 20㎛의 두께일 것이다. 이와 같이 두꺼운 물질 상에 습식 화학 식각을 사용하게 되면 결국 에지 정세도가 필연적으로 불량하게 된다. 이는 화소의 피치가 층 두께와 거의 같을 때 특히 문제이다. 본 발명을 이용하면, 대략 1 내지 2㎛ 두께인 파장판을 제공하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 얇은 디바이스는 물질의 소비를 감소시키고 감소된 마스크 시차에 의한 개선된 에지 정세도를 제공하고 때문에 물질이 제거될 필요가 없다. 본 기술은 종래의 LCD 제조 공정과 호환하여 제공될 수 있기 때문에, 디바이스가 LCD의 외부 또는 내부에 제공될 수 있다.

도 1a는 본 발명의 실시예를 구성하는 패턴 지연기(patterned retarder)의 개략적 단면도.

도 1b는 도 1a의 지연기의 정렬층에 대한 개략적 평면도.

도 2의 (a) 내지 (i)는 본 발명의 실시예를 구성하며 도 1a 및 1b에 도시된 패턴 지연기를 제조하는 방법의 단계를 도시하는 도면.

도 3은 도 2에 도시된 방법에 이용된 마찰 방향을 도시하는 도면.

도 4는 도 2에 도시된 방법으로 제조된 패턴 지연기를 도시하는 도면.

도 5는 편광 광원을 제공하도록 도 1a 및 1b의 지연기의 적용을 도시하는 도면.

도 6의 (a) 내지 도 6의 (i)는 본 발명의 실시예를 구성하며 패턴 지연기를 제조하는 또 다른 방법을 도시하는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 기판

6 : 정렬층

8 : 복굴절층

동일 참조 번호는 도면 전체에서 동일 부분을 언급한다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예로서 더 상세하게 서술된다.

도 1a 및 1b에 도시된 패턴 지연기는, 예를 들어 유리로 된 기판(1)을 구비하는데, 이하 상술되는 바와 같이 그 위에는 정렬층(6) 및 복굴절층(8)이 형성된다. 정렬층(6)은 제1 영역(A)의 규칙적 어레이 및 제2 영역(B)의 규칙적 어레이를 구비한다. 영역(A 및 B)은 서로 교대하는 스트립들(strips)로 형성된다. 제1 영역(A)은 같은 정렬 방향(10)을 갖는 반면 제2 영역(B)은 같은 정렬 방향(11)을 가진다. 정렬 방향(10 및 11)은 서로 다르며, 예를 들어 서로 약 45°일 수 있다.

복굴절층(8)의 물질은 광축이 정렬층(6)의 정렬 방향에 의해 정렬되는 형태를 가진다. 그래서, 제1 영역(A) 상의 복굴절층(8)의 스트립 형태로 된 영역의 광축은 정렬 방향(10)으로 정렬되는 반면 제2 영역(B) 상의 복굴절층(8)의 스트립 형태로 된 영역의 광축은 정렬 방향(11)으로 정렬된다. 이하 상술되는 바와 같이, 광축이 하부에 놓인 정렬 방향(10 및 11)에 따라 다른 방향으로 정렬되는 영역을 가진 패턴 지연기를 제공하도록 복굴절층(8)이 정렬층(6)에 의해 정렬된 다음 고정된다. 예를 들어, 250㎚의 지연을 갖는 균일한 두께의 층으로서 복굴절층(8)을 제공함으로써, 파장 500nm의 가시적인 조사를 위해 반파장판을 제공할 수 있다.

도 2는 여러 단계의 마찰 공정을 사용하여 정렬층(6)을 패터닝함으로써 도 1a 및 1b의 패턴 지연기를 제조하는 방법을 도시하는 도면이다. 도 2의 (a)에 도시된 제1 단계는 처리후 다음 공정에서 정렬층(6)이 되는 층(2)을 기판(1)상에 형성하는 것을 포함한다. 기판(1)은 예를 들어 탈이온화된 물에 Decon 90(RTM ; Decon Laboratories Ltd로부터 입수 가능함)의 체적으로 10%를 함유하는 세제 용액에서, 클리닝 룸 와이퍼를 사용하여 가볍게 문지름으로써 깨끗하게 연마된 소다-석회 유리를 포함할 수 있다. 더욱이, 예를 들어 알칼리 용액, 탈이온화된 물 및 프로판-2-ol을 사용하여 클리닝 단계가 수행될 수 있다.

대안으로, 기판(1)은 LCD에 구현되기에 적합한 성분을 포함한다. 예를 들어, 기판(1)은 Corning 7059(미국 뉴욕 코닝 회사로부터 입수 가능)와 같은 저 알칼리 유리를 포함할 수 있다. 이와 같은 유리 기판은, 층(2)의 형성 이전에, 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명 도전체로 코팅될 수 있다. 또한, 블랙 마스크 및 컬러 필터 어레이가 층(2)의 형성 이전에 기판에 도포될 수 있다.

다른 대안으로, 기판(1)은 플라스틱 물질을 포함할 수 있다.

다른 대안으로, 기판(1)은 완성된 패턴 지연기가 상호 동작하는데 필요한 편광자를 포함할 수 있다.

층(2)은 복굴절층(8)의 정렬을 제공하도록 기판(1)상에 증착되고 마찰될 수 있는 임의의 물질을 포함한다. 예를 들어, 층(2)은 듀 퐁사로부터 입수 가능한 P12555로서 공지된 물질과 같은 폴리이미드를 포함할 수 있다. 이 물질은 듀 퐁사로부터 입수 가능한 T9039로서 공지된 희석제에 1:20의 비율로 용해될 수 있다. 용액은 40초 동안 분당 4000 회(rpm)로 개방 접시형 스피너(open bowl spinner)에서 회전시킴으로써 기판(1)에 도포된다. 코팅된 기판은 섭씨 90도에서 5분 동안 열처리된 다음 250도에서 한시간 동안 경화된다.

다음 폴리이미드층(2)은 그의 자유 표면 전체에 단방향으로 마찰된다. 예를 들어, 층(2)은 0.2mm의 파일 변형(pile deformation)으로 3000 rpm으로 회전하는 롤러상에서 마찰천으로 그리고 초당 20nm의 정방향 속도로 3회 마찰될 수 있다. 마찰천은 2mm 파일의 레이온(RTM) 섬유를 포함하는 직물이다. 도시된 예에서, 도 1b에 도시된 제1 영역(A)에 대응하는 균일한 마찰 방향(10)을 가지는 도 2의 (b)에 도시된 층(2a)을 형성하도록 기준 방향에 대해 +22.5°의 각도로 제1 마찰이 수행된다.

복굴절층 상에 소정의 정렬 방향을 부여하도록 마찰될 수 있는 다른 물질이 층(2)으로서 사용될 수 있다. 이와 같은 물질은 폴리아미드(polyamide), 폴리비닐 아세테이트 및 폴리비닐 알코올을 포함한다. 대안으로, 만약 정렬 프리-틸트(pre-tilt)에 대한 어떠한 조건도 없다면, 층(2)은 생략될 수 있고 유리 기판(1)이 직접 마찰될 수 있다.

제1 마찰후에, 도 2의 (c) 내지 (e)에 도시된 바와 같이 표준 포토리소그래피 기술을 사용하여 층(2a)의 마스킹이 수행될 수 있다. 폴리이미드층(2a)의 마찰 표면은 예를 들어, 대략 200nm의 층 두께를 제공하도록 40초 동안 4500 rpm으로 1 파트 마이크로포짓 EC 용매(one part Microposit EC solvent)(이 물질은 Shipley, Europe Limited사로부터 입수 가능함)에 대해 포토레지스트 마이크로포짓 S1805 시리즈의 체적당 2 파트(two parts)를 포함하는, 파지티브 포토레지스트(3)로 스핀 코트(spin-coated)된다. 층(3)은 예를 들어 30분 동안 섭씨 90도에서 또는 2분 동안 섭씨 95도에서 소프트 베이크(soft-baked)되어 용매를 증발시킨다.

다음에 마스크 얼라이너(Karl Suss로부터 입수 가능함)상의 하드 콘택 모드(hard contact mode)로 포토 마스크(4)를 통해 365nm의 파장 및 6.9mW/cm²의 세기를 갖는 자외선에 2초 노광한다. 이는 도 2의 (d)에 도시되어 있고 최적의 에지 해상도를 제공한다. 마스크는, 예를 들어 이하 상술되는 바와 같이 비록 이 기술이 약 5㎛의 훨씬 정교한 해상도를 제공할 수 있지만, 예를 들어 약 100㎛의 특성을 가질 수도 있다.

포토레지스트(3)의 공간적인 선택적 노광이 마스크(4)를 사용하거나 또는 마스크(4)를 사용하지 않고 임의의 적당한 복사원에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 조사는 마스크 없이 자외선 레이저를 사용하여 수행될 수 있다.

노광에 이어, 포토레지스트는 예를 들어 현상제 마이크로포짓 351CD31(Shipley, Europe Limited로부터 입수 가능함)에서 일분 동안 현상되어, 도 2의 (d)에 5로 그리고 제1 영역을 커버하는 것으로 도시된 바와 같이, 포토레지스트에 마스크 패턴의 재생을 남기도록 자외선에 노광된 제2 영역으로부터 포토레지스트를 제거한다. 기판(1) 및 위에 놓인 층은 후속하는 층의 오염을 피하도록 예를 들어 2분 동안 탈이온화된 물에 씻겨져서 노광된 모든 포토레지스트를 완전히 제거한다. 다음 포토레지스트는 후속하는 마찰 공정에서 더 큰 저항을 가지도록, 예를 들어 섭씨 110도로 50분 동안 하드-베이크(hard-backed)된다.

포토 리소그래피 마스킹 기술에 대한 대안으로, 예를 들어 금속 또는 중합 물질의 예비 형성된 얇은 마스크가 후속하는 마찰을 위해 층(2a)상에 배치될 수 있다.

도시된 예에서, 정렬 방향(10 및 11), 즉 영역(A 및 B)상의 복굴절 물질의 광축이 상대적인 45도의 각이 되도록, 제2 정렬 방향(11)은 기준 방향에 대해 -22.5도일 필요가 있다. 제1 마찰은, 제2 방향으로의 폴리이미드의 재마찰로 인해 결과적인 정렬 방향이 제2 마찰의 방향과 다르게 되도록 하는 잔여 효과를 갖는 것으로 밝혀졌다. 그러므로 제2 마찰은 이를 보상하기 위해 요구되는 제2 정렬 방향(11)에 대해 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 제2 마찰은 -27.5도일 수 있다. 도 3의 상부는 소정의 정렬 방향(10)에 대응하는 제1 마찰 방향을 도시한다. 도 3의 중간 부분은 제2 마찰 방향(12)을 도시하고 도 3의 하부는 결과적인 정렬 방향을 도시한다.

제2 마찰은 0.3mm의 파일 변형(pile deformation)으로 3회 그리고 전술한 제1 마찰과 같은 조건하에서 수행된다. 그래서, 두 번 마찰된 정렬층(6)이 도 2의 (f)에 도시된 바와 같이 형성된다. 다음 포토레지스트(5)가 도 2의 (g)에 도시된 바와 같이 완성된 기판(1) 및 정렬층(6)을 남기도록 제거된다. 표준 포토레지스트 스트리퍼(stripper)가 폴리이미드를 손상시킬 수 있기 때문에, 잔여 포토레지스트(5)는 2분 동안 아세톤에 담그고 3분 동안 탈이온화된 물에 헹굼으로써 제거된다. 이 다음에 탈이온화된 물로부터 남게되는 물반점이 없도록 이소프로필 알코올 용매에 담근 다음 질소 스트림으로 건조시킨다. 대안으로, 레지스트는 자외선 조사에 균일하게 노광시키고, 351CD31 현상제에 담금으로써 제거될 수 있다.

도 2에 도시된 방법은 각각 제1 및 제2 정렬 방향(10 및 11)을 가지는 제1 영역(A) 및 제2 영역(B)을 제공한다. 그러나, 도 2의 (c) 및 (g)에 도시된 공정 단계는 서로 다른 정렬 방향의 영역 세트를 제공하기 위해 임의의 회수로 반복될 수 있다.

정렬층은 섭씨 170도에서 20분 동안 베이크됨으로써 탈수되고 다음에 패턴된 폴리이미드 표면 상에 다른 층의 고착을 향상시키기 위해 실온에서 냉각시킨다.

도 2의 (h)에 도시된 바와 같이, 복굴절 또는 지연층을 형성하기 위한 층(7)이 정렬층(6)의 정렬 표면에 도포된다. 층(7)은 복굴절의 반응성 메소젠 용액을 스핀 코팅함으로써 형성된다. 용액은 예를 들어 500nm의 반파장판이 되도록 설계된, 지연기를 얻기 위해 RM257(영국, Poole에 소재한 Merck UK Ltd로부터 입수 가능함)로서 공지된 디아크릴레이트(diacrylate)를 함유하는 혼합물을 포함한다. 반응성 메소젠 용액은 정렬을 향상시키기 위해 3 파트 톨루엔 염료(toluene)에 RM257 및 Darocur 4265(CIBA Geigy사로부터 입수 가능하고 대략 365nm의 활성 피크를 가짐)로서 공지된 약 1%의 포토이니시에이터(photoinitiator)의 가중치인 1 파트를 추가함으로써 준비된다. 더욱이, 포토이니시에이터의 농도는, 예를 들어 대략 0.1% 및 대략 10% 사이에서 변할 수 있거나, 다른 포토이니시에이터 물질이 사용될 수 있다.

반응성 메소젠 용액을 흔들고 대략 섭씨 80도에서 몇 분 동안 가열되어, 반응성 메소젠 용액이 완전히 용해될 수 있게 한다. 다음 용액은 실온에서 냉각된다. 스핀 코팅이전에, 용액은 용해되지 않은 임의의 불순물을 제거하기 위해 0.2㎛ PTFE 필터를 통해 필터링될 수 있다.

임의의 응용에 있어서는, 이색 염료(dichroic dye) 또는 다른 이색 물질이 정렬층(6)을 도포하기 전에 용액에 첨가될 수 있다. 이 경우에, 이색 염료 및 복굴절 물질 모두는 하부에 놓인 방향으로 정렬하여 패턴 편광자를 만든다.

복굴절 물질은 정렬층의 배향을 채택할 수 있고 그 방향으로 고정될 수 있는 임의의 물질일 수 있다. 적합한 물질은 액정 폴리머, 반응성 메소젠 물질 및 중합가능한 액정을 포함한다.

500nm 파장의 조사를 위한 패턴된 반파장판을 얻기 위해, 층(7)이 1650rpm으로 30초 동안 반응성 메소젠 용액을 스핀 코팅함으로써 도포된다. 결과적 디바이스는 예를 들어 섭씨 85도에서 3분 동안 가열되어, 임의의 결함을 어닐하여 제거하고 용매를 증발시킨다. 반응성 메소젠 물질은 바로 인접한 하부에 놓인 정렬층의 정렬 방향으로 그 광축을 배향시킨다. 다음 복굴절 물질이 예를 들어, 대략 0.5mW/cm²의 조사 세기로 적어도 5분 동안, 실질적으로 무산소(예를 들어 질소) 분위기에서 자외선에 노광시킴으로써 중합되어, 도 2의 (i)에 도시된 바와 같이 고정된 복굴절층(8)을 갖는 패턴 지연기를 제공한다.

상기 언급된 스핀 속도, 온도 및 시간 구간은 예로서 주어지고, 예를 들어 다른 물질 및 다른 기판 크기의 경우 필요에 따라 변할 수 있다. 롤 코팅(roll coating) 및 블레이드 코팅(blade coating)을 포함한 다른 공지된 코팅 기술이 단일 또는 서로 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 마찰 공정 조건 및 물질도 예를 들어 임의의 공지 기술을 포함하도록 변할 수 있다. 하나의 예에서, 제1 마찰은 그 효과를 감소시키고 소정의 제2 정렬 방향으로부터 제2 마찰 방향을 오프셋할 필요를 제한하도록 약하게 이루어 질 수 있다. 또한 요구되는 오프셋 각은 이전에 사용된 것으로부터 180도 방향으로 마찰함으로써 감소될 수 있다. 예를 들어, 제1 마찰이 기준 방향에 대해 +22.5도로 발생하는 전술한 예에서, 제2 마찰은 기준 방향에 대해 -207.5도의 방향으로 수행될 수 있다. 이와 같이 실질적으로 반대 방향으로의 마찰은 제1 마찰의 효과를 감소시키는데 도움이 될 수 있다.

도 4는 도 2에 도시된 방법을 사용하여 달성될 수 있는 두 가지 예의 패턴 및 패턴 피쳐 크기를 도시한다. 도 4의 상부는 약 100㎛의 피쳐 크기를 갖는 패턴을 도시한다. 그러나, 이 방법은 훨씬 정교하게 만들수 있고 도 4의 하부는 약 10㎛ 이하의 피쳐 크기를 도시한다.

전에 언급된 바와 같이, 패턴 지연기는 예를 들어 GB 2 296 151, EP 0 721 132, GB 2 317 295 및 EP 0 829 744에 개시된 바와 같이 3차원 형태의 디스플레이에 사용될 수 있다. 도 5는 다르게 공지된 형태의 편광 광원의 일부로서 패턴 지연기의 또 다른 적용을 도시한다. 편광 광원은 작은 광원(20)으로서 도식적으로 도시된 편광되지 않은 광 조사 배열을 포함한다. 광원(20)으로부터의 발산하는 광은 렌즈 어레이에 의해 콜리메이트(collimated)되어 편광 빔 스플리터 어레이(polarising beam splitter array : 22)에 공급된다. 어레이(22)는 편광 빔 스플리터(23)를 구비하고, 이들 각각은 패턴 지연기(24)의 각 영역과 정렬된다.

도 5에 25로 확대되어 상세히 도시된 바와 같이, 편광되지 않은 입사 광(26)은, 지연기(24)의 제1 영역(28)과 정렬된 각각의 편광 빔 스플리터(23)의 입사 표면(27)에 입사한다. P 편광 광은 빔 스플리터를 통해 그의 광축이 편광 방향에 대해 평행하게 정렬된 제1 영역(28)에 전달된다. 그러므로 지연기(24)의 제1 영역(28)은, P 편광 광(29)이 제1 영역(28)을 남기도록 편광 상태에 어떠한 영향도 미치지 않는다.

S 편광 광은 각각의 제1 영역(28)과 정렬된 각 빔 스플리터(23)에 의해 반사되고 30으로 도시된 바와 같이 인접 빔 스플리터에 의해 다시 반사된다. 그래서 S 편광 광은 그 광축이 S 편광 입사광의 편광 방향에 대해 45로 정렬된 제2 지연기 영역(31)으로 향한다. 제2 영역을 통과하는 광의 편광 방향은, 제2 영역(31)을 벗어나는 광이 32로 가리켜진 바와 같이 P 편광이 되도록 광축에 대해 회전된다. 그래서, 실질적으로 빔 스플리터 어레이(22) 및 패턴 지연기(24)를 통과하는 모든 광이 P 편광의 100% 편광 광으로서 조사된다. 그러므로 편광 광원은 편광되지 않은 광원(20)에 의해 조사되는 광을 효과적으로 이용한다. 선택적인 블랙 실드(black shields : 35)가 그곳으로의 직접적인 광의 통과를 방지하도록 제2 지연기 영역(31)으로부터 빔 스플리터(23)의 대향 면상에 배치된다.

도시되지 않았지만, 영역(29 및 31)은 실질적으로 100% S 편광을 생성하도록 교환될 수 있다. 편광 빔 스플리터 어레이는 또한 공지된 바와 같이 틸트된 물질의 판(slabs)을 절단하고 연마함으로써 제조될 수 있다. 이 경우에 내부 표면(33)은 존재하지 않는다.

도 6은 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이 동일한 기본 물질 및 기술을 사용하지만 다른 순서의 공정 단계로 패턴 지연기를 제조하는 또 다른 방법을 도시한다. 도 6의 (a) 내지 (d)에 도시된 단계는 실질적으로 도 2의 (a) 및 (c) 내지 (e)에 각각 도시된 단계와 동일하다. 그러나, 도 2의 (c)에 도시된 마찰 단계는 도 6에 도시된 방법에서 생략된다. 대신, 제1 마찰이 도 6의 (e)에 도시된 마찰 방향(A)을 갖는 영역을 제공하도록 포토레지스트(5)에 의해 형성된 마스크를 통해 수행된다. 다음 포토레지스트(5)는, 예를 들어 전술한 바와 같이 동일한 방법으로, 도 6의 (f)에 도시된 바와 같이 제거된다. 다음에 층(6)의 전체가 방향(B)으로 마찰된다. 이는 결국 이전에 마찰되지 않은 영역이 정렬 방향(B)을 가지는 반면 이전에 방향(A)으로 마찰된 영역은 전술한 바와 같이 이전에 마찰된 영역을 마찰하는 효과 때문에 A와는 다른 효과적인 배향(C)을 가진다. 영역의 효과적인 배향(B 및 C) 사이의 차이는 단지 제1 마찰의 잔여 효과에 기인하고 그것은 제1 마찰보다 더 강한 제2 마찰을 수행하는 이점이 될 수 있다.

따라서, 본 발명은 표준 액정 디바이스(LCD) 제조와 호환할 수 있는 물질 및 포토리소그래피 기술을 사용하여 패턴 지연기를 제조하는 방법을 제공할 수 있다. 더욱이 예를 들어 종래에서와 같이, 서로간의 정확한 레지스트레이션 및 정렬을 필요로 하는 다수의 포토리소그래피 단계의 사용을 피할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 평탄화 또는 추가적인 층이 필요하지 않은 평탄한 지연기를 제공할 수 있고, 공지된 장치에서와 같이 물질의 제거 또는 다음의 평탄화에 의해 야기되는 채색에서의 변화를 실질적으로 피할 수 있는 효과가 있다.

Claims (33)

1. 패턴 지연기(patterned retarder)를 제조하는 방법에 있어서,

   정렬층을 제공하는 단계,

   상기 정렬층을 제1 마찰 방향으로 마찰시키는 단계,

   상기 정렬층의 적어도 하나의 제1 영역을 마스크로 마스크하여, 상기 정렬층의 적어도 하나의 제2 영역을 노출시키는 단계,

   상기 제1 마찰 방향과는 다른 제2 마찰 방향으로 상기 마스크를 통해 상기 적어도 하나의 제2 영역을 마찰시키는 단계,

   상기 마스크를 제거하는 단계,

   광축이 상기 정렬층에 의해 정렬된 복굴절 물질층을 상기 정렬층 상에 배치하는 단계, 및

   상기 복굴절층의 상기 광축을 고정시키는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 제1 영역은 복수개의 제1 영역을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제2 영역은 복수개의 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 규칙적인 어레이로서 배열되는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 영역은 서로 교대하는 제1 및 제2 스트립(strips)을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1 마찰 방향은 상기 적어도 하나의 제1 영역의 소정의 제1 정렬 방향과 실질적으로 동일하고, 상기 제2 마찰 방향은 소정의 제2 정렬 방향과는 다르되, 상기 소정의 제2 정렬 방향은 상기 적어도 하나의 제2 영역의 상기 소정의 제1 정렬 방향과는 다른 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1 및 상기 제2 마찰 방향 사이의 각은 상기 제1 및 상기 제2 정렬 방향 사이의 각보다 큰 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1 마찰 방향으로의 마찰은 상기 제2 마찰 방향으로의 마찰보다 더 약한 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 복굴절 물질은 중합 가능 하거나 교차 결합 가능한 물질(polymerisable or crosslinkable material)을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 복굴절 물질은 조사에 의해 중합 가능 하거나 교차 결합 가능하고, 상기 고정 단계는 상기 복굴절 물질층을 조사하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 복굴절 물질층은 자외선 복사로 조사되는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
10. 제7항에 있어서,

    상기 복굴절 물질은 가열 또는 양이온 중합화(cationic polymerisation)에 의해 중합 가능한 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
11. 제1항에 있어서,

    상기 복굴절 물질층은 중합 가능한 액정 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 중합 가능한 액정 물질은 액정 단량체 및 저중합체(monomers and oligomers)중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
13. 제1항에 있어서,

    상기 복굴절 물질층은 반응성 메소젠을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
14. 제1항에 있어서,

    상기 복굴절 물질층은 디아크릴레이트(diacrylate) 함유 액정 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
15. 제1항에 있어서,

    상기 복굴절 물질층은 이색성 물질(dichroic material)을 함유하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 이색성 물질은 적어도 하나의 이색성 염료를 함유하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
17. 제1항에 있어서,

    상기 마스킹 단계는 상기 정렬층상에 포토 리소그래피로 상기 마스크를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
18. 제1항에 있어서,

    상기 마스킹 단계는 상기 정렬층 상에 예비-형성된 마스크로서 상기 마스크를 배치하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
19. 제1항에 있어서,

    상기 정렬층은 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리비닐 아세테이트 및 폴리비닐 알코올로 구성된 그룹에서 선택된 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
20. 제1항에 있어서,

    상기 정렬층은 기판상에 형성되는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
21. 제20항에 있어서,

    상기 기판은 편광자를 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
22. 제1항에 있어서,

    상기 정렬층은 유리 또는 플라스틱 기판을 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
23. 제1항에 있어서,

    상기 마스킹, 상기 마스킹 다음의 마찰, 및 상기 제거 단계는 서로 다른 방향으로 적어도 한번 반복되는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
24. 패턴 지연기를 제조하는 방법에 있어서,

    정렬층을 제공하는 단계,

    상기 정렬층의 적어도 하나의 제1 영역을 마스크로 마스크하여, 상기 정렬층의 적어도 하나의 제2 영역을 노출시키는 단계,

    상기 마스크를 통해 상기 적어도 하나의 제2 영역을 제1 마찰 방향으로 마찰시키는 단계,

    상기 마스크를 제거하는 단계,

    상기 제1 마찰 방향과는 다른 제2 마찰 방향으로 상기 정렬층을 마찰시키는 단계,

    광축이 상기 정렬층에 의해 정렬된 복굴절 물질층을 상기 정렬층 상에 배치하는 단계, 및

    상기 복굴절 물질층의 상기 광축을 고정시키는 단계

    를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
25. 제1항에 따른 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기.
26. 복수개의 제1 및 제2 편광 빔 스플리터 쌍과 제25항에 따른 지연기를 구비하한 광원을 포함하는 일루미네이션 소오스(illumination source)에 있어서,

    각각의 제1 편광 빔 스플리터는 정렬층의 제1 영역에 의해 정렬된 복굴절층의 제1 영역으로 제1 편광 광을 투과하고, 상기 복수개의 제1 및 제2 편광 빔 스플리터 쌍의 각 쌍에서의 상기 제2 편광 빔 스플리터로 상기 제1 편광에 직교하는 제2 편광 광을 반사하도록 배열되고,

    상기 복수개의 제1 및 제2 편광 빔 스플리터 쌍의 각 쌍에서의 상기 제2 편광 빔 스플리터는 상기 정렬층의 상기 제2 영역에 의해 정렬된 상기 복굴절층의 제2 영역으로 상기 제2 편광 광을 반사하도록 배열되며,

    상기 복굴절층의 상기 제1 및 제2 영역중 적어도 하나는 상기 각각의 편광 빔 스플리터로부터 광의 편광을 변화시키도록 배열되고, 그로 인해 상기 복굴절층의 상기 제1 및 제2 영역을 벗어나는 광이 실질적으로 동일하게 균일한 편광 상태에 있는 것을 특징으로 하는 일루미네이션 소오스.
27. 제24항에 따른 방법에 의해 제조되는 패턴 지연기.
28. 제4항에 있어서,

    상기 제1 마찰 방향으로의 마찰은 상기 제2 방향으로의 마찰보다 약한 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
29. 제4항에 있어서,

    상기 정렬층은 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리비닐 아세테이트 및 폴리비닐 알코올로 구성된 그룹에서 선택된 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
30. 제4항에 따른 방법에 의해 제조되는 패턴 지연기.
31. 복수개의 제1 및 제2 편광 빔 스플리터 쌍과 제30항에 따른 지연기를 구비하한 광원을 포함하는 일루미네이션 소오스(illumination sourse)에 있어서,

    각각의 제1 편광 빔 스플리터는 정렬층의 제1 영역에 의해 정렬된 복굴절층의 제1 영역으로 제1 편광 광을 투과하고, 상기 복수개의 제1 및 제2 편광 빔 스플리터 쌍의 각 쌍에서의 상기 제2 편광 빔 스플리터로 상기 제1 편광에 직교하는 제2 편광 광을 반사하도록 배열되고,

    상기 복수개의 제1 및 제2 편광 빔 스플리터 쌍의 각 쌍에서의 상기 제2 편광 빔 스플리터는 상기 정렬층의 상기 제2 영역에 의해 정렬된 상기 복굴절층의 제2 영역으로 상기 제2 편광 광을 반사하도록 배열되며,

    상기 복굴절층의 상기 제1 및 제2 영역중 적어도 하나는 상기 각각의 편광 빔 스플리터로부터 광의 편광을 변화시키도록 배열되고, 그로 인해 상기 복굴절층의 상기 제1 및 제2 영역을 벗어나는 광이 실질적으로 동일하게 균일한 편광 상태에 있는 것을 특징으로 하는 일루미네이션 소오스.
32. 제7항에 있어서,

    상기 복굴절 물질층은 이색성 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.
33. 상기 이색성 물질은 적어도 하나의 이색성 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 지연기 제조 방법.