KR20000035162A - 자외선-가시광 편광자 및 그 편광방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가시광 및 자외선광용 불연속 입자 편광자에 관한 것이다. 상기 가시광 편광자는 다수개의 긴 금속 입자를 표면에 가진 투명한 유리 기판을 포함하되, 상기 입자는 대체로 서로 정렬된 종축을 갖고 기판 표면에 정렬된다. 상기 금속은 바람직하게는 알루미늄이며, 180㎚ 근처의 파장(λ)에서 λ²에 선형인 굴절률을 갖는다. 또한 가시광형 편광자 제조방법이 제공된다. 본 발명의 광 편광자는 고온에서 감퇴에 저항하며, 특히 투사형 텔레비젼 시스템에서 발견되는 방사와 같이 강렬한 방사를 편광하는데 유용하다.

Description

자외선-가시광 편광자 및 그 편광방법{UV-VISIBLE LIGHT POLARIZER AND METHODS}

비싸고, 부피가 크며 크기가 제한적인 빔 스플리터(beam splitter) 편광자를 대체하기 위해 시트 편광자가 개발되었다. 상용화된 대부분의 시트 편광물질은 유기성 플라스틱물질로 제조되었다. 이러한 물질의 사용은 높은 표면경도, 높은 내스크래치성, 자외선 노출 안정성 또는 높은 온도 안정성이 요구되는 곳에서는 바람직하지 않다. 높은 표면경도, 높은 안정성 및 우수한 내스크래치성 등을 가진 비플라스틱 시트 편광자는 (1) 불연속 입자를 포함하는 것과 (2) 와이어 격자를 포함하는 것 2개의 카테고리중 하나에 해당한다. 본 발명은 2색성 편광자로 알려진 전자와 관계된다.

불연속적이며 긴 입자를 포함한 편광물질의 편광작용은 하나의 편광벡터의 선택적 투과와 직교벡터의 흡수에 기초한다. 상용화된 플라스틱 시트 2색성 편광자에 있어서, 상기 입자는 방향성 결정(oriented crystal)이거나 정렬된 중합체 분자의 연쇄(chain)이다. 긴 금속입자를 사용하는 2색성 편광자는 통상적으로 은 또는 구리입자를 사용한다. 편광을 실시하기 위하여, 상기 불연속 금속입자는 전자적 상호작용이 최소화되도록 공간적으로 충분히 분리되어야만 한다.

편광자 제조에 사용되는 긴 금속입자의 성질 때문에, 저파장 성능한계가 유용한 편광자에 대해 설정된다. 이러한 한계는 은 또는 구리와 같은 금속의 비유전율의 실수부의 파장 의존성에 기초한다. 입자의 형상에 좌우되는 유리에서의 금속입자의 공명형 흡수는 상기 2색성 특성에 기초한다. 이는 자유전자형 행동에 기초한다. 즉, 비유전율의 실수부는 λ²에 좌우된다.

상기 2색성 편광자에 통상적으로 사용되는 은과 구리와 같은 금속에 있어서, 상기 자유전자형 행동은 단지 약 500 나노미터(㎚)까지 연장된다. 500㎚ 이하에서, 대역내 천이는 비유전율을 좌우한다. 그러나, 이는 2색성 행동을 유발하는 상기 공명형 흡수를 제거한다. 높은 공명형 흡수가 가능한 500㎚ 이상에서 조차, 임의의 적절한 파장범위에서 투과율과 콘트라스트를 일정하고 높게 유지하는 문제가 존재한다.

일반적으로 헤르츠 편광자로 불리우는 다른 형식의 편광자는 통상적으로 투명기판의 표면상에 형성된 와이어 격자를 포함한다. 일반적으로, 상기 와이어 격자 편광자는 평행한 반사성 와이어 어레이를 이용한다. 상기 와이어는 편광되는 방사선의 파장에 비해 길며, 편광되는 파장보다 훨씬 짧은 거리로 분할된다. 상기 헤르츠 편광자는 와이어에 수직인 전기벡터로 방사선을 투과하고, 와이어에 수평인 전기벡터로 방사선을 반사한다.

와이어 격자 편광자는 근적외선 분광영역에서는 유용하지만, 스펙트럼의 가시영역에서는 효과적이지 못하였다. 가시광선의 파장보다 작게 분리 이격된 균일한 밀도의 금속 필라멘트를 제조하는 것이 곤란하다. 또한, 편광되는 빛의 파장보다 훨씬 작은 거리만큼 분리되어 균일하게 이격된 금속 필라멘트가 가능하다해도 고가이다.

본 발명은 스펙트럼의 자외선 및 가시영역에서 빛을 편광하는데 특히 효과적인 2색성 편광자를 제공함으로써 당업계의 전술한 문제점을 극복하기 위한 것이다.

본 발명은 자외선 및 가시광용 편광자에 관한 것으로, 상기 편광자는 길고, 대체로 평행하며 불연속적인 금속입자로 구성되며, 상기 금속입자는 본질적으로 금속과 반응하지 않는 투명한 유리기판과 함께 배치되고, 상기 금속입자는 파장이 180㎚와 700㎚ 사이인 빛을 효과적으로 편광할 수 있도록 이격된다.

또한, 본 발명은 자외선 및 가시파장 빛을 위한 편광자 제조방법에 관한 것으로, 이는 투명한 유리기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 표면과 함께, 180㎚와 700㎚ 사이의 파장을 갖고 상기 기판을 통과하는 빛을 효과적으로 편광하도록 이격되고, 서로에 대하여 그리고 기판 표면에 대하여 평행하며 길고 불연속적인 금속입자를 제조하는 단계로 구성된다.

본 발명의 광 편광자는 고온에서의 감퇴에 저항한다. 본 발명에 따른 편광자는 투사형 텔레비젼 시스템에서 볼 수 있는 방사와 같이 강렬한 가시방사를 편광하는데 특히 유용하다. 긴 은 또는 구리입자를 포함하는 불연속입자 편광자와 비교할 때, 본 발명의 광 편광자는 가시 스펙트럼(350㎚ 내지 500㎚)의 청색단에서 우세한 투과성 및 콘트라스트 성능을 갖는다. 상기 가시광 불연속입자형 편광자의 긴 금속입자의 종횡비를 조절함으로써, 자외선과 가시 스펙트럼으로 이루어진 넓은 파장범위에서 콘트라스트를 최대화할 수 있다.

도 1a 내지 도 1e는 유리기판에 알루미늄 필름을 접착하고 중합체 레지스트로 코팅하는 방법을 도시한 공정도이고,

도 2는 유리기판상에 알루미늄을 빗각으로 적층하여 편광자를 제조하는 방법을 도시한 공정도이며,

도 3a 내지 도 3c는 유리기판상의 중합체 섬(islands) 측부에 알루미늄을 빗각으로 적층하여 편광자를 제조하는 방법을 도시한 공정도이고,

도 4a 내지 도 4c는 도 1a 내지 도 3c의 특징을 실시하는 방법을 도시한 공정도이며,

도 5a 내지 도 5c는 유리기판을 단일방향으로 연마하고, 알루미늄 필름을 적층한 다음 상기 기판을 열처리 및 인장하여 편광자를 제조하는 방법을 도시한 공정도이고,

도 6은 유리기판에 알루미늄 콜로이드/MOD 용제를 접착하여 편광자를 제조하는 방법을 도시한 공정도이며,

도 7은 기판상에 알루미늄층과 유리층을 교대로 적층하여 편광자를 제조하는 방법을 도시한 공정도이다.

넓은 의미에서, 본 발명은 자외선-가시 주파대에서 효과적인 2색성 편광자에 관한 것이다. 상기 편광자는 자유전자형 행동을 적어도 180㎚ 파장 아래로 나타내는 금속으로 이루어진 불연속적이며 긴 입자에 기초한다. 이러한 행동은 상기 파장에 가까운 λ²에 대하여 선형인 금속의 굴절률 또는 비유전율로부터 명백하다.

이러한 특성을 나타내는 모든 금속이 사용될 수 있으나, 알루미늄이 실용적인 금속으로 여겨진다. 따라서, 본 발명은 상기 금속과 관련하여 설명된다.

알루미늄 입자의 공명형 흡수는 형상에 좌우된다. 이는 입자가 적당한 종횡비(폭에 대한 길이의 비)를 갖는다는 것을 나타낸다. (가장 긴 길이를 따라 측정된)알루미늄 입자의 길이는 편광되는 빛의 파장보다 바람직하게는 작으며, 이는 상기 파장에서 빛의 산란을 방지하기 위해서이다. 또한, 다수개의 금속입자는 각각 대체로 동일한 길이를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 다수개의 금속입자는 각각 편광되는 빛의 파장에 따라 약 0.1㎛ 내지 약 1㎛의 길이를 갖는다.

본 발명에 따른 광 편광자에 의해 생성되는 편광된 빛의 수평 및 수직성분의 비율을 최대화하는 종횡비는 입사광의 파장에 좌우된다. 이는 단순한 레일리 접근법을 이용하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 520, 360 및 280㎚ 빛에 대한 최대 콘트라스트는 상기 금속입자가 각각 약 5:1, 약 3:1 및 약 2:1의 종횡비를 가질 때 실현된다. 다양한 크기 및 형상을 가진 금속입자가 채택될 수 있다. 적당한 형상은 퍼진 타원형을 포함하는 퍼진 장구(長球)형이다. 바람직하게, 상기 각 금속입자는 약 0.1㎛ 내지 약 0.5㎛ 직경을 가진 구의 체적과 동일한 유효체적을 갖는다.

얻을 수 있는 편광 콘트라스트의 정도는 기판표면의 단위면적당 입자의 수에 좌우된다. 또한, 각각의 개별 입자에 의해 점유되는 단면적의 총합에 좌우된다. 상기 단면적은 기판의 표면에 평행하고 입자의 종축을 통과하는 평면에서 취해진다. 상기 입자는 편광될 빛의 파장보다 더 큰 간격으로 이격된 중간입자(interparticle)를 가질 수 있다. 그러나, 중간입자가 매우 큰 간격으로 이격되면 콘트라스트는 감소하게 된다. 결론적으로, 큰 간격으로의 이격은 높은 콘트라스트를 얻기 위하여 빛의 방향으로 장치의 두께가 커짐을 필요로 한다.

가장 적절하게, 이웃한 입자의 중간입자 간격은 편광될 빛의 파장의 약 3 내지 약 6배이며, 바람직하게는 약 4배이다. 통상적으로, 이는 상기 금속입자가 기판표면의 약 10 내지 약 50 퍼센트를 집단적으로 점유하거나, 유리와 같은 투명 코팅에 분산된 경우 동일한 면적을 집단적으로 점유할 때 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명의 편광자 제조에 있어서 알루미늄과 접촉하는 비실리케이트 붕산염 유리의 사용에 관한 것이다. 상기 붕산염 유리는 유리표면과 접촉하는 알루미늄 입자의 기판으로 채택될 수 있다. 선택적으로, 상기 알루미늄 입자는 유리 내부에 산재될 수 있다. 어느 경우에도, 상기 유리는 편광되는 빛을 투과하여야만 한다.

소량의 실리카 또는 알루미늄과 반응하는 다른 성분을 포함하는 유리는 사용될 수 없다. 긴 알루미늄 입자로 편광자를 제조하기 위한 확실한 방법은 알루미늄 입자를 길게 늘리고 정렬하기 위하여 유리 몸체를 가열하고 인장하는 단계를 필요로 한다. 높은 온도에서 유리와 알루미늄은 심하게 반응하기 때문에 실리케이트를 주요소로 하는 유리로는 이러한 방법이 실현될 수 없다. 상기 알루미늄은 실리케이트와의 산화 환원반응으로 인하여 심하게 산화되거나, 유리의 다른 산화물과 반응하여 바람직하지 않은 알루미늄을 주요소로 하는 상을 형성하게 된다.

적당한 유리는 알칼리 토류 대신 산화 리튬을 포함한 알카리 토류 알루미노보레이트족이다. 넓은 의미에서, 이러한 유리는 산화물을 기초로 하여 중량%로 계산할 때 본질적으로 10-85%의 B₂O₃, 5-45%의 Al₂O₃및 5-80%의 RO+Li₂O로 구성되며, 여기서 RO는 MgO, CaO, SrO 및 BaO중 하나 또는 그 이상을 포함한다. 바람직한 조성물은 본질적으로 25-40%의 B₂O₃, 20-40%의 Al₂O₃및 10-45%의 RO로 구성되며, 여기서 RO는 0-35%의 CaO, 0-45%의 BaO, 0-10%의 MgO 및 0-30%의 SrO로 이루어진다.

바람직한 조성물은 32%의 CaO, 38%의 Al₂O₃및 30%의 B₂O₃를 포함한 칼슘 알루미노보레이트 유리이다.

다수의 다른 적당한 조성물이 아래 표1에 중량%로 개시되어 있다.

	1	2	3	4	5	6	7	8
B2O3	40.0	17.3	61.0	51.9	80.0	35.0	53.8	58.4
Al2O3	32.6	12.7	28.0	23.9	8.0	35.1	24.7	26.9
CaO	27.4	-	-	-	-	29.9	-	14.7
BaO	-	70.0	-	-	-	-	16.0	-
MgO	-	-	11.0	-	-	-	5.5	-
SrO	-	-	-	24.2	-	-	-	-
Li2O	-	-	-	-	12.0	-	-	-

이들 유리는 2가지 방법중 어느 하나로 형성될 수 있다. 하나의 방법은 용융된 유리를 형성하기 위하여 적당한 성분의 혼합물을 고온(∼1450℃)에서 배치(batch)용해하는 종래의 방법을 포함한다. 그 후, 상기 유리는 시트 인발 또는 부유법을 이용하여 시트로 성형된다. 일단 성형되면, 상기 시트는 절단되어 적절한 크기의 기판으로 다듬어진다.

상기 유리를 제조하기 위한 제 2의 방법은 화학용제적층법(CSD)으로도 알려진 금속산화물적층법(MOD)을 이용한다. 이 방법에 있어서, 칼슘 아세트산염, 알루미늄 젖산염 및 붕산의 메탄올 수용액을 기판상에 딥코팅 또는 스핀코팅하는 제 1 적층으로 예를 들면 칼슘 알루미노보레이트 유리로 이루어진 박막이 형성된다. 그 후, 상기 박막을 유리형태로 변환시키기 위하여 코팅된 기판은 약 1시간동안 550 내지 600℃로 열처리된다.

또한, 본 발명은 길고 정렬된 적당한 크기의 알루미늄 입자를 가진 편광자 제조방법에 관한 것이다. 상기 입자는 유리 몸체 내부에 산포되거나 기판상에 적층될 수 있다.

하나의 편광자 제조방법은 약 0.03 내지 3㎛ 두께의 알루미늄 필름을 유리 기판, 바람직하게는 칼슘 알루미노보레이트 유리상에 적층하는 것이다. 그 후, 중합체 레지스트 필름이 상기 알루미늄 필름의 상부에 코팅된다. 상기 중합체 필름은 전자빔 석판인쇄로 패턴닝되어 크기가 약 0.1×0.2㎛인 중합체 섬을 형성하게 된다. 상기 섬의 종축(크기 0.2㎛)은 평행하게 정렬된다. 이어서, 상기 중합체 섬으로 덮히지 않은 알루미늄 필름 부분을 에칭하기 위하여 염소 플라즈마가 사용된다. 이는 상기 중합체에 의해 에칭으로부터 보호된 알루미늄 섬을 남긴다. 상기 중합체는 용제로 제거된다.

선택적으로, 편광자의 콘트라스트를 증가시키기 위하여, 전술한 공정은 수회반복될 수 있다. 먼저, 바람직하게는 칼슘 알루미노보레이트 유리인 약 3㎛ 두께의 유리 필름이 알루미늄 섬이 패턴된 기판상에 코팅된다. 그 후, 상기 유리 필름상에 다른 알루미늄 섬 패턴이 생성되도록 전술한 과정이 반복된다. 다층화된 알루미늄 섬/기판 몸체는 가열되어 입자의 종방향으로 인장된다. 이는 0.1㎛이던 입자의 크기를 약 0.05㎛ 또는 그 이하로 줄이고, 0.2㎛이던 입자의 크기를 0.3㎛ 또는 그 이상으로 늘린다.

이 방법의 변형예는 알루미늄 필름을 유리기판상에 적층하는 것이다. 그 다음, 직사각형 중합체 섬의 패턴이 상기 알루미늄 필름상에 형성된다. 크롬금속이 중합체 섬의 장측부상에 비스듬하게 단일방향으로 적층되어 적절한 크기의 "마스킹" 입자를 형성한다. 상기 중합체 섬은 용제로 제거된다. 그 후, 알루미늄 필름에서 보호되지 않은 부분과 크롬금속의 초과분은 이방성 에칭으로 제거된다. 마지막으로, 나머지 크롬이 제거되어 적절한 크기의 알루미늄 입자가 남게된다.

편광자를 제조하기 위한 다른 방법은 빗각으로 열증발, 전자빔 또는 스퍼터링하여 금속을 유리 기판에 적층하는 것이다. 본질적으로, 금속의 빗각적층은 적절한 종횡비 및 크기를 가진 섬을 생성한다. 알루미늄 금속을 이용함으로써, 이러한 방식으로 편광자를 제조할 수 있게 된다. 선택적으로, 편광자의 콘트라스트를 증가시키기 위하여, 전술한 공정이 수회 반복될 수 있다. 그러나, 먼저 약 3㎛ 두께의 유리 필름이 알루미늄 섬이 패턴닝된 기판상에 코팅된다. 그 후, 알루미늄 적층이 반복되어 상기 유리 필름상에 알루미늄 섬의 또 다른 패턴이 생성된다.

편광자를 제조하기 위한 또 다른 방법은 0.5㎛×0.1 내지 0.2㎛인 직사각형 포토레지시트 섬의 패턴을 생성하는 것이다. 상기 섬은 두께가 약 0.03㎛ 내지 3㎛이며, 1.5㎛ 거리만큼 서로로부터 분리된다. 이는 종래의 사진석판인쇄술로 실현될 수 있다. 이어서, 알루미늄이 섬의 일측부상에 비스듬하게 적층되어 약 0.05㎛ 두께의 알루미늄 입자를 형성하게 된다. 그 후, 상기 포토레지스트는 용제로 제거된다.

선택적으로, 편광자의 콘트라스트를 증가시키기 위하여, 전술한 공정이 수회 반복될 수 있다. 먼저, 약 3㎛ 두께의 유리 필름이 알루미늄 섬이 패턴닝된 기판상에 코팅된다. 그 후, 전술한 공정이 반복되어 상기 유리 필름상에 알루미늄 섬의 또 다른 패턴이 생성된다.

또한, 상기 편광자는 단일방향으로 연마된 유리기판으로 제조될 수 있으며, 바람직하게 상기 기판은 칼슘 알루미노보레이트 유리이다. 상기 연마물질은 0.05㎛의 다이아몬드가 박힌 마일라 필름(Mylar film)일 수 있다. 약 0.03㎛ 두께의 알루미늄 필름이 연마된 기판상에 적층된다.

선택적으로, 약 3㎛ 두께의 유리 필름이 알루미늄 필름상에 매회 코팅된다면, 편광자의 콘트라스트를 증가시키기 위하여, 전술한 공정이 수회 반복될 수 있다. 전술한 공정은 반복되어 다층의 교번된 연마유리 및 알루미늄 필름을 생성하게 된다. 마지막으로, 상기 기판은 가열되어 인장되며, 상기 알루미늄 필름은 파쇄되어 입자가 된다. 상기 입자는 유리표면상에서 단일방향으로 근접된 스크래치와 정렬하는 경향이 있다. 상기 유리에 대한 알루미늄의 점착성으로 인하여, 상기 알루미늄 입자도 늘어나려는 경향이 있다.

또 다른 편광자 제조방법은 금속산화물적층법(MOD)이다. 알루미늄 입자가 화학용제에 첨가되어 알루미늄 콜로이드/MOD 용제를 형성하게 된다. 상기 알루미늄 입자는 용융된 알루미늄을 스프레이 무화(atomization)하여 얻어진다.

상기 MOD 용제는 칼슘 알루미노보레이트 유리의 전구물질일 수 있으며, 전술한 바와 같이 제조될 수 있다. 알루미늄 콜로이드/MOD 용제는 칼슘 알루미노보레이트 유리 기판에 스핀 코팅, 또는 딥코팅 및 드라잉(drying)으로 도포된다. 최종 코팅 두께가 약 30㎛가 되도록 수회의 도포가 행해질 수 있다. 코팅된 기판은 가열되어 유리/알루미늄 입자 매트릭스를 형성하게 된다. 이는 높은 온도, 바람직하게는 항복응력이 나타나는 온도에서 인장되어 입자에 적절한 종횡비를 얻게되며, 또한 입자의 긴쪽이 서로 평행하도록 입자를 정렬시키게 된다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 상기 도면은 본 발명에 따른 다양한 편광자 제조방법에서의 공정 단계를 등각 투상도로 나타낸 것이다. 크기, 특히 편광입자 형성과정에서 생성된 섬의 크기는 용이한 설명을 위하여 그 치수가 과장되었음을 알 수 있을 것이다.

도 1a 내지 도 1e는 유리기판상의 알루미늄 필름을 중합체 레지스트로 코팅하는 공정단계를 나타낸 도면이다. 상기 중합체 레지스트는 기판상에 알루미늄 섬이 생성되도록 패턴닝되고 처리된다. 그 후, 상기 기판은 기판과 섬을 늘려 편광자가 형성되도록 가열 및 인장된다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 투명 유리기판(12)은 바람직하게는 칼슘 알루미노보레이트 유리이다. 두께가 약 0.3 내지 3㎛인 알루미늄 필름(14)이 유리기판(12)의 상부면에 제공된다. 중합체 레지스트(16)막이 알루미늄 필름(14)의 노출된 표면에 제공된다. 상기 포토레지스트(16)는 종래의 전자빔 석판인쇄술로 패턴닝되어 패턴을 형성하게 된다. 상기 중합체 레지스트는 전자빔에 노출될 경우 가교결합하는 음형(negative type)이며, 용제에 의한 용해에 저항하게 된다. 상기 레지스트는 노출되어 다수개의 0.1×0.2㎛ 섬(18)을 형성하게 되며, 여기서 중합체 레지스트는 가교결합된다. 노출되지 않은 중합체 레지스트는 용제로 제거된다. 이는 도 1b에 도시된 바와 같이 알루미늄 필름(14)상에 가교결합된 중합체 섬(18)만을 남긴다.

그허, 상기 중합체 레지스트가 패턴닝된 기판은 염소 플라즈마 에칭을 거친다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 이는 중합체 레지스트 섬(18)에 의해 보호된 부분(20)을 제외하고 모든 알루미늄 필름(14)을 제거하게 된다. 그 후, 상기 중합체 레지스트 섬(18)은 다른 용제로 제거되어, 도 1d에 도시된 바와 같이 알루미늄 섬(22)을 남긴다.

상기 기판(12)은 가열되어 알루미늄 섬(20)에서 길이가 긴 0.2㎛ 방향으로 인장된다. 이는 상기 섬(20)을 늘려 작은쪽이 약 0.05㎛ 또는 그 이하, 긴쪽이 0.3㎛ 또는 그 이상이 되는 섬(22)이 되도록 한다. 이는 도 1e에 도시된 바와 같은 편광자를 생성하게 된다.

선택적으로, 도 1d에 도시된 단계 이후에, 두께 3㎛ 이상의 칼슘 알루미노보레이트 필름이 금속산화적층법(MOD)을 이용하여 알루미늄 섬(20)상에 코팅된다. 그 후, 이 조립체는 열처리되어 적층된 산화물은 유리 상태로 변형된다. 그 다음, 상기 조립체는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 단계를 다시 거쳐 알루미늄 섬의 제 2 층을 생성하게 된다. 섬의 제 1 층은 MOD 유리 필름에 합입된다. 높은 편광자 콘트라스트를 제공하기 위하여, 적층된 MOD 유리 필름에 다수개의 알루미늄 섬이 합입되도록 전술한 단계는 반복될 수 있다. 상기 적층된 조립체는 가열되어 알루미늄 섬의 긴 0.2㎛ 방향으로 인장된다. 이는 상기 섬을 늘려 최종적인 섬의 크기가 작은쪽이 약 0.05㎛ 또는 그 이하, 긴쪽이 0.3㎛ 또는 그 이상이 되도록 한다.

도 2는 빗각적층술에 의해 유리 기판이 유리 표면상에 직접 적층된 긴 금속섬을 가질 수 있는 방법을 나타낸 도면이다. 본 방법에 따르면, 유도된 알루미늄 흐름이 공지된 수단에 의해 발생된다. 상기 흐름은 유리기판에 빗각으로 충돌하도록 유도된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄 섬(28)은 알루미늄 공급원(34)으로부터 의 이동방향(화살표 32)에 대하여 유리 기판(30)상에 정렬된다. 알루미늄 섬(28)은 유리기판(30)상에 적층되어 길게 성장한다. 섬의 긴쪽은 공급원(34)으로부터 기판(30)까지 이동하는 금속의 방향에 대해 정렬된다.

각(θ)은 기판(30)의 표면(36)에 대한 금속 이동방향(32)의 각도이다. 상기 각은 유리 기판을 X-X축을 중심으로 기울임으로써 변경될 수 있다. 적층각(예를 들면, 5°)이 작을수록 높은 종횡비를 가진 금속 섬을 생성하는 경향이 있다. 적층각(예를 들어, 45°)이 클수록 낮은 종횡비를 가진 섬을 생성하는 경향이 있다.

선택적으로, 편광자의 콘트라스트를 증가시키기 위하여, 두께가 약 3㎛인 유리 필름이 유리 기판(30)상의 알루미늄 섬(28) 위에 적층될 수 있다. 섬(28)과 동일한 성질을 가진 알루미늄 섬이 상기 유리 필름 표면상에 다시 적층된다. 전술한 바와 같이, 편광자의 콘트라스트를 증가시키기 위하여 유리 필름과 알루미늄 섬으로 이루어진 다수개의 교번층이 첨가될 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 종래의 자외선 사진석판인쇄법과 알루미늄 빗각적층법을 이용하여 불연속 알루미늄 입자 편광자를 제조할 수 있는 공정단계를 도시한 도면이다.

도 3a는 유리 기판(50)상에 생성된 다수개의 포토레지스트 중합체 섬(48)을 나타낸다. 섬(48)은 약 0.03 내지 약 3㎛의 두께와 약 0.5㎛의 길이를 가지며, 서로 약 1.5㎛ 간격으로 이격된다. 상기 섬은 바람직하게는 직사각형이며, 긴쪽이 알루미늄 이동방향을 가로지르도록 형성된다.

도 3b는 알루미늄 공급원(54)으로부터 빗각으로 약 0.5㎛ 두께로 적층된 알루미늄 금속을 나타낸다. 상기 알루미늄은 중합체 레지스트 섬(48)의 일측에 적층된다. 이는 길이가 약 0.5㎛이고 폭이 약 0.05㎛인 알루미늄 입자(52)를 형성하게 된다. 그 후, 상기 포토레지스트 섬(48)은 용제로 제거된다. 과다하게 적층된 알루미늄은 기판 표면에 작용하지 않는 이방성 에칭으로 제거된다. 이는 도 3c에 도시된 바와 같은 편광자를 남긴다.

선택적으로, 편광자의 콘트라스트를 증가시키기 위하여, 두께가 약 3㎛인 유리 필름이 유리 기판(50)상의 알루미늄 입자(52) 위에 적층될 수 있다. 종래의 사진석판인쇄술로 유리 필름의 표면에 포토레지스트 중합체 섬(48)이 다시 생성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 그 후, 상기 중합체 레지스트 섬의 측부상에 입자를 형성하기 위하여 알루미늄이 적층된다. 전술한 바와 같이, 편광자의 콘트라스트를 증가시키기 위하여 유리 필름과 알루미늄 섬으로 이루어진 다수개의 교번층이 첨가될 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 도 1a 내지 도 3c에 도시된 방법을 변형한 예를 나타낸 도면이다. 도 4a는 유리기판(60)상에 적층된 알루미늄 필름(58)을 나타낸다. 다수개의 중합체 레지스트 섬(62)이 알루미늄 필름(58)상에 형성된다. 상기 섬은 0.3 내지 3.0㎛의 두께와 약 0.5㎛의 길이를 갖고, 서로 약 1.5㎛ 간격으로 이격된다. 상기 레지스트는 바람직하게 직사각형이고, 긴쪽이 기판을 측방향으로 가로지르도록 형성된다.

도 4b는 크롬 공급원(66)으로부터 빗각으로 중합체 레지스트 섬(62)의 일측에 적층된 크롬 금속(64)을 나타낸다. 이는 약 0.5㎛ 두께의 크롬 입자를 형성하게 된다. 그 후, 중합체 레지스트 섬(62)은 용제로 제거된다. 과다하게 적층된 크롬과, 크롬에 의해 덮히지 않은 모든 알루미늄 필름은 기판(60) 표면에 작용하지 않는 이방성 에칭으로 제거된다. 그 후, 알루미늄 입자(68)에 과도하게 쌓인 잉여 크롬이 선택적으로 제거된다. 이는 도 4c에 도시된 바와 같이 기판의 표면(60)에 알루미늄 입자(68)만을 남긴다.

선택적으로, 편광자의 콘트라스트를 증가시키기 위하여, 본 발명은 알루미늄 입자로 이루어진 층을 더 추가하기 위해 반복될 수 있다. 최초에, 3㎛ 두께의 유리필름이 도 4c에 도시된 알루미늄 입자상에 적층된다. 그 후, 상기 공정은 유리 필름상에 알루미늄 필름을 적층하고, 상기 알루미늄 필름상에 중합체 레지스트 섬을 패턴닝함으로써 반복된다. 그 후, 전술한 바와 같이 상기 중합체 섬에 크롬 입자가 비스듬하게 적층된다. 상기 중합체 포토레지스트는 용제로 제거되고, 과다하게 적층된 크롬과 크롬 입자에 의해 덮히지 않은 모든 알루미늄 필름이 에칭으로 제거된다. 이는 크롬 입자로 덮힌 알루미늄 입자를 남긴다. 상기 크롬 입자는 도 4c에 도시된 것과 동일한 성질을 가진 제 2 알루미늄 입자층을 남기고 선택적으로 제거된다. 편광자의 콘트라스트를 증가시키기 위하여 유리 필름과 알루미늄 섬으로 이루어진 다수개의 교번층이 추가될 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 또 다른 불연속 알루미늄 입자 편광자 제조방법을 나타낸 도면이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 칼슘 알루미늄 보레이트 유리인 유리 기판(70)의 표면이 단일방향으로 연마된다. 채널(72)을 형성하기 위하여 0.5㎛ 다이아몬드가 박힌 마일라 시트 연마제가 사용될 수 있다.

도 5b는 연마된 기판(70)의 표면상에 적층된 0.03㎛ 두께의 알루미늄 필름(74)을 나타낸다. 연마된 기판(70)과 알루미늄 필름(74)은 약 750℃로 가열된 다음 인장된다. 상기 알루미늄 필름(74)은 입자(76)로 파쇄된다. 상기 입자는 도 5c에 도시된 바와 같이 연마된 유리 기판(70)상에 단일방향으로 근접하여 이격된 스크래치와 정렬하는 경향이 있다. 상기 유리에 대한 알루미늄의 점착성으로 인하여, 상기 알루미늄 입자도 기판이 인장될 때 늘어나려는 경향이 있다.

선택적으로, 편광자의 콘트라스트를 증가시키기 위하여, 인장하기에 앞서, 바람직하게는 약 3㎛ 두께의 칼슘 알루미노보레이트 유리인 유리 필름이 금속산화적층법(MOD)으로 알루미늄 필름(74)상에 적층된다. 상기 유리 필름도 역시 도 5a에서와 같이 단일방향으로 연마된다. 그 후, 도 5b에 도시된 바와 같이, 약 0.3㎛ 두께의 알루미늄 필름이 연마된 유리 필름상에 적층된다. 전술한 방법과 같이, 편광자의 콘트라스트를 증가시키기 위하여 연마된 유리 필름과 알루미늄 필름으로 이루어진 다수개의 교번층이 추가될 수 있다. 그 후, 상기 다층 조립체는 가열되어 도 5c에 도시된 바와 같이 긴 알루미늄 입자(76)을 형성하기 위하여 인장된다.

도 6은 금속산화적층법(MOD)을 이용하여 제조된 편광자를 나타낸다. 알루미늄 입자가 화학용제에 첨가되어 알루미늄 콜로이드/MOD 용제를 형성하게 된다. 상기 알루미늄 입자는 용융된 알루미늄을 스프레이 무화시켜 얻을 수 있다. 상기 MOD 용제는 칼슘 알루미노보레이트 유리의 전구물질일 수 잇으며, 전술한 바와 같이 제조될 수 있다.

도 6은 스핀 코팅 또는 딥 코팅으로 칼슘 알루미노보레이트 유리 기판(82)에 코팅된 알루미늄 콜로이드/MOD 용제(80)를 나타낸다. 최종 코팅 두께가 약 30㎛가 되도록 수회의 도포가 행해질 수 있다. 코팅된 기판(82)은 열처리되어 유리/알루미늄 입자 매트릭스를 형성하게 된다. 이는 높은 온도에서 인장되어 입자에 적절한 종횡비를 얻게되며, 또한 입자의 긴쪽이 서로 평행하도록 입자를 정렬시키게 된다.

도 7은 기판에 알루미늄과 유리로 이루어진 교번층을 적층하여 편광자를 제조하는 방법을 나타낸다. 이 방법에 있어서, 0.03㎛ 두께의 알루미늄 필름(84)이 바람직하게는 칼슘 알루미노보레이트 유리인 기판(86)상에 적층된다. 3㎛ 두께의 유리 필름이 MOD 용제 및 이를 이용한 방법으로 상기 알루미늄 필름(84)에 도포된다.

최종 조립체(90)가 작동될 때 원하는 편광 콘트라스트를 생성할 때까지 알루미늄과 MOD 용제로 이루어진 교번층이 적층될 수 있다. 상기 조립체(90)는 가열되어 인장되며, 여기에서 상기 알루미늄 필름은 1미크론 이하의 입자로 파쇄된다. 상기 알루미늄 입자는 유리에 접착되기 때문에, 유리와 함께 늘어나 원하는 종횡비를 제공한다. 이는 유리 몸체 내부에 알루미늄 입자가 존재하는 또 다른 편광자 제조방법을 제공한다.

전술한 설명으로부터, 본 발명이 180 내지 700㎚ 범위의 빛을 위한 편광자임을 알 수 있다. 효과적인 편광자는 자유전자형 행동을 하는 금속의 입자이다. 이는 180㎚에 근접한 파장에서 λ²에 대하여 선형인 굴절률에 의해 입증된다. 바람직하게는 알루미늄인 금속 입자는 전술한 바와 같이 적당한 크기를 가지며, 유리 표면 또는 그 내부에 형성될 수 있다. 상기 유리 표면은 유리 기판상에 존재하거나, 기판위의 하나 또는 그 이상의 유리층 또는 필름상에 존재할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자외선-가시광 편광자 및 그 편광방법은금속입자를 기판상에 단일방향으로 불연속적으로 형성시켜 편광자를 제조함으로써, 저렴하고 용이하며, 고온에서 감퇴에 저항함과 아울러, 투사형 텔레비젼 시스템에서 발견되는 방사와 같이 강렬한 방사를 편광하는데 특히 유용하다.

Claims (6)

1. 길고 대체로 평행하며 불연속적인 금속 입자로 구성되어지되, 상기 금속 입자는 본질적으로 상기 금속과 반응하지 않는 투명한 유리 기판에 합체되어 배치되며, 상기 금속은 180 내지 700㎚ 범위내에서 λ²에 선형인 굴절률을 갖고, 상기 금속입자는 180㎚와 700㎚ 파장 범위내의 빛을 효과적으로 편광할 수 있도록 서로 이격된 것을 특징으로 하는 자외선 및 가시광용 편광자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 편광자는 상기 유리 기판상에 배치된 불연속 금속 입자로 구성되어지되, 상기 금속 입자는 기판 표면과 서로에 대하여 대체로 정렬된 종축을 갖고, 편광되는 빛의 파장에 비례하는 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 자외선 및 가시광용 편광자.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 편광자는 상기 기판 표면상에 배치되어 각각 표면을 가진 하나 또는 그 이상의 투명층과, 상기 각 투명층의 표면에 합체되어 배치된 다수개의 긴 금속 입자로 더 구성되어지되, 상기 금속 입자는 180 내지 700㎚ 범위내에서 λ²에 대하여 선형인 굴절률과, 기판 표면과 서로에 대하여 대체로 정렬된 종축을 갖는 것을 특징으로 하는 자외선 및 가시광용 편광자.
4. 투명한 유리 기판을 제공하는 단계와,

   상기 기판 표면에 합체하여, 상기 기판 표면과 서로에 대하여 대체로 평행하며, 180 내지 700㎚ 범위내에서 λ²에 대하여 선형인 굴절률을 갖고, 180㎚와 700㎚ 사이의 파장을 갖고 통과하는 빛을 효과적으로 편광하도록 이격되며, 길고 불연속적인 금속 입자를 생성하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 자외선 및 가시광용 편광자 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 기판 표면과 합체하여 길고 불연속적인 알루미늄 입자를 생성하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 자외선 및 가시광용 편광자 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 기판 표면에 연속적인 알루미늄 필름을 적층하는 단계와, 상기 기판 표면에 이격된 알루미늄 입자를 남기기에 효과적인 조건하에서 알루미늄 필름의 일부를 제거하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 자외선 및 가시광용 편광자 제조방법.