KR20030074795A - 고품질 구경을 갖는 자가-배열 구경 마스크 - Google Patents

고품질 구경을 갖는 자가-배열 구경 마스크 Download PDF

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KR20030074795A KR10-2003-7010375A KR20037010375A KR20030074795A KR 20030074795 A KR20030074795 A KR 20030074795A KR 20037010375 A KR20037010375 A KR 20037010375A KR 20030074795 A KR20030074795 A KR 20030074795A
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Abstract

본 발명은 자가-배열 구경 마스크에 관한 것으로, 상기 자가-배열 구경 마스크는 액상 현상제로 현상되는 양-활성 포토레지스트(18)를 이용하여 제조된다. 상기 마스크의 구경(30)은 주어진 마스크 및 마스크 사이 모두에서, 토너 입자(도 4-5 및 7-8)의 기계적 이동을 이용하여 제조되는 마스크보다 낮은 수준의 내부-구경 변화를 갖는다.

Description

고품질 구경을 갖는 자가-배열 구경 마스크{Self-aligned aperture masks having high definition apertures}
배면 투영 텔레비젼은 소비 제품으로서 널리 사용되고 있고, 특히 컴퓨터 모니터로서 더욱 각광을 받고 있다. 이러한 텔레비젼의 주요 부품은 사용자가 최종 이미지를 보는 배면 투영 스크린이다. 이러한 스크린은 여러가지 엄격한 조건을 만족시켜야 한다.
예를 들어, 밝은 이미지를 제공하기 위해서, 스크린은 시청자의 공간내의 광의 분포를 조절하여 가능한한 많은 광이 사용자가 있을 가능성이 높은 위치로 향하도록 해야 한다. 실린더형의 렌즈 또는 마이크로렌즈 배열은 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 본원의 참고문헌으로 그 내용이 포함된, 공동 계류중인 "광의 조절된 발산을 위해 구조화된 스크린"의 명칭으로 2000. 7. 31.자로 출원된 미국 특허출원 제60/222,033호에 이러한 목적에 특히 바람직한 마이크로렌즈 배열이 개시되어 있다. 이하, 상기 출원은 "'033 특허출원"으로 칭한다.
고대비(high contrast)를 달성하기 위하여, 배면 투영 스크린은 통상적으로 주위의 광이 투영 텔레비젼으로 들어가지 않도록 고안된 구경 마스크를 포함한다. 이러한 광은 구조화된 내부에서 텔레비젼으로 반사되어 시청자에게 재조사된다. 이러한 재조사된 광은 예를 들어, 이미지가 블랙이어야 하는 장소에서 나타날 수 있기 때문에 이러한 이미지의 대비를 감소시킨다.
가장 단순한 형태에 있어서, 구경 마스크는 배면 스크린을 구성하는 하나의 표면상에 블랙 매트릭스를 프린팅하여 제조될 수 있다. 실린더형의 렌즈 배열에서 시작하여 연속해서 마이크로렌즈 배열을 통해서, 당해분야의 당업자들은 자가-배열 기술을 이용하여 이러한 구경 마스크를 형성하였다. 예를 들어, 미국 특허, 제2,338,654호, 미국 특허 제2,618,198호, 미국 특허 제5,870,224호, PCT 특허공개 WO 99/36830, EPO 특허공개 1 014 169 A1, 일본 특허공개 제2000-147662호, 및 일본 특허공개 제2000-147663호를 참조.
이러한 자가-배열 기술의 목적은 마스크의 구경이 광이 렌즈 배열에 의해서 초점이 맞추어질 위치에 대응되도록 하는 것이다. 몇몇 경우에 있어서, 상기 구경은 먼저 제조되고, 연속적으로 마이크로렌즈를 제조하는데 사용되며(미국 특허 제5,897,980호, EPO 특허공개 제0 753 791호, PCT 특허공개 WO 99/36830 참조), 다른 경우에 있어서는, 렌즈가 먼저 제조된 후, 상기 구경의 제조에 사용된다(미국 특허 제4,666,248호 참조).
본 발명은 후자의 방법, 즉 렌즈 배열을 먼저 제조한 다음, 자가-배열 구경 마스크를 제조하는 방법으로 접근한다.
초기의 자가-배열 구경 마스크는 포토그래픽 에멀젼 기술에 기초하였다. 이러한 접근은 구경의 낮은 투명성 및 불량한 노화 성능을 포함하는 여러가지 단점을 갖는다. 포토그래픽 에멀젼이 투영 텔레비젼용 구경 마스크를 제조하는데 이용된다면, 노화 성능 문제는 이러한 텔레비젼이 발생시키는 열의 관점에서 단지 악화될 것이다.
최근 들어, 구경 마스크를 제조하기 위해 듀폰사의 크로말린(DuPont's Cromalinr) 시스템을 이용하는 방법이 제안되었다. 예를 들어, 일본 특허공개 제09-269546호 및 미국 특허 제5,870,224호 참조.
상기 참조문헌에서 설명된 바와 같이, 이러한 공정의 제1단계에서는 (1) 끈적끈적한 감광성의 투명한 층 및 (2)렌즈모양의 렌즈 배열이 바람직하다. 그 다음, 상기 감광성 층은 상기 렌즈 배열을 통해서 UV 광으로 노출된다. 상기 UV 광은 상기 감광성 층에 고분자화를 일으키고 노출된 영역내에 끈적함을 없앤다. 그 다음, 토너 입자를 운반하는 배킹(backing) 필름은 감광성 층에 적용된 후, 적용된 압력(예를 들어, 최대 700kg/㎠)을 통해서, 토너 입자가 노출되지 않아 여전히 끈적거리는 감광성 층 영역으로 이동된다. 그 다음, 상기 배킹 필름은 끈적거리는 영역에서 층상에 남아 있는 토너 입자를 갖는 감광성 층으로부터 기계적으로 떼어진다.
후술하는 비교를 위한 일례에서 설명하는 바에 따라, 상기 크로말린 시스템은 저품질, 즉 바람직한 디자인 형상의 횡단면 둘레를 갖기 보다는 상기 구경이 울퉁불퉁하고 균일하지 않은 형상의 구경을 생산하는 심각한 결점을 갖는다. 더욱이,상기 구경 마스크 제조용 크로말린 시스템은 주어진 스크린 및 스크린들 사이의 구경 모두에서 구경의 형상에 있어서 높은 수준의 변화를 나타낸다. 크로말린 시스템이 갖는 부가적인 문제점은 상기 구경이 고분자화된 물질로 채워진다는 사실에 기인한다. 이러한 물질은 예를 들어, 마감질된 스크린을 통해서 통과하는 광을 위한 광학 경로에 조절할 수 없는 변화를 발생시킬 수 있는 고분자화의 정도로 구경에서 구경까지 변화될 수 있다. 예를 들어, 상기 구경을 채우는 고분자화된 물질의 표면 곡률은 구경에서 구경까지 조절할 수 없는 방법으로 변화될 수 있다.
크로말린 시스템을 이용하여 제조된 마스크의 또 다른 변화는 가시광을 막도록 의도된 마스크 영역에 이동되는 토너의 양을 변화시키는 결과를 초래할 수 있다.
크로말린 시스템의 또 다른 문제점은 토너 이동 단계에서 사용되는 고압이 상기 적층된 렌즈 배열 부위를 손상시킬 수 있다는 사실이다.
본 발명은 크로말린 시스템이 갖는 상술한 문제점을 극복하기 위해 고안된다.
발명의 요약
전술한 바와 같이, 다음의 성질 중 몇가지, 바람직하게는 이들 모두를 갖는 자가-배열 구경 마스크가 요구된다:
(1) 고품질의 구경을 포함하는 마스크;
(2) 상기 마스크는 구경 구조 및 광학 성질의 항에서 개별적인 마스크 및 마스크들 사이의 구경 모두에 대해서 낮은 수준의 변화를 갖는 공정에 의해 제조된다;
(3) 상기 마스크는 광을 막도록 의도된 마스크의 모든 부분에서 필수적으로 동일한 블랙 수준을 생산하는 공정에 의해서 제조된다;
(4) 상기 마스크는 자가-배열 구경을 제조하는데 사용되는 렌즈 배열에 과도한 압력을 적용하지 않는 공정에 의해 제조된다;
(5) 상기 마스크는 실질적으로 노화되지 않는다; 그리고
(6) 상기 마스크는 연속적인 원리하에 경제적으로 제조될 수 있다.
본 발명은 전술한 6가지 성질 중 몇가지, 바람직하게는 이들 모두를 갖는 자가-배열 구경 마스크를 제공한다.
일측면에 따라, 본 발명은:
(a) 제1면 및 제2면을 가지며, 상기 제1면이 이에 부합된(associated) 렌즈 배열을 갖는 기판을 제공하는 단계;
(b) 상기 기판의 제2면에 화학 복사선에의 노출시 현상액에 용해되는 감광성 매트릭스에 분산되는, 가시광 영역에서 광을 흡수하는 적어도 하나의 안료를 포함하는 양-활성 포토레지스트를 적용하는 단계;
(c) 상기 렌즈 배열을 통해서 화학 복사선을 통과시켜 양-활성 포토레지스트를 노출시켜 양-활성 포토레지스트내에 렌즈의 광학 성질의 함수인 노출 패턴을 형성하는 단계; 및
(d) 상기 양-활성 포토레지스트를 현상액을 이용하여 현상하여 화학 복사선에 노출된 포토레지스트를 제거하여 화학 복사선에 노출되지 않은 포토레지스트 영역보다 큰 범위에서 가시광을 투과시킬 포토레지스트내에 구경을 형성하는 단계;
를 포함하는 스크린용 구경 마스크를 제조하는 방법을 제공한다.
또 다른 측명에 따라서, 본 발명은:
(a) 제1면 및 제2면을 갖는 기판;
(b) 상기 기판의 제1면에 부합된 렌즈 배열; 및
(c) 다음을 포함하는 상기 기판의 제2면 상의 구경 마스크:
(ⅰ) 층 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분산된 적어도 하나의 안료
를 포함하는 착색된 폴리머 층; 및
(ⅱ) 상기 착색된 폴리머 층을 통해서 통과하는 복수의 구경을 포함하
며, 여기서 상기 안료는 가시광을 흡수하며, 상기 착색된 폴리머 층은
노출되지 않은 양-활성 포토레지스트 또는 노출되지만 현상되지 않은
양-활성 포토레지스트 중 하나이고, 상기 구경의 위치는 상기 렌즈 배
열의 광학 성질에 기초하며;
여기서, 상기 구경은 상기 착색된 폴리머 층보다 큰 범위에서 가시광을 투과시키는 것을 특징으로 하는 장치(스크린 어셈블리)를 제공한다.
본원에서 사용되는 바에 따라, 양-활성 포토레지스트는 포토레지스트의 현상에서 화학 복사선에 노출되는 포토레지스트 부위의 포토레지스트가 제거되는 특성을 갖는 포토레지스트를 의미한다.
본 발명의 부가적인 특징 및 이점은 후술되는 상세한 설명에 기술될 것이며, 부분적으로는 본원에서 기술되는 바에 따라 본 발명을 실시함으로써 인식되거나 상세한 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명백해질 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 후술하는 상세한 설명은 단지 본 발명을 예시적으로 나타내고, 청구되는 바에 따라 본 발명의 특성 및 성질을 이해하기 위한 개관 또는 기본구성을 제공하기 위함이다.
첨부되는 도면은 본 발명을 더욱 잘 이해하기 위해 제공되며, 본 명세서에 포함되어 그 일부분을 이룬다. 도면은 본 발명의 기본원리 및 작동원리를 기술하기 위한 설명과 더불어, 본 발명의 다양한 구체예를 설명한다. 도면은 부재의 스케일 또는 상대적 비례값을 나타내기 위함이 아니다.
본 발명은 배면 투영 스크린에 사용되는 자가-배열 구경 마스크에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 마스크를 구성하는 개별적인 구경의 고품질을 달성하는 자가-배열 마스크에 관한 것이다.
도 1a 및 1e는 본 발명에 따른 공정의 기본 단계를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 2a는 화학 복사선을 노출시키기 이전에 본 발명에 이용하기에 적합한 양-활성 포토레지스트를 위한 대표적인 구조물을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 2b는 도 2a의 구조물을 (1) 기판(10)의 제2면에 포토레지스트(18)의 적층, (2) 운반 시트(20)의 제거, 및 (3) 화학 복사선에의 노출 및 현상 후 나타낸 구조물이다.
도 3은 본 발명의 구체예에 따른 연속적인 제조를 개략적으로 나타낸 다이어그램이다.
도 4a 및 4b는 각각 본 발명에 따른 공정 및 크로말린 공정을 이용하여 제조된 구경 마스크 부위를 20배 확대하여 나타낸 포토마이크로그래프이다. 상기 구경디멘젼은 각각의 경우 20마이크론에 의해 약 40마이크론이다.
도 5a 및 5b는 각각 본 발명에 따른 공정 및 크로말린 공정을 이용하여 제조된 구경 마스크 부위를 50배 확대하여 나타낸 포토마이크로그래프이다. 상기 최대 단(short)-축 구경 디멘젼은 각각의 경우에 약 30마이크론이다.
도 6은 도 4 및 도 5의 구경 마스크를 제조하기 위해 UV 광이 통과하는 마이크로렌즈 배열의 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 7a 및 7b는 정량적인 분석에 포함되지 않은 도 4a의 (1줄-6컬럼) 및 (2줄-5컬럼)에서 몰입된 구경을 제외하고, 각각 도 4a 및 4b의 구경을 나타낸 2원(블랙 및 화이트) 그림이다.
도 8a 및 8b는 각각 도 7a 및 7b의 구경의 둘레를 나타낸 도면이다. 이러한 그림은 또한 표 1a 및 1b의 구경 수를 포함한다.
도면에서 사용된 참조번호는 다음과 같다:
10기판
12기판의 제1면
14기판의 제2면
16렌즈
18양-활성 포토레지스트
20기본 운반 시트 또는 필름
22릴리즈 층
24착색된 감광성 층, 즉 적어도 하나의 안료가 분산된 감광성 매트릭스
26비-착색된 감광성 층, 즉 감광성 매트릭스
28접착 층
29화학 복사선
30구경
32렌즈 배열을 위한 공급 롤
34양-활성 포토레지스트용 공급 롤
36어셈블리 스테이션
38필링 스테이션(peeling station)
40초기 UV 노출 스테이션
42현상 스테이션
44현상액 적용 및 브러싱 서브스테이션
46린싱 서브스테이션
48드라잉 서브스테이션
50최종 UV 노출 스테이션
52보호 코팅 스테이션
도 1은 본 발명의 공정의 기본 단계를 나타낸 도면이다. 특히, 도 1a는 제1면(12) 및 제2면(14)을 갖는 기판(10)을 나타낸 도면으로, 상기 제1면은 이에 부합된 렌즈(16) 배열을 갖는다.
상기 기판은 폴리카보네이트, 폴리에스테르 등과 같이 당해분야에 공지된 다양한 물질로 구성될 수 있다. 상기 렌즈(16)는 실린더형의 렌즈 또는 마이크로렌즈일 수 있고, 마이크로렌즈가 바람직하다. 두가지 중 어느 한 경우에 있어서, 상기 렌즈는 다양한 구조를 가질 수 있고, 바람직하게는 전술한 '033 특허출원에 개시된 구성을 가질 수 있다.
상기 렌즈는 개별적으로 형성되어 예를 들어, 적합한 접착제를 사용하여 기판의 제1면에 적용될 수 있다. 선택적으로, 상기 렌즈는 주조 공정을 이용하여 상기 제1면상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,264,063호를 참조하라.
또한, 선택적으로, 상기 렌즈는 엠보싱 공정을 이용하여 기판의 제1면에 직접 형성될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 상기 기판은 바람직하게는 제1 및 제2층을 포함하며, 상기 제1층은 실온에서 상대적으로 연성의 성질을 가져 용이하게 엠보싱될 수 있다. 또한, 일단 엠보싱되면, 상기 제1층은 예를 들어 UV, e-빔, 또는 열 경화를 통해서 경화되어야 한다. 예를 들어, UV 경화성인 아크릴에 기초한 수지는 상기 제1층에 사용될 수 있다.
만약 상기 렌즈가 상대적으로 낮은 높이, 예를 들어, 상기 렌즈 효과가 홀로그라피를 통해서 달성된다면, 개별적인 연질 층을 사용하지 않고 직접 엠보싱하는 방법이 사용될 수 있다.
또한 선택적으로, 상기 기판 및 렌즈 배열은 웹 압출 공정을 이용하여 동시에 형성될 수 있다. 미국 특허 제4,601,861호 및 4,486,363호 참조.
그러나, 이로부터 얻어진, 렌즈가 부합된 기판은 그 다음 양-활성 포토레지스트(18)에 결합된다(도 1b 참조).
도 2a는 화학 복사선에 노출되기 이전의 포토레지스트(18)를 위한 대표적인 구조물을 나타낸 도면이다. 상기 도 2a에 나타낸 바와 같이, 포토레지스트는 기본 운반 시트 또는 필름(20), 릴리즈 층(22), 감광성 매트릭스 및 상기 매트릭스를 통해서 실질적으로 균일하게 분산된 적어도 하나의 안료(예를 들어, 500나노미터 미만, 바람직하게는 300나노미터 이하의 평균 입경 크기를 갖는 카본블랙)를 포함하는 층(24), 비-착색 감광성 매트릭스를 포함하는 층(26), 및 열 접착 층(28)을 포함할 수 있다. 상기 감광성 매트릭스는 바람직하게는 수지와 디아조 산화물의 반응 생성물이다.
전술한 구조물을 갖는 적합한 포토레지스트(18)에 대한 상세한 설명은 예를 들어, 본원의 참고문헌으로 포함된, 미국 특허 제4,260,673호에 개시되어 있다. 상업적으로, 이러한 포토레지스트는 Imation Inc,. Oakdale, MN에서 구입가능하며, 상표명 MATCHPRINT로 시판되고 있다. 특히 본 발명의 공정에 사용하기에 적합한 바람직한 MATCHPRINT 상품은 "블랙 U.S. 스탠다드" 및 "블랙 유로 스탠다드"이다.
포토레지스트(18)를 위한 다른 구성이 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 예를 들어, 비-착색 층(26)이 바람직한 경우, 제거될 수 있다. 또한, 블랙 안료의 함량이 바람직한 경우, U.S. 및 유로 스탠다드 상품에서 사용된 것보다 더욱 높게 사용될 수 있다. 선택적으로, 향상된 광학 밀도가 착색된 층(24)의 두께를 증가시킴으로써 달성될 수 있다.
포토레지스트(18)는 다양한 방법으로 기판(10)의 제2면(14)에 적용될 수 있다. 바람직하게는, 상업적으로 구입가능한 MATCHPRINT 상품의 열 접착 층(28)이 이러한 목적에 사용된다. 선택적으로, 압력에 민감한 접착제가 단독으로 또는 열 접착제와 결합하여 이용될 수 있다.
도 1c에 나타낸 바와 같이, 제조된, 상기 포토레지스트/기판/렌즈 배열 어셈블리는 렌즈(16)를 통해서 화학 복사선(29)에 노출되어 양-활성 포토레지스트내의 노출된 노출 패턴 및 비-노출된 영역이 생성된다. 렌즈를 통한 노출은 렌즈로 구경 마스크의 바람직한 자가-배열을 생성한다.
화학 복사선의 다양한 형태가 양-활성 포토레지스트의 특성에 따라 노출을 수행하는데 사용될 수 있다. 일례로는 UV 복사선, IR 복사선, 및 가시광이 포함되며, 바람직하게는 UV 복사선이 좋다. 특히, 360-410나노미터 범위의 파장을 갖는 UV 복사선은 상기 양-활성 포토레지스트가 전술한 MATCHPRINT 상품인 경우 바람직하다.
화학 복사선으로의 노출은 마감질된 배면 투영 스크린의 사용시 렌즈를 통해서 통과할 가시광의 위치공간 분포에 대응하는 위치분포를 가져야만 한다. 특히, 상기 화학 복사선은 가시광이 마감질된 스크린의 이용시 이러한 렌즈에 의해 분포될 방법과 유사한 방법으로 렌즈 배열의 렌즈에 의해 위치분포되어야 한다. 이는 화학 복사선의 파장 범위 뿐만 아니라 파장을 갖는 렌즈, 및 이용시 스크린을 통해서 통과할 가시광의 굴절률의 변화를 고려해야 한다. 상기 도입되는 화학 복사 빔의 구조는 위치분포에 바람직한 대응성을 얻도록 조절된다. 상업적으로 구입가능한 광학 디자인 프로그램이 바람직한 위치분포를 갖도록 화학 복사선을 일으킬 렌즈 시스템을 결정하는데 사용될 수 있다.
UV 노출 후, 상기 포토레지스트/기판/렌즈 배열 어셈블리는 현상되어 화학 복사선에 노출되었던 감광성 매트릭스(도 2의 착색 및 비-착색된 영역) 영역을 제거하여 원하는 자가-배열 구경을 형성한다(도 1d 참조). 다양한 현상액이 사용되는 특정 포토레지스트에 따라 사용될 수 있고, 물에 기초한 현상제가 취급 및 배치의 용이성에 기인하여 바람직하다. 전술한 MATCHPRINT 시스템에서, 현상제는 9 이상의 pH를 가져 감광성 매트릭스의 노출된 영역을 용해시킬 수 있다. 상기 현상제는 또한 릴리즈 층(22)을 용해시켜 현상액이 감광성 층(24 및 26)에 다다를 수 있다.
상기 현상액은 릴리즈 층(22)에 적용되며 마일드 브러싱이 상기 포토레지스트의 노출된 영역을 제거하기 위해 사용된다. 그 다음, 과잉의 현상제 및 용해된 감광성 수지는 물을 이용하여 표면으로부터 세척되고, 현상된 포토레지스트/기판/렌즈 배열 어셈블리가 저압의 롤러를 통해서 통과하여 남은 액체가 압착된다. 최종적으로, 상기 어셈블리는 예를 들어, 핫 에어를 이용하여 건조된다. 도 2b는 상기 공정의 이러한 단계에서의 상기 포토레지스트/기판 결합의 구조를 나타낸 도면이다.
상기 어셈블리의 색상을 안정화시키기 위하여, 도 1e에 나타낸 바에 따라 제2의 화학 복사선으로의 노출이 수행된다. 상기 현상 공정은 상기 공정의 이 지점에서 완결되기 때문에, 이러한 노출은 포토레지스트의 구조에 있어서 변화를 일으키지 않으며, 즉 상기 포토레지스트는 연속되어 수지 매트릭스에 의해 싸여진 자가-배열 구경을 갖는다.
상기 마감질된 포토레지스트/기판/렌즈 배열 어셀블리를 보호하기 위하여,플라스특 보호 층, 예를 들어 열가소성 아크릴 층이 상기 마감질된 어셈블리에 적용될 수 있다. 선택적으로, 상기 어셈블리는 적합한 접착제를 이용하여 지지 시트, 예를 들어, 폴리카보네이트 또는 PMMA 시트에 장착될 수 있다.
도 3은 도 1의 실제적인 단계를 위한 대표적인 연속 공정을 나타낸 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 공급 롤(32)은 렌즈(16)의 예형된 층을 갖는 기판(10)을 제공하며, 공급 롤(34)은 노출되지 않은 포토레지스트(18)를 제공한다. 상기 기판 및 포토레지스트는 어셈블리 스테이션(36)에서 함께 결합되며, 도 2a의 층(20)이 필링 스테이션(38)에서 제거된다. 어셈블리 스테이션(36)은 열 접착 층(28)을 활성화시키기 위한 적절한 열 시스템(도시되지 않음)을 포함한다.
상기 포토레지스트는 초기 UV 노출 스테이션(40)에서 바람직한 구경 패턴으로 노출된다. 바람직한 경우, 스테이션(40)은 UV 노출이 렌즈 배열을 통해서 일어나기 때문에 필링 스테이션(38)의 상부흐름에 위치될 수 있다. 두가지 중 어느 한 경우에 있어서, 상기 노출된 포토레지스트는 각각 현상액 적용 및 브러싱, 린싱, 및 드라잉을 위한 서브스테이션(44, 46, 및 48)을 포함하는 현상 스테이션(42)에서 현상된다.
그 다음, 상기 현상된 포토레지스트는 남은 포토레지스트를 노출시키는 최종 UV 노출 스테이션(50)을 통해서 통과하여 상기 구경 마스크의 색상을 안정화시킨다. 최종적으로, 보호 층이 스테이션(52)에서 적용된다. 선택적으로, 지지 시트는 전술한 바와 같이 상기 공정의 이 지점에서 적용될 수 있다.
가요성(flexible) 보호 층에 있어서, 상기 마감질된 포토레지스트/기판/렌즈배열 어셈블리는 마감질된 배면 투영 스크린의 제작에 있어 이후의 사용을 위해 롤 상에 모아질 수 있다. 만약 지지 시트가 보호를 위해서 사용되는 경우, 상기 마감질된 어셈블리는 이후의 사용을 위하여 절단되어 쌓아둘 수 있다. 선택적으로, 이러한 경우 중 어느 한 경우에 있어서, 보호 층 또는 시트가 적용된 후 즉시 후단의 공정이 더욱 수행될 수 있다.
비교예
도 4a 및 4b는 각각 본 발명에 따른 공정 및 크로말린 공정을 이용하여 제조된 구경 마스크 부위를 20배 확대하여 나타낸 포토마이크로그래프이다. 도 6은 상기 도면의 구경 마스크를 제조하기 위해 UV 광이 통과하는 마이크로렌즈 배열의 레이아웃을 나타낸 도면이다.
개별적인 마이크로렌즈는 50마이크론의 직경 및 중심에서 중심까지 43.3마이크론의 공간을 갖는 왜상(anamorphic) 마이크로렌즈이다. 상기 렌즈는 빠른(수평) 및 느린(수직) 축 모두를 따라서 포물선 프로파일을 갖는다. 상기 마이크로렌즈는 전술한 '033 특허출원에 따라 임의로 선택되었다. 특히, 상기 빠른 축을 따른 곡률의 반경은 균일한 확률 밀도 함수로 8 내지 9마이크론 사이에서 선택되며, 느린 축에 있어서, 상기 곡률의 반경은 균일한 확률 밀도 함수로 33 내지 36마이크론으로 선택된다. 상기 마이크로렌즈의 총 깊이는 36마이크론이다.
상기 마이크로렌즈를 운반하는 기판의 두께는 상기 마이크로렌즈의 빠른 축 및 느린 축의 초점 평면 사이의 용이한 경우에 상기 감광성 층이 위치되도록 선택된다. 특히, 상기 두께는 상기 감광성 층이 상기 마이크로렌즈의 최소 혼동(confusion)의 원(circles) 위치에 가깝도록 선택된다. 이러한 위치는 상기 감광성 층을 노출시키는데 사용되는 UV 광의 스팟 크기를 최소화시킨다. 상술한 마이크로렌즈에 있어서, 상기 마이크로렌즈 및 감광성 층의 정점 사이의 거리는 약 75마이크론이다.
도 4a 및 4b의 마스크는 두가지 감광성 물질에 대해 개별적으로 최적화된 노출 시간을 제외하고 용이한 경우에서 동일한 조준 각 및 다른 노출 조건을 갖는 마이크로렌즈를 통해서 조준된 UV 광을 통과시켜 제조된다. 조준된 광을 사용하는 것 이외에, 크로말린 및 MATCHPRINT 감광성 물질이 각각의 제조자의 지시에 따라 사용된다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 공정은 크로말린 공정에 의해 제조되는 것보다 훨씬 우수한 구경을 제조한다. 특히, 본 발명의 구경은 크로말린 공정에 의한 경우보다 실질적으로 더욱 나은 품질을 갖는다. 또한, 구경 사이의 변화는 크로말린 공정에 비해서 본 발명에 따른 공정의 경우 실질적으로 적다. 연속된 작업에 따른 높은 수준의 변화가 크로말린 공정에서 나타나는 반면, 본 발명에 따른 공정의 경우 수행될 때마다 필수적으로 동일한 구경이 제조되었다.
도 4a 및 4b의 구경 사이의 차이, 특히, 상기 2개의 도면 사이의 구경 변화에 있어서의 차이를 정량화하기 위한 분석이 수행되었다. 사용된 과정은 다음과 같다.
각각의 이미지는 700㎛×560㎛의 샘플 사이즈로 대표되는640×512화소(pixels)로 구성되었다. 각각의 화소는 1.09375㎛×1.09375㎛에 대응한다. 계산을 수행하기 위해서, 원 이미지(도 4a 및 4b)는 문턱값(threshold)을 적용하여 2원(블랙 및 화이트) 도면(도 7a 및 7b)으로 전환되었다. 사용된 문턱값은 0 내지 255그레이 단계에서 128이었다. 그 다음, 상기 구경의 내부 둘레를 발췌하여 도 8a 및 8b에 나타내었다.
각각의 구경의 상기 면적(화소에서) 및 둘레(화소에서)는 각각의 도메인에서 블랙 화소를 세어 도 7a 및 7b로부터 측정되었다. 도 7b의 몇몇 구경은 함께 그룹지어져 분석에서 단일 구경으로 여겨진 서브-구경으로 구성된다.
문턱값 및 화소 계산에 사용된 소프트웨어는 Wayne Rasband, National Institute of Health, USA에 의한 NIH IMAGE(version 1.62)이다.
각각의 구경의 "원형(curcularity)"(단위없는 수)은 다음과 같이 계산되었다:
원형 = (둘레)2/(4π(면적)).
각각의 구경의 차원 분열 도형(fractal)의 디멘젼은 질량 반경 법과 http://life.csu.edu.au/fractop/에서 구입가능한 온-라인 소프트웨어 FRACTOP V0.2를 이용하여 계산되었다. 다음의 파라미터가 분석에 사용되었다:
(a) 평균 이상의 센터 수: 20;
(b) 세미-로그 그래프 회귀에 사용되는 회귀선 수: 10;
(c) 0.3배의 회전 반지름 내에 제한된 센터.
상기 분석 결과를 본 발명(MATCHPRINT) 및 종래기술(크로말린) 구경에 대해서 각각 표 1a 및 1b에 나타내었다. 하기 표에 나타낸 바와 같이, 면적, 둘레, 원형 및 차원 분열 도형의 디멘젼 분포(즉, 평균으로 나눈 표준 편차)는 종래기술에 따른 구경보다 본 발명에 따른 구경의 경우 더욱 낮았다. 또 다른 방법으로, 상기 표 1a 및 1b에 나타낸 데이타는 주어진 마이크로렌즈 디자인에 대해서, 본 발명에 따른 공정이 종래기술에 따른 공정에 비해서 크기 및 형상에서 좀 더 높은 수준의 균일성을 갖는 구경을 제조할 수 있음을 나타낸다.
도 4a 및 4b에 나타낸 구경은 형상에 있어서 임의로 무작위의 마이크로렌즈, 즉 곡률 반경이 변하는 마이크로렌즈를 이용하여 형성되었음을 주지하여야 한다. 이러한 무작위화는 자동으로 형성된 구경내에서 적어도 몇가지의 변화로 귀결된다. 이러한 이유에서, 절대 분산 값은 본 발명에 따른 구경과 종래기술에 따라 제조된 구경을 구별하기 위한 방법으로 적절치 않다. 예를 들어, 일련의 균일한(무작위가 아닌) 마이크로렌즈를 위한 종래기술의 방법에 의해서 제조된 구경은 일련의 무작위의 마이크로렌즈를 위한 본 발명에 의해 제조된 구경보다 더욱 적은 분산값을 나타낼 수 있다.
그러나 상대값이 결정될 수 있다. 따라서, 면적, 둘레, 원형 및 차원 분열 도형의 디멘젼 분포 값에 대해서 표 1b의 분산 값에 대한 표 1a의 분산값의 비율은 각각 0.35, 0.47, 0.37 및 0.46이다. 따라서, 일반적으로, 본 발명의 구경의 내부-구경 변화 수준은 비교대상인 일련의 마이크로렌즈에 대한 종래기술의 구경의 내부 변화 수준의 50% 미만이 될 것이다.
도 5a 및 5b는 50마이크론의 동일 마이크로렌즈 직경 및 43.3마이크론의 중심에서 중심까지의 동일 공간을 갖는, 도 6의 동일한 마이크로렌즈 배열 레이아웃을 이용하여 제조된 제2의 일련의 자가-배열 구경 마스크를 나타낸 도면이다. 상기 렌즈는 균일한 확률 함수로 16 내지 26마이크론 사이에서 선택된 곡률 반경으로 느린 축을 따라서 포물선 프로파일을 갖는다.
상기 빠른 축을 따라서, 하기 수학식 1의 처짐 함수에 의해 기술되는 구형/포물선 혼성 프로파일이 사용된다:
,
여기서, α, Rs, 및 Rp는 프로파일의 조절가능한 파라미터이다. 도 5의 제조에 사용되는 마이크로렌즈에 있어서, Rs는 25마이크론, Rp는 균일한 확률 함수로 8 내지 14마이크론 사이에서 선택되며, α역시 균일한 확률 함수로 0.6 내지 0.8 사이에서 선택된다. 총 마이크로렌즈 깊이는 43마이크론이다.
이러한 마이크로렌즈에 있어서, 마이크로렌즈와 감광성 층의 정점 사이의 거리는 약 80-85마이크론이며, 이는 상기 구경이 겹쳐지도록 하여 도 5에 나타낸 바와 같은 마름질된 구경 마스크가 블랙의 구불거리는 스트립의 형태가 되도록 한다. 상기 노출 프로토콜은 도 4에서 사용된 것과 동일하다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 공정은 크로말린 공정에 의해 제조된 것보다 우수한 구경을 생산한다.
도 4 및 5의 제조에서 된 바에 따라 최소의 혼동 원(circle)에서 상기 감광성 층을 위치시키기 보다는 상기 감광성 층이 빠른 축 또는 느린 축의 초점 평면 중 어느 하나에 위치될 수 있다. 이러한 위치는 투영 텔레비젼의 사용시 스크린을 통해서 시청자에게 통과하는 광의 양을 허용불가능하게 감소시키지 않고 광 블록킹인 구경 마스크의 면적을 증가시키는 이점을 갖는다.
이러한 경우에 있어서, 무작위화된 마이크로렌즈가 사용되는 경우, 상기 무작위화는 제한되어 모든 마이크로렌즈가 실질적으로 통상적인 빠른 또는 느린 초점 평면을 갖는다. 예를 들어, 상술한 수학식 1에 의해 기술된 형태의 혼성 구형/포물선 프로파일에 있어서, 상기 무작위화는 바람직하게는 하기 수학식 2를 충족시키도록 수행된다:
여기서, τ는 기판의 두께이고, nuv는 UV 노출시(마이크로렌즈 및 기판의 굴절률이 바람직하게는 표면 손실을 피하기 위해 동일함) 마이크로렌즈 및 기판의 굴절률이고, nmax는 사용시 상기 스크린을 통해서 통과할 광의 최장 파장에 대한(즉, 광 원에 대해서) 구경 마스크의 스크린 상류흐름 부위의 유효 굴절률이다.
본 발명에서 구체적인 실시예를 기술하였지만, 당업계의 당업자에게는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 범위내에서 변형 및 변화가 이루어질 수 있음이 분명할 것이다. 따라서 후술하는 청구항은 이러한 변형, 변화, 및 동등물 뿐만 아니라 본원에서 설명된 구체적인 실시예를 포함하고자 한다.
본 발명
구경# 면적(화소) 둘레(화소) 원형(단위없음) 차원분열도형디멘젼
1 2224 239 2.04 1.88
2 2916 320 2.79 1.85
3 2756 276 2.20 1.82
4 3044 276 1.99 1.83
5 2460 269 2.34 1.84
6 2907 327 2.93 1.78
7 2986 263 1.84 1.94
8 2787 290 2.40 1.89
9 3318 322 2.49 1.73
10 3451 324 2.42 1.74
11 2425 273 2.45 1.88
12 2631 262 2.08 1.9
13 2524 287 2.60 1.75
14 2740 281 2.29 1.87
15 2994 270 1.94 1.91
16 2712 299 2.62 1.8
17 2838 291 2.37 1.82
18 2567 292 2.64 1.9
19 2595 301 2.78 1.82
20 3190 302 2.28 1.81
21 2724 299 2.61 1.87
22 2699 317 2.16 1.83
23 2364 268 2.42 1.78
24 2633 275 2.29 1.76
25 3393 328 2.52 1.71
26 2715 273 2.18 1.86
27 2700 334 3.29 1.84
28 2675 289 2.48 1.84
29 2576 261 2.10 1.88
30 2811 267 2.02 1.83
31 2604 250 1.91 1.88
32 2464 292 2.75 1.9
33 2447 290 2.73 1.85
합계 91870 9507
평균 2783.94 288.09 2.39 1.84
표준 편차 332.56 24.09 0.33 0.06
표준 편차/ 평균 0.119 0.084 0.136 0.031
종래기술
구경 # 영역(화소) 둘레(화소) 원형(단위 없음) 차원분열도형디멘젼
1 1374 180 1.88 1.91
2 915 189 3.11 1.76
3 1039 222 3.77 1.66
4 1717 227 2.39 1.85
5 618 189 4.60 1.94
6 1542 219 2.48 1.88
7 2321 268 2.46 1.95
8 1128 191 2.57 1.82
9 1577 218 2.40 1.78
10 1589 265 3.52 1.79
11 1650 233 2.62 1.93
12 1300 213 2.78 1.81
13 555 184 4.85 1.57
14 1906 236 2.33 1.87
15 1428 240 3.21 1.89
16 788 228 5.25 1.85
17 972 172 2.42 2
18 907 226 4.48 1.66
19 2201 314 3.56 1.93
20 1294 218 2.92 1.86
21 1539 240 2.98 1.88
22 1291 182 2.04 1.93
23 198 118 5.60 2.3
24 1091 185 2.50 1.92
25 1785 251 2.81 1.89
26 1627 219 2.35 1.98
27 1116 201 2.88 1.91
28 1650 293 4.14 1.83
29 894 173 2.66 1.78
30 1547 246 3.11 1.9
31 1578 246 3.05 1.84
32 1634 227 2.51 1.86
33 1275 209 2.73 1.79
34 969 304 7.59 1.62
35 1788 251 2.80 1.89
합계 46803 7777
평균 1337.23 222.20 3.24 1.86
표준 편차 456.24 39.80 1.18 0.12
표준 편차/ 평균 0.341 0.179 0.365 0.067

Claims (32)

  1. (a) 제1면 및 제2면을 가지며, 상기 제1면이 이에 부합된(associated) 렌즈 배열을 갖는 기판을 제공하는 단계;
    (b) 상기 기판의 제2면에 화학 복사선에의 노출시 현상액에 용해되는 감광성 매트릭스에 분산되는, 가시광 영역에서 광을 흡수하는 적어도 하나의 안료를 포함하는 양-활성 포토레지스트를 적용하는 단계;
    (c) 상기 렌즈 배열을 통해서 화학 복사선을 통과시켜 양-활성 포토레지스트를 노출시켜 양-활성 포토레지스트내에 렌즈의 광학 성질의 함수인 노출 패턴을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 양-활성 포토레지스트를 현상액을 이용하여 현상하여 화학 복사선에 노출된 포토레지스트를 제거하여 화학 복사선에 노출되지 않은 포토레지스트 영역보다 큰 범위에서 가시광을 투과시킬 포토레지스트내에 구경을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린용 구경 마스크의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 배열은 마이크로렌즈 배열인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 배열은 기판의 제1면내에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기판은 제1층 및 제2층을 포함하며, 상기 마이크로렌즈 배열은 상기 기판의 제1층을 엠보싱하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1층은 광경화형 수지인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 배열은 상기 기판의 제1면에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 배열은 접착제를 이용하여 상기 기판의 제1면에 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 배열은 상기 기판의 제1면상에 주조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 안료는 500나노미터 미만의 평균직경을 갖는 안료 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 안료는 카본 블랙 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 감광성 매트릭스는 수지 및 디아조 산화물의 반응 생성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 화학 복사선은 UV 복사선인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 화학 복사선은 상기 스크린의 이용시 렌즈를 통해서 통과할 가시광의 위치공간 분포에 대응되는 위치분포를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 현상액은 pH 9 이상의 수용액인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 구경은 100마이크론 미만의 적어도 하나의 횡단면 디멘젼을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 구경은 50마이크론 미만의 적어도 하나의 횡단면 디멘젼을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 구경은 낮은 수준의 내부-구경 변화를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. (a) 제1면 및 제2면을 갖는 기판;
    (b) 상기 기판의 제1면에 부합된 렌즈 배열; 및
    (c) 다음을 포함하는 상기 기판의 제2면 상의 구경 마스크:
    (ⅰ) 층 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분산된 적어도 하나의 안료
    를 포함하는 착색된 폴리머 층; 및
    (ⅱ) 상기 착색된 폴리머 층을 통해서 통과하는 복수의 구경을 포함하
    며, 여기서 상기 안료는 가시광을 흡수하며, 상기 착색된 폴리머 층은
    노출되지 않은 양-활성 포토레지스트 또는 노출되지만 현상되지 않은
    양-활성 포토레지스트 중 하나이고, 상기 구경의 위치는 상기 렌즈 배
    열의 광학 성질에 기초하며;
    여기서, 상기 구경은 상기 착색된 폴리머 층보다 큰 범위에서 가시광을 투과시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 렌즈 배열은 마이크로렌즈 배열인 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 기판은 제1층에서 형성되는 마이크로렌즈 배열을 갖는 제1층 및 제2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1층은 광경화형 수지인 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 장치는 상기 마이크로렌즈 배열 및 상기 기판의 제1면 사이에 접착 층을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 안료는 500나노미터 미만의 평균 직경을 갖는 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 안료는 카본 블랙 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제18항에 있어서, 상기 착색된 폴리머 층은 수지 및 아조 산화물의 반응 생성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제18항에 있어서, 상기 구경은 100마이크론 미만의 적어도 하나의 횡단면 디멘젼을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제18항에 있어서, 상기 구경은 50마이크론 미만의 적어도 하나의 횡단면 디멘젼을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제18항에 있어서, 상기 구경은 낮은 수준의 내부-구경 변화를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제18항에 있어서, 상기 구경 마스크는 노출되지 않은 양-활성 포토레지스트 또는 노출되지만 현상되지 않은 양-활성 포토레지스트 중 하나인 비-착색된 폴리머 층을 더욱 포함하고, 상기 비-착색된 폴리머 층은 상기 착색된 폴리머 층보다 기판의 제2면에 더욱 인접한 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 장치는 상기 비-착색된 폴리머 층 및 상기 기판의 제2면 사이에 접착 층을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제18항에 있어서, 상기 장치는 상기 착색된 폴리머 층 및 상기 기판의 제2면 사이에 접착 층을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제18항에 따른 장치를 포함하는 배면 투영 텔레비젼.
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