KR20070117302A

KR20070117302A - 편광판의 제조방법 및 레이저 가공장치

Info

Publication number: KR20070117302A
Application number: KR1020060051396A
Authority: KR
Inventors: 추대호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2007-12-12
Also published as: US20070284346A1; US7929079B2; KR101266880B1

Abstract

격자선이 형성된 편광판의 제조방법 및 레이저 가공장치가 개시된다. 도전성 박막층이 형성된 기판을 레이저 가공장치에 얼라인하고 도전성 박막층 상에 정의된 다수의 가공 라인들을 따라 각각 가공 레이저광을 조사한다. 기판의 위치를 변경하여 다른 가공 라인들을 따라 각각 가공 레이저광을 조사한다. 이에 따라 가공 라인들에 대응하는 도전성 박막층이 제거되어 다수의 그루브 라인들이 형성된다. 그 결과, 그루브 라인들 사이에 잔류한 도전성 박막층으로 정의되는 다수의 나노급 선폭 및 피치를 갖는 격자선들이 형성된다. 따라서, 편광을 위한 격자선들을 적은 수의 공정을 통해 형성할 수 있다.

편광, 격자선, 레이저, 가공, 나노

Description

편광판의 제조방법 및 레이저 가공장치{METHOD FOR MANUFACTURING POLARIZER AND LASER PROCESSING SYSTEM}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판의 제조방법에 따라 레이저로 가공되는 편광판의 사시도이다.

도 2는 레이저로 가공되는 편광판의 평면도이다.

도 3은 가공라인을 변경한 후에 레이저로 가공되는 편광판의 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판의 제조방법에 따라 제조된 편광판의 사시도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판의 제조방법에 따라 제조된 편광판의 단면도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판의 제조방법에 따라 제조된 편광판의 단면도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판의 제조방법에 따라 제조된 편광판의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판의 제조방법에 따라 제조된 편광판의 단면도이다.

도 9는 배선 패턴을 형성하는데 사용되는 레이저 가공장치의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 기판 30 : 도전성 박막층

TL : 가공 레이저광 ML : 가공 라인

31 : 격자선 P : 피치

W : 선폭 40 : 평탄화층

50 : 게이트 절연층 60 : 패시베이션층

70, 380: 투명전극 TFT : 박막트랜지스터

350 : 차광층 360 : 칼라필터층

370 : 오버코팅층 610 : 레이저광원

630 : 광전달모듈 650 : 분광모듈

670 : 슬릿빔 형성모듈 710, 720 : 관측기

730 : 얼라인모듈 740 : 에어블로어

750 : 흡입기 LASER1 : 소스 레이저광

LASER2 : 평행 레이저광 PL : 공정 레이저광

본 발명은 편광판의 제조방법 및 레이저 가공장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판의 일면에 격자선이 형성된 편광판의 제조방법 및 레이저 가공장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 크게 박막트랜지스터 기판과 칼라필터 기판이 합착되고 그 사이에 액정이 주입된 액정패널 및 상기 액정패널에 광을 공급하는 백라이트 어셈블리를 포함한다. 상기 액정패널은 기본적으로 수동 소자이기 때문에 상기 백라이트 어셈블리가 상기 액정패널에 표시되는 영상의 휘도에 결정적 영향을 미친다.

상기 액정이 광셔터로서 기능하도록 상기 액정표시장치는 상기 액정패널의 배면 및 상면에 배치되는 편광판을 포함한다. 상기 편광판은 원리적으로 특정 방향의 편광만을 투과시키며, 이론적으로 최대 50 퍼센트 정도의 광만을 투과시켜 상기 액정패널에 제공한다. 그러나 실질적으로는 상기 편광판에서의 광 손실 등에 의하여 편광 투과율 기준으로 상기 백라이트 어셈블리로부터 출사된 광 중 약 43 퍼센트 정도만 투과되어 광손실량이 상당하다.

한편, 상기 편광판을 투과하는 광량을 증가시키기 위해, 상기 백라이트 어셈블리와 편광판의 사이에 휘도강화필름으로 불리는 DBEF 필름 등을 사용하여 광효율을 높이는 방법을 사용하기도 한다.

그러나, 상기 편광판이 부착된 액정패널을 제작하는데 소요되는 재료비중 상기 편광판의 재료비가 전체 재료비의 25 내지 30 퍼센트 정도를 차지하고, 상기 DBEF 필름 자체가 고가인 관계로 상기 액정표시장치의 제조 원가를 크게 증가시키는 단점이 있다.

또한, 대형 TV, 모니터, NPC등 중대형 액정표시장치의 경우, 전체 원가절감 등 생산성 향상을 목적으로 세대가 증가함에 따라 모기판의 사이즈가 커지고 있다. 이렇게, 모기판의 사이즈가 증가함에 따라 상기 편광판을 부착해야 하는 단위 셀의 수가 증가한다. 이에 따라 편광판 부착공정수가 증가하여 생산성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서 상기 모기판 전체에 대응하여 편광자를 형성하는 공정을 개발할 필요가 있다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 레이저광에 의해 직접 나노 스케일급으로 가공된 격자선들을 포함하는 편광판의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 레이저광으로 나노 스케일급의 배선 패턴을 직접 가공하는 레이저 가공장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 일 실시예에 따른 편광판의 제조방법은 기판의 일면에 도전성 박막층을 형성하는 단계와, 상기 도전성 박막층 상에 설정된 복수 개의 가공 라인들을 따라 각각 조사되는 가공 레이저광으로 상기 가공 라인들에 대응하는 상기 도전성 박막층을 제거하여, 상기 가공 라인들에 대응하는 복수 개의 그루브(groove) 라인들 및 상기 그루브 라인들 사이에 잔류된 도전성 박막층으로 정의되는 복수 개의 격자선들을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 가공 레이저광은 157nm의 파장을 갖는 F2계 레이저광, 190nm의 파장을 갖는 ArF계 레이저광, 250nm의 파장을 갖는 KrF계 레이저광 및 780nm의 파장을 갖는 Femto second 레이저광들 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 이로 인 해, 상기 격자선의 선폭 및 상기 격자선들 간의 피치는 120 내지 200 나노미터이다.

상기 격자선들을 형성하는 단계는 일부의 상기 가공 라인들을 따라 각각 상기 가공 레이저광을 조사하여 일부의 상기 그루브 라인들을 형성하는 단계와, 상기 가공 레이저광들이 출사하는 출사부에 대하여 상기 기판의 위치를 변경시키는 단계와, 다른 일부의 상기 가공 라인들을 따라 각각 상기 가공 레이저광을 조사하여 다른 일부의 상기 그루브 라인들을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 기판의 위치를 변경시키는 단계는 상기 기판의 일부 영역에 형성된 얼라인 패턴을 관측하여 수행하거나, 이미 형성된 적어도 하나의 상기 격자선들을 얼라인 패턴으로 사용하여 수행한다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여, 일 실시예에 따른 레이저 가공장치는 레이저광원, 광전달모듈, 분광모듈 및 슬릿빔 형성모듈을 포함한다. 상기 레이저광원은 소스 레이저광을 출사하고, 상기 광전달모듈은 상기 소스 레이저광을 균일한 광도(Luminous intensity)를 갖는 평행 레이저광으로 변환시켜 출사한다. 상기 분광모듈은 상기 평행 레이저광을 복수 개의 공정 레이저광들로 스플리팅(splitting)시켜 일 방향으로 출사한다. 상기 슬릿빔 형성모듈은 상기 공정 레이저광들 각각을 슬릿 형상의 상(image)을 갖는 가공 레이저광들로 변환시켜 출사한다.

상기 레이저광원은 F2계 레이저광, ArF계 레이저광, KrF계 레이저광 및 Femto second 레이저광들 중 선택된 하나를 상기 소스 레이저광으로 출사한다.

이러한 편광판의 제조방법 및 레이저 가공장치에 따르면, 매우 단순화되고 적은 수의 공정을 통해 편광판을 제조할 수 있고, 표시장치에서 편광판 등의 광학부재의 개수를 감소시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

편광판의 제조방법

본 발명의 일 실시예에 따른 편광판의 제조방법은 기판 상에 도전성 박막층을 형성하는 단계와, 상기 도전성 박막층을 레이저로 가공하여 격자선들을 형성하는 단계를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판의 제조방법에 따라 레이저로 가공되는 편광판의 사시도이다. 도 2는 레이저로 가공되는 편광판의 평면도이다.

도 1을 참조하면, 먼저 유리로 이루어진 기판(10)의 일면에 도전성 박막층(30)을 형성한다. Al, AlNd, AMO, Ag, Cu, Au 및 Mo 등의 광반사율이 우수한 메탈을 상기 일면에 스퍼터링 또는 도금하는 등의 방법으로 상기 도전성 박막층(30)을 형성할 수 있다. 상기 도전성 박막층(30)은 수백 나노미터(nano meter), 예를 들어, 200 내지 400 나노미터의 두께를 갖도록 형성된다. 상기 스퍼터링 방법으로 상기 도전성 박막층(30)을 형성하는 경우, 상기 기판(10)에 열손상을 차단하거나 최소화하기 위하여, 상기 도전성 박막층(30)의 재질이 되는 메탈은 비교적 낮은 온도에서 성형되는 것이 바람직하다.

도 2는 레이저 가공되는 편광판의 평면도이다.

이후, 상기 기판(10)을, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 가공장치에 얼라인 시킨다. 상기 레이저 가공장치는 복수 개의 조사(irradiation) 경로들을 따라 가공 레이저광들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)을 조사한다. 상기 가공 레이저광들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)은 상기 도전성 박막층(30)을 가공하기 위하여 특정한 상(image) 갖는다. 본 실시예에서 각 상기 가공 레이저광의 상은 슬릿 형상을 갖는다. 상기 가공 레이저의 출사부로부터 상기 가공 레이저광의 상기 슬릿 형상의 상(I)이 형성되는 초점거리에 상기 기판(10)을 얼라인 시킨다.

한편, 상기 도전성 박막층(30) 상에는 직선형의 서로 나란한 다수의 가공 라인들이 정의된다. 상기 슬릿 형상의 길이 방향이 상기 가공 라인과 나란하도록 상기 기판(10)을 배치한다. 복수 개의 상기 가공 레이저광들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)은 상기 가공 라인들 중 일부의 가공 라인들에 각각 대응한다.

다음, 상기 가공 라인들에 각각 대응하는 상기 가공 레이저광들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)을 조사하여, 상기 가공 라인들에 대응하는 도전성 박막층(30)을 제거한다. 그 결과, 스트라이프 타입으로 배열된 다수의 격자선들이 형성된다.

구체적으로, 상기 가공 레이저광들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)을 조사하여 상기 격자선들 형성하는 공정은 복수 회의 레이저 가공 공정을 포함한다. 설명의 편의상, 2회의 연속된 공정에 대해서만 설명한다. 먼저 상기 가공 레이저광들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)이 조사되는 일부의 가공 라인들을 제1 공정 라인들(ML11, ML12, ML13, ML14, ML15, ML16)로 정의하고, 다음으로 상기 가공 레이저광들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)이 조사되는 다른 일부의 가공 라인들을 제2 공정 라인 들(ML21, ML22, ML23, ML24, ML25, ML26)로 정의한다.

먼저, 상기 가공 레이저광들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)을 각각 상기 제1 공정 라인들(ML11, ML12, ML13, ML14, ML15, ML16)을 따라 조사한다. 상기 가공 레이저광의 열에너지로 인해 상기 제1 공정 라인들(ML11, ML12, ML13, ML14, ML15, ML16)에 대응하는 도전성 박막층(30)이 증발되어 제거된다. 그 결과, 상기 제1 공정 라인들(ML11, ML12, ML13, ML14, ML15, ML16)을 따라 그루브(groove) 라인들이 형성된다. 상기 그루브 라인들에 의해 상기 기판(10)이 노출된다.

도 3은 가공라인을 변경한 후에 레이저 가공되는 편광판의 사시도이다.

계속해서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가공 레이저광들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)이 조사되는 경로들에 대한 상기 기판(10)의 위치를 변경시킨다. 위치를 변경하는 공정은 이미 형성된 적어도 하나 이상의 격자선들 또는 상기 격자선들 사이에 형성된 그루브 라인들을 얼라인 패턴으로 사용하여 수행한다.

이와 다른 실시예에서, 상기 위치를 변경하는 공정은 상기 격자선들이 형성되는 영역과는 다른 상기 기판(10) 상의 일부 영역에 형성된 얼라인 패턴을 사용하여 수행한다. 상기 얼라인 패턴은 상기 격자선들을 형성하는 공정 이전에 상기 기판(10) 상에 형성시키거나, 상기 격자선들을 형성하는 공정과 함께 상기 얼라인 패턴을 형성하는 공정을 수행할 수 있다.

상기 위치를 변경하는 공정에 의해, 복수 개의 상기 가공 레이저광들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)은 상기 제2 공정 라인들(ML21, ML22, ML23, ML24, ML25, ML26)에 각각 얼라인 된다.

이후, 상기 제2 공정 라인들(ML21, ML22, ML23, ML24, ML25, ML26)을 따라 복수 개의 상기 가공 레이저광들(T1, T2, T3, T4, T5, T6)을 각각 조사하여 상기 제2 공정 라인들(ML21, ML22, ML23, ML24, ML25, ML26)에 대응하는 상기 도전성 박막층(30)을 제거한다. 그 결과, 상기 제2 공정 라인들(ML21, ML22, ML23, ML24, ML25, ML26)을 따라 다른 그루브 라인들이 형성된다.

전술한 바와 같이, 복수 회의 레이저 가공 공정에 의해 상기 기판(10) 상의 도전성 박막층(30) 전체적으로 상기 가공 라인들을 따라 상기 가공 레이저가 조사된다. 그 결과, 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 상기 그루브 라인들 및 상기 그루브 라인들 사이에 잔류한 도전성 박막층(30)으로 정의되는 다수의 격자선(31)들이 형성된다.

상기 격자선(31)들의 편광기능은 상기 격자선(31)들 중심간의 간격으로 정의되는 피치(P), 상기 격자선(31)의 선폭(W) 및 높이에 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 상기 격자선(31)들을 넓은 파장의 빛에 대해 편광자로 사용하는 경우, 상기 피치(P)가 가장 중요한 요소로 알려져 있다. 또한, 상기 격자선(31)들이 편광자 기능을 하기 위해서는 상기 피치(P)가 입사되는 광의 파장보다 작아야 하는 것으로 알려져 있다. 만약, 상기 피치(P)가 입사광의 파장보다 길다면, 상기 격자선(31)들은 편광자보다는 회절격자의 기능을 하여 입사광을 회절시킨다.

상기 편광판(1)이 표시패널의 하나의 기판(10)으로 사용되는 경우, 상기 표 시패널은 가시광선을 이용하여 영상을 표시하므로, 상기 격자선(31)들은 상기 가시광선에 대하여 우수한 편광도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 가시광선의 파장은 대략 400 내지 700 나노미터(nm)이므로 상기 피치(P)는 400 나노미터 이하인 것이 바람직하다. 상기 격자선(31)의 선폭(W)은 작을수록 바람직하지만, 최신 반도체 공정의 선폭(W)이 약 100 나노미터이고 선과 선 사이의 공간 또한 필요하므로, 상기 피치(P)는 약 200 나노미터 이하로 설계될 수 있다.

일반적으로 레이저광이 일정한 매질과 접촉하는 경우, 회절 현상을 일으키게 된다. 회절의 폭은 상기 레이저광의 파장에 비하여 상대적으로 작기 때문에 미세 선폭(W)이 아닌 경우는 가공 해상도(Resolution)에 큰 영향을 미치지는 않는다. 그러나, 극 미세 선폭(W)인 경우는 레이저 회절현상에 의한 해상도의 저하가 큰 폭으로 예상된다. 따라서, 200 나노미터 이하의 극히 미세한 선폭(W) 및 피치(P)를 갖는 상기 격자선(31)들을 레이저광으로 가공하기 위해서는 200 나노미터 이하의 파장을 갖는 레이저광을 이용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 레이저광은 직류 또는 교류로 상기 도전성 박막층(30)에 조사될 수 있다. 그러나, 상기 직류로 조사되는 경우 상기 도전성 박막층(30)이 과도한 열을 받기 때문에 상기 교류로, 즉 일정한 발진주파수를 갖는 레이저광을 조사하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 레이저광의 열에 의한 상기 도전성 박막층(30)의 가공효과는 상기 교류의 발진주파수에 영향을 받는다. 상기 발진주파수가 증가할수록 상기 도전성 박막층(30)이 열에 의해 증발되는 부분의 폭은 상기 레이저광의 파장보다 일반 적으로 작다. 따라서, 약 200 나노미터 이하의 선폭(W)을 갖는 상기 격자선(31)들을 가공하기 위하여 약 250 나노미터 이하의 파장을 갖는 레이저광을 이용하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서, 상기 가공 레이저광으로 F2계 레이저광, ArF계 레이저광, KrF계 레이저광 및 Femto second 레이저광들 중 선택된 어느 하나의 레이저광을 이용한다. 특히, 상기 F2계 레이저광은 157nm의 파장을 갖고, 상기 ArF계 레이저광은 190nm의 파장을 갖고, 상기 KrF계 레이저광은 250nm의 파장을 갖는다. 상기 Femto second 레이저광은 780nm의 파장을 갖는다.

Femto second 레이저광은 파장이 780nm 정도로 F2 계열 Laser보다 크지만 상기 발진주파수를 높일 경우, 상기 도전성 박막층(30) 중 열에 의해 가공되는 영역(Heat Affected Zone; HAZ)의 폭이 상기 Femto second 레이저광의 파장보다 훨씬 작아진다. 따라서, Femto second 레이저광의 파장이 200 나노미터보다 훨씬 크더라도 200 나노미터 이하의 극 미세 선폭(W)으로 상기 격자선(31)의 가공이 가능하다.

상기 도전성 박막층(30)을 레이저광으로 가공하기 위해서는 상기 F2계 레이저광, ArF계 레이저광 및 KrF계 레이저광의 경우, 상기 발진주파수가 킬로헤르츠(Khz) 내지 메가헤르츠(Mhz)인 레이저광을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 Femto second 레이저광의 경우 메가헤르츠(Mhz) 이상의 발진주파수를 갖는 것이 바람직하다.

도 5를 참조하면, 상기 편광판(100)의 제조방법은 평탄화층(40)을 형성하는 단계 및 표시소자를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1 내지 도 4에서 설명한 편광판(1)의 제조방법과 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여한다.

따라서, 상기 편광판(100)은 기판(10) 상에 도전성 박막층(30)을 형성하고, 상기 도전성 박막층(30)을 레이저로 가공하여 스트라이프(stripe) 타입의 격자선(31)들을 형성한다.

이후, 상기 격자선(31)들을 커버하는 평탄화층(40)을 형성한다. 상기 평탄화층(40)은 광투과율 및 경도가 우수한 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.

계속해서, 상기 평탄화층(40) 상에 상기 표시소자를 형성한다. 상기 표시소자를 형성하는 단계는 스위칭 소자를 형성하는 단계 및 투명전극을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 평탄화층(40) 상에 스위칭 소자, 예를 들어, 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 형성한다. 구체적으로, 게이트 메탈층을 상기 평탄화층(40) 상에 증착하고, 포토리소그래픽 공정을 통해 게이트 전극(GE)을 포함하는 게이트 배선을 형성한다. 다음 상기 게이트 배선을 커버하는 게이트 절연층(50)을 형성한다. 상기 게이트 전극(GE)에 대응하는 게이트 절연층(50) 상에 반도체층(C)을 형성한다. 이후, 소스 메탈을 상기 반도체층(C)이 형성된 기판(10)의 전면에 증착한 후, 포토리소그래픽 공정을 통해 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함하는 소스 배선을 형성한다. 그 결과, 상기 게이트 전극(GE), 게이트 절연층(50), 반도체 층(C), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)으로 구성되는 상기 박막트랜지스터(TFT)가 형성된다.

마지막으로, 상기 드레인 전극(DE)과 전기적으로 연결되는 투명전극(70)을 형성한다. 구체적으로, 상기 스위칭 소자가 형성된 기판(10)의 전면적에 패시베이션층(60)을 형성한다. 이후, 투명한 전도성 물질층을 상기 패시베이션층(60) 상에 증착한 후, 포토리소그래픽 등의 공정을 통하여 상기 투명한 전도성 물질층을 패터닝하여 상기 투명전극(70)을 형성한다.

도 6을 참조하면, 편광판(200)의 제조방법은 평탄화층(240)을 형성하는 단계 및 표시소자를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1 내지 도 4에서 설명한 편광판(1)의 제조방법과 동일하다. 또한, 상기 편광판(200)의 제조방법은 상기 표시소자가 상기 격자선(231)들이 형성된 기판(210)의 일면(제1 면)에 대향하는 대향면(제2 면)에 형성된 점을 제외하고는 도 5에 도시된 편광판(100)의 제조방법과 실질적으로 동일하다.

따라서, 상기 격자선(231)들을 커버하는 평탄화층(240)을 형성한 후, 상기 평탄화층(240)이 형성된 기판(210)을 180도 회전시켜 상기 대향면이 상부를 향하도록 배치한다. 이후, 상기 대향면에 상기 스위칭 소자(TFT) 및 투명전극(270)을 포함하는 표시소자를 도 5에서 설명한 바와 같이 형성한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광판의 제조방법에 따라 제조된 편광 판의 단면도이다.

도 7을 참조하면, 편광판(300)의 제조방법은 평탄화층(340)을 형성하는 단계 및 표시소자를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1 내지 도 4에서 설명한 편광판(1)의 제조방법과 동일하다.

따라서, 기판(310) 일면에 형성된 격자선(331)들을 커버하는 평탄화층(340)을 형성한 후, 상기 평탄화층(340) 상에 상기 표시소자를 형성한다.

상기 표시소자를 형성하는 단계는 차광층(350)을 형성하는 단계, 칼라필터층(360)을 형성하는 단계, 오버코팅층(370)을 형성하는 단계 및 투명전극(380)을 형성하는 단계를 포함한다.

구체적으로, 상기 평탄화층(340) 상에 매트릭스 형태로 배열되는 개구들이 형성된 차광층(350)을 형성한다. 계속해서, 상기 개구와 상기 차광층(350)의 일부를 커버하는 칼라필터층(360)을 형성한다. 다음, 상기 칼라필터층(360)과 차광층(350)의 단차를 보상하는 오버코팅층(370)을 형성한다. 평탄한 상기 오버코팅층(370)의 표면에 상기 투명전극(380)을 전면 증착하여 상기 편광판(300)을 제조한다.

도 8을 참조하면, 편광판(400)의 제조방법은 격자선(431)을 커버하는 평탄화층(440)을 형성하는 단계 및 표시소자를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1 내지 도 4에서 설명한 편광판(1)의 제조방법과 동일하다.

또한, 상기 표시소자는 도 7에 도시된 표시소자와 동일하며, 상기 편광판(400)의 제조방법은 상기 표시소자가 상기 격자선(431)들이 형성된 기판(410)의 일면(제1 면)과 대향하는 상기 기판(410)의 대향면(제2 면)에 형성되는 점을 제외하고는 도 7에서 설명한 편광판(300)의 제조방법과 실질적으로 동일하다.

레이저 가공장치

도 9를 참조하면, 레이저 가공장치는 레이저광원(610), 광전달모듈(630), 분광모듈(650) 및 슬릿빔 형성모듈(670)을 포함한다. 상기 레이저 가공장치는 기판(510) 상에 형성된 박막에 레이저로 직접 배선패턴을 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 레이저 가공장치는 도 1 내지 도 8에 도시된 편광판들(1, 100, 200, 300, 400)에서 격자선들(31, 231, 331, 431)을 형성하는데 사용될 수 있다.

상기 레이저광원(610)은 소스 레이저광(laser1)을 출사한다. 상기 소스 레이저광(laser1)은 F2계 레이저광, ArF계 레이저광, KrF계 레이저광 및 Femto second 레이저광들 중 선택된 어느 하나이다. 상기 소스 레이저광(laser1)의 파장은 평균적인 값에서 소정의 편차를 갖는 분포를 갖는다.

상기 광전달모듈(630)은 상기 소스 레이저광(laser1)을 균일한 광도(Luminous intensity)를 갖는 평행 레이저광(laser2)으로 변환시켜 출사한다. 상기 광전달모듈(630)은 제1 전반사 미러(631), 제1 볼록렌즈(633), 필터렌즈(635), 제2 볼록렌즈(637) 및 제2 전반사 미러(639)를 포함한다.

제1 전반사 미러(631), 제1 볼록렌즈(633), 필터렌즈(635), 제2 볼록렌즈(637) 및 제2 전반사 미러(639)는 상기 소스 레이저광(laser1)의 진행 경로 상에 그 명칭의 순서대로 배치된다. 상기 제1 전반사 미러(631)는 상기 레이저광원(610)으로부터 출사된 상기 소스 레이저광(laser1)을 전반사 시킨다.

상기 제1 볼록렌즈(633)는 상기 소스 레이저광(laser1)을 집광하여 광특성을 균일화한다. 상기 필터렌즈(635)는 상기 제1 볼록렌즈(633)와 상기 제1 볼록렌즈(633)의 초점의 사이에 배치된다. 상기 필터렌즈(635)는 상기 제1 볼록렌즈(633)를 통과한 소스 레이저광(laser1)의 파장을 균일하게 한다.

그 결과, 상기 소스 레이저광(laser1)이 상기 F2계 레이저광인 경우 157nm의 파장을 갖고, 상기 ArF계 레이저광인 경우 190nm의 파장을 갖고, 상기 KrF계 레이저광인 경우 250nm의 파장을 갖는다. 상기 Femto second 레이저광인 경우 780nm의 파장을 갖는다. 상기 레이저 가공장치에 의해 제조되는 배선패턴, 예를 들어, 도 1 내지 도 8에서 설명된 격자선들의 선폭(W) 및 피치(P)의 사이즈는 200 나노미터 이하의 값을 갖기 때문에, 상기 소스 레이저광(laser1)의 파장은 상기한 것과 같이 선택되는 것이 바람직하다.

상기 필터렌즈(635)를 통과한 소스 레이저광(laser1)은 상기 초점을 통과하며 확산되어 상기 제2 볼록렌즈(637)에 입사한다. 상기 제2 볼록렌즈(637)는 상기 초점을 통과하여 확산되는 레이저광을 균일한 광도(Luminous intensity)를 갖는 상기 평행 레이저광(laser2)으로 변환시켜 출사한다.

상기 제2 전반사 미러(639)는 상기 제2 볼록렌즈(637)를 통과한 상기 평행 레이저광(laser2)을 전반사 시킨다. 상기 제2 전반사 미러(639)에서 반사된 상기 평행 레이저광(laser2)의 상은 동그란(circular) 형상을 갖는다. 즉, 상기 제2 전반사 미러(639)에서 반사된 상기 평행 레이저광(laser2)은 면광으로서 균일한 광도(Luminous intensity)를 갖는다.

상기 분광모듈(650)은 상기 제2 전반사 미러(639)에서 반사된 상기 평행 레이저광(laser2)을 복수 개의 공정 레이저광들로 스플리팅(splitting)시켜 일 방향으로 출사한다. 상기 분광모듈(650)은 제1 내지 제n 반투과 미러들 및 제3 전반사 미러(657)를 포함한다.

상기 제1 내지 제n 반투과 미러들 및 제3 전반사 미러(657)는 그 명칭의 순서대로 상기 평행 레이저광(laser2)의 진행 경로 상에 배치된다. 상기 제1 내지 제n 반투과 미러들은 입사된 상기 평행 레이저광(laser2) 중 일부는 상기 일 방향으로 공정 레이저광으로 반사하고 나머지는 투과시킨다.

도 9에서는 명확한 도시와 설명의 편의 상, 상기 분광모듈(650)이 제1 내지 제6 반투과 미러들(651, 52, 653, 654, 655, 656)과 하나의 전반사 미러로서 상기 제3 전반사 미러(657)를 포함하는 것을 도시하였다.

상기 제1 내지 제6 반투과 미러들(651, 52, 653, 654, 655, 656) 및 제3 전반사 미러(657)로부터 반사된 상기 공정 레이저광들을 각각 제1 내지 제7 공정 레이저광들(PL1, PL2, PL3, PL4, PL5, PL6, PL7)로 각각 정의한다. 상기 제1 내지 제7 공정 레이저광들(PL1, PL2, PL3, PL4, PL5, PL6, PL7)의 각각의 상은 상기 평행 레이저광(laser2)과 동일하게 모두 동그란 형상을 갖는다.

또한, 상기 제1 내지 제6 반투과 미러들(651, 52, 653, 654, 655, 656)을 투과한 평행 레이저광들을 각각 제1 내지 제6 평행 레이저광들(SL1, SL2, SL3, SL4, SL5, SL6)로 각각 정의한다. 따라서, 상기 제6 반투과 미러(656)를 투과하여 상기 제3 전반사 미러(657)에서 전반사된 공정 레이저광을 제7 공정 레이저광(PL3)으로 정의한다.

본 실시예에서, 레이저 가공의 균일성을 위하여, 상기 제1 내지 제7 공정 레이저광들(PL1, PL2, PL3, PL4, PL5, PL6, PL7)의 광도(Luminous intensity)가 서로 대등하도록 조절된다. 상기 제1 내지 제7 공정 레이저광들(PL1, PL2, PL3, PL4, PL5, PL6, PL7)의 강도는 상기 제1 내지 제6 반투과 미러들(651, 52, 653, 654, 655, 656) 및 제3 전반사 미러(657)의 각도를 조절하여 변경된다. 본 실시예에서, 상기 레이저 가공장치가 배치되는 기저면에 대하여 상기 제1 내지 제6 반투과 미러들(651, 52, 653, 654, 655, 656) 및 제3 전반사 미러(657)들은 모두 동일한 각도를 이루도록 배치된다.

상기 슬릿빔 형성모듈(670)은 상기 제1 내지 제7 공정 레이저광들(PL1, PL2, PL3, PL4, PL5, PL6, PL7) 각각을 제1 내지 제7 가공 레이저광들(TL1, TL2, TL3, TL4, TL5, TL6, TL7)로 변환시켜 출사한다. 상기 제1 내지 제7 가공 레이저광들(TL1, TL2, TL3, TL4, TL5, TL6, TL7)은 각각 슬릿 형상의 상(image)을 갖는다. 상기 제1 내지 제7 가공 레이저광들(TL1, TL2, TL3, TL4, TL5, TL6, TL7)이 각각 상기 슬릿 형상의 상을 가짐에 따라 레이저 가공의 해상도를 보다 향상시킬 수 있다.

상기 슬릿빔 형성모듈(670)은 제1 내지 제(n+1) 실린더리컬 렌즈들을 포함한다.

본 실시예에서, 상기 슬릿빔 형성모듈(670)은 상기 제1 내지 제7 공정 레이저광들(PL1, PL2, PL3, PL4, PL5, PL6, PL7)이 각각 입사되는 제1 내지 제7 실린더리컬 렌즈들(671, 672, 673, 674, 675, 676, 677)을 포함한다.

상기 제1 내지 제7 실린더리컬 렌즈들(671, 672, 673, 674, 675, 676, 677)은 모두 동일하게 기능한다. 따라서, 상기 제1 실린더리컬 렌즈(671)를 예로 들면, 상기 제1 실린더리컬 렌즈(671)는 동그란 상을 갖는 상기 제1 공정 레이저광(PL1)을 입사 받아 다중초점을 형성한다. 상기 다중초점은 대략 상기 슬릿 형상의 상을 형성한다.

상기 제1 내지 제7 실린더리컬 렌즈들(671, 672, 673, 674, 675, 676, 677)로부터 출사된 제1 내지 제7 가공 레이저광들(TL1, TL2, TL3, TL4, TL5, TL6, TL7)은 레이저 가공의 피처리 대상(500)에 조사된다. 상기 피처리 대상(500)이 도 1 내지 도 8에 도시된 편광판들(1, 100, 200, 300, 400)인 경우, 상기 제1 내지 제7 가공 레이저광들(TL1, TL2, TL3, TL4, TL5, TL6, TL7)은 도전성 박막층(530)에 상기 가공 라인들에 각각 대응하여 조사된다. 이때, 상기 제1 내지 제7 가공 레이저광들(TL1, TL2, TL3, TL4, TL5, TL6, TL7)은 각각 상기 슬릿 형상의 길이 방향이 상기 가공 라인과 나란하도록 조사된다.

상기 레이저 가공장치는 제1 관측기(710) 및 제2 관측기(720)를 더 포함한다. 상기 제1 관측기(710) 및 제2 관측기(720)는 일종의 현미경이다. 상기 제1 관 측기(710)는 상기 제1 반투과 미러(651)와 상기 제1 실린더리컬 렌즈(671)의 사이에 배치된다. 바람직하게는, 상기 제1 관측기(710)는 상기 제1 실린더리컬 렌즈(671)의 상단에 부착된다. 상기 제1 관측기(710)는 상기 제1 공정 레이저광(PL1)의 상을 관측한다.

상기 제2 관측기(720)는 상기 제1 실린더리컬 렌즈(671)와 상기 도전성 박막층(530)의 사이에 배치된다. 바람직하게는, 상기 제2 관측기(720)는 상기 제1 실린더리컬 렌즈(671)의 하단에 부착된다. 상기 제2 관측기(720)는 상기 제1 가공 레이저광(TL1)의 상을 관측한다.

상기 제1 관측기(710)로부터 관측된 상기 제1 공정 레이저광(PL1)의 상이 상기 동그란 상과 오차 범위 이상으로 차이가 발생하는 경우 및 상기 제2 관측기(720)로부터 관측된 상기 제1 가공 레이저광(TL1)의 상이 상기 슬릿 형상의 상과 오차 범위 이상으로 차이가 발생할 수 있다. 이 경우, 상기 도전성 박막층(530)에 형성되는 패턴, 예를 들어 상기 격자선들의 형상 또는 사이즈에 불량이 발생할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 차이가 발생한 경우에는 상기 레이저 가공 장치의 작동을 중단시키고 오류를 수정할 수 있다.

상기 레이저 가공장치는 상기 처리대상이 배치되는 테이블(770)을 더 포함한다. 상기 가공 레이저광들은 수십 내지 수백 나노미터의 사이즈로 얼라인 되기 때문에 진동에 의한 오차를 거의 영(zero)에 가깝게 만들어야 한다. 따라서, 상기 테이블(770)은 진동을 잘 흡수하는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 본 실시예에서 상기 테이블(770)은 석정반을 포함한다.

또한, 상기 피처리 대상(500)의 위치를 변경시키기 과정에서 상기 피처리 대상(500)에 스크래치 등에 의한 손상이 발생하는 것을 방지하기 위해서, 비접촉식 이송을 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 상기 레이저 가공장치는 공기 부양장치(775)를 더 포함한다. 상기 공기 부양장치(775)는 상기 테이블(770)에 형성된 유로를 통해 공기를 분사하여 상기 테이블(770)에 배치된 상기 피처리 대상(500)을 부양시켜 이송시킨다.

상기 레이저 가공장치는 상기 제1 내지 제7 실린더리컬 렌즈들(671, 672, 673, 674, 675, 676, 677)의 위치를 변경시키는 얼라인 모듈(730)을 더 포함한다.

상기 레이저 가공장치로 상기 피처리 대상(500)을 가공하는 경우, 상기 테이블(670)이 이동하거나, 상기 얼라인 모듈(730)이 상기 제1 내지 제7 실린더리컬 렌즈들(671, 672, 673, 674, 675, 676, 677)을 지정된 위치로 이송시킬 수 있다. 다만, 상기 제1 내지 제7 실린더리컬 렌즈들(671, 672, 673, 674, 675, 676, 677)은 나노 스케일급으로 얼라인된 광학계이기 때문에 상기 테이블(770)을 이송시키는 방식이 오차의 감소를 위해서 바람직하다.

한편, 상기 도전성 박막층(530)에 일부의 가공 라인들을 따라 상기 제1 내지 제7 가공 레이저광들(TL1, TL2, TL3, TL4, TL5, TL6, TL7)을 조사하면, 상기 가공 라인들에 대응하는 도전성 박막층(530)은 증발하지만, 일부는 녹아 상기 가공 라인들을 따라 형성된 그루브 라인들의 주변에 파티클 형태로 잔류한다. 상기 레이저 가공장치는 에어블로어(740) 및 흡입기(750)를 더 포함한다. 상기 에어블로어(740) 및 흡입기(750)는 상기 제1 내지 제7 실린더리컬 렌즈들(671, 672, 673, 674, 675, 676, 677)의 주변부에 각각에 배치된다.

상기 에어블로어(740)는 이오나이저(ionizer) 에어를 분사한다. 상기 이오나이저 에어로 인해 상기 파티클과 상기 도전성 박막층(530)에 형성된 정전기가 제거되고, 상기 파티클은 상기 도전성 박막층(530)으로부터 분리된다. 상기 흡입기(750)는 상기 파티클을 흡입하여 상기 도전성 박막층(530)으로부터 제거한다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 포토리소그래픽 방법 및 레이저 간섭 리소그래픽 방법 등에 비하여, 보다 적은 공정수로 용이하게 기판 상에 편광용 격자선들을 형성할 수 있다.

즉, 본 발명에 따르며, 기판 상에 도전성 박막층을 형성하고 레이저광으로 직접 상기 도전성 박막층에 라인을 그어 상기 격자선들을 형성한다. 따라서, 상기 도전성 박막층 상에 포토레지스트층 도포, 소프트 경화, 마스크 얼라인, 노광, 현상, 하드 경화, 도전성 박막층 식각 및 포토레지스트층 스트리핑 등의 공정을 포함하는 포토리소그래픽 방법에 비하여 공정수가 대폭 감소된다.

또한, 상기 도전성 박막층 상에 포토레지스트층 도포, 소프트 경화, 하드 경화, 엑시머 레이저의 간섭 노광에 의한 포토레지스트층 패터닝, 도전성 박막층 식각 및 포토레지스트층 스트리핑 공정을 포함하여, 포토 마스크를 사용하지 않는 레이저 간섭 리소그래픽 방법에 비하여도 공정수가 대폭 감소되고 단순화된다. 그 결과, 기판 상에 격자선들과 같은 나노 스케일급의 배선패턴을 형성하는 공정의 생산성이 향상된다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

기판의 제1 면에 도전성 박막층을 형성하는 단계; 및

상기 도전성 박막층 상에 설정된 복수 개의 가공 라인들을 따라 각각 조사되는 가공 레이저광으로 상기 가공 라인들에 대응하는 상기 도전성 박막층을 제거하여, 상기 가공 라인들에 대응하는 복수 개의 그루브(groove) 라인들 및 상기 그루브 라인들 사이에 잔류된 도전성 박막층으로 정의되는 복수 개의 격자선들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 가공 레이저광은 157nm의 파장을 갖는 F2계 레이저광, 190nm의 파장을 갖는 ArF계 레이저광, 250nm의 파장을 갖는 KrF계 레이저광 및 780nm의 파장을 갖는 Femto second 레이저광들 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 격자선의 선폭 및 상기 격자선들 간의 피치는 120 내지 200 나노미터인 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
제1항에 있어서, 각 상기 가공 라인의 가공 지점에 형성된 상기 가공 레이저광의 상(Image)은 슬릿 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 슬릿 형상의 길이 방향이 각 상기 가공 라인과 나란하도록 상기 가공 레이저광을 조사하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 격자선들을 형성하는 단계는

일부의 상기 가공 라인들을 따라 각각 상기 가공 레이저광을 조사하여 일부의 상기 그루브 라인들을 형성하는 단계;

상기 가공 레이저광들이 출사하는 출사부에 대하여 상기 기판의 위치를 변경시키는 단계; 및

다른 일부의 상기 가공 라인들을 따라 각각 상기 가공 레이저광을 조사하여 다른 일부의 상기 그루브 라인들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 기판의 위치를 변경시키는 단계는 상기 기판의 일부 영역에 형성된 얼라인 패턴을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 기판의 위치를 변경시키는 단계는 이미 형성된 적어도 하나의 상기 격자선들을 얼라인 패턴으로 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 격자선들을 형성하는 단계는 상기 가공 레이저광에 의해 제거된 도전성 박막층의 잔류물을 흡입하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 격자선들을 커버하는 평탄화층을 형성하는 단계; 및

상기 평탄화층 상에 표시소자들을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 면과 대향하는 상기 기판의 제2 면에 표시소자들을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광판의 제조방법.
소스 레이저광을 출사하는 레이저광원;

상기 소스 레이저광을 균일한 광도(Luminous intensity)를 갖는 평행 레이저광으로 변환시켜 출사하는 광전달모듈;

상기 평행 레이저광을 복수 개의 공정 레이저광들로 스플리팅(splitting)시켜 일 방향으로 출사하는 분광모듈; 및

상기 공정 레이저광들 각각을 슬릿 형상의 상(image)을 갖는 가공 레이저광들로 변환시켜 출사하는 슬릿빔 형성모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제12항에 있어서, 상기 레이저광원은 F2계 레이저광, ArF계 레이저광, KrF계 레이저광 및 Femto second 레이저광들 중 선택된 어느 하나를 상기 소스 레이저광으로 출사하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제13항에 있어서, 상기 광전달모듈은

상기 소스 레이저광을 전반사 시키는 제1 전반사 미러(mirror);

상기 제1 전반사 미러에서 반사된 소스 레이저광을 집광하는 제1 볼록렌즈;

상기 제1 볼록렌즈와 상기 제1 볼록렌즈의 초점의 사이에 배치되어, 상기 제1 볼록렌즈를 통과한 소스 레이저광의 파장을 균일하게 하는 필터렌즈;

상기 초점을 통과하여 확산되는 소스 레이저광을 상기 평행 레이저광으로 변환시키는 제2 볼록렌즈; 및

상기 제2 볼록렌즈를 통과한 상기 평행 레이저광을 전반사 시키는 제2 전반사 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제14항에 있어서, 상기 필터렌즈를 통과한 소스 레이저광이

F2계 레이저광인 경우 157nm의 파장을 갖고, ArF계 레이저광인 경우 190nm의 파장을 갖고, KrF계 레이저광인 경우 250nm의 파장을 갖고, Femto second 레이저광인 경우 780nm의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제14항에 있어서, 상기 제2 전반사 미러에서 반사된 상기 평행 레이저광의 상은 동그란(circular) 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제13항에 있어서, 상기 분광모듈은

상기 평행 레이저광의 진행경로 안에 순서대로 배치되어, 입사한 평행 레이저광의 일부를 상기 공정 레이저광으로 반사시키고 나머지는 투과시키는 제1 내지 제n 반투과 미러들; 및

상기 제n 반투과 미러를 투과한 평행 레이저광을 상기 공정 레이저광으로 전반사 시키는 제3 전반사 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제17항에 있어서, 상기 제1 내지 제n 반투과 미러들 및 제3 전반사 미러로부터 각각 반사된 상기 공정 레이저광들의 광도는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제13항에 있어서, 상기 슬릿빔 형성모듈은 상기 제1 내지 제n 반투과 미러들 및 제3 전반사 미러에 각각 대응하여, 각 상기 공정 레이저광을 각 상기 가공 레이저광으로 변환시키는 제1 내지 제(n+1) 실린더리컬 렌즈들을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제19항에 있어서, 상기 제1 반투과 미러에서 반사된 상기 공정 레이저광의 상을 관측하는 제1 관측기; 및

상기 제1 실린더리컬 렌즈로부터 출사된 상기 가공 레이저광의 상을 관측하는 제2 관측기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제19항에 있어서, 상기 가공 레이저에 의해 가공되는 처리대상이 배치되는 테이블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제21항에 있어서, 상기 테이블은 상기 처리대상을 부상시켜 이동시키는 공기부양장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제21항에 있어서, 상기 제1 내지 제(n+1) 실린더리컬 렌즈들의 주변부에 배치되어, 상기 처리대상의 가공시 발생하는 파티클을 부상시키는 에어블로어(Air Blower); 및

상기 파티클을 흡입하는 흡입기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.