KR20080040904A - 선격자 편광자의 제조 방법 - Google Patents

선격자 편광자의 제조 방법 Download PDF

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KR20080040904A KR1020060108854A KR20060108854A KR20080040904A KR 20080040904 A KR20080040904 A KR 20080040904A KR 1020060108854 A KR1020060108854 A KR 1020060108854A KR 20060108854 A KR20060108854 A KR 20060108854A KR 20080040904 A KR20080040904 A KR 20080040904A
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 선격자 편광자의 제조 방법에 관한 것으로, 기존의 노광 공정 및 식각 공정을 사용하지 않고 복제 몰드를 이용하여 나노 사이즈의 금속 패턴을 전사시키는 금속 패턴 전사법을 이용하여 선격자 편광자를 제조함으로써, 공정을 단순화시키고, 공정 비용을 줄일 수 있으며, 대면적화할 수 있는 장점이 있다.
선격자, 편광자, 금속, 전사, 물, 산화막

Description

선격자 편광자의 제조 방법 { Method for fabricating wire grid polarizer }
도 1은 일반적인 선 격자 편광자의 구조를 설명하기 위한 개념도
도 2a 내지 2d는 본 발명에 따른 선격자 편광자 제조 공정을 설명하기 위한 단면도
도 3a 및 3b는 도 2b 공정 전(前)에 복제 몰드에 자기 조립 모노층(Self-assembled monolayer, SAM)을 형성하는 공정을 도시한 단면도
도 4a 내지 4c는 본 발명에 따라 기판에 금속 패턴이 전사되는 개념을 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 5는 본 발명에 따라 금속 패턴이 전사된 상태를 도시한 개략적인 사시도
도 6a 내지 6e는 본 발명에 따라 복제 몰드(Replica-mold)를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도
도 7a 및 7b는 도 6b와 6c의 바람직한 실시예를 도시한 단면도
도 8a 내지 8d는 본 발명에 따라 대면적의 선격자 편광자를 제조하는 방법을 설명하기 단면도
도 9는 본 발명에 따른 전사된 금속 패턴의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100,800 : 복제 몰드 101,310 : 돌출부
120,210 : 산화막 130 : 자기 조립 모노층
150,320 : 경화성 폴리머 200,700 : 기판
300 : 마스터 몰드 325 : 희생 몰드
500 : 히터 600 : 배리어
810 : 금속 패턴
본 발명은 선격자 편광자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정 디스플레이에 사용되는 선격자 편광자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 상호 이격되어 어레이된 금속 와이어는 전자기파의 편광을 선택적으로 투과시키거나 반사시킨다.
즉, 입사되는 전자기파의 파장보다 금속 와이어 배열의 주기가 짧은 경우, 금속 와이어와 평행한 편광 성분(S파)은 반사되고, 수직한 편광 성분(P파)은 투과된다.
이 현상을 이용하여 편광 효율이 우수하고, 투과율이 높으며, 시야각이 넓은 평판 편광자(Planar polarizer)를 제조할 수 있는데, 이러한 소자를 선 격자 편광자(Wire grid polarizer)라고 한다.
한편, 광원에서 출발한 빛의 경우 백라이트를 거치면서 상당량의 광손실이 발생하여 원래 광원의 약 10% 이하의 빛만 보게 된다.
빛의 이용 효율을 증가시킬 수 있다면 배터리 사용시간의 증가와 대화면 LCD TV의 전력소모량 감소 효과를 얻게 된다.
3M사에서 반사형 편광판인 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)를 사용하여 빛의 이용 효율을 향상하고 휘도를 증가시킬 수 있으나, 광학적으로 이방성을 가지는 고분자막과 등방성인 고분자막을 교대로 다층 적층하여 제조하기 때문에 편광판의 가격이 높게 되고, 제조 공정이 복잡하다는 문제점이 있다.
상기의 문제점들을 해결할 수 있는 방법으로써, 선 격자 편광자로 반사형 편광판을 대체하여 빛의 이용 효율을 높여 휘도를 증가시키고 전력 소모를 최소화할 수 있다.
선 격자 편광자는 금속물질이 유리 기판상에 격자 형태로 형성되어 있다.
도 1은 일반적인 선 격자 편광자의 구조를 설명하기 위한 개념도로서, 선 격자 편광자(10)는 투명기판(11)과; 상기 투명기판(11) 상부에 상호 이격되어 배열되어 있는 복수개의 금속 와이어(12)로 구성된다.
상기 복수개의 금속 와이어(12)는 상호 이격되어 있으며, 평행하게 배열되어 있다.
여기서, 입사되는 광의 파장보다 금속 와이어 배열의 주기(T)가 짧을 경우, 상기 와이어 그리드 편광판(10)으로 입사되는 광은 편광 성분에 따라 반사 및 투과한다.
즉, 상기 금속 와이어(12)와 평행한 편광 성분인 'S파'는 반사되고, 수직한 편광 성분인 'P파'는 투과된다.
이러한 현상을 이용하여 고 투과율, 우수한 편광 효율, 넓은 시야각을 가지는 편광자를 제작하여 LCD의 휘도를 향상시킬 수 있다.
그러나 선 격자 편광자가 DBEF를 대체할 수 있는 정도로 우수한 특성을 가지기 위해서는 고 편광 소멸비(High extinction ratio)가 요구되고 이는 금속 격자의 주기를 감소시킴으로 가능할 수 있다.
주기가 짧은 금속격자의 미세 패턴 형성을 위해서는 기본적으로 노광공정과 식각 공정이 필요하나, 마스크 재료의 선택, 대면적화의 어려움, 제작 공정의 복잡성과 가격 증가의 문제점들이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 복제 몰드를 이용하여 나노 사이즈의 금속 패턴을 전사시키는 금속 패턴 전사법을 이용하여 선격자 편광자를 제조할 수 있으므로, 공정을 단순화시키고, 공정 비용을 줄일 수 있으며, 대면적화할 수 있는 선격자 편광자의 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는,
스트라이프 형상으로 이격되어 있는 돌출부들이 상부에 형성되어 있는 복제 몰드(Replica-mold)를 준비하는 단계와;
상기 복제 몰드 상부에 금속을 증착하는 단계와;
기판 상부에 상기 복제 몰드의 금속을 전사시켜, 상기 기판 상부에 스트라이프 형상의 선격자 편광자 패턴을 형성하는 단계로 구성된 선격자 편광자의 제조 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 2d는 본 발명에 따른 선격자 편광자 제조 공정을 설명하기 위한 단면도로서, 스트라이프 형상으로 이격되어 있는 돌출부들(101)이 상부에 형성되어 있는 복제 몰드(Replica-mold)(100)를 준비한다.(도 2a)
그 후, 상기 복제 몰드(100) 상부에 금속을 증착한다.(도 2b)
연이어, 기판(200) 상부에 상기 복제 몰드(100)의 금속을 전사시켜, 상기 기판(200) 상부에 스트라이프 형상의 선격자 편광자 패턴을 형성한다.(도 2c 및 도 2d)
즉, 상기 증착된 금속은 돌출부들의 사이 간격에 의해 복제 몰드(100)의 돌출부들(101) 상부에 형성되어 스트라이프 형상의 금속 패턴을 형성한다.
상기 복제 몰드(100)를 상기 기판(200)에 스탬핑하면, 상기 복제 몰드(100)의 금속 패턴은 상기 기판(200)에 전사되어 선격자 편광자 패턴을 형성하게 되는 것이다.
또한, 상기 선격자 편광자 패턴의 선폭은 100㎚ ~ 3㎛이고, 주기는 200㎚ ~ 6㎛이고, 두께는 20 ~ 30㎚인 것이 바람직하다.
도 3a 및 3b는 도 2b 공정 전(前)에 복제 몰드에 자기 조립 모노층(Self-assembled monolayer, SAM)을 형성하는 공정을 도시한 단면도로서, 돌출부들(101)을 산화막(120)으로 감싸도록, 복제 몰드(100)의 상부에 산화막(120)을 증착한다.(도 3a)
여기서, 상기 산화막(120)의 두께는 1㎚ ~ 9㎚인 것이 바람직하다.
그 후, 상기 산화막(120)을 자기 조립 모노층(130)으로 감싸도록, 상기 복제 몰드(100)의 상부에 자기 조립 모노 물질을 코팅한다.(도 3b)
여기서, 상기 절연막(110)에 자기 조립 모노층(120)을 형성하는 것을 'SAM'표면처리라 정의한다.
상기 SAM 표면처리의 일례로, OTS(Octadecyltrichloro Silane)를 톨루엔(Toluene)에 1mM로 혼합하고, OTS와 톨루엔이 혼합된 용액에 상기 절연막을 1시간 동안 디핑(Dipping)한 후 톨루엔을 세척하고 건조시키면, 상기 절연막(110) 상부에 OTS 모노층이 형성된다.
그리고, 상기 자기 조립 모노 물질은 OTS 또는 FTS인 것이 바람직하다.
도 4a 내지 4c는 본 발명에 따라 기판에 금속 패턴이 전사되는 개념을 설명 하기 위한 개략적인 단면도로서, 기판(200) 상부에 산화막(210)을 형성한다.(도 4a)
상기 기판(200)은 실리콘 기판이 바람직하다.
그 후, 상기 기판(200) 상부에 물을 뿌린다.(도 4a)
여기서, 물은 증류수가 바람직하고, 이 증류수는 마이크로 피펫을 사용하여 기판 표면에 대략 20㎕가량 뿌려주는 것이다.
그 후, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 기판(200) 상부에 상기 복제 몰드(100)를 스탬핑하면, 상기 기판(200)에 금속이 전사되어 상기 기판(200) 상부에 스트라이프 형상의 선격자 편광자 패턴이 형성된다.
즉, 상기 돌출부들(101)의 사이 간격에 의해, 각각의 돌출부들(101) 상부에 증착된 금속은 연결되어 있지 않고 이격되어 있어, 스트라이프 형상의 금속 패턴이 된다.
그러므로, 상기 복제 몰드(100)를 상기 기판(200)에 스탬핑하면, 상기 복제 몰드(100)의 금속 패턴은 상기 기판(200)에 전사되어 선격자 편광자 패턴이 형성된다.
한편, 도 4a 공정에서 기판(200)에 뿌려진 물은 표면에너지가 낮기 때문에, 기판(200) 전체에 퍼지게 되고, 이것은 후에 기판(200)과 금속 패턴의 단단한 결합을 만드는 역할을 하게 된다.
그리고, 금속 패턴 전사를 위해 준비된 스탬프를 물이 뿌려진 기판에 올려놓고 건조시킨다.
여기서, 금속 패턴은 물에 의해 산화되고, 기판 표면의 산화막의 하이드록시(OH-) 그룹이 물에 녹았다가 금속 패턴과 기판 사이에 다시 응축되면서 단단한 솔리드 브릿지(Solid bridge)를 형성한다.
이때, 금속 패턴의 높이 때문에, 금속 패턴이 기판에 접촉된 부분만 선택적으로 솔리드 브릿지가 형성되고, 복제 몰드를 제거하면 솔리드 브릿지가 생성된 영역의 강한 결합에 의해 금속 패턴은 기판으로 전사된다.
한편, 상기 기판(200)은 투명기판이 바람직하고, 물과 반응하여 OH-기를 형성할 수 있는 기판인 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따라 금속 패턴이 전사된 상태를 도시한 개략적인 사시도로서, 기판(200) 상부에 상기 복제 몰드(100)의 금속을 전사시켜, 상기 기판(200) 상부에 스트라이프 형상의 선격자 편광자 패턴을 형성한다.
즉, 상기 증착된 금속은 돌출부들의 사이 간격에 의해 복제 몰드(100)의 돌출부들(101) 상부에서 스트라이프 형상의 금속 패턴이 되고, 상기 복제 몰드(100)를 상기 기판(200)에 스탬핑하면, 상기 복제 몰드(100)의 금속 패턴은 상기 기판(200)에 전사되어 선격자 편광자 패턴이 되는 것이다.
도 6a 내지 6e는 본 발명에 따라 복제 몰드(Replica-mold)를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도로서, 먼저, 스트라이프 형상으로 이격되어 있는 돌출부들(310)이 상부에 형성되어 있는 마스터 몰드(Master-mold)(300)를 준비한다.(도 6a)
여기서, 상기 마스터 몰드는 실리콘인 것이 바람직하다.
그 다음, 상기 마스터 몰드(300) 상부에 제 1 경화성 폴리머(320)를 코팅하고 경화시킨다.(도 6b)
계속하여, 상기 경화된 제 1 폴리머(320)를 상기 마스터 몰드(320)로부터 이탈시켜 희생 몰드(325)를 얻는다.(도 6c)
여기서, 상기 희생 몰드(325)는 후술되는 복제 몰드를 만들기 위한 몰드이다.
그 후, 상기 희생 몰드(325)에 제 2 경화성 폴리머(150)를 도포하고 경화시킨다.(도 6d)
마지막으로, 상기 경화된 제 2 경화성 폴리머(150)를 상기 희생 몰드(325)로부터 이탈시켜 복제 몰드(Replica-mold)(100)를 얻는다.(도 6e)
이 복제 몰드(100)는 마스터 몰드(300)로부터 복제된 몰드로, 금속 패턴을 기판에 전사시켜 선격자 편광자를 제조하기 위한 몰드이다.
그리고, 상기 제 2 경화성 폴리머(150)는 PDMS(Polydimethylsiloxane), PMMA(Polymethyl methacrylate), 자외선 경화성 폴리머와 PC(Poly carbonate) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
도 7a 및 7b는 도 6b와 6c의 바람직한 실시예를 도시한 단면도로서, 먼저, 마스터 몰드(300)를 히터(500) 상부에 올려놓는다.(도 7a)
그 후, 상기 마스터 몰드(300) 상부에 사각링 형상의 배리어(Barrier)(600)를 올려놓고, 상기 배리어(600) 내부에 제 1 폴리머(320)를 채워 코팅하고 히터(500)를 이용하여 경화시킨다.(도 7b)
전술된 공정을 수행한 후에, 상기 배리어(600)를 제거하고, 상기 경화된 제 1 폴리머(320)를 마스터 몰드(300)에서 이탈시키면, 도 6c와 같은 희생 몰드를 얻을 수 있게 된다.
도 8a 내지 8d는 본 발명에 따라 대면적의 선격자 편광자를 제조하는 방법을 설명하기 단면도로서, 복제 몰드를 대량으로 만들고, 디스플레이에 사용되는 40인치 이상의 대면적 기판에 복제 몰드들을 순차적으로 스탬핑하여 금속 패턴을 전사하면, 대면적의 선격자 편광자를 제조할 수 있게 된다.
즉, 도 8a에 도시된 바와 같이, 금속 패턴을 전사할 대면적 기판(700)의 일 영역(710)에 물을 뿌려준다.
그 후, 상기 물이 뿌려진 대면적 기판 영역(710)에 복제 몰드(800)로 스탬핑하여 금속 패턴(810)을 전사한다.(도 8b)
그 다음, 전술된 도 8a 및 8b의 공정을 반복적으로 수행하여 대면적 기판 전체에 금속 패턴을 전사한다.(도 8c)
도 9는 본 발명에 따른 전사된 금속 패턴의 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진도로서, 금속 패턴은 규칙적으로 잘 전사되어 있음을 알 수 있다.
이 전사된 금속 패턴의 선폭이 60㎚이고, 패턴 간격은 140㎚이다.
이와 같이, 본 발명은 솔리드 브릿지(Solid bridge)를 이용한 금속 패턴 전사 방법으로 선격자 편광자를 제조하는 것으로, 물을 사용하여 복제 몰드에 코팅된 금속 표면의 산화막과 기판 표면의 산화막의 하이드록시(OH-) 그룹이 컨택층(Contact layer)인 물에 녹았다가 금속 패턴과 기판 사이에 다시 응축되면서 단 단한 솔리드 브릿지를 형성하게 된다.
그러므로, 본 발명은 전술된 바와 같은 제조 방법에 의해 선격자 편광자를 간단한 공정으로 제조할 수 있게 된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 기존의 노광 공정 및 식각 공정을 사용하지 않고 복제 몰드를 이용하여 나노 사이즈의 금속 패턴을 전사시키는 금속 패턴 전사법을 이용하여 선격자 편광자를 제조할 수 있으므로, 공정을 단순화시키고, 공정 비용을 줄일 수 있으며, 대면적화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (11)

  1. 스트라이프 형상으로 이격되어 있는 돌출부들이 상부에 형성되어 있는 복제 몰드(Replica-mold)를 준비하는 단계와;
    상기 복제 몰드 상부에 금속을 증착하는 단계와;
    기판 상부에 상기 복제 몰드의 금속을 전사시켜, 상기 기판 상부에 스트라이프 형상의 선격자 편광자 패턴을 형성하는 단계로 구성된 선격자 편광자의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복제 몰드는,
    스트라이프 형상으로 이격되어 있는 돌출부들이 상부에 형성되어 있는 마스터 몰드(Master-mold)를 준비하는 단계와;
    상기 마스터 몰드 상부에 제 1 경화성 폴리머를 코팅하고 경화시키는 단계와;
    상기 경화된 제 1 폴리머를 상기 마스터 몰드로부터 이탈시켜 희생 몰드를 얻는 단계와;
    상기 희생 몰드에 제 2 경화성 폴리머를 도포하고 경화시키는 단계와;
    상기 경화된 제 2 경화성 폴리머를 상기 희생 몰드로부터 이탈시켜 복제 몰드(Replica-mold)를 얻는 단계를 수행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 선격자 편광자의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 경화성 폴리머는,
    PDMS(Polydimethylsiloxane), PMMA(Polymethyl methacrylate), 자외선 경화성 폴리머와 PC(Poly carbonate) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 선격자 편광자의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 투명기판이며,
    물과 반응하여 OH-기를 형성할 수 있는 기판인 것을 특징으로 하는 선격자 편광자의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상부에 상기 복제 몰드의 금속을 전사시켜, 상기 기판 상부에 스 트라이프 형상의 선격자 편광자 패턴을 형성하는 단계는,
    기판 상부에 산화막을 형성하는 공정과;
    상기 기판 상부에 물을 뿌리는 공정과;
    상기 기판 상부에 상기 복제 몰드를 스탬핑하여, 상기 복제 몰드의 금속을 상기 기판 상부에 전사시켜 스트라이프 형상의 선격자 편광자 패턴을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선격자 편광자의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판은,
    실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 선격자 편광자의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 복제 몰드의 금속이 상기 기판 상부에 전사되는 것은,
    상기 기판 표면에 산화막의 하이드록시(OH-) 그룹이 물에 녹았다가 금속과 기판 사이에 다시 응축되면서 단단한 솔리드 브릿지(Solid bridge)를 형성하고,
    상기 복제 몰드를 제거하면 솔리드 브릿지가 생성된 영역의 강한 결합에 의해 금속이 기판으로 전사되는 것을 특징으로 하는 선격자 편광자의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복제 몰드의 상부에는 산화막과 자기 조립 모노층이 순차적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선격자 편광자의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 산화막의 두께는,
    1㎚ ~ 9㎚인 것을 특징으로 하는 선격자 편광자의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 선격자 편광자 패턴의 선폭은 100㎚ ~ 3㎛이고, 주기는 200㎚ ~ 6㎛이고, 두께는 20 ~ 30㎚인 것을 특징으로 하는 선격자 편광자의 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상부에 상기 복제 몰드의 금속을 전사시켜, 상기 기판 상부에 스트라이프 형상의 선격자 편광자 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 기판의 일 영역에 물을 뿌려주는 제 1 공정과;
    상기 물이 뿌려진 기판 영역에 복제 몰드로 스탬핑하여 금속 패턴을 전사하는 제 2 공정과;
    상기 제 1과 2 공정을 반복적으로 수행하여 상기 기판 전체에 금속 패턴을 전사하는 제 3 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선격자 편광자의 제조 방법.
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