KR20080056582A - 와이어 그리드 편광자의 제조방법 - Google Patents

와이어 그리드 편광자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

개시된 와이어 그리드 편광자의 제조방법은, 금속 나노입자들과 감광성 수지를 포함하는 금속 페이스트를 제조하는 단계, 상기 금속 페이스트를 기판 상에 도포하는 단계 및 복수의 홈이 주기적으로 형성된 스트라이프 패턴이 형성된 스탬프를 상기 금속 페이스트층 상에 압착 및 탈착하여 상기 스트라이프 패턴을 금속 페이스트층에 전사시킴으로써 상기 금속 페이스트층으로부터 와이어 그리드를 성형하는 단계를 포함한다.

Description

와이어 그리드 편광자의 제조방법{Method for fabricating wire grid polarizer}
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 와이어 그리드 편광자의 개략적인 사시도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 제조방법을 보여주는 공정도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10...기판 12...금속 페이스트층
12a...금속 나노입자 12b...감광성 수지
14...와이어 그리드 20...스탬프
20a...홈 100...와이어 그리드 편광자
P...주기 W...폭
H...높이
본 발명은 와이어 그리드 편광자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 는 간단하고 용이한 방법에 의해 미세 선폭의 와이어 그리드 편광자를 대면적으로 제조할 수 있는 와이어 그리드 편광자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 와이어 그리드 편광자는, 투명 기판 상에 스트라이프 형상으로 돌출된 금속 와이어가 소정 주기로 배열된 와이어 그리드 구조를 가진다. 금속 와이어의 배열 주기가 입사되는 전자기파의 파장과 근사하거나 크다면, 통상적인 회절 현상이 나타나나, 금속 와이어의 배열 주기가 입사되는 전자기파의 파장보다 매우 작다면, 특이한 편광이 일어나지 않는다. 즉, 금속 와이어의 배열 주기, 즉 격자 간격이 충분히 작다면, 금속 와이어에 평행하게 편파된 광(즉, S 편광)은 금속격자의 반사특성에 의해 반사되고, 금속 와이어에 수직하게 편파된 광(즉, P 편광)은 투과된다. 이때, 금속 와이어의 폭, 두께 및 배열 주기는 와이어 그리드 편광자의 편광 특성, 즉 투과 및 반사율에 관계된다.
일반적으로 와이어 그리드 편광자가 400nm ~ 700nm 대역의 가시광선에 사용되기 위해서는 통상적으로 λ/5 이하의 주기, 즉 100nm 이하의 선폭 구조를 요구한다. 그러나, 이와 같은 100nm 이하의 미세 패턴을 갖는 와이어 그리드는 종래의 반도체 공정의 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성하는 것이 매우 어려우며, 특히 대면적의 패턴형성은 불가능하다. 따라서, 종래의 와이어 그리드 편광자는 우선 E-빔 리소그래피를 이용하여 마스터 패턴을 형성한 후, 마스터 패턴의 역상인 몰드(Mold)를 전기도금법을 이용하여 제조한다. 다음으로, 투명 기판 위에 금속층과 폴리머층을 순차로 적층하고 몰드를 이용하여 폴리머층에 패턴을 성형한다. 마지막으로 이 패턴 위에 경사증착을 통해 금속격자를 증착한다. 그런데, 이와 같은 종래 의 와이어 그리드 편광자의 제조방법은 그 공정이 복잡하여 대량생산이 어렵고, 진공증착 장비와 같은 고가의 장비가 필요하므로 상업적 접근이 어려운 문제점이 있다. 나아가, 이와 같은 방법으로 제조되는 와이어 그리드 편광자는 그 크기가 수 인치에 불과하여, 수십 인치 이상의 대면적의 LCD 패널에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 간단하고 용이한 방법에 의해 미세 선폭의 와이어 그리드 편광자를 대면적으로 제조할 수 있는 와이어 그리드 편광자의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 제조방법은,
금속 나노입자들과 감광성 수지를 포함하는 금속 페이스트를 제조하는 단계;
상기 금속 페이스트를 기판 상에 도포하는 단계; 및
복수의 홈이 주기적으로 형성된 스트라이프 패턴이 형성된 스탬프를 상기 금속 페이스트층 상에 압착 및 탈착하여 상기 스트라이프 패턴을 금속 페이스트층에 전사시킴으로써 상기 금속 페이스트층으로부터 와이어 그리드를 성형하는 단계;를 포함한다.
상기 금속 나노입자들은 Al, Au, Cu, Ag, Fe, Ni, Cr, Co, Pd, Pt, Zn 및 Ti으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나 내지 이들의 합금으로 형성된 것이며, 상기 금속 나노입자는 5㎚ 내지 50㎚의 직경을 가진다.
바람직하게, 상기 스탬프의 압착상태에서 상기 와이어 그리드에 UV를 조사하거나 또는 열에너지를 가하여 상기 와이어 그리드를 경화시킬 수 있다. 또는, 상기 스탬프의 탈착이후에 상기 와이어 그리드에 UV를 조사하거나 또는 열에너지를 가하여 상기 와이어 그리드를 경화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 간단하고 용이한 방법에 의해 미세 선폭의 와이어 그리드 편광자를 대면적으로 제조할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되게 도시된 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 와이어 그리드 편광자의 개략적인 사시도이다.
먼저 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따라 제조되는 와이어 그리드 편광자의 구조에 대해 설명하기로 한다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조되는 와이어 그리드 편광자(100)는 투명 기판(10)과, 상기 투명 기판(10) 위에 스트라이프 패턴으로 형성된 다수의 와이어 그리드(14)를 포함한다. 이때, 와이어 그리드(14)의 높이(H), 폭(W) 및 격자 주기(P)는 광학적 설계에 따라 그 수치가 달라질 수 있다.
일반적으로 회절 격자는 광의 파장보다 큰 주기를 가지고, 이를 통과하는 광은 복수의 회절광으로 분해되나, 격자의 주기가 입사되는 광의 반 파장 이하가 되면, 입사되는 광(L)은 이러한 복수의 회절광으로 분해되는 대신에, S 편광의 반사 광(Ls)과 0차 회절광에 해당되는 P 편광의 투과광(Lp)으로 분해된다는 것이 알려져 있다.
와이어 그리드 편광자(10)의 편광 특성은 편광 소멸비(polarization extinciton ratio)와 투과율(transmission ratio)로 나타낼 수 있다. 여기서 편광 소멸비는 투과하는 광의 광세기 중 와이어 그리드에 수직한 편광의 광세기와 와이어 그리드에 수평한 편광의 광세기의 비를 나타내고, 투과율은 입사되는 광의 광세기와 투과되는 광, 즉 와이어 그리드에 수직한 광의 광세기의 비를 나타낸다. 편광 소멸비와 투과율이 높은 값을 가지기 위해서는 와이어 그리드(14)의 배열 간격이 입사광의 파장에 비해 상당히 짧아야 한다. 본 발명에 다른 와이어 그리드 편광자(100)는, 후술하는 바와 같이 상기 와이어 그리드(14)의 폭(W)이 10nm ~ 100nm로 형성되고, 높이(H)는 50nm ~ 500nm로 형성되며, 격자 주기(P)가 20nm ~ 200nm로 형성될 수 있으므로, 400nm ~700nm 대역의 가시광선 및 UV 광파장 영역에 대하여 높은 편광 소멸비(10000:1 이상의 편광소멸비)와 투과율(40% 이상의 투과율)을 가질 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 제조방법을 보여주는 공정도이다.
도 2a를 참조하면, 먼저 금속 나노입자들(12a)을 감광성 수지(12b)에 균일하게 분산시켜, 이 두가지를 주 성분으로 하는 금속 페이스트를 제조한다. 여기에서, 상기 감광성 수지(12b)는 UV 광원 또는 열에너지에 의해 민감하게 반응경화가 이루어질 수 있는 모든 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 금속 나노입자 들(12a)은 Al, Au, Cu, Ag, Fe, Ni, Cr, Co, Pd, Pt, Zn 및 Ti으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나 내지 이들의 합금으로 형성된 것이며, 5㎚ 내지 50㎚의 직경을 가진다.
그 다음에, 상기 금속 페이스트를 기판(10) 상에 도포하여 금속 페이스트층(12)을 형성한다. 상기 기판(10)은 유리와 같이 가시광 또는 UV 파장에 대하여 투명한 재질의 것이 바람직하다. 상기 금속 페이스트층(12)의 두께는 이후 공정에서 형성할 와이어 그리드(14)의 높이(도 1의 H)와 같거나 그보다 커야 한다. 예를 들어, 상기 금속 페이스트층(12)의 두께는 50nm 내지 500nm으로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성된 금속 페이스트층(12)은 감광성 수지를 포함하고 있기 때문에, UV 광원 또는 열에너지에 의해 쉽게 경화될 수 있다.
도 2b 내지 도 2e를 참조하면, 복수의 홈(20a)이 주기적으로 형성된 스트라이프 패턴이 형성된 스탬프(20)를 상기 금속 페이스트층(12) 위에 정렬시킨 후, 상기 스탬프(20)를 상기 금속 페이스트층(12) 상에 압착 및 탈착하여 상기 스트라이프 패턴을 금속 페이스트층(12)에 전사시킨다. 그 결과, 상기 금속 페이스트층(12)으로부터 스트라이프 패턴의 와이어 그리드(14)가 성형될 수 있다.
바람직하게, 상기 스탬프(20)의 압착상태(미도시)에서 상기 와이어 그리드(14)에 UV를 조사하거나 또는 열에너지를 가하여 상기 와이어 그리드(14)를 경화시킬 수 있다. 또는, 상기 스탬프(20)의 탈착이후(도 2e 참조)에 상기 와이어 그리드에 UV를 조사하거나 또는 열에너지를 가하여 상기 와이어 그리드를 경화시킬 수 있다. 상기 와이어 그리드(14)의 폭(W)은 10㎚ 내지 100㎚으로 형성되며, 높이(H) 는 50㎚ 내지 500㎚으로 형성되며, 상기 와이어 그리드(14)의 주기는 20㎚ 내지 200㎚으로 형성되도록 제어될 수 있다. 상기 와이어 그리드(14)의 길이는 특별히 제한되지 않는다.
상기 스트라이프 패턴의 스탬프(20)는 레이저 간섭 리소그래피(Laser Interference Lithography), E-빔 리소그래피(E-beam Lithography) 또는 나노 임프린트 리소그래피(Nano Imprint Lithography) 등의 공정에 의해 형성될 수 있으며, 상기 스탬프(20)의 형성공정은 이미 널리 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 스탬프(20)의 재질은 비교적 딱딱한 재질의 폴리머 또는 금속 재질로 형성될 수 있다. 다만, 상기 스탬프(20)가 금속 재질로 형성될 경우, 상기 금속의 열전도성이 우수하므로, 상기 열에너지에 의한 와이어 그리드(14)의 경화시에 상기 와이어 그리드(14)에 보다 원활한 열전달이 가능할 수 있어 경화속도가 빨라질 수 있다. 바람직하게, 상기 기판(10)에 원치 않는 금속 페이스트(12)의 잔여물이 잔존할 경우, 이들을 제거하기 위해 플라즈마 에칭 등과 같은 부수의 공정이 더 수행될 수 있다.
상술한 와이어 그리드 편광자의 제조방법은 그 공정이 간단하고 대량생산이 용이하며, 고가의 장비가 필요하지 않으므로 상업적 접근이 용이하다는 장점이 있다. 또한, 상술한 제조방법에 의하여 제조되는 와이어 그리드 편광자는 대면적으로 제조될 수 있으므로, 수십 인치 인상의 대면적의 LCD 패널에 적용되기 용이하다. 이와 같이 대면적의 LCD 패널에 본 발명에 의해 제조되는 와이어 그리드 편광자를 채용하는 경우, 복굴절 물질 등을 이용하는 흡수형 편광자를 채용하는 경우에 비해 우수한 특성이 있다. 가령, 흡수형 편광자는, 광의 50%는 투과하고 나머지 50%는 흡수하므로 광의 손실이 발생되며, 고휘도의 광원에 노출되는 경우 유전체 물질의 열적 변형 등으로 불안정하다. 그러나 와이어 그리드 편광자는 S 편광은 반사되고 P 편광은 투과되므로, 반사된 S 편광을 재활용하면, 100%에 가까운 이용효율을 보일 수 있다. 나아가, 투명 기판 위에 금속 재질의 와이어 그리드가 형성된 구조이므로, 고휘도의 광원에 노출되더라도 열적으로 안정하다.
본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 제조방법에 따르면, 와이어 그리드 패턴이 형성된 스탬프를 금속 페이스트 상에 압착하여 상기 금속 페이스트로부터 미세 선폭의 와이어 그리드를 쉽게 성형할 수 있다. 따라서, 그 제조공정이 간단하고 대량생산이 용이하며, 고가의 장비가 필요하지 않으므로 상업적 접근이 용이할 뿐만 아니라, 대면적으로 제조될 수 있다는 장점이 있다.
이상에서, 이러한 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 몇몇의 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었으나, 이러한 실시예들은 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 상기 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점이 이해되어야 할 것이다. 따라서, 본 발명은 도시되고 설명된 구조와 공정순서에만 국한되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 발명의 기술사상을 중심으로 보호되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 금속 나노입자들과 감광성 수지를 포함하는 금속 페이스트를 제조하는 단계;
    상기 금속 페이스트를 기판 상에 도포하는 단계; 및
    복수의 홈이 주기적으로 형성된 스트라이프 패턴이 형성된 스탬프를 상기 금속 페이스트층 상에 압착 및 탈착하여 상기 스트라이프 패턴을 금속 페이스트층에 전사시킴으로써 상기 금속 페이스트층으로부터 다수의 와이어 그리드를 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스탬프의 압착상태에서 상기 와이어 그리드에 UV를 조사하거나 또는 열에너지를 가하여 상기 와이어 그리드를 경화시키는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스탬프의 탈착이후에 상기 와이어 그리드에 UV를 조사하거나 또는 열에너지를 가하여 상기 와이어 그리드를 경화시키는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 금속 나노입자들은 Al, Au, Cu, Ag, Fe, Ni, Cr, Co, Pd, Pt, Zn 및 Ti으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나 내지 이들의 합금으로 형성된 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 금속 나노입자의 직경은 5㎚ 내지 50㎚으로 형성된 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 기판 상에 도포되는 금속 페이스트층의 두께는 50㎚ 내지 500㎚인 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 와이어 그리드의 폭은 10㎚ 내지 100㎚으로 형성되는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 와이어 그리드의 높이는 50㎚ 내지 500㎚으로 형성되는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 와이어 그리드의 주기는 20㎚ 내지 200㎚으로 형성되는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 기판은 가시광 또는 UV 파장에 대하여 투명한 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조방법.
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