KR20080091981A - 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

2개의 금속 와이어층이 2층 구조로 형성되어 있는 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법을 개시한다. 본 발명의 한 유형에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자는, 광투과성 기판; 상기 광투과성 기판 위에 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 1 전도성 금속 와이어; 상기 제 1 전도성 금속 와이어 위에 배치된 광투과성 층간층; 및 상기 층간층 위에 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 2 전도성 금속 와이어;를 포함하며, 상기 제 1 전도성 금속 와이어와 제 2 전도성 금속 와이어가 서로 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

이중층 구조의 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법{Wire grid polarizer having dual layer structure and method for fabricating the same}

도 1a 및 도 1b는 각각 일반적인 와이어 그리드 편광자의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도 및 평면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.

도 3 및 도 4는 각각 460nm 파장에 대한 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자의 편광 소거비 및 스루풋(throughput)을 나타내는 그래프이다.

도 5 및 도 6은 각각 540nm 파장에 대한 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자의 편광 소거비 및 스루풋을 나타내는 그래프이다.

도 7 및 도 8은 각각 650nm 파장에 대한 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자의 편광 소거비 및 스루풋을 나타내는 그래프이다.

도 9a 내지 도 9h는 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법에 관한 일 실시예를 도시한다.

도 10a 내지 도 10e는 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법에 관한 다른 실시예를 도시한다.

도 11은 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자를 이용한 액정 디스플레이 장치의 구조를 예시적으로 도시한다.

도 12는 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자를 이용한 프로젝터의 구조를 예시적으로 도시한다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

20.....와이어 그리드 편광자 21.....기판

22.....제 1 금속 와이어층 23.....층간층

24.....제 2 금속 와이어층 40.....백라이트 유닛

50.....액정 패널 61.....반사경

62.....광원 63.....인터그레이터

64.....콜리메이팅 렌즈 65.....투사 렌즈

70.....스크린

본 발명은 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 2개의 금속 와이어층이 2층 구조로 형성되어 있는 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

액정 디스플레이 장치, 빔 프로젝터 등과 같이 별도의 광원을 필요로 하는 화상 형성 장치의 경우, 광의 투과/차단을 조절하여 화상을 형성하기 위한 수단으로서 편광자를 사용하고 있다. 그런데, 지금까지 사용되어 온 편광자는 주로 흡수 형 편광자이기 때문에, 광원에서 방출된 광 중에서 절반만을 사용하고 나머지 절반은 편광자에 의해 흡수되어 버린다. 따라서, 광이용 효율이 낮고 화상 형성 장치의 휘도를 높이는 데도 한계가 있다.

이에 따라, 특정 편광 방향의 광은 투과시키고 다른 편광 방향의 광은 반사시켜 재활용할 수 있는 반사형 편광자의 사용이 제안되고 있다. 이러한 반사형 편광자의 대표적인 예로서 와이어 그리드 편광자가 있다. 도 1a 및 도 1b는 각각 와이어 그리드 편광자(10)의 개략적인 구조를 도시하는 단면도 및 평면도이다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 와이어 그리드 편광자(10)는 투명 기판(11) 위에 다수의 전도성 금속 와이어(12)를 평행하게 일정한 간격으로 배치한 구조를 갖는다. 이러한 구조의 와이어 그리드 편광자(10)에서, 금속 와이어(12)의 배열 주기가 입사되는 전자기파의 파장과 근사하거나 크다면 통상적인 회절 현상이 나타나지만, 금속 와이어(12)의 배열 주기가 입사되는 전자기파의 파장보다 매우 작다면 회절이 일어나지 않는다. 즉, 금속 와이어(12)의 배열 주기, 즉 격자 간격이 충분히 작다면, 금속 와이어(12)에 평행하게 편파된 광(즉, S 편광)은 금속 격자의 반사 특성에 의해 반사되고, 금속 와이어(12)에 수직하게 편파된 광(즉, P 편광)은 투과된다. 이때, 금속 와이어(12)의 폭, 두께 및 배열 주기는 와이어 그리드 편광자(10)의 편광 특성, 즉 투과 및 반사율에 관계된다.

그런데, 와이어 그리드 편광자(10)가 가시광선의 전체 영역에서 손실 없이 동작하기 위해서는, 금속 와이어(12)의 배치 주기가 적어도 약 100nm 이하가 되어야 한다. 금속 와이어(12)를 이렇게 짧은 주기로 배치하기 위해서는, 예컨대, 반도 체 제조 공정에서 사용하는 레이저 리소그래피 공정, 전자빔 리소그래피 공정 또는 나노 임프린트 공정 등과 같은 기술을 사용하여야 한다. 그러나, 이러한 기술을 사용하더라도 현재까지 개발 및 생산되고 있는 와이어 그리드 편광자의 경우, 최소 주기가 약 150nm 정도에 머무르고 있다. 더욱이, 화상 형성 장치용으로 적당한 대면적의 와이어 그리드 편광자를 대량으로 양산할 수 있는 기술은 아직까지 개발되지 않고 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 종래에 비하여 용이하게 제작할 수 있는 구조의 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 가시광선의 영역에서 사용하기에 적당한 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자를 이용한 액정 디스플레이 장치 및 프로젝터를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 유형에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자는, 광투과성 기판; 상기 광투과성 기판 위에 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 1 전도성 금속 와이어; 상기 제 1 전도성 금속 와이어 위에 배치된 광투과성 층간층; 및 상기 층간층 위에 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 2 전도성 금속 와이어;를 포함하며, 상기 제 1 전도성 금속 와이어와 제 2 전도성 금속 와이어가 서로 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 층간층의 두께 d는 다음의 관계식을 만족하며:

nd = mλ/2,

여기서, n은 층간층의 굴절률, λ는 입사광의 파장, m 은 자연수이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어 각각의 폭은 채움 계수가 0.15 내지 0.35 의 범위 내에 있도록 선택되는 것이 바람직하다.

예컨대, 상기 층간층의 두께는 150±50nm 이며, 제 1 전도성 금속 와이어 및 제 2 전도성 금속 와이어 각각의 배치 주기는 200nm 이고, 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어 각각의 채움 계수는 0.25일 수 있다.

또한, 상기 제 1 전도성 금속 와이어의 간격 사이에 또는 상기 제 2 전도성 금속 와이어의 간격 사이에 광투과성 재료가 채워질 수도 있다.

한편, 본 발명의 다른 유형에 따른 액정 디스플레이 장치는, 하부에 반사판이 설치된 백라이트 유닛; 영상을 디스플레이 하는 액정 패널; 및 상기 백라이트 유닛과 액정 패널 사이에 배치된 것으로, 상술한 구성을 갖는 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 한편, 본 발명의 또 다른 유형에 따른 프로젝터는, 광원; 상기 광원으로부터의 광을 변조하는 액정 패널; 상기 액정 패널의 광입사면측에 배치된 것으로, 상술한 구성을 갖는 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자; 상기 액정 패널로부터의 광을 투사하는 투사광학계; 및 상기 광원의 뒤쪽으로 배치되어 광을 액정 패널을 향해 반사하는 반사경;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상술한 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자를 제조하기 위한 한 실시예에 따른 방법은, 광투과성 기판 위에 제 1 전도성 금속층을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속층을 에칭하여 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 1 전도성 금속 와이어를 형성하는 단계; 상기 제 1 전도성 금속 와이어 위에 광투과성 층간층을 형성하는 단계; 상기 층간층 위에 제 2 전도성 금속층을 형성하는 단계; 상기 제 2 금속층을 에칭하여 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 2 전도성 금속 와이어를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제 1 전도성 금속 와이어와 제 2 전도성 금속 와이어가 서로 엇갈리도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상술한 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자를 제조하기 위한 다른 실시예에 따른 방법은, 광투과성 제 1 기판 위에 제 1 전도성 금속층을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속층을 에칭하여 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 1 전도성 금속 와이어를 형성하는 단계; 제 2 기판 위에 소수성 재료로 된 릴리스층을 형성하는 단계; 상기 릴리스층 위에 광투과성 재료로 된 층간층을 형성하는 단계; 상기 층간층 위에 제 2 전도성 금속층을 형성하는 단계; 상기 제 2 금속층을 에칭하여 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 2 전도성 금속 와이어를 형성하는 단계; 및 상기 릴리스층으로부터 층간층을 분리하여 상기 제 1 전도성 금속 와이어 위에 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 도 2는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자(20)의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자(20)는, 가시광선의 영역에 대해 투과성을 갖는 투명한 기판(21), 상기 투명한 기판(21) 위에 배치된 다수의 제 1 전도성 금속 와이어(22), 상기 제 1 전도성 금속 와이어(22) 위에 배치된 층간층(23) 및 상기 층간층(23) 위에 배치된 다수의 제 2 전도성 금속 와이어(24)를 포함한다.

여기서, 상기 제 1 전도성 금속 와이어(22)는 서로에 대해 일정한 간격으로 나란하게 배치되어 있으며, 제 2 전도성 금속 와이어(24)도 역시 서로에 대해 일정한 간격으로 나란하게 배치되어 있다. 또한, 상기 제 1 전도성 금속 와이어(22)와 제 2 전도성 금속 와이어(24)는 서로에 대해 평행하다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 전도성 금속 와이어(22)와 제 2 전도성 금속 와이어(24)는 서로에 대해 엇갈리도록 배치되는 것이 바람직하다. 예컨대, 제 2 전도성 금속 와이어(24)는 제 1 전도성 금속 와이어(22)들 사이의 간격에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 공지된 바와 같이, 이러한 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어(22,24)는, 예컨대, 알루미늄과 같이 전도성이 있는 금속으로 이루어질 수 있다.

한편, 도 1a 및 도 1b에 도시된 종래의 와이어 그리드 편광자(10)의 경우, 금속 와이어(12)의 채움 계수(fill factor)(즉, 금속 와이어(12)의 배치 주기에서 금속 와이어(12)의 폭이 차지하는 비율)가 약 0.3~0.7 일 때 최적의 편광 특성을 갖는다. 그러나, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자(20)의 경우, 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어(22,24)가 이중층으로 엇갈리게 형성되어 있기 때문에, 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어(22,24)의 각각의 채움 계수가 종래의 1/2로 감소되어야 한다. 즉, 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어(22,24)의 각각의 채움 계수는 약 0.15 내지 0.35의 범위 내에 있는 것이 적당하다. 그러면, 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어(22,24)의 전체로는 채움 계수가 약 0.3~0.7가 될 수 있다.

또한, 층간층(interlayer layer)(23)은 가시광선의 영역에서 투과성을 갖는 투명한 재료로 이루어진다. 따라서, 층간층(23)은 기판(21)과 동일한 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 기판(21) 및 층간층(23)의 재료로서 유리 또는 투명한 플라스틱을 사용할 수 있다.

도 2에 도시된 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자(20)의 경우, 제 1 전도성 금속 와이어(22)와 제 2 전도성 금속 와이어(24)가 서로 엇갈리게 배치되어 있기 때문에, 마치 동일한 층에 배치된 것과 같은 광학적 효과를 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자(20)는, 상기 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어(22,24) 각각의 배치 주기를 종래에 비해 넓게 형성하더라도 충분히 편광자의 특성을 얻을 수 있다. 예컨대, 도 1a 및 도 1b에 도시된 종래의 와이어 그리드 편광자(10)의 경우, 가시광선의 영역에 대해 편광자의 특성을 가지려면, 전도성 금속 와이어(12)의 배치 주기가 약 100nm 이하이어야 했다. 그러나, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자(20)의 경우, 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어(22,24) 각각의 배치 주기가 약 200nm 정도가 되면 가시광선의 영역에 대해 우수한 편광 특성을 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편 광자(20)는 종래에 비해 제작이 매우 용이할 수 있다.

한편, 제 1 전도성 금속 와이어(22)와 제 2 전도성 금속 와이어(24)가 마치 동일한 층에 배치된 것과 같은 광학적 효과를 가지려면, 층간층(23)의 두께를 최적으로 하여야 한다. 층간층(23)의 두께가 지나치게 두꺼우면 제 1 전도성 금속 와이어(22)와 제 2 전도성 금속 와이어(24)가 각각 개별적인 광학적 작용을 하게 될 것이다. 그러면, 배치 주기가 약 200nm 인 단일 층의 금속 와이어를 갖는 와이어 그리드 편광자 2개가 겹쳐진 효과만이 있을 것이다. 또한, 광이 층간층(23)을 통과하면서 소위 페브리 페로(Fabry-Perot) 간섭이 발생하게 되므로, 층간층(23)의 미세한 두께 변화에 따라 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자(20)의 광학적 성능이 변화하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자(20)가 최적의 광학적 성능을 갖기 위한 층간층(23)의 두께를 찾을 필요가 있다.

도 3 내지 도 8은 층간층(23)의 최적인 두께를 찾기 위해 층간층(23)의 두께를 변화시키면서 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자(20)의 광학적 성능을 측정한 결과이다. 특히, 도 3 및 도 4는 각각 460nm 파장에 대한 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자(20)의 편광 소거비(contrast ratio; CR) 및 스루풋(throughput)을 나타내는 그래프이다. 여기서, 편광 소거비(CR)는 s-편광 광에 대한 와이어 그리드 편광자(20)의 투과율(Ts)과 p-편광 광에 대한 와이어 그리드 편광자(20)의 투과율(Tp)의 비(Tp/Ts)를 의미하는 것으로, 도 3에서는 편광 소거비의 로그 값을 표시하고 있다. 또한, 스루풋은 s-편광 광에 대한 와이어 그리드 편광자(20)의 반사율(Rs)과 p-편광 광에 대한 와이어 그리드 편광자(20)의 투과율(Tp)의 곱(Tp×Rs) 을 나타낸다. 그리고, 도 5 및 도 6은 각각 540nm 파장에 대한 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자(20)의 편광 소거비 및 스루풋을 나타내는 그래프이며, 도 7 및 도 8은 각각 650nm 파장에 대한 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자(20)의 편광 소거비 및 스루풋을 나타내는 그래프이다.

도 3 내지 도 8의 그래프는, 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어(22,24)의 재료로서 알루미늄을 사용하고, 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어(22,24)의 채움 계수가 모두 0.25이며, 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어(22,24)의 높이가 모두 150nm, 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어(22,24)의 배치 주기가 모두 200nm 이고, 기판(21)과 층간층(23)의 굴절률이 1.5 인 경우에 대해 RCWA(rigorous coupled- wave analysis) 해석 방법으로 시뮬레이션된 결과이다.

도 3 내지 도 8의 그래프를 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자(20)의 편광 소거비 및 스루풋은 층간층(23)의 두께가 약 150±50nm일 때, 1000:1 이상의 편광 소거비와 70% 이상의 스루풋을 얻을 수 있다. 따라서, 층간층(23)의 두께는 위에서 제시된 조건의 경우에 약 150±50nm 인 것이 적당하며, 최적의 값은 입사광의 파장에 따라 상기 범위 내에서 조금씩 달라질 수 있다. 또한, 도 3 내지 도 8의 그래프를 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자(20)의 편광 소거비 및 스루풋은 층간층(23)의 두께 변화에 따라 주기적으로 변화한다. 이는 앞서 언급한 페브리 페로 간섭 효과에 의한 것으로, 최대 성능을 얻기 위한 층간층(23)의 두께는 페브리 페로 간섭 효과를 고려할 때 다음과 같이 주어질 수 있다.

nd = mλ/2

여기서, d는 층간층(23)의 두께이며, n은 층간층(23)의 굴절률, λ는 입사광의 파장이고, m 은 임의의 자연수이다. 앞서 설명한 바와 같이, 층간층(23)의 두께가 너무 두꺼우면 제 1 전도성 금속 와이어(22)와 제 2 전도성 금속 와이어(24)가 각각 개별적인 광학적 작용을 하게되므로, m = 1 이 특히 적당할 것이다.

이하에서는, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자(20)의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다.

도 9a 내지 도 9h는 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자(20)를 제조하는 방법에 관한 일 실시예를 도시하고 있다. 먼저, 도 9a를 참조하면, 예컨대, 유리 등과 같은 광투과성 기판(21) 위에 알루미늄과 같은 제 1 전도성 금속층(30)을 증착한다. 증착 두께는 이후에 형성될 제 1 전도성 금속 와이어(22)의 두께에 따른다. 예컨대, 약 150nm의 두께로 제 1 전도성 금속층(30)을 증착할 수 있다.

다음으로, 도 9b를 참조하면, 상기 제 1 전도성 금속층(30) 위에 일정한 간격으로 나란하게 배열된 형태의 제 1 격자 패턴(31)을 전사한다. 상기 제 1 격자 패턴(31)은 이후에 형성될 제 1 전도성 금속 와이어(22)와 동일한 패턴을 갖는다. 예컨대, 제 1 격자 패턴(31)의 배치 주기는 약 200nm일 수 있다. 이러한 크기의 배치 주기를 갖는 제 1 격자 패턴(31)은, 예컨대, step&repeat 방식, roll-to-roll 방식, 열전사 방식, UV-전사 방식 등과 같은 나노 임프린트 방법으로 형성될 수 있다. 그런 후, 상기 제 1 격자 패턴(31)을 마스크로서 이용하여, 광투과성 기판(21) 이 노출될 때까지 상기 제 1 전도성 금속층(30)을 에칭한다. 그리고, 잔여하고 있는 제 1 격자 패턴(31)을 제거하면, 도 9c에 도시된 바와 같이, 기판(21) 위에 제 1 전도성 금속 와이어(22)가 형성된다.

이렇게 형성된 제 1 전도성 금속 와이어(22) 위에 바로 층간층(23)을 형성하면, 상기 제 1 전도성 금속 와이어(22)가 훼손될 수도 있으며, 층간층(23)이 평탄하게 형성되지 않을 수도 있다. 따라서, 제 1 전도성 금속 와이어(22)를 보호하고 층간층(23)이 평탄하게 형성될 수 있도록, 도 9d에 도시된 바와 같이, 제 1 전도성 금속 와이어(22)들의 간격 사이에 광투과성 유전체 재료(25)를 채우고 평탄화시킬 수도 있다.

그런 후, 도 9e에 도시된 바와 같이, 제 1 전도성 금속 와이어(22)와 광투과성 유전체 재료(25) 위에 층간층(23)을 형성한다. 층간층(23)은, 예컨대, 스핀 코팅 등의 방식으로 쉽게 형성할 수 있다. 이때 형성되는 층간층(23)의 두께는, 앞서 설명한 바와 같은 최적의 두께가 되어야 한다. 예컨대, 층간층(23)을 약 150nm의 두께로 스핀 코팅하여 형성할 수 있다.

이렇게 형성된 층간층(23) 위에, 도 9f에 도시된 바와 같이, 예컨대 알루미늄으로 이루어진 제 2 전도성 금속층(32)을 증착한다. 증착 두께는 이후에 형성될 제 2 전도성 금속 와이어(24)의 두께에 따른다. 예컨대, 약 150nm의 두께로 제 2 전도성 금속층(32)을 증착할 수 있다. 그런 후, 도 9g를 참조하면, 상기 제 2 전도성 금속층(32) 위에 일정한 간격으로 나란하게 배열된 형태의 제 2 격자 패턴(33)을 전사한다. 상기 제 2 격자 패턴(33)은 이후에 형성될 제 2 전도성 금속 와이 어(24)와 동일한 패턴을 갖는다. 예컨대, 제 2 격자 패턴(33)은 약 200nm의 배치 주기를 가질 수 있으며, 제 1 전도성 금속 와이어(22)의 간격 사이에 배치될 수 있다. 이러한 제 2 격자 패턴(33)은, 예컨대, step&repeat 방식, roll-to-roll 방식, 열전사 방식, UV-전사 방식 등과 같은 나노 임프린트 방법으로 형성될 수 있다.

마지막으로, 상기 제 2 격자 패턴(33)을 마스크로서 이용하여, 층간층(23)이 노출될 때까지 상기 제 2 전도성 금속층(32)을 에칭한다. 그런 다음, 잔여하고 있는 제 2 격자 패턴(33)을 제거하면, 도 9h에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자(20)가 완성된다. 한편, 도시되지는 않았지만, 제 1 전도성 금속 와이어(22)와 마찬가지로, 제 2 전도성 금속 와이어(24) 사이에도 상기 제 2 전도성 금속 와이어(24)를 보호하기 위하여 광투과성 유전체 재료를 채울 수도 있다.

한편, 도 10a 내지 도 10e는 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자(20)를 제조하는 방법에 관한 다른 실시예를 도시하고 있다.

먼저, 도 9a 내지 도 9d에 도시된 과정을 통해, 기판(21) 위에 제 1 전도성 금속 와이어(22)를 형성한다. 그런 후, 도 10a에 도시된 바와 같이, 제 2 기판(34) 위에 릴리스층(release layer)(35), 층간층(23) 및 제 2 전도성 금속층(32)을 연속하여 적층한다. 여기서, 릴리스층(35)은, 이후에 층간층(23)과의 분리가 용이하도록 소수성(hydrophobic) 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 층간층(23)은 앞서 설명한 바와 같이 광투과성 재료를 스핀 코팅하여 형성한다.

그런 후, 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 전도성 금속층(32) 위에 일 정한 간격으로 나란하게 배열된 형태의 제 2 격자 패턴(33)을 전사한다. 그리고, 상기 제 2 격자 패턴(33)을 마스크로서 이용하여, 층간층(23)이 노출될 때까지 상기 제 2 전도성 금속층(32)을 에칭한 다음, 잔여하고 있는 제 2 격자 패턴(33)을 제거한다. 그러면, 도 10c에 도시된 바와 같이, 층간층(23) 위에 제 2 전도성 금속 와이어(24)가 형성된다. 다음으로, 도 10d에 도시된 바와 같이, 릴리스층(35)으로부터 층간층(23)을 분리한다. 이렇게 분리된 층간층(23)을, 도 10e에 도시된 바와 같이, 제 1 전도성 금속 와이어(22) 위에 접합함으로써, 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자(20)가 완성된다. 이때, 제 1 전도성 금속 와이어(22)와 제 2 전도성 금속 와이어(24)가 서로 엇갈리게 배치되도록 상기 층간층(23)을 접합하여야 한다.

도 10a 내지 도 10e의 실시예에서는 릴리스층(35)을 이용하여 층간층(23)을 분리한 다음, 분리된 층간층(23)을 제 1 전도성 금속 와이어(22) 위에 접합하였다. 그러나 이러한 분리 과정 없이 제 2 기판(34)을 직접 제 1 전도성 금속 와이어(22) 위에 접합하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 릴리스층(35)을 적층할 필요가 없으며, 제 2 기판(34)은 광투과성 재료로 이루어져야 한다. 또한, 제 2 기판(34)과 층간층(23)을 합한 두께가, 앞서 설명한 최적의 두께가 되어야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자(20)는 종래에 비하여 제조가 매우 용이하다. 따라서, 대면적의 와이어 그리드 편광자를 제조하는 것이 가능하여, 액정 디스플레이 장치나 프로젝터와 같은 다양한 광학기기에 적용할 수 있다. 도 11은 이러한 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자(20) 를 채용한 액정 디스플레이 장치(100)를 예시적으로 도시하고 있으며, 도 12는 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자(20)를 채용한 프로젝터(110)를 예시적으로 도시하고 있다.

먼저, 도 11을 참조하면, 상기 액정 디스플레이 장치(100)는 백라이트 유닛(40), 영상을 디스플레이 하는 액정 패널(50), 및 상기 백라이트 유닛(40)과 액정 패널(50) 사이에 배치된 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자(20)를 포함하고 있다. 백라이트 유닛(40) 내부의 하면에는 반사판(41)이 설치되어 있어서, 상기 와이어 그리드 편광자(20)에서 반사된 광을 재활용할 수 있다. 액정 패널(50)은 공지된 바와 같이, 액정층(51)의 전면과 배면에 각각 전면 편광자(52)와 배면 편광자(53)가 배치된 구조를 갖는다.

이러한 구조에서, 백라이트 유닛(40)으로부터 방출된 광이 와이어 그리드 편광자(20)에 입사하면, 입사광 중에서 예컨대 p-편광 광은 상기 와이어 그리드 편광자(20)를 투과하는 반면, s-편광 광은 와이어 그리드 편광자(20)에 의해 반사된다. 와이어 그리드 편광자(20)를 투과한 광은 액정 패널(50)의 배면 편광자(53)를 통해 액정층(51)에 입사하여 화상 형성에 사용된다. 이를 위해, 상기 액정 패널(50)의 배면 편광자(53)와 와이어 그리드 편광자(20)는 동일한 편광 방향을 갖도록 배치되어야 한다. 그러나, 배면 편광자(53)를 제거하고 와이어 그리드 편광자(20)를 액정 패널(50)의 배면 편광자로서 사용하는 것도 가능하다.

한편, 와이어 그리드 편광자(20)에 의해 반사된 광은 백라이트 유닛(40)의 반사판(41)에 의해 반사된 후, 다시 와이어 그리드 편광자(20)에 입사한다. 비록 도면에는 도시되어 있지 않지만, 백라이트 유닛(40)에는 광 분포를 균일하게 하기 위한 확산판이 배치되어 있어서, 상기 확산판에 의해 s-편광 광은 무편광 상태의 광으로 변환된다. 따라서, 반사판(41)에 의해 반사된 광의 일부는 와이어 그리드 편광자(20)를 통과할 수 있다. 이러한 방식으로 백라이트 유닛(40)으로부터 방출된 광의 대부분이 활용될 수 있기 때문에, 액정 디스플레이 장치(100)는 높은 휘도를 가질 수 있으며 소비전력이 절감될 수 있다.

또한, 도 12를 참조하면, 상기 프로젝터(110)는 광원(62), 상기 광원(62)에 방출된 광을 균질화하는 인터그레이터(63), 상기 인터그레이터(63)에 의해 균질화된 광을 평행광으로 바꾸는 콜리메이팅 렌즈(64), 상기 광원(62)으로부터 입사한 광을 변조하여 화상을 형성하는 액정 패널(50), 상기 액정 패널(50)의 광입사면측에 배치된 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자(20), 상기 액정 패널(50)로부터의 광을 스크린(70)에 투사하는 투사광학계(65), 및 상기 광원(62)의 뒤쪽에 배치되어 액정 패널(50)을 향해 광을 반사하는 반사경(61)을 포함하고 있다. 도 12에는, 와이어 그리드 편광자(20)가 콜리메이팅 렌즈(64)와 액정 패널(50) 사이에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 액정 패널(50)의 광입사면측에 있는 광경로의 어느 곳에 배치되더라도 무방하다. 또한, 도 12에는 투사광학계(65)로서 하나의 렌즈만을 대표적으로 도시하고 있지만, 다수의 렌즈들로 구성되는 것도 가능하다. 액정 패널(50)은 앞서 설명한 바와 같이, 액정층(51)의 전면과 배면에 각각 전면 편광자(52)와 배면 편광자(53)가 배치된 구조를 갖는다.

이러한 구조에서, 광원(62)에서 방출된 광은 인터그레이터(63)에 의해 균질 화된 다음, 콜리메이팅 렌즈(64)에 의해 평행광으로 바뀐다. 그런 후, 와이어 그리드 편광자(20)에 의해, 예컨대 p-편광 광은 투과되고 s-편광 광은 반사된다. 투과된 p-편광 광은 액정 패널(50)에 의해 화상을 갖도록 변조된 다음, 투사광학계(65)에 의해 스크린(70)에 투사된다.

한편, 반사된 s-편광 광은 광원(62) 뒤쪽의 반사경(61)에 의해 반사되어, 인터그레이터(63)와 콜리메이팅 렌즈(64)를 통해 와이어 그리드 편광자(20)에 다시 입사한다. 이 과정에서, s-편광 광은 인터그레이터(63)에 의해 무편광 상태의 광으로 변환된다. 따라서, 반사경(61)에 의해 반사된 광의 일부는 와이어 그리드 편광자(20)를 통과할 수 있다. 이러한 방식으로 광원(62)으로부터 방출된 광의 대부분이 활용될 수 있기 때문에, 프로젝터(110)는 높은 휘도를 가질 수 있으며 소비전력이 절감될 수 있다.

본 발명에 따르면, 와이어 그리드 편광자의 전도성 금속 와이어가 2개의 층으로 형성되어 있기 때문에, 종래에 비해 금속 와이어의 배치 주기를 두 배 정도 넓게 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자는 종래의 단일층 와이어 그리드 편광자와 동일한 성능을 유지하면서도, 종래에 비해 제조가 매우 용이하다.

지금까지, 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도 시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.

Claims (19)

1. 광투과성 기판;

   상기 광투과성 기판 위에 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 1 전도성 금속 와이어;

   상기 제 1 전도성 금속 와이어 위에 배치된 광투과성 층간층; 및

   상기 층간층 위에 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 2 전도성 금속 와이어;를 포함하며,

   상기 제 1 전도성 금속 와이어와 제 2 전도성 금속 와이어가 서로 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 층간층의 두께 d는 다음의 관계식을 만족하며

   nd = mλ/2,

   여기서, n은 층간층의 굴절률, λ는 입사광의 파장, m 은 자연수인 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어 각각의 폭은 채움 계수가 0.15 내지 0.35 의 범위 내에 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 층간층의 두께는 150±50nm 이며, 제 1 전도성 금속 와이어 및 제 2 전도성 금속 와이어 각각의 배치 주기는 200nm 이고, 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어 각각의 채움 계수는 0.25인 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 전도성 금속 와이어들의 간격 사이에 또는 상기 제 2 전도성 금속 와이어들의 간격 사이에 광투과성 재료가 채워지는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자.
6. 하부에 반사판이 설치된 백라이트 유닛;

   영상을 디스플레이 하는 액정 패널; 및

   상기 백라이트 유닛과 액정 패널 사이에 배치된 것으로, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 1 전도성 금속 와이어들의 간격 사이에 또는 상기 제 2 전도성 금속 와이어들의 간격 사이에 광투과성 재료가 채워지는 것을 특징으로 하는 액정 디스 플레이 장치.
8. 광원;

   상기 광원으로부터의 광을 변조하는 액정 패널;

   상기 액정 패널의 광입사면측에 배치된 것으로, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자;

   상기 액정 패널로부터의 광을 투사하는 투사광학계; 및

   상기 광원의 뒤쪽으로 배치되어 광을 액정 패널을 향해 반사하는 반사경;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제 1 전도성 금속 와이어들의 간격 사이에 또는 상기 제 2 전도성 금속 와이어들의 간격 사이에 광투과성 재료가 채워지는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
10. 광투과성 기판 위에 제 1 전도성 금속층을 형성하는 단계;

    상기 제 1 금속층을 에칭하여 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 1 전도성 금속 와이어를 형성하는 단계;

    상기 제 1 전도성 금속 와이어 위에 광투과성 층간층을 형성하는 단계;

    상기 층간층 위에 제 2 전도성 금속층을 형성하는 단계;

    상기 제 2 금속층을 에칭하여 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 2 전도성 금속 와이어를 형성하는 단계;를 포함하며,

    상기 제 1 전도성 금속 와이어와 제 2 전도성 금속 와이어가 서로 엇갈리도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 광투과성 층간층을 형성하기 전에, 상기 제 1 전도성 금속 와이어들의 간격 사이에 광투과성 재료를 채우고 평탄화하는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 층간층의 두께 d는 다음의 관계식을 만족하며

    nd = mλ/2,

    여기서, n은 층간층의 굴절률, λ는 입사광의 파장, m 은 자연수인 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 1 전도성 금속 와이어를 형성하는 단계는:

    상기 제 1 전도성 금속층 위에 일정한 간격으로 나란하게 배열된 형태의 격자 패턴을 전사하는 단계;

    상기 격자 패턴을 마스크로서 이용하여 광투과성 기판이 노출될 때까지 상기 제 1 전도성 금속층을 에칭하는 단계; 및

    상기 격자 패턴을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징을 하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
14. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 2 전도성 금속 와이어를 형성하는 단계는:

    상기 제 2 전도성 금속층 위에 일정한 간격으로 나란하게 배열된 형태의 격자 패턴을 전사하는 단계;

    상기 격자 패턴을 마스크로서 이용하여 층간층이 노출될 때까지 상기 제 2 전도성 금속층을 에칭하는 단계; 및

    상기 격자 패턴을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징을 하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
15. 제 10 항에 있어서,

    상기 제 2 전도성 금속 와이어를 형성한 후에, 상기 제 2 전도성 금속 와이어들의 간격 사이에 광투과성 재료를 채우고 평탄화하는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
16. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 전도성 금속 와이어 각각의 폭은 채움 계수가 0.15 내지 0.35 의 범위 내에 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
17. 광투과성 제 1 기판 위에 제 1 전도성 금속층을 형성하는 단계;

    상기 제 1 금속층을 에칭하여 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 1 전도성 금속 와이어를 형성하는 단계;

    제 2 기판 위에 소수성 재료로 된 릴리스층을 형성하는 단계;

    상기 릴리스층 위에 광투과성 재료로 된 층간층을 형성하는 단계;

    상기 층간층 위에 제 2 전도성 금속층을 형성하는 단계;

    상기 제 2 금속층을 에칭하여 일정한 간격으로 나란하게 배치된 다수의 제 2 전도성 금속 와이어를 형성하는 단계; 및

    상기 릴리스층으로부터 층간층을 분리하여 상기 제 1 전도성 금속 와이어 위에 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중층 구조의 와이어 그리드 편광자를 제조하는 방법.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 제 1 전도성 금속 와이어와 제 2 전도성 금속 와이어가 서로 엇갈리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.
19. 제 17 항에 있어서,

    상기 층간층의 두께 d는 다음의 관계식을 만족하며

    nd = mλ/2,

    여기서, n은 층간층의 굴절률, λ는 입사광의 파장, m 은 자연수인 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법.

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