KR20100049763A - 와이어 그리드 편광자를 제조하기 위한 몰드 어셈블리 및 이러한 몰드 어셈블리를 이용한 와이어 그리드 편광자의 제조방법 - Google Patents

와이어 그리드 편광자를 제조하기 위한 몰드 어셈블리 및 이러한 몰드 어셈블리를 이용한 와이어 그리드 편광자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

와이어 그리드 편광자를 제조하기 위한 몰드 어셈블리 및 이러한 몰드 어셈블리를 이용한 와이어 그리드 편광자의 제조방법이 개시된다. 이러한 와이어 그리드 편광자의 제조방법은 서로 평행한 다수의 관통홀이 형성된 몰드를 투명기판 상부에 밀착하는 단계와, 상기 투명기판의 상기 관통홀에 도전페이스트를 충진하는 단계와, 상기 도전페이스트를 경화하여 상기 투명기판 상부에 부착하는 단계 및 상기 몰드를 상기 투명기판 상부로부터 이탈시키는 단계를 포함한다. 따라서, 포토리소그라피 공정에 비하여 제조 비용을 줄이고 대형 제품을 용이하게 제조할 수 있으며, 임프린팅 방식에 비하여 나노 스케일급의 스트라이프 패턴을 정밀하게 형성하여 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

Description

와이어 그리드 편광자를 제조하기 위한 몰드 어셈블리 및 이러한 몰드 어셈블리를 이용한 와이어 그리드 편광자의 제조방법{MOLD ASSEMBLY FOR MANUFACTURING WIRE GRID POLARIZER AND METHOD OF MANUFACTURING A WIRE GRID POLARIZER BY USING THE MOLD ASSEMBLY}
본 발명은 와이어 그리드 편광자를 제조하기 위한 몰드 어셈블리 및 이러한 몰드 어셈블리를 이용한 와이어 그리드 편광자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 와이어 그리드 편광자를 용이하게 제조하기 위한 몰드 어셈블리 및 이러한 몰드 어셈블리를 이용한 와이어 그리드 편광자의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정을 이용하여 영상을 표시하는 액정표시패널의 양면에는 편광판이 사용된다. 편광판은 백라이트 유닛으로부터 공급되는 광 중에서 특정 방향의 편광만을 투과시키며, 이론적으로 최대 50% 정도의 광만을 투과시킨다. 그러나, 실질적으로는 편광판 자체의 광 손실에 의해 광 투과율이 더욱 낮아지는 문제가 있다. 또한, 액정표시패널의 제작 비용 중에서 편광판의 재료비가 약 30% 정도를 차지하여 전체적인 제조 비용을 증가시키는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 최근에는 투명기판 상에 나노 스케일의 금 속 패턴을 스트라이프 형태로 형성한 와이어 그리드 편광판(Wire Grid Polarizer : WGP)에 대한 개발이 진행되고 있다.
종래의 와이어 그리드 편광판을 제조하는 방법으로는 크게, 나노 스케일의 포토리소그라피(photolithography) 공정을 적용하는 방법과, 유기물을 포함한 금속계 배선 재료를 임프린팅(imprinting)하는 방법이 있다.
그러나, 포토리소그라피 공정을 적용하는 경우에는 알루미늄, 크롬 등으로 이루어진 금속 스트라이프 패턴은 비교적 손쉽게 형성할 수 있으나, 제조 비용이 증가되고, 대형 제품에 적용하기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 임프린팅 방식을 적용하는 경우에는 원가 측면에서 유리할 수 있으나, 젤 상태의 액상 금속을 프린트하고 경화하는 과정에서 나노 스케일급의 선폭을 유지하기가 어려워 제조 수율이 떨어지는 근본적인 문제점을 내포하고 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 용이하게 와이어 그리드 편광자를 제조할 수 있는 몰드 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 제조 비용을 절감시키고, 대형화에 유리한 편광 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 몰드 어셈블리는 서로 평행한 다수의 관통홀이 형성된 몰드 및 상기 관통홀에 대응하고, 상기 관통홀의 폭보다 작은 폭을 갖는 돌출부를 갖는 가압몰드를 포함한다.
예컨대, 상기 몰드 및 상기 가압몰드는 실리콘(Si), 실리카(SiO2), 쿼츠 글래스(Quartz glass), 니켈, 플래티넘(Pt), 크롬(Cr), 고분자 물질 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자의 제조 방법은 서로 평행한 다수의 관통홀이 형성된 몰드를 투명기판 상부에 밀착하는 단계와, 상기 투명기판의 상기 관통홀에 도전페이스트를 충진하는 단계와, 상기 도전페이스트를 경화하여 상기 투명기판 상부에 부착하는 단계 및 상기 몰드를 상기 투명기판 상부로부터 이탈시키는 단계를 포함한다.
이때, 상기 몰드를 상기 투명기판 상부에 밀착하기 전에, 상기 투명기판 상 부에 접착층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 몰드를 상기 투명기판 상부에 밀착하기 전에, 상기 관통홀의 내부 측면에 윤활재를 코팅할 수 있다.
한편, 상기 도전페이스트를 경화하여 상기 투명기판 상부에 부착하는 단계는 상기 관통홀에 상기 도전페이스트가 충진된 상기 몰드에 적외선을 조사함으로써 달성되어질 수 있다. 또는 상기 도전페이스트를 경화하여 상기 투명기판 상부에 부착하는 단계는 상기 관통홀에 상기 도전페이스트가 충진된 상기 몰드를 유도가열(Induction heating)함으로써 달성되어질 수 있다.
한편, 상기 몰드를 상기 투명기판 상부로부터 이탈시키는 단계는, 상기 관통홀에 대응하는 볼록패턴이 형성된 가압몰드를 상기 몰드 상부에 정렬하는 단계 및 상기 몰드를 상기 가압몰드 방향으로 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전페이스트는 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au) 및 몰리브덴(Mo) 등의 단일 금속 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
이와 같은 와이어 그리드 편광자의 제조 방법에 따르면, 포토리소그라피 공정에 비하여 제조 비용을 줄이고 대형 제품을 용이하게 제조할 수 있으며, 임프린팅 방식에 비하여 나노 스케일급의 스트라이프 패턴을 정밀하게 형성하여 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명 을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있으며, 막(층)이 다른 막(층) 또는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 와이어 그리드 편광자를 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 와이어 그리드 편광자의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 와이어 그리드 편광자(100)는 투명기판(110) 및 투명기판(110) 상에 형성된 편광 패턴(120)을 포함한다.
기판(110)은 투명한 유리로 형성될 수 있다. 또는, 상기 투명기판(110)은 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 합성 수지를 통해 필름 형태로 형성될 수 있다.
상기 투명기판(110)의 일면에는 접착층(410)이 형성되고, 그 위에 편광 패턴(120)이 부착된다. 상기 접착층(410)은 편광 패턴(120)과 상기 금속층 사이에만 형성되고, 상부에 편광 패턴(120)이 존재하지 않는 부분에서는 제거될 수도 있다. 또는, 편광 패턴(120)은 접착층(410)없이 곧바로 상기 투명기판(110) 상부에 부착될 수도 있다.
편광 패턴(120)은 일방향으로 길게 연장되는 스트라이프(stripe) 형태의 격자선들(122)이 일정한 간격으로 배열된 구조를 갖는다.
편광 패턴(120)은 광반사율이 높은 금속으로 형성된다. 예를 들어, 편광 패턴(120)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au) 및 몰리브덴(Mo) 등의 단일 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 편광 패턴(120)은 상기한 단일 금속 또는 합금이 복수의 층으로 적층된 다층 구조로 형성될 수 있다. 바람직하게, 편광 패턴(120)은 우수한 광반사율과 낮은 광흡수율을 갖는 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)으로 형성된다.
일반적으로, 편광 패턴(120)의 편광기능은 격자선들(122) 중심 간의 간격으로 정의되는 피치(P), 격자선(122)의 선폭(W) 및 높이(H)에 영향을 받는다. 편광 패턴(120)이 편광자 기능을 하기 위해서는 격자선들(122) 간의 피치(P)가 입사광의 파장보다 작아야 한다. 만약, 피치(P)가 입사광의 파장보다 크면, 편광 패턴(120)은 편광자보다는 회절격자의 기능을 하여 입사광을 회절시킨다.
액정표시패널을 포함하는 표시 장치는 가시광선을 이용하여 영상을 표시하므 로, 와이어 그리드 편광자(100)를 액정표시장치에 적용하기 위해서는 편광 패턴(120)이 가시광선에 대하여 우수한 편광도를 갖는 것이 바람직하다. 가시광선의 파장이 약 400㎚ ~ 700㎚ 임을 고려하면, 편광 패턴(120)의 피치(P)는 400㎚ 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 가시광선에 대한 보다 확실한 편광을 위하여, 편광 패턴(120)의 피치(P)는 약 100㎚ ~ 200㎚로 설계되고, 격자선(122)의 선폭(W)은 피치(P)의 약 0.5배인 50㎚ ~ 100㎚ 정도로 설계될 수 있다.
한편, 와이어 그리드 편광자(100)의 편광투과율은 와이어 그리드 편광자(100)에 입사된 광량에 대해 편광투과된 광량의 비율로 정의된다. 와이어 그리드 편광자(100)의 편광투과율은 피치(P) 및 선폭(W)보다는 격자선(122)의 높이(H)에 더 큰 영향을 받는다. 예를 들어, 와이어 그리드 편광자(100)의 편광투과율을 높이기 위하여, 격자선(122)의 높이(H)는 피치(P)와 약 1:1의 비율로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 격자선(122)은 약 100㎚ ~ 200㎚의 높이(H)로 형성된다.
이하, 도 1에 도시된 와이어 그리드 편광자의 제조 방법에 대하여 도면을 참고하여 설명하기로 한다.
도 3은 도 1에서 도시된 와이어 그리드 편광자를 제조하기 위한 몰드 어셈블리를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 몰드 어셈블리(300)는 몰드(320) 및 가압몰드(310)를 포함한다.
상기 몰드(320)는 서로 나란한 다수의 관통홀(321)을 포함한다. 상기 관통홀은 도면에 수직한 방향으로 길게 연장되고, 상기 다수의 관통홀(321)은 서로 나란하다.
상기 가압몰드(310)는 상기 몰드(320)의 상부에 배치되며, 다수의 돌출부(311)를 포함한다. 상기 돌출부(311)는 상기 관통홀(321)에 대응하며, 돌출부(311)의 폭(W1)은 관통홀(321)의 폭(W2)보다 작아서, 상기 돌출부(311)는 상기 관통홀(321)에 삽입될 수 있다.
상기 몰드 어셈블리(300)의 몰드(320) 및 가압몰드(310)는 실리콘(Si), 실리카(SiO2), 쿼츠 글래스(Quartz glass), 니켈, 플래티넘(Pt), 크롬(Cr), 고분자 물질 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
예컨대, 가압몰드(310) 및 몰드(320)는 아래의 프로세스로 제조된다.
예컨대 실리콘 기판에 고분자층을 스프레이법 또는 스핀코팅법 등의 방법으로 형성한다. 상기 고분자층은 전자빔에 민감한 재료 예컨대 PMMA(polymethymethacrylate)로 형성될 수 있다. 이후, 고분자층 상부에 예컨대 상기 돌출부 (311) 또는 관통홀(321)에 대응하는, 또는 그 반대 영역에 대응하는 개구를 포함하는 마스크를 배치하고, 전자빔으로 조사한 후, 현상하여 고분자 층에 패턴을 형성한다.
이후, 패턴이 형성된 고분자층을 마스크로 사용하여 상기 실리콘 기판을 건식식각 또는 습식식각하고, 상기 고분자층을 제거하여 상기 가압몰드(310) 및 몰 드(320)를 제조한다.
한편, 대형 액정표시패널에 사용될 수 있도록 작은 사이즈로 형성된 상기 가압몰드(310) 및 몰드(320)를 서로 연결하여 대형 사이즈로 형성할 수도 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 투명기판(110)의 상부에 접착층(410)을 형성한다. 그러나, 상기 접착층(410)은 생략할 수도 있다.
도 4b를 참조하면, 몰드(320) 상부로부터 윤활액을 도포하여 몰드의 상부면 및 관통홀 측면을 커버하는 윤활층(510)을 형성한다.
도 4c를 참조하면, 윤활층(510)이 형성된 몰드(320)를 접착층(410)이 형성된 투명기판(110) 상부에 밀착시킨다. 그 후, 상기 관통홀 내부에 도전페이스트(122a)를 충진한다. 예컨대, 투명기판(110) 상부에 밀착된 몰드(320) 상부에 도전페이스트(122a)를 뿌리고, 상기 몰드(320) 상부를 스크레이프(scrape)한다.
이후, 상기 도전페이스트(122a)를 경화시킨다. 상기 도전페이스트(122a)를 경화시키기기 위해, 상기 몰드(320)를 적외선을 조사하여 경화시킬 수 있으며, 또는 유도가열(induction heating) 할 수도 있다. 즉, 유도가열기(induction heater) 내부의 코일에 교류전류를 흘러 교번 자속이 발생하게 함으로써, 도전페이스트(122a) 내부에 유도전류(와전류)를 발생시키고, 이 유도전류는 와전류손에 의해 주울열을 발생시켜 도전페이스트(122a)를 경화시킨다.
도 4d를 참조하면, 도전페이스트(122a)가 경화된 후, 상기 몰드(320)를 상기 투명기판(110)으로부터 이탈시켜 격자선(122)을 형성함으로써 와이어 그리드 편광자를 완성한다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 의한 와이어 그리드 편광자의 제조방법을 설명한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 5a를 참조하면, 투명기판(110)의 상부에 접착층(410)을 형성한다. 그러나, 상기 접착층(410)은 생략할 수도 있다.
도 5b를 참조하면, 접착층(410)이 형성된 투명기판(110)에 몰드(320)을 밀착하고, 몰드(320)의 관통홀에 도전페이스트(122a)를 충진한다. 도시되지는 않았으나, 도 4a에서 도시된 윤활층(510)이 형성된 몰드(320)를 접착층(410)이 형성된 투명기판(110)에 밀착하고, 몰드(320)의 관통홀에 도전페이스트(122a)를 충진할 수도 있다.
이후, 상기 도전페이스트(122a)를 경화시킨다. 상기 도전페이스트(122a)를 경화시키기기 위해, 상기 몰드(320)를 적외선을 조사하여 경화시킬 수 있으며, 또는 유도가열(induction heating) 할 수도 있다.
도 5c를 참조하면, 가압몰드(310)를 상기 몰드(320) 상부에 정렬시킨다. 보다 상세히, 상기 가압몰드(310)의 돌출부가 상기 몰드(320)의 관통홀에 형성된 격 자선(122) 상부에 배치되도록 가압몰드(310)를 정렬한다. 이때, 상기 가압몰드(310)의 미세이동을 위해서 예컨대 PZT 엑추에이터를 이용하여 정렬한다.
이후, 상기 몰드(320)를 상기 가압몰드(310) 방향으로 이동시켜 상기 가압몰드(310)의 돌출부들이 상기 몰드(320)의 관통홀에 형성된 격자선(122)을 가압하여 상기 관통홀로부터 밀어냄으로써 상기 몰드(320)로부터 상기 격자선(122)을 분리시킨다.
본 발명에 의하면, 몰드 어셈블리를 제조하고 난 후에는, 포토리소그래피 공정없이 와이어 그리드 편광자를 제조할 수 있다. 따라서, 와이어 그리드 편광자의 제조비용이 감소된다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 와이어 그리드 편광자를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 와이어 그리드 편광자의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1에서 도시된 와이어 그리드 편광자를 제조하기 위한 몰드 어셈블리를 도시한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자의 제조방법을 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 와이어 그리드 편광자 110 : 투명기판
120 : 편광 패턴 122 : 격자선
122a : 도전페이스트 300 : 몰드 어셈블리
310 : 가압몰드 311 : 돌출부
320 : 몰드 321 : 관통홀
410 : 접착층

Claims (9)

  1. 서로 평행한 다수의 관통홀이 형성된 몰드; 및
    상기 관통홀에 대응하고, 상기 관통홀의 폭보다 작은 폭을 갖는 돌출부를 갖는 가압몰드를 포함하는 몰드 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몰드 및 상기 가압몰드는 실리콘(Si), 실리카(SiO2), 쿼츠 글래스(Quartz glass), 니켈, 플래티넘(Pt), 크롬(Cr), 고분자 물질 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드 어셈블리.
  3. 서로 평행한 다수의 관통홀이 형성된 몰드를 투명기판 상부에 밀착하는 단계;
    상기 투명기판의 상기 관통홀에 도전페이스트를 충진하는 단계;
    상기 도전페이스트를 경화하여 상기 투명기판 상부에 부착하는 단계; 및
    상기 몰드를 상기 투명기판 상부로부터 이탈시키는 단계를 포함하는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 몰드를 상기 투명기판 상부에 밀착하기 전에, 상기 투명기판 상부에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 몰드를 상기 투명기판 상부에 밀착하기 전에, 상기 관통홀의 내부 측면에 윤활재를 코팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 도전페이스트를 경화하여 상기 투명기판 상부에 부착하는 단계는 상기 관통홀에 상기 도전페이스트가 충진된 상기 몰드에 적외선을 조사함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 도전페이스트를 경화하여 상기 투명기판 상부에 부착하는 단계는 상기 관통홀에 상기 도전페이스트가 충진된 상기 몰드를 유도가열(Induction heating)함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 몰드를 상기 투명기판 상부로부터 이탈시키는 단계는,
    상기 관통홀에 대응하는 볼록패턴이 형성된 가압몰드를 상기 몰드 상부에 정렬하는 단계; 및
    상기 몰드를 상기 가압몰드 방향으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 도전페이스트는 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au) 및 몰리브덴(Mo) 등의 단일 금속 또는 이들의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8861080B2 (en) 2011-05-13 2014-10-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Wire grid polarizers, methods of fabricating a wire grid polarizer, and display panels including a wire grid polarizer
KR20190047901A (ko) * 2017-10-30 2019-05-09 한국생산기술연구원 채널이 형성된 몰드를 이용한 나노와이어 패턴형성 방법

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