KR20120040412A - 와이어 그리드 편광자의 패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이어 그리드 편광자의 패턴형성방법에 관한 것으로, 특히 기판상에 프리코팅(pre-coating)을 수행하여 레진층을 형성하는 1단계와 상기 레진층상에 패턴을 형성하는 2단계, 상기 패턴이 형성된 레진층을 경화하는 3단계를 포함하는 공정으로 구현될 수 있다.
본 발명에 따르면, 와이어그리드 편광자를 제작함에 있어 프리코팅공정을 통해 레진층의 두께를 효율적으로 컨트롤할 수 있음은 물론, 잔여막의 두께를 얇게 제작할 수 있어 광학특성의 향상을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

와이어 그리드 편광자의 패턴 형성방법{FORMING METHOD OF PATTERN FORA WIRE GRID POLARIZER}

본 발명은 와이어 그리드 편광자의 패턴형성방법에 관한 것이다.

일반적으로, 편광자 혹은 편광 소자란 자연광과 같은 비편광된 빛 중에서 특정한 진동 방향을 갖는 직선 편광을 끌어내는 광학 소자를 의미한다. 광학소자 중의 한 종류인 와이어 그리드 편광자는 전도성 와이어 그리드(wire grid)를 이용하여 편광을 만들어낸 광학소자이다. 이는 다른 편광자에 비해 높은 편광분리성능을 갖기 때문에 오래전부터 적외선 영역의 파장대에 있어 유용한 반사형 편광자로 사용되어 왔다.

일반적으로, 입사되는 전자기파의 반 파장보다 금속 선 배열의 주기가 짧을 경우, 금속선과 평행한 편광 성분(s 파)은 반사되고 수직한 편광 성분(p 파)은 투과한다. 이 현상을 이용하면 편광 효율이 우수하고, 투과율이 높으며, 시야각이 넓은 평판 편광자(planar polarizer)를 제작할 수 있다. 이러한 소자를 선 격자 편광자 또는 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)라고 한다.

도 1은 종래의 와이어그리드 편광자의 구조와 기능을 도시한 것으로, 일정한 주기(A)를 가지고 배치되는 일정 두께(h)의 금속격자(2)가 기판(1)상에 배열된 구조를 구비하며, 이러한 와이어 그리드 편광자의 미세 금속격자의 주기는 특히 가시광선 파장의 절반 이하로 제작하게 된다. 이러한 와이어 그리드 편광자는 입사광의 파장보다 충분히 작을 경우 비편광 상태의 빛이 입사될 때 전도성의 와이어 그리드와 직교하는 벡터를 가지는 성분, 즉 P 편광은 투과하고 와이어 그리드와 평행한 벡터를 가지는 성분, 즉 S 편광은 반사시키게 된다.

기존의 WGP(wire gird polarizer)는 나노급의 격자 구조가 기재의 표면 위에 위치해 있어서, 기재와의 접착면이 한 면 밖에 없고, 금속선격자의 접착력 및 경도가 낮아 내구성이 떨어게 되는 문제가 발생한다. 나아가 이러한 문제는 제품 적용 시 조립과정이나 사용 중에 금속 선격자가 무너지거나 스크레치가 발생하는 등 물리적으로 취약한 단점으로 적용되어 전체 제품의 신뢰성을 하락을 초래하게 된다.

종래에는 이런 물리적인 문제점들을 보완하기 위해 종래의 기술들은 금속 선 격자들을 보호하기 위해 주로 고가의 금속재질을 사용하였으나, 이는 금속재료의 가격이 높아 제조비용을 높이며, 양산성 또한 하락하게 되는 문제를 발생시키게 된다. 또한, 금속 선격자를 보호하기 위한 보호층을 형성 시 광특성의 저하나 변화가 발생하는 문제점이 부가적으로 발생하게 되었다.

이를 해결하기 위해, 기판상에 레진을 형성하여 패턴을 구현하는 방법이 제안되었으나, 기판층위에 바로 패턴을 임프린팅하는 공정을 구현하기에는 레진의 제약이 많으며, 레진도포시 기판위의 레진층의 두께를 얇고 균일하게 제어하기가 매우 어려운 문제가 발생하였다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 와이어그리드 편광자를 제작함에 있어 프리코팅공정을 통해 레진층의 두께를 효율적으로 컨트롤할 수 있음은 물론, 잔여막의 두께를 얇게 제작할 수 있어 광학특성의 향상을 구현할 수 있는 패턴형성방법을 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은 기판상에 프리코팅(pre-coating)을 수행하여 레진층을 형성하는 공정; 상기 레진층상에 패턴을 형성하는 공정 및 상기 패턴이 형성된 레진층을 경화하는 공정을 포함하는 와이어 그리드 편광자의 패턴 형성방법을 제공할 수 있도록 한다.

이 경우, 상기 공정에서의 상기 프리코팅공정은, 레진을 상기 기판위에 도포하되, 바코팅, 롤코팅, 마이크로그라비아코팅 중 어느 하나의 방법으로 레진의 높이를 조절하며 레진층을 형성하는 단계로 구현할 수 있다.

또한, 상기 프리코팅 공정이 수행되는 직후에 가경화공정이 수행되도록 구현할 수 있다.

특히, 상기 패턴형성공정은 레진층이 형성된 상기 기판을 패턴롤과 프레스롤의 사이로 인입하여 패턴을 형성하는 공정으로 구현할 수 있다.

아울러, 상술한 공정에 사용되는 상기 레진층은 자외선경화형레진 또는 열경화레진을 이용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 와이어그리드 편광자를 제작함에 있어 프리코팅공정을 통해 레진층의 두께를 효율적으로 컨트롤할 수 있음은 물론, 잔여막의 두께를 얇게 제작할 수 있어 광학특성의 향상을 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 와이어그리드 편광자의 구조와 기능을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 패턴 형성공정을 도시한 공정개념도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 2는 본 발명이 구현하고자 하는 와이어 그리드 편광자의 구조 및 작용 원리를 나타낸 사시도이다.

본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자는 기판상에 소정 간격으로 나란하게 배치되는 다수개의 와이어 그리드(격자구조물)를 포함한다. 이러한, 와이어 그리드 편광자는 피치(pitch;격자의 폭과 격자 간 간격을 의미한다.)가 입사광의 파장보다 충분히 작을 경우 비편광 상태의 빛이 입사될 때 전도성의 와이어 그리드와 직교하는 벡터를 가지는 성분, 즉 P 편광은 투과하고 와이어 그리드와 평행한 벡터를 가지는 성분, 즉 S 편광은 반사시키게 된다.

이러한 와이어 그리드 편광자의 광학 특성은 투과율, 편광효율, 편광 소멸비를 고려하여 평가할 수 있다. 편광효율은 (Tp - Ts)/(Tp + Ts), 여기서, Tp는 P파 투과율, Ts는 S파 투과율이다. 편광 소멸비는 Tp/Ts 이다. 즉, 세 가지 특성을 평가하여 필요한 용도를 정할 수 있다.

본 발명에 따른 다수 개의 와이어 그리드는 적어도 두 개의 층에 형성되며, 도 1에 도시된 바와 같이 기판(10) 상에 소정의 간격으로 나란하게 배치되는 제1격자(11)를 다수 구비한 제1격자층과, 상기 제1격자층의 제1격자(11) 상에 형성된 제2격자(12)를 다수 구비한 제2격자층을 포함한다.

와이어 그리드 편광자의 광학 특성은 제1 및 제2격자(11, 12) 각각의 폭, 높이에 따라 또는 제1격자의 피치와 제2격자의 피치에 따라 달라지게 된다. 특히 기본적으로는 제1격자층의 두께를 균일하고 얇게 형성하여야 만이 광학특성이 좋아지게 된다. 따라서, 본 발명은 상기 제1격자층을 구성하는 레진층의 두께를 얇고 균일하게 컨트롤할 수 있는 방법에 관한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 패턴 형성방법의 공정을 도시한 공정개념도이다.

도시된 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 패턴 형성공정은 기판상에 프리코팅(pre-coating)을 수행하여 레진층을 형성하는 1단계와 상기 레진층상에 패턴을 형성하는 2단계, 그리고 상기 패턴이 형성된 레진층을 경화하는 3단계를 포함하여 형성된다.

구체적으로 살펴보면, 우선 본 발명에 따른 공정의 1단계는 기판(110) 상에 레진층(120)을 프리코팅 공정을 통해 형성하게 된다.

1. 레진층의 형성공정(A: 프리코팅공정)

상기 기판(110)은 와이어그리드편광자의 특성상 가시광선을 투과시킬 수 있는 유리 기판, Quartz, 아크릴, PC 및 PET 등을 포함하는 다양한 고분자 등이 사용될 수 있다. 특히 본 발명에서는 일정 정도의 유연성을 가지는 광학용 필름기재를 이용하는 공정을 통해 연속공정으로 처리할 수 있도록 함이 더욱 바람직하다.

상기 기판(110) 상에 형성되는 레진층(120)은 상술한 제1격자 패턴이 형성되는 구성부분으로, 균일한 막두께를 형성하기 위해 레진을 상기 기판 위에 도포하되, 바코팅, 롤코팅, 마이크로그라비아코팅 중 어느 하나의 방법으로 레진의 높이를 조절하는 방식으로 구현됨이 바람직하다. 상기 레진층(120)은 상기 기판(110)의 상부면에 밀착하여 형성되며, 재질은 폴리머를 소재로 하는 수지층으로 구현될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 자외선경화형레진 또는 열경화레진을 이용할 수 있다.

본 발명에서 특징적인 부분으로는 프리코팅공정을 통해 상기 레진층의 두께를 기판의 두께에 따라 다양하게 컨트롤 할 수 있다는 것이다.

이를 테면, 바코팅 방법의 경우, 레진을 도포하면서 바코터(bar coater; C)와 같은 도구로 레진의 높이를 제어하며 코팅을 진행함으로써, 레진층의 두께를 조절할 수 있으며, 롤코팅의 경우 두 개의 수직배열된 롤사이로 레진을 도포하면서 기판을 이동시키면서 레진층의 두께를 컨트롤할 수 있게 된다. 볼 발명에서는 코팅방식을 바코팅, 롤코팅, 마이크로그라비아코팅을 일례로 들었으나, 비단 여기에 한정되는 것은 아니며, 코팅의 두께를 조절할 수 있는 다양한 코팅방식은 모두 본 공정에 적용이 가능함은 물론이다.

본 프리코팅 공정이 진행된 후 경화장비(150)를 추가로 부가하여 자외선경화 또는 열경화공정을 통해 가경화공정을 구현하는 공정을 추가할 수 있다.

2.패턴형성공정(B:임프린팅)

이후, 프리코팅이 진행된 이후에는 상술한 제1격자패턴을 구현하기 위한 패턴롤(130)과 기판가압을 위한 프레스롤(140)의 사이로 상기 레진층(120)이 형성된 기판(110)을 진행시켜 패턴을 상기 레진층 위에 임프린팅시키는 방식으로 패턴을 구현할 수 있다. 본 공정은 상기 1단계의 레진층의 형성공정과 연속공정으로 진행시킴이 더욱 바람직하다.

3. 본경화공정(C:curing)

상술한 패턴형성공정이 진행된 이후에는 자외선조사장치 또는 히터 등의 본경화장치(160)을 이용하여 자외선경화 또는 열경화공정을 통해 본경화공정이 진행된다.

이상과 같은 와이어 그리드 편광자를 제작하는 경우, 기판 상에 형성되는 레진층과 이 레진층 상에 형성되는 패턴을 구현하는 공정을 프리코팅공정을 통해 기판상에 레진을 도포하여 균일한 막두께를 형성하고, 연속공정으로 패턴을 임프린팅하게 되면, 레진층의 두께를 손쉽게 컨트롤하여 더욱 균일하고 박형화된 레진층을 구현할 수 있게 되어, 광학특성의 향상을 가져올 수 있게 된다.

본 공정에 따라 기판상에 패턴이 구현된 레진층을 구비한 와이어 그리드 편광자를 구현할 수 있게 되며, 나아가 상기 패턴의 상부에는 알루미늄, 크롬, 은, 구리, 니켈, 코발트 중 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금을 이용하여 독립적인 금속격자패턴을 증착등의 공정을 통해 돌출구조물이 형성되는 구조로 변형 구현하는 것도 가능하다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110: 기판
120: 레진층
130: 패턴롤
140: 프레스롤
150: 가경화장치
160: 본경화장치

Claims (5)

1. 기판상에 프리코팅(pre-coating)을 수행하여 레진층을 형성하고,
   상기 레진층상에 패턴을 형성하며, 상기 패턴이 형성된 레진층을 경화하는 와이어 그리드 편광자의 패턴 형성방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 프리코팅공정은,
   레진을 상기 기판 위에 도포하되,
   바코팅, 롤코팅, 마이크로그라비아코팅 중 어느 하나의 방법으로 레진의 높이를 조절하며 레진층을 형성하는 단계인 와이어 그리드 편광자의 패턴 형성방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 프리코팅 공정이 수행되는 직후에 가경화공정이 수행되는 와이어 그리드 편광자의 패턴 형성방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 레진층 상에 패턴을 형성하는 공정은,
   레진층이 형성된 상기 기판을 패턴롤과 프레스롤의 사이로 인입하여 패턴을 형성하는 와이어 그리드 편광자의 패턴 형성방법.
   
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 레진층은 자외선경화형레진 또는 열경화레진을 이용하는 와이어그리드 편광자의 패턴 형성방법.

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