KR20120069014A - 투명 격벽들이 구비된 마스크 및 이를 포함하는 노광 장치 - Google Patents

투명 격벽들이 구비된 마스크 및 이를 포함하는 노광 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명 격벽들이 구비된 마스크 및 이를 포함하는 노광 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광원부, 상기 광원부에서 출사된 비편광 자외선을 위상이 다른 두 개의 편광으로 분리하여 출사시키는 광 분리부; 입사되는 편광의 진동 방향을 변경시킬 수 있는 다수의 투명 격벽들이 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 형성되어 있는 투명 마스크부; 및 상기 광 분리부에서 출사된 두 개의 편광 중 적어도 하나를 반사시켜 상기 두 편광이 상기 투명 격벽들이 형성된 방향을 기준으로 같은 각도로 이격된 두 위치에서 각각 입사되도록 하는 반사부를 포함함으로써 배향 방향이 상이한 두 패턴 영역을 동시에 배향시킬 수 있어 제조 공정을 간소화시킬 수 있고 공정 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 투명 격벽들이 구비된 마스크 및 이를 포함하는 노광 장치에 관한 것이다.

Description

투명 격벽들이 구비된 마스크 및 이를 포함하는 노광 장치 {MASK INCLUDING TRANSPARENT PARTITION WALLS AND LIGHT EXPOSURE APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 편광의 진동 방향을 선택적으로 변경시킬 수 있도록 구성된 마스크, 이 마스크를 포함함으로써 효과적인 패턴 형성이 가능한 노광 장치에 관한 것이다.
최근 액정표시장치 등을 제조함에 있어 마스크를 사용하여 패턴을 형성시키는 경우가 늘어나고 있다. 예컨대, 액정표시장치의 좁은 시야각 문제를 해결하기 위해 각 화소 내에서 주시야각 방향을 달리하여 시야각 보상 효과를 내는 멀티도메인 액정셀을 제작할 때나, 편광 안경 방식의 액정표시장치로 입체 영상을 구현하기 위해 패턴 리타더 (복굴절 매질 또는 위상차 필름이라고도 함)를 제작할 때가 그러하다.
이 중, 패턴 리타더(10)는 예컨대 도 1과 같이 기재 (1, 이는 경우에 따라 편광판일 수 있음), 그 일면에 형성되어 광에 의해 배향되는 배향막(2) 및 그 위에 형성된 액정 코팅층(3)을 포함하여 구성될 수 있으며, 이와 같이 구성된 패턴 리타더가 액정패널(20)의 일면에 접합된다.
액정 코팅층(3)은 예컨대 도 2와 같이 배향막(2)이 자외선 등의 광에 의해 배향됨으로써 스트라이프 형상의 좌원 편광부(L, Left circularly polarized light part)와 우원 편광부(R, Right circularly polarized light part)가 교대로 반복하여 배치되는 구조로 되어 있다. 좌원 편광부(L)를 통과한 빛은 편광 안경의 좌안의 편광 필름을 통과하고, 우원 편광부(R)를 통과한 빛은 편광 안경의 우안의 편광 필름을 통과하여 양안에 서로 다른 이미지를 맺히게 함으로써 입체 영상이 구현되는 원리이다.
패턴 리타더를 제조하는 기술은 널리 알려져 있다. 예컨대, 도 3에는 일본 특허공개 제2003-337226호의 방법이 도식화되어 있는데, 낱장의 기판 위에 배향막 형성용 조성물을 도포하여 배향막을 형성한 후, 그 배향막 상에 마스크를 덮어 편광된 광을 조사하여 A 영역(도 2의 L 또는 R에 대응)을 배향시키고 마스크를 이동시켜 다시 진동 방향이 다른 편광된 광을 조사하여 B 영역(도 2의 R 또는 L에 대응)을 배향시킨다. 위와 같이 패턴화된 배향막 상에 액정 코팅층 형성용 조성물을 도포한 후 자외선 조사하면 패턴 리타더가 완성된다.
위와 같이, 종래의 노광 장치를 이용한 패턴 형성 방법은 마스크를 옮겨가며 노광을 2회 실시해야 했고, 의도하는 배향 방향이 상이한 각 영역을 위한 노광기가 별도로 구비되어야 하거나 또는 한 대의 노광기로 두 종류의 편광 노광을 해야 하는 한계가 있는 등 복잡한 공정을 거쳐야 했다. 또한, 패턴 리타더의 각 패턴 영역이 더욱 정교해지고 미세해짐에 따라 마스크를 각 패턴 영역과 정확히 얼라인 시키지 못하게 되면 심각한 불량을 야기하는 문제도 있었다.
본 발명은 배향 방향이 상이한 두 영역을 동시에 배향시킬 수 있는 마스크 및 이를 포함하는 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 광원의 출력을 효율적으로 활용할 수 있는 마스크 및 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위 마스크를 포함함으로써 공정 및 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있는 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위 마스크를 포함함으로써 패턴이 포함된 전자 부품의 대량 생산에 유리한 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 입사되는 편광의 진동 방향을 변경시킬 수 있는 다수의 투명 격벽들이 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 형성되어 있는 투명 마스크.
2. 위 1에 있어서, 상기 투명 격벽들은 S편광을 P 편광으로, 또는 P 편광을 S 편광으로 변경시키는 것인 마스크.
3. 위 1에 있어서, 상기 투명 격벽들은 진동 방향이 다른 두 입사 편광들의 진행방향이 서로 이루는 각을 이등분하는 방향으로 형성되어 있는 마스크.
4, 위 3에 있어서, 상기 투명 격벽들은 마스크의 면에 수직 방향으로 형성되어 있는 마스크.
5. 위 1에 있어서, 상기 투명 격벽들은 위상차층인 마스크.
6. 위 5에 있어서, 상기 위상차층은 입사광의 반파장에 해당되는 두께방향 위상차 값(Rth)을 갖는 것인 마스크.
7. 광원부, 상기 광원부에서 출사된 비편광 자외선을 위상이 다른 두 개의 편광으로 분리하여 출사시키는 광 분리부; 입사되는 편광의 진동 방향을 변경시킬 수 있는 다수의 투명 격벽들이 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 형성되어 있는 투명 마스크부; 및 상기 광 분리부에서 출사된 두 개의 편광 중 적어도 하나를 반사시켜 상기 두 편광이 상기 투명 격벽들이 형성된 방향을 기준으로 같은 각도로 이격된 두 위치에서 각각 입사되도록 하는 반사부를 포함하는 노광 장치.
8. 위 7에 있어서, 상기 광 분리부에서 출사된 두 편광은 S 편광 및 이와 편광축이 직교하는 P 편광인 노광 장치.
9. 위 7에 있어서, 상기 광 분리부는 브루스터 윈도우 또는 회절 격자인 노광 장치.
10. 위 7에 있어서, 상기 반사부는 S 편광 및 P 편광의 위상은 변화시키지 않으면서 반사만 시키는 것인 노광 장치.
11. 위 9에 있어서, 상기 반사부는 반사판 상에 입사되는 원 편광을 선 편광으로 변환시킬 수 있는 위상차 필름이 구비된 것인 노광 장치.
12. 위 8에 있어서, 상기 투명 격벽들의 간격은 노광부의 패턴 간격의 2 배로 설정된 노광 장치.
13. 위 8에 있어서, 상기 투명 마스크에서 상기 투명 격벽들 간의 간격(d)의 정수(n) 배만큼 떨어진 거리(g=nd)에 노광부가 구비된 노광 장치.
14. 위 13에 있어서, 상기 투명 격벽들의 높이는 입사되는 S 편광 및 P 편광의 입사각이 각각 θ일 때 gtanθ인 노광 장치.
본 발명은 배향 방향이 상이한 두 영역을 동시에 배향시킬 수 있는 마스크와 이를 포함하는 노광 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 마스크 및 노광 장치를 사용하면 노광 횟수를 줄일 수 있어 결과적으로 광원 사용에 필요한 전력을 절반으로 줄일 수 있다.
본 발명의 마스크 및 노광 장치를 사용하면 공정을 간소화시킬 수 있고 공정 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있고, 패턴이 포함된 전자 부품의 경제적 대량 생산이 가능해 진다.
본 발명의 마스크 및 노광 장치를 사용하면 마스크와 패턴 영역의 얼라인 시 발생되는 문제를 현저히 줄일 수 있어 패턴 리타더 등의 전자 부품의 품질 향상에 유리하다.
도 1 및 2는 일반적인 패턴 리타더의 구조를 나타낸다.
도 3은 종래 노광 장치를 이용하여 패턴 리타더를 제조하는 일례를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 투명 마스크의 일례들을 나타낸다.
도 5는 도 4에 따른 투명 마스크에 편광이 입사되었을 때 배향 방향이 상이한 패턴이 한번에 형성되는 원리를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 노광 장치의 일례를 나타낸다.
본 발명은 광원부, 상기 광원부에서 출사된 비편광 자외선을 위상이 다른 두 개의 편광으로 분리하여 출사시키는 광 분리부; 입사되는 편광의 진동 방향을 변경시킬 수 있는 다수의 투명 격벽들이 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 형성되어 있는 투명 마스크부; 및 상기 광 분리부에서 출사된 두 개의 편광 중 적어도 하나를 반사시켜 상기 두 편광이 상기 투명 격벽들이 형성된 방향을 기준으로 같은 각도로 이격된 두 위치에서 각각 입사되도록 하는 반사부를 포함함으로써 배향 방향이 상이한 두 패턴 영역을 동시에 배향시킬 수 있어 제조 공정을 간소화시킬 수 있고 공정 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 투명 격벽들이 구비된 마스크 및 이를 포함하는 노광 장치에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 입사되는 편광의 진동 방향을 변경시킬 수 있는 다수의 투명 격벽들이 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 형성되어 있는 투명 마스크를 제공한다.
본 발명의 투명 마스크는 예컨대 도 4와 같다. 도 4의 (A)는 투명 격벽들 (30)이 마스크 면의 수직 방향으로 형성된 경우 (100)를 예시한 것이고 (B)는 투명 격벽들 (40)이 마스크 면과 약 60°를 이루는 경우 (200)를 예시한 것이다. 투명 격벽들이 진동 방향이 다른 두 입사 편광들의 진행방향이 서로 이루는 각을 이등분하는 방향으로 형성되면 족하며, 마스크 면과 반드시 특정의 각도를 이루도록 형성되어야 하는 것은 아니다. 다만, 마스크 제작시 투명 격벽들이 마스크의 면과 수직으로 형성되어 있는 것이 유리할 수 있다.
투명 격벽들은 그 격벽들을 통과하는 편광된 자외선 등의 편광의 진동 방향을 바꾸어 줄 수 있다. 예컨대, 투명 격벽들에 입사하는 광선이 S 편광 및 P 편광이고 투명 격벽들이 그 입사관의 진동 방향을 수직으로 변경시키도록 구성된 경우에는 도 5에 도시된 것처럼 투명 격벽들을 통과한 광선들은 P 편광이나 S 편광이 된다.
투명 격벽들은 편광의 진동 방향을 변경시킬 수 있는 투명한 재료로 구성되기만 한다면 특정의 재료로 제조된 것으로 한정되지 않는다. 예컨대, 통상 디스플레이 분야 등에서 사용되는 위상차층의 재료와 동일한 것으로서, 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 시클로올레핀폴리머(COP), 시클로올레핀코폴리머(COC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리술폰(PSF), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 변성폴리스티렌(PS) 및 변성폴리카보네이트(PC)로 이루어진 군에서 선택된 고분자이거나 액정을 포함하는, 자외선을 투과시킬 수 있고 위상 변화를 일으킬 수 있는 재료 등일 수 있다.
투명 격벽들은 바람직하게 연신 필름, 디스플레이 장치의 액정셀과 같은 셀 형태의 투명 기재벽 내에 분포하는 액정층, 또는 경화된 연신 필름일 수 있다.
투명 격벽들이 연신 필름 또는 경화된 연신 필름일 경우에 그 연신축 방향이나 투명 격벽들이 액정층으로 구성된 경우에 그 액정 배향 방향은 입사되는 선 편광 또는 원 편광의 방향에 따라 결정된다. 예컨대 투명 격벽들이 반파장판(반파장 필름)으로 구성될 경우에 그 연신축은 선 편광의 진동 방향에서 45° 기울어진 방향으로 형성된다.
또한, 투명 격벽들로 위상차층을 사용하는 경우 그 위상차층은 입사광의 반파장에 해당되는 두께방향 위상차 값(Rth)을 갖는 것이 바람직하고, 입사광의 입사각에 대한 위상차값(Rθ)이 반파장에 해당되는 위상차값을 갖는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명은 이상과 같은 마스크를 투명 마스크부로 포함하는 노광 장치를 제공한다. 예컨대, 본 발명에 따른 노광 장치는 도 6과 같다.
도 6을 참고하여 본 발명에 따른 노광 장치를 설명하면, 노광 장치는 먼저 비편광 자외선 등을 출사시킬 수 있는 광원부를 포함한다. 광원부는 패턴 형성을 위해서는 단 1개의 광원으로 족하며 종래의 노광 장치와 같이 복수 개의 광원을 포함할 필요가 없다. 다만, 필요에 따라 복수 개의 광원을 사용하는 것을 배제하지는 않는다.
광원부에서 출사된 비편광 자외선은 광 분리부에 의해 위상이 서로 다른 두 개의 편광으로 분리된다. 예컨대, 광 분리부에서 의해 분리된 두 편광은 좌원 편광과 우원 편광, 또는 S 편광 및 이와 편광축이 직교하는 P 편광일 수 있다.
광 분리부는 자외선 영역의 빛을 위상이 다른 두 개의 편광으로 분리할 수 있는 것이면 특정의 구조나 구성요소를 갖는 것으로 한정되지 않으나, 브루스터 윈도우 또는 회절 격자가 바람직하다. 회절 격자(와이어 그리드)는 특정 구조를 갖는 격자 무늬에 따른 회절 현상에 의해 편광이 구분되는 원리를 기초한다.
회절 격자는 광 반사율이 높은 금속 또는 금속 산화물로 형성될 수 있다. 일례로 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au) 및 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni) 등의 단일 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있으며, 광 반사율이 높으면서 광 흡수율이 낮은 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 알루미늄몰리브덴옥사이드(AMO)가 바람직하다. 또한, 단일 금속 또는 합금이 복수의 층으로 적층된 다층 구조로 형성될 수도 있다.
반사부는 광 분리부에 의해 분리된 두 편광 중 적어도 하나를 반사시켜 의도된 각도로 입사되도록(투명 격벽들이 형성된 방향을 기준으로 같은 각도로 이격된 두 위치에서 각각 입사되도록) 하기 위한 것이다.
반사부는 노광 장치의 구성에 따라 1개 또는 복수 개일 수 있다.
반사부는 S 편광 및 P 편광이 입사되는 경우에는 그 위상은 변화시키지 않으면서 반사만 시키도록 구성될 수 있다. 또한, 반사부에 입사되는 편광이 좌원 편광 또는 우원 편광인 경우에는, 반사부는 이들 좌원 및 우원 편광을 선편광으로 변환시킬 수 있는 위상차 필름 등을 반사판의 한 면에 구비한 것일 수 있다.
투명 마스크부의 경우에는 위에서 설명된 마스크에 대한 내용이 그대로 적용될 수 있으며, 배향막이 형성될 노광부의 패턴 간격을 고려하여 투명 격벽들의 간격(d)을 결정할 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 것과 같이, 노광부는 투명 마스크부에 입사되는 두 편광의 종류를 고려하여 투명 격벽들 간의 간격(d)의 정수(n) 배만큼 떨어진 거리(g=nd)에 구비될 수 있다. 이와 같은 경우, 투명 마스크부의 투명 격벽들의 높이(H)는 입사되는 편광들의 입사각이 θ일 때 gtanθ이다.
노광부는 예컨대 패턴 리타더를 제조할 때와 마찬가지로 기판 위에 광 배향이 가능한 막(배향막)이 형성되어 있고, 그 배향막 상에 액정층 또는 광 변조가 가능한 카이럴성 물질을 포함하는 층이 형성되는 구조일 수 있다. 기판, 배향막 및 액정층 또는 카이럴성 물질(반응성 액정 화합물, RM)을 포함하는 층은 특정의 것으로 한정되지 않는다.
특히, 배향막은 아크릴레이트계, 폴리이미드계 또는 폴리아믹산이 함유된 배향막 형성용 조성물을 사용할 수 있다. 폴리아믹산은 디아민(di-amine)과 이무수물(dianhydride)을 반응시켜 얻어지는 폴리머이고 폴리이미드는 폴리아믹산을 이미드화하여 얻어지는 것으로 이들의 구조는 특별히 제한되지 않는다.
액정 코팅층 등의 패턴은 인접한 배향의 지상축 방향이 예컨대 45° 및 135°를 유지함으로써 입체 영상 구현을 위한 좌, 우원 편광부를 형성하게 된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 하기 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
14Mw 자외선 노광 램프를 광원부로 사용하고, 자외선을 S 편광 및 P 편광으로 분리하는 브루스터 윈도우를 광 분리부로 사용하며, 도 4(A)의 구조이고 λ/2 위상차층을 투명 격벽으로 구비한 투명 마스크(d=500㎛, H=250㎛)를 투명 마스크부로 사용하며, 편광 반사 거울 2 개를 반사부로 사용한 노광 장치를 준비하였다. 반사부는 투명 마스크부에 입사되는 S 편광 및 P 편광의 입사각(θ)이 45°가 되도록 배치되었다.
또한, 권출된 75㎛ 두께의 편광판 상에 아크릴레이트계 배향액을 코팅하고 40℃에서 120초간 열풍 건조하여 1,000Å 두께의 배향막을 형성하였다. 편광판은 PVA 편광자의 한 면에 트리아세틸셀룰로오스(TAC) 보호필름이 접합되고, 배향막이 코팅되는 다른 면에 시클로올레핀계 보호필름이 접합된 것을 사용하였다. 위 배향막 상에 반응성 액정 화합물을 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)에 용해시킨 25중량% (고형분 함량)의 액정 코팅층 형성용 조성물을 도포하였다. 액정 코팅층 형성용 조성물을 도포한 후 80℃에서 20초간 예비 건조한 후 110℃에서 5초간 건조하여 1.5㎛ 두께의 액정 코팅층을 형성하였다.
이와 같이 제조된 광학 부재를 위 노광 장치의 투명 마스크부에서 아래로 g=250㎛ 떨어진 곳에 위치시킨 후, 약 300초간 자외선 광 경화하여 액정 코팅층을 통과한 빛의 위상차 지연이 -λ/4만큼 되는 영역과 λ/4만큼 되는 영역이 교대로 존재하는 패턴화 리타더가 제조하였다. 형성된 패턴의 폭은 사용된 투명 마스크의 투명 격벽들의 간격(d=500㎛)의 절반인 d/2=250㎛이었다.
1: 기재 2: 배향막
3. 액정 코팅층 10: 패턴 리타더
20: 액정패널 30, 40: 투명 격벽
100, 200: 마스크

Claims (14)

  1. 입사되는 편광의 진동 방향을 변경시킬 수 있는 다수의 투명 격벽들이 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 형성되어 있는 투명 마스크.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 투명 격벽들은 S편광을 P 편광으로, 또는 P 편광을 S 편광으로 변경시키는 것인 마스크.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 투명 격벽들은 진동 방향이 다른 두 입사 편광들의 진행방향이 서로 이루는 각을 이등분하는 방향으로 형성되어 있는 마스크.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 투명 격벽들은 마스크의 면에 수직 방향으로 형성되어 있는 마스크.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 투명 격벽들은 위상차층인 마스크.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 위상차층은 입사광의 반파장에 해당되는 두께방향 위상차 값(Rth)을 갖는 것인 마스크.
  7. 광원부, 상기 광원부에서 출사된 비편광 자외선을 위상이 다른 두 개의 편광으로 분리하여 출사시키는 광 분리부; 입사되는 편광의 진동 방향을 변경시킬 수 있는 다수의 투명 격벽들이 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 형성되어 있는 투명 마스크부; 및 상기 광 분리부에서 출사된 두 개의 편광 중 적어도 하나를 반사시켜 상기 두 편광이 상기 투명 격벽들이 형성된 방향을 기준으로 같은 각도로 이격된 두 위치에서 각각 입사되도록 하는 반사부를 포함하는 노광 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 광 분리부에서 출사된 두 편광은 S 편광 및 이와 편광축이 직교하는 P 편광인 노광 장치.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 광 분리부는 브루스터 윈도우 또는 회절 격자인 노광 장치.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 반사부는 S 편광 및 P 편광의 위상은 변화시키지 않으면서 반사만 시키는 것인 노광 장치.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 반사부는 반사판 상에 입사되는 원 편광을 선 편광으로 변환시킬 수 있는 위상차 필름이 구비된 것인 노광 장치.
  12. 청구항 8에 있어서, 상기 투명 격벽들의 간격은 노광부의 패턴 간격의 2 배로 설정된 노광 장치.
  13. 청구항 8에 있어서, 상기 투명 마스크에서 상기 투명 격벽들 간의 간격(d)의 정수(n) 배만큼 떨어진 거리(g=nd)에 노광부가 구비된 노광 장치.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 투명 격벽들의 높이는 입사되는 S 편광 및 P 편광의 입사각이 각각 θ일 때 gtanθ인 노광 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20140029305A (ko) * 2012-08-29 2014-03-10 주식회사 엘지화학 편광 자외선 분리 소자

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