KR20130000756A - 와이어 그리드 편광자 및 그 제조방법, 와이어 그리드 편광자를 포함한 액정표시장치 - Google Patents

와이어 그리드 편광자 및 그 제조방법, 와이어 그리드 편광자를 포함한 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 와이어 그리드 편광자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 투명기판; 상기 투명기판상에 형성되는 복수의 제1격자패턴; 상기 제1격자패턴의 상부에 형성되는 제2격자패턴; 상기 제2격자패턴상에 형성되고, 상기 제1격자패턴 및 상기 제2격자패턴 사이의 공간을 충진하는 구조로 형성되는 보호층; 상기 보호층 표면에 구비된 복수의 반사방지용 나노구조물을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 보호층 표면에 반사방지용 나노구조물을 형성함으로써, 나노사이즈의 미세패턴의 물리적 한계로부터 발생하는 내스크래치성 및 내부식성을 향상시킬 수 있는 효과 및 보호층 형성으로 인한 광투과율 손실을 보상하는 효과, 이에 따른 전체적인 편광효율 향상 효과를 갖게 된다.

Description

와이어 그리드 편광자 및 그 제조방법, 와이어 그리드 편광자를 포함한 액정표시장치{A WIRE GRID POLARIZER, LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING THE SAME AND METHOD OF MANUFACTURING THE WIRE GRID POLARIZER}
본 발명은 투과율 및 내구성이 향상된 와이어 그리드 편광자 및 그 제조방법과 이를 포함한 액정표시장치에 관한 것이다.
편광자 혹은 편광 소자란 자연광과 같은 비편광된 빛 중에서 특정한 진동 방향을 갖는 직선 편광을 끌어내는 광학 소자를 의미한다. 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 와이어 그리드 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.
이러한 종래의 와이어 그리드 편광자는 기판 위에 바로 형성된 미세 금속격자에 의하여 입사된 빛의 입사각이 커짐에 따라 입사광의 파장에 따른 투과율이 변화하게 되어 시야각에 따른 색구현이 제한되거나 금속격자가 형성된 기판(1)의 반대면에서 빛이 입사하는 경우, 기판 면에서 일어나는 반사, 흡수 현상으로 인해 빛의 투과율이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 도 1b에 도시된 것과 같이 기판(1) 상에 형성된 금속격자(2)의 상부면에 커버층(3)을 구비하며, 각 금속격자(2) 사이의 공간에 굴절율이 낮은 공기층으로 구성되는 기공(4)을 형성하여 편광판의 광손실을 최소화하려는 시도를 하고 있다.
그러나, 이러한 구조는 금속격자(2) 사이에 기공을 유지하기 위하여 PE-CVD, 스퍼터링(sputtering), 이베포레이션(evaporation) 공정등의 진공공정이 요구되고 있으며, 이러한 기공(4)의 존재는 고온환경 또는 외부 환경변화로 인해 변형, 파괴될 수 있는 구조적 취약점을 안고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 투명기판상에 제1격자패턴 및 제2격자패턴을 구비하는 와이어 그리드 편광자를 구현하고, 각 패턴간의 사이에 보호층을 구현함으로써, 입사광의 광 각도에 따른 각 파장의 투과율을 제어하여 관찰 각도에 따른 색변화율을 최소화 수 있도록 하는 동시에 나노사이즈의 미세패턴의 물리적 한계로부터 발생하는 내스크래치성 및 내부식성을 향상시킬 수 있는 와이어 그리드 편광자를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상술한 보호층의 표면에 반사방지용 나노구조물을 형성함으로써, 보호층에 의해 손실된 투과율을 높일 수 있도록 하여 전체적인 편광효율을 향상시킬 수 있는 와이어 그리드 편광자를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 와이어 그리드 편광자는, 투명기판; 상기 투명기판상에 형성되는 복수의 제1격자패턴; 상기 제1격자패턴의 상부에 형성되는 제2격자패턴; 상기 제2격자패턴상에 형성되고, 상기 제1격자패턴 및 상기 제2격자패턴 사이의 공간을 충진하는 구조로 형성되는 보호층; 을 포함하고, 상기 보호층 표면에는 복수의 반사방지용 나노구조물이 구비될 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 나노구조물은 반구형 모스아이(Moth-eye) 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 나노구조물의 단면은 삼각형, 사각형, 반원형 중 적어도 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 나노구조물의 주기는 250nm 내지 300nm임이 바람직하다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 보호층은 폴리머 또는 산화물로 형성될 수 있다.
상술한 본 발명의 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 제1격자패턴 또는 상기 제2격자패턴의 주기는 100nm 내지 200nm의 범위에서 형성될 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 제1격자패턴은, 폭이 10nm 내지 200nm 이고, 높이는 10nm 내지 500nm로 이루어짐이 바람직하다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 제1격자패턴의 폭과 높이의 비율은 1:(0.2~5)를 만족하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 제1격자패턴의 폭과 상기 제2격자패턴의 폭의 비율은 1:(0.2~1.5)를 만족하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 제2격자패턴의 폭은 2nm 내지 300nm의 범위를 만족하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 제1격자패턴은 폴리머로 형성되며, 상기 제2격자패턴은 금속재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자에 있어서, 상기 제2격자패턴은 알루미늄, 크롬, 은, 구리, 니켈, 코발트 중 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 액정표시장치는, 액정패널; 상기 액정표시패널에 광을 공급하는 백라이트유닛; 상기 액정표시패널의 상부 또는 하부, 또는 상기 백라이트유닛에 포함되는 다수의 광학시트 중 어느 한 면에 포함되는 상술한 구성의 와이어 그리드 편광자를 포함할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 와이어 그리드 편광자 제조방법은, 투명기판 상에 복수의 제1격자패턴을 형성하고, 상기 제1격자패턴 상에 금속층을 증착하고, 상기 금속층을 패터닝하여 상기 제1격자패턴 상면에 제2격자패턴을 형성하고, 상기 제1격자패턴 및 상기 제2격자패턴을 매립하는 보호층을 형성하고, 상기 보호층 표면에 복수의 반사방지용 나노구조물을 형성하는 것을 포함하는 이루어질 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자 제조방법에 있어서, 상기 나노구조물을 형성하는 것은, 상기 보호층 상부에 적어도 하나 이상의 홈을 가지는 패턴몰드를 가압하여 상기 홈과 대응되는 영역에 상기 나노구조물을 형성하는 것을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자 제조방법에 있어서, 상기 나노구조물은, 반구형 모스아이(Moth-eye) 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자 제조방법에 있어서, 상기 나노구조물은, 단면이 삼각형, 사각형, 반원형 중 적어도 어느 하나의 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자 제조방법에 있어서, 상기 나노구조물의 주기는 250nm 내지 300nm로 형성될 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자 제조방법에 있어서, 상기 보호층을 형성하는 것은, 상기 제1격자패턴과 동일한 물질 또는 상이한 물질의 액상레진을 도포하는 것을 포함하여 이루어질 수 있다.
이때 상기 액상레진은, 점도가 5~500cp인, 폴리머 또는 산화물이 이용될 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자 제조방법에 있어서, 상기 보호층을 형성하는 것은, 진공증착방식을 이용하여, 폴리머 또는 산화물로 상기 제1격자패턴 및 상기 제2격자패턴을 매립하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자 제조방법에 있어서, 상기 제1격자패턴을 형성하는 것은, 주기 100nm~200nm로 형성되는 복수의 제1격자패턴을 형성함으로써 이루어질 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자 제조방법에 있어서, 상기 제2격자패턴을 형성하는 것은, 상기 제2격자패턴의 폭을 2nm~300nm의 범위로 형성함으로써 이루어질 수 있다.
본 발명의 와이어 그리드 편광자 제조방법에 있어서, 상기 제2격자패턴을 형성하는 것은, 상기 제1격자패턴의 폭과 상기 제2격자패턴의 폭의 비율이 1:(0.2~1.5)를 만족하도록 상기 금속층을 습식식각하는 것을 포함하여 이루어질 수 있다.
상술한 본 발명의 와이어 그리드 편광자 제조방법에 있어서, 상기 제1격자패턴을 형성하는 것은, 상기 제1격자패턴의 폭은 10nm~200nm, 높이는 10nm~500nm의 범위를 만족하거나, 상기 제1격자패턴의 폭과 높이의 비율이 1:(0.2~5)를 만족하도록 구현함으로써 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 투명기판상에 제1격자패턴 및 제2격자패턴을 구비하고 각 패턴의 사이를 충진시키는 보호층을 구비한 와이어 그리드 편광자를 구현함으로써, 나노사이즈의 미세패턴의 물리적 한계로부터 발생하는 내스크래치성 및 내부식성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면, 보호층 표면에 반사방지용 나노구조물을 형성함으로써, 보호층 형성으로 인한 광투과율 손실을 보상할 수 있게 되어, 전체적인 편광효율을 높이는 효과가 있다.
아울러, 본 발명의 반사방지용 나노구조물을 포함한 와이어 그리드 편광자는, 일반적인 반사방지코팅 처리를 한 경우에 비하여 전 파장대에서 반사스펙트럼이 균일한 이점, 반사색 변화가 거의 없는 이점을 갖고 있으며, 이에 따라 본 발명의 와이어 그리드 편광자를 적용한 액정표시장치는 높은 휘도와 신뢰도를 갖는 효과가 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 와이어 그리드 편광자 구조 및 작용원리를 설명하기 위한 단면개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자의 구조를 도시한 단면개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 파장별 반사율을 도시한 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
도 2는 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 구조를 도시한 단면개념도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자는 투명기판(110)상에 형성된 복수의 제1격자패턴(121), 제1격자패턴(121)의 상부에 형성되는 제2격자패턴(131)을 구비하며, 제1격자패턴(121) 및 제2격자패턴(131) 사이의 공간을 충진하는 구조로 형성되는 보호층(140), 보호층(140)의 표면에 형성된 복수의 반사방지용 나노구조물(150)을 포함하여 구성된다.
투명기판(110)은 가시광선을 투과시킬 수 있는 투명재질로 형성되며, 그 재질로서는 유리, Quartz, 아크릴, PC 및 PET 등 다양한 고분자가 사용될 수 있다. 물론, 투명기판(110)은 일정 정도의 유연성을 가지는 광학용 필름기재를 이용하여 형성될 수도 있다.
제1격자패턴(121)은 투명기판(110)상에 형성되며, 일정 주기를 갖는 복수개의 돌출패턴이 구비된 구조로 형성될 수 있다. 이러한 본 발명의 제1격자패턴(121)은 투명기판(110)상에 폴리머를 도포한 후 이룰 패턴몰드로 가압하여 형성할 수 있다. 이때 제1격자패턴(121) 형성시 사용된 폴리머는, 투명기판(110)과 비교하여 굴절지수가 낮은 재료를 이용하여 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1격자패턴(121)의 단면 형상은 도 2의 (a)에 도시된 사각형 구조, 도 2의 (b)에 도시된 반원형 구조 등 다양한 구조를 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제1격자패턴(121)은 제1격자패턴(121)의 폭과 높이의 비율이 1:(0.2~5)를 만족하도록 구현함이 바람직하며, 제1격자패턴(121)의 폭(w)은 10nm~200nm, 높이(h1)는 10nm~500nm의 범위를 만족하도록 구현함이 바람직하다. 또한, 제1격자패턴(121)의 주기는 100nm~200nm의 범위에서 구현함으로써 가시광 영역의 밸런스를 확보하고, 화이트 밸런스를 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 여기에서 주기란 하나의 돌출패턴(제1격자패턴)과 이웃하는 돌출패턴(제1격자패턴)간의 거리를 의미한다.
제2격자패턴(131)은 제1격자패턴(121)의 상부에 형성되며, 금속재질의 미세 돌출패턴이 복수개 구비된 구조로 형성될 수 있다. 본 발명의 제2격자패턴(131)은 제1격자패턴(121) 상에 증착공정으로 금속층을 구현한 후, 이를 습식식각하여 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 제2격자패턴(131)은 금속재질의 미세 돌출패턴이 일정한 주기를 가지고 배열되는 구조를 구비할 수 있으며, 특히 제1격자패턴(121)의 상부면에 증착 등의 공정으로 알루미늄, 크롬, 은, 구리, 니켈, 코발트 중 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금을 이용하여 형성할 수 있다. 특히, 제2격자패턴(131)의 형성방법은 금속물질을 스퍼터링법이나 화학기상증착법, 이배포레이션(Evaporation)등과 같은 증착방식으로 구현할 수 있다. 여기에서 주기란 하나의 금속격자패턴(제2격자패턴)과 이웃하는 금속격자패턴(제2격자패턴)간의 거리를 의미한다. 특히 금속재질의 제2격자패턴(131)은 금속재질로 구현되는 바, 빛을 반사시켜 빛을 재활용함으로써, 휘도를 높일 수 있는 기능을 수행하게 된다.
또한, 본 발명의 제2격자패턴(130)의 단면 형상은 사각형, 삼각형, 반원형 등 다양한 구조를 가질 수 있고, 삼각형, 사각형, 사인파 등의 형태로 패턴된 투명기판 위 일부에 형성된 금속 선 형태를 가질 수도 있다. 즉, 단면의 구조에 관계없이 한쪽 방향으로 일정한 주기를 갖고 길게 늘어선 금속 선 격자를 형성한 것은 모두 사용될 수 있다. 이 경우 주기는 사용하는 빛의 파장의 반 이하가 될 수 있으며, 따라서 그 주기는 100nm~200nm의 범위에서 형성될 수 있다. 또한, 바람직한 본 발명의 실시예에서는 제2격자패턴(131)의 폭과 높이의 비율의 1:(0.5~1.5)로 구현할 수 있다. 특히, 제1격자패턴(121)의 폭과 제2격자패턴(131)의 폭의 비율은 1:(0.2~1.5)의 범위에서 형성할 수 있으며, 구체적으로는 제2격자패턴(131)의 폭은 2nm~300nm의 범위에서 구현될 수 있다.
상술한 제1격자패턴(121)과 제2격자패턴(131)은 투과율 및 편광효율을 최대화할 수 있도록 그 폭과 높이를 구현함이 바람직하다. 즉, 두 개의 격자 (제1 및 제2격자패턴)의 높이와 폭에 따라 투과율을 조절할 수 있다. 동일 피치(pitch)에서 격자의 폭이 넓어지면 투과율은 낮아지고 편광 소멸비는 높아지게 된다. 또한 피치가 감소할수록 편광 특성이 증가되며, 동일 격자 간의 거리 및 동일 격자의 폭으로 형성할 경우에 격자 높이가 증가할수록 편광 특성이 증가된다. 더불어 동일 격자 간의 거리 및 동일 격자의 높이로 형성할 경우에 격자의 폭이 증가할수록 편광 특성이 향상된다. 이 경우 본 발명의 제1격자패턴(121)의 폭이 제2격자패턴(131) 폭의 (0.2~1.5)배가 되도록 제1격자패턴(121)의 폭을 조절함이 바람직하다. 최대의 편광 효율을 확보하기 위함이다.
또한 제1격자패턴(121)의 폭과 높이의 비율이 1:(0.2~5)를 만족하도록 구현함이 바람직하며, 상기 제1격자패턴의 폭(w)은 10nm~200nm, 높이(h1)는 10nm~500nm의 범위를 만족하도록 구현함이 바람직하다.
보호층(140)은 제1격자패턴(121) 및 제2격자패턴(131) 사이의 공간을 충진하는 구조로 형성되며, 제2격자패턴(131)의 높이 이상으로 구현될 수 있다. 즉, 진공증착방식으로 제1격자패턴(121) 및 제2격자패턴(131) 사이의 공간을 폴리머 또는 산화물로 채워 본 발명의 보호층(140)을 형성할 수 있으며, 이때 보호층(140) 형성에 사용된 폴리머 또는 산화물은, 제1격자패턴(121) 형성시 사용된 폴리머 또는 산화물과 동일한 물질을 사용할 수 있으며 상이한 물질을 사용할 수도 있다. 아울러 액상레진을 도포하여 본 발명의 보호층(140)을 형성할 수도 있으며, 이때 액상레진은 점도가 5~500cp인 폴리머 또는 산화물을 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 보호층(140)을 형성함으로써, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자는 광변화를 최소화하면서도 공기층(기공)을 삽입하지 않아 고온, 고습의 환경에서도 신뢰성을 확보할 수 있으며, 또한 나노사이즈의 미세패턴의 물리적 한계로부터 발생하는 내스크래치성 및 내부식성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
보호층(140) 표면에는 복수의 반사방지용 나노구조물(150)이 형성되며, 이는 본 발명의 주요 특징이다. 즉, 본 발명의 나노구조물(150)은 빛의 반사를 방지하는 역할을 하며, 이에 따라 보호층(140)의 형성에 따라 손실되는 광투과율이 보상된다.
본 발명의 나노구조물(150)의 주기는 효율적인 반사방지 기능을 수행하기 위해 적절히 조절될 수 있으며, 보다 구체적으로는 250nm 내지 300nm의 범위에서 구현됨이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 발명의 나노구조물(150)은, 단면 형상이 사각형, 삼각형, 반원형 등 다양한 형상을 갖는 구조로 구현될 수 있으며, 보다 바람직하게는 모스아이(Moth-eye) 구조로 형성됨이 바람직하다. 반사방지기능을 극대화 하기 위함이다.
이러한 본 발명의 나노구조물(150)은 제1격자패턴(121) 형성방법과 동일한 방법으로 형성할 수 있다. 즉, 폴리머 또는 산화물을 충진하여 보호층(140)을 형성하고, 보호층(140)의 상부를 패턴몰드로 가압하여 나노구조물(150)을 형성할 수 있다. 이외에도 보호층(140)을 형성하고, 나노렌즈를 보호층(140)의 표면에 부착하는 방식으로도 본 발명의 나노구조물(150)을 형성할 수 있다고 할 것이다.
이에 따라 보호층(140)의 형성에도 불구하고 나노구조물(150)이 광투과율 손실을 보상하게 되며, 결과적으로 제2격자패턴(131)에서 반사시키는 빛의 양을 증가시킬 수 있게 되어 편광효율이 향상되는 효과를 갖게 된다. 아울러 나노구조물(150)을 구비한 본 발명의 와이어 그리드 편광자는, 종래의 반사방지 코팅에 비하여 전파장대에서 반사스펙트럼이 균일하여 반사색 변화가 거의 없다. 이에 따라, 본 발명의 와이어 그리드 편광자를 액정표시장치에 적용시, 높은 휘도를 갖고 색변화가 우수하며, 콘트라스트 비가 향상된 액정표시장치를 제공할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 반사방지용 나노구조물의 파장별 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 그래프의 가로축은 400nm 내지 700nm 의 파장, 즉 가시광선 영역의 파장을 나타내며, 세로축은 반사율을 나타낸다.
그래프 A는 반사방지코팅이 되어 있지 않은 와이어 그리드 편광자에 관한 것으로서, 모든 파장대에서 반사율이 높은 것을 알 수 있다.
그래프 B는 일반적인 반사방지코팅 처리를 한 와이어 그리드 편광자에 관한 것으로서, A에 비해 반사율이 낮아졌음을 알 수 있다. 그러나 반사방지 코팅면에서 빛의 간섭이 일어나며, 이에 따라 가시광선의 각 파장대별로 반사율이 상이한 것을 확인할 수 있다.
그래프 C는 본 발명의 반사방지용 나노구조물을 구비한 와이어 그리드 편광자에 관한 것으로서, A 및 B에 비해 반사율이 현저하게 낮아졌음을 알 수 있으며, 또한 B와 비교하여 볼 때, 전 파장대에서 반사율이 균일함을 확인할 수 있다.
즉 본 발명의 반사방지용 나노구조물을 포함한 와이어 그리드 편광자는, 일반적인 반사방지코팅 처리를 한 경우에 비하여 전 파장대에서 반사색 변화가 거의 없는 이점을 갖고 있으며, 이에 따라 본 발명의 와이어 그리드 편광자를 적용한 액정표시장치는 높은 휘도와 향상된 콘트라스트 비를 갖는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
도 2에서 예시한 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자는 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다.
구체적으로는, 투명기판 상에 복수의 제1격자패턴을 형성하고, 상기 제1격자패턴 상에 금속층을 증착하고, 상기 금속층을 패터닝하여 상기 제1격자패턴 상면에 제2격자패턴을 형성하고, 상기 제1격자패턴 및 상기 제2격자패턴을 매립하는 보호층을 형성하고, 상기 보호층 표면에 복수의 반사방지용 나노구조물을 형성하는 것을 포함하는 이루어질 수 있다.
즉, 도 2에서 예시한 구조의 실시예는 상술한 방법으로 제조될 수 있으며, 특히 제1격자패턴 또는 제2격자패턴의 주기는 100nm~200nm로 형성될 수 있으며, 상기 제1격자패턴 또는 제2격자패턴의 폭과 높이, 상호간의 비율은 도 2의 설명에서 상술한 실시예를 그대로 적용하여 제조할 수 있다. 일례로 상기 제1격자패턴의 폭을 10nm~200nm, 높이는 10nm~500nm의 범위를 만족하거나, 상기 제1격자패턴의 폭과 높이의 비율이 1:(0.2~5)를 만족하도록 구현하거나, 제2격자패턴을 형성하는 단계의 공정에서 습식식각의 방법으로 금속층을 에칭하여 상기 제2격자패턴의 폭을 2nm~300nm의 범위로 구현하거나, 또는 상기 제1격자패턴의 폭과 상기 제2격자패턴의 폭의 비율이 1:(0.2~1.5)를 만족하도록 구현할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 제1격자패턴을 형성하는 것은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 투명기판 상에 폴리머 재질, 예컨대 UV 레진(resin)을 도포한다. 이어서, UV 레진이 도포된 투명기판 상부에 홈과 돌출부를 가지는 패턴몰드를 정렬한다. 여기서, 패턴몰드의 복수개의 홈 및 돌출부는 서로 일정 간격 이격된 형태로 반복하여 형성된다. 또한, 패턴몰드의 홈은 제1격자패턴이 형성될 위치와 대응된다.
이후 패턴몰드의 홈 부분과 투명기판에 도포된 UV 레진이 접촉되도록 가압한 뒤, UV를 조사한다. 이에 따라, 투명기판의 상부에는, 패턴몰드의 홈과 대응되는 부분에 복수개의 제1격자패턴이 형성된다. 이때 홈의 주기는 100nm 내지 200nm의 범위에서 구현됨이 바람직하다. 홈과 대응되는 부분에 형성되는 제1격자패턴의 주기가 100nm 내지 200nm의 범위를 갖도록 하기 위함이다.
본 발명에 따른 금속층을 증착하는 것과, 제2격자패턴을 형성하는 것은 다음과 같이 이루어질 수 있다.
복수의 제1격자패턴이 형성된 투명기판 상에 스퍼터링법이나 화학증착법, Evaporator등과 같은 증착방식으로 금속물질을 증착하여 금속층을 형성한다. 여기서 금속물질은 알루미늄, 크롬, 은, 구리, 니켈, 코발트 중 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금을 이용할 수 있다. 그리고 금속층에 습식 식각 공정을 수행하여 제2격자패턴을 형성한다. 이때 제2격자패턴의 주기가 100nm 내지 200nm의 범위를 갖도록 식각 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명에 따른 상기 보호층을 형성하는 것은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 즉 제1격자패턴 및 제2격자패턴의 사이 공간을 충진하여 매립하는 보호층의 형성은 상기 제1격자패턴과 동일한 물질 또는 상이한 물질의 액상레진을 도포하여 구현될 수 있다. 나노사이즈의 폭과 주기를 가지는 패턴의 사이 공간에 효율적인 충진구조를 구현하여 기공이나 기포가 없는 구조로 구현하기 위해서는 액상레진을 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 이 경우 상기 액상레진은 점도가 5~500cp인 폴리머 또는 산화물을 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 물론, 액상레진이 아닌 경우에는 폴리머 또는 산화물을 진공증착방식으로 상기 제 1 및 제2격자패턴을 매립할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명에 따른 상기 반사방지용 나노구조물을 형성하는 것은, 제1격자패턴을 형성하는 것과 유사하게, 폴리머 또는 산화물 재질로 형성된 보호층 상부를 복수개의 홈과 돌출부를 가지는 패턴몰드로 가압하는 공정을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 패턴몰드에 구비된 복수개의 홈 및 돌출부는 서로 일정 간격 이격된 형태로 일정 주기를 갖도록 반복 형성되며, 예컨대 보호층이 폴리머로 형성된 경우, 패턴몰드의 홈 부분과 폴리머 재질이 접촉되도록 폴리머 재질을 가압시킨 뒤, UV를 조사한다. 이에 따라, 폴리머 재질로 형성된 보호층의 상부에는, 패턴몰드의 홈과 대응되는 부분에 복수개의 반사방지용 나노구조물이 형성된다. 이때 홈의 주기는 250nm 내지 300nm의 범위에서 구현됨이 바람직하다. 홈과 대응되는 부분에 형성되는 나노구조물의 주기가 250nm 내지 300nm의 범위를 갖도록 하기 위함이다. 이외에 나노구조물에 관한 내용은 도 2의 설명에서 상술한 바와 동일한 바, 생략한다.
이러한 반사방지용 나노구조물을 구비한 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자를 이용하여 백라이트 유닛을 구현할 수 있다. 즉, 광원과 도광판, 광학시트를 포함하는 일반적인 백라이트 유닛의 구조에 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자를 1개 또는 2개 이상 포함하도록 하는 구조의 백라이트 유닛을 형성할 수 있게 된다.
도 2의 구조를 갖는 본 발명의 와이어 그리드 편광자는, 투명기판의 일면에만 제1격자패턴, 제2격자패턴, 보호층 및 반사방지용 나노구조물을 구현한 경우이나, 양면에 동일한 구조를 구현할 수 있음은 물론이다.
특히 와이어 그리드 편광자가 2개 이상 배치되는 경우에는 각각의 와이어 그리드 편광자의 제2격자패턴의 금속물질은 서로 상이한 것을 이용할 수도 있다.
나아가, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자는, 상술한 백라이트 유닛이 적용된 액정표시장치에 이용될 수 있으며, 또한 3차원 입체영상을 구현할 수 있는 디스플레이 장치에도 적용되어 높은 휘도와 신뢰도를 구현할 수 있는 범용성이 있다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함 없이 본 발명에 대해 다수의 적절한 변형 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변형 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
110: 기판
121: 제1격자 패턴
131: 제2격자 패턴
140: 보호층
150: 나노구조물

Claims (25)

  1. 투명기판;
    상기 투명기판상에 형성되는 복수의 제1격자패턴;
    상기 제1격자패턴의 상부에 형성되는 제2격자패턴;
    상기 제2격자패턴상에 형성되고, 상기 제1격자패턴 및 상기 제2격자패턴 사이의 공간을 충진하는 구조로 형성되는 보호층; 을 포함하고,
    상기 보호층 표면에는 복수의 반사방지용 나노구조물이 구비된 와이어 그리드 편광자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노구조물은, 반구형 모스아이(Moth-eye) 구조로 형성되는 와이어 그리드 편광자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노구조물의 단면은,
    삼각형, 사각형, 반원형 중 적어도 어느 하나의 형상을 갖는 와이어 그리드 편광자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노구조물의 주기는 250nm 내지 300nm인 와이어 그리드 편광자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호층은, 폴리머 또는 산화물로 형성되는 와이어 그리드 편광자.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1격자패턴 또는 상기 제2격자패턴의 주기는 100nm 내지 200nm인 와이어 그리드 편광자.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1격자패턴은, 폭이 10nm 내지 200nm 이고, 높이는 10nm 내지 500nm인 와이어 그리드 편광자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1격자패턴의 폭과 높이의 비율은 1:(0.2~5)를 만족하는 와이어 그리드 편광자.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1격자패턴의 폭과 상기 제2격자패턴의 폭의 비율은 1:(0.2~1.5)를 만족하는 와이어 그리드 편광자.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2격자패턴의 폭은 2nm 내지 300nm의 범위를 만족하는 와이어 그리드 편광자.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1격자패턴은 폴리머로 형성되며,
    상기 제2격자패턴은 금속재질로 형성되는 와이어 그리드 편광자.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2격자패턴은,
    알루미늄, 크롬, 은, 구리, 니켈, 코발트 중 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로 형성된 와이어 그리드 편광자.
  13. 투명기판 상에 복수의 제1격자패턴을 형성하고,
    상기 제1격자패턴 상에 금속층을 증착하고,
    상기 금속층을 패터닝하여 상기 제1격자패턴 상면에 제2격자패턴을 형성하고,
    상기 제1격자패턴 및 상기 제2격자패턴을 매립하는 보호층을 형성하고,
    상기 보호층 표면에 복수의 반사방지용 나노구조물을 형성하는 것을 포함하는 이루어지는 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 나노구조물을 형성하는 것은,
    상기 보호층 상부에 적어도 하나 이상의 홈을 가지는 패턴몰드를 가압하여 상기 홈과 대응되는 영역에 상기 나노구조물을 형성하는 것을 포함하여 이루어지는 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 나노구조물은, 반구형 모스아이(Moth-eye) 구조로 형성되는 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 나노구조물의 단면은,
    삼각형, 사각형, 반원형 중 적어도 어느 하나의 형상을 갖도록 형성되는 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 나노구조물의 주기는 250nm 내지 300nm로 형성되는 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 보호층을 형성하는 것은,
    상기 제1격자패턴과 동일한 물질 또는 상이한 물질의 액상레진을 도포하는 것을 포함하여 이루어지는 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 액상레진은,
    점도가 5~500cp인, 폴리머 또는 산화물을 이용하는 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  20. 청구항 13에 있어서,
    상기 보호층을 형성하는 것은,
    진공증착방식을 이용하여, 폴리머 또는 산화물로 상기 제1격자패턴 및 상기 제2격자패턴을 매립하는 공정을 포함하여 이루어지는 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  21. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1격자패턴을 형성하는 것은,
    주기 100nm~200nm로 형성되는 복수의 제1격자패턴을 형성하는 것인 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  22. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2격자패턴을 형성하는 것은,
    상기 제2격자패턴의 폭을 2nm~300nm의 범위로 형성하는 것인 와이어 그리드 편광자의 제조방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 제2격자패턴을 형성하는 것은,
    상기 제1격자패턴의 폭과 상기 제2격자패턴의 폭의 비율이 1:(0.2~1.5)를 만족하도록 상기 금속층을 습식식각하는 과정을 포함하여 이루어지는 와이어 그리드 편광자의 제조방법.
  24. 청구항 13 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1격자패턴을 형성하는 것은,
    상기 제1격자패턴의 폭은 10nm~200nm, 높이는 10nm~500nm의 범위를 만족하거나, 상기 제1격자패턴의 폭과 높이의 비율이 1:(0.2~5)를 만족하도록 구현하는 것인 와이어 그리드 편광자 제조방법.
  25. 액정표시패널과;
    상기 액정표시패널에 광을 공급하는 백라이트유닛과;
    상기 액정표시패널의 상부 또는 하부, 또는 상기 백라이트유닛에 포함되는 다수의 광학시트 중 어느 한 면에 포함되는 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항의 와이어 그리드 편광자; 를 포함하는 액정표시장치.
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