KR20170002196A - 와이어 그리드 편광판의 제조방법 - Google Patents

와이어 그리드 편광판의 제조방법 Download PDF

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코오롱인더스트리 주식회사
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Abstract

본 발명은 (S1) 나노 격자 패턴이 형성된 이형 몰드에 경화성 수지 조성물을 통과시켜 표면에 나노 격자 패턴이 전사된 수지층을 제조하는 단계; (S2) 상기 (S1)단계에서 제조된 수지층의 나노 격자 패턴 상에 평균 직경이 2 내지 100nm인 금속 나노 입자가 분산된 분산액을 도포하는 단계; (S3) 상기 (S2)단계에서 분산액이 도포된 수지층을 지면으로부터 1 내지 70°의 각도로 기울이며, 상압 상태의 50 내지 200℃ 온도 조건에서 분산액의 용매를 휘발시키고, 금속 격자를 형성하는 단계; 및 (S4) 상기 (S3)단계 이후, 상온으로 냉각시키는 단계를 포함하는 와이어 그리드 편광판의 제조방법에 관한 것이다.

Description

와이어 그리드 편광판의 제조방법{Manufacture Method of Wire Grid Polarizer}
본 발명은 와이어 그리드 편광판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 저비용으로도 효율적으로 와이어 그리드 편광판을 생산할 수 있는 제조방법에 관한 것이다.
편광판은 전자기파 중 특정 방향의 빛을 투과시키거나 반사시키는 역할을 하며 일반적으로 액정표시장치(LCD)에서는 두 장의 편광판이 사용되어 액정셀 내의 액정이 광학적인 상호작용을 일으켜 이미지를 구현하게 된다.
현재 액정표시장치(LCD)에 주로 사용되고 있는 편광판에는 흡수형 편광 필름을 이용한 편광판이 채용되며, 흡수형 편광 필름의 경우 주로 폴리비닐알코올(PVA) 필름에 요오드나 이색성염료를 흡착시키고 이를 일정방향으로 연신하여 제조한다. 그러나 이러한 경우 그 자체가 투과축의 방향에 대한 기계적 강도가 약하고, 열이나 수분에 의해 수축하여 편광기능이 현저히 저하되며, 특정 방향으로 진동하는 빛만을 통과시켜 선편광을 만들기 때문에 광이용 효율이 이론적으로 50%를 넘을 수 없다.
반면, 와이어 그리드 편광판(이하, WGP)은 금속 와이어가 평행하게 배열된 어레이를 말하며, 금속 격자(Metal Grid)와 평행한 편광 성분은 반사되고 수직한 편광 성분은 투과시키며, 반사된 광을 재이용할 수 있어서 높은 휘도 특성을 갖는 LCD를 제조할 수 있다. WGP에서는 금속 격자의 배열주기 즉, 와이어 간격이 입사되는 전자기파의 파장과 근사하거나 클 경우에는 흡광 현상이 나타나며, 금속 격자의 배열 주기가 충분히 작아야만 흡광에 의한 빛의 손실을 최소화할 수 있다.
일반적으로 나노와이어 그리드 편광판의 제조방법은 두번의 식각공정을 필요로 한다. 구체적으로, 필름 또는 유리기판 위에 자외선 경화성 수지막 또는 열경화성 수지막을 형성한 다음, 유연 몰드를 이용하여 상기 수지막에 패턴을 형성하고, 수지 패턴 위에 금속층을 증착하고, 식각공정을 통해 금속층에 나노 패턴을 형성한 이후, 또 한 번의 식각공정을 통해 나노 와이어 그리드 편광판을 제조하였다.
그러나, 이와 같은 종래 나노 와이어 그리드 편광판의 제조방법은, 나노 패턴의 식각 공정에서 공정 변수가 정밀하게 제어되지 않으면, 식각 균일도가 나쁘게 되어 균일한 크기를 가지는 나노 패턴을 형성할 수 없고, 우수한 편광판을 얻을 수 없다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 나노 금속 페이스트와 스핀 코팅법을 이용하여 나노 와이어 그리드 편광판을 형성하는 방법이 제안되었지만, 이 방법은 나노 금속 페이스트가 많이 필요하고, 대면적에서는 적용하기 어려운 단점을 가지고 있다.
한편, 종래기술로는 대한민국 등록공보 제 0643965 호, 대한민국 등록공보 제 1401579 호, 국제 공개특허공보 제 2011-043439 호 및 국제 공개특허공보 제 2009-125751호 등에서 WGP의 제조방법과 관련된 기술들을 개시하고 있다. 다만, 대부분의 종래 WGP 제조방법의 경우 진공열증착, 스퍼터, E-빔 증착 등과 같은 방법에 의해 금속 미세 패턴을 형성하므로 미세한 요철이나 표면의 상흔 또는 핀홀 등의 결함이 발생할 수 있으며, 무엇보다도 진공 분위기를 요구함에 따라 생산비용은 높은 반면, 생산성은 낮은 문제가 존재하였다.
이에 본 발명은 금속 나노 입자를 이용하여 진공 분위기가 필요 없는 습식 공정 방법으로 금속 패턴을 형성하고도 추가적인 식각공정이 생략 가능함으로써, 저비용으로도 효율적으로 와이어 그리드 편광판을 생산할 수 있는 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 해결 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구현예는 (S1) 나노 격자 패턴이 형성된 이형 몰드에 경화성 수지 조성물을 통과시켜 표면에 나노 격자 패턴이 전사된 수지층을 제조하는 단계; (S2) 상기 (S1)단계에서 제조된 수지층의 나노 격자 패턴 상에 평균 직경이 2 내지 100nm인 금속 나노 입자가 분산된 분산액을 도포하는 단계;(S3) 상기 (S2)단계에서 분산액이 도포된 수지층을 지면으로부터 1 내지 70°의 각도로 기울이며, 상압 상태의 50 내지 200℃ 온도 조건에서 분산액의 용매를 휘발시키고, 금속 격자를 형성하는 단계; 및 (S4) 상기 (S3)단계 이후, 상온으로 냉각시키는 단계를 포함하는 와이어 그리드 편광판의 제조방법이다.
상기 구현예에 따른 (S1)단계의 경화성 수지 조성물은 아크릴계 수지, 메타아크릴계 수지, 폴리비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 스티렌계 수지, 알키드계 수지, 아미노계 수지, 폴리우레탄계 수지 및 실리콘계 수지로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 경화성 수지를 포함하는 것일 수 있다.
상기 구현예에 따른 (S1)단계의 나노 격자 패턴은 단위 격자당 높이가 10내지 300nm이고, 선폭이 2 내지 100nm이며, 임의의 격자가 시작되는 지점에서부터 다음 격자가 시작되는 지점까지의 거리로 정의되는 피치(Pitch)값이 50 내지 200nm인 것일 수 있다.
상기 구현예에 따른 (S2)단계의 금속 나노 입자는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 백금(Pt), 금(Au), 철(Fe), 은(Ag), 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 및 이들을 2 이상 포함하는 합금 중 어느 하나일 수 있다.
상기 구현예 따른 (S2)단계의 분산액은 지방족 탄화수소 용매(aliphatic hydrocarbon solvent), 방향족계 탄화수소 용매(aromatic hydrocarbon solvent), 케톤계 용매(ketone-based solvent), 에테르계 용매(ether-based solvent), 아세테이트계 용매(acetate-based solvent), 알코올계 용매(alcohol-based solvent), 아미드계 용매, 실리콘계 용매(silicon-based solvent)로 이루어진 그룹 중 선택된 1 종 이상의 유기 용매를 용매로 하는 유기용액이거나; 또는 수용액일 수 있다.
또한, 상기 구현예에 따른 (S2)단계의 분산액은 점도가 1 내지 1000cps인 것일 수 있다.
나아가 본 발명의 또 다른 구현예는 상기 방법으로 제조된 와이어 그리드 편광판이다.
본 발명은 별도의 진공장치가 불필요한 상압조건에서 이루어질 수 있으므로 연속공정에 보다 용이하며 이에 따라 낮은 제조비용으로 높은 생산성을 가져올 수 있다. 또한, 벌크상태의 금속이 아닌 금속 나노 입자를 이용함에 따라 상대적으로 낮은 온도에서도 금속 격자를 형성할 수 있으므로 공정 중 기재나 수지층에 가해지는 손상이 상대적으로 덜하며, 금속 패턴의 식각공정을 생략할 수 있어 공정이 간소화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제조 방법의 일예로, 금속 격자 패턴이 경사부를 포함하도록 수지층 상부에 금속 격자를 형성하는 WGP의 제조하는 과정을 나타낸 공정 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제조 방법의 일예로, 금속 격자 패턴의 표면이 기재층 표면과 평행하도록 수지층 상부에 금속 격자를 형성하는 WGP의 제조하는 과정을 나타낸 공정 모식도이다.
본 발명은 (S1) 나노 격자 패턴이 형성된 이형 몰드에 경화성 수지 조성물을 통과시켜 표면에 나노 격자 패턴이 전사된 수지층을 제조하는 단계; (S2) 상기 (S1)단계에서 제조된 수지층의 나노 격자 패턴 상에 평균 직경이 2 내지 100nm인 금속 나노 입자가 분산된 분산액을 도포하는 단계; (S3) 상기 (S2)단계에서 분산액이 도포된 수지층을 지면으로부터 1 내지 70°의 각도로 기울이며, 상압 상태의 50 내지 200℃ 온도 조건에서 분산액의 용매를 휘발시키고, 금속 격자를 형성하는 단계; 및 (S4) 상기 (S3)단계 이후, 상온으로 냉각시키는 단계를 포함하는 와이어 그리드 편광판의 제조방법 및 이를 통해 제조된 와이어 그리드 편광판을 제공한다.
종래의 와이어 그리드 편광자는 크게 (a) E-빔 리소그래피를 이용하여 마스터 패턴을 형성한 후, 마스터 패턴의 역상인 몰드(Mold)를 제조하는 단계; (b) 투명기판 위에 폴리머를 적층하고 몰드를 이용하여 폴리머에 패턴을 성형하는 단계; (c) 패턴위에 금속을 증착한 후, 에칭하여 와이어 그리드 편광판을 완성하는 단계로 제조하여 왔다. 이와 같은 종래 제조 방법은 주로 진공열증착, 스퍼터, E-빔 증착 등과 같이 진공 분위기를 요구하는 건식 증착법을 이용하여 금속을 패턴위에 증착하는데, 이에 따라 생산비용이 높고, 공정 분위기를 진공으로 바꿔주어야 하므로 완벽한 연속 공정으로 제조될 수 없어 그만큼 생산성이 낮을 수 밖에 없다.
반면, 본 발명의 제조방법의 경우 별도의 진공 장치 없이 상압조건에서 금속의 증착을 수행할 수 있으므로 제조비용을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 증착과 함께 동시에 패턴을 형성함에 따라 추가적인 에칭 공정이 생략되어 공정이 간소화될 수 있다.
이하, 각 단계별로 본 발명의 와이어 그리드 편광판의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
[( S1 ) 단계: 나노 격자 패턴이 전사된 수지층 제조 단계]
본 발명에서 (S1)단계는 나노 격자 패턴이 형성된 이형 몰드에 경화성 수지 조성물을 통과시켜 표면에 나노 격자 패턴이 전사된 수지층을 제조하는 단계이다. 이때, 경화성 수지 조성물은 기재층의 적어도 일면에 시트상으로 도포된 상태인 것이 보다 바람직할 수 있으며, 여기서 기재층은 지지체 역할과 동시에 기계적 강도 및 유연성에 있어서 유리하도록 5㎛ 내지 250㎛의 두께를 갖는 것일 수 있고, 보다 바람직하게는 38㎛ 내지 125㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다.
상기 기재층은 반드시 이에 제한되는 것은 아니나, 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 필름, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리스티렌 필름, 폴리에폭시 필름, 고리형 올레핀계 중합체(COP) 필름, 고리형 올레핀계 공중합체(COC) 필름, 폴리카보네이트계 수지와 고리형 올레핀계 중합체의 공중합체 필름 및 폴리카보네이트계 수지와 고리형 올레핀계 공중합체의 공중합체 필름을 포함하는 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 투명 필름 또는 유리일 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 경화성 수지 조성물은 UV 경화 반응에 의해 격자 패턴을 형성할 수 있는 종류의 수지를 포함하는 것일 수 있으며, 아크릴계 수지, 메타아크릴계 수지, 폴리비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 스티렌계 수지, 알키드계 수지, 아미노계 수지, 폴리우레탄계 수지 및 실리콘계 수지로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 경화성 수지를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
보다 구체적인 경화성 수지의 종류로는 불포화폴리에스테르, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 노말부틸메타크릴레이트, 노말부틸메틸메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 히드록시에틸메타크릴레이트, 히드록시프로필메타크릴레이트, 히드록시에틸아크릴레이트, 아크릴아미드, 메티롤아크릴아미드, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 노말부틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트의 단독중합체, 이들의 공중합체 또는 삼원 공중합체 등이 있을 수 있으며, 상기 경화성 수지 조성물은 이외에 자외선 흡수제, 자외선안정제, 색상 안정제, 레벨링제, 산화방지제, 소포제 및 대전방지제로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
기재층의 일면에 경화성 수지 조성물을 도포한 후에는 나노 격자 패턴이 형성된 이형 몰드에 통과시킨 후, 수지를 경화시켜 표면에 나노 격자 패턴이 전사된 수지층을 형성할 수 있다. 상기 이형 몰드는 이에 제한되는 것은 아니나, 니켈 전주 도금으로 제작된 스탬프일 수도 있고, 용융실리카 혹은 실리콘 웨이퍼 위에 간섭 리쏘그래피 법으로 격자 모양의 패턴이 형성된 마스터 패턴 몰드일 수도 있다.
본 발명에서 상기 나노 격자 패턴은 프리즘 및 렌티큘러 등과 같은 선격자 형상을 가지며, 단면 형상이 반원, 타원, 다각형, 모서리가 둥근 다각형, 'ㄱ'자형, 부채꼴 형, 부메랑 형, 돔 형, 부정형 등의 형상일 수 있으나 이에 제한되지 않고 다양한 형상을 나타낼 수 있다.
다만, 패턴이 형성된 단층 레이어를 수직 방향으로 절단하였을 때 관찰되는 단면에서 나노 격자 패턴의 단위 형상은 높이가 10 내지 300nm이고, 선폭이 2 내지 100nm이며, 임의의 격자가 시작되는 지점에서부터 다음 격자가 시작되는 지점까지의 거리로 정의되는 피치(Pitch)값이 50 내지 200nm인 것이 바람직하다.
나노 격자 패턴의 높이가 10nm미만일 경우, (S3)단계에서 금속 입자가 격자 패턴의 오목부에 충분히 충진될 수 없고, 높이가 300nm를 초과하는 나노 패턴은 이를 제조하는데 한계가 있다. 또한, 선폭이 2nm미만일 경우, 금속 격자를 지지할 지지력이 부족하고, 100nm를 초과할 경우 금속입자가 격자 패턴의 오목부에 충분히 충진될 수 없다. 이와 더불어 피치가 50nm미만일 경우 오목부의 넓이 확보가 용이하지 않아 역시, 금속 입자를 충분히 충진 시키기 어렵고, 피치가 200nm를 초과하게 되면, 가시광선의 단파장 영역에서의 P편광 투과율의 확보가 곤란할 수 있다.
또한, 본 발명에서 반드시 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 이형몰드는 롤투롤 공정에서 반복적으로 사용 가능하도록 패턴이 전사된 후에 이형이 잘 되어야 할 뿐만 아니라, 세척이 용이해야 한다. 이에 따라, 본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 상기 이형 몰드는 실리콘, 불소 및 테프론으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 이형제로 코팅 처리된 것일 수 있다.
이형제에 의한 몰드 표면 처리 방법으로서는, 이형제의 희석 용액에 몰드 본체를 침지하는 방법이나, 이형제 또는 그의 희석 용액을, 몰드 본체의 미세요철 구조가 형성된 측의 표면에 도포하는 방법을 적용할 수 있고, 몰드 본체의 미세 요철 구조가 형성된 측의 표면을 불균일 없이 이형제로 처리할 수 있는 점에서, 이형제의 희석 용액에 몰드 본체를 침지하는 방법이 보다 바람직하다.
본 발명에서 수지층은 150mj/cm2 이상, 바람직하게는 150 내지 1,000 mj/cm2의 광량을 조사하여 경화할 수 있으며 패턴 전사와 동시에 경화를 시킬 수도 있고, 전사 직후 경화시킬 수도 있으며, 전사 전에 가경화한 후 전사를 수행할 수도 있다. 다만, 광량이 150mj/cm2미만이면 미경화가 발생하고 신뢰성에 문제가 있을 수 있으며, 1,000 mj/cm2초과이면 과경화로 인하여 브리틀(Brittle)하여 취급성의 문제나 신뢰성에 영향이 있을 수 있다. 광량은 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 경화시 롤투롤 시스템에서는 라인스피드를 고려하여 광량 및 경화 정도를 최적화할 수 있다.
[( S2 ) 단계: 분산액 도포 단계]
본 발명에서 (S2)단계는 상기 (S1)단계에서 제조된 수지층의 나노 격자 패턴 상에 평균 직경이 2 내지 100nm인, 보다 바람직하게는 평균 직경이 2 내지 50nm이하인 금속 나노 입자가 분산된 분산액을 도포하는 단계이다. 종래 진공증착의 경우, 벌크(덩어리)상태의 금속을 300℃ 이상의 고온 조건에서 기화하여 증착하는 과정을 수반하는데, 이 경우 금속의 녹는점까지 온도를 올려주어야 하므로 기재나 수지층에 손상이 발생할 가능성이 존재한다. 그러나, 금속이 나노사이즈로 작아지게 되면, 표면적이 넓어져 녹는점이 현저하게 떨어지게 되고, 본 발명은 바로 이러한 미세 크기의 나노 입자를 이용하므로 낮은 온도에서 금속을 다룰 수 있어 기재나 수지층의 손상을 상대적으로 저감시킬 수 있다.
본 발명에서 상기 금속 나노 입자는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 백금(Pt), 금(Au), 철(Fe), 은(Ag), 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 및 이들을 2 이상 포함하는 합금 중 어느 하나인 것일 수 있으며, 반사율 및 경제성을 고려하였을 때 알루미늄 및 이의 합금을 사용하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
다만, 미세 크기의 금속 나노 입자를 다루기 위해는 금속 나노 입자를 용매에 분산시킨 분산액을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 분산액을 도포하는 방법은 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 마이크로 그라비아코팅, 다이코팅, 스프레이코팅등의 다양한 방법으로 도포할 수 있다.
이때, 분산액은 헥산(hexane) 또는 헵탄(heptane)과 같은 지방족 탄화수소 용매(aliphatic hydrocarbon solvent); 아니솔(anisol), 메시틸렌(mesitylene) 또는 자일렌(xylene)과 같은 방향족계 탄화수소 용매(aromatic hydrocarbon solvent), 메틸 이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone), 1-메틸-2-피롤리디논(1-1methyl-2-pyrrolidinone) 또는 아세톤(acetone)과 같은 케톤계 용매(ketone-based solvent), 시클로헥산온(cyclohexanone), 테트라히드로퓨란(tetrahydrofuran) 또는 이소프로필 에테르(isopropyl ether)와 같은 에테르계 용매(ether-based solvent), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 부틸 아세테이트(butyl acetate) 또는 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate)와 같은 아세테이트계 용매(acetate-based solvent), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol) 또는 부틸 알코올(butyl alcohol)과 같은 알코올계 용매(alcohol-based solvent), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide) 또는 디메틸포름아미드(dimethylformamide)와 같은 아미드계 용매, 실리콘계 용매(silicon-based solvent)로 이루어진 그룹 중 선택된 1 종 이상의 유기 용매를 용매로 하는 유기용액이거나; 또는 수용액일 수 있다.
본 발명에서 상기 분산액은 점도가 1 내지 1000cps인 것이 적절한 유동성을 부여하는 측면에서 바람직할 수 있고, 상기 범위의 점도를 만족할 경우 원하는 금속 격자 패턴 형성 제어가 보다 용이할 수 있다. 만약 점도가 1cps 에 미치지 못하면, 유동성이 지나치게 커 코팅시 코팅 두께등을 조절하기에 부적절하며, 점도가 1000cps를 초과하여 유동성이 거의 없게 되면 나노 격자 패턴 제어 골고루 코팅하기가 용이하지 않을 수 있다.
[( S3 ) 단계: 용매휘발 및 금속 나노와이어 도막을 형성하는 단계]
본 발명에서 (S3)단계는 상기 (S2)단계에서 분산액이 도포된 수지층을 지면으로부터 1 내지 70°의 각도로 기울이며, 상압 상태의 50 내지 200℃ 온도 조건에서 분산액의 용매를 휘발시키고, 금속 나노 와이어 도막을 형성하는 단계이다. 본 발명의 상기 (S3)단계는 금속의 적층과 더불어 금속 격자 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 (S3)단계를 수행함에 따라 본 발명은 이후 공정에서 별도로 금속을 에칭(식각)하지 않아도 된다.
본 발명에서 금속 격자를 형성하기 위해 우선 금속 입자가 분산되어 있는 용매를 휘발시켜 금속 입자만 나노 격자 패턴의 오목부에 남도록 한다. 그 후, 금속 나노 입자의 녹는 점(melting point) 이상으로 승온을 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 용매를 휘발하는 동시에 수지층을 지면으로부터 1 내지 70°로 기울려 격자 패턴 오목부에만 선택적으로 금속(입자)을 채우는 공정을 수반할 수 있다. 수지층에 기울기를 부여하면, 유동성을 갖는 분산액이 흘러내려 오목부에만 채워지게 되는데, 분산액이 오목부에 채워짐과 동시에 용매가 휘발하므로 오목부에는 금속 입자들이 보다 밀도 있게 충진될 수 있다.
이때, 기울기를 1° 미만으로 제어할 경우, 분산액이 흘러 내려가는 정도가 상대적으로 적으므로 금속 입자들의 움직임이 크게 없고 결과적으로 용매가 휘발한 후, 나노 패턴의 산 정상부에 금속 도막이 형성될 수 있다. 이 경우, 별도의 에칭 과정을 수반해야 하므로 공정의 간소화를 달성할 수 없게 된다. 또한 기울기를 70°초과하여 제어할 경우, 분산액이 순간적으로 많이 흘러내려 많은 양의 금속입자들이 함께 쓸려 내려갈 수 있고, 이에 따라 오목부에 채워지는 금속의 충진량이 적어 편광특성이 현저히 저하될 수 있다.
본 발명에서 반드시 이에 제한되는 것은 아니지만, 용매가 휘발될 경우, 금속 입자만에 의해 형성된 높이는 분산액이 도포된 상태에서의 높이 보다 1/10 정도로 줄어들게 되므로, 상기 (S3)단계 이후, (S2) 및 (S3)단계를 한번 이상 반복적으로 더 수행할 수도 있다. 또한, 경사를 갖는 상태로 냉각시켜 도 1과 같이 경사진 형태의 금속 격자를 형성할 수도 있으나, 금속이 어느 정도의 유동성을 갖고 있는 상태에서 수지층의 기울기를 다시 조절하여 도 2와 같이 금속 격자의 표면이 기재층 표면과 평행을 이루도록 격자를 형성할 수도 있다.
다만, 본 발명에서 상기 (S3)단계를 통해 형성된 금속 격자는 격자 당 높이가 1 내지 300nm이고, 선폭이 1 내지 150nm인 것이 바람직할 수 있고, 보다 바람직하게는 높이가 10 내지 200nm 및 선폭이 10 내지 100nm인 것일 수 있다. 금속 격자의 선폭 및 높이는 증가 할수록 편광효율이 향상될 수 있으나, P편광 투과율은 감소할 수 있으므로, 이를 고려하여 금속격자의 선폭 및 높이는 상기 범위를 만족하는 것이 유리하다.
또한, 금속격자 간 거리가 작아질수록 높은 P편광 투과율을 유지하면서, 편광효율을 증대시킬 수 있으므로, 금속 격자의 피치(Pitch)는 바람직하게는 50 내지 200nm, 더욱 바람직하게는 80 내지 150nm를 만족하는 것이 좋다.
[( S4 ) 단계: 금속 냉각단계]
본 발명에서 (S4)단계는 상기 (S3)단계 이후, 상온으로 냉각시키는 단계로서 보다 바람직하게는 (S3)단계에서 도달된 온도에서 상온까지 감온하여 냉각하는 단계이다. 추가적으로, 금속의 밀도를 좀더 높여 주기 위해 (S4)단계 이후, 80 내지 250℃, 바람직하게는 100 내지 150℃로 한번 더 가열해줌으로써, 금속을 소결(sintering)할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1.
두께 75㎛의 트리아세틸 셀룰로오스(TAC) 필름 위에 아크릴계 감광성 조성물을 도포한 후, 볼록부의 평균 높이가 100nm, 너비(width)가 50nm, 패턴의 피치(Pitch)가 100nm인 니켈 전주 스템프를 밀착시키고 자외선(고압수은등, 20 W/cm2)을 기재층 쪽에서 조사하여 아크릴계 감광 수지를 경화시키는 과정으로 나노 격자 패턴이 형성된 수지층을 제조하였다.
용매로 Methanol 및 Iso-propanol에 Ag 나노 입자(잉크테크, TEC-CO-021)가 분산되어 있는 분산액을 각각 97wt.% 및 3wt.%의 비율로 혼합하여, 나노패턴이 형성된 수지층 상부에 도포하고, 이를 30°로 기울이며, 130℃까지 상승시켜 용매를 휘발하고 수지층의 격자 패턴 오목부에 금속을 충진시켰다. 이후, 온도를 다시 5℃/sec의 속도로 상온까지 감온하면서 기울인 상태로 냉각시켜 금속 격자 패턴이 형성된 와이어 그리드 편광판을 완성하였다.
실시예 2 및 3
분산액 도포 후, 금속 충진시 기울기 각도를 각각 20° 및 45°로 변경한 것을 제외하고 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 실시예 2 및 3의 와이어 그리드 편광판을 완성하였다
비교예 1 및 2
분산액 도포 후, 금속 충진시 기울기 각도를 각각 0.5° 및 75°로 변경한 것을 제외하고 실시예 1의 방법과 동일한 방법으로 비교예 1 및 2의 와이어 그리드 편광판을 완성하였다.
이어서, 상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 와이어 그리드 편광판의 금속 격자 패턴의 크기를 측정하여 하기 표 1에 반영하였으며, 아울러 하기 측정예의 방법으로 편광특성을 측정하여 그 결과를 비교하였다.
측정예
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 WGP를 다음과 같은 방법으로 RETS-100 장비(OTSUKA ELECTRONICS사)를 이용하여 P 편광 투과율(TP) 및 S 편광 투과율(TS)를 측정하였으며, 이로부터 측정된 값을 이용하여 하기 식 1로 편광효율(PE)을 계산하여 그 결과를 하기 표 1에 반영하였다.
식 1)
Figure pat00001

실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
금속 충진시 기울기 각도 30° 20° 45° 0.1° 75°
P 편광 투과율
(%)		 75 73 78 25 82
편광 효율
(%)		 99.9 99.9 99.9 99.9 15.2
상기 표 1의 결과를 통해 확인할 있듯이, 실시예 1 내지 3의 경우, 금속 격자 패턴이 우수한 편광특성을 나타나도록 형성되었으나, 비교예 1의 경우 수지층의 패턴을 모두 덮는 금속 도막이 형성되어 추가적인 식각 공정이 요구되었고, 비교예 2의 경우 지나치게 금속 격자의 폭이 얇고 높이는 낮아 S편광 투과율이 높게 나타나 편광효율이 떨어지는 것으로 확인되었다.

Claims (7)

  1. (S1) 나노 격자 패턴이 형성된 이형 몰드에 경화성 수지 조성물을 통과시켜 표면에 나노 격자 패턴이 전사된 수지층을 제조하는 단계;
    (S2) 상기 (S1)단계에서 제조된 수지층의 나노 격자 패턴 상에 평균 직경이 2 내지 100nm인 금속 나노 입자가 분산된 분산액을 도포하는 단계;
    (S3) 상기 (S2)단계에서 분산액이 도포된 수지층을 지면으로부터 1 내지 70°의 각도로 기울이며, 상압 상태의 50 내지 200℃ 온도 조건에서 분산액의 용매를 휘발시키고, 금속 격자를 형성하는 단계; 및
    (S4) 상기 (S3)단계 이후, 상온으로 냉각시키는 단계를 포함하는 와이어 그리드 편광판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (S1)단계의 경화성 수지 조성물은 아크릴계 수지, 메타아크릴계 수지, 폴리비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 스티렌계 수지, 알키드계 수지, 아미노계 수지, 폴리우레탄계 수지 및 실리콘계 수지로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 경화성 수지를 포함하는 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (S1)단계의 나노 격자 패턴은 단위 격자당 높이가 10 내지 300nm이고, 선폭이 2 내지 100nm이며, 임의의 격자가 시작되는 지점에서부터 다음 격자가 시작되는 지점까지의 거리로 정의되는 피치(Pitch)값이 50 내지 200nm인 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (S2)단계의 금속 나노 입자는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 크롬(Cr), 백금(Pt), 금(Au), 철(Fe), 은(Ag), 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 및 이들을 2 이상 포함하는 합금 중 어느 하나인 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (S2)단계의 분산액은 지방족 탄화수소 용매(aliphatic hydrocarbon solvent), 방향족계 탄화수소 용매(aromatic hydrocarbon solvent), 케톤계 용매(ketone-based solvent), 에테르계 용매(ether-based solvent), 아세테이트계 용매(acetate-based solvent), 알코올계 용매(alcohol-based solvent), 아미드계 용매, 실리콘계 용매(silicon-based solvent)로 이루어진 그룹 중 선택된 1 종 이상의 유기 용매를 용매로 하는 유기용액이거나; 또는 수용액인 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (S2)단계의 분산액은 점도가 1 내지 1000cps인 것임을 특징으로 하는 와이어 그리드 편광판의 제조방법.
  7. 상기 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 와이어 그리드 편광판.
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