WO2013085283A1 - 편광 분리 소자 - Google Patents

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WO2013085283A1
WO2013085283A1 PCT/KR2012/010491 KR2012010491W WO2013085283A1 WO 2013085283 A1 WO2013085283 A1 WO 2013085283A1 KR 2012010491 W KR2012010491 W KR 2012010491W WO 2013085283 A1 WO2013085283 A1 WO 2013085283A1
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light
polarization splitting
recess
wavelength
splitting element
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PCT/KR2012/010491
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French (fr)
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김태수
김재진
이종병
박정호
정진미
신부건
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주식회사 엘지화학
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    • G02B5/3075—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state for use in the UV
    • G—PHYSICS
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    • G02B5/1809—Diffraction gratings with pitch less than or comparable to the wavelength
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    • G02B5/3058—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state comprising electrically conductive elements, e.g. wire grids, conductive particles

Definitions

  • the present application relates to a polarization splitting element, a method of manufacturing a polarization splitting element, a light irradiation apparatus, a light irradiation method, and a method of manufacturing the aligned photoalignment film.
  • a liquid crystal alignment film used to arrange liquid crystal molecules in a certain direction has been applied to various fields.
  • a photo-alignment film which can arrange
  • a photo-alignment film may be prepared by orientationally ordering the photosensitive material by irradiating a layer of photosensitive material with light, for example, linearly polarized light.
  • polarization splitters may be used to irradiate light linearly polarized onto the photoalignment layer.
  • Patent Document 1 Korean Unexamined Patent Publication No. 2002-0035587 discloses a polarization splitting device using aluminum.
  • a grid pattern may be formed on the ultraviolet polarization splitting element for polarizing light in the ultraviolet region to have a pitch of 120 nm or less.
  • the present application provides a polarization splitting element, a method of manufacturing a polarization splitting element, a light irradiation apparatus, a light irradiation method, and a method of manufacturing the aligned photoalignment film.
  • Exemplary polarization splitting elements include a substrate; And irregularities formed on the substrate, and may generate linearly polarized light in the ultraviolet region wavelength band.
  • ultraviolet region means a region of light having a wavelength of, for example, 250 to 350 nm, 270 to 330 nm, and 290 to 310 nm.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of an exemplary polarization splitting element
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an upper surface of an exemplary polarization splitting element
  • FIG. 3 is a photograph taken from the top of the exemplary polarization splitting element. to be.
  • the polarization splitting element may include a substrate 1 and an unevenness 2 formed on the substrate.
  • the term “concave-convex” refers to a structure (see FIG. 2) in which a plurality of stripe-shaped patterns in which a plurality of recesses 2a and grooves 2b are formed are arranged in parallel with each other, and used herein.
  • Pitch P means the distance which added the width W of the said recessed part 2a and the width
  • the exemplary polarization splitting element may include an unevenness 2, and the unevenness 2 may have a recessed portion 2a and a groove 2b.
  • the recess 2a may include silicon.
  • the silicon has a light absorption, unlike aluminum, which is a reflective material. Therefore, when the silicon is used as the material of the recessed portion 2a, the light in the ultraviolet region can be polarized without being limited to the pitch of the recessed portion 2a. That is, since the recessed portion 2a contains silicon, the refractive index is 1 to 10 and the absorption coefficient is 0.5 to 10 in the light wavelength region of 250 nm to 350 nm, so that the pitch P when polarizing light in the ultraviolet region is ) May be lower than reflective materials such as aluminum.
  • the pitch P of the recessed portions 2a formed of the silicon material in order to polarize light in the ultraviolet region having a short wavelength is, for example, 50 nm to 200 nm, 100 nm to 180 nm, 110 nm to 150 nm, It may be formed from 120 nm to 150 nm, 130 nm to 150 nm or 140 nm to 150 nm.
  • the pitch P exceeds 200 nm, which is about 1/2 of the 400 nm light wavelength region, polarization separation in the ultraviolet region may not occur.
  • the recessed portion 2a is formed of the silicon material, since the oxidation temperature of the silicon material is as high as about 800 ° C., a polarization splitter having excellent thermal stability and durability can be obtained. Accordingly, when polarizing the heat generated from the backlight or the light source, in particular, the light in the ultraviolet region, it is possible to prevent oxidation due to heat caused by the ultraviolet ray, and thus the polarization splitting element is not deformed, thereby maintaining an excellent polarization degree.
  • the recessed part 2a also has a refractive index and an extinction coefficient in the above-described range, and thus has excellent ultraviolet absorbing ability and excellent extinction ratio even at a short wavelength compared to aluminum, thereby manufacturing a polarization splitting device having excellent ultraviolet polarization degree using the silicon material. can do.
  • the silicon material included in the recess 2a may be silicon (Si), for example, boron, carbon, nitrogen, aluminum, phosphorus, Gallium (Gallium), germanium (Germaium), arsenic (Arsenic), chromium (Chrome) or nickel (Ni) doped may be silicon (Si), but is not limited thereto.
  • a dielectric material may be present in the groove portion of the unevenness.
  • An exemplary refractive index of the dielectric material for light of 250 nm to 350 nm wavelength may be 1 to 3.
  • the dielectric material is not particularly limited as long as it has a refractive index in the above-described range, and examples thereof include silicon oxide, magnesium fluoride, silicon nitride, air, and the like. In one example, when the dielectric material is air, the groove portion of the unevenness may be substantially empty.
  • the ultraviolet polarization splitting device a calculated by Equation 1 below may be 0.74 to 10, b may be 0.5 to 10.
  • Equation 1 i is an imaginary unit
  • n 1 is the refractive index for light of any length of wavelength of 250 nm to 350 nm of the dielectric material, for example, 300 nm wavelength
  • n 2 is a refractive index of light having a wavelength of any length among the wavelengths of the 250 nm to 350 nm ultraviolet region of the recess 2a, for example, a wavelength of 300 nm
  • W is the width of the recess 2a.
  • P is the pitch of the recessed part 2a.
  • a polarization splitting element having a high degree of polarization of 0.7 or more and 0.9 or more can be obtained.
  • the upper limit of the polarization degree value is not particularly limited, but may have a value of 0.98 or less, 0.95 or less, or 0.93 or less in consideration of economical efficiency of the manufacturing process.
  • the term "polarization degree" means the intensity of polarized light with respect to the intensity of light to be irradiated, and is calculated as in Equation 3 below.
  • Tc is the transmittance of the light of the wavelength of 250 nm to 350 nm polarized in the direction orthogonal to the recess 2a for the polarization splitting element
  • Tp is 250 polarized in the direction parallel to the recess 2a. It is the transmission of the light of the wavelength of nm to 350 nm for the polarization splitting element.
  • parallel means substantially parallel
  • vertical means substantially vertical.
  • the ultraviolet polarization splitting device may be c is calculated by Equation 2 below 1.3 to 10, d may be 0.013 to 0.1.
  • Equation 2 i is an imaginary unit
  • n 1 is the refractive index for light of any length of wavelength of 250 nm to 350 nm of the dielectric material, for example, 300 nm wavelength
  • n 2 is a refractive index with respect to light having a wavelength of any one of wavelengths in the ultraviolet region of 250 nm to 350 nm of the recessed portion 2a, for example, 300 nm wavelength
  • W is the width of the recessed portion 2a
  • P is the pitch of the said recessed part 2a.
  • the pitch P of the recesses 2a of the recesses and protrusions 2 satisfies Equation 2
  • the pitch P may have an appropriate transmittance to have excellent polarization separation characteristics, while the absorption rate is lowered, thereby increasing the height of the recesses 2a. Can be made low.
  • the height H of the recess 2a is not particularly limited, but for example, 20 nm to 300 nm, 50 nm to 200 nm, 100 nm to 150 nm, 150 nm to 250 nm, or 200 nm to 280 nm Can be.
  • the height H of the unevenness 2 exceeds 300 nm, the amount of light absorbed increases, so that the absolute amount of light required for photoalignment may be lowered. Therefore, when the height (H) of the concave-convex (2) is formed within the above-described range, the amount of light absorbed is not much, it is possible to manufacture a suitable polarization splitting device, the polarization splitting device maintains excellent ultraviolet transmittance, while smooth Polarization separation performance can be realized.
  • the aspect ratio may be increased to prevent the ease of pattern fabrication.
  • the width W of the recessed portion 2a is not particularly limited, but may be, for example, 10 nm to 160 nm, and particularly when the pitch of the recessed portion 2a is 50 nm to 150 nm, for example. , 10 nm to 120 nm, 30 nm to 100 nm, 50 nm to 80 nm
  • the fill-factor of the unevenness 2 may be 0.2 to 0.8, for example, 0.3 to 0.6, 0.4 to 0.7, 0.5 to 0.75 or 0.45.
  • the term “fill-factor” of the unevenness means the ratio (W / P) of the width W of the recessed portion to the pitch P of the recessed portion.
  • the exemplary polarization splitting device has a of 0.74 to 10 calculated by Equation 1 below, b to 0.5 to 10, c of 1.3 to 10 calculated by Equation 2 below, and d of 0.013 to 0.1 days. Can be.
  • Equations 1 and 2 i is an imaginary unit
  • n 1 is the refractive index of the light of any length of the wavelength of the ultraviolet region of 250 nm to 350 nm, for example, 300 nm wavelength of the dielectric material
  • n 2 is a refractive index for light having a wavelength of any one of wavelengths in the ultraviolet region of 250 nm to 350 nm of the recessed portion 2a, for example, 300 nm wavelength
  • W is the width of the recessed portion 2a.
  • P is the pitch of the recessed part 2a.
  • the substrate 1 included in the polarization splitting element and supporting the unevenness may be, for example, quartz, UV-transparent glass, polyvinyl alcohol (PVA), polycarbonate, or EVA ( Ethylene Vinyl Acetate copolymer) may be a substrate (1) formed from a material such as.
  • Exemplary ultraviolet light transmittance of the substrate 1 may be, for example, 70% or more, 80% or more, 90% or more. When the light transmittance is in the above-described range, the ultraviolet light transmittance of the polarization splitting element is also improved to increase the optical alignment rate. It is possible to produce a photo-alignment film having excellent qualities.
  • Exemplary polarization splitting elements may have an extinction ratio of 2 or more, for example, 5 or more, 10 or more, 50 or more, 100 or more, or 500 or more.
  • the upper limit of the extinction ratio is not particularly limited, but may be, for example, 2000 or less, 1500 or less, or 1000 or less in consideration of manufacturing processes and economic aspects.
  • the polarization splitting device has an extinction ratio of 2 to 2000, for example, 5 to 1500, 10 to 1500, 50 to 2000, 500 to 1500, or 100 to 2000 days in the short wavelength wavelength range of 250 nm to 350 nm. Can be.
  • the polarization splitting element can exhibit excellent polarization performance in the visible region as well as the ultraviolet region.
  • the extinction ratio can be improved to more than 2000.
  • the polarization splitting element having an extinction ratio of 2000 or more is not practical in practical sense, and has a height at the same pitch. If we increase the aspect ratio, the productivity can be significantly reduced in terms of fairness.
  • the term "Extinction Ratio" means Tc / Tp, and the higher the extinction ratio, the better the polarization plate. As described above, Tc means transmittance of light polarized in the direction perpendicular to the recesses 2a, and Tp means transmittance of light polarized in the direction parallel to the recesses 2a.
  • the present application also includes a method of manufacturing the above-mentioned ultraviolet polarization splitting element, and an exemplary method of manufacturing the ultraviolet polarizing splitting element forms a recessed portion 2a using silicon on a substrate and is formed by the recessed portion 2a. It may include introducing the dielectric material into the formed groove portion 2b to form irregularities.
  • the recess 2a may be formed by depositing silicon on the substrate.
  • the silicon may be sputtered, chemical vapor deposition (CVD), low pressure CVD (LPCVD), plasma enhanced CVD (PECVD) on a light-transmissive substrate, and the like.
  • CVD chemical vapor deposition
  • LPCVD low pressure CVD
  • PECVD plasma enhanced CVD
  • APCVD Atmospheric Pressure CVD
  • PVD Physical Vapor Deposition
  • Thermal Evaporation Depositon Inductive Thermal Evaporation
  • Electron Beam Evaporation Electron Beam Evaporation
  • the deposition may be performed through various vacuum evaporation coating methods known in the art, such as beam evaporation deposition and atomic layer deposition, but are not limited thereto.
  • Another exemplary form of manufacturing method may form a silicon layer by a solution process using a coating solution containing silicon nanoparticles on a substrate.
  • the solution process means a coating process using a solution, and in one exemplary form, the solution process may include a Sol-Gel process.
  • the recess 2a may form a resist pattern on the silicon layer deposited on the substrate, and may be formed using the resist pattern.
  • the resist pattern may be formed by various methods known in the art, for example, photo lithography, nano imprint lithography, soft lithography, or interference lithography. lithography) may be used, and may be formed by applying a resist material on the silicon layer, exposing the pattern to a desired pattern using a mask, and then developing the same, but is not limited thereto.
  • the recessed portion 2a may also be formed by a dry or wet etching method using a pre-formed resist pattern as a mask.
  • the wet etching means a method of etching the silicon layer using an etching solution, for example, a strong basic solution such as potassium hydroxide (KOH), tetramethylammonium hydroxide (TMAH), such as HF
  • a strong basic solution such as potassium hydroxide (KOH), tetramethylammonium hydroxide (TMAH), such as HF
  • KOH potassium hydroxide
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • HF tetramethylammonium hydroxide
  • HF hydrofluoric acid
  • HNO 3 nitric acid
  • CH 3 COOH acetic acid
  • an additive such as IPA (Isopropylalcohol) or a surfactant may be added to the etching solution.
  • the polarization splitting element is not suitable for forming a pattern having a high aspect ratio. Since the required aspect ratio is not high, the recessed portion 2a can be formed by wet etching. In this case, the process cost is significantly reduced and the process speed may be faster than dry etching.
  • the silicon layer may selectively use isotropic etching or anisotropic etching according to the crystal direction. For example, when wet etching is performed on a silicon layer having a crystal direction of 100, isotropic etching is performed with the same etching rate in all directions. However, when the crystal direction of the silicon layer is 110, using a strong base such as potassium hydroxide (KOH) does not actually etch the 111 direction, and as a result, anisotropic etching in which the etching proceeds in only one direction can be realized. Therefore, by using such a characteristic, anisotropic etching having a high aspect ratio can be realized even through wet etching.
  • KOH potassium hydroxide
  • the dry etching is a method of etching the silicon layer using a gas in the gaseous state, for example, known dry etching such as ion beam etching, RF sputter etching, reactive ion etching or plasma etching Can be used, but is not limited thereto.
  • a hard mask layer may be further formed between the resist and the silicon layer before forming the silicon layer and forming the resist pattern in order to increase the ease of etching. Can be formed.
  • the hard mask layer is not particularly limited as long as it is well etched in the resist but less etched than the silicon layer. For example, Cr, Ni, SiN, SiO 2 , or the like may be used. In the above, when the hard mask layer is additionally inserted, since the etching rate is significantly higher than when only the resist is used as the etching mask, a pattern having a high aspect ratio can be easily manufactured.
  • the resist pattern may be removed.
  • the hard mask layer may also be removed after the recess portion 2a is formed.
  • the resist pattern or the hard mask layer is not particularly limited and may be removed, for example, by a photoresist burning process at a temperature of about 300 ° C to 400 ° C.
  • the present application also relates to an apparatus including the polarization splitting element, for example, a light irradiation apparatus.
  • the exemplary device may include equipment in which the polarization splitting element and the irradiated object are mounted.
  • the polarization splitting element may be a polarizing plate.
  • the polarizing plate can be used, for example, to produce light polarized in a straight line from light emitted from a light source.
  • the polarizing plate may be included in the device such that light irradiated from the light source is incident on the polarizing plate so that light transmitted through the polarizing plate may be irradiated back to the mask.
  • the polarizing plate may be present at a position where the light irradiated from the light source can be incident on the polarizing plate after being collected by the light collecting plate.
  • any one capable of producing linearly polarized light from light emitted from the light source can be used without particular limitation.
  • a polarizing plate any one capable of producing linearly polarized light from light emitted from the light source can be used without particular limitation.
  • a polarizing plate a glass plate, a wire grid polarizing plate, etc. which are arrange
  • the apparatus may further include a photoalignment mask between the equipment to which the irradiated object is mounted and the polarization splitting element.
  • the mask for example, may be installed so that the distance to the surface of the subject mounted on the equipment is about 50 mm or less.
  • the distance may be, for example, greater than 0 mm, or greater than 0.001 mm, greater than 0.01 mm, greater than 0.1 mm, or greater than 1 mm.
  • the distance may be 40 mm or less, 30 mm or less, 20 mm or less, or 10 mm or less.
  • the distance between the surface of the object and the mask can be designed in various combinations of the above upper and lower limits.
  • the type of equipment to which the subject is mounted is not particularly limited, and may include all kinds of equipment designed to stably maintain the subject during light irradiation.
  • the apparatus may further include a light source capable of irradiating light with a mask.
  • a light source capable of irradiating light with a mask.
  • the light source may be a light source capable of irradiating ultraviolet light, and a high pressure mercury ultraviolet lamp, a metal halide. Lamps or gallium ultraviolet lamps and the like can be used.
  • the light source may comprise one or a plurality of light irradiation means.
  • the number or arrangement of the irradiation means is not particularly limited.
  • the light irradiation means forms two or more rows, and the light irradiation means positioned in any one of the two or more rows and the other adjacent to any one of the rows.
  • the light irradiation means located in the rows may be arranged so as to overlap each other.
  • the overlap between the light irradiation means means that the line connecting the center of the light irradiation means in one column and the light irradiation means in another column adjacent to one column is not parallel to the direction perpendicular to each column. While being formed in a direction (direction inclined at a predetermined angle), it may mean that the irradiation area of the light irradiation means overlaps with each other in a direction perpendicular to each column.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an arrangement of the above light irradiation means as an example.
  • the some light irradiation means 10 is arrange
  • the center of the first and second light irradiation means is determined.
  • the line P to connect is formed so as not to be parallel to the line C formed in the direction perpendicular
  • the irradiation area of the 1st light irradiation means and the irradiation area of the 2nd light irradiation means overlap by the range of Q in the direction perpendicular
  • the light amount of light irradiated by the light source can be kept uniform.
  • the extent to which any one of the above light irradiation means and the other light irradiation means overlap, for example, the length of Q in Fig. 4 is not particularly limited.
  • the degree of overlap may be about 1/3 to 2/3 of the diameter of the light irradiation means, for example, L in FIG. 4.
  • the apparatus may further comprise one or more light collecting plates for the adjustment of the amount of light emitted from the light source.
  • the light collecting plate may be included in the apparatus, for example, after the light irradiated from the light source is incident and collected by the light collecting plate, the collected light can be irradiated with a mask.
  • the light collecting plate if it is formed so as to collect light irradiated from the light source, a constitution commonly used in this field can be used.
  • As the light collecting plate a lenticular lens layer and the like can be exemplified.
  • the apparatus of FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a light irradiation apparatus.
  • the apparatus of FIG. 5 includes the equipment 60 which mounts the light source 10, the light condensing plate 20, the polarizing plate 30, the mask 40, and the to-be-projected object 50 which were arrange
  • light irradiated from the light source 10 first enters the light collecting plate 20, is collected, and then enters the polarizing plate 30 again.
  • the light incident on the polarizing plate 30 may be generated as light linearly polarized, incident to the mask 40, guided by the opening, and irradiated onto the surface of the irradiated object 50.
  • This application relates to a light irradiation method.
  • An exemplary method may be performed using the above-described light irradiation apparatus.
  • the method may include mounting the object to the equipment on which the object is mounted, and irradiating light to the object through the polarization splitting element and the mask.
  • the irradiated object may be an optical alignment layer.
  • the light irradiation method may be a method of manufacturing an aligned photoalignment film.
  • the photoalignment layer having an orientation is expressed by aligning a photosensitive material included in the photoalignment layer in a predetermined direction by irradiating linearly polarized light through a polarization separation element and a mask while the photoalignment layer is fixed to the equipment. Can be prepared.
  • the kind of the photo-alignment film that can be applied to the method is not particularly limited.
  • various kinds of photo-alignment compounds are known which can be used for forming a photo-alignment layer as a compound containing a photosensitive residue, and all of these known materials can be used for forming the photo-alignment layer.
  • Photo-alignment compounds include, for example, compounds aligned by trans-cis photoisomerization; Compounds aligned by photo-destruction, such as chain scission or photo-oxidation; Compounds ordered by photocrosslinking or photopolymerization such as [2 + 2] addition cyclization ([2 + 2] cycloaddition), [4 + 4] addition cyclization or photodimerization; Compounds aligned by photo-Fries rearrangement or compounds aligned by ring opening / closure reaction may be used.
  • the compound aligned by trans-cis photoisomerization for example, azo compounds or stilbenes, such as sulfated diazo dyes or azo polymers, may be exemplified.
  • cyclobutane tetracarboxylic dianhydride cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride
  • aromatic polysilane or polyester polystyrene or polyimide and the like
  • polystyrene or polyimide and the like can be exemplified.
  • a compound aligned by photocrosslinking or photopolymerization a cinnamate compound, a coumarin compound, a cinnanam compound, a tetrahydrophthalimide compound, a maleimide compound , Benzophenone compounds, diphenylacetylene compounds, compounds having chalconyl residues (hereinafter referred to as chalconyl compounds) or compounds having anthracenyl residues (hereinafter referred to as anthracenyl compounds) as photosensitive residues;
  • chalconyl compounds compounds having chalconyl residues
  • anthracenyl compounds compounds having anthracenyl residues
  • examples of the compounds aligned by the optical freeze rearrangement include aromatic compounds such as benzoate compounds, benzoamide compounds, and methacrylamidoaryl methacrylate compounds.
  • the compound aligned by the ring-opening / ring-closure reaction such as a spiropyran compound A [4 + 2] ⁇ - electron system ([4 + 2] ⁇ -electronic system), but may be exemplified by compounds such as sorting by a ring opening / ring-closure reaction of, without being limited thereto.
  • the photoalignment film can be formed through a known method using such a photoalignment compound.
  • the photo-alignment film can be formed on a suitable supporting substrate using the compound, and the photo-alignment film can be applied to the method while being transported by equipment capable of mounting the subject, for example, a roll. .
  • the photoalignment film to which light is irradiated through the polarization splitting element and the mask may be a photoalignment film subjected to a primary alignment treatment.
  • the primary alignment treatment can be carried out by irradiating the entire surface of the photoalignment film, for example, the photoalignment film, before irradiating light through a mask with ultraviolet light linearly polarized in a predetermined direction through a polarization splitting element. have.
  • the light When the light is irradiated to the primary alignment-treated photoalignment film through a mask, but irradiated with polarized light in a different direction than the first alignment treatment, the light is irradiated only to the region of the photo-alignment film corresponding to the opening, The photo-alignment compound is rearranged, and thus the photo-alignment layer in which the alignment direction of the photo-alignment compound is patterned can be manufactured.
  • the orientation of the alignment layer is determined by the polarization direction of the light finally irradiated. Accordingly, after the primary alignment is performed by irradiating linearly polarized ultraviolet rays in a predetermined direction through the polarization splitting element through the polarization splitting element, the photoalignment layer is exposed to linearly polarized light in a direction different from that used in the primary alignment treatment only through a mask. In this case, the orientation of the alignment layer may be changed in a direction different from the direction at the time of the primary alignment treatment only at a predetermined portion to which light is irradiated. Accordingly, a pattern including at least a first alignment region having a first alignment direction and a second alignment region having a second alignment direction different from the first alignment direction, or two or more kinds of alignment regions having different alignment directions are formed on the optical alignment layer. Can be formed.
  • the angle formed by the polarization axis of the linearly polarized ultraviolet light irradiated during the primary alignment and the polarization axis of the linearly polarized ultraviolet radiation irradiated during the secondary orientation performed through the mask after the first alignment may be vertical.
  • vertical may mean substantially vertical.
  • the optical alignment film manufactured by controlling the polarization axes of the light irradiated at the primary and secondary orientations may be used, for example, in an optical filter capable of realizing a stereoscopic image.
  • an optical filter may be manufactured by forming a liquid crystal layer on the optical alignment film formed as described above.
  • the method for forming the liquid crystal layer is not particularly limited, and for example, after coating and orienting a liquid crystal compound capable of crosslinking or polymerization by light on the photoalignment film, the layer of the liquid crystal compound is irradiated with light to be crosslinked or polymerized to be formed. can do.
  • the layer of the liquid crystal compound is aligned and fixed according to the alignment of the photoalignment film, so that a liquid crystal film including two or more kinds of regions having different alignment directions can be produced.
  • the kind of liquid crystal compound applied to the photo-alignment film is not particularly limited and may be appropriately selected according to the use of the optical filter.
  • the liquid crystal compound may be aligned in accordance with the alignment pattern of the alignment layer existing below, and the phase difference characteristic of ⁇ / 4 by photocrosslinking or photopolymerization It may be a liquid crystal compound capable of forming a liquid crystal polymer layer.
  • phase difference characteristic of ⁇ / 4" may refer to a characteristic capable of retarding incident light by a quarter of its wavelength.
  • an optical filter capable of dividing incident light into left circularly polarized light and right circularly polarized light can be produced.
  • polymerizing the aligned liquid crystal compound are not specifically limited.
  • the alignment may be performed in such a manner as to maintain the liquid crystal layer at an appropriate temperature at which the compound may exhibit liquid crystallinity according to the kind of liquid crystal compound.
  • crosslinking or polymerization may be carried out by irradiating the liquid crystal layer with light at a level at which appropriate crosslinking or polymerization may be induced depending on the type of liquid crystal compound.
  • the polarization splitting device of the present application has excellent durability against ultraviolet rays and heat, and has a low pitch dependency of polarization characteristics, thereby facilitating a manufacturing process.
  • the polarization splitting device of the present application may realize excellent polarization degree and extinction ratio even in a short wavelength region.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional view of an exemplary polarization splitting element.
  • FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an upper surface of an exemplary polarization splitting element.
  • FIG 3 is a photograph taken from above of an exemplary polarization splitting element.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an arrangement of exemplary light irradiation means.
  • FIG. 5 is a view showing an exemplary light irradiation apparatus.
  • FIG. 6 is a graph showing the results of measuring the transmittance of the exemplary silicon polarization splitting element according to Experimental Example 1.
  • FIG. 7 is a graph showing a result of measuring transmittance of an exemplary aluminum polarization splitting element according to Experimental Example 2.
  • FIG. 8 is a photograph showing a result in which all aluminum of the exemplary aluminum polarization splitting element is oxidized and changed in a transparent manner according to Experimental Example 3.
  • FIG. 8 is a photograph showing a result in which all aluminum of the exemplary aluminum polarization splitting element is oxidized and changed in a transparent manner according to Experimental Example 3.
  • FIG. 9 is a graph showing polarization characteristics of an exemplary silicon polarization splitter and an aluminum polarization splitter.
  • the quartz glass was removed by acetone at 60 ° C. and IPA (ISO-Propyl Alcohol) for 20 minutes to remove foreign substances on the surface under ultrasonic cleaning. Subsequently, a silicon thin film was deposited on the quartz glass at a rate of 1 ⁇ / sec through E-Beam Evaporation to a thickness of 50 nm. On the deposited silicon thin film, micro-resist's mr-8010r was spin-coated to 100 nm thickness and baked at 95 degrees for 1 minute. Next, an imprint process was performed using an imprinting master having a 150 nm pitch. The temperature of the press during imprinting was 160 ° C.
  • a silicon polarization splitter having a width (W) of a recess portion of 75 nm and a pitch (P) of 150 nm.
  • the optical constant of the main part of the polarization split device was measured by irradiating light of a wavelength of 300 nm to the polarization split devices manufactured in Examples and Comparative Examples using spectroscopic ellipsometry equipment and oscillation modeling.
  • the extinction ratio (Tc / Tp) was calculated based on the transmittance measured for each wavelength band. Extinction ratio by wavelength band of an Example and a comparative example is as Table 2 when compared.
  • the silicon polarization splitting device manufactured in Example was immersed in water for an accelerated experiment and then heated at 60 ° C. for 20 minutes, 60 minutes and 120 minutes, respectively.
  • two unused aluminum polarization splitting elements were overlapped and inserted into a transmittance measuring device to make a polarized light source, and then the Tp and Tc were measured after setting the direction of the silicon polarization splitting device perpendicular to the polarization direction.
  • Tp means transmittance of directional polarization parallel to the recess
  • Tc means transmittance of directional polarization perpendicular to the recess.
  • the measurement result is shown in FIG.
  • Tp and Tc before and after irradiation were measured by the method similar to Experimental example 1. The measurement result is shown in FIG.
  • Tc and Tp of the silicon polarization splitting device manufactured in Example and the aluminum polarization splitting device manufactured in Comparative Example were measured using N & K's spectrometer, and the results are shown in FIG. 9.
  • n // is a and all of the comparative example Al is less than 0.74, but in the case of Si in the example all 0.74 or more than Al It is shown high, and b shows that Si has a higher value than Al.
  • the refractive index is in the range of 1 to 10 and the extinction coefficient is also shown to satisfy the range of 1 to 10.
  • Tp and Tc are maintained without additional change in the silicon polarization splitting device when used for a long time in the ultraviolet region, but in the case of an aluminum polarization splitting device, Tp is greatly increased or It is shown that all aluminum is oxidized.
  • the polarization splitting element in which the recess is formed of silicon to have a pitch of 150 nm is manufactured to have a larger pitch as compared with the polarization splitting element in which the recess is formed of aluminum having a pitch of 120 nm.
  • the polarization separation characteristics are maintained at about the same level.
  • the height (50 nm) of the recessed part of the polarization splitting element in which the recessed part was formed in silicon was formed lower than the height (150 nm) of the recessed part of the polarization splitting element in which the recess was formed in aluminum, it was easy to manufacture.

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Abstract

본 출원은 편광 분리 소자, 편광 분리 소자의 제조방법, 광조사 장치, 광 조사 방법 및 정렬된 광배향막의 제조 방법에 관한 것이다. 본 출원의 자외선 편광 분리 소자는, 자외선 및 열에 대한 내구성이 우수하며, 편광 특성의 피치 의존성이 낮아 제조공정이 용이하다. 또한, 본 출원의 편광 분리 소자는 단파장 영역에서도 우수한 편광도 및 소광비를 구현할 수 있다.

Description

편광 분리 소자
본 출원은 편광 분리 소자, 편광 분리 소자의 제조방법, 광조사 장치, 광 조사 방법 및 정렬된 광배향막의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 분자를 일정 방향으로 배열하기 위해 사용되는 액정 배향막은 다양한 분야에 적용되고 있다. 액정 배향막으로는 광의 조사에 의해 처리된 표면으로서 인접하는 액정 분자를 배열시킬 수 있는 광배향막이 있다. 통상적으로 광배향막은 광감응성 물질(photosensitive material)의 층에 광, 예를 들면, 직선 편광된 광을 조사함으로써, 상기 광감응성 물질을 일정 방향으로 정렬(orientationally ordering)시켜서 제조할 수 있다.
상기 광배향막막에 직선 편광된 광을 조사하기 위하여, 다양한 종류의 편광 분리 소자가 이용될 수 있다.
예를 들어, 상기 편광 분리 소자로서 (특허문헌 1) 대한민국공개특허공보 제2002-0035587호 등에는 알루미늄을 이용한 편광 분리 소자를 개시하고 있다.
또한, 일반적으로 자외선 영역의 빛을 편광시키기 위한 자외선 편광 분리 소자에는 120nm 이하의 피치를 가지도록 선격자 패턴을 형성될 수 있다.
본 출원은, 편광 분리 소자, 편광 분리 소자의 제조방법, 광조사 장치, 광 조사 방법 및 정렬된 광배향막의 제조 방법을 제공한다.
예시적인 편광 분리 소자는, 기판; 및 상기 기판 위에 형성된 요철을 포함할 수 있으며, 자외선 영역 파장대역의 선편광된 광을 생성할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 「자외선 영역」은 예를 들면, 250 내지 350 nm, 270 내지 330 nm, 290 내지 310 nm의 파장을 가지는 빛의 영역을 의미한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여, 상기 편광 분리 소자에 대하여 자세히 설명한다.
도 1은 예시적인 편광 분리 소자의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 예시적인 편광 분리 소자의 상면을 모식적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 예시적인 편광 분리 소자를 상부에서 촬영한 사진이다. 도 1 및 도 2에서 나타나듯이, 상기 편광 분리 소자는 기판(1) 및 상기 기판 상에 형성된 요철(2)을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 「요철」은 복수의 요부(2a)와 홈부(2b)가 형성된 스트라이프 형상의 패턴이 서로 평행하게 배열된 구조(도 2를 참조)를 의미하며, 본 명세서에서 사용되는 용어 「피치(P)」는, 상기 요부(2a)의 폭(W)과 홈부(2b)의 폭을 더한 거리를 의미하고(도 2를 참조), 본 명세서에서 사용되는 용어 「높이」는, 상기 요부의 높이(H)를 의미한다(도 1을 참조).
도 1과 같이, 예시적인 상기 편광 분리 소자는 요철(2)을 포함할 수 있으며, 상기 요철(2)은 요부(2a)와 홈부(2b)를 가질 수 있다. 상기에서, 요부(2a)는 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 실리콘은 반사성 소재인 알루미늄과 달리 광흡수성을 가지고 있다. 따라서 상기 실리콘이 요부(2a)의 재료로 사용될 경우, 상기 요부(2a)의 피치에 제한 받지 않으면서, 자외선 영역의 빛을 편광시킬 수 있다. 즉, 상기 요부(2a)가 실리콘을 포함하여, 250 nm 내지 350 nm의 광파장 영역에서 굴절률이 1 내지 10이고, 흡광계수가 0.5 내지 10이기 때문에, 자외선 영역의 빛을 편광시킬 경우의 피치(P)에 대한 의존성이 알루미늄과 같은 반사성 소재보다 낮을 수 있다. 또한, 단파장인 자외선 영역의 빛을 편광시키기 위해 상기 실리콘 재료로 형성된 요부(2a)의 피치(P)는, 예를 들면, 50 nm 내지 200 nm, 100 nm 내지 180 nm, 110 nm 내지 150 nm, 120 nm 내지 150 nm, 130 nm 내지 150 nm 또는 140 nm 내지 150 nm 로 형성될 수 있다. 상기 피치(P)가 400 nm의 광파장 영역의 약 1/2 정도인 200 nm를 초과할 경우, 자외선 영역에서의 편광 분리가 일어나지 않을 수 있다. 또한, 상기 실리콘 재료로 상기 요부(2a)를 형성할 경우, 상기 실리콘 재료의 산화 온도가 약 800℃ 정도로 높기 때문에, 열적 안정성 및 내구성이 우수한 편광 분리 소자를 얻을 수 있다. 이에 따라, 백라이트 또는 광원에서 발생하는 열, 특히, 자외선 영역의 빛을 편광시킬 경우 자외선에 의한 열로 인한 산화를 막을 수 있고, 따라서 편광 분리 소자가 변형되지 않고 우수한 편광도를 유지할 수 있는 효과가 있다. 상기 요부(2a)는 또한, 전술한 범위의 굴절률 및 흡광계수를 가지므로 자외선 흡수능이 우수하고, 알루미늄에 비해 단파장에서도 우수한 소광비를 가지므로 상기 실리콘 재료를 이용하여 자외선 편광도가 우수한 편광 분리 소자를 제조할 수 있다.
또한, 상기 요부(2a)에 포함되는 실리콘 재료는 실리콘(Si)일 수 있으나, 예를 들면, 붕소(Boron), 탄소(Carbon), 질소(Nitrogen), 알루미늄(Aluminium), 인(Phosphorus), 갈륨(Gallium), 게르마늄(Germaium), 비소(Arsenic), 크롬(Chrome) 또는 니켈(Nickel) 등을 도핑한 실리콘(Si) 일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 요철의 홈부에는 유전 물질(dielectric material)이 존재할 수 있다. 예시적인 상기 유전 물질의 250 nm 내지 350 nm 파장의 광에 대한 굴절률은 1 내지 3일 수 있다. 상기 유전 물질은, 전술한 범위의 굴절률을 가진다면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 실리콘 옥사이드, 마그네슘 플로라이드, 실리콘 나이트라이드 또는 공기 등이 예시될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 유전 물질이 공기일 경우에는, 상기 요철의 홈부는 실질적으로 비어있는 상태(empty space)일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 자외선 편광 분리 소자는, 하기 수식 1에 의해 계산되는 a가 0.74 내지 10이며, b가 0.5 내지 10일 수 있다.
[수식 1]
(a+bi)2 = n1 2×(1-W/P) + n2 2×W/P
상기 수식 1에서, i는 허수 단위이고, n1은 상기 유전 물질의 250 nm 내지 350 nm의 자외선 영역의 파장 중 어느 한 길이의 파장, 예를 들면, 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이며, n2는 상기 요부(2a)의 250 nm 내지 350 nm의 자외선 영역의 파장 중 어느 한 길이의 파장, 예를 들면, 300 nm의 파장의 광에 대한 굴절률이고, W는 상기 요부(2a)의 폭이며, P는 상기 요부(2a)의 피치이다.
상기 요철(2)의 요부(2a)의 피치(P)가 상기 수식 1을 만족하는 경우, 120 nm 이상의 피치 범위에서도, 단파장 영역, 예를 들면 250 nm 내지 350 nm의 광파장 영역에서 0.5 이상, 0.6 이상, 0.7 이상, 0.9 이상의 높은 편광도를 가지는 편광 분리 소자를 얻을 수 있다. 상기 편광도 값의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 제조 공정의 경제성을 고려하여 0.98 이하, 0.95 이하, 0.93 이하의 값을 가질 수 있다. 즉, 상기 편광도가 0.98을 초과할 경우, 편광 분리 소자의 요철의 종횡비(Aspect ratio, 요부의 폭/높이)를 높여야 하며, 이 경우 편광 분리 소자의 제작이 어려워 지고, 제작 공정이 복잡해질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 「편광도」는 조사되는 빛의 강도에 대한 편광의 강도를 의미하며, 하기 수식 3과 같이 계산된다.
[수식 3]
편광도 D= (Tc-Tp)/(Tc+Tp)
상기에서, Tc는 상기 요부(2a)와 직교하는 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 분리 소자에 대한 투과도이고, Tp는 상기 요부(2a)와 평행한 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 분리 소자에 대한 투과도이다. 상기에서 평행이란 실질적인 평행을 의미하며, 수직이란 실질적인 수직을 의미한다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 자외선 편광 분리 소자는 하기 수식 2에 의해 계산되는 c가 1.3 내지 10이며, d가 0.013 내지 0.1일 수 있다.
[수식 2]
(c+di)2 = n1 2×n2 2 / ((1-W/P)×n2 2+W×n1 2/P)
상기 수식 2에서, i는 허수 단위이고, n1은 상기 유전 물질의 250 nm 내지 350 nm의 자외선 영역의 파장 중 어느 한 길이의 파장, 예를 들면, 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이며, n2는 상기 요부(2a)의 250 nm 내지 350 nm의 자외선 영역의 파장 중 어느 한 길이의 파장, 예를 들면, 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이고, W는 상기 요부(2a)의 폭이며, P는 상기 요부(2a)의 피치이다.
상기 요철(2)의 요부(2a)의 피치(P)가 상기 식 2를 만족하는 경우, 우수한 편광 분리 특성을 가지기 위한 적절한 투과율을 가질 수 있으며, 반면, 흡수율이 낮아져, 요부(2a)의 높이를 낮게 제조할 수 있다.
상기 요부(2a)의 높이(H)는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 20 nm 내지 300 nm, 50 nm 내지 200 nm, 100 nm 내지 150 nm, 150 nm 내지 250 nm 또는 200 nm 내지 280 nm일 수 있다. 상기 요철(2)의 높이(H)가 300 nm를 초과할 경우, 흡수되는 광량이 증가하여, 광배향시 필요한 절대 광량이 낮아질 수 있다. 따라서 상기 요철(2)의 높이(H)가 전술한 범위 내에서 형성될 경우, 흡수되는 광량이 많지 않아 적합한 편광 분리 소자의 제작이 가능하며, 상기 편광 분리 소자가 우수한 자외선 투과율을 유지하면서도, 원활한 편광 분리성능을 구현할 수 있다. 또한, 동일한 피치(P)에서 요철(2)의 높이(H)가 두꺼워짐에 따라 종횡비가 증가하게 되어 패턴 제작 용이성이 떨어지게 되는 것을 방지할 수 있다.
상기 요부(2a)의 폭(W)은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 10 nm 내지 160 nm, 일 수 있으며, 특히 요부(2a)의 피치가 50 nm 내지 150 nm일 경우, 예를 들면, 10 nm 내지 120 nm, 30 nm 내지 100 nm, 50 nm 내지 80 nm일 수 있다
하나의 예시에서, 상기 요철(2)의 필-펙터(fill-factor)는 0.2 내지 0.8일 수 있으며, 예를 들어, 0.3 내지 0.6, 0.4 내지 0.7, 0.5 내지 0.75 또는 0.45일 수 있다. 상기 요철의 필-펙터가 상기 수치 범위를 만족하는 경우 원활한 편광 분리성능을 구현할 수 있고, 흡수되는 광량이 많지 않아 편광 분리 소자의 편광 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 요철의 「필-펙터(fill-factor)」는 요부의 피치(P)에 대한 상기 요부의 폭(W)의 비율(W/P)를 의미한다.
또한, 예시적인 상기 편광 분리 소자는 하기 수식 1에 의해 계산되는 a가 0.74 내지 10이며, b가 0.5 내지 10이고, 하기 수식 2에 의하여 계산되는 c가 1.3 내지 10이며, d가 0.013 내지 0.1일 수 있다.
[수식 1]
(a+bi)2 = n1 2×(1-W/P) + n2 2×W/P
[수식 2]
(c+di)2 = n1 2×n2 2 / ((1-W/P)×n2 2+W×n1 2/P)
상기 수식 1 및 2에서, i는 허수 단위이고, n1은 상기 유전 물질의 250 nm 내지 350 nm의 자외선 영역의 파장 중 어느 한 길이의 파장, 예를 들면, 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이며, n2는 상기 요부(2a)의 250 nm 내지 350 nm의 자외선 영역의 파장 중 어느 한 길이의 파장, 예를 들면, 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이고, W는 상기 요부(2a)의 폭이며, P는 상기 요부(2a)의 피치이다. 상기 수식 1 및 수식 2에 의하여 a, b, c 및 d가 상기 범위를 모두 만족할 경우, 상기 편광 분리 소자의 피치(P)에 따른 편광 특성에 의존성이 낮아, 편광 분리 소자에 120 nm 이상의 피치 값을 가지는 요철을 형성하더라도 단파장 영역에서도 우수한 편광도 및 소광비를 구현할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 편광 분리 소자에 포함되며, 요철을 지지하기 위한 상기 기판(1)은, 예를 들면, 석영, 자외선 투과 유리, PVA(Polyvinyl Alcohol), 폴리 카보네이트(Poly Carbonate), EVA(Ethylene Vinyl Acetate 공중합체) 등과 같은 재료로부터 형성된 기판(1)일 수 있다. 예시적인 상기 기판(1)의 자외선 투과율은, 예를 들어 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상일 수 있으며, 전술한 범위의 투과율을 가질 경우, 편광 분리 소자의 자외선 투과율도 향상되어 광배향 속도가 우수한 광배향막의 제조가 가능하다.
예시적인 상기 편광 분리 소자는 소광비가 2 이상의 값을 가질 수 있으며, 예를 들면, 5 이상, 10 이상, 50 이상, 100 이상 또는 500 이상의 값을 가질 수 있다. 상기 소광비의 상한은 특별히 제한되는 것은 아니나, 제조공정 및 경제적인 측면을 고려할 때, 예를 들면, 2000 이하, 1500 이하 또는 1000 이하 일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 편광 분리 소자는 단파장인 250nm 내지 350nm의 광 파장 역역에서의 소광비가 2 내지 2000, 예를 들면, 5 내지 1500, 10 내지 1500, 50 내지 2000 500 내지 1500 또는 100 내지 2000일 수 있다. 전술한 범위 내의 소광비를 가짐으로서, 상기 편광 분리 소자는 가시광선 영역은 물론 자외선 영역에도 우수한 편광성능을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 편광 분리 소자를 구성하는 패턴의 높이를 증가시킬 경우 소광비를 2000을 초과하여 향상시킬 수 있으나, 현실적으로 2000 이상의 소광비를 가지는 편광 분리 소자는 실용적인 면에서 의미가 없으며, 동일한 피치에서 높이를 크게 하는 경우 종횡비가 증가하기 때문에 공정적인 측면에서도 생산성이 현저히 떨어질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 「소광비(Extinction Ratio)」는 Tc/Tp를 의미하며, 소광비가 높을수록 편광 성능이 우수한 편광판으로 볼 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기에서 Tc는 요부(2a)와 수직인 방향으로 편광된 광의 투과도를 의미하고, Tp는 요부(2a)와 평행한 방향으로 편광된 광의 투과도를 의미한다.
본 출원은 또한 전술한 상기 자외선 편광 분리 소자의 제조방법을 포함하며, 예시적인 상기 자외선 편광 분리 소자의 제조방법은 기판 위에 규소를 사용하여 요부(2a)를 형성하고, 상기 요부(2a)에 의해 형성된 홈부(2b)에 유전 물질을 도입하여 요철을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 상기 편광 분리 소자의 제조방법은 또한, 기판상에 실리콘을 증착하여 요부(2a)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 실리콘을 투광성 기판 위에, 스퍼터링(Sputtering), 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD), 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD, LPCVD), 플라즈마 향상 화학 기상 증착(Plasma Enhanced CVD, PECVD), 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD, APCVD), 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD), 열증발 증착(Thermal Evaporation Depositon), 유도열 증발 증착(Inductive Thermal Evaporation), 전자빔 증발 증착(Elecron-beam Evaporation deposition), 원자층 증착(Atomic Layer Deoposition) 등의 기술분야에서 공지된 다양한 진공 증착(Vacuum Evaporation Coating)법을 통하여 증착시킬 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
또 다른 예시적인 형태의 제조방법은 기판 위에 실리콘 나노 입자를 포함하는 코팅 용액을 이용하여 용액 공정에 의하여 실리콘층을 형성할 수 있다. 상기 용액 공정은 용액을 사용하는 코팅 공정을 의미하며, 하나의 예시적인 형태에서, 상기 용액 공정은 졸-겔 공정(Sol-Gel process)을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 요부(2a)는 기판상에 증착된 실리콘층 위에 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 이용하여 형성할 수 있다.
상기 레지스트 패턴은, 기술분야에서 공지된 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있으며, 예를 들면, 포토 리소그래피(Photo lithography), 나노 임프린트 리소그래피(Nano imprint lithography), 소프트 리소그래피(Soft lithography) 또는 간섭 리소그래피(Interference lithography) 등의 방법이 이용될 수 있으며, 상기 실리콘층상에 레지스트 물질을 도포한 후, 마스크를 이용하여 원하는 패턴으로 노광한 후 현상하는 방법으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 요부(2a)는 또한, 기형성된 레지스트 패턴을 마스크로 이용하고, 건식 또는 습식 식각 방법에 의하여 형성할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 습식 식각은 식각 용액을 사용하여, 상기 실리콘층을 식각하는 방법을 의미하며, 예를 들어, 수산화 칼륨(KOH), TMAH(Tetramethylammonium hydroxide)와 같은 강 염기성 용액, HF와 같은 강 산성 용액 또는 불산(HF), 질산(HNO3) 및 초산(CH3COOH)의 혼합물 등을 사용한 식각 용액에 상기 실리콘층을 침지시키는 방법에 의하여 수행할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 식각 용액에, IPA(Isopropylalcohol) 또는 계면활성제 등의 첨가물을 추가할 수 있다.
일반적으로 습식 식각의 경우 수직방향과 수평방향의 식각 속도가 같은 식각, 이른바, 등방 식각이 이루어지기 때문에 높은 종횡비를 갖는 패턴을 형성하기에는 적합하지 않음에도 불구하고, 상기 편광 분리 소자는 편광도를 얻기 위해 요구되는 종횡비가 높지 않기 때문에, 습식 식각을 이용하여 요부(2a)를 형성할 수 있다. 이 경우, 건식 식각 보다 공정 비용이 현격하게 줄어들게 되며 공정 속도 또한 빨라질 수 있다.
한편, 하나의 예시에서, 상기 실리콘층은 그 결정방향에 따라 등방성 식각 또는 이방성 식각을 선택적으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 결정방향이 100 방향인 실리콘층에 습식 식각을 수행할 경우, 모든 방향에서 동일한 식각 속도를 갖는 등방 식각이 이루어지게 된다. 그러나, 실리콘층 결정방향이 110 방향인 경우에는 수산화 칼륨(KOH) 등의 강염기를 사용하면 111 방향은 사실상 식각이 되지 않게 되고, 그 결과 한 방향으로만 식각이 진행되는 이방성 식각을 구현할 수 있다. 따라서 이와 같은 특성을 이용하면 습식 식각을 통해서도, 높은 종횡비를 갖는 이방성 식각을 구현할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 건식 식각은 기체 상태의 가스를 사용하여, 상기 실리콘층을 식각하는 방법이며, 예를 들어, 이온빔 식각, RF 스퍼터 식각, 반응이온 식각 또는 플라즈마 식각 등의 공지된 건식 식각법을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 실리콘층을 건식 식각 방법에 의하는 식각하는 경우, 식각의 용이성을 높이기 위해서 상기 실리콘층을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 형성하기 전에, 상기 레지스트와 실리콘층 사이에 추가로 하드 마스크층을 형성할 수 있다. 상기 하드 마스크층은 레지스트에는 식각이 잘 되나 상기 실리콘층보다는 식각이 잘 안되는 물질이라면, 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들면 Cr, Ni, SiN, SiO2 등을 사용할 수 있다. 상기에서, 하드 마스크층을 추가로 삽입할 경우, 레지스트만 에칭 마스크로 사용할 경우보다 식각 비율이 현저하게 높아지므로 높은 종횡비를 갖는 패턴을 용이하게 제작할 수 있다.
상기 레지스트 패턴을 이용하여, 요부(2a)가 형성되면, 상기 레지스트 패턴은 제거될 수 있으며, 건식 식각의 경우, 상기 하드 마스크 층 또한, 요부(2a)가 형성된 후 제거될 수 있다. 상기 레지스트 패턴 또는 하드 마스크층은 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 약 300 ℃ 내지 400 ℃의 온도에서 포토레지스트 버닝 공정을 통하여 제거될 수 있다.
본 출원은 또한 상기 편광 분리 소자를 포함하는 장치, 예를 들면, 광조사 장치에 관한 것이다. 예시적인 장치는, 상기 편광 분리 소자 및 피조사체가 거치되는 장비를 포함할 수 있다.
상기에서, 상기 편광 분리 소자는 편광판일 수 있다. 편광판은, 예를 들면, 광원으로부터 조사된 광으로부터 직선으로 편광된 광을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 편광판은 예를 들면, 광원으로부터 조사된 광이 편광판으로 입사되어, 편광판을 투과한 광이 다시 마스크로 조사될 수 있도록 장치 내에 포함될 수 있다. 또한, 예를 들어, 장치가 집광판을 포함하는 경우에는, 편광판은, 광원으로부터 조사된 광이 집광판으로 집광된 후에 편광판에 입사될 수 있는 위치에 존재할 수 있다.
편광판으로는, 광원으로부터 조사된 광으로부터 직선 편광된 광을 생성할 수 있는 것이라면, 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 이러한 편광판으로는, 브루스터 각으로 배치된 유리판 또는 와이어 그리드 편광판 등이 예시될 수 있다.
또한, 상기 장치는 피조사체가 거치되는 장비와 편광 분리 소자 사이에 광배향 마스크를 추가로 포함할 수 있다.
상기에서 마스크는, 예를 들면, 장비에 거치된 피조사체의 표면과의 거리가 약 50 mm 이하가 되도록 설치될 수 있다. 상기 거리는, 예를 들면, 0 mm를 초과하거나, 0.001 mm 이상, 0.01 mm 이상, 0.1 mm 이상 또는 1 mm 이상일 수 있다. 또한, 상기 거리는 40 mm 이하, 30 mm 이하, 20 mm 이하 또는 10 mm 이하일 수 있다. 피조사체의 표면과 마스크의 거리는 상기한 상한 및 하한의 다양한 조합으로 설계될 수 있다.
상기에서, 피조사체가 거치되는 장비의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 광이 조사되는 동안 피조사체가 안정적으로 유지될 수 있도록 설계되어 있는 모든 종류의 장비가 포함될 수 있다.
또한, 상기 장치는, 마스크로 광을 조사할 수 있는 광원을 추가로 포함할 수 있다. 광원으로는, 마스크의 방향으로 광을 조사할 수 있는 것이라면, 목적에 따라서 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 마스크의 개구부로 가이드되는 광을 통하여 광배향막의 배향이나, 포토레지스트의 노광 등을 수행하고자 하는 경우에는, 광원으로는, 자외선의 조사가 가능한 광원으로서, 고압 수은 자외선 램프, 메탈 할라이드 램프 또는 갈륨 자외선 램프 등이 사용될 수 있다.
광원은 하나 또는 복수개의 광조사 수단을 포함할 수 있다. 복수의 광조사 수단이 포함되는 경우에 조사 수단의 수나 배치 형태는 특별히 제한되지 않는다. 광원이 복수의 광조사 수단을 포함하는 경우에, 광조사 수단은, 2개 이상의 열을 형성하고 있으며, 2개 이상의 열 중 어느 하나의 열에 위치하는 광조사 수단과 상기 어느 하나의 열과 인접하는 다른 열에 위치되어 있는 광조사 수단은 서로 엇갈려서 중첩되도록 배치될 수 있다.
광조사 수단이 서로 엇갈려서 중첩되어 있다는 것은, 어느 하나의 열에 존재하는 광조사 수단과 어느 하나의 열과 인접하는 다른 열에 존재하는 광조사 수단의 중심을 연결하는 선은 각 열과 수직한 방향과 평행하지 않은 방향(소정 각도로 경사진 방향)으로 형성되면서, 광조사 수단의 조사 면적은 각 열과 수직한 방향에서 일정 부분 서로 겹쳐져서 존재하는 경우를 의미할 수 있다.
도 4은, 상기와 같은 광조사 수단의 배치를 예시적으로 설명하고 있는 도면이다. 도 4에서는 복수의 광조사 수단(10)이 2개의 열, 즉 A열과 B열을 형성하면서 배치되어 있다. 도 4의 광조사 수단 중에서 101로 표시되는 광조사 수단을 제 1 광조사 수단으로 하고, 102로 표시되는 광조사 수단을 제 2 광조사 수단으로 하면, 제 1 및 제 2 광조사 수단의 중심을 연결하는 선(P)은, A열 및 B열의 방향과 수직하는 방향으로 형성되어 있는 선(C)과 평행하지 않게 형성되어 있다. 또한, 제 1 광조사 수단의 조사 면적과 제 2 광조사 수단의 조사 면적은, A열 및 B열의 방향과 수직하는 방향으로 Q의 범위만큼 중첩되어 있다.
상기와 같은 배치에 의하면, 광원에 의해 조사되는 광의 광량을 균일하게 유지할 수 있다. 상기에서 어느 하나의 광조사 수단과 다른 광조사 수단이 중첩되는 정도, 예를 들면, 도 4에서 Q의 길이는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 중첩되는 정도는, 광조사 수단의 직경, 예를 들면, 도 4의 L의 약 1/3 이상 내지 2/3 이하일 수 있다.
장치는, 또한 광원으로부터 조사되는 광의 광량의 조절을 위하여, 하나 이상의 집광판을 추가로 포함할 수 있다. 집광판은 예를 들면, 광원으로부터 조사된 광이 집광판으로 입사되어 집광된 후에, 집광된 광이 마스크로 조사될 수 있도록 장치 내에 포함될 수 있다. 집광판으로는, 광원으로부터 조사된 광을 집광할 수 있도록 형성되어 있다면, 이 분야에서 통상 사용되는 구성을 사용할 수 있다. 집광판으로는, 렌티큘러 렌즈층 등이 예시될 수 있다.
도 5는, 광조사 장치의 하나의 예를 나타내는 도면이다. 도 5의 장치는, 순차로 배치된 광원(10), 집광판(20), 편광판(30), 마스크(40) 및 피조사체(50)를 거치하는 장비(60)를 포함하고 있다. 도 5의 장치에서는, 광원(10)에서 조사된 광이 우선 집광판(20)에 입사하여 집광되고, 다시 편광판(30)으로 입사한다. 편광판(30)에 입사한 광은 직선으로 편광된 광으로 생성되고, 다시 마스크(40)로 입사되어 개구부에 의해 가이드되어 피조사체(50)의 표면에 조사될 수 있다.
본 출원은, 광 조사 방법에 대한 것이다. 예시적인 상기 방법은, 상기 기술한 광조사 장치를 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은, 상기 피조사체가 거치될 수 있는 장비에 피조사체를 거치하고, 상기 편광 분리 소자 및 마스크를 매개로 상기 피조사체로 광을 조사하는 것을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 피조사체는 광배향막일 수 있다. 이러한 경우 상기 광조사 방법은, 정렬된 광배향막을 제조하는 방법일 수 있다. 예를 들어, 광배향막이 장비에 고정된 상태로 편광 분리 소자 및 마스크를 매개로 직선 편광된 광 등을 조사하여 광배향막에 포함되어 있는 광감응성 물질을 소정 방향으로 정렬시켜서 배향성이 발현된 광배향막을 제조할 수 있다.
상기 방법에 적용될 수 있는 광배향막의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 해당 분야에서는 광감응성 잔기를 포함하는 화합물로서 광배향막의 형성에 사용할 수 있는 다양한 종류의 광배향성 화합물이 공지되어 있고, 이러한 공지의 물질은 모두 광배향막의 형성에 사용될 수 있다. 광배향성 화합물로는, 예를 들면, 트랜스-시스 광이성화(trans-cis photoisomerization)에 의해 정렬되는 화합물; 사슬 절단(chain scission) 또는 광산화(photo-oxidation) 등과 같은 광분해(photo-destruction)에 의해 정렬되는 화합물; [2+2] 첨가 환화([2+2] cycloaddition), [4+4] 첨가 환화 또는 광이량화(photodimerization) 등과 같은 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물; 광 프리즈 재배열(photo-Fries rearrangement)에 의해 정렬되는 화합물 또는 개환/폐환(ring opening/closure) 반응에 의해 정렬되는 화합물 등을 사용할 수 있다. 트랜스-시스 광이성화에 의해 정렬되는 화합물로는, 예를 들면, 술포화 디아조 염료(sulfonated diazo dye) 또는 아조고분자(azo polymer) 등의 아조 화합물이나 스틸벤 화합물(stilbenes) 등이 예시될 수 있고, 광분해에 의해 정렬되는 화합물로는, 시클로부탄 테트라카복실산 이무수물(cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride), 방향족 폴리실란 또는 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 폴리이미드 등이 예시될 수 있다. 또한, 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물로는, 신나메이트(cinnamate) 화합물, 쿠마린(coumarin) 화합물, 신남아미드(cinnamamide) 화합물, 테트라히드로프탈이미드(tetrahydrophthalimide) 화합물, 말레이미드(maleimide) 화합물, 벤조페논 화합물 또는 디페닐아세틸렌(diphenylacetylene) 화합물이나 광감응성 잔기로서 찰코닐(chalconyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 찰콘 화합물) 또는 안트라세닐(anthracenyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 안트라세닐 화합물) 등이 예시될 수 있고, 광 프리즈 재배열에 의해 정렬되는 화합물로는 벤조에이트(benzoate) 화합물, 벤조아미드(benzoamide) 화합물, 메타아크릴아미도아릴 (메타)아크릴레이트(methacrylamidoaryl methacrylate) 화합물 등의 방향족 화합물이 예시될 수 있으며, 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물로는 스피로피란 화합물 등과 같이 [4+2] π-전자 시스템([4+2] π-electronic system)의 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 광배향성 화합물을 사용한 공지의 방식을 통해서 상기 광배향막을 형성할 수 있다. 예를 들면, 광배향막은 상기 화합물을 사용하여 적절한 지지 기재상에 형성될 수 있고, 이러한 광배향막은 피조사체를 거치할 수 있는 장비, 예를 들면, 롤에 의해 이송되면서 상기 방법에 적용될 수 있다.
상기 방법에서 편광 분리 소자 및 마스크를 매개로 광이 조사되는 광배향막은, 1차 배향 처리된 광배향막일 수 있다. 1차 배향 처리는, 예를 들면, 편광 분리 소자를 통하여 일정 방향으로 직선 편광된 자외선을 마스크를 매개로 광을 조사하기 전에 광배향막, 예를 들면, 광배향막의 전체 면에 조사함으로써 수행할 수 있다. 1차 배향 처리된 광배향막에 마스크를 매개로 광을 조사하되, 상기 1차 배향 처리 시와는 상이한 방향으로 편광된 광을 조사하게 되면, 개구부에 대응되는 광배향막의 영역에만 광이 조사되어, 광배향성 화합물이 재정렬되고, 이를 통하여 광배향성 화합물의 정렬 방향이 패턴화되어 있는 광배향막을 제조할 수 있다.
광배향막의 배향을 위하여, 예를 들어, 직선 편광된 자외선을 1회 이상 조사하면, 배향층의 배향은 최종적으로 조사되는 광의 편광 방향에 의해 결정된다. 따라서, 광배향막에 편광 분리 소자를 통해 일정 방향으로 직선 편광된 자외선을 조사하여 1차 배향시킨 후에, 마스크를 매개로 소정 부위에만 1차 배향 처리 시에 사용한 것과는 다른 방향으로 직선 편광된 광에 노출시키면, 광이 조사되는 소정 부위에서만 배향층의 방향이 1차 배향 처리 시의 방향과는 상이한 방향으로 변경될 수 있다. 이에 따라서 제 1 배향 방향을 가지는 제 1 배향 영역과 제 1 배향 방향과는 상이한 제 2 배향 방향을 가지는 제 2 배향 영역을 적어도 포함하는 패턴 또는 배향 방향이 서로 다른 2종류 이상의 배향 영역이 광배향막에 형성될 수 있다.
하나의 예시에서 1차 배향 시에 조사되는 직선 편광된 자외선의 편광축과 1차 배향 후에 마스크를 매개로 수행되는 2차 배향 시에 조사되는 직선 편광된 자외선의 편광축이 이루는 각도는 수직일 수 있다. 상기에서 수직은, 실질적인 수직을 의미할 수 있다. 이러한 방식으로 1차 및 2차 배향 시에 조사되는 광의 편광축을 제어하여 제조된 광배향막은, 예를 들면, 입체 영상을 구현할 수 있는 광학 필터에 사용될 수 있다.
예를 들어 상기와 같이 형성된 광배향막상에 액정층을 형성하여 광학 필터를 제조할 수 있다. 액정층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 광배향막 상에 광에 의한 가교 또는 중합이 가능한 액정 화합물을 도포 및 배향한 후에 액정 화합물의 층에 광을 조사하여 가교 또는 중합시켜서 형성할 수 있다. 이와 같은 단계를 거치면, 액정 화합물의 층은, 광배향막의 배향에 따라서 배향 및 고정되어서, 배향 방향이 상이한 2종류 이상의 영역을 포함하는 액정 필름이 제조될 수 있다.
광배향막에 도포되는 액정 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않고, 광학 필터의 용도에 따라서 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 광학 필터가 입체 영상의 구현을 위한 필터인 경우에는, 액정 화합물은, 하부에 존재하는 배향층의 배향 패턴에 따라서 배향할 수 있고, 광가교 또는 광중합에 의하여 λ/4의 위상차 특성을 나타내는 액정 고분자층을 형성할 수 있는 액정 화합물일 수 있다. 용어 「λ/4의 위상차 특성」은 입사되는 광을 그 파장의 1/4배만큼 위상 지연시킬 수 있는 특성을 의미할 수 있다. 이러한 액정 화합물을 사용하면, 예를 들면, 입사광을 좌원 편광된 광 및 우원 편광된 광으로 분할할 수 있는 광학 필터를 제조할 수 있다.
액정 화합물을 도포하고, 또한 배향 처리, 즉 하부의 배향층의 배향 패턴에 따라서 정렬시키는 방식이나, 정렬된 액정 화합물을 가교 또는 중합시키는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 배향은, 액정 화합물의 종류에 따라서 화합물이 액정성을 나타낼 수 있는 적절한 온도에서 액정층을 유지하는 방식 등으로 진행될 수 있다. 또한, 가교 또는 중합은, 액정 화합물의 종류에 따라서 적절한 가교 또는 중합이 유도될 수 있는 수준의 광을 액정층으로 조사하여 수행할 수 있다.
본 출원의 편광 분리 소자는, 자외선 및 열에 대한 내구성이 우수하며, 편광 특성의 피치 의존성이 낮아 제조공정이 용이하다. 또한, 본 출원의 편광 분리 소자는 단파장 영역에서도 우수한 편광도 및 소광비를 구현할 수 있다.
도 1은, 예시적인 편광 분리 소자를 단면을 보여주는 단면도이다.
도 2는 예시적인 편광 분리 소자의 상면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은, 예시적인 편광 분리 소자를 상부에서 촬영한 사진이다.
도 4는, 예시적인 광 조사 수단의 배치를 나타내는 도면이다.
도 5는, 예시적인 광조사 장치를 보여주는 도면이다.
도 6은, 실험예 1에 따라 예시적인 실리콘 편광 분리 소자의 투과율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 실험예 2에 따라 예시적인 알루미늄 편광 분리 소자의 투과율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 실험예 3에 따라 예시적인 알루미늄 편광 분리 소자의 알루미늄이 모두 산화되어 투명하게 변화된 결과를 촬영한 사진이다.
도 9는, 예시적인 실리콘 편광 분리 소자 및 알루미늄 편광 분리 소자의 편광특성을 보여주는 그래프이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 상기 기술한 내용을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 편광 분리 소자 등의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
편광 분리 소자의 제작
실시예
석영 유리를 60℃의 아세톤과 IPA(ISO-Propyl Alcohol)에 20분씩 초음파 세척하의 표면의 이물질을 제거하였다. 이후 상기 석영 유리에 전자-빔 증착(E-Beam Evaporation)을 통하여 1Å/sec의 속도로 실리콘 박막을 50 nm의 두께로 증착하였다. 증착된 실리콘 박막 위에 Micro Resist사의 mr-8010r을 100nm 두께로 스핀 코팅한 후 95도에서 1분간 베이킹하였다. 다음으로, 150nm 피치의 임프린팅 마스터를 이용하여 임프린트 공정을 수행하였다. 임프린트시 프레스(Press)의 온도는 160℃이며 40Bar에서 3분간 유지한 후 2분간 쿨링(cooling)하여 100℃에서 탈착(Demold)하였다. 이후 ICP RIE 장비를 이용하여 실리콘을 건식 식각하였다. 이후 유기 용매로 아세톤을 이용하여 임프린트용 레지스트를 제거하여 요부의 폭(W)은 75 nm, 피치(P)가 150 nm인 실리콘 편광 분리 소자를 제조하였다.
비교예
석영 유리를 60℃의 아세톤과 IPA에 20분씩 초음파 세척하의 표면의 이물질을 제거하였다. 이후 상기 석영 유리에 전자-빔 증착(E-Beam Evaporation)을 통하여 1 Å/sec의 속도로 알루미늄 박막을 150 nm의 두께로 증착하였다. 증착된 알루미늄 박막 위에 Micro Resist사의 mr-8010r을 100nm 두께로 스핀 코팅한 후 95℃에서 1분간 베이킹 하였다. 다음으로, 120nm 피치의 임프린팅 마스터를 이용하여 임프린트 공정을 수행하였다. 임프린트시 프레스(Press)의 온도는 160℃이며 40Bar에서 3분간 유지한 후 2분간 쿨링(cooling)하여 100℃에서 탈착(Demold)하였다. 이후 ICP RIE 장비를 이용하여 알루미늄을 건식 식각하였다. 이후 유기 용매로 아세톤을 이용하여 임프린트용 레지스트를 제거하여 요부의 폭(W)은 60 nm, 피치(P)가 120 nm 인 알루미늄 편광 분리 소자를 제조하였다.
시험예
실시예 및 비교예에서 제조된 편광 분리 소자에 대하여 하기 방식으로 그 물성을 평가하였다.
측정방법 1. 요부의 광학 상수의 측정
Spectroscopic ellipsometry 장비 및 Oscillation modeling을 이용해서 실시예 및 비교예에서 제조된 편광 분리 소자에 300 nm의 파장의 빛을 조사하여 상기 편광 분리 소자의 요부의 광학 상수를 측정하였다.
편광 분리 소자의 유효 굴절률의 계산
실시예의 편광 분리 소자 와 비교예의 편광 분리 소자 각각의 W, P 값, 유전 물질(공기)의 굴절률(n1) 값 1 및 상기에서 측정된 편광 분리 소자의 요부의 광학 상수(n2)를 수식 1 및 수식 2에 대입하여 계산하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
표 1
파장(nm) 요부의 물질 Real Optical constant Effective refractive index
n 2 n//(a+bi) nㅗ(c+di)
250 Si 1.7+3.68i 1.24+2.52i 1.44+0.035i
Al 0.20+3.0i 0.15+2.0i 1.50+0.012i
275 Si 1.87+5.00i 1.87+3.48i 1.44+0.040i
Al 0.23+3.3i 0.17+2.22i 1.48+0.010i
300 Si 5.0+4.09i 3.58+2.86i 1.41+0.017i
Al 0.28+3.64i 0.21+2.48i 1.47+0.009i
325 Si 5.13+3.18i 3.67+2.22i 1.41+0.017i
Al 0.33+3.95i 0.24+2.70i 1.46+0.008i
350 Si 5.5+2.90i 3.94+2.02i 1.40+0.017i
Al 0.39+4.3i 0.28+2.96i 1.45+0.0074i
소광비의 계산
각각의 파장대역에 따라 측정된 투과율을 바탕으로 소광비(Tc/Tp)를 계산하였다. 실시예 및 비교예의 파장대별 소광비는 비교하면 표 2와 같다.
표 2 Al과 광흡수성 물질로 이루어진 편광 분리 소자의 물질별 소광비
각 파장대역에서 소광비
250nm 275nm 300nm 325nm 325nm
실시예(Si) 34.71716 204.9879 207.9338 683.9417 1762.759
비교예(Al) 0.233146 6.649053 6.649053 89.0692 134.102
내구성의 평가
(1) 실험예 1
실시예에서 제작한 실리콘 편광 분리 소자를 가속 실험을 위하여 물에 침지한 후 60℃에서 각각 20분, 60분, 120분 동안 가열하였다. 다음으로, 사용하지 않은 알루미늄 편광 분리 소자 2장을 겹쳐서 투과율 측정 장비에 삽입하여 편광된 광원을 만든 후, 상기 실리콘 편광 분리 소자의 방향을 편광 방향과 수직 수평으로 놓은 후 Tp 및 Tc를 측정하였다. 여기서 Tp는 요부와 평행한 방향 편광의 투과도를 의미하고, Tc는 요부와 수직인 방향 편광의 투과도를 의미한다. 측정 결과는 도 6에 도시하였다.
(2) 실험예 2
비교예에서 제작한 알루미늄 편광 분리 소자에 자외선 램프를 500시간 조사한 후, 실험예 1과 같은 방법으로, 조사 전후의 Tp 및 Tc를 측정하였다. 측정 결과는 도 7에 도시하였다.
(3) 실험예 3
비교예에서 제작한 알루미늄 편광 분리 소자를 물에 침지한 후 60℃에서 30분 동안 가열하였고, 알루미늄이 모두 산화되어 투명하게 변하며 그로 인하여 편광 분리 소자의 기능이 없어지는 것을 확인하였다. 결과는 도 8에 나타내었다.
피치에 따른 편광특성의 평가
실시예에서 제작한 실리콘 편광 분리 소자 및 비교예에서 제작한 알루미늄 편광 분리 소자의 Tc 및 Tp를 N&K사의 스펙트로미터를 이용하여 측정하였고, 결과는 도 9에 도시되었다.
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 실시예와 같이, 실리콘을 사용하여, 요부를 제조한 경우, n//을 보면 비교예인 Al의 a는 모두 0.74 미만이지만 실시예인 Si의 경우 모두 0.74 이상으로 Al 보다 높게 나타나고 있고, b는 Si가 Al 보다 높은 값을 갖는 것으로 나타나고 있다. 또한, Si의 경우, 굴절률이 1 내지 10의 범위임과 동시에 흡광계수도 1 내지 10의 범위를 만족하는 것으로 나타나고 있다.
또한, 상기 표 2와 같이, 자외선 파장대역에서, 비교예에서 제작한 편광 분리 소자에 비해 실시예에서 제작한 편광 분리 소자는 비교예(피치 120 nm)보다 큰 150 nm의 피치를 갖도록 제조되더라도, 소광비가 현저하게 높게 나타나고 있다.
또한, 상기 실험예 1 내지 3 및 도 6 내지 도 8에 의하면 자외선 영역에서 장시간 사용할 경우 실리콘 편광 분리 소자는 Tp 및 Tc가 추가적인 변화 없이 유지되나, 알루미늄 편광 분리 소자의 경우에는 Tp가 많이 증가하거나, 알루미늄이 모두 산화되는 것으로 나타나고 있다.
또한, 도 9에 의하면, 피치가 150 nm을 갖도록 실리콘으로 요부가 형성된 편광 분리 소자의 경우, 피치가 120 nm인 알루미늄으로 요부가 형성된 편광 분리 소자와 비교하였을 때, 보다 큰 피치를 가지게 제조하였음에도 불구하고 편광 분리 특성이 거의 비슷한 수준으로 유지되고 있다. 또한, 실리콘으로 요부를 형성한 편광 분리 소자의 요부의 높이(50 nm)가 알루미늄으로 요부를 형성한 편광 분리 소자의 요부의 높이(150 nm)보다 낮게 형성할 수 있어, 제조가 용이하였다.
1 : 기판
2 : 요철
2a: 요부
2b: 홈부
10, 101, 102: 광 조사 수단
20: 집광판
30: 편광판
40: 마스크
50: 피조사체
60: 피조사체가 거치되는 장비

Claims (19)

  1. 기판; 및 상기 기판 위에 형성되어 있고, 실리콘을 포함하는 요부와 유전 물질이 존재하는 홈부를 가지는 요철을 포함하고, 하기 수식 1에 의해 계산되는 a가 0.74 내지 10이며, b가 0.5 내지 10인 자외선 편광 분리 소자:
    [수식 1]
    (a+bi)2 = n1 2×(1-W/P) + n2 2×W/P
    상기 수식 1에서, i는 허수 단위이고, n1은 상기 유전 물질의 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이며, n2는 상기 요부의 300 nm의 파장의 광에 대한 굴절률이고, W는 상기 요부의 폭이며, P는 상기 요부의 피치이다.
  2. 기판; 및 상기 기판 위에 형성되어 있고, 실리콘을 포함하는 요부와 유전 물질이 존재하는 홈부를 가지는 요철을 포함하고, 하기 수식 2에 의해 계산되는 c가 1.3 내지 10이며, d가 0.013 내지 0.1인 자외선 편광 분리 소자:
    [수식 2]
    (c+di)2 = n1 2×n2 2 / ((1-W/P)×n2 2+W×n1 2/P)
    상기 수식 2에서, i는 허수 단위이고, n1은 상기 유전 물질의 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이며, n2는 상기 요부의 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이고, W는 상기 요부의 폭이며, P는 상기 요부의 피치다.
  3. 기판; 및 상기 기판 위에 형성되어 있고, 실리콘을 포함하는 요부와 유전 물질이 존재하는 홈부를 가지는 요철을 포함하고, 하기 수식 1에 의해 계산되는 a가 0.74 내지 10이며, b가 0.5 내지 10이고, 하기 수식 2에 의하여 계산되는 c가 1.3 내지 10이며, d가 0.013 내지 0.1인 자외선 편광 분리 소자:
    [수식 1]
    (a+bi)2 = n1 2×(1-W/P) + n2 2×W/P
    [수식 2]
    (c+di)2 = n1 2×n2 2 / ((1-W/P)×n2 2+W×n1 2/P)
    상기 수식 1 및 2에서, i는 허수 단위이고, n1은 상기 유전 물질의 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이며, n2는 상기 요부의 300 nm 파장의 광에 대한 굴절률이고, W는 상기 요부의 폭이며, P는 상기 요부의 피치다.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 유전 물질의 250 nm 내지 350 nm 파장의 광에 대한 굴절률이 1 내지 3 인 자외선 편광 분리 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 요부의 250 nm 내지 350 nm 파장의 광에 대한 굴절률이 1 내지 10 인 자외선 편광 분리 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 요부는 0.5 내지 10 의 흡광 계수를 가지는 흡광성인 자외선 편광 분리 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한에 있어서, 요부에는 붕소, 탄소, 질소, 알루미늄, 인, 갈륨, 게르마늄, 비소, 크롬 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이 도핑되어 있는 자외선 편광 분리 소자.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 수식 3으로 계산되는 D가 0.67 내지 0.98인 자외선 편광 분리 소자:
    [수식 3]
    D = (Tc-Tp)/(Tc+Tp)
    상기 수식 3에서 Tc는 상기 요부와 직교하는 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 분리 소자에 대한 투과도이고, Tp는 상기 요부와 평행한 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 분리 소자에 대한 투과도이다.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 요부의 피치는 50 nm 내지 200 nm인 자외선 편광 분리 소자.
  10. 제 9 항에 있어서, 요부의 피치(P)에 대한 상기 요부의 폭(W)의 비율(W/P)이 0.2 내지 0.8인 자외선 편광 분리 소자.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 요부의 높이는 20 nm 내지 300 nm인 자외선 편광 분리 소자.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 수식 4로 계산되는 R이 2 내지 2000인 자외선 편광 분리 소자:
    [수식 4]
    R = Tc/Tp
    상기 수식 4에서 Tc는 상기 요부와 직교하는 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 분리 소자에 대한 투과도이고, Tp는 상기 요부와 평행한 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 분리 소자에 대한 투과도이다.
  13. 기판 위에 규소를 사용하여 요부를 형성하고, 상기 요부에 의해 형성된 홈부에 유전 물질을 도입하여 요철을 형성하는 것을 포함하는 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 자외선 편광 분리 소자의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 기판상에 실리콘을 증착하여 요부를 형성하는 자외선 편광 분리 소자의 제조방법.
  15. 피조사체가 거치되는 장비; 및 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 자외선 편광 분리 소자를 포함하는 광조사 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 피조사체가 거치되는 장비와 편광 분리 소자 사이에 광배향 마스크를 추가로 포함하는 광조사 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 마스크를 향하여 직선 편광된 광을 조사할 수 있는 광원을 추가로 포함하는 장치.
  18. 제 16 항의 장치의 피조사체가 거치되는 장비에 피조사체를 거치하고, 편광 분리 소자 및 마스크를 매개로 상기 피조사체에 광을 조사하는 방법.
  19. 제 16 항의 장치의 피조사체가 거치되는 장비에 광배향막을 거치하고, 편광 분리 소자 및 마스크를 매개로 상기 광배향막에 직선 편광된 광을 조사하는 정렬된 광배향막의 제조 방법.
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