WO2014035170A1 - 편광 자외선 분리 소자 - Google Patents

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polarized
ultraviolet
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convex portion
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김태수
김재진
이종병
박정호
정진미
신부건
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주식회사 엘지화학
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    • G02F1/133788—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers by treatment of the surface, e.g. embossing, rubbing or light irradiation by light irradiation, e.g. linearly polarised light photo-polymerisation

Definitions

  • the present application relates to a polarized ultraviolet separation device and its use.
  • 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.
  • polarized ultraviolet separation devices In order to irradiate linearly polarized light onto the photoalignment layer, various kinds of polarized ultraviolet separation devices may be used.
  • Patent Document 1 discloses a polarization ultraviolet separation device using aluminum as the polarization ultraviolet separation device.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 2002-0035587
  • the present application provides a polarized ultraviolet separation device and its use.
  • the present application relates to a polarized ultraviolet separation device.
  • the term polarized ultraviolet light separating device may refer to any kind of device configured to extract ultraviolet light in a polarized state from light incident to the device.
  • the polarized light may be linearly polarized light, circularly polarized light, or elliptical polarized light, and in one example, may be linearly polarized light.
  • the term ultraviolet light may refer to electromagnetic waves in a wavelength region of, for example, about 250 nm to about 350 nm, about 270 nm to about 330 nm, and about 290 nm to about 310 nm.
  • An exemplary separation element may include a base layer and a convex portion formed on the base layer.
  • the convex portion may be formed including a titanium metal composite oxide.
  • the convex portion may have a stripe shape and may be formed on at least two substrate layers.
  • the convex portions formed in the stripe shape may be disposed on the substrate layer substantially parallel to each other.
  • the number of the convex portions formed in the stripe shape on the substrate layer is not particularly limited, and for example, may be selected in consideration of the intensity of ultraviolet rays to be separated.
  • the convex portion may exist on the substrate layer of about 5 to 20 Line / ⁇ m.
  • the separation device may exhibit excellent separation efficiency with respect to light in a wide wavelength region, for example, ultraviolet rays in a wide wavelength region.
  • the separation efficiency of the separation element can be defined by the polarization extinction ratio.
  • the term polarization extinction ratio may mean a ratio of the intensity of polarization perpendicular to the stripe-shaped convex portion and the intensity of polarization horizontal to the convex portion among the light passing through the separation element. That is, the separation element may transmit light having a vector orthogonal to the convex portion (so-called P polarization) and reflect light having a vector parallel to the convex portion (so-called S polarization) to exhibit separation characteristics. Efficiency can be defined through this ratio of P and S polarizations.
  • Tc is the transmittance of the polarized ultraviolet separation element of the light of the wavelength of 250 nm to 350 nm polarized in the direction orthogonal to the stripe-shaped convex portion
  • Tp is 250 polarized in the direction parallel to the convex portion
  • the wavelength of light applied to Equation 1 may be about 270 nm to about 330 nm and about 290 nm to about 310 nm.
  • the separating element may also exhibit good transmittance, wherein the term transmittance is light having a vector orthogonal to the convex portion transmitted through the separating element in light irradiated to the separating element, for example, ultraviolet light (so-called P). Intensity of the polarization).
  • the separation device may have a P calculated by Equation 2 below 0.2 to 0.5.
  • T is the intensity of light having a wavelength of 250 nm to 350 nm irradiated to the polarization ultraviolet separation element
  • Tc is a direction orthogonal to the stripe-shaped convex portion transmitted through the polarization ultraviolet separation element among the irradiated light.
  • the wavelength of light applied to Equation 2 may be about 270 nm to about 330 nm and about 290 nm to about 310 nm.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of an exemplary polarized ultraviolet separation element
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an upper surface of an exemplary polarization ultraviolet separation element.
  • the polarized ultraviolet light separating element may include a base layer 1 and an unevenness 2 formed on the base layer.
  • the convex parts 2a forming the unevenness 2 may be arranged in parallel with each other while having a stripe shape as shown in FIG. 2.
  • the concave portion 2b is formed between the convex portions 2a by the convex portion 2a, and the pitch, width and height of the convex portion 2a are separated from the ultraviolet rays, for example, It can be adjusted to satisfy the polarization extinction ratio and transmittance.
  • the term pitch P means the distance obtained by adding the width W of the convex portion 2a and the width of the concave portion 2b (see FIG. 2)
  • the term height is the height of the convex portion ( H) (FIG. 1).
  • the height may be the height of the highest convex portion or an average value of the heights of the convex portions.
  • the convex portion may include a titanium metal composite oxide, and the composite oxide may include, for example, titanium oxide doped with metal.
  • the complex oxide may be formed, for example, with a transmittance of less than 10%, less than 5%, less than 3%, less than 2%, less than 1%, less than 0.2%, or less than 0.1% in the wavelength region of 350 nm.
  • the lower limit thereof is not particularly limited and may be 0.01% or 0.001%.
  • the transmittance may be a value measured by the transmittance measuring device using a thickness of the separation device 100nm.
  • the kind or amount of the metal contained in the complex oxide may be selected so that the complex oxide exhibits transmittance in the above range, and if selected in this manner, the kind or amount is not particularly limited.
  • the titanium metal composite oxide includes titanium and may also include one or more second metals selected from Ni, Cr, Cu, Fe, B, V, Nb, Sb, Sn, Si, and Al.
  • the second metal may be Ni or Cr.
  • the ratio of the second metal in the complex oxide may also be selected in consideration of the above-described transmittance, and may be, for example, 1 to 20 mol%, 2 to 18 mol%, or 3 to 15 mol%.
  • the complex oxide may be represented by the following Chemical Formula 1.
  • M is at least one or one metal selected from the group consisting of Ni, Cr, Cu, Fe, B, V, Nb, Sb, Sn, Si, and Al, y is 0.01 to 0.2, x The sum of x and y (x + y) may be one. In another example, M may be Ni or Cr. In another example, y may be about 0.05 to about 0.15, or about 0.07 to about 1.13.
  • the pitch P of the convex portions is, for example, 50 nm to 200 nm, 100 nm to 180 nm, 110 nm to 150 nm, 120 nm to 150 nm. , 130 nm to 150 nm or 140 nm to 150 nm.
  • the pitch P exceeds 200 nm, proper separation efficiency may not be secured.
  • a dielectric material may be present in the recess formed by the convex portion.
  • An exemplary refractive index of the dielectric material for light of 250 nm to 350 nm wavelength may be a material of 1 to 5.
  • 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.
  • the concave portion of the convex portion may be a substantially empty space.
  • the ultraviolet polarization ultraviolet separation device a is calculated by the following formula 3 is 0.74 to 10, b may be 0.5 to 10.
  • Equation 3 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 the refractive index with respect to the light of the wavelength of any length of the wavelength of 250 nm-350 nm of the said convex part 2a, for example, 300 nm
  • W is the width
  • P is the pitch of the convex part 2a.
  • a high polarization degree of 0.5 or more, 0.6 or more, 0.7 or more, or 0.9 or more in a short wavelength region for example, an optical wavelength region of 250 nm to 350 nm
  • 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 refers to the intensity of polarization with respect to the intensity of light to be irradiated, and is calculated as in Equation 4 below.
  • Tc is the transmittance of the polarized ultraviolet separation element of the light of the wavelength of 250 nm to 350 nm polarized in the direction orthogonal to the convex portion 2a
  • Tp is the direction parallel to the convex portion 2a Is the transmittance of the polarized ultraviolet separation element of the light polarized with a wavelength of 250 nm to 350 nm.
  • parallel means substantially parallel
  • vertical means substantially vertical.
  • the ultraviolet polarization ultraviolet separation device is c is 1.3 to 10 calculated by the following formula 5, d may be 0.013 to 0.1.
  • Equation 5 i is an imaginary unit
  • n 1 is the refractive index for light of any length of the wavelength in the ultraviolet region of 250 nm to 350 nm of the dielectric material, for example, 300 nm wavelength
  • n 2 Is the refractive index for light of any length, for example, 300 nm, of the wavelengths of the ultraviolet region of 250 nm to 350 nm of the convex portion 2a
  • W is the width of the convex portion 2a.
  • P is the pitch of the convex part 2a.
  • the pitch P and the width W may have appropriate transmittances to have excellent polarization separation characteristics.
  • the height H of the convex portion 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 convex portion 2 exceeds 300 nm, the amount of light absorbed increases, so that the required amount of absolute light can be lowered. Therefore, when the height (H) of the convex portion (2) is formed in the above-described range, the amount of light absorbed is not much, it is possible to manufacture a suitable polarized ultraviolet separation element, the polarization ultraviolet separation element maintains excellent ultraviolet transmittance At the same time, smooth polarization separation performance can be realized.
  • the aspect ratio may be increased, thereby preventing the ease of pattern fabrication.
  • the width W of the convex portion 2a is not particularly limited, but may be, for example, 10 nm to 160 nm, and particularly when the pitch of the convex portion 2a is 50 nm to 150 nm. For example, 10 nm to 120 nm, 30 nm to 100 nm, and 50 nm to 80 nm.
  • the fill-factor of the convex portion 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 fill-factor of the convex portion satisfies the numerical range, smooth polarization separation performance may be realized, and the amount of light absorbed may not be much, and thus the polarization characteristics of the polarization ultraviolet separation element may be prevented from deteriorating.
  • the term "fill-factor" of the convex portion means the ratio (W / P) of the width W of the convex portion to the pitch P of the convex portion.
  • Exemplary polarizing ultraviolet separation device is a is calculated by the following formula 6 is 0.74 to 10, b is 0.5 to 10, c is 1.3 to 10 calculated by the following formula 7, d may be 0.013 to 0.1. .
  • Equations 6 and 7 i is an imaginary unit
  • n 1 is the refractive index of 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 of 250 nm to 350 nm of the ultraviolet region of the convex portion 2a, for example, 300 nm wavelength
  • W is the refractive index of the convex portion 2a.
  • Width P is the pitch of the convex portion 2a.
  • the type of the base layer included in the polarized ultraviolet separation device is not particularly limited, and for example, quartz, ultraviolet light-transmitting glass, polyvinyl alcohol (PVA), poly carbonate (poly carbonate), EVA (ethylene vinyl acetate copolymer), and the like. It may be formed from a material.
  • Ultraviolet transmittance of the base material layer 1 may be, for example, 70% or more, 80% or more, 90% or more. When the transmittance is in the above-described range, the ultraviolet light transmittance of the polarized ultraviolet light separating element is also improved, so that the optical orientation speed is increased. It is possible to produce an excellent photo-alignment film.
  • the separating element can be manufactured, for example, in a conventional manner known to be able to form a grid.
  • the separation device may be manufactured by patterning by forming a layer of the complex oxide on the substrate layer and selectively removing the layer.
  • the layer of the composite oxide may be formed by, for example, a conventional co-deposition method, or may be formed by a known method such as a sol-gel method, a solid phase method, a hydrothermal method, a sputtering method, or a chemical vapor deposition method.
  • a layer of the complex oxide patterned from the beginning may be formed on the substrate layer through a known pattern shape method, for example, a deposition method using a mask.
  • the polarization ultraviolet separation device may be manufactured by forming a layer of a titanium metal composite oxide on a substrate layer and patterning the layer.
  • the layer of the composite oxide may be formed on the substrate layer having an antireflection layer formed on a surface thereof.
  • the anti-reflection layer serves to prevent a decrease in efficiency due to internal reflection or interference reflection of the laser and to form a more precise grating on the metal composite oxide layer, for example, in forming a grating by laser interference exposure. can do. If the anti-reflection layer is formed in a shape capable of absorbing the internal reflection of the laser, the material and formation method thereof are not limited.
  • the method of patterning the layer of the metal composite oxide formed on the substrate layer is not particularly limited, and for example, a conventional photolithography method may be applied, or laser interference lithography for forming a pattern with a more precise pitch.
  • methods such as interference lithography, electron beam lithography, nano imprint lithography (NIL), immersion lithography, sol-gel, and the like can be used.
  • the stamped pattern is printed on the imprint resist film at a predetermined line width at a predetermined temperature and pressure conditions with respect to the substrate layer on which the resist layer is formed, and then the remaining metal layer Is removed by using plasma to form a pattern having a predetermined line width, and this method may be particularly suitable for forming a precise pattern.
  • the present application also relates to a device, for example, a light irradiation device, including the polarized ultraviolet separation element.
  • the exemplary device may include a device in which the polarized ultraviolet light separating element and the irradiated object are mounted.
  • the polarized ultraviolet light separating element may function as a polarizing plate.
  • the device can be used, for example, to produce light linearly polarized from light emitted from a light source.
  • the apparatus may further include a photo-alignment mask between the equipment on which the irradiated object is mounted and the polarization ultraviolet separation 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 on which the subject is mounted is not particularly limited, and may include all kinds of equipment designed to stably maintain the subject while light is being irradiated.
  • the device may further include a light source capable of irradiating light, for example, ultraviolet rays, with a mask or the polarized ultraviolet light separating element.
  • a light source capable of irradiating light, for example, ultraviolet rays, with a mask or the polarized ultraviolet light separating element.
  • a light source as long as it can irradiate light to the direction of a mask or the said element, it can use without a restriction
  • a light source a high pressure mercury ultraviolet lamp, a metal halide lamp, a gallium ultraviolet lamp, or the like may be used as a light source capable of irradiating ultraviolet light.
  • 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. 3 is a diagram for illustratively explaining the arrangement of the above light irradiation means.
  • 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. 3 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. 3.
  • 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 the polarized ultraviolet separating element and the 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.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a light irradiation apparatus.
  • the apparatus of FIG. 4 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-tested 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 can be mounted, and irradiating light to the object through the polarization ultraviolet separation element and a 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 photo-aligned film is fixed to the equipment by irradiating linearly polarized light through a polarized ultraviolet separation element and a mask to align the photosensitive material included in the photo-alignment film in a predetermined direction, thereby expressing orientation.
  • An alignment film can be manufactured.
  • 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 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 layer to which light is irradiated through the polarization ultraviolet separation element and the mask may be a photoalignment layer subjected to a primary alignment treatment.
  • the primary alignment treatment may be performed by, for example, irradiating the entire surface of the photoalignment film, for example, the photoalignment film, before irradiating light with a linearly polarized ultraviolet light in a predetermined direction through a polarizing ultraviolet light separating element through a mask. Can be.
  • 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 photo-alignment film for example, when irradiated with linearly polarized ultraviolet rays at least once, the orientation of the alignment layer is determined by the polarization direction of the light finally irradiated. Therefore, after the primary alignment is performed by irradiating linearly polarized ultraviolet rays in a predetermined direction through the polarized ultraviolet separation element, the photoalignment film is subjected to linearly polarized light in a direction different from that used in the primary alignment treatment only to a predetermined portion through a mask. When exposed, the orientation of the alignment layer can 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.
  • a polarized ultraviolet light separating device exhibiting excellent separation efficiency in a wide range of ultraviolet light and excellent in durability may be provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an exemplary polarized ultraviolet light separating element.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a top surface of an exemplary polarized ultraviolet light separating element.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement of exemplary light irradiation means.
  • FIG. 4 is a view showing an exemplary light irradiation apparatus.
  • base material layer 2 light absorption layer
  • the quartz glass layer was ultrasonically washed with acetone and IPA (Isopropyl alcohol) for 20 minutes to remove foreign substances from the surface. Thereafter, Ti and Ni were co-deposited in the quartz glass layer through an E-Beam Evaporation (E-Beam Evaporation) method to form a layer of the metal composite oxide represented by Chemical Formula 2 to a thickness of about 100 nm. Subsequently, mr-8010r, manufactured by Micro Resist, was spin coated to a thickness of 100 nm on the deposited layer and baked at 95 ° C. for 1 minute. Next, an imprint process was performed using an imprinting master.
  • E-Beam Evaporation E-Beam Evaporation
  • the temperature of the press during imprint was 160 ° C., and the temperature was maintained at 40 bar for 3 minutes and then cooled for 2 minutes to desold at 100 ° C. Thereafter, the layer of the metal composite oxide was dry etched using an ICP RIE apparatus. After removing the resist for imprint using acetone as an organic solvent, a width W of the convex portion is about 70 nm, the pitch (P) is about 150 nm to produce a polarization split device.
  • x is 0.9 and y is 0.1.
  • Fabrication is carried out in the same manner as in Example 1, but including the convex portion of the metal composite oxide represented by the following formula 4 by co-depositing Ti and Cr, the height is about 100 nm, the width is about 70 nm, the pitch A polarization splitting element of about 150 nm was produced.
  • x is 0.9 and y is 0.1.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, a polarization splitting element including a pattern formed by convex portions of TiO 2 was manufactured.
  • the specimen was made with a thickness of 100 nm and measured using a commonly used transmittance instrument, and the measurement results of the transmittance are shown in Table 2 below.

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Abstract

본 출원은 편광 자외선 분리 소자 및 그 용도에 대한 것이다. 본 출원에서는 넓은 범위의 자외선 영역에서 우수한 분리 효율을 나타내고, 내구성이 우수한 편광 자외선 분리 소자가 제공될 수 있다. 상기 소자는 예를 들면, 액정 배향막의 광배향 공정 등에 사용될 수 있다.

Description

편광 자외선 분리 소자
본 출원은 편광 자외선 분리 소자 및 그 용도에 대한 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 광배향막에 직선 편광된 광을 조사하기 위하여, 다양한 종류의 편광 자외선 분리 소자가 이용될 수 있다.
예를 들어, 상기 편광 자외선 분리 소자로서 특허문헌 1 등에는 알루미늄을 이용한 편광 자외선 분리 소자를 개시하고 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 대한민국공개특허공보 제2002-0035587호
본 출원은 편광 자외선 분리 소자 및 그 용도를 제공한다.
본 출원은 편광 자외선 분리 소자에 대한 것이다. 본 명세서에서 용어 편광 자외선 분리 소자는, 상기 소자로 입사되는 광 중에서 편광된 상태의 자외선을 추출할 수 있도록 구성된 모든 종류의 소자를 의미할 수 있다. 상기에서 편광은, 선편광, 원편광 또는 타원 편광일 수 있고, 하나의 예시에서는 선 편광일 수 있다. 본 명세서에서 용어 자외선은, 예를 들면, 약 250 nm 내지 약 350 nm, 약 270 nm 내지 약 330 nm, 약 290 nm 내지 약 310 nm의 파장 영역의 전자기파를 의미할 수 있다.
예시적인 분리 소자는 기재층과 상기 기재층상에 형성된 볼록부를 포함할 수 있다. 상기 볼록부는, 티타늄 금속 복합 산화물을 포함하여 형성될 수 있다. 상기 볼록부는 스트라이프 형상을 가질 수 있고, 적어도 2개 이상 기재층상에 형성되어 있을 수 있다. 스트라이프 형상으로 형성된 볼록부는 실질적으로 서로 평행하게 기재층상에 배치되어 있을 수 있다. 기재층상에서 스트라이프 형상으로 형성된 볼록부의 수는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 분리하고자 하는 자외선의 세기 등을 고려하여 선택될 수 있다. 통상적으로 상기 볼록부는 기재층상에 5 내지 20 Line / ㎛ 정도로 존재할 수 있다.
상기 분리 소자는, 넓은 파장 영역의 광, 예를 들면 넓은 파장 영역의 자외선에 대하여 우수한 분리 효율을 나타낼 수 있다. 분리 소자의 분리 효율은 편광 소멸비에 의해 규정될 수 있다. 본 명세서에서 용어 편광 소멸비는 상기 분리 소자를 투과하는 광 중에서 상기 스트라이프 형상의 볼록부와 수직한 편광의 세기와 상기 볼록부와 수평한 편광의 세기의 비율을 의미할 수 있다. 즉, 상기 분리 소자는 상기 볼록부와 직교하는 벡터를 가지는 광(소위 P 편광)은 투과시키고, 상기 볼록부와 수평하는 벡터를 가지는 광(소위 S 편광)은 반사시켜서 분리 특성을 나타낼 수 있는데, 이러한 P 및 S 편광의 비율을 통해 효율이 규정될 수 있다.
예를 들면, 상기 분리 소자는, 하기 수식 1에 의해 계산되는 R이 2 이상, 15 이상, 20 이상, 25 이상, 30 이상, 35 이상, 40 이상 또는 45 이상일 수 있다. 상기 수식 1로 계산되는 R의 상한은 특별히 제한되지 않는다. 즉 상기 R이 클수록 우수한 효율을 나타내는 것을 의미한다. 실용성을 고려하여 상기 R은, 예를 들면, 2,000 이하, 1,500 이하, 1,000 이하, 900 이하, 800 이하, 700 이하, 600 이하, 500 이하, 400 이하, 300 이하, 200 이하 또는 150 이하일 수 있다.
[수식 1]
R = Tc/Tp
수식 1에서 Tc는 상기 스트라이프 형상의 볼록부와 직교하는 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 자외선 분리 소자에 대한 투과도이고, Tp는 상기 볼록부와 평행한 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 자외선 분리 소자에 대한 투과도이다. 상기 수식 1에 적용되는 광의 파장은 다른 예시에서 약 270 nm 내지 약 330 nm, 약 290 nm 내지 약 310 nm 정도일 수도 있다.
상기 분리 소자는 또한 우수한 투과율을 나타낼 수 있는데, 상기에서 용어 투과율은 상기 분리 소자로 조사되는 광, 예를 들면, 자외선 중에서 상기 분리 소자를 투과한 상기 볼록부와 직교하는 벡터를 가지는 광(소위 P 편광)의 세기를 의미할 수 있다.
예를 들면, 상기 분리 소자는 하기 수식 2에 의해 계산되는 P가 0.2 내지 0.5 일 수 있다.
[수식 2]
P = Tc/T
수식 2에서 T는 상기 편광 자외선 분리 소자로 조사되는 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 세기이고, Tc는 상기 조사된 광 중에서 상기 편광 자외선 분리 소자를 투과한 상기 스트라이프 형상의 볼록부와 직교하는 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 세기이다. 상기 수식 2에 적용되는 광의 파장은 다른 예시에서 약 270 nm 내지 약 330 nm, 약 290 nm 내지 약 310 nm 정도일 수도 있다.
도 1은 예시적인 편광 자외선 분리 소자의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이며, 도 2는 예시적인 편광 자외선 분리 소자의 상면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 1 및 2와 같이 상기 편광 자외선 분리 소자는 기재층(1) 및 상기 기재층 상에 형성된 요철(2)를 포함할 수 있다.
요철(2)을 형성하는 볼록부(2a)는, 도 2와 같이 스트라이프 형상을 가지면서 서로 평행하게 배열되어 있을 수 있다. 이 경우 상기 볼록부(2a)의 사이에는 상기 볼록부(2a)에 의해 오목부(2b)가 형성되고, 상기 볼록부(2a)의 피치, 폭 및 높이는 자외선에 대한 분리 성능, 예를 들면, 상기 편광 소멸비와 투과율을 만족할 수 있도록 조절될 수 있다. 본 명세서에서 용어 피치(P)는, 상기 볼록부(2a)의 폭(W)과 오목부(2b)의 폭을 더한 거리를 의미하고(도 2를 참조), 용어 높이는, 상기 볼록부의 높이(H)를 의미한다(도 1). 볼록부의 높이가 볼록부별로 차이가 나는 경우에는 상기 높이는 가장 높은 볼록부의 높이이거나, 혹은 볼록부 높이의 평균치일 수 있다.
편광 자외선 분리 소자에서, 볼록부는 티타늄 금속 복합 산화물을 포함할 수 있고, 이러한 복합 산화물에는, 예를 들면, 금속이 도핑된 산화 티타늄 등이 포함될 수 있다. 상기 복합 산화물은, 예를 들면, 350 nm의 파장 영역에서의 투과도가 10%미만, 5%미만, 3%미만, 2% 미만, 1%미만, 0.2%미만, 또는 0.1%미만으로 형성될 수 있으며, 그 하한은 특별히 한정되지 않고 0.01%, 또는 0.001%일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 투과도는 상기 분리 소자 100nm 두께를, 통상적으로 사용하는 투과도 측정 기기로 측정한 값일 수 있다. 복합 산화물이 상기 투과도를 나타내도록 구성되면, 통상적인 티타늄 산화물이 사용되거나, 알루미늄 등이 사용된 경우에 비하여 넓은 자외선 파장 범위에서 분리 효율이 확보될 수 있다.
상기 복합 산화물에 포함되는 금속의 종류나 양은 상기 복합 산화물이 상기 범위의 투과도를 나타내도록 선택될 수 있고, 이러한 방식으로 선택된다면, 그 종류나 양은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 티타늄 금속 복합 산화물은, 티타늄을 포함하고, 또한 Ni, Cr, Cu, Fe, B, V, Nb, Sb, Sn, Si 및 Al으로부터 선택된 하나 이상의 제 2 금속을 포함할 수 있다. 다른 예시에서 상기 제 2 금속은 Ni 또는 Cr일 수 있다.
또한, 상기 복합 산화물에서의 상기 제 2 금속의 비율은 역시 상기 기술한 투과도를 고려하여 선택될 수 있고, 예를 들면, 1 내지 20mol%, 2 내지 18mol%, 또는 3 내지 15mol%일 수 있다.
다른 예시에서 상기 복합 산화물은, 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
TixMyO2
화학식 1에서 M은 Ni, Cr, Cu, Fe, B, V, Nb, Sb, Sn, Si 및 Al 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상 또는 1종의 금속이고, y는 0.01 내지 0.2이며, x와 y의 합(x+y)은 1일 수 있다. 다른 예시에서 상기 M은 Ni 또는 Cr일 수 있다. 또한, 다른 예시에서 상기 y는 0.05 내지 0.15, 또는 0.07 내지 1.13 정도일 수 있다.
상기 볼록부, 즉 스트라이프 형상으로 서로 실질적으로 평행하게 배치된 볼록부의 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 정도일 수 있다. 상기 피치(P)가 200 nm를 초과할 경우, 적절한 분리 효율이 확보되지 않을 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 볼록부에 의해서 형성되는 오목부에는 유전 물질(dielectric material)이 존재할 수 있다. 예시적인 상기 유전 물질의 250 nm 내지 350 nm 파장의 광에 대한 굴절률은 1 내지 5인 물질일 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 볼록부의 오목부는 실질적으로 비어있는 상태(empty space)일 수 있다
하나의 예시에서, 상기 자외선 편광 자외선 분리 소자는, 하기 수식 3에 의해 계산되는 a가 0.74 내지 10이며, b가 0.5 내지 10일 수 있다.
[수식 3]
(a + bi)2 = n1 2×(1-W/P) + n2 2×W/P
수식 3에서, 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 볼록부(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 볼록부(2a)의 폭이며, P는 상기 볼록부(2a)의 피치이다.
피치(P)가 상기 수식 3을 만족하도록 형성되는 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 자외선 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 자외선 분리 소자의 볼록부의 종횡비(Aspect ratio, 볼록부의 폭/높이)를 높여야 하며, 이 경우 편광 자외선 분리 소자의 제작이 어려워 지고, 제작 공정이 복잡해질 수 있다. 본 명세서에서 용어 편광도는 조사되는 빛의 강도에 대한 편광의 강도를 의미하며, 하기 수식 4와 같이 계산된다.
[수식 4]
편광도 D= (Tc-Tp)/(Tc+Tp)
수식 4에서, Tc는 상기 볼록부(2a)와 직교하는 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 자외선 분리 소자에 대한 투과도이고, Tp는 상기 볼록부(2a)와 평행한 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 자외선 분리 소자에 대한 투과도이다. 상기에서 평행이란 실질적인 평행을 의미하며, 수직이란 실질적인 수직을 의미한다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 자외선 편광 자외선 분리 소자는 하기 수식 5에 의해 계산되는 c가 1.3 내지 10이며, d가 0.013 내지 0.1일 수 있다.
[수식 5]
(c+di)2 = n1 2×n2 2 / ((1-W/P)×n2 2+W×n1 2/P)
수식 5에서, 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 볼록부(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 볼록부(2a)의 폭이며, P는 상기 볼록부(2a)의 피치이다.
피치(P)와 폭(W)이 상기 수식 3 및/또는 5를 만족하는 경우, 우수한 편광 분리 특성을 가지기 위한 적절한 투과율을 가질 수 있다.
볼록부(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. 볼록부(2)의 높이(H)가 300 nm를 초과할 경우, 흡수되는 광량이 증가하여, 필요한 절대 광량이 낮아질 수 있다. 따라서 상기 볼록부(2)의 높이(H)가 전술한 범위 내에서 형성될 경우, 흡수되는 광량이 많지 않아 적합한 편광 자외선 분리 소자의 제작이 가능하며, 상기 편광 자외선 분리 소자가 우수한 자외선 투과율을 유지하면서도, 원활한 편광 분리성능을 구현할 수 있다. 또한, 동일한 피치(P)에서 볼록부(2)의 높이(H)가 두꺼워짐에 따라 종횡비가 증가하게 되어 패턴 제작 용이성이 떨어지게 되는 것을 방지할 수 있다.
볼록부(2a)의 폭(W)은 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 10 nm 내지 160 nm, 일 수 있으며, 특히 볼록부(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.
볼록부(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 볼록부의 필-펙터가 상기 수치 범위를 만족하는 경우 원활한 편광 분리성능을 구현할 수 있고, 흡수되는 광량이 많지 않아 편광 자외선 분리 소자의 편광 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 볼록부의 「필-펙터(fill-factor)」는 볼록부의 피치(P)에 대한 상기 볼록부의 폭(W)의 비율(W/P)를 의미한다.
예시적인 편광 자외선 분리 소자는 하기 수식 6에 의해 계산되는 a가 0.74 내지 10이며, b가 0.5 내지 10이고, 하기 수식 7에 의하여 계산되는 c가 1.3 내지 10이며, d가 0.013 내지 0.1일 수 있다.
[수식 6]
(a + bi)2 = n1 2×(1-W/P) + n2 2×W/P
[수식 7]
(c+di)2 = n1 2×n2 2 / ((1-W/P)×n2 2+W×n1 2/P)
수식 6 및 7에서, 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 볼록부(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 볼록부(2a)의 폭이며, P는 상기 볼록부(2a)의 피치이다. 수식 6 및 수식 7에 의하여 a, b, c 및 d가 상기 범위를 만족하도록 설계하면, 단파장 영역에서도 우수한 편광도 및 소광비를 구현하는 것에 유리할 수 있다.
편광 자외선 분리 소자에 포함되는 기재층의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 석영, 자외선 투과 유리, PVA(Polyvinyl Alcohol), 폴리 카보네이트(Poly Carbonate), EVA(Ethylene Vinyl Acetate 공중합체) 등과 같은 재료로부터 형성될 수 있다. 기재층(1)의 자외선 투과율은, 예를 들어 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상일 수 있으며, 전술한 범위의 투과율을 가질 경우, 편광 자외선 분리 소자의 자외선 투과율도 향상되어 광배향 속도가 우수한 광배향막의 제조가 가능하다.
상기 분리 소자는, 예를 들면, 선격자를 형성할 수 있는 것으로 공지된 통상의 방식으로 제조가 가능하다. 예를 들면, 상기 분리 소자는 기재층상에 상기 복합 산화물의 층을 형성하고, 상기 층을 선택적으로 제거함으로써 패턴화하여 제조할 수 있다. 이 경우, 복합 산화물의 층은 예를 들면 통상적인 공증착 방식으로 형성하거나, 졸겔법, 고상법, 수열법, 스퍼링법, 또는 화학 기상 증착법 등의 공지의 방식으로 형성할 수 있다. 다른 방식으로 공지된 패턴 형상 방식, 예를 들면, 마스크를 사용한 증착 방식 등을 통하여 처음부터 패턴화된 복합 산화물의 층을 기재층상에 형성하여도 된다.
예를 들면, 상기 편광 자외선 분리 소자는 기재층 상에 티타늄 금속 복합 산화물의 층을 형성하고, 상기 층을 패터닝하여 제조할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 복합 산화물의 층은 표면에 반사 방지층이 형성되어 있는 상기 기재층상에 형성될 수 있다. 반사 방지층은 상기 금속 복합 산화물의 층에, 예를 들어, 레이저 간섭 노광으로 격자를 형성하는 과정에서 레이저의 내부 반사 또는 간섭 반사 등에 의한 효율 저하를 방지하고, 보다 정밀한 격자가 형성될 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다. 반사 방지층은, 레이저의 내부 반사를 흡수할 수 있는 형태로 형성된다면, 그 소재 및 형성 방식은 제한되지 않는다.
기재층상에 형성된 상기 금속 복합 산화물의 층을 패터닝하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 통상적인 포토 리소그래피(photolithography) 방법을 적용하거나, 보다 정밀한 피치의 패턴의 형성을 위하여 레이저 간섭 리소그래피(Laser interference lithography), 전자빔 리소그래피(E-bean lithography), 나노 임프린트 리소그래피(Nano imprint lithography, NIL), 액침 리소그래피(Immersion lithography) 또는 졸겔법(sol-gel) 등의 방법 등을 이용할 수 있다.
상기에서 나노 임프린트 방법은 금속층 상에 레지스트층을 형성한 후, 상기 레지스트층이 형성된 기재층에 대하여 일정한 온도와 압력 조건으로 원하는 선폭으로 패터닝된 스탬프를 임프린트 레지스트 필름에 인각하고 한 후, 잔류하는 금속층을 플라즈마를 이용하여 제거함으로써 소정의 선폭을 갖는 패턴을 형성하는 방식이고, 이러한 방식은 특히 정밀한 패턴의 형성에 적절할 수 있다.
본 출원은 또한 상기 편광 자외선 분리 소자를 포함하는 장치, 예를 들면, 광조사 장치에 관한 것이다. 예시적인 장치는, 상기 편광 자외선 분리 소자 및 피조사체가 거치되는 장비를 포함할 수 있다.
상기에서, 상기 편광 자외선 분리 소자는 편광판으로서 기능할 수 있다. 상기 소자는, 예를 들면, 광원으로부터 조사된 광으로부터 직선으로 편광된 광을 생성하기 위하여 사용될 수 있다.
상기 장치는 피조사체가 거치되는 장비와 편광 자외선 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.
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, 마스크 또는 상기 편광 자외선 분리 소자로 광, 예를 들면, 자외선을 조사할 수 있는 광원을 추가로 포함할 수 있다. 광원으로는, 마스크 또는 상기 소자의 방향으로 광을 조사할 수 있는 것이라면, 목적에 따라서 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들면, 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 3은, 상기와 같은 광조사 수단의 배치를 예시적으로 설명하고 있는 도면이다. 도 3에서는 복수의 광조사 수단(10)이 2개의 열, 즉 A열과 B열을 형성하면서 배치되어 있다. 도 3의 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 3에서 Q의 길이는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 중첩되는 정도는, 광조사 수단의 직경, 예를 들면, 도 3의 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 편광 자외선 분리 소자 및 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 4는, 광조사 장치의 하나의 예를 나타내는 도면이다. 도 4의 장치는, 순차로 배치된 광원(10), 집광판(20), 편광판(30), 마스크(40) 및 피조사체(50)를 거치하는 장비(60)를 포함하고 있다. 도 4의 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 자외선 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 자외선 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 자외선 분리 소자 및 마스크를 매개로 광이 조사되는 광배향막은, 1차 배향 처리된 광배향막일 수 있다. 1차 배향 처리는, 예를 들면, 편광 자외선 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 자외선 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 광배향막 상에 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 출원에서는 넓은 범위의 자외선 영역에서 우수한 분리 효율을 나타내고, 내구성이 우수한 편광 자외선 분리 소자가 제공될 수 있다.
도 1은, 예시적인 편광 자외선 분리 소자를 단면을 보여주는 단면도이다.
도 2는 예시적인 편광 자외선 분리 소자의 상면을 나타낸 도면이다.
도 3은, 예시적인 광 조사 수단의 배치를 나타내는 도면이다.
도 4는, 예시적인 광조사 장치를 보여주는 도면이다.
[부호의 설명]
1: 기재층 2: 광흡수층
2a: 볼록부 2b: 오목부
10, 101, 102: 광 조사 수단
20: 집광판 30: 편광 자외선 분리 소자
40: 마스크 50: 피조사체
60: 피조사체가 거치되는 장비
이하 본 출원에 따르는 실시예 및 본 출원에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명하나, 본 출원의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
석영 유리층를 아세톤과 IPA(Isopropyl alcohol)에 20분씩 초음파 세척하여 표면의 이물질을 제거하였다. 이후 상기 석영 유리층에 전자-빔 증착(E-Beam Evaporation) 방식을 통해 산소 분위기 하에서 Ti 및 Ni을 공증착시켜서 하기 화학식 2로 표시되는 금속 복합 산화물의 층을 약 100nm의 두께로 형성하였다. 이어서 증착층상위에 Micro Resist사의 mr-8010r을 100 nm 두께로 스핀 코팅한 후 95℃에서 1분간 베이킹하였다. 다음으로, 임프린팅 마스터를 이용하여 임프린트 공정을 수행하였다. 임프린트시 프레스(Press)의 온도는 160℃였으며, 40 bar에서 3분간 유지한 후 2분간 쿨링(cooling)하여 100℃에서 탈착(Demold)하였다. 이후 ICP RIE 장비를 이용하여 상기 금속 복합 산화물의 층을 건식 식각하였다. 이후 유기 용매로 아세톤을 이용하여 임프린트용 레지스트를 제거하여 볼록부의 폭(W)은 약 70 nm이고, 피치(P)는 약 150 nm인 편광 분리 소자를 제작하였다.
[화학식 3]
TixNiyO2
화학식 3에서 x는 0.9 이고, y는 0.1이다.
실시예 2.
실시예 1과 동일한 방식으로 제작을 수행하되, Ti 및 Cr을 공증착시켜서 하기 화학식 4로 표시되는 금속 복합 산화물의 볼록부를 포함하되, 높이가 약 100 nm이고, 폭은 약 70 nm이며, 피치는 약 150 nm인 편광 분리 소자를 제작하였다.
[화학식 4]
TixCryO2
화학식 4에서 x는 0.9 이고, y는 0.1이다.
비교예 1.
실시예 1과 동일한 방식으로 TiO2로 되는 볼록부에 의해 형성된 패턴을 포함하는 편광 분리 소자를 제조하였다.
1. 수식 1에 의한 R의 평가
상기 수식 1에 의해 계산되는 각 실시예 및 비교예의 R은, 투과율 측정 장치를 이용해 250nm에서 1nm까지 편광도가 0.99인 편광판을 제작된 샘플에 겹쳐놓은 후 샘플의 투과율을 측정하는 방식으로 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 기재하였다.
표 1
각 파장 대역에서 R(Tc/Tp)
250nm 275nm 300nm 325nm 350nm
실시예 1 32.69 37.11 50.33 24.96 10.08
실시예 2 58.84 61.85 31.46 13.75 8.56
비교예 1 10.21 29.30 47.53 17.33 1.80
2. 투과도의 평가
각 실시예 및 비교예의 물질에 대하여 100nm의 두께로 시편을 만들어 통상적으로 사용되는 투과도 기기를 사용하여 측정하였으며, 투과도의 측정 결과는 하기 표 2에 기재하였다.
표 2
각 파장 대역에서 투과도(%)
250nm 275nm 300nm 325nm 350nm
실시예 1(TixNiyO2) 0.010 0.011 0.11 0.028 0.081
실시예 2(TixCryO2) 0.005 0.006 0.017 0.052 0.095

Claims (15)

  1. 기재층; 및 티타늄 금속 복합 산화물을 포함하고, 스트라이프 형상으로 상기 기재층상에 서로 평행하게 형성되어 있는 볼록부를 포함하는 편광 자외선 분리 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 하기 수식 1에 의해 계산되는 R이 2 이상인 편광 자외선 분리 소자:
    [수식 1]
    R = Tc/Tp
    상기 수식 1에서 Tc는 상기 스트라이프 형상의 볼록부와 직교하는 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 자외선 분리 소자에 대한 투과도이고, Tp는 상기 볼록부와 평행한 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 상기 편광 자외선 분리 소자에 대한 투과도이다.
  3. 제 1 항에 있어서, 하기 수식 2에 의해 계산되는 P가 0.2 내지 0.5인 편광 자외선 분리 소자:
    [수식 2]
    P = Tc/T
    상기 수식 2에서 T는 상기 편광 자외선 분리 소자로 조사되는 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 세기이고, Tc는 상기 조사된 광 중에서 상기 편광 자외선 분리 소자를 투과한 상기 스트라이프 형상의 볼록부와 직교하는 방향으로 편광된 250 nm 내지 350 nm의 파장의 광의 세기이다.
  4. 제 1 항에 있어서, 티타늄 금속 복합 산화물은, 350 nm의 파장 영역에서의 투과도가 10% 미만인 편광 자외선 분리 소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 티타늄 금속 복합 산화물은, 티타늄 및 Ni, Cr, Cu, Fe, B, V, Nb, Sb, Sn, Si 및 Al으로부터 선택된 하나 이상의 제 2 금속을 포함하는 산화물인 편광 자외선 분리 소자.
  6. 제 5 항에 있어서, 제 2 금속의 산화물 내에서의 비율은 1 내지 20mol% 인 편광 자외선 분리 소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 티타늄 금속 복합 산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 편광 자외선 분리 소자:
    [화학식 1]
    TixMyO2
    상기 화학식 1에서 M은 Ni, Cr, Cu, Fe, B, V, Nb, Sb, Sn, Si, 또는 Al이며 y는 0.01 내지 0.2이고, x와 y의 합(x+y)은 1이다.
  8. 제 1 항에 있어서, 서로 평행하게 형성된 스트라이프 형상의 볼록부의 피치는 50 nm 내지 200 nm인 편광 자외선 분리 소자.
  9. 제 8 항에 있어서, 볼록부의 피치(P)에 대한 상기 볼록부의 폭(W)의 비율(W/P)이 0.2 내지 0.8인 편광 자외선 분리 소자.
  10. 제 1 항에 있어서, 볼록부의 높이는 20 nm 내지 300 nm인 편광 자외선 분리 소자.
  11. 피조사체가 거치되는 장비; 및 제 1 항의 편광 자외선 분리 소자를 포함하는 광조사 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 피조사체가 거치되는 장비와 편광 자외선 분리 소자 사이에 배향 마스크를 추가로 포함하는 광조사 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 편광 자외선 분리 소자를 자외선을 조사할 수 있는 자외선 광원을 추가로 포함하는 장치.
  14. 제 11 항의 장치의 피조사체가 거치되는 장비에 피조사체를 거치하고, 편광 자외선 분리 소자를 매개로 상기 피조사체에 광을 조사하는 방법
  15. 제 11 항의 장치의 피조사체가 거치되는 장비에 광배향막을 거치하고, 편광 자외선 분리 소자를 매개로 상기 광배향막에 직선 편광된 광을 조사하는 정렬된 광배향막의 제조 방법.
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