WO2016125996A1 - 매크로 프리패턴을 이용한 편광 패널의 제조방법 - Google Patents

매크로 프리패턴을 이용한 편광 패널의 제조방법 Download PDF

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WO2016125996A1
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macro
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polarizing
polarization
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정희태
정우빈
서문종
조수연
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Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
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Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B38/14—Printing or colouring
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a polarizing panel using a macro prepattern, and more particularly, by etching a substrate on which a macro prepattern is formed, depositing a polarizing material on the side of the macro prepattern, and then removing the macro prepattern. It relates to a manufacturing method of a polarizing panel using a macro prepattern.
  • a polarizing film converts unpolarized light into linearly polarized light and transmits only the light oscillating in one direction of the incident light and absorbs the light oscillating in the other direction.
  • This film has a polarizing function.
  • the unpolarized light from the backlight of the liquid crystal display module enters only the linearly polarized light through the polarizing film into the liquid crystal cell, and the intensity of the transmitted light is controlled according to the degree of rotation of the polarization axis of the incident light. Gray scale expression of is possible.
  • the polarizing film is one of the key materials for visually confirming the image implemented in the liquid crystal display.
  • the film that serves to absorb and transmit the incident light into two polarized lights orthogonal to each other is uniaxially stretched to polyvinyl alcohol (PVA) film to incubate the polymer chain in the stretching direction.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • dichroic iodine molecules or dichroic dye molecules are prepared by dyeing the stretched polyvinyl alcohol film and arranging them side by side in the stretching direction. At this time, the iodine molecules or dye molecules having dichroism are arranged in parallel with the stretching direction to transmit the light vibrating in the stretching direction.
  • the polarizing film is a tri-acetate cellulose (TAC) film which serves as a protective material of the polarizing device mainly on a polyvinyl alcohol (PVA) film (polarizing device) in which a dichroic substance is dyed.
  • TAC-PVA-TAC tri-acetate cellulose
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the surface of the tri-acetate cellulose film is added with a surface coating treatment having properties such as scattering, hardness enhancement, antireflection, and low reflection, depending on the required properties.
  • the polarizing plate is configured with a structure in which a functional film (such as a phase difference compensating film) can be added to each of the basic forms of the film to achieve an optimum effect such as birefringence, dichroism, reflection, and brightness enhancement.
  • tri-acetate cellulose polarization technology has the advantage of being able to be manufactured at a relatively low cost, while the structure is formed by stretching, which makes it impossible to implement an accurate regular pattern.
  • a backlight is used to polarize light before and after the color filter, and the function of the dual brightness enhancement film (DBEF) can realize a clearer picture quality.
  • DBEF dual brightness enhancement film
  • a structure such as an organic light emitting display device is designed to have a single polarizing plate by self-emission of a pixel, and an increase in contrast ratio is required due to an increase in transmittance.
  • the grating polarizing panel is made of a LCOS module, a polarizing beam splitter (PBS), a filter for IR sensor, a liquid crystal display (LCD) projector, a head-up display (Head) It can be applied to various fields such as up display (HUD), head mounted display (HMD), lens for polarized sunglasses, etc.
  • WGP Wire Grid Polarizer
  • WGP is in the spotlight, but the roll-to-roll process technology is not suitable for producing metals with hundreds of nm precision.
  • the spacing (P) between the patterns is about 2 times larger than the thickness (W) of the pattern, and the height (H) of the pattern is more than 2 times higher than the thickness (W), preferably 2.5 times
  • the polarization performance is excellent.
  • polarization performance is exhibited only when the spacing between conductive structures is smaller than 1/3 of the wavelength requiring polarization. Visible light has a wavelength of 380nm ⁇ 780 nm, for this reason, the conductive structure for polarizing the visible light band should be configured to have a width of at least 120nm or less and 240nm ⁇ 300nm in height.
  • a prepattern may be made by a litho process or an imprinting process, and a structure may be formed by depositing a conductive material such as a metal between the prepatterns.
  • a conductive material such as a metal between the prepatterns.
  • a roll-to-roll process may be considered as a 300 nm-thick conductive sheet bonded to a substrate and an etched process using a prepattern, but the wet process is impossible as described in the etching process using the chemicals described above.
  • the introduction of a general ion beam etching process will depend on the performance of the equipment, but it is obvious to those skilled in the art that the etching time of several tens of minutes is required similar to the time required for deposition. Therefore, it is very difficult to introduce a roll-to-roll process to make nano-scale structures.
  • the present inventors have made a thorough effort to solve the above problems, and completed the manufacturing method of the nano-structured polarizing panel using a macro prepattern, compared with the existing polarizing film as a result of experimenting using the polarizing panel manufactured by the manufacturing method It was confirmed that the permeability is high and the process cost is low, thus completing the present invention.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a polarizing panel using a macro prepattern.
  • Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a polarizing panel using a macro prepattern including a polarizing pattern and a second pattern.
  • the present invention comprises the steps of (a) depositing a polarizing material on the panel substrate on which the macro prepattern is formed; And (b) redepositing the polarizing material deposited on the panel substrate through the etching to the side surface of the macro prepattern.
  • the present invention also includes the steps of: (a) applying a polarizing material to the panel substrate, and then forming a macro prepattern; And (b) depositing a polarizing material on the side of the macro prepattern through etching.
  • the present invention also includes the steps of: (i) depositing a first polarizing material on a substrate on which a first macro prepattern is formed; (ii) redepositing the first polarizing material on the side of the first macro prepattern through etching to obtain a first polarizing pattern; (iii) depositing a second polarizing material after forming a second macro prepattern on the substrate on which the first polarization pattern is formed at the same angle as the first polarization pattern; And (iv) redepositing the second polarizing material on the side surface of the second macro prepattern through etching to obtain a second pattern.
  • the present invention also includes the steps of (i) applying a first polarizing material to a substrate, and then forming a first macro prepattern; (ii) re-depositing a first polarization material on the side of the first macro prepattern to obtain a first polarization pattern having a “U” shape; (iii) applying a second polarization material on the substrate on which the polarization pattern is formed at the same angle as the first polarization pattern, and then forming a second macro prepattern; And (iv) re-depositing a second polarizing material on the side of the second macro prepattern to obtain a second pattern having a “U” shape.
  • the present invention also includes the steps of: (i) depositing a first polarizing material on a substrate on which a first macro prepattern is formed; (ii) redepositing the first polarizing material on the side of the first macro prepattern through etching to obtain a first polarizing pattern; (iii) depositing a second polarization material on the substrate on which the first polarization pattern is formed to form a second macro prepattern at a different angle from the first polarization pattern; And (iv) redepositing the second polarizing material on the side of the second macro prepattern through etching to obtain a second pattern.
  • the present invention also includes the steps of (i) applying a first polarizing material to a substrate, and then forming a first macro prepattern; (ii) re-depositing a first polarization material on the side of the first macro prepattern to obtain a first polarization pattern having a “U” shape; (iii) applying a second polarization material at an angle different from the first polarization pattern on the substrate on which the first polarization pattern is formed, and then forming a second macro prepattern; And (iv) re-depositing a second polarizing material on the side surface of the second macro prepattern to obtain a second pattern having a “U” shape. It provides a manufacturing method.
  • 1 is a SEM photograph of a conventional polarizing panel.
  • FIG. 2 is a conceptual view illustrating a process of forming a polarizing panel using a macro prepattern according to the present invention.
  • FIG. 3 is another conceptual view illustrating a process of forming a polarizing panel using a macro prepattern according to the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a roll-to-roll system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of a roll-to-roll system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram of a polarizing panel according to the present invention.
  • a polarizing material is applied to a substrate on which the macro prepattern is formed, and then a polarization material is deposited on the side of the macro prepattern by etching to obtain a polarization pattern.
  • a polarization material was obtained by depositing a polarization material on the side of the macro prepattern using etching. As a result, it was confirmed that a polarizing panel having a uniform shape over a large area having a form of “U” shape or a shape set at 70 to 90 ° could be obtained.
  • the present invention includes the steps of: (a) depositing a polarizing material on a panel substrate on which a macro prepattern is formed; And (b) redepositing the polarizing material deposited on the panel substrate to the side surface of the macro prepattern by etching.
  • a method of forming a macro prepattern comprising: (a) applying a polarizing material to a panel substrate, and then forming a macro prepattern; And (b) depositing a polarizing material on the side surface of the macro prepattern through etching.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a polarizing panel having a polarization pattern having a “U” shape using a macroprepattern.
  • the polarizing material may be applied to the substrate before the macro prepattern is formed or after the macro prepattern is formed.
  • the polarizing material is present between the macro prepattern and the substrate.
  • a polarization pattern having a “U” cross section can be obtained.
  • the polarization pattern which is set at 70 to 90 ° with respect to the substrate, can be obtained by removing the macro prepattern.
  • the erected polarization pattern and the erected portion of the "U" shaped polarization pattern preferably has an angle of 70 ⁇ 90 ° with respect to the substrate, more preferably 80 ⁇ 90 °, most preferably 85 ⁇ 90 It may have an angle of °.
  • step (c) removing the macro prepattern to obtain a polarizing panel having a polarization pattern of 70 ⁇ 90 ° or "U" shape; it may be characterized in that it further comprises.
  • the macro prepattern is generally removed to improve the transparency of the substrate on which the transparent electrode is formed. However, when the macro prepattern has a specific function, the macro prepattern may be used without being removed as necessary.
  • the macro prepattern may be formed by depositing a prepattern material on a substrate and performing a lithography or imprinting process. Since the macro prepattern is used to form a polarization pattern by depositing a polarizing material on the side, any process of forming a macro prepattern having a predetermined shape on a substrate may be used without limitation, but preferably, a lithography or imprinting process may be used. have.
  • the polarization pattern may be characterized in that the height of 10nm ⁇ 100 ⁇ m, thickness 1 ⁇ 100nm, the interval between the patterns is 10nm ⁇ 100 ⁇ m.
  • the polarization pattern is known to exhibit excellent polarization performance when the spacing between patterns is about 2 times larger than the thickness of the pattern, and the height of the pattern is 2 times higher than the thickness, preferably 2.5 times. In particular, it is known that polarization performance is exhibited only when the spacing between conductive structures is smaller than 1/3 of the wavelength requiring polarization.
  • the polarization pattern has a height of 10 nm to 100 ⁇ m and a thickness of 1 to 100 nm, and the interval between the patterns is preferably 10 nm to 100 ⁇ m, more preferably 100 nm high. ⁇ 100 ⁇ m, thickness 5 ⁇ 50nm, the interval between the patterns may be 10nm ⁇ 100 ⁇ m.
  • the substrate may be selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (polyehtylene terephthalate), polyacrylate (polyacrylate), polyethylene (polyethylene), quartz, glass, silicon, silicon oxide and mixtures thereof. have.
  • the macro prepattern may be made of polystyrene, chitosan, polyvinylalcohol, polymethyl methacrylate (PMMA), photoresist or conductive polymer.
  • the macro prepattern is formed in a predetermined shape by a lithography or an imprinting process, and a polarizing material is deposited on the side by etching. In this case, the height and the distance of the deposited polarizing material may be adjusted by adjusting the height and the distance of the macro prepattern.
  • the polarizing material is gold, platinum, silver, copper, aluminum, zinc oxide, chromium, indium tin oxide (ITO), nickel, iron, titanium, molybdenum, silicon, zinc oxide (zinc oxide) or titanium oxide It may be characterized in that (titanium oxide).
  • the polarizing material is deposited on the side of the macro prepattern by etching, and then the polarizing material is applied to the substrate to form the macro prepattern, or the macroprepattern may be formed and then the polarizing material is applied.
  • the etching may be characterized in that it is performed by milling or sputtering.
  • the conductive material applied to the substrate exposed between the macro prepatterns is deposited on both sidewalls of the macro prepattern by etching.
  • the etching is preferably performed by milling or sputtering, and more preferably, may be performed by ion milling.
  • the ion milling is performed by forming a plasma using a gas under a pressure of 0.1mTorr ⁇ 10mTorr and then accelerate the plasma to 100eV ⁇ 5,000eV, the time is preferably 20 ⁇ 200 seconds, but is not limited thereto.
  • the gas used for ion milling is preferably selected from the group consisting of argon, helium, nitrogen, oxygen, and mixtures thereof.
  • the panel to form a pattern protective layer; it may be characterized in that it further comprises.
  • the pattern protection layer prevents the polarization material from being separated from the substrate.
  • a pattern protection layer may be used without limitation as long as it is a material that transmits light and is formed on a substrate without damaging the generated polarization pattern.
  • the pattern protection layer is preferably selected in consideration of transparency, moisture permeability, heat resistance, chemical resistance, and abrasion resistance. .
  • the process of removing the bottom surface can be used without limitation as long as it is a process capable of removing the bottom surface without damaging the erected polarizing material, preferably ion milling can be used.
  • the substrate and the macro prepattern formed sheet is unwinded from the roll, the substrate and the macro prepattern sheet may be bonded to form the macro prepattern on the substrate.
  • the substrate is unwinded from the roll, and the conductive material and the macro prepattern material may be deposited on the substrate, and then the macro prepattern may be formed.
  • the roll-to-roll process is a process of continuously producing a product using raw materials blackened in a roll, and is sometimes used to manufacture a large-area substrate.
  • the method of manufacturing a polarizing plate is based on the stretching method, and the polarizing film manufactured by the stretching method exhibits polarization performance by stretching, so that it is difficult to implement a uniform pattern over a large area.
  • a macro prepattern may be formed by applying a photocuring technique using a mask.
  • the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, the method comprising: (i) depositing a first polarizing material on a substrate on which a first macro prepattern is formed; (ii) redepositing the first polarizing material on the side of the first macro prepattern through etching to obtain a first polarizing pattern; (iii) depositing a second polarizing material after forming a second macro prepattern on the substrate on which the first polarization pattern is formed at the same angle as the first polarization pattern; And (iv) redepositing the second polarizing material on the side of the second macro prepattern through etching to obtain a second pattern.
  • the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, the method comprising: (i) applying a first polarizing material to a substrate, and then forming a first macro prepattern; (ii) re-depositing a first polarization material on the side of the first macro prepattern to obtain a first polarization pattern having a “U” shape; (iii) applying a second polarization material on the substrate on which the first polarization pattern is formed at the same angle as the first polarization pattern, and then forming a second macro prepattern; And (iv) re-depositing a second polarizing material on the side of the second macro prepattern to obtain a second pattern having a “U” shape. It is about a method.
  • the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, the method comprising: (i) depositing a first polarizing material on a substrate on which a first macro prepattern is formed; (ii) redepositing the first polarizing material on the side of the first macro prepattern through etching to obtain a first polarizing pattern; (iii) depositing a second polarization material on the substrate on which the first polarization pattern is formed to form a second macro prepattern at a different angle from the first polarization pattern; And (iv) re-depositing the second polarizing material on the side of the second macro prepattern through etching to obtain a second pattern.
  • the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, the method comprising: (i) applying a first polarizing material to a substrate, and then forming a first macro prepattern; (ii) re-depositing a first polarization material on the side of the first macro prepattern to obtain a first polarization pattern having a “U” shape; (iii) applying a second polarization material at an angle different from the first polarization pattern on the substrate on which the first polarization pattern is formed, and then forming a second macro prepattern; And (iv) re-depositing a second polarizing material on the side surface of the second macro prepattern to obtain a second pattern having a “U” shape. It relates to a manufacturing method.
  • the polarization pattern may be used in combination with other types of patterns.
  • the second pattern When the second pattern is formed on the substrate on which the polarization pattern is formed, the second pattern may be formed in the same direction or may be formed such that the polarization pattern and the second pattern have an angle of 1 ° to 90 °. In this case, the second pattern may have a height different from that of the polarization pattern, and may be a security pattern, a touch pattern, or a polarization pattern.
  • a substrate having two effects may be manufactured.
  • the polarizing plate and the touch screen panel can be integrated to produce a thinner touch display.
  • the same polarization pattern can be manufactured on one substrate with different heights. When forming, it is possible to manufacture a polarizing panel having a polarizing effect on two kinds of light.
  • Example 1 Preparation of a polarizing panel having a polarization pattern of the shape of 70 ⁇ 90 ° using a macro prepattern
  • a macro prepattern 2 was formed on the transparent glass substrate 3 using photolithography, and then aluminum 5 was deposited on the surface.
  • the aluminum deposited on the glass substrate through ion milling was redeposited to the side of the macro pattern, and the macro prepattern was removed to obtain a polarizing panel having a polarization pattern of a shape set at 70 to 90 °.
  • the height of the finally obtained polarization pattern is determined according to the height of the macro prepattern.
  • a macro prepattern with a height of 1 ⁇ m
  • bulkheads of about several tens of nm to 1 ⁇ m are obtained depending on the ion milling time and the amount of conductive material present on the bottom surface, and a macro prepattern of 8.5 ⁇ m was used.
  • barrier ribs having a height of about several tens of nm to 8.5 ⁇ m are obtained.
  • the height of the formed partition wall depends on the height of the macro prepattern, and when the conductive material of the bottom layer is less than the conductive material to be redeposited on the side.
  • the height formed is proportional to the amount of bottom layer material.
  • the spacing between the partition walls is determined according to the thickness of the macro prepattern. In the case where a 120 nm prepattern is used, the partitions are formed on the left and right sides of the prepattern, so that the gaps between the partitions also have a gap of 120 nm.
  • Example 2 Fabrication of a polarizing panel having a “U” shaped polarization pattern using a macro prepattern
  • the macro prepattern 2 is formed using photolithography.
  • aluminum deposited on the glass substrate was re-deposited to the side of the macropattern through ion milling, and the macroprepattern was removed to obtain a polarizing panel having a polarization pattern having a “U” shape.
  • FIG. 3 is a view illustrating a process of fabricating a conductive material layer in a pre-formed manner before fabricating a macro prepattern.
  • the conductive material is first formed on the substrate, and then the macro prepattern layer is fabricated. Thereafter, an ion milling (ion sputtering) process is used to redeposit the conductive material on the macro prepattern wall and remove the macro prepattern.
  • ion milling ion sputtering
  • a polarizing panel can also be manufactured without removing a macro prepattern, and a polarizing panel can be manufactured even if it removes. When the prepattern is removed, it is preferable to protect the structure of the polarizing panel through overcoating.
  • the same shape as that of the partition wall obtained in FIG. 2 may be obtained.
  • a structure as shown in FIG. 2 may be obtained.
  • the material deposited on the side of the prepattern is also partially etched from the upper side, but as the material of the bottom remaining on the substrate is etched, a polarized pattern of a standing shape as shown in FIG. 2 can be obtained. . That is, even if the order of forming the polarizing material layer and the prepattern are changed, it can be seen that there is no problem in forming the polarizing panel.
  • the prepattern is formed 300 on the substrate while adhering 200 the prepattern sheet 110 prepared on the substrate 120 (PET). Formation of the prepattern may be implemented by a roll-to-roll imprinting method.
  • the polarizing panel itself is very simple, and of course, UV curing technology using a mask can be applied to the roll-to-roll process.
  • the prepattern can be applied to a substrate and easily prepatterned while passing through a masked UV lamp in a continuous process.
  • a polarization material is deposited 400 on the substrate on which the prepattern is formed, and a partition wall is formed through an ion milling etching (ion sputtering) process.
  • the system can be constructed in order to remove the prepattern and form the pattern protection layer.
  • the obtained polarizing structure can be obtained with a structure as shown in FIG.
  • the protective layer may prevent the structure from being separated from the substrate, and is selected in consideration of transparency, moisture permeability, and heat resistance.
  • Figure 7 is to form a prepattern material on the substrate through a solution process, a deposition process, or the like, and to form a prepattern through an imprinting or photolithography process.
  • the subsequent system is shown in FIG.
  • the prepattern is formed on the polarizing material, and an ion milling etching (ion sputtering) process is performed.
  • the thickness of the polarizing structure is very thin so that there is no problem in the transmittance, but polarization performance may be degraded.
  • the improvement of the polarization performance can be solved by adjusting the height of the partition wall.
  • a conductive bulkhead of several tens of nanometers thick is formed through an ion etching process using a macro prepattern, thereby dramatically improving transparency and polarization degree, which has been a problem in a conventional polarizing panel. It works.
  • the present invention has an effect that can easily manufacture a high-precision polarizing panel such as a design.

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Abstract

본 발명은 매크로 프리패턴이 형성된 기판을 에칭하여 매크로 프리패턴의 측면에 편광물질을 증착한 다음, 매크로 프리패턴을 제거하여 수득하는 매크로 프리패턴을 이용한 편광 패널의 제조방법에 관한 것으로서, 대면적에 수십 나노미터 두께의 전도성 격벽을 매크로 프리패턴을 이용하여 이온 식각 공정을 통해 형성함으로써, 기존의 편광 패널에서 문제가 되었던 투명도를 획기적으로 개선할 수 있고, 편광도를 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 설계안과 같은 고정밀의 편광 패널을 손쉽게 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

매크로 프리패턴을 이용한 편광 패널의 제조방법
본 발명은 매크로 프리패턴을 이용한 편광 패널의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 매크로 프리패턴이 형성된 기판을 에칭하여 매크로 프리패턴의 측면에 편광물질을 증착한 다음, 매크로 프리패턴을 제거하여 수득하는 매크로 프리패턴을 이용한 편광 패널의 제조방법에 관한 것이다.
대표적인 편광판으로는 편광필름은 비편광된 빛(unpolarized light)을 선편광된 빛(linearly polarized light)으로 변화시켜주는 소자로서 입사광중 한쪽 방향으로 진동하는 빛만 투과시키고, 다른 방향으로 진동하는 빛은 흡수하는 편광기능을 보유한 필름이다. 액정표시장치 모듈의 백라이트(backlight)에서 나오는 비편광된 빛은 편광필름을 거쳐 선편광된 빛만 액정 셀(cell)로 입사되며 입사광의 편광축회전정도에 따라 투과되는 빛의 세기가 조절되고 흑과 백 사이의 계조(gray scale)표현이 가능하게 된다. 즉 편광필름은 액정표시장치에서 구현되는 화상을 시각적으로 확인할 수 있게 해주는 핵심 소재중의 하나이다.
입사되는 빛을 서로 직교하는 2가지 편광 빛으로 구분하여 각각 흡수, 투과 시키는 역할을 하는 필름은 폴리비닐알코올(PVA : Poly Vinyl Alcohol)필름을 일축 연신(stretching)시켜 고분자 사슬을 연신 방향으로 배양시키고, 이색성을 가지는 요오드 분자 또는 이색성 염료분자를 연신된 폴리비닐알코올 필름에 염착시켜 연신 방향으로 나란히 배열시킴으로써 제조된다. 이때, 이색성을 가지는 요오드 분자 또는 염료분자는 연신방향과 평행하게 배열됨으로써 연신방향으로 진동하는 빛은 투과시키는 역할을 한다.
편광필름은 이색성 물질을 염착시킨 폴리비닐알코올(PVA : Poly Vinyl Alcohol)필름(편광소자)을 중심으로 편광소자의 보호체의 역할을 하는 트리-아세테이트 셀룰로스(TAC : Tri-acetate cellulose)필름을 편광소자의 양면으로 접합시킨 형태인 TAC-PVA-TAC의 3층 구조가 가장 기본적인 형태이다.
트리-아세테이트 셀룰로스 필름의 표면에는 요구특성에 따라 산란, 경도 강화, 무반사, 저반사 등의 특성을 가지는 표면코팅 처리가 추가된다. 이 기본 형태의 필름에 액정표시장치의 특성에 따라 복굴절, 이색성, 반사, 휘도향상 등 각각 최적의 효과를 나타낼 수 있는 기능성 필름(위상차 보상필름 등)이 추가되는 구조로 편광판이 구성된다.
그러나, 이러한 트리-아세테이트 셀룰로스형 편광 기술은 상당히 저렴하게 제조할 수 있는 장점이 있는 반면, 연신에 의해 구조가 형성되므로 정확한 규칙적인 패턴 구현이 불가능하다는 단점을 가진다. 액정표시장치에서 백라이트를 채용한 구조는 컬러필터 앞뒤에서 편광을 시키는 구조로 되어 있고, 이중 밝기향상 필름(DBEF : Dual Brightness Enhancement Film)의 기능으로 한층 더 선명한 화질을 구현할 수 있다. 하지만, 유기발광표시장치와 같은 구조는 화소의 자체 발광으로 단일 편광판을 가지도록 설계되어 있고, 투과율 향상에 따른 명암비 향상이 요구되고 있다.
선격자 편광 패널은 실리콘상 액정모듈(LCOS module), 편광 빔 스플리터(Polarizing Beam Spriter : PBS), 적외선 센서용 필터(Filter for IR sensor), 액정표시장치 프로젝터(LCD Projector), 헤드업 디스플레이(Head Up Display : HUD), 헤드마운티드 디스플레이(Head Mounted Display (HMD), 선글라스용 편광렌즈(Lenses for polarized sunglasses) 등의 다양한 분야에 적용 가능하다. 특히, 고효율 편광기능을 구현하기 위하여 선격자 편광 기술(WGP: Wire Grid Polarizer)이 각광을 받고 있으나, 롤투롤 공정 기술은 메탈을 수백nm로 정밀하게 제조하는데 적합하지 않다.
롤투롤 공정으로 메탈을 제조하는 것이 불가능한 것은 아니나, 제조된 전도성 구조물의 형상이 불규칙한 형상을 하고 있다. 세이코앱슨의 선격자 편광기술(WGP)과 “Asahi Kasei”사가 제조하고 있는 롤투롤 제품은 실제 설계안과는 달리 매우 러프한 구조로 선격자 편광구조가 형성되고 있음을 확인 할 수 있는데, 이러한 불규칙한 모양은 선격자 편광 패널의 투과율은 물론이고 편광 효율을 떨어트리는 문제점으로 작용하고 있다.
전도성 물질을 이용한 편광패널 기술은 패턴 간의 간격(P)이 패턴의 두께(W)보다 2배 정도로 크며, 패턴의 높이(H)는 두께(W)보다 2배 이상 높으며, 바람직하게는 2.5배의 높이를 가지는 경우, 편광 성능이 우수하게 나타나는 것으로 알려져 있다. 특히, 전도성 구조물 간의 간격은 편광을 요하는 파장의 1/3보다 작아야만 편광 성능이 발휘되는 것으로 알려져 있다. 가시광선은 380nm ~ 780 nm 크기의 파장을 가지는데, 이와 같은 이유로 가시광선대역의 편광을 위한 전도성 구조물은 최소 120nm 이하의 폭을 가지며 높이가 240nm~300nm인 형태로 구성되어야 한다.
실질적으로 화학약품을 이용한 식각공정의 경우, nm 크기로 종횡비가 1:2~1:2.5인 구조물을 만드는 경우, 측벽이 설계와 달리 매우 불규칙하게 형성된다. 바람직한 방법으로는 리소 공정이나 임프린팅 공정으로 프리패턴을 만들고, 프리패턴 사이에 금속과 같은 전도성 물질을 증착하여 구조물을 만들 수 있다. 그런데, 240nm~300nm를 증착하기 위해서는 수십분이 소요되는 등 롤투롤 공정에는 적합하지 않다. 실제 수십 nm를 증착하는데, 수분이 걸리고 있기 때문에 증착 공정을 통해 롤투롤 공정 도입은 불가능에 가깝다.
한편, 300nm 두께의 전도성 시트를 기판에 접합하고 프리패턴에 의한 식각 공정으로 롤투롤 공정을 고려할 수도 있으나, 습식공정에 의한 방법은 앞서 설명한 화학약품을 이용한 식각공정에서 살펴본 바와 같이 불가능하다. 일반적인 이온빔식각 공정을 도입하는 경우 장비의 성능에 따라 다르겠으나, 증착에 소요되는 시간과 유사하게 수십분의 식각 시간이 요구된다는 점은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 따라서, 나노급 구조물을 만드는데 롤투롤 공정을 도입하는 것은 매우 어려운 실정이다.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 매크로 프리패턴을 이용한 나노 구조 편광 패널의 제조방법을 완성하였으며, 상기 제조방법으로 제조된 편광패널을 이용하여 실험한 결과 기존 편광필름과 대비하여 투과도가 높고 공정비용이 저렴한 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 매크로 프리패턴을 이용한 편광 패널의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 편광 패턴과 제2 패턴을 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 편광 패널의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 매크로 프리패턴이 형성된 패널 기판에 편광물질을 증착하는 단계; 및 (b) 에칭을 통하여 패널 기판에 증착된 편광물질을 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하는 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 세워진 형태의 편광 패턴을 가지는 편광 패널의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, (a) 패널 기판에 편광물질을 도포한 다음, 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및 (b) 에칭을 통하여 편광물질을 상기 매크로 프리패턴의 측면에 증착하는 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 “U”자 형태의 편광 패턴을 가지는 편광 패널의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, (i) 제1 매크로 프리패턴이 형성된 기판에 제1 편광 물질을 증착하는 단계; (ii) 에칭을 통하여 제1 편광 물질을 제1 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 제1 편광 패턴을 수득하는 단계; (iii) 상기 제1 편광 패턴이 형성된 기판 상에 제1 편광 패턴과 동일한 각도로 제2 매크로 프리패턴을 형성하고 난 후에, 제2 편광 물질을 증착하는 단계; 및 (iv) 에칭을 통하여 제2 편광 물질을 제2 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 제2 패턴을 수득하는 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 적층형 편광 패널의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, (i) 기판에 제1 편광 물질을 도포한 다음, 제1 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; (ii) 상기 제1 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제1 편광 물질을 재증착하여“U”자 형태의 제1 편광 패턴을 수득하는 단계; (iii) 상기 편광 패턴이 형성된 기판 상에 제1 편광 패턴과 동일한 각도로 제2 편광 물질을 도포한 다음, 제2 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및 (iv) 상기 제2 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제2 편광 물질을 재증착하여“U”자 형태의 제2 패턴을 수득하는 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 적층형 편광 패널의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, (i) 제1 매크로 프리패턴이 형성된 기판에 제1 편광 물질을 증착하는 단계; (ii) 에칭을 통하여 제1 편광 물질을 제1 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 제1 편광 패턴을 수득하는 단계; (iii) 상기 제1 편광 패턴이 형성된 기판상에 제1 편광 패턴과 각도를 달리하여 제2 매크로 프리패턴을 형성하고 난 후에 제2 편광 물질을 증착하는 단계; 및 (iv) 에칭을 통하여 제2 편광 물질을 제2 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 제2 패턴을 수득하는 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 격자형 편광 패널의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, (i) 기판에 제1 편광 물질을 도포한 다음, 제1 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; (ii) 상기 제1 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제1 편광 물질을 재증착하여“U”자 형태의 제1 편광 패턴을 수득하는 단계; (iii) 상기 제1 편광 패턴이 형성된 기판상에 제1 편광 패턴과 각도를 달리하여 제2 편광 물질을 도포한 다음, 제2 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및 (iv) 상기 제2 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제2 편광 물질을 재증착하여“U”자 형태의 제2 패턴을 수득하는 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 격자형 편광 패널의 제조방법을 제공한다.
도 1은 종래 편광 패널의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 매크로 프리패턴을 이용하여 편광 패널을 형성하기 위한 공정 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 매크로 프리패턴을 이용하여 편광 패널을 형성하기 위한 또 다른 공정 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 시스템 개념도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 롤투롤 시스템 개념도이다.
도 6은 본 발명에 의한 편광 패널의 개념도이다.
발명의 상세한 설명 및 구체적인 구현예
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명에서는, 매크로 프리패턴이 형성된 기판에 편광물질을 도포한 다음, 에칭을 이용하여 매크로 프리패턴의 측면에 편광물질을 증착하여 편광패턴을 수득하였다. 또한 편광물질이 도포된 기판에 매크로 프리패턴을 형성한 다음, 에칭을 이용하여 매크로 프리패턴의 측면에 편광물질을 증착하여 편광패턴을 수득하였다. 그 결과 70~90°로 세워진 형태 또는 “U”자 형태의 편광패턴을 대면적에 걸쳐 균일하게 가지는 편광패널을 수득할 수 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 일 관점에서, (a) 매크로 프리패턴이 형성된 패널 기판에 편광물질을 증착하는 단계; 및 (b) 에칭을 통하여 패널 기판에 증착된 편광물질을 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하는 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 세워진 형태의 편광 패턴을 가지는 편광 패널의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 다른 관점에서, (a) 패널 기판에 편광물질을 도포한 다음, 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및 (b) 에칭을 통하여 편광물질을 상기 매크로 프리패턴의 측면에 증착하는 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 “U”자 형태의 편광 패턴을 가지는 편광 패널의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 편광 물질은 매크로 프리패턴이 형성되기 전 기판에 도포되거나, 매크로 프리패턴이 형성된 이후 도포될 수 있다. 매크로 프리패턴이 형성되기 이전에 편광물질이 도포된 경우, 매크로 프리패턴과 기판 사이에 편광물질이 존재하게 되므로 매크로 프리패턴을 제거하는 경우 단면이 “U”형상을 가지는 편광패턴을 얻을 수 있으며, 매크로 프리패턴이 형성된 이후 편광물질이 도포되는 경우, 매크로 프리패턴을 제거하면 기판에 대하여 70~90°로 세워진 편광 패턴을 수득할 수 있다. 또한 세워진 형태의 편광패턴 및 “U”자 형태의 편광패턴의 세워진 부분은 기판에 대하여 70~90°의 각도를 가지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 80~90°, 가장 바람직하게는 85~90°의 각도를 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 (b)단계 이후; (c) 매크로 프리패턴을 제거하여 70~90° 또는 “U”자 형태의 편광 패턴을 가지는 편광 패널을 수득하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 매크로 프리패턴은 일반적으로 제거하여 투명전극이 형성된 기판의 투명도를 향상시키지만, 매크로 프리패턴이 특정한 기능을 가지는 경우 필요에 따라 제거하지 않고 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 매크로 프리패턴은 기판 상에 프리패턴 물질을 증착시키고 리소그래피 또는 임프린팅 공정을 수행하여 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다. 매크로 프리패턴은 편광 물질이 측면에 증착되어 편광 패턴을 형성하는 데 사용되므로 기판 위에 일정한 모양을 가지는 매크로 프리패턴을 형성하는 공정이면 제한 없이 사용가능 하지만, 바람직하게는 리소그래피 또는 임프린팅 공정을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 편광 패턴은 높이 10nm ~ 100㎛, 두께 1~100nm이며, 패턴 사이의 간격은 10nm ~ 100㎛인 것을 특징으로 할 수 있다. 편광 패턴은 패턴 간의 간격이 패턴의 두께보다 2배 정도로 크며, 패턴의 높이는 두께보다 2배 이상 높으며, 바람직하게는 2.5배의 높이를 가지는 경우, 편광 성능이 우수하게 나타나는 것으로 알려져 있다. 특히, 전도성 구조물 간의 간격은 편광을 요하는 파장의 1/3보다 작아야만 편광 성능이 발휘되는 것으로 알려져 있다. 가시광선은 380nm ~ 780 nm 크기의 파장을 가지므로, 상기 편광 패턴은 높이 10nm ~ 100㎛, 두께 1~100nm이며, 패턴 사이의 간격은 10nm ~ 100㎛인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 높이 100nm ~ 100㎛, 두께 5~50nm이며, 패턴 사이의 간격은 10nm ~ 100㎛일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyehtyleneterephthalate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에틸렌(polyethylene), 석영, 유리, 실리콘, 실리콘 산화물 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 매크로 프리패턴은 폴리스타일렌, 키토산, 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 포토레지스트 화합물(photoresist) 또는 전도성 고분자로 제작되는 것을 특징으로 할 수 있다. 매크로 프리패턴은 리소그래피 또는 임프린팅 공정에 의하여 일정 모양으로 형성되고, 측면에 에칭에 의하여 편광 물질이 증착된다. 이때, 매크로 프리패턴의 높이와 간격을 조절하여 증착되는 편광 물질의 높이와 간격을 조절할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 편광 물질은 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 징크옥사이드, 크롬, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 니켈, 철, 티타늄, 몰리브덴, 실리콘, 징크옥사이드(zinc oxide) 또는 티타늄 옥사이드(titanium oxide)인 것을 특징으로 할 수 있다. 편광 물질은 에칭에 의하여 매크로 프리패턴의 측면에 증착되며, 기판에 편광 물질이 도포된 다음 매크로 프리패턴을 형성하거나, 매크로 프리패턴을 형성한 다음 편광 물질을 도포 가능하다.
본 발명에 있어서, 상기 에칭은 밀링 또는 스퍼터링으로 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다. 매크로 프리패턴 사이로 노출된 기판에 도포된 전도성 물질은 에칭에 의하여 매크로 프리패턴의 양측 벽면에 증착된다. 이때 에칭은 밀링 또는 스퍼터링으로 수행하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 이온밀링으로 수행할 수 있다. 이때 상기 이온 밀링은 0.1mTorr~10mTorr의 압력하에서 기체를 이용하여 플라즈마를 형성한 다음 상기 플라즈마를 100eV~5,000eV로 가속화하여 수행되며, 시간은 20~200초인 것이 바람직하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 이온 밀링에 사용되는 기체는 아르곤, 헬륨, 질소, 산소 및 이들의 혼합기체로 구성된 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, (c) 패널을 코팅하여 패턴 보호층을 형성하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때 패턴 보호층은 기판에서 편광물질이 분리되는 것을 방지한다. 이러한 패턴 보호층은 빛을 투과하며, 생성된 편광패턴을 손상시키지 않고 기판에 형성되는 물질이면 제한 없이 사용 가능하지만, 투명도, 투습성, 내열성, 내약품성 및 내마모성 등을 고려하여 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계의 매크로 프리 패턴의 제거 이후; (d) 에칭을 통하여 “U”자 형태의 편광 패턴의 바닥면을 제거하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 매크로 프리패턴을 형성하기 전 편광물질을 도포한 경우 “U”자 형태의 편광 패턴을 얻을 수 있다. 이러한 “U”자 형태의 편광패턴을 사용하더라도 편광 효과를 나타낼 수 있지만, 투명도를 더욱 높이거나 추가적인 가공이 필요한 경우 “U”자 형태의 편광 패턴의 바닥면을 제거하는 공정을 추가로 사용할 수 있다. 이때 바닥면을 제거하는 공정은 세워진 편광물질을 손상하지 않으면서 바닥면을 제거할 수 있는 공정이라면 제한 없이 사용 가능하지만, 바람직하게는 이온 밀링을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 기판과 매크로 프리패턴이 형성된 시트가 롤로부터 언와인드되면서 상기 기판과 매크로 프리패턴 시트를 접착시켜 상기 기판 상에 상기 매크로 프리패턴을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 기판이 롤로부터 언와인드되면서 상기 기판 상에 전도성 물질과 매크로 프리패턴 물질을 증착한 다음 상기 매크로 프리패턴을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
롤투롤 공정은 롤에 검겨있는 원료를 이용하여 연속적으로 제품을 생산하는 공정으로 대면적의 기판을 제조하기 위하여 사용되는 경우가 있다. 하지만 일반적으로 편광판을 제조하는 방법은 연신법에 의한 것으로 연신법으로 제조되는 편광필름은 연신에 의하여 편광성능을 나타내므로, 대면적에 걸쳐 균일한 패턴의 구현이 어렵다는 단점을 가진다. 하지만 본원 발명의 편광 패널은 패턴의 형성 방법이 매우 단순하므로, 마스크를 이용한 광경화 기술을 적용하여 매크로 프리패턴을 형성 할 수 있다. 이렇게 롤투롤 공정에 의하여 프리패턴이 형성된 기판을 에칭하여 편광패턴을 수득하는 경우 대면적에 걸쳐 균일한 편광 패턴을 수득가능하며, 연속공정에 의해 생산할 수 있다는 장점을 가진다.
한편, 상기와 같은 편광 패널 제조방법을 반복하여 제조하는 경우, 세워진 형태 또는 “U”형상의 편광 패턴의 높이가 각각 다르거나, 보안 패턴, 편광패턴 또는 터치패턴을 하나의 기판에 형성 가능한 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명은 또 다른 관점에서, (i) 제1 매크로 프리패턴이 형성된 기판에 제1 편광 물질을 증착하는 단계; (ii) 에칭을 통하여 제1 편광 물질을 제1 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 제1 편광 패턴을 수득하는 단계; (iii) 상기 제1 편광 패턴이 형성된 기판 상에 제1 편광 패턴과 동일한 각도로 제2 매크로 프리패턴을 형성하고 난 후에, 제2 편광 물질을 증착하는 단계; 및 (iv) 에칭을 통하여 제2 편광 물질을 제2 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 제2 패턴을 수득하는 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 적층형 편광 패널의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 또 다른 관점에서, (i) 기판에 제1 편광 물질을 도포한 다음, 제1 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; (ii) 상기 제1 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제1 편광 물질을 재증착하여“U”자 형태의 제1 편광 패턴을 수득하는 단계; (iii) 상기 제1 편광 패턴이 형성된 기판 상에 제1 편광 패턴과 동일한 각도로 제2 편광 물질을 도포한 다음, 제2 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및 (iv) 상기 제2 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제2 편광 물질을 재증착하여“U”자 형태의 제2 패턴을 수득하는 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 적층형 편광 패널의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 또 다른 관점에서, (i) 제1 매크로 프리패턴이 형성된 기판에 제1 편광 물질을 증착하는 단계; (ii) 에칭을 통하여 제1 편광 물질을 제1 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 제1 편광 패턴을 수득하는 단계; (iii) 상기 제1 편광 패턴이 형성된 기판상에 제1 편광 패턴과 각도를 달리하여 제2 매크로 프리패턴을 형성하고 난 후에 제2 편광 물질을 증착하는 단계; 및 (iv) 에칭을 통하여 제2 편광 물질을 제2 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 제2 패턴을 수득하는 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 격자형 편광 패널의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 또 다른 관점에서, (i) 기판에 제1 편광 물질을 도포한 다음, 제1 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; (ii) 상기 제1 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제1 편광 물질을 재증착하여“U”자 형태의 제1 편광 패턴을 수득하는 단계; (iii) 상기 제1 편광 패턴이 형성된 기판상에 제1 편광 패턴과 각도를 달리하여 제2 편광 물질을 도포한 다음, 제2 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및 (iv) 상기 제2 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제2 편광 물질을 재증착하여“U”자 형태의 제2 패턴을 수득하는 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 격자형 편광 패널의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 편광패턴은 다른 종류의 패턴과 혼합되어 사용될 수 있다. 편광패턴을 형성한 기판에 제2패턴을 형성하는 경우 동일한 방향으로 형성하거나, 편광패턴과 제2 패턴이 1~90°의 각도를 가지도록 형성할 수 있다. 이때 제2 패턴은 편광패턴과 높이가 다를 수 있으며, 보안 패턴, 터치패턴, 또는 편광패턴일 수 있다. 상기와 같이 다른 종류의 패턴을 하나의 기판에 형성하는 경우 두 가지의 효과를 나타내는 기판을 제작할 수 있다. 예를 들어 편광패턴과 터치패턴을 하나의 기판에 형성하는 경우 편광판과 터치스크린 패널을 통합하여 제작 가능하므로 더 얇은 터치 디스플레이의 제작이 가능하다, 또한 동일한 편광패턴이지만 높이를 다르게 하여 하나의 기판에 형성하는 경우, 두 종류의 빛에 편광효과를 가지는 편광 패널을 제작가능하다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 매크로 프리패턴을 이용한 70~90°로 세워진 형상의 편광패턴을 가지는 편광 패널의 제작
도 2에 나타난 바와 같이, 투명한 유리기판(3)에 매크로 프리패턴(2)을 포토리소그래피를 이용하여 형성한 다음, 알루미늄(5)을 표면에 증착하였다. 증착이 완료되면 이온밀링을 통하여 유리기판에 증착된 알루미늄을 매크로 패턴의 측면으로 재증착하고, 매크로 프리패턴을 제거하여 70~90°로 세워진 형상의 편광패턴을 가지는 편광 패널을 수득하였다.
이때 매크로 프리패턴의 높이에 따라, 최종적으로 얻을 수 있는 편광 패턴의 높이가 결정된다. 1μm의 높이를 가지는 매크로 프리패턴을 사용했을 때는 이온 밀링 시간과, 바닥 면에 존재하는 전도성 물질의 양에 따라, 약 수십nm~1μm 높이의 격벽이 얻어지며, 8.5μm의 매크로 프리패턴을 사용했을 경우, 약 수십nm~8.5μm높이의 격벽이 얻어진다. 또한, 바닥층의 전도성 물질이 측면에 재증착되어야 하는 물질의 양보다 많은 경우, 형성되는 격벽의 높이는 매크로 프리패턴의 높이에 따르게 되며, 바닥층의 전도성 물질이 측면에 재증착되어야 하는 전도성 물질보다 적은 경우, 형성되는 높이는 바닥층 물질의 양과 비례하게 된다. 격벽간의 간격은 매크로 프리패턴의 두께에 따라 결정이 된다. 120nm의 프리패턴을 사용했을 경우에는, 프리패턴의 좌우측 측면에 격벽이 형성되기 때문에 격벽간의 간격 또한 120nm의 간격을 가지게 된다.
실시예 2: 매크로 프리패턴을 이용한 “U”자 형태의 편광패턴을 가지는 편광 패널의 제작
투명한 유리기판(3)에 알루미늄(5)을 증착한 다음, 매크로 프리패턴(2)을 포토리소그래피를 이용하여 형성한다. 매크로 프리패턴의 형성이 완료되면 이온밀링을 통하여 유리기판에 증착된 알루미늄을 매크로 패턴의 측면으로 재증착하고, 매크로 프리패턴을 제거하여 “U”자 형태의 편광패턴을 가지는 편광 패널을 수득하였다.
도 3은 전도성 물질층을 매크로 프리패턴 제작 전에 미리 형성하는 방식으로 제작하는 공정을 나타내는 도면이다. 전도성 물질을 먼저 기판에 형성한 후, 매크로 프리패턴 층을 제작한다. 이후, 이온 밀링식각(이온 스퍼터링) 공정을 통해 매크로 프리패턴 벽면에 전도성 물질을 재증착하고 매크로 프리패턴을 제거한다. 필요에 따라 매크로 프리패턴을 제거하지 않고 편광 패널을 제작할 수도 있고, 제거하고도 편광 패널을 제작할 수 있다. 프리패턴을 제거한 경우 바람직하게는 오버코팅을 통해 편광 패널의 구조물을 보호하는 것이 바람직하다.
또한, 도 2에서 얻은 격벽과 같은 모양을 얻을 수도 있는데, 매크로 프리패턴을 제거한 상태에서 다시 이온밀링을 진행하는 경우, 도 2와 같은 구조를 얻을 수 있다. 2번째, 이온밀링을 진행하는 경우, 프리패턴 측면에 증착된 물질도 상부쪽에서 일부 미세하게 식각이 되지만, 기판에 남아 있는 바닥의 물질이 식각되면서 도2와 같은 세워진 형태의 편광패턴을 얻을 수 있다. 즉, 편광 물질층의 형성과 프리패턴의 형성 순서가 바뀌어도 편광 패널을 형성하는데 문제가 없음을 알 수 있다.
실시예 3: 롤투롤 공정을 이용한 편광 패널의 제작
도 4와 같이 기판(120, PET) 위에 미리 제조된 프리패턴 시트(110)를 접착(200)하면서 프리패턴을 기판 위에 형성(300)한다. 프리패턴의 형성은 롤투롤 임프린팅 방법으로 구현할 수 있다. 편광 패널은 패턴 자체가 매우 단순하여 마스크를 이용한 UV 경화기술을 롤투롤 공정에 접목하여 진행 할 수 있음은 물론이다. 프리패턴 물질을 기판에 도포하고, 연속공정으로 마스크가 씌워진 UV 램프를 지나가도록 하면서 손쉽게 프리패턴을 만들 수 있다. 프리패턴이 형성된 기판에 편광 물질을 증착(400)시키고, 이온밀링식각(이온 스퍼터링) 공정을 통해 격벽을 형성한다. 프리패턴을 제거하고 패턴 보호층을 형성하는 순서로 시스템을 구축할 수 있다. 이때, 얻어지는 편광구조는 도2나 3과 같은 구조로 얻어질 수 있다. 보호층은 기판에서 구조물이 분리되는 것을 예방할 수 있고, 투명도, 투습성 및 내열성 등을 고려하여 선택한다.
또한, 도7은 기판 위에 용액공정이나 증착 공정 등을 통한 프리패턴용 소재를 형성하고, 임프린팅이나 포토 리소그래피 공정 등을 통해 프리패턴을 형성하는 것이다. 이후의 시스템은 도 6과 같다.
기판 위에 편광 물질을 먼저 형성시킨 경우, 프리패턴을 편광 물질 위에 형성하고, 이온밀링식각(이온 스퍼터링) 공정을 진행한다.
본 기술을 이용하는 경우 편광구조물의 두께가 매우 얇아 투과도에 전혀 문제가 없는 반면, 편광 성능이 떨어질 수 있다. 그러나, 편광 성능의 향상은 격벽의 높이 조절을 통해 해결할 수 있다.
본 발명은 대면적에 수십 나노미터 두께의 전도성 격벽을 매크로 프리패턴을 이용하여 이온 식각 공정을 통해 형성함으로써, 기존의 편광 패널에서 문제가 되었던 투명도를 획기적으로 개선할 수 있고, 편광도를 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 설계안과 같은 고정밀의 편광 패널을 손쉽게 제조할 수 있는 효과가 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (18)

  1. 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 세워진 형태의 편광 패턴을 가지는 편광 패널의 제조방법:
    (a) 매크로 프리패턴이 형성된 패널 기판에 편광물질을 증착하는 단계; 및
    (b) 에칭을 통하여 패널 기판에 증착된 편광물질을 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하는 단계.
  2. 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 “U”자 형태의 편광 패턴을 가지는 편광 패널의 제조방법:
    (a) 패널 기판에 편광물질을 도포한 다음, 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및
    (b) 에칭을 통하여 편광물질을 상기 매크로 프리패턴의 측면에 증착하는 단계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 (b)단계 이후;
    (c) 매크로 프리패턴을 제거하여 세워진 형태 또는 “U”자 형태의 편광 패턴을 가지는 편광 패널을 수득하는 단계;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 패널의 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 매크로 프리패턴은 기판 상에 프리패턴 물질을 증착시키고 리소그래피 또는 임프린팅 공정을 수행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 편광 패널의 제조방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 편광 패턴은 높이 10nm~100㎛, 두께 1~100nm이며, 패턴 사이의 간격은 10nm~100㎛인 것을 특징으로 하는 편광 패널의 제조방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에칭은 밀링 또는 스퍼터링으로 수행되는 것을 특징으로 하는 편광 패널의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 밀링은 0.1mTorr~10mTorr의 압력하에서 기체를 이용하여 플라즈마를 형성한 다음 상기 플라즈마를 100eV~5,000eV로 가속화하여 수행되는 것을 특징으로 하는 편광 패널의 제조방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서;
    (c) 패널을 코팅하여 패턴 보호층을 형성하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 패널의 제조방법.
  9. 제3항에 있어서;
    (d) 패널을 코팅하여 패턴 보호층을 형성하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 패널의 제조방법.
  10. 제3항에 있어서, 상기 (c) 단계의 매크로 프리 패턴의 제거 이후;
    (d) 에칭을 통하여 “U”자 형태의 편광 패턴의 바닥면을 제거하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 패널의 제조방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판과 매크로 프리패턴이 형성된 시트가 롤로부터 언와인드되면서 상기 기판과 매크로 프리패턴 시트를 접착시켜 상기 기판 상에 상기 매크로 프리패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 편광 패널의 재조방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판이 롤로부터 언와인드되면서 상기 기판 상에 전도성 물질과 매크로 프리패턴 물질을 증착한 다음 상기 매크로 프리패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 편광 패널의 제조방법.
  13. 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 적층형 편광 패널의 제조방법:
    (i) 제1 매크로 프리패턴이 형성된 기판에 제1 편광 물질을 증착하는 단계;
    (ii) 에칭을 통하여 제1 편광물질을 제1 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 제1 편광 패턴을 수득하는 단계;
    (iii) 상기 제1 편광 패턴이 형성된 기판 상에 제1 편광 패턴과 동일한 각도로 제2 매크로 프리패턴을 형성하고 난 후에, 제2 편광 물질을 증착하는 단계; 및
    (iv) 에칭을 통하여 제2 편광물질을 제2 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 제2 패턴을 수득하는 단계.
  14. 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 적층형 편광 패널의 제조방법:
    (i) 기판에 제1 편광 물질을 도포한 다음, 제1 매크로 프리패턴을 형성하는 단계;
    (ii) 상기 제1 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제1 편광 물질을 재증착하여“U”자 형태의 제1 편광 패턴을 수득하는 단계;
    (iii) 상기 제1 편광 패턴이 형성된 기판 상에 제1 편광 패턴과 동일한 각도로 제2 편광 물질을 도포한 다음, 제2 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및
    (iv) 상기 제2 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제2 편광물질을 재증착하여“U”자 형태의 제2 패턴을 수득하는 단계.
  15. 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 격자형 편광 패널의 제조방법:
    (i) 제1 매크로 프리패턴이 형성된 기판에 제1 편광 물질을 증착하는 단계;
    (ii) 에칭을 통하여 제1 편광 물질을 제1 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 제1 편광 패턴을 수득하는 단계;
    (iii) 상기 제1 편광 패턴이 형성된 기판상에 제1 편광 패턴과 각도를 달리하여 제2 매크로 프리패턴을 형성하고 난 후에 제2 편광 물질을 증착하는 단계; 및
    (iv) 에칭을 통하여 제2 편광 물질을 제2 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 제2 패턴을 수득하는 단계.
  16. 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 격자형 편광 패널의 제조방법:
    (i) 기판에 제1 편광 물질을 도포한 다음, 제1 매크로 프리패턴을 형성하는 단계;
    (ii) 상기 제1 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제1 편광 물질을 재증착하여“U”자 형태의 제1 편광 패턴을 수득하는 단계;
    (iii) 상기 제1 편광 패턴이 형성된 기판상에 제1 편광 패턴과 각도를 달리하여 제2 편광 물질을 도포한 다음, 제2 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및
    (iv) 상기 제2 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제2 편광 물질을 재증착하여“U”자 형태의 배향된 제2 패턴을 수득하는 단계.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (ii) 단계의 재증착 후에 제1 매크로 프리패턴을 제거하거나 상기 (iv) 단계의 재증착 후에 제2 매크로 프리패턴을 제거하는 단계를 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 편광 패널의 제조방법.
  18. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 패턴은 보안 패턴, 터치 패턴 및 편광 패턴인 것을 특징으로 하는 편광 패널의 제조방법.
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