KR101735217B1 - 복제 공정 및 금속 전사 효과를 이용한 와이어 그리드 편광자 제작 방법 - Google Patents

Abstract

기존의 와이어 그리드 편광자 제작에 있어서, 플렉서블 기판 또는 대면적 기판에 금속층을 매우 높은 균일도로 형성할 수 있는 새로운 기술을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 복제 공정 및 금속 전사 효과를 이용한 와이어 그리드 편광자 제작 방법은, 기설정된 패턴이 형성된 몰드 상에, 금속층을 증착시키는 단계; 몰드의 금속층이 증착된 면에 UV경화성 수지를 도포하는 단계; 도포된 UV경화성 수지 상에 베이스 기판을 위치시키고, 베이스 기판과 몰드 사이를 가압하면서 경화 공정을 수행하여, UV경화성 수지에 몰드의 기설정된 패턴이 복제되는 동시에 압착 경화되면서 금속층과 접착되도록 하는 단계; 및 몰드와 금속층이 분리되도록 몰드를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복제 공정 및 금속 전사 효과를 이용한 와이어 그리드 편광자 제작 방법{Fabrication method of wire grid polarizer using metal transfer effect and replication process}

본 발명은 와이어 그리드 편광자의 제작 기술에 관한 것으로, 구체적으로는 복제 공정에서의 금속 전사 효과를 이용하여, 특히 플렉서블한 형태의 와이어 그리드 및 대면적 디스플레이 분야에 사용되는 와이어 그리드를 제작하는 데 유용한 기술에 관한 것이다.

편광소자는 광학부품을 하나로서, 디스플레이, 프로젝터, 카메라 이미지 센서 또는 각종 측정장비에 사용되는 얇은 판으로서 일반적으로 적용되는 편광판의 종류로는 흡수형 편광판으로서 요소계, 염료계 등의 이색성 색소를 수지필름에 배향하여 한쪽방향의 빛을 투과시키지 않고 흡수하여 흡수되지 않은 방향의 편광된 빛만을 통과시키는 기능을 가지고 있다.

흡수형 편광판은 빛을 흡수한다는 성질을 이용하기 때문에 빛 손실이 크고 수 마이크로 내지 수 밀리미터와 같이 일정 두께 이상의 부피를 차지하여 최근에 얇아지고 있는 광학부품에 적용하는 데 한계가 있다. 이에 반하여 반사형 편광판으로서 투과되지 않는 빛을 반사하여 빛의 방향을 변화시키고 이 빛 또한 투과시켜 효율이 높은 특성을 가진다.

반사형 편광판의 한 종류인 와이어 그리드 편광자는 금속 와이어가 빛의 파장보다 작은 크기의 일정한 주기를 가지고 평행하게 배열되어 있는 구조로 금속 와이어와 수직한 빛은 투과하고 평행한 빛은 반사하여 반사된 빛을 재사용하여 투과율이 높은 특성을 갖는다. 와이어 그리드 편광자의 사용되는 금속은 Al, Au, Ag, Cu, Cr, Ni, Mo, Fe, Co, Pd, Pt, Zn, Ti, Ta등 의 금속 및 이를 이용한 합금 또는 산화물이 사용되고 있다.

일반적인 와이어 그리드 편광자의 제작방법으로는 한국 공개특허 2015-0113438호 등에서 개시되어 있는 바와 같이, 반도체 공정을 이용한 방법으로서 금속을 증착한 후 포토리소그래피의 공정과 에칭이라는 방법을 통하여 기판 위에 일정한 금속을 제작하는 방법이 사용되고 있다. 최근에는 UV 광경화성 폴리머를 이용한 나노임프린팅의 방법으로 미세패턴을 형성하고 이 패턴 위에 금속 증착을 하면 패턴의 형상을 따라 쌓이는 방법을 통해 일정한 주기를 가지는 와이어 그리드 편광자를 제작방법이 소개되어 적용되고 있다.

그러나, 이러한 기존의 와이어 그리드 편광자의 제작 방법은, 반도체 제작 공정을 이용하기 때문에, 많은 공정 절차가 필요하고, 그 중에서도 에칭을 이용한 방법의 경우 유해한 물질의 사용 및 폐기 비용 등의 고가의 공정비용이 발생한다. 이에 따라서 저가의 미세패턴 제작방법 적용 후 금속층을 증착하는 방법이 사용되고 있다.

이러한 기법은 저가의 비용 소모 및 간단한 공정으로서 최근 많이 사용되고는 있으나, 유연한 기판을 이용하여 와이어 그리드 편광자를 제작 시, 유연한 기판을 평평하게 유지하여 금속층을 증착하는 것이 매우 어렵고, 이에 따라서 균일도 있는 편광 특성을 얻기 어렵다는 문제점이 지적되어 왔다. 특히, 최근 플렉서블 광학기기가 개발되고 있어, 유연한 기판에 대한 균일도 있는 편광 특성을 갖는 금속층의 형성은 매우 중요한 이슈로 지적되고 있다. 또한, 대면적 디스플레이의 경우, 일반적인 상향식 증착 방법을 이용하기에 필요한 기판의 평평함이 유지되지 못할 정도로 크기가 커지는 상태이기 때문에, 대면적 기판 상 균일도 있는 금속층의 형성 역시 매우 중요한 이슈로 지적되고 있다.

이에 본 발명은, 기존의 와이어 그리드 편광자 제작에 있어서, 플렉서블 기판 또는 대면적 기판에 금속층을 매우 높은 균일도로 형성할 수 있는 새로운 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 복제 공정 및 금속 전사 효과를 이용한 와이어 그리드 편광자 제작 방법은, 기설정된 패턴이 형성된 몰드 상에, 금속층을 증착시키는 단계; 상기 몰드의 상기 금속층이 증착된 면에 UV경화성 수지를 도포하는 단계; 상기 도포된 UV경화성 수지 상에 베이스 기판을 위치시키고, 상기 베이스 기판과 상기 몰드 사이를 가압하면서 경화 공정을 수행하여, 상기 UV경화성 수지에 상기 몰드의 기설정된 패턴이 복제되는 동시에 압착 경화되면서 금속층과 접착되도록 하는 단계; 및 상기 몰드와 금속층이 분리되도록 상기 몰드를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 단단한 몰드 패턴 상에 금속층을 증착하는 공정을 선행한 후에, 복제 공정 상의 접합력을 이용하여 패턴의 형상과 함께 단차가 존재하는 균일한 높이의 금속이 함께 전사되어 기판에 접착되기 때문에, 매우 균일하고 주기적인 금속선을 가지는 와이어 그리드 편광자를 제작할 수 있다. 특히, 유연한 기판을 평평하게 유지하기 위한 별도의 공정이 없더라도, 금속을 미리 단단한 몰드에 증착 후 전사 효과를 이용하여 복제 시 금속층이 기판에 접착되기 때문에, 유연한 기판에 용이하고 간단한 저가의 공정으로 금속층을 균일하게 형성할 수 있는 효과가 있다. 특히, 반복 공정이 가능하여 대면적에도 적용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 금속층의 경우, 증착 공정에 비하여 복제 공정 및 공정 시의 금속의 전사 효과에 의하여 접합력이 매우 강한 상태로 기판에 접착되기 때문에, 우수한 내구성을 갖는 효과 역시 기대할 수 있다.

도 1 및 2는 본 발명의 각 실시예에 따라서 몰드에 금속층이 증착된 형태를 설명하기 위한 몰드의 단면도의 예.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복제 공정 및 금속 전사 효과를 이용한 와이어 그리드 편광자 제작 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 4는 대면적의 기판에 본 발명을 적용하여 와이어 그리드 편광자를 제작하는 실시예를 설명하기 위한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 복제 공정 및 금속 전사 효과를 이용한 와이어 그리드 편광자 제작 방법에 대해서 설명하기로 한다.

이하의 설명에서 본 발명에 대한 이해를 명확히 하기 위하여, 본 발명의 특징에 대한 공지의 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.

이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다.

또한 상기 발명의 배경이 되는 기술에 대한 기재 내용과 중복되는 이하의 본 발명의 각 실시예에 관한 설명 역시 생략하기로 한다.

도 1 및 2는 본 발명의 각 실시예에 따라서 몰드에 금속층이 증착된 형태를 설명하기 위한 몰드의 단면도의 예이다.

본 발명의 핵심적인 특징은, 기판에 패턴을 형성한 뒤, 패턴 상에 금속층을 증착하는 기존의 증착 방법과 달리, 기판에 패턴을 형성하는 동시에 금속이 전사되어 패턴 형성 결과 패턴 상에 금속층이 존재하도록 와이어 그리드 편광자를 제작하는 데 있다.

이러한 공정을 위해서, 본 발명에서는 기판의 패턴을 형성하기 전에 기판 패턴의 복제 대상이 되는 몰드(또는 마스터 기판, 10)에 금속층(20, 21)을 증착하는 과정과 상기 몰드를 복제공정을 통해 금속을 전사하는 데 목적이 있다.

이때 도 1을 참조하면, 일반적인 기본 증착방법과 동일하게 몰드(10)에 수직하게 금속층(20)을 증착한 뒤 본 발명을 적용하여, 높이 단차가 있는 2단계의 층을 가진 와이어 그리드 편광자의 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 일반적인 기본 증착방법 이외에, 경사 증착 또는 회전 경사 증착 기법을 통하여, 몰드(10)의 상부에만 금속층(21)이 형성되도록 증착한 뒤 본 발명을 적용함으로써, 단일 층을 가진 와이어 그리드 편광자를 제작할 수 있다.

이하의 설명에 있어서, 도 1의 실시예를 중심으로 설명할 것이나, 도 2의 실시예 역시 적용될 수 있음은 당연할 것이다. 즉, 이하의 설명에 있어서 제조될 와이어 그리드 편광자의 제조 결과에 대한 예에서는 기판의 패턴의 상하부에 금속층이 접착된 실시예를 설명할 것이나, 도 2와 같은 실시예로 금속층의 증착함에 따라서, 결과적으로 기판의 패턴의 하부에만 금속층이 접착된 실시예 역시 권리범위에 포함될 것임은 당연할 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복제 공정 및 금속 전사 효과를 이용한 와이어 그리드 편광자 제작 방법의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복제 공정 및 금속 전사 효과를 이용한 와이어 그리드 편광자 제작 방법에 있어서, 먼저 기설정된 패턴이 형성된 몰드(10) 상에, 금속층(20)을 증착하는 단계(S10)가 수행된다. 이는 도 1 및 2에 대한 설명에서 언급한 바와 같다.

기판이 폴리머 소재인 경우 구리, 알루미늄, 니켈, 철, 티타늄 등의 금속 및 이들의 합금 혹은 폴리머 재료 상에 음각의 마이크로/나노 선 격자가 형성된 몰드가 폴리머 복제 공정에 사용 될 수 있으며, 기판이 고융점의 유리 혹은 세라믹 소재인 경우 스테인레스 스틸, 몰리브덴, 텅스텐, 크롬, 니켈 등의 금속 물질 및 이들의 합금 혹은 비정질 탄소 등의 세라믹 재료 상에 음각의 마이크로/나노 격자가 형성된 몰드가 유리 복제공정에 사용 될 수 있다. 몰드(10)에 성형된 마이크로/나노 패턴은 마이크로/나노 사이즈의 패턴으로서, 최종적으로 와이어 그리드 편광자의 패턴과 음양이 반전된 패턴일 수 있다.

S10 단계가 수행되면, 몰드(10)의 금속층(20)이 증착된 면에 UV경화성 수지(30)를 도포하는 단계(S20)가 수행된다. 본 발명에서 UV경화성 수지(30)는, 몰드(10)의 패턴을 복제하기 위한 구성을 의미한다. 또한, UV경화성 수지(30)는 경화 뒤에도 플렉서블한 특징을 가질 수 있어 플렉서블 기판에 적용될 수 있는 모든 재질의 UV경화성 물질을 포함할 수 있다.

S20 단계가 수행된 후, 도포된 UV경화성 수지 상에 베이스 기판(40)을 위치시키고, 베이스 기판(40)과 몰드(10) 사이를 가압하면서 경화 공정을 수행함으로써, UV경화성 수지(30)에 몰드(10)의 기설정된 패턴이 복제되는 동시에 압착 경화되면서 금속층(20)과 접착되도록 하는 단계(S30)를 수행한다.

즉, S30 단계에서 UV경화성 수지(30)는 가압 경화 공정을 통해, 금속층(20)의 전사 효과에 의하여 금속층(20)과 단단하게 접착 결합된다. 기존의 방법에서는 패턴 상에 금속을 증착시키기 때문에, 패턴과 금속 사이의 결합력이 상대적으로 약할 수 있다. 그러나 본 발명에서는 이미 증착된 금속층(20)에 대해서 UV경화성 수지(30)가 압착 경화 공정이 이루어지면서, 전사 효과에 의하여 접착력이 매우 강하도록 결합될 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서 베이스 기판(40)은 유리 또는 필름 형상의 기판으로서, 대면적 디스플레이 또는 플렉서블한 특성을 갖는 기판이 될 수 있다.

S30 단계가 수행되면, 몰드(10)와 금속층(20)이 분리되도록 몰드(10)를 제거하는 단계(S40)가 수행된다. 이미 금속층(20)은 전사 효과에 의하여 경화된 수지(31)와 강하게 접착되어 있기 때문에, 몰드(10)를 제거 시 금속층(20)이 경호된 수지(31)에 접착한 채로 몰드(10)로부터 분리될 수 있다.

그러나 몰드(10)와의 접착력에 의하여 금속층(20)이 몰드(10)로부터 분리되지 않는 현상을 방지하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에서, S10 단계, 즉 몰드(10) 상에 금속층(20)을 증착시키는 단계에 있어서, 몰드(10) 상에 금속층(20)과 몰드(10)의 외면의 접착을 방지하기 위한 이형 처리를 수행하는 단계를 포함시킬 수 있다. 즉, 이형제(미도시)를 몰드(10)과 금속층(20)의 접착면에 도포한 후 금속층(20)을 증착시킬 수 있다. 이를 통하여, S40 단계에서 몰드(10)를 제거 시 금속층(20)이 몰드(10)로부터 효과적으로 분리될 수 있는 효과가 있다.

이와 같은 공정에 의하면, 기존의 금속 증착 방법에 있어서, 기판 상에 패터닝을 한 후 금속을 패턴에 증착시키는 기술에 있어서의 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 기판이 대면적이거나 플렉서블한 경우, 대면적의 기판을 평평하게 유지하거나, 플렉서블한 기판을 평평하게 유지하는 추가적인 공정이 수행된 후 금속층을 증착해야만 비교적 균일한 금속층이 패턴 상에 증착될 수 있다. 이에 따라서 기판에 대한 추가적인 공정을 수행해야 함에 따른 공정의 복잡성 및 비용 증가의 문제점이 발생할 수 있다.

그러나 본 발명에 의하면, 이미 평평하고 단단한 몰드(10) 상에 금속층을 증착하여 균일한 금속층을 형성한 뒤, 금속층(20)의 전사 효과를 이용하여 베이스 기판(40) 및 UV경화성 수지(30)와의 접착력을 이용하여 금속층(20)을 UV 경화성 수지(30)에 접착되도록 하기 때문에, 몰드(10)의 기설정된 패턴이 UV 경화성 수지(30)에 복제되는 공정에서 동시에 금속층(20)이 UV경화선 수지(30)에 강하게 접착되도록 한다.

상기와 같은 공정에 의하면, 대면적 및 플렉서블한 기판을 평평하게 유지할 필요가 없이 복제 공정을 수행하는 것 만으로 균일하게 형성된 금속이 패턴 상에 접착되도록 할 수 있는 효과가 있어, 대면적 및 플렉서블한 패턴에 금속층을 매우 균일하게 형성할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기와 같은 공정에 의하면, 금속이 패턴과 매우 강하게 결합하기 때문에, 결합력이 향상되는 효과 역시 기대할 수 있다.

도 4는 대면적의 기판에 본 발명을 적용하여 와이어 그리드 편광자를 제작하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 이하의 설명에 있어서, 도 1 내지 3에 대한 설명과 중복되는 부분에 대한 설명은 이를 생략하기로 한다.

도 4에 있어서, 기판(40)은 하나의 몰드(10)로 한 번에 금속층(20, 22)을 형성하기 어려운 대면적의 기판(40)임을 특징으로 한다. 이 경우, 반복적인 금속층(20, 22) 및 패턴(31) 형성이 필요 시 된다.

이를 위해, 본 발명에서는, 몰드(10)를 제거하는 상기의 S40 단계의 수행 후, 제거된 몰드(10)에 금속층(22)을 대층작시키는 단계가 추가적으로 수행된다. 즉, 도 4에 있어서 경화된 수지(31) 및 금속층(20)은 도 1 내지 3의 실시예에 도시된 S10 내지 S40 단계가 완전하게 한 번 수행된 후의 상태를 의미한다.

이후 몰드(10)를 다음 영역, 즉 베이스 기판(40)의 영역 중 몰드(10)를 제거하는 상기의 S40 단계의 수행에 의하여 금속층(20)이 접착된 영역 다음의 금속층의 접착 대상 영역(도 4에서 몰드(10)가 현재 위치한 영역)에 대해서, 상기의 S20 내지 S40 단계를 반복 수행하는 단계를 수행하게 된다.

이때, 대면적의 기판(40)에 몰드(10)를 이동시키면서 상기의 공정을 반복 수행하기 위해서, 도 4의 실시예에서는 도 1 내지 3의 실시예가 변형되어 실시될 수 있다.

구체적으로, 도 3의 S20 단계, 즉 금속층(22)에 UV 경화성 수지(30)를 도포하는 단계는, 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스 기판(40)의 다음의 금속층(22) 접착 대상 영역에 상에 UV경화성 수지(30)를 도포하는 단계로 변형 또는 대체될 수 있다.

한편, 접착하도록 하는 단계는, S30에 기재된 바와 같이 도포된 UV경화성 수지 상에 베이스 기판을 위치시키는 것이 아니라, 금속층(22)이 재증착된 몰드(10)를 UV경화성 수지(30)가 도포된 베이스 기판(40) 상에, 즉 상기에서는 금속층(22) 접착 대상 영역에 위치시키는 단계로 변형 또는 대체될 수 있다.

이와 같은 변형 또는 대체된 실시예에 의해서, 몰드(10)가 대면적의 베이스 기판(40)에서 본 발명의 실시예를 반복 수행하기 때문에, 대면적의 베이스 기판(40) 등을 평평하게 유지시키는 별도의 공정이 필요없이, 균일한 금속층을 강하게 접착 형성하도록 할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

1. 기설정된 패턴이 형성된 몰드 상에, 금속층을 증착시키는 단계;
   상기 몰드의 상기 금속층이 증착된 면에 UV경화성 수지를 도포하는 단계;
   상기 도포된 UV경화성 수지 상에 베이스 기판을 위치시키고, 상기 베이스 기판과 상기 몰드 사이를 가압하면서 경화 공정을 수행하여, 상기 UV경화성 수지에 상기 몰드의 기설정된 패턴이 복제되는 동시에 압착 경화되면서 금속층과 접착되도록 하는 단계; 및
   상기 몰드와 금속층이 분리되도록 상기 몰드를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복제 공정 및 금속 전사 효과를 이용한 와이어 그리드 편광자 제작 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 금속층을 증착시키는 단계는,
   상기 몰드 상에 상기 금속층과 상기 몰드의 외면의 접착을 방지하기 위한 이형 처리를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복제 공정 및 금속 전사 효과를 이용한 와이어 그리드 편광자 제작 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 금속층을 증착시키는 단계는,
   일반 증착, 경사 증착 및 회전경사 증착 공정 중 어느 하나의 공정을 이용하여 상기 금속층을 증착시키는 것을 특징으로 하는 복제 공정 및 금속 전사 효과를 이용한 와이어 그리드 편광자 제작 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 몰드를 제거하는 단계 후,
   상기 제거된 몰드에 금속층을 재증착시키는 단계;
   상기 베이스 기판의 영역 중, 상기 몰드를 제거하는 단계의 수행에 의하여 금속층이 접착된 영역 다음의 금속층 접착 대상 영역에 대하여, 상기 도포하는 단계, 상기 접착하도록 하는 단계 및 상기 몰드를 제거하는 단계를 반복 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복제 공정 및 금속 전사 효과를 이용한 와이어 그리드 편광자 제작 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 도포하는 단계는,
   상기 베이스 기판의 상기 금속층 접착 대상 영역 상에 상기 UV경화성 수지를 도포하는 단계인 것을 특징으로 하고,
   상기 접착하도록 하는 단계는,
   상기 금속층이 재증착된 몰드를 상기 UV경화성 수지가 도포된 베이스 기판 상에 위치시키는 것을 특징으로 하는 복제 공정 및 금속 전사 효과를 이용한 와이어 그리드 편광자 제작 방법.

Images