KR101771138B1 - 와이어 그리드 편광자, 상기 와이어 그리드 편광자의 제조 방법 및 상기 와이어 그리드 편광자를 포함하는 디스플레이 패널 - Google Patents

와이어 그리드 편광자, 상기 와이어 그리드 편광자의 제조 방법 및 상기 와이어 그리드 편광자를 포함하는 디스플레이 패널 Download PDF

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Abstract

대면적의 와이어 그리드 편광자를 용이하게 제조할 수 있는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법, 상기 방법으로 제조된 와이어 그리드 편광자, 및 상기 와이어 그리드 편광자와 일체화된 디스플레이 패널이 개시된다. 개시된 와이어 그리드 편광자의 제조 방법은 포토 레지스트 또는 블록 혼성중합체(block copolymer)로 다수의 나란한 나노 패턴을 형성하는 단계, 상기 나노 패턴의 형태를 뜬 몰드를 제작하는 단계, 상기 몰드를 기판 위에 배치하는 단계, 몰드의 표면에 형성된 나노 패턴을 통해 금속 잉크를 주입하는 단계, 및 금속 잉크를 소성하여 다수의 나란한 전도성 나노 와이어를 기판 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 개시된 와이어 그리드 편광자의 제조 방법에 따르면, 와이어 그리드 편광자를 저렴한 비용으로 용이하게 제조할 수 있다.

Description

와이어 그리드 편광자, 상기 와이어 그리드 편광자의 제조 방법 및 상기 와이어 그리드 편광자를 포함하는 디스플레이 패널{Wire grid polarizer, method of fabricating the wire grid polarizer and display panel including the wire grid polarizer}
개시된 내용은 와이어 그리드 편광자, 상기 와이어 그리드 편광자의 제조 방법 및 상기 와이어 그리드 편광자를 포함하는 디스플레이 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대면적의 와이어 그리드 편광자를 용이하게 제조할 수 있는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법, 상기 방법으로 제조된 와이어 그리드 편광자, 및 상기 와이어 그리드 편광자와 일체화된 디스플레이 패널에 관한 것이다.
액정 디스플레이 장치와 같이 별도의 광원을 필요로 하는 화상 형성 장치의 경우, 광의 투과/차단을 조절하여 화상을 형성하기 위한 수단으로서 편광자를 사용하고 있다. 그런데, 지금까지 사용되어 온 편광자는 주로 흡수형 편광자이기 때문에, 광원에서 방출된 광 중에서 절반만을 사용하고 나머지 절반은 편광자에 의해 흡수되어 버린다. 이러한 흡수형 편광자는 디스플레이 장치의 광 이용 효율을 저하시키는 주요 원인이 된다. 예를 들어, 액정 디스플레이 장치의 경우, 액정층의 전면과 배면에 각각 편광자가 되어 있어서, 컬러 필터에 의한 광 손실까지 고려하면 광 이용 효율이 겨우 10% 정도에 불과하다. 이는 백라이트 유닛으로부터 방출된 광 중에서 실제로 화상 형성에 기여하는 것은 10% 정도라는 의미이다.
이러한 낮은 효율은 최근의 고휘도 TV 등에서 소비전력의 문제를 야기시키고 있다. 이에 따라, 낮은 광 이용 효율을 향상시키기 위한 다양한 방안이 제시되고 있다. 예를 들어, DBEF(dual brightness enhancement film)과 같은 휘도향상필름을 백라이트 유닛에 부착시키는 방안이 있다. 그러나, 이러한 추가적인 광학 필름을 부가하는 것은 원가 상승의 원인이 된다.
최근에는 흡수형 편광자 대신에 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)와 같은 반사형 편광자를 사용하는 방안이 대두되고 있다. 와이어 그리드 편광자는 투명한 절연성 기판 위에 다수의 전도성 나노 와이어들을 나란하게 일정한 간격으로 배열하여 형성된 편광자이다. 일반적으로, 나란하게 배열된 나노 와이어들의 피치(pitch)가 입사광의 파장에 가깝거나 또는 그보다 크다면 통상적인 회절 현상이 나타나지만, 나노 와이어들의 피치가 입사광의 파장보다 매우 작을 경우에는 회절보다는 편광 분리 현상이 더욱 크게 일어난다. 예를 들어, 나노 와이어들의 피치가 약 100nm 이하인 경우에는, 나노 와이어에 평행하게 편파된 광은 반사되고, 나노 와이어에 수직하게 편파된 광은 투과된다. 따라서, 나노 와이어에 평행한 특정 편광 방향의 광 성분만이 와이어 그리드 편광자를 투과할 수 있다. 나머지 광 성분은 흡수되지 않고 반사되기 때문에, 반사된 광의 편광 방향을 바꾸어 주면 실질적으로 대부분의 입사광을 활용하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 이러한 와이어 그리드 편광자가 가시광선의 전체 영역에서 편광자로서의 역할을 적절히 수행하기 위해서는, 나노 와이어들의 피치가 적어도 약 100nm 이하가 되어야 한다. 또한, 나노 와이어들의 종횡비가 높을수록(즉, 나노 와이어의 폭보다 높이가 클수록) 와이어 그리드 편광자의 편광 분리비가 향상된다. 그런데, 아직까지는 이러한 조건을 충족시키는 와이어 그리드 편광자를 대면적으로 제조하기가 매우 어렵다. 따라서, 와이어 그리드 편광자는 많은 장점에도 불구하고 아직까지 TV와 같은 대면적의 디스플레이 장치에 적용되지 못하고 있다.
대면적의 와이어 그리드 편광자를 용이하게 제조할 수 있는 와이어 그리드 편광자의 제조 방법을 제공한다. 또한, 상기 방법으로 제조된 와이어 그리드 편광자, 및 상기 와이어 그리드 편광자와 일체화된 디스플레이 패널을 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따르면, 다수의 나란한 미세 홈들이 저면에 형성된 몰드를 마련하는 단계; 상기 몰드를 투명 기판 상에 배치하는 단계; 상기 미세 홈 내에 전도성을 갖는 액상의 잉크를 채우는 단계; 상기 잉크를 소성하여 경화시킴으로써, 상기 투명 기판 상에 다수의 나란한 전도성 나노 와이어들을 형성하는 단계; 및 상기 몰드를 제거하는 단계;를 포함하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 몰드를 마련하는 단계는, 나란하게 배열된 다수의 선형 패턴들을 갖는 나노 패턴을 몰드용 기판 위에 형성하는 단계; 상기 몰드용 기판 위에 액상의 몰드 재료를 채운 후 몰드 재료를 경화시킴으로써 몰드를 형성하는 단계; 및 상기 몰드를 상기 몰드용 기판으로부터 떼어내는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 몰드를 마련하는 단계는, 상기 몰드의 표면이 친수성을 갖도록 플라즈마 처리 또는 화학적 처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 몰드 재료는 폴리디메틸실록산(PDMS)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 나노 패턴을 몰드용 기판 위에 형성하는 단계는, 상기 몰드용 기판 위에 포토 레지스트를 도포하는 단계; 나란한 다수의 선형 패턴을 갖는 광으로 상기 포토 레지스트를 노광하는 단계; 및 노광된 포토 레지스트를 현상하여 상기 몰드용 기판 위에 포토 레지스트로 이루어진 나노 패턴을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 포토 레지스트를 노광하는 단계는 표면 플라즈몬 폴라리톤 리소그래피 기술 또는 극자외선 간섭 리소그래피 기술을 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 나노 패턴을 몰드용 기판 위에 형성하는 단계는, 상기 몰드용 기판 위에 서로 다른 두 중합체가 반복적으로 형성되어 있는 블록 혼성중합체를 형성하는 단계; 및 반응성 이온 식각을 이용하여 상기 두 중합체 중에서 어느 하나의 중합체만을 제거하여 나노 패턴을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 블록 혼성중합체는 반복적으로 형성된 폴리스틸렌(PS)과 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함할 수 있으며, 반응성 이온 식각을 통해 PMMA만 제거함으로써 PS만이 일정한 간격으로 나란하게 배열될 수 있다.
상기 몰드를 투명 기판 상에 배치하는 단계에서, 상기 미세 홈들이 형성된 상기 몰드의 저면이 상기 투명 기판의 상면과 대향하도록 상기 몰드가 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세 홈 내에 전도성을 갖는 액상의 잉크를 채우는 단계는, 전도성을 갖는 액상의 잉크가 저장되어 있는 잉크 저장부를 상기 몰드의 미세 홈들의 입구에 배치하는 단계; 및 모세관 현상을 이용하여 상기 잉크를 상기 미세 홈들 내에 채우는 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 유형에 따르면, 나란하게 배열된 다수의 선형 패턴들을 갖는 나노 패턴을 투명 기판 위에 형성하는 단계; 상기 나노 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 투명 기판을 식각함으로써, 상기 투명 기판의 상부 표면에 다수의 나란한 트렌치들을 형성하는 단계; 상기 투명 기판의 상부 표면을 덮개로 덮어서 상기 트렌치들의 상부를 덮개로 밀폐시키는 단계; 상기 개방된 트렌치들의 측면 입구를 통해 상기 트렌치 내에 전도성을 갖는 액상의 잉크를 채우는 단계; 및 상기 잉크를 소성하여 경화시킴으로써, 상기 투명 기판 내에 음각된 다수의 나란한 전도성 나노 와이어들을 형성하는 단계;를 포함하는 와이어 그리드 편광자 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 와이어 그리드 편광자 제조 방법은, 상기 투명 기판 위에 배치된 상기 덮개를 제거하는 단계; 및 평탄화 기술을 이용하여 상기 투명 기판 위에 남아 있는 상기 나노 패턴을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 나노 패턴을 투명 기판 위에 형성하는 단계는, 상기 투명 기판 위에 포토 레지스트를 도포하는 단계; 나란한 다수의 선형 패턴을 갖는 광으로 상기 포토 레지스트를 노광하는 단계; 및 노광된 포토 레지스트를 현상하여 상기 투명 기판 위에 포토 레지스트로 이루어진 나노 패턴을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 포토 레지스트를 노광하는 단계는 표면 플라즈몬 폴라리톤 리소그래피 기술 또는 극자외선 간섭 리소그래피 기술을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 트렌치 내에 전도성을 갖는 액상의 잉크를 채우는 단계는, 전도성을 갖는 액상의 잉크가 저장되어 있는 잉크 저장부를 상기 투명 기판의 트렌치들의 측면 입구에 배치하는 단계; 및 모세관 현상을 이용하여 상기 잉크를 상기 트렌치들 내에 채우는 단계;를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 유형에 따르면, 상술한 방법으로 제조된 와이어 그리드 편광자가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 유형에 따르면, 투명 기판; 상기 투명 기판의 저면에 돌출하여 형성된 다수의 나란한 전도성 나노 와이어; 상기 나노 와이어들을 보호하기 위하여 상기 나노 와이어들을 덮도록 상기 투명 기판의 저면에 형성된 투명 보호층; 및 상기 투명 기판의 상면 위에 차례로 형성된 구동 회로층과 화소층;을 포함하는 디스플레이 패널이 제공될 수 있다. 여기서, 상기 나노 와이어들은 상술한 와이어 그리드 편광자의 제조 방법으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 투명 보호층은 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 유형에 따르면, 투명 기판; 상기 투명 기판 내에 음각되어 형성된 다수의 나란한 전도성 나노 와이어; 상기 나노 와이어들을 보호하기 위하여 상기 나노 와이어들을 덮도록 상기 투명 기판의 저면에 형성된 투명 보호층; 및 상기 투명 기판의 상면 위에 차례로 형성된 구동 회로층과 화소층;을 포함하는 디스플레이 패널이 제공될 수 있다. 여기서, 상기 나노 와이어들은 상술한 와이어 그리드 편광자의 제조 방법으로 형성될 수 있다.
개시된 와이어 그리드 편광자의 제조 방법은 와이어 그리드 편광자를 저렴한 비용으로 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제시한다. 특히, 전도성 나노 와이어들의 피치를 50nm까지 줄일 수 있기 때문에, 개시된 방법으로 제조된 와이어 그리드 편광자는 소광비(extinction ratio)를 기존의 편광자보다 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 개시된 방법에 따르면, 디스플레이 패널의 투명 기판 상에 와이어 그리드 편광자를 직접 형성할 수 있기 때문에, 와이어 그리드 편광자가 일체화된 디스플레이 패널을 제공하는 것이 가능하다. 이렇게 제공된 디스플레이 패널에는 별도의 흡수형 편광자 및 휘도향상필름이 요구되지 않는다. 따라서, 디스플레이 장치의 휘도를 향상시키고, 소비 전력 및 원가를 더욱 낮추는 것이 가능하다.
도 1a 내지 도 1c는 이후 형성될 와이어 그리드 편광자의 형태를 갖는 나노 패턴을 기판 위에 형성하기 다양한 예시적인 방식을 각각 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1a 내지 도 1c의 방식으로 형성된 나노 패턴의 형태를 뜬 몰드를 제작하는 과정을 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 몰드를 이용하여 투명 기판 위에 다수의 나란한 전도성 나노 와이어를 형성하는 과정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 몰드를 이용하여 투명 기판 위에 다수의 나란한 전도성 나노 와이어를 형성하는 과정을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 5a는 도 2에 도시된 몰드를 이용하여 투명 기판 위에 다수의 나란한 전도성 나노 와이어를 형성하는 과정을 개략적으로 도시하는 횡단면도이다.
도 5b는 도 5a에 표시된 라인 A-A'를 따라 절단한 종단면도를 도시한다.
도 6은 완성된 와이어 그리드 편광자를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 와이어 그리드 편광자를 제조하는 다른 방법을 개략적으로 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 와이어 그리드 편광자를 포함하는 디스플레이 패널을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 와이어 그리드 편광자, 상기 와이어 그리드 편광자의 제조 방법 및 상기 와이어 그리드 편광자를 포함하는 디스플레이 패널에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명 기판 위에 다수의 나란한 나노 와이어들을 형성하기 위하여 모세관 현상을 이용한 나노 패터닝 기술을 제안한다. 예를 들어, 다수의 나란한 미세 홈들이 형성된 몰드(mold)를 투명 기판 위에 부착한 후, 액상의 금속 잉크를 미세 홈들에 제공하면, 모세관 현상에 따라 금속 잉크들이 미세 홈들에 채워질 수 있다. 그런 후, 미세 홈들에 채워진 금속 잉크들을 소성하여 경화시키고 몰드를 제거하면, 미세 홈들의 형상에 대응하는 나란한 다수의 나노 와이어들의 패턴이 투명 기판 위에 형성될 수 있다.
도 1a 내지 도 6은 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 패터닝 기술로 와이어 그리드 편광자를 제조하는 과정을 개략적으로 도시하고 있다. 먼저, 도 1a 내지 도 2를 참조하면, 다수의 나란한 미세 홈(31)들이 저면에 형성된 몰드(30)를 마련한다. 이러한 몰드(30)를 형성하기 위하여, 다수의 나란한 미세 홈(31)들에 대응하는 나노 패턴(15)을 몰드용 기판(10) 위에 먼저 형성한다. 여기서, 나노 패턴(15)은 이후에 최종적으로 형성될 와이어 그리드 편광자의 다수의 나란한 나노 와이어들과 동일한 형태의 패턴일 수 있다.
몰드용 기판(10) 위에 나노 패턴(15)을 형성하는 방식은 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같은 다양한 방식이 존재할 수 있다. 예를 들어, 도 1a는 표면 플라즈몬 폴라리톤 리소그래피(surface plasmon polariton lithography) 방식으로 나노 패턴(15)을 형성하는 예를 도시하고 있다. 도 1a를 참조하면, 몰드용 기판(10) 위에 포토 레지스트(11)를 도포한 다음, 마스크 패턴(20a)이 저면에 형성된 광결정층(20)을 포토 레지스트(11) 위로 배치한다. 그런 후, 광결정층(20) 위로 레이저광을 조사하면, 광결정층(20)과 마스크 패턴(20a)의 작용으로 발생한 표면 플라즈몬 폴라리톤에 의해 포토 레지스트(11)가 노광될 수 있다. 표면 플라즈몬 폴라리톤이란 금속막과 유전체의 계면에서 발생하는 일종의 표면 전자기파이다. 표면 플라즈몬 폴라리톤은, 금속막에 특정 파장의 빛이 입사할 때, 금속막의 표면에서 일어나는 전자들의 집단적인 진동(charge density oscillation)에 의해 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 표면 플라즈몬 현상을 이용한 표면 플라즈몬 폴라리톤 리소그래피 기술에 따르면, 기존의 빛의 회절 한계를 극복하여 매우 미세한 패턴을 형성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 표면 플라즈몬 폴라리톤 리소그래피을 이용하면 광결정층(20)에 조사된 광의 파장의 1/8 정도의 폭을 갖는 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 포토 레지스트(11)에 조사되는 표면 플라즈몬 폴라리톤은 광결정층(20)과 마스크 패턴(20a)에 의해 나란한 다수의 선형 패턴을 갖도록 조절될 수 있다. 그런 후, 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 노광된 포토 레지스트(11)를 현상하여 제거하면, 몰드용 기판(10) 위에 일정한 간격으로 나란하게 배열된 나노 패턴(15)이 형성될 수 있다.
또한, 도 1b는 극자외선 간섭 리소그래피(EUV interference lithography) 기술을 이용하여 나노 패턴(15)을 형성하는 예를 도시하고 있다. 극자외선 간섭 리소그래피 기술은 극자외선의 짧은 파장과 광 간섭 특성을 이용하여 약 20nm 이하의 규칙성을 가지는 나노 구조물을 제작할 수 있는 기술이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 두 개의 격자형 마스크(25)에 의해 회절된 광을 몰드용 기판(10) 위에 도포된 포토 레지스트(11) 위로 각각 제공한다. 그러면, 두 회절 광이 서로 간섭하여 형성된 간섭 패턴으로 포토 레지스트(11)가 노광될 수 있다. 이때, 간섭 패턴은 예를 들어 나란한 다수의 선형 패턴을 갖도록 형성될 수 있다. 그런 후, 노광된 포토 레지스트(11)를 현상하여 제거하면, 몰드용 기판(10) 위에 포토 레지스트(11)가 일정한 간격으로 나란하게 배열된 나노 패턴(15)이 형성될 수 있다.
또한, 도 1c는 서로 다른 두 중합체가 반복적으로 형성되어 있는 블록 혼성중합체(block copolymer)를 선택적으로 식각하여 나노 패턴(15)을 형성하는 기술을 도시하고 있다. 예를 들어, 도 1c를 참조하면, 폴리스틸렌(PS)(12)과 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)(13)가 반복적으로 형성되어 있는 블록 혼성중합체를 몰드용 기판(10) 위에 형성한다. 그런 후, 반응성 이온 식각(reactive ion etching; RIE) 기술을 이용하여 PMMA(13)만 제거하면, 몰드용 기판(10) 위에는 PS(12)만이 일정한 간격으로 나란하게 배열되어 있는 나노 패턴(15)이 형성될 수 있다.
도 1a 내지 도 1c에 예시된 방식 이외에도 다양한 방식으로 나노 패턴(15)을 형성할 수 있으므로, 몰드용 기판(10) 위에 나노 패턴(15)을 형성하는 방법은 도 1a 내지 도 1c에 예시된 방식으로 한정되지는 않는다. 나노 패턴(15)은 약 100nm 이하, 예를 들어 약 50nm 정도의 피치로 나란하게 배열된 다수의 선형 패턴들을 갖도록 형성될 수 있다. 각각의 선형 패턴은 약 25nm의 폭과 약 70nm 정도의 높이를 가질 수 있으며, 선형 패턴들 사이의 간격은 약 25nm 정도일 수 있다.
몰드용 기판(10) 위에 상술한 나노 패턴(15)이 형성되면, 나노 패턴(15) 위로 액상의 몰드 재료를 채운 후 몰드 재료를 경화시킴으로써, 도 2에 도시된 몰드(30)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 폴리디메틸실록산(PDMS)을 몰드 재료로서 사용할 수 있다. 이 경우, 용융된 액상의 PDMS를 나노 패턴(15)이 형성된 몰드용 기판(10) 위에 부은 후, 용융된 PDMS가 완전히 굳을 때까지 기다릴 수 있다. PDMS가 완전히 굳어서 몰드(30)가 형성되면, 몰드(30)를 몰드용 기판(10)으로부터 떼어낸다. 그러면, 몰드(30)의 저면에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 나노 패턴(15)과 상보적인 형태의 다수의 나란한 미세 홈(31)들이 형성될 수 있다. 그런 후, 이렇게 형성된 몰드(30)는 플라즈마 처리나 화학적 처리를 통해 표면이 친수성을 갖도록 처리될 수도 있다.
도 3은 상술한 몰드(30)를 이용하여 투명 기판(40) 위에 다수의 나란한 전도성 나노 와이어를 형성하는 과정을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 와이어 그리드 편광자가 형성될 투명 기판(40) 위에 몰드(30)를 부착한다. 이때, 미세 홈(31)들이 형성된 몰드(30)의 저면이 투명 기판(40)의 상면과 대향하도록 몰드(30)가 배치된다. 그런 후, 미세 홈(31) 내에 전도성을 갖는 액상의 금속 잉크(50)를 채울 수 있다. 예를 들어, Inktec 사의 Ag 잉크를 미세 홈(31) 내에 채울 수 있다.
미세 홈(31) 내에 액상의 금속 잉크(50)를 채우는 방식은 모세관 현상을 이용할 수 있다. 미세 홈(31)은 매우 가늘고 길기 때문에 일종의 모세관 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 잉크(50)가 저장되어 있는 잉크 저장부(45)를 투명 기판(40) 상면 위의 미세 홈(31)들의 입구에 배치할 수 있다. 그러면, 도 5a의 횡단면도 및 도 5a에 표시된 라인 A-A'를 따라 절단한 도 5b의 종단면도에 도시된 바와 같이, 잉크 저장부(45)에 있는 액상의 금속 잉크(50)가 표면 장력으로 인한 모세관 현상에 따라 미세 홈(31) 내에 자연적으로 채워질 수 있다. 특히, 몰드(30)의 표면이 친수성 처리되어 있는 경우에는 미세 홈(31) 내에 금속 잉크(50)가 더욱 빠르게 채워질 수 있다.
미세 홈(31) 내에 금속 잉크(50)가 완전히 채워지면, 예를 들어 약 100도 정도의 온도로 저온 소성하여 미세 홈(31) 내의 금속 잉크(50)를 고화시킨다. 그런 후, 투명 기판(40) 위의 잉크 저장부(45)와 몰드(30)를 제거하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 투명 기판(40) 위에는 금속으로 이루어진 다수의 나란한 전도성 나노 와이어(51)들이 남게 된다. 따라서, 투명 기판(40) 및 다수의 나란한 전도성 나노 와이어(51)들을 갖는 와이어 그리드 편광자가 완성될 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 와이어 그리드 편광자를 제조하는 또 다른 실시예에 따른 방법을 개략적으로 도시하고 있다. 먼저, 도 7a를 참조하면, 투명 기판(40) 위에 포토 레지스트(11)를 도포하고, 예를 들어 표면 플라즈몬 폴라리톤 리소그래피 기술을 이용하여 포토 레지스트(11)를 노광한다. 표면 플라즈몬 폴라리톤 리소그래피 기술 대신에 극자외선 간섭 리소그래피을 이용하는 것도 가능하다. 그런 후, 노광된 포토 레지스트(11)를 현상하면, 도 7b에 도시된 바와 같이, 투명 기판(40) 위에 일정한 간격으로 나란하게 배열된 나노 패턴(15)이 형성될 수 있다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 경우에는, 나노 패턴(15)이 포토 레지스트(11)로 이루어져 있다. 그러나, 예를 들어 도 1c에 도시된 바와 같이, 블록 혼성중합체를 이용하여 투명 기판(40) 위에 나노 패턴(15)을 형성할 수도 있다.
그런 후, 도 7c에 도시된 바와 같이, 투명 기판(40) 위의 나노 패턴(15)을 식각 마스크로 하여 투명 기판(40)을 식각한다. 예를 들어, 나노 패턴(15)에 의해 덮이지 않고 노출된 투명 기판(40)의 상면을 건식 식각 방식으로 식각함으로써, 투명 기판(40)의 상부 표면에 다수의 나란한 미세한 트렌치(41)들을 형성할 수 있다. 여기서, 각각의 트렌치(41)의 폭은 예를 들어 약 25nm, 트렌치(41)들 사이의 간격은 예를 들어 약 25nm, 트렌치(41)의 깊이는 예를 들어 약 70nm 정도가 되도록 트렌치(41)를 형성할 수 있다.
그런 다음, 도 7d에 도시된 바와 같이, 투명 기판(40)의 상면에 덮개(35)를 덮어서 트렌치(41)들의 상부가 덮개(35)에 의해 완전히 밀폐되도록 한다. 예를 들어, 상기 덮개(35)는 PDMS와 같은 연성의 재료로 이루어질 수 있다. 그러면, 트렌치(41)의 측면만이 외부로 개방될 수 있다. 그런 후, 전술한 도 4에 도시된 잉크 저장부(45)를 예를 들어 트렌치(41)의 개방된 측면 입구와 대향하도록 투명 기판(40)의 측면에 배치할 수 있다. 그러면, 잉크 저장부(45)에 있는 액상의 금속 잉크(50)가 표면 장력으로 인한 모세관 현상에 따라, 상기 트렌치(41)들의 개방된 측면 입구를 통해 트렌치(41) 내에 자연적으로 채워질 수 있다.
트렌치(41) 내에 금속 잉크(50)가 완전히 채워지면, 예를 들어 약 100도 정도의 온도로 저온 소성하여 트렌치(41) 내의 금속 잉크(50)를 고화시킨다. 그런 후, 투명 기판(40) 위의 덮개(35)를 제거하고, 예를 들어 CMP(chemical mechanical polishing)와 같은 평탄화 기술을 이용하여 투명 기판(40) 위에 남아 있던 나노 패턴(15)을 제거할 수 있다. 그러면, 도 7e에 도시된 바와 같이, 투명 기판(40)의 다수의 나란한 트렌치(41)들 내에는 금속으로 이루어진 전도성 나노 와이어(51)들이 남게 된다. 다수의 나란한 전도성 나노 와이어(51)들이 투명 기판(40) 내에 음각된 형태로 형성되어 있는 와이어 그리드 편광자가 완성될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 와이어 그리드 편광자의 제조 방법은, 대면적의 와이어 그리드 편광자를 저렴한 비용으로 용이하게 제조할 수 있도록 한다. 또한, 나노 와이어들 사이의 피치를 50nm까지 줄일 수 있기 때문에, 와이어 그리드 편광자의 편광소광비(extinction ratio)가 향상될 수 있다. 더욱이, 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 방법에 따르면, 약 100도 정도의 비교적 저온으로 와이어 그리드 편광자를 제조할 수 있기 때문에, 예를 들어 디스플레이 패널의 투명 기판 상에 와이어 그리드 편광자를 직접 형성하는 것도 가능하다. 따라서, 와이어 그리드 편광자가 일체화된 디스플레이 패널을 제공할 수도 있다.
도 8a 및 도 8b는 와이어 그리드 편광자가 일체화된 디스플레이 패널을 개략적으로 도시하는 단면도로서, 도 8a는 도 1a 내지 도 6에 도시된 방식으로 와이어 그리드 편광자를 형성한 예를 도시하고 있으며, 도 8b는 도 7a 내지 도 7e에 도시된 방식으로 와이어 그리드 편광자를 형성한 예를 도시하고 있다.
먼저, 도 8a의 디스플레이 패널(100)을 참조하면, 투명 기판(40)의 저면에 다수의 나란한 전도성 나노 와이어(51)들이 돌출하여 형성되어 있다. 또한, 나노 와이어(51)들을 보호하기 위한 투명한 보호층(55)이 상기 나노 와이어(51)들을 완전히 덮도록 투명 기판(40)의 저면에 형성되어 있다. 예를 들어, 보호층(55)은 예를 들어 실리콘 산화물(SiO2)이나 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어질 수 있다. 여기서, 투명 기판(40)은 예를 들어 디스플레이 패널(100)의 배면 기판일 수 있다. 투명 기판(40) 위에는 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 구동 회로 및 배선들이 형성되어 있는 구동 회로층(60)이 형성될 수 있다. 구동 회로층(60) 위에는 화상을 표시하기 위한 예를 들어 액정층을 포함하는 화소층(70)이 형성될 수 있다. 비록 도시되지는 않았지만, 화소층(70) 위에는 추가적으로 전극층, 컬러 필터층, 전면 편광판, 전면 투명 기판 등이 더 형성될 수 있다. 이러한 도시되지 않은 구성들은 필요에 따라 매우 다양한 조합으로 선택되어 화소층(70) 위에 추가적으로 형성될 수 있다.
또한, 도 8b의 디스플레이 패널(110)을 참조하면, 다수의 나란한 전도성 나노 와이어(51)들이 투명 기판(40)의 저면 내에 음각되어 형성되어 있다. 또한, 투명 기판(40)의 저면 상에는 나노 와이어(51)들을 보호하기 위한 투명한 보호층(55)이 더 형성될 수 있다. 투명 기판(40)은 예를 들어 디스플레이 패널(110)의 배면 기판일 수 있다. 투명 기판(40) 위에는 구동 회로층(60)이 형성될 수 있으며, 구동 회로층(60) 위에는 화상을 표시하기 위한 화소층(70)이 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 와이어 그리드 편광자는 디스플레이 패널(100, 110) 내에 일체화될 수 있다. 이렇게 제공된 디스플레이 패널(100, 110)에는 별도의 흡수형 편광자 및 휘도향상필름이 요구되지 않는다. 따라서, 와이어 그리드 편광자가 일체화됨으로써, 디스플레이 패널의 휘도를 향상시키고, 소비전력 및 원가를 더욱 낮추는 것이 가능하다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 와이어 그리드 편광자, 상기 와이어 그리드 편광자의 제조 방법 및 상기 와이어 그리드 편광자를 포함하는 디스플레이 패널에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
10.....몰드용 기판 11.....포토 레지스트
12.....제 1 폴리머층 13.....제 2 폴리머층
15.....나노 패턴 20.....광결정층
20a....마스크 패턴 25.....격자형 마스크
30.....몰드 31.....미세 홈
35.....덮개 40.....투명 기판
41.....트렌치 45.....잉크 저장부
50.....금속 잉크 51.....나노 와이어
55.....보호층 60.....구동 회로층
70.....화소층 100, 110.....디스플레이 패널

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  17. 배면 기판 위에 차례로 배치된 구동 회로층과 화소층을 포함하는 디스플레이 패널에 있어서, 상기 디스플레이 패널은:
    투명 기판 및 상기 투명 기판의 저면에 돌출하여 형성된 다수의 나란한 전도성 나노 와이어를 포함하는 와이어 그리드 편광자; 및
    상기 나노 와이어들을 보호하기 위하여 상기 나노 와이어들을 덮도록 상기 투명 기판의 저면에 형성된 투명 보호층;을 더 포함하며,
    상기 와이어 그리드 편광자의 투명 기판은 상기 디스플레이 패널의 배면 기판인, 디스플레이 패널.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 투명 보호층은 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어지는 디스플레이 패널.
  19. 배면 기판 위에 차례로 배치된 구동 회로층과 화소층을 포함하는 디스플레이 패널에 있어서, 상기 디스플레이 패널은:
    투명 기판 및 상기 투명 기판 내에 음각되어 형성된 다수의 나란한 전도성 나노 와이어를 포함하는 와이어 그리드 편광자; 및
    상기 나노 와이어들을 보호하기 위하여 상기 나노 와이어들을 덮도록 상기 투명 기판의 저면에 형성된 투명 보호층;을 더 포함하며,
    상기 와이어 그리드 편광자의 투명 기판은 상기 디스플레이 패널의 배면 기판인, 디스플레이 패널.
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