KR20140071832A

KR20140071832A - 미세 패턴 형성용 노광 장치 및 방법, 및 이를 구비한 편광 필름 제조 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20140071832A
Application number: KR1020120139888A
Authority: KR
Inventors: 남궁기; 이종훈
Original assignee: 주식회사 나래나노텍
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-12

Abstract

본 발명은 미세 패턴 형성용 노광 장치 및 방법, 및 이를 구비한 편광 필름 제조 장치 및 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치는 레이저빔 광원; 상기 레이저빔 광원에서 방출된 레이저빔이 통과하는 핀홀을 구비한 셔터; 상기 레이저빔 광원과 상기 셔터 사이에 제공되며, 상기 레이저빔이 상기 핀홀을 통과하도록 집속하는 볼록 렌즈; 상기 셔터의 전방에 제공되며, 상기 핀홀을 통과한 상기 레이저빔을 시준하여 시준빔을 방출하는 콜리메이팅 렌즈; 상기 콜리메이팅 렌즈의 전방에 제공되며, 상기 시준빔을 제 1 ? 제 2 분할빔으로 분할하는 빔 스플리터; 상기 제 1 및 제 2 분할빔을 각각 반사하여 제 1 및 제 2 반사빔을 형성하는 제 1 및 제 2 미러; 및 상기 제 1 및 제 2 반사빔이 각각 주입되어 간섭빔을 방출하는 탈봇 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

미세 패턴 형성용 노광 장치 및 방법, 및 이를 구비한 편광 필름 제조 장치 및 방법{Exposure Device and Method for Forming Fine Patterns, and Apparatus and Method of Manufacturing Polarizing Film Using the Same}

본 발명은 미세 패턴 형성용 노광 장치 및 방법, 및 이를 구비한 편광 필름 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.

좀 더 구체적으로, 본 발명은 탈봇 프리즘을 이용하여 레이저빔이 탈봇 프리즘 내에서 간섭을 일으켜 필름 상에 간섭 무늬에 대응되는 미세 패턴을 형성함으로써, 한 번의 레이저빔 노광으로 필름 상에 미세 패턴 형성이 가능하고, 종래 기술에 비해 편광 필름의 제조에 요구되는 공정 수 및 공정 시간이 현저하게 감소되며, 전체 제조 비용이 현저하게 감소되고, 편광 필름의 양산이 가능한 미세 패턴 형성용 노광 장치 및 방법, 및 이를 구비한 편광 필름 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근에 각광을 받고 있는 3차원(3D) TV 또는 모니터(이하 "3D 디스플레이"라 합니다)의 표면에는 편광 필름 패턴(FPR: Film Patterned Retarder) 방식의 광학 필름(이하 "편광 필름(polarizing film)"이라 합니다)이 부착되어 사용된다. 이러한 편광 필름이 부착된 3D 디스플레이는 크로스토크(Crosstalk: 좌측영상과 우측영상의 화면겹침)와 플리커링(Flickering: 잔상)이 없어 우수한 입체감을 갖는 3D 영화를 감상하거나 3D 게임을 즐길 수 있다.

상술한 편광 필름을 제조하기 위한 방법의 하나로 마스킹 필름을 이용한 편광 필름의 제조 방법이 제안된 바 있다. 이러한 이러한 종래 기술에 따른 마스킹 필름을 이용한 편광 필름의 제조 방법은 예를 들어 오원석 등에 의해 2010년 9월 6일자에 "마스킹필름의 제조방법, 마스킹필름을 이용한 편광 필름의 제조방법"이라는 발명의 명칭으로 대한민국 특허출원 제10-2010-0086974호로 출원되어, 2012년 8월 27일에 등록된 대한민국 특허 제10-1178948호에 상세히 기술되어 있다.

좀 더 구체적으로, 도 1은 종래 기술에 따른 편광 필름의 제조에 사용되는 마스킹 필름의 제조 방법을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 먼저 고분자 물질로 이루어진 필름(100) 상에 복수 개의 패턴부(111)와 상기 패턴부(111) 사이에 비패턴부(112)가 형성된 광마스크(110)를 점착한다. 그 후, 광마스크(110) 상에 잉크(120)를 제공한다. 이때, 상기 잉크(120)는 UV 흡수제 또는 차단제를 포함한다. 그 후, 광마스크(110)의 비패턴부(112) 상에 잔류하는 잉크(121)를 제거한다. 그 후, 광마스크(110) 상에 UV광(130)을 조사하여 상기 광마스크(110)의 패턴부(111) 상에 제공된 잉크(122)를 경화시킨다. 그 결과, 상기 필름(110) 상에 복수개의 패턴부(12)와 비패턴부(13)가 형성된 마스킹 필름(10)이 얻어진다.

도 2는 종래 기술에 따른 마스킹필름을 이용한 편광 필름의 제조방법을 나타내는 플로우차트이고, 도 3a는 종래 기술에 따른 마스킹필름을 이용한 편광 필름의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 도면이며, 도 3b는 도 3a의 종래 기술의 편광 필름 제조 방법에 따라 제조된 편광 필름을 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 3b를 참조하면, 종래 기술에 따른 마스킹필름을 이용한 편광 필름의 제조방법에서는 상술한 도 1에 도시된 마스킹필름(10)을 이용하여 편광 필름을 제조한다. 좀 더 구체적으로, 종래 기술에 따른 마스킹필름을 이용한 편광 필름의 제조방법에서는 필름(200) 상에 배향막(210)을 인쇄한 후, 경화시킨다(S100). 그 후, 상기 경화된 배향막(210) 상에 액정물질(220)을 코팅한다(S200). 그 후, 상기 코팅된 액정물질(220) 상에 마스킹필름(230)을 점착한다(S300). 그 후, 상기 마스킹필름(230)을 향하여 UV광을 조사하여 영역별로 상기 액정물질의 배향방향을 조절한다(S400). 이때, 상기 UV광은 외부의 광조사장치(300)로부터 조사된 편광 UV광으로서, 광조사장치(300)는 비편광 UV광을 조사하는 광원(310)과 상기 비편광 UV광을 편광시키는 편광수단(320)이 구비되어, 상기 편광수단(320)을 통과한 편광 UV광이 상기 액정물질(220)에 조사된다. 또한, 상기 액정물질(220) 상에 조사되는 편광 UV광의 조사 방향과 각도는 액정물질(220)의 분자의 복굴절율이 계산된 값에 따라 액정물질(220)의 배향이 결정되게 된다. 만약, 상기 액정물질(220)의 분자의 방향이 모두 배향막(210)의 배향방향과 같은 방향으로 배열하고 있다면, 상기 배향막(210)의 굴절율 분포는 액정물질(220)의 분자의 굴절률 분포와 같게 된다.

상기 S400 단계는 예를 들어 d1) 상기 마스킹필름의 패턴부(231)를 향하여 UV광을 조사하여 상기 액정물질(220)을 제1 방향으로 배향(221)시키는 단계; d2) 상기 마스킹필름을 분리하는 단계; 및 d3) 상기 마스킹필름 중 배향되어 있는 부분(221)을 가림과 동시에, 배향되어 있지 않은 부분(222)을 향하여 UV광을 조사하여 상기 액정물질(220)을 제2 방향으로 배향(222)시키는 단계를 포함할 수 있다. 그 결과, 상기 필름(200) 상에 상기 액정물질(220)이 부분적으로 서로 다른 방향으로 배향된다.

그 후, 상기 배향방향이 결정된 액정물질(220)을 경화시킨다(S500). 그에 따라, 상기 편광 UV광의 조사에 의하여 액정물질(220)의 배향방향이 결정되고 난 후, 또는 이와 동시에 상기 액정물질(220)을 경화시켜 편광 필름(20)으로 고착화시킨다.

또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 S100 단계에서 필름(300) 상에 인쇄된 배향막이 복수 개의 셀(310,320)로 나뉘어져 형성되어 있는 경우에, 상기 S200 단계 내지 상기 S500 단계를 거치게 되면, 다양한 초점을 가지는 입체적 영상, 즉 3D 편광을 구현할 수 있는 편광 필름(30)이 제조될 수 있다. 즉, 부분적으로 서로 다르게 배향된 편광 필름(30)이 입체 3D 디스플레이 장치에 사용되어, 두 눈을 통한 스테레오(stereo) 시각의 원리에 의하여 이루어지는 입체 영상의 표시 효율을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 종래 기술에서는 편광 필름을 제조하기 위해 패턴 인쇄용 마스킹필름(10,230)을 사용하여야 한다. 따라서, 마스킹필름(10,230)을 제조하기 위한 별도의 공정이 필요하므로 제조 공정 및 시간이 증가한다.

또한, 종래 기술에서는 편광 필름을 제조하기 위해 마스킹필름(10,230)의 제조 공정을 제외하더라도 적어도 5개의 공정 단계를 거쳐야 한다.

따라서, 종래 기술에서는 편광 필름의 제조에 요구되는 공정 수 및 공정 시간이 크게 증가하고, 그에 따라 전체 제조 비용도 현저하게 증가한다.

따라서, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구된다.

대한민국 특허 제10-1178948호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탈봇 프리즘을 이용하여 레이저빔이 탈봇 프리즘 내에서 간섭을 일으켜 필름 상에 간섭 무늬에 대응되는 미세 패턴을 형성함으로써, 한 번의 레이저빔 노광으로 필름 상에 미세 패턴 형성이 가능하고, 종래 기술에 비해 편광 필름의 제조에 요구되는 공정 수 및 공정 시간이 현저하게 감소되며, 전체 제조 비용이 현저하게 감소되고, 편광 필름의 양산이 가능한 미세 패턴 형성용 노광 장치 및 방법, 및 이를 구비한 편광 필름 제조 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제 1 특징에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치는 레이저빔 광원; 상기 레이저빔 광원에서 방출된 레이저빔이 통과하는 핀홀을 구비한 셔터; 상기 레이저빔 광원과 상기 셔터 사이에 제공되며, 상기 레이저빔이 상기 핀홀을 통과하도록 집속하는 볼록 렌즈; 상기 셔터의 전방에 제공되며, 상기 핀홀을 통과한 상기 레이저빔을 시준하여 시준빔을 방출하는 콜리메이팅 렌즈; 상기 콜리메이팅 렌즈의 전방에 제공되며, 상기 시준빔을 제 1 ? 제 2 분할빔으로 분할하는 빔 스플리터; 상기 제 1 및 제 2 분할빔을 각각 반사하여 제 1 및 제 2 반사빔을 형성하는 제 1 및 제 2 미러; 및 상기 제 1 및 제 2 반사빔이 각각 주입되어 간섭빔을 방출하는 탈봇 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 특징에 따른 편광 필름 제조 장치는 레이저빔 광원; 상기 레이저빔 광원에서 방출된 레이저빔이 통과하는 핀홀을 구비한 셔터; 상기 레이저빔 광원과 상기 셔터 사이에 제공되며, 상기 레이저빔이 상기 핀홀을 통과하도록 집속하는 볼록 렌즈; 상기 셔터의 전방에 제공되며, 상기 핀홀을 통과한 상기 레이저빔을 시준하여 시준빔을 방출하는 콜리메이팅 렌즈; 상기 콜리메이팅 렌즈의 전방에 제공되며, 상기 시준빔을 제 1 ? 제 2 분할빔으로 분할하는 빔 스플리터; 상기 제 1 및 제 2 분할빔을 각각 반사하여 제 1 및 제 2 반사빔을 형성하는 제 1 및 제 2 미러; 상기 제 1 및 제 2 반사빔이 각각 주입되어 간섭빔을 방출하는 탈봇 프리즘; 상기 탈봇 프리즘에서부터 방출된 상기 간섭빔의 노광에 의해 간섭 무늬 패턴이 형성되는 포토레지스트가 전면 도포된 베이스 필름; 및 상기 포토레지스트를 현상하여 상기 간섭 무늬 패턴에 대응되는 편광 패턴을 형성하기 위한 현상기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3 특징에 따른 미세 패턴 형성 방법은 a) 레이저빔 광원에서 방출된 레이저빔을 볼록 렌즈를 이용하여 집속하여 셔터의 핀홀을 통과시키는 단계; b) 상기 레이저빔을 콜리메이팅 렌즈를 이용하여 시준빔을 형성하고, 상기 시준빔을 빔 스플리터를 이용하여 제 1 및 제 2 분할빔으로 분할하는 단계; c) 상기 제 1 및 제 2 분할빔을 제 1 및 제 2 미러를 이용하여 반사시켜 형성된 제 1 및 제 2 반사빔을 탈봇 프리즘 내로 주입하는 단계; 및 d) 상기 제 1 및 제 2 반사빔이 상기 탈봇 프리즘 내에서 굴절된 제 1 및 제 2 굴절빔이 서로 간섭된 간섭빔을 방출하는 단계를 포함하고, 상기 간섭빔의 노광에 의해 간섭 무늬 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 4 특징에 따른 편광 필름 제조 방법은 a) 레이저빔 광원에서 방출된 레이저빔을 볼록 렌즈를 이용하여 집속하여 셔터의 핀홀을 통과시키는 단계; b) 상기 레이저빔을 콜리메이팅 렌즈를 이용하여 시준빔을 형성하고, 상기 시준빔을 빔 스플리터를 이용하여 제 1 및 제 2 분할빔으로 분할하는 단계; c) 상기 제 1 및 제 2 분할빔을 제 1 및 제 2 미러를 이용하여 반사시켜 형성된 제 1 및 제 2 반사빔을 탈봇 프리즘 내로 주입하는 단계; d) 상기 제 1 및 제 2 반사빔이 상기 탈봇 프리즘 내에서 굴절된 제 1 및 제 2 굴절빔이 서로 간섭된 간섭빔을 방출하는 단계; 및 e) 상기 포토레지스트를 현상기를 이용하여 현상하여 상기 간섭 무늬 패턴에 대응되는 편광 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 편광 필름의 미세 패턴 형성용 노광 장치 및 방법, 및 이를 구비한 편광 필름 제조 장치 및 방법을 사용하면 다음과 같은 장점이 달성된다.

1. 한 번의 레이저빔 노광으로 필름 상에 미세 패턴 형성이 가능하다.

2. 종래 기술에 비해 편광 필름의 제조에 요구되는 공정 수 및 공정 시간이 현저하게 감소된다.

3. 전체 제조 비용이 현저하게 감소된다.

4, 편광 필름의 양산이 가능하다.

본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 편광 필름의 제조에 사용되는 마스킹 필름의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 마스킹필름을 이용한 편광 필름의 제조방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 3a는 종래 기술에 따른 마스킹필름을 이용한 편광 필름의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3b는 도 3a의 종래 기술의 편광 필름 제조 방법에 따라 제조된 편광 필름을 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치 및 편광 필름 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치 및 편광 필름 제조 장치에 사용되는 포토레지스트가 전면 도포된 베이스 필름을 도시한 도면이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치 및 및 편광 필름 제조 장치의 탈봇 프리즘 내에서의 레이저빔의 진행 및 간섭에 따른 베이스 필름 상에 전면 도포된 포토레지트 상에 형성된 간섭 무늬 패턴을 도시한 도면이다.
도 4d는 도 4c에 도시된 레이저빔의 간섭빔을 노광한 결과 형성된 편광 필름을 도시한 도면이다.
도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치를 사용하여 형성된 실제 편광 필름의 편광 패턴을 보여주는 사진이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필름 제조 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.

이하에서 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치 및 편광 필름 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치(400)는 레이저빔 광원(410); 상기 레이저빔 광원(410)에서 방출된 레이저빔(411)이 통과하는 핀홀(pin hole: 413a)을 구비한 셔터(413); 상기 레이저빔 광원(410)과 상기 셔터(413) 사이에 제공되며, 상기 레이저빔(411)이 상기 핀홀(413a)을 통과하도록 집속하는 볼록 렌즈(412); 상기 셔터(413)의 전방에 제공되며, 상기 핀홀(413a)을 통과한 상기 레이저빔(411)을 시준하여 시준빔(411a)을 방출하는 콜리메이팅 렌즈(414); 상기 콜리메이팅 렌즈(414)의 전방에 제공되며, 상기 시준빔(411a)을 제 1 및 제 2 분할빔(411b1,411b2)으로 분할하는 빔 스플리터(420); 상기 제 1 분할빔(411b1) 및 상기 제 2 분할빔(411b2)을 각각 반사하여 제 1 및 제 2 반사빔(411c1,211c2)을 형성하는 제 1 및 제 2 미러(430a,430b); 및 상기 제 1 및 제 2 반사빔(411c1,411c2)이 각각 주입되어 간섭빔(411e)(후술하는 도 4c 참조)을 방출하는 탈봇 프리즘(440)을 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필름 제조 장치(401)는 레이저빔 광원(410); 상기 레이저빔 광원(410)에서 방출된 레이저빔(411)이 통과하는 핀홀(413a)을 구비한 셔터(413); 상기 레이저빔 광원(410)과 상기 셔터(413) 사이에 제공되며, 상기 레이저빔(411)이 상기 핀홀(413a)을 통과하도록 집속하는 볼록 렌즈(412); 상기 셔터(413)의 전방에 제공되며, 상기 핀홀(413a)을 통과한 상기 레이저빔(411)을 시준하여 시준빔(411a)을 방출하는 콜리메이팅 렌즈(414); 상기 콜리메이팅 렌즈(414)의 전방에 제공되며, 상기 시준빔(411a)을 제 1 및 제 2 분할빔(411b1,411b2)으로 분할하는 빔 스플리터(420); 상기 제 1 분할빔(411b1) 및 상기 제 2 분할빔(411b2)을 각각 반사하여 제 1 및 제 2 반사빔(411c1,411c2)을 형성하는 제 1 및 제 2 미러(430a,430b); 상기 제 1 및 제 2 반사빔(411c1,411c2)이 각각 주입되어 간섭빔(411e)(후술하는 4c 참조)을 방출하는 탈봇 프리즘(440); 상기 탈봇 프리즘(440)에서부터 방출된 상기 간섭빔(411e)의 노광에 의해 간섭 무늬 패턴(IP)(후술하는 도 4c 참조)이 형성되는 포토레지스트(462)가 전면 도포된 베이스 필름(460); 및 상기 포토레지스트(462)를 현상하여 상기 간섭 무늬 패턴(IP)에 대응되는 편광 패턴(PP)을 형성하기 위한 현상기(미도시)를 포함한다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치(400) 및 편광 필름 제조 장치(401)에서는, 레이저빔 광원(410)에서 레이저빔(411)이 방출된다. 이 때 방출된 레이저빔(411)의 파장은 예를 들어 193nm일 수 있다. 그 후, 레이저빔(411)은 볼록 렌즈(412)에 의해 집속되어 셔터(413)의 핀홀(413a)을 통과한다. 그 후, 레이저빔(411)은 콜리메이팅 렌즈(414)에 의해 시준되어 시준빔(411a)을 형성한다. 시준빔(411a)은 빔 스플리터(420)에 의해 각각 제 1 및 제 2 분할빔(411b1,411b2)으로 분할된다. 그 후, 제 1 분할빔(411b1)은 제 1 미러(430a)로 진행하여 제 1 반사빔(411c1)을 형성하고, 제 2 분할빔(411b2)은 제 2 미러(430b)로 진행하여 제 2 반사빔(411c2)을 형성한다. 그 후, 제 1 및 제 2 반사빔(411c1,411c2)은 각각 탈봇 프리즘(440) 내로 주입된다. 제 1 및 제 2 반사빔(411c1,411c2)은 탈봇 프리즘(440)의 표면 상에서 굴절하여 탈봇 프리즘(440) 내에서 진행하면서 간섭빔(411e)(도 4c 참조)을 형성하여 방출한다.

상기 방출된 간섭빔(411e)이 베이스 필름(460) 상에 전면 도포된 포토레지스트(462) 상에 노광되면, 간섭 무늬 패턴(IP)을 형성하고, 상기 간섭 무늬 패턴(IP)은 대응되는 미세 패턴(예를 들어, 편광 패턴)을 형성한다(후술하는 도 4d 참조).

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치(400) 및 편광 필름 제조 장치(401)를 사용하여 편광 필름을 제조하는 방법을 기술하기로 한다.

도 4b는 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치에 사용되는 포토레지스트가 전면 도포된 베이스 필름을 도시한 도면이고, 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치의 탈봇 프리즘 내에서의 레이저빔의 진행 및 간섭에 따른 베이스 필름 상에 전면 도포된 포토레지트 상에 형성된 간섭 무늬 패턴을 도시한 도면이며, 도 4d는 도 4c에 도시된 레이저빔의 간섭빔을 노광한 결과 형성된 편광 필름을 도시한 도면이다.

도 4b 내지 도 4d를 도 4a와 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필름 제조 방법에서는, 먼저 포토레지스트(462)가 전면 도포된 베이스 필름(460)을 준비한다(도 4b 참조). 그 후, 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치(400)의 탈봇 프리즘(440)을 베이스 필름(460) 상에 위치시킨 후, 레이저빔 광원(410)에서 레이저빔(411)을 방출시킨다. 그에 따라, 레이저빔(411)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 볼록 렌즈(412) 및 콜리메이팅 렌즈(414)에 의해 시준빔(411a)을 형성하고, 시준빔(411a)은 빔 스플리터(420)에 의해 으로 분할된 후, 제 1 및 제 2 미러(430a,430b)에 의해 제 1 및 제 2 반사빔(411c1,411c2)을 형성한다. 그 후, 제 1 및 제 2 반사빔(411c1,211c2)은 각각 탈봇 프리즘(440) 내로 주입되고, 탈봇 프리즘(440)의 표면 상에서 굴절하여 탈봇 프리즘(440) 내에서 제 1 및 제 2 굴절빔(411d1,411d2)으로 진행한다. 제 1 및 제 2 굴절빔(411d1,411d2)은 탈봇 프리즘(440) 내에서 서로 간섭을 일으켜 베이스 필름(460)에 도포된 포토레지스트(462) 상으로 간섭빔(411e)을 방출한다.

좀 더 구체적으로, 도 4c를 참조하면, 제 1 및 제 2 굴절빔(411d1,411d2)의 각각의 파백터(wave vector)의 제 1 및 제 2 파면(WF1,WF2)이 탈봇 프리즘(440)의 중심축(CX)에 대해 각각 θ의 각도로 진행하는 경우, 간섭 주기 A = λ/2·sinθ로 주어진다. 여기서, λ는 레이저빔(411)의 파장(wavelength)이고, θ는 간섭각이라 부른다. 따라서, 탈봇 프리즘(440)이 방출하는 간섭빔(411e)에 의해 베이스 필름(460)의 포토레지스트(462) 상에 형성되는 간섭 무늬 패턴(IP)을 형성한다. 이러한 간섭 무늬 패턴(IP)을 현상기(미도시)를 이용하여 현상하면, 대응되는 편광 패턴(PP)을 얻는다. 따라서, 편광 패턴(PP) 간의 피치(p)는 간섭 주기(A)에 대응되므로, 레이저빔(411)의 파장(λ)에 비례하고, 간섭각(θ)에 반비례한다. 즉, 편광 패턴(PP) 간의 피치(p)는 레이저빔(411)의 파장(λ) 및 간섭각(θ)을 제어하여 조정할 수 있다. 간섭각(θ)이 일정한 경우, 편광 패턴(PP) 간의 피치(p)는 레이저빔(411)의 파장의 1/2이다.

한편, 편광 패턴(PP) 간의 해상도(r: resolution) = 1.22λ/2NA로 주어지고, 여기서 NA는 개구수(numerical number)로 n·sinθ(n은 굴절률)로 주어진다. 따라서, 편광 패턴(PP) 간의 해상도(r) = 1.22λ/2n·sinθ이므로, 편광 패턴(PP) 간의 해상도(r)를 높이기 위해서는 탈봇 프리즘(440)과 포토레지스트(462) 사이에 굴절률(n)을 갖는 물질(450)(도 4a 참조)을 추가로 삽입하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서, 물질(450)은 예를 들어 굴절률(n)이 대략 1.3인 물(water)이 사용될 수 있다. 이러한 물과 같은 물질(450)을 사용하면, 탈봇 프리즘(440)과 포토레지스트(462) 사이에 굴절률이 1.0인 진공, 또는 굴절률이 거의 1.0인 공기가 존재하는 경우에 비해, 편광 패턴(PP) 간의 해상도(r)가 높아질 수 있다.

상술한 바와 같이, 탈봇 프리즘(440)에서 방출된 간섭빔(411e)의 베이스 필름(460)에 도포된 포토레지스트(462) 상에 노광된 후, 포토레지스트(462)의 노광 부분(464a) 또는 비노광 부분(464b)을 현상기(미도시)를 이용하여 현상하면, 도 4d에 도시된 바와 같은 편광 패턴(PP)을 구비한 편광 필름(461)이 얻어진다.

도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치를 사용하여 형성된 실제 편광 필름의 편광 패턴을 보여주는 사진이다.

도 4e를 참조하면, 도 4a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치(400)를 사용하여 얻어진 편광 필름(461)의 편광 패턴(PP) 간의 피치(p)는 850nm이고, 라인 선폭(w)은 428nm이며, 높이(h)는 400nm이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 장치(400)를 사용하면, 수십 내지 수백 나노미터(nm) 범위의 미세 패턴(예를 들어 편광 패턴(PP))을 형성하는 것이 가능하다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.

도 5a를 도 4a 내지 도 4d와 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 방법(500)은 a) 레이저빔 광원(410)에서 방출된 레이저빔(411)을 볼록 렌즈(212)를 이용하여 집속하여 셔터(213)의 핀홀(213a)을 통과시키는 단계(510); b) 상기 레이저빔(411)을 콜리메이팅 렌즈(414)를 이용하여 시준빔(411a)을 형성하고, 상기 시준빔(411a)을 빔 스플리터(420)를 이용하여 제 1 및 제 2 분할빔(411c1,411c2)으로 분할하는 단계(520); c) 상기 제 1 및 제 2 분할빔(411c1,411c2)을 제 1 및 제 2 미러(430a,430b)를 이용하여 반사시켜 형성된 제 1 및 제 2 반사빔(411c1,411c2)을 탈봇 프리즘(440) 내로 주입하는 단계(530); 및 d) 상기 제 1 및 제 2 반사빔(411c1,411c2)이 상기 탈봇 프리즘(440) 내에서 굴절된 제 1 및 제 2 굴절빔(411d1,411d2)이 서로 간섭된 간섭빔(411e)을 방출하는 단계(540)를 포함하고, 상기 간섭빔(411e)의 노광에 의해 간섭 무늬 패턴(IP)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴 형성용 노광 방법(500)에서, 상기 간섭 무늬 패턴(IP)의 피치(p)는 상기 레이저빔(411)의 파장(λ) 및 상기 제 1 및 제 2 굴절빔의 제 1 및 제 2 파면(WF1,WF2)이 상기 탈봇 프리즘(440)의 중심축(CX)에 대해 진행하는 각도인 간섭각(θ)을 조정하여 제어될 수 있다.

도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필름 제조 방법의 플로우차트를 도시한 도면이다.

도 5b를 도 4a 내지 도 4d와 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필름 제조 방법(501)은 a) 레이저빔 광원(410)에서 방출된 레이저빔(411)을 볼록 렌즈(412)를 이용하여 집속하여 셔터(413)의 핀홀(413a)을 통과시키는 단계(510); b) 상기 레이저빔(411)을 콜리메이팅 렌즈(414)를 이용하여 시준빔(411a)을 형성하고, 상기 시준빔(411a)을 빔 스플리터(420)를 이용하여 제 1 및 제 2 분할빔(411c1,411c2)으로 분할하는 단계(520); c) 상기 제 1 및 제 2 분할빔(411c1,411c2)을 제 1 및 제 2 미러(430a,430b)를 이용하여 반사시켜 형성된 제 1 및 제 2 반사빔(411c1,411c2)을 탈봇 프리즘(440) 내로 주입하는 단계(530); d) 상기 제 1 및 제 2 반사빔(411c1,411c2)이 상기 탈봇 프리즘(440) 내에서 굴절된 제 1 및 제 2 굴절빔(411d1,411d2)이 서로 간섭된 간섭빔(411e)을 방출하는 단계(540); 및 e) 상기 포토레지스트(462)를 현상기(미도시)를 이용하여 현상하여 상기 간섭 무늬 패턴(IP)에 대응되는 편광 패턴(PP)을 형성하는 단계(550)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필름 제조 방법(501)에서, 상기 편광 패턴(PP)은 상기 간섭 무늬 패턴(IP) 중 상기 간섭빔(411e)의 노광 부분(464a) 또는 비노광 부분(464b)에 대응될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 필름 제조 방법(501)에서, 상기 편광 패턴(PP)의 피치(p)는 상기 레이저빔(411)의 파장(λ) 및 상기 제 1 및 제 2 굴절빔의 제 1 및 제 2 파면(WF1,WF2)이 상기 탈봇 프리즘(440)의 중심축(CX)에 대해 진행하는 각도인 간섭각(θ)을 조정하여 제어될 수 있다.

다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.

10,230: 마스킹 필름 12,111,231: 패턴부 13,112: 비패턴부
20,30,461: 편광 필름 100,200,300: 필름 110: 광마스크
120,122: 잉크 121: 잔류 잉크 130: UV광 210: 배향막
220: 액정물질 300: 광조사장치 310,410: 광원 320: 편광수단
310,320: 셀 400: 노광 장치 401: 편광 필름 제조 장치
411: 레이저빔 411a: 시준빔 411b1,411b2: 분할빔
411c1,411c2: 반사빔 411d1,411d2: 굴절빔 411e: 간섭빔
412 :볼록 렌즈 413: 셔터 413a: 핀홀 414: 콜리메이팅 렌즈
420: 빔 스플리터 430a,430b: 미러 440: 탈봇 프리즘
450: 물질 460: 베이스 필름 462: 포토레지스트
464a: 노광 부분 464b: 비노광 부분

Claims

미세 패턴 형성용 노광 장치에 있어서,
레이저빔 광원;
상기 레이저빔 광원에서 방출된 레이저빔이 통과하는 핀홀을 구비한 셔터;
상기 레이저빔 광원과 상기 셔터 사이에 제공되며, 상기 레이저빔이 상기 핀홀을 통과하도록 집속하는 볼록 렌즈;
상기 셔터의 전방에 제공되며, 상기 핀홀을 통과한 상기 레이저빔을 시준하여 시준빔을 방출하는 콜리메이팅 렌즈;
상기 콜리메이팅 렌즈의 전방에 제공되며, 상기 시준빔을 제 1 ? 제 2 분할빔으로 분할하는 빔 스플리터;
상기 제 1 및 제 2 분할빔을 각각 반사하여 제 1 및 제 2 반사빔을 형성하는 제 1 및 제 2 미러; 및
상기 제 1 및 제 2 반사빔이 각각 주입되어 간섭빔을 방출하는 탈봇 프리즘
을 포함하는 미세 패턴 형성용 노광 장치.
제 1항에 있어서,
상기 간섭빔에 의해 형성되는 간섭 무늬 패턴의 피치는 상기 레이저빔의 파장 및 상기 제 1 및 제 2 굴절빔의 제 1 및 제 2 파면이 상기 탈봇 프리즘의 중심축에 대해 진행하는 각도인 간섭각을 조정하여 제어되는 미세 패턴 형성용 노광 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 레이저빔의 파장은 193nm인 미세 패턴 형성용 노광 장치.
편광 필름 제조 장치에 있어서,
레이저빔 광원;
상기 레이저빔 광원에서 방출된 레이저빔이 통과하는 핀홀을 구비한 셔터;
상기 레이저빔 광원과 상기 셔터 사이에 제공되며, 상기 레이저빔이 상기 핀홀을 통과하도록 집속하는 볼록 렌즈;
상기 셔터의 전방에 제공되며, 상기 핀홀을 통과한 상기 레이저빔을 시준하여 시준빔을 방출하는 콜리메이팅 렌즈;
상기 콜리메이팅 렌즈의 전방에 제공되며, 상기 시준빔을 제 1 ? 제 2 분할빔으로 분할하는 빔 스플리터;
상기 제 1 및 제 2 분할빔을 각각 반사하여 제 1 및 제 2 반사빔을 형성하는 제 1 및 제 2 미러;
상기 제 1 및 제 2 반사빔이 각각 주입되어 간섭빔을 방출하는 탈봇 프리즘;
상기 탈봇 프리즘에서부터 방출된 상기 간섭빔의 노광에 의해 간섭 무늬 패턴이 형성되는 포토레지스트가 전면 도포된 베이스 필름; 및
상기 포토레지스트를 현상하여 상기 간섭 무늬 패턴에 대응되는 편광 패턴을 형성하기 위한 현상기
를 포함하는 편광 필름 제조 장치.
제 4항에 있어서,
상기 편광 필름 제조 장치는 상기 탈봇 프리즘과 상기 포토레지스트 사이에 삽입되며, 굴절률(n)을 갖는 물질을 추가로 포함하는 편광 필름 제조 장치.
제 5항에 있어서,
상기 물질이 물(water)인 편광 필름 제조 장치.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 간섭빔에 의해 형성되는 상기 편광 패턴의 피치는 상기 레이저빔의 파장 및 상기 제 1 및 제 2 굴절빔의 제 1 및 제 2 파면이 상기 탈봇 프리즘의 중심축에 대해 진행하는 각도인 간섭각을 조정하여 제어되는 편광 필름 제조 장치.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저빔의 파장은 193nm인 미세 패턴 형성용 노광 장치.
제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편광 패턴은 상기 포토레지스트의 노광 부분 또는 비노광 부분 중 어느 하나에 대응되는 편광 필름 제조 장치.
미세 패턴 형성용 노광 방법에 있어서,
a) 레이저빔 광원에서 방출된 레이저빔을 볼록 렌즈를 이용하여 집속하여 셔터의 핀홀을 통과시키는 단계;
b) 상기 레이저빔을 콜리메이팅 렌즈를 이용하여 시준빔을 형성하고, 상기 시준빔을 빔 스플리터를 이용하여 제 1 및 제 2 분할빔으로 분할하는 단계;
c) 상기 제 1 및 제 2 분할빔을 제 1 및 제 2 미러를 이용하여 반사시켜 형성된 제 1 및 제 2 반사빔을 탈봇 프리즘 내로 주입하는 단계; 및
d) 상기 제 1 및 제 2 반사빔이 상기 탈봇 프리즘 내에서 굴절된 제 1 및 제 2 굴절빔이 서로 간섭된 간섭빔을 방출하는 단계
를 포함하고,
상기 간섭빔의 노광에 의해 간섭 무늬 패턴이 형성되는
미세 패턴 형성용 노광 방법.
제 10항에 있어서,
상기 간섭 무늬 패턴의 피치는 상기 레이저빔의 파장 및 상기 제 1 및 제 2 굴절빔의 제 1 및 제 2 파면이 상기 탈봇 프리즘의 중심축에 대해 진행하는 각도인 간섭각을 조정하여 제어되는 미세 패턴 형성용 노광 방법.
편광 필름 제조 방법에 있어서,
a) 레이저빔 광원에서 방출된 레이저빔을 볼록 렌즈를 이용하여 집속하여 셔터의 핀홀을 통과시키는 단계;
b) 상기 레이저빔을 콜리메이팅 렌즈를 이용하여 시준빔을 형성하고, 상기 시준빔을 빔 스플리터를 이용하여 제 1 및 제 2 분할빔으로 분할하는 단계;
c) 상기 제 1 및 제 2 분할빔을 제 1 및 제 2 미러를 이용하여 반사시켜 형성된 제 1 및 제 2 반사빔을 탈봇 프리즘 내로 주입하는 단계;
d) 상기 제 1 및 제 2 반사빔이 상기 탈봇 프리즘 내에서 굴절된 제 1 및 제 2 굴절빔이 서로 간섭된 간섭빔을 방출하는 단계; 및
e) 상기 포토레지스트를 현상기를 이용하여 현상하여 상기 간섭 무늬 패턴에 대응되는 편광 패턴을 형성하는 단계
를 포함하는 편광 필름 제조 방법.
제 12항에 있어서,
상기 편광 패턴은 상기 간섭 무늬 패턴 중 상기 간섭빔의 노광 부분 또는 비노광 부분에 대응되는 편광 필름 제조 방법.
제 12항 또는 제 13항에 있어서,
상기 편광 패턴의 피치는 상기 레이저빔의 파장 및 상기 제 1 및 제 2 굴절빔의 제 1 및 제 2 파면이 상기 탈봇 프리즘의 중심축에 대해 진행하는 각도인 간섭각을 조정하여 제어 편광 필름 제조 방법.