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[국내논문] Roll-to-Roll UV 나노 임프린팅 리소그래피에 의한 대면적 17인치의 나노 와이어 그리드의 제작
Fabrication of a 17inch Area Size Nano-Wire Grid using Roll-to-Roll UV Nano-Imprinting Lithography 원문보기

한국인쇄학회지 = Journal of the Korean printing society, v.29 no.3, 2011년, pp.17 - 30  

허종욱 (미래나노텍(주)) ,  남수용 (부경대학교 공과대학 인쇄정보공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The polarizer is an important optical element used in a variety of applications. Nano-wire grid polarizers in the form of sub-wavelength metallic gratings are an attractive alternative to conventional polarizers, because they provide high extinction ratio. This study has been carried out to fabricat...

주제어

#Nano-wire grid polarizers   #17inch   #PET film   #Roll to-Roll UV imprinting lithography  

AI 본문요약
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제안 방법

  • NWGP 의 나노 와이어 그리드는 알루미늄 메탈로 표면층을 약 100 나노미터 이하의 박막의 구조물이 세워져있는 형태여서 일반적인 LCD용 광학 필름으로 사용하기에는 표면의 내구성, 즉 내스크래치성(anti-scratch), 취급성 등이 취약하므로 이를 개선하기 위한 방안으로 금속의 나노 박막의 표면 보호층(top layer)을 제공한다. 그러나 이때 광투과 등 광학적 특성을 저해하지 않고 동시에 표면의 내구성을 확보하는 것이 매우 중요하므로 코팅하는 박막 물질의 선정 및 pores한 막질의 나노 표면층의 형성기술이 필요하다.
  • NWGP 필름의 콘트라스트율 평가를 위해 BLU 시트 구성을 ESR(반사 필름)+RTDC (확산 필름)+Cross BEF(3M)+NWGP 으로 하였고, 테스트 모듈은 mobile 3.5"(삼성 전자)를 사용하여 반사형 편광 필름인 NWGP와 DBEF의 각각의 편광 성능을 가늠하기 위해서 ELDIM사의 EZContrast(model no.; XL88W)를 사용하여 extinction율을 측정하였다.
  • 본 연구의 나노 와이어 그리드의 임프린팅은 Figure 1과 같이 Roll-to-Roll UV 나노 임프린팅 공법으로 UV 경화형 수지를 사용함과 동시에 임프린팅은 상온, 상압에서 이루어진다. 나노 임프린트용 수지는 저점도를 유지하면서 PET 등 기재와의 부착력, 패턴의 전사성(fidelity), 몰드와의 이형성 등이 요구되며, 대형 나노 와이어 그리드 마스터는 레이저 간섭(laser interference) 리소그래피에 의해 제작되었으며, 임프린팅 시에는 마스터로부터 소프트 몰드를 제작하여 사용하였다. 기저층(residual layer)두께의 균일도는 금속 증착 시 금속층의 두께를 균일하게 일어나지 못하게 하며 나아가 에칭 공정 진행시 에칭이 선택적으로 일어나지 못하게 하는 영향을 미친다.
  • 기저층(residual layer)두께의 균일도는 금속 증착 시 금속층의 두께를 균일하게 일어나지 못하게 하며 나아가 에칭 공정 진행시 에칭이 선택적으로 일어나지 못하게 하는 영향을 미친다. 메탈 나노 와이어 그리드의 형성은 증착에 의한 알루미늄을 박막층을 습식 에칭으로 격자를 제작하였으며, 표면 보호를 위해 박막의 금속층을 제공하였다.
  • 면적 17인치 크기의 NWGP 필름을 Roll-to-Roll 임프린팅 공정으로 제작하였으며, 나노 와이어 그리드의 마스터는 레이저 간섭 리소그래피로 제작하였으며, 이 NWGP는 P편광의 투과도 Tp는 550nm 파장 영역에서 46.7%, R 편광의 반사율 Rs는 40.1%를 나타났으며, extinction율 측정 결과는 16:1로 나타났다. 이는 메탈 나노 와이어 구조의 형태가 향후 메탈 나노 와이어 구조의 편광 필름이 LCD 패널의 편광판을 대체할 수 있는 가능성도 제시하고 있으며, 또한 반사형 편광 필름으로 충분히 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
  • 알루미늄 박막 증착의 전처리 조건은 Ion beam treatment는 Ar gas, 14 SCCM, 2,500V로 하였으며, cathode multi-system을 적용하여 진공도 10-4 torr에서 실시하였다. 알루미늄의 증착 두께는 2,000Å으로 하였으며, 수지와의 밀착력, 막질 등의 변화를 관찰하여 알루미늄의 그리드 형성을 위하여 습식 에칭에 의한 패터닝에 유리한 조건을 선정하였다.
  • 알루미늄의 증착 두께는 2,000Å으로 하였으며, 수지와의 밀착력, 막질 등의 변화를 관찰하여 알루미늄의 그리드 형성을 위하여 습식 에칭에 의한 패터닝에 유리한 조건을 선정하였다.
  • 증착 공정 조건은 진공도 2.0x 10-5 torr, power는 40Å/sec를 적용하였으며, option으로 IBAD(Ion Beam Assist Deposition)을 사용했다.

대상 데이터

  • UV 나노 임프린팅용 폴리머 수지는 부착력, 전사성, 물리적 특성 그리고 경화 속도가 빠른 특성을 가져야 한다. 그래서 NWGP을 제작하기 위한 나노 임프린팅 수지는 Oligomer는 Fluorine type을 사용했으며, 모노머(monomer)는 2-HEA(2-Hydroxyethyl Acrylate), TMPTA(Trimethylol Propane Triacrylate), DPEHA(Dipentaerythritol Hexaacrylate), TPGDA(Tripropylene Glycol Diacrylate), NVP(N-Vinyl-2-Pyrrolidone) 등과 광 개시제는 DMPA(Dimethoxy Phenyl Acetophenone)을 formulation하여 사용했으며, 점도는 100cps이었다.
  • 금속 코팅 물질은 SiO2을 사용하였고, 코팅의 두께는 2,500Å으로 하였다.
  • 나노 와이어 그리드 편광 필름의 구조는 Figure 4와 같이 Line/Space 격자 형태로서 피치 200nm, 알루미늄l의 높이 112nm, 넓이 70nm으로 설계하였으며, 나노 와이어 그리드 마스터는 레이저 간섭 리소그래피에 32인치 크기로(730mm×450mm) 제작(Holotools, Germany) 하였으며, 피치는 200nm, 높이 250nm, 넓이 100nm의 Line/Space의 격자 구조로 되어있다
  • 메탈 나노 와이어 그리드 편광 필름의 기재로서는 PET 필름 250um(SKC)을 사용하였다.
  • 이때 코팅 방식은 E-beam evaporator를 사용하였으며, power는 40Å/sec으로 하였다. 상기와 같은 과장을 거쳐 Figure 9와 같이 알루미늄 나노 와이어의 그리드의 폭 71nm, 높이 112nm, 피치 200nm, 기재는 250um 두께의 PET을 사용하여 나노 와이어 그리드 편광 필름을 제작하였다.
  • 전처리는 산소 이온 빔(O2, 18 SCCMx3min) 가스를 사용했으며, 또한 E-beam evaporator를 이용하여 휘도 등 광학적 특성, 물리적 특성, 특히 외관 개선을 위해 bottom층을 제공하게 되는데, 이 때 사용하는 재료 물질은 SiO2를 사용했으며, 코팅 방식은 증착으로 하는데, SiO₂코팅 두께는 300Å으로 하였다.

이론/모형

  • 나노 와이어 그리드의 형상을 측정하기 위해 FEI사의 FIB(Focused Ion Beam) SEM(model no. NOVA 200)를 사용하였다.
  • 메탈 나노 와이어 그리드 편광 필름의 광 투과율과 반사율의 측정을 위해 Varian 사의 UV-Vis spectrophotometer(model no. 5000)를 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
나노 와이어 그리드 편광자 필름의 장점은? 나노 와이어 그리드 편광자(NWGP, nano-wire grid polarizer) 필름은 표면에 나노 메탈 격자(grating) 구조를 가진 광학 부품으로 편광 효율이 좋고, 광시야 각, 장기 신뢰성이 뛰어난 장점을 가지고 있다. 현재 유리 기판상에 75nm, 100nm 피치의 NWGP는 상용화 되어있지만, 면적 사이즈가 7인치 이하로서, 디스플레이 등의 분야에 응용하기가 어렵다.
레이저 간섭 리소그래피 기술의 장단점은? 이것은 두 개의 코히런트 광에 의해 간섭 패턴을 만들고 이것을 포토레지스트와 같은 감광성 필름에 노광한 후, 화학적 처리를 통해 나노 패턴을 만드는 기술이다. 장점은 마스크 없이 나노 구조물을 리소그래피 방식으로 만들며, 간섭 파장과 입사 각도를 조절함으로서 여러 가지 간격을 갖는 패턴을 만들 수 있지만 주기적인 구조물만 만들 수 있다는 단점을 가지고 있다.
Roll-to-Roll UV 나노 임프린팅 장치는 연속 작업이 가능하도록 무엇을 갖추고 있는가? Roll-to-Roll UV 나노 임프린팅 장치는 Figure 1과 같이 연속 작업이 가능하도록 unwinder와 winder를 갖추고 있으며 특히 가압 롤의(130c) 두께 균일도, 롤에 가해지는 압력, Roll-to-Roll 장비에 걸린 몰드의 텐션에 영향을 받는다. 롤의 두께 균일도가 5%를 벗어나는 경우, Press Roll에 가해지는 압력이 100kpa에 미치지 못하는 경우, 소프트 몰드에 걸린 텐션이 50kpa 이하인 경우에 Roll-to-Roll 임프린팅 제품의 기저층 두께 편차가 10%를 넘어서게 되고 이런 경우 후속 공정인 알루미늄 금속 층의 에칭이 선택적으로 이루어 지지 않게 된다.
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