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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 Magnetic sodf mold를 이용하여 전자기력에 의한 임프린트 공정을 제시하고 성형 특성을 확인 하였다. 임프린트 성형시 사용된 Magnetic sodf mold의 전자기력에 의한 성형 특성 확인을 위하여 Fig 6.
- 본 연구에서는 고효율 디스플레이 구현이 가능한 반사형 편광필름의 저가 양산 기술로서 Magnetic soft mold와 전자기력 임프린트 공정을 개발하였다.
제안 방법
- 복제 되는 Magnetic sodf mold는 원형 금형과 동일한 패턴 형상을 얻기 위해 원형 금형의 패턴과 접촉 되는 부분은 H-PDMS를 이용하였다. H-PDMS 코팅 후 금속과 PDMS가 혼합된 재료를 이용하여 패턴이 복제된 상부에 도포 후 열경화를 통해 제작하였다.
- Magnetic sodf mold와 전자기력 임프린트 공정을 통해 제작된 패턴 높이 130 nm, 패턴 선폭, 70 nm, 피치140 nm 를 이용하여 Al layer를 E-beam evaporation 공정으로 증 착하여 3 cm×3 cm NWGP 필름을 구현 하였다.
- 제안된 Magnetic sodf mold와 전자기력 임프린트 공정은 기존의 Soft mold 재료의 특성상 발생되는 가압에 의한 Sagging현상에 따른 패턴의 결함을 최소화 시킬 수 있는 장점이 있으며 저 압력, 저비용, 빠르고 쉽게 성형이 가능하다. Magnetic sodf mold의 검증을 위해 NWGP 필름을 제작하여 평가하였다. 제작된 폴리머 나노 격자 상부에 E-beam evaporation 공정을 통하여 Al layer을 형성 하였다.
- 나노 와이어 그리드 편광필름의 제작을 위해 전자빔 공정 및 식각을 통해 제작된 원형 금형을 이용하여 복제 공정을 통해 Magnetic sodf mold를 제작 하고, 전자기력 임프린트 공정을 통하여 70 nm주기의 폴리머 패턴을 형성 후 알루미늄을 증착하는 방법으로 제작 하였다.
- 하지만 PDMS 재료의 특성상 탄성이 존재하여 임프린트 공정시 발생되는 가압으로 패턴의 결합 을 가져 올수 있다. 따라서 본 논문에서는 재료의 장점을 이용하면서 임프린트 공정 시 균일한 가압을 위해 Fig. 3 과 같이 나노 금속 입자를 배합하여 하부의 전자기력에 의해 가압이 이루어 질수 있도록 2번의 공정을 통하여 제작하였다. 복제 되는 Magnetic sodf mold는 원형 금형과 동일한 패턴 형상을 얻기 위해 원형 금형의 패턴과 접촉 되는 부분은 H-PDMS를 이용하였다.
- 7,8) 하지만 사용되는 몰드재료의 특성상 탄성이 존재하며, 임프린트 잔류층 제어를 위한 가압 공정 시 Sagging현상 발생으로 수평 및 수직 방향의 패턴 결함으로 나노 격자형태의 패턴제작에 어려움이 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 Magnetic soft mold를 이용하여 전자기력을 이용한 균일한 가압 공정으로 나노격자 패턴을 형성하고 금속 증착공정을 통하여 편광특성을 분석하였다.
- 3 과 같이 나노 금속 입자를 배합하여 하부의 전자기력에 의해 가압이 이루어 질수 있도록 2번의 공정을 통하여 제작하였다. 복제 되는 Magnetic sodf mold는 원형 금형과 동일한 패턴 형상을 얻기 위해 원형 금형의 패턴과 접촉 되는 부분은 H-PDMS를 이용하였다. H-PDMS 코팅 후 금속과 PDMS가 혼합된 재료를 이용하여 패턴이 복제된 상부에 도포 후 열경화를 통해 제작하였다.
- 나노 와이어 그리드 편광필름의 특성은 일반적으로 금속 격자 주기가 조밀할수록 편광 특성이 증가하며, 금속 층 두께 역시 편광 필름에 지배적인 영향을 미치는 변수이다. 본 논문에서는 나노 와이어 그리드 편광 필름 제작을 위해 금속 주기 격자 70 nm, 피치 140 nm, 격자 높이 80 nm로 설계를 하였으며, Fig. 2와 같이 폴리머 격자 구조에 알루미늄층이 증착된 구조를 제작 하였다.
- 본 연구에서는 편광필름 제작을 위해 고가의 고 해상도 리소그래피 공정 대신 저가 대량생산 공정에 적합한 소프트 리소그래피 공정을 이용하여 초기 나노 패턴을 제작하고 금속주기 형성을 위한 금속을 증착함으로서 편광 필름을 구현 하였다. 소프트리소그래피 공정은 높은 생산성과 반복재현성 및 기존의 반도체 및 디스플레이 공정에서 발생 되는 환경오염이 낮다.
- 임프린트 성형시 사용된 Magnetic sodf mold의 전자기력에 의한 성형 특성 확인을 위하여 Fig 6. 에 나타난 그래프와 같이 전자기력의 압력을 변화 시키 며 패턴 높이 변화 및 잔류층 변화를 확인 하였다. Magnetic sodf mold 패턴 높이의 성형 특성은 9 kgf/cm2 가 압 시 금속 입자 5%, 3%의 Magnetic sodf mold 모두 130 nm의 성형 특성을 확인 하였으며, 복제 공정을 통해 제작된 Magnetic sodf mold의 높이 160 nm와 전자기력 임 프린트 공정을 통해 제작된 130 nm 패턴과 20 nm의 높이 변차가 발생 되며, 이러한 오차는 Fig.
- 이를 위해 텅스텐 할라이드 광원과 광팡이버, 콜리메이팅렌즈, 편광판, 조리개, 분광기로 구성된 투과도 평가시스템을 이용하였다. Fig.
- 제작된 Magnetic sodf mold의 전자기력에 의한 임프린트 특성을 확인하기 위하여 금속 입자 혼합 시 Aggregation 현상이 발생되지 않는 최대 혼합 비율인 5%와 전자기력 특성이 나타나는 최소 혼합비율인 3%를 기준으로 Fig. 5와 같이 임프린트 공정을 수행 하였다. 제작된 Magnetic sodf mold를 이용한 임프린트 공정은 기존의 금형 상부 가압을 통한 성형방법이 아닌 하단부의 전자기력에 의해 당기는 힘이 발생 하고 성형이 되는 형태이며, 이러한 방법은 기존의 Soft mold를 이용한 임프린트 성형시 필수 요소인 가압공정 및 잔류층 제어에 용이하다.
- 제작된 NWGP 필름의 유효성을 평가하기 위해, 필름의 편광 투과율을 측정 하여 T-max(Tp)와 T-min(Ts) 평가 하였다.
대상 데이터
- Magnetic sodf mold 제작은 poly dimethylsiloxane (PDMS)와 금속 입자를 이용하여 제작하였다. PDMS를 이용한 Mold 제작은 기존에 사용되는 석영 스탬프 및 실리콘 스탬프에 비해 가격이 저렴하며 제작 시간이 짧고, 다른 화학 물질과 반응성이 아주 작아 형상비, 기하학적 설계 등에 관계없이 복제할 수 있으며, 표면에너지 (21.
성능/효과
- 1) 기존 디스플레이는 사용자가 인지하는 빛 광원 소스로 부터 출력되는 빛은 약 5% 미만에 불과 하다. 디스플레이의 효율 감소의 원인은 다양한 원인이 존재 할 수 있으나, 가장 큰 원인은 디스플레이의 구성요소로써 필수적으로 요구되는 편광필름(Polarizer Film)이 투과시키지 못하는 광원을 흡수하는 방법으로 구성되어 있기 때문이다.
- 에 나타난 그래프와 같이 전자기력의 압력을 변화 시키 며 패턴 높이 변화 및 잔류층 변화를 확인 하였다. Magnetic sodf mold 패턴 높이의 성형 특성은 9 kgf/cm2 가 압 시 금속 입자 5%, 3%의 Magnetic sodf mold 모두 130 nm의 성형 특성을 확인 하였으며, 복제 공정을 통해 제작된 Magnetic sodf mold의 높이 160 nm와 전자기력 임 프린트 공정을 통해 제작된 130 nm 패턴과 20 nm의 높이 변차가 발생 되며, 이러한 오차는 Fig. 8(b) SEM 이미지와 같이 임프린트 성형 시 폴리머 재료의 유동 및 충진 후 발생되는 잔류층의 영향 따른 것으로 판단된다. 또한 Fig.
- 8(b) SEM 이미지와 같이 임프린트 성형 시 폴리머 재료의 유동 및 충진 후 발생되는 잔류층의 영향 따른 것으로 판단된다. 또한 Fig. 7과 같이 Magnetic sodf mold 임프린트 공정 시 자외선 경화 시간의 확인을 위하여 전자기력 압력 9 kgf/cm2 에서의 경화 조건을 확인 하여 40s에서 성형 높이 130 nm 의 성형이 이루어 졌으며, 경화 시간이 짧을수록 미경화로 높이의 결함이 발생함을 알 수 있다.
- 본 연구에서는 고효율 디스플레이 구현이 가능한 반사형 편광필름의 저가 양산 기술로서 Magnetic soft mold와 전자기력 임프린트 공정을 개발하였다. 제안된 Magnetic sodf mold와 전자기력 임프린트 공정은 기존의 Soft mold 재료의 특성상 발생되는 가압에 의한 Sagging현상에 따른 패턴의 결함을 최소화 시킬 수 있는 장점이 있으며 저 압력, 저비용, 빠르고 쉽게 성형이 가능하다. Magnetic sodf mold의 검증을 위해 NWGP 필름을 제작하여 평가하였다.
- 제작된 폴리머 나노 격자 상부에 E-beam evaporation 공정을 통하여 Al layer을 형성 하였다. 제작 된 NWGP 필름의 격자 140 nm 주기, 70 nm선폭 그리고 80 nm의 격자 높이를 가지며, 800 nm 파장에서 최고 투 과율 과 최저 투과율은 각각 80%와 10%의 특성을 확인 하였다. 이 방법은 기존의 고 해상도 성형 및 리소그래피 공정에 비하여 제작이 용이하고 다양한 기판에 적용이 가 능하며, 향후 NWGP 필름의 양산에 유효한 기법이 될 것으로 판단한다.
- 76 nm의 NWGP 필름에 대한 400 nm 파장에서부터 1000 nm의 파장까지 측정 결과를 보여준다. 측정된 T-min(Ts)의 편광 투과도의 경우 500 nm파장에서부터 1000 nm파장에 10%로 낮은 투과도를 보여주며, T-max(Tp)의 편광 투과도는 500 nm파장에 서부터 1000 nm파장에 대략 75%의 결과를 확인하였다.
후속연구
- 제작 된 NWGP 필름의 격자 140 nm 주기, 70 nm선폭 그리고 80 nm의 격자 높이를 가지며, 800 nm 파장에서 최고 투 과율 과 최저 투과율은 각각 80%와 10%의 특성을 확인 하였다. 이 방법은 기존의 고 해상도 성형 및 리소그래피 공정에 비하여 제작이 용이하고 다양한 기판에 적용이 가 능하며, 향후 NWGP 필름의 양산에 유효한 기법이 될 것으로 판단한다.
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