KR101658537B1

KR101658537B1 - Method of fabricating surface plasmon color filter using nano patterning

Info

Publication number: KR101658537B1
Application number: KR1020090132018A
Authority: KR
Inventors: 윤민성
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2016-09-22
Also published as: KR20110075539A

Abstract

본 발명의 나노 패터닝(nano patterning)을 이용한 표면 플라즈몬(surface plasmon) 컬러필터의 제조방법은 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 표면 플라즈몬 컬러필터를 제조하는데 있어, 국부적인 대전 영역을 제공하는 스탬프(stamp)와 주형(template)인 자기조립 가능한 나노구를 이용함으로써 대면적화가 가능하면서 공정을 단순화시키는 것과 동시에 제조비용을 절감하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a surface plasmon color filter using nano patterning according to the present invention is to manufacture a surface plasmon color filter that selectively transmits light of a specific wavelength using a surface plasmon phenomenon to realize a desired color , A self-assembling nano-spheres, which are stamps and templates, which provide a localized charging area, can be used to enlarge the area, while simplifying the process and reducing manufacturing costs.

특히, 상기 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법은 상기 나노구를 에칭한 후, 그 위에 도전막을 증착하여 상기 나노구 사이의 공간에 표면 플라즈몬의 금속막을 형성하도록 함으로써 홀의 크기를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.Particularly, in the method of manufacturing a surface plasmon color filter using the nano patterning, the size of the hole can be controlled by forming a metal film of the surface plasmon in the space between the nano spheres by etching the nano spheres and then depositing a conductive film thereon .

나노 패터닝, 표면 플라즈몬 컬러필터, 스탬프, 자기조립, 나노구 Nano patterning, surface plasmon color filter, stamping, self-assembly,

Description

나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법{METHOD OF FABRICATING SURFACE PLASMON COLOR FILTER USING NANO PATTERNING}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a method of fabricating a surface plasmon color filter using nano patterning,

본 발명은 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 파장의 빛만을 선택 투과시키는 투과막 패턴을 갖는 3차원 패턴 구조의 컬러필터를 제조하기 위한 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a surface plasmon color filter using nanopatterning, and more particularly, to a method of fabricating a color filter of a three-dimensional pattern structure having a transparent film pattern selectively transmitting only light of a specific wavelength by using nano patterning To a method of manufacturing a surface plasmon color filter.

최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.Recently, interest in information display has increased, and a demand for using portable information media has increased, and a light-weight flat panel display (FPD) that replaces a cathode ray tube (CRT) And research and commercialization are being carried out. Particularly, among such flat panel display devices, a liquid crystal display (LCD) is an apparatus for displaying an image using the optical anisotropy of a liquid crystal, and is excellent in resolution, color display and picture quality and is actively applied to a notebook or a desktop monitor have.

상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.The liquid crystal display comprises a color filter substrate, an array substrate, and a liquid crystal layer formed between the color filter substrate and the array substrate.

상기 액정표시장치의 제조공정은 기본적으로 다수의 마스크공정(즉, 포토리소그래피(photolithography)공정)을 필요로 하므로 생산성 면에서 상기 마스크수를 줄이는 방법이 요구되어지고 있다.Since the manufacturing process of the liquid crystal display device basically requires a plurality of mask processes (i.e., a photolithography process), a method of reducing the number of masks in terms of productivity is required.

이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure of a typical liquid crystal display device will be described in detail with reference to FIG.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view schematically showing a general liquid crystal display device.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.As shown in the figure, the liquid crystal display comprises a color filter substrate 5, an array substrate 10, and a liquid crystal layer (not shown) formed between the color filter substrate 5 and the array substrate 10 30).

상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.The color filter substrate 5 includes a color filter C composed of a plurality of sub-color filters 7 implementing colors of red (R), green (G) and blue (B) A black matrix 6 for separating the sub-color filters 7 from each other and shielding light transmitted through the liquid crystal layer 30 and a transparent common electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer 30 8).

또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 다수개의 화소영역(P)을 정의하는 다수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.The array substrate 10 includes a plurality of gate lines 16 and data lines 17 arranged vertically and horizontally to define a plurality of pixel regions P and a plurality of gate lines 16 and data lines 17, A thin film transistor (TFT) T which is a switching device formed in the intersection region and a pixel electrode 18 formed on the pixel region P.

이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.The color filter substrate 5 and the array substrate 10 constituted as described above are adhered to each other so as to oppose each other by a sealant (not shown) formed on the periphery of the image display area to constitute a liquid crystal display panel, 5 and the array substrate 10 are bonded together through a cemented key (not shown) formed on the color filter substrate 5 or the array substrate 10.

이때, 합착시 정렬(align) 오차에 의한 빛샘불량을 방지하기 위해 블랙매트릭스의 선폭을 넓게 함으로써 정렬 마진(margin)을 확보하게 되는데, 그에 따라 패널의 개구율이 감소하게 된다.At this time, in order to prevent the defects of the light leakage due to the alignment error during the cementation, an alignment margin is secured by enlarging the line width of the black matrix, thereby decreasing the aperture ratio of the panel.

상기 액정표시장치에 사용되는 기존의 컬러필터는 염료 또는 안료를 이용하여 불필요한 색의 광은 흡수하여 소멸시키고 구현하고자 하는 색의 광만 투과시켜 컬러를 구현함에 따라 하나의 서브-화소를 기준으로 입사된 백색광에서 RGB 삼원색 중 한가지색만 투과시킴으로써 투과율이 30%이상 되기 어렵다. 이러한 이유로 패널의 투과효율이 매우 낮아 백라이트에 의한 전력 소비가 증가하게 된다.Conventional color filters used in the liquid crystal display device absorb color and light of unnecessary colors by using dyes or pigments, and transmit only light of colors to be realized, thereby realizing colors. Therefore, By transmitting only one of the RGB three primary colors in white light, the transmittance is not more than 30%. For this reason, the transmission efficiency of the panel is so low that the power consumption by the backlight is increased.

도 2는 일반적인 안료분산법을 이용한 컬러필터를 사용할 경우의 패널의 투과효율을 개략적으로 나타내는 예시도이다.Fig. 2 is an exemplary diagram schematically showing the transmission efficiency of a panel when a color filter using a general pigment dispersion method is used.

도면을 참조하면, 백라이트로부터 입사된 광은 편광판, TFT 어레이, 액정 및 컬러필터를 거치면서 광량이 줄어들게 됨에 따라 투과효율이 5%미만으로 감소하게 됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the light incident from the backlight is reduced in light amount through the polarizer, the TFT array, the liquid crystal, and the color filter, and the transmission efficiency is reduced to less than 5%.

이때, 상기 편광판, TFT 어레이 및 컬러필터는 각각 투과율이 40%, 45 ~ 55% 및 25%정도인 경우를 예를 들고 있다.At this time, the polarizing plate, the TFT array, and the color filter each have a transmittance of 40%, 45% to 55%, and 25%, respectively.

또한, 기존의 컬러필터는 각 원색별로 컬러 레지스트 도포, 노광, 현상 및 경화공정을 반복, 진행하여야 하기 때문에 공정이 복잡하다는 단점이 있다.In addition, the conventional color filter has a disadvantage in that the process is complicated because the color resist coating, exposure, developing and curing processes must be repeated for each primary color.

한편, 현재 높은 집적도를 갖는 나노 패터닝 기술로는 광 또는 입자 빔을 이용하는 포토리소그래피(photolithography), 전자빔 리소그래피(electron beam lithography) 및 레이저 간섭 리소그래피(Laser Interference lithography) 등이 있다. 이러한 리소그래피공정은 빛의 조사 여부에 따라 감응하는 화학 물질인 포토레지스트를 이용하고 식각(etching) 기술을 동반하여 패턴을 형성하게 된다.On the other hand, nano patterning techniques having high integration density include photolithography using light or particle beams, electron beam lithography and laser interference lithography. Such a lithography process uses a photoresist, which is a chemical substance sensitive to the irradiation of light, and forms a pattern accompanied by an etching technique.

그런데, 종래의 리소그래피 기술들은 장치나 공정에서 기술 비용이 크고, 복잡한 공정을 포함하므로 시간 소모가 크다. 또한, UV 파장대에서 포토레지스트로 이용되는 고분자 소재 및 장비 개발은 한계에 도달하고 있으며, 특히 전자빔 리소그래피는 공정시간이 오래 걸리는 순차적인 쓰기 방법을 사용하는 고가의 공정 기술이다.However, the conventional lithography techniques have a high technology cost in the device or process, and involve a complicated process, which is time consuming. In addition, the development of polymer materials and equipment used as photoresist in the UV wavelength range has reached its limit, and in particular, electron beam lithography is an expensive process technology using a sequential writing method which takes a long processing time.

이에 반하여 빛이나 큰 에너지의 입자를 사용하지 않는 유연한 고분자 스탬프에 유기물을 묻혀 반복적으로 패턴이나 구조물을 제조하는 나노 임프린트 (nano-imprint) 기술이 개발되고 있다. 이러한 나노 임프린트의 핵심은 우선 나노 스케일의 구조를 갖는 스탬프를 전자빔 리소그래피 방법으로 제작하고, 이 스탬프를 고분자 박막에 인쇄하여 나노 스케일의 구조를 전사한 후, 이를 반복적으로 사용함으로써 전자빔 리소그래피의 생산성 문제를 극복하고 하는 것이다. 나아가 작은 면적의 스탬프를 제작하여 웨이퍼의 일부분에 임프린트 공정을 수행한 후, 동일한 스탬프의 위치를 이동시켜서 반복 작업을 수행하는 스텝 반복(step-and-repeat) 방식의 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.In contrast, a nano-imprint technique is being developed that repeatedly forms patterns or structures by applying organic materials to flexible polymer stamps that do not use light or large energy particles. The core of such a nanoimprint is that first, a stamp having a nanoscale structure is manufactured by an electron beam lithography method, and the stamp is printed on a polymer thin film to transfer a nanoscale structure, and then repeatedly using the stamp to solve the productivity problem of electron beam lithography It is to overcome. Furthermore, studies on a step-and-repeat method of performing a repetitive operation by moving a position of the same stamp after a stamp of a small area are performed and a part of the wafer is subjected to an imprint process are actively conducted have.

그런데, 상기 스탬프의 크기는 한번에 인쇄할 수 있는 패턴 면적을 결정하기 때문에 나노 임프린트의 생산성을 결정하는 중요한 요소이다. 또한, 고밀도의 나노 패턴을 갖는 큰 면적의 스탬프를 전자빔 리소그래피로 제작하는 것은 고비용이 발생되는 문제가 있다. 따라서, 스텝 반복 임프린트 방식은 주어진 기판 크기의 스탬프를 이용하여 순차적으로 반복 인쇄하는 방법이기 때문에 한번에 전 면적을 인쇄하는 종래의 방식에 비해 시간당 생산량이 떨어지는 문제를 가진다. 즉, 현재의 기술로 제작 가능한 주형 스탬프나 마스터 몰드의 크기는 최대 10인치 이하로 대면적화에 한계를 가지고 있으며, 마스터 몰드는 종래의 전자빔 리소그래피 방법을 사용하여 패턴을 형성하기 때문에 마스터 몰드의 제작비용이 고가이다. 또한, 순차적인 반복 인쇄 방식을 채용하기 때문에 패턴 면적이 커질수록 시간당 생산량이 떨어지는 문제를 가진다.However, the size of the stamp is an important factor that determines the productivity of the nanoimprint because it determines the pattern area to be printed at one time. In addition, manufacturing a stamp having a large area having a high-density nano pattern by electron beam lithography has a problem in that a high cost is incurred. Therefore, since the step repetitive imprinting method is a method of sequentially repetitively printing using a stamp of a given substrate size, there is a problem that the yield per hour is lower than that of the conventional method of printing the entire area at one time. That is, the size of the mold stamp or the master mold which can be manufactured by the present technology is limited to a maximum of 10 inches or less, and since the master mold forms a pattern by using the conventional electron beam lithography method, This is expensive. Further, since the sequential repetitive printing method is employed, there is a problem that the production amount per hour decreases as the pattern area becomes larger.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 기존의 염료 또는 안료를 이용하지 않고, 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 투과효율이 향상된 컬러필터를 형성함으로써 개구율 및 패널의 투과율을 향상시킨 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a color filter having improved transmission efficiency by using surface plasmon phenomenon without using a conventional dye or pigment, It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a plasmon color filter.

본 발명의 다른 목적은 투과막 패턴의 홀 배열을 변경함으로써 개구율을 개선시킨 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a surface plasmon color filter using nano patterning in which the aperture ratio is improved by changing the hole arrangement of the transmissive film pattern.

본 발명의 다른 목적은 공정 단순화 및 제조비용 저감 효과를 갖는 대면적화가 가능한 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a surface plasmon color filter using nanopatterning which can simplify the process and reduce the manufacturing cost and can make a large area.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.Other objects and features of the present invention will be described in the following description of the invention and claims.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법은 볼록부를 가지는 스탬프 표면에 대전성이 있는 고분자막을 형성하는 단계, 상기 고분자막이 형성된 스탬프를 소정의 기판 표면에 접촉시킨 후, 상기 스탬프의 금속층과 상기 기판 사이에 전압을 인가하는 단계, 상기 기판으로부터 상기 스탬프를 분리하여 상기 기판 위에 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 대전영역을 갖는 잔류 고분자막을 전사하는 단계, 상기 대전영역의 성분과 반대 전하인 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 나노구를 상기 기판 표면에 도포하는 단계, 상기 나노구를 에칭하여 소정의 크기를 갖는 나노구 패턴을 형성하는 단계, 상기 나노구 패턴을 포함하는 기판 전면에 소정의 도전막을 증착하는 단계, 상기 나노구 패턴과 상기 나노구 패턴 상부의 도전막을 제거하는 단계 및 상기 나노구 패턴 하부에 남아있는 잔류 고분자막 패턴을 제거하여 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 도전막으로 이루어진 금속막 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴이 형성됨에 따라 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a surface plasmon color filter using nano patterning, the method comprising: forming a chargeable polymer film on a surface of a stamp having a convex portion; Applying a voltage between the metal layer of the stamp and the substrate after the contact, separating the stamp from the substrate and forming a residual polymer film having a charged region charged with negative charge or positive charge on the substrate, Applying a nano-spheres charged with a negative charge or a positive charge, which is opposite in electric charge to a component of the charge region, to the surface of the substrate; etching the nano-spheres to form a nano- Forming a nano-spherical pattern, depositing a predetermined conductive film on the entire surface of the substrate including the nano-spherical pattern, Removing the conductive film on the nano-spherical pattern, and removing the residual polymer film pattern remaining on the lower portion of the nano-spherical pattern to form a permeable film pattern composed of a plurality of holes, A transparent film pattern having a plurality of holes having a period of not more than a wavelength is formed, so that only a specific wavelength of light is selectively transmitted to realize a desired color.

이때, 상기 고분자막은 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetaacrylate; PMMA) 등으로 이루어진 고분자 물질 중에서 선택되는 1종으로 형성하는 것을 특징으로 한다.At this time, the polymer membrane is formed of one selected from a polymer material such as polydimethylsiloxane (PDMS) or polymethylmethacrylate (PMMA).

상기 나노구의 도포는 노즐을 이용하며, 상기 나노구의 에칭은 반응성 이온 에칭 또는 산소 플라즈마 에칭을 이용하는 것을 특징으로 한다.The nano spheres are coated with a nozzle, and the nano spheres are etched using reactive ion etching or oxygen plasma etching.

상기 나노구 패턴과 상기 도전막은 용매를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 한다.And the nano-spherical pattern and the conductive film are removed using a solvent.

상기 스탬프의 볼록부는 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상으로 형성하는 것을 특징으로 한다.And the convex portion of the stamp is formed in a shape corresponding to red, green and blue sub-color filters of the surface plasmon color filter to be formed.

상기 스탬프는 유리기판 위에 볼록부를 가진 금속층으로 이루어진 것을 특징 으로 한다.Wherein the stamp is formed of a metal layer having a convex portion on a glass substrate.

상기 기판이 비전도성 기판일 경우에는 상기 기판 하부에 전도성 기판을 위치시켜 상기 스탬프의 금속층과 전도성 기판 사이에 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.When the substrate is a non-conductive substrate, a conductive substrate is placed under the substrate, and a voltage is applied between the metal layer of the stamp and the conductive substrate.

상기 기판이 비전도성 기판일 경우에는 스퍼터링 챔버 내부에 상기 기판을 삽입한 후 상기 스탬프의 금속층과 기판 지지대 사이에 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.When the substrate is a non-conductive substrate, a voltage is applied between the metal layer of the stamp and the substrate support after inserting the substrate into the sputtering chamber.

상기 잔류 고분자막은 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.And the residual polymer film has a shape corresponding to red, green and blue sub-color filters of a surface plasmon color filter to be formed.

상기 나노구는 실리콘(Si), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 및 폴리스티렌 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 형성하는 것을 특징으로 한다.The nano-spheres are formed of one selected from the group consisting of silicon (Si), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and polystyrene.

상기 적, 녹 및 청색에 해당하는 각각의 서브-컬러필터에 대응하여 각각 다른 크기를 가진 나노구를 도포하는 것을 특징으로 한다.And the nano spheres having different sizes are applied corresponding to the respective sub-color filters corresponding to the red, green and blue colors.

상기 기판 표면 도포된 나노구는 전기적인 인력에 의해서 상기 잔류 고분자막의 대전영역 상에 국부적으로 모여 자기조립된 단층 콜리이드 막(self assembled colloidal monolayer)을 형성하는 것을 특징으로 한다.The nanoparticles coated on the substrate surface are characterized by forming a self assembled colloidal monolayer by locally gathering on the charging region of the residual polymer membrane by an electrical attraction force.

상기 잔류 고분자막의 대전영역 상에 국부적으로 모여 자기조립된 상기 나노구는 2차원 평면상에서 삼각형 격자 형태로 배열하는 것을 특징으로 한다.The nano spheres, which are locally gathered and self assembled on the charging region of the remnant polymer membrane, are arranged in a triangular lattice pattern on a two-dimensional plane.

상기 나노구의 크기를 줄여 상기 홀의 크기와 실질적으로 동일하게 만드는 한편, 상기 홀들 사이의 간격은 일정하게 유지되면서 홀 자체의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.Wherein the size of the nano-spheres is reduced to substantially the same as the size of the holes while the distance between the holes is kept constant, thereby adjusting the size of the holes themselves.

상기 에칭을 통해 상기 나노구 패턴에 의해 가려진 일부 고분자막을 제외한 노출된 고분자막을 제거하여 상기 나노구 패턴과 동일한 형태로 패터닝된 잔류 고분자막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.And removing the exposed polymer film except a part of the polymer film covered by the nano-spherical pattern through the etching to form a residual polymer film pattern patterned in the same shape as the nano-spherical pattern.

상기 투과막 패턴은 상기 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.And the transparent film pattern has a triangular lattice structure in which six nearest holes are located around the hole.

상기 금속막은 알루미늄, 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐, 아연, 철, 크롬, 몰리브덴, 도핑된 반도체, 탄소 나노튜브, 풀러린, 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.Wherein the metal film is selected from the group consisting of aluminum, gold, silver, platinum, copper, nickel, palladium, zinc, iron, chromium, molybdenum, doped semiconductors, carbon nanotubes, fullerenes, conductive plastics, Or a conductive material selected from the group consisting of a mixture containing at least one of them, or a mixture thereof.

상기 투과막 패턴의 홀의 크기는 50nm ~ 10㎛의 값을 가지며, 상기 홀의 주기는 50 ~ 500nm의 값을 가지는 것을 특징으로 한다.The size of the hole of the transmissive film pattern has a value of 50 nm to 10 μm, and the period of the hole has a value of 50 to 500 nm.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법은 기존의 염료 또는 안료를 이용하지 않고, 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 구조가 간단한 컬러필터를 형성함으로써 제조공정을 단순화시킬 수 있고, 제조원가를 낮출 수 있는 효과를 제공한다.As described above, the method of manufacturing a surface plasmon color filter using nanopatterning according to the present invention can simplify the manufacturing process by forming a simple color filter using the surface plasmon phenomenon without using a conventional dye or pigment. And the manufacturing cost can be lowered.

본 발명에 따른 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법은 상기 투과막 패턴의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하도록 삼각형 격자 구조를 채택함으로써 개구율을 15%이상 개선할 수 있게 되며, 그 결과 우수한 단색성 및 투과율을 제공하는 풀(full) 컬러필터의 구현이 가능하다. 또한, 동일한 금속막에서 투과막 패턴의 격자 주기를 변경시킴으로써 투과광의 중심 피크 파장을 조절할 수 있기 때문에 컬러필터의 색 제어가 용이한 이점이 있다.In the method of manufacturing a surface plasmon color filter using nanopatterning according to the present invention, the aperture ratio can be improved by 15% or more by employing a triangular lattice structure so that the six closest holes are located around the holes of the transmissive film pattern, Result It is possible to realize a full color filter which provides excellent monochromaticity and transmittance. In addition, since the center peak wavelength of the transmitted light can be adjusted by changing the lattice period of the transmission film pattern in the same metal film, color control of the color filter can be easily controlled.

본 발명에 따른 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법은 국부적인 대전 영역을 제공하는 스탬프와 주형인 자기조립 가능한 나노미터 크기의 구형 고분자를 이용함으로써 대면적화가 가능하면서 공정을 단순화시키는 동시에 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과를 제공한다.The method of manufacturing a surface plasmon color filter using nanopatterning according to the present invention is a method of manufacturing a surface plasmon color filter using nanopatterning by using a stamp providing a localized charging region and a self-assembling nanometer sized spherical polymer as a mold, Thereby providing an effect of reducing costs.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of a method of manufacturing a surface plasmon color filter using nanopatterning according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

기존의 어레이 기판의 개구율 개선을 통한 투과율 향상은 물리적 한계에 직면하고 있으며, 이에 따라 개구율 개선보다는 컬러필터의 제거를 통한 투과율 향상으로 패러다임(paradigm)의 이동이 필요하다.The improvement of the transmissivity through the improvement of the aperture ratio of the existing array substrate is faced with the physical limitations, and therefore, it is necessary to shift the paradigm by improving the transmissivity by removing the color filter rather than improving the aperture ratio.

이를 위해 소정의 금속막에 특정 파장의 빛만이 선택적으로 투과되도록 투과막 패턴을 형성하여 빛을 필터링(filter)하는 방식이 제안되고 있으며, 이와 같은 표면 플라즈몬 현상을 이용한 컬러필터를 형성하여 적, 녹 및 청색의 빛을 투과시키는 컬러필터를 구현하고자 한다.For this purpose, a method of filtering light by forming a transparent film pattern so that only a specific wavelength of light is selectively transmitted through a predetermined metal film is proposed. A color filter using the surface plasmon phenomenon is formed, And a color filter transmitting blue light.

도 3a 및 도 3b는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 제작한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 컬러필터의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다.3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view schematically showing a structure of a color filter according to a first embodiment of the present invention manufactured using a surface plasmon phenomenon.

도면을 참조하면, 소정의 금속막(152) 내에 일정한 주기(a)를 갖는 파장이하(sub-wavelength)의 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴(153)을 형성하게 되면, 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링(coupling)되면서 특정 파장의 빛만이 투과되고 나머지 파장은 모두 반사됨으로써 적, 녹 및 청색을 얻을 수 있게 된다.Referring to FIG. 1, when a transmissive film pattern 153 having a plurality of sub-wavelength holes having a predetermined period (a) is formed in a predetermined metal film 152, a near infrared ray band As the incident electric field of the incident light and the plasmon are coupled, only light of a specific wavelength is transmitted, and all of the remaining wavelengths are reflected, thereby obtaining red, green and blue.

예를 들어, 은 필름(silver film)에 일정한 주기(a)를 갖는 파장이하의 홀 패턴을 형성하게 되면 홀의 크기(d)와 주기(a)에 따라 선택된 적, 녹 및 청색의 특정 파장의 빛만이 투과됨으로써 RGB 색을 구현할 수 있게 되며, 빛의 투과는 홀 주변의 빛을 끌어들임에 따라 홀 면적보다 많은 양의 빛이 투과될 수 있게 된다.For example, when a hole pattern of a wavelength shorter than a predetermined period (a) is formed in a silver film, only light of a specific wavelength of red, green, and blue selected according to the hole size (d) and the period (a) So that the RGB color can be realized and the light transmission can transmit a larger amount of light than the hole area as the light around the hole is drawn.

참고로, 상기 플라즈몬이란 입사된 빛의 전기장에 의해 금속막 표면에 유도된 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말하는 것으로, 표면 플라즈몬은 플라즈몬이 금속막 표면에 국부적으로 존재하는 것을 말하며, 금속막과 유전체의 경계면을 따라 진행하는 전자기파에 해당한다.For reference, the plasmon refers to a pseudoparticle in which free electrons induced in the surface of a metal film are collectively vibrated by an electric field of incident light. The surface plasmon refers to a plasmon locally present on the surface of a metal film, And the electromagnetic wave propagating along the interface between the dielectric and the dielectric.

또한, 표면 플라즈몬 현상이란 나노 수준의 주기적인 홀 패턴을 갖는 금속막 표면에 빛이 입사할 경우 특정 파장의 빛과 금속막 표면의 자유전자가 공명을 일으켜 특정 파장의 빛을 형성하는 현상을 말하며, 입사된 빛에 의해 표면 플라즈몬을 형성할 수 있는 특정 파장의 빛만이 홀을 투과할 수 있으며 나머지 빛은 모두 금속막 표면에 의해 반사가 이루어진다.The surface plasmon phenomenon refers to a phenomenon in which light of a specific wavelength and free electrons on a metal film resonate to form light of a specific wavelength when light is incident on a metal film surface having a periodic hole pattern at a nano level, Only light of a specific wavelength capable of forming a surface plasmon by the incident light can pass through the hole, and all the remaining light is reflected by the metal film surface.

일반적으로 두꺼운 금속막은 입사광에 대해 비투과 성질을 가지며, 금속막에 형성된 홀의 크기가 입사광 파장보다 매우 작으면 투과광의 세기는 현저히 작게 된 다. 그러나, 파장이하의 작은 홀이라도 금속막에 주기적으로 배열되면 표면 플라즈몬의 여기로 인해 광의 투과도가 크게 증폭되게 된다. 일반적으로 빛 또는 광자는 그 분산 곡선이 표면 플라즈몬의 분산 곡선과 교차되지 않는다. 따라서 광자를 표면 플라즈몬으로 직접 결합시키기 위해 일정한 주기를 가진 홀 패턴의 격자 구조를 금속막 표면에 형성하여 운동량 보존을 만족시킴으로써 표면 플라즈몬을 여기시키게 된다.In general, a thick metal film has a non-transmissive property with respect to incident light. If the size of the hole formed in the metal film is much smaller than the incident light wavelength, the intensity of transmitted light is remarkably small. However, even if a small hole having a wavelength or less is periodically arranged in the metal film, the transmittance of light is greatly amplified due to the excitation of the surface plasmon. In general, the light or photon does not have its dispersion curve intersecting the dispersion curve of the surface plasmon. Therefore, in order to directly couple the photons to the surface plasmons, a lattice structure of a hole pattern with a certain period is formed on the surface of the metal film to excite the surface plasmons by satisfying the momentum conservation.

이와 같은 특성을 이용하여 투과막 패턴, 구체적으로 홀의 주기와 크기, 그리고 금속막의 두께 등을 조절함으로써 원하는 파장의 빛을 투과시키는 것이 가능하게 되는데, 주기가 a인 홀들에 의한 정사각형 배열 구조를 가진 금속막이 있을 때, 여기에 수직 입사하는 광에 의한 투과광의 중심 피크 파장, 즉 표면 플라즈몬 공명 파장은 다음의 수학식 1로부터 주어진다.By using such characteristics, it becomes possible to transmit light of a desired wavelength by controlling the transmissive film pattern, specifically, the period and size of holes and the thickness of the metal film. In this case, a metal having a square arrangement structure When there is a film, the center peak wavelength of the transmitted light due to the light incident perpendicularly thereto, that is, the surface plasmon resonance wavelength, is given by the following equation (1).

수학식 1

Equation 1

여기서,

은 금속의 유전 상수이고,

는 금속에 인접한 유전체 물질의 유전 상수이다. 즉, 투과막 패턴의 주기를 바꾸어 주거나 유전체 물질을 변화시킴으로써 표면 플라즈몬 현상에 의해 투과되는 피크 파장을 조절할 수 있다.here,

Is the dielectric constant of the metal,

Is the dielectric constant of the dielectric material adjacent to the metal. That is, it is possible to control the peak wavelength transmitted by the surface plasmon phenomenon by changing the period of the transmissive film pattern or changing the dielectric material.

이때, 상기 투과막 패턴의 홀은 단순한 원형뿐만 아니라 필요에 따라 타원, 사각형, 삼각형, 슬릿 등 다양한 형태로 변경할 수 있으며, 원형의 경우 크기, 즉 지름은 50nm ~ 10㎛이고 주기는 50 ~ 500nm범위를 가질 수 있다.In this case, the hole of the transmissive film pattern can be changed into various shapes such as an ellipse, a quadrangle, a triangle, a slit and the like as well as a simple circular shape. In the case of a circular shape, the hole has a diameter ranging from 50 nm to 10 μm, Lt; / RTI >

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 사각형 격자 구조의 컬러필 터를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 각각 원형의 홀 및 사각형의 홀로 이루어진 투과막 패턴을 가진 컬러필터의 일부를 개략적으로 나타내고 있다.4A and 4B are plan views schematically showing a color filter of a quadrangular lattice structure according to a first embodiment of the present invention, and schematically show a part of a color filter having a transmissive film pattern composed of circular holes and quadrangular holes, respectively, Respectively.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 컬러필터(150a, 150b)는 금속막(152a, 152b)에 행과 열 방향으로 일정한 주기를 가진 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(153a, 153b)이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시킴에 따라 원하는 컬러를 구현하게 된다.As shown in the figure, the color filters 150a and 150b according to the first embodiment of the present invention are formed by sequentially forming a plurality of color filters 150a and 150b on a metal film 152a and 152b, Patterns 153a and 153b are formed to selectively transmit light of a specific wavelength, thereby realizing a desired color.

이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 컬러필터(150a, 150b)는 홀의 주기적인 배열이 사각형 격자 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.Here, the color filters 150a and 150b according to the first embodiment of the present invention are characterized in that the periodic arrangement of the holes is a square lattice.

여기서, 상기 홀 내로 투과되는 광의 중심 피크 파장은 주기 a에 비례한다. 또한, 투과광의 세기는 가장 인접한 홀의 수 또는 홀의 밀도에 비례하게 된다. 따라서, 투과광의 색순도 및 투과율을 향상시키기 위해서는 가장 인접한 홀의 밀도를 증가시키면 된다.Here, the center peak wavelength of the light transmitted into the hole is proportional to the period a. Also, the intensity of the transmitted light is proportional to the number of the closest holes or the density of holes. Therefore, in order to improve the color purity and transmittance of the transmitted light, the density of the nearest holes may be increased.

구체적으로, 상기 사각형 격자 구조에서 중심 홀로부터 주기 a만큼 떨어진 최인접 홀의 개수는 4개이며, 이들은 중심 홀에 대해 수평 및 수직 방향을 따라 배열되어 있다. 그리고, 상기 중심 홀로부터 2번째로 가장 가까운 홀의 거리는 격자 주기의 1.414배가되며, 이들의 위치는 중심 홀에 대해 대각선 방향에 배열되어 있다.Specifically, in the rectangular lattice structure, the number of the closest holes spaced from the center hole by a period a is four, and they are arranged along the horizontal and vertical directions with respect to the center hole. The distance of the hole closest to the center hole is 1.414 times the lattice period, and the positions thereof are arranged diagonally with respect to the center hole.

기하학적으로 상기 사각형 격자 형태는 가장 인접한 홀의 밀도가 삼각형 격자 형태보다 크지 않다. 예를 들어, 반지름 r의 원형의 홀로 투과막 패턴(153a, 153b)을 형성할 때, 사각형 격자의 단위 셀(unit cell) 당 개구/비개구 면적 비는

인 반면에, 삼각형 격자의 단위 셀 당 개구/비개구 면적 비는

이다. 그러므로, 투과율 및 색재현성 측면에서 상기 사각형 격자 구조는 최적화 되어 있는 구조가 아님을 알 수 있다.Geometrically, the square grid shape is not larger than the triangular grid shape in density of the closest holes. For example, when circularly-formed

holographic film patterns

153a and 153b having a radius r are formed, the ratio of opening / non-opening area per unit cell of the rectangular lattice is

, Whereas the ratio of open / non-open area per unit cell of the triangular lattice is

to be. Therefore, it can be seen that the square lattice structure is not optimized in terms of transmittance and color reproducibility.

이와 같이 투과율과 색재현성을 향상시킬 수 있는 최적의 구조를 만들려면, 중심 홀로부터 가장 인접한 홀들의 밀도를 높여주는 구조를 선택해야만 하며, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.In order to obtain an optimum structure for improving the transmittance and the color reproducibility, a structure for increasing the density of the holes closest to the center hole should be selected and will be described in detail in the following second embodiment of the present invention .

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 삼각형 격자 구조의 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 각각 원형의 홀과 삼각형의 홀 및 사각형의 홀로 이루어진 투과막 패턴을 가진 컬러필터의 일부를 개략적으로 나타내고 있다.FIGS. 5A to 5C are plan views schematically showing a color filter of a triangular lattice structure according to a second embodiment of the present invention, in which a part of a color filter having a transparent film pattern composed of circular holes, triangular holes and rectangular holes, As shown in FIG.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250a~250c)는 금속막(252a~252c)에 행과 열 방향으로 일정한 주기를 가진 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(253a~253c)이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시킴에 따라 원하는 컬러를 구현하게 된다.As shown in the figure, the color filters 250a to 250c according to the second embodiment of the present invention are formed by sequentially laminating a metal film 252a to 252c on a transparent film Patterns 253a to 253c are formed so that only a specific wavelength of light is selectively transmitted, thereby realizing a desired color.

이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250a~250c)는 홀의 주기적인 배열이 삼각형 격자 형태를 이루는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250a~250c)는 상기 투과막 패턴(253a~253c)의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.In this case, the color filters 250a to 250c according to the second embodiment of the present invention are characterized in that the periodic arrangement of the holes is in the form of a triangular lattice. That is, the color filters 250a to 250c according to the second embodiment of the present invention have a triangular lattice structure in which six nearest holes are located around the holes of the transmissive film patterns 253a to 253c .

여기서, 중심 홀로부터 최인접 거리는 격자의 주기와 동일하며, 그 다음 인접한 거리는 주기의 1.732배이다.Here, the closest distance from the center hole is equal to the period of the grating, and the next adjacent distance is 1.732 times the period.

전술한 바와 같이 투과막 패턴(253a~253c)을 구성하는 홀의 횡단면 모양은 원형, 삼각형, 사각형, 타원 및 종횡 비가 1이상인 슬릿 중에서 어느 하나가 될 수 있다. 이때, 상기 종횡 비는 주어진 도형이 형성하는 장축의 길이와 단축의 길이의 비로 정의된다.As described above, the shape of the cross section of the holes constituting the transmissive film patterns 253a to 253c may be any one of a circle, a triangle, a square, an ellipse, and a slit having an aspect ratio of 1 or more. In this case, the aspect ratio is defined as a ratio of the length of the major axis to the length of the minor axis formed by the given figure.

또한, 상기 금속막(252a~252c)의 재료는 가시광선의 전 영역에서 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있는 알루미늄(Al)을 채용하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 금속막(252a~252c)은 알루미늄 이외에 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 도핑된 반도체, 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 풀러린(fullerene), 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 이루어질 수 있다.The material of the metal films 252a to 252c is preferably aluminum (Al) which can cause surface plasmon resonance in the entire region of the visible light. However, the present invention is not limited thereto. The metal films 252a to 252c may be formed of a metal such as gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), copper (Cu), nickel (Ni) A group consisting of zinc (Zn), iron (Fe), chromium (Cr), molybdenum (Mo), doped semiconductors, carbon nanotubes, fullerene, conductive plastics and electrically conductive composites And a conductive material selected from the group consisting of a mixture containing at least one selected from the group consisting of the above materials, and mixtures thereof.

또한, 상기 투과막 패턴(253a~253c)의 홀의 크기는 100nm ~ 300nm인 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 홀의 크기는 50nm ~ 10㎛의 값을 가질 수 있으며, 상기 홀의 주기는 50 ~ 500nm의 값을 가질 수 있다.It is preferable that the size of the holes of the transmissive film patterns 253a to 253c is 100 nm to 300 nm. However, the present invention is not limited thereto, and the hole may have a size of 50 nm to 10 μm, and the period of the hole may have a value of 50 to 500 nm.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도이다.6 is a plan view schematically showing a color filter using a surface plasmon according to a second embodiment of the present invention.

이때, 도면에는 설명의 편의를 위해 좌측으로부터 적, 녹 및 청색에 해당하는 서브-컬러필터로 구성되는 하나의 화소에 대한 컬러필터를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 삼원색 이상의 다원색을 구현하는 경우에도 적용할 수 있다.In this case, for convenience of description, the color filter for one pixel composed of sub-color filters corresponding to red, green and blue colors is shown as an example from the left, but the present invention is not limited thereto. The invention can be applied to the case of implementing multi-primary colors of three or more primary colors.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250)는 금속막(252)에 행과 열 방향으로 일정한 주기를 가진 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(253)이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시킴에 따라 원하는 컬러를 구현하게 된다.As shown in the figure, the color filter 250 according to the second embodiment of the present invention includes a transmissive film pattern 253 composed of a plurality of holes having a predetermined wavelength in a row and a column direction, So that only a specific wavelength of light is selectively transmitted to realize a desired color.

이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250)는 투과막 패턴(253)을 구성하는 홀의 주기적인 배열이 삼각형 격자 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.The color filter 250 according to the second embodiment of the present invention is characterized in that the periodic arrangement of holes constituting the transmissive film pattern 253 is in the form of a triangular lattice.

전술한 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에서 제시한 삼각형 격자 구조는 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 사각형 격자 구조보다 최인접 홀의 수를 1.5배 증가시켜 주며, 홀의 형태가 원형인 경우에 개구/비개구의 면적 비율이 1.15배 크기 때문에 개구율을 15%이상 개선시킬 수 있다. 그 결과 우수한 단색성 및 투과율을 제공하는 풀 컬러필터(250)의 구현이 가능하다. 또한, 동일한 금속막(252)에서 투과막 패턴(253)의 격자 주기를 변경시킴으로써 투과광의 중심 피크 파장을 조절할 수 있기 때문에 컬러필터(250)의 색 제어가 용이한 이점이 있다.As described above, the triangular lattice structure according to the second embodiment of the present invention increases the number of the closest holes by 1.5 times as compared with the square lattice structure according to the first embodiment of the present invention, Since the area ratio of the opening / non-opening is 1.15 times larger, the opening ratio can be improved by 15% or more. As a result, it is possible to realize a full color filter 250 that provides excellent monochromaticity and transmittance. In addition, since the center peak wavelength of the transmitted light can be adjusted by changing the lattice period of the transmissive film pattern 253 in the same metal film 252, color control of the color filter 250 is advantageously facilitated.

그리고, 상기 투과막 패턴(253)은 게이트라인과 데이터라인 및 박막 트랜지스터가 위치하는 영역을 제외한 화소영역 내에 형성되게 되며, 상기 투과막 패턴(253)을 구성하는 홀의 횡단면 모양은 도시된 원형 이외에 삼각형, 사각형, 타원 및 종횡 비가 1이상인 슬릿 중에서 어느 하나가 될 수 있다. 이때, 상기 종횡 비는 주어진 도형이 형성하는 장축의 길이와 단축의 길이의 비로 정의된다.In addition, the transmissive film pattern 253 is formed in the pixel region except for the region where the gate line, the data line, and the thin film transistor are located, and the cross-sectional shape of the holes constituting the transmissive film pattern 253 is a triangle , A square, an ellipse, and a slit having an aspect ratio of 1 or more. In this case, the aspect ratio is defined as a ratio of the length of the major axis to the length of the minor axis formed by the given figure.

또한, 상기 금속막(252)의 재료는 가시광선의 전 영역에서 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있는 알루미늄(Al)을 채용하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 금속막(252)은 알루미늄 이외에 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 도핑된 반도체, 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 풀러린(fullerene), 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 이루어질 수 있다.The material of the metal film 252 is preferably aluminum (Al) which can cause surface plasmon resonance in the entire region of the visible light. However, the present invention is not limited thereto. The metal film 252 may be formed of a metal such as Au, Ag, Pt, Cu, Ni, Pd, Selected from the group consisting of Zn, Fe, Cr, Mo, doped semiconductors, carbon nanotubes, fullerene, And a conductive material selected from the group consisting of or a mixture thereof.

상기의 구조로 형성된 컬러필터(250)에서 기판의 하부 쪽에서 광이 입사되면, 상기 투과막 패턴(253)의 격자 주기에 의해 결정되는 특정한 파장의 빛만이 상기 기판을 투과하게 된다. 즉, 상기 투과막 패턴(253)의 격자 주기가 a일 때, 투과되는 빛의 중심 피크 파장은

로 설계할 수 있다. 또한, 동일 금속막(252)에서 상기 투과막 패턴(253)의 주기가 다른 다수개의 영역들로 분할시킬 수 있으며, 각 분할된 영역에서 각기 다른 파장의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다.When light is incident from the lower side of the substrate in the color filter 250 having the above structure, only light of a specific wavelength determined by the lattice period of the transmissive film pattern 253 is transmitted through the substrate. That is, when the grating period of the transmissive film pattern 253 is a, the center peak wavelength of transmitted light is

. Further, the transmissive film pattern 253 may be divided into a plurality of regions having different periods in the same metal film 252, and light of different wavelengths may be selectively transmitted through the divided regions.

이때, 예를 들어 금속막(252)으로 150nm 두께의 알루미늄을 사용하는 경우 650nm의 중심 피크 파장을 가지는 적색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 주기와 크기는 각각 394nm 및 197nm정도로 하고, 550nm의 중심 피크 파장을 가지는 녹색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 주기와 크기는 각각 333nm 및 167nm정도로 할 수 있으며, 450nm의 중심 피크 파장을 가지는 청색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 주기와 크기는 각각 272nm 및 136nm정도로 할 수 있다.For example, when aluminum having a thickness of 150 nm is used as the metal film 252, in order to transmit red light having a central peak wavelength of 650 nm, the period and the size of holes are set to about 394 nm and 197 nm, respectively, The period and the size of the holes can be set to about 333 nm and 167 nm, respectively. In order for the blue light having the center peak wavelength of 450 nm to pass through, the period and the size of the hole can be set to about 272 nm and 136 nm, respectively .

또한, 상기 투과막 패턴(253)의 홀의 크기는 100nm ~ 300nm인 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 홀의 크기는 50nm ~ 10㎛의 값을 가질 수 있으며, 상기 홀의 주기는 50 ~ 500nm의 값을 가질 수 있다.In addition, the size of the hole of the transmissive film pattern 253 is preferably 100 nm to 300 nm. However, the present invention is not limited thereto, and the hole may have a size of 50 nm to 10 μm, and the period of the hole may have a value of 50 to 500 nm.

한편, 상기와 같은 나노미터 크기의 홀을 포함하는 표면 플라즈몬 컬러필터를 제조하기 위해서는 본 발명에 따른 나노 패터닝 방법이 이용될 수 있는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Meanwhile, in order to manufacture the surface plasmon color filter including the hole having the nanometer size as described above, the nano patterning method according to the present invention can be used and will be described in detail with reference to the drawings.

도 7a 내지 도 7k는 상기 도 6에 도시된 표면 플라즈몬 컬러필터의 A-A'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.FIGS. 7A to 7K are cross-sectional views sequentially showing a manufacturing process according to line A-A 'of the surface plasmon color filter shown in FIG.

또한, 도 8a 내지 도 8g는 상기 도 6에 도시된 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도이다.8A to 8G are plan views sequentially showing the manufacturing process of the surface plasmon color filter shown in FIG.

이때, 설명의 편의상 적, 녹 및 청색에 해당하는 서브-컬러필터로 구성되는 하나의 화소에 대한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법을 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.For the sake of convenience, the method of manufacturing the surface plasmon color filter for one pixel composed of sub-color filters corresponding to red, green, and blue has been described as an example, but the present invention is not limited thereto.

도 7a에 도시된 바와 같이, 볼록부를 가지는 스탬프(205) 표면에 대전성이 있는 고분자막(230)을 형성한다.As shown in Fig. 7A, a polymer film 230 having a charge property is formed on the surface of the stamp 205 having a convex portion.

이때, 상기 고분자막(230)은 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane PDMS;) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetaacrylate; PMMA) 등으로 이루어진 고분자 물질 중에서 선택되는 1종으로 형성된다.At this time, the polymer membrane 230 is formed of one kind of polymer material selected from polydimethylsiloxane PDMS (Polydimethylsiloxane PDMS) or polymethylmethacrylate (PMMA).

또한, 상기 스탬프(205)의 볼록부는 동일 또는 다양한 크기를 갖도록 할 수 있으며, 원하는 패턴 형상에 따라 변형이 가능하다. 특히, 본 발명의 경우에는 상 기 스탬프(205)의 볼록부는 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상을 가질 수 있다.The convex portion of the stamp 205 may have the same or different sizes, and may be deformed according to a desired pattern shape. In particular, in the case of the present invention, the convex portion of the stamp 205 may have a shape corresponding to the red, green and blue sub-color filters of the surface plasmon color filter to be formed.

이때, 예를 들어 상기 스탬프(205)는 유리기판 위에 볼록부를 가진 금속층으로 이루어질 수 있으며, 이 경우에는 유리기판 전면에 플라즈마화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD) 방법, 저압화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD) 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 금속층을 형성하게 된다.In this case, for example, the stamp 205 may be formed of a metal layer having a convex portion on the glass substrate. In this case, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method, a low pressure chemical vapor deposition A low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method or a sputtering method.

이후, 상기 금속층의 전면에 감광성 물질인 포토레지스트를 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 도포하게 된다. 이때, 상기 포토레지스트는 포지티브 타입 포토레지스트 또는 네거티브 타입 포토레지스트를 사용할 수 있다.Then, a photoresist, which is a photosensitive material, is coated on the entire surface of the metal layer by a spin coating method. At this time, the photoresist may be a positive type photoresist or a negative type photoresist.

상기 포토레지스트가 도포된 상기 유리기판 상에 광 차단부와 광 투과부를 구비한 마스크를 위치시킨 후, 상기 마스크를 통해 하부 포토레지스트에 자외선을 조사하게 된다. 이때, 상기 마스크의 광 투과부로 상기 자외선이 통과되면, 포지티브 타입의 포토레지스트를 사용하는 경우에는 현상공정을 통해 상기 마스크의 광 투과부와 대응된 부분의 포토레지스트를 제거함으로써 상기 마스크의 광 차단부와 대응된 부분에 포토레지스트 패턴이 형성되게 된다.After the mask having the light shielding portion and the light transmission portion is placed on the glass substrate coated with the photoresist, ultraviolet rays are irradiated to the lower photoresist through the mask. In this case, when the ultraviolet ray passes through the light transmitting portion of the mask, if a positive type photoresist is used, the photoresist at the portion corresponding to the light transmitting portion of the mask is removed through a developing process, A photoresist pattern is formed on the corresponding portion.

이후, 상기 금속층 상에 형성된 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 건식각(dry etching)을 통해 상기 금속층을 선택적으로 식각함으로써 소정의 볼록부를 갖는 금속층을 형성하게 된다. 이때, 상기 볼록부는 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상을 가지게 된다.Thereafter, the metal layer is selectively etched through dry etching using the photoresist pattern formed on the metal layer as a mask to form a metal layer having a predetermined convex portion. At this time, the convex portion has a shape corresponding to the red, green and blue sub-color filters of the surface plasmon color filter to be formed.

이어서, 상기 볼록부를 갖는 금속층 상에 액상의 PMMA 또는 PDMS를 스핀 코팅, 슬릿 코팅(slit coating), 스프레이 증착 방법 중 선택되는 어느 하나의 방법으로 도포하여 고분자 물질층을 형성한 후, 빛이나 열을 이용하여 경화함으로써 상기 볼록부를 갖는 금속층 표면에 고분자막(230)을 형성하게 된다.Subsequently, a liquid PMMA or PDMS is coated on the metal layer having the convex portion by any one of a spin coating method, a slit coating method and a spray deposition method to form a polymer material layer, The polymer film 230 is formed on the surface of the metal layer having the convex portion.

다음으로, 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 고분자막(230)이 형성된 스탬프(205)를 소정의 기판(210) 표면에 접촉시킨 후, 상기 스탬프(205)의 금속층과 상기 기판(210)에 외부 전압을 인가한다.7B and 7C, after the stamp 205 having the polymer membrane 230 is brought into contact with the surface of the predetermined substrate 210, the metal layer of the stamp 205 and the substrate 210 ). &Lt; / RTI >

이때, 상기 기판(210)은 전도성 기판이어야 하나, 상기 기판(210)이 비전도성 기판일 경우에는 상기 기판(210) 하부에 전도성 기판을 위치시켜 상기 스탬프(205)의 금속층과 전도성 기판에 외부 전압을 인가하거나 스퍼터링 챔버 내부에 상기 기판(210)을 삽입한 후 상기 스탬프(205)의 금속층과 기판 지지대에 전압을 인가함으로써 소정의 대전영역을 형성할 수 있다.When the substrate 210 is a nonconductive substrate, a conductive substrate may be disposed under the substrate 210, and a metal layer of the stamp 205 and an external voltage A predetermined charging region can be formed by applying a voltage to the metal layer of the stamp 205 and the substrate support after inserting the substrate 210 into the sputtering chamber.

다음으로, 도 7d 및 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 기판(210)으로부터 스탬프(205)를 이격, 탈착 하게 되면 상기 기판(210) 위에 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 대전영역을 갖는 잔류 고분자막(230')이 전사되게 된다.Next, as shown in FIGS. 7D and 8A, when the stamp 205 is separated from the substrate 210 and is detached, the negative (-) charge or the positive (+) charge The residual polymer membrane 230 'having the charging region is transferred.

이때, 상기 잔류 고분자막(230')은 상기 스탬프(205)의 볼록부와 실질적으로 동일한 형상인 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상을 가지게 된다.At this time, the residual polymer film 230 'has a shape corresponding to the red, green and blue sub-color filters of the surface plasmon color filter to be formed, which is substantially the same shape as the protrusion of the stamp 205.

이후, 도 7e와 도 7f 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 대전영역의 성분과 반대 전하인 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 나노구(245)를 노즐(240)을 이용 하여 상기 기판(210) 표면에 도포한다.Thereafter, as shown in FIGS. 7E and 7F and 8B, the nano-spheres 245 charged with a negative charge or a positive charge, which is opposite in electric charge to the components of the charge region, And is applied to the surface of the substrate 210 by using the above-

이때, 프린터 토너 방식을 이용할 수 있으며, 상기 나노구(245)는 실리콘(Si), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 및 폴리스티렌 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 나노구(245)는 상기 적, 녹 및 청색에 해당하는 각각의 서브-컬러필터에 대응하여 각각 다른 크기를 가진 나노구(245)를 이용하여 도포되게 된다.The nano spheres 245 may be formed of one kind selected from the group consisting of silicon (Si), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and polystyrene . In addition, the nano-spheres 245 are coated using nano-spheres 245 having different sizes corresponding to the respective sub-color filters corresponding to the red, green, and blue colors.

그리고, 상기 기판(210) 표면 도포된 나노구(245)는 전기적인 인력에 의해서 상기 잔류 고분자막(230')의 대전영역 상에 국부적으로 모여 자기조립된 단층 콜리이드 막(self assembled colloidal monolayer)을 형성하게 된다.The nanoparticles 245 coated on the surface of the substrate 210 are assembled by self-assembling a self assembled colloidal monolayer locally on the charging region of the residual polymer membrane 230 ' Respectively.

이때, 상기 잔류 고분자막(230')의 대전영역 상에 국부적으로 모여 자기조립된 상기 나노구(245)는 2차원 평면상에서 전술한 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬 컬러필터의 홀 배열과 실질적으로 동일한 삼각형 격자 형태로 배열될 수 있다.At this time, the nano-spheres 245 which are locally gathered and self-assembled on the charging region of the remnant polymer membrane 230 'are arranged in a two-dimensional plane on the surface of the surface plasmon color filter according to the second embodiment of the present invention In a substantially triangular lattice form.

이후, 도 7g 및 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 나노구의 크기를 줄여 상기 홀의 크기와 실질적으로 동일하게 만들기 위해 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching; RIE) 또는 산소 플라즈마 에칭을 적용하여 크기가 줄어든 나노구 패턴(245')을 형성한다.As shown in FIGS. 7G and 8C, reactive ion etching (RIE) or oxygen plasma etching is applied to reduce the size of the nano-spheres to substantially equalize the sizes of the holes, Thereby forming a spherical pattern 245 '.

이때, 상기 나노구의 에칭이 필요한 이유는 홀들 사이의 간격은 일정하게 유지되면서 홀 자체의 크기를 조절하기 위한 것이다.At this time, the reason why the etching of the nano-spheres is necessary is to adjust the size of the holes while maintaining a constant gap between the holes.

그리고, 상기 에칭을 통해 상기 나노구 패턴(245')에 의해 가려진 일부 고분 자막을 제외한 노출된 고분자막이 제거되어 상기 나노구 패턴(245')과 실질적으로 동일한 형태로 패터닝된 잔류 고분자막 패턴(230")이 형성되게 된다.The exposed polymer film except for some high molecular films hidden by the nano-spherical pattern 245 'is removed through the etching to remove the residual polymer film pattern 230', which is patterned in substantially the same shape as the nano-spherical pattern 245 ' .

이후, 도 7h 및 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 나노구 패턴(245')을 포함하는 기판(210) 전면에 소정의 도전막(220)을 증착한다. 이때, 상기 도전막(220)은 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 금속막과 실질적으로 동일한 두께로 형성하되, 상기 잔류 고분자막 패턴(230")과 나노구 패턴(245')의 총 두께보다 낮은 두께로 형성할 수 있다.Then, as shown in FIGS. 7H and 8D, a predetermined conductive layer 220 is deposited on the entire surface of the substrate 210 including the nano-spherical pattern 245 '. The conductive film 220 may be formed to have substantially the same thickness as the metal film of the surface plasmon color filter to be formed and may have a thickness less than the total thickness of the residual polymer film pattern 230 '' and the nano-spherical pattern 245 ' .

이때, 상기 도전막(220)의 재료는 가시광선의 전 영역에서 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있는 알루미늄을 채용하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 도전막(220)은 알루미늄 이외에 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐, 아연, 철, 크롬, 몰리브덴, 도핑된 반도체, 탄소 나노튜브, 풀러린, 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 이루어질 수 있다.At this time, the material of the conductive layer 220 preferably includes aluminum which can cause surface plasmon resonance in the entire region of the visible light. However, the present invention is not limited thereto. The conductive layer 220 may be formed of a metal such as gold, silver, platinum, copper, nickel, palladium, zinc, iron, chromium, molybdenum, doped semiconductor, carbon nanotube, fullerene, Conductive plastic, electrically conductive composite material, and the like, or a mixture thereof.

다음으로, 도 7i 및 도 8e에 도시된 바와 같이, 용매(solvent)를 사용하여 상기 나노구 패턴을 완전히 제거하게 된다. 이때, 상기 나노구 패턴 상부의 도전막은 상기 나노구 패턴의 제거와 동시에 제거되게 된다.Next, as shown in FIGS. 7I and 8E, the nanosug pattern is completely removed using a solvent. At this time, the conductive film on the nano-spherical pattern is removed simultaneously with the removal of the nano-spherical pattern.

이후, 도 7j 및 도 8f에 도시된 바와 같이, 산소 플라즈마 에칭 등의 방법으로 상기 나노구 패턴 하부에 남아있는 잔류 고분자막 패턴을 제거하게 되면, 상기 도전막으로 이루어진 금속막(252) 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴(253)이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 표면 플라즈몬 컬러필터(250)가 형성되게 된다.Then, as shown in FIGS. 7J and 8F, when the residual polymer film pattern remaining on the lower portion of the nano-spherical pattern is removed by a method such as oxygen plasma etching, a certain period is formed in the metal film 252 made of the conductive film A transmissive film pattern 253 composed of a plurality of holes having a wavelength equal to or less than the wavelength of the transmissive film pattern 253 is formed so that only a specific wavelength of light is selectively transmitted to form a surface plasmon color filter 250 that realizes a desired color.

다음으로, 도 7k 및 도 8g에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 구성된 투과막 패턴(253)을 포함하는 표면 플라즈몬 컬러필터(250) 상부에 상기 기판(210)의 굴절률과 동일하거나 실질적으로 동일한 유전체 물질을 증착하여 그 표면을 평탄화시키는 소정의 평탄화막(over coating layer)(206)을 형성한다.Next, as shown in FIGS. 7K and 8G, on the surface plasmon color filter 250 including the transmissive film pattern 253 constructed as described above, a dielectric material having the same or substantially the same refractive index as that of the substrate 210, A predetermined overcoating layer 206 is deposited to deposit the material and planarize the surface.

상기 구조를 갖는 표면 플라즈몬 컬러필터(250)에서는 적색 컬러영역 내 적색 컬러용 투과막 패턴을 통해 적색 컬러가 선택 투과되고, 녹색 컬러영역 내 녹색 컬러용 투과막 패턴을 통해 녹색 컬러가 선택 투과되며, 청색 컬러영역 내 청색 컬러용 투과막 패턴을 통해 청색 컬러가 선택 투과됨으로써, RGB 컬러를 구현하게 된다.In the surface plasmon color filter 250 having the above structure, the red color is selectively transmitted through the transmissive film pattern for red color in the red color area, the green color is selectively transmitted through the transmissive film pattern for green color in the green color area, The blue color is selectively transmitted through the transmissive film pattern for the blue color in the blue color area, thereby realizing the RGB color.

이와 같이 본 발명에 따른 나노 패터닝 방법 및 이를 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법은 국부적인 대전 영역을 제공하는 스탬프와 주형인 자기조립 가능한 나노미터 크기의 구형 고분자를 이용함으로써 대면적화가 가능하면서 공정을 단순화시키는 동시에 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과를 제공한다.As described above, the nanopatterning method and the method of manufacturing a surface plasmon color filter using the nanopatterning method according to the present invention can be realized by using a stamp providing a localized charging region and a self-assembling nanometer-sized spherical polymer, Thereby simplifying the manufacturing process and reducing the manufacturing cost.

한편, 표면 플라즈몬 컬러필터를 액정표시장치에 구현하는 방법은 상부 컬러필터 기판에 상기와 같이 제조된 표면 플라즈몬 컬러필터를 형성하는 방법이 있다.Meanwhile, a method of implementing a surface plasmon color filter in a liquid crystal display device includes a method of forming a surface plasmon color filter manufactured as described above on an upper color filter substrate.

이때, 얻을 수 있는 장점은 단일 금속막에 1-스텝(step) 공정으로 투과막 패턴을 형성하여 RGB를 구현하는 한편, 이를 상부 ITO 공통전극이나 배면 ITO로 대신 사용하도록 함으로써 공정이 간단하여 제조 비용을 절감할 수 있다는 것이다.At this time, the advantage that can be obtained is that a transmissive film pattern is formed by a one-step process on a single metal film to realize RGB, and it is used instead of the upper ITO common electrode or the rear ITO, Can be saved.

이와 같이 형성된 컬러필터 기판은 컬럼 스페이서에 의해 일정한 셀갭이 유지된 상태에서 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트에 의해 어레이 기판과 대향하여 합착되게 되는데, 이때 상기 어레이 기판에는 종횡으로 배열되어 다수개의 화소영역을 정의하는 다수개의 게이트라인과 데이터라인, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터 및 상기 화소영역 위에 형성된 화소전극이 형성되어 있다.The color filter substrate thus formed is fixed to the array substrate by the sealant formed on the outer periphery of the image display region while the cell gap is maintained by the column spacer. In this case, A thin film transistor which is a switching element formed in a crossing region between the gate line and the data line, and a pixel electrode formed on the pixel region are formed.

이때, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인에 연결된 게이트전극, 상기 데이터라인에 연결된 소오스전극 및 상기 화소전극에 연결된 드레인전극으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극과 소오스/드레인전극 사이의 절연을 위한 제 1 절연막 및 상기 게이트전극에 공급되는 게이트전압에 의해 상기 소오스전극과 드레인전극 사이에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브층을 포함한다.The thin film transistor includes a gate electrode connected to the gate line, a source electrode connected to the data line, and a drain electrode connected to the pixel electrode. The thin film transistor may include a first insulating layer for insulation between the gate electrode and the source / drain electrode, and a conductive channel between the source electrode and the drain electrode by a gate voltage supplied to the gate electrode Active layer.

한편, 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터는 금속막을 사용하기 때문에 고온 공정에도 손상을 입지 않는다는 장점이 있다. 이를 착안하여 어레이 기판에 컬러필터를 형성하는 방법을 생각할 수 있다.On the other hand, the color filter using the surface plasmon has the advantage that it is not damaged by the high temperature process because it uses the metal film. And a color filter is formed on the array substrate by drawing attention to this.

이때, 상기 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터는 셀 내부, 즉 박막 트랜지스터 어레이 하부에 위치시킬 수 있으며, 또는 셀 외부 즉, 어레이 기판의 외부 면에 형성하는 것도 가능하다.At this time, the color filter using the surface plasmon can be located inside the cell, that is, under the thin film transistor array, or on the outside of the cell, that is, the outer surface of the array substrate.

이 경우 상부 컬러필터 기판에는 컬러필터와 블랙매트릭스를 제외한 공통전극이 형성될 수 있으며, 상기 어레이 기판에 형성된 표면 플라즈몬을 이용한 컬러 필터는 플로팅(floating)되거나 접지(ground)될 수 있다.In this case, a common electrode other than the color filter and the black matrix may be formed on the upper color filter substrate, and the color filter using the surface plasmon formed on the array substrate may be floating or grounded.

이와 같이 어레이 기판에 컬러필터를 형성할 경우 상부 컬러필터 기판과 하부 어레이 기판의 정렬을 위한 마진 확보가 불필요하여 패널 설계시 개구율을 추가로 확보할 수 있다는 장점이 있으며, 이로 인해 패널의 투과율을 향상시킬 수 있다. 패널 투과율이 향상되면 백라이트의 밝기를 감소시킬 수 있으므로 백라이트에 대한 전력 소비가 감소하게 되는 효과를 제공한다.When the color filter is formed on the array substrate, it is unnecessary to secure a margin for aligning the upper color filter substrate and the lower array substrate, thereby further securing an aperture ratio when designing the panel, thereby improving the transmittance of the panel . As the panel transmittance is improved, the brightness of the backlight can be reduced, thereby reducing the power consumption for the backlight.

이와 같이 백라이트의 전력 소비가 감소함에 따라 다원색 화소를 구현할 수 있게 되어 고색재현의 화질을 얻을 수 있는 효과를 제공한다.As the power consumption of the backlight is reduced as described above, it is possible to realize a multi-primary-color pixel, thereby providing an effect of obtaining a high-quality color reproduction image.

또한, 어레이 기판에 컬러필터를 형성하여 컬러필터 공정라인을 제거하는 경우 시설투자비와 건설비를 약 50%정도 절감할 수 있는 효과를 제공한다.In addition, when a color filter is formed on an array substrate to remove a color filter process line, the facility investment cost and the construction cost can be reduced by about 50%.

상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.While a great many are described in the foregoing description, it should be construed as an example of preferred embodiments rather than limiting the scope of the invention. Therefore, the invention should not be construed as limited to the embodiments described, but should be determined by equivalents to the appended claims and the claims.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 분해사시도.1 is an exploded perspective view schematically showing a structure of a general liquid crystal display device.

도 2는 일반적인 안료분산법을 이용한 컬러필터를 사용할 경우의 패널의 투과효율을 개략적으로 나타내는 예시도.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a color filter.

도 3a 및 도 3b는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 제작한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 컬러필터의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도.FIGS. 3A and 3B are a plan view and a sectional view schematically showing a structure of a color filter according to a first embodiment of the present invention, which is manufactured using surface plasmon phenomenon. FIG.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 사각형 격자 구조의 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도.4A and 4B are plan views schematically showing a color filter of a rectangular lattice structure according to a first embodiment of the present invention.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 삼각형 격자 구조의 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도.5A to 5C are plan views schematically showing a color filter of a triangular lattice structure according to a second embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도.6 is a plan view schematically showing a color filter using a surface plasmon according to a second embodiment of the present invention.

도 7a 내지 도 7k는 상기 도 6에 도시된 표면 플라즈몬 컬러필터의 A-A'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.FIGS. 7A to 7K are cross-sectional views sequentially showing a manufacturing process according to line A-A 'of the surface plasmon color filter shown in FIG. 6; FIG.

도 8a 내지 도 8g는 상기 도 6에 도시된 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도.8A to 8G are plan views sequentially showing a manufacturing process of the surface plasmon color filter shown in FIG.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS

205 : 스탬프 210 : 기판205: stamp 210: substrate

220 : 도전막 230 : 대전막220: conductive film 230:

230'~230'" : 대전막 패턴 240 : 노즐230 ' to 230 "": Charging pattern 240: Nozzle

245 : 나노구 245' : 나노구 패턴245: Nanogu 245 ': Nanogu pattern

250 : 컬러필터 252 : 금속막250: color filter 252: metal film

253 : 투과막 패턴253: Permeate film pattern

Claims

볼록부를 가지는 스탬프 표면에 대전성이 있는 고분자막을 형성하는 단계;Forming a chargeable polymer film on a stamp surface having a convex portion;

상기 고분자막이 형성된 스탬프를 소정의 기판 표면에 접촉시킨 후, 상기 스탬프의 금속층과 상기 기판 사이에 전압을 인가하는 단계;Applying a voltage between the metal layer of the stamp and the substrate after the stamp having the polymer film is brought into contact with a surface of a predetermined substrate;

상기 기판으로부터 상기 스탬프를 분리하여 상기 기판 위에 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 대전영역을 갖는 잔류 고분자막을 전사하는 단계;Separating the stamp from the substrate and transferring a residual polymer film having a charged region charged with negative (-) charge or positive (+) charge on the substrate;

상기 대전영역의 성분과 반대 전하인 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 나노구를 상기 기판 표면에 도포하는 단계;Applying a negatively charged nano-spheres to the surface of the substrate with a negative charge or a positive charge opposite to the charge in the charge region;

상기 나노구를 에칭하여 소정의 크기를 갖는 나노구 패턴을 형성하는 단계;Etching the nano-spheres to form a nano-spherical pattern having a predetermined size;

상기 나노구 패턴을 포함하는 기판 전면에 소정의 도전막을 증착하는 단계;Depositing a predetermined conductive film on the entire surface of the substrate including the nano-spherical pattern;

상기 나노구 패턴과 상기 나노구 패턴 상부의 도전막을 제거하는 단계; 및Removing the conductive film on the nano-spherical pattern and the nano-spherical pattern; And

상기 나노구 패턴 하부에 남아있는 잔류 고분자막 패턴을 제거하여 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴을 형성하는 단계를 포함하며,And removing the residual polymer film pattern remaining on the lower portion of the nano-spherical pattern to form a permeable film pattern having a plurality of holes,

상기 도전막으로 이루어진 금속막 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 상기 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.Wherein a transmissive film pattern composed of a plurality of holes having a wavelength not more than a predetermined period is formed in a metal film made of the conductive film to selectively transmit light of a specific wavelength to realize a desired color.

제 1 항에 있어서, 상기 고분자막은 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetaacrylate; PMMA)의 고분자 물질 중에서 선택되는 1종으로 형성하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The method of claim 1, wherein the polymer membrane is one selected from the group consisting of polydimethylsiloxane (PDMS) and polymethylmethacrylate (PMMA).

제 1 항에 있어서, 상기 나노구는 노즐을 이용하여 도포하는 면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The method of claim 1, wherein the nanoparticles are applied using a nozzle.

제 1 항에 있어서, 상기 나노구는 반응성 이온 에칭 또는 산소 플라즈마 에칭을 이용하여 에칭하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The method of claim 1, wherein the nano-spheres are etched using reactive ion etching or oxygen plasma etching.

제 1 항에 있어서, 상기 나노구 패턴과 상기 도전막은 용매를 사용하여 제거하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The method of manufacturing a surface plasmon resonance color filter according to claim 1, wherein the nanoparticle pattern and the conductive film are removed using a solvent.

제 1 항에 있어서, 상기 스탬프의 볼록부는 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적색과, 녹색 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상으로 형성하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the convex portion of the stamp is formed in a shape corresponding to red, green, and blue sub-color filters of a surface plasmon color filter to be formed.

제 1 항에 있어서, 상기 스탬프는 유리기판 위에 상기 볼록부를 가진 금속층으로 형성하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The method of manufacturing a surface plasmon color filter according to claim 1, wherein the stamp is formed of a metal layer having a convex portion on a glass substrate.

제 1 항에 있어서, 상기 기판이 비전도성 기판일 경우에는 상기 기판 하부에 전도성 기판을 위치시켜 상기 스탬프의 금속층과 상기 전도성 기판 사이에 전압을 인가하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The method of claim 1, wherein when the substrate is a nonconductive substrate, a conductive substrate is placed under the substrate to apply a voltage between the metal layer of the stamp and the conductive substrate.

제 1 항에 있어서, 상기 기판이 비전도성 기판일 경우에는 스퍼터링 챔버 내부에 상기 기판을 삽입한 후 상기 스탬프의 금속층과 상기 스퍼터링 챔버 내부의 기판 지지대 사이에 전압을 인가하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The method of claim 1, wherein when the substrate is a nonconductive substrate, a voltage is applied between a metal layer of the stamp and a substrate support within the sputtering chamber after inserting the substrate into the sputtering chamber .

제 1 항에 있어서, 상기 잔류 고분자막은 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적색과, 녹색 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상을 가지도록 형성되는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The method of manufacturing a surface plasmon color filter according to claim 1, wherein the residual polymer film is formed to have a shape corresponding to red, green, and blue sub-color filters of a surface plasmon color filter to be formed.

제 1 항에 있어서, 상기 나노구는 실리콘(Si), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 및 폴리스티렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 형성하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The method of claim 1, wherein the nanosphere is one selected from the group consisting of silicon (Si), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and polystyrene.

제 10 항에 있어서, 상기 적색과, 녹색 및 청색에 해당하는 각각의 서브-컬러필터에 대응하여 각각 다른 크기를 가진 나노구를 도포하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The method of claim 10, wherein nanoparticles having different sizes corresponding to the respective sub-color filters corresponding to the red, green, and blue colors are applied.

제 1 항에 있어서, 상기 기판 표면 도포된 나노구는 전기적인 인력에 의해서 상기 잔류 고분자막의 대전영역 상에 국부적으로 모여 자기조립된 단층 콜로이드 막(self assembled colloidal monolayer)을 형성하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The manufacturing method of a surface plasmon resonance color filter according to claim 1, wherein the nano-spheres coated on the surface of the substrate are formed by self-assembled monolayer colloidal films (self assembled colloidal monolayer) locally gathered on the charging region of the residual polymer membrane by an electrical attraction Way.

제 13 항에 있어서, 상기 잔류 고분자막의 대전영역 상에 국부적으로 모여 자기조립된 상기 나노구는 2차원 평면상에서 삼각형 격자 형태로 배열하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.14. The method of claim 13, wherein the nano-spheres self-assembled locally on the charging region of the remnant polymer membrane are arranged in a triangular lattice form on a two-dimensional plane.

제 1 항에 있어서, 상기 나노구의 크기를 줄여 상기 홀의 크기와 동일하게 만드는 한편, 상기 홀들 사이의 간격은 일정하게 유지되면서 상기 홀 자체의 크기를 조절하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The method of claim 1, wherein the size of the nano-spheres is reduced to be equal to the size of the holes, and the size of the holes is adjusted while maintaining a constant distance between the holes.

제 1 항에 있어서, 상기 에칭을 통해 상기 나노구 패턴에 의해 가려진 일부 고분자막을 제외한 노출된 고분자막을 제거하여 상기 나노구 패턴과 동일한 형태로 패터닝된 잔류 고분자막 패턴을 형성하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The manufacturing method of a surface plasmon resonance color filter according to claim 1, further comprising: removing the exposed polymer film except a part of the polymer film covered by the nano-spherical pattern through the etching to form a residual polymer film pattern patterned in the same shape as the nano- .

제 1 항에 있어서, 상기 투과막 패턴은 상기 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 형성하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The manufacturing method of a surface plasmon color filter according to claim 1, wherein the transmissive film pattern forms a triangular lattice structure in which six nearest holes are located around the holes.

제 1 항에 있어서, 상기 금속막은 알루미늄, 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐, 아연, 철, 크롬, 몰리브덴, 도핑된 반도체, 탄소 나노튜브, 풀러린, 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 형성하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the metal film is made of aluminum, gold, silver, platinum, copper, nickel, palladium, zinc, iron, chromium, molybdenum, doped semiconductors, carbon nanotubes, fullerenes, conductive plastics and electrically conductive composites And a conductive material selected from the group consisting of a mixture containing at least one selected from the group consisting of carbon black and a mixture thereof.

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