KR101994388B1 - 유전체 기반 반사형 컬러필터 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

유전체 기반 반사형 컬러필터 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유전체 기반 반사형 컬러필터 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광 반사가 가능한 기판 층; 및 상기 기판 층 상에 형성되는 유전체 층을 포함하고, 상기 유전체 층은, 제1 방향으로 연장되는 제1 구조물과, 상기 제1 구조물과 교차하고 제2 방향으로 연장되는 제2 구조물로 구성되는 복수 개의 유전체 유닛을 포함하고, 복수 개의 상기 유전체 유닛은 상기 기판 상에 서로 이격되게 배치되는 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.

Description

유전체 기반 반사형 컬러필터 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{DIELECTRIC BASED REFLECTIVE COLOR FILTER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 유전체 기반 반사형 컬러필터 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반사형 컬러필터는 전력을 소비하는 인위적인 내부광을 이용하는 것이 아니라, 백색광 등의 외부광을 반사수단에 의해 반사시킴으로써 색상을 구현할 수 있는 것을 의미한다. 즉, 반사형 컬러필터는 입사되는 백색광을 반사할 때 특정 파장만을 선택적으로 반사함으로써 색상(컬러)를 표시할 수 있다. 이와 같은 반사형 컬러필터는 높은 에너지 효율과 낮은 전력 소모 및 우수한 가독성 등을 가질 수 있는 바 디스플레이 장치에 이를 응용하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다.
이러한 반사형 컬러필터는 금속기반(플라즈모닉스) 메타물질을 이용한 컬러필터가 주를 이뤘다. 하지만 금속 내부의 고유한 손실로 인해 높은 효율 달성이 어렵기 때문에 최근 금속 기반 구조체를 유전체 기반의 구조체로 대체하려는 시도가 있었다.
이러한 시도는 크게 컬러필터를 구성하는 유전체 나노 구조체의 소재나 그 모양을 연구하는 것으로 구분될 수 있는데, 예를 들어 나노 구조체를 사각형, 원기둥, 반구 등의 형태로 형성하는 연구 결과가 제시된 바 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 연구 결과는 표현할 수 있는 색상의 종류가 제한되어 있어 실제 상용화되기 어려운 수준이며, 디스플레이 장치에 실질적으로 적용할 수 없다는 한계가 있다.
또한, 단순한 사각형, 원기둥, 반구 형태는 대칭성 등 그 구조적인 특징 때문에 빛의 편광에 따른 동적 변화를 보이지 않는다는 한계가 있다.
특허문헌: 한국등록특허공보 제10-1631983호 (2016.06.14)
본 발명의 실시예들은 더 많은 색의 구현이 가능한 유전체 기반 반사형 컬러필터 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
또한, 입사광의 편광각도 변화에 따라 색을 변화시킬 수 있는 유전체 기반 반사형 컬러필터 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 광 반사가 가능한 기판 층; 및 상기 기판 층 상에 형성되는 유전체 층을 포함하고, 상기 유전체 층은, 제1 방향으로 연장되는 제1 구조물과, 상기 제1 구조물과 교차하고 제2 방향으로 연장되는 제2 구조물로 구성되는 복수 개의 유전체 유닛을 포함하고, 복수 개의 상기 유전체 유닛은 상기 기판 상에 서로 이격되게 배치되는 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 구조물과 상기 제2 구조물이 서로 교차하는 교차부를 중심으로 상기 제1 구조물은 대칭을 이루는 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 교차부를 중심으로 상기 제2 구조물은 대칭을 이루는 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 구조물은 직사각형 형상의 평면을 갖는 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2 구조물은 직사각형 형상의 평면을 갖는 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 구조물과 상기 제2 구조물은, 직육면체 형상으로 형성되고 동일한 높이를 갖는 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 구조물과 상기 제2 구조물의 높이는 200nm인 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 유전체 유닛은 '+'자 형상의 평면을 갖는 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 수직인 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 구조물 및 상기 제2 구조물의 길이는 60nm 내지 220nm이고, 상기 제2 구조물 및 상기 제2 구조물의 길이는 40nm 내지 120nm이고, 상기 제1 구조물과 상기 제2 구조물의 평면 상의 중심은 서로 일치하는 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
또한, 복수 개의 상기 유전체 유닛 중에서 적어도 일부는 상기 제1 방향이 다른 일부와 다르게 형성되는 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
또한, 복수 개의 상기 유전체 유닛 중에서 적어도 일부는 상기 제1 방향이 동일하게 형성되는 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 방향은 입사되는 빛의 편광된 방향과 소정의 각을 형성하고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 수직을 이루는 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
또한, 상기 기판 층은 이산화규소로 이루어지고, 상기 유전체 층은 비정질 실리콘으로 이루어지는 유전체 기반 반사형 컬러필터가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판 층을 준비하는 단계; 상기 기판 층에 유전체 층을 적층하는 단계; 상기 유전체 층에 포토레지스트를 적층하는 단계; 상기 포토레지스트에 제1 방향으로 연장되는 제1 구조물과, 상기 제1 구조물과 교차하고 제2 방향으로 연장되는 제2 구조물로 구성되는 복수 개의 유전체 유닛을 포함하는 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴에 필름 층을 증착하는 단계; 리프트 오프를 통해 상기 패턴에 대응되는 필름을 제외한 나머지 필름과 상기 포토레지스트를 제거하는 단계; 및 상기 패턴에 대응되는 상기 유전체 층을 제외한 부분을 식각하는 단계를 포함하는 유전체 기반 반사형 컬러필터의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 기판 층은 이산화규소로 이루어지고, 상기 유전체 층은 비정질 실리콘인 유전체 기반 반사형 컬러필터의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 비정질 실리콘은 PE-CVD 공정에 의해 상기 기판 층에 증착되는 유전체 기반 반사형 컬러필터의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직이고, 상기 제1 구조물과 상기 제2 구조물은 평면 상 직사각형 형상을 갖는 유전체 기반 반사형 컬러필터의 제조 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 패턴은 E빔 리소그래피에 의해 형성되고, 상기 필름은 크롬으로 이루어지는 유전체 기반 반사형 컬러필터의 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 유전체 기반 반사형 컬러필터 또는 상기 제조 방법에 의해 제조된 유전체 기반 반사형 컬퍼필터를 포함하는 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 더 많은 색을 구현할 수 있는 유전체 기반 반사형 컬러필터 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 입사광의 편광각도 변화에 따라 색을 변화시킬 수 있는 유전체 기반 반사형 컬러필터 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 유전체 유닛의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 1의 유전체 유닛의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터의 반사 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터의 CIE 색도도를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터에 의해 실제로 구현된 이미지를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터의 제조 방법을 보여주는 공정도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터를 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 유전체 유닛의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터(10)는 광 반사가 가능한 기판 층(11)과, 기판 층(11) 상에 형성되는 유전체 층(12)을 포함한다.
여기서, 유전체 층(12)은 제1 방향으로 연장되는 제1 구조물(121)과, 제1 구조물과 교차하고 제2 방향으로 연장되는 제2 구조물(122)로 구성되는 복수 개의 유전체 유닛(120)을 포함하고, 복수 개의 유전체 유닛(120)은 기판 상에 서로 이격되게 배치된다.
본 실시예에서, 제1 방향은 도 2를 기준으로 좌측 하단에서 우측 상단을 향하는 방향이고, 제2 방향은 도 2를 기준으로 좌측 상단에서 우측 하단을 향하는 방향으로 이해될 수 있으나, 제1 방향 및 제2 방향은 각 유전체 유닛(120) 마다 설정될 수 있다.
이와 같은 유전체 층(12)은 입사되는 빛의 진행 방향과 나란한 산란을 없앨 수 있으며, 빛의 진행 방향과 반대되는 방향의 산란을 증폭시킬 수 있다. 이때, 유전체 유닛(120)의 구조적 특성을 변화시킴으로써 입사되는 빛의 편광에 따라 반사되는 공명 파장대를 조절할 수 있다. 즉, 유전체 유닛(120)의 구조적 특성에 따라 각 유전체 유닛(120)이 구현하는 색상은 다르게 설정될 수 있다. 여기서, 유전체 유닛(120)의 구조적 특성은 제1 구조물(121)의 길이와 폭, 제2 구조물(122)의 길이와 폭, 및 제1 방향의 각도를 포함하며, 경우에 따라서는 제1 구조물(121)과 제2 구조물(122)의 두께도 포함할 수 있다.
또한, 복수 개의 유전체 유닛(120)은 일 예로, 기 설정된 간격으로 제1 방향, 제2 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 이에 의해 각각의 유전체 유닛(120)이 구현해 내는 색들이 조합되어 소정의 이미지를 표시할 수 있다.
본 실시예에서, 기판 층(11)은 이산화규소(SiO2)이고, 유전체 층(12)은 비정질 실리콘인 것을 예로 들어 설명한다. 기판 층(11)과 유전체 층(12)의 굴절률 차이가 클수록 반사되는 색을 더 넓은 범위로 조절할 수 있고, 더 선명한 색상을 구현할 수 있는데, 본 실시예에서와 같이 기판 층(11)을 이산화규소(SiO2)로 하고, 유전체 층(12)을 비정질 실리콘으로 하는 경우 이와 같은 효과를 충분히 얻을 수 있다. 그러나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 기판 층(11)으로서는 전기가 통하는 유전체 층, 예를 들어 ITO 등이 사용될 수 있고, 유전체 층(12)으로서는 굴절률이 높고 가시광 영역의 빛의 흡수율이 낮은 이산화티타늄(TiO2), 실리콘게르마늄(SiGe), 수소화 실리콘(Si:H) 등이 사용될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 제1 방향과 제2 방향이 서로 수직인 것을 예로 들어 설명한다. 이 경우 제1 구조물(121)과 제2 구조물(122)의 양 단부 사이의 거리가 충분히 확보될 수 있으므로 제1 구조물(121)과 제2 구조물(122)이 가깝게 형성되는 경우보다 용이하게 제조할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 방향과 제2 방향은 수직이 아닌 소정의 다른 각도를 가질 수도 있다. 다만, 제1 방향과 제2 방향을 수직으로 하고 제1 구조물(121)과 제2 구조물(122)의 크기를 조절하여 특정 각도로 편광된 빛에 반응하게 하는 유전체 유닛(120)은, 그러한 특정 각도로 편광된 빛에 반응하도록 제1 방향과 제2 방향이 소정의 각도를 갖도록 형성된 유전체 유닛과 유사한 효과를 발휘할 수 있다.
제1 구조물(121)과 제2 구조물(122)은 교차부(123)를 중심으로 서로 교차한다. 즉, 교차부(123)는 제1 구조물(121)의 일부이자 제2 구조물(122)의 일부로 이해될 수 있다.
또한, 제1 구조물(121)은 교차부(123)를 중심으로 제1 방향으로 대칭을 이룰 수 있고, 제2 구조물(122)도 교차부(123)를 중심으로 제2 방향으로 대칭을 이룰 수 있다. 도시된 것처럼 제1 구조물(121)과 제2 구조물(122)이 모두 교차부(123)를 중심으로 대칭을 이루는 경우, 유전체 유닛(120)은 '+'자 형태의 평면을 가질 수 있다.
한편, 제1 구조물(121)은 직사각형 형태의 평면을 가질 수 있다. 이때, 제1 구조물(121)의 길이(a1)는 60nm 내지 220nm이고, 폭(b1)은 40nm 내지 120nm일 수 있다. 또한, 제2 구조물(122)도 직사각형 형태의 평면을 가질 수 있으며, 제2 구조물(122)의 길이(a2)는 60nm 내지 220nm이고, 폭(b2)은 40nm 내지 120nm일 수 있다. 본 실시예에서, 길이는 각 구조물이 연장되는 방향으로의 너비를 의미하며, 폭은 각 구조물이 연장되는 방향에 대해 수직인 방향으로의 너비를 의미한다.
이와 같이, 제1 구조물(121)과 제2 구조물(122)이 각각 60nm 내지 220nm의 길이와 40nm 내지 120nm의 폭을 갖는 경우, 일반적으로 디스플레이 장치에서 사용되는 색상의 파장대역에 대응되는 빛을 반사해 낼 수 있다. 특히, 유전체 유닛(120)의 크기가 커질수록 적색광의 반사율이 커지며, 작아질수록 청색광의 반사율이 커지는 경향을 보일 수 있다.
한편, 제1 구조물(121)이 연장되는 제1 방향은 입사되는 빛의 편광된 방향과 소정의 각(α)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향은 입사되는 빛의 편광된 방향과 평행할 수 있으며, 이 경우 α는 0도이다. 또한, 제2 방향이 입사되는 빛의 편광된 방향과 평행할 수 있으며, 이 경우 α는 90도일 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 복수 개의 유전체 유닛(120)의 α는 모두 동일하게 설정되어 있다.
이때, 복수 개의 유전체 유닛(120) 중 적어도 일부는 제1 방향이 다른 일부와 다르게 형성될 수 있다. 다시 말하면, 복수 개의 유전체 유닛(120) 중 일부의 α와 다른 일부의 α는 서로 다르게 설정될 수 있다. 이는 복수 개의 유전체 유닛(120)이 적어도 2개 이상의 색을 나타낼 수 있다는 의미로 이해될 수 있다.
또한, 복수 개의 유전체 유닛(120) 중 적어도 일부는 제1 방향이 동일하게 형성될 수 있다. 다시 말하면, 복수 개의 유전체 유닛(120) 중 하나 또는 그 이상은 α가 동일하게 설정될 수 있다. 이는 하나의 색을 나타내는 유전체 유닛(120)이 복수 개 있을 수 있다는 의미로 이해될 수 있다.
여기서, 제1 구조물(121)과 제2 구조물(122)은 각각 직육면체일 수 있으며, 교차부(123)를 그 일부로서 공유할 수 있다. 이 경우, 제1 구조물(121)과 제2 구조물(122)의 높이, 즉 기판 층(11)으로부터 돌출된 길이는 서로 동일하게 형성될 수 있다. 이와 같이 설정되는 경우 유전체 유닛(120)을 후술하는 공정, 즉 증착 공정에 의해 한번에 형성할 수 있으므로 생산성이 향상될 수 있다.
일 예로, 제1 구조물과 제2 구조물의 높이는 200nm로 설정될 수 있다. 본 발명에 있어서, 각각의 유전체 유닛이 구현하는 색상은 제1 구조물 및 제2 구조물의 구조적 특성에 의해 변화될 수 있는데, 각 구조물의 높이도 각 유전체 구조물이 구현하는 색상에 영향을 미칠 수도 있다. 즉, 상술한 5개의 변수 외에 특히, 본 실시예에서와 같이 제1 구조물과 제2 구조물이 200nm로 형성되는 경우, 순수한 R, G, B 색상을 모두 잘 구현해 낼 수 있다.
유전체 유닛(120)의 두께가 얇아질수록 색을 표현하는 공명피크(Resonance peak)가 청색광에 가까워지게 된다. 이는 유전체 유닛(120)의 두께가 얇아지면 더 짧은 파장(Blue측)이 구조물 내에서 공명이 생기기 점점 용이해 지게 되고, 반면, Red 측 파장은 자기 자신의 파장이 너무 길기 때문에 그 구조물 내에서 공명을 일으키지 어려워 지게 되기 때문이다. 그에 따라 유전체 유닛(120)의 두께의 최적화가 필요하며, 200nm 두께인 경우 순수한, R, G, B를 모두 구현할 수 있다.
이와 같이, 제1 구조물(121) 및 제2 구조물(122)의 길이와 폭, 제1 방향의 각도 등 5개의 구조 변수를 바꿈에 따라 유전체 유닛(120)은 다양한 색을 표현해 낼 수 있다. 특히, 제1 구조물(121) 및 제2 구조물(122)이 직사각형 형상의 평면을 갖고, 교차부(123)를 기준으로 서로 대칭으로 형성되며, 제1 방향과 제2 방향이 서로 수직인 경우, 구조 변수의 조절이 용이하며, 이론적으로 예상되는 색상을 예측하여 설계가 용이해지는 장점이 있다.
도 3은 도 1의 유전체 유닛의 다른 예를 보여주는 도면이다.
구체적으로, 도 3의 세 유닛은 모두 200nm의 높이로 형성되었으며, 도 3에서 상하 방향을 기준으로 제1 방향의 각도가 설정되었으며, 제1 방향과 제2 방향은 수직을 이룬다. 즉, 도 3에서 입사되는 빛의 편광 방향은 상하 방향이다.
도 3의 (a)는 a1 = 188nm, b1 = 102 nm, a2 = 124nm, b2 = 120nm, α= 90도로 형성된 유전체 유닛(120)이며, (a)의 유전체 유닛(120)은 백색광이 입사되었을 때 적색광을 반사할 수 있다.
또한, 도 3의 (b)는 a1 = 60nm, b1 = 102 nm, a2 = 124nm, b2 = 30nm, α= 90도로 형성된 유전체 유닛(120)이며, (b)의 유전체 유닛(120)은 백색광이 입사되었을 때 녹색광을 반사할 수 있다.
또한, 도 3의 (c)는 a1 = 156nm, b1 = 30 nm, a2 = 156nm, b2 = 30nm, α= 54도로 형성된 유전체 유닛(120)이며, (b)의 유전체 유닛(120)은 백색광이 입사되었을 때 청색광을 반사할 수 있다.
이와 같은 유전체 유닛(120)의 구조는 예시적으로 언급된 것이며, a1, b1, a2, b2, 및 α를 조절함으로써 더욱 많은 색상을 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터의 반사 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 4에서, RED라인은 상술한 도 3의 (a)와 같이 적색광에 해당하는 파장에서 강하게 공명하여 적색광 주변의 파장을 선택적으로 반사시키는 유전체 유닛(120)의 반사 스펙트럼이다. 마찬가지로 GREEN라인과 BLUE라인은 각각 도 3의 (b), (c)와 같이 녹색광, 청색광을 선택적으로 반사시키는 유전체 유닛(120)의 반사 스펙트럼이다.
도 4를 참조하면, 각각의 유전체 유닛(120)은 설계에서 의도한 바와 같이 각각의 색상에 대응되는 영역의 파장대역을 강하게 반사시킴으로써 특정한 색상을 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터의 CIE 색도도를 보여주는 그래프이다.
도 5의 색도도에서, 점으로 표현된 부분이 유전체 유닛(120)의 시뮬레이션 결과 얻을 수 있는 색상을 의미하며, 이는 출원일 현재까지의 시뮬레이션 결과로서 구조적인 변수를 더욱 다양하게 조합한다면 구현 가능한 색상은 더욱 늘어날 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터에 의해 실제로 구현된 이미지를 보여주는 도면이다.
도 6의 (a)는 구현하고자 하는 타겟 이미지(target image)이며, (b)는 실제 본 발명에 의해 구현된 이미지이다. 본 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터(10)에 의해 실제 이미지와 거의 유사한 수준의 색 재현도를 나타내낼 수 있는 것을 알 수 있다. 이와 같은 색 재현도의 정확성은 유전체 유닛(120)의 구조에 대한 실험 및 시뮬레이션이 추가적으로 이뤄질 경우 보다 향상될 수 있을 것이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 유전체 기반 반사형 컬러필터(10)의 제조 방법에 대해 살펴보겠다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터의 제조 방법을 보여주는 공정도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터(10)의 제조 방법은, 기판 층(11)을 준비하는 단계(도 4의 (a)), 기판 층(11)에 유전체 층(12a)을 적층하는 단계(도 4의 (b)), 유전체 층(12a)에 포토레지스트(R)를 적층하는 단계(도 4의 (c)), 포토레지스트(R)에 제1 방향으로 연장되는 제1 구조물과 제1 구조물과 교차하고 제2 방향으로 연장되는 제2 구조물로 구성되는 복수 개의 유전체 유닛을 포함하는 패턴을 형성하는 단계(도 4의 (d)), 패턴에 필름 층(Cr)을 증착하는 단계(도 4의 (e)), 리프트 오프를 통해 패턴에 대응되는 필름을 제외한 나머지 필름과 포토레지스트를 제거하는 단계(도 4의 (f)), 및 패턴에 대응되는 유전체 층(12)을 제외한 부분을 식각하는 단계(도 4의 (g), (h))를 포함할 수 있다.
상술한 것처럼, 기판 층(11)은 이산화규소이고, 유전체 층(12a)은 비정질 실리콘일 수 있으며, 유전체 층(12a)은 PE-CVD 공정에 의해 기판 층(11)에 증착될 수 있다.
아울러, 패턴의 유전체 유닛의 제1 방향과 제2 방향은 수직이고, 제1 구조물과 제2 구조물은 평면 상 직사각형 형상을 가질 수 있다. 이러한 패턴은 E빔 리소그래피에 형성될 수 있으며, 필름은 크롬으로 제공될 수 있다.
또한, 식각 단계는 유전체층(12a)의 일부를 제거하는 식각(etching)과(도 4의 (g)), 필름층을 제거하는 에천트(etchant) 식각 단계(도 4의 (h))를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터(10) 및 상술한 제조 방법에 의해 제조된 유전체 기반 반사형 컬러필터는 디스플레이 장치, 제로전력 디스플레이에 응용될 수 있다.
기존의 LCD나 OLED같이 기존의 디스플레이에서는 전력을 소비하여 내측에서 광을 제공하는 백라이트 유닛 및 LED 유닛이 필수적으로 요구되고, 소비되는 전력의 약 10퍼센트 정도의 효율로 빛을 구현해내게 된다. 그러나, 본 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터(10)를 이용하는 경우, 전력 소모원없이 색이 구현이 가능 하기 때문에 디스플레이 장치로서의 활용 가치가 매우 높다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터 및 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합, 치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
10: 유전체 기반 반사형 컬러필터
11: 기판 층 12: 유전체 층
120: 유전체 유닛 121: 제1 구조물
122: 제2 구조물 123: 교차부

Claims (20)

  1. 하나의 기판 층 및 상기 기판 층 상에 형성된 유전체 층으로 이루어지는 반사형 컬러필터로서,
    광 반사가 가능한 기판 층; 및
    상기 기판 층 상에 형성되는 유전체 층을 포함하고,
    상기 유전체 층은,
    제1 방향으로 연장되는 제1 구조물과, 상기 제1 구조물과 교차하고 제2 방향으로 연장되는 제2 구조물로 구성되는 복수 개의 유전체 유닛을 포함하고,
    복수 개의 상기 유전체 유닛은 상기 기판 상에 서로 이격되게 배치되고,
    상기 유전체 층의 유전체 유닛은 비정질 실리콘으로 이루어지고,
    상기 제1 구조물의 길이와 폭, 상기 제2 구조물의 길이와 폭 및 상기 제1 방향의 각도에 따라 각각의 상기 유전체 유닛이 구현하는 색상은 다르게 설정될 수 있는 유전체 기반 반사형 컬러필터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 구조물과 상기 제2 구조물이 서로 교차하는 교차부를 중심으로 상기 제1 구조물은 대칭을 이루는 유전체 기반 반사형 컬러필터.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 교차부를 중심으로 상기 제2 구조물은 대칭을 이루는 유전체 기반 반사형 컬러필터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 구조물은 직사각형 형상의 평면을 갖는 유전체 기반 반사형 컬러필터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 구조물은 직사각형 형상의 평면을 갖는 유전체 기반 반사형 컬러필터.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 구조물과 상기 제2 구조물은,
    직육면체 형상으로 형성되고 동일한 높이를 갖는
    유전체 기반 반사형 컬러필터.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 구조물과 상기 제2 구조물의 높이는 200nm인 유전체 기반 반사형 컬러필터.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 유닛은 '+'자 형상의 평면을 갖는 유전체 기반 반사형 컬러필터.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 수직인 유전체 기반 반사형 컬러필터.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 구조물 및 상기 제2 구조물의 길이는 60nm 내지 220nm이고, 상기 제1 구조물 및 상기 제2 구조물의 폭은 40nm 내지 120nm이고,
    상기 제1 구조물과 상기 제2 구조물의 평면 상의 중심은 서로 일치하는 유전체 기반 반사형 컬러필터.
  11. 제1 항에 있어서,
    복수 개의 상기 유전체 유닛 중에서 적어도 일부는 상기 제1 방향이 다른 일부와 다르게 형성되는 유전체 기반 반사형 컬러필터.
  12. 제1 항에 있어서,
    복수 개의 상기 유전체 유닛 중에서 적어도 일부는 상기 제1 방향이 동일하게 형성되는 유전체 기반 반사형 컬러필터.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 방향은 입사되는 빛의 편광된 방향과 소정의 각을 형성하고,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 수직을 이루는 유전체 기반 반사형 컬러필터.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 층은 이산화규소로 이루어지는 유전체 기반 반사형 컬러필터.
  15. 하나의 기판 층 및 상기 기판 층 상에 형성된 유전체 층으로 이루어지는 반사형 컬러필터의 제조 방법으로서,
    기판 층을 준비하는 단계;
    상기 기판 층에 유전체 층을 적층하는 단계;
    상기 유전체 층에 포토레지스트를 적층하는 단계;
    상기 포토레지스트에 제1 방향으로 연장되는 제1 구조물과, 상기 제1 구조물과 교차하고 제2 방향으로 연장되는 제2 구조물로 구성되는 복수 개의 유전체 유닛을 포함하는 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴에 필름 층을 증착하는 단계;
    리프트 오프를 통해 상기 패턴에 대응되는 필름을 제외한 나머지 필름과 상기 포토레지스트를 제거하는 단계; 및
    상기 패턴에 대응되는 상기 유전체 층을 제외한 부분을 식각하는 단계를 포함하고,
    상기 유전체 층의 유전체 유닛은 비정질 실리콘으로 이루어지고,
    상기 제1 구조물의 길이와 폭, 상기 제2 구조물의 길이와 폭 및 상기 제1 방향의 각도에 따라 각각의 상기 유전체 유닛이 구현하는 색상은 다르게 설정될 수 있는 유전체 기반 반사형 컬러필터의 제조 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 기판 층은 이산화규소로 이루어진 유전체 기반 반사형 컬러필터의 제조 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 비정질 실리콘은 PE-CVD 공정에 의해 상기 기판 층에 증착되는 유전체 기반 반사형 컬러필터의 제조 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 수직이고,
    상기 제1 구조물과 상기 제2 구조물은 평면 상 직사각형 형상을 갖는 유전체 기반 반사형 컬러필터의 제조 방법.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 패턴은 E빔 리소그래피에 의해 형성되고,
    상기 필름은 크롬으로 이루어지는 유전체 기반 반사형 컬러필터의 제조 방법.
  20. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 따른 유전체 기반 반사형 컬러필터 또는 제15 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 의해 제조된 유전체 기반 반사형 컬퍼필터를 포함하는 디스플레이 장치.
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