KR20100083384A - 반사 구조체, 이를 포함하는 표시장치 및 이들의 제조방법 - Google Patents

반사 구조체, 이를 포함하는 표시장치 및 이들의 제조방법 Download PDF

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KR20100083384A
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Abstract

반사 구조체, 이를 포함하는 표시장치 및 이들의 제조방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 반사 구조체는 기판 상에 구비된 크기가 불균일한 복수의 나노입자 또는 그와 등가한 요철요소, 및 상기 복수의 나노입자 또는 그와 등가한 상기 요철요소를 덮는 반사막을 포함할 수 있다. 상기 반사막은 랜덤한 높이(random height)를 가질 수 있다.

Description

반사 구조체, 이를 포함하는 표시장치 및 이들의 제조방법{Reflective structure, display apparatus comprising reflective structure and methods of manufacturing reflective structure and display apparatus}
본 개시는 반사 구조체, 반사 구조체를 포함하는 표시장치 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 색을 구현하기 위해 안료가 사용된다. 안료를 이용한 색의 구현은 곧 빛의 흡수를 이용하는 것이다. 이렇게 빛의 흡수를 이용하는 색 구현 기술은 효율이 낮고, 색도(chromaticity) 제어가 용이하지 않은 단점이 있다.
이러한 기존 기술의 문제점을 개선하기 위해, 빛의 반사 및 간섭을 이용하여 색을 구현하는 기술, 일명 '구조색'(structural color) 기술이 제안되었다. 이 기술에서는 반사체의 반사율에 따라 효율이 결정되므로, 고효율의 색 구현이 가능하다. 또한 반사되는 빛의 파장에 따라 색도가 결정되므로, 색도 제어가 용이할 수 있다.
그러나 빛의 반사 및 간섭을 이용하여 색을 구현하는 구조색 기술에서는, 반사체에 입사되는 빛의 각도(즉, 입사각) 및 시야각(viewing angle)에 따라 나타나 는 색이 달라지고, 다중 색조(multi-coloration) 현상이 발생할 수 있다. 이는 회절된 빛의 보강 및 상쇄 간섭에 의해 특정 각도에서 색이 밝게 또는 어둡게 보일 수 있기 때문이다.
시야각에 따라 색 변화가 없는 전방향(omni-directional) 반사 구조체 및 그 제조방법을 제공한다.
상기 반사 구조체를 포함하는 표시장치 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 기판 상에 구비된 크기가 불균일한 복수의 나노입자 또는 그와 등가한 요철요소; 및 상기 복수의 나노입자 또는 그와 등가한 상기 요철요소를 덮는 것으로, 랜덤한 높이(random height)를 갖는 반사막;을 포함하는 반사 구조체를 제공한다.
상기 반사막은 제1 및 제2층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2층은 서로 다른 유전층일 수 있다.
상기 제1 및 제2층 중 하나는 유전층이고, 다른 하나는 비유전층일 수 있다.
상기 비유전층은 금속층일 수 있다.
상기 금속층은 전이 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 상면에 요철부를 갖는 기판; 및 상기 요철부를 덮는 것으로, 교대로 적층된 비유전층과 유전층을 구비하고, 랜덤한 높이(random height)를 갖는 반사막;을 포함하는 반사 구조체를 제공한다.
상기 비유전층은 금속층일 수 있다.
상기 금속층은 전이 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 기판 상에 크기가 불균일한 복수의 나노입자를 도포하는 단계; 및 상기 복수의 나노입자 상에 반사막을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 반사막은 상기 복수의 나노입자에 의해 랜덤한 높이(random height)를 갖도록 형성되는 반사 구조체의 제조방법을 제공한다.
상기 반사막은 제1 및 제2층이 교대로 적층된 구조로 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2층은 서로 다른 유전층일 수 있다.
상기 제1 및 제2층 중 하나는 유전층이고, 다른 하나는 비유전층일 수 있다.
상기 비유전층은 금속층일 수 있다.
상기 금속층은 전이 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 제1기판에 크기가 불균일한 복수의 나노입자를 도포하는 단계; 상기 복수의 나노입자를 덮는 몰드층을 형성하는 단계; 상기 몰드층을 상기 제1기판으로부터 분리하여 상기 복수의 나노입자의 요철이 전사된 마스터 스탬프(master stamp)를 형성하는 단계; 상기 마스터 스탬프로 제2기판을 찍어 상기 제2기판에 요철부를 형성하는 단계; 및 상기 요철부를 덮는 반사막을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 반사막은 상기 요철부에 의해 랜덤한 높이(random height)를 갖도록 형성되는 반사 구조체의 제조방법을 제공한다.
상기 반사막은 제1 및 제2층이 교대로 적층된 구조로 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2층은 서로 다른 유전층일 수 있다.
상기 제1 및 제2층 중 하나는 유전층이고, 다른 하나는 비유전층일 수 있다.
상기 비유전층은 금속층일 수 있다.
상기 금속층은 전이 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 기판 상에 복수의 제1나노입자를 도포하는 단계; 및 상기 복수의 제1나노입자 및 이들 사이의 상기 기판을 식각하여 상기 기판에 요철부를 형성하는 단계; 및 상기 식각된 기판 상에 반사막을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 반사막은 상기 요철부에 의해 랜덤한 높이(random height)를 갖도록 형성되는 반사 구조체의 제조방법을 제공한다.
상기 복수의 제1나노입자는 불균일한 크기를 가질 수 있다.
상기 복수의 제1나노입자는 균일한 크기를 가질 수 있다.
상기 요철부를 형성하는 단계는 상기 복수의 제1나노입자를 식각하여 이들 사이의 상기 기판을 노출시키는 단계; 및 상기 노출된 기판을 식각하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 요철부를 형성하는 단계는 상기 복수의 제1나노입자를 식각하면서 이들 사이로 노출되는 상기 기판을 식각하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 기판에 요철부를 형성한 후, 상기 복수의 제1나노입자를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1나노입자를 제거한 후, 상기 기판 상에 복수의 제2나노입자를 도포하는 단계; 및 상기 복수의 제2나노입자 및 이들 사이의 상기 기판을 식각하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 반사막은 제1 및 제2층이 교대로 적층된 구조로 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2층은 서로 다른 유전층일 수 있다.
상기 제1 및 제2층 중 하나는 유전층이고, 다른 하나는 비유전층일 수 있다.
상기 비유전층은 금속층일 수 있다.
상기 금속층은 전이 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 반사 구조체를 포함하는 표시장치에 있어서, 상기 반사 구조체는, 기판 상에 구비된 크기가 불균일한 복수의 나노입자 또는 그와 등가한 요철요소; 및 상기 복수의 나노입자 또는 그와 등가한 상기 요철요소를 덮는 것으로, 랜덤한 높이(random height)를 갖는 반사막;을 포함하는 표시장치를 제공한다.
상기 표시장치는, 예컨대, LCD(liquid crystal display)일 수 있다.
상기 반사막은 제1 및 제2층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2층은 서로 다른 유전층일 수 있다.
상기 제1 및 제2층 중 하나는 유전층이고, 다른 하나는 비유전층일 수 있다.
상기 비유전층은 금속층일 수 있다.
상기 금속층은 전이 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 반사 구조체를 포함하는 표시장치에 있어서, 상기 반사 구조체는, 상면에 요철부를 갖는 기판; 및 상기 요철부를 덮는 것으로, 교대로 적층된 비유전층과 유전층을 구비하고, 랜덤한 높이(random height)를 갖는 반사막;을 포함하는 표시장치를 제공한다.
상기 비유전층은 금속층일 수 있다.
상기 금속층은 전이 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전방향(omni-directional) 반사 구조체 및 이를 포함하는 표시장치를 구현할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체, 반사 구조체를 포함하는 표시장치 및 이들의 제조방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 구조체를 보여준다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 불균일한 크기를 갖는 복수의 나노입자(200)가 구비될 수 있다. 기판(100)은 반도체 공정에서 사용되는 기판이면 어떤 것이든 사용될 수 있다. 예컨대, 기판(100)의 물질은 실리콘과 같은 반도체나 실리콘산화물과 같은 절연체일 수 있다. 또는 ITO(indium tin oxide)나 금속과 같은 도전체일 수도 있다. 기판(100)은 투명 또는 불투명할 수 있다. 복수의 나노입자(200)는 한 층(monolayer)을 이룰 수 있으나, 경우에 따라서는 그렇지 않을 수도 있다. 복수의 나노입자(200)의 물질은, 예컨대, 실리콘산화물, 다결정실리콘 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양하게 변화될 수 있다. 복수의 나노입자(200)의 지름은 수십 nm 내지 수백 nm 정도일 수 있다. 복수의 나노입자(200) 상에 반사막(300)이 구비될 수 있다. 반사막(300)은 제1 및 제2층(10, 20)이 교대로 반복 적 층된 다층 구조를 가질 수 있다. 반사막(300)은 복수의 나노입자(200)에 의해 랜덤한 높이(random height)를 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 반사막(300)은 복수의 나노입자(200)의 상면 형상을 따라 컨포멀하게(conformally) 형성될 수 있다. 이하에서는, 반사막(300)에 대해 보다 상세히 설명한다.
제1 및 제2층(10, 20)은 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 제1 및 제2층(10, 20)의 굴절률이 서로 다르기 때문에, 이들의 계면에서 빛의 반사가 일어날 수 있다. 제1 및 제2층(10, 20)의 물질과 두께를 조절하면, 반사되는 빛의 파장이 달라질 수 있다. 그러므로 제1 및 제2층(10, 20)의 물질과 두께에 따라, 반사막(300)에서 나타나는 색이 달라질 수 있다.
본 실시예에서 제1 및 제2층(10, 20) 중 하나는 비유전층이고, 다른 하나는 유전층일 수 있다. 상기 비유전층은 금속층일 수 있다. 예컨대, 제1층(10)이 금속층이고, 제2층(20)은 유전층일 수 있다. 따라서 반사막(300)은 금속층과 유전층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제1층(10)이 금속층인 경우, 제1층(10)은, 예컨대, Cr, Ni, Co 등 전이 금속으로 형성할 수 있다. 그러나, 전이 금속 이외의 다른 금속으로 제1층(10)을 형성할 수도 있다. 제1층(10)이 금속층인 경우, 이를 통한 빛의 흡수가 최소화되도록 가능한 얇게 형성할 수 있다. 예컨대, 제1층(10)은 약 50nm 이하, 좁게는 약 20nm 이하의 두께로 형성할 수 있다. 제2층(20)이 유전층인 경우, 제2층(20)은, 예컨대, SiO2, CaF2, LiF, MgF2 등으로 형성할 수 있으나, 제2층(20)의 물질은 다양하게 변화될 수 있다. 제2층(20)은 λ/2 (여기서, λ는 반 사시키고자 하는 빛의 중심 파장)에 대응하는 광학 두께를 가질 수 있다. 제2층(20)이 λ/2 에 대응하는 광학 두께를 가질 때, 회절된 빛들의 보강 간섭이 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2층(10, 20)을 서로 다른 유전층으로 형성할 수도 있다. 즉, 반사막(300)은 제1유전층과 제2유전층이 교대로 반복 적층된 구조를 가질 수 있다. 이 경우에도, 제1 및 제2층(10, 20)의 계면에서 특정 파장을 갖는 빛의 반사가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 반사막(300)이 랜덤한 높이를 갖기 때문에, 시야각에 따라 색 변화가 없는 전방향(omni-directional) 반사가 가능할 수 있다. 만약, 제1 및 제2층(10, 20)들이 전체적으로 모두 평탄하다면, 반사된 빛이 특정 각도에서 밝게 또는 어둡게 보이므로, 시야각에 따라 색이 달라지거나 다중 색조(multi-coloration) 현상이 발생할 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 반사막(300)이 랜덤한 높이를 갖기 때문에, 다양한 높이에서 다양한 각도로 빛이 반사, 회절 및 산란될 수 있다. 또한 크기가 작은 나노입자(200)들이 조밀하게 배열되어 있으므로, 각 나노입자(200)에 대응하는 반사막(300)의 단위영역도 작은 사이즈를 갖고 서로 조밀하게 배열될 수 있다. 상기 반사막(300)의 단위영역들이 랜덤한 높이를 갖고 조밀하게 배열되어, 이들 각각으로부터 빛의 반사, 회절 및 산란이 발생될 수 있다. 더욱이 상기 반사막(300)의 단위영역들의 상면부는 둥근 모양을 가질 수 있기 때문에, 다양한 각도로 빛이 반사될 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 반사 구조체는 시야각에 따라 색 변화가 없는 전방향(omni-directional) 반사 구조체일 수 있다.
부가적으로, 비유전층(금속층)-유전층 구조로 반사막(300)을 형성할 경우, 유전층-유전층 구조를 이용하는 경우보다 반사막(300)을 구성하는데 필요한 적층 수를 줄일 수 있다. 이는 비유전층(금속층)-유전층 간의 굴절률 차이가 유전층-유전층 간의 굴절률 차이보다 상대적으로 클 수 있기 때문이다. 예컨대, 유전층-유전층 구조를 이용하여 반사막(300)을 형성할 경우 색 구현을 위해 약 20층(10 pairs) 이상의 적층이 요구되는 반면, 비유전층(금속층)-유전층 구조를 이용하는 경우 약 6층(3 pairs) 이상이면 색 구현이 가능할 수 있다. 따라서 비유전층(금속층)-유전층 구조를 이용하는 경우 공정이 단순화되고, 반사 구조체의 사이즈를 줄일 수 있다. 또한, 비유전층(금속층)-유전층 구조의 경우, 반사 스펙트럼의 밴드폭(bandwidth)이 유전층-유전층 구조보다 작기 때문에, 고색도 구현에 유리할 수 있다.
도 2는 도 1의 구조를 갖는 반사 구조체의 SEM(scanning electron microscope) 단면사진이다. 도 2를 참조하면, 반사막(300)의 표면이 울퉁불퉁한 것을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 구조체를 보여준다. 본 실시예는 도 1에서 변형된 것으로, 도 1과 도 3의 차이는 반사막(300)의 하부 구조에 있다.
도 3을 참조하면, 기판(100) 상에 요철부(200')가 구비될 수 있다. 요철부(200')의 상면의 형상은 도 1의 복수의 나노입자(200)의 상면 형상과 유사할 수 있다. 즉, 요철부(200')는 도 1의 복수의 나노입자(200)에 의한 요철과 동등한 요 철을 가질 수 있다. 요철부(200')는 복수의 나노입자(200)의 요철이 전사된 마스터 스탬프(master stamp)를 이용해서 나노 임프린트(nano-imprint) 방법으로 형성된 것일 수 있다. 이에 대해서는 추후에 보다 상세히 설명한다. 요철부(200') 상에 반사막(300)이 구비될 수 있다. 반사막(300)의 구조는 도 1의 그것과 동일할 수 있다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에서 반사막에 구비되는 유전층의 종류별 그 두께에 따른 반사 스펙트럼의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 4 내지 도 7의 결과는 모두 금속층과 유전층이 교대로 반복 적층된 반사막에 대한 것이다. 도 4 내지 도 7에 대응하는 반사막을 구성하는데 사용된 유전층은 각각 SiO2층, CaF2층, LiF층 및 MgF2층이었다. 한편, 반사막을 구성하는데 사용된 금속층은 Cr층(두께:5nm)으로 동일하였다.
도 4를 참조하면, SiO2층의 두께에 따라 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 스펙트럼을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 이와 유사하게, 도 5 내지 도 7에서도 유전층의 두께를 조절함으로써, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 스펙트럼을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체는 한 기판에 서로 다른 색을 나타내는 복수의 반사막을 가질 수 있다. 예컨대, 한 기판의 서로 다른 영역에 제1 내지 제3반사막을 형성하되, 이들을 구성하는 층들의 두께 및/또는 물질을 다르게 하면, 상기 제1 내지 제3반사막은 서로 다른 색, 예컨대, 적색, 녹색, 청색을 반사하도록 만들 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법을 설명한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법을 보여준다.
도 8a를 참조하면, 기판(100) 상에 크기가 불균일한 복수의 나노입자(200)를 도포할 수 있다. 기판(100)은 도 1의 기판(100)과 동일할 수 있다. 복수의 나노입자(200)는, 예컨대, 스핀-코팅(spin coating) 방법으로 형성할 수 있으나, 그 밖의 다른 방법을 사용할 수 있다. 복수의 나노입자(200)는 한 층(monolayer)을 이루도록 형성할 수 있으나, 경우에 따라서는 그렇지 않을 수도 있다. 복수의 나노입자(200)의 물질은, 예컨대, 실리콘산화물, 다결정실리콘 등일 수 있으나, 물질은 다양하게 변화될 수 있다. 복수의 나노입자(200)의 지름은 수십 nm 내지 수백 nm 정도일 수 있다. 기판(100)과 나노입자(200)의 형성방법, 물질, 사이즈 등은 이하의 다른 제조방법에서도 마찬가지일 수 있다.
도 8b를 참조하면, 복수의 나노입자(200) 상에 제1 및 제2층(10, 20)이 반복 적층하여 반사막(300)을 형성할 수 있다. 반사막(300)은 복수의 나노입자(200)의 형상을 따라 컨포멀하게(conformally) 형성되어, 랜덤한 높이(random height)를 가질 수 있다. 제1 및 제2층(10, 20)의 물질, 두께 등은 도 1을 참조하여 설명한 바와 동일할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 나노입자(200)를 이용하는 간단한 방법으로 랜덤한 높이(random height)를 갖는 반사막(300)을 용이하게 구현할 수 있다. 만약, 전자빔(e-beam)을 이용해서 기판을 식각하는 방법으로 요철을 형성하려면, 여러 번의 전자빔 리소그라피(lithography) 공정을 수행해야 하기 때문에, 공정이 복잡하고 제조 단가가 높아질 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 복수의 나노입자(200)를 이용하기 때문에, 저비용 및 간단한 방법으로 랜덤한 높이(random height)를 갖는 반사막(300)을 구현할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예는 랜덤한 높이(random height)를 갖는 반사막(300)을 대면적화하는데 유리할 수 있다.
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법을 보여준다. 본 실시예에서는 나노 임프린트(nano-imprint) 공정을 이용한다.
도 9a를 참조하면, 제1기판(10) 상에 불균일한 크기를 갖는 복수의 나노입자(200)를 도포할 수 있다. 복수의 나노입자(200)는 단층을 이룰 수 있지만, 경우에 따라서는, 그렇지 않을 수도 있다.
도 9b를 참조하면, 복수의 나노입자(200)를 덮는 몰드층(250)을 형성한다. 몰드층(250)은 예컨대, PDMS(polydimethylsiloxane), UV(ultra-violet) 경화제, 열 경화제 등과 같은 레진층(resin layer)으로 형성할 수 있으나, 금속으로 형성할 수도 있다. 몰드층(250)을 금속으로 형성하는 경우, 도금법을 사용할 수 있다.
도 9c를 참조하면, 몰드층(250)을 제1기판(10)으로부터 분리한다. 몰드층(250)에는 복수의 나노입자(200)의 요철이 전사되어 있다. 이하에서는, 분리된 몰드층(250)을 마스터 스탬프(250)라 한다.
도 9d를 참조하면, 상면에 레진층(210)이 구비된 제2기판(100)을 마련한 후, 레진층(210) 위쪽에 상기 마스터 스탬프(250)를 위치시킨다. 여기서, 제2기판(100) 은 도 8a의 기판(100)과 동일할 수 있다. 레진층(210)은 다른 물질층으로 대체될 수 있고, 레진층(210)을 기판 또는 기판의 일부로 볼 수도 있다.
다음, 도 9e에 도시된 바와 같이, 마스터 스탬프(250)로 레진층(210)을 찍어 마스터 스탬프(250)의 요철을 레진층(210)에 전사시킬 수 있다.
도 9f를 참조하면, 마스터 스탬프(250)를 레진층(210)에서 분리할 수 있다. 한 번 제작된 마스터 스탬프(250)는 반복해서 사용할 수 있다. 따라서 이러한 나노 임프린트(nano-imprint) 공정은 제조 비용 절감에 유리할 수 있다.
도 9g를 참조하면, 요철이 전사된 레진층(210) 상에 반사막(300)을 형성할 수 있다. 반사막(300)은 도 8b의 반사막(300)과 동일할 수 있다.
이와 같이, 나노 임프린트 공정을 이용하면, 저비용 및 간단한 방법으로 랜덤한 높이(random height)를 갖는 반사막(300)을 용이하게 구현할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법을 보여준다.
도 10a를 참조하면, 기판(100) 상에 하지층(110)을 형성할 수 있다. 하지층(110)은, 예컨대, 실리콘산화물로 형성할 수 있지만, 그 밖의 다른 물질로 형성할 수도 있다. 하지층(110)을 기판의 일부로 볼 수도 있다. 하지층(110)을 형성하는 것은 선택적(optional)이다. 다음, 하지층(110) 상에 복수의 나노입자(200)를 도포할 수 있다. 복수의 나노입자(200)는 불균일한 크기를 가질 수 있고, 단층을 이루도록 형성될 수 있다. 그러나 경우에 따라서는, 복수의 나노입자(200)는 단층을 이루지 않을 수도 있다. 이들(200) 중 일부는 접촉되고, 다른 일부는 접촉되지 않을 수도 있다.
도 10b를 참조하면, 복수의 나노입자(200)를 식각하고, 이들 사이로 노출된는 하지층(110)을 식각할 수 있다. 나노입자(200)와 하지층(110)의 식각을 위해, RIE(reactive ion etching)나 ICP-RIE(inductively coupled plasma-RIE) 또는 그 밖의 건식식각 공정을 사용할 수 있는데, 상기 RIE 나 ICP-RIE 공정에서 O2 및/또는 CF4 등을 포함하는 식각가스를 사용할 수 있다. 나노입자(200)와 하지층(110)은 동일한 물질로 구성될 수 있으므로, 이들은 동일한 공정으로 함께 식각할 수 있다. 그러나 나노입자(200)를 먼저 어느 정도 등방성 식각한 후, 식각된 나노입자(200)를 식각 장벽으로 이용해서 하지층(110)에 대한 이방성 식각을 수행할 수도 있다. 나노입자(200)에 대한 등방성 식각은 O2 가스로, 하지층(110)에 대한 이방성 식각은 O2 와 CF4 를 포함하는 가스로 수행할 수 있다. 하지층(110)을 식각할 때, 나노입자(200)도 식각될 수 있다. 나노입자(200)와 하지층(110)에 대한 식각은 여러 번에 걸쳐 수행할 수도 있다. 결과적으로, 식각된 하지층(110)은 불균일한 요철을 가질 수 있다. 복수의 나노입자(200)가 불균일한 크기를 갖기 때문에, 하지층(110)에 불균일한 크기 및 모양을 갖는 다수의 요철을 용이하게 형성할 수 있다.
이후, 도시하지는 않았지만, 식각된 복수의 나노입자(200)를 제거하거나 또는 그대로 둔 상태에서, 하지층(110) 또는 하지층(110)과 복수의 나노입자(200) 상에 도 8b의 반사막(300)과 동일한 반사막을 형성할 수 있다. 이를 통해, 전방향(omni-directional) 반사 구조체를 제조할 수 있다.
도 10b에서 복수의 나노입자(200)를 제거한 후, 하지층(110) 상에 다른 복수의 나노입자를 도포한 후, 하지층(100)을 한 번 더 식각할 수 있다. 이때, 상기 다른 복수의 나노입자의 평균 크기는 도 10a의 복수의 나노입자(200)의 평균 크기와 다르거나 같을 수 있다. 이와 같이 하지층(110)을 여러 번 식각한 후, 식각된 하지층(110) 상에 반사막을 형성할 수 있다.
도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법을 보여준다.
도 11a를 참조하면, 기판(100) 상에 하지층(110)을 형성한 후, 하지층(110) 상에 균일한 크기를 갖는 복수의 제1나노입자(200a)를 도포할 수 있다. 하지층(110)을 기판의 일부로 볼 수도 있다. 하지층(110)을 형성하지 않을 수도 있다.
도 11b를 참조하면, 복수의 제1나노입자(200a)를 식각하고, 이들 사이로 노출되는 하지층(110)을 소정 깊이만큼 식각할 수 있다. 제1나노입자(200a)와 하지층(110)에 대한 식각 공정은 도 10b를 참조하여 설명한 나노입자(200)와 하지층(110)에 대한 식각 공정과 유사할 수 있다. 즉, 제1나노입자(200a)와 하지층(110)은 동일한 물질로 구성될 수 있으므로, 이들은 동일한 공정으로 함께 식각할 수 있다. 그러나 제1나노입자(200a)를 먼저 어느 정도 등방성 식각한 후, 식각된 제1나노입자(200a)를 식각 장벽으로 이용해서 하지층(110)에 대한 이방성 식각을 수행할 수도 있다. 제1나노입자(200a)에 대한 등방성 식각은 O2 가스로, 하지층(110)에 대한 이방성 식각은 O2 와 CF4 를 포함하는 가스로 수행할 수 있다. 복수 의 제1나노입자(200a)는 균일한 크기를 갖기 때문에, 기판(100)에 비교적 균일한 크기의 요철들이 형성될 수 있다.
복수의 제1나노입자(200a)를 제거한다. 제1나노입자(200a)들을 제거한 구조는 도 11c와 같다. 여기서, 도시하지는 않았지만, 도 11c의 하지층(110) 상에 별도의 하지층을 컨포멀하게(conformally) 더 증착할 수도 있다.
도 11d를 참조하면, 하지층(110) 상에 복수의 제2나노입자(200b)를 형성할 수 있다. 복수의 제2나노입자(200b)는 균일한 크기를 가질 수 있다. 복수의 제2나노입자(200b)는 도 11a의 제1나노입자(200a)와 다른 크기를 가질 수 있다. 여기서는, 제2나노입자(200b)를 제1나노입자(200a)보다 크게 도시하였지만, 제2나노입자(200b)가 제1나노입자(200a)보다 작을 수도 있다. 하지층(110)에 다수의 요철이 있는 상태로 복수의 제2나노입자(200b)를 형성하기 때문에, 요철에 의해 제2나노입자(200b)들의 위치가 어느 정도 제어될 수 있다. 따라서 복수의 제2나노입자(200b) 중 일부는 서로 이격될 수 있다.
도 11e를 참조하면, 복수의 제2나노입자(200b)를 식각하고, 이들 사이로 노출되는 하지층(110)을 식각할 수 있다. 이들의 식각 공정은 도 11b의 제1나노입자(200a)와 하지층(110)에 대한 식각 공정과 유사할 수 있다. 이후 제2나노입자(200b)를 제거한 후, 다른 나노입자들을 사용해서 하지층(110)을 더 식각할 수도 있다. 이렇게 하지층(110)을 식각함으로써, 하지층(110)에 요철부를 형성할 수 있다. 도 12는 본 실시예에 따라 형성한 기판(즉, 도 11e의 하지층(110))을 보여준다. 이를 통해 본 실시예에 따르면, 울퉁불퉁한 표면부를 갖는 기판(즉, 도 11e의 하지층(110))을 형성할 수 있음을 확인할 수 있다.
이후, 도시하지는 않았지만, 도 11e에서 제2나노입자(200b)를 제거하거나 또는 그대로 둔 상태에서, 하지층(110) 또는 하지층(110)과 제2나노입자(200b) 상에 도 8b의 반사막(300)과 동일한 반사막을 형성할 수 있다. 이를 통해, 전방향(omni-directional) 반사 구조체를 제조할 수 있다.
도 10a 및 도 10b, 그리고, 도 11a 내지 도 11e에서와 같이 복수의 나노입자를 이용해서 기판(또는 하지층)을 적어도 한 번 식각함으로써, 기판(또는 하지층)에 요철부를 용이하게 형성할 수 있고, 따라서, 랜덤한 높이(random height)를 갖는 반사막을 포함하는 반사 구조체를 용이하게 구현할 수 있다.
부가해서, 도 10a 및 도 10b, 또는 도 11a 내지 도 11e의 방법으로 기판 또는 하지층에 요철부를 형성한 후, 이렇게 형성한 요철부로부터 도 9c의 마스터 스탬프(250)와 유사한 마스터 스탬프를 만들어 나노 임프린트 공정에 사용할 수도 있다.
전술한 본 발명의 실시예들에 따른 반사 구조체 및 반사 구조체의 제조방법은 다양한 표시장치에 적용될 수 있다. 예컨대, 전술한 반사 구조체는 LCD(liquid crystal display) 등과 같은 동적(dynamic) 소자나, 간판과 같은 정적(static) 정보 전달 매체에 적용될 수 있을 뿐 아니라, 페인트와 같은 도료나 화장품 등에도 응용될 수 있다. 구체적인 예로, 본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체는 LCD의 컬러필터 대용으로 적용될 수 있다. 종래의 흡수형 컬러필터는 투과 효율이 낮고, 저색도를 갖지만, 본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체를 사용하면 고효율 및 고색 도의 색 구현이 가능할 수 있다. 도료나 화장품 등에 적용하는 경우에는, 반사 구조체를 작은 크기로 잘라 도료나 화장품 등에 섞어서 사용할 수 있다. 이를 통해, 일반 안료로는 구현하기 힘든 색상을 구현할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체를 LCD에 적용한 일례를 보여준다.
도 13을 참조하면, 하부기판(S1)과 상부기판(S2) 사이에 액정층(LC1)이 구비될 수 있다. 하부기판(S1) 아래에 컬러 반사체(color reflector)(R1)가 구비될 수 있다. 컬러 반사체(R1)는 하부기판(S1) 아래가 아닌 하부기판(S1)과 액정층(LC1) 사이에 구비될 수도 있다. 컬러 반사체(R1)는 본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체일 수 있다. 자세히 도시하진 않았지만, 컬러 반사체(R1)는 적색 반사영역, 녹색 반사영역 및 청색 반사영역을 포함할 수 있다. 기판의 서로 다른 영역에 제1 내지 제3반사막을 형성하되, 이들을 구성하는 층들의 두께 및/또는 물질을 다르게 하면, 이들은 서로 다른 색을 반사할 수 있다. 따라서 상기 제1 내지 제3반사막은 각각 상기 적색, 녹색 및 청색 반사영역에 대응될 수 있다.
컬러 반사체(R1) 아래에 흡수층(A1)이 더 구비될 수 있다. 상기 흡수층(A1)은 컬러 반사체(R1)에서 반사되지 않은 빛, 즉, 컬러 반사체(R1)를 통과한 빛을 흡수하는 역할을 할 수 있다. 예컨대, 컬러 반사체(R1)의 적색 반사영역에서는 적색 이외의 색을 나타내는 빛이 컬러 반사체(R1)를 통과하여 흡수층(A1)에 흡수될 수 있다. 흡수층(A1)을 구비시키는 것은 선택적(optional)이다. 또한 컬러 반사체(R1)의 기판이나 나노입자를 흡수요소로 사용할 수도 있다. 경우에 따라서는, 컬러 반 사체(R1)의 나노입자에 소정의 색을 입힐 수도 있다.
부가적으로, 본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체에서 반사막을 구성하는 층들의 특성이 물리력에 의해 변화될 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 상기 반사막을 구성하는 층(유전층 또는 비유전층)의 굴절률이나 두께가 전기력 또는 열 등에 의해 변화될 수 있다. 이 경우, 상기 반사막에 적절한 물리력(전기력 또는 열 등)을 인가하여 그로부터 구현되는 색을 조절 및 변화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 색 조절 및 변화가 가능한 반사 구조체를 구현할 수 있다. 이를 이용하면, 색 조절을 위한 액정층이 필요 없는 반사형 표시장치를 구현할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체 및 반사 구조체를 포함하는 표시장치의 구조와 이들의 제조방법은 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 구조를 갖는 반사 구조체의 SEM(scanning electron microscope) 단면사진이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 구조체를 보여주는 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체에 사용되는 유전층의 종류별 그 두께에 따른 반사 스펙트럼의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 11a 내지 도 11e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체의 제조방법에서 형성된 기판을 보여주는 SEM 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 반사 구조체를 적용한 액정표시장치(LCD)를 보여주는 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
10, 100 : 기판 110 : 하지층
200, 200a, 200b : 나노입자 200' : 요철부
210 : 레진층 250 : 몰드층(마스터 스탬프)
A1 : 흡수층 LC1 : 액정층
R1 : 컬러 반사체 S1, S2 : 하부 및 상부기판

Claims (25)

  1. 기판 상에 구비된 크기가 불균일한 복수의 나노입자 또는 그와 등가한 요철요소; 및
    상기 복수의 나노입자 또는 그와 등가한 상기 요철요소를 덮는 것으로, 랜덤한 높이(random height)를 갖는 반사막;을 포함하는 반사 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사막은 제1 및 제2층이 교대로 적층된 구조를 갖는 반사 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2층은 서로 다른 유전층이거나,
    상기 제1 및 제2층 중 하나는 유전층이고, 다른 하나는 비유전층인 반사 구조체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 비유전층은 금속층인 반사 구조체.
  5. 상면에 요철부를 갖는 기판; 및
    상기 요철부를 덮는 것으로, 교대로 적층된 비유전층과 유전층을 구비하고, 랜덤한 높이(random height)를 갖는 반사막;을 포함하는 반사 구조체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 비유전층은 금속층인 반사 구조체.
  7. 기판 상에 크기가 불균일한 복수의 나노입자를 도포하는 단계; 및
    상기 복수의 나노입자 상에 반사막을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 반사막은 상기 복수의 나노입자에 의해 랜덤한 높이(random height)를 갖도록 형성되는 반사 구조체의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사막은 제1 및 제2층이 교대로 적층된 구조로 형성하는 반사 구조체의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2층은 서로 다른 유전층이거나,
    상기 제1 및 제2층 중 하나는 유전층이고, 다른 하나는 비유전층인 반사 구조체의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 비유전층은 금속층인 반사 구조체의 제조방법.
  11. 제1기판에 크기가 불균일한 복수의 나노입자를 도포하는 단계;
    상기 복수의 나노입자를 덮는 몰드층을 형성하는 단계;
    상기 몰드층을 상기 제1기판으로부터 분리하여 상기 복수의 나노입자의 요철이 전사된 마스터 스탬프를 형성하는 단계;
    상기 마스터 스탬프로 제2기판을 찍어 상기 제2기판에 요철부를 형성하는 단계; 및
    상기 요철부를 덮는 반사막을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 반사막은 상기 요철부에 의해 랜덤한 높이(random height)를 갖도록 형성되는 반사 구조체의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 반사막은 제1 및 제2층이 교대로 적층된 구조로 형성하는 반사 구조체의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2층은 서로 다른 유전층이거나,
    상기 제1 및 제2층 중 하나는 유전층이고, 다른 하나는 비유전층인 반사 구조체의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 비유전층은 금속층인 반사 구조체의 제조방법.
  15. 기판 상에 복수의 제1나노입자를 도포하는 단계; 및
    상기 복수의 제1나노입자 및 이들 사이의 상기 기판을 식각하여 상기 기판에 요철부를 형성하는 단계; 및
    상기 식각된 기판 상에 반사막을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 반사막은 상기 요철부에 의해 랜덤한 높이(random height)를 갖도록 형성되는 반사 구조체의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 제1나노입자는 불균일한 크기를 갖는 반사 구조체의 제조방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 제1나노입자는 균일한 크기를 갖는 반사 구조체의 제조방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 요철부를 형성하는 단계는,
    상기 복수의 제1나노입자를 식각하여 이들 사이의 상기 기판을 노출시키는 단계; 및 상기 노출된 기판을 식각하는 단계;를 포함하거나,
    상기 복수의 제1나노입자를 식각하면서 이들 사이로 노출되는 상기 기판을 식각하는 단계;를 포함하는 반사 구조체의 제조방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 기판에 요철부를 형성한 후,
    상기 복수의 제1나노입자를 제거하는 단계를 더 포함하는 반사 구조체의 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 복수의 제1나노입자를 제거한 후,
    상기 기판 상에 복수의 제2나노입자를 도포하는 단계; 및
    상기 복수의 제2나노입자 및 이들 사이의 상기 기판을 식각하는 단계;를 더 포함하는 반사 구조체의 제조방법.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 반사막은 제1 및 제2층이 교대로 적층된 구조로 형성하는 반사 구조체의 제조방법.
  22. 반사 구조체를 포함하는 표시장치에 있어서,
    상기 반사 구조체는,
    기판 상에 구비된 크기가 불균일한 복수의 나노입자 또는 그와 등가한 요철요소; 및
    상기 복수의 나노입자 또는 그와 등가한 상기 요철요소를 덮는 것으로, 랜덤한 높이(random height)를 갖는 반사막;을 포함하는 표시장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 반사막은 제1 및 제2층이 교대로 적층된 구조를 갖는 표시장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2층은 서로 다른 유전층이거나,
    상기 제1 및 제2층 중 하나는 유전층이고, 다른 하나는 비유전층인 표시장치.
  25. 반사 구조체를 포함하는 표시장치에 있어서,
    상기 반사 구조체는,
    상면에 요철부를 갖는 기판; 및
    상기 요철부를 덮는 것으로, 교대로 적층된 비유전층과 유전층을 구비하고, 랜덤한 높이(random height)를 갖는 반사막;을 포함하는 표시장치.
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