KR20140031899A - 최소의 각 의존성을 갖는 표시 장치들 및 이미징을 위한 스펙트럼 필터링 - Google Patents

최소의 각 의존성을 갖는 표시 장치들 및 이미징을 위한 스펙트럼 필터링 Download PDF

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Abstract

페브리-페롯 기반의 공진기 구조와 같은 높은 굴절률의 유전 물질을 포함하는 필터 어셈블리를 포함하고, 감소된 각 의존성을 갖는 광학 스펙트럼 필터링 소자, 예를 들어 칼라 필터가 제공된다. 필터 어셈블리는, 전자기 스펙트럼을 유전물질로 투과시켜서, 0°에서 90°의 입사각의 범위에 따라 관찰되는 경우, 최소의 각 의존성을 나타내는 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 출력을 생산할 수 있다. 최소의 각 의존적인 광학 스펙트럼 필터와 각 의존성이 감소된 그러한 소자들에 대한 제조방법이 또한 제공된다.

Description

최소의 각 의존성을 갖는 표시 장치들 및 이미징을 위한 스펙트럼 필터링{SPECTRUM FILTERING FOR VISUAL DISPLAYS AND IMAGING HAVING MINIMAL ANGLE DEPENDENCE}
[관련 출원의 교차 참조]
본 출원은(application)은 2012년 4월 20에 출원된(filed) U.S. Patent Application No. 13/452,313와 2011년 4월 20일에 출원된 U.S. Provisional Application No. 61/477,554에 대한 우선권(priority)을 주장한다(claims). 전술한 출원들의 전체적인 발명들(entire disclosures)은 본 명세서에 참조된다.
본 발명은, 페브리-페롯 기반의 광학 스펙트럼 필터들(Fabry-Perot based optical spectrum filters)과 같이, 보는 방향(viewing direction)에 따른 최소의 각 의존성(angle dependence)을 갖는, 영상 표시장치들(visual displays)을 위한 광학 스펙트럼 필터들(optical spectrum filters)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 최소의 각 의존성을 갖는 이러한 광학 스펙트럼 필터에 대한 제조 방법에 관한 것이다.
이 섹션(this section)은 반드시 종래 기술(prior art)이 아니지만, 본 발명과 관련된 배경 정보(background information)를 제공한다.
컬러 필터들(color filters)과 같은 전자기 스펙트럼 필터들(electromagnetic spectrum filters)는, 평판 표시장치들(flat panel displays), 액정 표시장치들(liquid crystal displays, LCD), 프로젝션 표시장치들(projection displays), 아이-웨어 표시장치들(eye-wear displays), 보완적 금속-산화-반도체(complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS) 이미지 센서들(image sensors), 발광 소자들(light emitting diodes) 등등의 다양한 표시장치 기술들의 중요한 구성요소이다. 예를 들어, 투과 광학 스펙트럼 필터들(transmissive optical spectrum filters)은 액정 표시장치(LCD) 패널들과 같은 어플리케이션들(applications)에 널리 적용된다. 종래의 광학 필터들은 보색(complementary color)을 흡수함에 의해 적색-녹색-청색(RGB)을 생산하기 위해 안료의 분산(pigment dispersions)을 사용한다.
그러나, 그러한 종래의 광학 안료-기반(pigment-based) 필터들은 4개의 분리된 단계들에 의해 제조되어, 제조 공정을 복잡하게 만들고, 제조 비용을 증가시킬 뿐만 아니라, 공정 중에 중요한(significant) 화학 물질들(chemical materials)이 소비된다. 페브리-페롯 기반의 에탈론 칼라 필터들(Fabry-Perot based etalon color filters) , 종래의 페브리-페롯 기반의 필터는 바람직하지 않은 각 의존성에 관한 문제, 다시 말해서 시야각에 따라, 필터 소자를 빠져나오는(exiting the filter device) 필터링된(filtered) 빛의 파장이 현저한 파장의 변환(shift)을 일으키고 따라서 색변환(color shift)일어나는 문제가 존재한다. 그러한 각 의존성은 다양한 이미징(imaging)장치 그리고 표시장치에 대한 적용(applications)에 있어 바람직하지 않다.
따라서, 가시광선 또는 근적외선 영역(visible or near infrared range) 에서의 광학 필터들, 예를 들어 높은 투과 효율(transmission efficiency)과 최소의 각 의존성을 갖을 뿐 아니라, 제조공정상의 복잡성을 줄일 수 있는 칼라 필터와 같은 새로운 스펙트럼 필터 기술이 필요하다.
이 섹션은 본 발명의 일반적인 요약을 제공하지만, 발명의 모든 범위(full scope) 또는 특징(features)에 대한 상세한 설명은 하지 않는다. 본 발명의 실시예들에 따르면(According to the principles of the present teachings), 각 의존성을 최소화시키는 광학 스펙트럼 필터링 소자(optical spectrum filtering device)를 제공한다. 본 기술(present technology)은 투과(transmission) 또는 반사(reflection) 타입 모두에 대한 스펙트럼 필터링 기능(spectrum filtering function)을 실현할 수 있는 금속-유전체-금속 공진 구조(metal-dielectric-metal resonator structure)를 제공한다. 유전체 층(dielectric layer)의 두께를 조절함으로써, 투과 또는 반사 피크(peak)가 가시광선 또는 근적외선(near-IR) 영역 등으로 파장들의 정해진 범위를 커버(cover)한다. 특정 측면들에서, 상이한 칼라 픽셀들(color pixels)은 다양한 패턴 깊이(pattern depth)의 금형(mold)를 사용하는 인쇄 기술에 의해 제조될 수 있다. 그것은 바람직한 유전층에 두께 콘트라스트(thickness contrast)를 전사(transfer)할 수 있는 에칭 공정이 결합될 수 있다.
특정 측면들에서(In certain aspects), 본 발명은 간섭 필터 어셈블리(interference filter assembly)를 포함하는 광학 스펙트럼 필터링 소자(optical spectrum filtering device)를 제공한다. 간섭 필터 어셈블리는 한 쌍의 평행한 반사 표면들(a pair of parallel reflective surfaces) 사이에 위치하는 대략 1.5 보다 큰 굴절률(refractive index)을 갖는 유전 물질을 포함한다. 각각의 반사 표면은 선택적으로 금속을 포함한다. 필터 어셈블리는 바람직하게는, 전자기 스펙트럼의 일부(a portion of)를 투과시켜서, 최소의 각 의존성을 나타내는 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 출력(filtered output)을 생산할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 간섭 필터 어셈블리(interference filter assembly)를 포함하는 광학 스펙트럼 필터링 소자를 제공한다. 간섭 필터 어셈블리는 한 쌍의 평행한 반사 표면들(parallel reflective surfaces) 사이에 위치하는 1.5보다 큰 굴절률(refractive index)을 갖는 유전 물질을 포함한다. 각각의 반사 표면은 금속을 포함한다. 필터 어셈블리는, 필터 어셈블리를 빠져나오는 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 출력을 생산하기 위해 전자기 스펙트럼의 일부를 유전 물질(dielectric material)로 투과시키고, 여기서 필터링된 출력은, 입사각이 0°에서 90°로 변하면서 파장들의 정해진 범위가 50nm보다 작거나 같은(less than or equal to about 50 nm) 범위 내에서 변하도록(varies), 파장들의 정해진 범위를 갖고, 최소의 각 의존성을 나타낸다(displays).
또다른 측면들에서(in yet other aspects), 본 발명은 한쌍의 평행한 반사 표면들 사이에 위치하는, 높은 굴절률의 유전 물질(high refractive index dielectric material)을 포함하는 간섭 필터 어셈블리를 포함하는 광학 스펙트럼 필터링 소자를 제공한다. 각각의 반사 표면은 선택적으로 분산된 브래그 반사체(distributed Bragg Reflector, DBR) 또는 1차원의 광 결정들(photonic crystals)을 포함한다. 이러한 필터 어셈블리는 필터 어셈블리로부터 빠져나오는 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 출력을 생산하기 위해 전자기 스펙트럼의 일부를 유전 물질로 투과시킬 수 있다. 필터 어셈블리에서 필터링된 출력은 파장들의 정해진 범위를 갖고 최소의 각 의존성을 표시한다.
다른 측면에서, 본 교시는(present teachings) 최소의 각 의존성을 갖는 광학 스펙트럼 필터링 소자의 제조방법을 제공한다. 제조방법은 고분자 레지스트 물질(polymeric resist material)을, 1.5보다 큰 그리고 특정 변형예들에서(in certain variations), 선택적으로는 2보다 큰 굴절률을 갖는 유전 물질에 형성하는(applying) 것을 포함한다. 고분자 레지스트는 정해진 높이(predetermined height)를 갖는 금형(mold)에 접촉된다. 이후 고분자 레지스트와 유전 물질은 에칭된다. 금속은 잔류(remaining) 유전 물질에 상에 형성되어(applied over), 한 쌍의 평행한 반사 표면들 사이에 위치하는 유전 물질을 포함하는 간섭 필터 어셈블리를 형성할 수 있다. 특정 변형예들에서, 유전 물질은 2보다 크거나 같은 효과적인 굴절률을 갖는다. 간섭 필터 어셈블리에서 필터링된 출력은 최소의 각 의존성을 표시하는 파장들의 정해진 범위를 생산한다.
다른 측면에서, 본 교시(present teachings)에 의한 광학 스펙트럼 필터링 소자의 각 의존성을 줄이는 방법(methods)이 제공된다. 일 변형예에서, 제조방법은, 한 쌍의 평행한 반사 표면들을 포함하는 간섭 필터 어셈블리에 1.5보다 큰 굴절률을 갖는 유전 물질을 결합하는(incorporating) 단계를 포함한다. 각각의 반사 표면은 금속을 포함한다. 따라서, 필터 어셈블리는, 필터 어셈블리가 0°에서 90°의 입사각에서 관찰되는 경우, 파장들의 정해진 범위를 50nm보다 작거나 같은 범위에서 오차를 갖는 필터링된 출력을 생산한다.
다른 측면들에서, 본 발명은 또한 광학 스펙트럼 필터링 소자를 제공한다. 광학 스펙트럼 필터링 소자는 최소의 각 의존성을 나타내는 공진 필터 어셈블리(resonance filter assembly)를 포함한다. 특정 변형예들에서, 최소의 각 의존성을 나타내는 공진 필터 어셈블리는 광학 메타물질(metamaterial)을 형성하는, 전기적으로 전도성인 금속 격자 구조(metal grating structure)를 포함하는 공진기 구조(resonator structure)를 포함한다. 전기적으로 전도성인 금속 격자 구조는 적어도 두개의 개구부들(openings)을 포함한다. 특정 측면들에서, 적어도 두 개의 개구부들은 서브파장(subwavelength)일 수 있다. 특정 변형예에서, 공진기 구조는 개구부들에 채워진(embedded) 유전물질을 선택적으로 포함한다. 광학 스펙트럼 필터링 소자는 전자기 스펙트럼의 일부를 투과하여, 광학 공진(optical resonance)을 통해 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링되고 편광된(filtered and polarized) 출력을 생산할 수 있다.
추가적인 적용 가능성(further areas of applicability)은 본 명세서에 제공된 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 요약서의 상세한 설명과 구체적인 예시들은 설명의 목적을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
첨부된 도면들은 오로지 선택된 실시예들의 설명을 위한 것이고, 모든 가능한 실시예들을 위한 것이 아니며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 교시(present teachings)의 특정 측면들에 따른 예시적인(exemplary) 광학 필터 어셈블리의 사시도이다;
도 2는 도 1의 2-2 라인에 따라 절개된 예시적인 광학 필터 어셈블리의 단면도(sectional-view)이다;
도 3은 페브리-페롯 기반의 에탈론 간섭 필터의 작동 원리들을 나타낸 개략도이다;
도4A 내지 도 4D는 페브리-페롯 기반의 필터들 내에서, 입사각()과 유전 물질의 굴절률(dielectric index, n)에 대한 필터링된 파장 변환(filtered wavelength shift)의 의존성을 나타내는 그래프들이고, 도 4A는 1.0의 굴절률을 가진 유전 물질에 대한 도면, 도 4B는 1.5의 굴절률을 가진 유전 물질에 대한 도면, 도 4C는 2.0의 굴절률을 가진 유전 물질에 대한 도면; 그리고 도 4D는 2.5의 굴절률을 가진 유전 물질에 대한 도면이다;
도 5는 대칭적인 층 구조를 갖는 본 교시의 특정 측면들에 따른 예시적인 광학 필터 어셈블리의 단면도이다;
도 6A와 도 6B는 낮은 굴절률의 유전 물질(SiO2)(도 6B)와 높은 굴절률의 유전 물질(Si3N4)(도 6A)의 파장 대 투과(wavelength versus transmission)를 비교한 시뮬레이션(simulations)을 나타낸다.
도 7A와 도 7B는 본 교시의 특정 측면들에 따른 예시적인 광학 투과 필터 어셈블리들(optical transmission filter assemblies)을 나타낸 도면이고, 도 7A는 비대칭적인 층 구조(asymmetric layer architecture)를 나타낸 도면이고, 도 7B는 대칭적인 층 구조를 나타낸 도면이다;
도 8A 내지 도 8C는 필터링된 녹색 광 출력(filtered green light output)의 각 의존성을 설명하기 위해, 투과 타입의 광학 필터 어셈블리들(transmission type optical filter assemblies)의 파장 대 투과를 비교하는 시뮬레이션들(simulations)을 나타내는 그래프들이다. 도 8A는 필터링된 녹색 광 출력을 제공하기 위해 대략 130 nm의 두께에서 작은 굴절률을 갖는 유전 물질(SiO2)을 나타내는 도면이고; 도 8B는 녹색 광을 제공하기 위해 대략 50 nm의 두께에서 대략 2.5의 굴절률을 갖는 징크 셀레나이드(ZnSe)를 포함하는 유전 물질을 나타내는 도면이며; 그리고 도 8C는 녹색 광을 제공하기 위해 대략 80 nm의 두께에서 높은 굴절률을 갖는 유전물질(Si3N4)을 나타내는 도면이다;
도 9는 제 1 필터(a first filter)는 대칭적인 층 구조를 갖고 제 2 필터(a second filter)는 비대칭적인 층 구조를 갖는 두가지 타입의 투과 필터들(two transmission type filters)에 대한, 파장 대 투과의 비교를 나타내는 도면이다;
도 10A 내지 도 10D는 예시적인 적색-녹색-청색(red-green-blue) 투과 필터들을 비교하는 도면들이고, 도 10A 내지 도 10C는 투과 타입의 광학 필터 어셈블리들의 파장 대 투과를 비교한 도면들이다. 도 10D은 청색, 녹색, 및 적색 광 필터링을 수행하기 위한 필터 어셈블리 내의 유전물질 각각의 두께를 나타낸 도면이다. 도 10A는 낮은 굴절률의 유전 물질(SiO2)에 대한 적색, 녹색 및 청색 필터링을 나타낸다. 도 10B는 징크 셀레나이드(ZnSe) 유전 물질에 대한 적색, 녹색 및 청색 필터링을 도시하는 반면, 도 10C는 높은 굴절률의 물질(Si3N4)에 대한 적색, 녹색 및 청색 광 필터링을 도시한다.
도 11A 내지 도 11C는 필터링된 마젠타색 광 출력(filtered magenta light output)의 각 의존성을 설명하기 위해, 반사-타입의 광학 필터 어셈블리들(reflection-type optical filter assemblies)의 파장 대 반사를 비교하는 시뮬레이션들(simulations)을 나타내는 그래프들이다. 도 11A는 필터링된 마젠타색 광 출력(반사각은 0°에서 80°)을 제공하기 위해 대략 130 nm의 두께에서 작은 굴절률을 갖는 유전 물질(SiO2)을 나타내는 도면이다. 도 11B는 필터링된 마젠타색 광 출력(반사각은 0°에서 80°)을 제공하기 위해 대략 50 nm의 두께에서 징크 셀레나이드(ZnSe)(굴절률, n=2.5)를 포함하는 높은 굴절율의 유전 물질을 나타내는 도면이다. 도 11C는 필터링된 마젠타색 광 출력(반사각은 0°에서 80°)을 제공하기 위해 대략 80 nm의 두께에서 높은 굴절률을 갖는 유전물질(Si3N4)을 나타내는 도면이다;
도 12A 내지 도 12D는 비대칭적인 층 구조를 갖는 예시적인 노란색-마젠타색-청녹색(yellow-magenta-cyan) 반사 필더들을 비교한 도면이고, 도 12A 내지 도 12C는 반사 타입의 광학 필터 어셈블리들에 대한 파장 대 반사를 비교한 도면이다(각각의 반사 층들은 은(silver)을 포함한다). 도 12D는 노란색, 마젠타색 및 청녹색 광 필터링을 수행하기 위한 필터 어셈블리 내의 유전율에 대한 각각의 두께들을 도시한다. 도 12A는 낮은 굴절률의 유전 물질(SiO2)에 대한 노란색, 마젠타색 및 청록색 필터링을 도시한다. 도 12B는 높은 굴절률의 징크 셀레나이드 유전 물질에 대한 노란색, 마젠타색 및 청록색 필터링을 도시하고, 도 12C는 높은 굴절률을 갖는 물질(Si3N4)에 대한 노란색, 마젠타색 및 청록색 필터링을 도시한다;
도 13A 내지 도 13D 비대칭적인 층 구조를 가지는 예시적인 노란색-마젠타색-청녹색(yellow-magenta-cyan) 반사 필터들을 비교하는 도면들이고, 도 13A 내지 도 13C는 반사 타입의 광학 필터 어셈블리들의 파장 대 반사를 비교한 도면들이다(제 1 반사층은 은을 포함하고 제 2 반사층은 알루미늄을 포함한다). 도 13D은 노란색, 마젠타색, 및 청녹색 광 필터링을 수행하기 위한 필터 어셈블리 내의 유전물질 각각의 두께를 나타낸 도면이다. 도 13A는 낮은 굴절률의 유전 물질(SiO2)에 대한 노란색, 마젠타색, 및 청녹색 필터링을 나타낸다. 도 13B는 높은 굴절률을 갖는 징크 셀레나이드(ZnSe) 유전 물질에 대한 노란색, 마젠타색, 및 청녹색 필터링을 도시하는 반면, 도 13C는 높은 굴절률의 물질(Si3N4)에 대한 노란색, 마젠타색, 및 청녹색 광 필터링을 도시한다.
도 14A와 도 14B는 비대칭인 층 구조를 갖고, 유전물질은 높은 굴절률을 갖는 물질(Si3N4)이며, 반사 층들은 은을 포함하는 본 발명의 특정 측면들에 따른(in accordance with certain aspects of the present disclosure) 투과 및 반사 필터 어셈블리를 나타낸 도면이다;
도 15는 본 교시들의 특정 측면들에 따른 표시장치에 대한 다른 칼라 픽셀(different color pixels) 들을 갖는 필터 어셈블리의 제조 공정(process for fabricating)을 나타낸 도면이다;
도 16은 본 교시의 특정 측면들에 따라 준비된 액정 유전체(liquid crystal dielectric)을 포함하는 투과 타입의 조정 페브리-페롯 스펙트럼 필터(transmission-type tunable Fabry-Perot-based spectrum filter)에 대한 파장 대 투과 나타낸 도면이다;
도 17은 본 교시의 특정 측면들에 따른 조정 페브리-페롯-기반의 스펙트럼 필터 내에서의 액정 굴절률(liquid crystal refractive index) 대 유전물질로서 사용되는 인가 전압(applied voltage)을 나타낸 도면이다;
도 18은 격자 개구부들(grating openings)에 포함된 유전 물질을 구비한 높은 굴절률의 격자 구조를 갖는 본 교시의 특정의 다른 실시예들(certain alternative embodiments)에 따라 준비된 최소의 각 의존성을 갖는 예시적인 광학 필터 어셈블리의 단면도이다;
도 19A와 도 19B는 본 교시의 특정 변형예들에 따라 준비된, 상대적으로 최소의 각 의존성을 갖는 반사 칼라 광학 필터(reflection color optical filter)를 도시한다. 도 19A는 220nm의 주기(스케일 바(scale bar)는 400nm)를 갖는 슬릿 개구부 특징들(slit openings features)을 갖는 기판(substrate) 상에 은으로 형성된 예시적인 높은 굴절률의 전도성 메쉬 격자 나노-구조(conductive mesh grating nano-structure) 에 대한 스캐닝 일렉트론 마이크로스코프(scanning electron microscope, SEM) 이미지를 도시한다. 도 19B는 45°, 55°, 65°, 75° 의 구분된(distinct) 입사각에서의 트랜스버스 마그네틱(Transverse Magnetic, TM)의 편광(polarized light)의 파장 대 반사에 대한 그래프(plot)를 나타낸 도면이다;
도 20A와 도 20B는 본 교시의 특정 변형예들에 따라 준비된 최소의 각 의존성을 갖는 또다른 반사 칼라 광학 필터를 도시한다. 도 20A는 180nm의 주기(스케일 바는 300nm이다)를 갖는 슬릿 개구부 특징들을 갖는 기판 상에 은으로 형성된 예시적인 높은 굴절률의 전도성 메쉬 격자 나노-구조(conductive mesh grating nano-structure) 에 대한 스캐닝 일렉트론 마이크로스코프(scanning electron microscope, SEM) 이미지를 도시한다. 도 20B는 45°, 55°, 65°, 75° 의 구분된 입사각에서의 트랜스버스 마그네틱(TM) 편광의 파장 대 반사에 대한 그래프를 나타낸 도면이다;
도 21은 도 19에 도시된 것과 유사한 구조를 구비한, 최소의 각 의존성을 갖는 광학 필터 어셈블리에 대한 파장 대 투과를 비교한 시뮬레이션들을 나타낸 도면이다;
도 22는 최소한 대략 60도의 입사각까지는 강한 각 내성(angle tolerance)을 보이는 적색 칼라 필터로 설계된, 도 21에서와 같이 각-독립적 칼라 필트레이션(angle-independent color filtration)을 갖는(입사각이 변화할 때, 상대적으로 작은 변환(small shift)를 보이는) 광학 필터 어셈블리에 대한 반사의 계산된 맵(calculated map)의 도면이다;
도 23은 광학 필터 어셈블리의 전도성 격자 구조에 대한 설계 원리(design principle)의 개략도이고, 이때 전도성 격자 구조는 서브파장(subwavelength)이고, 큰 유효 굴절율을 보이며, 트랜스버스 마그네틱(TM) 편광을 투과시킬 수 있지만, 트랜스버스 일렉트릭(transverse electric, TE) 변광 파동들은 반사한다.
해당 도면 번호들(corresponding reference numerals)은 도면들의 여러 뷰들(views)에 걸쳐 해당 부분들(corresponding parts)을 나타낸다.
본 발명이 당해 기술 분야의 통상의 기술자(those who are skilled in the art)에게 철저하고, 완전히 이해되기 위하여, 예시적인 실시예들이 제공된다. 많은 세부 사항들(specific details)은, 구체적인 구성요소들, 소자들 및 방법들에 대한 예들로서, 본 발명의 실시예들에 대한 완벽한 이해를 위해 제공되는 것이다. 구체적인 세부 사항들은 기재되지 않을 수 있고, 예시적인 실시예들은 많은 다른 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명의 범위로 제한하여 해석되지 않아야 한다는 것은, 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 특정의 예시적인 실시예에서는, 공지된(well-known) 공정들, 공지된 소자 구조들, 및 공지된 기술들은 구체적으로 설명되지 않는다.
본 명세서에 사용된 용어는 단지 특정의 예시적인 실시예들을 설명하기 위한 목적이지, 제한하기 위함이 아니다. 본 명세서에 사용된 "하나의(a)", 하나의(an)", 상기의(the)" 등의 단수 형태는, 문맥상 명백히 표현되지 않는 한, 복수 형태 또한 포함하도록 의도될 수 있다. "포함하다(comprise)", "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", 및 "갖는(having)" 등의 용어들은 포괄적이고, 따라서 언급된 특징들(features), 정수들, 단계들, 조작들(operations), 원소들(elements), 및/또는 구성요소들의 존재를 명시할 수 있지만, 하나 또는 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 조작들, 원소들, 구성요소들, 및/또는 그룹들의 존재나 부가를 배제하지 않는다. 본 명세서에 설명된 제조방법의 단계들, 공정들 및 조작들은, 구체적으로 수행의 순서가 정해지지 않았다면, 반드시 특정하게 논의되거나 설명된 특정한 순서에 따르는 것이라고 해석되지 않는다. 또한 부가적이거나 대체적인 단계들이 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
하나의 구성요소 또는 층이 다른 구성요소 또는 층 "상에(on)", "맞물려서(engaged to)", "연결되어(connected to)" 또는 "결합되어(coupled to)" 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소 또는 층에 직접적으로 위에, 맞물려서, 연결되어, 결합되어 있을 수 있는 것을 의미한다. 이와 대조적으로, 구성요소가 다른 구성요소 또는 층에 "곧바로 위에(directly on)", "곧바로 맞물려서(directly engaged to)", "곧바로 연결되어" 또는 "곧바로 결합되어" 있다고 기재된 경우에는, 다른 구성요소들이나 층들이 포함될 수 없다. 구성요소 간의 관계를 설명하는 다른 단어들은 이와 유사한 방식으로 사용된다(예를 들어, "사이에(between)" 과 "곧바로의 사이에(directly between)", "인접한(adjacent)"과 "곧바로 인접한(directly adjacent)", 기타 등등). 본 명세서에 사용된 "및/또는"이란 용어는 하나 또는 하나 이상의 열거된 관련 아이템들(items)의 어느 하나 그리고 모든 조합들을 포함한다.
본 명세서에 기재된 제 1, 제 2, 제 3 등 의 용어들은 다양한 원소들, 구성요소들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들(sections)을 설명할 수 있음에도 불구하고, 이러한 원소들, 구성요소들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다. 이러한 용어들은 하나의 원소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션을 다른 것들로부터 구분하기 위해서만 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "제 1", "제 2" 그리고 다른 수치적인 용어들은 문맥에 의해 명확하게 표시되지 않았다면, 어떤 순서(sequence)나 질서(order)를 의미하지 않는다. 따라서, 이하에서 기재된 제 1 원소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션은, 예시적인 실시예들의 교시들(teachings)로부터 분리되지 않는 이상, 제 2 원소, 구성요소, 영역, 층 또는 섹션으로 기재될 수 있다.
공간적으로 관련있는 용어들, 예를 들어 "안의(inner)", "바깥의(outer)", 바로 아래의(beneath)", "아래의(below)", "낮은(lower)", "상의(above)", "위의(upper)" 등은, 도면에 묘사된 하나의 원소 또는 형상의 다른 원소(들) 또는 형상(들)과의 관계를 쉽게 설명하기 위해 본 명세서에 사용될 수 있다. 공간적으로 관련있는 용어들은 도면들에 도시된 방향에 더하여 사용 또는 작동되는 장치의 다른 방향들을 포함하도록 의도될 수 있다. 예를 들어, 만일 도면들의 소자가 뒤집힌다면, "아래의" 또는 "바로 아래의" 원소들은 다른 원소들 또는 형상들 "상에" 있는 것이 된다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래의"는 위와 아래 모두를 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향이 될 수 있고(90 도가 회전되거나 다른 방향일 경우) 본 명세서의 공간적으로 관련있는 용어들은 그에 따라 해석될 수 있다.
본 발명에 걸쳐(Throughout this disclosure), 수치들(numerical values)은 주어진 값들(given values), 그리고 언급된 대략적인 값뿐만 아니라 언급된 정확한 값을 가지는 실시예들로부터 작은 편차들(minor deviations)을 포함하는 측정치(measures) 또는 범위들의 한계(limits to ranges)를 나타낸다. 상세한 설명의 끝부분에 제공된 수행 예시들(working example) 이외에는, 첨부된 청구항들을 포함하여, 본 명세서의 파라미터들(parameters)(예를 들어 수량 또는 조건)의 모든 수치들은, 모든 경우들(all instances)에 있어서 '대략(about)'이라는 단어가 수치 앞에 표현되는지 여부와 관계없이, '대략'으로 수정되어 이해되어야 한다. "대략"은 기재된 수치가 어느 정도는 부정확할 수 있음을 나타낸다(값의 정확성(exactness)에 대한 몇가지 접근방식으로; 대략 또는 비교적 값에 가까운(reasonably close to the value); 근접하게(nearly)). "대략"이란 단어에 의해 제공되는 부정확함(imprecision)이 일반적인 의미로 해석되지 않는다면, 본 명세서의 "대략"은 적어도 그러한 파라미터들을 측정하고 사용하는 통상적인 방법으로부터 발생하는 변형예들(variations)을 나타낸다.
이에 더하여, 발명범위(disclosure of ranges)는, 범위들의 경계값들(endpoints)을 포함하여, 모든 값들 그리고 전체의 범위 내의 더 나눠진 범위들의 발명(disclosure)을 포함한다. 이하 예시적인 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 보다 완벽하게 설명될 것이다.
본 발명은, 착색 물질들(colorant materials)에 의한 광학 흡수(optical absorption)라기 보다는, 칼라 필터링과 같은 광학 간섭 효과(optical interference effect)에 기반한 스펙트럼 필터링을 제공하는 새로운 구조에 관한 것이다. 특정 측면들에서, 본 교시들은, 최소의 각 의존성을 갖는, 필터링된 전자기적 에너지 출력을 생산하는 간섭 필터 어셈블리를 포함하는 광학 스펙트럼 필터링 소자를 제공한다. 이러한 간섭 필터 소자들은 광을 필터링하는 페브리-페롯 에탈론 소자들일 수 있고, 본 교시들에 따라 필터링된 광의 각 의존성을 최소화시키는 높은 굴절률의 유전체 층을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다(by way of non-limiting example).
투과 및 반사 칼라 필터링 모두는 본 교시들에 따라 준비된 필터 소자들에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 특정 변형예들에서, 광학 스펙트럼 필터링 소자는 투과 타입 필터일 수 있고, 다른 변형예들에서는; 광학 스펙트럼 필터링 소자는 반사 타입의 필터일 수 있다. 그러나 또다른 변형예들에서는, 광학 스펙트럼 필터링 소자는 동시에 투과 및 반사 타입 필터를 나타낼 수 있다.
간섭 필터 어셈블리는 유전 물질을 포함한다. 특정 변형예에서, 이러한 유전 물질은, 예를 들어 대략 1.4보다 큰 상대적으로 높은 굴절률을 갖는다. 특정 측면들에서, 유전 물질은 상대적으로 높은 굴절률, 바람직하게는 1.5보다 클 수 있고, 선택적으로 2보다 크거나 같은 굴절률을 가지며, 선택적으로 3보다 크거나 같은 값을 갖고, 특정 변형예들에서는 4보다 크거나 같은 큰 값을 갖는다. 특정 변형예들에서, 간섭 필터 어셈블리는 또한, 각각의 반사 표면은 금속을 포함하는, 한쌍의 평행한 반사 표면들(a pair of parallel reflective surfaces)을 포함한다. 유전 물질은 전술한 한 쌍의 평행한 반사 표면들 사이에 위치한다.
특정 측면들에서, 필터 어셈블리를 빠져나가는 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 출력을 생산하기 위해, 필터 어셈블리는 전자기 스펙트럼의 일부를 유전물질로 투과시킬 수 있다. 투과되지 않은(non-transmitted) 광은 대부분(아주 작은 양의 광은 금속에 의해 흡수된다) 반사되어 재사용(recycled)된다. 필터링된 출력은 바람직하게는, 표시장치 내의 픽셀들로서 사용되기에 적합하도록, 최소의 각 의존성을 나타내지만, 이에 제한되지 않는다. 스펙트럼 또는 칼라 필터는 편광에 독립적으로 만들어질 수 있다(The spectrum or color filter can be made to be polarization independent). 이러한 광학 스펙트럼 필터링 소자는 종래의 착색제 기반의 필터들에 비해 에너지가 절약되고, 높은 입력 광출력(input optical power)에도 견딜 수 있다.
도 1과 도 2를 참조하면, 광학 스펙트럼 필터링 소자(20)의 일실시예는 필터 어셈블리(30)을 포함한다. 필터 어셈블리(30)는 제 1 측면(a first side, 32)과 제 2 반대 측면(a second opposite side, 34)를 정의한다. 필터 어셈블리(30)는 제 1 투과 기판 또는 층(a first transmissive substrate or layer, 40), 투과층(40) 옆에 배치되는 제 1 반사 표면(a first reflective surface, 42)을 포함한다. 필터 어셈블리(30)는 또한 제 1 반사 표면(42) 옆에 적어도 하나의 유전물질층(dielectric material layer, 44)을 포함한다. 제 2 반사 표면(a second reflective surface, 46)은 제 1 반사 표면(42)의 반대 측면 상의 유전 물질층(44) 옆에 배치된다. 정리하면, 제 1 반사 표면(42)와 제 2 반사 표면(46)은, 유전 물질층(44)를 가운데 포함하는 한 쌍의 평행한 반사 표면들을 형성한다. 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 선택적 제 2 투과층(an optional second transmissive layer, 48)은 제 2 반사 표면(46) 옆에 배치된다. 예를 들어 광학적인 제 2 투과층(48)은 클래딩(cladding)일 수 있다. 이러한 필터 어셈블리(30)는, 유전 물질층(44) 양측의 한 쌍의 평행한 반사 표면들(42, 46)에서 반대 측면(34)에, 제 1 투과층(40)에 대응되는 제 2 투과층(48)을 갖는 "대칭적인 구조(symmetric architecture)"를 갖는다. 도 1에 도시되지는 않았지만, 만일 제 2 투과층(48)이 생략된다면, 필터 어셈블리(30)는, 제 2 반사 표면(46)이 제 2 투과층(48) 대신 공기(56) 또는 다른 외부의 물질과 간섭을 일으키므로, 비대칭적인 구조(asymmetric architecture)를 갖는다(따라서 어셈블리 구조는 비대칭이 된다).
도 1에서, 제 2 투과층(48)에 표시면(visible surface, 50)을 정의한다. 전자기 복사(electromagnetic radiation)의 소스(source, 52)는 제 1 측면(32)을 따라 광학 스펙트럼 필터링 소자(20)의 필터 어셈블리(30) 방향으로 향한다. 필터 어셈블리(30)는 소스(52)로부터 어셈블리(30)로 전자기 복사의 스펙트럼 일부를 투과시킬 수 있다. 따라서, 전자기 복사의 일부는 제 1 투과층(40)을 통하여 들어오고, 제 1 반사층(42)을 통하여 유전 물질층(44)으로 들어간다. 간섭 필터의 내부에서 전자기 복사의 경로는 광학 스펙트럼 필터링 소자(20)가 투과-타입 필터인지, 반사-타입 필터인지, 또는 투과 및 반사 타입 필터인지에 의존된다. 도 1의 투과-타입 페브리-페롯 기반의 필터에 도시된 바와 같이, 유전 물질(44)로 들어가는 전자기 복사 에너지의 일부는 한 쌍의 평행한 반사 표면들 사이에서 공진한다(resonates)(페브리-페롯 기반의 에탈론 간섭 필터와 같이). 전자기 복사 에너지의 일부는 제 2 반사 표면(46)과, 필터 어셈블리(30)를 빠져나가는 파장들의 정해진 범위를 가진 필터링된 출력(filtered output, 60)을 생산하는 제 2 투과층(48)을 통하여 투과된다.
배경으로서(by way of background), 페브리-페롯 기반 필터의 일반적인 작동 원리들이 도 3에 도시되었고, 명세서에서 논의될 것이다. 전자기파(electromagnetic wave, 100)가 θ1의 입사각으로 제 1 반사 표면(102)에 접근한다. 실질적으로 평행한 제 2 반사 표면(106)은 유전 물질(104)의 반대측 상에 배치된다. 유전 물질(104)의 두께(또한 제 1 및 제 2의 평행한 반사 표면들(102, 106) 사이의 거리)는 d로 표시되고, 유전 물질의 굴절률은 η로 표시된다. 특히, 페브리-페롯 기반 에탈론들과 같은 간섭 필터들에 있어서, d는 구조 내의 필터링된 목표 파장(target wavelength)보다 작기 때문에, d는 서브-파장(sub-wavelength)이다. 반사되는 전자기파(100)의 각 부분은 Rn으로, 여기서 n은 정수이고, 투과되는 전자기파(100)의 각 부분은 Tn으로 정의되고, n은 정수이다. 각각의 투과에 성공한 빔(succeeding transmitted beam)의 위상차(phase difference)(예를 들어, T1, T2, 등등...)는 이하와 같다:
δ=2kdcos(θ2)=2
Figure pct00001
dcos(θ2)
최대의 투과(transmission maximum)는 δ=2mπ 에서 일어나고, 따라서 2ndcos(θ2)=mλ 가 되고, 여기서 λ는 파장이다. θ2는 스넬의 법칙(snell? law): sin(θ1)=nsin(θ2) 에 따라 정해진다. θ1은 외부 매질(external medium)(예를 들어, 공기)에서의 입사각이다. 필터링된 출력의 파장 변환(wavelength shift)은 입사각(θ1)과 굴절률(n)에 의존한다. 결과들은 전술한 분석 방정식(analytic equations)에 의해 계산되고, 제 1 및 제 2 반사층들의 금속의 두께는 계산에 포함되지 않는다.
다양한 측면에서, 본 발명은 줄어든 각 의존성을 갖는 필터를 제공하고, 다시 말해서 시야각(viewing angle)이 표시면(visible surface)에 수직(0°)에서 평행(거의 90°)하게 변함에 따라, 필터링된 광은 현저하게 변환되지 않는다. 전술한 바와 같이 각 의존성은 표시 장치들에 사용되는 종래의 칼라 필터들, 심지어 종래의 페브리-페롯(F-P) 기반의 필터들에 있어 흔한 문제(frequent problematic issue)이다. 하지만, 입사각(θ1)이 증가함에 따른 투과 파장의 변환은, 본 교시들에 따라 준비된 어셈블리들 내에 높은 굴절률의 유전 매질을 사용함으로써 줄어들 수 있다. 왜냐하면 스넬의 법칙에 따라 θ1이 θ2로 변화하는 경우, 굴절률의 큰 F-P 공진기의 중간층이 현저하게 각 θ2를 줄이기 때문이다. 따라서, 바람직하게 높은 굴절률(desirably high refractive indices)을 갖는 특정의 유전 물질들 포함함으로써, 발명 기술(inventive technology)의 원칙들에 따른 필터 소자의 각 의존성은 현저하게 줄어들거나/최소화될 수 있다. 본 명세서에 기재된 높은 굴절률의 물질들은 전통적인 유전 물질들을 포함할 수 있으나, 광학 메타물질들(optical metamaterials), 액정들, 그리고 이하의 다른 높은 굴절률의 물질들을 포함할 수 있다. 이러한 원칙은, 칼라 필터들과 같은 투과 및 반사 스펙트럼 필터들 모두에 적용될 수 있다.
따라서, 다양한 측면에서, 광학 스펙트럼 필터링 소자는, 한 쌍의 평행한 반사 표면들 사이에서, 대략 1.5보다 큰 굴절률을 갖는 유전 물질을 포함하는 간섭 필터 어셈블리를 포함한다. 특정 변형예들에서, 각각의 반사 표면은, 제한되지 않는 예시의 방법으로, 은(silver) 또는 알루미늄(aluminium)과 같은 반사 물질을 포함한다. 필터 어셈블리는 필터 어셈블리를 빠져나오는 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 출력을 생산하기 위해 전자기 스펙트럼의 일부를 유전 물질로 투과시킬 수 있고, 여기서 필터링된 출력은 파장들의 정해진 범위를 갖고 최소의 각 의존성을 나타낸다.
특히 적합한 가시광선 및 적외선 전자기 복사는 대략 390에서 750nm 범위의 파장들을 갖는 가시광(visible light) 그리고 적외선 복사(infrared radiation, IR)을 포함한다(대략 0.75에서 대략 1.4μm의 범위의 근 적외선(NIR)을 포함하여). 필터링된 전자기 복사는, 적색을 위해 대략 625 nm에서 대략 740 nm; 오렌지색을 위해 590 nm에서 대략 625 nm; 노란색을 위해 500 nm에서 대략 520 nm; 녹색을 위해 520 nm에서 대략 565 nm; 청색 또는 청록색을 위해 500 nm에서 대략 520 nm; 청색 또는 남색(indigo)을 위해서 435 nm에서 대략 500 nm; 그리고 보라색을 위해서 380 nm에서 대략 435 nm 범위의 파장을 가질 수 있다. 이에 더하여, 일 측면에서, 필터링된 광은 엑스트라-스펙트랄(extra-spectral) 또는 여러 개의 다른 파장들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 마젠타색은 적색(625nm에서 740nm)과 청색(435 nm 에서 500nm) 파장들의 엑스트라스펙트랄 혼합물이다.
특정 측면들에서, 광학 스펙트럼 필터링 소자는 투과-타입의 필터이다. 이러한 경우, 필터 어셈블리는 한 쌍의 평행한 반사 표면들의 제 1 표면(a first surface)를 통해 유전 물질로 전자기 스펙트럼의 일부를 투과시킬 수 있다. 투과된 전자기 스펙트럼의 일부는 따라서 한 쌍의 평행한 반사 표면들의 또다른 제 2 표면(a second surface)으로 투과되고, 즉 통해서 투과된다. 따라서, 전자기 스펙트럼의 일부는(예를 들어, 도 1과 도 2의 52), 필터 어셈블리(30)의 제 1 측면(도 1과 도 2의 32)으로 들어가서, 필터링된 출력(output)은 제 1 측면(32)의 반대쪽인 제 2 측면(도 1과 도 2의 34)으로 나온다.
특정 변형예들에서, 광학 스펙트럼 필터링 소자의 투과-타입의 필터는 가시광 영역의 파장들의 정해진 범위를 갖고, 필터 어셈블리를 빠져나오는 필터링된 출력을 생산한다. 이러한 파장들의 정해진 범위는: 적색, 녹색, 청색 그리고 그들의 결합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 색을 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 광학 스펙트럼 필터링 소자는 반사-타입의 필터일 수 있고, 따라서 필터 어셈블리는, 한 쌍의 평행한 반사 표면들 중 하나를 통하여, 유전물질을 거쳐, 한 쌍의 평행한 반사 표면들 중 다른 하나로 전자기 스펙트럼의 일부를 투과시킬 수 있다.
특정 변형예들에서, 광학 스펙트럼 필터링 소자는, 가시광 영역의 파장들의 정해진 범위를 갖고, 필터 어셈블리를 빠져나오는 필터링된 출력을 생산하는 반사-타입의 필터이다. 이러한 파장들의 정해진 범위는: 청녹색, 마젠타색, 노란색 그리고 그들의 결합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 색을 포함할 수 있다.
다른 특정 변형예들에서, 광학 스펙트럼 필터링 소자는 동시에 투과-타입 필터와 반사-타입 필터일 수 있고, 따라서 전자기 스펙트럼이 필터 어셈블리로 들어간 후에 광의 투과된 일부와 광의 반사된 일부가 생산될 수 있다. 따라서, 특정 실시예들에서, 광학 스펙트럼 필터링 소자 내에서 투과된 파장들의 정해진 범위는 가시광 영역이고, 적색, 녹색, 청색 그리고 그들의 결합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 색을 포함할 수 있으며, 청녹색, 마젠타색, 노란색 그리고 그들의 결합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 색을 또한 포함할 수 있다.
도 4A 내지 도 4D는, 페브리-페롯 기반의 필터들에서 입사각(θ)과 유전체의 굴절률(dielectric index, n)에 대한 필터링된 파장 변환의 의존성을 보여주는, 발명의 원리들에 따른 필터링된 출력의, 감소하는(diminished) 각 의존성을 도시한다. 도 4A에서, 필터 어셈블리의 유전 물질은 1.0의 굴절률을 갖고, 파장의 바람직하지 않은 변환을 보여준다(입사각이 0°보다 약간 클 때 1.0에서, 입사각이 80°로 커지면서 0.2보다 작은 값까지 표준화된 값들(normalized values)). 도 4B는 필터 어셈블리 내에서 유전물질이 1.5의 굴절률을 가질 때, 필터링된 파장의 변환에서 현저한 개량(improvement)을 보여주고, 여기서 표준화된 값들은 입사각이 0°보다 약간 클 때 1.0에서, 입사각이 80°로 커지면서 0.75보다 작은 값까지의 범위를 갖는다. 도 4C에서는, 필터 어셈블리의 유전 물질은 2.0의 굴절률을 갖고, 필터링된 파장의 변환에서 훨씬 현저한 개량을 보여주고, 여기서 표준화된 값들은 입사각이 0°보다 약간 클 때 1.0에서, 입사각이 80°로 커지면서 0.88보다 작은 값까지의 범위를 갖는다. 도 4D에서는, 필터 어셈블리 내의 유전 불질이 2.5의 굴절률을 갖고, 필터링된 광의 감소하는 파장 변환에 있어 가장 큰 개량을 보여주고, 여기서 여기서 표준화된 값들은 입사각이 0°보다 약간 클 때 1.0에서, 입사각이 80°로 커지면서 0.92보다 작은 값까지의 범위를 갖는다. 따라서, 필터 어셈블리 구조들에서 유전 물질의 굴절률이 커질수록, 생산된 필터링된 출력의 각 의존성이 더욱 최소화된다.
도 5는 본 교시들의 특정 측면들에 따라 대칭적인 층 구조를 갖는 예시적인 광학 필터 어셈블리의 단면도를 도시한다. 제 1 투과층(a first transmissive layer, 200)은, 반사 물질을 포함하는 제 1 반사층(a first reflective layer, 202)에 이웃한다(adjacent). 제 2 반사층(a second reflective layer, 212)은 제 1 반사층(202)에 실질적으로 평행하고, 또한 반사 물질을 포함한다(제 1 반사층(202)의 반사 물질(들)과 같거나 별개의 것일 수 있다). 따라서, 제 1 및 제 2 반사 층들(202, 212)은, 유전 물질(210)을 포함하는 한 쌍의 평행한 반사 기판들(substrates) 또는 층들을 형성한다.
일실시예에서, 제 1 투과층(200)은 글래스 기판(glass substrate)일 수 있다(이산화 실리콘(SiO2)을 포함하는). 제 1 반사층(202)은 선택적으로 은(silver)을 포함하고, 대략 20nm의 두께를 갖는다. 제 2 반사층(212)은 유사하게 은을 포함하고, 20nm의 두께를 갖는다. 특정 측면에 따른 일실시예에서, 유전 물질(210)은 선택적으로 높은 굴절률의 물질, 예를 들어 질화 실리콘(Si3N4, 굴절률은 대략 2)을 포함하고, 선택적으로 대략 100nm의 두께를 갖는다. 은을 포함하는 20nm 두께의 두개의 반사층들(202, 212)은, 100nm의 두께를 갖는 글래스 기판(200)과 대략 실리카 클래딩(220) 유전 물질(210)을 둘러쌀(surround) 수 있다. 본 교시들의 특정 측면들에 따른 다른 실시예에서, 유전 물질(210)은 선택적으로, 질화 실리콘(Si3N4, 굴절률은 대략 2)과 같은 높은 굴절률의 물질을 포함하고, 선택적으로 대략 40nm의 두께를 가지며, 은을 포함하고 20nm의 두께를 갖는 두개의 반사층들(202, 212)을 갖고, 대략 100nm의 두께를 갖는 글래스 기판(200)과 실리카 클래딩(220)을 갖는다. 제 1 비교 예시(a first comparative exemple)에서, 반사층들, 기판 그리고 클래딩은 전술한 실시예들의 그것들과 같을 수 있으나, 유전 물질(210)은 대략 150nm 두께의 실리카(이산화 실리콘, SiO2, 굴절률은 1.5)를 포함하는 상대적으로 작은 굴절률의 물질일 수 있다. 제 2 비교 예시(a second comparative example)에서, 반사층들, 기판, 그리고 클래딩은 전술한 실시예들의 그것들과 같을 수 있으나, 유전 물질(210)은 대략 120nm 두께의 실리카(이산화 실리콘, SiO2, 굴절률은 1.5)를 포함하는 상대적으로 작은 굴절률의 물질일 수 있다.
도 5에 도시된 구조들과 비슷한 구조들의, 파장 대 투과의 비교 시뮬레이션 결과들(comparative simulation results)이 도 6A와 도 6B에 도시된다. 제 1 비교 필터링 어셈블리(a first comparative filtering assembly)는, 대략 120nm의 두께의 상대적으로 낮은 굴절률의 유전 물질(n=1.5)인 실리카(SiO2)를 포함하고, 결과는 도 6B에 도시되었고, 본 발명의 특정 측면들에 따라 준비된 제 2 비교 어셈블리(a second assembly)는, 도 6A에 도시된 바와 같이 높은 굴절률(n=2.0)의 유전 물질인 질화 실리콘(Si3N4)을 포함하는 높은 굴절률의 유전 물질층을 포함한다. 질화 실리콘(Si3N4) 유전 물질을 포함하는 유전 물질층은 대략 40nm의 두께를 갖는다.
도 6B에 도시된 바와 같이, 낮은 굴절률의 실리카 유전 물질을 갖는 광학 필터 어셈블리의 경우, 입사각이 0°에서 60°로 증가하면서, 바람직하지 않은 파장의 변환은 대략 120nm이다. 본 교시들의 특정 측면들에 따른 광학 필터 어셈블리를 나타내는 도 6A에서, 최소의 파장 변환은, 입사각이 0°에서 60°로 증가하면서, 대략 40nm 이하로 일어나고, 따라서 발명 기술이 광학 스펙트럼 필터링 소자들의 각 의존성을 현저하게 감소시킨다는 것을 알 수 있다.
도 7A 내지 도 7B는, 본 교시들의 특정 측면들에 따라 준비된 예시적인 광학 투과 필터 어셈블리들을 도시하고, 간섭 필터 어셈블리에 대한 비교적인(comparative) 비대칭적인 층 구조가 도 7A에 도시되고, 간섭 필터 어셈블리에 대한 대칭적인 층 구조가 도 7B에 도시된다. 도 7A는 제 1 투과층(300)을 포함하는 투과-타입의 광학 필터 어셈블리를 도시하고, 이는 글래스 기판(이산화 실리콘,SiO2,을 포함하는)과 같은 광학 필터링 소자로 들어가는 전자기 파장들에 대한 투과 물질들을 선택적으로 포함한다. 제 1 반사층(302)은, 은과 같은 제 1 반사 물질을 포함한다. 이러한 제 1 반사층(302)은, 대략 20nm의 두께를 가지나, 이에 제한되지 않는다. 제 2 반사층(312)은 제 1 반사층(302)에 실질적으로 평행하고, 제 1 및 제 2 반사층들(302, 312)은 유전 물질(310)을 포함하는 한 쌍의 평행한 반사 기판들을 형성한다. 제 2 반사층(312)은 은과 같은 제 2 반사 물질을 포함하고, 대략 20nm의 두께를 가지지만, 이에 제한되지 않는다. 유전 물질(310)은 대략 100nm의 두께에서 선택적으로 질화 실리콘(Si3N4)을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 특히, 제 2 반사층(312)은 공기와 같은 주변의 대기(atmosphere)와 접하는(interface) 표시면(visible surface, 314)을 갖는다. 따라서, 도 7A의 투과 필터 어셈블리는 비대칭적인 층 구조를 갖고, 다음의 물질들과의 인터페이스들(interfaces)을 포함한다: 공기(외부 환경 또는 대기, 316), 20nm의 은 층(제 2 반사층, 312), 유전 물질(310), 20nm 은 층(제 1 반사층, 301), 그리고 글래스 기판(제 1 투과층/기판, 300).
도 7B는 전술한 도 7A의 실시예와 같은 투과 필터 어셈블리 구성요소들을 포함하지만, 제 2 반사층(312) 상에 위치하는 투과 클래딩층(transmissive cladding layer, 320)을 더 포함한다. 투과 클래딩층(320)은 글래스(이산화 실리콘, SiO2)와 같이, 광학 필터링 소자로 들어가는 파장들에 실질적으로 투과적이다. 따라서, 제 2 투과 클래딩층(320)은 제 1 투과층(300)과 대응되어 대칭적인 구조를 형성한다. 따라서, 도 7B에서, 광학 필터 어셈블리는 대칭적인 층 구조를 갖고, 이는 다음의 물질들과의 사이에 인터페이스들을 포함한다: 공기(외부 환경 또는 대기, 316), 제 2 투과 글래스 상부(top) 클래딩층(320), 20nm의 은 층(제 2 반사층, 312), 유전 물질(310), 20nm 은 층(제 1 반사층, 301), 그리고 글래스 기판(제 1 투과층/기판, 300).
도 8A 내지 도 8C는, 필터링된 녹색 광 출력의 각 의존성을 설명하기 위해, 투과-타입의 대칭적인 광학 필터 어셈블리들에 대한 파장 대 투과를 비교한 시뮬레이션들을 보여주는 그래프들이다. 도 8A는, 입사각이 0°일 때 필터링된 녹색광을 제공하기 위해, 대략 130nm의 두께를 갖는 낮은 굴절률(n=1)의 유전 물질(SiO2)인 경우를 도시한다. 도 8B는, 입사각이 0°일 때 필터링된 녹색광을 제공하기 위해, 대략 50nm의 두께를 갖는 높은 굴절률(n=2.5)의 징크 셀레나이드(ZnSe))의 경우를 도시한다. 마지막으로 도 8C는, 대략 80nm의 두께를 갖는 높은 굴절률(n=2.0)의 유전 물질(Si3N4)인 경우를 도시한다. 도시된 바와 같이, 가장 낮은 굴절률의 유전 물질(도 8A의 이산화 실리콘)의 경우, 입사각이 0°에서 80°으로 증가하면서, 세가지의 유전 물질들 중 가장 큰 파장 변환을 보여주고, 여기서 파장 변환은 대략 100nm 정도이다. 도 8C에 도시된 높은 굴절률의 유전 물질(Si3N4)은 입사각이 0°에서 80°으로 증가하면서, 대략 50nm 정도의 파장 변환을 나타내고, 반면 도 8B에 도시된 가장 높은 굴절률의 유전 물질(ZnSe)는 입사각이 0°에서 80°으로 증가하면서, 바람직하게도 겨우 30nm 정도의 파장 변환을 보여준다.
도 9는 두가지 투과 타입의 광학 필터들에 대한 파장 대 투과의 비교를 도시한다. 제 1 필터(a first filter)는 대칭적인 층 구조를 가지고, 제 2 필터(a second filter)는 비대칭적인 층 구조를 갖는다. 도시된 바와 같이, 비대칭적인 필터 어셈블리(도 7A와 같은)와 비교하여, 대칭적인 구조(도 7B에 도시된 필터 어셈블리와 같은) 내의 필터 어셈블리의 대칭성은 필터링된 전자기 복사의 투과의 크기(magnitude)를 증가시킨다. 하지만, 대칭적 및 비대칭적 필터 어셈블리들은 모두 광학 필터들로서 각 의존성을 감소시키고, 따라서 모두가 본 교시들의 변형예들로서 고려된다.
도 10A 내지 도 10D는, 본 발명의 특정 변형예들에 따라 제조된 다중-색(적색-녹색-청색)의 투과 간섭 필터들(multi-colored (redgreen-blue) transmission interference filters)의 비교 결과들을 도시한다. 도 10A 내지 도 10C는 투과-타입 광학 필터 어셈블리들의 파장 대 투과를 비교한다. 도 10D는 투과 필터 내의 청색, 녹색, 그리고 적색을 구현하는 필터 어셈블리 내부의 유전 물질 각각의 두께를 보여준다. 예를 들어, 이산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 상대적으로 낮은 굴절률의 유전 물질을 포함하는 비교적인 광학 필터는, 청색의(blue colored) 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 100nm의 두께를 갖고, 녹색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 130nm의 두께를 가지며, 적색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 170nm의 두께를 갖는다. 본 발명의 특정 측면들에 따라 제조된 광학 투과 타입 필터는 청색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 60nm의 두께를 갖고, 녹색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 80nm의 두께를 가지며, 적색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 110nm의 두께를 갖는다. 마지막으로, 본 발명의 다른 측면들에 따라 제조된 또다른 광학 투과-타입 필터는 징크 셀레나이드(ZnSe)를 포함하는 높은 굴절률의 유전 물질을 포함한다. 유전 물질은 청색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 30nm의 두께를 갖고, 녹색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 50nm의 두께를 가지며, 적색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 80nm의 두께를 갖는다.
도 10A 내지 도 10C는 동시에 발생하는(concurrent) 적색, 녹색, 그리고 청색 필터링에 대한 수직 입사(입사각 0°)를 도시한다. 도 10A는 낮은 굴절률의 유전 물질(SiO2)의 비교적인 예시를 도시한다. 도 10B는 발명 기술의 특정 측면들에 따라 제조된 높은 굴절률의 징크 셀레나이드(ZnSe) 유전 물질에 대한, 동시에 발생하는 적색, 녹색, 그래고 청색 필터링을 도시하는 반면, 도 10C는 발명 기술의 특정 측면들에 따라 제조된 필터링 소자의 높은 굴절률을 갖는 질화 실리콘(Si3N4) 유전 물질에 대한 적색, 녹색, 그리고 청색 광 필터링을 도시한다. 적색, 녹색, 그리고 청색의 필터링된 출력들에 대한 전체적인 투과 레벨들(overall transmission levels)은 높은 굴절률의 질화 실리콘(Si3N4) 유전 물질과 낮은 굴절률의 이산화 실리콘(SiO2) 유전 물질에 대해서 가장 크다. 그러나, 전술한 바와 같이, 작은 굴절률의 이산화 실리콘(SiO2) 유전 물질의 경우, 입사 시야각(incident viewing angle)(예를 들어, 각 의존성)에 의존하는 높은 레벨들의 파장 변환을 겪는다(suffer from).
필터링된 마젠타색 광 출력의 각 의존성을 나타내는 파장 대 반사에 관한, 반사-타입의 투과 필터 어셈블리들의 시뮬레이션들이 도 11A 내지 도 11C에 도시된다. 광학 필터들은 전술한 바와 같이, 은(silver) 반사 층들과 실리카 기판의 구조들을 갖는다. 도 11A는 대략 130nm의 두께에서, 필터링된 마젠타색의 반사된 광 출력을 제공하기 위한 낮은 굴절률의 유전 물질(SiO2)을 도시한다(입사각이 0° 에서 80°로 변하면서). 도 11B는 대략 50nm의 두께에서, 필터링된 마젠타색의 반사된 광 출력을 제공하기 위해, n=2.2의 높은 굴절률의 유전 물질(ZnSe)을 도시한다(입사각이 0° 에서 80°로 변하면서). 마지막으로, 도 11C는 대략 80nm의 두께에서, 필터링된 마젠타색의 반사된 광 출력을 제공하기 위한 높은 굴절률의 유전 물질(Si3N4)을 도시한다(입사각이 0° 에서 80°로 변하면서).
전술한 바와 같이, 가장 낮은 굴절률의 유전 물질(도 11A의 이산화 실리콘)은 입사각이 0° 에서 80°로 변하면서 반사-타입의 필터에 비해 가장 큰 파장 변환을 나타내고, 여기서 변환값은 대략 130nm이다. 도 11C의 높은 굴절률의 유전 물질(Si3N4)의 경우, 입사각이 0° 에서 80°로 변하면서 대략 80nm의 파장 변환을 나타내고, 반면 도 11B의 가장 높은 굴절률의 유전 물질(ZnSe)의 경우 입사각이 0° 에서 80°로 변하면서 겨우 50nm의 파장 변환을 보여준다.
도 12A 내지 도 12D는, 본 발명의 특정 변형예들에 따라 제조된 비교적인 다중 색(yellow-magenta-cyan)의 반사 간섭 필터들을 도시한다. 도 12A내지 도 12C는 비대칭적인 층 구조들을 갖는 반사-타입의 광학 필터 어셈블리들에 대한 파장 대 반사를 비교한다. 도 12D는 반사 필터 내의 노란색, 마젠타색, 및 청녹색의 광 필터링을 수행하기 위해, 필터 어셈블리의 각각의 유전 물질의 각각의 두께를 도시한다. 예를 들어, 이산화 실리콘을 포함하는 상대적으로 낮은 굴절률의 유전 물질은, 노란색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 100nm의 두께를 갖고, 마젠타색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 130nm의 두께를 갖으며, 청녹색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 170nm의 두께를 갖는다. 본 교시들의 특정 측면들에 따라 제조된, 질화 실리콘(Si3N4)을 포함하는 높은 굴절률의 유전 물질은 노란색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 60nm의 두께를 갖고, 마젠타색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 80nm의 두께를 갖으며, 청녹색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 110nm의 두께를 갖는다. 마지막으로, 본 교시들의 특정 측면들에 따라 제조된, 징크 셀레나이드(ZnSe)를 포함하는 또다른 광학 필터는 노란색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 30nm의 두께를 갖고, 마젠타색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 50nm의 두께를 갖으며, 청녹색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 80nm의 두께를 갖는다.
도 12A 내지 도 12C는 노란색, 마젠타색, 및 청녹색이 동시에 발생하는 필터링에 대한 수직 입사(normal incidence)(입사각은 0º)를 도시한다. 도 12A는 낮은 굴절률의 유전 물질(SiO2)의 비교적인 예시를 도시한다. 도 12B는 높은 굴절률의 징크 셀레나이드 유전 물질에 대한 동시에 발생하는 노란색, 마젠타색, 및 청녹색 필터링을 도시하는 반면, 도 12C는 높은 굴절률의 유전물질인 Si3N4에 대한 노란색, 마젠타색, 및 청녹색 광 필터링을 도시한다. 노란색, 마젠타색, 및 청녹색의 필터링된 광 출력들의 전체적 반사 레벨들(overall reflection levels)은 높은 굴절률의 Si3N4 유전 물질과 낮은 굴절률의 이산화 실리콘 유전 물질에 대해 가장 크다. 그러나, 전술한 바와 같이, 낮은 굴절률의 이산화 실리콘 유전 물질은, 입사 시야각(예를 들어, 각 의존성)에 의존하는 파장 변환의 높은 레벨들(high levels of wavelength shift)을 겪는다.
도 13A 내지 도 13D는 본 발명의 특정 변형예들에 따라 감소된 각 의존성을 갖는 비교적인 다중-색(노란색-마젠타색-청녹색)의 반사 간섭 필터들을 도시한다. 도 13A 내지 도 13C는 비대칭적인 층 구조를 갖는 반사-타입 광학 필터에 대한 파장 대 반사를 비교한다. 13D는 반사 필터 내의 노란색, 마젠타색, 및 청녹색의 광 필터링을 수행하기 위해, 필터 어셈블리의 각각의 유전 물질의 각각의 두께를 도시한다. 예를 들어, 이산화 실리콘을 포함하는 상대적으로 낮은 굴절률의 유전 물질은, 노란색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 110nm의 두께를 갖고, 마젠타색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 140nm의 두께를 갖으며, 청녹색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 180nm의 두께를 갖는다. 발명 기술의 특정 측면들에 따라 제조된, 질화 실리콘(Si3N4)을 포함하는 높은 굴절률의 유전 물질은 노란색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 70nm의 두께를 갖고, 마젠타색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 90nm의 두께를 갖으며, 청녹색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 120nm의 두께를 갖는다. 마지막으로, 본 교시들의 특정 측면들에 따라 제조된, 징크 셀레나이드(ZnSe)를 포함하는 또다른 광학 필터는 노란색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 45nm의 두께를 갖고, 마젠타색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 60nm의 두께를 갖으며, 청녹색의 필터링된 출력을 생산하기 위해 대략 85nm의 두께를 갖는다.
두개의 반사체들(reflectors)(반사 층들)은 다른 구조들이나 물질들로 제조될 수 있다. 예를 들어 반사 칼라 필터 내의 하부 반사체(bottom reflector)의 비용 효율성(cost effectiveness)은 더 두꺼운 알루미늄(Al) 금속으로 대체될 수 있고, 소자 성과(device performance)는 현저하게 변하지 않는다. 도 13A 내지 도 13C는 동시에 발생하는 노란색, 마젠타색, 및 청녹색 필터링에 대한 수직 입사(입사각은 0°)를 도시한다. 도 13A는 낮은 굴절률의 유전 물질(SiO2)을 갖는다. 도 13B는 높은 굴절률의 징크 셀레나이드 유전 물질에 대한 노란색, 마젠타색, 및 청녹색의 필터링을 도시하는 반면, 도 13C는 높은 굴절률의 유전 물질인 Si3N4에 대한 노란색, 마젠타색, 및 청녹색의 필터링을 도시한다. 노란색, 마젠타색, 및 청녹색의 필터링된 광 출력들의 전체적 반사 레벨들(overall reflection levels)은 높은 굴절률의 Si3N4 유전 물질과 낮은 굴절률의 이산화 실리콘 유전 물질에 대해 가장 크다. 그러나, 전술한 바와 같이, 낮은 굴절률의 이산화 실리콘 유전 물질은, 입사 시야각(예를 들어, 각 의존성)에 의존하는 파장 변환의 높은 레벨들(high levels of wavelength shift)을 겪는다.
본 교시에 따른 특정 실시예들은 투과와 반사 칼라 필터링을 동시에 수행할 수 있다. 도 14A와 도 14B는, 공기, 대략 20nm 두께를 갖는 은을 포함하는 제 1 반사층, 높은 굴절률의 유전 물질(예를 들어, Si3N4), 대략 20nm의 두께를 갖는 은을 포함하는 제 2 반사층, 유리 기판을 포함하는 비대칭적인 층 구조를 갖는 본 발명에 따른 투과 및 반사 필터 어셈블리를 도시하나, 이에 제한되지 않는다. 필터 어셈블리는 도 14A에는 적색-청색-녹색의 투과 필터링이 도시되고, 도 14B에는 노란색-마젠타색-청녹색 반사 필터링이 도시된다.
지금까지의 기재된 실시예들의 경우, 간섭 필터 어셈블리는 최소의 각 의존성을 나타내고, 한 쌍의 평행한 반사 표면들 사이에 위치한 대략 1.5보다 큰 굴절률을 포함하는 유전 물질을 포함할 수 있다. 반사 표면들 각각은 선택적으로 금속을 포함한다. 이러한 필터 어셈블리는 필터 어셈블리를 빠져나오는 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 출력을 생산하기 위해, 전자기 스펙트럼의 일부를 투과시킬 수 있고, 여기서 필터링된 출력은 파장들의 정해진 범위를 갖고, 최소의 각 의존성을 나타낸다.
간섭 필터 어셈블리는 유전 물질을 포함한다. 특정 변형예들에서, 이러한 유전 물질은, 예를 들어 대략 1.5보다 큰 상대적으로 높은 굴절률을 갖는다. 일 측면들에서, 유전 물질은 바람직하게는 2보다 크거나 같은, 선택적으로 3보다 크거나 같은, 그리고 특정 변형예들에서는, 4보다 크거나 같은 상대적으로 높은 굴절률을 갖는다. 간섭 필터 어셈블리는 또한 한 쌍의 평행한 반사 표면들을 포함하고, 각각의 반사 표면은 금속을 포함한다. 유전 물질은 한 쌍의 평행한 반사 표면들 사이에 위치한다.
다양한 측면들에서, 본 발명은 또한 전술한 또는 본 명세서에 기재된 어떤 실시예에 따른 감소된 각 의존성을 갖는 간섭 필터 어셈블리에 대한 제조 방법을 제공한다. 도 15는 표시장치에 대한 본 교시들의 일정 측면에 따른 구분되는(different) 칼라 픽셀들을 포함하는 필터 어셈블리들을 제조하는데 사용될 수 있는 특정 공정들을 도시한다. 먼저, 레지스트 물질(resist material, 400)이, 투과 기판(406) 상의 제 1 반사 표면층(404)(예를 들어 은 또는 알루미늄과 같은 금속을 포함하는)에 위치하는, 높은 굴절률의 유전 물질(402)의 표면에 도포(applied)된다. 단계 1(step 1)에서, 금형(400)은 제 1 깊이(a first depth)를 갖는 제 1 영역(a first region, 412), 제 2 깊이(a second depth)를 갖는 제 2 영역(a second region, 414), 제 3 깊이(a third depth)를 갖는 제 3 영역(a third region, 416)을 갖고, 레지스트 물질(400)로 가압력(applied pressure)으로 임프린트된다(imprinted). 적당한 고분자의 레지스트 물질들은, 해당 기술분야에서 잘 알려진, 열에 의해 분해될 수 있는 열가소성 고분자들; 압착(pressing) 이후에 자외선(UV) 경화, 열 경화될(cured) 수 있는 전구체 물질들(precursor materials) 등의 넓은 범위를 포함한다. 이러한 구조들을 형성하는 물질들은 U.S. Patent No. 7,648,767 to Fu, et al. entitled "MATERIAL COMPOSITION FOR NANO-AND MICRO-LITHOGRAPHY" 와 U.S. Patent Publication No. 2009/0256287 (Application Serial No. 12/421,333 filed on April 9, 2009) to Fu, et al. entitled "UV Curable Silsesquioxane Resins For Nanoimprint Lithography"에 기재되어 있고, 각각은 전부 본 명세서에 포함된다(each of which is incorporated herein by reference in its respective entirety). 금형(410)이 제거된 후, 레지스트 물질(400)은 제 1 영역(412)의 제 1 깊이, 제 2 영역(414)의 제 2 깊이, 제 3 영역(416)의 제 3 깊이에 대응되도록 다른 높이들(heights)을 갖는다. 레지스트 물질은 경화되거나(cured) 처리될(treated) 수 있다.
단계 2에서, 반응성 이온 식각(reactive ion etch)과 같은 식각 공정(etching process)은 레지스트 물질(400)의 표면 상에서, 높은 굴절률의 유전 물질(402)로 깊이 콘트라스트 패턴(depth contrast pattern)을 전사(transfer)하도록 수행될 수 있다. 이것은, 다른 스펙트럼의 필터들(different spectral filters)에 대응되는 높은 굴절률의 유전 물질(402)로, 구분되는 두께들(distinct thicknesses)을 부여하여, 필터가 다중-색 또는 다중 스펙트럼 필터가 될 수 있도록 한다. 또한, 식각 공정은 선택적으로 고분자 레지스트 물질(400)을 높은 굴절률의 유전 물질(402)로부터 제거하고, 또는 해당 기술 분야에서 잘 알려진 바와 같이 그것은 현상액(developer) 또는 용매로부터 제거되기도 한다.
단계 3에서, 박형 금속층(thin metal layer, 420)이 높은 굴절률의 유전체의 각각의 계단 모양의 부분(stepped portion)의 상면(upper surface)에 형성되어 제 2 반사 표면을 형성한다. 이를테면, 다중-색의 필터 어셈블리가 형성되는 경우, 필터 어셈블리의 제 1 영역(430)은 청색과 같이 제 1 필터링된 색(a first filtered color)에 대응되는 제 1 두께(a first thickness)에서의 높은 굴절률의 유전체층(402)을 갖고, 반면 제 2 영역(440)은 녹색과 같이 제 2 필터링된 색(a second filtered color)에 대응되고 제 1 영역(430)의 두께보다 두꺼운 제 2 두께(a second thickness)에서 높은 굴절률의 유전체층(402)을 갖는다. 마지막으로, 필터 어셈블리의 제 3 영역(450)은, 적색과 같은 제 3 필터링된 색(a third filtered color)에 대응되는 제 3 두께(a third thickness)에서 높은 굴절률의 유전체층(402)을 갖는다. 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 이해됨으로써, 이러한 제조 기술들은 다양한 구분되는 색들의 필터들을 만드는 데 사용될 수 있고, 또한 단일 색이나 스펙트럼의 파장 범위의 칼라 필터 어셈블리를 만드는데 사용될 수 있다.
도 1과 도 2를 새롭게 참조하면, 예시적인 광학 필터 스펙트럼 필터링 소자(20)는 필터 어셈블리(30)을 포함한다. 이러한 변형예에서, 필터 어셈블리(30)는 적어도 하나의 유전 물질층(44)을 사이에 포함하는 한 쌍의 평행한 반사 표면들(42, 46)을 포함한다. 특정 변형예들에서, 반사 표면들은 은, 알루미늄, 또는 그들의 결합 금속(예를 들어, 하나의 반사 표면은 은을 포함할 수 있고, 또다른 반사 표면은 알루미늄을 포함할 수 있다)과 같은 반사 물질을 포함할 수 있다. 반면, 특정 변형예들에서는, 양쪽 반사 표면들 모두에 은과 같은 금속의 선택이 선호될 수 있고, 대체적인 측면들에서(in alternative aspects)는, 어떤 현저한 감소하는 성과를 겪지 않고도(without any significantly diminished performance), 반사체들 중 하나(예를 들어, 반사 칼라 필터 내의 하부 반사체)는 더 두꺼운 알루미늄(Al) 금속으로, 다른 반사 표면은 은을 포함하는 금속으로 대체될 수 있다. 특정 실시예들에서, 한 쌍의 평행한 반사 표면들을 둘러싼 투과 기판(들)은 이산화 실리콘을 포함한다. 다른 변형예들에서, 아래에서 자세히 설명될 것이지만, 평행한 반사 표면들 중 하나 또는 양쪽 모두는 굴절률이 대조되는 유전체층들(dielectric layers)의 스택(stack)을 포함할 수 있다.
다양한 측면들에서, 유전 물질은, 발명 원리들에 따라 스펙트럼 필터링 소자의 각 의존성을 최소화시키는, 높은 굴절률의 물질 또는 물질들을 포함한다. 예를 들어, 적합한 유전 물질은 대략 1.5보다 큰; 선택적으로 대략 1.6보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 1.7보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 1.8보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 2.0보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 2.2보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 2.5보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 3보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 3.5보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 4보다 크거나 같은 굴절률을 갖고, 다양한 변형예들에서, 5보다 크거나 같을 수 있다.
본 발명에 따른 적용에 있어서 적합한 높은 굴절률의 물질들은, 2.0의 굴절률을 갖는 질화 실리콘(Si3N4), 대략 2.5의 굴절률을 갖는 징크 셀레나이드(ZnSe), 대략 2.0의 굴절률을 같는 산화 아연(ZnO), 대략 2.2의 굴절률을 갖는 산화 지르코늄(zirconium oxide, ZrO2), 대략 2.2의 굴절률을 갖는 산화 티타늄(titanium oxide, TiO2) 등을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 이러한 높은 굴절률의 물질들은 각각 또는 결합되어 적용될 수 있다.
다른 고려된(contemplated) 높은 굴절률의 물질들은 광학 메타물질들(metamaterials)이다. 메타물질들은, 물질 자체의 성분(composition of the material itself)이라기보다는, 일반적으로 이방성이고 불균일한, 효과적인 거시적 거동(effective macroscopic behavior)을 만들기 위해 작은 불균일성들(small inhomogeneities)을 사용함으로써 그들의 구조에 기반한 특성들(properties)을 갖도록 설계된 합성 물질들(synthetic matereials)이다. 많은 이러한 광학 메타물질들은 높은 굴절률들을 갖거나, 타겟 스펙트럼의 범위(target spectral range)에서 최소의 흡수(minimal absorption)를 가지는 높은 굴절률들을 갖도록 설계될 수 있고, 예를 들어, 메타물질들은 대략 2보다 크거나 같은; 선택적으로 3보다 크거나 같은; 선택적으로 3.5보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 4보다 크거나 같은, 그리고 특정 측면들에서, 선택적으로 5의 굴절률에 다다르거나 초과하는 굴절률을 가질 수 있다. 이하에서 기재된 특정의 추가적인 실시예들에서, 이러한 메타물질들은 최소의 각 의존성을 갖는 칼라 필터링을 제공하는 데 있어 대체적인 광학 필터링 소자 실시예들로 적용될 수 있다.
다른 적합한 높은 굴절률의 유전 물질 타입의 물질들에 대한 옵션들(options)은, 대략 1.6의 굴절률을 갖는 폴리스티렌(polystyrene), 또는 대략 2.0의 굴절률을 갖는 액정 물질들 또는 페로일렉트릭 고분자들(ferroelectric polymers) 또는 고분자 매트리스들(polymer matrices)을 포함한다. 다른 변형예들에서, 유전 물질은 고분자와 높은 굴절률을 갖는 다수의 나노입자들(a plurality of nanoparticles)을 포함하는 고분자 매트릭스(polymer matrix)일 수 있다. 유전 물질에 대한 고분자 매트릭스는 고분자로서 폴리스티렌을 포함할 수 있고, 균일하게 분포된 나노입자들은 지르코니아(ZrO2) 또는 전술한 미립자 형태의(particulate form) 높은 굴절률의 유전 물질들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
특정 측면들에서, 특히 가시광 영역의 스펙트럼 필터링(칼라 필터링)에서, 유전 물질은: 질화 실리콘(Si3N4), 징크 셀레나이드(ZnSe), 산화 아연(ZnO), 산화 지르코늄(ZrO2), 및 산화 티타늄(TiO2)을 포함하는 그룹에서부터 선택될 수 있다. 다른 변형예의 경우, 적외선 스펙트럼의 영역(infrared spectrum range)에서, 예를 들어 필터 어셈블리를 빠져나오는 필터링된 출력의 정해진 파장들의 범위에서, 유전 물질은: 실리콘(Si), 비소화 갈륨(gallium arsenide, GaAs), 인화 인듐(indium phosphate, InP), 황화 카드뮴(cadmium sulfide, CdS), 및 그들의 결합으로 이루어진 반도체들(semiconductors)의 그룹으로부터 선택될 수 있다.
특정 측면들에서, 유전 물질은 단일의 물질을 포함할 수 있고, 반면 다른 측면들에서; 유전 물질은 다른 성분들을(compositions) 갖는, 구분되는 다수의 층들을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 유전체층(또는 다수의 층들)의 두께는, 바람직하게는 타겟 스펙트럼의 파장들에 대한 서브-파장이고, 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 잘 알려진 다른 변형예들과의 결합들에서(combination with other variables well known to those of skill in the art), 페브리-페롯 기반의 광한 간섭 필터로부터 필터링된 광의 파장을 결정한다.
또한, 특정의 대체적인 변형예들에서, 페브리-페롯 기반의 광학 필터링 소자는 조정 필터(tunable filter)를 포함할 수 있다. 따라서, 한 쌍의 반사 표면들(예를 들어, 두 반사 거울들) 사이의 높은 굴절률의 유전 물질은 외부 장(external field)에 대한 대응으로서 조정될 수 있다. 예를 들어, 높은 굴절률의 유전 물질은, 액정들(보통 더 큰 굴절률을 갖는), 그리고 유전 물질들의 물리적 특성들을 변화시키는 전기장의 적용에 대응한 압전 재료들(piezoelectric materials)(예를 들어, 폴리바이닐이딘 플루오라이드(polyvinylidenefluoride, PVDF)와 그것의 공중합체들(copolymers)의 특정 타입들과 같은 전기-장 조정 특성들(electric-field tunable characteristics)을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 또다른 변형예들에서, 광 스펙트럼 필터링 소자의 대체적인 실시예는 최소의 각 의존성을 가진 필터링된 전자기 에너지 출력을 생산하는 간섭 필터 어셈블리를 포함한다. 이러한 필터 소자는 광을 필터링하는 페브리-페롯 에탈론일 수 있고, 본 교시들에 따른 필터링된 광의 각 의존성을 최소화하는 유전 물질을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 18은, 높은 효과적인 굴절률의 광학 메타물질을 포함하는 공진기 필터 어셈블리를 사용하고, 최호의 각 의존성을 갖는, 광학 필터 어셈블리(500)의 예시적인 대체 실시예의 단면도를 도시한다. 광학 필터 어셈블리는 투명 유전층(504)에 이웃하는 기판(502)을 포함한다. 기판(502)과 투명 유전층(504)는 실리카(SiO2) 또는 앞선 실시예들의 문단에서 논의된 어떤 투과 물질을 포함할 수 있다. 전도성의 나노-스케일(nano-scale) 또는 마이크로-스케일(micro scale)의 전도성/금속성 와이어 그리드 또는 격자 구조(conductive/metallic wire grid or grating structure, 506)는 유전체층(504) 상(over)에 위치한다. 전도성의 물질들은, 알루미늄 또는 은 등, 전술한 어떤 물질일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
"격자 구조"는 금속 또는 그래핀(grapheme)과 같이, 하나 또는 하나 이상의 개구부들(openings)을 포함함으로써, 광의 특정 파장(들)이 통과할 수 있는 구조를 형성하는, 높은 전도성의 물질을 의미한다. 예를 들어, 특정의 우선적 측면들(certain preferred aspects)에서, 격자 구조는, 다수의 전도성 물질의 열들(rows) 또는 공간적으로 떨어졌으나, 실질적으로 서로 평행한 별개의 영역들(discrete regions spaced apart, but substantially parallel to one another)을 포함할 수 있다. 이웃한 열들 사이의 공간은 광의 특정 파장들이 통과할 수 있는 다수의 개구부들을 의미한다. 격자는 또한, 유사하게 공간적으로 분리된 다수의 제 1 열들과 다른 방향을 갖고, 실질적으로 서로 평행한, 다수의 제 2 전도성 열들을 포함한다. 다수의 제 1 및 제 2 의 열들은 교차하거나, 하나 또는 그 이상의 위치들(locations)에서 서로 연결되어 그리드(grid) 또는 메쉬(mesh) 구조를 형성할 수 있다. 특정의 우선적 측면들에서, 격자는 적어도 두개의 개구부들을 형성하는 적어도 두개의 열들을 포함하나, 구분되는 격자 구조들의 열들 또는 층들의 개수(number)는 두 개로 제한되지 않고, 다수의 다른 디자인들(designs)과 층들을 포함할 수 있다는 것이 명시되어야 한다. 또한, 이하에서 기술된 것과 같이, 이웃한 다수의 전도성 열들 또는 다른 영역들은 바람직하게는 서로 서브-파장의 거리를 갖는 반면(타겟 파장 또는 파장들의 범위에 비해 작은 거리), 열들의 각각의 쌍(respective pair)은 각각의 개구부(또는 슬릿 직경(slit diameter))의 사이에서 별개의 거리(distinct distance)를 갖기 때문에, 광의 구별되는 파장들이 통과할 수 있게 된다. 따라서, 전도성 열들이 선택적으로 전도성 금속 또는 그래핀을 포함하는 격자 구조는 광학 편광판(optical polarizer)에 적용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이러한 격자 구조들은 끝단 적용(end application)으로 형성된 수많은 다른 형상들을 포함할 수 있다; 예를 들어; 적합한 와이어 그리드 편광판(wire grid polarizer)은, 가시광(파장은 대략 400nm에서 대략 800nm) 영역에서 적외선(파장은, 근적외선의 대략 1μm에서 10μm를 포함하여, 대략 0.75μm에서 대략 1mm까지) 영역 내의 전자기 에너지 파동들(waves)을 편광 및/또는 필터링 하기에 적합하도록, 대략 1μm 이하의 주기(즉, 도 18의 주기“d”를 예로 들면, 제 1 형상과 제 2 형상 사이의 간격/거리(interval/distance))를 갖는다. 서브파장 격자 구조들은 플라즈모닉(plasmonic) 공진기 소자들에 특히 바람직한데, 다시 말해서, 격자 치수들(grating dimensions)의 하나 또는 하나 이상은, 소자에 의해 필터링된 파장 또는 파장들의 범위보다 작다(예를 들어, 서프-파장 격자는 0.7μm의 파장 보다 작은, 바람직하게는 대략 200nm보다 작은, 하나 또는 하나 이상의 치수들을 갖는 가시광에 대한 격자 구조를 의미한다). 서브 파장 금속 격자들의 형태인 본 교시들에 의한 와이어 그리드 또는 격자 구조들은, 넓은 파장 범위에서 투과된 트랜스버스 마그네틱(TM) 편광과 반사된 트랜스버스 일렉트릭(TE) 편광 사이의 높은 소광비(extinction ratio)를 제공하기 때문에, 종래의 편광판 필터들에 대해 좋은 대체 구조가 될 수 있다.
특정 측면들에서, 필터링은 최소한 광학 공진 공정(optical resonance process)을 통한 부분에서 발생한다. 표시장치는 광학 공진을 통한 칼라 필터링에 대한 플라즈모닉 공진기 구조(plasmonic resonator structure)를 포함하는 표시 픽셀을 포함한다. 플라즈모닉 공진기 구조는 본질적으로 평행한 두개의 반사 표면을 갖는, 전기적으로 전도성인 격자 구조를 포함한다. 전기적으로 전도성인 격자 구조는, 표시 장치에 의해 생산된 전자기 스펙트럼의 일부를 투과시킬 수 있는, 적어도 두개의 개구부들을 포함한다. 전자기 파동들은 두개 또는 그 이상의 개구부들을 투과하여 광학 공진을 통한 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 또는 편광된 출력(filtered and polarized output)을 생산할 수 있다. 특정 변형예들에서, 이러한 표시장치는 액정 표시장치(LCD)일 수 있다. 공진 구조는, 이러한 LCD 표시장치용 픽셀 내에서, 투명 전도성 전극 및 편광판으로 적용될 수 있다.
유전 물질(504) 상에 형성된 금속 열들(506)의 그리드 또는 격자 패턴(grid or grating pattern)은 주기 "d"(다수의 금속 열들(506)의 제 1 열(515)의 제 1 측면(a first side, 514)에서부터 금속 열들(506)의 이웃한 제 2 열(517)의 제 1 측면(516)까지로 정의된 거리)를 정의한다. 각각의 열(506)은 "L"의 두께를 갖는다. 이웃한 열들(515, 517) 사이의 거리인 "a"는 개구부(또는 구멍 또는 슬릿) 또는 갭(512)으로 정의된다. 거리 "d"는 격자 패턴(506)을 통해 다양해질 수 있다는 것이 명시되어야 한다. 금속 열(506)은 금속 열(506)의 높이 "L"과 각 너비 "w"를 갖는다. 듀티 사이클(duty cycle)은 f=w/d로 정의된다. 주기성은 격자 패턴의 한 쌍의 열들 사이의 적어도 하나의 주기(d)를 의미하나, 여기서 두 개 이상의 개구부들이 있는 것은 일반적으로 격자 패턴 내의 반복되는 주기(d)를 나타낸다. 따라서, 예를 들어 높은 투명성의 공진기 구조는, 광의 구분되는 파장들이 개구부들(512a)을 통해 투과될 수 있도록, 금속 열(506)의 너비(w)와 주기(d)를 조정하도록 설계될 수 있다. 높은 전도성은, 열들(506)을 형성하는 금속 물질의 필름의 두께(L)를 조정함으로써 유사하게 수행될 수 있다. 이러한 격자 패턴(500)은 쉽게 다른 성능 기준에 맞게 조정할 수 있는 매우 유연한(flexible) 설계를 제공한다.
특정 측면들에서, 반사-타입 칼라 필터 소자는 이러한 전도성의 금속 격자 패턴을 포함할 수 있다. 특정 측면들에서, 두꺼운 전도성의 금속층은 기판에(또는 선택적으로 유전체층)에 적용될 수 있다. 기판은 금속을 적용하기 이전에 형성될 수 있고, 평평할 수 있다. 다수의 개구부들, 예를 들어, 슬릿들(slits)은, 두꺼운 금속층 내에서, 뚫어지거나(drilled), 식각되거나, 또는 다른 방법으로 형성될 수 있다. 특정 측면들에서, 이산화 실리콘과 같은 유전 물질 필름은, 다수의 열들을 정의하는 나노 격자들 또는 높은 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는 핀들(fins)의 형태로 패터닝될 수 있다. 이후, 나노 격자들은, 전도성 금속의 스퍼터링에 의해 뒤채움(back-filled)된다. 본 명세서의 도 19A와 도 19B에 예시가 기재되어 있다.
하나의 예시적인 실시예에서, 열들(506) 사이의 갭(512(a))은 대략 40nm이고, 열들(506) 사이의 주기 (d)는 대략 170 nm와 같거나 크고, 각 금속 열(506)(알루미늄을 포함하는)의 높이 (L) 또는 두께는, 예를 들어, 대략 70nm이다. 다른 실시예에서, 열들(506) 사이의 갭(512(a))은 대략 40nm이고, 열들(506) 사이의 주기 (d)는 대략 190 nm보다 크거나 같고, 각 금속 열(506)(알루미늄을 포함하는)의 높이 (L) 또는 두께는, 예를 들어, 대략 80nm이다. 또다른 예시적인 실시예에서, 열들(506) 사이의 갭(512(a))은 대략 40nm이고, 열들(506) 사이의 주기 (d)는 대략 170 nm보다 크거나 같고, 각 금속 열(506)(알루미늄을 포함하는)의 높이 (L) 또는 두께는, 예를 들어, 대략 110nm이다.
또한 배경으로서(by way of further background), 도 23은, 서브파장 전자기 공진들을 갖는 광학 필터 어셈블리의 광학 메타물질로서 사용되는 전도성의 격자 구조에 대한 디자인 원리(design principle)의 개략적인 도면을 도시하고, 여기서 전도성의 격자 구조는 서브파장이고, 크고 유효 굴절률을 나타내고, 트랜스버스 일렉트릭(TE) 편광 파동들은 반사시키지만, 트랜스버스 마그네틱(TM) 편광은 투과시킬 수 있다. 높은 굴절률의 메타물질들은, 금속성 시스템들(metallic systems)에서의 서브파장의 전파 모드들(propagating modes)의 존재로 인해, 이러한 격자구조들과 함께 생산될 수 있다. 개구부들 또는 갭들의 주기적인 배열을 갖도록 금속 필름들로 형성된 전도성의 격자 구조들은, 진동수에-독립적이고 유효 굴절률을 갖는 유전체층일 수 있다. 이러한 시스템의 유효 굴절률은 형상(geometry)에 의해 조절되고, 따라서 임의적으로 높은 굴절률들이 생산될 수 있고, 작은 각 의존성의 광학 필터들의 특정 변형예들에서 특히 유용하다. 따라서, 메타물질을 이러한 격자 구조 디자인에 적용함으로써, 유효 굴절률은 금속 필름들의 형상에 의해 조절되고, 포지티브(positive)이며, 진동수에 독립적이고, 임의적으로 크도록 디자인되는 것이 가능하다(can be designed to be arbitrarily large is possible).
도 23을 참조하면, 두꺼운 메탈 필름(600)은 1-차원의 주기적으로 잘린(one dimensional periodic cut-through) 슬릿들 또는 개구부들(602)을 갖는다. 개구부들에서, 너비("a")가 얼마나 작은지에 관계없이, x 방향으로 향하는 전기장(electiric field pointing in the x direction)을 갖는 전파되는 템 모드(TEM mode)가 존재한다. 이러한 모드의 존재는 서브 파장의 슬릿 어레이들(slit arrays)을 통한 완벽한 광의 투과를 제공한다. 도시된 바와 같이, "a"는 각각의 금속 열들(604) 사이의 개구부 또는 갭의 너비이고, "d"는 주기이며, "L"은 금속 필름의 두께이다. 유효 굴절률(effective index)은
Figure pct00002
, 반면 두께는
Figure pct00003
이다. TM 편광에 대한 금속 필름(600)의 성질들은, 독특하게(uniquely) 정의된 굴절률 "n" 및 너비 또는 두께
Figure pct00004
을 갖는 유전체층의 성질들에 점근적으로(asymptotically) 접근하는 것으로 판단된다. 큰
Figure pct00005
비(ration)는 따라서 높고 유효 굴절률 n에 도달한다(amount). 따라서, 슬릿들 또는 개구부들(602)을 갖는 금속 필름(600)의 투과 성질들은, 굴절률
Figure pct00006
및 두께
Figure pct00007
을 갖는 유전 슬랩(dielectric slab)의 성질들과 점근적으로 동일한 것으로 보인다. 이러한 격자 구조와 유전 슬랩의 대응성(correspondence)은 바람직하게는 모든 경사진 입사각들(all oblique incident angles)에도 또한 유효하다. 이러한 점에서, 금속 필름(600)의 두께 L, 각 개구부(602)의 주기 d 및 갭 너비 a는, 칼라 필터링에서 각 의존성을 최소화시키는, 바람직한 높은 굴절률의 물질을 형성하는 데 적용될 수 있다.
바람직한 굴절률들을 갖는 이러한 전도성의 격자 구조들은 Shen et al., Mechanism for Designing Metallic Metamaterials with a High Index of Refraction," Physical Review Letters, 94 (19), pp. 197401-1:4 (May 20, 2005)에 기재되어 있고, 본 명세서 전체에 걸쳐 참조되었다. 특정 측면들에서, 발명 기술의 특정 측면에 따른 스펙트럼 필터는 유전체층들 집합(set) 상면의 서브파장 금속성 격자를 제조함으로써 제조될 수 있고, 이는 Kaplan et al, "High Efficiency Resonance-Based Color Filters with Tunable Transmission Bandwidth Fabricated Using Nanoimprint Lithography," Appl. Phys. Lett. 99, 143111, 2011에 기재되었고, 본 명세서 전체에서 참조되었다. 도 19A 및 도 20A는, 기판 상에 형성된, 높은 굴절률의 전도성 메쉬 격자 나노-구조들(광학 메타물질들)의 두가지 다른 실시예들의 스캐닝 일렉트론 마이크로스코피(scanning electron microscopy, SEM) 이미지들을 도시한다(스케일 바들은 각각 400nm와 300nm이다).
도 19A에서, 나노 격자 구조는 대략 220nm의 주기를 갖고, 도 20A에서, 나노 격자 구조는 대략 180nm의 주기를 갖는다. 도 19B와 도 20B는 45°, 55°, 65°, 및 75° 각각의 입사 시야각들에서, 각각의 구조들의 트랜스버스 마그네틱(TM)의 파장 대 반사를 보여준다. 도시한 바와 같이, 도 20A의 180nm 주기 구조는 도 19A의 구조에 비해 더 낮은 각 의존성(각각의 시야각들에서 더 작은 파장의 변환)을 나타낸다. 그러나, 이러한 나노 격자 구조들은, 필터링된(반사 또는 투과된) 광의 바람직한 파장들에 기반한 각 의존성을 감소시키기 위해 형성되고 최적화될 수 있고, 따라서 최소의 시야각 의존성을 갖는 우수한 광학 필터 소자들을 형성하는 능력을 제공한다.
또한, 본 발명의 특정 측면들에서, 필터 어셈블리(500)는, 도 18에서 갭들(512)(또는 개구부들 또는 슬릿들)을 채우고, 금속 격자 구조를 덮는 물질(520)을 포함할 수 있다. 이러한 물질(520)은, 산화 알루미늄(AlO3), 질화 실리콘(Si3N4), 또는 이산화 실리콘(SiO2) 또는 해당 기술분야에서 잘 알려진 유전 성질들을 갖는 다양한 고분자들과 같이 전술한 어떠한 물질들과 같은 제 2 유전 물질(a second dielectric material)일 수 있다. 따라서, 도 18에 도시된 바와 같이, 전자기 복사 또는 광이 격자의 나노 슬릿들 또는 개구부들을 통해 공진적으로 투과하는, 서브 파장의 금속성 격자의 크고 효율적인 각 내성(angle tolerant)의 페브리-페롯 칼라 필터의 또다른 디자인이 적용될 수 있다. 유전 물질(나노 격자 밑의 선택적 층에 부가되는 제 2 유전 물질일 수 있는)은 금속성 격자 구조의 개구부들 또는 슬릿들에 채워질 수 있다. 또한, 이러한 실시예는, 트랜스버스 일렉트릭(TE) 편광 파동들은 반사하는 반면, 트랜스버스 마그네틱(TM) 편광은 투과시키는 편광된 칼라 필터를 유리하게 제공한다. 특정 변형예들에서, TE의 투과는 1% 이하이다.
따라서, 특정 측면들에서, 최소한의 각 의존성을 나타내는 공진 필터를 포함하는 광학 스펙트럼 필터링 소자가 제공된다. 필터 어셈블리는 유전 물질과 전기적으로 전도성인 금속 격자 구조를 포함하는 공진기 구조를 포함한다. 전기적으로 전도성인 금속 격자 구조는, 광학 공진을 통해 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링되고 편광된 출력을 생산하는 전자기 스펙트럼의 일부를 투과시킬 수 있는 적어도 두 개 이상의 개구부들을 포함한다. 편광된 출력은 바람직하게는 트랜스버스 마그네틱(TM) 편광을 투과시키는 반면, 트랜스버스 일렉트릭(TE) 편광 파동들은 실질적으로 반사시킨다. 이러한 편광판 광학 필터 소자의 사용은, 편광판 구조에 대한 필요를 제거함으로써, 단순화된 LCD 구조를 제공할 수 있다. 또한 하나의 편광판 시트(polarizer sheet)가 제거될 수 있으므로, LCD 패널에 유리한 편광된 투과를 제공한다.
특정 측면들에서, 본 교시들은, 광학 스펙트럼 필터링 소자의 각 의존성을 감소시키는 제조방법들을 제공한다. 일 변형예에서, 제조방법은, 유전 물질을 포함하는 공진기 필터 어셈블리와 전기적으로 전도성인 금속 격자 구조를 포함하는 공진기 구조의 결합을 포함한다. 전기적으로 전도성인 금속 격자 구조는, 전자기 스펙트럼의 일부를 투과시킬 수 있는 적어도 두 개 이상의 개구부들을 포함함으로써, 광학 공진(optical resonance)을 통해 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링되고 편광된 출력을 생산한다. 따라서, 필터 어셈블리는 최소의 각 의존성을 갖고, 필터 어셈블리가 입사각이 0º에서 90º로 변하면서 관찰될 경우, 50nm보다 작거나 같은 오차를 갖는, 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 출력을 생산할 수 있다.
격자 구조(격자 구조의 치수들(dimensions))의 하나 또는 그 이상의 개구부들 또는 슬릿들에 채워진 이산화 실리콘(SiO2)의 유전 물질을 갖는, 도 18과 유사한 구조에 대한 파장 대 투과의 비교적인 시뮬레이션 결과들이 도 21에 도시된다. 채워진 유전 물질은 종래의 어느 유전 물질일 수 있다. 따라서 유전 물질과 함께 채워진 전도성의 격자 구조에 의해 형성된 광학 메타물질은 대략 1.5보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 1.75보다 크거나 같은; 선택적으로 2보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 3보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 4보다 크거나 같은, 전체적으로 유효 굴절률을 가질 수 있다.
청색 필터는 대략 40nm의 갭 a, 대략 170nm의 주기 (d), 대략 70nm의 두께 또는 높이(L)의 알루미늄을 포함하는 광학 메타물질 격자 구조를 갖도록 형성될 수 있고, 여기서 유전 물질과 이산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 기판, 그리고 격자 개구부들 사이의 갭들을 채우는 상부 유전층은 산화 알루미늄(Al2O3)이다. Si3N4와 같이 더 높은 굴절률들을 갖는 다른 유전 물질들은, 전도성의 격자 구조들에서의 개구부들을 채우는 물질로서 적용될 수 있다. 녹색 광 필터는 대략 40nm의 갭 a, 대략 190nm의 주기 (d), 대략 80nm의 두께 또는 높이(L)의 알루미늄을 포함하는 광학 메타물질 격자 구조를 갖도록 형성될 수 있고, 여기서 유전 물질과 이산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 기판, 그리고 격자 개구부들 사이의 갭들을 채우는 상부 유전층은 산화 알루미늄(Al2O3)이고, 대략 1.76 정도의 유효 굴절률을 갖는다. 마지막으로, 적색 광 필터는 대략 40nm의 갭 a, 대략 190nm의 주기 (d), 대략 110nm의 두께 또는 높이(L)의 알루미늄을 포함하는 광학 메타물질 격자 구조를 갖도록 형성될 수 있고, 여기서 유전 물질과 이산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 기판, 그리고 격자 개구부들 사이의 갭들을 채우는 상부 유전층은 산화 알루미늄(Al2O3)이고, 대략 1.45 정도의 유효 굴절률을 갖는다. 도 21에 도시된 바와 같이, 각각의 청색, 녹색, 및 적색 필터들은 다른 파장들에서(at different wavelengths of interest) 적어도 75%의 투과 속도(transmission rates)를 갖는다.
도 22는, 계산된 반사의 맵(map of reflection)과 함께 전술한 적색의 필터 디자인의 예시를 도시하고, 60도의 입사 시야각까지의 강한 각 내성(angle tolerance)을 보여준다. 이러한 필터들의 각 의존성은 이상적인 금속(ideal metal)(즉, 인버스 듀티 사이클)에 대한 (d/a) 요소(factor)에 의해 증가되는, 금속 슬릿 구조의 유효 굴절률에 기한 것으로 보인다. 층의 유효 굴절률은, d가 격자의 주기이고, a가 슬릿의 너비일 경우 d/a 요소에 의해 강화되기 때문에, 광은, 광이 비스듬하게 입사된다 하더라도, 효율적인 페브리-페롯의 구멍(effective Fabry-Perot cavity) 안에서 거의 정방향(normal direction)으로 굴절된다. 이러한 구조에서, 예를 들어 도 18에 도시된 것과 같은 디자인을 갖는 경우, 금속성 격자의 두 표면들은 자연스럽게 반사 표면들을 제공한다. 다양한 측면들에서 본 교시들은, 전술한, 또는 본 명세서에 기재된 어떠한 실시예들에 따라 감소된 각 의존성을 갖는 간섭 필터 어셈블리를 포함하는 광학 스펙트럼 필터링 소자를 제공한다.
또한, 특정 변형예들에서, 광학 스펙트럼 필터링 소자는 본 교시들에 따른 최소의 각-의존성을 갖는 페브리 페롯 타입의 칼라 필터일 수 있고, 나아가 선택적으로 조정 가능한 성질들을 갖도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 정해진 파장들의 범위(색 스펙트럼)를 갖는 필터링된 색 출력은, 전기장의 인가로써 전기적으로 조정 가능할 수 있다. 또한, 각각 금속을 포함하는 한 쌍의 평행한 반사 표면들은, 전압을 인가함으로써 전극들로서 편리하게 기능할 수 있다. 도 16은, 이러한 필터링 소자에서부터 전기장을 인가함으로써 청색에서 녹색으로 조정되는 투과 칼라 스펙트럼의 예를 도시한다. 도 17은 본 교시의 특정 측면들에 따른 조정 가능한 페브리-페롯-기반의 스펙트럼 필터에서, 유전 물질로서의 사용을 위한 액정의 굴절률 대 인가 전압의 개략적인 도면이다. 적합한 물질들은 Zhang et al., "Novel Tunable Liquid Crystal Fabry-Perot Filters For Fiber-Optical Systems," Prog. SPIE. 0277 (2001)에 기재되었고, 본 명세서 전체에서 참조되었다. 이러한 성질은 또한, 예를 들어 백라이트 유닛들(backlight units)(광원)이 구체적인 에미션 스펙트라(emission spectra)를 갖춘 발광 다이오드들(light emitting diodes)에 의해 만들어지는 경우에 있어, 칼라 픽셀의 투과 강도(transmission intensity)를 조정하는 데 사용될 수도 있다.
전술한 것과 같이, 특정 실시예들에서, 광학 스펙트럼 필터링 소자는 대칭적인 필터 어셈블리 구조(architecture)를 가질 수 있다. 이러한 필터 어셈블리 내의 층들의 대칭성은, 광학 필터링 소자를 통한 필터링된 파장들의 전체적인 반사 또는 투과를 증대시키는 것으로 생각된다.
다양한 측면들에서, 본 발명은 또한, 광학 스펙트럼 필터링 소자에 대한 각 의존성을 감소시키는 제조방법들을 제공한다. 제조방법은 한 쌍의 평행한 반사 표면들을 포함하는 간섭 필터 어셈블리로의, 대략 1.5보다 큰 굴절률을 갖는 유전 물질의 결합을 포함한다. 필터 어셈블리 내에서의 사용을 위해 특히 선호되는 유전 물질들은, 대략 1.6보다 크거나 같은, 선택적으로 대략 1.7보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 1.8보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 2.0보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 2.2보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 2.5보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 3보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 3.5보다 크거나 같은; 선택적으로 대략 4보다 크거나 같은 굴절률을 가지고, 특정 변형예들에서, 대략 5보다 크거가 같은 굴절률을 가질 수 있다.
이러한 필터 어셈블리는, 필터 어셈블리가, 입사각이 0°에서 90°으로 변하면서 관찰될 때, 최소의 오차범위를 갖는 파장들의 정해진 범위를 갖는, 필터링된 출력을 생산한다. 예를 들어, 필터링된 출력의 최소 오차(minimal deviation)는 최소의 각 의존성으로 표현될 수 있다.
특정의 변형예들에서, 광학 필터링 소자의 최소의 각 의존성은, 입사각 0°에서의 제 1 파장(a first wavelength)을 입사각 90°에서의 제 2 파장(a second wavelength)에 비교했을 때의 차이를 비교하는 경우, 대략 80nm보다 작거나 같은, 선택적으로 70nm보다 작거나 같은; 선택적으로 60nm보다 작거나 같도록 변화하는 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 출력에 대응된다. 특정의 특히 유리한 변형예들에서(In certain particularly advantageous variations), 광학 필터링 소자의 각 의존성은, 입사 포텐셜 각들(incidence potential angles)의 범위에 기반하여(입사각이 0°인 경우에 관찰된 제 1 파장과, 입사각이 90°인 경우의 관찰된 제 2 파장을 비교했을 때), 50nm보다 작거나 같은; 선택적으로 대략 45nm보다 작거나 같은; 선택적으로 40nm보다 작거나 같은; 선택적으로 35nm보다 작거나 같은; 선택적으로 30nm보다 작거나 같게 변화하는 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 출력에 대응한다.
특정의 다른 변형예들에서, 페브리-페롯 기반의 광학 필터의 한 쌍의 평행한 반사 표면들을 형성하는 제 1 및 제 2 반사 표면들은, 다른 물질들로 또한 형성될 수 있다. 예를 들어, 다른 측면들에서, 스펙트럼 필터링 소자는, 특정의 파장 범위 이내의 반사 성질들(reflection properties)을 갖는 디스트리뷰티드 브래그 반사체들(distributed Bragg reflectors, DBRs) 또는 1-차원 광 결정 구조들(l-dimensional photonic crystal structures)을 포함하는 두개의 반사체들 사이에 끼워진(sandwiched), 높은 굴절률의 디펙트 구멍층(defect cavity layer)을 사용함으로써, 최소의 각-의존적인 변화(variation)를 가질 수 있다. DBRs는 일반적으로 다른 굴절률들을 갖는 대체 물질들(alternating materials)의 다수층들로 형성되거나, 특정의 물성(property)(높이와 같은)의 주기적인 변동을 가져서, DBR의 유효 굴절률의 주기적 변화(periodic variation)를 일으킨다. 각 층의 경계(boundary)는 광학 파동의 부분적 반사(partial reflection)를 일으킨다. 일반적으로, 광 결정들은, 높고 낮은 유전 상수(dielectric constant)의 주기적으로 반복되는 내부 영역들과 함께(with regularly repeating internal regions of high and low dielectric constant), 주기적 유전의 또는 메탈로유전의(metallodielectric) 나노 구조들로 구성된다. 1-차원의 광 결정은, 같이 증착 또는 부착되어(deposited or adhered together) 브래그 격자(Bragg grating)와 같이 단일층의 밴드갭을 형성하는 다른 유전 상수의 층들을 갖는다.
다양한 측면들에서, 본 교시들에 따른 광학 스펙트럼 필터링 소자들은 표시 장치의 칼라 필터, 예를 들어, 픽셀로서의 사용에 특히 적합하다. 따라서, 최소의 각 의존성을 갖는 광학 스펙트럼 필터링 소자들은 평판 표시장치들(flat panel displays), 액정 표시장치들(liquid crystal displays), 프로젝션 표시장치들(projection displays), 아이-웨어 표시장치들(eye-wear displays), 보완적 금속-산화-반도체 이미지 센서들(complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS), 발광 다이오드들(light emitting diodes) 등에 특히 유용하게 적용될 수 있다.
따라서, 본 기술은 시야각 의존성 없이, 투과 및 반사 타입들을 모두 포함하는 스펙트럼 필터링 기능을 제공할 수 있는, 금속-유전 금속 공진기 구조(metal-dielectric metal resonator structure) 또는 금속 격자-유전 공진 구조(metal grating-dielectric resonator structure)를 제공한다. 전술한 기술들은 일반적으로, 투과 또는 반사 타입 중 어느 하나, 3 차원(3-D)의 프로젝션 표시장치들과 같이 특히 높은 출력 파워 적용들(high input power applications)의 평판 표시장치에 적용 가능하다. 박막 필름 필터 구조들(thin film filter structures)은 칼라 필터 제조를 단순화시킬 수 있고, 반사된 광을 재활용하여 전체적으로 더 높은 투과 효율(transmission efficiency)을 만들 수 있다.
전술한 실시예들에 대한 설명은, 예시와 설명의 목적으로써 제공된 것이다. 발명을 고갈시키거나(exhaustive) 제한시킬 목적이 아니다. 특정 실시예의 개개의 구성요소들 또는 형상들(features)은 일반적으로 특정 실시예로 제한되지 않지만, 적용되는 경우, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않았더라도, 선택된 실시예에 교환가능하거나 사용가능하다. 또한 많은 방식으로 변경될 수 있다. 이러한 변경들(variations)은 본 발명에서 이탈된 것으로 간주되지 않고, 모든 그러한 수정사항들(modifications)은 발명의 범위 이내에 포함되는 것이다.

Claims (24)

  1. 한 쌍의 평행한 반사 표면들(a pair of parallel reflective surfaces) 사이에 위치하고, 대략 1.5보다 큰 굴절률을 갖는 유전 물질(dielectric material)을 포함하는 간섭 필터 어셈블리(interference filter assembly)를 포함하되;
    상기 간섭 필터 어셈블리는 전자기 스펙트럼(electromagnetic spectrum)의 일부를 투과시켜서 최소의 각 의존성(angle dependence)을 나타내는 파장들의 정해진 범위(predetermined range of wavelengths)를 갖는 필터링된 출력(filtered output)을 생산하는(generate) 광학 스펙트럼 필터링 소자(optical spectrum filtering device).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 평행한 반사 표면들 각각이 은(Ag), 알루미늄(Al), 및 이들의 결합(combinations thereof)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 금속을 포함하는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 평행한 반사 표면들 각각이 굴절률 콘트라스트(refractive index contrast)를 갖는 유전층들(dielectric layers)의 스택(stack)을 포함하는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유전 물질이 대략 2보다 크거나 같은 유효 굴절률(effective index contrast)을 갖는 광학 메타물질(optical metamaterial)의 일부분(part)을 형성하는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광학 메타물질은 다수의 서브파장 슬릿들(a plurality of subwavelength slits)을 포함하는 금속성 격자 구조(metallic grating structure)를 포함하되, 상기 유전 물질이 서브파장 슬릿들 내에 채워진(embedded) 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 광학 스펙트럼 필터링 소자는 투과 필터이고(transmission filter),
    상기 간섭 필터 어셈블리는, 상기 전자기 스펙트럼의 상기 일부를 상기 한 쌍의 평행한 반사 표면들 중 하나를 통해 상기 유전 물질을 거쳐 상기 한 쌍의 평행한 반사 표면들 중, 투과되는 표면인 또다른 하나로 투과시킬 수 있으며,
    상기 전자기 스펙트럼의 상기 일부가 상기 간섭 필터 어셈블리의 제 1 측면(a first side)으로 들어가고(enters), 상기 필터링된 출력이 상기 제 1 측면의 반대쪽의 제 2 측면(a second side) 상으로 빠져나오는(exits) 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 간섭 필터 어셈블리를 빠져나오는 상기 필터링된 출력의 상기 파장들의 정해진 범위는 가시광 영역(visible light range) 내이고, 적색, 녹색, 및 청색으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나의 색을 갖는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 광학 스펙트럼 필터링 소자는 반사 필터(reflection filter)이고,
    상기 간섭 필터 어셈블리는, 상기 전자기 스펙트럼의 상기 일부를 상기 한 쌍의 평행한 반사 표면들 중 하나를 통해 상기 유전 물질을 거쳐 상기 한 쌍의 평행한 반사 표면들 중, 반사되는 표면인 또다른 하나로 투과시킬 수 있으며,
    상기 전자기 스펙트럼의 상기 일부는 상기 간섭 필터 어셈블리의 제 1 측면으로 들어가고(enters), 상기 필터링된 출력은 상기 간섭 필터 어셈블리의 상기 제 1 측면 상으로 빠져나오는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 간섭 필터 어셈블리를 빠져나오는 상기 필터링된 출력의 상기 파장들의 정해진 범위는 가시광 영역 내이고, 청녹색(cyan), 마젠타색(magenta), 및 노란색으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나의 색을 가지는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 유전 물질이 산화 알루미늄(Al2O3), 질화 실리콘(Si3N4), 징크 셀레나이드(ZnSe), 산화 아연(ZnO), 산화 지르코늄(ZrO2), 및 산화 티타늄(TiO2)으로 이루어진 그룹에서 선택된 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 간섭 필터 어셈블리를 빠져나오는 상기 필터링된 출력의 상기 정해진 파장들의 범위는 자외선 스펙트럼 영역(infrared spectrum range) 내이고, 상기 유전 물질이 실리콘, 비소화 갈륨(GaAs), 인화 인듐(InP), 및 황화 카드뮴(CdS)으로 이루어진 그룹에서 선택된 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 평행한 반사 표면들은 제 1 반사 표면(a first reflective surface)을 포함하고, 상기 간섭 필터 어셈블리는 상기 유전 물질에 이웃한(adjacent) 제 1 측면을 정의하는(defining) 투과 기판(transmissive substrate)을 더 포함하되, 상기 제 1 반사 표면이 상기 투과 기판의 상기 제 1 측면 상에 위치하는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 간섭 필터 어셈블리의 구조(architecture)가 상기 필터링된 출력의 투과 또는 반사를 증대(enhance)시키기 위해 대칭적인(symmetry) 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 한 쌍의 평행한 반사 표면들은, 상기 유전 물질을 샌드위칭하는(sandwiching) 제 1 반사 표면 및 제 2 반사 표면을 포함하되, 상기 제 1 반사 표면에 이웃한 측면으로부터 상기 제 2 반사 표면에 이웃한 반대쪽 측면까지 측정된 상기 유전 물질의 두께는 상기 간섭 필터 어셈블리를 통해 투과된 상기 파장들의 정해진 범위를 결정하는(determines) 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 간섭 필터 어셈블리는 표시 장치(display device) 또는 이미징 장치(imaging device)의 칼라 필터로서 사용되고, 상기 최소의 각 의존성은, 상기 필터 어셈블리의 입사각들이 0°에서 90°로 변하면서(ranging), 50nm보다 작거나 같도록 변화하는(varying by less than or equal to 50nm) 정해진 파장들의 범위에 대응되는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 간섭 필터 어셈블리가 조정 가능한 구조(tunable structure)이고, 전기-장의 조정 성질(electric-field tunable characteristics)을 갖는 유전 물질을 포함하는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 유전 물질이 대략 3보다 크거나 같은 굴절률을 갖는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  18. 한 쌍의 평행한 반사 표면들(a pair of parallel reflective surfaces) 사이에 위치하고, 대략 1.5보다 큰 굴절률을 갖는 유전 물질(dielectric material)을 포함하는 간섭 필터 어셈블리(interference filter assembly);
    상기 각각의 반사 표면이 포함하는 금속;을 포함하되,
    상기 간섭 필터 어셈블리는 상기 유전 물질로 전자기 스펙트럼의 일부를 투과시켜서 상기 간섭 필터 어셈블리를 빠져나오는 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 출력을 생산할 수 있고, 상기 필터링된 출력은, 최소의 각 의존성을 나타내는 파장들의 정해진 범위를 가져서, 상기 정해진 파장들의 범위가 대략 50nm보다 작거나 같도록 변화하는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  19. 한 쌍의 평행한 반사 표면들 사이에 위치하는, 높은 굴절률의 유전 물질을 포함하고, 각각의 반사 표면이 디스트리뷰티드 브래그 반사체(distributed Bragg Reflector, DBR) 또는 1 차원의 광 결정(1 dimensional photonic crystal)을 포함하는 간섭 필터 어셈블리;를 포함하되,
    상기 간섭 필터 어셈블리는, 전자기 스펙트럼의 일부를 상기 유전 물질로 투과시켜서, 상기 간섭 필터 어셈블리를 빠져나오는 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 출력을 생산할 수 있고, 상기 필터링된 출력은 최소의 각 의존성을 나타내는 파장들의 정해진 범위를 갖는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 파장들의 정해진 범위가, 입사각이 0°에서 90°로 변하면서 대략 50nm보다 작거나 같도록 변화하는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  21. 대략 2의 굴절률을 갖는 유전 물질에 고분자 레지스트 물질(polymeric resist material)을 형성하는(applying) 단계;
    상기 고분자 레지스트를 정해진 높이(predetermined height)를 갖는 금형(mold)에 결합시키는(contacting) 단계;
    상기 고분자 레지스트와 상기 유전 물질을 식각하는 단계; 및
    잔류하는(remaining) 유전 물질 상(over)에 금속을 형성하여(applying), 한 쌍의 평행한 반사 표면들을 포함하고, 대략 2보다 큰 굴절률을 갖는 간섭 필터 어셈블리를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 간섭 필터 어셈블리로부터의 필터링된 출력이 최소의 각 의존성을 나타내는(displays) 파장들의 정해진 범위를 생산하고(generate), 최소의 각 의존성을 갖는 광학 스펙트럼 필터링 소자의 제조방법.
  22. 대략 1.5보다 큰 굴절률을 갖는 유전 물질을, 한 쌍의 평행한 반사 표면들을 포함하는 간섭 필터 어셈블리로 결합시키는 단계를 포함하되, 각각의 반사 표면은 금속을 포함하고;
    상기 간섭 필터 어셈블리가 0°에서 90°의 입사각들(incident angles)에서 관찰되는(observed) 경우, 오차 범위가 50nm보다 작거나 같도록(that deviates less than or equal to 50nm), 파장들의 정해진 범위를 갖는 필터링된 출력(filtered output)을 생산하고, 각 의존성을 감소시키는 광학 스펙트럼 필터링 소자의 제조방법.
  23. 광학 메타물질(optical metamaterial)을 형성하는 전기적으로 전도성의 금속 격자 구조(electrically conductive metal grating structure)를 포함하는 공진기 구조(resonator structure)를 포함하되,
    상기 전기적으로 전도성의 금속 격자 구조는, 광학 공진(optical resonance)을 통해 파장들의 정해진 범위를 생산하기 위해 전자기 스펙트럼의 일부를 투과시킬 수 있는 적어도 두 개의 개구부들(at least two openings)을 포함하고,
    최소의 각 의존성을 나타내는 공진 필터 어셈블리(resonance filter assembly)를 포함하는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 개구부들은 서브파장이고, 상기 전기적으로 전도성의 금속 격자 구조를 포함하는 상기 공진기 구조는, 상기 적어도 두 개의 개구부들 내에 채워진 유전 물질을 더 포함하는 광학 스펙트럼 필터링 소자.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017105099A3 (ko) * 2015-12-16 2017-08-24 한국과학기술원 컬러 필터
WO2018038414A1 (ko) * 2016-08-22 2018-03-01 삼성전자 주식회사 광학필터 및 이를 이용한 광학 디바이스
KR20180037970A (ko) * 2015-08-06 2018-04-13 기제케＋데브리엔트 커런시 테크놀로지 게엠베하 서브파장 격자를 가지는 보안 요소
WO2022014754A1 (ko) * 2020-07-16 2022-01-20 엘지전자 주식회사 가변 컬러 구조물 및 전자 기기

Families Citing this family (74)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2564247A2 (en) 2010-04-27 2013-03-06 The Regents Of The University Of Michigan Display device having plasmonic color filters and photovoltaic capabilities
JP5625614B2 (ja) * 2010-08-20 2014-11-19 セイコーエプソン株式会社 光フィルター、光フィルターモジュール、分光測定器および光機器
WO2012145677A2 (en) 2011-04-20 2012-10-26 The Regents Of The University Of Michigan Spectrum filtering for visual displays and imaging having minimal angle dependence
KR101729178B1 (ko) * 2011-06-28 2017-04-25 한국전자통신연구원 메타물질 능동소자 및 그의 제조방법
JP2015509669A (ja) * 2012-03-06 2015-03-30 ソラア インコーポレーテッドＳｏｒａａ Ｉｎｃ． 導波光効果を低減させる低屈折率材料層を有する発光ダイオード
TWI684031B (zh) 2012-07-16 2020-02-01 美商唯亞威方案公司 光學濾波器及感測器系統
FR2994602B1 (fr) * 2012-08-16 2014-09-12 Commissariat Energie Atomique Dispositif de filtrage spectral dans les domaines visible et infrarouge
CN103022049B (zh) * 2012-12-12 2015-12-02 京东方科技集团股份有限公司 阵列基板及其制作方法、显示装置
US9568362B2 (en) * 2012-12-19 2017-02-14 Viavi Solutions Inc. Spectroscopic assembly and method
US9547107B2 (en) 2013-03-15 2017-01-17 The Regents Of The University Of Michigan Dye and pigment-free structural colors and angle-insensitive spectrum filters
US9366784B2 (en) 2013-05-07 2016-06-14 Corning Incorporated Low-color scratch-resistant articles with a multilayer optical film
US9359261B2 (en) * 2013-05-07 2016-06-07 Corning Incorporated Low-color scratch-resistant articles with a multilayer optical film
US9110230B2 (en) 2013-05-07 2015-08-18 Corning Incorporated Scratch-resistant articles with retained optical properties
US10012775B2 (en) * 2013-06-24 2018-07-03 University Of Houston System Composite filter for visible light transmission and long wave reflection
CN103336326B (zh) * 2013-06-25 2016-03-02 京东方科技集团股份有限公司 偏振相位延迟薄膜及其制备方法、3d显示面板
CN105378514B (zh) * 2013-07-18 2021-12-03 巴斯夫欧洲公司 日光管控
JP2015094872A (ja) * 2013-11-13 2015-05-18 キヤノン株式会社 偏光素子、光学装置、光源装置、および、撮像装置
CN103744138B (zh) * 2013-12-13 2015-10-21 浙江大学 一种入射角度不敏感的颜色滤光片的制备方法
US9482796B2 (en) * 2014-02-04 2016-11-01 California Institute Of Technology Controllable planar optical focusing system
CN103809281B (zh) * 2014-02-18 2016-05-11 苏州旭创科技有限公司 光学标准具及其组装方法
TWI533061B (zh) * 2014-04-29 2016-05-11 友達光電股份有限公司 光源模組
FR3020878A1 (fr) 2014-05-06 2015-11-13 Commissariat Energie Atomique Dispositif de filtrage optique comportant des cavites fabry-perot a couche structuree et d'epaisseurs differentes
US11267973B2 (en) 2014-05-12 2022-03-08 Corning Incorporated Durable anti-reflective articles
US9790593B2 (en) 2014-08-01 2017-10-17 Corning Incorporated Scratch-resistant materials and articles including the same
CN105633116B (zh) * 2014-12-01 2018-11-13 昆山国显光电有限公司 Oled器件及其制造方法、显示装置
JP2016114777A (ja) * 2014-12-15 2016-06-23 株式会社エンプラス 偏光子および当該偏光子を有する光学素子
JP6504874B2 (ja) * 2015-03-27 2019-04-24 株式会社豊田中央研究所 光学フィルタおよび光学測定装置
CN104793277B (zh) * 2015-04-29 2017-10-31 东南大学 基于表面等离子体激元的透射式滤波器
TWI744249B (zh) 2015-09-14 2021-11-01 美商康寧公司 高光穿透與抗刮抗反射物件
US10661273B2 (en) 2015-10-13 2020-05-26 The Regents Of The University Of Michigan Two-dimensional micro- and nano-pattern, methods for forming the same, and microfluidic devices formed therefrom
CN105301860A (zh) * 2015-11-09 2016-02-03 昆山龙腾光电有限公司 蓝相液晶显示面板
KR102466673B1 (ko) * 2016-01-13 2022-11-14 삼성전자주식회사 가변 전기광학 필터
US11016336B2 (en) 2016-02-12 2021-05-25 Microsoft Technology Licensing, Llc Bragg grating-based display filtering
JP6341959B2 (ja) * 2016-05-27 2018-06-13 浜松ホトニクス株式会社 ファブリペロー干渉フィルタの製造方法
EP3467567B1 (en) 2016-05-27 2024-02-07 Hamamatsu Photonics K.K. Production method for fabry-perot interference filter
CN105867025B (zh) * 2016-06-01 2019-02-01 武汉华星光电技术有限公司 背光模组
CN106197260B (zh) * 2016-09-06 2019-02-05 京东方科技集团股份有限公司 法布里珀罗腔及其制造方法、干涉仪及光波长测量方法
CN110366678B (zh) * 2016-12-27 2023-02-17 密歇根大学董事会 基于激光发射的显微镜
CN106896436A (zh) * 2017-02-24 2017-06-27 南京大学 基于铝光栅耦合氮化硅薄膜波导的颜色滤波器及制备方法
US10244230B2 (en) * 2017-03-01 2019-03-26 Avalon Holographics Inc. Directional pixel for multiple view display
WO2018165476A1 (en) * 2017-03-08 2018-09-13 Sharp Gary D Wide angle variable neutral density filter
DE102017205685A1 (de) * 2017-04-04 2018-10-04 Robert Bosch Gmbh LIDAR-Vorrichtung mit einem dynamischen Filter und Verfahren
US10158833B2 (en) 2017-04-24 2018-12-18 Intel Corporation High dynamic range imager enhancement technology
US11137527B2 (en) * 2017-05-22 2021-10-05 Viavi Solutions Inc. Mixed spacer multispectral filter
CN107247357B (zh) 2017-06-06 2021-01-26 京东方科技集团股份有限公司 一种显示面板及其显示方法、显示装置
CN107238968B (zh) * 2017-08-04 2020-02-21 京东方科技集团股份有限公司 一种彩膜基板以及制备方法、液晶显示面板
GB201713586D0 (en) * 2017-08-24 2017-10-11 Univ Exeter Display
CN207216211U (zh) * 2017-08-31 2018-04-10 京东方科技集团股份有限公司 彩膜基板、显示面板及显示装置
US10224357B1 (en) * 2017-09-07 2019-03-05 Visera Technologies Company Limited Image sensor packages
WO2019094810A1 (en) * 2017-11-09 2019-05-16 The Regents Of The University Of Michigan Colored filter assemblies for highly-efficient and angle-robust photovoltaic devices
TWI637502B (zh) * 2017-12-05 2018-10-01 義明科技股份有限公司 光學感測裝置以及光學感測模組
CN113434051B (zh) * 2017-12-13 2024-01-19 上海耕岩智能科技有限公司 一种生理特征侦测识别方法和光侦测装置
CN107942540B (zh) * 2017-12-14 2020-04-10 中国科学院光电技术研究所 一种基于相变材料的具有动态色彩显示的光调制器件及其制备方法
US11221517B2 (en) * 2018-03-07 2022-01-11 Boe Technology Group Co., Ltd. Liquid crystal display apparatus and fabricating method thereof, back light and fabricating method thereof
EP3546903A3 (en) * 2018-03-09 2020-01-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Light filter and spectrometer including the same
EP3543665A1 (en) * 2018-03-21 2019-09-25 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Optical device and spectrometer comprising such a device
CN108572479B (zh) * 2018-04-17 2021-01-15 昆山龙腾光电股份有限公司 显示装置
US10928569B2 (en) * 2018-04-24 2021-02-23 Palo Alto Research Center Incorporated Angle-insensitive multi-wavelength optical filters with hue control
CN108919405A (zh) * 2018-07-03 2018-11-30 深圳市融光纳米科技有限公司 角度不敏感反射滤光片
CN110673249A (zh) * 2018-07-03 2020-01-10 深圳市融光纳米科技有限公司 一种反射滤光片
CN110673250A (zh) * 2018-07-03 2020-01-10 深圳市融光纳米科技有限公司 一种透射滤光片
CN110824599B (zh) 2018-08-14 2021-09-03 白金科技股份有限公司 一种红外带通滤波器
CN108933163B (zh) * 2018-08-17 2020-11-03 京东方科技集团股份有限公司 一种显示面板、显示装置和显示面板的制备方法
KR102591065B1 (ko) 2018-08-17 2023-10-19 코닝 인코포레이티드 얇고, 내구성 있는 반사-방지 구조를 갖는 무기산화물 물품
WO2020097865A1 (zh) * 2018-11-15 2020-05-22 深圳市融光纳米科技有限公司 一种滤光片及其制造方法、显示装置和色粉
US11579348B2 (en) 2018-11-20 2023-02-14 The Regents Of The University Of Michigan Decorative near-infrared transmission optical filter devices
CN109490997A (zh) * 2018-11-23 2019-03-19 华南师范大学 基于圆穿孔的石墨烯阵列的完美吸收器
WO2020180715A1 (en) 2019-03-01 2020-09-10 The Regents Of The University Of Michigan Ultra-thin conductor based semi-transparent electromagnetic interference shielding
US11385450B2 (en) 2019-05-03 2022-07-12 California Institute Of Technology Metasurface imager for quantitative phase gradient detection
CN112198580B (zh) 2019-05-24 2023-08-04 宁波融光纳米科技有限公司 结构色滤光片的制备方法
CN110146949B (zh) * 2019-05-29 2022-06-14 西北工业大学深圳研究院 一种窄带光谱滤波结构及其制作方法
CN110568692B (zh) * 2019-08-30 2020-05-19 华中科技大学 一种基于相变材料及量子点的显示器件
US11333811B1 (en) * 2020-12-23 2022-05-17 Viavi Solutions Inc. Optical device
CN113451381B (zh) * 2021-06-29 2024-05-24 京东方科技集团股份有限公司 发光单元及其制备方法、显示面板、显示装置

Family Cites Families (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5071206A (en) * 1986-06-30 1991-12-10 Southwall Technologies Inc. Color-corrected heat-reflecting composite films and glazing products containing the same
TW245772B (ko) * 1992-05-19 1995-04-21 Akzo Nv
US5570139A (en) 1994-05-13 1996-10-29 Wang; Yu Surface plasmon high efficiency HDTV projector
US5986808A (en) 1996-10-11 1999-11-16 California Institute Of Technology Surface-plasmon-wave-coupled tunable filter
US6031653A (en) * 1997-08-28 2000-02-29 California Institute Of Technology Low-cost thin-metal-film interference filters
US6297907B1 (en) 1997-09-02 2001-10-02 California Institute Of Technology Devices based on surface plasmon interference filters
JP4106735B2 (ja) 1998-04-13 2008-06-25 凸版印刷株式会社 太陽電池付反射型ディスプレイ
US6097456A (en) * 1998-08-12 2000-08-01 California Institute Of Technology Efficient color display using low-absorption in-pixel color filters
US6040936A (en) 1998-10-08 2000-03-21 Nec Research Institute, Inc. Optical transmission control apparatus utilizing metal films perforated with subwavelength-diameter holes
US6317264B1 (en) * 1998-12-18 2001-11-13 National Research Council Of Canada Thin film polarizing device having metal-dielectric films
US6046401A (en) 1999-03-25 2000-04-04 Mccabe; Joseph Christopher Display device integrated into a photovoltaic panel
JP4651791B2 (ja) 2000-08-29 2011-03-16 Ｎｅｃ液晶テクノロジー株式会社 反射型液晶表示装置、その製造方法、及びその駆動方法
US7615339B2 (en) 2000-10-30 2009-11-10 Sru Biosystems, Inc. Method for producing a colorimetric resonant reflection biosensor on rigid surfaces
JP4689900B2 (ja) 2001-08-22 2011-05-25 Ｎｅｃ液晶テクノロジー株式会社 液晶表示装置
US7248297B2 (en) 2001-11-30 2007-07-24 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Integrated color pixel (ICP)
US7515336B2 (en) 2001-12-21 2009-04-07 Bose Corporation Selective reflecting
JP2003222854A (ja) 2002-01-31 2003-08-08 Casio Comput Co Ltd 液晶表示装置およびその製造方法
US6807342B2 (en) 2002-03-12 2004-10-19 Opticnet, Inc. Fiber optic tunable filter using a fabry-perot resonator
JP4638356B2 (ja) * 2004-01-15 2011-02-23 パナソニック株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法及びこれを用いたカメラ
US7091523B2 (en) * 2004-05-13 2006-08-15 Eastman Kodak Company Color OLED device having improved performance
CN101084468B (zh) 2004-06-01 2012-11-07 道康宁公司 纳米光刻术和微光刻术用物质组合物
AU2005264988B2 (en) 2004-06-17 2011-09-22 Cytokinetics, Inc. Substituted urea derivatives for treating cardiac diseases
TWI259913B (en) 2004-12-30 2006-08-11 Ind Tech Res Inst Color filter and methods of making the same
JP2006343728A (ja) 2005-05-13 2006-12-21 Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd 液晶表示装置
JP2009515203A (ja) 2005-05-18 2009-04-09 ホッブズ，ダグラス，エス． 偏光および波長フィルタ処理用微細構造光学装置
JP2009500832A (ja) 2005-06-30 2009-01-08 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティー オブ カリフォルニア 導電性ポリマー接着剤、導電性ポリマー接着剤を使用して生成されるデバイス、及び製造方法
KR20070010472A (ko) 2005-07-19 2007-01-24 삼성전자주식회사 하이브리드형 편광자와, 이의 제조 방법 및 이를 갖는표시장치
US20070102035A1 (en) 2005-10-31 2007-05-10 Xiai (Charles) Yang Method and Structure for Integrated Solar Cell LCD Panel
WO2007103077A2 (en) 2006-03-01 2007-09-13 Purdue Research Foundation Negative index material with compensated losses
US7734131B2 (en) 2006-04-18 2010-06-08 Xerox Corporation Fabry-Perot tunable filter using a bonded pair of transparent substrates
CN100480747C (zh) * 2006-04-26 2009-04-22 胜华科技股份有限公司 彩色滤光片
US8027086B2 (en) 2007-04-10 2011-09-27 The Regents Of The University Of Michigan Roll to roll nanoimprint lithography
US7925122B2 (en) 2007-06-25 2011-04-12 California Institute Of Technology Slot waveguide for color display
JP4621270B2 (ja) 2007-07-13 2011-01-26 キヤノン株式会社 光学フィルタ
EP2210280A2 (en) 2007-10-19 2010-07-28 QUALCOMM MEMS Technologies, Inc. Display with integrated photovoltaic device
JP2009145742A (ja) 2007-12-17 2009-07-02 Cheil Industries Inc ワイヤグリッド偏光子の製造方法
US8303195B2 (en) * 2007-12-26 2012-11-06 Hitachi, Ltd. Optical transceiver module
JP2009169213A (ja) 2008-01-18 2009-07-30 Seiko Epson Corp ワイヤーグリッド偏光素子の製造方法及び液晶装置の製造方法
US8293354B2 (en) 2008-04-09 2012-10-23 The Regents Of The University Of Michigan UV curable silsesquioxane resins for nanoprint lithography
US7916301B2 (en) 2008-07-10 2011-03-29 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Filter design for colorimetric measurement
KR101610376B1 (ko) 2009-04-10 2016-04-08 엘지이노텍 주식회사 와이어 그리드 편광자, 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 와이어 그리드 편광자의 제조 방법
CN101923246B (zh) * 2009-06-16 2011-12-28 江苏丽恒电子有限公司 彩色液晶显示器
CN101614906B (zh) 2009-07-24 2011-04-20 昆山龙腾光电有限公司 液晶显示面板及制造方法
EP2293032A1 (en) * 2009-09-04 2011-03-09 Radisens Diagnostic Limited An Integrated Cytometric Sensor System and Method
JP2011081154A (ja) * 2009-10-07 2011-04-21 Hitachi Ltd 光学素子および光学装置
US8767282B2 (en) 2009-11-06 2014-07-01 Sharp Laboratories Of America, Inc. Plasmonic in-cell polarizer
US9184400B2 (en) 2010-03-09 2015-11-10 The Regents Of The University Of Michigan Methods of making organic photovoltaic cells having improved heterojunction morphology
EP2564247A2 (en) 2010-04-27 2013-03-06 The Regents Of The University Of Michigan Display device having plasmonic color filters and photovoltaic capabilities
WO2012145677A2 (en) 2011-04-20 2012-10-26 The Regents Of The University Of Michigan Spectrum filtering for visual displays and imaging having minimal angle dependence
US9547107B2 (en) 2013-03-15 2017-01-17 The Regents Of The University Of Michigan Dye and pigment-free structural colors and angle-insensitive spectrum filters

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180037970A (ko) * 2015-08-06 2018-04-13 기제케＋데브리엔트 커런시 테크놀로지 게엠베하 서브파장 격자를 가지는 보안 요소
WO2017105099A3 (ko) * 2015-12-16 2017-08-24 한국과학기술원 컬러 필터
WO2018038414A1 (ko) * 2016-08-22 2018-03-01 삼성전자 주식회사 광학필터 및 이를 이용한 광학 디바이스
WO2022014754A1 (ko) * 2020-07-16 2022-01-20 엘지전자 주식회사 가변 컬러 구조물 및 전자 기기

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