KR101510725B1 - Active surface plasmonic color filter including anisotropic patterns, and display device including the same - Google Patents

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Abstract

능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터는, 기판과, 기판 위에 형성되고, 주기적으로 배치되고 나노(nano) 크기를 각각 가지는 다수의 홀(hole)들을 포함하는 금속 박막과, 금속 박막 위에 형성되는 제1 유전체층을 포함한다. 금속 박막에 포함되는 홀들은, 외부에서 제공되는 선형 편광의 편광 방향에 따라 색상 조정이 가능하도록, 서로 수직인 제1 방향축 및 제2 방향축에 주기적으로 배치되고 제1 방향축에 배치되는 홀들의 간격과 제2 방향축에 배치되는 홀들의 간격은 서로 다르다. 계조 표현이 가능한 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터는, 기판과, 기판 위에 형성되고, 외부에서 입사되는 선형 편광의 편광 방향에 따라 선형 편광의 세기가 조정되도록, 주기적으로 배치되고 나노(nano) 크기의 비등방성 형태를 각각 가지는 다수의 홀(hole)들을 포함하는 금속 박막과, 금속 박막 위에 형성되는 제1 유전체층을 포함하며, 금속 박막에 포함되는 홀들은, 정사각형의 단위 홀 어레이 형태(unit hole array pattern) 또는 정육각형의 단위 홀 어레이 형태를 가지고 반복적으로 배치된다.The active surface plasmon color filter includes a substrate, a metal thin film formed on the substrate and arranged periodically and including a plurality of holes each having a nano size, and a first dielectric layer formed on the metal thin film do. The holes included in the metal thin film are arranged periodically in a first directional axis and a second directional axis perpendicular to each other so as to adjust the color according to the polarization direction of the linearly polarized light provided from the outside, And the intervals of the holes disposed in the second directional axis are different from each other. An active surface plasmon color filter capable of gradation display is provided on a substrate and is arranged on the substrate and arranged periodically so as to adjust the intensity of linearly polarized light according to the polarization direction of linearly polarized light incident from the outside and has a nano- A metal thin film including a plurality of holes each having a shape and a first dielectric layer formed on the metal thin film, wherein the holes included in the metal thin film are a square unit hole array pattern It is repeatedly arranged in the shape of a regular hexagon unit hole array.

Description

비등방성 패턴을 포함하는 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터, 및 능동형 표면 플라즈모닉 컬러필터를 포함하는 디스플레이 소자 {Active surface plasmonic color filter including anisotropic patterns, and display device including the same}[0001] The present invention relates to a display device including an active surface plasmonic color filter including an anisotropic pattern, and an active surface plasmonic color filter including an active surface plasmonic color filter including anisotropic patterns,

본 발명은 표면 플라즈모닉 컬러 필터 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 비등방성 패턴을 포함하는 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터, 및 상기 능동형 표면 플라즈모닉 컬러필터를 포함하는 디스플레이 소자에 관한 것이다.The present invention relates to surface plasmonic color filter technology, and more particularly, to an active surface plasmonic color filter including an anisotropic pattern, and a display device including the active surface plasmonic color filter.

평판 디스플레이 시장의 주류를 이루고 있는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)는 백라이트와 액정층을 거친 백색 광원을 컬러필터를 이용하여 적색, 녹색, 및 청색의 빛을 선택적으로 투과시켜 색상을 구현한다. 각 색상에 대하여 계조(gray scale) 표현을 위해, 액정 표시 장치는 액정층의 변화량을 조정하여 액정층을 투과하는 빛의 양을 조정하는 방식으로 구동이 되며, 이를 위해 액정층의 상부 및 하부층에 모두 편광판이 필요하다. 상용화되는 평판 디스플레이의 컬러필터는 안료 혹은 염료의 재료적 특성에 따라 일부 색의 빛을 흡수하고 특정 파장대역의 빛만을 투과 및 반사시키는 원리로 색상이 구현되므로, 색순도나 투과도 면에서 재료적인 한계가 있다. 백라이트(backlight)에서 발광된 빛은 두 개의 층의 편광판, 액정층, 및 컬러필터층 등 많은 구조물을 거쳐야 하므로 높은 광효율을 위해서는 백라이트의 전력소비가 증가하게 된다. The liquid crystal display (LCD), which is the mainstream of the flat panel display market, implements colors by selectively transmitting red, green, and blue light using a white light source through a backlight and a liquid crystal layer using a color filter. In order to express a gray scale for each color, a liquid crystal display is driven in such a manner that the amount of light transmitted through the liquid crystal layer is adjusted by adjusting the amount of change of the liquid crystal layer. For this purpose, All require a polarizer. A color filter of a flat panel display that is commercialized absorbs light of a certain color depending on the material characteristics of the pigment or dye and colors are implemented by transmitting and reflecting only light of a specific wavelength band. have. Since light emitted from a backlight must pass through many structures such as a polarizer, a liquid crystal layer, and a color filter layer of two layers, the power consumption of the backlight increases for high light efficiency.

한편, 주기성을 가지는 나노 크기(nano size)의 다수개의 홀(hole)로 이루어진 패턴(pattern)을 형성하는 금속 박막층에서 일어나는 표면 플라즈몬(surface plasmon)을 이용하여 컬러필터로 응용이 가능하다. 표면 플라즈몬 공명 현상(surface plasmon resonance phenomenon)은 특정 파장대역의 빛이 금속박막을 투과하는 양을 증대시키는 역할을 하며, 홀 어레이 패턴(hole array pattern)의 주기, 홀의 크기, 홀의 모양(형태), 또는 금속박막의 두께 등을 조정하여 파장대역을 변경할 수 있다. 표면 플라즈몬을 이용한 표면 플라즈모닉 컬러필터는 금속과 유전체의 박막을 이용하는 단순한 구조 및 구성으로 형성되어 종래의 안료 또는 염료를 기반으로 하는 컬러 필터의 재료적 한계점을 극복하면서도, 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 높은 투과도를 달성할 수 있는 장점을 지니고 있다.On the other hand, the present invention can be applied to a color filter using a surface plasmon generated in a metal thin film layer forming a pattern composed of a plurality of nano-sized holes having periodicity. The surface plasmon resonance phenomenon plays a role of increasing the amount of light of a specific wavelength band transmitted through a metal thin film, and the period of the hole array pattern, the size of the hole, the shape of the hole, Or the thickness of the metal thin film or the like can be adjusted to change the wavelength band. The surface plasmonic color filter using the surface plasmon is formed by a simple structure and configuration using a thin film of a metal and a dielectric to overcome the material limit of the color filter based on the conventional pigment or dye, And has the advantage of achieving the transmittance.

표면 플라즈모닉 컬러필터의 일예가 한국특허공개번호 10-2011-0120722 및 10-2011-0070571에 개시(disclosure, 기재)되어 있다. 상기 공개 발명(출원발명)은 다양한 형태의 주기성 패턴의 금속층을 이용하고 있으나, 반복되는 방향으로 동일한 주기를 가지는, 즉, 정사각형 격자 구조 또는 정육각형 격자 구조 또는 정삼각형 격자 구조로 한정하고 있다. 상기 공개발명에서 인접한 홀 간의 간격은 모두 동일하여 공개발명은 단일 주기성을 가진다. 이런 공개발명은 원형, 사각형, 삼각형, 슬릿(slit), 또는 타원형 등 홀의 모양(형태)에 특별한 제한을 두고 있지 않으나, 모두 특정한 색상의 투과를 일정하게 유지시키는 용도로 활용하는 것을 목적으로 하고 있다.One example of a surface plasmonic color filter is disclosed in Korean Patent Laid-open Nos. 10-2011-0120722 and 10-2011-0070571. Although the present invention (the invention of the present application) uses metal layers of various types of periodic patterns, it is limited to a square grid, a regular hexagonal grid, or a regular triangular grid. In the present invention, since the intervals between adjacent holes are the same, the present invention has a single periodicity. Although the present invention does not have any particular limitation on the shape (shape) of a hole such as a circle, a rectangle, a triangle, a slit, or an ellipse, all of them are intended to be used for the purpose of maintaining constant transmission of a specific color .

표면 플라즈모닉 컬러 필터의 다른 일예가 한국특허공개번호 10-2011-0070574 및 10-2011-0120718에 개시되어 있다.Another example of a surface plasmonic color filter is disclosed in Korean Patent Laid-open Nos. 10-2011-0070574 and 10-2011-0120718.

상기 한국공개특허번호 10-2011-0120722, 10-2011-007057, 10-2011-0070574, 및 10-2011-0120718에 개시된 발명의 홀 주기성 패턴에서의 홀 형태는 원형, 삼각형, 사각형, 타원형, 또는 슬릿과 같은 모양이다. 상기 패턴은 특정 색상만을 일정하게 투과시키는 역할을 수행한다.The hole patterns in the hole periodicity pattern of the invention disclosed in Korean Patent Laid-open Nos. 10-2011-0120722, 10-2011-007057, 10-2011-0070574, and 10-2011-0120718 are circular, triangular, square, It looks like a slit. The pattern serves to uniformly transmit only a specific color.

상기 한국특허공개번호 10-2011-0120718에 기재된 발명은 일차원적인 배열(1D array slit)을 이용하여 선형 편광된 빛을 선택적으로 투과시킨다.The invention described in Korean Patent Publication No. 10-2011-0120718 selectively transmits linearly polarized light using a 1D array slit.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제(목적)는, 홀 어레이(hole array)를 가지는 금속 박막을 포함하는 표면 플라즈모닉 컬러필터를 기반으로 두고, 홀 어레이 패턴의 주기(홀의 주기) 혹은 홀 모양에 비등방성을 부여하는 것에 의해, 구조체를 투과하는 빛의 편광성에 따라 투과도 조정이 가능한 표면 플라즈몬 공명 특성을 이용하는, 비등방성 패턴을 포함하는 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터 혹은 새로운 개념의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러필터를 포함하는 디스플레이 소자를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a light emitting device, which is based on a surface plasmonic color filter including a metal thin film having a hole array, An active surface plasmonic color filter including an anisotropic pattern or a new concept active surface plasmonic color filter using a surface plasmon resonance characteristic capable of adjusting the transmittance according to the polarization of light transmitted through the structure, And a display device.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터는, 기판; 상기 기판 위에 형성되고, 주기적으로 배치되고 나노(nano) 크기를 각각 가지는 다수의 홀(hole)들을 포함하는 금속 박막; 및 상기 금속 박막 위에 형성되는 제1 유전체층을 포함할 수 있으며, 상기 금속 박막에 포함되는 홀들은, 외부에서 제공되는 선형 편광의 편광 방향에 따라 색상 조정이 가능하도록, 서로 수직인 제1 방향축 및 제2 방향축에 주기적으로 배치되고 상기 제1 방향축에 배치되는 홀들의 간격과 상기 제2 방향축에 배치되는 홀들의 간격은 서로 다를 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an active surface plasmonic color filter comprising: a substrate; A metal thin film formed on the substrate, the metal thin film including a plurality of holes arranged periodically and each having a nano size; And a first dielectric layer formed on the metal thin film. The holes included in the metal thin film may include a first direction axis perpendicular to the first direction axis and a second direction axis perpendicular to the first direction axis, The intervals of the holes arranged periodically in the second directional axis and arranged in the first directional axis and the intervals of the holes arranged in the second directional axis may be different from each other.

상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터는, 상기 기판 및 상기 금속 박막 사이에 형성되는 제2 유전체층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 유전체층에 포함된 유전물질과 상기 제2 유전체층에 포함된 유전물질은 서로 동일할 수 있다. 상기 기판은 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다.The active surface plasmon color filter may further include a second dielectric layer formed between the substrate and the metal thin film, wherein the dielectric material included in the first dielectric layer and the dielectric material included in the second dielectric layer are the same can do. The substrate may be a glass substrate or a plastic substrate.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터는, 기판; 상기 기판 위에 형성되고, 주기적으로 배치되고 나노(nano) 크기를 각각 가지는 다수의 홀(hole)들을 포함하는 금속 박막; 및 상기 금속 박막 위에 형성되는 제1 유전체층을 포함할 수 있으며, 상기 금속 박막에 포함되는 홀들은, 외부에서 제공되는 선형 편광의 편광 방향에 따라 상기 선형 편광의 세기가 조정되도록, 각각 비등방성 형태를 가지고, 서로 수직인 제1 방향축 및 제2 방향축에 주기적으로 배치되고 상기 제1 방향축에 배치되는 홀들의 간격과 상기 제2 방향축에 배치되는 홀들의 간격은 서로 동일할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an active surface plasmonic color filter comprising: a substrate; A metal thin film formed on the substrate, the metal thin film including a plurality of holes arranged periodically and each having a nano size; And a first dielectric layer formed on the metal thin film. The holes included in the metal thin film may have an anisotropic shape so that the intensity of the linear polarized light is adjusted according to the polarization direction of the linearly polarized light provided from the outside. The intervals of the holes arranged periodically in the first directional axis and the second directional axis perpendicular to each other and arranged in the first directional axis and the intervals of the holes arranged in the second directional axis may be the same.

상기 비등방성 형태를 가지는 홀들 각각은 종방향과 횡방향으로 서로 다른 길이를 가지는 형태를 포함하며, 타원형, 직사각형, 또는 직육각형의 형태를 가질 수 있다.Each of the holes having an anisotropic shape includes a shape having a different length in the longitudinal direction and the transverse direction, and may have an elliptical shape, a rectangular shape, or a hexagonal shape.

상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터는, 상기 기판 및 상기 금속 박막 사이에 형성되는 제2 유전체층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 유전체층에 포함된 유전물질과 상기 제2 유전체층에 포함된 유전물질은 서로 동일할 수 있다.The active surface plasmon color filter may further include a second dielectric layer formed between the substrate and the metal thin film, wherein the dielectric material included in the first dielectric layer and the dielectric material included in the second dielectric layer are the same can do.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터는, 기판; 상기 기판 위에 형성되고, 외부에서 입사되는 선형 편광의 편광 방향에 따라 상기 선형 편광의 세기가 조정되도록, 주기적으로 배치되고 나노(nano) 크기의 비등방성 형태를 각각 가지는 다수의 홀(hole)들을 포함하는 금속 박막; 및 상기 금속 박막 위에 형성되는 제1 유전체층을 포함할 수 있으며, 상기 금속 박막에 포함되는 홀들은, 정육각형의 단위 홀 어레이 형태(unit hole array pattern)를 가지고 반복적으로 배치될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an active surface plasmonic color filter comprising: a substrate; And a plurality of holes each having a nano-sized anisotropic shape so as to adjust the intensity of the linearly polarized light according to the polarization direction of the linearly polarized light incident from the outside ; And a first dielectric layer formed on the metal thin film. The holes included in the metal thin film may be repeatedly arranged in a unit hole array pattern of a regular hexagon.

상기 비등방성 형태를 가지는 홀들 각각은 종방향과 횡방향으로 서로 다른 길이를 가지는 형태를 포함하며, 타원형, 직사각형, 또는 직육각형의 형태를 가질 수 있다. 상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터는, 상기 기판 및 상기 금속 박막 사이에 형성되는 제2 유전체층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 유전체층에 포함된 유전물질과 상기 제2 유전체층에 포함된 유전물질은 서로 동일할 수 있다.Each of the holes having an anisotropic shape includes a shape having a different length in the longitudinal direction and the transverse direction, and may have an elliptical shape, a rectangular shape, or a hexagonal shape. The active surface plasmon color filter may further include a second dielectric layer formed between the substrate and the metal thin film, wherein the dielectric material included in the first dielectric layer and the dielectric material included in the second dielectric layer are the same can do.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 소자는, 기판과, 상기 기판 위에 형성되고, 주기적으로 배치되고 나노(nano) 크기를 각각 가지는 다수의 홀(hole)들을 포함하는 금속 박막과, 상기 금속 박막 위에 형성되는 제1 유전체층을 포함하는 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터; 제1 전도층과 제2 전도층 사이에 인가되는 전압에 응답하여, 선형 편광의 편광 방향을 조정하여 상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터에 입사시키는 액정층; 및 백라이트 유닛으로부터 발생된 빛을 선형 편광시켜 상기 선형 편광을 상기 액정층에 제공하는 선형 편광판을 포함할 수 있으며, 상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터의 금속 박막에 포함되는 홀들은, 상기 선형 편광의 편광 방향에 따라 색상 조정이 가능하도록, 서로 수직인 제1 방향축 및 제2 방향축에 주기적으로 배치되고, 상기 제1 방향축에 배치되는 홀들의 간격과 상기 제2 방향축에 배치되는 홀들의 간격은 서로 다를 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a display device comprising: a substrate; a metal layer formed on the substrate, the metal layer including a plurality of holes periodically arranged in the nano- An active surface plasmon color filter including a thin film and a first dielectric layer formed on the thin metal film; A liquid crystal layer for adjusting the polarization direction of the linearly polarized light and making the light enter the active surface plasmon color filter in response to a voltage applied between the first conductive layer and the second conductive layer; And a linear polarizer that linearly polarizes the light generated from the backlight unit and provides the linear polarized light to the liquid crystal layer, wherein the holes included in the metal thin film of the active surface plasmon color filter include a polarization direction of the linearly polarized light Wherein a distance between the holes arranged in the first direction axis and a distance between the holes arranged in the second direction axis are set to be shorter than a distance between the first direction axis and the second direction axis, May be different.

상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터는, 상기 기판 및 상기 금속 박막 사이에 형성되는 제2 유전체층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 유전체층에 포함된 유전물질과 상기 제2 유전체층에 포함된 유전물질은 서로 동일할 수 있다.The active surface plasmon color filter may further include a second dielectric layer formed between the substrate and the metal thin film, wherein the dielectric material included in the first dielectric layer and the dielectric material included in the second dielectric layer are the same can do.

상기 디스플레이 소자가 계조(gray scale)를 표현할 수 있도록, 상기 백라이트 유닛으로부터 발생되는 빛의 밝기는 조정될 수 있다. 상기 제1 전도층 및 제2 전도층 각각은 전도성 투명 유전물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 유전체층에 포함된 물질과 상기 제2 전도층에 포함된 물질은 서로 동일할 수 있다.The brightness of light emitted from the backlight unit can be adjusted so that the display device can express a gray scale. Each of the first conductive layer and the second conductive layer may include a conductive transparent dielectric material. The material contained in the first dielectric layer and the material contained in the second conductive layer may be the same.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 소자는, 기판과, 상기 기판 위에 형성되고, 주기적으로 배치되고 나노(nano) 크기를 각각 가지는 다수의 홀(hole)들을 포함하는 금속 박막과, 상기 금속 박막 위에 형성되는 제1 유전체층을 포함하는 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터; 제1 전도층과 제2 전도층 사이에 인가되는 전압에 응답하여, 선형 편광의 편광 방향을 조정하여 상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터에 입사시키는 액정층; 및 백라이트 유닛으로부터 발생된 빛을 선형 편광시켜 상기 선형 편광을 상기 액정층에 제공하는 선형 편광판을 포함할 수 있으며, 상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터의 금속 박막에 포함되는 홀들은, 상기 선형 편광의 편광 방향에 따라 상기 선형 편광의 세기가 조정되도록, 각각 비등방성 형태를 가지고, 서로 수직인 제1 방향축 및 제2 방향축에 주기적으로 배치되고 상기 제1 방향축에 배치되는 홀들의 간격과 상기 제2 방향축에 배치되는 홀들의 간격은 서로 동일할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a display device including a substrate, a plurality of holes formed on the substrate and periodically arranged and each having a nano size, An active surface plasmon color filter including a metal thin film and a first dielectric layer formed on the metal thin film; A liquid crystal layer for adjusting the polarization direction of the linearly polarized light and making the light enter the active surface plasmon color filter in response to a voltage applied between the first conductive layer and the second conductive layer; And a linear polarizer that linearly polarizes the light generated from the backlight unit and provides the linear polarized light to the liquid crystal layer, wherein the holes included in the metal thin film of the active surface plasmon color filter include a polarization direction of the linearly polarized light And the pitches of the holes arranged in the first directional axis and periodically arranged in the first directional axis and the second directional axis which are perpendicular to each other and which are respectively anisotropic in shape so that the intensity of the linearly polarized light is adjusted according to the intensity The spacing of the holes disposed in the directional axis may be equal to each other.

상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터는, 상기 기판 및 상기 금속 박막 사이에 형성되는 제2 유전체층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 유전체층에 포함된 유전물질과 상기 제2 유전체층에 포함된 유전물질은 서로 동일할 수 있다. 상기 제1 유전체층에 포함된 물질과 상기 제2 전도층에 포함된 물질은 서로 동일할 수 있다.The active surface plasmon color filter may further include a second dielectric layer formed between the substrate and the metal thin film, wherein the dielectric material included in the first dielectric layer and the dielectric material included in the second dielectric layer are the same can do. The material contained in the first dielectric layer and the material contained in the second conductive layer may be the same.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 소자는, 기판과, 상기 기판 위에 형성되고, 주기적으로 배치되고 나노(nano) 크기를 각각 가지는 다수의 홀(hole)들을 포함하는 금속 박막과, 상기 금속 박막 위에 형성되는 제1 유전체층을 포함하는 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터; 제1 전도층과 제2 전도층 사이에 인가되는 전압에 응답하여, 선형 편광의 편광 방향을 조정하여 상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터에 입사시키는 액정층; 및 백라이트 유닛으로부터 발생된 빛을 선형 편광시켜 상기 선형 편광을 상기 액정층에 제공하는 선형 편광판을 포함할 수 있으며, 상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터의 금속 박막에 포함되는 홀들은, 상기 선형 편광의 편광 방향에 따라 상기 선형 편광의 세기가 조정되도록, 각각 비등방성 형태를 가지고, 정육각형의 단위 홀 어레이 형태(unit hole array pattern)를 가지고 반복적으로 배치될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a display device including a substrate, a plurality of holes formed on the substrate and periodically arranged and each having a nano size, An active surface plasmon color filter including a metal thin film and a first dielectric layer formed on the metal thin film; A liquid crystal layer for adjusting the polarization direction of the linearly polarized light and making the light enter the active surface plasmon color filter in response to a voltage applied between the first conductive layer and the second conductive layer; And a linear polarizer that linearly polarizes the light generated from the backlight unit and provides the linear polarized light to the liquid crystal layer, wherein the holes included in the metal thin film of the active surface plasmon color filter include a polarization direction of the linearly polarized light And may be repeatedly arranged in a unit hole array pattern having a regular hexagonal shape such that the intensity of the linearly polarized light is adjusted according to the shape of the linear polarized light.

상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터는, 상기 기판 및 상기 금속 박막 사이에 형성되는 제2 유전체층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 유전체층에 포함된 유전물질과 상기 제2 유전체층에 포함된 유전물질은 서로 동일할 수 있다. 상기 제1 유전체층에 포함된 물질과 상기 제2 전도층에 포함된 물질은 서로 동일할 수 있다.The active surface plasmon color filter may further include a second dielectric layer formed between the substrate and the metal thin film, wherein the dielectric material included in the first dielectric layer and the dielectric material included in the second dielectric layer are the same can do. The material contained in the first dielectric layer and the material contained in the second conductive layer may be the same.

본 발명에 따른 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터 구조는 종 방향 및 횡 방향 각각에 대하여 서로 다른 크기의 주기를 가지는 직사각형(rectangular) 격자구조의 홀 어레이 패턴(hole array pattern)이 형성된 금속 박막을 포함하고, 상기 형성된 금속 박막의 투과 피크(peak) 파장이, 입사하는 빛의 편광특성에 영향을 받는 성질을 이용하는 것에 의해, 투과 피크(peak) 파장을 조정할 수 있다. 따라서 상기 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터 구조를 이용하는 본 발명에 따른 디스플레이소자는 기존의 액정 디스플레이 소자에서의 편광판 1층과 염료 또는 안료 기반의 컬러 필터소자를 본 발명의 표면 플라즈모닉 컬러 필터의 단순한 구조로 간소화할 수 있기 때문에, 본 발명은 기존의 액정 디스플레이의 구조와, 기존 액정 디스플레이 구조의 공정절차를 간소화시킬 수 있고 기존 액정 디스플레이 구조의 공정비용을 감소시킬 수 있다.The active surface plasmonic color filter structure according to the present invention includes a metal thin film formed with a hole array pattern of a rectangular lattice structure having a period of different sizes in the longitudinal and transverse directions, The transmission peak wavelength can be adjusted by using the property that the transmission peak wavelength of the formed metal thin film is affected by the polarization characteristic of the incident light. Therefore, the display device according to the present invention using the active surface plasmonic color filter structure can be used as a simple structure of a surface plasmonic color filter of the present invention, in which a polarizing plate in a conventional liquid crystal display device and a dye or pigment- The present invention can simplify the structure of the existing liquid crystal display and the processing procedure of the existing liquid crystal display structure and reduce the processing cost of the conventional liquid crystal display structure.

본 발명에 따른 컬러필터는 표면 플라즈몬 공명현상으로 인한 투과 효율 향상을 이용하는 것에 의해, 안료 혹은 염료를 이용한 컬러필터의 재료적 특성에 따른 낮은 투과도 문제를 해결할 수 있다. 본 발명은 직사각형 홀 어레이 패턴(rectangular hole array pattern)(또는 이중주기 홀 어레이 패턴(Dually periodic hole array pattern))을 이용하여 필터 구조물을 통과하는 빛의 편광방향에 따라 투과도가 변하는 특성을 이용하여, 편광을 변경하는 방법을 적용하고 최종적으로 필터링하는 색상을 조정할 수 있는 새로운 개념의 능동형 컬러 필터이다.The color filter according to the present invention can solve the problem of low transmittance according to the material characteristics of the color filter using the pigment or dye by utilizing the improvement of the transmission efficiency due to the surface plasmon resonance phenomenon. The present invention uses a rectangular hole array pattern (or a dually periodic hole array pattern) to change the transmittance according to the polarization direction of light passing through the filter structure, It is a new concept of active color filter that can apply the method of changing polarized light and adjust the color to be finally filtered.

또한, 본 발명은 정사각형 격자구조의 홀 어레이 패턴의 금속 박막에서 홀(hole) 형태에 비등방성을 부여하는 것에 의해, 편광 방향에 따라 빛의 양의 조정이 가능한 능동형 컬러필터를 제공하므로, 기존 액정 디스플레이의 구조를 간소화시킬 수 있다. 부연하여 설명하면, 본 발명은 정사각형(Square type) 또는 정육각형(hexagonal type)의 홀 어레이(array)를 채택하고, 홀 모양을 비등방성(예를 들어, 타원형 또는 직사각형 등)으로 금속 박막에 형성하므로, 편광의 영향으로 필터를 투과하는 빛의 양이 조정가능하게 되고, 이 경우도 편광을 변경하는 방법을 적용하여 최종적으로 빛의 계조를 조정하는 능동형 컬러필터를 구현할 수 있다.The present invention also provides an active color filter capable of adjusting the amount of light according to the polarization direction by imparting anisotropy to the hole shape in the metal thin film of the hole array pattern of the square lattice structure, The structure of the display can be simplified. In further detail, the present invention adopts a square array type or a hexagonal type hole array and forms a hole shape in a metal thin film in an anisotropic manner (for example, an elliptical shape or a rectangular shape) The amount of light passing through the filter can be adjusted by the influence of the polarized light. In this case as well, an active color filter can be implemented in which the method of changing the polarized light is finally applied to adjust the gray level of light.

본 발명은 금속 박막과 다양한 유전물질의 조합으로 구성되므로, 본 발명의 필터 구조는 전극으로의 활용 가능성도 있으며, 기존 액정 디스플레이 대비 소자 구조 내에서 편광판 수의 감소 및 필터링 구조의 간략화 등으로 전체 소자의 구조가 간소화되므로 본 발명은 공정 절차 및 공정비용 등의 절감효과를 가질 수 있다. 또한 본 발명의 구조가 간소화됨에 따라 빛이 거치는 층의 수가 감소하므로 전체적으로 빛의 투과량이 증가한다. 따라서 본 발명은 백색광원(백라이트 유닛)으로부터 발생하는 전력 소비를 감소시킬 수 있다.Since the present invention is composed of a combination of a metal thin film and various dielectric materials, the filter structure of the present invention may be used as an electrode. In the device structure compared to the conventional liquid crystal display, the number of polarizers decreases, The structure of the present invention can be simplified, so that the present invention can have a reduction in process steps, process costs, and the like. Also, as the structure of the present invention is simplified, the number of layers through which light passes is reduced, so that the light transmission amount as a whole increases. Therefore, the present invention can reduce the power consumption generated from the white light source (backlight unit).

본 발명은 금속 박막을 이용하게 되는 구조적 특성을 가지므로 공정방법에 있어서 기판의 휘어짐 유무에 구애받지 않고, 나노 크기의 금속 박막의 높은 투과도를 재현할 수 있다. 따라서 본 발명은 평판 디스플레이 외에 플렉서블(flexible) 디스플레이 또는 투명 디스플레이의 부품으로도 사용될 수 있다.Since the present invention has the structural characteristic of using a metal thin film, it is possible to reproduce a high transmittance of a nano-sized metal thin film regardless of whether the substrate is warped or not in the processing method. Therefore, the present invention can be used as a part of a flexible display or a transparent display in addition to a flat panel display.

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명과 비교되는, 정육각형 또는 정사각형 격자구조의 홀 어레이(hole array)를 가지는 다공성 금속층을 이용한 표면 플라즈모닉 컬러필터의 구조를 나타내는 도면(종단면도)이다.
도 2는 도 1의 표면 플라즈모닉 컬러필터에 포함된, 정사각형 격자 구조를 가지는 금속층(다공성 금속층)의 홀 어레이 패턴(hole array pattern)을 설명하는 도면(평면도)이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 직사각형 격자 구조를 가지는 금속 박막의 비등방성 홀 어레이 패턴을 설명하는 도면(평면도)이다.
도 4는 도 3에 도시된 직사각형 격자 형태의 홀 어레이 패턴 구조를 가지는 금속박막을 포함하는 능동형 표면 플라즈모닉 컬러필터의 투과도(transmittance)를 설명하는 그래프(graph)이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터를 설명하는 도면(종단면도)이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타원형 홀(hole)을 가지는 정사각형 격자 구조를 포함하는 금속 박막의 비등방성 홀 어레이 패턴을 설명하는 도면(평면도)이다.
도 7은 도 6의 비등방성 홀 어레이 패턴을 가지는 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터의 투과도(transmittance)를 설명하는 그래프(graph)이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터를 설명하는 도면(종단면도)이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a more complete understanding of the drawings used in the detailed description of the present invention, a brief description of each drawing is provided.
1 is a view (vertical cross-sectional view) showing a structure of a surface plasmonic color filter using a porous metal layer having a hole array of regular hexagonal or square lattice structure, which is compared with the present invention.
Fig. 2 is a view (plan view) illustrating a hole array pattern of a metal layer (porous metal layer) having a square lattice structure included in the surface plasmonic color filter of Fig.
3 is a view (plan view) illustrating an anisotropic hole array pattern of a metal thin film having a rectangular lattice structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph illustrating the transmittance of an active surface plasmonic color filter including a metal thin film having a hole array pattern structure of a rectangular grid shape shown in FIG.
5 is a view (vertical cross-sectional view) illustrating an active surface plasmonic color filter according to an embodiment of the present invention.
6 is a view (plan view) illustrating an anisotropic hole array pattern of a metal thin film including a square lattice structure having an elliptical hole according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph illustrating the transmittance of an active surface plasmonic color filter having an anisotropic hole array pattern of FIG. 6. FIG.
8 is a view (vertical cross-sectional view) illustrating an active surface plasmonic color filter according to another embodiment of the present invention.

본 발명, 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a better understanding of the present invention, and the objects attained by the practice of the invention, reference should be made to the accompanying drawings, which illustrate embodiments of the invention, and to the description in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낼 수 있다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having", etc., are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, or a combination thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and, unless expressly defined herein, are to be construed as either ideal or overly formal Do not.

본 발명을 설명하기 전에, 본 발명과 대비되는 비교예가 다음과 같이 설명된다.Before describing the present invention, the comparative example to be compared with the present invention will be described as follows.

도 1은 본 발명과 비교되는, 정육각형 또는 정사각형 격자구조의 홀 어레이(hole array)를 가지는 다공성 금속층을 이용한 표면 플라즈모닉 컬러필터의 구조를 나타내는 도면(종단면도)이다.1 is a view (vertical cross-sectional view) showing a structure of a surface plasmonic color filter using a porous metal layer having a hole array of regular hexagonal or square lattice structure, which is compared with the present invention.

도 1을 참조하면, 도 1의 좌측에 도시된 표면 플라즈모닉 컬러필터는 기판, 기판 위에 형성되는 다공성 금속층, 및 유전체1 층으로 구성된다. 도 1의 우측에 도시된 표면 플라즈모닉 컬러필터는 기판, 기판 위에 형성되는 유전체2 층, 유전체2 층 위에 형성되는 다공성 금속층, 및 다공성 금속층 위에 형성되는 유전체2 층으로 구성된다.Referring to FIG. 1, the surface plasmonic color filter shown on the left side of FIG. 1 comprises a substrate, a porous metal layer formed on the substrate, and a dielectric layer. The surface plasmonic color filter shown on the right side of Fig. 1 is composed of a substrate, two dielectric layers formed on the substrate, a porous metal layer formed on two dielectric layers, and two dielectric layers formed on the porous metal layer.

연구결과로 발표되고 있는 도 1의 표면 플라즈모닉 컬러필터는 hexagonal(육각형)(또는 삼각형), 혹은 square(정사각형) 격자구조의 어레이(array)로 각 방향축으로 동일한 간격으로 홀(hole) 패턴이 반복되는 형태를 가지고 있는 다공 금속층을 포함한다.The surface plasmonic color filter of FIG. 1, which is reported as a result of the research, is a hexagonal (or triangular) or square (square) lattice array, and has a hole pattern And a porous metal layer having a repeated shape.

도 1의 표면 플라즈모닉 컬러필터의 투과도 특성은 입사되는 빛의 편광특성에 영향을 받지 않는다. 이런 선행 연구는 원형, 사각형, 삼각형, 슬릿, 또는 타원형 등 홀(hole)의 모양에 특별한 제한을 두고 있지 않으나, 모두 특정한 색상의 투과를 일정하게 유지시키는 용도로 활용하는 것을 목적으로 하고 있다.The transmittance characteristic of the surface plasmonic color filter of Fig. 1 is not affected by the polarization characteristics of incident light. This prior art study does not have any particular limitation on the shape of holes such as circular, square, triangular, slit, or elliptical shapes, but all of them are intended to be used for maintaining the transmission of a specific color at a constant level.

표면 플라즈모닉 컬러필터는 금속 박막에 일정한 주기를 갖는 나노크기의 다수개의 홀을 형성하여 특정 파장의 빛만 선택적으로 투과되도록 구조를 형성하여 색상을 필터링(filtering)한다. 나노 크기의 금속구조에서 금속과 유전체의 경계면에서 표면 플라즈몬 공명 현상이 발생하는데, 표면 플라즈몬이란 입사된 빛의 전기장에 의해 금속막 표면에 유도된 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말한다. 표면 플라즈몬 공명이 일어나는 파장 대역에서 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링(coupling)되면서 홀을 투과하는 빛의 양이 극대화되며 그 양은 홀의 개구율을 넘어서게 되어 투과도를 증대시킨다.The surface plasmonic color filter forms a plurality of nano-sized holes having a predetermined period in the metal thin film to selectively transmit light of a specific wavelength to filter the color. Surface plasmon resonance occurs at the interface between a metal and a dielectric in a nano-sized metal structure. A surface plasmon is a pseudo particle in which free electrons induced in the metal film surface are collectively vibrated by the electric field of the incident light. In the wavelength band where the surface plasmon resonance occurs, the electric field of the incident light and the plasmon are coupled to each other to maximize the amount of light transmitted through the hole, and the amount of the light exceeds the aperture ratio of the hole, thereby increasing the transmittance.

외부에서 입사하는 빛의 편광 상태에 영향을 받지 않기 위해, 발표되고 있는 표면 플라즈모닉 컬러필터의 형태는 도 2에 도시된 바와 같이 반복되는 축을 따라 (예를 들어, 좌우 방향 및 상하 방향으로) 동일한 간격의 주기를 가지는 홀 어레이 패턴이 형성되어 있다. 상기 홀 어레이 패턴은 도 1의 다공성 금속층에 형성되어 있다.In order to avoid being influenced by the polarization state of light incident from the outside, the shape of the surface plasmonic color filter being announced is the same as that shown in Fig. 2 (for example, in the left-right direction and the vertical direction) A hole array pattern having a period of intervals is formed. The hole array pattern is formed in the porous metal layer of Fig.

도 2는 도 1의 표면 플라즈모닉 컬러필터에 포함된, 정사각형 격자 구조를 가지는 금속층(다공성 금속층)의 홀 어레이 패턴(hole array pattern)을 설명하는 도면(평면도)이다.Fig. 2 is a view (plan view) illustrating a hole array pattern of a metal layer (porous metal layer) having a square lattice structure included in the surface plasmonic color filter of Fig.

도 2의 우측 부분에 도시된 바와 같이, 빛은 지면 안으로 또는 지면 밖으로(다공성 금속층 위로) 진행(입사)한다고 가정한다. 또한 빛의 진행방향과 수직인 일정한 방향(수평축에 대해 θ=0 또는 θ1의 각도)으로 진동하는 전기장(E Field)은 편광의 방향을 지시(indication)한다.As shown in the right part of FIG. 2, it is assumed that the light travels (inclines) into or out of the ground (above the porous metal layer). An electric field (E Field) oscillating in a constant direction (angle of? = 0 or? 1 with respect to the horizontal axis) perpendicular to the direction of light propagation indicates the direction of polarization.

도 2와 같은 구조에서 표면 플라즈몬 공명에 의해 나타나는 투과도 피크(peak)(λsp)는 아래의 [수학식 1]과 같이 계산된다. 투과도 피크(투과도 피크 파장)(λsp)는 투과광의 중심 피크 파장, 즉 표면 플라즈몬 공명 파장을 의미할 수 있다.The transmittance peak (λsp) caused by the surface plasmon resonance in the structure shown in FIG. 2 is calculated as shown in the following equation (1). The transmittance peak (transmittance peak wavelength) (λsp) can mean the center peak wavelength of transmitted light, that is, the surface plasmon resonance wavelength.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112012099422182-pat00001
Figure 112012099422182-pat00001

[수학식 1]에서, a0은 홀(hole)의 주기이고, m 및 n은 각각 임의의 정수이고, εm은 금속(금속층)의 유전상수이고, εd는 금속에 인접한 유전체 물질(유전체층)의 유전 상수이다.Is the dielectric constant of the Equation 1 in, a 0 is the period of the holes (hole), wherein m and n are arbitrary integers, respectively, ε m is the metal (metal layer), ε d is a dielectric material adjacent to the metal (a dielectric layer ).

[수학식 1]을 참조하면, 금속 및 유전 물질의 유전상수가 결정되고 그에 따라 홀 어레이의 주기(a0)를 조정하면, 컬러필터를 투과하는 빛의 투과대역(투과도 피크(λsp))이 설계될 수 있다. 이 상황에서 금속막(금속층) 및 유전체층의 두께, 또는 홀의 형태(모양) 및 크기 등을 조정하여 투과도 곡선을 최적화하여 표면 플라즈모닉 컬러필터가 높은 투과도와 높은 색재현률을 가지도록 설계될 수 있다. [수학식 1]에서, m과 n은 각각 정수로 m 및 n의 조합에 따라 다양한 파장대역에서 투과 피크가 발생하는데, 일반적으로 (m,n)=(1,0) 혹은 (m,n)=(0,1)으로 계산되는 1st order(1차)의 공명모드(표면 플라즈몬 공명 모드)에 의하여 정해지는 가장 긴 파장대의 빛의 투과도가 가장 크게 나타난다. 통상적으로, 플라즈모닉 컬러필터에서는 상기 대역을 투과대역으로 이용하게 된다.Referring to Equation (1), when the dielectric constant of the metal and dielectric material is determined and accordingly the period a 0 of the hole array is adjusted, the transmission band (transmittance peak? Sp) of light passing through the color filter is Can be designed. In this situation, the thickness of the metal film (metal layer) and the dielectric layer, or the shape (shape) and size of the hole are adjusted to optimize the transmittance curve so that the surface plasmonic color filter can be designed to have high transmittance and high color reproducibility. (M, n) = (1, 0) or (m, n) = (1, 2) The transmittance of the light of the longest wavelength band determined by the resonance mode (surface plasmon resonance mode) of the 1st order (first order) calculated by = (0, 1) is the largest. Typically, the plasmonic color filter uses the band as a transmission band.

이런 플라즈모닉 컬러필터 구조에서는 금속 양면에 다른 종류의 유전 물질이 도포되면 서로 다른 플라즈몬 공명 모드가 발생하여, 투과 스펙트럼에서 불필요한 파장 대역에 피크가 발생하는데, 이 두 가지 모드가 일치될 때, 즉 금속 양면에 같은 종류의 유전체를 형성해주면, 공명 모드간의 커플링(coupling) 효과로 플라즈몬 효과가 극대화되어 투과도가 향상될 수 있다. 때문에 금속 양면에 같은 종류의 유전체를 형성해 주어야 한다. 즉, 도 5에 도시된, 기판(105), 다공성 금속층(110), 및 유전체1 층(115)의 순서로 형성(적층)된 본 발명의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러필터의 경우, 기판(105)과 유전체1 층(115)은 동일한 물질이나 유전율(혹은 굴절률)이 유사한 물질을 채택하여야 하고, 기판(205), 유전체2 층(210), 다공성 금속층(215), 및 유전체2 층(220)의 순서로 형성된 본 발명의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러필터의 경우, 유전체2 층(210)과 유전체2 층(220)은 서로 동일한 유전물질로 형성될 수 있다.In such a plasmonic color filter structure, when different kinds of dielectric materials are applied to both sides of the metal, different plasmon resonance modes are generated, and peaks occur in unnecessary wavelength bands in the transmission spectrum. When these two modes are matched, If the same type of dielectric is formed on both sides, the coupling effect between the resonance modes maximizes the plasmon effect and the transmittance can be improved. Therefore, the same type of dielectric must be formed on both sides of the metal. That is, in the case of the active surface plasmonic color filter of the present invention formed (laminated) in the order of the substrate 105, the porous metal layer 110, and the dielectric 1 layer 115 shown in FIG. 5, And the dielectric first layer 115 should adopt the same material or a substance having a similar dielectric constant (or refractive index), and the substrate 205, the dielectric two layer 210, the porous metal layer 215, and the dielectric two layer 220 In the case of the active surface plasmonic color filter of the present invention formed in this order, the dielectric 2 layer 210 and the dielectric 2 layer 220 may be formed of the same dielectric material as each other.

본 발명의 실시예에 따른 표면 플라즈모닉 컬러필터의 구조는, 도 3과 같이 종 방향 및 횡 방향으로 각각 다른 주기를 가지며 반복되는 직사각형 홀 어레이(rectangular hole array)가 형성된 금속 박막을 포함한다. 즉, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 직사각형 격자 구조를 가지는 금속 박막의 비등방성 홀 어레이 패턴을 설명하는 도면(평면도)이다.The structure of the surface plasmonic color filter according to the embodiment of the present invention includes a metal thin film having a rectangular hole array formed in a repeated manner with different periods in the longitudinal and transverse directions as shown in FIG. That is, FIG. 3 is a view (plan view) for explaining an anisotropic hole array pattern of a metal thin film having a rectangular lattice structure according to an embodiment of the present invention.

도 3의 우측 부분에 도시된 바와 같이, 빛은 지면 안으로 또는 지면 밖으로(금속 박막 위로) 진행(입사)한다. 또한 빛의 진행방향과 수직인 일정한 방향(수평축에 대해 θ=0 또는 θ1의 각도)으로 진동하는 전기장(E Field)을 가지는 선형 편광이, 금속 박막에 입사된다고 가정한다.As shown in the right part of FIG. 3, the light travels (inclines) into or out of the ground (onto the metal foil). It is also assumed that a linearly polarized light having an electric field (E Field) oscillating in a certain direction (angle of? = 0 or? 1 with respect to the horizontal axis) perpendicular to the traveling direction of light is incident on the metal thin film.

도 3의 구조에서, 표면 플라즈몬에 의한 투과 피크(λsp)는 아래의 [수학식 2]와 같이 계산된다. 투과도 피크(투과도 피크 파장)(λsp)는 투과광의 중심 피크 파장, 즉 표면 플라즈몬 공명 파장을 의미할 수 있다.In the structure of Fig. 3, the transmission peak? Sp caused by the surface plasmon is calculated as shown in the following equation (2). The transmittance peak (transmittance peak wavelength) (λsp) can mean the center peak wavelength of transmitted light, that is, the surface plasmon resonance wavelength.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112012099422182-pat00002
Figure 112012099422182-pat00002

[수학식 2]에서, a0은 홀(hole)의 수평 방향(횡 방향 또는 X 방향)의 주기이고, b0은 홀(hole)의 수직 방향(종 방향 또는 Y 방향)의 주기이고, m 및 n은 각각 임의의 정수이고, εm은 금속(금속 박막)의 유전상수이고, εd는 금속에 인접한 유전체 물질(유전체층)의 유전 상수이다.A 0 is a period in the horizontal direction of the hole (transverse direction or X direction), b 0 is a period in the vertical direction of the hole (longitudinal direction or Y direction), and m And n are each an arbitrary integer, [epsilon] m is the dielectric constant of the metal (thin metal film), and [epsilon] d is the dielectric constant of the dielectric material (dielectric layer) adjacent to the metal.

[수학식 2]에서, m과 n은 정수로 m 및 n의 조합에 따라 다양한 파장대역에서 투과 피크가 발생하고, 도 2의 구조와 달리, (m,n)=(1,0) 및 (m,n)=(0,1)의 서로 다른 두 개의 파장대역에서 1st order mode(1차 모드)의 공명현상이 일어난다. 입사되는 빛의 전장(전계)(Electric field, E field)의 편광 방향에 따라 두 가지 모드에 가중치가 분산되어 투과도 피크가 변하게 된다. In Equation (2), m and n are integers, and transmission peaks occur in various wavelength bands depending on combinations of m and n. Unlike the structure of FIG. 2, (m, n) = (1st mode) occurs in two different wavelength bands of (m, n) = (0, 1). The weights are distributed in two modes according to the polarization direction of the electric field (electric field) of the incident light (E field), and the transmittance peak is changed.

도 4는 도 3과 같이 서로 다른 두 개의 주기를 가지는 직사각형 홀 어레이(rectangular hole array)를 가지는 금속 박막을 포함하는 표면 플라즈모닉 컬러필터에서의 입사파의 편광에 따른 투과도(transmittance) 변화를 나타낸 그래프(graph)이다. 즉, 도 4는 도 3에 도시된 직사각형 격자 형태의 홀 어레이 패턴 구조를 가지는 금속박막을 포함하는 표면 플라즈모닉 컬러필터의 투과도(transmittance)를 설명하는 그래프(graph)이다.FIG. 4 is a graph showing a transmittance change according to polarization of an incident wave in a surface plasmonic color filter including a metal thin film having a rectangular hole array having two different periods as shown in FIG. 3 (graph). 4 is a graph illustrating the transmittance of a surface plasmonic color filter including a metal thin film having a hole array pattern structure of a rectangular grid shape shown in FIG.

도 4를 참조하면, 편광 방향이 0 도(degree)에서 90 도(degree)로 변해감에 따라 투과 피크 파장(λsp)은 적색(적색 파장대역)에서 점차 녹색(녹색 파장대역)으로 그 가중치가 이동하는 것을 알 수 있다. 따라서 편광 상태에 영향을 받는 직사각형 홀 어레이(rectangular hole array)(dually periodic hole array 혹은 직사각형 격자 형태의 홀 어레이) 패턴을 이용하여, 외부에서 편광의 방향을 조정하여 컬러필터를 투과하는 색상을 변경할 수 있는 능동형 필터링 소자를 구현할 수 있다. Referring to FIG. 4, as the polarization direction changes from 0 degree to 90 degrees, the transmission peak wavelength? Sp is gradually increased from red (red wavelength band) to green (green wavelength band) It can be seen that it moves. Therefore, by using a rectangular hole array pattern (dually periodic hole array or hole array pattern in a rectangular lattice pattern) influenced by the polarization state, it is possible to change the color transmitted through the color filter by adjusting the polarizing direction from the outside The active filtering device can be realized.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터를 설명하는 도면(종단면도)이다.5 is a view (vertical cross-sectional view) illustrating an active surface plasmonic color filter according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 디스플레이 소자(100) 또는 디스플레이 소자(200)의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터는 금속 박막에 일정한 주기를 갖는 나노크기의 다수개의 홀을 형성하여 특정 파장의 빛만 선택적으로 투과되도록 구조를 형성하여 색상을 필터링(filtering)할 수 있다.5, the active surface plasmonic color filter of the display device 100 or the display device 200 may have a structure in which a plurality of nano-sized holes having a predetermined period are formed in a metal thin film, So that the color can be filtered.

도 5의 좌측에 도시된 디스플레이 소자(액정 디스플레이 소자)(100)는, 기판(105)과 금속박막인 다공성 금속층(110)과 유전체1 층(115)을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터와, 상기 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터 위에 순차적으로 배치(형성 또는 적층)되는 제2 전도층(120), 액정층(liquid crystal layer)(125), 제1 전도층(130), 선형 편광판(135), 및 백라이트 유닛(140)을 포함한다. 디스플레이 소자(100)의 제조 공정에 있어서, 디스플레이 소자(100)는 디스플레이 소자의 기판(예를 들어, 반사판(reflection plate))(미도시), 백라이트 유닛(140), 선형 편광판(135), 제1 전도층(130), 액정층(125), 제2 전도층(120), 및 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터의 순서로 형성(적층)될 수 있거나 또는 그 역순으로 형성될 수 있다.The display device (liquid crystal display device) 100 shown on the left side of FIG. 5 includes a substrate 105, a porous metal layer 110, which is a metal thin film, and a dielectric 1 layer 115, A second conductive layer 120, a liquid crystal layer 125, and a first conductive layer 130 that are sequentially disposed (formed or stacked) on the active surface plasmonic color filter, A linear polarizer 135, and a backlight unit 140. In the manufacturing process of the display device 100, the display device 100 includes a substrate (for example, a reflection plate) (not shown), a backlight unit 140, a linear polarizer 135, (Laminated) in the order of the first conductive layer 130, the liquid crystal layer 125, the second conductive layer 120, and the active surface plasmonic color filter, or may be formed in the reverse order.

기판(105)은 유리(glass) 기판과 같은 투명한 평판 기판, 또는 PET(polyethylene terephthalate, 폴리에스터) 또는 PEN(Polyethylene naphthalate, 폴리에틸렌 나프탈레이트)을 포함하는 플라스틱 기판(투명 플라스틱 기판)과 같은 플렉시블(flexible) 기판일 수 있다. 기판(105)과 유전체1 층(115)은 서로 동일한 물질이거나, 또는 유전율(혹은 굴절률)이 유사한 물질을 각각 포함할 수 있다. 기판(105)은 필터용 기판일 수 있다.The substrate 105 may be a transparent flat substrate such as a glass substrate or a flexible substrate such as PET (polyethylene terephthalate) or a plastic substrate (transparent plastic substrate) including PEN (polyethylene naphthalate) ) Substrate. The substrate 105 and the dielectric first layer 115 may be the same material or may each include a material having a similar dielectric constant (or refractive index). The substrate 105 may be a filter substrate.

금속 박막(110)은, 예를 들어, 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 또는 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 금속 박막(110)은 10(nm)이상 400(nm)이하의 두께를 가질 수 있다.The metal thin film 110 may include, for example, aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), or copper (Cu). The metal thin film 110 may have a thickness of 10 (nm) to 400 (nm).

유전체층(115)의 두께는 예를 들어 10(nm)이상이고 1000(nm)이하일 수 있다. 유전체층(115)은 예를 들어 LiF 또는 SiO2와 같은 일반 유전체(유전물질)를 포함하거나, 또는 Al2O3, MgO, ZnO, ZnS, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)과 같은 전도성 산화물(투명 전도성 산화물)인 유전체를 포함할 수 있다. 유전체층(115)의 유전물질이 금속 박막(110)의 홀(hole)들의 내부를 채울 수 있다.The thickness of the dielectric layer 115 may be, for example, 10 (nm) or more and 1000 (nm) or less. Conductive oxides such as dielectric layer 115, for example, include a general dielectric material (dielectric material), such as LiF, or SiO 2, or Al 2 O 3, MgO, ZnO, ZnS, or ITO (Indium Tin Oxide) (transparent conductive Oxide). ≪ / RTI > The dielectric material of the dielectric layer 115 can fill the inside of the holes of the metal foil 110. [

제1 전도층(130) 및 제2 전도층(120) 각각은 ZnO, ITO, ZnS, 또는 WO3(Tungsten trioxide)과 같은 전도성 투명 유전물질을 포함할 수 있다.Each of the first conductive layer 130 and the second conductive layer 120 may include a conductive transparent dielectric material such as ZnO, ITO, ZnS, or WO 3 (tungsten trioxide).

디스플레이 소자(100)의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터는, 기판(105)과, 기판(105) 위에 형성되고, 주기적으로 배치되고 나노(nano) 크기를 각각 가지는 다수의 홀(hole)들을 포함하는 다공성 금속층인 금속 박막(110)과, 금속 박막(110) 위에 형성되는 제1 유전체층인 유전체1 층(115)을 포함한다.The active surface plasmonic color filter of the display element 100 includes a substrate 105 and a plurality of apertures formed on the substrate 105 that are periodically disposed and that include a plurality of holes each having a nano- A metal thin film 110 which is a metal layer, and a dielectric first layer 115 which is a first dielectric layer formed on the metal thin film 110.

상기 홀(hole)들은 나노 크기(입사광(예를 들어 적색의 빛)의 파장이하(sub-wavelength)의 크기)를 가지는 나노 홀(nano hole)일 수 있고, 2차원적으로 배열될 수 있다. 상기 홀(hole)들 각각의 형태는 예를 들어 입사광의 파장이하(sub-wavelength)의 직경 크기를 가지는 원형, 타원형, 사각형, 또는 삼각형일 수 있다. 상기 홀(hole)들 각각은 50(nm)이상이고 1(μm)이하의 크기(직경)를 가지며, 상기 홀(hole)들 사이의 간격은 50(nm)이상이고 1(μm)이하일 수 있다.The holes may be nano holes having a nano-size (a sub-wavelength size of incident light (for example, red light)) and may be arranged two-dimensionally. The shape of each of the holes may be circular, elliptical, rectangular, or triangular, for example, having a sub-wavelength diameter of the incident light. Each of the holes has a size of 50 nm or more and 1 μm or less and an interval between the holes may be 50 nm or more and 1 μm or less .

금속 박막(110)에 포함되는 홀들은, 외부에서 제공되는 선형 편광의 편광 방향에 따라 색상 조정이 가능하도록, 서로 수직인 제1 방향축 및 제2 방향축에 주기적으로 배치되고 상기 제1 방향축에 배치되는 홀들의 간격(주기)과 상기 제2 방향축에 배치되는 홀들의 간격은 서로 다르다. 금속 박막(110)은 도 3에 도시된 직사각형 어레이 형태의 홀(hole) 패턴이 형성된 금속 박막이다.The holes included in the metal thin film 110 are periodically arranged in a first directional axis and a second directional axis orthogonal to each other so that the color can be adjusted according to the polarization direction of the linearly polarized light provided from the outside, (Period) of the holes arranged in the second direction axis are different from each other. The metal thin film 110 is a metal thin film having a hole pattern in the form of a rectangular array shown in FIG.

디스플레이 소자(100)의 액정층(125)은 제1 전도층(130)과 제2 전도층(120) 사이에 인가되는 전압(전압의 크기)에 응답하여, 선형 편광의 편광 방향을 조정하여 디스플레이 소자(100)의 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터에 입사시킨다.The liquid crystal layer 125 of the display device 100 adjusts the polarization direction of the linearly polarized light in response to a voltage (voltage magnitude) applied between the first conductive layer 130 and the second conductive layer 120, And enters the active surface plasmon color filter of the device 100.

선형 편광판(135)은 백색광원인 백라이트 유닛(140)으로부터 발생된 빛(백색광)을 선형 편광시켜 상기 선형 편광을 제1 전도층(130)을 통해 액정층(125)에 제공한다. 따라서 디스플레이 소자(100)의 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터는 전압구동형 필터로 언급될 수 있다.The linear polarizer 135 linearly polarizes light (white light) generated from the backlight unit 140 that is the white light and provides the linear polarized light to the liquid crystal layer 125 through the first conductive layer 130. Thus, the active surface plasmon color filter of the display element 100 may be referred to as a voltage driven filter.

디스플레이 소자(100)가 계조(gray scale)(빛의 계조)를 표현할 수 있도록, 백라이트 유닛(140)으로부터 발생되는 빛의 밝기는 조정될 수 있다. 따라서 본 발명의 디스플레이 소자는 디스플레이 소자(100)의 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터를 통해 색상을 변경할 수 있고 백라이트 유닛(140)에 의해 계조를 표현할 수 있다.The brightness of light generated from the backlight unit 140 can be adjusted so that the display device 100 can express a gray scale (gray scale of light). Therefore, the display device of the present invention can change the color through the active surface plasmon color filter of the display device 100 and can express the gradation by the backlight unit 140.

도 5의 우측에 도시된 디스플레이 소자(200)는, 기판(205)과 제2 유전체층인 유전체2 층(210)과 금속 박막인 다공성 금속층(215)과 제1 유전체층인 유전체2 층(220)을 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터와, 상기 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터 위에 순차적으로 형성되는 제2 전도층(225), 액정층(230), 제1 전도층(235), 선형 편광판(240), 및 백라이트 유닛(245)을 포함한다.5 includes a substrate 205, a dielectric 2 layer 210 as a second dielectric layer, a porous metal layer 215 as a thin metal layer, and a dielectric 2 layer 220 as a first dielectric layer. And a second conductive layer 225, a liquid crystal layer 230, and a first conductive layer 235, which are sequentially formed on the active surface plasmonic color filter according to another exemplary embodiment of the present invention, ), A linear polarizer 240, and a backlight unit 245.

디스플레이 소자(200)의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터는, 기판(205) 및 금속 박막(215) 사이에 형성되는 제2 유전체층(210)을 더 포함한다는 점에서만, 디스플레이 소자(100)의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터와 차이가 있으므로, 디스플레이 소자(200)의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터에 포함된 기판(205), 금속 박막(215), 및 제1 유전체층(220)에 대한 설명은 디스플레이 소자(100)의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터에 포함된 기판(105), 금속 박막(110), 및 유전체층(115)에 대한 설명이 참조된다. 제1 유전체층(220)에 포함된 유전물질과 제2 유전체층(210)에 포함된 유전물질은 서로 동일할 수 있다. 제2 유전체층(210)의 두께는 10(nm)이상이고 1000(nm)이하일 수 있다. 제2 유전체층(210)은 예를 들어 LiF 또는 SiO2와 같은 일반 유전체를 포함하거나, 또는 Al2O3, MgO, ZnO, ZnS, 또는 ITO과 같은 전도성 산화물인 유전체를 포함할 수 있다.The active surface plasmonic color filter of the display element 200 only needs to have an active surface plasma of the display element 100 in that it further includes a second dielectric layer 210 formed between the substrate 205 and the metal film 215. [ A description of the substrate 205, the metal foil 215, and the first dielectric layer 220 included in the active surface plasmonic color filter of the display element 200 is omitted because the display element 100 is different from the monochrome color filter. The description of the substrate 105, the metal foil 110, and the dielectric layer 115 included in the active surface plasmonic color filter of FIG. The dielectric material included in the first dielectric layer 220 and the dielectric material included in the second dielectric layer 210 may be the same. The thickness of the second dielectric layer 210 may be 10 (nm) or more and 1000 (nm) or less. A second dielectric layer 210 may comprise, for example, or include Al 2 O 3, MgO, ZnO , ZnS, or a conductive oxide of a dielectric such as an ITO common dielectric, such as LiF, or SiO 2.

디스플레이 소자(200)에 포함된 제2 전도층(225), 액정층(230), 제1 전도층(235), 선형 편광판(240), 및 백라이트 유닛(245)의 작용(동작)은 디스플레이 소자(100)에 포함된 제2 전도층(120), 액정층(125), 제1 전도층(130), 선형 편광판(135), 및 백라이트 유닛(140)의 작용과 유사하므로, 그것에 대한 설명은 본 명세서에서 생략된다.The action (operation) of the second conductive layer 225, the liquid crystal layer 230, the first conductive layer 235, the linear polarizer 240, and the backlight unit 245 included in the display element 200 is performed by the display element The liquid crystal layer 125, the first conductive layer 130, the linear polarizer 135, and the backlight unit 140 included in the liquid crystal display panel 100, Are omitted here.

디스플레이 소자(100) 또는 디스플레이 소자(200)에 포함된 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터는, 표면 플라즈몬 공명 현상으로 인하여 나노 크기의 홀에서의 투과도가 극대화되는 효과를 이용하여 빛의 투과 효율을 향상시키는 필터로서, 가로 및 세로 방향으로 반복되는 금속박막의 홀 어레이 패턴에서 각각 반복되는 방향축으로의 주기를 다르게 설정하여 입사되는 빛의 조정된 편광 상태(편광 방향)에 따라 투과도 피크 파장이 변경되는 특성을 이용하는 것에 의해, 필터링 색상을 변경할 수 있는 새로운 개념의 능동형 필터링 소자로서 기존의 투과 색상이 고정(fix)되어 있는 표면 플라즈모닉 컬러필터와 차별된다. 상기 편광을 조정하는 방법으로 액정층을 도입할 경우, 기존의 액정 디스플레이 소자에서의 편광판 1층과 염료 또는 안료 기반의 컬러 필터소자를 본 발명에 따른 표면 플라즈모닉 컬러 필터의 단순한 구조로 간소화 할 수 있기 때문에, 본 발명은 공정절차, 생산단가, 및 설계비용 등에 유리한 장점을 가질 수 있다.The active surface plasmonic color filter included in the display device 100 or the display device 200 may be a filter that improves the transmission efficiency of light by utilizing the effect of maximizing the transmittance in a nano-sized hole due to surface plasmon resonance A characteristic in which the transmittance peak wavelength is changed in accordance with the adjusted polarization state (polarization direction) of the incident light by setting different periods in the direction axes repeated in the hole array pattern of the metal thin film repeated in the horizontal and vertical directions Is different from a surface plasmonic color filter in which a conventional transmission color is fixed as a new concept of an active filtering device which can change the filtering color. When a liquid crystal layer is introduced as a method of adjusting the polarization, a polarizing plate in a conventional liquid crystal display device and a dye or pigment-based color filter element can be simplified to a simple structure of the surface plasmonic color filter according to the present invention , The present invention can have advantageous advantages in process procedures, production cost, and design cost.

도 5에 도시된 본 발명의 실시예는, 편광을 전압으로 조정하기 위한 방법으로 액정층(125 또는 230)을 이용한다. 백라이트 유닛(140 또는 245)에서 난반사되는 빛을 선형 편광판(135 또는 240)을 통해 선형 편광으로 일정한 방향으로 편광을 유지한 다음, 이 빛은 액정층(125 또는 230)을 통과하며 편광 방향이 변경된다. 예를 들어, TN(twisted nematic) 모드 혹은 STN(super twisted nematic) 모드 등의 액정 mode(액정의 동작 모드)를 이용하여 전압에 따라 편광 방향이 조정될 수 있다. 이에 따라, 직사각형 홀 어레이(rectangular hole array)를 구비한 플라즈모닉 컬러필터를 투과한 빛은 외부에서 인가한 전압의 크기에 따라 투과도 곡선이 바뀌고, 필터링 색상이 변경된다. 본 실시예는 액정층(125 또는 230)의 상태에 따라 빛의 양을 조절해 계조를 표현하는 방식과는 다른 개념으로, 액정층의 상태(혹은 인가되는 전압의 크기)는 색상을 변경하는 인자로 작용하며 새로운 개념의 능동 소자를 구성할 수 있다.The embodiment of the present invention shown in Fig. 5 uses a liquid crystal layer 125 or 230 as a method for adjusting polarized light to a voltage. The polarized light from the backlight unit 140 or 245 is linearly polarized in a predetermined direction through the linear polarizer 135 or 240 and then passes through the liquid crystal layer 125 or 230, do. For example, the polarization direction can be adjusted according to a voltage using a liquid crystal mode (a liquid crystal operation mode) such as a TN (twisted nematic) mode or an STN (super twisted nematic) mode. Accordingly, the light passing through the plasmonic color filter having a rectangular hole array changes the transmission curve according to the magnitude of the voltage applied from the outside, and the filtering color is changed. The present embodiment is different from a method of expressing gradation by adjusting the amount of light according to the state of the liquid crystal layer 125 or 230. The state of the liquid crystal layer (or the magnitude of the applied voltage) And can constitute a new concept of active device.

도 5에 도시된 액정층(125 또는 230) 양단에 전압을 가하기 위해, 제1 전도층(130 또는 235) 및 제2 전도층(120 또는 225)이 형성되어야 하는데, 빛의 투과를 위해서 투명한 전도성 유전체를 사용할 수 있고, 제2 전도층(120 또는 225)은 유전체1 층(115) 혹은 유전체2 층(220)과 같은 물질로 구성이 가능하다. 또한, 전도성 유전물질(전도성 유전체)을 이용할 경우, 유전체와 금속 박막으로 이루어진 플라즈모닉 컬러필터 구조가 전극의 역할을 수행할 수 있으므로 구조를 간소화할 수 있다.The first conductive layer 130 or 235 and the second conductive layer 120 or 225 should be formed in order to apply a voltage across the liquid crystal layer 125 or 230 shown in FIG. And the second conductive layer 120 or 225 may be made of the same material as the first dielectric layer 115 or the second dielectric layer 220. [ In addition, when the conductive dielectric material (conductive dielectric) is used, the structure can be simplified because the plasmonic color filter structure composed of the dielectric and the metal thin film can serve as the electrode.

또한, 기존 액정 디스플레이와 비교하여 편광판(polarizer) 한 층이 본 발명에서 생략되었고, 염료 혹은 안료를 이용하는 컬러필터의 복잡한 구조가 유전체와 금속박막으로 간소화되어 전체적으로 백라이트의 광의 최종 투과율이 향상될 수 있다. 디스플레이로 적용이 가능하기 위해서는 색상뿐만 아니라 빛의 밝기 조정도 가능해야 하는데, 이는 백라이트 유닛의 밝기를 조정하여 빛의 양을 조절하여 계조 표현을 할 수 있다.In addition, a polarizer layer is omitted in the present invention as compared with the conventional liquid crystal display, and the complicated structure of the color filter using the dye or the pigment can be simplified as the dielectric and the metal thin film, so that the ultimate transmittance of the light of the backlight as a whole can be improved . In order to be able to apply to the display, it is also possible to adjust not only the color but also the brightness of the light, so that the brightness of the backlight unit can be adjusted so that the amount of light can be controlled to express the gradation.

패턴의 주기(홀의 주기)는 플라즈몬 공명대역, 즉 투과 피크(peak)의 위치(파장 대역)를 결정하는 요소이며, 홀의 모양(형태)은 표면 플라즈몬이 여기되는 양을 조정하여 투과 피크(peak)의 모양(예를 들어, 투과 피크의 폭 넓이(broadness) 또는 날카로운 정도(sharpness))에 영향을 끼친다. 도 5에 도시된 본 발명의 실시예는 편광의 영향을 이용하기 위해서, 홀의 주기의 비등방성(anisotropy)을 이용하고, 도 6에 도시된 본 발명의 다른 실시예는 편광의 영향을 이용하기 위해서, 홀의 모양의 비등방성(anisotropy)을 이용한다.The period of the pattern (the period of the hole) determines the plasmon resonance band, i.e., the position (wavelength band) of the transmission peak. The shape of the hole adjusts the excitation amount of the surface plasmon, (For example, the broadness or sharpness of the transmission peak) of the substrate. The embodiment of the present invention shown in Fig. 5 uses anisotropy of the period of the holes to take advantage of the influence of polarization, and another embodiment of the present invention shown in Fig. 6 uses the polarization effect , Anisotropy of the shape of the hole is used.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 타원형 홀(hole)을 가지는 정사각형 격자 구조를 포함하는 금속 박막의 비등방성 홀 어레이 패턴을 설명하는 도면(평면도)이다. 도 7은 도 6의 비등방성 홀 어레이 패턴을 가지는 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터의 투과도(transmittance)를 설명하는 그래프(graph)이다.6 is a view (plan view) illustrating an anisotropic hole array pattern of a metal thin film including a square lattice structure having an elliptical hole according to another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a graph illustrating the transmittance of an active surface plasmonic color filter having an anisotropic hole array pattern of FIG. 6. FIG.

도 6에 도시된 바와 같이, 홀(hole)의 주기(a0)는 각 방향(방향축)으로 동일하며 홀의 패턴(형태)이 비등방성인 타원형 또는 직사각형 등을 이용하게 될 경우, 도 7에서 확인할 수 있는 것처럼 편광방향에 따라 표면 플라즈몬이 매칭이 되는 양이 조절되게 되고, 결과적으로는 투과대역의 빛의 양이 조절될 수 있다. 도 7을 참조하면, 편광 방향이 0 도(degree)에서 90 도(degree)로 변해감에 따라 투과도 피크 파장에서 빛의 투과량이 감소함을 알 수 있다. 따라서 편광방향을 변경하여 필터링되는 빛의 양을 조정할 수 있는 본 발명의 능동형 필터링 소자가 구현될 수 있다.As shown in FIG. 6, when the period a 0 of the holes is the same in each direction (direction axis) and an elliptic or rectangular shape in which the hole pattern is anisotropic is used, The amount of surface plasmon matching is controlled according to the polarization direction, and as a result, the amount of light in the transmission band can be controlled. Referring to FIG. 7, it can be seen that as the polarization direction changes from 0 degree to 90 degrees, the light transmission amount decreases at the peak transmittance wavelength. Therefore, the active filtering device of the present invention can be realized which can adjust the amount of light to be filtered by changing the polarization direction.

한국특허공개번호 10-2011-0120718에는, 선형 편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 표면 플라즈모닉 컬러필터의 예가 기재되어 있으나, 이는 다수개의 슬릿이 한 쪽 방향으로 배열된 것으로 도 6에 도시된 본 발명의 패턴과는 상이하다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0120718 discloses an example of a surface plasmonic color filter that selectively transmits linearly polarized light. This is because a plurality of slits are arranged in one direction, .

전술한 도 5를 참조하여 설명된 본 발명의 실시예와 유사하게, 도 8에 도시된 액정층을 이용하여 전압의 크기에 따라 도 6의 홀 어레이 패턴이 형성된 금속박막을 포함하는 표면 플라즈모닉 컬러필터로 입사하는 빛의 편광방향이 조정될 수 있다.Similar to the embodiment of the present invention described above with reference to FIG. 5, the liquid crystal layer shown in FIG. 8 is used to form a surface plasmonic color The polarization direction of the light incident on the filter can be adjusted.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터를 설명하는 도면(종단면도)이다.8 is a view (vertical cross-sectional view) illustrating an active surface plasmonic color filter according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 디스플레이 소자(300) 또는 디스플레이 소자(400)의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터는 금속 박막에 일정한 주기를 갖는 나노크기의 다수개의 홀을 형성하여 특정 파장의 빛만 선택적으로 투과되도록 구조를 형성하여 색상을 필터링(filtering)할 수 있다.8, the active surface plasmonic color filter of the display device 300 or the display device 400 may be formed by forming a plurality of nano-sized holes having a predetermined period in a metal thin film to selectively transmit light of a specific wavelength So that the color can be filtered.

도 8의 좌측에 도시된 디스플레이 소자(액정 디스플레이 소자)(300)는, 기판(305)과 금속박막인 다공성 금속층(310)과 유전체1 층(315)을 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터와, 상기 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터 위에 순차적으로 형성되는 제2 전도층(320), 액정층(325), 제1 전도층(330), 선형 편광판(335), 및 백라이트 유닛(340)을 포함한다. 디스플레이 소자(300)의 제조 공정에 있어서, 디스플레이 소자(300)는 디스플레이 소자의 기판(예를 들어, 반사판)(미도시), 백라이트 유닛(340), 선형 편광판(335), 제1 전도층(330), 액정층(325), 제2 전도층(320), 및 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터의 순서로 형성(적층)될 수 있거나 또는 그 역순으로 형성될 수 있다.A display device (liquid crystal display device) 300 shown on the left side of FIG. 8 includes a substrate 305, a porous metal layer 310, which is a metal thin film, and a dielectric 1 layer 315, according to another embodiment of the present invention An active surface plasmonic color filter, and a second conductive layer 320, a liquid crystal layer 325, a first conductive layer 330, a linear polarizer 335, and a backlight (not shown) sequentially formed on the active surface plasmonic color filter. Unit 340 as shown in FIG. In the manufacturing process of the display device 300, the display device 300 includes a substrate (e.g., a reflector) (not shown) of the display device, a backlight unit 340, a linear polarizer 335, 330, a liquid crystal layer 325, a second conductive layer 320, and an active surface plasmonic color filter may be formed (laminated) in this order, or vice versa.

기판(305)은 유리 기판과 같은 투명한 평판 기판, 또는 PET 또는 PEN을 포함하는 플라스틱 기판과 같은 플렉시블 기판일 수 있다. 기판(305)과 유전체1 층(315)은 서로 동일한 물질이거나, 또는 유전율(혹은 굴절률)이 유사한 물질을 각각 포함할 수 있다. 기판(305)은 필터용 기판일 수 있다.The substrate 305 may be a transparent flat substrate, such as a glass substrate, or a flexible substrate, such as a plastic substrate comprising PET or PEN. The substrate 305 and the dielectric first layer 315 may be the same material or may each include a material having a similar dielectric constant (or index of refraction). The substrate 305 may be a substrate for a filter.

금속 박막(310)은, 예를 들어, 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 또는 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 금속 박막(310)은 10(nm)이상 400(nm)이하의 두께를 가질 수 있다.The metal thin film 310 may include, for example, aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), or copper (Cu). The metal thin film 310 may have a thickness of 10 (nm) to 400 (nm).

유전체층(315)의 두께는 예를 들어 10(nm)이상이고 1000(nm)이하일 수 있다. 유전체층(315)은 예를 들어 LiF 또는 SiO2와 같은 일반 유전체를 포함하거나, 또는 Al2O3, MgO, ZnO, ZnS, 또는 ITO(Indium Tin Oxide)과 같은 전도성 산화물인 유전체를 포함할 수 있다. 유전체층(315)의 유전물질이 금속 박막(310)의 홀(hole)들의 내부를 채울 수 있다. 제1 전도층(330) 및 제2 전도층(320) 각각은 ZnO, ITO, ZnS, 또는 WO3과 같은 전도성 투명 유전물질을 포함할 수 있다. 제2 전도층(320)에 포함된 물질과 유전체층(315)에 포함된 물질은 서로 동일할 수 있다.The thickness of the dielectric layer 315 may be, for example, 10 (nm) or more and 1000 (nm) or less. Dielectric layer 315 may comprise, for example, or a conductive oxide of a dielectric such as Al 2 O 3, MgO, ZnO, ZnS, or ITO (Indium Tin Oxide) a common dielectric, such as LiF or SiO 2 . The dielectric material of the dielectric layer 315 can fill the inside of the holes of the metal thin film 310. Each of the first conductive layer 330 and the second conductive layer 320 may include a conductive transparent dielectric material such as ZnO, ITO, ZnS, or WO 3 . The materials included in the second conductive layer 320 and the materials included in the dielectric layer 315 may be the same.

디스플레이 소자(300)에 포함된 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터는, 기판(305)과, 기판(305) 위에 형성되고, 외부에서 제공(입사)되는 선형 편광의 편광 방향에 따라 상기 선형 편광의 세기(선형 편광의 양)가 조정되도록(선형 편광의 양이 조정되어 기판(305)의 외부로 출력되도록), 주기적으로 배치되고 나노(nano) 크기의 비등방성 형태를 각각 가지는 다수의 홀(hole)들을 포함하는 다공성 금속층인 금속 박막(310)과, 금속 박막(310) 위에 형성되는 제1 유전체층인 유전체1 층(315)을 포함한다. 금속 박막(310)에 포함되는 홀들은, 서로 수직인 제1 방향축 및 제2 방향축에 주기적으로 배치되고 상기 제1 방향축에 배치되는 홀들의 간격(주기)과 상기 제2 방향축에 배치되는 홀들의 간격은 서로 같다. 즉, 비등방성 모양의 홀들이, 도 6에 도시된 바와 같이, 금속 박막(310)에 반복되는 주기가 일정한 정사각형 어레이(square type array) 형태로 형성될 수 있다. 부연하여 설명하면, 비등방성 모양의 홀들은, 정사각형의 단위 홀 어레이 형태(unit hole array pattern)를 가지고 반복적으로 배치될 수 있다. 상기 홀(hole)들은 나노 크기(입사광(예를 들어 적색의 빛)의 파장이하(sub-wavelength)의 크기)를 가지는 나노 홀일 수 있고, 2차원적으로 배열될 수 있다. 상기 홀(hole)들 각각은 50(nm)이상이고 1(μm)이하의 크기(직경)를 가지며, 상기 홀(hole)들 사이의 간격은 50(nm)이상이고 1(μm)이하일 수 있다.The active surface plasmonic color filter included in the display device 300 includes a substrate 305 and a plurality of light emitting elements formed on the substrate 305 and adapted to emit light of the linear polarized light according to a polarization direction of linearly polarized light provided (The amount of linearly polarized light is adjusted so that the amount of linearly polarized light is output to the outside of the substrate 305), a plurality of holes, each periodically arranged and each having an nano-sized anisotropic shape, And a first dielectric layer 315 formed on the metal thin film 310. The first dielectric layer 315 is formed on the metal thin film 310. The first dielectric layer 315 is formed on the metal thin film 310, The holes included in the metal thin film 310 are arranged periodically in a first directional axis and a second directional axis perpendicular to each other and are spaced apart from each other by intervals (period) of holes arranged in the first directional axis and The spacing of the holes is the same. That is, holes of anisotropic shape may be formed in a square type array having a constant period in the metal thin film 310, as shown in FIG. In other words, holes of anisotropic shape can be repeatedly arranged with a square unit hole array pattern. The holes may be nano-holes having a nano-size (sub-wavelength size of incident light (for example, red light)), and may be two-dimensionally arranged. Each of the holes has a size of 50 nm or more and 1 μm or less and an interval between the holes may be 50 nm or more and 1 μm or less .

금속 박막(310)의 다른 실시예에 있어서, 금속 박막(310)에 포함되는 홀들은, 정육각형의 단위 홀 어레이 형태(unit hole array pattern)를 가지고 반복적으로 금속 박막(310)에 배치(형성)될 수도 있다. 상기 정육각형의 단위 어레이 형태는 정삼각형의 단위 어레이 형태를 의미할 수도 있으며, 도 6의 홀 어레이 패턴에서, 위에서 두 번째 홀들(홀 어레이)이, 우측으로 이동하여 위에서 첫 번째 홀들 사이의 중앙 위치에 배치되는 형태일 수 있다.In another embodiment of the metal thin film 310, the holes included in the metal thin film 310 are arranged (formed) in the metal thin film 310 repeatedly with a unit hole array pattern of a regular hexagon It is possible. In the hole array pattern of FIG. 6, the second holes (the hole arrays) from the top are moved to the right and are arranged at a central position between the first holes from above in the shape of a unit array of the regular hexagon Lt; / RTI >

상기 비등방성 형태를 가지는 홀들 각각은, 도 6에 도시된 타원형, 직사각형, 또는 직육각형과 같은 종방향과 횡방향이 서로 다른 길이를 가지는 비등방형 모양(형태)을 가질 수 있다.Each of the holes having an anisotropic shape may have an anisotropic shape (shape) having different lengths in the longitudinal direction and the transverse direction, such as the elliptical shape, the rectangular shape, or the hexagonal shape shown in Fig.

디스플레이 소자(300)의 액정층(325)은 제1 전도층(330)과 제2 전도층(320) 사이에 인가되는 전압에 응답하여, 선형 편광의 편광 방향을 조정하여 기판(305)을 포함하는 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터에 입사시킨다. The liquid crystal layer 325 of the display device 300 includes the substrate 305 by adjusting the polarization direction of the linearly polarized light in response to a voltage applied between the first conductive layer 330 and the second conductive layer 320 To the active surface plasmon color filter.

선형 편광판(335)은 백색광원인 백라이트 유닛(340)으로부터 발생된 빛을 선형 편광시켜 상기 선형 편광을 제1 전도층(330)을 통해 액정층(325)에 제공한다. 따라서 디스플레이 소자(300)의 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터는 전압구동형 필터로 언급될 수 있다.The linear polarizer 335 linearly polarizes the light generated from the backlight unit 340, which is the white light, and provides the linear polarized light to the liquid crystal layer 325 through the first conductive layer 330. Thus, the active surface plasmon color filter of the display device 300 may be referred to as a voltage driven filter.

본 발명의 디스플레이 소자는 디스플레이 소자(300)의 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터를 통해 색상 및 빛의 계조를 구현할 수 있다.The display device of the present invention can realize color and light gradation through the active surface plasmon color filter of the display device 300.

도 8의 우측에 도시된 디스플레이 소자(400)는, 기판(405)과 제2 유전체층인 유전체2 층(410)과 금속 박막인 다공성 금속층(415)과 제1 유전체층인 유전체2 층(420)을 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터와, 상기 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터 위에 순차적으로 형성되는 제2 전도층(425), 액정층(430), 제1 전도층(435), 선형 편광판(440), 및 백라이트 유닛(445)을 포함한다.The display device 400 shown in the right side of FIG. 8 includes a substrate 405, a dielectric 2 layer 410 as a second dielectric layer, a porous metal layer 415 as a metal thin film, and a dielectric 2 layer 420 as a first dielectric layer And a second conductive layer 425, a liquid crystal layer 430, and a first conductive layer 435, which are sequentially formed on the active surface plasmonic color filter, according to another exemplary embodiment of the present invention, ), A linear polarizer plate 440, and a backlight unit 445.

디스플레이 소자(400)의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터는, 기판(405) 및 금속 박막(415) 사이에 형성되는 제2 유전체층(410)을 더 포함한다는 점에서만, 디스플레이 소자(300)의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러필터와 차이가 있으므로, 디스플레이 소자(400)의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터에 포함된 기판(405), 금속 박막(415), 및 제1 유전체층(420)에 대한 설명은 디스플레이 소자(300)의 능동형 표면 플라즈모닉 컬러필터에 포함된 기판(305), 금속 박막(310), 및 유전체층(315)에 대한 설명이 참조된다. 제1 유전체층(420)에 포함된 유전물질과 제2 유전체층(410)에 포함된 유전물질은 서로 동일할 수 있다. 제2 유전체층(410)의 두께는 10(nm)이상이고 1000(nm)이하일 수 있다. 제2 유전체층(410)은 예를 들어 LiF 또는 SiO2와 같은 일반 유전체를 포함하거나, 또는 Al2O3, MgO, ZnO, ZnS, 또는 ITO과 같은 전도성 산화물인 유전체를 포함할 수 있다.The active surface plasmonic color filter of the display element 400 is only capable of forming the active surface plasmas of the display element 300 in that it further includes a second dielectric layer 410 formed between the substrate 405 and the metal foil 415. [ A description of the substrate 405, the metal foil 415, and the first dielectric layer 420 included in the active surface plasmonic color filter of the display device 400 is omitted because the display device 300 is different from the monochrome color filter. The description of the substrate 305, the metal thin film 310, and the dielectric layer 315 included in the active surface plasmonic color filter of FIG. The dielectric material included in the first dielectric layer 420 and the dielectric material included in the second dielectric layer 410 may be the same. The thickness of the second dielectric layer 410 may be 10 (nm) or more and 1000 (nm) or less. A second dielectric layer 410 may comprise, for example, or include Al 2 O 3, MgO, ZnO , ZnS, or a conductive oxide of a dielectric such as an ITO common dielectric, such as LiF, or SiO 2.

디스플레이 소자(400)에 포함된 제2 전도층(425), 액정층(430), 제1 전도층(435), 선형 편광판(440), 및 백라이트 유닛(445)의 작용(동작)은 디스플레이 소자(300)에 포함된 제2 전도층(320), 액정층(325), 제1 전도층(330), 선형 편광판(335), 및 백라이트 유닛(340)의 작용과 유사하므로, 그것에 대한 설명은 본 명세서에서 생략된다.The operation of the second conductive layer 425, the liquid crystal layer 430, the first conductive layer 435, the linear polarizer 440, and the backlight unit 445 included in the display device 400 is the same as the operation The liquid crystal layer 325, the first conductive layer 330, the linear polarizer 335, and the backlight unit 340 included in the liquid crystal display panel 300, Are omitted here.

디스플레이 소자(300) 또는 디스플레이 소자(400)에 포함된 능동형 표면 플라즈모닉 컬러 필터는, 표면 플라즈몬 공명 현상으로 인하여 나노 크기의 홀에서의 투과도가 극대화되는 효과를 이용하여 투과 효율을 향상시키는 필터로서, 정사각형(square type) 또는 정육각형(hexagonal type)의 홀 어레이 패턴에서 홀(hole) 모양을 비등방성으로 형성할 경우, 빛의 편광 상태(편광 방향)에 따른 투과도 량(투과량)이 변하는 특성을 이용하는 것에 의해, 색상은 동일하게 유지하면서 빛의 세기를 인위적으로 조절하여 빛의 계조를 표현할 수 있는 능동형 필터링 소자이다. 상기 편광을 조정하는 방법으로 액정층을 도입할 경우, 기존의 액정 디스플레이 소자에서의 편광판 1층과 염료 또는 안료 기반의 컬러 필터소자를 본 발명에 따른 표면 플라즈모닉 컬러 필터의 단순한 구조로 간소화 할 수 있기 때문에, 본 발명은 공정절차, 생산단가, 및 설계비용 등에 유리한 장점을 가질 수 있다.The active surface plasmonic color filter included in the display device 300 or the display device 400 improves the transmission efficiency by utilizing the effect of maximizing the transmittance in a nano-sized hole due to surface plasmon resonance, The use of a property that the transmittance (transmittance) varies with the polarization state (polarization direction) of light when the hole shape is formed anisotropically in a square or hexagonal hole array pattern Is an active filtering element that can artificially control the intensity of light while maintaining the same color, thereby expressing the gray level of light. When a liquid crystal layer is introduced as a method of adjusting the polarization, a polarizing plate in a conventional liquid crystal display device and a dye or pigment-based color filter element can be simplified to a simple structure of the surface plasmonic color filter according to the present invention , The present invention can have advantageous advantages in process procedures, production cost, and design cost.

액정층(325 또는 430)에 인가되는 전압에 따라 백라이트 유닛(340 또는 445)으로부터 전달되어온 빛의 편광방향이 조정되고, 본 발명의 표면 플라즈모닉 필터층을 거치며 결과적으로 필터링되는 빛의 양이 조정된다. 따라서 기존의 액정 디스플레이의 구조에서 액정층 위에 배치되는 컬러필터와 편광판의 구조를 플라즈모닉 필터의 유전체와 금속층만으로 대체할 수 있다.The polarization direction of the light transmitted from the backlight unit 340 or 445 is adjusted according to the voltage applied to the liquid crystal layer 325 or 430 and the amount of light to be filtered is adjusted through the surface plasmonic filter layer of the present invention . Therefore, the structure of the color filter and the polarizer, which are disposed on the liquid crystal layer in the conventional structure of the liquid crystal display, can be replaced by only the dielectric and the metal layer of the plasmonic filter.

전술한 바와 같이, 본 발명은 종 방향 및 횡 방향 각각에 대하여 서로 다른 크기의 주기를 가지는 직사각형(rectangular) 격자구조의 홀 어레이(hole array) 패턴을 금속 박막에 형성하고, 상기 형성된 금속 박막의 투과 피크(peak) 파장이, 입사하는 빛의 편광특성에 영향을 받는 성질을 이용하는 것에 의해, 투과 피크(peak) 파장을 조정할 수 있는 능동형 컬러필터를 제공한다. 또한, 본 발명은 금속 박막에 포함된 정사각형 격자구조의 어레이 패턴에서 홀(hole) 형태에 비등방성을 부여하는 것에 의해, 편광 방향에 따라 빛의 양의 조정이 가능한 능동형 컬러필터를 제공하므로, 기존 액정 디스플레이의 구조를 간소화시킬 수 있다.As described above, the present invention is characterized in that a hole array pattern of a rectangular lattice structure having a period of different sizes in each of the longitudinal direction and the transverse direction is formed in a metal thin film, There is provided an active color filter capable of adjusting the transmittance peak wavelength by using the property that the peak wavelength is affected by the polarization characteristic of the incident light. The present invention also provides an active color filter capable of adjusting the amount of light according to the polarization direction by imparting anisotropy to the hole shape in the array pattern of the square lattice structure included in the metal thin film, The structure of the liquid crystal display can be simplified.

이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the embodiments have been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms are used herein, they are used for the purpose of describing the present invention only and are not used to limit the scope of the present invention described in the claims or the claims. It is therefore to be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

105: 기판
110: 다공성 금속층
115: 유전체1 층
120: 제2 전도층
125: 액정층
130: 제1 전도층
135: 선형 편광판
140: 백라이트 유닛
205: 기판
210: 유전체2 층
215: 다공성 금속층
220: 유전체2 층
225: 제2 전도층
230: 액정층
235: 제1 전도층
240: 선형 편광판
245: 백라이트 유닛
305: 기판
310: 다공성 금속층
315: 유전체1 층
320: 제2 전도층
325: 액정층
330: 제1 전도층
335: 선형 편광판
340: 백라이트 유닛
405: 기판
410: 유전체2 층
415: 다공성 금속층
420: 유전체2 층
425: 제2 전도층
430: 액정층
435: 제1 전도층
440: 선형 편광판
445: 백라이트 유닛
105: substrate
110: Porous metal layer
115: dielectric 1 layer
120: second conductive layer
125: liquid crystal layer
130: first conductive layer
135: Linear polarizer
140: Backlight unit
205: substrate
210: dielectric two-layer
215: Porous metal layer
220: dielectric 2 layer
225: second conductive layer
230: liquid crystal layer
235: first conductive layer
240: Linear polarizer
245: Backlight unit
305: substrate
310: Porous metal layer
315: dielectric 1 layer
320: second conductive layer
325: liquid crystal layer
330: first conductive layer
335: Linear polarizer
340: Backlight unit
405: substrate
410: dielectric 2 layer
415: Porous metal layer
420: dielectric 2 layer
425: second conductive layer
430: liquid crystal layer
435: first conductive layer
440: Linear polarizer
445: Backlight unit

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터에 있어서,
기판;
상기 기판 위에 형성되고, 외부에서 입사되는 선형 편광의 편광 방향에 따라 상기 선형 편광의 세기가 조정되도록, 주기적으로 배치되고 나노(nano) 크기의 비등방성 형태를 각각 가지는 다수의 홀(hole)들을 포함하는 금속 박막; 및
상기 금속 박막 위에 형성되는 제1 유전체층을 포함하며,
상기 금속 박막에 포함되는 홀들은, 정육각형의 단위 홀 어레이 형태를 가지고 반복적으로 배치되되,
상기 홀들의 홀 간 주기는, 하기 [수학식 1]의 표면 플라즈몬에 의한 투과 피크(λsp)에 따라 선택되며,
[수학식 1]
Figure 112015008661573-pat00011

여기서, 상기 표면 플라즈몬 공명 파장은 투과광의 중심 피크 파장인 λsp로 나타나고, a0은 홀(hole)의 주기이고, m 및 n은 각각 임의의 정수이고, εm은 금속(금속층)의 유전상수이고, εd는 금속에 인접한 유전체 물질(유전체층)의 유전 상수를 나타내는 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터.
In an active surface plasmon color filter,
Board;
And a plurality of holes each having a nano-sized anisotropic shape so as to adjust the intensity of the linearly polarized light according to the polarization direction of the linearly polarized light incident from the outside ; And
And a first dielectric layer formed on the metal thin film,
The holes included in the metal thin film are repeatedly arranged in the form of a regular hexagon unit hole array,
The period between holes of the holes is selected according to the transmission peak (? Sp) of the surface plasmon of the following formula (1)
[Equation 1]
Figure 112015008661573-pat00011

Here, the surface plasmon resonance wavelength is represented by? Sp, which is the center peak wavelength of transmitted light, a 0 is a period of a hole, m and n are arbitrary integers, and? M is a dielectric constant of a metal (metal layer) , and d is the dielectric constant of the dielectric material (dielectric layer) adjacent to the metal.
제3항에 있어서,
상기 비등방성 형태를 가지는 홀들 각각은 종방향과 횡방향으로 서로 다른 길이를 가지는 형태를 포함하며, 타원형 또는 직육각형의 형태를 가지는 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터.
The method of claim 3,
Wherein each of the holes having an anisotropic shape includes a shape having different lengths in the longitudinal direction and the transverse direction, and has an elliptical shape or a hexagonal shape.
제3항에 있어서, 상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터는,
상기 기판 및 상기 금속 박막 사이에 형성되는 제2 유전체층을 더 포함하며, 상기 제1 유전체층에 포함된 유전물질과 상기 제2 유전체층에 포함된 유전물질은 서로 동일한 능동형 표면 플라즈몬 컬러필터.
4. The active surface plasmon resonator according to claim 3,
And a second dielectric layer formed between the substrate and the metal thin film, wherein the dielectric material included in the first dielectric layer and the dielectric material included in the second dielectric layer are the same.
디스플레이 소자에 있어서,
기판과, 상기 기판 위에 형성되고, 주기적으로 배치되고 나노(nano) 크기를 각각 가지는 다수의 홀(hole)들을 포함하는 금속 박막과, 상기 금속 박막 위에 형성되는 제1 유전체층을 포함하는 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터;
제1 전도층과 제2 전도층 사이에 인가되는 전압의 크기에 응답하여, 선형 편광의 편광 방향을 조정하여 상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터에 입사시키는 액정층; 및
백라이트 유닛으로부터 발생된 빛을 선형 편광시켜 상기 선형 편광을 상기 액정층에 제공하는 선형 편광판을 포함하며,
상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터의 금속 박막에 포함되는 홀들은, 상기 선형 편광의 편광 방향에 따라 색상 조정이 가능하도록, 서로 수직인 제1 방향축 및 제2 방향축에 주기적으로 배치되고, 상기 제1 방향축에 배치되는 홀들의 간격과 상기 제2 방향축에 배치되는 홀들의 간격은 하기 [수학식 2]에 따라 선택되며,
[수학식 2]
Figure 112015008661573-pat00012

여기서, a0은 홀(hole)의 상기 제1 방향축에서 주기이고, b0은 홀(hole)의 상기 제2 방향축에서 주기이고, m 및 n은 각각 임의의 정수이고, εm은 금속(금속 박막)의 유전상수이고, εd는 금속에 인접한 유전체 물질(유전체층)의 유전 상수이며,
상기 제1 전도층 및 제2 전도층 각각은 전도성 투명 유전물질을 포함하며,
상기 디스플레이 소자가 계조(gray scale)를 표현할 수 있도록, 상기 백라이트 유닛으로부터 발생되는 빛의 밝기가 조정되는 디스플레이 소자.
In the display device,
An active surface plasmon resonator comprising a substrate, a metal thin film formed on the substrate, the metal thin film being periodically arranged and having a plurality of holes each having a nano size, and a first dielectric layer formed on the metal thin film, filter;
A liquid crystal layer which adjusts the polarization direction of the linearly polarized light and makes the linearly polarized light enter the active surface plasmon color filter in response to a magnitude of a voltage applied between the first conductive layer and the second conductive layer; And
And a linear polarizer that linearly polarizes light generated from the backlight unit and provides the linear polarized light to the liquid crystal layer,
Holes included in the metal thin film of the active surface plasmon resonance color filter are periodically arranged in a first direction axis and a second direction axis perpendicular to each other so that color adjustment can be performed according to the polarization direction of the linearly polarized light, The spacing of the holes arranged in the directional axis and the spacing of the holes arranged in the second directional axis are selected according to the following equation (2)
&Quot; (2) "
Figure 112015008661573-pat00012

Here, a 0 is the period a, b 0 is the period from the second axis of the hole (hole), m and n are arbitrary integers, respectively from the first axis of the holes (hole), ε m is a metal (Metal thin film), d is the dielectric constant of the dielectric material (dielectric layer) adjacent to the metal,
Wherein each of the first conductive layer and the second conductive layer comprises a conductive transparent dielectric material,
Wherein brightness of light generated from the backlight unit is adjusted so that the display device can express a gray scale.
제6항에 있어서, 상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터는,
상기 기판 및 상기 금속 박막 사이에 형성되는 제2 유전체층을 더 포함하며,
상기 제1 유전체층에 포함된 유전물질과 상기 제2 유전체층에 포함된 유전물질은 서로 동일한 디스플레이 소자.
7. The active surface plasmon resonator according to claim 6,
And a second dielectric layer formed between the substrate and the metal thin film,
Wherein the dielectric material included in the first dielectric layer and the dielectric material included in the second dielectric layer are the same.
삭제delete 디스플레이 소자에 있어서,
제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터;
제1 전도층과 제2 전도층 사이에 인가되는 전압의 크기에 응답하여, 선형 편광의 편광 방향을 조정하여 상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터에 입사시키는 액정층; 및
백라이트 유닛으로부터 발생된 빛을 선형 편광시켜 상기 선형 편광을 상기 액정층에 제공하는 선형 편광판을 포함하며,
상기 제1 전도층 및 제2 전도층 각각은 전도성 투명 유전물질을 포함하는 디스플레이 소자.
In the display device,
An active surface plasmon color filter according to any one of claims 3 to 5;
A liquid crystal layer which adjusts the polarization direction of the linearly polarized light and makes the linearly polarized light enter the active surface plasmon color filter in response to a magnitude of a voltage applied between the first conductive layer and the second conductive layer; And
And a linear polarizer that linearly polarizes light generated from the backlight unit and provides the linear polarized light to the liquid crystal layer,
Wherein each of the first conductive layer and the second conductive layer comprises a conductive transparent dielectric material.
제9항에 있어서, 상기 능동형 표면 플라즈몬 컬러 필터는,
상기 기판 및 상기 금속 박막 사이에 형성되는 제2 유전체층을 더 포함하며,
상기 제1 유전체층에 포함된 유전물질과 상기 제2 유전체층에 포함된 유전물질은 서로 동일한 디스플레이 소자.
10. The active surface plasmon resonator according to claim 9,
And a second dielectric layer formed between the substrate and the metal thin film,
Wherein the dielectric material included in the first dielectric layer and the dielectric material included in the second dielectric layer are the same.
제9항에 있어서,
상기 제1 유전체층에 포함된 물질과 상기 제2 전도층에 포함된 물질은 서로 동일한 디스플레이 소자.
10. The method of claim 9,
Wherein a material contained in the first dielectric layer and a material contained in the second conductive layer are the same.
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