KR20100121943A - Method of fabricatinf photonic crystal type color filter - Google Patents
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Abstract
Description
개시된 실시예들은 광결정 컬러필터의 제조방법에 관한 것이다. The disclosed embodiments relate to a method of manufacturing a photonic crystal color filter.
컬러 필터를 제조하는 방법으로 포토레지스트에 안료를 분산시킨 용액을 기판 상에 도포하고, 이를 패터닝함으로써 각 색상의 픽셀들을 형성하는 안료 분산법(pigment dispersion method)이 주로 사용되었다. 이러한 안료 분산법은 포토리소그라피(photolithography) 공정을 사용하기 때문에 대면적 구현이 가능하고, 열적, 화학적으로 안정할 뿐만 아니라 색 균일성을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 이러한 안료형 컬러 필터(pigment type color filter)는, 그 색 특성이 안료 고유의 흡수 스펙트럼에 의해 결정되고 컬러 필터의 두께가 두꺼워질수록 광투과율이 감소하기 때문에, 고색순도의 컬러 필터를 제작하게 되면 휘도가 저하된다는 문제점이 있다.As a method of manufacturing a color filter, a pigment dispersion method is mainly used in which a solution obtained by dispersing a pigment in a photoresist is applied onto a substrate and patterned to form pixels of each color. Since the pigment dispersion method uses a photolithography process, it is possible to realize a large area, to be thermally and chemically stable, and to secure color uniformity. However, such pigment type color filters produce high color purity color filters because their color characteristics are determined by the inherent absorption spectrum of the pigment and the light transmittance decreases as the thickness of the color filter becomes thicker. There is a problem that the brightness is lowered.
최근에는 구조색(structural color)을 기반으로 하는 광결정형 컬러 필터(photonic crystal type color filter)가 연구되고 있다. 광결정형 컬러 필터는 빛의 파장 보다 작은 크기의 나노 구조를 이용하여 외부에서 입사되는 빛의 반사 또는 흡수를 제어함으로써 원하는 색상의 빛은 반사(또는 투과)시키고 다른 색상의 파장은 투과(또는 반사)시킨다. 이러한 광결정형 컬러 필터는 나노 사이즈의 단위 블록들(unit blocks)이 일정한 간격으로 주기적으로 배열되는 구조를 가지고 있다. 광결정형 컬러 필터는 그 광학적 특성이 나노 구조의 크기 및 주기에 의하여 결정되기 때문에 특정 파장에 적합한 구조를 제작함으로써 파장 선택성이 우수하고, 컬러 밴드폭(color bandwidth) 조절이 용이하다는 장점이 있다. 그리고, 이러한 특성으로 인하여 광결정형 컬러 필터는 스펙트럼 분포가 매우 넓은 외부광을 이용하는 반사형 액정 디스플레이 장치에 보다 유용하게 적용될 수 있다. Recently, photonic crystal type color filters based on structural colors have been studied. Photonic crystal color filters use nanostructures smaller than the wavelength of light to control the reflection or absorption of light incident from the outside, thereby reflecting (or transmitting) light of a desired color and transmitting (or reflecting) light of other colors. Let's do it. The photonic crystal color filter has a structure in which nano-sized unit blocks are periodically arranged at regular intervals. The photonic crystal color filter has an advantage of excellent wavelength selectivity and easy color bandwidth adjustment by fabricating a structure suitable for a specific wavelength because its optical properties are determined by the size and period of the nanostructure. And, due to such characteristics, the photonic crystal color filter may be more usefully applied to a reflective liquid crystal display device using external light having a very wide spectrum distribution.
본 발명의 실시예들은 공정 수를 줄이고 패턴의 균일성을 향상시킬 수 있는 광결정형 컬러필의 제조방법을 제공한다. Embodiments of the present invention provide a method of manufacturing a photonic crystal color fill that can reduce the number of processes and improve the uniformity of the pattern.
본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터의 제조방법은, 기판에 굴절 물질층을 형성하는 단계; 2차원 광결정 컬러패턴 구조가 채용된 몰드를 이용하여 상기 굴절 물질층 가압하여 상기 굴절 물질층을 상기 2차원 광결정 컬러패턴 구조로 성형하면서, 상기 굴절 물질층에 결정화 에너지를 공급하는 단계; 상기 몰드를 이격시키는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a color filter according to an embodiment of the present invention includes forming a refractive material layer on a substrate; Supplying crystallization energy to the refractive material layer while pressing the refractive material layer by using a mold having a two-dimensional photonic crystal color pattern structure to form the refractive material layer into the two-dimensional photonic crystal color pattern structure; And spacing the mold.
상기 결정화 에너지는 엑시머 레이저를 상기 굴절 물질층에 적어도 1회 스캔함으로써 제공될 수 있다.The crystallization energy may be provided by scanning an excimer laser at least once on the refractive material layer.
상기 굴절 물질층은 비정질 실리콘층이며, 상기 결정화 에너지에 의하여 폴리 실리콘층으로 변환된다. 상기 기판에 굴절 물질층을 형성한 후에 상기 비정질 실리콘층 내의 수소를 제거하기 위한 탈수소화공정이 수행될 수 있다.The refractive material layer is an amorphous silicon layer and is converted into a polysilicon layer by the crystallization energy. After forming the refractive material layer on the substrate, a dehydrogenation process for removing hydrogen in the amorphous silicon layer may be performed.
상기 제조방법은, 상기 기판과 상기 굴절 물질층 사이에 배리어층을 형성하는 단계를 더 구비할 수 있다.The manufacturing method may further include forming a barrier layer between the substrate and the refractive material layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터의 제조방법은, 기판에 굴절 물질층을 형성하는 단계; 2차원 광결정 컬러패턴 구조가 채용된 몰드를 이용하여 상기 굴절 물질층 가압하여 상기 굴절 물질층을 상기 2차원 광결정 컬러패턴 구조로 성형하는 단계; 상기 몰드를 이격시키는 단계; 상기 굴절 물질층에 결정화 에너지를 공급하여 상기 굴절 물질층을 재결정화하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a color filter according to an embodiment of the present invention includes forming a refractive material layer on a substrate; Pressing the refractive material layer using a mold having a two-dimensional photonic crystal color pattern structure to mold the refractive material layer into the two-dimensional photonic crystal color pattern structure; Spacing the mold; And recrystallizing the refractive material layer by supplying crystallization energy to the refractive material layer.
상기 결정화 에너지는 엑시머 레이저를 상기 굴절 물질층에 적어도 1회 스캔함으로써 제공될 수 있다.The crystallization energy may be provided by scanning an excimer laser at least once on the refractive material layer.
상기 제조방법은, 상기 재결정화 단계를 수행하기 전에 산소 애싱 공정에 의하여 상기 2차원 광결정 컬러패턴 구조로 성형된 굴절 물질층에 잔류되는 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 제조방법은, 상기 불순물을 제거하는 단계 후에, 상기 재결정화 공정에서 상기 굴절 물질층에 성형된 상기 2차원 광결정 컬러패턴 구조의 변형을 방지하기 위한 지지층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 지지층을 형성하는 단계는, 상기 굴절 물질층에 성형된 상기 2차원 광결정 컬러패턴 구조를 따라 SiO4, Si3N4, ITO, Ni 중 적어도 하나의 물질을 증착하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 지지층을 형성하는 단계는, 상기 굴절 물질층에 성형된 상기 2차원 광결정 컬러패턴 구조의 오목부에 지지물질을 채우는 단계;를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method may further include removing impurities remaining in the refractive material layer formed into the two-dimensional photonic crystal color pattern structure by an oxygen ashing process before performing the recrystallization step. The manufacturing method may further include forming a support layer for preventing deformation of the two-dimensional photonic crystal color pattern structure formed on the refractive material layer in the recrystallization process after removing the impurities. . The forming of the support layer may include depositing at least one of SiO 4, Si 3 N 4, ITO, and Ni along the two-dimensional photonic crystal color pattern structure formed on the refractive material layer. The forming of the support layer may further include filling the support material with the concave portion of the two-dimensional photonic crystal color pattern structure formed on the refractive material layer.
상기 굴절 물질층은 실리콘 기반의 나노입자 용액일 수 있으며, 상기 성형 공정은, 상기 굴절 물질층에 UV 처리 또는 열처리하는 과정을 포함할 수 있으며, 상기 결정화 에너지에 의하여 상기 굴절 물질층은 폴리 실리콘층으로 변환된다. The refractive material layer may be a silicon-based nanoparticle solution, the molding process may include a process of UV treatment or heat treatment to the refractive material layer, the refractive material layer is a polysilicon layer by the crystallization energy Is converted to.
상기 굴절 물질층은 폴리실란수지일 수 있으며, 상기 성형 공정은 상기 폴리실란수지의 성형을 위한 UV 처리 또는 열처리 과정을 포함할 수 있으며, 상기 결정화 에너지에 의하여 상기 굴절 물질층은 폴리 실리콘층으로 변환된다.The refractive material layer may be a polysilane resin, and the molding process may include a UV treatment or a heat treatment process for molding the polysilane resin, and the refractive material layer is converted into a polysilicon layer by the crystallization energy. do.
상기 제조방법은, 상기 기판과 상기 굴절 물질층 사이에 배리어층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method may further include forming a barrier layer between the substrate and the refractive material layer.
본 발명에 따른 컬러 필터의 제조방법에 따르면, 비정질 실리콘, 실리콘 기반의 나노입자 용액, 또는 폴리실란 수지을 재결정화하여 폴리 실리콘으로 변환시킴으로써 단결정 실리콘을 기반으로 하는 제조방법에 비하여 상대적으로 낮은 공정 기술수준으로도 용이하게 폴리 실리콘으로 된 광결정층을 형성할 수 있다. According to the method of manufacturing a color filter according to the present invention, a process technology level is relatively lower than that of a monocrystalline silicon-based manufacturing method by recrystallizing amorphous silicon, a silicon-based nanoparticle solution, or a polysilane resin and converting it into polysilicon. Also, the photonic crystal layer made of polysilicon can be easily formed.
본 발명에 따른 컬러 필터의 제조방법의 일 실시예에 따르면, 광결정 구조를 성형하는 과정에서 식각과정이 배제되고 광결정 패턴의 정밀도는 고정밀도로 제작될 수 있는 몰드의 정밀도에 의존된다. 따라서, 좋은 품질의 컬러 필터의 제조가 가능한다. 또한, 식각공정이 배제되고 성형과 재결정화가 동시에 수행되기 때문에 제조공정을 매우 단순화할 수 있어, 공정비용 및 시간을 절감할 수 있다. According to one embodiment of the method of manufacturing a color filter according to the present invention, an etching process is excluded in the process of forming the photonic crystal structure, and the precision of the photonic crystal pattern depends on the precision of the mold which can be manufactured with high precision. Thus, production of color filters of good quality is possible. In addition, since the etching process is excluded and the molding and recrystallization are performed at the same time, the manufacturing process can be greatly simplified, thereby reducing the process cost and time.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.
도 1은 본 발명에 따른 제조방법의 일 실시예에 의하여 제조되는 컬러 필터의 일 예를 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 단면도이다. 도면들을 참조하면, 컬러 필터(100)는 기판(130)과 광결정층(160)을 포함한다. 기판(130)은 투명한 것일 수 있다. 기판(130)과 광결정층(160) 사이에는 배리어 층(150)이 마련될 수 있다.1 is a perspective view showing an example of a color filter manufactured by an embodiment of the manufacturing method according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of FIG. Referring to the drawings, the
광결정층(160)은 주기적인 굴절률 분포에 의해 포토닉 밴드갭에 해당하는 파장 대역의 광을 반사시키는 2차원 광결정 컬러패턴 구조를 가진다. 광결정층(160)은 제1물질(162)과 제2물질(166)이 주기적으로 배열된 구조이다. 제1물질(162)은 제2물질(166)에 비하여 상대적으로 상대적으로 고굴절률을 가진다. 제1물질(162)은 섬(island) 형상의 2차원 광결정 컬러패턴을 형성한다. 도면에서는 직육면체 형상으로 도시되어 있으나 원 또는 다각형 기둥(Pillar) 형상이 가능하며, 기타 다양한 형상을 가질 수 있다. 제1물질(162)은 제2물질(166)에 비해 큰 굴절률을 갖는데, 예를 들어, 제1물질(162)의 굴절률과 제2물질(166)의 굴절률의 실수부 성분의 차가 2이상이 될 수 있다. 또한, 제1물질(162)의 굴절률과 제2물질(166)의 굴절률의 허수부 성분은 가시광 파장 대역에서 0.1 이하가 될 수 있는데, 굴절률의 허수부 성분이 크면 반사율이 낮아지므로, 굴절률의 허수부 성분 값이 작은 물질을 사용하고자 하는 것이다. 제1물질(162)로서는 예를 들어 단결정 실리콘, 폴리 실리콘(Poly Si)일 수 있다. 제1물질(162)에 의하여 형성되는 2차원 광결정 컬러패턴 구조의 오목한 부분은 제2물질(162)에 의하여 채워질 수 있다. 제2물질(166)은 예를 들어 Air일 수 있다. 이 경우, 도 1에서 제2물질(166)을 형성하는 공정은 생략될 수 있다. 제2물질(166)은 제1물질(162)에 의하여 형성되는 2차원 광결정 컬러패턴 구조를 지지하는 역할을 할 수 있다. 이 경우에, 제2물질(166)로서는 예를 들어 PC, PS, PMMA, Si3N4, SiO2 등이 채용될 수 있다. 이와 같은 구조는 예를 들어, 제1물질(162)을 비정질 실리콘으로 하여 2차원 광결정 컬러패턴 구조를 형성한 후, 단결 정 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 결정화하는 단계에서 패턴 형상이 손상시키지 않고 보호하는 역할을 하기 위해 선택될 수 있다.The
기판(130)은 도파관(waveguide)의 역할을 하도록 마련되는 것이다. 광결정층(160)의 결정 구조에 의해 특정 파장의 광만 반사되는데, 나머지 광은 투과되어 기판(130)에 갇히게 된다. 기판(130)으로는 글래스(glass) 기판이 사용될 수 있다.The
배리어층(150)은 기판(130)과 광결정층(160) 사이에 마련된다. 배리어층(150)은 예를 들어, 결정화 공정 중에 기판(130)으로 사용되는 글래스 기판 내부의 불순물이 광결정층(160)의 제1물질(162)로 사용되는 실리콘 물질에 함입되어 실리콘의 결정 순도를 저하시키는 것을 방지하기 위한 것이다. 배리어층(150)은 기판(130)의 굴절률과 유사한 굴절률을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 배리어층(150)의 재료로는 제2물질(166)로 선택되는 재료와 같은 재료가 사용될 수 있다. The
반사형 컬러 필터의 경우에 기판(130)의 하부에는 흡수층(미도시)이 더 마련될 수 있다. 흡수층은 기판(130)에 갇힌 광을 흡수함으로써 컬러필터(100)의 반사율 특성을 개선할 수 있다. In the case of the reflective color filter, an absorbing layer (not shown) may be further provided below the
도 2에 도시된 바와 같이, 광결정층(160)은 예를 들면 각각 R, G, B 광을 필터링하는 세 개의 영역(160R, 160G, 160B)을 구비할 수 있다. 이를 위하여 세 개의 영역(160R, 160G, 160B)을 형성하는 제1물질(162)의 형상과 주기는 각각 적색, 녹색, 청색에 해당하는 포토닉 밴드갭을 갖도록 서로 다르게 정해진다. 반사형 컬러 필터인 경우에 세 개의 영역(160R, 160G, 160B)은 입사되는 광(L) 중에서 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광을 반사시킨다. 투과형 컬러 필터인 경우에 세 개의 영 역(160R, 160G, 160B)은 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 광을 투과시킨다. 도 2에서는 세 개의 영역(160R, 160G, 160B)만을 예시하여 도시하였지만, 컬러필터(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 세 개의 영역(160R, 160G, 160B)이 반복 배치된 구조를 갖는다.As shown in FIG. 2, the
이상 설명한 구조의 광학필터(100)는 주기적인 굴절률 분포를 형성하는 광 결정(photonic cystal) 컬러패턴 구조에 의해 특정 파장 대역의 광을 반사시킨다. 이 때, 반사되는 광의 밴드 대역과 폭이 제1물질(162)이 형성하는 패턴들의 형상, 주기에 의해 정해지므로, 이를 적절히 선택하는 것이 용이하며 또한 필터링 성능이 우수하여 다양한 기술분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, CCD(charge coupled device)와 같은 이미지 센서 내의 컬러필터, 크리스털 센서와 같은 라인 센서, 평판표시장치의 컬러 필터로서 적용될 수 있다. The
이하, 도 4a 내지 4d를 참조하면서 컬러 필터(100)의 제조방법의 일 실시예를 설명한다. Hereinafter, an embodiment of the manufacturing method of the
도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(130)에 굴절 물질층(260)을 형성한다. 기판(130)으로 예를 들어, 글래스 기판을 사용할 수 있다. 굴절 물질층(260)은 예를 들어 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition), 스퍼티링(sputtering) 등의 증착(deposition) 공정에 의하여 비정질 실리콘(a-Si: amorphous-Silicon)을 기판(130) 상에 증착함으로써 형성될 수 있다. 굴절 물질층(260)을 형성하기 전에, 기판(130) 상에 SiO2, Si3N4, ITO(Indium-Tin Oxide) 등을 증착하여 배리어층(150) 을 형성하고, 그 위에 굴절 물질층(260)을 형성할 수도 있다. 배리어층(150)은 후술하는 성형 및 재결정화 공정에서 기판(130)으로 채용된 글래스 기판의 불순물이 굴절 물질층(260)으로 함입되어 결정 순도를 저하시키는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 배리어층(150)은 후술하는 재결정화 공정에서 기판(130)으로의 열전달을 방지하는 역할을 할 수 있다.As shown in FIG. 4A, the
도 4b에 도시된 바와 같이, 2차원 광결정 컬러패턴 구조가 채용된 몰드(210)를 굴절 물질층(260)에 접촉시키고 소정의 압력으로 누르면서 굴절 물질층(260)에 결정화 에너지를 공급한다. 결정화 에너지는 예를 들면 XeCl 레이저, 펄스 액시머 레이저 등의 엑시머 레이저에 의하여 제공될 수 있다. 결정화 에너지는 예를 들어, 150 ~ 200 mJ/cm2 정도일 수 있다. 결정화 에너지는 예를 들어 약 250 나노 초 정도 제공될 수 있다. 결정화 에너지는 1회의 스캔에 의하여 제공될 수 있으며, 짧은 시간씩 복수 회의 스캔에 의하여 제공될 수도 있다. 결정화 에너지에 의하여 굴절 물질층(260)을 형성하는 비정질 실리콘(a-Si)이 순간적으로 용융되면서 도 4c에 도시된 바와 같이 몰드(210)에 마련된 광결정 컬러 패턴 구조로 충전되어, 굴절 물질층(260)은 몰드(210)의 형상에 의하여 정해지는 2차원 광결정 컬러 패턴 구조로 성형된다. 결정화 에너지의 공급이 종료된 후에 비정질 실리콘(a-Si)이 고화(solidification)되면서 굴절 물질층(260)은 2차원 광결정 컬러패턴 구조를 갖는 광결정층(도 1: 160)으로 성형된다. 이 때, 굴절 물질층(260)을 구성하는 비정질 실리콘(a-Si)이 재결정화되면서 굴절률의 허수부 성분값이 작은 폴리 실리콘(p-Si: Poly-Silicon)으로 변환된다. 몰드(210)의 재료로서는 실리콘보다 녹는점이 높고, 엑시머 레이저의 흡수율이 작고, 열전도율이 낮은 재료가 채용될 수 있다. 예를 들면, 몰드(210)의 재료로서는 수정(Quartz)가 채용될 수 있다.As shown in FIG. 4B, the
성형 및 재결정화 공정이 완료되면 몰드(210)를 굴절 물질층(260)으로부터 이격시킴으로써 도 4d에 도시된 바와 같이 2차원 광결정 컬러패턴 구조를 갖는 광결정층(160)이 형성된다. When the molding and recrystallization process is completed, the
비정질 실리콘(a-Si)의 경우에는 단파장 영역에서 허수부의 굴절율이 커서, 광 흡수로 인하여 반사율이 떨어지고 색 스펙트럼의 밴드폭이 넓어지며 스펙트럼 쉬프트가 일어나서 색특성이 저하된다. 따라서, 단결정 실리콘 또는 폴리 실리콘(p-Si)으로 광결정층(160)을 형성할 필요가 있는데, 글래스 기판에 단결정 실리콘 박막을 형성하는 것은 높은 기술수준이 요구된다. 그러나, 본 발명의 제조방법에 따르면, 비정질 실리콘(a-Si)을 재결정화하여 폴리 실리콘(p-Si)으로 변환시킴으로써 상대적으로 낮은 공정 기술수준으로도 용이하게 폴리 실리콘(p-Si)으로 형성된 광결정층(160)을 형성할 수 있다. 또, 결정화 과정에서 몰드(210)가 지지체로서의 역할을 수행하기 때문에 결정화 과정에서 광결정 컬러패턴 구조의 변형을 방지할 수 있다. 따라서, 지지층을 형성하는 공정이 배제될 수 있다. In the case of amorphous silicon (a-Si), the refractive index of the imaginary part is large in the short wavelength region, the reflectance decreases due to light absorption, the bandwidth of the color spectrum is widened, and the spectral shift occurs, thereby degrading the color characteristics. Therefore, it is necessary to form the
비정질 실리콘(a-Si)에는 수 퍼센트 정도의 수소가 포함될 수 있는데, 이 수소가 재결정화 공정에서 기화되어 굴절 물질층(260)의 표면을 뚫고 나오면서 2차원 광결정 컬러패턴 구조를 손상시킬 수 있다. 따라서, 상술한 굴절 물질층(260)을 2차원 광결정 컬러패턴 구조로 성형 및 재결정화하는 공정을 수행하기 전에, 기 판(130) 상에 증착된 비정질 실리콘(a-Si) 내부에 존재하는 수소를 제거하기 위한 탈수소화 공정이 수행될 수 있다. 탈수소화공정은 예를 들면 비정질 실리콘(a-Si)이 증착된 기판(130)을 약 300 ~ 500도의 온도에서 약 2시간 정도 어닐링 함으로써 수행될 수 있다. Amorphous silicon (a-Si) may contain a few percent of hydrogen, which may be vaporized in the recrystallization process and penetrate the surface of the
추가적으로, 광결정층(160)의 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 공정이 수행될 수 있다. 또, 광결정층(160)의 오목부(165)에 PC, PS, PMMA, Si3N4, SiO2 등의 제2물질(166)을 채울 수 있다. 제물질(166)은 2차원 광결정 컬러패턴 구조를 보호하는 보호층의 역할을 겸할 수 있다.In addition, a process of removing foreign matter present on the surface of the
종래의 대표적인 광결정 컬러패턴의 제조방법에 따르면, 기판 위에 블랙 매트릭스 패턴을 만들고 포토리소그래피 공정으로 R, G, B 영역에 대응되는 컬러 패턴을 만든다. 이와 같은 제조방법은 기판 위에 감광막을 입하고 패턴을 만드는 약 20단계의 과정이 필요하여 비용과 환경 측면에서의 부담이 크다. According to a conventional method for manufacturing a photonic crystal color pattern, a black matrix pattern is formed on a substrate and a color pattern corresponding to the R, G, and B regions is formed by a photolithography process. Such a manufacturing method requires about 20 steps of putting a photoresist film on a substrate and forming a pattern, and thus a large burden in terms of cost and environment.
나노임프린트기술을 이용한 광결정 컬러 패턴의 제조방법에서는, 기판 상에 실리콘층을 형성하고, 하드 마스크를 형성한 후에 나노임프린팅 공정에 의하여 실리콘층을 패터닝하고, 하드 마스크를 이용하여 실리콘 층을 식각함으로써 광결정층을 형성한다. 단결정 실리콘층에 기반하는 제조공정의 경우, 기판 상에 단결정 실리콘층을 형성하기 위하여 높은 공정 기술이 요구한다. 비정질 실리콘에 기반한 제조공정의 경우, 좋은 광결정 패턴을 얻기 위하여는 식각 공정에서 균일한 식각이 수행되어야 한다. 그러나, 비정질 실리콘을 균일하게 식각하는 것이 용이하지 않 다. 비정질 실리콘은 결정성이 없기 때문에 위치에 따라서 실리콘 간 또는 비정질 실리콘 내부에 포함된 수소와 실리콘 간의 결합 에너지가 다르다. 그래서, 식각 과정에서 비정질 실리콘으로 제공되는 식각 에너지를 균일하게 하더라도 식각량이 불균일해질 수 있다. 이와 같은 식각의 불균일성은 광결정 컬러패턴의 불균일성을 초래하여 컬러 필터의 품질을 저하시킬 수 있다. In the method of manufacturing a photonic crystal color pattern using nanoimprint technology, by forming a silicon layer on a substrate, forming a hard mask, patterning the silicon layer by a nanoimprinting process, and etching the silicon layer using a hard mask. A photonic crystal layer is formed. In the case of a manufacturing process based on a single crystal silicon layer, high process technology is required to form a single crystal silicon layer on a substrate. In the case of a manufacturing process based on amorphous silicon, uniform etching must be performed in the etching process in order to obtain a good photonic crystal pattern. However, it is not easy to uniformly etch amorphous silicon. Because amorphous silicon is not crystalline, the bonding energy between silicon and hydrogen contained in the amorphous silicon differs depending on the position. Thus, even if the etching energy provided to the amorphous silicon in the etching process is uniform, the etching amount may be uneven. Such nonuniformity of etching may result in nonuniformity of the photonic crystal color pattern, thereby degrading the quality of the color filter.
그러나, 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 따르면, 광결정 컬러패턴 구조를 성형하는 과정에서 식각과정이 배제될 수 있다. 따라서, 광결정 컬러패턴 구조의 정밀도는 몰드(210)의 정밀도에 의존된다. 몰드(210)는 예를 들면 전자빔 리소그래피 공정에 의하여 매우 정교하게 제작된 마스터를 이용하여 제조되기 때문에 매우 정밀하다. 따라서, 좋은 품질의 컬러 필터의 제조가 가능한다. 또한, 식각공정이 배제되고 성형과 재결정화가 동시에 수행되기 때문에 제조공정을 매우 단순화할 수 있어, 공정비용 및 시간을 절감할 수 있다. However, as described above, according to the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the etching process may be excluded in the process of forming the photonic crystal color pattern structure. Therefore, the precision of the photonic crystal color pattern structure depends on the precision of the
도 5a 내지 5c를 보면서, 본 발명에 따른 컬러 필터의 제조방법의 또 하나의 실시예를 설명한다.5A to 5C, another embodiment of the manufacturing method of the color filter according to the present invention will be described.
도 5a에 도시된 바와 같이, 기판(130)에 실리콘 기반의 나노 입자 용액 또는 폴리실란 수지를 예를 들어 스핀 코팅 공정에 의하여 코팅함으로써 굴절 물질층(261)을 형성할 수 있다. 물론, 굴절 물질층(261)을 형성하기 전에, 기판(130) 상에 SiO2, Si3N4, ITO 등을 증착하여 배리어층(150)을 형성하고, 그 위에 굴절 물질층(260)을 형성할 수도 있다. As shown in FIG. 5A, the
도 5b에 도시된 바와 같이, 광결정 컬러패턴 구조가 채용된 몰드(210)를 굴절 물질층(261)에 접촉시키고 소정의 압력으로 눌러서 굴절 물질층(261)을 몰드(210)의 형상에 의하여 정해지는 2차원 광결정 컬러패턴 구조로 성형한다. 이 때, 성형을 위하여 굴절 물질층(261)에 UV광(ultra-violet light)을 조사하거나 굴절 물질층(261)에 대한 열적 처리(thermal curing)을 수행할 수 있다. 예를 들어, 몰드(210)의 재료로서 수정(quartz)이나 소프트 몰드(soft mold)가 채용된 경우에는 몰드(210)를 통하여 UV광을 조사할 수 있으며, 몰드(210)의 재료로서 니켈이 채용된 경우에는 열적 처리를 수행할 수 있다.As shown in FIG. 5B, the
다음으로, 몰드(210)를 이격시키고, 도 5c에 도시된 바와 같이, 굴절 물질층(261)에 엑시머 레이저를 조사하여 결정화 에너지를 공급한다. 결정화 에너지에 의하여 실리콘 기반의 나노입자 또는 폴리실란수지가 순간적으로 용융되었다가 고화된다. 이 때 실리콘 입자가 재결정화되면서 굴절률의 허수부 성분값이 작은 폴리 실리콘(p-Si)으로 변환된다. 이에 의하여 폴리 실리콘(p-Si) 기반의 광결정층(도 1: 160)을 형성할 수 있다. Next, the
결정화 과정을 수행하기 전에, 2차원 광결정 컬러패턴 구조로 성형된 굴절 물질층(261)에 잔류되는 불순물을 제거하기 위한 공정이 수행될 수 있다. 이 공정은 예를 들어 산소 애싱(O2 ashing)공정에 의하여 수행될 수 있다. Before performing the crystallization process, a process for removing impurities remaining in the
또, 결정화 과정을 수행하기 전에, 결정화 과정에서 2차원 광결정 컬러패턴 구조가 변형되는 것을 방지하기 위하여 지지층을 형성하는 공정이 수행될 수 있다. 도 5c를 참조하면, 지지층(270)은 PECVD 등의 공정에 위하여 2차원 광결정 컬러패턴 구조에 SiO2, Si3N4, ITO, Ni 등의 지지물질을 박막 증착함으로써 형성될 수 있다. 또, 지지물질로서 Ni가 채용된 경우에는 결정화 과정을 수행한 후에 Ni를 제거하는 공정이 수행될 수 있다. Ni는 예를 들면, 질산과 물을 1:1로 혼합한 용액 내에서의 습식 스트립(wet strip)공정에 의하여 제거될 수 있다. 지지층(270)은 상술한 지지물질을 광결정 컬러패턴 구조의 오목부(165)에 채워넣음으로써 형성될 수도 있다.In addition, before performing the crystallization process, a process of forming a support layer may be performed to prevent the two-dimensional photonic crystal color pattern structure from being deformed during the crystallization process. Referring to FIG. 5C, the support layer 270 may be formed by depositing a support material, such as SiO 2 , Si 3 N 4 , ITO, or Ni, on a two-dimensional photonic crystal color pattern structure for a PECVD process. In addition, when Ni is used as the support material, a process of removing Ni after performing a crystallization process may be performed. Ni may be removed by, for example, a wet strip process in a solution in which nitric acid and water are mixed 1: 1. The support layer 270 may be formed by filling the above-described support material into the
추가적으로, 광결정층(160)의 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 공정이 수행될 수 있다. 또, 광결정층(160)의 오목부(165)에 PC, PS, PMMA, Si3N4, SiO2 등의 제2물질(166)을 채울 수 있다. In addition, a process of removing foreign matter present on the surface of the
상술한 바와 같이, 실리콘 기반의 나노입자 용액이나 풀리 실란 수지를 이용하여 굴절 물질층을 만들고 몰드를 이용한 성형공정과 결정화공정에 의하여 광결정층을 형성함으로써, 적은 공정 비용과 공정 시간으로 폴리 실리콘 기반의 광결정층을 형성할 수 있다. As described above, by forming a refractive material layer using a silicon-based nanoparticle solution or a pulley silane resin and forming a photonic crystal layer by a molding process and a crystallization process using a mold, A photonic crystal layer can be formed.
본 발명에 따른 컬러 필터의 제조방법의 실시예들이 이해를 돕기 위하여 도면들을 참고하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Although embodiments of the method for manufacturing a color filter according to the present invention have been described with reference to the drawings for clarity, this is merely exemplary, and those skilled in the art may have various modifications and equivalent embodiments therefrom. I understand that it is possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.
도 1은 본 발명에 따른 컬러 필터의 제조방법에 의하여 제조된 컬러 필터의 일 예를 도시한 사시도.1 is a perspective view showing an example of a color filter manufactured by the method for manufacturing a color filter according to the present invention.
도 2는 도 1의 컬러 필터의 단면도.2 is a cross-sectional view of the color filter of FIG.
도 3은 도 1의 컬러 필터의 평면도.3 is a plan view of the color filter of FIG.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 컬러 필터의 제조방법의 일 실시예를 설명하는 도면들.4A to 4D are views illustrating one embodiment of a method of manufacturing a color filter according to the present invention.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 컬러 필터의 제조방법의 다른 실시예를 설명하는 도면들.5A to 5C are views for explaining another embodiment of the manufacturing method of the color filter according to the present invention;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100... 컬러 필터 130...기판100 ...
150,250,450...배리어층 160...광결정층150,250,450
162...제1물질 166...제2물질162 ...
210...몰드 260, 261...굴절 물질층210 ...
270...지지층270 ... support layer
Claims (15)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020090040893A KR20100121943A (en) | 2009-05-11 | 2009-05-11 | Method of fabricatinf photonic crystal type color filter |
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2009
- 2009-05-11 KR KR1020090040893A patent/KR20100121943A/en not_active Application Discontinuation
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