KR20110070571A - 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110070571A
KR20110070571A KR1020090127430A KR20090127430A KR20110070571A KR 20110070571 A KR20110070571 A KR 20110070571A KR 1020090127430 A KR1020090127430 A KR 1020090127430A KR 20090127430 A KR20090127430 A KR 20090127430A KR 20110070571 A KR20110070571 A KR 20110070571A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
holes
color filter
liquid crystal
crystal display
Prior art date
Application number
KR1020090127430A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101313654B1 (ko
Inventor
윤민성
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지디스플레이 주식회사 filed Critical 엘지디스플레이 주식회사
Priority to KR1020090127430A priority Critical patent/KR101313654B1/ko
Priority to US12/886,317 priority patent/US8330904B2/en
Priority to CN201010550086.7A priority patent/CN102103224B/zh
Publication of KR20110070571A publication Critical patent/KR20110070571A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101313654B1 publication Critical patent/KR101313654B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/201—Filters in the form of arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/008—Surface plasmon devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133509—Filters, e.g. light shielding masks
    • G02F1/133514—Colour filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/12—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode
    • G02F2201/121—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 electrode common or background
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/05—Function characteristic wavelength dependent
    • G02F2203/055—Function characteristic wavelength dependent wavelength filtering
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/10—Function characteristic plasmon
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/34—Colour display without the use of colour mosaic filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

본 발명의 표면 플라즈몬(surface plasmon)을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법은 금속막에 주기성을 갖는 파장이하(sub-wavelength)의 다수개의 홀(hole)로 이루어진 투과막 패턴을 형성하고 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현함으로써 패널의 투과율을 향상시키는 것과 동시에 공정을 단순화하기 위한 것으로, 금속막; 및 상기 금속막 내에 형성되며, 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴을 포함하며, 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 한편, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 본 발명의 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법은 상기 투과막 패턴의 홀 주위에 6개의 최인접(nearest neighboring) 홀이 위치하도록 삼각형 격자(triangular lattice) 구조를 채택함으로써 개구율을 15%이상 개선시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
표면 플라즈몬, 액정표시장치, 홀, 최인접 홀, 삼각형 격자

Description

표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법{COLOR FILTER USING SURFACE PLASMON AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE, AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 파장의 빛만을 선택 투과시키는 투과막 패턴을 갖는 3차원 패턴 구조의 컬러필터를 구비한 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기 판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.
상기 액정표시장치의 제조공정은 기본적으로 다수의 마스크공정 즉, 포토리소그래피(photolithography)공정을 필요로 하므로 생산성 면에서 상기 마스크수를 줄이는 방법이 요구되어지고 있다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.
상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(sub-pixel)(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.
또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 다수개의 화소영역(P)을 정의하는 다수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.
이때, 합착시 정렬(align) 오차에 의한 빛샘불량을 방지하기 위해 블랙매트릭스의 선폭을 넓게 함으로써 정렬 마진(margin)을 확보하게 되는데, 그에 따라 패널의 개구율이 감소하게 된다.
상기 액정표시장치에 사용되는 기존의 컬러필터는 염료 또는 안료를 이용하여 불필요한 색의 광은 흡수하여 소멸시키고 구현하고자 하는 색의 광만 투과시켜 컬러를 구현함에 따라 하나의 서브-화소를 기준으로 입사된 백색광에서 RGB 삼원색 중 한가지색만 투과시킴으로써 투과율이 30%이상 되기 어렵다. 이러한 이유로 패널의 투과효율이 매우 낮아 백라이트에 의한 전력 소비가 증가하게 된다.
도 2는 일반적인 안료분산법을 이용한 컬러필터를 사용할 경우의 패널의 투과효율을 개략적으로 나타내는 예시도이다.
도면을 참조하면, 백라이트로부터 입사된 광은 편광판, TFT 어레이, 액정 및 컬러필터를 거치면서 광량이 줄어들게 됨에 따라 투과효율이 5%미만으로 감소하게 됨을 알 수 있다.
이때, 상기 편광판, TFT 어레이 및 컬러필터는 각각 투과율이 40%, 45 ~ 55% 및 25%정도인 경우를 예를 들고 있다.
또한, 기존의 컬러필터는 각 원색별로 컬러 레지스트 도포, 노광, 현상 및 경화공정을 반복, 진행하여야 하기 때문에 공정이 복잡하고, 컬러필터 기판에 컬러필터를 제조하기 위해 TFT 공정라인과 별도로 컬러필터 공정라인을 운영해야 하므로 라인 투자비용이 증가하게 된다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 기존의 염료 또는 안료를 이용하지 않고, 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 투과효율이 향상된 컬러필터를 형성함으로써 개구율 및 패널의 투과율을 향상시킨 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 투과막 패턴의 홀 배열을 변경함으로써 개구율을 개선시킨 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 컬러필터를 공통전극 또는 배면 ITO로 사용하거나 하부 어레이 기판에 스위칭소자와 함께 형성하도록 함으로써 공정을 단순화하는 한편, 투자비용을 감소시킨 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터는 금속막; 및 상기 금속막 내에 형성되며, 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴을 포함하며, 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 한편, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치는 제 1 기판 위에 형성되며, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러필터; 상기 컬러필터 위에 형성된 박막 트랜지스터; 및 상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 제 2 기판을 포함하며, 상기 제 2 기판은 컬러필터와 블랙매트릭스를 포함하지 않고, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 액정표시장치는 제 1 기판의 외부 면에 형성되며, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러필터; 상기 제 1 기판의 내부 면에 형성된 박막 트랜지스터; 및 상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 제 2 기판을 포함하며, 상기 제 2 기판은 컬러필터와 블랙매트릭스를 포함하지 않고, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 액정표시장치는 제 1 기판 위에 형성된 박막 트랜지스터; 및 제 2 기판 위에 형성되며, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러필터를 포함하며, 상기 제 1 기판은 상기 제 2 기판과 대향하여 합착되는 한편, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치의 제조방법은 제 1 기판과 제 2 기판을 제공하는 단 계; 상기 제 1 기판 위에 형성되되, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러필터를 형성하는 단계; 상기 컬러필터 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 기판은 컬러필터와 블랙매트릭스를 포함하지 않고, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치의 다른 제조방법은 제 1 기판과 제 2 기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 기판의 외부 면에 형성되되, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러필터를 형성하는 단계; 상기 제 1 기판의 내부 면에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 기판은 컬러필터와 블랙매트릭스를 포함하지 않고, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치의 또 다른 제조방법은 제 1 기판과 제 2 기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 제 2 기판 위에 형성되되, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러필터를 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하며, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 컬러필터는 상기 투과막 패턴의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
중심 홀로부터 최인접 거리는 격자의 주기와 동일하며, 그 다음 인접한 거리는 주기의 1.732배인 것을 특징으로 한다.
상기 투과막 패턴을 구성하는 홀의 횡단면 모양은 원형, 삼각형, 사각형, 타원 및 종횡비가 1이상인 슬릿 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 금속막은 알루미늄, 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐, 아연, 철, 크롬, 몰리브덴, 도핑된 반도체, 탄소 나노튜브, 풀러린, 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 투과막 패턴의 홀의 크기는 50nm ~ 10㎛의 값을 가지며, 상기 홀의 주기는 50 ~ 500nm의 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 투과막 패턴을 포함하는 금속막 상부에 상기 제 1 기판 및 제 2 기판과 동일한 유전체 물질로 절연층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 기판 및 제 2 기판으로 유리기판을 사용하는 경우에는 상기 절연 층은 실리콘산화막(SiO2)으로 형성하며, 상기 절연층은 10nm ~ 100㎛ 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속막은 기상법, 액상법, 고상법 및 나노졸(nano-sol) 도포법 중 어느 하나의 방법으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 투과막 패턴은 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 이온빔 밀링(ion beam milling), 나노구(nanosphere) 리소그래피, 나노 임프린팅(nano imprinting), 포토리소그래피(photolithography) 및 레이저 간섭법(laser interference lithography) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 투과막 패턴은 상기 홀들의 주기가 각각 다른 다수개의 영역으로 분할되어 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법은 기존의 염료 또는 안료를 이용하지 않고, 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 구조가 간단한 컬러필터를 형성함으로써 제조공정을 단순화시킬 수 있고, 제조원가를 낮출 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법은 상, 하부 기판의 정렬이 불필요하여 정렬 마진 확보를 위한 개구율 감소문제를 해결할 수 있는 한편, 패널의 투과효율이 기존대비 약 3배정도 증가함에 따 라 백라이트에 대한 전력 소비가 감소하게 되는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법은 백라이트의 전력 소비가 감소함에 따라 다원색 화소를 구현할 수 있게 되어 고색재현의 화질을 얻을 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법은 투과막 패턴 내부를 포함하는 금속막 상부에 기판의 굴절률과 동일하거나 실질적으로 동일한 유전체 물질로 절연층을 형성함으로써 표면 플라즈몬에 의한 투과광의 효율 및 색재현성을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법은 상기 투과막 패턴의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하도록 삼각형 격자 구조를 채택함으로써 개구율을 15%이상 개선할 수 있게 되며, 그 결과 우수한 단색성 및 투과율을 제공하는 풀(full) 컬러필터의 구현이 가능하다. 또한, 동일한 금속막에서 투과막 패턴의 격자 주기를 변경시킴으로써 투과광의 중심 피크 파장을 조절할 수 있기 때문에 컬러필터의 색 제어가 용이한 이점이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
기존의 어레이 기판의 개구율 개선을 통한 투과율 향상은 물리적 한계에 직면하고 있으며, 이에 따라 개구율 개선보다는 컬러필터의 제거를 통한 투과율 향상으로 패러다임(paradigm)의 이동이 필요하다.
이를 위해 소정의 금속막에 특정 파장의 빛만이 선택적으로 투과되도록 투과막 패턴을 형성하여 빛을 필터링(filter)하는 방식이 제안되고 있으며, 이와 같은 표면 플라즈몬 현상을 이용한 컬러필터를 형성하여 적, 녹 및 청색의 빛을 투과시키는 컬러필터를 구현하고자 한다.
도 3a 및 도 3b는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 제작한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 컬러필터의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도면을 참조하면, 소정의 금속막(152) 내에 일정한 주기(a)를 갖는 파장이하(sub-wavelength)의 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴(153)을 형성하게 되면, 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링(coupling)되면서 특정 파장의 빛만이 투과되고 나머지 파장은 모두 반사됨으로써 적, 녹 및 청색을 얻을 수 있게 된다.
예를 들어, 은 필름(silver film)에 일정한 주기(a)를 갖는 파장이하의 홀 패턴을 형성하게 되면 홀의 크기(d)와 주기(a)에 따라 선택된 적, 녹 및 청색의 특정 파장의 빛만이 투과됨으로써 RGB 색을 구현할 수 있게 되며, 빛의 투과는 홀 주변의 빛을 끌어들임에 따라 홀 면적보다 많은 양의 빛이 투과될 수 있게 된다.
참고로, 상기 플라즈몬이란 입사된 빛의 전기장에 의해 금속막 표면에 유도된 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말하는 것으로, 표면 플라즈몬은 플라즈몬이 금속막 표면에 국부적으로 존재하는 것을 말하며, 금속막과 유전체의 경계면을 따라 진행하는 전자기파에 해당한다.
또한, 표면 플라즈몬 현상이란 나노 수준의 주기적인 홀 패턴을 갖는 금속막 표면에 빛이 입사할 경우 특정 파장의 빛과 금속막 표면의 자유전자가 공명을 일으켜 특정 파장의 빛을 형성하는 현상을 말하며, 입사된 빛에 의해 표면 플라즈몬을 형성할 수 있는 특정 파장의 빛만이 홀을 투과할 수 있으며 나머지 빛은 모두 금속막 표면에 의해 반사가 이루어진다.
일반적으로 두꺼운 금속막은 입사광에 대해 비투과 성질을 가지며, 금속막에 형성된 홀의 크기가 입사광 파장보다 매우 작으면 투과광의 세기는 현저히 작게 된다. 그러나, 파장이하의 작은 홀이라도 금속막에 주기적으로 배열되면 표면 플라즈몬의 여기로 인해 광의 투과도가 크게 증폭되게 된다. 일반적으로 빛 또는 광자는 그 분산 곡선이 표면 플라즈몬의 분산 곡선과 교차되지 않는다. 따라서 광자를 표면 플라즈몬으로 직접 결합시키기 위해 일정한 주기를 가진 홀 패턴의 격자 구조를 금속막 표면에 형성하여 운동량 보존을 만족시킴으로써 표면 플라즈몬을 여기시키게 된다.
이와 같은 특성을 이용하여 투과막 패턴, 구체적으로 홀의 주기와 크기, 그리고 금속막의 두께 등을 조절함으로써 원하는 파장의 빛을 투과시키는 것이 가능하게 되는데, 주기가 a인 홀들에 의한 정사각형 배열 구조를 가진 금속막이 있을 때, 여기에 수직 입사하는 광에 의한 투과광의 중심 피크 파장, 즉 표면 플라즈몬 공명 파장은 다음의 수학식 1로부터 주어진다.
수학식 1
Figure 112009078661797-PAT00001
여기서,
Figure 112009078661797-PAT00002
은 금속의 유전 상수이고,
Figure 112009078661797-PAT00003
는 금속에 인접한 유전체 물질의 유전 상수이다. 즉, 투과막 패턴의 주기를 바꾸어 주거나 유전체 물질을 변화시킴으로써 표면 플라즈몬 현상에 의해 투과되는 피크 파장을 조절할 수 있다.
이때, 상기 투과막 패턴의 홀은 단순한 원형뿐만 아니라 필요에 따라 타원, 사각형, 삼각형, 슬릿 등 다양한 형태로 변경할 수 있으며, 원형의 경우 크기, 즉 지름은 50nm ~ 10㎛이고 주기는 50 ~ 500nm범위를 가질 수 있다.
표면 플라즈몬 공명의 진폭 및 반치폭은 금속막 주변의 유전체 물질들의 굴절률 조건에 크게 의존한다. 금속막 상부 및 상기 금속막에 형성된 투과막 패턴을 채우는 유전체 물질의 굴절률이 기판의 굴절률과 일치하지 않을 때, 기판과 금속막 사이의 표면 플라즈몬 모드와 유전체 물질과 금속막 사이의 표면 플라즈몬 모드가 모두 발생함으로써 2개의 독특한 피크들이 투과 스펙트럼 그래프에서 나타나게 된다. 이때, 유전체 물질의 굴절률이 기판의 것보다 큰 경우 추가적인 피크가 장파장 대역에서 발생하는 반면 유전체 물질의 굴절률이 기판의 것보다 작은 경우 추가적인 피크가 단파장 대역에서 발생한다. 그러나, 금속막 주변의 유전체 물질들 사이에 굴절률 맞춤 조건이 이루어 질 경우 하나의 표면 플라즈몬 공명을 금속막 영역에서 여기시키게 함으로써 가시광선 영역의 투과 스펙트럼에서 단색성이 우수한 한 개의 피크만 생기도록 만들 수 있다.
이에 따라 본 발명은 투과막 패턴 내부를 포함하는 금속막 상부에 기판의 굴절률과 동일하거나 실질적으로 동일한 유전체 물질로 절연층을 형성함으로써 표면 플라즈몬에 의한 투과광의 효율 및 색재현성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 금속막 상부에 증착되는 절연층은 평탄화막을 대체할 수 있게 되어 공정이 단순해지게 된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 사각형 격자 구조의 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 각각 원형의 홀 및 사각형의 홀로 이루어진 투과막 패턴을 가진 컬러필터의 일부를 개략적으로 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 컬러필터(150a, 150b)는 금속막(152a, 152b)에 행과 열 방향으로 일정한 주기를 가진 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(153a, 153b)이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시킴에 따라 원하는 컬러를 구현하게 된다.
이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 컬러필터(150a, 150b)는 홀의 주기적인 배열이 사각형 격자 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 홀 내로 투과되는 광의 중심 피크 파장은 주기 a에 비례한다. 또한, 투과광의 세기는 가장 인접한 홀의 수 또는 홀의 밀도에 비례하게 된다. 따라서, 투과광의 색순도 및 투과율을 향상시키기 위해서는 가장 인접한 홀의 밀도를 증가시키면 된다.
구체적으로, 상기 사각형 격자 구조에서 중심 홀로부터 주기 a만큼 떨어진 최인접 홀의 개수는 4개이며, 이들은 중심 홀에 대해 수평 및 수직 방향을 따라 배열되어 있다. 그리고, 상기 중심 홀로부터 2번째로 가장 가까운 홀의 거리는 격자 주기의 1.414배가되며, 이들의 위치는 중심 홀에 대해 대각선 방향에 배열되어 있다.
기하학적으로 상기 사각형 격자 형태는 가장 인접한 홀의 밀도가 삼각형 격 자 형태보다 크지 않다. 예를 들어, 반지름 r의 원형의 홀로 투과막 패턴(153a, 153b)을 형성할 때, 사각형 격자의 단위 셀(unit cell) 당 개구/비개구 면적 비는
Figure 112009078661797-PAT00004
인 반면에, 삼각형 격자의 단위 셀 당 개구/비개구 면적 비는
Figure 112009078661797-PAT00005
이다. 그러므로, 투과율 및 색재현성 측면에서 상기 사각형 격자 구조는 최적화 되어 있는 구조가 아님을 알 수 있다.
이와 같이 투과율과 색재현성을 향상시킬 수 있는 최적의 구조를 만들려면, 중심 홀로부터 가장 인접한 홀들의 밀도를 높여주는 구조를 선택해야만 하며, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 삼각형 격자 구조의 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 각각 원형의 홀과 삼각형의 홀 및 사각형의 홀로 이루어진 투과막 패턴을 가진 컬러필터의 일부를 개략적으로 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250a~250c)는 금속막(252a~252c)에 행과 열 방향으로 일정한 주기를 가진 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(253a~253c)이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시킴에 따라 원하는 컬러를 구현하게 된다.
이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250a~250c)는 홀의 주기적인 배열이 삼각형 격자 형태를 이루는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250a~250c)는 상기 투과막 패턴(253a~253c)의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 중심 홀로부터 최인접 거리는 격자의 주기와 동일하며, 그 다음 인접한 거리는 주기의 1.732배이다.
전술한 바와 같이 투과막 패턴(253a~253c)을 구성하는 홀의 횡단면 모양은 원형, 삼각형, 사각형, 타원 및 종횡 비가 1이상인 슬릿 중에서 어느 하나가 될 수 있다. 이때, 상기 종횡 비는 주어진 도형이 형성하는 장축의 길이와 단축의 길이의 비로 정의된다.
또한, 상기 금속막(252a~252c)의 재료는 가시광선의 전 영역에서 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있는 알루미늄(Al)을 채용하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 금속막(252a~252c)은 알루미늄 이외에 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 도핑된 반도체, 탄소 나노튜브(carbon nanotube), 풀러린(fullerene), 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 투과막 패턴(253a~253c)의 홀의 크기는 100nm ~ 300nm인 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 홀의 크기는 50nm ~ 10㎛의 값을 가질 수 있으며, 상기 홀의 주기는 50 ~ 500nm의 값을 가질 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 제작한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도이다.
도면을 참조하면, 전술한 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터 는 투과막 패턴(253)을 구성하는 홀의 주기적인 배열이 삼각형 격자 형태를 이루는 것을 특징으로 하며, 금속막(252) 내에 일정한 주기(a)를 갖는 파장이하의 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴(253)을 형성하게 되면, 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링(coupling)되면서 특정 파장의 빛만이 투과되고 나머지 파장은 모두 반사됨으로써 적, 녹 및 청색을 얻을 수 있게 된다.
상기의 구조로 형성된 컬러필터에서 기판의 하부 쪽에서 광이 입사되면, 상기 투과막 패턴(253)의 격자 주기에 의해 결정되는 특정한 파장의 빛만이 상기 기판을 투과하게 된다. 즉, 상기 투과막 패턴(253)의 격자 주기가 a일 때, 투과되는 빛의 중심 피크 파장은
Figure 112009078661797-PAT00006
로 설계할 수 있다. 동일 금속막(252)에서 상기 투과막 패턴(253)의 주기가 다른 다수개의 영역들로 분할시킬 수 있으며, 각 분할된 영역에서 각기 다른 파장의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있다.
이때, 예를 들어 금속막(252)으로 150nm 두께의 알루미늄을 사용하는 경우 650nm의 중심 피크 파장을 가지는 적색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 주기(a)와 크기(d)는 각각 394nm 및 197nm정도로 하고, 550nm의 중심 피크 파장을 가지는 녹색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 주기(a)와 크기(d)는 각각 333nm 및 167nm정도로 할 수 있으며, 450nm의 중심 피크 파장을 가지는 청색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 주기(a)와 크기(d)는 각각 272nm 및 136nm정도로 할 수 있다.
그리고, 순도가 높은 색을 구현하기 위해서, 도시된 바와 같이, 각각의 파장에 대응하는 금속막(252)의 두께를 다르게 조절할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정 되는 것은 아니다.
이와 같이 본 발명의 제 2 실시예에서 제시한 삼각형 격자 구조는 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 사각형 격자 구조보다 최인접 홀의 수를 1.5배 증가시켜 주며, 홀의 형태가 원형인 경우에 개구/비개구의 면적 비율이 1.15배 크기 때문에 개구율을 15%이상 개선시킬 수 있다. 그 결과 우수한 단색성 및 투과율을 제공하는 풀 컬러필터의 구현이 가능하다. 또한, 동일한 금속막에서 투과막 패턴의 격자 주기를 변경시킴으로써 투과광의 중심 피크 파장을 조절할 수 있기 때문에 컬러필터의 색 제어가 용이한 이점이 있다.
이와 같이 특정한 주기 및 크기를 갖는 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴을 금속막 내에 형성하여, 금속막에서 발생하는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 컬러필터로 사용하고, 이를 액정표시장치에 적용함으로써 컬러를 구현하게 된다.
이때, 기존의 컬러필터는 상부 컬러필터 기판에 형성되었으나, 본 발명에서 제안하는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터는 상부 컬러필터 기판에 국한되지 않고, 하부 어레이 기판 또는 기판 외부에 형성할 수 있다.
또한, 기존의 안료 또는 염료 형태의 컬러필터가 고온 공정이 불가능했던 것과 달리 금속막이 컬러필터 기능을 하기 때문에 금속막 위에 고온 공정을 통해 박막 트랜지스터를 제작하는 것이 가능하며, 컬러필터를 하부 어레이 기판에 형성함으로써 기존의 액정표시장치가 상부 컬러필터 기판과 하부 어레이 기판을 합착하기 위한 정렬 마진을 확보하기 위해 개구율을 감소시킬 수밖에 없었던 문제를 해결할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 설명의 편의를 위해 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용한다.
이때, 전술한 바와 같이 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 컬러필터는 금속막에 행과 열 방향으로 일정한 주기를 가진 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시킴에 따라 원하는 컬러를 구현하게 된다.
특히, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터는 홀의 주기적인 배열이 삼각형 격자 형태를 이루는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터는 상기 투과막 패턴의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
이러한 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터를 액정표시장치에 구현하는 방법은 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 컬러필터 기판(205)에 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250)를 형성하는 방법이 있다.
이때, 얻을 수 있는 장점은 단일 금속막에 1-스텝(step) 공정으로 투과막 패턴을 형성하여 RGB를 구현하는 한편, 이를 상부 ITO 공통전극이나 배면 ITO로 대신 사용하도록 함으로써 공정이 간단하여 제조 비용을 절감할 수 있다는 것이다.
이때, 전술한 바와 같이 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터(250)는 금속막(252) 주변의 유전체 물질들 사이에 굴절률 맞춤 조건이 이루어 질 경우 색순도 및 투과율에 유리하기 때문에 유리기판 위에 컬러필터(250)를 형성하는 경우 투과 막 패턴(253)을 포함하는 금속막(252) 상부에 SiO2와 같은 상기 유리기판과 동일한 유전체 물질로 이루어진 절연층(206)을 형성하는 것이 적절하다.
이와 같이 형성된 컬러필터 기판(205)은 컬럼 스페이서(260)에 의해 일정한 셀갭이 유지된 상태에서 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(미도시)에 의해 어레이 기판(210)과 대향하여 합착되게 되는데, 이때 상기 어레이 기판(210)에는 종횡으로 배열되어 다수개의 화소영역을 정의하는 다수개의 게이트라인(미도시)과 데이터라인(미도시), 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터 및 상기 화소영역 위에 형성된 화소전극(218)이 형성되어 있다.
이때, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인에 연결된 게이트전극(221), 상기 데이터라인에 연결된 소오스전극(222) 및 상기 화소전극(218)에 연결된 드레인전극(223)으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(221)과 소오스/드레인전극(222, 223) 사이의 절연을 위한 제 1 절연막(215a) 및 상기 게이트전극(221)에 공급되는 게이트전압에 의해 상기 소오스전극(222)과 드레인전극(223) 사이에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브층(224)을 포함한다. 참고로, 도면부호 215b 및 225n은 각각 제 2 절연막 및 상기 액티브층(224)의 소오스/드레인영역과 상기 소오스/드레인전극(222, 223) 사이를 오믹-콘택(ohmic contact)시키는 오믹-콘택층을 나타낸다.
한편, 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터는 금속막을 사용하기 때문에 고온 공정에도 손상을 입지 않는다는 장점이 있다. 이를 착안하여 어레이 기판에 컬러필터를 형성하는 방법을 생각할 수 있다.
이때, 상기 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터(250)는 도 8에 도시된 바와 같이 셀 내부, 즉 박막 트랜지스터 어레이 하부에 위치시킬 수 있으며, 도면에는 도시하지 않았지만, 셀 외부 즉, 어레이 기판(210)의 외부 면에 형성하는 것도 가능하다.
이 경우 상부 컬러필터 기판(205)에는 컬러필터와 블랙매트릭스를 제외한 공통전극(208)이 형성될 수 있으며, 상기 어레이 기판(210)에 형성된 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터(250)는 플로팅(floating)되거나 접지(ground)될 수 있다.
이와 같이 어레이 기판(210)에 컬러필터(250)를 형성할 경우 상부 컬러필터 기판(205)과 하부 어레이 기판(210)의 정렬을 위한 마진 확보가 불필요하여 패널 설계시 개구율을 추가로 확보할 수 있다는 장점이 있으며, 이로 인해 패널의 투과율을 향상시킬 수 있다. 패널 투과율이 향상되면 백라이트의 밝기를 감소시킬 수 있으므로 백라이트에 대한 전력 소비가 감소하게 되는 효과를 제공한다.
이와 같이 백라이트의 전력 소비가 감소함에 따라 다원색 화소를 구현할 수 있게 되어 고색재현의 화질을 얻을 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 어레이 기판(210)에 컬러필터(250)를 형성하여 컬러필터 공정라인을 제거하는 경우 시설투자비와 건설비를 약 50%정도 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
이하, 예를 들어 상기와 같은 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터를 어레이 기 판에 형성한 경우의 액정표시장치 구조 및 그 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 9는 상기 도 8에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
이때, 설명의 편의를 위해 좌측으로부터 적, 녹 및 청색에 해당하는 서브-컬러필터로 구성되는 하나의 화소를 예를 들어 나타내고 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 삼원색 이상의 다원색을 구현하는 경우에도 적용할 수 있다.
그리고, 상기 적, 녹 및 청색에 해당하는 서브-화소는 컬러필터의 구조, 즉 투과막 패턴의 크기 및 간격을 제외하고는 실질적으로 동일한 구성요소로 이루어져 있다.
또한, 상기 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 네마틱상의 액정분자를 기판에 대해 수직 방향으로 구동시키는 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN)방식의 액정표시장치를 예를 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 어레이 기판(210)에는 상기 어레이 기판(210) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(216)과 데이터라인(217)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트라인(216)과 데이터라인(217)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 화소영역 내에는 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 컬러필터 기판(205)의 공통전극(208)과 함께 액정층을 구동시키는 화소전극(218)이 형성되어 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인(216)의 일부를 구성하는 게이트전극(221), 상기 데이터라인(217)에 연결된 소오스전극(222) 및 상기 화소전극(218)에 연결된 드레인전극(223)으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(221)과 소오스/드레인전극(222, 223)의 절연을 위한 제 1 절연막(미도시) 및 상기 게이트전극(221)에 공급되는 게이트전압에 의해 상기 소오스전극(222)과 드레인전극(223) 간에 전도채널을 형성하는 액티브층(미도시)을 포함한다.
이때, 상기 소오스전극(222)의 일부는 일 방향으로 연장되어 상기 데이터라인(217)의 일부를 구성하며, 상기 드레인전극(223)의 일부는 화소영역 쪽으로 연장되어 제 2 절연막(미도시)에 형성된 콘택홀(240)을 통해 상기 화소전극(218)에 전기적으로 접속하게 된다.
특히, 상기 어레이 기판(210) 위에는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터(250)가 위치하게 되는데, 상기 컬러필터(250)는 소정의 금속막(252) 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(253)이 형성되어 있어 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링 되면서 각각 적, 녹 및 청색에 해당하는 파장의 빛만이 투과되고 나머지 파장은 모두 반사됨으로써 RGB 색을 얻을 수 있게 된다.
이때, 상기 투과막 패턴(253)은 게이트라인(216)과 데이터라인(217) 및 박막 트랜지스터가 위치하는 영역을 제외한 화소영역 내에 형성되게 된다.
전술한 바와 같이 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250)는 홀의 주기적인 배열이 삼각형 격자 형태를 이루는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 본 발 명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250)는 상기 투과막 패턴(253)의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 중심 홀로부터 최인접 거리는 격자의 주기와 동일하며, 그 다음 인접한 거리는 주기의 1.732배이다.
또한, 상기 투과막 패턴(253)을 구성하는 홀의 횡단면 모양은 원형, 삼각형, 사각형, 타원 및 종횡 비가 1이상인 슬릿 중에서 어느 하나가 될 수 있으며, 상기 금속막(252)의 재료는 가시광선의 전 영역에서 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있는 알루미늄을 채용하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 금속막(252)은 알루미늄 이외에 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐, 아연, 철, 크롬, 몰리브덴, 도핑된 반도체, 탄소 나노튜브, 풀러린, 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 투과막 패턴(253)의 홀의 크기는 100nm ~ 300nm인 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 홀의 크기는 50nm ~ 10㎛의 값을 가질 수 있으며, 상기 홀의 주기는 50 ~ 500nm의 값을 가질 수 있다.
도 10a 내지 도 10f는 상기 도 8에 도시된 액정표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이며, 도 11a 내지 도 11e는 상기 도 9에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도이다.
도 10a 및 도 11a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루 어진 어레이 기판(210) 위에 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터(250)를 형성한다.
이때, 상기 컬러필터(250)는 소정의 금속막(252) 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(253)이 형성되어 있어 가시광선에서 근적외선 대역을 가진 입사광의 전기장과 플라즈몬이 커플링 되면서 각각 적, 녹 및 청색에 해당하는 파장의 빛만이 투과되고 나머지 파장은 모두 반사됨으로써 RGB 색을 얻을 수 있게 된다.
이때, 상기 컬러필터(250)는 상기 투과막 패턴(253)의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 중심 홀로부터 최인접 거리는 격자의 주기와 동일하며, 그 다음 인접한 거리는 주기의 1.732배이다.
또한, 상기 투과막 패턴(253)을 구성하는 홀의 횡단면 모양은 원형, 삼각형, 사각형, 타원 및 종횡 비가 1이상인 슬릿 중에서 어느 하나가 될 수 있으며, 상기 금속막(252)의 재료는 가시광선의 전 영역에서 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있는 알루미늄을 채용하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 금속막(252)은 알루미늄 이외에 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐, 아연, 철, 크롬, 몰리브덴, 도핑된 반도체, 탄소 나노튜브, 풀러린, 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 투과막 패턴(253)의 홀의 크기는 100nm ~ 300nm인 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 홀의 크기는 50nm ~ 10㎛의 값을 가질 수 있으며, 상기 홀의 주기는 50 ~ 500nm의 값을 가질 수 있다.
이때, 상기 금속막(252)은 기상법, 액상법, 고상법 및 나노졸(nano-sol) 도포법 중 어느 하나의 방법으로 형성할 수 있으며, 상기 투과막 패턴(253)은 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 이온빔 밀링(ion beam milling), 나노구(nanosphere) 리소그래피, 나노 임프린팅(nano imprinting), 포토리소그래피(photolithography) 및 레이저 간섭법(laser interference lithography) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
그리고, 상기 투과막 패턴(253)을 포함하는 금속막(252) 상부에 상기 어레이 기판(210)의 굴절률과 동일하거나 실질적으로 동일한 유전체 물질을 증착하여 그 표면을 평탄화시키는 소정의 절연층(206)을 형성한다.
이와 같이 형성된 상기 컬러필터(250)는 소정의 금속막(252) 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(253)이 형성되어 RGB 컬러를 구현하게 된다.
상기 구조를 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250)에서는 적색 컬러영역 내 적색 컬러용 투과막 패턴을 통해 적색 컬러가 선택 투과되고, 녹색 컬러영역 내 녹색 컬러용 투과막 패턴을 통해 녹색 컬러가 선택 투과되며, 청색 컬러영역 내 청색 컬러용 투과막 패턴을 통해 청색 컬러가 선택 투과됨으로써, RGB 컬러를 구현하게 된다.
다음으로, 도 10b 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(206)이 형성된 어레이 기판(210) 위에 게이트전극(221)과 게이트라인(216)을 형성한다.
이때, 상기 게이트전극(221)과 게이트라인(216)은 제 1 도전막을 상기 어레이 기판(210) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.
여기서, 상기 제 1 도전막으로 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전막은 상기 저저항 도전물질이 2가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 10c 및 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(221)과 게이트라인(216)이 형성된 어레이 기판(210) 전면에 제 1 절연막(215a), 비정질 실리콘 박막, n+ 비정질 실리콘 박막 및 제 2 도전막을 증착한 후, 포토리소그래피공정을 통해 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(210)에 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브층(224)을 형성하는 한편, 상기 제 2 도전막으로 이루어지며 상기 액티브층(224)의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극(222, 223)을 형성한다.
또한, 상기 포토리소그래피공정을 통해 상기 제 2 도전막으로 이루어지며, 상기 게이트라인(216)과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인(217)을 형성하게 된다.
이때, 상기 액티브층(224) 상부에는 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어 지며 상기 소오스/드레인전극(222, 223)과 동일한 형태로 패터닝된 오믹-콘택층(225n)이 형성되게 된다.
또한, 상기 데이터라인(217) 하부에는 각각 상기 비정질 실리콘 박막 및 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 데이터라인(217)과 실질적으로 동일한 형태로 패터닝된 비정질 실리콘 박막패턴(미도시) 및 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(미도시)이 형성되게 된다.
여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 상기 액티브층(224)과 소오스/드레인전극(222, 223) 및 데이터라인(217)은 하프-톤 마스크 또는 회절마스크를 이용하여 한번의 마스크공정으로 동시에 형성할 수 있게 된다.
이때, 상기 제 2 도전막은 소오스전극과 드레인전극 및 데이터라인을 구성하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 크롬, 몰리브덴 및 몰리브덴 합금 등과 같은 저저항 불투명 도전물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제 2 도전막은 상기 저저항 도전물질이 2가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 10d 및 도 11d에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(224)과 소오스/드레인전극(222, 223) 및 데이터라인(217)이 형성된 어레이 기판(210) 전면에 제 2 절연막(215b)을 형성한 후, 포토리소그래피공정을 통해 상기 제 2 절연막(215b)을 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(210)에 상기 드레인전극(223)의 일부를 노출시키는 콘택홀(240)을 형성한다.
여기서, 상기 제 2 절연막(215b)은 실리콘질화막이나 실리콘산화막과 같은 무기절연막으로 이루어질 수 있으며, 포토아크릴(photo acrylic)이나 벤조사이클로 부텐(benzocyclobutene; BCB)과 같은 유기절연막으로 이루어질 수도 있다.
다음으로, 도 10e 및 도 11e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 절연막(215b)이 형성된 어레이 기판(210) 전면에 제 3 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정을 통해 선택적으로 제거함으로써 상기 콘택홀(240)을 통해 상기 드레인전극(223)과 전기적으로 접속하는 화소전극(218)을 형성한다.
이때, 상기 제 3 도전막은 화소전극을 구성하기 위해 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 투과율이 뛰어난 투명한 도전물질을 포함한다.
이와 같이 제작된 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 어레이 기판은 도 10f에 도시된 바와 같이 컬럼 스페이서(260)에 의해 일정한 셀갭이 유지된 상태에서 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(미도시)에 의해 컬러필터 기판(205)과 대향하여 합착되게 된다.
이때, 상기 컬러필터 기판(205)에는 컬러필터와 블랙매트릭스를 제외한 공통전극(208)이 형성될 수 있다.
상기 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예는 액티브층으로 비정질 실리콘 박막을 이용한 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명은 상기 액티브층으로 다결정 실리콘 박막을 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 및 산화물 반도체를 이용한 산화물 박막 트랜지스터에도 적용된다.
또한, 본 발명은 액정표시장치뿐만 아니라 박막 트랜지스터를 이용하여 제작 하는 다른 표시장치, 예를 들면 구동 트랜지스터에 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diodes; OLED)가 연결된 유기전계발광 디스플레이장치에도 이용될 수 있다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 분해사시도.
도 2는 일반적인 안료분산법을 이용한 컬러필터를 사용할 경우의 패널의 투과효율을 개략적으로 나타내는 예시도.
도 3a 및 도 3b는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 제작한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 컬러필터의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 사각형 격자 구조의 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 삼각형 격자 구조의 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 6a 및 도 6b는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 제작한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 다른 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 9는 상기 도 8에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 10a 내지 도 10f는 상기 도 8에 도시된 액정표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 11a 내지 도 11e는 상기 도 9에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
105,205 : 컬러필터 기판 106,206 : 절연층
110,210 : 어레이 기판 116,216 : 게이트라인
117,217 : 데이터라인 118,218 : 화소전극
121,221 : 게이트전극 122,222 : 소오스전극
123,223 : 드레인전극 150,250 : 컬러필터
152,252 : 금속막 153,253 : 투과막 패턴

Claims (35)

  1. 금속막; 및
    상기 금속막 내에 형성되며, 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴을 포함하며, 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 한편, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 컬러필터는 상기 투과막 패턴의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터.
  3. 제 1 항에 있어서, 중심 홀로부터 최인접 거리는 격자의 주기와 동일하며, 그 다음 인접한 거리는 주기의 1.732배인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 투과막 패턴을 구성하는 홀의 횡단면 모양은 원형, 삼각형, 사각형, 타원 및 종횡비가 1이상인 슬릿 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속막의 재료는 알루미늄, 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐, 아연, 철, 크롬, 몰리브덴, 도핑된 반도체, 탄소 나노튜브, 풀러린, 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 투과막 패턴의 홀의 크기는 50nm ~ 10㎛의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 홀의 주기는 50 ~ 500nm의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 투과막 패턴은 상기 홀들의 주기가 각각 다른 다수개의 영역으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터.
  9. 제 1 기판 위에 형성되며, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러필터;
    상기 컬러필터 위에 형성된 박막 트랜지스터; 및
    상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 제 2 기판을 포함하며, 상기 제 2 기판은 컬러필터와 블랙매트릭스를 포함하지 않고, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제 1 기판의 외부 면에 형성되며, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러필터;
    상기 제 1 기판의 내부 면에 형성된 박막 트랜지스터; 및
    상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 제 2 기판을 포함하며, 상기 제 2 기판은 컬러필터와 블랙매트릭스를 포함하지 않고, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제 1 기판 위에 형성된 박막 트랜지스터; 및
    제 2 기판 위에 형성되며, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러필터를 포함하며, 상기 제 1 기판은 상기 제 2 기판과 대향하여 합착되는 한편, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제 9 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 기판에 형성된 공통전극 또는 배면 ITO를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컬러필터는 상기 투과막 패턴의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 중심 홀로부터 최인접 거리는 격자의 주기와 동일하며, 그 다음 인접한 거리는 주기의 1.732배인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 투과막 패턴을 구성하는 홀의 횡단면 모양은 원형, 삼각형, 사각형, 타원 및 종횡비가 1이상인 슬릿 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 금속막의 재료는 알루미늄, 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐, 아연, 철, 크롬, 몰리브덴, 도핑된 반도체, 탄소 나노튜브, 풀러린, 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 투과막 패턴의 홀의 크기는 50nm ~ 10㎛의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 홀의 주기는 50 ~ 500nm의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  19. 제 13 항에 있어서, 상기 투과막 패턴은 상기 홀들의 주기가 각각 다른 다수개의 영역으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  20. 제 1 기판과 제 2 기판을 제공하는 단계;
    상기 제 1 기판 위에 형성되되, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러필터를 형성하는 단계;
    상기 컬러필터 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 기판은 컬러필터와 블랙매트릭스를 포함하지 않고, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  21. 제 1 기판과 제 2 기판을 제공하는 단계;
    상기 제 1 기판의 외부 면에 형성되되, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러필터를 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판의 내부 면에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 기판은 컬러필터와 블랙매트릭스를 포함하지 않고, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  22. 제 1 기판과 제 2 기판을 제공하는 단계;
    상기 제 1 기판 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 제 2 기판 위에 형성되되, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 컬러필터를 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하며, 상기 다수개의 홀은 삼각형 격자 형태로 배열하여 최인접 홀의 개수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  23. 제 20 항 및 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 기판에 공통전극 또는 배면 ITO를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장 치의 제조방법.
  24. 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컬러필터는 상기 투과막 패턴의 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 중심 홀로부터 최인접 거리는 격자의 주기와 동일하며, 그 다음 인접한 거리는 주기의 1.732배인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 투과막 패턴을 구성하는 홀의 횡단면 모양은 원형, 삼각형, 사각형, 타원 및 종횡비가 1이상인 슬릿 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  27. 제 24 항에 있어서, 상기 금속막은 알루미늄, 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐, 아연, 철, 크롬, 몰리브덴, 도핑된 반도체, 탄소 나노튜브, 풀러린, 전도성 플라스틱 및 전기전도성 복합재료 등으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 도전물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  28. 제 24 항에 있어서, 상기 투과막 패턴의 홀의 크기는 50nm ~ 10㎛의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  29. 제 24 항에 있어서, 상기 홀의 주기는 50 ~ 500nm의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  30. 제 24 항에 있어서, 상기 투과막 패턴을 포함하는 금속막 상부에 상기 제 1 기판 및 제 2 기판과 동일한 유전체 물질로 절연층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판으로 유리기판을 사용하는 경우에는 상기 절연층은 실리콘산화막(SiO2)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 절연층은 10nm ~ 100㎛ 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  33. 제 24 항에 있어서, 상기 금속막은 기상법, 액상법, 고상법 및 나노졸(nano-sol) 도포법 중 어느 하나의 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 의 제조방법.
  34. 제 24 항에 있어서, 상기 투과막 패턴은 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 이온빔 밀링(ion beam milling), 나노구(nanosphere) 리소그래피, 나노 임프린팅(nano imprinting), 포토리소그래피(photolithography) 및 레이저 간섭법(laser interference lithography) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  35. 제 24 항에 있어서, 상기 투과막 패턴은 상기 홀들의 주기가 각각 다른 다수개의 영역으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
KR1020090127430A 2009-12-18 2009-12-18 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법 KR101313654B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090127430A KR101313654B1 (ko) 2009-12-18 2009-12-18 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법
US12/886,317 US8330904B2 (en) 2009-12-18 2010-09-20 Color filter using surface plasmon, liquid crystal display device and method for fabricating the same
CN201010550086.7A CN102103224B (zh) 2009-12-18 2010-11-15 利用表面等离子体的滤色器、液晶显示设备及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090127430A KR101313654B1 (ko) 2009-12-18 2009-12-18 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110070571A true KR20110070571A (ko) 2011-06-24
KR101313654B1 KR101313654B1 (ko) 2013-10-02

Family

ID=44150587

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090127430A KR101313654B1 (ko) 2009-12-18 2009-12-18 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8330904B2 (ko)
KR (1) KR101313654B1 (ko)
CN (1) CN102103224B (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106125196A (zh) * 2016-08-12 2016-11-16 中国空间技术研究院 一种芯片上可集成的多通道滤波分波器
KR20170031845A (ko) * 2015-09-11 2017-03-22 재단법인대구경북과학기술원 구조색 칼라 필터를 이용한 색 가변 광학 셔터 장치
KR20200054771A (ko) * 2018-11-12 2020-05-20 한국과학기술원 메타포토닉 적층 금속점 색 필터
WO2022020098A1 (en) * 2020-07-20 2022-01-27 Applied Materials, Inc. Integrated conductive apertures for optical devices
US11249339B2 (en) 2018-07-24 2022-02-15 Lg Display Co., Ltd. Display device having a mirror function
US12050327B2 (en) 2019-06-04 2024-07-30 Applied Materials, Inc. Imaging system and method of manufacturing a metalens array

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9279938B2 (en) 2009-11-06 2016-03-08 Sharp Laboratories Of America, Inc. Dual band color filter
JP2013179297A (ja) * 2012-02-10 2013-09-09 Tokyo Institute Of Technology 光学制御層を有する太陽電池セル
CN102608707B (zh) * 2012-03-05 2014-07-09 西南交通大学 一种等长矩形腔表面等离子带通滤波器调节自由光谱范围的方法
US9869908B2 (en) 2012-03-06 2018-01-16 Apple Inc. Pixel inversion artifact reduction
CN102707359B (zh) * 2012-03-26 2014-06-18 京东方科技集团股份有限公司 一种彩色滤光片的制作方法及模板
CN102707360B (zh) 2012-04-01 2014-05-28 京东方科技集团股份有限公司 一种彩色滤光片的制作方法、彩色滤光片及显示装置
CN102707361B (zh) * 2012-06-06 2014-03-05 中国科学院半导体研究所 双层光学滤色结构
US9324966B2 (en) 2013-03-15 2016-04-26 E I Du Pont De Nemours And Company Thin-film transparent conductive structure and devices made therewith
KR102259048B1 (ko) * 2014-11-20 2021-06-03 삼성디스플레이 주식회사 컬러 필터 일체형 편광자 및 이의 제조방법
CN105552096A (zh) * 2015-12-30 2016-05-04 东南大学—无锡集成电路技术研究所 一种像素内部金属层实施等离子体滤色的图像传感器芯片
CN105572955A (zh) * 2016-02-24 2016-05-11 京东方科技集团股份有限公司 阵列基板及其制作方法、显示面板、触控面板
KR102568789B1 (ko) 2016-03-10 2023-08-21 삼성전자주식회사 무기 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이, 상기 컬러 필터 어레이를 포함하는 이미지 센서 및 디스플레이 장치
EP3482239A4 (en) * 2016-07-07 2020-03-04 Bar-Ilan University MICRO SIZE PLASMONIC COLOR SORTING DEVICE
CN106441565B (zh) * 2016-09-09 2019-11-12 扬中市恒海电子科技有限公司 一种集成式带通滤波器及其制造方法和光谱仪
US11092815B2 (en) * 2016-09-15 2021-08-17 Magna International Inc. Metasurface lens assembly for chromatic separation
CN106547144B (zh) * 2017-02-03 2019-11-01 京东方科技集团股份有限公司 彩膜基板和显示面板
CN110945344B (zh) * 2017-06-01 2023-09-12 港大科桥有限公司 具有梯度纳米结构的传感器及其使用方法
CN107359180B (zh) * 2017-07-07 2020-05-22 京东方科技集团股份有限公司 一种显示装置和显示装置的制作方法
KR102353472B1 (ko) * 2017-09-07 2022-01-19 엘지디스플레이 주식회사 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법
CN107894625A (zh) * 2017-09-29 2018-04-10 扬中市恒海电子科技有限公司 一种集成式红外带通滤波器及其制造方法和光谱仪
EP3537189A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-11 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Collimator filter
CN108520892B (zh) * 2018-05-09 2021-01-05 京东方科技集团股份有限公司 显示面板及其制造方法、显示装置
US10962822B2 (en) * 2018-06-06 2021-03-30 Viavi Solutions Inc. Liquid-crystal selectable bandpass filter
CN108882585A (zh) * 2018-07-12 2018-11-23 信利光电股份有限公司 一种盖板及其制备方法
KR102129945B1 (ko) * 2018-11-29 2020-07-03 주식회사 알엠케이 광 투과율 가변 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치용 컬러필터 및 스마트 윈도우
CN109901253B (zh) * 2019-03-22 2020-06-09 江南大学 一种表面等离子体滤波器
CN110058341A (zh) * 2019-04-23 2019-07-26 Oppo广东移动通信有限公司 一种彩色滤波片和cis制备方法
CN110082950B (zh) * 2019-05-23 2020-12-25 京东方科技集团股份有限公司 彩膜基板及其制备方法和显示面板
CN110596950A (zh) * 2019-10-29 2019-12-20 京东方科技集团股份有限公司 一种量子点彩色滤光层及其制作方法、显示面板及装置
CN112802827B (zh) * 2019-11-14 2024-03-01 华为技术有限公司 像素结构和图像传感器
US20210405255A1 (en) * 2020-06-30 2021-12-30 Imagia Llc Optical metalenses
CN112462462A (zh) * 2020-11-23 2021-03-09 安徽熙泰智能科技有限公司 一种亚波长介质光栅滤光片、液晶显示设备及其制备方法

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5451980A (en) * 1993-10-19 1995-09-19 The University Of Toledo Liquid crystal flat panel color display with surface plasmon scattering
US5570139A (en) * 1994-05-13 1996-10-29 Wang; Yu Surface plasmon high efficiency HDTV projector
US5991000A (en) * 1996-06-13 1999-11-23 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Cavity uniformity having patterned spaces of aluminum oxide or silicon dioxide
US5986808A (en) * 1996-10-11 1999-11-16 California Institute Of Technology Surface-plasmon-wave-coupled tunable filter
US5973316A (en) * 1997-07-08 1999-10-26 Nec Research Institute, Inc. Sub-wavelength aperture arrays with enhanced light transmission
US6297907B1 (en) * 1997-09-02 2001-10-02 California Institute Of Technology Devices based on surface plasmon interference filters
US6122091A (en) * 1997-10-14 2000-09-19 California Institute Of Technology Transmissive surface plasmon light valve
US6097456A (en) * 1998-08-12 2000-08-01 California Institute Of Technology Efficient color display using low-absorption in-pixel color filters
US6040936A (en) * 1998-10-08 2000-03-21 Nec Research Institute, Inc. Optical transmission control apparatus utilizing metal films perforated with subwavelength-diameter holes
US6236033B1 (en) * 1998-12-09 2001-05-22 Nec Research Institute, Inc. Enhanced optical transmission apparatus utilizing metal films having apertures and periodic surface topography
US6285020B1 (en) * 1999-11-05 2001-09-04 Nec Research Institute, Inc. Enhanced optical transmission apparatus with improved inter-surface coupling
US6441298B1 (en) * 2000-08-15 2002-08-27 Nec Research Institute, Inc Surface-plasmon enhanced photovoltaic device
GB0028589D0 (en) 2000-11-23 2001-01-10 Univ Southampton Optical devices and methods
US7248297B2 (en) * 2001-11-30 2007-07-24 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Integrated color pixel (ICP)
JP3932944B2 (ja) * 2002-03-27 2007-06-20 日本電気株式会社 光学素子およびそれを用いた光ヘッド
US7420156B2 (en) * 2003-08-06 2008-09-02 University Of Pittsburgh Metal nanowire based bandpass filter arrays in the optical frequency range
US7110154B2 (en) * 2004-06-10 2006-09-19 Clemson University Plasmon-photon coupled optical devices
JP4815888B2 (ja) * 2005-06-17 2011-11-16 富士ゼロックス株式会社 表示媒体および表示素子、並びに表示方法
US7417219B2 (en) * 2005-09-20 2008-08-26 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Effect of the plasmonic dispersion relation on the transmission properties of subwavelength holes
KR20080003086A (ko) * 2006-06-30 2008-01-07 엘지.필립스 엘시디 주식회사 액정표시장치의 컬러필터기판 및 그 제조방법
KR100888479B1 (ko) * 2007-07-25 2009-03-12 삼성전자주식회사 표면 플라즈몬 디스플레이 소자
US20090034055A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Gibson Gary A Plasmon-based color tunable devices
KR101452257B1 (ko) * 2007-10-01 2014-10-24 시게이트 테크놀로지 엘엘씨 표면 플라즈몬을 이용한 나노 패터닝 방법, 이를 이용한나노 임프린트용 마스터 및 이산 트랙 자기기록매체의제조방법
US20090091644A1 (en) * 2007-10-05 2009-04-09 Mackey Jeffrey L Metallic nanostructure color filter array and method of making the same
KR20090113516A (ko) * 2008-04-28 2009-11-02 엘지디스플레이 주식회사 반사투과형 액정표시장치
JP4995231B2 (ja) 2008-05-30 2012-08-08 キヤノン株式会社 光学フィルタ
US8045107B2 (en) * 2009-11-06 2011-10-25 Sharp Laboratories Of America, Inc. Color-tunable plasmonic device with a partially modulated refractive index

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170031845A (ko) * 2015-09-11 2017-03-22 재단법인대구경북과학기술원 구조색 칼라 필터를 이용한 색 가변 광학 셔터 장치
CN106125196A (zh) * 2016-08-12 2016-11-16 中国空间技术研究院 一种芯片上可集成的多通道滤波分波器
CN106125196B (zh) * 2016-08-12 2019-04-09 中国空间技术研究院 一种芯片上可集成的多通道滤波分波器
US11249339B2 (en) 2018-07-24 2022-02-15 Lg Display Co., Ltd. Display device having a mirror function
KR20200054771A (ko) * 2018-11-12 2020-05-20 한국과학기술원 메타포토닉 적층 금속점 색 필터
US12050327B2 (en) 2019-06-04 2024-07-30 Applied Materials, Inc. Imaging system and method of manufacturing a metalens array
WO2022020098A1 (en) * 2020-07-20 2022-01-27 Applied Materials, Inc. Integrated conductive apertures for optical devices
US11982824B2 (en) 2020-07-20 2024-05-14 Applied Materials, Inc. Integrated conductive apertures for optical devices

Also Published As

Publication number Publication date
US8330904B2 (en) 2012-12-11
CN102103224B (zh) 2014-08-13
KR101313654B1 (ko) 2013-10-02
CN102103224A (zh) 2011-06-22
US20110149214A1 (en) 2011-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101313654B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법
KR101274591B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법
KR101272052B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법
US8496841B2 (en) Nano patterning method and methods for fabricating surface plasmon color filter and liquid crystal display device using the same
KR101640818B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치
KR101338117B1 (ko) 액정표시장치 및 그 제조방법
KR101640814B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치
US8379171B2 (en) Fringe field switching mode liquid crystal display device and method for fabricating the same
KR101658537B1 (ko) 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법
JP2005308871A (ja) 干渉カラーフィルター
KR101622184B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법
KR101649700B1 (ko) 대면적 패터닝을 위한 마스터 몰드 제조방법 및 이를 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법
KR101658532B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법
KR102590010B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 액정표시장치
KR20120054414A (ko) 반사형 액정표시장치 및 그 제조방법
KR101622181B1 (ko) 마이크로 셔터 표시장치 및 그 제조방법
KR20110047002A (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법
KR20110046172A (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160816

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170816

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180816

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190814

Year of fee payment: 7