KR20110075539A

KR20110075539A - 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법

Info

Publication number: KR20110075539A
Application number: KR1020090132018A
Authority: KR
Inventors: 윤민성
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-07-06
Also published as: KR101658537B1

Abstract

본 발명의 나노 패터닝(nano patterning)을 이용한 표면 플라즈몬(surface plasmon) 컬러필터의 제조방법은 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 표면 플라즈몬 컬러필터를 제조하는데 있어, 국부적인 대전 영역을 제공하는 스탬프(stamp)와 주형(template)인 자기조립 가능한 나노구를 이용함으로써 대면적화가 가능하면서 공정을 단순화시키는 것과 동시에 제조비용을 절감하기 위한 것으로, 볼록부를 가지는 스탬프 표면에 대전성이 있는 고분자막을 형성하는 단계; 상기 고분자막이 형성된 스탬프를 소정의 기판 표면에 접촉시킨 후, 상기 스탬프의 금속층과 상기 기판 사이에 전압을 인가하는 단계; 상기 기판으로부터 상기 스탬프를 분리하여 상기 기판 위에 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 대전영역을 갖는 잔류 고분자막을 전사하는 단계; 상기 대전영역의 성분과 반대 전하인 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 나노구를 상기 기판 표면에 도포하는 단계; 상기 나노구를 에칭하여 소정의 크기를 갖는 나노구 패턴을 형성하는 단계; 상기 나노구 패턴을 포함하는 기판 전면에 소정의 도전막을 증착하는 단계; 상기 나노구 패턴과 상기 나노구 패턴 상부의 도전막을 제거하는 단계; 및 상기 나노구 패턴 하부에 남아있는 잔류 고분자막 패턴을 제거하여 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 도전막으로 이루어진 금속막 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴이 형성됨에 따라 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법은 상기 나노구를 에칭한 후, 그 위에 도전막을 증착하여 상기 나노구 사이의 공간에 표면 플라즈몬의 금속막을 형성하도록 함으로써 홀의 크기를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

나노 패터닝, 표면 플라즈몬 컬러필터, 스탬프, 자기조립, 나노구

Description

나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법{METHOD OF FABRICATING SURFACE PLASMON COLOR FILTER USING NANO PATTERNING}

본 발명은 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 파장의 빛만을 선택 투과시키는 투과막 패턴을 갖는 3차원 패턴 구조의 컬러필터를 제조하기 위한 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 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) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.

상기 액정표시장치의 제조공정은 기본적으로 다수의 마스크공정(즉, 포토리소그래피(photolithography)공정)을 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(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 복잡하다는 단점이 있다.

한편, 현재 높은 집적도를 갖는 나노 패터닝 기술로는 광 또는 입자 빔을 이용하는 포토리소그래피(photolithography), 전자빔 리소그래피(electron beam lithography) 및 레이저 간섭 리소그래피(Laser Interference lithography) 등이 있다. 이러한 리소그래피공정은 빛의 조사 여부에 따라 감응하는 화학 물질인 포토레지스트를 이용하고 식각(etching) 기술을 동반하여 패턴을 형성하게 된다.

그런데, 종래의 리소그래피 기술들은 장치나 공정에서 기술 비용이 크고, 복잡한 공정을 포함하므로 시간 소모가 크다. 또한, UV 파장대에서 포토레지스트로 이용되는 고분자 소재 및 장비 개발은 한계에 도달하고 있으며, 특히 전자빔 리소그래피는 공정시간이 오래 걸리는 순차적인 쓰기 방법을 사용하는 고가의 공정 기술이다.

이에 반하여 빛이나 큰 에너지의 입자를 사용하지 않는 유연한 고분자 스탬프에 유기물을 묻혀 반복적으로 패턴이나 구조물을 제조하는 나노 임프린트 (nano-imprint) 기술이 개발되고 있다. 이러한 나노 임프린트의 핵심은 우선 나노 스케일의 구조를 갖는 스탬프를 전자빔 리소그래피 방법으로 제작하고, 이 스탬프를 고분자 박막에 인쇄하여 나노 스케일의 구조를 전사한 후, 이를 반복적으로 사용함으로써 전자빔 리소그래피의 생산성 문제를 극복하고 하는 것이다. 나아가 작은 면적의 스탬프를 제작하여 웨이퍼의 일부분에 임프린트 공정을 수행한 후, 동일한 스탬프의 위치를 이동시켜서 반복 작업을 수행하는 스텝 반복(step-and-repeat) 방식의 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

그런데, 상기 스탬프의 크기는 한번에 인쇄할 수 있는 패턴 면적을 결정하기 때문에 나노 임프린트의 생산성을 결정하는 중요한 요소이다. 또한, 고밀도의 나노 패턴을 갖는 큰 면적의 스탬프를 전자빔 리소그래피로 제작하는 것은 고비용이 발생되는 문제가 있다. 따라서, 스텝 반복 임프린트 방식은 주어진 기판 크기의 스탬프를 이용하여 순차적으로 반복 인쇄하는 방법이기 때문에 한번에 전 면적을 인쇄하는 종래의 방식에 비해 시간당 생산량이 떨어지는 문제를 가진다. 즉, 현재의 기술로 제작 가능한 주형 스탬프나 마스터 몰드의 크기는 최대 10인치 이하로 대면적화에 한계를 가지고 있으며, 마스터 몰드는 종래의 전자빔 리소그래피 방법을 사용하여 패턴을 형성하기 때문에 마스터 몰드의 제작비용이 고가이다. 또한, 순차적인 반복 인쇄 방식을 채용하기 때문에 패턴 면적이 커질수록 시간당 생산량이 떨어지는 문제를 가진다.

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 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 투과막 패턴의 홀 배열을 변경함으로써 개구율을 개선시킨 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 공정 단순화 및 제조비용 저감 효과를 갖는 대면적화가 가능한 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법은 볼록부를 가지는 스탬프 표면에 대전성이 있는 고분자막을 형성하는 단계; 상기 고분자막이 형성된 스탬프를 소정의 기판 표면에 접촉시킨 후, 상기 스탬프의 금속층과 상기 기판 사이에 전압을 인가하는 단계; 상기 기판으로부터 상기 스탬프를 분리하여 상기 기판 위에 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 대전영역을 갖는 잔류 고분자막을 전사하는 단계; 상기 대전영역의 성분과 반대 전하인 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 나노구를 상기 기판 표면에 도포하는 단계; 상기 나노구를 에칭하여 소정의 크기를 갖는 나노구 패턴을 형성하는 단계; 상기 나노구 패턴을 포함하는 기판 전면에 소정의 도전막을 증착하는 단계; 상기 나노구 패턴과 상기 나노구 패턴 상부의 도전막을 제거하는 단계; 및 상기 나노구 패턴 하부에 남아있는 잔류 고분자막 패턴을 제거하여 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 도전막으로 이루어진 금속막 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴이 형성됨에 따라 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 고분자막은 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetaacrylate; PMMA) 등으로 이루어진 고분자 물질 중에서 선택되는 1종으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 나노구의 도포는 노즐을 이용하며, 상기 나노구의 에칭은 반응성 이온 에칭 또는 산소 플라즈마 에칭을 이용하는 것을 특징으로 한다.

상기 나노구 패턴과 상기 도전막은 용매를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기 스탬프의 볼록부는 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 스탬프는 유리기판 위에 볼록부를 가진 금속층으로 이루어진 것을 특징 으로 한다.

상기 기판이 비전도성 기판일 경우에는 상기 기판 하부에 전도성 기판을 위치시켜 상기 스탬프의 금속층과 전도성 기판 사이에 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.

상기 기판이 비전도성 기판일 경우에는 스퍼터링 챔버 내부에 상기 기판을 삽입한 후 상기 스탬프의 금속층과 기판 지지대 사이에 전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.

상기 잔류 고분자막은 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 나노구는 실리콘(Si), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 및 폴리스티렌 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 적, 녹 및 청색에 해당하는 각각의 서브-컬러필터에 대응하여 각각 다른 크기를 가진 나노구를 도포하는 것을 특징으로 한다.

상기 기판 표면 도포된 나노구는 전기적인 인력에 의해서 상기 잔류 고분자막의 대전영역 상에 국부적으로 모여 자기조립된 단층 콜리이드 막(self assembled colloidal monolayer)을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 잔류 고분자막의 대전영역 상에 국부적으로 모여 자기조립된 상기 나노구는 2차원 평면상에서 삼각형 격자 형태로 배열하는 것을 특징으로 한다.

상기 나노구의 크기를 줄여 상기 홀의 크기와 실질적으로 동일하게 만드는 한편, 상기 홀들 사이의 간격은 일정하게 유지되면서 홀 자체의 크기를 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 에칭을 통해 상기 나노구 패턴에 의해 가려진 일부 고분자막을 제외한 노출된 고분자막을 제거하여 상기 나노구 패턴과 동일한 형태로 패터닝된 잔류 고분자막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 투과막 패턴은 상기 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 가지는 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.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 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 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 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.

본 발명에 따른 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법은 국부적인 대전 영역을 제공하는 스탬프와 주형인 자기조립 가능한 나노미터 크기의 구형 고분자를 이용함으로써 대면적화가 가능하면서 공정을 단순화시키는 동시에 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 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 된 다. 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

여기서,

은 금속의 유전 상수이고,

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.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 사각형 격자 구조의 컬러필 터를 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 격자 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

인 반면에, 삼각형 격자의 단위 셀 당 개구/비개구 면적 비는

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 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

이때, 도면에는 설명의 편의를 위해 좌측으로부터 적, 녹 및 청색에 해당하는 서브-컬러필터로 구성되는 하나의 화소에 대한 컬러필터를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 삼원색 이상의 다원색을 구현하는 경우에도 적용할 수 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250)는 금속막(252)에 행과 열 방향으로 일정한 주기를 가진 파장이하의 다수개의 홀로 이루어진 투과막 패턴(253)이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시킴에 따라 원하는 컬러를 구현하게 된다.

이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러필터(250)는 투과막 패턴(253)을 구성하는 홀의 주기적인 배열이 삼각형 격자 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 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 컬러필터(250)의 구현이 가능하다. 또한, 동일한 금속막(252)에서 투과막 패턴(253)의 격자 주기를 변경시킴으로써 투과광의 중심 피크 파장을 조절할 수 있기 때문에 컬러필터(250)의 색 제어가 용이한 이점이 있다.

그리고, 상기 투과막 패턴(253)은 게이트라인과 데이터라인 및 박막 트랜지스터가 위치하는 영역을 제외한 화소영역 내에 형성되게 되며, 상기 투과막 패턴(253)을 구성하는 홀의 횡단면 모양은 도시된 원형 이외에 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(252)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(252)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.

상기의 구조로 형성된 컬러필터(250)에서 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

로 설계할 수 있다. 또한, 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 주기와 크기는 각각 394nm 및 197nm정도로 하고, 550nm의 중심 피크 파장을 가지는 녹색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 주기와 크기는 각각 333nm 및 167nm정도로 할 수 있으며, 450nm의 중심 피크 파장을 가지는 청색의 빛이 투과되기 위해서는 홀의 주기와 크기는 각각 272nm 및 136nm정도로 할 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.

한편, 상기와 같은 나노미터 크기의 홀을 포함하는 표면 플라즈몬 컬러필터를 제조하기 위해서는 본 발명에 따른 나노 패터닝 방법이 이용될 수 있는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 7a 내지 도 7k는 상기 도 6에 도시된 표면 플라즈몬 컬러필터의 A-A'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.

또한, 도 8a 내지 도 8g는 상기 도 6에 도시된 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도이다.

이때, 설명의 편의상 적, 녹 및 청색에 해당하는 서브-컬러필터로 구성되는 하나의 화소에 대한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법을 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 볼록부를 가지는 스탬프(205) 표면에 대전성이 있는 고분자막(230)을 형성한다.

이때, 상기 고분자막(230)은 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane PDMS;) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetaacrylate; PMMA) 등으로 이루어진 고분자 물질 중에서 선택되는 1종으로 형성된다.

또한, 상기 스탬프(205)의 볼록부는 동일 또는 다양한 크기를 갖도록 할 수 있으며, 원하는 패턴 형상에 따라 변형이 가능하다. 특히, 본 발명의 경우에는 상 기 스탬프(205)의 볼록부는 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상을 가질 수 있다.

이때, 예를 들어 상기 스탬프(205)는 유리기판 위에 볼록부를 가진 금속층으로 이루어질 수 있으며, 이 경우에는 유리기판 전면에 플라즈마화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD) 방법, 저압화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD) 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 금속층을 형성하게 된다.

이후, 상기 금속층의 전면에 감광성 물질인 포토레지스트를 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 도포하게 된다. 이때, 상기 포토레지스트는 포지티브 타입 포토레지스트 또는 네거티브 타입 포토레지스트를 사용할 수 있다.

상기 포토레지스트가 도포된 상기 유리기판 상에 광 차단부와 광 투과부를 구비한 마스크를 위치시킨 후, 상기 마스크를 통해 하부 포토레지스트에 자외선을 조사하게 된다. 이때, 상기 마스크의 광 투과부로 상기 자외선이 통과되면, 포지티브 타입의 포토레지스트를 사용하는 경우에는 현상공정을 통해 상기 마스크의 광 투과부와 대응된 부분의 포토레지스트를 제거함으로써 상기 마스크의 광 차단부와 대응된 부분에 포토레지스트 패턴이 형성되게 된다.

이후, 상기 금속층 상에 형성된 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 건식각(dry etching)을 통해 상기 금속층을 선택적으로 식각함으로써 소정의 볼록부를 갖는 금속층을 형성하게 된다. 이때, 상기 볼록부는 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상을 가지게 된다.

이어서, 상기 볼록부를 갖는 금속층 상에 액상의 PMMA 또는 PDMS를 스핀 코팅, 슬릿 코팅(slit coating), 스프레이 증착 방법 중 선택되는 어느 하나의 방법으로 도포하여 고분자 물질층을 형성한 후, 빛이나 열을 이용하여 경화함으로써 상기 볼록부를 갖는 금속층 표면에 고분자막(230)을 형성하게 된다.

다음으로, 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 고분자막(230)이 형성된 스탬프(205)를 소정의 기판(210) 표면에 접촉시킨 후, 상기 스탬프(205)의 금속층과 상기 기판(210)에 외부 전압을 인가한다.

이때, 상기 기판(210)은 전도성 기판이어야 하나, 상기 기판(210)이 비전도성 기판일 경우에는 상기 기판(210) 하부에 전도성 기판을 위치시켜 상기 스탬프(205)의 금속층과 전도성 기판에 외부 전압을 인가하거나 스퍼터링 챔버 내부에 상기 기판(210)을 삽입한 후 상기 스탬프(205)의 금속층과 기판 지지대에 전압을 인가함으로써 소정의 대전영역을 형성할 수 있다.

다음으로, 도 7d 및 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 기판(210)으로부터 스탬프(205)를 이격, 탈착 하게 되면 상기 기판(210) 위에 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 대전영역을 갖는 잔류 고분자막(230')이 전사되게 된다.

이때, 상기 잔류 고분자막(230')은 상기 스탬프(205)의 볼록부와 실질적으로 동일한 형상인 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상을 가지게 된다.

이후, 도 7e와 도 7f 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 대전영역의 성분과 반대 전하인 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 나노구(245)를 노즐(240)을 이용 하여 상기 기판(210) 표면에 도포한다.

이때, 프린터 토너 방식을 이용할 수 있으며, 상기 나노구(245)는 실리콘(Si), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 및 폴리스티렌 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 나노구(245)는 상기 적, 녹 및 청색에 해당하는 각각의 서브-컬러필터에 대응하여 각각 다른 크기를 가진 나노구(245)를 이용하여 도포되게 된다.

그리고, 상기 기판(210) 표면 도포된 나노구(245)는 전기적인 인력에 의해서 상기 잔류 고분자막(230')의 대전영역 상에 국부적으로 모여 자기조립된 단층 콜리이드 막(self assembled colloidal monolayer)을 형성하게 된다.

이때, 상기 잔류 고분자막(230')의 대전영역 상에 국부적으로 모여 자기조립된 상기 나노구(245)는 2차원 평면상에서 전술한 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬 컬러필터의 홀 배열과 실질적으로 동일한 삼각형 격자 형태로 배열될 수 있다.

이후, 도 7g 및 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 나노구의 크기를 줄여 상기 홀의 크기와 실질적으로 동일하게 만들기 위해 반응성 이온 에칭(Reactive Ion Etching; RIE) 또는 산소 플라즈마 에칭을 적용하여 크기가 줄어든 나노구 패턴(245')을 형성한다.

이때, 상기 나노구의 에칭이 필요한 이유는 홀들 사이의 간격은 일정하게 유지되면서 홀 자체의 크기를 조절하기 위한 것이다.

그리고, 상기 에칭을 통해 상기 나노구 패턴(245')에 의해 가려진 일부 고분 자막을 제외한 노출된 고분자막이 제거되어 상기 나노구 패턴(245')과 실질적으로 동일한 형태로 패터닝된 잔류 고분자막 패턴(230")이 형성되게 된다.

이후, 도 7h 및 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 나노구 패턴(245')을 포함하는 기판(210) 전면에 소정의 도전막(220)을 증착한다. 이때, 상기 도전막(220)은 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 금속막과 실질적으로 동일한 두께로 형성하되, 상기 잔류 고분자막 패턴(230")과 나노구 패턴(245')의 총 두께보다 낮은 두께로 형성할 수 있다.

이때, 상기 도전막(220)의 재료는 가시광선의 전 영역에서 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있는 알루미늄을 채용하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 도전막(220)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.

다음으로, 도 7i 및 도 8e에 도시된 바와 같이, 용매(solvent)를 사용하여 상기 나노구 패턴을 완전히 제거하게 된다. 이때, 상기 나노구 패턴 상부의 도전막은 상기 나노구 패턴의 제거와 동시에 제거되게 된다.

이후, 도 7j 및 도 8f에 도시된 바와 같이, 산소 플라즈마 에칭 등의 방법으로 상기 나노구 패턴 하부에 남아있는 잔류 고분자막 패턴을 제거하게 되면, 상기 도전막으로 이루어진 금속막(252) 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴(253)이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 표면 플라즈몬 컬러필터(250)가 형성되게 된다.

다음으로, 도 7k 및 도 8g에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 구성된 투과막 패턴(253)을 포함하는 표면 플라즈몬 컬러필터(250) 상부에 상기 기판(210)의 굴절률과 동일하거나 실질적으로 동일한 유전체 물질을 증착하여 그 표면을 평탄화시키는 소정의 평탄화막(over coating layer)(206)을 형성한다.

상기 구조를 갖는 표면 플라즈몬 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.

이와 같이 본 발명에 따른 나노 패터닝 방법 및 이를 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법은 국부적인 대전 영역을 제공하는 스탬프와 주형인 자기조립 가능한 나노미터 크기의 구형 고분자를 이용함으로써 대면적화가 가능하면서 공정을 단순화시키는 동시에 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과를 제공한다.

한편, 표면 플라즈몬 컬러필터를 액정표시장치에 구현하는 방법은 상부 컬러필터 기판에 상기와 같이 제조된 표면 플라즈몬 컬러필터를 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.

이와 같이 형성된 컬러필터 기판은 컬럼 스페이서에 의해 일정한 셀갭이 유지된 상태에서 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트에 의해 어레이 기판과 대향하여 합착되게 되는데, 이때 상기 어레이 기판에는 종횡으로 배열되어 다수개의 화소영역을 정의하는 다수개의 게이트라인과 데이터라인, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터 및 상기 화소영역 위에 형성된 화소전극이 형성되어 있다.

이때, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인에 연결된 게이트전극, 상기 데이터라인에 연결된 소오스전극 및 상기 화소전극에 연결된 드레인전극으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극과 소오스/드레인전극 사이의 절연을 위한 제 1 절연막 및 상기 게이트전극에 공급되는 게이트전압에 의해 상기 소오스전극과 드레인전극 사이에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브층을 포함한다.

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 컬러필터는 셀 내부, 즉 박막 트랜지스터 어레이 하부에 위치시킬 수 있으며, 또는 셀 외부 즉, 어레이 기판의 외부 면에 형성하는 것도 가능하다.

이 경우 상부 컬러필터 기판에는 컬러필터와 블랙매트릭스를 제외한 공통전극이 형성될 수 있으며, 상기 어레이 기판에 형성된 표면 플라즈몬을 이용한 컬러 필터는 플로팅(floating)되거나 접지(ground)될 수 있다.

이와 같이 어레이 기판에 컬러필터를 형성할 경우 상부 컬러필터 기판과 하부 어레이 기판의 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 기판에 컬러필터를 형성하여 컬러필터 공정라인을 제거하는 경우 시설투자비와 건설비를 약 50%정도 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

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 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도.

도 7a 내지 도 7k는 상기 도 6에 도시된 표면 플라즈몬 컬러필터의 A-A'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.

도 8a 내지 도 8g는 상기 도 6에 도시된 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

205 : 스탬프 210 : 기판

220 : 도전막 230 : 대전막

230'~230'" : 대전막 패턴 240 : 노즐

245 : 나노구 245' : 나노구 패턴

250 : 컬러필터 252 : 금속막

253 : 투과막 패턴

Claims

볼록부를 가지는 스탬프 표면에 대전성이 있는 고분자막을 형성하는 단계;

상기 고분자막이 형성된 스탬프를 소정의 기판 표면에 접촉시킨 후, 상기 스탬프의 금속층과 상기 기판 사이에 전압을 인가하는 단계;

상기 기판으로부터 상기 스탬프를 분리하여 상기 기판 위에 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 대전영역을 갖는 잔류 고분자막을 전사하는 단계;

상기 대전영역의 성분과 반대 전하인 음(-)전하 또는 양(+)전하로 대전된 나노구를 상기 기판 표면에 도포하는 단계;

상기 나노구를 에칭하여 소정의 크기를 갖는 나노구 패턴을 형성하는 단계;

상기 나노구 패턴을 포함하는 기판 전면에 소정의 도전막을 증착하는 단계;

상기 나노구 패턴과 상기 나노구 패턴 상부의 도전막을 제거하는 단계; 및

상기 나노구 패턴 하부에 남아있는 잔류 고분자막 패턴을 제거하여 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 도전막으로 이루어진 금속막 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 홀들로 이루어진 투과막 패턴이 형성됨에 따라 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 고분자막은 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS) 또는 폴리메틸메타크릴레이 트(polymethylmetaacrylate; PMMA) 등으로 이루어진 고분자 물질 중에서 선택되는 1종으로 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 나노구의 도포는 노즐을 이용하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 나노구의 에칭은 반응성 이온 에칭 또는 산소 플라즈마 에칭을 이용하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 나노구 패턴과 상기 도전막은 용매를 사용하여 제거하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 스탬프의 볼록부는 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 스탬프는 유리기판 위에 볼록부를 가진 금속층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 기판이 비전도성 기판일 경우에는 상기 기판 하부에 전도성 기판을 위치시켜 상기 스탬프의 금속층과 전도성 기판 사이에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 기판이 비전도성 기판일 경우에는 스퍼터링 챔버 내부에 상기 기판을 삽입한 후 상기 스탬프의 금속층과 기판 지지대 사이에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 잔류 고분자막은 형성할 표면 플라즈몬 컬러필터의 적, 녹 및 청색의 서브-컬러필터에 대응하는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 나노구는 실리콘(Si), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 및 폴리스티렌 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 10 항에 있어서, 상기 적, 녹 및 청색에 해당하는 각각의 서브-컬러필터에 대응하여 각각 다른 크기를 가진 나노구를 도포하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 기판 표면 도포된 나노구는 전기적인 인력에 의해서 상기 잔류 고분자막의 대전영역 상에 국부적으로 모여 자기조립된 단층 콜리이드 막(self assembled colloidal monolayer)을 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 13 항에 있어서, 상기 잔류 고분자막의 대전영역 상에 국부적으로 모여 자기조립된 상기 나노구는 2차원 평면상에서 삼각형 격자 형태로 배열하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 나노구의 크기를 줄여 상기 홀의 크기와 실질적으로 동일하게 만드는 한편, 상기 홀들 사이의 간격은 일정하게 유지되면서 홀 자체의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 에칭을 통해 상기 나노구 패턴에 의해 가려진 일부 고분자막을 제외한 노출된 고분자막을 제거하여 상기 나노구 패턴과 동일한 형태로 패터닝된 잔류 고분자막 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 투과막 패턴은 상기 홀 주위에 6개의 최인접 홀이 위치하는 삼각형 격자 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 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 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 투과막 패턴의 홀의 크기는 50nm ~ 10㎛의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 홀의 주기는 50 ~ 500nm의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법.