KR20110083361A - 반사형 컬러 필터 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20110083361A
KR20110083361A KR1020100003548A KR20100003548A KR20110083361A KR 20110083361 A KR20110083361 A KR 20110083361A KR 1020100003548 A KR1020100003548 A KR 1020100003548A KR 20100003548 A KR20100003548 A KR 20100003548A KR 20110083361 A KR20110083361 A KR 20110083361A
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color filter
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조은형
올레그 프루드니코브
손진승
김해성
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삼성전자주식회사
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Abstract

반사형 컬러 필터 및 이를 포함하는 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 반사형 컬러 필터는 투명기판, 상기 투명기판 상에 형성된 복수의 광 결정 패턴을 포함하는 광 결정층 및 상기 투명기판을 사이에 두고 상기 광결정 패턴과 마주하는 광 에너지 변환소자를 포함한다. 반사형 디스플레이 장치는 입사광에 대한 투과율이 전기적으로 제어되는 액정층, 상기 액정층을 화상 정보에 따라 구동하는 복수의 박막 트랜지스터를 구비하는 TFT-어레이층 및 상기 액정층을 통해 입사된 광 중 포토닉 밴드갭에 해당하는 파장 대역의 광을 반사시키는 상기 반사형 컬러 필터를 포함한다.

Description

반사형 컬러 필터 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{Reflective type color filter and display device comprising the same}
개시된 일 실시예는 광 에너지 변환소자가 부착된 반사형 컬러 필터와 이를 이용하여 사용 중 충전이 가능한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
휴대폰, PMP, UMPC 등 모바일 디스플레이 기기는 실내뿐만 아니라, 강의실, 자동차, 바닷가, 스키장 등 태양광이 매우 강한 장소에서도 이용된다. 그러므로 휴대폰, PMP, UMPC 등과 같은 모바일 디스플레이 기기는 주변 밝기에 무관하게 디스플레이의 시인성을 확보하는 것이 필요할 수 있다. 또한 밝은 환경에서 주변광이 디스플레이의 표면에서 반사되어 눈에 들어오기 때문에 콘트라스트가 저하될 수 있다. 아울러 디스플레이 표면에서 반사된 빛과 패널에서 나온 빛이 섞일 수 있는데, 이것은 디스플레이의 색 순도를 떨어뜨리는 한 원인이 될 수 있다. 모바일 디스플레이를 장시간 활용하기 위한 패널의 소비전력 감소를 고려하면, 밝은 환경에서 주변광을 광원으로 이용하는 반사형 디스플레이가 해결책이 될 수 있다.
최근에는 반사형 디스플레이의 컬러 필터로 구조색(structural color)을 기반으로 하는 광 결정형 컬러 필터(photonic crystal type color filter)가 연구되고 있다. 광 결정형 컬러필터는 빛의 파장보다 작은 크기의 나노 구조를 이용하여 외부에서 입사되는 빛의 반사 또는 흡수를 제어함으로써 원하는 색상의 빛은 반사(또는 투과)시키고 다른 색상의 빛은 투과(또는 반사)시킨다. 이러한 광 결정형 컬러필터는 나노 사이즈의 단위 블록들(unit blocks)이 일정한 간격으로 주기적으로 배열되는 구조를 가지고 있다. 광 결정형 컬러필터는 그 광학적 특성이 나노 구조의 크기 및 주기에 의하여 결정된다. 따라서 광 결정형 컬러필터를 특정 파장에 적합한 구조로 제작함으로써 파장 선택성이 우수하고, 컬러 밴드폭(color bandwidth) 조절이 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 광 에너지 변환소자가 부착된 반사형 컬러 필터를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 이러한 반사형 컬러필터를 이용하여 사용 중 충전이 가능한 반사형 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 필터는 투명기판과, 상기 투명기판 상에 형성된 복수의 광 결정 패턴을 포함하는 광 결정층 및 상기 투명기판을 사이에 두고 상기 광결정 패턴과 마주하는 광 에너지 변환소자를 포함한다.
상기 투명 기판과 상기 광 결정층 사이에 배리어 층이 더 구비될 수 있다.
상기 광 결정층은 상대적으로 고 굴절률을 갖는 광결정 패턴 및 상기 광결정 패턴을 커버하는 상대적으로 저 굴절률을 갖는 저굴절률층을 포함할 수 있다.
상기 복수의 광결정 패턴들 각각은 섬(island) 형상이며, 상기 복수의 광결정 패턴들은 적색광, 녹색광 및 청색광 각각에 대응하는 서로 다른 크기의 패턴 영역으로 이루어 질 수 있다.
상기 광결정 패턴은 상기 적색광, 녹색광 및 청색광 각각에 대응하는 서로 다른 크기의 광결정 패턴 영역이 스트라이프형, 모자이크형 또는 델타형으로 배열되어 이루어질 수 있다.
상기 광결정 패턴 상부에 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(Si3N4)의 광 컷오프층이 더 구비될 수 있다.
상기 광 에너지 변환소자는 태양전지일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 디스플레이 장치는 입사광에 대한 투과율이 전기적으로 제어되는 액정층과, 상기 액정층을 화상 정보에 따라 구동하는 복수의 박막 트랜지스터를 구비하는 TFT-어레이층 및 상기 액정층을 통해 입사된 광 중 포토닉 밴드갭에 해당하는 파장 대역의 광을 반사시키는 것으로 반사형 컬러 필터를 포함하고, 상기 반사형 컬러 필터는 투명기판과, 상기 투명기판 상에 형성된 복수의 광 결정 패턴을 포함하는 광 결정층 및 상기 투명기판을 사이에 두고 상기 광결정 패턴과 마주하는 광 에너지 변환소자를 포함한다.
상기 액정층 상부에 입사광 유닛이 더 구비될 수 있다. 이때, 상기 입사광 유닛은 발광 다이오드(LED)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러 필터 및 디스플레이 장치에 따르면, 사용 중에도 특정 파장 대역의 반사광은 디스플레이 용도로 이용하고, 나머지 투과광은 하부에 위치한 광 에너지 변환소자에 의해 에너지로 변환되어 디스플레이 장치의 구동전력으로 활용함으로써 디스플레이 장치의 활용시간을 배가시킬 수 있다. 또한 별도의 입사광 발생 장치를 구비하여 주변 광에 상관 없이 디스플레이의 시인성을 높일 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학 필터의 개략적인 구조를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 광학 필터에 대한 단면도이다.
도 3은 광결정 컬러필터의 반사면과 투과면에서 반사 및 투과 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 4 및 도 5는 각각 투과 파장 대역의 광과 반사 파장 대역의 광을 광결정 컬러필터에 입사시켰을 때, 반사면과 투과면에서의 시간응답을 보여주는 그래프들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 컬러 필터의 개략적인 구조를 나타낸 단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6의 반사형 컬러 필터에 구비된 복수의 광결정 유닛의 배치 구조에 대한 다양한 실시예들을 나타낸 평면도들이다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 의한 디스플레이 장치의 개략적인 구조를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반사형 컬러필터 및 디스플레이 장치를 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 명세서 전체에서 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용한다. 그리고 실질적으로 동일한 구성요소들에 대해서는 최초 소개되는 구성요소를 제외한 나머지에 대해서는 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다. 도 2는 도 1의 컬러 필터에 대한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 컬러 필터(100)는 투명 기판(130), 투명 기판(130) 위에 형성된 배리어 층(150), 배리어 층(150) 위에 형성된 광 결정층(160) 및 투명 기판(130)의 하부에 형성된 광 에너지 변환소자인 태양전지(110)를 포함한다. 백색광이 광 결정층(160)으로 입사되면 특정 공진 파장을 중심으로 일정한 파장 대역의 광은 반사되고, 나머지 광은 그대로 투과된다. 상기 투과된 광은 태양전지(110)의 광 에너지원으로 활용된다.
광 결정층(160)은 주기적인 굴절률 분포에 의해 포토닉 밴드갭(photonic bandgap)에 해당하는 파장 대역의 광을 반사시키도록 마련된다. 광 결정층(160)은 상대적으로 고 굴절률을 갖고 주기적으로 배열된 광 결정패턴(162), 상대적으로 저 굴절률을 갖는 저 굴절률층(166) 및 광 결정패턴(162) 위에 형성된 광 컷오프층(cut-off layer)(164)을 포함한다. 각각의 광 결정패턴(162)은 섬(island) 패턴이다. 광 결정층(160)에서 복수의 광 결정패턴(162)은 소정의 배열, 예를 들면 격자 배열을 이룬다.
도 1에서 광 결정패턴(162)은 직육면체 형상으로 도시되어 있다. 그러나 광 결정패턴(162)은 원 기둥 또는 다각형 기둥(Pillar) 형상일 수 있고, 기타 다른 형상일 수도 있다.
광 결정패턴(162)은 저 굴절률층(166)에 비해 큰 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들면, 광 결정패턴(162)의 굴절률과 저 굴절률층(166)의 굴절률의 실수부 성분의 차는 2이상이 될 수 있다. 또한, 광 결정패턴(162)의 굴절률과 저 굴절률층(166)의 굴절률의 허수부 성분은 가시광 파장 대역에서 0.1이하가 될 수 있다. 굴절률의 허수부 성분이 크면 반사율이 낮아진다. 따라서 광 결정패턴(162)과 저 굴절률층(166)으로 굴절률의 허수부 성분값이 작은 물질을 사용할 수 있다. 광 결정패턴(162)의 물질로 단결정 실리콘, 폴리 실리콘(Poly Si), AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP 및 ZnGeP2 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 그리고 저 굴절률층(166)의 물질로 Air, PC, PS, PMMA, Si3N4 및 SiO2 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 저 굴절률층(166)은 광 결정패턴(162)으로 이루어진 어레이(array)를 지지하는 지지층이 될 수 있다. 저 굴절률층(166)은 광 결정패턴(162) 사이의 영역과 광 결정패턴(162)의 상부를 전체적으로 덮도록 마련될 수 있다. 달리 말하면, 저 굴절률층(166)은 광 결정패턴(162)으로 이루어진 상기 어레이를 덮도록 마련될 수 있다.
이와 같은 저 굴절률층(166)을 갖는 구조는, 예를 들어 비정질 실리콘으로 광 결정패턴(162)을 형성한 후, 비정질 실리콘으로 형성된 광 결정패턴(162)을 단결정 실리콘 또는 폴리 실리콘으로 결정화하는 단계에서 각 광 결정패턴(162)의 손상을 방지하기 위해 선택될 수 있다.
광 컷오프층(164)은 컬러 필터(100)의 컷-오프(cut-off) 특성을 개선하는 역할을 할 수 있다. 광 컷오프층(164)은 실리콘 산화물(SiO2)층 또는 실리콘 질화물(Si3N4)층일 수 있다. 투명기판(130)은 도파관(waveguide) 역할을 하도록 마련될 수 있다. 광 결정층(160)의 결정 구조에 의해 입사광 중 특정 파장의 광만 반사되고, 나머지 광은 투과되어 투명기판(130)에 갇히게 된다. 투명기판(130)은 글래스(glass) 기판일 수 있다. 배리어층(150)은 투명기판(130)과 광 결정층(160) 사이에 마련될 수 있다.
결정화 공정 중에 투명기판(130) 내부의 불순물이 광 결정층(160)의 광 결정패턴(162)에 포함될 수 있다. 이렇게 되면, 광 결정패턴(162)의 결정순도가 저하될 수 있다. 예컨대, 광 결정패턴(162)이 실리콘 물질인 경우, 실리콘의 결정 순도가 저하될 수 있다. 배리어층(150)으로 인해 상기 결정화 공정에서 광 결정패턴(162)의 결정 순도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
배리어층(150)은 투명기판(130)의 굴절률과 유사한 굴절률을 갖는 물질층일 수 있다. 배리어층(150)의 재질과 저 굴절률층(166)의 재질은 동일할 수 있다.
태양전지(110)의 구조는 통상의 n형 및 p형 실리콘 박막 태양전지와 동일할 수 있다. 컬러필터(100)가 반사형 디스플레이에 적용되는 경우, 컬러필터(100)에 입사되는 입사광 중에서 일부는 디스플레이의 색 구현을 위한 반사광으로 사용된다. 그리고 상기 입사광의 나머지의 대부분은 투명 기판(130), 배리어 층(150) 및 광 결정층(160)을 투과한다. 이러한 투과광은 태양전지(110)의 에너지 원으로 사용될 수 있다. 상기 투과광을 이용하여 태양전지(110)는 추가로 구동전류를 생산할 수 있다.
도 3은 광결정 컬러필터의 반사면과 투과면에서의 반사 및 투과 스펙트럼을 보여주는 그래프이다. 도 3에서 제1 그래프(G1)는 투과면에서의 반사 및 투과 스펙트럼을 보여주고, 제2 그래프(G2)는 반사면에서의 반사 및 투과 스펙트럼을 보여준다.
도 3을 참조하면, 모든 주파수 성분을 포함하는 광을 광 결정 컬러필터에 입사시킬 때, Green 파장 대역의 광은 광 결정 컬러필터에서 반사가 되고, 나머지 파장 대역의 광들은 광 결정 컬러필터를 투과한다.
따라서 Green 파장 대역의 반사광은 Green색 구현에 사용될 수 있고, 나머지 파장 대역의 광들(418.1nm의 중심 Peak을 갖는 광과 600nm 이상 파장 대역의 광)은 태양전지의 충전에 사용될 수 있음을 알 수 있다. Blue 및 Red 광 결정 컬러필터의 경우에도 동일한 메커니즘으로 파장 대역 별로 반사 및 투과 특성을 보여준다.
도 4와 도 5는 각각 투과 파장 대역의 광과 반사 파장 대역의 광을 광 결정 컬러필터에 입사시켰을 때, 광 결정 컬러필터의 반사면과 투과면에서의 시간응답을 보여주는 그래프이다. 도 4 및 도 5에서 제1 그래프(G11, G12)는 투과면에서의 시간응답을 보여주고, 제2 그래프(G21, G22)는 반사면에서의 시간응답을 보여준다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 투과 파장 대역의 광(418.1nm 및 593.5nm)이 입사될 때, 투과영역에서의 시간응답이 반사영역에서의 시간응답에 비해 상대적으로 크다. 이러한 결과는 입사광의 대부분이 투과되는 것을 설명해 준다.
반대로, 반사 파장 대역의 광(476.6nm 및 546.1nm)이 입사될 때, 반사영역에서의 시간응답이 투과영역에서의 시간응답에 비해 상대적으로 크다. 이러한 결과는 입사광의 대부분이 반사되는 것을 설명해준다.
이상 설명한 광학 필터(100)는 주기적인 굴절률 분포를 형성하는 광 결정(photonic cystal) 구조에 의해 특정 파장 대역의 광을 반사시킨다. 이때, 밴드대역과 폭은 광 결정패턴(162)으로 이루어지는 어레이의 형상, 광 결정패턴(162)의 주기에 의해 정해진다. 광 결정패턴(162)으로 이루어지는 어레이의 형상과 광 결정패턴(162)의 주기는 어렵지 않게 적절히 선택할 수 있다. 또한, 광학 필터(100)는 필터링 성능이 우수하여 다양한 기술분야에 적용될 수 있다. 예를 들면, 광학 필터(100)는 태양전지, QD-LED, OLED에 적용될 수 있고, 또한 이하에서 기술하는 바와 같이 디스플레이 장치의 컬러 필터로 적용될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 컬러 필터를 보여준다.
도 6을 참조하면, 반사형 컬러 필터(200)는 투명 기판(230), 투명 기판(230) 위에 형성된 배리어층(250), 배리어층(250) 위에 형성된 소정 파장 대역의 광을 반사시키는 복수의 광결정 유닛(270, 280, 290) 및 투명 기판(230) 하부에 형성된 광 에너지 변환소자인 태양전지(210)를 포함한다. 태양전지(210)은 투명 기판(230) 밑면에 부착될 수 있다. 배리어층(250) 위의 영역은 복수의 화소 영역(PA1, PA2, PA3)으로 이루어진다. 제1 화소 영역(PA1)에 입사광(L) 중 적색광(LR)을 반사시키는 적색 광결정 유닛(270)이 마련될 수 있다. 제2 화소 영역(PA2)에 녹색광(LG)을 반사시키는 녹색 광결정 유닛(280)이 마련될 수 있다. 제3 화소 영역(PA3)에 청색광(LB)을 반사시키는 청색 광결정 유닛(290)이 마련될 수 있다. 각 화소 영역에 마련되는 광 결정유닛은 이와 다를 수도 있다. 예컨대, 제1 화소 영역(PA1)에 청색광 결정 유닛(290)이 마련될 수 있고, 제3 화소 영역(PA3)에 적색광 결정 유닛(270)이 마련될 수도 있다. 적색광 결정 유닛(270)은 상대적으로 고굴절률을 갖는 광 결정 패턴(272)과 상대적으로 저굴절률을 갖는 저 굴절률층(276)을 포함한다. 이때, 광 결정패턴(272)과 저 굴절률층(276)은 주기적으로 배열되어 있다. 그리고 녹색광 결정 유닛(280)은 상대적으로 고굴절률을 갖는 광결정 패턴(282)과 상대적으로 저굴절률을 갖는 저 굴절률층(286)을 포함한다. 이때, 광결정 패턴(282)과 저 굴절률층(286)은 주기적으로 배열되어 있다. 또한, 청색광 결정 유닛(290)은 상대적으로 고굴절률을 갖는 광결정 패턴(292)과 상대적으로 저굴절률을 갖는 저 굴절률층(296)을 포함한다. 이때, 광결정 패턴(292)과 저 굴절률층(296)은 주기적으로 배열되어 있다. 광결정 패턴(272, 282, 292) 위에는 각각 광 컷오프층(274, 284, 294)이 형성되어 있다. 광결정 패턴(272, 282, 292)은 섬(island) 형상의 패턴들을 형성하고 있다. 광결정 패턴(272, 282, 292), 저 굴절률층(276, 286, 296) 및 광 컷오프층(274, 284, 294)의 재질은 각각 도 1의 광 결정 패턴(162), 저 굴절률층(166) 및 광 컷오프층(164)에 채용되는 재질들 중에서 선택될 수 있다. 광결정 패턴(272, 282, 292)의 재질은 같거나 다를 수 있다. 그리고 저 굴절률층(276, 286, 296)의 재질은 같거나 다를 수 있다. 또한, 광 컷오프층(274, 284, 294)의 재질도 같거나 다를 수 있다. 광결정 패턴(272, 282, 292)이 형성하는 패턴 형상 및 주기는 각각 적색, 녹색, 청색에 해당하는 포토닉 밴드갭을 갖도록 서로 다르게 정해질 수 있다.
태양전지(210)는 색 구현을 위해서 반사된 광을 제외한, 투명 기판(230)을 투과하여 입사되는 광을 흡수한다. 즉, 적색 광결정 유닛(270), 녹색 광결정 유닛(280), 청색 광결정 유닛(290) 각각에서 반사되지 않은 광은 투명 기판(230)을 통과하여 태양전지(210)에 도달되어 에너지로 전환된다.
도 6에는 기본 화소를 이루는 세 개의 광결정 유닛(270, 280, 290)만 도시하였지만, 반사형 컬러필터(200)는 기본 화소를 이루는 복수의 광결정 유닛(270, 280, 290)이 반복 배치된 구조를 갖는다.
도 7a 내지 도 7c는 도 6의 반사형 컬러 필터(200)의 복수의 광결정 유닛(270, 280, 290)의 배치 구조에 대한 다양한 실시예들을 보여준다.
도 7a를 참조하면, 복수의 적색 광결정 유닛(270)은 스트라이프 형태(stripe type)로 배치되어 있다. 곧, 복수의 적색 광결정 유닛(270)은 주어진 방향으로 줄을 맞추어 배열되어 있다. 복수의 녹색 광결정 유닛(280) 및 복수의 청색 광결정 유닛(290)도 각각 스트라이프 형태로 배치되어 있다. 복수의 녹색 광결정 유닛(280) 및 복수의 청색 광결정 유닛(290)의 배치 방향은 복수의 적색 광결정 유닛(270)과 같을 수 있다.
도 7b를 참조하면, 복수의 적색 광결정 유닛(270), 녹색 광결정 유닛(280) 및 청색 광결정 유닛(290)은 모자이크 형태로 배치되어 있다. 이러한 배치에서 적색 광결정 유닛(270), 녹색 광결정 유닛(280) 및 청색 광결정 유닛(290) 중 선택된 어느 하나의 광 결정 유닛은 나머지 광 결정 유닛으로 둘러싸인다.
도 7c을 참조하면, 복수의 적색, 녹색 및 청색 광결정 유닛들(270)(280)(290)은 적색 광결정 유닛(270), 녹색 광결정 유닛(280) 및 청색 광결정 유닛(290)의 중심을 연결한 형태가 델타(Δ) 형태가 되도록 이 배치되어 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 디스플레이 장치를 보여준다.
도 8을 참조하면, 디스플레이 장치(300)는 입사광에 대한 투과율이 전기적으로 제어되는 액정층(330), 액정층(330)을 통해 입사된 광 중 포토닉 밴드갭에 해당하는 파장 대역의 광을 반사시키는 태양전지(210)가 포함된 반사형 컬러 필터(400), 액정층(330)을 화상 정보에 따라 구동하는 복수의 박막 트랜지스터(312)를 구비하는 TFT-어레이층(310)을 포함한다. 반사형 컬러 필터(400)는 도 3의 반사형 컬러 필터(200)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 그러므로 반사형 컬러 필터(400)에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
TFT-어레이층(310)은 복수의 박막 트랜지스터(312)와 복수의 화소전극(314)을 포함한다. 제1 내지 제3 화소영역들(PA1, PA2, PA3)은 각각 박막 트랜지스터(312)를 포함하고, 광결정 유닛들(270, 280, 290) 중 하나를 포함한다. 각 화소영역(PA1, PA2, PA3)에서 박막 트랜지스터(312)는 광결정 유닛에 인접해 있다. 박막 트랜지스터(312)와 광결정 유닛(270, 280, 290)은 동일 기판 상에 형성되어 있다.
액정층(330)에 입사되는 입사광에 대한 액정층(330)의 투과율은 액정층(330)에 대한 전기적 제어에 따라 달라진다. 액정층(330)은 2개의 투명기판(230, 360) 사이에 마련된다. 액정층(330)의 상부 및 하부에 각각 배향층(340, 320)이 마련된다. 액정층(330)으로 널리 알려진 다양한 종류의 액정이 채용될 수 있다. 예를 들어, TN(twisted nematic) 액정, MTN(mixed-mode TN) 액정, PDLC(polymer dispersed liquid crystal), HZ(Heilmeier-Zanoni) 액정, CK(Cole-Kashnow) 액정 등이 채용될 수 있다.
투명 기판(360)의 액정층(330)과 마주하는 일면에 투명 전극(350)이 마련되어 있다. 곧, 투명전극(350)은 투명 기판(360)과 액정층(330) 사이에 마련되어 있다. 투명 기판(360)의 상기 일면과 마주하는 다른 일면에, 예컨대 투명 기판(360)의 상부면에 편광판(370)이 마련되어 있다. 액정층(330)의 종류 및 구동 모드에 따라 편광판(370)은 필요하지 않을 수도 있다. 반대로, 편광축이 편광판(370)의 편광축과 수직인 편광판이나 1/4 파장판이 더 마련될 수도 있다.
반사형 디스플레이 장치(300)의 경우 주변 광을 이용한다. 그러므로 어두운 환경에서 반사형 디스플레이 장치(300)의 휘도는 크게 떨어질 수 있다. 이에 따라 액정층(330) 상부에 인위적으로 주변 광 역할을 할 수 있는 별도의 입사광 유닛(380)을 구비할 수 있다. 입사광 유닛(380)은 복수의 발광 다이오드들(LED)이 어레이를 이루는 구조일 수 있다. 입사광 유닛(380)으로 인해 어두운 환경에서 반사형 디스플레이 장치(300)의 시인성이 높아질 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 디스플레이 장치(300)에서 반사형 컬러필터(200)의 광결정 유닛(270, 280, 290)과 박막 트랜지스터(312)는 동일 기판에 형성되어 있다. 따라서 반사형 컬러필터(200)와 TFT-어레이층(310)을 동일한 공정 단계에서 제조할 수 있다. 이와 같이 광결정 유닛(270, 280, 290)과 박막 트랜지스터(312)가 동일 기판에 형성된 구조는 컬러 필터가 상부 기판에 마련되고 TFT 어레이가 하부 기판에 마련되는 일반적인 액정 디스플레이 장치에 비해 제조상 여러 이점이 있다. 예를 들면, 일반적인 액정 디스플레이 장치의 경우, 컬러필터와 TFT 어레이를 따로 제작하여 접합할 때, 화소 단위로 줄을 맞추어 접합하여야 하는데, 이 과정에서 얼라인 에러(alignment error)가 발생할 수 있다.
반면, 본 발명의 일 실시예의 경우, 동일한 기판 위에 컬러필터와 TFT 어레이가 구비되므로 얼라인 에러를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 박막 트랜지스터(312)와 광결정 유닛(270, 280, 290)이 동일 기판 상에 형성된 것으로 설명하였다. 그러나 이러한 설명은 박막 트랜지스터(312)와 광결정 유닛(270, 280, 290)을 동일 기판 상에 형성된 것으로 한정하기 위함이 아니다. 설명한 바와 다르게, 반사형 컬러 필터(200)와 TFT-어레이층(310)은 별개의 층으로 형성될 수도 있다.
첨부된 도면을 참조하여 상술한 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100...컬러 필터 110, 210...태양전지
130, 230, 360, 460...투명기판 150, 250, 450...배리어층
160... 광 결정층 270, 280, 290...광결정 유닛
162, 272, 282, 292...광결정 패턴
164, 274, 284, 294, 464...광 컷오프층
166, 276, 286, 296...저 굴절율층 200...반사형 컬러 필터
300...디스플레이 장치 310...TFT-어레이층
312...박막 트랜지스터 314...화소 전극
320, 340...배향층 330...액정층
350...투명 전극 370...편광판
380...입사광 유닛

Claims (13)

  1. 투명기판;
    상기 투명기판 상에 형성된 복수의 광결정 패턴을 포함하는 광 결정층; 및
    상기 투명기판을 사이에 두고 상기 광결정 패턴과 마주하는 광 에너지 변환소자를 포함하는 반사형 컬러 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 기판과 상기 광 결정층 사이에 배리어 층이 더 구비된 반사형 컬러 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광결정 패턴은 상대적으로 고굴절률을 갖고,
    상기 광 결정층은 상기 광결정 패턴을 커버하는, 상대적으로 저굴절률을 갖는 저굴절률층을 더 포함하는 반사형 컬러 필터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광결정 패턴의 재질은 단결정 Si, Poly Si, AlSb, AlAs, AlGaAs, AlGaInP, BP 및 ZnGeP2 중 어느 하나인 반사형 컬러 필터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 저굴절률층의 재질은 Air, PC, PS, PMMA, Si3N4 및 SiO2 중 어느 하나인 반사형 컬러 필터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광결정 패턴들 각각은 섬(island) 형상이며, 상기 복수의 광결정 패턴들은 적색광, 녹색광 및 청색광 각각에 대응하는 서로 다른 크기의 패턴 영역을 갖는 반사형 컬러 필터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적색광, 녹색광 및 청색광 각각에 대응하는 서로 다른 크기의 광결정 패턴영역은 스트라이프형, 모자이크형 또는 델타형으로 배열되어 이루어진 반사형 컬러 필터.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 광결정 패턴 상부에 광 컷오프층이 더 구비된 반사형 컬러 필터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광 컷오프층은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(Si3N4)으로 이루어진 반사형 컬러 필터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 에너지 변환소자는 태양전지인 반사형 컬러 필터.
  11. 입사광에 대한 투과율이 전기적으로 제어되는 액정층;
    상기 액정층을 화상 정보에 따라 구동하는 복수의 박막 트랜지스터를 구비하는 TFT-어레이층; 및
    상기 액정층을 통해 입사된 광 중 포토닉 밴드갭에 해당하는 파장 대역의 광을 반사시키는, 청구항 1의 반사형 컬러 필터;를 포함하는 반사형 디스플레이 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 액정층 상부에 입사광 유닛이 더 구비된 반사형 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 입사광 유닛은 발광 다이오드(LED)인 반사형 디스플레이 장치.
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