KR20110120718A - 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치 - Google Patents

표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20110120718A
KR20110120718A KR1020100040262A KR20100040262A KR20110120718A KR 20110120718 A KR20110120718 A KR 20110120718A KR 1020100040262 A KR1020100040262 A KR 1020100040262A KR 20100040262 A KR20100040262 A KR 20100040262A KR 20110120718 A KR20110120718 A KR 20110120718A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
slit
color filter
light
liquid crystal
crystal display
Prior art date
Application number
KR1020100040262A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101640818B1 (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 KR1020100040262A priority Critical patent/KR101640818B1/ko
Publication of KR20110120718A publication Critical patent/KR20110120718A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101640818B1 publication Critical patent/KR101640818B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18—Manufacture of films or sheets
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

본 발명의 표면 플라즈몬(surface plasmon)을 이용한 편광 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 한편, 종횡비(aspect ratio)가 매우 큰 슬릿 형태의 홀을 적용하여 투과광을 선편광시킴으로써 편광자의 기능을 하기 위한 것으로, 금속막; 상기 금속막 내에 형성되며, 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀로 이루어진 투과막 패턴; 및 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 형성된 다수개의 슬릿 형태의 홈을 포함하며, 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 한편, 특정 방향으로 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 본 발명의 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법은 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 주기성을 가진 다수개의 슬릿 형태의 홈(groove)을 형성하여 매우 좁은 발산각을 갖는 빔 형태를 만들어 줌으로써 투과광의 중심 피크 파장의 시야각 의존성을 개선하고 투과율 및 집광성을 동시에 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본 발명의 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법은 백라이트 광원 아래에 1차원 격자 배열을 가지는 반사판을 설치하여 선택 투과되지 못한 특정 파장대역의 입사광을 적합한 컬러필터 영역으로 재반사시키거나 S편광 성분의 입사광을 P편광으로 변환하여 재입사시킴으로써 백라이트를 재활용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치{POLARIZING COLOR FILTER USING SURFACE PLASMON AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 파장의 빛만을 선택 투과시키는 슬릿 형태의 투과막 패턴을 갖는 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치에 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)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 빛은 흡수하여 소멸시키고 구현하고자 하는 색의 빛만 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 빛은 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.
특히, 상기의 컬러필터를 액정표시장치에 적용할 경우 높은 대조비(contrast ratio)를 얻기 위해 선편광된 빛을 사용하게 되는데, 무편광(無偏光)된 백라이트 광원으로부터 선편광된 빛을 만들기 위해 서로 수직으로 배열된 2개의 동종 선편광자가 사용되게 되어 입사광의 40%이상이 상기 편광자들의 배치에 의해 손실되게 된다. 즉, 액정표시장치는 기본적으로 자발광 소자가 아니기 때문에 별도의 광원인 백라이트 유닛을 필요로 한다. 이때, 인가되는 신호 전압에 따른 액정분자의 움직임으로 투과되는 광량이 조절되는데, 투과되는 빛이 간섭되거나 상쇄되지 않도록 디스플레이 소자 내에는 한 성분으로 선편광된 빛만 통과시키는 편광판이 반드시 필요하다. 이와 같이 편광판은 일 방향으로 편광된 빛은 투과시키고 다른 방향으로 편광된 빛은 흡수하게 되는데, 이때 무편광된 입사광의 약 45%가 흡수되기 때문에 액정표시장치의 휘도를 낮추는 문제점이 있어왔다.
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 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 중심 피크 파장의 시야각 의존성을 개선하고, 투과율 및 집광성을 향상시킨 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 컬러필터를 편광자로 사용하는 동시에 공통전극 또는 배면 ITO로 사용하거나 하부 어레이 기판에 스위칭소자와 함께 형성하도록 함으로써 공정을 단순화하는 한편, 투자비용을 감소시킨 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 백라이트 광원을 재활용할 수 있는 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터는 금속막; 상기 금속막 내에 형성되며, 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀로 이루어진 투과막 패턴; 및 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 형성된 다수개의 슬릿 형태의 홈을 포함하며, 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 한편, 특정 방향으로 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시장치는 제 1 기판 위에 형성되며, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되고 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 다수개의 슬릿 형태의 홈이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 한편, 특정 방향으로 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 편광 컬러필터; 상기 편광 컬러필터 위에 형성된 박막 트랜지스터; 상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 제 2 기판; 및 상기 제 2 기판의 외부 면에 부착된 편광판을 포함한다.
본 발명의 다른 액정표시장치는 제 1 기판의 외부 면에 형성되며, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되고 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 다수개의 슬릿 형태의 홈이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 한편, 특정 방향으로 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 편광 컬러필터; 상기 제 1 기판의 내부 면에 형성된 박막 트랜지스터; 상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 제 2 기판; 및 상기 제 2 기판의 외부 면에 부착된 편광판을 포함한다.
본 발명의 또 다른 액정표시장치는 제 1 기판 위에 형성된 박막 트랜지스터; 상기 제 1 기판의 외부 면에 부착된 편광판; 및 제 2 기판 위에 형성되며, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되고 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 다수개의 슬릿 형태의 홈이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 한편, 특정 방향으로 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 편광 컬러필터를 포함하며, 상기 제 1 기판은 상기 제 2 기판과 대향하여 합착되는 한편 상기 편광 컬러필터는 공통전극 또는 배면 ITO를 대신하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 다수개의 슬릿 형태의 홈은 주기성을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 슬릿 형태의 홀과 홈의 횡단면 모양은 종횡비가 2이상인 슬릿 형태를 가지는 것을 특징으로 한다.
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 한다.
상기 슬릿 형태의 홀들의 주기는 10nm ~ 1000nm의 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 투과막 패턴은 상기 홀들의 주기가 각각 다른 다수개의 영역으로 분할되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 슬릿 형태의 홈은 상기 금속막의 입사면 또는 출구면 쪽에 형성되거나, 입사면과 출구면 양쪽 모두에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 슬릿 형태의 홀 및 홈의 수는 각각 복수개인 것을 특징으로 한다.
상기 투과막 패턴은 게이트라인과 데이터라인 및 박막 트랜지스터가 위치하는 영역을 제외한 화소영역 내에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 슬릿 형태의 홈은 상기 화소영역들 간의 경계영역에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 편광 컬러필터는 슬릿의 장축과 평행하게 편광된 S편광 성분의 빛을 반사시키는 반면, 슬릿의 장축에 수직하게 선형 편광된 P편광 성분의 빛을 선택적으로 투과시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 기판과 제 2 기판이 합착된 액정표시패널 하부 측면에 위치하는 백라이트 광원 및 상기 액정표시패널 하부에 위치하여 상기 백라이트 광원에서 출사된 빛을 상기 액정표시패널 방향으로 안내하는 도광판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 도광판 하부에 설치되어 상기 편광 컬러필터에 선택 투과되지 못한 특정 파장대역의 입사광을 적합한 컬러필터 영역으로 재반사시키거나 S편광 성분의 입사광을 P편광으로 변환하여 재입사시키는 1차원 격자 배열을 가지는 반사판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반사판은 금속성 박막으로 만들어지거나, 상기 반사판의 표면층을 도전성 유전체 재료, 또는 알루미늄, 금, 은, 구리, 팔라듐 등과 같은 금속으로 코팅한 것을 특징으로 한다.
상기 반사판의 1차원 격자는 편광 변환을 위해 상기 편광 컬러필터의 슬릿의 장축 방향에 대해 45° ~ 50°를 최적 각도로 두며, 상기 편광 컬러필터의 슬릿의 장축 방향에 대해 47.5°를 중심으로 ±30°의 범위로 기울어진 것을 특징으로 한다.
상기 1차원 격자는 그 단면이 삼각형, 반원, 직사각형 및 사다리꼴 형태를 가지는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치는 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 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치는 상, 하부 기판의 정렬이 불필요하여 정렬 마진 확보를 위한 개구율 감소문제를 해결할 수 있는 한편, 패널의 투과효율이 기존대비 약 3배정도 증가함에 따라 백라이트에 대한 전력 소비가 감소하게 되는 효과를 제공한다. 또한, 상기 본 발명에 따른 액정표시장치는 백라이트 아래에 1차원 격자 배열을 가지는 반사판을 설치하여 백라이트 광원을 재활용함으로써 백라이트에 대한 전력 소비를 최소화할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치는 백라이트의 전력 소비가 감소함에 따라 다원색 화소를 구현할 수 있게 되어 고색재현의 화질을 얻을 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치는 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 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치는 상기 투과막 패턴의 다수개의 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 주기성을 가진 다수개의 슬릿 형태의 홈을 형성하여 ±3°의 좁은 발산각을 갖는 빔 형태를 만들어 줌으로써 투과광의 중심 피크 파장의 시야각 의존성을 개선하고 투과율 및 집광성을 향상시킬 수 있게 된다. 이때, 상기 홈의 개수를 조절함으로써 투과율 제어가 가능하고, 투과율 향상 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 투과광의 중심 피크 파장은 시야각 변화에 대해 독립적이기 때문에 본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터는 입사광의 수직 입사 조건, 즉 집광 광원을 사용하여야 하는 제한으로부터 자유로울 수 있다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치는 종횡비가 매우 큰 슬릿 형태의 홀을 적용하여 투과광을 선편광시킴으로써 컬러필터가 편광자의 기능을 함에 따라 기존의 편광판 하나를 제거할 수 있어 제조비용이 절감되는 동시에 디스플레이 장치의 두께를 슬림(slim)화 할 수 있는 효과를 제공한다.
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 4는 입사각에 따른 투과광의 중심 피크 파장의 변화를 나타내는 그래프.
도 5a 및 도 5b는 시야각 차이에 의한 홀들이 만드는 홀 간격의 변화를 보여주는 예시도.
도 6a 및 도 6b는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터의 출구면에서 빛을 집속시키는 개념과 발산시키는 개념을 보여주는 단면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도 및 일부 단면도.
도 8a 내지 도 8f는 공기에 노출된 알루미늄 금속막에 형성된 홈의 깊이 변화에 따른 표면 플라즈몬 공명의 세기의 특성을 나타내는 그래프.
도 9는 상기 도 8a 내지 도 8f의 결과로부터 얻어진 홈 깊이와 표면 플라즈몬 공명의 세기 사이의 관계를 보여주는 그래프.
도 10a 내지 도 10f는 홈의 수에 따른 표면 플라즈몬 공명의 세기를 나타내는 그래프.
도 11은 상기 도 10a 내지 도 10f에 도시된 홈의 수의 변화에 따른 0° 시야각에서 표면 플라즈몬 공명의 세기를 나타내는 그래프.
도 12a 내지 도 12f는 홈의 형성위치에 따른 표면 플라즈몬 공명의 세기를 나타내는 그래프.
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 다른 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 15는 상기 도 14에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 16a 내지 도 16g는 상기 도 14에 도시된 액정표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 17a 내지 도 17e는 상기 도 15에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도.
도 18은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 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 홀로 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 선택되어진 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 직경(d)과 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.
그리고, 순도가 높은 색을 구현하기 위해서, 도시된 바와 같이, 각각의 파장에 대응하는 금속막(152)의 두께를 다르게 조절할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
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 크기와 홀들 간의 간격, 인접 매질의 유전율, 그리고 금속막의 두께 등을 조절함으로써 원하는 파장의 빛을 투과시키는 것이 가능하게 되는데, 격자의 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 pat00001
여기서,
Figure pat00002
은 금속의 유전 상수이고,
Figure 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 원 크기, 즉 원의 지름은 50nm ~ 10㎛이고 원들이 만드는 주기는 50nm ~ 10㎛의 범위를 가질 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터는 투과광의 중심 피크 파장 대역의 폭 및 중심 피크 파장의 위치가 관측 각도에 크게 의존하게 된다.
도 4는 입사각에 따른 투과광의 중심 피크 파장의 변화를 나타내는 그래프로써, 입사각(θ)을 0 ~ 24°로 변화시키며 측정한 투과광의 투과세기를 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 투과광의 중심 피크 파장 대역의 폭 및 중심 피크 파장의 위치가 관측 각도에 크게 의존하는 것을 알 수 있으며, 시야각 또는 입사각에 따라 표면 플라즈몬 공명에 의한 투과광의 중심 피크 파장의 변화율은 8.3nm/°degree로 나타난다.
또한, 컬러필터에 수직으로 입사된 광의 투과율이 최대가 되고 입사각(θ)이 증가할수록 투과율은 빠르게 감소하는 것을 알 수 있다.
따라서, 좁은 각으로 입사시킬 수 있는 특수 광원을 사용하여야만 원하는 파장 대역의 컬러 구현이 가능하게 되는 문제점이 있다.
도 5a 및 도 5b는 시야각 차이에 의한 홀들이 만드는 홀 간격의 변화를 보여주는 예시도로써, 각각 정면 입사 및 θ의 각도로 입사한 경우의 홀 간격의 변화를 보여주고 있다.
도면을 참조하면, 이웃한 두 홀(H)들 사이의 간격을 P라고 할 때, 입사각 θ가 변함에 따라 유효 격자 주기는 Pⅹcosθ로 변하고, 각 홀(H)이 만드는 면적을 A라고 할 때, 유효 단면적은 Aⅹcosθ로 변하게 된다. 따라서, 입사각(θ)이 커짐에 따라 입사광이 통과할 수 있는 홀(H)의 유효 단면적이 감소하기 때문에 투과율 감소 현상이 나타난다. 또한, 시야각이 증가할수록 유효 격자 주기와 홀(H)의 직경 이 감소하기 때문에, 표면 플라즈몬 공명에 의한 투과광의 중심 피크 파장의 위치가 이동하게 된다.
이에 본 발명의 제 2 실시예는 전술한 투과율 상승 효과와 더불어 집광성(collimation)과 방향성이 우수한 빔 형태로 표면 방출되는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터를 제작하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예는 가로세로의 비, 즉 종횡비가 매우 큰 슬릿 형태의 홀을 적용하여 투과광을 선편광시킴으로써 편광자의 기능을 하도록 한 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터를 제작하는 것을 목적으로 하고 있다.
즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터는 상기 투과막 패턴의 홀에 종횡비가 매우 큰 슬릿 형태의 홀을 적용하여 투과광을 선편광시킴으로써 컬러필터가 편광자의 기능을 함에 따라 고가인 하부 편광판을 제거할 수 있게 된다. 그 결과 제조단가를 낮출 수 있는 한편, 디스플레이 장치의 두께를 슬림화 할 수 있게 된다.
이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터는 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 주기성을 가진 다수개의 슬릿 형태의 홈을 형성하여 ±3°이내의 좁은 발산각을 갖는 빔 형태를 만들어 줌으로써 투과광의 중심 피크 파장의 시야각 의존성을 개선하고 투과율 및 집광성을 향상시킬 수 있게 된다.
구체적으로 금속막의 입사면 쪽에 홈을 형성하게 되면, 슬릿 형태의 홀 주변에서 입사광의 깔때기(funneling)효과를 강화시켜 투과율을 더욱 높여주는 효과를 나타낼 수 있다. 금속막 표면에 추가적으로 형성된 주기적 홈에 의해 표면 플라즈몬 파들간의 보강 간섭 효과가 나타나기 때문에 투광광의 증폭 효과가 발생한다. 또한, 금속막의 출구면 쪽에 홈을 형성하게 되면, 금속막 표면에서 투과되는 빛을 집광시켜 빛의 발산을 억제하여 줌으로써 마이크로 렌즈 어레이(micro-lens array)와 같은 별도의 집광용 렌즈 어레이가 형성된 시트(sheet)를 삽입할 필요가 없게 된다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예가 제시한 구조는 시야각 또는 측정각의 변화에 따른 투과광의 중심 피크 파장의 의존성을 억제시키는 기능을 가지고 있다. 특히, 서브-화소(sub pixel) 사이의 경계영역으로 발산되는 광을 억제시킬 수 있어 투과광의 손실을 줄일 수 있는 이점을 가지고 있다. 또한, 이웃한 서브-화소 사이의 색 섞임 현상이 없기 때문에 블랙매트릭스와 같은 격벽 구조를 별도로 형성할 필요가 없으며, 화소 크기를 수백 나노미터 크기 수준까지 작게 만들 수 있는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6a 및 도 6b는 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터의 출구면에서 빛을 집속시키는 개념과 발산시키는 개념을 보여주는 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 금속막(152')의 출구면 쪽에 홈(h)을 형성하면, 방출되는 빛의 방향성 및 투과광의 형태를 결정할 수 있게 된다.
이때, 전술한 바와 같이 금속막(152')의 출구면 쪽에 홈(h)을 형성하게 되면, 금속막(152') 표면에서 투과되는 빛을 집광시켜 빛의 발산을 억제할 수 있게 된다. 또한, 도면에 도시하지는 않았지만, 금속막의 입사면 쪽에 홈을 형성하게 되면, 슬릿 형태의 홀 주변에서 입사광의 깔때기 효과를 강화시켜 투과율을 더욱 높여주는 효과를 나타낼 수 있다. 그리고, 금속막(152') 표면에 주기적인 홈(h)을 패터닝하는 방법으로 에칭, 밀링, 금속 증착 등이 있다.
구체적으로, 컬러필터(150')에 입사한 빛은 나노 크기의 홀(H) 영역을 표면 플라즈몬과 결합된 방식으로 투과되게 된다. 출구면 쪽에서 표면 방출광은 표면 플라즈몬으로부터 분리되어 금속막(152')의 영역을 벗어나게 된다. 이때, 방출 표면에 주기 P의 일정한 홈(h)들이 형성되어 있으면, 각 홈(h) 영역에서 표면 플라즈몬들이 유도되고, 이들로부터 분리되는 표면 방출광들은 서로 간섭을 일으킨다. 표면 플라즈몬에 의한 파수 벡터(wave vector)(ksp)가 격자 벡터(grating vector)(2π/P)보다 작게 되는 조건하에서, 방출되는 빛은 상기 도 6a처럼 두 빔이 수렴하는 형태로 진행하게 된다. 특히, 파수 벡터가 격자 벡터와 같게 되면, 투과광은 평행하게 집광된 빔의 형태로 발진하게 된다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터를 개략적으로 나타내는 평면도 및 일부 단면도로써, 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 주기성을 가진 다수개의 슬릿 형태의 홈이 형성된 경우를 예를 들어 나타내고 있다.
이때, 도면에는 설명의 편의를 위해 좌측으로부터 적, 녹색 및 청색에 해당하는 서브-컬러필터로 구성되는 하나의 화소에 대한 편광 컬러필터를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 삼원색 이상의 다원색을 구현하는 경우에도 적용할 수 있다.
또한, 도면에는 금속막의 출구면 쪽에 다수개의 슬릿 형태의 홈을 형성한 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 다수개의 슬릿 형태의 홈은 금속막의 입사면 쪽에 형성하거나 상기 금속막의 출구면과 입사면 양쪽 모두에 형성할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광 컬러필터(250)는 금속막(252)에 행 또는 열 방향으로 일정한 주기를 가진 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀(H)로 이루어진 투과막 패턴(253)이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시킴에 따라 원하는 컬러를 구현하게 된다.
이때, 상기 선택 투과되는 특정 파장의 빛은 상기 슬릿 형태의 홀(H)들 간의 주기에 의해 결정되며, 상기 슬릿 형태의 홀(H)들의 주기는 50nm ~ 1000nm의 범위를 가질 수 있다.
그리고, 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀(H)을 둘러싸는 영역에 주기성을 가진 다수개의 슬릿 형태의 홈(h)이 형성됨에 따라 투과광의 중심 피크 파장의 시야각 의존성을 개선하고 투과율 및 집광성을 향상시킬 수 있게 된다.
이때, 상기 투과막 패턴(253)은 게이트라인과 데이터라인 및 박막 트랜지스터가 위치하는 영역을 제외한 화소영역 내에 형성되게 되며, 상기 화소영역들 간의 경계영역에 슬릿 형태의 주기적인 홈(h) 패턴이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 투과막 패턴(253)을 구성하는 홀(H)의 횡단면 모양은 종횡비가 매우 큰 슬릿 형태를 가지는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 종횡비는 주어진 도형이 형성하는 장축의 길이와 단축의 길이의 비로 정의되며, 예를 들어 2이상의 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 홈(h)의 횡단면 모양은 상기 홀(H)의 횡단면 모양과 동일하게 종횡비가 매우 큰 슬릿 형태를 가지는 것을 특징으로 한다.
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.
그리고, 순도가 높은 색을 구현하기 위해서, 각각의 파장에 대응하는 금속막(252)의 두께를 다르게 조절할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 비관통 홈(h)들 주변에 주기성을 갖지 않는 형태의 다른 비관통 홈들이 형성될 수도 있다.
이와 같이 종횡비가 매우 큰 슬릿 형태의 홀(H)은 매우 강한 편광 특성을 가지게 되는데, 슬릿의 장축과 평행한 선편광을 가진 입사광이 만드는 투과율은 영이 되며, 슬릿의 장축에 수직된 선편광을 가진 입사광에 의해서 최대 투과율을 가진다. 따라서, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터(250)의 경우 상기 편광 컬러필터(250)에서 투과된 빛은 선편광 특성을 가지기 때문에 종래의 편광판을 제거할 수 있게 된다.
이때, 입사광의 투과율은 홀(H) 주변에 있는 비관통 홈(h)의 수에 비례하는데, 비관통 홈(h)이 홀(H)의 양쪽에 형성되는 것을 고려하여 약 5ⅹ2개 정도에서 포화된다. 또한, 절대 투과율은 관통 홀(H)의 수에 비례하고, 투과광의 피크 파장은 주기 P에 선형적으로 비례하며, 금속막(252)에 인접한 매질의 유전율에 의존한다.
도 8a 내지 도 8f는 공기에 노출된 알루미늄 금속막에 형성된 홈의 깊이 변화에 따른 표면 플라즈몬 공명의 세기(intensity)의 특성을 나타내는 그래프이다, 즉, 알루미늄으로 이루어진 금속막의 출구면 쪽에 홈이 형성된 편광 컬러필터에 있어 홈 깊이에 따른 표면 플라즈몬 공명의 세기를 시뮬레이션(simulation)한 결과를 나타내고 있다.
또한, 도 9는 상기 도 8a 내지 도 8f의 결과로부터 얻어진 홈 깊이와 표면 플라즈몬 공명의 세기 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.
이때, 상기 시뮬레이션에 사용된 편광 컬러필터의 슬릿 형태의 홀 및 홈은 각각 7개 및 4×2개의 개수로 40nm의 폭을 가지고, 상기 홈의 주기는 600nm인 경우를 예를 들고 있으며, 상기 도 8a, 도 8b, 도 8c, 도 8d, 도 8e 및 도 8f는 각각 홈의 깊이가 30nm, 50nm, 70nm, 90nm, 110nm 및 130nm인 경우의 표면 플라즈몬 공명의 세기를 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 알루미늄으로 이루어진 금속막의 출구면 쪽에 30nm ~ 130nm 깊이의 홈을 형성한 경우에 있어 표면 플라즈몬 공명의 세기는 홈의 깊이가 50nm인 경우에 투과율에서 최적화가 되는 것을 알 수 있다.
참고로, 상기 도 8a 내지 도 8f는 0°, 4°, 8° 및 12°의 다양한 관측 각도에서 측정한 투과율의 세기를 나타내고 있다.
도 10a 내지 도 10f는 홈의 수에 따른 표면 플라즈몬 공명의 세기를 나타내는 그래프로써, 알루미늄으로 이루어진 금속막 위에 유리기판의 굴절률과 유사한 유전체 물질이 증착된 편광 컬러필터에 있어 홈의 수에 따른 표면 플라즈몬 공명의 세기를 시뮬레이션한 결과를 나타내고 있다. 참고로, 상기 도 10a 내지 도 10f는 0°, 4°, 8° 및 12°의 다양한 관측 각도에서 측정한 투과율의 세기를 나타내고 있다.
또한, 도 11은 상기 도 10a 내지 도 10f에 도시된 홈의 수의 변화에 따른 0° 시야각에서 표면 플라즈몬 공명의 세기를 나타내는 그래프이다.
이때, 상기 시뮬레이션에 사용된 편광 컬러필터의 슬릿 형태의 홀과 홈은 40nm의 폭을 가지고, 상기 홈의 깊이 및 주기는 각각 50nm 및 600nm인 경우를 예를 들고 있으며, 상기 도 10a, 도 10b, 도 10c, 도 10d, 도 10e 및 도 10f는 홀의 수가 7개로 일정한 상태에서 각각 홈의 수가 1×2개, 2×2개, 3×2개, 4×2개, 5×2개 및 6×2개인 경우의 표면 플라즈몬 공명의 세기를 나타내고 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 알루미늄으로 이루어진 금속막의 출구면 쪽에 1×2개 ~ 6×2개의 홈을 형성한 경우에 있어 표면 플라즈몬 공명의 세기는 홈의 수가 증가할수록 표면 플라즈몬 효과에 의한 투과율도 증가하며, 도 11에 도시된 바와 같이 홈의 수가 3×2개 이상에서 투과율은 일정한 값으로 수렴하는 것을 알 수 있다.
도 12a 내지 도 12f는 홈의 형성위치에 따른 표면 플라즈몬 공명의 세기를 나타내는 그래프로써, 알루미늄으로 이루어진 금속막 위에 유리기판의 굴절률과 유사한 유전체 물질이 증착된 편광 컬러필터에 있어 홈의 형성위치에 따른 표면 플라즈몬 공명의 세기를 시뮬레이션한 결과를 나타내고 있다.
이때, 상기 시뮬레이션에 사용된 편광 컬러필터의 슬릿 형태의 홀 및 홈은 40nm의 폭을 가지고 각각 7개 및 5×2개로 일정하며, 상기 홈의 깊이 및 주기는 각각 60nm 및 600nm인 경우를 예를 들고 있으며, 상기 도 12a와 도 12b, 도 12c와 12d 및 도 12e와 도 12f는 각각 금속막의 출구면, 입사면 및 출구면과 입사면 양쪽 모두에 홈을 형성한 경우의 표면 플라즈몬 공명의 세기를 나타내고 있다.
또한, 상기 도 12a, 도 12c 및 도 12e는 입사광의 편광 방향이 슬릿의 장축에 수직한 방향인 P편광인 경우의 표면 플라즈몬 공명의 세기를 나타내고 있고, 상기 도 12b, 도 12d 및 도 12f는 입사광의 편광 방향이 슬릿의 장축에 평행한 방향인 S편광인 경우의 표면 플라즈몬 공명의 세기를 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 알루미늄으로 이루어진 금속막의 출구면 쪽에 홈을 형성한 경우에는 각각 대략 620nm 및 625nm의 파장에서 P편광 및 S편광의 투과율의 세기는 각각 4.87×10-11 및 2.12×10-15로 P편광, S편광으로 입사된 광에 대한 투과광의 세기 비(extinction ratio)는 약 2.29×104임을 알 수 있으며, 상기 금속막의 입사면 쪽에 홈을 형성한 경우에는 각각 대략 620nm 및 605nm의 파장에서 P편광 및 S편광의 투과율의 세기는 각각 1.06×10-10 및 3.74×10-15로 P편광, S편광으로 입사된 광에 대한 투과광의 세기 비는 약 2.83×104임을 알 수 있다
또한, 상기 금속막의 출구면과 입사면 양쪽 모두에 홈을 형성한 경우에는 각각 대략 620nm 및 605nm의 파장에서 P편광 및 S편광의 투과율의 세기는 각각 1.43×10-10 및 4.31×10-15로 P편광, S편광으로 입사된 광에 대한 투과광의 세기 비는 약 3.32×104(~ 30,000:1)임을 알 수 있다.
이와 같이 P편광, S편광으로 입사된 광에 대한 투과광의 세기 비는 금속막의 출구면과 입사면 양쪽 모두에 홈을 형성한 경우에 가장 크고, P편광을 가진 입사광에서 강한 표면 플라즈몬 공명 유도가 투과율을 증폭시키는 동시에 S편광을 가진 입사광에 대한 투과율을 강하게 억제하는 것을 알 수 있다.
이때, 금속막의 입사면 쪽에만 슬릿 형태의 홈을 형성하는 것으로도 충분히 투과율 향상 및 편광 컬러필터의 특성을 얻을 수 있다.
그리고, 주변에 슬릿 형태의 홈을 가진 슬릿 형태의 홈에서 나오는 방출광의 휘도 반치폭(Full Width at Half Maximum; FWHM)은 6° 이내로 투과광의 강한 집광성을 나타내고 있다.
또한, 시야각 변화(0° ~ 20°)에 대한 중심 피크 파장의 변화는 0.5nm/degree 이내로 시야각 의존성이 획기적으로 개선된 것을 알 수 있다. 참고로, 480nm 대역에서 방출되는 2차 피크를 억제시킴으로써 색순도를 개선할 수 있으며, 입사면 쪽에 홈을 형성한 경우에 있어 1차 피크와 2차 피크의 투과율 비는 1.74배에서 3.13배로 증가한 것을 알 수 있다.
상기의 구조로 형성된 편광 컬러필터에서 기판의 하부 쪽에서 빛이 입사되면, 상기 투과막 패턴의 격자 주기에 의해 결정되는 특정한 파장의 빛만이 상기 컬러필터를 투과하게 된다. 또한, 동일 금속막에서 상기 투과막 패턴의 주기가 다른 다수개의 영역들로 분할시킬 수 있으며, 각 분할된 영역에서 각기 다른 파장의 빛을 선택적으로 투과시킬 수 있다.
이와 같이 특정한 주기 및 폭을 갖는 다수개의 슬릿 형태의 홀로 이루어진 투과막 패턴을 금속막 내에 형성하여, 금속막에서 발생하는 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 컬러필터로 사용하고, 이를 액정표시장치에 적용함으로써 컬러를 구현하게 된다.
또한, 종횡비가 매우 큰 슬릿 형태의 홀을 적용하여 투과광을 선편광시킴으로써 컬러필터가 편광자의 기능을 함께 할 수 있게 된다.
이때, 기존의 컬러필터는 상부 컬러필터 기판에 형성되었으나, 본 발명에서 제안하는 표면 플라즈몬을 이용한 편광 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, 본 발명의 편광 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 13 및 도 14는 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 편광 컬러필터는 금속막에 행 또는 열 방향으로 일정한 주기를 가진 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시킴에 따라 원하는 컬러를 구현하게 된다.
특히, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광 컬러필터는 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 주기성을 가진 다수개의 슬릿 형태의 홈이 형성됨에 따라 투과광의 중심 피크 파장의 시야각 의존성을 개선하고 투과율 및 집광성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 도면에는 금속막의 입사면 쪽에 다수개의 슬릿 형태의 홈을 형성한 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 다수개의 슬릿 형태의 홈은 금속막의 출구면 쪽에 형성하거나 상기 금속막의 출구면과 입사면 양쪽 모두에 형성할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광 컬러필터는 투과막 패턴의 홀에 종횡비가 매우 큰 슬릿 형태의 홀을 적용하여 투과광을 선편광시킴으로써 컬러필터가 편광자의 기능을 함에 따라 고가인 상부 또는 하부 편광판을 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이러한 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터를 액정표시장치에 구현하는 방법은 도 13에 도시된 바와 같이, 상부 컬러필터 기판(205)에 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광 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 편광 컬러필터(250)는 금속막(252) 주변의 유전체 물질들 사이에 굴절률 맞춤 조건이 이루어 질 경우 색순도 및 투과율에 유리하기 때문에 유리기판 위에 편광 컬러필터(250)를 형성하는 경우 투과막 패턴(253)을 포함하는 금속막(252) 상부에 SiO2와 같은 상기 유리기판과 실질적으로 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 편광 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 편광 컬러필터(250)는 도 14에 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 편광 컬러필터(250)는 플로팅(floating)되거나 접지(ground)될 수 있다.
이와 같이 어레이 기판(210)에 편광 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 편광 컬러필터(250)를 형성하여 컬러필터 공정라인을 제거하는 경우 시설투자비와 건설비를 약 50%정도 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
특히, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터(250)는 편광자의 기능을 함에 따라 상부 편광판 또는 하부 편광판을 제거할 수 있게 되어 제조단가를 낮출 수 있는 한편, 디스플레이 장치의 두께를 슬림화 할 수 있게 된다.
참고로, 도면부호 201 및 211은 각각 상부 편광판 및 하부 편광판을 나타낸다.
이하, 예를 들어 상기와 같은 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터를 어레이 기판에 형성한 경우의 액정표시장치 구조 및 그 제조방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 15는 상기 도 14에 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 투과막 패턴의 구조, 즉 슬릿 형태의 홀의 폭 및 간격을 제외하고는 실질적으로 동일한 구성요소로 이루어져 있다.
또한, 상기 본 발명의 제 2 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 편광 컬러필터(250)가 위치하게 되는데, 상기 편광 컬러필터(250)는 소정의 금속막(252) 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀(H)로 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 편광 컬러필터(250)는 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀(H)을 둘러싸는 영역에 주기성을 가진 다수개의 슬릿 형태의 홈(h)이 형성됨에 따라 투과광의 중심 피크 파장의 시야각 의존성을 개선하고 투과율 및 집광성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투과막 패턴(253)을 구성하는 슬릿 형태의 홀(H)은 종횡비가 매우 큰 슬릿 형태를 적용하여 투과광을 선편광시킴으로써 상기 편광 컬러필터(250)가 편광자의 기능을 함에 따라 하부 편광판을 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속막(252)의 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 이루어질 수 있다.
그리고, 순도가 높은 색을 구현하기 위해서, 각각의 파장에 대응하는 금속막(252)의 두께를 다르게 조절할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 선택 투과되는 특정 파장의 빛은 상기 슬릿 형태의 홀(H)들 간의 주기에 의해 결정되며, 상기 슬릿 형태의 홀(H)들의 주기는 10nm ~ 1000nm의 범위를 가질 수 있다.
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 비관통 홈(h)들 주변에 주기성을 갖지 않는 형태의 다른 비관통 홈들이 형성될 수도 있다.
도 16a 내지 도 16g는 상기 도 14에 도시된 액정표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이며, 도 17a 내지 도 17e는 상기 도 15에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도이다.
도 16a 및 도 17a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(210) 위에 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터(250)를 형성한다.
이때, 상기 편광 컬러필터(250)는 소정의 금속막(252) 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀(H)로 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.
여기서, 상기 슬릿 형태의 홀(H)은 슬릿의 장축이 데이터라인(217)의 방향과 실질적으로 동일한 방향을 가지도록 형성된 경우를 예를 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 슬릿 형태의 홀(H)은 슬릿의 장축이 게이트라인(216)의 방향과 동일한 방향을 가지도록 형성될 수 있다.
특히, 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀(H)을 둘러싸는 영역에 주기성을 가진 다수개의 슬릿 형태의 홈(h)이 형성됨에 따라 투과광의 중심 피크 파장의 시야각 의존성을 개선하고 투과율 및 집광성을 향상시킬 수 있게 된다.
이때, 도면에는 금속막(252)의 입사면 쪽에 다수개의 슬릿 형태의 홈(h)을 형성한 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 다수개의 슬릿 형태의 홈(h)은 금속막(252)의 출구면 쪽에 형성하거나 상기 금속막(252)의 출구면과 입사면 양쪽 모두에 형성할 수 있다.
또한, 상기 투과막 패턴(253)을 구성하는 슬릿 형태의 홀(H)은 종횡비가 매우 큰 슬릿 형태를 적용하여 투과광을 선편광시킴으로써 상기 편광 컬러필터(250)가 편광자의 기능을 함에 따라 하부 편광판을 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 종횡비가 매우 큰 슬릿 형태의 홀(H)은 매우 강한 편광 특성을 가지게 되는데, 슬릿의 장축과 평행한 선편광을 가진 입사광이 만드는 투과율은 영이 되며, 슬릿의 장축에 수직된 선편광을 가진 입사광에 의해서 최대 투과율을 가진다. 따라서, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터(250)의 경우 상기 편광 컬러필터(250)에서 투과된 빛은 선편광 특성을 가지기 때문에 종래의 편광판을 제거할 수 있게 된다.
이때, 입사광의 투과율은 홀(H) 주변에 있는 비관통 홈(h)의 수에 비례하는데, 비관통 홈(h)이 홀(H)의 양쪽에 형성되는 것을 고려할 때 약 5ⅹ2개 정도에서 포화된다. 또한, 절대 투과율은 관통 홀(H)의 수에 비례하고, 투과광의 피크 파장은 주기 P에 선형적으로 비례하며, 금속막(252)에 인접한 매질의 유전율에 의존한다.
이때, 상기 금속막(252)의 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 이루어질 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, 순도가 높은 색을 구현하기 위해서, 각각의 파장에 대응하는 금속막(252)의 두께를 다르게 조절할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 선택 투과되는 특정 파장의 빛은 상기 슬릿 형태의 홀(H)들 간의 주기에 의해 결정되며, 상기 슬릿 형태의 홀(H)들의 주기는 10nm ~ 1000nm의 범위를 가질 수 있다.
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 비관통 홈(h)들 주변에 주기성을 갖지 않는 형태의 다른 비관통 홈들이 형성될 수도 있다.
이후, 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.
이때, 상기 유전체 물질은 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀(H) 및 홈(h) 내부에 채워질 수 있다.
상기 구조를 갖는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 편광 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 16b 및 도 17b에 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 16c 및 도 17c에 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 이루어지며 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 16d 및 도 17d에 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 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene; BCB)과 같은 유기절연막으로 이루어질 수도 있다.
다음으로, 도 16e 및 도 17e에 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 16f에 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.
그리고, 도 16g에 도시된 바와 같이, 상기 합착된 컬러필터 기판(205)의 외부 면에 상부 편광판(201)을 부착하게 된다.
이때, 상기 상부 편광판(201)은 TN방식에서 노멀리 화이트 모드(normally white mode)로 구동하는 경우 상기 편광 컬러필터(250)의 슬릿의 장축방향과 실질적으로 동일한 방향으로 연신(延伸)되어 있게 되며, 전술한 바와 같이 상기 편광 컬러필터(250)가 편광자의 기능을 하게 되므로 하부 편광판을 제거할 수 있게된다.
한편, 상기 액정표시장치는 액정표시패널 하부에 백라이트 광원이 위치하여 상기 액정표시패널로 백라이트를 조사하게 되며, 상기 백라이트 광원 아래에 1차원 격자(one dimensional grating) 배열을 가지는 반사판을 설치하여 선택 투과되지 못한 특정 파장대역의 입사광을 적합한 컬러필터 영역으로 재반사시키거나 S편광 성분의 입사광을 P편광으로 변환하여 재입사시킴으로써 백라이트 광원을 재활용할 수 있게 되는데, 이를 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치를 통해 상세히 설명한다.
도 18은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 백라이트 광원 아래에 1차원 격자 배열을 가지는 반사판을 설치한 것을 제외하고는 실질적으로 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치와 동일한 구성으로 이루어져 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 어레이 기판(310)에는 상기 어레이 기판(310) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(316)과 데이터라인(미도시)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트라인(316)과 데이터라인의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 화소영역 내에는 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 컬러필터 기판(305)의 공통전극(308)과 함께 액정층을 구동시키는 화소전극(318)이 형성되어 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인(316)의 일부를 구성하는 게이트전극(321), 상기 데이터라인에 연결된 소오스전극(322) 및 상기 화소전극(318)에 연결된 드레인전극(323)으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(321)과 소오스/드레인전극(322, 323)의 절연을 위한 제 1 절연막(315a) 및 상기 게이트전극(321)에 공급되는 게이트전압에 의해 상기 소오스전극(322)과 드레인전극(323) 간에 전도채널을 형성하는 액티브층(324)을 포함한다.
이때, 상기 소오스전극(322)의 일부는 일 방향으로 연장되어 상기 데이터라인의 일부를 구성하며, 상기 드레인전극(323)의 일부는 화소영역 쪽으로 연장되어 제 2 절연막(315b)에 형성된 콘택홀을 통해 상기 화소전극(318)에 전기적으로 접속하게 된다.
특히, 상기 어레이 기판(310) 위에는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터(350)가 위치하게 되는데, 상기 편광 컬러필터(350)는 소정의 금속막(352) 내에 일정한 주기를 갖는 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀(H)로 이루어진 투과막 패턴(353)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.
전술한 바와 같이 상기 본 발명의 제 3 실시예에 따른 편광 컬러필터(350)는 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀(H)을 둘러싸는 영역에 주기성을 가진 다수개의 슬릿 형태의 홈(h)이 형성됨에 따라 투과광의 중심 피크 파장의 시야각 의존성을 개선하고 투과율 및 집광성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 투과막 패턴(353)은 게이트라인(316)과 데이터라인 및 박막 트랜지스터가 위치하는 영역을 제외한 화소영역 내에 형성되게 되며, 상기 화소영역들 간의 경계영역에 상기 슬릿 형태의 주기적인 홈(h) 패턴이 형성될 수 있다.
또한, 상기 투과막 패턴(353)을 구성하는 슬릿 형태의 홀(H)은 종횡비가 매우 큰 슬릿 형태를 적용하여 투과광을 선편광시킴으로써 상기 편광 컬러필터(350)가 편광자의 기능을 함에 따라 하부 편광판을 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속막(352)의 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 이루어질 수 있다.
그리고, 순도가 높은 색을 구현하기 위해서, 각각의 파장에 대응하는 금속막(352)의 두께를 다르게 조절할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 상기 선택 투과되는 특정 파장의 빛은 상기 슬릿 형태의 홀(H)들 간의 주기에 의해 결정되며, 상기 슬릿 형태의 홀(H)들의 주기는 10nm ~ 1000nm의 범위를 가질 수 있다.
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 비관통 홈(h)들 주변에 주기성을 갖지 않는 형태의 다른 비관통 홈들이 형성될 수도 있다.
이와 같이 구성된 상기 본 발명의 제 3 실시예에 따른 어레이 기판(310)은 컬럼 스페이서(360)에 의해 일정한 셀갭이 유지된 상태에서 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(미도시)에 의해 컬러필터 기판(305)과 대향하여 합착되게 되며, 상기 합착된 컬러필터 기판(305)의 외부 면에 상부 편광판(301)이 부착될 수 있다.
이때, 상기 상부 편광판(301)은 TN방식에서 노멀리 화이트 모드로 구동하는 경우 상기 편광 컬러필터(350)의 슬릿의 장축방향과 실질적으로 동일한 방향으로 연신되어 있게 되며, 전술한 바와 같이 상기 편광 컬러필터(350)가 편광자의 기능을 하게 되므로 하부 편광판을 제거할 수 있게된다.
그리고, 상기 컬러필터 기판(305)과 어레이 기판(310)이 합착된 액정표시패널 하부에는 백라이트 광원(370)이 위치하여 상기 액정표시패널로 백라이트를 조사하게 되며, 상기 백라이트 광원(370) 아래에 1차원 격자(385) 배열을 가지는 반사판(380)이 설치되어 선택 투과되지 못한 특정 파장대역의 입사광을 적합한 컬러필터 영역으로 재반사시키거나 S편광 성분의 입사광을 P편광으로 변환하여 재입사시킴으로써 백라이트를 재활용할 수 있게 된다.
이때, 상기 백라이트 광원(370)은 액정표시패널의 하부 측면에 위치하게 되며, 상기 액정표시패널 하부에는 상기 백라이트 광원(370)에서 출사된 빛을 상기 액정표시패널 방향으로 안내하는 도광판(375)이 위치하게 된다.
그리고, 상기 도광판(375)의 하부에는 전술한 1차원 격자(385) 배열을 가지는 반사판(380)이 설치되어 있다.
이와 같이 다수개의 슬릿 형태의 홀(H)을 포함하는 편광 컬러필터(350)는 슬릿의 장축과 평행하게 편광된 빛(S편광) 성분을 강하게 도광판(375) 쪽으로 반사시키는 반면에, 슬릿의 장축에 수직된 폭 방향과 나란하게 선형 편광된 빛(P편광) 성분이 입사하면 소정의 파장대역을 가진 빛을 선택적으로 투과시킴으로써 입사광에 대한 편광자 또는 파장 분리자로서의 기능을 가진다. 또한, 상기 1차원 격자(385) 배열을 가지는 반사판(380)은 우수한 반사 성질을 가지는 동시에 S편광 성분의 빛을 P편광 성분의 빛으로 변화시켜 도광판(375) 쪽으로 재입사하는 편광 컨버터(converter)로서의 역할을 하기 때문에, 상기 편광 컬러필터(350)와 함께 사용하게 되면, 백라이트의 재활용에 의한 휘도 향상에 기여할 수 있을 뿐만 아니라 종래의 반사판을 대체할 수 있다. 즉, 주어진 편광 컬러필터(350)로 입사한 빛 중에서 공명 투과가 되지 않아서 반사가 일어나면, 반사된 빛은 반사판(380)을 거친 후에 적합한 투과 파장을 갖춘 이웃한 컬러필터 영역으로 이동되어 투과되거나 적합한 편광 상태를 갖춘 빛으로 변환되어 재입사되고 결국 투과되어지기 때문에 백라이트를 재활용(recycling)할 수 있는 기능을 가지고 있어서 소비전력을 절감할 수 있는 이점이 있다.
이때, 상기 반사판(380)은 금속성 박막으로 만들어지거나, 상기 반사판(380)의 표면층을 도전성 유전체 재료, 또는 알루미늄, 금, 은, 구리, 팔라듐 등과 같은 금속으로 코팅된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 반사판(380) 상에 형성된 1차원 격자(385)의 배열 방향은 상기 편광 컬러필터(350)의 격자 배열 방향, 즉 슬릿의 장축 방향과 평행하지 않을 수 있다. 상기 반사판(380)의 1차원 격자(385)는 편광 변환(polarization conversion)을 위한 최적 각도를 45° ~ 50°로 둔다. 상기 반사판(380)의 1차원 격자(385)의 장축 방향은 상기 편광 컬러필터(350)의 슬릿의 장축 방향에 대해 47.5°를 중심각으로 ±30°의 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기 1차원 격자(3850)는 그 단면이 삼각형, 반원, 직사각형 및 사다리꼴 형태를 가질 수 있으며, 스트라이프(stripe) 형태로 주기성을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 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 제작하는 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.
150,150a~150c,250,350 : 컬러필터 152,152a~152c,252,352 : 금속막
153,153a~153c,253,353 : 투과막 패턴 205,305 : 컬러필터 기판
206,306 : 절연층 210,310 : 어레이 기판
370 : 백라이트 광원 375 : 도광판
380 : 반사판 385 : 1차원 격자
h : 홈 H : 홀

Claims (26)

  1. 금속막;
    상기 금속막 내에 형성되며, 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀로 이루어진 투과막 패턴; 및
    상기 다수개의 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 형성된 다수개의 슬릿 형태의 홈을 포함하며, 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 한편, 특정 방향으로 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수개의 슬릿 형태의 홈은 주기성을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 슬릿 형태의 홀과 홈의 횡단면 모양은 종횡비가 2이상인 슬릿 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터.
  4. 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 편광 컬러필터.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 슬릿 형태의 홀들의 주기는 10nm ~ 1000nm의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 투과막 패턴은 상기 홀들의 주기가 각각 다른 다수개의 영역으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 슬릿 형태의 홈은 상기 금속막의 입사면 또는 출구면 쪽에 형성하거나, 입사면과 출구면 양쪽 모두에 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 슬릿 형태의 홀 및 홈의 수는 각각 복수개인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터.
  9. 제 1 기판 위에 형성되며, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되고 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 다수개의 슬릿 형태의 홈이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 한편, 특정 방향으로 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 편광 컬러필터;
    상기 편광 컬러필터 위에 형성된 박막 트랜지스터;
    상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 제 2 기판; 및
    상기 제 2 기판의 외부 면에 부착된 편광판을 포함하는 액정표시장치.
  10. 제 1 기판의 외부 면에 형성되며, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되고 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 다수개의 슬릿 형태의 홈이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 한편, 특정 방향으로 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 편광 컬러필터;
    상기 제 1 기판의 내부 면에 형성된 박막 트랜지스터;
    상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 제 2 기판; 및
    상기 제 2 기판의 외부 면에 부착된 편광판을 포함하는 액정표시장치.
  11. 제 1 기판 위에 형성된 박막 트랜지스터;
    상기 제 1 기판의 외부 면에 부착된 편광판; 및
    제 2 기판 위에 형성되며, 금속막 내에 주기성을 갖는 파장이하의 다수개의 슬릿 형태의 홀로 이루어진 투과막 패턴이 형성되고 상기 다수개의 슬릿 형태의 홀을 둘러싸는 영역에 다수개의 슬릿 형태의 홈이 형성되어 특정 파장의 빛만을 선택 투과시켜 원하는 컬러를 구현하는 한편, 특정 방향으로 선편광된 빛을 선택적으로 투과시키는 편광 컬러필터를 포함하며, 상기 제 1 기판은 상기 제 2 기판과 대향하여 합착되는 한편 상기 편광 컬러필터는 공통전극 또는 배면 ITO를 대신하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수개의 슬릿 형태의 홈은 주기성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 슬릿 형태의 홀과 홈의 횡단면 모양은 종횡비가 2이상인 슬릿 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제 12 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.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 슬릿 형태의 홀들의 주기는 10nm ~ 1000nm의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 투과막 패턴은 상기 홀들의 주기가 각각 다른 다수개의 영역으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 슬릿 형태의 홈은 상기 금속막의 입사면 또는 출구면 쪽에 형성되거나, 입사면과 출구면 양쪽 모두에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 슬릿 형태의 홀 및 홈의 수는 각각 복수개인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 투과막 패턴은 게이트라인과 데이터라인 및 박막 트랜지스터가 위치하는 영역을 제외한 화소영역 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 슬릿 형태의 홈은 상기 화소영역들 간의 경계영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  21. 제 12 항에 있어서, 상기 편광 컬러필터는 슬릿의 장축과 평행하게 편광된 S편광 성분의 빛을 반사시키는 반면, 슬릿의 장축에 수직하게 선형 편광된 P편광 성분의 빛을 선택적으로 투과시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 기판과 제 2 기판이 합착된 액정표시패널 하부 측면에 위치하는 백라이트 광원 및 상기 액정표시패널 하부에 위치하여 상기 백라이트 광원에서 출사된 빛을 상기 액정표시패널 방향으로 안내하는 도광판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 도광판 하부에 설치되어 상기 편광 컬러필터에 선택 투과되지 못한 특정 파장대역의 입사광을 적합한 컬러필터 영역으로 재반사시키거나 S편광 성분의 입사광을 P편광으로 변환하여 재입사시키는 1차원 격자 배열을 가지는 반사판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 반사판은 금속성 박막으로 만들어지거나, 상기 반사판의 표면층을 도전성 유전체 재료, 또는 알루미늄, 금, 은, 구리, 팔라듐 등과 같은 금속으로 코팅한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 반사판의 1차원 격자는 편광 변환을 위해 상기 편광 컬러필터의 슬릿의 장축 방향에 대해 47.5°를 중심으로 ±30°의 범위 안의 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  26. 제 23 항에 있어서, 상기 1차원 격자는 그 단면이 삼각형, 반원, 직사각형 및 사다리꼴 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
KR1020100040262A 2010-04-29 2010-04-29 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치 KR101640818B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100040262A KR101640818B1 (ko) 2010-04-29 2010-04-29 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100040262A KR101640818B1 (ko) 2010-04-29 2010-04-29 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110120718A true KR20110120718A (ko) 2011-11-04
KR101640818B1 KR101640818B1 (ko) 2016-07-19

Family

ID=45391829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100040262A KR101640818B1 (ko) 2010-04-29 2010-04-29 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101640818B1 (ko)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140147383A (ko) * 2013-06-19 2014-12-30 삼성전자주식회사 광학 소자 및 광학 소자를 이용하여 광과 표면 플라즈몬의 진행방향을 제어하는 방법
WO2015134708A3 (en) * 2014-03-07 2015-11-05 Empire Technology Development Llc Substrates having polarizer and color filter functions
KR20160060859A (ko) * 2014-11-20 2016-05-31 삼성디스플레이 주식회사 컬러 필터 일체형 편광자 및 이의 제조방법
US9385170B2 (en) 2012-11-06 2016-07-05 Samsung Display Co., Ltd. Thin film transistor array panel and organic light emitting diode display including the same
US9400346B2 (en) 2014-02-07 2016-07-26 Samsung Display Co., Ltd. Manufacturing method of reflective polarizer plate and display device including the same
US9618793B2 (en) 2013-03-28 2017-04-11 Samsung Display Co., Ltd. Liquid crystal display device
KR20170045773A (ko) * 2015-10-19 2017-04-28 엘지디스플레이 주식회사 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
CN109564307A (zh) * 2016-06-09 2019-04-02 域点(塞浦路斯)有限公司 滤光器和制造滤光器的方法
KR20200088718A (ko) * 2019-01-15 2020-07-23 연세대학교 산학협력단 플라스모닉 나노구조층, 플라스모닉 모듈, 다중 프레임 출력을 갖는 플라스모닉 디스플레이 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000171763A (ja) * 1998-12-09 2000-06-23 Nec Corp 開口部と周期的に変化する表面形状を有する金属フィルムを利用する光伝送装置。
KR20000046921A (ko) * 1998-12-31 2000-07-25 권문구 콜레스테릭 액정을 이용한 편광필름 및 액정표시장치
JP2008270061A (ja) * 2007-04-24 2008-11-06 Canon Inc 表示装置
KR20090113516A (ko) * 2008-04-28 2009-11-02 엘지디스플레이 주식회사 반사투과형 액정표시장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000171763A (ja) * 1998-12-09 2000-06-23 Nec Corp 開口部と周期的に変化する表面形状を有する金属フィルムを利用する光伝送装置。
KR20000046921A (ko) * 1998-12-31 2000-07-25 권문구 콜레스테릭 액정을 이용한 편광필름 및 액정표시장치
JP2008270061A (ja) * 2007-04-24 2008-11-06 Canon Inc 表示装置
KR20090113516A (ko) * 2008-04-28 2009-11-02 엘지디스플레이 주식회사 반사투과형 액정표시장치

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9385170B2 (en) 2012-11-06 2016-07-05 Samsung Display Co., Ltd. Thin film transistor array panel and organic light emitting diode display including the same
US9618793B2 (en) 2013-03-28 2017-04-11 Samsung Display Co., Ltd. Liquid crystal display device
KR20140147383A (ko) * 2013-06-19 2014-12-30 삼성전자주식회사 광학 소자 및 광학 소자를 이용하여 광과 표면 플라즈몬의 진행방향을 제어하는 방법
US9400346B2 (en) 2014-02-07 2016-07-26 Samsung Display Co., Ltd. Manufacturing method of reflective polarizer plate and display device including the same
WO2015134708A3 (en) * 2014-03-07 2015-11-05 Empire Technology Development Llc Substrates having polarizer and color filter functions
KR20160060859A (ko) * 2014-11-20 2016-05-31 삼성디스플레이 주식회사 컬러 필터 일체형 편광자 및 이의 제조방법
US10317694B2 (en) 2014-11-20 2019-06-11 Samsung Display Co., Ltd. Color filter-integrated polarizer and method of manufacturing the same
KR20170045773A (ko) * 2015-10-19 2017-04-28 엘지디스플레이 주식회사 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
CN109564307A (zh) * 2016-06-09 2019-04-02 域点(塞浦路斯)有限公司 滤光器和制造滤光器的方法
US11067730B2 (en) 2016-06-09 2021-07-20 Fieldpoint (Cyprus) Limited Optical filter and method of manufacturing an optical filter
KR20200088718A (ko) * 2019-01-15 2020-07-23 연세대학교 산학협력단 플라스모닉 나노구조층, 플라스모닉 모듈, 다중 프레임 출력을 갖는 플라스모닉 디스플레이 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR101640818B1 (ko) 2016-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101274591B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법
KR101272052B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법
KR101313654B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터와 액정표시장치 및 그 제조방법
KR101640818B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 편광 컬러필터 및 이를 구비한 액정표시장치
US8496841B2 (en) Nano patterning method and methods for fabricating surface plasmon color filter and liquid crystal display device using the same
KR101338117B1 (ko) 액정표시장치 및 그 제조방법
US8379171B2 (en) Fringe field switching mode liquid crystal display device and method for fabricating the same
US8502243B2 (en) Display substrate, method of manufacturing the display substrate, and display device having the display substrate
KR101640814B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치
KR20110075539A (ko) 나노 패터닝을 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터의 제조방법
KR20120093039A (ko) 디스플레이패널 및 이를 포함하는 디스플레이장치
KR101622184B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법
KR102259048B1 (ko) 컬러 필터 일체형 편광자 및 이의 제조방법
KR101455063B1 (ko) 레이저 간섭 리소그래피를 이용한 광결정 구조가 결합된 표면 플라즈모닉 컬러 필터의 제조 방법
KR20050001602A (ko) 콜레스테릭 액정 컬러필터를 가지는 투과형 액정표시장치및 그 제조 방법
KR20110047766A (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법
KR102590010B1 (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 액정표시장치
TWI743680B (zh) 偏光基板及其製造方法
KR101677994B1 (ko) 액정표시장치 및 그 제조방법
KR20110047002A (ko) 표면 플라즈몬을 이용한 컬러필터 및 액정표시장치의 제조방법
KR20110048878A (ko) 마이크로 셔터 표시장치 및 그 제조방법
KR20120075123A (ko) 에프에프에스 방식 액정표시장치 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190617

Year of fee payment: 4