KR20120078395A - 반사구조체 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

반사구조체 및 이를 포함하는 표시장치 Download PDF

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Abstract

반사구조체 및 이를 포함하는 표시장치가 개시된다. 반사구조체는, 굴곡진 표면을 갖는 복수의 제1요철요소와, 굴곡진 표면에 상기 제1요철요소보다 작은 스케일로 형성된 복수의 제2요철요소를 가지는 반사막을 구비한다. 색순도제어요소가 반사막에 의해 반사되는 색광에 대해 적어도 그 보색광이 반사되는 색광과 같은 방향으로 진행하여 색순도를 저하시키는 것을 줄이도록 부가된다.

Description

반사구조체 및 이를 포함하는 표시장치{Reflective structure, display apparatus employing the same}
반사구조체 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 색순도를 높일 수 있도록 된 반사구조체 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 색을 구현하기 위해 안료가 사용된다. 안료를 이용한 색의 구현은 곧 빛의 흡수를 이용하는 것이다. 이렇게 빛의 흡수를 이용하는 색 구현 기술은 효율이 낮고, 색도(chromaticity) 제어가 용이하지 않다.
이러한 안료를 이용한 색 구현시의 색도 제어의 어려움을 개선하기 위해, 빛의 반사 및 간섭을 이용하여 색을 구현하는 기술, 일명 '구조색'(structural color) 기술이 제안되었다. 이 기술에서는 반사체의 반사율에 따라 효율이 결정되므로, 고효율의 색 구현이 가능하다. 또한 반사되는 빛의 파장에 따라 색도가 결정되므로, 색도 제어가 용이할 수 있다.
그러나 빛의 반사 및 간섭을 이용하여 색을 구현하는 구조색 기술에서는, 반사체에 입사되는 빛의 각도(즉, 입사각) 및 시야각(viewing angle)에 따라 나타나는 색이 달라지고, 다중 색조(multi-coloration) 현상이 발생할 수 있다. 이는 회절된 빛의 보강 및 상쇄 간섭에 의해 특정 각도에서 색이 밝게 또는 어둡게 보일 수 있기 때문이다.
시야각에 따라 색 변화가 없으며, 색순도를 보다 높일 수 있도록 된 전방향(omni-directional) 반사구조체 및 이를 포함하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 반사구조체는, 굴곡진 표면을 갖는 복수의 제1요철요소와, 상기 굴곡진 표면에 상기 제1요철요소보다 작은 스케일로 형성된 복수의 제2요철요소를 가지는 반사막과; 상기 반사막에 의해 반사되는 색광에 대해 적어도 그 보색광이 상기 반사되는 색광과 같은 방향으로 진행하여 색순도를 저하시키는 것을 줄이도록 된 색순도제어요소;를 포함한다.
상기 색순도제어요소는, 상기 반사막의 저면에 형성된 흡수층일 수 있다.
상기 흡수층은 피그먼트, 카본 및 크롬 중 어느 하나의 그레이 흡수체를 포함할 수 있다.
상기 색순도제어요소는, 상기 반사막의 저면에 형성된 반사층일 수 있다.
상기 반사층은 금속을 포함할 수 있다.
상기 반사층은 알루미늄이나 황산바륨을 포함할 수 있다.
상기 색순도제어요소는 상기 반사막 내에 적어도 한 층 이상 형성된 보색흡수층일 수 있다.
상기 반사막은 상기 보색 흡수층 및 이와는 다른 물질로 된 층이 교대로 형성될 수 있다.
상기 반사막은 산화 실리콘층과 보색흡수층인 실리콘층이 교대로 형성될 수 있다.
상기 보색제어요소는 상기 반사막내에 분산될 수 있다. 이때, 상기 보색제어요소는 피그먼트나 다이를 포함할 수 잇다.
상기 반사막은 복수의 나노입자 상에 형성될 수 있다.
상기 반사막은 제1 및 제2층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표시장치는, 전술한 다양한 특징을 가지는 반사구조체를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 시야각에 따라 색 변화가 없으며, 색순도를 보다 높일 수 있도록 된 전방향(omni-directional) 반사구조체 및 이를 포함하는 표시장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체를 개략적으로 보여준다.
도 2a 내지 도 2d는 TiO2/SiO2 격층 박막을 보인 것으로, 실리카 볼(silica ball)이 코팅된 기판 위에 흡수층 없이 바로 TiO2/SiO2 격층 박막을 각각 파란색(도 2a), 붉은색(도 2b, 도 2c), 노란색~초록색(도 2d)을 반사하도록 제작한 경우의 사진을 보여준다.
도 3a는 TiO2/SiO2 격층 박막 증착 전에 실리카 볼이 코팅된 기판 위에 흡수층으로서 얇은 크롬(Cr) 박막을 증착한 결과를 보여준다.
도 3b는 실리카 볼이 코팅된 기판 위에 흡수층으로서 얇은 크롬(Cr) 박막을 증착하고 그 위에 TiO2/SiO2 격층 박막을 파란색을 반사하도록 증착한 결과를 보여준다.
도 4는 실리콘 기판위에 크롬을 수백 nm 증착하고 그 위에 TiO2/SiO2를 반복해서 8쌍을 쌓았을 때의 파란색, 붉은색, 초록색을 반사시키도록 마련된 TiO2/SiO2 격층 박막의 반사 스펙트럼을 보여준다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체의 제조방법을 보여준다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 반사구조체를 개략적으로 보여준다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체를 PDLC 표시장치에 적용한 일례를 보여준다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체 및 이를 포함하는 표시장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께, 크기 등은 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 실질적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체를 개략적으로 보여준다.
도 1을 참조하면, 반사구조체는 반사막(300)과 색순도 제어요소를 포함할 수 있다. 상기 반사막(300)은 굴곡진 표면을 갖는 복수의 제1요철요소(P1)와, 이 굴곡진 표면에 제1요철요소(P1)보다 작은 스케일로 형성된 복수의 제2요철요소(P2)를 가질 수 있다. 상기 제1요철요소(P1)는 마이크로 스케일을 가질 수 있다. 예컨대, 복수의 제1요철요소(P1)의 폭(이하, 제1폭)(w1)은 수십 ㎛ 내지 수백 ㎛ 일 수 있다. 복수의 제1요철요소(P1)의 높이는 수십 ㎛ 이상일 수 있다. 복수의 제1요철요소(P1)의 적어도 일부는 일종의 주름 형상을 가질 수 있다. 복수의 제1요철요소(P1)는 불균일한 크기를 가질 수 있다. 따라서 반사막(300)의 표면은 마이크로 스케일의 굴곡을 가질 수 있다.
도 1의 부분 확대도(원형)를 참조하면, 복수의 제1요철요소(P1)의 표면은 상기 제1요철요소(P1)보다 작은 크기의 복수의 제2요철요소(P2)로 이루어질 수 있다. 복수의 제2요철요소(P2)는 나노 스케일을 가질 수 있다. 예컨대, 복수의 제2요철요소(P2)의 폭(이하, 제2폭)(w2)은 수십 nm 내지 수백 nm 일 수 있다. 복수의 제2요철요소(P2)는 반구 또는 그와 유사한 형상을 가질 수 있고, 그 크기는 불균일할 수 있다. 복수의 제2요철요소(P2)는 반사막(300)의 상면 전체에 걸쳐 구비될 수 있다.
이와 같이, 큰 요철(즉, 제1요철요소(P1))에 작은 요철(즉, 제2요철요소(P2))이 형성된 구조를, 여기서는 "다중 요철구조"라 한다.
도 1의 오른쪽 부분 확대도(사각형)를 참조하면, 반사막(300)은 제1 및 제2층(10, 20)이 교대로 반복 적층된 다층 구조를 가질 수 있다. 제1 및 제2층(10, 20)은 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 제1 및 제2층(10, 20)의 굴절률이 서로 다르기 때문에, 이들의 계면에서 빛의 반사가 일어날 수 있다. 제1 및 제2층(10, 20)의 물질과 두께를 조절하면, 반사되는 빛의 파장이 달라질 수 있다. 그러므로 제1 및 제2층(10, 20)의 물질과 두께에 따라, 반사막(300)에서 나타나는 색이 달라질 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2층(10, 20)의 두께 및 물질에 따라 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 등 다양한 반사 스펙트럼을 얻을 수 있다.
상기 제1 및 제2층(10, 20) 중 하나는 비유전체층이고, 다른 하나는 유전체층일 수 있다. 상기 비유전체층은 금속층일 수 있다. 예컨대, 제1층(10)이 금속층이고, 제2층(20)은 유전체층일 수 있다. 따라서 반사막(300)은 금속층과 유전체층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제1층(10)이 금속층인 경우, 제1층(10)은, 예컨대, Cr, Ni, Co 등 전이 금속으로 형성할 수 있다. 그러나, 전이 금속 이외의 다른 금속으로 제1층(10)을 형성할 수도 있다. 제1층(10)이 금속층인 경우, 이를 통한 빛의 흡수가 최소화되도록 가능한 얇게 형성할 수 있다. 예컨대, 제1층(10)은 약 50nm 이하, 좁게는 약 20nm 이하의 두께로 형성할 수 있다. 제2층(20)이 유전체층인 경우, 제2층(20)은, 예컨대, SiO2, CaF2, LiF, MgF2 등으로 형성할 수 있으나, 제2층(20)의 물질은 다양하게 변화될 수 있다. 제2층(20)은 λ/2 (여기서, λ는 반사시키고자 하는 빛의 중심 파장)에 대응하는 광학 두께를 가질 수 있다. 제2층(20)이 λ/2 에 대응하는 광학 두께를 가질 때, 회절된 빛들의 보강 간섭이 발생할 수 있다.
다른 예로서, 제1 및 제2층(10, 20)을 서로 다른 유전체층으로 형성할 수도 있다. 즉, 반사막(300)은 제1유전체층과 제2유전체층이 교대로 반복 적층된 구조를 가질 수 있다. 이 경우에도, 제1 및 제2층(10, 20)의 계면에서 특정 파장을 갖는 빛의 반사가 발생할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 및 제2층(10,20)은 예를 들어, TiO2/SiO2 박막으로 이루어질 수 있다.
반사막(300)에서 나노 스케일을 갖는 복수의 제2요철요소(P2)는 랜덤한 높이(random height)를 갖고 반사막(300)의 상면 전체에 걸쳐 비교적 조밀하게 배열되어, 이들 각각으로부터 빛의 반사, 회절 및 산란이 발생될 수 있다. 상기 반사막(300)은 시야각에 따라 색 변화가 없는 전방향(omni-directional) 반사 특성을 가질 수 있다. 또한 반사막(300)에서 복수의 제2요철요소(P2)는 마이크로 스케일을 갖는 복수의 제1요철요소(P1)의 곡면을 따라 형성될 수 있다. 다시 말해, 나노 스케일의 복수의 제2요철요소(P2)가 형성된 반사막(300)의 표면은 마이크로 스케일의 복수의 제1요철요소(P1)에 의해 굴곡진 형상을 갖는다.
이와 같이, 나노 스케일의 제2요철요소(P2)들이 마이크로 스케일의 굴곡면, 즉, 복수의 제1요철요소(P1)로 인한 굴곡면을 따라 형성된 경우, 거울과 같이 반사하지 않고, 어느 각도(관찰각)에서도 밝은 색을 나타낼 수 있다. 이는 반사막(300)의 표면이 매크로스코픽(macroscopic)한 수준에서 랜덤하게(randomly) 울퉁불퉁한(rough) 형상을 갖기 때문이라 추정된다. 또한 이러한 반사막(300)의 표면은 나노 스케일의 요철요소(제2요철요소(P2))들로 이루어져 있으므로, 이들 각각으로부터 빛의 반사, 회절 및 산란이 발생되고, 시야각에 따라 색 변화가 없는 전방향(omni-directional) 반사 특성을 가질 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 반사막(300)은 시야각에 따라 색 변화가 없을 뿐 아니라, 전방향에서(모든 관찰각에서) 높은 반사율을 가져 어느 각도에서 보아도 밝은 색을 나타낼 수 있다. 따라서 상기 반사막(300)은 "비반사 조명(non-specular illumination)" 조건 하에서도, 어느 각도(관찰각)에서도 반짝거리며 밝은 색을 나타낼 수 있다.
여기서, 상기 반사막(300)은 복수의 제2요철요소(P2)가 복수의 제1요철요소(P1)의 곡면을 따라 형성되지 않고, 평탄한 면을 따라 이차원적으로 배열될 수도 있다. 즉, 상기 반사막(300)은 제1요철요소(P1)없이 제2요철요소(P2)만 가질 수도 있는데, 반사 조명(specular illumination) 조건 하에서만 밝은 빛을 나타낼 수도 있다.
한편, 상기 반사막(300)은 구조색 기반 색상 형성에 있어 높은 색순도를 얻기 위해 전술한 바와 같이, 다수의 격층 반사막 즉, 제1 및 제2층(10, 20)이 교대로 반복 적층된 다층 구조로 제작될 수 있는데, 이러한 격층 박막의 경우, 나타내는 구조색의 보색에 대해 투명하므로, 반사구조체의 뒷면에서 빛이 입사하거나 앞면에서 입사된 빛이 반사되어 다시 반사막(300)으로 입사하게 될 경우 구조색의 보색이 격층 박막 구조를 투과하게 되어 결과적으로 색순도가 낮아질 수 있다. 이는 밝은 백색광을 입사시켜야하는 반사형 표시장치에 응용시 큰 문제로 작용할 수 있다.
상기 색순도 제어요소는 상기 반사막(300)에 의해 추구하고자 하는 구조색을 유지하면서 원하지 않는 색의 반사 및 투과를 막거나 줄이기 위한 것으로, 상기 반사막(300)에 의해 반사되는 색광에 대해 적어도 그 보색광이 상기 반사막(300)에서 반사되는 색광과 같은 방향으로 진행하여 색순도를 저하시키는 것을 줄이도록 마련된다.
본 실시예에 있어서, 상기 색순도 제어요소는 상기 반사막(300)의 저면에 위치된 흡수층(30)일 수 있다. 반사구조체는 반사막(300)이 복수의 제2요철요소(P2)를 가지도록 기판(100) 상에 복수의 나노입자(200)를 구비하고, 그 위에 반사막(300)을 형성할 수 있는데, 이 경우 상기 흡수층(30)은 복수의 나노입자(200) 상에 형성되고, 이 흡수층(30) 상에 반사막(300)이 형성될 수 있다.
상기 흡수층(30)은 예를 들어, 피그먼트(pigment), 카본(carbon), 크롬(Cr) 중 어느 하나의 그레이 흡수체를 포함하도록 형성될 수 있다.
상기 흡수층(30)에 의해, 반사구조체의 뒷면에서 빛이 입사하는 것을 차단하거나 줄일 수 있으며, 앞면에서 입사된 빛이 반사되어 다시 반사막(300)으로 입사되는 것을 차단하거나 줄일 수 있다. 이에 의해 반사막(300)에 의해 표현하고자 하는 색순도를 좋게 할 수 있어, 밝은 백색광을 입사시켜야하는 반사형 표시장치에 응용시에도 양질의 색 구현이 가능하다.
예를 들어, 상기 흡수층(30)을 크롬(Cr)을 이용하여 형성하였을 때 색순도가 좋은 반사구조체를 얻을 수 있음을 흡수층(30)이 존재하지 않았을 때와 비교하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2d는 TiO2/SiO2 격층 박막을 보인 것으로, 상기 나노입자(200)로서 실리카 볼(silica ball)이 코팅된 기판 위에 흡수층(30) 없이 바로 TiO2/SiO2 격층 박막을 각각 파란색(도 2a), 붉은색(도 2b, 도 2c), 노란색~초록색(도 2d)을 반사하도록 제작한 경우의 사진을 보여준다. 도 2a 내지 도 2d에서 알 수 있는 바와 같이, 실리카 볼로부터의 산란과 기판에서의 반사 때문에 전체적으로 흰색을 띄며 색구현이 되지 않음을 알 수 있다. 이는 TiO2, SiO2가 모두 흡수능력이 없는 투명한 박막이기 때문이다.
도 3a는 TiO2/SiO2 격층 박막 증착 전에 상기 나노입자(200)로서 실리카 볼이 코팅된 기판 위에 흡수층(30)으로서 얇은 크롬(Cr) 박막을 증착한 결과를 보여주며, 도 3b는 실리카 볼이 코팅된 기판 위에 흡수층(30)으로서 얇은 크롬(Cr) 박막을 증착하고 그 위에 TiO2/SiO2 격층 박막을 파란색을 반사하도록 증착한 결과를 보여준다. 크롬(Cr)의 경우 가시광선 영역에서 강한 흡수를 보여주어, 예를 들어 약 200nm 크롬 박막 증착후, 기판은 어두운 그레이(gray)색을 냄을 볼 수 있고, 그 결과 TiO2/SiO2 격층 박막을 파란색을 반사하도록 증착하였을 때, 뚜렷한 푸른 빛을 내는 것을 볼 수 있다.
도 4는 실리콘 기판위에 크롬을 수백 nm 증착하고 그 위에 TiO2/SiO2를 반복해서 8쌍을 쌓았을 때의 파란색(B), 붉은색(R), 초록색(G)을 반사시키도록 마련된 TiO2/SiO2 격층 박막의 반사 스펙트럼을 보여준다. 도 4에서 파란색 반사 스펙트럼을 나타내는 두 선은 서로 다른 두 샘플에 대한 것이다. 도 4로부터 흡수층(30)으로서 크롬 박막을 형성할 때, 금속 반사에 의한 반사율 상승과 흡수에 의한 색순도 향상 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
한편, 다시 도 1을 참조하면, 상기 기판(100)은 플렉서블(flexible) 기판일 수 있으며, 단단한(rigid) 기판일 수도 있다. 상기 플렉서블(flexible) 기판 및 단단한(rigid) 기판으로는 기존의 표시장치 및 반도체소자 공정에서 사용되는 것이면 무엇이든 사용될 수 있다. 기판(100)은 투명 또는 불투명할 수 있다. 복수의 나노입자(200)는 불균일한 크기를 가질 수 있다. 복수의 나노입자(200)는 한 층(monolayer)을 이룰 수 있으며, 경우에 따라서는 복수의 층을 이룰수도 있다. 복수의 나노입자(200) 중 일부의 인접한 나노입자들은 서로 접촉되지 않을 수 있다. 복수의 나노입자(200)의 물질은, 예컨대, 실리콘산화물, 다결정실리콘 등의 실리카 볼일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 복수의 나노입자(200)의 지름은 수십 nm 내지 수백 nm 정도일 수 있다.
본 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 기판(100) 상에 복수의 나노입자(200)를 덮는 흡수층(30)이 위치하고, 그 위에 반사막(300)이 구비될 수 있다. 반사막(300)의 표면은 마이크로 스케일의 복수의 제1요철요소(P1) 및 나노 스케일의 복수의 제2요철요소(P2)가 형성된 "다중 요철구조"를 가질 수 있다. 또한 반사막(300)은 제1 및 제2층(10, 20)이 교대로 반복 적층된 다층 구조를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 제2요철요소(P2)의 크기는 나노입자(200)들의 크기와 유사할 수 있다. 도 1에서는 편의상 제2요철요소(P2)를 부분 확대도에만 도시하였고, 나노입자(200)를 상대적으로 크게 도시하였지만, 실제 제2요철요소(P2)의 크기와 나노입자(200)의 크기는 수십 nm 내지 수백 nm 정도로 유사할 수 있다.
반사막(300) 상에 투명한 플렉서블 물질층(400)이 더 구비될 수 있다. 투명한 플렉서블 물질층(400)은, 예컨대, 폴리머층일 수 있으며, 그 밖에 다른 물질층일 수도 있다. 기판(100)이 플렉서블 기판인 경우, 도 1의 반사구조체는 전체적으로 플렉서블할 수 있다. 이러한 유연한 반사구조체는 플렉서블 표시장치의 구성요소로 적용될 수 있다.
부가해서, 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체는 하나의 기판에 서로 다른 색을 나타내는 복수의 반사막을 가질 수 있다. 예컨대, 한 기판의 서로 다른 영역에 제1 내지 제3반사막을 형성하되, 이들을 구성하는 층들의 두께 및/또는 물질을 다르게 하면, 상기 제1 내지 제3반사막은 서로 다른 색, 예컨대, 적색, 녹색, 청색을 반사하도록 만들 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체의 제조방법을 도 1의 경우를 예를 들어 설명한다. 후술하는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 반사구조체의 제조방법은 여기에서 설명하는 제조방법으로부터 유추할 수 있으므로, 제조방법에 대해서는 도 1의 경우를 예시적으로 설명한다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체의 제조방법을 보여준다.
도 5a를 참조하면, 제1기판(100A) 상에 크기가 불균일한 복수의 나노입자(200)를 도포할 수 있다. 제1기판(100A)은 단단한(rigid) 기판일 수 있다. 제1기판(100A)은 표시장치 또는 반도체소자 공정에서 사용되는 기판이면 어떤 것이든 사용될 수 있다. 예컨대, 제1기판(100A)의 물질은 실리콘과 같은 반도체나 실리콘산화물과 같은 절연체일 수 있다. 또는 금속이나 금속산화물과 같은 도전체일 수도 있다. 복수의 나노입자(200)는, 예컨대, 스핀-코팅(spin coating) 방법으로 형성할 수 있으며, 그 밖의 다른 방법을 사용할 수도 있다. 복수의 나노입자(200)의 물질은, 예컨대, 실리콘산화물, 다결정실리콘 등의 실리카 볼일 수 있으며, 물질은 다양하게 변화될 수 있다. 복수의 나노입자(200)의 지름은 수십 nm 내지 수백 nm 정도일 수 있다. 복수의 나노입자(200)는 대략적으로 한 층(monolayer)을 이루도록 형성할 수 있으며, 경우에 따라서는 복수의 층을 이루도록 형성할 수도 있다. 복수의 나노입자(200) 중 적어도 일부는 인접한 나노입자들 간의 간격이 수 nm 내지 수십 nm 가 되도록 형성할 수 있다. 의도적으로 나노입자(200)들이 너무 조밀하게 형성되지 않도록 이들의 밀도를 조절할 수 있다. 그러나 이 경우에도, 복수의 나노입자(200) 중 일부는 서로 접촉될 수 있다.
열처리 공정을 수행하지 않더라도, 복수의 나노입자(200)는 제1기판(100A)에 약하게 접착되어 있을 수 있다. 따라서 별도의 열처리 공정을 수행하지 않고, 후속 공정을 진행할 수 있다. 그러나 필요에 따라, 열처리 공정을 수행하여 제1기판(100A)에 대한 복수의 나노입자(200)의 접착력을 높여줄 수도 있다. 열처리 온도 및 시간에 따라, 상기 접착력이 조절될 수 있다. 나노입자(300)들이 제1기판(100A)에 약하게 접착되어 있는 경우, 이후 나노입자(300)들을 제1기판(100A)으로부터 용이하게 분리할 수 있다. 그러나 후속 공정에서 나노입자(300)들을 제1기판(100A)에서 분리할 필요가 없는 경우에는, 본 단계에서 열처리 공정을 통해 나노입자(300)들을 제1기판(100A)에 단단히 부착시킬 수도 있다. 상기 열처리 공정을 수행하는 경우, 제1기판(100A)은 상기 열처리 공정의 온도를 견딜 수 있는 단단한(rigid) 기판일 수 있다.
도 5b를 참조하면, 복수의 나노입자(200) 상에 흡수층(30)을 형성하고, 그 위에 반사막(300a)을 형성할 수 있다. 흡수층(30) 및 반사막(300a)은 복수의 나노입자(200)의 형상을 따라 컨포멀하게(conformally) 형성되어, 랜덤한 높이(random height)를 가질 수 있다. 반사막(300a)은 제1 및 제2층(10a, 20a)이 반복 적층된 구조를 가질 수 있다. 제1 및 제2층(10a, 20a)을 형성하는데, 수백 ℃ 정도의 공정 온도가 요구될 수 있다. 이 경우, 제1기판(100A)은 상기 공정 온도를 견딜 수 있는 단단한(rigid) 기판일 수 있다.
다음으로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 반사막(300a)을 급속 냉각시킬 수 있다. 상기 급속 냉각은, 예컨대, 반사막(300a)에 휘발성 액체를 분사하여(spraying) 수행할 수 있다. 상기 휘발성 액체는 메탄올, 에탄올, 아세톤 등일 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 그 밖의 다양한 휘발성 액체를 사용할 수도 있다. 상기 급속 냉각에 의해 반사막(300a)의 표면 모폴로지(surface morphology)가 변형될 수 있다. 그 결과가 도 5d에 도시되어 있다.
도 5d를 참조하면, 참조번호 300은 급속 냉각된 반사막(이하, 반사막)을 나타낸다. 반사막(300)은 도 1을 참조로 전술한 바와 같이, 마이크로 스케일의 복수의 제1요철요소(P1)와 나노 스케일의 복수의 제2요철요소(P2)가 형성된 다중 요철구조를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 제2요철요소(P2)는 도 5b의 반사막(300a)의 요철과 동일 혹은 유사할 수 있다. 다시 말해, 상기 급속 냉각에 의해 도 5b의 반사막(300a) 표면에 형성되어 있던 요철은 거의 그대로 유지되면서 그보다 큰 스케일의 요철(제1요철요소(P1))이 형성될 수 있다. 편의상 제2요철요소(P2)를 부분 확대도에만 도시하였지만, 제2요철요소(P2)는 반사막(300)의 상면 전체에 걸쳐 존재하고, 나노입자(200)와 유사한 크기를 가질 수 있다. 상기 급속 냉각 공정은 복수의 나노입자(200)에도 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 상기 급속 냉각에 의해 복수의 나노입자(200) 중 인접한 한 그룹의 나노입자들이 서로 밀착되는 현상이 나타날 수 있다. 인접한 나노입자들이 밀착되는 현상은 여러 군데에서 발생할 수 있다. 이렇게 인접한 나노입자들이 밀착됨과 동시에 반사막(도 5c의 300a)의 표면이 우그러지면서 도 5d와 같은 반사막(300)이 얻어질 수 있다. 이러한 방법/메카니즘은 예시적인 것에 불과하다. 전술한 "급속 냉각"이외에 다른 방법으로 도 5b의 반사막(300a)을 도 5d와 같은 반사막(300)으로 변형시킬 수도 있다.
도 5e를 참조하면, 반사막(300) 상에 플렉서블 물질층(400)을 형성할 수 있다. 플렉서블 물질층(400)은 투명할 수 있다. 예컨대, 플렉서블 물질층(400)은 투명한 폴리머층일 수 있다. 필요에 따라, 플렉서블 물질층(400)에 대한 경화 공정을 수행할 수 있다. 플렉서블 물질층(400)은 본질적으로 반사막(300)과 접착성을 가질 수 있으나, 그렇지 않을 수도 있다. 후자의 경우, 반사막(300)과 플렉서블 물질층(400) 사이에 접착층(미도시)을 더 구비시킬 수도 있다.
도 5f를 참조하면, 복수의 나노입자(200), 흡수층(30), 반사막(300) 및 플렉서블 물질층(400)을 포함하는 적층구조(S1)를 제1기판(100A)으로부터 분리할 수 있다. 도 5a 단계에서 복수의 나노입자(200)는 제1기판(100A)에 약하게 부착될 수 있고, 또한, 도 5c 및 도 5d 단계에서 제1기판(100A)에 대한 복수의 나노입자(200)의 접착력은 약화될 수 있으므로, 본 단계(도 5f)에서 적층구조(S1)를 제1기판(100A)으로부터 용이하게 분리할 수 있다.
도 5g 및 도 5h를 참조하면, 복수의 나노입자(200), 흡수층(30), 반사막(300) 및 플렉서블 물질층(400)을 포함하는 적층구조(S1)를 제2기판(100B)에 부착시킬 수 있다. 적층구조(S1)의 하면과 제2기판(100B)의 상면 중 적어도 하나에 접착층(혹은, 접착제)(미도시)을 형성하여, 이를 매개로 제2기판(100B)과 적층구조(S1)를 접착시킬 수 있다. 하지만 상기 접착층(혹은, 접착제) 이외에 다른 부재를 사용해서 제2기판(100B)에 적층구조(S1)를 고정시킬 수도 있다. 제2기판(100B)은 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다. 제2기판(100B)으로 플렉서블(flexible) 기판을 사용하면, 플렉서블 반사구조체를 제조할 수 있다. 그러나 제2기판(100B)으로 단단한(rigid) 기판을 사용할 수도 있다. 상기 플렉서블(flexible) 기판 및 단단한(rigid) 기판으로는 기존의 표시장치 및 반도체소자 공정에서 사용되는 것이면 무엇이든 사용될 수 있다.
여기서, 도시하지는 않았지만, 하나의 대면적 기판에 복수의 적층구조(S1)를 부착할 수도 있다. 이 경우, 상기 복수의 적층구조(S1)는 적색, 녹색, 청색을 각각 반사하는 세 종류의 적층구조를 포함할 수 있다. 이러한 방법에 따르면, 대면적으로 반사구조체 및 이를 포함하는 표시장치를 용이하게 제조할 수 있다.
앞서 설명한 제조방법에서 도 5a 내지 도 5d의 단계까지만 진행하고, 그 이후의 공정은 수행하지 않을 수도 있다. 이 경우, 도 5a 단계에서 제1기판(100A)에 반사막(300)을 강하게 부착시킬 수 있고, 도 5d 단계 후, 제1기판(100A)에 형성된 반사막(300)을 반사구조체로 사용할 수 있다.
이상에서는 색순도 제어요소로서 흡수층(30)을 복수의 나노입자(200)와 반사막(300) 사이에 구비하는 경우를 예를 들어 설명하였는데, 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체는 이외에도 다양한 색순도 제어요소를 구비할 수 있다.
예를 들어, 색순도 제어요소는 도 6에서와 같이 복수의 나노입자(200)와 반사막(300) 사이 즉, 반사막(300)의 저면에 마련된 반사층(130)일 수 있다. 이 반사층(130)은 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반사층(130)은 반사에 의해 밝기를 증가시키는 물질로서 알루미늄이나 황산바륨을 포함하도록 형성될 수 있다. 상기와 같이 반사층(130)을 금속층으로 형성하는 경우, 금속층은 흡수 외에도 가시광선 영역 전체에 대하여 약한 반사광을 제공할 수 있으므로, 반사막(300)에 의해 얻어지는 구조색 특유의 높은 특정 색(color-specific) 반사율을 유지하면서도, 전체적으로 휘도를 높일 수 있다.
다른 예로서, 색순도 제어요소는 도 7 및 도 8에서와 같이, 상기 반사막내에 적어도 한증 이상 형성된 보색 흡수층(30)일 수 있다. 도 7에서는 반사막(300) 내에 격층 박막을 이루는 제1 및 제2층(10,20)에 부가하여 보색 흡수층(110)을 더 구비하는 예를 보여준다. 상기 보색 흡수층(110)은 반사막(300)의 반사색의 보색을 흡수하도록 된 물질로 형성될 수 있다. 도 8에서는 반사막(300) 내에 격층 박막을 이루는 제1 및 제2층(10,20) 중 한 층 예컨대, 제1층(10)을 보색 흡수층(10')으로 형성한 예를 보여준다. 즉, 도 8의 경우, 반사막(300)은 보색 흡수층(10') 및 이와는 다른 굴절율을 가지는 물질로 된 투명층인 제2층(20)이 교대로 형성된 구조를 가질 수 있다. 투명층인 제2층(20)은 반사막(300)의 반사색을 결정하도록 적정 두께로 형성하고, 보색 흡수층(10')은 반사막(300)의 반사색의 보색을 흡수하도록 된 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사막(300)은 제2층(20)인 산화 실리콘층과 보색 흡수층(10')인 실리콘층이 교대로 형성된 SiO2/Si 격층 박막을 구비할 수 있다. 산화 실리콘층(SiO2)은 투명층이므로, 이 산화 실리콘층의 두께에 의해서는 반사막(300)의 반사색을 결정하고, 실리콘(Si)층은 자체에서 노란색과 주홍색의 보색인 청색 계열 빛을 강하게 흡수하므로, 이와 같이 반사막(300)을 SiO2/Si 격층 박막으로 형성하면, 대략적으로 붉은색을 반사시키는 반사막을 얻을 수 있다.
또 다른 예로서, 색순도 제어요소는 도 9에서와 같이, 반사막(300) 내에 분산되어 있을 수 있다. 이 분산된 색순도 제어요소(230)는 반사막(300)의 반사색의 보색을 흡수할 수 있는 피그먼트(pigment)나 다이(dye)를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 다양한 실시예들에 따른 반사구조체는 다양한 표시장치에 적용될 수 있다. 예컨대, 전술한 반사구조체는 PDLC(polymer dispersed liquid crystal) 표시장치나 LCD(liquid crystal display) 등과 같은 동적(dynamic) 소자나, 간판과 같은 정적(static) 정보 전달 매체에 적용될 수 있을 뿐 아니라, 페인트와 같은 도료나 화장품 등에도 응용될 수 있다. 구체적인 예로, 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체는 PDLC 표시장치나 LCD의 컬러필터 대용으로 적용될 수 있다. 기존의 흡수형 컬러필터는 투과 효율이 낮고, 저색도를 갖지만, 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체를 사용하면 고효율 및 고색도의 색 구현이 가능할 수 있다. 도료나 화장품 등에 적용하는 경우에는, 반사구조체를 작은 크기로 잘라 도료나 화장품 등에 섞어서 사용할 수 있다. 이를 통해, 일반 안료로는 구현하기 힘든 색상을 구현할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체를 PDLC 표시장치에 적용한 일례를 보여준다.
도 10을 참조하면, 하부기판(S1)과 상부기판(S2) 사이에 고분자 분산형 액정층(이하, 액정층)(PL1)이 구비될 수 있다. 하부기판(S1)과 액정층(PL1) 사이에 컬러 반사체(color reflector)(R1)가 구비될 수 있다. 컬러 반사체(R1)는 하부기판(S1)과 액정층(PL1) 사이가 아닌 하부기판(S1) 아래에 구비될 수도 있다. 컬러 반사체(R1)는 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체일 수 있다. 자세히 도시하지는 않았지만, 컬러 반사체(R1)는 적색 반사영역, 녹색 반사영역 및 청색 반사영역을 포함할 수 있다. 기판의 서로 다른 영역에 제1 내지 제3반사막을 형성하되, 이들을 구성하는 층들의 두께 및/또는 물질을 다르게 하면, 이들은 서로 다른 색을 반사할 수 있다. 따라서 상기 제1 내지 제3반사막은 각각 상기 적색, 녹색 및 청색 반사영역에 대응될 수 있다. 도 10의 PDLC 표시장치는 플렉서블 표시장치일 수 있지만, 그렇지 않을 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반사구조체는 도 10과 같은 PDLC 표시장치뿐 아니라 그 밖의 다양한 표시장치에 적용될 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다는, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 반사구조체 및 반사구조체를 포함하는 표시장치의 구조는 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.

Claims (19)

  1. 굴곡진 표면을 갖는 복수의 제1요철요소와, 상기 굴곡진 표면에 상기 제1요철요소보다 작은 스케일로 형성된 복수의 제2요철요소를 가지는 반사막과;
    상기 반사막에 의해 반사되는 색광에 대해 적어도 그 보색광이 상기 반사되는 색광과 같은 방향으로 진행하여 색순도를 저하시키는 것을 줄이도록 된 색순도제어요소;를 포함하는 반사구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 색순도제어요소는, 상기 반사막의 저면에 형성된 흡수층인 반사구조체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 흡수층은 피그먼트, 카본 및 크롬 중 어느 하나의 그레이 흡수체를 포함하는 반사구조체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 색순도제어요소는, 상기 반사막의 저면에 형성된 반사층인 반사구조체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 반사층은 금속을 포함하는 반사구조체.
  6. 제4항에 있어서, 상기 반사층은 알루미늄이나 황산바륨을 포함하는 반사구조체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 색순도제어요소는 상기 반사막 내에 적어도 한 증 이상 형성된 보색흡수층인 반사구조체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반사막은 상기 보색 흡수층 및 이와는 다른 물질로 된 층이 교대로 형성된 반사구조체.
  9. 제7항에 있어서, 상기 반사막은 산화 실리콘층과 보색흡수층인 실리콘층이 교대로 형성된 반사구조체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 보색제어요소는 상기 반사막내에 분산되어 있는 반사구조체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 보색제어요소는 피그먼트나 다이를 포함하는 반사구조체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사막은 복수의 나노입자 상에 형성되는 반사구조체.
  13. 제1항 내지 제6항 또는 제10항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사막은 제1 및 제2층이 교대로 적층된 구조를 갖는 반사구조체.
  14. 청구항 1항 내지 6항 또는 10항 내지 11항 중 어느 한 항에 기재된 반사구조체를 포함하는 표시장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 반사막은 제1 및 제2층이 교대로 적층된 구조를 갖는 표시장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 반사막은 복수의 나노입자 상에 형성되는 표시장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 반사막은 복수의 나노입자 상에 형성되는 표시장치.
  18. 청구항 7항 내지 9항 중 어느 한 항에 기재된 반사구조체를 포함하는 표시장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 반사막은 복수의 나노입자 상에 형성되는 표시장치.
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