KR20180065960A - 컬러 필터 기능과 위상차 필름 기능을 가지는 다기능성 필름 - Google Patents

컬러 필터 기능과 위상차 필름 기능을 가지는 다기능성 필름 Download PDF

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Abstract

컬러 필터 기능과 위상차 필름 기능을 가지는, 다기능성 필름으로서, 기판에 형성되며, 굴절률 n1을 갖는 제 1 물질에 의하여 형성되는 복수의 구조체를 포함하는 제 1 층 및 굴절률 n2를 갖는 제 2 물질에 의하여 형성되는 제 2 층을 포함하며, 상기 굴절률 n1은 상기 굴절률 n2보다 큰 것이고, 상기 복수의 구조체는 서로 이격 배열되는 것이고, 상기 제 1 층에 포함되는 구조체는 상기 제 2 층의 내부에 배치되는 것인, 다기능성 필름에 관한 것이다.

Description

컬러 필터 기능과 위상차 필름 기능을 가지는 다기능성 필름 {Multi-functional film with simultaneous color filter and phase retardation functions}
본원은, 컬러 필터 기능과 위상차 필름 기능을 동시에 가지는 다기능성 필름에 관한 것이다.
최근 미래형 디스플레이로 제시된 UHD 디스플레이, 플렉서블 디스플레이, 투명 디스플레이 등의 매우 얇은 두께의 고성능 디스플레이에 대한 수요가 증가하고 있다. 얇은 두께의 고성능 디스플레이를 구현하기 위하여 현재 상용화된 디스플레이에서 패널의 두께 및 해상도를 혁신적으로 향상시킬 필요가 있다. 그러나, 디스플레이 소자의 필수 부품으로서 컬러 필터, 반사 방지 필름, 편광판, 위상차 필름, 보상 필름 등의 다양한 소자가 복수로 사용되므로, 총 두께는 수백 마이크론 이상으로 소자의 두께를 줄이기 어려운 문제가 있다.
컬러 필터는 가시광 대역에서 특정 파장을 투과 또는 반사 시킴으로써 색을 표현할 수 있고, 위상차 필름은 LCD 디스플레이에서 빛 샘 현상을 차단하여 높은 대비비 및 색재현율을 얻게 하고, OLED 디스플레이에서는 외광 반사를 억제시키는 역할을 한다. 기존의 위상차 필름은 방향에 따른 굴절률 차이가 작아, 원하는 위상차를 만들기 위해서는 두께가 증가된다는 문제가 있고, 컬러 필터와 위상차 필름은 중첩되어 제작되므로, 두께가 더 증가되는 문제가 있다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제2015-0034021호는, 위상차 특성을 가지며 이축 연신 된 기재 필름; 및 상기 기재 필름의 적어도 일면에 형성되고, 부의 위상차 특성을 가지며 폭 방향(TD)으로 일축 연신 된 코팅층을 포함하는 위상차 필름 및 상기 위상차 필름의 제조 방법에 대하여 개시하고 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여, 컬러 필터 기능과 위상차 필름 기능을 가지는 다기능성 필름을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 다기능성 필름에 컬러 필터 기능과 위상차 필름 기능을 한번에 구현하여 얇은 두께의 광학소자를 제공하는 것이다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 컬러 필터 기능과 위상차 필름 기능을 가지는, 다기능성 필름으로서, 기판에 형성되며, 굴절률 n1을 갖는 제 1 물질에 의하여 형성되는 복수의 구조체를 포함하는 제 1 층 및 굴절률 n2를 갖는 제 2 물질에 의하여 형성되는 제 2 층을 포함하며, 상기 굴절률 n1은 상기 굴절률 n2보다 큰 것이고, 상기 복수의 구조체는 서로 이격 배열되는 것이고, 상기 제 1 층에 포함되는 구조체는 상기 제 2 층의 내부에 배치되는 것인, 다기능성 필름을 제공한다.
본원의 구현예들에 있어서, 종래 디바이스에 위상차 필름과 컬러 필터의 두 가지 기능을 갖는 다기능성 필름을 이용하여, 상기 디바이스의 두께를 감소시킬 수 있는 다기능성 필름을 제공할 수 있다. 구체적으로, 본원의 구현예들에 따른 다기능성 필름은, 기판에 형성되며, 굴절률 n1을 갖는 제 1 물질에 의하여 형성되는 복수의 구조체를 포함하는 제 1 층 및 굴절률 n2를 갖는 제 2 물질에 의하여 형성되는 제 2 층을 포함하며, 상기 굴절률 n1은 상기 굴절률 n2보다 큰 것이고, 상기 복수의 구조체는 서로 이격 배열되는 것이고, 상기 제 1 층에 포함되는 구조체는 상기 제 2 층의 내부에 배치될 수 있다.
본원의 구현예들에 따른 다기능성 필름은, 컬러 필터 및 위상차 필름이 같은 구조의 하나의 설계에 의하여 구현될 수 있기 때문에 공정을 단순화하는 효과가 있다.
본원의 구현예들에 있어서, 상기 컬러 필터의 측면에서, 상기 구조체가 파장보다 작은 크기(부파장, subwavelength)를 가지며, 높은 굴절률 차이를 가지는 금속, 무기물, 또는 유/무기물 하이브리드 기반 소재를 사용한 구조 디자인을 이용하여, 상기 컬러 필터가 높은 투과 또는 반사도, 넓은 색 영역(color gamut), 높은 색 순도(color purity)를 가지는 효과가 있다. 또한, 상기 위상차 필름의 측면에서도, 높은 굴절률 차이를 가지는 상기 소재를 사용하여 방향에 따른 굴절률 차이를 크게 하여 두께를 크게 감소 시키는 효과가 있다.
도 1의 (a)는 본원의 일 구현예에 있어서, 컬러 필터 기능을 포함하는 높은 굴절률 차이를 가진 복합 구조체의 모식도이고, 도 1의 (b)는 본원의 일 실시예에 있어서, 컬러 필터 기능을 포함하는 높은 굴절률 차이를 가진 복합 구조체의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2의 (a)는 본원의 일 구현예에 있어서, 위상차 필름의 기능을 포함하는 높은 굴절률 차이를 가진 복합 구조체의 모식도이고, 도 2의 (b)는 본원의 일 실시예에 있어서, 위상차 필름의 기능을 포함하는 높은 굴절률 차이를 가진 복합 구조체의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3의 (a) 내지 (c)는, 본원의 일 구현예에 있어서, 소정의 파장 영역에서 공진을 가지는 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4a는, 본원의 일 실시예 및 비교예에 따른 구조체들의 단위 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4b 및 도 4c는, 본원의 일 실시예에 있어서, 상기 도 4a의 구조체들의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 구현예에 따른 청색 파장 기준의 다기능성 필름의 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6a 내지 도 6c는, 본원의 일 실시예에 따른 청색 파장 기준의 다기능성 필름의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 본원의 일 실시예에 따른 청색 파장 기준의 다기능성 필름의 높이에 따른 위상차를 나타내는 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "굴절률"은 빛의 위상이 진공에서 진행하는 속력을 매질 속에서 진행하는 속력으로 나눈 비율을 말한다. 굴절률은 파장에 따라 그 차이를 보이며, 굴절률이 서로 다른 매질의 경계면에서는 빛이 스넬의 법칙에 따라 휘게 되고 입사각에 따라 일부는 반사하게 된다. 상기 굴절률은 하기 식 1과 같은 상대 유전율 (permittivity)과 상대 투자율 (permeability) 곱의 제곱근으로 표현할 수 있으며, 굴절률 값이 증가함에 따라 광학 기기에서 두 물체를 서로 구별할 수 있는 능력인 분해능이 향상되기 때문에 해상도가 증가한다:
[식 1]
Figure pat00001
(n = 굴절률, ε = 상대 유전율, μ = 상대 투자율)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 컬러 필터 기능과 위상차 필름 기능을 가지는, 다기능성 필름으로서, 기판에 형성되며, 굴절률 n1을 갖는 제 1 물질에 의하여 형성되는 복수의 구조체를 포함하는 제 1 층 및 굴절률 n2를 갖는 제 2 물질에 의하여 형성되는 제 2 층을 포함하며, 상기 굴절률 n1은 상기 굴절률 n2보다 큰 것이고, 상기 복수의 구조체는 서로 이격 배열되는 것이고, 상기 제 1 층에 포함되는 구조체는 상기 제 2 층의 내부에 배치되는 것인, 다기능성 필름을 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 도 1의 (a) 및 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 기판(100) 상에 복수의 구조체를 포함하는 제 1 층(200)이 형성되며, 상기 제 1 층(200)의 구조체 표면에 및/또는 상기 제 1 층(200)의 상에 제 2 물질에 의해 제 2 층(300)이 형성된다. 예를 들어, 상기 구조체는 상기 제 2 물질의 내부에 배치되는 것이거나, 또는 상기 제 1 층(200)과 상기 제 2 층(300)의 높이가 같거나 서로 완전히 겹치는 것일 수 있으며, 예를 들어, 이 경우는 x, y 방향으로는 구조체가 제 2 물질에 둘러싸여있으나, z 방향으로는 제 2 물질에 싸여있지 않다.
본원의 일 구현예에 있어서, 종래 디바이스에 위상차 필름과 컬러 필터의 두 가지 기능을 갖는 다기능성 필름을 이용하여, 상기 디바이스의 두께를 감소시킬 수 있는 다기능성 필름을 제공할 수 있다. 현재 상업 디바이스에서 사용되는 위상차 필름은 보통 수십 마이크로미터, 최소 수 마이크로미터의 두께이고, 컬러 필터 또한 수 마이크로미터 이상의 두께(즉, 파장의 두 배 이상의 두께)이다. 반면, 본원의 일 구현예에 따른 다기능성 필름은 하나의 필름에 위차상 필름과 컬러 필터의 두 가지 기능을 동시에 가질 수 있고, 파장의 두 배 이하의 두께를 가질 수 있으며, 예를 들어, 가시광선 기준으로는 약 100 nm 내지 약 1 ㎛의 두께로 구현이 가능하다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다기능성 필름은, 상기 기판 상에 굴절률 n1을 갖는 제 1 물질에 의해 형성되는 복수의 구조체를 포함하는 제 1 층이 형성되고, 상기 제 1 층 상에 굴절률 n2를 갖는 제 2 물질을 포함하는 제 2 층이 형성되며, 이격되어 배열된 상기 복수의 구조체가 단절되어 비어있는 부분은 상기 제 2 물질로 채워져 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 구조체의 상기 기판에 평행하고 서로 수직하는 두 축의 길이 또는 배열 주기를 조절함으로써, 컬러 필터 기능과 위상차 필름 기능을 가지는 다기능성 필름을 제조할 수 있다 (도 3 참고).
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 층에 포함되는 복수의 구조체 각각은 비등방성 구조를 갖는 것일 수 있다 (도 3a 참고). 예를 들어, 상기 구조체는 직육면체 또는 로드 형태의 비등방성 구조를 가지는 경우, 상기 제 1 층에 포함되는 복수의 구조체 각각은 상기 기판에 평행하고 서로 수직하는 두 축의 각각의 방향으로 서로 상이한 길이를 가지는 것이고, 상기 제 1 층에 포함되는 복수의 구조체는 일 방향으로 동일한 간격으로 이격 배열되는 것일 수 있다 (도 3a 참고).
본원의 다른 구현예에 있어서, 상기 제 1 층에 포함되는 복수의 구조체는 상기 기판에 평행하고 서로 수직하는 두 축의 각각의 방향으로 서로 상이한 주기(period)로 이격 배열되는 2 차원 배열 구조를 갖는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 구조체는 비등방성이거나 또는 상기 기판에 평행한 상기 구조체의 상부 및 하부 면이 등방성일 수 있으며, 상기 제 1 층에 포함되는 복수의 구조체는 상기 기판에 평행하고 서로 수직하는 두 축의 각각의 방향으로 서로 상이한 주기(period)로 이격 배열되는 2 차원 배열 구조를 갖는 것일 수 있다 (도 3b 및 도 3c 참고).
본원의 일 구현예에 있어서, 예를 들어, 상기 제 1 층에 포함되는 복수의 구조체의 배열은, 상기 제 1 층에 포함되는 복수의 구조체는 상기 기판에 평행하고 서로 수직하는 두 축의 각각의 방향으로 서로 상이한 주기로 이격 배열되는 2 차원 배열 구조인 것, 및/또는 상기 제 1 층에 포함되는 복수의 구조체 각각은 상기 기판에 평행하고 서로 수직하는 두 축의 각각의 방향으로 서로 상이한 길이를 가지는 것이고, 상기 제 1 층에 포함되는 복수의 구조체는 일 방향으로 동일한 간격으로 이격 배열되는 것일 수 있다 (도 3a 참고).
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 구조체는 직육면체, 로드, 타원기둥, 반타원체, 또는 누워있는 반원기둥 등의 비등방성 구조체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 직육면체는 스트립(strip) 형태를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 층에 포함되는 구조체의 배열의 주기 및 폭 각각은, 목표 파장의 1/2 이하인 부파장(subwavelength) 길이인 것일 수 있고, 상기 제 1 층에 포함되는 구조체의 높이는 목표 파장의 두 배 이하의 길이인 것일 수 있다. 상기 구조체의 배열의 주기는 도 3에 표시한 x축 방향으로의 주기 px 및 y축 방향으로의 주기 py에 의하여 정의될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 1 물질은 금속, 금속 혼합물, 합금; 무기물, 유/무기물 하이브리드 물질; 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것을 포함하는 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 무기물은, 산화물, 질화물, 가시광선보다 큰 밴드갭을 갖는 반도체, 또는 유전체 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 산화물은 SiO2, ZnO, Al2O3, ITO, TiO2, ZrO2, HfO2, 또는 SnO3을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 질화물은 Si3N4 또는 전이금속의 질화물들을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 가시광선보다 큰 밴드갭을 갖는 반도체는 AlGaN 등을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 유전체 물질은 SiC 등을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제 2 물질은 기상 물질, 액상 물질, 또는 고상 물질을 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 기상 물질은 공기, 질소, 또는 불활성 기체를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 불활성 기체는 구체적으로 아르곤 기체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 물질은 SiO2, MgF2, NaF와 같은 저굴절률 유전체 물질, 또는 폴리(메틸 메타크릴레이트)[poly(methyl methacrylate)], 폴리스티렌(polystyrene), 폴리카보네이트(polycarbonate) 등의 유기물, 또는 발포성 폴리스티렌 등의 기공을 포함하는 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다기능성 필름이 작동하는 파장은 마이크로웨이브 구간, 적외선 구간, 근적외선 구간, 가시광선 구간, 자외선 구간, 또는 X-선 구간을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 다기능성 필름은, 컬러 필터 및 위상차 필름이 같은 구조의 하나의 설계에 의하여 구현될 수 있기 때문에 공정을 단순화하는 효과가 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 컬러 필터의 측면에서, 파장보다 작은 크기(부파장, subwavelength)를 가지며, 높은 굴절률 차이를 가지는 금속, 무기물, 또는 유/무기물 하이브리드 기반 소재를 사용한 구조 디자인을 이용하여, 상기 컬러 필터가 높은 투과 또는 반사도, 넓은 색 영역(color gamut), 높은 색 순도(color purity)를 가지는 효과가 있다. 또한, 상기 위상차 필름의 측면에서도, 높은 굴절률 차이를 가지는 상기 소재를 사용하여 방향에 따른 굴절률 차이를 크게 하여 두께를 크게 감소시키는 효과가 있다.
이하, 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
[ 실시예 ]
도 1의 (a)는 컬러 필터 기능을 포함하는 높은 굴절률 차이를 가진 복합 구조체의 모식도이고, 도 1의 (b)는 컬러 필터 기능을 포함하는 높은 굴절률 차이를 가지는 복합 구조체의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 1의 (a)에서 기판 상에 형성된 직육면체 구조체들은 굴절률 n1을 갖는 제 1 물질에 의하여 형성되는 복수의 구조체이며, 상기 구조체들을 에워싸는 외부 물질들은 굴절률 n2를 갖는 제 2 물질에 의하여 형성되는 제 2 층이다. 도 1의 (a)에 나타낸 구조체의 x축 또는 y축 방향의 폭과 주기, z축 방향의 높이에 따라 상기 구조체의 형상을 조절함으로써, 입사하는 빛과 구조체의 공진 파장을 조절할 수 있고, 가시광 대역에서 투과 및 반사가 일어나는 파장과 대역폭 등의 파장 특성을 제어할 수 있다.
도 1의 (b)에 나타낸 시뮬레이션 결과에 나타낸 바와 같이, 약 532 nm 파장의 근방에서 최대 반사율 및 최소 투과율을 가지고, 500 nm부터 550 nm까지의 파장영역에서 반사율이 매우 높은 반면, 투과율은 낮은 것을 확인할 수 있었다.
도 2의 (a)는 위상차 필름의 기능을 포함하는 높은 굴절률 차이를 가진 스트립 형태의 구조체의 모식도이고, 도 2의 (b)는 위상차 필름의 기능을 포함하는 높은 굴절률 차이를 가진 복합 구조체의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2의 (a)에 나타낸 스트립 형태의 구조체와 같이, 상기 구조체의 x축 방향과 y축 방향의 굴절률 차이를 상이하게 제조하여, 편광 방향에 따라 위상 차이가 생기는 위상차 필름을 설계할 수 있다.
도 2의 (b)는 상기 도 2의 (a)에 나타낸 구조체의 z축 방향인 높이에 따른 x축 편광과 y축 편광에 의한 위상차를 시뮬레이션한 결과를 나타내었다. 상기 구조체의 파라미터[폭(width), 주기(period), 또는 높이(thickness)]를 조절함으로써, 비등방성의 유효 굴절률을 가지게 되고, 비등방성을 활용하여 얇은 두께를 갖는 위상차 필름을 위한 구조체를 설계할 수 있다.
도 3의 (a) 내지 (c)는, 소정의 파장 영역에서 공진을 가지는 구조를 설명하기 위한 모식도이다.
도 3에 있어서 x축 방향의 주기(period)는 px로 나타내었고, y축 방향의 주기는 py로 나타내었으며, 기판 상에 형성된 구조체의 형태는 도 3의 (a)는 스트립 형태, 도 3의 (b)는 직육면체, 및 도 3의 (c)는 원기둥이다.
도 3의 (a)는 x축 방향으로만 주기를 가지는 직육면체(스트립 형상)의 배열이고, 도 3의 (b)는 x축 방향 및 y축 방향으로 각각 다른 주기 px 및 py를 가지는 직육면체의 배열이며, 도 3의 (c)는 x축 방향 및 y축 방향으로 각각 다른 주기 px 및 py를 가지는 원기둥의 배열을 나타낸 것이다. 상기 각각의 구조체의 파라미터를 조절함에 따라 목표 파장에서 전자기적 공진 현상이 발생하여 해당 파장의 투과율 및 반사율을 다른 파장 대비 변화시킬 수 있으며, 비등방성 구조 또는 상이한 주기로 인해 x축 방향 편광과 y축 방향 편광의 투과 위상이 상이하게 나타나도록 할 수 있다.
도 4a는, 본 실시예에 따른 구조체 1, 2, 및 3과, 비교예에 따른 구조체 4 및 5의 단위 구조를 설명하기 위한 모식도이며, 도 4b 및 도 4c는, 상기 도 4a의 구조체들의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
상기 구조체 1, 구조체 2, 및 구조체 3은, 상기 도 3의 (a)에 나타낸 모식도에 해당하는 것으로서, x축 방향의 폭(w)과 주기(p), z축 방향의 높이(t)가 상이한 것이다.
상기 구조체 1은 주기(p)가 330 nm, 폭(w)이 130 nm, 높이(t)가 100 nm이고, 상기 구조체 2는 주기(p)가 255 nm, 폭(w)이 205 nm, 높이(t)가 130 nm이며, 상기 구조체 3은 주기(p)가 280 nm, 폭(w)이 195 nm, 높이(t)가 100 nm이다.
비교예로서, 상기 구조체 4 및 구조체 5의 구조체들은 비등방성 구조가 아닌, 등방성 구조를 갖는 구조체이다. 상기 구조체 4 및 5는 상기 도 3의 (b)에 나타낸 모식도에 해당하는 것으로서, 상기 구조체 4는 주기(p)가 305 nm, 폭(w)이 195 nm, 높이(t)가 100 nm이고, x축 방향 및 y축 방향으로 배열이 반복된다. 상기 구조체 5는 도 3의 (c)에 나타낸 모식도에 해당하는 것으로서, 구조체 5는 주기(p)가 330 nm, 폭(w)에 대응되는 지름이 195 nm, 높이(t)가 100 nm이고, x축 방향 및 y축 방향으로 원기둥 배열이 반복된다.
상기 도 1 및 도 2에서 설명한 것과 같이, 상기 구조체 1 내지 5는 특정 파장 영역에서만 반사율이 높게 측정되므로 칼라 필터로서 사용될 수 있고, 또한, 상기 구조체 1 내지 3은 x축 방향 편광 및 y축 방향 편광에 대하여 위상이 다른 위상차 필름으로서도 사용될 수 있다.
상기 구조체 1 내지 구조체 5에 대하여 구조를 구성하는 무기물 구조체 물질은 굴절률 2.7, 상기 구조체를 감싸는 물질의 굴절률은 1.45로서 가정하여 시뮬레이션을 수행하였다. 상기 구조체 1 내지 3의 x 편광에 대하여 파장별 반사 그래프를 산출한 것을 도 4b에 나타내었고, 상기 구조체 2, 4, 및 5의 파장별 반사 그래프를 산출한 것을 도 4c에 나타내었다. 상기 구조체 1 내지 5는 모두 532 nm 파장에서 공진을 가지고, 소정의 파장 영역에서 높은 효율의 반사율을 얻을 수 있음을 확인하였다.
상기 구조체 1 내지 5의 구조에 대응되는 공진을 가지는 구조의 위상차는 하기 표 1과 같다.
[표 1]
Figure pat00002
상기 표 1은 x축 방향으로 편광된 전자기파와 y축 방향으로 편광된 전자기파의 위상차를 표시한 것으로서, 칼라 필터 기능만 가지는 구조체 4 및 5는 x축 방향과 y축 방향의 유효 굴절률이 동일하므로 위상차가 0이며, 상기 구조체 1 내지 3은 유효 굴절률의 차이로 인하여 위상차가 0이 아니며, 높이를 조절함에 따라 90도, 180도 등 0도 내지 360도 사이에서 원하는 위상차를 수득할 수 있으므로 칼라 필터 및 위상차 필름으로서 사용될 수 있다. 또한, 같은 파장의 공진이 같더라도 위상차는 상이할 수 있다. 그러므로, x축 방향의 파라미터와 y축 방향의 파라미터를 적절히 조절하면 파장 제어와 함께 위상 제어가 가능하고, 같은 파장에서 공진을 갖지만(컬러 필터 기능), x축 방향 편광과 y축 방향 편광에 대하여 원하는 위상차(위상차 필름)를 얻을 수 있는 다기능성 필름을 구현할 수 있다.
도 5의 (a) 및 (b)는, 청색 파장 기준의 컬러 필터 기능과 위상차 필름 기능을 가지는 다기능성 필름의 구조를 설명하기 위한 모식도이다. 도 5b는 도 5a의 구체적인 실시예로서, x축 방향으로 주기는 290 nm, 폭은 145 nm이고, y축 방향으로 주기는 130 nm, 폭은 65 nm인 다기능성 필름을 나타내었다.
도 6a 내지 도 6c는, 청색 파장 기준의 다기능성 필름의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 (b)를 모델로 하여 시뮬레이션을 수행한 결과로서, 구체적으로, 도 6a는 x축 방향 편광에 대한 직육면체의 높이별 공진 파장을 나타낸 것이고, 도 6b는 y축 방향 편광에 대한 직육면체의 높이별 공진 파장을 나타낸 것이며, 도 6c는 상기 도 6a 및 도 6b에서 460 nm 파장에서 공진하는 직육면체의 높이(약 95 nm)에 대하여 반사 그래프를 나타낸 것이다.
도 6c를 참조하면, x축 방향 편광 및 y축 방향 편광 모두 같은 파장에 높은 효율의 반사를 가지는 컬러 필터 기능을 확인할 수 있었다. 여기서도 구조를 구성하는 구조체 물질의 굴절률은 2.7, 상기 구조체를 감싸는 물질의 굴절률은 1.45로서 가정하였다. x축 방향과 y축 방향의 배열에는 도 5의 (b)에서와 같이 다른 주기(p) 및 폭(w)을 가지는 직육면체 형상의 구조체를 사용하였다. z축 방향의 높이(t)는 동일하다.
도 6c로부터 x축 방향의 편광과 y축 방향 편광은 모두 같은 파장에서 공진을 가지지만, x축 방향과 y축 방향의 유효 굴절률의 차이가 있으므로, 두 편광 사이에 위상차가 존재한다.
도 7은, 본원의 일 실시예에 따른 청색 파장 기준의 다기능성 필름의 높이 따른 위상차를 나타내는 그래프이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, x축 방향과 y축 방향의 유효 굴절률의 차이가 있으므로, 두 편광 사이에 위상차가 존재한다. 위상차는
Figure pat00003
이고, 상기 구조체를 이루는 직육면체의 높이가 95 nm일 때, 위상차가 3π/2 가 도시되어 있다. 즉, 직육면체의 두께를 조절함으로써 원하는 위상차를 얻을 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 기판
200: 제 1 층
300: 제 2 층

Claims (9)

  1. 컬러 필터 기능과 위상차 필름 기능을 가지는, 다기능성 필름으로서,
    기판에 형성되며, 굴절률 n1을 갖는 제 1 물질에 의하여 형성되는 복수의 구조체를 포함하는 제 1 층 및 굴절률 n2를 갖는 제 2 물질에 의하여 형성되는 제 2 층을 포함하며,
    상기 굴절률 n1은 상기 굴절률 n2보다 큰 것이고,
    상기 복수의 구조체는 서로 이격 배열되는 것이고,
    상기 제 1 층에 포함되는 구조체는 상기 제 2 층의 내부에 배치되는 것인,
    다기능성 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 물질은 금속, 금속 혼합물, 합금; 무기물, 유/무기물 하이브리드 물질; 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 다기능성 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 물질은 기상 물질, 액상 물질, 또는 고상 물질을 포함하는 것인, 다기능성 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층에 포함되는 복수의 구조체 각각은 비등방성 구조를 갖는 것인, 다기능성 필름.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층에 포함되는 복수의 구조체는 상기 기판에 평행하고 서로 수직하는 두 축의 각각의 방향으로 서로 상이한 주기(period)로 이격 배열되는 2 차원 배열 구조를 갖는 것인, 다기능성 필름.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층에 포함되는 복수의 구조체 각각은 상기 기판에 평행하고 서로 수직하는 두 축의 각각의 방향으로 서로 상이한 길이를 가지는 것이고, 상기 제 1 층에 포함되는 복수의 구조체는 일 방향으로 동일한 간격으로 이격 배열되는 것인,
    다기능성 필름.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체는 직육면체, 타원기둥, 반타원체, 또는 누워있는 반원기둥을 포함하는 것인, 다기능성 필름.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 층에 포함되는 구조체의 배열의 주기 및 폭 각각은 목표 파장의 1/2 이하인 부파장(subwavelength) 길이인 것이고, 상기 제 1 층에 포함되는 구조체의 높이는 목표 파장의 두 배 이하의 길이인 것인, 다기능성 필름.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 다기능성 필름이 작동하는 파장은 마이크로웨이브 구간, 적외선 구간, 근적외선 구간, 가시광선 구간, 자외선 구간, 또는 X-선 구간을 포함하는 것인, 다기능성 필름.

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004511828A (ja) * 2000-10-16 2004-04-15 オジン，ジョフリー，アラン 基板上の結晶コロイドパターンの自己集合方法および光学的用途
US20040141122A1 (en) * 2002-12-27 2004-07-22 Fuji Photo Film Co., Ltd. Retardation compensator and single-panel type color liquid crystal projector
KR20040092311A (ko) * 2003-04-26 2004-11-03 한국과학기술원 반사 방지 막이 추가된 1차원 금속-유전체 광자 결정의구조 및 제조 방법
JP2008134587A (ja) * 2006-10-30 2008-06-12 Nitto Denko Corp マルチギャップ構造を有する液晶セルを備える液晶パネル、及び液晶表示装置
KR20100040650A (ko) * 2008-10-10 2010-04-20 삼성전자주식회사 광결정형 광학필터, 이를 이용한 투과형 컬러 필터, 반투과형 컬러 필터 및 디스플레이 장치

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070236938A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-11 3M Innovative Properties Company Structured Composite Optical Films
TWI406014B (zh) * 2008-10-02 2013-08-21 Eternal Chemical Co Ltd 複合光學膜
TWI653149B (zh) * 2013-08-09 2019-03-11 住友化學股份有限公司 Optical film
KR101798266B1 (ko) * 2013-09-25 2017-11-15 주식회사 엘지화학 위상차 필름 및 그 제조 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004511828A (ja) * 2000-10-16 2004-04-15 オジン，ジョフリー，アラン 基板上の結晶コロイドパターンの自己集合方法および光学的用途
US20040141122A1 (en) * 2002-12-27 2004-07-22 Fuji Photo Film Co., Ltd. Retardation compensator and single-panel type color liquid crystal projector
KR20040092311A (ko) * 2003-04-26 2004-11-03 한국과학기술원 반사 방지 막이 추가된 1차원 금속-유전체 광자 결정의구조 및 제조 방법
JP2008134587A (ja) * 2006-10-30 2008-06-12 Nitto Denko Corp マルチギャップ構造を有する液晶セルを備える液晶パネル、及び液晶表示装置
KR20100040650A (ko) * 2008-10-10 2010-04-20 삼성전자주식회사 광결정형 광학필터, 이를 이용한 투과형 컬러 필터, 반투과형 컬러 필터 및 디스플레이 장치

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