KR102106817B1 - 색순도 조절 다층 구조 필터 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 a) 아세톤, 알코올 및 탈염수에서 순차적으로 초음파 배쓰(bath)로 기판을 세정하는 단계; b) 스퍼터링 방법을 통해 SiO2 및 TiO2 타겟을 이용하여 SiO2/TiO2 스태킹 층(stacking layer)을 증착하는 단계; c) 증착된 다층 필름에 대하여 30 내지 150 분간 200 내지 600℃ 의 온도로 어닐링 처리하는 단계; 를 포함하는 SiO2/TiO2 다층 구조 필터의 제조 방법에 대해 개시하고 있으며, 상기 제조된 SiO2/TiO2 다층 구조 필터를 액정 표시 장치, LED 혹은 OLED 에 결합하여 어닐링 온도를 어닐링 온도를 달리함으로써, 색순도 조절을 보다 쉽게 조절할 수 있는 점을 개시하고 있다.
Description
본 발명은 SiO2/TiO2 다층 구조 필터의 제조방법 및 LCD 컬러필터, LED 혹은 OLED 등에 결합된 상기 다층 구조 필터에 관한 것이다.
지금까지, 다층적층 구조의 박막 필터에 대한 연구는 많이 이루어져왔다.
특히, LCD 디스플레이의 경우 White 백라이트 광원을 컬러필터를 사용하여 RGB 컬러로 변화하는 기술을 사용하였으나, 이러한 기술은 컬러필터의 파장 선택성의 한계로 인해 색순도가 낮아진다는 문제점이 있다.
한편, LED 및 OLED 의 경우에는 LCD 디스플레이보다 RGB 각각의 자체 발광 특성으로 인해 비교적 색순도가 좋다는 장점이 있으나, 추가적인 색 표현력을 향상시키고자 하는 경우, 양자점(Quantum Dots) 필름 등 고가의 추가적 부자재를 사용해야하는 문제점이 있다. 특히, 컬러필터를 사용하는 LED 백라이트 기반 LCD 나 OLED 의 경우에는 색순도 향상을 위해서 고가의 양자점 필름 등이 필수적으로 요구된다.
이러한 상황에서, 지금까지 많은 다층 박막에 대한 연구가 진행되었다. 선행문헌 1 은 SiO2/TiO2 다층 박막의 다양한 두께 조합이 투과율 특성에 큰 영향을 미친다는 연구결과에 대한 것으로서, 이의 연구결과에 따르면 투과율의 적색 편이는 UV, 가시광선 및 IR 스펙트럼 범위에서 달성될 수 있음을 제시하고 있다. 반대로, 선행문헌 2 에 의하면 청색 편이와 반사 강도의 증가는 다층 필름의 적층 수를 변화시킴으로써 가능한 것이 제시되어 있다.
그러나, SiO2/TiO2 다층 필름의 어닐링 온도의 영향에 따른 구조적, 광학적 및 여과 특성의 변화에 대한 연구는 거의 존재하지 않았다.
(1) M. Kitui, M. M Mwamburi, F. Gaitho, C. M. Maghanga, "Optical Properties of TiO2 Based Multilayer Thin Films: Application to Optical Filters", Int. J. Thin Film Sci. Technol. 4 (2015) 17-21.
(2) P. Kurt, D. Banerjee, R. E. Cohen and M. F. Rubner, "Structural color via layer-by-layer deposition: layered nanoparticle arrays with near-UV and visible reflectivity bands", J. Mater. Chem. 19 (2009) 8920-8927.
본 발명은 상기 발생하는 문제점들을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 LED 광원 및 OLED 구조와 결합되는 SiO2/TiO2 다층 구조 필름의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 다층 구조 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 LCD 컬러필터 및 LED 와 OLED 의 전공정 혹은 후공정 단계에서 SiO2/TiO2 다층 구조의 광학필터를 증착하여 필요에 따라 간단히 색순도를 조절하는 방법에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 측면에 따라,
a) 아세톤, 알코올 및 탈염수에서 순차적으로 초음파 배쓰(bath)로 기판을 세정하는 단계;
b) 스퍼터링 방법을 통해 SiO2 및 TiO2 타겟을 이용하여 SiO2/TiO2 스태킹 층(stacking layer)을 증착하는 단계;
c) 증착된 다층 필름에 대하여 30 내지 150 분간 200 내지 600℃ 의 온도로 어닐링 처리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 SiO2/TiO2 다층 구조 필터의 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 제조 방법에 따라 제조된 SiO2/TiO2 다층 구조 필터를 포함하는 액정 표시 장치(LCD)로서, 기판, 컬러필터 및 외부필름을 포함하며, 기판과 외부필름 사이에 상기 SiO2/TiO2 다층 구조 필터가 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치가 제공된다.
나아가, 본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 제조 방법에 따라 제조된 SiO2/TiO2 다층 구조 필터를 포함하는 유기발광 다이오드(OLED) 표시 장치로서, 봉지(Encapsulation)층, 제1 및 제2 전극층, TFT 층, OLED 층, 기판 및 외부필름을 포함하며, 상기 기판과 외부필름 사이에 상기 SiO2/TiO2 다층 구조 필터가 배치되는 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드 표시 장치가 제공된다.
더 나아가, LC 패널, 도광판, 반사판 및 발광 다이오드(LED)를 포함하는 발광 다이오드 표시 장치로서, LC 패널, 도광판 및 반사판이 서로 적층되고, 도광판 측면에 발광 다이오드(LED)를 포함하며, 상기 발광 다이오드와 적층된 LC 패널, 도광판 및 반사판 사이에 상기 제조 방법에 따라 제조된 SiO2/TiO2 다층 구조 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 표시 장치가 제공된다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따라, 발광 다이오드(LED) 칩, 에폭시, 형광체 및 렌즈를 포함하는 발광 다이오드로서, 상기 LED 칩 및 에폭시 사이 혹은 형광체 및 렌즈 사이에, 상기 제조 방법에 따라 제조된 SiO2/TiO2 다층 구조 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드가 제공된다.
아울러, LCD 컬러필터, LED 또는 OLED 제조 공정의 전공정 혹은 후공정 단계에서, 300 내지 500℃ 의 온도로 어닐링을 실시한 SiO2/TiO2 다층 구조 필터를 증착하여, LCD 컬러필터, LED 또는 OLED 의 색순도를 조절하는 방법이 제공된다.
본 발명의 SiO2/TiO2 다층 구조 필름에 따르면, LCD 컬러필터 및 LED 와 OLED 의 전공정 혹은 후공정 단계에서 SiO2/TiO2 다층 구조의 광학필터를 증착하여 필요에 따라 색순도를 쉽게 조절할 수 있다는 장점이 있으며, SiO2/TiO2 다층 구조의 표면 혹은 기판 열처리를 통해 열화를 방지할 수 있다.
도 1(a) 는 300, 400 및 500℃ 에서 어닐링 전후의 SiO2/TiO2 다층 필름의 X-선 회절 패턴을 나타내며, (b) 는 500℃ 에서 어닐링된 SiO2/TiO2 다층 필름의 AFM 표면 프로파일을 나타내고, (c), (d) 및 (e) 는 SiO2/TiO2 막의 각각 횡단면 명시야(bright field) TEM, HR-TEM 및 EDS 맵핑 이미지를 나타낸다. 또한 (f) 는 500℃ 에서 어닐링된 이후의 Si, Ti 및 O 의 원자 라인 프로파일을 나타낸다.
도 2 는 300-500℃ 온도에서 열처리 전후의 SiO2/TiO2 다층 박막의 광학 특성을 나타낸다((a): 투과율(삽도는 520-620 nm 범위에서의 확대도를 나타낸다), (b): 반사율, (c): 흡광도, (d):FT-IR).
도 3 은 300-500℃ 에서 열처리 전후의 SiO2/TiO2 다층 박막의 광 필터 특성을 나타내고, (a), (b) 및 (c) 는 각각 적색, 녹색 및 청색 광의 발광 스펙트럼이며, (d) 는 다층 필름의 어닐링 온도 의존성 발광 광도를 나타낸다.(삽도는 RGB-LED 상의 필터의 상면도를 나타낸다.)
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따라 다층 필터가 발광 다이오드(LED) 칩과 결합된 구조를 나타낸다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따라 다층 필터가 구비된 LED 구조를 나타낸다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LCD 디스플레이 컬러필터에 다층필터가 결합된 구조를 나타낸다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED 컬러필터에 적용된 구조를 나타낸다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따라 유리 기판에 적층된 SiO2/TiO2 다층 박막의 각 두께를 나타낸다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) 어닐링 실시 장치 및 (b) 시간에 따른 온도 변화를 나타낸다.
도 2 는 300-500℃ 온도에서 열처리 전후의 SiO2/TiO2 다층 박막의 광학 특성을 나타낸다((a): 투과율(삽도는 520-620 nm 범위에서의 확대도를 나타낸다), (b): 반사율, (c): 흡광도, (d):FT-IR).
도 3 은 300-500℃ 에서 열처리 전후의 SiO2/TiO2 다층 박막의 광 필터 특성을 나타내고, (a), (b) 및 (c) 는 각각 적색, 녹색 및 청색 광의 발광 스펙트럼이며, (d) 는 다층 필름의 어닐링 온도 의존성 발광 광도를 나타낸다.(삽도는 RGB-LED 상의 필터의 상면도를 나타낸다.)
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따라 다층 필터가 발광 다이오드(LED) 칩과 결합된 구조를 나타낸다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따라 다층 필터가 구비된 LED 구조를 나타낸다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LCD 디스플레이 컬러필터에 다층필터가 결합된 구조를 나타낸다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED 컬러필터에 적용된 구조를 나타낸다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따라 유리 기판에 적층된 SiO2/TiO2 다층 박막의 각 두께를 나타낸다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 (a) 어닐링 실시 장치 및 (b) 시간에 따른 온도 변화를 나타낸다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 a) 아세톤, 알코올 및 탈염수에서 순차적으로 초음파 배쓰(bath)로 기판을 세정하는 단계;
b) 스퍼터링 방법을 통해 SiO2 및 TiO2 타겟을 이용하여 SiO2/TiO2 스태킹 층(stacking layer)을 증착하는 단계;
c) 증착된 다층 필름에 대하여 30 내지 150 분간 200 내지 600℃ 의 온도로 어닐링 처리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 SiO2/TiO2 다층 구조 필터의 제조 방법을 제공한다.
상기 단계 a 에 있어서, 상기 기판은 유리 기판일 수 있으며, 그 두께는 특별히 제한되는 것은 아니나, 0.3 ㎛ 내지 3 ㎛, 또는 0.5 ㎛ 내지 1 ㎛ 일 수 있다.
또한, 상기 세정하는 단계는 세정 물질을 통해, 초음파 배쓰에서 기판을 세정할 수 있으며, 상기 세정 물질 및 세정 시간은 기판을 세정하기에 물질 및 시간에 해당하면 그 종류나 시간은 특별히 제한되지는 않으며, 특히, 아세톤, 알코올 및 탈염수 등을 통해 5 내지 30 분간, 보다 구체적으로는 10 분 내지 20 분간 세정을 실시할 수 있다. 특히 바람직하게는, 아세톤, 알코올 및 탈염수를 각각 약 15분간 순차적으로 초음파 배쓰에 의해 세정할 수 있다.
또한, 상기 단계 b 의 증착 단계는 클러스터 스퍼터 챔버에서 실시되는 것이 바람직하며, 상기 스퍼터 챔버는 순수한 Ar 가스가 주입될 수 있고, 상기 Ar 가스의 유속 및 스퍼터 챔버 내의 압력은 이 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 통상 실시할 수 있는 범위 내에서 조절하여 시행할 수 있다. 또한, 상기 증착 단계에서의 SiO2 및 TiO2 증착 속도 또한 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 않는 측면에서 당업자가 적절히 선택하여 조절할 수 있다.
한편, 상기 단계 c 는 제조된 다층 필름에 대하여 특정 온도로 어닐링을 실시하는 것으로서, 상기 어닐링은 박스 퍼니스(box furnace) 등에서, 산소 대기 하에, 약 60 내지 120 분간 약 300 내지 500℃ 의 온도로 어닐링을 실시할 수 있다. 상기 어닐링 실시 온도는 상기 필터가 특정 파장 영역 대를 흡수 또는 투과하여 색순도를 조절하기 위해, 당업자에 의해 300 내지 500℃ 의 범위 내에서 선택될 수 있다.
한편, 이와 같이 제조된 SiO2/TiO2 필터는 여러층으로 이루어진 다층 구조일 수 있어, 층의 개수에 대해서는 크게 제한되지는 않으나, 필요에 따라 증감될 수 있으며, 예를 들어 5 내지 13 개의 층, 7 내지 11 개의 층, 또는 9 개의 층으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 SiO2/TiO2 다층 구조 필터의 각 층의 두께는 파장 선택의 필요에 따라 달라질 수 있으며, 특히 상기 다층 구조는 가운데 층을 중심으로 대칭 구조를 이루는 것이 바람직하다.
예를 들어, 도 8 에 나타낸 바와 같이, 캐비티 구조를 갖는 SiO2 층을 중심으로 TiO2 층 및 SiO2 층이 교차로 형성되어 구성되는 다층 구조일 수 있으며, 상기 다층 구조의 중심이 되는 SiO2 층의 두께는 200 내지 800 nm 일 수 있고, 상기 가운데 층을 중심으로 교차로 형성되는 TiO2 및 SiO2 층의 두께는 10 내지 200 nm, 또는 30 내지 150 nm 일 수 있다.
상기 상술된 제조 방법에 따라 제조된 SiO2/TiO2 다층 구조 필터는 액정 표시 장치(LCD) 컬러필터, 유기발광 다이오드(OLED) 표시 장치, 발광 다이오드(LED) 또는 발광 다이오드 표시 장치에 적용될 수 있다.
상기 SiO2/TiO2 다층 구조 필터가 액정 표시 장치에 포함되는 경우, 액정 표시 장치는 기판, 컬러필터 및 외부필름을 포함할 수 있으며, 상기 SiO2/TiO2 다층 구조 필터는 상기 기판과 외부필름 사이에 배치될 수 있다.
또한, SiO2/TiO2 다층 구조 필터가 유기 발광 다이오드 표시 장치에 포함되는 경우, 유기 발광 다이오드 표시 장치는 봉지(Encapsulation)층, 제1 및 제2 전극층, TFT 층, OLED 층, 기판 및 외부필름을 포함할 수 있으며, 상기 SiO2/TiO2 다층 구조 필터는 상기 기판과 외부필름 사이에 배치될 수 있다.
아울러, SiO2/TiO2 다층 구조 필터가 발광 다이오드에 포함되는 경우, 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩, 에폭시, 형광체 및 렌즈를 포함할 수 있으며, 상기 SiO2/TiO2 다층 구조 필터는 발광 다이오드 칩 및 에폭시 사이에 위치하거나, 형광체 및 렌즈 사이에 배치될 수 있다.
나아가, SiO2/TiO2 다층 구조 필터가 발광 다이오드 표시 장치에 포함되는 경우, 발광 다이오드 표시 장치는 LC 패널, 도광판, 반사판 및 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, LC 패널, 도광판 및 반사판이 서로 적층되고, 상기 적층된 LC 패널, 도광판 및 반사판과 발광 다이오드 사이에, 상기 SiO2/TiO2 다층 구조 필터가 배치될 수 있다. 이와 같이, SiO2/TiO2 다층 구조 필터가 결합됨으로써, 비교적 양호한 색순도를 나타내기 위해 사용하였던, 기존의 양자점 필름 등과 같은 고가의 추가적 부자재를 대체할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 액정 표시 장치(LCD) 컬러필터, 발광 다이오드(LED) 또는 유기발광 다이오드(OLED) 제조 공정의 전공정 혹은 후공정 단계에서, 300 내지 500℃ 의 온도로 어닐링을 실시한 SiO2/TiO2 다층 구조 필터를 증착하여, 액정 표시 장치 컬러필터, 발광 다이오드 또는 유기발광 다이오드 의 색순도를 조절하는 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예 및 그 실험 결과에 대해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험 결과는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험 결과에 한정되는 것은 아니다.
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실시예
>
다층 구조의 SiO2/TiO2 필름은 클러스터 스퍼터링 시스템에 의해 0.5㎛ 두께의 유리 기판 상에 증착되었다. 증착 이전에, 유리 기판은 초음파 배쓰(bath)에 의해 아세톤, 알코올 및 탈염수에서 각각 15분간 순차적으로 세정되었다. 이후, 기판은 클러스터 스퍼터 챔버로 이동되어 동시에 고순도(99, 99%)의 TiO2 및 SiO2 타겟을 이용하여 SiO2/TiO2 스태킹 층(stacking layer)을 증착하였다. 양 필름에 대해 순수한 Ar(99.99%) 가스 유속 및 챔버 압력은 120 sccm 및 15 mTorr 로 고정되었다. 무선 주파수 스퍼터링 파워는 TiO2 및 SiO2 타겟 각각에 250W 및 300W 가 적용되었다. 74 nm 두께의 TiO2 (n=2.32) 및 96 nm 두께의 SiO2 (n=1.45) 층상 필름은 각각 5.7 및 3.6 Å/s 증착속도로 증착되었다. SiO2 캐비티 굴절률은 층 두께가 373 nm 인 1.44 로 선택되었다. 이후, 제조된 다층 필름은 산소 대기 하, 박스 퍼니스(box furnace)에서, 90분간 300℃, 400℃ 및 500℃ 의 온도로 어닐링 처리되었다. 필름의 구조적 특성은 X-선 회절계(Bruker, D2 PHASER, Cu Kα, λ=0.15406 nm)로 특성화되었다. 표면 모폴로지, 미세구조 및 광학 특성은 각각 원자 현미경(AFM, XE-100), 주사형 투과전자 현미경(STEM) 및 UV-Vis 분광기 (UV-Vis, Lambda 750)으로 특성화되었다. 모든 샘플의 결합 특성 및 표면 오염은 퓨리에 투과 적외선 분광기(furrier transmittance infrared spectroscopy; FT-IR)로 평가되었다. 밴드-패스(band-pass) 및 컬러 필터 특성은 PR-650 분광기에 의해 측정되었다.
이하, 상기 실시예의 실험 결과를 첨부된 도면을 참조해서 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 실시예 및 도면을 통해 본 발명의 기술적 사상이 명확하게 이해될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다.
<실험 결과>
SiO2/TiO2 다층 필름의 구조적 및 모폴로지 특성은 도 1 에 나타나있다. 도 1 의 (a) 는 어닐링 이전 및 이후의 다층 필름의 XRD 패턴을 나타낸다. 증착되고 저온 어닐링된(300℃) SiO2/TiO2 는 비정질 성질을 나타내는 것을 알 수 있다. 어닐링 온도를 400 및 500℃ 로 추가적으로 올림으로써, (101), (004), (200), (105) 및 (211) 의 아나타제(anatase) TiO2 회절 평면이 각각 25.38°, 38.07°, 48.32°, 54.17° 및 55.32°에서 나타나기 시작했다. 500℃ 로 어닐링된 필름에 대한 (004) 및 (200) 반사 피크의 강도가 증가되어 결정화도가 향상되었음을 나타내었다. 500℃ 에서 어닐링된 다층 필름의 표면 모폴로지 AFM 이미지는 평균 입자 크기 및 거칠기가 각각 50 nm 및 5 nm 인 과립 형태 구조를 나타낸다(도 1 (b) 참조). 다층 필름의 결정학에 대한 더 많은 통찰력을 얻기 위하여, 미세 구조 및 원소 조성물을 HR-TEM 및 TEM-EDS 기법으로 분석하였으며 도 1(c)-(f) 에 나타내었다. 도 1(c)-(e) 는 500℃ 에서 어닐링된 샘플의 횡단면 명시야 영역 TEM, HR-TEM 및 EDS 원소 맵핑 이미지를 나타낸다. 명시야 영역의 TEM 이미지는 전체 필름이 6 개의 TiO2 와 5 개의 SiO2 층으로 교대로 증착되어 총 1.185 ㎛ 두께의 복합 필름으로 구성됨을 명확히 보여준다. 도 1(d) 는 도 1(c) 의 박스형 영역의 HR-TEM 이미지를 나타내며, TiO2 (101) 면에 0.35 nm 의 격자 줄무늬는 SRD 결과와 잘 일치하였다. 총 다층 필름 내의 Si, Ti, 및 O 원소의 분포가 도 1(e) 의 EDS 맵핑 이미지에 표시되어있다. (도 1(f)에 도시된) X-Y 라인을 따라 얻은 라인 프로파일(line profile)은 Si 및 Ti 원자 퍼센트가 복합 필름 전체에 걸쳐 대응하는 SiO2 및 TiO2 층에서 5% 변화하는 것을 나타낸다.
상이한 온도에서 어닐링 전후의 SiO2/TiO2 다층 필름의 광학 투과율, 반사 및 흡수 특성을 도 2 에서 조사하였다. 실험 결과는 약 450 nm 이하의 청색 파장과 약 560 nm 중심으로 한 파장, 약 750 nm 중심으로 한 파장, 그리고 850 nm 이상의 파장들이 통과하는 필터 특성을 보이고 있다(도 2 참조). 도 2(a) 에 도시된 바와 같이, 샘플의 광 투과율은 가시광 및 적외선 범위 (300-1600 nm)에서 80-95% 의 투명도를 갖는 어닐링 온도의 변화로 인한 청색 편이를 동시에 나타낸다. 300-500 nm 파장 범위의 스펙트럼을 가진 300-500℃ 의 어닐링된 샘플에 대한 실온 투과율은 382, 415 및 454 nm 를 중심으로 3 개의 숄더 피크(shoulder peaks)를 나타낸다. 382 nm 의 피크는 자외선이며 415 nm 및 454 nm 의 다른 두 피크는 측정된 스펙트럼 범위에서 파란색 영역과 관련된다. 454 nm(88%) 및 382(83%)의 청색 및 자외선 피크는 5% 차이로 최고 투과율 값을 나타낸다. 노란 영역에서 매우 선명한 투과율 피크가 투명도 및 피크 중심이 각각 78% 및 568 nm 로 관찰되었다. 적외선 영역에서의 투과율, 특히 907, 1065 및 1527 nm 파장에서의 투과율은 90% 이상이었다. 도 2(a) 는 어닐링 온도에 따른 투과율의 청색 편이를 명확하게 보여주기 위해 520-620 nm 범위의 스펙트럼의 확대 이미지를 나타낸다. 어닐링 온도를 400℃ 까지 상승시키면 스펙트럼이 13 nm (568, 559, 및 555 nm)만큼 청색 편이 되었음을 알 수 있다. 그러나 어닐링 온도를 500℃ 까지 추가적으로 상승시키면 556 nm 으로 적색 편이가 발생한다. 계산 결과 어닐링 온도가 증가함에 따라 스펙트럼의 FWHM 이 하기와 같이 선형적으로 감소하는 것을 의미한다: 16.62 (568), 15.05 (559), 15.01 (555) 및 14.27 (556)nm. 다층 필름의 투과율 변화의 원인은 TiO2 층의 재결정화 및 상이한 굴절률의 다결정 아나타제 상 형성 때문이다.
382 및 454 nm 에서 응답 파장을 갖는 평균 반사율 값은 UV 및 청색 영역에서 10% 정도로 낮으며 500-540 nm 및 580-710 nm 에서 가시광선 범위에서 95% 만큼 높다(도 2(b) 참조). 500℃ 에서 어닐링된 샘플의 가시 영역에서 가장 높은 반사율을 보였으나, 근적외선 스펙트럼에서 특히 790 및 1220 nm 에서 감소하였다.
도 2(c) 는 300, 400 및 500℃ 온도에서 어닐링 전후의 SiO2/TiO2 다층 필름의 흡광도를 나타낸다. 흡광도는 526 및 638 nm 에서 가시 스펙트럼에서 2 개의 고강도 피크를 나타낸다. 따라서, 녹색 및 적색 방출이 필터에 의해 효과적으로 흡수될 수 있다고 결론 내릴 수 있다. 이에 반해, UV-blue (300-500 nm) 및 근적외선(NIR) (750-1600 nm) 스펙트럼에서의 다층 필름의 흡광도는 열악하여, SiO2/TiO2 다층 필름이 유효한 UV-blue 및 근적외선 밴드 패스 필터로 작용하도록 한다.
도 2(d) 는 각각 상이한 온도에서 증착되고 어닐링 된 필름의 FTIR 스펙트럼 결과를 나타낸다. FTIR 결합 피크가 관찰되었고, 제안된 화학 종으로 지정되었다. 800 및 1000- 에서의 Si-O-Si 특성 밴드는 각각 대칭 및 비대칭 인장 모드에 기인한다. 3306 및 1633 cm-1 에서의 피크는 OH 그룹의 신축 및 굽힘 진동에 의한 것이다. 1385 cm-1 주변의 밴드는 Ti-O-Ti 인장 모드에 할당되는 반면, 930 cm-1 영역에서의 중첩된 밴드는 Ti-O-Si 결합의 모션과 관련이 있다. 더욱이, 2364 및 2919 cm-1 에서의 CO2 및 C-H 결합 피크의 존재가 확인되었다.
다층 필름의 컬러 필터링 특성이 도 3 에 나타나있다. 적색, 녹색 및 청색(RGB) 발광 다이오드를 기준 광원으로 선택하고 각 파장별 투과된 강도(intensity)를 특성을 도 3(a)-(c) 에 나타내었다. 632 nm 에서 피크 밴드 중심을 갖는 기준 광원으로서의 적색 발광 다이오드는 유닛(unit) 값에서 0.45 의 강도를 나타내었다(도 3(a)). 다층 필름을 적색 블록 필터(red-block filter) 로 사용한 후에, 강도는 증착된 막에 대해 0.02 유닛까지 급격하게 감소하였고, 어닐링 온도가 500℃ 에 이르렀을 때, 0.01 유닛까지 추가적으로 감소하였다. 이는 적색의 투과율의 98% 가 다층 필터에 의해 효과적으로 차단되었음을 의미한다. 적색의 다른 2% 투과율은 그림 2(a) 에서 620-720 nm 투과율 범위 사이의 작은 갭으로 인한 것이다. 다층 필름에 의한 녹색 컬러 필터링은 도 3(b) 에 나타나있다. 참고로, 녹색 LED 는 전기발광 중심을 535 nm 에서 나타내고 강도는 0.084 에서 0.015 유닛으로 감소하였다. 568 nm 에서의 새로운 피크는 가시 스펙트럼에서 뾰족한 투과율 피크로 인해 노란색 영역에서 관찰되었다. 그리고 상기 피크는 568 에서 560 으로 청색 편이되었고 어닐링 온도 증가에 따라 비선형적으로 증가하였다. 도 3(c) 는 어닐링 전후의 청색 광 여과 특성을 나타낸다. 블루 밴드패스 필터 다층 필름은 98% 의 청색 방출을 전달하기 때문에, 도 3(c)에 나타낸 바와 같이 작동한다. 다층 필름의 투과된 강도는 다른 색상과는 다르며, 어닐링 온도 증가 효과로 인하여 약간 감소한다. 상이한 온도에서의 다층 필름에 의한 필터링 전후의 적색, 녹색 및 청색 광 발광 강도는 cd/m2 로 측정되고 RGB-LED 상의 샘플 표면으로부터 디지털 카메라로 얻은 이미지들을 도 3(d) 에 나타내었다.
즉, 도 3 은 약 635 nm 중심 파장의 적색 광원을 차단하고, 460 nm 중심의 청색 파장을 통과시키며, 530 nm 중심 파장의 녹색 광원은 560 nm 중심 통과 필터를 일부 통과한 것을 나타낸 결과이다.
이러한 실험 결과를 통해, 300℃, 400℃ 또는 500℃ 에서 어닐링 실시한 경우와, 어닐링을 실시하지 않은 다층구조 필터를 비교하였을 때, R-G-B 각각의 LED 광원을 상기 특정 온도에서 어닐링을 실시한 다층구조 필터를 통과시키면 특정 파장의 광원을 더욱 효과적으로 차단하거나, 통과시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 나아가, 이러한 다층구조 필터를 활용하여, 적색, 녹색 또는 청색 LED 광원 중 하나의 LED 에 narrow band pass 특성을 보이는 상기 필터의 파장대역을 적용하여, LED 광원의 색순도를 높일 수 있음을 확인할 수 있다.
Claims (10)
- a) 아세톤, 알코올 및 탈염수에서 순차적으로 초음파 배쓰(bath)로 기판을 세정하는 단계;
b) 스퍼터링 방법을 통해 SiO2 및 TiO2 타겟을 이용하여 SiO2/TiO2 스태킹 층(stacking layer)을 증착하는 단계;
c) 증착된 다층 필름에 대하여 산소 대기 하에서 60 내지 120 분간 300 내지 500℃의 온도로 어닐링 처리하여 다층 필름의 색 순도를 조절하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 SiO2/TiO2 다층 구조 필터의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 a 의 기판은 유리 기판이며, 아세톤, 알코올 및 탈염수에서 각각 10 내지 20 분간 순차적으로 세정하는 것을 특징으로 하는 SiO2/TiO2 다층 구조 필터의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 b 는 Ar 가스 하에서 증착되며, 상기 다층 구조는 5 내지 13 개층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 SiO2/TiO2 다층 구조 필터의 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 SiO2/TiO2 다층 구조는 가운데 층을 중심으로 대칭 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 SiO2/TiO2 다층 구조 필터의 제조 방법.
- 제1항의 방법에 따라 제조된 SiO2/TiO2 다층 구조 필터를 포함하는 액정 표시 장치(LCD) 로서,
기판, 컬러필터 및 외부필름을 포함하며, 기판과 외부필름 사이에 상기 SiO2/TiO2 다층 구조 필터가 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
- 제1항의 방법에 따라 제조된 SiO2/TiO2 다층 구조 필터를 포함하는 유기발광 다이오드(OLED) 표시 장치로서,
봉지(Encapsulation)층, 제1 및 제2 전극층, TFT 층, OLED 층, 기판 및 외부필름을 포함하며, 상기 기판과 외부필름 사이에 상기 SiO2/TiO2 다층 구조 필터가 배치되는 것을 특징으로 하는 유기발광 다이오드 표시 장치.
- LC 패널, 도광판, 반사판 및 발광 다이오드(LED)를 포함하는 발광 다이오드 표시 장치로서,
LC 패널, 도광판 및 반사판이 서로 적층되고, 도광판 측면에 발광 다이오드(LED)를 포함하며, 상기 발광 다이오드와 적층된 LC 패널, 도광판 및 반사판 사이에 제1항의 방법에 따라 제조된 SiO2/TiO2 다층 구조 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 표시 장치.
- 발광 다이오드(LED) 칩, 에폭시, 형광체 및 렌즈를 포함하는 발광 다이오드로서,
상기 발광 다이오드 칩 및 에폭시 사이 혹은 형광체 및 렌즈 사이에, 제1항의 방법에 따라 제조된 SiO2/TiO2 다층 구조 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
- 액정 표시 장치(LCD) 컬러필터, 발광 다이오드(LED) 또는 유기발광 다이오드(OLED) 제조 공정의 전공정 혹은 후공정 단계에서, 산소 대기 하에서 60 내지 120 분간 300 내지 500℃의 온도로 어닐링을 실시한 SiO2/TiO2 다층 구조 필터를 증착하여, 액정 표시 장치 컬러필터, 발광 다이오드 또는 유기발광 다이오드의 색순도를 조절하는 방법.
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