反射型カラーフィルタ及びこれを備えるディスプレイ装置
【課題】反射型カラーフィルタ及びこれを備えるディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】透明基板、透明基板上に形成された複数のフォトニック結晶パターンを含むフォトニック結晶層及び透明基板を介してフォトニック結晶パターンと対向する光エネルギー変換素子を含む反射型カラーフィルタ。入射光に対する透過率が電気的に制御される液晶層、液晶層を画像情報によって駆動する複数の薄膜トランジスタを備えるＴＦＴ−アレイ層及び液晶層を通じて入射された光のうち、フォトニックバンドギャップに該当する波長帯域の光を反射させる反射型カラーフィルタを備える反射型ディスプレイ装置。
【解決手段】透明基板、透明基板上に形成された複数のフォトニック結晶パターンを含むフォトニック結晶層及び透明基板を介してフォトニック結晶パターンと対向する光エネルギー変換素子を含む反射型カラーフィルタ。入射光に対する透過率が電気的に制御される液晶層、液晶層を画像情報によって駆動する複数の薄膜トランジスタを備えるＴＦＴ−アレイ層及び液晶層を通じて入射された光のうち、フォトニックバンドギャップに該当する波長帯域の光を反射させる反射型カラーフィルタを備える反射型ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エネルギー変換素子が付着された反射型カラーフィルタと、これを利用して動作中にも充電可能なディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、携帯型メディアプレーヤ（ＰＭＰ）、ＵＭＰＣ（ｕｌｔｒａ ｍｏｂｉｌｅ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などのモバイルディスプレイ機器は、室内だけでなく光が非常に強い場所でも利用される。したがって、携帯電話、ＰＭＰ、ＵＭＰＣなどのモバイルディスプレイ機器は、周辺の明るさに関係なくディスプレイの視認性を確保する必要がある。また、明るい環境では周辺光もディスプレイの表面で反射されて目に入るため、コントラストが低下しうる。さらに、ディスプレイ表面で反射された光とパネルから出た光とが混ざりうる。これにより、ディスプレイの色純度が落ちる恐れがある。
【０００３】
モバイルディスプレイを長時間動作させるためのパネルの消費電力低減を考慮すれば、明るい環境で周辺光を光源として利用する反射型ディスプレイが解決策になりうる。
【０００４】
最近は、反射型ディスプレイのカラーフィルタとして、構造色を基盤とするフォトニック結晶型カラーフィルタが研究されている。フォトニック結晶型カラーフィルタは、光の波長より小さなサイズのナノ構造を利用して外部から入射される光の反射または吸収を制御することによって、所望の色相の光は反射（または透過）させ、他の色相の光は透過（または反射）させる。
【０００５】
このようなフォトニック結晶型カラーフィルタは、ナノサイズの単位ブロックが一定の間隔で周期的に配列される構造を持っている。フォトニック結晶型カラーフィルタは、その光学的特性がナノ構造のサイズ及び周期によって決定される。したがって、ナノ構造を特定波長に適した構造に製作することによって波長選択性に優れ、カラーバンド幅の調節が容易なフォトニック結晶型カラーフィルタを製造できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一実施形態は、光エネルギー変換素子が付着された反射型カラーフィルタを提供する。
【０００７】
本発明の一実施形態は、かかる反射型カラーフィルタを利用して動作中にも充電可能な反射型ディスプレイ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態による反射型カラーフィルタは、透明基板と、前記透明基板上に形成された複数のフォトニック結晶パターンを含むフォトニック結晶層、及び前記透明基板を介して前記フォトニック結晶パターンと対向する光エネルギー変換素子を備える。
【０００９】
前記透明基板と前記フォトニック結晶層との間にバリア層がさらに備えられうる。
【００１０】
前記フォトニック結晶層は、前記フォトニック結晶パターンをカバーすると共に前記フォトニック結晶パターンの屈折率より低い屈折率を持つ低屈折率層を備えることができる。
【００１１】
前記複数のフォトニック結晶パターンのそれぞれは島状であり、前記複数のフォトニック結晶パターンは、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれに対応する相異なるサイズのパターン領域で形成されうる。
【００１２】
前記フォトニック結晶パターンは、前記赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれに対応する相異なるサイズのフォトニック結晶パターン領域が、ストライプ型、モザイク型、デルタ型または他の形態に配列されて形成されうる。
【００１３】
前記フォトニック結晶パターンの上に、シリコン酸化（ＳｉＯ２）膜またはシリコン窒化（Ｓｉ３Ｎ４）膜の光カットオフ層がさらに備えられうる。
【００１４】
前記光エネルギー変換素子は太陽電池でありうる。
【００１５】
本発明の一実施形態による反射型ディスプレイ装置は、入射光に対する透過率が電気的に制御される液晶層と、前記液晶層を画像情報によって駆動する複数の薄膜トランジスタを備えるＴＦＴ−アレイ層、及び前記液晶層を通じて入射された光のうちフォトニックバンドギャップに該当する波長帯域の光を反射させるものとして反射型カラーフィルタを備え、前記反射型カラーフィルタは、透明基板と、前記透明基板上に形成された複数のフォトニック結晶パターンを含むフォトニック結晶層、及び前記透明基板を介して前記フォトニック結晶パターンと対向する光エネルギー変換素子を備える。
【００１６】
前記液晶層の上に入射光ユニットがさらに備えられうる。この時、前記入射光ユニットは発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）でありうる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一実施形態による反射型カラーフィルタ及びディスプレイ装置によれば、使用中にも特定波長帯域の反射光はディスプレイ用途として利用し、残りの透過光は、下部に位置した光エネルギー変換素子によりエネルギーに変換されてディスプレイ装置の駆動電力として活用することによって、ディスプレイ装置の動作時間を倍加させることができる。また別途の入射光発生装置を備えて周辺光に関係なくディスプレイの視認性を高めることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による光学フィルタの概略的な構造を示した斜視図である。
【図２】図１のカラーフィルタについての断面図である。
【図３】フォトニック結晶カラーフィルタの反射面と透過面とで反射及び透過スペクトルを示すグラフである。
【図４】透過波長帯域の光と反射波長帯域の光とをフォトニック結晶カラーフィルタに入射させた時、反射面と透過面とでの時間応答を示すグラフである。
【図５】透過波長帯域の光と反射波長帯域の光とをフォトニック結晶カラーフィルタに入射させた時、反射面と透過面とでの時間応答を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態による反射型カラーフィルタの概略的な構造を示す断面図である。
【図７Ａ】図６の反射型カラーフィルタに備えられた複数のフォトニック結晶ユニットの配置構造についての多様な実施形態を示す平面図である。
【図７Ｂ】図６の反射型カラーフィルタに備えられた複数のフォトニック結晶ユニットの配置構造についての多様な実施形態を示す平面図である。
【図７Ｃ】図６の反射型カラーフィルタに備えられた複数のフォトニック結晶ユニットの配置構造についての多様な実施形態を示す平面図である。
【図８】本発明の一実施形態によるディスプレイ装置の概略的な構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付した図面を参照して本発明の一実施形態による反射型カラーフィルタ及びディスプレイ装置を詳細に説明する。この過程で、図面に図示された層や領域の厚さは、明細書の明確化のために誇張して図示されたものである。明細書全体で実質的に同じ構成要素については同じ参照番号を使用する。そして、実質的に同じ構成要素については、最初に紹介される構成要素を除外した残りについては説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態によるカラーフィルタの概略的な構造を示す。そして、図２は、図１のカラーフィルタの断面を示す。
【００２１】
図１及び図２を参照すれば、カラーフィルタ１００は、透明基板１３０、透明基板１３０上に形成されたバリア層１５０、バリア層１５０上に形成されたフォトニック結晶層１６０、及び透明基板１３０の下に形成された光エネルギー変換素子である太陽電池１１０を備える。白色光がフォトニック結晶層１６０に入射されると、共振波長を中心に一定の波長帯域の光は反射され、残りの光はそのまま透過される。前記透過された光は太陽電池１１０の光エネルギー源として活用される。
【００２２】
フォトニック結晶層１６０は、周期的な屈折率分布によりフォトニックバンドギャップに該当する波長帯域の光を反射させるように設けられる。フォトニック結晶層１６０は、相対的に高屈折率を持って周期的に配列されたフォトニック結晶パターン１６２、相対的に低屈折率を持つ低屈折率層１６６及びフォトニック結晶パターン１６２上に形成された光カットオフ層１６４を備える。それぞれのフォトニック結晶パターン１６２は島パターンである。フォトニック結晶層１６０で複数のフォトニック結晶パターン１６２は、所定の配列、例えば、格子配列をなす。
【００２３】
図１で、フォトニック結晶パターン１６２は直六面体形状に図示されている。しかし、フォトニック結晶パターン１６２は円柱または多角形柱状であり、その他の形状でもありうる。
【００２４】
フォトニック結晶パターン１６２は、低屈折率層１６６に比べて大きい屈折率を持つことができる。例えば、フォトニック結晶パターン１６２の屈折率と低屈折率層１６６の屈折率との実数部成分の差は２以上になりうる。また、フォトニック結晶パターン１６２の屈折率と低屈折率層１６６の屈折率との虚数部成分は、可視光波長帯域で０．１以下になりうる。屈折率の虚数部成分が大きければ反射率が低くなる。したがって、フォトニック結晶パターン１６２と低屈折率層１６６として、屈折率の虚数部成分値の小さな物質を使用できる。フォトニック結晶パターン１６２の物質として、単結晶シリコン、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ Ｓｉ）、ＡｌＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＢＰ及びＺｎＧｅＰ２のうちいずれか一つが使われうる。そして、低屈折率層１６６の物質として空気、ポリカルボナート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＯ２のうちいずれか一つが使われうる。低屈折率層１６６は、フォトニック結晶パターン１６２で形成されたアレイを支持する支持層になりうる。低屈折率層１６６は、フォトニック結晶パターン１６２間の領域とフォトニック結晶パターン１６２の上とを全体的に覆うように設けられうる。言い換えれば、低屈折率層１６６は、フォトニック結晶パターン１６２で形成された前記アレイを覆うように設けられうる。
【００２５】
このような低屈折率層１６６を持つ構造は、例えば、非晶質シリコンでフォトニック結晶パターン１６２を形成した後、非晶質シリコンで形成されたフォトニック結晶パターン１６２を単結晶シリコンまたはポリシリコンに結晶化する段階で、各フォトニック結晶パターン１６２の損傷を防止するために選択されうる。
【００２６】
光カットオフ層１６４は、カラーフィルタ１００のカットオフ特性を改善する役割を行える。光カットオフ層１６４は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）層またはシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）層でありうる。透明基板１３０は、導波管の役割を行うように設けられうる。フォトニック結晶層１６０の結晶構造により入射光のうち特定波長の光のみ反射され、残りの光は透過されて透明基板１３０に閉じ込められる。透明基板１３０はガラス基板でありうる。バリア層１５０は、透明基板１３０とフォトニック結晶層１６０との間に設けられうる。
【００２７】
結晶化工程中に、透明基板１３０の内部の不純物がフォトニック結晶層１６０のフォトニック結晶パターン１６２に含まれうる。このようになれば、フォトニック結晶パターン１６２の結晶純度が低下しうる。例えば、フォトニック結晶パターン１６２がシリコン物質である場合、シリコンの結晶純度が低下しうる。バリア層１５０により、前記結晶化工程でフォトニック結晶パターン１６２の結晶純度が低下することを防止できる。
【００２８】
バリア層１５０は、透明基板１３０の屈折率と類似した屈折率を持つ物質層でありうる。バリア層１５０の材料と低屈折率層１６６の材料とは同一でありうる。
【００２９】
太陽電池１１０の構造は、通常のｎ型及びｐ型シリコン薄膜太陽電池と同一でありえる。カラーフィルタ１００が反射型ディスプレイに適用される場合、カラーフィルタ１００に入射される入射光のうち一部は反射されてディスプレイの色具現のための光として使われる。そして、前記入射光の残りの大部分は、透明基板１３０、バリア層１５０及びフォトニック結晶層１６０を透過する。このような透過光は、太陽電池１１０のエネルギー源として使われうる。前記透過光を利用して、太陽電池１１０はさらに駆動電流を生産できる。
【００３０】
図３は、フォトニック結晶カラーフィルタの反射面と透過面での反射及び透過スペクトルを示すグラフである。図３で、第１グラフＧ１は、透過面での反射及び透過スペクトルを示し、第２グラフＧ２は反射面での反射及び透過スペクトルを示す。
【００３１】
図３を参照すれば、あらゆる周波数成分を含む光をフォトニック結晶カラーフィルタに入射させる時、緑色波長帯域の光はフォトニック結晶カラーフィルタで反射され、残りの波長帯域の光はフォトニック結晶カラーフィルタを透過する。
【００３２】
したがって、緑色波長帯域の反射光は緑色色の具現に使われ、残りの波長帯域の光（４１８．１ｎｍの中心ピークを持つ光と６００ｎｍ以上波長帯域の光）は太陽電池の充電に使われうるということが分かる。青色及び赤色フォトニック結晶カラーフィルタの場合にも、同じメカニズムで波長帯域別に反射及び透過特性を示す。
【００３３】
図４及び図５は、それぞれ透過波長帯域の光と反射波長帯域の光とをフォトニック結晶カラーフィルタに入射させた時、フォトニック結晶カラーフィルタの反射面と透過面とでの時間応答を示すグラフである。図４及び図５で、第１グラフＧ１１、Ｇ１２は透過面での時間応答を示し、第２グラフＧ２１、Ｇ２２は、反射面での時間応答を示す。
【００３４】
図４及び図５を参照すれば、透過波長帯域の光（４１８．１ｎｍ及び５９３．５ｎｍ）が入射される時、透過領域での時間応答が反射領域での時間応答に比べて相対的に大きい。このような結果は、入射光の大部分が透過されることを説明する。
【００３５】
逆に、反射波長帯域の光（４７６．６ｎｍ及び５４６．１ｎｍ）が入射される時、反射領域での時間応答が透過領域での時間応答に比べて相対的に大きい。このような結果は、入射光の大部分が反射されることを説明する。
【００３６】
以上説明した光学フィルタ１００は、周期的な屈折率分布を形成するフォトニック結晶層１６０により特定波長帯域の光を反射させる。この時、バンド帯域と幅とは、フォトニック結晶パターン１６２で形成されるアレイの形状、フォトニック結晶パターン１６２の周期により定められる。フォトニック結晶パターン１６２で形成されるアレイの形状とフォトニック結晶パターン１６２の周期とは、簡単に適切に選択できる。また、光学フィルタ１００は、フィルタリング性能に優れて多様な技術分野に適用できる。例えば、光学フィルタ１００は、太陽電池、ＱＤ−ＬＥＤ（ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、ＯＬＥＤ（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）に適用され、また後述するように、ディスプレイ装置のカラーフィルタに適用されることもある。
【００３７】
図６は、本発明の一実施形態による反射型カラーフィルタを示す。
【００３８】
図６を参照すれば、反射型カラーフィルタ２００は、透明基板２３０、透明基板２３０上に形成されたバリア層２５０、バリア層２５０上に形成された所定波長帯域の光を反射させる複数のフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０及び透明基板２３０の下部に形成された光エネルギー変換素子である太陽電池２１０を備える。太陽電池２１０は、透明基板２３０の下面に付着されうる。バリア層２５０の上面は複数の画素領域ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３で形成される。第１画素領域ＰＡ１に入射光Ｌのうち赤色光ＬＲを反射させる赤色フォトニック結晶ユニット２７０が設けられうる。第２画素領域ＰＡ２に緑色光ＬＧを反射させる緑色フォトニック結晶ユニット２８０が設けられうる。第３画素領域ＰＡ３に青色光ＬＢを反射させる青色フォトニック結晶ユニット２９０が設けられうる。各画素領域に設けられるフォトニック結晶ユニットはこれと異なりうる。例えば、第１画素領域ＰＡ１に青色フォトニック結晶ユニット２９０が設けられても、第３画素領域ＰＡ３に赤色フォトニック結晶ユニット２７０が設けられてもよい。赤色フォトニック結晶ユニット２７０は、相対的に高屈折率を持つフォトニック結晶パターン２７２と相対的に低屈折率を持つ低屈折率層２７６とを備える。この時、フォトニック結晶パターン２７２と低屈折率層２７６とは周期的に配列されている。そして、緑色フォトニック結晶ユニット２８０は、相対的に高屈折率を持つフォトニック結晶パターン２８２と、相対的に低屈折率を持つ低屈折率層２８６とを備える。この時、フォトニック結晶パターン２８２と低屈折率層２８６とは周期的に配列されている。また、青色フォトニック結晶ユニット２９０は、相対的に高屈折率を持つフォトニック結晶パターン２９２と、相対的に低屈折率を持つ低屈折率層２９６とを備える。この時、フォトニック結晶パターン２９２と低屈折率層２９６とは周期的に配列されている。フォトニック結晶パターン２７２、２８２、２９２上には、それぞれ光カットオフ層２７４、２８４、２９４が形成されている。フォトニック結晶パターン２７２、２８２、２９２は島状のパターンを形成している。フォトニック結晶パターン２７２、２８２、２９２、低屈折率層２７６、２８６、２９６及び光カットオフ層２７４、２８４、２９４の材料は、それぞれ図１のフォトニック結晶パターン１６２、低屈折率層１６６及び光カットオフ層１６４に採用される材料から選択されうる。フォトニック結晶パターン２７２、２８２、２９２の材料は同一または相異なる。そして、低屈折率層２７６、２８６、２９６の材料は同一または相異なる。また、光カットオフ層２７４、２８４、２９４の材料も同一または相異なる。フォトニック結晶パターン２７２、２８２、２９２が形成する形状とフォトニック結晶パターン２７２、２８２、２９２の周期とは、それぞれ赤色、緑色、青色に該当するフォトニックバンドギャップを持つように、互いに異なって定められうる。
【００３９】
太陽電池２１０は、色の具現のために反射された光を除外した、透明基板２３０を透過して太陽電池２１０に入射される光を吸収する。すなわち、赤色フォトニック結晶ユニット２７０、緑色フォトニック結晶ユニット２８０、青色フォトニック結晶ユニット２９０のそれぞれで反射されない光は、透明基板２３０を通過して太陽電池２１０に到達してエネルギーに転換される。
【００４０】
このように本発明の一実施形態による反射型カラーフィルタは、入射光のうち特定波長帯域の反射光はディスプレイ用途で利用し、透過光は下部に位置した光エネルギー変換素子、例えば、太陽電池２１０によりエネルギーに変換される。したがって、前記透過光、即ち、前記光エネルギー変換素子により変換されたエネルギーはディスプレイ装置の駆動電力として活用でき、これにより、ディスプレイ装置の動作時間を倍加させることができる。
【００４１】
図６には基本画素をなす３つのフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０のみ図示したが、反射型カラーフィルタ２００は、基本画素をなす複数のフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０が反復配置された構造を持つ。
【００４２】
図７Ａないし図７Ｃは、図６の反射型カラーフィルタ２００の複数のフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０の配置構造についての多様な実施形態を示す。
【００４３】
図７Ａを参照すれば、複数の赤色フォトニック結晶ユニット２７０はストライプ状に配置されている。すなわち、複数の赤色フォトニック結晶ユニット２７０は所定方向に一列に配列されている。複数の緑色フォトニック結晶ユニット２８０及び複数の青色フォトニック結晶ユニット２９０も、それぞれストライプ状に配置されている。複数の緑色フォトニック結晶ユニット２８０及び複数の青色フォトニック結晶ユニット２９０の配置方向は、複数の赤色フォトニック結晶ユニット２７０と同一、または一つ以上異なる方向に配置されうる。
【００４４】
図７Ｂを参照すれば、複数の赤色フォトニック結晶ユニット２７０、緑色フォトニック結晶ユニット２８０及び青色フォトニック結晶ユニット２９０はモザイク状に配置されている。このような配置で、赤色フォトニック結晶ユニット２７０、緑色フォトニック結晶ユニット２８０及び青色フォトニック結晶ユニット２９０のうち選択されたいずれか一つのフォトニック結晶ユニットは、残りのフォトニック結晶ユニットで取り囲まれる。
【００４５】
図７Ｃを参照すれば、複数の赤色、緑色及び青色フォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０は、赤色フォトニック結晶ユニット２７０、緑色フォトニック結晶ユニット２８０及び青色フォトニック結晶ユニット２９０の中心を連結した線がデルタ（Δ）状になるように配置されている。
【００４６】
図８は、本発明の一実施形態によるディスプレイ装置を示す。
【００４７】
図８を参照すれば、ディスプレイ装置３００は、入射光に対する透過率が電気的に制御される液晶層３３０、液晶層３３０を通じて入射された光のうち、フォトニックバンドギャップに該当する波長帯域の光を反射させる太陽電池２１０が備えられた反射型カラーフィルタ４００、液晶層３３０を画像情報によって駆動する複数の薄膜トランジスタ３１２を備えるＴＦＴ−アレイ層３１０を備える。反射型カラーフィルタ４００は、図３の反射型カラーフィルタ２００と実質的に同じ構造を持つことができる。したがって、反射型カラーフィルタ４００についての詳細な説明は省略する。
【００４８】
ＴＦＴ−アレイ層３１０は、複数の薄膜トランジスタ３１２と複数の画素電極３１４とを備える。第１ないし第３画素領域ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３は少なくとも一つの薄膜トランジスタ３１２を備え、フォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０のうち一つを備える。各画素領域ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３で薄膜トランジスタ３１２はフォトニック結晶ユニットに隣接している。薄膜トランジスタ３１２とフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０とは同一基板上に形成されている。
【００４９】
液晶層３３０に入射される入射光に対する液晶層３３０の透過率は電気的に制御される。液晶層３３０は、２個の透明基板２３０、３６０の間に設けられる。液晶層３３０の上及び下にそれぞれ配向層３４０、３２０が設けられる。液晶層３３０としては、周知の多様な種類の液晶が採用されうる。例えば、ＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）液晶、ＭＴＮ（ｍｉｘｅｄ−ｍｏｄｅ ＴＮ）液晶、ＰＤＬＣ（ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）、ＨＺ（Ｈｅｉｌｍｅｉｅｒ−Ｚａｎｏｎｉ）液晶、ＣＫ（Ｃｏｌｅ−Ｋａｓｈｎｏｗ）液晶などが採用されうる。
【００５０】
透明基板３６０の液晶層３３０と対向する一面に透明電極３５０が設けられている。すなわち、透明電極３５０は透明基板３６０と液晶層３３０との間に設けられている。透明基板３６０の前記一面と対向する他面に、例えば、透明基板３６０の上面に偏光板３７０が設けられている。液晶層３３０の種類及び駆動モードによって偏光板３７０は不要なこともある。逆に、偏光軸が偏光板３７０の偏光軸と垂直の偏光板や１／４波長板がさらに設けられることもある。
【００５１】
反射型ディスプレイ装置３００の場合、周辺光を利用する。したがって、暗い環境で反射型ディスプレイ装置３００の輝度は低下しうる。これにより、液晶層３３０の上に人為的に周辺光の役割を行える別途の入射光ユニット３８０を備えることができる。入射光ユニット３８０は複数の発光ダイオードら（ＬＥＤ）がアレイをなす構造でありうる。入射光ユニット３８０により、暗い環境での反射型ディスプレイ装置３００の視認性が高くなりうる。入射光ユニット３８０は、反射型ディスプレイ装置３００に入射光を提供する入射光発生装置でありうる。
【００５２】
本発明の一実施形態のディスプレイ装置３００で、反射型カラーフィルタ２００のフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０と薄膜トランジスタ３１２とは同一基板に形成されている。したがって、反射型カラーフィルタ２００とＴＦＴ−アレイ層３１０とを同じ工程段階で製造できる。このようにフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０と薄膜トランジスタ３１２とが同一基板に形成された構造は、カラーフィルタが上部基板に設けられ、ＴＦＴアレイが下部基板に設けられる一般的な液晶ディスプレイ装置に比べて製造上いろいろな利点がある。例えば、一般的な液晶ディスプレイ装置の場合、カラーフィルタとＴＦＴアレイとを別途に製作して接合する時、画素単位で整列させて接合せねばならないが、この過程でアラインメントエラーが発生しうる。
【００５３】
一方、本発明の一実施形態の場合、同じ基板上にカラーフィルタとＴＦＴアレイとが備えられるので、アラインメントエラーを低減させることができる。
【００５４】
本発明の一実施形態で、薄膜トランジスタ３１２とフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０とが同一基板上に形成されたと説明した。しかし、かかる説明は、薄膜トランジスタ３１２とフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０とを同一基板上に形成されたものと限定するためではない。前述したものとは異なって、反射型カラーフィルタ２００とＴＦＴ−アレイ層３１０とは別個の層に形成されてもよい。
【００５５】
添付した図面を参照して詳述した本発明の実施形態は例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解できるであろう。しがたって、本発明の真の保護範囲は特許請求の範囲のみにより定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、反射型カラーフィルタが使われるあらゆる電子製品に使われうる。特に、ディスプレイ装置に使われうるが、例えば、携帯電話、ＰＭＰ、ＵＭＰＣなどのモバイルディスプレイ機器に使われ、コンピュータやその他のデスクトップディスプレイ機器にも使われうる。
【符号の説明】
【００５７】
１００ カラーフィルタ
１１０ 太陽電池
１３０ 透明基板
１５０ バリア層
１６０ フォトニック結晶層
１６２ フォトニック結晶パターン
１６４ 光カットオフ層
１６６ 低屈折率層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エネルギー変換素子が付着された反射型カラーフィルタと、これを利用して動作中にも充電可能なディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、携帯型メディアプレーヤ（ＰＭＰ）、ＵＭＰＣ（ｕｌｔｒａ ｍｏｂｉｌｅ ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などのモバイルディスプレイ機器は、室内だけでなく光が非常に強い場所でも利用される。したがって、携帯電話、ＰＭＰ、ＵＭＰＣなどのモバイルディスプレイ機器は、周辺の明るさに関係なくディスプレイの視認性を確保する必要がある。また、明るい環境では周辺光もディスプレイの表面で反射されて目に入るため、コントラストが低下しうる。さらに、ディスプレイ表面で反射された光とパネルから出た光とが混ざりうる。これにより、ディスプレイの色純度が落ちる恐れがある。
【０００３】
モバイルディスプレイを長時間動作させるためのパネルの消費電力低減を考慮すれば、明るい環境で周辺光を光源として利用する反射型ディスプレイが解決策になりうる。
【０００４】
最近は、反射型ディスプレイのカラーフィルタとして、構造色を基盤とするフォトニック結晶型カラーフィルタが研究されている。フォトニック結晶型カラーフィルタは、光の波長より小さなサイズのナノ構造を利用して外部から入射される光の反射または吸収を制御することによって、所望の色相の光は反射（または透過）させ、他の色相の光は透過（または反射）させる。
【０００５】
このようなフォトニック結晶型カラーフィルタは、ナノサイズの単位ブロックが一定の間隔で周期的に配列される構造を持っている。フォトニック結晶型カラーフィルタは、その光学的特性がナノ構造のサイズ及び周期によって決定される。したがって、ナノ構造を特定波長に適した構造に製作することによって波長選択性に優れ、カラーバンド幅の調節が容易なフォトニック結晶型カラーフィルタを製造できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一実施形態は、光エネルギー変換素子が付着された反射型カラーフィルタを提供する。
【０００７】
本発明の一実施形態は、かかる反射型カラーフィルタを利用して動作中にも充電可能な反射型ディスプレイ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態による反射型カラーフィルタは、透明基板と、前記透明基板上に形成された複数のフォトニック結晶パターンを含むフォトニック結晶層、及び前記透明基板を介して前記フォトニック結晶パターンと対向する光エネルギー変換素子を備える。
【０００９】
前記透明基板と前記フォトニック結晶層との間にバリア層がさらに備えられうる。
【００１０】
前記フォトニック結晶層は、前記フォトニック結晶パターンをカバーすると共に前記フォトニック結晶パターンの屈折率より低い屈折率を持つ低屈折率層を備えることができる。
【００１１】
前記複数のフォトニック結晶パターンのそれぞれは島状であり、前記複数のフォトニック結晶パターンは、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれに対応する相異なるサイズのパターン領域で形成されうる。
【００１２】
前記フォトニック結晶パターンは、前記赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれに対応する相異なるサイズのフォトニック結晶パターン領域が、ストライプ型、モザイク型、デルタ型または他の形態に配列されて形成されうる。
【００１３】
前記フォトニック結晶パターンの上に、シリコン酸化（ＳｉＯ２）膜またはシリコン窒化（Ｓｉ３Ｎ４）膜の光カットオフ層がさらに備えられうる。
【００１４】
前記光エネルギー変換素子は太陽電池でありうる。
【００１５】
本発明の一実施形態による反射型ディスプレイ装置は、入射光に対する透過率が電気的に制御される液晶層と、前記液晶層を画像情報によって駆動する複数の薄膜トランジスタを備えるＴＦＴ−アレイ層、及び前記液晶層を通じて入射された光のうちフォトニックバンドギャップに該当する波長帯域の光を反射させるものとして反射型カラーフィルタを備え、前記反射型カラーフィルタは、透明基板と、前記透明基板上に形成された複数のフォトニック結晶パターンを含むフォトニック結晶層、及び前記透明基板を介して前記フォトニック結晶パターンと対向する光エネルギー変換素子を備える。
【００１６】
前記液晶層の上に入射光ユニットがさらに備えられうる。この時、前記入射光ユニットは発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）でありうる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一実施形態による反射型カラーフィルタ及びディスプレイ装置によれば、使用中にも特定波長帯域の反射光はディスプレイ用途として利用し、残りの透過光は、下部に位置した光エネルギー変換素子によりエネルギーに変換されてディスプレイ装置の駆動電力として活用することによって、ディスプレイ装置の動作時間を倍加させることができる。また別途の入射光発生装置を備えて周辺光に関係なくディスプレイの視認性を高めることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による光学フィルタの概略的な構造を示した斜視図である。
【図２】図１のカラーフィルタについての断面図である。
【図３】フォトニック結晶カラーフィルタの反射面と透過面とで反射及び透過スペクトルを示すグラフである。
【図４】透過波長帯域の光と反射波長帯域の光とをフォトニック結晶カラーフィルタに入射させた時、反射面と透過面とでの時間応答を示すグラフである。
【図５】透過波長帯域の光と反射波長帯域の光とをフォトニック結晶カラーフィルタに入射させた時、反射面と透過面とでの時間応答を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態による反射型カラーフィルタの概略的な構造を示す断面図である。
【図７Ａ】図６の反射型カラーフィルタに備えられた複数のフォトニック結晶ユニットの配置構造についての多様な実施形態を示す平面図である。
【図７Ｂ】図６の反射型カラーフィルタに備えられた複数のフォトニック結晶ユニットの配置構造についての多様な実施形態を示す平面図である。
【図７Ｃ】図６の反射型カラーフィルタに備えられた複数のフォトニック結晶ユニットの配置構造についての多様な実施形態を示す平面図である。
【図８】本発明の一実施形態によるディスプレイ装置の概略的な構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付した図面を参照して本発明の一実施形態による反射型カラーフィルタ及びディスプレイ装置を詳細に説明する。この過程で、図面に図示された層や領域の厚さは、明細書の明確化のために誇張して図示されたものである。明細書全体で実質的に同じ構成要素については同じ参照番号を使用する。そして、実質的に同じ構成要素については、最初に紹介される構成要素を除外した残りについては説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態によるカラーフィルタの概略的な構造を示す。そして、図２は、図１のカラーフィルタの断面を示す。
【００２１】
図１及び図２を参照すれば、カラーフィルタ１００は、透明基板１３０、透明基板１３０上に形成されたバリア層１５０、バリア層１５０上に形成されたフォトニック結晶層１６０、及び透明基板１３０の下に形成された光エネルギー変換素子である太陽電池１１０を備える。白色光がフォトニック結晶層１６０に入射されると、共振波長を中心に一定の波長帯域の光は反射され、残りの光はそのまま透過される。前記透過された光は太陽電池１１０の光エネルギー源として活用される。
【００２２】
フォトニック結晶層１６０は、周期的な屈折率分布によりフォトニックバンドギャップに該当する波長帯域の光を反射させるように設けられる。フォトニック結晶層１６０は、相対的に高屈折率を持って周期的に配列されたフォトニック結晶パターン１６２、相対的に低屈折率を持つ低屈折率層１６６及びフォトニック結晶パターン１６２上に形成された光カットオフ層１６４を備える。それぞれのフォトニック結晶パターン１６２は島パターンである。フォトニック結晶層１６０で複数のフォトニック結晶パターン１６２は、所定の配列、例えば、格子配列をなす。
【００２３】
図１で、フォトニック結晶パターン１６２は直六面体形状に図示されている。しかし、フォトニック結晶パターン１６２は円柱または多角形柱状であり、その他の形状でもありうる。
【００２４】
フォトニック結晶パターン１６２は、低屈折率層１６６に比べて大きい屈折率を持つことができる。例えば、フォトニック結晶パターン１６２の屈折率と低屈折率層１６６の屈折率との実数部成分の差は２以上になりうる。また、フォトニック結晶パターン１６２の屈折率と低屈折率層１６６の屈折率との虚数部成分は、可視光波長帯域で０．１以下になりうる。屈折率の虚数部成分が大きければ反射率が低くなる。したがって、フォトニック結晶パターン１６２と低屈折率層１６６として、屈折率の虚数部成分値の小さな物質を使用できる。フォトニック結晶パターン１６２の物質として、単結晶シリコン、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ Ｓｉ）、ＡｌＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＢＰ及びＺｎＧｅＰ２のうちいずれか一つが使われうる。そして、低屈折率層１６６の物質として空気、ポリカルボナート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＯ２のうちいずれか一つが使われうる。低屈折率層１６６は、フォトニック結晶パターン１６２で形成されたアレイを支持する支持層になりうる。低屈折率層１６６は、フォトニック結晶パターン１６２間の領域とフォトニック結晶パターン１６２の上とを全体的に覆うように設けられうる。言い換えれば、低屈折率層１６６は、フォトニック結晶パターン１６２で形成された前記アレイを覆うように設けられうる。
【００２５】
このような低屈折率層１６６を持つ構造は、例えば、非晶質シリコンでフォトニック結晶パターン１６２を形成した後、非晶質シリコンで形成されたフォトニック結晶パターン１６２を単結晶シリコンまたはポリシリコンに結晶化する段階で、各フォトニック結晶パターン１６２の損傷を防止するために選択されうる。
【００２６】
光カットオフ層１６４は、カラーフィルタ１００のカットオフ特性を改善する役割を行える。光カットオフ層１６４は、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）層またはシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）層でありうる。透明基板１３０は、導波管の役割を行うように設けられうる。フォトニック結晶層１６０の結晶構造により入射光のうち特定波長の光のみ反射され、残りの光は透過されて透明基板１３０に閉じ込められる。透明基板１３０はガラス基板でありうる。バリア層１５０は、透明基板１３０とフォトニック結晶層１６０との間に設けられうる。
【００２７】
結晶化工程中に、透明基板１３０の内部の不純物がフォトニック結晶層１６０のフォトニック結晶パターン１６２に含まれうる。このようになれば、フォトニック結晶パターン１６２の結晶純度が低下しうる。例えば、フォトニック結晶パターン１６２がシリコン物質である場合、シリコンの結晶純度が低下しうる。バリア層１５０により、前記結晶化工程でフォトニック結晶パターン１６２の結晶純度が低下することを防止できる。
【００２８】
バリア層１５０は、透明基板１３０の屈折率と類似した屈折率を持つ物質層でありうる。バリア層１５０の材料と低屈折率層１６６の材料とは同一でありうる。
【００２９】
太陽電池１１０の構造は、通常のｎ型及びｐ型シリコン薄膜太陽電池と同一でありえる。カラーフィルタ１００が反射型ディスプレイに適用される場合、カラーフィルタ１００に入射される入射光のうち一部は反射されてディスプレイの色具現のための光として使われる。そして、前記入射光の残りの大部分は、透明基板１３０、バリア層１５０及びフォトニック結晶層１６０を透過する。このような透過光は、太陽電池１１０のエネルギー源として使われうる。前記透過光を利用して、太陽電池１１０はさらに駆動電流を生産できる。
【００３０】
図３は、フォトニック結晶カラーフィルタの反射面と透過面での反射及び透過スペクトルを示すグラフである。図３で、第１グラフＧ１は、透過面での反射及び透過スペクトルを示し、第２グラフＧ２は反射面での反射及び透過スペクトルを示す。
【００３１】
図３を参照すれば、あらゆる周波数成分を含む光をフォトニック結晶カラーフィルタに入射させる時、緑色波長帯域の光はフォトニック結晶カラーフィルタで反射され、残りの波長帯域の光はフォトニック結晶カラーフィルタを透過する。
【００３２】
したがって、緑色波長帯域の反射光は緑色色の具現に使われ、残りの波長帯域の光（４１８．１ｎｍの中心ピークを持つ光と６００ｎｍ以上波長帯域の光）は太陽電池の充電に使われうるということが分かる。青色及び赤色フォトニック結晶カラーフィルタの場合にも、同じメカニズムで波長帯域別に反射及び透過特性を示す。
【００３３】
図４及び図５は、それぞれ透過波長帯域の光と反射波長帯域の光とをフォトニック結晶カラーフィルタに入射させた時、フォトニック結晶カラーフィルタの反射面と透過面とでの時間応答を示すグラフである。図４及び図５で、第１グラフＧ１１、Ｇ１２は透過面での時間応答を示し、第２グラフＧ２１、Ｇ２２は、反射面での時間応答を示す。
【００３４】
図４及び図５を参照すれば、透過波長帯域の光（４１８．１ｎｍ及び５９３．５ｎｍ）が入射される時、透過領域での時間応答が反射領域での時間応答に比べて相対的に大きい。このような結果は、入射光の大部分が透過されることを説明する。
【００３５】
逆に、反射波長帯域の光（４７６．６ｎｍ及び５４６．１ｎｍ）が入射される時、反射領域での時間応答が透過領域での時間応答に比べて相対的に大きい。このような結果は、入射光の大部分が反射されることを説明する。
【００３６】
以上説明した光学フィルタ１００は、周期的な屈折率分布を形成するフォトニック結晶層１６０により特定波長帯域の光を反射させる。この時、バンド帯域と幅とは、フォトニック結晶パターン１６２で形成されるアレイの形状、フォトニック結晶パターン１６２の周期により定められる。フォトニック結晶パターン１６２で形成されるアレイの形状とフォトニック結晶パターン１６２の周期とは、簡単に適切に選択できる。また、光学フィルタ１００は、フィルタリング性能に優れて多様な技術分野に適用できる。例えば、光学フィルタ１００は、太陽電池、ＱＤ−ＬＥＤ（ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、ＯＬＥＤ（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）に適用され、また後述するように、ディスプレイ装置のカラーフィルタに適用されることもある。
【００３７】
図６は、本発明の一実施形態による反射型カラーフィルタを示す。
【００３８】
図６を参照すれば、反射型カラーフィルタ２００は、透明基板２３０、透明基板２３０上に形成されたバリア層２５０、バリア層２５０上に形成された所定波長帯域の光を反射させる複数のフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０及び透明基板２３０の下部に形成された光エネルギー変換素子である太陽電池２１０を備える。太陽電池２１０は、透明基板２３０の下面に付着されうる。バリア層２５０の上面は複数の画素領域ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３で形成される。第１画素領域ＰＡ１に入射光Ｌのうち赤色光ＬＲを反射させる赤色フォトニック結晶ユニット２７０が設けられうる。第２画素領域ＰＡ２に緑色光ＬＧを反射させる緑色フォトニック結晶ユニット２８０が設けられうる。第３画素領域ＰＡ３に青色光ＬＢを反射させる青色フォトニック結晶ユニット２９０が設けられうる。各画素領域に設けられるフォトニック結晶ユニットはこれと異なりうる。例えば、第１画素領域ＰＡ１に青色フォトニック結晶ユニット２９０が設けられても、第３画素領域ＰＡ３に赤色フォトニック結晶ユニット２７０が設けられてもよい。赤色フォトニック結晶ユニット２７０は、相対的に高屈折率を持つフォトニック結晶パターン２７２と相対的に低屈折率を持つ低屈折率層２７６とを備える。この時、フォトニック結晶パターン２７２と低屈折率層２７６とは周期的に配列されている。そして、緑色フォトニック結晶ユニット２８０は、相対的に高屈折率を持つフォトニック結晶パターン２８２と、相対的に低屈折率を持つ低屈折率層２８６とを備える。この時、フォトニック結晶パターン２８２と低屈折率層２８６とは周期的に配列されている。また、青色フォトニック結晶ユニット２９０は、相対的に高屈折率を持つフォトニック結晶パターン２９２と、相対的に低屈折率を持つ低屈折率層２９６とを備える。この時、フォトニック結晶パターン２９２と低屈折率層２９６とは周期的に配列されている。フォトニック結晶パターン２７２、２８２、２９２上には、それぞれ光カットオフ層２７４、２８４、２９４が形成されている。フォトニック結晶パターン２７２、２８２、２９２は島状のパターンを形成している。フォトニック結晶パターン２７２、２８２、２９２、低屈折率層２７６、２８６、２９６及び光カットオフ層２７４、２８４、２９４の材料は、それぞれ図１のフォトニック結晶パターン１６２、低屈折率層１６６及び光カットオフ層１６４に採用される材料から選択されうる。フォトニック結晶パターン２７２、２８２、２９２の材料は同一または相異なる。そして、低屈折率層２７６、２８６、２９６の材料は同一または相異なる。また、光カットオフ層２７４、２８４、２９４の材料も同一または相異なる。フォトニック結晶パターン２７２、２８２、２９２が形成する形状とフォトニック結晶パターン２７２、２８２、２９２の周期とは、それぞれ赤色、緑色、青色に該当するフォトニックバンドギャップを持つように、互いに異なって定められうる。
【００３９】
太陽電池２１０は、色の具現のために反射された光を除外した、透明基板２３０を透過して太陽電池２１０に入射される光を吸収する。すなわち、赤色フォトニック結晶ユニット２７０、緑色フォトニック結晶ユニット２８０、青色フォトニック結晶ユニット２９０のそれぞれで反射されない光は、透明基板２３０を通過して太陽電池２１０に到達してエネルギーに転換される。
【００４０】
このように本発明の一実施形態による反射型カラーフィルタは、入射光のうち特定波長帯域の反射光はディスプレイ用途で利用し、透過光は下部に位置した光エネルギー変換素子、例えば、太陽電池２１０によりエネルギーに変換される。したがって、前記透過光、即ち、前記光エネルギー変換素子により変換されたエネルギーはディスプレイ装置の駆動電力として活用でき、これにより、ディスプレイ装置の動作時間を倍加させることができる。
【００４１】
図６には基本画素をなす３つのフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０のみ図示したが、反射型カラーフィルタ２００は、基本画素をなす複数のフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０が反復配置された構造を持つ。
【００４２】
図７Ａないし図７Ｃは、図６の反射型カラーフィルタ２００の複数のフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０の配置構造についての多様な実施形態を示す。
【００４３】
図７Ａを参照すれば、複数の赤色フォトニック結晶ユニット２７０はストライプ状に配置されている。すなわち、複数の赤色フォトニック結晶ユニット２７０は所定方向に一列に配列されている。複数の緑色フォトニック結晶ユニット２８０及び複数の青色フォトニック結晶ユニット２９０も、それぞれストライプ状に配置されている。複数の緑色フォトニック結晶ユニット２８０及び複数の青色フォトニック結晶ユニット２９０の配置方向は、複数の赤色フォトニック結晶ユニット２７０と同一、または一つ以上異なる方向に配置されうる。
【００４４】
図７Ｂを参照すれば、複数の赤色フォトニック結晶ユニット２７０、緑色フォトニック結晶ユニット２８０及び青色フォトニック結晶ユニット２９０はモザイク状に配置されている。このような配置で、赤色フォトニック結晶ユニット２７０、緑色フォトニック結晶ユニット２８０及び青色フォトニック結晶ユニット２９０のうち選択されたいずれか一つのフォトニック結晶ユニットは、残りのフォトニック結晶ユニットで取り囲まれる。
【００４５】
図７Ｃを参照すれば、複数の赤色、緑色及び青色フォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０は、赤色フォトニック結晶ユニット２７０、緑色フォトニック結晶ユニット２８０及び青色フォトニック結晶ユニット２９０の中心を連結した線がデルタ（Δ）状になるように配置されている。
【００４６】
図８は、本発明の一実施形態によるディスプレイ装置を示す。
【００４７】
図８を参照すれば、ディスプレイ装置３００は、入射光に対する透過率が電気的に制御される液晶層３３０、液晶層３３０を通じて入射された光のうち、フォトニックバンドギャップに該当する波長帯域の光を反射させる太陽電池２１０が備えられた反射型カラーフィルタ４００、液晶層３３０を画像情報によって駆動する複数の薄膜トランジスタ３１２を備えるＴＦＴ−アレイ層３１０を備える。反射型カラーフィルタ４００は、図３の反射型カラーフィルタ２００と実質的に同じ構造を持つことができる。したがって、反射型カラーフィルタ４００についての詳細な説明は省略する。
【００４８】
ＴＦＴ−アレイ層３１０は、複数の薄膜トランジスタ３１２と複数の画素電極３１４とを備える。第１ないし第３画素領域ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３は少なくとも一つの薄膜トランジスタ３１２を備え、フォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０のうち一つを備える。各画素領域ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３で薄膜トランジスタ３１２はフォトニック結晶ユニットに隣接している。薄膜トランジスタ３１２とフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０とは同一基板上に形成されている。
【００４９】
液晶層３３０に入射される入射光に対する液晶層３３０の透過率は電気的に制御される。液晶層３３０は、２個の透明基板２３０、３６０の間に設けられる。液晶層３３０の上及び下にそれぞれ配向層３４０、３２０が設けられる。液晶層３３０としては、周知の多様な種類の液晶が採用されうる。例えば、ＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）液晶、ＭＴＮ（ｍｉｘｅｄ−ｍｏｄｅ ＴＮ）液晶、ＰＤＬＣ（ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）、ＨＺ（Ｈｅｉｌｍｅｉｅｒ−Ｚａｎｏｎｉ）液晶、ＣＫ（Ｃｏｌｅ−Ｋａｓｈｎｏｗ）液晶などが採用されうる。
【００５０】
透明基板３６０の液晶層３３０と対向する一面に透明電極３５０が設けられている。すなわち、透明電極３５０は透明基板３６０と液晶層３３０との間に設けられている。透明基板３６０の前記一面と対向する他面に、例えば、透明基板３６０の上面に偏光板３７０が設けられている。液晶層３３０の種類及び駆動モードによって偏光板３７０は不要なこともある。逆に、偏光軸が偏光板３７０の偏光軸と垂直の偏光板や１／４波長板がさらに設けられることもある。
【００５１】
反射型ディスプレイ装置３００の場合、周辺光を利用する。したがって、暗い環境で反射型ディスプレイ装置３００の輝度は低下しうる。これにより、液晶層３３０の上に人為的に周辺光の役割を行える別途の入射光ユニット３８０を備えることができる。入射光ユニット３８０は複数の発光ダイオードら（ＬＥＤ）がアレイをなす構造でありうる。入射光ユニット３８０により、暗い環境での反射型ディスプレイ装置３００の視認性が高くなりうる。入射光ユニット３８０は、反射型ディスプレイ装置３００に入射光を提供する入射光発生装置でありうる。
【００５２】
本発明の一実施形態のディスプレイ装置３００で、反射型カラーフィルタ２００のフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０と薄膜トランジスタ３１２とは同一基板に形成されている。したがって、反射型カラーフィルタ２００とＴＦＴ−アレイ層３１０とを同じ工程段階で製造できる。このようにフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０と薄膜トランジスタ３１２とが同一基板に形成された構造は、カラーフィルタが上部基板に設けられ、ＴＦＴアレイが下部基板に設けられる一般的な液晶ディスプレイ装置に比べて製造上いろいろな利点がある。例えば、一般的な液晶ディスプレイ装置の場合、カラーフィルタとＴＦＴアレイとを別途に製作して接合する時、画素単位で整列させて接合せねばならないが、この過程でアラインメントエラーが発生しうる。
【００５３】
一方、本発明の一実施形態の場合、同じ基板上にカラーフィルタとＴＦＴアレイとが備えられるので、アラインメントエラーを低減させることができる。
【００５４】
本発明の一実施形態で、薄膜トランジスタ３１２とフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０とが同一基板上に形成されたと説明した。しかし、かかる説明は、薄膜トランジスタ３１２とフォトニック結晶ユニット２７０、２８０、２９０とを同一基板上に形成されたものと限定するためではない。前述したものとは異なって、反射型カラーフィルタ２００とＴＦＴ−アレイ層３１０とは別個の層に形成されてもよい。
【００５５】
添付した図面を参照して詳述した本発明の実施形態は例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解できるであろう。しがたって、本発明の真の保護範囲は特許請求の範囲のみにより定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、反射型カラーフィルタが使われるあらゆる電子製品に使われうる。特に、ディスプレイ装置に使われうるが、例えば、携帯電話、ＰＭＰ、ＵＭＰＣなどのモバイルディスプレイ機器に使われ、コンピュータやその他のデスクトップディスプレイ機器にも使われうる。
【符号の説明】
【００５７】
１００ カラーフィルタ
１１０ 太陽電池
１３０ 透明基板
１５０ バリア層
１６０ フォトニック結晶層
１６２ フォトニック結晶パターン
１６４ 光カットオフ層
１６６ 低屈折率層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
複数のフォトニック結晶パターンを含むフォトニック結晶層と、
光エネルギー変換素子と、を備え、
前記透明基板は、前記光エネルギー変換素子と前記フォトニック結晶パターンとの間に備えられた反射型カラーフィルタ。
【請求項２】
前記フォトニック結晶層は、前記透明基板上に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項３】
前記光エネルギー変換素子は、前記透明基板に接触されたことを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項４】
前記光エネルギー変換素子は、前記フォトニック結晶パターンと対向することを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項５】
前記透明基板と前記フォトニック結晶層との間にバリア層がさらに備えられたことを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項６】
前記バリア層は、前記透明基板に接触されたことを特徴とする請求項５に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項７】
前記バリア層は、前記フォトニック結晶層に接触されたことを特徴とする請求項５に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項８】
前記フォトニック結晶層は、前記フォトニック結晶パターンをカバーすると共に、前記フォトニック結晶パターンの屈折率より低い屈折率を持つ低屈折率層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項９】
前記フォトニック結晶パターンは、単結晶Ｓｉ、Ｐｏｌｙ Ｓｉ、ＡｌＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＢＰ及びＺｎＧｅＰ２のうち一つまたはそれ以上を含むことを特徴とする請求項８に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１０】
前記低屈折率層の材料は、空気、ポリカルボナート、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル樹脂、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＯ２のうち一つまたはそれ以上を含むことを特徴とする請求項８に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１１】
前記複数のフォトニック結晶パターンのそれぞれは島状であり、前記複数のフォトニック結晶パターンは、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれに対応する相異なるサイズのフォトニック結晶パターン領域をなすことを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１２】
前記赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれに対応する相異なるサイズのフォトニック結晶パターン領域は、ストライプ型、モザイク型またはデルタ型に配列されてなることを特徴とする請求項１１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１３】
前記フォトニック結晶パターンの上に光カットオフ層がさらに備えられたことを特徴とする請求項８に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１４】
前記光カットオフ層は、ＳｉＯ２膜またはＳｉ３Ｎ４膜からなることを特徴とする請求項１３に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１５】
前記光エネルギー変換素子は太陽電池であることを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１６】
入射光に対する透過率が電気的に制御される液晶層と、
前記液晶層を画像情報によって駆動する複数の薄膜トランジスタを備えるＴＦＴ−アレイ層と、
前記液晶層を通じて入射された光のうち、フォトニックバンドギャップに該当する波長帯域の光を反射させる、請求項１に記載の反射型カラーフィルタと、を備える反射型ディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記液晶層の上に入射光ユニットがさらに備えられたことを特徴とする請求項１６に記載の反射型ディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記入射光ユニットは、発光ダイオード（ＬＥＤ）であることを特徴とする請求項１７に記載の反射型ディスプレイ装置。
【請求項１】
透明基板と、
複数のフォトニック結晶パターンを含むフォトニック結晶層と、
光エネルギー変換素子と、を備え、
前記透明基板は、前記光エネルギー変換素子と前記フォトニック結晶パターンとの間に備えられた反射型カラーフィルタ。
【請求項２】
前記フォトニック結晶層は、前記透明基板上に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項３】
前記光エネルギー変換素子は、前記透明基板に接触されたことを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項４】
前記光エネルギー変換素子は、前記フォトニック結晶パターンと対向することを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項５】
前記透明基板と前記フォトニック結晶層との間にバリア層がさらに備えられたことを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項６】
前記バリア層は、前記透明基板に接触されたことを特徴とする請求項５に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項７】
前記バリア層は、前記フォトニック結晶層に接触されたことを特徴とする請求項５に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項８】
前記フォトニック結晶層は、前記フォトニック結晶パターンをカバーすると共に、前記フォトニック結晶パターンの屈折率より低い屈折率を持つ低屈折率層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項９】
前記フォトニック結晶パターンは、単結晶Ｓｉ、Ｐｏｌｙ Ｓｉ、ＡｌＳｂ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＢＰ及びＺｎＧｅＰ２のうち一つまたはそれ以上を含むことを特徴とする請求項８に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１０】
前記低屈折率層の材料は、空気、ポリカルボナート、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル樹脂、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＯ２のうち一つまたはそれ以上を含むことを特徴とする請求項８に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１１】
前記複数のフォトニック結晶パターンのそれぞれは島状であり、前記複数のフォトニック結晶パターンは、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれに対応する相異なるサイズのフォトニック結晶パターン領域をなすことを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１２】
前記赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれに対応する相異なるサイズのフォトニック結晶パターン領域は、ストライプ型、モザイク型またはデルタ型に配列されてなることを特徴とする請求項１１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１３】
前記フォトニック結晶パターンの上に光カットオフ層がさらに備えられたことを特徴とする請求項８に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１４】
前記光カットオフ層は、ＳｉＯ２膜またはＳｉ３Ｎ４膜からなることを特徴とする請求項１３に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１５】
前記光エネルギー変換素子は太陽電池であることを特徴とする請求項１に記載の反射型カラーフィルタ。
【請求項１６】
入射光に対する透過率が電気的に制御される液晶層と、
前記液晶層を画像情報によって駆動する複数の薄膜トランジスタを備えるＴＦＴ−アレイ層と、
前記液晶層を通じて入射された光のうち、フォトニックバンドギャップに該当する波長帯域の光を反射させる、請求項１に記載の反射型カラーフィルタと、を備える反射型ディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記液晶層の上に入射光ユニットがさらに備えられたことを特徴とする請求項１６に記載の反射型ディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記入射光ユニットは、発光ダイオード（ＬＥＤ）であることを特徴とする請求項１７に記載の反射型ディスプレイ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１４５６７２（Ｐ２０１１−１４５６７２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２９０１（Ｐ２０１１−２９０１）
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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