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dc.contributor.advisor Jang, Jae Eun -
dc.contributor.author Lee, Young Jin -
dc.date.accessioned 2017-05-10T08:53:53Z -
dc.date.available 2017-01-18T00:00:00Z -
dc.date.issued 2017 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002322756 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/1512 -
dc.description.abstract Electrically tunable multi-color optical filter structure has been studied employing asymmetrical nanohole array design and a twisted nematic (TN) mode of liquid crystal (LC). Recently, some researches have been reported to get various color states in one unit cell structure, since it can be one of the most important solution for ultra-high integration density of some opto-electrical devices such as a semiconductor based image sensor or a display device. Nanometer level size hole arrays on metal film have shown extraordinary phenomenon, filtering effect on visible light due to surface plasmonic effect mainly. The filtering color can be changed by the control of environmental factors such as a refractive index, a dielectric constant or incident polarization direction. However, most of these control principle is not electrical methods, but the change of material property or mechanical principle, so that it is hard to apply this structure to various opto-electrical devices.
In this thesis, in order to solve these limitations, 2-dimensional (2D) asymmetric nanohole array design with electrical polarization rotator function employing a twisted nematic (TN) mode of liquid crystal (LC) has been suggested. Nanohole arrays having different structure factors of x and y axis were fabricated on aluminum film. This asymmetric nanohole array design allows to get two different principle colors and mixed states with modulation of incident light polarization, even if it is a structural fixed design. The polarization state is tuned electrically by TN-LC structure combined with the asymmetrically designed nanohole layer. The color tuning shift is larger than 100nm depended on the design layout of nanohole array. It is not easy to get this wide range color change by a control of refractive index of surrounding materials, generally. The functional ability as electrode of nanohole array on metal film and low driving voltage of TN cell mode can open high probability to apply to various electronic device concepts, such as dynamic display, variable information encoding, anti-counterfeiting. ⓒ 2017 DGIST
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dc.description.tableofcontents Ⅰ. INTRODUCTION 1 --
1.1 Motivation 1 --
1.2 Plasmonic Color Filter 1 --
1.2.1 Surface Plasmons 1 --
1.2.2 Plasmonic Color Filter Using Nanohole Arrays 3 --
1.2.3 Dielectric Constant Sensitivity 4 --
1.3 Liquid Crystal 5 --
1.3.1 Property of Liquid Crystal 5 --
1.3.2 Polarization Rotator Using Liquid Crystal 6 --
1.4 Active Plasmonics Materials 7 --
1.4.1 Liquid Crystal 8 --
1.4.2 Polymer 9 --
1.4.3 Photochromic Molecules 10 --
1.4.4 Inorganic Materials 10 --
Ⅱ. EXPERIMENT DETAILS 11 --
2.1 Concept of Active Plasmonic Color Filter 11 --
2.1.1 Design of Plasmonic Color Filter 11 --
2.2 Fabrication of Active Plasmonic Color FIlter 11 --
2.2.1 Fabrication of Plasmonic Color Filter 11 --
2.2.2 Liquid Crystal Polarization Rotator 12 --
2.2.3 Active Color Filter with Changeable Dielectric Constant 14 --
2.2.4 Active Color Filter with Polarization Effect 14 --
2.3 Measurement System for Fabricated Color Filter 17 --
Ⅲ. RESULTS AND DISCUSSION 18 --
3.1 Theoretical Studies for Nanohole Array Structure 18 --
3.1.1 Simulation of Electric Field at the Surface of Metal 18 3.1.2 Electric Field Intensity Distributions for the Asymmetric Nanohole Arrays System 20 --
3.1.3 Simulation of Electric Field at the ITO Electrodes Array 21 --
3.2 Characteristics of Plasmonic Color Filter 22 --
3.3 Characteristics of Liquid Crystal Polarization Rotator 25 --
3.4 Characteristics of Active Color Filter with Changeable Dielectric 28 --
3.5 Characteristics of Active Color Filter with Polarization Effect 33 --
3.5.1 Plasmonic Color Filter on TN Polarization Rotator 33 --
3.5.2 Plasmonic Color Filter on TN-Lateral Polarization Rotator 35 --
3.5.3 The Effect of Alignment Layer to Color Filter 38 --
3.5.4 Characteristics of LC Combined Color Filter 42 --
IV. CONCLUSION 49
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dc.format.extent 54 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject Electrically Tunable Multi-color Optical Filter -
dc.subject Nanohole Arrays -
dc.subject Liquid Crystal -
dc.subject 능동적인 컬러필터 -
dc.subject 플라즈모닉 구조체 -
dc.subject 편광셔터 -
dc.title Electronically Controlled Multi-color Optical Shutter with Metallic Nanostructure -
dc.title.alternative 전기적으로 색을 조절 가능한 금속 나노구조체 기반의 광학 셔터 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.2322756 -
dc.description.alternativeAbstract 본 연구는 기존의 컬러필터의 수동적인 한계점을 극복하기 위해 능동적인 컬러필터를 개발하는 것에 초점을 두고 있다. 플라즈모닉스가 등장한 이래 빛의 성질을 변화시키는 그 특성을 이용하여, 컬러필터, 바이오센서, 이미지 레코딩 등 수많은 관련 연구들이 진행되고 있다. 특히 현재 주로 사용되는 형광 컬러필터를 대체할 수 있는 금속 박막의 컬러필터가 주목 받고 있다. 기존에 사용하던 형광물질을 이용한 컬러필터는 광 효율이 낮고, 복잡한 공정을 요구하며, 자외선에 의해 쉽게 손상되는 등 많은 한계점을 지니고 있다. 플라즈모닉 컬러필터를 사용하여 간단한 공정으로 고효율의 컬러필터를 실현할 수 있다. 그러나 이러한 컬러필터 또한 한번 제작되면 그 특성을 변화시킬 수 없다는 한계점을 지니기 때문에 원하는 색을 표현하는데 3개의 서브픽셀이 필요하여 고 해상도 디스플레이에 불리하다. 이러한 문제점을 해결하여 한가지 컬러필터에서 여러 가지 색을 나타내어 기존과 다른 컬러 시스템을 구현하는 것이 도전과제이다.
본 논문에서는 플라즈모닉 구조체에서 발생하는 편광 선택적인 특성을 이용하여 전기적으로 색을 변화시킬 수 있는 능동적인 컬러필터가 연구되었다. 나노미터 크기의 구멍들이 알루미늄 박막에 나열된 구조체를 제작하여 특정 파장대의 입사광만 투과 시키는 컬러필터를 제작하였다. 또한, 나노 구조체들을 특수한 구조로 배열하여 배열의 방향마다 다른 증폭 특성을 보이도록 제작했다. 이러한 비대칭적인 컬러필터는 입사하는 빛의 편광에 따라서 다양한 색을 나타내는 성질을 지니고 있기 때문에, 투과 특성이 한가지 색으로 고정되지 않는다. 더욱 유용하게 색을 조절하기 위해서 액정을 이용한 편광셔터를 추가로 결합했다. 액정을 이용한 편광셔터는 전기적인 신호를 이용하여 자유자재로 색을 변환시킬 수 있는 장점을 지닌다. 또한, 한가지 픽셀에서 수많은 색을 나타낼 수 있으므로 고해상도의 디스플레이를 구현할 수 있다. 이러한 점에서 본 능동적인 컬러필터는 기존과 다른 컬러 구현 방식을 가지고, 고해상도의 디스플레이에서 활용될 수 있다는 점에서 의의를 가진다. ⓒ 2017 DGIST
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dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Information and Communication Engineering -
dc.contributor.coadvisor Cho, Chang Hee -
dc.date.awarded 2017. 2 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.date.accepted 2017-01-18 -
dc.contributor.alternativeDepartment 대학원 정보통신융합공학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Lee, Young Jin -
dc.contributor.affiliatedAuthor Jang, Jae Eun -
dc.contributor.affiliatedAuthor Cho, Chang Hee -
dc.contributor.alternativeName 이영진 -
dc.contributor.alternativeName 장재은 -
dc.contributor.alternativeName 조창희 -
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Department of Electrical Engineering and Computer Science Theses Master

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