CN111754857B - 使用纳米等离子体的双面显示装置及其制造方法 - Google Patents

使用纳米等离子体的双面显示装置及其制造方法 Download PDF

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Abstract

提供使用纳米等离子体的双面显示装置及其制造方法。显示装置的制造方法包括：在基板上形成透明金属层的步骤；在所述透明金属层上形成绝缘层的步骤；对所述绝缘层的特定区域的表面性质进行改性的步骤；在所述绝缘层上形成金属纳米结构层的步骤；以及对所述绝缘层进行选择性蚀刻，以形成多个柱和由所述多个柱定义的多个空间的步骤。

Description

使用纳米等离子体的双面显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及双面显示装置及其制造方法。具体地，本发明涉及使用纳米等离子体的双面显示装置及其制造方法，其能够根据透明的基板的前表面和后表面的颜色不同地被反射的光学雅努斯现象，能够选择性控制前表面和后表面所显示的图像。
背景技术
Koichiro Saito and Tetsu Tatsuma,“Asymmetric Three-Way PlasmonicColor Routers”,Adv.Optical Mater.2015,3公开了光学雅努斯技术，该光学雅努斯技术是将电介质以薄膜形态形成，从而在多层结构的透明状芯片中，根据纳米粒子位于哪一薄膜层，使透明的基板的前表面和后表面反射不同的颜色。只是，现有的光学雅努斯技术仅仅是从两表面反射或两表面所显示的图像的颜色有所不同，不能够选择性控制被显示的图像。
纳米等离子体(nano-plasmonics)是利用当有特定分子粘合/粘附在纳米结构上时，共振波的波长发生变化，并根据纳米结构物的结构的状态、周期/偏光方向等，改变吸光/发光特性的现象。利用这种纳米等离子体现象的选择性吸光装置、高敏传感器等的开发正在活跃地进行。另外，利用了基于纳米结构体的等离子体现象及基于此现象的选择性吸/发光特性的设备，不仅应用于科学研究，还用于诸如显示装置、太阳能电池等产业应用领域。即，等离子体现象及利用此现象的设备的应用范围同第四次工业革命进一步扩大。
本申请的发明人们通过透明状基板，实现前后表面不同颜色的图像，但是从现有的利用纳米结构物发光的水平再上一台阶，达到了能够选择性显示所述图像的使用纳米等离子体的双面显示装置及其制造方法的开发水平。
发明内容
技术问题
本发明提供基于纳米等离子体的双面显示装置及其制造方法，该装置使用了了无需昂贵的工艺过程就能够制造的纳米结构体。
技术方案
本发明涉及的显示装置的制造方法可包括：在基板上形成透明金属层的步骤；在所述透明金属层上形成绝缘层的步骤；对所述绝缘层的特定区域的表面性质进行改性的步骤；在所述绝缘层上形成金属纳米结构层的步骤；以及对所述绝缘层进行选择性蚀刻，以形成多个柱和由所述多个柱定义的多个空间的步骤。
在一实施例中，所述绝缘层包括疏水性材料，在所述改性步骤中，所述特定区域的表面性质从疏水性变为亲水性。
在一实施例中，所述特定区域可以对应于所述显示装置中待显示的图像。
在一实施例中，所述金属纳米结构层可包括：薄膜层，与所述特定区域对应地形成；以及纳米岛网络结构层，与除所述特定区域以外的绝缘层的剩余区域对应地形成。
在一实施例中，所述透明金属层的厚度可以为25nm。
在一实施例中，所述透明金属层的形成步骤及所述金属纳米结构层的自组装诱导步骤是可通过热蒸镀进行的，所述透明金属层的热蒸镀速度比所述纳米结构层的热蒸镀速度更快。
本发明的其他实施例涉及的显示装置可包括：基板；透明金属层，位于所述基板上；绝缘层，位于所述透明金属层上；以及金属纳米结构层，位于所述绝缘层上，所述金属纳米结构层包括：纳米岛网络结构层，其由多个纳米岛连接而成：以及薄膜层，其对应于所显示的图像，所述绝缘层包括多个柱和由所述多个柱定义的多个空间。
在一实施例中，所述透明金属层可以为金薄膜层，应用于所述金属纳米结构层的自组装的金属为金。
在一实施例中，所述金属纳米结构层的厚度可以为35nm，所述透明金属层的厚度为25nm。
在一实施例中，所述多个柱可包括疏水性材料，所述多个空间处于填充有第一流体的状态，该第一流体具有与所述空间的柱的折射率不同的折射率。
在一实施例中，随着折射率不同于所述第一流体的第二流体流入到所述绝缘层，所述多个空间的所述第一流体替代为所述第二流体，随着所述空间由所述第二流体填充，所述绝缘层的有效介电常数值发生变化，并根据所述有效介电常数，所述显示装置所显示的光的波长即共振波长发生迁移。
在一实施例中，所述共振波长的迁移在可见光区域内进行，随着所述共振波长的迁移，除所述显示的图像之外的剩余区域的显示颜色能够发生变化。
在一实施例中，所述显示装置的一表面所显示的光的颜色可以与另一表面所显示的光的颜色不同。
在一实施例中，随着折射率不同于所述第一流体的第二流体流入到所述绝缘层而导致所述多个空间的第一流体替代为第二流体，所述显示装置的一表面所显示的光的颜色和另一表面所显示的光的颜色变化为与当前的显示颜色不同的颜色，变化后的显示装置的一表面所显示的光的颜色可以与变化后的显示装置的另一表面所显示的光的颜色不同。
有益效果
本实施例涉及的显示装置的制造方法是在疏水性介电层上方利用金属纳米结构的自组装技术来制成，无需复杂且昂贵的工艺过程便可制作，并且能够以简单的工艺，实现大面积的纳米结构。另外，能够将金属纳米结构用作掩模，在绝缘层上形成精细图案，从而形成可使等离子体现象最大化的结构。
即，本实施例涉及的等离子体显示装置的制造方法能够以低廉的费用轻松形成难以图案化且难以大面积化的纳米结构物，并且能够提供具有重复再现性的显示装置。
另外，通过形成在绝缘层上的纳米结构，能够使基于等离子体现象的可见光区域的波长迁移最大化，并且能够诱导可视颜色的变化。即，随着填充于绝缘层的流体发生变化，作为引发等离子体现象的重要因素的有效介电常数(effective refractive index ofinsulator layer)值会发生变化，能够选择性地透射特定区域波长的光，并反射除此波长之外的光。
能够根据绝缘层的折射率的变化来诱导显示装置所显示的颜色变化。其中，绝缘层的显示颜色变化由于图像和除图像以外的区域中的纳米结构的差异，在不同地范围内发生。即，能够将图像和除图像以外的区域的颜色变化通过各自的绝缘层的折射率的变化来进行诱导，本实施例涉及的显示装置能够根据由于绝缘层的折射率的变化引起的颜色变化，选择性地显示图形。
附图说明
图1是本发明的一实施例涉及的显示装置的制造方法的流程图。
图2是示例性地示出关于绝缘层的表面性质改性过程的图。
图3是概略地示出形成在绝缘层上的金属纳米结构层的图。
图4a示出薄膜层的平面扫描电子显微镜照片。
图4b示出纳米岛网络结构层的平面扫描电子显微镜照片。
图5a是拍摄在由薄膜层形成金属纳米结构层的结构中，从上表面和下表面反射的颜色的图。
图5b是示出在由薄膜层形成金属纳米结构层的结构的反光特性的曲线图。
图6a是拍摄在由纳米岛网络结构层形成金属纳米结构层的结构中，从上表面和下表面反射的颜色的图。
图6b是示出由纳米岛网络结构层形成金属纳米结构层的结构的反光特性的曲线图。
图7a是概略地示出实施了离子蚀刻工艺的结构的图。
图7b示出对应于图7a的A区域的侧面扫描电子显微镜照片。
图7c示出对应于图7a的B区域的侧面扫描电子显微镜照片。
图8a及8b是示出由于离子蚀刻工艺的实施而引起的显示装置的两表面的颜色变化的图，具体地，图8a、图8b分别是将从显示装置的上表面(Au side：金侧)A、下表面(Glassside：玻璃侧)G反射的颜色变化以二十秒为单位示出的图。
图9a及9b是示出由于实施离子蚀刻工艺而引起显示装置的光学特性变化的曲线图，图9a、图9b分别示出显示装置的上表面A、下表面G的光学特性的变化。
图10是说明本发明的一实施例涉及的显示装置的动作的示意图。
图11是概略地示出本发明的一实施例涉及的显示装置的结构的剖视图。
图12a及12b是示出本发明的一实施例涉及的显示装置的光学特性的曲线图，图12a、图12b分别是沿着上表面、下表面测定显示装置的光反射特性和透光特性的曲线图。
图13是示出本发明的一实施例涉及的显示装置的光学雅努斯性质的图。
图14a及14b是比较本发明的一实施例涉及的显示装置的颜色变化的图，图14a是根据占有绝缘层的空间的流体的折射率，示出显示装置上表面A所显示的光的变化的图，图14b是根据占有绝缘层的空间的流体的折射率，示出显示装置下表面G所显示的光的变化的图。
图15a是根据占有绝缘层的空间的流体的折射率，测定显示装置的上表面A所显示的图像颜色和图像周边区域的颜色变化的曲线图。
图15b是根据占有绝缘层的空间的流体的折射率，测定显示装置的下表面G所显示的图像颜色和图像周边区域的颜色变化的曲线图。
附图标记
10：显示装置
100：基板
110：透明金属层
120：绝缘层
130：金属纳米结构层
具体实施方式
以下将参照附图对于本发明进行详细说明，该附图仅作为能够实施本发明的特定的实施例。详细说明这些实施例，使得本领域技术人员能够实施本发明。本发明的多种实施例互不相同，但不必相互排斥。例如，记载于此的特定的形状、结构以及特性与一实施例有关，在不超出本发明的精神及范围内，可以实现为其他实施例。另外，在不超出本发明的精神及范围内，能够变更各个公开的实施例内的个别的构成要素的位置或配置。因此，下述的详细的说明不是以限定的含义进行描述，本发明的保护范围仅由所附的权利要求书和等同的范围限定。在附图中，相似的附图标记在多个方面指代相同或相似的功能。
在本发明中使用的术语在考虑功能的同时，尽可能选择了当前广泛使用的一般性术语，但这可以根据本领域技术人员的意图或惯例或新技术的出现等而改变。另外，在特定情况下，还有申请人任意选定的术语，此时，将在相应的说明书的说明部分记载其含义。因此，本说明书中所使用的术语应当基于其术语具有的实际含义和本说明书的全部内容进行解释，而不是基于单纯的术语的名称。
图1是本发明的一实施例涉及的显示装置的制造方法的流程图。
参照图1，本发明的一实施例涉及的显示装置的制造方法包括：在基板上形成透明金属层的步骤(S100)；在透明金属层上形成绝缘层的步骤(S110)；对所述绝缘层的特定区域的表面性质进行改性的步骤(S120)；在绝缘层上形成金属纳米结构层的步骤(S130)；以及通过反应性离子蚀刻工艺，对绝缘层进行选择性蚀刻的步骤(S140)。
首先，在基板上形成透明金属层(S100)。
基板100可以是平板形态的刚性(rigid)的透明基板。基板100可以是玻璃基板，但不限于此，可以由塑料、有机硅或其他高分子形成且能够进行金属蒸镀，可以是透明的所有种类的基础基板。
基板100的一表面可以形成有透明金属层110。透明金属层110可以通过热蒸镀(thermal evaporation)形成，但不限于此，也可以通过电镀、溅射等工艺形成。透明金属层110可以包括Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au等材料，可以由单一材料或合金形成。优选地，透明金属层110由金(Au)形成单一薄膜层。透明金属层110可以以薄的厚度形成，以便能够形成透射预定波长的光。当金属层形成为厚度大于100nm时，因该金属层的反光性质强，不会有预期的透光效果。因此，透明金属层110要形成为小于100nm的厚度。优选地，透明金属层110形成为25nm的厚度。
透明金属层110能够使从上表面或下表面射入的光通过绝缘层120、金属纳米结构层130集中，因此，能过提高纳米等离子体效果。
接着，在透明金属层上形成绝缘层(S110)。
绝缘层120形成在透明金属层110上。绝缘层120可以通过旋涂(Spin coating)工艺形成，但不限于此，可以通过喷涂及其他能够将流体重叠的工艺形成。在若干实施例中，在形成绝缘层120前，可以先实施平坦化工艺，对透明金属层110进行平坦化。
绝缘层120包括疏水性(hydrophobic)材料。绝缘层120的至少表面区域能够具有疏水性(hydrophobic)。疏水性材料可以是具有高透过率的非晶含氟聚合物(AmorphousFluoropolymer)，绝缘层120可以是整体透明的状态。绝缘层120的折射率n可以是1.34。优选地，绝缘层120使用非晶含氟聚合物，并且形成为140～180nm的厚度。
接着，对绝缘层的特定区域进行改性(S120)。
对绝缘层120的特定区域I的表面性质进行改性。如上所述，绝缘层120的表面具有疏水性，通过本步骤，绝缘层120的特定区域的表面能够改变为亲水性(hydrophilic)。其中，绝缘层120的特定区域对应于本实施例涉及的显示装置中待显示的图像。在下述的下一步骤(S130)中，金属纳米结构层130能够根据绝缘层120的表面性质，形成为不同的形态。对应于特定区域的图像可以包括文字以及/或图片，在本实施例涉及的显示装置中，能够选择性控制所述图像向外部的显示。下面，将对此进行详细说明。
图2是示例性地示出关于绝缘层的表面性质改性过程的图。如图2所示，在本步骤(S120)中，关于绝缘层120的表面性质改性，可以利用只开放拟改变为亲水性的区域的掩模，在相应表面，通过处理O2等离子体进行处理，但不限于此。
接着，在绝缘层上形成金属纳米结构层(S130)。
金属纳米结构层130可以形成在绝缘层120上。金属纳米结构层130可以通过热蒸镀(thermal evaporation)工艺形成。形成金属纳米结构层130的热蒸镀工艺速度比形成透明金属层110的热蒸镀工艺速度更慢。示例性地，透明金属层110以现有的热蒸镀工艺的金属蒸镀速度
Figure GDA0003367024800000071
形成，但金属纳米结构层130以比现有的金属蒸镀速度显著减小的
Figure GDA0003367024800000072
以下的金属蒸镀速度形成。示例性地，金属纳米结构层130以
Figure GDA0003367024800000073
的速度形成。
金属纳米结构层130可以由与使用于透明金属层110的金属相同的金属形成。应用于金属纳米结构层130的金属可以是选自铂、金、银、铝及其组合中的任意一种，优选为金(Au)。
图3是概略地示出形成在绝缘层上的金属纳米结构层的图。
如图3所示，与在绝缘层120中表面性质改性为亲水性的区域对应，可以由薄膜层131形成金属纳米结构层130。即，能够以薄膜形态蒸镀与绝缘层120的特定区域(图像)对应的金属纳米结构层130。另外，与在绝缘层120中维持疏水性的剩余区域对应，可以由基于自组装的纳米岛网络结构层132形成金属纳米结构层130。即，金属纳米结构层130包括薄膜层131和由多个纳米岛连接而成的纳米岛网络层132。纳米岛网络层132为多个金属纳米岛连接而成的结构，各个金属纳米岛可以是形成规定大小以上的群集的状态。
即使在蒸镀速度恒定的情况下，也能够根据表面的特性而形成具有不同形态的金属纳米结构。颗粒形态的金属粒子，作为热蒸镀工艺的产物，在从热蒸镀源蒸镀到绝缘层120的表面的过程中，能够根据绝缘层120的表面特性而表现出不同的蒸镀形态。即，亲水性强的表面，由于表面能量高，能够在表面直接蒸镀金属粒子，相反，疏水性强的表面，无法使到达蒸镀表面的金属粒子停留并附着(adhesion)在表面上。无法直接附着到疏水性表面的金属粒子在表面上徘徊，并通过与周边徘徊的金粒子之间结合的过程，当达到规定大小以上时，会在表面上以不紧密的金属纳米岛的形态进行蒸镀(低密度成核(low densitynucleation效应))。
具有亲水性的绝缘层120的区域能够以整体涂布金属的方式进行蒸镀，并且能够形成预定厚度的薄膜层131。即，薄膜层131能够与表面性质得到改性的绝缘层120的特定区域进行重叠。
与此不同，在具有疏水性的绝缘层120的表面上，规定大小的纳米岛结构以分散形式形成。
如上所述，极慢的
Figure GDA0003367024800000081
的金属蒸镀速度能够诱导金属纳米岛的自组装。随着热蒸镀工艺的进行，直径增大的纳米岛能够与邻近的纳米岛连接，以形成纳米岛网络。优选的金属纳米接结构层130的厚度为27～38nm。更优选的金属纳米结构层的厚度为35nm。
图4a示出薄膜层131的平面扫描电子显微镜照片，图4b示出纳米岛网络结构层132的平面扫描电子显微镜照片。
如图4a所示，能过观察到部分裂缝，但能够确认薄膜层131是由金属密集形成的。与此不用，如图4b所示，纳米岛网络结构层132为纳米岛扩张并相互连接而成，包括将绝缘层120的表面向外部暴露的多个开口部。该开口部可以是没有蒸镀有金属且纳米岛间没有实现连接的区域。另外，所述开口部可以是难以通过肉眼观测的微小的纳米大小的孔洞。能够通过纳米岛网络结构层132的开口部对下述的反应性粒子进行选择性蚀刻工艺。
随着金属纳米结构层130的形成，显示装置能够具有纳米等离子体效果。即，根据金属纳米结构层130的结构的周期/偏光方向等，特定波长的光的吸光/发光特性能够发生变化，显示装置对于特定波长的光，特性发生变化，能够反射为不同颜色的光。另外，从显示装置的上部提供的光(直接提供给金属纳米结构层130的光)和从显示装置的下部提供的光(通过基板100及透明金属层110提供给金属纳米结构层130的光)显示不同的反光特性。即，根据本实施例制造的显示装置，可以是显示光学雅努斯效果的双面显示装置。
图5a是拍摄在由薄膜层形成金属纳米结构层130的结构中，从上表面和下表面反射的颜色的图，图5b是示出在由薄膜层形成金属纳米结构层130的结构的反光特性的曲线图。图6a是拍摄在由纳米岛网络结构层形成金属纳米结构层130的结构中，从上表面和下表面反射的颜色的图，图6b是示出由纳米岛网络结构层形成金属纳米结构层130的结构的反光特性的曲线图。
如图5a及图5b所示，当以不包括纳米岛网络结构层的一个薄膜层形成金属纳米结构层130时，例如，以
Figure GDA0003367024800000091
的蒸镀速度形成金属纳米结构层的状态下，不能够观测到光学雅努斯效果。即，可知从上表面(Au-side：以下A)及下表面(Glass-side：以下G)反射的颜色(浅黄色，Pale Yellow)实质上是相同的，上表面及下表面的反光特性有程度上的差异，但显示相似的反光特性。
与此不同，如图6a及图6b所示，当形成本实施例涉及的金属纳米结构层130时，能够确认观测到光学雅努斯效果。从上表面A和下表面G反射的颜色各为不同的浅黄色(PaleYellow)、淡紫色(Light Purple)。即，能够确认从上表面A和下表面G的反光特性也是以足以区分的程度不同。通过这种本实施例涉及的金属纳米结构层130提供的光学雅努斯效果及纳米等离子体效果能够通过下述步骤的蚀刻工艺进行进一步区分。
然后，通过反应性离子蚀刻工艺(reactive ion etching(RIE))，对绝缘层进行选择性蚀刻(S140)。
在本步骤(S140)中，能够通过反应性离子蚀刻工艺，对绝缘层120进行选择性蚀刻，以形成垂直蚀刻结构物。金属纳米结构层130能够起到蚀刻掩模的功能。反应性离子蚀刻工艺可以是不与金属纳米结构层130不反应且不去除金属纳米结构层130的条件。因此，上表面没有形成金属纳米岛的绝缘层120能够被选择性蚀刻，并且形成本发明涉及的纳米结构物。
图7a是概略地示出实施了离子蚀刻工艺的结构的图。图7b示出对应于图7a的A区域的侧面扫描电子显微镜照片。图7c示出对应于图7a的B区域的侧面扫描电子显微镜照片。图8a及8b是示出由于离子蚀刻工艺的实施而引起的显示装置的两表面的颜色变化的图。具体地，图8a、图8b将从显示装置的上表面A、下表面G反射的颜色变化以二十秒为单位示出的图。图9a及9b是示出由于实施离子蚀刻工艺而引起的显示装置的光学特性变化的曲线图，图9a、图9b分别示出显示装置的上表面A、下表面G的光学特性的变化。
如图7a所示，绝缘层120能够与金属纳米结构层130的开口部对应地被蚀刻。如上所述，在金属纳米结构层130中，由于纳米网络结构层132包括开口部，与开口部对应的绝缘层可以形成有能够流入流体的空间。上部形成有金属纳米岛的绝缘层120和上部形成有薄膜层131的绝缘层能够以规定宽度的柱121形式残留。在蚀刻工艺之后，绝缘层120可包括多个柱121和定义于多个柱之间的中空的空间122。
随着蚀刻工艺(S140)的进行(0～60秒)，绝缘层120上形成被蚀刻的空间，被蚀刻的空间能够逐渐变大。另外，随着具有恒定的折射率(n＝1.34)的绝缘层120的蚀刻空间被空气替代，绝缘层120的光学特性会发生变化。其中，空气的折射率(n＝1.0006)可以小于绝缘层120的折射率，并且，绝缘层120的内部折射率分布能够改变。即，随着反应性离子蚀刻工艺的进行，绝缘层120的内部折射率发生变化，因此，光学特性，具体地，等离子体特性能够改变。
如图8a及图8b所示，可知随着实施蚀刻工艺(0～60秒)以形成绝缘层120的空间，从显示装置的上表面反射的颜色、从显示装置的下表面反射的颜色分别发生变化。只是，可知从上表面反射的颜色和下表面反射的颜色能够继续不同。即，随着绝缘层120的离子蚀刻工艺，显示装置的光学特性发生变化，但能够维持光学雅努斯效果。
能够确认显示装置的上表面的光反射率特性随着离子蚀刻工艺的实施(0秒、20秒、40秒、60秒)而发生变化，并且显示装置的下表面的光反射率特性也随着离子蚀刻工艺的实施(0秒、20秒、40秒、60秒)而发生变化。只是，能够确认上表面和下表面的反光特性互不相同。即，随着绝缘层120的离子蚀刻工艺，显示装置的光学特性发生变化，但能够维持光学雅努斯效果。
制作现有的金属纳米结构所需的电子束光刻、聚焦离子束等连续的纳米工艺难以大面积应用，且价格昂贵。
与此不同，本实施例涉及的显示装置的制造方法是在疏水性介电层上方利用金属纳米结构的自组装技术进行制造，因此无需复杂且昂贵的工艺过程便可制造，并且，能够以简单的工艺实现大面积的纳米结构，以金属纳米结构用作掩模，能够在绝缘层上形成使等离子体现象最大化的结构。
即，本实施例涉及的等离子体显示装置的制造方法能够将难以图案化且难以大面积化的纳米结构物以低廉的费用轻松形成，并且能够提供具有重复再现性的显示装置。
另外，由于在绝缘层120形成的纳米结构，进一步提高对于透光、反光波段的周边折射率的灵敏度，能够使基于等离子体现象的在可见光区域中的波长迁移(Wavelengthshift)最大化，能够诱导可视颜色的变化。即，随着填充于绝缘体的流体改变，作为引起等离子体现象的重要的要素的有效介电常数(effective refractive index of insulatorlayer)值能够发生变化，能够选择性透射特定区域波长的光，并且反射除此之外的波长的光。根据绝缘层120的折射率的变化，能够诱导显示装置所显示的颜色的变化，绝缘层120的折射率的变化能够由填充于绝缘层的流体的折射率诱导。这种绝缘层120表现的显示颜色变化及光学雅努斯效果是由基于离子蚀刻工艺的纳米结构变化引起的。如上所述，这种离子蚀刻工艺是对应于纳米岛网络层132进行蚀刻，所述图8a至图9b的光学特性及光学雅努斯效果示出对应于图7a的A区域的颜色变化。然而，如从图4a中所确认的，金属纳米结构层130的薄膜层131也包括比纳米岛网络结构层132数量更少的开口部、裂缝层。在图7a中，对应于薄膜层131的绝缘层120被简略地示出为其内部没有形成有空间，但是如从图7c的侧面扫描电子显微镜照片中所确认的，在图7a的B区域中，在与薄膜层131重叠的绝缘层120上也可以通过离子蚀刻工艺形成小体积的中空的空间。即，通过薄膜层131的微小裂缝层渗透，能够部分进行离子蚀刻工艺。只是，与纳米岛网络结构层132重叠的绝缘层120和与薄膜层131重叠的绝缘层120，由于用作掩模的上部层的结构上的差异，蚀刻程度会不同，因此，能够具有不同的纳米结构。例如，与薄膜层131重叠的绝缘层120的蚀刻可以少于与纳米岛网络结构层132重叠的绝缘层120蚀刻，并且在与薄膜层131重叠的绝缘层120上，能够形成微小的内部空间。
由于这种纳米结构的差异，本发明的显示装置10能够根据流入到绝缘层120的流体的介电常数而选择性地显示图像。即，能够通过绝缘层的折射率的变化，分别诱导图像和除图像以外的剩余部分的颜色变化，并且，本实施例涉及的显示装置10能够根据由于绝缘层的折射率的变化引起的颜色变化，选择性地显示图像。
下面，对于根据本发明的一实施例涉及的制造方法制造的显示装置进行说明。
本发明的一实施例涉及的显示装置10能够以上述的图1至图9b的制造方法制成，为了易于说明，可以参照图1至图9b。
图10是说明本发明的一实施例涉及的显示装置的动作的示意图。参照图10，本发明的一实施例涉及的显示装置10能够具有整体上透明的结构。显示装置10不是将自发的光向外部显示，而是对从外部吸收的光的波长进行变更，并以其他颜色释放。另外，显示装置10能够包括向外部待显示的图像、文字，显示装置能够对应于从外部提供的光，一同显示其他颜色的光和图像。另外，显示装置10能够提供光学雅努斯特性，即一表面显示的光的颜色不同于另一表面显示的光的颜色。即，显示装置10可以是双面显示装置，且从两表面显示的光的颜色互不相同。进而，显示装置10根据从外部流入的流体的折射率，对于一表面及另一表面所显示的颜色都能够进行变更。只是，图像和除图像以外部分的颜色变化在互不相同的颜色范围内发生，并且在合适的有效折射率值下，由于一表面及另一表面的颜色变化而有可能难以从外部观测所述图像。下面，对本发明的一实施例涉及的显示装置10的结构及特性进行更详细的说明。
图11是概略地示出本发明的一实施例涉及的显示装置的结构的剖视图，图12a及12b是示出本发明的一实施例涉及的显示装置的光学特性的曲线图，图13是示出本发明的一实施例涉及的显示装置的光学雅努斯性质的图，图14a及14b是比较本发明的一实施例涉及的显示装置的颜色变化的图。
参照图11至图14b，本发明的一实施例涉及的显示装置10包括基板100、透明金属层110、绝缘层120、金属纳米结构层130，绝缘层包括被部分蚀刻的空间，金属纳米结构层130包括由多个纳米岛连接而成纳米岛网络结构层132及与显示的图像对应的薄膜层131，绝缘层120包括被部分垂直蚀刻的空间。
基板100可以是平板形态的刚性(rigid)的透明基板。基板100可以是玻璃基板，但不限于此，可以由塑料、有机硅或其他高分子形成且能够进行金属蒸镀，可以是透明的所有种类的基础基板。
基板100的一表面可以形成有透明金属层110。透明金属层110可以通过热蒸镀(thermal evaporation)工艺形成，但不限于此，也可以通过电镀、溅射等工艺形成。透明金属层110可以包括Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au等材料，并且可以由单一材料或合金形成。优选地，透明金属层110可以由金(Au)形成单一薄膜层。透明金属层110可以以薄的厚度形成，以便能够形成透射预定波长的光。当金属层形成为厚度大于100nm时，因该金属层的反光性质强，不会有预期的透光效果。因此，透明金属层110可以形成为小于100nm的厚度。优选地，透明金属层110形成为25nm的厚度。透明金属层110能够使从上部或下部射入的光通过绝缘层120、金属纳米结构层130集中，因此，能够提高纳米等离子体效果。
绝缘层120可以位于透明金属层110上。绝缘层120可以是被部分蚀刻的形态。绝缘层120是通过旋涂(Spin coating)工艺形成为薄膜后，处于使用金属纳米层130作为掩模并通过反应性离子蚀刻工艺被部分蚀刻的状态。
绝缘层120可包括由疏水性材料形成的多个柱和由所述多个柱定义的多个空间。其中，多个柱可以与位于上部的金属纳米结构层130的薄膜层或纳米岛重叠。即，由于金属纳米结构层130的薄膜层或纳米岛，所述柱不会被蚀刻，而是处于对应地残留的状态。多个空间可以是处于填充有规定的流体的状态，柱的折射率可以与填充于多个空间的流体的折射率不同。示例性地，柱p可以由具有高透光率的非晶含氟聚合物(AmorphousFluoropolymer)形成，且折射率为1.34，而空间v能够填充空气，且其折射率为1.0006。
绝缘层120可以处于整体上透明的状态，整体的厚度为140～180nm。
金属纳米结构层130可以位于绝缘层120上。金属纳米结构层130包括：薄膜层131，对应于所显示的图像；纳米网络结构层132，由多个金属纳米岛连接而成。用于形成纳米岛网络结构层132的各金属纳米岛可以处于形成规定大小以上的群集的状态。纳米岛网络由纳米岛扩张并相互连接而成，纳米岛网路结构层132可包括将绝缘层120的表面向外部暴露的多个开口部。该开口部可以是没有蒸镀金属且没有形成纳米岛间的连接的区域。薄膜层131作为以涂布绝缘层120的方式蒸镀形成的层，可以不包括上述的多个开口部。
金属纳米结构层130可以处以以能够诱导金属纳米岛的自组装的缓慢的速度进行热蒸镀工艺所形成的状态，优选的金属纳米结构层130的厚度是27～38nm，更优选的金属纳米结构层130的厚度是35nm。
应用于金属纳米结构层130的金属可以是选自铂、金、银、铝或其组合中的任意一种。应用于金属纳米结构层130的金属优选为金(Au)，可以由与使用于透明金属层110的金属相同的金属形成。如上所述，金属纳米结构层130能够起反应性离子蚀刻工艺的掩模的功能。另外，金属纳米结构层130作为通过自组装形成的纳米结构物，能够引起在所形成的纳米结构物之间发生的纳米间隙离子体现象。
本发明的一实施例涉及的显示装置10没有单纯地借助基于金属纳米离子的局部表面等离子体共振(Localized surface plasmon resonance；LSPR)现象，而是改善了现有的MDM连接结构(金属层-介电薄膜层(绝缘层)-金属层，Metal-Dielectric-Metal layer)。本发明的一实施例涉及的显示装置10借助通过纳米结构层130与透明金属层110之间的光的互补干涉的法布里-珀罗谐振(Fabry-Perot resonance)，通过位于纳米结构层130与透明金属层110之间的被垂直蚀刻的绝缘层120，使等离子体共振进一步最大化。
即，本发明涉及的绝缘层120将现有的疏水性材料(n＝1.34)蚀刻为中空的空间，并且能够根据绝缘层120的空间被空气(n＝1.0006)替代的程度来确定作为引起等离子体现象的重要因素的有效介电常数(effective refractive index of insulator layer)值，能够选择性透射特定区域波长的光，并且反射并显示除此之外的波长的光。即，随着折射率不同于现有的占有绝缘层空间的第一流体的第二流体流入到绝缘层，多个空间的第一流体替代为第二流体，随着多个空间被第二流体填充，绝缘层的有效介电常数值发生变化，并根据所述有效介电常数，显示装置所显示的光的波长即共振波长能够发生迁移。
其中，在本发明涉及的显示装置10中，通过金属纳米结构层130提供的光(Auside：金侧)与通过基板100提供的光(glass side：玻璃侧)显示出不同的反光特性。即，本实施例涉及的显示装置10可具有光雅努斯特性。通过显示装置10的上表面进入的光，在通过金属纳米结构层130时，部分被金属纳米结构反射，而剩余部分透射该金属纳米结构，同时伴随光的相位(phase)变化，进入到绝缘层120。进入到绝缘层120的光透射下端的透明金属层110，同时又一次经历相位变化，从下端的透明金属层110反射的光再次通过金属纳米结构层130与绝缘层120之间的界面，进行部分反射、部分透射，重复引起共振。在发生共振的绝缘层120上的效果不相同，但是根据透射的光初次经过的表面是金属纳米结构层130时(通过上表面观察)和初次经过的表面是透明金属层110时的不同，光的相位会有明显的不同，根据观察的表面是哪一侧，能够显示不同的颜色。
图12a、图12b分别是沿着上表面、下表面测定显示装置10的反光特性、透光特性的曲线图。如图12b所示，基于通过金属纳米结构层130提供的光(Au side)的透光率与基于通过基板100提供的光(glass side)的透光率，实质上显示为相同，但是如图12a所示，显示装置10的反光特性显示为不同。另外，如图13所示，能够确认显示装置10的上表面A和下表面G显示不同颜色的光。其中，显示装置10的上表面A所显示的光是指实验人员观察金属纳米结构层130时所观测到的光，而显示装置10的下表面G所显示的光是指实验人员观察基板100时所观测到的光。显示装置10的上表面A所显示的光的颜色可以是紫色(Purple)，而显示装置10的下表面G所显示的光的颜色可以是黄色(Yellow)。
当根据显示装置10的绝缘层120的有效介电常数而将显示装置10显示的光的波长定义为共振波长时，随着绝缘层120的空间被置换为具有不同折射率的流体，绝缘层120的有效介电常数值能够与各流体的固有折射率对应地发生变更，因此，显示装置10的共振波长能够发生迁移。根据流入到绝缘层120的空间的流体，显示装置10所显示的光的颜色会发生变化。本发明的共振波长的迁移能够在可见光的波长范围内进行，实验人员无需特别的装备便能够观测颜色的变化。
这种绝缘层120的有效介电常数值的变化能够对显示装置10的上表面A及下表面G所显示的光都产生影响，显示装置10的上表面A及下表面G所显示的光能够分别改变为不同的颜色。即，随着折射率不同于当前占有绝缘层空间的第一流体的第二流体流入到绝缘层而导致多个空间的第一流体替代为第二流体，所述显示装置的一表面显示的光的颜色与另一表面显示的光的颜色改变为与当前的显示颜色不同的颜色，变化后的显示装置的一表面所显示的光的颜色与变化后的显示装置的另一表面所显示的光的颜色可以不同。
图14a是根据占有绝缘层的空间的流体的折射率，示出显示装置10的上表面A所显示的光的变化的图，图14b是根据占有绝缘层的空间的流体的折射率，示出显示装置10的下表面G所显示的光的变化的图。图15a是根据占有绝缘层120的空间的流体的折射率，在显示装置10的上表面(Au side)，测定与图像对应的颜色和图像周边的颜色变化的曲线图。图15b是根据占有绝缘层120的空间的流体的折射率，在显示装置10的下表面(Glass side)，测定与图像对应的颜色和图像周边的颜色变化的曲线图。
随着流体的折射率的变化(n＝1.0、n＝1.3、n＝1.4、n＝1.5、n＝1.6、n＝1.7)，显示装置10的上表面A所显示的颜色可以不同。另外，随着流体的折射率的变化(n＝1.0、n＝1.3、n＝1.4、n＝1.5、n＝1.6、n＝1.7)，显示装置10的下表面G所显示的颜色可以不同。相对于具有特定折射率的流体，显示装置10的上表面和下表面可以都显示不同的颜色。即，能够确认继续维持光学雅努斯特性。
其中，根据流入的流体，显示装置10的图像区域(与薄膜层重叠的绝缘层的区域)和图像的周边区域(与纳米岛网络结构层重叠的绝缘层的区域)所显示的颜色都能够发生变化。即，对应于图像区域的绝缘层120包括由薄膜层131的部分裂缝层生成的空间，并根据流入到所述空间的流体，颜色能够发生变化。只是，图像区域和图像的周边区域的纳米结构不同，因此，由于流入的流体而引起的颜色变化也表现为不同。另外，从显示装置10的上表面和下表面观察的图像的颜色不同。这是因为根据光最初射入的界面是金属纳米结构层130或透明金属层110，表现出不同的光学相位差。即，显示装置10的图像区域也显示光学雅努斯特性。
因此，根据流入的流体的折射率，图像的颜色和图像周边的颜色能够分别发生变化，随着具有特定折射率的流体的流入，图像的颜色与显示装置的颜色可以变得相似。随着图像的颜色和显示装置的颜色变得相似，以往观测到的图像将难以通过肉眼观测。
如图14a所示，当对应于n＝1.4的流体流入时，显示装置10的上表面A的颜色变为与图像(KSIT)的颜色相同或相似，难以分辨图像。另外，图15a是根据占有绝缘层的空间的流体的折射率，测定显示装置的上表面(Au side)A所显示的图像周边区域(Region 3)的颜色与图像区域(Region 1)的颜色之间的色差(ΔE＊)的曲线图。参照图15a可知，当对应于n＝1.4的流体流入时，色差(ΔE＊)显示为最低。
只是，显示装置10的下表面G的颜色能够改变为与图像(KIST)的颜色进行区分，并且能够通过显示装置10的下表面G来识别图像(KIST)。如图14b所示，当对应于n＝1.6的流体流入时，显示装置10的下表面G的颜色变为与图像(KSIT)的颜色相同或相似，难以分辨图像。另外，图15b是根据占有绝缘层的空间的流体的折射率，测定显示装置的下表面G所显示的图像周边区域(Region 3)的颜色与图像区域(Region 1)的颜色之间的色差(ΔE＊)的曲线图。参照图15b，当对应于n＝1.6的流体流入时，色差(ΔE＊)显示为最低。
只是，显示装置10的上表面A的颜色能够改变为与图像(KIST)的颜色进行区分，并且能够通过显示装置10的上表面A来识别图像(KIST)。
即，本发明的显示装置10能够根据流入到绝缘层120的流体来改变基于纳米等离子体的显示颜色，同时提供光学雅努斯效果，以使上表面和下表面显示为不同的颜色。即，能够通过调节流入的流体来选择性控制图像的显示，也能够控制图像显示的方向(上部或下部)。
以上参照实施例进行了说明，但不应解释为仅限于本发明的这些实施例或图，应当理解为在不超出记载于所附的权利要求书的本发明的思想及领域的范围内，本领域技术人员能够对本发明进行多种修改及变更。

Claims (13)

1.一种显示装置的制造方法，其特征在于，包括；
在透明基板上形成透明金属层的步骤；
在所述透明金属层上形成绝缘层的步骤；
对所述绝缘层的特定区域的表面性质进行改性的步骤；
在所述绝缘层上形成金属纳米结构层的步骤；以及
对所述绝缘层进行选择性蚀刻，以形成多个柱和由所述多个柱定义的多个空间的步骤，
所述特定区域对应于所述显示装置中待显示的图像。
2.根据权利要求1所述的显示装置的制造方法，其特征在于，
所述绝缘层包括疏水性材料，
在所述改性步骤中，所述特定区域的表面性质从疏水性变为亲水性。
3.根据权利要求1所述的显示装置的制造方法，其特征在于，
所述金属纳米结构层包括：
薄膜层，与所述特定区域对应地形成；以及
纳米岛网络结构层，与除所述特定区域以外的绝缘层的剩余区域对应地形成。
4.根据权利要求3所述的显示装置的制造方法，其特征在于，
所述透明金属层的厚度为25nm。
5.根据权利要求1所述的显示装置的制造方法，其特征在于，
所述透明金属层的形成步骤及所述金属纳米结构层的自组装诱导步骤是通过热蒸镀工艺进行的，
所述透明金属层的热蒸镀速度比所述纳米结构层的热蒸镀速度更快。
6.一种显示装置，其特征在于，包括：
透明基板；
透明金属层，位于所述透明基板上；
绝缘层，位于所述透明金属层上；以及
金属纳米结构层，位于所述绝缘层上，
所述金属纳米结构层包括：
纳米岛网络结构层，由多个纳米岛连接而成；以及
薄膜层，对应于所显示的图像，
所述绝缘层包括多个柱和由所述多个柱定义的多个空间。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，
所述透明金属层为金薄膜层，
应用于所述金属纳米结构层的自组装的金属为金。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，
所述金属纳米结构层的厚度为35nm，
所述透明金属层的厚度为25nm。
9.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，
所述多个柱包括疏水性材料，
所述多个空间处于填充有第一流体的状态，该第一流体具有与所述多个柱的折射率不同的折射率。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，
随着折射率不同于所述第一流体的第二流体流入到所述绝缘层，所述多个空间的所述第一流体替代为所述第二流体，
随着所述多个空间由所述第二流体填充，所述绝缘层的有效介电常数值发生变化，并根据所述有效介电常数，所述显示装置所显示的光的波长即共振波长发生迁移。
11.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，
所述共振波长的迁移在可见光区域内进行，
随着所述共振波长的迁移，除显示的所述图像以外的剩余区域的显示颜色发生变化。
12.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，
所述显示装置的一表面所显示的光的颜色与另一表面所显示的光的颜色不同。
13.根据权利要求12所述的显示装置，其特征在于，
随着折射率不同于所述第一流体的第二流体流入到所述绝缘层而导致所述多个空间的所述第一流体替代为所述第二流体，所述显示装置的一表面所显示的光的颜色和另一表面所显示的光的颜色变化为与当前显示的颜色不同的颜色，
变化后的显示装置的一表面所显示的光的颜色与变化后的显示装置的另一表面所显示的光的颜色互不相同。
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