KR101104688B1 - 금속 나노 입자의 표면 플라즈몬을 이용한 투명 디스플레이 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

금속 나노 입자의 표면 플라즈몬을 이용한 투명 디스플레이 소자 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 소자는 투명 기판 상부에 형성되는 투명 유전체층; 및 투명 형광체의 흡수 및 발광 파장 영역에 해당하는 표면 플라즈몬 파장 영역을 갖는 금속 나노 입자들을 포함하며, 상기 투명 유전체층 상부에 형성되는 투명 형광체층을 포함하고, 금속 나노 입자들은 투명 형광체층의 상부 및/또는 하부, 내부 등에 형성함으로써, 투명 형광체의 발광 특성을 향상시켜 투명 디스플레이 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

금속 나노 입자의 표면 플라즈몬을 이용한 투명 디스플레이 소자 및 그 제조 방법{TRANSPARENT DISPLAY DEVICE USING SURFACE PLASMON OF METAL NANO PARTICLES AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 투명 디스플레이 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 투명 형광체층을 구성하는 투명 형광체의 발광 및 흡수 파장에 해당하는 표면 플라즈몬 파장 영역을 갖는 금속 나노 입자들을 이용하여 투명 형광체의 발광 특성을 향상시켜 투명 디스플레이 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있는 투명 디스플레이 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 교류 플라즈마 디스플레이 패널의 사시도를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 교류 플라즈마 디스플레이 패널은 전면판과 후면판으로 구성되며, 전면판에는 전면 기판(160) 상에 스캔 전극 및 서스테인 전극을 포함하는 투명 전극(170)이 형성되고, 그 아래로 전면 유전체층(170)이 형성되며, 전면 유전체층(170)을 보호하기 위한 MgO 보호막(180)이 형성된다.

후면판에는 전면판과 마찬가지로 어드레스 전극(120)이 전면판의 투명 전극(170)과 직교하도록 후면 기판(110) 상부에 형성되고, 그 상부에 후면 유전체층(130)과 격벽(140)이 순차적으로 형성되며, 격벽(140)에 의해 형성된 영역에 형광체층(150)이 형성되어 방전 시에 가시광선을 외부로 내보낼 수 있게 하는 구조를 갖는다.

이때, 셀의 분리는 격벽에 의해 이루어지고 전면판과 후면판을 조립 및 봉착한 후 방전 가스를 주입하면 격벽으로 인해 방전 공간이 확보 되면서 플라즈마 방전이 이루어 질 수 있다.

현재 상용화된 교류 플라즈마 디스플레이 패널의 구조는 상술한 도 1과 같은 구조를 기본으로 하고 있으며, 투명 플라즈마 디스플레이 소자는 도 1에 도시된 구조를 바탕으로 구현된다.

투명 플라즈마 디스플레이 소자는 투명 디스플레이를 구현하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 후면판의 유전체층을 투명 유전체층(230)으로 대체하고 격벽 또한 투명한 재료를 사용하는 투명 격벽(240)으로 대체하여야 한다. 물론, 하부 기판 또한 투명 기판(210)을 사용하여야 하고, 어드레스 전극 또한 투명 전극(220)을 사용하는 것은 자명하다.

이와 같이, 투명 유전체층(230)과 투명 격벽(240)을 적용한 투명 플라즈마 디스플레이 소자가 구현 및 연구되고 있으며, 투명 디스플레이 소자를 위해 형광체 또한 투명 형광체를 사용하게 된다.

하지만, 투명 형광체는 알려진 것과 같이 플라즈마 방전시에 발생하는 진공 자외선(VUV: vacuum ultraviolet)에 대한 여기 강도가 높지 않고, 발광 특성이 기존 형광체에 비해서 현저하게 낮은 것이 문제점이다.

이런 문제로 인해 형광체의 증착 방법을 개선하거나, VUV에 대한 여기 강도를 증가시키 위해서 투명 형광체의 신조성에 관한 연구 및 투명 형광체층의 형성 방식에 대한 다양한 연구가 진행되어왔지만, 투명 형광체층을 형성하기 위해서 요구되는 높은 공정 온도로 인해서 형광체 재료가 한정적이고, 증착 기법에 제한이 있는 등 연구가 원활하지는 못한 상태이다.

따라서, 투명 형광체의 발광 특성을 개선시킬 수 있는 방법의 필요성이 대두된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 실시예에 따른 목적은, 투명 형광체층을 구성하는 투명 형광체의 발광 및 흡수 파장에 해당하는 표면 플라즈몬 파장 영역을 갖는 금속 나노 입자들을 투명 형광체층과 함께 형성함으로써, 투명 형광체의 발광 특성을 향상시켜 투명 디스플레이 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있는 금속 나노 입자의 표면 플라즈몬을 이용한 투명 디스플레이 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 한 관점에 따른 투명 디스플레이 소자는 투명 기판 상부에 형성되는 투명 유전체층; 및 투명 형광체의 흡수 및 발광 파장 영역에 해당하는 표면 플라즈몬 파장 영역을 갖는 금속 나노 입자들을 포함하며, 상기 투명 유전체층 상부에 형성되는 투명 형광체층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 금속 나노 입자들은 상기 투명 유전체층과 상기 투명 형광체층 사이에 형성될 수도 있고, 상기 투명 유전체층 상부에 형성될 수도 있으며, 상기 투명 형광체층의 내부에 형성될 수도 있다.

바람직하게, 상기 금속 나노 입자들의 재질은 Au, Ag, Al을 포함하는 전이금속일 수 있고, 상기 금속 나노 입자들은 5[nm] 내지 200[nm] 크기를 가질 수 있다.

바람직하게, 상기 금속 나노 입자들은 구 형태, 클러스터 형태 및 보우 형태를 포함하는 형태를 가질 수 있다.

바람직하게, 상기 금속 나노 입자들은 상기 투명 형광체층에 금속 재질을 이베포레이션하여 증착한 후 열처리하여 형성하거나 액상환원법을 이용하여 형성할 수 있다.

본 발명의 한 관점에 따른 투명 디스플레이 소자 제조 방법은 투명 기판 상부에 투명 유전체층을 형성하는 단계; 및 상기 투명 유전체층 상부에 투명 형광체의 흡수 및 발광 파장 영역에 해당하는 표면 플라즈몬 파장 영역을 갖는 금속 나노 입자들을 포함하는 투명 형광체층을 형성하는 단계을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 투명 형광체층을 형성하는 단계는 상기 투명 유전체층 상부에 금속 나노 입자들을 형성하고, 그 상부에 상기 투명 형광체를 형성할 수 있다.

바람직하게, 상기 투명 형광체층을 형성하는 단계는 상기 투명 유전체층 상부에 상기 투명 형광체를 형성하고, 그 상부에 상기 금속 나노 입자들을 형성할 수 있다.

바람직하게, 상기 투명 형광체층을 형성하는 단계는 상기 투명 유전체층 상부에 상기 투명 형광체를 형성하고, 그 상부에 상기 금속 나노 입자들을 형성하며, 그 상부에 상기 투명 형광체를 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 투명 디스플레이 소자에 적용되는 R, G, B 투명 형광체 각각의 발광 및 흡수 파장 대역에 해당하는 표면 플라즈몬 파장 영역을 갖는 금속 나노 입자들을 해당 투명 형광체층에 포함시켜 투명 형광체의 발광 특성을 개선시킬 수 있기 때문에 R, G, B 각각의 색을 구현하는데 사용하는 기존의 투명 형광체에 모두 적용할 수 있으며, 투명 형광체의 발광 세기를 증가시킬 수 있기 때문에 투명 무기 형광체에 포괄적으로 응용할 수 있다.

또한, 본 발명은 금속 나노 입자들을 이용하여 투명 형광체의 감쇠 시간(decay time)과 양자 수율(quantum yield)를 조정함으로써, 투명 형광체가 갖는 낮은 휘도 문제를 개선시킬 수 있다.

나아가, 본 발명은 신조성의 투명 형광체 또는 새로운 투명 형광체의 형성 방식 등을 개발하지 않고 기존의 투명 형광체와 형성 방식을 이용하여도 투명 형광체의 발광 세기를 증가시킬 수 있기 때문에 개발 비용을 줄일 수 있고, 투명 무기 형광체를 이용하는 투명 전자 소자에 다양하게 응용될 수 있다.

도 1은 일반적인 교류 플라즈마 디스플레이 패널의 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 투명 디스플레이 소자를 구현하기 위한 후면판 구조에 대한 일 예의 사시도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 소자에 대한 사시도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에서의 금속 나노 입자들이 투명 형광체층의 상부에 형성된 후면판의 단면도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에서의 금속 나노 입자들이 투명 형광체층의 하부에 형성된 후면판의 단면도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에서의 금속 나노 입자들이 투명 형광체층의 상부 및 하부에 형성된 후면판의 단면도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에서의 금속 나노 입자들이 투명 형광체층의 내부에 형성된 후면판의 단면도를 나타낸 것이다.
도 8a 및 도 8b는 액상환원법을 이용하여 형성된 금속 나노 입자들에 대한 SEM(scanning electron microscopy) 사진의 예들을 나타낸 것이다.
도 9는 금속 나노 입자들의 증착 높이에 따른 표면 플라즈몬 공명 대역을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 소자 제조 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노 입자의 표면 플라즈몬을 이용한 투명 디스플레이 소자 및 그 제조 방법을 첨부된 도 3 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.

플라즈몬(plasmon)이란 금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말한다. 금속 나노 입자에서는 플라즈몬이 표면에 국부적으로 존재하기 때문에 표면 플라즈몬(surface plasmon)이라 부르기도 한다. 그 중에서도 금속 나노 입자에서는 자외선~가시광선 대역 광원의 전기장과 플라즈몬이 짝지어지면서 광흡수가 일어나 선명한 색을 띠게 되는데, 플라즈몬과 광자가 결합되어 생성하는 또 다른 유사 입자를 플라즈마 폴라리톤이라고 한다. 이러한 현상을 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)이라 하며, 국소적으로 매우 증가된 전기장을 발생시키는데, 이것은 빛 에너지가 표면 플라즈몬에 변환되어 금속 나노 입자 표면에 축적되었음을 뜻한다.

본 발명은 이런 금속 나노 입자들의 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 투명 형광체의 발광 세기를 향상시키고, 이를 통해 투명 형광체를 사용하는 투명 디스플레이 소자의 발광 효율을 개선시키고자 하는 것을 그 요지로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 소자에 대한 사시도를 나타낸 것으로, 투명 플라즈마 디스플레이 패널 구조를 예로 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 투명 플라즈마 디스플레이 패널은 상부 기판(360)과 하부 기판(310), 하부 전극(320)과 상부 전극들(370), 하부 투명 유전체층(330)과 상부 투명 유전체층(380), 투명 격벽(340), 투명 형광체층(350), 금속 나노 입자들(356 내지 358) 및 보호막(390)을 포함한다.

상부 기판(360)과 하부 기판(310)은 투명 플라즈마 디스플레이 패널에 적용되는 유리 기판일 수 있고, 투명 플렉시블 플라즈마 디스플레이 패널에 적용되는 경우에는 폴리이미디 기판과 같은 투명 플라스틱 기판일 수 있다.

하부 전극(320) 예를 들어, 어드레스 전극과 상부 전극들(370) 예를 들어, 스캔 전극과 서스테인 전극은 투명 플라즈마 디스플레이 패널을 구동시키기 위해, 전압을 인가하기 위한 전극으로, ITO 등과 같은 투명 전극으로 형성된다.

하부 투명 유전체층(330)은 하부 기판(310)과 하부 전극(320) 상부에 형성되고, 상부 투명 유전체층(380)은 상부 기판(360)과 상부 전극들(370) 상부에 형성된다.

투명 격벽(340)은 하부 투명 유전체층(330) 상부에 형성되어 플라즈마 방전 공간을 확보한다.

이때, 투명 격벽(340)은 산화물을 이용하거나 유리 기판을 식각하거나 SU-8 포토레지스트(PR)를 이용하여 형성하는 등 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다.

투명 형광체층(350)은 투명 격벽들에 의해 형성되는 셀 영역에 투명 형광체 물질을 도포하여 형성하며, 해당 영역에 도포되는 투명 형광체의 발광 세기를 향상시키기 위해, 각 영역에 도포되는 투명 형광체 즉, R(Red), G(Green), B(Blue) 투명 형광체 각각의 발광 및 흡수 파장 영역에 해당하는 표면 플라즈몬 파장 영역을 갖는 금속 나노 입자들을 포함한다.

여기서, R 투명 형광체가 형성된 영역(351)에는 R 투명 형광체의 발광 및 흡수 파장 영역인 590~630[nm]의 표면 플라즈몬 파장 영역을 갖는 금속 나노 입자들(356)이 형성되고, G 투명 형광체가 형성된 영역(352)에는 G 투명 형광체의 발광 및 흡수 파장 영역인 500~550[nm]의 표면 플라즈몬 파장 영역을 갖는 금속 나노 입자들(357)이 형성되며, B 투명 형광체가 형성된 영역(353)에는 B 투명 형광체의 발광 및 흡수 파장 영역인 430~470[nm]의 표면 플라즈몬 파장 영역을 갖는 금속 나노 입자들(358)이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 투명 형광체를 여기시키는 여기 파장으로 플라즈마 방전 시에 발생하는 VUV 내지 UV 대역의 파장인 140~300[nm]의 파장이 일괄적으로 사용되므로, 이러한 파장 영역에서 플라즈몬 공진을 갖는 금속 나노 입자들을 R, G, B 투명 형광체가 형성된 영역에 공통적으로 형성하는 것이 바람직하다.

금속 나노 입자들(356 내지 358)은 해당 투명 형광체의 발광 및 흡수 파장 영역을 고려하여 금속 나노 입자들의 크기가 달라질 수 있고, 금속 나노 입자들의 형태 나아가 금속 나노 입자들의 주기, 배열 등이 달라질 수도 있다. 특히, 금속 나노 입자를 증착함으로써 나노 클러스터를 만드는 경우 열처리를 통해서 특정 파장에서 공명을 갖는 형상을 만들 수 있다.

이때, 금속 나노 입자들(356 내지 358)의 크기는 수 [nm]에서 수백 [nm]까지 다양할 수 있는데, 예를 들어, 5[nm]에서 200[nm] 정도의 크기를 가질 수 있고, 금속 나노 입자들의 형태는 간단한 구 형태부터 클러스터 형태로 구비될 수 있으며, 표면 플라즈몬 특성을 강하게 유도하기 위해서 보우 형태와 같은 특수한 형태가 가공될 수도 있다.

그리고, 금속 나노 입자들(356 내지 358)은 Au, Ag, Al 등을 전이 금속을 이용하여 형성할 수 있으며, 각 투명 형광체층 영역에 형성되는 금속 나노 입자들의 재질은 표면 플라즈몬 파장 영역을 고려하여 선택될 수 있다.

또한, 금속 나노 입자들(356 내지 358)은 진공 자외선(VUV), 적외선(IR), 가시광선(Visible) 광원에 대해서 표면 플라즈몬 공명을 일으킬 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는 투명 플라즈마 디스플레이 패널은 플라즈마 방전에서 발생하는 다양한 광원이 셀 내부에 존재할 수 있기 때문에 이런 다양한 광원에 의한 표면 플라즈몬 공명을 통해 투명 형광체의 발광 특성을 더욱 더 향상시킬 수 있기 때문이다.

이와 같이, 투명 형광체층에 금속 나노 입자들이 구비되면 금속 나노 입자들의 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 금속 나노 입자들 주변에는 강한 전기적 필드가 형성되어 여기파장이 입사되었을 때 보다 강하게 투명 형광체를 여기할 수 있게 되며, 또한 여기된 투명 형광체 주변으로 강한 필드분포를 유도하여 재결합 과정이 잘 일어날 수 있게 된다.

표면 플라즈몬 현상이 발생하는 금속 나노 입자들은 여기된 투명 형광체의 에너지를 전이 받아 투명 형광체의 발광 파장과 유사한 구조적 발광특성을 보이게 되므로 투명 형광체의 감쇠 시간(decay Time)을 빠르게 조정하는 것이 가능하고, 따라서 금속 나노 입자들을 투명 형광체층과 함께 구비하는 것은 투명 형광체의 발광 세기를 증가시키는 데 중요한 역할을 하게 된다.

이런 금속 나노 입자들(356 내지 358)은 투명 형광체층의 발광 특성을 향상시킬 수 있는 다양한 위치에 형성될 수 있다.

예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 나노 입자들(410)이 투명 형광체층(350) 상부에 형성되어 투명 형광체의 발광 세기를 증가시킬 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 금속 나노 입자들(510)이 하부 투명 유전체층(330)과 투명 형광체층(350) 사이 즉, 투명 유전체층 하부에 형성되어 투명 형광체의 발광 세기를 증가시킬 수도 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 금속 나노 입자들(610)이 투명 형광체층(350) 하부 및 상부에 모두 형성되어 투명 형광체의 발광 세기를 증가시킬 수도 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이, 금속 나노 입자들(710)이 투명 형광체층(350) 내부에 형성되어 투명 형광체의 발광 세기를 증가시킬 수도 있다.

물론, 금속 나노 입자들이 형성되는 위치에 따라 금속 나노 입자들의 표면 플라즈몬 공명에 의해 증가될 수 있는 투명 형광체의 발광 세기가 상이할 수도 있다.

이런 금속 나노 입자들은 증착된 투명 형광체층(350)에 대해 표면 플라즈몬을 강하게 유도하기 위하여 금속 재질을 이베포레이션(Evaporation)하여 증착한 후 열처리하여 형성함으로써, 금속 나노 입자들의 크기를 조절할 수 있고, 특정 파장에서 표면 플라즈몬을 강하게 유도할 수 있다.

또한, 금속 재질을 이베포레이션하는 방법이 아닌 액상환원법 등으로 임의의 형상을 갖는 금속 나노 입자들을 형성한 후 휘발성 용매에 분산시켜 디스펜서 등으로 투명 형광체층 상부, 하부, 중간 등에 흩어 뿌림으로써, 금속 나노 입자들을 투명 형광체층에 형성할 수도 있다.

도 8은 액상환원법을 이용하여 형성된 금속 나노 입자들에 대한 SEM(scanning electron microscopy) 사진의 예들을 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 액상환원법을 이용하여 400~500[nm]에서 플라즈몬 공명을 갖는 Ag 금속 나노 입자들(a)을 형성할 수도 있고, 액상환원법을 이용하여 500~600[nm]에서 플라즈몬 공명을 갖는 Au 금속 나노 입자들(b)을 형성할 수도 있다.

이런 금속 나노 입자들의 플라즈몬 공명 대역은 투명 형광체층에 형성되는 금속 나노 입자들의 증착 높이를 이용하여 조절할 수 있는데, 도 9에 도시된 바와 같이, 금속 나노 입자들의 증착 높이가 증가하면서 플라즈몬 공명 파장이 낮은 파장 대역에서 높은 파장 대역으로 이동하는 것을 알 수 있다. 물론, 증착 높이가 20[Å]에서 25[Å], 30[Å]에서 35[Å]로 증가할 때 플라즈몬 공명 파장 대역이 약간 낮아지지만, 전체적으로 증착 높이가 증가하면서 플라즈몬 공명 파장 대역이 증가하기 때문에 이와 같은 데이터를 이용하여 플라즈몬 공명 파장 대역을 조절할 수 있다.

다시 도 3을 참조하여, 보호막(390) 예를 들어, MgO 보호막은 상부 투명 유전체층(380) 상부에 전자빔(E-beam) 증착 방식에 의해 형성된다.

그리고, 하부 기판(310) 상에 형성된 구조물과 상부 기판(360) 상에 형성된 구조물을 실런트(sealant)를 이용하여 봉합한 후 가스를 주입한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 투명 디스플레이 소자는 R, G, B 투명 형광체 각각에 대한 흡수 및 발광 파장 영역에 해당하는 표면 플라즈몬 공명 영역을 갖는 금속 나노 입자들을 투명 형광체층에 삽입 또는 추가시킴으로써, 투명 형광체층의 발광 세기를 향상시킬 수 있고, 이를 통해 신조성의 투명 형광체를 개발하거나 투명 형광체의 새로운 형성 방법을 개발할 필요가 없으며, 따라서 저비용으로 고효율의 투명 디스플레이 소자를 구현할 수 있다.

나아가, 기존의 투명 형광체에 적용이 가능하기 때문에 투명 형광체를 사용하는 디스플레이 및 투명 전자 소자의 시장성을 확보할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 디스플레이 소자 제조 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 투명 플라즈마 디스플레이 소자를 예로하여 그 제조 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.

도 10을 참조하면 투명 플라즈마 디스플레이 소자 제조 방법은, 전면판 및 후면판을 형성하는 단계(S1010, S1020), 형성된 전면판 및 후면판을 봉합하고, 진공 배기 공정 과정을 수행한 후 가스 주입 공정 과정을 수행하는 단계(S1030 내지 S1050)로 이루어진다.

전면판을 형성하는 단계(S1010)는 투명 상부 기판 예를 들어, 유리 기판 전면 상부에 투명 전극 즉, 스캔 전극과 서스테인 전극, 그리고 각 전극 상부 일부에 형성되는 버스 전극을 형성하고, 투명 전극이 형성된 투명 상부 기판 상에 상부 투명 유전체층을 형성한다(S1011, S1012).

그 다음, 상부 투명 유전체층 상부에 상부 투명 유전체층을 보호가 위한 보호막 예를 들어, MgO 보호막을 형성한다(S1013).

후면판을 형성하는 단계(S1020)는 투명 하부 기판 예를 들어, 유리 기판 전면 상부에 투명 전극 즉, 어드레스 전극을 형성하고, 어드레스 전극이 형성된 유리 기판 상부에 하부 투명 유전체층을 형성한다(S1021, S1022).

하부 투명 유전체층 상부에 투명 격벽을 형성하고, 투명 격벽들에 의해 형성되는 셀 영역에 투명 형광체의 흡수 및 발광 파장 영역에 해당하는 표면 플라즈몬 공명 영역을 갖는 금속 나노 입자들을 포함하는 투명 형광체층을 형성한다(S1023, S1024).

이때, 금속 나노 입자들은 R 투명 형광체층에 형성되는 경우 590~630[nm]의 표면 플라즈몬 파장 영역을 갖는 것이 바람직하고, G 투명 형광체층에 형성되는 경우 500~550[nm]의 표면 플라즈몬 파장 영역을 갖는 것이 바람직하며, B 투명 형광체층이 형성되는 경우 430~470[nm]의 표면 플라즈몬 파장 영역을 갖는 것이 바람직하며, 투명 형광체를 여기시키는 여기 파장으로 플라즈마 방전 시에 발생하는 VUV 내지 UV 대역의 파장인 140~300[nm]의 파장이 일괄적으로 사용되기 때문에 이러한 파장 영역에서 플라즈몬 공진을 갖는 금속 나노 입자들을 R, G, B 투명 형광체가 형성된 영역에 공통적으로 형성하는 것이 바람직하다.

물론, 금속 나노 입자들은 표면 플라즈몬 파장 영역에 따라 입자들의 크기 또는 금속 나노 입자들의 형태 나아가 금속 나노 입자들의 주기, 배열 등이 달라질 수 있는데, 그 크기는 수 [nm] 내지 수 백 [nm]까지 가능하고, 금속 나노 입자들의 형태는 간단한 구 형태부터 클러스터 형태, 보우 형태 등의 다양한 형태를 가질 수 있으며, 금속 나노 입자들의 주기 및 배열 등은

이런 금속 나노 입자들은 Au, Ag, Al 등을 전이 금속을 이용하여 형성할 수 있는데, 금속 나노 입자들은 투명 형광체가 형성되는 투명 형광체층의 하부 및/또는 상부, 내부 등에 형성될 수 있다.

즉, 투명 형광체층을 형성한 후 그 상부에 해당 투명 형광체의 흡수 및 발광 파장 영역에 해당하는 금속 나노 입자들을 형성할 수 있고, 하부 투명 유전체층 상부에 금속 나노 입자들을 형성한 후 그 상부에 투명 형광체층을 형성할 수도 있으며, 하부 투명 유전체층 상부에 투명 유전체층을 형성한 후 그 상부에 금속 나노 입자들을 형성하고 그 상부에 또 다시 투명 유전체층을 형성할 수도 있다.

금속 나노 입자들을 형성하는 방법은, 투명 형광체층에 금속 재질을 이베포레이션하여 증착한 후 열처리하여 형성함으로써, 금속 나노 입자들의 크기를 조절할 수 있고, 특정 파장에서 표면 플라즈몬을 강하게 유도할 수 있다.

또한, 액상환원법 등으로 임의의 형상을 갖는 금속 나노 입자들을 형성한 후 휘발성 용매에 분산시켜 디스펜서 등으로 투명 형광체층에 흩어 뿌림으로써, 금속 나노 입자들을 투명 형광체층에 형성할 수도 있다.

나아가, 금속 나노 입자들이 증착되는 증착 높이를 조절하여 금속 나노 입자들의 표면 플라즈몬 공명 파장 대역을 조절할 수도 있다.

이런 일 예들과 같이, 다양한 방식에 의해 금속 나노 입자들을 포함하는 투명 형광체층이 형성되면, 봉합 단계(S1030)를 수행한다.

봉합 단계(S1030)는 단계 S1010과 단계 S1020 각각에 의해 형성된 전면판과 후면판을 실런트(sealant)를 이용하여 봉합한다.

진공 배기 공정 단계(S1040)는 플라즈마 방전공간 영역 내부에 있는 불순물 등을 배기시키기 위한 공정으로, 진공 상태에서 방전공간 영역 등으로부터 아웃게싱(outgassing)되는 불순물을 로터리 펌프 또는 터보 펌프 등을 이용하여 배기시킨다.

가스 주입 공정 단계(S1050)는 방전공간 영역에 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 헬륨-크세논(He-Xe), 헬륨-네온(He-Ne) 등과 같은 불활성 가스를 주입한다.

본 발명에 의한, 금속 나노 입자의 표면 플라즈몬을 이용한 투명 디스플레이 소자 및 그 제조 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.

310: 하부 기판
320: 하부 전극
330: 하부 투명 유전체층
340: 투명 격벽
350: 투명 형광체층
356~358: 금속 나노 입자들
360: 상부 기판
370: 상부 전극
380: 상부 투명 유전체층
390: 보호막

Claims (15)

1. 투명 기판 상부에 형성되는 투명 유전체층; 및
   투명 형광체의 흡수 및 발광 파장 영역에 해당하는 표면 플라즈몬 파장 영역에 따라 그 크기 및 모양이 조절된 전이금속의 금속 나노 입자들을 포함하며, 상기 투명 유전체층 상부에 형성되는 투명 형광체층
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자.
2. 제1항에 있어서,
   상기 금속 나노 입자들은
   상기 투명 유전체층과 상기 투명 형광체층 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자.
3. 제1항에 있어서,
   상기 금속 나노 입자들은
   상기 투명 유전체층 상부에 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자.
4. 제1항에 있어서,
   상기 금속 나노 입자들은
   상기 투명 형광체층의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자.
5. 제1항에 있어서,
   상기 금속 나노 입자들의 재질은
   Au, Ag, Al을 포함하는 전이금속인 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자.
6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제1항에 있어서,
   상기 금속 나노 입자들은
   5[nm] 내지 200[nm] 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자.
7. 제1항에 있어서,
   상기 금속 나노 입자들은
   구 형태, 클러스터 형태 및 보우 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자.
8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제1항에 있어서,
   상기 금속 나노 입자들은
   상기 투명 형광체층에 금속 재질을 이베포레이션하여 증착한 후 열처리하여 형성하거나 액상환원법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자.
9. 투명 기판 상부에 투명 유전체층을 형성하는 단계; 및
   상기 투명 유전체층 상부에 투명 형광체의 흡수 및 발광 파장 영역에 해당하는 표면 플라즈몬 파장 영역에 따라 그 크기 및 모양이 조절된 전이금속의 금속 나노 입자들을 포함하는 투명 형광체층을 형성하는 단계
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자 제조 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 투명 형광체층을 형성하는 단계는
    상기 투명 유전체층 상부에 금속 나노 입자들을 형성하고, 그 상부에 상기 투명 형광체를 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자 제조 방법.
11. 제9항에 있어서,
    상기 투명 형광체층을 형성하는 단계는
    상기 투명 유전체층 상부에 상기 투명 형광체를 형성하고, 그 상부에 상기 금속 나노 입자들을 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자 제조 방법.
12. 제9항에 있어서,
    상기 투명 형광체층을 형성하는 단계는
    상기 투명 유전체층 상부에 상기 투명 형광체를 형성하고, 그 상부에 상기 금속 나노 입자들을 형성하며, 그 상부에 상기 투명 형광체를 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자 제조 방법.
13. 제9항에 있어서,
    상기 금속 나노 입자들의 재질은
    Au, Ag, Al을 포함하는 전이금속인 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자 제조 방법.
14. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

    제9항에 있어서,
    상기 금속 나노 입자들은
    5[nm] 내지 200[nm] 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자 제조 방법.
15. 제9항에 있어서,
    상기 금속 나노 입자들은
    상기 투명 형광체층에 금속 재질을 이베포레이션하여 증착한 후 열처리하여 형성하거나 액상환원법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 디스플레이 소자 제조 방법.

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