KR102150465B1

KR102150465B1 - 나노 플라즈모닉스를 이용한 양면 표시 장치 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR102150465B1
Application number: KR1020190034926A
Authority: KR
Inventors: 유용상; 유의상; 김태현; 이택진; 김재헌; 송현석; 정철현; 서민아; 김철기
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2019-03-27
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2020-09-01
Also published as: CN111754857A; CN111754857B

Abstract

나노 플라즈모닉스를 이용한 양면 표시 장치 및 이의 제조 방법이 제공된다. 표시 장치의 제조 방법은 기판 상에 투명 금속층을 형성하는 단계; 상기 투명 금속층 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층의 특정 영역의 표면 성질을 개질하는 단계; 상기 절연층 상에 금속 나노 구조층을 형성하는 단계; 및 상기 절연층을 선택적으로 식각하여 복수의 기둥과 상기 복수의 기둥에 의해 정의되는 복수의 공간을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

나노 플라즈모닉스를 이용한 양면 표시 장치 및 이의 제조 방법{Two side display device using nano-plasmonics and manufacturing method thereof}

본 발명은 양면 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 투명한 기판의 앞면과 뒷면의 색상이 다르게 반사되는 광학 야누스 현상에 기초하되, 앞면과 뒷면에서 표시되는 이미지를 선택적으로 제어할 수 있는 나노 플라즈모닉스를 이용한 양면 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

유전물을 박막 형태로 구성하여 적층 구조의 투명형 칩에 있어서, 나노 파티클을 어떤 박막층에 위치하느냐에 따라, 광의 선택적 산란/흡수/반사 현상에 의해, 투명한 기판의 앞면과 뒷면의 색상이 다르게 반사되는 광학 야누스 기술이

Koichiro Saito and Tetsu Tatsuma, "Asymmetric Three-Way Plasmonic Color Routers", Adv. Optical Mater. 2015, 3에서 종래 제안된 바 있다. 다만, 종래의 광학 야누스 기술은 양면에서 반사 또는 표시되는 이미지의 색상이 다른 것에 불과하였으며, 표시되는 이미지의 선택적인 제어가 불가능하였다.

나노 플라즈모닉스는 나노 구조에 특정 분자가 점착/접착하게 되면 공명파의 파장이 변하게 되고, 나노 구조물의 구조의 형태, 주기/편광 방향 등에 따라 흡광/발광 특성이 변하게 되는 현상을 이용한 것으로, 나노 플라즈모닉스 현상을 이용한 선택적인 광 흡수 장치, 고감도 센서 개발 등의 개발이 활발히 수행되고 있다. 또한, 나노 구조체를 이용한 플라즈모닉스 현상과 이를 통한 광의 선택적 흡/발광 특성을 이용한 디바이스는 과학적 연구뿐만 아니라, 표시 장치, 태양 전지 등과 같은 산업적 응용 분야에도 적용되는 등 이의 적용 분야가 4차 산업 혁명과 함께 보다 확대되고 있는 추세이다.

본 출원의 발명자들은 투명형 기판을 통해 앞 뒷면의 다른 컬러의 이미지를 구현하되, 기존의 나노 구조물을 이용하여 빛을 내는 수준에 한 단계 발전시켜 상기 이미지의 선택적인 표시가 가능한 나노 플라즈모닉스를 이용한 양면 표시 장치 및 이의 용이한 제조 방법을 개발하는 데 이르렀다.

Koichiro Saito and Tetsu Tatsuma, "Asymmetric Three-Way Plasmonic Color Routers", Adv. Optical Mater. 2015, 3

본 발명은 복잡하고 비싼 공정 과정 없이 제조 가능한 나노 구조체를 이용한 나노 플라즈모닉스 기반의 양면 표시 장치 및 이의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은 기판 상에 투명 금속층을 형성하는 단계; 상기 투명 금속층 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층의 특정 영역의 표면 성질을 개질하는 단계; 상기 절연층 상에 금속 나노 구조층을 형성하는 단계; 및 상기 절연층을 선택적으로 식각하여 복수의 기둥과 상기 복수의 기둥에 의해 정의되는 복수의 공간을 형성하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 절연층은 소수성 물질을 포함하고, 상기 개질 단계에서, 상기 특정 영역의 표면 성질은 소수성에서 친수성으로 변형되는 것을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 특정 영역은 상기 표시 장치에서 표시하는 이미지에 해당할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 금속 나노 구조층은 상기 특정 영역에 대응하여 형성된 박막층 및 상기 특정 영역을 제외한 절연층의 나머지 영역에 대응하여 형성되는 나노 섬 네트워크 구조층을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 투명 금속층의 두께는 25 nm일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 투명 금속층의 형성 단계 및 상기 금속 나노 구조층의 자기 조립 유도 단계는 열 증착 공정을 통해 수행되고, 상기 투명 금속층의 열 증착 속도는 상기 나노 구조층의 열 증착 속도보다 빠르게 진행될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 다른 표시 장치는 기판; 상기 기판 상에 위치한 투명 금속층; 상기 투명 금속층 상에 위치한 절연층; 및 상기 절연층상에 위치한 금속 나노 구조층을 포함하되, 상기 금속 나노 구조층은 복수의 나노 섬들이 연결된 나노 섬 네트워크 구조층 및 표시하는 이미지에 대응하는 박막층을 포함하고, 상기 절연층은 복수의 기둥과 상기 복수의 기둥에 의해 정의된 복수의 공간을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 투명 금속층은 금 박막층이고, 상기 금속 나노 구조층의 자기 조립에 적용되는 금속은 금일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 금속 나노 구조층의 두께는 35 nm이고, 상기 투명 금속층의 두께는 25 nm일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 복수의 기둥은 소수성 물질을 포함하고, 상기 복수의 공간은 상기 복수의 기둥의 굴절률과 상이한 굴절률을 가진 제1 유체가 채워진 상태일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 유체와 상이한 굴절률을 가지는 제2 유체가 상기 절연층에 유입됨에 따라 상기 복수의 공간은 상기 제1 유체에서 상기 제2 유체로 대체되고, 상기 복수의 공간이 상기 제2 유체로 채워짐에 따라, 상기 절연층의 유효 유전률 값이 변화되고, 상기 유효 유전률에 따라 상기 표시 장치가 표시하는 빛의 파장인 공명 파장이 전이될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 공명 파장의 전이는 가시 광선 영역내에서 수행되고, 상기 공명 파장의 전이에 따라 상기 표시되는 이미지를 제외한 나머지 영역의 표시 색상이 변화될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 표시 장치는 일면에서 표시하는 빛의 색상과 타면에서 표시하는 빛의 색상이 상이할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 유체와 상이한 굴절률을 가지는 제2 유체가 상기 절연층에 유입되어 상기 복수의 공간이 상기 제1 유체에서 상기 제2 유체로 대체됨에 따라, 상기 표시 장치의 일면에서 표시하는 빛의 색상과 타면에서 표시하는 빛의 색상은 종래 표시 색상과 상이한 색상으로 변화되고, 변화된 표시 장치의 일면에서 표시하는 빛의 색상과 변화된 표시장치의 타면에서 표시하는 빛의 색상은 서로 상이할 수 있다.

본 실시예에 따른 표시 장치의 제조방법은 소수성 유전층 위에서 금속 나노 구조의 자기 조립 현상 기법을 이용하여 제조되는 바, 복잡하고 비싼 공정 과정 없이 제작 가능하고, 또한 간단한 공정으로 대면적에 나노 구조를 구현할 수 있으며, 금속 나노 구조를 마스크로 활용하여 절연층에 플라즈모닉 현상을 극대화할 수 있는 구조를 형성할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 플라즈모닉스 표시 장치의 제조방법은 패터닝이 어렵고 또한 대면적화하기 어려운 나노 구조물을 저렴한 비용으로 쉽게 형성할 수 있게 해주며, 또한 반복 재현성을 가지는 표시 장치를 제공할 수 있다.

또한, 절연층에 형성되는 나노 구조에 의해, 플라즈모닉 현상에 기반한 가시 광선 영역에서의 파장 시프트가 극대화될 수 있으며, 가시적 색상 변화가 유도될 수 있다. 즉, 절연층에 채워지는 유체가 달라짐에 따라 플라즈모닉 현상을 일으키는 데 중요한 요소가 되는 유효 유전률(effective refractive index of insulator layer) 값이 변화될 수 있으며, 특정 영역의 파장을 선택적으로 흡수하고, 이를 제외한 파장의 빛을 발광할 수 있게 된다.

절연층의 굴절률 변화에 따라 표시 장치에서 표시되는 색상 변화가 유도될 수 있으며, 상기 표시 색상의 변화는 표시되는 이미지에서는 유도되지 않는다. 즉, 이미지를 제외한 나머지 부분의 색상 변화를 절연층의 굴절률 변화를 통해 유도할 수 있는 바, 본 실시예에 따른 표시 장치는 절연층의 굴절률 변화에 따른 색상 변화에 따라 이미지의 선택적인 표시를 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 절연층에 대한 표면 성질 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 3은 절연층 상에 형성된 금속 나노 구조층을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4a는 박막층의 평면 SEM 사진을 도시한 것이다.
도 4b는 나노 섬 네트워크 구조층의 평면 SEM 사진을 도시한 것이다.
도 5a는 금속 나노 구조층을 박막층으로 형성한 구조에서 상면 및 하면에서 반사되는 색상을 촬영한 도면이다.
도 5b는 금속 나노 구조층을 박막층으로 형성한 구조의 광 반사 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6a는 금속 나노 구조층을 나노 섬 네트워크 구조층으로 형성한 구조에서 상면 및 하면에서 반사되는 색상을 촬영한 도면이다.
도 6b는 금속 나노 구조층을 나노 섬 네트워크 구조층으로 형성한 구조의 광 반사 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 이온성 식각 공정의 진행한 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8a 및 8b는 이온성 식각 공정의 진행에 따른 표시 장치의 양면의 색상 변화를 나타낸 도면이고, 구체적으로, 도 8a는 표시 장치의 상면(A), 도 8b는 표시 장치의 하면(G)에서 반사되는 색상 변화를 20초(s) 단위로 나타낸 도면이다.
도 9a 및 9b는 이온성 식각 공정의 진행에 따른 표시 장치의 광학 특성 변화를 도시한 그래프이고, 도 9a는 표시 장치의 상면(Au side), 도 9b는 표시 장치의 하면(Glass side)의 광학 특성의 변화를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 동작을 설명하는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12a 및 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 광학 특성을 나타낸 그래프이고, 도 12a는 표시 장치의 광 반사 특성을, 도 12b는 표시 장치의 광 투과 특성을 상면, 하면에 따라 측정한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 광학 야누스 성질을 나타낸 도면이다.
도 14a 및 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 색 변화를 비교한 도면으로, 도 14a는 절연층의 공간을 차지하는 유체의 굴절률에 따라, 표시 장치의 상부(A)에서 표시되는 빛의 변화를 도시한 도면이고, 도 14b는 절연층의 공간을 차지하는 유체의 굴절률에 따라, 표시 장치의 하부(G)에서 표시되는 빛의 변화를 도시한 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당 업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로 기술된 것이 아니며, 본 발명의 범위는 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 명세서의 설명 부분에서 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법의 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 명세서의 일 실시예에 따른 표시 장치 제조 방법은 기판 상에 투명 금속층을 형성하는 단계(S100), 투명 금속층 상에 절연층을 형성하는 단계(S110), 상기 절연층의 특정 영역의 표면 성질을 개질하는 단계(S120); 절연층상에 금속 나노 구조층을 형성하는 단계(S130) 및 반응성 이온 식각 공정을 통해 절연층을 선택적으로 식각하는 단계(S140)를 포함한다.

먼저, 기판 상에 투명 금속층을 형성한다(S100).

기판(100)은 평판 형태의 리기드(rigid)한 투명 기판일 수 있다. 기판(100)은 유리 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 플라스틱, 실리콘 또는 기타 고분자로 이루어지는 금속 증착이 가능하며, 투명한 모든 종류의 베이스 기판일 수 있다.

기판(100)의 일면에 투명 금속층(110)이 형성될 수 있다. 투명 금속층(110)은 열증착(thermal evaporation) 공정을 통해 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도금, 스퍼터링 등의 공정으로도 형성될 수 있다. 투명 금속층(110)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, 단일 물질이나 합금으로 구성될 수 있다. 바람직하게, 투명 금속층(110)은 금(Au)으로 이루어진 단일 박막층일 수 있다. 투명 금속층(110)은 소정 파장의 빛을 투과할 수 있도록 얇은 두께로 형성될 수 있다. 금속층이 100nm 이상의 두께로 형성되는 경우 해당 금속층은 빛을 반사시키는 성질이 강하기에, 빛의 투과 효과를 기대할 수 없다. 따라서, 투명 금속층(110)은 적어도 100nm 미만의 두께로 형성될 수 있다. 바람직하게, 투명 금속층(110)은 25 nm의 두께로 형성될 수 있다.

투명 금속층(110)은 상부 또는 하부로부터 유입되는 빛을 절연층(120), 금속 나노 구조층(130)으로 빛을 집중시킬 수 있으며, 이에 따라 나노 플라즈모닉스 효과가 향상될 수 있다.

이어서, 투명 금속층 상에 절연층을 형성한다(S110).

절연층(120)은 투명 금속층(110) 상에 형성될 수 있다. 절연층(120)은 스핀 코팅(Spin coating) 공정을 통해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 스프레이 코팅 및 기타 유체를 적층할 수 있는 공정으로 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 절연층(120)을 형성하기 이전에 투명 금속층(110)을 평탄화하는 평탄화 공정이 먼저 수행될 수도 있다.

절연층(120)은 소수성(hydrophobic) 물질을 포함할 수 있다. 절연층(120)은 적어도 표면 영역이 소수성(hydrophobic)을 가질 수 있다. 소수성 물질은 높은 투과도를 가지는 비정형 불소 중합체(Amorphous Fluoropolymer)일 수 있으며, 절연층(120)은 전체적으로 투명한 상태일 수 있다. 절연층(120)의 굴절률(n)은 1.34에 해당할 수 있다. 바람직하게 절연층(120)은 비정형 불소 중합체를 적용하여 140nm 내지 180nm의 두께로 형성될 수 있다.

이어서, 절연층의 특정 영역의 표면 성질을 개질한다(S120).

절연층(120)의 특정 영역(I)의 표면 성질을 개질한다. 상술한 바와 같이, 절연층(120)의 표면은 소수성 성질을 가질 수 있으나, 본 단계를 통해 절연층(120)의 특정 영역의 표면은 친수성(hydrophilic) 성질을 변형될 수 있다. 여기서, 절연층(120)의 특정 영역은 본 실시예에 따른 표시 장치에서 표시하려는 이미지에 대응할 수 있다. 후술하는 다음 단계(S130)에서, 금속 나노 구조층(130)은 절연층(120)의 표면 성질에 따라 상이한 형태로 형성될 수 있다. 특정 영역이 대응하는 이미지는 문자 및/또는 그림을 포함할 수 있으며, 본 실시예에 따른 표시 장치에서 상기 이미지는 외부로 표시되는 것이 선택적으로 제어될 수 있다. 이에 대해서는 보다 상세히 후술하도록 한다.

도 2는 절연층에 대한 표면 성질 과정을 예시적으로 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 단계(S120)에서, 절연층(120)의 표면 성질 개질은 친수성으로 변형하고자 하는 영역만을 개방하는 마스크를 이용하여, 해당 표면에 O₂플라즈마를 처리하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 금속 나노 구조층을 절연층 상에 형성한다(S130).

금속 나노 구조층(130)은 절연층(120) 상에 형성될 수 있다. 금속 나노 구조층(130)은 열 증착(thermal evaporation) 공정을 통해 생성될 수 있다. 금속 나노 구조층(130)을 형성하는 열 증착 공정 속도는 투명 금속층(110)을 형성하는 열 증착 공정 속도보다 느리게 수행될 수 있다. 예시적으로, 투명 금속층(110)은 종래의 열 증착 공정의 금속 증착 속도(1 ~ 4 Å/s)로 수행될 수 있으나, 금속 나노 구조층(130)은 종래의 금속 증착 속도에 비해 현저히 감소된 0.3 Å/s 이하의 금속 증착 속도로 수행될 수 있다. 예시적으로, 금속 나노 구조층(130)의 형성은 0.2 Å/s의 속도로 수행될 수 있다.

금속 나노 구조층(130)은 투명 금속층(110)에 사용된 금속과 동일한 금속으로 형성될 수 있다. 금속 나노 구조층(130)에 적용되는 금속은 백금, 금, 은, 알루미늄 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 바람직하게 금(Au)일 수 있다.

도 3은 절연층 상에 형성된 금속 나노 구조층을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 절연층(120)에서 친수성으로 표면 성질이 개질된 영역에 대응하여 금속 나노 구조층(130)은 박막층(131)으로 형성될 수 있다. 즉, 절연층(120)의 특정 영역(이미지)에 대응한 금속 나노 구조층(130)이 박막 형태로 증착될 수 있다. 또한, 절연층(120)에서 소수성을 유지하고 있는 나머지 영역에 대응하여 금속 나노 구조층(130)은 자기 조립에 의한 나노 섬 네트워크 구조층(132)으로 형성될 수 있다. 즉, 금속 나노 구조층(130)은 박막층(131)과 복수의 나노 섬들이 연결된 나노 섬 네트워크 층(132)을 포함할 수 있다. 나노 섬 네트워크 층(132)은 복수의 금속 나노 섬들이 연결된 구조로, 각 금속 나노 섬은 일정 크기 이상의 군집을 형상한 상태일 수 있다.

증착 속도가 일정한 경우라도, 표면의 특성에 따라 다른 형태를 지니는 금속 나노 구조가 형성될 수 있다. 열 증착 공정의 산물인 펠렛 형태의 금속 입자가 열 증착 소스로부터 절연층(120)의 표면에 증착되는 과정에서, 절연층(120)의 표면 특성에 따라 다른 증착 형태를 나타낼 수 있다. 즉, 친수성이 강한 표면은 높은 표면 에너지로 인하여 금속 입자가 표면에 바로 증착될 수 있는 반면에, 소수성이 강한 표면은 증착 표면에 도달한 금속 입자가 표면에 정착하여 부착(adhesion)되지 못하게 된다. 소수성 표면에 바로 부착되지 못한 금속 입자는 표면상을 돌아다니다가 주변부에 돌아다니는 골드입자끼리 뭉치는 과정을 통하여 일정 크기 이상이 되면 표면에 빽빽하지 않고 성글게 금속 나노 섬의 형태로 증착될 수 있다(low density nucleation 효과).

친수성을 가지는 절연층(120)의 영역은 금속이 전체적으로 도포되어 증착될 수 있으며, 소정 두께의 박막층(131)이 형성될 수 있다. 즉, 박막층(131)은 표면 성질이 개진된 절연층(120)의 특정 영역과 오버랩될 수 있다.

이와 달리, 소수성을 가지는 절연층(120)의 표면에는 일정 크기의 나노 섬 구조가 분산되어 형성될 수 있다.

상술한 바와 같은, 매우 느린 0.2 Å/s의 금속 증착 속도는 금속 나노 섬의 자기 조립을 유도할 수 있다. 열 증착 공정이 진행됨에 따라 직경이 커진 나노 섬은 이웃하는 나노 섬과 연결되어 나노 섬 네트워크를 형성할 수 있다. 바람직한 금속 나노 구조층(130)의 두께는 27 nm 내지 38 nm일 수 있다. 보다 바람직한 금속 나노 구조층(130)의 두께는 35 nm일 수 있다.

도 4a는 박막층(131)의 평면 SEM 사진을 도시한 것이며, 도 4b는 나노 섬 네트워크 구조층(132)의 평면 SEM 사진을 도시한 것이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 일부 크랙이 관찰되나, 박막층(131)은 금속이 밀집되어 형성된 것을 확인할 수 있다. 이와 달리, 도 4b에 도시된 바와 같이, 나노 섬 네트워크 구조층(132)은 나노 섬이 확장되어 서로 연결된 것으로, 절연층(120)의 표면을 외부로 노출하는 복수의 개구부를 포함할 수 있다. 해당 개구부는 금속이 증착되지 않고 나노 섬 간의 연결이 이루어지지 않은 영역일 수 있다. 또한, 상기 개구부는 육안으로 관측이 어려운 미세한 나노 사이즈의 구멍일 수 있다. 나노 섬 네트워크 구조층(132)의 개구부를 통해 후술한 반응성 이온에 대한 선택적 식각 공정이 수행될 수 있다.

금속 나노 구조층(130)의 형성에 따라, 표시 장치는 나노 플라즈모닉스 효과를 가질 수 있다. 즉, 특정 파장의 빛은 금속 나노 구조층(130)의 구조의 주기/편광 방향 등에 따라 흡광/발광 특성이 변할 수 있으며, 표시 장치는 특정 파장의 빛에 대해 특성이 변화되어 다른 색상의 빛으로 반사될 수 있다. 또한, 표시 장치의 상부에서 제공되는 빛(금속 나노 구조층(130)에 직접적으로 제공되는 빛)과 표시 장치의 하부에서 제공되는 빛(금속 나노 구조층(130)에 기판(100) 및 투명 금속층(120)을 통과하여 제공되는 빛)은 상이한 광 반사 특성을 나타낸다. 즉, 본 실시예에 따라 제조되는 표시 장치는 광학 야누스 효과를 나타내는 양면 표시 장치일 수 있다.

도 5a는 금속 나노 구조층(130)을 박막층으로 형성한 구조에서 상면 및 하면에서 반사되는 색상을 촬영한 도면이며, 도 5b는 금속 나노 구조층(130)을 박막층으로 형성한 구조의 광 반사 특성을 나타낸 그래프이다. 도 6a는 금속 나노 구조층(130)을 나노 섬 네트워크 구조층으로 형성한 구조에서 상면 및 하면에서 반사되는 색상을 촬영한 도면이며, 도 6b는 금속 나노 구조층(130)을 나노 섬 네트워크 구조층으로 형성한 구조의 광 반사 특성을 나타낸 그래프이다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 금속 나노 구조층(130)을 나노 섬 네트워크 구조층을 포함하지 않은 하나의 박막층으로 형성한 경우, 예를 들어, 증착 속도를 3.5 Å/s로 금속 나노 구조층을 형성한 상태에서는 광학 야누스 효과가 관측되지 않는 것을 알 수 있다. 즉, 상면(Au-side: 이하 A) 및 하면(Glass-side: 이하 G)에서 반사되는 색상은 동일하며, 상면 및 하면에서의 광 반사 특성의 정도 차이는 있으나, 비슷한 광 반사 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.

이와 달리, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 금속 나노 구조층(130)을 형성한 경우, 광학 야누스 효과가 관측되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상면(A) 및 하면(G)에서 반사되는 색상은 상이하며, 상면(Au side) 및 하면(Glass side)에서의 광 반사 특성도 구분될 수 있을 정도로 상이해진 것을 확인할 수 있다. 이러한, 본 실시예에 따른 금속 나노 구조층(130)을 통해 제공되는 광학 야누스 효과 및 나노 플라즈모닉스 효과는 후술하는 단계의 식각 공정을 통해 보다 차별화될 수 있다.

다음으로, 반응성 이온 식각 공정(reactive ion etching (RIE))을 통해 절연층을 선택적으로 식각한다(S140).

본 단계(S140)에서, 반응성 이온 식각 공정을 통해 절연층(120)을 선택적으로 식각, 수직적인 식각 구조물을 형성할 수 있다. 금속 나노 구조층(130)은 에칭 마스크로 기능할 수 있다. 반응성 이온 식각 공정은 금속 나노 구조층(130)과 반응하지 않고 이를 제거하지 않는 조건일 수 있다. 따라서, 상부에 금속 나노 섬이 형성되어있지 않은 절연층(120)은 선택적으로 식각될 수 있으며, 본 발명에 따른 나노 구조물이 형성될 수 있다.

도 7은 이온성 식각 공정의 진행한 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 절연층(120)은 금속 나노 구조층(130)의 개구부와 대응되어 식각될 수 있다. 상술한 바와 같이, 금속 나노 구조층(130)에서 나노 섬 네트워크 구조층(132)이 개구부를 포함하고 있는 바, 개구부와 대응되는 절연층은 유체가 유입될 수 있는 공간이 형성될 수 있다. 금속 나노 섬이 상부에 형성된 절연층(120)과 박막층(131)이 상부에 형성된 절연층(120)은 일정 폭의 기둥(121)으로 잔존할 수 있다. 식각 공정 이후, 절연층(120)은 복수의 기둥(121)과 복수의 기둥 사이에 정의되는 빈 공간(122)을 포함할 수 있다.

식각 공정(S140)이 진행됨(O초 -> 60초)에 따라 절연층(120)에 식각된 공간이 형성되며, 식각된 공간의 크기는 점점 커질 수 있다. 또한, 일정 크기의 굴절률(n=1.34)을 가진 절연층(120)의 식각 공간이 공기로 대체되면서 절연층(120)의 광학 특성이 변화될 수 있다. 여기서, 공기의 굴절률(n=1.0006)은 절연층(120)의 굴절률보다 낮을 수 있고, 절연층(120)의 내부 굴절률 분포가 변화될 수 있다. 즉, 반응성 이온 식각 공정이 진행됨에 따라 절연층(120)의 내부 굴절률의 변화가 발생하며, 이에 따라 광학 특성, 구체적으로 플라즈모닉스 특성이 변화될 수 있다.

도 8a 및 8b는 이온성 식각 공정의 진행에 따른 표시 장치의 양면의 색상 변화를 나타낸 도면이고, 구체적으로, 도 8a는 표시 장치의 상면(A), 도 8b는 표시 장치의 하면(G)에서 반사되는 색상 변화를 20초(s) 단위로 나타낸 도면이다.

도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 식각 공정이 진행되어 절연층(120)의 공간이 형성됨에 따라 표시 장치의 상면에서 반사되는 색상, 표시 장치의 하면에서 반사되는 색상이 각각 변화되는 것을 알 수 있다. 다만, 상면에서 반사되는 색상 및 하면에서 반사되는 색상은 계속 상이한 것을 알 수 있다. 즉, 절연층(120)의 이온성 식각 공정에 따라 표시 장치의 광학적 특성이 변화되나, 광학 야누스 효과는 유지되는 것을 알 수 있다.

도 9a 및 9b는 이온성 식각 공정의 진행에 따른 표시 장치의 광학 특성 변화를 도시한 그래프이고, 도 9a는 표시 장치의 상면(Au side), 도 9b는 표시 장치의 하면(Glass side)의 광학 특성의 변화를 도시한다. 표시 장치의 상면의 광 반사율 특성은 이온성 식각 공정의 진행(0초, 20초, 40초, 60초)에 따라 변화되는 것을 확인할 수 있으며, 표시 장치 하면의 광 반사율 특성 또한 이온성 식각 공정의 진행(0초, 20초, 40초, 60초)에 따라 변화되는 것을 확인할 수 있다. 다만, 상면과 하면의 광 반사율 특성이 서로 상이하다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 절연층(120)의 이온성 식각 공정에 따라 표시 장치의 광학적 특성이 변화되나, 광학 야누스 효과는 유지되는 것을 알 수 있다.

기존의 금속 나노 구조를 제작하는데 필요한 전자 빔 리소그래피, 집중 이온 빔 등 순차적(serial) 나노 공정은 대면적에 적용이 어렵고, 비싼 가격을 요구한다.

이와 달리 본 실시예에 따른 표시 장치의 제조방법은 소수성 유전층 위에서 금속 나노 구조의 자기 조립 현상 기법을 이용하여 제조되는 바, 복잡하고 비싼 공정 과정 없이 제작 가능하고, 또한 간단한 공정으로 대면적에 나노 구조를 구현할 수 있으며, 금속 나노 구조를 마스크로 활용하여 절연층에 플라즈모닉 현상을 극대화할 수 있는 구조를 형성할 수 있다.

또한, 절연층(120)에 형성되는 나노 구조에 의해, 흡광 파장 영역대의 주변 굴절률에 대한 민감도는 보다 향상될 수 있고, 플라즈모닉 현상에 기반한 가시 광선 영역에서의 파장 시프트가 극대화될 수 있으며, 가시적 색상 변화가 유도될 수 있다. 즉, 절연층(120)에 채워지는 유체가 달라짐에 따라 플라즈모닉 현상을 일으키는 데 중요한 요소가 되는 유효 유전률(effective refractive index of insulator layer) 값이 변화될 수 있으며, 특정 영역의 파장을 선택적으로 흡수하고, 이를 제외한 파장의 빛을 발광할 수 있게 된다.

절연층(120)의 굴절률 변화에 따라 표시 장치에서 표시되는 색상 변화가 유도될 수 있으며, 절연층(120)의 굴절률 변화는 절연층(120)에 채워지는 유체의 굴절률에 의해 유도될 수 있다. 상기 표시 색상의 변화는 표시되는 이미지에서는 유도되지 않는다. 즉, 이미지를 제외한 나머지 부분의 색상 변화를 절연층의 굴절률 변화를 통해 유도할 수 있는 바, 본 실시예에 따른 표시 장치(10)는 절연층의 굴절률 변화에 따른 색상 변화에 따라 이미지의 선택적인 표시를 할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의해 제조된 표시 장치에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(10)는 상술한 도 1 내지 도 9b의 제조 방법으로 생성될 수 있으며, 용이한 설명을 위해 도 1 내지 도 9b가 참조될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 동작을 설명하는 개략도이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(10)는 전체적으로 투명한 구조를 가질 수 있다. 표시 장치(10)는 자발광에 따른 광을 외부로 표시하는 것은 아니며, 외부에서 흡수된 빛의 파장을 변경하여 다른 색상으로 방출할 수 있다. 또한, 표시 장치(10)는 외부에 표시할 이미지, 문자를 포함할 수 있으며, 표시 장치(10)는 외부에서 제공되는 광에 대응하여 다른 색상의 빛과 함께 이미지를 표시할 수 있다. 또한, 표시 장치(10)는 일면에서 표시하는 빛의 색상과 타면에서 표시하는 빛의 색상이 상이한 광학 야누스 특성을 제공할 수 있다. 즉, 표시 장치(10)는 양면 표시 장치이되, 양면에서 표시되는 빛의 색상이 서로 상이할 수 있다. 나아가, 표시 장치(10)는 외부에서 유입되는 유체의 굴절률에 따라 표시하는 색상이 일면 및 타면 모두 변경될 수 있다. 다만, 이미지를 표시하는 색상의 변화는 발생되지 않으며, 일면 및 타면의 색상 변화에 의해 상기 이미지는 외부에서 관측이 어려워질 수 있다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(10)의 구조 및 특성에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 12a 및 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 광학 특성을 나타낸 그래프이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 광학 야누스 성질을 나타낸 도면이며, 도 14a 및 14b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 색 변화를 비교한 도면이다.

도 11 내지 도 14b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(10)는 기판(100), 투명 금속층(110), 절연층(120), 금속 나노 구조층(130)을 포함한다. 절연층(120)은 부분적으로 식각된 공간을 포함할 수 있고, 금속 나노 구조층(130)은 복수의 나노 섬들이 연결된 나노 섬 네트워크 구조층(132) 및 표시하는 이미지에 대응하는 박막층(131)을 포함하며, 절연층(120)은 부분적으로 수직 식각된 공간을 포함할 수 있다.

기판(100)의 일면에 투명 금속층(110)이 형성될 수 있다. 투명 금속층(110)은 열증착(thermal evaporation) 공정을 통해 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도금, 스퍼터링 등의 공정으로도 형성될 수 있다. 투명 금속층(110)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, 단일 물질이나 합금으로 구성될 수 있다. 바람직하게, 투명 금속층(110)은 금(Au)으로 이루어진 단일 박막층일 수 있다. 투명 금속층(110)은 소정 파장의 빛을 투과할 수 있도록 얇은 두께로 형성될 수 있다. 금속층이 100nm 이상의 두께로 형성되는 경우 해당 금속층은 빛을 반사시키는 성질이 강하기에, 빛의 투과 효과를 기대할 수 없다. 따라서, 투명 금속층(110)은 적어도 100nm 미만의 두께로 형성될 수 있다. 바람직하게, 투명 금속층(110)은 25 nm의 두께로 형성될 수 있다. 투명 금속층(110)은 상부 또는 하부로부터 유입되는 빛을 절연층(120), 금속 나노 구조층(130)으로 빛을 집중시킬 수 있으며, 이에 따라 나노 플라즈모닉스 효과가 향상될 수 있다.

절연층(120)은 투명 금속층(110)상에 위치할 수 있다. 절연층(120)은 부분적으로 식각된 형태일 수 있다. 절연층(120)은 스핀 코팅(Spin coating) 공정을 통해 박막으로 형성된 후, 금속 나노 구조층(130)을 마스크로 활용하여 반응성 이온 식각 공정을 통해 부분 식각된 상태이다.

절연층(120)은 소수성 물질로 구성된 복수개의 기둥과 상기 복수개의 기둥에 의해 정의된 복수의 공간을 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 기둥은 상부에 위치하는 금속 나노 구조층(130)의 박막층 또는 나노 섬과 오버랩될 수 있다. 즉, 금속 나노 구조층(130)의 박막층 또는 나노 섬에 의해 상기 기둥은 식각되지 않고 대응되어 잔존된 상태에 해당한다. 복수의 공간은 일정 유체가 채워진 상태일 수 있으며, 기둥의 굴절률은 복수의 공간에 채원진 유체의 굴절률과 상이할 수 있다. 예시적으로 기둥(p)은 높은 투과도를 가지는 비정형 불소 중합체(Amorphous Fluoropolymer)로 구성되어 굴절률이 1.34일 수 있고, 공간(v)에는 공기가 채워져 굴절률이 1.0006일 수 있다.

절연층(120)은 전체적으로 투명한 상태일 수 있고, 전체적인 두께는 140nm 내지 180nm일 수 있다.

금속 나노 구조층(130)은 절연층(120) 상에 위치할 수 있다. 금속 나노 구조층(130)은 표시되는 이미지에 대응하는 박막층(131)과 복수의 금속 나노 섬들이 연결된 나노 섬 네트워크 구조층(132)을 포함한다. 나노 섬 네트워크 구조층(132)을 구성하는 각 금속 나노 섬은 일정 크기 이상의 군집을 형성한 상태일 수 있다. 나노 섬 네트워크는 나노 섬이 확장되어 서로 연결된 것으로, 나노 섬 네트워크 구조층(132)은 절연층(120)의 표면을 외부로 노출하는 복수의 개구부를 포함할 수 있다. 해당 개구부는 금속이 증착되지 않고 나노 섬 간의 연결이 이루어지지 않은 영역일 수 있다. 박막층(131)은 절연층(120)을 도포하도록 증착되어 형성된 층으로, 상술한 복수의 개구부를 포함하지 않을 수 있다.

금속 나노 구조층(130)은 금속 나노 섬의 자기 조립을 유도할 수 있는 느린 속도로 열 증착 공정이 수행되어 형성된 상태이며, 바람직한 금속 나노 구조층(130)의 두께는 27nm 내지 38nm일 수 있다. 보다 바람직한 금속 나노 구조층(130)의 두께는 35nm일 수 있다.

금속 나노 구조층(130)에 적용되는 금속은 백금, 금, 은, 알루미늄 또는 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 금속 나노 구조층(130)에 적용되는 금속은 바람직하게 금(Au)일 수 있으며, 투명 금속층(110)에 사용된 금속과 동일한 금속으로 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 금속 나노 구조층(130)은 반응성 이온 식각 공정의 마스크로써 기능을 할 수 있다. 또한, 금속 나노 구조층(130)은 자기 조립을 통해 형성된 나노 구조물로써 형성된 나노 구조물 사이에 일어나는 나노 갭 플라즈모닉스 현상을 야기할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(10)는 본원 발명의 표시 장치는 단순히 금속 나노 입자에 기반한 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized surface plasmon resoance; LSPR) 현상에 기반하지 않으며, 종래 MDM접합 구조(금속층-유전 필름층(절연층)-금속층, Metal-Dielectric-Metal layer)를 개선한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(10)는 나노 구조층(130)과 투명 금속층(110) 사이의 빛의 상보적인 간섭을 통한 페브리-페로 공진(Fabry-Perot resonance)에 기반한 것으로 나노 구조층(130)과 투명 금속층(110) 사이에 위치한 수직 식각된 절연층(120)을 통해 플라즈모닉 공명이 보다 극대화될 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 절연층(120)은 종래 소수성 물질(n= 1.34)이 빈 공간으로 식각되고, 절연층(120)의 공간이 공기(n= 1.0006)로 대체되는 정도에 따라, 플라즈모닉 현상을 일으키는 데 중요한 요소가 되는 유효 유전률(effective refractive index of insulator layer) 값이 결정될 수 있으며, 특정 영역의 파장을 선택적으로 흡수하고, 이를 제외한 파장의 빛을 반사, 표시할 수 있게 된다. 즉, 종래 절연층의 공간을 차지하는 제1 유체와 상이한 굴절률을 가지는 제2 유체가 절연층에 유입됨에 따라 복수의 공간은 제1 유체에서 제2 유체로 대체되고, 복수의 공간이 제2 유체로 채워짐에 따라, 절연층의 유효 유전률 값이 변화되고, 상기 유효 유전률에 따라 표시 장치가 표시하는 빛의 파장인 공명 파장이 전이될 수 있다.

여기서, 본 실시예에 따른 표시 장치(10)는 금속 나노 구조층(130)을 통해서 제공되는 빛(Au side)와 기판(100)을 통해서 제공되는 빛(glass side)에서 서로 다른 광 반사 특성을 나타낸다. 즉, 본 실시예에 따른 표시 장치(10)는 광 야누스 특성 또한 가질 수 있다. 표시 장치(10)의 상면을 통해 들어온 빛은 금속 나노 구조층(130)을 지나면서 일부는 금속 나노 구조에 의해 반사되지만, 나머지는 이를 투과하면서 빛의 위상(phase) 변화를 동반하여 절연층(120)으로 들어가게 된다. 절연층(120)에 들어간 빛은 하단의 투명 금속층(110)을 투과하면서 또 한번의 위상 변화를 겪게되며, 하단의 투명 금속층(110)에서 반사된 빛은 다시 금속 나노 구조층(130)과 절연층(120) 사이의 계면을 통해 일부 반사, 일부 투과를 진행하게 되어 반복적으로 공진을 야기한다. 공진이 일어나는 절연층(120)에서의 효과는 동일하지만, 투과된 빛이 처음 겪는 면이 금속 나노 구조층(130)인 경우(상면을 통한 관찰)와 처음 투과된 면이 하면의 투명 금속층(110)인 경우의 차이에 의해, 빛의 위상이 크게 차이가 나게 되어, 관찰하는 면이 어느 쪽이냐에 따라 다른 색상을 표시될 수 있다.

도 12a는 표시 장치(10)의 광 반사 특성을, 도 12b는 표시 장치(10)의 광 투과 특성을 상면, 하면에 따라 측정한 그래프이다. 도 12b에 도시된 그래프와 같이, 금속 나노 구조층(130)을 통해서 제공되는 빛(Au side)에 따른 광 투과도와 기판(100)을 통해서 제공되는 빛(glass side)에 따른 광 투과도는 실질적으로 동일하게 나타났으나, 도 12a에 도시된 그래프와 같이, 표시 장치(10)의 광 반사 특성은 상이하게 나타났다. 또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 표시 장치(10)의 상부(A)와 하부(G)는 서로 다른 색상의 빛을 표시하는 것을 확인할 수 있다. 여기서, 표시 장치(10)의 상부(A)에서 표시되는 빛은 금속 나노 구조층(130)을 실험자가 바라봤을 때 관측되는 빛을 의미하며, 표시 장치(10)의 하부(G)에서 표시되는 빛은 기판(100)을 실험자가 바라봤을 때 관측되는 빛을 의미한다.

표시 장치(10)의 절연층(120)의 유효 유전률에 따라 표시 장치(10)가 표시하는 빛의 파장을 공명 파장이라 정의할 때, 절연층(120)의 공간이 다른 굴절률 값을 가진 유체로 치환됨에 따라 절연층(120)의 유효 유전률 값은 각 유체의 고유 굴절률에 대응하여 변경될 수 있으며, 이에 따라, 표시 장치(10)의 공명 파장이 쉬프트될 수 있다. 절연층(120)의 공간에 유입되는 유체에 따라 표시 장치(10)에서 표시되는 빛의 색상이 변화될 수 있다. 본원 발명에서의 공명 파장의 쉬프트는 가시 광선 파장 범위 내에서 수행될 수 있으며, 특별한 장비 없이도 색상의 변화를 실험자가 관측할 수 있다.

이러한 절연층(120)의 유효 유전률 값의 변화는 표시 장치(10)의 상부(A) 및 하부(G)에서 표시되는 빛에 모두 영향을 미칠 수 있으며, 표시 장치(10)의 상부(A) 및 하부(G)에서 표시되는 빛 각각 다른 색상으로 변화될 수 있다. 즉, 종래 절연층의 공간을 차지하는 제1 유체와 상이한 굴절률을 가지는 제2 유체가 절연층에 유입되어 복수의 공간은 제1 유체에서 제2 유체로 대체됨에 따라, 상기 표시 장치의 일면에서 표시하는 빛의 색상과 타면에서 표시하는 빛의 색상은 종래 표시 색상과 상이한 색상으로 변화되고, 변화된 표시 장치의 일면에서 표시하는 빛의 색상과 변화된 표시장치의 타면에서 표시하는 빛의 색상은 서로 상이할 수 있다.

도 14a는 절연층(120)의 공간을 차지하는 유체의 굴절률에 따라, 표시 장치(10)의 상부(A)에서 표시되는 빛의 변화를 도시한 도면이고, 도 14b는 절연층(120)의 공간을 차지하는 유체의 굴절률에 따라, 표시 장치(10)의 하부(G)에서 표시되는 빛의 변화를 도시한 도면이다. 표시 장치(10)의 상부(A)는 유체의 굴절률이 달라짐에 따라(n= 1.0, n= 1.3, n= 1.4, n= 1.5, n= 1.6), 표시되는 색상이 상이해질 수 있다. 또한, 표시 장치(10)의 하부(G)는 유체의 굴절률이 달라짐에 따라(n= 1.0, n= 1.3, n= 1.4, n= 1.5, n= 1.6), 표시되는 색상이 상이해질 수 있다. 표시 장치(10)는 특정 굴절률을 가진 유체에 대해서 상부 및 하부가 모두 다른 색상으로 표시되는 바, 광학 야누스 특성이 계속 유지되는 것을 확인할 수 있다.

여기서, 표시 장치(10)의 색상이 절연층(120)에 유입되는 유체에 따라 달라지더라도, 표시 장치(10)에서 표시되는 이미지는 색상 변화는 나타나지 않을 수 있다. 즉, 이미지의 표시 색상은 주변 색상의 변화에 따라 대비 효과에 의해 조금씩 상이한 것처럼 나타날 수 있으나, 굴절률에 따라 민감하게 변화되지 않을 수 있다. 박막층(131)과 대응되는, 오버랩되는 절연층(120)의 영역은 소수성의 유전 물질을 계속 포함하고 있는 바, 선택적 식각의 영향을 받지 않을 수 있다. 따라서, 이미지 외부의 색상이 변화함에 따라 상대적으로 이미지는 다른 색상처럼 보일 수 있으나, 실제 색상은 동일하며, 외부 유체의 변화와 상관없이 동일한 색상을 유지할 수 있게 된다. 다만, 표시 장치(10)의 상면과 하면에서 바라본 이미지의 색상은 상이할 수 있다. 이는 빛이 최초로 입사된 계면이 금속 나노 구조층(130)인지 혹은 투명 금속층(110) 인지에 따라 상이한 광학 위상 차이를 나타내기 때문이다.

따라서, 특정 굴절률을 가진 유체가 유입되어 이미지를 제외하는 표시 장치의 반사 색상이 변화됨에 따라 이미지의 색상과 표시 장치의 색상이 유사해질 수 있다. 도 14a에 도시된 바와 같이, n= 1.3 에 해당하는 유체가 유입되었을 때 표시 장치(10)의 상부(A)의 색상이 이미지(KU KIST)의 색상이 동일 또는 유사하게 변화하여 이미지의 분별이 어렵게 될 수 있다. 다만, 표시 장치(10)의 하부(G)의 색상은 이미지(KU KIST)의 색상과 구분되도록 변화될 수 있으며, 표시 장치(10)의 하부(G)를 이미지(KU KIST)를 식별할 수 있다. 그리고, 도 14b에 도시된 바와 같이, n= 1.5 에 해당하는 유체가 유입되었을 때, 표시 장치(10)의 하부(G)의 색상이 이미지(KU KIST)의 색상이 동일 또는 유사하게 변화, 이미지를 분별하기 어렵게 될 수 있다. 다만, 표시 장치(10)의 상부(A)의 색상은 이미지(KU KIST)의 색상과 구분되도록 변화될 수 있으며, 표시 장치(10)의 상부(A)를 이미지(KU KIST)를 식별할 수 있다.

즉, 본 발명의 표시 장치(10)는 절연층(120)에 유입되는 유체에 따라 나노 플라즈모닉스에 따른 표시 색상이 변화될 수 있으면서, 광학 야누스 효과가 제공되어 상부 및 하부가 다른 색상으로 표시될 수 있다. 즉, 유입되는 유체를 조절하여 이미지의 표시를 선택적으로 제어할 수 있으며, 이미지가 표시되는 방향(상부 또는 하부)도 제어할 수 있다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만 본 발명은 이러한 실시예들 또는 도면에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 표시 장치
100: 기판
110: 투명 금속층
120: 절연층
130: 금속 나노 구조층

Claims

기판 상에 투명 금속층을 형성하는 단계;
상기 투명 금속층 상에 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층의 특정 영역의 표면 성질을 개질하는 단계;
상기 절연층 상에 금속 나노 구조층을 형성하는 단계; 및
상기 절연층을 선택적으로 식각하여 복수의 기둥과 상기 복수의 기둥에 의해 정의되는 복수의 공간을 형성하는 단계를 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 절연층은 소수성 물질을 포함하고,
상기 개질 단계에서, 상기 특정 영역의 표면 성질은 소수성에서 친수성으로 변형되는 것을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
제2 항에 있어서,
상기 특정 영역은 상기 표시 장치에서 표시하는 이미지에 해당하는 것을 특징으로 하는 표시 장치의 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 금속 나노 구조층은 상기 특정 영역에 대응하여 형성된 박막층 및 상기 특정 영역을 제외한 절연층의 나머지 영역에 대응하여 형성되는 나노 섬 네트워크 구조층을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
제4 항에 있어서,
상기 투명 금속층의 두께는 25 nm인 것을 특징으로 하는 표시 장치의 제조 방법.
제1 항에 있어서,
상기 투명 금속층의 형성 단계 및 상기 금속 나노 구조층의 자기 조립의 유도 단계는 열 증착 공정을 통해 수행되고,
상기 투명 금속층의 열 증착 속도는 상기 나노 구조층의 열 증착 속도보다 빠르게 진행되는 표시 장치의 제조 방법.
투명 기판;
상기 투명 기판 상에 위치한 투명 금속층;
상기 투명 금속층 상에 위치한 절연층; 및
상기 절연층 상에 위치한 금속 나노 구조층을 포함하되,
상기 금속 나노 구조층은 복수의 나노 섬들이 연결된 나노 섬 네트워크 구조층 및 표시하는 이미지에 대응하는 박막층을 포함하고,
상기 절연층은 복수의 기둥과 상기 복수의 기둥에 의해 정의된 복수의 공간을 포함하고,
상기 금속 나노 구조층을 통해서 제공되는 광과 상기 투명 기판을 통해서 제공되는 광은 서로 다른 광 반사 특성을 가지며,
상기 복수의 공간은 상기 복수의 기둥의 굴절률과 상이한 굴절률을 가진 제1 유체가 채워진 상태이고, 상기 금속 나노 구조층을 통해서 제공되는 광의 색상과 상기 투명 기판을 통해서 제공되는 광의 색상은 상이하며,
상기 제1 유체와 상이한 굴절률을 가지는 제2 유체가 상기 절연층에 유입되어 상기 복수의 공간이 상기 제1 유체에서 상기 제2 유체로 대체됨에 따라, 상기 금속 나노 구조층을 통해서 제공되는 광과 상기 투명 기판을 통해서 제공되는 광은 종래 색상과 상이한 색상으로 변화되고,
변화된 상기 금속 나노 구조층을 통해서 제공되는 광의 색상과 상기 투명 기판을 통해서 제공되는 광의 색상은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제7 항에 있어서,
상기 투명 금속층은 금 박막층이고,
상기 금속 나노 구조층의 자기 조립에 적용되는 금속은 금인 표시 장치.
제8 항에 있어서,
상기 금속 나노 구조층의 두께는 35 nm이고,
상기 투명 금속층의 두께는 25 nm인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제7 항에 있어서,
상기 복수의 기둥은 소수성 물질을 포함하는 표시 장치.
제10 항에 있어서,
상기 제1 유체와 상이한 굴절률을 가지는 제2 유체가 상기 절연층에 유입됨에 따라 상기 복수의 공간은 상기 제1 유체에서 상기 제2 유체로 대체되고,
상기 복수의 공간이 상기 제2 유체로 채워짐에 따라, 상기 절연층의 유효 유전률 값이 변화되고, 상기 유효 유전률에 따라 상기 표시 장치가 표시하는 빛의 파장인 공명 파장이 전이되는 표시 장치.
제11 항에 있어서,
상기 공명 파장의 전이는 가시 광선 영역내에서 수행되고,
상기 공명 파장의 전이에 따라 이미지를 제외한 나머지 영역의 표시 색상이 변화되는 표시 장치.
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