KR102478603B1 - Double layer metal-based laminate showing plasmonic color and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판, 상기 기판 상에 형성된 니켈(Ni) 박막층, 및 상기 니켈 박막층 상에 형성되며, 나노홀(nanohole) 패턴을 가지는 알루미늄(Al) 박막으로 이루어진 나노홀 어레이층을 포함하며, 상기 나노홀 패턴은 상기 알루미늄 박막을 관통하는 나노홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 컬러 발현 적층체 및 그 제조방법에 대한 것으로서, 본 발명에 따른 이중층 금속 기반 플라즈몬 컬러 기술은 도금 기법으로 대면적 형성이 용이한 니켈 박막위에 나노홀이 형성된 알루미늄 박막을 증착함으로써, 기존의 염료기반 컬러 구현 기술에서 야기되는 색변형 문제나 외부 환경에 따른 내구성 문제가 없으며 귀금속 물질(금, 은 등)을 사용하지 않고도 나노홀의 크기와 주기에 따라 가시광 영역의 특정 파장에서 플라즈몬 흡수를 최대화하여 색상의 색순도 및 색재현성을 월등히 향상시킬 수 있으며, 또한, 열팽창 계수가 크게 차이나는 금속 조합(니켈 및 알루미늄)을 이중층으로 택함으로써 온도 변화에 따른 플라즈몬 흡수 파장을 변화시킬 수 있으므로, 온도에 따른 반사광의 컬러를 조절할 수 있어 비색 분석(colorimetry) 분야에 적용할 수 있다. The present invention includes a substrate, a nickel (Ni) thin film layer formed on the substrate, and a nanohole array layer formed on the nickel thin film layer and made of an aluminum (Al) thin film having a nanohole pattern, The hole pattern relates to a plasmonic color-expressing laminate and a method for manufacturing the same, characterized in that it includes nanoholes penetrating the aluminum thin film, and the double-layer metal-based plasmon color technology according to the present invention is a large-area formation by plating By depositing an aluminum thin film with nanoholes on a nickel thin film, there is no color change problem caused by existing dye-based color implementation technology or durability problem due to external environment, and nano Depending on the size and period of the hole, plasmon absorption can be maximized at a specific wavelength in the visible light region to significantly improve color purity and color reproducibility. In addition, by selecting a metal combination (nickel and aluminum) with a large difference in thermal expansion coefficient as a double layer, Since the plasmon absorption wavelength can be changed according to the temperature change, the color of the reflected light can be adjusted according to the temperature, so it can be applied to the field of colorimetry.
Description
본 발명은 기존에 염료를 사용하는 각종 기기의 외장재 및 사물/건물 등의 내/외장재를 대체할 수 있으며, 디스플레이 분야에서 다양한 반사광 컬러를 구현하거나 온도 변화를 눈으로 감지할 수 있는 비색 분석(colorimetry) 등 다양한 기술 분야에 적용할 수 있는 플라즈모닉 컬러 발현 적층구조 및 그 제조방법에 대한 것이다. The present invention can replace exterior materials of various devices using dyes and interior/exterior materials of objects/buildings, etc. ) and a plasmonic color expression layered structure that can be applied to various technical fields and its manufacturing method.
염료나 안료 등으로 색상을 입힌 기기나 사물의 내/외장재에서는 입사광의 자외선에 의한 변색 문제와 외부환경 요인(열, 습기 등)에 의한 내구성이 문제되며, 제조 비용 또한 만만치 않은 편이다. In the interior/exterior materials of devices or objects colored with dyes or pigments, discoloration due to ultraviolet rays of incident light and durability due to external environmental factors (heat, moisture, etc.) are problematic, and the manufacturing cost is also quite high.
따라서, 이러한 염료나 안료 기반으로 색상을 구현하는 대신에 금속 나노패턴에 의해 유도된 플라즈몬(plasmon) 현상을 이용한 플라즈모닉 컬러 구현 기술이 최근에 연구되고 있다. Therefore, instead of implementing colors based on these dyes or pigments, plasmonic color implementation technology using a plasmon phenomenon induced by metal nanopatterns has recently been studied.
기존의 플라즈모닉 컬러 구현 기술은 단일 금속층에 형성된 나노홀 패턴의 형태(깊이, 폭, 주기)에 의해 특정 파장의 입사광이 나노홀 패턴에 집중되어 해당 파장의 반사가 억제되는 원리를 기반으로 하는데, 이러한 단일 금속층 기반 플라즈모닉 컬러 구현 기술에서는 단일 금속층을 귀금속 물질(금, 은 등)로 구성해 제조 비용이 높고, 플라즈몬 흡수를 최대화하여 반사도를 0으로 근접시키는데 제약이 따른다. Existing plasmonic color realization technology is based on the principle that incident light of a specific wavelength is concentrated on the nanohole pattern by the shape (depth, width, period) of the nanohole pattern formed on a single metal layer, and reflection of the corresponding wavelength is suppressed. In this single metal layer-based plasmonic color realization technology, since the single metal layer is made of noble metal materials (gold, silver, etc.), manufacturing cost is high, and there are limitations in maximizing plasmon absorption to bring reflectivity close to zero.
또한, 단일 금속층에 형성된 나노 패턴에 의해 플라즈몬 흡수 파장이 고정되어 있어, 한번 나노 패턴을 형성하면 단일 컬러만 구현(passive plasmonic color)이 가능하다는 한계를 가진다. In addition, since the plasmon absorption wavelength is fixed by the nanopattern formed on a single metal layer, there is a limitation that only a single color can be realized (passive plasmonic color) once the nanopattern is formed.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 플라즈모닉 컬러 발현 기술을 기반으로 하되 귀금속 물질을 사용하지 않고도 가시광 영역의 특정 파장에서 플라즈몬 흡수를 최대화할 수 있는 구조 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a structure capable of maximizing plasmon absorption at a specific wavelength in the visible light region and a method for manufacturing the same, based on plasmonic color expression technology, but without using a noble metal material.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 기판, 상기 기판 상에 형성된 니켈(Ni) 박막층, 및 상기 니켈 박막층 상에 형성되며 나노홀(nanohole) 패턴을 가지는 알루미늄(Al) 박막으로 이루어진 나노홀 어레이(array)층을 포함하며, 상기 나노홀 패턴은 상기 알루미늄 박막을 관통하는 나노홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 컬러 발현 적층체를 제안한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a nanohole array composed of a substrate, a nickel (Ni) thin film layer formed on the substrate, and an aluminum (Al) thin film formed on the nickel thin film layer and having a nanohole pattern. (array) layer, and the nanohole pattern proposes a plasmonic color expression layered body comprising nanoholes penetrating the aluminum thin film.
또한, 상기 나노홀 패턴은, 상기 알루미늄 박막을 관통해 상기 니켈 박막층과 상기 나노홀 어레이층의 경계면 아래 소정의 깊이까지 연장된 나노홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 컬러 발현 적층체를 제안한다. In addition, the nanohole pattern proposes a plasmonic color expression layered body characterized in that it includes nanoholes that penetrate the aluminum thin film and extend to a predetermined depth under the interface between the nickel thin film layer and the nanohole array layer. .
또한, 상기 기판은 고분자, 세라믹 또는 금속으로 이루어진 유연성 기판인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 컬러 발현 적층체를 제안한다. In addition, the substrate proposes a plasmonic color expression layered body characterized in that the substrate is a flexible substrate made of a polymer, ceramic or metal.
또한, 플라즈모닉 컬러 발현 적층체 주변의 온도 변화에 의해 유발되는 상기 니켈 박막층과 상기 나노홀 어레이 층의 열팽창 계수 차이에 따른 열응력에 의한 굽힘 등 변형에 의해 나노홀 어레이 층에 포함된 나노홀의 반경과 깊이 및 나노홀 패턴의 주기가 변화되어 플라즈모닉 컬러가 변하는 것을 특징으로 하는 기술을 제안한다. In addition, the radius of the nanoholes included in the nanohole array layer due to deformation such as bending due to thermal stress according to the difference in thermal expansion coefficient between the nickel thin film layer and the nanohole array layer caused by a temperature change around the plasmonic color expressing laminate We propose a technique characterized in that the plasmonic color changes by changing the depth and period of the nanohole pattern.
그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서, 상기 플라즈모닉 컬러 발현 적층체의 제조방법으로서 (a) 기판 상에 니켈(Ni) 박막층을 형성시키는 단계, (b) 상기 니켈 박막층 상에 알루미늄(Al) 박막층을 형성시키는 단계, 및 (c) 상기 알루미늄 박막층을 관통하는 나노홀 패턴을 형성시키는 단계를 포함하는 플라즈모닉 컬러 발현 적층체의 제조방법을 제안한다. And, the present invention, in another aspect of the invention, as a method of manufacturing the plasmonic color expression laminate (a) forming a nickel (Ni) thin film layer on a substrate, (b) aluminum (Al) on the nickel thin film layer We propose a method for manufacturing a plasmonic color expression laminate comprising forming a thin film layer, and (c) forming a nano hole pattern penetrating the aluminum thin film layer.
또한, 상기 단계 (c)에서 나노홀이 알루미늄 박막층과 니켈 박막층의 경계면을 지나 소정의 깊이로 니켈 층 표면의 일부까지 연장되도록 나노홀 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 컬러 발현 적층체의 제조방법을 제안한다. In addition, in step (c), the nanohole pattern is formed so that the nanoholes pass through the interface between the aluminum thin film layer and the nickel thin film layer to a predetermined depth and extend to a part of the surface of the nickel layer. suggest a way
본 발명에 따른 이중층 금속 기반 플라즈몬 컬러 기술은 도금 기법으로 대면적 형성이 용이한 니켈 박막위에 나노홀이 형성된 알루미늄 박막을 증착함으로써, 기존의 염료기반 컬러 구현 기술에서 야기되는 색변형 문제나 외부 환경에 따른 내구성 문제가 없으며 귀금속 물질(금, 은 등)을 사용하지 않고도 나노홀의 크기와 주기에 따라 가시광 영역의 특정 파장에서 플라즈몬 흡수를 최대화하여 색상의 색순도 및 색재현성을 월등히 향상시킬 수 있다. The double-layer metal-based plasmon color technology according to the present invention deposits an aluminum thin film with nanoholes on a nickel thin film that can be easily formed in a large area by a plating technique, thereby preventing the color distortion problem caused by the existing dye-based color realization technology or the external environment. Without the use of precious metal materials (gold, silver, etc.), plasmon absorption is maximized at a specific wavelength in the visible light region according to the size and period of the nanoholes, thereby significantly improving color purity and color reproducibility.
또한, 열팽창 계수가 크게 차이나는 금속 조합(니켈 및 알루미늄)을 이중층으로 택함으로써 온도 변화에 따른 플라즈몬 흡수 파장을 변화시킬 수 있으므로, 온도에 따른 반사광의 컬러를 조절할 수 있어 비색 분석(colorimetry) 분야에 적용할 수 있다. In addition, since the plasmon absorption wavelength can be changed according to the temperature change by selecting a metal combination (nickel and aluminum) with a large difference in thermal expansion coefficient as a double layer, the color of the reflected light can be adjusted according to the temperature, which can be used in the field of colorimetry. can be applied
도 1은 본 발명에 따른 이중층 금속 기반 플라즈모닉 컬러 발현 적층체의 일례에 대한 사시도 및 단면 모식도이다.
도 2는 열팽창 수축에 따른 이중층 금속 기반 플라즈모닉 컬러 발현 적층체의 변형을 보여주는 개념도이다.
도 3a 및 도 3b는 단일 금속층 플라즈몬 구조체와 이중층 금속 기반 플라즈몬 구조체의 반사도 특성을 비교한 결과이다.
도 4는 본 발명에 따른 이중층 금속 기반 플라즈모닉 컬러 발현 적층체에 포함된 알루미늄 나노홀 어레이층의 나노홀 구조에 따른 반사도 특성 변화를 측정한 결과이다. 1 is a perspective view and a cross-sectional schematic view of an example of a double-layer metal-based plasmonic color expression laminate according to the present invention.
2 is a conceptual diagram showing deformation of a double-layered metal-based plasmonic color expression laminate according to thermal expansion and contraction.
Figures 3a and 3b is a result of comparing the reflectance characteristics of the single-metal layer plasmonic structure and the double-layer metal-based plasmonic structure.
4 is a result of measuring a change in reflectance characteristics according to a nanohole structure of an aluminum nanohole array layer included in a double-layer metal-based plasmonic color expressing laminate according to the present invention.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments according to the concept of the present invention can be applied with various changes and can have various forms, so specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "having" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, but one or more other features or numbers However, it should be understood that it does not preclude the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈모닉 컬러 발현 적층체의 일례에 대한 사시도 및 적층 단면 모식도를 보여주는 도면이다. 1 is a diagram showing a perspective view and a cross-sectional schematic view of an example of a plasmonic color expression laminate according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈모닉 컬러 발현 적층체는, 기판, 상기 기판 상에 형성된 니켈(Ni) 박막층, 및 상기 니켈 박막층 상에 형성되며 나노홀(nanohole) 패턴을 가지는 알루미늄(Al) 박막으로 이루어진 나노홀 어레이(array)층을 포함하되(도 1(a)), 상기 알루미늄 나노홀 어레이층에 포함된 나노홀 패턴이 알루미늄 박막을 관통해 나노홀 어레이층 하부의 니켈 층이 나노홀을 통해 노출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다(도 1(b)). Referring to FIG. 1, a plasmonic color expression laminate according to the present invention includes a substrate, a nickel (Ni) thin film layer formed on the substrate, and an aluminum (Al) formed on the nickel thin film layer and having a nanohole pattern. ) A nanohole array layer made of a thin film (FIG. 1(a)), wherein the nanohole pattern included in the aluminum nanohole array layer penetrates the aluminum thin film so that the nickel layer under the nanohole array layer is nano Characterized in that it is formed to be exposed through a hole (Fig. 1 (b)).
나아가, 상기 나노홀 패턴은, 상기 알루미늄 박막을 관통해 상기 니켈 박막층과 상기 나노홀 어레이층의 경계면 아래 소정의 깊이까지 연장되어 니켈 박막층의 표면 일부와 나노홀 어레이층에 걸쳐 형성된 나노홀로 구성될 수 있다(도 1(c)). Furthermore, the nanohole pattern may be composed of nanoholes extending through the aluminum thin film to a predetermined depth under the interface between the nickel thin film layer and the nanohole array layer and extending over a portion of the surface of the nickel thin film layer and the nanohole array layer. Yes (Fig. 1(c)).
또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈모닉 컬러 발현 적층체는 열팽창 계수가 2배 이상 차이나는 이중층 금속(Al 열팽창계수>Ni 열팽창계수)을 적용함으로써, 플라즈모닉 컬러 발현 적층체 주변의 온도 변화시 열팽창이나 열수축에 따른 이중층(니켈 박막층 및 알루미늄 나노홀 어레이층)의 휘어짐 방향이 변화되고, 이는 나노홀 어레이 층에 포함된 나노홀의 반경과 깊이 및 나노홀 패턴의 주기에 변화를 줌으로써 플라즈모닉 컬러 특성을 변화시킬 수 있다.In addition, as shown in FIG. 2, the plasmonic color expression laminate according to the present invention is a plasmonic color expression laminate by applying a double-layer metal (Al thermal expansion coefficient>Ni thermal expansion coefficient) having a thermal expansion coefficient that is twice or more different. When the ambient temperature changes, the bending direction of the double layer (nickel thin film layer and aluminum nano hole array layer) changes due to thermal expansion or contraction, which causes changes in the radius and depth of the nano holes included in the nano hole array layer and the period of the nano hole pattern. It is possible to change the plasmonic color characteristics by giving
한편, 본 발명에 따른 플라즈모닉 컬러 발현 적층체에 포함된 상기 기판은 니켈(Ni) 박막층 및 알루미늄(Al) 나노홀 어레이층이 순차적으로 형성될 수 있도록 지지체 역할을 하며, 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌술폰(PES), 폴리이미드(PI), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리싸이클릭올레핀(PCO), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 가교형 에폭시(crosslinking type epoxy), 가교형 우레탄 필름(crosslinking type urethane) 등의 고분자로 이루어진 유연성 기판, 초박형 유리(Ultra Thin Glass, UTG) 등의 유리 박막으로 이루어진 유연성 기판, 또는 스테인리스스틸 등의 금속으로 이루어진 금속 박막으로 이루어진 유연성 기판일 수 있다. On the other hand, the substrate included in the plasmonic color expression layer according to the present invention serves as a support so that a nickel (Ni) thin film layer and an aluminum (Al) nanohole array layer can be sequentially formed, preferably polyethylene naphthalate. (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), polyethylene sulfone (PES), polyimide (PI), polyarylate (PAR), polycyclic olefin (PCO), polymethyl methacrylate ( Flexible substrates made of polymers such as PMMA), crosslinking type epoxy, and crosslinking type urethane, flexible substrates made of glass thin films such as Ultra Thin Glass (UTG), or stainless steel It may be a flexible substrate made of a metal thin film made of such metal.
상기 니켈 박막층은 기판 상에 공지의 다양한 성막 방법을 통해 대면적의 박막 형태로 형성될 수 있다. The nickel thin film layer may be formed in the form of a large-area thin film on a substrate through various known film formation methods.
예를 들어, 도금법(plating), 스퍼터링법(sputtering), 열 증착법(thermal evaporation), 이온빔(e-beam) 증착법 또는 솔-젤 용법(sol-gel process) 등을 이용하여 상기 니켈 박막층을 기판 상에 형성시킬 수 있으나 전술한 방법에 한정되지는 않는다. For example, the nickel thin film layer is formed on a substrate using a plating method, a sputtering method, a thermal evaporation method, an ion beam deposition method, or a sol-gel process. It can be formed in, but is not limited to the above method.
특히, 도금법을 통해 니켈 층을 형성할 경우 대면적 니켈 박막이 보다 용이하게 이루어질 수 있다. In particular, when the nickel layer is formed through the plating method, a large-area nickel thin film can be more easily formed.
상기 니켈 박막층 위에 구비된 나노홀 어레이층은 나노 스케일의 직경 및 깊이를 가지는 복수 개의 나노홀이 주기적으로 배열된 패턴 구조를 가진 알루미늄층으로서, 전술한 바와 같이 그 하부에 구비된 니켈 박막층이 노출되도록 형성된 나노홀을 포함해 이루어짐으로써 플라즈몬 흡수에 의한 반사도를 최소화할 수 있다. The nanohole array layer provided on the nickel thin film layer is an aluminum layer having a pattern structure in which a plurality of nanoholes having nanoscale diameters and depths are periodically arranged, and as described above, the nickel thin film layer provided thereunder is exposed. By including the formed nanoholes, reflectivity due to plasmon absorption can be minimized.
상기 나노홀 어레이 층의 나노홀 패턴은 공지된 금속 박막층 성막 방법 및 나노홀 패턴 형성을 위한 포토리소그래피 방법을 이용하여 수행하거나 나노 임프린팅 방법을 이용해 구현할 수 있으나 전술한 방법으로 한정되지는 않는다. The nanohole pattern of the nanohole array layer may be formed using a known metal thin film layer deposition method and a photolithography method for forming a nanohole pattern, or may be implemented using a nanoimprinting method, but is not limited to the above method.
예를 들어, 먼저 도금법(plating), 스퍼터링법(sputtering), 열 증착법(thermal evaporation), 이온빔(e-beam) 증착법 또는 솔-젤 용법(sol-gel process) 등을 이용하여 상기 니켈 박막층 상에 알루미늄 박막층을 형성하고, 상기 알루미늄 박막층에 포토리소그래피를 이용하여 복수개의 나노홀이 주기적으로 배열된 나노홀 패턴을 형성할 수 있다. 나노홀 패턴 형성시, 니켈 박막층이 노출될 정도로 알루미늄 박막층만을 에칭하여 나노홀을 형성시키거나, 알루미늄 박막층 뿐만 아니라 니켈 박막층 표면의 일부까지 에칭시켜 알루미늄 박막층을 관통해 니켈 박막층의 표면으로부터 소정의 깊이까지 연장된 나노홀을 형성시킬 수 있다. For example, first, plating, sputtering, thermal evaporation, ion beam (e-beam) evaporation, or sol-gel method (sol-gel process) is used on the nickel thin film layer. An aluminum thin film layer may be formed, and a nanohole pattern in which a plurality of nanoholes are periodically arranged may be formed on the aluminum thin film layer using photolithography. When forming the nano hole pattern, only the aluminum thin film layer is etched to the extent that the nickel thin film layer is exposed to form nano holes, or not only the aluminum thin film layer is etched, but also part of the surface of the nickel thin film layer is etched to penetrate the aluminum thin film layer to a predetermined depth from the surface of the nickel thin film layer. Elongated nanoholes can be formed.
기존의 단일 금속층 플라즈몬 컬러 기술의 경우 플라즈몬 흡수를 최대화하여 반사도를 0으로 줄이는데 한계가 있는 반면, 본 발명에 따른 플라즈모닉 컬러 발현 적층체의 경우 플라즈몬 흡수를 극대화할 수 있어 특정 파장에서 반사도를 0으로 근접시켜 색순도 및 색재현성을 월등히 향상시킬 수 있다. In the case of the existing single metal layer plasmon color technology, there is a limit to reducing the reflectance to 0 by maximizing the plasmon absorption, whereas in the case of the plasmonic color expressing laminate according to the present invention, the plasmon absorption can be maximized and the reflectance is reduced to 0 at a specific wavelength. It is possible to remarkably improve color purity and color reproducibility.
도 3a 및 도 3b는 단일 금속층 플라즈몬 구조체와 본 발명에 따른 이중층 금속 기반 플라즈몬 구조체의 반사도 특성을 비교한 결과로서, 샘플 중 'Al etch on Al'은 단일 금속층에 의한 플라즈몬 효과에 의한 반사도 특성을 나타내며, 'Al etch on Ni'은 이중 금속층에 의한 플라즈몬 효과에 의한 반사도 특성을 표시한다. 또한, 'Al_Ni etch on Ni'는 나노홀 식각시 Al 층과 Ni 층을 동시에 진행한 경우로, 나노 패턴의 크기에 따라 'Al etch on Ni'의 경우도 반사도를 더욱 0에 근접시킬 수 있는 구조인 것으로 확인되었다. Figures 3a and 3b are the results of comparing the reflectance characteristics of the single metal layer plasmonic structure and the double layer metal-based plasmonic structure according to the present invention, 'Al etch on Al' of the samples shows reflectance characteristics due to the plasmon effect by the single metal layer , 'Al etch on Ni' indicates the reflectance characteristics by the plasmon effect by the double metal layer. In addition, 'Al_Ni etch on Ni' is a case where the Al layer and the Ni layer are simultaneously processed during nanohole etching. Depending on the size of the nanopattern, 'Al etch on Ni' also has a structure that can bring the reflectance closer to 0. confirmed to be
또한, 본 발명에 따른 플라즈모닉 컬러 발현 적층체는, 나노홀 패턴의 폭, 주기(나노홀 패턴을 구성하는 복수개의 나노홀 사이의 간격을 의미) 및 깊이의 제어를 통해 원하는 파장대에서 극대화된 플라즈몬 흡수를 유도하고 이를 통해 해당 파장의 반사도 조절하여 플라즈모닉 컬러를 다양하게 조절할 수 있다. In addition, the plasmonic color expression layered body according to the present invention maximizes plasmon in a desired wavelength range through control of the width, period (meaning the spacing between a plurality of nanoholes constituting the nanohole pattern) and depth of the nanohole pattern. By inducing absorption and controlling the reflection of the corresponding wavelength through this, the plasmonic color can be adjusted in various ways.
도 4는 본 발명에 따른 이중층 금속 기반 플라즈모닉 컬러 발현 적층체에 포함된 알루미늄 나노홀 어레이층의 나노홀 구조에 따른 반사도 특성 변화를 측정한 결과로서, 나노홀의 깊이(h)를 100nm로 고정하고, 원반 형태의 나노홀의 반경(r)과 주기(p)를 3가지 유형(r=100nm, p=400nm; r=150nm, p=500nm; r=200nm, p=600nm)으로 변화시켜가면서 반사 스펙트럼이 조절되는 시뮬레이션 결과를 보여준다. Figure 4 is a result of measuring the change in reflectance characteristics according to the nanohole structure of the aluminum nanohole array layer included in the double-layer metal-based plasmonic color expression laminate according to the present invention, fixing the depth (h) of the nanohole to 100 nm , Reflection spectrum while changing the radius (r) and period (p) of the disk-shaped nanohole into three types (r = 100nm, p = 400nm; r = 150nm, p = 500nm; r = 200nm, p = 600nm) The adjusted simulation results are shown.
앞서 상세히 설명한 본 발명에 따른 플라즈모닉 컬러 발현 적층체는 도금기법으로 대면적 형성이 용이한 니켈 박막 위에 나노홀 패턴이 형성된 알루미늄 박막을 증착해 귀금속 물질(금, 은 등)을 사용하지 않고도 가시광 영역의 특정 파장에서 플라즈몬 흡수를 최대화할 수 있는 구조를 가진다. The plasmonic color expression layered body according to the present invention described in detail above deposits an aluminum thin film having a nano-hole pattern on a nickel thin film that can be easily formed in a large area by a plating technique, and can be used in the visible light region without using precious metal materials (gold, silver, etc.) It has a structure that can maximize plasmon absorption at a specific wavelength of
본 발명에 따른 플라즈모닉 컬러 발현 적층체는 알루미늄 나노홀 패턴의 크기와 주기에 따라 특정 파장에서 플라즈몬 흡수를 극대화하여 해당 파장에서 반사율을 0으로 만들 수 있으므로, 플라즈몬 현상에 기반한 반사광 컬러의 색순도를 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다. The plasmonic color-expressing laminate according to the present invention can maximize plasmon absorption at a specific wavelength according to the size and period of the aluminum nanohole pattern and make the reflectance zero at that wavelength, thereby dramatically improving the color purity of the reflected light color based on the plasmon phenomenon. can be improved by
또한, 알루미늄-니켈 사이의 열팽창 계수가 두 배 이상 차이가 나므로 고온 또는 저온으로 주변 환경이 변화하여 두 금속층에 열팽창 또는 열수축이 발생할 경우, 알루미늄이나 니켈 방향으로 이중층 박막이 휘어지는 특성과 더불어 알루미늄 층에 형성된 나노홀 크기가 온도에 따른 변화하게 되며, 이렇게 변화된 나노홀의 크기는 플라즈몬 흡수 대역의 변화를 유도하여 반사광의 컬러특성을 변화(active plasmonic color)시키므로 일종의 비색 분석(colorimetry) 기반 센서로도 활용이 가능하다. In addition, since the thermal expansion coefficient between aluminum and nickel is more than doubled, when the surrounding environment changes to a high or low temperature and thermal expansion or contraction occurs in the two metal layers, the double-layer thin film bends in the direction of aluminum or nickel, and the aluminum layer The size of the nanoholes formed changes with temperature, and the size of the nanoholes thus changed induces a change in the plasmon absorption band and changes the color characteristics of the reflected light (active plasmonic color), so it can be used as a kind of colorimetry-based sensor. It is possible.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art can implement the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
Claims (6)
상기 기판 상에 형성된 니켈(Ni) 박막층; 및
상기 니켈 박막층 상에 형성되며, 나노홀(nanohole) 패턴을 가지는 알루미늄(Al) 박막으로 이루어진 나노홀 어레이(array)층;을 포함하며,
상기 나노홀 패턴은,
상기 알루미늄 박막을 관통해 상기 니켈 박막층과 상기 나노홀 어레이층의 경계면 아래 소정의 깊이까지 연장된 나노홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 컬러 발현 적층체.Board;
a nickel (Ni) thin film layer formed on the substrate; and
A nanohole array layer formed on the nickel thin film layer and made of an aluminum (Al) thin film having a nanohole pattern;
The nano hole pattern,
The plasmonic color expression layered body comprising nanoholes penetrating the aluminum thin film and extending to a predetermined depth under the interface between the nickel thin film layer and the nanohole array layer.
상기 기판은 고분자, 세라믹 또는 금속으로 이루어진 유연성 기판인 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 컬러 발현 적층체.According to claim 1,
The substrate is a plasmonic color expression laminate, characterized in that the flexible substrate made of a polymer, ceramic or metal.
상기 니켈 박막층과 상기 나노홀 어레이 층의 열팽창 계수 차이에 기인하는 열응력에 따른 변형에 의해 나노홀의 반경과 깊이 및 나노홀 패턴의 주기가 변화되어 플라즈모닉 컬러가 변하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 컬러 발현 적층체.According to claim 3,
Plasmonic color expression, characterized in that the plasmonic color is changed by changing the radius and depth of the nanohole and the period of the nanohole pattern due to deformation due to thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the nickel thin film layer and the nanohole array layer laminate.
(b) 상기 니켈 박막층 상에 알루미늄(Al) 박막층을 형성시키는 단계; 및
(c) 상기 알루미늄 박막층을 관통하는 나노홀 패턴을 형성시키는 단계;를 포함하되,
상기 단계 (c)에서 상기 나노홀 패턴은 알루미늄 박막층과 니켈 박막층의 경계면을 지나 소정의 깊이로 니켈 층 표면의 일부까지 연장된 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 컬러 발현 적층체의 제조방법.(a) forming a nickel (Ni) thin film layer on a substrate;
(b) forming an aluminum (Al) thin film layer on the nickel thin film layer; and
(c) forming a nano hole pattern penetrating the aluminum thin film layer; including,
In the step (c), the nanohole pattern extends to a portion of the surface of the nickel layer to a predetermined depth through the interface between the aluminum thin film layer and the nickel thin film layer.
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