KR20180034092A - Reflective display device using plasmonic and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a display device, and more particularly, to a reflective display device using plasmonic and a method of manufacturing the same.
기존의 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display)의 R, G, B (또는 CMY) 컬러는 서브 픽셀(subpixel) 단위의 컬러필터(color filter)를 통해서 결정된다.The R, G, B (or CMY) color of a conventional liquid crystal display is determined through a color filter of a subpixel unit.
이 컬러필터는 염료 기반(dye-based)의 정지대역(stopband wavelength)에서의 흡수 방식으로 작동하기 때문에 효율이 약 33%로 디스플레이 기술의 고효율화의 걸림돌이 되고 있다.Since the color filter operates in a dye-based stopband wavelength, the efficiency is about 33%, which is a hindrance to high-efficiency display technology.
그리고, 서브 픽셀이 모여서 한 개의 픽셀을 완성하는 방식은 디스플레이 장치(Display Device)의 복잡성을 가중시키고, 한 개의 pixel 크기로 가늠할 수 있는 분해능(resolution)을 저하시키는 원인이 된다.In addition, a method of completing one pixel by collecting subpixels adds to the complexity of a display device and causes a reduction in the resolution that can be measured by one pixel size.
위와 같이 효율 저하의 원인이 되는 컬러필터 없이도 액정에 가해지는 전압 변화에 따른 발색 가변형(tunable) 디스플레이장치의 개발에 관심이 집중되고 있다. As described above, attention has been focused on the development of a color tunable display device in accordance with a voltage change applied to the liquid crystal without a color filter causing a reduction in efficiency.
본 발명의 목적은 컬러필터 없이도 적색, 녹색, 청색의 능동적 파장 조절이 가능한 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 및 그 제조방법을 제공함에 있다. An object of the present invention is to provide a reflection type display device using plasmonic which can actively control wavelengths of red, green and blue without a color filter, and a manufacturing method thereof.
상기 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치는 저굴절률 기판과, 상기 저굴절률 기판상에 배치되며 다수의 메시 구멍이 구비된 플라즈모닉층과, 상기 저굴절률 기판과 일정 갭을 두고 대향하여 배치되는 상부기판과, 상기 상부기판상에 구비된 투명도전층과, 상기 투명도전층 상에 배치된 배향막과, 상기 저굴절률 기판과 상부기판 사이에 구비되는 액정층을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a reflective display device using a plasmonic device, comprising: a low refractive index substrate; a plasmonic layer disposed on the low refractive index substrate and having a plurality of mesh holes; A liquid crystal layer provided between the low refractive index substrate and the upper substrate, and a liquid crystal layer disposed between the low refractive index substrate and the upper substrate, wherein the liquid crystal layer is provided between the low refractive index substrate and the upper substrate, . ≪ / RTI >
상기 저굴절률 기판은 에어로젤 기판을 포함할 수 있다.The low refractive index substrate may include an airgel substrate.
그리고, 상기 저굴절률 기판은 굴절률(n) 값이 1.01 내지 1.4 일 수 있다. The refractive index n of the low refractive index substrate may be 1.01 to 1.4.
상기 플라즈모닉층과 배향막의 가장자리부에는 접합층이 구비될 수 있다.A bonding layer may be provided on the edges of the plasmonic layer and the alignment layer.
그리고, 상기 접합층은 상기 플라즈모닉층의 다수의 메시 구멍의 외곽에 위치하는 가장자리부와 이 가장자리부와 오버랩되는 상기 배향막의 가장자리부 사이에 구비될 수 있다. The bonding layer may be provided between an edge part located on the outer periphery of the plurality of mesh holes of the plasmonic layer and an edge part of the alignment film overlapping the edge part.
상기 접합층은 상기 플라즈모닉층의 다수의 메시 구멍의 외곽에 위치하는 가장자리부 중 4군데 모서리부와 이 모서리부들과 오버랩되는 상기 배향막의 가장자리부 중 4군데 모서리부 사이에 구비될 수 있다. The bonding layer may be provided between four corner portions of edge portions located on the outer periphery of a plurality of mesh holes of the plasmonic layer and four corner portions of the edge portion of the alignment film overlapping the corner portions.
또한, 상기 액정층은 고복굴절률(Birefringence reflective index)을 가진 액정물질이 포함될 수 있다.In addition, the liquid crystal layer may include a liquid crystal material having a birefringence reflective index.
그리고, 상기 메시 구멍(mesh hole)은 2차원 구멍(hole) 형태, 나노 우물 (sinusoidal well), 3차원 구멍 형태들 (즉, 3D hole array, recessed hole array, protruding hole array등을 포함) 및, 격자 구멍(1D grating hole) 형태 중 하나일 수 있다.The mesh hole may include a two-dimensional hole shape, a sinusoidal well, a three-dimensional hole shape (i.e., a 3D hole array, a recessed hole array, a protruding hole array, And may be in the form of a 1D grating hole.
상기 목적을 달성하기 위하여, 다른 측면에서, 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조방법은 실리콘기판상에 다수의 나노 스피어 (Nano sphere)를 형성하는 단계와, 상기 나노 스피어들을 포함한 실리콘기판상에 플라즈모닉층을 형성하는 단계와, 상기 나노 스피어들 및 이 나노스피어들 위에 있는 플라즈모닉층 부분을 제거하여 상기 플라즈모닉층에 다수의 메시 구멍을 형성하는 단계와, 상기 플라즈모닉층을 실리콘기판으로부터 분리하는 단계와, 분리된 상기 플라즈모닉층을 저굴절률 기판상에 접합시키는 단계와, 상부기판상에 투명도전층 및 배향막을 형성하는 단계 및, 상기 상부기판과 저굴절률 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a reflective display device using a plasmonic method, comprising: forming a plurality of nanospheres on a silicon substrate; Forming a plurality of mesh holes in the plasmonic layer by removing the nanospheres and a portion of the plasmonic layer on the nanospheres; Separating the separated plasmonic layer from the silicon substrate; bonding the separated plasmonic layer to a low refractive index substrate; forming a transparent conductive layer and an orientation film on the upper substrate; To form a second layer.
상기 저굴절률 기판은 에어로젤 기판을 포함할 수 있다.The low refractive index substrate may include an airgel substrate.
그리고, 상기 저굴절률 기판은 굴절률(n) 값이 1.01 내지 1.4 일 수 있다. The refractive index n of the low refractive index substrate may be 1.01 to 1.4.
상기 플라즈모닉층과 배향막의 가장자리부에 접합층을 형성하여 상기 에어로젤 기판과 상부기판을 접합시키는 단계를 포함할 수 있다. And bonding the airgel substrate and the upper substrate by forming a bonding layer on the edges of the plasmonic layer and the alignment layer.
또한, 상기 실리콘기판은 산소 플라즈마 세정을 실시하여 실리콘기판 표면에 자연산화막을 생성할 수 있다.In addition, the silicon substrate may be subjected to oxygen plasma cleaning to produce a natural oxide film on the surface of the silicon substrate.
그리고, 상기 실리콘기판상에 다수의 나노 스피어(Nano sphere)를 형성하는 단계는 상기 실리콘기판상에 제1 크기의 다수의 제1 나노 스피어를 형성하는 공정과, 상기 제1 크기의 제1 나노 스피어들을 식각하여 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가지는 제2 나노 스피어를 형성하는 공정을 포함할 수 있다.The forming of a plurality of nanospheres on the silicon substrate may include forming a plurality of first nanospheres of a first size on the silicon substrate, And forming a second nano-spheres having a second size smaller than the first size.
또한, 상기 제1 크기의 제1 나노 스피어들을 식각하여 제1 크기보다 작은 제2 크기를 가지는 제2 나노 스피어를 형성하는 공정은 반응성 이온 식각(Reactive ion etching), 유도 결합 플라즈마 식각(ICP Etching)을 포함하는 건식 식각 방식 또는 습식 식각 방식으로 이루어질 수 있다. The process of forming the second nano-spheres having a second size smaller than the first size by etching the first nano spheres of the first size may be performed by reactive ion etching, ICP etching, A wet etching method or a wet etching method.
그리고, 상기 나노 스피어들 및 이 나노스피어들 위에 있는 금속증착층 부분을 제거하는 공정은 리프트 오프(Lift off) 방식으로 이루어질 수 있다.The process of removing the nano spheres and the metal deposition layer on the nano spheres may be performed by a lift off method.
상기 플라즈모닉층을 실리콘기판으로부터 분리하는 단계는 상기 자연산화막 (native oxide layer)을 BOE (buffered oxide etchant) 용액으로 습식 식각함으로써 이루어질 수 있다.The step of separating the plasmonic layer from the silicon substrate may be performed by wet etching the native oxide layer with a buffered oxide etchant (BOE) solution.
본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과들이 있다.The reflective display device and the method of manufacturing the same using the plasmonic according to the present invention have the following effects.
본 발명에 따른 플라모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치는 플라즈모닉층의 공명 파장 변화폭을 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)를 발색할 수 있는 최소 170 nm의 플라즈모닉층의 공명 파장 변화폭으로 확장하여 구현할 수 있으므로 반사형 컬러 디스플레이장치를 구현할 수 있다.The reflection type display device using the plastic according to the present invention is characterized in that the change width of the resonance wavelength of the plasmonic layer is a resonance wavelength of a plasmonic layer of at least 170 nm capable of producing red, green, It is possible to realize a reflection type color display device because it can be implemented by extending the range of variation.
그리고, 본 발명에 따른 플라모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치는 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이 장치 제작시에 저굴절률의 에어로젤 기판 (Aerogel substrate)을 사용함으로써, 에어로젤 기판의 굴절률 값이 낮기 때문에 플라즈모닉층에서 여기된 전자기장이 고복굴절률 액정층으로 편중되므로, 플라즈모닉층의 굴절률차 감도가 증가하게 되어 반사 스펙트럼 변화폭도 증가하게 된다.Since the refractive index of the airgel substrate is low by using an airgel substrate having a low refractive index at the time of manufacturing a reflection type display device using plasmonic according to the present invention, , The sensitivity of the refractive index difference of the plasmonic layer is increased and the width of the variation of the reflection spectrum is also increased.
따라서, 본 발명에 따른 플라모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치는 적색, 녹색, 청색의 능동적 파장 조절이 가능한 반사형 디스플레이 및 투명 디스플레이의 구현이 가능하게 된다.Therefore, the reflective display device using the plastic according to the present invention can realize a reflective display and a transparent display capable of controlling active wavelengths of red, green, and blue.
그리고, 본 발명은 저굴절률의 에어로젤 기판과 플라즈모닉층을 이용하여 초절전형 액정 기판의 풀컬러 반사형 디스플레이장치 구현이 가능하다.Further, the present invention can realize a full-color reflective display device of an ultra-low power liquid crystal substrate by using an airgel substrate and a plasmonic layer having a low refractive index.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 일부를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 에어로젤 기판과 플라즈모닉층의 접합 구조를 확대 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치의 플라즈모닉층 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조방법의 제조 공정흐름도이다.
도 6a 내지 6h는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조방법에 있어서 플라즈모닉층과 에어로젤 기판의 제조 공정을 나타낸 공정 도면들이다.
도 7a는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조방법에 있어서 실리콘 기판 위에 있는 플라즈모닉층 상에 물을 떨어뜨렸을 때의 색 변화를 나타낸 도면이다.
도 7b는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조방법에 있어서 에어로젤 기판 위에 있는 플라즈모닉층 상에 물을 떨어뜨렸을 때의 색 변화를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조방법에 있어서, 재질들의 굴절률 변화에 따른 색 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a reflective display device using a plasmonic according to the present invention.
2 is a perspective view schematically showing a reflection type display apparatus using a plasmonic according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a part of a reflection type display device using a plasmonic according to the present invention, and is an enlarged view showing a bonding structure of an airgel substrate and a plasmonic layer.
4 is a schematic cross-sectional view of a plasmonic layer of a reflection type display device using a plasmonic according to the present invention.
5 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a reflective display device using a plasmonic device according to the present invention.
6A to 6H are process drawings showing a manufacturing process of a plasmonic layer and an airgel substrate in a method of manufacturing a reflective display device using plasmonic according to the present invention.
FIG. 7A is a graph showing a change in color when water is dropped on a plasmonic layer on a silicon substrate in a method of manufacturing a reflective display device using plasmonic according to the present invention. FIG.
FIG. 7B is a graph showing a change in color when water is dropped on a plasmonic layer on an airgel substrate in the method of manufacturing a reflective display device using plasmonic according to the present invention. FIG.
FIG. 8 is a graph schematically illustrating a color change according to a change in refractive index of materials in the method of manufacturing a reflective type display device using plasmonic according to the present invention.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a reflective display device using a plasmonic according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The widths and thicknesses of the layers or regions illustrated in the accompanying drawings are exaggeratedly shown for clarity of the description. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a reflective display device using a plasmonic according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈모닉(Plasmonic)을 이용한 반사형 디스플레이장치는 저굴절률 기판(110)과, 상기 에어로젤 기판 (110) 상에 배치되며 다수의 메시 구멍(mesh hole)(124)이 구비된 플라즈모닉층 (Plasmonic metal layer)(120)과, 상기 저굴절률 기판(110)과 일정 갭을 두고 대향하여 배치되는 상부기판(150)과, 상기 상부기판(150)상에 구비되고 대향전극 (common electrode)으로 사용되는 투명도전층(160)과, 상기 투명도전층(160) 상에 배치된 배향막(170)과, 상기 저굴절률 기판(110)과 상부기판(150) 사이에 개재되는 액정층(180)을 포함하여 구성된다.1, a reflection type display device using a plasmonic according to the present invention includes a low
여기서, 저굴절률 기판(110)은 에어로젤 기판을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 저굴절률 기판은 굴절률(n) 값이 1.01 내지 1.4 일 수 있다. Here, the low
여기서, 에어로젤 기판은 메틸트리메소실란(MTMS; methltrimethoxysilane) 베이스의 실리카 에어로젤 제작 기법에 Urea를 첨가해 기존 에어로젤(aerogel)의 익스트림 브리트니스(extreme brittleness)를 줄이고 탄성력(elasticity)을 향상시킨 유기-무기 하이브리드 에어로젤 물질로 이루어져 있다. 그리고, 에어로젤의 구성 물질로는 실리카이며, 높은 비율로 공기가 들어가 있기 때문에 투명도가 높다. 상기 에어로젤 기판(110)은 n값이 약 1.079의 저굴절률을 갖는다.Here, the aerosol substrate is an organic-inorganic material that reduces the extreme brittleness of existing aerogels and improves the elasticity by adding Urea to a silica airgel manufacturing technique based on methyltrimethoxysilane (MTMS) It is made of hybrid airgel material. The material of the airgel is silica, and the transparency is high because air is contained at a high rate. The
또한, 에어로젤은 솔-젤(sol-gel) 화합물이며, 젤(wet-gel)을 건조시켜 에어로젤 내의 부피의 대부분을 차지하도록 생성된 공기 구멍으로 인해 일반적으로 낮은 밀도 값과 높은 표면적을 가진다. 그리고, 다양한 물질로 이루어질 수 있으며, 열역학적인 관점에서, 준안정성(metastable)한 물질이라고 할 수 있다. 화학적 변환(chemical transformation)에 의해서 구조가 생성되며, 그 이후 용액 내에서 숙성(aging)되고 물질 종류에 따라 열처리(heat treatment)를 거치기도 한다.In addition, airgel is a sol-gel compound and has generally low density values and high surface area due to the air holes created to dry the wet gel to occupy the bulk of the volume in the aerogels . And, it can be made of various materials, and it can be said as a metastable substance from a thermodynamic point of view. The structure is formed by chemical transformation and then aged in solution and subjected to heat treatment depending on the kind of the material.
그리고, 본 발명에서는 반드시 에어로젤 기판(110)에 한정되는 것은 아니고, 굴절률 값이 1.0 ~ 1.4의 저굴절률 값을 가지는 기판 물질이라면 기판으로 사용가능하다고 볼 수 있다.The present invention is not necessarily limited to the
한편, 저굴절률을 갖는 기판, 예를 들어 에어로젤과 같은 저굴절률을 갖는 물질을 기판 물질로 사용하는 이유에 대해 설명하면 다음과 같다. On the other hand, a reason why a substrate having a low refractive index, for example, a material having a low refractive index such as airgel, is used as a substrate material will be described as follows.
얇은 금속 나노 구멍 배열 구조는 금속 표면에서 발생하는 표면 플라즈마 공명(SPR) 효과와 나노 구멍에 의해서 발생하는 국소 표면 플라즈모닉 공명 (Localized SPR) 효과를 복합적으로 이용 가능하다.Thin metal nano-hole array structures can be used to combine the surface plasmon resonance (SPR) effect on the metal surface and the localized surface plasmon resonance (SPR) effect caused by the nano-holes.
입사된 빛이 나노 구멍에 의하여 전기적 쌍극자(electric dipole) 양상의 전자 들뜸(excitation)을 유도(induce)하여 금속 표면에서 진행하는 비대칭 (anti-symmetric) 표면 플라즈모닉 공명 현상을 일으킨다. 또한, 한 개의 나노 구멍에서의 전기적 쌍극자를 원천으로 들뜨게 된 공명(SPR)은 근처의 이웃한 나노 구멍에 유도된 전기적 쌍극자와 상호 작용을 하며 네트 쌍극자 모멘트(net dipole moment)를 변화시켜 결국에는 플라즈모닉 구조체의 복사 성질(radiation property)을 결정하게 된다.The incident light induces an electric excitation of the electric dipole by the nano-holes and causes an anti-symmetric surface plasmon resonance phenomenon that proceeds from the metal surface. In addition, the resonance (SPR) that caused the electric dipole in a single nano hole to act as a source interacts with an electrical dipole induced in a nearby neighboring nano hole, changing the net dipole moment, The radiation properties of the monic structure are determined.
위 도면에서와 같이, 전기장 (E-field) 방향에 평행하게 (-) 전하와 (+) 전하로 양극화(P)된 얇은 금속(Au)의 나노 구멍의 양극화에 따른 쌍극자 양상에 의해 금속 표면도 함께 저자 들뜸이 유도된다.As shown in the above figure, the dipole pattern due to the polarization of the nano-holes of the thin metal (Au) polarized by (-) charge and (+) charge parallel to the direction of the electric field (E- Together, the author is excited.
이와 같이 금속 표면에 유도된 전자의 들뜸 종류 중에서, 비대칭 공명 (anti-symmetric SPR) 양상으로 유도될 때 기판(substrate; 유전율; ε1) - 얇은 금속층(Au; 금속, 유전율; ε2) - 액정층(liquid crystal; 유전율; ε3) 모든 층에 공명(SPR)이 유도되며, 이때 비대칭(anti-symmetric) 양상의 특징에 따라 기판-금속 계면과 감지층-금속 계면에 유도된 전하는, (-) 전하와 (-) 전하로 서로 같지만, 이에 다른 각 층의 자기장 방향이 반대가 된다.Among the lifting types of electrons induced on the metal surface, when a substrate is induced in an anti-symmetric SPR mode, a substrate (dielectric constant:? 1) - a thin metal layer (Au: metal, dielectric constant:? 2) (SPR) is induced in all the layers, and the charge induced at the substrate-metal interface and the sensing layer-metal interface, depending on the characteristics of the anti-symmetric pattern, (-) charge, but the magnetic field direction of each of the other layers is opposite.
기판과 액정층의 물질이 서로 같을 때에 한하여, (ε1 =ε2) 기판과 금속 간 계면과, 액정층과 금속 간 계면에 유도된 표면 플라즈몬 공명 세기(SPR intensity, 절대값)는 같다. The surface plasmon resonance intensity (absolute value) induced at the interface between the substrate and the metal and between the liquid crystal layer and the metal is the same (ε1 = ε2) when the materials of the substrate and the liquid crystal layer are equal to each other.
하지만, 기판과 액정층 물질이 서로 다를 경우에는 아래와 같이 각 층의 물질이 가지는 광학적 성질인 굴절률(refractive index; n)에 의해 공명 세기(SPR intensity) 차이가 발생하게 된다. 금속층이 얇을 때 발생하는 공명 비대칭 모드 (SPR anti-symmetric mode)는 굴절률이 더 높은 유전체(delectric)와 금속 간 계면의 SPR 세기(intensity)가 높아지는 특징을 가지며, 금속층으로의 공명(SPR) 침투가 높은 모드인 반면에 금속층의 두께가 얇아질수록 손실(loss)가 줄어들어 컷오프 (cut-off) 두께 없이 두께가 0인 지점을 향해 점근선을 이루고 있다.However, when the substrate and the liquid crystal layer material are different from each other, a difference in the SPR intensity occurs due to the refractive index (n), which is the optical property of the material of each layer as described below. The SPR anti-symmetric mode, which occurs when the metal layer is thin, is characterized by higher SPR intensity at the interface between the dielectric with higher refractive index and the metal, and the resonance (SPR) penetration into the metal layer While the loss is reduced as the thickness of the metal layer becomes thinner, thereby forming an asymptote toward a point of zero thickness without a cut-off thickness.
결국 얇은 금속층에 대면적에 제작 가능한 나노스피어 리소그래피(nanosphere lithography) 기술을 이용하여, 나노 구멍 배열을 제작하면 프리즘이나 광학섬유 (optical fiber) 없이도 나노 구멍으로부터 쌍극자 모멘트를 유도할 수 있고, 나노 구멍 배열의 이웃한 구멍에서 발생한 쌍극자 모멘트와 이로 인해 유도된 플라즈몬 공명 현상의 비대칭(anti-symmetric mode)를 이용한다면 공명 세기(SPR intensity)가 금속층을 사이에 두고 더 높은 굴절률을 갖는 유전체층에서 높게 인가되도록 플라즈모닉 구조를 설계할 수 있다.As a result, it is possible to produce a dipole moment from a nano-hole without using a prism or an optical fiber by using nanosphere lithography which can be fabricated on a thin metal layer in a large area, If the dipole moments generated in the neighboring holes of the dielectric layer and the anti-symmetric mode of the induced plasmon resonance are used, the resonance intensity (SPR intensity) is applied to the dielectric layer having a higher refractive index It is possible to design a monic structure.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 굴절률 값이 1.55 ~ 1.97인 액정층(180)과 플라즈모닉층(120)의 메시 구멍(124) 및 굴절률 값이 약 1.08인 저굴절 기판, 즉 에어로젤 기판(110)을 적용하는 경우에, 공명 세기(SPR intensity)가 더 높은 쪽의 유전체 굴절률 측인 액정층(180) - 플라즈모닉층(120)의 계면에서 더욱 세지고, 공명 세기(SPR intensity)가 더 높은 쪽의 유전체 굴절률의 변화에 따른 플라즈모닉 감응성(sensitivity)이 높아지며, 이에 의한 공명 파장 이동(SPR wavelength shift)가 더 크게 일어난다.1, a
예를 들어, 도 2에서와 같이, 표시장치에 전압을 걸어 주게 되면, 액정의 틸트 각도 변화가 일어나고, 표면 플라즈몬 극성들(surface plasmon polations)이 느끼는 액정 쪽 계면의 유효 굴절률(effective refractive index)이 달라지게 되고, 이 달라진 유효 굴절률에 대해 세기(intensity)가 높은 공명(SPR)이 더욱 민감하게 반응한다.For example, as shown in FIG. 2, when a voltage is applied to a display device, a change in tilt angle of a liquid crystal occurs, and an effective refractive index of a liquid crystal interface at which surface plasmon poles are felt (SPR) with higher intensity reacts more sensitively to this different effective refractive index.
결국, 해당 공명 비대칭 모드(SPR anti-symmetric mode)의 높은 굴절률 쪽의 공명 세기(SPR intensity)가 세다는 원리를 적용하여, 플라즈모닉을 이용한 액정 가변형 디스플레이가 가능하게 된다.As a result, by applying the principle that the SPR intensity is high in the high refractive index side of the SPR anti-symmetric mode, liquid crystal variable display using plasmonics becomes possible.
한편, 상기 플라즈모닉층(120)과 배향막(170)의 가장자리부에는 접합층(130)이 구비될 수 있다.The bonding layer 130 may be provided on the edges of the
그리고, 상기 접합층(130)은 상기 플라즈모닉층(120)의 다수의 메시 구멍 (124)의 외곽에 위치하는 가장자리부와 이 가장자리부와 오버랩되는 상기 배향막(170)의 가장자리부 사이에 구비될 수 있다. 이때, 상기 접합층(130)은 테두리를 갖는 띠 형태를 가지며, 플라즈모닉층(120) 및 배향막(170)의 가장자리부에 일체로 배치될 수 있다.The bonding layer 130 may be provided between the edges of the plurality of mesh holes 124 of the
또한, 상기 접합층(130)은 상기 플라즈모닉층(120)의 다수의 메시 구멍(124)의 외곽에 위치하는 가장자리부 중 4군데 모서리부와 이 모서리부들과 오버랩되는 상기 배향막(170)의 가장자리부 중 4군데 모서리부 사이에 구비될 수 있다. 이때, 상기 접합층(130)은 4개의 기둥 형태로 이루어져 있으며, 이들 4개의 기둥 형태는 상기 플라즈모닉층(120)과 배향막(170)이 대향하여 배치되는 각 모서리부에 배치될 수 있다.The bonding layer 130 may have four corner portions located at the outer edges of the plurality of mesh holes 124 of the
그리고, 플라즈모닉층(120)의 반사 스펙트럼이 액정층(180)의 굴절률 범위 내에서 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)을 구현하려면, 삼색 자극값 (Tristimulus Values) 기준으로 최소 170 nm 파장 변화폭을 필요로 한다. In order for the reflection spectrum of the
상기 메시 구멍(mesh hole)(124)은 2차원 구멍(hole) 형태, 나노 우물 (sinusoidal well), 3차원 구멍 형태들 (즉, 3D hole array, recessed hole array, protruding hole array등을 포함) 및, 격자 구멍(1D grating hole) 형태 중 하나일 수 있다.The
그리고, 상기 플라즈모닉층(Plasmonic layer)(120)의 재질로는 반사 특성을 가진 알루미늄(Al)과 은(Ag), 금(Au)을 포함하는 금속물질들 중에서 어느 하나 또는 합성물을 사용한다.As the material of the
상기 플라즈모닉층(Plasmonic metal layer)(120)을 이루는 플라즈모닉 (Plasmonic)은 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)의 약식 표현으로서, 특정 조건하에서 입사된 전자기파(빛) 에너지에 공명하여 금속 표면, 달리 말하자면 금속과 유전체의 계면에서 일어나는 전자들의 집단적 진동 (collective charge density oscillation)이며, 이에 의해 발생한 표면 플라즈몬 파(Plasmonic Wave)는 금속과 유전체의 경계면을 따라 진행(propagation)하거나 국소(localized) 공간에서 파동(fluctuation)할 수 있다.The plasmonic constituting the
플라즈모닉층(120)은 반사형 디스플레이의 색 휘도를 향상시키고 고분해능을 가능하도록 하기 위하여 반사 스펙트럼으로 특정 색을 표현할 수 있다. 특히, 상기 플라즈모닉층(120)은 파장 변화 폭을 증가시키기 위해 액정층의 굴절률 차이에 고 감응성을 나타내는 것이 필요하다. The
표면 플라즈모닉 공명 현상에 의해 여기된 전자기장 집중은 저굴절률 매질보다 고굴절률 매질 쪽으로 편중되는 양상을 띠기 때문에, 액정층(Liquid crystal layer)(180)으로 표면 플라즈몬 폴라리톤(Surface Plasmon Polarition)의 진출이 저굴절률 기판 사용시 증가하게 된다. 즉, 동일한 플라즈모닉 구조라도 더 낮은 굴절률의 기판 위에 설계하여 액정층(Liquid crystal layer)(180)의 일정 굴절률 변화에 따른 공명 파장 변화폭을 증가시킬 수 있다.Since the electromagnetic field concentration excited by the surface plasmon resonance phenomenon is biased toward the high refractive index medium rather than the low refractive index medium, the advance of the surface plasmon polarizer with the
그리고, 플라즈모닉층(120)의 메시 구멍(124)의 형상으로는, 나노 우물 (sinusoidal well), 3차원 구멍 배열(3D hole array; recessed hole array 및 protruding hole array를 포함), 2차원 구멍 배열(2D planar hole array), 격자 배열(1D grating) 구조가 가능하다.The shape of the mesh holes 124 of the
상기 플라모닉층(120)에 있는 다수의 메시 구멍(124)은 적색(Red), 녹색 (Green), 청색(Blue) 발색에 최적화된 2원 나노 구멍 형태가 적절하다.The plurality of mesh holes 124 in the
또한, 상기 액정층(180)은 디스플레이장치에 인가되는 전압 변화에 따라 n값이 1.55 내지 1.97 범위를 갖는 고복굴절률(High Birefringence reflective index)을 가진 액정물질로 구성될 수 있다. 특히, 고복굴절 네마틱 액정을 이용하였을 때, 주변 굴절률 n=1.55 ~ 1.97 범위 내에서 반사 스펙트럼의 발색 범위가 적색 (Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 모두를 표현 가능하도록 할 수 있다. In addition, the
그러나, 액정층(180)으로는 고복굴절률을 가진 액정물질에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 통상적인 액정물질을 이용할 수도 있다.However, the
도 2는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view schematically showing a reflection type display apparatus using a plasmonic according to the present invention.
도 2를 참조하면, 디스플레이장치의 전원부(190)에 전압이 인가되지 않은 상태에서는, 적색 (Red), 녹색 (Green), 청색(Blue) 광이 상부기판(150), 투명도전층 (160) 및 배향막(170) 등을 통해 디스플레이장치 내부로 투과되어 n값이 약 1.5인 고복굴절률차 액정층(180) 및 플라즈모닉층(120)에 의해 반사되어져 다시 배향막 (170), 투명도전층 및 상부기판(150)을 통해 외부로 디스플레이된다.Referring to FIG. 2, red, green, and blue light is emitted from the
이때, 상기 플라즈모닉층(120)은 일정 파장대역의 녹색(Gree) 광만을 반사시키고, 적색(Red) 및 청색(Blue) 광은 흡수하게 된다.At this time, the
반면에, 디스플레이장치의 전원부(190)에 일정 전압(V)이 인가된 상태에서는, 적색 (Red), 녹색 (Green), 청색(Blue) 광이 상부기판(150), 투명도전층(160) 및 배향막(170) 등을 통해 디스플레이장치 내부로 투과되어 일정 각도로 틸트되고 n값이 약 1.97로 변화된 고복굴절률차 액정층(180)을 통해 굴절되고, 플라즈모닉층(120)에 의해 반사되어져 다시 배향막(170), 투명도전층 및 상부기판 (150)을 통해 외부로 디스플레이된다.On the other hand, when a constant voltage V is applied to the
이때, 상기 플라즈모닉층(120)은 일정 파장대역의 청색(Blue) 광만을 반사시키고, 적색(Red) 및 녹색(Green) 광은 흡수하게 된다.At this time, the
따라서, 이와 같이, 전압 인가를 통해 고복굴절률차 액정층(180)의 틸트 각도 및 굴절률 값을 변화시켜 파장대역을 능동적으로 변경함으로써 디스플레이장치를 통해 다양한 색상, 예를 들어 적색(Red), 녹색 (Green), 청색(Blue)을 디스플레이하게 된다.Thus, by varying the tilt angle and the refractive index of the
도 3은 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 일부를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 에어로젤 기판과 플라즈모닉층의 접합 구조를 확대 도시한 도면이다.FIG. 3 is a schematic view showing a part of a reflection type display device using a plasmonic according to the present invention, and is an enlarged view showing a bonding structure of an airgel substrate and a plasmonic layer.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치의 플라즈모닉층 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.4 is a schematic cross-sectional view of a plasmonic layer of a reflection type display device using a plasmonic according to the present invention.
도 3 및 4를 참조하면, 에어로젤 기판(110) 상에는 플라즈모닉층(120)이 형성되며, 상기 플라즈모닉층(120) 표면에는 다수의 메시 구멍(mesh hole)(124)이 형성된다. 3 and 4, a
이때, 상기 다수의 메시 구멍(124) 간 간격(p)은 200nm 내지 400 nm 일 수 있으나, 이들 범위에 한정되는 것이 아니라 필요에 따라 크게 또는 작게도 설계할 수 있다.At this time, the interval p between the plurality of mesh holes 124 may be 200 nm to 400 nm, but the present invention is not limited to these ranges and can be designed to be large or small as necessary.
그리고, 메시 구멍(124)의 직경(d)는 130 내지 250 nm 일 수 있으나, 이들 범위에 한정되는 것이 아니라 필요에 따라 크게 또는 작게도 설계할 수 있다. The diameter d of the
더욱이, 메시 구멍(124)의 깊이, 즉 플라즈모닉층(120)의 두께(t)는 60nm 내지 100 nm일 수 있으나, 이들 범위에 한정되는 것이 아니라 필요에 따라 크게 또는 작게도 설계할 수 있다. Further, the depth of the
상기 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조 공정에 대해 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.A process of manufacturing a reflective display device using the plasmonic according to the present invention will be described with reference to FIG.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조방법의 제조 공정흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a reflective display device using a plasmonic device according to the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조방법은, 실리콘 기판을 준비하는 제1 단계(S102)와, 상기 실리콘 기판상에 산소 플라즈마(O2 plasma) 세정을 실시하는 제2 단계 (S104)와, 상기 실리콘 기판상에 스핀 코팅을 진행하여 폴리스틸렌 비즈 단일층(polystyrene beads monolayer)를 형성하는 제3 단계(S106)과, 상기 폴리스틸렌 비즈 단일층을 반응성 이온 식각 (Reative ion etching)을 실시하는 제4 단계(S108)와, 상기 식각된 폴리스텔렌 비즈 단일층을 포함한 실리콘기판상에 금속물질을 증착하여 플라즈모닉층을 형성하는 제5 단계(S110)와, 상기 플라즈모닉층으로부터 폴리스틸렌 비즈를 제거하여 상기 플라즈모닉층에 다수의 메시 구멍(mesh hole)을 형성하는 제6 단계(S112)와, 상기 플라즈모닉층이 접합되는 에어로젤 기판(Aerogel substrate)을 형성하는 제7 단계 (S114)와, 상기 플로즈모닉층을 상기 실리콘기판으로부터 분리하는 제8 단계(S116)와, 상기 에어로젤 기판 상에 상기 플라즈모닉층을 접합하는 제9 단계(S118) 순으로 이루어진다.Referring to FIG. 5, a method of manufacturing a reflective type display device using plasmonic according to the present invention includes a first step (S102) of preparing a silicon substrate, an oxygen plasma (O 2 plasma) cleaning A third step S106 of spin-coating the silicon substrate to form a polystyrene beads monolayer, a second step S104 of performing a reactive ion etching a fifth step S110 of depositing a metal material on the silicon substrate including the etched polystyrene beads monolayer to form a plasmonic layer, A sixth step (S112) of removing a polystyrene beads from the monocrystalline layer to form a plurality of mesh holes in the plasmonic layer, and a sixth step (S112) of forming an airgel substrate e) forming an airgel layer on the airgel substrate, a seventh step (S114) of forming the plasma-generating layer on the airgel substrate, an eighth step (S116) of separating the flosmonic layer from the silicon substrate, ).
그리고, 제9 단계 후에 상기 에어로젤 기판과 일정 간격을 두고 대향하여 접합되는 상부기판을 준비하는 제10 단계(S120)와, 상기 상부기판상에 투명도전층을 형성하는 제11 단계(S122)와, 상기 투명도전층 상에 배향막(Alignment layer)을 형성하는 제12 단계(S124)와, 상기 에어로젤 기판과 상부기판을 일정 간격을 두고 접합하는 제13 단계(S126)와, 접합된 상기 에어로젤 기판과 상부기판 사이의 공간에 액정층을 형성하는 제14 단계(S128)로 이루어진다.(S120) of preparing an upper substrate bonded to the airgel substrate so as to oppose to the airgel substrate after the ninth step, an eleventh step (S122) of forming a transparent conductive layer on the upper substrate, A twelfth step (S124) of forming an alignment layer on the entire transparency layer, a thirteenth step (S126) of joining the airgel substrate and the upper substrate at a predetermined interval, (Step S128) of forming a liquid crystal layer in the space of the liquid crystal display panel.
상기 단계들 순으로 이루어지는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조방법 중 플라즈모닉층과 에어로젤 기판의 제조공정에 대해 도 6a 내지 6h를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.6A to 6H, the fabrication process of the plasmonic layer and the airgel substrate in the method of manufacturing a reflective display device using plasmonic according to the present invention will be described in detail.
도 6a 내지 6h는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조방법에 있어서 플라즈모닉층과 에어로젤 기판의 제조 공정을 나타낸 공정 도면들이다. 6A to 6H are process drawings showing a manufacturing process of a plasmonic layer and an airgel substrate in a method of manufacturing a reflective display device using plasmonic according to the present invention.
도 6a를 참조하면, 먼저 실리콘기판을 준비한 후 상기 실리콘기판(101)을 산소 플라즈마 세정(O2 plasma cleaning) 또는 피라냐 세정(Piranha cleaning)을 실시한다. 이때, 산소 플라즈마 세정(O2 plasma cleaning) 또는 피라냐 세정(Piranha cleaning)을 통해, 실리콘기판(101)의 오염물질을 세척함과 동시에 실리콘기판 (101) 표면에 자연산화막(native oxide layer)(102)을 생성시킬 수 있다.Referring to FIG. 6A, a silicon substrate is first prepared, and then the
그리고, 산소 플라즈마 세정(O2 plasma cleaning) 또는 피라냐 세정(Piranha cleaning)을 실시하여 나노스피어 (Nanosphere)가 잘 올라갈 수 있도록 한다.Then, O 2 plasma cleaning or Piranha cleaning is performed to allow the nanospheres to rise well.
그런 다음, 도 6b를 참조하면, 실리콘기판(101) 상에 나노 스피어(Nano sphere)(104), 예를 들어 폴리스틸렌 비즈(Polystyrene beads)(104)들을 스핀 코팅(Spin coating) 공정을 통해 단층으로 올려 준다.6b, a
이어, 도 6c를 참조하면, 나노 스피어(104)의 크기를 작게 하여 최종적으로 만들어지는 메시 구멍(미도시, 도 6d의 124)의 크기를 조절하기 위해 반응성 이온 식각(Reactive ion etching) 공정을 실시한다.Next, referring to FIG. 6C, a reactive ion etching process is performed to reduce the size of the nano-
또는, 상기 나노 스피어(104) 형성시에, 반응성 이온 식각(Reactive ion etching), 유도 결합 플라즈마 식각(ICP Etching)을 포함하는 건식 식각 방식과 습식 식각 방식으로도 제작이 가능하다.Alternatively, the nano-
상기 나노 스피어(104) 패터닝시에, 상기 나노스피어 리소그래피 공정 이외에, 전자빔 리스그래피(e-beam lithography), 포토리소그래피(photolithography)를 포함하는 리소그래피 방식 또는 레이저 직접 묘화(Direct laser writing), 레이저 간섭 리소그래피(Laser interference lithography)를 포함하는 레이저 묘화방식, 블록 공중 합체 리소그래피(block copolymer lithography), 양극 산화 알루미늄 (anodic aluminum oxide) 방식을 포함하는 자기조립 기술 또는 임프린팅 기술 등으로도 제작이 가능하다.In addition to the nano-sphere lithography process, the nano-
그런 다음, 도 6d를 참조하면, 금속물질을 스퍼터(Sputter) 증착 또는 전자 빔(e-beam evaporation)을 포함하는 증착 방식을 이용하여 상기 식각된 나노 스피어(104)를 포함한 실리콘기판(101) 상에 일정 두께, 예를 들어 약 100 nm 정도로 증착하여 금속층(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 금속층(미도시)은 실리콘기판 (101)의 상면 및 나노 스피어 상면에 증착된 이후에 향후 리프트 오프(Lift off) 방식에 의해 금속층의 일부를 제거한다. 그리고, 상기 금속층(미도시)은 상기 100 nm 두께로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 그 두께 이상 또는 이하로 형성할 수도 있다.6D, a metal material is deposited on the
이와 같이, 반응성 이온 식각 공정 및 금속 증착 공정은, 기존의 실리콘기판을 이용한 반도체 공정을 위하여 안정화된 장비의 레시피를 그대로 활용할 수 있기 때문에 재현성 및 대량 생산성이 에어로젤 기판(Aerogel substrate) 위에 바로 제작하는 것에 비해 높다.As described above, since the reactive ion etching process and the metal deposition process can utilize the recipe of the stabilized equipment as it is for the semiconductor process using the conventional silicon substrate, reproducibility and mass productivity can be directly produced on the aerogel substrate Respectively.
그리고, 실리콘 기판을 사용하였기 때문에 일반적으로 잘 알려져 있는 실리콘기판의 RMS Roughness 값 0.19 nm을 따라 증착된 은(Ag)의 RMS Roughness는 약 0.65 nm로 untrasmooth plasmonic structure로 제작이 가능하다. 특히, 낮은 RMS Roughness 값을 가진 플라즈모닉 금속 구조는 그렇지 않은 구조에 비해 약 5~7 배 강한 플라즈모닉 신호를 나타낼 수 있다.In addition, since the silicon substrate is used, the RMS roughness of the silver (Ag) deposited along the RMS roughness value of 0.19 nm of a generally known silicon substrate can be fabricated with an untrasmooth plasmonic structure of about 0.65 nm. In particular, plasmonic metal structures with low RMS roughness values can exhibit plasmonic signals that are about 5 to 7 times stronger than those that are not.
이어, 상기 나노 스피어(104) 및 그 위에 있는 금속층(미도시)을 리프트 오프(Lift off) 방식에 의해 제거하여 다수의 메시 구멍(124)을 가지는 플라즈모닉층 (120)을 형성한다. 이때, 상기 메시 구멍(124)은 나노 구멍(Nano hole)의 크기가 미치는 영향을 실험적으로 조사하기 위해 약 250nm, 140 nm의 두 가지의 구멍 크기로 제작한다. 그러나, 상기 메시 구멍(124)는 상기 구멍 크기로 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 적절한 크기로 형성할 수도 있다.Next, the
그런 다음, 도 6e를 참조하면, 에어로젤 기판을 형성하기 위해, 용기(105) 내에 채워진 수용성 젤(106)을 준비한다. 이때, 본 발명에서는 저굴절률을 갖는 기판을 제조하기 위해, 저굴절률을 갖는 에어로젤 물질을 적용하는 경우를 예를 들고 있지만 이에 한정하는 것은 아니며, 저굴절률 값이 예를 들어 n 값이 1.01 ~ 1. 4 정도인 경우의 물질인 경우에 기판 물질로 사용 가능할 수도 있다. 6E, a water
이어, 도 6f를 참조하면, 상기 수용성 젤(106)을 오븐에서 경화시켜 윗젤 (wet gel)을 형성하고, 숙성(ashing) 및 세척한 후, 슈퍼크리티컬 드라잉 (Supercritical drying)시켜 에어로젤 기판(110)을 형성한다. 이때, 에어로젤 기판 (110)은 메틸트리메속실란(MTMS; methltrimethoxysilane) 베이스의 실리카 에어로젤 제작 기법에 Urea를 첨가해 기존 에어로젤(aerogel)의 익스트림 브리트니스 (extreme brittleness)를 줄이고 탄성력(elasticity)을 향상시킨 유기-무기 하이브리드 에어로젤 물질로 이루어져 있다. 그리고, 상기 에어로젤 기판(110)은 n값이 약 1.079의 저굴절률을 가진다.6F, the water-
그런 다음, 도 6g를 참조하면, 상기 플로즈모닉층(120)을 상기 실리콘기판 (101)으로부터 분리하기 위해, 자연산화막(native oxide layer)(102)을 BOE (buffered oxide etchant) 용액으로 습식 식각하여, 다수의 메시 구멍(124)이 구비된 상기 플라즈모닉층(120)을 실리콘기판(101)으로부터 분리한다.Referring to FIG. 6G, a
이어, 도 6h를 참조하면, 상기 에어로젤 기판(110) 상에 상기 플라즈모닉층 (120)을 접합시킨다. Referring to FIG. 6H, the
도 7a는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조방법에 있어서 실리콘기판 위에 있는 플라즈모닉층 상에 물을 떨어뜨렸을 때의 색 변화를 나타낸 도면이다.FIG. 7A is a graph showing a change in color when water is dropped on a plasmonic layer on a silicon substrate in a method of manufacturing a reflective display device using plasmonic according to the present invention. FIG.
도 7b는 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조방법에 있어서 에어로젤 기판 위에 있는 플라즈모닉층 상에 물을 떨어뜨렸을 때의 색 변화를 나타낸 도면이다.FIG. 7B is a graph showing a change in color when water is dropped on a plasmonic layer on an airgel substrate in the method of manufacturing a reflective display device using plasmonic according to the present invention. FIG.
도 7a 및 7b를 참조하면, 실리콘기판에서와 동일한 플라즈모닉층(120)을 에어로젤 기판(110)으로 옮겨 와서 같은 주변 물질의 굴절률 변화가 플라즈모닉 공명 흡수 파장에 적색 편이 효과를 실리콘기판(101) 상단에서보다 더 큰 색상 변화가 나타나는 결과를 실험적으로 확인할 수 있다. 7A and 7B, when the same
특히, 에어로젤 기판(n=1.08)(110) 위에 플라즈모닉층(120)을 접합한 후에, 공기(air) 및 물(water)을 적용하였을 때에 대한 발색을 실험하였을 때 색상 변화가 크게 나타남을 육안으로 확인할 수 있다. Particularly, when the color of the air and the water were tested after the
도 8은 본 발명에 따른 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 제조방법에 있어서, 재질들의 굴절률 변화에 따른 색 변화를 개략적으로 나타낸 그래프이다.FIG. 8 is a graph schematically illustrating a color change according to a change in refractive index of materials in the method of manufacturing a reflective type display device using plasmonic according to the present invention.
도 8은 플라즈모닉층(120)의 메시 구멍(124)이 2차원 구멍 형태인 경우에 반사 스펙트럼을 나타낸 도면으로서, 표준 관측자에 대한 삼자극치(tristimulus value)를 적용하여 RGB 값으로 색을 나타낸 것이다.FIG. 8 is a diagram showing a reflection spectrum when the
도 8에 도시된 바와 같이, 메시 구멍(124) 간 간격(p)은 220 nm, 두께(t)는 60 nm, 구멍 직경(d)은 130 nm으로 각각 설계하여, 액정층(180)의 굴절률(n)이 1.55 ~ 1.97 범위 내에서 반사 스펙트럼의 발색 범위가 R, G, B에 가깝게 표현 가능하다는 것을 확인할 수 있다.8, the spacing p between the mesh holes 124 is 220 nm, the thickness t is 60 nm, and the hole diameter d is 130 nm, respectively, so that the refractive index of the liquid crystal layer 180 (n) in the range of 1.55 to 1.97, the coloring range of the reflection spectrum can be expressed close to R, G and B.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 플라모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 및 그 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과들이 있다.As described above, according to the reflective display device using the plastic according to the present invention and the manufacturing method thereof, there are the following effects.
본 발명에 따른 플라모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치는 플라즈모닉층의 공명 파장 변화폭을 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)를 발색할 수 있는 최소 170 nm 이상의 플라즈모닉층의 공명 파장 변화폭으로 확장하여 구현할 수 있으므로 반사형 컬러 디스플레이장치를 구현할 수 있다.The reflection type display device using the plastic according to the present invention has a resonance wavelength of a plasmonic layer of at least 170 nm capable of emitting red, green, and blue, It is possible to realize a reflection type color display device because it can be implemented by extending the range of variation.
그리고, 본 발명에 따른 플라모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치는 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이 장치 제작시에 저굴절률의 에어로젤 기판 (Aerogel substrate)을 사용함으로써, 에어로젤 기판의 굴절률 값이 낮기 때문에 플라즈모닉층에서 여기된 전자기장이 고복굴절률 액정층으로 편중되므로, 플라즈모닉층의 굴절률차 감도가 증가하게 되어 반사 스펙트럼 변화폭도 증가하게 된다.Since the refractive index of the airgel substrate is low by using an airgel substrate having a low refractive index at the time of manufacturing a reflection type display device using plasmonic according to the present invention, , The sensitivity of the refractive index difference of the plasmonic layer is increased and the width of the variation of the reflection spectrum is also increased.
따라서, 본 발명에 따른 플라모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치는 적색, 녹색, 청색의 능동적 파장 조절이 가능한 반사형 디스플레이 및 투명 디스플레이의 구현이 가능하게 된다.Therefore, the reflective display device using the plastic according to the present invention can realize a reflective display and a transparent display capable of controlling active wavelengths of red, green, and blue.
그리고, 본 발명은 저굴절률의 에어로젤 기판과 플라즈모닉층을 이용하여 초절전형 액정 기판의 풀컬러 반사형 디스플레이장치 구현이 가능하다.Further, the present invention can realize a full-color reflective display device of an ultra-low power liquid crystal substrate by using an airgel substrate and a plasmonic layer having a low refractive index.
이러한 본 발명인 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치 및 그 제조방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.The reflective display device using the plasmonic according to the present invention and the manufacturing method thereof have been described with reference to the embodiments shown in the drawings for the sake of understanding. However, it is to be understood that those skilled in the art It will be understood that various modifications and equivalent embodiments are possible. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the appended claims.
110: 에어로젤 기판
120: 플라즈모닉층
124: 메시 구멍
150: 상부기판
160: 투명도전층
170: 배향막
180: 액정층
190: 접합층110: Airgel substrate 120: Plasmonic layer
124: mesh hole 150: upper substrate
160: transparency layer 170: alignment layer
180: liquid crystal layer 190: bonding layer
Claims (16)
상기 에어로젤 기판상에 배치되며 다수의 메시 구멍이 구비된 플라즈모닉층;
상기 에어로젤 기판과 일정 갭을 두고 대향하여 배치되는 상부기판;
상기 상부기판상에 구비된 투명도전층;
상기 투명도전층 상에 배치된 배향막; 및
상기 저굴절률 기판과 상부기판 사이에 구비되는 액정층을 포함하는 플라즈모닉을 이용한 반사형 디스플레이장치. A low refractive index substrate;
A plasmonic layer disposed on the airgel substrate and having a plurality of mesh holes;
An upper substrate disposed opposite to the airgel substrate with a predetermined gap therebetween;
A transparent conductive layer provided on the upper substrate;
An alignment layer disposed on the transparent conductive layer; And
And a liquid crystal layer provided between the low refractive index substrate and the upper substrate.
상기 실리콘기판상에 다수의 나노 스피어(Nano sphere)를 형성하는 단계;
상기 나노 스피어들을 포함한 실리콘기판상에 금속층을 형성하는 단계;
상기 나노 스피어들 및 이 나노스피어들 위에 있는 금속층 부분을 제거하여 다수의 메시 구멍을 가진 플라즈모닉층을 형성하는 단계;
상기 플라즈모닉층을 실리콘기판으로부터 분리하는 단계;
분리된 상기 플라즈모닉층을 저굴절률 기판상에 접합시키는 단계;
상부기판상에 투명도전층 및 배향막을 형성하는 단계; 및
상기 상부기판과 저굴절률 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하는플라즈모닉을 이용한 디스플레이장치 제조방법.Cleaning the silicon substrate;
Forming a plurality of nanospheres on the silicon substrate;
Forming a metal layer on the silicon substrate including the nanospheres;
Removing the nano spheres and metal layer portions on the nano spheres to form a plasmonic layer having a plurality of mesh holes;
Separating the plasmonic layer from the silicon substrate;
Bonding the separated plasmonic layer onto a low refractive index substrate;
Forming a transparent conductive layer and an alignment layer on the upper substrate; And
And forming a liquid crystal layer between the upper substrate and the low refractive index substrate.
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