KR20200064706A - 광 투과율 가변 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치용 컬러필터 및 스마트 윈도우 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1 전극; 금속 나노입자가 분산된 투명 반도체 물질로 이루어지며, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 광 투과율 가변층; 제2 전극; 및 상기 광 투과율 가변층과 제2 전극 사이에 개재(介在)된 절연층;을 포함해 이루어지는 광 투과율 가변 구조를 포함하는 광 투과율 가변 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치용 컬러필터 및 스마트 윈도우에 대한 것으로서, 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자는, 전극/절연층/금속 나노입자 함유 투명 반도체층을 포함하는 광 투과율 가변 적층 구조의 양단에 전압을 인가해 속박된 표면 플라즈몬 공진(LSPR) 상태 변화를 유도함으로써, 상기 금속 나노입자 함유 투명 반도체층의 광투과율 및 색상을 자유로이 가변시킬 수 있기 때문에, 기존 디스플레이 장치용 컬러필터 뿐만 아니라, 스마트 윈도우, 스마트 안경 등 투명한 정보표시 제품에 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 광 투과율 가변 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치용 컬러필터 및 스마트 윈도우에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 나노입자를 포함하는 광 투과율 가변 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치용 컬러필터 및 스마트 윈도우에 관한 것이다.
투명한 비전도성 매질에 금속 나노입자가 포함되어 있으면 빛깔을 가질 수 있다. 이것은 속박된 표면 플라즈몬 공진(localized surface plasmon resonance, LSPR)이라는 현상으로 인한 것이다. 간단히 설명하면, 금속 나노입자 내부의 자유전자와 빛(전자기파)의 전기장과 상호작용이 일어나며 이때 공진 현상이 발생하는 특정 파장의 빛은 흡수, 산란되어 전체적으로 빛깔을 띠게 된다. 그리고, 이 빛깔은 금속 나노입자의 크기, 간격, 모양에 의하여 달라질 수 있다. 그 사례로서, 유럽 고성이나 성당의 스테인드 글라스이다. 이들 스테인드 글라스를 분석해 보면 매우 작은 크기의 금(Au) 입자들이 유리에 함유되어 있는데 그 금 입자의 크기가 밀도(간격), 모양에 따라서 스테인드 글라스의 빛깔이 달라지게 된다. 따라서, 이러한 현상을 이용하기 위하여 기존의 연구에서는 주로 금속 나노입자의 크기가 입자들 간의 간격을 조절하거나 특수한 합성 기술을 사용하여 모양을 다양하게 하여 겉보기의 색깔을 변화시켰다.
한편, 액정표시장치는 컬러필터(color filter) 기판, 어레이(array) 기판(TFT 어레이 기판), 및 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성될 수 있다. 액정표시장치의 제조공정은 기본적으로 다수의 마스크공정 즉, 포토리소그래피(photolithography) 공정을 필요로 하므로 생산성 면에서 마스크 수를 줄이는 방법이 요구되고 있다. 상기 액정표시장치에 사용되는 컬러필터는 염료 또는 안료를 이용하여 불필요한 색의 광은 흡수하여 소멸시키고 구현하고자 하는 색의 광만 투과시켜 컬러를 구현함에 따라 하나의 서브-화소를 기준으로 입사된 백색광에서 RGB 삼원색 중 한 가지 색만 투과시킴으로써 컬러 필터층에서 투과율이 30(%) 이상 되기 어려울 수 있다. 이러한 이유로 패널(LCD 패널)의 투과효율이 매우 낮아 백라이트(backlight)에 의한 전력 소비가 증가할 수 있다. 또한, 상기 컬러필터는 각 원색별로 컬러 레지스트(resist) 도포, 노광, 현상 및 경화공정을 반복하여 진행하기 때문에 공정이 복잡할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 LSPR 현상으로 기반으로 하는 구조를 포함함으로써, 전술한 문제점을 가지는 기존의 컬러필터는 물론 다양한 투명 정보표시 장치에 적용 가능한 광 투과율 가변 소자를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 광 투과율 가변 구조를 포함하는 광 투과율 가변 소자로서, 상기 광 투과율 가변 구조는, 제1 전극; 금속 나노입자가 분산된 투명 반도체 물질로 이루어지며, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 광 투과율 가변층; 제2 전극; 및 상기 광 투과율 가변층과 제2 전극 사이에 개재(介在)된 절연층;을 포함해 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자를 제안한다.
또한, 상기 투명 반도체 물질은 Zn, In 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 산화물인 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자를 제안한다.
또한, 상기 투명 반도체 물질은 Si, Ge, Al 및 Ga으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자를 제안한다.
또한, 상기 금속 나노입자는 Au, Ag, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, Zn, In, Sn, Sb 및 Bi으로부터 선택되는 1종의 금속 또는 2종 이상의 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자를 제안한다.
또한, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 투명전극 또는 반사전극인 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자를 제안한다.
또한, 상기 광 투과율 가변 적층 구조에 전압을 인가해 상기 광 투과율 가변층에 포함된 투명 반도체 물질의 도전성을 제어함으로써 상기 금속 나노입자의 속박된 표면 플라즈몬 공진(localized surface plasmon resonance, LSPR) 상태를 변화시켜 상기 광 투과율 가변층의 광 투과율을 변화시키는 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자를 제안한다.
또한, 상기 광 투과율 가변층과 제1 전극 사이에 개재(介在)된 투명 반도체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자를 제안한다.
또한, 상기 광 투과율 가변 구조의 일면에 기판을 포함하되, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 투명전극이고, 상기 광 투과율 가변 구조 및 상기 기판 사이에 개재(介在)된 하부 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자를 제안한다.
또한, 반사막을 더 포함하되, 상기 반사막은 상기 광 투과율 가변 구조의 타면에 형성되거나 상기 광 투과율 가변 구조와 상기 하부 코팅층 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자를 제안한다.
그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서 상기 광 투과율 가변 소자를 포함하는 디스플레이 장치용 컬러필터를 제안한다.
그리고, 본 발명은 발명의 또 다른 측면에서 상기 광 투과율 가변 소자를 포함하는 스마트 윈도우를 제안한다.
본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자는, 전극/절연층/금속 나노입자 함유 투명 반도체층을 포함하는 광 투과율 가변 적층 구조의 양단에 전압을 인가해 속박된 표면 플라즈몬 공진(LSPR) 상태 변화를 유도함으로써, 상기 금속 나노입자 함유 투명 반도체층의 광투과율 및 색상을 자유로이 가변시킬 수 있기 때문에, 기존 디스플레이 장치용 컬러필터 뿐만 아니라, 스마트 윈도우, 스마트 안경 등 투명한 정보표시 제품에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자에 포함되는 광 투과율 가변 적층 구조(투과형 및 반사형)의 모식도이다.
도 2(a) 내지 도 2(h)는 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자의 일례로서 제1 전극 및 제2 전극이 1회의 패터닝 공정에 의해 동시에 형성된 '한면형' 소자의 단면도이다.
도 3(a) 내지 도 3(f)는 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자의 일례로서 제1 전극 및 제2 전극이 각각 별도의 패터닝 공정에 의해 형성된 '양면형' 소자의 단면도이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자의 일례로서 하부 코팅층 및/또는 반사막을 더 포함하는 소자의 단면도이다.
도 2(a) 내지 도 2(h)는 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자의 일례로서 제1 전극 및 제2 전극이 1회의 패터닝 공정에 의해 동시에 형성된 '한면형' 소자의 단면도이다.
도 3(a) 내지 도 3(f)는 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자의 일례로서 제1 전극 및 제2 전극이 각각 별도의 패터닝 공정에 의해 형성된 '양면형' 소자의 단면도이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자의 일례로서 하부 코팅층 및/또는 반사막을 더 포함하는 소자의 단면도이다.
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.
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.
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.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
전술한 바와 같이, 속박된 표면 플라즈몬 공진(LSPR) 현상은 금속 나노입자들이 투명한 비전도성 매질 속에 있을 때 외부에서 들어오는 빛과 상호작용을 하여 매질의 광투과율이 변화되어 결과적으로 빛깔을 띠게 되는 것이다.
보다 상세히 설명하면 금속 내부에서는 전자가 자유롭게 이동할 수 있으나 비전도성 매질에서는 전자의 이동이 자유롭지 못하다. 이러한 상황에서 외부에서 전기장이 인가되면 금속 내부의 자유전자들이 전기장에 의하여 한쪽 방향으로 구름처럼 모이게 되어 금속 나노입자는 전자가 많은 부분과 모자라는 부분이 발생하게 된다. 그런데, 전자기파인 빛의 진동하는 전기장이 금속 나노입자 내부에 있는 자유전자의 이동을 야기할 수 있다. 금속 나노입자의 크기와 간격, 모양 등이 상호 작용할 수 있는 전자기파의 파장과 관련되어 있다. 만약, 빛의 전자기파의 특정 파장과 금속 나노입자의 전자들이 공진하게 되면 그 특정 파장은 흡수, 산란될 수 있다. 이러한 현상은 금속 나노입자가 비전도성 매질에 둘러싸여 있을 경우에 나타난다. 그 이유는 자유전자가 비전도성 매질로는 이동하지 못하고 금속 나노입자 내부에 속박되어 있기 때문이다. 하지만, 만약 금속 나노입자가 전도성 매질에 둘러싸여 있을 경우에는 자유전자의 일부는 금속 나노입자에 속박되지 않고 자유롭게 이동할 수 있게 됨에 따라 입사되는 빛의 전기장과 상호 작용하는 조건이 달라질 수 있어 공진할 수 있는 전자기파의 파장이 변할 수 있어 겉보기의 빛깔이 달라질 수 있다.
본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자는 상기와 같은 LSPR 현상을 기반으로 금속 나노입자를 둘러싸고 있는 매질을 투명 반도체 물질로 구성하고 매질의 전도성을 조절하여 LSPR 상태를 변화시켜 광 투과율 조절해 겉보기 빛깔을 변화시키는 것을 핵심적인 기술적 사상으로 한다.
즉, 투명 반도체 물질 안에 금속 나노입자들을 함입하여 금속내부의 자유전자 영역을 주변 반도체 영역까지 조절하여 실효적인 자유전자 영역을 변화시켜 투과할 수 있는 빛의 파장을 조정하는 것이다. 이때, 실효적인 전자의 영역을 조절하는 방법은 외부에서 인가할 수 있는 전기장으로서, 전압 인가를 통해 금속 나노입자를 둘러싸고 있는 매질의 전도성을 조절하여 LSPR 상태를 변화시켜 결국 겉보기 빛깔을 변화시키는 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자는 금속 나노입자가 분산된 투명 반도체 물질로 이루어진 광 투과율 가변층을 포함한 광 투과율 가변 구조를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 광 투과율 가변 구조는, 제1 전극, 금속 나노입자가 분산된 투명 반도체 물질로 이루어지며, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 광 투과율 가변층, 제2 전극, 및 상기 광 투과율 가변층과 제2 전극 사이에 개재(介在)된 절연층을 포함해 이루어진다.
상기 광 투과율 가변 적층 구조의 제1 전극 및 제2 전극 간에 전압을 인가해 상기 광 투과율 가변층에 포함된 투명 반도체 물질의 도전성을 제어함으로써 상기 금속 나노입자의 LSPR 상태를 변화시켜 상기 광 투과율 가변층의 광 투과율을 변화시켜 결과적으로 광 투과율 가변층의 겉보기 색상을 변화시킨다.
이때, 상기 광 투과율 가변층과 전기적으로 연결된 제1 전극 및 전압 인가를 위한 제2 전극은 투명전극(ITO 투명전극, Ag 나노와이어 포함 ITO 투명전극 등) 또는 반사전극(거울 반사가 가능한 금속 전극 등)으로 이루어질 수 있다.
제1 전극 및 제2 전극 모두 투명전극으로 이루어질 경우에는 도 1의 좌측 도면과 같이 투과형 구조를 형성하게 되며, 이러한 광 투과율 가변 구조를 포함하는 소자를 디스플레이의 컬러 필터로 응용하면 인가 전압을 조절해 광 투과율 가변층을 원하는 색깔로 조절할 수 있어 기존 각각의 RGB 컬러필터를 사용하는 것에 비하여 더욱 작은 픽섹을 형상할 수 있어 보다 높은 화질의 디스플레이를 구현할 수 있다. 또한, 해당 소자를 투명 디스플레이에 활용한다면 보다 투명도가 높은 디스플레이로 활용할 수 있고, 스마트 윈도우, 스마트 안경 등 투명한 정보표시 장치에 응용할 수 있다.
또한, 후술할 '한면형' 소자에서 제1 전극 및 제2 전극 모두 반사전극으로 구성하거나 '양면형' 소자에서 제1전극은 투명전극, 제2 전극은 반사전극으로 구성할 경우에는 도 1의 우측 도면과 같이 반사형 구조를 형성하게 된다.
한편, 상기 광 투과율 가변층의 매질을 이루는 투명 반도체 물질은 바람직하게는 금속 산화물 반도체 물질일 수 있으며, 이러한 금속 산화물 반도체 물질은 Zn, In 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 산화물을 예로 들 수 있다.
나아가, 상기 금속 산화물 반도체 물질은 Si, Ge, Al 및 Ga으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속 산화물 반도체 물질은 비정질 상태일 수 있다.
참고로, 투명 금속 산화물 반도체는 전기장을 이용하여 전도체 상태와 비전도체 상태로 조절할 수 있다. 산화물 반도체의 경우 거의 대부분 n형 반도체이기 때문에 전도 전하는 전자이다. 그리고 밴드갭이 약 3eV 정도 되면 가시광선 영역에서 투명하며 소수 전하인 정공은 거의 없다. 전극, 절연체, 반도체의 MIS 적층 구조에서 전극에 전압을 인가하면 전기장에 의하여 반도체 층에 있는 전하의 농도를 조절할 수 있다.
MIS 구조에서 전극에 양전압을 인가하면 반도체 층에서는 음전하가 유도되어 n형 반도체의 주전하인 전자가 충만하게 된다. 반대로, 전극에 음전압을 인가하면 반도체 층에는 주 전하인 전자는 밀려나고 양전하가 유도되어야 하는데 넓은 밴드갭을 가지는 투명한 산화물 반도체에는 양전하인 정공이 없기 때문에 양 전하를 띠는 고정 전하전하가 드러나는 공핍층(depletion layer)이 형성된다. 이 공핍층은 전도전하가 거의 없는 비전도체 매질이다.
즉, 전극의 전압을 조정하여 반도체 층의 전자 밀도를 조절할 수 있다. 이때 반도체 층에 금속 나노입자가 있으면 주변을 둘러싸고 있는 매질의 전기적 특성이 전도성 매질과 비전도성 매질로 상호 간에 변화할 수 있다. 그렇게 되면 LSPR 상태가 변화되어 겉보기 빛깔이 변화할 수 있다.
또한, 상기 광 투과율 가변층의 투명 반도체 물질 내에 분산된 상기 금속 나노입자는 Au, Ag, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, Zn, In, Sn, Sb 및 Bi으로부터 선택되는 1종의 금속 또는 2종 이상의 금속의 합금으로 이루어질 수 있으나, 그 중에서도 Au로 이루어지는 것이 가장 바람직한데 그 이유는 다음과 같다.
투명 금속산화물 반도체의 전도대 최저점 (conduction band minimum, CBM)은 보통 -4.1eV ~ -4.4eV 정도이고 금의 일함수는 -5.1eV이다. 반도체가 비전도체 상태일 때 이 두 에너지의 차이는 약 0.7 ~ 1.0 eV 정도로 상온에서 자유전자가 극복하기 어려울 정도의 에너지 장벽이기 때문에 보다 안정적일 수 있다. 또한, 산소와 만났을 때 금은 은과 동 보다 산화가 어렵기 때문에 안정적일 수 있다.
도 2(a) 내지 도 2(h)는 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자의 다양한 단면 구조 중에서 1회의 패터닝 공정에 의해 동시에 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 구비하는 이른바 '한면형' 소자들의 단면도이다.
도 2(a)에 단면을 도시한 한면형 소자는, 유리, PMMA, PC, PET 등 투명 소재로 이루어진 기판(10) 상에 투명전극을 패터닝해 투명전극인 제1 전극(21) 및 투명전극인 제2 전극(22)을 형성하고, 이어서, 상기 절연층에 해당하는 절연 패턴(30)을 형성한 후, 광 투과율 가변층(40) 및 절연막(50)을 순차적으로 형성해 얻어진다.
도 2(b)에 단면을 도시한 소자는, 도 2(a)에 도시한 소자와 비교해 광 투과율 가변층(40)과 제1 전극(21) 사이에 개재(介在)된 투명 반도체층(60)을 더 포함하는 구조를 가진다.
또한, 도 2(c)에 단면을 도시한 소자는, 도 2(a)에 도시한 소자와 비교해 기판(10)을 최하부로 보았을 때, 전압이 인가되는 제2 전극(22)이 광 투과율 가변층(40) 보다 상부에 위치한다.
도 2(d)에 단면을 도시한 소자는, 도 2(b)에 도시한 소자와 비교해 광 투과율 가변층(40)과 제1 전극(21) 사이에 개재(介在)된 투명 반도체층(60)을 더 포함하는 구조를 가진다.
도 2(e) 내지 도 2(h)에 단면을 도시한 소자는 각각 도 2(a) 내지 도 2(d)에 도시한 소자와 비교해 전극으로서 반사전극인 제1 전극(23) 반사전극인 제2 전극(24)을 구비한다는 점에서 상이하다.
도 3(a) 내지 도 3(f)는 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자의 다양한 단면 구조 중에서 각각 별도의 패터닝 공정에 의해 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 구비하는 이른바 '양면형' 소자의 단면도이다.
도 3(a)에 단면을 도시한 양면형 소자는, 유리, PMMA, PC, PET 등 투명 소재로 이루어진 기판(10) 상에 투명전극을 패터닝해 투명전극인 제2 전극(22)을 형성하고, 이어서, 상기 절연층에 해당하는 절연 패턴(30)을 형성한 후, 광 투과율 가변층(40) 및 이에 전기적으로 연결되는 투명전극인 제1 전극(21)을 형성하고, 마지막으로 절연막(50)을 형성해 얻어진다.
도 3(b)에 단면을 도시한 소자는, 도 3(a)에 도시한 소자와 비교해 투명전극인 제1 전극(21)을 형성한 후에 광 투과율 가변층(40)을 형성해 얻어진다는 점에서만 상이하다.
또한, 도 3(c)에 단면을 도시한 소자는, 도 3(b)에 도시한 소자와 비교해 기판(10)을 최하부로 보았을 때, 전압이 인가되는 제2 전극(22)이 광 투과율 가변층(40) 보다 상부에 위치한다.
도 3(d) 내지 도 3(f)에 단면을 도시한 소자는 각각 도 3(a) 내지 도 3(c)에 도시한 소자와 비교해 제2 전극으로서 반사전극인 제2 전극(24)을 구비한다는 점에서 상이하다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자의 다양한 단면 구조 중에서 제1 전극 및 제2 전극이 투명전극으로 이루어질 경우 소자 구조에 포함될 수 있는 하부 코팅층 및/또는 반사막이 구비된 소자의 단면도이다.
도 4(a)에 단면을 도시한 소자는 상기 도 2(a)에 도시한 소자와 비교해 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)이 포함된 전극층과 기판(10) 사이에 개재(介在)된 하부 코팅층(70)을 더 포함하는 투과형 소자이다.
또한, 도 4(b)에 단면을 도시한 소자는 상기 도 4(a)에 도시한 소자와 비교해 절연막(50) 상에 거울 반사가 가능한 금속 등으로 이루어진 반사막(80)을 더 포함함으로써 반사전극을 포함하지 않는 상부 반사형 소자가 된다.
또한, 도 4(c)에 단면을 도시한 소자는 상기 도 4(a)에 도시한 소자와 비교해 하부 코팅층(70) 상에 반사막(80)을 더 포함함으로써 반사전극을 포함하지 않는 하부 반사형 소자가 된다.
본원 도면에는 미도시했지만, 상기 도 2(c)에 도시한 소자도 제1 전극 및 제2 전극이 투명전극으로 이루어졌기 때문에, 상기 하부 코팅층(70) 또는 하부 코팅층(70) 및 반사막(80)을 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자는 상기와 같이 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 상기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
전술한 본 발명에 따른 광 투과율 가변 소자는, 전극/절연층/금속 나노입자 함유 투명 반도체층을 포함하는 광 투과율 가변 적층 구조의 양단에 전압을 인가해 속박된 표면 플라즈몬 공진(LSPR) 상태 변화를 유도함으로써, 상기 금속 나노입자 함유 투명 반도체층의 광투과율 및 색상을 자유로이 가변시킬 수 있기 때문에, 기존 디스플레이 장치용 컬러필터 뿐만 아니라, 스마트 윈도우, 스마트 안경 등 투명한 정보표시 제품에 유용하게 사용될 수 있다.
10: 기판
21: 제1 전극(투명 전극)
22: 제2 전극(투명 전극)
23: 제1 전극(반사 전극)
24: 제2 전극(반사 전극)
30: 절연 패턴
40: 광 투과율 가변층
50: 절연막
60: 투명 반도체층
70: 하부 코팅층
80: 반사막
21: 제1 전극(투명 전극)
22: 제2 전극(투명 전극)
23: 제1 전극(반사 전극)
24: 제2 전극(반사 전극)
30: 절연 패턴
40: 광 투과율 가변층
50: 절연막
60: 투명 반도체층
70: 하부 코팅층
80: 반사막
Claims (11)
- 광 투과율 가변 구조를 포함하는 광 투과율 가변 소자로서,
상기 광 투과율 가변 구조는,
제1 전극;
금속 나노입자가 분산된 투명 반도체 물질로 이루어지며, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 광 투과율 가변층;
제2 전극; 및
상기 광 투과율 가변층과 제2 전극 사이에 개재(介在)된 절연층;을 포함해 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자. - 제1항에 있어서,
상기 투명 반도체 물질은 Zn, In 및 Sn으로부터 선택되는 1종 이상의 산화물인 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자. - 제2항에 있어서,
상기 투명 반도체 물질은 Si, Ge, Al 및 Ga으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자. - 제1항에 있어서,
상기 금속 나노입자는 Au, Ag, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, Zn, In, Sn, Sb 및 Bi으로부터 선택되는 1종의 금속 또는 2종 이상의 금속의 합금인 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 제2 전극은 투명전극 또는 반사전극인 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자. - 제1항에 있어서,
상기 광 투과율 가변 적층 구조에 전압을 인가해 상기 광 투과율 가변층에 포함된 투명 반도체 물질의 도전성을 제어함으로써 상기 금속 나노입자의 속박된 표면 플라즈몬 공진(localized surface plasmon resonance, LSPR) 상태를 변화시켜 상기 광 투과율 가변층의 광 투과율을 변화시키는 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자. - 제1항에 있어서,
상기 광 투과율 가변층과 제1 전극 사이에 개재(介在)된 투명 반도체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자. - 제1항에 있어서,
상기 광 투과율 가변 구조의 일면에 기판을 포함하되,
상기 제1 전극 및 제2 전극은 투명전극이고,
상기 광 투과율 가변 구조 및 상기 기판 사이에 개재(介在)된 하부 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자. - 제8항에 있어서,
반사막을 더 포함하되,
상기 반사막은 상기 광 투과율 가변 구조의 타면에 형성되거나 상기 광 투과율 가변 구조와 상기 하부 코팅층 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 광 투과율 가변 소자. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 광 투과율 가변 소자를 포함하는 디스플레이 장치용 컬러필터.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 광 투과율 가변 소자를 포함하는 스마트 윈도우.
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