KR20220010364A

KR20220010364A - 메타 표면, 이를 포함하는 발광 소자 및 디스플레이 장치와 메타 표면의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220010364A
Application number: KR1020200089168A
Authority: KR
Inventors: 이성훈; 권명종; 주원제
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2022-01-25
Also published as: US11980052B2; US20220020963A1

Abstract

일 실시예는, 제1 표면 에너지를 가지는 제1 표면 영역 및 상기 제1 표면 에너지보다 낮은 제2 표면 에너지를 가지며 상기 제1 표면 영역을 둘러싸도록 형성되는 제2 표면 영역을 포함하는 기판, 상기 기판 상에 상기 제1 표면 영역에 대응되는 위치에 마련되고, 고분자 물질을 포함하는 폴리머층 및 상기 폴리머층 상에 마련되고 금속으로 이루어진 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층을 포함하는 메타 표면을 제공한다.

Description

메타 표면, 이를 포함하는 발광 소자 및 디스플레이 장치와 메타 표면의 제조 방법{Metasurface, light-emitting device including the metasurface, display device including the light-emitting device and method for fabricating the metasurface}

본 개시의 기술적 사상은 일반적으로 메타 표면, 이를 포함하는 발광 소자 및 디스플레이 장치와 메타 표면의 제조 방법에 관한 것이다.

메타 표면은 서브 파장(sub-wavelength) 스케일의 광학 산란자(optical scatters) 또는 광학 박막(optical thin film)으로 구성되어 빛의 위상, 세기, 편광 등의 특성을 조절할 수 있는 광학 소자이다. 이러한 메타 표면 관련 기술은 빛의 회절이나 굴절 특성에 의존하여 빛을 조절하는 기존 광학 소자의 한계를 극복할 수 있는 새로운 기술로 각광받고 있다. 특히, 금속-유전체 간 경계에서 자유 전자의 진동이 집중되는 표면 플라즈몬 특성을 활용하는 금속 메타 표면의 경우, 회절 한계를 넘어선 스케일에서 강한 전자기장을 가둘 수 있는 특성 때문에 그 활용 가치가 높은 것으로 알려져 있다.

금속 메타 표면을 디스플레이 장치 및 수광 센서와 같이 화소 단위로 구동되는 시스템에 적용하기 위해서는, 금속 메타 표면에 대해서 화소 별로 광학적으로 독립적인 특성을 구현함과 동시에 전기적으로 독립적인 구동이 가능하도록 해야할 필요가 있다.

나아가, 포토리소그라피/전자빔 리소그라피와 같은 나노 패터닝 기술과 에칭(etching) 기술을 결합하여 금속 메타 표면을 제작하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이러한 금속 메타 표면 제작 방법은 서브 파장 스케일에서 금속 에칭이 용이하지 않고, 에칭 과정에서 에칭에 필요한 화학 물질에 의해 금속의 특성이 변화되어 금속 메타 표면의 안정성이 저하될 수 있다는 점에서 한계를 가지고 있다.

본 개시의 예시적인 실시예에 따라, 안정성이 향상되고 전기적으로 절연되어 독립적인 구동이 가능한 복수 개의 화소를 포함하는 메타 표면, 이를 포함하는 발광 소자 및 디스플레이 장치와 메타 표면의 제조 방법을 제공하고자 한다.

일 실시예는,

제1 표면 에너지를 가지는 제1 표면 영역 및 상기 제1 표면 에너지보다 낮은 제2 표면 에너지를 가지며 상기 제1 표면 영역을 둘러싸도록 형성되는 제2 표면 영역을 포함하는 기판, 상기 기판 상에 상기 제1 표면 영역에 대응되는 위치에 마련되고, 고분자 물질을 포함하는 폴리머층 및 상기 폴리머층 상에 마련되고 금속으로 이루어진 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층을 포함하는 메타 표면을 제공한다.

상기 제2 표면 영역은 상기 폴리머층이 마련되지 않는 영역일 수 있다.

상기 폴리머층은 상기 고분자로 이루어진 복수 개의 고분자 나노구조물을 포함할 수 있다.

상기 복수 개의 고분자 나노구조물은 자외선 경화 수지(UV-curable resin)를 포함할 수 있다.

상기 금속 반사층의 상기 위상 변조 표면은 상기 복수 개의 고분자 나노구조물에 대응하는 복수 개의 금속 나노구조물을 포함할 수 있다.

상기 금속 반사층은 은(Ag) 또는 은을 포함하는 합금을 포함할 수 있다.

상기 제1 표면 영역은 상기 제2 표면 영역에 의해 서로 이격되어 형성되는 제1 서브 표면 영역 및 제2 서브 표면 영역을 포함할 수 있다.

상기 폴리머층은 상기 제1 서브 표면 영역 상에 마련되는 제1 폴리머층 및 상기 제2 서브 표면 영역 상에 마련되는 제2 폴리머층을 포함할 수 있다.

상기 제1 폴리머층은 상기 고분자로 이루어지며 제1 규칙에 따라 배치되는 복수 개의 제1 고분자 나노구조물을 포함하고, 상기 제2 폴리머층은 상기 고분자로 이루어지며 상기 제1 규칙과 다른 제2 규칙에 따라 배치되는 복수 개의 제2 고분자 나노 구조물을 포함할 수 있다.

상기 금속 반사층은 상기 제1 폴리머층을 덮는 제1 금속 반사층 및 상기 제2 폴리머층을 덮는 제2 금속 반사층을 포함할 수 있다.

상기 제1 금속 반사층의 제1 위상 변조 표면은 상기 복수 개의 제1 고분자 나노구조물에 대응하는 복수 개의 제1 금속 나노구조물을 포함하고, 상기 제2 금속 반사층의 제2 위상 변조 표면은 상기 복수 개의 제2 고분자 나노구조물에 대응하는 복수 개의 제2 금속 나노구조물을 포함할 수 있다.

상기 제1 표면 영역은 제3 서브 표면 영역을 더 포함할 수 있다.

상기 폴리머층은 상기 제3 서브 표면 영역 상에 마련되며 평탄한 제3 위상 변조 표면을 가지는 제3 폴리머층을 더 포함할 수 있다.

상기 금속 반사층은 상기 제3 폴리머층 상에 마련되며 평탄한 제3 위상 변조 표면을 포함하는 제3 금속 반사층을 더 포함할 수 있다.

다른 일 실시예는,

고분자 물질을 포함하는 폴리머층, 폴리머층 상에 마련되고 금속으로 이루어진 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층, 금속 반사층 상에 마련되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 마련되는 발광 구조체 및 상기 발광 구조체 상에 마련되는 제2 전극을 포함하는 발광 소자를 제공한다.

상기 폴리머층은 복수 개의 고분자 나노구조물을 포함하고, 상기 금속 반사층의 상기 위상 변조 표면은 상기 복수 개의 고분자 나노구조물에 대응하는 복수 개의 금속 나노구조물을 포함할 수 있다.

상기 발광 구조체는:

상기 제1 전극 상에 배치된 정공 주입층, 상기 정공 주입층 상에 배치된 정공 수송층, 상기 정공 수송층 상에 배치된 유기 발광층, 상기 유기 발광층 상에 배치된 전자 수송층 및 상기 전자 수송층 상에 배치된 전자 주입층을 포함할 수 있다.

상기 제1 전극은 투명 전극이고 상기 제2 전극은 빛의 일부를 반사하고 일부를 투과시키는 반투과 전극일 수 있다.

또 다른 일 실시예는,

제1 표면 에너지를 가지는 제1 서브 표면 영역 및 제2 서브 표면 영역을 포함하는 제1 표면 영역과 상기 제1 표면 에너지보다 낮은 제2 표면 에너지를 가지며 상기 제1 표면 영역을 둘러싸도록 형성되는 제2 표면 영역을 포함하는 기판을 구비하는 디스플레이 장치를 제공한다.

상기 디스플레이 장치는 상기 제1 서브 표면 영역 상에 마련된 제1 파장의 빛을 방출하는 제1 화소 및 상기 제2 서브 표면 영역 상에 마련된 제1 파장과 다른 제2 파장의 빛을 방출하는 제2 화소를 포함할 수 있다.

상기 제1 화소와 제2 화소 각각은,

복수 개의 고분자 나노구조물을 구비하는 폴리머층, 상기 폴리머층 상에 마련되고 상기 복수 개의 고분자 나노구조물에 대응되도록 형성되는 복수 개의 금속 나노구조물을 포함하는 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층, 상기 금속 반사층 상에 마련되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 마련되는 발광 구조체 및 상기 발광 구조체 상에 마련되는 제2 전극을 포함할 수 있다.

상기 제1 화소 및 상기 제2 화소는 상기 기판의 동일 평면 상에 마련될 수 있다.

상기 제1 화소에 포함된 상기 폴리머층 및 상기 금속 반사층과 상기 제2 화소에 포함된 상기 폴리머층 및 상기 금속 반사층이 서로 전기적으로 절연되도록 상기 제1 화소와 상기 제2 화소가 상기 제2 표면 영역에 의해 서로 이격되어 형성될 수 있다.

상기 디스플레이 장치는,

상기 기판 하부에 마련되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전압을 인가하도록 상기 제1 화소 및 제2 화소 각각에 대응되는 복수 개의 트랜지스터를 구비하는 구동 회로층을 더 포함할 수 있다.,

상기 복수 개의 트랜지스터는 상기 제2 표면 영역을 통해 상기 제1 전극 또는 제2 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 금속 반사층과 상기 제2 전극은 공진 파장을 갖는 마이크로 캐비티를 구성할 수 있다.

상기 제1 화소의 마이크로 캐비티의 공진 파장이 제1 파장에 대응하도록 상기 제1 화소에 포함된 상기 복수 개의 금속 나노구조물 각각의 직경, 높이 및 복수 개의 금속 나노구조물의 배치 간격이 선택될 수 있다.

상기 제2 화소의 마이크로 캐비티의 공진 파장이 상기 제1 파장과 다른 제2 파장에 대응하도록 상기 제2 화소에 포함된 상기 복수 개의 금속 나노구조물 각각의 직경, 높이 및 복수 개의 금속 나노구조물의 배치 간격이 선택될 수 있다.

상기 디스플레이 장치는 상기 제3 서브 표면 영역 상에 마련된 상기 제1 및 제2 파장과 다른 제3 파장의 빛을 방출하는 제3 화소를 더 포함할 수 있다.

상기 제3 화소는,

고분자 물질을 포함하며 평탄한 상부 표면을 가지는 폴리머층, 상기 폴리머층 상에 마련되며 평탄한 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층, 상기 금속 반사층 상에 마련되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 마련되는 발광 구조체 및 상기 발광 구조체 상에 마련되는 제2 전극을 포함할 수 있다.

또 다른 일 실시예는,

기판 상에 선택적인 표면 처리를 통해 제1 표면 에너지를 가지는 제1 표면 영역과 상기 제1 표면 에너지보다 낮은 제2 표면 에너지를 가지는 제2 표면 영역을 구분하여 형성하는 단계, 상기 제1 표면 영역 상에 고분자 물질을 포함하는 폴리머층을 형성하는 단계, 상기 폴리머층 상에 금속으로 이루어진 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층을 형성하는 단계를 포함하는 메타 표면의 제조 방법을 제공한다.

상기 표면 처리는 SAM 표면 처리를 포함할 수 있다.

상기 기판 상에 제1 표면 영역과 상기 제2 표면 영역을 구분하여 형성하는 단계는, 상기 제1 표면 영역에 포함된 제1 서브 표면 영역 및 제2 서브 표면 영역과 상기 제1 표면 영역을 둘러싸는 상기 제2 표면 영역을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 폴리머층을 형성하는 단계는, 상기 제1 서브 표면 영역 상에 제1 규칙에 따라 배치되는 복수 개의 제1 고분자 나노구조물을 포함하는 제1 폴리머층을 형성하고, 상기 제2 서브 표면 영역 상에 상기 제1 규칙과 다른 제2 규칙에 따라 배치되는 복수 개의 제2 고분자 나노구조물을 포함하는 제2 폴리머층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 폴리머층을 형성하는 단계는, 상기 제1 표면 영역 상에 자외선 경화 수지(UV-curable resin)를 제공하고, 임프린트 공정을 실시하여 상기 복수 개의 제1 및 제2 고분자 나노구조물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 기판 상에 제1 표면 영역과 상기 제2 표면 영역을 구분하여 형성하는 단계는, 상기 제1 표면 영역에 포함되며 상기 제1 서브 표면 영역 및 제2 서브 표면 영역과 다른 제3 서브 표면 영역을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 폴리머층을 형성하는 단계는, 상기 제3 서브 표면 영역 상에 마련되는 평탄한 상부 표면을 가지는 제3 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 금속 반사층을 형성하는 단계는,

상기 폴리머층 상에 금속 물질을 증착시키는 단계를 포함할 수 있다.

상술한 메타 표면의 제조 방법에 따르면, 임프린트 공정을 통해 고분자 나노구조물을 포함하는 폴리머층을 먼저 형성하고, 폴리머층 상에 금속 나노구조물을 포함하는 금속 반사층을 형성함으로써 결함이 적은 메타 표면을 제조할 수 있다.

또한, 기판 상에 선택적인 표면 처리를 하여 기판의 서로 이격되어 형성된 영역에만 메타 표면을 형성함으로써, 전기적으로 절연되어 독립적인 구동이 가능한 복수 개의 화소를 포함하는 메타 표면, 이를 포함하는 발광 소자 및 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 메타 표면의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 측단면도이다.
도 2는 도 1의 메타 표면의 예시적인 측단면 이미지이다.
도 3은 도 1의 메타 표면의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 메타 표면에 포함된 기판의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 사시도이다.
도 5는 다른 일 실시예에 따른 메타 표면의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 6은 또 다른 일 실시예에 따른 메타 표면의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 발광 소자의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 측단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 측단면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 메타 표면의 제조 방법을 간략하게 나타내는 순서도이다.
도 10은 일 실시에 따른 메타 표면의 제조 방법에 따라 기판에 복수 개의 픽셀을 한정하는 방법을 간략하게 도시한 것이다.
도 11은 일 실시에 따른 메타 표면의 제조 방법에 따라 기판 상에 고분자 물질을 제공하는 방법을 간략하게 도시한 것이다.
도 12는 도 11의 고분자 물질을 제공하는 방법에 따라 고분자 물질 액적(droplet)이 기판 상에 마련된 모습의 예시적인 이미지이다.
도 13은 일 실시에 따른 메타 표면의 제조 방법에 따라 고분자 물질 액적이 마련된 기판에 대해 임프린트 공정을 실시하는 방법을 간략하게 도시한 것이다.
도 14는 일 실시에 따른 메타 표면의 제조 방법에 따라 기판에 대한 임프린트 공정을 통해 폴리머층을 형성하는 방법을 간략하게 도시한 것이다.
도 15는 일 실시에 따른 메타 표면의 제조 방법에 따라 폴리머층 상에 금속 증착을 실시하는 방법을 간략하게 도시한 것이다.
도 16은 일 실시에 따른 메타 표면의 제조 방법에 따라 형성된 메타 표면의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 예시적인 실시예에 따른 메타 표면, 이를 포함하는 발광 소자 및 디스플레이 장치와 메타 표면의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 이하의 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성과 편의를 위하여 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.

이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 메타 표면, 이를 포함하는 발광 소자 및 디스플레이 장치와 메타 표면의 제조 방법은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 일 실시예에 따른 메타 표면(10)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 측단면도이다. 도 2는 도 1의 메타 표면(10)의 예시적인 측단면 이미지이다. 도 3은 도 1의 메타 표면(10)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 사시도이다. 도 4는 도 1의 메타 표면(10)에 포함된 기판(sub)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 메타 표면(10)은 제1 표면 에너지를 가지는 제1 표면 영역(HA) 및 제1 표면 에너지보다 낮은 제2 표면 에너지를 가지며 제1 표면 영역(HA)을 둘러싸도록 형성되는 제2 표면 영역(LA)을 포함하는 기판(sub), 기판(sub) 상에 제1 표면 영역(HA)에 대응되는 위치에 마련되고, 고분자 물질을 포함하는 폴리머층(30) 및 폴리머층(30) 상에 마련되고 금속으로 이루어진 위상 변조 표면(40a)을 구비하는 금속 반사층(40)을 포함할 수 있다.

제1 표면 에너지는 제2 표면 에너지보다 높을 수 있다. 예를 들어, 기판(sub) 상에 선택적인 표면 처리를 통해 기판(sub)의 일부 표면은 제1 표면 에너지를 가지고, 다른 일부 표면은 제2 표면 에너지를 가지도록 할 수 있다. 예를 들어, SAM 표면 처리에 의해 기판(sub)이 선택적으로 표면 처리될 수 있다. 이 경우, 비교적 높은 제1 표면 에너지를 가지는 기판(sub)의 제1 표면 영역(HA)은 친수성(hydrophilic)일 수 있다. 또한, 비교적 낮은 제2 표면 에너지를 가지는 기판(sub)의 제2 표면 영역(LA)은 소수성(hydrophobic)일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 표면 영역(LA)은 제1 표면 영역(HA)의 사방을 둘러싸도록 마련될 수 있다.

폴리머층(30)은 친수성의 제1 표면 영역(HA) 상에 마련될 수 있다. 소수성의 제2 표면 영역(LA)에는 폴리머층(30)이 마련되지 않을 수 있다. 폴리머층(30)은 상부 표면에 복수 개의 고분자 나노구조물(31)을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 폴리머층(30)은 평탄한 상부 표면을 포함할 수도 있다. 복수 개의 고분자 나노구조물(31)을 포함한 폴리머층(30) 전체는 수지(resin)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 고분자 나노구조물(31)을 포함한 폴리머층(30) 전체는 자외선 경화 수지(UV-curable resin)를 포함할 수 있다.

복수 개의 고분자 나노구조물(31)의 크기는 메타 표면(10)에 대한 입사광의 파장보다 작을 수 있다. 다시 말해, 복수 개의 고분자 나노구조물(31)은 서브 파장(sub-wavelength) 조건을 만족할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 고분자 나노구조물(31) 각각의 제1 직경(w1)은 50nm 내지 150nm일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 직경(w1)은 50nm보다 작거나, 150nm보다 클 수도 있다. 또한, 복수 개의 고분자 나노구조물(31) 각각의 높이는 0nm보다 크고 150nm보다 작을 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 고분자 나노구조물(31) 각각의 높이는 150nm보다 클 수도 있다. 나아가, 복수 개의 고분자 나노구조물(31)의 배치 간격은 100nm 내지 300nm일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 고분자 나노구조물(31)의 배치 간격은 100nm보다 작거나, 300nm보다 클 수도 있다.

복수 개의 고분자 나노구조물(31) 각각은 다양한 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 고분자 나노구조물(31) 각각은 원기둥, 타원 기둥, 사각 기둥, 또는 오각 이상의 다각형 기둥 형태를 가질 수 있다.

금속 반사층(40)은 메타 표면(10)에 대한 입사광의 위상을 지연하는 위상 변조 표면(40a)을 포함할 수 있다. 위상 변조 표면(40a)은 복수 개의 금속 나노구조물(41)을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 위상 변조 표면(40a)은 평탄한 상부 표면을 포함할 수도 있다. 복수 개의 금속 나노구조물(41)을 포함한 금속 반사층(40) 전체는 금속(metal)으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 금속 나노구조물(41)을 포함한 금속 반사층(40) 전체는 은(Ag) 또는 은을 포함하는 합금을 포함할 수 있다.

복수 개의 금속 나노구조물(41)의 크기는 메타 표면(10)에 대한 입사광의 파장보다 작을 수 있다. 다시 말해, 복수 개의 금속 나노구조물(41)은 서브 파장(sub-wavelength) 조건을 만족할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각의 제2 직경(w2)은 50nm 내지 150nm일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 직경(w2)은 50nm보다 작거나, 150nm보다 클 수도 있다. 또한, 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각의 높이는 0nm보다 크고 150nm보다 작을 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각의 높이는 150nm보다 클 수도 있다. 나아가, 복수 개의 금속 나노구조물(41)의 배치 간격은 100nm 내지 300nm일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 금속 나노구조물(41)의 배치 간격은 100nm보다 작거나, 300nm보다 클 수도 있다.

복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각은 다양한 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각은 원기둥 형상을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각은 타원 기둥, 사각 기둥, 또는 오각 이상의 다각형 기둥 형태를 가질 수 있다.

복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각은 복수 개의 고분자 나노구조물(31) 각각에 대응되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 금속 나노구조물(41)의 개수와 복수 개의 고분자 나노구조물(31)의 개수는 동일할 수 있고, 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각은 복수 개의 제2 나노구조물(31) 각각을 덮도록 형성될 수 있다. 또한, 복수 개의 고분자 나노구조물(31)의 제1 직경(w1)은 복수 개의 금속 나노구조물(41)의 제2 직경(w2)보다 좁게 형성될 수 있다. 나아가, 복수 개의 고분자 나노구조물(31) 사이의 영역에는 금속 반사층(40)의 일부가 채워질 수 있다. 이처럼, 복수 개의 고분자 나노구조물(31) 각각의 상부 표면은 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각에 의해 덮히고, 복수 개의 고분자 나노구조물(31) 사이의 영역에는 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각을 연결하는 금속 반사층(40)의 일부가 채워질 수 있다. 다시 말해, 도 2에 도시된 바와 같이, 메타 표면(10)은 폴리머층(30)의 상부 표면의 형상을 따라 금속 반사층(40)이 코팅된 구조를 포함할 수 있다.

도 5는 다른 일 실시예에 따른 메타 표면(50)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다. 메타 표면(50)은 제1 표면 영역(HA1, HA2)이 제1 서브 표면 영역(HA1)과 제2 서브 표면 영역(HA2)을 포함한다는 점을 제외하고는 도 1의 메타 표면(10)과 실질적으로 동일할 수 있다. 도 5를 설명함에 있어 도 1 내지 도 4와 중복되는 내용은 생략한다.

도 5를 참조하면, 메타 표면(50)은 비교적 높은 제1 표면 에너지를 가지는 제1 표면 영역(HA1, HA2)과 비교적 낮은 제2 표면 에너지를 가지는 제2 표면 영역(LA)을 가지는 기판(sub)을 포함할 수 있다. 제2 표면 영역(LA)은 제1 표면 영역(HA1, HA2)의 사방을 둘러싸도록 마련될 수 있다.

예를 들어, 제1 표면 영역(HA1, HA2)은 적어도 하나의 제1 서브 표면 영역(HA1)과 적어도 하나의 제2 서브 표면 영역(HA2)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 제1 서브 표면 영역(HA1)과 적어도 하나의 제2 서브 표면 영역(HA2)은 제2 표면 영역(LA)에 의해 서로 이격되어 형성될 수 있다.

예를 들어, 메타 표면(50)은 제1 방향(y축 방향)으로 나란하게 일렬로 마련된 복수 개의 제1 서브 표면 영역(HA1)을 포함할 수 있다. 복수 개의 제1 서브 표면 영역(HA1)은 제2 표면 영역(LA)에 의해 서로 이격되어 형성될 수 있다. 또한, 메타 표면(50)은 제1 방향(y축 방향)으로 나란하게 일렬로 마련된 복수 개의 제2 서브 표면 영역(HA2)을 포함할 수 있다. 복수 개의 제2 서브 표면 영역(HA2)은 제2 표면 영역(LA)에 의해 서로 이격되어 형성될 수 있다. 복수 개의 제1 서브 표면 영역(HA1)으로 이루어진 제1 방향(y축 방향)으로의 열(column)과 복수 개의 제2 서브 표면 영역(HA2)으로 이루어진 제1 방향(y축 방향)으로의 열은 제2 방향(x축 방향)으로 나란히 반복되어 형성될 수 있다. 제1 방향(y축 방향) 및 제2 방향(x축 방향)은 서로 수직한 방향일 수 있다.

메타 표면(50)을 상부에서 바라본 경우, 메타 표면(50) 상에는 복수 개의 금속 반사층(40r, 40q)이 마련될 수 있다. 예를 들어, 메타 표면(50)은 제1 서브 표면 영역(HA1) 상에 마련된 제1 금속 반사층(40r)과 제2 서브 표면 영역(HA2) 상에 마련된 제2 금속 반사층(40q)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 메타 표면(50)은 제1 방향(y축 방향)으로 나란하게 일렬로 마련된 복수 개의 제1 금속 반사층(40r)을 포함할 수 있다. 또한, 메타 표면(50)은 제1 방향(y축 방향으로 나란하게 일렬로 마련된 복수 개의 제2 금속 반사층(40q)을 포함할 수 있다. 복수 개의 제1 금속 반사층(40r)으로 이루어진 제1 방향(y축 방향)으로의 열(column)과 복수 개의 제2 금속 반사층(40q)으로 이루어진 제1 방향(y축 방향)으로의 열은 제2 방향(x축 방향)으로 나란히 반복되어 형성될 수 있다.

제1 금속 반사층(40r)의 제1 위상 변조 표면은 제1 규칙에 따라 배치되는 복수 개의 제1 금속 나노구조물(mn1)을 포함할 수 있다. 제1 규칙에 따라 복수 개의 제1 금속 나노구조물(nm1)의 직경, 높이, 배치 간격 등이 정해질 수 있다. 제2 금속 반사층(40q)의 제2 위상 변조 표면은 제1 규칙과 다른 제2 규칙에 따라 배치되는 복수 개의 제2 금속 나노구조물(mn2)을 포함할 수 있다. 제2 규칙에 따라 복수 개의 제2 금속 나노구조물(nm2)의 직경, 높이, 배치 간격 등이 정해질 수 있다. 예를 들어, 제1 규칙에 따라 배치된 제1 복수 개의 금속 나노구조물(mn1)의 밀집도는 제2 규칙에 따라 배치된 복수 개의 제2 금속 나노구조물(mn2)의 밀집도보다 높을 수 있다.

제1 금속 반사층(40r)의 하부에 제1 폴리머층(미도시)이 마련되고, 제2 금속 반사층(40q)의 하부에 제2 폴리머층(미도시)이 마련되는 것은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 같다. 예를 들어, 제1 폴리머층은 고분자로 이루어지며 제3 규칙에 따라 배치되는 복수 개의 제1 고분자 나노구조물을 포함할 수 있다. 제3 규칙에 따라 복수 개의 제1 고분자 나노구조물의 직경, 높이, 배치 간격 등이 정해질 수 있다. 또한, 제2 폴리머층은 고분자로 이루어지며 제4 규칙에 따라 배치되는 복수 개의 제2 고분자 나노구조물을 포함할 수 있다. 제4 규칙에 따라 복수 개의 제2 고분자 나노구조물(nm1)의 직경, 높이, 배치 간격 등이 정해질 수 있다. 예를 들어, 제3 규칙에 따라 배치된 제1 복수 개의 고분자 나노구조물(미도시)의 밀집도는 제4 규칙에 따라 배치된 복수 개의 제2 고분자 나노구조물(미도시)의 밀집도보다 높을 수 있다. 이 경우, 제3 규칙은 제1 규칙과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 제1 고분자 나노구조물과 복수 개의 제1 금속 나노구조물(mn1)은 서로 대응되도록 형성될 수 있다. 또한, 제4 규칙은 제2 규칙과 실질적으로 동일할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 제2 고분자 나노구조물과 복수 개의 제2 금속 나노구조물(mn2)은 서로 대응되도록 형성될 수 있다.

도 6은 또 다른 일 실시예에 따른 메타 표면(60)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 평면도이다. 메타 표면(60)은 제3 서브 표면 영역(HA3)을 포함한다는 점을 제외하고는 도 5의 메타 표면(50)과 실질적으로 동일할 수 있다. 도 6을 설명함에 있어 도 1 내지 5와 중복되는 내용은 생략한다.

도 6을 참조하면, 메타 표면(60)은 비교적 높은 제1 표면 에너지를 가지는 제1 표면 영역(HA1, HA2, HA3)과 비교적 낮은 제2 표면 에너지를 가지는 제2 표면 영역(LA)을 가지는 기판(sub)을 포함할 수 있다. 제2 표면 영역(LA)은 제1 표면 영역(HA1, HA2, HA3)의 사방을 둘러싸도록 마련될 수 있다.

제1 표면 영역(HA1, HA2, HA3)은 적어도 하나의 제1 서브 표면 영역(HA1), 적어도 하나의 제2 서브 표면 영역(HA2) 및 적어도 하나의 제3 서브 표면 영역(HA3)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 제1 서브 표면 영역(HA1), 적어도 하나의 제2 서브 표면 영역(HA2) 및 적어도 하나의 제3 서브 표면 영역(HA3)은 제2 표면 영역(LA)에 의해 서로 이격되어 형성될 수 있다. 적어도 하나의 제1 서브 표면 영역(HA1) 및 적어도 하나의 제2 서브 표면 영역(HA2)에 대해서는 도 5를 참조하여 설명하였는 바, 이하에서는 적어도 하나의 제3 서브 표면 영역(HA3)에 대해 설명한다.

예를 들어, 메타 표면(60)은 제1 방향(y축 방향)으로 나란하게 일렬로 마련된 복수 개의 제1 서브 표면 영역(HA1)을 포함할 수 있다. 복수 개의 제1 서브 표면 영역(HA1)은 제2 표면 영역(LA)에 의해 서로 이격되어 형성될 수 있다. 또한, 메타 표면(60)은 제1 방향(y축 방향)으로 나란하게 일렬로 마련된 복수 개의 제2 서브 표면 영역(HA2)을 포함할 수 있다. 복수 개의 제2 서브 표면 영역(HA2)은 제2 표면 영역(LA)에 의해 서로 이격되어 형성될 수 있다. 나아가, 메타 표면(60)은 제1 방향(y축 방향)으로 나란하게 일렬로 마련된 복수 개의 제3 서브 표면 영역(HA3)을 포함할 수 있다. 복수 개의 제3 서브 표면 영역(HA3)은 제2 표면 영역(LA)에 의해 서로 이격되어 형성될 수 있다.

복수 개의 제1 서브 표면 영역(HA1)으로 이루어진 제1 방향(y축 방향)으로의 열(column), 복수 개의 제2 서브 표면 영역(HA2)으로 이루어진 제1 방향(y축 방향)으로의 열 및 복수 개의 제3 서브 표면 영역(HA3)으로 이루어진 제1 방향(y축 방향)으로의 열은 제2 방향(x축 방향)으로 나란히 반복되어 형성될 수 있다. 제1 방향(y축 방향) 및 제2 방향(x축 방향)은 서로 수직한 방향일 수 있다.

메타 표면(60)을 상부에서 바라본 경우, 메타 표면(60) 상에는 복수 개의 금속 반사층(40r, 40q, 40p)이 마련될 수 있다. 예를 들어, 메타 표면(60)은 제1 서브 표면 영역(HA1) 상에 마련된 제1 금속 반사층(40r), 제2 서브 표면 영역(HA2) 상에 마련된 제2 금속 반사층(40q) 및 제3 서브 표면 영역(HA3) 상에 마련된 제3 금속 반사층(40r)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 메타 표면(60)은 제1 방향(y축 방향으로 나란하게 일렬로 마련된 복수 개의 제1 금속 반사층(40r)을 포함할 수 있다. 또한, 메타 표면(60)은 제1 방향(y축 방향으로 나란하게 일렬로 마련된 복수 개의 제2 금속 반사층(40q)을 포함할 수 있다. 나아가, 메타 표면(60)은 제1 방향(y축 방향으로 나란하게 일렬로 마련된 복수 개의 제3 금속 반사층(40p)을 포함할 수 있다. 복수 개의 제1 금속 반사층(40r)으로 이루어진 제1 방향(y축 방향)으로의 열(column), 복수 개의 제2 금속 반사층(40q)으로 이루어진 제1 방향(y축 방향)으로의 열 및 복수 개의 제3 금속 반사층(40p)으로 이루어진 제1 방향(y축 방향)으로의 열은 제2 방향(x축 방향)으로 나란히 반복되어 형성될 수 있다.

제3 금속 반사층(40p)은 평탄한 제3 위상 변조 표면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 금속 반사층(40p)은 복수 개의 금속 나노구조물을 포함하지 않을 수 있다.

제3 금속 반사층(40p)의 하부에 제3 폴리머층(미도시)이 마련되는 것은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 같다. 제3 폴리머층도 제3 금속 반사층(40p)과 마찬가지로 평탄한 상부 표면을 포함할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 발광 소자(100)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 측단면도이다.

도 7을 참조하면, 발광 소자(100)는 고분자 물질을 포함하는 폴리머층(30)과 폴리머층(30) 상에 마련되고 금속으로 이루어진 위상 변조 표면(40a)을 포함하는 금속 반사층(40)을 구비하는 메타 표면(10), 금속 반사층 상에 마련되는 제1 전극(12), 제1 전극(12) 상에 마련되는 발광 구조체(20) 및 발광 구조체(20) 상에 마련되는 제2 전극(18)을 포함할 수 있다. 폴리머층(30)은 복수 개의 고분자 나노구조물(31)을 포함하고, 금속 반사층(40)의 위상 변조 표면(40a)은 복수 개의 고분자 나노구조물(31)에 대응하는 복수 개의 금속 나노구조물(41)을 포함할 수 있다.

도 7의 메타 표면(10)은 기판(sub)을 포함하지 않는다는 점을 제외하고는 도 1의 메타 표면(10)과 실질적으로 동일할 수 있다. 이하에서는 메타 표면(10) 이외의 발광 소자(100)가 포함하는 다른 구성 요소 및 발광 소자(100)의 기능에 대해 상세히 설명한다.

발광 소자(100)는 유기 전계 발광 다이오드(OLED; organic light emitting diode)일 수 있다. 예를 들어, 발광 구조체(20)는 제1 전극(12) 상에 배치된 정공 주입층(hole jnjection layer, 13), 정공 주입층(13) 상에 배치된 정공 수송층(hole tranfer layer, 14), 정공 수송층(14) 상에 배치된 유기 발광층(organic emission layer, 15), 유기 발광층(15) 상에 배치된 전자 수송층(electron transfer layer, 16), 및 전자 수송층(16) 상에 배치된 전자 주입층(electron injection layer, 17)을 포함할 수 있다. 또한, 도 7에는 도시되지 않았지만, 발광 구조체(20)는 필요에 따라 다양한 추가적인 층들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 발광 구조체(20)는 정공 수송층(14)과 유기 발광층(15) 사이에 전자 저지층(electron block layer)을 더 포함할 수 있다. 또한 유기 발광층(15) 전자 수송층(16) 사이에 정공 저지층(hole block layer)을 더 포함할 수도 있다. 이러한 구조에서, 정공 주입층(13) 및 정공 수송층(14)을 통해 제공된 정공과 전자 주입층(17) 및 전자 수송층(16)을 통해 제공된 전자가 유기 발광층(15)에서 결합하여 빛이 발생하게 된다. 발생하는 빛의 파장은 유기 발광층(15)의 발광 재료의 에너지 밴드갭에 의해 결정될 수 있다.

그러나 상술한 유기 전계 발광 다이오드의 구조는 발광 소자(100)의 일 예일 뿐이며, 발광 소자(100)는 유기 전계 발광 다이오드로만 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 발광 소자(100)의 구조 및 원리는 무기 전계 발광 다이오드에도 적용될 수 있다. 이하에서는 편의상, 발광 소자(100)가 유기 전계 발광 다이오드인 것으로 설명한다.

제1 전극(12)은 빛(예컨대, 가시광)을 투과시키는 성질을 갖는 투명 전극이고, 정공을 제공하는 양극의 역할을 할 수 있다. 발광 구조체(20)의 상부에 배치된 제 2 전극(18)은 빛의 일부를 반사하고 일부를 투과시키는 반투과 전극이고, 전자를 제공하는 음극의 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 제1 전극(12)은 상대적으로 높은 일함수를 갖는 재료로 이루어지고 제2 전극(18)은 상대적으로 낮은 일함수를 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(12)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indume zinc oxide), AZO(aluminium zinc oxide)와 같은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 전극(18)은 매우 얇은 두께의 반사성 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 전극(18)은 은(Ag)과 마그네슘(Mg)의 혼합층 또는 알루미늄(Al)과 리튬(Li)의 혼합층일 수 있으며, 제2 전극(18)의 전체 두께는 약 10 nm 내지 20 nm일 수 있다. 제2 전극(18)의 두께가 매우 얇기 때문에 빛의 일부가 반사성 금속을 통과할 수 있다.

메타 표면(10)은 제2 전극(18)과 함께 마이크로 캐비티(L)를 구성하는 역할을 한다. 다시 말해, 발광 소자(100)의 메타 표면(10)과 제2 전극(18) 사이에 마이크로 캐비티(L)가 형성된다. 예를 들어, 발광 구조체(20)에서 발생한 빛은 메타 표면(10)과 제2 전극(18) 사이를 왕복하며 공진한 후에 마이크로 캐비티(L)의 공진 파장에 해당하는 빛이 제2 전극(18)을 통해 외부로 방출될 수 있다.

마이크로 캐비티(L)의 공진 파장은 마이크로 캐비티(L)의 광학적 길이(optical length)에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 캐비티(L)의 공진 파장을 λ라고 할 때, 마이크로 캐비티(L)의 광학적 길이는 nλ/2 (n은 자연수)일 수 있다. 이러한 마이크로 캐비티(L)의 광학적 길이는 발광 구조체(20)와 제1 전극(12)의 광학적 두께, 제2 전극(18)에 의한 위상 지연, 및 메타 표면(10)에 의한 위상 변이(예를 들어, 위상 지연)의 합으로 결정될 수 있다. 여기서, 발광 구조체(20)와 제1 전극(12)의 광학적 두께는 단순한 물리적인 두께가 아니라 발광 구조체(20)와 제1 전극(12)의 재료들의 굴절률을 고려한 두께이다. 본 실시예에 따르면, 발광 구조체(20)와 제1 전극(12)의 광학적 두께 및 제2 전극(18)에 의한 위상 지연을 고정하여 두고, 메타 표면(10)에 의한 위상 변이만을 조절함으로써 마이크로 캐비티(L)의 광학적 길이 또는 마이크로 캐비티(L)의 공진 파장을 조절할 수 있다.

메타 표면(10)에 의한 위상 변이를 조절하기 위하여, 제1 전극(12)과 접하는 메타 표면(10)에 포함된 금속 반사층(40)의 반사면에는 위상 변조 표면(40a)이 형성되어 있다. 위상 변조 표면(40a)은 나노 규모의 매우 작은 복수 개의 금속 나노구조물(41)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각은 금속 반사층(40)의 최상부 표면으로부터 돌출된 기둥 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각은 원기둥, 타원 기둥, 사각 기둥, 또는 오각 이상의 다각형 기둥 형태를 가질 수도 있다. 또한, 금속 반사층(40)의 하부에 마련된 폴리머층(30)이 포함하는 복수 개의 고분자 나노구조물(31) 각각은 원기둥, 타원 기둥, 사각 기둥, 또는 오각 이상의 다각형 기둥 형태를 가질 수도 있다. 복수 개의 고분자 나노구조물(31)과 복수 개의 금속 나노구조물(41)은 서로 유사한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 고분자 나노구조물(31) 각각이 원기둥의 형태를 가지는 경우, 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각도 원기둥의 형태를 가질 수 있다.

마이크로 캐비티(L)가 편광 의존성을 갖는 것을 방지하기 위하여, 복수 개의 금속 나노구조물(41)은 4방 대칭(4-fold symmetry) 특성을 갖도록 규칙적이고 주기적으로 배열될 수 있다. 마이크로 캐비티(L)가 편광 의존성을 가지면, 특정 편광 성분의 빛만이 공진하게 되어 발광 소자(100)의 발광 효율이 저하될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 금속 나노구조물(41)의 배치 간격은 일정할 수 있다. 다른 실시예에서는, 발광 소자(100)가 의도적으로 특성 편광 성분의 빛만을 방출하도록 복수 개의 금속 나노구조물(41)의 배열을 4방 대칭과 다르게 설계할 수도 있다.

복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각이 예를 들어 원통형인 경우, 위상 변조 표면(40a)의 광학적 특성(예를 들어, 반사광의 위상 지연)은 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각의 직경, 높이 및 배치 간격에 의해 결정될 수 있다. 또한, 위상 변조 표면(40a)의 전체 영역에 대해 복수 개의 나노구조물(41) 각각의 직경, 높이 및 배치 간격은 일정할 수 있다. 복수 개의 나노구조물(41) 각각이 예를 들어 다각형 기둥인 경우에는, 위상 변조 표면(40a)의 광학적 특성은 복수 개의 나노구조물(41) 각각의 폭, 높이 및 배치 간격에 의해 결정될 수 있다. 또한, 위상 변조 표면(40a)의 전체 영역에 대해 복수 개의 나노구조물(41) 각각의 폭, 높이 및 배치 간격은 일정할 수 있다.

따라서, 마이크로 캐비티(L)의 공진 파장은 복수 개의 나노구조물(41) 각각의 직경, 높이 및 배치 간격에 의해 결정될 수 있다. 다시 말해, 마이크로 캐비티(L)의 공진 파장을 λ라고 할 때, 마이크로 캐비티(L)의 광학적 길이가 nλ/2 (n은 자연수)를 만족하도록 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각의 직경, 높이 및 복수 개의 금속 나노구조물(41)의 배치 간격이 선택될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각의 직경은 50nm 내지 150nm일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각의 직경은 50nm보다 작거나, 150nm보다 클 수도 있다. 또한, 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각의 높이는 0nm보다 크고 150nm보다 작을 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 금속 나노구조물(41) 각각의 높이는 150nm보다 클 수도 있다. 나아가, 복수 개의 금속 나노구조물(41)의 배치 간격은 100nm 내지 300nm일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 복수 개의 금속 나노구조물(41)의 배치 간격은 100nm보다 작거나, 300nm보다 클 수도 있다.

도 8은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(200)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 측단면도이다.

도 8을 참조하면, 디스플레이 장치(200)는 제1 표면 에너지를 가지는 제1 서브 표면 영역(HA1), 제2 서브 표면 영역(HA2) 및 제3 서브 표면 영역(HA3)을 포함하는 제1 표면 영역(HA1, HA2, HA3)과 제1 표면 에너지보다 낮은 제2 표면 에너지를 가지며 제1 표면 영역(HA1, HA2)을 둘러싸도록 형성되는 제2 표면 영역을 포함하는 기판(sub), 기판(sub)의 제1 서브 표면 영역(HA1) 상에 마련된 제1 파장의 빛을 방출하는 제1 화소(100R) 및 제2 서브 표면 영역(HA2) 상에 마련된 제1 파장과 다른 제2 파장의 빛을 방출하는 제2 화소(100G)를 포함할 수 있다. 나아가, 디스플레이 장치(200)는 제3 서브 표면 영역(HA3) 상에 마련된 제1 및 제2 파장과 다른 제3 파장의 빛을 방출하는 제3 화소(100B)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 표면 영역(HA1), 제2 서브 표면 영역(HA2) 제3 서브 표면 영역(HA3)은 일렬로 배치될 수 있다. 도 8에는 편의상 단지 제1 내지 제3 화소(100R, 100G, 100B)를 각각 하나씩만 도시하였지만, 실제로는 대단히 많은 수의 제 1 내지 제 3 화소(100R, 100G, 100B)가 반복적으로 배열될 수 있다.

제1 화소(100R)와 제2 화소(100G) 각각은 복수 개의 고분자 나노구조물(31r, 31q)을 구비하는 폴리머층(30r, 30q), 폴리머층(30r, 30q) 상에 마련되고 복수 개의 고분자 나노구조물(31r, 31q)에 대응되도록 형성되는 복수 개의 금속 나노구조물(41r, 41q)을 포함하는 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층(40r, 40q), 금속 반사층(40r, 40q) 상에 마련되는 제1 전극(12), 제1 전극(12) 상에 마련되는 발광 구조체(20) 및 발광 구조체(20) 상에 마련되는 제2 전극(18)을 포함할 수 있다. 또한, 제3 화소(100B)는 고분자 물질을 포함하며 평탄한 상부 표면을 가지는 폴리머층(30p), 폴리머층(30p) 상에 마련되며 평탄한 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층(40p), 금속 반사층(40p) 상에 마련되는 제1 전극(12), 제1 전극(12) 상에 마련되는 발광 구조체(20) 및 발광 구조체(20) 상에 마련되는 제2 전극(18)을 포함할 수 있다. 폴리머층(30r, 30q, 30r)상에 금속 반사층(40r, 40q, 40r)이 적층된 구조는 메타 표면(10r, 10q, 10p)일 수 있다. 메타 표면(10r, 10q, 10p)은 기판(sub)을 포함하지 않는다는 점을 제외하고는 도 1의 메타 표면(10)과 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 내지 제3 화소(100R, 100G, 100B) 각각의 금속 반사층(40r, 40q, 40p)과 제2 전극(18)은 공진 파장을 갖는 마이크로 캐비티를 구성할 수 있다.

제 1 내지 제 3 화소(100R, 100G, 100B)는 서로 다른 파장의 빛을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 화소(100R)는 적색 계열인 제1 파장 대역(λ1)의 빛(R)을 방출하도록 구성되고, 제2 화소(100G)는 녹색 계열인 제2 파장 대역(λ2)의 빛(G)을 방출하도록 구성되고, 제3 화소(100B)는 청색 계열인 제3 파장 대역(λ3)의 빛(B)을 방출하도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 제1 내지 제3 화소(100R, 100G, 100B)의 마이크로 캐비티의 광학적 길이가 서로 다르도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 마이크로 캐비티의 광학적 길이는 발광 구조체(20)와 제 1 전극(12)의 광학적 두께, 제2 전극(18)에 의한 위상 지연 및 메타 표면(10r, 10p, 10q)에 의한 위상 변이의 합으로 결정될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 발광 구조체(20)와 제1 전극(12)의 광학적 두께 및 제2 전극(18)에 의한 위상 지연을 고정하여 두고, 즉 메타 표면(10r, 10p, 10q)과 제2 전극(18) 사이의 광학적 거리 및 제2 전극(18)에 의한 위상 지연을 고정하여 두고, 메타 표면(10r, 10p, 10q)에 의한 위상 변이만을 조절함으로써 마이크로 캐비티의 광학적 길이 또는 마이크로 캐비티의 공진 파장을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 화소(100R)의 메타 표면(10r)에 의한 위상 지연(φ1), 제2 화소(100G)의 메타 표면(10p)에 의한 위상 지연(φ2), 제3 화소(100B)의 메타 표면(10r)에 의한 위상 지연(φ3)이 서로 다르도록 구성될 수 있다.

다시 말해, 제1 화소(100R)의 마이크로 캐비티의 공진 파장이 제1 파장(

1)에 대응하도록 제1 화소(100R)에 포함된 복수 개의 제1 금속 나노구조물(41r)의 직경, 높이 및 복수 개의 제1 금속 나노구조물(41r)의 배치 간격이 선택될 수 있다.

또한, 제2 화소(100G)의 마이크로 캐비티의 공진 파장이 제1 파장(

2)과 다른 제2 파장(

2)에 대응하도록 제2 화소(100G)에 포함된 복수 개의 제2 금속 나노구조물(41q)의 직경, 높이 및 복수 개의 제2 금속 나노구조물(41q)의 배치 간격이 선택될 수 있다.

나아가, 제3 화소(100B)의 마이크로 캐비티의 공진 파장이 제1 및 제2 파장(λ1, λ2)과 다른 제3 파장(λ3)에 대응하도록 제3 화소(100B)에 포함된 발광 구조체(20)와 제1 전극(12)의 광학적 두께 및 제2 전극(18)에 의한 위상 지연이 설정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일 실시예에 따른 제3 화소(100B)의 금속 반사층(40p)은 평탄한 상부 표면을 포함할 뿐 복수 개의 금속 나노구조물을 구비하지 않을 수 있다. 따라서, 제3 화소(100B)에 포함된 발광 구조체(20)와 제1 전극(12)의 광학적 두께 및 제2 전극(18)에 의한 위상 지연을 설정함으로써 제3 화소(100B)의 마이크로 캐비티의 공진 파장을 설정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 복수 개의 금속 나노구조물(41r, 41q) 각각의 직경, 높이 및 복수 개의 금속 나노구조물(41r, 41q)의 배치 간격에 따라 마이크로 캐비티의 광학적 길이가 조절될 수 있다. 따라서, 마이크로 캐비티의 광학적 길이를 조절하기 위하여 제1 내지 제3 화소(100R, 100G, 100B)의 각각의 두께를 서로 다르게 조절할 필요가 없으므로, 디스플레이 장치(200)에서 제1 내지 제3 화소(100R, 100G, 100B)의 물리적인 두께를 동일하게 구성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제1 내지 제3 화소(100R, 100G, 100B)에서 제2 전극(18)과 메타 표면(10r, 10p, 10q) 사이의 길이가 모두 동일할 수 있다. 따라서, 디스플레이 장치(200)의 제조 공정이 단순하게 되어 디스플레이 장치(200)의 대면적화가 용이하게 될 수 있다.

한편, 제 1 내지 제 3 화소(100R, 100G, 100B)의 유기 발광층(15)들은 각각 다르게 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 화소(100R)의 유기 발광층(15)은 적색 계열의 빛을 발생시키는 발광 재료를 포함하고, 제2 화소(100G)의 유기 발광층(15)은 녹색 계열의 빛을 발생시키는 발광 재료를 포함하고, 제3 화소(100B)의 유기 발광층(15)은 청색 계열의 빛을 발생시키는 발광 재료를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 내지 제3 화소(100R, 100G, 100B)의 유기 발광층(15)들은 서로 동일하게 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 화소(100R, 100G, 100B)의 유기 발광층(15)들은 적색 계열의 빛을 발생시키는 발광 재료, 녹색 계열의 빛을 발생시키는 발광 재료 및 청색 계열의 빛을 발생시키는 발광 재료를 모두 포함할 수 있다. 제 1 내지 제 3 화소(100R, 100G, 100B)의 유기 발광층(15)들이 동일한 경우, 디스플레이 장치(200)의 제조 공정이 더욱 단순하게 될 수 있다.

제1 화소(100R), 제2 화소(100G) 및 제3 화소(100B)는 기판(sub)의 동일 평면 상에 서로 이격되어 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 화소(100R)는 제1 서브 표면 영역(HA1)에 마련되고, 제2 화소(100G)는 제2 서브 표면 영역(HA2)에 마련되며, 제3 화소(100B)는 제3 서브 표면 영역(HA3)에 마련될 수 있다. 기판(sub) 상에 제1 서브 표면 영역(HA1), 제2 서브 표면 영역(HA2) 및 제3 서브 표면 영역(HA3)이 마련되지 않는 영역은 제2 표면 영역일 수 있다. 서로 이격되어 형성된 제1 서브 표면 영역(HA1), 제2 서브 표면 영역(HA2) 및 제3 서브 표면 영역(HA3)은 제2 표면 영역에 의해 둘러싸이는 영역일 수 있다. 이에 따라, 제1 화소(100R), 제2 화소(100G) 및 제3 화소(100B)는 제2 표면 영역에 의해 서로 이격되어 형성될 수 있다. 이처럼 제2 표면 영역에 의해 서로 이격되어 형성된 제1 화소(100R), 제2 화소(100G) 및 제3 화소(100B)는 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 따라서, 제1 화소(100R)에 포함된 폴리머층(30r) 및 금속 반사층(40r)을 구비하는 메타 표면(10r), 제2 화소(100G)에 포함된 폴리머층(30q) 및 금속 반사층(40q)을 구비하는 메타 표면(10q) 및 제3 화소(100B)에 포함된 폴리머층(30p) 및 금속 반사층(40p)을 구비하는 메타 표면(10p)은 서로 전기적으로 절연될 수 있다.

기판(sub) 하부에는 제1 전극(12)과 제2 전극(18) 사이에 전압을 인가하도록 제1 화소(100R), 제2 화소(100G) 및 제3 화소(100B) 각각에 대응되는 복수 개의 트랜지스터를 구비하는 구동 회로층(미도시)이 더 마련될 수 있다. 복수 개의 트랜지스터는 기판(sub)의 제2 표면 영역을 관통하여 형성된 비아(미도시)를 통해 제1 전극(12) 또는 제2 전극(18)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 화소(100R)의 메타 표면(10r), 제2 화소(100G)의 메타 표면(10q) 및 제3 화소(100B)의 메타 표면(10p)을 전기적으로 절연시키는 제2 표면 영역을 통해 구동 회로층이 제1 전극(12) 또는 제2 전극(18)과 연결되므로, 구동 회로층으로부터의 전압이 메타 표면(10r, 10p, 10q)에 인가되지 않을 수 있다. 이에 따라, 제1 화소(100R), 제2 화소(100G), 제3 화소(100B)에 대한 안정적인 전기적인 독립 구동이 가능할 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따른 메타 표면의 제조 방법을 간략하게 나타내는 순서도이다. 도 10은 일 실시에 따른 메타 표면의 제조 방법에 따라 기판에 복수 개의 픽셀을 한정하는 방법을 간략하게 도시한 것이다. 도 11은 일 실시에 따른 메타 표면의 제조 방법에 따라 기판 상에 고분자 물질을 제공하는 방법을 간략하게 도시한 것이다. 도 12는 도 11의 고분자 물질을 제공하는 방법에 따라 고분자 물질 액적(droplet)이 기판 상에 마련된 모습의 예시적인 이미지이다. 도 13은 일 실시에 따른 메타 표면의 제조 방법에 따라 고분자 물질 액적이 마련된 기판에 대해 임프린트 공정을 실시하는 방법을 간략하게 도시한 것이다. 도 14는 일 실시에 따른 메타 표면의 제조 방법에 따라 기판에 대한 임프린트 공정을 통해 폴리머층(30p, 30q, 30r)을 형성하는 방법을 간략하게 도시한 것이다. 도 15는 일 실시에 따른 메타 표면의 제조 방법에 따라 폴리머층(30p, 30q, 30r) 상에 금속 증착을 실시하는 방법을 간략하게 도시한 것이다. 도 16은 일 실시에 따른 메타 표면의 제조 방법에 따라 형성된 메타 표면(70)의 예시적인 구성을 간략하게 도시한 것이다.

도 9를 참조하면, 기판(sub) 상에 표면 처리를 통해 복수 개의 픽셀을 한정하는 제1 단계(S101), 기판(sub) 상에 자외선 경화성 수지(UV-curable resin)를 제공하는 제2 단계(S102), 임프린트 공정을 통해 제1 나노구조물을 포함하는 폴리머층(30r, 30q, 30p)을 형성하는 제3 단계(S103) 및 금속 증착 공정을 통해 폴리머층(30r, 30q, 30p) 상에 제2 나노구조물을 포함하는 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층(40r, 40q, 40p)을 형성하는 제4 단계(S104)를 포함할 수 있다.

도 10을 참조하면, 제1 단계(S101)는 기판(sub) 상에 선택적인 표면 처리를 통해 제1 표면 에너지를 가지는 제1 표면 영역(H1, H2, H3, H4)과 제1 표면 에너지보다 낮은 제2 표면 에너지를 가지는 제2 표면 영역(L1)을 구분하여 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(sub)에 대해 실시하는 선택적인 표면 처리는 SAM 표면 처리를 포함할 수 있다. 예를 들어, SAM 표면 처리는 플루오르화(fluorinated) SAM 표면 처리를 포함할 수 있다.

제1 표면 영역(H1, H2, H3, H4)은 상기 픽셀에 대응하는 제1 서브 표면 영역(H1), 제2 서브 표면 영역(H2), 제3 서브 표면 영역(H3), 제4 서브 표면 영역(H4)을 포함할 수 있다. 제1 서브 표면 영역(H1), 제2 서브 표면 영역(H2), 제3 서브 표면 영역(H3), 제4 서브 표면 영역(H4)은 제2 표면 영역(L1)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이에 따라, 제1 서브 표면 영역(H1), 제2 서브 표면 영역(H2), 제3 서브 표면 영역(H3), 제4 서브 표면 영역(H4)이 제2 표면 영역(L1)에 의해 서로 이격되어 형성될 수 있다. 도 10에는 4 개의 제1 표면 영역(H1, H2, H3, H4)을 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 무수히 많은 제1 표면 영역이 기판(sub) 상에 형성될 수 있다.

도 11을 참조하면, 제2 단계(S101)는 제1 표면 영역(H1, H2, H3, H4)과 이를 둘러싸는 제2 표면 영역(L1)을 포함하는 기판(sub) 상에 고분자 물질을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 고분자 물질은 예를 들어, 자외선 경화 수지(UV-curable resin)를 포함할 수 있다. 기판(sub) 상에 제공된 자외선 경화 수지는 비교적 높은 표면 에너지를 가지는 제1 표면 영역(H1, H2, H3, H4)에 위치하는 성질을 가질 수 있다. 예를 들어, 자외선 경화 수지는 제1 표면 영역(H1, H2, H3, H4) 상에 액적(UCR)(droplet) 형태로 마련될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 액적(UCR) 형태의 자외선 경화 수지가 제1 표면 영역(H1, H2, H3, H4)에 규칙적으로 분포될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 기판(sub) 상에 제공된 자외선 경화 수지는 비교적 높은 표면 에너지를 가지는 제1 표면 영역(H1, H2, H3, H4)에 얇은 박막 형태로 마련될 수도 있다.

도 13을 참조하면, 제3 단계(S102)는 스탬프(130)를 이용하여 기판(sub) 상에 액적(UCR) 형태로 분포된 자외선 경화 수지에 대해 임프린트 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 스탬프(130)는 기판(sub) 상부에 나란히 마련될 수 있다. 이 때, 스탬프(130)의 일부 영역 중 기판(sub)의 제1 서브 표면 영역(HA1)과 마주하는 영역에 제1 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 스탬프(130)의 일부 영역 중 기판(sub)의 제2 서브 표면 영역(HA2)과 마주하는 영역에는 제2 패턴이 형성될 수 있다. 나아가, 스탬프(130)의 일부 영역 중 기판(sub)의 제3 서브 표면 영역(HA3)과 마주하는 영역은 평탄할 수 있다.

예를 들어 제1 패턴 및 제2 패턴은 복수 개의 홈이 규칙적으로 배열된 요철 구조를 포함할 수 있다. 제1 패턴의 복수 개의 홈은 제1 규칙에 따라 배열되고, 제2 패턴의 복수 개의 홈은 제2 규칙에 따라 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 패턴에 포함된 복수 개의 홈의 폭은 제2 패턴에 포함된 복수 개의 홈의 폭보다 클 수 있다. 이처럼 제1 서브 표면 영역(HA1), 제2 서브 표면 영역(HA2) 및 제3 서브 표면 영역(HA3)에 대응되는 영역 별로 서로 다른 패턴을 가지는 스탬프(130)를 기판(sub) 상부 표면에 압착하여 임프린트 공정을 실시할 수 있다.

도 14를 참조하면, 스탬프(130)를 기판(sub) 상부 표면에 압착하고 떼어낸 후에 기판(sub) 상부 표면에 대해 자외선을 조사하면 스탬프(130)의 표면 형상에 따라 변형된 형태를 가지는 자외선 경화 수지가 경화되어 제1 폴리머층(30r), 제2 폴리머층(30q) 및 제3 폴리머층(30p)이 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 제1 폴리머층(30r)은 스탬프(130)에 포함된 제1 패턴의 요철 구조에 대응하는 복수 개의 제1 고분자 나노구조물(31r)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 제1 고분자 나노구조물(31r)은 제1 규칙에 따라 배치될 수 있다. 또한, 제2 폴리머층(30q)은 스탬프(130)에 포함된 제2 패턴의 요철 구조에 대응하는 복수 개의 제2 고분자 나노구조물(31q)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 제2 고분자 나노구조물(31q)은 제2 규칙에 따라 배치될 수 있다. 나아가, 제3 폴리머층(30p)은 평탄한 상부 표면을 포함할 수 있다. 이 경우, 복수 개의 제1 고분자 나노구조물(31r) 및 복수 개의 제2 고분자 나노구조물(31p)이 도 9에 도시된 '제1 나노구조물'에 해당할 수 있다. 스탬프(130)의 표면에 형성된 제1 패턴 및 제2 패턴의 형상에 따라 다양한 형태의 복수 개의 제1 고분자 나노구조물(31r) 및 복수 개의 제2 고분자 나노구조물(31p)이 형성될 수 있다.

도 15를 참조하면, 제4 단계(S104)는 금속(metal) 물질을 기판(sub) 상에 형성된 제1 폴리머층(30r), 제2 폴리머층(30q) 및 제3 폴리머층(30p) 상부 표면에 대해 증착할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 화학기상증착(plasma enhanced chemical vapor disposition; PECVD), 스퍼터링(sputtering), 펄스 레이저 증착(Pulsed laser deposition; PLD) 또는 분자선 에피택시(Molecular beam epitaxy; MBE) 중 어느 하나의 공정을 통해 금속 물질이 제1 폴리머층(30r), 제2 폴리머층(30q) 및 제3 폴리머층(30p) 상부 표면에 증착될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 금속 물질은 상기한 방법들 이외의 다양한 방법으로 제1 폴리머층(30r), 제2 폴리머층(30q) 및 제3 폴리머층(30p) 상부 표면에 증착될 수 있다. 금속 물질은 예를 들어, 은(Ag) 또는 은을 포함하는 합금을 포함할 수 있다. 은(Ag)의 경우 비교적 높은 표면 에너지를 가지는 제1 서브 표면 영역(HA1), 제2 서브 표면 영역(HA2), 제3 서브 표면 영역(HA3)에 위치하는 성질을 가질 수 있다. 이에 따라, 은(Ag)은 제1 내지 제3 서브 표면 영역(HA1, HA2, HA3) 각각에 마련된 제1 내지 제3 폴리머층(30r, 30q, 30p) 상에 증착될 수 있다.

도 16을 참조하면, 전술한 바와 같이, 기판(sub)에 대한 선택적인 표면 처리 단계, 자외선 경화 수지에 대한 임프린트 공정 및 자외선 처리를 통한 폴리머층(30r, 30q, 30r) 형성 단계 및 폴리머층(30r, 30q, 30r)의 상부 표면에 대한 금속 물질 증착을 통한 금속 반사층(40r, 40q, 40p) 형성 단계를 거쳐 메타 표면(70)이 형성될 수 있다. 제1 및 제2 금속 반사층(40r, 40q)은 각각 복수 개의 제1 및 제2 고분자 나노구조물(31r, 31p)에 대응되는 형상을 가지는 복수 개의 제1 및 제2 금속 나노구조물(41r, 41q)을 포함할 수 있다. 이 경우, 복수 개의 제1 금속 나노구조물(41r) 및 복수 개의 제2 금속 나노구조물(41p)이 도 9에 도시된 '제2 나노구조물'에 해당할 수 있다.

메타 표면(70)은 제1 서브 표면 영역(HA1), 제2 서브 표면 영역(HA2) 및 제3 서브 표면 영역(HA3) 각각에 위치한 복수 개의 이중층 구조를 포함할 수 있다. 이 이중층 구조 각각은 폴리머층(30r, 30q, 30p) 상에 금속 반사층(40r, 40q, 40p)이 적층된 구조를 포함할 수 있다. 이처럼 메타 표면(70)은 임프린트 공정을 통해 원하는 형상(예를 들어, 복수 개의 고분자 나노구조물(31r, 31q))을 가지는 폴리머층(30r, 30q, 30p)을 먼저 형성하고, 이 폴리머층(30r, 30q, 30p) 상에 금속 물질을 증착함으로써 에칭을 하지 않아도 원하는 형상(예를 들어, 복수 개의 금속 나노구조물(41r, 41q))을 가지는 금속 반사층(40r, 40q, 40p)을 형성할 수 있다. 이와 같은 방법으로 형성된 메타 표면(70)은 에칭을 통해 형성된 경우에 비하여 향상된 안정성을 가질 수 있다.

상기한 다양한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 예시적인 다양한 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

10, 10r, 10q, 10p, 50, 60, 70: 메타표면
13: 정공 주입층
14: 정공 수송층
15: 유기 발광층
16: 전자 수송층
17: 전자 주입층
12, 18: 전극
20: 발광 구조체
30, 30r, 30q, 30p: 폴리머층
31, 31r, 31q, 31p: 고분자 나노구조물
40, 40r, 40q, 40p: 금속 반사층
41, 41r, 41q, 41p, mn1, mn2: 금속 나노구조물
40a: 위상 변조 표면
HA: 제1 표면 영역
HA1, HA2, HA3, H1, H2, H3, H4: 서브 표면 영역
LA, LA1: 제2 표면 영역
100: 발광 소자
100R, 100G, 100B: 화소
130: 스탬프
200: 디스플레이 장치

Claims

제1 표면 에너지를 가지는 제1 표면 영역 및 상기 제1 표면 에너지보다 낮은 제2 표면 에너지를 가지며 상기 제1 표면 영역을 둘러싸도록 형성되는 제2 표면 영역을 포함하는 기판;
상기 기판 상에 상기 제1 표면 영역에 대응되는 위치에 마련되고, 고분자 물질을 포함하는 폴리머층; 및
상기 폴리머층 상에 마련되고 금속으로 이루어진 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층; 을 포함하는, 메타 표면.
제1 항에 있어서,
상기 제2 표면 영역은 상기 폴리머층이 마련되지 않는 영역인, 메타 표면.
제1 항에 있어서,
상기 폴리머층은 상기 고분자로 이루어진 복수 개의 고분자 나노구조물을 포함하는, 메타 표면.
제3 항에 있어서,
상기 복수 개의 고분자 나노구조물은 자외선 경화 수지(UV-curable resin)를 포함하는, 메타 표면.
제4 항에 있어서,
상기 금속 반사층의 상기 위상 변조 표면은 상기 복수 개의 고분자 나노구조물에 대응하는 복수 개의 금속 나노구조물을 포함하는, 메타 표면.
제5 항에 있어서,
상기 금속 반사층은 은(Ag) 또는 은을 포함하는 합금을 포함하는, 발광 소자.
제1 항에 있어서,
상기 제1 표면 영역은 상기 제2 표면 영역에 의해 서로 이격되어 형성되는 제1 서브 표면 영역 및 제2 서브 표면 영역을 포함하는, 메타 표면
제7 항에 있어서,
상기 폴리머층은 상기 제1 서브 표면 영역 상에 마련되는 제1 폴리머층 및 상기 제2 서브 표면 영역 상에 마련되는 제2 폴리머층을 포함하고,
상기 제1 폴리머층은 상기 고분자로 이루어지며 제1 규칙에 따라 배치되는 복수 개의 제1 고분자 나노구조물을 포함하고, 상기 제2 폴리머층은 상기 고분자로 이루어지며 상기 제1 규칙과 다른 제2 규칙에 따라 배치되는 복수 개의 제2 고분자 나노 구조물을 포함하는, 메타 표면.
제8 항에 있어서,
상기 금속 반사층은 상기 제1 폴리머층을 덮는 제1 금속 반사층 및 상기 제2 폴리머층을 덮는 제2 금속 반사층을 포함하고,
상기 제1 금속 반사층의 제1 위상 변조 표면은 상기 복수 개의 제1 고분자 나노구조물에 대응하는 복수 개의 제1 금속 나노구조물을 포함하고, 상기 제2 금속 반사층의 제2 위상 변조 표면은 상기 복수 개의 제2 고분자 나노구조물에 대응하는 복수 개의 제2 금속 나노구조물을 포함하는, 메타 표면.
제9 항에 있어서,
상기 제1 표면 영역은 제3 서브 표면 영역을 더 포함하고,
상기 폴리머층은 상기 제3 서브 표면 영역 상에 마련되며 평탄한 제3 위상 변조 표면을 가지는 제3 폴리머층을 더 포함하며,
상기 금속 반사층은 상기 제3 폴리머층 상에 마련되며 평탄한 제3 위상 변조 표면을 포함하는 제3 금속 반사층을 더 포함하는, 메타 표면
고분자 물질을 포함하는 폴리머층;
상기 폴리머층 상에 마련되고 금속으로 이루어진 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층;
상기 금속 반사층 상에 마련되는 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 마련되는 발광 구조체; 및
상기 발광 구조체 상에 마련되는 제2 전극; 을 포함하는, 발광 소자.
제11 항에 있어서,
상기 폴리머층은 복수 개의 고분자 나노구조물을 포함하고, 상기 금속 반사층의 상기 위상 변조 표면은 상기 복수 개의 고분자 나노구조물에 대응하는 복수 개의 금속 나노구조물을 포함하는, 발광 소자.
제11 항에 있어서,
상기 발광 구조체는:
상기 제1 전극 상에 배치된 정공 주입층;
상기 정공 주입층 상에 배치된 정공 수송층;
상기 정공 수송층 상에 배치된 유기 발광층;
상기 유기 발광층 상에 배치된 전자 수송층; 및
상기 전자 수송층 상에 배치된 전자 주입층; 을 포함하는 발광 소자.
제11 항에 있어서,
상기 제1 전극은 투명 전극이고 상기 제2 전극은 빛의 일부를 반사하고 일부를 투과시키는 반투과 전극인 발광 소자.
제1 표면 에너지를 가지는 제1 서브 표면 영역 및 제2 서브 표면 영역을 포함하는 제1 표면 영역과 상기 제1 표면 에너지보다 낮은 제2 표면 에너지를 가지며 상기 제1 표면 영역을 둘러싸도록 형성되는 제2 표면 영역을 포함하는 기판을 구비하는 디스플레이 장치에 있어서,
상기 제1 서브 표면 영역 상에 마련된 제1 파장의 빛을 방출하는 제1 화소; 및
상기 제2 서브 표면 영역 상에 마련된 제1 파장과 다른 제2 파장의 빛을 방출하는 제2 화소; 를 포함하며,
상기 제1 화소와 제2 화소 각각은,
복수 개의 고분자 나노구조물을 구비하는 폴리머층;
상기 폴리머층 상에 마련되고 상기 복수 개의 고분자 나노구조물에 대응되도록 형성되는 복수 개의 금속 나노구조물을 포함하는 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층;
상기 금속 반사층 상에 마련되는 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 마련되는 발광 구조체; 및
상기 발광 구조체 상에 마련되는 제2 전극을 포함하는, 디스플레이 장치.
제15 항에 있어서,
상기 제1 화소 및 상기 제2 화소는 상기 기판의 동일 평면 상에 마련되고,
상기 제1 화소에 포함된 상기 폴리머층 및 상기 금속 반사층과 상기 제2 화소에 포함된 상기 폴리머층 및 상기 금속 반사층이 서로 전기적으로 절연되도록 상기 제1 화소와 상기 제2 화소가 상기 제2 표면 영역에 의해 서로 이격되어 형성되는, 디스플레이 장치.
제16 항에 있어서,
상기 기판 하부에 마련되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전압을 인가하도록 상기 제1 화소 및 제2 화소 각각에 대응되는 복수 개의 트랜지스터를 구비하는 구동 회로층; 을 더 포함하는 디스플레이 장치.
제17 항에 있어서,
상기 복수 개의 트랜지스터는 상기 제2 표면 영역을 통해 상기 제1 전극 또는 제2 전극과 전기적으로 연결되는, 디스플레이 장치.
제15 항에 있어서,
상기 금속 반사층과 상기 제2 전극은 공진 파장을 갖는 마이크로 캐비티를 구성하며,
상기 제1 화소의 마이크로 캐비티의 공진 파장이 제1 파장에 대응하도록 상기 제1 화소에 포함된 상기 복수 개의 금속 나노구조물 각각의 직경, 높이 및 복수 개의 금속 나노구조물의 배치 간격이 선택되며,
상기 제2 화소의 마이크로 캐비티의 공진 파장이 상기 제1 파장과 다른 제2 파장에 대응하도록 상기 제2 화소에 포함된 상기 복수 개의 금속 나노구조물 각각의 직경, 높이 및 복수 개의 금속 나노구조물의 배치 간격이 선택되는, 디스플레이 장치.
제15 항에 있어서,
상기 제1 표면 영역은 제3 서브 표면 영역을 더 포함하고,
상기 디스플레이 장치는 상기 제3 서브 표면 영역 상에 마련된 상기 제1 및 제2 파장과 다른 제3 파장의 빛을 방출하는 제3 화소를 더 포함하며,
상기 제3 화소는,
고분자 물질을 포함하며 평탄한 상부 표면을 가지는 폴리머층;
상기 폴리머층 상에 마련되며 평탄한 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층;
상기 금속 반사층 상에 마련되는 제1 전극;
상기 제1 전극 상에 마련되는 발광 구조체; 및
상기 발광 구조체 상에 마련되는 제2 전극을 포함하는, 디스플레이 장치.
기판 상에 선택적인 표면 처리를 통해 제1 표면 에너지를 가지는 제1 표면 영역과 상기 제1 표면 에너지보다 낮은 제2 표면 에너지를 가지는 제2 표면 영역을 구분하여 형성하는 단계;
상기 제1 표면 영역 상에 고분자 물질을 포함하는 폴리머층을 형성하는 단계;
상기 폴리머층 상에 금속으로 이루어진 위상 변조 표면을 구비하는 금속 반사층을 형성하는 단계; 를 포함하는 메타 표면의 제조 방법.
제21 항에 있어서,
상기 표면 처리는 SAM 표면 처리를 포함하는, 메타 표면의 제조 방법.
제21 항에 있어서,
상기 기판 상에 제1 표면 영역과 상기 제2 표면 영역을 구분하여 형성하는 단계는,
상기 제1 표면 영역에 포함된 제1 서브 표면 영역 및 제2 서브 표면 영역과 상기 제1 표면 영역을 둘러싸는 상기 제2 표면 영역을 형성하는 단계를 포함하는, 메타 표면의 제조 방법.
제23 항에 있어서,
상기 폴리머층을 형성하는 단계는,
상기 제1 서브 표면 영역 상에 제1 규칙에 따라 배치되는 복수 개의 제1 고분자 나노구조물을 포함하는 제1 폴리머층을 형성하고,
상기 제2 서브 표면 영역 상에 상기 제1 규칙과 다른 제2 규칙에 따라 배치되는 복수 개의 제2 고분자 나노구조물을 포함하는 제2 폴리머층을 형성하는 단계를 포함하는, 메타 표면의 제조 방법.
제24 항에 있어서,
상기 폴리머층을 형성하는 단계는,
상기 제1 표면 영역 상에 자외선 경화 수지(UV-curable resin)를 제공하고, 임프린트 공정을 실시하여 상기 복수 개의 제1 및 제2 고분자 나노구조물을 형성하는 단계를 포함하는, 메타 표면의 제조 방법.
제24 항에 있어서,
상기 기판 상에 제1 표면 영역과 상기 제2 표면 영역을 구분하여 형성하는 단계는, 상기 제1 표면 영역에 포함되며 상기 제1 서브 표면 영역 및 제2 서브 표면 영역과 다른 제3 서브 표면 영역을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 폴리머층을 형성하는 단계는, 상기 제3 서브 표면 영역 상에 마련되는 평탄한 상부 표면을 가지는 제3 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 메타 표면의 제조 방법.
제21 항에 있어서,
상기 금속 반사층을 형성하는 단계는,
상기 폴리머층 상에 금속 물질을 증착시키는 단계를 포함하는, 메타 표면의 제조 방법.