KR20230082545A - Active structural color pixel - Google Patents

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KR20230082545A
KR20230082545A KR1020220080200A KR20220080200A KR20230082545A KR 20230082545 A KR20230082545 A KR 20230082545A KR 1020220080200 A KR1020220080200 A KR 1020220080200A KR 20220080200 A KR20220080200 A KR 20220080200A KR 20230082545 A KR20230082545 A KR 20230082545A
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KR1020220080200A
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현가담
문천우
김영지
전석우
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이화여자대학교 산학협력단
한국과학기술원
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Abstract

본원은 동적 구조색 픽셀에 관한 것이다.This application relates to dynamic structural color pixels.

Description

동적 구조색 픽셀 {ACTIVE STRUCTURAL COLOR PIXEL}Dynamic structural color pixel {ACTIVE STRUCTURAL COLOR PIXEL}

본원은 동적 구조색 픽셀에 관한 것이다.This application relates to dynamic structural color pixels.

디스플레이 어플리케이션 또는 광학 가변 디바이스 (optically variable devices; OVDs)를 위한 전기적으로 변화 가능한 반사형 픽셀은, 인가된 바이어스에 따른 광범위한 색상 변화, 온/오프 스위칭 (on/off switching) 기능, 백그라운드 (background)에 대한 고대비 (high contrast) 및 가역성을 유지해야 한다. 단일 구조색 디자인으로 전자의 두 가지 기준을 제어하는 것은, 외견상으로 구별된 메커니즘을 요구한다. 동적 색상 변화는 광학 상수의 실수부에서의 변화 또는 정렬된 구조적 변화를 필요로 하는 반면, 온/오프 스위칭은 허수부에서의 변화 또는 흡수를 증가시키기 위한 무질서한 구조를 필요로 한다. 광학 상수의 실수부 및 허수부는 인과 관계(즉, 크라머스-크로니히 관계 (Kramers-Kronig relation))에 의하여 연결되고 구조적 변화는 필드 간 커플링에 영향을 끼치므로, 색상 변화는 세기 변화들이 필연적으로 수반되어, 색상 및 세기의 독립적인 제어에 어려움을 겪는다. 이는, 색상 변화 및 온/오프 스위칭은 개별 메커니즘에 의존해야 한다는 것을 의미하며, 따라서 하나의 시스템에 포함하는 것은 어렵다. 색상 변화 또는 온/오프 스위칭 중 하나의 기능에 초점을 맞춘 연구로서 전기기계적 미에 구조 (electromechanical Mie structure); 및 전기변색 폴리머 (electrochromic polymers), 액정, 금속 전착 (metal electrodeposition), 금속-유전체 전기화학적 변환 (metal-to-dielectric electrochemical conversion), 금속 수화물 (metal hydrogenation) 및 이온 인터칼레이션 (ion intercalation)과 결합된 플라즈몬 디자인(plasmonic design)이 개발되어 왔다.Electrically variable reflective pixels for display applications or optically variable devices (OVDs) have wide color variations with applied bias, on/off switching capability, background high contrast and reversibility should be maintained. Controlling the former two criteria with a single structural color design requires seemingly distinct mechanisms. Dynamic color change requires a change in the real part of the optical constant or an ordered structural change, whereas on/off switching requires a change in the imaginary part or a disordered structure to increase absorption. Since the real and imaginary parts of optical constants are connected by a causal relationship (i.e., the Kramers-Kronig relation) and structural changes affect the coupling between fields, color changes inevitably result in intensity changes. As a result, it is difficult to independently control color and intensity. This means that color change and on/off switching must depend on separate mechanisms, and thus are difficult to incorporate in one system. electromechanical Mie structure as a study focused on either function of color change or on/off switching; and electrochromic polymers, liquid crystals, metal electrodeposition, metal-to-dielectric electrochemical conversion, metal hydrogenation and ion intercalation; Coupled plasmonic designs have been developed.

대한민국 등록특허 제10-2030010호.Republic of Korea Patent Registration No. 10-2030010.

본원은 동적 구조색 픽셀 및 이를 포함하는 디스플레이를 제공하고자 한다.The present application intends to provide a dynamic structural color pixel and a display including the same.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present application is not limited to the above-mentioned problem, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본원의 제 1 측면은, 반사 기판; 유전체 격자; 전해질; 및 투명 전극을 포함하는, 동적 구조색 픽셀로서, 상기 전해질은 금속염을 포함하는 것이며, 상기 금속염의 금속은 상기 유전체 격자의 슬릿 상에서 전기화학적 증착-용해됨으로써, 색 변화 및/또는 온/오프 스위칭을 구현하는 것인, 동적 구조색 픽셀을 제공한다.A first aspect of the present application is a reflective substrate; dielectric grid; electrolytes; and a transparent electrode, wherein the electrolyte is one comprising a metal salt, the metal of which is electrochemically deposited-dissolved on the slits of the dielectric grid to cause color change and/or on/off switching. To implement, provide a dynamic structure color pixel.

본원의 제 2 측면은, 제 1 측면에 따른 동적 구조색 픽셀을 포함하는, 디스플레이를 제공한다.A second aspect of the present application provides a display comprising dynamic structure color pixels according to the first aspect.

본원의 구현예들에 따른 동적 구조색 픽셀은, 전기화학적 증착-용해 방법을 사용함으로써 반사 기반의 픽셀에서 색 변화 및 온/오프 스위칭 기능을 동시에 구현하는 것을 특징으로 한다. 상기 동적 구조색 픽셀은, 고대비격자 (high-contrast grating; HCG) 픽셀 도입을 통해 수동형 (passive) 색상을 설정하고, 전기화학적 증착-용해를 기반으로 한, 상기 고대비격자 픽셀의 구조 변화를 통하여 광학적 특성 변화가 가능한 특징이 있다.Dynamic structural color pixels according to embodiments of the present disclosure are characterized in that color change and on/off switching functions are simultaneously implemented in a reflection-based pixel by using an electrochemical deposition-dissolution method. The dynamic structure color pixel sets a passive color through the introduction of a high-contrast grating (HCG) pixel, and structural change of the high-contrast grating pixel based on electrochemical deposition-dissolution There is a characteristic that can change the optical properties through.

본원의 구현예들에 따른 동적 구조색 픽셀은, 화학적 안정성이 우수한 반사 기판을 사용함으로써 색 변화 및 온/오프 스위칭 기능을 약 600 사이클 이상, 약 580 사이클 이상, 약 560 사이클 이상, 또는 약 540 사이클 이상 동안 가역적으로 구현할 수 있다.Dynamic structural color pixels according to embodiments of the present disclosure, by using a reflective substrate having excellent chemical stability, can perform color change and on/off switching functions for about 600 cycles or more, about 580 cycles or more, about 560 cycles or more, or about 540 cycles. It can be implemented reversibly during an abnormality.

도 1은, 본원의 일 실시예에 있어서, 동적 구조색 픽셀의 s-편광 (s-polarized; s-pol) 광에서 베어 고대비 격자 (bare high-contrast grating; bare HCG)와 Cu-충전 고대비 격자 (Cu-filled high-contrast grating; Cu-filled HCG) 사이의 광학 응답 이동을 나타낸 것으로서, 일반적으로 s-pol과 p-편광 (p-pol; p-polarized) 광의 중첩에 의하여 여기되는 베어 HCG 및 Cu-충전 HCG의 모식도 (반사된 전기장 벡터는 위상 이동을 통해 s-pol 및/또는 p-pol 필드로 회전함) (a), 베어 HCG (상단) 및 Cu-충전 HCG (하단)에 대한 도파관 어레이 모드 (waveguide-array mode)의 분산 곡선 (좌측)과 550 nm 파장에서의 모드 프로파일 (우측) (b), 격자 바 높이 및 파장의 함수로 계산된 베어 HCG (상단) 및 Cu-충전 HCG (하단)의 0차 반사 (c), 베어 HCG (상단) 및 Cu-충전 HCG (하단)에 대한 주기 및 파장의 함수로서, 0 차 s-pol 반사 필드의 위상 (d), 편광 타원의 기울임각 (tilt angle) (e), 및 교차 편광 반사 (f)를 나타낸 것이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, 동적 구조색 픽셀을 포함하는 전기화학적 셀의 특성 평가 결과로서, 작업 전극 (working electrode; WE)에 인가된 전위에 대한 응답으로 HCG 슬릿 내부에서 Cu 이온 환원 (좌측) 및 Cu 산화로 인한 용해 (우측)로 인한 Cu 전착이 수행되는 전기화학 셀의 모식도 (a), Cu 전착 (I, Ⅱ, Ⅲ) 및 용해 (Ⅳ) 단계 동안 HCG의 전자주사현미경 (scanning electron microscope; SEM) 이미지 (스케일바: 200 nm) (삽입도: FIB (focused ion beam) 단면 HCG의 투과 전자현미경 (transmission electron microscope; TEM) 이미지 (스케일바: 100 nm)) (b), 단계 Ⅲ에서 HCG의 Ti-Kα 및 Cu-Kα 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy; EDS) 이미지 (스케일바: 200 nm) (c), 및 p=350 nm인 HCG 픽셀의 교차 편광 반사 스펙트럼의 피크-대-피크 파장 대 -1.7 V 및 0.7 V의 인가 전압 사이에서 구동되는 사이클 수 (1 번째 및 540 번째 사이클에서 HCG 픽셀의 광학 현미경 이미지 (상단), 베어 HCG 및 Cu-충전 HCG는, 각각, ○ 및 ●로 표시됨) (d)를 나타낸 것이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, 동적 구조색 픽셀의 동적 색상 변화 및 오프 스위칭 분석 결과로서, -1.7 V 내지 0.7 V로 인가된 단계 전위(하단)에 대한 시간 대 전류법 전류-시간 프로파일(chronoamperometric current-time profile) (픽셀 모드는 0 초, 0.4 초, 2.0 초, 5.2 초, 13.0 초, 20 초 경과에 따라 1 내지 6으로서 표시함) (a), 6 개의 서로 다른 픽셀 모드에서 나타나는, 290 nm 내지 510 nm 주기의 픽셀의 교차 편광 광학 이미지 (b), 픽셀 모드 1 (Х), 2 (▲), 및 3 (●)의 CIE 1931 색도 (각각 RGB 삼각형에 대한 CIE 색상 공간 커버리지 비율로 레이블 지정됨) (c), Cu 증착 (상단) 및 용해 (하단) 동안, 시간의 함수로써 측정된 교차 편광 반사 스펙트럼 (좌측에서 우측 방향으로 픽셀의 주기는 290 nm, 370 nm, 및 450 nm에 대응함) (d), Cu 증착 (상단) 및 용해 (하단) 동안, 각각 시간의 함수로써 시뮬레이션된 교차 편광 반사 스펙트럼 (좌측에서 우측 방향으로 픽셀의 주기는 290 nm, 370 nm, 및 450 nm에 대응함) (e), 및 좌측에서 우측 방향으로, 빈 슬릿, Cu-충전 슬릿, Cu로 과충전된 슬릿 및 Cu 용해 슬릿을 특징으로 하는 HCG의 모식도 (상단) 및 상응하는 s-pol 전기장 분포 (하단) (e)를 나타낸 것이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, 동적 색상 디스플레이를 실현한 것으로서, 각각, 0.5 초 및 0.8 초 동안 -1.5 V 및 1.45 V 인가된 교류 전위에 대한 응답의 스위칭 색상인 사과, 블루베리, 및 레몬의 교차 편광된 광학 이미지 (홀수 사이클에서 수득함) (a), 3×5 픽셀 매트릭스의 교차 편광 광학 이미지로서, 각 픽셀이 순차적으로 오프 및 온되는 것을 나타낸 것 (b), 및 선택적으로 픽셀을 오프함으로써 알파벳을 표시한 것 (모든 스케일바: 50 μm) 을 나타낸 것 (c)이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, 4.2 초 동안 -1.7 V인가되어 생성된, p=290 nm, 370 nm, 및 450 nm의 픽셀의 색상 조정을 CIE 1931 색도 (chromaticity) 상에 나타낸 것이다.
도 6은, 본원의 일 실시예에 있어서, 동적 구조색 픽셀의 Cu 증착을 위한 시뮬레이션 모델로서, 시뮬레이션된 HCG의 굴절률의 실수부의 부분 맵 (map) (삽입도: 해당 단면 TEM 이미지) (a), 및 시뮬레이션된 교차 편광 0 차 반사 스펙트럼 (b) (반 충전된 슬릿 (좌측), 충전된 슬릿 (중간), 및 과충전된 슬릿 (우측))을 나타낸 것이다.
도 7은, 본원의 일 실시예에 있어서, 과일 모양의 픽셀의 교차 편광 광학 현미경 이미지로서, 색상 변화 상태 (좌측), 스위칭 오프 상태 (중간), 및 스위칭 온 상태 (우측)를 나타낸 것이다.
도 8은, 본원의 일 실시예에 있어서, 전압을 조정함으로써 오프 상태의 유지가 가능한 것을 나타내는 것으로서, 3Х5 픽셀 매트릭스의 시간-전위 프로파일 (a) 및 광학 현미경 이미지 (b)를 나타낸 것이다.1 shows a bare high-contrast grating (bare HCG) and a Cu-filled high contrast grating in s-polarized (s-pol) light of a dynamic structure color pixel in an embodiment of the present invention. It shows the optical response shift between the contrast grating (Cu-filled high-contrast grating; Cu-filled HCG), which is generally excited by the superposition of s-pol and p-polarized light. Schematic diagram of HCG and Cu-filled HCG (the reflected electric field vector rotates into s-pol and/or p-pol fields through phase shift) (a), for bare HCG (top) and Cu-filled HCG (bottom) Dispersion curves (left) and mode profiles at 550 nm wavelength (right) of the waveguide-array mode for (b), calculated bare HCG (top) and Cu-charged as a function of grating bar height and wavelength. Zero-order reflection (c) of HCG (bottom), phase (d) of the zero-order s-pol reflection field as a function of period and wavelength for bare HCG (top) and Cu-filled HCG (bottom), Tilt angle (e), and cross-polarized reflection (f) are shown.
FIG. 2 is a result of characterization of an electrochemical cell including dynamic structure color pixels according to an embodiment of the present disclosure, and Cu ions inside an HCG slit in response to a potential applied to a working electrode (WE) Schematic diagram of the electrochemical cell in which Cu electrodeposition is performed due to reduction (left) and dissolution due to Cu oxidation (right) (a), scanning electron microscope of HCG during Cu electrodeposition (I, II, III) and dissolution (IV) steps (scanning electron microscope; SEM) image (scale bar: 200 nm) (inset: FIB (focused ion beam) cross-section HCG transmission electron microscope (TEM) image (scale bar: 100 nm)) (b) , Ti-Kα and Cu-Kα energy dispersive spectroscopy (EDS) images of HCG in step III (scale bar: 200 nm) (c), and peaks of cross-polarized reflection spectra of HCG pixels with p = 350 nm -number of cycles driven between peak-to-peak wavelengths versus applied voltages of -1.7 V and 0.7 V (optical microscope images of HCG pixels (top) at the 1st and 540th cycles, bare HCG and Cu-filled HCG, respectively, Indicated by ○ and ●) (d).
FIG. 3 is an amperometric current-time versus time for a step potential (bottom) applied from -1.7 V to 0.7 V, as a result of dynamic color change and off-switching analysis of a dynamic structure color pixel in an embodiment of the present disclosure. (a), in six different pixel modes Cross-polarized optical images (b) of pixels with a period of 290 nm to 510 nm, appearing in the CIE 1931 chromaticities of pixel modes 1 (Х), 2 (▲), and 3 (●) (CIE color space coverage for the RGB triangle, respectively) (labeled as percentages) (c), measured cross-polarized reflectance spectra as a function of time during Cu deposition (top) and dissolution (bottom) (periods of pixels from left to right are 290 nm, 370 nm, and 450 nm (corresponding to) (d), simulated cross-polarized reflectance spectra as a function of time during Cu deposition (top) and dissolution (bottom), respectively (periods of pixels from left to right are 290 nm, 370 nm, and 450 nm). corresponding) (e), and from left to right, schematic diagram of HCG featuring empty slits, Cu-filled slits, Cu overfilled slits and Cu dissolution slits (top) and corresponding s-pol electric field distributions (bottom) ) (e).
4 shows a dynamic color display realized in one embodiment of the present application, which is switching colors of apple, blueberry, and a cross-polarized optical image of a lemon (obtained at odd cycles) (a), a cross-polarized optical image of a 3×5 matrix of pixels, showing each pixel sequentially off and on (b), and optionally (c) shows alphabets displayed by turning off pixels (all scale bars: 50 μm).
Figure 5 shows the color adjustment of pixels of p = 290 nm, 370 nm, and 450 nm, generated by applying -1.7 V for 4.2 seconds, on CIE 1931 chromaticity in one embodiment of the present application. .
6 is a partial map of the real part of the refractive index of simulated HCG as a simulation model for Cu deposition of a dynamic structure color pixel in one embodiment of the present application (inset: corresponding cross-sectional TEM image) (a) , and simulated cross-polarized zero-order reflectance spectra (b) (half filled slit (left), filled slit (middle), and overfilled slit (right)).
7 is a cross-polarization optical microscope image of a fruit-shaped pixel in an embodiment of the present disclosure, showing a color change state (left), a switched off state (middle), and a switched on state (right).
8 shows that the off state can be maintained by adjusting the voltage in an embodiment of the present application, and shows a time-displacement profile (a) and an optical microscope image (b) of a 3Х5 pixel matrix.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments and embodiments of the present application will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. However, the present disclosure may be embodied in many different forms and is not limited to the implementations and examples described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element in between. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the present specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only a case where a member is in contact with another member, but also a case where another member exists between the two members.

본원 명세서 전체에서, 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.Throughout the present specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. As used herein, the terms "about," "substantially," and the like are used at or approximating that number when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are given, and are intended to assist in the understanding of this disclosure. Accurate or absolute figures are used to prevent undue exploitation by unscrupulous infringers of the stated disclosure.

본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~ 하는 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.The term "step of" or "step of" used throughout the present specification does not mean "step for".

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination(s) of these" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, It means including one or more selected from the group consisting of the above components.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.Throughout this specification, reference to "A and/or B" means "A or B, or A and B".

이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present application have been described in detail, but the present application may not be limited thereto.

본원의 제 1 측면은, 반사 기판; 유전체 격자; 전해질; 및 투명 전극을 포함하는, 동적 구조색 픽셀로서, 상기 전해질은 금속염을 포함하는 것이며, 상기 금속염의 금속은 상기 유전체 격자의 슬릿 상에서 전기화학적 증착-용해됨으로써, 색 변화 및/또는 온/오프 스위칭을 구현하는 것인, 동적 구조색 픽셀을 제공한다.A first aspect of the present application is a reflective substrate; dielectric grid; electrolytes; and a transparent electrode, wherein the electrolyte is one comprising a metal salt, the metal of which is electrochemically deposited-dissolved on the slits of the dielectric grid to cause color change and/or on/off switching. To implement, provide a dynamic structure color pixel.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반사 기판은 Au, Pt 및 Pd에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반사 기판은 상기 전해질에 대한 화학적 안정성이 우수한 것일 수 있다. In one embodiment of the present application, the reflective substrate may include one or more selected from Au, Pt, and Pd, but may not be limited thereto. In one embodiment of the present application, the reflective substrate may have excellent chemical stability with respect to the electrolyte.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유전체 격자는 상기 유전체 격자는 Ti, Si, Zr, Ru, Ir, Ca, Ba, Sn, W, Cu, Mn, C, Mo, 이들의 조합, 이들의 산화물, 이들의 황화물, 및 이들의 질화물에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 비제한적 예로서, 상기 유전체 격자는 TiO2, SiO2, ZrO2, RuO2, IrO2, CaO, SrO, BaO, MnO, CuO, CuO2, Cu2O3, MoS2, TiN 및 WO3에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the dielectric lattice is Ti, Si, Zr, Ru, Ir, Ca, Ba, Sn, W, Cu, Mn, C, Mo, combinations thereof, oxides thereof, It may include one or more selected from sulfides thereof and nitrides thereof, but may not be limited thereto. By way of non-limiting example, the dielectric lattice is TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 , RuO 2 , IrO 2 , CaO, SrO, BaO, MnO, CuO, CuO 2 , Cu 2 O 3 , MoS 2 , TiN and WO 3 It may include one or more selected ones.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유전체 격자의 주기는 약 200 nm 내지 약 800 nm이고, 상기 유전체 격자의 슬릿 폭은 약 50 nm 내지 약 400 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유전체 격자의 주기는 약 200 nm 내지 약 800 nm, 약 250 nm 내지 약 800 nm, 약 300 nm 내지 약 800 nm, 약 350 nm 내지 약 800 nm, 약 400 nm 내지 약 800 nm, 약 200 nm 내지 약 750 nm, 약 250 nm 내지 약 750 nm, 약 300 nm 내지 약 750 nm, 약 350 nm 내지 약 750 nm, 약 400 nm 내지 약 750 nm, 약 200 nm 내지 약 700 nm, 약 250 nm 내지 약 700 nm, 약 300 nm 내지 약 700 nm, 약 350 nm 내지 약 700 nm, 약 400 nm 내지 약 700 nm, 약 200 nm 내지 약 650 nm, 약 250 nm 내지 약 650 nm, 약 300 nm 내지 약 650 nm, 약 350 nm 내지 약 650 nm, 약 400 nm 내지 약 650 nm, 약 200 nm 내지 약 600 nm, 약 250 nm 내지 약 600 nm, 약 300 nm 내지 약 600 nm, 약 350 nm 내지 약 600 nm, 약 400 nm 내지 약 600 nm, 약 200 nm 내지 약 550 nm, 약 250 nm 내지 약 550 nm, 약 300 nm 내지 약 550 nm, 약 350 nm 내지 약 550 nm, 약 400 nm 내지 약 550 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 250 nm 내지 약 500 nm, 약 300 nm 내지 약 500 nm, 약 350 nm 내지 약 500 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 450 nm, 약 250 nm 내지 약 450 nm, 약 300 nm 내지 약 450 nm, 약 350 nm 내지 약 450 nm, 또는 약 400 nm 내지 약 450 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유전체 격자의 슬릿 폭은 약 50 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 350 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 250 nm, 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 150 nm, 또는 약 50 nm 내지 약 100 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유전체 격자의 주기는 상기 슬릿 폭 및 상기 유전체 격자의 바 폭의 합일 수 있다. 상기 유전체 격자의, 주기 및 슬릿 폭의 범위는, 상기 동적 구조색 픽셀로부터 구현하고자 하는 수동형 색상에 따라 달라질 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수동형 색상은 상기 유전체 격자에 의하여 나타나는 고정형 속성일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유전체 격자의, 주기 및 슬릿 폭의 범위는, 상기 유전체 격자 및 상기 금속의 물질 종류에 따라 달라질 수 있다.In one embodiment of the present application, the period of the dielectric grid may be about 200 nm to about 800 nm, and the slit width of the dielectric grid may be about 50 nm to about 400 nm, but may not be limited thereto. In one embodiment of the present application, the period of the dielectric grid is about 200 nm to about 800 nm, about 250 nm to about 800 nm, about 300 nm to about 800 nm, about 350 nm to about 800 nm, about 400 nm to about 400 nm. About 800 nm, about 200 nm to about 750 nm, about 250 nm to about 750 nm, about 300 nm to about 750 nm, about 350 nm to about 750 nm, about 400 nm to about 750 nm, about 200 nm to about 700 nm, about 250 nm to about 700 nm, about 300 nm to about 700 nm, about 350 nm to about 700 nm, about 400 nm to about 700 nm, about 200 nm to about 650 nm, about 250 nm to about 650 nm, About 300 nm to about 650 nm, about 350 nm to about 650 nm, about 400 nm to about 650 nm, about 200 nm to about 600 nm, about 250 nm to about 600 nm, about 300 nm to about 600 nm, about 350 nm to about 600 nm, about 400 nm to about 600 nm, about 200 nm to about 550 nm, about 250 nm to about 550 nm, about 300 nm to about 550 nm, about 350 nm to about 550 nm, about 400 nm to About 550 nm, about 200 nm to about 500 nm, about 250 nm to about 500 nm, about 300 nm to about 500 nm, about 350 nm to about 500 nm, about 400 nm to about 500 nm, about 200 nm to about 450 nm, about 250 nm to about 450 nm, about 300 nm to about 450 nm, about 350 nm to about 450 nm, or about 400 nm to about 450 nm, but may not be limited thereto. In one embodiment of the present application, the slit width of the dielectric grid is about 50 nm to about 400 nm, about 50 nm to about 350 nm, about 50 nm to about 300 nm, about 50 nm to about 250 nm, about 50 nm to about 200 nm, about 50 nm to about 150 nm, or about 50 nm to about 100 nm, but may not be limited thereto. In one embodiment of the present application, the period of the dielectric grating may be the sum of the slit width and the bar width of the dielectric grating. Ranges of period and slit width of the dielectric grating may vary depending on passive colors to be implemented from the dynamic structure color pixels. In one embodiment of the present application, the passive color may be a fixed attribute exhibited by the dielectric grid. In one embodiment of the present application, the range of the period and the slit width of the dielectric grid may vary depending on the material type of the dielectric grid and the metal.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유전체 격자의 높이는 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 150 nm, 또는 약 50 nm 내지 약 100 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the height of the dielectric grid may be about 50 nm to about 200 nm, about 50 nm to about 150 nm, or about 50 nm to about 100 nm, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전해질은 상기 금속을 금속염 형태로서 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속염은 Cu, Ni, Zn, Ag, Sn, Bi, Pb, 및 Al에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속염은 금속 수화물; 또는 금속 이온과 유기 이온의 조합일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 비제한적 예로서, 상기 금속 수화물은 구리(II) 질산염 삼수화물(Cu(NO3)2·3H2O)일 수 있고, 상기 금속 이온과 유기 이온의 조합은 구리(II) 트리플루오로메탄설포네이트 (copper(II) trifluoromethanesulfonate)일 수 있다.In one embodiment of the present application, the electrolyte may include the metal in the form of a metal salt. In one embodiment of the present application, the metal salt may include one or more metals selected from Cu, Ni, Zn, Ag, Sn, Bi, Pb, and Al, but may not be limited thereto. In one embodiment of the present application, the metal salt is a metal hydrate; Alternatively, it may be a combination of metal ions and organic ions, but may not be limited thereto. In one embodiment of the present application, as a non-limiting example, the metal hydrate may be copper (II) nitrate trihydrate (Cu(NO 3 ) 2 3H 2 O), and the combination of the metal ion and the organic ion is copper (II) trifluoromethanesulfonate (copper (II) trifluoromethanesulfonate).

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전해질은 상기 반사 기판 및 상기 투명 전극을 화학적으로 손상시키지 않고, 상기 금속의 산화 환원 반응에서 부산물 또는 석출물을 생성하지 않으며, 동작 전압 범위 내에서 용액 및 용액 내의 수분이 분해되지 않도록 하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the electrolyte does not chemically damage the reflective substrate and the transparent electrode, does not produce by-products or precipitates in the redox reaction of the metal, and the solution and moisture in the solution within the operating voltage range. It may be that it does not disintegrate.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전해질에 사용되는 용매는 상기 동적 구조색 픽셀의 구동 범위에서 분해되지 않으며, 상기 금속염을 용해시킬 수 있어 전기화학적인 증착-용해가 가능하고, 상기 반사 기판, 상기 유전체 격자, 및 상기 투명 전극에 영향을 미치지 않는 것이면 제한없이 사용될 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전해질은 용매로서 다이메틸설폭사이드 (dimethyl sulfoxide; DMSO), 아세토나이트릴 (acetonitrile), N-메틸-2- 피롤리돈 (N-Methyl-2-pyrrolidone; NMP), 및 1-부틸-3-메틸이미다졸륨비스 (1-Butyl-3-methylimidazoliumbis)에서 선택되는 하나 이상을 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the solvent used for the electrolyte does not decompose within the drive range of the dynamic structural color pixels and can dissolve the metal salt, enabling electrochemical deposition-dissolution, and the reflective substrate, the Any material that does not affect the dielectric lattice and the transparent electrode may be used without limitation. In one embodiment of the present application, the electrolyte is dimethyl sulfoxide (DMSO), acetonitrile, N-methyl-2-pyrrolidone (N-Methyl-2-pyrrolidone; NMP) as a solvent ), and 1-butyl-3-methylimidazolium bis (1-Butyl-3-methylimidazoliumbis) may be used, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 투명 전극은 ITO(indium tin oxide), FTO(fluorine-doped tin oxide), ZnO(zinc oxide), 및 IZO(indium zinc oxide)에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 투명 전극은 투명 기판 상에 ITO(indium tin oxide), FTO(fluorine-doped tin oxide), ZnO(zinc oxide), 및 IZO(indium zinc oxide)에서 선택되는 하나 이상의 투명 전극 물질을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the transparent electrode is to include one or more selected from indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide (ZnO), and indium zinc oxide (IZO). However, it may not be limited thereto. In one embodiment of the present application, the transparent electrode is at least one selected from indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide (ZnO), and indium zinc oxide (IZO) on a transparent substrate. It may include a transparent electrode material.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 동적 구조색 픽셀은, 상기 반사 기판은 작업 전극으로서 작용하며, 상기 투명 전극은 상대 전극으로서 작용하는 것일 수 있다. In an exemplary embodiment of the present disclosure, in the dynamic structure color pixel, the reflective substrate may function as a working electrode and the transparent electrode may function as a counter electrode.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 동적 구조색 픽셀은, 상기 유전체 격자의 슬릿 상에서 상기 전해질의 금속이 전기화학적 증착됨으로써, 파장 종속 복굴절(wavelength-dependent birefringence)이 변화하여 색 변화하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 동적 구조색 픽셀은, 상기 유전체 격자의 슬릿 상에서 상기 전해질의 금속이 전기화학적 증착됨으로써, 공진은 증착 전과 비교하여 약 100 nm 내지 약 250 nm 적색 이동(red shift)하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 동적 구조색 픽셀은, 상기 유전체 격자의 슬릿 상에서 상기 전해질의 금속이 전기화학적 증착됨으로써, 공진은 증착 전과 비교하여 약 100 nm 내지 약 250 nm, 약 110 nm 내지 약 250 nm, 약 120 nm 내지 약 250 nm, 약 130 nm 내지 약 250 nm, 약 100 nm 내지 약 230 nm, 약 110 nm 내지 약 230 nm, 약 120 nm 내지 약 230 nm, 약 130 nm 내지 약 230 nm, 약 100 nm 내지 약 200 nm, 약 110 nm 내지 약 200 nm, 약 120 nm 내지 약 200 nm, 약 130 nm 내지 약 200 nm 적색이동(redshift)하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 적색이동은 모드 간섭(modal interference)의 후속 변화 및 유전체 격자 슬릿 내부의 공진 필드의 '뮤팅(muting)'에 의하여 결정되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, The dynamic structural color pixel may change color by changing wavelength-dependent birefringence by electrochemically depositing the metal of the electrolyte on the slit of the dielectric grid. In one embodiment of the present application, in the dynamic structure color pixel, the metal of the electrolyte is electrochemically deposited on the slit of the dielectric grid, so that the resonance has a red shift of about 100 nm to about 250 nm compared to before deposition. it may be In one embodiment of the present application, in the dynamic structure color pixel, the metal of the electrolyte is electrochemically deposited on the slit of the dielectric grid, and the resonance is about 100 nm to about 250 nm, and about 110 nm to about 110 nm compared to before deposition. 250 nm, about 120 nm to about 250 nm, about 130 nm to about 250 nm, about 100 nm to about 230 nm, about 110 nm to about 230 nm, about 120 nm to about 230 nm, about 130 nm to about 230 nm , about 100 nm to about 200 nm, about 110 nm to about 200 nm, about 120 nm to about 200 nm, about 130 nm to about 200 nm. In one embodiment of the present application, the redshift may be determined by a subsequent change in modal interference and 'muting' of a resonant field inside a dielectric grating slit.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속의 이온 환원 전위보다 큰 캐소딕 바이어스 (cathodic bias)가 인가될 때, 상기 금속은 전기화학적 증착되는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 동적 구조색 픽셀은, 상기 전해질의 금속의 이온 환원 전위보다 큰 캐소딕 바이어스가 상기 작업 전극에 인가될 때, 상기 유전체 격자의 슬릿 상에서 상기 전해질의 금속이 전기화학적 증착될 수 있다.In one embodiment of the present application, when a cathodic bias greater than the ion reduction potential of the metal is applied, the metal may be electrochemically deposited. In one embodiment of the present application, the dynamic structure color pixel is capable of electrochemically reacting the metal of the electrolyte on the slit of the dielectric grid when a cathodic bias greater than the ionic reduction potential of the metal of the electrolyte is applied to the working electrode. may be deposited.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속의 이온 환원 전위보다 큰 어노딕 바이어스 (anodic bias)가 인가될 때, 상기 금속은 전기화학적 용해되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, when an anodic bias greater than the ion reduction potential of the metal is applied, the metal may be electrochemically dissolved.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속은 인가 전압 약 -3 V 내지 약 0 V의 범위에서 전기화학적 증착되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속은 인가 전압 약 -3 V 내지 약 0 V, 약 -2.5 V 내지 약 0 V, 약 -2 V 내지 약 0 V, 약 -1.5 V 내지 약 0 V, 약 -1 V 내지 약 0 V, 또는 약 -0.5 V 내지 약 0 V 의 범위에서 전기화학적 증착되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the metal may be electrochemically deposited in the range of an applied voltage of about -3 V to about 0 V, but may not be limited thereto. In one embodiment of the present application, the metal is applied voltage of about -3 V to about 0 V, about -2.5 V to about 0 V, about -2 V to about 0 V, about -1.5 V to about 0 V, about It may be electrochemically deposited in the range of -1 V to about 0 V, or about -0.5 V to about 0 V, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 동적 구조색 픽셀은, 상기 유전체 격자의 슬릿 상에서 상기 전해질의 금속이 전기화학적 용해됨으로써, 오프 스위칭 되는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 오프 스위칭은 상기 동적 구조색 픽셀이 검정 색상을 구현하는 것을 의미할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present disclosure, the dynamic structural color pixels may be off-switched by electrochemically dissolving a metal of the electrolyte on a slit of the dielectric grid. In one embodiment of the present application, the off-switching may mean that the dynamic structure color pixels implement black color.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 동적 구조색 픽셀의 오프 스위칭은, 상기 유전체 격자의 슬릿 상에서 전기화학적 증착된 상기 전해질의 금속이 무질서하게 용해됨으로써 무질서한 다공성의 형태를 형성하여, 증가된 플라즈모닉 손실 및 스크램블 산란 (scrambled scattering)에 의하여 구현되는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속의 무질서한 다공성의 형태는 약 20 nm 내지 약 100 nm 크기의 포어 (pore)를 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 포어의 크기는 약 20 nm 내지 약 100 nm, 약 20 nm 내지 약 90 nm, 약 20 nm 내지 약 70 nm, 약 40 nm 내지 약 100 nm, 약 40 nm 내지 약 90 nm, 또는 약 40 nm 내지 약 70 nm일 수 있다. In one embodiment of the present application, the off-switching of the dynamic structure color pixel forms disordered porosity by disorderly dissolution of the metal of the electrochemically deposited electrolyte on the slit of the dielectric grid, resulting in increased plasmonic loss. And it may be implemented by scrambled scattering. In one embodiment of the present application, the disordered porosity of the metal may include pores having a size of about 20 nm to about 100 nm. In one embodiment of the present application, the size of the pores is about 20 nm to about 100 nm, about 20 nm to about 90 nm, about 20 nm to about 70 nm, about 40 nm to about 100 nm, about 40 nm to about 90 nm, or from about 40 nm to about 70 nm.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속은 인가 전압 약 0 V 내지 약 3 V의 범위에서 전기화학적 용해되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속은 인가 전압 약 0 V 내지 약 3 V, 약 0 V 내지 약 2.5 V, 약 0 V 내지 약 2 V, 약 0 V 내지 약 1.5 V, 약 0 V 내지 약 1 V, 또는 약 0 V 내지 약 0.5 V의 범위에서 전기화학적 용해되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the metal may be electrochemically dissolved in the range of about 0 V to about 3 V applied voltage, but may not be limited thereto. In one embodiment of the present application, the metal is at an applied voltage of about 0 V to about 3 V, about 0 V to about 2.5 V, about 0 V to about 2 V, about 0 V to about 1.5 V, about 0 V to about It may be electrochemically dissolved in the range of 1 V, or about 0 V to about 0.5 V, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속의 전기화학적 증착 및 용해 시 각각 인가되는 전압의 차이(ΔV)는 약 6 V 이하인 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속의 전기화학적 증착 및 용해 시 각각 인가되는 전압의 차이(ΔV)는 약 6 V 이하, 약 5 V 이하, 약 4 V 이하, 또는 약 3 V 이하인 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속의 전기화학적 증착 및 용해 시 각각 인가되는 전압의 차이(ΔV)는 약 0.1 V 내지 약 6 V, 약 0.1 V 내지 약 5 V, 약 0.1 V 내지 약 4 V, 또는 약 0.1 V 내지 약 3 V일 수 있다.In one embodiment of the present application, a difference (ΔV) between voltages applied during the electrochemical deposition and dissolution of the metal may be about 6 V or less. In one embodiment of the present application, the difference (ΔV) between voltages applied during the electrochemical deposition and dissolution of the metal may be about 6 V or less, about 5 V or less, about 4 V or less, or about 3 V or less. . In one embodiment of the present application, the difference in voltage (ΔV) applied during the electrochemical deposition and dissolution of the metal is about 0.1 V to about 6 V, about 0.1 V to about 5 V, and about 0.1 V to about 4 V. , or from about 0.1 V to about 3 V.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 동적 구조색 픽셀은 상기 금속의 전기화학적 증착에 의하여 색 변화를 구현하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, the dynamic structure color pixel may implement color change by electrochemical deposition of the metal.

일 구현예에 있어서, 상기 동적 구조색 픽셀은 상기 금속의 전기화학적 증착-용해에 의하여 온/오프 스위칭을 구현하는 것일 수 있다.In one embodiment, the dynamic structure color pixel may implement on/off switching by electrochemical deposition-dissolution of the metal.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 동적 구조색 픽셀은 화학적 안정성이 우수한 상기 반사 기판을 사용하므로, 상기 작업 전극에 음(-) 바이어스 및 양(+) 바이어스를 순차적으로 인가하여 색 변화 및 오프 스위칭 (검정 색상 구현)을 구현하는 것을 하나의 사이클로 지정 하였을 때, 약 600 사이클 이상, 약 580 사이클 이상, 약 560 사이클 이상, 또는 약 540 사이클 이상 색상 구현이 유지되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present application, since the dynamic structural color pixel uses the reflective substrate having excellent chemical stability, a negative (-) bias and a positive (+) bias are sequentially applied to the working electrode to change color and switch off. When implementing (black color implementation) is designated as one cycle, color implementation may be maintained for about 600 cycles or more, about 580 cycles or more, about 560 cycles or more, or about 540 cycles or more.

본원의 제 2 측면은, 제 1 측면에 따른 동적 구조색 픽셀을 포함하는, 디스플레이를 제공한다.A second aspect of the present application provides a display comprising dynamic structure color pixels according to the first aspect.

본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Detailed descriptions of portions overlapping with the first aspect of the present application have been omitted, but the description of the first aspect of the present application can be equally applied even if the description is omitted in the second aspect of the present application.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 디스플레이는 전자 리더기(e-reader), 전자 라벨 (e-label), 홀로그래피, 플렉서블 디스플레이, 근안 (near-eye) 메타렌즈, 스테가노그래피 (steganography), 또는 위변조 기술 ((anti)counterfeiting)에 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present application, the display is an electronic reader (e-reader), electronic label (e-label), holography, flexible display, near-eye (near-eye) metal lens, steganography (steganography), or forgery It may be included in technology ((anti)counterfeiting), but may not be limited thereto.

이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present application will be described in more detail using examples, but the following examples are only illustrative to aid understanding of the present application, and the content of the present application is not limited to the following examples.

[실시예][Example]

1. 픽셀 제조1. Pixel Manufacturing

1 nm 두께 이하의 Ti 웨팅층 (wetting layer) 및 약 170 nm 두께의 Pt 층을 Ar 분위기 하에서 DC 스퍼터링을 이용하여 순차적으로 습식 산화 Si 웨이퍼(8000 Å) 상에 증착하였다. 네거티브 레지스트 (negative resist)(ma-N 2403) 또는 포지티브 레지스트 (positive resist) (PMMA A4)를 300 nm 내지 350 nm의 두께로 Pt 기판 상에 스핀 코팅하였다. 전자빔 리소그래피(e-beam lithography)를 이용하여, 10 μm 길이의 격자 패턴의 반복되는 열을 새겨 50Х50 μm2 크기의 픽셀을 생성하였다. 레지스트의 종류에 따라, 기판을 AZ300MIF로 60 초 동안 현상하거나 또는 IPA 및 물(3:1) 혼합물로 45 초 동안 현상하였다. 100 nm 두께의 TiOx을 전자빔 증착기를 이용하여 0.04 nm/s의 증착 속도로 현상된 기판 상에 증착하고, 리프트 오프(lift-off)하였다.A Ti wetting layer with a thickness of less than 1 nm and a Pt layer with a thickness of about 170 nm were sequentially deposited on a wet oxide Si wafer (8000 Å) using DC sputtering under an Ar atmosphere. A negative resist (ma-N 2403) or positive resist (PMMA A4) was spin-coated on the Pt substrate to a thickness of 300 nm to 350 nm. Using e-beam lithography, repeating rows of 10 μm long grating patterns were engraved to create pixels with a size of 50Х50 μm 2 . Depending on the type of resist, the substrate was developed for 60 seconds with AZ300MIF or 45 seconds with a mixture of IPA and water (3:1). TiO x having a thickness of 100 nm was deposited on the developed substrate at a deposition rate of 0.04 nm/s using an electron beam evaporator, and lift-off was performed.

2. 전기화학적 셀 제조2. Electrochemical cell fabrication

픽셀을 지지하는 Pt 작업 전극(working electrode; WE) 및 전해질 주입을 위한 두 개의 드릴된 구멍(직경 0.75-mm)을 갖는 ITO 상대 전극(counter electrode; CE)을 전해질을 수용하기 위하여 중앙 부피가 잘린 60-μm 두께의 열융착(열접착) 필름(Meltonix 1170-60)으로 분리하였다. 필름을 135℃까지 가열하여 구성 요소 간의 접착을 보장하였다. 다이메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide; DMSO)에 용해된 구리(II) 질산염 삼수화물(1M; Cu(NO3)2·3H2O)로 구성된 전해질을 마이크로피펫을 이용하여 CE 구멍 중 하나를 통해 셀에 주입하였다. 셀에 기포가 생기는 것을 피하기 위하여 동시에 다른 구멍에서 공기를 별도의 마이크로피펫으로 제거하였다. 접착성 Cu 테이프를 WE 및 CE의 각 끝에 부착하여 전기화학 계측기 (potentiostat) (CompactStat.h, IVIUM)에 전기적 연결을 제공하였다.A Pt working electrode (WE) to support the pixel and an ITO counter electrode (CE) with two drilled holes (0.75-mm in diameter) for electrolyte injection, with a central volume truncated to accommodate the electrolyte. It was separated by a 60-μm-thick heat-sealed (heat-sealed) film (Meltonix 1170-60). The film was heated to 135° C. to ensure adhesion between the components. An electrolyte consisting of copper(II) nitrate trihydrate (1M; Cu(NO 3 ) 2 3H 2 O) dissolved in dimethyl sulfoxide (DMSO) was passed through one of the CE pores using a micropipette. injected into. Air was purged with separate micropipettes from different orifices at the same time to avoid air bubbles forming in the cells. Adhesive Cu tape was attached to each end of WE and CE to provide an electrical connection to an electrochemical instrument (potentiostat) (CompactStat.h, IVIUM).

3. 광학 측정3. Optical measurements

홈빌트(home-built) 공초점 현미경으로 교차 편광 반사를 측정하였다. 할로겐 램프의 백색광은 선형 편광판을 통해 전달되었으며 일반적으로 전기화학 셀 내부의 픽셀에 조명되었다. 반사된 신호는 오리지널 편광자와 직교하는 별도의 편광자에 의해 필터링되었다. 이미지를 얻기 위하여, 0.3 NA 대물 렌즈를 사용하여 빛을 수집하고 CCD (STC-TC202USB-AS, SENTECH)로 전달하였다. 스펙트럼을 얻기 위하여, 0.15 NA 대물렌즈와 핀홀에 광섬유로 결합된 분광계 (Acton SP2300, Princeton Instruments)를 사용하였다.Cross-polarized reflection was measured with a home-built confocal microscope. White light from a halogen lamp was passed through a linear polarizer and typically illuminated a pixel inside an electrochemical cell. The reflected signal was filtered by a separate polarizer orthogonal to the original polarizer. To acquire images, light was collected using a 0.3 NA objective lens and transmitted to a CCD (STC-TC202USB-AS, SENTECH). To obtain the spectrum, a spectrometer (Acton SP2300, Princeton Instruments) coupled with a 0.15 NA objective lens and a pinhole through an optical fiber was used.

4. 특성평가4. Characteristic evaluation

픽셀의 전면 (top-view) 공간 분석은 15.0 kV의 작동 전압에서 전계 방출 주사 전자 현미경 (field-emission scanning electron microscope; FE-SEM)(JSM-6700F, JEOL)으로 수행하였다. 측면 분석은 집속 이온 빔 밀링 (focused ion beam (FIB) milling) (crossbeam 540, ZEISS)을 통해 HCG의 측면을 분석하여 수행하였다. 격자 무늬는 전계 방출 투과 전자 현미경 (field-emission transmission electron microscope; FE-TEM)(JEM-2100F, JEOL)으로 획득한 반면, EDS 정보는 200 kV의 동작 전압에서 주사 투과 전자 현미경(scanning transmission electron microscopy; STEM) 모드를 통해 수득하였다.A top-view spatial analysis of the pixels was performed with a field-emission scanning electron microscope (FE-SEM) (JSM-6700F, JEOL) at an operating voltage of 15.0 kV. Side analysis was performed by analyzing the side of HCG through focused ion beam (FIB) milling (crossbeam 540, ZEISS). Grating fringes were obtained with a field-emission transmission electron microscope (FE-TEM) (JEM-2100F, JEOL), while EDS information was obtained by scanning transmission electron microscopy at an operating voltage of 200 kV. ; STEM) mode.

5. 계산5. Calculation

FDTD 시뮬레이션은 교차 편광 반사 및 전기장 분포를 계산하기 위해 수행되었으며, 엄격한 결합파 분석(rigorous coupled-wave analysis; RCWA)을 사용하여 0차 s-pol 및 p-pol 반사 효율을 수득하였다. FDTD 시뮬레이션을 위해 평면파 광원은 일반적으로 입사 전기장 벡터에 대해 45° 회전된 격자에 주입되었다. 주기적 및 완벽하게 일치하는 층 경계 조건은 각각 x-y 및 z 차원에 사용되었다. 직사각형 측면 프로파일은 도 1의 b 내지 f의 모드 분석을 위해 격자와 완전히 증착된 Cu를 모델링하는 데 사용되었으며, 사다리꼴 격자와 입상 Cu 나노 입자는 도 3의 f의 실험 조건을 시뮬레이션 하는 데 사용되었다. s-pol 및 p-pol 전기장 분포를 수득하기 위하여, 격자 벡터에 수직이고 평행한 빛을 갖는 평면파 소스를 주입하였다. 2Х2Х2 nm3 메쉬 볼륨을 사용하여 격자 및 Cu를 모델링 하였다. FDTD simulations were performed to calculate the cross-polarized reflection and electric field distribution, and zero-order s-pol and p-pol reflection efficiencies were obtained using rigorous coupled-wave analysis (RCWA). For FDTD simulations, a plane wave source was injected into a grating that was typically rotated 45° with respect to the incident electric field vector. Periodic and perfectly matched layer boundary conditions were used for the xy and z dimensions, respectively. The rectangular side profile was used to model the lattice and fully deposited Cu for the mode analysis in Fig. 1b to f, while the trapezoidal lattice and granular Cu nanoparticles were used to simulate the experimental conditions in Fig. 3f. To obtain the s-pol and p-pol electric field distributions, a plane wave source with light perpendicular and parallel to the grating vector was injected. A 2Х2Х2 nm 3 mesh volume was used to model the lattice and Cu.

베어 HCG 분석을 위하여, Chang-Hasnain 그룹이 개발한 모드 확장 방법을 사용하였다. 도 1의 b의 모드 프로파일은 550 nm 파장에서 계산되었다. Cu-충전 HCG를 분석하기 위하여 표면 임피던스 경계 조건(surface impedance boundary condition; SIBC)을 사용하였다.For bare HCG analysis, the mode expansion method developed by the Chang-Hasnain group was used. The mode profile in Fig. 1b was calculated at a wavelength of 550 nm. Surface impedance boundary condition (SIBC) was used to analyze Cu-filled HCG.

동적 색상 변화 메커니즘dynamic color change mechanism

본 발명의 고-대비 격자(high-contrast gratings; HCGs)는 격자 슬릿 내부에 전착된 Cu를 통해 파장 종속 복굴절(wavelength-dependent birefringence)을 변화시킴으로써 색상 변화를 달성한다 (도 1의 a). 주기(period; p)가 격자 바(bar)의 파장 및 슬릿 사이에 있는 HCG는 상단과 하단 계면 사이를 이동하는 하나 이상의 모드를 지원할 수 있다. 블로흐 파장(bloch wave) 또는 도파관-어레이 모드(waveguide-array mode)로서 알려진 이러한 모드들은, 비록 두 유형 모두 동일한 격자 현상을 설명할 수 있을 지라도, 도파 모드 공진(guided-mode resonances; GMRs)의 측면 진행파(propagating wave)와 다르다. HCG의 전반적 반사 특성을 결정하는 것은 도파관-어레이 모드의 전파(propagation) 및 상호 작용이다. 이 점을 설명하기 위하여, 본 발명자들은, 수직 입사광에 의해 여기된 n=1.42의 유전 환경에서 p=370 nm이고 슬릿 폭 165 nm인 TiOx 격자의 도파관-어레이 모드를 분석적으로 계산한다. p-pol 여기는, 빛의 감쇠를 크게 일으키는 Pt에 의해 신속하게 감쇠되는 플라즈몬 응답을 유도하기 때문에, 본 발명자들은 격자의 s-pol 응답에 초점을 둔다. 두 개의 진행 파동벡터 (propagating wavevector)인, β0과 β2는, 각각, HCG 바 및 슬릿 내부에서, 최대 필드 세기로 λ=400 nm 내지 660 nm에서 발견된다 (도 1의 b, 상단). Pt 기판 상의 HCG의 경우, 다양한 격자 높이에 대한 상기 두 모드의 위상 축적 (phase accumulation) 및 후속 간섭 (subsequent interference)은 0차 반사 스펙트럼에서 복잡한 패턴을 유발한다 (도 1의 c, 상단).The high-contrast gratings (HCGs) of the present invention achieve color change by changing the wavelength-dependent birefringence through Cu electrodeposited inside the grating slits (Fig. 1a). An HCG whose period (p) is between the wavelength of the grating bar and the slit may support one or more modes of movement between the top and bottom interfaces. These modes, known as Bloch waves or waveguide-array modes, are aspects of guided-mode resonances (GMRs), although both types can describe the same grating phenomenon. It is different from a propagating wave. It is the propagation and interaction of waveguide-array modes that determines the overall reflection properties of HCG. To account for this, we analytically calculate the waveguide-array modes of a TiO x grating with p = 370 nm and slit width 165 nm in a dielectric environment of n = 1.42 excited by normally incident light. Since p-pol excitation induces a plasmonic response that is quickly attenuated by Pt, which causes a large attenuation of light, we focus on the s-pol response of the grating. Two propagating wavevectors, β 0 and β 2 , are found between λ=400 nm and 660 nm with maximum field strength inside the HCG bar and slit, respectively (Fig. 1b, top). In the case of HCG on a Pt substrate, the phase accumulation and subsequent interference of the two modes for various lattice heights lead to complex patterns in the 0th order reflection spectrum (Fig. 1c, top).

본 발명자들은, 이러한 복잡한 동작이, 2 가지 모드에 의한 간섭 (interference)이 Cu-충전 HCG (Cu-filled HCG)로 바뀜으로써 극적으로 단순화될 수 있음을 보여준다. 유전체와 다르게, 금속은, 특히 긴 파장에서, 금속 구조 내의 모든 필드를 거부하는 경향이 있다. 따라서, 기본 모드 β0은 격자 바 내부로 전파되기 때문에 남아 있는 반면, 이전에 빈 슬릿 내부에서 필드가 최대화되었던 모드인 β2는 여기될 수 없다. 실제로, 표면 임피던스 경계 조건을 사용한 분석 계산은 모드 프로파일 및 분산이 베어 HCG(bare HCG) β0의 것과 유사한 Cu-충전 HCG (Cu-filled HCG)에 β0만이 존재하는 것을 보여준다 (도 1의 b, 하단). 단일 모드에 의해 제어되는 반사 스펙트럼은 격자 높이에서 반복되는 반사 밴드를 갖는 균질한 박막의 단순한 동작과 유사하다 (도 1의 c, 하단).The inventors show that this complex operation can be dramatically simplified by replacing the two-mode interference with Cu-filled HCG. Unlike dielectrics, metals tend to reject all fields within a metal structure, especially at long wavelengths. Thus, the fundamental mode β 0 remains as it propagates inside the grating bar, whereas the mode β 2 , which previously had a field maximized inside the empty slit, cannot be excited. Indeed, analytical calculations using surface impedance boundary conditions show that only β 0 exists in Cu-filled HCG whose mode profile and dispersion are similar to those of bare HCG β 0 (Fig. 1b , lower). The reflection spectrum controlled by a single mode is similar to the simple operation of a homogeneous thin film with repeated reflection bands at the grating height (Fig. 1c, bottom).

베어 HCG 및 Cu-충전 HCG 모두에 대한 s-pol 응답은 HCG 주기에 따른 0 차 반사 필드의 위상 스펙트럼을 분석함으로써 더 잘 이해할 수 있다. 100 nm의 높이를 갖는 베어 HCG의 경우, 레일리-우드 변칙(Rayleigh-Wood anomaly)과 함께, ~π 위상 이동이 발생한다 (도 1의 d, 상단). 빈 슬릿이 Cu로 채워지면, HCG 단위 셀에서 공진 필드 안티-노드(resonance field anti-node) 수가 감소하기 때문에, 고려된 주기의 범위에 걸쳐 공진은 약 135 nm 내지 약 200 nm 적색이동(redshift)한다 (도 1의 d, 하단). 전기 변색 폴리머 또는 전착 방식과 쌍을 이루는 대부분의 구조색 디자인과 달리, 상기 이동은 굴절률 변화 또는 필드 오버랩 변화에 의해 결정되는 것이 아닌 모드 간섭(modal interference)의 후속 변화 및 HCG 슬릿 내부의 공진 필드의 '뮤팅(muting)'에 의하여 결정된다. 본 발명자들은 비정규 입사가 간섭 조건을 수정하는 비정상적 모드를 도입하기 때문에 상기 메커니즘의 결과로 색상이 입사각에 따라 달라지는 것에 주목한다.The s-pol response for both bare HCG and Cu-filled HCG can be better understood by analyzing the phase spectrum of the 0th order reflection field as a function of the HCG period. In the case of bare HCG with a height of 100 nm, a ~π phase shift occurs with the Rayleigh-Wood anomaly (Fig. 1d, top). When the empty slit is filled with Cu, the resonance redshifts from about 135 nm to about 200 nm over the range of periods considered because the number of resonance field anti-nodes in the HCG unit cell decreases. (Fig. 1 d, bottom). Unlike most structural color designs paired with electrochromic polymers or electrodeposition methods, the shift is not determined by either the refractive index change or the field overlap change, but rather the subsequent change in modal interference and the resonant field inside the HCG slit. It is determined by 'muting'. We note that the color varies with angle of incidence as a result of this mechanism because non-normal incidence introduces an abnormal mode that modifies the interference condition.

입사 편광에 대응하여 -45° 회전하고 교차 편광자(cross-polarizer)를 통해 관찰된 HCG의 경우 (도 1의 a), 베어 HCG 및 Cu-충전 HCG 모두에 대한 s-pol 공진 (resonance)은 편광 타원의 기울임각이 공진에서 45°에 근접하고 공진이 아닌 경우 -45°에 근접하므로 큰 반사 세기와 직접적으로 연관된다 (도 1의 e). 이는, p-pol 공진은 손실 금속(빛의 감쇠를 크게 일으키는 금속)에 의해 감쇠되어 s-pol 공진이 기울임각을 결정하기 때문이다. 상기 스킴 (scheme)은 색상을 생성하는데 유용한 이점을 제공한다. 베어 HCG 및 Cu-충전 HCG의 경우, s-pol 공진은 필드 최대값이 금속 표면에서 멀리 떨어져 있으므로 p-pol 응답만큼 금속 손실의 영향을 크게 받지 않는다. 결과적으로, 교차 편광 반사 세기는 두 HCG에 대해 강하게 유지된다 (도 1의 f). 본 발명자들은, 베어 HCG 및 Cu-충전 HCG와 달리 부분적으로 Cu-충전된 HCG는 s-pol 및 p-pol 응답 모두에 의존하여 교차 편광 반사(cross-polarized reflection)를 생성하여, s-pol 응답 단독보다 훨씬 더 넓은 교차 편광 응답을 초래하는 것에 주목하였다. 이는, HCG의 베어 부분 내에서 기본 p-pol 모드의 간섭에 기인하며, 또한 파장에 걸쳐 ~π 위상 이동을 생성한다.For HCG rotated by -45° in response to the incident polarization and observed through a cross-polarizer (Fig. 1a), the s-pol resonance for both bare HCG and Cu-filled HCG is polarized Since the tilt angle of the ellipse is close to 45° at resonance and close to -45° at non-resonance, it is directly related to the large reflection intensity (e in Fig. 1). This is because the p-pol resonance is attenuated by a lossy metal (a metal that greatly attenuates light) and the s-pol resonance determines the tilt angle. This scheme provides useful advantages for generating color. For bare HCG and Cu-filled HCG, the s-pol resonance is not affected as much by metal loss as the p-pol response because the field maxima are far from the metal surface. As a result, the cross-polarized reflection intensity remains strong for both HCGs (Fig. 1f). The present inventors found that, unlike bare HCG and Cu-filled HCG, partially Cu-filled HCG generates cross-polarized reflections that depend on both s-pol and p-pol responses, resulting in the s-pol response It was noted that this resulted in a much broader cross-polarization response than either alone. This is due to the interference of the fundamental p-pol mode within the bare part of the HCG, which also creates a ~π phase shift across wavelengths.

전기화학적 구조색 픽셀의 작동Electrochemical Structural Color Pixel Behavior

스펙트럼 이동을 실험적으로 관찰하기 위하여, 도 1의 a의 스킴에 따라 이미징 설정을 구성하였다. 편광된 백색 광은 각각 50/50 빔 스플리터(beam splitter) 및 낮은 N.A. 대물 렌즈를 통하여 동적 색상 픽셀에 지향하고 초점을 맞추었으며, 반사된 빛은 입사 편광에 대하여 직각으로 배열된 선형 편광자에 의하여 필터링되었다. 이는, HCG 외부 영역에서 회전되지 않거나 180° 회전된 필드를 차단함으로써 어두운 배경 및 고대비를 보장한다. 색상을 전기적으로 제어하기 위하여, Pt 작업 전극(working electrode; WE), ITO 상대 전극(counter electrode; CE) 및 디메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide; DMSO)에 용해된 구리(II) 질산염 삼수화물(1M; Cu(NO3)2·3H2O)로 구성된 전해질을 포함하는 전기화학적 셀에 HCG를 통합하였다 (2. 전기화학적 셀 제조 참조). 축소된 셀 크기로 인하여 기준 전극 (reference electrode)의 사용은 불가능하지만, CV 특성은 반복된 사이클에서 대체로 일관되었다. 전자빔 리소그래피(e-beam lithography)를 사용하여, Pt 전극 상단의 전자빔 증착된 TiOx 막으로부터 290 nm 내지 510 nm의 주기를 갖는 50Х50 μm2 크기의 HCG를 생성하였다 (1. 픽셀 제조 참조). 각 픽셀은 도 1 의 a 내지 f에서 사용된 것과 동일한 HCG 슬릿 폭 및 높이 100 nm로 설계되었으며, 베어 및 Cu-충전 HCG 응답 사이의 약 170 nm의 큰 s-pol 스펙트럼 이동을 제공할 것으로 예측된다.In order to observe the spectral shift experimentally, the imaging setup was configured according to the scheme of Fig. 1a. Polarized white light was directed and focused to dynamic color pixels through a 50/50 beam splitter and low NA objective, respectively, and the reflected light was filtered by a linear polarizer arranged orthogonally to the incident polarization. It became. This ensures a dark background and high contrast by blocking unrotated or 180° rotated fields in the region outside the HCG. To electrically control color, Pt working electrode (WE), ITO counter electrode (CE) and copper(II) nitrate trihydrate (1M; HCG was incorporated into an electrochemical cell containing an electrolyte composed of Cu(NO 3 ) 2 3H 2 O) (see 2. Electrochemical Cell Fabrication). Although the use of a reference electrode was not possible due to the reduced cell size, the CV characteristics were largely consistent over repeated cycles. Using e-beam lithography, HCG with a size of 50Х50 μm 2 with a period of 290 nm to 510 nm was generated from an e-beam deposited TiO x film on top of a Pt electrode (see 1. Pixel Fabrication). Each pixel is designed with the same HCG slit width and height of 100 nm as used in Fig. 1 a to f, and is predicted to provide a large s-pol spectral shift of about 170 nm between bare and Cu-filled HCG responses. .

전기화학 계측기를 통해 두 전극에 전압을 인가함으로써, 슬릿의 Cu 점유 (Cu occupancy)를 제어하였다 (도 2의 a). 캐소딕 바이어스(cathodic bias), 즉, Cu2+ 이온을 Cu(s)로 환원시키는데 필요한 전위가 WE에 인가될 때, 슬릿 내부에 Cu가 증착된다. 개방 회로에서, Cu는 전해질 용액의 질산으로 인하여 몇 분에 걸쳐 용해된다. 이는, 과잉 산화 전류를 상쇄하는 작은 음의 바이어스로 중단될 수 있다. 용해는 산화를 통한 어노딕 바이어스(anodic bias)로 가속화된다. 상기 프로세스 전반에 걸쳐 뚜렷한 HCG 형태를 전면 주사 전자 현미경(scanning electron microscopy; SEM) 이미지 및 측면 고해상도 투과 전자 현미경(high-resolution transmission electron microscopy; HR-TEM)로 관찰할 수 있다 (도 2의 b). HCG 슬릿 내의 깨끗한 Pt 표면에서 (단계 I), Cu가 축적되어 부드럽고 균일한 커버리지(coverage)를 보여준다 (단계 II). 증착된 Cu가 HCG 높이를 초과하면, 더 이상 측면으로 제한되지 않고 더 큰(>~100 nm) 결정의 핵 생성을 촉진하는 증가된 이온 플럭스(ion flux)를 받는다 (단계 III). 주사 투과 전자 현미경 (scanning transmission electron microscopy; STEM) 및 에너지 분산 분광법 (energy dispersive spectroscopy; EDS)으로, HCG 및 증착된 금속의 주요 화학 조성이, 각각, TiOx 및 Cu인 것을 확인할 수 있다 (도 2의 c). Cu 증착과 달리, 용해는 공간적으로 산발적으로 발생하여 금속 스트립이 초기에 다공성이 되도록 한다 (단계 IV).Cu occupancy of the slit was controlled by applying a voltage to the two electrodes through an electrochemical meter (Fig. 2a). When a cathodic bias, that is, a potential required to reduce Cu 2+ ions to Cu(s) is applied to the WE, Cu is deposited inside the slit. In an open circuit, Cu dissolves over several minutes due to nitric acid in the electrolyte solution. This can be stopped with a small negative bias that offsets the excess oxidation current. Dissolution is accelerated with an anodic bias through oxidation. Distinct HCG morphology throughout the process can be observed in front scanning electron microscopy (SEM) images and lateral high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) images (Fig. 2b). . On the clean Pt surface in the HCG slit (Stage I), Cu accumulates and shows a smooth and uniform coverage (Stage II). When the deposited Cu exceeds the HCG height, it is no longer laterally restricted and receives an increased ion flux that promotes the nucleation of larger (>~100 nm) crystals (step III). Scanning transmission electron microscopy (STEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) confirm that the main chemical compositions of HCG and the deposited metal are TiO x and Cu, respectively (FIG. 2 of c). Unlike Cu deposition, dissolution occurs spatially and sporadicly, causing the metal strip to be initially porous (step IV).

WE 전극으로서 화학적으로 안정한 Pt를 사용하면, 반복되는 사이클 동안 견고성 및 장기간 가역성을 보장할 수 있다. 3.9초 및 24초 동안 -1.7 V 내지 0.7 V에서 교번하는 단계 전위(step potential)가 350 nm 주기 픽셀에 반복적으로 인가되었다. 교차 편광 반사 스펙트럼의 피크-대-피크 파장 및 관련된 픽셀의 이미지는 최대 540 사이클까지 변경되지 않고 유지되며 (도 2의 d), 이는 Ag/Au 합금의 성장에 의해 가역성이 제한되는 Au 나노돔(Au nanodome)에 Ag를 전착시킨 결과보다 2 배 이상 개선된 가역성을 나타낸다.The use of chemically stable Pt as the WE electrode ensures robustness and long-term reversibility during repeated cycles. Alternating step potentials from -1.7 V to 0.7 V for 3.9 s and 24 s were repeatedly applied to the 350 nm period pixels. The peak-to-peak wavelength of the cross-polarization reflectance spectrum and the associated pixel image remain unchanged up to 540 cycles (Fig. 2d), indicating that the reversibility is limited by the growth of Ag/Au alloy Au nanodomes ( It shows reversibility that is more than two times better than the result of electrodepositing Ag on the Au nanodome.

Cu 형태의 전기화학적 제어 및 상응하는 광학 응답Electrochemical control of Cu form and corresponding optical response

인가된 전압에 응하여 측정된 전류의 시간적 프로파일(도 3의 a)은 픽셀이 제공하는 고유한 작동 모드 세트에 대한 기작론적인 통찰력을 제공한다. 본 발명자들은 이러한 모드를 현재 프로필에서 1 내지 6으로서 레이블을 지정하고 p=290 nm 내지 510 nm의 픽셀에 걸쳐 상응하는 교차 편광 반사 이미지를 설명한다 (도 3의 b). 모든 픽셀은 주기-의존 s-pol 공진 (모드 1)에 의해 정의되는 광범위한 색상을 포함하는 베어 HCG로부터 시작한다. 캐소딕 전위 (cathodic potential)가 인가되면, 노출된 Pt 표면 근처의 Cu 이온이 즉시 감소하여 전류에 음의 스파이크가 생성된다. 단계 전위에 응하는 1D 확산-주도 환원(1D diffusion-dominated reduction)을 따르면, 이 전류는 환원성 Cu 이온의 유입 플럭스를 낮추는 증착된 표면에서의 감소된 이온 농도 구배로부터 t-0.5로 감쇠한다. 결과적으로 상승하는 Cu 표면은 적색이동하고, 상기 설명한 바와 같이 HCG의 충전되지 않은 부분 내에서 s-pol 및 p-pol 모드 기여를 통한 응답을 확장한다 (모드 2). 축적된 Cu가 HCG에 도달하면 (모드 3), 색상은 Cu-충전 HCG의 s-pol 공진에 의해 결정되어, CIE 색 공간 커버리지(CIE color space coverage)가 약 72%까지 축소된다 (도 3의 c). 본 발명자들은 Cu 두께가 HCG 높이를 초과하여, 결국 거친 연결된 필름을 형성하면, HCG 복굴절 (birefringence)이 무효화되어 픽셀 세기가 제거되는 것에 주목하였다. 그러나, 이것은, 일단 형성되면 HCG 바 상의 Cu가 불량한 전하 이동으로 인해 쉽게 제거될 수 없기 때문에, 본 발명에서 의도하는 '오프' 모드가 아니다.The temporal profile of the measured current in response to the applied voltage (Fig. 3a) provides mechanistic insight into the unique set of modes of operation that the pixel offers. We label these modes as 1 to 6 in the current profile and describe the corresponding cross-polarized reflection images across pixels from p = 290 nm to 510 nm (Fig. 3b). All pixels start from a bare HCG containing a wide range of colors defined by period-dependent s-pol resonance (mode 1). When a cathodic potential is applied, the Cu ions near the exposed Pt surface immediately decrease, creating a negative spike in the current. Following a 1D diffusion-dominated reduction corresponding to the step potential, this current decays with t -0.5 from the reduced ion concentration gradient at the deposited surface lowering the incoming flux of reducing Cu ions. As a result, the rising Cu surface redshifts and extends the response through s-pol and p-pol mode contributions within the uncharged part of HCG as described above (mode 2). When the accumulated Cu reaches HCG (mode 3), the color is determined by the s-pol resonance of Cu-filled HCG, reducing the CIE color space coverage to about 72% (Fig. 3 c). The inventors noted that when the Cu thickness exceeds the HCG height, eventually forming a coarsely connected film, the HCG birefringence is nullified and the pixel intensity is removed. However, this is not the 'off' mode intended in the present invention, since once formed, the Cu on the HCG bar cannot be easily removed due to poor charge transfer.

4.3초에서 0.7 V의 단계 전위를 인가하면, 지수함수적 감쇠 (decay)가 뒤따르는 양의 전류 스파이크로 설명되는, 전류가 반전된다 (도 3의 a). 상기 감쇠는 Cu의 점진적인 제거를 나타내며, 이로 인해 Cu는 점점 다공성이 되어 픽셀이 블랙 모드 (모드 4)로 전환된다. 극히 무질서한 시스템의 경우, 에너지는 유사한 커플링 효율로 파장에 걸쳐 균등하게 분할될 수 있으며 흡수 광대역을 제공하는 것으로 나타났다. 편광자 없이 Cu-충전 픽셀을 용해하는 광학 이미지는 현저한 다크닝(darkening)을 통해 상기 효과를 확인한다. 그러나, HCG 슬릿 내에서만 (즉, 픽셀 영역의 약 45%에서) 무질서가 발생하기 때문에, 이미지는 완전한 검정 색상 상태를 나타내지 않는 것에 유의하였다. 검정 색상 상태는 교차 편광 반사 (cross-polarized reflection)를 더욱 감소시키고 약 78% 내지 약 97% 범위의 최대 온/오프 스위칭 대비를 생성하는 다공성 Cu에 의한 편광 스크램블링(polarization scrambling)으로 인한 교차 편광자의 도움으로 달성된다. 산화 전류가 0에 근접하면 (모드 5), 다공성 Cu의 자명하지 않은 (nontrivial) 저항으로 인한 각 픽셀 영역의 전위차는 중앙보다 가장자리 근처에서 Cu를 더 빠르게 제거한다. 결국, 픽셀은 모드 1로 돌아간다 (모드 6). 증착 및 용해 시간에 걸쳐 표시되는 p=290 nm, 370 nm 및 450 nm로 선택된 픽셀의 측정된 교차 편광 반사 스펙트럼 (도 3의 d)은 모드 1에서 3까지의 정성적 경향이 본 발명자들의 이전 분석 계산과 일치하는, 스펙트럼 변화에 대한 보다 명확한 설명을 제공한다. 199 nm, 70 nm 및 53 nm의 피크 파장 이동은, 도 5에 표시된 해당 색도를 가진 3 개의 픽셀에서 관찰되었다. 이러한 이동은 금속 전착 및 이온 삽입 디자인의 최근 성과와 유사하지만, 측정된 온/오프 대비는 전기 변색 폴리머 기반의 대비와 비교하였을 때 가장 높다.Applying a step potential of 0.7 V at 4.3 seconds reverses the current, described as a positive current spike followed by an exponential decay (Fig. 3a). The attenuation represents the gradual removal of Cu, which causes the Cu to become increasingly porous and turns the pixel into a black mode (mode 4). For extremely disordered systems, it has been shown that energy can be split evenly across wavelengths with similar coupling efficiencies, giving a broad absorption band. Optical images of dissolving Cu-filled pixels without a polarizer confirm this effect through significant darkening. However, it was noted that the image did not exhibit a perfect black color condition, as disorder only occurs within the HCG slits (i.e., in about 45% of the pixel area). The black color state further reduces the cross-polarized reflection of the cross-polarizer due to polarization scrambling by the porous Cu, which produces maximum on/off switching contrasts in the range of about 78% to about 97%. achieved with the help When the oxidation current approaches zero (mode 5), the potential difference in each pixel region due to the nontrivial resistance of porous Cu removes Cu faster near the edges than in the center. Eventually, the pixel goes back to Mode 1 (Mode 6). The measured cross-polarized reflectance spectra of selected pixels (Fig. 3d) with p = 290 nm, 370 nm and 450 nm, plotted over deposition and dissolution times, show qualitative trends from Modes 1 to 3 in our previous analysis. Consistent with the calculations, it provides a clearer description of the spectral changes. Peak wavelength shifts of 199 nm, 70 nm and 53 nm were observed for the three pixels with corresponding chromaticities shown in FIG. 5 . This shift is similar to recent achievements in metal electrodeposition and ion intercalation designs, but the measured on/off contrast is the highest compared to electrochromic polymer-based contrast.

도 3의 f에 개략적으로 표시된 모델을 사용하여 교차 편광된 0 차 반사 스펙트럼 (도 3의 e)의 유한 차분 시간 영역 (finite-difference time-domain; FDTD) 시뮬레이션은 환원 및 산화 단계 동안 Cu의 상향식 충전 (bottom-up filling) 및 무작위 제거를 보여준다. 유한 시뮬레이션 볼륨과 관련된 큰 계산 요구를 피하면서 모든 프로세스를 캡처하기 위하여 평면파 소스 및 측면 주기 경계 조건이 사용되었다.Finite-difference time-domain (FDTD) simulations of the cross-polarized zero-order reflection spectra (Fig. 3e) using the model schematically shown in Fig. 3f show the bottom-up of Cu during the reduction and oxidation steps. Show bottom-up filling and random removal. A plane wave source and side-period boundary conditions were used to capture all processes while avoiding the large computational requirements associated with the finite simulation volume.

증착 동안, 나노 크기의 Cu 입자는 바닥으로부터 축적되어 슬릿을 채우는 것으로 가정하였다. 도 2의 b(Ⅲ)에서, HCG 높이를 넘어 증착된 과량의 Cu는, 단면 프로파일을 반영하기 위하여 반타원 실린더 형태로 성장하도록 모델링되었다 (도 6). 용해 중 도 2의 b(Ⅳ)의 무질서한 형태를 모방하기 위하여, 무작위로 분포된 약 30 nm 내지 약 140 nm 크기의 공극을 Cu가 완전히 제거될 때까지 연속적으로 도입하였다. 도 3의 d의 시간-분해 스펙트럼과 비교하기 위하여, 증착 및 용해 동안 시뮬레이션된 스펙트럼의 시간적 진화가 도 3의 e에 나타났으며, 도 6의 a 및 b에 자세히 설명되어 있다. 시뮬레이션된 경향은 측정된 결과와 정성적으로 일치하며 (도 3의 d), 모델링된 메커니즘을 지원한다. 불일치성 또한 관찰할 수 있으며, 그 중 하나는 시뮬레이션에 대한 더 급격한 1차 회절 온셋 (onset)이다. 이는, 모델은 주기적인 경계 조건 및 평면파 소스를 사용하는 반면, 본 발명의 측정은 낮은 NA 대물 렌즈를 통해 유한한 크기의 격자를 조사하기 때문이다. 또한, 본 발명의 모델은 성장한 Cu의 전체 구조적 세부 사항을 캡처하지 못하기 때문에, HCG를 넘어서는 과도한 Cu 증착 동안, 신호 감쇠 동작 (signal attenuation behavior)은 다르다. 마지막으로, 실제 픽셀 크기는 유한하고 전기화학 셀의 원거리 손실 소스는 시뮬레이션에서 고려되지 않기 때문에, 측정된 반사 강도는 시뮬레이션된 결과보다 약간 작다.During deposition, nano-sized Cu particles were assumed to accumulate from the bottom and fill the slits. In b(III) of FIG. 2, the excess Cu deposited beyond the HCG height was modeled to grow in the shape of a semi-elliptic cylinder to reflect the cross-sectional profile (FIG. 6). In order to mimic the disordered form of b(IV) in FIG. 2 during dissolution, randomly distributed pores with a size of about 30 nm to about 140 nm were continuously introduced until Cu was completely removed. For comparison with the time-resolved spectra in Fig. 3d, the temporal evolution of the simulated spectra during deposition and dissolution is shown in Fig. 3e and detailed in Figs. 6a and b. The simulated trends qualitatively agree with the measured results (Fig. 3d) and support the modeled mechanism. Inconsistencies can also be observed, one of which is the sharper first-order diffraction onset for the simulation. This is because the model uses periodic boundary conditions and a plane wave source, whereas the measurement of the present invention investigates a grating of finite size through a low NA objective lens. Also, during excessive Cu deposition beyond HCG, the signal attenuation behavior is different because our model does not capture the full structural details of the as-grown Cu. Finally, because the actual pixel size is finite and the far-field loss sources of the electrochemical cell are not taken into account in the simulation, the measured reflection intensity is slightly smaller than the simulated result.

강도를 약화시키는 광대역 흡수는 성장한 Cu 및 다공성 Cu의 상부의 필드 맵에서 확인되고 (도 3의 f), 이는, 임의의 파장에서 국부적으로 집중된 필드를 나타낸다. 이는, 거친 형태 (rough morphology)로 인해 발생하는 광학 손실의 부위를 나타낸다. 실제로, HCG 슬릿을 Cu로 과도하게 채우는 것은 용해 속도를 늦추고 조정된 색상을 약화시키기 때문에 비실용적이다. 반면, Cu로 슬릿을 약간 채우면 용해가 촉진되고 조정된 색상이 밝게 유지된다. 실제로, 증착된 Cu 두께가 HCG 높이보다 훨씬 작은 경우, 제한된 다공성 Cu 부피가 플라즈모닉 흡수를 위한 더 적은 부위를 제공하기 때문에, 용해는 검정 색상으로 돌아가지 않는(검정 색상을 우회하는) 다이렉트 색상 복원을 초래한다.Broadband absorption weakening intensities are identified in the field maps on top of as-grown Cu and porous Cu (Fig. 3f), indicating locally focused fields at arbitrary wavelengths. This represents a site of optical loss occurring due to the rough morphology. In practice, overfilling the HCG slits with Cu is impractical as it slows down the dissolution and weakens the tuned color. On the other hand, slightly filling the slits with Cu promotes dissolution and keeps the tuned color bright. In fact, when the deposited Cu thickness is much smaller than the HCG height, dissolution directly restores the color without returning to black color (bypassing black color), since the limited porous Cu volume provides fewer sites for plasmonic absorption. causes

도 1의 f의 결과와 달리, p=370 nm 및 450 nm 픽셀에서 시뮬레이션된 스펙트럼 이동은 약 100 nm 미만이다. 또한, Cu 두께가 HCG 높이에 도달하기 전에 p=290 nm 픽셀이 검게 변하는 것을 알 수 있다. 상기 차이는 도 1에 사용된 직사각형 모양과 비교하여, HCG 바 내부에서 최대 공진 필드를 효과적으로 수축하고 슬릿 내부에서 그것을 확대하는 실제 HCG 바의 사다리꼴 모양에 기인한다 (도 3의 f). 이는, 직사각형 HCG의 슬릿 폭을 늘리는 것과 동일하며, 이는 베어 및 Cu-충전 상태 사이의 스펙트럼 이동을 감소시킨다. 더 작은 주기 (예: p=290 nm)에서, Cu가 HCG 높이에 도달하기 전에도 β0가 억제될 정도로 수축은 커진다.Unlike the result of Fig. 1 f, the simulated spectral shift at p = 370 nm and 450 nm pixels is less than about 100 nm. It can also be seen that the p = 290 nm pixel turns black before the Cu thickness reaches the HCG height. The difference is due to the trapezoidal shape of the actual HCG bar, which effectively contracts the maximum resonant field inside the HCG bar and expands it inside the slit, compared to the rectangular shape used in Figure 1 (Figure 3 f). This is equivalent to increasing the slit width of rectangular HCG, which reduces the spectral shift between bare and Cu-filled states. At smaller periods (e.g., p=290 nm), the contraction becomes so large that β 0 is suppressed even before Cu reaches the HCG height.

디스플레이 요소로서의 입증Proof as a display element

본 발명의 픽셀의 실제 적용 가능성을 강조하기 위하여, 두 가지 유형의 입증을 제공한다. 첫 번째는 픽셀 색상의 동적 변화(active tunability)를 활용하는 색상 스위칭 디스플레이를 설명하고, 두 번째는 온/오프 스위칭을 특징으로 하는 3×5 픽셀 매트리스를 보여준다. 본 발명자들은 p=290 nm 내지 450 nm의 HCG를 사용하여 수동으로 인코딩된 녹색 및 파란색을 표시하는 30 μm 내지 90 μm 크기의 과일 모양의 픽셀을 제작하였다 (도 4의 a). 0.5초 동안 -1.5 V의 전압을 인가하면, 과일은 주황색과 노란색으로 변하고, 0.8초 동안 1.45 V로 전압을 되돌리면 빠르게 원래 상태로 돌아간다. 상기 1초 미만의 색상 조정은 매우 규칙적으로 반복될 수 있으며, 다공성 Cu의 부피가 제한되기 때문에 스위칭 오프는 없다. 조정된 색상을 스위치 오프하기 위하여 -1.9 V의 더 큰 전위를 3 초 동안 인가하여 초기 Cu 부피를 증가시킨 후, 산화 전위를 인가하였다 (도 7). 도 7을 참조하면, 동일한 픽셀에서 색상 변화 이외의 검정 색상 (오프 상태) 구현이 가능한 것을 확인할 수 있다.To highlight the practical applicability of the pixel of the present invention, two types of proofs are provided. The first describes a color switching display that utilizes active tunability of pixel color, and the second shows a 3x5 pixel matrix featuring on/off switching. The present inventors fabricated fruit-shaped pixels ranging in size from 30 μm to 90 μm displaying manually encoded green and blue colors using HCG of p = 290 nm to 450 nm (Fig. 4a). When a voltage of -1.5 V is applied for 0.5 seconds, the fruit turns orange and yellow, and when the voltage is returned to 1.45 V for 0.8 seconds, it quickly returns to its original state. The sub-second color adjustment can be repeated very regularly, and there is no switching off because the volume of porous Cu is limited. To switch off the tuned color, a higher potential of -1.9 V was applied for 3 seconds to increase the initial Cu volume, followed by application of the oxidation potential (FIG. 7). Referring to FIG. 7 , it can be confirmed that a black color (off state) can be implemented in the same pixel other than color change.

두 번째 입증을 위하여, p=400 nm의 50x50 μm2 크기의 HCG로 구성된 개별적으로 조정할 수 있는 3Х5 픽셀 매트릭스를 제조하였다. 색상 변조를 시키지 않은 픽셀 (즉, 전압을 가하지 않은 상태의 초기의 색)에서 온/오프 스위칭을 보여주기 위해 각 픽셀에서 -1.7 V의 짧은 단계 전위가 0.3 초 동안 인가되어 HCG 슬릿 내에 Cu를 빠르게 사전 증착하고, 그 후 2.2 초 동안 0.7 V의 역전위를 가하여 이를 용해하고 다공성 형태를 생성하였다. 오프 상태를 유지하기 위하여, Cu의 산성 용해를 유도하는 초과 셀 전위를 상쇄하는 -0.37 V의 음전위를 인가해야 한다 (도 8의 a). 도 4의 b는 매트릭스의 선택된 픽셀이 순차적으로 꺼지는 것을 보여준다. 여러 픽셀을 바이어싱 (biasing)하여, 동일한 매트릭스에 'SURE' 및 'NANO'라는 단어가 표시되어 (도 4의 c), 알파벳 디스플레이로서의 가능성을 입증하였다. 본 발명자들은 현재의 성능은 픽셀에 걸친 전위 구배에 의해 구동되는 누화(cross-talk)에 의하여 제한되며, 이는, 분리 뱅크(isolation bank)로서 역할하는 확산 장벽을 추가함으로써 해결할 수 있다. 본 발명의 디자인은 온 상태 및 오프 상태에 대하여 각각 최대 2.17 s-1 및 0.48 s-1의 스위칭 속도를 달성하고, 변경 및 복원에 대하여 각각 최대 2 s-1 및 1.25 s-1의 색상 조정 속도를 달성한다. 이러한 속도는 종래의 금속 전착 디자인의 것들과 비슷하거나 더 빠르며, 전해질 전도도를 높이거나 픽셀 영역을 줄여 스위칭 속도를 개선함으로써 더욱 향상될 수 있다. 또한, 현재의 디자인은 입사광과 반사광에 대하여 별도의 편광판을 사용하는 것에 의존하고 있다. 이것은 현미경에서 구현하는 것은 간단하지만, 공간적 크기 제약을 갖는 실제 디스플레이에서는 간단하지 않다. 이를 위하여, 야누스(Janus) 메타표면은 얇은 시트에서 면외 대칭이 깨진 메타원자를 통해 전파 방향이 반대인 빛에 대해 서로 다른 광학 기능이 인코딩되는 유망한 솔루션이다. 비대칭 전송을 지원하는 이러한 메타표면 (예를 들어, 순방향 전파 선형 편광 및 역방향 전파 직교 편광)은 교차 편광 방식에 대한 가능한 대안을 제공한다.For the second demonstration, an individually tunable 3Х5 pixel matrix composed of 50 × 50 μm 2 HCG with p = 400 nm was fabricated. To demonstrate on/off switching in pixels that were not color-modulated (i.e., the initial color with no voltage applied), a short step potential of -1.7 V was applied for 0.3 s at each pixel to rapidly displace Cu within the HCG slit. pre-deposited, after which a reverse potential of 0.7 V was applied for 2.2 seconds to dissolve it and create a porous form. To maintain the off state, a negative potential of -0.37 V must be applied to offset the excess cell potential that induces acidic dissolution of Cu (Fig. 8a). Fig. 4b shows that selected pixels of the matrix are sequentially turned off. By biasing several pixels, the words 'SURE' and 'NANO' were displayed on the same matrix (Fig. 4c), proving its potential as an alphabet display. The present inventors find that the current performance is limited by cross-talk driven by the potential gradient across the pixel, which can be addressed by adding a diffusion barrier that acts as an isolation bank. The design of the present invention achieves switching speeds of up to 2.17 s -1 and 0.48 s -1 for on-state and off-state, respectively, and color adjustment speeds of up to 2 s -1 and 1.25 s -1 for change and restore, respectively. to achieve These speeds are comparable to or faster than those of conventional metal electrodeposition designs and can be further improved by improving the switching speed by increasing the electrolyte conductivity or reducing the pixel area. Also, current designs rely on using separate polarizers for incident and reflected light. This is simple to implement in a microscope, but not straightforward in a real display with spatial size constraints. To this end, Janus metasurfaces are a promising solution in which different optical functions are encoded for light in opposite directions of propagation through out-of-plane symmetry-broken metaatoms in thin sheets. Such metasurfaces supporting asymmetric transmission (eg, forward propagation linear polarization and reverse propagation orthogonal polarization) provide a viable alternative to cross-polarization schemes.

요약하면, 본 발명에서는 고대비격자(HCG) 아래의 Pt 전극의 노출된 부분에서 Cu 이온의 전기화학적 산화 환원을 수반하는 독특한 광학 메커니즘을 통하여, 능동적인 색상 조정 및 온/오프 스위칭을 달성하는 동적 구조색 픽셀을 입증하였다. HCG에서의 도파관-어레이 모드(waveguide-array mode)의 모드 간섭 (modal interference) 및 Cu 점유에 의해 '뮤티드(muted)' 또는 '언뮤티드(unmuted)'될 수 있는 두 번째 s-pol 모드의 상태는, 교차-편광 이미징 설정 하에서, 베어 및 Cu-충전 HCG의 색상을 결정한다. 상기 메커니즘은 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polariton)을 기반으로 하는 메커니즘과 대조되므로, 플라즈몬 손실이 없는 선명한 색상을 생성한다. 반대로, Cu 용해를 수반하는 초기 무질서는, 광대역 플라즈모닉 흡수 및 탈분극 산란(depolarized scattering)을 통하여 오프 상태를 생성한다. Pt의 우수한 화학적 안정성, 고 대비 및 낮은 작동 전위(ΔV<3 V) 외에도, 본 발명의 픽셀은 능동적으로 조정 가능한 구조색을 동적 디스플레이 요소로서 촉진하는데 요구되는 핵심 기능을 제공한다.In summary, the present invention achieves dynamic color adjustment and on/off switching through a unique optical mechanism involving electrochemical redox of Cu ions in the exposed portion of the Pt electrode under the high contrast lattice (HCG). Structural color pixels were demonstrated. of the second s-pol mode, which can be 'muted' or 'unmuted' by modal interference and Cu occupation of the waveguide-array modes in the HCG. The condition determines the color of bare and Cu-filled HCG under cross-polarization imaging setup. This mechanism contrasts with mechanisms based on surface plasmon polaritons, resulting in vivid colors with no plasmon losses. Conversely, incipient disorder accompanying Cu dissolution produces an off state through broadband plasmonic absorption and depolarized scattering. In addition to Pt's excellent chemical stability, high contrast and low operating potential (ΔV<3 V), the pixel of the present invention provides key features required to promote actively tunable structural color as a dynamic display element.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.The above description of the present application is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof should be construed as being included in the scope of the present application. .

Claims (13)

반사 기판; 유전체 격자; 전해질; 및 투명 전극
을 포함하는, 동적 구조색 픽셀로서,
상기 전해질은 금속염을 포함하는 것이며,
상기 금속염의 금속은 상기 유전체 격자의 슬릿 상에서 전기화학적 증착-용해됨으로써, 색 변화 및/또는 온/오프 스위칭을 구현하는 것인,
동적 구조색 픽셀.
reflective substrate; dielectric grid; electrolytes; and transparent electrode
As a dynamic structure color pixel,
The electrolyte includes a metal salt,
The metal of the metal salt is electrochemically deposited-dissolved on the slit of the dielectric grid to realize color change and / or on / off switching.
Dynamic structure color pixels.
 제 1 항에 있어서,
상기 반사 기판은 Au, Pt 및 Pd에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인, 동적 구조색 픽셀.
According to claim 1,
Wherein the reflective substrate includes at least one selected from Au, Pt and Pd, dynamic structural color pixels.
 제 1 항에 있어서,
상기 유전체 격자는 Ti, Si, Zr, Ru, Ir, Ca, Ba, Sn, W, Cu, Mn, C, Mo, 이들의 조합, 이들의 산화물, 이들의 황화물, 및 이들의 질화물에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인, 동적 구조색 픽셀.
According to claim 1,
The dielectric grid is one selected from Ti, Si, Zr, Ru, Ir, Ca, Ba, Sn, W, Cu, Mn, C, Mo, combinations thereof, oxides thereof, sulfides thereof, and nitrides thereof. A dynamic structure color pixel, comprising the above.
 제 1 항에 있어서,
상기 유전체 격자의 주기는 200 nm 내지 800 nm이고,
상기 유전체 격자의 슬릿 폭은 50 nm 내지 400 nm인 것인, 동적 구조섹 픽셀.
According to claim 1,
The period of the dielectric grating is 200 nm to 800 nm,
The slit width of the dielectric grid is 50 nm to 400 nm, dynamic structure sec pixel.
 제 1 항에 있어서,
상기 금속염은 Cu, Ni, Zn, Ag, Sn, Bi, Pb, 및 Al에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 것인, 동적 구조색 픽셀.
According to claim 1,
Wherein the metal salt includes at least one metal selected from Cu, Ni, Zn, Ag, Sn, Bi, Pb, and Al.
 제 1 항에 있어서,
상기 투명 전극은 ITO, FTO, ZnO 및 IZO에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인, 동적 구조색 픽셀.
According to claim 1,
The dynamic structural color pixel, wherein the transparent electrode includes at least one selected from ITO, FTO, ZnO, and IZO.
 제 1 항에 있어서,
상기 금속의 이온 환원 전위보다 큰 캐소딕 바이어스가 인가될 때, 상기 금속은 전기화학적 증착되는 것인, 동적 구조색 픽셀.
According to claim 1,
wherein the metal is electrochemically deposited when a cathodic bias greater than the ionic reduction potential of the metal is applied.
 제 1 항에 있어서,
상기 금속의 이온 환원 전위보다 큰 어노딕 바이어스가 인가될 때, 상기 금속은 전기화학적 용해되는 것인, 동적 구조색 픽셀.
According to claim 1,
wherein the metal undergoes electrochemical dissolution when an anodic bias greater than the ionic reduction potential of the metal is applied.
 제 1 항에 있어서,
상기 금속은 인가 전압 -3 V 내지 0 V의 범위에서 전기화학적 증착되는 것인, 동적 구조색 픽셀.
According to claim 1,
Wherein the metal is electrochemically deposited at an applied voltage in the range of -3 V to 0 V.
 제 1 항에 있어서,
상기 금속은 인가 전압 0 V 내지 3 V의 범위에서 전기화학적 용해되는 것인, 동적 구조색 픽셀.
According to claim 1,
wherein the metal is electrochemically dissolved in an applied voltage range of 0 V to 3 V.
 제 1 항에 있어서,
상기 금속의 전기화학적 증착에 의하여 색 변화를 구현하는 것인, 동적 구조색 픽셀.
According to claim 1,
A dynamic structural color pixel, wherein the color change is implemented by electrochemical deposition of the metal.
 제 1 항에 있어서,
상기 금속의 전기화학적 증착-용해에 의하여 온/오프 스위칭을 구현하는 것인, 동적 구조색 픽셀.
According to claim 1,
wherein on/off switching is realized by electrochemical deposition-dissolution of the metal.
 제 1 항에 따른 동적 구조색 픽셀을 포함하는, 디스플레이.A display comprising a dynamic structure color pixel according to claim 1 .
KR1020220080200A 2021-12-01 2022-06-30 Active structural color pixel KR20230082545A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102030010B1 (en) 2019-05-03 2019-10-08 국방과학연구소 Electrochromic device, method of preparing the same, and panchromatic type of electrochromic skin for active camouflage

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KR102030010B1 (en) 2019-05-03 2019-10-08 국방과학연구소 Electrochromic device, method of preparing the same, and panchromatic type of electrochromic skin for active camouflage

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