KR100981313B1 - Patterns having super-hydrophobic and super-hydrorepellent surface and method of forming the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴 및 그 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pattern having a superhydrophobic and superhydrophobic surface and a method of forming the same.

본 발명에 따른 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴은 1㎛ 내지 50㎛의 지름과 0.5㎛ 내지 100㎛의 깊이를 갖는 복수의 마이크로보울이 균일하게 배열된 마이크로보울어레이를 포함한다.The pattern having a superhydrophobic and superhydrophobic surface according to the present invention includes a microbowl array in which a plurality of micro bowls having a diameter of 1 μm to 50 μm and a depth of 0.5 μm to 100 μm are uniformly arranged.

본 발명에 따르면, 마이크로렌즈어레이 또는 마이크로보울어레이의 구조를 이용하여 초소수성 및 초발수성 표면을 구현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to implement a superhydrophobic and superhydrophobic surface by using a structure of a microlens array or a micro bowl array.

초소수성, 초발수성, 나노구조, 마이크로렌즈, 마이크로보울, 마이크로-나노복합체, 표면개질 Superhydrophobic, Superhydrophobic, Nanostructured, Microlenses, Microbowl, Micro-Nanocomposite, Surface Modified

Description

초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴 및 그 형성방법{PATTERNS HAVING SUPER-HYDROPHOBIC AND SUPER-HYDROREPELLENT SURFACE AND METHOD OF FORMING THE SAME}PATTERNS HAVING SUPER-HYDROPHOBIC AND SUPER-HYDROREPELLENT SURFACE AND METHOD OF FORMING THE SAME}

본 발명은 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴 및 그 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pattern having a superhydrophobic and superhydrophobic surface and a method of forming the same.

일반적으로, 소수성 표면을 구현하는 방법은 크게 구조적인 방법과 화학적인 방법으로 나눌 수 있다.In general, the method of implementing a hydrophobic surface can be largely divided into structural methods and chemical methods.

먼저, 소수성 표면을 구현하는 구조적인 방법은 물질 표면의 거칠기(roughness)를 증가시켜 고체인 물질 표면과 액체 간의 접촉각을 증가시키는 방법으로 알려져 있다. 물질 표면이 거칠어짐에 따라 소수성이 증가되는 성질을 이용하여 초소수성 표면을 구현한 기술들은 많이 보고된 바 있다.First, a structural method of implementing a hydrophobic surface is known to increase the roughness of the material surface to increase the contact angle between the solid material surface and the liquid. Many techniques have been reported for implementing superhydrophobic surfaces using a property in which hydrophobicity increases as the material surface becomes rough.

그러나, 종래 기술들은 대부분 기둥 모양의 구조를 갖는 소수성 표면의 패턴들로 집중되어 있다. 이러한 소수성 표면의 패턴의 제조 방법은 복잡하며, 재료적인 측면에서도 제조물질에 대한 많은 비용이 소요된다. 또한, 대면적 기판 상에 균일하게 형성하는데 한계가 있으며, 유연한 기판(flexible)상에 형성 할 수 없는 문 제점이 있다.However, the prior art is mostly concentrated in patterns of hydrophobic surfaces having a columnar structure. The manufacturing method of the pattern of the hydrophobic surface is complicated, and in terms of material, it is expensive for the production material. In addition, there is a limit to uniformly forming on a large area substrate, there is a problem that can not be formed on a flexible substrate (flexible).

다음으로, 소수성 표면을 구현하는 화학적인 방법은 물질 표면에 탄화불소 또는 탄화수소 등과 같은 소수성 화학 물질을 코팅하는 방법이다. 소수성 화학 물질 가운데 탄화불소계열의 폴리머는 강한 소수성을 띄는 것으로 알려져 있어 널리 사용되고 있다. 한편, 특정 물질이 빛이나 열에 의해 화학조성이 바뀌는 성질을 이용하여 친수성 및 소수성이 가역적으로 나타나는 표면을 구현하는 방법도 제안되었다. Next, a chemical method of implementing a hydrophobic surface is a method of coating a hydrophobic chemical such as fluorocarbon or hydrocarbon on the surface of the material. Among hydrophobic chemicals, fluorocarbon polymers are widely used because they are known to exhibit strong hydrophobicity. Meanwhile, a method of realizing a surface in which hydrophilicity and hydrophobicity are reversible using a property of changing a chemical composition of a specific material by light or heat has also been proposed.

그러나, 소수성 표면을 구현하는 화학적인 방법의 경우, 소수성 표면의 구현을 위해 사용할 수 있는 물질이 제한적이라는 단점이 있다.However, in the case of the chemical method for implementing the hydrophobic surface, there is a disadvantage that the material that can be used for the implementation of the hydrophobic surface is limited.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 균일하게 형성된 패턴을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention for solving this problem is to provide a uniformly formed pattern having a superhydrophobic and superhydrophobic surface.

또한, 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴을 다양한 물질을 사용하여 대면적의 다양한 기판상에 구현할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a method capable of embodying a pattern having superhydrophobic and superhydrophobic surfaces on various substrates of a large area using various materials.

본 발명에 따른 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴은, 1㎛ 내지 50㎛의 지름과 0.5㎛ 내지 100㎛의 깊이를 갖는 복수의 마이크로보울이 균일하게 배열된 마이크로보울어레이를 포함한다.The pattern having a superhydrophobic and superhydrophobic surface according to the present invention includes a microbowl array in which a plurality of micro bowls having a diameter of 1 μm to 50 μm and a depth of 0.5 μm to 100 μm are uniformly arranged.

마이크보울의 표면상에 형성된 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 더 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to further include a nanostructure or micro-nanocomposite formed on the surface of the microphone bowl.

마이크로보울의 지름과 깊이의 비율을 나타내는 종횡비는 0.5 이상 10 이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.It is preferable that the aspect ratio which shows the ratio of the diameter and depth of a micro bowl has a range of 0.5 or more and 10 or less.

마이크로보울의 지름은 서로 인접한 마이크로보울간의 중심거리인 마이크로보울의 간격보다 같거나 더 긴 길이를 갖는 것이 바람직하다.The diameter of the microbowl is preferably equal to or longer than the spacing of the microbowl, which is the center distance between adjacent microbowl.

마이크로보울의 지름이 마이크로보울의 간격보다 더 긴 길이를 가지어 복수의 마이크로보울 간에는 평평한 면이 없도록 형성된 것이 바람직하다.It is preferable that the diameter of the micro bowl is longer than the spacing of the micro bowl so that there is no flat surface between the plurality of micro bowls.

마이크로보울의 지름과 깊이의 비율을 나타내는 종횡비는 0.5 이상 10 이하의 범위를 갖되, 마이크로보울의 지름이 서로 인접한 마이크로보울 간의 중심거리인 마이크로보울의 간격보다 긴 길이를 가지어 복수의 마이크로보울 간에는 평평한 면이 없도록 형성된 것이 바람직하다.The aspect ratio representing the ratio of the diameter and depth of the micro bowl is in the range of 0.5 to 10, but the diameter of the micro bowl is flat between the plurality of micro bowls because the diameter of the micro bowl is longer than the distance between the micro bowls, which is the center distance between adjacent micro bowls. It is preferable that it is formed so that there is no surface.

본 발명에 따른 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴은, 1㎛ 내지 50㎛의 지름과 0.5㎛ 내지 100㎛의 높이를 갖는 복수의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 마이크로렌즈어레이를 포함한다.The pattern having a superhydrophobic and superhydrophobic surface according to the present invention includes a microlens array in which a plurality of microlenses having a diameter of 1 μm to 50 μm and a height of 0.5 μm to 100 μm are uniformly arranged.

마이크렌즈의 표면상에 형성된 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 더 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to further include a nanostructure or micro-nanocomposite formed on the surface of the microlens.

마이크로렌즈의 지름과 높이의 비율을 나타내는 종횡비는 0.5 이상 10 이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.It is preferable that the aspect ratio which shows the ratio of the diameter and height of a micro lens has a range of 0.5 or more and 10 or less.

마이크로렌즈의 지름은 서로 인접한 마이크로렌즈 간의 중심거리인 마이크로 렌즈의 간격보다 같거나 더 긴 길이를 갖는 것이 바람직하다.The diameter of the microlenses is preferably equal to or longer than the spacing of the microlenses, which is the center distance between the microlenses adjacent to each other.

마이크로렌즈의 지름이 마이크로렌즈의 간격보다 더 긴 길이를 가지어 복수의 마이크로렌즈 간에는 평평한 면이 없도록 형성된 것이 바람직하다.It is preferable that the diameter of the microlenses has a length longer than that of the microlenses so that there is no flat surface between the plurality of microlenses.

마이크로렌즈의 지름과 높이의 비율을 나타내는 종횡비는 0.5 이상 10 이하의 범위를 갖되, 마이크로렌즈의 지름이 마이크로렌즈의 간격보다 더 긴 길이를 가지어 복수의 마이크로렌즈 간에는 평평한 면이 없도록 형성된 것이 바람직하다.The aspect ratio representing the ratio of the diameter and the height of the microlenses may be in a range of 0.5 to 10, but the diameter of the microlenses is longer than the interval of the microlenses, so that the microlenses are formed so that there is no flat surface between the plurality of microlenses. .

본 발명에 따른 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴을 형성하는 방법은, (a) 포토 리소그래피 공정을 이용하여 복수의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계 및 (b) 마이크로렌즈어레이를 틀로 이용하여 마이크로렌즈의 상보적 형태를 갖는 복수의 마이크로보울이 균일하게 배열된 마이크로보울어레이를 형성하는 단계를 포함한다.The method for forming a pattern having a superhydrophobic and superhydrophobic surface according to the present invention comprises the steps of (a) forming a microlens array in which a plurality of microlenses are uniformly arranged using a photolithography process and (b) microlenses Using the array as a frame to form a micro bowl array in which a plurality of micro bowls having complementary shapes of micro lenses are uniformly arranged.

(b)단계 이후,after step (b),

마이크로보울어레이의 표면 거칠기가 증가되도록 플라즈마 에칭 또는 이온 밀링의 식각공정을 통해 마이크로보울의 표면을 식각하여 마이크로보울의 표면상에 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to further include forming a nanostructure or a micro-nanocomposite on the surface of the micro bowl by etching the surface of the micro bowl through a plasma etching or an ion milling etching process so as to increase the surface roughness of the micro bowl array. .

(b)단계 이후,after step (b),

마이크로보울 표면상에 소수성 물질을 코팅하여 표면개질하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to further include the step of surface modification by coating a hydrophobic material on the microbowl surface.

본 발명에 따른 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴을 형성하는 방법은, (a) 포토 리소그래피 공정을 이용하여 마이크로보울어레이를 형성하는 단계 및 (b) 마이크로보울어레이를 틀로 이용하여 마이크로보울의 상보적 형태를 갖는 복수의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The method for forming a pattern having a superhydrophobic and superhydrophobic surface according to the present invention comprises the steps of (a) forming a micro bowl array using a photolithography process and (b) complementing the micro bowl using the micro bowl array as a frame. Preferably, the method includes forming a microlens array in which a plurality of microlenses having a proper shape are uniformly arranged.

(b)단계 이후,after step (b),

마이크로렌즈어레이의 표면의 거칠기가 증가되도록 플라즈마 에칭 또는 이온 밀링의 식각공정을 통해 마이크로렌즈의 표면을 식각하여 마이크로보울의 표면상에 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.The method may further include forming nanostructures or micro-nanocomposites on the surface of the microbowl by etching the surface of the microlens through plasma etching or etching of ion milling to increase the roughness of the surface of the microlens array. Do.

(b)단계 이후,after step (b),

복수의 마이크로렌즈 표면상에 소수성 물질을 코팅하여 표면개질하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.The method may further include coating and modifying the surface of the hydrophobic material on the plurality of microlens surfaces.

본 발명에 따른 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴을 형성하는 방법은, (a) 기판 상에 마스킹 물질을 패터닝하고, 패터닝된 마스킹 물질을 통해 기판의 일면을 등방성 식각하여, 복수의 마이크로보울이 균일하게 배열된 마이크로보울어레이를 형성하는 단계 및 (b) 마이크로보울어레이를 틀로 이용하여 마이크로보울의 상보적 형태를 갖는 복수의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.According to the present invention, a method of forming a pattern having a superhydrophobic and superhydrophobic surface includes: (a) patterning a masking material on a substrate, and isotropically etching one surface of the substrate through the patterned masking material, thereby forming a plurality of micro bowls. To form a uniformly arranged micro bowl array And (b) forming a microlens array in which a plurality of microlenses having a complementary shape of the microbowl are uniformly arranged using the microbowl array as a frame.

(b)단계 이후,after step (b),

마이크로렌즈어레이의 표면의 거칠기가 증가되도록 플라즈마 에칭 또는 이온 밀링의 식각공정을 통해 마이크로렌즈의 표면을 식각하여 마이크로보울의 표면상에 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.The method may further include forming nanostructures or micro-nanocomposites on the surface of the microbowl by etching the surface of the microlens through plasma etching or etching of ion milling to increase the roughness of the surface of the microlens array. Do.

(b)단계 이후,after step (b),

마이크로렌즈 표면상에 소수성 물질을 코팅하여 표면개질하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable to further include the step of surface modification by coating a hydrophobic material on the microlens surface.

본 발명에 따르면, 마이크로렌즈어레이 및 마이크로보울어레이의 구조를 이용하여 초소수성 및 초발수성 표면을 구현할 수 있다. According to the present invention, it is possible to implement a superhydrophobic and superhydrophobic surface by using the structure of the microlens array and the micro bowl array.

또한, 다양한 물질을 사용하여 비유연성 기판에서부터 유연성 기판까지 다양한 기판 위에 초소수성 및 초발수성 표면을 구현할 수 있으며, 마이크로렌즈 및 마이크로보울의 종횡비를 조절하여 초소수성 및 초발수성의 정도를 조절할 수 있다.In addition, various materials may be used to implement superhydrophobic and superhydrophobic surfaces on a variety of substrates, from non-flexible substrates to flexible substrates, and the degree of superhydrophobicity and superhydrophobicity may be controlled by adjusting aspect ratios of the microlenses and the micro bowl.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a pattern having a superhydrophobic and superhydrophobic surface according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 마이크로보울어레이의 단면을 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional view of a micro bowl array having a superhydrophobic and superhydrophobic surface according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴은 복수의 마이크로보울이 균일하게 배열된 마이크로보울어레이(200)를 포함한다. 마이크로보울은 도 1에 도시된 바와 같이, 소정의 지름(d1)과 깊이(h1)를 갖는 오목한 패턴을 의미한다. 마이크로보울은 1㎛ 내지 50㎛의 지름(d1)과 0.5㎛ 내지 100㎛의 깊이(h1)를 갖되, 마이크로보울의 지름(d1)과 깊이(h1)의 비율을 나타내는 종횡비(h1/d1)는 0.5 이상 10 이하의 범위를 갖도록 형성된 것이 바람직하다. 또한, 마이크로보울의 지름(d1)은 서로 인접한 마이크로보울 간의 중심거리인 마이크로보울의 간격(p1)과 같거나 더 긴 길이로 형성된 것일 수 있다. 여기서, 마이크로보울의 지름(d1)과 간격(p1)은 도 30에 도시된 도면을 통해 설명한다. 도 30은 마이크로보울어레이의 상측면을 나타낸 도면이다. 도 30a에서 하나의 원은 하나의 마이크로보울을 나타내며, 원에서 그 중심을 가로 지나는 직선의 길이(d)는 마이크로보울의 지름(d1)을 나타내며, 서로 인접한 마이크로보울 간의 중심을 잇는 직선의 길이(p)는 마이크로보울의 간격(p1)을 나타낸다. 여기서, 도 30a는 마이크로보울의 지름(d1)이 마이크로보울의 간격(p1)과 같은 경우를 나타낸 도면이다.Referring to FIG. 1, a pattern having a superhydrophobic and superhydrophobic surface according to the present invention includes a micro bowl array 200 in which a plurality of micro bowls are uniformly arranged. Microbowl refers to a concave pattern having a predetermined diameter d1 and depth h1, as shown in FIG. The microbowl has a diameter (d1) of 1 μm to 50 μm and a depth (h1) of 0.5 μm to 100 μm, but the aspect ratio (h1 / d1) representing the ratio of the diameter (d1) and the depth (h1) of the microbowl is It is preferable that it is formed to have a range of 0.5 or more and 10 or less. In addition, the diameter d1 of the microbowl may be formed to have a length equal to or longer than the spacing p1 of the microbowl, which is a center distance between adjacent microbowl. Here, the diameter d1 and the spacing p1 of the micro bowl will be described with reference to the drawing shown in FIG. 30. 30 is a view showing the upper side of the micro bowl array. In FIG. 30A, one circle represents one micro bowl, and the length d of the straight line passing through the center of the circle represents the diameter d1 of the micro bowl, and the length of the straight line connecting the centers between adjacent micro bowls ( p) represents the interval p1 of the microbowl. Here, FIG. 30A illustrates a case in which the diameter d1 of the micro bowl is equal to the interval p1 of the micro bowl.

또한, 복수의 마이크로보울은 그 지름(d1)이 마이크로보울의 간격(p1)보다 더 길게 형성되어 마이크로보울 간에 평평한 면이 없도록 형성된 것일 수 있다. 여기서, 마이크로보울의 지름(d1)은 도30b에 도시된 바와 같이, 인접한 마이크로보울 사이가 일정부분 겹치도록 형성된 경우, 마이크로보울을 나타내는 가상의 원에서 그 중심을 가로 지나는 직선의 길이(d)에 해당하며, 마이크로보울의 간격(p1)은 인접한 원 사이의 중심을 잇는 직선의 길이(p)에 해당한다. 또한, 평평한 면은 마이 크로보울의 깊이가 0인 경우에 평평하게 구성된 면을 의미하며, 복수의 마이크로보울이 도 30b와 같이 형성된 경우, 마이크로보울 간에 겹치는 지점(Pk)들은 각각 피크(Peak)구조를 이루게 된다.In addition, the plurality of micro bowls may be formed such that the diameter d1 is longer than the spacing p1 of the micro bowls so that there is no flat surface between the micro bowls. Here, as shown in Fig. 30B, the diameter d1 of the microbowl is defined as a length d of a straight line passing through the center of the imaginary circle representing the microbowl when it is formed to overlap at least partially between adjacent microbows. Correspondingly, the spacing p1 of the micro bowl corresponds to the length p of a straight line connecting the centers between adjacent circles. In addition, the flat surface refers to a surface configured flat when the depth of the micro bowl is 0, and when a plurality of micro bowls are formed as shown in Figure 30b, the overlapping points (Pk) between the micro bowls each have a peak structure Will be achieved.

도 1에 도시된 마이크로보울어레이(200)의 표면은 액체와의 접촉 시 접촉각(Contact angle)을 이루게 된다. 접촉각은 물질 표면의 소수성 또는 발수성을 가늠하는 척도로써 그 값이 증가할수록 물질 표면의 소수성과 발수성 또한 증가하게 된다. 마이크로보울어레이(200) 표면의 접촉각은 마이크로보울의 종횡비(h1/d1)가 증가될수록 증가하게 된다. 또한, 접촉각은 마이크로보울의 지름(d1)이 마이크로보울의 간격(p1)보다 짧게 형성된 경우에 비해 마이크로보울의 지름(d1)이 마이크로보울의 간격(p1)과 같거나 보다 길게 형성된 경우에 더욱 커질 수 있다. 이러한 이유는 마이크로보울의 지름(d1)이 마이크로보울 간격(p1)보다 길어지는 순간부터 마이크로보울과 마이크로보울이 만나는 지점이 평평한 면이 없는 피크(Peak)구조를 갖기 때문이다. 마이크로보울의 종횡비(h1/d1)가0.5이상부터 소수성 및 발수성이 나타나기 시작하며, 10까지 증가될 경우, 접촉각이 약 179도까지 증가되어 마이크로보울어레이(200) 표면의 소수성 및 발수성이 극대화될 수 있게 된다. 도 27은 본 발명에 따른 마이크로보울어레이를 나타낸 전자현미경사진이다.The surface of the micro bowl array 200 shown in FIG. 1 forms a contact angle upon contact with a liquid. The contact angle is a measure of the hydrophobicity or water repellency of the material surface. As the value increases, the hydrophobicity and water repellency of the material surface increases. The contact angle of the surface of the micro bowl array 200 increases as the aspect ratio h1 / d1 of the micro bowl increases. In addition, the contact angle may be greater when the diameter (d1) of the micro bowl is formed to be equal to or longer than the distance (p1) of the micro bowl, compared to the case where the diameter (d1) of the micro bowl is shorter than the interval (p1) of the micro bowl. Can be. This is because the point where the micro bowl meets the micro bowl has a peak structure without a flat surface from the moment when the diameter d1 of the micro bowl is longer than the micro bowl interval p1. Hydrophobicity and water repellency of the micro bowl (h1 / d1) starts to appear from 0.5 or more, and if increased to 10, the contact angle is increased to about 179 degrees to maximize the hydrophobicity and water repellency of the surface of the micro bowl array (200) Will be. 27 is an electron micrograph showing a micro bowl array according to the present invention.

도 2는 마이크로보울의 표면상에 나노구조체 또는 마이크노-나노복합체(203)가 형성된 마이크로보울어레이(200)의 단면을 나타낸 도면이다. 2 is a cross-sectional view of the micro bowl array 200 in which a nanostructure or micro-nano composite 203 is formed on the surface of the micro bowl.

마이크로보울의 표면상에 형성된 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(203)는 마이크로보울어레이(200)의 표면 거칠기를 증가시킴으로써, 소수성 및 발수성을 더욱 증가시키는 역할을 한다. 이에 따라, 마이크로보울의 종횡비(h1/d1)가 0.5이하인 마이크로보울어레이(200)의 표면에서도 소수성 및 발수성이 나타나게 된다. 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(203)는 마이크로보울어레이(200)의 표면을 부분적으로 식각하여 형성된 것일 수 있으며, 탄소나노튜브 또는 ZnO, BN, GaN, CoSi, CrSi, FeSi, InP 등의 나노와이어(nanowire) 또는 나노닷(nanodot) 등의 나노구조체(203)를 마이크로보울어레이(200)의 표면상에 고정화하여 형성된 것일 수도 있다.Nanostructures or micro-nanocomposites 203 formed on the surface of the microbowl serve to further increase hydrophobicity and water repellency by increasing the surface roughness of the microbowl array 200. As a result, hydrophobicity and water repellency may also appear on the surface of the micro bowl array 200 having an aspect ratio h1 / d1 of 0.5 or less. The nanostructure or micro-nanocomposite 203 may be formed by partially etching the surface of the micro bowl array 200, and nanowires such as carbon nanotubes or ZnO, BN, GaN, CoSi, CrSi, FeSi, InP, or the like. The nanostructure 203 such as (nanowire) or nanodot (nanodot) may be formed by immobilizing on the surface of the micro bowl array 200.

또한, 마이크로보울어레이(200)의 표면상에 탄화불소 또는 탄화수소 등의 소수성 화학물질이 코팅되어 있는 경우, 마이크로보울의 종횡비(h1/d1)가0.5이하이더라도 마이크로보울어레이(200)의 표면에는 소수성 및 발수성이 나타나게 된다.In addition, when a hydrophobic chemical such as fluorocarbon or hydrocarbon is coated on the surface of the micro bowl array 200, even if the aspect ratio h1 / d1 of the micro bowl is 0.5 or less, the surface of the micro bowl array 200 may be hydrophobic. And water repellency.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a pattern having a superhydrophobic and superhydrophobic surface according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 마이크로렌즈어레이의 단면을 나타낸 도면이다.3 is a cross-sectional view of a microlens array having a superhydrophobic and superhydrophobic surface according to a second embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴은 복수의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 마이크로렌즈어레이(400)를 포함한다. 마이크로렌즈는 도 3에 도시된 바와 같이, 소정의 지름(d2), 간격(p2) 및 높이(h2)를 갖는 볼록한 패턴을 의미 할 수 있으며 또한, 앞서 제1 실시예를 통해 설명한 마이크로보울과 상보적인 구조를 갖는 패턴을 의미 할 수 있다. 마이크로렌즈는 1㎛ 내 지 50㎛의 지름(d2)과 0.5㎛ 내지 100㎛의 높이(h2)를 갖되, 지름(d2)과 높이(h2)의 비율을 나타내는 종횡비(h2/d2)는 0.5 이상 10 이하의 범위를 갖도록 형성된 것이 바람직하다. 또한, 마이크로렌즈는 마이크로렌즈의 지름(d2)이 마이크로렌즈의 간격(p2)과 같은 길이로 형성된 것일 수 있다. 또한, 마이크로렌즈의 지름(d2)은 서로 인접한 마이크로렌즈 간의 중심거리인 마이크로렌즈의 간격(p2)보다 같거나 더 긴 길이로 형성된 것일 수 있다. 여기서, 마이크로렌즈의 지름(d2)과 간격(p2)은 도 30에 도시된 도면을 통해 설명한다. 도 30은 마이크로렌즈어레이의 상측면을 나타낸 도면이다. 도 30a에서 하나의 원은 하나의 마이크로렌즈를 나타내며, 원에서 그 중심을 가로 지나는 직선의 길이(d)는 마이크로렌즈의 지름(d2)을 나타내며, 서로 인접한 마이크로렌즈 간의 중심을 잇는 직선의 길이(p)는 마이크로렌즈의 간격(p2)을 나타낸다. 여기서, 도 30a는 마이크로렌즈의 지름(d2)이 마이크로렌즈의 간격(p2)과 같은 경우를 나타낸 도면이다.Referring to FIG. 3, the pattern having the superhydrophobic and superhydrophobic surface according to the present invention includes a microlens array 400 in which a plurality of microlenses are uniformly arranged. As shown in FIG. 3, the microlens may refer to a convex pattern having a predetermined diameter d2, a gap p2, and a height h2, and may also be complementary to the microbowl described through the first embodiment. It can mean a pattern having a conventional structure. The microlenses have a diameter (d2) of 1 µm to 50 µm and a height (h2) of 0.5 µm to 100 µm, but the aspect ratio (h2 / d2) representing the ratio of the diameter (d2) and the height (h2) is 0.5 or more. It is preferable that it is formed to have a range of 10 or less. In addition, the microlens may have a diameter d2 of the microlens having a length equal to the interval p2 of the microlens. In addition, the diameter d2 of the microlenses may be formed to have a length equal to or longer than the spacing p2 of the microlenses, which is a center distance between the microlenses adjacent to each other. Here, the diameter d2 and the interval p2 of the microlens will be described with reference to the drawing shown in FIG. 30. 30 is a view showing an image side surface of a microlens array. In FIG. 30A, one circle represents one microlens, and the length d of the straight line passing through the center of the circle represents the diameter d2 of the microlens, and the length of the straight line connecting the centers between adjacent microlenses ( p) represents the interval p2 of the microlenses. Here, FIG. 30A is a diagram illustrating a case where the diameter d2 of the microlens is equal to the interval p2 of the microlens.

또한, 복수의 마이크로렌즈는 그 지름(d2)이 마이크로렌즈의 간격(p2)보다 더 길게 형성되어 마이크로렌즈 간에 평평한 면이 없도록 형성된 것일 수 있다. 여기서, 마이크로렌즈의 지름(d2)은 도30b에 도시된 바와 같이, 인접한 마이크로렌즈 사이가 일정부분 겹치도록 형성된 경우, 마이크로렌즈를 나타내는 가상의 원에서 그 중심을 가로 지나는 직선의 길이(d)에 해당하며, 마이크로렌즈의 간격(p2)은 인접한 원 사이의 중심을 잇는 직선의 길이(p)에 해당한다. 또한, 평평한 면은 마이크로렌즈의 높이가 0인 경우에 평평하게 구성된 면을 의미한다. 도 30b에 도시된 마이크로렌즈 간에 겹치는 부분 가운데, 지점 Pk는, 앞서 설명한 마이크로보울일 경우에서 피크(Peak)구조와 상보적인 형태의 모양이 나타나는 부분에 해당한다.In addition, the plurality of microlenses may be formed such that the diameter d2 is longer than the interval p2 of the microlenses so that there is no flat surface between the microlenses. Here, when the diameter d2 of the microlens is formed to overlap a part of adjacent microlenses, as shown in FIG. 30B, the diameter d2 of the microlens is equal to the length d of the straight line passing through the center of the virtual circle representing the microlens. Correspondingly, the spacing p2 of the microlenses corresponds to the length p of a straight line connecting the centers between adjacent circles. In addition, the flat surface refers to a surface configured flat when the height of the microlens is zero. Among the overlapping portions between the microlenses shown in FIG. 30B, the point Pk corresponds to a portion in which the shape of the shape complementary to the peak structure appears in the case of the micro bowl described above.

도 3에 도시된 마이크로렌즈어레이(400)의 표면은 액체와의 접촉 시 접촉각(Contact angle)을 이루게 된다. 접촉각은 물질 표면의 소수성 또는 발수성을 가늠하는 척도로써 그 값이 증가할수록 물질 표면의 소수성과 발수성이 또한 증가하게 된다. 마이크로렌즈어레이(400) 표면의 접촉각은 마이크로렌즈의 종횡비(h2/d2)가 증가될수록 증가하게 된다. 또한, 접촉각은 마이크로렌즈의 지름(d2)이 마이크로렌즈의 간격(p2)보다 짧게 형성된 경우에 비해 마이크로렌즈의 지름(d2)이 마이크로렌즈의 간격(p2)과 같은 경우에 더욱 커질 수 있다. The surface of the microlens array 400 shown in FIG. 3 forms a contact angle upon contact with liquid. The contact angle is a measure of the hydrophobicity or water repellency of the material surface. As the value increases, the hydrophobicity and water repellency of the material surface also increase. The contact angle of the surface of the microlens array 400 increases as the aspect ratio h2 / d2 of the microlens increases. In addition, the contact angle may be larger when the diameter d2 of the microlens is equal to the distance p2 of the microlens, as compared with the case where the diameter d2 of the microlens is shorter than the interval p2 of the microlens.

마이크로렌즈의 종횡비(h2/d2)가 0.5이상부터 소수성 및 발수성이 나타나기 시작하며, 10까지 증가될 경우, 접촉각이 약 179도까지 증가되어 마이크로렌즈어레이(400) 표면의 소수성 및 발수성이 극대화될 수 있게 된다. 도28은 본 발명에 따른 마이크로렌즈어레이를 나타낸 전자현미경사진이다.When the aspect ratio (h2 / d2) of the microlenses starts to be 0.5 or more, hydrophobicity and water repellency begin to appear, and when it is increased to 10, the contact angle is increased to about 179 degrees to maximize the hydrophobicity and water repellency of the surface of the microlens array 400. Will be. 28 is an electron micrograph showing a microlens array according to the present invention.

도 4는 마이크로렌즈의 표면상에 나노구조체 또는 나노복합체가(403) 형성된 마이크로렌즈어레이(400)의 단면을 나타낸 도면이다. 4 is a cross-sectional view of a microlens array 400 in which a nanostructure or nanocomposite 403 is formed on a surface of a microlens.

마이크로렌즈의 표면상에 형성된 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(403)는 마이크로렌즈어레이(400)의 표면 거칠기를 증가시킴으로써, 마이크로렌즈어레이(400) 표면의 소수성 및 발수성을 증가시키는 역할을 한다. 이에 따라, 마이크로렌즈의 종횡비(h2/d2)가 0.5이하이더라도 마이크로렌즈어레이(400)의 표면에는 소수성 및 발수성이 나타나게 된다. 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(403)는 마이크로렌즈어레이(400)의 표면을 부분적으로 식각하여 형성된 것일 수 있으며, 탄 소나노튜브 또는 ZnO, BN, GaN, CoSi, CrSi, FeSi, InP 등의 나노와이어(nanowire) 또는 나노닷(nanodot) 등의 나노구조체(403)를 마이크로렌즈어레이(400)의 표면상에 고정화하여 형성된 것일 수 있다. The nanostructure or micro-nanocomposite 403 formed on the surface of the microlenses increases the surface roughness of the microlens array 400, thereby increasing the hydrophobicity and water repellency of the surface of the microlens array 400. Accordingly, even if the aspect ratio h2 / d2 of the microlens is 0.5 or less, hydrophobicity and water repellency may appear on the surface of the microlens array 400. Nanostructure or micro-nanocomposite 403 may be formed by partially etching the surface of the microlens array 400, nanowires such as carbon nanotubes or ZnO, BN, GaN, CoSi, CrSi, FeSi, InP It may be formed by fixing a nanostructure 403, such as (nanowire) or nanodot (nanodot) on the surface of the microlens array (400).

도 29는 표면상에 나노구조가 형성된 PDMS(polydimethylsiloxane) 마이크로렌즈어레이를 나타낸 전자현미경사진이다. 도 29에서는 500W 플라즈마 파워, CF4 가스 유량 100sccm 조건으로 약 4분 동안 물리적으로 식각한 PDMS 마이크로렌즈어레이를 나타내고 있다.FIG. 29 is an electron micrograph showing a PDMS (polydimethylsiloxane) microlens array having nanostructures formed thereon. FIG. 29 illustrates a PDMS microlens array physically etched for about 4 minutes under conditions of 500 W plasma power and 100 sccm CF4 gas flow rate.

또한, 마이크로렌즈어레이(400) 표면상에 탄화불소 또는 탄화수소 등의 소수성 화학물질이 코팅되어 있는 경우, 마이크로렌즈의 종횡비(h2/d2)가 약 0.5이하이더라도 마이크로렌즈어레이(400)의 표면에는 소수성 및 발수성이 나타나게 된다. In addition, when a hydrophobic chemical such as fluorocarbon or hydrocarbon is coated on the surface of the microlens array 400, even if the aspect ratio (h2 / d2) of the microlens is about 0.5 or less, the surface of the microlens array 400 may be hydrophobic. And water repellency.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴을 형성하는 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of forming a pattern having a superhydrophobic and superhydrophobic surface according to a preferred embodiment of the present invention will be described.

먼저, 마이크로보울어레이의 형성방법에 대해 설명한다.First, a method of forming a micro bowl array will be described.

도 5 내지 도 8은 마이크로보울어레이를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다.5 to 8 illustrate a method of forming a micro bowl array.

본 발명에 따른 마이크로보울어레이의 형성방법은, 1) 포토리소그래피 공정을 이용하여 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계, 2) 마이크로렌즈어레이를 틀로 이용하여 마이크로보울어레이를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 마이크로보울어레이 표면의 소수성 및 발수성을 증가시키기 위한 3) 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계 및 4) 소수성 물질을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of forming a micro bowl array according to the present invention may include 1) forming a microlens array using a photolithography process, and 2) forming a micro bowl array using the microlens array as a frame. In addition, the method may further include 3) forming a nanostructure or micro-nanocomposite and 4) coating a hydrophobic material to increase the hydrophobicity and water repellency of the micro bowl array surface.

1) 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계.1) forming a microlens array.

먼저 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 일면상에 음성 감 광성 포토레지스트(210)를 형성하고, 기판(110)의 타면 상에 유리기판(13)과 일정한 간격(10d)을 갖는 마스크패턴(11)으로 구성된 포토마스크(10) 및 디퓨져(20)를 차례로 배치한다. 이후, 평행한 방향으로 진행하는 광을 디퓨져(20)에 조사한다. 평행한 방향으로 진행하는 광은 디퓨져(20)를 통해 산란되어 임의의 방향으로 진행할 수 있게 된다. 디퓨져(20)를 통해 산란된 광은 포토마스크(10) 및 기판(110)을 통해 음성 감광성 포토레지스트(210)를 노광하게 된다. 이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 음성 감광성 포토레지스트(210)에는 마이크로렌즈 형태의 노광영역(211a)이 형성된다.First, as shown in FIG. 5, the negative photosensitive photoresist 210 is formed on one surface of the substrate 110, and has a constant distance 10d from the glass substrate 13 on the other surface of the substrate 110. The photomask 10 and the diffuser 20 constituted by the mask pattern 11 are sequentially arranged. Thereafter, light propagating in a parallel direction is radiated to the diffuser 20. Light traveling in a parallel direction is scattered through the diffuser 20 so that the light can travel in an arbitrary direction. The light scattered through the diffuser 20 exposes the negative photosensitive photoresist 210 through the photomask 10 and the substrate 110. Accordingly, as shown in FIG. 5, the exposure region 211a in the form of a micro lens is formed in the negative photosensitive photoresist 210.

이후, 노광된 음성 감광성 포토레지스트(210)는 현상과정을 통해 노광되지 않은 영역이 제거되게 된다. 이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 마이크로렌즈어레이(211b)가 형성되게 된다. 마이크로렌즈는 도 6에 도시된 바와 같이, 소정의 지름(d2), 높이(h2) 및 간격(p2)을 갖고, 기판(110)의 일면에 대하여 수직방향으로 볼록하게 형성된 패턴을 의미한다. 여기서, 마이크로렌즈어레이(211b)의 간격(p2)은 서로 인접한 마이크로렌즈어레이(211b)의 중심거리를 의미한다. 도 6에 도시된 마이크로렌즈어레이(211b)는 소수성 및 발수성을 갖는 패턴으로써 그대로 이용될 수 있으며, 마이크로보울어레이를 형성하는데 이용될 수 있다.Thereafter, the exposed negative photosensitive photoresist 210 is removed to remove the unexposed regions through the development process. Accordingly, as shown in FIG. 6, a microlens array 211b in which a plurality of microlenses is uniformly arranged is formed. As illustrated in FIG. 6, the microlens has a predetermined diameter d2, a height h2, and a gap p2, and refers to a pattern that is convex in the vertical direction with respect to one surface of the substrate 110. Here, the interval p2 of the microlens array 211b means the center distance of the microlens array 211b adjacent to each other. The microlens array 211b shown in FIG. 6 may be used as it is as a pattern having hydrophobicity and water repellency, and may be used to form a micro bowl array.

2) 마이크로보울어레이를 형성하는 단계.2) forming a micro bowl array.

도 7은 마이크로렌즈어레이(211b)를 틀로 이용하여 마이크로보울어레이(220)를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다.FIG. 7 illustrates a method of forming the micro bowl array 220 using the micro lens array 211b as a frame.

도 7에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈어레이(211b)를 틀로 이용하는 구조상에 PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리이미드(polyimide), 테플론(Teflon) 등의 다양한 폴리머 물질을 부어 넣고 경화시키게 되면, 마이크로렌즈어레이(211b)의 상보적 형태를 갖는 마이크로보울어레이(220)를 형성할 수 있게 된다. 또한, 마이크로렌즈어레이(211b)를 틀로 이용하여 금, 니켈, 구리 등의 금속물질을 증착하거나 도금하는 방법을 통해 마이크로보울어레이(220)를 형성시킬 수 있다. 마이크로렌즈어레이(211b)의 구성물질과 마이크로보울어레이(220)의 구성물질 간의 점착성이 좋을 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 점착 방지층(anti-stick layer)(230)을 코팅하면, 마이크로보울어레이(220) 형성 후 분리를 용이하게 실시할 수 있다. As shown in FIG. 7, when various polymer materials such as PDMS, polyimide, and Teflon are poured into a structure using the microlens array 211b as a frame, the microlens array It is possible to form a micro bowl array 220 having a complementary form of 211b). In addition, the micro bowl array 220 may be formed by depositing or plating a metal material such as gold, nickel, or copper using the microlens array 211b as a mold. When the adhesion between the constituent material of the microlens array 211b and the constituent material of the micro bowl array 220 is good, as shown in FIG. 7, when the anti-stick layer 230 is coated, the micro bowl After the array 220 is formed, separation can be easily performed.

도 8은 도 7에 도시된 방법을 통해 형성된 마이크로보울어레이(220)를 나타낸 도면이다. FIG. 8 illustrates a microbowl array 220 formed through the method shown in FIG. 7.

도 8에 도시된 마이크로보울의 지름(d1)은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위 내에서 형성되고, 깊이(h1)는 0.5 ㎛ 내지 100㎛의 범위 내에서 형성되되, 마이크로보울의 지름(d1)과 깊이(h1)의 비율을 나타내는 종횡비(h1/d1)는 0.5 이상 10 이하의 범위를 내에서 형성되도록 한다. The diameter d1 of the microbowl shown in FIG. 8 is formed in the range of 1 μm to 50 μm, and the depth h1 is formed in the range of 0.5 μm to 100 μm, and the diameter of the microbowl d1 and The aspect ratio h1 / d1 representing the ratio of the depth h1 is to be formed within a range of 0.5 or more and 10 or less.

마이크로보울어레이(220)의 표면은 액체와의 접촉 시 접촉각(Contact angle)을 이루게 된다. 접촉각은 물질 표면의 소수성 또는 발수성을 가늠하는 척도로써 그 값이 증가될수록 소수성과 발수성이 증가하게 되며, 마이크로보울어레이(220)의 경우에는 마이크로보울의 종횡비(h1/d1)가 증가될수록 증가하게 된다. 마이크로보울어레이(220)의 표면에는 마이크로보울의 종횡비(h1/d1)가 0.5이상부터 소수성과 발수성이 나타나기 시작하며, 10까지 증가될 경우, 접촉각이 약 179도까지 증가하여 표면의 소수성과 발수성이 가장 좋아지게 된다. The surface of the micro bowl array 220 forms a contact angle upon contact with the liquid. The contact angle is a measure of the hydrophobicity or water repellency of the material surface. As the value increases, the hydrophobicity and water repellency increases. In the case of the micro bowl array 220, the contact angle increases as the aspect ratio (h1 / d1) of the micro bowl increases. . On the surface of the micro bowl array 220, the hydrophobicity and water repellency begin to appear from 0.5 or more in the aspect ratio (h1 / d1) of the micro bowl, and when it is increased to 10, the contact angle increases to about 179 degrees, thereby increasing the hydrophobicity and water repellency of the surface. You get the best.

접촉각은 마이크로보울의 종횡비(h1/d1)에 따라 조절될 수 있으며, 마이크로보울의 종횡비(h1/d1)는 마이크로렌즈의 종횡비(h2/d2)에 따라 조절될 수 있다. 따라서, 마이크로렌즈어레이(211b)를 형성하기 위한 포토 리소그래피 공정 시 포토마스크(10)의 패턴간의 간격(10d), 노광시간 또는 노광에너지에 따라 마이크로보울의 종횡비(h1/d1)를 조절함으로써, 마이크로보울어레이(220)의 소수성 및 발수성 정도를 조절할 수 있다.The contact angle may be adjusted according to the aspect ratio h1 / d1 of the micro bowl, and the aspect ratio h1 / d1 of the micro bowl may be adjusted according to the aspect ratio h2 / d2 of the microlens. Therefore, by adjusting the aspect ratio (h1 / d1) of the micro bowl according to the interval 10d between the patterns of the photomask 10, the exposure time or the exposure energy in the photolithography process for forming the microlens array 211b, Hydrophobicity and water repellency of the bowl array 220 can be adjusted.

3) 나노구조체 및 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계.3) forming nanostructures and micro-nanocomposites.

도 9에 도시된 바와 같이, 마이크로보울어레이(220)의 표면 거칠기가 증가되도록 마이크로보울의 표면상에 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(221)를 형성할 수 있다. 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(221)는 플라즈마 에칭(plasma etching) 또는 이온 밀링(ion milling)등의 식각되는 물질에 적합한 식각방법을 이용하여 마이크로보울의 표면을 식각함으로써 형성될 수 있으며, 식각된 일부가 다시 마이크로보울 상에 고정됨으로써 형성될 수도 있다. 또한, 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(221)는 마이크로보울의 표면상에 탄소나노튜브 또는 ZnO, BN, GaN, CoSi, CrSi, FeSi, InP 등의 나노와이어(nanowire) 또는 나노닷(nanodot) 등 의 구조체가 고정화됨으로써 형성될 수도 있다. As shown in FIG. 9, the nanostructure or the micro-nanocomposite 221 may be formed on the surface of the micro bowl so that the surface roughness of the micro bowl array 220 is increased. The nanostructure or micro-nanocomposite 221 may be formed by etching the surface of the microbowl using an etching method suitable for an etched material such as plasma etching or ion milling. Some may also be formed by being fixed on the microbowl again. In addition, the nanostructure or the micro-nanocomposite 221 is a carbon nanotube or a nanowire or nanodot (ZnO, BN, GaN, CoSi, CrSi, FeSi, InP, etc.) on the surface of the micro bowl. The structure may be formed by immobilization.

4) 소수성 물질을 코팅하는 단계4) coating the hydrophobic material

도 10에 도시된 바와 같이, 마이크로보울어레이(220)의 표면상에 소수성 물질(223)을 코팅하여 소수성 및 발수성을 증가시킬 수 있다. 소수성 물질(223)을 코팅할 경우, 마이크로보울어레이(220)의 표면 에너지가 감소하여 소수성 및 발수성이 더욱 증가하게 된다. 마이크로보울어레이(220)의 표면에 코팅되는 소수성 물질(223)로는 탄화불소 또는 탄화수소 등이 포함될 수 있다.As shown in FIG. 10, the hydrophobic material 223 may be coated on the surface of the micro bowl array 220 to increase hydrophobicity and water repellency. When the hydrophobic material 223 is coated, the surface energy of the microbowl array 220 is reduced to further increase hydrophobicity and water repellency. The hydrophobic material 223 coated on the surface of the micro bowl array 220 may include fluorocarbon or hydrocarbon.

도 11 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로보울어레이를 형성하는 또 다른 방법을 나타낸 도면이다.11 to 14 illustrate another method of forming a micro bowl array according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 마이크로보울어레이를 형성하는 두 번째 방법은 1) 등방성 식각공정을 이용하여 마이크로보울어레이를 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 마이크로보울어레이 표면의 소수성 및 발수성을 증가시키기 위한 2) 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계 및 3) 소수성 물질을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.A second method of forming a micro bowl array according to the present invention includes the steps of 1) forming a micro bowl array using an isotropic etching process. In addition, the method may further include 2) forming a nanostructure or a micro-nanocomposite and 3) coating a hydrophobic material to increase the hydrophobicity and water repellency of the micro bowl array surface.

1) 마이크로보울어레이를 형성하는 단계. 1) forming a micro bowl array.

먼저, 도 11에 도시된 바와 같이, 기판(120)상에 마스킹 물질(130)을 패터닝하여 후속의 마이크로보울어레이가 형성될 영역을 정의한다. 도 11에 도시된 기판(120)으로는 습식 식각이 가능한 모든 물질을 사용할 수 있다. First, as shown in FIG. 11, the masking material 130 is patterned on the substrate 120 to define a region where a subsequent micro bowl array is to be formed. As the substrate 120 illustrated in FIG. 11, any material capable of wet etching may be used.

이후, 패터닝된 마스킹 물질(130)을 통해 기판(120)의 일면을 등방 성(isotropic) 식각하여 도 12a 또는 도 12b에 도시된 바와 같이, 복수의 마이크로보울이 균일하게 배열된 마이크로보울어레이(121)를 형성한다. Thereafter, one surface of the substrate 120 is isotropically etched through the patterned masking material 130, and as illustrated in FIG. 12A or 12B, the micro bowl array 121 in which a plurality of micro bowls are uniformly arranged. ).

도 12a 및 도 12b에 도시된 마이크로보울은 소정의 지름(d), 간격(p) 및 깊이(h)를 갖고, 오목하게 형성된 패턴을 의미한다. 여기서, 마이크로보울의 간격(p)는 서로 인접한 마이크로보울 간의 중심거리를 의미한다. 마이크로보울의 지름(d)은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위 내에서 형성되고, 깊이(h)는 0.5 ㎛ 내지 100㎛의 범위 내에서 형성되며, 마이크로보울의 지름(d)과 깊이(h)의 비율을 나타내는 종횡비(h/d)는 0.5 이상 10 이하의 범위를 갖도록 형성한다. The microbowl shown in FIGS. 12A and 12B means a pattern having a predetermined diameter d, a gap p, and a depth h, and formed concave. Here, the spacing p of the micro bowl means a center distance between the micro bowls adjacent to each other. The diameter (d) of the micro bowl is formed in the range of 1 μm to 50 μm, the depth (h) is formed in the range of 0.5 μm to 100 μm, and the diameter (d) and depth (h) of the micro bowl The aspect ratio h / d representing the ratio is formed to have a range of 0.5 or more and 10 or less.

마이크로보울어레이(121)의 표면은 액체와의 접촉 시 접촉각(Contact angle)을 이룬다. 접촉각은 물질 표면의 소수성 또는 발수성을 가늠하는 척도로써 그 값이 증가될수록 소수성과 발수성이 증가하게 되며, 마이크로보울어레이(121)의 경우에는 마이크로보울의 종횡비(h/d)가 증가될수록 증가하게 된다. 마이크로보울어레이(121)의 표면에는 마이크로보울의 종횡비(h/d)가 0.5이상부터 소수성과 발수성이 나타나기 시작하며, 10까지 증가될 경우, 접촉각이 약 179도까지 증가하여 표면의 소수성과 발수성이 가장 좋아지게 된다. The surface of the micro bowl array 121 forms a contact angle upon contact with the liquid. The contact angle is a measure of the hydrophobicity or water repellency of the surface of the material. As the value increases, the hydrophobicity and water repellency increases. In the case of the micro bowl array 121, the contact angle increases as the aspect ratio (h / d) of the micro bowl increases. . On the surface of the micro bowl array 121, the aspect ratio (h / d) of the micro bowl begins to show hydrophobicity and water repellency from 0.5 or more, and when it is increased to 10, the contact angle increases to about 179 degrees, thereby increasing the hydrophobicity and water repellency of the surface. It will be the best.

접촉각은 마이크로보울의 종횡비(h/d)에 따라 조절될 수 있다. 따라서, 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 등방성 식각공정 시 마스킹 물질(130) 간의 간격(130d)과 식각 시간에 따라 마이크로보울의 종횡비(h/d)를 조절함으로써, 마이크로보울어레이(121)의 소수성 및 발수성 정도를 조절할 수 있다.The contact angle can be adjusted according to the aspect ratio (h / d) of the microbowl. Accordingly, as shown in FIGS. 12A and 12B, the micro bowl array 121 is adjusted by adjusting the aspect ratio h / d of the micro bowl according to the etching time and the interval 130d between the masking materials 130 during the isotropic etching process. ) Can control the degree of hydrophobicity and water repellency.

마이크로보울어레이를 형성하는 방법의 일례로서, 유리기판 위에 포토리소그 래피 방법을 이용하여 포토레지스트를 패터닝하여 포토마스크를 형성한 후, HF를 사용하면 습식 식각의 등방성에 의해 유리 마이크로보울어레이를 형성할 수 있다.As an example of a method of forming a micro bowl array, a photomask is formed by patterning a photoresist on a glass substrate using a photolithography method, and then using HF, a glass micro bowl array is formed by isotropic wet etching. can do.

2) 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계.2) forming nanostructures or micro-nanocomposites.

도 13에 도시된 바와 같이, 마이크로보울어레이(121)의 표면 거칠기가 증가되도록 마이크로보울의 표면상에 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(123)를 형성할 수 있다. As shown in FIG. 13, the nanostructure or the micro-nanocomposite 123 may be formed on the surface of the micro bowl so that the surface roughness of the micro bowl array 121 is increased.

나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(123)는 플라즈마 에칭(plasma etching) 또는 이온 밀링(ion milling)등의 식각되는 물질에 적합한 식각방법을 이용하여 마이크로보울의 표면을 식각함으로써 형성될 수 있으며, 식각된 일부가 다시 마이크로보울 상에 고정됨으로써 형성될 수도 있다. 또한, 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(123)는 마이크로보울의 표면상에 탄소나노튜브 또는 ZnO, BN, GaN, CoSi, CrSi, FeSi, InP 등의 나노와이어(nanowire) 또는 나노닷(nanodot) 등의 구조체가 고정화됨으로써 형성될 수도 있다.The nanostructure or micro-nanocomposite 123 may be formed by etching the surface of the microbowl using an etching method suitable for an etched material such as plasma etching or ion milling. Some may also be formed by being fixed on the microbowl again. In addition, the nanostructure or the micro-nanocomposite 123 is a carbon nanotube or a nanowire or nanodot (ZnO, BN, GaN, CoSi, CrSi, FeSi, InP, etc.) on the surface of the micro bowl. The structure may be formed by immobilization.

3) 소수성 물질을 코팅하는 단계.3) coating the hydrophobic material.

도 14에 도시된 바와 같이, 마이크로보울어레이(121)의 표면상에 소수성 물질(125)을 코팅하여 소수성 및 발수성을 증가시킬 수 있다. 소수성 물질(125)을 코팅할 경우, 마이크로보울어레이(121)의 표면 에너지가 감소하여 소수성 및 발수성이 더욱 증가하게 된다. 마이크로보울어레이(121)의 표면에 코팅되는 소수성 물질(125)로는 탄화불소 또는 탄화수소 등이 포함될 수 있다.As shown in FIG. 14, the hydrophobic material 125 may be coated on the surface of the micro bowl array 121 to increase hydrophobicity and water repellency. When the hydrophobic material 125 is coated, the surface energy of the micro bowl array 121 is reduced to further increase hydrophobicity and water repellency. The hydrophobic material 125 coated on the surface of the micro bowl array 121 may include fluorocarbon or hydrocarbon.

다음, 마이크로렌즈어레이의 형성방법에 대해 설명한다.Next, a method of forming the microlens array will be described.

도 15 내지 도20은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈어레이를 형성하는 첫 번째 방법을 나타낸 도면이다.15 to 20 illustrate a first method of forming a microlens array according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 마이크로렌즈어레이의 형성방법은, 1) 포토리소그래피 공정을 이용하여 마이크보울어레이를 형성하는 단계, 2) 마이크로보울어레이를 틀로 이용하여 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 마이크로렌즈어레이 표면의 소수성 및 발수성을 증가시키기 위한 3) 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계 및 4) 소수성 물질을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of forming a microlens array according to the present invention may include 1) forming a micro bowl array using a photolithography process, and 2) forming a micro lens array using the micro bowl array as a frame. In addition, the method may further include 3) forming a nanostructure or micro-nanocomposite and 4) coating a hydrophobic material to increase the hydrophobicity and water repellency of the microlens array surface.

1) 마이크로보울어레이를 형성하는 단계.1) forming a micro bowl array.

먼저, 도 15에 도시된 바와 같이, 기판(301)상에 양성 감광성 포토레지스트(410a)를 형성하고, 양성 감광성 포토레지스트(410a)상에 유리기판(13)과 일정한 간격(10d)을 갖는 마스크패턴(11)으로 구성된 포토마스크(10) 및 디퓨져(20)를 차례로 배치한다. 이후, 평행한 방향으로 진행하는 광을 디퓨져(20)에 조사한다. 평행한 방향으로 진행하는 광은 디퓨져(20)를 통해 산란되어 임의의 방향으로 진행할 수 있게 된다. 디퓨져(20)를 통해 산란된 광은 포토마스크(10)를 통해 양성 감광성 포토레지스트(410a)를 노광하게 된다. 이에 따라, 도 15에 도시된 바와 같이, 양성 감광성 포토레지스트(410a)에는 마이크로보울어레이 모양으로 노광영역(411)이 형성된다.First, as shown in FIG. 15, a positive photosensitive photoresist 410a is formed on the substrate 301, and a mask having a predetermined distance 10d from the glass substrate 13 on the positive photosensitive photoresist 410a. The photomask 10 and the diffuser 20 formed of the pattern 11 are sequentially arranged. Thereafter, light propagating in a parallel direction is radiated to the diffuser 20. Light traveling in a parallel direction is scattered through the diffuser 20 so that the light can travel in an arbitrary direction. Light scattered through the diffuser 20 exposes the positive photosensitive photoresist 410a through the photomask 10. Accordingly, as shown in FIG. 15 As described above, the exposure region 411 is formed in the positive photosensitive photoresist 410a in the form of a micro bowl array.

이후, 노광영역(411)은 현상과정을 통해 제거되게 된다. 이에 따라, 도 16에 도시된 바와 같이, 복수의 마이크로보울이 균일하게 배열된 마이크로보울어레이(410b)를 형성하게 된다. 마이크로보울은 소정의 지름(d1), 간격(p1) 및 높이(h1)를 갖고, 오목하게 형성된 패턴을 의미한다. 여기서, 마이크로보울의 간격(p1)은 서로 인접한 마이크로보울 간의 중심거리를 의미한다. 도 16에 도시된 마이크로보울어레이(410b)는 소수성 및 발수성을 갖는 표면으로써 그대로 이용할 수 있으며, 마이크로렌즈어레이를 형성하는데 이용될 수 있다.Thereafter, the exposure area 411 is removed through the development process. Accordingly, as shown in FIG. 16, the micro bowl array 410 b is formed in which a plurality of micro bowls are uniformly arranged. The micro bowl means a pattern formed concavely having a predetermined diameter d1, a gap p1, and a height h1. Here, the interval p1 of the micro bowl means the center distance between the micro bowls adjacent to each other. The micro bowl array 410 b shown in FIG. 16 can be used as it is as a surface having hydrophobicity and water repellency, and can be used to form a micro lens array.

도 27은 포토레지스트를 사용하여 형성된 포토레지스트 마이크로보울어레이를 나타낸 전자현미경 사진이다.27 is an electron micrograph showing a photoresist micro bowl array formed using a photoresist.

2) 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계.2) forming a microlens array.

도 17은 마이크로보울어레이(410b)를 틀로 이용하여 마이크로렌즈어레이(420)를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다.FIG. 17 illustrates a method for forming the microlens array 420 using the micro bowl array 410b as a frame.

도 17에 도시된 바와 같이, 마이크로보울어레이(410b)를 틀로 이용하는 구조상에 PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리이미드(polyimide), 테플론(Teflon) 등의 다양한 폴리머 물질을 부어 넣고 경화시키게 되면, 마이크로보울어레이(410b)의 상보적 형태를 갖는 마이크로렌즈어레이(420)를 형성할 수 있게 된다. 또한, 마이크로보울어레이(410b)를 틀로 이용하여 금, 니켈, 구리 등의 금속물질을 증착하거나 도금하는 방법을 통해 마이크로렌즈어레이(420)를 형성시킬 수 있다. 마이크로보울어레이(410b)의 구성물질과 마이크로렌즈어레이(420)의 구성물질 간의 점착성이 좋을 경우, 도 17에 도시된 바와 같이, 점착 방지층(430)을 코팅하면, 마이크로렌즈어레이(420) 형성 후 분리를 용이하게 실시할 수 있다. 마이크로렌즈어레이(420)를 기판상에 형성할 경우, 마이크로렌즈어레이(420)는 초소수성 및 초발수성을 갖는 표면으로써 비유연성 기판에서부터 유연성 기판까지 다양한 기판상에서 형성될 수 있다.As shown in FIG. 17, when various polymer materials such as PDMS (polydimethylsiloxane), polyimide, and Teflon are poured into a structure using the micro bowl array 410b, the micro bowl array (410b) is used. It is possible to form a microlens array 420 having a complementary form of 410b. In addition, the microlens array 420 may be formed by depositing or plating a metal material such as gold, nickel, or copper using the micro bowl array 410b as a frame. When the adhesion between the constituent material of the micro bowl array 410b and the constituent material of the microlens array 420 is good, as shown in FIG. Separation can be performed easily. When the microlens array 420 is formed on a substrate, the microlens array 420 may be formed on a variety of substrates from non-flexible substrates to flexible substrates as surfaces having superhydrophobicity and superhydrophobicity.

도 18은 도 17에 도시된 방법을 통해 형성된 마이크로렌즈어레이(420)를 나타낸 도면이다.18 illustrates a microlens array 420 formed through the method illustrated in FIG. 17.

도 18에 도시된 마이크로렌즈의 지름(d2)은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위 내에서 형성되고, 높이(h2)는 0.5 ㎛ 내지 100㎛의 범위 내에서 형성되되, 마이크로렌즈의 지름(d2)과 높이(h2)의 비율을 나타내는 종횡비(h2/d2)는 0.5 이상 10 이하의 범위를 갖도록 형성한다. The diameter d2 of the microlens shown in FIG. 18 is formed in the range of 1 μm to 50 μm, and the height h2 is formed in the range of 0.5 μm to 100 μm, and the diameter d2 of the microlens is The aspect ratio h2 / d2 representing the ratio of the height h2 is formed to have a range of 0.5 or more and 10 or less.

마이크로렌즈어레이(420)의 표면은 액체와의 접촉 시 접촉각(Contact angle)을 이루게 된다. 접촉각은 물질 표면의 소수성 또는 발수성을 가늠하는 척도로써 그 값이 증가될수록 소수성과 발수성이 증가하게 되며, 마이크로렌즈어레이(420)의 경우에는 마이크로렌즈의 종횡비(h2/d2)가 증가될수록 증가하게 된다. 마이크로렌즈어레이(420)의 표면에는 마이크로렌즈의 종횡비(h2/d2)가 0.5이상부터 소수성과 발수성이 나타나기 시작하며, 10까지 증가될 경우, 접촉각이 약179도까지 증가하여 표면의 소수성과 발수성이 가장 좋아지게 된다. The surface of the microlens array 420 forms a contact angle upon contact with the liquid. The contact angle is a measure of the hydrophobicity or water repellency of the surface of the material. As the value increases, the hydrophobicity and water repellency increases. In the case of the microlens array 420, the contact angle increases as the aspect ratio (h2 / d2) of the microlenses increases. . On the surface of the microlens array 420, the aspect ratio (h2 / d2) of the microlens starts to show hydrophobicity and water repellency from 0.5 or more, and when it is increased to 10, the contact angle increases to about 179 degrees so that the hydrophobicity and water repellency of the surface is increased. It will be the best.

접촉각은 마이크로렌즈의 종횡비(h2/d2)에 따라 조절될 수 있으며, 마이크로렌즈의 종횡비(h2/d2)는 틀로 이용되는 마이크로보울의 종횡비(h1/d1)에 따라 조절될 수 있다. 따라서 포토 리소그래피 공정에서 포토마스크(10)의 패턴간의 간격(10d), 노광 시간 또는 노광 에너지에 따라 마이크로렌즈의 종횡비(h2/d2)를 조 절함으로써, 마이크로렌즈어레이(420)의 소수성 및 발수성 정도를 조절할 수 있다. The contact angle may be adjusted according to the aspect ratio h2 / d2 of the microlens, and the aspect ratio h2 / d2 of the microlens may be adjusted according to the aspect ratio h1 / d1 of the micro bowl used as a frame. Therefore, in the photolithography process, the hydrophobicity and water repellency of the microlens array 420 are adjusted by adjusting the aspect ratio h2 / d2 of the microlens according to the interval 10d between the patterns of the photomask 10, the exposure time, or the exposure energy. Can be adjusted.

도 28은 도 27의 포토레지스트 마이크로보울 어레이를 틀로 이용하여 폴리머의 일종인 PDMS(polydimethylsiloxane)를 부어 경화시켜 만든 PDMS 마이크로렌즈어레이의 전자현미경 사진이다.FIG. 28 is an electron micrograph of a PDMS microlens array formed by pouring and curing PDMS (polydimethylsiloxane), which is a type of polymer, using the photoresist micro bowl array of FIG. 27 as a frame.

3) 나노구조체 및 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계. 3) forming nanostructures and micro-nanocomposites.

도 19에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈어레이(420)의 표면 거칠기가 증가되도록 마이크로렌즈의 표면상에 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(421)를 형성할 수 있다. 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(421)는 플라즈마 에칭(plasma etching) 또는 이온 밀링(ion milling)등의 식각되는 물질에 적합한 식각방법을 이용하여 마이크로렌즈의 표면을 부분적으로 식각함으로써 형성될 수 있으며, 식각된 일부가 다시 마이크로렌즈 상에 고정됨으로써 형성될 수도 있다. 또한, 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(421)는 마이크로렌즈의 표면상에 탄소나노튜브 또는 ZnO, BN, GaN, CoSi, CrSi, FeSi, InP 등의 나노와이어(nanowire) 또는 나노닷(nanodot)등의 구조체가 고정화됨으로써 형성될 수도 있다. As shown in FIG. 19, the nanostructure or the micro-nanocomposite 421 may be formed on the surface of the microlens such that the surface roughness of the microlens array 420 is increased. The nanostructure or micro-nanocomplex 421 may be formed by partially etching the surface of the microlens using an etching method suitable for an etched material such as plasma etching or ion milling. The etched portion may be formed by being fixed on the microlens again. In addition, the nanostructure or the micro-nanocomposite 421 is a carbon nanotube or nanowire or nanodot such as ZnO, BN, GaN, CoSi, CrSi, FeSi, InP or the like on the surface of the microlens. The structure may be formed by immobilization.

도 29는 도 28에 도시된 PDMS 마이크로렌즈어레이의 표면의 물리적 식각을 통해 나노구조가 형성된 PDMS 마이크로렌즈어레이를 나타낸 전자현미경 사진이다.FIG. 29 is an electron micrograph showing a PDMS microlens array in which nanostructures are formed through physical etching of the surface of the PDMS microlens array shown in FIG. 28.

4) 소수성 물질을 코팅하는 단계.4) coating the hydrophobic material.

도 20에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈어레이(420)의 표면상에 소수성 물질(423)을 코팅하여 소수성 및 발수성을 증가시킬 수 있다. 소수성 물질(423)을 코팅할 경우, 마이크로렌즈어레이(420)의 표면 에너지가 감소하여 소수성 및 발수성 이 더욱 증가하게 된다. 마이크로렌즈어레이(420)의 표면에 코팅되는 소수성 물질(423)로는 탄화불소 또는 탄화수소 등이 포함될 수 있다.As shown in FIG. 20, the hydrophobic material 423 may be coated on the surface of the microlens array 420 to increase hydrophobicity and water repellency. When the hydrophobic material 423 is coated, the surface energy of the microlens array 420 is reduced to further increase hydrophobicity and water repellency. The hydrophobic material 423 coated on the surface of the microlens array 420 may include fluorocarbon or hydrocarbon.

도 21 내지 도 26은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈어레이를 형성하는 두 번째 방법을 나타낸 도면이다.21 to 26 are diagrams illustrating a second method of forming a microlens array according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈어레이를 형성하는 두 번째 방법은 1) 등방성 식각을 이용하여 마이크로보울어레이를 형성하는 단계 및 2) 마이크로보울어레이를 틀로 이용하여 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 마이크로렌즈어레이 표면의 소수성 및 발수성을 증가시키기 위한 3) 마이크로렌즈어레이의 표면상에 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계 및 4) 마이크로렌즈어레의 표면에 소수성 물질을 코팅하는 단계를 더 포함한다.A second method of forming a microlens array according to an embodiment of the present invention includes 1) forming a micro bowl array using isotropic etching and 2) forming a micro lens array using the micro bowl array as a frame. do. In addition, 3) forming a nanostructure or micro-nanocomposite on the surface of the microlens array to increase the hydrophobicity and water repellency of the microlens array surface and 4) coating a hydrophobic material on the surface of the microlens array It includes more.

1) 마이크로보울어레이를 형성하는 단계.1) forming a micro bowl array.

도 21 내지 도 22는 등방성 식각을 이용하여 마이크로보울어레이(320)를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다.21 to 22 illustrate a method of forming the micro bowl array 320 using isotropic etching.

먼저, 도 21에 도시된 바와 같이, 기판(320)상에 마스킹 물질(330)을 패터닝하여 마이크로보울어레이가 형성될 영역을 정의한다. 도 12에 도시된 기판(320)으로는 습식 식각이 가능한 모든 물질을 사용할 수 있다. First, as shown in FIG. 21, the masking material 330 is patterned on the substrate 320 to define a region in which the micro bowl array is to be formed. As the substrate 320 illustrated in FIG. 12, all materials capable of wet etching may be used.

이후, 패터닝된 마스킹 물질(330)을 통해 기판(320)의 일면을 등방성(isotropic) 식각하여 도 22a 및 도 22b에 도시된 바와 같이, 복수의 마이크로보울이 균일하게 배열된 마이크로보울어레이(321)를 형성한다. Thereafter, one surface of the substrate 320 is isotropically etched through the patterned masking material 330, and as shown in FIGS. 22A and 22B, the micro bowl array 321 having a plurality of micro bowls uniformly arranged. To form.

2) 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계.2) forming a microlens array.

도 23 내지 도 24는 마이크로보울어레이(320)를 틀로 이용하여 마이크로렌즈어레이(420)를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다.23 to 24 illustrate a method of forming the microlens array 420 using the micro bowl array 320 as a frame.

도 23에 도시된 바와 같이, 마이크로보울어레이(321)를 틀로 이용하는 구조상에 PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리이미드(polyimide), 테플론(Teflon) 등의 다양한 폴리머 물질을 부어 넣고 경화시키게 되면, 마이크로보울어레이(320)의 상보적 형태를 갖는 마이크로렌즈어레이(420)를 형성할 수 있게 된다. 또한, 마이크로보울어레이(320)를 틀로 이용하여 금, 니켈, 구리 등의 금속물질을 증착하거나 도금하는 방법을 통해 마이크로렌즈어레이(420)를 형성시킬 수 있다. 마이크로보울어레이(321)의 구성물질과 마이크로렌즈어레이(420)의 구성물질 간의 점착성이 좋을 경우, 도 23에 도시된 바와 같이, 점착 방지층(430)을 코팅하면, 마이크로렌즈어레이(420) 형성 후 분리를 용이하게 실시할 수 있다. 마이크로렌즈어레이(420)를 기판 상에 형성할 경우, 마이크로렌즈어레이(420)는 초소수성 및 초발수성을 갖는 표면으로써 비유연성 기판에서부터 유연성 기판까지 다양한 기판 상에서 형성될 수 있다.As shown in FIG. 23, when various polymer materials such as PDMS (polydimethylsiloxane), polyimide, and Teflon are poured into a structure using the micro bowl array 321 as a frame, the micro bowl array ( It is possible to form a microlens array 420 having a complementary shape of 320. In addition, the microlens array 420 may be formed by depositing or plating a metal material such as gold, nickel, or copper using the micro bowl array 320 as a frame. When the adhesion between the constituent material of the micro bowl array 321 and the constituent material of the microlens array 420 is good, as shown in FIG. 23, when the anti-stick layer 430 is coated, after forming the microlens array 420 Separation can be performed easily. When the microlens array 420 is formed on a substrate, the microlens array 420 may be formed on a variety of substrates from non-flexible substrates to flexible substrates as surfaces having superhydrophobicity and superhydrophobicity.

도 24에 도시된 마이크로렌즈의 지름(d2)은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 범위 내에서 형성되고, 높이(h2)는 0.5 ㎛ 내지 100㎛의 범위 내에서 형성되되, 마이크로렌즈의 지름(d2)과 높이(h2)의 비율을 나타내는 종횡비(h2/d2)는 0.5 이상 10 이하의 범위를 갖도록 형성한다. The diameter d2 of the microlens shown in FIG. 24 is formed in the range of 1 μm to 50 μm, and the height h2 is formed in the range of 0.5 μm to 100 μm, and the diameter d2 of the microlens is The aspect ratio h2 / d2 representing the ratio of the height h2 is formed to have a range of 0.5 or more and 10 or less.

마이크로렌즈어레이(420)의 표면은 액체와의 접촉 시 접촉각(Contact angle) 을 이룬다. 접촉각은 물질 표면의 소수성 또는 발수성을 가늠하는 척도로써 그 값이 증가될수록 소수성과 발수성이 증가하게 되며, 마이크로렌즈어레이(420)의 경우에는 마이크로렌즈의 종횡비(h2/p2)가 증가될수록 증가하게 된다. 마이크로렌즈어레이(420)의 표면에는 마이크로렌즈의 종횡비(h2/p2)가 0.5이상부터 소수성과 발수성이 나타나기 시작하며, 10까지 증가될 경우, 접촉각이 약 179도까지 증가하여 표면의 소수성과 발수성이 가장 좋아지게 된다. The surface of the microlens array 420 forms a contact angle upon contact with the liquid. The contact angle is a measure of the hydrophobicity or water repellency of the surface of the material. As the value increases, the hydrophobicity and water repellency increases. In the case of the microlens array 420, the contact angle increases as the aspect ratio (h2 / p2) of the microlenses increases. . On the surface of the microlens array 420, the hydrophobicity and water repellency of the microlens begin to appear from 0.5 or more, and when it is increased to 10, the contact angle increases to about 179 degrees, so that the hydrophobicity and water repellency of the surface is increased. You get the best.

접촉각은 마이크로렌즈의 종횡비(h2/d2)에 따라 조절될 수 있으며, 마이크로렌즈의 종횡비(h2/d2)는 마이크로보울의 종횡비(h1/d1)에 따라 조절될 수 있다. 따라서 도 22a 및 도22b에 도시된 바와 같이, 등방성 식각공정 시 마스킹 물질간의 간격(330d)에 따라 마이크로렌즈의 종횡비(h2/d2)를 조절함으로써, 마이크로렌즈어레이(420)의 소수성 및 발수성 정도를 조절할 수 있다.The contact angle may be adjusted according to the aspect ratio h2 / d2 of the microlens, and the aspect ratio h2 / d2 of the microlens may be adjusted according to the aspect ratio h1 / d1 of the micro bowl. Accordingly, as shown in FIGS. 22A and 22B, the hydrophobicity and water repellency of the microlens array 420 may be adjusted by adjusting the aspect ratio h2 / d2 of the microlens according to the distance 330d between the masking materials during the isotropic etching process. I can regulate it.

3) 나노구조체 및 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계. 3) forming nanostructures and micro-nanocomposites.

도 25에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈어레이(420)의 표면 거칠기가 증가되도록 마이크로렌즈의 표면상에 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(421)를 형성할 수 있다. 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(421)는 플라즈마 에칭(plasma etching) 또는 이온 밀링(ion milling)등의 식각되는 물질에 적합한 식각방법을 이용하여 마이크로렌즈의 표면을 식각함으로써 형성될 수 있으며, 식각된 일부가 다시 마이크로렌즈상에 고정됨으로써 형성될 수도 있다. 또한, 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체(421)는 마이크로렌즈의 표면상에 탄소나노튜브 또는 ZnO, BN, GaN, CoSi, CrSi, FeSi, InP 등의 나노와이어(nanowire) 또는 나노닷(nanodot)등의 구조체가 고정화됨으로써 형성될 수도 있다. As shown in FIG. 25, the nanostructure or the micro-nanocomposite 421 may be formed on the surface of the microlens such that the surface roughness of the microlens array 420 is increased. The nanostructure or micro-nanocomplex 421 may be formed by etching the surface of the microlens using an etching method suitable for an etched material such as plasma etching or ion milling. Some may be formed by being fixed on the microlens again. In addition, the nanostructure or the micro-nanocomposite 421 is a carbon nanotube or nanowire or nanodot such as ZnO, BN, GaN, CoSi, CrSi, FeSi, InP or the like on the surface of the microlens. The structure may be formed by immobilization.

4) 소수성 물질을 코팅하는 단계.4) coating the hydrophobic material.

도 26에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈어레이(420)의 표면상에 소수성 물질(423)을 코팅하여 소수성 및 발수성을 증가시킬 수 있다. 소수성 물질(423)을 코팅할 경우, 마이크로렌즈어레이(420)의 표면 에너지가 감소하여 소수성 및 발수성이 더욱 증가하게 된다. 마이크로렌즈어레이(420)의 표면에 코팅되는 소수성 물질(423)로는 탄화불소 또는 탄화수소 등이 포함될 수 있다.As shown in FIG. 26, the hydrophobic material 423 may be coated on the surface of the microlens array 420 to increase hydrophobicity and water repellency. When the hydrophobic material 423 is coated, the surface energy of the microlens array 420 is reduced to further increase hydrophobicity and water repellency. The hydrophobic material 423 coated on the surface of the microlens array 420 may include fluorocarbon or hydrocarbon.

이상에서 보는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야한다.As described above, those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. Therefore, the embodiments described above are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above description, and the meaning and scope of the claims And all changes or modifications derived from the equivalent concept should be construed as being included in the scope of the present invention.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로보울어레이의 단면을 나타낸 도면.1 and 2 are cross-sectional views of the microbowl array according to the embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈어레이의 단면을 나타낸 도면.3 and 4 are cross-sectional views of the microlens array according to the embodiment of the present invention.

도 5 내지 도 14는 본 발명에 따른 마이크로보울어레이의 형성방법을 나타낸 도면.5 to 14 is a view showing a method of forming a micro bowl array according to the present invention.

도 15 내지 도 26은 본 발명에 따른 마이크로렌즈어레이의 형성방법을 나타낸 도면.15 to 26 illustrate a method of forming a microlens array according to the present invention.

도 27은 본 발명에 따른 마이크로보울어레이를 나타낸 전자현미경사진.27 is an electron micrograph showing a micro bowl array according to the present invention.

도 28은 본 발명에 따른 마이크로렌즈어레이를 나타낸 전자현미경사진.28 is an electron micrograph showing a microlens array according to the present invention.

도 29는 본 발명에 따른 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체가 형성된 마이크로렌즈어레이를 나타낸 전자현미경사진.29 is an electron micrograph showing a microlens array formed with a nanostructure or micro-nano composite according to the present invention.

도 30은 본 발명에 따른 마이크로보울어레이 또는 마이크로렌즈어레이의 상측면을 나타낸 도면.30 is a view showing an image of the micro bowl array or micro lens array according to the present invention.

******** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **************** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ********

200: 마이크로보울어레이200: micro bowl array

400: 마이크로렌즈어레이400: microlens array

203,403: 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체203,403: nanostructures or micro-nanocomplexes

Claims (21)

삭제delete 복수의 마이크로보울이 균일하게 배열된 마이크로보울어레이; 및A micro bowl array in which a plurality of micro bowls are uniformly arranged; And 상기 마이크보울의 표면상에 형성된 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 포함하고,It comprises a nanostructure or micro-nanocomposite formed on the surface of the microphone bowl, 상기 마이크로보울의 지름과 깊이의 비율을 나타내는 종횡비는 0.5 이상 10 이하의 범위를 갖는 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴.An aspect ratio representing a ratio of a diameter and a depth of the micro bowl has a superhydrophobic and superhydrophobic surface having a range of 0.5 or more and 10 or less. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 복수의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 마이크로렌즈어레이; 및A microlens array in which a plurality of microlenses are uniformly arranged; And 상기 마이크렌즈의 표면상에 형성된 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 포함하고,It comprises a nanostructure or micro-nanocomposite formed on the surface of the microphone lens, 상기 마이크로렌즈의 지름과 높이의 비율을 나타내는 종횡비는 0.5 이상 10이하의 범위를 갖는 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴.The aspect ratio which shows the ratio of the diameter and height of the said microlens is a pattern which has a superhydrophobic and superhydrophobic surface which has the range of 0.5 or more and 10 or less. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) 포토 리소그래피 공정을 이용하여, 0.5 이상 10 이하의 종횡비를 갖는 복수의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계;(a) using a photolithography process to form a microlens array in which a plurality of microlenses having an aspect ratio of from 0.5 to 10 is uniformly arranged; (b) 상기 마이크로렌즈어레이를 틀로 이용하여 상기 마이크로렌즈의 상보적 형태를 갖는 복수의 마이크로보울이 균일하게 배열된 마이크로보울어레이를 형성하는 단계; 및(b) forming a micro bowl array in which a plurality of micro bowls having a complementary shape of the micro lenses are uniformly arranged using the micro lens array as a frame; And (c) 상기 마이크로보울어레이의 표면 거칠기가 증가되도록 플라즈마 에칭 또는 이온 밀링의 식각공정을 통해 상기 마이크로보울의 표면을 식각하여 상기 마이크로보울의 표면상에 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계(c) etching the surface of the micro bowl by plasma etching or etching of ion milling to increase the surface roughness of the micro bowl array to form nanostructures or micro-nanocomposites on the surface of the micro bowl. 를 포함하는 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴 형성방법.Pattern forming method having a superhydrophobic and superhydrophobic surface comprising a. (a) 포토 리소그래피 공정을 이용하여, 0.5 이상 10 이하의 종횡비를 갖는 복수의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계;(a) using a photolithography process to form a microlens array in which a plurality of microlenses having an aspect ratio of from 0.5 to 10 is uniformly arranged; (b) 상기 마이크로렌즈어레이를 틀로 이용하여 상기 마이크로렌즈의 상보적 형태를 갖는 복수의 마이크로보울이 균일하게 배열된 마이크로보울어레이를 형성하는 단계; 및(b) forming a micro bowl array in which a plurality of micro bowls having a complementary shape of the micro lenses are uniformly arranged using the micro lens array as a frame; And (c) 상기 마이크로보울 표면상에 소수성 물질을 코팅하여 표면개질하는 단계(c) surface modification by coating a hydrophobic material on the microbowl surface 를 포함하는 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴 형성방법.Pattern forming method having a superhydrophobic and superhydrophobic surface comprising a. 삭제delete (a) 포토 리소그래피 공정을 이용하여, 0.5 이상 10 이하의 종횡비를 갖는 마이크로보울어레이를 형성하는 단계;(a) using a photolithography process to form a micro bowl array having an aspect ratio of from 0.5 to 10; (b) 상기 마이크로보울어레이를 틀로 이용하여 상기 마이크로보울의 상보적 형태를 갖는 복수의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계; 및(b) forming a microlens array in which a plurality of microlenses having a complementary shape of the microbow is uniformly arranged using the microbow array as a frame; And (c) 상기 마이크로렌즈어레이의 표면의 거칠기가 증가되도록 플라즈마 에칭 또는 이온 밀링의 식각공정을 통해 상기 마이크로렌즈의 표면을 식각하여 상기 마이크로보울의 표면상에 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계(c) etching the surface of the microlens through a plasma etching or ion milling etching process to increase the roughness of the surface of the microlens array to form nanostructures or micro-nanocomposites on the surface of the microbowl; 를 포함하는 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴 형성방법.Pattern forming method having a superhydrophobic and superhydrophobic surface comprising a. (a) 포토 리소그래피 공정을 이용하여, 0.5 이상 10 이하의 종횡비를 갖는 마이크로보울어레이를 형성하는 단계;(a) using a photolithography process to form a micro bowl array having an aspect ratio of from 0.5 to 10; (b) 상기 마이크로보울어레이를 틀로 이용하여 상기 마이크로보울의 상보적 형태를 갖는 복수의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계; 및(b) forming a microlens array in which a plurality of microlenses having a complementary shape of the microbow is uniformly arranged using the microbow array as a frame; And (c) 상기 복수의 마이크로렌즈 표면상에 소수성 물질을 코팅하여 표면개질하는 단계(c) surface modification by coating a hydrophobic material on the surfaces of the plurality of microlenses 를 포함하는 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴 형성방법.Pattern forming method having a superhydrophobic and superhydrophobic surface comprising a. 삭제delete (a) 기판 상에 마스킹 물질을 패터닝하고, 상기 패터닝된 마스킹 물질을 통해 상기 기판의 일면을 등방성 식각하여, 0.5 이상 10 이하의 종횡비를 갖는 복수의 마이크로보울이 균일하게 배열된 마이크로보울어레이를 형성하는 단계;(a) patterning a masking material on a substrate and isotropically etching one surface of the substrate through the patterned masking material to form a micro bowl array in which a plurality of micro bowls having an aspect ratio of 0.5 to 10 are uniformly arranged. doing step; (b) 상기 마이크로보울어레이를 틀로 이용하여 상기 마이크로보울의 상보적 형태를 갖는 복수의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계; 및(b) forming a microlens array in which a plurality of microlenses having a complementary shape of the microbow is uniformly arranged using the microbow array as a frame; And (c) 상기 마이크로렌즈어레이의 표면의 거칠기가 증가되도록 플라즈마 에칭 또는 이온 밀링의 식각공정을 통해 상기 마이크로렌즈의 표면을 식각하여 상기 마이크로보울의 표면상에 나노구조체 또는 마이크로-나노복합체를 형성하는 단계(c) etching the surface of the microlens through a plasma etching or ion milling etching process to increase the roughness of the surface of the microlens array to form nanostructures or micro-nanocomposites on the surface of the microbowl; 를 포함하는 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴 형성방법.Pattern forming method having a superhydrophobic and superhydrophobic surface comprising a. (a) 기판 상에 마스킹 물질을 패터닝하고, 상기 패터닝된 마스킹 물질을 통해 상기 기판의 일면을 등방성 식각하여, 0.5 이상 10 이하의 종횡비를 갖는 복수의 마이크로보울이 균일하게 배열된 마이크로보울어레이를 형성하는 단계;(a) patterning a masking material on a substrate and isotropically etching one surface of the substrate through the patterned masking material to form a micro bowl array in which a plurality of micro bowls having an aspect ratio of 0.5 to 10 are uniformly arranged. doing step; (b) 상기 마이크로보울어레이를 틀로 이용하여 상기 마이크로보울의 상보적 형태를 갖는 복수의 마이크로렌즈가 균일하게 배열된 마이크로렌즈어레이를 형성하는 단계; 및(b) forming a microlens array in which a plurality of microlenses having a complementary shape of the microbow is uniformly arranged using the microbow array as a frame; And (c) 상기 마이크로렌즈 표면상에 소수성 물질을 코팅하여 표면개질하는 단계(c) surface modification by coating a hydrophobic material on the microlens surface 를 포함하는, 초소수성 및 초발수성 표면을 갖는 패턴 형성방법.A pattern forming method having a superhydrophobic and superhydrophobic surface comprising a.
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